JP2782415B2 - 高周波誘電加熱によるプラスチックの接着法 - Google Patents

高周波誘電加熱によるプラスチックの接着法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘電加熱による
プラスチックの接着法に関するものであり、さらに詳し
くは構成要素としてハロゲン元素を含まないプラスチッ
ク成形物を高周波誘電加熱により接着する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高周波誘電加熱によりポリ塩化ビ
ニルのフィルムやシートを融着して包材などの成形物が
製造されている。しかしポリ塩化ビニルはフィルムやシ
ートの溶融成形時や高周波誘電加熱時に塩酸、塩素など
の酸性有毒ガスが発生して作業環境を悪化する、押出機
などの成形加工機を腐食する、可塑剤の安全性の問題が
ある、又焼却すると上記有害ガスが発生して地球環境を
汚染するなどの問題がある。
【０００３】一方、ポリオレフィン樹脂などはポリ塩化
ビニルのような問題が全くなく、焼却しても有毒ガスな
どの発生がなく地球環境に優しい素材であるが、ポリオ
レフィン樹脂などは誘電率や誘電損失が低く高周波誘電
加熱による融着が困難であるため、専ら外部加熱による
熱融着法が用いられてきた。しかし外部加熱による熱融
着法は所要時間が長くなる、加熱が不均一になるなどの
欠点があり満足すべき方法とはいえなかった。そこで、
接着面に鉄などの金属導電素子を散在させ、高周波誘導
加熱により鉄などの金属導電素子を加熱し、その熱でポ
リオレフィン発泡体の接着面を融かして接着する方法
（特開昭５５−６１４３５号公報）、鉄などの表面を変
性ポリオレフィンで被覆したものをポリエチレンなどに
分散し、それを接着しようとするポリエチレンの間に介
在させ、高周波エネルギーを付与して融解せしめ、接着
する方法（特開昭６１−１５８４２７号公報）、ポリオ
レフィン樹脂と炭素粉末を必須成分とする高周波融着材
を接着面間に挟んで、高周波を印加して接着する方法
（特開昭６２−３９２２１号公報）、カーボンブラック
を少量配合したポリオレフィン成形物と成形物を接着す
る際、カーボンブラックを多量配合したポリオレフィン
接着層を介在させ高周波電圧を印加し、接着層を加熱溶
融させて成形物と融着させる方法（特開平３−２１８８
１３号公報）など多くの方法が提案されている。しか
し、いずれの方法も高周波誘導加熱により加熱可能な鉄
や炭素などの粉末を配合するので、色相や外観が悪化す
る、機械的強度が低下するなどの欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、焼却
しても有毒ガスなどの発生がなく地球環境に優しいポリ
オレフィン樹脂などの、構成要素としてハロゲン元素を
含まないプラスチックに対して鉄や炭素などを配合した
り、あるいは成形物間に鉄や炭素などを配合した接着層
を介在させることなく、ポリオレフィン樹脂などの成形
物を高周波誘電加熱により接着する方法を提供すること
である。
【０００５】
【問題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、ポリオレフィン樹脂などの成形物を高周波誘電
加熱により接着する際、高周波ウエルダーの金型（一方
の電極）や下板（他方の電極）を特定の温度に加熱する
とともに、望ましくは圧力、ウエルド時間、高周波出力
なども高周波誘電加熱により接着可能な範囲に制御する
ことにより課題を解決することができることを見いだし
本発明を成すに至った。
【０００６】本発明の請求項１の発明は、構成要素とし
てハロゲン元素を含まず、誘電率２．３以上のプラスチ
ックの成形物同志、あるいは該成形物と、構成要素とし
てハロゲン元素を含まず、誘電率２．３以上の他のプラ
スチックの成形物とを高周波誘電加熱により接着する方
法において、高周波ウエルダーの金型または下板を加熱
するとともに、加熱されていない金型あるいは下板を冷
却し、プラスチックの融点以下であって高周波誘電加熱
により接着可能な温度に制御することを特徴とする高周
波誘電加熱によるプラスチックの接着法である。
【０００７】本発明の請求項２の発明は、圧力および／
またはウエルド時間および／または高周波出力を高周波
誘電加熱により接着可能な範囲に制御することを特徴と
する請求項１記載の高周波誘電加熱によるプラスチック
の接着法である。
【０００８】
【０００９】本発明の請求項３の発明は、成形物がフィ
ルム、シートあるいはパイプである請求項１あるいは請
求項２記載の高周波誘電加熱によるプラスチックの接着
法である。
【００１０】本発明の請求項４の発明は、プラスチック
が、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステ
ル樹脂である請求項１ないし請求項３記載の高周波誘電
加熱によるプラスチックの接着法である。
【００１１】
【作用】誘電率２．３以上のポリオレフィン樹脂などの
成形物同志、あるいはそれと他の誘電率２．３以上の成
形物を高周波誘電加熱により接着する際、高周波ウエル
ダーの金型（一方の電極）や下板（他方の電極）をポリ
オレフィン樹脂などの融点以下の特定の温度に加熱する
とともに、望ましくはウエルド圧力、ウエルド時間、高
周波出力なども高周波誘電加熱により接着可能な範囲に
制御することにより、従来、高周波誘電加熱により接着
できなかった該ポリオレフィン樹脂などの成形物を良好
に接着することができる。良好な接着ができるのはウエ
ルド圧力、ウエルド時間、高周波出力などを適宜最適範
囲に制御して高周波誘電加熱により接着を行う際に、加
熱された電極からの熱電導により該成形物が外部から加
熱されるとともに高周波誘電加熱による自己発熱により
該成形物の温度が融点以上になるためであると考えられ
るが、この考えに限定されるものではない。
【００１２】本発明に用いるプラスチックは、構成要素
としてハロゲン元素を含まず、誘電率２．３以上のプラ
スチックであればポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂
あるいはポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂でもエポ
キシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂でも、あ
るいはそれらの混合物であっても差し支えない。しか
し、誘電率２．３以下のプラスチックは誘電加熱による
接着が困難であるので好ましくない。誘電損失は大きい
ことが望ましいが、その値は該プラスチックの種類、高
周波ウエルダーの周波数、ウエルド温度などにより異な
る。
【００１３】本発明において、高周波ウエルダーの金型
や下板を特定の温度に加熱するが、接着するプラスチッ
ク成形物の予熱を行わない。接着するプラスチック成形
物全体を予熱すると、プラスチック成形物自体が反った
り、収縮したりして変形するので好ましくない。成形物
が吸湿していたり、成形物の表面に水分や油などが付着
している場合は、乾燥したり、表面を清浄にするなどの
前処理を行うことが好ましい。
【００１４】高周波ウエルダーの金型や下板の温度はプ
ラスチックスの融点、誘電率、誘電損失などの特性や、
フィルム、シートやパイプなど成形物の形状、大きさ、
厚さなどにより異なるので一義的に決めることはできな
い。プラスチックの融点以下であって高周波誘電加熱に
より接着可能な温度に加熱、制御することが肝要であ
る。金型や下板の温度の具体例としては、ポリアミド樹
脂の場合凡そ９５〜１００℃程度、スチレン系エラスト
マーの場合は凡そ６０〜７０℃程度、ポリオレフィン系
共重合体の場合は凡そ５０℃程度、結晶性ポリプロピレ
ン組成物の場合約１２０℃などの例を挙げることができ
る。
【００１５】高周波ウエルダーの金型や下板を加熱する
とともに、金型と下板の間にプラスチック成形物を介在
させて高周波誘電加熱により接着させる際、プラスチッ
ク成形物に与える圧力、ウエルド時間、高周波出力など
を高周波誘電加熱により接着可能な範囲に制御すること
が好ましい。高周波発信管とウエルドを行う電極との間
に高周波同調回路を設けて高周波発信管側のインピーダ
ンスとウエルドを行う電極側のインピーダンスとをマッ
チングさせることが好ましい。これらはプラスチックス
の融点、誘電率、誘電損失などの特性や、フィルム、シ
ートやパイプなど成形物の形状、大きさ、厚さなどによ
り変化するので一義的に決めることはできない。圧力、
ウエルド時間の具体例としては、ポリアミド樹脂フィル
ムの場合約３０〜５０Ｋｇ／ｃｍ2 、１〜５秒、スチレ
ン系エラストマーフィルムの場合約１０〜３０Ｋｇ／ｃ
ｍ2 、１〜４秒、ポリオレフィン系共重合体フィルムの
場合約１０〜３０Ｋｇ／ｃｍ2 、１〜３秒、結晶性ポリ
プロピレン組成物フィルムの場合約４０〜６０Ｋｇ／ｃ
ｍ2 、３〜７秒などの例を挙げることができる。通常、
ウエルド時間を経過した後、冷却するのに必要な時間だ
け圧力を保持することが好ましい。高周波出力は高周波
発信管の陽極の電流量を加減して接着するのに最適な出
力とすることができる。高周波同調回路のマッチングコ
ンデンサ容量を加減して陽極の電流量を加減することも
できる。ウエルドを行う際の陽極の電流量の上昇速度や
減少速度を調整できるような回路を設けるなどして、良
好な接着が得られるように上昇速度や減少速度を調整す
ることが好ましい。
【００１６】本発明においては、加熱されていない方の
金型あるいは下板を冷却することにより、連続的に高速
度で接着を行う場合、プラスチック成形物が金型あるい
は下板に付着するのを防止したり、ウエルド速度を向上
させたりすることができる。冷却温度は特に限定される
ものではなくプラスチックスの特性や、フィルム、シー
トやパイプなど成形物の形状、大きさ、厚さなどにより
適宜決めることが好ましい。
【００１７】本発明において使用する高周波ウエルダー
は特に限定されるものではなく、出力や周波数などにつ
いても通常ポリ塩化ビニルで用いられている市販の高周
波ウエルダーを使用することができる。金型と下板の間
に高周波ウエルドするフィルムやシートを介在させた
時、下板と高周波ウエルドするフィルムやシートの間に
テフロンコートガラスクロスなどの易剥離性絶縁シート
をさらに介在させると、高周波ウエルドしたフィルムや
シートの引き剥がれ性がよく、スパークを発してフィル
ムやシートが焼けたり、ちじんだりしないので好まし
い。金型の表面を剥離性にすることも好ましい。
【００１８】本発明において使用する金型は特に限定さ
れるものではなく、通常ポリ塩化ビニルで用いられてい
る金型を使用することができる。金型は通常、真鍮など
の金属を曲げて、枠部分にハンダ付けあるいはビス留め
した「曲げ型」と真鍮などの金属のブロックを彫って作
られた「彫刻型」があるが、いずれも使用することがで
きる。「曲げ型」は短期間で製作でき、コスト的に安い
長所があるので少量生産に適している一方、耐久性が劣
る欠点があるので、長期に亘り量産するような場合は
「彫刻型」が適している。本発明において金型を加熱し
て所定の温度に制御し、かつ均一な高周波エネルギーを
プラスチック成形物に印加するためには「彫刻型」がよ
り適している。
【００１９】図１は、カッター７を配設した金型２およ
びヒータ６により加熱され最適な温度に制御された下板
３を有する高周波ウエルダー１を用いて、成形物４と成
形物５を本発明の方法により高周波誘電加熱して融着す
る工程を示す説明図である。（１）は、金型２と下板３
の間に成形物４と成形物５を介在させる工程を示す。
（２）は、金型２と下板３により成形物４と成形物５を
所定の圧力に加圧し、所定の高周波出力で所定のウエル
ド時間、高周波誘電加熱して、接着する工程を示す。
（３）は、融着後、金型２と下板３を離し、製品を取り
出す工程を示す。８は接着部を示す。（１）〜（３）の
工程を繰り返して連続的にプラスチックの高周波誘電加
熱による接着を行う。
【００２０】図２は、インソールの製造に用いる金型２
の例を示す。図３〜図８に、本発明の方法により製造し
た製品の例を示す。図３は図２に示す金型を用いて製造
したインソール、図４は血液バッグ、図５は保冷剤入り
袋、図６は母乳用袋、図７は衣料包装袋、図８は作業衣
（ジャケットとスラックス）をそれぞれ示す。
【００２１】
【実施例】以下本発明を実施例により、具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例によって限定されるもので
はない。 （実施例１）ナイロンフィルム（誘電率３．５、厚さ１
００μｍ）／スチレン系エラストマーフィルム（誘電率
２．６、厚さ１００μｍ）（日本合成ゴム社製ダイナロ
ンアロイＨＳＢＲ（水添スチレン・ブタジエンラバー）
積層フィルム（厚さ２００μｍ）を用いてナイロンフィ
ルム層を内側にして図４に示すナイロン製口部（内径８
ｍｍ）付血液バッグ（２００ｍｍ×１５０ｍｍ）を作っ
た。高周波ウエルド条件を次に示す。接着部８は十分に
接着しており、製品は血液バッグとしての性能を具備し
ていた。 高周波ウエルド条件； 高周波ウエルダー（精電舎電子工業株式会社製：ＫＷ−
４０００ＴＲ、高周波出力４ＫＷ、発振周波数４０．４
６ＭＨｚ±０．５９９％、最大陽極電流１Ａｍｐ） 金型：曲げ型、温度９５±３℃。 下板：温度常温。 ウエルド圧力：４０ｋｇ／ｃｍ2 。 ウエルド時間：３秒。 陽極電流：０．４Ａｍｐ（１秒で０．４Ａｍｐに上昇す
る）
【００２２】（実施例２）スチレン系エラストマーフィ
ルム（誘電率２．６、厚さ１００μｍ）（日本合成ゴム
社製ダイナロンアロイＨＳＢＲ（水添スチレン・ブタジ
エンラバー）を用いて図５に示す保冷剤入りバック（２
００ｍｍ×１５０ｍｍ）を作った。高周波ウエルド条件
を次に示す。接着部８は十分に接着しており、製品は保
冷剤入りバックとしての性能を具備していた。 高周波ウエルド条件； 高周波ウエルダー：実施例１で使用したものと同じ高周
波ウエルダー。 金型：曲げ型、温度常温。 下板：温度６０±３℃。 ウエルド圧力：２０ｋｇ／ｃｍ2 。 ウエルド時間：２秒。 陽極電流：０．２Ａｍｐ（１秒で０．２Ａｍｐに上昇す
る）
【００２３】（実施例３）ポリオレフィン系共重合体
（エチレン・メチルメタクリレート共重合体、商品名：
アクリフトＷＫ３０７、住友化学（株）製、エチレン７
５重量％、メチルメタクリレート２５重量％）フィルム
（誘電率２．６、厚さ１００μｍ）を用いて図８に示す
大人用作業衣（ジャケットとスラックス）を作った。高
周波ウエルド条件を次に示す。接着部８は十分に接着し
ており、製品は作業衣としての性能を具備していた。 高周波ウエルド条件； 高周波ウエルダー：実施例１で使用したものと同じ高周
波ウエルダー。 金型：曲げ型、温度５０℃。 下板：温度常温。 ウエルド圧力：２０ｋｇ／ｃｍ2 。 ウエルド時間：２秒。 陽極電流：０．２Ａｍｐ（１秒で０．２Ａｍｐに上昇す
る）
【００２４】（実施例４）スチレン系エラストマーフィ
ルム（誘電率２．６、厚さ１００μｍ）（日本合成ゴム
社製ダイナロンアロイＨＳＢＲ（水添スチレン・ブタジ
エンラバー）を用いて図６に示す母乳用袋（２００ｍｍ
×１５０ｍｍ）を作った。高周波ウエルド条件を次に示
す。接着部８は十分に接着しており、製品は母乳用袋と
しての性能を具備していた。 高周波ウエルド条件； 高周波ウエルダー：実施例１で使用したものと同じ高周
波ウエルダー。 金型：曲げ型、温度６５±３℃。 下板：温度常温。 ウエルド圧力：２０ｋｇ／ｃｍ2 。 ウエルド時間：２秒。 陽極電流：０．２Ａｍｐ（１秒で０．２Ａｍｐに上昇す
る）
【００２５】（実施例５）プロピレン系ブロック共合体
（住友化学社製）８０重量％、スチレン系エラストマー
［日本合成ゴム社製ダイナロンアロイＨＳＢＲ（水添ス
チレン・ブタジエンラバー）］２０重量％からなるフィ
ルム（誘電率２．３、厚さ１００μｍ）を用いて図７に
示す衣料包装袋（１００ｍｍ×２００ｍｍ）を作った。
高周波ウエルド条件を次に示す。接着部８は十分に接着
しており、下記のように従来のＰＶＣからなる製品と比
較した結果、本発明の方法による製品は衣料包装袋とし
ての性能を十分具備していた。 高周波ウエルド条件； 高周波ウエルダー：実施例１で使用したものと同じ高周
波ウエルダー。 金型：曲げ型、温度１２０℃。 下板：温度常温。 ウエルド圧力：５０ｋｇ／ｃｍ2 。 ウエルド時間：５秒。 陽極電流：０．７Ａｍｐ（１秒で０．７Ａｍｐに上昇す
る） 衣料包装袋の試験結果（対応するＪＩＳの試験方法に準じて試験した）； 測定項目 ＰＶＣ製衣料包装袋 実施例５の衣料包装袋 シール強度（Kg/15mm) ３．３ ２．３ ヘイズ値(%) １．３ ０．９ 光沢(%) １４７ １３６ 衝撃強度(Kg・cm) ２３．７ ＞３０ 貫孔強度(Kg) １．３ ０．５ 引裂強度(g)(MD/TD) ８５／８２ ７９／８３ 引張破断強度(Kg/cm2)(MD/TD) ３２７／２７８ ２０２／１９４ 引張伸度(%)(MD/TD) ２７７／２９４ ６４５／７０８ ヤング率( ×103Kg/cm2)(MD/TD) ２．１２／２．０１ １．７７／１．８２
【００２６】（比較例１）実施例１において金型の温度
を６０℃、５０℃、４０℃あるいは常温とした以外は実
施例１と同様にして血液バッグを作った。接着部８は十
分に接着しておらず製品にならなかった。
【００２７】（比較例２）実施例１においてウエルド圧
力を２０ｋｇ／ｃｍ2 とした以外は実施例１と同様にし
て血液バッグを作った。接着部は十分に接着しておらず
製品にならなかった。
【００２８】（比較例３）実施例１においてウエルド時
間を１秒とした以外は実施例１と同様にして血液バッグ
を作った。接着部８は十分に接着しておらず製品になら
なかった。
【００２９】（比較例４）実施例１において陽極電流を
０．２Ａｍｐ（１秒で０．２Ａｍｐに上昇する）とした
以外は実施例１と同様にして血液バッグを作った。接着
部８は十分に接着しておらず製品にならなかった。
【００３０】（比較例５）実施例２において下板の温度
を４０℃あるいは常温とした以外は実施例２と同様にし
て保冷剤入りバッグを作った。接着部８は十分に接着し
ておらず製品にならなかった。
【００３１】（比較例６）実施例３において金型の温度
を常温とした以外は実施例３と同様にして作業衣（ジャ
ケットとスラックス）を作った。接着部８は十分に接着
しておらず製品にならなかった。
【００３２】（比較例７）実施例４において金型の温度
を５０℃、４０℃あるいは常温とした以外は実施例４と
同様にして母乳用袋を作った。接着部８は十分に接着し
ておらず製品にならなかった。
【００３３】（比較例８）実施例５において金型の温度
を１００℃、８０℃あるいは常温とした以外は実施例５
と同様にして衣料包装袋を作った。接着部８は十分に接
着しておらず製品にならなかった。
【００３４】
【発明の効果】本発明の方法により、ポリオレフィン樹
脂などの、構成要素としてハロゲン元素を含まないプラ
スチックに対して鉄や炭素などを配合したり、あるいは
成形物間に鉄や炭素などを配合した接着層を介在させる
ことなく、ポリオレフィン樹脂などの成形物を高周波誘
電加熱により容易に接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法により高周波加熱して接着する
工程を示す説明図である。
【図２】 金型の例を示す斜視図である。
【図３】 本発明の方法により製造したインソールの説
明図である。
【図４】 本発明の方法により製造した血液バッグの説
明図である。
【図５】 本発明の方法により製造した保冷剤入りバッ
グの説明図である。
【図６】 本発明の方法により製造した母乳用袋の説明
図である。
【図７】 本発明の方法により製造した衣料包装袋の説
明図である。
【図８】 本発明の方法により製造した作業衣の説明図
である。
【符号の説明】
１ 高周波ウエルダー ２ 金型 ３ 下板 ４、５ 成形物 ６ ヒータ ７ カッター ８ 接着部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 23:00 (56)参考文献 特開 昭63−288738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−242627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−108468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−103174（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−589（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭44−29394（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 構成要素としてハロゲン元素を含まず、
    誘電率２．３以上のプラスチックの成形物同志、あるい
    は該成形物と、構成要素としてハロゲン元素を含まず、
    誘電率２．３以上の他のプラスチックの成形物とを高周
    波誘電加熱により接着する方法において、高周波ウエル
    ダーの金型または下板を加熱するとともに、加熱されて
    いない金型あるいは下板を冷却し、プラスチックの融点
    以下であって高周波誘電加熱により接着可能な温度に制
    御することを特徴とする高周波誘電加熱によるプラスチ
    ックの接着法。
  2. 【請求項２】 圧力および／またはウエルド時間および
    ／または高周波出力を高周波誘電加熱により接着可能な
    範囲に制御することを特徴とする請求項１記載の高周波
    誘電加熱によるプラスチックの接着法。
  3. 【請求項３】 成形物がフィルム、シートあるいはパイ
    プである請求項１あるいは請求項２記載の高周波誘電加
    熱によるプラスチックの接着法。
  4. 【請求項４】 プラスチックが、ポリオレフィン樹脂、
    ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂である請求項１ない
    し請求項３記載の高周波誘電加熱によるプラスチックの
    接着法。
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