JP4649627B2 - 熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置、突合せ溶着した熱可塑性樹脂板 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置、および突合せ溶着した熱可塑性樹脂板に関する。

従来から、所定の大きさをした長方形の熱可塑性樹脂板を多数製造して、それぞれの端面を突合せ溶着して大面積の熱可塑性樹脂板を製造することが行われている。その突合せ溶着方法の一つとして高周波誘電加熱が利用されている。高周波誘電加熱は、有極性のプラスチックに高周波を印加すると、高周波の極性の変化に応じてプラスチックの分子の極が反転し続け、分子運動が活発となり発熱するというもので、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの熱可塑性樹脂が好適な材料とされている。そして実際に、ＰＶＣなどの熱可塑性樹脂板の端面を突合せて、高周波誘電加熱して溶着し、大面積の樹脂板を製造することが行われている（例えば、特許文献１、参照）。

この、熱可塑性樹脂板を多数製造して、端面を突合せ溶着して大面積の熱可塑性樹脂板を得る方法の応用例の一つとして、印刷用の原版から大面積の刷版を作ることが考えられる。すなわち、印刷用の原版として金属板に彫刻した凹凸形状を複数の熱可塑性樹脂板の表面にプレス転写し、その熱可塑性樹脂板を突合せ溶着して大面積の熱可塑性樹脂板をつくり、大面積の熱可塑性樹脂板の表面に電気メッキ等で金属膜を形成し、この金属膜を剥離して、大面積の刷版として印刷に利用することができる。

図９から図１２を用いて、印刷用の原版から大面積の刷版を作る手順を示す。図９から説明する。まず長方形の金属板の表面に所定の図形を彫刻した原版１を作り、原版１に彫刻した図形である○や△の凹凸形状をプレス転写により複数枚の熱可塑性樹脂板２の表面に写し取る。そして、一つの熱可塑性樹脂板２の端面に、他の熱可塑性樹脂板２の端面を次々と突合せ溶着していく。

図１０に、熱可塑性樹脂板を突合せ溶着する従来の高周波誘電加熱装置の構成を示す。なお図１０の高周波誘電加熱装置では、電極の周囲に絶縁断熱体を配置して電極の下面を面一にした例を示す。電極の周囲に絶縁断熱体を配置することにより、熱可塑性樹脂板の端面を突合せ溶着して接合する際に、押圧電極の押圧部両側部位にビードが発生しないようにすることができる（例えば、特許文献２、参照）。

図１０（ａ）の高周波誘電加熱装置は、絶縁ベース６の上に下電極板７を一体に設けている。下電極板７の上には、熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂをそれぞれの端面を突合せた状態で載せている。熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂを突合せた突合せ部分の上には、絶縁断熱体９で両側を挟み、絶縁断熱体９の下面と面一にした上電極板８を配置している。絶縁断熱体９と上電極板８は、図示しない駆動手段により上下動するヘッド部１０に一体に取り付けている。ヘッド部１０を下げることにより絶縁断熱体９と上電極板８で熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂの突合せ部分を押圧する。上電極板８と下電極板７は高周波電源１６に接続していて、高周波電源１６により、上電極板８と下電極板７に１０ＭＨｚから４０ＭＨｚの高周波電流を通電する。

上電極板８と下電極板７で熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂの突合せ部分を挟んだ状態で、高周波電源１６により高周波電流を通電すると、上電極板８と下電極板７で挟まれた熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂの突合せ部分が高周波誘電により発熱して溶着する。
図１０（ｂ）は、突合せ溶着後、ヘッド１０を上げたときの高周波誘電加熱装置の状態を示す。熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂは突合せ部分で一体に溶着している。なお、図中２ｃは、突合せ部分が一度溶融した後、固化した際に収縮した凹みである。

この突合せ溶着を熱可塑性樹脂板の各端面について繰り返し行うことにより、図１１（ａ）のように、原版１の図形を写し取った熱可塑性樹脂板２を多数接続した大面積の熱可塑性樹脂板３が得られる。次に、図１１（ｂ）のように、大面積の熱可塑性樹脂板３の表面に、電気メッキ等で所定の厚さの金属膜４を形成する。そして図１１（ｃ）のように、金属膜４を大面積の熱可塑性樹脂板３から剥がして、刷版４ａとする。この刷版４ａを図１２のように、印刷機の印刷ドラム５に巻きつけて印刷すれば、一つの原版から作った大面積の刷版により、原版に彫刻した図形を一度に多数印刷することが出来る。

特開昭６０−１６５６３１号公報 特公平６−１７０７３号公報

しかし、上記従来の熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法では、図１０（ｂ）で示したように熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂの突合せ部分の表面に凹み２ｃが出来てしまうという欠点があった。また同じく、図１０（ｂ）で矢印Ｇとして示したように、熱可塑性樹脂板２ａ、２ｂが突合せ部分を中心に両端側が上方に反ってしまうという欠点があった。

従来の熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法では、熱可塑性樹脂板の押圧電極の押圧部両側部位にビードが発生しないように工夫されていたのであるが、電極の周囲に絶縁断熱体を配置して電極の下面を面一にしていたため、熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上電極板８側が下電極板７側より遅く冷えて固化して、突合せ部分の上電極板８側に凹み２ｃができていた。

単純に、多数製造した熱可塑性樹脂板を突合せ溶着して、大面積の熱可塑性樹脂板を製造するというだけであれば、上記の凹み２ｃや反りは問題にならなかった。しかし、印刷用の原版の凹凸形状を複数の熱可塑性樹脂板にプレス転写し、その熱可塑性樹脂板を突合せ溶着して大面積の熱可塑性樹脂板の接合体をつくり、これから大面積の刷版を作る場合には、凹み２ｃがあると、大面積の熱可塑性樹脂板３の表面に電気メッキで形成した金属膜４に凹み４ｃが出来てしまう。金属膜４を剥がして刷版４ａとして印刷ドラム５に巻きつけて印刷すると、凹み４ｃにインクが入って余分な線を印刷してしまうという問題を生じた。また、大面積の熱可塑性樹脂板３の反りは、刷版４ａに反りを生じ、印刷ドラム５に刷版４ａが巻きつけにくいという問題も生じた。

本発明は、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着部に凹みを生じさせること無く、また全体として反りが少なく一つの平面を保った状態の大面積の熱可塑性樹脂板を得ることができる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置、突合せ溶着した熱可塑性樹脂板を提供することを課題としている。

本発明は、熱可塑性樹脂板を突合せ溶着するに際して、第一の極薄の電極板の端面を上面に向けるとともにその両側面を絶縁断熱材で挟んだアンビルを用い、第一の電極板の端面上に、溶着対象である一対の熱可塑性樹脂板を転写面を上にしつつ加圧手段により互いに押し合う状態で突合せた突合せ部分を載置し、この熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上に第二の電極板の下表面を当て、熱可塑性樹脂板の突合せ部分を第一の電極板の端面と第二の電極板の下表面で挟持した状態で、第一の電極板の端面と第二の電極板の下表面の間に高周波電流を通電して、熱可塑性樹脂板の突合せ部分を高周波誘電加熱して溶着している。

本発明では、第一の電極板の端面と第二の電極板の下表面の間に高周波電流を通電して、一対の熱可塑性樹脂板の突合せ部分の内、第一の電極板の端面から第二の電極板の下表面にいたる略Ｖ字型断面領域の熱可塑性樹脂板を高周波誘電加熱して発熱させ、突合せ溶着している。このことにより、熱可塑性樹脂板の突合せ部分が冷えたときの凹みをアンビル側である第一の電極板側に生じさせ、転写面である第二の電極板側の突合せ部分の表面をフラットな接合面になるようにしている。

また熱可塑性樹脂板の突合せ部分を第二の電極板の下表面で押圧した状態で高周波誘電加熱して発熱させ、突合せ部分が冷えたときの凹みをアンビル側の第一の電極板側に生じさせるようにしたことにより、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着時の反りを抑制している。
そして、熱可塑性樹脂板の転写面における突合せ溶着部に凹みを生じさせること無く、また全体として反りが少なく一つの平面を保った状態の大面積の熱可塑性樹脂板を得ることができる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置、突合せ溶着した熱可塑性樹脂板を実現している。

（ａ）本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の基本構成を示した概略断面図（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作前の概略断面図。 本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の突合せ溶着中の突合せ部分の断面図。 本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の突合せ部分の断面図。 本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の突合せ溶着中の突合せ部分の断面図。 （ａ）本発明の実施の形態１の熱可塑性樹脂板を突合せたときの断面図（ｂ）本発明の実施の形態１の熱可塑性樹脂板を突合せ溶着した後の断面図。 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作中の概略断面図（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着後の概略断面図。 本発明の実施の形態１にかかる突合せ溶着後の大面積の熱可塑性樹脂板の外観斜視図。 本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置で接合した大面積の熱可塑性樹脂板を用いて製作した刷版を印刷ドラムに巻きつけた状態の外観斜視図。 従来の、印刷用の刷版を製作するための熱可塑性樹脂板の接合手順を示す外観斜視図。 （ａ）従来の、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作前の概略断面図（ｂ）従来の、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作後の概略断面図。 （ａ）従来の、印刷用の刷版を製作するために接合した熱可塑性樹脂板の斜視図（ｂ）従来の、接合した熱可塑性樹脂板に金属膜を電気メッキで形成した状態を示す斜視図（ｃ）従来の、接合した熱可塑性樹脂板から金属膜を剥離した状態を示す斜視図。 従来の、接合した熱可塑性樹脂板から剥離した金属膜を刷版として印刷ドラムに巻きつけた状態を示す外観斜視図。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法、熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置、突合せ溶着した熱可塑性樹脂板について、図面とともに説明する。
図１（ａ）に、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置である高周波誘電加熱装置の概略構成を断面図として示す。本発明の実施の形態１にかかる高周波誘電加熱装置は、絶縁材料からなるベース板１００の上に、厚さ５ｍｍのアルミ板１１を置き、その上に厚さ０．１５ｍｍ程度の銅板１２ａ、１２ｂを載せている。銅板１２ａは先端部１２ｃをＬ字形に折り曲げ、垂直に立ち上げた形にしている。銅板１２ａとその先端部１２ｃは第一の電極板として機能する。銅板１２ｂはスペーサであり、銅板１２ａと離して配置している。銅板１２ａ、１２ｂの上には絶縁断熱材であるポリアセタール樹脂の絶縁断熱板１３、１３を載せ、銅板１２ａの先端部１２ｃの両側面を絶縁断熱板１３、１３で挟んでいる。これらベース板１００、アルミ板１１、銅板１２ａ、１２ｂそして絶縁断熱板１３、１３でアンビル１１０を構成している。

アンビル１１０の上には、一対のＰＶＣなどの熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂを、それぞれの端面を突合せた形でかつ、互いに押し合う状態で載せ、突合せた部分（以下、突合せ部分という）の上にＬ字形の断面を持つ黄銅（真鍮）板でできた第二の電極板１４を配置している。なお、この熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂは、原版に彫刻された凹凸形状がプレス転写された転写面を上面として載置されており、第二の電極板１４はこの転写面に形成されている凹凸部分にかぶらないよう配置されるものである。第二の電極板１４の水平部分１４ａの下表面は、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分に均一に当接するように、アンビル１１０の上表面と平行な平面にしている。そして、第二の電極板１４の垂直部分１４ｂは、図示しない昇降手段により上下動するヘッド部１５に取り付けてあり、ヘッド部１５とともに上下動し、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分を第二の電極板１４の水平部分１４ａで押圧するようにしている。第一の電極板である銅板１２ａと、第二の電極板１４は、高周波電源１６に接続していて、高周波電源１６により１０ＭＨｚから４０ＭＨｚの高周波電流を所定時間、通電するようにしている。

図１（ｂ）に、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作前の概略断面図を示す。第一の電極板である銅板１２ａの先端部１２ｃに、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分を載せ、その突合せ部分を第二の電極板の水平部分１４ａの下表面で押圧して挟んでいる。なお、第二の電極板の水平部分１４ａの下表面は、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分の上表面を平滑な一つの平面として押圧しているため、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分の上表面は段差の無い平面として保持される。

この図１（ｂ）の状態、つまり熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分の上表面を面一に押圧した状態で、高周波電源１６で第一の電極板である銅板の先端部１２ｃと第二の電極板１４間に高周波電流を通電すると、第一の電極板である銅板の先端部１２ｃと第二の電極板の水平部分１４ａの下表面に挟まれた略Ｖ字型断面領域の突合せ部分に高周波電流が流れる。

図２に、高周波電流を通電しているときの熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分の断面図を示す。第一の電極板である銅板の先端部１２ｃは、０．１５ｍｍ程度の厚さであり、対向する第二の電極板の水平部分１４ａの下表面は平面である。そのため、図２で示したように、第一の電極板である銅板の先端部１２ｃから第二の電極板の水平部分１４ａの下表面に向けて、所定角度範囲内で放射状に概ね矢印Ａ１のように略Ｖ字型断面領域で高周波電流が流れる。すなわち、第一の電極板である銅板の先端部１２ｃと第二の電極板の水平部分１４ａの下表面の間で高周波電流が流れる高周波電流通電領域は、破線Ｂ、Ｂで囲まれた領域になる。そして、この高周波電流通電領域内の熱可塑性樹脂が、高周波の極性の変化に応じて分子の極が反転し続け、分子運動が活発となり発熱して溶融する。第二の電極板１４の中では、水平部分１４ａから垂直部分１４ｂに概ね矢印Ａ２のように高周波電流が流れる。

図３に、高周波電流通電領域を図示する。第一の電極板である銅板の先端部１２ｃの幅Ｃ２と第二の電極板の水平部分１４ａの下表面で高周波電流が流れる幅Ｃ１を上底あるいは下底とする台形状の略Ｖ字型断面領域Ｄが熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの高周波電流通電領域となる。この高周波電流通電領域Ｄにある熱可塑性樹脂は高周波電流により短時間で均一に内部発熱し、溶融する。

図４は、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の突合せ溶着中の突合せ部分の断面図を示している。図中の矢印Ｅは、アンビル１１０と第二の電極板の水平部分１４ａの下表面が熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分を押圧している力の様子を示している。破線の矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、第二の電極板の水平部分１４ａの表面から、発生した熱が放熱される熱の流れの様子を示している。図４のように、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分では、高周波電流通電領域Ｄで発熱し溶融するが、高周波電流の通電を切ると新たな発熱は起きなくなる。そのため、第二の電極板の水平部分１４ａの下表面が当接している熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上表面が、面一の状態に押圧されたまま先に冷えて固化し、その後、第一の電極板の先端部１２ｃ側が冷えて固化する。そのため、図５（ａ）のように、一対の熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの端面が突き合わされた突合せ部は、図５（ｂ）のように、第二の電極板の水平部分１４ａが当接していた突合せ部の上表面が平滑な平面を保ったまま先に固化し、反対側である第一の電極板側の下表面が引けて凹み２０ｃを作った状態で固化する。

図６（ａ）に、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作中の概略断面図を示し、図６（ｂ）に、本発明の実施の形態１にかかる熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置の溶着動作後の概略断面図を示す。図６（ｂ）に示したように、高周波誘電加熱による溶着動作後、ヘッド部１５を上げると、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂは、突合せ部分の上表面が面一で、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの全体が平滑な平面を保った、反りを抑制した大面積の熱可塑性樹脂板として取り出すことが出来る。

繰り返しの説明になるが、本発明によれば、第一の電極板の先端部１２ｃの端面と第二の電極板１４の下表面の間で熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分を挟んで高周波電流を通電している。そのため、高周波電流は第一の電極板の先端部１２ｃの端面から第二の電極板１４の下表面に至る略Ｖ字型断面領域に流れる。高周波電流の通電領域内の熱可塑性樹脂部分が発熱して溶融する。そして、高周波電流が止まると発熱が止まる。発熱が止まったとき、第二の電極板１４は表面を外部に露出しているため熱が逃げやすく、第一の電極板側は、第一の電極板の両側面が絶縁断熱材１３、１３で挟まれているため熱が逃げにくくなっている。第二の電極板１４側の突合せ部分は早く冷えて先に固化する。第二の電極板１４の下表面に当接している部分は平面を保ったまま固化する。第一の電極板側の突合せ部分は遅く固化するので、第一の電極板側で熱可塑性樹脂の引けが起こり、凹み２０ｃは第一の電極板側に生じる。

本発明による高周波誘電加熱装置を用いて、複数の熱可塑性樹脂板を次々に突合せ溶着していくと、図７に示すように、転写面における突合せ部分に段差が無く面一で、全体的にも同一平面を保った形で接合した大面積の熱可塑性樹脂板３０が得られる。段差が無く面一で、全体的にも平滑な平面を保った形で接合した熱可塑性樹脂板３０の表面に電気メッキで金属膜を形成し、剥離すれば、余分な凹みのない刷版４０ができる。それを図８のように印刷ドラム５に貼り付けて、紙やシートに印刷すれば、個々の刷版間に余分なインクを付けずに印刷することが出来る。この刷版を用いて印刷した印刷シートを所定単位の大きさに裁断して印刷シート片を作れば、原版の印刷面と同一の印刷をした印刷シート片を安定的に大量に作成することが出来る。

なお、上記では第二の電極板１４をＬ字形の断面を持つ黄銅（真鍮）板とした例を説明したが、熱可塑性樹脂板２０ａ、２０ｂの突合せ部分を第一の電極板の端面より広い所定幅の平面で押圧できる下表面があれば、Ｌ字形に限られるものではなく、例えばＩ字形断面、あるいはロの字形断面等の電極としてもよい。

本発明は、複数の熱可塑性樹脂板を突合せ溶着して大面積の熱可塑性樹脂板を製作する場合に適用できる。
また、本発明を一つの原版を用いて刷版を製作する方法に適用して、大面積の刷版を製作することが出来る。本発明による大面積の熱可塑性樹脂板から製作した大面積の刷版は切手や有価証券などの同一図形を一度に多数印刷するための刷版として広く利用することができる。

１１ アルミ板
１２ａ 銅板（第一の電極板）
１２ｃ 銅板の先端部（第一の電極板）
１３ 絶縁断熱板
１４ 第二の電極板
１５ ヘッド部
１６ 高周波電源
２０ａ、２０ｂ 熱可塑性樹脂板
１００ ベース板
１１０ アンビル

Claims (3)

1. 少なくとも一対の熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法であって、
   第一の電極板の端面を上面に向けるとともにその両側面を絶縁断熱材で挟んでアンビルを形成し、
   前記アンビルの第一の電極板の端面上に、溶着対象である一対の熱可塑性樹脂板の突合せ部分を載置し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上に第二の電極板の下表面を配置して押圧し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面で挟持した状態で、
   前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面の間に高周波電流を通電し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を高周波誘電加熱して溶着したことを特徴とする
   熱可塑性樹脂板の突合せ溶着方法。
2. 少なくとも一対の熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置であって、
   端面を上面に向けて配置された第一の電極板及び該第一の電極板の両側面を挟む絶縁断熱材を有するアンビルと、
   前記アンビルの第一の電極板の端面に向けて、下表面が上下動自在に支持された第二の電極板と、
   前記第二の電極板を上下動する昇降手段と、
   前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面の間に高周波電流を通電する高周波電流供給手段と、を有し、
   前記アンビルの第一の電極板の端面上に、溶着対象である一対の熱可塑性樹脂板の突合せ部分を載置し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上に第二の電極板の下表面を配置して前記昇降手段により押圧し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面で挟持した状態で、
   前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面の間に前記高周波電流供給手段により高周波電流を通電し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を高周波誘電加熱して溶着するように構成したことを特徴とする
   熱可塑性樹脂板の突合せ溶着装置。
3. 少なくとも一対の熱可塑性樹脂板を突合せ溶着した熱可塑性樹脂板であって、
   第一の電極板の端面を上面に向けるとともにその両側面を絶縁断熱材で挟んだアンビルを用い、
   前記アンビルの第一の電極板の端面上に、溶着対象である一対の熱可塑性樹脂板の突合せ部分を載置し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分の上に第二の電極板の下表面を配置して押圧し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面で挟持した状態で、
   前記第一の電極板の端面と前記第二の電極板の下表面の間に高周波電流を通電し、
   前記熱可塑性樹脂板の突合せ部分を高周波誘電加熱して溶着したことを特徴とする
   突合せ溶着した熱可塑性樹脂板。

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