JP7411991B2 - 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 - Google Patents
熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7411991B2 JP7411991B2 JP2020000786A JP2020000786A JP7411991B2 JP 7411991 B2 JP7411991 B2 JP 7411991B2 JP 2020000786 A JP2020000786 A JP 2020000786A JP 2020000786 A JP2020000786 A JP 2020000786A JP 7411991 B2 JP7411991 B2 JP 7411991B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoplastic resin
- molded body
- resin molded
- straight line
- infrared rays
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 title claims description 77
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 60
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 31
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 22
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 claims description 7
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 5
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N Beryllium oxide Chemical compound O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical group O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1-pentene Chemical compound CC(C)CC=C WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JHWNWJKBPDFINM-UHFFFAOYSA-N Laurolactam Chemical compound O=C1CCCCCCCCCCCN1 JHWNWJKBPDFINM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 1
- 229920000299 Nylon 12 Polymers 0.000 description 1
- 229920003189 Nylon 4,6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002182 crystalline inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000009820 dry lamination Methods 0.000 description 1
- 229920006242 ethylene acrylic acid copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010097 foam moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920000468 styrene butadiene styrene block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
本発明は、熱可塑性樹脂成形体の溶着方法に関する。
熱可塑性樹脂フィルム等の熱可塑性樹脂成形体同士の溶着方法として、超音波溶着法、高周波溶着法、赤外線溶着法等が知られている。超音波溶着法は、成形体を構成する熱可塑性樹脂が軟質樹脂、摩擦係数の小さいフッ素樹脂の場合に、超音波エネルギーが減衰しやすく、溶着が困難となる場合が多い。また、高周波溶着法は、誘電損失の少ないポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンポリエステル等の汎用樹脂や、フッ素樹脂等には適用が困難となる場合が多い。
赤外線溶着法は、赤外線を用いて溶着部分を加熱溶融して溶着する方法である。しかし、成形体の赤外線が照射される側の表面で焼け等の熱損傷が生じやすい。そこで、熱可塑性樹脂成形体同士を接触配置し、さらに赤外線を照射する側の成形体に赤外線透過性の放熱材を接触配置した状態で、赤外線を走査しながら照射して溶着する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、特許文献１のような放熱材を用いた従来の赤外線溶着法は、条件設定が難しく、また走査する赤外線の送り速度は数ｍｍ／ｓであり、生産性が劣る。また、熱可塑性樹脂成形体同士の溶着においては、省エネルギー化も重要である。
本発明は、条件設定が容易で、最表面、溶着部分の焼け等の熱損傷を抑制しつつ、高い生産性かつ省エネルギーで熱可塑性樹脂成形体同士を連続的に溶着できる熱可塑性樹脂成形体の溶着方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
［１］少なくとも２個の赤外線吸収性の熱可塑性樹脂成形体を互いに接触配置させ、さらに一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に放熱材を接触配置させ、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する方法であって、
走査する赤外線の送り速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とし、赤外線の光子密度をＰ（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ）として、事前に実施する下記の工程（ａ）～（ｄ）で求められる、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフの直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲内で、照射する赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
工程（ａ）：溶着しようとする熱可塑性樹脂成形体同士が互いに接触配置された試験体の一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に前記放熱材を接触配置し、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、条件を変えながら繰り返して、前記放熱材と接する前記熱可塑性樹脂成形体の赤外線を照射する側に焼け及び変形が生じずに前記熱可塑性樹脂成形体同士が溶着される前記送り速度ｖの最小値ｖ１及びそのときの最小光子密度Ｐ１と、前記送り速度ｖの最大値ｖ２及びそのときの最大光子密度Ｐ２とを求める。
工程（ｂ）：点Ａ（ｖ１，Ｐ１）と点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにプロットし、点Ａと点Ｂを通る直線を直線ｋとする。
工程（ｃ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が溶着されなかった点のうち、前記直線ｋよりも下側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）（ただし、ｖ３＞ｖ２である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとする。
工程（ｄ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が白化した点のうち、前記直線ｋよりも上側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）（ただし、ｖ４＜ｖ１である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとする。
［２］前記直線ｋ上において、前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体中に気泡、白化及び黒化を生じさせずに前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着できる前記送り速度ｖの最大値ｖ５を求め、前記送り速度ｖがｖ１以上ｖ５以下の範囲で照射する前記赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、［１］に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
［３］前記赤外線の送り速度がｖ５以上であるときにそれを通知する通知手段を備えた溶着装置を用いて前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する、［２］に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
［１］少なくとも２個の赤外線吸収性の熱可塑性樹脂成形体を互いに接触配置させ、さらに一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に放熱材を接触配置させ、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する方法であって、
走査する赤外線の送り速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とし、赤外線の光子密度をＰ（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ）として、事前に実施する下記の工程（ａ）～（ｄ）で求められる、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフの直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲内で、照射する赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
工程（ａ）：溶着しようとする熱可塑性樹脂成形体同士が互いに接触配置された試験体の一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に前記放熱材を接触配置し、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、条件を変えながら繰り返して、前記放熱材と接する前記熱可塑性樹脂成形体の赤外線を照射する側に焼け及び変形が生じずに前記熱可塑性樹脂成形体同士が溶着される前記送り速度ｖの最小値ｖ１及びそのときの最小光子密度Ｐ１と、前記送り速度ｖの最大値ｖ２及びそのときの最大光子密度Ｐ２とを求める。
工程（ｂ）：点Ａ（ｖ１，Ｐ１）と点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにプロットし、点Ａと点Ｂを通る直線を直線ｋとする。
工程（ｃ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が溶着されなかった点のうち、前記直線ｋよりも下側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）（ただし、ｖ３＞ｖ２である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとする。
工程（ｄ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が白化した点のうち、前記直線ｋよりも上側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）（ただし、ｖ４＜ｖ１である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとする。
［２］前記直線ｋ上において、前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体中に気泡、白化及び黒化を生じさせずに前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着できる前記送り速度ｖの最大値ｖ５を求め、前記送り速度ｖがｖ１以上ｖ５以下の範囲で照射する前記赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、［１］に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
［３］前記赤外線の送り速度がｖ５以上であるときにそれを通知する通知手段を備えた溶着装置を用いて前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する、［２］に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
本発明によれば、条件設定が容易で、最表面、溶着部分の焼け等の熱損傷を抑制しつつ、高い生産性かつ省エネルギーで熱可塑性樹脂成形体同士を連続的に溶着できる熱可塑性樹脂成形体の溶着方法を提供できる。
本発明の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法は、少なくとも２個の赤外線吸収性の熱可塑性樹脂成形体を互いに接触配置させ、さらに一方の外側の熱可塑性樹脂成形体の外表面に放熱材を接触配置させ、特定の条件で放熱材側から赤外線を走査させながら照射して熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する方法である。
以下、本発明の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法の実施形態の一例を示し、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本実施形態の溶着方法では、図１に示すように、フィルム状の赤外線吸収性の第１の熱可塑性樹脂成形体１０（以下、「第１成形体１０」と記す。）と、フィルム状の赤外線吸収性の第２の熱可塑性樹脂成形体２０（以下、「第２成形体２０」と記す。）とを、第１成形体１０の第１面１０ａと第２成形体２０の第１面２０ａとが接触するように配置する。さらに、第１成形体１０の第１面１０ａと反対側の第２面１０ｂに接触するように板状の放熱材３０を配置する。
このように第２成形体２０、第１成形体１０及び放熱材３０をこの順に積層した状態で、溶着装置１００が備える光源１１０から発生させた赤外線Ｉを、放熱材３０側から第１成形体１０の第１面１０ａの面方向に走査させながら照射する。第１成形体１０の第１面１０ａと第２成形体２０の第１面２０ａが接触している溶着部分に赤外線Ｉが吸収され、溶着部分の温度が軟化温度まで上昇して溶融することで、第１成形体１０と第２成形体２０とが溶着される。第１成形体１０の軟化温度と第２成形体２０の軟化温度が異なる場合、赤外線Ｉの吸収によって、溶着部分の温度が少なくとも低い方の軟化温度まで加熱されることで溶着が起きる。
軟化温度とは、樹脂が軟化もしくは溶融する温度であり、一般的に結晶性を有する熱可塑性樹脂の場合は融点、非晶性熱可塑性樹脂の場合はガラス転移温度である。融点及びガラス転移温度は、示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）によって測定される。
本実施形態では、赤外線Ｉを照射する側、すなわち第１成形体１０の第２面１０ｂ側に放熱材３０が配置されていることで、第１成形体１０の第２面１０ｂ側では赤外線Ｉの吸収によって発生した熱の一部が放熱材３０に吸収されて放熱される。これにより、溶着時において、第１成形体１０と第２成形体２０の溶着部分の樹脂を溶融させながら、第１成形体１０の第２面１０ｂ側の表層の過熱を抑えることができる。そのため、第１成形体１０の第２面１０ｂ側の焼け等の熱損傷が抑制される。
第１成形体１０及び第２成形体２０に対して赤外線Ｉを走査する方法は、特に限定されず、例えば、第１成形体１０及び第２成形体２０を固定した状態で、光源１１０を移動させながら赤外線Ｉを照射する方法を例示できる。また、固定した光源１１０から赤外線Ｉを照射させながら、第１成形体１０及び第２成形体２０を移動させる方法であってもよい。光源１１０と、第１成形体１０及び第２成形体２０とを互いに移動させながら赤外線Ｉを照射する方法であってもよい。
溶着時の放熱材３０は、第１成形体１０の第２面１０ｂ上で動かないように接していてもよく、放熱材３０と第１成形体１０とが摺動するようになっていてもよい。
溶着時の放熱材３０は、第１成形体１０の第２面１０ｂ上で動かないように接していてもよく、放熱材３０と第１成形体１０とが摺動するようになっていてもよい。
積層された放熱材３０、第１成形体１０及び第２成形体２０を保持する機構としては、特に限定されず、例えば、ネジ式クランプ、バネ、油圧、空気圧等を利用した機械的クランプ機構を例示できる。
以下、第１成形体１０及び第２成形体２０に照射する赤外線Ｉの送り速度と光子密度の制御方法について説明する。
第１成形体１０の第２面１０ｂの面方向に走査する赤外線Ｉの送り速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とし、赤外線Ｉの光子密度をＰ（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ）として、下記の工程（ａ）～（ｄ）を事前に実施する。
第１成形体１０の第２面１０ｂの面方向に走査する赤外線Ｉの送り速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とし、赤外線Ｉの光子密度をＰ（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ）として、下記の工程（ａ）～（ｄ）を事前に実施する。
（工程（ａ））
溶着しようとする第１成形体１０及び第２成形体２０（熱可塑性樹脂成形体同士）が互いに接触配置された試験体の第１成形体１０の第２面１０ｂ（外表面）に放熱材３０を接触配置し、放熱材３０側から赤外線Ｉを面方向に走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、条件を変えながら繰り返す。そして、放熱材３０と接する第１成形体１０の赤外線Ｉを照射する側、すなわち第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形が生じずに、第１成形体１０及び第２成形体２０が溶着される送り速度ｖの最小値ｖ１及びそのときの最小光子密度Ｐ１と、送り速度ｖの最大値ｖ２及びそのときの最大光子密度Ｐ２とを求める。
溶着しようとする第１成形体１０及び第２成形体２０（熱可塑性樹脂成形体同士）が互いに接触配置された試験体の第１成形体１０の第２面１０ｂ（外表面）に放熱材３０を接触配置し、放熱材３０側から赤外線Ｉを面方向に走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、条件を変えながら繰り返す。そして、放熱材３０と接する第１成形体１０の赤外線Ｉを照射する側、すなわち第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形が生じずに、第１成形体１０及び第２成形体２０が溶着される送り速度ｖの最小値ｖ１及びそのときの最小光子密度Ｐ１と、送り速度ｖの最大値ｖ２及びそのときの最大光子密度Ｐ２とを求める。
ここで、「熱可塑性樹脂成形体の赤外線を照射する側（第１成形体１０の第２面１０ｂ側）に焼け及び変形を生じさせない」とは、第１成形体１０の第２面１０ｂ（最表面）の外観及び形状がいずれも溶着前から変化していないことを意味する。
「熱可塑性樹脂成形体同士（第１成形体１０と第２成形体２０）を溶着できる」とは、溶着後の熱可塑性樹脂成形体同士の溶着強度が、第１成形体１０及び第２成形体２０の各単体での引張強度と同等（Ｎ／１６ｍｍ）以上であることを意味する。但し、溶着されたものの使用目的に応じて、第１成形体１０及び第２成形体２０の単体の引張強度以下でも使用可能な場合がある。
なお、熱可塑性樹脂成形体同士の溶着後に幅１６ｍｍの試験片を切り出し、引張試験機を用い、チャック間距離３０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分、引張方向９０°の条件で試験片の溶着部分を支点に引っ張ったときの破断に至るまでの最大荷重を溶着強度とするピーリング方法を採用する。
なお、熱可塑性樹脂成形体同士の溶着後に幅１６ｍｍの試験片を切り出し、引張試験機を用い、チャック間距離３０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分、引張方向９０°の条件で試験片の溶着部分を支点に引っ張ったときの破断に至るまでの最大荷重を溶着強度とするピーリング方法を採用する。
本実施形態では、まず以下の試験を予め行う。
第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる範囲における、赤外線Ｉの送り速度ｖの最小値ｖ１と、送り速度ｖ１のときの最小光子密度Ｐ１とを求める。例えば、赤外線Ｉの送り速度ｖを固定して光子密度Ｐを４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ間隔で変動させて溶着する試験を行い、焼け及び変形の確認及び溶着強度の測定の結果から、第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる最小の光子密度Ｐを求める。これを１０ｍｍ／ｓ間隔で送り速度ｖを変化させて繰り返し、最表面の焼け及び変形を生じさせずに成形体同士を溶着できる赤外線Ｉの送り速度ｖの最小値ｖ１と最小光子密度Ｐ１を求める。
ｖ１及びＰ１を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０２２～２．４１２×１０２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓとすることができる。また、送り速度ｖの変動間隔は、１０ｍｍ／ｓには限定されず、例えば、１～３５６ｍｍ／ｓとすることができる。
第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる範囲における、赤外線Ｉの送り速度ｖの最小値ｖ１と、送り速度ｖ１のときの最小光子密度Ｐ１とを求める。例えば、赤外線Ｉの送り速度ｖを固定して光子密度Ｐを４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ間隔で変動させて溶着する試験を行い、焼け及び変形の確認及び溶着強度の測定の結果から、第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる最小の光子密度Ｐを求める。これを１０ｍｍ／ｓ間隔で送り速度ｖを変化させて繰り返し、最表面の焼け及び変形を生じさせずに成形体同士を溶着できる赤外線Ｉの送り速度ｖの最小値ｖ１と最小光子密度Ｐ１を求める。
ｖ１及びＰ１を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０２２～２．４１２×１０２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓとすることができる。また、送り速度ｖの変動間隔は、１０ｍｍ／ｓには限定されず、例えば、１～３５６ｍｍ／ｓとすることができる。
また、第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる範囲における、赤外線Ｉの送り速度ｖの最大値ｖ２と、送り速度ｖ２のときの最大光子密度Ｐ２とを測定する。例えば、赤外線Ｉの送り速度ｖを固定して光子密度Ｐを４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ間隔で変動させて溶着する試験を行い、焼け及び変形の確認及び溶着強度の測定の結果から、第１成形体１０の第２面１０ｂ側に焼け及び変形を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０を溶着できる最大の光子密度Ｐを求める。これを１０ｍｍ／ｓ間隔で送り速度ｖを変化させて繰り返し、最表面に焼け及び変形を生じさせずに成形体同士を溶着できる赤外線Ｉの送り速度ｖの最大値ｖ２と最大光子密度Ｐ２を求める。
ｖ２及びＰ２を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０２２～２．４１２×１０２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓとすることができる。また、送り速度ｖの変動間隔は、１０ｍｍ／ｓには限定されず、例えば、１～３５６ｍｍ／ｓとすることができる。
ｖ２及びＰ２を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０２２～２．４１２×１０２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓとすることができる。また、送り速度ｖの変動間隔は、１０ｍｍ／ｓには限定されず、例えば、１～３５６ｍｍ／ｓとすることができる。
工程（ａ）においては、以下に説明する赤外線吸収による温度上昇の予測を利用して条件を選択することで、送り速度の最小値ｖ１及び最小光子密度Ｐ１と、送り速度の最大値ｖ２及び最大光子密度Ｐ２を効率的に求めることができる。
赤外線の照射による熱可塑性樹脂成形体の温度上昇は、吸収される赤外線の量に比例する。赤外線の吸収量は、入射した赤外線の強度、及び熱可塑性樹脂成形体を構成する物質の吸光係数と相関があり、ランベルト・ベールの法則に従う。赤外線の吸収量は、赤外線が入射する表面で最も多く、内部にいくに従って少なくなる。
赤外線の照射による熱可塑性樹脂成形体の温度上昇は、吸収される赤外線の量に比例する。赤外線の吸収量は、入射した赤外線の強度、及び熱可塑性樹脂成形体を構成する物質の吸光係数と相関があり、ランベルト・ベールの法則に従う。赤外線の吸収量は、赤外線が入射する表面で最も多く、内部にいくに従って少なくなる。
赤外線を照射したときの成形体内部の温度の上昇速度は、下記式（１）及び下記式（２）から近似的に計算できる。
ただし、前記式中、Ｔは成形体の赤外線が照射される表面から距離ｘの部分の温度であり、ｔは赤外線の照射時間であり、ｘは成形体の赤外線が照射される表面からの距離であり、ｋは成形体の熱伝導度であり、ρは成形体の密度であり、ｃは成形体の比熱であり、ｌ０は照射される赤外線の強度であり、βは成形体の吸収係数である。
（工程（ｂ））
図２に示すように、点Ａ（ｖ１，Ｐ１）と点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）とを、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにプロットする。そして、これら点Ａと点Ｂの２点を通る直線を直線ｋとする。
図２に示すように、点Ａ（ｖ１，Ｐ１）と点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）とを、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにプロットする。そして、これら点Ａと点Ｂの２点を通る直線を直線ｋとする。
（工程（ｃ））
図２のグラフにおいて、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０が溶着されなかった点のうち、直線ｋよりも下側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）（ただし、ｖ３＞ｖ２である。）まで直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとする。
図２のグラフにおいて、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０が溶着されなかった点のうち、直線ｋよりも下側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）（ただし、ｖ３＞ｖ２である。）まで直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとする。
（工程（ｄ））
図２のグラフにおいて、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０の少なくとも一部が白化した点のうち、直線ｋよりも上側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）（ただし、ｖ４＜ｖ１である。）まで直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとする。
図２のグラフにおいて、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０の少なくとも一部が白化した点のうち、直線ｋよりも上側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）（ただし、ｖ４＜ｖ１である。）まで直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとする。
本実施形態では、第１成形体１０と第２成形体２０とを溶着する際、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフの直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲内で、照射する赤外線Ｉの送り速度と光子密度を制御する。これにより、条件設定が容易になり、表面の焼け等の熱損傷を抑制しつつ、高い生産性かつ省エネルギーで第１成形体１０と第２成形体２０とを連続的に溶着することができる。
本実施形態では、直線ｋ上における、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０中に気泡、白化及び黒化が生じない範囲で照射する赤外線Ｉの送り速度及び光子密度を制御することが好ましい。
具体的には、直線ｋ上において、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０中に気泡、白化及び黒化を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０とを溶着できる送り速度ｖの最大値ｖ５を求める。
なお、「熱可塑性樹脂成形体中に気泡が生じない」とは、５倍の拡大鏡では確認できず、２００倍顕微鏡によって確認したときに、１ｃｍ３中における直径５０μｍ以上の気泡が１個以下であることを意味する。気泡の直径は、拡大画像における気泡に外接する外接円の直径を意味する。
なお、「熱可塑性樹脂成形体中に気泡が生じない」とは、５倍の拡大鏡では確認できず、２００倍顕微鏡によって確認したときに、１ｃｍ３中における直径５０μｍ以上の気泡が１個以下であることを意味する。気泡の直径は、拡大画像における気泡に外接する外接円の直径を意味する。
図３に示すように、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフの直線ｋ上に点Ｅ（ｖ５，Ｐ５）をプロットする。そして、図３のグラフの直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲のうち、点Ｅの点Ｂ側（ｖ≧ｖ５）の範囲で、第１成形体１０及び第２成形体２０に照射する赤外線Ｉの送り速度及び光子密度を制御することが好ましい。
また、この場合、光源１１０から照射される赤外線Ｉの送り速度がｖ３以上であるときに、それが通知される通知手段１２０を備えた溶着装置１００を用いて第１成形体１０と第２成形体２０を溶着することが好ましい。これにより、気泡がない高品質な溶着物が得られやすくなる。
通知手段１２０としては、赤外線Ｉの送り速度がｖ５以上であることを通知できるものであればよく、例えば、ブザー、パトランプ等を例示できる。
本発明においては、特に優れた生産性で溶着物を連続的に製造できる点では、照射する赤外線Ｉの送り速度は、３００ｍｍ／ｓ以上とすることが好ましい。
光源１１０は、第１成形体１０及び第２成形体２０に用いる熱可塑性樹脂の種類、溶着温度、放熱材３０の種類を考慮して適宜選択できる。
光源１１０としては、第１成形体１０と第２成形体２０の溶着部分を溶融温度まで加熱し得る波長の赤外線を充分な出力で発生させることができるものを選択すればよく、例えば、波長０．７μｍ以上１，０００μｍ以下の赤外線を発生する光源を採用できる。
光源１１０としては、第１成形体１０と第２成形体２０の溶着部分を溶融温度まで加熱し得る波長の赤外線を充分な出力で発生させることができるものを選択すればよく、例えば、波長０．７μｍ以上１，０００μｍ以下の赤外線を発生する光源を採用できる。
光源１１０としては、例えば、赤外線レーザーを用いる。
赤外線レーザーとしては、波長０．７μｍ以上の赤外線を発生する固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、ファイバーレーザー、色素レーザーを例示できる。
赤外線レーザーとしては、波長０．７μｍ以上の赤外線を発生する固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、ファイバーレーザー、色素レーザーを例示できる。
固体レーザーとしては、光源波長が０．９４μｍ以上１．４μｍ以下の範囲にある、ＮｄがドープされたＹＡＧレーザー（以下、「Ｎｄ：ＹＡＧレーザー」と記す。）を例示できる。半導体レーザーとしては、光源波長が０．８μｍ以上０．９６μｍ以下の範囲にあるＡｌＧａＡｓレーザーを例示できる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー及び半導体レーザーはともに平均出力が高出力タイプのものが存在するため、広範囲の赤外線吸収性の熱可塑性樹脂成形体の溶着に適用できる。
Ｈｏ、Ｅｒ、又はＴｍ（ツリウム）をドープした光源波長が１．９μｍ以上２．９４μｍ以下のファイバーレーザー（以下、「Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ：ファイバーレーザー」と記す。）や、気体レーザーである光源波長が９．１μｍ以上１０．９μｍ以下、好ましくは９．３μｍ以上１０．６μｍ以下の炭酸ガスレーザー（ＣＯ２レーザー）は、ポリカーボネート、ポリスチレン類、アクリル樹脂等の極めて可視光透過性の高い樹脂に対しても加熱作用を持つため、好ましく利用される。特に、ＣＯ２レーザーは全ての熱可塑性樹脂に対して強い加熱作用を持つうえ、発振器の平均出力が数Ｗから数十ｋＷに及ぶ高出力化が可能であるため、赤外線光源として好適である。
光源１１０から発生した赤外線Ｉの伝送及び照射には、光学ミラー、ファイバー、レンズ、マスク等を用いてもよい。
第１成形体１０及び第２成形体２０を構成する熱可塑性樹脂は、赤外線吸収性を有していれば特に制限はない。具体的には、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ－４－メチル－１－ペンテン、エチレン－環状オレフィン共重合体等）、ポリエステル（エチレン－酢酸ビニル共重合体及びそのけん化物、エチレン－アクリル酸共重合体、エチレンポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド（ナイロン９Ｔ、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１２、ＭＸＤナイロン等）、アクリル系重合体（ポリメチルメタアクリレート、ポリアクリル酸等）、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、含ハロゲン重合体（塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンやポリフロロエチレン等）、合成ゴム（ポリブタジエン、ポリイソプレン等）及びその水素添加物、熱可塑性エラストマー（スチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合体等）及びその水素添加物、液晶ポリマー、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトンを例示できる。
第１成形体１０及び第２成形体２０を構成する熱可塑性樹脂は、１種でもよく、２種以上でもよい。第１成形体１０及び第２成形体２０を構成する熱可塑性樹脂は、同じ種類の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。
第１成形体１０及び第２成形体２０は赤外線吸収性を有するが、溶着面に有効量の赤外線が届く必要があるため、ある程度の赤外線透過性が必要である。
第１成形体１０及び第２成形体２０は赤外線吸収性を有するが、溶着面に有効量の赤外線が届く必要があるため、ある程度の赤外線透過性が必要である。
第１成形体１０及び第２成形体２０に赤外線吸収体を均一に含有させることで、赤外線の吸光係数を調節できる。第１成形体１０及び第２成形体２０のいずれか一方又は両方が赤外線吸収体を含有する場合には、赤外線吸収体が赤外線を吸収して発熱する溶着条件を選択することが好ましい。
透明性、衛生性、強度の点では、第１成形体１０及び第２成形体２０は赤外線吸収体を含有しないことが好ましい。
透明性、衛生性、強度の点では、第１成形体１０及び第２成形体２０は赤外線吸収体を含有しないことが好ましい。
第１成形体１０及び第２成形体２０のいずれか一方又は両方には、外観や意匠の改善等を目的で、成形体の一部又は全部に色素や顔料を含有させてもよい。成形体中の色素及び顔料の合計含有量は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、２質量％以下がさらに好ましい。
この例の第１成形体１０及び第２成形体２０は、フィルム状である。第１成形体１０及び第２成形体２０は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。なお、第１成形体１０及び第２成形体２０の形状は、この例の形状には限定されず、例えば、シート状、筒状、チューブ状、部分球等の複雑な形状であってもよい。
第１成形体１０及び第２成形体２０の厚さ、特に限定されない。溶着効率や生産性の点では、第１成形体１０の赤外線照射部分の厚さは、例えば、１μｍ以上１０ｍｍ以下とすることができ、１０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。
第１成形体１０及び第２成形体２０を製造するための成形方法は、特に限定されず、例えば、射出成形法、ブロー成形法、チューブ成形法、異形押出成形法、発泡成形法、圧縮成形法、カレンダー成形法、押出成形法、キャスト成形法を例示できる。
第１成形体１０及び第２成形体２０が多層構造である場合は、例えば、押出ラミネート、ドライラミネート等を採用できる。
第１成形体１０及び第２成形体２０が多層構造である場合は、例えば、押出ラミネート、ドライラミネート等を採用できる。
放熱材３０としては、赤外線透過性の固体材料が好ましい。放熱材３０は、赤外線吸収によって発生した熱の一部を効率よく吸収するヒートシンク作用によって、第１成形体１０の第２面１０ｂ側の表層の過熱を抑えて熱損傷を抑制する役割を果たす。
固体状の放熱材３０は、赤外線照射中、溶融や、熱衝撃による割れなどの破損が生じにくく、繰り返し使用しても容易に除熱可能な蓄熱性が低い性質を有していることが好ましい。そのため、放熱材３０は、照射する赤外線に対して高い透過性をもち、さらに高い熱伝導性、機械的強度及び耐熱性を備えていることが好ましい。
放熱材３０の熱伝導度は、１Ｗ／ｍ・℃以上が好ましく、１０Ｗ／ｍ・℃以上がより好ましい。
放熱材３０の厚さは、１０μｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１００μｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましい。
放熱材３０の厚さは、１０μｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１００μｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましい。
放熱材３０の材料としては、使用する光源に応じて赤外線を透過する材料を選択すればよい。例えば、半導体レーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｈｏ、Ｅｒ、又はＴｍ：ファイバーレーザーの場合、アルミナ（熱伝導度：３６Ｗ／ｍ・℃）、ベリリア（熱伝導度：２７０Ｗ／ｍ・℃）、マグネシア（熱伝導度：４８Ｗ／ｍ・℃）、石英（熱伝導度：１～１０Ｗ／ｍ・℃）、ダイヤモンド（熱伝導度：２０００Ｗ／ｍ・℃）を例示できる。熱伝導性に優れ、より効率的な除熱が可能な点では、アルミナ、ベリリア、マグネシア、ダイヤモンドが好ましい。
光源が炭酸ガスレーザーの場合、放熱材３０の材料としては、セレン化亜鉛（熱伝導度：１９Ｗ／ｍ・℃）、硫化亜鉛（熱伝導度：２７Ｗ／ｍ・℃）、シリコン（熱伝導度：１５０Ｗ／ｍ・℃）、砒素化ガリウム（熱伝導度：５４Ｗ／ｍ・℃）、ダイヤモンド（熱伝導度：２０００Ｗ／ｍ・℃）を例示できる。
放熱材３０の材料としては、使用する赤外線を透過させる性質、好ましくはさらに熱伝導性、機械的強度及び耐熱性を備えていれば、前記した材料に限らず、その他の赤外結晶材料、又は赤外ガラス材料を用いてもよい。「赤外結晶材料」とは、赤外線を透過する結晶性無機材料を意味する。「赤外ガラス材料」とは、赤外線を透過する非晶性無機材料を意味する。
赤外結晶材料としては、セレン亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）およびマグネシア（ＭｇＯ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）を例示できる。
赤外ガラス材料としては、石英を主成分とする石英系ガラス材料、ゲルマニアを主成分とするゲルマネート系ガラス材料、アルミナを主成分とするアルミネート系ガラス材料の酸化物系ガラス材料の他に、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料を例示できる。
赤外ガラス材料としては、石英を主成分とする石英系ガラス材料、ゲルマニアを主成分とするゲルマネート系ガラス材料、アルミナを主成分とするアルミネート系ガラス材料の酸化物系ガラス材料の他に、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料を例示できる。
本発明の溶着方法を用いて製造する溶着物の形態としては、特に限定されず、例えば、袋、箱、チューブ、筒を例示できる。溶着物の具体例としては、例えば、２枚の熱可塑性樹脂フィルムの周縁部同士を溶着した袋状の容器を例示できる。このような袋状の容器は、例えば、輸液バッグ等に適用できる。
以上説明したように、本実施形態においては、事前に工程（ａ）～（ｄ）を実施して求めた送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにおける直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲内で、第１成形体１０と第２成形体２０の溶着時に照射する赤外線Ｉの送り速度及び光子密度を制御する。これにより、条件設定が容易になり、最表面の焼け及び変形等の熱損傷を抑制しつつ、高い生産性かつ省エネルギーで第１成形体１０と第２成形体２０とを連続的に溶着することができる。
なお、本発明の技術的範囲は前記した実施形態例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明において、溶着する熱可塑性樹脂成形体は、前記した実施形態のような２個には限定されず、３個以上の熱可塑性樹脂成形体を溶着させることもできる。
例えば、本発明において、溶着する熱可塑性樹脂成形体は、前記した実施形態のような２個には限定されず、３個以上の熱可塑性樹脂成形体を溶着させることもできる。
例えば第２成形体２０の第１面２０ａと反対側の第２面２０ｂの保護等を目的として、第２成形体２０の第１成形体１０の反対側に支持体を接触配置してもよい。
支持体の形態は、第２成形体２０の形状に合わせて適宜選択すればよい。支持体の材質としては、特に限定されず、例えば、スチール、アルミニウム合金、銅合金等の金属、シリコンゴム、及びそれらの組み合わせを例示できる。
支持体の形態は、第２成形体２０の形状に合わせて適宜選択すればよい。支持体の材質としては、特に限定されず、例えば、スチール、アルミニウム合金、銅合金等の金属、シリコンゴム、及びそれらの組み合わせを例示できる。
本発明の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法は、図４に示すように、円筒状の赤外線吸収性の第１の熱可塑性樹脂成形体４０（以下、「第１成形体４０」と記す。）と、円筒状の赤外線吸収性の第２の熱可塑性樹脂成形体５０（以下、「第２成形体５０」と記す。）とを溶着する方法であってもよい。この場合、固定した光源１１０から第１成形体４０及び第２成形体５０に向けて赤外線Ｉを照射し、第１成形体４０及び第２成形体５０を回転させることで赤外線Ｉを走査させる態様が好ましい。
本発明では、放熱材として、液体を用いてもよい。液体状の放熱材としては、放熱性、コストの面から、水が好ましい。この場合の熱可塑性樹脂成形体は、吸水性の低い熱可塑性樹脂を用いた成形体が好ましい。
本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［溶着強度の評価］
溶着物から幅１６ｍｍの試験片を切り出し、引張試験機を用いて、チャック間距離３０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分、引張方向９０°のピーリング条件で、溶着部分を支点に試験片を引っ張り、破断に至るまでの最大荷重を溶着強度とした。
溶着物から幅１６ｍｍの試験片を切り出し、引張試験機を用いて、チャック間距離３０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分、引張方向９０°のピーリング条件で、溶着部分を支点に試験片を引っ張り、破断に至るまでの最大荷重を溶着強度とした。
［焼け、変形の評価］
溶着物の赤外線を照射した側の最表面の外観を目視で確認して焼けの有無を判断し、また当該最表面を指で触れて変形の有無を判断した。
溶着物の赤外線を照射した側の最表面の外観を目視で確認して焼けの有無を判断し、また当該最表面を指で触れて変形の有無を判断した。
［気泡、白化、黒化の評価］
溶着物を５倍拡大鏡で見たときに気泡が確認できず、かつ２００倍顕微鏡で１ｃｍ３中における直径５０μｍの気泡の数が１個以下の場合を気泡が生じていないと判断した。
また、溶着物を目視で確認し、白化及び黒化の有無を判断した。
溶着物を５倍拡大鏡で見たときに気泡が確認できず、かつ２００倍顕微鏡で１ｃｍ３中における直径５０μｍの気泡の数が１個以下の場合を気泡が生じていないと判断した。
また、溶着物を目視で確認し、白化及び黒化の有無を判断した。
［実施例１］
図１に例示した態様で、放熱材３０を用いた第１成形体１０と第２成形体２０との溶着における点Ａ（ｖ１，Ｐ１）及び点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を求めた。
第１成形体１０として、ナイロン製の樹脂フィルム（クラレ社製、厚さ５０μｍ）を用意した。第２成形体２０として、ナイロン製の樹脂フィルム（クラレ社製、厚さ５００μｍ）を用意した。放熱材３０として、Ｇｅ板（厚さ４ｍｍ）を用意した。光源１１０としては、ＣＯ２レーザーを用いた。
第１成形体１０及び第２成形体２０が互いに接触配置された試験体の第１成形体１０の第２面１０ｂに放熱材３０を接触配置した。放熱材３０側から赤外線Ｉを走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、光子密度Ｐの変動間隔を４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ、送り速度ｖの変動間隔を１０ｍｍ／ｓとして条件を変えながら繰り返し、点Ａ（ｖ１，Ｐ１）及び点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を求めた。ｖ１は８７．４ｍｍ／ｓ、Ｐ１は２．１９×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ、最大値ｖ２は１５４．２ｍｍ／ｓ、Ｐ２は５．３１×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓであった。
図１に例示した態様で、放熱材３０を用いた第１成形体１０と第２成形体２０との溶着における点Ａ（ｖ１，Ｐ１）及び点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を求めた。
第１成形体１０として、ナイロン製の樹脂フィルム（クラレ社製、厚さ５０μｍ）を用意した。第２成形体２０として、ナイロン製の樹脂フィルム（クラレ社製、厚さ５００μｍ）を用意した。放熱材３０として、Ｇｅ板（厚さ４ｍｍ）を用意した。光源１１０としては、ＣＯ２レーザーを用いた。
第１成形体１０及び第２成形体２０が互いに接触配置された試験体の第１成形体１０の第２面１０ｂに放熱材３０を接触配置した。放熱材３０側から赤外線Ｉを走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を、光子密度Ｐの変動間隔を４．８２３×１０２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ、送り速度ｖの変動間隔を１０ｍｍ／ｓとして条件を変えながら繰り返し、点Ａ（ｖ１，Ｐ１）及び点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を求めた。ｖ１は８７．４ｍｍ／ｓ、Ｐ１は２．１９×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ、最大値ｖ２は１５４．２ｍｍ／ｓ、Ｐ２は５．３１×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓであった。
送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフに点Ａ及び点Ｂをプロットし、それらを通る直線を直線ｋとした。グラフにおいて、試験で第１成形体１０と第２成形体２０が溶着されなかった点のうち、直線ｋよりも下側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点を点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）とし、直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとした。ｖ３は１６８．０ｍｍ／ｓ、Ｐ３は５．３１×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓであった。また、前記試験で第１成形体１０及び第２成形体２０の少なくとも一部が白化した点のうち、直線ｋよりも上側で、かつ直線ｋに最も距離が近い点を点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）とし、直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとした。ｖ４は４６．８ｍｍ／ｓ、Ｐ４は１．３３×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓであった。
次いで、直線ｋ上において、第１成形体１０及び第２成形体２０中に気泡、白化及び黒化を生じさせずに第１成形体１０と第２成形体２０とを溶着できる送り速度ｖの最大値ｖ５を求めた。ｖ５は１３６．９ｍｍ／ｓ、Ｐ５は４．３７×１０２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓであった。
１０，４０…赤外線吸収性の第１の熱可塑性樹脂成形体、２０，５０…赤外線吸収性の第２の熱可塑性樹脂成形体、３０…放熱材、１００…溶着装置、１１０…光源、１２０…通知手段。
Claims (3)
- 少なくとも２個の赤外線吸収性の熱可塑性樹脂成形体を互いに接触配置させ、さらに一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に放熱材を接触配置させ、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する方法であって、
走査する赤外線の送り速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とし、赤外線の光子密度をＰ（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ２・ｓ）として、事前に実施する下記の工程（ａ）～（ｄ）で求められる、送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフの直線ｐよりも上側、かつ直線ｑよりも下側の範囲内で、照射する赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
工程（ａ）：溶着しようとする熱可塑性樹脂成形体同士が互いに接触配置された試験体の一方の外側の前記熱可塑性樹脂成形体の外表面に前記放熱材を接触配置し、前記放熱材側から赤外線を走査させながら照射して溶着状態を確認する試験を行う。前記試験において、赤外線の送り速度ｖを固定し、光子密度Ｐを変動させて溶着を行い、前記放熱材と接する前記熱可塑性樹脂成形体の赤外線を照射する側に焼け及び変形が生じずに前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着できる最小の光子密度Ｐを求めることを、送り速度ｖの条件を変えて繰り返すことにより、前記送り速度ｖの最小値ｖ１及びそのときの最小光子密度Ｐ１ を求める。また、前記試験において、赤外線の送り速度ｖを固定し、光子密度Ｐを変動させて溶着を行い、前記放熱材と接する前記熱可塑性樹脂成形体の赤外線を照射する側に焼け及び変形が生じずに前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着できる最大の光子密度を求めることを、送り速度ｖの条件を変えて繰り返すことにより、前記送り速度ｖの最大値ｖ２及びそのときの最大光子密度Ｐ ２ を求める。
工程（ｂ）：点Ａ（ｖ１，Ｐ１）と点Ｂ（ｖ２，Ｐ２）を送り速度ｖと光子密度Ｐとの関係を示すグラフにプロットし、点Ａと点Ｂを通る直線を直線ｋとする。
工程（ｃ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が溶着されなかった点のうち、前記直線ｋよりも下側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｃ（ｖ３，Ｐ３）（ただし、ｖ３＞ｖ２である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとする。
工程（ｄ）：前記グラフにおける前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体が白化した点のうち、前記直線ｋよりも上側で、かつ前記直線ｋに最も距離が近い点Ｄ（ｖ４，Ｐ４）（ただし、ｖ４＜ｖ１である。）まで前記直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとする。 - 前記直線ｋ上において、前記試験で前記熱可塑性樹脂成形体中に気泡、白化及び黒化を生じさせずに前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着できる前記送り速度ｖの最大値ｖ５を求め、前記送り速度ｖがｖ１以上ｖ５以下の範囲で照射する前記赤外線の送り速度及び光子密度を制御する、請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
- 前記赤外線の送り速度がｖ５以上であるときにそれを通知する通知手段を備えた溶着装置を用いて前記熱可塑性樹脂成形体同士を溶着する、請求項２に記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020000786A JP7411991B2 (ja) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020000786A JP7411991B2 (ja) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021109319A JP2021109319A (ja) | 2021-08-02 |
| JP7411991B2 true JP7411991B2 (ja) | 2024-01-12 |
Family
ID=77058753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020000786A Active JP7411991B2 (ja) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7411991B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009101560A (ja) | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Campus Create Co Ltd | 熱可塑性樹脂部材の溶着方法 |
| JP2011240626A (ja) | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Polyplastics Co | 溶着条件の決定方法 |
| JP2014024069A (ja) | 2012-07-24 | 2014-02-06 | Suzuki Motor Corp | レーザ溶接におけるビード検査方法 |
| JP2015521249A (ja) | 2012-05-11 | 2015-07-27 | シーメンス エナジー インコーポレイテッド | 指向性凝固合金の補修 |
-
2020
- 2020-01-07 JP JP2020000786A patent/JP7411991B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009101560A (ja) | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Campus Create Co Ltd | 熱可塑性樹脂部材の溶着方法 |
| JP2011240626A (ja) | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Polyplastics Co | 溶着条件の決定方法 |
| JP2015521249A (ja) | 2012-05-11 | 2015-07-27 | シーメンス エナジー インコーポレイテッド | 指向性凝固合金の補修 |
| JP2014024069A (ja) | 2012-07-24 | 2014-02-06 | Suzuki Motor Corp | レーザ溶接におけるビード検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021109319A (ja) | 2021-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4279674B2 (ja) | 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 | |
| US3790744A (en) | Method of forming a line of weakness in a multilayer laminate | |
| US3626143A (en) | Scoring of materials with laser energy | |
| US20100307676A1 (en) | Method and apparatus for laser welding thermoplastic resin members | |
| JP2011530436A (ja) | ポリマー材料に表面下マークを提供する方法 | |
| JP2011530436A5 (ja) | ||
| JP7411991B2 (ja) | 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法 | |
| TWI549164B (zh) | 雷射回火方法及裝置 | |
| US20140138023A1 (en) | Method and device for welding thermoplastic resin articles | |
| JP2003181931A (ja) | 熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法 | |
| JP2006315313A (ja) | 転写・接合方法および装置 | |
| JP4696736B2 (ja) | 光加熱装置 | |
| JP2005246704A (ja) | 樹脂材料の赤外線加工方法 | |
| JP5912687B2 (ja) | 熱可塑性樹脂チューブの溶着装置及び溶着方法 | |
| US20220324180A1 (en) | Resin member machining method, resin member machining apparatus, and resin component manufacturing method | |
| JP6776539B2 (ja) | ヒートシール方法 | |
| Grigorev | Laser processing of transparent semiconductor materials | |
| US9920174B2 (en) | Thermoplastic resin shaped-article, method of manufacturing the same, thermoplastic resin light guide, light source device, and liquid crystal display device | |
| JP2009101560A (ja) | 熱可塑性樹脂部材の溶着方法 | |
| JP5641307B2 (ja) | 凹凸模様を有する真空成形体の製造方法及び樹脂容器 | |
| JP2010099860A (ja) | 樹脂成形装置及び樹脂成形方法 | |
| Kurosaki et al. | A fiber laser welding of plastics assisted by transparent solid heat sink to prevent the surface thermal damages | |
| JPH03259932A (ja) | 高分子成形品のエッチング加工方法 | |
| JP2006315312A (ja) | 接合方法および装置 | |
| Kurosaki et al. | Study of controllability of melt depth in infrared laser penetration welding of thermoplastics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20200218 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20200218 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221024 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230822 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230905 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20231102 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231219 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7411991 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |