JPH02212124A - 耐圧プラスチック容器の接合部溶着法 - Google Patents

耐圧プラスチック容器の接合部溶着法

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JPH02212124A
JPH02212124A JP1032731A JP3273189A JPH02212124A JP H02212124 A JPH02212124 A JP H02212124A JP 1032731 A JP1032731 A JP 1032731A JP 3273189 A JP3273189 A JP 3273189A JP H02212124 A JPH02212124 A JP H02212124A
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ultrasonic
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矢崎　仁一
Iwao Yazawa
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Toyo Aerosol Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐圧プラスチック容器の接合部溶着法に関す
るもので、より詳細には、耐圧性、密封性及び外観特性
に優れた溶着接合部を形成させる方法に関する。
（従来の技術） 各種樹脂成形品に対する超音波接合は、本日では既に確
立した技術であり、例えばプラスチック容器の分野にお
いても、蓋と容器本体との接合や、容器胴部と底部との
接合等に広く使用されている（例えば特開昭４９−１７
８６１号公報）。
一方、プラスチックをエアゾール容器のような耐圧容器
の製造に用いることも古くから知られており、例えば特
開昭４６−２４８４号公報には、ポリエステル等のプラ
スチックをその融点以下の熱弾性温度範囲内で成形する
ことにより、噴射剤に対し不透過性で耐圧性に優れた容
器を製造することが記載されている。
（発明が解決しようとする問題点） 蓋、底、或いは容器胴のような複数の部品を超音波接合
して成る容器は、通常の用途に対しては満足すべき結果
を与えるとしても、エアゾール容器のような対圧容器の
用途に対しては、未だ耐圧性の点で満足し得るものでは
なかった。
当然のことながら、接合部を溶着して成る容器では構造
的に最も弱い部分は接合部であり、この接合部に高圧に
基づく剥離力乃至剪断力が作用することから、その接着
力は樹脂自体の凝集力乃至はその近（迄高められている
ことが望ましい。第二の問題点は、接合部のクリープの
影響である。
熱可塑性樹脂は、程度の差はあれ、クリープを生じる傾
向があり、高圧の容器内容物の影響により、また容器が
自動車室内に放置された場合のように高温に賦されるこ
とから接合部がクリープにより破壊する傾向が大きい。
第三の問題点は、樹脂の結晶化の問題である。熱可塑性
樹脂は、そのガラス転移点（Ｔｇ）から融点直下の温度
範囲で結晶化する傾向があり、熱融着界面近傍の樹脂が
結晶化すると、融着部の構造が脆くなる傾向が認められ
る。
従って、本発明の目的は、超音波接合により形成される
溶着接合部が、高圧力或いは圧力と熱とが同時に作用す
る条件にも耐え得る耐圧プラスチック容器の接合部溶着
法を提供するにある。
本発明の他の目的は、耐圧性、密封性及び外観特性に優
れた溶着接合部を形成し得る耐圧プラスチック容器を製
造し得る方法を提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、全体当り５乃至３０重量％の耐熱性補
強繊維を含有する熱可塑性樹脂から成る複数の容器用部
品を、対向圧接部とその両側の溶融樹脂逃げ部とから成
る接合部形状を有するように形成し、前記両部品を超音
波照射下に圧接して、強固で密封された溶着接合部を形
成させることを特徴とする耐圧プラスチック容器の接合
部溶着法が提供される。
本発明においては、超音波照射下の圧接を、溶融樹脂逃
げ部の一部にのみ溶融樹脂が充填されるように行うこと
が望ましい。
（作　用） 本発明では、超音波接合に使用する複数の容器用部品を
、全体当り５乃至４０重量％、特に１０乃至２５重量％
の耐熱性補強繊維を配給した熱可塑性樹脂で形成させる
ことが第一の特徴である。
上記樹脂中に配合された耐熱性補強ｍ維は、接合部界面
での摩擦発熱を有効に行う補助作用を有すると共に、該
繊維が接合部界面に橋絡介在して、溶着部の耐クリープ
性や耐熱クリープ性、及び接着強度を顕著に高めるよう
に作用する。
次に、容器用部品の接合部形状を、対向圧接部とその両
側の溶融樹脂逃げ部とから成るように形成したことが第
二の特徴である。即ち、接合すべき容器用部品を各々の
対向圧接部で超音波照射下に圧接すると、対向圧接部に
おける樹脂が摩擦発熱で溶融し、両部品表面の樹脂の溶
融一体止と補強繊維相互の絡み合いを生じるが、この際
、溶融樹脂を圧接力により対向圧接部両側の溶融樹脂逃
げ部に流出させ逃がしてやることにより、両部品の補強
繊維の絡み合い及び橋かけがより大きい寸法で行われ、
その結果として、溶着部も高度に補強された強い構造と
なるのである。しかも、対向圧接部で形成される溶融樹
脂を溶融樹脂逃げ部に充填するようにしたことにより、
溶着部の断面積が拡大されると共に、溶融樹脂層を薄肉
化し且つ溶融樹脂逃げ部での冷却効果もあることから、
接合終了時点からの樹脂の結晶化の程度をも小さなレベ
ルに抑制して、接合部の靭性をも向上させることが可能
となる。
また、本発明によれば、対向圧接部の両側に溶融樹脂逃
げ部を配置し、この部分に溶融樹脂が充填されるように
したこと、−層好適には、超音波照射下での圧接も、溶
融樹脂逃げ部の一部にのみ熔融樹脂が充填されるように
したことから、外方への樹脂のはみ出しも防止され、耐
圧プラスチック容器の外観特性をも向上させることが可
能となるものである。
（発明の好適態様） 本発明において、接合される複数の容器用部品とは、容
器胴部と底部、容器本体と蓋部、蓋部と注ぎ口等を例示
することができる。
耐圧容器の一例を示す第１図において、この耐圧容器は
、大別して容器房部１と底部２とから成っている。容器
湾部１は筒状側壁部３と頂板部４とから成っており、頂
板部４の中央には、弁部材５等を収容するためのスリー
ブ６が設けられている。スリーブ６の上端には、弁部材
取付板７をカシメにより固定するためのビード８が形成
されており、弁部材５の上部にはノズル兼アクチュエー
ター９がまたその下部には内容物汲み上げ用チューブ１
０が設けられている。底部２は、底に耐圧性をもたせる
ためのドーム部１１とその周囲の短い側壁部１２とから
成っている。筒状側壁部３の下端には接合用係合部１３
が、また底部側壁部の周囲にも接合用係合部１４が夫々
設けられている。
これらの接合用係合部１３及び１４の詳細な構造を示す
第２図において、容器胴部の下端には、内周面１５の径
（ｄｌ）よりも大ぎく且つ外周面１６の径よりも小さい
径（ｄｂ）に嵌合面１７があり、この嵌合面１７と内周
面１５との間に環状面から成る圧接部１８が下端１９か
ら間隔（ｄ、）をおいて設けられている。一方、底部側
壁部１２にも、小径の嵌合面２０と大径の嵌合面２１と
があり、大径の嵌合面より下方且つ外方にはフランジ部
２２が設けられ、且つ小径（ｄｅ）の嵌合面２０と大径
（ｄ、）の嵌合面２１との間には、フランジ部２２から
一定の間隔（ｄ２）をおいて環状面から成る圧接部２３
が設けられている。超音波接合前の状態において、ｄ、
＞ｄｃ、　ｄｂ＞ｄｄであり且つｄ２＞ｄ、であること
から、容器胴部の圧接部１８と底部の圧接部２３は対向
した状態で圧接可能であり、しかもこれら圧接部１Ｂ、
２３の両側、即ち内側には胴内周面１５と底小径嵌合面
２０とのクリアランスには胴嵌合面２０と底犬径嵌合面
２１とのクリア夫々形成されることが明らかである。
本発明において、これらの容器胴部１及び底部２は全て
耐熱性補強繊維配合熱可塑性樹脂から形成する。熱可塑
性樹脂は、熱成形可能な樹脂であれば任意の樹脂であっ
てよく、例えばポリプロピレン、ポリブテン−１、プロ
ピレン−エチレン共重合体、ポリエチレン、ポリ−４−
メチルペンテン−１、アイオノマー、エチレン−アクリ
ル酸エチル共重合体等のポリオレフィン樹脂；ポリスチ
レン、ハイインパクトスチレン系樹脂、スチレン−ブタ
ジェン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体
、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン共重合体等
のスチレン系樹脂；ナイロン６、ナイロン６６、ナイロ
ン４．６等のポリアミド樹脂；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等のポリエステル樹
脂；ポリカーボネート；アクリル樹脂；ポリアセタール
塩化ビニル樹脂；ポリフェニレンオキシド；ボリアリレ
ート等を挙げることができる。これらの樹脂の内でも前
記ポリエステル樹脂が本発明に好適なものであり、本発
明によればこれらの樹脂が有する高融点及び高結晶化速
度にもかかわらず、優れた融着接合部を形成させること
ができる。
耐熱性補強繊維としては、上記樹脂の溶融温度において
繊維特性を実質上低下することがなく、補強作用の大き
な無機或いは有機の繊維が使用される。このような繊維
の適当な例はガラス繊維、セラミックウィスカー、カー
ボン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリイミド繊維等で
ある。経済性及び耐熱性の点ではガラス繊維が好適であ
る。繊維の径は一般に５乃至３０μｍ、特に１０乃至２
０μｍの範囲にあり、繊維長は一般に６　ｍ／ｍ以上、
特に３　ｍ／ｍ以上の範囲にあることが望ましい。
補強繊維は、前述した量比で容器用部品中に存在するこ
とも重要であり、上記範囲よりも少ない場合には、前述
した本発明の作用、即ち超音波溶着性の向上、接合部の
接着強度や対圧性の向上は期待しがたい、一方上記範囲
よりも多くなると、繊維配合樹脂の成形性が低下するの
でやはり望ましくない。尚、樹脂中に配合された補強繊
維は当然のことながら、容器用部品そのものの強度や耐
圧性、耐熱性をも向上させるものである。勿論、繊維補
強樹脂組成物には、それ自体公知の他の配合剤、例えば
着色料、粉末状補強剤、充填剤、分散剤、安定剤、滑剤
、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を配合し得る。
上記樹脂組成物から容器部品への成形は、それ自体公知
の熱成形法、例えば射出成形法、圧縮成形法、押出成形
法、ホットパリソン或いはコールドパリソンを用いるプ
ロー成形法、真空乃至圧空シート成形法等により行われ
る。厳密に制御された接合部形状を形成するには射出成
形法が有利である。
本発明の超音波接合法を説明するための第４図において
、アンビル５０と同軸に超音波照射装置５１が配置され
る。アンビル５０は接合すべき容器用部品を支持するた
めのものであり、この具体例では、容器胴部１と底部２
とが嵌合された状態で、それ自体公知のターレット等の
搬送機構（図示せず）により搬送され、支持されている
。超音波照射装置５１はアンビル５０に対して昇降動可
能に設けられている。より詳細には、この装置５１は、
超音波発振機５２、発振機５２からの電気的出力を超音
波振動に変換するための変換器５３及びコーン５４、コ
ーン５４からの超音波をガイドするためのホーン５５及
び変換器、コーン及びホーンを昇降駆動させるためのエ
アシリンダー５６から成っている。
超音波接合に際しては、エアシリンダー５６を駆動して
、ホーン５５を降下させ、容器胴部１と底部２とを圧接
（Ｆ）し、超音波振動子５３゜５４で発生する超音波（
ＵＳ）をホーン５５を介して両者の接合部に照射し、接
合部の溶着を行なう。超音波照射による溶着が終了する
と、超音波発振機５２への人力を遮断し、エアシリンダ
ー５６を上昇駆動させて、操作が終了する。尚、図面に
示す具体例では、超音波振動方向は圧接方向と同じ方向
である。
超音波としては周波数が１５乃至３０　に１１□、特に
１８乃至２５、にＨ２のものが使用され、その振幅は１
５乃至３０μｍ１特に１８乃至２５μｍのものが有効で
ある。超音波照射の時間は、樹脂の種類や、出力によっ
ても相違するが、一般に０．１乃至０．５間の時間から
満足すべき溶着が行われる時間を選べばよい。また、超
音波照射時の圧接力は４０乃至１００　Ｋｇ７ｃｍ２、
特に５ｏ乃至７０Ｋｇ／ｃｍ２の範囲にあるのがよい。
本発明方法により形成される溶着接合部の断面構造を模
式的に示す第３図において、両部品の樹脂の溶融により
形成される境界面２４は肉眼視の結果では実買上存在し
ないが、両部品の着色を変えて溶着を行った実験では、
この仮想的境界面２４は斜めの形で存在することがわか
った。また、溶融樹脂２５は胴内周面１５と底小径嵌合
面２゜とのクリアランス部（溶融樹脂逃げ部）２６に部
分的に充填され、溶融樹脂２７は胴嵌合面２ｏと底犬径
嵌合面２１とのクリアランス部（溶融樹脂逃げ部）２８
に部分的に充填されていることもわかった。更に仮想的
境界面２４の部分では、その拡大図から明らかなように
、配合された耐熱性補強繊維２９がこの境界面２４を通
して相互に絡み合い且つ橋かけしていることも顕＠鏡的
に観察された。
（発明の効果） 本発明によれば、超音波接合に使用する複数の容器用部
品を、全体当り５乃至４０重量％、特に１０乃至３０重
量％の耐熱性補強繊維を配給した熱可塑性樹脂で形成さ
せることにより上記樹脂中に配合された耐熱性補強繊維
は、接合部界面での摩擦発熱を有効に行う補助作用を有
すると共に、該繊維が接合部界面に橋絡介在して、溶着
部の耐クリープ性や耐熱クリープ性、及び接着強度を顕
著に高めるように作用す、る。
また、容器用部品の接合部形状を、対向圧接部とその両
側の溶融樹脂逃げ部とから成るように形成したことが第
二の特徴である。即ち、接合すべき容器用部品を各々の
対向圧接部で超音波照射下に圧接すること、対向圧接部
における樹脂が摩擦発熱で溶融し、両部品表面の樹脂の
溶融−株化と補強繊維相互の絡み合いを生じるが、この
際、溶融樹脂を圧接力により対向圧接部両側の溶融樹脂
逃げ部に流出させ逃がしてやることにより、両部品の補
強繊維の絡み合い及び橋かけがより大きい寸法で行われ
、その結果として、溶着部も高度に補強された強い構造
となるのである。しかも、対同圧接部で形成される溶融
樹脂を溶融樹脂逃げ部に充填するようにしたことにより
、溶着部の断面積が拡大されると共に、溶融樹脂層を薄
肉化し且つ溶融樹脂逃げ部での冷却効果もあることから
、接合終了時点からの樹脂の結晶化の程度をも小さなレ
ベルに抑制して、接合部の靭性をも向上させることが可
能となる。
また、本発明によれば、対向圧接部の両側に溶融樹脂逃
げ部を配置し、この部分に溶融樹脂が充填されるように
したこと、−層好適には、超音波照射下での圧接も、溶
融樹脂逃げ部の一部にのみ溶融樹脂が充填されるように
したことから、外方への樹脂のはみ出しも防止され、耐
圧プラスチック容器の外観特性をも向上させることが可
能となるものである。
（実施例） 実施例１及び比較例１ 比重１．３１のポリブチレンテレフタレートに、直径１
５μ、長さ６ＩＩｌ／ｆｆ＋のガラス繊維を１５ｗｔ％
ブレンドした比重１．４１のガラス繊維入ポリブチレン
テレフタレートを、５オンスの射出成形機にて、金型内
に設定温度２５５℃、射出圧６００　Ｋｇ／ｃｍ’にて
射出し肉厚１．５ｍ／＋ｎ、長径３４ｍ／ｍ、短径２２
ｍ／ｍの楕円状の内容積２７ｃｃの射出成形品を得た。
比較として、ポリブチレンテレフタレートのみの射出成
形品を同様にして得た。又、同材質の樹脂を用いて、上
記成形品に嵌合する底蓋を各々射出成形した。
この成形品と底蓋を、周波数１９　にＨ２、振巾２３μ
、加圧力５７Ｋｇ、発振（照射）時間０．３秒の条件で
超音波溶着を行い、その溶着強度、密封性能及び外観（
樹脂のハミ出し等）を評価した。
結果を表１に示す。
実茄例２及び比較例２ 実施例１及び比較例１の成形品を用いて、超音波溶着の
条件のうち、加圧力を７０Ｋｇ、発振（照射）時間０゜
５秒とした以外は、実施例１と同様な評価を行った。結
果を表１に示す。
表−１ 用繊維、５１は超音波照射装置を夫々示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）全体当り５乃至４０重量％の耐熱性補強繊維を含
    有する熱可塑性樹脂から成る複数の容器用部品を、対向
    圧接部とその両側の溶融樹脂逃げ部とから成る接合部形
    状を有するように形成し、前記両部品を超音波照射下に
    圧接して、強固で密封された溶着接合部を形成させるこ
    とを特徴とする耐圧プラスチック容器の接合部溶着法。
  2. （２）超音波照射下の圧接を、溶融樹脂逃げ部の一部に
    のみ溶融樹脂が充填されるように行う請求項１記載の接
    合部溶着法。
JP1032731A 1989-02-14 1989-02-14 耐圧プラスチック容器の接合部溶着法 Granted JPH02212124A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013158914A (ja) * 2012-02-01 2013-08-19 Toyota Motor Corp 溶着構造及び溶着方法
EP4108426A1 (en) * 2021-06-23 2022-12-28 Arris Composites Inc. Modular thermoplastic composite structures

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