JPH03184830A - 液晶ポリマーの超音波溶着方法 - Google Patents

液晶ポリマーの超音波溶着方法

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JPH03184830A
JPH03184830A JP1326707A JP32670789A JPH03184830A JP H03184830 A JPH03184830 A JP H03184830A JP 1326707 A JP1326707 A JP 1326707A JP 32670789 A JP32670789 A JP 32670789A JP H03184830 A JPH03184830 A JP H03184830A
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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］ 本発明は高融点樹脂の超音波溶着方法に関するものであ
る。更に詳しくは、本発明は２５０℃以上の融点を有す
る高融点樹脂同士あるいは該高融点樹脂と２５０℃未満
の融点を有する他の樹脂（これらを以下に「被溶着材」
という）をＭ１？（波溶着により確実に接合する方法に
関するものである。
［従来の技術］ 超音波溶着は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ＡＳ、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ナイロン、
ポリエステル、ポリスルホン、ポリアセタール、アクリ
ロニトリル、ポリフェニレンオキサイド、アセテート、
塩化ビニル等の樹脂の接合、接着およびシールなどに広
く利用されている。また、樹脂へ金属インサートを埋め
込む場合など、樹脂と他の材質のものとの接合にも広範
囲に利用されている。
この超音波溶着を確実にするために、接合面の形状や被
溶着材の受け台、あるいは超音波を与えるホーンの形状
などについて種々の工夫がなされている。一方、被溶着
材が相手材と溶着されるためには材料を溶融させる心安
がある。その場合、樹脂の融点が低いときには、ごく短
時間の振動で目的を達成することができるので非常に有
効であるが、樹脂材料の融点が高くなるに従って超音波
振動を与える時間が長くなり、更に被溶着材の移動を抑
制するために圧力を高くする必要がある。
そのために、樹脂の変形や破損、あるいはその他の欠陥
か生じるようになる。欠陥が生じる傾向は薄肉の部品に
なるほど著しい。また、振動時間が長くなると、既に組
み込まれている部品の緩みも起こるようになり好ましく
ない。
［発明が解決しようとする課題］ 高融点樹脂の接合における破損等の原因を検討した結果
、破損等の欠陥の多くは、振動開始の初期、すなわち樹
脂の強度は高いが伸びに対する許容性がなく、衝撃に弱
い時期に起こることが分かった。また、樹脂を所定の温
度範囲内で予熱した後に本来の溶着を行なうことにより
、振動時間が短くなると共に樹脂成形品の破損を防止で
きることを見出した。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、２５０℃以上の融点を有する高融点樹脂同士
あるいは該高融点樹脂と２５０℃未満の融点を有する他
の樹脂からなる被溶着材、すなわち少なくとも１つの被
溶着材が融点２５０℃以上の高融点樹脂からなる合成樹
脂製被溶着材を超音波溶着により接合する方法において
、５０℃から前記被溶着材の融点の内、低い方の融点よ
りも更に１０℃低い温度の範囲において、前記被溶着材
の少なくとも１つを予熱した後に、超音波溶着な行なう
ことを特徴とする超音波溶着方法に関するものである。
本発明において、高融点樹脂とは２５０℃以上の融点を
有する樹脂をいう。これらの高融点樹脂としては、液晶
性ポリマー、ナイロン−４，６、ナイロン−６，６、ポ
リフェニレンサルファイド（ｐｐｓ）およびポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂が含まれる。こ
れらの中でも、特に応力に対する伸びが小さい樹脂、例
えば、液晶ポリマーなどの場合は、エネルギー集中部の
破損や欠陥を生じ、正常な製品が得られなくなるおそれ
があるが、本発明の方法、すなわち樹脂を予め加熱する
ことにより、応力に対する伸びは大きくなるので、良好
な超音波溶着が可能となる。
本発明において２５０℃未満の融点を有する樹脂（以下
「他の樹脂」という）とは以下のような例がある。すな
わち、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ）、アクリ
ロニトリル・ブタジェン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）
、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル、ポリス
ルホン、ポリアセタール、アクリロニトリル、ポリフェ
ニレンオキサイド、アセテート、塩化ビニル樹脂などで
ある。
本発明における予熱の温度は、超音波溶着用の被溶着材
の融点に従って適宜に定める。すなわち、５０℃を下限
とし、被溶着材の融点の内、低い方の融点よりも更に１
０℃低い温度を上限とする温度範囲に被溶着材を予熱し
ておくことが好ましい。
特に好ましくは、５０℃を下限とし、かっ被溶着材の融
点の内、低い方の融点よりも更に５０℃低い温度を上限
とする温度範囲に予熱する。
すなわち、予熱温度は何れの被溶着材も溶融されない温
度の範囲である。被溶着材を５０℃より低い温度で予熱
して超音波溶着をおこなう場合には、振動に要する時間
が長くなり好ましくない。
また、低融点樹脂の融点より１０℃低い温度風−Ｌに予
熱すると、低融点樹脂の軟化変形が起こるおそれがあり
、その場合も好ましくない。
予熱方法には特に制限はなく、外部加熱、内部加熱の何
れでもよい。外部加熱の方法としては、例えば、エアー
オーブン、恒温槽、滅菌器、マツフル炉のような加熱器
による方法、被溶着材の受け台をヒーターや熱媒体で加
熱しておく方法などがある。また、内部加熱の方法とし
ては、被溶着材を超音波溶着機で短時間加熱してから本
溶着する方法や電磁波等で予熱する方法などの何れの場
合でも満足な結果が得られる。
また、被溶着材の受け台を予熱しておいてもよい。受け
台を予熱することにより、被溶着材を予熱し、」二記の
本発明の予熱範囲に達した時に超音波溶着を行なうこと
によって、本発明の目的を達成することができる。ここ
で受け台としては、被溶着材を受けて固定しあるいは保
持し、更に加熱するためのものであり、その形状は被溶
着材の形状、接合部の形状、あるいはその他の条件に応
じて適宜に作製したものを用いることができる。また、
受け台の材料としては公知のものを用いればよく、例え
ば、アルミニウム、ジュラルミン、ステンレス鋼製の受
け台などが好ましい。
第１図は本発明に用いる受け台の例を示す。受け台１に
は被溶着材挿入部２の他、加熱のためのヒーターの挿入
部３、被溶着材の温度を測定するための熱電対の挿入部
４を設ける。このような受け台１に、それぞれ被溶着材
、熱電対および適宜のヒーターを挿入し、被溶着材を本
発明の予熱温度まで予熱し、その後超音波溶着を行なう
。
なお、以上に説明した本発明の方法において、通常被溶
着材全体を加熱する方法がとられる。多くの場合は被溶
着材全体を加熱することにより本発明の目的を達成する
ことができるが、例えば、弾性率が温度変化により極端
に変わる材料の場合には、接合部へ超音波の振動が充分
伝わらなかったり、接合部以外の部分が緩んだりするこ
とがある。
その場合の原因を調べた結果、弾性率の温度変化率が大
きい樹脂の場合は、超音波振動の減衰が大きいために、
接合部が溶融温度に達するまでに溶着機と接合部の間の
樹脂の温度も上昇するためであることが明らかになった
。その場合には、接合部付近のみの温度を高くして、他
の部分は比較的低い温度に保持しておく方法をとる。
被溶着材の接合部のみを予熱しておく方法としては、そ
のために特定の形状にし、あるいは特定の位置に設置し
た加熱器を使用し、または超音波もしくは電磁波誘導に
よる加熱などを行なう。
上記の方法に使用する加熱器としては、特に制限はなく
、公知のものでよいが、例えば、接合部の形状に合せた
リングヒーターなどが好ましい。
また、超音波または電磁波誘導による加熱方法の好まし
い例としては、アルミニウム等の金属製の針金を接合部
に取り付け、誘導加熱する方法が挙げられる。
［実施例］ 以下、実施例により、この発明を具体的に説明する。
実施例１ 第２図に示すような直径１０ｍｍ、肉厚０．５　ｍｍの
ＰＥＥＫ　（融点３３５℃）製の円筒容器５の間物２個
を１組とし第３図に示すように接合した。
接合の方法としては、先ず、２個の円筒容器５を第３図
に示すように組合わせて１５０℃に加熱した受け台に入
れ、全体を１５０℃になるまで予熱し、１５０Ｗの超音
波溶着機により０．２秒発振させて接合部の超音波溶着
を行なった。溶着物３０個の全てについて、９０℃の水
中で洩れが認められないシールが得られた。
比較例１ 予熱を行なわなかったこと以外は実施例１と同様にして
第３図に示すように接合した。予熱をせずに、室温にお
いて１５０Ｗの超音波溶着機により０．２秒発振させた
が、接合部の溶着は達成できなかった。次いで、０．５
秒更に発振させたが、容器が変形して部分的にしか溶着
しなかった。なお３０個の溶着物の内５個は円筒部が破
損した。
比較例２ 実施例１で使用したＰＥＥＫの代わりに同じ形状の液晶
ポリエステル（商品名：ザイダー、米国アモコパーフォ
ーマンスプロダクツ社製）のガラス繊維４０ｗｔ％入り
グレード（融点約４００℃〉の円筒容器の同一物２個を
１組として用いて、室温のままで１．０秒発振させ、超
音波溶着を行なった。その結果、３０個の溶着物の内１
２個は円筒部が破損し、残りの容器は部分的に溶着され
たのみであった。
実施例２ 比較例２で用いたものと同様な液晶ポリエステル製の円
筒容器をそれぞれ２個用いて２００℃に加熱した受け台
に入れて予熱を行ない、その後０．３秒発振させて超音
波溶着な行なった。その結果、全ての溶着物について９
０℃の水中で洩れが認められないシールか得られた。
実施例３ 比較例２で用いたものと同様な液晶ポリエステル製の円
筒容器を、室温で超音波溶着機により０．３秒発振させ
て１８０℃まで予熱し、下部と上部の円筒を上下に入れ
換えて０．５秒発振させて超音波溶着を行なった。その
結果３０個の溶着物の全てについて９０℃の水中で洩れ
が認められないシールが得られた。
実施例４ 実施例１において使用したものと同一の円筒容器の接合
部付近を１５０℃に加熱したリングヒーターで約１０秒
加熱して、接合部付近の温度を約１３０℃に予熱した後
、０．２秒発振させて超音波１ 溶着を行なった。その結果、３０個の溶着物の全てにつ
いて９０℃の水中で洩れが認められないシールが得られ
た。
実施例５ 実施例２で用いたものと同様な液晶ポリニスデル製の円
筒容器をそれぞれ２個組み合せ、リングヒーターで２１
０℃に予熱し、その後０．３秒発振させて超音波溶着を
行なった。その結果、３０個の溶着物の全てについて９
０℃の水中で洩れが認められないシールが得られた。
実施例６ 実施例２で用いたものと同様な液晶ポリニスデル製の円
筒容器の接合部にアルミニウム製の針金を置き、２．５
Ｗの誘導加熱機により０．３秒発熱させて２００℃まで
予熱した後、針金を取り除き、２秒後に室温で超音波溶
着機により０．３秒発振させた。その結果、３０個の溶
着輪金てについて９０℃の水中で洩れが認められないシ
ールが得られた。
　２ ［発明の効果］ 本発明の方法を実施することにより、以下のような効果
をもたらすことができる。
すなわち、高融点樹脂同士あるいは高融点樹脂とそれよ
りも融点の低い他の樹脂からなる被溶着材を超音波溶着
により接合する方法において、受け台を予熱し、あるい
は適宜の方法により被溶着材を予熱することによって、
極めて効果的に超音波溶着を行なうことができる。
しかも、被溶着材を損傷することなく、短時間で容易か
つ確実に超音波溶着を行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に用いる受け台の一例を示す縦断斜視
図、第２図は、本発明の実施例において超音波溶着に用
いた容器の縦断面図、および第３図は第２図に示す容器
を超音波溶着により接合した溶着物の縦断面図である。 １・・・・受け台 ２・・・・被溶着材挿入部 ３・・・・ヒーター挿入部 ４・・・・熱電対挿入部 ５・・・・円筒容器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）少なくとも１つの被溶着材が融点２５０℃以上の
    高融点樹脂からなる合成樹脂製被溶着材を超音波溶着に
    より接合する方法において、５０℃から前記被溶着材の
    融点の内、低い方の融点よりも更に１０℃低い温度の範
    囲において、前記被溶着材の少なくとも１つを予熱した
    後に、溶着操作を行なうことを特徴とする超音波溶着方
    法。
  2. （２）前記被溶着材の受け台を加熱することによって、
    該被溶着材を予熱することを特徴とする請求項１記載の
    超音波溶着方法。
  3. （３）前記被溶着材の接合部のみを予熱しておくことを
    特徴とする請求項１記載の超音波溶着方法。
  4. （４）前記予熱に加熱器を用いることを特徴とする請求
    項１ないし３のいずれかに記載の超音波溶着方法。
  5. （５）前記予熱に超音波または電磁波による誘導加熱を
    用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
    記載の超音波溶着方法。
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