JPH11115056A - 複合材の接合方法 - Google Patents

複合材の接合方法

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JPH11115056A
JPH11115056A JP9306479A JP30647997A JPH11115056A JP H11115056 A JPH11115056 A JP H11115056A JP 9306479 A JP9306479 A JP 9306479A JP 30647997 A JP30647997 A JP 30647997A JP H11115056 A JPH11115056 A JP H11115056A
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joining
synthetic resin
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inclusion
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Tomonori Yamaguchi
知典 山口
Hiroyuki Kawabata
博之 川端
Naoshi Yasuoka
直志 安岡
Shigetoshi Jogan
茂利 成願
Katsumi Tanaka
克美 田中
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Original Assignee
Showa Aluminum Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材薄板と合成樹脂層からなる積層複合材
による包装において、合成樹脂の軟化点以上の温度でも
揮発性物質の樹脂シール断面を通しての透過、蒸発がほ
とんどなく、高温においても良好な内容物保存性を維持
できる、介在物を利用した接合方法の提供。 【解決手段】 合成樹脂と金属箔をラミネートした複合
材同士を、合成樹脂面同士を重ねて接合する方法におい
て、これら複合材の接合面に固体状の介在物をはさみ、
この介在物を複合材の接合部に、超音波接合または冷間
圧接などにより埋め込み樹脂層同士をヒートシールする
複合材の接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂及び金属
薄板（金属薄板とは、金属箔及びシート：５ミクロン〜
約２ｍｍくらいの厚さの金属材を意味する。）、特にア
ルミニウム薄板とをラミネートした複合材であって、こ
れの接合においてそれぞれの金属材同士を介在物を介し
てまたは介在物含有合成樹脂層を介して間接的に接合す
る接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融接合可能な材料同士の接合はこれま
で普通に行われてきたが、金属薄板、特にアルミニウム
材（本発明においてはアルミニウムまたはその合金を、
両者一括して「アルミニウム材」という。）に合成樹脂
をラミネートまたは塗装した積層複合材（本発明におい
てはこのような積層した複合材を指す。）においては、
通常は合成樹脂層同士の接合するものであった。金属は
一般に加工が容易であり、強度が大きく、中でもアルミ
ニウムは軽量であり、加工しやすく、安価で容易に入手
でき、重量の割りには適度な強度を有しているので、構
造材、容器、外装材、建築材、電気器具、事務機などに
広く使用されている。しかし金属材は一般に耐食性に欠
け、酸化されたり、腐食したり問題の多い材料である。
このような材料の弱点を、熱可塑性プラスチックなどを
被覆することにより耐食性を付与した複合材が広く使用
されている。このような材料の１例として、アルミニウ
ム材を圧延した薄板または箔（以下アルミニウム材薄板
という。）に、合成樹脂、特にポリエチレンまたはポリ
プロピレンを積層した複合材あるいは合成樹脂をコート
した複合材を利用した製品が多数見いだされる。
【０００３】これら複合材同士の接合形式を見ると、そ
のほとんどは接合するのは合成樹脂層同士であって、金
属材同士を接合したものはもちろん、この合成樹脂層同
士及び金属材同士を同時に接合したものは見当たらな
い。もしそれぞれの層同士が接合したものが必要な時
は、通常金属材同士をあらかじめ接合した後で、合成樹
脂コーティングするかあるいはライニングするなどの方
法によるしか方法はなかった。金属材の中でも融点の低
いアルミニウムと熱可塑性プラスチックからなる積層複
合材においても、熱可塑性プラスチックの融点において
はアルミニウム材は溶融接合が不可能であり、逆にアル
ミニウム材の溶融接合条件においては熱可塑性プラスチ
ックが熱分解を受けるなどの問題があってこの課題の解
決はほとんど不可能とされ、検討されていなかったもの
と思われる。
【０００４】各種の複合材を用いた容器（ケース）ある
いは電気部品、電子部品などの電気的接合において、金
属層同士の接合までは必要でないが、内面に積層された
合成樹脂層の完全な接合された場合より高い接合強度の
要求があり、この接合を行うための技術の開発、コスト
ダウン、生産性の向上の必要性が出てきた。特に合成樹
脂の軟化点以上の高温において機械的強度が必要な場
合、合成樹脂の破壊強度以上の機械的強度が必要とされ
る場合、あるいは内容物と容器またはケースの材料との
反応による内容物の汚染のない容器、例えば食品、医薬
品、化粧品などの容器、リチウム二次電池のケースや、
各種の電子器材のケースなどの製造において、高生産性
で行うには自動接合ラインでこれを行う必要があり、こ
のためには金属材と合成樹脂からなる積層複合材におい
て従来の接合設備を変更せずにそのまま使用でき、同一
の工程において接合する方法の開発が待たれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属材薄板
と合成樹脂層が積層された積層複合材において、合成樹
脂の軟化点以上の温度において容器あるいは包装材内の
揮発性物質（たとえば有機溶剤、非水電解液など）の樹
脂シール断面を通しての透過、蒸発がほとんどなく、高
温においても良好な内容物保存性を維持できる、介在物
を利用した接合方法であり、生産性の高い、かつ簡易な
積層複合材の接合方法の開発を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 合成
樹脂と金属箔をラミネートした複合材同士を、合成樹脂
面同士を重ねて接合する方法において、これら複合材の
接合面に固体状の介在物をはさみ、この介在物を複合材
の接合部に埋め込み樹脂層同士をヒートシールすること
を特徴とする複合材の接合方法、（２） 複合材の接合
面に介在物をセットし、ついで複合材同士を周波数：２
０〜４０ＫＨｚ、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ2 未満の圧力下に
超音波接合する前記（１）記載の複合材の接合方法、
（３） 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材をセッ
トし、ヒートシールして介在物を固定化した後に超音波
接合する前記（１）または（２）に記載の複合材の接合
方法、（４） 複合材の接合面に介在物をセットし、ア
ンビルおよび／または超音波ホーンを加熱して超音波接
合すると同時にヒートシールする前記（１）または
（２）に記載の複合材の接合方法、
【０００７】（５） 複合材の接合面に介在物をセット
し、プレス荷重１００ｋｇｆ／ｍｍ2未満において冷間
圧接し、介在物を複合材接合面に埋め込ませた後、加熱
して樹脂層をヒートシールする前記（１）記載の複合材
の接合方法、（６） 介在物が固体状のメッシュ状、ラ
スメタル状、パンチングメタル状、線状、棒状、粒状あ
るいは粉末状の金属材料またはセラミックスである
（１）〜（５）のいずれかに記載の複合材の接合方法、
を開発することにより上記の目的を達成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下合成樹脂層として合成樹脂フ
ィルムを、また金属層としてアルミニウム箔を使用しラ
ミネートした複合材を代表として取り上げて説明する
が、複合材を構成する合成樹脂層はフィルムのみならず
塗布した複合材であってもよく、また金属材としては厚
さ５ミクロン〜約２ｍｍの、アルミニウム、銅、ニッケ
ルあるいはそれらの合金など金属容器の材料として使用
可能なものであれば本発明の材料として使用できる。以
下金属の代表としてアルミニウムについて説明する。本
発明に使用するアルミニウム材としては、一般に使用目
的、特に容器のサイズなどにより変わるが、一般的には
コスト、加工性などの面から、厚さ２０μｍ〜２ｍｍ程
度のアルミニウム材薄板が用いられる。合成樹脂層の厚
さは、加工性の点を考慮すると１０μｍ〜１．５ｍｍ程
度の厚さのポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステ
ル（ＰＥＴ）、ポリアミドなどのフィルムをドライラミ
ネート、押出ラミネート、ヒートラミネートしたもので
あり、特に好ましいものとしてポリプロピレンフィルム
をラミネートしたものが用いられる。この合成樹脂層と
してはアルミニウム材に影響を与えない条件において、
溶融接合可能な融点を有する材料であり、加熱、加圧に
より、合成樹脂同士が完全に接合されると共に、アルミ
ニウム材の超音波接合を妨害しないものであればその材
質は問わない。本発明の複合材容器材料としての好まし
い組み合わせとしては、アルミニウム材と比較的低温で
溶融接合が容易なポリエチレン、ポリプロピレンなどの
合成樹脂からなる複合材が好ましい。
【０００９】このような複合材の接合に使用する介在物
は、固体状の金属材料、セラミックス材料、好ましくは
気体透過性のない、超音波接合あるいは冷間圧接におい
て複合材の金属材と接合し易く、合成樹脂層になじみ易
い性質を有する材料であれば特に好ましい。好ましい介
在物としては、セラミックスの場合には、ほとんどのも
のが使用可能であるが、限定するわけではないが、好ま
しいものは入手しやすく、安定であるＳｉＯ2 粉末、ガ
ラス繊維、粉末状炭酸カルシウムなどを挙げることがで
きる。粉末状の場合には平均粒径が３〜３０μｍ程度が
有効である。これらセラミックス介在物のサイズは複合
材の合成樹脂層の厚さの１〜１５０％不定形の粒状、針
状、粒状などのものが使用できる。金属材料の場合には
同様な不定形、針状、粒状のものに加え、複合材の合成
樹脂層の厚さの３０〜３００％、好ましくは５０〜１５
０％程度の厚さを有し、鎖、金網などの固体状介在物
で、接合部の幅よりは狭く、空隙率が３０％以上、好ま
しくは５０％以上あるメッシュ状、ラスメタル（巻いた
ものでも同様：線状、棒状の場合その断面形状は丸型で
も角型でも自由である。）のものが良い。なお介在物の
サイズが小さい場合には、複合材を製造する際に合成樹
脂にあらかじめ配合（押出ラミネート、ドライラミネー
トなど）して複合材を製造した後、成形をして複合材容
器材料としたものであってもよい。介在物の添加量とし
ては、不定形のセラミックスの場合には、複合材の接合
面の合成樹脂の総量に対し、約５〜約２０％を添加す
る。
【００１０】このような複合材を用いて接合する場合に
は、複合材の合成樹脂面同士を重ねて接合する。以下図
面により具体的に説明する。この拡大断面を図１及び図
２に示す。アルミニウム箔１に合成樹脂２をラミネート
した複合材からなる容器本体Ａのフランジと、アルミニ
ウム箔３に合成樹脂４をラミネートした複合材からなる
蓋材Ｂを接合する際に、接合面のフランジ部に介在物５
（合成樹脂層２および／または４に含有させたものでも
良い。）を容器本体Ａと蓋体Ｂの間のフランジ部にセッ
トし、これに蓋材Ｂをかぶせ、ヒートシールするかまた
は介在物を固定化した後、超音波ホーン及びアンビルの
間で加圧しながら超音波接合する。
【００１１】この場合の超音波接合の条件としては、複
合材の金属材の種類、合成樹脂の種類及び厚さなどによ
り変わるが、金属材がアルミニウム箔の場合下記の範囲
を若干超える場合もあるが、おおよそ周波数２０〜４０
ｋＨｚ、振幅８〜３０μｍ、静加圧力４ｋｇｆ／ｃｍ2
未満、最大出力６００〜２０００Ｗ程度で行うことがで
きる。この成静加圧力が４ｋｇｆ／ｍｍ2 以上のとき
は、複合材のアルミニウム箔の厚さにもよるが、アルミ
ニウム箔が破れを生じる可能性が大きくなる。かかる条
件では、セラミックス、硬質の金属などにおいてはこの
程度の圧力では変形は期待できないが、結果としてガス
の透過性が低下するので、他の原因もあるものと推定は
しているが、一部には図２に示すように介在物の変形が
起こり、揮発性物質などの透過通路が狭くなり、樹脂シ
ール断面を通しての透過、蒸発を防止するのではないか
と想像している。
【００１２】また別の方法として、超音波ホーンおよび
／またはアンビルをあらかじめ加熱して置き、フランジ
部に介在物をセットした後、ヒートシールすると同時に
超音波接合することによってもよい。この場合の介在物
が、金属のメッシュ状、ラス状などの場合には、空隙率
が３０％以上あると複合材の合成樹脂がこの空隙部分に
逃げるため、接合の加圧力を小さくしても接合がうまく
行くので好ましい。
【００１３】超音波接合でなく接合する方法として、冷
間圧接プラスヒートシールによっても同様に介在物を介
しての接合が可能である。この場合の接合条件として
は、超音波接合と同様に、フランジ部に介在物をセット
し、次いでプレス荷重１０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ2 未
満、好ましくは５０以上１００ｋｇｆ／ｍｍ2 の条件で
冷間圧接すれば良い。合成樹脂層のヒートシールは冷間
圧接の前または後で行い、合成樹脂層を完全にヒートシ
ールすることが必要である。この場合、金型をあらかじ
め複合材の合成樹脂の融点〜融点＋５０℃の範囲の温度
に加熱して置き、プレスすれば同時に接合も可能であ
る。この場合の介在物の種類、形状などは超音波接合と
同様であってよい。
【００１４】本発明の接合状態は、複合材の接合面の合
成樹脂中に介在物がはさまれて、介在物の一部は複合材
の樹脂層または金属層に食い込み、まわりを合成樹脂で
固定された形状の接合を示しているが、介在物として金
属を使用し、超音波接合または冷間圧接を使用した場合
には一部で介在物と複合材の金属層が結合している可能
性は否定できないが、ほとんどの場合には単に食い込む
タイプの結合をしている。単にヒートシールするかまた
は介在物がセラミックスである時は、介在物が合成樹脂
中に埋め込まれた形（介在物のサイズやセラミックスの
固さによっては金属層に食い込むケースもある。）とな
っている。本発明のこのような結合状態は、樹脂の軟化
点以上の温度になっても介在物により揮発性物質の透過
経路が狭くなったため、透過速度が著しく遅くなり、保
存性を大きく改善することが可能となった。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）容器本体として、厚さ１２μｍのポリエチ
レンテレフタレートフィルム（以下単に「ＰＥＴ」とい
う。）／厚さ５０μｍのアルミニウム箔（「Ａｌ」とい
う。）／厚さ５０μｍのキャストポリプロピレンフィル
ム（「ＣＰＰ」という。）の複合材を、フランジ幅１０
ｍｍ、横６５ｍｍ、縦４０ｍｍ（いずれもフランジを含
めたサイズ）、深さ２０ｍｍの形状の形状に成形し、蓋
材としてＰＥＴ（９μｍ）／Ａｌ（２０μｍ）／ＣＰＰ
（５０μｍ）の複合材を用い、介在物としてアルミニウ
ムラスメタル［径：０．１ｍｍφ（材質：３Ｈ）、空隙
率：５０％）を用いた。容器本体にプロピレンカーボネ
ート：５ｇを入れた後、２１０℃、荷重２ｋｇｆ／ｍｍ
2 、２秒でヒートシールし、ついで周波数４０ＫＨｚ、
振幅：１６μｍ、荷重３．５ｋｇｆ／ｍｍ2 、出力８０
０Ｗで超音波接合した。気密性を評価するため６０℃の
雰囲気下に１週間放置した後その重量変化を調べたとこ
ろ、重量減少は１ｍｇであった。
【００１６】（比較例１）実施例１と同じ形状、構成の
容器を用い、実施例１と同様に内容物を充填した後、２
１０℃、２ｋｇ／ｃｍ2 、２秒でヒートシールした後、
請求項１と同条件でヒートシールを行い、容器をシール
した。実施例１と同条件で気密性を評価したところ、重
量減少は１００ｍｇであった。
【００１７】（実施例３）フランジ幅１０ｍｍ、横１５
０ｍｍ、縦１２０ｍｍ（いずれもフランジを含めたサイ
ズ）、深さ１５ｍｍの容器を、容器本体の構成材として
ＰＥＴ（２５μｍ）／Ａｌ（５００μｍ）／ＣＰＰ（６
０μｍ）の複合材を、また蓋材として、ＰＥＴ（２５μ
ｍ）／Ａｌ（３００μｍ）／ＣＰＰ６０μｍ）の複合材
を用いて製造した。この場合介在物としてセラミックス
（ガラスの粉砕物、粒径１０〜１５ミクロン）を少量の
ポリプロピレン粉末と混合し、幅２ｍｍ、接合部の形状
にあらかじめ成形したものを接合部にセットした。ま
ず、ジエチルカーボネート：５ｇを入れ、接合面に介在
物をフランジ間挿入してから９０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧力
で冷間圧接した後、実施例１と同条件でヒートシールし
た。実施例１と同条件で気密性を評価したところ、重量
減少は２ｍｍｇであった。
【００１８】
【発明の効果】本発明の複合材の接合方法は、複合材を
介在物を介して接合するものであり、接合に際して複合
材の合成樹脂を剥離する必要もなく、複合材をそのまま
で接合できる。更にあらかじめ接合してから超音波接合
するかあるいは超音波ホーン、アンビルあるいはプレス
金型などを加熱しておくことにより介在物を合成樹脂層
に完全に埋め込み、接合強度を向上させることができ
る。これらの接合方法は、比較的簡単でありかつ生産性
の高い方法であるため、容器に適用する時は低コストの
積層複合容器を得ることができる。この製造方法により
得られる複合容器は、樹脂層に介在物が埋め込まれてい
て、かつ金属層に介在物が食い込みながら接合されてい
るため、高温度においても比較的接合強度の低下のな
い、特にずれの抵抗性が大きい接合であり、また光に対
しても遮光性を持ち、合成樹脂層に対して透過性の強い
酸素、水分などに対しても、耐透過性のある、気密性の
高い密閉容器を製造することができる。このため、これ
らの成分との反応性の高い写真、電子材製造用などの薬
品、食品、化学品、医薬品などのための長期保存用容
器、腐食性物品などのための容器、リチウム電池などの
ケースとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合材の接合方法の拡大断面図。
【図２】本発明の接合後の接合部断面の想像図。
【符号の説明】 Ａ 容器本体 Ｂ 蓋体材 １ アルミニウム箔 ２ 合成樹脂 ３ アルミニウム箔 ４ 合成樹脂 ５ 介在物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成願 茂利 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内 (72)発明者 田中 克美 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合成樹脂と金属箔をラミネートした複合
    材同士を、合成樹脂面同士を重ねて接合する方法におい
    て、これら複合材の接合面に固体状の介在物をはさみ、
    この介在物を複合材の接合部に埋め込み樹脂層同士をヒ
    ートシールすることを特徴とする複合材の接合方法。
  2. 【請求項２】 複合材の接合面に介在物をセットし、つ
    いで複合材同士を周波数：２０〜４０ＫＨｚ、圧力４ｋ
    ｇｆ／ｃｍ2 未満の圧力下に超音波接合する請求項１記
    載の複合材の接合方法。
  3. 【請求項３】 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材
    をセットし、ヒートシールして介在物を固定化した後に
    超音波接合する請求項１または２に記載の複合材の接合
    方法。
  4. 【請求項４】 複合材の接合面に介在物をセットし、ア
    ンビルおよび／または超音波ホーンを加熱して超音波接
    合すると同時にヒートシールする請求項１または２に記
    載の複合材の接合方法。
  5. 【請求項５】 複合材の接合面に介在物をセットし、プ
    レス荷重１００ｋｇｆ／ｍｍ2 未満において冷間圧接
    し、介在物を複合材接合面に埋め込ませた後、加熱して
    樹脂層をヒートシールする請求項１記載の複合材の接合
    方法。
  6. 【請求項６】 介在物が固体状のメッシュ状、ラスメタ
    タル状、パンチングメタル状、線状、棒状、または粉末
    状の金属材料またはセラミックスである請求項１〜５の
    いずれかに記載の複合材の接合方法。
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