特許 7411991 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-28

(45)【発行日】2024-01-12

(54)【発明の名称】熱可塑性樹脂成形体の溶着方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/14 20060101AFI20240104BHJP

【ＦＩ】

B29C65/14

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020000786

(22)【出願日】2020-01-07

(65)【公開番号】P2021109319

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】803000045

【氏名又は名称】株式会社キャンパスクリエイト

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】三徳 正孝

(72)【発明者】

【氏名】粕谷 美里

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２４０６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０１５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２１２４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６５／００ － ６５／８２

Ｂ２３Ｋ ２０／００ － ２０／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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／ｍｍ^２・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ｖ_１及びそのときの最小光子密度Ｐ_１ 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ｖ_２及びそのときの最大光子密度Ｐ _２ を求める。
工程（ｂ）：点Ａ（ｖ_１，Ｐ_１）と点Ｂ（ｖ_２，Ｐ_２）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（ｖ_３，Ｐ_３）（ただし、ｖ_３＞ｖ_２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（ｖ_４，Ｐ_４）（ただし、ｖ_４＜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。

【請求項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ｖ_５を求め、前記送り速度ｖがｖ_１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。

【請求項3】

前記赤外線の送り速度がｖ_５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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱可塑性樹脂成形体の溶着方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４２７９６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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／ｍｍ^２・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ｖ_１及びそのときの最小光子密度Ｐ_１と、前記送り速度ｖの最大値ｖ_２及びそのときの最大光子密度Ｐ_２とを求める。
工程（ｂ）：点Ａ（ｖ_１，Ｐ_１）と点Ｂ（ｖ_２，Ｐ_２）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（ｖ_３，Ｐ_３）（ただし、ｖ_３＞ｖ_２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（ｖ_４，Ｐ_４）（ただし、ｖ_４＜ｖ_１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ｖ_５を求め、前記送り速度ｖがｖ_１以上ｖ_５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ｖ_５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。

【発明の効果】

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法の一例を示した断面図である。

【図2】送り速度の最小値ｖ_１及び最小光子密度Ｐ_１（点Ａ）と、送り速度の最大値ｖ_２及び最大光子密度Ｐ_２（点Ｂ）とをプロットして直線ｋで結んだグラフを示した図である。

【図3】図２のグラフの直線ｋ上に送り速度の最大値ｖ_３及び光子密度Ｐ_３（点Ｃ）をプロットした様子を示した図である。

【図4】本発明の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法の他の例を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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／ｍｍ^２・ｓ）として、下記の工程（ａ）～（ｄ）を事前に実施する。

【0019】

（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ｖ_１及びそのときの最小光子密度Ｐ_１と、送り速度ｖの最大値ｖ_２及びそのときの最大光子密度Ｐ_２とを求める。

【0020】

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。

【0021】

「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。

【0022】

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ｖ_１と、送り速度ｖ_１のときの最小光子密度Ｐ_１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４．８２３×１０^２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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ｖ_１と最小光子密度Ｐ_１を求める。
ｖ_１及びＰ_１を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０^２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０^２２～２．４１２×１０^２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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。

【0023】

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ｖ_２と、送り速度ｖ_２のときの最大光子密度Ｐ_２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４．８２３×１０^２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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ｖ_２と最大光子密度Ｐ_２を求める。
ｖ_２及びＰ_２を求める試験において光子密度Ｐの変動間隔は、４．８２３×１０^２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓには限定されず、例えば、１．２０６×１０^２２～２．４１２×１０^２３ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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。

【0024】

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ｖ_１及び最小光子密度Ｐ_１と、送り速度の最大値ｖ_２及び最大光子密度Ｐ_２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。

【0025】

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。

【0026】

【数1】

【0027】

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、ｌ_０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。

【0028】

（工程（ｂ））
図２に示すように、点Ａ（ｖ_１，Ｐ_１）と点Ｂ（ｖ_２，Ｐ_２）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。

【0029】

（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（ｖ_３，Ｐ_３）（ただし、ｖ_３＞ｖ_２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。

【0030】

（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（ｖ_４，Ｐ_４）（ただし、ｖ_４＜ｖ_１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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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ｖ_５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、１ｃｍ^３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。

【0034】

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（ｖ_５，Ｐ_５）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≧ｖ_５）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。

【0035】

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ｖ_３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。

【0036】

通知手段１２０としては、赤外線Ｉの送り速度がｖ_５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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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（ＣＯ_２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、ＣＯ_２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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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（Ａｌ_２Ｏ_３）、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（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【実施例】

【0064】

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。

【0065】

［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。

【0066】

［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。

【0067】

［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１ｃｍ^３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。

【0068】

［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（ｖ_１，Ｐ_１）及び点Ｂ（ｖ_２，Ｐ_２）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、ＣＯ_２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４．８２３×１０^２２ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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（ｖ_１，Ｐ_１）及び点Ｂ（ｖ_２，Ｐ_２）を求めた。ｖ_１は８７．４ｍｍ／ｓ、Ｐ_１は２．１９×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓ、最大値ｖ_２は１５４．２ｍｍ／ｓ、Ｐ_２は５．３１×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓであった。

【0069】

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（ｖ_３，Ｐ_３）とし、直線ｋを平行移動させた直線を直線ｐとした。ｖ_３は１６８．０ｍｍ／ｓ、Ｐ_３は５．３１×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・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（ｖ_４，Ｐ_４）とし、直線ｋを平行移動させた直線を直線ｑとした。ｖ_４は４６．８ｍｍ／ｓ、Ｐ_４は１．３３×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓであった。

【0070】

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ｖ_５を求めた。ｖ_５は１３６．９ｍｍ／ｓ、Ｐ_５は４．３７×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍｍ^２・ｓであった。

【符号の説明】

【0071】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】