特表 2023-539854 ２つの接合面を結合する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-20

(54)【発明の名称】２つの接合面を結合する方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/08 20060101AFI20230912BHJP

【ＦＩ】

B29C65/08

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023513225

(86)(22)【出願日】2021-08-16

(85)【翻訳文提出日】2023-02-22

(86)【国際出願番号】 EP2021072681

(87)【国際公開番号】W WO2022043107

(87)【国際公開日】2022-03-03

(31)【優先権主張番号】102020122040.5

(32)【優先日】2020-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】102020133602.0

(32)【優先日】2020-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520062177

【氏名又は名称】ヘルマン ウルトラシャルテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100126848

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】ラケール ルセル－ガルシア

(72)【発明者】

【氏名】ロビン ボーデ

(72)【発明者】

【氏名】ティモ ツィンク

【テーマコード（参考）】

4F211

【Ｆターム（参考）】

4F211AA11

4F211AA24

4F211AD16

4F211AG01

4F211AG03

4F211AR07

4F211AR12

4F211AR20

4F211TA01

4F211TC05

4F211TD11

4F211TJ11

4F211TN22

4F211TQ03

(57)【要約】

本発明は、第１の工作物の第１の接合面を第２の工作物の第２の接合面と結合する方法に関するものであって、以下のステップを有する：１）第１と第２の接合面を接触させ、２）第１の工具部分を第１の工作物と接触させ、かつ第１の工具部分を介して第１の工作物内へエネルギを投入する。わずかな熱可塑性割合を有する材料又は特に熱可塑性成分をもたない材料も、接着剤を利用する必要なしに溶接することができるようにする方法を提供するために、本発明によれば、ステップ１）の前に、Ａ）熱可塑性材料からなる粒子を第１及び／又は第２の接合面上に塗布するステップ、が実施されることが、提案される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の工作物の第１の接合面を第２の工作物の第２の接合面と結合する方法であって、以下のステップを有する：
１）第１と第２の接合面を接触させ、
２）第１の工具部分を前記第１の工作物と接触させ、かつ前記第１の工具部分を介して前記第１の工作物内へエネルギを投入する、
方法において、
ステップ１）の前に、
Ａ）熱可塑性材料からなる粒子を、前記第１及び／又は前記第２の接合面上へ塗布する、
ステップが実施される、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

ステップ２）と同時に、
３）第２の工具部分を前記第２の工作物と接触させる、
ステップが実施される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

少なくとも一方の工作物が熱可塑性材料で構成されておらず、好ましくは両方の工作物が熱可塑性材料で構成されていない、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

少なくとも一方の工作物、好ましくは両方の工作物が繊維質の材料から、あるいは多孔性の材料からなる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

ステップ１）の前に、
Ｂ）前記第１及び／又は前記第２の接合面に凹部を形成する、
ステップが実施され、ステップＢ）が好ましくはステップＡ）の前に実施される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

ステップ２）の後に、
３）前記第１及び／又は前記第２の接合面と溶融されなかった熱可塑性粒子を除去する、
ステップが実施され、好ましくはステップ３）が吸い出しによって行われる、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記熱可塑性粒子が、ボール形状、繊維形状又は血小板形状である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の工作物も前記第２の工作物も、ストリップ形状であって、両方の前記工作物が好ましくはステップ２）の間に移動される、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

ステップ２）の際に、前記第１の工具部分が超音波振動によって振動されることにより、エネルギが前記第１の工作物内へ投入される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

ステップ３）の際に、前記第２の工具部分が超音波振動によって振動される、ことを特徴とする請求項２に従属する場合の請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の工作物の第１の接合面を第２の工作物の第２の接合面と結合する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの熱可塑性材料を互いに結合することは、すでに知られている。そのために、第１の工作物の第１の接合面が第２の工作物の第２の接合面と接触されて、その後工具部分を介してエネルギが第１の工作物内へ投入される。

【0003】

エネルギ投入は、たとえば、２つの接合面が互いに押圧されるように第１の工具部分が工作物へ力を加えることによって、行うことができる。代替的に、接合面も加熱されるように、第１の工具部分が第１の工作物へ熱を伝達することもできる。いくつかの方法は、熱接合及び熱カレンダーとして知られている。

【0004】

そして代替的に、超音波振動を工作物へもたらすこともできるので、第１の工作物の材料と第２の工作物の材料が接合領域内で、すなわち接合面において、溶融される。その場合に、通常、結合を形成するために、接合圧が加えられる。その場合に、超音波振動によってすでに振動している工具部分を工作物と接触させるか、あるいはまず工具部分を工作物と接触させて、その後にその工具部分を超音波振動で励振することが、可能である。超音波というのは、１ｋＨｚと１ＧＨｚの間の周波数を有する音波である。もちろん実際においては、１５ｋＨｚと９０ＫＨｚの間の超音波周波数が特に効果的である。

【0005】

しかし、上述したすべての方法は、結合すべき材料をエネルギ投入によって溶融できることを前提としている。したがって、熱可塑性材料のみ、あるいは熱可塑性成分を有する材料は、加工に関して問題となる。

【0006】

溶接すべき材料内の熱可塑性成分が非常に少ない場合には、不完全な溶接がもたらされ、結合された材料は、自然に、あるいは軽く力が加わると、再び互いに離れることがあり得る。

【0007】

しかし市場は、ますます、より少ない熱可塑性成分を有する材料又は特に熱可塑性成分をもたない材料を必要としている。特に、再生可能な原材料からなるバイオ材料が、市場トレンドになっている。また、特に衛生製品の領域においては、製品の柔軟性に対する要請がますます高くなっており、それも同様に熱可塑性材料によっては満たすことはできない。

【0008】

この種の材料は、現在の認識によれば、エネルギ投入では、結合できないか多大な労力をかけなければ結合できないので、その代わりにしばしば接着剤が使用されるが、その接着剤は製品もしくは梱包のコストを高め、かつ環境の視点からは好ましくない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって上述した従来技術に基づいて、本発明の課題は、接着剤を使用する必要なしに、わずかな熱可塑性成分を有する材料、あるいは特に熱可塑性成分をもたない材料も溶接することができる、方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、この課題は、２つの工作物の２つの接合面を互いに接触させる前に、第１及び／又は第２の接合面上に熱可塑性材料からなる粒子が塗布されることによって、解決される。

【0011】

熱可塑性材料からなる粒子は、第１又は第２の接合面の表面に単に塗布され、かつそれによって表面において熱可塑性成分の増大をもたらす。すなわち驚くべきことに、わずかな量の熱可塑性粒子（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｓｃｈｅｎ Ｐａｒｔｉｋｅｌｎ）でも、２つの工作物の間の結合特性の著しい改良をもたらすことが、明らかにされた。したがって必要なのは、表面の、かつ特に接合面のいずれかの熱可塑性成分を増大させることだけである。それに対して、工作物内に熱可塑性材料を設ける必要はない。

【0012】

本発明に係る教示は、エネルギ投入によって結合をもたらすすべての方法において使用することができる。好ましくは、本発明に係る教示は、超音波溶接にも適用される。したがって以下で、本発明について、超音波溶接方法を用いて説明する。しかし原則的に、本発明は、たとえば熱接合又は熱カレンダーのような、他の方法においても使用することができる。

【0013】

超音波溶接においては、通常、２つの工作物は第１の工具部分としてのソノトロードと第２の工具部分としてのアンビルとの間に位置決めされるので、溶接加工の間、ソノトロードか、あるいはアンビルが接合力を材料へもたらして、２つの接合面を互いに圧接する。

【0014】

第１の工具部分と対向する第２の工具部分として、ソノトロードを使用することも同様に可能であって、それも同様に超音波振動される。

【0015】

本発明に係る措置によって、わずかな熱可塑性成分を有する材料を互いに結合することができる。特に、そもそも熱可塑性成分を持たない材料からなる１つ又は２つの工作物を互いに結合することができる。

【0016】

結合強さは、少なくとも一方の工作物、好ましくは両方の工作物が、たとえば織物又は不織布のような繊維を有する材料から、繊維を混ぜ込んだ材料から、あるいは多孔性の材料からなることによって、増大させることができる。

【0017】

熱可塑性粒子は、平均的な穴の大きさよりも小さい、あるいは隣接する繊維間の平均的な間隔よりも小さい、大きさを有することができる。その場合、熱可塑性粒子を塗布するとすぐに、熱可塑性粒子が穴内又は繊維の間に達することができる。たとえば粒子は、１００から３００μｍの間の最大範囲を有することができる。

【0018】

遅くとも熱可塑性粒子が溶融する際に、これらの粒子は穴又は繊維間隙内へ進入して、それによって結合の強度を著しく高めることができる。その場合に、溶融した熱可塑性粒子は、穴内又は繊維間隙内に固着して接合面を互いに接して維持する。その場合に、熱可塑性粒子の割合は、きわめて少なくすることができる。というのは、それらは単に接合面を結合するためにだけ必要とされるからである。好ましい実施形態において、粒子は表面上に散布される。

【0019】

他の好ましい実施形態において、両方の接合面が互いに接触される前に、一方の接合面又は両方の接合面に凹部が形成され、その場合に好ましくは、これは、熱可塑性粒子が片方又は両方の接合面上に塗布される前に、行われる。たとえば、接合面の１つを尖った形状の突出部を有するパンチと接触させることができる。工作物がストリップ形状である場合に、ストリップ形状の工作物はローラを介して展開することができ、そのローラがしかるべき尖った形状の突出部を有している。両方の接合面の結合の強度を高めるために、凹部に切り込み（Ｖｅｒｔｉｅｆｕｎｇｅｎ）を形成することも、可能である。

【0020】

凹部を形成することによって結合の強度が著しく高められるので、穴又は繊維を持たない材料も、互いに良好に結合することができる。

【0021】

他の好ましい実施形態において、超音波加工の後に、第１又は第２の接合面と溶融されなかった熱可塑性粒子は、除去することができる。これは、たとえば吸い出しによって行うことができる。

【0022】

好ましい実施形態において、繊維形状又は血小板形状の熱可塑性粒子が使用される。というのは、これらは接合面から容易には滑り落ちたり、転がり落ちたりすることがないからである。熱可塑性粒子は、接合面上に簡単に散布することができる。

【0023】

本発明は特に、第１の工作物及び、好ましくは、第２の工作物もストリップ形状（ｂａｈｎｆｏｅｒｍｉｇ）である場合に、特に効果的であり、それによってその場合に両方の工作物は加工の間、特に、第１の工具部分、すなわちたとえばソノトロードと、第２の工具部分、すなわちたとえばアンビルとの間に残る間隙を通して移動させることができる。それによって２つのストリップの連続的な結合を行うことができる。

【0024】

本発明は、正確に２つの工作物の結合に限定されるものではない。２つより多い工作物を結合することも、可能である。たとえば３つの材料ウエブ（Ｍａｔｅｒｉａｌｂａｈｎ）が互いに溶接される際に、３つの材料ウエブ全てにおいて熱可塑性の割合が少なすぎる場合に、熱可塑性粒子は、第１と第２の材料ウエブの間にも、第２と第３の材料ウエブの間にも投入される。

【0025】

本発明の他の利点、特徴及び適用可能性が、好ましい実施形態についての以下の説明及び付属の図面を用いて明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明に係る実施形態の図式的な表示である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１には、本発明に係る方法を具現化する第１の実施形態が示されている。

【0028】

ソノトロード１と相手工具２が準備される。相手工具２は、ここではローラ形状である。ソノトロード１は、超音波振動させることができる。２つの材料ウエブ３、４は、互いに溶接されようとしている。したがってそれらは、ソノトロード１と相手工具２の間の間隙を通して互いに重ねて案内される。材料ウエブの送り速度は、アンビルローラ２の周速度に相当する。

【0029】

２つの材料ウエブ３、４がソノトロード１と相手工具２の間を挿通される間、バンドに接合力が加わり、かつ超音波振動が発生される。材料ウエブ間の付着を改良するために、供給装置８を介して熱可塑性粒子５が材料ウエブ４上の接合面上へ塗布される。供給は、スクリューコンベア（図示せず）と圧縮空気駆動されるベンチュリノズル７とを用いて行うことができる。

【0030】

供給された熱可塑性粒子５は、材料ウエブ４が材料ウエブ３と接触する前に、ばらばらに材料ウエブ４上に載ることができる。その場合に、本発明に係る方法によって、ソノトロード１とアンビル２の間に２つの材料ウエブ３、４が位置し、かつそれら材料ウエブの間に個々の熱可塑性粒子５が存在する。

【0031】

超音波加工する場合に、熱可塑性粒子５が溶融されるので、それらが微穴、繊維の隙間又は前もって材料ウエブ３又は材料ウエブ４内に形成された凹部内へ進入することができる。２つの材料ウエブがソノトロード１による加工を終えて離れるとすぐに、吸い出し装置９が設けられて、余分な熱可塑性粒子５が吸い出される。

【0032】

本発明に係る方法によって、たとえば木綿のような、天然繊維を互いに結合することができる。たとえば、ＰＰ／ＰＥＴ繊維からなる材料でも、良好に互いに結合することができる。

【符号の説明】

【0033】

１ ソノトロード
２ 相手工具
３、４ 材料ウエブ
５ 熱可塑性粒子
７ ベンチュリノズル
８ 供給装置
９ 吸い出し装置

【図1】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-27

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

この種の材料は、現在の認識によれば、エネルギ投入では、結合できないか多大な労力をかけなければ結合できないので、その代わりにしばしば接着剤が使用されるが、その接着剤は製品もしくは梱包のコストを高め、かつ環境の視点からは好ましくない。
特許文献１には、高周波溶接を用いて２つの材料層を結合する方法が記述されており、その場合に結合すべき２つの材料層の間に補助層が配置されており、その補助層が、材料層の結合を改良するために、熱可塑性材料によって前処理されている。
［先行技術文献］
［特許文献１］米国特許第４，０９６，０１６号明細書

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

本発明によれば、この課題は、２つの工作物の２つの接合面を互いに接触させる前に、第１及び／又は第２の接合面上に熱可塑性材料からなる粒子が塗布され、かつステップ２）の間に熱可塑性材料からなる粒子が溶融され、かつ第１と第２の接合面が互いに結合されることによって、解決される。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0032】

本発明に係る方法によって、たとえば木綿のような、天然繊維を互いに結合することができる。たとえば、ＰＰ／ＰＥＴ繊維からなる材料でも、良好に互いに結合することができる。
なお、本発明の実施態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
第１の工作物の第１の接合面を第２の工作物の第２の接合面と結合する方法であって、以下のステップを有する：
１）第１と第２の接合面を接触させ、
２）第１の工具部分を前記第１の工作物と接触させ、かつ前記第１の工具部分を介して前記第１の工作物内へエネルギを投入する、
方法において、
ステップ１）の前に、
Ａ）熱可塑性材料からなる粒子を、前記第１及び／又は前記第２の接合面上へ塗布する、
ステップが実施される、
ことを特徴とする方法。
［態様２］
ステップ２）と同時に、
３）第２の工具部分を前記第２の工作物と接触させる、
ステップが実施される、
ことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様３］
少なくとも一方の工作物が熱可塑性材料で構成されておらず、好ましくは両方の工作物が熱可塑性材料で構成されていない、ことを特徴とする態様１又は２に記載の方法。
［態様４］
少なくとも一方の工作物、好ましくは両方の工作物が繊維質の材料から、あるいは多孔性の材料からなる、ことを特徴とする態様１から３のいずれか１項に記載の方法。
［態様５］
ステップ１）の前に、
Ｂ）前記第１及び／又は前記第２の接合面に凹部を形成する、
ステップが実施され、ステップＢ）が好ましくはステップＡ）の前に実施される、
ことを特徴とする態様１から４のいずれか１項に記載の方法。
［態様６］
ステップ２）の後に、
３）前記第１及び／又は前記第２の接合面と溶融されなかった熱可塑性材料を除去する、
ステップが実施され、好ましくはステップ３）が吸い出しによって行われる、
ことを特徴とする態様１から５のいずれか１項に記載の方法。
［態様７］
前記熱可塑性粒子が、ボール形状、繊維形状又は血小板形状である、ことを特徴とする態様１から６のいずれか１項に記載の方法。
［態様８］
前記第１の工作物も前記第２の工作物も、ストリップ形状であって、両方の前記工作物が好ましくはステップ２）の間に移動される、ことを特徴とする態様１から７のいずれか１項に記載の方法。
［態様９］
ステップ２）の際に、前記第１の工具部分が超音波振動によって振動されることにより、エネルギが前記第１の工作物内へ投入される、ことを特徴とする態様１から８のいずれか１項に記載の方法。
［態様１０］
ステップ３）の際に、前記第２の工具部分が超音波振動によって振動される、ことを特徴とする態様２に従属する場合の態様９に記載の方法。

【手続補正4】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の工作物（３）の第１の接合面を第２の工作物（４）の第２の接合面と結合する方法であって、以下のステップを有する：
１）第１と第２の接合面を接触させ、
２）第１の工具部分（１）を前記第１の工作物（３）と接触させ、かつ前記第１の工具部分（１）を介して前記第１の工作物（３）内へエネルギを投入する、
方法において、
ステップ１）の前に、
Ａ）熱可塑性材料からなる粒子（５）を、前記第１及び／又は前記第２の接合面上へ塗布する、
ステップが実施され、
ステップ２）の際に、前記熱可塑性材料からなる粒子（５）が溶融され、且つ前記第１の接合面及び第２の接合面が互いに接合される、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

ステップ２）と同時に、
３）第２の工具部分（２）を前記第２の工作物（４）と接触させる、
ステップが実施される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

少なくとも一方の工作物（３，４）が熱可塑性材料で構成されておらず、好ましくは両方の工作物（３，４）が熱可塑性材料で構成されていない、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

少なくとも一方の工作物（３，４）、好ましくは両方の工作物（３，４）が繊維質の材料から、あるいは多孔性の材料からなる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

ステップ１）の前に、
Ｂ）前記第１及び／又は前記第２の接合面に凹部を形成する、
ステップが実施され、ステップＢ）が好ましくはステップＡ）の前に実施される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

ステップ２）の後に、
３）前記第１及び／又は前記第２の接合面と溶融されなかった熱可塑性粒子（５）を除去する、
ステップが実施され、好ましくはステップ３）が吸い出しによって行われる、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記熱可塑性粒子（５）が、ボール形状、繊維形状又は血小板形状である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の工作物（３）も前記第２の工作物（４）も、ストリップ形状であって、両方の前記工作物（３，４）が好ましくはステップ２）の間に移動される、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

ステップ２）の際に、前記第１の工具部分（１）が超音波振動によって振動されることにより、エネルギが前記第１の工作物（３）内へ投入される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

ステップ３）の際に、前記第２の工具部分（２）が超音波振動によって振動される、ことを特徴とする請求項２に従属する場合の請求項９に記載の方法。

【国際調査報告】