JP3510817B2 - 溶着加工によって成形体を製造する方法 - Google Patents

溶着加工によって成形体を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー溶着、振
動溶着、超音波溶着、熱板溶着等に代表される溶着加工
によって得られた成形体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリブチレンテレフタレート(PB
T)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、ポリエチ
レンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレ
ート(PEN)に代表される熱可塑性ポリエステル樹脂
は、耐熱性、耐薬品性、電気特性、機械的特性、成形流
動性等に優れ、自動車電装部品(各種コントロールユニ
ット、イグニッションコイル部品)、モーター部品、各
種センサー部品、コネクター部品、スイッチ部品、リレ
ー部品、コイル部品、トランス部品、ランプ部品等、自
動車分野、電気・電子分野に幅広く使用されている。こ
れら部品を組み立てるに当たり、従来より接着剤やネジ
止め、熱溶着等の方法が用いられてきた。ここで、接着
剤は硬化するまでの時間的なロスや固定治具が必要な場
合が多く、それに伴うコストアップの問題が、また環境
保護の点から溶剤の使用が問題となっている。またネジ
止めではインサートナット、ネジ、ワッシャー等にかか
る費用、締結の手間、重量増が問題となっている。
【0003】一方、レーザー溶着、振動溶着、超音波溶
着、熱板溶着等に代表される溶着に関しては短時間で接
合が可能であり、接着剤やネジ等の金属部品を使用しな
いので、それにかかるコストや重量増、環境汚染等の問
題が発生しないことから、この方法による組立が増えて
きている。しかしながら上記部品に使用されているPB
T、PBN、PET、PENに代表される熱可塑性ポリ
エステル樹脂は、耐熱性が優れる反面、融点が高く、軟
化・溶融しにくい特性ために溶着時の加工条件幅が狭
く、加工条件の管理が厳しかったり、加工条件によって
は十分な接合強度が発現されない場合があり、生産上の
問題点を有していた。
【0004】ここで、合成樹脂材料の接合方法として、
特公昭62−53818号公報にレーザー光による接合
方法が提案されているが、工程が煩雑であり量産性を向
上させるには限界があった。また、特開平10−159
89号公報において一次側成形品上にさらに樹脂を二次
成形してその熱で一次側成形品の一部を溶融させ固定す
る二重成形法あるいは二色成形法において、一次側成形
品にPBT系共重合体を用いることで、一次側成形品と
二次側成形品の密着性が改善されることを提案している
が、レーザー溶着、振動溶着、超音波溶着、熱板溶着に
代表される溶着加工方法に関しては言及されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、少な
くとも一方がPBT、PBN、PET、PENに代表さ
れるポリエステル系共重合体からなる成形品同士をレー
ザー溶着、振動溶着、超音波溶着、熱板溶着等に代表さ
れる溶着加工方法によって一体化させる際、溶着条件幅
が広く、溶着強さに優れた成形体を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、融点が
170〜220℃範囲であるPBT系共重合体、融点が
190〜240℃範囲であるPBN系共重合体、融点が
200〜250℃範囲であるPET系共重合体および融
点が210〜260℃範囲であるPEN系共重合体から
選ばれた少なくとも1種のポリエステル系共重合体
(a)からなる成形品(A)と他の成形品(B)とを溶
着加工により一体化させて成形体を製造する方法であ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
【0008】本発明において、成形品(A)は融点が1
70〜220℃範囲であるPBT系共重合体、融点が1
90〜240℃範囲であるPBN系共重合体、融点が2
00〜250℃範囲であるPET系共重合体および融点
が210〜260℃範囲であるPEN系共重合体から選
ばれた少なくとも1種のポリエステル系共重合体(a)
から製造される。
【0009】融点が170〜220℃範囲であるPBT
系共重合体は、テレフタル酸成分および1,4−ブタン
ジール成分と主体とするもので、他のジカルボン酸成分
およびジオール成分を共重合することによって、融点を
コントロールする。
【0010】融点が190〜240℃範囲であるPBN
系共重合体は、2,6−ナフタレンカルボン酸成分およ
び1,4−ブタンジール成分と主体とするもので、他の
ジカルボン酸成分およびジオール成分を共重合すること
によって、融点をコントロールする。
【0011】融点が200〜250℃範囲であるPET
系共重合体は、テレフタル酸成分およびエチレングリコ
ール成分と主体とするもので、他のジカルボン酸成分お
よびジオール成分を共重合することによって、融点をコ
ントロールする。
【0012】融点が210〜260℃範囲であるPEN
系共重合体は、2,6−ナフタレンカルボン酸成分およ
びエチレングリコール成分と主体とするもので、他のジ
カルボン酸成分およびジオール成分を共重合することに
よって、融点をコントロールする。
【0013】他のジカルボン酸成分としては、テレフタ
ル酸、イソフタル酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジ
カルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4
−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカル
ボン酸、ビス(P−カルボキシフェニル)メタン、アン
トラセンジカルボン酸4,4’−ジフェニルジカルボン
酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、シク
ロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ド
テカン二酸(ただし、PBT、PETの場合はテレフタ
ル酸、PBN、PENの場合は2,6−ナフタレンカル
ボン酸を除く)等が挙げられる。
【0014】ジオール成分としては、エチレングリコー
ル、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオー
ル、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオ
ール、デカメチレングリコール、シクロヘキサンジメタ
ノール等の炭素数2〜10の脂肪族ジオール、ポリエチ
レングリコール、ポリ1,3−プロピレングリコール、
ポリテトラメチレングリコール等の分子量が400〜6
000の長鎖グリコール、ハイドロキノン、レゾルシ
ン、ジヒドロキシフェニル、ナフタレンジオール、ジヒ
ドロキシジフェニルエーテル、シクロヘキサンジオー
ル、2,2ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
ジエトキシ化ビスフェノールAのような比較的低分子量
のヒドロキシ化合物、およびこれらのアルキル、アルコ
キシまたはハロゲン置換体(ただし、PBT、PBNの
場合には1、4−ブタンジオール、PET、PENの場
合はエチレングリコールを除く)等が挙げられる。
【0015】また、第三成分としてオキシカルボン酸の
例としては、オキシ安息香酸、オキシナフトエ酸、ジフ
ェニレンオキシカルボン酸、等のオキシカルボン酸、お
よびこれらのアルキル、アルコキシ、またはハロゲン置
換体が挙げられる。また、これら化合物のエステル形成
性誘導体も使用できる。
【0016】また、これらの他にポリエステル系共重合
体(a)を形成するための三官能性モノマー、すなわち
トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ペン
タエリスリトール、トリメチロールプロパン、等を少量
併用した分岐または架橋構造を有する共重合体であって
も良い。
【0017】これら共重合成分は、二種類以上を混合し
て導入した物であっても良い。
【0018】これらポリエステル系共重合体(a)は、
芳香族ジカルボン酸あるいはそのエステル形成性誘導体
と、ジオールあるいはそのエステル形成性誘導体とを主
成分とするモノマーを、縮合反応することによって得ら
れる。
【0019】PBT系共重合体のPBT成分は70モル
%以上であることが望ましい。
【0020】ここで、PBT系共重合体の融点は170
℃〜220℃範囲が望ましい。融点が170℃〜220
℃範囲のPBT系共重合体は融点が227℃のPBT重
合体に比較して融解熱が低く、レーザー溶着法、振動溶
着法、超音波溶着法、熱板溶着法、等により接合面を溶
融させる際にはより低い融解エネルギーで溶融させるこ
とが可能である。また、レーザー溶着法のように成形品
(A)および他の成形品(B)を重ね合わせ、一方より
レーザー光を照射し成形品内をレーザー光が透過した後
成形品接合面を溶融・接合させるが、融点が170℃〜
220℃範囲のPBT系共重合体は、融点が227℃の
PBT重合体に比較して結晶化度が低く、光線透過率が
高いため、より低い融解エネルギーで溶融させることが
可能である。低融解エネルギーでの接合は、溶着強さが
向上するとともに、溶着条件幅が広がる、接合面=成形
品の形状の自由度が広がる、溶着装置出力が低く設定で
きるため溶着装置の長寿命化が期待できる等のメリット
がある。PBN系共重合体のPBN成分は70モル%以
上であることが望ましい。
【0021】ここで、PBN系共重合体の融点は190
℃〜240℃範囲が望ましい。融点が190℃〜240
℃範囲のPBN系共重合体は融点が247℃のPBN重
合体に比較して融解熱が低く、レーザー溶着法、振動溶
着法、超音波溶着法、熱板溶着法、等により接合面を溶
融させる際にはより低い融解エネルギーで溶融させるこ
とが可能である。また、レーザー溶着法のように成形品
(A)および他の成形品(B)を重ね合わせ、一方より
レーザー光を照射し成形品内をレーザー光が透過した後
成形品接合面を溶融・接合させるが、融点が190℃〜
240℃範囲のPBN系共重合体は融点が247℃のP
BN重合体に比較して結晶化度が低く、光線透過率が高
いため、より低い融解エネルギーで溶融させることが可
能である。低融解エネルギーでの接合は、溶着強さが向
上するとともに、溶着条件幅が広がる、接合面=成形品
の形状の自由度が広がる、溶着装置出力が低く設定でき
るため溶着装置の長寿命化が期待できる等のメリットが
ある。
【0022】PET系共重合体のPET成分は70モル
%以上であることが望ましい。
【0023】ここで、PET系共重合体の融点は200
℃〜250℃範囲が望ましい。融点が200℃〜250
℃範囲のPET系共重合体は融点が257℃のPET重
合体に比較して融解熱が低く、レーザー溶着法、振動溶
着法、超音波溶着法、熱板溶着法、等により接合面を溶
融させる際にはより低い融解エネルギーで溶融させるこ
とが可能である。また、レーザー溶着法のように成形品
(A)および他の成形品(B)を重ね合わせ、一方より
レーザー光を照射し成形品内をレーザー光が透過した後
成形品接合面を溶融・接合させるが、融点が200℃〜
250℃範囲のPET系共重合体は融点が257℃のP
ET重合体に比較して結晶化度が低く、光線透過率が高
いため、より低い融解エネルギーで溶融させることが可
能である。低融解エネルギーでの接合は、溶着強さが向
上するとともに、溶着条件幅が広がる、接合面=成形品
の形状の自由度が広がる、溶着装置出力が低く設定でき
るため溶着装置の長寿命化が期待できる等のメリットが
ある。PEN系共重合体のPEN成分は70モル%以上
であることが望ましい。
【0024】ここで、PEN系共重合体の融点は210
℃〜260℃範囲が望ましい。融点が210℃〜260
℃範囲のPEN系共重合体は融点が268℃のPEN重
合体に比較して融解熱が低く、レーザー溶着法、振動溶
着法、超音波溶着法、熱板溶着法、等により接合面を溶
融させる際にはより低い融解エネルギーで溶融させるこ
とが可能である。また、レーザー溶着法のように成形品
(A)および他の成形品(B)を重ね合わせ、一方より
レーザー光を照射し成形品内をレーザー光が透過した後
成形品接合面を溶融・接合させるが、融点が210℃〜
260℃範囲のPEN系共重合体は融点が268℃のP
EN重合体に比較して結晶化度が低く、光線透過率が高
いため、より低い融解エネルギーで溶融させることが可
能である。低融解エネルギーでの接合は、溶着強さが向
上するとともに、溶着条件幅が広がる、接合面=成形品
の形状の自由度が広がる、溶着装置出力が低く設定でき
るため溶着装置の長寿命化が期待できる等のメリットが
ある。
【0025】本発明においては、ポリエステル系共重合
体(a)は1種以上混合して成形品としてもかまわな
い。本発明においては、ポリエステル系共重合体(a)
には、本発明の効果を損なわない範囲で、機械的強度、
剛性、耐熱性、寸法安定性、電気特性等を向上させる目
的で、ガラス繊維、ガラス繊維以外の無機繊維、金属繊
維、炭素繊維、耐熱性有機繊維等の繊維状強化材、マイ
カ、セリサイト、ガラスフレーク等の板状充填材、タル
ク、カオリン、クレー、ウォラストナイト、ベントナイ
ト、アスベスト、アルミナシリケート等の珪酸塩、アル
ミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ム、酸化チタン等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸
マグネシウム、ドロマイト等の炭酸塩、硫酸カルシウ
ム、硫酸バリウム等の硫酸塩、ガラスビーズ、窒化ホウ
素、炭化珪素等の粒子状充填材等を添加することができ
る。またこれら無機強化材、充填材は2種以上を併用す
ることができる。
【0026】無機強化材、充填材の添加量は5〜50質
量%範囲が好ましい。5重量%未満では耐熱性が、50
重量%を超えると成形性、靱性が低下する傾向にある。
【0027】また、本発明の効果を損なわない範囲でシ
リカやステアリン酸塩等の滑剤や離型剤、紫外線吸収
剤、カーボンブラック等の顔料を含む着色料、ハロゲン
化物やリン化合物等の難燃剤、難燃助剤、酸化防止剤、
帯電防止剤、カップリング剤、発泡剤、架橋剤、結晶核
剤および熱安定剤、等の公知の添加剤を添加することが
できる。またさらに、本発明の効果を損なわない範囲
で、ゴム強化樹脂(ブタジエン系共重合体、アクリル系
共重合体、シリコン系共重合体、シリコン−アクリル系
共重合体)、AS樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ナイロン樹
脂等の他の熱可塑性樹脂や耐衝撃性、耐加水分解性、耐
ヒートショック性等を改善させるためのポリエステルエ
ラストマーやMBS、ブタジエン系、アクリル系、シリ
コン系、シリコーンアクリル系等各種ゴム成分、オレフ
ィン系共重合体、ナイロン系共重合体、等の各種改質剤
を添加することができる。
【0028】本発明の熱溶着加工で一体化させることに
よって得られた成形体を製造する方法としては、ポリエ
ステル系共重合体(a)を射出成形し、成形品(A)お
よび他の成形品(B)を得る。これら成形品の接合面を
レーザー溶着法、振動溶着法、超音波溶着法、熱板溶着
法、等により溶融させた後接合面を密着・冷却し接合さ
せることで二つの成形品を一体化させ、一つの成形体を
得る。
【0029】他の成形品(B)はゴム強化樹脂(ブタジ
エン系共重合体、アクリル系共重合体、シリコン系共重
合体、シリコーン−アクリル系共重合体)、AS樹脂、
ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニ
レンエーテル樹脂、ナイロン樹脂等のポリエステル系共
重合体(a)以外の熱可塑性樹脂から射出成形されたも
のでもかまわない。
【0030】また、本発明においては、成形品(A)お
よび他の成形品(B)を重ね合わせて溶着法により接合
する際、本発明の効果を損なわない範囲で、成形品
(A)および他の成形品(B)の接合面にパッキン、防
水透湿性シート、フィルム、プラスチックレンズ等機能
部品を挟み込んでも良い。
【0031】本発明により得られる成形体は、レーザー
溶着、振動溶着、超音波溶着、熱板溶着等に代表される
熱溶着加工に関して、特にポリエステル系共重合体
(a)を用いることで、溶着強さが向上し、加工条件が
大幅に改善される。 このようにして得られた成形体と
しては、自動車電装部品(各種コントロールユニット、
イグニッションコイル部品)、モーター部品、各種セン
サー部品、コネクター部品、スイッチ部品、リレー部
品、コイル部品、トランス部品、ランプ部品等、自動車
分野、電気・電子分野に幅広く利用される。
【0032】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。
【0033】《ポリエステル系共重合体の調整》PBT
系共重合体としては、ジメチルイソフタル酸および2,
6−ナフタレンジカルボン酸を表1に示す共重合量で共
重合したPBT共重合体(a−1)〜(a−4)および
共重合成分を含有しないPBT重合体(a−8:三菱レ
イヨン製タフペットPBT N1300)を準備した。
なお、PBT共重合体(a−1)〜(a−4)は、通常
のPBTの製造法に従い、各共重合成分と共に共重合さ
せた。それぞれの分子量はN1300相当となるように
調整した。PBN系共重合体としては、ジメチルイソフ
タル酸を表1に示す共重合量で共重合したPBN共重合
体(a−5)および共重合成分を含有しないPBN重合
体(a−9)を準備した。なお、PBN共重合体(a−
5)は、通常のPBN重合体の製造法に従い、各共重合
成分と共に共重合させた。それぞれの分子量はN130
0相当となるように調整した。
【0034】PET系共重合体としては、2,6−ナフ
タレンジカルボン酸を表1に示す共重合量で共重合した
PET共重合体(a−6)および共重合成分を含有しな
いPET重合体(a−10)を準備した。なお、PET
共重合体(a−6)は、通常のPET重合体の製造法に
従い、各共重合成分と共に共重合させた。それぞれの分
子量はN1300相当となるように調整した。
【0035】PEN系共重合体としては、2,7−ナフ
タレンジカルボン酸を表1に示す共重合量で共重合した
PEN共重合体(a−7)および共重合成分を含有しな
いPEN重合体(a−11)を準備した。なお、PET
共重合体(a−7)は、通常のPEN重合体の製造法に
従い、各共重合成分と共に共重合させた。それぞれの分
子量はN1300相当となるように調整した。
【0036】以上ポリエステル系(共)重合体の融点は
DSC(セイコーSSC5200)で測定した。
【0037】次に表1に示すポリエステル系共重合体
(a−1)〜(a−7)およびポリエステル重合体(a
−8)〜(a−11)に、無機強化材としてガラス繊維
(日本電気硝子製ECS03−T191)、ガラスビー
ズ(東芝製ガラスビーズGB731B)、ガラスフレー
ク(日本硝子繊維製REF−140)を表2に示す割合
でそれぞれ配合し、V型ブレンダーで5分間混合、均一
化させて樹脂組成物を得た。 得られた樹脂組成物をφ
30mmのベント式二軸押出機に投入し、PBTおよび
PBN系(共)重合体を用いる際にはシリンダー温度2
60℃で、PETおよびPEN系(共)重合体を用いる
際にはシリンダー温度285℃で押し出してペレットを
調整し樹脂組成物(b−1)〜(b−15)を得た。
【表1】
【表2】 《熱溶着加工性の評価》これらペレットを用いて、熱溶
着加工性の評価を実施した。熱溶着方法としてはレーザ
ー溶着方法を採用した。
【0038】まず、樹脂組成物(b−1)〜(b−1
5)について、それぞれナチュラル色と黒色のペレット
を準備し、PBTおよびPBN系(共)重合体は120
℃×4Hr、PETおよびPEN系(共)重合体は15
0℃×4Hrの条件でペレット乾燥した後、東芝製射出
成形機IS80を用いてPBTおよびPBN系(共)重
合体はシリンダー温度260℃、PETおよびPEN系
(共)重合体はシリンダー温度285℃、金型温度80
℃の条件で、100×100×1mmtの平板を成形し
た。 さらに、この100×100×1mmtの平板か
ら100×10×1mmtの短冊状試験片を作製し、レ
ーザー溶着加工評価用サンプルとした。次に、図1に示
すように、SDL社製半導体レーザー加工機SDL−F
D25に黒色の短冊状試験片(1)を置き、その上に一
部を重ね合わせるようにナチュラル色の短冊状試験片
(2)を置いて固定した。 ここで、ナチュラル色の短
冊状試験片の側からレーザー光(3)を当てるが、ナチ
ュラル色と黒色の短冊状試験片の接合面が焦点となるよ
うに位置の調整を行い、出力10W、レーザー光照射速
度2mm/secの条件で熱溶着加工を実施した。 こ
のようにして得た成形体を引張試験機を用いて速度5m
m/min、チャック間距離50mmの条件で引張り、
破断荷重と溶着面積から引張剪断強さを算出した。
【0039】実施例を表3に、比較例を表4に示す。
【0040】
【表3】
【表4】 ここで、実施例1〜実施例8に対して比較例1、実施例
9〜実施例10に対して比較例2〜比較例3、実施例1
1に対して比較例4、実施例12に対して比較例5、実
施例13に対して比較例6を示す。
【0041】
【発明の効果】本発明により提供されるレーザー溶着、
振動溶着、超音波溶着、熱板溶着等に代表される熱溶着
加工によって得られた成形体は、溶着加工を実施する
際、一方または両方を融点が170〜220℃範囲であ
るPBT系共重合体、融点が190〜240℃範囲であ
るPBN系共重合体、融点が200〜250℃範囲であ
るPET系共重合体あるいは融点が210〜260℃範
囲であるPEN系共重合体からなる成形品とすること
で、同一溶着条件においても溶着強さに優れた成形体を
得ることができる。同一溶着強さの成形品を得るのであ
れば、低融解エネルギーでの接合が可能であり、溶着条
件幅が広がると共に、接合面=成形品の形状の自由度が
広がる、溶着装置出力が低く設定できるため、溶着装置
の長寿命化が期待できる等のメリットがある。このよう
にして得られた成形体としては、自動車電装部品(各種
コントロールユニット、イグニッションコイル部品)、
モーター部品、各種センサー部品、コネクター部品、ス
イッチ部品、リレー部品、コイル部品、トランス部品、
ランプ部品等、自動車分野、電気・電子分野に幅広く利
用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例で用いたレーザー溶着加工の方法を示
す。
【符号の説明】
1 黒色の短冊状試験片(相手側成形品) 2 ナチュラル色の短冊状試験片(レーザー光透過側成
形品) 3 レーザー光 4 レーザー光移動方向(2mm/sec) 5 溶着部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08L 67:00 C08L 67:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/12 B29C 65/02 B29C 65/08 B29C 65/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 融点が170〜220℃範囲であるポリ
    ブチレンテレフタレート系共重合体、融点が190〜2
    40℃範囲であるポリブチレンナフタレート系共重合
    体、融点が200〜250℃範囲であるポリエチレンテ
    レフタレート系共重合体および融点が210〜260℃
    範囲であるポリエチレンナフタレート系共重合体から選
    ばれた少なくとも1種のポリエステル系共重合体(a)
    からなる射出成形樹脂成形品(A)と他の射出成形樹脂
    成形品(B)とを、レーザー溶着法、振動溶着法、超音
    波溶着法、熱板溶着法から選ばれる溶着加工により一体
    化させて成形体を製造する方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載において、他の射出成形樹
    成形品(B)が射出成形樹脂成形品(A)と同一成分
    である成形体の製造方法。
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