JPH08230043A - 合成樹脂材の溶接方法 - Google Patents

合成樹脂材の溶接方法

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JPH08230043A
JPH08230043A JP7038892A JP3889295A JPH08230043A JP H08230043 A JPH08230043 A JP H08230043A JP 7038892 A JP7038892 A JP 7038892A JP 3889295 A JP3889295 A JP 3889295A JP H08230043 A JPH08230043 A JP H08230043A
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welding
synthetic resin
welded
resin material
welding method
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Isamu Shindo
勇 進藤
Yasumi Kobayashi
保美 小林
Yoshio Sugita
喜男 杉田
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AISAMU KK
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 合成樹脂の板やパイプを溶接する方法であっ
て、被溶接合成樹脂材（４）の上部に透明性の高い合成
樹脂溶接材（３）を置き、その外側から赤外線（Ａ）を
照射して、被溶接合成樹脂材（４）を直接加熱して溶接
する。 【効果】 迅速で作業性に優れ、かつ、溶接の状態の判
別を容易にし、確実、完全に溶接することを可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、合成樹脂材の溶接方
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
合成樹脂の板やパイプ等の溶接を効率よく、かつ確実に
行うとともに、被溶接部の溶接状態を容易に判別し、不
完全な溶接による不都合を簡便に防止することのできる
新しい合成樹脂材の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と課題】従来より、各種の合成樹脂材につ
いての溶接が試みられており、実際にも板材やパイプ材
等の合成樹脂材の溶接が実施されてもいる。たとえば代
表的な合成樹脂の一つであるポリ塩化ビニルの板やパイ
プ等の溶接では、適当な組成の溶接棒を用い、熱風を吹
き付けて、溶接部を加熱すると同時に溶接棒を軟化もし
くは溶融させ、両者を溶着して溶接する方法が知られて
いる。
【０００３】ポリエチレン、ポリプロピレン等の溶接方
法としても同様に、熱風を吹き付けて表面を溶融させ、
接着する方法が知られている。しかしながら、これら従
来の方法には、作業性が悪く、また、溶接箇所に完全に
溶接されているか否かを判別する有効な手段が確立され
ていない等の問題点がある。
【０００４】たとえば、廃棄物処理場を建設する際に、
廃棄物から排出される有害物質が地中に浸透するのを防
止するために、処理場の表面をコンクリートで覆い、そ
の上をポリエチレンもしくはポリプロピレン等の耐候性
に優れた合成樹脂板で覆う工事が行われているが、この
工事において実施されるポリエチレンやポリプロピレン
等の合成樹脂板の溶接作業では、溶接速度が遅く、多大
の労力と時間を要するばかりでなく、溶接が終了した段
階で、溶接が完全に行われているか否かを判別する有効
な手段がない。このため、しばしば、不完全な溶接に帰
因して有害物質の地中への浸透事故が発生している。こ
のような事情から、早急に、溶接を容易に行える等の作
業性に優れ、しかも溶接が完全に行われているか否かの
確認が簡便に行うことのできる方策の実現が望まれてい
た。
【０００５】この発明は、以上の通りの従来技術の欠点
を解消するためになされたものであって、従来の方法に
比べてはるかに作業性に優れ、かつ、溶接状態の判別を
容易にし、完全なる溶接を可能とする新しい合成樹脂材
の溶接方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、合成樹脂材の溶接方法であって、被
溶接部の上部に透明性合成樹脂溶接材を載置し、その外
側からの赤外線照射により被溶接部を直接加熱して溶接
することを特徴とする合成樹脂材の溶接方法（請求項
１）を提供する。また、この発明は、上記方法におい
て、波長０．８μｍ〜１．６μｍの領域における平均の
光透過率が１０％以上、さらに好ましくは２０％以上の
透明性の合成樹脂を溶接材として使用すること（請求項
２）や、被溶接部分を不活ガスの吹き付け等によって不
活性ガス（アルゴン、窒素、ＣＯ2 等）の雰囲気とする
こと（請求項３）、被溶接部と溶接材との間に波長０．
８μｍ〜１．６μｍの領域における平均の光透過率が５
％以下の樹脂材を挟み込んで溶接すること（請求項
４）、赤外線発生装置として、ハロゲンランプ、クセノ
ンランプ等を使用し、その集光装置として、楕円鏡を使
用すること（請求項６）、赤外線発生源として、波長
０．８μｍ〜１．６μｍの波長範囲のレーザ光を使用す
ること（請求項７）、透明石英板で溶接部位を押圧しな
がら加熱溶接すること（請求項８）、またさらには、前
記溶接方法において、加熱溶接が行われた部位を直ちに
ローラー等で圧接することを特徴とする溶接方法をもそ
の好ましい態様の一つとして提供する。
【０００７】
【作用】上記の通りの構成からなるこの発明の溶接方法
は、以下の通りの新しい知見の工夫に基づいて完成され
ている。すなわち、この発明の発明者らは、まず、従来
の熱風に変わる加熱方法を検討し、赤外線を利用するこ
とが最も効率的ではないかと推測し、溶接作業の効率化
について具体的に検討した。その結果、溶接速度は、従
来の方法に比べて、１０倍程度以上速く、効率的である
ことを見出した。
【０００８】しかしながら、赤外線を用いる方法によっ
て溶接速度は速くなり、溶接効率は飛躍的に向上した
が、依然として溶接状態の判別をどのように行うかが大
きな問題として残されていた。そこで、さらにこの発明
の発明者等は、合成樹脂の合成方法とその製品の特性の
関連性、および赤外線ランプの特性との関連性について
詳しく検討し、この発明の新しい溶接方法を創案した。
そして、この方法が極めて効率的であるばかりでなく、
溶接部の判別検査が正確、かつ簡便に行える理想的な方
法であることを確認した。
【０００９】すなわち、たとえばポリエチレン樹脂の場
合、その合成方法によって透明性に差異が現れ、高圧下
で作製した樹脂チップを原料にし、一度溶融させて板に
加工した後に急冷すると肉眼でも透明性の高い樹脂板が
得られるが、たとえばこのような透明性の高い樹脂板
（厚みＴ＝１．７ｍｍ，３．０ｍｍ）の光透過率を測定
すると、図１に示すように、波長０．８μｍ〜１．６μ
ｍの領域で透過率が高くなっていることがわかる。
【００１０】この透過率特性は、原料となる樹脂チップ
の合成方法、また、チップを溶解して板に加工した後の
温度の冷却条件、板の厚さ等によって変化するが、透過
率の波長依存性には大きな差異は認められない。このこ
とは、まず第１には、波長０．８μｍ〜１．６μｍの領
域の赤外線を使用すると、これらの合成樹脂板を光は透
過できるので、この特性を有する合成樹脂を溶接材とし
て使用すると、光は、溶接材を通過して被溶接部に到達
し、溶接材の外側から、直接的に溶接材と被溶接合成樹
脂との溶接が可能となることを意味している。
【００１１】照射された光の一部は、溶接板で吸収され
るが、大部分の光は、溶接材を通過して溶接部位に到達
し、被溶接合成樹脂材の表面を加熱する。従って、被溶
接合成樹脂材として赤外線の吸収能が大きい素材（つま
り、透過率の低い素材）を選ぶと、光は、被溶接合成樹
脂材の表面で吸収され、被溶接合成樹脂材の表面の温度
を融点まで容易に加熱する。これにより、被溶接合成樹
脂材の表面と溶接材とは、容易に溶接されることにな
る。
【００１２】合成樹脂材の光の透過率は、特に光吸収能
の大きい添加剤を加えない場合には、融点に到達すると
さらに高くなる特徴がある。従って、加熱前の溶接材の
透過率は、それ程高くなくても、赤外線によって温度が
上がれば、次第に透過率が上がり、光は下部の被溶接部
に到達できるようになる。従って、溶接材として使用す
る合成樹脂は、なるべく高透過率のものが好ましいが、
たとえば、１０％程度の板であっても実用上問題はな
い。
【００１３】赤外線発生装置としては、０．８μｍ〜
１．６μｍ付近にそのピークを有するものであれば、ラ
ンプであっても、レーザ装置であってもいずれでもよい
が、なかでもハロゲンランプが最も好ましいと考えられ
る。前出の図１にはハロゲンランプの発光効率（２２０
０Ｋ、３０００Ｋ）の波長依存性も示したが、この図１
から判るように、このランプから発せられる光は、大部
分が０．８μｍ〜１．６μｍ付近に集中しているので、
大部分の光が無駄なく利用でき極めて効率的である。ま
た、ハロゲンランプは、安価でしかも、１０００時間を
超えた使用が可能であることからも有用である。
【００１４】溶接速度を大きくする場合に、赤外線の出
力を上げると、途中で被溶接部が過熱され、空気と反応
して燃焼し、表面が黒化する。このような黒化現象が発
生すると、急激に接着強度が低下される原因となる。そ
こで、この黒化の発生を防止するに、溶接部の周囲にア
ルゴンもしくは窒素ガス等の不活性ガスを流して、溶接
部周辺を無酸素状態にすることが好ましい。実際には、
この発明の方法で溶接する場合、溶接材と被溶接合成樹
脂とを密着させておくと、残存空気の量が少ないので、
黒化は殆ど無視できる程度に抑えられる。この発明の方
法で、実際に作業を行う過程で、たとえば天井等に、下
側から溶接する際には、溶接材をどのように保持するか
が問題となるが、このような場合には、透明石英板を支
持具に取付け、これで溶接材を抑えながら作業すると、
作業がスムーズに進み、溶接も完全に行うことができ
る。透明石英板は、赤外線の透過率も完全であり、急激
な過熱や冷却を行っても、特に割れ等の事故は発生しな
いため、問題なく使用することができる。
【００１５】また、このような透明石英製の圧着板を使
用しないで溶接を行うと、時々溶接部に空気が残存し、
溶接不良を起こすことがある。この場合は、溶接後、す
ぐにローラー等を用いて表面から押圧すると、このよう
な残存空気も少なくなり、溶接はより完全となる。一
方、溶接状態の判別もこの発明の方法によって容易にな
る。実際、溶接した部位では以下の現象が観察される。
まず、溶接材は、最初は、やや白濁した板であっても、
溶接中の加熱された状態では、殆ど透明となっている。
溶接後、温度が下がるにつれて再び、白濁してくるが、
完全には不透明にはならず、下地の被溶接合成樹脂材が
透けてみえる。この時、下地として、黒色の被溶接合成
樹脂材を用いた場合には、尚いっそう下地の状態が良く
観察できることがわかる。
【００１６】ところどころに、白濁円形もしくは、楕円
に近い形状で、周囲の色合いと容易に識別できる部位が
観察される。そこで、このような部位をそのまま、被溶
接合成樹脂材および溶接材に対して垂直に切断し、色合
いの異なる部位を横方向から観察したところ、このよう
な部位は、溶着が不完全な部位であって、両者が分離し
ているために、周囲とは色合いが異なって見えているこ
とがわかる。
【００１７】このことは、溶接が完全に行われたか否か
の判別が容易にできることを意味している。たとえば被
溶接合成樹脂材の上に溶接材を置き、上から石英板を押
しつけながら、溶接を行って、このような色合いの異な
る部位が全く観察されない溶接部位を垂直に切断して観
察すると、溶接部の剥がれ、不完全部等は全く認められ
ない。
【００１８】以上の通りのこの発明の方法によって、こ
れまでの方法によっては可能とされなかった、迅速で、
極めて効率的な溶接と、溶接部位の状態が確実、かつ簡
便に判別されるという優れた作用が実現されることにな
る。もちろん、合成樹脂材や溶接材の種類に特段の限定
はない。ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフ
ィン樹脂や、ポリ塩化ビニル等の、これまでに溶接対象
とされている各種のものをはじめとする任意のものが対
象となる。合成樹脂材と溶接材については、その組合わ
せは同種のもの、もしくは類似のものが好ましいことは
言うまでもない。前記の通りに光の透過特性が調整され
ていることが肝要である。
【００１９】図２は、この発明による合成樹脂材の溶接
方法の概要を図示したものである。この図２の例におい
ては、溶接のための装置は、反射鏡（１）とハロゲンラ
ンプ（２）とを備えており、溶接材（３）と被溶接合成
樹脂材（４）とに対し、ハロゲンランプ（２）から発せ
られた光（Ａ）は、反射鏡（１）で集光されて、たとえ
ばコンクリート（５）上に載置された溶接材（３）と被
溶接合成樹脂材（４）との溶接部位に照射される。な
お、この図２には、不活性ガスの供給については図示さ
れていないが、必要があれば、パイプ等を用いて、被溶
接部位に不活性ガスを吹き付けることができる。
【００２０】より具体的には、この溶接では、被溶接合
成樹脂材の繋ぎ目に、必要な幅に切断された溶接材を載
せ、上から集光装置としての反射鏡（１）でハロゲンラ
ンプ（２）の光（４）を照射する。この際、具体的に
は、被溶接合成樹脂材（４）としては、０．８μｍ〜
１．６μｍの赤外線領域の光の透過率が平均５％以下に
調整した素材を用い、溶接材（３）として、同様に０．
８μｍ〜１．６μｍの赤外線領域の光の透過率がたとえ
ば平均３０％以上である素材を使用する。
【００２１】光の透過率は、板の厚さが薄くなる程に高
く、厚くなるほどに低くなるが、機械的強度が必要とな
るので、厚さは、２〜３ｍｍ程度を標準と考えてよい。
もちろん、板の厚さは、前記の値より薄くても、厚くて
も差し支えなく、その場合には、最適な当該透過率もそ
れらの厚みによって変動する。以下、実施例を示し、さ
らに詳しくこの発明の方法について説明する。
【００２２】
【実施例】図２の構成の装置を用い、ポリエチレン樹脂
板の相互端面における溶接を行った。この際の溶接材に
は、ポリエチレン樹脂の小片を用いた。具体的には、ま
ず、ポリエチレン溶接材をポリエチレン樹脂板の継目で
ある被溶接部位の上に置き、ハロゲンランプの光を照射
する。すると、光の一部は、溶接材によって吸収される
が、残りは被溶接ポリエチレン樹脂板に到着し、その表
面を加熱する。被溶接ポリエチレン樹脂の表面は加熱さ
れ、すぐに溶接材と接合する。このとき、溶接材は、溶
融すると白濁部が無くなり、透明になるので、加熱が正
しく行われているか否かは容易に識別できる。
【００２３】溶接材の白濁部が無くなったら、ローラー
による押しつけを連続させながら、溶接を進める。これ
により、毎分１ｍ程度の溶接は、容易に実施可能とされ
た。溶接速度をさらに大きくするためにハロゲンランプ
の出力を上げ、急速に加熱すると、被溶接合成樹脂板が
過熱され過ぎて、燃えはじめ、大量の煙が発生するとと
もに、溶接された部位の接合強度が急激に低下してしま
うため、アルゴンガスを吹き付けながらハロゲンランプ
の出力を上げて溶接する。煙の発生もなく、さらに迅速
な溶接が可能であった。溶接強度も十分であった。
【００２４】また、実際に、目視で、白濁部が観察でき
なかった部位を縦に切断し、溶接状況を顕微鏡観察した
結果、１０例の検査のいずれにおいても、溶接は、完全
であることが確認された。従来の方法では、溶接終了
後、溶接が完全か否かを判別する有効な手段がなく、完
全な溶接状態の確認ができないことが大きな問題であっ
た。この発明の方法では、目視という簡便な方法で簡単
にかつ、確実に判別できることが実証された。
【００２５】なお、この発明で赤外線源としてハロゲン
ランプを使用した場合には、反射鏡としてガラスを用い
た場合であっても、また金属鏡を用いた場合でも、重量
は２〜５ｋｇ程度であり、片手で容易に作業できる重さ
である。ハロゲンランプの寿命は、この実施例の使用条
件では、１０００時間を超えており、幅約５０ｍｍの溶
接材を溶接するのに、要した電力は、毎分１ｍの速度の
場合でも４００Ｗ〜６００Ｗ程度であり、作業コストも
極めて安価である。
【００２６】もちろん溶接装置は、手持ちで使用する他
に、自走装置と組み合わせた自動溶接機として使用して
もよい。
【００２７】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、従来の方法よりもはるかに迅速で作業性に優れ、
かつ、なによりも溶接状態の判別を容易にし、確実、完
全に溶接することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成樹脂としてポリエチレンを使用した場合の
光の透過率とハロゲンランプおよびクセノンランプの発
光特性との関係を示した関係図である。
【図２】この発明の一例としての構成を示した概要図で
ある。
【符号の説明】
１ 反射鏡 ２ ハロゲンランプ ３ 溶接材 ４ 被溶接合成樹脂材 ５ コンクリート Ａ 光（赤外線）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合成樹脂材の溶接方法であって、被溶接
    部の上部に透明性合成樹脂溶接材を載置し、その外側か
    らの赤外線照射により被溶接部を直接加熱して溶接する
    ことを特徴とする合成樹脂材の溶接方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の溶接方法において、波長０．
    ８μｍ〜１．６μｍの領域における平均の光透過率が１
    ０％以上の透明性合成樹脂溶接材を載置する溶接方法。
  3. 【請求項３】 請求項１の溶接方法において、被溶接部
    分を不活ガス雰囲気とする溶接方法。
  4. 【請求項４】 請求項１の溶接方法において、被溶接部
    と溶接材との間に波長０．８μｍ〜１．６μｍの領域に
    おける平均の光透過率が５％以下の樹脂材を挟み込む溶
    接方法。
  5. 【請求項５】 請求項４の溶接方法において、溶接材の
    裏側に波長０．８μｍ〜１．６μｍの領域における平均
    の光透過率が５％以下の樹脂材が貼付けられている溶接
    方法。
  6. 【請求項６】 請求項１の溶接方法において、赤外線発
    生装置としてハロゲンランプまたはクセノンランプを使
    用し、その集光装置として、楕円鏡を使用する溶接方
    法。
  7. 【請求項７】 請求項１の溶接方法において、赤外線発
    生源として波長０．８μｍ〜１．６μｍの波長範囲のレ
    ーザ光を使用する溶接方法。
  8. 【請求項８】 請求項１の溶接方法において、透明石英
    板で溶接部位を押圧しながら加熱溶接する溶接方法。
  9. 【請求項９】 請求項１の溶接方法において、加熱溶接
    が行われた部位を直ちに圧接する溶接方法。
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