JP2003136600A - 樹脂部材のレーザ接合方法 - Google Patents

樹脂部材のレーザ接合方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光照射によ
り互いに接合する接合方法において、樹脂部材の正確な
位置に接合部を得ることができ、かつレーザ出力の変更
等をすることなく接合強度の部分的な変化を可能とする
ことである。 【解決手段】 樹脂部材１、２はレーザ光透過性の熱可
塑性樹脂からなる。重ね合わせた樹脂部材１、２を正確
な位置で接合するために、接合部となる重ね合わせ面間
にレーザ光吸収材５を配置して、レーザ光１０をレーザ
光吸収材５に照射することにより、レーザ光吸収材５の
発熱で重ね合わせ面を溶融して接合する。また得たい接
合強度に応じてレーザ光吸収材５のレーザ光吸収率を変
えることにより、レーザ出力を変えることなく、接合部
に所望の接合強度を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂部材を重ねて
レーザにより接合する樹脂部材の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、積層された樹脂部材のレーザ接合
技術として、特開平２０００−２１８６９８号が知られ
ている。
【０００３】この方法は、図５に示すように、レーザ光
源１１に対して上側をレーザ光１２に透明な樹脂部材１
４を配し、下側にはレーザ光１２を吸収する樹脂あるい
は他の素材の部材１５を配し、これら重ねた部材１４、
１５とレーザ光源１１との間に接合すべき形状に合わせ
た開口部１９を有するマスク１３を配置して、レーザ光
１２を照射することにより、樹脂部材１４、１５の接触
面１７に溶融域１６を順次形成して、樹脂部材１４、１
５を正確で高品質な接合部で接合するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の方
法では、重ねた部材１４、１５に対するマスク１３の位
置や角度、あるいはレーザ光源１１の角度がずれた場
合、部材１４、１５の正確な位置に接合部を得られない
問題があった。
【０００５】また樹脂部材のデフォームや反り、変形等
を防止するために、接合部の接合強度を複数の接合部の
いくつかで変えようとすると、レーザ光照射のオンオフ
制御やレーザ出力の制御が必要になり、レーザ接合機の
制御が複雑になって、接合された部材の品質低下を招い
たり、接合作業の時間増大やコスト上昇を招く問題があ
った。
【０００６】従って、本発明の課題は、樹脂部材を重ね
合わせて、レーザ光照射により樹脂部材を互いに接合す
る樹脂部材のレーザ接合方法において、レーザ光照射位
置が多少ずれても正確な位置に接合部を得ることがで
き、レーザ出力の変更等をすることなく接合強度の部分
的な変化をも可能とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１の発明は、樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光
照射により樹脂部材を互いに接合する樹脂部材のレーザ
接合方法において、該樹脂部材の少なくとも一方をレー
ザ光透過性材料で構成し、該樹脂部材の接合する面の間
にレーザ光吸収材を部分的に配設し、そして前記レーザ
光透過性の樹脂部材側からレーザ光を該レーザ光吸収材
よりも広い範囲に照射することを特徴とする。
【０００８】請求項１の発明によれば、重ね合わせた樹
脂部材間に配設したレーザ光吸収材により接合部の位置
が規定されるので、レーザ光照射位置が多少ずれても、
レーザ光吸収材を含む広めの範囲に照射しておくことに
より、所望の位置に正確に接合部を得ることができる。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の樹脂部
材のレーザ接合方法において、前記レーザ光吸収材を、
接合部に得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化
させて配設することを特徴とする。
【００１０】請求項２の発明によれば、樹脂部材間にレ
ーザ光吸収材を得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率
を変化させて配設するので、レーザ出力を変えないでも
同一のレーザ出力でレーザ光を照射することにより、樹
脂部材の接合部に所望の接合強度を得ることができる。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の樹脂部材のレーザ接合方法において、前記樹脂部材の
いずれもがレーザ光透過性材料で構成されることを特徴
とする。
【００１２】請求項３の発明によれば、重ね合わせた樹
脂部材のいずれもがレーザ光透過性材料で構成されるの
で、レーザ光のレーザ光吸収材への照射を重ね合わせた
樹脂部材のいずれの側から行っても、樹脂部材を接合す
ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳述
する。
【００１４】図１は、本発明の樹脂部材のレーザ接合方
法の一実施の形態を示す概念図、図２は、本実施の形態
の接合方法を自動車のインストルメントパネル部分に適
用した場合を示す説明図である。
【００１５】図１において、符号１、２はレーザ光透過
性の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材で、図１（ａ）は重
ね合わされた樹脂部材１、２との間に複数箇所ある接合
部のうちの一つの接合部を、図１（ｂ）は他の一つの接
合部を示す。５（５ａ、５ｂ）は、樹脂部材１、２の接
合部となる重ね合わせ面間に配設したレーザ光吸収材、
８は図示しないレーザ接合機のレーザ射出端に設けられ
た合焦レンズを示す。レーザ光吸収材５は、たとえば樹
脂等の媒体にレーザ光吸収剤を配合してなっている。
【００１６】本発明では、先ず、樹脂部材１、２を接合
すべき位置で正確に接合するために、樹脂部材１、２の
重ね合わせ面の間にレーザ光吸収材５を配設して、樹脂
部材１、２の一方からレーザ光吸収材５にレーザ光１０
を照射し、レーザ光吸収材５の発熱により樹脂部材１、
２の重ね合わせ面を溶融して接合するものである。
【００１７】このようなレーザ光吸収材５を配設すれ
ば、樹脂部材１、２の接合部の位置がレーザ光吸収材５
により規定されるので、レーザ光１０の照射位置が多少
ずれても、レーザ光吸収材５を含む広めの範囲に照射す
ることにより、樹脂部材１、２の所望の位置に正確に接
合部を得ることができる。
【００１８】つぎに本発明では、レーザ光の出力を変え
ないでも、接合部の接合強度を変化可能とするために、
配設するレーザ光吸収材５のレーザ光吸収率を変えるよ
うにしてある。図１の例では、図１（ａ）のレーザ光吸
収材５ａのレーザ光吸収率よりも、図１（ｂ）のレーザ
光吸収材５ｂでレーザ光吸収率を相対的に大としてあ
る。
【００１９】このようにレーザ光吸収率を変化させてレ
ーザ光吸収材５を配設すれば、レーザ光１０を同一の出
力で発生させて照射しても、レーザ光吸収材５ｂは、レ
ーザ光吸収材５ａよりも高い吸収効率でレーザ光エネル
ギーを吸収して熱エネルギーに変換するので、図１
（ｂ）では、樹脂部材１、２の重ね合わせ面が強く溶融
して接合され、樹脂部材１、２間に、図１（ａ）の接合
部よりも相対的に強い接合強度が得られる。
【００２０】本発明は、上記のように、レーザ光照射に
よる接合にレーザ光吸収材を利用することにより、樹脂
部材の正確な位置に接合部を得、また接合部の接合強度
を調整し得るようにした。
【００２１】本発明において、レーザ光吸収材５のレー
ザ光吸収率の変更は、レーザ光吸収材５中のレーザ光吸
収剤含有量を変えることで実現することができる。レー
ザ光吸収剤としては、カーボンブラック、グラファイト
等の炭素系のもの、フェライト等の無機系のもの、銅フ
タロシアニン系顔料等の有機系のものが挙げられる。
【００２２】レーザ光吸収材５を樹脂部材１、２間に配
設するには、上記のレーザ光吸収材５を薄膜に形成して
樹脂部材１または２の接合面に貼り付けたり、レーザ光
吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いて、樹脂部材１、
２の接合面の一方に塗布若しくは印刷でレーザ光吸収材
５を形成することにより、簡単に配設することができ
る。
【００２３】樹脂部材１、２は熱可塑性樹脂であること
を要し、またそのうちの一方はレーザ光透過性を有する
ことを必要とするが、他方はレーザ光透過性を有しなく
てもよく、樹脂自体が不透明でも、あるいは着色されて
いて不透明であってもよい。
【００２４】レーザ光透過性を有する熱可塑性樹脂とし
ては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、スチロー
ル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リカーボネート、アセタール樹脂などの部材が挙げられ
る。
【００２５】樹脂部材を接合するのに用いるレーザとし
ては、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、
アルゴンレーザ、半導体レーザ等の各種のものが使用で
きる。より好ましくは、高出力が得られるＹＡＧレーザ
がよい。
【００２６】上記したように、樹脂部材１と２の間に配
設したレーザ光吸収材５により接合部の位置が規定され
るため、レーザ光１０はレーザ光吸収材５に焦点が合っ
ていなくてもよい。レーザ光照射位置が多少ずれても、
レーザ光吸収材５を含む広めの範囲に照射しておけば、
所望の位置に接合部を得ることができる。
【００２７】さて、本実施の形態の接合方法を自動車の
インストルメントパネル（ダッシュボード）のベンチレ
ターに連なる部分に適用した場合を図２により説明す
る。
【００２８】図２において、フロントガラス９に続くイ
ンストルメントパネル７の裏面には、図示しないラジエ
ターグリルから外気を導くダクト６が配置される。この
ダクト６は、つづら折り形状に上下に折曲されていて、
そのつづら折りの上側の３箇所のダクト部分６ａ、６
ｂ、６ｃがパネル７への取付部となっており、このダク
ト部分６ａ〜６ｃをダクト側６からレーザ光照射してパ
ネル７に接合する。インストルメントパネル７、ダクト
６は共に熱可塑性樹脂からなっており、ダクト６の方は
着色がしてなく、透明でレーザ光透過性を有している。
【００２９】このうちダクト部分６ａ、６ｂを取り付け
るパネル７の部位、は、乗員に近い等で目立つた
め、パネル７の外観のデフォームや反り、変形等のデフ
ォーム要件が厳しく、従来であると、デフォーム等を避
けるために、できるだけレーザ出力を低くして接合する
必要がある。一方、フロントガラス９に近いダクト部分
６ｃを取り付けるパネル２の部位は乗員から目立たな
く、また端面のため高い剛性を必要とするので、従来で
あると、レーザ出力を大きくして接合する必要がある。
このため、従来は、レーザ光照射のオンオフ制御やレー
ザパワーの制御が必要になり、レーザ接合機の制御が複
雑になって、接合された部材の品質低下を招いたり、接
合作業の時間増大やコスト上昇を招く問題が生じてい
た。
【００３０】本実施の形態では、このような不都合を避
けるために、インストルメントパネル７とダクト部分６
ａ、６ｂの間にレーザ光吸収率が低めのレーザ光吸収材
５ａ、５ａを配設し、パネル７とダクト部分６ｃの間に
レーザ光吸収率が高めの５ｂを配設して、レーザ光照射
による接合に供する。
【００３１】レーザ接合機はインストルメントパネル７
の下方に位置し、レーザ出力を所望の一定値に維持した
状態でパネル７に平行移動させながら、レーザ接合機の
射出端のレンズ８を通ったレーザ光１０を下方からダク
ト部分６ａとパネル７との間のレーザ光吸収材５ａに照
射して、ダクト部分６ａとパネル７とを配設方向に沿っ
て接合する。ついで接合機の平行移動によりダクト部分
６ｂに移り、ダクト部分６ｂのレーザ光吸収材５ａにレ
ーザ光１０を照射して、ダクト部分６ｂとパネル７とを
接合し、同様にダクト部分６ｃに移動して、ダクト部分
６ｃのレーザ光吸収材５ｃにレーザ光１０を照射して、
ダクト部分６ｃとパネル７とを接合する。
【００３２】以上により、１回のレーザ光の照射走査
で、パネル７の部位、にデフォーム等を生じること
なく、ダクト部分６ａ、６ｂを接合でき、またパネル２
の部位にダクト部分６ｃを高い剛性で接合することが
できる。またそれらダクト部分６ａ、６ｂ、６ｃとパネ
ル７との接合部を正確な位置に得ることができる。
【００３３】本実施の形態は以上のように構成されるの
で、つぎの作用効果を奏する。 （１）重ね合わせた樹脂部材間に配設したレーザ光吸収
材により接合部の位置が規定されるので、レーザ光照射
位置が多少ずれても、レーザ光吸収材を含む広めの範囲
に照射しておくことにより、所望の位置に正確に接合部
を得ることができる。 （２）樹脂部材間にレーザ光吸収材を、その樹脂部材の
接合部に得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化
させて配設するので、レーザ出力を変えないで同一のレ
ーザ出力でレーザ光を照射することにより、樹脂部材の
接合部に所望の接合強度を得ることができる。 （３）レーザ光吸収材は樹脂にレーザ光吸収剤を配合し
てなるので、樹脂部材の接合面に、レーザ光吸収剤を含
有したレーザ光吸収材の薄膜を貼り付けたり、レーザ光
吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いてレーザ光吸収材
を塗布若しくは印刷で設けることにより、樹脂板同士の
間に容易に配設することができる。 （４）重ね合わせた樹脂部材のいずれもがレーザ光透過
性材料で構成されるので、レーザ光のレーザ光吸収材へ
の照射を重ね合わせた樹脂部材の上方、下方のいずれの
側から行っても、樹脂部材を接合することができる。
【００３４】以上の実施の形態では、２個の樹脂部材を
重ねて接合する例を示したが、本発明は、３個以上の樹
脂部材を重ねて接合する場合にも適用することができ
る。例えば３個の場合を例示すると、図３（ａ）に示す
ように、樹脂部材１、２、３を重ね合わせた積層体をレ
ーザ照射方向に見た平面視で、樹脂部材１、２の間、樹
脂部材２、３の間にレーザ光吸収材５が重ならないよう
に配設する。即ち、図３（ｂ）に示すように、樹脂部材
１、２の間にレーザ光吸収材５を例えば市松模様状に配
置し、樹脂部材２、３の間には、図３（ｂ）の白抜きの
分部に相当する箇所にレーザ光吸収材５を配置すればよ
い。
【００３５】このようにレーザ光吸収材５を配設するこ
とにより、樹脂部材１または樹脂部材３側からレーザ光
１０を照射することで、樹脂部材１、２の間のレーザ光
吸収材５、樹脂部材２、３の間のレーザ光吸収材５を発
熱させて、樹脂部材１と２、樹脂部材２と３を接合する
ことができる。従って、重ね合わせた樹脂部材１、２、
３が図外の箇所でも接合される場合に、それぞれの接合
部で得たい強度に応じてレーザ光吸収材５のレーザ光吸
収率を調整して配設すればよい。
【００３６】また２個の樹脂部材が複数箇所で重なる場
合に、その複数箇所で接合する場合を例に取って説明し
たが、たとえば図４（ａ）に示すように、２個の樹脂部
材が全面で重なる場合に、その重ね合わせ面の複数箇
所、例えば４箇所で接合する際にも適用することができ
る。レーザ光吸収材５を所要の４箇所で樹脂部材間に配
設し、点線Ｌで示すように、レーザ光吸収材５を含む範
囲にレーザ光の照射走査を行えばよい。
【００３７】さらには、図４（ｂ）に示すように、２個
の樹脂部材を１つの接合部において接合する場合に、た
とえば接合部の中央部で、レーザ光吸収率が高めのレー
ザ光吸収材５ｂを配設して接合強度を大、その周囲部で
レーザ光吸収率が低めのレーザ光吸収材５ａを配設して
接合強度を小とするような形態の接合にも、適用するこ
とができる。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の樹脂部材のレーザ接合方法によれば、樹脂部材の接合
部となる重ね合わせ面間にレーザ光吸収材を配設して、
レーザ光照射によりレーザ光吸収材を発熱させて樹脂部
材を接合するので、樹脂部材の正確な位置に接合部を得
ることができ、かつレーザ光吸収材のレーザ光吸収率を
変えることにより、レーザ出力の変更等をすることなく
接合強度を部分的に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂部材のレーザ接合方法の一実施の
形態を示す概念図である。
【図２】図１の実施の形態の接合方法を自動車のインス
トルメントパネル部分に適用した例を示す説明図であ
る。
【図３】本発明の接合方法を３個以上重ねた樹脂部材の
接合に適用する場合を示す説明図である。
【図４】本発明の接合方法で可能な接合法の他の例を示
す説明図である。
【図５】従来の樹脂部材のレーザ接合方法を示す斜視図
である。
【符号の説明】
１〜３ 樹脂部材 ５、５ａ、５ｂ レーザ光吸収材 ６ ダクト ６ａ〜６ｃ ダクト部分 ７ インストルメントパネル ８ レンズ ９ フロントガラス １０ レーザ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 BA06 BF00 CF03 DB10 4F211 AA11 AA15 AB13 AB16 AB18 AD05 AD32 AH25 TA01 TC08 TD11 TN27

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光照
    射により樹脂部材を互いに接合する樹脂部材のレーザ接
    合方法において、 該樹脂部材の少なくとも一方をレーザ光透過性材料で構
    成し、 該樹脂部材の接合する面の間にレーザ光吸収材を部分的
    に配設し、 そして前記レーザ光透過性の樹脂部材側からレーザ光を
    該レーザ光吸収材よりも広い範囲に照射することを特徴
    とする樹脂部材のレーザ接合方法。
  2. 【請求項２】 前記レーザ光吸収材を、接合部に得たい
    接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化させて配設する
    ことを特徴とする請求項１記載の樹脂部材のレーザ接合
    方法。
  3. 【請求項３】 前記樹脂部材のいずれもがレーザ光透
    過性材料で構成されることを特徴とする請求項１または
    ２記載の樹脂部材のレーザ接合方法。
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