JP2006341515A - 接合体及び接合方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 樹脂材料同士或いは樹脂材料と金属材料とのレーザー接合において、より強固で且つ安定的な強度を有する溶着部を備えた接合体及び接合方法を提供するものである。
【解決手段】 レーザー光３を吸収して加熱される第一の被接合体５とレーザー光を透過する第二の被接合体７とを重ね合わせた後、前記第二の被接合体７側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光３を照射して前記第二の被接合体７を溶融し且つ固化させることにより両被接合体を結合する接合方法において、前記第一の被接合体５の接合面に一体に形成されたアンカーロック部４にレーザー光３を照射して前期第二の被接合体７の前記アンカーロック部４と当接する部分を溶融し且つ前記アンカーロック部４周囲で固化させることにより前記両被接合体を一体に結合することを特徴とする接合方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、樹脂材料或いは金属材料などの被接合体の接合部にレーザー光を照射することにより、それぞれの材料の被接合体の接合部を加熱溶融させて接合する接合方法に関する。
従来から、樹脂材料或いは金属材料などの被接合体の接合部にレーザー光を照射することにより、それぞれの材料の被接合体の接合部を加熱溶融させて接合する接合方法は、製品の小型化、コストダウンなどのメリットにより種々の分野で利用されてきた。
例えば、樹脂材料の接合に関しては、従来技術として、特許文献１及び特許文献２があり、図１（a）に見られるように、カーボンなどを含むことによりレーザー光を吸収して加熱される樹脂材料からなる被接合体１とレーザー光に対して透過性のある樹脂材料からなる被接合体２とを重ね合わせて、透過性のある被接合体２側からレーザー光３を照射して、被接合体２を透過したレーザー光３が吸収性のある被接合体１を加熱し、その結果、両被接合体１，２の接合面を溶融して接合するものである。
しかし、これらの溶着断面を詳細に分析すると、それぞれの被接合体はレーザー照射によりそれぞれ溶融・固化するものの、相互に混ざり合ういわゆる相溶層はわずかしか存在していないことが判明している。例えば、あるＰＢＴ樹脂からなる被接合体のレーザー溶着後の強度を測ったところ引っ張り強度では３０〜５０ＭＰaが限界であった。これはそもそもの母材強度と比較しても接合効率が低下しているということを示している。
一方、金属材料と樹脂材料の接合に関しては、図１（ｂ）に見られるように、１はレーザー光を吸収して加熱される金属材料からなる被接合体であり、2はレーザー光に対して透過性のある樹脂材料からなる被接合体であるが、透過性のある被接合体側から同様の方法でレーザーを照射して金属材料の被接合体を加熱し樹脂材料からなる被接合体の接合面を溶融・固化させても、両部材の融点の違いにより相溶層を形成することは一般に不可能である。
特開昭６０−２１４９３１号公報 特開２００１−７１３８４号公報
本発明は、上記の従来技術が有する問題点を解決しようとするものであり、樹脂材料同士或いは樹脂材料と金属材料とのレーザー接合において、より強固で且つ安定的な強度を有する溶着部を備えた接合体及び接合方法を提供するものである。
請求項１の接合体は、それぞれ樹脂材料からなる第一の被接合体と第二の被接合体とから構成される接合体において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部を前記第二の被接合体内に保持させることにより前記両被接合体が一体に結合されることを特徴とするものである。
本発明は、このように構成されているので、レーザー接合により接合された第一及び第二の被接合体の溶着部（接合部）において、第二の被接合体が溶融されて第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部の周囲を囲んで固化することにより同アンカーロック部を第二の被接合体の内部側に確実に保持することとなる。このため、両被接合体間のアンカー効果により従来のレーザー接合により作成された樹脂材料からなる接合体に比較してその溶着部をきわめて高い強度とすることができるという効果を奏するものである。
請求項２の接合体は、金属材料からなる第一の被接合体と樹脂材料からなる第二の被接合体とから構成される接合体において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部を前記第二の被接合体内に保持させることにより前記両被接合体が一体に結合されることを特徴とするものである。
本発明は、このように構成されているので、レーザー接合により接合された第一及び第二の被接合体の溶着部（接合部）において、樹脂材料からなる第二の被接合体が溶融されて金属材料からなる第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部の周囲を囲んで固化することにより同アンカーロック部を第二の被接合体の内部側に確実に保持することとなる。このため、両被接合体間のアンカー効果により従来のレーザー接合により作成された樹脂材料および金属材料からなる接合体に比較してその溶着部をきわめて高い強度とすることができるという効果を奏するものである。
請求項３の接合方法は、レーザー光を吸収して加熱される第一の被接合体とレーザー光を透過する第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第二の被接合体側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光を照射して前記第二の被接合体を溶融し且つ固化させることにより両被接合体を結合する接合方法において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部にレーザー光を照射して前期第二の被接合体の前記アンカーロック部と当接する部分を溶融し且つ前記アンカーロック部周囲で固化させることにより前記両被接合体を一体に結合することを特徴とするものである。
本発明は、このように構成されているので、レーザー接合により接合された第一及び第二の被接合体の溶着部（接合部）において、第一の被接合体よりも融点が低い材料からなる第二の被接合体が溶融されて、融点がより高い材料からなる第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部の周囲を囲んで固化することにより、同アンカーロック部を第二の被接合体の内部側に確実に保持することとなる。このため、両被接合体間のアンカー効果により従来のレーザーによる接合方法に比較してその溶着部をきわめて高い強度とすることができるという効果を奏するものである。
以下、図２〜４に基づいて本発明の実施形態について説明する。各図共、3はレーザー光、４はアンカーロック部、５は高融点の樹脂材料からなる被接合体（第一の被接合体）、６は高融点の金属材料からなる被接合体（第一の被接合体）、７は低融点の樹脂材料からなる被接合体（第二の被接合体）である。
なお、図１は従来例についての説明図であり、１はレーザー光吸収性樹脂からなる被接合体、２はレーザー光透過性樹脂からなる被接合体、３はレーザー光、４は溶着部（接合部）、１’はレーザー光吸収性金属からなる被接合体である。なお、従来技術については、〔背景技術〕の項で詳述したので、ここでは繰り返した説明は行わない。
図２に基づいて本発明の第一の実施形態ついて説明する。本実施形態は、特に、樹脂材料相互をレーザー光により接合する技術に関するものである。レーザー光を吸収して加熱される、例えば、カーボンを含有する、高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体５とレーザー光を透過する低融点の樹脂材料からなる第二の被接合体７とが重ね合わせられている。高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体５には、その接合面上にレーザー接合される範囲にわたって予めアンカーロック部４が公知の適宜な方法によって加工形成されている。次に、二次元方向に走査されるレンズ系を備えたレーザー光照射装置（図示されていない）により第二の被接合体７側から前期重ね合わせた面のアンカーロック部４に対してレーザー光３を照射する。照射されるレーザー光は低融点側の被接合体７のみが溶融し、高融点側の被接合体５は溶融しない範囲の出力となるように設計されている。これによりアンカーロック部４が加熱され、その熱によりアンカーロック部４即ち第一の被接合体５よりも融点が低い第二の被接合体７のアンカーロック部４に当接する部分のみが溶融し、アンカーロック部４の周囲に入り込んで固化することとなる。このようにして、図３の右図のように、第一の被接合体５の接合面に一体に形成されたアンカーロック部４が第二の被接合体７の内部側にしっかりと一体に保持された接合体が作成される。
さらに、図３に示されるように、高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体５をレーザー光が透過する被接合体とし、低融点の樹脂材料からなる第二の被接合体７を、レーザー光を吸収して加熱される、例えば、カーボンを含有する樹脂からなる被接合体として使用してもよい。この場合は、図３に見られるように、上側に位置する高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体５の接合面上にレーザー接合される範囲にわたって予めアンカーロック部４が公知の適宜な方法によって加工形成されている。以下、同様に、第一の被接合体７側から前期重ね合わせた面のアンカーロック部４に対してレーザー光３を照射する。これによりアンカーロック部４が加熱され、その熱によりアンカーロック部４即ち第一の被接合体５よりも融点が低い第二の被接合体７のアンカーロック部４に当接する部分のみが溶融し、アンカーロック部４の周囲に入り込んで固化することとなる。このようにして、図３の右図のように、第一の被接合体５の接合面に一体に形成されたアンカーロック部４が第二の被接合体７の内部側にしっかりと一体に保持された接合体が作成される。
次に、図４に基づいて、本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、特に、樹脂材料と金属材料とをレーザー光により接合する技術に関するものである。レーザー光を吸収して加熱される高融点の金属材料からなる第一の被接合体６とレーザー光を透過する低融点の樹脂材料からなる第二の被接合体７とが重ね合わせられている。高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体５には、その接合面上にレーザー接合される範囲にわたって予めアンカーロック部４が公知の適宜な方法によって加工形成されている。次に、二次元方向に走査されるレンズ系を備えたレーザー光照射装置（図示されていない）により第二の被接合体７側から前期重ね合わせた面のアンカーロック部４に対してレーザー光３を照射する。照射されるレーザー光は低融点側の被接合体７のみが溶融し、高融点側の被接合体５は溶融しない範囲の出力となるように設計されている。これによりアンカーロック部４が加熱され、その熱によりアンカーロック部４即ち第一の被接合体５よりも融点が低い第二の被接合体７のアンカーロック部４に当接する部分のみが溶融し、アンカーロック部４の周囲に入り込んで固化することとなる。このようにして、図４の右図のように、金属材料からなる第一の被接合体５の接合面に一体に形成されたアンカーロック部４が樹脂材料からなる第二の被接合体７の内部側にしっかりと一体に保持された接合体が作成される。
アンカーロック４の形状は、図示されているような逆L字状の形状に限定される必要はなく、溶着部において破壊方向に働く力に対して反力が作用する形状であれば、逆Ｊ字状、くの字状など種々の形状が採用される。
以上、説明したように、本発明によれば、樹脂同士或いは樹脂と金属との被接合体をレーザー光により接合するに際し、二つの被接合体の融点の差を利用して、高融点側の被接合体にアンカーロック部を形成し、低融点側の被接合体のみを溶融してアンカーロック部の周囲に入り込ませて固化させることにより、従来からのレーザーによる接合に比較してきわめて高い強度の溶着部を備えた接合体を創出するという効果を奏するものである。このため、ケース類の機密接合用のみでなく、製品の構造上特に強度が要求される重要な部位の接合も可能となり、その応用範囲はきわめて広いものとなる。
（a）は、樹脂材料同士の接合を対象とする従来例のレーザー光による接合方法の説明図である。（ｂ）は、樹脂材料と金属材料との接合を対象とする従来例のレーザー光による接合方法の説明図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザー光による接合方法の説明図である。 本発明の第一の実施形態の変形例に係るレーザー光による接合方法の説明図である。 本発明の第二の実施形態に係るレーザー光による接合方法の説明図である。
符号の説明

１ 樹脂材料からなる第一の被接合体（従来技術）
１’ 金属材料からなる第一の被接合体（従来技術）
２ 樹脂材料からなる第二の被接合体（従来技術）
３ レーザー光
４ アンカーロック部
５ 高融点の樹脂材料からなる第一の被接合体
６ 高融点の金属材料からなる第一の被接合体
７ 低融点の樹脂材料からなる第二の被接合体

Claims (3)

  1. それぞれ樹脂材料からなる第一の被接合体と第二の被接合体とから構成される接合体において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部を前記第二の被接合体内に保持させることにより前記両被接合体が一体に結合されることを特徴とする接合体。
  2. 金属材料からなる第一の被接合体と樹脂材料からなる第二の被接合体とから構成される接合体において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部を前記第二の被接合体内に保持させることにより前記両被接合体が一体に結合されることを特徴とする接合体。
  3. レーザー光を吸収して加熱される第一の被接合体とレーザー光を透過する第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第二の被接合体側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光を照射して前記第二の被接合体を溶融し且つ固化させることにより両被接合体を結合する接合方法において、前記第一の被接合体の接合面に一体に形成されたアンカーロック部にレーザー光を照射して前期第二の被接合体の前記アンカーロック部と当接する部分を溶融し且つ前記アンカーロック部周囲で固化させることにより前記両被接合体を一体に結合することを特徴とする接合方法。
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