JP2007210203A

JP2007210203A - レーザー溶着方法およびレーザー溶着された樹脂部材

Info

Publication number: JP2007210203A
Application number: JP2006032554A
Authority: JP
Inventors: Junji Ueda; 純二上田; Masahiro Fukunaga; 将広福永; Koji Nakamura; 孝治中村; Yoshifumi Akagawa; 佳史赤川
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】レーザー光による樹脂部材溶着において、接合面でのスを発生を抑制し、安定した接合品質を実現するレーザー溶着法を提供すること。
【解決手段】レーザー光に対して透過性を有する第一樹脂部材と、第二樹脂部材とを突き合わせ、第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着し、第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位の幅の１１０〜３００％の幅のレーザー光を、該接合部位を包含する領域に照射すること、レーザー照射開始から接合面の樹脂が加熱溶融して固化が完了するまでの間、第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位どうしの間に圧力を作用させること、および、第一樹脂部材および第二樹脂部材の少なくとも一方の樹脂部材の少なくとも接合部位は、他方の樹脂部材に向かって延在する形状を有し、その延在形状部位の先端面全面が、レーザー溶着の間、他方の樹脂部材に押圧されて接触する、樹脂部材のレーザー溶着方法。
【選択図】図８

Description

本発明は、たとえば赤外線レーザー光を照射して樹脂部材を溶着させる場合にその溶着品質を向上および安定させるレーザー溶着方法、およびレーザー溶着された樹脂部材に関する。

従来、樹脂部材同士を接合させる方法として、接着剤を用いる方法、機械的接合、熱板溶着、振動溶着、超音波溶着、スピン溶着、内在熱線による加熱方式での溶着、射出成形による射出溶着等の溶着方法があるが、最近では、樹脂部材への与える影響が少なく、仕上がり精度、仕上がり外観のよさ、施工の早さ等の利点を持つレーザー溶着方法が有効に利用されてきている。

このレーザー溶着法は、レーザー光に対して非吸収性の樹脂部材と、レーザー光に対して吸収性の樹脂部材とを溶着させる溶着方法である。より詳細には、非吸収性の樹脂部材と吸収性の樹脂部材を接合させたい部分を接触させ、非吸収性の樹脂部材側からレーザー光を接合したい接触面に照射し、接合面を形成する吸収性を示す樹脂部材をレーザー光のエネルギーで加熱溶融させるとともに、この吸収性を示す樹脂部材の接合面からの熱伝導により非吸収性の樹脂部材の接合面を加熱溶融させることで接合面同士を一体的に接合させる方法である。(たとえば特許文献1参照)

したがって、レーザー光に対して非吸収性の樹脂部材とレーザー光に対して吸収性の樹脂部材との接合面にレーザー光のエネルギーを十分に吸収させて接合面を十分に加熱溶融させれば、高い接合強度が得られるはずである。

レーザー溶着を行なうにあたり、接合しようとする樹脂部材同士の接合面で間隙があってはならないことは、レーザー光を吸収して加熱されたレーザー吸収性の樹脂部材から熱伝導により加熱溶融することおよび溶融した樹脂同士が接触することで接合されることから容易に類推できる。

このため接合面を接触させるべく多くの提案がなされている。つまりは、樹脂部材同士の接触面に加圧力が加わるように外力を与えるという技術である。(たとえば特許文献２参照)

図１に従来のレーザー溶着の概念図を示す。レーザー光３は一般に数ミリの幅の断面を持つ光線である。これをレーザー光の非吸収性の樹脂部材１を通して接合面に存在するレーザー光の吸収性樹脂部材２に当てるのであるが、当然このとき加熱されるのは、レーザー光が照射された範囲のレーザー光の吸収性樹脂部材部分のみである。その部分が加熱溶融された後に（または加熱溶融されながら）その周辺および接触している接合対象樹脂部材へと熱伝導をしていくことになる。このときレーザー光３は一般的にその場所にとどまることはなく、スキャンされていくため加熱される時間はきわめて短く、最終的に熱影響を受ける部分はレーザー光で直接加熱された数ミリの部分とその近接の周辺部分のみである。

図２はレーザー光によって加熱溶融されている概念図である。図のようにレーザー光によりレーザー光吸収性樹脂部材２が加熱溶融され、その近傍の樹脂も熱伝導により加熱溶融されて、溶融樹脂部５が生成する。

レーザー光による加熱が進むにつれて溶融樹脂部５が、溶融時の体積膨張によって体積が膨張し、接合界面に沿って溶融樹脂５’が漏れ出す。（図３）

次に圧力をかけようと外力７を加えるが、溶融樹脂部５には溶けていない部分８が邪魔になって力が加わらない。（図４）

レーザー照射が終わり冷却されたときに、溶融樹脂５の固化によって発生する体積収縮によって、接合面にス（穴）９が開いた状態になる。（図５）

このように、従来の加圧方法では、圧力を作用させるべき部分（溶融樹脂部５）に十分な圧力を加えることができないため、溶融樹脂部５の体積膨張とその後の収縮によるスの発生を防止することができなかった。

特開昭６０−２１４９３１号公報特開２００３−２２５９４６公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザー光による樹脂部材溶着において、接合面でのスを発生を抑制し、安定した接合品質を実現するレーザー溶着法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、下記を提供する。
（１）レーザー光に対して透過性を有する第一樹脂部材と、第二樹脂部材とを突き合わせ、第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着する樹脂部材のレーザー溶着方法において、
第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位の幅の１１０〜３００％の幅のレーザー光を、該接合部位を包含する領域に照射すること、
レーザー照射開始から接合面の樹脂が加熱溶融して固化が完了するまでの間、第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位どうしの間に圧力を作用させること、および
第一樹脂部材および第二樹脂部材の少なくとも一方の樹脂部材の少なくとも接合部位は、他方の樹脂部材に向かって延在する形状を有し、その延在形状部位の先端面全面が、レーザー溶着の間、他方の樹脂部材に押圧されて接触することを特徴とする樹脂部材のレーザー溶着方法。

（２）少なくとも一方の樹脂部材の前記接合部位が当該樹脂部材の本体から他方の樹脂部材に向かって延びる突起であることを特徴とする（１）に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（３）前記少なくとも一方の樹脂部材の前記延在形状部位が溶融してその全部が押しつぶされる前にレーザー溶着が完了し、溶着後に前記延在形状部位の少なくとも一部が残存することを特徴とする（１）または（２）に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（４）レーザー光の照射幅が、前記接合すべき部位の幅の１２０〜２００％であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（５）前記少なくとも一方の樹脂部材の前記延在形状部位の幅が１〜１０ｍｍであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（６）接合部位への加圧圧力が溶着面に対する垂直分力で０．５〜５ＭＰａであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（７）レーザー溶着部位に焼け、焦げ、昇華等の溶着欠陥が存在しないことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。

（８）レーザー光に対して透過性を有する第一樹脂部材と第二樹脂部材とをレーザー溶着して成る樹脂部材であって、溶着部にスがないことを特徴とするレーザー溶着された樹脂部材。

（９）溶着部にボイドもない（８）に記載のレーザー溶着された樹脂部材。

（１０）第一樹脂部材と第二樹脂部材がレーザー溶着されて成り、第一樹脂部材と第二樹脂部材の少なくとも一方の樹脂部材の少なくとも溶着部位が他方の樹脂部材に向かって延在する形状を有しかつその延在形状部位の先端が他方の樹脂部材に全面接合されていることを特徴とする（８）または（９）に記載のレーザー溶着された樹脂部材。

ここで加圧が作用するとは、レーザー照射を受け溶融した接合対象部位が接触した状態で、その溶融部分に圧力がかかるということであり、この加圧されたときに押し込まれる溶融部領域を溶着しろという。本発明は、樹脂部材のレーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される加圧が作用する部位の幅を上回る幅のレーザー光線でレーザー溶着するとともに、レーザー溶着対象部位がレーザー照射によって溶融し、レーザー照射終了後に冷却し凝固固化終了するまでにわたってレーザー溶着対象部位に加圧が作用していることを特徴とする。

本発明を既存の技術に当てはめてみると、樹脂の射出成形において、溶融樹脂をキャビティ内に射出充填後、金型キャビティ内で冷却され固化しつつあるなかで、収縮していきつつある固化後に体積不足となるであろう不足しつつある樹脂体積分を保圧で補うという技術に似ている。

したがって、射出成形などに携わった技術者であれば容易に溶融樹脂に圧力を加えながら冷却をしなければならないという概念をもつことは明らかである。しかし、これまで記述してきたように、これまで加えたと考えていた圧力は残念ながら肝心の溶着接合部位には加わっていなかったのである。

本発明に係るレーザー溶着法によれば、樹脂部材のレーザー溶着を行なう場合に、形状の幅を上回る幅のレーザー光線でスキャンするとともに、レーザーにて加熱溶融される部位が加圧が作用する形状をなしていることを特徴とし、これらの特徴により、加圧が作用する形状部位が確実に溶融される。そして、本発明のレーザーにて加熱溶融される部位は加圧が作用する形状をなしているため、外力によって圧力をかけようとした時に、加熱溶融部位に確実に圧力がかかることになり、結果としてスの発生が低減された溶着部位を得ることになりレーザー溶着での接合品質の安定した接合を得ることができるという効果を奏する。

本発明に係るレーザー溶着法によれば、レーザー照射により溶融された部位が加圧される際に溶融部領域で押し込まれる溶着しろがあるため、レーザー溶着の接合対象面の平滑度が溶着しろ範囲内であれば許容されるという効果を奏する。すなわち、樹脂成形品における、ひけ、そりなどの寸法精度に対する許容範囲が広がるという効果を奏する。

本発明に係るレーザー溶着法によれば、樹脂部材のレーザー溶着を行なう場合に、レーザーにて加熱溶融される部位が加圧が作用する形状をなしていることを特徴とし、形状の幅を上回る幅のレーザー光線でスキャンするため、加圧が作用する形状部位が確実に溶融されるので、レーザー光を吸収発熱した樹脂部位の溶融および溶着相手の樹脂対象部位への熱伝導が効率よく行なえるという効果を奏する。この結果、レーザー光を吸収発熱した部位の、この部位からの熱伝導不足の結果としての過加熱によるボイド、ス、炭化となるような分解などの抑制ができる。また、溶着相手の樹脂対象部位への熱伝導不足による加熱不足での不完全な溶融とならないなど、安定した接合品質を実現するという効果を奏する。

溶着欠陥のうち「ス」は、溶融樹脂が固化する際の体積収縮により生成した空隙をいう。「ボイド」は樹脂が加熱分解される際に発生したガスによる空隙をいう。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本発明では、図６に示すように、レーザー光３に対して透過性を有する樹脂部材１と樹脂部材２を突き合わせ、樹脂部材１の側からレーザー光３を照射して両者をレーザー溶着するが、レーザー光３を照射する樹脂部材１の接合溶着対象部位１Ａはレーザー光３の照射幅より細い幅の形状を持つようにする。レーザー光３は主に樹脂部材２により吸収されて、樹脂部材２のレーザー光吸収部位およびその周辺部位（樹脂部材１を含む）が加熱溶融される。

従来、レーザー光の強度が低いと溶着強度が不足し、溶着強度を上げようとしてレーザー光の強度を上げると、接合溶着対象部位にス、ボイドなどの溶着欠陥が発生する場合があるという問題があった。本発明者は、この原因を追究した結果、スキャンされるレーザー光３のエネルギー強度がビームの周辺部で低く中心部で高くなるため、溶着部の周辺部における溶着強度を上げようとしてレーザー光のエネルギー強度を上げると、ビームの中心部ではエネルギー強度が高くなりすぎるために樹脂が昇華したり分解することが原因の１つであることを見出した。また、従来はレーザー光３の照射幅は接合溶着させようとする部材において結果として溶着される部分と同じ幅となっていたり、レーザー光３の照射幅は突起を持った場合は樹脂部材１の接合溶着対象部位１Ａの幅に合わせていたが、本発明によりレーザー光３の照射幅を樹脂部材１の接合溶着対象部位１Ａの幅より大きくすることで、樹脂の接合溶着対象部位の周辺部で樹脂を溶融しかつ中心部でも樹脂が昇華あるいは分解しないようなマイルドな温度分布にすることができ、しかも本発明により溶着部を確実に加圧することで、ス、ボイドなどの溶着欠陥を防止できることを見出した。レーザー光のスキャンしたときのエネルギー分布は一般に直径方向に正規分布であるが、中心部のエネルギーが周辺部に比べて非常に高い特徴を有するので、周辺部と中心部とのエネルギーの差を小さくする工夫をしたレーザー光を使用することもできる。いずれにしても、本発明によれば、レーザー光３の照射幅を樹脂部材１の接合溶着対象部位１Ａの幅より大きくするが、そのレーザー光３の照射幅は樹脂部材１の接合溶着対象部位１Ａの幅の１１０〜３００％が好ましく、より好ましくは１２０〜２００％である。溶着すべき樹脂部材の溶着部の形状にもよるが、一般的には、溶着部が照射するレーザー光の中央部に位置するようにレーザー光を照射する。

図７は、図６の加熱溶融された部分５を示す概念図である。
本発明によれば、さらに図８に示すように外力７を加えて樹脂部材１と樹脂部材２の接合溶着対象部位に対して圧力をかけるが、このとき溶融される接合したい部分１Ａがレーザー光３より細い幅で樹脂部材２に向かって伸びる形状を持つことで接合溶着対象部位に確実に圧力がかかる(図４と図８を比較参照)。

こうして、本発明によれば、レーザー溶着において溶着対象部位に確実に圧力をかけることができる。

溶融時の加圧が低ければ、熱伝達が悪くなり、局部的に加熱され、焼け、焦げ、昇華等の溶着欠陥となりやすく、所望の溶着強度が発現されにくい。また、溶融部分の溶融樹脂が冷却固化する際の加圧が低ければ、固化時の体積収縮分が補われないことによるス（欠陥）となり、やはり所望の溶着強度が発現しにくい。このように、加圧には２つの役割があり、溶融時の加圧は熱伝達、固化時の加圧は体積収縮分を補うために必要であり、レーザー照射時の溶融からレーザー照射終了後固化完了時までの溶融部に加圧される必要があるが、本発明により、少なくとも１方の樹脂部材の形状が他の樹脂部材に向かって延在すする形状であることで、その延在部位の先端面全部がレーザー光で照射され、溶融される際に、溶融からレーザー照射終了後固化完了時まで溶着部位の加圧が保持されることが確実にされるものである。

加圧の大きさは、界面にスのない良好な溶融層が観察される量であればよく、限定されないが、一般的には溶着面に垂直分力で０．５〜５ＭＰａ程度でよい。必要以上に加圧が高すぎると、固化時残留応力となるので、ス（欠陥）が発生しなければ低くすることが望ましい。

このように、本発明によれば、レーザー照射時の溶融からレーザー照射終了後固化完了時まで溶融部を加圧し、かつ、レーザー光による加熱をブロードにしてエネルギー過剰にしないことで、溶融部内において局部的に加熱されて、焼け、焦げ、昇華等の溶着欠陥となったり、溶融部分の溶融樹脂が冷却固化する時の体積収縮分が補われないことによるス（欠陥）の発生が防止される。

接合される樹脂部材の少なくとも１方が他方に向かって延在する形状の接合部位を有する態様としては、例えば、図９〜１３に示すように各種の形態をとることができる。これらの図において、太線部がレーザー溶着される部位である。

図９は、第一の樹脂部材１は第二の樹脂部材２に向かって延在する突出部１Ａを有し、その突出部１Ａの先端が溶着部であり、第二の樹脂部材２の溶着部位は広い平面の一部である態様を示す。

図１０は、第一の樹脂部材１は第二の樹脂部材２に向かって延在する突出部１Ａを有し、その突出部１Ａの先端が溶着部であり、第二の樹脂部材２も第一の樹脂部材１に向かって延在する突出部２Ａを有し、その突出部２Ａの先端が溶着部である態様を示す。

図１１は、第一の樹脂部材１はその全体が第二の樹脂部材２に向かって延在する形状であり、その延在形状の先端部分が溶着部であり、第二の樹脂部材２の溶着部位は平面の一部である態様を示す。

図１２は、第一の樹脂部材１の全体が第二の樹脂部材２に向かって延在する形状であり、その延在形状の先端部分が溶着部であり、第二の樹脂部材２も全体が第一の樹脂部材１に向かって延在する形状であり、その延在形状の先端部分が溶着部である態様を示す。

図１３は、図１１の態様と対応し、第一の樹脂部材１は全体が第二の樹脂部材２に向かって延在する形状であり、その延在形状の先端部分が溶着部であり、第二の樹脂部材２の溶着部位は平面の一部であるが、第一の樹脂部材１は第二の樹脂部材２に対して垂直ではなく、傾斜して対向する態様を示す。

本発明では、図１１の態様と図１３の態様との関係と同様に、図９〜１２の態様においても、第一の樹脂部材１が第二の樹脂部材２に対して垂直ではなく、傾斜して対向する態様とすることができる。

少なくとも一方の樹脂部材が他の樹脂部材に向かって延在する形状部位の幅は、限定するわけではないが、通常１〜１０ｍｍ程度がよい。ただし、延在形状部位がリブではなく、パイプのように対向面（端面）全体を溶着する場合は、パイプの厚みになる場合があるので、０．５〜２０ｍｍ程度であることができる。少なくとも一方の樹脂部材が他の樹脂部材に向かって延在する形状部位の高さは、限定するわけではないが、延在形状部位がリブ（突出部）の場合、通常１〜１０ｍｍ程度がよい。ただし、延在形状部位がリブではなく、パイプのように対向面全体を溶着する場合は、実質高さの概念がなくなる（図１１の態様の第一樹脂部材に示される場合のように高さ（長さ）に制限はない）。

本発明によれば、レーザー光をブロードにしかつ溶着部に加圧を維持することで、溶着部の樹脂の加熱温度を樹脂は溶融するが樹脂が分解あるいは変質しない温度にすることが可能である。

第一樹脂部材を形成する第一樹脂としては、レーザー光に対して十分な吸収性を示さない樹脂であればどのような種類の樹脂を用いてもよい。たとえば、ポリアミド、ポリプロピレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体をあげることができる。また、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。

ここで、十分な吸収性とは、レーザー光を受けた部分がレーザー光を吸収し、その部分が溶融するような吸収性をいう。したがって、十分な吸収性を示さないとは、たとえばわずかなレーザー光の吸収があっても、大部分が透過し、その部分の樹脂が溶融しない吸収性をいう。

第一樹脂として用いられるポリアミドは、ジアミンと二塩基酸とからなるか、またはラクタムもしくはアミノカルボン酸からなるか、またはこれらの２種以上の共重合体からなるものが挙げられる。

ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンや、メタキシリレンジアミン等の芳香族・環状構造を有するジアミンが挙げられる。

ジカルボン酸としては、アジピン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ノナンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジアミンやテレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族・環状構造を有するジカルボン酸が挙げられる。

ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類であり、また、アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸である。６―アミノカプロン酸、７―アミノヘプタン酸、１１―アミノウンデカン酸、１２―アミノドデカン酸、α―ピロリドン、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ε―エナントラクタム等が挙げられる。

第一樹脂には、レーザー光に対して非吸収性の着色材を添加してもよい。例えば、アンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料をあげることができる。また、これらの染料を混合させて用いてもよい。

また、第一樹脂には、無機または有機充填剤、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。

第二樹脂部材は、第二樹脂のみ、もしくは第二樹脂および第二樹脂に分散したレーザー光に対して吸収性の添加剤とからなる。第二樹脂部材がレーザー光に対して非吸収性の第二樹脂のみからなる場合には、第一樹脂部材と第二樹脂部材の間にレーザー光に対して吸収性の第三部材を介在させる。

第二樹脂部材を形成する第二樹脂としては、たとえば、ポリアミド、ポリプロピレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等の樹脂や、これらの樹脂をガラス繊維、カーボン繊維で強化した樹脂等を用いることができる。

また、上記以外の成分、たとえば、無機または有機充填剤、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。

第二樹脂部材におけるレーザー光に対して吸収性を有する添加剤としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。

第二樹脂部材が第二樹脂とレーザー光に対して吸収性の添加剤からなる場合は、照射されるレーザー光に対して好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下の透過率を有することが望ましい。透過率が１０％を超えて大きくなると、照射されたレーザー光が透過することにより第二樹脂部材に吸収されるレーザー光のエネルギーが減少するとともに、レーザー光のエネルギーのロスが生じるようになるためである。

本発明においては、第一樹脂部材と第二樹脂部材の間に第三部材を介在させることができる。

第二樹脂部材がレーザー光に対して非吸収性の第二樹脂のみからなる場合には、第三部材は、レーザー光に対して吸収性とする。この場合、第三部材は、レーザー光に対して吸収性の添加剤を含有していればよく、第三樹脂と第三樹脂に分散したレーザー光に対して吸収性の添加剤とからなっていてもよい。第二樹脂部材がレーザー光に対して吸収性の場合には、第三部材は、第三樹脂および／又はレーザー光に対して吸収性の添加剤とからなる。

第三部材が第三樹脂を含む場合、第三樹脂は、第一樹脂又は第二樹脂と同じ樹脂を用いるか、第一樹脂及び第二樹脂と相溶性を有する樹脂を用いる。
なお、第一樹脂又は第二樹脂と相溶性を有するとは、第三樹脂と第一樹脂又は第二樹脂の溶解度パラメーターの差が小さい、具体的には、１．４以下、好ましくは、１．２以下、より好ましくは、１．０以下であり、両者の分子鎖が混ざり合うことが可能であることをいう。

ここで溶解度パラメーター（Ｓｐ）値はＦｅｄｏｒｓの方法（Ｒ．Ｆ．Ｆｅｄｏｒｓ，Ｐｏｌｙ．Ｅｎｇ．ａｎｄＳｃｉ．，１４（２），１４７（１９７４）などの文献を参照）によりポリマーの骨格より算出される。

第三部材の形状としては、フィルム、シート、塗膜、粉末又はペーストとすることができる。第一樹脂部材と第二樹脂部材の間に第三部材を介在させる方法としては、塗料を塗布する場合や、フィルムやシートを挟み込む方法などを採用できる。塗布する場合、第一樹脂部材及び第二樹脂部材の片方でも両方でも良い。また、フィルムやシートを挟み込む場合、単純に挟み込むこともできるが、第一樹脂部材又は第二樹脂部材にあらかじめインサート成形や二色成形により貼り付けても良い。

第三部材の厚みは、工法や吸収性を有する添加剤の濃度により変わるが、通常１〜２０００μｍ、好ましくは、５〜１０００μｍである。第三部材の厚みが２０００μｍを超えると、第三部材の全体を加熱溶融させることが著しく困難となり、またたとえ第三部材の全体を加熱溶融させることができたとしても、レーザ光の照射時間等、エネルギー的に非効率となる。一方、第三部材の厚みが１μｍ未満になると、第三部材を介して第一樹脂部材及び第二樹脂部材を接合させるという第三部材本来の作用効果を期待できなくなるので好ましくない。

また、第三樹脂には、無機または有機充填剤、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。

第三部材におけるレーザー光に対して吸収性を有する添加剤としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。

第三部材が第三樹脂とレーザー光に対して吸収性の添加剤からなる場合は、照射されるレーザー光に対して好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下の透過率を有することが望ましい。透過率が１０％を超えて大きくなると、照射されたレーザー光が透過することにより第三部材に吸収されるレーザー光のエネルギーが減少するとともに、レーザー光のエネルギーのロスが生じるようになるためである。

また、第三部材を用いる場合、上記第一樹脂部材と第二樹脂部材の間に第三部材を重ね合わせ、この重ね合わせ部に第一樹脂部材側からレーザー光を照射して三者をレーザー溶着する。

レーザー溶着に用いられるレーザー光としては、ガラス：ネオジム³⁺レーザー、ＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ₂レーザー、Ｎ₂レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、半導体レーザーである。

上述のレーザー光による固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザーの励起、光共振、利得媒質について、ソリッドな機構内で動作し、且つ構成された一般的な方式のものを使うことができる。その他、励起や光共振がファイバー内で動作し、利得媒質がファイバー内に構成されたファイバーレーザーも使うことができる。

レーザー光の波長は、接合される樹脂材料により異なるため一概に決定できないが、４００ｎｍ以上であることが好ましい。波長が４００ｎｍより短いと、樹脂が著しく劣化する。

また、レーザー光の照射量は下記の式で表され、走査速度とレーザー光の出力により調整できる。レーザー光の照射量が低いと樹脂材料の接合面を互いに溶融させることが困難となり、照射量が高いと樹脂材料が蒸発したり、変質し強度が低下する問題が生じるようになる。

レーザー照射量（Ｊ/ｍｍ）＝レーザー出力（Ｗ）／走査速度（ｍｍ／ｓｅｃ）
本発明のレーザー溶着方法では、レーザー光を吸収しない第一の樹脂部材と第二の樹脂部材の溶着部位を突き合わせ、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材の溶着部位どうしを加圧しながら、第一の樹脂部材の側からレーザー光を溶着部位に照射して、樹脂の溶着部位を加熱溶融させ、冷却固化させて、溶着を行なう。

以下に本発明における実施例および比較例を示す。
［使用した樹脂］
・ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）
・テストピース１：
図１４に示す、３ｍｍ幅の突起部２１Ａを持たせたＡＳＴＭ規格の引張り一号片を加工した第一樹脂部材２１と、突起を持たせずに中間で切断した第二樹脂部材２２の１対。図１４は上図が側面図、下図が平面図である。
・テストピース２：
図１５に示す、両方ともＡＳＴＭ規格の引張り一号片を中間で切断したものの１対を第一樹脂部材２３及び第二樹脂部材２４とした。いずれも突起は持たせない。図１５は上図が側面図、下図が平面図である。

［引張強さ及び伸び］ＡＳＴＭＤ６３８に準拠して測定した。
［引張り評価］
評価数：ｎ＝５
引張り速度：５ｍｍ／ｍｉｎ。
伸び：チャック間距離で評価。
チャック間距離：１１５ｍｍ
引張り評価後の破壊形態：目視観察結果にて評価。溶着面で破壊、母材破壊(降伏点有り無し)を観察（表１には、破壊のあるテストピースの個数を表示）。

［溶着面断面の顕微鏡観察］
任意の箇所の断面写真を取り、溶着欠陥であるスもしくはボイドの数を数えて、その数の平均値で評価した。ｎ=５にて評価をおこなった。

（実施例１〜８）
これらの実施例の第一樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）を用いて、テストピース１の第一樹脂部材２１の形状に成形することにより作製した。
第二樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）にカーボンブラックを０．３重量％配合した樹脂組成物を、テストピース１の第二樹脂部材２２の形状に成形することにより作製した。

次に、第一樹脂部材２１と第二樹脂部材２２とを溶着接合する部分で重ね合わせ、半導体レーザー装置にセットし、接触している突起部２１Ａに所定の圧力がかかるように外力をかけた。
この状態で第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者を溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が９４０ｎｍで５ｍｍ幅(径)であり、表１に記載の照射条件で照射した。

得られた溶着部材の引張強さ及び伸びの測定、引張り評価及び溶着面断面の顕微鏡観察を行った結果を表１に示す。

（比較例１〜８）
これらの比較例の第一樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）を用いて、テストピース２の第一樹脂部材２３の形状に成形することにより作製した。
第二樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）にカーボンブラックを０．３重量％配合した樹脂組成物を、テストピース２の第二樹脂部材２４の形状に成形することにより作製した。

次に、第一樹脂部材２３と第二樹脂部材２４とを溶着接合する部分で重ね合わせ、半導体レーザー装置にセットし、第一樹脂部材に所定の圧力がかかるように外力をかけた。
この状態で第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者を溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が９４０ｎｍで５ｍｍ幅(径)であり、表１に記載の照射条件で照射した。

（比較例９〜１２）
これらの比較例の第一樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）を用いて、テストピース１の第一樹脂部材２１の形状に成形することにより作製した。
第二樹脂部材は、ポリアミド１２（宇部興産社製３０２０Ｂ）にカーボンブラックを０．３重量％配合した樹脂組成物を、テストピース１の第二樹脂部材２２の形状に成形することにより作製した。

次に、第一樹脂部材２１と第二樹脂部材２２とを溶着接合する部分で重ね合わせ、半導体レーザー装置にセットし、接触している突起部に所定の圧力がかかるように外力をかけた。
この状態で第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者を溶着した。

このとき、レーザー溶着に用いたレーザー光は、波長が９４０ｎｍでテストピース１の突起部２１Ａと同じ３ｍｍ幅(径)であり、表１に記載の照射条件で照射した。
得られた溶着部材の引張強さ及び伸びの測定、引張り評価及び溶着面断面の顕微鏡観察を行った結果を表１に示す。

レーザー光非吸収性樹脂部材とレーザー光吸収性樹脂部材を接合する場合の一般的なレーザー光照射の概念図である。レーザー光によって加熱溶融される樹脂の概念図である。レーザー光によって加熱溶融された樹脂が溶融時の体積膨張により接合界面に流れ出した概念図である。荷重をかけてもレーザー光で接合を行なおうとした部分には、レーザー光で溶融される範囲が狭いことから溶融しない部分の存在によりそれが邪魔になって圧力が伝わらない状況の概念図である。図４の後に冷却固化が起こった際、体積収縮してスが生じた概念図である。レーザー光径より細い突起の接合部を持つ部材を用いた本発明を用いた概念図である。本発明の方法を用いた場合のレーザー光により加熱溶融される樹脂の概念図である。熱伝導により溶ける。そして流れ出る樹脂もある。発明の方法を用いた場合のレーザー光により加熱溶融される樹脂の概念図である。樹脂部材に荷重をかけると確実に接合させたい溶融部分に圧力をかけることができる。レーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される部位が、加圧が作用するためになしている形状の１例の概略図である。レーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される部位が、加圧が作用するためになしている形状の１例の概略図である。レーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される部位が、加圧が作用するためになしている形状の１例の概略図である。レーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される部位が、加圧が作用するためになしている形状の１例の概略図である。レーザー溶着時にレーザーにて加熱溶融される部位が、加圧が作用するためになしている形状の１例の概略図である。本発明の実施例で用いたテストピース１の形状を示す概略図である。本発明の実施例で用いたテストピース２の形状を示す概略図である。

符号の説明

１第一樹脂部材
１Ａ突起部
２第二樹脂部材
２Ａ突起部
３レーザー光
５溶融部
５’ はみ出した樹脂
７荷重
９ス（空隙）
１１接合部材
１２パイプ
１２Ａパイプ先端部
１３レーザー光
１４傾斜リブ
１５リブ
１６加圧
１７加圧
２１テストピース１の第一樹脂部材
２１Ａ突起部
２２テストピース１の第二樹脂部材
２３テストピース２の第一樹脂部材
２４テストピース２の第二樹脂部材

Claims

レーザー光に対して透過性を有する第一樹脂部材と、第二樹脂部材とを突き合わせ、第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着する樹脂部材のレーザー溶着方法において、
第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位の幅の１１０〜３００％の幅のレーザー光を、該接合部位を包含する領域に照射すること、
レーザー照射開始から接合面の樹脂が加熱溶融して固化が完了するまでの間、第一樹脂部材と第二樹脂部材の接合すべき部位どうしの間に圧力を作用させること、および
第一樹脂部材および第二樹脂部材の少なくとも一方の樹脂部材の少なくとも接合部位は、他方の樹脂部材に向かって延在する形状を有し、その延在形状部位の先端面全面が、レーザー溶着の間、他方の樹脂部材に押圧されて接触することを特徴とする樹脂部材のレーザー溶着方法。
少なくとも一方の樹脂部材の前記接合部位が当該樹脂部材の本体から他方の樹脂部材に向かって延びる突起であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
前記少なくとも一方の樹脂部材の前記延在形状部位が溶融してその全部が押しつぶされる前にレーザー溶着が完了し、溶着後に前記延在形状部位の少なくとも一部が残存することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
レーザー光の照射幅が、前記接合すべき部位の幅の１２０〜２００％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
前記少なくとも一方の樹脂部材の前記延在形状部位の幅が１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
接合部位への加圧圧力が溶着面に対する垂直分力で０．５〜５ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
レーザー溶着部位に焼け、焦げ、昇華等の溶着欠陥が存在しないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂部材のレーザー溶着方法。
レーザー光に対して透過性を有する第一樹脂部材と第二樹脂部材とをレーザー溶着して成る樹脂部材であって、溶着部にスがないことを特徴とするレーザー溶着された樹脂部材。
溶着部にボイドもない請求項８に記載のレーザー溶着された樹脂部材。
第一樹脂部材と第二樹脂部材がレーザー溶着されて成り、第一樹脂部材と第二樹脂部材の少なくとも一方の樹脂部材の少なくとも溶着部位が他方の樹脂部材に向かって延在する形状を有しかつその延在形状部位の先端が他方の樹脂部材に全面接合されていることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザー溶着された樹脂部材。