JP2007297473A - レーザー光透過性着色樹脂組成物およびレーザー溶着方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高いレーザー光透過性を保持しつつ、レーザー溶着に際し、色相の変化が生じることなく、また、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染することがない着色樹脂組成物及び該組成物からなるレーザー光透過性部材とレーザー光吸収性部材のレーザー溶着方法を提供する。
【解決手段】色素成分がアントラキノン系及び／又はナフタルイミド系色素であるポリマー色素を含有することを特徴とするレーザー光透過性着色樹脂組成物を用いる。
【選択図】なし
【解決手段】色素成分がアントラキノン系及び／又はナフタルイミド系色素であるポリマー色素を含有することを特徴とするレーザー光透過性着色樹脂組成物を用いる。
【選択図】なし
Description
本発明は、レーザー光透過性着色樹脂組成物（以下単に「着色樹脂組成物」という場合がある）およびレーザー溶着方法に関する。
レーザー溶着方法は、レーザー光透過性樹脂部材（以下単に「透過性部材」という場合がある）とレーザー光吸収性樹脂部材（以下単に「吸収性部材」という場合がある）とを当接させて、レーザー光を透過性部材側から吸収性部材の面に照射し、上記当接部を加熱溶融させることにより両部材を溶着接合させる方法である（特許文献１）。この方法では透過性部材はレーザー光を十分に透過させ、吸収性部材はレーザー光を十分に吸収してレーザー光を熱に効率よく変換させることが要求されている。そのためには吸収性部材は通常青色〜黒色系の暗色に着色されている。
上記レーザー溶着方法により透過性部材と吸収性部材とを溶着させる場合、両部材は、必須ではないが、同一もしくは類似色相に着色されていることが好ましい。前記の通り吸収性部材はレーザー光を吸収させるために暗色に着色されているので、透過性部材も同様に暗色に着色されていることが望ましい。しかしながら、上記透過性部材は、暗色に着色されていると同時にレーザー光透過性でなければならない。従って透過性部材を着色する場合にはレーザー光に対して非吸収の色素（染・顔料）によって着色されている（特許文献２）。
上記透過性部材の着色に暗色系の顔料を使用すると、得られる部材のレーザー光非吸収性が損なわれるので、濃色着色は困難である。また、透過性部材を分散染料や油溶性染料で着色することも知られている（特許文献２）。上記染料は樹脂中に溶解することから、着色された樹脂はレーザー光透過性が損なわれず、透過性部材としては有用なものである。
特開昭６０−２１４９３１号公報
特開２００１−７１３８４公報
しかしながら、透過性部材の着色に前記染料を使用した場合に、透過性部材が溶着時の熱によって加熱されると、染料が部材中で動き、染料が部材表面にブリードアウトし、透過性部材の色調が変化したり、さらに表面にブリードアウトした染料により、吸収性部材が汚染されたり、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染するという問題がある。
従って、本発明の目的は、高いレーザー光透過性を保持しつつ、レーザー溶着に際し、色相の変化が生じることなく、また、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染することがない着色樹脂組成物を提供することにある。
従って、本発明の目的は、高いレーザー光透過性を保持しつつ、レーザー溶着に際し、色相の変化が生じることなく、また、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染することがない着色樹脂組成物を提供することにある。
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、ポリマー色素を含有することを特徴とする透過性着色樹脂組成物を提供する。
上記着色樹脂組成物においては、前記ポリマー色素が、色素構造を有するモノマーの重合体または共重合体であること；前記ポリマー色素が、異なる色相の２種以上の混合物であり、暗色に着色されていること；前記ポリマー色素の色素成分が、アントラキノン系および／またはナフタルイミド系色素であることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の着色樹脂組成物からなる透過性部材と、吸収性部材とを当接させ、上記透過性部材側からレーザー光を照射して、両部材を接合することを特徴とするレーザー溶着方法を提供する。
本発明によれば、高いレーザー光透過性を保持しつつ、レーザー溶着に際し、色相の変化が生じることなく、また、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染することがない着色樹脂組成物を提供することができる。
次に好ましい実施態様を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の着色樹脂組成物は、ポリマー色素とレーザー光を透過する樹脂、特に熱可塑性樹脂からなる。ポリマー色素とは従来の分散染料、昇華性染料、油溶性染料などを高分子量化した色素を意味する。ポリマー色素としては、例えば、アゾ系、アントラキノン系、ナフタルイミド系などの分散染料、昇華性染料、油溶性染料などにビニル基や（メタ）アクリロイル基などの重合性基を導入した色素モノマーを単独でまたは色素構造を有さない通常のビニルモノマーやアクリルモノマーと共重合させたポリマー色素が挙げられる。これらのポリマー色素としては、合成したものでも市販のものでも使用できる。市場から入手できるポリマー色素としては、例えば、DayGlo社から商品名「ジェムトンGC-13Ruby Red」、「ジェムトンGC-17Citrine Yellow」および「ジェムトンGC-19Sapphire Blue」などが挙げられる。
本発明の着色樹脂組成物は、ポリマー色素とレーザー光を透過する樹脂、特に熱可塑性樹脂からなる。ポリマー色素とは従来の分散染料、昇華性染料、油溶性染料などを高分子量化した色素を意味する。ポリマー色素としては、例えば、アゾ系、アントラキノン系、ナフタルイミド系などの分散染料、昇華性染料、油溶性染料などにビニル基や（メタ）アクリロイル基などの重合性基を導入した色素モノマーを単独でまたは色素構造を有さない通常のビニルモノマーやアクリルモノマーと共重合させたポリマー色素が挙げられる。これらのポリマー色素としては、合成したものでも市販のものでも使用できる。市場から入手できるポリマー色素としては、例えば、DayGlo社から商品名「ジェムトンGC-13Ruby Red」、「ジェムトンGC-17Citrine Yellow」および「ジェムトンGC-19Sapphire Blue」などが挙げられる。
また、レーザー光を透過する樹脂としては、レーザー光を透過する樹脂であればどのような種類の樹脂を用いてもよいが、一般的には熱可塑性樹脂が使用できる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、アクリル樹脂などが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、上記熱可塑性樹脂を前記ポリマー色素で着色することによって得られる。着色方法は従来の樹脂の着色方法に準じればよい。例えば、未着色の樹脂ペレットに所定量の前記ポリマー色素を混合し、該混合物を押出機などにより溶融混練して着色ペレットとする方法、該方法と同様の方法で高濃度に色素を含有するカラーコンセントレイト（カラーマスターバッチ）を調製し、該カラーコンセントレイトを透過性部材の成形時にナチュラル樹脂に所定量混合して部材を成形する方法などが挙げられる。
上記で得られる着色樹脂組成物の色素含有量は、吸収性部材の着色の程度と同様とすることが好ましく、特に限定されないが、樹脂１００質量部当たり０．０１〜１０質量部の色素含有量が好ましい。色素含有量が０．０１質量部未満では十分な着色濃度が得られない。一方、色素含有量が１０質量部を超えても着色濃度は飽和するのみで、レーザー光の透過性が低下し、また、コストアップの原因となるので好ましくない。
また、着色される色相は、吸収性部材が主に黒色系に着色されていることから、透過性部材は青色系〜紫色系〜黒色系の暗色であることが好ましい。これらの暗色系の着色は暗色系の色素単独を用いて行ってもよいし、各色を配合した配合色素を用いて行ってもよい。例えば、赤色、黄色および青色の各色素を配合して黒色に着色することができる。
本発明の着色樹脂組成物は、さらにレーザー光の透過性を阻害しない範囲内で、顔料、染料などの各種着色剤を含むことができる。また、本発明の着色樹脂組成物には、その他の各種添加剤、例えば、安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、ワックス類、紫外線防止剤、難燃剤および各種フィラーを必要に応じて配合することができる。
本発明の着色樹脂組成物は、透過性部材と同一濃度の着色樹脂ペレット、高濃度に着色されたカラーコンセントレイトでもよいし、また、部材成形時に配合して使用する単色ペレットでもよいし、さらに所望の形状に成形された成形物であってもよい。このような本発明の着色樹脂組成物はレーザー溶着に使用する透過性部材の成形原料、および透過性部材として有用である。
本発明のレーザー溶着方法は、上記本発明の着色樹脂組成物からなる透過性部材と、吸収性部材とを当接させ、上記透過性部材側からレーザー光を照射して、両部材を接合することを特徴としている。
上記方法で使用する透過性部材は、前記本発明の着色樹脂組成物を射出成形、押出成形、その他の公知の方法で成形することによって得られる。該部材の色相は特に限定されないが、一般的には吸収性部材と同一または類似の色相である。また、上記吸収性部材は、前記着色樹脂組成物を構成している樹脂と同じまたは異なる樹脂をカーボンブラック、グラファイト、無機系着色剤、有機系着色剤などのレーザー光を良好に吸収して発熱する着色剤によって着色した組成物を常法に従って成形して得られる。
本発明のレーザー溶着方法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、半導体レーザーなどのレーザー光を挙げることができる。より好ましいレーザーとしては、ＹＡＧ：ネオジム3+レーザーである。
レーザー光の波長は、溶着される部材により異なるため一概に決定できないが、１，０６０ｎｍ以下であることが好ましい。波長が１，０６０ｎｍを超えると、部材の接合面を互いに溶融させることが困難となる。
また、レーザー光の出力は、５〜３０Ｗであることが好ましい。レーザー光の出力が５Ｗ未満では、出力が低く部材の接合面を互いに溶融させることが困難となり、３０Ｗを超えると、出力が過剰となり部材が蒸発したり、変質するという問題が生じるようになる。
本発明のレーザー溶着方法は、透過性部材と吸収性部材を重ね合わせた状態で、この重ね合わせ部に透過性部材側からレーザー光を照射することで、レーザー光が透過性部材中を透過する。透過したレーザー光は、吸収性部材表面に到達し、エネルギーとして蓄積される。この蓄積されたエネルギー分布は、レーザー光が予め持っていたエネルギー分布に対して透過性部材の透過の際の散乱によって、不均一なエネルギー分布となる。そして、接合面においては、不均一なエネルギー分布を持った加熱、溶融が行われるため、透過性部材および吸収性部材が互いに絡み合った状態の接合部が生じ、得られる接合体の接合部が強固になる。
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の文中における「％」は質量基準である。
［実施例１］
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、ポリマー色素（商品名：ジェムトンGC-13Ruby Red、DayGlo社製）、同ジェムトン GC-17Citrine Yellowおよび同ジェムトン GC-19Sapphire Blueをそれぞれ樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、本発明の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、実施例１の評価プレートとした。
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、ポリマー色素（商品名：ジェムトンGC-13Ruby Red、DayGlo社製）、同ジェムトン GC-17Citrine Yellowおよび同ジェムトン GC-19Sapphire Blueをそれぞれ樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、本発明の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、実施例１の評価プレートとした。
［実施例２］
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、ポリマー色素（商品名：ジェムトン GC-19Sapphire Blue、DayGlo社製）を樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、本発明の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、実施例２の評価プレートとした。
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、ポリマー色素（商品名：ジェムトン GC-19Sapphire Blue、DayGlo社製）を樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、本発明の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、実施例２の評価プレートとした。
［比較例１］
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、油溶性染料（商品名：スミプラストエローHLR（Solvent Yellow114）、住友化学製）を樹脂の０．１％の割合および同スミプラストバイオレットB（Solvent Violet13）を樹脂の０．５％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例１の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例１の評価プレートとした。
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、油溶性染料（商品名：スミプラストエローHLR（Solvent Yellow114）、住友化学製）を樹脂の０．１％の割合および同スミプラストバイオレットB（Solvent Violet13）を樹脂の０．５％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例１の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例１の評価プレートとした。
［比較例２］
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、カーボンブラックを樹脂の０．１％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例２の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例２の評価プレートとした。
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、カーボンブラックを樹脂の０．１％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例２の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例２の評価プレートとした。
［比較例３］
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、銅フタロシアニンブルーを樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例３の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例３の評価プレートとした。
ポリブチレンテレフタレート樹脂に、銅フタロシアニンブルーを樹脂の０．２％の割合で配合し、押出機にて溶融混練してペレット化し、比較例３の着色樹脂組成物とした。該着色樹脂組成物を射出成形機にて２ｍｍ厚の着色プレートを作成し、比較例３の評価プレートとした。
［評価例］
以上の方法で得られた実施例および比較例の評価プレートについて、色移り性およびレーザー光透過性を、それぞれ下記の方法で評価した結果、下記表１に示す結果が得られた。
以上の方法で得られた実施例および比較例の評価プレートについて、色移り性およびレーザー光透過性を、それぞれ下記の方法で評価した結果、下記表１に示す結果が得られた。
＜色移り評価方法＞
各評価プレートと着色されていないポリブチレンテレフタレート樹脂プレートとをそれぞれ重ね合わせ、１４０℃のオーブンに４時間入れ、着色されていないポリブチレンテレフタレート樹脂プレートが、評価プレートからの色移りにより着色されているか否かを評価した。
○：色移りしていない。
×：色移りしている。
各評価プレートと着色されていないポリブチレンテレフタレート樹脂プレートとをそれぞれ重ね合わせ、１４０℃のオーブンに４時間入れ、着色されていないポリブチレンテレフタレート樹脂プレートが、評価プレートからの色移りにより着色されているか否かを評価した。
○：色移りしていない。
×：色移りしている。
＜レーザー光透過性評価方法＞
分光光度計を用いて各評価プレートの透過率測定を行ない、その結果により以下のように評価した。
○：レーザー光透過率が２０％以上
×：レーザー光透過率が２０％未満
分光光度計を用いて各評価プレートの透過率測定を行ない、その結果により以下のように評価した。
○：レーザー光透過率が２０％以上
×：レーザー光透過率が２０％未満
表１に示すように、本発明の着色樹脂組成物からなる透過性部材は、色移りが発生せず、また、高いレーザー光透過性を持つことが分かる。
本発明によれば、高いレーザー光透過性を保持しつつ、レーザー溶着に際し、色相の変化が生じることなく、また、溶着物品が他の物品と接触した場合、当該他の物品を汚染することがない着色樹脂組成物を提供することができる。
Claims (5)
- ポリマー色素を含有することを特徴とするレーザー光透過性着色樹脂組成物。
- 前記ポリマー色素が、色素構造を有するモノマーの重合体または共重合体である請求項１に記載の着色樹脂組成物。
- 前記ポリマー色素が、異なる色相の２種以上の混合物であり、暗色に着色されている請求項１に記載の着色樹脂組成物。
- 前記ポリマー色素の色素成分が、アントラキノン系および／またはナフタルイミド系色素である請求項１に記載の着色樹脂組成物。
- 請求項１〜４の何れか１項に記載の着色樹脂組成物からなるレーザー光透過性部材と、レーザー光吸収性部材とを当接させ、上記レーザー光透過性部材側からレーザー光を照射して、両部材を接合することを特徴とするレーザー溶着方法。
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