JP2010030127A - 樹脂部材どうしの接合体及び樹脂部材どうしの接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる種類の樹脂部材どうしをレーザを利用して簡単かつ強固に接合可能な樹脂部材どうしの接合体及び樹脂部材どうしの接合方法を得る。
【解決手段】第一の樹脂部材１０と、該第一の樹脂部材とは異なる樹脂材料からなる第二の樹脂部材ＬＳと、を接合した接合体において、上記第一の樹脂部材の第二の樹脂部材との接合部には、該第二の樹脂部材側に突出する複数の係合突部１４が形成してあり、上記第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部には、対応する上記係合突部がそれぞれ密着状態で係合する複数の係合凹部ＬＳ２が形成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば樹脂製レンズと樹脂製レンズ枠のような樹脂部材どうしの接合体、及び樹脂部材を接合するための方法に関する。

近年、携帯電話等のモバイル機器にはカメラが搭載されることが多い。このようなカメラにおいて、モバイル機器内に設けた樹脂製のレンズ鏡枠に樹脂製のレンズを固定する場合、まずレンズとレンズ鏡枠の間にＵＶ接着剤を塗布し、その後このＵＶ接着剤に紫外線を照射してＵＶ接着剤を硬化させることによりレンズとレンズ鏡枠を固定する。

モバイル機器のカメラは小型で画素ピッチが小さいため、レンズとレンズ鏡枠の間に要求される位置精度は極めて高い。
しかし上述のようにＵＶ接着剤を用いる場合、ＵＶ接着剤が硬化する際にＵＶ接着剤が収縮してしまうため、接着剤が収縮するとレンズとレンズ支持枠の位置及びレンズ支持枠とレンズ鏡枠の位置がずれてしまう。これらの位置がずれてしまうと、レンズのレンズ鏡枠に対する位置精度が低下し、得られる画像の品質が低下してしまう。
さらに、ＵＶ接着剤を利用する場合は、レンズ鏡枠にＵＶ接着剤塗布用の溝を形成しなければならないとう問題も存在していた。
そこで、レンズとレンズ鏡枠をレーザ溶着する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００６-１１２３４号公報

しかし、レーザ溶着はレンズを構成する樹脂とレンズ鏡枠を構成する樹脂の間に相溶性がなけれならないので、レンズとレンズ鏡枠が互いに異なる樹脂材料からなる場合には適用できない。そのため、レンズとレンズ鏡枠を構成する樹脂材料が限定されてしまうので、結果的にレンズ及びレンズ鏡枠の設計の自由度が低下してしまう。

本発明は、互いに異なる種類の樹脂部材どうしをレーザを利用して簡単かつ強固に接合可能な樹脂部材どうしの接合体及び樹脂部材どうしの接合方法を得ることを目的とする。

本発明の樹脂部材どうしの接合体は、第一の樹脂部材と、該第一の樹脂部材とは異なる樹脂材料からなる第二の樹脂部材と、を接合した接合体において、上記第一の樹脂部材の第二の樹脂部材との接合部には、該第二の樹脂部材側に突出する複数の係合突部が形成してあり、上記第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部には、対応する上記係合突部がそれぞれ密着状態で係合する複数の係合凹部が形成してあることを特徴としている。

上記第一の樹脂部材を円筒形状とし、上記第二の樹脂部材を、上記第一の樹脂部材の内周面に嵌合する、その外径が第二の樹脂部材の内径と同一である正面視円形の部材としてもよい。
この場合、例えば、上記第一の樹脂部材をレンズ鏡枠とし、上記第二の樹脂部材をレンズとすることが可能である。

上記レンズ鏡枠の内周面全体に渡って上記係合突部が形成し、上記レンズの外周面全体に渡って上記係合凹部が形成してもよい。
また、上記レンズ鏡枠の内周面における特定の領域を、上記係合突部が形成された突部形成領域とし、他の部分を円筒面の一部をなす部分円筒面領域とし、上記レンズの外周面における上記突部形成領域と対応する部分を上記係合凹部を形成する凹部形成領域とし、他の部分を上記円筒面と同一曲率の円筒面の一部をなす部分円筒面領域としてもよい。

本発明の樹脂部材どうしの接合方法は、第一の樹脂部材と、該第一の樹脂部材とは異なる樹脂材料からなる第二の樹脂部材との接合方法において、上記第一の樹脂部材の第二の樹脂部材との接合部に、上記第一の樹脂部材は吸収するが第二の樹脂部材は吸収しないレーザ光を、上記第二の樹脂部材の内部は透過させずに上記第一の樹脂部材の長手方向に沿って照射するステップ、上記第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部に、上記第一の樹脂部材から第二の樹脂部材側に突出しながら溶融した複数の溶融突部の熱によって溶融させられた複数の溶融凹部を形成するステップ、及び上記溶融突部及び溶融凹部を硬化させ、対応する溶融突部と溶融凹部どうしを結合させるステップを有することを特徴としている。

上記第一の樹脂部材を円筒形状とし、上記第二の樹脂部材を、上記第一の樹脂部材の内周面に嵌合する、その外径が第二の樹脂部材の内径と同一である正面視円形の部材とすることが可能である。
この場合、例えば、上記第一の樹脂部材をレンズ鏡枠とし、上記第二の樹脂部材をレンズとすることが可能である。

上記レーザ光を照射するステップを、上記レンズ鏡枠の内周面全体に渡って上記レーザ光を照射するステップとしてもよい。
また、上記レーザ光を照射するステップを、上記レンズ鏡枠の内周面における特定の領域である突部形成領域にのみレーザ光を照射し、他の領域である円筒面の一部をなす部分円筒面領域にはレーザ光を照射しないステップとしてもよい。

請求項１及び６記載の発明によれば、レーザ光を吸収する部材である第一の樹脂部材に形成したレーザ光を照射することにより形成可能な係合突部が、第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部に凹設された係合凹部に密着状態で機械的に係合する。そのため、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材が異なる樹脂材料であっても、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材どうしを簡単かつ強固に接合できる。

請求項２及び７のようにすれば、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材がそれぞれ円筒形状と円形形状なので、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材が平板状の場合に比べて、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材をより強固に接合することが可能である。

請求項３及び８のようにすれば、レンズとレンズ鏡枠をレーザを利用して簡単かつ強固に接合できるようになる。さらに、レンズとレンズ鏡枠を異なる樹脂部材によって成形することができるので、レンズとレンズ鏡枠をレーザを利用して結合する場合のレンズ及びレンズ鏡枠の設計の自由度が向上する。

請求項４及び９のようにすれば、レンズとレンズ鏡枠の接合力をより大きくすることが可能である。

請求項５及び１０のようにすれば、レンズとレンズ鏡枠の必要な部分どうしのみに係合突部と係合凹部を形成するので、より簡単にレンズとレンズ鏡枠を接合することができる。

以下、図１から図４を利用して、本発明の第１の実施形態を説明する。以下の説明では図１の左側を「前方」とし右側を「後方」としている。
本実施形態は、本発明をレンズＬＳとレンズ鏡枠１０の接合に適用した実施形態である。
アクリルまたはアペルからなるレンズＬＳは、自身の光軸Ｏ（図１参照）を中心とする回転対称形状であり、レンズＬＳの外周面ＬＳ１は光軸Ｏを中心とする環状面である。
ポリカーボネイトからなり全体が黒みがかっているレンズ鏡枠（第一の樹脂部材）１０は、特定の中心軸（図１では光軸Ｏと一致している）を中心とする円筒状部材であり、レンズ（第二の樹脂部材）ＬＳの外径と略同じ内径の外周部１１と、外周部１１の後端部に連続する後壁部１２と、を一体的に備え、後壁部１２の中心部には正面視円形の開口部１３が穿設してある。
図１に示すように、レンズＬＳはその外周部の後面が後壁部１２の前面に当接する状態でレンズ鏡枠１０の内部に嵌合されている。

レンズ鏡枠１０を支持する部材である回転支持装置２０は、特定の中心軸（図１では光軸Ｏと一致している）を中心とする筒状部材であり、その内径が外周部１１の外径と略同一の円筒状支持部材２５と、円筒状支持部材２５の直後に位置し、その出力軸２８の前端面が円筒状支持部材２５の後面の中心部に固定してあるモータ２７とから構成されている。
レンズ鏡枠１０及び回転支持装置２０の前方には、その後面が射出面３１を構成するレーザ光源３０が配設してある。
さらに、図１に示すように、モータ２７及びレーザ光源３０は制御装置Ｃと電気的に接続しており、制御装置Ｃには操作スイッチＯＳが電気的に接続している。

次に、回転支持装置２０及びレーザ光源３０を利用したレーザ光ＬＲによるレンズＬＳとレンズ鏡枠１０の接合要領について説明する。
まず、図１に示すように、レンズＬＳを支持したレンズ鏡枠１０を円筒状支持部材２５の内部に嵌合し、レンズ鏡枠１０と円筒状支持部材２５の相対移動を規制する。
次いで操作スイッチＯＳを操作すると、制御装置Ｃからモータ２７及びレーザ光源３０に作動信号が送られ、モータ２７とレーザ光源３０が作動を開始する。モータ２７は一定の速度で回転するので、円筒状支持部材２５、レンズ鏡枠１０及びレンズＬＳが出力軸２８（光軸Ｏ）回りに一定速度で正面視時計方向（または反時計方向）に一回転する。レーザ光源３０は、その射出面３１からレーザ光ＬＲを発射し、このレーザ光ＬＲをレンズＬＳの前面の下端部と外周部１１の内周面の間に照射する。このレーザ光ＬＲは、無色透明なレンズＬＳには吸収されないが、黒色のポリカーボネイト製であるレンズ鏡枠１０には吸収される。さらに、図４に示すように、レーザ光源３０は一定強さのレーザ光ＬＲを断続的に照射するので、図２及び図３に示すように外周部１１の内周面に周方向に一定間隔で、レーザ光ＬＲを吸収し溶融した部分と、レーザ光ＬＲが照射されない部分とが交互に形成される。レーザ光ＬＲが照射された部分は、レーザ光ＬＲを吸収することにより溶融し、径方向内側（レンズＬＳ側）に向かって膨張する。レンズ鏡枠１０の各膨張部が外周面ＬＳ１の対向する部分に接触すると、外周面ＬＳ１の各膨張部（溶融突部）と接触する部分が各膨張部の熱によって溶かされ、各膨張部と対応する部分に凹部が形成される。レンズ鏡枠１０とレンズＬＳは互いに相溶性のない材料によって成形されているので、各膨張部と各凹部が時間の経過とともに冷却されて固化すると、各膨張部と各凹部はそれぞれ係合突部１４と係合凹部ＬＳ２になり、対応する係合突部１４と係合凹部ＬＳ２が互いに密着状態で機械的に係合する。
レンズ鏡枠１０及び円筒状支持部材２５が一回転すると、制御装置Ｃからモータ２７及びレーザ光源３０への作動信号の供給が自動的に止まるので、レンズ鏡枠１０及び円筒状支持部材２５の回転およびレーザ光源３０からのレーザ光ＬＲの照射が停止する。

以上説明したように、本実施形態ではレンズ鏡枠１０の係合突部１４とレンズＬＳの係合凹部ＬＳ２を機械的に係合させることによりレンズ鏡枠１０とレンズＬＳを接合しているので、レンズＬＳがレンズ鏡枠１０の内部に強固に固定することができる。
しかも、レンズ鏡枠１０とレンズＬＳを構成する樹脂材料は同種にする必要がない。そのため、従来のレーザー溶着技術を採用する場合に比べてレンズ鏡枠１０とレンズＬＳの設計の自由度が向上する。
さらに、レンズ鏡枠１０とレンズＬＳの接合作業は自動的に行われるのでレンズ鏡枠１０とレンズＬＳを簡単に接合することができる。しかも接合時間は短時間である。
また、図示するようにレーザ光ＬＲはレンズＬＳの内部を透過せず、レンズＬＳの外周側から接合部に照射されるので、レーザ光ＬＲがレンズＬＳの内部で屈折反射して他の部材に影響を与えることはない。

次に、図５及び図６を利用して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の第１の実施形態と異なる特徴点は２つである。
一点目は、図５に示すように、レンズ鏡枠１０の外周部１１及びレンズＬＳの外周面ＬＳ１の全周に互いに密着状態である係合する係合突部１５と係合凹部ＬＳ３を形成するのではなく、外周部１１とレンズＬＳの外周面ＬＳ１の特定の３箇所を係合突部１５と係合凹部ＬＳ３を形成する突部形成領域Ａ１と凹部形成領域Ｂ１とし、その他の領域を係合突部１５と係合凹部ＬＳ３を形成しない部分円筒面領域Ａ２と部分円筒面領域Ｂ２とした点である。このように突部形成領域Ａ１と部分円筒面領域Ａ２を形成することは、制御装置Ｃによってレーザ光源３０によるレーザ光ＬＲの照射タイミングを調整することにより実現できる。
二点目は、突部形成領域Ａ１において断続的に行われるレーザ光源３０によるレーザ光ＬＲの照射を一定の強さで行うのではなく、一回ごとの照射中においても微小時間ごとにレーザ光ＬＲの強さや波長を変えた（変調させた）点である。このように変調させながらレーザ光ＬＲを照射すると、図６に示すように各係合突部１５の先端部（内周側端部）がその基端部（外周側端部）に比べて広幅となり、対応する係合凹部ＬＳ３の先端部（外周側端部）が底部（内周側端部）に比べて広幅となる。このような形状とすることにより、各係合突部１５が対応する係合凹部ＬＳ３から抜け出すおそれがより小さくなるので、レンズ鏡枠１０とレンズＬＳの接合強度をさらに向上させることが可能になる。

最後に、図７を利用して本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の第１の実施形態と異なる特徴点は２つである。
一点目は、レーザ光ＬＲの照射時にレンズ鏡枠１０及びレンズＬＳを回転させる代わりにレーザ光源６０を回転させた点にある。
具体的に説明すると、レンズ鏡枠１０は円筒状支持部材２５と同形状でかつ移動（回転を含む）が不能な固定支持筒部材４０に支持（固定）してある。
レンズ鏡枠１０及びレンズＬＳの直前にはモータ５０が配設してあり、その回転軸５１の後端面にはレンズ鏡枠１０の径方向に伸びる長尺部材である回転支持部材５５の前面中心部が固着してある。回転支持部材５５の両端部は中央部に対して傾斜する傾斜支持部５６となっており、一方の傾斜支持部５６の後面には保持部材５７が固定してある。さらに、保持部材５７の前面には保持凹部５８が凹設してあり、この保持凹部５８にレーザ光源６０が嵌合支持されている。図示するように、レーザ光源６０の軸線は光軸Ｏに対して傾斜しており、その後面に形成した射出面６１はレンズＬＳの外周面ＬＳ１と後壁部１２の前面の接合部を向いている。
操作スイッチＯＳを操作すると、制御装置Ｃからモータ５０及びレーザ光源６０に作動信号が送られ、モータ５０によって回転支持部材５５及びレーザ光源６０が回転軸５１回りに一定速度で回転し、さらにレーザ光源６０の射出面６１からレンズＬＳの外周面ＬＳ１と後壁部１２の前面の接合部に向けてレーザ光ＬＲが断続的に照射される。
このようにレーザ光ＬＲの照射時にレンズ鏡枠１０及びレンズＬＳを回転させる代わりにレーザ光源６０を回転させても、第１の実施形態と同様にレンズ鏡枠１０とレンズＬＳを接合可能である。
特徴の二点目は、図７の矢線Ｄに示したように、レーザ光ＬＲを利用したレンズ鏡枠１０とレンズＬＳの接合作業を行う前に、レンズＬＳのレンズ鏡枠１０に対するディセンタ方向の位置調整を行う点である。
このようにレンズＬＳのディセンタ調整を行ってからレンズ鏡枠１０とレンズＬＳを固定すれば、レンズＬＳは所望値により近いレンズ性能を発揮できるようになる。

以上説明した各実施形態では、レンズ鏡枠１０がレーザ光ＬＲを吸収する材料であり、レンズＬＳがレーザ光ＬＲを吸収しない材料であるが、レンズＬＳがレーザ光ＬＲを吸収する材料とし、レンズ鏡枠１０がレーザ光ＬＲを吸収しない材料としてもよい。
また、本発明は樹脂材料同士の接合全般に利用できるものであり、接合対象はレンズ鏡枠１０とレンズＬＳには限定されない。

本発明の第１の実施形態のレンズ、レンズ鏡枠、及びレーザ照射装置の一部を断面視して示す全体図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図２のIII部の拡大図である。 レーザ強度を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の図２と同様の断面図である。 図５のVI部の拡大図である。 本発明の第３の実施形態の図１と同様の全体図である。

符号の説明

１０ レンズ鏡枠（第一の樹脂部材）
１１ 外周部
１２ 後壁部
１３ 開口部
１４ １５ 係合突部
２０ 回転支持装置
２５ 円筒状支持部材
２７ モータ
２８ 出力軸
３０ レーザ光源
３１ 射出面
４０ 固定支持筒部材
５０ モータ
５１ 回転軸
５５ 回転支持部材
５６ 傾斜支持部
５７ 保持部材
５８ 保持凹部
６０ レーザ光源
６１ 射出面
Ａ１ 突部形成領域
Ａ２ 部分円筒面領域
Ｃ 制御装置
ＬＳ レンズ（第二の樹脂部材）
ＬＳ１ 外周面
ＬＳ２ ＬＳ３ 係合凹部
ＬＲ レーザ光
ＯＳ 操作スイッチ

Claims (10)

1. 第一の樹脂部材と、該第一の樹脂部材とは異なる樹脂材料からなる第二の樹脂部材と、を接合した接合体において、
   上記第一の樹脂部材の第二の樹脂部材との接合部には、該第二の樹脂部材側に突出する複数の係合突部が形成してあり、
   上記第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部には、対応する上記係合突部がそれぞれ密着状態で係合する複数の係合凹部が形成してあることを特徴とする樹脂部材どうしの接合体。
2. 請求項１記載の樹脂部材どうしの接合体において、
   上記第一の樹脂部材が円筒形状であり、
   上記第二の樹脂部材が、上記第一の樹脂部材の内周面に嵌合する、その外径が第二の樹脂部材の内径と同一である正面視円形の部材である樹脂部材どうしの接合体。
3. 請求項２記載の樹脂部材どうしの接合体において、
   上記第一の樹脂部材がレンズ鏡枠であり、
   上記第二の樹脂部材がレンズである樹脂部材どうしの接合体。
4. 請求項３記載の樹脂部材どうしの接合体において、
   上記レンズ鏡枠の内周面全体に渡って上記係合突部が形成してあり、
   上記レンズの外周面全体に渡って上記係合凹部が形成してある樹脂部材どうしの接合体。
5. 請求項３記載の樹脂部材どうしの接合体において、
   上記レンズ鏡枠の内周面における特定の領域が、上記係合突部が形成された突部形成領域であり、他の部分は円筒面の一部をなす部分円筒面領域であり、
   上記レンズの外周面における上記突部形成領域と対応する部分が上記係合凹部を形成する凹部形成領域であり、他の部分は上記円筒面と同一曲率の円筒面の一部をなす部分円筒面領域である樹脂部材どうしの接合体。
6. 第一の樹脂部材と、該第一の樹脂部材とは異なる樹脂材料からなる第二の樹脂部材との接合方法において、
   上記第一の樹脂部材の第二の樹脂部材との接合部に、上記第一の樹脂部材は吸収するが第二の樹脂部材は吸収しないレーザ光を、上記第二の樹脂部材の内部は透過させずに上記第一の樹脂部材の長手方向に沿って照射するステップ、
   上記第二の樹脂部材の第一の樹脂部材との接合部に、上記第一の樹脂部材から第二の樹脂部材側に突出しながら溶融した複数の溶融突部の熱によって溶融させられた複数の溶融凹部を形成するステップ、及び
   上記溶融突部及び溶融凹部を硬化させ、対応する溶融突部と溶融凹部どうしを結合させるステップ
   を有することを特徴とする樹脂部材どうしの接合方法。
7. 請求項６記載の樹脂部材どうしの接合方法において、
   上記第一の樹脂部材が円筒形状であり、
   上記第二の樹脂部材が、上記第一の樹脂部材の内周面に嵌合する、その外径が第二の樹脂部材の内径と同一である正面視円形の部材である樹脂部材どうしの接合方法。
8. 請求項７記載の樹脂部材どうしの接合方法において、
   上記第一の樹脂部材がレンズ鏡枠であり、
   上記第二の樹脂部材がレンズである樹脂部材どうしの接合方法。
9. 請求項８記載の樹脂部材どうしの接合方法において、
   上記レーザ光を照射するステップが、
   上記レンズ鏡枠の内周面全体に渡って上記レーザ光を照射するステップである樹脂部材どうしの接合方法。
10. 請求項８記載の樹脂部材どうしの接合方法において、
    上記レーザ光を照射するステップが、
    上記レンズ鏡枠の内周面における特定の領域である突部形成領域にのみレーザ光を照射し、他の領域である円筒面の一部をなす部分円筒面領域にはレーザ光を照射しないステップである樹脂部材どうしの接合方法。

Images