JP2010194908A - レーザ接合用中間部材及びそれを用いた接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の材料同士の接合に用いることができ、簡便な操作で、かつ高い接合強度を得ることができるレーザ接合用中間部材を提供すること。
【解決手段】レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザ溶着法により接合するために、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザ接合用中間部材であって；前記レーザ接合用中間部材が、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａのポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることを特徴とするレーザ接合用中間部材とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザ溶着法により接合するために、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザ接合用中間部材及びその製造方法に関する。また、そのような中間部材を用いた接合方法及び接合品に関する。

樹脂同士、又は樹脂と樹脂以外の材料などの異なった材料からなる部材同士を接合する方法として、レーザ光の照射による接合方法（いわゆるレーザ溶着法）が以前から用いられている。これは、レーザ光に対して透過性のある透過性部材と、レーザ光に対して透過性のない非透過性部材とを当接させた後、透過性部材側からレーザ光を照射し、透過性部材と非透過性部材の当接部分を加熱溶融させて両者を一体的に接合する方法である。このような方法ではレーザ透過性と非透過性の材料の組み合わせとする必要があったり、互いに親和性の低い材料同士を良好に接合することができなかったりするなど、接合可能な材料の組み合わせが制限されていた。また、接合できてもその強度や信頼性が十分でないことが多かった。

レーザ接合する際には、接合する部材同士の間隙を一定に保ってレーザを照射することが重要であるとされている。すなわち、間隙が狭すぎるとレーザ照射で溶融した樹脂の局所的体積変化を吸収することができず、好ましくない残存応力が発生するおそれがあるし、間隙が広すぎると溶融接着する面積が不足するおそれがある。したがって、部材同士の間隙を数μｍ〜数十μｍの範囲に保つために、一定の圧力をかけながらレーザ照射するような方策が採用されている。しかしながら、複雑な形状をした部材に対して適切な圧力をかけて一定の間隙を維持することは困難であった。

レーザ透過性の材料同士をレーザ溶着法により接合する方法として、レーザ透過性の部材同士の接合界面に、レーザ光を吸収するトナーや塗料等を含む樹脂部材を介在させて積層し、これにレーザ光を照射する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。レーザ透過性材料同士の接合界面に介在させたレーザ吸収体がレーザ光のエネルギーを吸収することにより、両者の接合界面が溶融して接合するため、透明部材同士の接合が可能であるとされている。しかし、このような方法により異種材料同士を接合する場合、線膨張係数の違いに起因して接合界面において応力が発生しやすく、このため十分な接合強度が得られず、剥がれやすいことがあった。また、前述のように、適切な間隙を保ってレーザ照射することはやはり困難であった。

互いに相溶性の小さい樹脂材同士を接合する方法として、レーザ透過性を有する第１樹脂材料からなる第１樹脂部材と、第１樹脂部材と相溶性が小さくレーザ透過性のない第２樹脂材料からなる第２樹脂部材との間に、第１樹脂材料及び第２樹脂材料からなるアロイ樹脂材を介在させた状態でレーザ光を照射して、第１樹脂部材及び第２樹脂部材を一体的に接合する方法が開示されている（特許文献４参照）。これにより、互いに相溶性の小さい樹脂材同士であっても良好に接合することができるとされている。しかしながら、この接合方法では接合対象の２種の樹脂からなるアロイ（重合体組成物）を用いる必要があるため、樹脂材料同士の接合には使用できるものの、樹脂と金属などの無機物との接合に使用することはできなかった。また通常、第１樹脂材料と第２樹脂材料はいずれも硬質の樹脂であることから、得られるアロイ樹脂材も硬質材料となり、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることが困難であった。そのようなアロイ樹脂材を介在させることで、接合界面において樹脂同士の線膨張係数の違いによって生じる応力や接合時の残存応力をある程度は緩和させることができると推測されるが、なお不十分であった。

また、レーザ透過性材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材の間にエラストマーからなるシートを挟み、第１部材側からレーザ光を照射して接合する方法が提案されている（特許文献５、６参照）。このように柔軟性を有するシートを介在させることによって、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることができるとともに、接合界面において樹脂同士の線膨張係数の違いによって生じる応力や接合時の残存応力を緩和させることができる。しかしながら、第１部材あるいは第２部材として用いられる樹脂の種類によっては、良好な接着力が得られない場合があり、改善が望まれていた。特に、高結晶性、高融点の樹脂を接合しようとする場合には、十分な接着力が得られない場合が多かった。

特開２００３−１８１９３１号公報 特開２００４−１０７１号公報 特開２００５−２３８４６２号公報 特開２００２−１８９６１号公報 特開２００８−７５８４号公報 ＷＯ２００８／０４４３４９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、種々の材料同士の接合に用いることができ、簡便な操作で、かつ高い接合強度を得ることができるレーザ接合用中間部材及びその製造方法を提供することを目的とする。また、そのような中間部材を用いた接合方法及び接合品を提供することを目的とする。

上記課題は、レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザ溶着法により接合するために、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザ接合用中間部材であって；前記レーザ接合用中間部材が、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａのポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることを特徴とするレーザ接合用中間部材を提供することによって解決される。

このとき、レーザ接合用中間部材が、さらにレーザ光の吸収剤を含有することが好ましい。ポリマー（Ａ）が、極性官能基を有する単量体で変性されたエラストマーであることも好ましい。ポリマー（Ｂ）が、融点が２００℃以上の結晶性ポリマーであることも好ましい。また、ポリマー（Ｂ）の粒子が、ポリマー（Ａ）のマトリックス中に分散していることも好ましい。このようなレーザ接合用中間部材の好適な製造方法は、ポリマー（Ｂ）の粉末をポリマー（Ａ）と混合して成形する方法である。

また上記課題は、レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とを接合する接合方法であって；２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであるポリマー（Ａ）と２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであるレーザ接合用中間部材を、第１部材と第２部材に接するようにして、第１部材と第２部材の間に挟み、第１部材側からレーザ光を照射することによって前記レーザ接合用シートを溶融させて、第１部材と第２部材とを接合することを特徴とする接合方法を提供することによっても解決される。このとき、第１部材がポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなり、第２部材が金属からなることが好適な実施態様である。

さらにまた、上記課題は、レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材と、第１部材と第２部材の間に挟まれかつ第１部材及び第２部材のそれぞれに対してレーザ照射によって融着したレーザ接合用中間部材とを有する接合品であって；前記レーザ接合用中間部材が、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであるポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることを特徴とする接合品を提供することによっても解決される。

本発明のレーザ接合用中間部材を用いることにより、簡便な操作によって、種々の材料同士を高い接合強度でレーザ溶着することができる。

本発明の接合方法により得られる接合品の模式的断面図である。 実施例において第１部材、接合用シート及び第２部材を積層する方法を説明するための模式的上面図及び断面図である。 実施例において剪断強度の測定方法を説明するための概略斜視図である。

本発明のレーザ接合用中間部材は、レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザ溶着法により接合するために、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるものである。

本発明に用いられる第１部材は、レーザ光に対して透過性を有する（レーザ透過性の）材料からなる。ここで、レーザ光に対して透過性を有するとは、加熱源としてのレーザ光をほとんど反射も吸収もせずに透過させるか、レーザ光を一部吸収及び／又は反射しても溶融することなく残りのレーザ光を透過し、接合用中間部材まで到達させうる透過率を有することをいう。

第１部材はレーザ光に対し、上記のような透過性を有する材料からなるものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂やガラスなどからなるものが好適に用いられる。樹脂としては、ナイロン６やナイロン６６などのポリアミド；ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル；ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリアセタール；ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート；ポリ塩化ビニル；ポリスチレンやＡＢＳなどのスチレン系樹脂；エポキシ樹脂；フロロポリマー；ポリフェニレンサルファイド；ポリエーテルエーテルケトン；ポリフェニレンエーテル；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリイミド；ポリエーテルイミドなど、公知の種々のポリマーのうち、レーザ光に対して透過性を有するものが挙げられる。ガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラスなどの公知の種々のもののうち、レーザ光に対して透過性を有するものを広く用いることができる。また、強化ガラス、合わせガラス、複層ガラスなども用いることができる。

本発明に用いられる第２部材は、第１部材と同じ材料からなるものであってもよいし、第１部材とは異なる材料からなるものであってもよい。上記のようなレーザ透過性の材料でも、それ以外の材料でも用いることができる。レーザ透過材料としては、上記第１部材に用いられる材料と同様のものを用いることができる。また、第２部材としては、レーザ透過性の材料以外に、レーザ光に対して吸収性を有する（レーザ吸収性の）材料も用いることができる。

本発明においてレーザ光に対して吸収性を有するとは、熱源としてのレーザ光を一部透過及び／又は反射しても残りを吸収し、これにより加熱されうる性質を有することをいう。このようなレーザ吸収性の材料としては、金属、セラミックス、及び樹脂やゴムなどのポリマーに無機フィラーを含有させてなる無機フィラー含有組成物などが挙げられる。また、上記レーザ透過性材料に染料や顔料などを添加してレーザ吸収性としたものも用いることができる。さらに、木材、紙、布帛などを用いることもできる。

金属は単体のものであってもよいし、２種以上の金属の合金であってもよい。また、セラミックスとしては、ジルコニアやアルミナなどの酸化物系（複合酸化物も含む）、炭化ケイ素などの炭化物系、窒化ケイ素などの窒化物系、アパタイトなどのリン酸塩系など、公知の種々のものを用いることができる。さらに、上記金属とセラミックスの複合材料なども使用可能である。なかでも、実用的観点からは、第２部材として金属を用いることが好ましく、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム（合金）、銅（合金）、チタン（合金）、マグネシウム（合金）などが例示される。

無機フィラー含有樹脂組成物に使用される樹脂としては、上記レーザ透過材料の説明において例示したような各樹脂を用いることができる。また、無機フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、シリカ、アルミナ、タルク、カーボンブラック、及びレーザを吸収する材料をコートした無機粉末などのレーザ光を吸収しうるフィラーが使用される。このような無機フィラーを樹脂に含有させてなる樹脂組成物は、組成物全体としてレーザ吸収性を有する場合が多い。ただし、配合する無機フィラーの種類や量によっては、本発明においてレーザ透過性の材料として用いることのできる場合もある。

本発明においては、第１部材と第２部材のうちの少なくとも一方はポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなることが必要である。ここで、ポリマー（Ｂ）は、後述するレーザ接合用中間部材を構成する重合体組成物中に含まれるポリマー成分である。このとき、第１部材がポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなり、第２部材が金属からなることが特に好適な実施態様である。

本発明のレーザ接合用中間部材は、上記第１部材と第２部材との間に挟まれた状態でレーザ光の照射を受け、そのエネルギーによって加熱溶融されることにより、上記第１部材と第２部材とを接合するために用いられる。当該レーザ接合用中間部材は、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａのポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなる。

本発明のレーザ接合用中間部材を構成する重合体組成物が、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａ以下のポリマー（Ａ）を含有することによって、中間部材全体が柔軟になり、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることが容易になる。ポリマー（Ａ）の引張弾性率は、より好適には２００ＭＰａ以下であり、さらに好適には１００ＭＰａ以下である。ポリマー（Ａ）の２３℃における引張弾性率が０．０１ＭＰａ未満である場合には、中間部材の取扱いが困難になる場合があるとともに、接着強度も低下する場合がある。

ポリマー（Ａ）は、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａ以下のポリマーであればよく、特に限定されない。エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸（エステル）共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合などの、各種変性ポリエチレンに代表されるポリオレフィン；（メタ）アクリレート共重合体などのアクリル樹脂；ポリエステル樹脂；ポリアミド樹脂；ポリスチレン系樹脂；ポリ塩化ビニル系樹脂；ポリウレタン樹脂などの各種樹脂を用いることができる。

ポリマー（Ａ）として、エラストマーが好適に用いられる。柔軟で弾性を有しており、接合面の形状にうまく沿わせて密着させるのに適しているからである。エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーや架橋ゴムなどを使用することができ、特に限定されない。架橋ゴムとしては、イソプレン系ゴム、ブタジエン系ゴムなどの公知の種々のものを用いることができるが、高度に架橋したものはレーザ溶着性が低下するおそれがあるので、架橋の程度は低い方が好ましい。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが例示される。本発明においては、溶融接着性や加工容易性などの観点から、熱可塑性エラストマーが好ましく用いられる。

ポリマー（Ａ）が、極性官能基を有する単量体で変性されていることが好ましい。これらの極性官能基は金属や極性樹脂との親和性が高いため、該極性官能基を有する単量体で変性されたポリマー（Ａ）を含む重合体組成物からなるレーザ接合用中間部材を用いることにより、中間部材と金属又は極性樹脂との接合強度を高くすることができる。また、上記極性官能基を有するポリマー（Ａ）は、使用するレーザ光の波長によっては、極性官能基を有しないポリマーよりもレーザ光に対する吸収性が高くなることがあるため、中間部材の材料として好適に用いることができる場合がある。極性官能基としては、カルボキシル基（無水カルボン酸基を含む）、エポキシ基、アミノ基、水酸基又はエステル基などの極性基を有するものであることが好ましい。これらのうち、カルボキシル基（無水カルボン酸基を含む）を有するポリマー（Ａ）が特に好ましく用いられる。

さらに、本発明のレーザ接合用中間部材を構成する重合体組成物は、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）を含有するが、当該ポリマー（Ｂ）は、第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーである。一般に、レーザ接合の対象となる第１部材又は第２部材は硬質樹脂であることが多いが、そのような硬質樹脂をそのままレーザ接合用中間部材として用いたのでは、中間部材が硬くなりすぎる。したがって、そのような硬質のポリマー（Ｂ）を、柔軟なポリマー（Ａ）と配合することによって、中間部材全体が柔軟になり、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることが容易になる。一般に、高弾性率のポリマー材料はレーザ接合するのが困難な場合が多く、そのようなポリマーであっても接着性の向上が期待できる本発明のレーザ接合用中間部材を用いる利益が大きい。したがって、ポリマー（Ｂ）の２３℃における引張弾性率は１ＧＰａ（１０００ＭＰａ）以上であることがより好ましく、２ＧＰａ（２０００ＭＰａ）以上であることがさらに好ましい。また通常、ポリマー（Ｂ）の２３℃における引張弾性率は１０ＧＰａ（１００００ＭＰａ）以下である。

ここで、ポリマー（Ｂ）は、第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることが重要であり、これによって第１部材又は第２部材と、レーザ接合用中間部材との間の接着力が向上する。中間部材全体を柔軟にして、接合面の形状にうまく沿わせて密着させるとともに、第１部材又は第２部材に親和性を有するポリマー（Ｂ）を配合することによって、高い接着強度を得ることができる。

ここで、「同じ種類のポリマー」とは、分類上、同じグループに属するポリマーであるということである。例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂、エポキシ樹脂というようなグループに属するもの同士をいう。このとき、発明の効果を阻害しない範囲で、他のグループのポリマーを含有する組成物であっても同じグループであるとする。ここで、ポリマーが共重合体である場合には、その構成成分の重量割合が最も多い構成成分に基づいてグループ分けする。例えば、本願実施例１で用いているＳＥＢＳ（スチレン−水添ブタジエン−スチレンブロック共重合体）では、スチレン含有量が３２重量％であるから、その倍以上の水添ブタジエン単位を含むことになる。ここで、水添ブタジエン単位は、エチレン−ブチレン単位であるから、実質的にはオレフィン単位である。すなわち、オレフィン単位の含有量がスチレン単位の含有量の倍以上であるから、このような共重合体は、本発明ではポリオレフィンに分類されるものであるとする。

ポリマー（Ｂ）と、第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーとが、同じ単量体に由来する構成単位を５０モル％以上含むことがより好ましく、７０モル％以上含むことがさらに好ましい。両者が実質的に同一のポリマーであることが最適である。

ポリマー（Ｂ）は、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えていればよく、特に限定されない。結晶性のポリマーであってもよいし、非晶性のポリマーであっても構わない。一般に、非晶性のポリマーに比べて、結晶性のポリマーの方が溶融時に接着しにくい傾向があることから、そのようなポリマーであっても接着性の向上が期待できる本発明のレーザ接合用中間部材を用いる利益が大きい。また一般に、高融点のものは、溶融可能になる温度と熱分解温度が近く、レーザ接合によって接合しにくい傾向があることから、そのようなポリマーであっても接着性の向上が期待できる本発明のレーザ接合用中間部材を用いる利益が大きい。したがって、ポリマー（Ｂ）が融点が２００℃以上の結晶性ポリマーであることが好適である。

融点が２００℃以上の結晶性ポリマーとしては、ポリフェニレンスルフィド；ポリエーテルエーテルケトン；ポリフェニレンエーテル；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリアセタール；ポリイミド；ポリエーテルイミド；ＰＡ６、ＰＡ６６などの脂肪族ポリアミドや、ポリヘキサメチレンテレフタラミド、ポリヘキサメチレンテレフタラミド／イソフタラミド、ポリナノメチレンテレフタラミドなどの半芳香族ポリアミドや、ポリｐ−フェニレンテレフタラミド、ポリｍ−フェニレンイソフタラミドなどの全芳香族ポリアミド（アラミド）を含むポリアミド；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどの半芳香族ポリエステルや、全芳香族ポリエステル（ポリアリレート）を含むポリエステル；フッ素樹脂などが例示される。より好適には、ポリマー（Ｂ）の融点は２５０℃以上である。また通常、ポリマー（Ｂ）の融点は４００℃以下である。

レーザ接合用中間部材を構成する重合体組成物中の、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）の重量比（Ａ／Ｂ）は特に限定されないが、１０／９０〜９５／５であることが好ましい。重量比（Ａ／Ｂ）が１０／９０未満の場合には、中間部材の柔軟性が低下して、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることが困難になる場合がある。重量比（Ａ／Ｂ）は、より好適には２０／８０以上であり、さらに好適には４０／６０以上である。一方、重量比（Ａ／Ｂ）が９５／５を超える場合には、ポリマー（Ｂ）からなる第１部材又は第２部材と、レーザ接合用中間部材との間の接着力が不十分になる場合がある。重量比（Ａ／Ｂ）は、より好適には９０／１０以下であり、さらに好適には８０／２０以下である。特に、中間部材の柔軟性を重視する場合には、ポリマー（Ａ）の含有量をポリマー（Ｂ）の含有量よりも大きくすること、すなわち、重量比（Ａ／Ｂ）が５０／５０を超えるようにするが好ましい。

また、重合体組成物中において、ポリマー（Ｂ）の粒子がポリマー（Ａ）のマトリックス中に分散していることが好ましい。このような分散形態を有していることによって、中間部材の柔軟性が向上し、接合面の形状にうまく沿わせて密着させることが容易になる。ポリマー（Ａ）がマトリックスを構成していて、ポリマー（Ｂ）が粒子の形態で含まれている場合であっても接着性が向上することは驚きであり、これにより柔軟性と接着性を両立することができる。

また、レーザ接合用中間部材のレーザ吸収性を向上させる目的で、中間部材にレーザ光の吸収剤（以下、「レーザ吸収剤」ともいう）を含有させることも好ましい。本発明におけるレーザ吸収剤は、添加することによって中間部材のレーザ吸収性を向上しうるものをいう。このようなレーザ吸収剤としては、カーボンブラックや複合酸化物系顔料などの無機顔料；フタロシアニン系顔料、レーキ顔料、多環式系顔料などの有機顔料；及び使用するレーザ光の波長に応じた各種染料など公知のものを適宜使用できる。レーザ吸収剤の配合量は、その種類によっても大きく異なるが、ベースポリマー１００重量部に対して通常０．０１〜２０重量部程度である。

レーザ接合用中間部材に粘着性を付与するために、粘着性付与剤を添加してもよい。中間部材が粘着性を有することによって、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に中間部材を挟む際に、接合面に対して簡単に中間部材を仮止めすることができ、作業性が大きく向上する。また、粘着力に由来する接着強度の向上も期待できる。粘着性付与剤としては、例えば、クマロン・インデン樹脂及びクマロン樹脂／ナフテン系油／フェノール樹脂の混合物等のクマロン樹脂；テルペン樹脂、変性テルペン樹脂（例、芳香族変性テルペン樹脂）、テルペン−フェノール樹脂及び水添テルペン樹脂等のテルペン系樹脂；ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン、ロジンのペンタエリスリトール・エステル、ロジンのグリセロール・エステル、水素添加ロジン、水素添加ウッドロジン、水素添加ロジンのメチルエステル、水素添加ロジンのペンタエリスリトール・エステル、水素添加ロジンのトリエチレングリコールのエステル、不均化ロジン、重合ロジン、重合ロジンのグリセロール・エステル及び硬化ロジン等のロジン誘導体；テレピン系粘着付与剤；芳香族炭化水素樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂、不飽和炭化水素（オレフィン系、ジオレフィン系）の重合体、イソプレン系樹脂、水素添加炭化水素樹脂、炭化水素系粘着化樹脂、ポリブテン、液状ポリブタジエン及び低分子量ブチルゴム等の石油系炭化水素樹脂；スチレン系樹脂；フェノール系樹脂；キシレン系樹脂を挙げることができる。これらの中でも、テルペン系樹脂が好ましい。また、その他の各種添加剤を配合することもできる。

また、レーザ接合用中間部材の厚さは１０〜５０００μｍであることが好ましい。中間部材が適度な厚さを有することにより、レーザ光のエネルギーによって加熱溶融して第１部材と第２部材を接合した際に、両部材の接合界面に生じる応力を適度に緩和させることが可能となる。中間部材が薄すぎる場合には両部材間の応力を緩和することが不十分となるおそれがある。このような観点から、中間部材の厚さはより好ましくは２０μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。一方、中間部材が厚い場合には、第１部材と第２部材の両方の接合面と溶融接着させるために、レーザ光の照射条件に工夫が必要になる場合がある。また、コスト面の要請や、中間部材自体の強度の問題もあるので、中間部材は厚すぎない方がよい。中間部材の厚さはより好ましくは２０００μｍ以下であり、さらに好ましくは１０００μｍ以下である。ここで、中間部材の厚さとは、第１部材と接する面と第２部材と接する面との間の距離のことをいう。

本発明のレーザ接合用中間部材は、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物の単層からなるものであってもよいし、それを含む多層構造体からなるものであっても構わない。多層構造体からなる場合には、重合体組成物からなる層を表層に配置して、それがポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなる第１部材又は第２部材に接するようにしてからレーザ光を照射する。

このようなレーザ接合用中間部材の製造方法は特に限定されない。ニーダーや押出機などの混練機を用いて、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）を混合し、溶融混練してから中間部材を成形することができる。溶融混練に際しては、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）の少なくとも一方よりも高い温度で溶融混練して両者を混合することができる。このとき、レーザ光の吸収剤など、他の添加剤を同時に混練しても構わない。溶融混練してから成形する場合には、一旦ペレット化してから成形してもよいし、直接成形しても構わない。ダイから押出したり、カレンダーなどで圧延したりすることによって所望の成形品を得ることができる。

また、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）を溶剤に溶かしたり分散させたりしてから離型紙などに塗布し、乾燥させることによってレーザ接合用中間部材を製造してもよい。このとき、レーザ光の吸収剤など、他の添加剤を同時に混練しても構わない。特に、粘着性付与剤を配合する場合には、溶融成形が困難な場合も多いので、このような方法で製造するのが好ましい場合が多い。

本発明のレーザ接合用中間部材を製造するに際して、ポリマー（Ｂ）の粉末をポリマー（Ａ）と混合して成形することが好ましい。このとき、ポリマー（Ａ）の形態は特に限定されず、ペレット、粉末、その他の形状であっても構わないし、溶液であっても構わない。以降に説明するように、低温で溶融混練する場合や、分散液を塗布する場合などには、粉末の粒径は中間部材の厚みより小さいことが好ましい。

溶融混練してポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）とを混合する場合には、一般にポリマー（Ｂ）の融点（又は軟化点）の方が、ポリマー（Ａ）の融点（又は軟化点）よりも高いことが多いので、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）の粉末とを溶融混練することが好ましい。この場合、ポリマー（Ａ）の融点（又は軟化点）以上でポリマー（Ｂ）の融点（又は軟化点）未満の温度でも溶融混練することができる。また、ポリマー（Ｂ）の融点（又は軟化点）以上の温度で溶融混練する場合であっても、両ポリマーを分散させるために要する時間を短くできるので、短時間の溶融混練操作で済む。したがって、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）の粉末とを溶融混練することによって、溶融混練時のポリマーの熱分解を抑制することができる。特に、ポリマー（Ｂ）の融点（又は軟化点）が高いときに有効な方法である。

また、ポリマー（Ａ）とポリマー（Ｂ）を溶剤に溶かしたり分散させたりしてから塗布し乾燥させることによってレーザ接合用中間部材を製造する場合には、一般にポリマー（Ｂ）の方が溶剤に対する溶解性が低いことが多いので、ポリマー（Ａ）の溶液中にポリマー（Ｂ）の粉末を分散させた分散液を用いることが好ましい。

以上説明したレーザ接合用中間部材を第１部材と第２部材の間に挟み、第１部材側からレーザ光を照射することによって中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とが接合される。以下、図面を参照して本発明の接合方法を説明する。図１は、本発明の接合方法によって得られる接合品の一例を示す模式的断面図である。図１の接合品１は、第１部材２と、レーザ接合用シート３と、第２部材４とをこの順に積層してなる。本発明の接合方法においては、図１のようにレーザ接合用シート３を第１部材２と第２部材４との間に挟んでから、レーザ光Ｌを第１部材側から照射する。

本発明では、レーザ光の種類として、ガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザ等の公知のいずれも用いることができ、特に限定されない。第１部材、第２部材及びレーザ接合用中間部材の種類や厚さに応じて、最適な波長及び出力のものを選択して用いることができる。また、レーザ光線は１つの波長からなるものに限らず、２以上の波長が混合されたものであってもよい。また、接合範囲がレーザ光の照射径より広い場合、必要に応じてレーザ光源又は接合対象の積層品（中間部材を挟んで第１部材と第２部材とを積層したもの）を移動させながら、レーザ光の照射を行ってもよい。

第１部材はレーザ光に対して透過性を有しているので、第１部材側から照射されたレーザ光の少なくとも一部はこの第１部材を透過してレーザ接合用中間部材に到達する。中間部材がレーザ光を吸収する材質からなる場合、中間部材自体が吸収したレーザ光のエネルギーにより中間部材が加熱溶融される。このとき、第１部材及び第２部材の少なくとも一方は樹脂からなるので、中間部材の熱がこれらの樹脂にも伝わって溶融する。レーザ光の照射が終了すると、中間部材並びに第１部材及び／又は第２部材の樹脂が冷却されてそれぞれが再度固化することにより、中間部材と樹脂が溶着される。一方、第１部材及び第２部材の少なくとも一方が樹脂以外の材料（金属、ガラス又はセラミックスなど）からなる場合、レーザ光の照射により加熱溶融されたレーザ接合用中間部材はこれら樹脂以外の材料に融着し、レーザ光の照射終了後冷却されて再度固化することにより、中間部材と樹脂以外の材料が溶着される。このように、第1部材と中間部材、及び中間部材と第２部材がそれぞれ接合界面において溶着されることにより、第１部材と第２部材の接合がなされる。

また、レーザ接合用中間部材がレーザ透過性の材質からなるものである場合、中間部材に到達したレーザ光の少なくとも一部が該中間部材を透過して第２部材に到達する。レーザ透過性の中間部材が加熱溶融されるためには、第２部材がレーザ光により加熱されて発熱する必要があるため、第２部材がレーザ吸収性材料からなる必要がある。第２部材がレーザ光により加熱されて発生した熱によって中間部材が加熱溶融し、その後冷却固化することにより、第１部材と第２部材の接合がなされる。このようにして、第１部材と、第２部材と、これらの間に挟まれ且つ第１部材及び第２部材のそれぞれに対して融着された中間部材を有する本発明の接合品が得られる。

本発明の接合方法は、レーザ光の照射によりレーザ接合用中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とを接合するものである。よって、上述したように、中間部材と、第１部材及び／又は第２部材の中間部材側の接合界面が、レーザ光の照射により加熱されてその後冷却されるという熱サイクルを受ける。このとき、第１部材と第２部材の線膨張係数の違いなどに起因した応力が接合界面に生じ得るが、柔軟な中間部材を用いた場合には、このような応力を緩和することができ、接合強度の低下や剥がれを防止することができる。これにより、接合の信頼性を向上させることができる。また、得られた接合品の使用によって熱ストレスや機械的応力が接合界面に発生するが、このような場合でも、柔軟なレーザ接合用中間部材を用いた場合には、上記ストレスや応力が緩和されるので、長期の使用によっても接合強度を維持することができる。

第１部材と第２部材の組合せ（第１部材／第２部材）としては、例えば樹脂／樹脂、樹脂／金属、樹脂／セラミックス、樹脂／ガラス、ガラス／樹脂などが例示される。第１部材と第２部材の一方のみが樹脂である場合には、当該樹脂はポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなる。また、第１部材と第２部材の両方が樹脂である場合には、その少なくとも一方がポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなるものであればよい。これらの組み合わせの中でも、第１部材がポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなり、第２部材が金属からなる場合は、本発明の効果を効果的に奏する組合せであって、実用上のニーズも大きいので、特に重要な組合せである。この場合、第１部材と第２部材を強固に接着できるだけでなく、熱膨張率の相違から発生するストレスも本発明の中間部材によって低減することができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。下記実施例中における試験方法は以下のとおりである。

（１）引張弾性率
ＪＩＳ Ｋ７１６１及びＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、ＪＩＳ Ｋ７１６１の「４．６ 引張弾性率」に規定される引張弾性率を測定し、算出した。試料の形状は、「ダンベル状３号型」とした。測定は、２３℃の環境下で状態調節してから行った。

（２）剪断強度
得られた接合品の剪断試験は、インストロン３３８２（インストロンコーポレーション）により行った。図３に示すように、第１部材２と同様の部材からなるスペーサ８を第２部材４の接合面側に重ねて試験機のチャックで固定し、第２部材４と同様の部材からなるスペーサ９を第１部材２の接合面側に重ねて試験機のチャックに固定した。引き続き、第１部材２及び第２部材４に対して平行（図の矢印方向）な引張力を加え、剪断試験を行った。その際、剪断速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとし、最大強度を求めた。得られた最大強度（Ｎ）を剪断強度とした。

実施例１
東洋精機株式会社製プラストミルを用いて、カルボキシル基を有する単量体で変性されたスチレン−水添ブタジエン−スチレントリブロック共重合体（変性ＳＥＢＳ：スチレン含有量３２重量％、分子量５２，０００：引張弾性率８０ＭＰａ）のペレット６７重量部とポリアミド６（ポリ−ε−カプロラクタム（ＰＡ６）：融点２２５℃：引張弾性率２．７ＧＰａ）のペレット３３重量部を、２３０℃で溶融混練して、重合体組成物ペレットを得た。得られた重合体組成物ペレット１００重量部に対して、近赤外線吸収剤（昭和電工株式会社製「ＩＲ−１３Ｆ」）０．５重量部を均一に混合してから上記プラストミルを用いて１９０℃で溶融混練して近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを得た。得られた近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを用いて１９０℃でプレス成形して厚さ１００μｍのシートを得た。得られたシート中においては、ポリアミド６の粒子が変性ＳＥＢＳのマトリックス中に分散していた。

本実施例では、第１部材２として、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリアミド６板を用い、第２部材４として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ５０５２）板を用いた。図２に示すように、第１部材２と第２部材４を長さ方向に２５ｍｍずらして第１部材２が上になるように重ね、第１部材２と第２部材４の間（図２のＡで示す重ね合わせ部分）に、得られた接合用シート（図中の３）を挟んで、積層品を得た。得られた積層品の上記重ねあわせ部分に対し、上方（第１部材側）から以下の条件でレーザ照射による加熱を行った。得られた積層品の上記重ね合わせ部分に対し両側から０．４ＭＰａの圧力を加え上方（第１部材２側）から以下の条件でレーザ照射による加熱を行った。レーザとして、９４０ｎｍの半導体レーザを用いた。レーザ光線のコリメート径は４６ｍｍ、焦点距離は２２２．５ｍｍであり、照射角度は４５度とし、最小スポット径は１．５２ｍｍで第１部材の表面にジャストフォーカスさせ、走査速度を７５０ｍｍ／分に固定し、表１に記載したように出力を変動させて、短手方向に２５ｍｍの長さで、１回走査した。照射終了後は空冷によりレーザ接合用中間部材が再度固化することにより第１部材と第２部材が接合され接合品が得られた。得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表１に示す。

比較例１
実施例１において、レーザ接合用中間部材が、ポリアミド６を含有しない例である。東洋精機株式会社製プラストミルを用いて、カルボキシル基を有する単量体で変性されたスチレン−水添ブタジエン−スチレントリブロック共重合体（変性ＳＥＢＳ：スチレン含有量３２重量％、分子量５２，０００）のペレット１００重量部に対して、近赤外線吸収剤（昭和電工株式会社製「ＩＲ−１３Ｆ」）０．５重量部を均一に混合してから１９０℃で溶融混練して近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを得た。得られた近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを用いて１９０℃でプレス成形して厚さ１００μｍのシートを得た。得られた接合用シートを用いて実施例１と同様にレーザ照射による加熱を行い、得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表１に示す。

表１に示されるように、レーザ接合用中間部材がポリアミド６を含有しない比較例１では、レーザ出力２００Ｗ付近で剪断強度が頭打ちになり、最大剪断強度は約１０００〜１１００Ｎであった。このときの剥離面は中間部材とポリアミド６との界面であった。これに対し、レーザ接合用中間部材がポリアミド６を含有する実施例１では、レーザ出力３００Ｗでの剪断強度が約１３００〜１３５０Ｎとなり、比較例１よりも高剪断強度で接着した。このときの剥離面は中間部材とアルミニウム合金との界面であったことから、中間部材とポリアミド６との界面での接着力が大きく改善されていることがわかった。レーザ出力が小さいときに実施例１の接合品の剪断強度が比較例１の剪断強度よりも小さくなるのは、変性ＳＥＢＳよりも高融点のポリアミドが溶融するためにより多くの熱エネルギーを要したためであると考えられる。

実施例２
一軸ブラベンダーを用いて、カルボキシル基を有する単量体で変性されたスチレン−水添ブタジエン−スチレントリブロック共重合体（変性ＳＥＢＳ：スチレン含有量３２重量％、分子量５２，０００：引張弾性率８０ＭＰａ）のペレット６０重量部とポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ：融点２８０℃：引張弾性率３．３ＧＰａ）の粉末（粒径１００〜２００μｍ）４０重量部を、３００℃で溶融混練して、重合体組成物ペレットを得た。得られた重合体組成物ペレット１００重量部に対して、近赤外線吸収剤（昭和電工株式会社製「ＩＲ−１３Ｆ」）０．５重量部を均一に混合してから上記一軸ブラベンダーを用いて２００℃で溶融混練して近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを得た。得られた近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを用いて２００℃でプレス成形して厚さ１００μｍのシートを得た。得られたシート中においては、ポリフェニレンスルフィドの粒子が変性ＳＥＢＳのマトリックス中に分散していた。

本実施例では、第１部材２として、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリフェニレンスルフィド板を用い、第２部材４として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ５０５２）板を用いた。図２に示すように、第１部材２と第２部材４を長さ方向に２５ｍｍずらして第１部材２が上になるように重ね、第１部材２と第２部材４の間（図２のＡで示す重ね合わせ部分）に、得られた接合用シート（図中の３）を挟んで、積層品を得た。得られた積層品の上記重ねあわせ部分に対し、上方（第１部材側）から以下の条件でレーザ照射による加熱を行った。得られた積層品の上記重ね合わせ部分に対し両側から０．４ＭＰａの圧力を加え上方（第１部材２側）から以下の条件でレーザ照射による加熱を行った。レーザとして、８００ｎｍの半導体レーザを用いた。レーザ光線のコリメート径は４６ｍｍ、焦点距離は１００ｍｍであり、最小スポット径は６００μmである。照射角度を０度（垂直入射）とし、第１部材の表面にジャストフォーカスする位置からレーザを１０ｍｍ近づけて照射した。出力を２００Ｗに固定し、表２に記載したように走査速度を変動させて、短手方向に２５ｍｍの長さで、１回走査した。照射終了後は空冷によりレーザ接合用中間部材が再度固化することにより第１部材と第２部材が接合され接合品が得られた。得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表２に示す。

比較例２
実施例２において、レーザ接合用中間部材が、ポリフェニレンスルフィドを含有しない例である。一軸ブラベンダーを用いて、カルボキシル基を有する単量体で変性されたスチレン−水添ブタジエン−スチレントリブロック共重合体（変性ＳＥＢＳ：スチレン含有量３２重量％、分子量５２，０００）のペレット１００重量部に対して、近赤外線吸収剤（昭和電工株式会社製「ＩＲ−１３Ｆ」）０．５重量部を均一に混合してから２００℃で溶融混練して近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを得た。得られた近赤外線吸収性重合体組成物ペレットを用いて２００℃でプレス成形して厚さ１００μｍのシートを得た。得られた接合用シートを用いて実施例２と同様にレーザ照射による加熱を行い、得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表２に示す。

実施例３
実施例２において、第１部材２として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）板を用い、第２部材４として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリフェニレンスルフィド板を用いた以外は、実施例２と同様にしてレーザ光を照射して接合品を得た。得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表２に示す。

比較例３
比較例２において、第１部材２として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）板を用い、第２部材４として幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリフェニレンスルフィド板を用いた以外は、比較例２と同様にしてレーザ光を照射して接合品を得た。得られた接合品の剪断強度を測定した結果を表２に示す。

表２に示されるように、ポリフェニレンスルフィド板とアルミニウム合金板を接合する場合（実施例２、比較例２）にも、ポリフェニレンスルフィド板とポリプロピレン板を接合する場合（実施例３、比較例３）にも、中間部材がポリフェニレンスルフィドを含有する場合の方が、中間部材がポリフェニレンスルフィドを含有しない場合に比べて、高剪断強度で接着した。このことから、中間部材に配合されたポリフェニレンスルフィドによって、中間部材とポリフェニレンスルフィド板との界面の接着強度が向上していることがわかる。

１ 接合品
２ 第１部材
３ レーザ接合用シート（レーザ接合用中間部材）
４ 第２部材
８，９ スペーサ
Ａ 重ね合わせ部分
Ｌ レーザ光

Claims (9)

1. レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザ溶着法により接合するために、レーザ光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザ接合用中間部材であって；
   前記レーザ接合用中間部材が、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａのポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることを特徴とするレーザ接合用中間部材。
2. さらにレーザ光の吸収剤を含有する請求項１記載のレーザ接合用中間部材。
3. ポリマー（Ａ）が、極性官能基を有する単量体で変性されたエラストマーである請求項１又は２記載のレーザ接合用中間部材。
4. ポリマー（Ｂ）が、融点が２００℃以上の結晶性ポリマーである請求項１〜３のいずれか記載のレーザ接合用中間部材。
5. ポリマー（Ｂ）の粒子が、ポリマー（Ａ）のマトリックス中に分散している請求項１〜４のいずれか記載のレーザ接合用中間部材。
6. ポリマー（Ｂ）の粉末をポリマー（Ａ）と混合して成形する請求項１〜５のいずれか記載のレーザ接合用中間部材の製造方法。
7. レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とを接合する接合方法であって；
   ２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであるポリマー（Ａ）と２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであるレーザ接合用中間部材を、第１部材と第２部材に接するようにして、第１部材と第２部材の間に挟み、
   第１部材側からレーザ光を照射することによって前記レーザ接合用シートを溶融させて、
   第１部材と第２部材とを接合することを特徴とする接合方法。
8. 第１部材がポリマー（Ｂ）と同じ種類のポリマーからなり、第２部材が金属からなる請求項７記載の接合方法。
9. レーザ光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材と、第１部材と第２部材の間に挟まれかつ第１部材及び第２部材のそれぞれに対してレーザ照射によって融着したレーザ接合用中間部材とを有する接合品であって；
   前記レーザ接合用中間部材が、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであるポリマー（Ａ）と、２３℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えるポリマー（Ｂ）とを含む重合体組成物からなり、かつポリマー（Ｂ）が第１部材と第２部材の少なくとも一方を構成するポリマーと同じ種類のポリマーであることを特徴とする接合品。
   

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