JP2011005704A - 樹脂材のレーザー溶着方法および樹脂成形品 - Google Patents

樹脂材のレーザー溶着方法および樹脂成形品 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡易で安価な構成で、溶着強度が安定した樹脂材のレーザー溶着方法および樹脂成形品を提供する。
【解決手段】 レーザー光１０３を吸収する吸収性樹脂材１０２と、レーザー光１０３を透過させる透過性樹脂材１０１とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材１０１側からレーザー光１０３を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、透過性樹脂材１０１は、走査軌跡１０３ａ内の領域の略中心Ｏに対向する箇所にゲート１０６が設けられた成形型１０４のキャビティ１０５に、流動性の樹脂材が注入されることで成形されており、走査軌跡１０３ａに沿ってレーザー光１０３を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂材のレーザー溶着方法および樹脂成形品に関するものである。
従来、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射することで、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法が提案されている。
図４に示す従来の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成図を用いて、原理を簡単に説明する。図４（ａ）において、押さえ冶具（図示無し）で加圧力Ｐｒ４１を加えた状態で、透過性樹脂材４０１側からレーザー光４０３を照射すると、レーザー光４０３は透過性樹脂材４０１ではほとんど吸収されずに透過して、吸収性樹脂材４０２の表面付近で吸収される。吸収されたレーザー光４０３のエネルギーは熱に変換され、吸収性樹脂材４０２の表面を加熱する。そして、吸収性樹脂材４０２の表面と接している透過性樹脂材４０１の表面も、熱伝達によって加熱される。
その結果、図４（ｂ）に示すように、吸収性樹脂材４０２と透過性樹脂材４０１の接合面において、樹脂が溶融されて溶着部４０４が形成される。レーザー光４０３の照射を停止すると、溶融された樹脂が冷却して固化し、両樹脂材が溶着される。
また、図５に示すように、レーザー光５０３を照射して走査することで、例えば矩形箱状のケース５００における、吸収性樹脂で形成されたケース本体５０２と、透過性樹脂で形成された蓋５０１とを溶着して密封することができる。
透過性樹脂材４０１は、成形型のキャビティに設けられたゲートから、流動性の樹脂材が注入されることによって成形される。なお、図４に示した透過性樹脂材４０１は、レーザー光４０３の照射方向に対して、側方の面に対向する箇所にゲート４０５が設けられて、成形されている。なお、ゲートには様々な種類のゲートがあるが、ゲート４０５のように、成形型の側方の面に対向する箇所に設けられたゲートをサイドゲートという。
また、透過性樹脂材４０１は、成形条件により各部位のレーザー光の透過率が変化し、部位によって透過率のばらつきが大きくなるという特性がある。特に、流動性樹脂材がキャビティ内を流れる、ゲートからの流動距離Ｌが、透過率に影響を与えている。
図６に流動性樹脂材の流動距離Ｌと透過率の相関関係を示す。
図６（ａ）に、透過性樹脂材６０１における透過率の測定点を示す。
透過性樹脂材６０１の成形型のキャビティのゲート６０５は、サイドゲートで構成されており、ゲート６０５から流動性の樹脂材が注入されて、透過性樹脂材６０１が成形されている。透過性樹脂材６０１の大きさは、レーザー光の照射面が１辺１１０ｍｍの正方形であり、高さが１ｍｍに成形されている。また、成形時の金型温度は４０℃であり、照射するレーザー光の波長は、１０５４ｎｍである。そして、透過性樹脂材６０１の外周縁に沿ってレーザー光を照射している。
そして、正方形のレーザー光の走査軌跡６０３ａの、各辺の中点と各角の透過率の測定を行った。各測定点のゲート６０５からの流動距離Ｌを以下に示す。
Ｌ（Ｐ１）＝３０ｍｍ、Ｌ（Ｐ２１）・Ｌ（Ｐ２２）＝５０ｍｍ、Ｌ（Ｐ３１）・Ｌ（Ｐ３２）＝８０ｍｍ、Ｌ（Ｐ４）＝１１５ｍｍ、Ｌ（Ｐ５１）・Ｌ（Ｐ５２）＝１２０ｍｍ。
そして、各測定点における透過率を図６（ｂ）に示す。なお、流動距離Ｌが同一のＰ２１・Ｐ２２と、Ｐ３１・Ｐ３２と、Ｐ５１・Ｐ５２とは、各々の測定点における透過率の値を平均して、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５として図６（ｂ）に示す。
図６（ｂ）に示すように、透過性樹脂材６０１のレーザー光の透過率は、ゲート６０５からの流動距離Ｌが短くなるにつれて透過率が低くなり、流動距離Ｌが長くなるにつれて透過率が高くなる。したがって、図６（ａ）に示すように、サイドゲートで構成されたゲート６０５から流動性樹脂材を注入して、透過性樹脂材６０１を成形した場合、レーザー光の走査軌跡６０３ａの各点では、ゲート６０５からの流動距離Ｌが異なるため、レーザー光の走査軌跡６０３ａ上でレーザー光の透過率が不均一となる。
レーザー光の走査軌跡６０３ａ上で透過率が不均一となった状態で、レーザー光の条件を一定にして溶着を行うと、溶着強度が不均一となる。例えば、透過率の高い箇所を基準としてレーザー光の条件を設定すると、透過率の低い箇所では溶着強度が不足して、リークが発生する。したがって、各点においてレーザー光の条件を変更する必要があった。
そこで、透過性樹脂材の各点におけるレーザー光の透過率の差を低減したレーザー溶着方法の例を示す（例えば特許文献１）。
本従来例は、透過性樹脂材の成形型のキャビティに複数のゲートを設けてゲートの数を増加させることで、透過性樹脂材の各部における流動距離Ｌの差を低減することによって、レーザー光の走査軌跡上における透過率の差を低減している。また、樹脂材の結晶化度がレーザー光の透過性に影響を与えるため、透過性樹脂材の成形時に結晶化促進剤を添加して、樹脂材全体の結晶化度を高めることで、透過率の差をさらに低減している。
特許第４１９３５４１号公報
しかし、従来例のレーザー溶着方法では、複数のゲートを設ける必要があるため、キャビティにゲートを設ける加工費用が増加し、ゲート跡を加工する工数も増加する。さらに、ランナーに残る樹脂量が増加するため、コストが増加することになる。また、結晶化促進剤を添加する工数も必要になるため、さらにコストが増加することになる。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易で安価な構成で、溶着強度が安定した樹脂材のレーザー溶着方法および樹脂成形品を提供することにある。
請求項１の発明は、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、透過性樹脂材は、前記走査経路内の領域の略中心に対向する箇所にゲートが設けられた成形型のキャビティに、流動性の樹脂材が注入されることで成形されており、前記走査経路に沿ってレーザー光を照射することを特徴とする。
この発明によれば、樹脂材のレーザー溶着方法において、簡易で安価な構成で、レーザー光の走査軌跡上における透過率が略均一となり、溶着強度を安定させることができる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ゲートは、ピンゲートであることを特徴とする。
この発明によれば、ピンゲートを用いることによって、成形工程の中でゲートの樹脂は自動的に切断されるため、ゲートの樹脂を切断する工程が必要なく、コストを下げることができる。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ゲートは、ダイレクトゲートであることを特徴とする。
この発明によれば、ダイレクトゲートを設けるための、キャビティ加工が容易となるため、コストを下げることができる。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記ゲートは、トンネルゲートであることを特徴とする。
この発明によれば、成形後に生じるゲート跡を目立たなくすることができる。
請求項５の発明は、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂成形品において、透過性樹脂材は、前記走査経路内の領域の略中心に対向する箇所にゲートが設けられた成形型のキャビティに、流動性の樹脂材が注入されることで形成されることを特徴とする。
この発明によれば、樹脂成形品において、簡易で安価な構成で、レーザー光の走査軌跡上における透過率が略均一となり、溶着強度を安定させることができる。
以上説明したように、本発明では、簡易で安価な構成で、溶着強度を安定させることができるという効果がある。
本発明の成形品の概略構成を示す図である。 同上の上面を示す図である。 （ａ）は成形型の上面を示す図、（ｂ）は成形型の断面を示す図である。 従来の樹脂材の概略構成を示す図である。 同上の成形品の概略構成を示す図である。 （ａ）は透過率の測定点を示す図、（ｂ）は透過率と流動距離の相関を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
図１に本発明の成形品の概略構成図、図２に成形品の上面図を示す。以下、図１に対する上下左右方向を基準とする。
本実施形態の樹脂材のレーザー溶着方法は、例えば図１に示すようなケース１００において、ケース本体を構成する吸収性樹脂材１０２と、蓋を構成する透過性樹脂材１０１に、レーザー光１０３を照射して走査することで両樹脂材を溶着することができる。
吸収性樹脂材１０２は上面が開口した箱状で形成され、透過性樹脂材１０１は正方形の板状に形成されている。そして、吸収性樹脂材１０２の上部に透過性樹脂材１０１が覆設される。そして、吸収性樹脂材１０２開口周縁と透過性樹脂材１０１下面とが当接することで形成される接合面に、正方形の透過性樹脂材１０１の外周縁に形成された、正方形の走査軌跡１０３ａに沿ってレーザー光１０３を照射して走査することで、透過性樹脂材１０１と吸収性樹脂材１０２が溶着される。
図３に透過性樹脂材１０１の成形型１０４の概略構成図を示す。図３（ａ）は成形型１０４の上面図、図３（ｂ）は成形型１０４のＡ−Ａ断面図である。
透過性樹脂材１０１の成形型１０４のキャビティ１０５は、正方形の板状の空間で形成されており、透過性樹脂材１０１の上面における、正方形に形成されたレーザー光１０３の走査軌跡１０３ａ内の領域の略中心Ｏ（以下、中心Ｏと称す。）に対向する位置にゲート１０６が設けられている。そして、透過性樹脂材１０１は、成形型１０４のキャビティ１０５に設けられたゲート１０６から、流動性の樹脂材が注入されることによって成形される。また、ゲート１０６の位置を、中心Ｏに対向する位置に設けることによって、流動性の樹脂材は、中心Ｏから同心円状に拡がっていく。したがって、成形された透過性樹脂材１０１は、中心Ｏから外周縁に向かって流動距離Ｌが長くなっていく。図２に、流動距離Ｌの等距離線１０７を一点鎖線で示す。
透過性樹脂材１０１におけるレーザー光１０３の透過率は、ゲート１０６からの流動距離Ｌに依存し、流動距離Ｌが等しい点では透過率も等しくなる。したがって、レーザー光１０３の走査軌跡１０３ａ上では、流動距離Ｌの差が低減され、レーザー光の透過率は略均一になる。なお、本実施形態のようにレーザー光１０３の走査軌跡１０３ａが正方形の場合、例えば走査軌跡１０３ａを構成する辺の中点Ｐａと角Ｐｂでは、流動距離Ｌに差が生じることになるが、その差は小さいため、中点Ｐａと角Ｐｂにおける透過率の差も小さいので、透過率は略均一とみなすことができる。
したがって、上記の方法で成形された透過性樹脂材１０１と吸収性樹脂材１０２を重ね合わせて加圧し、その接合面にレーザー光１０３を照射し、レーザー光１０３を同一条件で走査しても、レーザー光１０３の走査軌跡１０３ａ上の透過率は略均一なので、樹脂材の溶着強度を安定させることができる。
また、ゲート１０５をピンゲートで構成することによって、透過性樹脂材１０１の成形工程の中でゲート１０５の樹脂は自動的に切断されるため、ゲート１０５の樹脂を切断する工程が必要なく、コストを下げることができる。また、ゲート１０５をダイレクトゲートで構成すると、成形型のキャビティにゲート１０５を設けるための加工が容易となるため、コストを下げることができる。また、ゲート１０５をトンネルゲートで構成すると、透過性樹脂材１０１の成形後に生じるゲート跡を目立たなくすることができる。
１００ ケース
１０１ 透過性樹脂材
１０２ 吸収性樹脂材
１０３ レーザー光
１０３ａ 走査軌跡
Ｏ 中心

Claims (5)

  1. レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、
    透過性樹脂材は、前記走査経路内の領域の略中心に対向する箇所にゲートが設けられた成形型のキャビティに、流動性の樹脂材が注入されることで成形されており、前記走査経路に沿ってレーザー光を照射することを特徴とする樹脂材のレーザー溶着方法。
  2. 前記ゲートは、ピンゲートであることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
  3. 前記ゲートは、ダイレクトゲートであることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
  4. 前記ゲートは、トンネルゲートであることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
  5. レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂成形品において、
    透過性樹脂材は、前記走査経路内の領域の略中心に対向する箇所にゲートが設けられた成形型のキャビティに、流動性の樹脂材が注入されることで形成されることを特徴とする樹脂成形品。
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