JP2014030907A - 樹脂溶着体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定したシール性と高精度な寸法管理が実現可能であると共に、製造が容易で生産性の高い樹脂溶着体とその製造方法を提供する。
【解決手段】接合部４が形成される当接面に平行な面をＸＹ平面、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。シール部材８は、蓋体２に設けられたガイド５の外周面と、ケース３に設けられたリブ６の内周面の間に挟持され、ＸＹ平面と平行な方向に押圧されている。また、環状の加圧治具９によりストッパ７上を加圧しながら、その内周側でレーザ光１０を走査させることにより、加圧治具９がレーザ光１０の軌跡を遮断しない。従って、加圧治具１０の材質の選択の幅が広がり、メンテナンスが容易な治具を用いることができ、生産性が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の波長のレーザ光に対して透過性のある樹脂部品と、同波長のレーザ光に対して吸収性のある樹脂部品を、該レーザ光を用いて溶着接合した樹脂溶着体に関する。
従来、樹脂溶着体の製造方法として、レーザ光溶着工法が用いられている。レーザ光溶着工法について簡単に説明する。まず、所定の波長のレーザ光に対して透過性のある第１の樹脂部品の一部と、同波長のレーザ光に対して吸収性のある第２の樹脂部品の一部を当接させる。続いて、その当接面に対して第１の樹脂部品側からレーザ光を照射すると、レーザ光は第１の樹脂部品中を透過して、第２の樹脂部品の表面付近で吸収される。吸収されたレーザ光のエネルギーは熱に変換され、第２の樹脂部品の表面を加熱する。これにより、第１の樹脂部品と第２の樹脂部品の当接面において溶融部が形成され、溶着に至る。
この溶着工程においては、接合部となる両樹脂部品の当接面における表面密着性が重要である。表面密着性が不十分な場合には、第２の樹脂部品から第１の樹脂部品への熱伝達が不十分となり、接合不良が発生する。そこで、両樹脂部品の表面密着性を高めるために、これらの当接面を外部から加圧し、圧接させた状態でレーザ光を照射している。なお、樹脂溶着体が密閉容器の場合には、周状に形成された接合部の内周側に、環状のシール部材が配置される。
一方、溶融部においては、レーザ光の照射を止めるか、外部加圧を止めるかしない限り溶融が進む。その結果、接合部の沈み込みにより両樹脂部品の間隔が狭くなる。この接合部の沈み込み量を高精度に管理するために、特許文献１では、両樹脂部品のいずれか一方にストッパ（突起）を設け、接合部の沈み込み量を規制している。
上記特許文献１では、接合部、ストッパ、シール部材はいずれも周状に配置され、ストッパによって規制された沈み込み量によってシール部材の締め代（潰し代）が決定される。さらに、外周側から順に接合部、ストッパ、シール部材を配置することで、接合部において溶融状態のばらつきによる撓みが発生した場合でも、シール部材はストッパの寸法のみで締め代が決められるため、安定したシール性が維持される。
特許第４５３１０７４号公報
上記特許文献１において、高精度な寸法管理を実現するためには、ストッパを対向する樹脂部品に確実に当接させることが重要である。一方、シール部材を圧縮することで得られる面圧は、両樹脂部品の当接を妨げる方向に反力を発生させる。このため、ストッパを対向面に確実に当接させるためには、加圧位置をストッパより内周側とする必要があった。
しかしながら、接合部において周状にレーザ光を照射する際に、この照射軌跡より内周側に加圧位置を設定すると、加圧治具あるいは治具を保持する部品がレーザ光の軌跡を遮断することになる。このため、加圧治具にはレーザ光を吸収しない部材（例えばガラス）
を用いる必要があった。しかし、ガラス治具を使用した場合でも、反射によるレーザエネルギーの低下が発生するという問題があった。
さらに、ガラス治具への異物の付着や、溶融した樹脂から発生するガスによるガラス治具の曇りも、レーザエネルギーを低下させる要因となっていた。このため、ガラス治具のメンテナンスが頻繁に必要であり、生産性を低下させていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、安定したシール性と高精度な寸法管理が実現可能であると共に、製造が容易で生産性の高い樹脂溶着体を得ることを目的とする。
また、メンテナンスが容易な加圧治具を用いることができる樹脂溶着体の製造方法を提供し、生産性の向上を図ることを目的とする。
本発明に係る樹脂溶着体は、所定の間隔で対向配置された第１の樹脂部品と第２の樹脂部品の内側に閉鎖空間を有し、互いの当接面の少なくとも一部が溶着接合された樹脂溶着体であって、当接面に対して平行な面をＸＹ平面、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とするとき、第１及び第２の樹脂部品のいずれかに設けられ、閉鎖空間においてＺ方向に突出した周状の第１突起部と、第１突起部が設けられた樹脂部品と対向する樹脂部品に設けられ、第１突起部よりも外周側においてＺ方向に突出した周状の第２突起部と、第１及び第２の樹脂部品のいずれかに設けられ、第２突起部よりも外周側においてＺ方向に突出し、対向する樹脂部品に当接して第１及び第２の樹脂部品の間隔を規定する第３突起部と、第１突起部の外周面と第２突起部の内周面の間に挟持され、ＸＹ平面と平行な方向に押圧される環状のシール部材を備えたものである。
また、本発明に係る樹脂溶着体の製造方法は、所定の波長のレーザ光に対して透過性のある第１の樹脂部品と、同波長のレーザ光に対して吸収性のある第２の樹脂部品を対向配置し、第１の樹脂部品側より該レーザ光を照射することにより第１及び第２の樹脂部品の当接面の少なくとも一部を溶着接合する樹脂溶着体の製造方法において、当接面に平行な面をＸＹ平面、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とするとき、第１及び第２の樹脂部品のいずれかに、閉鎖空間においてＺ方向に突出した周状の第１突起部が設けられると共に、第１突起部が設けられた樹脂部品と対向する樹脂部品に、第１突起部よりも外周側においてＺ方向に突出した周状の第２突起部が設けられ、さらに第１及び第２の樹脂部品のいずれかに、第２突起部よりも外周側においてＺ方向に突出し、対向する樹脂部品に当接して第１及び第２の樹脂部品の間隔を規定する第３突起部が設けられており、第１突起部の外周面と第２突起部の内周面の間に環状のシール部材を挟持させた状態で第１及び第２の樹脂部品を嵌合させ、第１の樹脂部品側に配置された加圧手段により第３突起部上をＺ方向に加圧すると共に、第３突起部よりも内周側に該レーザ光を照射し、接合部を形成するものである。
本発明によれば、第１突起部の外周面と第２突起部の内周面の間に環状のシール部材を挟持させ、シール部材がＸＹ平面と平行な方向に押圧されるようにしたので、シール部材による面圧が溶着工程の際の加圧方向に対して反力とならない。これにより、安定したシール性と高精度な寸法管理が実現可能であると共に、製造が容易で生産性の高い樹脂溶着体を得ることができる。
また、本発明に係る樹脂溶着体の製造方法によれば、加圧手段により第３突起部上を加圧しながら、第３突起部よりも内周側に接合部を形成するようにしたので、加圧手段がレーザ光の軌跡を遮断しない。このため、加圧手段の材質の選択の幅が広がり、メンテナンスが容易な加圧治具を用いることができ、生産性の向上が図られる。
本発明の実施の形態１に係る樹脂溶着体の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る樹脂溶着体を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係る樹脂溶着体の溶着工程を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係る樹脂溶着体を示す部分断面図である。
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る樹脂溶着体及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る樹脂溶着体の外観を示す斜視図、図２は、図１中Ａ−Ａで示す位置で切断した部分断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。本実施の形態１では、樹脂溶着体として圧力センサの密閉容器１を例に挙げて説明する。
密閉容器１は、第１の樹脂部品である蓋体２と、第２の樹脂部品である有底円筒形のケース３で構成されている。蓋体２は、所定の波長のレーザ光に対して透過性があり、ケース３は、同波長のレーザ光に対して吸収性がある。蓋体２とケース３は、所定の間隔で対向配置され、内側に閉鎖空間を形成している。
本実施の形態１に係る密閉容器１の接合部付近の構造について、図２を用いて説明する。なお、以下の説明では、図２に示すように、接合部４が形成される当接面に平行な面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向、すなわち蓋体２とケース３が対向する方向をＺ方向とする。
蓋体２の内面２ａとケース３の内面３ａに挟まれた閉鎖空間において、蓋体２は、Ｚ方向に突出した周状の第１突起部であるガイド５を有している。ガイド５は、蓋体２とケース３を対向配置する際の位置決めガイドの機能を有している。
また、ケース３は、ガイド５よりも外周側においてＺ方向に突出した周状の第２突起部であるリブ６を有している。さらに、ケース３は、リブ６よりも外周側においてＺ方向に突出し、蓋体２に当接する第３突起部であるストッパ７を有している。ストッパ７は、リブ６と蓋体２を溶着する際に、蓋体２側からの加圧により蓋体２がケース３側に沈み込む量を制限し、蓋体２とケース３の間隔を規定する。
ストッパ７は、溶着接合による接合部４よりも外周側に設けられる。本実施の形態１では、リブ６は、対向する蓋体２に当接しており、これらの当接面を接合部４としている。なお、当接面の全面を溶着して接合部４としても良いし、少なくとも一部を溶着して接合部４とすることもできる。
ガイド５の外周面とリブ６の内周面の間には、弾性を有する環状のシール部材８が挟持されている。シール部材８は、例えばＯリングである。シール部材８は、ＸＹ平面と平行な方向に押圧されることにより、閉鎖空間の密閉性を確保する。なお、高い密閉性を維持するために、シール部材８を挟持するガイド５とリブ６は、共に周状に設けられる。ストッパ７は、周状であってもよいし、部分的に設けられてもよい。
なお、本実施の形態１では、図２に示すように、第１突起部であるガイド５を蓋体２に設け、第２突起部であるリブ６をケース３に設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１突起部は、第１及び第２の樹脂部品のどちらに設けてもよい。第２突起部は、第１突起部が設けられた樹脂部品と対向する樹脂部品に設けられる。さらに、第３突起部であるストッパ７も、第１及び第２の樹脂部品のどちらに設けてもよい。
次に、本実施の形態１に係る密閉容器１の製造方法（溶着工程）について、図３を用いて説明する。図３は、レーザ光による溶着接合の際の加圧位置とレーザ光照射位置の関係を示している。なお、図３中、図２と同一、相当部分には同一符号を付している。
まず、蓋体２に設けられたガイド５の外周面と、ケース３に設けられたリブ６の内周面の間に、環状のシール部材８を挟持させた状態で、蓋体２をケース３に嵌合させる。この時、蓋体２のケース３に対向する面がリブ６に当接するまで、蓋体２を押し込む。シール部材８は、図３中、矢印Ｂで示すように、ＸＹ平面と平行な方向に押圧される。
続いて、図３中、矢印Ｃで示すように、蓋体２側に配置された加圧手段である環状の加圧治具９により、ストッパ７上をＺ方向に加圧すると共に、レーザ光１０を照射する。加圧治具９には、その外周側に設けられた保持部（図示せず）を通じて圧力が印加される。この加圧により、ストッパ７と蓋体２、及びリブ６と蓋体２が圧接し、当接面の表面密着性が向上する
レーザ光１０は、加圧治具９の内周側を走査され、リブ６と蓋体２の当接面に照射される。レーザ光１０は、蓋体２を通過し、リブ６の表面で吸収されて熱に変換され、接合部４を溶融させる。接合部４は、レーザ光１０の照射を止めると再度凝固し、接合部４における溶着が実現される。これにより、ストッパ７よりも内周側に接合部４が形成される。
また、接合部４が溶融する際、加圧により蓋体２はケース３側に沈み込むが、ストッパ７により沈み込み量が制限される。これにより、蓋体２とケース３の間隔が所定の値に規定される。なお、加圧治具１０は、環状に限定されるものではなく、ストッパ７上を部分的に加圧するものであってもよい。
以上のように、本実施の形態１では、所定の間隔で対向配置され、内側に閉鎖空間を形成する蓋体２とケース３の対向面に、内周側から順にガイド５、リブ６、及びストッパ７を設け、ガイド５の外周面とリブ６の内周面の間に環状のシール部材８を挟持させたものである。さらに、接合部４をストッパ７よりも内周側のリブ６上に設けている。
これにより、シール部材８は、ＸＹ平面と平行な方向に押圧され、密閉容器１内の密閉性を確保している。また、シール部材８による面圧が溶着の際の加圧方向に対して反力とならないため、ストッパ７を蓋体２に確実に当接させた状態で溶着することができ、接合部４の沈み込み量を高精度に管理することができる。これらのことから、本実施の形態１に係る密閉容器１は、安定したシール性と高精度な寸法管理が実現可能である。
また、本実施の形態１に係る製造方法によれば、加圧治具９によりストッパ７上を加圧しながら、加圧治具９よりも内周側でレーザ光１０を走査させ、接合部４を形成しているので、加圧治具９がレーザ光１０の軌跡を遮断しない。このため、従来のガラス治具のように、レーザ光を透過する材質の治具を用いる必要がない。すなわち、加圧治具１０の材質の選択の幅が広がり、メンテナンスが容易な治具を用いることができる。その結果、加圧治具９のメンテナンスが簡略化され、製造が容易となり、生産性が向上する。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る樹脂溶着体である密閉容器の外観は、上記実施の形態１と同様である（図１参照）。図４は、本実施の形態２に係る密閉容器の接合部付近の構造を示している。なお、図４中、図２と同一、相当部分には同一符号を付している。
上記実施の形態１では、図２に示すように、ケース３に設けられた第２突起部であるリブ６が、シール部材８を挟持する役割と、接合部４が形成される当接面を提供する２つの役割を担っている。本実施の形態２では、それらの役割を個々に担うものとして、シール用リブ６ａと接合用リブ６ｂの２つのリブを設けている。それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
図４に示すように、ケース３は、第２突起部であるシール用リブ６ａと、第４突起部である接合用リブ６ｂを有している。接合用リブ６ｂは、シール用リブ６ａよりも外周側で且つ第３突起部であるストッパ７よりも内周側においてＺ方向に突出し、蓋体２に当接している。これらの当接面の少なくとも一部を溶着接合し、接合部４を形成している。
本実施の形態２において、シール用リブ６ａと接合用リブ６ｂを別個に設ける利点について説明する。まず、シール用リブ６ａにはレーザ光を照射しないため、シール部材８が熱による変形等の影響を受けず、安定したシール面を維持することができる。
また、レーザ光により溶融され排斥される樹脂１１の量が通常よりも多くなった場合でも、樹脂１１がシール部材８を配置しているスペースに侵入しない。すなわち、排斥される樹脂１１がシール部材８に干渉し、シール性を低下させることがない。このため、接合用リブ６ｂと蓋体２の当接面の密着性が悪い場合、本工程である溶着工程の前に、予備的に接合用リブ６ｂの表面の凸部をレーザ光の熱で溶かして平滑化し、当接面の密着性を向上させることができる。
なお、本実施の形態２では、シール用リブ６ａは周状に設けられるが、接合用リブ６ｂは周状であってもよいし、部分的に設けられてもよい。接合強度の観点からは周状に設ける方が良いが、レーザ光の照射エネルギー削減の観点からは、接合部４の面積が小さい方が良い。
以上のように、本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に安定したシール性と高精度な寸法管理が実現可能な密閉容器１が得られる。また、上記実施の形態１と同様の製造方法により製造することができるため、加圧治具のメンテナンスが簡略化され、製造が容易となり、生産性が向上する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は、２つの樹脂部品をレーザ光により溶着接合した樹脂溶着体及びその製造方法として利用することができる。
１ 密閉容器、２ 蓋体、３ ケース、４ 接合部、５ ガイド、６ リブ、
６ａ シール用リブ、６ｂ 接合用リブ、７ ストッパ、８ シール部材、
９ 加圧治具、１０ レーザ光、１１ 樹脂。

Claims (9)

  1. 所定の間隔で対向配置された第１の樹脂部品と第２の樹脂部品の内側に閉鎖空間を有し、互いの当接面の少なくとも一部が溶着接合された樹脂溶着体であって、前記当接面に対して平行な面をＸＹ平面、前記ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とするとき、
    前記第１及び第２の樹脂部品のいずれかに設けられ、前記閉鎖空間において前記Ｚ方向に突出した周状の第１突起部、
    前記第１突起部が設けられた前記樹脂部品と対向する前記樹脂部品に設けられ、前記第１突起部よりも外周側において前記Ｚ方向に突出した周状の第２突起部、
    前記第１及び第２の樹脂部品のいずれかに設けられ、前記第２突起部よりも外周側において前記Ｚ方向に突出し、対向する前記樹脂部品に当接して前記第１及び第２の樹脂部品の間隔を規定する第３突起部、
    前記第１突起部の外周面と前記第２突起部の内周面の間に挟持され、前記ＸＹ平面と平行な方向に押圧される環状のシール部材を備えたことを特徴とする樹脂溶着体。
  2. 前記第１の樹脂部品は、所定の波長のレーザ光に対して透過性があり、前記第２の樹脂部品は、同波長のレーザ光に対して吸収性があることを特徴とする請求項１記載の樹脂溶着体。
  3. 前記第１突起部は、前記第１の樹脂部品と前記第２の樹脂部品を対向配置する際の位置決めガイドの機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の樹脂溶着体。
  4. 前記第３突起部は、溶着接合による接合部よりも外周側に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の樹脂溶着体。
  5. 前記第２突起部は、前記第２の樹脂部品に設けられ、前記第１の樹脂部品に当接しており、これらの当接面の少なくとも一部を前記接合部としたことを特徴とする請求項４記載の樹脂溶着体。
  6. 前記第２の樹脂部品は、前記第２突起部よりも外周側で且つ前記第３突起部よりも内周側において前記Ｚ方向に突出し、前記第１の樹脂部品に当接する第４突起部を備え、これらの当接面の少なくとも一部を前記接合部としたことを特徴とする請求項４記載の樹脂溶着体。
  7. 前記シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の樹脂溶着体。
  8. 所定の波長のレーザ光に対して透過性のある第１の樹脂部品と、同波長のレーザ光に対して吸収性のある第２の樹脂部品を対向配置し、前記第１の樹脂部品側より該レーザ光を照射することにより前記第１及び第２の樹脂部品の当接面の少なくとも一部を溶着接合する樹脂溶着体の製造方法において、前記当接面に平行な面をＸＹ平面、前記ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とするとき、
    前記第１及び第２の樹脂部品のいずれかに、前記閉鎖空間において前記Ｚ方向に突出した周状の第１突起部が設けられると共に、前記第１突起部が設けられた前記樹脂部品と対向する前記樹脂部品に、前記第１突起部よりも外周側において前記Ｚ方向に突出した周状の第２突起部が設けられ、さらに前記第１及び第２の樹脂部品のいずれかに、前記第２突起部よりも外周側において前記Ｚ方向に突出し、対向する前記樹脂部品に当接して前記第１及び第２の樹脂部品の間隔を規定する第３突起部が設けられており、
    前記第１突起部の外周面と前記第２突起部の内周面の間に環状のシール部材を挟持させた状態で前記第１及び第２の樹脂部品を嵌合させ、前記第１の樹脂部品側に配置された加圧手段により前記第３突起部上を前記Ｚ方向に加圧すると共に、前記第３突起部よりも内周側に該レーザ光を照射し、接合部を形成することを特徴とする樹脂溶着体の製造方法。
  9. 前記加圧手段は環状の治具であり、該レーザ光は前記治具の内周側を走査されることを特徴とする請求項８記載の樹脂溶着体の製造方法。
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