JP2015093456A - 樹脂部材の溶着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法を提供することにある。
【解決手段】光透過樹脂からなる第１樹脂部材（レンズ）１０と、光吸収樹脂からなり第１樹脂部材よりも溶融温度が低い第２樹脂部材（ハウジング）２０とのレーザ光による溶着接合において、第２樹脂部材２０の溶融部２４ｃに第１樹脂部材１０の未溶融部が沈み込んで第１樹脂部材１０に設けられたネジ切り孔１３の孔内に第２樹脂部材２０の溶融部２４ｃが浸入し、そのアンカー効果によって第１樹脂部材１０と第２樹脂部材２０との溶着接合の接合強度の高強度化が図られる。
【選択図】図９

Description

本発明は、樹脂部材の溶着方法に関するものであり、詳しくは、異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法に関する。
従来、異種の樹脂部材同士を溶着接合する溶着方法としては、例えば、特許文献１に「車両用灯具の製造方法」として開示された方法がある。
それは、図１５にあるように、レーザ光Ｌに対して透過性を有する光透過樹脂からなるレンズ８０と、レーザ光Ｌに対して吸収性を有する光吸収樹脂からなるハウジング８１を、レンズ８０のリブ８２の先端面（溶着面）８３とハウジング８１の支台部８４の先端面（溶着面）８５を当接させた状態で対向配置して互いの溶着面８３、８５同士を押圧状態に保持する。
そして、レンズ８０の上面８６にレンズ８０を抱持するように透明治具８７を配置し、透明治具８７の、レンズ８０のリブ８２の上方近傍にレーザ光Ｌを照射することにより、レーザ光Ｌが、透明治具８７内及びレンズ８０内を導光されてリブ８２の先端面８３から該先端面８３に対面接触した、ハウジング８１の支台部８４の先端面８５に照射されて該先端面８５近傍がレーザ光Ｌのエネルギーを吸収して発熱、溶融し、その溶融熱が、対面するレンズ８０のリブ８２の先端面８３近傍を加熱、溶融して互いの溶融部の融合によって溶着接合が行われる。
特開２０１３−１９６８９１号公報 特開昭６２−７１６２６号公報
ところで、上述の溶着方法は、溶着部材同士が同種あるいは類似の樹脂部材である場合は、互いに分子レベルでの溶融、溶着となるために溶着時の歪によって溶着部が脆化し、破壊モードが溶融部分での材料破壊となる（溶着接合部の接合力が強い）。一方、溶着部材同士が異種の樹脂部材である場合、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）のような極性の低い樹脂部材と、ＰＣ（ポリカーボネート）あるいはＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の他の樹脂部材の場合は、溶融部同士が融合しないために破壊モードが互いの界面における界面剥離となる（溶着接合部の接合力が弱い）。
界面剥離を防止する（溶着接合部の接合力を強くする）ため、アンカー効果を狙って特許文献２にあるように、レンズ８０のリブ８２の先端部に側方に突出する突起部（特許文献２においては「掛止め片」と記載）９０を設けることが考えられるが（図１６（ａ）参照）、溶着時に、溶融した突起部９０がハウジング８１の支台部８４の先端部８８に蹴られてリブ８２の根元側に押し曲げられ（図１６（ｂ）参照）、期待したアンカー効果を得ることができない。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第１樹脂部材部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第２樹脂部材とを当接させて、その当接部に対して相対的な押圧状態を保持しながら前記第１樹脂部材を透過したレーザ光により前記当接部を溶着する溶着方法であって、前記第１樹脂部材を形成する樹脂材料は、前記第２樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、前記第１樹脂部材の当接部にはネジを切ったネジ切り孔が設けられており、前記第２樹脂部材の当接部の、前記レーザ光によって溶融した溶融部に、前記第１樹脂部材の未溶融の当接部が沈み込んで、前記第２樹脂部材の溶融部が前記第１樹脂部材のネジ切り孔内に浸入した状態で溶着されることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ネジ切り孔は、前記当接部の長さに対応して該長さ方向に沿って所定の間隔で複数箇所に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記ネジ切り孔には、該ネジ切り孔と外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記ネジ切り孔内に浸入した前記溶融部は、該ネジ切り孔の、内側に凸の山の２つ以上に掛かっていることを特徴とするものである。
本発明の、樹脂部材の溶着方法は、光透過樹脂からなる第１樹脂部材と、光吸収樹脂からなり第１樹脂部材よりも溶融温度が低い第２樹脂部材とのレーザ光による溶着接合において、第２樹脂部材の溶融部に第１樹脂部材の未溶融部が沈み込んで第１樹脂部材に設けられたネジ切り孔の孔内に第２樹脂部材の溶融部が浸入し、そのアンカー効果によって第１樹脂部材と第２樹脂部材との溶着接合の接合強度の高強度化が図られた。
車両用灯具の縦断面説明図である。 レンズの断面説明図である。 ハウジングの断面説明図である。 レンズの部分断面図である。 レンズの部分断面図である。 レンズの部分断面図である。 レンズとハウジングをセットした状態を示す説明図である。 レーザ光の照射状態を示す説明図である。 レンズのリブとハウジングの支台部との溶着状態を示す説明図である。 レンズのリブとハウジングの支台部との溶着部の拡大説明図である。 ネジ切り孔の断面説明図である。 溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図である。 溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図である。 溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１〜図９は、本発明の、樹脂部材の溶着方法に係わる溶着工程を説明する工程説明図である。
本発明は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第１樹脂部材とレーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第２樹脂部材の２種類の樹脂部材同士を、レーザ光の照射によって互いに溶着接合するものである。
第１樹脂部材を形成する樹脂材料は、第２樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、第１樹脂部材は例えばポリカーボネート樹脂等からなり、第２樹脂部材は例えばポリプロピレン樹脂からなる。
本実施形態においては、第１樹脂部材及び第２樹脂部材の夫々について、具体例として車両用灯具を構成するレンズ及びハウジングとして説明する。
車両用灯具１は、例えば、図１（車両用灯具の縦断面説明図）に示すように、レンズ１０とハウジング２０とで閉空間の灯室３０が形成され、灯室３０内に光源４０が収容された構成とされる。
レンズ１０は図２（レンズの断面説明図）にあるように、光源４０からの出射光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部１１と意匠面部１１の一方の面の環状の縁部から該縁部に沿って立ち上がって所定の方向に延設された環状のリブ１２を備えている。一方、ハウジング２０は図３（ハウジングの断面説明図）にあるように、有底開口の底部２１に光源４０を装着する光源装着部２２を有する共に開口２３の環状の縁部に該縁部に沿う環状の支台部２４を備えている。
そして、ハウジング２０の環状の支台部２４にレンズ１０の環状のリブ１２をレーザ光により溶着することで閉空間からなる灯室３０を形成し、ハウジング２０の底部２１の光源装着部２２に光源４０を装着して該光源４０を灯室３０内に収容する。
次に、上記レンズ１０とハウジング２０の溶着方法について具体的に説明する。
まず、図４（レンズの部分断面図）にあるように、意匠面部１１と意匠面部１１の一方の面の環状の縁部から該縁部に沿って立ち上がって所定の方向に延設された環状のリブ１２を備えたレンズ１０を準備する。
次に、図５（レンズの部分断面図）にあるように、レンズ１０のリブ１２の先端から根元方向に向かって、ネジを切った孔（ネジ切り孔）１３を設け、ネジ切り孔１３と外部とを連通させる連通孔（後述する空気抜き孔）１４を、ネジ切り孔１３の底部からリブ１２内を貫通してリブ１２の外周面まで延設する。この、ネジ切り孔１３及びネジ切り孔１３と外部とを連通する連通孔１４は、図６（レンズの部分断面図）に示すように、レンズ１０の環状のリブ１２に対して所定の間隔Ｔで複数箇所に設けられる。
次に、図７（レンズとハウジングをセットした状態を示す説明図）にあるように、レンズ１０とハウジング２０を対向配置してレンズ１０のリブ１２の先端面（溶着面）１２ａとハウジング２０の支台部２４の先端面（溶着面）２４ａとを対峙させて互いに当接させる。
次に、図８（レーザ光の照射状態を示す説明図）に示すように、レンズ１０のリブ１２とハウジング２０の支台部２４の互いの溶着面１２ａ、２４ａ同士を相対的な押圧状態に保持した状態で、レンズ１０側からレンズ１０のリブ１２に向かったレーザ光Ｌを照射する
レンズ１０のリブ１２に向けて出射したレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌを透過する光透過樹脂からなるレンズ１０の意匠面部１１及びリブ１２を透過して該リブ１２の先端面１２ａから出射し、その出射光が該先端面１２ａに対面接触した、光吸収樹脂からなるハウジング２０の支台部２４の先端面２４ａに到達して照射する。
すると、図９（レンズのリブとハウジングの支台部との溶着状態を示す説明図）にあるように、ハウジング２０の支台部２４の先端面２４ａの、レンズ１０のリブ１２の先端面１２ａが接触する領域近傍のレーザ光Ｌが照射された部分は、該レーザ光Ｌのエネルギーを吸収して発熱し溶融する。このとき、レンズ１０のリブ１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２４の先端面２４ａとは互いに押圧保持状態にある。そのため、レンズ１０のリブ１２の未溶融の先端部１２ｂがハウジング２０の支台部２４の先端部２４ｂの溶融部２４ｃに沈み込む。
このとき、溶融部２４ｃが、リブ１２に設けられたネジ切り孔１３の孔内の空気を空気抜き孔１４を通して外部に押し出しながら、リブ１２の先端側から根元側に向かってネジ切り孔１３内に侵入する。ネジ切り孔１３内に侵入した溶融部２４ｃは、リブ１２の先端部１２ｂの周囲に位置する溶融部２４ｃとほぼ同一の高さとなる。
その後、自然冷却による溶融部の固化によって、ハウジング２０の支台部２４とレンズ１０のリブ１２との溶着工程が終了する。
溶着工程が終了したハウジング２０の支台部２４とレンズ１０のリブ１２との溶着後の溶着部５０は、リブ１２に設けられた、テーパ面１３ａと逆テーパ面１３ｂが繰り返し形成されたネジ切り孔１３の孔内に、ハウジング２０の一部が回り込んだ状態となっている。そのため、ハウジング２０の支台部２４の、レンズ１０のリブ１２のネジ切り孔１３内に回り込んだ部分のアンカー効果によってレンズ１０とハウジング２０溶着接合が強固なものとなり、高い接合信頼性を実現することができる（図１０（レンズのリブとハウジングの支台部との溶着部の拡大説明図）参照）。
発明者たちは、レンズ１０のリブ１２に、図１１（ネジ切り孔の断面説明図）に示すような、ネジ山のピッチＰが０．４５ｍｍ、高さＨが０．２７ｍｍで直径Ｄが２．５ｍｍのネジ切り孔を作製し、溶着時にネジ切り孔１３内に侵入したハウジングの溶融部が内側に凸の１つのネジ山に掛かった場合、２つのネジ山に掛かった場合及び３つのネジ山に掛かった場合の夫々について、破壊試験を行った。
その結果、ハウジング２０の支台部２４の溶融部２４ｃがネジ切り孔１３の１つのネジ山に掛かった場合（図１２（溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図）参照）は、溶融部２４ｃがネジ切り孔１３のネジ山で変形して溶融部２４ｃがネジ切り孔１３から抜け出てレンズ１０とハウジング２０とが分離した。これにより、ハウジング２０の支台部２４とレンズ１０のリブ１２との溶着強度が弱いことがわかった。
それに対し、溶融部２４ｃが２つのネジ山に掛かった場合（図１３（溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図）参照）、又は、溶融部２４ｃが３つのネジ山に掛かった場合（図１４（溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図）参照）は、溶融部２４ｃがリブ１２のネジ切り孔１３内に残った状態でリブ１２の先端部が材料破壊した。このことより、ハウジング２０の支台部２４とレンズ１０のリブ１２との溶着時に、ハウジング２０の支台部２４の溶融部２４ｃがレンズ１０のリブ１２のネジ切り孔１３内に回り込んで、回り込んだ溶融部２４ｃがネジ切り孔１３の２つ以上のネジ山に掛かるように位置することにより、ネジ切り孔１３によるアンカー効果が有効に働いて、溶着接合の接合強度の高強度化に寄与することがわかった。その結果、レンズ１０とハウジング２０とが確実に溶着接合され、高い接合信頼性を得ることができる。
１… 車両用灯具
１０… レンズ
１１… 意匠面部
１２… リブ
１２ａ… 先端面（溶着面）
１２ｂ… 先端部
１３… ネジ切り孔
１３ａ… テーパ面
１３ｂ… 逆テーパ面
１４… 連通孔（空気抜き孔）
２０… ハウジング
２１… 底部
２２… 光源装着部
２３… 開口
２４… 支台部
２４ａ… 先端面（溶着面）
２４ｂ… 先端部
２４ｃ… 溶融部
３０… 灯室
４０… 光源
５０… 溶着部

Claims (4)

  1. レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第１樹脂部材部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第２樹脂部材とを当接させて、その当接部に対して相対的な押圧状態を保持しながら前記第１樹脂部材を透過したレーザ光により前記当接部を溶着する溶着方法であって、
    前記第１樹脂部材を形成する樹脂材料は、前記第２樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、
    前記第１樹脂部材の当接部にはネジを切ったネジ切り孔が設けられており、
    前記第２樹脂部材の当接部の、前記レーザ光によって溶融した溶融部に、前記第１樹脂部材の未溶融の当接部が沈み込んで、前記第２樹脂部材の溶融部が前記第１樹脂部材のネジ切り孔内に浸入した状態で溶着されることを特徴とする、樹脂部材の溶着方法。
  2. 前記ネジ切り孔は、前記当接部の長さに対応して該長さ方向に沿って所定の間隔で複数箇所に設けられることを特徴とする請求項１に記載の、樹脂部材の溶着方法。
  3. 前記ネジ切り孔には、該ネジ切り孔と外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の、樹脂部材の溶着方法。
  4. 前記ネジ切り孔内に浸入した前記溶融部は、該ネジ切り孔の、内側に凸の山の２つ以上に掛かっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の、樹脂部材の溶着方法。
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