JP2016135574A

JP2016135574A - 溶着方法及び溶着装置

Info

Publication number: JP2016135574A
Application number: JP2015011741A
Authority: JP
Inventors: 英詞小出; Eiji Koide; 郁南; Iku Minami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28

Abstract

【課題】レーザーに対する樹脂材の透過性や吸収性、及びレーザーに対する加圧部の透過性を考慮することなく、樹脂材同士を溶着することのできる溶着方法及び溶着装置を提供する。【解決手段】第１の樹脂材１０の突出部１１を第２の樹脂材２０に接触させ、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材に向かって第１の樹脂材を加圧することによって、突出部に加圧による力を作用させ、突出部にレーザーを照射して、第１の樹脂材を第２の樹脂材に溶着させる。【選択図】図２

Description

本発明は、溶着方法及び溶着装置に関する。

従来、樹脂材同士の接着方法として、超音波やレーザーを照射して、熱可塑性を有する樹脂材を溶融させ互いに押圧して溶着を行う方法や、接着剤を間に介在して接着を行う方法が知られている。

また、下記の特許文献１には、２枚の樹脂材を重ね合わせて、加圧部（押さえ治具）によって互いに押圧しつつ、重ね合わせた箇所にレーザーを照射して溶着する方法が開示されている。

特開２００１−３３４５７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の溶着方法では、レーザーに対して透過率の高い透過性樹脂材及び吸収率の高い吸収性樹脂材を組み合わせて用いなければならず、溶着する樹脂材が限定されてしまう。また、加圧部も同様にレーザーに対して透過率の高い材料に限定されてしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、レーザーに対する樹脂材の透過性や吸収性、及びレーザーに対する加圧部の透過性を考慮することなく、樹脂材同士を溶着することのできる溶着方法及び溶着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る溶着方法は、レーザーによって、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着させる溶着方法である。また、前記第１の樹脂材の前記第２の樹脂材側の面の外縁部に前記第２の樹脂材側に向けて突出して設けられる突出部を前記第２の樹脂材に接触させる。また、前記レーザーの光路上とは異なる位置において、前記第２の樹脂材に向かって前記第１の樹脂材を加圧することによって、前記突出部に加圧による力を作用させる。また、前記突出部に前記レーザーを照射して、前記第１の樹脂材を前記第２の樹脂材に溶着させる。

また、上記目的を達成する本発明に係る溶着装置は、レーザーによって、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着させる溶着装置である。溶着装置は、加圧部と、照射部と、を有する。加圧部は、第１の樹脂材の第２の樹脂材側の面の外縁部に第２の樹脂材側に向けて突出して設けられる突出部を第２の樹脂材に接触した状態で、レーザーの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材に向かって第１の樹脂材を加圧する。そして、前記突出部に加圧による力を作用させる。照射部は、突出部にレーザーを照射する。

上記のように構成した溶着方法及び溶着装置によれば、第２の樹脂材に向かって第１の樹脂材を加圧して、外縁部に設けられる突出部にレーザーを照射することによって、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着させる。このため、レーザーに対する樹脂材の透過性や吸収性を考慮することなく、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着することができる。また、レーザーの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材に向かって第１の樹脂材を加圧する。このため、レーザーに対する加圧部の透過性を考慮することなく、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着することができる。以上より、レーザーに対する樹脂材の透過性や吸収性、及びレーザーに対する加圧部の透過性を考慮することなく、樹脂材同士を溶着することができる。

本発明の実施形態に係る第１の樹脂材を、第２の樹脂材に溶着させた溶着構造体を示す斜視図である。本実施形態に係る第１の樹脂材を、第２の樹脂材に溶着させる際の様子を示す図である。図２のＡ部における部分拡大図である。本実施形態に係る溶着方法を示すフローチャートである。改変例１に係る第１の樹脂材を、第２の樹脂材に溶着させる際の様子を示す図である。図５のＢ部における部分拡大図である。改変例２に係る第１の樹脂材を、第２の樹脂材に溶着させる際の様子を示す図である。図７のＣ部における部分拡大図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に溶着させた溶着構造体１を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る第１の樹脂材１０を、第２の樹脂材２０に溶着させる際の様子を示す図である。図３は、図２のＡ部における部分拡大図である。図４は、本実施形態に係る溶着方法を示すフローチャートである。図１〜図３において、理解の容易のため、第２の樹脂材２０は、簡略化して示す。

＜溶着構造体＞
まず、図１を参照して、第２の樹脂材２０に対して本実施形態に係る第１の樹脂材１０が溶着された溶着構造体１の構成について説明する。ここでは、第１の樹脂材１０として自動車のパーキングソナーを固定するためのブラケットを、第２の樹脂材２０として自動車の樹脂バンパーを用いる場合を例に挙げて説明する。

溶着構造体１は、第２の樹脂材２０に対して第１の樹脂材１０の後述する突出部１１が溶着されて構成する。

第１の樹脂材１０は、第２の樹脂材２０側の面の外縁部１３に第２の樹脂材２０側に突出して設けられる突出部１１を有する。突出部１１は、図１に示すように、第２の樹脂材２０側の面の対向する２辺に設けられる。このように突出部１１が設けられるため、後述する加圧部１１０からの加圧の力が突出部１１に作用されやすい。

突出部１１の第２の樹脂材２０に対して接触する第１接触部１４の面積は、所望の溶着強度を確保するために必要な面積より大きくなるように、かつ所望の面圧を確保するための面積より小さくなるように設定する。なお、突出部１１が設けられる位置は、対向する２辺に限定されず、第１の樹脂材１０の、第２の樹脂材２０側の面の外縁部１３の任意の箇所に設けられ得る。

第１の樹脂材１０は、さらに、パーキングソナー（不図示）が取り付けられる取付部１２を有する。取付部１２は、図１に示すように、中空円筒形状を有し、パーキングソナーを固定するための貫通孔１２Ａ，１２Ｂが設けられる。

第１の樹脂材１０の第１接触部１４は、第２の樹脂材２０の第２接触部（接触部）２４に接触する（図３参照）。

第１の樹脂材１０及び第２の樹脂材２０を構成する材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂(アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂)、ポリアミドであるが、これらに限定されない。

＜溶着装置＞
次に、図２，３を参照して、本実施形態に係る溶着装置１００について説明する。

本実施形態に係る溶着装置１００は、概説すると、レーザーＬによって、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着させる装置である。

溶着装置１００は、図２に示すように、加圧部１１０と、照射部１２０と、受け部１３０と、を有する。

加圧部１１０は、突出部１１を第２の樹脂材２０に接触した状態で、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する（図２矢印参照）ことによって、突出部１１に加圧による力を作用させる。加圧部１１０が第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に向かって加圧する際に、第２の樹脂材２０は、受け部１３０に載置される。加圧部１１０は、Ｙ方向（加圧方向）において、突出部１１とは異なる位置に配置される。この構成であれば、より確実に、加圧部１１０がレーザーＬの光路上に配置されることを防止することができる。

照射部１２０は、図３に示すように、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧した状態で、突出部１１、及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射する。また、レーザーＬは、不図示のスキャナミラーによって、図１のＸ方向に沿って走査されて、突出部１１及び外方部２４Ａに照射される。このように、レーザーＬを照射することによって、第１の樹脂材１０及び第２の樹脂材２０の両方を加熱して溶融することができ、第１の樹脂材１０の第２の樹脂材２０に対する溶着性が向上する。照射部１２０は、図２に示すように、レーザーＬがＹ方向に対して傾斜した方向から突出部１１に照射されるように配置される。

照射部１２０から照射されるレーザーＬは、例えばＣＯ_２レーザーであるが、特に限定されない。レーザーＬがＣＯ_２レーザーである場合、溶着の用途以外に切断の用途としてもレーザーＬを用いることができ、例えば、樹脂バンパーである第２の樹脂材２０の適切な位置に、パーキングセンサー用の穴開けを行うことができる。なお、溶着の用途として使用する際のレーザーＬの強度は、切断の用途として使用する際のレーザーＬの強度よりも低くすることが好ましい。

＜溶着方法＞
次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態に係る溶着方法を説明する。

まず、第１の樹脂材１０の突出部１１を第２の樹脂材２０に接触させる（Ｓ０１）。より具体的には、第１の樹脂材１０の第１接触部１４を第２の樹脂材２０の第２接触部２４に接触させる。

次に、加圧部１１０によって、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する（Ｓ０２）。このとき、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、加圧する。

次に、突出部１１、及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射する（Ｓ０３）。このとき、Ｙ方向に対して傾斜した方向から、突出部１１及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射する。また、スキャナミラーによって、図１のＸ方向に沿って、レーザーＬを走査させつつ、突出部１１及び外方部２４ＡにレーザーＬを照射する。ここで、突出部１１は、第１の樹脂材１０の第２の樹脂材２０側の面において、他の箇所よりもＹ方向の下側に延出して構成される。このため、第２の樹脂材２０にＹ方向上向きの反りがあったとしても反りの影響を受けることなく、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に溶着することができる。

以上の工程によって、第１の樹脂材１０を、第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る溶着方法は、レーザーＬによって、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着させる溶着方法である。また、第１の樹脂材１０の突出部１１を第２の樹脂材２０に接触させる。そして、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧することによって、突出部１１に加圧による力を作用させる。そして、突出部１１にレーザーＬを照射して、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に溶着させる。この溶着方法によれば、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧して、外縁部１３に設けられる突出部１１にレーザーＬを照射することによって、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着させる。このため、レーザーＬに対する樹脂材１０，２０の透過性や吸収性を考慮することなく、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。また、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する。このため、レーザーＬに対する加圧部１１０の透過性を考慮することなく、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。以上より、レーザーＬに対する樹脂材１０，２０の透過性や吸収性、及びレーザーＬに対する加圧部１１０の透過性を考慮することなく、樹脂材１０，２０同士を溶着することができる。

また、第１の樹脂材１０を加圧するＹ方向において、突出部１１とは異なる位置から、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する。このため、より確実に、加圧部１１０がレーザーＬの光路上に配置されることを防止することができる。

また、第１の樹脂材１０を加圧するＹ方向に対して傾斜した方向から、突出部１１及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射する。このため、第１の樹脂材１０及び第２の樹脂材２０の両方を加熱して溶融することができ、第１の樹脂材１０の第２の樹脂材２０に対する溶着性を向上させることができる。

また、レーザーＬがＣＯ_２レーザーであれば、溶着の用途以外に切断の用途としてレーザーＬを用いることができる。したがって、樹脂材１０，２０を切断するための切断装置をさらに準備する必要がなくなり、設備コストが低減する。

また、以上説明したように、本実施形態に係る溶着装置１００は、レーザーＬによって、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着させる装置である。溶着装置１００は、第１の樹脂材１０の突出部１１を第２の樹脂材２０に接触した状態で、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する加圧部１１０を有する。加圧部１１０は、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧することによって、突出部１１に加圧による力を作用させる。溶着装置１００は、突出部１１にレーザーＬを照射する照射部１２０を有する。この溶着装置１００によれば、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧して、外縁部１３に設けられる突出部１１にレーザーＬを照射することによって、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着させる。このため、レーザーＬに対する樹脂材１０，２０の透過性や吸収性を考慮することなく、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。また、レーザーＬの光路上とは異なる位置において、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材１０を加圧する。このため、レーザーＬに対する加圧部１１０の透過性を考慮することなく、第１の樹脂材１０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。以上より、レーザーＬに対する樹脂材１０，２０の透過性や吸収性、及びレーザーＬに対する加圧部１１０の透過性を考慮することなく、樹脂材１０，２０同士を溶着することができる。

以下、上述した実施形態の改変例を例示する。

＜改変例１＞
図５は、改変例１に係る第１の樹脂材５０を、第２の樹脂材２０に溶着させる際の様子を示す図である。図６は、図５のＢ部における部分拡大図である。

改変例１に係る第１の樹脂材５０は、図５，６に示すように、第２の樹脂材２０側の面の外縁部５３に第２の樹脂材２０側に突出して設けられる突出部５１を有する。また、第１の樹脂材５０は、第２の樹脂材２０側において、外縁に連れて、第２の樹脂材２０側に向かうようにＹ方向の幅が小さくなる外側テーパ形状５２を有する。

そして、図６に示すように、上述のように構成された第１の樹脂材５０の突出部５１を第２の樹脂材２０に接触させて、第２の樹脂材２０に向かって第１の樹脂材５０を加圧する。そして、外側テーパ形状５２にレーザーＬを照射して、第１の樹脂材５０を第２の樹脂材２０に溶着させる。

上記の第１の樹脂材５０の構成であれば、外側テーパ形状５２が構成されるため、Ｙ方向に幅が薄い肉薄部５２ＡとＹ方向に幅が厚い肉厚部５２Ｂとが連続的に形成されることになる。ここで、レーザーＬを外側テーパ形状５２に照射することで、肉薄部５２Ａにおいて、レーザー照射による熱が、肉薄部５２ＡのＹ方向上面から第２の樹脂材２０の第２接触部２４に伝わる。このため、第２の樹脂材２０の第２接触部２４の外方部２４Ａに直接レーザーＬを照射しなくても、第１の樹脂材５０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができ、より容易に溶着が可能となる。

また、レーザーＬは所定のビーム幅を有するため、所望の照射位置から位置ずれが生じた場合でも、肉薄部５２ＡにレーザーＬが照射されれば、第１の樹脂材５０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。したがって、より確実に、第１の樹脂材５０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。さらに、図５に示すように、Ｙ方向の上方からレーザーＬを照射しても、肉薄部５２ＡにレーザーＬが照射されるため、好適に第１の樹脂材５０を第２の樹脂材２０に対して溶着することができる。

＜改変例２＞
図７は、改変例２に係る第１の樹脂材６０を、第２の樹脂材２０に溶着させる際の様子を示す図である。図８は、図７のＣ部における部分拡大図である。

改変例２に係る第１の樹脂材６０は、図７，８に示すように、第２の樹脂材２０側の面の外縁部６３に第２の樹脂材２０側に突出して設けられる突出部６１を有する。また、突出部６１は、内方に連れて、第２の樹脂材２０から離れるように内側テーパ形状６２を有する。

そして、図８に示すように、上述のように構成された第１の樹脂材６０の突出部６１を第２の樹脂材２０に接触させて、第２の樹脂材に向かって第１の樹脂材６０を加圧する。そして、突出部６１にレーザーＬを照射して、第１の樹脂材６０を第２の樹脂材２０に溶着させる。

上記の第１の樹脂材６０の構成であれば、図８において二点鎖線で示すように第２の樹脂材２０にＹ方向上向きの反りがある場合であっても、第１の樹脂材６０を第２の樹脂材２０に対して加圧することで、内側テーパ形状６２が反りの形状に追従する。このため、第２の樹脂材２０にＹ方向上向きの反りがある場合であっても、第１の樹脂材６０を第２の樹脂材２０に対して好適に溶着することができる。さらに、加圧部１１０の加圧により、第２の樹脂材２０側の面に沿うまで第１の樹脂材６０の突出部６１を変形させながら接触させつつ溶着することで、反りの形状に追従した箇所全体に加圧力が伝わるため、より強固に溶着することができる。また、突出部６１の外方側の端部まで加圧させることができるため、より強固に第１の樹脂材６０を第２の樹脂材２０に対して溶着させることができる。

本発明は、上述した実施形態及び改変例のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々改変することができる。

上述した実施形態及び改変例では、第１の樹脂材として自動車のパーキングソナーを固定するためのブラケット、第２の樹脂材として自動車の樹脂バンパーを例に挙げて説明したが、その他の自動車部品であってもよい。

また、上述した実施形態では、照射部１２０は、突出部１１及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射した。しかしながら、照射部１２０は、突出部１１にのみレーザーＬを照射してもよい。

また、上述した実施形態では、Ｙ方向に対して傾斜した方向から、突出部１１及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射した。しかしながら、Ｙ方向に沿って、突出部１１及び第２接触部２４の外方部２４ＡにレーザーＬを照射してもよい。

１０，５０，６０第１の樹脂材、
１１，５１，６１突出部、
１３，５３，６３外縁部、
２０第２の樹脂材、
２４第２接触部（接触部）、
２４Ａ外方部、
５２外側テーパ形状、
６２内側テーパ形状、
１００溶着装置、
１１０加圧部、
１２０照射部、
Ｌレーザー。

Claims

レーザーによって、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着させる溶着方法であって、
前記第１の樹脂材の前記第２の樹脂材側の面の外縁部に前記第２の樹脂材側に向けて突出して設けられる突出部を前記第２の樹脂材に接触させ、
前記レーザーの光路上とは異なる位置において、前記第２の樹脂材に向かって前記第１の樹脂材を加圧することによって、前記突出部に加圧による力を作用させ、
前記突出部に前記レーザーを照射して、前記第１の樹脂材を前記第２の樹脂材に溶着させる溶着方法。
前記第１の樹脂材を加圧する加圧方向において、前記突出部とは異なる位置から、前記第２の樹脂材に向かって前記第１の樹脂材を加圧する請求項１に記載の溶着方法。
前記第１の樹脂材を加圧する加圧方向に対して傾斜した方向から、前記突出部及び当該突出部が接触する前記第２の樹脂材の接触部の外方部に、前記レーザーを照射する請求項１または２に記載の溶着方法。
前記第１の樹脂材は、前記第２の樹脂材側において、外縁に連れて、前記第２の樹脂材側に向かうように加圧方向の幅が小さくなる外側テーパ形状を有し、
前記外側テーパ形状に前記レーザーを照射する請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶着方法。
前記突出部は、内方に連れて、前記第２の樹脂材から離れるように内側テーパ形状を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶着方法。
前記レーザーは、ＣＯ_２レーザーである請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶着方法。
レーザーによって、第１の樹脂材を第２の樹脂材に対して溶着させる溶着装置であって、
前記第１の樹脂材の前記第２の樹脂材側の面の外縁部に前記第２の樹脂材側に向けて突出して設けられる突出部を前記第２の樹脂材に接触した状態で、前記レーザーの光路上とは異なる位置において、前記第２の樹脂材に向かって前記第１の樹脂材を加圧することによって、前記突出部に加圧による力を作用させる加圧部と、
前記突出部に前記レーザーを照射する照射部と、を有する溶着装置。