JP2024005608A

JP2024005608A - 樹脂部品の製造方法

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Publication number: JP2024005608A
Application number: JP2022105867A
Authority: JP
Inventors: 亮太田岡; Ryota Taoka; 亮太 ▲高▼尾; Ryota Takao; 稔山本; Minoru Yamamoto; 広昭爲本; Hiroaki Tamemoto; 寛矢口; Hiroshi Yaguchi
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd; Laser Systems Inc Japan
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd; Laser Systems Inc Japan
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-17
Also published as: US20240001622A1

Abstract

【課題】添加剤を用いたり、特殊な処理を行ったりすることなく、効率よく樹脂と他の部材とを接合可能な樹脂部品の製造方法の提供を提供する。【解決手段】樹脂部品の製造方法は、第１部材および第２部材を有する中間体を準備する工程と、中間体に第１レーザ光および第２レーザ光を走査し、第１部材および第２部材を溶着する工程と、を有する。中間体表面における第１レーザ光のスポットを第１スポット、第２レーザ光のスポットを第２スポットとしたとき、溶着工程では、第１スポットと、第２スポットとが重なりつつ、第２スポットの中心が、第１スポットの中心よりも第１レーザ光および第２レーザ光の走査方向の後方側に位置する状態で、第１レーザ光および第２レーザ光を走査する。第１スポットおよび第２スポットの少なくとも一方の、走査方向に平行な方向の最大長さを、走査方向に垂直な方向の最大長さより長くする。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂部品の製造方法に関する。

樹脂部品は、さまざまな用途で用いられる。このような樹脂部品の製造の際には、樹脂どうし、もしくは樹脂と他の部材とを接合すること等が求められている。

樹脂部材と他の部材とを接合する方法の１つに、レーザ溶着法がある（例えば特許文献１）。特許文献１に記載のレーザ溶着法では、樹脂部材を吸水状態にし、近赤外または赤外のレーザ光を照射する。そして、光熱効果によって、レーザ光を照射した領域の水の温度を上昇させ、当該熱によって樹脂を溶融させる。そして、樹脂部材のレーザを照射した領域を他の部材に密着させ、樹脂部材と他の部材とを接合する。

特開２０１２－２７４４７号公報

本発明は、添加剤を用いたり、特殊な処理を行ったりすることなく、効率よく樹脂を含む部材と他の部材とを接合可能な樹脂部品の製造方法の提供を目的とする。

本発明は、以下の樹脂部品の製造方法を提供する。
具体的には、樹脂を含む第１部材、および第２部材、を有する中間体を準備する工程と、前記中間体に第１レーザ光および第２レーザ光を走査することで、前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程を有し、前記中間体表面における前記第１レーザ光のスポットを第１スポット、前記中間体表面における前記第２レーザ光のスポットを第２スポットとしたとき、前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程では、前記第１スポットの少なくとも一部と、前記第２スポットの少なくとも一部とが重なりつつ、前記第２スポットの中心が、前記第１スポットの中心よりも前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の走査方向の後方側に位置する状態で、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を走査し、前記第１スポットおよび前記第２スポットの少なくとも一方の、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記走査方向に垂直な方向の最大長さより長い、樹脂部品の製造方法を提供する。

本発明の樹脂部品の製造方法では、添加剤を用いたり、特殊な処理を行ったりすることなく、簡便な方法で効率よく樹脂を含む部材と、他の部材とを接合可能である。したがって、種々の樹脂部品を製造することができる。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る溶着工程を説明するための斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る溶着工程の第１スポットおよび第２スポットの状態を説明するための模式図である。図３Ａ～図３Ｃは、本発明の他の実施形態に係る溶着工程を説明するための斜視図である。図４は、本発明の実験例２における、第１スポットの面積に対する、第１スポットおよび第２スポットの重なり領域の面積の割合と、溶着強度との関係を示すグラフである。図５は、本発明の実験例３における、第２レーザ光の出力と、溶着強度との関係を示すグラフである。

本発明は、樹脂部品の製造方法に関する。以下、本発明の一実施形態に係る樹脂部品の製造方法を例に説明するが、本発明は当該実施形態に制限されない。

本発明の一実施形態に係る樹脂部品の製造方法は、樹脂を含む第１部材、および第２部材、を有する中間体を準備する工程（以下、「中間体準備工程」とも称する）と、当該中間体表面に、少なくとも２つのレーザ光を所定の方向（本明細書では「走査方向」と称する）に走査し、第１部材および第２部材を溶着する工程（以下、「溶着工程」とも称する）を有する。なお、以下の説明では、中間体に２つのレーザ光を照射する場合を例に説明するが、本実施形態の樹脂部品の製造方法では、３つ以上のレーザ光を中間体に照射してもよい。

また、本明細書では、２つのレーザによって、中間体表面に形成されるスポットの中心を特定したとき、走査方向の前方側にスポットの中心を有するレーザ光を第１レーザ光と称し、走査方向の後方側にスポットの中心を有するレーザ光を第２レーザ光と称する。さらに、第１レーザ光によって中間体表面に形成されるスポットを第１スポットと称し、第２レーザ光によって、中間体表面に形成されるスポットを第２スポットと称する。なお、スポットの中心とは、スポットの重心と同義である。

本実施形態の樹脂部品の製造方法を説明するための斜視図を図１Ａおよび図１Ｂに示す。本実施形態では、樹脂を含む第１部材１１と、当該第１部材１１を溶着する第２部材１２とからなる中間体１３を準備する（中間体準備工程、図１Ａ）。本実施形態において、これらの第１部材１１の溶着予定領域１１ａと、第２部材１２の溶着予定領域１２ａと、を互いに接触させている。

そして、当該中間体１３に対して、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を走査方向Ａに走査することで、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を照射する。これにより、第１部材１１の溶着予定領域１１ａ近傍の樹脂が一部溶融したり軟化したりし、第１部材１１および第２部材１２が溶着する（溶着工程、図１Ｂ）。このとき、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００の焦点位置は、中間体１３の表面または裏面にあってもよく、中間体１３の厚み方向内部にあってもよい。また、本明細書では、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を照射する予定のラインを溶着予定ライン３０とも称する。溶着予定ライン３０は直線であってもよく、曲線であってもよく、直線と曲線が組み合わせされていてもよい。ここで直線とは、任意の方向に延びる１つの直線、２以上の方向に延びる直線を含む。溶着予定ライン３０が曲線である場合、走査方向Ａは、当該溶着予定ライン３０の接線方向に相当し、溶着予定ライン３０の形状に沿って変化する。溶着予定ライン３０は、１つであってもよく複数あってもよい。溶着予定ライン３０が複数ある場合、それぞれが離隔していてもよく、交差していてもよい。なお、図１Ｂでは、第１部材１１および第２部材１２の界面が、溶着予定ライン３０に相当する。

第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を走査する際の、第１スポット１１０および第２スポット２１０の状態について、図２Ａおよび図２Ｂの模式図を用いて説明する。本実施形態では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１スポット１１０の少なくとも一部および第２スポット２１０の少なくとも一部が互いに重なるように（以下、第１スポット１１０および第２スポット２１０が重なった領域を「重なり領域３１０」とも称する）、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を走査する。このとき、第１スポット１１０および第２スポット２１０が完全に重ならないことが好ましい。

また、第１スポット１１０および第２スポット２１０のうち、いずれか一方、もしくは両方の、走査方向Ａに平行な方向の最大長さが、走査方向Ａに垂直な方向の最大長さより長くなるように、第１スポット１１０および／または第２スポット２１０の形状を制御する。本実施形態では、第２スポット２１０が、走査方向Ａと略平行に長径Ｌ１を有し、走査方向Ａと略垂直に短径Ｌ２を有する楕円形状であるが、第１スポット１１０が楕円形状であり、第２スポット２１０が円形状であってもよい。また、第１スポット１１０および第２スポット２１０の両方が楕円形状であってもよい。さらに、走査方向Ａに平行な方向の最大長さが、走査方向Ａに垂直な方向の最大長さより長くなる形状（以下、「走査方向Ａに長い形状」とも称する）は、楕円形状に限定されず、例えば長方形状等であってもよい。走査方向Ａに長い形状において、走査方向Ａに平行な方向の最大長さと、走査方向Ａに垂直な方向の最大長さとの比は、１：１．２～１：３が好ましく、１：１．８～１：２．５がより好ましい。走査方向Ａに平行な方向の最大長さと、走査方向Ａに垂直な方向の最大長さとの比が当該範囲であると、第１部材１１および第２部材１２の溶着効率が高まりやすい。

ただし、第２スポット２１０の走査方向Ａに平行な方向の最大長さＬ１が、第１スポット１１０の走査方向Ａに平行な方向の最大長さＭ１より長いことが好ましく、本実施形態のように、第１スポット１１０が略円形状であり、第２スポットが走査方向Ａに長い形状であることが特に好ましい。第１スポット１１０が略円形状であると、当該領域の出力密度を高めやすく、第１部材１１中の樹脂の温度を短時間で効率的に高めやすい。一方で、第２スポット２１０が、走査方向Ａに長い形状であると、当該領域の出力密度は低くなるものの、第２レーザ光２００の照射時間が長くなる。その結果、第１レーザ光１００の照射によって上昇した温度が保持されやすくなり、第１部材１１の所望の領域を溶融させたり軟化させたりしやすくなる。

また、第１スポット１１０および第２スポット２１０の位置関係は、前述のように、第２スポット２１０の中心２１０Ｃが、第１スポット１１０の中心１１０Ｃより走査方向Ａの後方側にあり、これらの一部が重なっていればよい。例えば、図２Ａに示すように、第１スポット１１０の中心１１０Ｃおよび第２スポット２１０の中心２１０Ｃが、それぞれ溶着予定ライン３０上に配置されていてもよい。この場合、第１スポット１１０の中心１１０Ｃおよび第２スポット２１０の中心２１０Ｃを結んだ線Ｂが溶着予定ライン３０に重なる。そして、第２スポット２１０の中心２１０Ｃから第１スポット１１０の中心１１０Ｃに向かう方向が、走査方向Ａとなる。

一方、図３Ｂに示すように、第１スポット１１０の中心１１０Ｃおよび第２スポット２１０の中心２１０Ｃのいずれか一方、もしくは両方が、溶着予定ライン３０上になくてもよい。ただし、この場合、第１スポット１１０の中心１１０Ｃと、第２スポット２１０の中心２１０Ｃとを結んだ線Ｂが、溶着予定ライン３０と交差するように、第１スポット１１０および第２スポット２１０が配置されることが好ましい。またこのとき、上記線Ｂおよび溶着予定ライン３０がなす角のうちの鋭角の角度（図３Ｂにおいてαで示す角度）は、０°より大きく４５°以下であることが好ましく、０°より大きく２０°以下であることがより好ましい。上記線Ｂと溶着予定ライン３０とがなす角が４５°以下であると、溶着予定ライン３０近傍にのみ、レーザ光を長い時間照射することができる。具体的には、上記角度を４５°以下とすると、溶着予定ライン３０上を、第１スポット１１０のうち第２スポット２１０と重ならない領域、第１スポット１１０および第２スポット２１０が重なる領域（重なり領域３１０）、ならびに第２スポット２１０のうち第１スポット１１０と重ならない領域がそれぞれ移動する。一方で、溶着予定ライン３０から離れた領域では、第１スポット１１０の第２スポット２１０と重ならない領域、または第２スポット２１０のうち第１スポット１１０と重ならない領域のみが移動する。そのため、これらの領域では、第１部材１１の温度が高まり難い。したがって、溶着予定ライン３０近傍のみの第１部材１１中の樹脂の温度を高めることができるため、高い精度で溶着することが可能となる。

第１スポット１１０の面積に対する、重なり領域３１０の面積は、６５％以下が好ましく、２％以上６５％以下がより好ましい。第１スポット１１０の面積に対する、重なり領域３１０の面積が６５％以下であると、所望の領域（例えば溶着予定ライン３０）上でのレーザ光の照射時間を実質的に長くしやすい。したがって、短時間で効率よく中間体１３（第１部材１１中の樹脂）の温度を高めることができる。また、第１スポット１１０の面積に対する、重なり領域３１０の面積が２％以上であると、第１部材１１中の樹脂の温度を高めることができる領域を十分に太くしやすいため、溶着強度を高くしやすい。

また、重なり領域３１０の面積は、第１レーザ光１００の第１スポット１１０での出力密度および第２レーザ光２００の第２スポット２１０での出力密度が０．４５ｋＷ／ｃｍ^２以上であって、第１レーザ光１００の波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、第２レーザ光２００の波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である場合には、重なり領域３１０の面積が、７２×１０^３μｍ^２以下であることが好ましい。

さらに、第１スポット１１０および第２スポットの２１０の面積は、第１スポット１１０や第２スポットの２１０の形状に応じて適宜選択されるが、１１０×１０^３μｍ^２以上２９０×１０^３μｍ^２以下が好ましい。さらに、第１スポット１１０および第２スポットの２１０の最大径も、第１スポット１１０や第２スポットの２１０の形状に応じて適宜選択されるが、３８０μｍ以上９６０μｍ以下が好ましい。

ここで、上記第１レーザ光１００および第２レーザ光２００のピーク波長は特に制限されず、第１部材１１や第２部材１２の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、第１レーザ光１００のピーク波長および第２レーザ光２００のピーク波長は、同一であってもよく、異なっていてもよい。ここで、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００のピーク波長は、例えば、５００ｎｍ以下とすることで、レーザ光を照射した領域の中間体１３（第１部材１１中の樹脂）の温度を短時間で高めることができる。また、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００のピーク波長は、３００ｎｍ以上とすることで、中間体１３（第１部材１１中の樹脂）の変色や強度低下などのダメージを低減することができる。また、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００が互いに異なるピーク波長を有すると、中間体１３の温度を効率よく高めやすくなり、第１部材１１および第２部材１２を効率よく溶着しやすくなる。特に、第１レーザ光１００のピーク波長が、第２レーザ光２００のピーク波長より短いことが好ましい。第１レーザ光のピーク波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、第２レーザ光２００のピーク波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

また、ピーク波長が４００ｎｍ以上であるレーザ光は、高出力の光学系を使用することが可能である。ただし、樹脂によっては、波長４００ｎｍ以上の光を吸収し難いことがある。一方、ピーク波長４００ｎｍ未満のレーザ光は、高出力の光学系を使用し難いものの、当該レーザ光を照射することで、第１部材１１中の樹脂を励起させ、第１部材１１に第１レーザ光１００のピーク波長以上の光の吸収性を発現させることも可能である。つまり、第１レーザ光として、ピーク波長が４００ｎｍ未満もしくは４００ｎｍのレーザ光を使用し、第２レーザ光２００として、ピーク波長が４００ｎｍ以上であるレーザ光を使用すると、第１部材１１に効率よくレーザ光を吸収させることが可能となり、短時間で効率よく第１部材１１の温度を高めることができる。樹脂によっては、４００ｎｍよりも長い波長である４２０ｎｍ程度の波長の光であっても励起されるものがある。従って、第１レーザ光１００のピーク波長を３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下としつつ、第２レーザ光２００のピーク波長を４２０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下としてもよい。

第１レーザ光１００および第２レーザ光２００の照射時の雰囲気は特に制限されないが、酸素存在下でピーク波長が４００ｎｍ未満のレーザ光（例えば、第１レーザ光１００）の照射を行うと、第１部材１１を改質しやすくなる。したがって、ピーク波長が４００ｎｍ未満のレーザ光を照射する場合には、酸素存在下で照射を行うことが好ましい。本明細書における「酸素存在下」とは、レーザ光の焦点位置近傍に酸素が存在することをいい、例えば、レーザ光の焦点位置近傍が大気雰囲気である場合やオゾン雰囲気である場合を意味する。

第１レーザ光１００および第２レーザ光２００は、連続発振のレーザ光であってもよく、パルス発振のレーザ光であってもよい。所望の領域に連続的にレーザ光を照射可能であるとの観点では、連続発振のレーザ光がより好ましい。また、連続発振のレーザ光を用いることで、パルス発振のレーザ光を用いる場合と比較して、第１部材１１や第２部材１２のダメージを低減しやすい。レーザ光の光源としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３レーザ等の高次高調波の光源や、レーザダイオードを用いることができる。なかでも、レーザダイオードを用いることで、第１部材１１や第２部材１２へのダメージを低減しつつ電力効率を良くできる。

さらに、上記第１レーザ光１００および／または第２レーザ光２００のスポット１１０、２１０の形状を、走査方向Ａに長い形状にする方法は特に制限されず、例えばレーザの光軸を溶着予定ライン３０に対して斜めにする方法や、シリンドリカルレンズを使用する方法、光源と中間体１３との間にマスクを配置する方法等が挙げられる。

ここで、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００の出力は、第１部材１１や第２部材１２の種類に応じて適宜選択されるが、０．３Ｗ以上が好ましく、０．６Ｗ以上がより好ましい。また、第１レーザ光１００の第１スポット１１０での出力密度および第２レーザ光２００の第２スポット２１０での出力密度は、０．４５ｋＷ／ｃｍ^２以上が好ましく、０．５５ｋＷ／ｃｍ^２以上がより好ましい。なお、出力密度は、各レーザ光の出力を各スポットの面積で除した値である。

また特に、第１レーザ光１００の波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、第２レーザ光２００の波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である場合には、第２スポット２１０における出力密度が、第１スポット１１０における出力密度の１．２倍以上であると、効率よく第１部材１１の温度を高めることができる。

ここで、第１レーザ光１００を走査方向Ａに走査する速度、および第２レーザ光２００を走査方向Ａに走査する速度は略同一とする。ただし、当該速度は常に一定であってもよく、連続的、または断続的に変化させてもよい。例えば、走査速度を断続的に変化させると、第１部材１１と第２部材１２とが強固に溶着した領域と、第１部材１１と第２部材１２との溶着力が低い領域とを形成できる。これらの領域が形成されていることで、第１部材１１と第２部材１２とを、第１部材１１と第２部材１２との溶着領域のすべてが強固に溶着した場合と比較して、小さい力で分離することが可能となる。

また、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００の出力密度は、常に一定であってもよく、連続的、または断続的に変化させてもよい。出力密度を変化させた場合にも、第１部材１１と第２部材１２とが強固に溶着した領域と、溶着力が低い領域とを形成できる。これらの領域が形成されていることで、第１部材１１と第２部材１２とを、第１部材１１と第２部材１２との溶着領域のすべてが強固に溶着した場合と比較して、小さい力で分離することが可能となる。

本実施形態の樹脂部品の製造方法に使用する第１部材１１中の樹脂の種類は特に制限されず、第１レーザ光および第２レーザ光を吸収し、光熱反応により昇温可能な樹脂であればよい。また、第１レーザ光および／または第２レーザ光の照射によって、電子励起されて、光吸収率が変化する樹脂であってもよい。樹脂の具体例には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン－四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；等が含まれる。第１部材１１は、これらの樹脂を一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。また、第１部材１１は、第２部材１２と接合する領域に少なくとも樹脂を含んでいればよい。また、第１部材１１は、第２部材１２と接合する領域以外の領域に、樹脂以外の成分を含んでいてもよい。

第１部材１１の形状は特に制限されず、例えば平板状であってもよく、立体的な構造を有していてもよい。さらに、第１部材１１の第２部材１２との接合面は平面であってもよく、曲面であってもよい。

一方、第２部材１２の材料は特に制限されず、樹脂であってもよく、例えば金属やセラミックス等の無機材料であってもよい。

本発明の樹脂部品の製造方法によって製造される樹脂部品の用途は特に制限されない。従来、樹脂部材が使用されてきたいずれの分野の部品にも適用可能である。例えば、衣類や、各種包装容器、医療用器材、電線ケーブルや光ファイバー等の被覆材、機械的駆動部品、ベアリングやワッシャー、家電製品、情報通信機器、自動車用部品、航空産業、宇宙産業用の部品等が含まれる。また、樹脂部品の例には、樹脂と樹脂以外の金属やセラミックとが接合された部品等も含まれる。樹脂と樹脂以外の金属やセラミックとが接合された部品としては、例えば、装飾ねじ等の機械部品やヒューズ及びコネクターなどの電子部品等が挙げられる。

（他の実施形態）
上述の説明では、第１部材１１および第２部材１２を密着させた中間体１３を準備し、当該中間体１３に第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を照射することを説明した。ただし、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００の照射方法は、上述の方法に限定されない。

他の実施形態の一例を図３Ａ～図３Ｃに示す。当該実施形態では、第１部材１１の溶着予定領域１１ａと第２部材１２の溶着予定領域１２ａとの間に隙間をあけた中間体２３を準備する（図３Ａ）。そして、当該中間体２３の第１部材１１の溶着予定領域１１ａに第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を走査方向Ａに走査する（図３Ｂ）。その後、第１部材１１および第２部材１２を密着させて、第１部材１１および第２部材１２を溶着する(図３Ｃ)。当該態様では、第１部材１１が第１レーザ光１００および第２レーザ光２００に対して透過性を有することが好ましい。

（効果）
上述の樹脂部品の製造方法では、第１スポットおよび第２スポットの一部が重なるように、第１レーザ光および第２レーザ光を照射する。また、第１スポットおよび第２スポットのうち、いずれか一方、もしくは両方が、レーザ光の走査方向に長い形状を有する。そのため、上述の樹脂部品の製造方法では、所望の領域に、長い時間レーザ光を照射することが可能であり、レーザ光の走査速度を高めても、十分に樹脂を含む部材を溶融させたり軟化させたりすることが可能である。また、２種類のレーザを組み合わせることから、異なる波長のレーザ光を使用すること等も可能である。例えば、一般的には樹脂を含む部材の溶着に使用し難い、ピーク波長が４００ｎｍ以上のレーザ光等も使用することが可能である。さらに、上述の方法では、添加剤や特殊な処理を行う必要がないことから、様々な分野の樹脂部品の製造に適用できる。

以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。

（実験例１）
図１Ａに示すように、板状の第１部材（ＰＥＴ製、厚さ０．５ｍｍ）１１の溶着予定領域１１ａと、板状の第２部材（ＰＥＴ製、厚さ０．５ｍｍ）１２の溶着予定領域１２ａとを密着させた中間体１３を準備した。そして、大気雰囲気下、下記表１に示す条件で、当該中間体１３の溶着予定ライン３０に、レーザ光を照射した。レーザ光の光源としては、レーザダイオードを用いた。

下記表１に示すように、比較例１－１および１－２では、１つのレーザ光のみを走査した。一方、実施例１－１～１－３では、第１レーザ光１００および第２レーザ光２００を走査方向Ａに、それぞれ同じ速度で、かつこれらのスポットの一部が重なるように走査した。第１スポットおよび第２スポットが重なる面積（重なり領域の面積）は、２６×１０^３μｍ^２とし、第１スポットの面積に対する、重なり領域の面積の割合を２３％とした。また、実施例１－１～１－３では、第２レーザ光の中心から第１レーザ光の中心へ向かう方向と、走査方向Ａとを同一にした。さらに、実験例１では、第１部材１１および第２部材１２の溶着強度が２０Ｎ以上となる走査速度のうち、最も速い速度を溶着速度とした。第１部材１１および第２部材１２の溶着強度は、株式会社イマダ製の製品型番ＦＳＡ－０．５Ｋ２－５００Ｎを用いた引張試験によって測定した。

上記表１の実施例１－１および実施例１－２に示されるように、２つのレーザ光のスポットの一部を重ね、かつ第１レーザ光および第２レーザ光のうち、少なくとも一方を、走査方向に長い形状とすることで、第１部材１１および第２部材１２の溶着速度を早くできることが確認された。また、紫外域のレーザ光は、一般に光変換効率が低い。従って、紫外域のレーザ光を高出力にするためには、比較的大きな電力が必要である。上記表１の実施例１－１、実施例１－２、および、実施例１－３に示されるように、ピーク波長が３７５ｎｍのレーザ光の出力は０．５Ｗである。従って、実施例１－１、実施例１－２、および、実施例１－３において、比較例１－１および比較例１－２よりも、電力を抑えつつ、溶着できることが確認された。なお、紫外域レーザ素子は、光変換効率が低いことから、その温度が上がりやすく、温度上昇による素子のダメージが懸念される。実施例１－１、実施例１－２、および、実施例１－３においては、ピーク波長が３７５ｎｍのレーザ光の出力を下げることで、素子のダメージを低減できている。

（実験例２）
上記重なり領域の面積を、下記表２に示すように変更した以外は、実施例１－２と同様に第１部材１１と第２部材１２とを溶着させた。溶着強度は、株式会社イマダ製の製品型番ＦＳＡ－０．５ｋ２－５００Ｎを用いた引張試験によって測定した。結果を表２におよび図４に示す。

上記表２に示すように、第１スポットおよび第２スポットの一部が重なると、溶着強度が非常に高くなった。第１レーザ光（波長３７５ｎｍのレーザ光）で加熱された第１部材に、間を置くことなく第２レーザ光（波長４０５ｎｍのレーザ光）を照射することで、第１部材中の樹脂が溶融しやすかったと考えられる。また特に、スポットの重なり領域の面積が６５％以下であると、レーザ光の照射時間を実質的に長くすることができるため、溶着強度が高かったと考えられる。

（実験例３）
第２レーザ光の出力を表３に示すように変化させた以外は、実施例１－２と同様に第１部材１１と第２部材１２とを溶着させた。このときの溶着強度を表３および図５に示す。図５では、当該結果から近似曲線を作成している。また、溶着強度の測定方法は、実験例２の溶着強度の測定方法と同様である。さらに、各出力密度は、各レーザ光の出力を各スポットの面積で除した値である。参考例として、第１レーザ光および第２レーザ光をいずれも波長３７５ｎｍのレーザ光とした場合の結果も示す。

上述のように、紫外域のレーザ光は、一般に光変換効率が低い。従って、紫外域のレーザ光を高出力にするためには、比較的大きな電力が必要である。そこで、波長３７５ｎｍの第１レーザ光（１Ｗ）と、波長４０５ｎｍの第２レーザ光と組み合わせ、電力を抑えつつ、波長３７５ｎｍのレーザ光どうしを組み合わせた場合と同等、もしくはそれ以上の溶着強度とすることが特に好ましい。上記表３に示すように、波長３７５ｎｍのレーザ光（１．０Ｗ）どうしを組み合わせた参考例の溶着強度は４７．４Ｎである。一方、波長３７５ｎｍの第１レーザ光（１Ｗ）と、波長４０５ｎｍの第２レーザ光とを組み合わせた場合、図５に示すように、参考例（４７．４Ｎ）より溶着強度が高くなるのは、第２レーザ光の出力を１．９Ｗ以上とした場合である。つまり、第２レーザ光の出力密度（１．１×１０^３Ｗ／ｃｍ^２）が、第１レーザ光の出力密度（０．９１×１０^３Ｗ／ｃｍ^２）の１．２倍となるときである。当該結果から、第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり（ここでは波長３７５ｎｍ）、第２レーザ光の波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である場合（ここでは波長４０５ｎｍ）、第２スポットにおける出力密度が、第１スポットにおける出力密度の１．２倍以上であることが好ましいといえる。またこのとき、波長３７５ｎｍのレーザ光どうしを組み合わせる場合より、電力を格段に抑えることができる。

（付記）
［項１］
樹脂を含む第１部材、および第２部材、を有する中間体を準備する工程と、
前記中間体に第１レーザ光および第２レーザ光を走査することで、前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程と、を有し、
前記中間体表面における前記第１レーザ光のスポットを第１スポット、前記中間体表面における前記第２レーザ光のスポットを第２スポットとしたとき、
前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程では、前記第１スポットの少なくとも一部と、前記第２スポットの少なくとも一部とが重なりつつ、前記第２スポットの中心が、前記第１スポットの中心よりも前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の走査方向の後方側に位置する状態で、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を走査し、
前記第１スポットおよび前記第２スポットの少なくとも一方の、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記走査方向に垂直な方向の最大長さより長い、
樹脂部品の製造方法。
［項２］
前記第２スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記第２スポットの、前記走査方向に垂直な方向の最大長さより長い、
項１に記載の樹脂部品の製造方法。
［項３］
前記第２スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記第１スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さよりも長い、
項１または項２に記載の樹脂部品の製造方法。
［項４］
前記第１部材と、前記第２部材を溶着する工程において、
前記走査方向に平行な前記中間体の溶着予定ライン上を、前記第１スポットのうち前記第２スポットと重ならない領域、前記第１スポットのうち前記第２スポットと重なる領域、および、前記第２スポットのうち前記第１スポットと重ならない領域がそれぞれ移動するように、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を走査する、
項１～項３のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。
［項５］
前記第１スポットの中心および前記第２スポットの中心を結んだ線と、前記溶着予定ラインとが、交差している、
項１～項４のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。
［項６］
前記第１スポットの中心および前記第２スポットの中心を結んだ線と、前記溶着予定ラインとがなす角のうちの鋭角の角度が、０°より大きく４５°以下である、
項５に記載の樹脂部品の製造方法。
［項７］
前記走査方向が、前記第２スポットの中心から前記第１スポットの中心に向かう方向と同一である、
項１～項４のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。
［項８］
前記第１レーザ光のピーク波長と前記第２レーザ光のピーク波長とが異なる、
項１～項７のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。
［項９］
前記第１レーザ光のピーク波長が、前記第２レーザ光のピーク波長より短い、
項８に記載の樹脂部品の製造方法。
［項１０］
前記第１レーザ光のピーク波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記第２レーザ光のピーク波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である、
項１～項９のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。
［項１１］
前記第１レーザ光の前記第１スポットにおける出力密度および前記第２レーザ光の前記第２スポットにおける出力密度がそれぞれ０．４５ｋＷ／ｃｍ^２以上である、
項１～項１０のいずれか一項に記載の樹脂部品の製造方法。
［項１２］
前記第１スポットの面積に対する、前記第１スポットおよび前記第２スポットが重なる領域の面積の割合が、６５％以下である、
項１１に記載の樹脂部品の製造方法。
［項１３］
前記第１スポットおよび前記第２スポットが重なる領域の面積が、７２×１０^３μｍ^２以下である、
項１１または項１２に記載の樹脂部品の製造方法。
［項１４］
前記第２レーザ光の前記第２スポットにおける出力密度が、前記第１レーザ光の前記第１スポットにおける出力密度の１．２倍以上である、
項１１～項１３のいずれかに記載の樹脂部品の製造方法。

本発明の樹脂部品の製造方法によれば、効率よく樹脂を含む部材の所望の領域の温度を高め、当該部材と他の部材とを溶着させることができる。したがって、様々な分野の樹脂部品の製造において、非常に有用な技術である。

１１第１部材
１１ａ、１２ａ溶着予定領域
１２第２部材
１３、２３中間体
３０溶着予定ライン
１００第１レーザ光
１１０第１スポット
１１０Ｃ第１スポットの中心
２００第２レーザ光
２１０第２スポット
２１０Ｃ第２スポットの中心
３１０重なり領域
Ａ走査方向
Ｂ第１スポットの中心および第２スポットの中心を繋いだ線

Claims

樹脂を含む第１部材、および第２部材、を有する中間体を準備する工程と、
前記中間体に第１レーザ光および第２レーザ光を走査することで、前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程と、を有し、
前記中間体表面における前記第１レーザ光のスポットを第１スポット、前記中間体表面における前記第２レーザ光のスポットを第２スポットとしたとき、
前記第１部材および前記第２部材を溶着する工程では、前記第１スポットの少なくとも一部と、前記第２スポットの少なくとも一部とが重なりつつ、前記第２スポットの中心が、前記第１スポットの中心よりも前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の走査方向の後方側に位置する状態で、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を走査し、
前記第１スポットおよび前記第２スポットの少なくとも一方の、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記走査方向に垂直な方向の最大長さより長い、
樹脂部品の製造方法。
前記第２スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記第２スポットの、前記走査方向に垂直な方向の最大長さより長い、
請求項１に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第２スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さが、前記第１スポットの、前記走査方向に平行な方向の最大長さよりも長い、
請求項２に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１部材と、前記第２部材を溶着する工程において、
前記走査方向に平行な前記中間体の溶着予定ライン上を、前記第１スポットのうち前記第２スポットと重ならない領域、前記第１スポットのうち前記第２スポットと重なる領域、および、前記第２スポットのうち前記第１スポットと重ならない領域がそれぞれ移動するように、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を走査する、
請求項３に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１スポットの中心および前記第２スポットの中心を結んだ線と、前記溶着予定ラインとが、交差している、
請求項４に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１スポットの中心および前記第２スポットの中心を結んだ線と、前記溶着予定ラインとがなす角のうちの鋭角の角度が、０°より大きく４５°以下である、
請求項５に記載の樹脂部品の製造方法。
前記走査方向が、前記第２スポットの中心から前記第１スポットの中心に向かう方向と同一である、
請求項３に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１レーザ光のピーク波長と前記第２レーザ光のピーク波長とが異なる、
請求項１に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１レーザ光のピーク波長が、前記第２レーザ光のピーク波長より短い、
請求項１に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１レーザ光のピーク波長が３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記第２レーザ光のピーク波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である、
請求項９に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１レーザ光の前記第１スポットにおける出力密度および前記第２レーザ光の前記第２スポットにおける出力密度がそれぞれ０．４５ｋＷ／ｃｍ^２以上である、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１スポットの面積に対する、前記第１スポットおよび前記第２スポットが重なる領域の面積の割合が、６５％以下である、
請求項１１に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第１スポットおよび前記第２スポットが重なる領域の面積が、７２×１０^３μｍ^２以下である、
請求項１２に記載の樹脂部品の製造方法。
前記第２レーザ光の前記第２スポットにおける出力密度が、前記第１レーザ光の前記第１スポットにおける出力密度の１．２倍以上である、
請求項１２に記載の樹脂部品の製造方法。