JP3827070B2 - 樹脂部材のレーザ多層接合方法 - Google Patents

樹脂部材のレーザ多層接合方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層された複数個の樹脂部材の各部材同士をレーザを用いて接合する樹脂部材の多層接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層された樹脂板のレーザ接合技術としては、特公平５−４２３３６号等が知られている。
【０００３】
この方法は、図７に示すように、レーザ光透過性の第１の樹脂板１１と非レーザ光透過性の第２の樹脂板１２とを積層して、この積層された樹脂板１１、１２を上下のガラス板１５、１５で支持した後、レーザ光透過性の樹脂材１１側からレーザ光１０を照射して、非レーザ光透過性の樹脂板１２の表面でレーザ光を吸収して発熱させ、樹脂板１２の表面の溶融により樹脂板１１、１２を接合するものである。
【０００４】
あるいは図８に示すように、レーザ光透過性の第１、第２の樹脂板１１、１１の重ね合わせ面に、樹脂にカーボンブラック等のレーザ光吸収剤を含有させた接着層１３を介挿して樹脂板１１、１１を積層し、一方の樹脂板１１側からレーザ光１０を照射して、接着層１３でレーザ光を吸収して発熱溶融させ、溶融した接着層１３により樹脂板１１、１１を接合するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法で例えば３枚の樹脂板を接合しようとすると、図９に示すように、レーザ光透過性の２個の樹脂板１１、１１間に非レーザ光透過性の樹脂板１２を挟んだ樹脂板積層体１４を用意し、この積層体１４の各レーザ光透過性樹脂板１１、１１側からレーザ光１０を照射する必要がある。このため、積層体１４の上下を反転する反転機が必要になるか、反転しないで行うにはレーザ接合機が２台必要になり、接合作業の時間増大やコスト上昇を招く問題があった。
【０００６】
また樹脂板のデフォームや反り、変形等を防止するために、接合面を部分的に接合しようとすると、レーザ光照射のオンオフ制御やレーザパワーの制御が必要になり、レーザ接合機の制御が複雑になって、同様に接合作業の時間増大やコスト上昇を招く。
【０００７】
このような問題は、上記図８の方法によって３枚以上の樹脂板を接合しようとする場合にも同様に生じる。
【０００８】
従って、本発明の課題は、例えば樹脂板等の樹脂部材を３個以上積層して、重なり合った樹脂部材同士を一方向のレーザ光照射により短時間で容易かつ確実に接合することを可能とした、樹脂部材のレーザ多層接合方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、
３つ以上の複数個の樹脂部材を積層して、重なり合う樹脂部材同士をレーザ光照射により接合するレーザ多層接合方法において、
各樹脂部材をレーザ光透過性材料で構成し、
かつ樹脂部材積層体の少なくとも最外層の一方の樹脂部材と重ね合わされる樹脂部材を、該一方の樹脂部材に比べて融点が低い材料で構成し、
重なり合う樹脂部材同士の間にレーザ光吸収材を、樹脂部材積層体の一方の最外層側からの一方向のレーザ光により照射されるように部分的に配設し、
そして樹脂部材積層体の一方の最外層側からレーザ光を各レーザ光吸収材に照射することを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、つぎの作用効果を奏する。
（１）重なり合う樹脂部材同士の間にレーザ光吸収材を、樹脂部材積層体の一方の最外層側からの一方向のレーザ光により照射されるように部分的に配設するので、樹脂部材積層体の一方の最外層側から一方向にレーザ光を各レーザ光吸収材に照射することにより、一方向のレーザ光照射で３つ以上積層した樹脂部材の重なり合う樹脂部材同士を接合することができる。
（２）一方向のレーザ光照射で接合できるので、樹脂部材積層体に対するレーザ光の照射方向を変えるために、積層体を例えば上下に反転したり、積層体に例えば上下両方向からレーザ光を照射するために２台のレーザ溶接機を使用したりする必要がなく、接合が短時間で容易かつ確実に行える。
（３）樹脂部材積層体の最外層の樹脂部材とこれに重ね合わされる樹脂部材との接合を、該重ね合わされる樹脂部材側の溶融による寄与を大きくして行わせることができ、樹脂部材積層体の最外層の樹脂部材に接合によるデフォーム等を発生しづらくして、接合後の樹脂部材積層体の品質不良を防止できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の樹脂部材のレーザ多層接合方法において、各樹脂部材間のレーザ光吸収材をレーザ光照射方向から見て重ならないように配設したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、各樹脂部材間でレーザ光吸収材が重なり合わないので、各樹脂部材同士の接合部をずらすことができ、樹脂部材積層体に接合によるデフォーム等を発生しづらくして、接合後の樹脂部材積層体の品質不良を防止できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材とこれに重なる樹脂部材との間にレーザ光吸収材を部分的に配設する代わりに、全面に配設することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材とこれに重なる樹脂部材との間でレーザ光吸収材を全面に配設して、樹脂部材積層体の一方の最外層側から一方向にレーザ光を各レーザ光吸収材に照射するので、一方向のレーザ光照射で３つ以上積層した樹脂部材の重なり合う樹脂部材同士を接合することができ、請求項１の発明と同様な作用効果を奏する。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１または２の樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材とこれに重なる樹脂部材との間にレーザ光吸収材を部分的に配設する代わりに、該他方の最外層の樹脂部材をレーザ光吸収材料で構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明によれば、樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材をレーザ光吸収材料で構成し、レーザ光を樹脂部材積層体の一方の最外層側から各レーザ光吸収材および該他方の最外層の樹脂部材に照射するので、一方向のレーザ光照射で３つ以上積層した樹脂部材の重なり合う樹脂部材同士を接合することができ、請求項１の発明と同様な作用効果を奏する。また他方の最外層の樹脂部材として意匠的にも色つきのものを採用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳述する。
【００２０】
［第一の実施の形態］
図１は、本発明の樹脂部材のレーザ多層接合方法の一実施の形態を示す説明図である。本実施の形態では、樹脂部材として３枚の樹脂板を重ね合わせてレーザ光照射により接合する場合について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態において、３枚の樹脂板１、２、３は、いずれもレーザ光透過性を有する熱可塑性樹脂からなる。その樹脂板１、２、３は上下方向に積層して樹脂板積層体５に構成されると共に、その重なり合う樹脂板１、２の間、樹脂板２、３の間にレーザ光吸収材６が部分的に配設されている。レーザ光吸収材６は、照射されたレーザ光１０を吸収して発熱することにより、重ね合わされた樹脂板の重ね合わせ面を溶融して、樹脂板を互いに接合するためのもので、樹脂等の媒体にレーザ光吸収剤を配合してなっている。レーザ光吸収材を配設した樹脂板積層体５は、図示しないガラス等の透明支持体によって上下を支持して、レーザ光照射による接合に供される。図１において符号８は図示しないレーザ接合機の合焦レンズである。
【００２２】
本実施の形態によれば、樹脂板積層体５の上方からの垂直方向のレーザ光１０により、樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６に照射し、樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６のない部分では透過させて、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６に照射されるように、レーザ光吸収材６を配置の規則性を持たせず樹脂板１、２間、樹脂板２、３間に部分的に配設した。
【００２３】
これにより、上方からの垂直方向の一方向のレーザ光１０の照射により、樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６を発熱させ、樹脂板１、２の接合面、樹脂板２、３の接合面をそれぞれのレーザ光吸収材６の周囲で溶融して、樹脂板１、２、樹脂板２、３を互いに接合することができる。
【００２４】
レーザ光吸収材６に含有させるレーザ光吸収剤としては、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系のもの、フェライト等の無機系のもの、銅フタロシアニン系顔料等の有機系のものが挙げられる。
【００２５】
レーザ光吸収材６を樹脂板１、２間に部分的に配設するには、レーザ光吸収材６を部分的に形成した樹脂等の薄膜を樹脂板１または２の重ね合わせ面に貼り付けたり、レーザ光吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いて、樹脂板１、２の重ね合わせ面の一方に塗布若しくは印刷で、レーザ光吸収材６を部分的に形成することにより、簡単に配設することができる。樹脂板２、３間に配設する場合も同様にすることができる。さらには、中間の樹脂板２の両面に上記のレーザ光吸収材を形成した薄膜を貼り付けたり、レーザ光吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いて塗布若しくは印刷して、レーザ光吸収材を形成することすることでもよい。
【００２６】
樹脂板１〜３を構成するレーザ光透過性を有する熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、アセタール樹脂などが挙げられる。
【００２７】
この樹脂板１〜３のうち、最外層の樹脂板１、３と重ね合わされる樹脂板２は、最外層の樹脂板よりも融点が低い材料で構成することが好ましい。このようにしておけば、最外層の樹脂板１、２よりも樹脂板２の溶融を大きくして接合できるので、最外層の樹脂板１、２のデフォーム等を防止でき、接合後の樹脂板積層体５の製品外観を損ねないようにすることができる。重ね合わせる樹脂板が４枚以上のときにも同様で、最外層の樹脂板と重ね合わされる樹脂板の材料は、最外層の樹脂板よりも融点が低い方がよい。なお、４枚以上の樹脂板積層体の一方の面のみが製品外観となり、他方の面が露出しない場合には、一方の最外層の樹脂板と重ね合わされる樹脂板についてそのようにすればよい。
【００２８】
樹脂板を接合するのに用いるレーザとしては、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、アルゴンレザー、半導体レーザ等の各種のものが使用できる。
【００２９】
積層した樹脂板１〜３を接合するには、図示しないレーザ接合機の射出端のレンズ８を通ったレーザ光１０を樹脂板積層体５に最上層の樹脂板１側から垂直方向に照射して、レーザ光１０を樹脂板１、２の間のレーザ光吸収材６に照射し、また樹脂板１、２間のレーザ光吸収部材６の配設のない部分を透過させて、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６に照射する。このレーザ光の照射走査を、レーザ接合機を樹脂板積層体５の上面に平行に移動しながら積層体５の全体に亙って行えば、樹脂板積層体の重ね合わされた樹脂板同士の接合が得られる。
【００３０】
本実施の形態は以上のように構成されるので、つぎのような作用効果を有する。
（１）樹脂板１、２間、樹脂板２、３間にレーザ光吸収材６を部分的に配設して、樹脂板積層体５の一方の最外層側からの一方向のレーザ光を各レーザ光吸収材６に照射するので、積層された３枚の樹脂板１と２、樹脂板２と３を一方向のレーザ光照射により互いに接合することができる。
（２）一方向のレーザ光照射で接合できるので、樹脂部材積層体５を上下に反転してレーザ光照射をしたり、２台のレーザ溶接機を使用して積層体５を上下両方向からレーザ光照射する必要がなく、接合が短時間で容易かつ確実に行える。
（３）樹脂板の接合面に、レーザ光吸収剤を含有したレーザ光吸収材６の薄膜を貼り付けたり、レーザ光吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いてレーザ光吸収材６を塗布若しくは印刷で設けることにより、重ね合わせた樹脂板同士の間に容易に配設することができる。
（４）最外層の樹脂板１、３と重ね合わされる樹脂板２の融点を低くすることにより、樹脂板１と２、樹脂板２と３の接合に対し、樹脂板２の接合面の溶融を大きく寄与させることができ、最外層の樹脂板１、３にデフォーム等を発生しづらくさせて、接合後の樹脂板積層体５の品質不良を防止できる。
【００３１】
以上では、３枚の樹脂板を上下方向に重ねた樹脂板積層体の一方の最外層側からレーザ光照射を行ったが、樹脂板積層体を例えば横倒しにして、この横倒しにされた樹脂積層体の横方向からレーザ光を照射してもよい。
【００３２】
さらに樹脂板積層体に垂直方向にレーザ光を照射させたが、樹脂板間に配設するレーザ光吸収材の配置を制御することにより、樹脂板積層体にレーザ光を傾斜させて照射することも可能である。
【００３３】
［第二の実施の形態］
本実施の形態では、図２に示すように、樹脂板１、２間、樹脂板２、３間にレーザ光吸収材６を上下で重ならないように規則的な配置で部分的に配設したことが特徴である。即ち、樹脂積層体５を最上層の樹脂板１側から垂直方向に見た平面視で、樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６が見える態様で部分的に配設した。本実施の形態のその他の構成は、第一の実施の形態と同様である。
【００３４】
たとえば図３（ａ）に示すように、樹脂板１、２の間では、斜線部に相当する箇所に市松模様のパターンでレーザ光吸収材６を配設し、樹脂板２、３間では、その市松模様のパターンの位置をずらして、図３（ａ）の白抜きの部分に相当する箇所にレーザ光吸収材６を配設する。あるいは、図３（ｂ）に示すように、樹脂板１、２の間にレーザ光吸収材６を斜線部に相当する箇所に縦縞のパターンで配設し、樹脂板２、３間に、図３（ｂ）の白抜きの部分に相当する箇所に配設することでもよい。図３（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６は、白抜きの部分に相当する箇所を含むように広げてもよい。
【００３５】
本実施の形態でも、樹脂積層体５の最上層側から垂直方向にレーザ光１０を各吸収材６に照射することにより、一方向のレーザ光照射で樹脂板１と２、樹脂板２と３を接合することができ、第一の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、樹脂板１と２の接合部、樹脂板２と３の接合部が重なり合わないようにずれて形成されるので、接合された樹脂板積層体５にデフォーム等が発生しづらくなり、積層体５の品質不良をより一層防止できる効果もある。
【００３６】
［第三の実施の形態］
図４は、本発明の多層接合方法のさらに他の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態では、第２の実施の形態において、樹脂板２、３間にレーザ光吸収材６を部分的に配設する代わりに全面に配設したことが特徴である。本実施の形態のその他の構成は第二の実施の形態と基本的に同様である。
【００３７】
本実施の形態においても、樹脂板積層体５の最上層側から垂直方向にレーザ光１０を樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６、樹脂板２、３間のレーザ光吸収材６に照射することにより、一方向のレーザ光照射で樹脂板１と２、樹脂板２と３を接合することができる。
【００３８】
［第四の実施の形態］
図５は、本発明の多層接合方法のさらに他の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態では、第２の実施の形態において、樹脂板２、３間にレーザ光吸収材６を部分的に配設する代わりに、樹脂板３自体をレーザ光吸収性の熱可塑性樹脂材料で形成したことが特徴である。
【００３９】
このように樹脂板３をレーザ光吸収性とすると、樹脂板３が照射したレーザ光を吸収して発熱溶融するので、樹脂板３とこれに重ね合わされた樹脂板２とを接合することができる。本実施の形態のその他の構成は第二の実施の形態と基本的に同様である。
【００４０】
本実施の形態の樹脂板３を構成するレーザ光吸収性の熱可塑性樹脂材料としては、前述のポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、アセタール樹脂等のレーザ光透過性の熱可塑性樹脂に、前述のカーボンブラック、グラファイト、フェライト等のレーザ光吸収剤を配合したものが挙げられる。
【００４１】
本実施の形態によっても、樹脂板積層体５の最上層側から垂直方向にレーザ光１０を樹脂板１、２間のレーザ光吸収材６および樹脂板３に照射することにより、一方向のレーザ光照射で樹脂板１と２、樹脂板２と３を接合することができる。さらに樹脂板３として意匠的にも色つきのものを採用することができる。
【００４２】
［第五の実施の形態］
以上の第一〜第四の実施の形態では、いずれも、３枚の樹脂板を重ねて接合する場合を示したが、本発明はこれに限られず、４枚以上の樹脂板を重ねて接合することができる。たとえば、図６に示すように、複数枚の樹脂板１〜４をレーザ光透過性材料で構成し、該樹脂板１〜４を積層した樹脂板積層体５を最外層の樹脂板１側から見た平面視で、重ね合わされた樹脂板１、２の間、樹脂板２、３の間、樹脂板３、４の間にレーザ光吸収材６が見える態様で部分的に配設し、レーザ光１０を一方の最外層の樹脂板１側から各レーザ光吸収材６に照射すればよい。
【００４３】
また実施の形態では、いずれも、樹脂板、つまり平板状の樹脂部材を接合する場合を説明したが、本発明は、樹脂部材が湾曲部等の平板部以外の部分を持つものであっても、これを３つ以上の複数個重ね合わせて接合するものならば、同様に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の樹脂部材のレーザ多層接合方法によれば、樹脂板等の樹脂部材を３個以上積層した積層体の樹脂部材同士の間にレーザ光吸収材を部分的に配設することにより、積層体の一方の最外層側からの一方向のレーザ光を各吸収材に照射するので、一方向のレーザ光照射により、樹脂部材を互いに短時間で容易かつ確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂部材のレーザ多層接合方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す説明図である。
【図３】図２の方法で接合する樹脂板同士の間に配設するレーザ光吸収材の配置態様の諸例を示す模式図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】従来の樹脂部材のレーザ接合方法を示す説明図である。
【図８】従来の樹脂部材のレーザ接合方法の他の例を示す説明図である。
【図９】図７の方法で３枚以上の樹脂板を接合する場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１〜４ 樹脂板
５ 樹脂板積層体
６ レーザ光吸収材
８ レンズ
１０ レーザ光

Claims (4)

  1. ３つ以上の複数個の樹脂部材を積層して、重なり合う樹脂部材同士をレーザ光照射により接合するレーザ多層接合方法において、
    各樹脂部材をレーザ光透過性材料で構成し、
    かつ樹脂部材積層体の少なくとも最外層の一方の樹脂部材と重ね合わされる樹脂部材を、該一方の樹脂部材に比べて融点が低い材料で構成し、
    重なり合う樹脂部材同士の間にレーザ光吸収材を、樹脂部材積層体の一方の最外層側からの一方向のレーザ光により照射されるように部分的に配設し、
    そして樹脂部材積層体の一方の最外層側からレーザ光を各レーザ光吸収材に照射することを特徴とする樹脂部材のレーザ多層接合方法。
  2. 各樹脂部材間のレーザ光吸収材をレーザ光照射方向から見て重ならないように配設したことを特徴とする請求項１記載の樹脂部材のレーザ多層接合方法。
  3. 請求項１または２の樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材とこれに重なる樹脂部材との間にレーザ光吸収材を部分的に配設する代わりに、全面に配設することを特徴とする樹脂部材のレーザ多層接合方法。
  4. 請求項１または２の樹脂部材積層体の他方の最外層の樹脂部材とこれに重なる樹脂部材との間にレーザ光吸収材を部分的に配設する代わりに、該他方の最外層の樹脂部材をレーザ光吸収材料で構成したことを特徴とする樹脂部材のレーザ多層接合方法。
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