JP4089440B2 - レーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法 - Google Patents

レーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気かみそり用リニアオシレータなどにおいて、熱可塑性樹脂の接合にレーザーを用いることが行われている。図５はレーザーによる熱可塑性樹脂の接合の工法の一例を示すものであり、レーザー光Ｌに対して透過特性を有する熱可塑性樹脂１と、レーザー光Ｌに対して吸収特性を有する熱可塑性樹脂２を重ね合わせ、透過特性を有する熱可塑性樹脂１の側からこの熱可塑性樹脂１を透過させてレーザー光Ｌを照射し、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２の重ね合わせ側の界面を加熱して溶融させることによって、両熱可塑性樹脂１，２を溶着させるようにしたものである。
【０００３】
そしてこのとき、両熱可塑性樹脂１，２の重ね合わせ面を密接させるために、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２の下面を接圧治具４で押さえると共に透過特性を有する熱可塑性樹脂１の上面を接圧治具３で押さえることによって、両熱可塑性樹脂１，２を接圧密着させ、この状態で、透過特性を有する熱可塑性樹脂１を押さえる接圧治具３の側からレーザー光Ｌを照射して、両熱可塑性樹脂１，２を溶着させることが行なわれている（特許文献１等参照）。
【０００４】
この接圧治具３，４（特に透過特性を有する熱可塑性樹脂１を押さえる接圧治具３）としては、レーザー光Ｌの透過特性を有するガラス板やポリカーボネート板が用いられるものであり、接圧治具３を透過させてレーザー光Ｌの照射を行なうことができるようにしてある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２-１４２０９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、透過特性を有する熱可塑性樹脂１を押さえる接圧治具３に傷や汚れ、さらに材質劣化などがあると、接圧治具３を透して照射されるレーザー光Ｌが乱反射したり、吸収されて減衰するおそれがあり、両熱可塑性樹脂１，２の界面に対するレーザー光Ｌによる加熱が不安定になって、安定した高い強度で溶着を行なうことが難しいという問題を有するものであった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した高い強度で溶着を行なうことができるレーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るレーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法は、レーザー光Ｌに対して透過特性を有する熱可塑性樹脂１と吸収特性を有する熱可塑性樹脂２を重ね合わせると共に、各熱可塑性樹脂１，２のそれぞれの重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具３，４で押さえて両熱可塑性樹脂１，２を接圧密着させ、透過特性を有する熱可塑性樹脂１の側からこの熱可塑性樹脂１を透過させてレーザー光Ｌを照射して、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２の重ね合わせ界面を発熱させることによって、両熱可塑性樹脂１，２を溶着するにあたって、透過特性を有する熱可塑性樹脂１として、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２の側の面が凸面１２となるように反った形状のものを用いると共に、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２として、透過特性を有する熱可塑性樹脂１の側の面を平坦面に形成したものを用い、透過特性を有する熱可塑性樹脂１を押さえる側の接圧治具３としてレーザー光Ｌの照射箇所において開口５を設けたものを用い、溶着部の周囲を接圧治具３で接圧させながら接圧治具３の開口５を通してレーザー光Ｌの照射を行なうことを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、吸収特性を有する熱可塑性樹脂２として、透過特性を有する熱可塑性樹脂１の側の面を凸面１４に形成したものを用いると共に、透過特性を有する熱可塑性樹脂１として、平板状に形成したものを用いることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明において、レーザー光Ｌに対して透過特性を有する熱可塑性樹脂１（以下、透過樹脂１という）や、レーザー光Ｌに対して吸収特性を有する熱可塑性樹脂２（以下、吸収樹脂２という）としては、特に限定されることなく任意のものを用いることができるが、例えば、透過樹脂１としてポリエチレンやポリカーボネートなどの透明樹脂板を、吸収樹脂２としてこの透明樹脂にカーボンブラックなどの着色剤を配合した着色樹脂板を使用することができる。
【００１５】
また本発明において接圧治具３，４としては、特にレーザー光Ｌを透過させる特性を有する必要がなく、任意の材料で形成したものを用いることができるが、強度が高くレーザー光Ｌの乱反射を防止できる陶器等のセラミックで平板状に形成したものを用いるのが好ましい。そして一対の接圧治具３，４のうち、透過樹脂１を押さえる接圧治具３には、両樹脂１，２を溶着して接合させる部分に図１（ｂ）のようにスポット的に開口５が形成してある。吸収樹脂２を押さえる接圧治具４には開口５を設ける必要はない。
【００１６】
図１（ａ）は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、透過樹脂１と吸収樹脂２を重ね合わせ、透過樹脂１の重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具３で押さえると共に吸収樹脂２の重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具４で押さえることによって、両樹脂１，２を接圧密着させる。そして、透過樹脂１の側にレーザー光Ｌを照射する。このとき、レーザー光Ｌは接圧治具３の開口５の部分に照射されるものであり、レーザー光Ｌは接圧治具３のこの開口５を通して透過樹脂１に照射され、透過樹脂１を透過した後に吸収樹脂２の重ね合わせ側の表面に照射される。このように吸収樹脂２の重ね合わせ側の表面にレーザー光Ｌが照射されて吸収されると、この部分の吸収樹脂２が発熱して、両樹脂１，２の界面が加熱され、両樹脂１，２の界面を溶着して接合することができるものである。
【００１７】
このようにレーザー光Ｌを照射して両樹脂１，２の重ね合わせ面を溶着して接合するにあたって、溶着箇所の周囲を接圧治具３，４で押さえて重ね合わせ面を密着させているために、両樹脂１，２を隙間なく強固に接合することができるものである。しかも、レーザー光Ｌは接圧治具３の開口５を通して照射しているために、接圧治具３を透過させて照射する場合のような、接圧治具３の傷や汚れ、材質劣化などでレーザー光Ｌが乱反射したり吸収されたりして減衰することがなくなり、両樹脂１，２の界面に対するレーザー光Ｌによる加熱を安定化することができ、安定した高い強度で溶着を行なうことができるものである。また、接圧治具３としてレーザー光Ｌを透過させないものを用い、接合部のみに開口５を設けたものを用いることによって、接圧治具３のマスキング効果で開口５以外の箇所にはレーザー光Ｌが照射されないようすることができ、レーザー光Ｌのスポット径以下の微小な面積で接合を行なうことが可能になるものである。
【００１８】
ここで、上記のように開口５を形成した接圧治具３を用い、透過樹脂１と吸収樹脂２を一対の接圧治具３，４間に挟み込んで押さえることによって、両樹脂１，２を接圧させる場合、透過樹脂１は接圧治具３の開口５の部分では押さえられず、開口５の周囲の部分で押さえられる。従って、透過樹脂１として板状のものを用いる場合には図４に示すように、透明樹脂１の開口５に対応する部分は接圧治具３の側へ凸に撓み変形して吸収樹脂２に接合される面が凹に変形し、この結果、接圧治具３の開口５の部分において透過樹脂１と吸収樹脂２の界面に隙間１０が生じるおそれがある。このように透過樹脂１と吸収樹脂２の界面に隙間１０があると、高い強度で両樹脂１，２を接合することができない。
【００１９】
そこでこの場合には、開口５を有する接圧治具３による接圧によって透過樹脂１に生じる撓み変形の形状に合わせて、両樹脂１，２のうち少なくとも一方の樹脂１，２の接圧治具３による接圧前の形状を設定することによって、両樹脂１，２が接圧時に密接するようにし、高い接合強度で両樹脂１，２を接合できるようにするのがよい。
【００２０】
図２は透過樹脂１と吸収樹脂２のうち、透過樹脂１の接圧前の形状を設定することによって、両樹脂１，２が接圧時に密接するようにした実施の形態を示すものである。すなわち図２の実施の形態では、透過樹脂１を接圧治具３側の面が凹面１１、吸収樹脂２に重ね合わせられる側の面が凸面１２となるように、接圧治具３の側に反った板状に形成してあり、吸収樹脂２の重ね合わされる側の面は平坦面に形成してある。従って図２（ａ）のように接圧治具３で透過樹脂１を押さえて接圧する前は、両樹脂１，２の界面には隙間１３が生じている。そして透過樹脂１と吸収樹脂２を一対の接圧治具３，４で接圧すると、図２（ｂ）のように接圧治具３の側に反った透過樹脂１は接圧治具３の開口５の周囲の面で押され、反りが矯正されるように平板状に変形し、透過樹脂１の重ね合わせ面が吸収樹脂２の表面と同形状になって、吸収樹脂２に透過樹脂１を隙間なく密接させることができるものである。
【００２１】
図３は透過樹脂１と吸収樹脂２のうち、吸収樹脂２の接圧前の形状を設定することによって、両樹脂１，２が接圧時に密接するようにした実施の形態を示すものである。すなわち図３の実施の形態では、吸収樹脂２の透過樹脂１に重ね合わせられる側の面を球面状の凸面１４に形成し、透過樹脂１を平板状に形成してある。従って図３（ａ）のように接圧治具３で透過樹脂１を押さえて接圧する前は、両樹脂１，２の界面には隙間１５が生じている。そして透過樹脂１と吸収樹脂２を一対の接圧治具３，４で接圧すると、図３（ｂ）のように透過樹脂１は接圧治具３の開口５の周囲の表面で押され、透過樹脂１の開口５に対応する部分は接圧治具３の開口５内に凸に撓み変形して吸収樹脂２に接合される面が凹に変形するが、この凹変形によって透過樹脂１を吸収樹脂２の凸面１４に密接させることができるものである。
【００２２】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係るレーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法は、レーザー光に対して透過特性を有する熱可塑性樹脂と吸収特性を有する熱可塑性樹脂を重ね合わせると共に、各熱可塑性樹脂のそれぞれの重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具で押さえて両熱可塑性樹脂を接圧密着させ、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側からこの熱可塑性樹脂を透過させてレーザー光を照射して、吸収特性を有する熱可塑性樹脂の重ね合わせ界面を発熱させることによって、両熱可塑性樹脂を溶着するにあたって、透過特性を有する熱可塑性樹脂を押さえる側の接圧治具にレーザー光の照射箇所において開口を設け、溶着部の周囲を接圧治具で接圧させながら接圧治具の開口を通してレーザー光の照射を行なうようにしたので、接圧治具にレーザー光を透過させて照射する場合のようにレーザー光が減衰されることがなくなり、両熱可塑性樹脂の界面に対するレーザー光による加熱を安定して行なうことができ、安定した高い強度で溶着を行なうことができるものである。
【００２３】
また透過特性を有する熱可塑性樹脂として、吸収特性を有する熱可塑性樹脂の側の面が凸面となるように反った形状のものを用いると共に、吸収特性を有する熱可塑性樹脂として、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側の面を平坦面に形成したものを用いるようにしたので、両熱可塑性樹脂を密接させた状態でレーザー光の照射を行なうことができ、高い接合強度で接合することができるものである。
【００２４】
また請求項２の発明は、吸収特性を有する熱可塑性樹脂として、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側の面を凸面に形成したものを用いると共に、透過特性を有する熱可塑性樹脂として、平板状に形成したものを用い、透過特性を有する熱可塑性樹脂を押さえる側の接圧治具としてレーザー光の照射箇所において開口を設けたものを用いるようにしたので、両熱可塑性樹脂を密接させた状態でレーザー光の照射を行なうことができ、高い接合強度で接合することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は接圧治具の平面図である。
【図２】 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図４】 開口を有する接圧治具で接圧を行なう際の問題点を示す断面図である。
【図５】 従来例の断面図である。
【符号の説明】
１ 熱可塑性樹脂
２ 熱可塑性樹脂
３ 接圧治具
４ 接圧治具
５ 開口
１２ 凸面
１４ 凸面

Claims (2)

  1. レーザー光に対して透過特性を有する熱可塑性樹脂と吸収特性を有する熱可塑性樹脂を重ね合わせると共に、各熱可塑性樹脂のそれぞれの重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具で押さえて両熱可塑性樹脂を接圧密着させ、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側からこの熱可塑性樹脂を透過させてレーザー光を照射して、吸収特性を有する熱可塑性樹脂の重ね合わせ界面を発熱させることによって、両熱可塑性樹脂を溶着するにあたって、透過特性を有する熱可塑性樹脂として、吸収特性を有する熱可塑性樹脂の側の面が凸面となるように反った形状のものを用いると共に、吸収特性を有する熱可塑性樹脂として、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側の面を平坦面に形成したものを用い、透過特性を有する熱可塑性樹脂を押さえる側の接圧治具としてレーザー光の照射箇所において開口を設けたものを用い、溶着部の周囲を接圧治具で接圧させながら接圧治具の開口を通してレーザー光の照射を行なうことを特徴とするレーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法。
  2. レーザー光に対して透過特性を有する熱可塑性樹脂と吸収特性を有する熱可塑性樹脂を重ね合わせると共に、各熱可塑性樹脂のそれぞれの重ね合わせ側と反対側の面を接圧治具で押さえて両熱可塑性樹脂を接圧密着させ、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側からこの熱可塑性樹脂を透過させてレーザー光を照射して、吸収特性を有する熱可塑性樹脂の重ね合わせ界面を発熱させることによって、両熱可塑性樹脂を溶着するにあたって、吸収特性を有する熱可塑性樹脂として、透過特性を有する熱可塑性樹脂の側の面を凸面に形成したものを用いると共に、透過特性を有する熱可塑性樹脂として、平板状に形成したものを用い、透過特性を有する熱可塑性樹脂を押さえる側の接圧治具としてレーザー光の照射箇所において開口を設けたものを用い、溶着部の周囲を接圧治具で接圧させながら接圧治具の開口を通してレーザー光の照射を行なうことを特徴とするレーザーによる熱可塑性樹脂の接合方法。
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