JP4277500B2 - レーザー溶着方法およびレーザー溶着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶着方法およびこのレーザー溶着方法を用いてレーザー溶着を行うレーザー溶着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、自動車部品等、各種分野の部品を樹脂化して樹脂成形品とすることが頻繁に行われている。そして、樹脂成形品は、高生産性化等の観点から、樹脂成形品を予め複数の樹脂成形体に分割して成形し、これらの樹脂部材を互いに接合して製造する手段が採られることが多くなっている。
【０００３】
樹脂成形体同士を接合する方法のひとつとして、レーザー溶着がある。レーザー溶着は、樹脂成形体にレーザー光を照射して、照射されたレーザー光のエネルギーにより樹脂成形体を溶着する接合方法である。
【０００４】
通常のレーザー溶着は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂よりなる樹脂成形体（透過樹脂材）と、レーザー光に対して吸収性のない樹脂よりなる樹脂成形体（非透過樹脂材）との溶着に用いられている。
【０００５】
従来のレーザ溶着は、透過樹脂材と非透過樹脂材とを当接させた状態で、この当接面に透過樹脂材側からレーザー光を当接界面に照射して行われている。従来のレーザ溶着においては、透過樹脂材内を透過したレーザー光が非透過樹脂材の当接面に到達して吸収され、この当接面に吸収されたレーザー光がエネルギーとして蓄積される。その結果、非透過樹脂材の当接面が加熱溶融されるとともに、この非透過樹脂材の当接面からの熱伝達により透過樹脂材の当接面が加熱溶融される。この状態で、透過樹脂材及び非透過樹脂材の当接面同士を圧着させることで、両者が一体的に接合される。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、溶着される二つの樹脂成形体がともにレーザー光に対して吸収性を有する樹脂よりなる場合には、両者が当接した状態で当接面にレーザー光を照射することが困難であった。すなわち、二つの樹脂成形体が当接していることから、二つの樹脂成形体の当接界面に向かって照射されたレーザー光は、樹脂成形体自身により遮断される。この結果、樹脂成形体の接合が困難となっていた。
【０００７】
また、樹脂成形体が溶着されて製造される樹脂成形品が車両用の樹脂タンクのように体格が大きな製品の場合には、製品の寸法精度が低下するという問題があった。詳しくは、樹脂成形品の製造においては、溶着加工の加工量ができる限り小さくなるように樹脂成形体の形状が設計されている。すなわち、樹脂成形体自体の体格が大きくなっている。そして、体格の大きな樹脂成形体は、その形状によっては十分な剛性が確保できないため、自身の重量に起因するそり、うねりあるいはねじれという変形が生じやすくなっている。この樹脂成形体の変形が、溶着精度を低下させる。
【０００８】
さらに、上述の車両用燃料タンクにおいては、溶着後の溶着部において十分な強度を得ることが難しいという問題があった。すなわち、樹脂成形体を溶着して製造された車両用燃料タンクは、樹脂成形体の溶着部が図５に示されたように盛り上がっていた。盛り上がりを有するこの溶着部は、樹脂成形体の厚さ方向（図中Ｃ方向）に応力が加えられたときに、樹脂成形体の厚みが変化する部分に応力が集中する。そして、応力の集中は、燃料タンクの破損を生じさせる。車両用燃料タンクにおいて破損が生じることは、燃料タンク中の燃料の漏洩を招き、安全性に問題を生じさせる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−８６５６７
【００１０】
【発明を解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなる樹脂成形体をレーザー溶着する溶着方法であり、溶着後の溶着部における強度の低下を抑えることができるレーザー溶着方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者らはレーザー溶着方法について検討を重ねた結果、樹脂成形体の溶着端部をテーパ状に形成し、溶着端部が小間隔を隔てた状態でレーザー光を照射するとともに、レーザー光の光線中に溶着樹脂を供給しするレーザー溶着方法とすることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなりレーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各溶着端部の対向部にレーザー光を照射して各溶着端部を溶着するレーザー溶着方法であって、各溶着端部は、レーザー光の光線源に対向した表面がレーザー光に対して傾斜した断面が略くさび形状を有し、各樹脂成形体が溶着端部の近傍に各樹脂成形体の表面から突出したフランジ部を有し、各フランジ部のそれぞれを一対のジグで挟持した状態であり、かつレーザー光の光線中でありかつ溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態で該レーザー光が照射されることを特徴とする。
【００１３】
本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光に対して吸収性を持つ二つの樹脂成形体を、溶着後の溶着部において強度の低下を生じさせることなく溶着できる。
【００１４】
また、本発明のレーザー溶着装置は、上記レーザー溶着方法を用いてレーザー溶着するレーザー溶着装置である。
【００１５】
すなわち、本発明のレーザー溶着装置は、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなりレーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各溶着端部の対向部にレーザー光を照射して各溶着端部を溶着するレーザー溶着方法であって、各溶着端部が、レーザー光の光線源に対向した表面がレーザー光に対して傾斜した略くさび形状を有し、各樹脂成形体が溶着端部の近傍に各樹脂成形体の表面から突出したフランジ部を有し、レーザー光の光線中でありかつ溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態でレーザー光が照射されるレーザー溶着を行うレーザー溶着装置であって、各樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で、各フランジ部のそれぞれを挟持する一対のジグを有する保持手段と、各溶着端部の対向部に照射されるレーザー光を発生するレーザー源と、レーザー光の光線中でありかつ各溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性を持つ樹脂よりなる溶着樹脂を供給する溶着樹脂供給手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のレーザー溶着装置は、レーザー光に対して吸収性を持つ二つの樹脂成形体を、溶着後の溶着部において強度の低下を生じさせることなく溶着できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（レーザー溶着方法）
本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなりレーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各溶着端部の対向部にレーザー光を照射して各溶着端部を溶着するレーザー溶着方法である。
【００１８】
本発明のレーザー溶着方法は、二つの樹脂成形体の溶着端部同士を溶着する。
【００１９】
本発明のレーザー溶着方法において、レーザー光が照射されるときに溶着される二つの樹脂成形体が溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持されることで、溶着時に樹脂成形体同士が圧接されなくなる。このため、溶融した溶着端部同士が圧接されることによる、溶融端部の変形が抑えられている。この結果、溶融端部の変形により生じる接合界面において溶融した溶着端部が盛り上がりの発生が抑えられる。一対の溶着端部が保持されるときの小間隔とは、溶着条件等により異なるため、一概に決定できるものではない。
【００２０】
本発明のレーザー溶着方法は、各溶着端部は、レーザー光の光線源に対向した表面がレーザー光に対して傾斜した断面が略くさび形状を有する。
【００２１】
溶着端部が略くさび状の断面を有することで、溶着端部がレーザー光により均一に加熱溶融される。すなわち、溶着端部が略均一な厚さであると、レーザー光が照射される表面と裏面との間に加熱ムラが生じ、均一に溶融しなくなり、溶着不良を招くこととなる。具体的には、略均一な厚さの溶着端部においては、表面に照射されたレーザー光は表面部近傍で吸収され、表面部を溶融させる。そして、溶融した表面部の熱が厚さ方向に伝導して裏面近傍を溶融させ、溶着端部が溶融している。すなわち、裏面を十分に溶融させるためには、表面に高いエネルギーを付与する必要があるが、加熱時間が長くなると、溶融した樹脂が流れる、樹脂が分解を生じるといった問題を生じるようになる。
【００２２】
本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光の光線中でありかつ溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態でレーザー光が照射される。溶着樹脂がレーザー光の光線中に配された状態でレーザー溶着が行われることで、レーザー光により溶着樹脂が溶融し、溶融液が溶着端部の対向部に供給されるようになる。対向部に供給された溶着樹脂の溶融液が溶着端部の小間隔を埋め、二つの樹脂成形体を溶着する。
【００２３】
本発明のレーザー溶着方法は、加熱源としてレーザー光を用いる溶着方法である。詳しくは、レーザー光が樹脂成形体の溶着端部に照射される。照射されたレーザー光は、溶着端部に吸収され、エネルギーとして蓄積される。そして、蓄積したエネルギーにより、溶着端部が溶融する。このとき、溶着端部が略くさび状に形成されていることから、溶着端部は均一に溶融する。なお、溶着端部が溶融した状態では、対向した溶着端部同士は溶着していない。
【００２４】
そして、レーザー光の光線中に溶着樹脂が配される。光線中に配された溶着樹脂は、溶着端部と同様に、レーザー光を吸収して溶融する。溶融した溶着樹脂の溶融液は、溶融した溶着端部の対向部に供給される。
【００２５】
そして、溶着端部と溶着樹脂の溶融液が混合する。このとき、溶融液は、溶着端部の裏面側には浸出しない。そして、この状態で、凝固されて、二つの樹脂成形体が溶着端部同士で溶着する。こうして得られた接合部では、接合面同士が溶融されて接合されており、接合面同士の間では両成形部材を構成する両樹脂が溶融して互いに入り込み絡まった状態が形成されているため、強固な接合状態を構成して高い接合強度及び耐圧強度を有している。
【００２６】
本発明のレーザー溶着方法において対向した溶着端部に照射されるレーザー光は、溶着端部の対向部にそって走査されることが好ましい。すなわち、レーザー光が走査されることで、連続的に対向部を溶着することができる。
【００２７】
溶着樹脂は、透過樹脂材および非透過樹脂材の表面から小間隔を隔てた位置でレーザー光の光線中に配されることが好ましい。溶着樹脂が樹脂材の表面から小間隔を隔てた位置のレーザー光の光線中に配されることで、当接端部に照射されるレーザー光のロスを抑えることができる。
【００２８】
詳しくは、レーザー光の光線中に溶着樹脂を配すると、この溶着樹脂に照射されたレーザー光は溶着樹脂に吸収される。このとき、溶着樹脂に照射されないレーザー光は、そのまま、樹脂材の当接端部に照射される。そして、当接端部に照射されたレーザー光には、溶着樹脂に対応する影が生じるようになる。当接端部のこの影に対応した部位には、照射されたレーザー光のエネルギーが供給されない。そして、本発明において溶着樹脂が透過樹脂材および非透過樹脂材の表面から小間隔を隔てた位置でレーザー光の光線中に配されることで、この影となる部分の増加を抑えることができる。具体的には、溶着時にレーザー光の光線中に配される溶着樹脂を制御することで、当接端部に供給される溶着樹脂の溶融液量を調節でき、所望の溶融液量が供給された段階で、溶着樹脂をレーザー光の光線からはずして、溶着に十分なレーザー光の照射を行うことができる。
【００２９】
なお、溶着樹脂が配される透過樹脂材および非透過樹脂材の表面から小間隔を隔てた位置とは、レーザー光により溶融した溶着樹脂が溶融した状態で当接端部に供給される位置を示す。好ましくは、レーザー光が照射された当接端部の鉛直上方である。
【００３０】
溶着樹脂は、当接端部に当接した状態であらかじめ配されたことが好ましい。すなわち、あらかじめ溶着樹脂が当接端部に配されたことで、溶着樹脂の溶融液の熱のロスが生じないだけでなく、溶融液の移動（流動）時に大気中等の不純物が混入することが抑えられる。さらに、溶着樹脂を当接端部に当接した状態でレーザー光を照射するため、焦点位置が近いレーザー光を照射でき、エネルギーの損失を抑えることができる。
【００３１】
溶着樹脂は、線状を有することが好ましい。溶着樹脂が線状を有することで、簡単にレーザー光の光線中に溶着樹脂を配することができる。さらに、線状を有することで、溶着樹脂のレーザー光の照射量（溶着樹脂の溶融量）を制御できるようになる。詳しくは、レーザー光により溶融した溶着樹脂の溶融液が当接端部に十分に供給されたときには、溶着樹脂を光線中から取り出すことで溶融液量を制御できる。線状の溶着樹脂は、その太さがレーザー光の光線より細いことが好ましい。
【００３２】
溶着樹脂は、粉末状を有することが好ましい。粉末状の溶着樹脂は、溶着樹脂を溶融させるための加熱時間を短縮できる。すなわち、溶着樹脂を溶融させるための時間が短縮することは、すぐに樹脂材の溶融が行われることを示す。すなわち、樹脂材の加熱ムラが生じにくくなる。さらに、溶着樹脂が厚みを有する固体よりなると、レーザー光が照射されても裏面側にレーザー光のエネルギーが到達するまでにタイムラグが生じ、レーザー光があたる表面側は裏面側より高温になる。すなわち、温度差が生じ、温度差が大きくなりすぎると溶着樹脂の材質によっては熱による分解が生じる。また、溶着樹脂は、粉末状を有していればよく、溶着樹脂粉末の形態だけでなく、溶着樹脂粉末が所望の分散媒に分散してなるペーストの形態であってもよい。
【００３３】
本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなる二つの樹脂成形体を溶着する。レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂は、レーザ光を透過させずに吸収しうるものであれば特に限定されない。たとえば、ナイロン６（ＰＡ６）やナイロン６６（ＰＡ６６）等のポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂に、カーボンブラック、染料や顔料等の所定の着色材を混入したものをあげることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。また、二つの樹脂成形体を構成する樹脂の種類は、互いにレーザー光に対して吸収性をもつ樹脂であれば、同種の樹脂であっても、異種の樹脂であってもどちらでもよいが、同種の樹脂であることがより好ましい。レーザー光を照射されて溶融したときに相溶性が高くなり、溶着部に強度の低下を招く界面が生じなくなるためである。
【００３４】
レーザー光の種類としては、レーザー光を透過させる透過樹脂材の吸収スペクトルや板厚（透過長）等との関係で、透過樹脂材内での透過率が所定値以上となるような波長を有するものが適宜選定される。例えば、ガラス：ネオジム³⁺レーザー、ＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ₂レーザー、Ｎ₂レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、ＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザー（レーザー光の波長：１０６０ｎｍ）や半導体レーザー（レーザー光の波長：５００〜１０００ｎｍ）をあげることができる。
【００３５】
レーザー光の波長は、接合される樹脂材料により異なるため一概に決定できないが、１０６０ｎｍ以下であることが好ましい。波長が１０６０ｎｍを超えると、接合面を互いに溶融させることが困難となる。
【００３６】
また、レーザー光の出力は、５０〜９００Ｗであることが好ましい。レーザー光の出力が５０Ｗ未満では、出力が低く樹脂材料の接合面を互いに溶融させることが困難となり、９００Ｗを超えると、出力が過剰となり樹脂材料が蒸発したり、変質するという問題が生じるようになる。
【００３７】
本発明のレーザー溶着方法は、樹脂製燃料タンクの製造に用いられることが好ましい。すなわち、溶着部の強度低下を生じさせることなく溶着を行うことができるため、十分な強度が要求される樹脂製燃料タンクの製造に用いることができる。
【００３８】
樹脂製燃料タンクの製造は、樹脂よりなる樹脂成形体を成形する工程と、成形された樹脂成形体を本発明のレーザー溶着方法を用いてレーザー溶着する工程と、を有する製造方法を用いることができる。
【００３９】
本発明のレーザー溶着方法は、溶着後の樹脂部材において溶着部における強度の低下の発生を抑えることができる。
【００４０】
（レーザー溶着装置）
本発明のレーザー溶着装置は、レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなりレーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各溶着端部の対向部にレーザー光を照射して各溶着端部を溶着するレーザー溶着方法であって、各溶着端部が、レーザー光の光線源に対向した表面がレーザー光に対して傾斜した略くさび形状を有し、レーザー光の光線中でありかつ溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態でレーザー光が照射されるレーザー溶着を行うレーザー溶着装置である。すなわち、本発明のレーザー溶着装置は、溶着後の溶着部における強度の低下を抑えることができる。
【００４１】
本発明のレーザー溶着装置は、保持手段と、レーザー源と、溶着樹脂供給手段と、を有する。
【００４２】
保持手段は、各樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持する装置である。保持手段が各樹脂成形体を各溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持することで、溶着部の裏面側に盛り上がりが生じることが抑えられる。
【００４３】
レーザー源は、各溶着端部の対向部に照射されるレーザー光を発生する装置である。レーザー源を有することで、溶着端部および溶着樹脂を溶融できる。
【００４４】
溶着樹脂供給手段は、レーザー光の光線中でありかつ各溶着端部の対向部にレーザー光に対して吸収性を持つ樹脂よりなる溶着樹脂を供給する装置である。溶着樹脂供給手段によりレーザー光中に溶着樹脂が供給されることで、所定量の溶着樹脂を溶着端部の対向部に供給することができる。
【００４５】
また、溶着樹脂供給手段を有することで、溶着端部の対向部に連続的に溶着樹脂を供給できるようになり、本発明のレーザー溶着装置は、連続的にレーザー溶着を行うことができる。
【００４６】
本発明のレーザー溶着装置において、保持手段、レーザー源および溶着樹脂供給手段は、一体に形成されたことが好ましい。これらの装置が一体に形成されることで、溶着精度が向上する。
【００４７】
各樹脂成形体が溶着端部の近傍に各樹脂成形体の表面から突出したフランジ部を有し、保持手段が各フランジ部のそれぞれを挟持する一対のジグを有することが好ましい。すなわち、樹脂成形体がフランジ部を有し、このフランジ部が一対のジグにより挟持されることで、二つの樹脂成形体を溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持できる。さらに、フランジ部が溶着端部の近傍に形成されることで、溶着端部のずれの発生を抑えることができる。フランジ部は、樹脂成形体を成形するときに同時に成形することで形成できる。
【００４８】
フランジ部の断面形状は特に限定されるものではない。すなわち、フランジ部の断面形状は、保持手段によりフランジ部が挟持されたときに溶着端部の位置にずれが生じないように形成されていればよい。
【００４９】
保持手段は、一方の樹脂成形体のフランジ部を挟持するアッパージグとミドルジグと、他方の樹脂成形体のフランジ部を挟持するミドルジグとロアージグと、を有することが好ましい。すなわち、一対のフランジ部を挟持する一対のジグがミドルジグを共用することができる。ミドルジグを共用することで、ジグ同士のずれを抑えることができ、樹脂成形体のずれを抑えることができる。また、一対のジグがミドルジグを共用することで、樹脂成形体を保持する構造を簡略化でき、溶着装置のメンテナンス性が向上する。
【００５０】
フランジ部の両面に溝条が形成され、各ジグが溝条に嵌合して溝条ののびる方向に走行するローラーを有することが好ましい。ここで、ローラーとは、溝条に嵌合して溝条にそって走行可能な部材であればその形態については、限定されない。すなわち、ジグがローラーを有することで、保持手段をフランジ部にそって走行させることができる。
【００５１】
ローラーは、溝条に嵌合した状態で回転可能なベアリングよりなることが好ましい。ローラーがベアリングよりなることで、保持手段がフランジ部の溝条にそって走行可能となる。
【００５２】
ローラーが溝条に対して垂直な方向を回転軸として回転する外周に径方向外方に突出した歯部を有する回転体であり、溝条の底面には歯部が係合する嵌合溝が形成されたことが好ましい。ローラーが歯部を有し、かつ係合溝が形成されることで、保持手段の走行時にローラーが空転しなくなり、溶着不良が生じなくなる。回転体は、径方向外方に突出した歯部を有するものであれば特に限定されるものではなく、たとえば、様々な形状の歯車をあげることができる。
【００５３】
回転体が複数用いられるときに、各回転体の回転を同期させる同期手段を有することが好ましい。同期手段を有することで、各回転体の回転速度を一定とすることができ、溶着不良が生じなくなる。ここで、同期手段は、各回転体の回転を同期させることができるものであれば特に限定されるものではなく、たとえば、各回転体の回転軸に係合したチェーンや、ギアをあげることができる。
【００５４】
アッパージグおよびロアージグとに回転体が用いられることが好ましい。アッパージグおよびロアージグに回転体が用いられることで、二つの樹脂成形体を保持した状態での保持手段の移動速度が一定となる。さらに、アッパージグおよびロアージグに回転体が用いられることで、保持精度が向上し、溶着精度が向上する。
【００５５】
本発明のレーザー溶着装置は、レーザー光に対して吸収性を持つ二つの樹脂成形体を、溶着後の溶着部において強度の低下を生じさせることなく溶着できる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００５７】
（実施例）
本発明の実施例として、レーザー溶着装置を製作し、このレーザー溶着装置を用いてレーザー溶着を行った。
【００５８】
（レーザー溶着装置）
実施例のレーザー溶着装置は、アッパージグ１１、ミドルジグ１２およびロアージグ１３よりなる保持具１と、レーザーヘッド２と、樹脂粉末供給装置３と、を有する。実施例のレーザー溶着装置を図１および図２に示した。なお、図２は図１中のＡ−Ａ面における断面である。
【００５９】
保持具１は、実施例のレーザー溶着装置により溶着される一対の樹脂成形体５、５を保持する。
【００６０】
アッパージグ１１およびロアージグ１３は、半円形状の略板状を有し、一方の表面にアッパーボールベアリング１１０、ロアーボールベアリング１３０が回転可能な状態ではめ込まれている。
【００６１】
ミドルジグ１２は、アッパージグ１１とロアージグ１３との間に挟まれる略板状を有し、先端部の断面形状が略Ｗ字状に形成されている。そして、ミドルジグ１２の略Ｗ字状の先端部の外周面の対向しない外周側の二つの表面１２ａ、１２ａには、ミドルボールベアリング１２０、１２０が回転可能な状態ではめ込まれている。
【００６２】
このとき、アッパーボールベアリング１１０、ミドルボールベアリング１２０、１２０、ロアーボールベアリング１３０は、積層した厚さ方向の直線上に並ぶ位置にもうけられている。
【００６３】
アッパージグ１１、ミドルジグ１２およびロアージグ１３は、各ジグが所定の状態で積層した状態で、厚さ方向に各ジグの積層体を押圧する押圧具１５により固定できる。
【００６４】
レーザーヘッド２は、保持具１により保持された一対の樹脂成形体５、５の溶着端部５１、５１の対向部にレーザー光を照射する装置である。レーザーヘッド２は、レーザー光の焦点位置を調節できる。本実施例のレーザー溶着装置においてレーザーヘッド２は、保持具１とともに移動可能に配置されている。
【００６５】
本実施例のレーザー溶着装置においてレーザーヘッドから照射されるレーザー光は、波長が１．０６μｍのＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザー光であり、レーザー光の出力は２００〜４００Ｗであった。
【００６６】
樹脂粉末供給装置３は、粉末状の溶着樹脂をレーザー光線中に供給する装置であり、レーザーヘッド２に一体にもうけられている。樹脂粉末供給装置３により供給される溶着樹脂粉末は、レーザーエネルギー吸収用着色剤としてのカーボンブラックを所定量添加したＰＰＳにより形成された平均粒径が１０μｍの粉末である。ここで、溶着樹脂は、レーザー光に対して吸収率が５０％以上の樹脂の粉末である。
【００６７】
（レーザー溶着）
実施例のレーザー溶着として、樹脂製燃料タンクの製造を行った。
【００６８】
まず、溶着されたときに樹脂製燃料タンクを形成可能な二つの樹脂成形体５、５をブロー成形により成形した。そして、樹脂成形体５、５は、レーザーエネルギー吸収用着色剤としてのカーボンブラックを所定量添加したＰＰＳにより形成した。ここで、樹脂成形体５、５は、レーザー光に対して吸収率が５０％以上とされている。
【００６９】
樹脂成形体を形成する樹脂のレーザー光に対する吸収率は、厚さ３ｍｍの板状に形成された樹脂の厚さ方向にレーザー光を照射し、この樹脂を透過したレーザー光を分光計により測定することで決定された。
【００７０】
それぞれの樹脂成形体レーザー光に対して吸収率が５０％以上とされている。燃料タンクの中空の箱体を赤道面で切断した形状を有している。そして、その切断面がレーザー溶着により溶着される溶着端部５１、５１となっている。溶着端部５１、５１は、樹脂製燃料タンクの内周面を区画する表面に対して、外周側を区画する表面が傾斜した略くさび状に形成されている。
【００７１】
さらに、溶着端部５１、５１の近傍には、樹脂成形体５、５の外周面から突出しかつ両面に溝条が形成されたフランジ部５２、５２が設けられている。フランジ部５２、５２は、その断面形状がレーザー溶着装置のミドルジグ１２とアッパージグ１１あるいはロアージグ１３との内周形状と略一致する形状に形成されている。すなわち、フランジ部５２、５２は、両面に各ボールベアリングが嵌合する溝条５３、５３が形成された略Ｖ字状の断面を有する形状に形成されている。
【００７２】
つづいて、一対の樹脂成形体５、５の各フランジ部５２、５２をレーザー溶着装置の保持具に固定した。すなわち、一方の樹脂成形体５のフランジ部５２をアッパージグ１１とミドルジグ１２とで各溝条５３、５３にボールベアリング１１０、１２０が嵌合された状態で挟持し、他方のフランジ部５２をミドルジグ１２とロアージグ１３とで各溝条５３、５３にボールベアリング１２０、１３０が嵌合された状態で挟持した。この各溝条５３に各ボールベアリング１１０、１２０、１３０が嵌合した状態で、押圧具１５により固定した。各ボールベアリング１１０、１２０、１３０は、各溝条５３、５３、５３に嵌合した状態で回転可能でありかつ保持具１がフランジ部５２にそって移動可能に固定されている。このとき、一対の樹脂成形体５、５は、対向した溶着端部５１、５１の先端部が０．１ｍｍの間隔を隔てた状態で固定された。
【００７３】
そして、レーザーヘッド２から溶着端部５１、５１の対向部にレーザー光を照射した。レーザー光が照射された状態でレーザー光線中でありかつ溶着端部５１、５１の対向部に樹脂粉末供給装置３から溶着樹脂粉末３１が供給された。
【００７４】
樹脂粉末供給装置３から溶着樹脂粉末３１が供給された状態で保持具１をフランジ部５２にそって１０ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で移動させた。保持具１の移動にともなってレーザー光が照射される溶着端部５１、５１の対向部が移動し、その結果、対向部をレーザー光が走査した。そして、保持具１の移動が樹脂成形体の溶着端部の全周にわたって行われ、一対の樹脂成形体５、５は、中空箱体形状に溶着された。
【００７５】
具体的な溶着のメカニズムは、まず、レーザーヘッド２から発せられたレーザー光は、溶着端部５１、５１の表面に照射される。溶着端部５１、５１に照射されたレーザー光は、溶着端部５１、５１に吸収され、エネルギーとして蓄積される。そして、蓄積したエネルギーにより、溶着端部５１、５１が溶融する。このとき、溶着端部５１、５１が略くさび字形状に形成されていることから、溶着端部は均一に溶融する。なお、溶着端部５１、５１が溶融した状態では、対向した溶着端部５１、５１同士は溶着していない。そして、この状態でレーザー光中に供給された溶着樹脂粉末３１は、レーザー光を吸収して溶融し、溶着端部５１、５１の対向部の溶着部に供給される。その後、溶着樹脂粉末３１および溶着端部５１、５１の溶融液が混合した後に、冷却されて凝固する。このとき、溶着樹脂粉末３１および溶着端部５１、５１は同種の樹脂よりなることから溶融液同士が高い相溶性を有することから、凝固後に界面を生じない。この凝固により二つの樹脂成形体５、５が溶着端部５１、５１で一体に溶着される。
【００７６】
レーザー光線の走査により、一対の樹脂成形体は、溶着端部において溶着された。
【００７７】
レーザー溶着後の溶着部の断面を確認したところ、燃料タンクの内周面側に樹脂の盛り上がりも確認されず、樹脂製燃料タンクの内周面はなめらかに形成されたことが確認された。すなわち、実施例のレーザー溶着装置により溶着された樹脂製燃料タンクは、溶着部が高い強度で溶着できた。
【００７８】
（他の形態のレーザー溶着装置）
実施例のレーザー溶着装置の他の形態として、図３、４に示した形態のレーザー溶着装置を作成した。なお、図４は、図３中のＢ−Ｂ面における断面である。
【００７９】
本形態のレーザー溶着装置は、保持具の形態が異なる以外は実施例のレーザー溶着装置と同様なレーザー溶着装置である。
【００８０】
本形態のレーザー溶着装置の保持具４は、アッパージグ４１およびロアージグ４３にそれぞれアッパーピニオンギア４１０およびロアーピニオンギア４３０が用いられている。さらに、本形態のレーザー溶着装置の保持具４は、両ピニオンギア４１０、４３０の回転を同期させる同期手段４４０を有している。
【００８１】
各ピニオンギア４１０、４３０は、円柱状の径方向外方に突出した歯部がもうけられている。
【００８２】
各ピニオンギア４１０、４３０は、アッパージグ４１およびロアージグ４３のそれぞれを回転可能な状態で貫通したシャフト４１１、４３１に一体に形成されている。そして、各シャフト４１１、４３１がピニオンギア同期ベルト４６により同期するように形成されている。また、本形態のレーザー溶着装置においては、ロアーピニオンギア４３０は、ギア４４、４５を介して同期ベルト４６に接続されている。
【００８３】
本形態のレーザー溶着装置を用いる時には、溶着される樹脂成形体のフランジ部５２’、５２’のアッパージグ４１およびロアージグ４３に押圧される表面５２ａ’、５２ａ’に形成された溝条５３’、５３’を、ピニオンギア４１０、４３０が走行したときに歯部が嵌合可能な略波形の形状に底面が形成する。そして、ミドルジグ４２と対向するフランジ部５２’、５２’は、実施例と同様な溝条が形成された。
【００８４】
本形態のレーザー溶着装置は、実施例のレーザー溶着装置と同様にして、レーザー溶着を行うことができる。
【００８５】
本形態のレーザー溶着装置は、ピニオンギアがアッパージグおよびロアージグにもうけられることで、二つの樹脂成形体を保持した状態での保持具の移動速度が一定となり、樹脂成形体の保持精度が向上し、溶着精度が向上する。
【００８６】
なお、実施例および他の形態においては溶着樹脂として粉末状の溶着樹脂を用いたが、この溶着樹脂としてワイヤ状の溶着樹脂を用いても上述の例と同様に溶着不良を生じさせることなく一対の樹脂成形体を溶着できた。
【００８７】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶着方法は、レーザー光に対して吸収性を持つ二つの樹脂成形体を、溶着後の溶着部において強度の低下を生じさせることなく溶着できる。
【００８８】
また、本発明のレーザー溶着装置は、レーザー光に対して吸収性を持つ二つの樹脂成形体を、溶着後の溶着部において強度の低下を生じさせることなく溶着できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のレーザー溶着装置の主な構成を示した図である。
【図２】 実施例のレーザー溶着装置において溶着部の近傍の主な構成を示した図である。
【図３】 実施例のレーザー溶着装置の他の形態の主な構成を示した図である。
【図４】 実施例のレーザー溶着装置の他の形態の溶着部の近傍の主な構成を示した図である。
【図５】 樹脂製燃料タンクの溶着部の断面を示した図である。
【符号の説明】
１…保持具 １１、４１…アッパージグ
１２、４２…ミドルジグ １３、４３…ロアージグ
１１０…アッパーボールベアリング
１２０…ミドルボールベアリング
１３０…ロアーボールベアリング
２…レーザーヘッド ３…樹脂粉末供給装置
４…保持具
４１０、４３０…ピニオンギア
４１１、４３１…シャフト
４４、４５…ギア ４６…同期ベルト
５…樹脂成形体 ５１…溶着端部
５２…フランジ部 ５３…溝条

Claims (9)

1. レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなり該レーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各該溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各該溶着端部の対向部に該レーザー光を照射して各該溶着端部を溶着するレーザー溶着方法であって、
   各該溶着端部は、該レーザー光の光線源に対向した表面が該レーザー光に対して傾斜した断面が略くさび形状を有し、
   各該樹脂成形体が該溶着端部の近傍に各該樹脂成形体の表面から突出したフランジ部を有し、
   各該フランジ部のそれぞれを一対のジグで挟持した状態であり、かつ該レーザー光の光線中でありかつ該溶着端部の該対向部に該レーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態で該レーザー光が照射されることを特徴とするレーザー溶着方法。
2. 樹脂製燃料タンクの製造に用いられる請求項１記載のレーザー溶着方法。
3. レーザー光に対して吸収性をもつ樹脂よりなり該レーザー光が照射されて加熱溶融する溶着端部を有する二つの樹脂成形体を各該溶着端部が小間隔を隔てた状態で保持し、各該溶着端部の対向部に該レーザー光を照射して各該溶着端部を溶着するレーザー溶着方法であって、各該溶着端部が、該レーザー光の光線源に対向した表面が該レーザー光に対して傾斜した略くさび形状を有し、各該樹脂成形体が該溶着端部の近傍に各該樹脂成形体の表面から突出したフランジ部を有し、該レーザー光の光線中でありかつ該溶着端部の該対向部に該レーザー光に対して吸収性の樹脂よりなる溶着樹脂を配した状態で該レーザー光が照射されるレーザー溶着を行うレーザー溶着装置であって、
   各該樹脂成形体を各該溶着端部が小間隔を隔てた状態で、各該フランジ部のそれぞれを挟持する一対のジグを有する保持手段と、
   各該溶着端部の対向部に照射される該レーザー光を発生するレーザー源と、
   該レーザー光の光線中でありかつ各該溶着端部の対向部に該レーザー光に対して吸収性を持つ樹脂よりなる溶着樹脂を供給する溶着樹脂供給手段と、
   を有することを特徴とするレーザー溶着装置。
4. 前記保持手段は、一方の前記樹脂成形体の前記フランジ部を挟持するアッパージグとミドルジグと、他方の前記樹脂成形体の前記フランジ部を挟持するミドルジグとロアージグと、を有する請求項３記載のレーザー溶着装置。
5. 前記フランジ部の両面に溝条が形成され、
   各前記ジグが該溝条に嵌合して該溝条ののびる方向に走行するローラーを有する請求項３記載のレーザー溶着装置。
6. 前記ローラーは、前記溝条に嵌合した状態で回転可能なベアリングよりなる請求項５記載のレーザー溶着装置。
7. 前記ローラーが前記溝条に対して垂直な方向を回転軸として回転する外周に径方向外方に突出した歯部を有する回転体であり、前記溝条の底面には該歯部が係合する嵌合溝が形成された請求項５記載のレーザー溶着装置。
8. 前記回転体が複数用いられるときに、各該回転体の回転を同期させる同期手段を有する請求項７記載のレーザー溶着装置。
9. 前記アッパージグおよび前記ロアージグとに前記回転体が用いられる請求項７記載のレーザー溶着装置。

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