JP4439290B2 - 熱可塑性樹脂製部の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂製部材及びその製造方法に関する。

熱可塑性樹脂製の複数の部材や部品（以下、部材等と呼ぶ）を接合する方法として、例えば、ネジやスナップフィット等に代表される機械的な嵌合方法、接着剤を用いた接着方法、有機溶媒を用いた溶着方法、振動融着法が知られている。

ところで、機械的な嵌合方法では、気密状態や水密状態を達成することは困難である。また、気密状態や水密状態を達成するためには部材等の接合面の平滑度を高くしなければならないといった問題があるし、あるいは又、適切なシール材（パッキン）を必要とするといった欠点を有する。

接着剤を用いた接着方法においては、接着すべき部材等に最適な接着剤を選定しなければならず、また、充分な接着強度を得るためには部材等に対する前処理が必要となる。しかも、一般に、接着層の強度は、熱可塑性樹脂製の部材等の強度に比較して著しく低く、部材等を接合したとき、接着剤層が脆弱層となってしまう。有機溶媒を含む接着剤を使用した場合においては、熱可塑性樹脂製の部材等を劣化させるに止まらず、有害な有機溶媒が環境に排出されるといった問題を有する。

有機溶媒を用いた溶着方法においては、有害な有機溶媒が環境に排出されるといった問題を有するだけでなく、部材等の非接合面に溶媒が付着し、熱可塑性樹脂製の部材等の外観を損なう虞がある。

振動融着法を採用した場合、部材等の接合面を均一に接触させなければならず、また、複雑な接合面では適切な振動方向が存在しない場合がある。

また、以上に述べた各種の方法は、一般的に加工処理時間が長く、経済的な負担が大きい。

そこで、これらの各種の方法の代替方法として、レーザ融着法、特に半導体レーザを用いたレーザ融着法が普及しつつある。このレーザ融着法の基本的原理は、熱可塑性樹脂組成物がレーザ光を吸収して発熱することにある。ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の純粋な重合体は、レーザ光を、殆ど透過させ、あるいは、或る程度、透過させる。即ち、これらの樹脂は、レーザ融着法において一般に使用される波長範囲のレーザ光（例えば、波長１０６０ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、波長０．８μｍ乃至１．０μｍの高出力の半導体レーザ）を殆ど吸収しない。

ここで、熱可塑性樹脂製の第１部材と第２部材とをレーザ融着法にて接合する場合の条件の一例として、
（１）レーザ光は第１部材を透過する。
（２）第１部材を透過したレーザ光は、第２部材の表面近傍で吸収されて熱に変換される。
といった２点を挙げることができる。第１部材を透過したレーザ光が、第２部材の表面近傍で吸収されて熱に変換されることによって、第１部材及び第２部材の接合面が溶融して、第１部材と第２部材とを一体化させることができる。

そして、熱可塑性樹脂に、カーボンブラックといった充填材や染料、顔料、強化材、各種添加剤を加えることによって、熱可塑性樹脂がレーザ光を吸収すること、即ち、レーザ光の熱への変換を調節、制御することができることが周知である。

例えば、特開２００３−１８１９３１には、レーザ光に対して非吸収性で熱可塑性の隣接する透明樹脂部材間にレーザ光に対して吸収性で非常に薄い透明フィルムを介在させた状態で複数の透明樹脂部材を接面重合し、外側の透明樹脂部材の面にレーザ光を照射することにより溶着させる熱可塑性透明樹脂部材のレーザ接合方法が開示されている。

また、例えば、特開２００３−１３６５９９には、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、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樹脂部材のレーザ多層接合方法が開示されている。

特開２００３−１８１９３１ 特開２００３−１３６５９９

しかしながら、これらの特許公開公報に開示された技術にあっては、透明フィルムやレーザ光吸収材を部材の間に単に挟み込むだけなので、挟み込む際に、部材の接合面が確実に接触していることが必要とされる。しかしながら、射出成形品にあっては、一般に、広い範囲において高い面精度を達成することは困難である。また、たとえ達成できたとしても、成形条件等の変化、変更によって、再び、達成できなくなる場合が多々ある。更には、接合前に部材の接合面の形状や状態の確認作業を行う必要があるし、接合すべき部材の品質管理を厳しく行う必要があり、製造コストが上昇する。

従って、本発明の目的は、レーザ光を使用して、熱可塑性樹脂から成る２つの部材を、確実に、容易に、且つ、安定して一体化し得る熱可塑性樹脂製部材の製造方法、及び、係る熱可塑性樹脂製部材の製造方法に基づき得られた熱可塑性樹脂製部材を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法は、レーザ光を実質的に吸収しない熱可塑性樹脂からそれぞれが成る第１部材と第２部材とを、レーザ光吸収部材及びレーザ光を用いて一体化する熱可塑性樹脂製部材の製造方法であって、
第２部材と対面する第１部材の表面の部分には、凹部が設けられており、
凹部の底部に接触するように、且つ、凹部と対向する第２部材の表面の部分に接触するように、レーザ光吸収部材を凹部内に配置したとき、レーザ光吸収部材は、凹部周辺において第１部材と第２部材との間に隙間（ＳＰ）が存在するような高さ（Ｈ）を有し、
（Ａ）凹部の底部に接触するように、且つ、凹部と対向する第２部材の表面の部分に接触するように、レーザ光吸収部材を凹部内に配置し、そして、第２部材に対して第１部材を押圧した状態にて第１部材と第２部材とを配置した後、
（Ｂ）第２部材に対して第１部材を押圧した状態で第１部材及び／又は第２部材を介してレーザ光をレーザ光吸収部材に照射してレーザ光吸収部材を溶融させて、凹部周辺において第１部材と第２部材とを接触させ、次いで、レーザ光のレーザ光吸収部材への照射を中止し、レーザ光吸収部材を冷却することで、第１部材に対してレーザ光吸収部材を融着させ、且つ、第２部材に対してレーザ光吸収部材を融着させて、第１部材と第２部材とを一体化する、
工程を具備することを特徴とする。

本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法において、凹部の軸線方向と垂直な仮想平面で凹部を切断したときの凹部断面積をＳ₁、レーザ光吸収部材の軸線方向と垂直な仮想平面でレーザ光吸収部材を切断したときのレーザ光吸収部材断面積をＳ₂としたとき、
０．８≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１．２、
望ましくは、
０．９≦Ｓ₂／Ｓ₁≦１．０、
を満足することが好ましい。Ｓ₂／Ｓ₁の値が上記の範囲から逸脱しても熱可塑性樹脂製部材の製造は十分に可能であるが、Ｓ₂／Ｓ₁の値が０．８未満では、冷却後のレーザ光吸収部材と凹部との間に大きな空隙が生じる虞がある。一方、Ｓ₂／Ｓ₁の値が１．２を越える場合、第２部材と対面しない第１部材の表面（外面）や、第１部材と対面しない第２部材の表面（外面）に膨れが生じる虞がある。尚、Ｓ₂／Ｓ₁の値が１．０を越えた場合、場合によっては、溶融したレーザ光吸収部材が凹部から溢れることがあるが、実質的に、何ら問題は生じない。また、この場合、第２部材に対して第１部材を押圧した状態で第１部材及び／又は第２部材を介してレーザ光をレーザ光吸収部材に照射してレーザ光吸収部材を溶融させて、凹部周辺において第１部材と第２部材とを接触させるとき、凹部周辺において第１部材と第２部材とがレーザ光吸収部材を介して接触する場合もあり得るが、このような状態も、凹部周辺において第１部材と第２部材とが接触する形態に包含される。

上述した好ましい形態を含む本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法において、０．０１≦ＳＰ／Ｈ≦０．８、好ましくは０．１≦ＳＰ／Ｈ≦０．６を満足することが望ましい。ＳＰ／Ｈの値が０．０１未満では、第２部材に対して第１部材を押圧した状態にて第１部材と第２部材とを配置することが困難となる場合があるし、第１部材、第２部材の寸法精度が低い場合、工程（Ｂ）において、凹部周辺における第１部材と第２部材とが接触した状態［隙間（ＳＰの値）が０になった状態］を達成できない虞がある。一方、ＳＰ／Ｈの値が０．８を越える場合、工程（Ａ）において、第１部材及び第２部材を所定の位置に保持し、所定の相対位置を確保することが困難になる場合がある。

上述した各種の好ましい形態を含む本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法において、限定するものではないが、レーザ光の波長は、０．７μｍ乃至１．２μｍであることが望ましい。具体的には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６０ｎｍ）、炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、アルゴンレーザ、半導体レーザ（波長：０．８μｍ乃至１．０μｍ）等の各種レーザを使用することができる。

上述した各種の好ましい形態を含む本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法におけるレーザ光吸収部材、あるいは、後述する本発明の熱可塑性樹脂製部材における接合部材（本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法におけるレーザ光照射が行われ、そして、冷却された後のレーザ光吸収部材に相当する）は、熱可塑性樹脂と、充填材や染料、顔料、充填物、強化材、各種添加剤とから構成されていることが好ましい。即ち、より具体的には、レーザ光吸収部材あるいは接合部材は、例えば、熱可塑性樹脂及びカーボンブラックから成り（熱可塑性樹脂とカーボンブラックの混合物であり、熱可塑性樹脂はカーボンブラックによって着色されており、カーボンブラックがレーザ光を吸収する結果、熱可塑性樹脂が溶融する）、あるいは又、熱可塑性樹脂及びグラファイトから成り（熱可塑性樹脂とグラファイトの混合物であり、熱可塑性樹脂はグラファイトによって着色されており、グラファイトがレーザ光を吸収する結果、熱可塑性樹脂が溶融する）、あるいは又、熱可塑性樹脂及びフェライトから成る（熱可塑性樹脂とフェライトの混合物であり、熱可塑性樹脂はフェライトによって着色されており、フェライトがレーザ光を吸収する結果、熱可塑性樹脂が溶融する）構成とすることができるが、中でも、経済的な観点から、熱可塑性樹脂及びカーボンブラック（熱可塑性樹脂とカーボンブラックの混合物）から成ることが好ましい。そして、この場合、より高い融着強度を得るために、第１部材を構成する熱可塑性樹脂と、第２部材を構成する熱可塑性樹脂と、レーザ光吸収部材あるいは接合部材を構成する熱可塑性樹脂とは、同じ熱可塑性樹脂であることが好ましく、あるいは又、相溶な熱可塑性樹脂の組み合わせであることが好ましい。更には、この場合、熱可塑性樹脂として、透明な熱可塑性樹脂であるポリカーボネート樹脂だけでなく、ポリスチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂といったレーザ光を吸収しない（レーザ光を透過する）熱可塑性樹脂を例示することができる。

上記の目的を達成するための本発明の熱可塑性樹脂製部材は、熱可塑性樹脂から成る第１部材と第２部材とが接合部材によって一体化された熱可塑性樹脂製部材であって、
第２部材と対面する第１部材の表面の部分には、凹部が設けられており、
凹部周辺において第１部材と第２部材とは接触しており、
接合部材は凹部内に配されており、
第１部材に対して接合部材が融着し、且つ、第２部材に対して接合部材が融着していることを特徴とする。

本発明の熱可塑性樹脂製部材においては、凹部の軸線方向と垂直な仮想平面で凹部を切断したときの凹部断面積をＳ₁、接合部材の軸線方向と垂直な仮想平面で接合部材を切断したときの接合部材断面積をＳ’₂としたとき、
０．８≦Ｓ’₂／Ｓ₁≦１．０、
望ましくは、
０．９≦Ｓ’₂／Ｓ₁≦１．０、
を満足することが好ましい。

以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法あるいは本発明の熱可塑性樹脂製部材（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、第１部材及び第２部材の形状は、本質的に任意であり、第１部材と第２部材とが一体化された最終的に製造すべき熱可塑性樹脂製部材の形状に基づき、適宜、設計、決定すればよい。熱可塑性樹脂製部材として、各種の箱や容器、自動車等のエンジンに混合気を供給する際の流路となるインテークマニホールド、エアダクト等の自動車分野における部品、水等の液体用配管、ＯＡ機器分野における複写機等の給紙部品、排紙部品、ポンプ等の筐体、リモート開閉手段付の自動車用キー、ギアハウジング、自動車用ランプ、センサー気密ハウジング、電子部品気密ハウジング、電動工具気密ハウジング、照明用器具、グリッド、医療機器、電池、携帯電話部品等を例示することができる。尚、熱可塑性樹脂製部材にも依るが、熱可塑性樹脂製部材の軸線方向における外形断面形状として、円形、楕円形等の滑らかな任意の曲線、正方形、長方形等の矩形、多角形、丸みを帯びた矩形や多角形を挙げることができるし、パイプ、配管のように、熱可塑性樹脂製部材の軸線方向における断面形状を環状とすることもできる。

本発明においては、第１部材／第２部材といった一種の積層構造だけでなく、第１部材／第２部材／第１部材、第２部材／第１部材／第２部材、第１部材／第２部材／第１部材／第２部材等といった一種の積層構造とすることもできる。このように、第１部材と第２部材とを合計３つ以上組み合わせる場合、本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法にあっては、レーザ光の入射方向に沿ってレーザ光吸収部材が重なり合わないように、レーザ光の入射方向を決定し、あるいは又、レーザ光吸収部材の配置を決定することが要求される。また、第１部材と第２部材とを合計３つ以上組み合わせる場合、第２部材が第１部材に相当し、あるいは又、第２部材が第１部材に相当する場合がある。

本発明において、レーザ光吸収部材あるいは接合部材はレーザ光を吸収するが、ここで、「レーザ光を吸収する」とは、レーザ光の照射によってレーザ光吸収部材あるいは接合部材が十分に発熱することを意味し、より具体的には、レーザ光のエネルギーがレーザ光吸収部材でほぼ吸収され、発熱、溶解することを意味し、レーザ光のエネルギーが、レーザ光吸収部材を構成する母相樹脂に吸収される形態、レーザ光吸収部材に配合された染料や顔料に吸収される形態、レーザ光吸収部材に配合された強化材に吸収される形態を挙げることができる。一般に、レーザ光はレーザ光吸収部材を透過せず、レーザ光吸収部材と接する第１部材及び第２部材の部分にはレーザ光による直接的な加熱は生ぜず、レーザ光吸収部材の昇温に伴う熱伝導によってレーザ光吸収部材と接する第１部材及び第２部材の部分の温度が上昇する。また、第１部材や第２部材を構成する熱可塑性樹脂はレーザ光を実質的に吸収しないが、ここで、「レーザ光を実質的に吸収しない」とは、レーザ光の照射によっても熱可塑性樹脂に左程発熱が生じないことを意味し、レーザ光は第１部材や第２部材をほぼ透過し、レーザ光のエネルギーは保持される。

本発明においては、第１部材の表面（接合面）の部分に設けられた凹部と対向する第２部材の表面（接合面）の部分に、凹部あるいは凸部が設けられていてもよい。尚、これらの場合、第１部材における凹部の底部（底面）に接触するように、且つ、第１部材における凹部と対向する第２部材の表面（接合面）の部分に接触するように、レーザ光吸収部材を第１部材における凹部内に配置するが、レーザ光吸収部材は、より具体的には、第２部材の表面（接合面）の部分に設けられた凹部内にも配置され、そして、第２部材の表面（接合面）の部分に設けられた凹部の底部（底面）に接触し、あるいは又、レーザ光吸収部材は、より具体的には、第２部材の表面（接合面）の部分に設けられた凸部の頂部（頂面）に接触する。

凹部の軸線方向と垂直な仮想平面で凹部を切断したときの断面形状、レーザ光吸収部材の軸線方向と垂直な仮想平面でレーザ光吸収部材を切断したときの断面形状として、正方形、長方形、平行四辺形、台形で例示される矩形を挙げることができる。レーザ光吸収部材を凹部内に配置したとき、レーザ光吸収部材は、凹部の底部に接触し、且つ、凹部と対向する第２部材の表面（接合面）の部分に接触するが、レーザ光吸収部材は、凹部の側面と接触する場合もあるし、接触しない場合もある。

第２部材に対して第１部材を押圧した状態の達成方法、及び、第１部材と第２部材の具体的な配置方法（セッティング方法）として、レーザ光の光路を阻害すること無く、第１部材と第２部材とを跨ぐように第１部材と第２部材とをクランプで留める方法を例示することができる。尚、
（１）第２部材に対して第１部材を押圧すること
（２）第１部材に対して第２部材を押圧すること
（３）第２部材に対して第１部材を押圧し、且つ、第１部材に対して第２部材を押圧すること
の３つの形態は全て等価である。第２部材に対して第１部材を押圧した状態における押圧力として、１×１０⁴Ｐａ乃至１×１０⁶Ｐａを例示することができる。

本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法において、第１部材及び／又は第２部材を介してレーザ光をレーザ光吸収部材に照射するが、具体的には、レーザ光の照射は、第１部材を介して行ってもよいし、第２部材を介して行ってもよいし、第１部材及び第２部材を介して行ってもよい。レーザ光の照射は、連続的な照射としてもよいし、レーザ光を成形ビームとしてステップ状に照射したり、ビーム走査してもよい。レーザ光のパワー、照射時間、ピーク値、パルス幅、パルス重畳回数、走査速度、走査面積、波長等といったレーザ光の照射条件は、第１部材及び／又は第２部材、並びに、レーザ光吸収部材の形状や寸法（大きさ）、構成材料等に応じて、適宜、最適化を図ればよい。尚、第１部材に対してレーザ光吸収部材を融着させるが、場合によっては、第１部材も溶融・冷却過程を経ることで、第１部材とレーザ光吸収部材とが融着した状態となってもよい。また、第２部材に対してレーザ光吸収部材を融着させるが、場合によっては、第２部材も溶融・冷却過程を経ることで、第２部材とレーザ光吸収部材とが融着した状態となってもよい。

機械的な測定方法に基づき、あるいは、光学的な測定方法に基づき、あるいは、電気的な測定方法に基づき、あるいは、画像処理に基づき、隙間の変化量（ＳＰの値の変化）を測定することで、レーザ光吸収部材の溶融状態を容易に確認することができるし、隙間の変化量（ＳＰの値の変化）の測定結果に基づきレーザ光の照射を制御すれば（具体的には、隙間の値ＳＰが０となったときにレーザ光の照射を中止すれば）、レーザ光吸収部材へのレーザ光の過度の照射を防止することができる。

本発明においては、第１部材及び／又は第２部材を構成する材料にカーボンブラックや充填材等のレーザ光を吸収する添加物を添加する必要が無いので、得られた熱可塑性樹脂製部材の機械的な強度（特に衝撃特性）を損なうことがない。しかも、凹部によって形成された空間が溶融したレーザ光吸収部材によって充満されるので、融着面積が増加するし、一方向ではなく３次元的な融着面を形成することができるので、第１部材と第２部材との間の接合強度が向上する。また、３つ以上の第１部材、第２部材の組合せから熱可塑性樹脂製部材を容易に製造することができる。

しかも、第１部材及び第２部材の接合面の面精度が高くなくとも、低い押圧力で第１部材と第２部材との接合が可能であり、第１部材と第２部材との間で未融着部分が発生する可能性が低い。更には、透明な熱可塑性樹脂によって熱可塑性樹脂製部材を製造することができるので、融着状況を視認することができるし、融着状況を、隙間の変化量（ＳＰの値の変化）によって容易に確認することができる。また、レーザ光にて加熱する場合、レーザ光の照射時間が長くなるとレーザ光吸収部材にアブレージョン（過加熱による熱可塑性樹脂の劣化や蒸発）が発生する場合がある。本発明においては、第２部材に対して第１部材を押圧した状態で第１部材及び／又は第２部材を介してレーザ光をレーザ光吸収部材に照射してレーザ光吸収部材を溶融させて、凹部周辺において第１部材と第２部材とを接触させるが、この際、押圧力によって、溶融したレーザ光吸収部材は押圧力が働く方向と略直角の方向に動き得るので、レーザ光吸収部材の過加熱を防止することが可能となる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の熱可塑性樹脂製部材の製造方法、及び、熱可塑性樹脂製部材の製造方法によって得られる熱可塑性樹脂製部材に関する。実施例１における第１部材１０、第２部材２０、及び、レーザ光吸収部材３０のそれぞれの模式的な部分斜視図を図１に示し、模式的な断面図を図２に示す。また、熱可塑性樹脂製部材の製造時における第１部材１０、第２部材２０、及び、レーザ光吸収部材３０の模式的な断面図を図３の（Ａ）及び（Ｂ）並びに図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

実施例１における第１部材１０及び第２部材２０のそれぞれは、レーザ光を実質的に吸収しない熱可塑性樹脂から成る。具体的には、実施例１における第１部材１０及び第２部材２０として、ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製：Ｓ３０００）を使用した。厚さが０．１２５ｍｍ、２．８６ｍｍ及び４．７５ｍｍの場合のこのポリカーボネート樹脂のレーザ光非吸収特性（透過率）を図１０に示す。また、実施例１におけるレーザ光吸収部材３０（接合部材３０Ａ）は、熱可塑性樹脂とカーボンブラックから成る。より具体的には、レーザ光吸収部材３０（接合部材３０Ａ）は、第１部材１０及び第２部材２０を構成する熱可塑性樹脂と同じ熱可塑性樹脂［ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製：Ｓ３０００）］に、カーボンブラックの一種であるケッチェンブラックが１重量％添加された混合物から成り、押出機による混練によって製造されている。ここで、レーザ光吸収部材３０のレーザ光透過率は１０％以下である。

第１部材１０及び第２部材２０は射出成形法によって製造されており、第１部材１０及び第２部材２０の外形形状は幅３０ｍｍ×高さ２０ｍｍ×長さ１００ｍｍであり、第２部材２０と対面する第１部材１０の表面（以下、接合面１１と呼ぶ）の部分には、幅５ｍｍ×深さ５ｍｍ×長さ１００ｍｍの凹部１２が設けられている。また、レーザ光吸収部材３０の形状は、幅４ｍｍ×高さ（Ｈ）６．２５ｍｍ×長さ１００ｍｍである。

図３の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、凹部１２の底部（底面）１３に接触するように、且つ、凹部１２と対向する第２部材２０の表面（以下、接合面２１と呼ぶ）の部分に接触するように、レーザ光吸収部材３０を凹部１２内に配置したとき、レーザ光吸収部材３０は、凹部１２周辺において第１部材１０と第２部材２０との間に隙間（値：ＳＰ）が存在するような高さ（Ｈ＝６．２５ｍｍ）を有する。即ち、凹部１２の底部１３に接触するように、且つ、凹部１２と対向する第２部材２０の接合面２１の部分に接触するように、レーザ光吸収部材３０を凹部１２内に配置したとき、レーザ光吸収部材３０は、第１部材１０の接合面１１の部分から１．２５ｍｍ、突出する。言い換えれば、隙間の値ＳＰは１．２５ｍｍであり、（ＳＰ／Ｈ）の値は、０．２である。また、凹部１２の軸線方向（図３の紙面垂直方向）と垂直な仮想平面で凹部１２を切断したときの凹部断面積Ｓ₁は２５ｍｍ²であり、レーザ光吸収部材３０の軸線方向（図３の紙面垂直方向）と垂直な仮想平面でレーザ光吸収部材３０を切断したときのレーザ光吸収部材断面積Ｓ₂も２５ｍｍ²であり、Ｓ₂／Ｓ₁＝１．０である。尚、この状態にあっては、図４の（Ａ）の模式的な断面図に示すように、第１部材１０の接合面１１及び／又は第２部材２０の接合面２１に面精度が出ていない部位が存在する場合がある。

実施例１においては、レーザ光として、発振波長８０８ｎｍ、最大出力４０Ｗの半導体レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）を使用した。尚、レーザビーム径を１〜３ｍｍとし、走査速度を４０ｍｍ／秒以下として、連続的な照射を行った。

実施例１においては、先ず、図３の（Ａ）の模式的な断面図に示すように、凹部１２の底部１３に接触するように、且つ、凹部１２と対向する第２部材２０の接合面２１の部分に接触するように、レーザ光吸収部材３０を凹部１２内に配置し、そして、第２部材２０に対して第１部材１０を押圧した状態にて第１部材１０と第２部材２０とを配置した。押圧力を１０Ｐａとした。第２部材２０に対して第１部材１０を押圧した状態は、レーザ光の光路を阻害すること無く、第１部材１０と第２部材２０とを跨ぐように第１部材１０と第２部材２０とをクランプ（図示せず）で留める方法によって達成した。

そして、第２部材２０に対して第１部材１０を押圧した状態で、図３の（Ｂ）の模式的な断面図に示すように、実施例１においては第１部材１０を介して（具体的には、第１部材１０の上方から）、レーザ光をレーザ光吸収部材３０に照射してレーザ光吸収部材３０を溶融させて、凹部１２周辺において第１部材１０と第２部材２０とを接触させた。即ち、隙間（ＳＰの値）を０の状態とした。尚、この状態にあっては、第１部材１０及び／又は第２部材２０に面精度が出ていない部位が存在する場合があり、この場合、第１部材１０と第２部材２０とを一体化したとき、図４の（Ｂ）の模式的な断面図に示すように、一部の第１部材１０と第２部材２０との間に空隙が存在する場合がある。

次いで、レーザ光のレーザ光吸収部材３０への照射を中止し、レーザ光吸収部材３０を冷却することで、第１部材１０に対してレーザ光吸収部材３０を融着させ、且つ、第２部材２０に対してレーザ光吸収部材３０を融着させて、第１部材１０と第２部材２０とを一体化した。一体化された熱可塑性樹脂製部材においては、第１部材１０と第２部材２０とは強固に接合されており、図４の（Ｂ）の模式的な断面図に示すように、たとえ、一部の第１部材１０と第２部材２０との間に空隙が存在する場合にあっても、未融着部分は無かった。尚、凹部１２の軸線方向（図３の紙面垂直方向）と垂直な仮想平面で凹部１２を切断したときの凹部断面積Ｓ₁は２５ｍｍ²であり、接合部材３０Ａの軸線方向（図３の紙面垂直方向）と垂直な仮想平面で接合部材３０Ａを切断したときの接合部材断面積Ｓ’₂も２５ｍｍ²であり、Ｓ’₂／Ｓ₁＝１．０である。

［比較例１］
比較例１として、図９の（Ａ）及び（Ｂ）に模式的な断面図を示すように、実施例１と同じ材料から製造された第１部材１１０と第２部材１２０とレーザ光吸収部材１３０とを準備した。第１部材１１０及び第２部材１２０の形状、寸法を、実施例１における第１部材１０及び第２部材２０と同じとした。但し、実施例１と異なり、第２部材１２０と対面する第１部材１１０の表面（接合面）の部分には凹部が設けられておらず、平坦である。また、レーザ光吸収部材１３０の形状は、幅３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ×長さ１００ｍｍである。

そして、第１部材１１０とレーザ光吸収部材１３０と第２部材１２０とを単に重ね合わせた（図９の（Ａ）参照）。尚、この状態にあっては、第１部材１１０及び／又は第２部材１２０に面精度が出ていない部位が存在し、第１部材１１０とレーザ光吸収部材１３０と第２部材１２０とを重ね合わせたとき、空隙が存在する部分があった（図９の（Ｂ）参照）。そして、実施例１と同じレーザ光を使用し、実施例１と同様にして、第１部材１１０の上方から、レーザ光をレーザ光吸収部材１３０に照射してレーザ光吸収部材１３０を溶融させて、第１部材１１０と第２部材１２０とを接合させた。

その結果、図９の（Ｂ）の模式的な断面図に示した部分にあっては、第１部材１１０とレーザ光吸収部材１３０との間、あるいは又、第２部材１２０とレーザ光吸収部材１３０との間に未融着部分が発生した。また、未融着部分を確実に融着させるためにレーザ光の照射時間を延長したところ、過加熱によってレーザ光吸収部材１３０を構成する熱可塑性樹脂の一部が分解し、分子量低下が発生した。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこの実施例に限定するものではない。実施例にて説明した第１部材、第２部材、レーザ光吸収部材、及び、接合部材の形状、寸法（大きさ）、構成材料、使用したレーザ、レーザ光の照射条件等は例示であり、適宜、変更することができる。

例えば、実施例１にて説明した第２部材の変形例の模式的な断面図を図５の（Ａ）及び（Ｂ）、図６の（Ａ）及び（Ｂ）、図７、並びに、図８の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。

図５の（Ａ）に示す例にあっては、第２部材２０の接合面２１の部分であって、第１部材１０の接合面１１の部分に設けられた凹部と対向する部分に、凹部が設けられている。そして、第１部材１０における凹部の底部（底面）に接触するように、且つ、第１部材１０における凹部と対向する第２部材２０の接合面２１の部分に接触するように、レーザ光吸収部材３０を第１部材１０における凹部内に配置するが、レーザ光吸収部材３０は、より具体的には、第２部材２０の接合面２１の部分に設けられた凹部内にも配置され、そして、第２部材２０における凹部の底部（底面）にも接触する。

一方、図５の（Ｂ）に示す例にあっては、第２部材２０の接合面２１の部分であって、第１部材１０の接合面１１の部分に設けられた凹部と対向する部分に、凸部が設けられている。そして、第１部材１０における凹部の底部に接触するように、且つ、第１部材１０における凹部と対向する第２部材２０の接合面２１の部分に接触するように、レーザ光吸収部材３０を第１部材１０における凹部内に配置するが、レーザ光吸収部材３０は、より具体的には、第２部材２０の接合面２１の部分に設けられた凸部の頂部（頂面）にも接触する。

また、図６の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、例えば、第１部材１０／第２部材２０／第１部材１０といった一種の積層構造とすることもできるし、図６の（Ｂ）に模式的な断面図を示すように、例えば、第２部材２０／第１部材１０／第２部材２０といった一種の積層構造とすることもできる。更には、図７に示すように、第２部材２０／第１部材１０／第１部材１０といった一種の積層構造とすることもできる。尚、この場合、第２部材２０と第１部材１０との間に挟まれた第１部材１０は、その上の第１部材１０との関係からは第２部材として機能する。尚、図６の（Ａ）あるいは図７に示す例にあっては、上方に位置する第１部材１０の真上から垂直にレーザ光を入射させると、このレーザ光入射方向に沿ってレーザ光吸収部材が重なり合ってしまうでの、レーザ光の入射方向に沿ってレーザ光吸収部材が重なり合わないようにレーザ光の入射方向を決定する必要がある。

また、実施例においては、第１部材１０の接合面１１、第２部材２０の接合面２１を平坦としたが、これらの接合面１１，２１は、例えば、相補的な任意の湾曲形状［例えば、第１部材や第２部材の軸線方向と垂直な仮想平面でこれらを切断したときの接合面の断面形状が円形（図８の（Ａ）の模式的な断面図参照）や楕円形］や、相補的な任意の階段状の形状を有していてもよいし（図８の（Ｂ）の模式的な断面図参照）、相補的な任意の凹凸を組み合わせた形状としてもよい（図８の（Ｃ）の模式的な断面図参照）。

図１は、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の模式的な部分斜視図である。 図２は、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の模式的な断面図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における熱可塑性樹脂製部材の製造方法を説明するための第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の模式的な断面図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における熱可塑性樹脂製部材の製造方法を説明するための第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の模式的な断面図である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の変形例の模式的な断面図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の別の変形例の模式的な断面図である。 図７は、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の更に別の変形例の模式的な断面図である。 図８の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例１における第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材の更に別の変形例の模式的な断面図である。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例１における熱可塑性樹脂製部材の製造のために第１部材、第２部材、及び、レーザ光吸収部材を配置したときのこれらの模式的な断面図である。 図１０は、実施例１において使用したポリカーボネート樹脂のレーザ光非吸収特性（透過率）を示すグラフである。

符号の説明

１０・・・第１部材、１１・・・第１部材の接合面、１２・・・凹部、１３・・・凹部の底部（底面）、２０・・・第２部材、２１・・・第２部材の接合面、３０・・・レーザ光吸収部材、３０Ａ・・・接合部材

Claims (5)

1. レーザ光を実質的に吸収しない熱可塑性樹脂からそれぞれが成る第１部材と第２部材とを、レーザ光吸収部材及びレーザ光を用いて一体化する熱可塑性樹脂製部材の製造方法であって、
   第２部材と対面する第１部材の表面の部分には、凹部が設けられており、
   凹部の底部に接触するように、且つ、凹部と対向する第２部材の表面の部分に接触するように、レーザ光吸収部材を凹部内に配置したとき、レーザ光吸収部材は、凹部周辺において第１部材と第２部材との間に隙間（ＳＰ）が存在するような高さ（Ｈ）を有し、
   （Ａ）凹部の底部に面接触するように、且つ、凹部と対向する第２部材の表面の部分に面接触するように、レーザ光吸収部材を凹部内に配置し、そして、第２部材に対して第１部材を押圧した状態にて第１部材と第２部材とを配置した後、
   （Ｂ）第２部材に対して第１部材を押圧した状態で第１部材及び／又は第２部材を介してレーザ光をレーザ光吸収部材に照射してレーザ光吸収部材を溶融させて、凹部周辺において第１部材と第２部材とを接触させ、次いで、レーザ光のレーザ光吸収部材への照射を中止し、レーザ光吸収部材を冷却することで、第１部材に対してレーザ光吸収部材を融着させ、且つ、第２部材に対してレーザ光吸収部材を融着させて、第１部材と第２部材とを一体化する、
   工程を具備し、
   凹部の軸線方向と垂直な仮想平面で凹部を切断したときの断面形状、及び、レーザ光吸収部材の軸線方向と垂直な仮想平面でレーザ光吸収部材を切断したときの断面形状は矩形であり、
   凹部の軸線方向と垂直な仮想平面で凹部を切断したときの凹部断面積をＳ ₁ 、レーザ光吸収部材の軸線方向と垂直な仮想平面でレーザ光吸収部材を切断したときのレーザ光吸収部材断面積をＳ ₂ としたとき、
   ０．９≦Ｓ ₂ ／Ｓ ₁ ≦１．０
   を満足し、且つ、
   ０．１≦ＳＰ／Ｈ≦０．６
   を満足することを特徴とする熱可塑性樹脂製部材の製造方法。
2. レーザ光の波長は、０．７μｍ乃至１．２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂製部材の製造方法。
3. レーザ光吸収部材は、熱可塑性樹脂及びカーボンブラックから成ることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂製部材の製造方法。
4. 第１部材を構成する熱可塑性樹脂と、第２部材を構成する熱可塑性樹脂と、レーザ光吸収部材を構成する熱可塑性樹脂とは、同じ熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性樹脂製部材の製造方法。
5. 熱可塑性樹脂はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の熱可塑性樹脂製部材の製造方法。

Images