JP4714948B2 - レーザー接合用中間部材及びそれを用いた接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザー溶着法により接合するために、レーザー光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザー接合用中間部材に関する。また、そのような中間部材を用いた接合方法及び接合品に関する。

樹脂同士、又は樹脂と樹脂以外の材料などの異なった材料からなる部材同士を接合する方法として、レーザー光の照射による接合方法（いわゆるレーザー溶着法）が以前から用いられている。これは、レーザー光に対して透過性のある透過性部材と、レーザー光に対して透過性のない非透過性部材とを当接させた後、透過性部材側からレーザー光を照射し、透過性部材と非透過性部材の当接部分を加熱溶融させて両者を一体的に接合する方法である。このような方法ではレーザー透過性と非透過性の材料の組み合わせとする必要があったり、互いに親和性の低い材料同士を良好に接合することができなかったりするなど、接合可能な材料の組み合わせが制限されていた。また、接合できてもその強度や信頼性が十分でないことが多かった。

レーザー接合する際には、接合する部材同士の間隙を一定に保ってレーザーを照射することが重要であるとされている。すなわち、間隙が狭すぎるとレーザー照射で溶融した樹脂の局所的体積変化を吸収することができず、好ましくない残存応力が発生するおそれがあるし、間隙が広すぎると溶融接着する面積が不足するおそれがある。したがって、部材同士の間隙を数μｍ〜数十μｍの範囲に保つために、一定の圧力をかけながらレーザー照射するような方策が採用されている。しかしながら、複雑な形状をした部材に対して適切な圧力をかけて一定の間隙を維持することは困難であった。

また、レーザー透過性の材料同士をレーザー溶着法により接合する方法として、レーザー透過性の部材同士の接合界面に、レーザー光を吸収するトナーや塗料等を含む樹脂部材を介在させて積層し、これにレーザービームを照射する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。レーザー透過性材料同士の接合界面に介在させたレーザー吸収体がレーザー光のエネルギーを吸収することにより、両者の接合界面が溶融して接合するため、透明部材同士の接合が可能であるとされている。しかし、このような方法により異種材料同士を接合する場合、線膨張係数の違いに起因して接合界面において応力が発生しやすく、このため十分な接合強度が得られず、剥がれやすいことがあった。また、前述のように、適切な間隙を保ってレーザー照射することはやはり困難であった。

レーザー溶着法によって接合する場合には、接合面の全体に対してレーザー光を照射することも可能であるが、エネルギー消費量も多くなるし、生産効率も低下することが避けられない。一方、スポット状や線状にレーザー光線を照射して、接合面の一部のみを溶着させることも可能であるが、この場合には接着力が不十分になるおそれがある。

特開２００３−１８１９３１号公報 特開２００４−１０７１号公報 特開２００５−２３８４６２号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、種々の材料同士の接合に用いることができ、簡便な操作で、かつ高い接合強度を得ることができるレーザー接合用中間部材を提供することを目的とする。また、そのような中間部材を用いた接合方法及び接合品を提供することを目的とする。

上記課題は、レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザー溶着法により接合するために、レーザー光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザー接合用中間部材であって、該レーザー接合用中間部材が粘着性を有することを特徴とするレーザー接合用中間部材を提供することによって解決される。

ここで、前記レーザー接合用中間部材が、ベースポリマー及び粘着性付与剤からなる樹脂組成物よりなることが好ましい。このとき、前記ベースポリマーがエラストマーであることが好ましく、熱可塑性エラストマーであることがより好ましい。また、前記ベースポリマーが、極性官能基を有する単量体で変性されたものであることも好ましい。前記ベースポリマー１００重量部に対して前記粘着性付与剤を１〜５００重量部含有することが好ましい。

前記レーザー接合用中間部材のベースポリマーが、アクリル系ブロック共重合体であることが好ましい。前記レーザー接合用中間部材が、レーザー光の吸収剤を含有することも好ましい。上記レーザー接合用中間部材の厚さが１０〜５０００μｍであることが好ましく、２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであることも好ましい。また、前記レーザー接合用中間部材の、ＪＩＳ Ｚ０２３７の１０．４に基づいて測定したＳＵＳ３０４板に対する１８０度引きはがし粘着力が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上であることが好ましい。

また上記課題は、レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とを接合する接合方法であって、粘着性を有するレーザー接合用中間部材を第１部材と第２部材の間に挟み、第１部材側からレーザー光を照射することによって前記レーザー接合用中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とを接合することを特徴とする接合方法を提供することによっても解決される。このとき、前記第２部材が第１部材とは異なる材料からなることが好ましい。また、レーザー光の照射により前記レーザー接合用中間部材の一部のみを溶融させることも好ましい。

さらに上記課題は、レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材と、第１部材と第２部材の間に挟まれ且つ第１部材及び第２部材のそれぞれに対してレーザー照射によって融着したレーザー接合用中間部材とを有する接合品であって、前記レーザー接合用中間部材が粘着性を有することを特徴とする接合品を提供することによっても解決される。

本発明のレーザー接合用中間部材を用いることにより、簡便な操作によって、種々の材料同士を高い接合強度でレーザー溶着することができる。

本発明の接合方法により得られる接合品の模式的断面図である。 実施例において第１部材、接合用シート及び第２部材を積層する方法を説明するための模式的上面図及び断面図である。 実施例において剪断強度の測定方法を説明するための概略斜視図である。

符号の説明

１ 接合品
２ 第１部材
３ レーザー接合用シート（レーザー接合用中間部材）
４ 第２部材
５ 剪断試験用部材
Ａ 重ね合わせ部分
Ｌ レーザー光

本発明のレーザー接合用中間部材は、レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザー溶着法により接合するために、レーザー光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるものである。

本発明に用いられる第１部材は、レーザー光に対して透過性を有する（レーザー透過性の）材料からなる。ここで、レーザー光に対して透過性を有するとは、加熱源としてのレーザー光をほとんど反射も吸収もせずに透過させるか、レーザー光を一部吸収及び／又は反射しても溶融することなく残りのレーザー光を透過し、接合用中間部材まで到達させうる透過率を有することをいう。

第１部材はレーザー光に対し、上記のような透過性を有する材料からなるものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂やガラスなどからなるものが好適に用いられる。樹脂としては、ナイロン６やナイロン６６などのポリアミド樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂；ポリオキシメチレン；ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂；ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリスチレンやＡＢＳなどのスチレン系樹脂、エポキシ樹脂などをはじめとする公知の種々のもののうち、レーザー光に対して透過性を有するものが挙げられる。ガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラスなどの公知の種々のもののうち、レーザー光に対して透過性を有するものを広く用いることができる。また、強化ガラス、合わせガラス、複層ガラスなども用いることができる。

本発明に用いられる第２部材は、第１部材と同じ材料からなるものであってもよいし、第１部材とは異なる材料からなるものであってもよい。上記のようなレーザー透過性の材料でも、それ以外の材料でも用いることができる。レーザー透過材料としては、上記第１部材に用いられる材料と同様のものを用いることができる。また、第２部材としては、レーザー透過性の材料以外に、レーザー光に対して吸収性を有する（レーザー吸収性の）材料も用いることができる。

本発明においてレーザー光に対して吸収性を有するとは、熱源としてのレーザー光を一部透過及び／又は反射しても残りを吸収し、これにより加熱されうる性質を有することをいう。このようなレーザー吸収性の材料としては、金属、セラミックス、及び樹脂に無機フィラーを含有させてなる無機フィラー含有樹脂組成物などが挙げられる。また、上記レーザー透過性材料に染料や顔料などを添加してレーザー吸収性としたものも用いることができる。

金属は単体のものであってもよいし、２種以上の金属の合金であってもよい。また、セラミックスとしては、ジルコニアやアルミナなどの酸化物系（複合酸化物も含む）、炭化ケイ素などの炭化物系、窒化ケイ素などの窒化物系、アパタイトなどのリン酸塩系など、公知の種々のものを用いることができる。さらに、上記金属とセラミックスの複合材料なども使用可能である。なかでも、実用的観点からは、第２部材として金属を用いることが好ましく、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム（合金）、銅（合金）、チタン（合金）、マグネシウム（合金）などが例示される。

本発明のレーザー接合用中間部材は、上記第１部材と第２部材との間に挟まれた状態でレーザー光の照射を受け、そのエネルギーによって加熱溶融されることにより、上記第１部材と第２部材とを接合するために用いられる。この中間部材は、粘着性を有するものであることが必要である。これによって、レーザー光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に中間部材を挟む際に、接合面に対して簡単に中間部材を仮止めすることができ、作業性が大きく向上する。また、粘着力に由来する接着強度の向上も期待できる。

中間部材を構成する材料は、粘着性を有するものであれば特に限定されない。ベースポリマー及び粘着性付与剤からなる樹脂組成物を用いてもよいし、ベースポリマー自体が粘着性を有する場合には、特に粘着性付与剤を用いなくてもよい。ベースポリマーの分子量分布を広くして、低分子量成分による粘着効果を得ることもできる。また、レーザー溶着性能を阻害しない範囲で架橋構造を有していてもよい。

レーザー接合用中間部材に用いられるベースポリマーは特に限定されない。接合面の形状に沿わせるためには柔軟なベースポリマーを使用することが好ましい。エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸（エステル）共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合などの、各種変性ポリエチレンに代表されるポリオレフィン；（メタ）アクリレート共重合体などのアクリル樹脂；ポリエステル樹脂；ポリアミド樹脂；ポリスチレン系樹脂；ポリ塩化ビニル系樹脂；ポリウレタン樹脂などの各種樹脂を用いることができる。

ベースポリマーとして好適に用いられるものがエラストマーである。柔軟で弾性を有しており、接合面の形状にうまく沿わせて密着させるのに適しているからである。エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーや架橋ゴムなどを使用することができ、特に限定されない。架橋ゴムとしては、イソプレン系ゴム、ブタジエン系ゴムなどの公知の種々のものを用いることができるが、高度に架橋したものはレーザー溶着性が低下するおそれがあるので、架橋の程度は低い方が好ましい。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが例示される。本発明においては、溶融接着性や加工容易性などの観点から、熱可塑性エラストマーが好ましく用いられる。中でも、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマーがより好ましく用いられる。

また、樹脂と金属とを接合する場合や、疎水性樹脂と極性樹脂とを接合する場合には、ベースポリマーが極性官能基を有する単量体で変性されたものであることが好ましい。これらの極性官能基は金属や極性樹脂との親和性が高いため、該極性官能基を有する単量体で変性されたベースポリマーからなるレーザー接合用中間部材を用いることにより、中間部材と金属又は極性樹脂との接合強度を高くすることができる。また、上記極性官能基を有するベースポリマーは、使用するレーザー光の波長によっては、極性官能基を有しないベースポリマーよりもレーザー光に対する吸収性が高くなることがあるため、中間部材の材料として好適に用いることができる場合がある。極性官能基としては、カルボキシル基（無水カルボン酸基を含む）、エポキシ基、アミノ基、水酸基又はエステル基などの極性基を有するものであることが好ましい。これらのうち、カルボキシル基（無水カルボン酸基を含む）を有するベースポリマーが特に好ましく用いられる。

ベースポリマーは、複数の樹脂やエラストマーをブレンドしたものであってもよい。例えば、複数の樹脂同士、エラストマー同士をブレンドしてもよいし、樹脂とエラストマーとをブレンドしてもよい。また、極性官能基を有するものとそうでないものとをブレンドしてもよい。目的に応じて各種ブレンド物をベースポリマーとして使用することができる。

本発明のレーザー接合用中間部材として好適なものの一つは、ベースポリマー及び粘着性付与剤からなる樹脂組成物よりなるものである。粘着性付与剤を配合することによって、粘着性を有する中間部材を容易に製造することができる。粘着性付与剤の多くは金属などに対する親和性が高いので、レーザー光線によって加熱溶着した部分の接着力も、粘着性付与剤を含有しない場合に比べて大きくできる場合が多い。

粘着性付与剤としては、例えば、クマロン・インデン樹脂及びクマロン樹脂／ナフテン系油／フェノール樹脂の混合物等のクマロン樹脂；テルペン樹脂、変性テルペン樹脂（例、芳香族変性テルペン樹脂）、テルペン−フェノール樹脂及び水添テルペン樹脂等のテルペン系樹脂；ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン、ロジンのペンタエリスリトール・エステル、ロジンのグリセロール・エステル、水素添加ロジン、水素添加ウッドロジン、水素添加ロジンのメチルエステル、水素添加ロジンのペンタエリスリトール・エステル、水素添加ロジンのトリエチレングリコールのエステル、不均化ロジン、重合ロジン、重合ロジンのグリセロール・エステル及び硬化ロジン等のロジン誘導体；テレピン系粘着付与剤；芳香族炭化水素樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂、不飽和炭化水素（オレフィン系、ジオレフィン系）の重合体、イソプレン系樹脂、水素添加炭化水素樹脂、炭化水素系粘着化樹脂、ポリブテン、液状ポリブタジエン及び低分子量ブチルゴム等の石油系炭化水素樹脂；スチレン系樹脂；フェノール系樹脂；キシレン系樹脂を挙げることができる。これらの中でも、テルペン系樹脂が好ましい。

粘着性付与剤の含有量は特に限定されないが、ベースポリマー１００重量部に対して粘着性付与剤を１〜５００重量部含有することが好ましい。粘着性付与剤の含有量が少ない場合には、粘着力の向上が不十分になる場合がある。粘着性付与剤の含有量はより好適には１０重量部以上であり、さらに好適には２０重量部以上である。一方、粘着性付与剤の含有量が多すぎる場合には、中間部材の柔軟性が低下して、上記応力緩和や表面形状への追随が不十分となるおそれがあるとともに、中間部材自体の強度が低下するおそれもある。粘着性付与剤の含有量はより好適には３００重量部以下であり、さらに好適には２００重量部以下である。

前述のように、ベースポリマー自体が粘着性を有する場合には、特に粘着性付与剤を用いなくてもよい。ベースポリマー自体が粘着性を有するものの例としては、アクリル系重合体、ウレタン系重合体、ジエン系重合体などが例示される。

室温において形態保持能力があって、しかも粘着性と柔軟性を有するためには、ハードブロックとソフトブロックから構成されるブロック共重合体が好適に使用される。このとき、形態保持性及び耐熱性の点からは、ハードブロックの融点（結晶性の場合）又はガラス転移温度（非晶性の場合）が５０℃以上であることが好ましく、８０℃以上であることがより好ましい。溶融成形性の観点からはハードブロックの融点又はガラス転移温度は、通常３００℃以下である。一方、粘着性と柔軟性の観点からは、ソフトブロックのガラス転移点が２０℃以下であることが好ましく、０℃以下であることがより好ましく、−２０℃以下であることがさらに好ましい。特に粘着性の観点からは、ソフトブロックが非晶性であることが好ましい。ソフトブロック、ハードブロックともに非晶性であることがより好ましい。

ブロック共重合体としては、アクリル系ブロック共重合体が好適に用いられる。非晶性のハードブロックと非晶性のソフトブロックとがミクロ相分離構造を形成しており、良好な力学性能と粘着性能を併せ持つことができる。しかも、極性ポリマーであるためにレーザー照射後の接着強度も高い。さらにアクリル系重合体は一般に光や熱に対して安定であるので、長期間にわたる安定的な接着性能も期待できる。ハードセグメントがアルキルメタクリレートから構成され、ソフトブロックがアルキルアクリレートから構成されることが好ましい。ジブロック共重合体やトリブロック共重合体を用途に応じて使い分けることができるし、混合して用いてもよい。具体的には、メチルメタクリレート−ｎブチルアクリレート−メチルメタクリレートのトリブロック共重合体や、メチルメタクリレート−ｎブチルアクリレートのジブロック共重合体が例示される。ここで、メチルメタクリレートから構成されるハードブロックのガラス転移温度は１００〜１２０℃程度であり、ｎブチルメタクリレートから構成されるソフトブロックのガラス転移温度は−４０〜−５０℃程度である。なお、アクリル系ブロック共重合体に対して粘着性付与剤を添加しても良い。

また、ベースポリマー自体が粘着性を有するものとして、ウレタン系重合体も好適に使用される。ウレタン系重合体は極性の高いウレタン結合を有しており、特に金属に対する接着性が良好である。なかでも、二液硬化型のウレタン系重合体が好適に使用され、粘着性に優れた重合体を得ることができる。原料として用いられるイソシアネート化合物とアルコールを混合して反応させることによってウレタン系重合体が得られる。トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）やジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）などのジイソシアネート化合物と、ジオール化合物とを混合して反応させることが好ましい。ジオール化合物の化学構造や分子量は目的に応じて調整される。また、３官能以上のイソシアネート化合物やアルコールを用いて、本発明の効果を阻害しない範囲で架橋構造を導入しても構わない。

また、レーザー接合用中間部材のレーザー吸収性を向上させる目的で、中間部材にレーザー光の吸収剤（以下、「レーザー吸収剤」ともいう）を含有させることも好ましい。本発明におけるレーザー吸収剤は、添加することによって中間部材のレーザー吸収性を向上しうるものをいう。このようなレーザー吸収剤としては、カーボンブラックや複合酸化物系顔料などの無機顔料；フタロシアニン系顔料、レーキ顔料、多環式系顔料などの有機顔料；及び使用するレーザー光の波長に応じた各種染料など公知のものを適宜使用できる。レーザー吸収剤の配合量は、その種類によっても大きく異なるが、ベースポリマー１００重量部に対して通常０．０１〜２０重量部程度である。また、その他の各種添加剤を配合することもできる。

また、本発明のレーザー接合用中間部材の形態は特に限定されない。第１部材と第２部材との間に挟むことができればよい。例えば、シート状であってもよいし、棒状であってもよいし、複雑な三次元形状を有するものであってもよい。なかでも、製造の容易性や、取扱いの容易性を考慮すれば、シートであることが好ましい。ここで、本発明で言うシートとは、薄物であるフィルムや、厚物である板などを含む概念である。

また、レーザー接合用中間部材の厚さは１０〜５０００μｍであることが好ましい。中間部材が適度な厚さを有することにより、レーザー光のエネルギーによって加熱溶融して第１部材と第２部材を接合した際に、両部材の接合界面に生じる応力を適度に緩和させることが可能となる。中間部材が薄すぎる場合には両部材間の応力を緩和することが不十分となるおそれがある。このような観点から、中間部材の厚さはより好ましくは２０μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。一方、中間部材が厚い場合には、第１部材と第２部材の両方の接合面と溶融接着させることが困難になるけれども、そのような場合には、一方の界面をレーザー溶着し、他方の界面は粘着力だけで接着することも可能である。ただし、コスト面の要請や、中間部材自体の強度の問題もあるので、中間部材は厚すぎない方がよい。中間部材の厚さはより好ましくは２０００μｍ以下であり、さらに好ましくは１０００μｍ以下である。ここで、中間部材の厚さとは、第１部材と接する面と第２部材と接する面との間の距離のことをいう。

本発明のレーザー接合用中間部材の２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａであることが好ましい。このような引張弾性率を有することにより、異なる２つの材料を接合する際に、線膨張係数の違いに起因して生じる両部材の界面における応力（歪み）を緩和することができる。また、中間部材を接合面の表面形状に沿わせることも容易になる。そのため、得られる接合品が高い接着強度を維持することができる。引張弾性率が低すぎると、中間部材の形状を保持することが困難となり、作業性が低下するおそれがある。引張弾性率は好ましくは０．１ＭＰａ以上である。一方、引張弾性率が高すぎると、上記応力緩和や表面形状への追随が不十分となるおそれがある。引張弾性率は好ましくは１００ＭＰａ以下であり、より好ましくは５０ＭＰａ以下である。

本発明のレーザー接合用中間部材の粘着力については、ＪＩＳ Ｚ０２３７の１０．４に基づいた１８０度引きはがし粘着力（被着体：ＳＵＳ３０４）が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上であることが好ましい。このような粘着力を有する中間部材を使用することによって、接合面への中間部材の固定が容易になるし、第１部材と第２部材との接着力も大きくできる。１８０度引きはがし粘着力は、０．５Ｎ／２５ｍｍ以上であることが好ましく、２Ｎ／２５ｍｍ以上であることがより好ましく、５Ｎ／２５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

このようなレーザー接合用中間部材の製造方法は特に限定されない。ニーダーや押出機などの混練機を用いて、ベースポリマーに粘着性付与剤を配合し、混練してから成形することができる。カレンダーなどで圧延したり、ダイから押出すことによって所望の成形品を得ることができる。また、溶剤に溶かして離型紙に塗布してから乾燥させることによって製造してもよい。粘着性付与剤を用いない場合は、ベースポリマーのみで上記操作を行えば良い。

以上説明したレーザー接合用中間部材を第１部材と第２部材の間に挟み、第１部材側からレーザー光を照射することによって中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とが接合される。以下、図面を参照して本発明の接合方法を説明する。図１は、本発明の接合方法によって得られる接合品の一例を示す模式的断面図である。図１の接合品１は、第１部材２と、レーザー接合用シート３と、第２部材４とをこの順に積層してなる。本発明の接合方法においては、図１のようにレーザー接合用シート３を第１部材２と第２部材４との間に挟んでから、レーザー光Ｌを第１部材側から照射する。

本発明のレーザー接合用中間部材は粘着性を有しているので、第１部材又は第２部材の接合面に簡単に固定することができる。しかも柔軟性にも優れているので、両部材の接合表面形状に沿わせることが容易である。したがって、広い面積の部材に対して局所的に複数の中間部材を用いるのに適しているし、平面でない接合面に対して用いるのにも適している。しかも、簡便な操作によって、第１部材と第２部材の間の間隔を一定範囲に維持することが容易である。粘着力を得るためには、第１部材と第２部材の間に挟んでから、第１部材と第２部材の両側から中間部材を加圧して接着力を向上させて、その後レーザー光を照射することが好ましい。レーザー照射の時には、前記加圧を解除することもできるので、作業性に優れている。

本発明では、レーザー光の種類として、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザー等の公知のいずれも用いることができ、特に限定されない。第１部材、第２部材及びレーザー接合用中間部材の種類や厚さに応じて、最適な波長及び出力のものを選択して用いることができる。また、レーザー光線は１つの波長からなるものに限らず、２以上の波長が混合されたものであってもよい。また、接合範囲がレーザー光の照射径より広い場合、必要に応じてレーザー光源又は接合対象の積層品（中間部材を挟んで第１部材と第２部材とを積層したもの）を移動させながら、レーザー光の照射を行ってもよい。

第１部材はレーザー光に対して透過性を有しているので、第１部材側から照射されたレーザー光の少なくとも一部はこの第１部材を透過してレーザー接合用中間部材に到達する。中間部材がレーザー光を吸収する材質からなる場合、中間部材自体が吸収したレーザー光のエネルギーにより中間部材が加熱溶融される。このとき、第１部材及び第２部材の少なくとも一方が樹脂からなる場合、中間部材の熱がこれらの樹脂にも伝わって溶融する。レーザー光の照射が終了すると、中間部材並びに第１部材及び／又は第２部材の樹脂が冷却されてそれぞれが再度固化することにより、中間部材と樹脂が溶着される。

一方、第１部材及び第２部材の少なくとも一方が樹脂以外の材料（金属、ガラス又はセラミックスなど）からなる場合、レーザー光の照射により加熱溶融されたレーザー接合用中間部材はこれら樹脂以外の材料に融着し、レーザー光の照射終了後冷却されて再度固化することにより、中間部材と樹脂以外の材料が溶着される。このように、第1部材と中間部材、及び中間部材と第２部材がそれぞれ接合界面において溶着されることにより、第１部材と第２部材の接合がなされる。

また、レーザー接合用中間部材がレーザー透過性の材質からなるものである場合、中間部材に到達したレーザー光の少なくとも一部が該中間部材を透過して第２部材に到達する。レーザー透過性の中間部材が加熱溶融されるためには、第２部材がレーザー光により加熱されて発熱する必要があるため、第２部材がレーザー吸収性材料からなる必要がある。第２部材がレーザー光により加熱されて発生した熱によって中間部材が加熱溶融し、その後冷却固化することにより、第１部材と第２部材の接合がなされる。このようにして、第１部材と、第２部材と、これらの間に挟まれ且つ第１部材及び第２部材のそれぞれに対して融着された中間部材を有する本発明の接合品が得られる。

本発明の接合方法は、レーザー光の照射によりベースポリマー及び粘着性付与剤からなる樹脂組成物よりなるレーザー接合用中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とを接合するものである。よって、上述したように、中間部材と、第１部材及び／又は第２部材の中間部材側の接合界面が、レーザー光の照射により加熱されてその後冷却されるという熱サイクルを受ける。このとき、第１部材と第２部材の線膨張係数の違いなどに起因した応力が接合界面に生じ得るが、柔軟な中間部材を用いた場合には、このような応力を緩和することができ、接合強度の低下や剥がれを防止することができる。これにより、接合の信頼性を向上させることができる。さらに、粘着性付与剤の多くは金属などに対する親和性が高いので、レーザー光線によって加熱溶着した部分の接着力が、粘着性付与剤を含有しない場合に比べて大きくなる。また、レーザー光線によって加熱溶着しなかった部分についても、粘着力によって接着されているので、一段と接着強度を向上させることができる。

また、得られた接合品の使用によって熱ストレスや機械的応力が接合界面に発生するが、このような場合でも、柔軟なレーザー接合用中間部材を用いた場合には、上記ストレスや応力が緩和されるので、長期の使用によっても接合強度を維持することができる。さらに、粘着力だけで接着させた場合には長期間の使用によるクリープの発生が問題になる場合が多いが、局所的にレーザー光を照射して、中間部材の一部のみを溶融させて接合した場合には、融着部分がアンカーになってクリープの発生を防止することができる。

第１部材と第２部材の組合せ（第１部材／第２部材）としては、例えば樹脂／樹脂、樹脂／金属、樹脂／セラミックス、樹脂／ガラス、ガラス／樹脂、ガラス／金属、ガラス／セラミックス、ガラス／ガラスなどが例示される。中でも、第２部材が第１部材とは異なる材料からなる場合に、本発明のレーザー接合用中間部材を採用する実益が大きい。ここで「樹脂／樹脂」の組合せとしては、異なる種類、特に極性の異なる樹脂同士を接合する場合に有用である。また、樹脂の中に無機フィラーを多く含有するものと、そうでないものとを接合する場合にも有用である。また、「樹脂／金属」は、本発明の効果を効果的に奏する組合せであって、実用上のニーズも大きいので、特に重要な組合せであり、熱膨張率の相違から発生するストレスも本発明の接合用シートを使用することで解消できる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。下記実施例中における試験方法は以下のとおりである。

（１）引張弾性率
ＪＩＳ Ｋ７１６１及びＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、ＪＩＳ Ｋ７１６１の「４．６ 引張弾性率」に規定される引張弾性率を測定し、算出した。試料の形状は、「ダンベル状３号型」とした。測定は、２３℃の環境下で状態調節してから行った。

（２）１８０度引きはがし粘着力
ＪＩＳ Ｚ０２３７の１０．４に基づいて、ステンレス（ＳＵＳ３０４）板に対する１８０度引きはがし粘着力（Ｎ／２５ｍｍ）を測定した。ここで、粘着力の測定チャートが波打つときには、その凸点の平均値と凹点の平均値とをそれぞれ求め、その平均値を１８０度引きはがし粘着力とした。ポリプロピレン板に対する１８０度引きはがし粘着力も同じ要領で測定した。

（３）剪断強度
得られた接合品の剪断試験は、インストロン３３８２（インストロンコーポレーション）により行った。図３に示すように、第１部材２と同様の部材５を第２部材４の接合面と同じ面上にナットで接合し、第１部材２及び部材５に対して平行（図の矢印方向）な引張力を加え、剪断試験を行った。その際、剪断速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとし、最大強度を求めた。得られた最大強度を剪断強度とした。

下記実施例及び比較例に用いる接合対象の部材として以下に示すものを用いた。
・ポリプロピレン（ＰＰ）
幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリプロピレンからなる板（新神戸電機株式会社製「ＰＰ−Ｎ−ＢＮ」）を用いた。
・ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）
幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂からなる板（日本ポリペンコ株式会社製「ポリペンコアセタール コポリマー」）を用いた。
・アルミニウム（ＡＬ）
幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板を用いた。
・高張力鋼板（ＨＴ）
幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの高張力鋼板（ＨＴ８０）を用いた。

実施例１
カルボキシル基を有する単量体で変性されたＳＥＢＳ（スチレン含有量３２重量％、分子量５２，０００）２０重量部、テルペン樹脂（ヤスハラケミカル株式会社製「ＹＳレジンＴＯ−１１５」）２０重量部、赤外線吸収剤（昭和電工株式会社製「ＩＲ−Ｔ」）０．０５重量及びトルエン６０重量部を計量し、容器の中に入れて１８時間封をして放置した後、均一になるまでスクリューで攪拌し、離型紙上に塗工機にて塗布してから乾燥し、厚さ１００ミクロンのレーザー接合用シートを得た。得られた接合用シートの引張弾性率は４．０８ＭＰａであった。

得られた接合用シートのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に対する１８０度引きはがし粘着力は、凸点平均で１８．７Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で１６．２Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で１７．４Ｎ／２５ｍｍであった。また、ポリプロピレン板に対する１８０度引きはがし粘着力は、凸点平均で１１．８Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で７．９Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で９．９Ｎ／２５ｍｍであった。すなわち、金属に対しても樹脂に対しても、十分な粘着力を有するものであった。

表１に示すように、第１部材としてポリオキシメチレン（ＰＯＭ）板及びポリプロピレン（ＰＰ）板を、第２部材として高張力鋼板（ＨＴ）及びアルミニウム（ＡＬ）板をそれぞれ用いた。図２に示すように、第１部材２と第２部材４を長さ方向に３０ｍｍずらして第１部材２が上になるように重ね、第１部材２と第２部材４の間（図２のＡで示す重ね合わせ部分）に、得られた接合用シート（図中の３）を挟んで、３．３ｋｇの錘を１分間載せてから、約２０分養生して、積層品を得た。得られた積層品の上記重ねあわせ部分に対し、上方（第１部材側）から以下の条件でレーザー照射による加熱を行った。レーザーの熱源として８００、９４０、及び９８０ｎｍの３波長混合の半導体レーザーを用いた。レーザー光線のコリメート径は４６ｍｍ、焦点距離は１００ｍｍであり、最小スポット径は６００μｍであった。レーザー光の照射は照射距離１０５ｍｍの条件で表１に示す出力にて行った。第１部材の長手方向（図２において横方向）に対して１ｍｍ／ｓｅｃの速度で１５ｍｍ走査した。レーザー光の走査を第１部材の短手方向（図２において上下方向に）５ｍｍずつずらして３回繰り返すことにより接合用シートを溶融させた。照射終了後は空冷により接合用シートが再度固化することにより、この接合用シートを介して第１部材と第２部材が接合され、接合品を得た。剪断強度を測定した結果を表１にまとめて示す。

実施例２
実施例１において、テルペン樹脂２０重量部の代わりに、水添テルペンスチレン樹脂（ヤスハラケミカル株式会社製「クリアロンＫ−１１５」）２０重量部を使用した以外は実施例１と同様にして厚さ１００ミクロンの接合用シートを得た。得られた接合用シートの引張弾性率は５．９７ＭＰａであった。得られた接合用シートのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に対する１８０度引きはがし粘着力は、凸点平均で１７．５Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で１６．２Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で１６．９Ｎ／２５ｍｍであった。また、ポリプロピレン板に対する１８０度引きはがし粘着力は、凸点平均で１３．５Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で７．３Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で１０．４Ｎ／２５ｍｍであった。すなわち、金属に対しても樹脂に対しても、十分な粘着力を有するものであった。この接合用シートを用いて実施例１と同様にレーザー光を照射し、剪断強度を測定した。第１部材としてポリプロピレン（ＰＰ）板を、第２部材としてアルミニウム（ＡＬ）板を用いた試験のみを行った。結果を表１にまとめて示す。

比較例１
実施例１において、テルペン樹脂を使用せず、実施例１と同じ変性ＳＥＢＳ４０重量部、実施例１と同じ赤外線吸収剤０．０５重量及びトルエン６０重量部を用いた以外は、実施例１と同様にして厚さ１００ミクロンの接合用シートを得た。得られた接合用シートの引張弾性率は８１．５ＭＰａであった。得られたシートは特に粘着性は有していなかった。この接合用シートを用いて実施例１と同様にレーザー光を照射し、剪断強度を測定した。結果を表１にまとめて示す。

表１に示されるように、実施例１及び実施例２の接合品ではレーザー出力０Ｗ（レーザー照射しない例）でも一定の剪断強度を有することがわかる。また、レーザー光を照射した場合の剪断強度も、粘着性付与剤を含まない接合用シートを用いた比較例１に比べて高くなっていることがわかる。

実施例３
株式会社クラレ製アクリル系ブロック共重合体「ＬＡ２１４０Ｅ」１００重量部、デグッサ社製カーボンブラック「ＰＲＩＮＴＥＸ Ｇ」０．２重量部及びトルエン１５０重量部を計量し、容器の中に入れて１８時間封をして放置した後、均一になるまでスクリューで攪拌し、離型紙上に塗工機にて塗布してから乾燥し、厚さ１００ミクロンのレーザー接合用シートを得た。ここで、「ＬＡ２１４０Ｅ」は、メチルメタクリレート−ｎブチルアクリレート−メチルメタクリレートのトリブロック共重合体である。得られた接合用シートの引張弾性率は０．５ＭＰａであった。得られた接合用シートのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に対する１８０°引きはがし粘着力は、凸点平均で８．７Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で５．３Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で７．０Ｎ／２５ｍｍであった。

第１部材、第２部材ともにポリオキシメチレン（ＰＯＭ）板を用いた。図２に示すように、第１部材２と第２部材４を長さ方向に２５ｍｍずらして第１部材２が上になるように重ね、第１部材２と第２部材４の間（図２のＡで示す重ね合わせ部分）に、得られた接合用シート（２５ｍｍ×２５ｍｍ：図中の３）を挟んで、３．３ｋｇの錘を１分間載せてから、約２０分養生して、積層品を得た。得られた積層品の上記重ねあわせ部分に対し、上方（第１部材側）から以下の条件でレーザー照射による加熱を行った。レーザーの熱源として８００、９４０、及び９８０ｎｍの３波長混合の半導体レーザーを用いた。レーザー光線のコリメート径は４６ｍｍ、焦点距離は１００ｍｍであり、最小スポット径は６００μｍであった。レーザー光の照射は照射距離１０５ｍｍの条件で表２に示す出力にて行った。第１部材の長手方向（図２において横方向）に対して３ｍｍ／ｓｅｃの速度で２０ｍｍの距離を１回だけ走査し接合用シートを溶融させた。照射終了後は空冷により接合用シートが再度固化することにより、この接合用シートを介して第１部材と第２部材が接合され、接合品を得た。剪断強度を測定した結果を表２にまとめて示す。

実施例４
実施例３において、株式会社クラレ製アクリル系ブロック共重合体「ＬＡ２１４０Ｅ」７０重量部、株式会社クラレ製アクリル系ブロック共重合体「ＬＡ１１１４」３０重量部、デグッサ社製カーボンブラック「ＰＲＩＮＴＥＸ Ｇ」０．２重量部及びトルエン１５０重量部を用いた以外は、実施例３と同様にしてレーザー接合用シートを得た。ここで、「ＬＡ１１１４」は、メチルメタクリレート−ｎブチルアクリレートのジブロック共重合体である。得られた接合用シートの引張弾性率は０．４ＭＰａであった。得られた接合用シートのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に対する１８０°引きはがし粘着力は、凸点平均で９．０Ｎ／２５ｍｍ、凹点平均で５．６Ｎ／２５ｍｍ、凹凸平均で７．３Ｎ／２５ｍｍであった。この接合用シートを用いて、実施例３と同様にレーザー照射して接合品を得た。剪断強度を測定した結果を表２にまとめて示す。

比較例２
実施例３において、実施例１で用いたのと同じＳＥＢＳ１００重量部、デグッサ社製カーボンブラック「ＰＲＩＮＴＥＸ Ｇ」０．２重量部及びトルエン１５０重量部を用いた以外は、実施例３と同様にしてレーザー接合用シートを得た。得られた接合用シートの引張弾性率は８２．０ＭＰａであった。得られたシートは特に粘着性を有していなかった。この接合用シートを用いて、実施例３と同様にレーザー照射して接合品を得た。剪断強度を測定した結果を表２にまとめて示す。

以上のように、樹脂自体が粘着性を有するものについては、粘着性付与剤を添加することなく第１部材と第２部材を接着することができ、レーザー照射することによって接着力を大きく増大させることが可能である。低温での流動性に優れるジブロック共重合体を配合した実施例４では、実施例３に比べて、レーザー照射前の粘着力が大きく、より小さいレーザー出力で高い接着量を得ることが可能であった。

Claims (14)

1. レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とをレーザー溶着法により接合するために、レーザー光の照射に先立って第１部材と第２部材の間に挟まれるレーザー接合用中間部材であって、該レーザー接合用中間部材が粘着性を有することを特徴とするレーザー接合用中間部材。
2. 前記レーザー接合用中間部材が、ベースポリマー及び粘着性付与剤からなる樹脂組成物よりなる請求項１記載のレーザー接合用中間部材。
3. 前記ベースポリマーがエラストマーである請求項２記載のレーザー接合用中間部材。
4. 前記ベースポリマーが、極性官能基を有する単量体で変性されたものである請求項２又は３記載のレーザー接合用中間部材。
5. 前記ベースポリマー１００重量部に対して前記粘着性付与剤を１〜５００重量部含有する、請求項２〜４のいずれかに記載のレーザー接合用中間部材。
6. 前記レーザー接合用中間部材のベースポリマーが、アクリル系ブロック共重合体である請求項１〜５のいずれか記載のレーザー接合用中間部材。
7. レーザー光の吸収剤を含有する、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザー接合用中間部材。
8. 厚さが１０〜５０００μｍである、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザー接合用中間部材。
9. ２３℃における引張弾性率が０．０１〜５００ＭＰａである請求項１〜８のいずれかに記載のレーザー接合用中間部材。
10. 前記レーザー接合用中間部材の、ＪＩＳ Ｚ０２３７の１０．４に基づいて測定したＳＵＳ３０４板に対する１８０度引きはがし粘着力が０．１Ｎ／２５ｍｍ以上である請求項１〜９のいずれかに記載のレーザー接合用中間部材。
11. レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材とを接合する接合方法であって、粘着性を有するレーザー接合用中間部材を第１部材と第２部材の間に挟み、第１部材側からレーザー光を照射することによって前記レーザー接合用中間部材を溶融させて、第１部材と第２部材とを接合することを特徴とする接合方法。
12. 前記第２部材が第１部材とは異なる材料からなる、請求項１１記載の接合方法。
13. レーザー光の照射により前記レーザー接合用中間部材の一部のみを溶融させる、請求項１１又は１２記載の接合方法。
14. レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第１部材と、第１部材と同一又は異なる材料からなる第２部材と、第１部材と第２部材の間に挟まれ且つ第１部材及び第２部材のそれぞれに対してレーザー照射によって融着したレーザー接合用中間部材とを有する接合品であって、前記レーザー接合用中間部材が粘着性を有することを特徴とする接合品。

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