JP4944918B2 - 樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法 - Google Patents

樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法 Download PDF

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Description

本発明は、樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法に関するものである。
従来、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂材および、樹脂材のレーザー溶着方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
図７に示す従来の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成図を用いて、原理を簡単に説明する。以下、図７に対する上下左右方向を基準とする。
図７（ａ）において、断面が略矩形状の透過性樹脂材７０１の下面と、断面が略矩形状の吸収性樹脂材７０２の上面とが当接することで、接合面７０４を形成している。なお、本従来例は透過性樹脂材７０１の下面に反り７０１ａ、吸収性樹脂材７０２の上部に気泡が生じている場合として、以下説明する。透過性樹脂材７０１の下面に反り７０１ｂがあるため、接合面７０４には空間７０６ができている。
そして、押さえ冶具（図示無し）で加圧力Ｐ７１を加えた状態で、透過性樹脂材７０１側からレーザー光７０３を照射すると、レーザー光７０３は透過性樹脂材７０１ではほとんど吸収されずに透過して、吸収性樹脂材７０２の表面付近で吸収される。吸収されたレーザー光７０３のエネルギーは熱に変換され、吸収性樹脂材７０２の表面を加熱する。そして、吸収性樹脂材７０２の表面と接している透過性樹脂材７０１の表面も、熱伝達によって加熱される。
その結果、図７（ｂ）に示すように、吸収性樹脂材７０２と透過性樹脂材７０１の接合面７０４に溶融樹脂材７０５が形成され、溶融樹脂材７０５が冷却して固化することで両樹脂材が溶着される。
また、図８に示すように、レーザー光８０３を照射して走査することで、例えば矩形箱状のケース８００における、吸収性樹脂材で形成されたケース本体８０２と、透過性樹脂材で形成された蓋８０１とを溶着して密封することができる。
特開２００５−２８８９３４号公報
しかし、本従来例のように、空間７０６と気泡７０２ａとがある状態でレーザー光７０３を照射して樹脂材を加熱すると、空間７０６と気泡７０２ａの空気も加熱されて膨張し、破裂が発生する。図７（ｃ）に示すように、この破裂によって、溶融樹脂材７０５は接合面７０４に沿って飛散し、不均一な状態で冷却固化するので、溶着強度が不安定となり、リーク不良が生じる。また、溶融樹脂材７０５の飛散または流出により、樹脂材本体からはみ出すことで外観を損ねることとなる。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合面の空気が膨張して破裂した場合でも、溶融樹脂材が樹脂材本体からはみ出さず、溶着強度が安定した樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法を提供することにある。
請求項１の発明は、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材における一つの平面で構成された一面と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材における一つの平面で構成された一面とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂材において、前記透過性樹脂材の一面における、レーザー光の走査軌跡の両側方のうち少なくとも一方に複数の溝を設け、前記溝の経路は、レーザー光の走査軌跡に対して平行でない経路を含むことを特徴とする。
この発明によれば、樹脂材において、レーザー光の照射により、膨張または破裂した空気と溶融樹脂材とを接合面に形成された溝に逃がすことができる。そのため、溶融樹脂材は樹脂材本体からはみ出さず、均一な状態で冷却固化することができるので、溶着強度を安定させることができる。さらに、この発明によれば、溝内部にある空間の温度の上昇を抑制することができる。透過性樹脂材はレーザー光を透過するので、レーザー光により直接加熱されることはないため、吸収性樹脂材よりも温度は低くなる。それにより、透過性樹脂材に溝を設けることで、溝内部の温度の上昇を抑制することができ、溝内部の空気の膨張が抑制されるので、膨張または破裂した空気をより多く溝に逃がすことができる。
さらに、この発明によれば、複数の溝を設けることによって、膨張または破裂した空気および、溶融樹脂材をより多く逃がすことができる。さらに、この発明によれば、溝の経路を長く構成することで、膨張または破裂した空気および、溶融樹脂材をより多く逃がすことができる。
請求項２の発明は、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材における一つの平面で構成された一面と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材における一つの平面で構成された一面とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂材において、前記透過性樹脂材の一面における、レーザー光の走査軌跡の両側方のうち少なくとも一方に複数の溝を設け、前記溝の経路は、レーザー光の走査軌跡に対して平行でない経路を含むことを特徴とする。
この発明によれば、樹脂材のレーザー溶着方法において、レーザー光の照射により、膨張または破裂した空気と溶融樹脂材とを接合面に形成された溝に逃がすことができる。そのため、溶融樹脂材は樹脂材本体からはみ出さず、均一な状態で冷却固化することができるので、溶着強度を安定させることができる。
以上説明したように、本発明では、接合面の空気が膨張して破裂した場合でも、溶融樹脂材が樹脂材本体からはみ出さず、溶着強度を安定させることができるという効果がある。
本発明の樹脂材の概略構成を示す図である。 同上の樹脂材を用いた成形物の概略構成を示す図である。 同上の成形物の上面を示す図である。 同上のレーザー光照射前の接合面の断面を示す図である。 複数の溝が設けられた接合面の断面を示す図である。 溝が屈曲線で形成された成形物の上面を示す図である。 従来の樹脂材の概略構成を示す図である。 同上の成形物の概略構成を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
図１に本例の概略構成図を示す。以下、図１に対する上下左右方向を基準とする。
本実施形態の樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法は、レーザー光１０３を透過させる透過性樹脂材１０１と、レーザー光１０３を吸収する吸収性樹脂材１０２とを重ね合わせて加圧し、レーザー光１０３を透過性樹脂材１０１側から照射して、接合面１０４に溶融樹脂材１０５を形成して両樹脂材が溶着して構成される樹脂材および樹脂材のレーザー溶着方法である。
図２に本例の樹脂材を用いた成形物の構成図、図３に成形物の上面図を示す。
本発明の樹脂材は、例えば図２に示すようなケース１００において、ケース本体を構成する吸収性樹脂材１０２と、蓋を構成する透過性樹脂材１０１に用いられ、レーザー光１０３を照射して走査することで両樹脂材を溶着することができる。
吸収性樹脂材１０２は上面が開口した略矩形箱状、透過性樹脂材１０１は略矩形板状で形成され、吸収性樹脂材１０２の上部に透過性樹脂材１０１が覆設される。そして、吸収性樹脂材１０２開口周縁と透過性樹脂材１０１下面とが当接することで形成される接合面１０４に、透過性樹脂材１０１上面からレーザー光１０３が照射して走査することで、略矩形状の走査軌跡１０３ａが形成される。
そして、走査軌跡１０３ａの両側方において、走査軌跡１０３ａに平行して沿う経路で、断面が略矩形状をした溝１０１ａが透過性樹脂材１０１の下面に設けられている。
レーザー光１０３照射前における、接合面１０４の一部断面図を図４に示す。
なお、接合面１０４のレーザー光１０３が照射される箇所において、透過性樹脂材１０１の下面に反り１０１ｂ、吸収性樹脂材１０２の上部に樹脂成型時に空気が樹脂内に閉じ込められて形成された気泡１０２ａが生じている場合として、以下説明する。
そして、透過性樹脂材１０１の下面に反り１０１ｂが生じているため、接合面１０４には空間１０６ができている。
接合面１０４に空間１０６がある状態または、樹脂材に気泡１０２ａがある状態で、レーザー光１０３を接合面１０４に照射すると、樹脂材が加熱されて溶融樹脂材１０５が形成されると共に、加熱された樹脂材によって空間１０６と気泡１０２ａの空気も加熱されて膨張する。
しかし、本例では図１に示すように、接合面１０４を形成する透過性樹脂材１０１の下面に溝１０１ａを設けているため、接合面１０４にある空間１０６の膨張した空気を溝１０１ａに逃がすことができる。
また、気泡１０２ａように樹脂内に空気が閉じ込められた場合や、接合面１０４が密着して溝１０１ａまでの経路が塞がれている場合等には、破裂を起こして溶融樹脂材１０５が飛散する場合がある。しかし、破裂が起きても、破裂した空気および飛散した溶融樹脂材１０５を溝１０１ａに逃がすことができるので、溶融樹脂材１０５を略均一な状態で冷却固化することができるので、安定した溶着強度を保つことが出来る。また、流動性を有する溶融樹脂材１０５が接合面１０４に沿って流れる場合があるが、溶融樹脂材１０５は溝１０１ａに流入するため、樹脂材本体からはみ出すことはない。
このように、接合面１０４において、レーザー光１０３の走査軌跡１０３ａの側方に溝１０１ａを設けることによって、溶融樹脂材１０５が樹脂材本体からはみ出さず、安定した溶着強度で樹脂材を溶着することができる。なお、反り１０１ｂや気泡１０２ａ以外の条件でも、接合面１０４に空間がある状態であれば、本発明による上記効果を得ることができる。
また、上述の例では、レーザー光１０３の走査軌跡１０３ａの両側方に１つずつ溝１０１ａを設けているが、走査軌跡の両側方に複数の溝を設けた例を図５に示す。
本例では、透過性樹脂材５０１の下面におけるレーザー光５０３の走査軌跡の両側方に２つずつ上記同様の溝５０１ａが設けられている。
透過性樹脂材５０１と吸収性樹脂材５０２との接合面５０４に空間がある場合に、空気が膨張または破裂しても、溝５０１ａの数が増えることで、溝５０１ａ内の空間の体積が増加しているので、膨張または破裂した空気および溶融樹脂材５０５を、溝５０１ａにより多く逃がすことができる。そのため、溶融樹脂材５０５が樹脂材本体からはみ出さず、より安定した溶着強度を保つことができる。
なお、本例ではレーザー光５０３の走査軌跡の両側方で互いに同じ数の溝５０１ａを設けているが、走査軌跡の両側方で互いに異なる数の溝を設けてもよい。
また、レーザー光の走査軌跡の片側方にのみ、溝を設けた場合であっても、溶融樹脂材が少ない場合や、接合面の空間が小さい場合等であれば、上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、溝内の空間の体積を増やすために、経路が屈曲線で形成された溝を設けた例を図６に示す。図６は本例の透過性樹脂材の上面図である。
本例の樹脂材の構成は、上記で説明した略矩形板状の透過性樹脂材１０１と、略矩形箱状の吸収性樹脂材１０２と同一の構成である。そして、同様に、レーザー光の走査軌跡６０３ａの両側方に沿う経路で、溝６０１ａが透過性樹脂材６０１の下面に設けられている。
しかし、本例では、略矩形状の経路からなる溝６０１ａにおいて、経路を構成する辺の中心が外側へ屈曲する屈曲線で形成されている。このように、溝６０１ａは走査軌跡６０３ａと平行でない経路を含むことによって、走査軌跡６０３ａと平行に溝を形成した時と比較して、溝６０１ａの全長が伸びるので、溝６０１ａ内の空間の体積が大きくなる。そのため、膨張または破裂した空気および溶融樹脂材を、溝６０１ａにより多く逃がすことができる。そのため、溶融樹脂材が樹脂材本体からはみ出さず、より安定して溶着強度を保つことができる。
なお、レーザー光の走査軌跡と平行でない経路を含む溝であれば、湾曲線等で形成されていてもよい。
１０１ 透過性樹脂材
１０１ａ 溝
１０２ 吸収性樹脂材
１０３ レーザー光
１０４ 接合面
１０５ 溶融樹脂材

Claims (2)

  1. レーザー光を吸収する吸収性樹脂材における一つの平面で構成された一面と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材における一つの平面で構成された一面とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂材において、
    前記透過性樹脂材の一面における、レーザー光の走査軌跡の両側方のうち少なくとも一方に複数の溝を設け、
    前記溝の経路は、レーザー光の走査軌跡に対して平行でない経路を含むことを特徴とする樹脂材。
  2. レーザー光を吸収する吸収性樹脂材における一つの平面で構成された一面と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材における一つの平面で構成された一面とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、両樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着して構成される樹脂材において、
    前記透過性樹脂材の一面における、レーザー光の走査軌跡の両側方のうち少なくとも一方に複数の溝を設け、
    前記溝の経路は、レーザー光の走査軌跡に対して平行でない経路を含むことを特徴とする樹脂材のレーザー溶着方法。
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