JP5256931B2 - レーザー光照射条件の設定方法、レーザー溶着加工方法及びポリアミド樹脂部材溶着体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光を照射して、ポリアミド樹脂部材同士を密に溶着させる際のレーザー光照射条件の制御方法及びレーザー溶着加工方法に関する。

従来、樹脂部材同士を接合する方法として、接着剤を用いる方法、熱板溶着、振動溶着、超音波溶着、スピン溶着等の溶着方法、最近ではＤＲＩ、ＤＳＩ等の射出溶着方法やレーザー溶着方法が知られている。
接着剤による接合方法は、作業者の手作業によるものであるため、非効率的な作業となる。また、安定的な接合強度を得ることができず、樹脂部材の種類によっては十分な接着力が得られないという問題がある。さらに、環境汚染の問題もある。
熱板溶着はサイクルが長く、充填物があったり、吸水状態では溶着できないという欠点がある。振動溶着は振動により溶着部が１〜２ｍｍ動くため精密部品には適さない、バリが発生してフィルター等の目詰まりの原因になる、そりがあると溶着しにくい等の欠点がある。超音波溶着は溶着強度が低い、気密性に乏しい、小さいものしか適応できない等の欠点がある。スピン溶着は円形のものしか適用できず、充填物があったり、吸水状態では溶着できないという欠点がある。
また、最近インテークマニホールドで採用されている射出溶着方法の１つであるＤＲＩ、ＤＳＩは溶着強度は高いが、金型代が高く、成形機の改造が必要であり、材料の流動性が特に良くないと使用できない等の欠点がある。

一方、レーザー溶着方法は、レーザー光の透過率が高い樹脂部材とレーザー光の吸収率が高い樹脂部材とを重ね合わせ、この重ね合わせ（接合）部分にレーザー光を透過する樹脂部材の側から照射し、レーザー光を吸収する樹脂部材の一部を溶融せしめることで樹脂部材同士を接合する方法である（例えば、特許文献１参照）。このレーザー溶着方法は、三次元接合が可能である上、非接触加工であり、かつバリの発生がない等の利点を利用して、幅広い分野に広がりつつある。
ところが、このようなレーザー溶着方法においては、生産効率を上げるためにレーザー出力を高くすると、レーザー光透過性樹脂部材の表面に焼けや溶融等の不具合が生じて製品の品質低下を招くおそれがある。その理由は、レーザー光透過性が高い樹脂であっても僅かにレーザー光を吸収するため、レーザー密度が高いとエネルギー吸収量が増加するためである。
また、通常のレーザー溶着を行う場合においても、レーザー光は、透過性樹脂部材に入射するまでの空中通過時の吸収や拡散、透過性樹脂部材表面での反射、透過性樹脂部材中への吸収や拡散、吸収性樹脂表面での反射等により減衰されるため、部材が厚い場合等には溶着に必要なエネルギーが十分に得られない場合がある。この場合にもレーザー出力を上げざるを得ないため、やはりレーザー光透過性樹脂部材の表面に焼けや溶融等の不具合が生じる。

このような問題に対処するために、例えばレーザー光透過性樹脂部材と、レーザー光吸収性樹脂部材とを重ね合わせ、レーザー光透過性樹脂部材を通して接合部にレーザー光を照射し、該接合部を溶融せしめて両樹脂部材を相互に溶着する方法であって、前記レーザー光を、２方向又はそれ以上の多方向から該接合部に集光されるように照射することを特徴とするレーザー溶着方法（例えば、特許文献２参照）が開示されている。
しかしながら、このようなレーザー溶着方法においては、レーザー光の照射装置が複雑となり、コスト高になるのを免れない。

さらに、樹脂部材同士の接合において、強固に接合させることができるレーザー溶着方法として、第一樹脂部材と第二樹脂部材とを重ね合わせ、該第一樹脂部材側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着するレーザー溶着方法において、第一樹脂部材がレーザー光に対して弱吸収性であり、第二樹脂部材がレーザー光に対して吸収性であることを特徴とする樹脂部材のレーザー溶着方法（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
このレーザー溶着方法によれば、透過材である第一樹脂部材としてレーザー光に対して弱吸収性のものを用いることにより、レーザー光を照射すると、第一樹脂部材はエネルギーを吸収して、発熱し、第二樹脂部材との接合面部分の温度がある程度まで高くなる。この状態で、第二樹脂部材がレーザー光を吸収して加熱されることにより、溶融すると、第一樹脂部材も容易に溶融するため、接合部において樹脂部材同士が十分に互いに絡み合った接合部となり、接合力が強くなる。

特公平５−４２３３６号公報 特開２００２−３３１５８８号公報 特開２００４−１４８８００号公報

近年、プラスチックの溶着加工における要求特性として、溶着強度と共に、高い気密性が求められる製品が多くなってきている。
これまで、樹脂部材同士のレーザー溶着に関しては、前述のように多くの特許文献や非特許文献が開示や報告されているが、吸収側部材へのレーザー光入射エネルギー流速と、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間に着目し、それらの関係から、高い気密性を保持しながら、良好な溶着強度を発現するために、レーザー光照射条件の最適化を図った技術や、部材間に隙間がある場合における該最適化を図った技術は知られていない。
本発明は、かかる状況下になされたもので、樹脂部材同士を溶着させるレーザー溶着において、例え部材間に隙間がある場合でも、高い気密性を保持しながら、良好な溶着強度が得られる、レーザー光照射条件の制御方法及びレーザー溶着加工方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ポリアミド樹脂部材同士のレーザー溶着においては、用いるレーザー光に対して透過率がある値以上のポリアミド樹脂部材Ａと、該レーザー光に対して透過率がある値以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射すると共に、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］と、前記ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］とが、特定の関係式を満たすレーザー光の照射条件を選択することにより、部材ＡとＢとの間に隙間がある場合でも、容易に最適条件を決定することができ、前記目的を達成し得ることを見出した。
また、前記ポリアミド樹脂部材Ａ及びＢをそれぞれ構成するポリアミド樹脂が、同一種類である場合に、特に効果的に前記目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、次の［１］及び［２］を提供するものである。
［１］ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させるに際し、ポリアミド樹脂部材同士として、用いるレーザー光に対して透過率が２０％以上のポリアミド樹脂部材Aと、該レーザー光に対して透過率が１％以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光の照射を行い、かつ前記部材ＡとＢとの隙間距離に応じて、下記式（１）の関係を満たす照射条件を選定することを特徴とするレーザー光照射条件の制御方法。
βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
β＝１．５Ｚ＋０．４
で示される。
（式中、レーザー光照射時間Ｘ＝ｄ／ｖ［ｓｅｃ］、レーザー光の入射エネルギー流速Ｙ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］であり、ｄはレーザー光のスポット径［ｍｍ］、ｖはレーザー光のスポット走査速度［ｍｍ／ｓ］、Ｐはレーザー光出力［Ｊ／ｓｅｃ］、αはポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示す。Ｚはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間［ｍｍ］であり、０〜０．２の範囲である。）
［２］ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させるに際し、
（ａ）ポリアミド樹脂部材同士として、用いるレーザー光に対して透過率が２０％以上のポリアミド樹脂部材Ａと、該レーザー光に対して透過率が１％以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射すること、及び
（ｂ）レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］と、前記ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］とが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とするレーザー溶着加工方法。
βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
β＝１．５Ｚ＋０．４
で示される。
（式中、Ｘ、Ｙ及びＺは前記と同じである。）

本発明によれば、樹脂部材同士のレーザー溶着において、例え部材間に隙間がある場合でも高い気密性を保持しながら、良好な溶着強度が得られる、レーザー光照射条件の制御方法及びレーザー溶着加工方法を提供することができる。

本発明のレーザー光照射条件の制御方法及びレーザー溶着加工方法においては、ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させるに際し、光学特性として、レーザー光に対して特定の透過率を有するポリアミド樹脂部材Ａ及びポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側から、レーザー光を照射する。

［ポリアミド樹脂部材Ａ、Ｂの光学特性］
本発明においては、ポリアミド樹脂部材Ａ（以下、単に「樹脂部材Ａ」ということがある）側からレーザー光を照射することで、該レーザー光に対して２０％以上の高い透過率を有する樹脂部材Ａをレーザー光が通過する。透過したレーザー光は、該レーザー光に対して１％以下の透過率を有するポリアミド樹脂部材Ｂ（以下、単に「樹脂部材Ｂ」ということがある）の表面に到達し、エネルギーとして蓄積される。この蓄積されたエネルギー分布は、レーザー光があらかじめ持っていたエネルギー分布に対して樹脂部材Ａの透過の際の散乱によって、不均一なエネルギー分布となる。そして、接合面においては、不均一なエネルギー分布を持った加熱、溶融が行われるため、樹脂部材Ａおよび樹脂部材Ｂが互いに絡み合った状態の接合部が生じ、得られる接合体の接合部が強固になる。
当該ポリアミド樹脂部材Ａのレーザー光に対する透過率が２０％未満では、レーザー光を受けた部分が該レーザー光を吸収して溶融する等の不都合が生じ、かつポリアミド樹脂部材Ｂに入射するレーザー光のエネルギーが少なくなって接合面での溶着が不充分になり、所望の溶着強度が得られなくなる。樹脂部材Ａのレーザー光に対する好ましい透過率は３０％以上であり、さらに４０％以上であることが好ましい。

一方、当該ポリアミド樹脂部材Ｂのレーザー光に対する透過率は１％以下であることを要する。この透過率が１％を超えると、入射されたレーザー光が透過することによって、樹脂部材Ｂに吸収されるレーザー光のエネルギーが減少し、接合面での溶着が不充分になると共に、レーザー光のエネルギーの損失が生じる。
当該ポリアミド樹脂部材Ｂには、レーザー光に対して１％以下の透過率を得るために、レーザー光吸収材料を含有させることが好ましい。このレーザー光吸収材料としては、例えばカーボンブラックや複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材を用いることができ、これらは単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができるが、これらの中では効果及び経済性の観点から、カーボンブラックが好適である。
なお、ポリアミド樹脂部材Ａ、及びＢのレーザー光に対する透過率（％）は、パワーエネルギーアナライザー（コヒレント・ジャパン社製、ＦｉｅｌｄＭａｓｔｅｒ（商標登録）ＧＳ ＬＭ−４５）を用いて、ＡＳＴＭ１号ダンベルの形状に成形したものについて測定した値である。

［レーザー光照射条件］
本発明の方法においては、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］と、前記ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］とが、下記式（１）の関係を満たすレーザー光照射条件を選定することにより、部材ＡとＢとの間に隙間がある場合でも、最適照射条件を容易に設定することができる。
βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
β＝１．５Ｚ＋０．４
で示される。
（式中、Ｘ＝ｄ／ｖ、Ｙ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）であり、ｄはレーザー光のスポット径［ｍｍ］、ｖはレーザー光のスポット走査速度［ｍｍ／ｓ］、Ｐはレーザー光出力［Ｊ／ｓｅｃ］、αはポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示す。Ｚはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間［ｍｍ］であり、０〜０．２の範囲である。）
ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］が、βＸ^-0.7以上で、かつＸ^-0.7以下の範囲にあれば、得られる溶着加工品は、気密性試験において、空気のリークが認められず、優れた気密性を有するものとなる。気密性試験については、後で説明する。
前記Ｚが０の場合、すなわちポリアミド樹脂部材Ａ、Ｂ間に隙間がない場合、式（１）は、下記式（１−ａ）となる。
０．４Ｘ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１−ａ）
（式中、Ｘ及びＹは前記と同じである。）
なお、前記のＹ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）において、αは、ポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示すが、百分率ではなく、レーザー光の全てが透過した場合を「１」とし、その「１」に対する透過の割合である。例えば前述で示したような百分率表示で５０％の場合は、０．５となる。
本発明においては、作業効率の観点から、レーザー光照射時間Ｘは、０．１〜５［ｓｅｃ］が好ましい。

（レーザー光）
レーザー溶着に用いられるレーザー光としては、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挙げることができる。より好ましいレーザーとしては、半導体レーザーである。
レーザー光の波長は、接合されるポリアミド樹脂部材の種類により異なるため一概に決定できないが、４００ｎｍ以上であることが好ましい。波長が４００ｎｍより短いと、樹脂部材が著しく劣化しやすくなる。レーザー光のより好ましい波長は４００〜１３００ｎｍである。
また、レーザー光の出力は、走査速度と樹脂部材Ａの吸収能力により調整することができる。レーザー光の出力が低いと樹脂部材の接合面を互いに溶融させることが困難となり、出力が高いと樹脂部材が蒸発したり、変質し強度が低下する等の問題が生じるようになる。

本発明においては、樹脂部材Ａ及び樹脂部材Ｂそれぞれを構成するポリアミド樹脂は、本発明の目的を効果的に達成するために、同一種類であることが好ましい。例えばポリアミド６同士、ポリアミド６，６同士、ポリアミド１２同士等を挙げることができる。これらの中で、特にポリアミド６同士であることが好ましい。
また、本発明においては、ポリアミド樹脂部材ＡとＢとを、０．２０ｍｍ以下の間隙のある状態でレーザー溶着させることができる。この場合も安定した溶着加工品を得ることができる。ただし、０．２０ｍｍよりも広い間隙があると、接合面が密になるレーザー溶着加工が困難となる。

［ポリアミド樹脂部材形成用の樹脂組成物］
本発明においては、ポリアミド樹脂部材Ａを形成するための材料として、樹脂組成物Ａが用いられ、ポリアミド樹脂部材Ｂを形成するための材料として樹脂組成物Ｂが用いられる。
前記樹脂組成物Ａとしては、ポリアミド樹脂、補強用繊維及びその他各種添加剤を含むものを用いることができ、樹脂組成物Ｂとしては、ポリアミド樹脂、補強用繊維、レーザー光吸収材料及びその他各種添加剤を含むものを用いることができる。
当該樹脂組成物Ａ及びＢにおいては、前述したように、ポリアミド樹脂は同一種類のものであることが好ましい。

（ポリアミド樹脂）
当該樹脂組成物Ａ及びＢにおいて用いられるポリアミド樹脂としては、特に制限はなく、従来公知の脂肪族ポリアミド樹脂及び芳香族ポリアミド樹脂の中から、任意のものを、適宜一種又は二種以上選択することができる。ここで、脂肪族ポリアミド樹脂とは、分子鎖中に芳香環を有しないポリアミドを指し、芳香族ポリアミド樹脂とは、分子鎖中に芳香環を有するポリアミドを指す。
このようなポリアミド樹脂としては、アミノカルボン酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸を主たる原料とするポリアミドを挙げることができる。
アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸が挙げられ、例えば、６−アミノカプロン酸、７−アミノヘプタン酸、９−アミノノナン酸、１１−アミノウンデカン酸、１２−アミノドデカン酸等が挙げられる。
ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類が挙げられ、例えば、α−ピロリドン、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ε−エナントラクタム等が挙げられる。

ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、２−メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１−アミノ−３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、ビス（アミノプロピル）ヒペラジン、アミノエチルピペラジン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン等の脂肪族、脂環族、芳香族のジアミン等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の脂肪族、脂環族、芳香族のジカルボン酸が挙げられる。

本発明においては、これらの原料から誘導されるポリアミドホモポリマー又はコポリマーを各々単独又は混合物の形で用いることができる。
本発明で使用されるポリアミド樹脂の具体的な例としては、ポリアミド６、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６／６６、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ポリアミド９Ｔ）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー（ポリアミド６６／６Ｔ）、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド／ポリカプロアミドコポリマー（ポリアミド６Ｔ／６）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ポリアミド６６／６Ｉ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド／ポリカプロアミドコポリマー（ポリアミド６Ｉ／６）、ポリドデカミド／ポリヘキサメチレンテレフタラミドコポリマー（ポリアミド１２／６Ｔ）、ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンテレフタルアミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ポリアミド６６／６Ｔ／６Ｉ）、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ポリアミド６Ｔ／６Ｉ）、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド／ポリ（２−メチルペンタメチレンテレフタルアミド）コポリマー（ポリアミド６Ｔ／Ｍ５Ｔ）、ポリキシリレンアジパミド（ポリアミドＭＸＤ６）、およびこれらの混合物ないし共重合樹脂が挙げられる。これらの中で、ポリアミド６、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２又はポリアミド６／６６共重合樹脂が好ましく、材料の取り扱い性の観点から、特にポリアミド６が好ましい。
なお、ポリアミド樹脂として、二種以上の樹脂混合物を用いる場合には、当該樹脂組成物Ａ及びＢにおいては、前記樹脂混合物の組成が、同一であることが好ましい。

（補強用繊維）
当該樹脂組成物Ａ及びＢにおいて用いられる補強用繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアクリレート繊維等が挙げられ、これらの繊維は一種単独で、又は二種以上を組み合わせて用いてもよいが、樹脂組成物Ａにおいては、得られるポリアミド樹脂部材Ａのレーザー光に対する透過率が２０％以上であることから、レーザー光の透過性に優れ、かつ良好な補強性及びレーザー溶着性を付与できるガラス繊維が好ましい。
一方、樹脂組成物Ｂにおいては、得られるポリアミド樹脂部材Ｂのレーザー光に対する透過率が１％以下であることから、補強用繊維のレーザー光透過性に関係なく、選択することができるが、良好な補強性及びレーザー溶着性を付与できるガラス繊維が好ましい。
前記ガラス繊維を用いる場合、その平均径に特に制限はないが、通常５〜１５μｍ程度、好ましくは６〜１３μｍのものが用いられる。
ガラス繊維を用いる場合、ポリアミド樹脂に対する親和性を高めるために、シラン系カップリング剤等を用いて表面処理することが好ましい。
補強用繊維として、ガラス繊維を用いる場合、その配合量は、補強性及び樹脂組成物の成形性等の観点から、ポリアミド樹脂に対して、通常１０〜７０重量％程度、好ましくは１５〜６０重量％である。

（レーザー光吸収材料、その他添加剤）
当該樹脂組成物Ｂにおいては、得られるポリアミド樹脂部材の用いるレーザー光に対する透過率が１％以下であることから、前述したようにレーザー光吸収材料、特にカーボンブラックを含有することが好ましい。レーザー光吸収材料として、カーボンブラックを用いる場合、その配合量は、ポリアミド樹脂に対して、通常０．０５〜０．５重量％程度、好ましくは０．１〜０．３重量％である。
当該樹脂組成物Ａ及びＢにおいては、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、難燃剤、難燃助剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、離型剤、帯電防止剤等を適宜含有させることができる。

（樹脂組成物の調製）
当該樹脂組成物Ａの場合は、ポリアミド樹脂、補強用繊維及び各種添加剤を、当該樹脂組成物Ｂの場合は、ポリアミド樹脂、補強用繊維、レーザー光吸収材料及び各種添加剤を、ヘンシェルミキサー、タンブラー及びリボンブレンダー等の混合機を用いて予めブレンドし、スクリュー式押出機等の単軸又は２軸押出機のホッパーに投入し溶融混練を行う方法、前記各成分のいずれか又はその一部を予めブレンドし、単軸又は２軸押出機のホッパーにそれらを投入し、押出機内で溶融後、押出機の途中の溶融ゾーンから残りの成分を投入し溶融混練を行う方法等を用いて、当該樹脂組成物Ａ及びＢを、それぞれ調製することができる。

［ポリアミド樹脂部材Ａ、Ｂの製造］
本発明におけるポリアミド樹脂部材Ａ及びＢの形状については特に制限はなく、レーザー溶着加工品の用途に応じて、適宜選定される。
前記のようにして調製された樹脂組成物Ａ及びＢを、それぞれ用い、射出成形、押出成形、プレス成形、ブロー成形、カレンダー成形、流延成形等の一般に熱可塑性樹脂に対して用いられている成形方法によって、各種形状を有する成形体に加工することができる。例えば、当該樹脂組成物Ａ及びＢを、それぞれその融点以上の温度に設定された射出成形機のシリンダ内で溶融させ、所望の形状の金型内に射出することにより、所定の形状の成形体に加工することができる。また、当該樹脂組成物Ａ及びＢを、それぞれシリンダ温度が上述の範囲内に調整された押出機内で溶融させ、Ｔダイから押し出すことにより、フィルムやシート状の成形体に加工することができる。

このようにして得られたポリアミド樹脂部材Ａ及びＢを用い、前述したレーザー光照射条件を採用してレーザー溶着することにより、気密性を保持すると共に、良好な溶着強度を有するレーザー溶着加工品を得ることができる。
このレーザー溶着加工品は、例えば、電気・電子部品用途、自動車部品用途、一般雑貨用途、建築部材等に有用であり、具体的には、パソコン、液晶プロジェクター、モバイル機器、携帯電話等の電子部品ケースおよびスイッチ類のモジュール品、リモコン内部接合部品、電装部品のモジュール品、エンジンルーム内のモジュール部品、インテークマニホールド、アンダーフード部品、ラジエター部品、インパネ等に用いるコックピットモジュール部品、あるいは筐体等に好適に用いられる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、試験用レーザー溶着加工品の気密性試験及びポリアミド樹脂部材ＡとＢのレーザー光に対する透過率の測定は、以下に示す方法に従って行った。
図１（ａ）は、製造例１で得られたポリアミド樹脂部材Ａ（平板）の平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、製造例２で得られたポリアミド樹脂部材Ｂの平面図及び側面図であり、（ｄ）は、実施例及び比較例で得られた試験用溶着加工品の側面図である。符号１はフランジ部、２は円柱状本体部、３は気密性試験用の空気送入パイプ、１０は平板（ポリアミド樹脂部材Ａ）、２０はポリアミド樹脂部材Ｂ、３０は試験用レーザー溶着加工品である。
（１）試験用レーザー溶着加工品の気密性試験（図１参照）
試験用レーザー溶着加工品３０におけるポリアミド樹脂部材Ｂ２０に取付けられている空気送入パイプ３にエアホースを接続し、該レーザー溶着加工品を水中に入れ、エアホースを介して０．２ＭＰａの空気圧をかけ、空気のリーク有無を観察し、下記の判定基準で気密性を評価した。
○：リークせず。
×：リークもしくは破断した。
（２）ポリアミド樹脂部材Ａ及びＢのレーザー光に対する透過率（％）
パワーエネルギーアナライザー（コヒレント・ジャパン社製 ＦｉｅｌｄＭａｓｔｅｒ（登録商標）ＧＳ ＬＭ−４５）を用いて、ＡＳＴＭ１号ダンベルの形状に成形したものについて測定した。

製造例１（ポリアミド樹脂部材Ａの作製）
ポリアミド６［宇部興産社製、商品名：１０１５Ｂ］と、ガラス繊維［日本電気硝子株式会社社製、商品名：ＥＣＳ０３Ｔ２４９Ｈ］３０重量％とを混練してなる樹脂組成物を、シリンダー温度２９０℃、金型温度８０℃で射出成形し、ポリアミド樹脂部材Ａとして、図１（ａ）の平面図で示す板厚２ｍｍの平板１０を作製した。このポリアミド樹脂部材Ａにおける波長９４０ｎｍのレーザー光透過率は５０％（α＝０．５）であった。
製造例２（ポリアミド樹脂部材Ｂの作製）
製造例１の樹脂組成物に、さらにカーボンブラック０．１２重量％を配合した樹脂組成物を、シリンダー温度２９０℃、金型温度８０℃で射出成形し、ポリアミド樹脂部材Ｂとして、図１の平面図（ｂ）及び側面図（ｃ）で示す部材２０を作製した。図１（ｂ）（ｃ）において、１はフランジ部、２は円柱状本体部、３は気密性試験用の円柱状本体部の中心を貫通する空気送入パイプ、２０は上記１、２及び３が一体化してなるポリアミド樹脂部材Ｂである。このポリアミド樹脂部材Ｂにおける波長９４０ｎｍのレーザー光透過率は０％であった。

実施例１及び比較例１
製造例１で作製したポリアミド樹脂部材Ａと、製造例２で作製したポリアミド樹脂部材Ｂとを重ね合わせた状態（隙間０ｍｍ）で、半導体レーザー装置にセットし、ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射して両部材を溶着した。得られた試験用レーザー溶着加工品３０の側面図を図１（ｄ）に示す。
この際、レーザー光は波長９４０ｎｍであり、レーザースキャンは円周上に３６５度、レーザー光スポット径：５ｍｍ、ポリアミド樹脂部材Ａのレーザー光透過率：０．５、溶着面圧０．８０ＭＰａ、レーザー光出力エネルギー及びレーザー光走査速度：表１に示す条件にて実施した。なお、溶着面圧は、レーザー溶着機のエアレギュレーターを調整し、溶着面上に上記加圧力となるようにした。
表１に、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］、ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］及びレーザー溶着加工品の気密性試験結果を示す。また、表２（ａ）及び（ｂ）に、それぞれＸとＹの下限値の関係及びＸとＹの上限値との関係を示す。さらに、図２に、ＸとＹとの関係を両対数グラフで示す。
なお、部材ＡとＢとの隙間が０の場合、前記式（１）は、下記式（１−ａ）
０．４Ｘ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１−ａ）
（式中、Ｘ及びＹは前記と同じである。）
となる。

実施例２及び比較例２
製造例１で作製したポリアミド樹脂部材Ａと、製造例２で作製したポリアミド樹脂部材Ｂとを、スペーサを介して隙間が０．１ｍｍになるように重ねて、半導体レーザー装置にセットし、ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射して両部材を溶着し、図１（ｄ）に示すレーザー溶着加工品を作製した。
この際、レーザー光は波長９４０ｎｍであり、レーザースキャンは円周上に３６５度、レーザー光スポット径：５ｍｍ、ポリアミド樹脂部材Ａのレーザー光透過率：０．５、溶着面圧０．８０ＭＰａ、レーザー光出力エネルギー及びレーザー光走査速度：表３に示す条件にて実施した。なお溶着面圧に関しては、実施例１及び比較例１と同様である。
表３に、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］、ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］及びレーザー溶着加工品の気密性試験結果を示す。また、表４（ａ）及び（ｂ）に、それぞれＸとＹの下限値の関係及びＸとＹの上限値との関係を示す。さらに、図３に、ＸとＹとの関係を両対数グラフで示す。
なお、部材ＡとＢとの隙間が０．１ｍｍの場合、前記式（１）は、下記式（１−ｂ）
０．５５Ｘ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１−ｂ）
（式中、Ｘ及びＹは前記と同じである。）
となる。

実施例３及び比較例３
製造例１で作製したポリアミド樹脂部材Ａと、製造例２で作製したポリアミド樹脂部材Ｂとを、スペーサを介して隙間が０．２ｍｍになるように重ねて、半導体レーザー装置にセットし、ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射して両部材を溶着し、図１（ｄ）に示すレーザー溶着加工品を作製した。
この際、レーザー光は波長９４０ｎｍであり、レーザースキャンは円周上に３６５度、レーザー光スポット径：５ｍｍ、ポリアミド樹脂部材Ａのレーザー光透過率：０．５、溶着面圧０．８０ＭＰａ、レーザー光出力エネルギー及びレーザー光走査速度：表５に示す条件にて実施した。なお溶着面圧に関しては、実施例１及び比較例１と同様である。
表５に、レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］、ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］、及びレーザー溶着加工品の気密試験結果を示す。また、表６（ａ）及び（ｂ）に、それぞれＸとＹの下限値の関係及びＸとＹの上限値との関係を示す。さらに、図４に、ＸとＹとの関係を両対数グラフで示す。
なお、部材ＡとＢとの隙間が０．２ｍｍの場合、前記式（１）は、下記式（１−ｃ）
０．７Ｘ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１−ｃ）
（式中、Ｘ及びＹは前記と同じである。）
となる。

表１、３及び５から、実施例１〜３のレーザー溶着加工品は、比較例１〜３のレーザー溶着加工品に比べて、気密性試験において、空気のリークや破断が生じることがないことから、気密性を保持すると共に良好な溶着強度を有していることが分かる。

本発明のレーザー光照射条件の制御方法及びレーザー溶着加工方法によれば、部材間に隙間がある場合でも、高い気密性を保持しながら、良好な溶着強度を有するレーザー溶着加工品を得ることができる。このレーザー溶着加工品は、例えば電気・電子部品用途、自動車部品用途、一般雑貨用途、建築部材等に有用である。

（ａ）は、製造例１で得られたポリアミド樹脂部材Ａ（平板）の平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、製造例２で得られたポリアミド樹脂部材Ｂの平面図及び側面図であり、（ｄ）は、実施例及び比較例で得られた試験用溶着加工品の側面図である。 実施例１及び比較例１（隙間０ｍｍ）におけるＸとＹとの関係を示す両対数グラフである。 実施例２及び比較例２（隙間０．１ｍｍ）におけるＸとＹとの関係を示す両対数グラフである。 実施例３及び比較例３（隙間０．２ｍｍ）におけるＸとＹとの関係を示す両対数グラフである。

符号の説明

１ フランジ部
２ 円柱状本体部
３ 気密性試験用の空気送入パイプ
１０ 平板（ポリアミド樹脂部材Ａ）
２０ ポリアミド樹脂部材Ｂ
３０ 試験用レーザー溶着加工品

Claims (9)

1. ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させるに際し、ポリアミド樹脂部材同士として、用いるレーザー光に対して透過率が２０％以上のポリアミド樹脂部材Ａと、該レーザー光に対して透過率が１％以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記部材ＡとＢとの間には隙間を有し、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光の照射を行い、かつ前記隙間の距離に応じて、下記式（１）の関係を満たす照射条件を選定することを特徴とするレーザー光照射条件の設定方法。
   βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
   ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
   β＝１．５Ｚ＋０．４
   で示される。
   （式中、レーザー光照射時間Ｘ＝ｄ／ｖ［ｓｅｃ］、レーザー光の入射エネルギー流速Ｙ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］であり、ｄはレーザー光のスポット径［ｍｍ］、ｖはレーザー光のスポット走査速度［ｍｍ／ｓ］、Ｐはレーザー光出力［Ｊ／ｓｅｃ］、αはポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示す。Ｚはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間［ｍｍ］であり、０．２以下の範囲である。）
2. ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させるに際し、
   （ａ）ポリアミド樹脂部材同士として、用いるレーザー光に対して透過率が２０％以上のポリアミド樹脂部材Ａと、該レーザー光に対して透過率が１％以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記部材ＡとＢとの間には隙間を有し、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射すること、及び
   （ｂ）レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］と、前記ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］とが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とするレーザー溶着加工方法。
   βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
   ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
   β＝１．５Ｚ＋０．４
   で示される。
   （式中、Ｘ＝ｄ／ｖ、Ｙ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）であり、ｄはレーザー光のスポット径［ｍｍ］、ｖはレーザー光のスポット走査速度［ｍｍ／ｓ］、Ｐはレーザー光出力［Ｊ／ｓｅｃ］、αはポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示す。Ｚはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間［ｍｍ］であり、０．２以下の範囲である。）
3. 式（１）において、Ｚ＝０で、下記式（１−ａ）の関係を満たす請求項２に記載のレーザー溶着加工方法。
   ０．４Ｘ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１−ａ）
   （式中、Ｘ及びＹは前記と同じである。）
4. レーザー光が、４００〜１３００ｎｍの波長域を有する請求項２又は３に記載のレーザー溶着加工方法。
5. ポリアミド樹脂部材同士のそれぞれを構成するポリアミド樹脂が、同一種類のものである請求項２〜４のいずれかに記載のレーザー溶着加工方法。
6. ポリアミド樹脂が、ポリアミド６である請求項５に記載のレーザー溶着加工方法。
7. ポリアミド樹脂部材Ｂが、レーザー光吸収材料を含む請求項２〜６のいずれかに記載のレーザー溶着加工方法。
8. レーザー光吸収材料が、カーボンブラックである請求項７に記載のレーザー溶着加工方法。
9. ポリアミド樹脂部材同士をレーザー光の照射により溶着させてポリアミド樹脂部材溶着体を製造するに際し、
   （ａ）ポリアミド樹脂部材同士として、用いるレーザー光に対して透過率が２０％以上のポリアミド樹脂部材Ａと、該レーザー光に対して透過率が１％以下のポリアミド樹脂部材Ｂを用い、前記部材ＡとＢとの間には隙間を有し、前記ポリアミド樹脂部材Ａ側からレーザー光を照射すること、及び
   （ｂ）レーザー光スポットによるレーザー光照射時間Ｘ［ｓｅｃ］と、前記ポリアミド樹脂部材Ｂへのレーザー光の入射エネルギー流速Ｙ［Ｊ／ｓｅｃ・ｍｍ²］とが、下記式（１）の関係を満たすようにレーザー光照射条件を設定することを特徴とするポリアミド樹脂部材溶着体の製造方法。
   βＸ^-0.7≦Ｙ≦Ｘ^-0.7 （１）
   ここで、βはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間関数であり、
   β＝１．５Ｚ＋０．４
   で示される。
   （式中、Ｘ＝ｄ／ｖ、Ｙ＝４×Ｐ×α／（πｄ²）であり、ｄはレーザー光のスポット径［ｍｍ］、ｖはレーザー光のスポット走査速度［ｍｍ／ｓ］、Ｐはレーザー光出力［Ｊ／ｓｅｃ］、αはポリアミド樹脂部材Ａにおけるレーザー光の透過率を示す。Ｚはポリアミド樹脂部材ＡとＢとの隙間［ｍｍ］であり、０．２以下の範囲である。）

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