JP5743465B2 - レーザー光を用いた部材の分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、予め接合されている第１部材及び第２部材をレーザー光を用いて分離させる分離方法に関するものである。

従来から、例えば家電製品や住宅設備機器等の製造現場において、２つの部材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が広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１〜３に開示されている接合方法では、レーザー光を透過する第１部材と第２部材との間に、レーザー光の照射に先立ってレーザー接合用中間部材を介在させる。その後、第１部材側からレーザー光を照射することによってレーザー接合用中間部材を加熱して溶融又は軟化させ、この中間部材によって第１部材及び第２部材を接合するようにしている。

特許文献１のレーザー接合用中間部材は、エラストマーからなるものである。このレーザー接合用中間部材を用いることで、接合界面に生じる応力を低減させることができる点で有効である。

特許文献２のレーザー接合用中間部材は、多層シートからなるものである。このレーザー接合用中間部材を用いることで、種々の材料を簡便に接合できる点で有効である。

特許文献３のレーザー接合用中間部材は、粘着性を有している。このレーザー接合用中間部材を用いることで、接合前における第１及び第２部材の仮固定が可能になるとともに、接合強度を高くすることができる点で有効である。

特開２００８−７５８４号公報 特開２００９−１７３０２３号公報 国際公開第２００８／０４４３４９号パンフレット

ところで、近年、各種製品を廃棄する際には、環境保全のため部材を分別回収してリサイクルすることが推進されている。分別する際には、ネジ止め等がされていればネジを緩めることで分別が容易に行えるが、上記のようにレーザー光を用いて接合されている場合には分別が困難であり、資源の有効活用が行えないことがある。

また、レーザー光を用いて接合する際に、例えば第１部材と第２部材との位置合わせに失敗して接合してしまった場合や、接合不良が発生する場合がある。これらの場合には、第１部材と第２部材とを分離するのが困難なので廃棄処分するしかないが、できれば再利用したい。特に、高価な部材の接合に失敗した場合には再利用の要求が強い。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予め接合してある部材の分別回収をレーザー光を用いて容易に行えるようして資源の有効活用を図り、また、レーザー光を用いた接合に失敗した場合に部材を再利用可能にして廃棄率を低減し、もって、環境保全を推進することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、第１部材と第２部材との接合強度の低下を招くように分離用レーザー光を照射するようにした。

第１の発明は、常温付近でゴム弾性を示す高分子物質からなるホットメルト材で構成されたレーザー接合用中間部材を第１部材及び第２部材の間に挟んだ状態で接合用レーザー光を用いて上記レーザー接合用中間部材を加熱することによって上記第１部材及び第２部材が接合されてなる接合品に、分離用レーザー光を照射して上記レーザー接合用中間部材を溶融前の状態まで加熱して軟化させ、上記第１部材と第２部材との上記レーザー接合用中間部材による接合強度を低下させ、その後、上記第１部材及び第２部材の一方を他方から分離することを特徴とするものである。

この構成によれば、第１部材及び第２部材を廃棄するにあたって分別する場合には、分離用レーザー光によってレーザー接合用中間部材を加熱して接合強度を低下させる。これにより、小さな力で第１部材と第２部材とを分離することが可能になる。

また、第１部材と第２部材との位置合わせに失敗して接合してしまった場合や、第１部材と第２部材との接合不良が発生している場合には、同様に分離用レーザー光によってレーザー接合用中間部材を加熱して接合強度を低下させることにより、小さな力で第１部材と第２部材とを分離することが可能になる。これにより、第１部材及び第２部材の再利用が可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、第１部材がレーザー光透過性を有しており、分離用レーザー光を上記第１部材側からレーザー接合用中間部材に照射することを特徴とするものである。

この構成によれば、分離用レーザー光が第１部材を透過し、レーザー接合用中間部材に達する。これにより、レーザー接合用中間部材が分離用レーザー光により直接的に加熱されることになる。

第３の発明は、第１の発明において、第１部材がレーザー光非透過性を有しており、分離用レーザー光を上記第１部材側から照射することによって該第１部材を発熱させ、該第１部材の熱によってレーザー接合用中間部材を加熱することを特徴とするものである。

この構成によれば、第１部材がレーザー光非透過性を有している場合であっても、分離用レーザー光によりレーザー接合用中間部材を間接的に加熱することが可能になる。

第１の発明によれば、分離用レーザー光の照射によりレーザー接合用中間部材を加熱して第１部材と第２部材との接合強度を低下させるようにしたので、分別回収を容易に行って資源の有効活用を図ることができるとともに、レーザー接合に失敗した場合に部材を再利用でき廃棄率を低減できる。これにより、環境保全を推進できる。

第２の発明によれば、レーザー光透過性を有する第１部材側から分離用レーザー光を照射するようにしたので、レーザー接合用中間部材を効率良く確実に加熱できる。これにより、少ないエネルギで部材を分離させることができる。

第３の発明によれば、レーザー接合用中間部材を間接的に加熱することができるので、第１部材がレーザー光非透過性を有している場合であっても部材を分離させることができる。

第１部材と第２部材とを接合した接合品の斜視図である。 第２部材にレーザー接合用中間部材を置いた状態を示す斜視図である。 分離用レーザー光を照射する場合を示す接合品の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、第１部材１と第２部材２とがレーザー接合用中間部材３により接合されてなる接合品Ａである。

第１部材１は、レーザー光を通すレーザー光透過性を有する樹脂材料で構成された板材である。レーザー光透過性とは、レーザー光を殆ど反射も吸収もせずに透過させるか、レーザー光を一部透過及び／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させることのできる性質をいい、レーザー光の全てを透過させるものも含む。第１部材１を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリブデン、塩化ビニル、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂等が挙げられる。

第２部材２は、レーザー光を透過する、またはレーザー光を通さないレーザー光非透過性を有する材料で構成された板材である。レーザー光非透過性とは、レーザー光を吸収するレーザー光吸収性のことであり、レーザー光を一部透過及び／又は反射しても残りを吸収する性質をいい、レーザー光の全てを吸収するものも含む。第２部材２を構成する材料としては、例えば、金属や金属酸化物、着色樹脂材料等が挙げられ、金属では例えばステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム等がある。

レーザー接合用中間部材３（図２にも示す）は、レーザー光で加熱された際に軟化または溶融するホットメルト材で構成されており、常温付近でゴム弾性を示す高分子物質（エラストマー）及びそのアロイであり、熱可塑性を有するものである。レーザー接合用中間部材３を構成する材料としては、例えば、スチレン系、ポリエステル系、ウレタン系、アクリル系のエラストマー等やそのアロイが好ましい。特に、スチレン系のエラストマーとしては、スチレン・ブタジエン、スチレン・イソプレン、スチレン・エチレンブチレン等のジブロックやトリブロックを挙げることができる。

レーザー接合用中間部材３を構成する樹脂には、レーザー光を吸収するレーザー光吸収剤が混合されている。レーザー光吸収剤としては、例えば、有機染料や有機顔料、市販のレーザー吸収材やカーボンブラック等が挙げられる。

次に、上記接合品Ａの製造要領について説明する。まず、図２に示すように第２部材２における第１部材１側の面（接合面）にレーザー接合用中間部材３を置く。

その後、図１に示すように、第２部材２の接合面に第１部材１を重ねる。第１部材１と第２部材２とは、周知のクランプ用治具（図示せず）を用いて所定の力でクランプする。

しかる後、接合用レーザー光Ｌ１を照射する。接合用レーザー光Ｌ１の種類としては、例えば、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザー等のいずれでもよく、レーザー光Ｌ１の種類は限定されない。レーザー光Ｌ１の種類は、第１部材１及び第２部材２の材料や、厚さ、第１部材１のレーザー光透過度合い等に応じて適宜選択できる。また、レーザー光Ｌ１は、１つの波長からなるものであってもよいし、２つ以上の波長を有するものであってもよい。

接合用レーザー光Ｌ１は、レーザー光接合用中間部材３に沿うように照射する。この接合用レーザー光Ｌ１の出力や走査速度は、レーザー光接合用中間部材３が軟化または溶融する程度で、かつ、第１部材１の変質が起こらない程度であればよく、任意に設定できる。

接合用レーザー光Ｌ１の照射後、第１部材１及び第２部材２を冷却することで、接合品Ａが得られる。

次に、本発明にかかるレーザー光を用いた部材の分離方法について説明する。この分離方法の使用場面としては、例えば、接合品Ａを廃棄する際に第１部材１と第２部材２とを分別回収する場合、第１部材１と第２部材２との位置合わせを失敗して接合してしまい第１部材１や第２部材２を再利用したい場合、第１部材１と第２部材２との接合不良が発生して接合しなおす場合等である。

まず、図３に示すように、接合品Ａに分離用レーザー光Ｌ２を照射する。分離用レーザー光Ｌ２は、接合品Ａの第１部材１側から照射し、その照射部分は、接合用レーザー光Ｌ１と同じ部分である。分離用レーザー光Ｌ２の出力を接合用レーザー光Ｌ１の出力よりも小さくするか、走査速度を速くするのが好ましい。すなわち、分離用レーザー光Ｌ２により分離させるときには、接合用レーザー光Ｌ１により接合するときに比べて、レーザー光の照射により接合品Ａが受ける単位体積当たりのエネルギ量（エネルギ密度）が小さくなるようにする。

尚、分離用レーザー光Ｌ２により分離させるときには、接合用レーザー光Ｌ１により接合するときに比べて、エネルギ密度が大きくなるようにしてもよいし、分離用レーザー光Ｌ２により分離させるときと、接合用レーザー光Ｌ１により接合するときとでエネルギ密度を同じにしてもよい。

分離用レーザー光Ｌ２の殆どは、第１部材１を透過してレーザー接合用中間部材３に達する。レーザー接合用中間部材３は分離用レーザー光Ｌ２を吸収する。これにより、レーザー接合用中間部材３が加熱される。

レーザー接合用中間部材３が加熱されると軟化する。レーザー接合用中間部材３が軟化すると第１部材１及び第２部材２の接合強度が低下する。これにより、第１部材１を第２部材２から容易に分離させることが可能になる。

尚、分離用レーザー光Ｌ２の出力や走査速度を変更してエネルギ密度を高めると、レーザー接合用中間部材３が発泡したり、分解した状態となる。レーザー接合用中間部材３が発泡、分解した場合は接合強度は大幅に低下する。

接合品Ａを廃棄する場合には、上記のようにして分離用レーザー光Ｌ２を照射した後、第１部材１を例えば図３の矢印Ｘ方向に引っ張って第２部材２から分離させることで、第１部材１と第２部材２とを容易に分別回収できる。

また、第１部材１と第２部材２との位置合わせを失敗して接合してしまった場合にも、分離用レーザー光Ｌ２を照射して第１部材１を第２部材２から分離させることで、第１部材１や第２部材２を再利用できる。また、第１部材１と第２部材２との接合不良が発生している場合にも、同様に分離用レーザー光Ｌ２を照射して第１部材１を第２部材２から分離させることで、第１部材１と第２部材２とを接合しなおすことができる。

以上説明したように、この実施形態によれば、分離用レーザー光Ｌ２の照射によりレーザー接合用中間部材３を加熱して第１部材１と第２部材２との接合強度を低下させるようにしたので、分別回収を容易に行って資源の有効活用を図ることができるとともに、レーザー接合に失敗した場合に第１部材１及び第２部材２を再利用でき廃棄率を低減できる。これにより、環境保全を推進できる。

また、レーザー光透過性を有する第１部材１側から分離用レーザー光Ｌ２を照射するようにしたので、レーザー接合用中間部材３を効率良く確実に加熱できる。これにより、少ないエネルギで第１部材１を第２部材２から分離させることができる。

また、レーザー接合用中間部材３の状態を分離用レーザー光Ｌ２の照射によって変化させて接合強度を確実に低下させることができ、第１部材１を第２部材２から確実に分離させることができる。

また、図示しないが、第１部材１をレーザー光非透過性の部材からなるものとしてもよい。この場合、接合時には、接合用レーザー光Ｌ１が第１部材１に吸収されて第１部材１が発熱し、この第１部材１の熱がレーザー接合用中間部材３に伝わり、レーザー接合用中間部材３が加熱されて第１部材１と第２部材２とが接合される。一方、第１部材１を第２部材２から分離させる場合には、分離用レーザー光Ｌ２を接合用レーザー光Ｌ１と同様に第１部材１の接合面と反対側の面においてレーザー接合用中間部材３に対応する部分に照射する。これにより、第１部材１が発熱し、この第１部材１の熱がレーザー接合用中間部材３に伝わってレーザー接合用中間部材３が加熱され、接合強度が低下する。

従って、第１部材１がレーザー光非透過性の部材からなるものであっても、分離用レーザー光Ｌ２の照射によりレーザー接合用中間部材３の接合強度を低下させることができるので、第１部材１を第２部材２から容易に分離させることができる。

また、本発明は、家電製品や住宅設備機器以外にも、レーザー光を用いて接合された各種接合品を廃棄する場合や、各種接合品の接合を失敗した場合等に用いることができる。

また、第２部材２を第１部材１から分離させるようにしてもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
第１部材１は、レーザー光透過性を有する透明なポリプロピレン製の長方形板材（共栄産業株式会社製 ＰＸ−２）である。第１部材１の厚みは２ｍｍであり、大きさは幅２５ｍｍで、長さ６０ｍｍである。

第２部材２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の長方形板材である。第２板材２の厚みは１．５ｍｍであり、大きさは幅２５ｍｍで、長さ６０ｍｍである。

レーザー接合用中間部材３は、ＳＥＢＳ系（スチレン・エチレンブチレン・スチレン）熱可塑性エラストマー（旭化成ケミカルズ株式会社製 タフテックＭ１９４３）にカーボンブラック（レーザー吸収剤）を混合してなるテープ状のものである。レーザー接合用中間部材３の製造要領は、次のとおりである。まず、ＳＥＢＳ系熱可塑性エラストマーに、０．５重量％となるようにカーボンブラックを混合したものを固形分４０重量％となるようにトルエンに分散溶解する。この液を離型処理されたＰＥＴフィルム上に塗布する。液が乾燥して固化した後、ＰＥＴフィルムから剥がして得られたものがレーザー接合用中間部材３である。レーザー接合用中間部材３の厚みは５０μｍであり、幅５ｍｍのテープ状にカットした。

分離方法の説明の前に、接合品Ａを得る要領について説明する。最初に図２に示すようにレーザー接合用中間部材３を第２部材２の短辺上に沿って配置する。その後、図１に示すように、第１部材１を第２部材２の上に重ねる。そして、第１部材１と第２部材２とを周知のクランプ治具によりクランプする。このときのクランプ圧は、０．４ＭＰａである。

次いで、接合用レーザー光Ｌ１を第１部材１側から照射する。接合用レーザー光Ｌ１は、レーザー接合用中間部材３に対応する部分に、レーザー接合用中間部材３の長手方向に沿って照射した。接合用レーザー光Ｌ１の出力は１００Ｗとし、走査速度は６００ｍｍ／ｍｉｎとした。接合用レーザー光Ｌ１の波長は９４０ｎｍとした。

冷却後に、接合品Ａのレーザー接合用中間部材３による接合強度を測定した。測定方法は、次のとおりである。接合状態にある第２部材２を固定し、第１部材１を、図３に矢印Ｘで示す方向、つまり、第１部材１の剪断方向で、かつ、レーザー接合用中間部材３の幅方向に引っ張り、その引張力を測定することで接合強度を得た。この実施例１では、引張強度が１３００Ｎであり、十分な接合強度が得られていた。

次に、接合強度が十分であることを確認した後、図３に示すように接合品Ａに分離用レーザー光Ｌ２を照射した。分離用レーザー光Ｌ２は、接合用レーザー光Ｌ１と同じ部位に照射した。分離用レーザー光Ｌ２の出力は５０Ｗとし、走査速度は６００ｍｍ／ｍｉｎとした。分離用レーザー光Ｌ２の波長は接合用レーザー光Ｌ１と同じである。

分離用レーザー光Ｌ２を照射するとレーザー接合用中間部材３が加熱され、加熱された状態で第１部材１を指で摘んで引っ張ると第２部材２から分離した。このときの引張力は小さく、工具等を用いることなく、人間の素手の力だけで容易に分離できた。これは、レーザー接合用中間部材３が軟化していたためである。

実施例１では、分離用レーザー光Ｌ２によってレーザー接合用中間部材３を直接加熱するので、分離用レーザー光Ｌ２を有効に利用して加熱することができ、エネルギー効率が高い。

（参考例１）
参考例１の第１部材１、第２部材２及びレーザー接合用中間部材３は、実施例１のものと同じである。また、参考例１の接合品Ａを得る方法は実施例１と同じである。

実施例２では、分離用レーザー光Ｌ２の出力を接合用レーザー光Ｌ１の出力と同じにし、かつ、走査速度及び波長も同じにした。

この実施例２の場合も、人間の素手の力だけで第１部材１を第２部材２から容易に分離できた。これは、レーザー接合用中間部材３が溶融していたためである。

（参考例２）
参考例２の第１部材１、第２部材２及びレーザー接合用中間部材３は、実施例１のものと同じである。また、参考例２の接合品Ａを得る方法は実施例１と同じである。

参考例２では、分離用レーザー光Ｌ２の出力を接合用レーザー光Ｌ１の出力よりも高い２００Ｗとし、走査速度及び波長は実施例１と同じにした。

この参考例２の場合も、人間の素手の力だけで第１部材１を第２部材２から容易に分離できた。分離後、レーザー接合用中間部材３を観察すると、微小な泡が見られた。これはレーザー接合用中間部材３が発泡したということであり、この発泡によりレーザー接合用中間部材３の接合強度が低下していた。

参考例２のようにレーザー接合用中間部材３を発泡するまで加熱すると、レーザー接合用中間部材３における第１部材１や第２部材２との接合面に泡が発生するので、第１部材１や第２部材２との接触面積が小さくなり、弱い力で分離することが可能になるという利点がある。

（参考例３）
参考例３の第１部材１、第２部材２及びレーザー接合用中間部材３は、実施例１のものと同じである。また、参考例３の接合品Ａを得る方法は実施例１と同じである。

参考例３では、分離用レーザー光Ｌ２の出力を接合用レーザー光Ｌ１の出力よりも高い２００Ｗとし、走査速度は３００ｍｍ／ｍｉｎとした。分離用レーザー光Ｌ２の波長は実施例１と同じにした。

この参考例３の場合も、人間の素手の力だけで第１部材１を第２部材２から容易に分離できた。分離後、レーザー接合用中間部材３からは焦げた臭いが発生していた。また、レーザー接合用中間部材３は脆くなっており、第１部材１や第２部材２に付着したレーザー接合用中間部材３を爪で軽く擦るだけで容易に除去することができた。これはレーザー接合用中間部材３が熱で分解したためである。

参考例３のようにレーザー接合用中間部材３が分解するまで加熱すると、レーザー接合用中間部材３の炭化により接着性がなくなるので、非常に弱い力で分離することが可能になるという利点がある。

（参考例４）
参考例４では、第１部材１をステンレス製の長方形板材とし、厚み及び大きさは実施例１の第２部材２と同じにした。また、第２部材２を透明なポリプロピレン製の長方形板材とし、厚み及び大きさは実施例１の第１部材１と同じにした。レーザー接合用中間部材３は、実施例１のものと同じである。

参考例４の接合品Ａを得る要領について説明すると、第１部材１、レーザー接合用中間部材３及び第２部材２を実施例１と同様に重ねた後、接合用レーザー光Ｌ１を第１部材１側から照射する。接合用レーザー光Ｌ１の出力は１００Ｗとし、走査速度は６００ｍｍ／ｍｉｎとした。波長は９４０ｎｍである。

接合用レーザー光Ｌ１により第１部材１が発熱し、第１部材１の熱がレーザー接合用中間部材３に伝わる。これにより、レーザー接合用中間部材３が加熱されるので、第１部材１と第２部材２とが接合される。第１部材１の冷却後に実施例１と同様にして接合強度を測定すると、１０００Ｎであり、十分な接合強度が得られていた。

次に、接合強度が十分であることを確認した後、接合品Ａに分離用レーザー光Ｌ２を照射した。分離用レーザー光Ｌ２は、接合用レーザー光Ｌ１と同じ部位に照射した。分離用レーザー光Ｌ２の出力は２００Ｗとし、走査速度は６００ｍｍ／ｍｉｎとした。分離用レーザー光Ｌ２の波長は接合用レーザー光Ｌ１と同じである。

分離用レーザー光Ｌ２により第１部材１が発熱すると、第１部材１の熱がレーザー接合用中間部材３に伝わり、レーザー接合用中間部材３が加熱される。この参考例４の場合も、人間の素手の力だけで第１部材１を第２部材２から容易に分離できた。これは、レーザー接合用中間部材３が溶融していたためである。

参考例４では、分離用レーザー光Ｌ２により第１部材１を加熱するようにしている。第１部材１が加熱されると、レーザー接合用中間部材３のうち、第１部材１側が第２部材２側に比べて優先的に加熱されて軟化、溶融する。従って、分離するときには、ステンレス側である第１部材１への樹脂残りを殆ど無くすことができる。これにより、分別廃棄時に有利になる。

参考例４では、第１部材１がレーザー光を通さないので、レーザー接合用中間部材３がレーザー光により直接加熱されることなく、第１部材１から伝達される熱により加熱される。つまり、レーザー接合用中間部材３が急激に加熱されないので、第２部材２の損傷を回避できる。

一方、第１部材１及び第２部材２を再利用する場合には、分離時に第１部材１及び第２部材２の形状や物理性能、化学性能が低下しないように、できるだけ温度を上げないように加熱してレーザー接合用中間部材３を軟化させるのが好ましい。

また、分離用レーザー光Ｌ２の照射範囲と接合用レーザー光Ｌ１の照射範囲とは同じにしてもよいし、異ならせてもよい。分離用レーザー光Ｌ２の照射範囲と接合用レーザー光Ｌ１の照射範囲とを異ならせる場合には、分離用レーザー光Ｌ２の照射範囲の方を広くするのが好ましい。その理由は、接合時にはレーザー接合用中間部材３が軟化又は溶融して第１部材１と第２部材２との間で広がっているからである。

以上説明したように、本発明にかかるレーザー光を用いた部材の分離方法は、例えば、家電製品や住宅設備機器等を廃棄する場合に用いることができる。

１ 第１部材
２ 第２部材
３ レーザー接合用中間部材
Ａ 接合品
Ｌ１ 接合用レーザー光
Ｌ２ 分離用レーザー光

Claims (3)

1. 常温付近でゴム弾性を示す高分子物質からなるホットメルト材で構成されたレーザー接合用中間部材を第１部材及び第２部材の間に挟んだ状態で接合用レーザー光を用いて上記レーザー接合用中間部材を加熱することによって上記第１部材及び第２部材が接合されてなる接合品に、分離用レーザー光を照射して上記レーザー接合用中間部材を溶融前の状態まで加熱して軟化させ、上記第１部材と第２部材との上記レーザー接合用中間部材による接合強度を低下させ、
   その後、上記第１部材及び第２部材の一方を他方から分離することを特徴とするレーザー光を用いた部材の分離方法。
2. 請求項１に記載のレーザー光を用いた部材の分離方法において、
   第１部材がレーザー光透過性を有しており、
   分離用レーザー光を上記第１部材側からレーザー接合用中間部材に照射することを特徴とするレーザー光を用いた部材の分離方法。
3. 請求項１に記載のレーザー光を用いた部材の分離方法において、
   第１部材がレーザー光非透過性を有しており、
   分離用レーザー光を上記第１部材側から照射することによって該第１部材を発熱させ、該第１部材の熱によってレーザー接合用中間部材を加熱することを特徴とするレーザー光を用いた部材の分離方法。

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