以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明のレーザー溶着体を製造している途中を示す斜視図を図1(a)に、それのA-A矢視部分模式断面図を同図(b)に夫々示す。レーザー溶着体10は、複数の樹脂部材同士のレーザー溶着による接合によってそれら樹脂部材を一体化させたものである。レーザー溶着体10は、レーザー光被照射樹脂部材であり上側に配置された第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と下側に配置された第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とがそれら同士で段差を形成するようにずれて重ね合わされて接触し、その重合せ界面の一部でレーザー溶着しているものである。この重合せ界面は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の面同士の接触部位である。この接触部位は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の面同士が当接していることにより形成された当接部位Nである。このとき、両部材を加圧固定しても良い。このレーザー溶着体10は、当接部位Nで両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に広がった融着部位Mを有している。融着部位Mは、レーザー光Lの入射によって溶融した両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の一部が冷却して固化したものである。
両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は均一な厚さを有する平坦な矩形の板状をなしている。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は熱可塑性樹脂及びレーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含んでいる。それにより両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、レーザー光の一部を吸収し、別な一部を透過するというレーザー光透過吸収性を有している。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に含まれる熱可塑性樹脂は同種であっても異種であってもよい。なお、レーザー光照射の角度及び照射エネルギー及び照射回数は、レーザー溶着の部材、形状を鑑み、適宜選択できる。
レーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1がレーザー光Lの照射側に配置されている。レーザー光Lは、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の照射面に対して略垂直に照射される。レーザー光LはX方向へ向かって、一直線に走査する。それによりレーザー溶着体10において、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は当接部位Nで直線状に溶着され一体化している。
両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の吸光度a1及び吸光度a2は、例えば半導体レーザーから出射される940nmの波長域を有するレーザー光に対し、0.09~0.9であり、0.09~0.7であることが好ましく、0.1~0.5であることがより好ましく、0.1~0.4であることが一層好ましい。吸光度a1及び吸光度a2がこの範囲であることにより、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、両者の溶着に必要な発熱特性と、入射したレーザー光Lのエネルギー集中による過剰発熱の抑止とを両立させている。またレーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、レーザー光Lの直接の照射を受けない第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との双方に十分な熱量を生じさせてそれらを溶融させることができる。更に両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が互いに異なる厚さを有していても、確りとそれらが溶着されるので、複雑な形状を有するレーザー溶着体10を作製できる。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が重ね合わされている場合、それらすべての透過率及び吸光度が重視される。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率は、7%以上であり、10~80%であることが好ましく15~70%であることがより好ましい。
なお、吸光度a1と吸光度a2とは、a1>a2、a1=a2、又はa1<a2のように、互いに同一の値であっても異なる値であってもよい。
吸光度a1と吸光度a2との吸光度比a1/a2は、0.3~1.2であることが好ましく、0.5~1.1であることがより好ましく、0.8~1.1であることが一層好ましい。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に含まれる熱可塑性樹脂が互いに同種であり、かつ吸光度a1と吸光度a2とが同一の値(a1=a2)、すなわち吸光度比a1/a2=1であることがより一層好ましい。それによれば両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が同一の色調を有するので、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の界面や溶着跡が目立たず、レーザー溶着体10の意匠性を向上させることができる。また両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を別々に調製したり管理したりすることを要さないので、レーザー溶着体10の製造工程を一層簡素にすることができる。更に、レーザー光の照射により両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2がともに同程度の発熱量で発熱するので、それら同士の温度差が小さく、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に均一に広がった融着部位Mが形成される。その結果、レーザー光を過度に吸収するレーザー光吸収性樹脂部材とレーザー光を透過するためレーザー光照射によって十分に発熱しないレーザー光透過性樹脂部材とを用いた従来のレーザー溶着体のように両樹脂部材間の発熱量に大きな差を生じないので、低エネルギーのレーザー光Lを用いた場合であっても、本発明のレーザー溶着体10は、従来のレーザー溶着体に比較して遥かに高い溶着強度を有している。
両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の色調は濃色であることが好ましく、特に黒色色調とすることが好ましい。例えば、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の原料である熱可塑性樹脂組成物にアントラキノンを含有する着色剤を添加することが好ましい。
吸光度a1及び吸光度a2が上記の上限値を超えると、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が過度にレーザー光Lを吸収するので、レーザー光Lの入射箇所でエネルギー集中が生じる。そのため両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に傷や焦げやボイドを生じて、レーザー溶着体10に外観不良を引き起こす。一方吸光度a1及び吸光度a2が上記の下限値未満であると、レーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1にレーザー光Lを照射したとしても発熱量が不足し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の溶着に足りる溶融を生じない。そのためレーザー溶着体10を得ることができない。
また、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2はニグロシン硫酸塩を含有しているので、これを非含有である樹脂部材やニグロシン塩酸塩を含有している樹脂部材に比較して低い結晶化温度を有している。それによりレーザー光Lの入射を受けて熱溶融した両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は流動性に富むので、例え当接部位Nに両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の表面粗さに起因する空隙が形成されていたとしても、この空隙に熱溶融した両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が流れ込んでそれを確りと塞ぐ結果、強固に溶着されたレーザー溶着体10が形成される。ニグロシン硫酸塩の硫酸イオン濃度は、0.3~5.0質量%であり、好ましくは0.5~3.5質量%である。またニグロシン硫酸塩は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の表面に高い光沢を付与する。このようにニグロシン硫酸塩は、熱可塑性樹脂に対して結晶化温度低下剤、流動性向上剤、及び表面光沢向上剤としての作用を有している。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2のメルトフローレートは、10~50g/10分の範囲であり、11~30g/10分であることがより好ましく、12~20g/10分であることが更に好ましく、13~18g/10分であることがより一層好ましい。
このようなレーザー溶着体10は、次のようにして製造される。その製造工程は、例えば下記の工程A~Dを有している。
工程A:熱可塑性樹脂及び硫酸イオン濃度を0.3~5.0質量%としているニグロシン硫酸塩を含み、必要に応じて、着色剤や添加剤を含んでいてもよい第1レーザー光透過吸収性樹脂部材を成形するためのレーザー光透過吸収性樹脂組成物を調製する。ニグロシン硫酸塩の含有量は、この熱可塑性樹脂が元来有する吸光度に基いて、吸光度a1が上記の0.09~0.9の範囲に収まるように調整される。次いで成形機を用い、例えば矩形の板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を成形する。
工程B:第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を成形するためのレーザー光透過吸収性樹脂組成物を、工程Aと同様に操作して調製して、更に成形機を用いて例えば矩形の板状の第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を成形する。
工程C:両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を重ね合わせて接触させ、当接部位Nを形成する。このとき、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を治具で挟んで加圧して固定してもよい。更にレーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1のレーザー光Lの入射面に、ガラス板や反射防止膜のような反射防止機能を有する部材や、レーザー光を遮蔽したり減衰させたりしないガラス板のような透過性部材を、配置してもよい。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率は、7%以上であり、10~80%であることが好ましく15~70%であることがより好ましい。
工程D:所定の条件に調整されたレーザー光Lを、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側から当接部位Nを経て第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2に至るように、X方向に走査させながら照射する。レーザー光Lは、まず第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1に入射する。レーザー光Lの一部は第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を透過する。また別な一部は第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1に吸収され、それを発熱させる。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は、レーザー光Lを吸収した箇所でそれに含まれる熱可塑性樹脂の融点以上に発熱して、まずそれの内部で入射したレーザー光Lに沿った略円柱形をなして液状に溶融する。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を透過したレーザー光Lは、当接部位Nから第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2に入射して吸収される。第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、まず当接部位Nで溶融し、その溶融が第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2内のレーザー光Lの非入射面に向かって成長する。それにより両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2内の一部であたかも溶融状態の液状の樹脂が溜まっているかのような溶融プールが形成される。
両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、硫酸イオン濃度を0.3~5.0質量%としているニグロシン硫酸塩を含有していることに起因して低い結晶化温度と高い流動性とを有しているので、レーザー光Lの入射によって速やかに熱溶融して溶融プールが形成される。そのためレーザー光Lの走査速度を、従来のレーザー溶着法に比較して実質上高速化することができる。
溶融プールの熱は、レーザー光Lの入射方向と垂直な方向へわずかに輻射及び伝導する。それにより溶融プールが成長する。溶融プールは、当接部位Nの一部を介して両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に広がる。この溶融プールが冷却され、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の溶融箇所は固化する。それにより当接部位Nで、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2にわたるように広がった融着部位Mが形成される。その結果両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、溶着した当接部位Nで強固に接合され、レーザー溶着体10が完成する。
このような製造方法によれば、レーザー光Lを溶着すべき樹脂部材に照射するだけという簡素な方法により、しかも中高速でレーザー光Lを走査させて、広範囲に広がった融着部位Mを形成してレーザー溶着体10を製造できる。そのため高い溶着強度を有するレーザー溶着体10を、実用上充分な生産効率で製造することができる。
なお工程Dにおいて、レーザー光Lの入射側の面に、温又は室温の空気や不活性ガスを吹き付けるという冷却処理を施してもよい。また、レーザー溶着の際、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2がガスを生じる場合、ガス処理装置を用いてこれを処理してもよい。
図2~7を参照しつつ、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を用いたレーザー溶着体10、並びに第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1のみを用いたレーザー溶着体10の別な形態を説明する。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の吸光度a1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の吸光度a2は、上記と同一の範囲の値を有している。
図2(a)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。レーザー溶着体10は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の端部同士が向かい合わされつつ突き合わされて接触した接触部位である突合せ部位Bを有している。この突合せ部位Bの直上から、そこへ向かってレーザー光Lが照射されている。それにより両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、突合せ部位Bで溶着されて一体化し、レーザー溶着体10を形成している。
図2(b)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。レーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとに分割されて、それら同士が突き合わされている。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が重ね合わされていることにより、当接部位Nとして、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との当接部位N1a-2と、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との当接部位N1b-2とが、形成されている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bの端部同士が突き合わされて接触している。それによりレーザー溶着体10に、当接部位N1a-2,N1b-2に対して垂直な突合せ部位Bが形成されている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1b及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、同じ外寸の外形を有している。そのため第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の両端で突き出ている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aの吸光度a1-1、及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aの吸光度a1-2は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の吸光度a1である0.09~0.9の範囲であれば、互いに同一であっても、異なっていてもよい。レーザー光Lが、突合せ部位Bの直上からそれへ向かって照射されている。それにより第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bが突合せ部位Bで溶着され、更に両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が当接部位N1a-2,N1b-2で溶着されている。その結果、突合せ部位Bと当接部位N1a-2,N1b-2とで溶着したレーザー溶着体10が形成されている。
図2(c)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。レーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が上側に、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が下側に、夫々配置されている。第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとに分割されて、それら同士が突き合わされている。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が重ね合わされて、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aとの当接部位N1-2aと、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとの当接部位N1-2bとが、形成されている。第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bの端部同士が突き合わされて接触している。それによりレーザー溶着体10に、当接部位N1-2a,N1-2bに対して垂直な突合せ部位Bが形成されている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bは、同じ外寸の外形を有している。そのため第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の両端で突き出ている。第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aの吸光度a2-1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bの吸光度a2-2は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の吸光度a2である0.09~0.9の範囲であれば、互いに同一であっても、異なっていてもよい。レーザー光Lが、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側から突合せ部位Bに向かって照射されている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1がレーザー光Lの入射箇所で溶融し、次いで第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が突合せ部位Bで溶融する結果、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bとが当接部位N1-2a,N1-2bで、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bが突合せ部位Bで、夫々溶着されている。レーザー溶着体10の融着部位Mは、当接部位N1-2a,N1-2bと突合せ部位Bとにわたって形成されている。このように、突合せ部位Bと当接部位Nとで溶着したレーザー溶着体10が形成されている。
図3(a)に3層構造のレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。レーザー溶着体10は、レーザー光被照射樹脂部材であるレーザー光透過性樹脂部材3と、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが、この順で重ね合わされてレーザー溶着されているものである。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が、レーザー光透過性樹脂部材3と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とに挟まれている。レーザー溶着体10は、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との重合せ界面である上側当接部位N1と、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との重合せ界面である下側当接部位N2とを、有している。融着部位Mが上側当接部位N1と下側当接部位N2とにわたって形成されている。
このレーザー光透過性樹脂部材3は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2と同種又は異種の熱可塑性樹脂製である。レーザー光透過性樹脂部材3の吸光度bは、0.01~0.09であることが好ましく、0.05~0.09であることがより好ましく、0.07~0.09であることが一層好ましい。このような範囲の吸光度bは、レーザー光透過性樹脂部材3の原料として含有される熱可塑性樹脂が元来有する吸光度によって得ることができる。一方、この熱可塑性樹脂の吸光度が上記の下限値未満である場合、レーザー光透過性樹脂部材3の原材料組成物にニグロシン硫酸塩のようなレーザー光吸収剤を極少量、例えば熱可塑性樹脂100質量部に対して、0.0001~0.01質量部の含有量で含ませることによって上記範囲の吸光度bをレーザー光透過性樹脂部材3に付与できる。このニグロシン硫酸塩の硫酸イオン濃度は、0.3~5.0質量%であることが好ましい。このようにレーザー光透過性樹脂部材3は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2と同一かそれよりも低い吸光度を有している。吸光度bがこの範囲であると、レーザー光透過性樹脂部材3はレーザー光Lを透過するか、又はレーザー光Lの大部分を透過しつつそれの一部を吸収する。なお、吸光度a1と吸光度a2との吸光度比a1/a2は、0.3~1.2であることが好ましい。
このレーザー溶着体10におけるレーザー溶着工程を説明する。レーザー光Lがレーザー光透過性樹脂部材3側から照射されると、レーザー光透過性樹脂部材3は吸光度bを有していることにより、レーザー光Lを透過するか、又はレーザー光Lの大部分を透過しつつも、それ一部をわずかに吸収し、発熱する。レーザー光透過性樹脂部材3を透過したレーザー光Lは第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1に吸収され、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が発熱する。それにより上側当接部位N1の近傍で、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1とが溶融した溶融プールが形成される。このとき、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の吸光度a1がレーザー光透過性樹脂部材3の吸光度bよりも大きいことに起因して、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1に形成される溶融プールは、レーザー光透過性樹脂部材3のそれよりも大きい体積を有している。
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を透過したレーザー光Lの一部は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2に吸収されてそれに発熱及び溶融を引き起こす。その結果、上側当接部位N1から第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を貫き、下側当接部位N2を経て第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2にまで至る溶融プールが形成される。この溶融プールが冷却して固化することにより、上側当接部位N1と下側当接部位N2とにわたった融着部位Mが形成され、レーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が一体化してレーザー溶着体10が得られる。
なおレーザー光透過性樹脂部材3が、上記吸光度bを示す範囲内で少量のニグロシン硫酸塩を含有していると、レーザー光Lの入射による発熱量を増大させることができる。それによってレーザー光Lによる第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1とレーザー光透過性樹脂部材3との発熱量差(温度差)を低減し、溶融プールのレーザー光透過性樹脂部材3への広がりを促進できるので、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との溶着強度を、一層向上させることができる。
図3(b)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。このレーザー溶着体10は、突合せ部位及び複数の当接部位で溶着されているものである。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とがそれらの端部同士で突き合わされて、突合せ部Bが形成されている。この第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2に、レーザー光被照射樹脂部材であるレーザー光透過性樹脂部材3が突合せ部位Bを覆うように重ねられている。それにより、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との接触面である当接部位N3-1、及びレーザー光透過性樹脂部材3と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との接触面である当接部位N3-2が形成されている。レーザー光Lがレーザー光透過性樹脂部材3側から突合せ部位Bに向かって照射されている。両当接部位N1,N2及び突合せ部位Bにわたった融着部位Mが形成されており、両当接部位N1,N2及び突合せ部位Bでレーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が溶着して一体化し、レーザー溶着体10が形成されている。
図3(c)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。このレーザー溶着体10は、突合せ部位及び複数の当接部位で溶着されているものである。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとに分割されて、それら同士が突き合わされている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bの端部同士が突き合わされて接触し、突合せ部位Bが形成されている。レーザー光被照射樹脂部材であるレーザー光透過性樹脂部材3が突合せ部位Bを覆うように重ねられている。更にレーザー光透過性樹脂部材3とともに、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bを挟むように、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1に重ねられている。それによりレーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aとが接触した重合せ界面である当接部位N3-1a、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとが接触した重合せ界面である当接部位N3-1b、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが接触した重合せ界面である当接部位N1a-2、及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが接触した重合せ界面である当接部位N1b-2が形成されている。レーザー光Lがレーザー光透過性樹脂部材3側から突合せ部位Bに向かって照射されている。各当接部位N3-1a,N3-1b,N1a-2,N1b-2及び突合せ部位Bにわたった融着部位Mが形成されており、各当接部位N3-1a,N3-1b,N1a-2,N1b-2及び突合せ部位Bでレーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1b、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が溶着して一体化し、レーザー溶着体10が形成されている。
また、レーザー溶着体10は、重なった両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が複数のレーザー光透過性樹脂部材3で挟まれた4層構造を有していてもよい。図3(d)に示すレーザー溶着体10は、レーザー光被照射樹脂部材である上側レーザー光透過性樹脂部材3aと、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2と、下側レーザー光透過性樹脂部材3bとがこの順で重ねられて、それらがレーザー溶着されているものである。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとに、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとに、夫々分割されて、それら同士が夫々突き合わされている。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bの端部同士が突き合わされて接触し、上側突合せ部位B1が形成されている。また第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bの端部同士が突き合わされて接触し、下側突合せ部位B2が形成されている。両突合せ部位B1,B2は、垂直方向で重なっている。各樹脂部材1,2,3a,3bは、すべて同じ外寸を有する矩形板状をなしているので、突合せ部位B1,B2を有する第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、両レーザー光透過性樹脂部材3a,3bの向かい合う二辺の端面で、突き出ている。
上側突合せ部位B1を覆うように上側レーザー光透過性樹脂部材3aが、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bに、下側突合せ部位B2に重なるように下側レーザー光透過性樹脂部材3bが第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bに重なっている。また、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aとが、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとが、夫々重なっている。それにより、レーザー溶着体10は、上側レーザー光透過性樹脂部材3aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aとの重合せ界面である当接部位N3a-1a、上側レーザー光透過性樹脂部材3aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとの重合せ界面である当接部位N3a-1b、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aとの重合せ界面である当接部位N1a-2a、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとの重合せ界面である当接部位N1b-2b、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aと下側レーザー光透過性樹脂部材3bとの重合せ界面である当接部位N2a-3b、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bと下側レーザー光透過性樹脂部材3bとの重合せ界面である当接部位N2b-3bを有している。
レーザー光Lが上側レーザー光透過性樹脂部材3a側から両突合せ部位B1,B2に向かって照射されている。それにより両突合せ部位B1,B2、及びN3a-1a、N3a-1b、N1a-2a、N1b-2b、N2a-3b、N2b-3bにわたった融着部位Mが形成されており、それらの部位で上側レーザー光透過性樹脂部材3aと、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2と、下側レーザー光透過性樹脂部材3bとが溶着して一体化し、レーザー溶着体10が形成されている。
レーザー溶着体10を構成する樹脂部材は、単数であってもよい。この樹脂部材は、任意の形状に成形されていていることにより、レーザー溶着体10が湾曲や屈曲したロール状、円筒状、角柱状、又は箱状をなしていてもよい。例えば、図4(a)に示すレーザー溶着体10は、単数の樹脂部材として第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1のみを有している。この第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は、開口した両端を有する筒形をなすように四箇所で山折りされ、それの端部同士が突き合わされて接触していることにより、突合せ部位Bが形成されている。この突合せ部位Bにレーザー光Lが照射されることにより、レーザー溶着体10は突合せ部位Bで溶着されている。
図4(b)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が開口した両端を有する筒形をなすように四箇所で山折りされ、それの一部が重なり合って接触していることにより形成された当接部位Nを、レーザー溶着体10が有していてもよい。レーザー光Lは、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の面上でX方向(図1(a)参照・図4(c)中、奥行方向)に沿いつつ、かつこれに直交するY方向(図4(c)中、左右方向)にも走査している。それにより、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材の広範囲にわたって融着部位Mが形成されて、当接部位N中に大きな溶着面積を形成することができる。その結果第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が当接部位Nで高強度に溶着されるので、このレーザー溶着体10は、曲げや捻りのような外力を受けても、レーザー溶着された部位で剥離を生じ難い。
また図4(c)に示すように、筒形状をなしている第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の突合せ部位Bを覆うように、レーザー光被照射樹脂部材であるレーザー光透過性樹脂部材3が重ねられていることにより、レーザー溶着体10は第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1とレーザー光透過性樹脂部材3とが接触した当接部位Nを有していてもよい。このレーザー光透過性樹脂部材3は、図3に示したものと同一の吸光度bを有している。レーザー光透過性樹脂部材3側から突合せ部位Bに向かってレーザー光Lが照射されることによって、このレーザー溶着体10は、突合せ部位B及び当接部位Nでレーザー溶着されている。それによれば、突合せ部位Bに加えて当接部位Nでもレーザー溶着されているので、樹脂部材同士がより強固に溶着したレーザー溶着体10を形成することができる。
図5(a)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の模式断面図を示す。このレーザー溶着体10は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の端部が第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の一方の面に突き合わされて形成された突合せ部位Bを有している。レーザー光Lが突合せ部位Bの直上からそこへ直接照射されている。それにより第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の厚さ方向かつ第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の面方向に延びた融着部位Mが形成されており、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が突合せ部位Bでレーザー溶着されている。レーザー光Lは、同図の二点鎖線で示すように、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2側から突合せ部位Bに対して垂直に照射されていてもよい。それによれば、融着部位Mが第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の面方向かつ第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の厚さ方向にも形成されるので、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2がより高強度にレーザー溶着されたレーザー溶着体10を得ることができる。突き合わせ溶着と重ね合わせ溶着とを繰り返すことにより、例えばレーザー溶着体の用途が容器である場合、収容物を遺漏させない強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。
またレーザー溶着体10は、図5(b)に示すように、板状をなしている第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の一方の面と、L字形状をなしている第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の一つの面とが重畳するように重なって接触した当接部位Nでレーザー溶着されているものであってもよい。この場合レーザー光Lは、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1をレーザー光被照射樹脂部材として、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側から当接部位Nに照射されてもよく、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の端部で露出した当接部位Nに向かって直接照射されてもよく、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2側から当接部位Nに照射されてもよい。突き合わせ溶着と重ね合わせ溶着とを繰り返すことにより、例えばレーザー溶着体の用途が容器である場合、収容物を遺漏させない強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。
更に図5(c)に示すように、レーザー溶着体10は、直方体形の一辺にL字形の切欠を有していることにより、それの一つの面の一部で突き出た段差形状をなしている継しろ1cを有する第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、この継しろ1cの段差と突き合わされるように嵌った板状の第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とを有しており、この継しろ1cでレーザー溶着されていてもよい。この場合レーザー溶着体10は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の端部と継しろ1cの段差との突合せによって形成された突合せ部Bと、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の重ね合わせによって突合せ部Bに連続して形成された当接部位Nとを、有している。継しろ1cの段差の幅と、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の厚さとは、同一である。それにより継しろ1cと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の一方の面とは、連続した平坦面をなし、この平坦面で突合せ部位Bが露出している。レーザー光Lが第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1をレーザー光被照射樹脂部材として、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側から突合せ部Bに照射されて、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、継しろ1cでレーザー溶着されている。レーザー光Lは、突合せ部位Bをレーザー溶着体10外へ延長した方向から直接照射されていてもよく、また第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2をレーザー光被照射樹脂部材として、当接部位Nに対して垂直な方向から当接部位Nに照射されていてもよい。突き合わせ溶着と重ね合わせ溶着とを繰り返すことにより、例えばレーザー溶着体の用途が容器である場合、収容物を遺漏させない強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。
図5(d)に示すように、レーザー溶着体10において、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が、互い違いに組み合わされる段差形の継しろ1c及び継しろ2cを、夫々有していてもよい。両継しろ1c,2cの組合せによって第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とは直角に組み合わされており、レーザー溶着体10は全体としてL字形をなしている。両継しろ1c,2cの組合せにより、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが突き合わされて接触した上側突合せ部位B1及び下側突合せ部位B2、並びに第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが重なって接触した当接部位Nが形成されている。上側突合せ部位B1、当接部位N、及び下側突合せ部位B2は、この順で連続して繋がっている。レーザー光Lは、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1をレーザー光被照射樹脂部材として当接部位Nに向かって照射されている。レーザー光Lはこれに加えて、上側突合せ部位B1の直上からこれに向かって直接に照射されていてもよく、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2をレーザー光被照射樹脂部材として上側突合せ部位B1及び下側突合せ部位B2に対して垂直方向からこれらに向かって照射されていてもよい。突き合わせ溶着と重ね合わせ溶着とを繰り返すことにより、例えばレーザー溶着体の用途が容器である場合、収容物を遺漏させない強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。
図5(e)に示すように、レーザー溶着体10において、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1が段差形を成している継しろ1cを有しており、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が継しろ1cを覆いつつそれに嵌る凹部2eを有していてもよい。継しろ1cに凹部2eが嵌まっていることによって、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とは直角に組み合わされており、レーザー溶着体10は全体としてL字形をなしている。継しろ1cと凹部2eとの嵌合により第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが突き合わされて接触した上側突合せ部位B1及び下側突合せ部位B2、並びに第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが重なって接触した当接部位Nが形成されている。上側突合せ部位B1、当接部位N、及び下側突合せ部位B2はこの順で連続して繋がっている。レーザー光Lは、上側突合せ部位B1の直上からこれに向かって直接に照射されている。レーザー光Lはこれに加えて、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2をレーザー光被照射樹脂部材として当接部位N及び下側突合せ部位B1に対して垂直方向からこれらに向かって照射されていてもよい。突き合わせ溶着と重ね合わせ溶着とを繰り返すことにより、例えばレーザー溶着体の用途が容器である場合、収容物を遺漏させない強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。
図5(a)~(e)に示すように、レーザー溶着体10において、各レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が複雑に組み合わされていたり、それらが複雑な形状を有していることにより交互に繰り返すように連続した当接部位及び突合せ部位を有していたりしていても、多方向からのレーザー光照射によって、樹脂部材同士が連続的に確りとかつ強固にレーザー溶着されている。それにより、このレーザー溶着体10は、それを用いた樹脂部品の設計の自由度を飛躍的に向上させている。なお、同図に示すレーザー溶着体10を構成している両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が互いに同じ値の吸光度a1,a2を有している(a1=a2)であることが好ましい。それによれば、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が同一の形状を有している場合、レーザー溶着体10の製造工程で両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を区別することを要しないので、レーザー溶着体10の製造工程を簡素化できる。
図6(a)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の斜視図を示す。開口した両端を有する円筒形の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1は、胴部1eと、胴部1eより縮径した外径を有し、それの一端の開口縁に沿った挿入継しろ1dを有している。挿入継しろ1dは、円筒形をなしている第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の外周面でそれの内周面に向かって直角に凹んだ段差部1d1と、この段差部1d1から下方へ向かって垂直に延びた挿入部1d2とを有している。それにより第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の外径は、段差部1d1で縮径している。また開口した両端を有する円筒形の第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、それの一端の開口縁に沿って、篏合継しろ2dを有している。篏合継しろ2dは、円筒形をなしている第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の内周面でそれの外周面に向かって直角に凹んだ開口縁2d1とこの開口縁2d1から上方へ向かって垂直に延びた篏合部2d2とを有している。それにより第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の内径は、篏合継しろ2dで拡径している。挿入部1d2の外径は、篏合部2d2の内径よりも若干小さい。それにより両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、挿入部1d2と篏合部2d2との間に挿脱可能な程度の遊びを有しつつ嵌め合わされる。段差部1d1及び開口縁2d1は、同一の幅を有している。それにより、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が両継しろ1d,2dで組み合わされると、滑らかに湾曲し段差を有していない外周面を有し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を繋げた円筒が形成される。レーザー光Lは、両継しろ1d,2dに向かって、この円筒の外周面を一周りするように照射される。
図6(b)に同図(a)の部分拡大縦断面図を示す。両継しろ1d,2dが組み合わされていることにより、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが重なって接触した上側当接部位N1及び下側当接部位N2、並びに第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが突き合わされて接触した突合せ部位Bが形成されている。上側当接部位N1、突合せ部位B、及び下側当接部位N2は、この順で連続して繋がっている。レーザー光Lは、突合せ部位Bをレーザー溶着体10外へ延長した方向から直接突合せ部位Bに向かって照射されている。それにより両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、上側当接部位N1でレーザー溶着されている。更に同図中、二点鎖線で示すように、レーザー光Lが、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2をレーザー光被照射樹脂部材として、突合せ部位B及び下側当接部位N2に照射されてもよい。それによれば両継しろ1,2が全面にわたってレーザー溶着されるので、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2がより一層強固に溶着したレーザー溶着体1を得ることができる。
図7(a)に別なレーザー溶着体10を製造している途中の斜視図を示す。開口した両端を有する円筒形の両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は継しろを有さず、それらの端部同士が突き合わされて、開口縁で接触した突合せ部位Bが形成されていてもよい。この突合せ部位Bに沿ってレーザー光Lが一周照射されることにより、レーザー溶着体10が得られる。
また図7(b)に示すように、レーザー光被照射樹脂部材として環形状をなしたレーザー光透過性樹脂部材3が、円筒形をなした両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の開口周縁同士の突合せによって形成された突合せ部位Bを取り巻いていてもよい。このレーザー光透過性樹脂部材3は、図3に示したものと同一の吸光度bを有している。それによれば、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との重合せにより上側当接部位N1が、レーザー光透過性樹脂部材3と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との重合せにより下側当接部位N2が、夫々形成される。レーザー光Lが、レーザー光透過性樹脂部材3側から突合せ部位Bに向かい、それの一周にわたって照射されることにより、レーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が一体化したレーザー溶着体10が得られる。
図7にレーザー光透過吸収性樹脂部材に対し、レーザー光Lを走査させることによりレーザー溶着体を得る方法を示したが、レーザー光Lを固定された線源から発射し、レーザー光透過吸収性樹脂部材の貼着すべき部位に沿って走査するように、レーザー光透過吸収性樹脂部材を回転させたり、移動させたりしてレーザー溶着体を作製してもよい。例えば図8に示すように、まず開口した両端を有する円筒形の両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の両端を突き合わせて突合せ部位Bを形成し、固定した線源から発射されたレーザー光Lをそこへ照射しつつ、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の中心軸を固定しながらそれを円周方向に回転させる。それによりレーザー光Lが突合せ部位Bに沿って走査し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が突合せ部位Bで溶着されたレーザー溶着体が得られる。溶着すべきレーザー光透過吸収性樹脂部材の外形や、突合せ部位B及び当接部位Nの形状に応じて、レーザー光Lの出力や周波数、レーザー光透過吸収性樹脂部材の回転速度や移動速度(すなわちレーザー光Lの走査速度)を任意に設定して、所望の引張強度で溶着されたレーザー溶着体を作製できる。
レーザー光Lとして、可視光より長波長域の800~1600nmの赤外光線、好ましくは800~1100nmに発振波長を有するレーザー光を用いることができる。例えば、固体レーザー(Nd:YAG励起、及び/又は半導体レーザー励起)、半導体レーザー、チューナブルダイオードレーザー、チタンサファイアレーザー(Nd:YAG励起)を好適に用いることができる。また、その他に700nm以上の波長の赤外線を発生するハロゲンランプやキセノンランプを用いてもよい。またレーザー光Lの照射角度は、レーザー光被照射樹脂部材の面に対して、垂直方向からでも斜め方向からでもよく、一方向又は複数方向から照射してもよい。
700nm以上の波長の赤外線を発生するハロゲンランプを用いる場合、例えばランプ形状として、帯状にランプを配したものを挙げることができる。照射態様としては、例えば、ランプ照射部が移動することにより広範囲にわたってレーザー光を照射可能な走査タイプ、同様に、溶着すべき部材が移動するマスキングタイプ、及び溶着すべき樹脂部材に対して多方面からランプを同時照射させるタイプが挙げられる。また照射は、適宜、赤外線の照射幅、照射時間、及び照射エネルギーのような諸条件を調整して行なうことができる。ハロゲンランプは近赤外域を中心としたエネルギー分布を持っているため、そのエネルギー分布の短波長側、すなわち可視領域においてエネルギーが存在することがある。このような場合、入射した部材の表面に溶着痕を生じることがあるため、例えばカットフィルターを用いて可視領域のエネルギーを遮断してもよい。
レーザー光吸収剤であるニグロシン硫酸塩の吸収係数εd(ml/g・cm)は、1000~8000であり、好ましくは1000~6000、より好ましくは3000~6000(ml/g・cm)である。吸収係数(吸光係数)εdの測定方法は、レーザー光吸収剤0.05gを精秤し、50mlメスフラスコを用いて、例えば、溶媒N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解後、その1mlを、50mlメスフラスコを用いてDMFで希釈して測定サンプルとし、分光光度計(島津製作所製、商品名:UV1600PC)を用いて、吸光度測定を行なうというものである。
熱可塑性樹脂の着色は、装飾効果、色分け効果、成形品の耐光性向上、内容物の保護や隠蔽の目的で行われる。産業界において最も重要なのは、黒色着色である。また樹脂への分散性や樹脂との相溶性が良好であることから、油溶性染料による着色が適している。中でも、黒色着色剤としてもレーザー光吸収剤としても用いることができ、より高い接合強度を得ることができるニグロシン及びその加工品が好適である。
ニグロシンとして、C.I.Solvent Black 5及びC.I.Solvent Black 7としてカラーインデックスに記載されているような黒色アジン系縮合混合物が挙げられる。熱可塑性樹脂の流動性向上の観点から、C.I.Solvent Black 7が一層好ましい。このようなニグロシンは、例えば、アニリン、アニリン塩酸塩及びニトロベンゼンを、塩化鉄の存在下、反応温度160~180℃で酸化及び脱水縮合することにより合成し得る。
原料にニグロシンの塩化鉄を用いた系によれば、塩化鉄や過剰の塩酸存在下での反応が生じるため、ニグロシン塩酸塩が生成する。ニグロシン塩酸塩からニグロシン硫酸塩を得るのに、ニグロシン中で塩を構成する塩化物イオンの全て又は相当部分が、硫酸イオンに置換される処理であれば特に制限されず、公知の反応方法を用い得る。なお、ニグロシン硫酸塩は、C.I.Solvent Black 5に属する油溶性黒色染料であり、C.I.Acid Black 2に属する水溶性黒色染料でない。
ニグロシン硫酸塩を製造するのに、具体的に、例えば、ニグロシンを希硫酸に分散させ、適度に加熱(例えば、50~90℃)する方法が挙げられる。また例えば、ニグロシンを製造して得られた縮合反応液を希硫酸に分散させ、適度に加熱(例えば、50~90℃)することにより製造される。更に例えば、スルホン化が起きないように、反応液温度を低温に調節しながらニグロシンを濃硫酸に溶解させたものを、大量の氷水に加えて結晶を析出させることによってもニグロシン硫酸塩を製造できる。得られたニグロシン硫酸塩の結晶について、洗浄精製工程を経た後、乾燥工程を施してもよい。
ニグロシン硫酸塩において、硫酸イオン濃度が、0.3~5.0質量%、好ましくは0.5~3.5質量%であることにより、結晶温度の低下効果が大きくなるので、簡便に安定してレーザー溶着を行うことができる。なお、ニグロシン硫酸塩の硫酸イオン濃度はニグロシンの試料から硫酸イオンを抽出して、イオンクロマトグラフの機器分析を用いることにより測定できる。ニグロシン硫酸塩の製造工程において、ニグロシン硫酸塩中の不純物・無機塩等が取り除かれるため、ニグロシン硫酸塩の絶縁性が向上する。このため、このようなニグロシン硫酸塩は、電子部品や電気部品等の絶縁性が重要な物品の材料として好適に用いることができる。ニグロシン硫酸塩の体積抵抗率は、1.0×109Ω・cm以上であり、5.0×109Ω・cm~7.0×1011Ω・cmであることが好ましく、8.0×109Ω・cm~1.0×1011Ω・cmであることがより好ましく、1.0×1010Ω・cm~1.0×1011Ω・cmであることが一層好ましい。なお、ニグロシン硫酸塩の体積抵抗率は次のように求められる。ニグロシン硫酸塩の一定量を測った試料に200kgfの荷重をかけて固め、この試料の体積を求める。次いでその試料をデジタル超高抵抗/微少電流計(株式会社エーディーシー製、商品名:8340A)で測定する。
更に上記のように得られたニグロシンを減圧下で加熱等する工程を設け、それにより得られた精製ニグロシンを用いてもよい。このようなニグロシンとしては、アニリンやジフェニルアミンを0.1%未満にした精製アニリンを例示できる。このようなニグロシンとして、NUBIAN(登録商標) BLACKシリーズが市販されている。好ましいニグロシン中のアニリン濃度は、例えば0.1質量%以下、好ましくは0.005質量%~0.08質量%以下のニグロシンである。
吸光度a1及び吸光度a2を調整するニグロシンのようなレーザー光吸収剤の含有量は、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2中、0.01~0.2質量%であり、好ましくは0.01~0.1質量%である。この含有量が0.01質量%未満であると、吸光度a1及び吸光度a2が上記の下限値に満たない。そのためレーザー光のエネルギーの一部を吸収した両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の発熱量が過少であるため、それらが十分に昇温せず、突合せ部位Bや当接部位Nにおける溶着が不足して両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の接合強度が不足する。また、含有量が0.2質量%を超えると、吸光度a1及び吸光度a2が上記の上限値を超えてしまう。そのため両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2のレーザー光透過率が過度に低下し、レーザー光被照射樹脂部材である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1のみが、エネルギー吸収を過剰に生じて発熱して溶融するので、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を均一に溶着させることができず、高い接合強度が得られない。更にレーザー光の入射側に配置されたレーザー光被照射樹脂部材は、レーザー光のエネルギーを過剰に吸収すると、それの原料である熱可塑性樹脂が有する物理的・化学的特性のような樹脂特性が失われ易い。
各樹脂部材1,2,3の厚さは、200~5000μmが好ましく、500~4000μmがより好ましく、700~3500μmが一層好ましい。厚さが200μm未満であるとレーザー光エネルギーのコントロールが難しく、レーザー溶着の際に、熱溶融の過不足が生じ、過熱により破断したり熱不足によって十分な接合強度が得られなくなることがある。一方、厚さが5000μmを超えると、溶着すべき部位までの距離が長いため、レーザー光透過吸収性樹脂部材2に入射したレーザー光が、それの内部にまで透過せずに減衰してしまい、十分な接合強度が得られない。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の厚さが800~3000μmであると、溶着に必要な溶融プールが十分に形成されるため、レーザー溶着の工業的安定実施の観点からより一層好ましい。
各樹脂部材1,2,3に含まれる熱可塑性樹脂は、レーザー光を吸収及び/又は透過し、レーザー光吸収剤を含有させることができるものであれば、特に限定されない。このような熱可塑性樹脂として、顔料の分散剤として用いられている熱可塑性樹脂、及びマスターバッチ又は着色ペレットの担体として用いられている熱可塑性樹脂が挙げられる。
この熱可塑性樹脂として、具体的に例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリアミド樹脂(ナイロン(登録商標)、PA)、ポリエチレン樹脂(PE)及びポリプロピレン樹脂(PP)のようなポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン樹脂(PS);ポリメチルペンテン樹脂;メタクリル樹脂;アクリルポリアミド樹脂;エチレンビニルアルコール(EVOH)樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂やポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂のようなポリエステル樹脂;ポリアセタール樹脂;ポリ塩化ビニル樹脂;芳香族ビニル樹脂;ポリ塩化ビニリデン樹脂;ポリフェニレンオキサイド樹脂;ポリアリレート樹脂;ポリアリルサルホン樹脂;ポリフェニレンオキシド樹脂;アクリルポリアミド樹脂及びポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)のようなアクリル樹脂;フッ素樹脂;並びに液晶ポリマーが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても複数種を組み合わせて用いてもよい。
熱可塑性樹脂は、これを形成する単量体の複数種が結合した共重合体樹脂であってもよい。例えば、AS(アクリロニトリル-スチレン)共重合体樹脂、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)共重合体樹脂、AES(アクリロニトリル-EPDM-スチレン)共重合体樹脂、PA-PBT共重合体樹脂、PET-PBT共重合体樹脂、PC-PBT共重合体樹脂、PS-PBT共重合体樹脂、及びPC-PA共重合体樹脂が挙げられる。またポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、及びポリエステル系熱可塑性エラストマーのような熱可塑性エラストマー;これらの樹脂類を主成分とする合成ワックス及び天然ワックスが挙げられる。なお、これらの熱可塑性樹脂の分子量は、特に限定されない。また、これらの熱可塑性樹脂を単独で又は複数種を混合して用いてもよい。
この熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリプロピレン樹脂;ポリブチレンテレフタレート樹脂のようなポリエステル樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂であることが好ましい。中でもニグロシンのようなレーザー光吸収剤と良好な相溶性を示す観点から、ポリアミド樹脂、及びポリカーボネート樹脂がより好ましい。
本発明に用いられるポリアミド樹脂とは、その分子中に酸アミド基(-CONH-)を有し、加熱溶融できるポリアミド重合体である。好ましくは、脂肪族ジアミンと芳香族ジカルボン酸とからなる塩及び芳香族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸とからなる塩より選ばれる少なくとも1種を構成単位(a)として含むポリアミド樹脂である。ポリアミド樹脂全構成単位中の前記構成単位(a)の割合は、好ましくは30モル%以上であり、より好ましくは40モル%以上である。更に具体的には、ラクタムの重縮合物、ジアミンとジカルボン酸との重縮合物、ω-アミノカルボン酸の重縮合物等の各種ポリアミド樹脂、又はそれ等の共重合ポリアミド樹脂やブレンド物等である。ポリアミド樹脂の重縮合の原料であるラクタムとして、例えば、ε-カプロラクタム、及びω-ラウロラクタム等が挙げられる。
ジアミンとして、例えば、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、(2,2,4-又は2,4,4-)トリメチルヘキサメチレンジアミン、5-メチルノナンメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン(MXDA)、パラキシリレンジアミン、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)ピペラジン、及びアミノエチルピペラジンのような脂肪族、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、例えば、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2-クロロテレフタル酸、2-メチルテレフタル酸、5-メチルイソフタル酸、5-ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、及びヘキサヒドロイソフタル酸のような脂肪族、脂環族、芳香族のジカルボン酸等が挙げられる。
ω-アミノカルボン酸として、例えば、6-アミノカプロン酸、11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸、及びパラアミノメチル安息香酸等が挙げられる。
更にポリアミド樹脂として、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド6I、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド56、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6T、ポリアミド96、ポリアミド9T、非晶質性ポリアミド、高融点ポリアミド、ポリアミドRIM、ポリアミドMIX6、ポリアミドMXD6、ポリアミドMP6、及びそれらの2種類以上の共重合体が挙げられる。この共重合体として、具体的に、ポリアミド6/12共重合体、ポリアミド6/66共重合体、ポリアミド66/6I共重合体、ポリアミド6I/6T共重合体、ポリアミド6/66/610共重合体、ポリアミド6/66/11/12共重合体、及び結晶性ポリアミド/非結晶性ポリアミド共重合体が挙げられる。またポリアミド樹脂は、ポリアミド樹脂と他の合成樹脂との混合重合体であってもよい。そのような混合重合体の例として、ポリアミド/ポリエステル混合重合体、ポリアミド/ポリフェニレンオキシド混合重合体、ポリアミド/ポリカーボネート混合重合体、ポリアミド/ポリオレフィン混合重合体、ポリアミド/スチレン/アクリロニトリル混合重合体、ポリアミド/アクリル酸エステル混合重合体、及びポリアミド/シリコーン混合重合体が挙げられる。これらのポリアミド樹脂を、単独で又は複数種を混合して用いてもよい。
ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂は、(-φ-S-)[φは置換又は非置換のフェニレン基]で表わされるチオフェニレン基からなる繰り返し単位を主とする重合体である。PPS樹脂は、パラジクロルベンゼンと硫化アルカリとを高温、高圧下で反応させて合成したモノマーを、重合させたものである。PPS樹脂は、重合助剤を用いた重合工程だけで目的の重合度にさせた直鎖型のものと、低分子の重合体を酸素存在下で熱架橋させた架橋型のものとの二タイプに大まかに分類される。特に、直鎖型のPPS樹脂は、レーザー光透過率が優れている点で好ましい。また、PPS樹脂の溶融粘度は、溶融混練が可能であれば特に制限はないが、通常5~2000Pa・sの範囲であることが好ましく、100~600Pa・sの範囲であることがより好ましい。
また、PPS樹脂はポリマーアロイであってもよい。例えば、PPS/ポリオレフィン系アロイ、PPS/ポリアミド系アロイ、PPS/ポリエステル系アロイ、PPS/ポリカーボネート系アロイ、PPS/ポリフェニレンエーテル系アロイ、PPS/液晶ポリマー系アロイ、PPS/ポリイミド系アロイ、及びPPS/ポリサルホン系アロイが挙げられる。PPS樹脂は、耐薬品性・耐熱性と高い強度とを有するので、例えば電子部品や自動車部品の用途に適している。
ポリエステル樹脂として、例えばテレフタル酸とエチレングリコールとの重縮合反応によって得られるポリエチレンテレフタレート樹脂、及びテレフタル酸とブチレングリコールとの重縮合反応によって得られるポリブチレンテレフタレート樹脂が挙げられる。その他のポリエステル樹脂の例として、テレフタル酸成分中、15モル%以下(例えば0.5~15モル%)、好ましくは5モル%以下(例えば0.5~5モル%)、及び/又はエチレングリコール及びブチレングリコールのようなグリコール成分中、15モル%以下(例えば0.5~15モル%)、好ましくは5モル%以下(例えば0.5~5モル%)のように、テレフタル酸成分やグリコール成分中の一部を、例えば炭素数1~4のアルキル基のような置換基で置換した共重合体が挙げられる。またポリエステル樹脂は、単独で又は複数種を混合して用いてもよい。
ポリエステル樹脂を構成するジカルボン酸化合物として具体的に、芳香族ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体が好ましく使用される。芳香族ジカルボン酸として、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、2,5-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、ビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、ビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルエーテル-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルスルフォン-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルイソプロピリデン-4,4’-ジカルボン酸、1,2-ビス(フェノキシ)エタン-4,4’-ジカルボン酸、アントラセン-2,5-ジカルボン酸、アントラセン-2,6-ジカルボン酸、p-ターフェニレン-4,4’-ジカルボン酸、及びピリジン-2,5-ジカルボン酸等が挙げられ、テレフタル酸を好ましく使用できる。これらの芳香族ジカルボン酸は、2種以上を混合して使用してもよい。これらは周知のように、遊離酸以外にジメチルエステル等をエステル形成性誘導体として重縮合反応に用いることができる。なお、少量であればこれらの芳香族ジカルボン酸と共にアジピン酸、アゼライン酸、ドデカンジオン酸、及びセバシン酸等のような脂肪族ジカルボン酸や、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等のような脂環式ジカルボン酸を1種以上混合して、使用することができる。
ポリエステル樹脂を構成するジヒドロキシ化合物として、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、へキシレングリコール、ネオペンチルグリコール、2-メチルプロパン-1,3-ジオール、ジエチレングリコール、及びトリエチレングリコール等のような脂肪族ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール等の脂環式ジオール等、及びそれらの混合物等が挙げられる。なお、少量であれば、分子量400~6000の長鎖ジオール、すなわち、ポリエチレングリコール、ポリ-1,3-プロピレングリコール、及びポリテトラメチレングリコール等を1種以上共重合してもよい。また、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、ジヒドロキシジフェニルエーテル、及び2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン等のような芳香族ジオールを用いてもよい。また、上記のような二官能性モノマー以外に、分岐構造を導入するためトリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ペンタエリスリトール、及びトリメチロールプロパン等の三官能性モノマーや分子量調節のため、脂肪酸等の単官能性化合物を少量併用することができる。
ポリエステル樹脂として、主としてジカルボン酸とジオールとの重縮合を含むもの、即ち樹脂全体の50質量%、好ましくは70質量%以上がこの重縮合物を含むものが用いられる。ジカルボン酸として芳香族カルボン酸が好ましく、ジオールとして脂肪族ジオールが好ましい。酸成分の95モル%以上がテレフタル酸であり、アルコール成分の95質量%以上が脂肪族ジオールであるポリアルキレンテレフタレートがより好ましい。その例として、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレートが挙げられる。これらはホモポリエステルに近いもの、即ち樹脂全体の95質量%以上が、テレフタル酸成分及び1,4-ブタンジオール又はエチレングリコール成分であることが好ましい。ポリエステル樹脂として、主成分がポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。ポリブチレンテレフタレートは、イソフタル酸、ダイマー酸、及びポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のようなポリアルキレングリコール等の共重合物であってもよい。
ポリオレフィン系樹脂として、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン-1、3-メチルブテン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1のようなα-オレフィンの単独重合体及びこれらの共重合体、並びにこれらと他の共重合可能な不飽和単量体との共重合体(共重合体としては、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体を挙げることができる。)が挙げられる。より具体例には、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、及びエチレン-アクリル酸エチル共重合体のようなポリエチレン系樹脂;プロピレン単独重合体、プロピレン-エチレンブロック共重合体又はランダム共重合体、及びプロピレン-エチレン-ブテン-1共重合体のようなポリプロピレン系樹脂;ポリブテン-1、及びポリ4-メチルペンテン-1が挙げられる。これらのポリオレフィン系樹脂は、単独で又は複数種を混合して用いてもよい。これらの中でも、ポリエチレン樹脂及び/又はポリプロピレン樹脂が好ましい。より好ましくは、ポリプロピレン系樹脂である。このポリプロピレン系樹脂の分子量は特に制限されず、広範囲の分子量のものを使用できる。
なお、ポリオレフィン系樹脂として、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された酸変性ポリオレフィンや発泡ポリプロピレンのように樹脂自体に発泡剤を含有したものを用いてもよい。また、エチレン-α-オレフィン系共重合体ゴム、エチレン-α-オレフィン-非共役ジエン系化合物共重合体(例えばEPDM)、エチレン-芳香族モノビニル化合物-共役ジエン系化合物共重合ゴム、及びこれらの水添物のゴム類を、ポリオレフィン系樹脂が含有していてもよい。
ポリカーボネート樹脂は、主鎖に炭酸エステル結合を持つ熱可塑性樹脂であり、優れた機械的性質、耐熱性、耐寒性、電気的性質、及び透明性を備えているエンジニアリングプラスチックである。ポリカーボネート樹脂として、芳香族ポリカーボネート樹脂、及び脂肪族ポリカーボネート樹脂の何れも使用でき、芳香族ポリカーボネート樹脂が好ましい。芳香族ポリカーボネート樹脂は、芳香族ジヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物を、ホスゲン又は炭酸ジエステルと反応させることによって得られる熱可塑性重合体である。芳香族ポリカーボネート樹脂は、分岐していてもよく、共重合体であってもよい。芳香族ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されず、従来公知のホスゲン法(界面重合法)や溶融法(エステル交換法)により製造できる。また、溶融法によって得られる芳香族ポリカーボネート樹脂を用いる場合、末端基のOH基量を調整してもよい。
芳香族ポリカーボネート樹脂の原料である芳香族ジヒドロキシ化合物として、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(即ち、ビスフェノールA)、テトラメチルビスフェノールA、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-p-ジイソプロピルベンゼン、ハイドロキノン、レゾルシノール、及び4,4-ジヒドロキシジフェニル等が挙げられ、好ましくはビスフェノールAである。また、上記の芳香族ジヒドロキシ化合物にスルホン酸テトラアルキルホスホニウムが1個以上結合した化合物を使用してもよい。分岐した芳香族ポリカーボネート樹脂を得るのに、上述した芳香族ジヒドロキシ化合物の一部を、分岐剤、例えば、フロログルシン、4,6-ジメチル-2,4,6-トリ(4-ヒドロキシフェニル)ヘプテン-2、4,6-ジメチル-2,4,6-トリ(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,6-ジメチル-2,4,6-トリ(4-ヒドロキシフェニル)ヘプテン-3、1,3,5-トリ(4-ヒドロキシフェニル)ベンゼン、及び1,1,1-トリ(4-ヒドロキシフェニル)エタン等のようなポリヒドロキシ化合物や、3,3-ビス(4-ヒドロキシアリール)オキシインドール(即ち、イサチンビスフェノール)、5-クロロイサチン、5,7-ジクロロイサチン、及び5-ブロムイサチン等の化合物で置換すればよい。これら置換する化合物の使用量は、芳香族ジヒドロキシ化合物に対して、通常0.01~10モル%であり、好ましくは0.1~2モル%である。
芳香族ポリカーボネート樹脂として、上記したものの中でも、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンから誘導されるポリカーボネート樹脂、又は2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンと他の芳香族ジヒドロキシ化合物とから誘導されるポリカーボネート共重合体が好ましい。また芳香族ポリカーボネート樹脂は、ポリカーボネート樹脂を主体とし、これとシロキサン構造を有するポリマー又はオリゴマーとの共重合体であってもよい。更に、上記した芳香族ポリカーボネート樹脂の2種以上を混合して用いてもよい。
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2は、レーザー光吸収剤として黒色着色剤であるニグロシン硫酸塩を含んでいるため、それの含有量に応じて灰色から黒色の色調を呈している。しかし0.09~0.9、好ましくは0.1~0.5の吸光度a1及び吸光度a2となるように、ニグロシン硫酸塩の含有量が決定されるので、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の色濃度が十分でなく、例えば灰色のように淡色を呈している場合がある。このような場合、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に所望の色濃度を付与するのに、これを成形するための第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用組成物及び/又は第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用組成物に着色剤を添加してもよい。また、レーザー光透過性樹脂部材3を成形するためのレーザー光透過性樹脂部材用組成物にも、着色剤を添加することができる。それにより、例えば、各樹脂部材1,2,3に同一色を付与して、両者の界面や溶着跡を目立たなくすることができる。
着色剤は、この樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂の色相及び色濃度に応じて、選択される。例えば、濃色の黒色を両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2に付与する場合、青色着色剤と黄色着色剤と赤色着色剤との組合せ、紫色着色剤と黄色着色剤との組合せ、緑色着色剤と赤色着色剤との組合せのように、複数種の着色剤を組み合わせて黒色着色剤を調製することができる。
着色剤の構造や色相は特に限定されず、より具体的には、アゾメチン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、アントラピリドン系、イソインドリノン系、インダンスロン系、ペリノン系、ペリレン系、インジゴ系、チオインジゴ系、キノフタロン系、キノリン系、及びトリフェニルメタン系の染顔料のような各種有機染顔料を含む着色剤が挙げられる。
このような着色剤は、可視域を吸収し、熱可塑性樹脂との相溶性に富み、かつレーザー光に対して低い散乱特性を有する複数種の染料の組合せであるものが好ましい。更に着色剤は、各樹脂部材1,2,3の成形時やレーザー光の照射による溶融時の高温に晒されても退色し難く、優れた耐熱性を有し、更にレーザー光の近赤外域の波長に吸収性を有さず、透過性を有するものであることがより好ましい。レーザー光の波長に対して透過性を有する着色剤としてアントラキノン染料を含む着色剤が挙げられる。
このようなアントラキノン染料は、アントラキノン油溶性染料であることが好ましく、具体的に例えば、
C.I.Solvent Blue 11、12、13、14、26、35、36、44、45、48、49、58、59、63、68、69、70、78、79、83、87、90、94、97、98、101、102、104、105、122、129、及び132;
C.I.Disperse Blue 14、35、102、及び197;
C.I.Solvent Green 3、19、20、23、24、25、26、28、33、及び65;
C.I.Solvent Violet 13、14、15、26、30、31、33、34、36、37、38、40、41、42、45、47、48、51、59、及び60のカラーインデックスで市販されている染料が挙げられる。
アントラキノン染料として、590~635nmの範囲に最大吸収波長を有するものが挙げられる。このようなアントラキノン染料は、青色を呈することが多く、例えば、アントラキノン緑色染料に比較して高い視認性を有している。黒色混合染料を組み合わせる場合、減法混色によって、アントラキノン系青色染料に、赤色染料や黄色染料を組み合わせることにより、高い着色力を有する濃黒色の着色剤を得ることができる。
また、アントラキノン染料の940nmレーザー光透過率が60~95%であることが好適である。市販品されているこのようなアントラキノン染料として、例えば、「NUBIAN(登録商標) BLUE シリーズ」及び「OPLAS(登録商標) BLUE シリーズ」(いずれも商品名、オリヱント化学工業株式会社製)等が挙げられる。
アントラキノン染料の電気伝導度は、50~500μS/cmであることが好ましい。それによれば、各樹脂部材1,2,3の絶縁性を向上させることができるので、電気・電子機器部品や精密機器部品のような高い絶縁性を要する樹脂部品に、レーザー溶着体10を好適に用いることができる。
この電気伝導度は、以下のようにして測定される。試料であるアントラキノン染料5gを500mLのイオン交換水に分散して、その重量を記録する。これを煮沸してイオン成分を抽出し、その後濾過する。濾液の重量を先に測定した重量と同じになるまでイオン交換水を加え、この溶液の電気伝導度を電気伝導率計(東亜ディーケーケー株式会社製、製品名:AOL-10)で測定する。
染料の組合せとして、例えば、アントラキノン系青色染料と青色染料、赤色染料、及び黄色染料との組合せ、並びにアントラキノン系青色染料と緑色染料、赤色染料、及び黄色染料との組合せが挙げられる。この赤色染料又は黄色染料として、アゾ染料、キナクリドン染料、ジオキサジン染料、キノフタロン染料、ペリレン染料、ペリノン染料、イソインドリノン染料、アゾメチン染料、トリフェニルメタン染料、及び赤色又は黄色のアントラキノン染料が挙げられる。これらは、一種又は複数種を組合せて用いてもよい。レーザー光透過吸収性樹脂組成物と、レーザー光透過性樹脂組成物との両樹脂組成物に良好な発色性を付与する染料として、ペリノン染料、及び赤色又は黄色のアントラキノン染料が挙げられる。
好ましくは、590~635nmの範囲に最大吸収波長を有する上記のようなアントラキノン青色染料と赤色染料との組合せを用いる。好適な例として、良好な耐熱性を有し赤色を示すことが多い上記のようなペリノン染料が挙げられる。このような赤色染料の市販品として、例えば、「NUBIAN(登録商標) RED シリーズ」及び「OPLAS(登録商標) RED シリーズ」(いずれも商品名、オリヱント化学工業株式会社製)が挙げられる。
ペリノン染料として、具体的に例えば、
C.I.Solvent Orange 60;
C.I.Solvent Red 135、162、178、及び179が挙げられる。
アントラキノン赤色染料(アントラピリドン染料を含む)として、例えば、
C.I.Solvent Red 52、111、149、150、151、168、191、207、及び227;
C.I.Disperse Red 60が挙げられる。このようなペリノン染料及びアントラキノン赤色染料は、上記のカラーインデックスで市販されている。
このようなアントラキノン赤色染料と組合せて用いる染料として、アントラキノン黄色染料が好適である。着色剤において、(i)アントラキノン黄色染料の質量/(ii)青色、緑色、及び/又は紫色のアントラキノン染料の質量比(i)/(ii)の範囲が、0.15~1.0であることが好ましい。アントラキノン黄色染料の市販品として、例えば、「NUBIAN(登録商標) YELLOW シリーズ」及び「OPLAS(登録商標) YELLOW シリーズ」(いずれも商品名、オリヱント化学工業株式会社製)等が挙げられる。
黄色染料として、具体的に例えば、
C.I.Solvent Yellow 14、16、32、33、43、44、93、94、98、104、114、116、133、145、157、163、164、167、181、182、183、184、185、及び187;
C.I.Vat Yellow 1、2、及び3のカラーインデックスで市販されている染料が挙げられる。
レーザー溶着体10に、耐候性、耐熱性、及び耐ブリード性のような堅牢性が求められる場合、上記に挙げた油溶性染料として、酸性染料と有機アミンとを組合せた造塩染料を好適に用いることができる。このような造塩染料は、[酸性染料のアニオン・有機アンモニウム塩]のように表すことができる。着色剤中、アントラキノン染料を造塩染料に代え、[アントラキノン酸性染料のアニオン・有機アンモニウム塩]のように表わされるアントラキノン系造塩染料を用いることにより、着色剤の堅牢性を向上させることができる。
造塩染料に用いられるアントラキノン酸性染料として、具体的に例えば、
C.I.Acid Blue 25、27、40、41、43、45、47、51、53、55、56、62、78、111、124、129、215、230、及び277;
C.I.Acid Green 37;
C.I.Acid Violet 36、41、43、51、及び63のカラーインデックスで市販され、一分子中に一つのスルホン酸基を有するアントラキノン染料が挙げられる。
アントラキノン酸性染料として、上記の他、具体的に例えば、
C.I.Acid Blue 23、35、49、68、69、80、96、129:1、138、145、175、221、及び344;
C.I.Acid Green 25、27、36、38、41、42、及び44;
C.I.Acid Violet 34及び42のカラーインデックスで市販され、アントラキノンの一分子中に二つのスルホン酸基を有するアントラキノン染料が挙げられる。
中でもC.I.Acid Blue 49、80、96、129:1、138、145、及び221、上記のC.I.Acid Green 25、27、36、38、41、42、及び44、並びにC.I.Acid Violet 34のように、アントラキノン骨格中に、少なくとも一つの置換基として、アニリノ基にスルホン酸基を有する置換基が結合した構造を有するものが好ましい。
好適なアントラキノン造塩染料として、アニリノ基誘導体を置換基として有するアントラキノン造塩染料が挙げられる。このようなアントラキノン造塩染料は、A-B+(A-はアントラキノン由来のアニオン、B+は有機アンモニウム由来のカチオン)又はAB(Aはアントラキノン骨格の脱水素残基又はアントラキノンに結合した置換基の脱水素残基、Bは有機アンモニウムの脱水素残基)で表され、芳香族熱可塑性樹脂に対して高い相溶性を示し、高い耐熱性を付与することができる。
このような好ましいアントラキノン造塩染料は、下記化学式(1)
(化学式(1)中、X及びYは互いに独立して水素原子、水酸基、ハロゲン原子、又はアミノ基であり、R
1~R
5は互いに独立して水素原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、炭素数1~18で直鎖若しくは分枝鎖のアルキル基、炭素数1~18で直鎖若しくは分枝鎖のアルコキシ基、ハロゲン原子、フェニルオキシ基、カルボキシ基であり、(P)
b+は有機アンモニウムイオン、a及びbは1~2の正数、m及びnは1~2の正数であり、Aは水素原子、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子、又は下記化学式(2)
(化学式(2)中、R
6~R
10は互いに独立して水素原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、炭素数1~18で直鎖若しくは分枝鎖のアルキル基、炭素数1~18で直鎖若しくは分枝鎖のアルコキシ基、又はハロゲン原子である)である)で表わされる。
化学式(1)及び(2)中、炭素数1~18で直鎖又は分枝鎖のアルキル基として、具体的に例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert‐ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、3-ペンチル基、tert-ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、及びオクチル基が挙げられる。また炭素数1~18で直鎖又は分枝鎖の炭素数1~18のアルコキシ基として、具体的に例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert‐ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、sec-ペンチルオキシ基、3-ペンチルオキシ基、tert-ペンチルオキシ基、及びヘキシルオキシ基が挙げられる。更にハロゲン原子として、具体的に例えば、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素が挙げられる。
化学式(1)で表わされる造塩染料は、一分子中に二つのフェニルアミノ誘導体を置換基として有するアントラキノン造塩染料が好ましい。それによれば、各樹脂部材1,2,3の成形時やレーザー溶着時において、熱溶融によるそれらの熱劣化を抑えることができる。造塩染料に好適に用いられるような一分子中に二つのフェニルアミノ誘導体を置換基として有するアントラキノン酸性染料として、具体的に例えば、
C.I.Acid Green 25、27、36、38、41、42、及び44;
C.I.Acid Blue 80及び221;
C.I.Acid Violet 34が挙げられる。
化学式(1)で表わされる造塩染料に好適に用いられるアミン類として、具体的に例えば、ヘキシルアミン、ペンチルアミン、オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、ジ-(2-エチルヘキシル)アミン、及びドデシルアミンのような脂肪族アミン;テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、2-メチルオクタメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ビス(p-アミノシクロヘキシル)メタン、m-キシレンジアミン、及びp-キシレンジアミンのようなジアミン;
シクロヘキシルアミン、ジ-シクロヘキシルアミン、及びジハイドロアジエチルアミンのような脂環式アミン;3-プロポキシプロピルアミン、ジ-(3-エトキシプロピル)アミン、3-ブトキシプロピルアミン、オクトオキシプロピルアミン、及び3-(2-エチルヘキシルオキシ)プロピルアミンのようなアルコキシアルキルアミン;α-ナフチルアミン、β-ナフチルアミン、1,2-ナフチレンジアミン、1,5-ナフチレンジアミン、及び1,8-ナフチレンジアミンのようなナフチルアミン;1-ナフチルメチルアミンのようなナフチルアルキルアミン;N-シクロヘキシルエタノールアミン、N-ドデシルエタノールアミン、及びN-ドデシルイミノ-ジ-エタノールのようなアルカノール基含有アミン;1,3-ジフェニルグアニジン、1-o-トリルグアニジン、及びジ-o-トリルグアニジンのようなグアニジン誘導体が挙げられる。
アミン類として、市販のアミン又は四級アンモニウム塩を用いてもよい。このようなアミン又は四級アンモニウム塩として、具体的に例えば、コータミン24P、コータミン86Pコンク、コータミン60W、コータミン86W、コータミンD86P(ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド)、サニゾールC、及びサニゾールB-50(以上、花王株式会社製、コータミン及びサニゾールは登録商標);アーカード210-80E、2C-75、2HT-75(ジアルキル(アルキルはC14~C18)ジメチルアンモニウムクロライド)、2HTフレーク、2O-75I、2HP-75、及び2HPフレーク(以上、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製、アーカードは商品名);プライミン(PRIMENE)MDアミン(メタンジアミン)、プライミン81-R(高分枝鎖tert-アルキル(C12~C14)一級アミン異性体混合物)、プライミンTOAアミン(tert-オクチルアミン)、プライミンRB-3(tert-アルキル一級アミン混合物)、及びプライミンJM-Tアミン(高分枝鎖tert-アルキル(C16~C22)一級アミン異性体混合物)(以上、ダウ・ケミカル社製、PRIMENEは登録商標)が挙げられる。
着色剤の含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対し、0.01~2質量部であり、好ましくは0.05~0.8質量部、より好ましくは0.1~0.5質量部である。着色剤の含有量をこのような範囲に調整することにより、高発色性の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物、及びレーザー光透過性樹脂部材用樹脂組成物を得ることができる。
これらの樹脂組成物を調製する際、着色剤を含有させたマスターバッチを調製し、このマスターバッチを熱可塑性樹脂組成物に添加することが好ましい。それによれば、着色剤が均一に分散するので、これらの樹脂組成物に色ムラを生じさせない。マスターバッチ中の着色剤の含有量は、5~90質量%であることが好ましく、20~60質量%であることがより好ましい。
レーザー光透過性樹脂部材用樹脂組成物が、ニグロシン硫酸塩のようなレーザー吸収剤非含有である、又はそれの含有量を少量としていることにより、レーザー光透過性樹脂部材3を無彩色だけでなく、有彩色の着色部材とすることができる。例えば、上記に例示した着色剤を用い、黄色、赤色、青色、緑色、又は紫色に、レーザー光透過性樹脂部材3を着色することができる。
これらの樹脂組成物に、必要に応じ、着色剤の他、熱可塑性樹脂原料に種々の添加剤を配合してもよい。このような添加剤としては、例えば、補強材、充填材、紫外線吸収剤又は光安定剤、酸化防止剤、抗菌・防かび剤、難燃剤、離型剤、結晶化核剤、可塑剤、耐衝撃改良剤、助色剤、分散剤、安定剤、改質剤、帯電防止剤、潤滑剤、及び結晶促進剤、が挙げられる。更に酸化チタン、硫酸亜鉛、亜鉛白(酸化亜鉛)、炭酸カルシウム、及びアルミナ白のような白色顔料や有機白色顔料が挙げられる。それによれば、無彩色の熱可塑性樹脂原料を、有機染顔料と組合せて、有彩色に調整できる。
補強材は、合成樹脂の補強に用い得るものであればよく、特に限定されない。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、チタン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、セピオライト、ウォラストナイト、及びロックウールのような無機繊維、並びにアラミド、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド、ポリエステル、及び液晶ポリマーのような有機繊維が挙げられる。例えば、樹脂部材に透明性を付与する場合、それの補強にガラス繊維を好適に用いることができる。このようなガラス繊維の繊維長は2~15mmでありその繊維径は1~20μmである。ガラス繊維の形態については特に制限はなく、例えばロービングや、ミルドファイバーが挙げられる。これらのガラス繊維は、一種を単独で用いても、2種以上を組合せて用いてもよい。その含有量は、例えば各樹脂部材1,2の100質量部に対し、5~120質量部とすることが好ましい。5質量部未満であると、十分なガラス繊維補強効果を得られず、120質量部を超えると成形性が低下する。好ましくは10~60質量部、特に好ましくは20~50質量部である。
充填材として粒子状充填材が挙げられ、例えば、タルク、カオリン、クレー、ウォラストナイト、ベントナイト、アスベスト、及びアルミナシリケートのような珪酸塩;アルミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、及び酸化チタンのような金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、及びドロマイトのような炭酸塩;硫酸カルシウム及び硫酸バリウムのような硫酸塩;ガラスビーズ、セラミックビ-ズ、窒化ホウ素、及び炭化珪素のようなセラミックが挙げられる。また充填剤は、マイカ、セリサイト、及びガラスフレークのような板状充填材であってもよい。
紫外線吸収剤及び光安定剤として、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリシレート系化合物、シアノアクリレート系化合物、ベンゾエート系化合物、オギザアリド系化合物、ヒンダードアミン系化合物、及びニッケル錯塩が挙げられる。
酸化防止剤として、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、並びにイオウ系酸化防止剤及びチオエーテル系酸化防止剤が挙げられる。
フェノール系酸化防止剤は、フェノール性ヒドロキシル基を有する酸化防止剤である。中でも、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく用いられる。ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、フェノール性ヒドロキシル基が結合した芳香環の炭素原子に隣接する1個又は2個の炭素原子が、炭素数4以上の置換基により置換されている酸化防止剤である。炭素数4以上の置換基は、芳香環の炭素原子と炭素-炭素結合により結合していてもよく、炭素以外の原子を介して結合していてもよい。
リン系酸化防止剤は、リン原子を有する酸化防止剤である。リン系酸化防止剤は、亜リン酸ナトリウム、及び次亜リン酸ナトリウム等の無機リン酸塩化合物又はP(OR)3構造を有する有機酸化防止剤であることが好ましい。ここで、Rは、アルキル基、アルキレン基、アリール基、アリーレン基等であり、3個のRは同一であっても異なっていてもよく、任意の2個のRが互いに結合して環構造を形成していてもよい。リン系酸化防止剤として、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリ(ノニルフェニル)ホスファイト、ビス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、及びビス(2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト等が挙げられる。
イオウ系酸化防止剤は、イオウ原子を有する酸化防止剤である。例えば、ジドデシルチオジプロピオネート、ジテトラデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3-ドデシルチオプロピオネート)、チオビス(N-フェニル-β-ナフチルアミン)、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾール、テトラメチルチウラムモノサルファイド、テトラメチルチウラムジサルファイド、ニッケルジブチルジチオカルバメート、ニッケルイソプロピルキサンテート、及びトリラウリルトリチオホスファイト等が挙げられる。特に、チオエーテル構造を有するチオエーテル系酸化防止剤は、酸化された物質から酸素を受け取って還元するため、好適に使用することができる。
抗菌・防かび剤として、2-(4'-チアゾリル)ベンズイミダゾール、10,10'-オキシビスフェノキシアルシン、N-(フルオロジクロロメチルチオ)フタルイミド、及びビス(2-ピリジルチオ-1-オキシド)亜鉛が挙げられる。
難燃剤は特に制限されず、例えば、有機ハロゲン化合物、アンチモン化合物、ケイ素含有化合物、リン化合物、窒素化合物等の有機難燃剤及び無機難燃剤が挙げられる。
有機ハロゲン化合物として、例えば、臭素化ポリカーボネート、臭素化エポキシ樹脂、臭素化フェノキシ樹脂、臭素化ポリフェニレンエーテル樹脂、臭素化ポリスチレン樹脂、臭素化ビスフェノールA、ペンタブロモベンジルポリアクリレート、テトラブロモビスフェノールA誘導体、ヘキサブロモジフェニルエーテル、及びテトラブロモ無水フタル酸等が挙げられる。アンチモン化合物として、例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム及びリン酸アンチモン等が挙げられる。また、シリコーンオイル、有機シラン、及びケイ酸アルミニウムのようなケイ素含有化合物が挙げられる。リン化合物として、例えば、トリフェニルホスフェート、トリフェニルホスファイト、リン酸エステル、ポリリン酸、ポリリン酸アンモニウム、赤リンや、リン原子と窒素原子の結合を主鎖に有するフェノキシホスファゼン、及びアミノホスファゼン等のホスファゼン化合物等が挙げられる。窒素化合物として、例えば、メラミン、シアヌル酸、シアヌル酸メラミン、尿素、及びグアニジン等が挙げられる。無機難燃剤として、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ケイ素化合物、及びホウ素化合物等が挙げられる。
離型剤は特に限定されず、例えば、モンタン酸ワックス類、またはステアリン酸リチウム、ステアリン酸アルミニウム等の金属石鹸、エチレンビスステアリルアミド等の高級脂肪酸アミド、及びエチレンジアミン・ステアリン酸・セバシン酸重縮合物等が挙げられる。
結晶化核剤は特に限定されず、例えば、ロジン等の有機核剤や、無機核剤(例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化鉄、及び酸化亜鉛等の金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、及び炭酸バリウム等の金属炭酸塩;ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、及びタルク等の板状無機物又は珪酸塩;炭化ケイ素等の金属炭化物;窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化タンタル等の金属窒化物等)を使用する場合が多い。これらの結晶化核剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
可塑剤は特に限定されず、例えば、フタル酸エステル(例えばフタル酸ジメチル、フタル酸ブチルベンジル、及びフタル酸ジイソデシル等)、リン酸エステル(例えばリン酸トリクレジル、及びリン酸2-エチルヘキシルジフェニル)、スルホンアミド系可塑剤(例えば、n-ブチルベンゼンスルホンアミド、及びp-トルエンスルホンアミド等)が挙げられる。更に、ポリエステル系可塑剤、多価アルコールエステル系可塑剤、多価カルボン酸エステル系可塑剤、ビスフェノール系可塑剤、アミド系可塑剤、エステル系可塑剤、アミドエステル系可塑剤、グリセリン系可塑剤、及びエポキシ系可塑剤(例えば、エポキシステアリン酸アルキルと大豆油とからなるエポキシトリグリセリド)等を用いることができる。
このようなポリエステル系可塑剤の具体例として、好ましくは炭素数2~12、より好ましくは炭素数2~6のジカルボン酸と、好ましくは炭素数2~12、より好ましくは炭素数2~6のジアルコール又はその(ポリ)オキシアルキレン付加物とによるポリエステル等を挙げることができる。ジカルボン酸として、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、及びイソフタル酸等が挙げられ、ジアルコールとして、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びトリエチレングリコール等が挙げられる。また、ポリエステル末端の水酸基やカルボキシ基をモノカルボン酸やモノアルコールでエステル化して、封鎖していてもよい。
多価アルコールエステル系可塑剤の具体例として、多価アルコール又はその(ポリ)オキシアルキレン付加物と、好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数1~6、更に好ましくは炭素数1~4のモノカルボン酸とのモノ、ジ又はトリエステル等が挙げられる。多価アルコールとして、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、及び上記ジアルコール等が挙げられる。モノカルボン酸として、酢酸、及びプロピオン酸等が挙げられる。
多価カルボン酸エステル系可塑剤としては、多価カルボン酸と、好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数1~6、更に好ましくは炭素数1~4のモノアルコール又はその(ポリ)オキシアルキレン付加物とのモノ、ジ又はトリエステル等を挙げることができる。多価カルボン酸としては、トリメリット酸、上記ジカルボン酸等を挙げることができる。モノアルコールとしては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、及び2-エチルヘキサノール等を挙げることができる。
ビスフェノール系可塑剤として、ビスフェノールと、好ましくは炭素数1~18、より好ましくは炭素数2~14、更に好ましくは炭素数4~10のモノアルキルハライド又はその(ポリ)オキシアルキレン付加物とのモノ又はジエーテル等が挙げられる。ビスフェノールとして、ビスフェノールA、及びビスフェノールS等が挙げられる。モノアルキルハライドとして、1-オクチルブロマイド、1-ドデシルブロマイド、及び2-エチルヘキシルブロマイドが挙げられる。
アミド系可塑剤として、カルボン酸アミド系可塑剤やスルホンアミド系可塑剤が挙げられる。カルボン酸アミド系可塑剤として、安息香酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの無水物からなる群から選ばれる1種以上の酸と、アルキル基の炭素数が2~8のジアルキルアミンとのアミドが挙げられる。またアルキル基の炭素数が2~8のジアルキルアミンとして、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジ2-エチルヘキシルアミン、及びジオクチルアミン等が挙げられる。カルボン酸アミド可塑剤の分子量は、好ましくは250以上2000以下、より好ましくは300以上1500以下、更に好ましくは350以上1000以下である。
エステル系可塑剤として、モノエステル系可塑剤、ジエステル系可塑剤、トリエステル系可塑剤、及びポリエステル系可塑剤が挙げられる。モノエステル系可塑剤として、例えば、安息香酸エステル系可塑剤、及びステアリン酸エステル系可塑剤が挙げられる。安息香酸エステル系可塑剤として、安息香酸と炭素数6~20の脂肪族アルコール又は該脂肪族アルコールの炭素数2~4のアルキレンオキサイド付加物(アルキレンオキシド付加モル数10モル以下)からなる安息香酸エステルが挙げられ、具体的には、2-エチルヘキシルp-オキシベンゾエート、及び2-ヘキシルデシルp-オキシベンゾエートが挙げられる。ステアリン酸エステル系可塑剤として、ステアリン酸と炭素数1~18の脂肪族アルコール又は該脂肪族アルコールの炭素数2~4のアルキレンオキサイド付加物(アルキレンオキシド付加モル数10モル以下)とからなるステアリン酸エステルが挙げられ、具体的には、ステアリン酸メチル、ステアリン酸エチル、ステアリン酸ブチル、及びステアリン酸ヘキシルが挙げられる。
耐衝撃改良剤として、樹脂の耐衝撃性改良効果を奏するものであれば、特に制限されない。例えば、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマー、及びアクリル系のコア/シェル型エラストマー等、公知のものが挙げられる。中でも、ポリエステル系エラストマー、及びスチレン系エラストマーが好ましい。
ポリエステル系エラストマーは、常温でゴム特性をもつ熱可塑性ポリエステルである。好ましくは、ポリエステル系ブロック共重合体を主成分とした熱可塑性エラストマーであり、ハードセグメントとして高融点・高結晶性の芳香族ポリエステル、及びソフトセグメントとして非晶性ポリエステルや非晶性ポリエーテルを有するブロック共重合体であるものが好ましい。ポリエステル系エラストマーのソフトセグメントの含有量は、少なくとも全セグメント中の20~95モル%である。例えば、ポリブチレンテレフタレートとポリテトラメチレングリコールとのブロック共重合体(PBT-PTMG共重合体)のソフトセグメント含有量は50~95モル%である。好ましいソフトセグメントの含有量は50~90モル%、特に60~85モル%である。中でも、ポリエステルエーテルブロック共重合体、特にPTMG-PBT共重合体における透過率の低下が少なくなることから好ましい。
また、スチレン系エラストマーとして、スチレン成分とエラストマー成分とからなり、スチレン成分を5~80質量%、好ましくは10~50質量%、より好ましくは15~30質量%の割合で含有するものが挙げられる。この際のエラストマー成分として、例えば、ブタジエン、イソプレン、及び1,3-ペンタジエン等の共役ジエン系炭化水素が挙げられる。より具体的には、スチレンとブタジエンとの共重合体(SBS)エラストマー、スチレンとイソプレンとの共重合体(SIS)エラストマー等が挙げられる。
各樹脂部材1,2,3を、所望の着色熱可塑性樹脂組成物のマスターバッチを用いて製造してもよい。このようなマスターバッチは、任意の方法により得られる。例えば、マスターバッチのベースとなる樹脂の粉末及び/又はペレットと、着色剤とをタンブラーやスーパーミキサーのような混合機で混合した後、押出機、バッチ式混練機又はロール式混練機により加熱溶融してペレット化又は粗粒子化することにより得ることができる。
各樹脂部材1,2,3の成形は、通常行われる種々の手順により行い得る。例えば、着色ペレットを用いて、押出機、射出成形機、及びロールミルのような加工機により成形できる。また、透明な熱可塑性樹脂のペレット及び/又は粉末、粉砕された着色剤、並びに必要に応じ各種の添加物を、適当なミキサー中で混合し、それにより得られた樹脂組成物を、加工機を用いて成形してもよい。また例えば、適当な重合触媒を含有するモノマーに着色剤を加え、この混合物を重合により所望の樹脂を合成し、これを適当な方法で成形してもよい。成形方法として、例えば射出成形、押出成形、圧縮成形、発泡成形、ブロー成形、真空成形、インジェクションブロー成形、回転成形、カレンダー成形、及び溶液流延のような成形方法を採用することができる。このような成形により、様々な形状の各樹脂部材1,2,3を得ることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(レーザー光透過性の黒色着色剤の調製)
[着色剤A]アントラキノン青色油溶性染料(C.I.Solvent Blue 97):ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=5:3:2(質量比)で粉体混合して、着色剤Aを得た。
[着色剤B]アントラキノン青色油溶性染料(C.I.Solvent Blue 104):ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=4:3:3(質量比)で粉体混合して、着色剤Bを得た。
[着色剤C]アントラキノン青色酸性染料(C.I.Acid Blue 80)とヘキサメチレンジアミンとの造塩染料:ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=7:2:1(質量比)で粉体混合して、着色剤Cを得た。
[着色剤D]アントラキノン青色酸性染料(C.I.Acid Blue 80)と2-エチルヘキシルアミンとの造塩染料:ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=7:2:1(質量比)で粉体混合して、着色剤Dを得た。
[着色剤E]アントラキノン青色酸性染料(C.I.Acid Blue 236)と2-エチルヘキシルアミンとの造塩染料:ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=6:3:1(質量比)で粉体混合して、着色剤Eを得た。
[着色剤F]アントラキノン青色酸性染料(C.I.Acid Blue 236)とヘキサメチレンジアミンとの造塩染料:ペリノン赤色油溶性染料(C.I.Solvent Red 179):アントラキノン黄色油溶性染料(C.I.Solvent Yellow 163)=5:3:2(質量比)で粉体混合して、着色剤Fを得た。
(実施例1-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の496.90gと、着色剤Aの3.0gと、ニグロシンA(特許3757081号公報の記載に従い硫酸濃度を変更して合成したニグロシンの硫酸塩;硫酸イオン 1.96質量%;体積抵抗率2.0×1010Ω・cm;C.I.Solvent Black 5;アニリン濃度は0.03質量%)の0.1gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機(東洋機械金属株式会社製、商品名:Si-50)に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。
(透過率及び吸光度)
レーザー光透過吸収性樹脂部材の成形板の透過率、反射率を、分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V-570)を用いて測定した。吸光度(Absorbance)は、透過率の対数をとって正数としたものである。本発明の場合、レーザー光が成形板表面で反射されるため、真の透過率を求める必要がある。真の透過率TはT=I
T/(I
0-I
R)で表される。940nmの吸光度を示すLambert-Beerの法則は、下記数式(1)
(数式(1)中、Tは真の透過率であり、(I
O)は入射光強度であり、(I
T)は透過光強度であり、(I
R)は反射光強度である)で表される。ここで、入射光強度I
Oを100%とし、更に透過光強度I
T及び反射光強度I
Rに、測定値の百分率である透過率、反射率を夫々代入することにより、吸光度を算出した。なお、本発明のレーザー溶着体を構成するレーザー光弱吸収性樹脂部材は、レーザー光吸収剤を多くに含んでいることがあるので、吸光度及び吸光係数を測定によって求めることが困難な場合がある。またLambert-Beerの法則によれば、吸光度aはレーザー光吸収剤含有率C(質量%)と樹脂部材の厚さL(mm)との関係式である下記数式(2)
(数式(2)中、εは吸光係数(1/mm)であり、Cはレーザー光吸収剤含有率(質量%)であり、Lは樹脂部材の厚さ(mm)である)で表される。そこで、表1に示すようにレーザー光吸収剤の含有量が異なるサンプルの透過率及び吸光度を求めた。その結果を表2に示した。これに基いて検量線を作成した。この検量線からこれら樹脂部材の吸光度及び吸光係数について、サンプルの樹脂部材の厚さで除して樹脂部材1mm当たりの値を算出した。このようにして実施例1-1におけるレーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の吸光度a
1,a
2を求めた。
得られた吸光度aを縦軸、そのレーザー光吸収剤(ニグロシンA)含有率C(質量%)を横軸としてグラフを作成し、吸光度a=4.538C+0.058で表される検量線を得た。この検量線の式を用いて、レーザー光吸収剤含有率(質量%)から算出した吸光度を、樹脂部材の厚さで除して、レーザー光吸収剤を含有する樹脂部材の1mm厚当たり吸光度a及び吸光係数を求めた。
(メルトフローレート)
レーザー光透過吸収性樹脂部材1を所定の寸法に切断し、80℃で15時間乾燥して、測定試料を作製した。JIS K7210:2014(プラスチック-熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の求め方)に準じ、メルトインデクサー F-F01型(東洋精機製作所社製、商品名)を用い、試験温度280℃、試験荷重2.16kgfの条件で、測定した。測定を3回行い、それらの値の平均を算出してメルトフローレートを求めた。
(2)レーザー溶着体の作製
図1に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とを重ね合わせて当接部位Nを形成し、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の上方からこれの面に対して略垂直に、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的](浜松ホトニクス株式会社製)からレーザー光Lを、それらの長辺の一方から一直線に横断するように、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより当接部位Nで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例1-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、以下の評価を行った。
(引張試験)
JIS K7161(1994)プラスチック‐引張特性の試験方法に準じ、引張試験機(島津製作所株式会社製、商品名:AG-50kNE)を用いて、レーザー溶着体10の両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を、長手方向でそれらが離反する方向に水平に、試験速度10mm/分で引っ張り、溶着強度としての引張強度を測定した。結果を表2に示した。
(溶着状態の評価)
以下のように、溶着状態を評価した。結果を表2に示した。
良好:レーザー溶着体の引張り試験結果が400N以上であった。
不良:レーザー溶着体の引張り試験結果が400N未満であった。
(実施例1-2)
ポリアミド(PA)66樹脂量、ニグロシン量、並びに着色剤の種類及び量を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例1-1と同様に操作して、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。また両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を用い、実施例1-1と同様に操作して実施例1-2のレーザー溶着体10を作製した。更にこのレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張試験及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
(実施例1-3)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンC(特許3757081号公報の記載に従い硫酸濃度を変更して合成したニグロシンの硫酸塩;硫酸イオン 0.70質量%;体積抵抗率0.9×1010Ω・cm;C.I.Solvent Black 5;アニリン濃度0.05質量%)の0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を1枚作製した。
(2)第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンCの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を1枚作製した。
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表2に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
上記の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を用い、実施例1-1と同様に操作して実施例3のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
(実施例1-4~1-6)
ポリアミド(PA)66樹脂量、ニグロシンの種類及び量、並びに着色剤の種類及び量を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例1-1と同様に操作して、実施例1-4~1-6のレーザー溶着体を作製するのに用いる第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。なお実施例1-5で用いたニグロシンBは、硫酸イオンを1.52質量%とし、体積抵抗率を2.7×1010Ω・cmとし、アニリン濃度を0.01質量%とするものである。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。また両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を用い、実施例1-1と同様に操作して実施例1-4~1-6のレーザー溶着体10を作製した。更にこれらのレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張試験及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
(比較例1-1)
実施例1-1で用いたニグロシンA(ニグロシン硫酸塩)に代えて、ニグロシンベース(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:NUBIAN(登録商標) BLACK PA-9801、C.I.Solvent Black 7)の0.10gを用いたこと以外は実施例1-1と同様に操作して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmの第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を各1枚作製した。これらの樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例1-1と同様に操作して比較例1-1のレーザー溶着体を作製した。このレーザー溶着体について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
(比較例1-2)
実施例1-3で用いたニグロシンC(ニグロシン硫酸塩)に代えて、ニグロシン塩酸塩(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:NUBIAN(登録商標) BLACK NH-805、C.I.Solvent Black 5、体積抵抗率8.0×108Ω・cm)の0.15gを用いたこと以外は実施例1-1と同様に操作して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmの第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を各1枚作製した。これらの樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例1-1と同様に操作して比較例1-2のレーザー溶着体を作製した。このレーザー溶着体について、引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
(比較例1-3)
ニグロシンA(ニグロシンの硫酸塩)に代えて、ニグロシンベース(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:NUBIAN(登録商標) BLACK PA-9803、C.I.Solvent Black 7、ニグロシンベース)の0.2gを用いたこと以外は実施例1-4と同様に操作して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmの第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を各1枚作製した。これらの樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例1-1と同様に操作して比較例1-3のレーザー溶着体を作製した。このレーザー溶着体について、引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表2に示した。
表1から分かるように、レーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含有する樹脂部材を用いた実施例1-1~1-6のレーザー溶着体は、ニグロシン塩酸塩を含有する樹脂部材を用いた比較例のレーザー溶着体に比較して、高い引張強度、すなわち高い溶着強度を示した。またレーザー光を、200Wの高出力で走査速度40mm/秒の高走査速度という照射条件において、実施例1-1~1-6のレーザー溶着体に溶着痕が見られず、これらのレーザー溶着体は、良好な溶着状態を示し、しかも高い効率で製造することができるものであった。
(実施例2-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の497.90gと、着色剤Aの2.0gと、ニグロシンAの0.10gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表3に示した。
(2)レーザー溶着体の作製
図2(a)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との端部同士を突き合わせて突合せ部位Bを形成し、この突合せ部位Bへ向かって略垂直に、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的](浜松ホトニクス株式会社製)からレーザー光Lを、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで突合せ部位Bに沿って走査させながら照射した。それにより突合せ部位Bで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例2-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とが離反する方向に水平に引っ張ったこと以外は実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着様態の評価を行った。結果を表3に示した。
(実施例2-2~2-5)
ポリアミド(PA)66樹脂量、ニグロシンの種類及び量、並びに着色剤の種類及び量を、表2に示すように変更したこと以外は、実施例2-1と同様に操作して、実施例2-2~2-5のレーザー溶着体を作製するのに用いる第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を用い、実施例1-1と同様に操作して実施例2-2~2-5のレーザー溶着体10を作製した。更にこれらのレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張試験及び溶着状態の評価を行った。結果を表3に示した。
(比較例2-1)
ポリアミド(PA)66樹脂の量を497.90gとしたこと、及びニグロシンA(ニグロシン硫酸塩)に代えて、ニグロシン塩酸塩(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:NUBIAN(登録商標) BLACK NH-805、C.I.Solvent Black 5、ニグロシンの塩酸塩)の0.10gを用いたこと以外は実施例2-1と同様に操作して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmの第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を各1枚作製した。これらの樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例2-1と同様に操作して比較例2-1のレーザー溶着体を作製した。このレーザー溶着体について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表3に示した。
(比較例2-2)
ポリアミド(PA)66樹脂の量を497.85gとしたこと、及びニグロシンA(ニグロシン硫酸塩)に代えて、ニグロシン塩酸塩(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:NUBIAN(登録商標) BLACK NH-805、C.I.Solvent Black 5、ニグロシンの塩酸塩)の0.15gを用いたこと以外は実施例2-2と同様に操作して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmの第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を各1枚作製した。これらの樹脂部材のメルトフローレート、透過率、及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例2-1と同様に操作して比較例2-2のレーザー溶着体を作製した。このレーザー溶着体について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表3に示した。
表2から分かるようにレーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含有する樹脂部材を用いた実施例2-1~2-5のレーザー溶着体は、ニグロシン塩酸塩を含有する樹脂部材を用いた比較例のレーザー溶着体に比較して、高い引張強度、すなわち高い溶着強度を示し、かつ溶着痕がなく、良好な溶着状態を示した。
(実施例3-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.9gと、ニグロシンAの0.1gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。更にポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表3に示した。
(2)レーザー溶着体の作製
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との間に隙間ゲージを挟むことにより、図1に示すように重ね合わせた第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との間に最大で2000μmの空隙を有する接触部位を形成した。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の上方からこれの面に対して略垂直に、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、それらの長辺の一方から一直線に横断するように、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより当接部位Nで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例3-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表4に示した。
(実施例3-2)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の497.85gと、着色剤Dの2.0gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表4に示した。
(2)レーザー溶着体の作製
作製した第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を用い、実施例3-1と同様に操作して、実施例3-2のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着状態の評価を行った。結果を表4に示した。
(比較例3)
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の500.0gを用いたこと以外は、実施例3-1と同様に操作してレーザー光透過性樹脂部材を1枚作製した。また、ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の496.0gと、ニグロシンAの4.0gとを用いたこと以外は実施例3-1と同様に操作して、レーザー光吸収性樹脂部材を1枚作製した。これらの樹脂部材の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。またこれらの樹脂部材を用いて実施例3-1と同様にレーザー光を照射したが、樹脂部材同士が溶着せず、レーザー溶着体を得ることができなかった。
表4から分かるようにレーザー光吸収剤としてニグロシンの硫酸塩を含有する樹脂部材を用いた実施例3-1及び3-2のレーザー溶着体は、高い引張強度、すなわち高い溶着強度を示し、かつ溶着痕がなく、良好な溶着状態を示した。これは、レーザー光の照射により、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2だけでなく第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1でも発熱及び溶融が生じるためであると考えられる。このように本発明によれば、樹脂部材間に隙間が存在する場合であっても強固に溶着されたレーザー溶着体が得られる。そのため、樹脂部材の成形過程で生じるひけや表面の凹凸に対応でき、安定してレーザー溶着をすることができる。一方、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組み合わせた比較例は、樹脂部材同士が溶着しなかった。これは、レーザー光の照射によるレーザー光吸収性樹脂部材にのみ発生した発熱及び溶融が、樹脂部材同士を溶着し得るほどレーザー光透過性樹脂部材へ伝導せず、かつ広がらなかったためであると考えられる。
(実施例4-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1並びに第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2である第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bを各1枚作製した。これらの樹脂部材の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作し測定した。その結果、吸光度a1,a2-1,a2-2は0.18であり、透過率は61.8%であった。
(2)レーザー溶着体の作製
図2(c)に示すように、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bの端部同士を突き合わせて接触させ、突合せ部Bを形成した。この突合せ部Bを覆うように第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bに第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1を重ね、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aとの接触面である当接部位N1-2a、及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとの接触面である当接部位N1-2bを形成した。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の上方からこれの面に対して略垂直に突合せ部位Bに向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、突合せ部位Bに沿って一直線に、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより当接部位B及び当接部位N1-2b,N1-2aで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例4-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとが離反する方向に水平に引っ張ったこと以外は実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着様態の評価を行った。引張強度は711N、溶着状態は良好であった。
(実施例4-2)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1b並びに第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。これらの樹脂部材の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作し測定した。その結果、吸光度a1-1,a1-2,a2は0.18であり、透過率は61.8%であった。
(2)レーザー溶着体の作製
図2(b)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bの端部同士を突き合わせて突合せ部Bを形成した。この突合せ部Bと重なるように第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bに第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を重ね、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との接触面である当接部位N1a-2、及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との接触面である当接部位N1b-2を形成した。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の上方から突合せ部Bへ略垂直に、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、突合せ部位Bに沿って一直線に、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより突合せ部B及び当接部位N1a-2,N1b-2で溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例4-2のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとが離反する方向に水平に引っ張ったこと以外は実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着状態の評価を行った。引張強度は698N、溶着状態は良好であった。
(実施例5)
(1)レーザー光透過性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の500.0gを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、レーザー光透過性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られたレーザー光透過性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状を有し、レーザー光被照射樹脂部材としてのレーザー光透過性樹脂部材3を1枚作製した。レーザー光透過性樹脂部材3の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作し測定した。その結果、吸光度bは0.05であり、透過率は80.3%であった。
(2)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例3-1における第1レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製と同様に操作して第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作し測定した。その結果、吸光度a1,a2は0.12であり、透過率は68.6%であった。
(3)レーザー溶着体の作製
図3(a)に示すように、レーザー光被照射樹脂部材であるレーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2をこの順で重ね合わせてレーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との接触面である上側当接部位N1、及び第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との接触面である下側当接部位N2を形成した。レーザー光透過性樹脂部材3の上方からこれの面に対して略垂直に、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、それらの長辺の一方から一直線に横断するように、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより当接部位Nで溶着し、レーザー光透過性樹脂部材3、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2が一体化した実施例5のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10の溶着状態は良好であった。
(実施例6-1)
(1)レーザー光透過性樹脂部材の作製
実施例5と同様に操作してレーザー光被照射樹脂部材としてのレーザー光透過性樹脂部材3を1枚作製した。レーザー光透過性樹脂部材3の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作し測定した。結果を表5に示した。
(2)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により成形して、縦80mm×横50mm×厚さ1mmで矩形板状の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各1枚作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表5に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
図3(b)に示すように、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の端部同士を突き合わせて接触させ、突合せ部位Bを形成した。この突合せ部Bを覆うように両樹脂部材片1,2にレーザー光透過性樹脂部材3を重ねた。それにより、レーザー光透過性樹脂部材3と第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1との接触面である当接部位N3-1、及びレーザー光透過性樹脂部材3と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との接触面である当接部位N3-2を形成した。第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の上方からこれの面に対して略垂直に突合せ部位Bに向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、突合せ部位Bに沿って一直線に、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより突合せ部位B及び当接部位N3-1,N3-2で溶着し、各樹脂部材1,2,3が一体化した実施例6-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着様態の評価を行った。結果を表5に示した。
(実施例6-2)
(1)レーザー光透過性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の496.99gと、着色剤Eの3.0gと、ニグロシンAの0.01gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合したこと以外は、実施例5と同様に操作して、レーザー光被照射樹脂部材としてのレーザー光透過性樹脂部材3を1枚作製した。レーザー光透過性樹脂部材3の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表5に示した。
(2)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例6-1と同様に操作して第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表5に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
実施例6-1と同様に操作して、実施例6-2のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着様態の評価を行った。結果を表5に示した。
(実施例6-3)
(1)レーザー光透過性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の497.0gと、アントラキノン青色油溶性染料(C.I.Solvent Blue 104)の3.0gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合したこと以外は、実施例5と同様に操作して、レーザー光透過性樹脂部材3を1枚作製した。レーザー光透過性樹脂部材3の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表5に示した。
(2)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例6-1と同様に操作して第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表5に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
実施例6-1と同様に操作して、実施例6-3のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定及び溶着様態の評価を行った。結果を表5に示した。
表5から分かるようにレーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含有する樹脂部材を用いた実施例6-1~6-3のレーザー溶着体は、接触部位である当接部位と突合せ部位との両方を100mm/秒という高走査速度でレーザー光Lを照射しても、高い引張強度、すなわち高い溶着強度を示し、かつ溶着痕がなく、良好な溶着状態を示す上、高い生産効率で製造できるものであった。
(実施例6-4)
(1)レーザー光透過性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の497.0gと、着色剤Bの3.0gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合したこと以外は、実施例5と同様に操作して、レーザー光透過性樹脂部材3を2枚作製した。レーザー光透過性樹脂部材3の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表6に示した。
(2)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例3-1と同様に操作して第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を各2枚作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。結果を表6に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
図3(d)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1である第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1a,1bの端部同士を突き合わせて接触させて上側突合せ部位B1を、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2である第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2a,2bの端部同士を突き合わせて接触させて下側突合せ部位B2を、夫々形成した。次いで、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とを両突合せ部位B1,B2が垂直に重なるように重ね合わせ、更にレーザー光被照射樹脂部材である上側レーザー光透過性樹脂部材3aと下側レーザー光透過性樹脂部材3bとで、重ね合わされた両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を挟んだ。このとき、上側レーザー光透過性樹脂部材3aが上側突合せ部位B1に、下側レーザー光透過性樹脂部材3bが上側突合せ部位B2に、夫々接するように配置した。それにより、複数の突合せ部位B1,B2、及び複数の当接部位N3a-1a,N3a-1b,N1a-2a,N1b-2b,N3b-2a,N3b-2bを形成した。
上側レーザー光透過性樹脂部材3aの上方からこれの面に対して略垂直に両突合せ部位B1,B2に向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、両突合せ部位B1,B2に沿って一直線に、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより両突合せ部位B1,B2、及び各当接部位N3a-1a,N3a-1b,N1a-2a,N1b-2b,N3b-2a,N3b-2bで溶着し、各樹脂部材1,2,3a,3bが一体化した実施例6-4のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1aと第1レーザー光透過吸収性樹脂部材片1bとが、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2aと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材片2bとが夫々離反する方向に水平に引っ張ったこと以外は実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着様態の評価を行った。結果を表6に示した。
表6から分かるようにレーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含有する樹脂部材を用いた実施例6-4のレーザー溶着体は、4層構造であるにもかかわらず、高い引張強度、すなわち高い溶着強度を示し、かつ溶着痕がなく、良好な溶着状態を示した。
(実施例7-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の494.85gと、ニグロシンAの0.15gと、着色剤Cの5.0gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により、斜視図である図9(a)に示すような、円板形をなしている頭部4aとこれと同軸の円筒形をなしている袖部4bとを有する第1レーザー光透過吸収性樹脂部材である蓋体4を作製した。頭部4aの外寸は、外径50mm×厚さ2mmである。袖部4bの外寸は、外径42mm×高さ4mmである。蓋体4は、頭部4aと袖部4bとの外径差によって、4mm幅の段差部4cを、それの外周面に有している。
(2)第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
上記の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材と同様に操作してポリアミド(PA)66樹脂と、ニグロシンAと、着色剤Cとを攪拌混合し、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により、図9(a)に示すような、円形の底部と、この底部の周縁で上方に向かって延びた周壁部と、この周壁部の上端で開口した開口縁5aを有する円筒形容器5を作製した。円筒形容器5の外寸は外径50mm×高さ35mmであり、それの内寸は内径43mm×高さ32mmである。円筒形容器5は3mmの肉厚を有している。
蓋体4及び円筒形容器5の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して夫々測定した。結果を表7に示した。
(3)レーザー溶着体の作製
蓋体4の袖部4bを円筒形容器5の内空に開口縁5aから挿入し、蓋体4と円筒形容器5とを手で嵌め合わせた。それにより、蓋体4と円筒形容器5との一部拡大縦断面図である図9(b)に示すように、段差部4cと開口縁5aとが重なって接触した当接部位Nと、袖部4bと円筒形容器5の内壁面とが突き合わされた突合せ部位Bを形成した。突合せ部位Bは、袖部4bの外径と円筒形容器5の内径との寸法差、及び嵌め合わされた蓋体4と円筒形容器5との中心軸のずれによって、袖部4bと円筒形容器5の内壁面とが接触している箇所とわずかな遊び(空隙)を生じている箇所とを有している。
第1レーザー光透過吸収性樹脂部材である蓋体4の上方からこれの面に対して略垂直に突合せ部位Bに向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、当接部位Nに沿って円を描くように、走査速度40mm/秒で走査させながら照射した。それにより当接部位Nで溶着し、蓋体4と円筒形容器5とが一体化した実施例7-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、円筒形容器5の底部に穴を開け、空気を注入することにより圧力をかけて漏れが生じた時点の圧力を測定し、耐圧強度(MPa)を求めた。耐圧強度が0.3MPa以上を良好、0.3MPa未満を不良として溶着状態の評価を行った。その結果を表7に示した。
(実施例7-2)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂の499.85gとニグロシンAの0.15gとを用い、着色剤を用いなかったこと以外は、実施例7-1と同様に操作して、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材である蓋体4、及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材である円筒形容器5を作製した。蓋体4及び円筒形容器5の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して夫々測定した。その結果を表7に示した。
(2)レーザー溶着体の作製
実施例7-1と同様に操作して、実施例7-2のレーザー溶着体10を作製した。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して溶着状態の評価を行った。結果を表7に示した。
レーザー光吸収剤としてニグロシン硫酸塩を含有する第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材を用いた実施例7-1及び7-2のレーザー溶着体は、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材である蓋体4と、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材である円筒形容器5とが、高い強度でかつ気密にされているものであった。ニグロシンの硫酸塩をレーザー光吸収剤として用いることにより、樹脂の流動性が高まる。そのため、溶着すべき複数の樹脂部材が表面に凹凸を有していたり、それらの間に隙間を有していたりしても、溶融時に高い流動性を示す樹脂が凹凸や隙間を埋めるので、樹脂部材同士が気密に溶着される。また、繰返してレーザー光の照射走査を行うことにより、樹脂部材同士の気密性を一層向上させることができる。
(実施例8-1)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例7-2と同様に操作して、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により、図5(b)に示すような矩形板形状をなしている第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、L字の板形状をなしている第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とを作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。その結果、吸光度a1,a2は0.18であり、透過率は61.8%であった。
(2)レーザー溶着体の作製
図5(b)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の一方の面と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の一つの面とを、それらの端部で平面をなすように端部同士を並べつつ重ね合わせて接触させ、当接部位Nを形成した。それにより、当接部位Nが両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の端部で露出した。まず、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側からこれの面に対して略垂直に当接部位Nに向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。次いでこれと同一出力及び波長を有するレーザー光Lを、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の端部で露出した当接部位Nに、走査速度及び走査距離を変更することなく、照射した。最後に、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2側からこれの面に対して略垂直に当接部位Nに向かって、出力、波長、走査速度、及び走査距離を変更せずに照射した。それにより当接部位Nで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例8-1のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10の溶着状態は良好であった。
(実施例8-2)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例7-2と同様に操作して、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により、図5(c)に示すような直方体の一つの面の一部で突き出た継しろ1cを有する第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と、矩形板形状をなしている第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2とを作製した。この継しろ1cの段差の幅は、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の厚さと同一である。
(2)レーザー溶着体の作製
図5(c)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1の継しろ1cの段差に第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の端部を突き合わせてそれらを接触させた突合せ部位Bを形成し、継しろ1cの段差に連続して垂直に下方へ延びた面と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の一方の面の一部とを、重ね合わせて当接部位Nを形成した。それにより、継しろ1cと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の他方の面とが、連続した平坦面をなし、この平坦面で突合せ部位Bが露出した。まず、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1側からこれの面に対して略垂直に突合せ部位Bに向かって、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。次いでこれと同一出力及び波長を有するレーザー光Lを、継しろ1cと第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2の他方の面とで露出した突合せ部位Bに走査速度及び走査距離を変更することなく、直接照射した。最後に、第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2側からこれの面に対して略垂直に当接部位Nに向かって、出力、波長、走査速度、及び走査距離を変更せずに照射した。それにより突合せ部位B及び当接部位Nで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例8-2のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10の溶着状態は良好であった。
(実施例9)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
実施例7-2と同様に操作して、第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られた第1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度270℃、金型温度60℃で通常の方法により、図7(a)に示すような開口した両端を有する円筒形の第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2を作製した。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は、外径50mm×両端間の長さ35mm×肉厚3mmの円筒形であり、同一の形状を有していた。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2は同一の形状を有している。両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2の透過率及び吸光度を、実施例1-1と同様に操作して測定した。その結果、吸光度a1,a2は0.18であり、透過率は61.8%であった。
(2)レーザー溶着体の作製
図7(a)に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との開口縁同士を突き合わせて突合せ部位Bを形成した。この突合せ部位Bに向かってこれに沿いつつ、出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、走査速度40mm/秒、及び走査距離20mmで走査させながら照射した。それにより突合せ部位Bで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例9のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着様態の評価を行った。引張強度は724N、溶着状態は良好であった。
(実施例10)
(1)第1レーザー光透過吸収性樹脂部材及び第2レーザー光透過吸収性樹脂部材の作製
ポリアミド(PA)66樹脂(旭化成株式会社製、商品名:レオナ(登録商標)1300S)の499.85gと、ニグロシンAの0.15gとを、ステンレス製タンブラーに入れ、1時間攪拌混合し、レーザー光弱吸収性樹脂部材用樹脂組成物を得た。得られたレーザー光弱吸収性樹脂部材用樹脂組成物を、射出成形機に投入して、シリンダー温度295℃、金型温度80℃で通常の方法により成形して、図8に示すような両端が開口した同一の円筒形をなしているレーザー光弱吸収性樹脂部材1,2を作製した。この円筒形の外寸は、外径50mm×両端間の長さ35mm×肉厚3mmであった。
(2)レーザー溶着体の作製
図8に示すように、第1レーザー光透過吸収性樹脂部材1と第2レーザー光透過吸収性樹脂部材2との開口縁同士を突き合わせて突合せ部位Bを形成した。この突合せ部位Bに向かって出力200Wのダイオード・レーザー[波長:940nm 連続的]からレーザー光Lを、線源を固定したまま両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2を600rpmで一方向に回転させながら20秒間照射した(走査速度1570mm/秒)。それにより突合せ部位Bで溶着し、両レーザー光透過吸収性樹脂部材1,2が一体化した実施例10のレーザー溶着体10を得た。このレーザー溶着体10を、中心軸に平行方向(突合せ部位に対して垂直方向)に8等分し、その一片について、実施例1-1と同様に操作して引張強度の測定を行った。また実施例1-1と同様にして溶着様態の評価を行った。引張強度は1199.1N、溶着状態は良好であった。