JPS61182929A - 異種合成樹脂材料の接合方法 - Google Patents

異種合成樹脂材料の接合方法

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JPS61182929A
JPS61182929A JP60024995A JP2499585A JPS61182929A JP S61182929 A JPS61182929 A JP S61182929A JP 60024995 A JP60024995 A JP 60024995A JP 2499585 A JP2499585 A JP 2499585A JP S61182929 A JPS61182929 A JP S61182929A
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JP
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synthetic resin
resin materials
laser rays
sheet
joining
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Hideo Nakamata
中俣　秀夫
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、異種の合成樹脂材料を重ね合わせ、その一方
からレーザ光を照射して、両者を接合させる方法に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、合成樹脂材料と合成樹脂材料とを接合する際には
、熱を加えて溶着する物理的接合方法と接着剤を用いて
接着する化学的接合方法が広く利用されている。
すなわち、前者の物理的接合方法は、接合しようとする
合成樹脂材料の接合面でメタルメソシュ等の発熱体を発
熱させて両者の合成樹脂材料の接合面を溶融させつつ加
圧・冷却し、両合成樹脂材料を接合する方法である。ま
た、後者の化学的接合方法は、接合しようとする合成樹
脂材料の接合面にホットメルト等の接着剤を介在させ、
一方の合成樹脂材料の表面から高周波または超音波を付
与させて接着剤を加熱・溶融させた後、両者の合成樹脂
材料を加圧しつつ冷却し、両合成樹脂材料を接合する方
法である。
しかし、前者の物理的接合方法においては、同種の合成
樹脂材料を接合する際には接合しようとする両者の合成
樹脂材料の溶融温度が同一であるとともに、相溶性を有
するので、両合成樹脂材料の接合には通しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には両者の合成樹脂材料
の熔融温度が異なるとともに、相溶性が悪いことから、
両合成樹脂材料の接合は困難である。また、後者の化学
的接合方法においては、同種の合成樹脂材料を接合する
際には前者の物理的接合方法と同様に通しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には合成樹脂材料の材質
によって接着剤の接着力が低下し、両合成樹脂材料を強
固に接合することは困難である。
上述のようなことから、異種の合成樹脂材料を接合する
際には、機械的接合方法が多く利用されている。その代
表例を第７図に示すポリプロピレン樹脂とポリエチレン
樹脂の接合方法によって説明する。
第７図においては、５１はポリプロピレン樹脂からなる
板部材であって、この板部材５１の下部にはポリエチレ
ン樹脂からなる板部材５２が配設されており、このポリ
エチレン樹脂の板部材５２とポリプロピレン樹脂の板部
材５１とは互いに対向する部位に貫通孔５３ａ、５３ｂ
が形成されている。そして、両板部材５１．５２の貫通
孔５３ａ、５３ｂには上方からパツキン５４を介在して
螺子５５が螺合され、両板部材５１．５２が接合されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような機械的接合方法においては、
両板部材５１．５２に貫通孔５３ａ、５３ｂを形成し、
螺子５５を螺合しなければならず、前記の物理的接合方
法および化学的接合方法に比較して接合作業が煩雑とな
ることはもとより、両板部材５１．５２に貫通孔５３ａ
、５３ｂを形成する必要があることから、両板部材５１
．５２の強度が低下する不具合がある。
従って、この発明は、上記の不具合を解消するためにな
されたもので、異種の合成樹脂材料のうち、一方をレー
ザ光に対して透過性とし、他方を非透過性として、この
中に耐熱性を有する強化繊維を混入せしめ１、透過性の
合成樹脂材料の方向からレーザ光を照射することにより
、両合成樹脂材料の強度を低下させることなく、容易に
、しかも強固に接合させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明に係る異種合成樹脂材料の接合方法に
おいては、異種の合成樹脂材料を重ね合わせて両者を接
合するにあたり、異種の合成樹脂材料のうち、一方をレ
ーザ光に対して透過性とし、他方をレーザ光に対して非
透過性として、この中に耐熱性を有する強化繊維を混入
せしめ、この両者の合成樹脂材料を重ね合わせた後、前
記レーザ光に対して透過性の合成樹脂材料の方向からレ
ーザ光を照射するようにしたものである。
そして、レーザ光に対して透過性を有する合成樹脂材料
としては、ポリプロピレン樹脂を挙げることができ、レ
ーザ光に対して非透過性を有する合成樹脂材料としては
、カーボンブラックを０．０５ないし２゜０重量％の範
囲で添加したポリプロピレン樹脂、１．０重量％ないし
３０重量％のガラス繊維で強化され、かつカーボンブラ
ンクが０．０５ないし２．０３［％の範囲で添加された
スチレン−アクリロニトリル共重合体等を挙げることが
できる。そして、これらの合成樹脂材料はレーザ光に対
して透過性を有するものと、非透過性を有するものとの
組み合わせにおいて自由に選択して接合することができ
る。
また、耐熱性を有する強化繊維としては、基材となる両
合成樹脂材料の溶融温度よりも、高い熔融温度を有する
ものであればよく、例えばガラス繊維、金属繊維、カー
ボン繊維等を挙げることができる。
また、異種合成樹脂材料の接合時に使用されるレーザと
しては、ガラス：ネオジウム３＋レーザ、ＹＡＧ　：ネ
オジウム１＋レーザ、ルビーレーザ、ヘリウム−ネオン
レーザ、クリプトンレーザ、アルゴンレーザ、Ｎ２レー
ザ、Ｎ２レーザ等を挙げることができる。
また、異種合成樹脂材料の接合時に用いられるレーザの
波長としては、接合する合成樹脂材料に適合した波長が
必要であり、これは、合成樹脂材料のもつ吸収スペクト
ル特性によって決る。すなわち、接合する合成樹脂材料
の組み合わせに対して、一方ではレーザ光に対して透過
性をもち、他方では非透過性をもつような波長とするこ
とが必要となる。例えば、ポリプロピレン樹脂とガラス
繊維およびカーボンブランクの添加されたスチレン−ア
クリロニトリル共重合体の組み合わせにおいては、ＹＡ
Ｇ　：ネオジウム３＋レーザの発振波長である。１．０
６μｍがこの性質を満たすものである。
また、レーザの出力においては、合成樹脂材料を溶融す
るに十分な出力が必要で、ＹＡＧ　：ネオジウム３“レ
ーザによる際の目安としては、５〜１００Ｗ程度が通し
ている。この時、出力が大きすぎると合成樹脂材料が蒸
発して接合が不可能となるので考慮する必要がある。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第１図は本発明に係る異種合成樹脂材料の接合方法を説
明する概略断面図、第２図は第１図（ｄ）のＡ部楕円内
を拡大した断面図、第５図は本発明の接合方法に使用さ
れるレーザ光照射装置の断面図を示すものである。
まず、この実施例で利用されるＹＡＧ　：ネオジウム１
＋レーザ光照射装置を第５図に示して説明する。
第５図において、１は金属材料から円筒状に形成されて
いる筒状本体であって、この筒状本体ｌは上部ケース１
ａと下部ケース１ｂの二つに分割されており、下部ケー
ス１ｂに上部ケース１ａが螺設され、両ケースｌａ、ｌ
ｂは内径が同一とされている。また、この筒状本体ｌを
構成している上部ケース１ａの上端部にはＹＡＧ　：ネ
オジウムｌ＋レーザ発振器（図示せず）に接続されてい
る光ファイバ２が接続されており、ＹＡＧ　：ネオジウ
ム１＋レーザ発振器から伝送されたＹＡＣ，レーザ光Ｍ
が光ファイバ２の芯材３内で反射しながら筒状本体１内
に入射されるようになっている。
また、筒状本体１の内部には三つの光学レンズ４ａ、４
ｂ、４ｃが間隔を有して配設されている。
すなわち、第１の光学レンズ４ａは凸レンズであって、
上部ケース１ａの下端近傍に配設されており、第２の光
学レンズ４ｂは凸レンズであって、下部ケースｌｂの略
中央部に配設されている。また、第３の光学レンズ４Ｃ
は第１の光学レンズ４ａと同様に凸レンズであって、下
部ケースｌｂの下端近傍に配設されている。
そして、光ファイバ２から入射したＹＡＧレーザ光Ｍは
上部ケース１ａの入射部から広がり角θの角度を有した
ＹＡＧレーザ光Ｍａとなり、第１の光学レンズ４ａに入
射する。また、第１の光学レンズ４ａに入射したＹＡＧ
レーザ光Ｍａは平行なＹＡＧレーザ光Ｍｂとなって第２
の光学レンズ４ｂに入射し、再びある焦点に集光する球
面のＹＡＧレーザ光Ｍｃとなって第３の光学レンズ４ｃ
に入射する。さらに、第３の光学レンズ４ｃに入射した
球面のＹＡＧレーザ光Ｍｃは再び平行なＹＡＣ，レーザ
光Ｍｄとなって出射される。そして、第２の光学レンズ
４ｂと第３の光学レンズ４ｃとの組み合わせにより、出
射するＹＡＧレーザ光Ｍｄの径を任意に変更することが
できる。
また、筒状本体１を構成している下部ケース１ｂには金
属材料からなる照射ノズル５が設けられている。この照
射ノズル５は上端部にフランジ５ａが形成されており、
そのフランジ５ａ部が下部ケース１ｂの下端部に当接さ
れ、固定金具６の螺設によって保持されている。さらに
、照射ノズル５の下端部近傍には第４の光学レンズ４ｄ
が配設されており、この第４の光学レンズ４ｄは第２の
光学レンズ４ｂと同様に凸レンズであって、第３の光学
レンズ４Ｃから出射された平行なＹＡＧレーザ光Ｍｄが
照射ノズル５にガイドされて第４の光学レンズ４ｄに達
し、再度ある焦点に集光する球面のＹＡＧレーザ光Ｍｅ
となって出射するようになっている。
次に、異種合成樹脂材料の接合方法を第１図ないし第５
図に従って説明する。
第１図の（ａ）ないしくｄ）において、２１はカーボン
ブラックが０．１重量％と長さが０．５　ｍ　ｍないし
３ｍｍのガラス繊維が２０重量％添加されて強化された
スチレン−アクリロニトリル共重合体（Ａ　Ｓ　Ｇ）か
らなる板部材であって、この坂部材２１の原材料色はカ
ーボンブラックが混入されて黒色となっており、第３図
に示すように１．０６μｍ以下のレーザ光に対しては非
透過性の（レーザ光の透過率が低い）の性質を有してい
る。
また、板部材２１の上部にはポリプロピレン樹脂（Ｐ　
Ｐ）からなる板部材２２が配設されており、その下面と
板部材２２との接触部が接合面２３となっている。そし
て、この板部材２２の原材料色は乳白色をしており、１
．０６μｍ以下のレーザ光に対しては第４図に示すよう
に透過性（レーザ光の透過率が高い）の性質を有してい
る。
そして、第１図の（ａ）のようにセットされた異種合成
樹脂材料からなる板部材２１．２２を接合する際には、
第１図の（ｂ）および（ｃ）に示すようにポリプロピレ
ン樹脂の板部材２２の上面にＹＡＧ：ネオジウム３４レ
ーザ光照射装置の照射ノズル５の先端を当接して矢印Ｂ
方向に荷重を加えるとともに、その照射ノズル５がら波
長が１゜０６μｍ、出力が５〜１００ＷとなるＹＡＧレ
ーデ光Ｍｅを照射する。
ここで、照射ノズル５は板部材２２に対して当接させて
も、離しておいても効果には変わりはなく・レーザ光の
特徴である非接触加工性を活用するならば離しておくの
がよい。また、出力の５〜１００Ｗの設定に当たっては
、レーザ光活用の一般的知識であるパワー密度を考慮し
て、板部材２■、２２を熔融させるも蒸発させないこと
が重要である。
この状態にて、ＹＡＧレーザ光Ｍｅは、その波長と合成
樹脂材料の吸収スペクトルとの関連によって、ポリプロ
ピレン樹脂からなる板部材２２に対して透過する。
この結果、ＹＡＧレーザ光Ｍｅのもつエネルギは、板部
材２１と２２との接合面２３のうち、レーザ光に対して
非透過性の板部材２１の表面に蓄積され、板部材２１を
加熱・溶融してゆく。
この加熱・溶融において、次の二つの効果を生ずる。
すなわち一つは、投錨効果（アンカー効果）と称するも
のである。これはＹＡＧレーザ光Ｍｅを板部材２１に透
過させるとき、その照射方向に対して均一に直進するの
ではなく、単結晶構造をもたない合成樹脂材料において
は、散乱した状態で進む。これによって板部材２１の加
熱・溶融は均一に行われず、不均一となり両板部材２１
．２２の溶融物とが互いに絡み合った状態で接合を生ず
る。
もう一つは、板部材２１の表面が加熱・溶融されること
により板部材２１に混入されていた耐熱性を有する強化
繊維、すなわち本実施例ではガラス繊維２４が露出し、
加熱・溶融された板部材２１から熱をうけて、同じく溶
融している板部材２２の溶融物の中に入り、ちょうど板
部材２１と２２がガラス繊維２４を介した状態で接合さ
れる。
そして、照射ノズル５からＹＡＧレーザ光Ｍｅを照射し
つつ、接合する際には第１図の（ｃ）に示すように矢印
Ｂ方向から加重を加え、両板部材２１．２２とを密着し
ておく。但し、これは照射ノズル５を用いずに他の手段
、例えば、機械的クランプ等を用いて、あらかじめ両板
部材２１．２２とを密着させておいてもよい。
その後、第１図の（ｄ）に示すように照射ノズル５から
ＹＡＧレーザ光Ｍｅの照射を停止するとともに、照射ノ
ズル５をポリプロピレン樹脂の板部材２２から離反させ
、両板部材２１．２２への荷重を取り除く。これにより
、第２図に示すように両板部材２１．２２の溶融物が互
いに入り込んで絡まり、かつ、板部材２１の中のガラス
繊維２４が板部材２２の中にも入り込んで絡まった状態
で硬化し、スチレン−アクリロニトリル共重合体からな
る板部材２１とポリプロピレン樹脂からなる板部材２２
とが強固に接合される。
ちなみに、本実施例に従って、ガラス繊維２４の混入量
を変えて、引張り強さを試験した。その結果を第６図に
示す。
第６図に示すようにＹＡＧレーザ光Ｍｅの照射したビー
ド長さ２０ｍｍ時において、ガラス繊維の混入を無くし
た投錨効果によるものの引張り接合強度は０．９　ｋ　
ｇ　ｆを得ており、もう一つのガラス繊維２４の介在に
よる接合強度はガラス繊維２４の混入率２０！ｊ量％に
おいて２０ｋｇｆを得た。
このように、本接合方法においては、投錨効果よりもむ
しろ、ガラス繊維２４を介した接合によって、その機械
的強度を得るものである。
上述の説明においても明らかなるように、ＹＡＧレーザ
光Ｍｅの照射長さを増すこと、あるいはガラス繊維２４
の混入比率を増すこと、あるいはガラス繊維２４に変え
て、例えばより強度の高い炭素繊維、金属繊維等を用い
ればこの接合強度は必要に応じて大きくすることが可能
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る異種合成樹脂材料の
接合方法においては、一方の合成樹脂材料をレーザ光に
対して透過性とするとともに、他方の合成樹脂材料をレ
ーザ光に対して非透過性とし、この中に耐熱性を有する
強化繊維を添加せしめ、透過性の合成樹脂材料の方向か
らレーザ光を照射するようにしたから、両合成樹脂材料
の溶融物が互いに入り込んで絡まり、その上、一方の合
成樹脂材料の中に混入された耐熱性を有する強化繊維が
他方の合成樹脂材料の熔融物の中にも入り込んで絡まり
、より強力に接合することができる効果がある。
また、本発明においては、異種合成樹脂材料の一方から
レーザ光を照射することによって、両合成樹脂材料が接
合されるので、従来の機械的接合方法に比較して、異種
合成樹脂材料の接合を容易に行うことができる効果があ
る。
また、本発明においては、異種合成樹脂材料を接合した
際に、両合成樹脂材料の接合部にはねじ等の固定手段が
ないので、意匠効果を向上させることができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る異種合成樹脂材料の接合方法を説
明する概略断面図である。 第２図は第１図（ｄ）のＡ部楕円内を拡大した断面図で
ある。 第３図はスチレン−アクリロニトリル共重合体のスペク
トル分析結果である。 第４図はポリプロピレン樹脂のスペクトル分析結果であ
る。 第５図は本発明の接合方法に使用されるレーザ光照射装
置の断面図である。 第６図はスチレン−アクリロニトリル共重合体の板部材
表のガラス繊維の添加量による引張り強さを示す図であ
る。 第７図は従来の異種合成樹脂材料の接合方法を説明する
概略断面図である。 ５−−−−−一照射ノズル ４　ｄ　−−−−一第４の光学レンズ Ｍｅ・・−Ｙ　Ａ　Ｇレーザ光 ２１・・・−スチレン−アクリロニトリル共重合体から
なる板部材 ２２−・−・ポリプロピレン樹脂からなる板部材２３−
・−・−接合面 ２４−・−・−ガラス繊維 出願人　　トヨタ自動車株式会社 ２１−−−−ス十しンー７フリロニＹリル六隻名イ本〃
・う「」う七辷なＦ、［ａ［−−一力”つえ瑠１１ ５−−・！仝澹ゴノＩル 舗−−−条４の勇−９しン又゛ 竜、Ｍｅ−ＹＡＧ　Ｌ−ブ尤 （ａ＞　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（０）　
　第１図　（（１） 第７図 第３図 壌先の、＆つ（ＮＭ　） ＰＰイ対月旨の又ベフトノＬ介耕に百粂第４図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 異種の合成樹脂材料を重ね合わせて両者を接合するにあ
    たり、前記異種の合成樹脂材料のうち、一方をレーザ光
    に対して透過性とし、他方をレーザ光に対して非透過性
    として、この中に耐熱性を有する強化繊維を混入せしめ
    、この両者の合成樹脂材料を重ね合わせた後、前記レー
    ザ光に対して透過性の合成樹脂材料の方向からレーザ光
    を照射することを特徴とする異種合成樹脂材料の接合方
    法。
JP60024995A 1985-02-11 1985-02-11 異種合成樹脂材料の接合方法 Pending JPS61182929A (ja)

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