JPS61182930A - 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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JPS61182930A
JPS61182930A JP60025055A JP2505585A JPS61182930A JP S61182930 A JPS61182930 A JP S61182930A JP 60025055 A JP60025055 A JP 60025055A JP 2505585 A JP2505585 A JP 2505585A JP S61182930 A JPS61182930 A JP S61182930A
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JP
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synthetic resin
resin materials
joining
sheet
laser beam
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Hideo Nakamata
中俣　秀夫
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Toyota Motor Corp
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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、接合しよウトスる
合成樹脂材料の接合面でメタルメツ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タル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適しているが、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
の溶融温度が異なるとともに、相溶性が悪いことがら、
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適しているが、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６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６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、他方を非透過性とせしめ、こ
の両者の間に耐熱性を有する強化繊維層を配設した後、
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。
ｃ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
透過性とせしめ、この両者の合成樹脂材料の間に耐熱性
を有する強化繊維層を配設して重ね合わせた後、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、０．５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
ックが０．０５ないし２．０重量％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、耐熱性ををする強化繊維としては、基材となる両
合成樹脂材料の熔融温度よりも、高い溶融温度を有する
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、Ｈ２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
慇・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、一方ではレーザ光が透過性を
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ッ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、ＹＡＧ　
：ネオジウム３＋レーザの発振波長である。
１．０６μｍ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程度が適し
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ｌ
＋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、■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１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１を
構成している上部ケース】ａの上端部にはＹＡＧ　：ネ
オジウム１＋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ＹＡＧ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ｌ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ｌａ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１ｂ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ＹＡＧ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４
ｂ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はガラス繊
維が２０重量％、カーボンブラックが００１重量％添加
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、この板部材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の上部には耐熱性を有する強化繊維と
して長さが０．５　ｍ　ｍないし３ｍｍのガラス繊維２
２層が配設されている。更に、このガラス繊維２２層の
上部にはポリプロピレン樹脂（ＰＰ）からなる板部材２
３が設けられている。そして、この板部材２３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２１．２３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２３の上面にＹＡＧ：ネオジウム３＋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から波
長が１゜０６、ｃｒｍ、出力が５〜１ＯＯＷとなるＹＡ
（、Ｉｚ−ザ光Ｍｅを照射する。
ここで、照射ノズル５は板部材２３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、レーザ加工
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。但し、この場合には画板部材２１と２３およ
びその中間に配設された耐熱性を有するガラス繊維層２
２眉が密着しておくように例えば機械的なりランプ機構
を用いるなどの手段を講じることが必要である。
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２Ｉ、２３を溶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２３に対して透過する。
この結果、第１図の（Ｃ）に示すようにＹＡＧレーザ光
Ｍｅのもつエネルギがガラス繊維２２層あるいは板部材
２１の上面に蓄積され、板部材２１を加熱・溶融すると
ともに、その熱によって板部材２３の下面をも加熱・溶
融する。
この加熱・溶融の結果、ガラス繊維２２層が画板部材２
１と２３の溶融物のそれぞれに絡まり合って、画板部材
２１と２３とはちょうどガラス繊維２２を介した接合を
生じる。
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２３から離反させ
、両板部材２１．２３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２１．２３の熔融物にガ
ラス繊維２２が互いに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２３とが強固
に接合される。
また、ＹＡＧレーザ光Ｍｅを照射しながら連続的に板部
材２３の面に沿って移動せしめるならば、その移動方向
に対して加熱温度の勾配を生ずることになり、ＹＡＧレ
ーザ光Ｍｅのエネルギ分布の不均一性はさらに増稠され
、より一層強固な接合を得ることができる。
なお、本実施例においては、両板部材２１と２３との中
間に配する耐熱性を有する強化性としてガラス繊維２２
で説明したが、本発明においては、金属繊維、炭素繊維
などであってもよい。
〔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せしめ、この両者の合成樹脂
材料の間に、耐熱性を有する強化繊維層を配設して重ね
合わせ、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、両合成樹脂材料の互いに向き合
った面から熔融され、かつこの間に耐熱性を有する強化
繊維を配設したから、この強化繊維が両合成樹脂材料の
合わせ面にからみ合った状態で接合されるので、両合成
樹脂材料を強固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、耐熱性を有する強化繊維を接合
する合成樹脂材料と別個して配設したから強化繊維の種
類を変えることにより、望みとする接合強化を自由に作
り出す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効果であ
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・−一一−−照射ノズル ４　ｄ　−−−−−一第４の光学レンズＭｅ・・−・・
−ＹＡＧレーザ光 ２’　１−−−−−〜スチレンーアクリロニトリル共重
合体からなる板部材 ２２・・−・−ガラス繊維 ２３・・−一一一ポリプロピレン樹脂からなる板部材出
願人　　トヨタ自動車株式会社 ２トー−−ス今Ｖンー了りリロニＹυＩＬＫｔ、会、体
力゛うｔ↓洲反健材２２−−−一刀゛つ又末氏雑 ２３−−−−、Ｖ：　′１７゛口どしン１１１月１力゛
らｆｊ屹＝Ｌｉ！’ネオ５−一一一照身１ノ又゛ル ４ｄ−−−一第４のχ、啄′しン又゛ Ｍｄ、Ｍｅ−ＹＡ　６レーブも （０）　　第１図　（（１） 第６図 遵ｔ／）（づ（ＮＭ） ＰＰａチュラル）才ｔ’ｔ）ＩＷのスペクトル分イガ赤
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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
    とせしめ、この両者の合成樹脂材料の間に耐熱性を有す
    る強化繊維層を配設して重ね合わせた後、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。
JP60025055A 1985-02-12 1985-02-12 異種合成樹脂材料の接合方法 Pending JPS61182930A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294012A (ja) * 1999-04-12 2000-10-20 Koito Mfg Co Ltd 車両用標識灯

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JP2000294012A (ja) * 1999-04-12 2000-10-20 Koito Mfg Co Ltd 車両用標識灯

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