JPS6363773A - 接着方法 - Google Patents

接着方法

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JPS6363773A
JPS6363773A JP61206690A JP20669086A JPS6363773A JP S6363773 A JPS6363773 A JP S6363773A JP 61206690 A JP61206690 A JP 61206690A JP 20669086 A JP20669086 A JP 20669086A JP S6363773 A JPS6363773 A JP S6363773A
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JP
Japan
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electromagnetic wave
adhesive
transparent
heat
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JP61206690A
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English (en)
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Shigeru Oikawa
及川　茂
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Nippon Telegraph and Telephone 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） 本発明はプラスチック、金属、セラミックス、ガラスな
どの接着を簡便に行う方法に関するものである。
（従来の技術及び問題点） 従来、代表的な接着の方法としては、以下に述べる種々
の方法が用いられている。
（ａ）エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂など
の熱硬化性の樹脂を接着部に充填し、室温あるいは加熱
により硬化させる方法。
（ｂ）セメダイン（商品名）、糊、ボンド（商品名）な
どの樹脂を含む溶液、すなわち溶剤型の接着剤を接着部
に充填し、溶剤を揮発させることにより接着する方法。
（ｃ）アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニ
ルなどで良く用いられているように、接着面に被接着材
を溶かす溶剤を流し込み、該材料を部分的に溶解接着す
る方法。
（ｄ）ポリエチレン、ガラス、金属などで良く用いられ
るように、加熱溶融し接着するいわゆる溶接とよばれる
方法。
（ｅ）紫外線硬化型の接着剤を接合面に塗布し、紫外線
により硬化させ接着する方法。
しかしながら、（ａ）の方法においては被接着材料によ
っては、充分な強度を持たせるための適当な接着剤が存
在しないこと、また適当な接着剤が存在する場合でも、
室温硬化では時間がかかりすぎ、この間に接着部分を固
定して置く必要があるとことなどの欠点を有する。硬化
時間の短縮は加熱により実現できるが、全体を加熱する
必要があるため、大容量の熱源を要することと冷却のた
めの時間を必要することなどで作業性が低下する欠点を
有する。また、用途によっては全体を加熱できない場合
もある。接着剤と被接着材との親和性を向上させるため
に、被接着材の接着部の表面を物理的に粗くしたり、化
学的な処理を行うこともある。特に、ガラス、金属など
ではシラン処理剤によりエポキシ樹脂などの接着強度を
向上させることが可能であるが、作業性が悪く、また適
用できる材料に制限があるなどの欠点を有する。
（ｂ）の方法は木材、紙、コンクリートなどの多孔質材
料の接着には有効であるが、金属、ガラス、プラスチッ
クなど溶剤の揮発する孔部分のない材料の接着には有効
でない。
（ｃ）の方法は適当な溶剤を有する材料には、短時間で
極めて強い接着強度が得られるが、ポリエチレン、ポリ
エステルなどの適当な？８斉りのないフ゛ラスチック、
あるいはガラス、金属、セラミックスなどには適用でき
ない。また、溶剤が悪影響を及ぼすような用途には適用
できない。
（ｄ）の方法は金属、鉛、ポリエチレン、ガラス、光フ
ァイバなどの接着、接続に用いられているが、一般的に
は接着部全体を溶融しなければいけないため、大容量の
熱源を必要とする他、接着部全体が溶融するため加熱か
ら冷却の開度形しないように接着部を固定して置く必要
があること、また加熱しすぎないように温度コントロー
ルをする必要があることなどにより作業性が悪く、高度
の熟練を必要とすることなどの欠点を有している。これ
の改善策として接着部にヒータを設は通電加熱する方法
も考案されているが、作業性が良くないこと、また異物
が入ることにより歪みが入り易く信頼性に問題がある。
（ｅ）の方法は短時間で硬化するため作業性は良いが、
強い紫外線光源が必要なこと、また材料によっては接着
できなかったり、また充分な接着強度が得られない場合
もあることなど（ａ）と同様の欠点を有する。
また接着剤、あるいは溶剤による接着においては、接着
剤あるいは溶剤を塗布し難い複雑な形状の接着には不向
きである。また、熱可塑性のプラスチックにおいては、
一般的に溶剤接着および熱溶融接着以外では充分な接着
強度が得られない。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来の方法において、接着部のみを加熱する
ことにより作業性の向上、加熱の効率化および接続部の
接着強度の向上を実現するものであり、以下図面に従っ
て詳細に説明する。
第１図は本発明による熱溶融による接着の実施例であり
、ｌおよび３は被接着材であり、１は使用する電磁波に
対し透明な部分、２は電磁波を吸収する層、３は対向す
る被接着部分である。電磁波吸収層２は対向する被接着
材層３の方に設けても良いし、スペーサのような形で別
に設けても良い。３は電磁波に対し透明あるいは不透明
であるを問わない、被接着材３が電磁波に対し不透明で
電磁波を充分に吸収する能力がある場合には電磁波の吸
収層２は省略可能である。
第２図は、これを接着する方法であり、Ｒは電磁波源、
４は電磁波である。被接着材である１、３およびｉｔ電
磁波吸収層を重ね電磁波を照射すると、該電磁波は吸収
層２にのみ吸収され、この部分のみが加熱される。被接
着材１および３の双方あるいは一方が熱溶融性の場合、
加熱により接合面のみが溶融し両者が溶融混合し接着が
行われる。
熱硬化性の接着剤による接着、溶剤型の接着剤による接
着の場合には、さらに接着面に接着剤を塗布することに
なるが、電磁波の吸収能は接着材層にもたせても良いし
、また接着剤そのものに持たせもよい。熱硬化性の接着
剤においては接着剤部分のみを充分に加熱することによ
り硬化反応を促進し、また溶剤型の接着剤においては加
熱により溶剤の揮発を促進することにより、いずれも作
業時間の短縮を実現できる。
電磁波として光を用いる場合、光を吸収しない被接着層
１としては、プラスチック、ガラス、各種結晶などを用
いることが可能である。被接着材層１は完全に、あるい
は可視光領域において透明である必要はない。例えば、
適当な接着方法のないことで知られているポリエチレン
は光散乱により白濁しているが、あまり厚（なければ、
部分的には光を遇加可能であり、本発明による熱融着に
よる接着が可能である。特に光散乱は波長が長いほど弱
くなるため、波長の長い近赤外光を用いれば光を透過し
易くなる。また、シリコン、ゲルマニウム等の半導体結
晶は可視光領域では完全に不透明であるが、特定の波長
よりも長い波長の赤外光に対しては充分に透明であり、
本発明が通用可能である。主として、加熱光源の赤外光
領域のエネルギーを用いる場合、被接着材層１は自由に
着色可能であり、赤外領域に吸収を持たない染料等で黒
色に着色することも可能である。一般に、カーボン系の
黒色塗料は広い領域において吸収を持つが、有機系の黒
色色素は可視光領域においてのみ吸収能を持つことが多
い。このほか、ガラス強化プラスチックなどの複合物も
かなりの光を透過可能であり、熱硬化性の接着剤を用い
た本発明が適用可能である。
光を吸収する層としては、カーボン、金属、色素などの
３層、あるいはこれらを充填した物質を用いることが可
能である。被接着材層および接着剤層の透明性が要求さ
れる場合には、例えば近赤外光に吸収を持ち、可視光に
対して透明な色素を用いればよい。このような色素とし
ては、バナジルフタロシアニン系の色素、ポリメチン色
素、硫酸銅などが使用可能である。
本発明においては、接着部の温度が上がり過ぎると著し
い気泡の発生が起こることがあるため、必要に応じ示温
塗料などを用いることが望ましい。
光源としては、通常のタングステンランプ、ハロゲンラ
ンプ、水銀ランプなどの他、レーザ光あるいはＬＥＤな
どが使用可能である。接着部のみを効率的に加熱するた
めには、できるだけ強い光源で短時間に加熱すること好
ましい。弱い光源でゆっくり加熱する場合には、周囲に
熱が逃げるため必要な温度まで達しない。周囲の広い範
囲まで溶けて変形を起こす可能性がある。
一般に、接着するために溶融する必要のある部分の厚さ
をｄ、必要な温度上昇をＴ、比熱をＲ１接着に必要な温
度保持時間をｔ、接着部面積をＳ、電磁波の発生および
照射効率をｋとし熱伝導による損失を無視した場合必要
なエネルギーＱは４．２に で表される。
また光源強度Ｐとした場合、接着に要する時間ｔは 秒　　　　　　　　　（２） となる。
上式は熱溶融による接着のみに適用可能であり、熱硬化
性の接着剤を用いた場合にはさらに硬化反応に必要な時
間が必要である。ただし、一般的には硬化反応は温度の
上昇とともに急速に速くなり、また本発明においては接
着部分のみを充分に加熱することができるため短時間で
の作業が可能である。
式（１）　、（２）から分ることは、溶かす必要のある
部分ｄが薄いほど少ないエネルギーで接着が可能であり
、また短時間で接着が可能である。効率的に接着を行う
ためには、周囲への熱放散をさけるようできるだけ短時
間で作業を終了することが好ましい。
プラスチックの熱溶融による接着を考えた場合、Ｒ＝０
．５　、Ｔ　＝２００度Ｃ，ｔ＝２秒、Ｓ＝１ｃｍ”、
ｄ　＝０．０１ｃｍ、　ｋ　＝０．２とした場合、Ｑ　
＝　１．２ジユールとなり、ＩＷの光源を用いれば３秒
以内で接着を行うことができる。この程度のエネルギー
であればＬＥＤあるいは半導体レーザを多数並べたもの
を使用することも可能であり、装置の小型化、経済化を
実現できる。
以上は、電磁波源として光を用いた場合であるが、この
ほかマイクロ波、高周波誘導加熱なども用いることも可
能である。これらの電磁波を用いることによりさらに接
着可能な材料の範囲が広がる。
（実施例） 以下に、本発明による実施例をいくつか述べるが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
スゴ１１上 熱可塑性プラスチックの溶融接着 光ディスクの一つの構造として、第３図の横断面図に示
すようなエアーサンドインチ構造がよく使われる。５は
ポリカーボネート、アクリル樹脂等の透明プラスチック
光デイスク基板であり、一方あるいは双方の内側に記録
層が形成されている。
６はスペーサであり、通常はエポキシ樹脂あるいは紫外
線硬化型の接着剤で張り合わせる。しかしながら、接着
剤に含まれる揮発分が記録層に悪影響を及ぼしたり、ま
た充分な接着強度が得られないことがある。
そこで基板として、厚さ１．２ｍｍ　、直径３０ｃ＋ａ
のポリカーボネート、同様に黒色のポリカーボネート製
の厚さ０．５ｍｍのスペーサを用い、周辺部を治具で仮
り留めし、毎秒０．２回転させながら、周辺部および中
央部のスペーサ部分を１００Ｗのハロゲンランプで照射
した。ディスクが一回転する間、すなわち５秒で接着が
完了し、また充分な接着強度が得られた。
第４図はポリエチレンの接着方法の一例を示すもので、
厚さ２ｍｍ、面積２００　Ｘ　２００ｍｍ”の白色ポリ
エチレン７と同寸法の黒色ポリエチレン９を重ねあわせ
、半分をステンレス遮光板９でマスクし、残り半分を同
様の光を１０秒照射し接着した。この試料を巾２０ｍ＋
ｍのたんざく状に切断し、第５図に示すように１８０°
の引張り試験を行ったところ、３８ｋｇ　／　ｃｍの引
張り力で材料破断が起り、十分な接着強度が得られるこ
とが分った。黒色ポリエチレンの代りに表面に０．２１
の厚さの黒色ポリエチレンをラミネートしたものを用い
、同様の実験を行なっても同じ結果が得られた。
１籐■１ 熱硬化性接着材の硬化促進 厚さ２ａｎａ、面積５Ｑ　Ｘ　５０ｎｕａ”のガラス板
に、光吸収剤としてカーボン粉末を混合した２液性のエ
ポキシ系樹脂接着剤を塗布し、別のガラス板を張り合わ
せ、実施例１で用いた光源からの光を照射することによ
り、約１分で充分な接着強度を得ることができた。
また、片側を厚さ５１−の鉄板にし、ガラスの方から同
様に光を照射し、約２分で充分な接着強度が得られた０
作業時間が長くなったのは、ガラスに比べ鉄の方が熱伝
導が良いためと思われる。
実車■１ 接着部を透明にする方法 実施例２において、光吸収材としてカーボン粉末のかわ
りに近赤外領域の８３０ｎｍに吸収ピークを持つバナジ
ルフタロシアニンを混合し、同様に硬化させた。硬化時
間は３分かかり、実施例２よりも長くなったが、硬化後
は若干青みがかっているものの殆ど透明であった。
去旌±１ 石英の溶融接着 第６図に示すように、石英基板にゴールドブラック（金
を低真空下で蒸着した時に得られる黒色薄膜）を１０〜
１０００人の厚さで蒸着し、この上に石英製のガラスフ
ァイバ１１をのせ、レンズ１３によりスポット径１００
　ミクロンに絞った出力ＩＷのＹＡＧレーザの光１２を
ファイバの光軸に沿ってｌ　ｃｍ走査することによりフ
ァイバを基板に接続することができた。ファイバは基板
側が若干偏平になっただけで、コア部の変形は生じなか
った。また、基板およびファイバにはクランクなどの発
生は見られなかった。
失施■立 窓付きＩＣの封止 第７図に示すように、ＣＯＤイメージセンサチップ１４
を搭載したセラミックスパッケージ１５に石英窓１６を
接着する際に、セラミックスパッケージの窓接着部分１
７に予めゴールドブラックを蒸着しておき、石英ガラス
を重ねて、接着部を出力１〇−のＹＡＧ　レーザで走査
しながら照射することにより、３秒で接着を完了した。
また第８図に示す条件で２０サイクルのヒートサイクル
試験を行った結果でも剥離は生じなかった。
（発明の効果） 以上述べたように、熱で溶融する材料である程度の透明
性を有していれば、本発明により被接着材の大きな変形
なしに高信幀度の接着を短時間で行うことができ、特に
従来適当な接着方法のなかったポリエチレンなどの板材
、通信あるいは電カケープル、あるいはパイプの接着に
は極めて有用である。また、このほかの熱可塑性のプラ
スチック、あるいはガラス、半導体、セラミックス、金
属等の熱溶融接着に対しても、接着強度の向上、作業性
の向上環で多くの利点がある。
また熱硬化性の接着剤を用いる場合でも、本発明によれ
ば、接着部のみを局部的に加熱可能であり、他の部分に
悪影響を及ぼすことなしに接続時間の大幅な短縮が可能
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明で用いられる被接着材の構成、第２図は
接着の方法、 第３図は本発明によるエアーサントイフチ構造の光ディ
スクの封止方法、 第４図はポリエチレンの接着方法、 第５図は剥離試験の方法、 第６図は石英基板と光ファイバの接着方法、第７図はＩ
Ｃパフケージへの石英窓の接着方法を示す図である。 第８図はヒートサイクル条件を示す。 １．３・・・被接着材　　　　２・・・電磁波の吸収層
４・・・電磁波　　　　　　５・・・光デイスク基板６
・・・スペーサ　　　　　７・・・白色ポリエチレン８
・・・黒色ポリエチレン　９・・・ステンレス遮光板１
０・・・ゴールドブラック　１１・・・ガラスファイバ
１２・・・ＹＡＧ　レーザ光　　　１３・・・レンズ１
４・・・ＣＣＤＣＤチ ップ・・・セラミックスパッケージ １６・・・石英窓　　　　　　１７・・・接着部Ｒ・・
・電磁波源 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図　　　　第７図 第８図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、特定の波長の光あるいはマイクロ波などの電磁波に
    対し、少なくとも一方が透明な材料の被接着材の組み合
    わせにおいて、接着部に電磁波の吸収能を持たせ、電磁
    波に対し透明な接着材側から電磁波を照射して接着部近
    傍のみを加熱することにより接着を行なう接着方法。
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