KR20080094533A - 수지 용착체 및 그 제조 방법 - Google Patents

수지 용착체 및 그 제조 방법 Download PDF

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신스케 아사다
히로시 코바야시
마사아키 타루야
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 접합 공정의 고정밀도의 제어나 용융면에 극히 고정밀도의 치수 관리를 필요로 하지 않고도, 접합부의 가라앉는 양이 고정밀도로 관리된 수지 용착체 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 해결 수단에 있어서, 레이저광(5)에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지 부품(2)과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지 부품(3)을 감합함과 함께, 제 1의 수지 부품측으로부터 레이저광(5)을 소정의 위치에 조사하고, 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 접합부(4)를 형성한 수지 용착체에 있어서, 제 1 또는 제 2의 수지부품의 어느 하나에, 상기 용착시에 다른 쪽의 수지부품과 맞닿아서 접합부(4)에서의 가라앉는 양을 규제하는 돌기(8)를 마련한다.
수지 용착체

Description

수지 용착체 및 그 제조 방법{RESIN WELDED BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 레이저광에 대해 투과성을 갖는 수지부품과, 레이저광에 대해 흡수성을 갖는 수지부품을, 레이저광을 이용하여 접합한 수지 용착체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
소정의 파장의 레이저광에 대해 투과성을 갖는 수지부품과, 동 파장의 레이저광에 대해 흡수성을 갖는 수지부품을 서로 겹쳐서, 투과성의 수지 부품측으로부터 레이저광 빔을 조사함으로써 양자를 용착한 레이저광 용착 공법은 잘 알려지고 있다. 본 공법의 원리를 간단히 설명한다.
레이저광 빔은 투과성의 수지중을 거의 흡수되지 않고 통과하고, 흡수성의 수지부품의 표면 부근에서 흡수된다. 흡수된 레이저광의 에너지는 열로 변환되고, 흡수성의 수지부품의 표면을 가열한다. 흡수성의 수지부품의 표면과 접한 투과성 부품의 수지의 표면 부근도, 열전달에 의해 가열된다. 그 결과, 투과성의 수지부품과 흡수성의 수지부품의 접촉면에서 용융층이 형성되고, 용착에 이른다.
상기한 원리로부터 명확한 바와 같이, 용착 과정에서는, 투과성의 수지부품 과 흡수성의 수지부품의 밀착성이 중요하게 된다. 양자의 밀착성이 불충분한 경우는, 흡수성의 수지부품으로부터 투과성의 수지 부품으로의 열전달이 불충분하게 되고, 접합 불량에 이르기 때문이다. 일반적으로, 양 수지부품의 표면 밀착성을 확보하기 위해, 투과성의 수지부품과, 흡수성의 수지부품을 접합면에서 외부 가압에 의해 압접한 상태에서 레이저광 빔의 조사를 행한다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본국 특개2004-358697호 공보
상술한 바와 같이, 용착시에는 접합부에 형성된 용융층에 압접의 힘이 인가되기 때문에, 용융부에서는 레이저광의 조사를 멈추거나, 가압을 멈추거나 하지 않는 한 용융이 진행된다. 결국은, 2부품의 근접이 진행되게 된다. 2부품의 간격을 소정치로 유지하고자 하면, 2부품의 간격을 정밀도 좋게 검출하는 장치와,순식간에 레이저광 조사 또는 가압을 멈추는 장치가 필요해진다. 또한 부품에는 치수 편차가 있기 때문에, 각각의 부품에 대해 개별적으로 치수를 조정할 필요가 발생한다. 이들을 실현하고자 하면, 매우 고가의 설비가 필요하게 되어 버린다.
또한, 레이저광 용착 공법은 수지를 녹여서 용융하기 때문에 열가소성의 수지를 사용하는 것이 일반적이다. 이 열가소성 수지는 일반적인 성형 방법으로서 용융하는 것 자체는 아무런 문제가 없고, 소정의 압력으로 금형에 흘러 들어감으로써 소정의 형상을 만들어 낸다. 이때, 소정의 압력이 실현되지 않으면 수지 밀도가 떨어지기 때문에, 물리 강도, 가수분해성 등 수지 성능이 저하된다. 레이저광 용착 은, 성형과 같은 금형이 없고 용융 수지의 형상은 자유롭고 성형 압력이 가해지지 않기 때문에, 아무래도 이 점에서 통상의 성형물에 대해 강도면에서 약해지기 쉽다. 그 때문에, 2부품 사이에서 매우 높은 실(seal)성이 필요하게 되는 것에 대해서는, 접합 공정의 고정밀도의 제어나 용융면에 매우 고정밀도의 치수 관리가 필요해지고, 고가의 접합 방법으로 되어 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 점을 감안하어, 접합 공정의 고정밀도의 제어나 용융면에 극히 고정밀도의 치수 관리를 필요로 하지 않고도, 접합부의 가라앉는 양이 고정밀도로 관리된 수지 용착체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은, 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지부품을 감합(嵌合)함과 함께, 상기 제 2의 수지 부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사하고, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 접합부를 형성한 수지 용착체에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2의 수지부품의 어느 하나에, 상기 용착시에 다른 쪽의 수지부품과 맞닿아서 상기 접합부에서의 가라앉는 양을 규제하는 돌기를 마련한 것이다
또한, 본 발명은, 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지부품을 감합하고, 상기 제 2의 수지 부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사함과 함께 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 서로 가압하는 가압력을 인가하고, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 둘레형상(周狀)의 접합부를 형성하는 수지 용착체의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2의 수지부품의 어느 하나에, 상기 둘레형상의 접합부보다 내측에 형성되고 상기 용착시에 다른 쪽의 수지부품과 맞닿는 돌기를 마련하고, 이 돌기에 의해 상기 접합부에서의 가라앉는 양을 규제함과 함께, 상기 가압력을 상기 돌기의 수직축상(垂直軸上) 내지는 그것보다 내측의 위치에 인가하는 것이다.
본 발명의 수지 용착체에 의하면, 수지 용착체 자체로 접합부에서의 가라앉는 양을 용이하고 정확하게 규제할 수 있기 때문에, 강도면에서 우수한 고품질의 수지 용착체를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 수지 용착체의 제조 방법에 의하면, 수지 용착체의 돌기에 의해 접합부에서의 가라앉는 양을 규제할 수 있음과 함께, 용착시의 가압력을 안정하게 인가할 수 있어서, 접합 공정에서 고정밀도의 제어나 용융면에 극히 고정밀도의 치수 관리를 행하는 일 없이, 고품질의 수지 용착체를 얻는 것이 가능하게 된다.
실시예 1
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시예 1인 수지 용착체를 도시하는 외관 전체도 및 부분 단면도이다. 여기서는 수지 용착체로서 바닥이 있는 원통형상의 케이스와 덮개체로 구성되는 압력 센서 등의 밀폐 용기를 예로 하여 설명한다.
밀폐 용기(1)의 덮개체(2)는 레이저광에 대해 투과성을 갖는 수지로 이루어지는 부품이고, 케이스(3)는 레이저광에 대해 흡수성을 갖는 수지로 이루어지는 부품이다.
케이스(3)에는, 그 외형에 따라 리브(6)가 고리형상으로 마련되고, 리브(6)의 내측에는 덮개체(2)에 고리형상으로 마련된 위치 결정용의 가이드(7)가 감합되고, 리브(6)와 덮개체(2)의 접촉면에 레이저광(5)에 의한 용착에 의해 형성된 접합부(4)를 갖고 있다.
또한, 케이스(3)에는, 리브(6)의 내측에 리브(6)와 병행하여 고리형상의 돌기(8)가 마련되어 있다. 이 돌기는 케이스(3)의 개구 방향에 대해 수직으로 연재되고, 리브(6)의 높이 치수보다 약간 낮은 치수로 설정되어 있고, 후술하는 리브(6)의 덮개체(2)에의 용착시에 덮개체(2)가 케이스(3)측으로 너무 가라앉는 것을 제한하기 위한 스토퍼 기능을 다한다.
상기한 바와 같은 밀폐 용기(1)에 있어서, 접합부(4)는 다음과 같이 형성된다. 즉, 덮개체(2)를 가이드(7)를 이용하여 케이스(3)의 리브(6)에 감합시키고, 덮개체(2)의 이면이 리브(6)의 단면에 맞닿는 위치까지 압입한 상태에서, 덮개체(2)측으로부터 레이저광(5)을 도시하는 이미지로 조사한다. 조사된 레이저광(5)은, 투과성을 갖는 덮개체(2)를 통과하고 흡수성을 갖는 케이스(3)에 마련된 리브(6)의 선단에서 흡수되어 열로 변환되어 접합부(4)를 일단 용융시킨다. 접합부(4)는 레이저광(5)의 조사가 멈추어지면 재차 응고되고, 이 부분의 용착이 실현된다.
이 용착 공정에서, 접합부(4)의 융해시, 덮개체(2)는 케이스(3)측으로 가라 앉지만, 케이스(3)에 마련된 돌기(8)에 맞닿아 케이스(3)측으로 너무 가라앉는 것이 제한된다.
따라서, 이 돌기(8)의 치수를 적정하게 설정함에 의해, 레이저광 용착에 의한 접합부(4)의 가라앉는 양을 용이하고 정확하게 규제할 수 있다.
이상과 같이 이 실시예 1에서는, 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지부품을 감합함과 함께, 제 2의 수지 부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사하고, 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 접합부를 형성한 수지 용착체에 있어서, 제 1의 수지부품에, 용착시에 제 2의 수지부품과 맞닿아서 접합부에서의 가라앉는 양을 규제하는 돌기를 마련함에 의해, 용착 공정에서 고정밀도의 제어나 용융면에 극히 고정밀도의 치수 관리를 필요로 하지 않고, 고품질의 밀폐 용기를 얻을 수 있다.
상기한, 상기한 설명에서, 리브(6), 가이드(7), 돌기(8)는 어느것이나 고리형상으로 하였지만, 이것으로 제한되는 것이 아니고, 부분적으로 배설되어 있어도 좋다.
실시예 2
도 3은 본 발명의 실시예 2인 수지 용착체를 도시하는 부분 단면도이다. 이 실시예 2에서는, 덮개체(2)측에 돌기(8)를 마련하고, 실시예 1의 돌기(8)와 같은 스토퍼 기능을 갖게 함과 함께, 덮개체(2)의 감합용의 가이드(7)도 겸용시킨 것이다.
이 돌기(8)는, 리브(6)의 높이 치수보다 약간 작은 치수로 설정되어 있고, 덮개체(2)가 케이스(3)에 감합한 상태에서 리브(6)와는 반대의 수직 방향으로 연재되고, 리브(6)의 덮개체(2)에의 용착시에 덮개체(2)가 케이스(3)측으로 너무 가라앉는 것을 규제한다.
이상과 같이 이 실시예 2에서는, 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지부품을 감합함과 함께, 제 2의 수지부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사하고, 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 접합부를 형성한 수지 용착체에 있어서, 제 2의 수지부품에, 용착시에 제 1의 수지부품과 맞닿아서 접합부에서의 가라앉는 양을 규제하는 돌기를 마련함에 의해, 용착 공정에서의 고정밀도의 제어나 용융면에 극히 고정밀도의 치수 관리를 필요로 하지 않고, 고품질의 밀폐 용기를 얻을 수 있다.
실시예 3
도 4는 본 발명의 실시예 3인 수지 용착체를 도시하는 부분 단면도이다. 이 실시예 3은 실시예 1에서 더욱 높은 밀폐성이 요구되는 경우에 있어서의 실시예이고, 돌기(8)의 내측에 따라 단면(斷面) 원형의 실 부재(9)를 고리형상으로 배치하고, 접합부(4)의 용착시에 덮개체(2)를 통하여 실 부재(9)를 가압하도록 한 것이다.
이 경우, 도 5에 도시하는 바와 같이, 덮개체(2)의 가압 위치가 돌기(8)의 위(도시 1점쇄선상) 내지는 내측에 있는 것이 중요하고, 이로써, 접합부(4)에서의 덮개체(2)의 가라앉음이 불충분하고도 덮개체(2)에 휘어짐이 발생하기 때문에, 돌 기(8)가 덮개체(2)에 맞닿게 되어, 접합부(4)의 상태에 영향을 주지 않고 실 부재(9)에 대해 소정의 찌부림값을 부여할 수 있다.
가령, 가압 위치가 돌기(8)에 대해 외측에 있으면, 접합부(4)에서의 덮개체(2)의 가라앉음이 완전하여도, 덮개체(2)의 휘어짐에 의해 돌기(8)가 덮개체(2)에 닿지 않는 경우가 발생한다. 이 경우는, 돌기(8)를 확실하게 덮개체(2)에 닿도록 하면 여분으로 접합부(4)에서의 덮개체(2)의 가라앉음이 필요하게 되어 버려, 소정의 조건으로는 용착할 수 없는 경우도 발생한다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 덮개체(2)에 단부(10)가 있는 경우에도, 이 단부(10)를 가압하면 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 이 실시예 3에 의하면, 돌기(8)의 내측에 덮개체(2)에 의해 가압되는 실 부재(9)가 배치되어 있기 때문에, 접합부(4)에서 부품의 치수 편차 또는 용융 상태의 편차에 의한 휨 등이 발생하여도, 실 부재(9)는 돌기(8)의 치수만으로 찌부림값이 결정되기 때문에, 접합면 상황에 관계없이 안정된 실(seal)성이 유지된다.
또한, 도시하는 바와 같이 실 부재(9)를 돌기(8)의 측면에 닿게 하면, 실 부재(9)의 위치를 고정함과 함께 돌기(8)를 실 부재 삽입시의 가이드로서 사용할 수 있다. 이것은 실 부재(9)가 O링과 같은 고리형상의 부품일 때에는 특히 효과가 있고, 제품을 조립하는데 용이해 진다.
실시예 4
도 7은 본 발명의 실시예 4를 도시하는 수지 용착체의 한 예이고, 실시예 3 과 같은 밀폐 용기(1)를 구성함으로써, 덮개체(2)가 케이스(3)에 감합하고 있지만 레이저광 용착 전의 가압하지 않은 상태의 부분 단면도이다.
도면중의 L1은 덮개체(2)의 가이드(7)와 케이스(3)의 리브(6)와의 감합값에 상당하는 겹침 치수, L2는 리브(6)의 높이 치수, L3은 리브(6)의 단면(端面)과 덮개체(2)의 저면 사이의 이간(離間) 치수, L4는 돌기(8)의 단면과 덮개체(2)의 저면 사이의 이간 치수이고, L1, L2, L3, L4의 각 치수가 Ll>0, L2>L4>L3의 관계가 되도록 설정되어 있다.
이 치수 관계에 의해, 용착까지의 각 부품의 감합의 탈락이 없고, 용이한 조립성과 안정된 실 성을 유지할 수 있다.
특히, L4-L3>0.1mm, 즉 접합부(4)의 용착시에 있어서의 가라앉는 양을 0.1mm 이상이 되도록 설정한 경우에는, 도 8에 도시하는 바와 같이 3000 사이클의 서멀 쇼크에 대해서도 접합부의 파괴가 없고, 충분한 서멀 쇼크 내성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 수지 용착체의 외관 전체도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 수지 용착체의 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 관한 수지 용착체의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 관한 수지 용착체의 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예 3에서의 수지 용착체의 용착시의 가압 상황을 도시하는 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 3에서의 다른 수지 용착체의 용착시에 있어서의 가압 상황을 도시하는 부분 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예 4에서의 용착 전의 수지 용착체의 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예 4에서의 수지 용착체의 서멀 쇼크 내성을 도시하는 특성도.

Claims (6)

  1. 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성이 있는 제 2의 수지부품을 감합함과 함께, 상기 제 2의 수지 부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사하고, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 접합부를 형성한 수지 용착체에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2의 수지부품의 어느 하나에, 상기 용착시에 다른 쪽의 수지부품과 맞닿아서 상기 접합부에서의 가라앉는 양을 규제하는 돌기를 마련한 것을 특징으로 하는 수지 용착체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 접합부는 둘레형상으로 형성됨과 함께, 상기 돌기는 상기 접합부의 내측에 위치하고, 또한 상기 돌기의 내측에 상기 접합부를 밀봉하는 실 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수지 용착체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실 부재는 상기 돌기를 가이드로 하여 삽입되고, 덮개체에 의해 가압되어 있는 것을 특징으로 하는 수지 용착체.
  4. 레이저광에 대해 흡수성이 있는 제 1의 수지부품과, 레이저광에 대해 투과성 이 있는 제 2의 수지부품을 감합하고, 상기 제 2의 수지 부품측으로부터 레이저광을 소정의 위치에 조사함과 함께, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 서로 가압하는 가압력을 인가하고, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 용착하여 양 수지부품 사이에 둘레형상의 접합부를 형성하는 수지 용착체의 제조 방법에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2의 수지부품의 어느 하나에, 상기 둘레형상의 접합부보다 내측에 형성되고 상기 용착시에 다른 쪽의 수지부품과 맞닿는 돌기를 마련하고, 이 돌기에 의해 상기 접합부에서의 가라앉는 양을 규제함과 함께,
    상기 가압력을 상기 돌기의 위 내지는 그것보다 내측의 위치에 인가하는 것을 특징으로 하는 수지 용착체의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 돌기의 내측에 덮개체에 의해 가압되고, 상기 접합부를 밀봉하는 실 부재를 배치함과 함께, 상기 제 1 및 제 2의 수지부품을 가압, 용착하기 전에, 양 수지부품이 소정의 감합 상태를 유지하도록 상기 실 부재의 두께, 및 양 수지부품의 감합값을 설정한 것을 특징으로 하는 수지 용착체의 제조 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 돌기에 의해 상기 접합부에서의 가라앉는 양을 0.1mm 이상으로 규제하는 것을 특징으로 하는 수지 용착체의 제조 방법.
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