KR20090122967A

KR20090122967A - 수지제 부재의 접합 방법

Info

Publication number: KR20090122967A
Application number: KR1020097019855A
Authority: KR
Inventors: 간지 세끼하라; 마사요시 우에히라
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-12-01
Also published as: KR101434707B1; JP5233991B2; EP2130665A4; CN101641204B; CN101641204A; WO2008117717A1; EP2130665A1; US20100101720A1; JPWO2008117717A1; US8268112B2

Abstract

본 발명은, 수지제 부재끼리를 레이저 용착에 의해 접합하는 데 있어서, 그 접합에 사용되는 기대나 지그와 수지제 부재의 접촉면에서 수지제 부재의 용융을 방지하는 것이 가능한 수지제 부재의 접합 방법을 제공한다. 이 접합 방법에 있어서는, 수지제 부재(1)는 기대(3)에 적재된다. 기대(3)의 수지제 부재(1)와 접촉하는 면은 광학 경면으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 수지제 부재(1)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포하고, 그 위에 수지제 부재(2)를 중첩하여, 수지제 부재(2)측으로부터 레이저 광(10)을 조사함으로써, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 접합면의 수지를 용융시켜 양 부재를 접합한다. 접합면을 투과한 레이저 광(11)은 수지제 부재(1)와 기대(3)가 접촉하는 접촉면에 도달하지만, 접촉면에서는, 레이저 광(11)은 산란 혹은 흡수되지 않고 투과하므로, 수지제 부재의 용융이 방지된다.

광 흡수제, 레이저 광, 수지제 부재, 광학 경면, 압박 부재, 레이저 용착

Description

수지제 부재의 접합 방법{BONDING METHOD OF RESIN MEMBER}

본 발명은 레이저 용착에 의해 2개의 수지제 부재를 접합하는 접합 방법에 관한 것이다.

2개의 수지제 부재끼리를 레이저 용착에 의해 접합하는 경우, 수지제 부재를 적재하는 기대(基臺)나 지그에 의해 수지제 부재끼리를 압박하여 고정할 필요가 있다. 여기서, 종래 기술에 관한 수지제 부재의 접합 방법에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 종래 기술에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면이며, 수지제 부재의 단면도이다.

예를 들어, 평판 형상의 수지제 부재(20)를 평판 형상의 기대(22) 상에 적재한다. 그리고, 수지제 부재(20)의 표면에 광 흡수제(23)를 도포하여, 평판 형상의 수지제 부재(21)를 수지제 부재(20)의 광 흡수제(23)가 도포된 면에 중첩시킨다. 그리고, 유리 등의 광 투과성 부재로 구성된 평판 형상의 압박 부재(25)를 수지제 부재(21) 상에 적재하고, 압박 부재(25)와 기대(22) 사이에 2개의 수지제 부재(20)와 수지제 부재(21)를 끼워 넣는다. 압박 부재(25)에 의해 수지제 부재(20, 21)를 압박한 상태에서, 압박 부재(25)의 상방으로부터 레이저 광(10)을 수지제 부재(20, 21)에 조사한다. 레이저 광(10)은 압박 부재(25)와 수지제 부재(21)를 투과하여 광 흡수제(23)에 조사된다. 레이저 광(10)은 광 흡수제(23)에서 흡수되어, 레이저 광(10)이 흡수된 부분[도 4에 도시하는 용융 영역(24)]에서 발열하여, 수지제 부재(20)와 수지제 부재(21)의 접합면에서 수지가 용융된다. 이에 의해, 수지제 부재(20)와 수지제 부재(21)는 접합된다.

레이저 용착을 행하는 경우, 레이저 광의 대부분은 수지제 부재(20)를 투과한다. 수지제 부재(20)를 투과한 레이저 광(11)은 기대(22)의 표면이며 수지제 부재(20)와 접촉하는 면에 도달한다. 기대(22)의 표면[수지제 부재(20)와 접촉하는 면]이 레이저 광을 투과하지 않는 재료로 구성되어 있는 경우, 레이저 광(11)은 그 면에서 산란 또는 흡수되어, 기대(22)의 표면[수지제 부재(20)와 접촉하는 면]이 발열한다. 기대(22)의 표면이 발열하면, 그 표면에 접촉하고 있는 수지제 부재(20)의 표면이 용융하여[도 4에 도시하는 용융 영역(26)], 기대(22)의 표면 형상이 수지제 부재(20)의 표면에 전사될 우려가 있다. 특히, 기대(22)의 표면이 거친 경우, 기대(22)의 표면 형상이 수지제 부재(20)의 표면에 전사되면, 접합하여 얻어진 부품의 표면 상태는 열화되게 된다. 표면 상태의 열화는 외관 품질의 저하로 이어지게 된다. 예를 들어, 접합하여 얻어진 부품에 대해 광선을 조사함으로써 광학적인 검출이나 평가 등을 행하는 경우, 외관 품질의 저하는 그 검출이나 평가의 성능에 대해서도 악영향을 미칠 우려가 있다.

또한, 하기 특허 문헌 1에는, 열압착, 초음파 용착, 접착제, 또는 레이저 용착에 의해 플라스틱 기판끼리를 접합하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1에는, 레이저 용착에 있어서, 기대의 표면에서의 발열을 회피하기 위한 방법이 개시되어 있지 않아, 상기 문제를 해결하는 것은 곤란하다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-74775호 공보

<발명의 개시>

<발명의 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 상기의 문제를 해결하는 것이며, 수지제 부재끼리를 레이저 용착에 의해 접합하는 데 있어서, 그 접합에 사용되는 기대나 지그와 수지제 부재의 접촉면에 있어서, 수지제 부재의 용융을 방지하는 것이 가능한 수지제 부재의 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명의 제1 형태는, 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 제1 수지제 부재를, 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 광학 경면을 이루는 기대 상에 적재하고, 상기 제1 수지제 부재의 상기 기대와는 반대의 면에, 입사광에 대해 광 흡수성을 갖는 광 흡수제를 통해 광 투과성을 갖는 제2 수지제 부재를 중첩하여, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 압박한 상태에서, 상기 제2 수지제 부재측의 외부로부터 상기 광 흡수제를 통해 레이저 광을 조사함으로써, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재의 접합하는 면을 용융시켜 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 접합하는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법이다. 또한, 본 발명에 있어서의 광학 경면이라 함은, 표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위로 형성된 면을 말한다.

또한, 본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 제2 수지제 부재 상에, 상기 제2 수지제 부재와 접촉하는 면이 광학 경면을 이루는 압박 부재를 중첩하여, 상기 압박 부재와 상기 기대 사이에 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 끼워 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 압박한 상태에서 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제3 형태는, 제2 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 기대와 상기 압박 부재 중 적어도 한쪽은 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 광 투과성 부재로 구성되고, 상기 한쪽의 광 투과성 부재를 통해 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제4 형태는, 제1 형태 또는 제2 형태 중 어느 하나에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 기대는 적어도 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 광 투과성 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제5 형태는, 제3 형태 또는 제4 형태 중 어느 하나에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 광 투과성 부재는 유리, 석영, 또는 투명 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제6 형태는, 제1 형태 또는 제2 형태 중 어느 하나에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 기대는 적어도 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제7 형태는, 제1 형태 내지 제6 형태 중 어느 하나에 관한 수지제 부재의 접합 방법이며, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재 중 적어도 한쪽의 수지제 부재에는, 상기 접합하는 표면에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 수지제 부재끼리를 레이저 용착에 의해 접합하는 데 있어서, 수지제 부재를 적재하는 기대의 면을 광학 경면으로 이루는 것으로, 수지제 부재에 조사되어 수지제 부재를 투과한 레이저 광은 기대의 표면에서 산란 또는 흡수되지 않는다. 그로 인해, 기대와 수지제 부재의 접촉면에서 발열하지 않아, 그 접촉면에서의 수지제 부재의 용융을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면으로, 수지제 부재의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면으로, 수지제 부재의 단면도.

도 3은 변형예에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면으로, 수지제 부재의 단면도.

도 4는 종래 기술에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면으로, 수지제 부재의 단면도.

<부호의 설명>

1, 2, 7: 수지제 부재

3: 기대

4: 광 흡수제

5: 용융 영역

6: 압박 부재

8: 홈

10, 11: 레이저 광

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

[실시 형태]

본 발명의 실시 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면이며, 수지제 부재의 단면도이다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)는 평판 형상의 기판이다. 또한, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)는 광 투과성을 갖는다. 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하는 데 있어서, 수지제 부재(1)를 평판 형상의 기대(3)에 적재한다.

기대(3)의 수지제 부재(1)와 접촉하는 면은 광학 경면으로 되어 있다. 본 발명에 있어서의「광학 경면」이라 함은, 표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위로 형성된 면을 말한다.

기대(3)는 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 재료가 사용된다. 여기서,「광 투과성을 갖는다」라 함은, 입사하는 광에 대해 투과율이 80% 이상인 성질을 갖는 것을 말한다. 예를 들어, 유리, 석영, 또는 투명 수지 등이 기대(3)의 재료로서 사용된다. 유리 재료로서는, BK7이나 합성 석영 등이 사용된다. 또한, 투명 수지로서는, 파장 800㎚ 정도의 레이저 광에 대해 투과성을 갖는 폴리메타크릴산 메틸, 환상 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등이 사용된다. 이 실시 형태에 있어서는, 기대(3)의 투과율은 80% 내지 95%로 되어 있다.

이 실시 형태에 있어서는, 레이저 용착에 의해 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하기 위해, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)에는 레이저 광에 대해 투과성인 수지를 사용한다. 예를 들어, 폴리메타크릴산 메틸, 환상 폴리올레핀 등은 파장 800㎚ 정도의 레이저 광에 대해 투과성을 가지므로, 수지제 기판(1, 2)에는 이들 수지를 사용한다.

(레이저 용착)

레이저 조사에 의해 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하는 경우, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 수지제 부재(1)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포한다. 예를 들어, 디스펜서나 스탬프 방식에 의해, 수지제 부재(1)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포한다. 또한, 광 흡수제로서는, 입사하는 레이저 광에 대해 광 흡수성을 갖는 것이다. 여기서 말하는 광 흡수성이라 함은, 레이저 광의 파장에 대해 50% 내지 95%의 흡수를 갖는 것이다. 이 실시 형태에 관한 광 흡수제(4)에는, 레이저 광의 파장에 따라 적외선 흡수제 또는 자외선 흡수제가 사용된다.

수지제 부재(1)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포한 후, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 중첩한다. 그리고, 수지제 부 재(1)와 수지제 부재(2)를 압박한 상태에서, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)에 대해 레이저 광(10)을 조사한다. 도 1에 도시하는 예에서는, 수지제 부재(2)측으로부터 레이저 광(10)을 조사함으로써, 레이저 광(10)은 수지제 부재(2)를 투과하여 광 흡수제(4)에서 흡수된다. 레이저 광(10)이 흡수된 부분[도 1의 (b)에 도시하는 용융 영역(5)]에서 발열하여, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 접합면에서 수지가 용융된다.

이상과 같이, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 접합면에서 수지가 용융됨으로써, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)가 접합된다. 레이저 용착은 공지의 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-74796호 공보에 기재된 방법을 채용할 수 있다. 일례로서, 0.1W 내지 20W의 출력의 적외선 레이저에 의해 수지제 부재(1, 2) 상을 주사함으로써, 수지제 부재(1, 2)를 접합한다.

또한, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)에 조사된 레이저 광(10)은 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 접합면을 투과한다. 접합면을 투과한 레이저 광(11)은, 수지제 부재(1)를 투과하여 기대(3)에 도달한다. 기대(3)는 유리, 석영 또는 투명 수지 등의 레이저 광을 투과시키는 재료로 구성되고, 또한 기대(3)의 표면[수지제 부재(1)와의 접촉면]이 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]이므로, 수지제 부재(1)를 투과한 레이저 광(11)은 기대(3)를 투과한다. 이때, 레이저 광(11)은 기대(3)와 수지제 부재(1)의 접촉면에서 산란이나 흡수되지 않는다. 그 결과, 기대(3)와 수지제 부재(1)의 접촉면에서 발열하지 않기 때문에, 접촉면에 있어서 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]이 용융되지 않는다.

또한, 기대(3)의 재료로서, 기대(3)의 평면성, 수지제 부재(1, 2)의 접합 시에 있어서의 냉각 효과를 고려하면, 유리를 사용하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 기대(3)의 표면[수지제 부재(1)와의 접촉면]을 광학 경면으로 함으로써, 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]을 용융시키지 않고, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합할 수 있다. 그로 인해, 기대(3)의 표면 형상을 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]에 전사시키지 않고, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합할 수 있다. 그 결과, 접합에 의해 얻어진 부품의 외관 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 접합에 의해 제작된 부품의 표면은 기대(3)의 표면 상태가 반영된다. 그로 인해, 외관 품질이 양호한 부품을 제작하는 것이 가능해진다.

또한, 기대(3)의 재료로서, 레이저 광을 투과시키는 재료 대신에, 레이저 광을 반사시키는 재료를 사용해도 된다. 예를 들어, 기대(3)의 재료로서 금속을 사용해도 된다. 기대(3)의 재료에 금속을 사용하는 경우에 있어서도, 기대(3)의 표면[수지제 부재(1)와의 접촉면]을 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]으로 한다. 이와 같이, 기대(3)에 금속을 사용해도, 수지제 부재(1)와의 접촉면이 광학 경면이므로, 수지제 부재(1)를 투과한 레이저 광(11)은 기대(3)의 표면[수지제 부재(1)와의 접촉면]에서 반사된다. 이때, 레이저 광(11)은 기대(3)와 수지제 부재(1)의 접촉면에서 산란이나 흡수되지 않는다. 그 결과, 기대(3)와 수지제 부재(1)의 접촉면에서 발열하지 않으므로, 접촉면에 있어서 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]이 용융되지 않는다. 이에 의해, 기대(3)의 표면 형상을 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]에 전사시키지 않고, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합할 수 있다.

기대(3)에 사용되는 금속으로서는, 스테인리스계 합금, 알루미늄 합금 등이 사용되고, 표면 처리로서, Ni-P 무전해 도금, Cr 도금 등을 실시해도 상관없다.

또한, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 압박하는 압박 부재도, 수지제 부재와 접촉하는 면이 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]인 것이 바람직하다. 레이저 용착을 행하는 데 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 수지제 부재(2) 상에 평판 형상의 압박 부재(6)를 적재하고, 압박 부재(6)와 기대(3) 사이에 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 끼워 넣는다. 이 압박 부재(6)는 레이저 광을 투과시키는 재료가 사용된다. 예를 들어, 압박 부재(6)의 재료로서, 유리, 석영, 또는 투명 수지 등이 사용된다.

그리고, 압박 부재(6)에 의해 수지제 부재(1, 2)를 압박한 상태에서, 압박 부재(6)의 상방으로부터 레이저 광(10)을 수지제 부재(1, 2)에 조사한다. 레이저 광(10)은, 압박 부재(6)와 수지제 부재(2)를 투과하여 광 흡수제(4)에 조사된다. 이에 의해, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 접합면에서 수지가 용융하여 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)가 접합된다.

수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)의 압박에 사용하는 압박 부재(6)의 표면[수지제 부재(2)와 접촉하는 면]이 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]으로 되어 있다. 그로 인해, 압박 부재(6)의 상방으로부터 조사된 레이저 광(10)은 압박 부재(6)와 수지제 부재(2)의 접촉면에서 산란 또는 흡수되지 않고 투과한다. 그 결과, 압박 부재(6)와 수지제 부재(2)의 접촉면에서 발열하지 않으므로, 접촉면에서 수지제 부재(2)의 표면[압박 부재(6)와의 접촉면]이 용융되지 않는다. 그에 의해, 압박 부재(6)의 표면 형상을 수지제 부재(2)의 표면[압박 부재(6)와의 접촉면]에 전사시키지 않고, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합할 수 있다.

또한, 기대(3)는 적어도 수지제 부재(1)와 접촉하는 표면이 레이저 광을 투과하는 재료로 구성되어 있으면 된다. 즉, 기대(3)의 전체가 레이저 광을 투과시키는 재료로 구성되어 있지 않아도, 수지제 부재(1)와 접촉하는 표면이 레이저 광을 투과하는 재료로 구성되어 있으면 된다. 즉, 기대(3)의 표면[수지제 부재(1)와 접촉하는 표면]을 유리, 석영, 또는 투명 수지로 구성하고, 또한 그 표면을 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]으로 형성한다. 이와 같이, 기대(3)의 표면이 레이저 광을 투과하는 재료로 구성되고, 또한 광학 경면으로 이룸으로써, 레이저 광(11)이 기대(3)와 수지제 부재(1)의 접촉면에서 산란 또는 흡수되지 않아, 접촉면에서 발열하는 일이 없다. 그 결과, 기대(3)와의 접촉면에서 수지제 부재(1)가 용융되지 않아, 기대(3)의 표면 형상을 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와의 접촉면]에 전사시키지 않고, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하는 것이 가능해진다.

또한, 기대(3)와 압박 부재(6) 중 어느 한쪽을, 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 부재로 구성하고, 다른 쪽을 금속으로 구성해도 된다. 여기서,「광 투과성을 갖는다」라 함은, 입사하는 광에 대해, 투과율이 80% 이상인 성질을 갖는 것을 말한다. 예를 들어, 유리, 석영, 또는 투명 수지 등이 광 투과성을 갖는 부재로서 사용된다. 유리 재료로서는, BK7이나 합성 석영 등이 사용된다. 또한, 투명 수지로서는, 파장 800㎚ 정도의 레이저 광에 대해 투과성을 갖는 폴리메타크릴산 메틸, 환상 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등이 사용된다. 이 실시 형태에 있어서는, 기대(3)와 압박 부재(6) 중 어느 한쪽의 투과율이 80% 내지 95%로 되어 있다.

이 경우, 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 부재로 구성되어 있는 기대(3) 또는 압박 부재(6)를 통해, 레이저 광을 수지제 부재(1, 2)에 조사한다. 예를 들어, 기대(3)를 금속으로 구성한 경우, 압박 부재(6)를 유리, 석영 또는 투명 수지로 구성하고, 압박 부재(6)를 통해 수지제 부재(1, 2)에 레이저 광을 조사한다. 또한, 압박 부재(6)를 금속으로 구성한 경우, 기대(3)를 유리, 석영 또는 투명 수지로 구성하고, 기대(3)를 통해 수지제 부재(1, 2)에 레이저 광을 조사한다. 또한, 기대(3)와 압박 부재(6)의 양쪽을, 레이저 광을 투과시키는 부재(유리, 석영 또는 투명 수지)로 구성한 경우는, 레이저 광을 어느 측으로부터 수지제 부재(1, 2)에 조사해도 된다.

(변형예)

다음에, 상기 실시 형태에 관한 수지제 부재의 접합 방법의 변형예에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은, 변형예에 관한 수지제 부재의 접합 방법을 설명하기 위한 도면이며, 수지제 부재의 단면도이다. 상술한 실시 형태에서는, 표면이 평탄한 수지제 부재끼리를 접합하였다. 표면에 미세한 형상을 갖는 수지제 부 재끼리를 접합해도 된다. 이 변형예에서는, 표면에 홈이 형성된 수지제 부재와, 평판 형상의 수지제 부재를 접합한다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 수지제 부재(7)의 표면에는, 표면을 따라 연장되는 홈(8)이 형성되어 있다. 수지제 부재(7)의 접합의 상대측이 되는 수지제 부재(2)는 평판 형상의 기판이다. 그리고, 홈(8)이 형성되어 있는 면을 내측으로 하여, 수지제 부재(7)와 수지제 부재(2)를 접합함으로써, 내부에 유로가 형성된 부품을 제작한다. 이에 의해, 수지제 부재(2)는 홈(8)의 덮개(커버)로서 기능한다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 홈(8)이 형성되어 있는 면과는 반대측 표면을 기대(3)측으로 하여 수지제 부재(7)를 기대(3)에 적재한다. 그리고, 수지제 부재(7)에 대해, 예를 들어 스탬프 방식에 의해 홈(8) 이외의 표면에 광 흡수제(4)를 도포한다. 이와 같이, 홈(8) 이외의 표면에 광 흡수제(4)를 도포함으로써, 홈(8)에서의 발열이나 용융을 억제하는 것이 가능해지고, 레이저 용착을 행해도 홈(8)의 형상을 유지하는 것이 가능해진다.

수지제 부재(7)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포한 후, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 홈(8)이 형성된 면을 내측으로 하여, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)를 중첩한다. 그리고, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)를 압박한 상태에서, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)에 대해 레이저 광(10)을 조사한다. 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 수지제 부재(2)측으로부터 레이저 광(10)을 조사함으로써, 레이저 광(10)은 수지제 부재(2)를 투과하여 광 흡수제(4)에서 흡수된다. 레이저 광(10)이 흡수된 부분[도 3의 (b)에 도시하는 용융 영역(5)]에서 발열하여, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)의 접합면에서 수지가 용융된다.

이상과 같이, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)의 접합면에서 수지가 용융함으로써, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)가 접합된다.

그리고, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 레이저 광(10)은 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)의 접합면을 투과한다. 접합면을 투과한 레이저 광(11)은 수지제 부재(7)를 투과한다. 기대(3)는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 유리, 석영 또는 투명 수지 등의 레이저 광을 투과시키는 재료로 구성되고, 또한 기대(3)의 표면[수지제 부재(7)와의 접촉면]이 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]이므로, 수지제 부재(7)를 투과한 레이저 광(11)은 기대(3)를 투과한다. 이때, 레이저 광(11)은 기대(3)와 수지제 부재(7)의 접촉면에서 산란이나 흡수되지 않아, 접촉면에서 발열하지 않는다. 이에 의해, 기대(3)와의 접촉면에서 수지제 부재(7)의 표면[기대(3)와의 접촉면]을 용융시키지 않고, 수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)를 접합하는 것이 가능해진다.

수지제 부재(2)와 수지제 부재(7)가 접합된 부품은, 예를 들어 핵산, 단백질, 혈액 등의 액체 시료의 화학 반응이나, 분리, 분석 등을 행하는 마이크로 분석 칩, 혹은 μTAS(Micro Total Analysis Systems)라 칭해지는 장치로서 사용할 수 있다.

이와 같은 마이크로칩에 사용하는 경우, 예를 들어 표면에 홈(8)이 형성된 수지제 부재(7)에는, 기판을 관통하는 관통 구멍을 형성한다. 이 관통 구멍은 홈(8)에 접하여 형성되어 있고, 수지제 부재(7)와 수지제 부재(2)를 접합함으로써, 외부와 홈(8)을 연결할 수 있는 개구부가 된다. 이 개구부는 겔, 시료, 완충액의 도입, 보존, 배출을 행하기 위한 구멍이다. 개구부의 형상은 원 형상이나 직사각 형상 외에, 여러 가지 형상이어도 된다. 이 개구부에, 분석 장치에 설치된 튜브나 노즐을 접속하고, 그 튜브나 노즐을 통해, 겔, 시료, 또는 완충액 등을 홈(8)에 도입하거나, 또는 홈(8)으로부터 배출한다. 또한, 관통 구멍을 수지제 부재(2)에 형성하여 개구부를 형성해도 된다.

이상과 같이 마이크로칩으로서 수지제 부재(2, 7)를 사용하는 경우, 수지제 부재(2, 7)의 형상은 핸들링, 분석하기 쉬운 형상이면 어떤 형상이어도 된다. 예를 들어, 한 변이 10㎜인 사각형 내지 한 변이 200㎜인 사각형 정도의 크기가 바람직하고, 한 변이 10㎜인 사각형 내지 한 변이 100㎜인 사각형이 보다 바람직하다. 수지제 부재(2, 7)의 형상은 분석 방법, 분석 장치에 맞추면 되고, 정사각형, 직사각형, 원형 등의 형상이 바람직하다.

또한, 홈(8)의 형상은 분석 시료, 시약의 사용량을 적게 할 수 있는 것, 성형 금형의 제작 정밀도, 전사성, 이형성 등을 고려하여, 폭은 10㎛ 내지 200㎛, 깊이는 30㎛ 내지 200㎛의 범위 내의 값인 것이 바람직하지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 어스펙트비(홈의 깊이/홈의 폭)는 0.1 내지 3 정도가 바람직하고, 0.2 내지 2 정도가 보다 바람직하다. 또한, 홈(8)의 폭과 깊이는 마이크로칩의 용도에 따라 정하면 된다. 또한, 설명을 간편하게 하기 위해, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시하는 홈(8)의 단면의 형상은 직사각 형상으로 되어 있고, 홈(8)의 폭은 깊이 방향에 일정하게 되어 있다. 또한, 이 형상은 홈(8)의 일례이며, 단면 형상 이 곡면 형상으로 되어 있어도 된다.

또한, 마이크로칩으로서 수지제 부재(2, 7)를 사용하는 경우, 수지제 부재(2, 7)의 판 두께는 0.2㎜ 내지 5㎜ 정도의 범위이며, 성형성을 고려하면 0.5㎜ 내지 2㎜가 바람직하다. 또한, 덮개(커버)로서 기능하는 수지제 부재(2)에 홈을 형성하지 않는 경우, 판형의 부재가 아닌, 필름(시트 형상의 부재)을 사용해도 된다. 이 경우, 필름의 두께는 30㎛ 내지 300㎛인 것이 바람직하고, 50㎛ 내지 150㎛인 것이 보다 바람직하다.

이상과 같이, 기대(3)에 의해 수지제 부재(2, 7)를 접합하여 마이크로칩을 제조함으로써, 표면 거칠기(Ra)가 양호한 마이크로칩을 제작하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 검사 시에 있어서, 광선의 투과를 방해하지 않고, 양호하게 검사나 분석 등을 행하는 것이 가능해진다.

다음에, 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

(수지제 부재(1, 2))

사출 성형기에서 투명 수지 재료의 환상 폴리올레핀 수지(니뽄 제온사제, 제오노아)를 성형하여, 외형 치수가 50㎜×50㎜×1㎜의 판형 부재를 제작하였다. 이 판형 부재가 상기 실시 형태에 관한 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)에 상당한다.

(기대(3), 압박 부재(6))

수지제 부재(1)를 적재하는 기대(3)에는, 표면 거칠기(Ra)가 10㎚인 광학 경면을 이루는 유리 기판을 사용하였다. 유리 재료로서, BK7을 사용하였다. 이 기 대(3)의 투과율은 92%이다.

또한, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 압박하기 위한 압박 부재(6)에는, 표면 거칠기(Ra)가 10㎚인 광학 경면을 이루는 유리 기판을 사용하였다. 유리 재료로서, BK7을 사용하였다. 이 압박 부재(6)의 투과율은 92%이다.

(레이저 용착에 의한 접합)

그리고, 수지제 부재(1)를 유리 기판으로 이루어지는 기대(3)에 적재하여, 수지제 부재(1)의 표면에 광 흡수제(4)를 도포하였다. 광 흡수제(4)에는, 적외선 흡수제로서 GENTEX사제의 Clearweld를 사용하였다. 그 후, 광 흡수제(4)를 사이에 두고 수지제 부재(1)에 수지제 부재(2)를 중첩하였다.

그리고, 기대(3)와 압박 부재(6)에 의해 수지제 부재(1, 2)를 사이에 끼워 넣어 압박하고, 그 상태에서, 수지제 부재(1, 2)에 대해 레이저 광을 조사함으로써, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하였다. 레이저의 조사 조건과 가압 조건을 이하에 나타낸다.

100N의 가압력으로 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 가압한 상태에서, 파장: 808㎚, 스폿 직경: φ0.6㎜의 적외선 레이저를 사용하여, 출력: 5W로 조사하면서, 주사 속도: 10㎜/sec로 전면 스캔함으로써 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)를 접합하였다.

(평가)

수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와 접촉하는 면]이 용융되어 있지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 수지제 부재(2)의 표면[압박 부재(6)와 접촉하는 면]이 용융되어 있지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 수지제 부재(1)의 표면[기대(3)와 접촉하는 면]에서의 수지의 용융을 회피하고, 또한 수지제 부재(2)의 표면[압박 부재(6)와 접촉하는 면]에서의 수지의 용융을 회피하여, 수지제 부재(1)와 수지제 부재(2)로 구성되는 부품의 외관 품질을 향상시킬 수 있었다.

또한, 본 발명은 이 실시예에서 사용한 수지 재료나, 기대(3) 및 압박 부재(6)의 표면 거칠기(Ra)의 조건에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시 형태에서 예로 든 수지를 사용해도 이 실시예와 같은 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 기대(3)와 압박 부재(6)의 표면은 광학 경면[표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하]이면, 이 실시예와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

Claims

입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 제1 수지제 부재를, 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 광학 경면을 이루는 기대(基臺) 상에 적재하고,

상기 제1 수지제 부재의 상기 기대와는 반대의 면에, 입사광에 대해 광 흡수성을 갖는 광 흡수제를 통해 광 투과성을 갖는 제2 수지제 부재를 중첩하여, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 압박한 상태에서, 상기 제2 수지제 부재측의 외부로부터 상기 광 흡수제를 통해 레이저 광을 조사함으로써, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재의 접합하는 면을 용융시켜 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 접합하는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제1항에 있어서, 상기 광학 경면은 표면 거칠기(Ra)가 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위로 형성된 면인 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 수지제 부재 상에, 상기 제2 수지제 부재와 접촉하는 면이 광학 경면을 이루는 압박 부재를 중첩하여, 상기 압박 부재와 상기 기대 사이에 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 끼워 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재를 압박한 상태에서 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제3항에 있어서, 상기 기대와 상기 압박 부재 중 적어도 한쪽은 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 광 투과성 부재로 구성되고, 상기 한쪽의 광 투과성 부재를 통해 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기대는 적어도 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 입사하는 레이저 광에 대해 광 투과성을 갖는 광 투과성 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 광 투과성 부재는 유리, 석영, 또는 투명 수지인 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기대는 적어도 상기 제1 수지제 부재와 접촉하는 면이 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 수지제 부재와 상기 제2 수지제 부재 중 적어도 한쪽의 수지제 부재에는, 상기 접합하는 표면에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수지제 부재의 접합 방법.