WO2016098843A1 - レーザ溶着方法および接合構造体 - Google Patents

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WO2016098843A1
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laser
welding method
protrusion
laser welding
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隼治 河本
聡 廣野
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オムロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser welding method and a bonded structure.
  • a protrusion is provided on the absorbent resin material, and when the absorbent resin material and the transparent resin material are overlapped, the protrusion of the absorbent resin material becomes the transparent resin. It comes in contact with the material.
  • This protrusion is formed so as to extend along a welding line for scanning with laser light. And it pressurizes in the state which accumulated the absorptive resin material and the permeable resin material, and a laser beam is irradiated toward the protrusion of an absorptive resin material from the permeable resin material side.
  • the permeable resin material sinks into the absorbent resin material. Even if a gap due to sink marks or the like is partially formed, the gap is welded while absorbing the gap due to the sinking of the permeable resin material. Therefore, it is possible to obtain a welded part without defects.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser welding method and a bonding method capable of improving the sinking amount of the second resin material with respect to the first resin material. It is to provide a structure.
  • the laser welding method according to the present invention is a laser welding method in which a first resin material having absorptivity with respect to a laser and a second resin material having a transmittance with respect to a laser are welded with a laser.
  • a step of superimposing the first resin material and the second resin material such that the second resin material comes into contact with the protrusion formed in the welding region, and the protrusion of the first resin material and the second resin material A step of applying a pressure so that the contact pressure is uniform, and a step of scanning the laser from the second resin material side toward the welding region of the first resin material.
  • the laser scanning step may be performed a plurality of times.
  • the laser welding method according to the present invention is a laser welding method in which a first resin material having absorptivity with respect to a laser and a second resin material having a transmittance with respect to a laser are welded with a laser.
  • a step of superimposing the first resin material and the second resin material so that the second resin material comes into contact with the protrusion formed in the welding region, and welding of the first resin material from the second resin material side And scanning the laser a plurality of times toward the region.
  • a step of applying pressure so that the contact pressure between the protrusion of the first resin material and the second resin material may be uniform may be provided.
  • the step of applying the pressure so that the contact pressure is uniform includes the step of the first resin material and the second resin material.
  • a step of measuring the contact pressure and a step of correcting the contact pressure between the protrusion of the first resin material and the second resin material according to the measurement result may be included.
  • the step of applying the pressure so that the contact pressure is uniform includes the step of the first resin material and the second resin material. It may be a step of applying pressure through a buffer member that absorbs variations in contact pressure.
  • the protrusion may be formed in a tapered shape.
  • the protrusion may be formed in an annular shape and extend along the laser scanning direction.
  • a plurality of protrusions may be provided so as to be adjacent in a direction orthogonal to the laser scanning direction.
  • a plurality of protrusions may be provided along the laser scanning direction.
  • the protrusion may have a trapezoidal cross section.
  • the bonded structure according to the present invention is formed using any of the laser welding methods described above.
  • the laser welding method and the bonded structure of the present invention it is possible to improve the sinking amount of the second resin material with respect to the first resin material.
  • 6 is a graph showing the relationship between the number of laser scans and the amount of sinking in Examples 1 to 3 and Comparative Example. 6 is a graph showing the relationship between the number of laser scans and the welding strength in Examples 1 to 3 and Comparative Example. It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of welding strength. It is a schematic diagram for demonstrating the laser welding method by the modification of 1st Embodiment.
  • the first resin material 10 is formed of a material having low transmittance with respect to the laser L, and is formed, for example, by mixing a predetermined coloring material in ABS (PA765 manufactured by CIMEI).
  • the transmittance of the first resin material 10 is, for example, less than 10%, preferably less than 5%.
  • the first resin material 10 is formed in a cylindrical shape and has a track-like (rounded rectangular shape) opening 13.
  • a step portion 11 is formed on the inner peripheral surface of the opening 13, and the step portion 11 is formed in an annular shape so as to extend along the inner peripheral surface.
  • the step portion 11 functions as a welding region R where the second resin material 20 is welded.
  • the stepped portion 11 is formed with a tapered protrusion 12. That is, the protrusion 12 is formed so as to protrude from the step portion 11 toward the open end side.
  • the protrusion 12 is formed in an annular shape and extends along the step portion 11. For this reason, the protrusion 12 is formed to extend along the scanning direction S (see FIG. 1) of the laser L.
  • the protrusion 12 has an isosceles trapezoidal cross section, and is formed in a tapered shape so that the width of the distal end is narrower than the width of the proximal end.
  • the protrusion 12 has a height of 0.2 mm, a lower base of 0.4 mm, and an upper base of 0.03 to 0.05 mm.
  • the width of the step portion 11 is 0.8 mm.
  • the second resin material 20 is formed of a material having a high transmittance with respect to the laser L, and is formed of, for example, PMMA (Acrylite L001 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.).
  • the transmittance of the second resin material 20 is, for example, 10% or more, preferably 15% or more.
  • the second resin material 20 is formed in a plate shape, and is formed in a track shape so as to be fitted into the opening 13 of the first resin material 10.
  • the second resin material 20 is fitted into the opening 13 of the first resin material 10. Thereby, the 1st resin material 10 and the 2nd resin material 20 are piled up (abutted) so that the 2nd resin material 20 may contact with projection 12 of the 1st resin material 10.
  • the first resin material 10 is held by a jig (not shown), and the jig holding the first resin material 10 is pressurized by a pressure device (not shown).
  • the pressurizing device is, for example, an air cylinder or a spring.
  • the second resin material 20 and the first resin material 10 are pressed toward the pressing glass 50 in a state where the second resin material 20 is in contact with the pressing glass 50.
  • the holding glass 50 is configured to be able to transmit the laser L.
  • the pressure of the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 when the first resin material 10 is inclined with respect to the pressing glass 50, the pressure of the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20. Variation occurs in the distribution. For example, below the portion of the second resin material 20 that contacts the pressing glass 50, the contact pressure with the protrusion 12 increases, and below the portion of the second resin material 20 that separates from the pressing glass 50, the protrusion 12. The contact pressure with is low. As described above, when laser welding is performed in a state where the pressure distribution is varied, the second resin material 20 is locally submerged, so that a sufficient amount of subsidence cannot be obtained as a whole. In addition, there is a possibility that poor welding occurs partially.
  • correction is performed so that the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 becomes equal.
  • a pressure measurement film (not shown) is disposed between the second resin material 20 and the holding glass 50, and then pressure is applied, so that the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin are pressed.
  • the contact pressure with the material 20 is measured.
  • a shim spacer
  • the first resin material 10 becomes perpendicular to the pressure glass 50, that is, the pressure glass 50 and the second resin material 20.
  • the direction of the 1st resin material 10 is adjusted so that may become parallel.
  • a pressure measurement film is removed.
  • the laser L is irradiated from the optical head 60 in a state where the direction of the first resin material 10 is adjusted and pressurized. That is, the laser L is irradiated in a state where the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 is equalized.
  • the laser L is irradiated from the second resin material 20 side toward the welding region R of the first resin material 10, and is scanned a plurality of times along the scanning direction S (see FIG. 1).
  • the optical head 60 repeatedly irradiates the welding region R with the laser L while moving along the scanning direction S above the welding region R a plurality of times.
  • the oscillator of the laser L is, for example, a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm.
  • the protrusion 12 is melted, and the second resin material 20 sinks into the first resin material 10.
  • the second resin material 20 sinks. It is welded while absorbing the gap. In this way, a bonded structure 100 in which the first resin material 10 and the second resin material 20 are bonded is obtained.
  • the laser L when the laser L is applied by applying a pressure so that the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 becomes equal. It can suppress that the 2nd resin material 20 sinks locally. For this reason, since the amount of sinking as a whole can be improved by equalizing the amount of sinking of the second resin material 20 with respect to the first resin material 10, the first resin material 10 and the second resin can be improved. It is possible to improve the sealing performance by absorbing the gap with the material 20. In addition, while maintaining the welding strength, the appearance of the welded portion can be improved.
  • the laser output per one time can be reduced, so that the generation of voids (pores) is suppressed while 2
  • the amount of sinking of the resin material 20 can be improved.
  • the protrusion 12 with the laser L a plurality of times it is possible to ensure the same welding strength as when the protrusion 12 is not formed. That is, by scanning the laser L a plurality of times, the welding strength can be maintained even if the protrusion 12 is provided in order to improve the sinking amount.
  • the welding strength is reduced as compared with the case where the protrusion is not formed.
  • a plurality of tapered protrusions 12 a are formed on the step portion 11. Specifically, two protrusions 12 a are provided and are arranged adjacent to each other in a direction orthogonal to the scanning direction S of the laser L. That is, the two protrusions 12a are formed in an annular shape and are arranged concentrically.
  • the other structure of the protrusion 12a is substantially the same as that of the protrusion 12 described above.
  • a plurality of tapered protrusions 12b are formed on the stepped portion 11.
  • a plurality of the protrusions 12 b are arranged along the scanning direction S of the laser L and are formed to extend in a direction orthogonal to the scanning direction S of the laser L.
  • the other structure of the protrusion 12b is substantially the same as that of the protrusion 12 described above.
  • Example 1 the shape of the protrusion of the first resin material before laser welding was different as described above.
  • the first resin material in Example 1 is provided with one annular protrusion extending in the laser scanning direction
  • the first resin material in Example 2 is provided with an annular protrusion extending in the laser scanning direction. Two portions were provided, and in the first resin material in Example 3, a plurality of protrusions were provided along the laser scanning direction.
  • the subsidence amount is a distance from which the second resin material is submerged to the first resin material after laser irradiation from a state in which the second resin material is in contact with the first resin material before laser irradiation.
  • the amount of sinking increased as the number of laser scans increased.
  • the sinking amount of the bonded structures of Examples 1 to 3 was larger than that of the bonded structure of the comparative example. This is because the second resin material is easily submerged by forming the protrusion in the weld region of the first resin material. Therefore, in Examples 1 to 3, since the sinking amount is larger than that of the comparative example, a gap due to warpage or sink marks is partially formed between the first resin material and the second resin material. Even if it is, since the gap due to the sinking of the second resin material can be more easily absorbed, the sealing performance can be improved.
  • the sinking amount of the joint structure of Example 2 is larger than that of the joint structure of Example 3, and the sinking amount of the joint structure of Example 1 is Example 2. It was larger than the bonded structure. This difference is due to the shape of the protrusion. For this reason, considering the viewpoint of improving the amount of subsidence, the bonded structure of Example 2 is preferable to the bonded structure of Example 3, and the bonded structure of Example 2 is more preferable than that of Example 1. The bonded structure is more preferable.
  • the welding strength was measured for each sample described above, and the results are shown in FIG.
  • the welding strength was measured by pressing the second resin material 20d from the inside of the cylindrical first resin material 10d and performing a peel test in the vertical direction, and adopting the maximum strength at that time. .
  • the welding strengths of the bonded structures of Examples 1 to 3 and the comparative example were close to each other.
  • the weld strengths of the bonded structures of Examples 1 to 3 and the comparative example were closer to each other. That is, by setting the number of times of laser scanning to a predetermined value (4 times in this experimental example) or more, the welding strength of the bonded structures of Examples 1 to 3 is maintained at the same level as the bonded structure of the comparative example. I was able to. That is, in Examples 1 to 3, the first resin material is provided with a protrusion to improve the sinking amount, while the first resin material has the same level of welding strength as the comparative example in which the protrusion is not provided. It was found that it could be secured.
  • the present invention is not limited thereto, and the first resin material may be formed in a plate shape.
  • the correction is performed so that the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 is equalized, and the laser L is scanned a plurality of times.
  • the present invention is not limited to this, and if the correction is made so that the contact pressure between the protrusion of the first resin material and the second resin material is equal, the number of times of laser scanning may be one, or a plurality of lasers may be used. If the scanning is performed once, the contact pressure may not be corrected.
  • the protrusion 12 is formed on the first resin material 10 having a low transmittance, and the second resin material 20 having a high transmittance is flattened.
  • the protrusion may be formed on the second resin material having a high transmittance, and the first resin material having a low transmittance may be flattened.
  • ABS which mixed the coloring material was shown as a material of the 1st resin material 10
  • the material of the 1st resin material has absorptivity with respect to a laser. Any other resin material may be mixed with a coloring material. Further, a filler may be added to the first resin material.
  • PMMA was shown as a material of the 2nd resin material 20, if not only this but the material of a 2nd resin material has the transmittance
  • the oscillator of the laser L is a semiconductor laser
  • the present invention is not limited to this, and the laser oscillator may be another type such as a YAG laser.
  • the cross section of the protrusion 12 showed the trapezoidal shape, it was not restricted to this,
  • the cross section of the protrusion may be triangular shape, and the front-end
  • the cross section of the protrusion may be rectangular.
  • the present invention is not limited to this, and a buffer member 51 that absorbs variations in the contact pressure between the protrusion 12 of the first resin material 10 and the second resin material 20 as in the laser welding method according to the modification shown in FIG.
  • the contact pressure may be made uniform by applying a pressure through the contact.
  • the pressure glass 50 is attached to the support plate 52 via the buffer member 51.
  • the buffer member 51 is, for example, silicon rubber, and is configured to be elastically deformable.
  • the support plate 52 can transmit the laser L and is fixed at a predetermined position. For this reason, as shown in FIG. 11, when the first resin material 10 is pressurized with respect to the support plate 52, the buffer member 51 expands and contracts to expand and contract the first resin material 10 and the second resin material 10.
  • the pressure glass 50 is inclined according to the inclination of the resin material 20. Therefore, the first resin material 10 is perpendicular to the presser glass 50, that is, the presser glass 50 and the second resin material 20 are parallel, and the protrusion 12 of the first resin material 10 contacts the second resin material 20.
  • the pressure can be made uniform. If comprised in this way, even if it omits the process of measuring the contact pressure of the 1st resin material 10 and the 2nd resin material 20, and the process of amending contact pressure according to a measurement result, contact pressure equality Can be achieved.
  • the present invention is not limited to this, and the proximal end side may remain without being completely melted.
  • the optical head is not limited to this, and the first resin material and the second resin material in a pressurized state are fixed.
  • the laser may be scanned by the movement of the resin material.
  • the example in which the two annular protrusions 12a are arranged so as to be adjacent to each other in the direction orthogonal to the scanning direction S of the laser L is shown. These protrusions may be arranged adjacent to each other in a direction perpendicular to the laser scanning direction.
  • the present invention can be used for a laser welding method and a joining structure in which a first resin material having absorptivity with respect to a laser and a second resin material having a permeability with respect to a laser are welded by a laser.

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Abstract

　レーザ溶着方法は、レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法であり、第１樹脂材の溶着領域に形成された突部に対して第２樹脂材が接触するように、第１樹脂材と第２樹脂材とを重ね合わせる工程と、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧が均等になるように圧力を印加する工程と、第２樹脂材側から第１樹脂材の溶着領域に向けてレーザを走査する工程とを備える。

Description

レーザ溶着方法および接合構造体
　本発明は、レーザ溶着方法および接合構造体に関する。
　従来、レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法が知られている。このレーザ溶着方法では、第１樹脂材および第２樹脂材を重ね合わせた状態で加圧し、第２樹脂材側から第１樹脂材にレーザを照射することにより、第１樹脂材および第２樹脂材が溶着される。
　しかしながら、このような従来のレーザ溶着方法では、第１樹脂材および第２樹脂材の成形時のそりやひけなどに起因して、第１樹脂材および第２樹脂材の接触面（レーザ照射箇所）に隙間があると、レーザ溶着の際にその隙間によって未溶着の部分が発生するなどの不都合があった。そこで、従来では、そりやひけなどに起因する隙間による不都合を解消することが可能なレーザ溶着方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
　特許文献１のレーザ溶着方法では、吸収性樹脂材に突条が設けられており、吸収性樹脂材と透過性樹脂材とが重ね合わされたときに、吸収性樹脂材の突条が透過性樹脂材に当接するようになっている。この突条は、レーザ光を走査する溶着線に沿って延びるように形成されている。そして、吸収性樹脂材と透過性樹脂材とを重ね合わせた状態で加圧し、透過性樹脂材側から吸収性樹脂材の突条に向けてレーザ光が照射される。これにより、吸収性樹脂材の突条が溶融されると、透過性樹脂材が吸収性樹脂材に対して沈み込むので、吸収性樹脂材の突条と透過性樹脂材との間にそりやひけなどに起因する隙間が部分的に形成されていたとしても、透過性樹脂材の沈み込みによりその隙間を吸収しながら溶着される。したがって、欠陥のない溶着部を得ることが可能である。
特開２００８－３０２７００号公報
　上記のように、透過性樹脂材が吸収性樹脂材に対して沈み込むと、そりやひけなどに起因する隙間を吸収することができるので、吸収性樹脂材に対する透過性樹脂材の沈み込み量の向上が求められている。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、第１樹脂材に対する第２樹脂材の沈み込み量の向上を図ることが可能なレーザ溶着方法および接合構造体を提供することである。
　本発明によるレーザ溶着方法は、レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法であり、第１樹脂材の溶着領域に形成された突部に対して第２樹脂材が接触するように、第１樹脂材と第２樹脂材とを重ね合わせる工程と、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧が均等になるように圧力を印加する工程と、第２樹脂材側から第１樹脂材の溶着領域に向けてレーザを走査する工程とを備える。
　この場合において、レーザを走査する工程は、レーザの走査回数が複数回であってもよい。
　本発明によるレーザ溶着方法は、レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法であり、第１樹脂材の溶着領域に形成された突部に対して第２樹脂材が接触するように、第１樹脂材と第２樹脂材とを重ね合わせる工程と、第２樹脂材側から第１樹脂材の溶着領域に向けてレーザを複数回走査する工程とを備える。
　この場合において、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧が均等になるように圧力を印加する工程を備えていてもよい。
　上記接触圧が均等になるように圧力を印加する工程を備えるレーザ溶着方法において、接触圧が均等になるように圧力を印加する工程は、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧を計測する工程と、その計測結果に応じて、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧を補正する工程とを含んでいてもよい。
　上記接触圧が均等になるように圧力を印加する工程を備えるレーザ溶着方法において、接触圧が均等になるように圧力を印加する工程は、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧のばらつきを吸収する緩衝部材を介して圧力を印加する工程であってもよい。
　上記レーザ溶着方法において、突部は、テーパ状に形成されていてもよい。
　上記レーザ溶着方法において、突部は、環状に形成されるとともに、レーザの走査方向に沿って延びるように形成されていてもよい。
　この場合において、突部は、レーザの走査方向と直交する方向に隣接するように複数設けられていてもよい。
　上記レーザ溶着方法において、突部は、レーザの走査方向に沿って複数設けられていてもよい。
　上記レーザ溶着方法において、突部は、断面が台形状に形成されていてもよい。
　本発明による接合構造体は、上記のいずれかのレーザ溶着方法を用いて形成されている。
　本発明のレーザ溶着方法および接合構造体によれば、第１樹脂材に対する第２樹脂材の沈み込み量の向上を図ることができる。
本発明の第１実施形態によるレーザ溶着方法によって溶着される第１樹脂材および第２樹脂材を示した斜視図である。 図１の第１樹脂材の突部を示した断面図である。 押さえガラスに対して第１樹脂材が傾いている状態を示した模式図である。 押さえガラスに対する第１樹脂材の向きが調整された状態を示した模式図である。 第１樹脂材および第２樹脂材が溶着された状態を示した模式図である。 本発明の第２実施形態によるレーザ溶着方法で用いられる第１樹脂材を示した断面図である。 本発明の第３実施形態によるレーザ溶着方法で用いられる第１樹脂材を示した斜視図である。 実施例１～３および比較例において、レーザの走査回数と沈み込み量との関係を示したグラフである。 実施例１～３および比較例において、レーザの走査回数と溶着強度との関係を示したグラフである。 溶着強度の測定方法を説明するための模式図である。 第１実施形態の変形例によるレーザ溶着方法を説明するための模式図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　まず、図１～図５を参照して、本発明の第１実施形態によるレーザ溶着方法について説明する。このレーザ溶着方法では、レーザＬ（図４参照）に対して吸収性を有する第１樹脂材１０と、レーザＬに対して透過性を有する第２樹脂材２０とをレーザＬで溶着する。
　第１樹脂材１０は、レーザＬに対する透過率が低い材料により形成され、たとえばＡＢＳ（ＣＨＩＭＥＩ社製のＰＡ７６５）に所定の着色材が混入されて形成されている。第１樹脂材１０の透過率は、たとえば１０％未満であり、好ましくは５％未満である。この第１樹脂材１０は、図１に示すように、筒状に形成されており、トラック状（角丸長方形状）の開口部１３を有する。開口部１３の内周面には段差部１１が形成され、その段差部１１は内周面に沿って延びるように環状に形成されている。
　段差部１１は、第２樹脂材２０が溶着される溶着領域Ｒとして機能する。この段差部１１には、図１および図２に示すように、テーパ状の突部１２が形成されている。すなわち、突部１２は、段差部１１から開放端側に向けて突出するように形成されている。突部１２は、環状に形成されるとともに、段差部１１に沿って延びるように形成されている。このため、突部１２は、レーザＬの走査方向Ｓ（図１参照）に沿って延びるように形成されている。また、突部１２は、断面が等脚台形状に形成されており、先端の幅が基端の幅に比べて狭くなるように先窄まり状に形成されている。
　具体例としては、突部１２は、高さが０．２ｍｍであり、下底が０．４ｍｍであり、上底が０．０３～０．０５ｍｍである。また、段差部１１の幅は０．８ｍｍである。
　第２樹脂材２０は、レーザＬに対する透過率が高い材料により形成され、たとえばＰＭＭＡ（三菱レイヨン社製のアクリライトＬ００１）により形成されている。第２樹脂材２０の透過率は、たとえば１０％以上であり、好ましくは１５％以上である。この第２樹脂材２０は、図１に示すように、板状に形成されており、第１樹脂材１０の開口部１３に嵌合可能なようにトラック状に形成されている。
　そして、第１樹脂材１０の開口部１３に第２樹脂材２０が嵌め合わされる。これにより、第１樹脂材１０の突部１２に対して第２樹脂材２０が接触するように、第１樹脂材１０と第２樹脂材２０とが重ね合わされる（突き合わされる）。
　また、第１樹脂材１０が治具（図示省略）によって保持され、その第１樹脂材１０を保持する治具が加圧装置（図示省略）により加圧される。なお、加圧装置は、たとえばエアシリンダまたはバネなどである。これにより、図３に示すように、第２樹脂材２０が押さえガラス５０に接触された状態で、第２樹脂材２０および第１樹脂材１０が押さえガラス５０側に押圧される。なお、押さえガラス５０は、レーザＬを透過可能に構成されている。
　ここで、図３に示すように、押さえガラス５０に対して第１樹脂材１０が傾いている場合には、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧の圧力分布にばらつきが発生する。たとえば、第２樹脂材２０の押さえガラス５０と接触する部分の下方では、突部１２との接触圧が高くなり、第２樹脂材２０の押さえガラス５０と離間する部分の下方では、突部１２との接触圧が低くなる。このように、圧力分布にばらつきが生じている状態でレーザ溶着を行った場合には、第２樹脂材２０が局所的に沈み込むことにより、全体として十分な沈み込み量を得ることができないおそれがあり、また、部分的に溶着不良が発生するおそれがある。
　そこで、第１実施形態では、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるように補正を行う。具体的には、まず、第２樹脂材２０と押さえガラス５０との間に圧力測定フィルム（図示省略）を配置した状態で加圧することにより、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧を計測する。そして、その計測結果に応じて接触圧が均等になるように補正を行う。たとえば、第１樹脂材１０と治具との間にシム（スペーサ）を配置することにより、押さえガラス５０に対して第１樹脂材１０が垂直になる、すなわち押さえガラス５０と第２樹脂材２０とが平行になるように、第１樹脂材１０の向きを調整する。その後、接触圧が均等になるように第１樹脂材１０の向きを調整した後に、圧力測定フィルムを取り除く。
　そして、図４に示すように、第１樹脂材１０の向きを調整して加圧した状態で、光学ヘッド６０からレーザＬを照射する。すなわち、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるようにした状態でレーザＬが照射される。このレーザＬは、第２樹脂材２０側から第１樹脂材１０の溶着領域Ｒに向けて照射され、走査方向Ｓ（図１参照）に沿って複数回走査される。たとえば、光学ヘッド６０が、溶着領域Ｒの上方において走査方向Ｓに沿って移動しながらレーザＬを溶着領域Ｒに照射することが複数回繰り返し行われる。なお、レーザＬの発振器は、たとえば、波長が８０８ｎｍの半導体レーザである。
　これにより、図５に示すように、突部１２が溶融され、第２樹脂材２０が第１樹脂材１０に対して沈み込む。このとき、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との間にそりやひけなどに起因する隙間が部分的に形成されていたとしても、第２樹脂材２０の沈み込みによりその隙間を吸収しながら溶着される。このようにして、第１樹脂材１０および第２樹脂材２０を接合した接合構造体１００が得られる。
　－効果－
　第１実施形態では、上記のように、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるように圧力を印加することによって、レーザＬを照射したときに第２樹脂材２０が局所的に沈み込むのを抑制することができる。このため、第１樹脂材１０に対する第２樹脂材２０の沈み込み量の均等化を図ることにより、全体としての沈み込み量の向上を図ることができるので、第１樹脂材１０と第２樹脂材２０との隙間を吸収して封止性の向上を図ることができる。加えて、溶着強度を維持するとともに、溶着部の外観の向上を図ることができる。
　また、第１樹脂材１０の溶着領域Ｒに向けてレーザＬを複数回走査することにより、１回あたりのレーザ出力を小さくすることができるので、ボイド（気孔）の発生を抑制しながら、第２樹脂材２０の沈み込み量の向上を図ることができる。また、突部１２にレーザＬを複数回走査することにより、突部１２を形成していない場合と同等の溶着強度を確保することができる。すなわち、レーザＬを複数回走査することにより、沈み込み量の向上を図るために突部１２が設けられていても溶着強度を維持することができる。なお、突部にレーザを１回だけ走査した場合には、突部を形成していない場合に比べて溶着強度が低下してしまう。
　（第２実施形態）
　次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態によるレーザ溶着方法で用いられる第１樹脂材１０ａについて説明する。
　第１樹脂材１０ａでは、図６に示すように、段差部１１にテーパ状の突部１２ａが複数形成されている。具体的には、突部１２ａは、２つ設けられており、レーザＬの走査方向Ｓと直交する方向に隣接するように配置されている。すなわち、２つの突部１２ａは、環状に形成され、同心状に配置されている。なお、突部１２ａのその他の構成は、上記した突部１２とほぼ同様である。
　また、第２実施形態のその他の点については、第１実施形態と同様である。
　（第３実施形態）
　次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態によるレーザ溶着方法で用いられる第１樹脂材１０ｂについて説明する。
　第１樹脂材１０ｂでは、図７に示すように、段差部１１にテーパ状の突部１２ｂが複数形成されている。この突部１２ｂは、レーザＬの走査方向Ｓに沿って複数配置されるとともに、レーザＬの走査方向Ｓと直交する方向に延びるように形成されている。なお、突部１２ｂのその他の構成は、上記した突部１２とほぼ同様である。
　また、第３実施形態のその他の点については、第１実施形態と同様である。
　（実験例）
　次に、図８～図１０を参照して、上記第１～第３実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
　この実験では、第１実施形態に対応する実施例１による接合構造体と、第２実施形態に対応する実施例２による接合構造体と、第３実施形態に対応する実施例３による接合構造体と、突部が設けられていない第１樹脂材に第２樹脂材を溶着した比較例による接合構造体とを作製した。また、実施例１～３および比較例の接合構造体として、それぞれ、レーザの走査回数を２回、３回、４回、５回、６回、１０回および２０回としたものを作製した。
　なお、実施例１～３では、上記したようにレーザ溶着前における第１樹脂材の突部の形状が異なっていた。具体的には、実施例１における第１樹脂材では、レーザの走査方向に延びる環状の突部が１つ設けられ、実施例２における第１樹脂材では、レーザの走査方向に延びる環状の突部が２つ設けられ、実施例３における第１樹脂材では、レーザの走査方向に沿って複数の突部が設けられていた。
　そして、上記した各試料について沈み込み量を計測し、その結果を図８に示した。なお、沈み込み量とは、レーザ照射前に第２樹脂材を第１樹脂材に接触させた状態から、レーザ照射後に第１樹脂材に対して第２樹脂材が沈み込んだ距離である。
　図８に示すように、レーザの走査回数が多くなるほど沈み込み量が大きくなった。そして、走査回数が同じである場合には、実施例１～３の接合構造体の沈み込み量は比較例の接合構造体に比べて大きかった。これは、第１樹脂材の溶着領域に突部を形成することにより、第２樹脂材が沈み込みやすくなったためである。したがって、実施例１～３では、比較例に比べて、沈み込み量が大きいことから、第１樹脂材と第２樹脂材との間にそりやひけなどに起因する隙間が部分的に形成されていたとしても、第２樹脂材の沈み込みによる隙間を吸収をより行いやすくすることができるので、封止性の向上を図ることができた。
　なお、走査回数が同じである場合において、実施例２の接合構造体の沈み込み量は実施例３の接合構造体に比べて大きく、実施例１の接合構造体の沈み込み量は実施例２の接合構造体に比べて大きかった。なお、この違いは突部の形状に起因するものである。このため、沈み込み量を向上させるという観点を考慮すると、実施例３の接合構造体に比べて実施例２の接合構造体の方が好ましく、実施例２の接合構造体に比べて実施例１の接合構造体の方が好ましい。
　次に、上記した各試料について溶着強度を計測し、その結果を図９に示した。なお、溶着強度は、図１０に示すように、筒状の第１樹脂材１０ｄの内側から第２樹脂材２０ｄを加圧して垂直方向への剥離試験を行い、その際の最大強度を採用した。
　図９に示すように、走査回数が４回以上である場合には、実施例１～３および比較例の接合構造体の溶着強度が近い値になった。特に、走査回数が１０回および２０回のときには、実施例１～３および比較例の接合構造体の溶着強度がより近い値になった。すなわち、レーザの走査回数を所定値（本実験例では４回）以上にすることにより、実施例１～３の接合構造体の溶着強度を、比較例の接合構造体と同水準に維持することができた。つまり、実施例１～３では、第１樹脂材に突部を設けることにより沈み込み量の向上を図りながら、第１樹脂材に突部が設けられていない比較例と同水準の溶着強度を確保できることが判明した。
　（他の実施形態）
　なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　たとえば、第１実施形態では、第１樹脂材１０が筒状に形成される例を示したが、これに限らず、第１樹脂材が板状に形成されていてもよい。
　また、第１実施形態では、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるように補正を行うとともに、レーザＬを複数回走査する例を示したが、これに限らず、第１樹脂材の突部と第２樹脂材との接触圧が均等になるように補正を行えば、レーザの走査回数が１回であってもよいし、レーザを複数回走査すれば、接触圧の補正を行わないようにしてもよい。
　また、第１実施形態では、透過率が低い第１樹脂材１０に突部１２を形成するとともに、透過率が高い第２樹脂材２０を平坦にする例を示したが、これに限らず、透過率が高い第２樹脂材に突部を形成するとともに、透過率が低い第１樹脂材を平坦にしてもよい。また、透過率が低い第１樹脂材と、透過率が高い第２樹脂材との両方に突部を形成するようにしてもよい。
　また、第１実施形態では、第１樹脂材１０の材料として着色材を混入したＡＢＳを示したが、これに限らず、第１樹脂材の材料は、レーザに対して吸収性を有していれば、その他の樹脂材に着色材を混入したものであってもよい。また、第１樹脂材に充填剤が添加されていてもよい。
　また、第１実施形態では、第２樹脂材２０の材料としてＰＭＭＡを示したが、これに限らず、第２樹脂材の材料は、レーザに対して透過性を有していれば、その他の樹脂材であってもよい。また、第２樹脂材に充填剤が添加されていてもよい。
　また、第１実施形態では、レーザＬの発振器が半導体レーザである例を示したが、これに限らず、レーザの発振器がＹＡＧレーザなどのその他のものであってもよい。
　また、第１実施形態では、突部１２の断面が台形状である例を示したが、これに限らず、突部の断面が三角形状であってもよいし、先端が円弧状であってもよい。さらに、突部の断面が長方形状であってもよい。
　また、第１実施形態では、第１樹脂材１０の向きを調整することにより、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるようにする例を示したが、これに限らず、図１１に示す変形例によるレーザ溶着方法のように、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧のばらつきを吸収する緩衝部材５１を介して圧力を印加することにより、その接触圧が均等になるようにしてもよい。具体的には、押さえガラス５０は、緩衝部材５１を介して支持板５２に取り付けられている。緩衝部材５１は、たとえばシリコンゴムであり、弾性変形可能に構成されている。支持板５２は、レーザＬを透過可能であり、所定の位置に固定されている。このため、図１１に示すように、支持板５２に対して第１樹脂材１０が傾いた状態で加圧された場合には、緩衝部材５１が伸縮することにより第１樹脂材１０および第２樹脂材２０の傾きに応じて押さえガラス５０が傾くようになっている。したがって、押さえガラス５０に対して第１樹脂材１０が垂直、すなわち押さえガラス５０と第２樹脂材２０とが平行になり、第１樹脂材１０の突部１２と第２樹脂材２０との接触圧が均等になるようにすることができる。このように構成すれば、第１樹脂材１０と第２樹脂材２０との接触圧を計測する工程と、計測結果に応じて接触圧を補正する工程とを省略しても、接触圧の均等化を図ることができる。
　また、第１実施形態では、突部１２が完全に溶融される例を示したが、これに限らず、突部が完全に溶融されずに基端側が残っていてもよい。
　また、第１実施形態では、光学ヘッド６０が移動することにより、レーザＬを走査する例を示したが、これに限らず、光学ヘッドが固定され、加圧状態の第１樹脂材および第２樹脂材が移動することにより、レーザを走査するようにしてもよい。
　なお、上記した第１実施形態の各変形例は第２および第３実施形態についても同様に適用可能である。
　また、第２実施形態では、２つの環状の突部１２ａがレーザＬの走査方向Ｓと直交する方向に隣接するように配置される例を示したが、これに限らず、３つ以上の環状の突部がレーザの走査方向と直交する方向に隣接するように配置されていてもよい。
　本発明は、レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法および接合構造体に利用可能である。
　１０、１０ａ、１０ｂ　第１樹脂材
　１２、１２ａ、１２ｂ　突部
　２０　　第２樹脂材
　５１　　緩衝部材
　１００　接合構造体
 

Claims (12)

  1. 　レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法であって、
    　前記第１樹脂材の溶着領域に形成された突部に対して前記第２樹脂材が接触するように、前記第１樹脂材と前記第２樹脂材とを重ね合わせる工程と、
    　前記第１樹脂材の突部と前記第２樹脂材との接触圧が均等になるように圧力を印加する工程と、
    　前記第２樹脂材側から前記第１樹脂材の溶着領域に向けてレーザを走査する工程とを備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
  2. 　請求項１に記載のレーザ溶着方法において、
    　前記レーザを走査する工程は、レーザの走査回数が複数回であることを特徴とするレーザ溶着方法。
  3. 　レーザに対して吸収性を有する第１樹脂材と、レーザに対して透過性を有する第２樹脂材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法であって、
    　前記第１樹脂材の溶着領域に形成された突部に対して前記第２樹脂材が接触するように、前記第１樹脂材と前記第２樹脂材とを重ね合わせる工程と、
    　前記第２樹脂材側から前記第１樹脂材の溶着領域に向けてレーザを複数回走査する工程とを備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
  4. 　請求項３に記載のレーザ溶着方法において、
    　前記第１樹脂材の突部と前記第２樹脂材との接触圧が均等になるように圧力を印加する工程を備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
  5. 　請求項１、２または４に記載のレーザ溶着方法において、
    　前記接触圧が均等になるように圧力を印加する工程は、
    　前記第１樹脂材の突部と前記第２樹脂材との接触圧を計測する工程と、
    　その計測結果に応じて、前記第１樹脂材の突部と前記第２樹脂材との接触圧を補正する工程とを含むことを特徴とするレーザ溶着方法。
  6. 　請求項１、２または４に記載のレーザ溶着方法において、
    　前記接触圧が均等になるように圧力を印加する工程は、
    　前記第１樹脂材の突部と前記第２樹脂材との接触圧のばらつきを吸収する緩衝部材を介して圧力を印加する工程であることを特徴とするレーザ溶着方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法において、
    　前記突部は、テーパ状に形成されていることを特徴とするレーザ溶着方法。
  8. 　請求項１～７のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法において、
    　前記突部は、環状に形成されるとともに、レーザの走査方向に沿って延びるように形成されていることを特徴とするレーザ溶着方法。
  9. 　請求項８に記載のレーザ溶着方法において、
    　前記突部は、レーザの走査方向と直交する方向に隣接するように複数設けられていることを特徴とするレーザ溶着方法。
  10. 　請求項１～７のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法において、
    　前記突部は、レーザの走査方向に沿って複数設けられていることを特徴とするレーザ溶着方法。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法において、
    　前記突部は、断面が台形状に形成されていることを特徴とするレーザ溶着方法。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法を用いて形成されることを特徴とする接合構造体。
     
     
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