JP2002283457A - 樹脂部品のレーザ溶着方法 - Google Patents
樹脂部品のレーザ溶着方法Info
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Abstract
いることなく、十分な接合強度を得る。 【解決手段】 レーザ光に対して透過性のある透過性樹
脂材1の接合端部10と、レーザ光に対して吸収性のあ
る吸収性樹脂材2の接合端部20との接合端面同士を対
向させる配置工程と、透過性樹脂材1側からのレーザ光
の照射により、透過性樹脂材1及び吸収性樹脂材2の接
合端面同士を加熱溶融させて溶着し、両者を一体的に接
合する照射工程とからなる。この照射工程で、接合端面
の周りのうち該接合端面の少なくとも一端側(中空体の
内部)を減圧雰囲気としながらレーザ光の照射を行うこ
とにより、吸収性樹脂材2の接合端面における溶融樹脂
を減圧雰囲気側に流動させて、接合端面間の隙間を該溶
融樹脂で埋める。
Description
ーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、レーザ光
に対して吸収性のある吸収性樹脂材とをレーザ溶着によ
り一体的に接合する樹脂部品のレーザ溶着方法に関し、
詳しくは溶着界面における隙間の存在によって生ずる接
合強度不足等の問題を解消しうる樹脂部品のレーザ溶着
方法に関する。
り、自動車部品等、各種分野の部品を樹脂化して樹脂成
形品とすることが頻繁に行われている。また、樹脂成形
品の高生産性化等の観点より、樹脂成形品を予め複数に
分割して成形し、これらの分割成形品を互いに接合する
手段が採られることが多い。
来よりレーザ溶着方法が利用されている。例えば、特開
昭60−214931号公報には、レーザ光に対して透
過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して吸収性
のある吸収性性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹
脂材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂
材と吸収性樹脂材との接合端面同士を加熱溶融させて両
者を一体的に接合するレーザ溶着方法が開示されてい
る。
を透過したレーザ光が吸収性樹脂材の接合端面に到達し
て吸収され、この接合端面に吸収されたレーザ光がエネ
ルギーとして蓄積される。その結果、吸収性樹脂材の接
合端面が加熱溶融されるとともに、この吸収性樹脂材の
接合端面からの熱伝達により透過性樹脂材の接合端面が
加熱溶融される。こうして透過性樹脂材及び吸収性樹脂
材の接合端面同士を加熱溶融させた後、冷却固化させれ
ば、両者を一体的に接合することができる。
は、吸収性樹脂材の接合端面からの熱伝達により透過性
樹脂材の接合端面を加熱溶融させることから、透過性樹
脂材の接合端面における溶融不足等による接合強度の低
下等を回避するためには、接合端面同士を隙間無く密着
させた状態でレーザ照射することが必要となる。
透過性樹脂材及び吸収性樹脂材の接合端面間にはほぼ不
可避的に隙間が存在する。かかる隙間の存在は、吸収性
樹脂材の接合端面から透過性樹脂材の接合端面への熱伝
達を不十分又は不可能なものとし、接合強度の低下や接
合不能等の問題を誘発する。
加圧治具を利用して、上記接合端面同士を予め密着させ
てから、レーザ照射する手法が従来より行われている。
具を利用する手法では、中空部品や複雑形状部品に容易
に対応することができないという問題がある。例えば、
2分割体よりなる三次元パイプをレーザ溶着する場合、
部品形状の曲面に合わせた治具によりあらゆる角度から
加圧しないと、接合端面間に均一な荷重が加わらないた
め、接合端面の全面を隙間レス化することが極めて困難
となる。
射することから、加圧治具により照射角度や照射位置が
制限されるという問題もある。
あり、接合端面間に隙間が存在しても、加圧治具を用い
ることなく、十分な接合強度を得ることのできる樹脂部
品のレーザ溶着方法を提供することを解決すべき技術課
題とするものである。
明の樹脂部品のレーザ溶着方法は、加熱源としてのレー
ザ光に対して透過性のある透過性樹脂材の接合端部と、
該レーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂材の接合端
部との接合端面同士を対向させる配置工程と、該透過性
樹脂材側からの該レーザ光の照射により、該透過性樹脂
材及び該吸収性樹脂材の接合端面同士を加熱溶融させて
溶着し、該透過性樹脂材と該吸収性樹脂材とを一体的に
接合する照射工程とからなる樹脂部品のレーザ溶着方法
において、上記照射工程で、上記接合端面の周りのうち
該接合端面の少なくとも一端側を減圧雰囲気としながら
上記レーザ光の照射を行うことを特徴とするものであ
る。
記接合端面の周りのうち該接合端面の一端側のみを減圧
雰囲気として、該一端側と該接合端面の他端側とで圧力
差を設けることができる。
び前記吸収性樹脂材は、各前記接合端面同士の接合によ
り中空体を構成するものであり、前記照射工程で、該中
空体の内部を減圧雰囲気とすることができる。
記吸収性樹脂材の前記接合端面の端部のうち減圧雰囲気
とされる側の端部に、前記レーザ光が照射されない非照
射部を設けることができる。
接合端部は、前記レーザ光の透過に伴う内部発熱により
軟化して減圧雰囲気側に変形しうるものであり、前記吸
収性樹脂材の接合端面には、該透過性樹脂材が変形する
方向に対面する受け面を設けることができる。この場
合、前記透過性樹脂材の接合端部は、該接合端部以外の
他の部分よりも薄肉化することが好ましい。
記吸収性樹脂材の前記接合端面のうちの一部に、該接合
端面の他の部分よりもレーザ光をより多く吸収しうるヒ
ートスポット部を設けることができる。
レーザ光透過率が他の部分よりも高くされた高透過部を
有し、前記ヒートスポット部は、該高透過部を介して前
記レーザ光が照射される高透過照射部とすることができ
る。
部は、前記透過性樹脂材を介さずに直接前記レーザ光が
照射される直接照射部とすることができる。
法は、加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透
過性樹脂材の接合端部と、該レーザ光に対して吸収性の
ある吸収性樹脂材の接合端部との接合端面同士を対向さ
せる配置工程と、該透過性樹脂材側からの該レーザ光の
照射により、該透過性樹脂材及び該吸収性樹脂材の接合
端面同士を加熱溶融させて溶着し、該透過性樹脂材と該
吸収性樹脂材とを一体的に接合する照射工程とからな
る。
部と吸収性樹脂材の接合端部との接合端面同士を対向さ
せる。このとき、成形ソリ等による全面的又は部分的な
若干の隙間(0.1〜0.3mm程度)を形成しつつ、
接合端面同士を全面的に対向させるか又は部分的に当接
させる。なお、隙間が存在しても加圧治具を用いること
なく十分な接合強度を達成することが、本発明の解決課
題であり、本発明本来の作用効果であるが、接合端面同
士の間に全面的又は部分的にあまりにも大きな隙間が存
在する場合は本発明によってもその隙間を埋めて十分な
接合強度を確保することが困難となることから、0.5
mm程度以上の大きな隙間が存在する場合は、必要に応
じて加圧治具を用いて該隙間を小さくしてもよい。
ら上記吸収性樹脂材の接合端面に向けてレーザ光を照射
する。透過性樹脂材側から照射されたレーザ光は該透過
性樹脂材の接合端部内を透過して吸収性樹脂材の接合端
面に到達し、吸収される。この吸収性樹脂材の接合端面
に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される結
果、吸収性樹脂材の接合端面が加熱溶融される。このと
き、接合端面の周りのうち該接合端面の少なくとも一端
側が減圧雰囲気とされていれば、吸収性樹脂材の接合端
面における溶融樹脂を減圧雰囲気側に流動させることが
できる。このため、たとえ透過性樹脂材の接合端面と吸
収性樹脂材の接合端面との間に部分的に隙間が存在して
いたとしても、流動する溶融樹脂により該隙間を埋める
ことができる。こうして溶融樹脂により隙間が埋められ
れば、吸収性樹脂材の接合端面から透過性樹脂材の接合
端面への熱伝達が該溶融樹脂を介して確実に行われるの
で、透過性樹脂材の接合端面も十分に加熱溶融させるこ
とが可能となる。したがって、隙間に起因する透過性樹
脂材の溶融不足又は未溶融による接合強度の低下等の問
題を解消することができる。よって、本発明のレーザ溶
着方法によれば、接合端面同士の間に隙間が存在してい
ても、別途加圧治具を設けることなく、十分な接合強度
を得ることが可能となる。また、接合端面間における隙
間がなくなることから、気密性や液密性も向上する。
端面同士が溶融されて接合されており、該接合端面同士
の間では両部材を構成する両樹脂が溶融して互いに入り
込み絡まった状態が形成されているため、強固な接合状
態を構成して高い接合強度及び耐圧強度を有している。
加圧治具を配置する必要がないことから、該加圧治具に
よりレーザ光の照射角度や照射位置が制限されることは
なく、レーザ光の照射角度等の自由度が増す。
塑性を有し、かつ、加熱源としてのレーザ光に対して所
定以上の透過率を有するものであれば特に限定されな
い。例えば、ナイロン6(PA6)やナイロン66(P
A66)等のポリアミド(PA)、ポリエチレン(P
E)、ポリプロピレン(PP)、スチレン−アクリロニ
トリル共重合体、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリスチレン、ABS、アクリル(PMME)、
ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレー
ト(PBT)等を挙げることができる。なお、必要に応
じて、ガラス繊維、カーボン繊維等の補強繊維や着色材
を添加したものを用いてもよい。ただし、後述するよう
に、透過性樹脂材は、接合端部における肉厚(レーザ光
の透過距離)や加熱源として用いるレーザ光の波長等に
応じて、透過性樹脂材の接合端部がレーザ光の透過に伴
う内部発熱により軟化して減圧雰囲気側に変形しうる程
度のレーザ光吸収特性を有する材料により構成すること
が好ましい。
し、加熱源としてのレーザ光に対して所定以上の吸収率
を有するものであれば特に限定されない。例えば、ナイ
ロン6(PA6)やナイロン66(PA66)等のポリ
アミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレ
ン(PP)やスチレン−アクリロニトリル共重合体、ポ
リエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン、
ABS、アクリル(PMME)、ポリカーボネート(P
C)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等に、カ
ーボンブラック、染料や顔料等の所定の着色材を混入し
たものを挙げることができる。なお、必要に応じて、ガ
ラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを
用いてもよい。
との組合せについては、互いに相溶性のあるもの同士の
組合せとされる。かかる組合せとしては、ナイロン6同
士やナイロン66同士等、同種の樹脂同士の組合せの
他、ナイロン6とナイロン66との組合せ、PETとP
Cとの組合せやPCとPBTとの組合せ等を挙げること
ができる。
しては、レーザ光を透過させる透過性樹脂材の吸収スペ
クトルや肉厚(レーザ光の透過距離)等との関係で、透
過性樹脂材内での透過率が所定値以上となるような波長
を有するものが適宜選定される。例えば、YAG:Nd
3+レーザ(レーザ光の波長:1060nm)や半導体
レーザ(レーザ光の波長:500〜1000nm)を用
いることができる。
(移動速度)等の照射条件は、樹脂の種類等に応じて適
宜設定可能である。
形状や両樹脂材の接合形態としては特に限定されるもの
ではなく、板材や棒材等よりなる透過性樹脂材の接合端
部及び吸収性樹脂材の接合端部の接合端面同士を突き合
わせ接合するものや、所定形状の分割体よりなる透過性
樹脂材の接合端部及び吸収性樹脂材の接合端部の接合端
面同士の接合により一体的となって箱状体や管状体等の
中空体を構成するものでもよい。
び吸収性樹脂材の接合端面の周りを減圧雰囲気とする位
置や範囲は、接合端面の周りのうち該接合端面の少なく
とも一端側を減圧雰囲気とするものであれば特に限定さ
れるものでなく、透過性樹脂材及び吸収性樹脂材の形状
や両樹脂材の接合形態等に応じて適宜設定することがで
きる。
性樹脂材及び吸収性樹脂材を配置した状態でレーザ光の
照射を行うことにより、上記接合端面の周り全体を減圧
雰囲気としてもよい。この場合、吸収性樹脂材の接合端
面で加熱溶融された溶融樹脂は、接合端面の全周縁端部
に向かって流動する。
により確実に隙間を埋める観点からは、接合端面の周り
のうち該接合端面の一端側のみを減圧雰囲気として、該
一端側と接合端面の他端側とで圧力差を設けることが好
ましい。こうすることで、接合端面においては、接合端
面の他端側から一端側(減圧雰囲気側)へという一方向
のみの溶融樹脂の流動が起こり、接合端面全体における
隙間をより均一に溶融樹脂で埋めることができる。
の接合端部及び吸収性樹脂材の接合端部の接合端面同士
を突き合わせ接合する場合は、板材等の一表面側のみを
吸引装置等により減圧雰囲気としたり、透過性樹脂材の
接合端部及び吸収性樹脂材の接合端部の接合端面同士の
接合により一体的に中空体を構成する場合は、中空体の
内部のみを吸引装置等により減圧雰囲気とすることがで
きる。なお、中空体の内部を減圧雰囲気とした場合は、
その吸引作用により、透過性樹脂材と吸収性樹脂材との
接合端面同士の密着性が向上することから、溶着強度を
効果的に向上させることができる。
一端側のみを減圧雰囲気として、該一端側と該接合端面
の他端側とで圧力差を設けた場合は、透過性樹脂材の接
合端部は、レーザ光の透過に伴う内部発熱により軟化し
て減圧雰囲気側に変形しうるものとし、かつ、吸収性樹
脂材の接合端面には、該透過性樹脂材の該接合端部が変
形する方向に対面する受け面を設けることが好ましい。
こうすることで、レーザ照射時に内部発熱により軟化し
た透過性樹脂材の接合端部を減圧雰囲気側(減圧吸引
側)に変形させて、変形した該接合端部とこの変形方向
に対面する受け面との間に存する隙間を小さくすること
ができる。このため、接合端面間の隙間をより確実に溶
融樹脂で埋めることが可能となる。また、上記透過性樹
脂材の接合端部の変形量が大きい場合は、変形した接合
端部を上記受け面で受け止めて支持することもできる。
このように変形した接合端部が受け面で受け止められて
支持されれば、両者間の密着性が向上し、溶着強度を向
上させる上で有利となる。
の透過に伴う内部発熱により軟化して減圧雰囲気側に変
形しうるものとするには、例えば、該透過性樹脂材を構
成する材料自体がもつレーザ光吸収特性や該接合端部の
肉厚(レーザ光の透過距離)等を適宜設定すればよい。
また、この透過性樹脂材の接合端部は、レーザ溶着に必
要なエネルギーを吸収性樹脂材の接合端面に到達させう
る程度のレーザ光に対する透過性を有していなければな
らないことは勿論である。
力差を設けるとともに、透過性樹脂材の接合端部をレー
ザ光の透過に伴う内部発熱により軟化して減圧雰囲気側
に変形しうるものとし、かつ、吸収性樹脂材の接合端面
に上記受け面を設けた場合は、該透過性樹脂材の接合端
部を、該接合端部以外の他の部分よりも薄肉化すること
が好ましい。接合端部が薄肉化されることにより、該接
合端部がより変形し易くなることから、上記受け面と該
接合端部との間の隙間を小さくしたり、あるいは両者を
当接させて両者間の密着性を向上させたりする上で有利
となる。また、接合端部が局部的に薄肉化されることに
より、該接合端部以外の本体部分において必要とされる
剛性を維持しつつ、上記したような効果を発揮させるこ
とができる。さらに、接合端部を薄肉化することによ
り、該接合端部を透過するレーザ光の透過距離が短くな
ることから、該接合端部におけるレーザ光透過率が増大
し、より多くのレーザ光エネルギーを吸収性樹脂材の接
合端面に到達させることができる。このため、レーザ光
の出力や照射密度等を向上させることなく、吸収性樹脂
材の接合端面における溶融樹脂量を増大させることがで
きる。したがって、上記隙間を溶融樹脂で埋める上で有
利になるとともに、コスト面でも有利となる。
記受け面としては、減圧雰囲気側(減圧吸引側)とは反
対側を向き、吸収性樹脂材の接合端部の先端側に向かう
に連れて徐々に該減圧雰囲気側に近づくように傾斜する
傾斜面とすることができる。この場合は、透過性樹脂材
の接合端面にも、吸収性樹脂材の該傾斜面と整合して当
接しうる傾斜面を設けることができる。
の接合端面の端部のうち減圧雰囲気とされる側の端部
に、レーザ光が照射されない非照射部(流れ止め部)を
設けることが好ましい。吸収性樹脂材の接合端面に設け
られたレーザ光が照射されない非照射部は、レーザ光が
照射される接合端面の他の部分と比較して、温度が低く
なる。このため、減圧雰囲気とされる側の端部に非照射
部を設けることにより、減圧吸引方向に流れてきた溶融
樹脂は、表面張力の作用と冷却により、該非照射部で流
れが止まる。したがって、減圧吸引に基づくバリの発生
を防止することができる。
体を減圧雰囲気とする場合は、吸収性樹脂材の接合端面
の全周縁端部に上記非照射部を設けることができる。
の接合端面のうちの一部に、該接合端面の他の部分より
もレーザ光をより多く吸収しうるヒートスポット部を設
けることが好ましい。吸収性樹脂材の接合端面に設けら
れたヒートスポット部は、レーザ光をより多く吸収する
ことから、ヒートスポット部以外の接合端面の他の部分
と比較して、温度が高くなり、より多くの溶融樹脂を生
ずる。このため、該ヒートスポット部は溶融樹脂の供給
源となり、接合端面間の隙間を溶融樹脂で埋めるのに有
利となる。したがって、接合端面間により大きな隙間が
存在する場合であっても、該隙間を溶融樹脂で確実に埋
めて、接合強度を向上させることが可能となる。
効に発揮させるためには、吸収性樹脂材の接合端面の端
部のうち減圧雰囲気とされる側と反対側の端部に、上記
ヒートスポット部を設けることが好ましい。こうするこ
とで、ヒートスポット部で発生した溶融樹脂の全てを、
接合端面間の隙間を埋めるために利用することが可能と
なり、該隙間を溶融樹脂で埋めるのにより有利となる。
接合端部においてレーザ光透過率が他の部分よりも高く
された高透過部を設け、この高透過部を介してレーザ光
が照射される高透過照射部により形成することもでき
る。このような高透過部は、レーザ光の透過距離を他の
部分と比較して短くすることにより形成することができ
る。例えば、透過性樹脂材の接合端部に、減圧吸引側の
基端側に段部を残しつつ減圧吸引側が斜めに切り欠かれ
るとともにその先端部が切り落とされた第1凸状部を設
ける一方、吸収性樹脂材の接合端部に、減圧吸引側と反
対側の基端側に段部を残しつつ減圧吸引側と反対側が斜
めに切り欠かれるとともにその先端部が切り落とされた
第2凸状部を設けることにより、該第1凸状部の先端部
を高透過部とするとともに、該該1凸状部の該先端部と
整合して当接可能な第2凸状部の基端側の段部を高透過
照射部とすることができる。このように形成された高透
過部としての第1凸状部の先端部は、第1凸状部の他の
部分よりもレーザ光の透過距離が短くなるため、レーザ
光透過率が他の部分よりも高くなる。したがって、この
高透過部を透過して吸収性樹脂材の接合端面に到達する
レーザ光は、第1凸状部の他の部分を透過して吸収性樹
脂材の接合端面に到達するレーザ光よりもエネルギーが
大きくなり、該高透過部を透過したレーザ光が照射され
る高透過照射部は他の部分よりも温度が上昇して溶融樹
脂の供給源となりうる。
脂材を介さずに直接レーザ光が照射される直接照射部に
より形成することができる。例えば、透過性樹脂材の接
合端部に嵌合凸部を設けるとともに、吸収性樹脂の接合
端部に該嵌合凸部と嵌合可能な嵌合凹部を設け、かつ、
該嵌合凹部の側壁部(減圧雰囲気側と反対側の側壁部)
の内面と該内面と対向する嵌合凸部の外側面との間に間
隙を設けることにより、該側壁部の内面を直接照射部と
することができる。このように形成された該側壁部の内
面とこれに対向する嵌合凸部の外側面との楔形状の間隙
を介して、該側壁部の内面にレーザ光を直接照射するこ
とができる。
しつつ具体的に説明する。
は、請求項1、2、3、4、5又は6に記載の発明を具
現化したもので、注入口を有する樹脂製タンクの製造に
本発明を適用したものである。
いて、上側の第1分割体としての透過性樹脂材1と下側
の第2分割体としての吸収性樹脂材2とから構成された
中空体であり、透過性樹脂材1の接合端部10及び吸収
性樹脂材2の接合端部20同士がレーザ溶着により一体
的に接合されている。なお、透過性樹脂材1には注入口
1aが設けられている。
ネルギーを吸収性樹脂材2の接合端面に到達させうる程
度のレーザ光に対する透過性を有するとともに、該レー
ザ光の透過に伴う内部発熱により軟化して減圧雰囲気側
に変形しうる程度のレーザ光に対する吸収性を有するも
のである。具体的には、本実施例ではPA66に補強材
であるガラスファイバーを30wt%、補助剤(着色
材)であるカーボンブラックを適宜量添加してなる強化
プラスチックを用いた。なお、この透過性樹脂材1の接
合端部10におけるレーザ光透過率は10〜70%程度
である。
レーザ光に対して吸収性のあるものである。具体的に
は、本実施例では、PA66に補強材であるガラスファ
イバーを30wt%、補助剤(着色材)であるカーボン
ブラックを適宜量添加してなる強化プラスチックを用い
た。
Nd3+レーザ(波長:1060nm)である。また、
透過性樹脂材1及び吸収性樹脂材2は、いずれもPA6
6を母材樹脂とするもので、互いに相溶性のあるもので
ある。
示すように、中空体の内側(図2の右側、以下同様)の
基端側(図2の上側)に段部を残しつつ中空体の内側及
び中空体の外側(図2の左側、以下同様)がテーパ状に
切り欠かれるととものその先端部が切り落とされ、先端
側(図2の下側)へ漸次縮小して突出する形状に形成さ
れた嵌合凸部11により構成されている。この嵌合凸部
11は、第1先端面11aと、中空体の内側及び外側の
各テーパ外面11b及び11cと、中空体の内側のテー
パ外面11bの基端に交差する内側の内側段状面11d
とを有している。なお、中空体の内側のテーパ外面11
bは、外側のテーパ外面11cよりも傾斜角度が急で、
かつ、長さが長くされている。なおこの嵌合凸部11
は、各テーパ外面11b、11c及び内側段状面11d
を設けるべく中空体の内側及び外側が切り落とされてい
る分だけ、透過性樹脂材1の他の部分よりも薄肉化され
ている。
は、先端側(図2の上側)へ漸次拡開して突出する形状
に形成され、上記嵌合凸部11と嵌合可能な嵌合凹部2
1が設けられている。この嵌合凹部21は、上記第1先
端面11aと互いに整合する底面21aと、各上記テー
パ外面11b及び11cとそれぞれ互いに整合する中空
体の内側及び外側の各テーパ内面21b及び21cと、
中空体の内側のテーパ内面21bの先端に交差し、上記
内側段状面11dと互いに整合する中空体の内側の第2
先端面21dとを有している。
a、各テーパ外面11b、11c及び内側段状面11d
の全体により透過性樹脂材1の接合端面が構成され、上
記嵌合凹部21の底面21a、各テーパ内面21b、2
1c及び第2先端面21dの全体により吸収性樹脂材2
の接合端面が構成される。また、上記嵌合凹部21の中
空体の内側のテーパ内面21bが、減圧雰囲気側(中空
体の内側)とは反対側を向き、吸収性樹脂材2の接合端
部20の先端側に向かうに連れて徐々に該減圧雰囲気側
に近づくように傾斜する傾斜面とされ、後述する照射工
程では、このテーパ内面21bが、上記透過性樹脂材1
の嵌合凸部11の変形する方向に対面する受け面として
機能する。さらに、後述する照射工程では、嵌合凹部2
1の第2先端面21dが、吸収性樹脂材2の接合端面の
端部のうち減圧雰囲気側の端部に設けられ、レーザ光が
照射されない非照射部として機能する。
び吸収性樹脂材2の嵌合凹部21同士が嵌合されるとと
もに、第1先端面11a及び底面21a同士と、内側の
テーパ外面11b及びテーパ内面21b同士と、外側の
テーパ外面11c及びテーパ外面21c同士とが、それ
ぞれレーザ溶着により一体的に接合されている。
は、以下のようにして製造した。
収性樹脂材2を射出成形によりそれぞれ所定形状に形成
した。そして、透過性樹脂材1の接合端部10の接合端
面と、吸収性樹脂材2の接合端部20の接合端面とを互
いに対向させるとともに、透過性樹脂材1の嵌合凸部1
1と吸収性樹脂材2の嵌合凹部21とを嵌合した(図2
の状態)。
材1及び吸収性樹脂材2の成形ソリ等により、透過性樹
脂材1の接合端面と吸収性樹脂材2の接合端面との間に
は、全面的に若干の隙間(0.3mm程度)Sが形成さ
れている。
1の注入口1aにホース3を介して真空ポンプ4を接続
した。 (照射工程)上記真空ポンプ4を作動させて、中空体の
内部を減圧雰囲気(真空状態)とした状態で、レーザト
ーチ5を用いて、吸収性樹脂材2の嵌合凹部21の底面
21a、各テーパ内面21b及び21cに向けて、透過
性樹脂材1側で中空体の外側からレーザ光6を照射した
(図3参照)。このとき、非照射部としての嵌合凹部2
1の第2先端面21dにはレーザ光6が照射されないよ
うにした。
ムレーザ光(波長1060nm)を用いた。照射条件
は、出力:200〜400W、加工速度:5m/min
とした。
面(底面21a及び各テーパ内面21b、21c)にお
ける反射の繰り返しを利用しつつ、嵌合凹部21の内面
全体、すなわち底面21a及び各テーパ内面21b、2
1cの全体にレーザ光6を照射して、嵌合凸部11の第
1先端面11a、各テーパ外面11b、11cと、嵌合
凹部21の底面21a、各テーパ内面21b、21cと
を加熱溶融して溶着し、一体的に接合した。
ンプ4により減圧雰囲気とされているので、レーザ光6
が照射されて加熱溶融された吸収性樹脂材2の底面21
a、各テーパ内面21b及び21cにおける溶融樹脂を
減圧雰囲気側に流動させることができる。このため、透
過性樹脂材1の接合端面と吸収性樹脂材2の接合端面と
の間に隙間Sが存在していても、流動する溶融樹脂によ
り該隙間Sを埋めることができる。
空体の外側及び内側)のうち該接合端面の一端側のみ
(中空体の内側のみ)を減圧雰囲気として、該一端側
(中空体の内側)と接合端面の他端側(中空体の外側)
とで圧力差を設けていることから、接合端面の他端側か
ら一端側へという一方向のみの溶融樹脂の流動が起こ
り、接合端面全体における隙間Sを均一に溶融樹脂で埋
めることができる。
れば、吸収性樹脂材2の底面21a、各テーパ内面21
b及び21cから透過性樹脂材1の第1先端面11a、
各テーパ外面11b及び11cへの熱伝達が該溶融樹脂
を介して確実に行われるので、透過性樹脂材1も十分に
加熱溶融させることが可能となる。したがって、隙間S
に起因する透過性樹脂材1の溶融不足又は未溶融による
接合強度の低下等の問題を解消することができる。よっ
て、本実施例のレーザ溶着方法によれば、接合端面同士
の間に隙間Sが存在していても、別途加圧治具を設ける
ことなく、十分な接合強度を得ることが可能となる。ま
た、接合端面間における隙間Sがなくなることから、気
密性や液密性も向上する。特に本実施例では、中空体の
内部を減圧吸引していることから、この吸引作用によ
り、透過性樹脂材1の接合端面と吸収性樹脂材2の接合
端面との密着性を向上させることができる。
端面同士が溶融されて接合されており、該接合端面同士
の間では両部材を構成する両樹脂が溶融して互いに入り
込み絡まった状態が形成されているため、強固な接合状
態を構成して高い接合強度及び耐圧強度を有している。
合凹部21同士のレーザ溶着による接合に加えて、嵌合
凸部11と嵌合凹部21との嵌合、及び透過性樹脂材1
の内側段状面11dと吸収性樹脂材2の第2先端面21
dとの係合により構造的にも強固な接合部となっている
ので、より高い接合強度及び耐圧強度を有するととも
に、減圧吸引に伴うソリ等の変形を抑える上でも有利と
なる。
別途加圧治具を配置する必要がないことから、該加圧治
具によりレーザ光6の照射角度や照射位置が制限される
ことはなく、レーザ光6の照射角度等の自由度が増す。
の接合端部10は、レーザ光6の透過に伴う軟化により
減圧吸引側に変形しうるものであり、かつ、吸収性樹脂
材2の接合端面には、接合端部10の変形方向に対面す
る受け面としての内側のテーパ内面21bが設けられて
いる。このため、照射工程では、透過性樹脂材1のレー
ザ光6が透過した部分、すなわち嵌合凸部11の全体と
その上側の部分が内部発熱により軟化して、減圧吸引に
より中空体の内側に変形し、上記受け面としての嵌合凹
部21のテーパ内面21bに近づく。特に、本実施例に
おける嵌合凸部11は、他の部分よりも薄肉化された分
だけ変形し易くなっている。これにより、嵌合凸部11
の内側のテーパ外面11bと嵌合凹部21の内側のテー
パ内面21bとの間における隙間Sが小さくなる。この
ため、接合端面間の隙間Sをより確実に溶融樹脂で埋め
ることが可能となる。
ていることから、透過性樹脂材1の嵌合凸部11以外の
本体部分において必要とされる剛性を維持しつつ、上記
したような効果を発揮させることができる。さらに、嵌
合凸部11は薄肉化されている分だけレーザ光6の透過
距離が短くなっており、該嵌合凸部11におけるレーザ
光透過率が増大し、より多くのレーザ光エネルギーを吸
収性樹脂材2の接合端面に到達させることができる。こ
のため、レーザ光6の出力や照射密度等を向上させるこ
となく、吸収性樹脂材2の接合端面における溶融樹脂量
を増大させることができる。したがって、上記隙間Sを
溶融樹脂で埋める上で有利になるとともに、コスト面で
も有利となる。
いて、吸収性樹脂材2の接合端面の端部のうち減圧雰囲
気とされる側の端部に、レーザ光6が照射されない非照
射部としての第2先端面21dが設けられる。このた
め、非照射部における表面張力の作用と冷却により、減
圧吸引方向に流れてきた溶融樹脂を該非照射部で留める
ことができる。したがって、減圧吸引に基づく内部バリ
の発生を防止することが可能となる。
は、請求項1、2、3、4、5、6、7又は8に記載の
発明を具現化したもので、前記実施例1において、透過
性樹脂材1の接合端部10及び吸収性樹脂材2の接合端
部20の形状や接合形態を変更したものである。
端部10は、中空体の内側(図4の右側、以下同様)及
び中空体の外側(図4の左側、以下同様)の基端側(図
4の上側)にそれぞれ段部を残しつつ中空体の内側がテ
ーパ状に切り欠かれるととものその先端部が切り落とさ
れ、先端側(図4の下側)へ漸次縮小して突出する形状
に形成された第1凸状部12により構成されている。す
なわち、この第1凸状部12は、他の部分と比べて薄肉
とされてレーザ光6の透過距離が短くされている。この
第1凸状部12は、第1先端面12aと、中空体の内側
を向く第1テーパ面12bと、内側に設けられ第1テー
パ面12bの基端に交差する内側段状面12cと、外側
に設けられた第1外側段状面12dとを有している。
中空体の外側の基端側(図4の下側)に段部を残しつつ
中空体の外側がテーパ状に切り欠かれるととものその先
端部が切り落とされ、先端側(図4の上側)へ漸次縮小
して突出する形状に形成された第2凸状部22により構
成されている。この第2凸状部22は、上記第1先端面
12aと互いに整合する第2外側段状面22aと、中空
体の外側を向き上記第1テーパ面12bと互いに整合す
る第2テーパ面22bと、第2テーパ面22bの先端に
交差し、上記内側段状面12cと互いに整合する第2先
端面22cとを有している。
2a、第1テーパ面12b及び内側段状面12cの全体
により透過性樹脂材1の接合端面が構成され、上記第2
凸状部22の第2外側段状面22a、第2テーパ面22
b及び第2先端面22cの全体により吸収性樹脂材2の
接合端面が構成される。また、照射工程では、第2テー
パ面22bが上記透過性樹脂材1の第1凸状部12の変
形する方向に対面する受け面として機能し、また第2凸
状部22の第2先端面22cが非照射部として機能す
る。
及び吸収性樹脂材2の第2凸状部22同士が係合される
とともに、第1先端面12a及び第2外側段状面22a
同士と、第1テーパ面12b及び第2テーパ面22b同
士とが、それぞれレーザ溶着により一体的に接合されて
いる。
る。
部12は、第1外側段状面12dが設けられて切り欠か
れている分だけ積極的に薄肉化されている。このため、
この第1凸状部12は、軟化程度がより小さい場合であ
っても、減圧雰囲気側への変形が可能となる。
1凸状部12が先端に向かうに連れて徐々に肉厚が薄く
されており、第1凸状部12の先端部は、基端部と比べ
てレーザ光6の透過距離が短くなっている。このため、
照射工程では、この第1凸状部12の先端部12eは、
レーザ光透過率が他の部分よりも高くされた高透過部と
して機能し、またこの高透過部としての該先端部12e
の部分を透過したレーザ光が到達する上記第2凸状部2
2の第2外側段状面22aがヒートスポット部としての
高透過照射部として機能する。
する第2凸状部22の第2外側段状面22aは、レーザ
光6をより多く吸収することから、ヒートスポット部以
外の接合端面の他の部分と比較して、温度が高くなり、
より多くの溶融樹脂を生ずる。このため、該ヒートスポ
ット部としての第2外側段状面22aは溶融樹脂の供給
源となり、接合端面間の隙間Sを溶融樹脂で埋めるのに
有利となる。特に本実施例では、吸収性樹脂材2の接合
端面の端部のうち減圧雰囲気とされる側(中空体の内
側)と反対側(中空体の外側)の端部に、ヒートスポッ
ト部としての第2外側段状面22aが設けられているこ
とから、ヒートスポット部で発生した溶融樹脂の全て
を、接合端面間の隙間Sを埋めるために利用することが
可能となる。したがって、接合端面間により大きな隙間
Sが存在する場合であっても、該隙間Sを溶融樹脂で確
実に埋めて、接合強度を向上させることが可能となる。
である。
項1、2、3、4、5、6、7又は9に記載の発明を具
現化したもので、前記実施例1において、吸収性樹脂材
2の接合端部20を構成する嵌合凹部21の形状を若干
変更したものである。
外側テーパ内面21eが、より外側に広く開いており、
この外側テーパ内面21eと、嵌合凸部11の外側テー
パ外面11cとの間に楔形状の間隙が形成されている。
このため、照射工程では、この楔状の間隙からレーザ光
6が直接外側テーパ内面21eに照射される。したがっ
て、この外側テーパ内面21eは、透過性樹脂材1の嵌
合凸部11を透過することなく、直接レーザ光6が照射
される直接照射部として機能する。
る。
嵌合凹部21の外側テーパ内面21eは、レーザ光6を
より多く吸収することから、ヒートスポット部以外の接
合端面の他の部分と比較して温度が高くなり、溶融樹脂
の供給源となる。また、前記実施例2と同様、吸収性樹
脂材2の接合端面の端部のうち減圧雰囲気とされる側
(中空体の内側)と反対側(中空体の外側)の端部に、
ヒートスポット部としての外側テーパ内面21eが設け
られていることから、ヒートスポット部で発生した溶融
樹脂の全てを、接合端面間の隙間Sを埋めるために利用
することが可能となる。したがって、接合端面間により
大きな隙間Sが存在する場合であっても、該隙間Sを溶
融樹脂で確実に埋めて、接合強度を向上させることが可
能となる。
である。
のレーザ溶着方法では、照射工程で、接合端面の周りの
うち該接合端面の少なくとも一端側を減圧雰囲気としな
がらレーザ光の照射を行うことから、吸収性樹脂材の接
合端面における溶融樹脂を減圧雰囲気側に流動させて、
該溶融樹脂により接合端面間の隙間を埋めることができ
る。したがって、接合端面間の隙間に起因する透過性樹
脂材の溶融不足又は未溶融による接合強度の低下等の問
題を解消することができ、別途加圧治具を設けることな
く、十分な接合強度を得ることが可能となる。
着方法を説明する断面図である。
合端部と吸収性樹脂材の接合端部との接合端面同士を対
向させる配置工程を説明する要部断面図である。
より、透過性樹脂材の接合端部と吸収性樹脂材の接合端
部との接合端面同士を加熱溶融させて溶着する照射工程
を説明する要部断面図である。
合端部と吸収性樹脂材の接合端部との接合端面同士を対
向させる配置工程を説明する要部断面図である。
より、透過性樹脂材の接合端部と吸収性樹脂材の接合端
部との接合端面同士を加熱溶融させて溶着する照射工程
を説明する要部断面図である。
より、透過性樹脂材の接合端部と吸収性樹脂材の接合端
部との接合端面同士を加熱溶融させて溶着する照射工程
を説明する要部断面図である。
端部 11…嵌合凸部 21…嵌合凹部 11a、11b、11c、11d…接合端面(11a…
第1先端面、11b…内側テーパ外面、11c…外側テ
ーパ外面、11d…内側段状面) 21a、21b、21c、21d、21e…接合端面
(21a…底面、21b…内側テーパ内面(受け面)、
21c…外側テーパ内面、21d…第2先端面(非照射
部)、21e…外側テーパ内面(ヒートスポット部とし
ての直接照射部)) 12…第1凸状部 22…第2凸状部 12a、12b、12c…接合端面(12a…第1先端
面、12b…第1テーパ面、12c…内側段状面) 22a、22b、22c…接合端面(22a…第2外側
段状面(ヒートスポット部としての高透過照射部)、2
2b…第2テーパ面(受け面)、22c…第2先端面
(非照射部)) 12e…高透過部 S…隙間 M…溶融樹脂
Claims (9)
- 【請求項1】 加熱源としてのレーザ光に対して透過性
のある透過性樹脂材の接合端部と、該レーザ光に対して
吸収性のある吸収性樹脂材の接合端部との接合端面同士
を対向させる配置工程と、該透過性樹脂材側からの該レ
ーザ光の照射により、該透過性樹脂材及び該吸収性樹脂
材の接合端面同士を加熱溶融させて溶着し、該透過性樹
脂材と該吸収性樹脂材とを一体的に接合する照射工程と
からなる樹脂部品のレーザ溶着方法において、 上記照射工程で、上記接合端面の周りのうち該接合端面
の少なくとも一端側を減圧雰囲気としながら上記レーザ
光の照射を行うことを特徴とする樹脂部品のレーザ溶着
方法。 - 【請求項2】 前記照射工程で、前記接合端面の周りの
うち該接合端面の一端側のみを減圧雰囲気として、該一
端側と該接合端面の他端側とで圧力差を設けることを特
徴とする請求項1記載の樹脂部品のレーザ溶着方法。 - 【請求項3】 前記透過性樹脂材及び前記吸収性樹脂材
は、各前記接合端面同士の接合により中空体を構成する
ものであり、前記照射工程で、該中空体の内部を減圧雰
囲気とすることを特徴とする請求項2記載の樹脂部品の
レーザ溶着方法。 - 【請求項4】 前記照射工程で、前記吸収性樹脂材の前
記接合端面の端部のうち減圧雰囲気とされる側の端部
に、前記レーザ光が照射されない非照射部を設けること
を特徴とする請求項1、2又は3記載の樹脂部品のレー
ザ溶着方法。 - 【請求項5】 前記透過性樹脂材の接合端部は、前記レ
ーザ光の透過に伴う内部発熱により軟化して減圧雰囲気
側に変形しうるものであり、前記吸収性樹脂材の接合端
面には、該接合端部の変形する方向に対面する受け面が
設けられていることを特徴とする請求項2、3又は4記
載の樹脂部品のレーザ溶着方法。 - 【請求項6】 前記透過性樹脂材の接合端部は、該接合
端部以外の他の部分よりも薄肉化されていることを特徴
とする請求項5記載の樹脂部品のレーザ溶着方法。 - 【請求項7】 前記照射工程で、前記吸収性樹脂材の前
記接合端面のうちの一部に、該接合端面の他の部分より
もレーザ光をより多く吸収しうるヒートスポット部を設
けることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6
記載の樹脂部品のレーザ溶着方法。 - 【請求項8】 前記透過性樹脂材はレーザ光透過率が他
の部分よりも高くされた高透過部を有し、前記ヒートス
ポット部は、該高透過部を介して前記レーザ光が照射さ
れる高透過照射部であることを特徴とする請求項7記載
の樹脂部品のレーザ溶着方法。 - 【請求項9】 前記ヒートスポット部は、前記透過性樹
脂材を介さずに直接前記レーザ光が照射される直接照射
部であることを特徴とする請求項7記載の樹脂部品のレ
ーザ溶着方法。
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