JP2004223935A - 樹脂部品のレーザ溶着方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ透過性樹脂部品と、レーザ非透過性樹脂部品を上下にサンドイッチ状に積層し、その材質の異なる樹脂部品間の接合面部分の側方位置にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより前記接合面の端部に向けてレーザ光を照射する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、樹脂部品を積層するとともにその樹脂部品の接合面部分にレーザ光を照射して樹脂部品を溶着接合する樹脂部品のレーザ溶着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、軽量化及び低コスト化などの観点から、自動車部品など、各種分野の部品を樹脂化して樹脂成形品で構成するようになってきている。またその樹脂成形品は、生産性の観点からかかる樹脂成形品を予め複数の成形品に分割して成形し、これら成形品を互いに溶着接合する方法が採用されている。
【0003】
かかる成形品の接合方法としては、図5に示すようにレーザ透過性の第1樹脂部品1に対してレーザ非透過性の第2樹脂部品2を用意し、その各樹脂部品1、2を積層するとともに、レーザ透過性の第1樹脂部品1側上方にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッド3を配置し、このレーザ照射ヘッド3から第1樹脂部品1めがけてレーザ光を照射し、その第1樹脂部品1を透過しかつその接合面5部分に到達したレーザ光にてその接合面5部分の樹脂を溶かして両者を溶着するようにしている。
【0004】
特開2002−292741号公報には、上記した従来方法と同様の接合方法が開示されている。すなわち、レーザ透過性材料のレンズならびにレーザ非透過性材料のランプボディの嵌合凸部と嵌合凹部を嵌めて一体化するに際し、そのレーザ透過性材料のレンズ側に配置されたレーザ照射ヘッドからレーザ非透過性材料のランプボディに向けてレーザ光を照射し、その接合面部分を溶着接合する接合方法が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平2002−292741号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の溶着方法において、両樹脂部品1、2の接合面5部分にレーザ照射ヘッド3からのレーザ光を照射するためには、両樹脂部品1、2の少なくとも一方がレーザ透過性の樹脂部品1であることが必須であり、このような理由から、かかる従来の溶着方法では、接合される樹脂部品としてレーザ透過性樹脂部品とレーザ非透過性樹脂部品の組合せのみに適応できるが、レーザ透過性樹脂部品同士あるいはレーザ非透過樹脂部品同士といった同材質の樹脂部品の溶着接合には適応できないという問題があった。
【0007】
またレーザ照射ヘッド3をレーザ透過性の第1樹脂部品1側にその接合面5と対向して配置しているため、樹脂部品1の形状によっては照射ヘッド3と樹脂部品とが干渉したり、またその干渉回避のためレーザ照射ヘッド3の取付けに制約を受けたり、さらにはレーザ光が樹脂部品に遮られてレーザ光を最適角度で照射できなくなるなどの問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために発明されたもので、請求項1に記載の発明は、レーザ透過性樹脂部品と、レーザ非透過性樹脂部品の一方を中心に配置しかつ他方の樹脂部品をその上下にサンドイッチ状に積層し、その材質の異なる樹脂部品間の接合面部分に対してレーザ光線が照射可能な接合面の側方位置にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより前記接合面の端部に向けてレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を溶着するようにした樹脂部品のレーザ溶着方法である。
【0009】
上記のように構成した請求項1にかかる発明では、レーザ非透過性樹脂部品同士あるいはレーザ透過性樹脂部品同士など溶着できる対象物の制約がなくなり、樹脂部品の構成材料をその機能に応じた最適な材料選択が可能となる効果を有する。
【0010】
しかも溶着する各樹脂部品の接合面の側方より接合面端部に向けてレーザ光を照射することで、レーザ照射ヘッドを樹脂部品より離れて設置可能となり、樹脂部品の形状によってレーザ照射ヘッドの取付位置が制約されたり、またレーザ光の照射角度が制約されたりすることがなくなるという効果を有する。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記材質の異なる樹脂部品間の複数の接合面部分に対してレーザ光が同時に照射可能な側方位置にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより照射されるレーザ光の光軸が前記接合面とほぼ平行な方向なるようにレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を同時溶着するようにした樹脂部品のレーザ溶着方法である。
【0012】
上記請求項2にかかる発明では、請求項1の効果に加えて、溶着する各樹脂部品の接合面の側方すなわち接合面に平行に近い角度でレーザ光を照射することで、複数の接合面の溶着を同時に行うことが可能になり、短時間に溶着作業を行うことができるという効果を有する。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記材質の異なる樹脂部品の積層構造は、レーザ非透過性樹脂部品を中心に配置し、レーザ透過性樹脂部品をその上下にサンドイッチ状に配置してレーザ光による溶着を行うようにした樹脂部品のレーザ溶着方法である。
【0014】
上記請求項3にかかる発明では、請求項1の効果に加えて、レーザ透過性樹脂部品同士の溶着が可能になるという効果を有する。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項1において、前記材質の異なる樹脂部品間の複数の接合面部分に対してレーザ光線が照射可能な接合面の側方位置にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより前記接合面の一方に角度を持ってレーザ光を照射後、レーザ照射ヘッドの角度を変更した後、他方の接合面にレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を順次溶着するようにした樹脂部品のレーザ溶着方法である。
【0016】
上記請求項4にかかる発明では、請求項1の効果に加えて、レーザ照射ヘッドの角度を2つの角度位置に設定するのみで、より大きな照射角度で複数の接合面の夫々に対して照射することができ、より確実に異種の樹脂部品同士を溶着できるという効果を有する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。図1において、10は対象工作物としてのガソリンタンクで、第1樹脂部品11、第2樹脂部品12、第3樹脂部品13より構成され、その材質としては、MEPE(強化ポリエチレン)が用いられている。これら樹脂部品において第1、第2樹脂部品11,12は、耐候性を高めるための添加剤が加えられているため、レーザ非透過性樹脂として機能するが、第3樹脂部品13は特別な添加剤は加えられておらず、レーザ透過性樹脂として機能するようになっている。
【0018】
かかる樹脂部品はガソリンタンクを構成するため、その第1、第2樹脂部品11、12はその周縁部を断面L字形状に折曲げた折曲接合部11a、12aを有し、その一対の折曲接合部11a、12aの間に板状の第3樹脂部品13をサンドイッチ状に積層した構造となっている。
【0019】
これら樹脂部品11、12、13の溶着には、例えばYAG:Nd3+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:500〜1060nm)などのレーザ光を用いることができる。レーザ照射装置はレンズなどからなるレーザ照射ヘッド50を有し、このレーザ照射ヘッド50を前記第1、第2、第3樹脂部品11、12、13の側方位置、すなわちサンドイッチ状に積層された折曲接合部11a、12aの端部11b、12b側に設置され、かかるレーザ照射ヘッド50から照射されるレーザ光にて第1、第2、第3樹脂部品11、12、13を接合面15、16において一体的に溶着接合できるようになっている。
【0020】
なお、かかるレーザ照射ヘッド50は、ロボットのハンドに取付けられ、ロボットに所定の動作を指令することで、レーザ照射ヘッド50を上記対象工作物であるガソリンタンク10に対して移動させたり、あるいは位置決めするようになっている。
【0021】
上記したように、前記レーザ照射ヘッド50を前記第1、第2、第3樹脂部品11、12、13の側方位置、すなわちサンドイッチ状に積層された折曲接合部11a,12aの端部11b、12b側に設置されているため、前記レーザ照射ヘッド50からのレーザ光はその光軸Lが接合面15、16とほぼ平行になるよう照射され、その結果、レーザ光は、折曲接合部11a、12aの端部11b、12b側から接合面15、16端部に向かって照射され、さらにレーザ光はレーザ透過性の第3樹脂部品13の端部13bを透過して接合面15、16部分に到達する。
【0022】
しかる状態においてロボットによりレーザ照射ヘッド50を折曲接合部11a、12aの外縁に沿って、すなわち図2に示す矢印K方向に移動させることで、その接合面15、16部分はレーザ光の照射エネルギにて幅Sの範囲内において第3樹脂部品13が帯状に溶融し、その結果これらレーザ非透過性樹脂からなる第1、第2樹脂部品11、12と、レーザ透過性樹脂からなる第3樹脂部品13とがその全周に亘ってサンドイッチ状態で一体的に溶着結合される。
【0023】
なお、この種レーザ溶着では、レーザ光のエネルギが接合面15、16に有効に機能するためには、レーザ光を接合面15、16に対して一定角度以上の照射角度θをもって照射する必要がある。しかるにこの第1実施態様の場合、第1、第2、第3樹脂部品11、12、13の端部、すなわち折曲接合部11a、12aの端面11b、12b側口元近傍において所定角度θ以上となるため、その口元近傍すなわち幅S部分において樹脂が確実に溶着接合される。
【0024】
本発明は、上記実施態様に何ら限定されるものではなく、当業者の知識に基いて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる
例えば、第1実施態様ではレーザ非透過性の第1、第2樹脂部品11、12間にレーザ透過性の第3樹脂部品13をサンドイッチ状にはさみこんで溶着接合する工作物10を対象として説明したが、本発明のレーザ溶着方法は、このような対象工作物10の溶着方法に限定されるものではなく、図3に示す第2実施形態、すなわちレーザ透過性の第1、第2樹脂部品31、32を上下に配し、かつその第1、第2樹脂部品31、32間にレーザ非透過性の第3樹脂部品33をサンドイッチ状に挟み込みこんで溶着結合するような対象工作物30の溶着にも適応できる。
【0025】
かかる対象工作物30の場合、レーザ照射ヘッド50からのレーザ光は第1、第2樹脂部品31、32の各折曲接合部31a、32aの端面31b、32bから浸入して、第1、第2、第3樹脂部品31、32、33の各接合面35、36に照射される。このレーザ光の照射エネルギによって第1、第2樹脂部品31、32はその接合面35、36部分において第3樹脂部品33に一体的に溶着される。
【0026】
なお、この第2実施態様においても第1実施態様と同様にレーザ光のエネルギが接合面35、36に有効に機能するためには、レーザ光を接合面35、36に対して一定角度以上の照射角度θをもって照射する必要がある。しかるにこの第2実施態様の場合、第1、第2、第3樹脂部品31、32、33の端面側口元部分において所定角度θ以上となるため、その口元部分すなわち幅S部分において樹脂部品が確実に溶着接合される。
【0027】
さらに、第1実施態様では、レーザ照射ヘッド50から照射されるレーザ光の光軸Lが接合面35、36にほぼ平行になるよう設置するとともに複数の接合面35、36を同時に溶着する溶着方法を採用しているが、本発明の溶着方法は、このような対象工作物の溶着方法に限定されるものではなく、図4に示す第3実施形態のようにレーザ照射ヘッド50から照射されるレーザ光の光軸Lを接合面15,16に対して若干の傾きを持って照射するようにしても良い。
【0028】
かかるレーザ照射ヘッド50の設置形態によると図4(A)に示すように、接合面15に対して照射角度θ1(θ1>θ)となって第1実施形態のレーザ光の照射角度θより大きくとることができるので、レーザ光のエネルギがより有効に接合面15に作用し、より確実な溶着が期待できる。
【0029】
なお、かかる第3実施形態によると反対側の接合面16部分への照射角度が小さくなったり、またさらに大きくレーザ照射ヘッド50を傾けるとレーザ照射光がもう反対側の接合面16に照射されなくなったりするが、この第3実施形態の溶着方法によると、一方の接合面15を溶着後、レーザ照射光が他方の接合面16に向かって照射されるようにレーザ照射ヘッド50の向きを図4(B)に示すように下向きに角度変更することで、他方の接合面16に対しても大きな照射角度θ1を持たせて溶着作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる樹脂部品のレーザ溶着方法の第1実施形態を示す説明図である。
【図2】本発明にかかる樹脂部品のレーザ溶着方法を示す図1のA矢視図である。
【図3】本発明にかかる樹脂部品のレーザ溶着方法の第2実施形態を示す説明図である。
【図4】本発明にかかる樹脂部品のレーザ溶着方法の第3実施形態を示す説明図である。
【図5】従来の樹脂部品のレーザ溶着方法を示す説明図である。
【符号の説明】
10、30 ガソリンタンク(工作物)
11、31 第1樹脂部品
12、32 第2樹脂部品
13、33 第3樹脂部品
11a、12a、31a、32a 折曲接合部
11b、12b、13b 端部
31b、32b、33b 端部
15、16、35、36 接合面
50 レーザ照射ヘッド
L 光軸
θ、θ1 照射角度
Claims (4)
- レーザ透過性樹脂部品と、レーザ非透過性樹脂部品の一方を中心に配置しかつ他方の樹脂部品をその上下にサンドイッチ状に積層し、その材質の異なる樹脂部品間の接合面部分に対してレーザ光線が照射可能な接合面の側方位置にレーザ照射装置の照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより前記接合面の端部に向けてレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を溶着するようにしたことを特徴とする樹脂部品のレーザ溶着方法。
- 前記材質の異なる樹脂部品間の複数の接合面部分に対してレーザ光が同時に照射可能な側方位置にレーザ照射装置の照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより照射されるレーザ光の光軸が前記接合面とほぼ平行な方向なるようにレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を同時溶着するようにした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。
- 前記材質の異なる樹脂部品の積層構造は、レーザ非透過性樹脂部品を中心に配置し、レーザ透過性樹脂部品をその上下にサンドイッチ状に配置してレーザ光による溶着を行うようにした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。
- 前記材質の異なる樹脂部品間の複数の接合面部分に対してレーザ光が照射可能な接合面の側方位置にレーザ照射装置のレーザ照射ヘッドを配置し、このレーザ照射ヘッドより前記接合面の一方に角度を持ってレーザ光を照射後、レーザ照射ヘッドの角度を変更した後、他方の接合面にレーザ光を照射して前記材質の異なる樹脂部品の複数の接合面部分を順次溶着するようにした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。
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JP3954505B2 (ja) | 2007-08-08 |
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