JP2015093456A - 樹脂部材の溶着方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法を提供することにある。
【解決手段】光透過樹脂からなる第1樹脂部材(レンズ)10と、光吸収樹脂からなり第1樹脂部材よりも溶融温度が低い第2樹脂部材(ハウジング)20とのレーザ光による溶着接合において、第2樹脂部材20の溶融部24cに第1樹脂部材10の未溶融部が沈み込んで第1樹脂部材10に設けられたネジ切り孔13の孔内に第2樹脂部材20の溶融部24cが浸入し、そのアンカー効果によって第1樹脂部材10と第2樹脂部材20との溶着接合の接合強度の高強度化が図られる。
【選択図】図9
【解決手段】光透過樹脂からなる第1樹脂部材(レンズ)10と、光吸収樹脂からなり第1樹脂部材よりも溶融温度が低い第2樹脂部材(ハウジング)20とのレーザ光による溶着接合において、第2樹脂部材20の溶融部24cに第1樹脂部材10の未溶融部が沈み込んで第1樹脂部材10に設けられたネジ切り孔13の孔内に第2樹脂部材20の溶融部24cが浸入し、そのアンカー効果によって第1樹脂部材10と第2樹脂部材20との溶着接合の接合強度の高強度化が図られる。
【選択図】図9
Description
本発明は、樹脂部材の溶着方法に関するものであり、詳しくは、異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法に関する。
従来、異種の樹脂部材同士を溶着接合する溶着方法としては、例えば、特許文献1に「車両用灯具の製造方法」として開示された方法がある。
それは、図15にあるように、レーザ光Lに対して透過性を有する光透過樹脂からなるレンズ80と、レーザ光Lに対して吸収性を有する光吸収樹脂からなるハウジング81を、レンズ80のリブ82の先端面(溶着面)83とハウジング81の支台部84の先端面(溶着面)85を当接させた状態で対向配置して互いの溶着面83、85同士を押圧状態に保持する。
そして、レンズ80の上面86にレンズ80を抱持するように透明治具87を配置し、透明治具87の、レンズ80のリブ82の上方近傍にレーザ光Lを照射することにより、レーザ光Lが、透明治具87内及びレンズ80内を導光されてリブ82の先端面83から該先端面83に対面接触した、ハウジング81の支台部84の先端面85に照射されて該先端面85近傍がレーザ光Lのエネルギーを吸収して発熱、溶融し、その溶融熱が、対面するレンズ80のリブ82の先端面83近傍を加熱、溶融して互いの溶融部の融合によって溶着接合が行われる。
ところで、上述の溶着方法は、溶着部材同士が同種あるいは類似の樹脂部材である場合は、互いに分子レベルでの溶融、溶着となるために溶着時の歪によって溶着部が脆化し、破壊モードが溶融部分での材料破壊となる(溶着接合部の接合力が強い)。一方、溶着部材同士が異種の樹脂部材である場合、例えば、PP(ポリプロピレン)のような極性の低い樹脂部材と、PC(ポリカーボネート)あるいはPMMA(ポリメチルメタクリレート)等の他の樹脂部材の場合は、溶融部同士が融合しないために破壊モードが互いの界面における界面剥離となる(溶着接合部の接合力が弱い)。
界面剥離を防止する(溶着接合部の接合力を強くする)ため、アンカー効果を狙って特許文献2にあるように、レンズ80のリブ82の先端部に側方に突出する突起部(特許文献2においては「掛止め片」と記載)90を設けることが考えられるが(図16(a)参照)、溶着時に、溶融した突起部90がハウジング81の支台部84の先端部88に蹴られてリブ82の根元側に押し曲げられ(図16(b)参照)、期待したアンカー効果を得ることができない。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、異種の樹脂部材同士の強固な溶着接合を可能にする溶着方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第1樹脂部材部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第2樹脂部材とを当接させて、その当接部に対して相対的な押圧状態を保持しながら前記第1樹脂部材を透過したレーザ光により前記当接部を溶着する溶着方法であって、前記第1樹脂部材を形成する樹脂材料は、前記第2樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、前記第1樹脂部材の当接部にはネジを切ったネジ切り孔が設けられており、前記第2樹脂部材の当接部の、前記レーザ光によって溶融した溶融部に、前記第1樹脂部材の未溶融の当接部が沈み込んで、前記第2樹脂部材の溶融部が前記第1樹脂部材のネジ切り孔内に浸入した状態で溶着されることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記ネジ切り孔は、前記当接部の長さに対応して該長さ方向に沿って所定の間隔で複数箇所に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1又は請求項2において、前記ネジ切り孔には、該ネジ切り孔と外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1〜請求項3のいずれかにおいて、前記ネジ切り孔内に浸入した前記溶融部は、該ネジ切り孔の、内側に凸の山の2つ以上に掛かっていることを特徴とするものである。
本発明の、樹脂部材の溶着方法は、光透過樹脂からなる第1樹脂部材と、光吸収樹脂からなり第1樹脂部材よりも溶融温度が低い第2樹脂部材とのレーザ光による溶着接合において、第2樹脂部材の溶融部に第1樹脂部材の未溶融部が沈み込んで第1樹脂部材に設けられたネジ切り孔の孔内に第2樹脂部材の溶融部が浸入し、そのアンカー効果によって第1樹脂部材と第2樹脂部材との溶着接合の接合強度の高強度化が図られた。
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図14を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図1〜図9は、本発明の、樹脂部材の溶着方法に係わる溶着工程を説明する工程説明図である。
本発明は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第1樹脂部材とレーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第2樹脂部材の2種類の樹脂部材同士を、レーザ光の照射によって互いに溶着接合するものである。
第1樹脂部材を形成する樹脂材料は、第2樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、第1樹脂部材は例えばポリカーボネート樹脂等からなり、第2樹脂部材は例えばポリプロピレン樹脂からなる。
本実施形態においては、第1樹脂部材及び第2樹脂部材の夫々について、具体例として車両用灯具を構成するレンズ及びハウジングとして説明する。
車両用灯具1は、例えば、図1(車両用灯具の縦断面説明図)に示すように、レンズ10とハウジング20とで閉空間の灯室30が形成され、灯室30内に光源40が収容された構成とされる。
レンズ10は図2(レンズの断面説明図)にあるように、光源40からの出射光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部11と意匠面部11の一方の面の環状の縁部から該縁部に沿って立ち上がって所定の方向に延設された環状のリブ12を備えている。一方、ハウジング20は図3(ハウジングの断面説明図)にあるように、有底開口の底部21に光源40を装着する光源装着部22を有する共に開口23の環状の縁部に該縁部に沿う環状の支台部24を備えている。
そして、ハウジング20の環状の支台部24にレンズ10の環状のリブ12をレーザ光により溶着することで閉空間からなる灯室30を形成し、ハウジング20の底部21の光源装着部22に光源40を装着して該光源40を灯室30内に収容する。
次に、上記レンズ10とハウジング20の溶着方法について具体的に説明する。
まず、図4(レンズの部分断面図)にあるように、意匠面部11と意匠面部11の一方の面の環状の縁部から該縁部に沿って立ち上がって所定の方向に延設された環状のリブ12を備えたレンズ10を準備する。
次に、図5(レンズの部分断面図)にあるように、レンズ10のリブ12の先端から根元方向に向かって、ネジを切った孔(ネジ切り孔)13を設け、ネジ切り孔13と外部とを連通させる連通孔(後述する空気抜き孔)14を、ネジ切り孔13の底部からリブ12内を貫通してリブ12の外周面まで延設する。この、ネジ切り孔13及びネジ切り孔13と外部とを連通する連通孔14は、図6(レンズの部分断面図)に示すように、レンズ10の環状のリブ12に対して所定の間隔Tで複数箇所に設けられる。
次に、図7(レンズとハウジングをセットした状態を示す説明図)にあるように、レンズ10とハウジング20を対向配置してレンズ10のリブ12の先端面(溶着面)12aとハウジング20の支台部24の先端面(溶着面)24aとを対峙させて互いに当接させる。
次に、図8(レーザ光の照射状態を示す説明図)に示すように、レンズ10のリブ12とハウジング20の支台部24の互いの溶着面12a、24a同士を相対的な押圧状態に保持した状態で、レンズ10側からレンズ10のリブ12に向かったレーザ光Lを照射する
レンズ10のリブ12に向けて出射したレーザ光Lは、レーザ光Lを透過する光透過樹脂からなるレンズ10の意匠面部11及びリブ12を透過して該リブ12の先端面12aから出射し、その出射光が該先端面12aに対面接触した、光吸収樹脂からなるハウジング20の支台部24の先端面24aに到達して照射する。
すると、図9(レンズのリブとハウジングの支台部との溶着状態を示す説明図)にあるように、ハウジング20の支台部24の先端面24aの、レンズ10のリブ12の先端面12aが接触する領域近傍のレーザ光Lが照射された部分は、該レーザ光Lのエネルギーを吸収して発熱し溶融する。このとき、レンズ10のリブ12の先端面12aとハウジング20の支台部24の先端面24aとは互いに押圧保持状態にある。そのため、レンズ10のリブ12の未溶融の先端部12bがハウジング20の支台部24の先端部24bの溶融部24cに沈み込む。
このとき、溶融部24cが、リブ12に設けられたネジ切り孔13の孔内の空気を空気抜き孔14を通して外部に押し出しながら、リブ12の先端側から根元側に向かってネジ切り孔13内に侵入する。ネジ切り孔13内に侵入した溶融部24cは、リブ12の先端部12bの周囲に位置する溶融部24cとほぼ同一の高さとなる。
その後、自然冷却による溶融部の固化によって、ハウジング20の支台部24とレンズ10のリブ12との溶着工程が終了する。
溶着工程が終了したハウジング20の支台部24とレンズ10のリブ12との溶着後の溶着部50は、リブ12に設けられた、テーパ面13aと逆テーパ面13bが繰り返し形成されたネジ切り孔13の孔内に、ハウジング20の一部が回り込んだ状態となっている。そのため、ハウジング20の支台部24の、レンズ10のリブ12のネジ切り孔13内に回り込んだ部分のアンカー効果によってレンズ10とハウジング20溶着接合が強固なものとなり、高い接合信頼性を実現することができる(図10(レンズのリブとハウジングの支台部との溶着部の拡大説明図)参照)。
発明者たちは、レンズ10のリブ12に、図11(ネジ切り孔の断面説明図)に示すような、ネジ山のピッチPが0.45mm、高さHが0.27mmで直径Dが2.5mmのネジ切り孔を作製し、溶着時にネジ切り孔13内に侵入したハウジングの溶融部が内側に凸の1つのネジ山に掛かった場合、2つのネジ山に掛かった場合及び3つのネジ山に掛かった場合の夫々について、破壊試験を行った。
その結果、ハウジング20の支台部24の溶融部24cがネジ切り孔13の1つのネジ山に掛かった場合(図12(溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図)参照)は、溶融部24cがネジ切り孔13のネジ山で変形して溶融部24cがネジ切り孔13から抜け出てレンズ10とハウジング20とが分離した。これにより、ハウジング20の支台部24とレンズ10のリブ12との溶着強度が弱いことがわかった。
それに対し、溶融部24cが2つのネジ山に掛かった場合(図13(溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図)参照)、又は、溶融部24cが3つのネジ山に掛かった場合(図14(溶融部がネジ切り孔に回り込んだ状態を示す説明図)参照)は、溶融部24cがリブ12のネジ切り孔13内に残った状態でリブ12の先端部が材料破壊した。このことより、ハウジング20の支台部24とレンズ10のリブ12との溶着時に、ハウジング20の支台部24の溶融部24cがレンズ10のリブ12のネジ切り孔13内に回り込んで、回り込んだ溶融部24cがネジ切り孔13の2つ以上のネジ山に掛かるように位置することにより、ネジ切り孔13によるアンカー効果が有効に働いて、溶着接合の接合強度の高強度化に寄与することがわかった。その結果、レンズ10とハウジング20とが確実に溶着接合され、高い接合信頼性を得ることができる。
1… 車両用灯具
10… レンズ
11… 意匠面部
12… リブ
12a… 先端面(溶着面)
12b… 先端部
13… ネジ切り孔
13a… テーパ面
13b… 逆テーパ面
14… 連通孔(空気抜き孔)
20… ハウジング
21… 底部
22… 光源装着部
23… 開口
24… 支台部
24a… 先端面(溶着面)
24b… 先端部
24c… 溶融部
30… 灯室
40… 光源
50… 溶着部
10… レンズ
11… 意匠面部
12… リブ
12a… 先端面(溶着面)
12b… 先端部
13… ネジ切り孔
13a… テーパ面
13b… 逆テーパ面
14… 連通孔(空気抜き孔)
20… ハウジング
21… 底部
22… 光源装着部
23… 開口
24… 支台部
24a… 先端面(溶着面)
24b… 先端部
24c… 溶融部
30… 灯室
40… 光源
50… 溶着部
Claims (4)
- レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなる第1樹脂部材部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなる第2樹脂部材とを当接させて、その当接部に対して相対的な押圧状態を保持しながら前記第1樹脂部材を透過したレーザ光により前記当接部を溶着する溶着方法であって、
前記第1樹脂部材を形成する樹脂材料は、前記第2樹脂部材を形成する樹脂材料よりも溶融温度の高い材料が用いられ、
前記第1樹脂部材の当接部にはネジを切ったネジ切り孔が設けられており、
前記第2樹脂部材の当接部の、前記レーザ光によって溶融した溶融部に、前記第1樹脂部材の未溶融の当接部が沈み込んで、前記第2樹脂部材の溶融部が前記第1樹脂部材のネジ切り孔内に浸入した状態で溶着されることを特徴とする、樹脂部材の溶着方法。 - 前記ネジ切り孔は、前記当接部の長さに対応して該長さ方向に沿って所定の間隔で複数箇所に設けられることを特徴とする請求項1に記載の、樹脂部材の溶着方法。
- 前記ネジ切り孔には、該ネジ切り孔と外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の、樹脂部材の溶着方法。
- 前記ネジ切り孔内に浸入した前記溶融部は、該ネジ切り孔の、内側に凸の山の2つ以上に掛かっていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の、樹脂部材の溶着方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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-
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US20150280767A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Apple Inc. | Laser welding of transparent and opaque materials |
US9787345B2 (en) * | 2014-03-31 | 2017-10-10 | Apple Inc. | Laser welding of transparent and opaque materials |
US10200516B2 (en) | 2014-08-28 | 2019-02-05 | Apple Inc. | Interlocking ceramic and optical members |
JP2021009792A (ja) * | 2019-07-01 | 2021-01-28 | 豊田合成株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
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