JP4771371B2 - 異種部材の接合方法及び異種部材接合品 - Google Patents
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Description
第1部材が樹脂からなり、第2部材が金属又はセラミックスからなる場合
本実施形態では、レーザー透過性の樹脂と、無機物のレーザー吸収性材料(金属又はセラミックス)を接合する場合について説明する。本実施形態では第2部材がレーザー吸収性材料からなるため、レーザー光の照射により第2部材が加熱され、その熱伝導により接着用シートが加熱溶融する。レーザー光の照射終了後、溶融した接着用シートが冷却固化することにより、接着用シートと第1部材、及び接着用シートと第2部材がそれぞれ界面において溶着される。これにより、第1部材と第2部材の接合がなされる。
第1部材が無機フィラーを実質的に含有しない樹脂からなり、第2部材が無機フィラー含有樹脂組成物からなる場合
本実施形態では、無機フィラーを実質的に含有しないレーザー透過性の樹脂と、無機フィラー含有樹脂組成物とを接合する場合について説明する。従来の(本発明における接着用シートを用いない)レーザー溶着法により樹脂と無機フィラー含有樹脂組成物とを接合させた場合、無機フィラーがレーザー光を吸収することにより無機フィラー含有樹脂組成物が焼けてしまうという問題があったため、無機フィラー含有樹脂組成物をレーザー溶着に用いることは困難であった。しかしながら、一般的に熱可塑性エラストマーは樹脂よりも融点又は軟化点が低いことが多いため、本発明のように第1部材としての樹脂と第2部材としての無機フィラー含有樹脂組成物との接合界面に上記接着用シートを挟むことにより、接着用シートを用いない場合よりも低い温度でレーザー溶着することが可能となる。また、接着用シートが一定のレーザー光を吸収する場合には、この接着用シートのレーザー光の吸収により第2部材に到達するレーザー光のエネルギーをある程度減少させることができる。結果として、第2部材が接着用シートにより保護されることとなる。このため、無機フィラー含有樹脂組成物が焼けることなく、両部材を良好に接合することができる。
第1部材又は第2部材の一方が樹脂からなり、他方がガラスからなる場合
本実施形態では、樹脂とガラスを接合する場合について説明する。樹脂及びガラスの両方がレーザー透過性を有する場合には、両部材の間に挟まれる接着用シートがレーザー光に対して吸収性を有する必要がある。従って、接着用シートにレーザー吸収剤を含有させるなどして、接着用シートをレーザー吸収性のものとする必要がある。この接着用シートを樹脂とガラスの間に挟み、レーザー光を照射することにより、両者の接合を行う。このとき、樹脂を第1部材、ガラスを第2部材としてレーザー光を樹脂側から照射してもよいし、ガラスを第1部材、樹脂を第2部材としてレーザー光をガラス側から照射してもよい。
第1部材がガラスからなり、第2部材が金属、セラミックス又は無機フィラー含有樹脂組成物からなる場合
本実施形態では、レーザー透過性のガラスと、レーザー吸収性材料(金属、セラミックス又は無機フィラー含有樹脂組成物)を接合する場合について説明する。本実施形態は、第1及び第2実施形態と同様に、第2部材がレーザー吸収性材料からなるため、レーザー光の照射により第2部材が加熱され、その熱伝導により接着用シートが加熱溶融する。レーザー光の照射終了後、溶融した接着用シートが冷却固化されることにより、接着用シートと第1部材、及び接着用シートと第2部材がそれぞれ界面において溶着される。これにより、第1部材と第2部材の接合がなされる。
第1部材及び第2部材が樹脂からなり、且つ両樹脂の溶解性パラメーター(Fedorsの式から算出)の差が1(cal/cm3)1/2以上である組み合わせ
本実施形態では、Fedorsの式から算出される溶解性パラメーターの差が1(cal/cm3)1/2以上である樹脂同士を接合する場合について説明する。従来は、互いに親和性の低い疎水性樹脂と極性樹脂を、レーザー溶着法を用いて接合することが困難であった。しかしながら、本発明のように、上記エラストマーからなる接着用シートを用いることにより、溶解性パラメーターの差が1(cal/cm3)1/2以上であるような親和性の低い樹脂同士でも容易に接合することができ、しかも高い接合強度を維持することができる。このような親和性の低い樹脂同士を良好に接合できる本発明の効果をより発揮するためには、上記溶解性パラメーターの差が2以上であることがより好ましく、3以上であることが更に好ましい。
(1)ポリプロピレン(PP)
幅25mm、長さ50mm、厚さ2mmのポリプロピレン(PP;製品名:PP−N−BN、新神戸電機株式会社製)からなる板を用いた。PPの溶解性パラメーターは8.0(cal/cm3)1/2である。
(2)ポリオキシメチレン(POM)
幅25mm、長さ50mm、厚さ2mmのポリオキシメチレン(POM)樹脂(製品名:ポリペンコアセタール コポリマー、日本ポリペンコ株式会社製)からなる板を用いた。このPOMの溶解性パラメーターは9.6〜10.0(cal/cm3)1/2であると想定される。
(3)ガラス繊維強化ナイロン
幅25mm、長さ50mm、厚さ2mmの、ガラス繊維強化ナイロンからなる板を用いた。このガラス繊維強化ナイロンの溶解性パラメーターは12.7〜13.6(cal/cm3)1/2であると想定される。
(4)アルミニウム
幅25mm、長さ50mm、厚さ1.5mmのアルミニウム板を用いた。
(5)高張力鋼
幅25mm、長さ50mm、厚さ1.5mmの高張力鋼板(HT80)を用いた。
(6)ガラス
幅25mm、長さ50mm、厚さ1mmのスライドガラスを用いた。
スチレン−水添ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SEBS)(スチレン含有量32重量%、分子量50,000)を厚さ500μmのシート状に溶融成形し、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートAを得た。接着用シートの貯蔵弾性率は、以下の方法により求めた。粘弾性スペクトロメータ DMS6100(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株))を用いて接着用シートの動的粘弾性測定を行い、20℃、10Hzにおける測定値を、本発明における貯蔵弾性率とした。接着用シートAの20℃における貯蔵弾性率は89MPaであった。なお、以下の製造例2〜7で得られた接着用シートの貯蔵弾性率も同様の方法により求めた。
接着用シートの製造例1で用いたSEBSに対して赤外線吸収剤(IR−13F;昭和電工(株))を0.05重量%混合し、これを厚さ500μmのシート状に溶融成形した後、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートBを得た。接着用シートBの20℃における貯蔵弾性率は89MPaであった。
接着用シートの製造例1で用いたSEBSに対して赤外線吸収剤(IR−13F;昭和電工(株))を0.05重量%混合し、これを厚さ100μmのシート状に溶融成形した後、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートCを得た。接着用シートCの20℃における貯蔵弾性率は89MPaであった。
カルボキシル基を有する単量体で変性されたSEBS(スチレン含有量32重量%、分子量52,000)を厚さ500μmのシート状に溶融成形し、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートDを得た。接着用シートDの20℃における貯蔵弾性率は150MPaであった。
接着用シートの厚さを100μmとした以外は、接着用シートの製造例4と同様の方法を用いて接着用シートEを得た。接着用シートEの20℃における貯蔵弾性率は150MPaであった。
接着用シートの製造例4で用いた、カルボキシ変性のSEBSに対して赤外線吸収剤(IR−13F;昭和電工(株))を0.05重量%混合し、これを厚さ100μmのシート状に成形した後、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートFを得た。接着用シートFの20℃における貯蔵弾性率は150MPaであった。
接着用シートの製造例4で用いた、カルボキシ変性のSEBSに対して赤外線吸収剤(IR−T;昭和電工(株))を0.05重量%混合し、これを厚さ500μmのシート状に成形した後、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートGを得た。接着用シートGの20℃における貯蔵弾性率は150MPaであった。
接着用シートの製造例4で用いた、カルボキシ変性のSEBSに対して赤外線吸収剤(IR−13F;昭和電工(株))を0.05重量%混合し、これを厚さ500μmのシート状に成形した後、幅25mm、長さ20mmの大きさに切断して接着用シートHを得た。接着用シートHの20℃における貯蔵弾性率は150MPaであった。
第1部材としてポリプロピレン板を、第2部材としてアルミニウム板をそれぞれ用いた。図2に示すように、第1部材2と第2部材4を長さ方向に30mmずらして第1部材2が上になるように重ね、第1部材2と第2部材4の間(図2のAで示す重ね合わせ部分)に接着用シートB(図中の3)を挟んで積層品を得た。得られた積層品の上記重ねあわせ部分に対し、上方(第1部材側)から以下の条件でレーザー照射による加熱を行った。レーザーの熱源として800、940、及び980nmの3波長混合の半導体レーザーを用いた。レーザー光線のコリメート径は46mm、焦点距離は100mmであり、最小スポット径は600μmであった。レーザー光の照射は、出力250W、照射距離105mmの条件で行い、第1部材の長手方向(図2において横方向)に対して1mm/secの速度で15mm走査した。レーザー光の走査を第1部材の短手方向(図2において上下方向に)5mmずつずらして3回繰り返すことにより接着用シートBを溶融させた。照射終了後は空冷により接着用シートBが再度固化することにより、この接着用シートBを介して第1部材と第2部材が接合され、異種部材接合品を得た。
第1部材、第2部材、接着用シート、及びレーザー光の出力を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法を用いることにより、接着用シートを介して第1部材と第2部材とが接合されてなる異種部材接合品を得た。得られた異種部材接合品について実施例1と同様のせん断試験を行った。結果を表1に示す。また、せん断試験後の接合品の破断面を目視で観察した。
第1部材、第2部材、接着用シート、及びレーザー光の出力を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法を用いることにより、接着用シートを介して第1部材と第2部材とが接合されてなる異種部材接合品を得た。得られた接合品について実施例1と同様のせん断試験を行った。結果を表2に示す。せん断試験後の接合品の破断面を観察したところ、実施例1と同様、外観上の問題は認められなかった。
第1部材、第2部材、接着用シート、及びレーザー光の出力を表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法を用いることにより、接着用シートを介して第1部材と第2部材とが接合されてなる異種部材接合品を得た。接合状態を目視及び手で引っ張って確認したところ、いずれも良好な接合状態を有していた。このように、本発明の接合方法を用いることにより、ガラス又は樹脂のどちら側からレーザー光を照射した場合でも、両部材を良好に接合することができることが確認された。
第1部材、第2部材、接着用シート、及びレーザー光の出力を表4に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法を用いることにより、接着用シートを介して第1部材と第2部材とが接合されてなる異種部材接合品を得た。得られた各異種部材接合品の断面を実体顕微鏡により観察した。実施例18及び20で得られた異種部材接合品の断面の実体顕微鏡写真を、図4及び5にそれぞれ示す。
第1部材、第2部材、及びレーザー光の出力を表5に示すように変更し、更に接着用シートを用いなかった以外は、実施例1と同様の方法により、第1部材側からレーザー光の照射を行った。しかしながら、いずれの例においても第1部材と第2部材とを接合することができなかった。
2 第1部材
3 接着用シート
4 第2部材
5 せん断試験用部材
A 重ね合わせ部分
L レーザー光
Claims (11)
- レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第1部材と、第1部材とは異なる材料からなる第2部材とを接合する接合方法であって、20℃における貯蔵弾性率が0.05〜500MPaの熱可塑性エラストマーからなり厚さが20〜1000μmの接着用シートを第1部材と第2部材との間に挟み、第1部材側からレーザー光を照射することによって前記接着用シートを溶融させて、第1部材と第2部材とを接合することを特徴とする接合方法。
- 第1部材が樹脂からなり、第2部材が、金属、ガラス、セラミックス、又は無機フィラー含有樹脂組成物からなる請求項1記載の接合方法。
- 第2部材が金属からなる請求項2記載の接合方法。
- 第1部材が無機フィラーを実質的に含有しない樹脂からなり、第2部材が無機フィラー含有樹脂組成物からなる請求項1記載の接合方法。
- 第1部材がガラスからなり、第2部材が、金属、セラミックス、無機フィラーを実質的に含有しない樹脂、又は無機フィラー含有樹脂組成物からなる請求項1記載の接合方法。
- 第2部材が、無機フィラーを実質的に含有しない樹脂又は無機フィラー含有樹脂組成物からなる請求項5記載の接合方法。
- 第1部材及び第2部材が樹脂からなり、且つ両樹脂の溶解性パラメーター(Fedorsの式から算出)の差が1(cal/cm3)1/2以上である請求項1記載の接合方法。
- 前記熱可塑性エラストマーが、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー又はアクリル系エラストマーである請求項1〜7のいずれか記載の接合方法。
- 前記熱可塑性エラストマーが、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基又は無水カルボキシル基を有するものである請求項1〜8のいずれか記載の接合方法。
- 前記接着用シートがレーザー光線の吸収剤を含有する請求項1〜9のいずれか記載の接合方法。
- レーザー光に対して透過性を有する材料からなる第1部材と、第1部材とは異なる材料からなる第2部材と、第1部材と第2部材の間に挟まれ且つ第1部材及び第2部材のそれぞれに対して融着された接着用シートとを有する異種部材接合品であって、前記接着用シートは、20℃における貯蔵弾性率が0.05〜500MPaの熱可塑性エラストマーからなり、厚さが20〜1000μmであることを特徴とする異種部材接合品。
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