JP5304636B2

JP5304636B2 - レーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体

Info

Publication number: JP5304636B2
Application number: JP2009501130A
Authority: JP
Inventors: 修司久保田; 順一中尾
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: WO2008105167A1; JPWO2008105167A1

Description

本発明は、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料を合わせた状態でレーザー光の照射により、熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とを溶着接合する方法に使用されるレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体に関する。

従来、熱可塑性樹脂の材料と、金属、セラミック、またはガラスなどの材料の接合方法としては、リベット締結方法や接着剤を用いて接合する方法がある。しかしながら、これらの方法はリベットや接着剤という第三の材料が必要であり、しかも適用分野が極めて限定されてしまうという問題点があった。

一方、近年、レーザーを用いて樹脂材料同士を接合する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、レーザーを透過する樹脂とレーザーを吸収する樹脂を組み合わせて樹脂材料同士を接合することができるが、樹脂材料と、金属、セラミック、またはガラスの材料の接合には適用できなかった。

この点について、樹脂材料と、金属、セラミック、またはガラスの材料を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより両材料を接合する方法が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−６７１６５号公報ＷＯ２００７／０２９４４０

本発明は、かかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料（特に、金属、セラミック、またはガラス）を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とを溶着接合する方法に使用される最適なレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体を提供することにある。

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、以下に示す手段を見出し、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明は、以下の構成からなるものである。
（１）熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とを溶着接合する方法に使用されるレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体であって、射出成形体が３．５以下の収縮異方性を有すること、および熱可塑性樹脂が鎖状分子１００原子当たり４個以上のアミド結合を持つポリアミド重合体を含むことを特徴とするレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体。
（２）熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とを溶着接合する方法に使用されるレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体であって、射出成形体が３．５以下の収縮異方性を有すること、および熱可塑性樹脂がエステル結合を主鎖に持つ重合体を含むことを特徴とするレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体。

本発明によれば、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料（特に、金属、セラミック、またはガラスの材料）の間の高い強度のレーザー溶着接合が可能である。特に、本発明のレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体は、特定の収縮異方性を有しかつレーザー接合時の局所的発泡を生起する特定の構造の熱可塑性樹脂を含むので、両材料の局所的な接合やピンポイント的な溶着接合、さらには自由な曲線の接合等を迅速かつ安価に行なうことができる。

成形収縮率の測定のための平板を示す（（ａ）平面図、（ｂ）側面図）。レーザー溶着接合強度を評価するための試験片を示す（（ａ）平面図、（ｂ）側面図）。

符号の説明

１フイルムゲート
Ｌ樹脂の流れ方向（金型寸法：１００ｍｍ）
Ｗ直角方向（金型寸法：１００ｍｍ）
２熱可塑性樹脂射出成形体の試験片
３熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料の試験片
４レーザー光の照射により溶着した部分
５レーザー光の照射の方向
ｗ熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料の試験片の幅（３０ｍｍ）
ｄ熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料の試験片の厚さ（２ｍｍ）

以下に本発明を具体的に説明する。
本発明は、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とを溶着接合する方法に使用されるレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体に関するものである。本発明における熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とは、レーザー光による接合に適切な熱可塑性樹脂以外の材料であれば特に限定されないが、一般に金属、セラミック、またはガラスの材料から選択されることが好ましい。

金属材料としては、鉄、アルミニウム、チタン、銅等及びそれらの合金が挙げられるが、特に限定されない。本発明においては、接合部を高い温度まで急速加熱できる、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン合金等からなる金属材料が特に好ましい。金属材料の厚さは特に限定されず、０．１ｍｍ以上、さらには１ｍｍ以上、さらには３ｍｍ以上の厚さの金属材料であっても構わない。

ガラス材料としては、化学成分による分類から、珪酸、ソーダ灰および石灰から作られている「ソーダガラス」、珪酸、炭酸カルシウムおよび酸化鉛からなる「鉛ガラス」、珪酸、硼酸およびソーダ灰からなる「硼珪酸ガラス」などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ガラス材料の厚さは特に限定されず、０．１ｍｍ以上、さらには１ｍｍ以上、さらには３ｍｍ以上の厚さのガラス材料であっても構わない。

セラミック材料としては、組成の面から、アルミナやジルコニアなどの酸化物系、炭化珪素などの炭化物系、窒化珪素などの窒化物系、およびその他炭酸塩系、リン酸塩系、水酸化物系、ハロゲン化物系および元素系等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。セラミック材料の厚さは特に限定されず、０．１ｍｍ以上、さらには１ｍｍ以上、さらには３ｍｍ以上のセラミック材料であっても構わない。

本発明における熱可塑性樹脂とは、鎖状分子１００原子当たり４個以上のアミド結合を持つポリアミド重合体、またはエステル結合（−ＣＯＯ−）を主鎖に持つ重合体を含むものである。

本発明のポリアミド重合体としては、分子中に酸アミド結合（−ＣＯＮＨ−）を有するものであり、ε―カプロラクタム、６−アミノカプロン酸、ω―エナントラクタム、７−アミノヘプタン酸、１１−アミノウンデカン酸、９−アミノノナン酸、α―ピロリドン、α―ピペリジン、ラウリルラクタムなどから得られる重合体または共重合体もしくはこれらのブレンド物、ヘキサメチレンジアミン、ナノメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミンなどのジアミンとテレフタール酸、イソフタール酸、アジピン酸、セバシン酸などのジカルボン酸を重縮合して得られる重合体または共重合体もしくはこれらのブレンド物、ハード成分にナイロン１１、ナイロン１２、およびナイロン６等を用い、ソフト成分にポリエーテルや脂肪族ポリエステル等からなるブロック共重合体を用いたポリアミドエラストマー等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。

本発明のポリアミド重合体としては、ポリアミド重合体の分子中における鎖状分子１００原子当たり４個以上のアミド結合を持つポリアミド重合体を使用する。即ち、アミド結合の濃度の高いポリアミド樹脂材料が好ましく、具体的にはナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン６１０、６Ｔナイロン、６Ｉナイロン、ＭＸＤ―６ナイロン、６Ｔ／６Ｉナイロン、６Ｔ／６ナイロン、およびポリアミドエラストマー等の重合体またはこれらを成分とする共重合体もしくはブレンド物等が挙げられる。好ましくは、ポリアミド重合体の分子中における鎖状分子１００原子当たりのアミド結合数は６個以上、より好ましくは８個以上であり、アミド結合濃度が高いほど接着強度が強くなる傾向がある。
本発明において、熱可塑性樹脂の鎖状分子１００原子当たりのアミド結合の数の計算は、ポリアミド重合体分子中の繰り返し単位を認定し、この繰り返し単位中の分子中の鎖の骨格をなす原子の数とアミド結合の数をカウントし、鎖状分子１００原子当たりのアミド結合の数に換算することによって求められる。例えばポリアミド重合体がナイロン６の場合、
ナイロン６の構造式

の繰り返し単位を有するが、この一つの繰り返し単位においては６個の炭素原子と１個の窒素原子が分子中の鎖の骨格をなす原子となり、そして１個のアミド結合を有することとなるので、一つの繰り返し単位内で鎖状分子７原子当たり１個のアミド結合を持つことになる。従って、ナイロン６は、鎖状分子１００原子当たり１４．３個のアミド結合を持つポリアミド重合体になる。
なお、ポリアミド重合体分子が環構造を有する場合、環における鎖の骨格をなす原子とはその環の結合部位の２個の原子と、当該２個の原子間の原子数が最短となる２個の原子間の原子である。例えばポリアミド重合体がＭＸＤ−６ナイロンである場合、
ＭＸＤ６ナイロン構造式

の繰り返し単位を有するが、この一つの繰り返し単位においては、矢印部分の三つの炭素原子が環における鎖の骨格をなす原子となり、そして２個のアミド結合を有することになるので、一つの繰り返し単位内で鎖状分子１３原子当たり２個のアミド結合を持つことになる。従って、ＭＸＤ６ナイロンは、鎖状分子１００原子当たり１５．４個のアミド結合を持つポリアミド重合体になる。

ポリアミド重合体の相対粘度は、９８％硫酸法で測定すると好ましくは１．８〜３．６であり、より好ましくは２．１〜３．４である。相対粘度が１．８未満では強度やタフネスが充分でなく、３．６を越えると流動性が不足して良好な成形体が得られなくなるおそれがある。

また、本発明のエステル結合を主鎖に持つ重合体としては、ポリエステル重合体を挙げることができる。ポリエステル重合体は、多塩基酸（一般にジカルボン酸）と多価アルコールとの重縮合により得られる重合体の総称である。多塩基酸としては、多価カルボン酸、もしくはそのアルキルエステル、酸無水物を使用できる。多価カルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボンル酸、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、２，２’−ジフェニルジカルボン酸、４，４’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、５−スルホン酸ナトリウムイソフタル酸、５−ヒドロキシイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，１２−ドデカン二酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸、４−メチル−１，２−シクロヘキサンジカルボン酸、ダイマー酸等の脂肪族や脂環族ジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメリテート）、グリセロールトリス（アンヒドロトリメリテート）等の芳香族多価カルボン酸等が挙げられる。多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオ−ル、１，３−ブタンジオ−ル、１、４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオ−ル、１，６−ヘキサンジオ−ル、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、２，２，４−トリメチル−１，５−ペンタンジオ−ル、ネオペンチルヒドロキシピバリン酸エステル、ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物、水素化ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物、１，９−ノナンジオール、２−メチルオクタンジオール、１，１０−デカンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ダイマージオール、ポリカーボネートグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジメチロールブタン酸、ジメチロールプロピオン酸、ポリカーボネートジオール、ポリエーテルグリコール等が挙げられる。さらに、ポリエステルの原料としては、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、乳酸、グリコール酸、２−ヒドロキシイソブタン酸、３−ヒドロキシブタン酸、４−ヒドロキシブタン酸、６−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸およびその環状二量体などが挙げられる。ポリエステル重合体としては、特に、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートなどの結晶性ポリエステル、これらにシクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、イソフタル酸などを共重合し、結晶性を低下もしくは非晶化した重合体が好ましい。エステル結合を主鎖に持つ重合体を使用することにより、エステル結合を主鎖に持たない重合体と比較して接着強度を強くすることができる。

本発明の熱可塑性樹脂射出成形体には、熱可塑性樹脂に加えて、本発明の目的を損わない範囲で強化材や充填剤を配合しても構わない。強化材や充填剤としては、ガラス繊維、扁平ガラス繊維、カーボン繊維、セラミックス繊維、針状ワラスト、ウイスカーなどの繊維状無機強化材、シリカ、アルミナ、タルク、カオリン、石英、ガラスフレーク、マイカ、グラファイト等の粉末状の充填剤等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの強化材や充填剤は単独または二種類以上の組み合わせで配合することができる。また、これらの強化材や充填剤は表面処理剤としてエポキシシランやアミノシラン等で処理されたものを使用しても良い。

また、熱可塑性樹脂射出成形体には、本発明の目的を損わない範囲で他のポリマー類を配合しても良い。他のポリマー類としては、例えばポリスチレン系樹脂やポリオレフィン系樹脂を挙げることができる。これらのポリマー類は、熱可塑性樹脂との相溶性を向上させるために、エポキシ化合物やオキサドリン化合物および無水マレイン酸等で変性することもでき、そのようなものとして、変性ポリスチレン系樹脂や変性ポリオレフィン系樹脂を例示することができる。

本発明の熱可塑性樹脂射出成形体には、同様に本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて結晶核剤、滑剤、離型剤、可塑剤、光または熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、難燃剤、顔料、染料あるいは他種ポリマーなどを添加できる。

本発明の熱可塑性樹脂射出成形体は、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料と合わせた状態でレーザー溶着されることから密着性が必要である。従って、本発明の熱可塑性樹脂射出成形体は、低ソリ特性を有するものを使用することが重要である。熱可塑性樹脂射出成形体のソリ変形は、熱可塑性樹脂の結晶化に伴う収縮率の異方性から発生する場合が多い。収縮異方性が大きい場合、成形時のソリ変形が大きくなり、接合しようとする熱可塑性樹脂射出成形体と、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料とのクリアランスが大きくなり、レーザー溶着が不充分となって接合強度が弱くなる。本発明では、この低ソリ性を実現するために、低い収縮異方性を持つ熱可塑性樹脂射出成形体を使用する。

本発明の収縮異方性とは、平板を射出成形したときに発生する、射出方向に対して流れ方向の収縮率と直角方向の収縮率の比であり、次式で表される。
収縮異方性＝（直角方向の収縮率）／（流れ方向の収縮率）
収縮異方性を求める平板の金型キャビティ寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍであり、フィルムゲートで成形される。収縮率は射出成形後の成形品の実寸と金型キャビティ寸法から求めることができる。

本発明の熱可塑性樹脂射出成形体の収縮異方性は３．５以下であることが必要である。３．５より大きい場合、流れ方向の収縮率が小さいのに対して直角方向の収縮率が大きいためソリ変形が大きくなり、接合しようとする二つの材料のクリアランスが大きくなってレーザー溶着が困難となる。

熱可塑性樹脂射出成形体の３．５以下の収縮異方性は、熱可塑性樹脂の種類や射出成形時の金型温度を適宜選択することによって容易に達成できる。例えば、ガラス繊維等の方向性の出やすい強化材を使用したために収縮異方性が高くなる場合には、結晶性の高い樹脂と結晶性の低い樹脂または非晶性の樹脂を組み合わせて使用したり、結晶性の高い樹脂を低温金型で成形することによって、収縮異方性を低下させることができる。更には、ガラスフレーク、タルク、マイカ等の形状が板状であるフィラーを添加し、直角方向の収縮率を下げることによって収縮異方性を低下させることも有効である。

本発明においてレーザー溶着に用いられるレーザー光としては、特に限定されるものではないが、一般的に、ルビー、ガラス、ＹＡＧ等の固体レーザー、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザー、ヘリウムーネオン、アルゴン、炭酸ガス、エキシマ等の気体レーザー等を挙げることができる。好ましいレーザーは、半導体レーザー（ＬＤレーザーダイオード、波長８０８〜９４０ｎｍ）やＹＡＧレーザー（イットリウム・アルミニュウム・ガーネット結晶、波長１０６４ｎｍ）であるが、これらに限定されるものではない。レーザーの波長が４００ｎｍより短いと、熱可塑性樹脂射出成形体が著しく劣化する可能性があり、好ましくない。

本発明の熱可塑性樹脂射出成形体は、レーザー光の照射によって熱可塑性樹脂が加熱溶融されて局所的な発泡を起こすことが必要である。レーザー光の出力は１００〜１０００Ｗの高出力であり、これにより接合される材料の合わせた部分は急速加熱される。金属、セラミック等の材料の表面温度は５００〜１５００℃程度になり、これらに接触している熱可塑性樹脂射出成形体は小さい収縮異方性のためにソリ変形が少ないことから密着性が良く、熱伝導により急速に加熱される。レーザー光が照射されている部分は溶融し、その中心部では局所的に極めて高温となり、発泡が起こる。熱可塑性樹脂の局所的な発泡により、両材料の接合部で高圧力が発生し強固な溶着接合が起こる。この高圧力の発生はレーザー光の高出力と両材料の密着性による急速発熱および局所的な熱可塑性樹脂の発泡によってもたらされる。一方、この高圧力によって熱可塑性樹脂の極性基と接合される材料（例えば金属材料）との間で何らかの化学的な反応が起こる。従って、熱可塑性樹脂の主鎖中のエステル結合の有無やアミド結合の濃度は、熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料との溶着結合の強度を高めるために極めて重要な因子である。

本発明の熱可塑性樹脂の材料を調製する方法としては、特に限定されるものではない。混錬装置として一般の単軸押出機、二軸押出機および加圧ニーダー等が使用できるが、本発明においては二軸押出機が特に好ましい。例えば必要に応じて複数の熱可塑性樹脂および強化材や充填剤や他の配合剤等を混合し、これを二軸押出機に投入して均一に溶融混錬することにより熱可塑性樹脂の材料を製造することができる。混錬温度は熱可塑性樹脂の種類により異なるが、一般的に１８０℃〜３６０℃であり、混錬時間は０．５〜１５分程度が好ましい。かくして調製される熱可塑性樹脂を使用して常法により射出成形して本発明の熱可塑性樹脂射出成形体を得ることができる。

以下に実施例により本発明の熱可塑性樹脂射出成形体の優位性を示すが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。

本発明の実施例、比較例に使用した原材料は以下の通りである。
・ナイロン６（ＮＹ６）は東洋紡ナイロンＴ―８００（東洋紡績（株））を使用した。
・ナイロン１２（ＮＹ１２）はダイアミドＬ１８０１（ダイセル・ヒュルス（株））を使用した。
・ポリエーテルアミド共重合体（ポリアミドエラストマー）は、ダイアミドＰＥＡ、Ｅ４０（ショアーＤ＝４０）とダイアミドＰＡＥ、Ｅ６２（ショアーＤ＝６２）、（ダイセル・ヒュルス（株））を使用した。
・ナイロン６Ｔ／６Ｉは東洋紡ナイロンＴ−７１４Ｅ（東洋紡績（株））を使用した。
・ナイロンＭＸＤ６は東洋紡ナイロンＴ−６００（東洋紡績（株））を使用した。
・ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）はタフテックＰＢＴＮ１０００（三菱レイヨン（株））を使用した。
・ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）はＲＥ５３０（東洋紡績（株））を使用した。
・ポリカーボネート（ＰＣ）はユーピロンＳ−１０００（三菱エンジニアリングプラスチックス（株））を使用した。
・ポリアリレート（ＰＡＲ）はＵポリマーＵ１０００（ユニチカ（株））を使用した。
・ポリアセタール（ＰＯＭ）はデルリン５００（デュポン（株））を使用した。
・低密度ポリエチレン（低密度ＰＥ）はスミカセンＧ８０１（住友化学（株））を使用した。
・ガラス繊維はＦＴ２Ａ（オーエンスコーニング製造（株））を使用した。
・タルクはＫＳＴＷ（勝鉱山鉱業所（株））を使用した。
・熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料として、金属材料（ＳＵＳ３０４のステンレス板）、ガラス材料（ソーダガラス製フロートガラス板）またはセラミック材料（酸化物系のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製板）を使用した。

表１〜４の実施例及び比較例に示した配合割合で各原料をタンブラーで混合した後、二軸押出機に投入して溶融混錬して実施例１〜８、比較例１〜３、実施例１′〜９′、比較例１′〜４′の熱可塑性樹脂を調製した。なお、ガラス繊維は二軸押出機のベント口から別に投入した。二軸押出機の設定条件はシリンダー温度３００℃であり、混錬時間は０．５〜５分である。これらの熱可塑性樹脂を射出成形機で成形して評価用試料とした。成形はそれぞれの原料のカタログに記載されている代表的な条件で行なった。また、ソリ変形量に密接に関連する金型温度は表１〜４に記載のように設定した。

成形収縮率（樹脂の流れ方向、直角方向の収縮率）は図１に示した１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍの平板（フィルムゲート）で測定し、各収縮率の値から収縮異方性を求めた。一方、レーザー溶着接合強度は図２に示した試験片で測定した。図２において２は各熱可塑性樹脂射出成形体であり、３は熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料（金属、セラミック、またはガラスの材料）を表わす。レーザーは半導体レーザー（９４０ｎｍ）を使用し、出力２００Ｗ、照射速度２．５ｍｍ／ｓｅｃの条件で両材料の合わされた部分に照射した。レーザー光は図２（ｂ）の５の方から照射され、４の部分で両材料が溶融溶着した。溶着接合強度は、各材料の２および３の部分を測定機のチャックに挟み、５ｍｍ／分の速度で引っ張ったとき、破断が溶着した接合部分でなく、各熱可塑性樹脂射出成形体の母材部分で破壊が起こった場合に○印を付け、両材料の接合面で剥離が起こった場合に×印を付けた。評価結果は表１〜４に記載した。

表１からわかる通り、射出成形体の収縮異方性が３．５以下であっても、射出成形体に含まれるポリアミド重合体の鎖状分子１００原子当たりのアミド結合の数が４個未満ではレーザー溶着接合強度が劣る（比較例１）か又は全く接合できない（比較例２）。また、表２からわかる通り、射出成形体に含まれるポリアミド重合体の鎖状分子１００原子当たりのアミド結合の数が４個以上であっても、射出成形体の収縮異方性が３．５より大きいとレーザー溶着接合強度が劣る（比較例３及び４）。一方、射出成形体の収縮異方性が３．５以下でありかつ熱可塑性樹脂が、鎖状分子１００原子当たり４個以上のアミド結合を持つポリアミド重合体を含む場合は、接合される相手が金属、ガラスまたはセラミックのいずれであっても高いレーザー溶着接合強度を達成することができる（実施例１〜９）。

表３からわかる通り、射出成形体の収縮異方性が３．５以下であっても射出成形体に含まれる熱可塑性樹脂がエステル結合を主鎖に持たない場合はレーザー溶着接合強度が劣る（比較例１′及び２′）。また、表４からわかる通り、射出成形体に含まれる熱可塑性樹脂がエステル結合を主鎖に持つ場合であっても、射出成形体の収縮異方性が３．５より大きいと、レーザー溶着接合強度が劣る（比較例３′）。一方、射出成形体の収縮異方性が３．５以下でありかつ熱可塑性樹脂がエステル結合を主鎖に持つ重合体を含む場合は、接合される相手が金属、ガラスまたはセラミックのいずれであっても高いレーザー溶着接合強度を達成することができる（実施例１′〜８′）。

本発明のレーザー溶着用熱可塑性樹脂射出成形体は、金属、セラミック、ガラスなどの熱可塑性樹脂射出成形体とは異なる材料との間で高い強度のレーザー溶着接合を達成することができる。従って、本発明は、自動車産業などの異種材料間レーザー溶着を必要とする分野に広く応用することができる。

Claims

熱可塑性樹脂射出成形体と、金属材料を合わせた状態でレーザー光の照射により熱可塑性樹脂を加熱溶融させて局所的な発泡を起こすことにより、熱可塑性樹脂射出成形体と、金属材料とを溶着接合することによって得られるレーザー溶着接合体であって、射出成形体が３．５以下の収縮異方性を有すること、および熱可塑性樹脂が鎖状分子１００原子当たり４個以上のアミド結合を持つポリアミド重合体を含むことを特徴とするレーザー溶着接合体。