(57)【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、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。
【０００３】
ここに、樹脂材同士の接合方法として、従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。
【０００４】
このレーザ溶着方法では、透過性樹脂材内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。
【０００５】
ところで、上記したようなレーザ溶着では、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。
【０００６】
しかし、成形ソリ等の製造上の問題から、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。
【０００７】
そこで、十分な接合強度等を確保すべく、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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加圧治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。
【０００９】
また、加圧治具を配置した状態でレーザ照射することから、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。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発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。
【００１２】
好適な態様において、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ができる。
【００１３】
好適な態様において、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ができる。
【００１４】
好適な態様において、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ができる。
【００１５】
好適な態様において、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。
【００１６】
好適な態様において、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ができる。
【００１７】
好適な態様において、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とすることができる。
【００１８】
好適な態様において、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とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発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。
【００２０】
上記配置工程では、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、０．５ｍｍ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。
【００２１】
上記照射工程では、上記透過性樹脂材側か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。
【００２２】
なお、こうして得られた接合部では、接合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。
【００２３】
また、本発明のレーザ溶着方法では、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。
【００２４】
ここに、上記透過性樹脂材としては、熱可塑性を有し、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（ＰＡ６６）等のポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、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（ＰＥＴ）、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。
【００２５】
上記吸収性樹脂材としては、熱可塑性を有し、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（ＰＣ）、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。
【００２６】
また、上記透過性樹脂と上記非透過性樹脂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ＰＣ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。
【００２７】
上記加熱源として用いるレーザ光の種類としては、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：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：５００〜１０００ｎｍ）を用いることができる。
【００２８】
また、レーザの出力、照射密度や加工速度（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。
【００２９】
上記透過性樹脂材及び上記吸収性樹脂材の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。
【００３０】
そして、上記照射工程で、透過性樹脂材及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。
【００３１】
例えば、減圧炉内等の減圧雰囲気下に透過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。
【００３２】
ただし、接合端面の全面において溶融樹脂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。
【００３３】
具体的には、板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。
【００３４】
また、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。
【００３５】
なお、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。
【００３６】
さらに、接合端面の一端側と他端側とで圧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。
【００３７】
また、吸収性樹脂材の接合端面に設ける上記受け面としては、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。
【００３８】
さらに、上記照射工程では、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。
【００３９】
なお、上述したように、接合端面の周り全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。
【００４０】
加えて、上記照射工程では、吸収性樹脂材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。
【００４１】
上記ヒートスポット部による効果をより有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。
【００４２】
上記ヒートスポット部は、透過性樹脂材の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。
【００４３】
また、上記ヒートスポット部は、透過性樹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。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００４５】
（実施例１）
図１から図３に示す本実施例は、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。
【００４６】
この樹脂製タンクは、上下に２分割されていて、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。
【００４７】
透過性樹脂材１は、レーザ溶着に必要なエ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。
【００４８】
また、吸収性樹脂材２は、加熱源としての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。
【００４９】
なお、照射に使用するレーザ光はＹＡＧ：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ＰＡ６６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。
【００５０】
透過性樹脂材１の接合端部１０は、図２に示すように、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１１ｂ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。
【００５１】
一方、吸収性樹脂材２の接合端部２０には、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２１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。
【００５２】
なお、上記嵌合凸部１１の第１先端面１１ａ、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、２１ｃ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２１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。
【００５３】
そして、透過性樹脂材１の嵌合凸部１１及び吸収性樹脂材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。
【００５４】
上記構成を有する本実施例の樹脂製タンクは、以下のようにして製造した。
【００５５】
（配置工程）
まず、透過性樹脂材１及び吸収性樹脂材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１１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）。
【００５６】
このとき、図２に示すように、透過性樹脂材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。
【００５７】
そして、図１に示すように、透過性樹脂材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２１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。
【００５８】
なお、レーザ光としてはＹＡＧ−ネオジウムレーザ光（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。
【００５９】
上記レーザ照射により、嵌合凹部２１の内面（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、２１ｃ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。
【００６０】
この照射工程では、中空体の内部が真空ポンプ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２１ａ、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。
【００６１】
特に、本実施例では、接合端面の周り（中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。
【００６２】
こうして溶融樹脂により隙間Ｓが埋められれば、吸収性樹脂材２の底面２１ａ、各テーパ内面２１ｂ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。
【００６３】
なお、こうして得られた接合部では、接合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。
【００６４】
また、本実施例では、嵌合凸部１１及び嵌合凹部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２１ｄ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。
【００６５】
さらに、本実施例のレーザ溶着方法では、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。
【００６６】
加えて、本実施例における透過性樹脂材１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。
【００６７】
また、嵌合凸部１１が局部的に薄肉化されていることから、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。
【００６８】
さらに、本実施例では、上記照射工程において、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。
【００６９】
（実施例２）
図４及び図５に示す本実施例は、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。
【００７０】
この実施例における透過性樹脂材１の接合端部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。
【００７１】
一方、吸収性樹脂材２の接合端部２０は、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。
【００７２】
なお、上記第１凸状部１２の第１先端面１２ａ、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２２ｂ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。
【００７３】
そして、透過性樹脂材１の第１凸状部１２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。
【００７４】
その他の構成は、前記実施例１と同様である。
【００７５】
本実施例では、透過性樹脂材１の第１凸状部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。
【００７６】
また、本実施例では、透過性樹脂材１の第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２２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。
【００７７】
したがって、ヒートスポット部として機能する第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。
【００７８】
その他の作用効果は、前記実施例１と同様である。
【００７９】
（実施例３）
図６に示す本実施例は、請求項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。
【００８０】
すなわち、本実施例では、嵌合凹部２１の外側テーパ内面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。
【００８１】
その他の構成は、前記実施例１と同様である。
【００８２】
よって、ヒートスポット部として機能する嵌合凹部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。
【００８３】
その他の作用効果は、前記実施例１と同様である。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の樹脂部品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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る樹脂部品のレーザ溶着方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係り、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対向させる配置工程を説明する要部断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係り、レーザ光の照射により、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。
【図４】本発明の実施例２に係り、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対向させる配置工程を説明する要部断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係り、レーザ光の照射により、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。
【図６】本発明の実施例３に係り、レーザ光の照射により、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。
【符号の説明】
１…透過性樹脂材                  ２…吸収性樹脂材
４…真空ポンプ                    ５…レーザトーチ
６…レーザ光                      １０、２０…接合端部
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）、２２ｂ…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
【図１】
0003551157.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003551157.tif 000006
【図６】
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