(57)【要約】      （修正有）【課題】タクトタイムを短縮できるレーザ光に対して透過性の樹脂部材同士間のレーザ溶着方法を提供する。【解決手段】樹脂部材間のレーザ溶着方法は次の工程を含む。ａ）レーザ溶着補助板１１の凸部１１ａを上にして載置台７に載置する工程、ｂ）レーザ光に対して透過性を有する第１、第２の樹脂部材１、３を前記レーザ溶着補助板１１の上に凸部１１ａと樹脂部材の溶着面５とを位置合わせして重ねて載置する工程、ｃ）加工用レーザ透過板２１を樹脂部材１、３の上に載置して載置台との間を押圧する工程、ｄ）レーザ光３１ａを加工用レーザ透過板２１の上からレーザ溶着補助板１１に向けて照射する工程。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対する透過性を有する樹脂部材同士のレーザ溶着において、
溶着面の形状に合わせてレーザ光に対して吸収性を有する部材で凸部が形成されたレーザ溶着補助板を用いることを特徴とする樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項２】
レーザ光に対する透過性を有する樹脂部材同士のレーザ溶着において、次の工程を含むことを特徴とする樹脂部材間のレーザ溶着方法。
ａ）前記レーザ溶着補助板の凸部を上にして載置台に載置する工程
ｂ）レーザ光に対して透過性を有する第１、第２の樹脂部材を前記レーザ溶着補助板の上に前記凸部と前記樹脂部材の溶着面とを位置合わせして重ねて載置する工程
ｃ）加工用レーザ透過板を前記樹脂部材の上に載置して前記載置台との間を押圧する工程
ｄ）レーザ光を前記加工用レーザ透過板の上から前記レーザ溶着補助板に向けて照射する工程
【請求項３】
前記レーザ光はスポット、線状、または面状のいずれかであることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項４】
前記レーザ光の照射は前記樹脂部材の全ての面を照射することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項５】
前記レーザ光の照射は前記樹脂部材の溶着面に相当する部位を照射することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項６】
前記レーザ溶着補助板は基材とその上に形成される凸部とでレーザ光に対する吸収性が異なる材質で、基材方が凸部よりレーザ光に対する吸収率が少ないことを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項７】
前記レーザ溶着補助板は基材とその上に形成される凸部とが同一の材質で、前記加圧下においても前記基材と前記溶着対象物である樹脂部材とが接触しない高さで前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【請求項８】
前記載置台はレーザ溶着補助板よりレーザ光に対する吸収性が少なく、前記溶着対象物である樹脂部材の熱伝導率より高い材質からなることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の樹脂部材間のレーザ溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光に対する透過性を有する樹脂部材同士のレーザ溶着方法に係り、特に積層配置されたフィルム状の樹脂部材間を溶着させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、フィルム状の樹脂部材同士を接合する場合、熱圧着による接合方法が一般に用いられてきた。これは、積層配置させた２枚の樹脂フィルムの一方の表に加熱した金型を押し当て、両フィルム間を溶融・圧着させるものであり、比較的短時間で接合が完了する上に、溶融部において高い気密性を確保できる利点がある。
【０００３】
しかしながら、熱圧着の場合、上記のように加熱用の金型を用意する必要があり、そのためのコストを要することはもちろんのこと、接合対象や接合パターンに応じて金型を取り替えや作り替えの必要があり、仕様変更に対する柔軟性に欠けるという問題点があった。
また、金型全体を加熱する必要があり、容易に温度コントロールができないので、離型時の糸引き等の品質的な問題が発生することがある。これを防ぐ方法として、冷却サイクルの追加や金型とワーク（接合対象物）との間にシート状のテフロン（登録商標）を挟む等の改善策が提案されているが、共に新たに工程を追加することになるのでタクトタイムが大きくなり、コストの増大につながるという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解決するために、次のようなレーザ光を熱源とする樹脂フィルム間の接合方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
すなわち、少なくとも表面がレーザに対する吸収特性を備えたレーザ吸収部材の表面に、レーザに対する透過性を備えた少なくとも２枚の樹脂フィルムを積層配置させる工程と、該樹脂フィルム層の表面にレーザに対する透過性を備えた押圧板を被せる工程と、該押圧板の表面にレーザビームを照射して上記レーザ吸収部材を加熱し、その伝導熱によって各樹脂フィルム間を溶着させる工程からなるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５０５１３号公報（従来技術と特許請求の範囲の記載）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この接合方法によれば、金型を用いることなく樹脂フィルム間を高い位置精度で接合することが可能となるだけでなく、部分的な加熱が可能となるので加熱と冷却のサイクルタイムが大幅に短縮できるという利点がある。
【０００７】
しかしながら、この接合方法ではレーザ光を溶着形状に合わせてその都度この形状通りに走査する必要があるので溶着部の痕の幅は使用するレーザのビーム径に依存するため次のような欠点があった。
（１）溶着形状が複雑化するのに比例してレーザ走査時間が増加するのでその増加分製造コストが増大する。
（２）溶着幅を狭めるには、レーザのビーム径を絞らなければならないので、レーザ発振器やレーザ集光光学系を高価なものとしなければならないからこの点からも製造コストが増大する。
（３）溶着幅は溶着形状に応じて変える必要があるが、レーザのビーム径とレーザ出力とを変更しなければならないので、レーザ集光光学系の内部レンズ位置を変更するか、接合対象物との距離を変更する必要があり、この変更作業は溶着幅が変更されるたびにその都度実行しなければならない。そのため必然的にレーザ接合システムに複雑な制御系が必要となるからこの点からも製造コストが増大する。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、溶着形状に合わせた凸部が形成されたレーザ溶着補助板を用いることで樹脂フィルム間のレーザ溶着作業のタクトタイムを短縮でき、引いては製造コストを低減できる樹脂部材間の溶着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、レーザ光に対する透過性を有する樹脂部材同士のレーザ溶着において、溶着面の形状に合わせてレーザ光に対して吸収性を有する部材で凸部が形成されたレーザ溶着補助板を用いることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、レーザ光に対する透過性を有する樹脂部材同士のレーザ溶着において、次の工程を含むことを特徴とするものである。
ａ）前記レーザ溶着補助板の凸部を上にして載置台に載置する工程
ｂ）レーザ光に対して透過性を有する第１、第２の樹脂部材を前記レーザ溶着補助板の上に前記凸部と前記樹脂部材の溶着面とを位置合わせして重ねて載置する工程
ｃ）加工用レーザ透過板を前記樹脂部材の上に載置して前記載置台との間を押圧する工程
ｄ）レーザ光を前記加工用レーザ透過板の上から前記レーザ溶着補助板に向けて照射する工程
【００１１】
請求項３に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、レーザ光がスポット、ライン状、または面状のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、レーザ光の照射は樹脂部材の全ての面を照射することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、レーザの照射は樹脂部材の溶着面に相当する部位を照射することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、レーザ溶着補助板は基材とその上に形成される凸部とでレーザ光に対する吸収性が異なる材質で、基材方が凸部よりレーザ光に対する吸収率が少ないことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、レーザ溶着補助板は基材とその上に形成される凸部とが同一の材質で、前記加圧下においても前記基材と前記溶着対象物である樹脂部材とが接触しない高さで前記凸部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に記載した発明になる樹脂部材間のレーザ溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ溶着方法を前提とし、載置台はレーザ溶着補助板よりレーザ光に対する吸収性が少なく、前記溶着対象物である樹脂部材の熱伝導率より高い材質からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る溶着方法、特に面状または線状のレーザ光を用いることで、溶着形状に拘りなく単にレーザ光を照射または走査しながら照射することで短時間で溶着面に的確に溶着できるから製造コストの低減を図ることができる樹脂部材間の溶着方法を提供することができる。
【００１８】
また、スポット状のレーザ光を用いることで、溶着部以外への熱的ダメージを減らすことができるので高品質の樹脂部材間の溶着方法を提供することができる。
【００１９】
また、特にスポット状のレーザ光を用いる場合は、凸部に比べてレーザ光に対する吸収性が少ないレーザ溶着補助板の基材の上に凸部を形成することで凸部以外にレーザ光が照射されてもその部分の発熱は少ないので樹脂部材が溶融することはないからレーザ光の集光径を絞らずに集光径以下の溶着面の溶着が可能な溶着方法を提供できる。
【００２０】
さらに、溶接対象物である樹脂部材と比べて熱伝導率のよい載置台を用いることで、レーザ溶着が不要な部分で発熱がある場合でも載置台側に熱を拡散することができるので不必要なレーザ溶着を防止できるから高品質の樹脂部材間の溶着方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明になる溶着面の形状に合わせてレーザ光に対して吸収性を有する部材で凸部が形成されたレーザ溶着補助板の概要図である。
【図２】本発明になる樹脂部材間のレーザ溶着工程の概要図でその前半部である。
【図３】本発明になる樹脂部材間のレーザ溶着工程の概要図でその後半部である。
【図４】本発明によりレーザ溶着する樹脂部材の概要図である。
【図５】より複雑な溶着面の形状の溶着対象物である樹脂部材の概要図である。
【図６】図５の溶着対象物をレーザ溶着するときの凸部を形成したレーザ溶着補助板の概要図である。
【図７】図５の溶着対象物のレーザ溶着後の樹脂部材の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明になる溶着面の形状に合わせてレーザ光に対して吸収性を有する部材で凸部が形成されたレーザ溶着補助板の概要図、図２、３は、本発明になる樹脂部材間のレーザ溶着工程の概要図で、図２はその前半部、図３はその後半部、図４は、本発明によりレーザ溶着する樹脂部材の概要図である。図１（ａ）と図４（ａ）はそれぞれの上平面図、図１（ｂ）と図４（ｂ）はそれぞれのイ−イ、ロ−ロ断面図である。なお、これらの図は模式的に描かれたもので実際の寸法を表していない。
【００２３】
図１〜４において、１および３は溶着対象物であるレーザ光に対して透過性を有する第１、第２の樹脂部材（例えば、厚さが１ｍｍ以下で縦横が４０ｍｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）、５、５は第１、第２の樹脂部材間の溶着面（例えば、幅１ｍｍ程度）、７は溶着対象物を載置する載置台、１１は溶着面５、５の形状に合わせてレーザ光に対して吸収性を有する部材で凸部が形成されたレーザ溶着補助板、２１はレーザ溶着作業中載置台７との間で加圧することで第１、第２の樹脂部材１、３をレーザ溶着補助板１１の凸部１１ａ、１１ａに密着させるレーザ光に対して透過性を有する加工用レーザ透過板、３１は溶着対象物の上面から溶着面５、５に沿って走査自在に駆動可能なスポットのレーザ光３１ａを照射するレーザ照射部である。
【００２４】
６１、６１は凸部１１ａ、１１ａでレーザ光３１ａが吸収されることによる発熱部、６１ａ、６１ａはこの発熱部６１、６１からの熱が伝導することによる第１、第２の樹脂部材１、３の溶融部、６１ｂ、６１ｂはレーザ光照射を停止し、溶融部６１ａ、６１ａが冷えることにより第１、第２の樹脂部材１、３が溶着された溶着痕である。
【００２５】
ここで、凸部１１ａ、１１ａの高さは０．０１〜０．５ｍｍのレーザ光に対して吸収性を有する材質のものを用い、レーザ溶着補助板１１と同一の材質のものを用いてもよく、別の材質のものを用いてもよい。同一材質のものを用いるときは凸部１１ａ、１１ａの高さは加圧したときに凸部１１ａ、１１ａを形成していないレーザ溶着補助板１１の基材が第１、第２の樹脂部材１、３に接触しない程度に設定するのがよい。接触することがなければ、レーザ溶着補助板１１の凸部１１ａ、１１ａがないところでもレーザ光を吸収して発熱するが、この熱が直ぐ上に載置されている樹脂部材１、３に伝導しないからである。
【００２６】
別の材質のものを用いるときは凸部１１ａ、１１ａが形成されたレーザ溶着補助板１１の基材は凸部１１ａ、１１ａよりレーザ光に対して吸収性が少なく（例えば１桁以上の差）、第１、第２の樹脂部材１、３より熱伝導性が低いものを用いるのがよい。レーザ溶着補助板１１の基材は凸部１１ａ、１１ａに比べてレーザ光による発熱を少なくすることができ、かつ凸部１１ａ、１１ａで吸収されたレーザ光による熱を効率的に第１、第２の樹脂部材１、３に伝導させることができるからである。また、レーザ溶着補助板１１は凸部１１ａ、１１ａと第１、第２樹脂部材１、３の溶着面５、５を位置合わせするためのマークや壁状の突起部を設けておくのがよい。
【００２７】
また、載置台７は凸部１１ａ、１１ａよりレーザ光に対して吸収性が少なく、第１、第２の樹脂部材１、３より熱伝導性が高いものを用いるのがよい。凸部１１ａ、１１ａの高さを低くすると加圧したときに第１、第２の樹脂部材１、３と凸部１１ａ、１１ａが密着するだけでなく、第１、第２の樹脂部材１、３が凸部１１ａ、１１ａが形成されていないレーザ溶着補助板１１の基材、そして載置台７とある程度密着する可能性がある。このとき、凸部１１ａ、１１ａが形成されていない基材部分でもレーザ光吸収により発熱しても、この熱を載置台７の方に拡散させることができるからである。
【００２８】
そして、加工用レーザ透過板２１としては硬質耐熱ガラスプレートを用いるのがよく、上記のような厚さのＰＥＴを溶着するのに半導体レーザを用いるのであれば、出力約１５Ｗ、中心波長９８０ｎｍ、の半導体レーザを用いることができる。
【００２９】
載置台７は上下移動自在な構成とし、加工用レーザ透過板２１は載置台７と対向する所定位置に所定の高さをもって固定して設けられているのがよい。載置台７を適当な位置（あるいは載置台の原点）に下げ、レーザ溶着補助板１１、第１、第２の樹脂部材１、３の載置を容易にし、載置台７を上げることで加工用レーザ透過板２１との間で前記載置物を適当な荷重で加圧するためである。載置台はレーザ光を反射させる材質で形成することで吸収性を少なくしてもよい。
【００３０】
次に、図１〜４を用いてレーザ光に対して透過性の樹脂部材のレーザ溶着方法について工程順に説明する。
【００３１】
先ず、レーザ光に対して吸収性を有する材料を用いて第１、第２の樹脂部材１、３を溶着する位置に相当する部分に凸部１１ａ、１１ａを形成してレーザ溶着補助板１１を作成する（図１）。同一材質のものでレーザ溶着補助板１１を作成する場合には公知の切削等を用い、異種の材質のもので作成する場合は公知の接着等を用いる。
【００３２】
このようにして形成されたレーザ溶着補助板１１を凸部１１ａ、１１ａを上にして載置台７上に載置する（図２の（ａ））。そして、この上に第１、第２の樹脂部材１、３を溶着面５、５を対応する凸部１１ａ、１１ａに位置合わせしながら重ねて載置する（図２の（ｂ））。なお、この図では第１の樹脂部材１が第２の樹脂部材３の上に載置されているが本発明には順番は問題ではないので位置合わせして重ねて載置されていればよい。
【００３３】
その後、載置台７を上方に移動させ、前述のように対向した位置に固定されている加工用レーザ透過板２１とでレーザ溶着補助板１１と第１、第２の樹脂部材１、３とを挟み込むように所定の荷重を加えて凸部１１ａ、１１ａと第３樹脂部材３の溶着面５、５とを隙間なく密着させる（図２の（ｃ））。
【００３４】
そして、この荷重はレーザ光の照射が終了するまで維持される。レーザ光照射部３１は加工用レーザ透過板２１の上方から第１の樹脂部材１、第２の樹脂３を介してレーザ溶着補助板１１の凸部１１ａ、１１ａに焦点を当てながらレーザ光を照射する（図２の（ｄ））。なお、前述のように、凸部１１ａ、１１ａの高さによっては、レーザ溶着補助板１１の基材と第２樹脂部材３との接触する場合がある。
【００３５】
レーザ溶着補助板１１に形成された凸部１１ａ、１１ａは、このレーザ光３１ａ、３１ａを吸収して発熱する（図３の（ｅ））。６１、６１はこの発熱部位を示している。なお、図３の（ｅ）、（ｆ）では加工用レーザ光透過板２１とレーザ光照射部３１は省略してある。
【００３６】
そして、発熱部位６１、６１からの熱は凸部１１ａ、１１ａに密着している第２の樹脂部材３を介して第１の樹脂部材１の方向に伝導する。こうして溶着面５、５を中心にして第１、第２の樹脂部材１、３が伝導熱により溶融することで第１、第２の樹脂部材１、３が混然一体化し、溶融部６１ａ、６１ａとなる（図３のｆ）。
【００３７】
レーザ照射部３１をスキャンさせながら凸部１１ａ、１１ａの全面を少し広めにレーザ光を照射する。その後、レーザ光の照射を停止すると凸部１１ａ、１１ａでは発熱がなくなり、その結果溶融部６１ａ、６１ａの温度は低下し始め、最終的には溶融していた溶着面５、５が固化する。こうして溶着面５、５で溶着されることにより、第１、第２樹脂部材１、３の溶着が完了する（図３の（ｇ））。
【００３８】
このときレーザ光の照射は凸部１１ａ、１１ａより広めに行われているので凸部１１ａ、１１ａが形成されていないレーザ溶着補助板１１の基材にもレーザ光は照射される。しかし、前述のように凸部１１ａ、１１ａと基材とはレーザ光に対する吸収性が異なり、基材での発熱は凸部１１ａ、１１ａと比べて少なく、たとえ加圧により、第２の樹脂部材３と接触していたとしてももともと発熱による温度が低いこと、そして前述のように載置台７の熱伝導率が第２の樹脂部材３のそれと比較して大きいので、発熱の多くは載置台７の方向に拡散することで第２の樹脂部材３を溶融するほどの温度にはならない。したがって、溶着面５、５以外の部分で第１、第２の樹脂部材１、３が溶着することはない。
【００３９】
この実施の形態では、レーザ溶着補助板１１の基材と凸部１１ａ、１１ａとが異種の材質からなり、レーザ光に対する吸収性も異なるものを用いることとしているが、同一の材質のものであっても、前述のように凸部１１ａ、１１ａをある程度高くして、凸部１１ａ、１１ａとレーザ溶着補助板１１の基材との接触を起こさないようにすること、そして前述のように載置台７の熱伝導率が第２の樹脂部材３のそれと比較して大きいので、発熱の多くは載置台７の方向に拡散することで第２の樹脂部材３を溶融するほどの温度にはならない。したがって、この場合でも溶着面５、５以外の部分で第１、第２の樹脂部材１、３が溶着することはない。
【００４０】
レーザとしてはこの実施の形態のようにスポット状のものばかりでなく、溶着面の形状やタクトタイム、製造コスト等から適宜選択しては面状またはライン状のものを用いることができる。
【００４１】
以上、四辺形の樹脂部材を２つの部分に区分するようなある程度定型的な溶着面の形状を用いて本発明になるレーザ溶着方法について説明してきたが、凸部１１ａ、１１ａが形成できればよいので必要であればさらに複雑な形状の溶着が可能である。
【００４２】
図５〜図７はこのことを説明する図面である。図５は溶着対象物である樹脂部材の概要図、図６はこの溶着対象物をレーザ溶着するときの凸部を形成したレーザ溶着補助板の概要図、図７はレーザ溶着後の樹脂部材の概要図である。これらの図においては、図１〜図４に記載されているものと同じものには同じ符号を付してあるのでその説明は省略する。
【００４３】
図５に示されるような樹脂部材１、３のレーザ溶着は前述と同様な工程により実行される。つまり、図６に記載されるような凸部１１ａ、１１ａを形成したレーザ溶着補助板１１を作成し、載置台７にレーザ溶着補助板１１、第２の樹脂部材３、第１の樹脂部材１の順に溶着面５、５を位置合わせして重ねて載置する。
【００４４】
そして、加工用レーザ透過板２１と載置台７との間で加圧しながら、レーザ照射部３１からレーザ光を凸部１１ａ、１１ａに向けて照射し、凸部１１ａ、１１ａより、少し広めの領域を照射することで溶着面５、５付近を溶融する。その後、レーザ光の照射を停止することで溶融部６１ａ、６１ａを冷却させ、固化する。こうして図７のような溶着痕６１ｂ、６１ｂが示すようにレーザ溶着が完了する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明になる樹脂部材の溶着方法は、例えばＩＣカードの製造における溶着に用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  第１の樹脂部材
３  第２の樹脂部材
５  溶着面
１１ａ  凸部
１１  凸部１１ａを形成したレーザ溶着補助板
２１  加工用レーザ透過板
３１  レーザ照射部
３１ａ  レーザ光
６１  発熱部位
６１ａ  溶融部位
６１ｂ  溶着痕
【図１】
2011031587.tif 000003
【図２】
2011031587.tif 000004
【図３】
2011031587.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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