(57)【要約】【課題】レーザー光の照射時に接合面の間の空気を徐々に排出することで、溶着状態を安定させると共に、溶着強度が向上した樹脂材のレーザー溶着方法を提供する。【解決手段】レーザー光１０３を吸収する吸収性樹脂材１０２と、レーザー光１０３を透過させる透過性樹脂材１０１とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材１０１側からレーザー光１０３を照射して走査することで、吸収性樹脂材１０２を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、透過性樹脂材本体１０１ａの下面に突起１０１ｂを設け、突起１０１ｂが吸収性樹脂材１０２の上面に当接するように加圧した状態で、レーザー光１０３を照射して走査する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、吸収性樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、
透過性樹脂材の接合面に突起を設け、当該突起が吸収性樹脂材の接合面に当接するように加圧した状態で、レーザー光を照射して走査することを特徴とする樹脂材のレーザー溶着方法。
【請求項２】
前記突起の断面形状が、多角形であることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
【請求項３】
前記突起の先端は、少なくとも角部が曲率形状であることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
【請求項４】
透過性樹脂材の接合面に、複数の前記突起を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹脂材のレーザー溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材のレーザー溶着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、両樹脂材の接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射することで、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法が提案されている。
【０００３】
以下に、従来例１の樹脂材のレーザー溶着方法を説明する。
【０００４】
図５（ａ）〜（ｃ）に、従来例１のレーザー溶着方法を示す。図５（ａ）において、断面が略矩形状の透過性樹脂材５０１と、断面が略矩形状の吸収性樹脂材５０２とを重ね合わせ、押さえ冶具（図示無し）で両樹脂材が当接するように加圧力Ｐ５１を加えた状態で、透過性樹脂材５０１側からレーザー光５０３を照射する。レーザー光５０３は透過性樹脂材５０１ではほとんど吸収されずに透過して、吸収性樹脂材５０２の表面付近で吸収される。吸収されたレーザー光５０３のエネルギーは熱に変換され、吸収性樹脂材５０２の表面が加熱される。
【０００５】
その結果、図５（ｂ）に示すように、吸収性樹脂材５０２の接合面と、透過性樹脂材５０１の接合面とが溶融されて、溶融樹脂材５０４が形成される。そして、レーザー光５０３の照射を停止すると、溶融樹脂材５０４が冷却して固化し、両樹脂材が互いに溶着される。
【０００６】
また、図６に示すように、レーザー光６０３を照射して走査することで、例えば矩形箱状のケース６００における、吸収性樹脂で形成されたケース本体６０２と、透過性樹脂で形成された蓋６０１とを溶着して密封することができる。
【０００７】
しかし、透過性樹脂材５０１の接合面、または吸収性樹脂材５０２の接合面に反り等が生じて、両樹脂材の接合面の間に、空間が生じていた場合、レーザー光５０３を照射して樹脂材を加熱すると、空間の空気も加熱されて膨張し、破裂が発生する。図５（ｃ）に示すように、この破裂によって、溶融樹脂材５０４が、両樹脂材の接合面に沿って飛散し、不均一な状態で冷却固化されるので、溶着状態が不安定となり、リーク不良が生じる。また、溶融樹脂材５０４の飛散または流出により、樹脂材本体からはみ出すことで外観を損ねることとなる。
【０００８】
そこで、吸収性樹脂材の接合面に突起を設けることによって、レーザー光照射時に両樹脂材の接合面の間の空気を徐々に排出するレーザー溶着方法を従来例２として、以下に説明する（例えば特許文献１）。
【０００９】
従来例２は、吸収性樹脂材の接合面に、突起が設けられている。そして、突起が透過性樹脂材の接合面に当接するように重ね合わせ、両樹脂材の接合面が近付く方向に加圧された状態で、透過性樹脂材側から突起にレーザー光を照射する。すると、突起が徐々に溶融されることによって、両樹脂材の接合面の間の距離が短くなり空気が徐々に排出されていく。したがって、両樹脂材の接合面の間の空気が膨張して破裂することはなく、溶融樹脂材が均一な状態で冷却固化されるので、溶着状態が安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２８８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来例２の樹脂材のレーザー溶着方法は、吸収性樹脂材の接合面に設けられた突起を全て溶融させて、両樹脂材を互いに溶着している。したがって、従来例１、２の溶着面は、平面に形成されていた。しかしながら、近年では溶着強度がより向上した樹脂材のレーザー溶着方法が求められていた。
【００１２】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザー光の照射時に接合面の間の空気を徐々に排出することで、溶着状態を安定させると共に、溶着強度が向上した樹脂材のレーザー溶着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、レーザー光を吸収する吸収性樹脂材と、レーザー光を透過させる透過性樹脂材とを重ね合わせて加圧し、その接合面に透過性樹脂材側からレーザー光を照射して走査することで、吸収性樹脂材を溶融させて、両樹脂材を溶着する樹脂材のレーザー溶着方法において、透過性樹脂材の接合面に突起を設け、当該突起が吸収性樹脂材の接合面に当接するように加圧した状態で、レーザー光を照射して走査することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、透過性樹脂材の接合面に設けた突起を、溶融された吸収性樹脂材に徐々に沈み込ませていくことによって、接合面の間の空気を徐々に排出することで溶着状態を安定させることができると共に、突起の表面と吸収性樹脂材の間においても溶着部が形成されるため、溶着面積が増加し溶着強度を向上させることができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記突起の断面形状が、多角形であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、突起の断面形状を多角形にすることで、溶着面積が増加し、溶着強度を増加させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記突起の先端は、少なくとも角部が曲率形状であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、突起の先端の角部を曲率形状にすることで、突起の先端の角部にかかる応力を分散させることができるので、突起の強度を向上させることができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、透過性樹脂材の接合面に、複数の前記突起を設けることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、透過性樹脂材の接合面に、複数の突起を設けることによって、溶着面積が増加し、溶着強度を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明では、レーザー光の照射時に、接合面の間の空気を徐々に排出することで、溶着状態を安定させると共に、溶着強度を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１の樹脂材のレーザー溶着方法を示す図である。
【図２】同上の実施形態２の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成を示す図である。
【図３】同上の実施形態３の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成を示す図である。
【図４】同上の樹脂材のレーザー溶着方法を用いた成形品の概略構成を示す図である。
【図５】従来の樹脂材のレーザー溶着方法を示す図である。
【図６】同上の樹脂材のレーザー溶着方法を用いた成形品の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）に、本発明の第１の実施形態の樹脂材のレーザー溶着方法を示す。
【００２５】
図１（ａ）に、レーザー光１０３を照射する前の樹脂材の状態を示す。以下、図１（ａ）に対する上下左右方向を基準とする。
【００２６】
本実施形態の透過性樹脂材１０１は、断面が略矩形状に形成された透過性樹脂材本体１０１ａの下面に、断面が三角形に形成された突起１０１ｂが設けられている。突起１０１ｂの左右の側面は、下方に向かうにつれて内側に向かう斜面で形成されている。また、吸収性樹脂材１０２は、断面が略矩形状に形成されている。
【００２７】
そして、突起１０１ｂの先端が、吸収性樹脂材１０２の上面と当接するように、押さえ冶具（図示なし）によって、加圧力Ｐ１１が加えられている。また、突起１０１ｂが設けられていることによって、透過性樹脂材本体１０１ａの下面と吸収性樹脂材１０２の上面とで構成される、両樹脂材の接合面の間には、空間１０４が形成されている。
【００２８】
図１（ｂ）は、レーザー光１０３が照射され、溶着中の図である。透過性樹脂材１０１の上方から、下方に向かって加圧力Ｐ１１が加えられた状態で、透過性樹脂材本体１０１ａの上面から、突起１０１ｂを介して、吸収性樹脂材１０２の上面にレーザー光１０３が照射される。それによって、吸収性樹脂材１０２は溶融される。そして、加圧力Ｐ１１が加えられているため、突起１０１ｂは溶融された吸収性樹脂材１０２の上面に徐々に沈み込んでいく。また、突起１０１ｂが溶融された吸収性樹脂材１０２に徐々に沈み込んでいくことによって、両樹脂材の接合面の間の空間１０４が徐々に小さくなる共に、図１（ｂ）の矢印で示すように、左右方向へ空気が徐々に排出されていく。
【００２９】
図１（ｃ）に、溶着後の図を示す。加圧力Ｐ１１を加えた状態でレーザー光１０３を照射し、突起１０１ｂ全体を吸収性樹脂材１０２に沈み込ませることで、透過性樹脂材本体１０１ａの下面と吸収性樹脂材１０２の上面が当接し、空間１０４はなくなる。したがって、突起１０１ｂが徐々に沈み込むことで、両樹脂材の接合面の間の空気は徐々に排出されるため、透過性樹脂材本体１０１ａの下面と吸収性樹脂材１０２の上面との間には空気が残っておらず、従来のように膨張した空気が破裂して、溶融した樹脂材が飛散することはなく、溶着状態を安定させることができる。
【００３０】
また、突起１０１ｂが溶融された吸収性樹脂材１０２に沈み込むことによって、吸収性樹脂材１０２の溶融された樹脂材が、突起１０１ｂの表面に沿って吸収性樹脂材１０２の上面に流出する。それによって、透過性樹脂材本体１０１ａの下面と吸収性樹脂材１０２の上面との間に形成された溶着部１０５ａと、突起１０１ｂの表面と吸収性樹脂材１０２の斜面との間に形成された溶着部１０５ｂとで構成される溶着部１０５が形成される。そして、両樹脂材が互いに溶着される。
【００３１】
したがって、従来のように両樹脂材の溶着面が平面に形成されている場合と比べて、突起１０１ｂの表面と吸収性樹脂材１０２の斜面との間に形成された溶着部１０５ｂが、溶着部１０５の一部を構成しているので、溶着面積が増加する。そして、溶着面積が増加することによって、溶着強度が向上する。
【００３２】
上記のように、透過性樹脂材本体１０１ａの下面に突起１０１ｂを設けることによって、両樹脂材の接合面の間の空気が徐々に排出されることで溶着状態が安定し、突起１０１ｂの表面に溶着部１０５ｂが形成されることで溶着面積が増加して溶着強度が向上する。
【００３３】
また、突起１０１ｂの先端の角度θを、θ＝４５°±１５°の範囲内とし、さらに透過性樹脂材本体１０１ａの下面から突起１０１ｂの下端までの高さｈを、ｈ＝５ｍｍ以下とすることで、上記効果を十分に確保することができる。
【００３４】
また、透過性樹脂材本体１０１ａの下面に、複数の突起１０１ｂを設けることによって、溶着面積をさらに増加させることができ、溶着強度をさらに向上させることができる。
【００３５】
（実施形態２）
図２に第２の実施形態の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成図を示す。以下、図２に対する上下左右方向を基準とする。
【００３６】
本実施形態は、実施形態１と同様の基本構成を有する樹脂材のレーザー溶着方法であるが、透過性樹脂材本体２０１ａの下面に設けられた突起２０１ｂの形状が異なる。本実施形態の透過性樹脂材２０１は、断面が略矩形状の透過性樹脂材本体２０１ａの下面に、断面が台形に形成された突起２０１ｂが設けられている。突起２０１ｂの左右の側面は、下方に向かうにつれて内側へ向かう斜面で形成され、突起２０１ｂの下面は、透過性樹脂材本体２０１ａの下面と平行に形成されている。
【００３７】
実施形態１と同様に、突起２０１ｂの下面と吸収性樹脂材２０２の上面とが当接するように加圧力を加えた状態で、透過性樹脂材本体２０１ａの上面から突起２０１ｂを介して、吸収性樹脂材２０２の上面にレーザー光を照射することによって、突起２０１ｂは溶融された吸収性樹脂材２０２に沈み込む。
【００３８】
そして、突起２０１ｂ全体が吸収性樹脂材２０２に沈み込むことによって、両樹脂材の接合面の間の空気が排出され、膨張した空気が破裂して溶融した樹脂材が飛散することはなく、溶着状態を安定させることができる。
【００３９】
また、突起２０１ｂの断面形状を台形とすることで、断面形状が三角形の場合よりも表面積が大きいため、突起２０１ｂを吸収性樹脂材２０２に沈み込ませたとき、溶着面積が増加し、溶着強度をより向上させることができる。
【００４０】
また、台形状の突起２０１ｂの上辺の左右方向の長さをａ、突起２０１ｂの下辺の左右方向の長さをｂとし、長さａ、ｂの比を、ａ：ｂ＝１：１〜１００：１の範囲内とすることで、上記効果を十分に確保することができる。
【００４１】
（実施形態３）
図３に第３の実施形態の樹脂材のレーザー溶着方法の概略構成図を示す。以下、図３に対する上下左右方向を基準とする。
【００４２】
本実施形態は、実施形態１と同様の基本構成を有する樹脂材のレーザー溶着方法であるが、透過性樹脂材本体３０１ａの下面に設けられた突起３０１ｂの形状が異なる。本実施形態の透過性樹脂材３０１は、断面が略矩形状の透過性樹脂材本体３０１ａの下面に、断面が略台形に形成された突起３０１ｂが設けられている。突起３０１ｂの左右の側面は、下方に向かうにつれて内側へ向かう斜面で形成され、突起３０１ｂの下面は、透過性樹脂材本体３０１ａの下面と平行に形成されている。また、突起３０１ｂの側面と下面とを連続させる角部３０１ｃが曲率形状に形成されている。
【００４３】
実施形態１と同様に、突起３０１ｂの下面と吸収性樹脂材３０２の上面とが当接するように加圧力を加えた状態で、透過性樹脂材本体３０１ａの上面から突起３０１ｂを介して、吸収性樹脂材３０２の上面にレーザー光を照射することによって、突起３０１ｂは溶融された吸収性樹脂材３０２に沈み込む。
【００４４】
そして、突起３０１ｂ全体が吸収性樹脂材３０２に沈み込むことによって、両樹脂材の接合面の間の空気が排出され、膨張した空気が破裂して溶融した樹脂材が飛散することはなく、溶着状態を安定させることができる。
【００４５】
また、突起３０１ｂの角部３０１ｃを曲率形状に形成することによって、角部３０１ｃにかかる応力を分散させることができるので、突起３０１ｂの強度を向上させることができる。
【００４６】
また、突起３０１ｂの下面の角部の曲率Ｒを、Ｒ＝０．１〜５０の範囲内とすることで、上記効果を十分に確保することができる。
【００４７】
（実施形態４）
上記のように、実施形態１〜３で説明した樹脂材のレーザー溶着方法を用いて、例えば図４に示すようなケース４００におけるケース本体４０２と蓋４０１とを溶着することができる。以下、図４に対する上下左右方向を基準とする。
【００４８】
本実施形態のケース４００は、吸収性樹脂材からなる上面が開口した略矩形箱状のケース本体４０２と、透過性樹脂材からなる板状の蓋４０１とで構成されており、ケース本体４０２の上部に蓋４０１が覆設されている。また、蓋４０１の下面は、実施形態１〜３のいずれかの方法で示した突起が外周縁に沿って設けられ、突起はケース本体４０２の開口部周縁と当接する。
【００４９】
そして、蓋４０１を下方に加圧した状態で、レーザー光４０３を蓋４０１の上面の外周縁から突起を介して、ケース本体４０２の開口部周縁に照射して走査することで、実施形態１〜３と同様にケース本体４０２と蓋４０１の溶着状態を安定させ、溶着強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１    透過性樹脂材
１０１ａ  透過性樹脂材本体
１０１ｂ  突起
１０２    吸収性樹脂材
１０３    レーザー光
１０４    空間
１０５    溶着部
Ｐ１１    加圧力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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