(57)【要約】【課題】樹脂形状を複雑化することなく、溶着面での溶着強度を向上させる。【解決手段】レーザ光１０を透過する透過部材３と、溶着面２ａを有し、レーザ光１０を吸収する熱可塑性樹脂から成る吸収部材２とを重ね合わせ、レーザ光１０を透過部材側から照射することによって、透過部材３と吸収部材２との溶着を行うレーザ溶着方法において、薄肉の直線部２ｂと厚肉のコーナー部２ｃから成る溶着面２ａに対して、コーナー部２ｃの溶着を行う場合には直線部２ｂの溶着を行う場合に比べて、照射ヘッド１１と溶着面２ａとの距離を変えて溶着を行う。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が照射されると該レーザ光を透過する透過部材と、溶着面を有し、前記レーザ光が照射されると前記レーザ光を吸収して発熱する熱可塑性の吸収部材とを前記溶着面にて重ね合わせ、前記透過部材側から前記溶着面に対して、照射ヘッドより前記レーザ光を照射することにより前記溶着面の溶着を行う熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法において、
薄肉の直線部と厚肉のコーナー部から成る溶着面に対して、前記コーナー部の溶着を行う場合には前記直線部の溶着を行う場合に比べて、前記照射ヘッドと前記溶着面との距離を変えて溶着を行うことを特徴とする熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法。
【請求項２】
集光したレーザ光が前記照射ヘッドから照射され、前記直線部では第１照射領域に前記レーザ光が照射され、前記コーナー部では前記第１照射領域よりも広い第２照射領域に前記レーザ光が照射されることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法。
【請求項３】
前記直線部の溶着は、前記レーザ光の焦点距離で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂から成る熱可塑性樹脂を含む樹脂成形品を溶着面にて重ねて、樹脂成形品に対し、レーザ光を照射して溶着面の溶着を行う熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載される電子部品は軽量化の為、樹脂より成るケース体の中に収められた状態で車両に搭載されている。例えば、車両においてはエンジンルーム内に代表されるきびしい環境（例えば、高温となり、水滴の侵入があり、エンジン等による振動が発生する環境状態）下にて、電子部品がケース体の中に収められて配設される。この様なケース体のシール性を確保する為、部品点数の削減および組付け性の面において、従来では樹脂溶着が行われている。
【０００３】
例えば、樹脂溶着では、レーザ光が照射された場合にレーザ光を透過する透過樹脂と、レーザ光が照射された場合にレーザ光を透過せずに吸収して発熱する非透過樹脂とを溶着面にて重ね合わせた状態にして、レーザ光によって溶着面を溶着する場合、透過樹脂および非透過樹脂の溶着面において、一方に嵌合凸部を設け、他方に嵌合凹部を設けて樹脂溶着を行う方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
この様に、２つの樹脂成形品を重ね合わせた状態で、レーザ光を溶着面に照射して溶着を行う場合、レーザ光を照射する照射ヘッドは水平面において等距離で移動させる方法が取られる（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８６５６７号公報（第１頁　解決手段、第３図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２９４０１３号公報（第２９段落、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、開口を有する熱可塑性樹脂から成るケース体の中に電子部品を収めて、その開口を樹脂より成るカバーによって閉塞させた状態で、ケース体とカバーとをレーザ光により溶着させた場合には、次の様な問題点が生じる。
【０００８】
つまり、カバーが溶着されたケース体は、きびしい環境下（例えば、温度変化が大きい環境、振動を伴う環境等）に置かれると、レーザ光により溶着された部位、特に、応力が集中し易いコーナー部に応力が集中してしまう。その結果、応力の集中が発生すると、コーナー部での溶着が剥離し易くなり、これが原因で十分なシール性を確保できなくなってしまう恐れが有る。
【０００９】
例えば、カバーが溶着されたケース体に振動等が作用した場合、コーナー部への応力集中が発生したり、また、ケース体が高温下の環境に置かれた場合においても、温度上昇または温度低下に伴う樹脂の伸縮が発生すると、コーナー部への応力集中が発生する。
【００１０】
しかしながら、従来の如く、溶着強度を向上させることを目的として、溶着を行う樹脂の形状に凹凸を形成すれば、接合強度は向上するが、樹脂成形品の構造が複雑化してしまい、コストアップにつながる。
【００１１】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂形状を複雑化することなく、簡単な方法により溶着面での溶着強度を向上させることを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、レーザ光が照射されると該レーザ光を透過する透過部材と、溶着面を有し、前記レーザ光が照射されると前記レーザ光を吸収して発熱する熱可塑性の吸収部材とを前記溶着面にて重ね合わせ、前記透過部材側から前記溶着面に対して、照射ヘッドより前記レーザ光を照射することにより前記溶着面の溶着を行う熱可塑性樹脂のレーザ溶着方法において、薄肉の直線部と厚肉のコーナー部から成る溶着面に対して、前記コーナー部の溶着を行う場合には前記直線部の溶着を行う場合に比べて、前記照射ヘッドと前記溶着面との距離を変えて溶着を行う構成とした。
【００１３】
上記した構成により、薄肉の直線部と厚肉のコーナー部から成る溶着面に対して、厚肉のコーナー部の溶着を行う場合には薄肉の直線部の溶着を行う場合に比べて、照射ヘッドと溶着面との距離を変えて溶着を行えば、照射ヘッドと溶着面との距離を変化させるだけで、溶着部位によって溶着強度を可変した溶着が行える。これは、薄肉の直線部と肉厚のコーナー部との溶着面での溶着出力を可変にすれば良く、簡単な方法によりコーナー部の溶着強度を向上させることが可能でなる。また、この方法では、透過部材や吸収部材の樹脂形状を複雑化させることなく、コストアップせずに、溶着強度を向上させることが可能である。
【００１４】
この場合、集光したレーザ光が照射ヘッドから照射され、直線部では第１照射領域にレーザ光が照射され、コーナー部では第１照射領域よりも広い第２照射領域にレーザ光が照射されると、薄肉の直線部では第１照射領域でレーザ光が照射され、厚肉のコーナー部では第１照射領域よりも広い第２照射領域でレーザ光を照射することが可能となり、溶着部位に応じた効率の良い照射が行える。
【００１５】
また、直線部の溶着は、レーザ光の焦点距離で行えば、直線部での溶着ではレーザ光が照射ヘッドから集光して照射領域が狭くなり、コーナー部では照射距離が変えられ焦点距離以外での照射となるので、レーザ光の照射領域を広くした状態で溶着が可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、レーザ光１０により樹脂溶着が行われる、開口２ｄを有するケース体２と、ケース体２の開口２ｄを塞ぐカバー３との関係を示す。
【００１８】
ケース体２は熱可塑性の樹脂より成り立っており、有底の直方体形状を呈し、一方の面に開口２ｄを有する。また、ケース体２は開口２ｄが形成される周状の端面が溶着面２ａとなる。この溶着面２ａは、肉厚が薄くなった直線部２ｂと肉厚が直線部２ｂよりも肉厚となったコーナー部２ｃとを有している。溶着面２ａの長手方向の両端には、回路基板４が挿入されるガイド溝２ｅが、ケース体２に一体で形成されている。このケース体２は、レーザ光１０が照射されると、照射されたレーザ光は透過することなく、レーザ光１０が吸収され照射された表面が発熱して溶解状態となる材質から成り立っている。それ故に、このケース体２は、例えば、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル、ポリプロピレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ＰＰＳ等に、カーボンブラック、染料や顔料等の着色材を混入したものが使用される。尚、この場合、ガラス繊維、カーボン繊維等の補強繊維を添加しても良い。
【００１９】
一方、ケース体２の開口２ｄを閉塞し、溶着面２ａと略同一形状を呈し、溶着面２ａに重合するカバー３には、チップ状の抵抗、コンデンサ、トランジスタ、及び、マイコン等の電子部品５が表面または裏面に実装された回路基板４が、裏面に取り付けられている。電子回路５を実装した回路基板４は、ケース体２に形成された左右対のガイド溝２ｅに沿って中に挿入され、カバー３の裏面が周状の溶着面２ａに当接する様になっている。このカバー３は、レーザ光１０が照射された場合、レーザ光１０を所定の透過率以上で透過させる熱可塑性樹脂から成り立っている。それ故に、カバー３は、例えば、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、スチレン−アクリロニトリル共重合体等が使用される。尚、この場合、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ても良い。
【００２０】
本実施形態において、吸収部材であるケース体２と、透過部材であるカバーとの材質の組み合わせに関しては、互いに相溶性のあるものが望ましい。例えば、その組み合わせは、ナイロン６同士や、ナイロン６６同士、ナイロン６とナイロン６６同士の組み合わせ、同種の樹脂同士の組み合わせ、ポリエチレンテレフタレートとポリカーボネートの組み合わせ、ポリカーボネートとポリブチレンテレフタレート等の組み合わせ等にすれば良い。
【００２１】
この図１に示すケース体２の溶着面２ａに対して、カバー３の回路基板側の裏面を当接させた状態を図示しない固定金具等により保持して、図２に示すレーザ照射装置１によって溶着面２ａに対してレーザ光を照射する。
【００２２】
そこで、レーザ照射装置について、簡単に説明する。レーザ照射装置１は、レーザ光を生成するレーザ発振器１５、レーザ発振器１５により生成されたレーザ光を導く光ファイバー１２、光ファイバー１２に光学的につながるコリメートレンズ１３、コリメートレンズ１３に対向して配設されるフォーカスレンズ１４、及び、コリメートレンズ１３とフォーカスレンズ１１を一体で支持する照射ヘッド１１を備えている。この照射ヘッド１１は溶着面２ａの形状に応じて可動し、例えば、ロボット等に照射ヘッド１１は取り付けられ、溶着面２ａに対して三次元的にレーザ光１０の照射位置を移動させることができる構成となっている。例えば、図２に示す様に、薄肉となった直線部２ｂを溶着する場合には、照射ヘッド１１のレーザ光が照射される先端から溶着面２ａまでの距離Ｌａを長くし、レーザ光の焦点距離となる様に設定する。また、コーナー部２ｃを溶着する場合には、照射ヘッド１１のレーザ光１０が放出される先端から溶着面２ａまでの距離Ｌｂを、直線部２ｂを溶着する場合よりも短し、焦点距離とは若干ずらした距離となる様、ロボット制御がなされる。
【００２３】
次に、レーザ照射装置１の動作について説明する。図２に示すレーザ照射装置１は、レーザ発振器１５からレーザ光が生成されて、外部に放出される。レーザ発振器１５から放出されたレーザ光は、光ファイバー１２によって、光ファイバー内を高効率で反射を繰り返し、コリメートレンズ１３へと導かれる。コリメートレンズ１３へと導かれたレーザ光は、コリメートレンズ１３を通過することによって平行波に変換される。その後、平行波となったレーザ光１０は、フォーカスレンズ１４に導かれる。フォーカスレンズ１４ではレーザ光が集光して照射される。この場合、フォーカスレンズ１４によって集光したレーザ光１０が照射ヘッド１１から照射されるが、直線部２ｂへの照射では、照射ヘッド１１からの距離がレーザ光の焦点距離となっており、照射範囲の小さい第１照射領域Ｒ１で、レーザ光１０が照射される（図３を参照）。一方、コーナー部２ｃでは第１照射領域Ｒ１よりも広い第２照射領域Ｒ２においてレーザ光１０が照射されると、薄肉の直線部２ｂでは、フォーカス状態となった第１照射領域Ｒ１でレーザ光が照射され、厚肉のコーナー部２ｃではデフォーカス状態となった、第１照射領域Ｒ１よりも広い第２照射領域Ｒ２でレーザ光１０を照射することができ、溶着部位に応じた効率の良い照射を行うことができる。例えば、溶着面２ａが周状となっており、照射ヘッド１１を溶着面２ａに対して三次元的に移動させることによって、直線部２ｂ→コーナー部２ｃ→直線部２ｂを溶着する場合には、図５に示す様に、直線部２ｂの領域では照射距離をＬａ（照射領域：Ｒ１）として、コーナー部２ｃの領域に入ると照射距離Ｌａより短い照射距離Ｌｂ（照射領域：Ｒ２）とする。そして、その後、直線部２ｂの領域に入ると直線部２ｂの照射距離Ｌｂから、再度、長くした照射距離Ｌａになる照射ヘッドの位置制御を行う。
【００２４】
レーザ光１０が照射ヘッド１１から照射されると、透過部材であるカバー３をレーザ光は透過して、その下の吸収部材であるケース体２の溶着面２ａにてレーザ光１０が照射される。これにより、熱可塑性樹脂から成るケース体２では、溶着面２ａではレーザ光１０の照射によって、レーザ光１０が照射された表面（照射領域）が発熱して溶解する。そして、この溶解熱が上部に重合されるカバー３へと伝達されることにより、ケース体２の溶解した樹脂によってカバー３が溶着される。
【００２５】
上記した様に、本実施形態においては、コーナー部２ｃではフォーカスレンズ１４を溶着面２ａに変えることによって、レーザ光１０の照射幅を広げることができる。これにより、コーナー部２ｃのレーザ光１０の溶着幅Ｒ２を直線部２ｂでの溶着幅Ｒ１よりも拡大して、溶着強度を向上させることができる。これは、フォーカスレンズ１４を溶着面２ａに対して、単に近づけるだけで良いので、ケース体２やカバー３と言った樹脂成形品に溶着のための凹凸を付ける必要はない。
【００２６】
この場合、フォーカスレンズ１４を溶着面２ａに対して変えると、レーザ光１０のエネルギー密度は低下し、コーナー部２ｃでは選択的に出力を高くしなければならないが、レーザ光１０の軌跡学習プログラムを照射ヘッド１１の位置を移動させるロボットに組み込む事で容易に回避できる。また、これは、選択的にレーザ光の出力を増加させるだけで良いので、省エネルギー化にも貢献することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、コーナー部２ｃを溶着する場合には照射ヘッド１１を、直線部２ｂを溶着する場合（照射距離が焦点距離となるフォーカス状態）よりも近づけて焦点距離とならないデフォーカス状態となる様にしたが、これに限定されるものではなく、直線部２ｂを溶着する場合よりも遠ざけてデフォーカス状態となる様にしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、溶着面は薄肉の直線部と厚肉のコーナー部から成り、照射ヘッドと溶着面との距離を、厚肉のコーナー部の溶着を行う場合には薄肉の直線部の溶着を行う場合に比べて、照射ヘッドと溶着面との距離を変化させるだけで、直線部とコーナー部との溶着出力を可変にすることができ、溶着部位によって溶着強度を可変にした溶着を行うことができる。これは、コーナー部に応力が作用する場合、直線部よりもコーナー部の溶着強度を、照射ヘッドと溶着面との距離を変化させるだけの簡単な方法により向上させることができる。また、これは、樹脂形状を複雑化することなく、溶着強度を可変にすることができる。
【００２９】
この場合、集光したレーザ光が照射ヘッドから照射され、直線部では第１照射領域にレーザ光が照射され、コーナー部では第１照射領域よりも広い第２照射領域にレーザ光が照射されると、薄肉の直線部では第１照射領域でレーザ光が照射され、厚肉のコーナー部では第１照射領域よりも広い第２照射領域でレーザ光を照射することができ、部位に応じた効率の良い照射を行うことができる。
【００３０】
また、直線部の溶着は、レーザ光の焦点距離で行えば、直線部での溶着ではレーザ光が照射ヘッドから集光して照射領域を狭くでき、コーナー部では照射距離が変えられ焦点距離以外での照射となるので、レーザ光の照射領域を広くできることから照射領域を可変にした溶着ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における吸収部材（ケース体）に透過部材（カバー）を重ねて溶着を行う場合の説明図である。
【図２】図１に示すケース体とカバーとを重ね合わせてレーザ光により溶着面を溶着する場合の状態図を示す。
【図３】図２に示すレーザ光の集光状態を示す説明図である。
【図４】図２に示す溶着面の形状を示す要所部分拡大図である。
【図５】図２に示す照射ヘッドと溶着面との距離を示すグラフである。
【符号の説明】
１　レーザ照射装置
２　ケース体（透過部材）
２ａ　溶着面
２ｂ　直線部
２ｃ　コーナー部
３　カバー（吸収部材）
４　回路基板
１０　レーザ光
１１　照射ヘッド
【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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