(57)【要約】【課題】溶着代のコーナー部分において、その外側部分と内側部分とのレーザ光の移動速度差に基づく溶着不良等の不具合の発生を解消する。【解決手段】レーザ光４を吸収する半割部品２の接合フランジ部２ａとレーザ光４を透過する半割部品３の接合フランジ部３ａ同士を突き合わせて、スポット状のレーザ光４の照射により接合面７にて溶着接合する。幅方向外側部分Ｃ１ではレーザ光４の移動速度が大きく幅方向内側部分Ｃ２では相対的にレーザ光４の移動速度が小さくなる点を考慮し、幅方向外側部分Ｃ１から幅方向内側部分Ｃ２に向かってその肉厚がｔ１〜ｔ２をもって連続的に変化するようにフランジ面３ｃを傾斜面とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を透過する一方の樹脂部材とレーザ光を吸収する他方の樹脂部材とを溶着をもって接合してなる樹脂部品にして、それぞれの樹脂部材に溶着代として予め形成した接合フランジ部同士を突き合わせた上で、一方の樹脂部材の接合フランジ部側からレーザ光を照射して樹脂部材同士を溶着することにより一体化した樹脂部品であって、
溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも小さく且つ幅方向内側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも大きく設定されていることを特徴とする樹脂部品。
【請求項２】
溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分から幅方向内側部分に向かってその肉厚が連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の樹脂部品。
【請求項３】
レーザ光を透過する一方の樹脂部材とレーザ光を吸収する他方の樹脂部材とを溶着をもって接合してなる樹脂部品にして、それぞれの樹脂部材に溶着代として予め形成した接合フランジ部同士を突き合わせた上で、一方の樹脂部材の接合フランジ部側からレーザ光を照射して接合フランジ部の長手方向に相対移動させることにより樹脂部材同士を溶着して樹脂部品とするにあたり、
溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも小さく且つ幅方向内側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも大きく設定されていることを特徴とする樹脂部品のレーザ溶着方法。
【請求項４】
レーザ光を透過する一方の樹脂部材とレーザ光を吸収する他方の樹脂部材とを溶着をもって接合してなる樹脂部品にして、それぞれの樹脂部材に溶着代として予め形成した接合フランジ部同士を突き合わせた上で、一方の樹脂部材の接合フランジ部側からレーザ光を照射して接合フランジ部の長手方向に相対移動させることにより樹脂部材同士を溶着して樹脂部品とするにあたり、
溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分を溶着する際には、レーザ光の光軸を接合フランジ部の幅方向内側に傾けた状態で溶着を行うことを特徴とする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、合成樹脂材料をもって形成された樹脂部品とそのレーザ溶着（レーザ溶接）方法に関し、特に一方の樹脂部材と他方の樹脂部材とをレーザ光照射による溶着をもって接合してなる樹脂部品とそのレーザ溶着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の樹脂部品のレーザ溶着技術として特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の技術では、レーザ光を透過する樹脂部材とレーザ光を吸収する樹脂部材とを重ね合わせた上でレーザ光を透過する樹脂部材側からレーザ光を照射して、レーザ光を吸収する樹脂部材の一部を溶融せしめるとともに、その溶融熱をもってレーザ光を透過する樹脂部材を溶融させることで双方の樹脂部材同士を溶着接合することを基本としている。
【０００３】
ところで、上記レーザ溶着に代表されるような樹脂部品の溶着接合に際しては、それぞれの樹脂部材の周縁部に溶着代となるべき接合フランジ部を予め形成しておき、これらの接合フランジ部同士を突き合わせるように重ね合わせた上で、レーザ光を照射することになるレーザヘッドを例えばＮＣ制御等にて接合フランジ部に沿って移動させることで連続的に溶着を行うことになる。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭６２−４９８５０号公報  （第２頁および第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方の樹脂部材の接合フランジ部にレーザ光をスポット状に照射した上でこれを接合フランジ部の長手方向に沿って移動させる場合、樹脂部材の外周に設定した接合フランジ部が円形であったり、あるいはその接合フランジ部がコーナー部分で所定曲率の曲線をもって屈曲している場合には、微視的に見るとその接合フランジ部の幅方向外側部分と幅方向中央部分および幅方向内側部分ではそれぞれにレーザ光が進む速度が異なってしまうことになる。より詳しくは、本発明の実施の形態で使用している図２を借りて説明すれば、レーザ光４の光軸の移動軌跡となる幅方向中央部分（レーザ光軌跡６と一致する部分）ではそのレーザ光４の移動速度が適正であっても、幅方向外側部分Ｃ１では相対的にレーザ光４の移動速度が速く、また幅方向内側部分Ｃ２では相対的にレーザ光４の移動速度が遅くなることになる。
【０００６】
そのため、接合フランジ部の幅方向内側部分Ｃ２では速度の減少によってエネルギー投与が過剰気味となって樹脂そのものの劣化が発生するほか、接合フランジ部の幅方向外側部分Ｃ１では速度の増加によってエネルギー投与が不足気味となって溶融不足が発生し、いずれも場合にも溶着品質の低下により十分な溶着強度および溶着気密性を確保できないという不具合があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に接合フランジ部の幅方向内側部分と外側部分とでレーザ光の速度差があっても、その速度差を許容しつつ溶着品質には影響しないように考慮された樹脂部品とそのレーザ溶着方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、レーザ光を透過する一方の樹脂部材とレーザ光を吸収する他方の樹脂部材とを溶着をもって接合してなる樹脂部品にして、それぞれの樹脂部材に溶着代として予め形成した接合フランジ部同士を突き合わせた上で、一方の樹脂部材の接合フランジ部側からレーザ光を照射して樹脂部材同士を溶着することにより一体化した樹脂部品であることを前提としている。その上で、溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも小さく且つ幅方向内側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも大きく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この場合、請求項２に記載のように、溶着代となるべき接合フランジ部が屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分から幅方向内側部分に向かってその肉厚が連続的もしくは段階的に変化しているものとする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の技術をレーザ溶着方法としてとらえたものであって、レーザ光を透過する一方の樹脂部材とレーザ光を吸収する他方の樹脂部材とを溶着をもって接合してなる樹脂部品にして、それぞれの樹脂部材に溶着代として予め形成した接合フランジ部同士を突き合わせた上で、一方の樹脂部材の接合フランジ部側からレーザ光を照射して接合フランジ部の長手方向に相対移動させることにより樹脂部材同士を溶着して樹脂部品とするレーザ溶着方法であることを前提としている。その上で、溶着代となるべき接合フランジ部が所定曲率をもって屈曲している部分では、一方の樹脂部材における接合フランジ部の幅方向外側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも小さく且つ幅方向内側部分の肉厚が幅方向中央部分のそれよりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１１】
したがって、請求項１〜３に記載の発明では、レーザ光を透過する一方の樹脂部材のうち溶着代となるべき接合フランジ部が円形であったり、あるいはその接合フランジ部がコーナー部分で所定曲率の曲線をもって屈曲している場合に、接合フランジ部の幅方向外側部分では相対的に肉厚が小さいためにその透過率が上がり、レーザ光のエネルギー損失が小さくなる。逆に、接合フランジ部の幅方向内側部分では相対的に肉厚が大きいためにその透過率が下がり、レーザ光のエネルギー損失が大きくなる。
【００１２】
その一方、先に述べたように接合フランジ部のコーナー部分等を移動するレーザ光は、接合フランジ部の幅方向外側部分では相対的にその移動速度が速く、接合フランジ部に与えるレーザエネルギーが不足気味であるのに対して、幅方向内側部分では相対的にその移動速度が遅く、接合フランジ部に与えるレーザエネルギーが過剰気味となっている。
【００１３】
その結果として、上記の肉厚差によるレーザエネルギーの損失と接合フランジ部の内側と外側でのレーザ光の速度差によるレーザエネルギーの過不足が相殺されて、接合フランジ部の内側と外側とでは実際に投与されるレーザエネルギーをほぼ均一なものとすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１〜３に記載の発明によれば、レーザ光が直接照射されることになる接合フランジ部のコーナー部分等において、その幅方向外側部分と内側部分でのレーザ光の速度差の発生が余儀なくされることを前提として、接合フランジ部の幅方向外側部分と内側分とで積極的に肉厚差をもたせたため、接合フランジ部の幅方向外側部分と内側部分では実際に投与されるレーザエネルギーがほぼ均一なものとなり、溶融不足等の不具合の発生が解消されて接合フランジ部での接合強度および気密性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜３は本発明の好ましい実施の形態を示す図で、樹脂部品として内燃機関における樹脂製のインテークマニホールドを溶着接合する場合の例を示している。
【００１６】
同図に示すように、樹脂部品としてのインテークマニホールド１は全体として略偏平矩形状の管状体構造のものとして形成されていて、全周に接合フランジ部２ａ，３ａが形成された樹脂部材たる二つの半割部品２，３を用意し、それらの半割部品２，３の接合フランジ部２ａ，３ａ同士を突き合わせた上でその部分にレーザ光４による溶着接合を施すことで接合フランジ部２ａ，３ａを溶着代として一体化される。
【００１７】
二つの半割部品２，３のうち一方の半割部品２にはレーザ光４を吸収する特性を、他方の半割部品３にはレーザ光を透過する特性をそれぞれ具備させるべく、一方の半割部品２はレーザ光４を吸収する樹脂材料をもって、他方の半割部品３はレーザ光４を透過する樹脂材料をもってそれぞれ成形してある。例えばそれぞれの半割部品２，３を射出成形するにあたり、一方の半割部品２は樹脂材料としてＰＡ６ＧＦ強化材にレーザ光４を吸収する着色料を混ぜたものを用いて成形し、他方の半割部品３は樹脂材料として同じくＰＡ６ＧＦ強化材にレーザ光４を透過する着色料を混ぜたものを用いて成形してある。
【００１８】
レーザ光４による溶着は、レーザヘッド５により一方の半割部品３側からレーザ光４を照射したならば、そのレーザヘッド５と半割部品２，３とを接合フランジ部２ａ，３ａの幅寸法を二分する中心線すなわちレーザ光軌跡６に沿って相対移動させることで行う。例えば半割部品２，３を固定側としてレーザヘッド５をＮＣ制御等によりレーザ光軌跡６に沿って移動させることで接合フランジ部２ａ，３ａ同士の溶着を行う。すなわち、一方の半割部品３はレーザ光４を透過し、他方の半割部品２はレーザ光４を吸収するが故に、一方の半割部品３の接合フランジ部３ａを透過したレーザ光４は接合面７（接合フランジ部２ａ，３ａ同士の合わせ面）にて他方の半割部品２の接合フランジ部３ａにて吸収され、その接合フランジ部３ａの一部を溶融させる。同時に、その溶融熱を受けて他方の半割部品３の接合フランジ部３ａの一部も溶融し、これにより双方の接合フランジ部２ａ，３ａ同士が溶着接合される。
【００１９】
この場合、図２に拡大して示すように、接合フランジ部２ａ，３ａのコーナー部分Ｃでは所定直径寸法のスポット状のレーザ光４の焦点４ａが所定曲率の円弧状の軌跡を描きながら移動するが故に、その接合フランジ部２ａ，３ａの幅方向中央部分（レーザ光軌跡６と一致している部分）ではレーザ光４の移動速度が適正であっても、その接合フランジ部２ａ，３ａの幅方向外側部分Ｃ１ではレーザ光４の移動速度が大きく、逆に接合フランジ部２ａ，３ａの幅方向内側部分Ｃ２ではレーザ光４の移動速度が小さくなる。このような接合フランジ部２ａ，３ａの幅方向でのレーザ光４の速度差は先に述べたように溶着部に実際に投与されるレーザエネルギーの過不足を生じることになる。
【００２０】
そこで、本実施の形態では、図３に示すようにレーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された一方の半割部品３のうち接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃについて、幅方向外側部分Ｃ１の肉厚が中央部分の肉厚ｔ０よりも小さく且つ幅方向内側部分Ｃ２の肉厚が中央部分の肉厚ｔ０よりも大きくなるように、その接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１から内側部分Ｃ２に向かってその肉厚寸法がｔ１からｔ２（ｔ１＜ｔ２）なる連続的変化をもって漸次大きくなるように設定してある。より具体的には、接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃについてそのフランジ面３ｃが接合面７と非平行となるような傾斜面とすることで上記のような肉厚変化を具備させてある。
【００２１】
したがって、本実施の形態によれば、レーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された半割部品３のうち溶着代となるべき接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃでは、その幅方向外側部分Ｃ１が内側部分Ｃ２と比べて相対的に肉厚が小さいためにレーザ光４の透過率が上がり、レーザ光４のエネルギー損失が小さくなる。逆に、接合フランジ部３ａの幅方向内側部分Ｃ２では外側部分Ｃ１に比べ相対的に肉厚が大きいためにレーザ光４の透過率が下がり、レーザ光４のエネルギー損失が大きくなる。
【００２２】
その一方で、先に述べたように接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃを移動するレーザ光４は、接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１では相対的にその移動速度が大きく、接合面７に与えるべきレーザエネルギーが不足気味であるのに対して、接合フランジ部３ａの幅方向内側部分Ｃ２では相対的にその移動速度が小さく、接合面７に与えるべきレーザエネルギーが過剰気味となっている。
【００２３】
その結果、接合フランジ部３ａの幅方向での肉厚差によるレーザエネルギーの損失度合いと接合フランジ部３ａの内側部分Ｃ２と外側部分Ｃ１でのレーザ光の速度差によるレーザエネルギーの過不足とが相殺されて、接合フランジ部３ａの幅方向内側部分Ｃ２と外側部分Ｃ１とでは実際に投与されるレーザエネルギーをほぼ均一なものとすることができる。
【００２４】
これにより、レーザエネルギーの過不足を原因として従来発生していた樹脂の劣化や溶融不足等の不具合の発生を未然に防止して、接合面７たる溶着部での溶着強度や気密性が飛躍的に向上するようになる。
【００２５】
図４〜６は本発明の第２〜４の実施の形態を示す。
【００２６】
図４に示す第２の実施の形態では、図３比較すると明らかなように、レーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された一方の半割部品３のうち接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃについて、その接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１から内側部分Ｃ２に向かってその肉厚寸法がｔ１〜ｔ２なる連続的変化をもって漸次大きくなるように、その接合面７がフランジ面３ｃと非平行となるような傾斜面としてある。この場合には、もう一方の半割部品２の接合フランジ部２ａも逆勾配の肉厚変化を伴うことになる。
【００２７】
また、図５に示す第３の実施の形態では、レーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された一方の半割部品３のうち接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃについて、その接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１から内側部分Ｃ２に向かってその肉厚寸法がｔ１〜ｔ２なる段階的変化をもって漸次大きくなるように、そのフランジ面３ｃを階段状のものとして形成してある。
【００２８】
同様に図６に示す第４の実施の形態では、レーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された一方の半割部品３のうち接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃについて、その接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１から内側部分Ｃ２に向かってその肉厚寸法がｔ１〜ｔ２なる段階的変化をもって漸次大きくなるように、その接合面７を階段状のものとして形成してある。なお、この場合には、もう一方の半割部品２の接合フランジ部２ａも逆勾配の肉厚変化を伴うことになる。
【００２９】
これら第２〜４の実施の形態では、第１の実施の形態と比べた場合に、接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１から内側部分Ｃ２に向かってその肉厚寸法が漸次大きくなるように設定されていることに変わりはなく、したがって第１の実施の形態と同様の機能が発揮される。
【００３０】
図７は本発明の第５の実施の形態を示し、レーザ光４を透過する樹脂材料をもって形成された一方の半割部品３側からレーザ光４を照射する際に、その接合フランジ部３ａのコーナー部分Ｃでは、レーザ光４の光軸を接合フランジ部３ａの幅方向内側部分Ｃ２側に所定角度θだけ傾けて照射するようにしたものである。
【００３１】
この第５の実施の形態によれば、同図から明らかなように接合フランジ部３ａの幅方向外側部分Ｃ１では内側部分Ｃ２よりもレーザ光４の透過距離Ｌ１が小さくなり（Ｌ１＜Ｌ２）、その分だけレーザ光４のエネルギー損失が小さくなることから、その結果として第１〜４の実施の形態と全く同様の機能が発揮されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態としてインテークマニホールドにレーザ溶着を施す際の図で、（Ａ）はその平面説明図、（Ｂ）はその側面説明図、（Ｃ）は同図（Ａ）の右側面説明図。
【図２】図１の（Ａ）のＢ部拡大図。
【図３】図１の（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図３と同等部位の断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図３と同等部位の拡大断面図。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図３と同等部位の拡大断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す図で、図３と同等部位の断面図。
【符号の説明】
１…インテークマニホールド（樹脂部品）
２…半割部品（樹脂部材）
２ａ…接合フランジ部
３…半割部品（樹脂部材）
３ａ…接合フランジ部
４…レーザ光
５…レーザヘッド
７…接合面
Ｃ…コーナー部分
Ｃ１…幅方向外側部分
Ｃ２…幅方向内側部分
【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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【図７】
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