(57)【要約】【課題】半導体レーザを用いてレーザ溶着を行なう際に、溶着ワークの接触面の密着性が悪い場合であっても、安定した溶着強度が得られるようにする。【解決手段】第１溶着ワーク１の溶着フランジ２と、第２溶着ワーク３の溶着フランジ４とを接触させてレーザ溶着を行なう場合、レーザ溶着に先立って、両接触面２ａ，４ａを、両溶着ワーク１，３の熱変形温度以上の温度で予備加熱する。予備加熱は、加熱板７と加熱用コイル８とを用い、電磁誘導加熱方式で行なう。この予備加熱により、両接触面２ａ，４ａが軟化し、両接触面２ａ，４ａを接触させてレーザ溶着する際に、その密着度を向上させることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大きなレーザ光透過率を有する透過性材料と小さなレーザ光透過率を有する吸収性材料とを接触させ、前記透過性材料を通し吸収性材料との接触面に半導体レーザ光を照射して、両材料を溶着するプラスチック溶着方法において、前記透過性材料または吸収性材料のうちの少なくともいずれか一方の接着面を、材料の熱変形温度以上の温度で予備加熱し、次いで両材料を接触させてレーザ溶着を行なうことを特徴とするプラスチック溶着方法。
【請求項２】
予備加熱後、両材料を接触させるとともに加圧して仮溶着し、次いで両材料のレーザ溶着を行なうことを特徴とする請求項１記載のプラスチック溶着方法。
【請求項３】
透過性材料と吸収性材料とを対向配置するとともに、両材料の間に予備加熱手段を配置し、予備加熱後、予備加熱手段を両材料の間から退避させることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック溶着方法。
【請求項４】
予備加熱手段は、両材料の間に配される加熱板と、この加熱板を電磁誘導加熱方式で加熱する加熱源とを備えていることを特徴とする請求項３記載のプラスチック溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザを用いてプラスチック材を溶着するプラスチック溶着方法に係り、特に接触面の密着性が悪い場合であっても、安定した溶着強度を得ることができるプラスチック溶着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大きなレーザ透過率を有する透過性材料と小さなレーザ光透過率を有する吸収性材料とを重ね合わせ、透過性材料の外側から両材料の接触面に半導体レーザ光を照射して、両材料を溶着するプラスチック溶着方法は一般に知られている。
【０００３】
ところで、レーザ溶着は沈み込みの少ない溶着工法であるため、安定した溶着状態を得るためには、透過性材料と吸収性材料との接触面を充分に密着させ、この状態で溶着する必要がある。
【０００４】
そこで従来は、透過性材料と吸収性材料とを接触させた状態で、接触面に外部から大きな力を加え、この加圧力で接触面の密着性を向上させる方法を採っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のプラスチック溶着方法においては、外部からの圧力のみにより接触面の密着性を確保する方法を採っているため、加圧手段が複雑，大型化してコストが嵩むとともに、取扱いも容易でなく、また仮令大きな外力を加えても、接触面の密着性を常に確保できるとは限らず、この場合には、安定した溶着強度が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、両材料の接触面が密着していない場合であっても、密着度を向上させて安定した溶着強度を得ることができるプラスチック溶着方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、溶着強度を大幅に向上させることができるプラスチック溶着方法を提供するにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、予備加熱とレーザ溶着との間の時間間隔を短くして、予備加熱による加熱効果を向上させることができるプラスチック溶着方法を提供するにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、接触面のみを短時間で加熱し、予備加熱に伴なう材料全体の熱変形を防止することができるプラスチック溶着方法を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、大きなレーザ光透過率を有する透過性材料と小さなレーザ光透過率を有する吸収性材料とを接触させ、前記透過性材料を通し吸収性材料との接触面に半導体レーザ光を照射して、両材料を溶着するプラスチック溶着方法において、前記透過性材料または吸収性材料のうちの少なくともいずれか一方の接着面を、材料の熱変形温度以上の温度で予備加熱し、次いで両材料を接触させてレーザ溶着を行なうようにしたことを特徴とする。そして、前記予備加熱により、予備加熱した材料の接触面が軟化するので、両材料の接触面を接触させた際の密着度が向上し、これにより安定した溶着強度を得ることが可能となる。
【００１１】
本発明はまた、予備加熱後、両材料を接触させるとともに加圧して仮溶着し、次いで両材料のレーザ溶着を行なうようにしたことを特徴とする。そして、予備加熱後の加圧により、両材料が接触面を完全に密着させた状態で仮溶着されるので、予備加熱とレーザ溶着との間に長い時間間隔がある場合であっても、接触面の密着状態が損なわれることがなく、溶着強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００１２】
本発明はまた、透過性材料と吸収性材料とを対向配置するとともに、両材料の間に予備加熱手段を配置し、予備加熱後、予備加熱手段を両材料の間から退避させるようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、両材料を直線的に移動させるだけで、予備加熱後直ちに接触面を接触させることが可能となり、予備加熱とレーザ溶着との間の時間間隔を短くして、予備加熱による加熱効果を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明はさらに、予備加熱手段を、両材料の間に配される加熱板と、この加熱板を電磁誘導加熱方式で加熱する加熱源とで構成するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、接触面のみを短時間で加熱し、予備加熱に伴なう材料全体の熱変形を防止することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１ないし図５は、本発明の実施の一形態に係るプラスチック溶着方法を、作業手順に従って順次示すもので、図中、符号１は、下端に例えばドーナツ円板状をなす溶着フランジ２を有する第１溶着ワーク、符号３は、上端に例えばドーナツ円板状をなす溶着フランジ４を有する第２溶着ワークであり、これら両溶着ワーク１，３は、後に詳述するように、その溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａを相互に接触させた状態で、半導体レーザ５からのレーザ光５ａにより溶着されるようになっている。
【００１５】
前記第１溶着ワーク１の溶着フランジ２は、大きなレーザ光透過率を有する透過性材料で形成されており、具体的には、透明または半透明のプラスチック等で形成されている。
【００１６】
また、前記第２溶着ワーク３の溶着フランジ４は、小さなレーザ光透過率を有する吸収性材料で形成されており、具体的には、黒色等に調色された不透明プラスチックあるいは接触面４ａに不透明顔料が塗布されたプラスチック等で形成されている。そして、前記半導体レーザ５からのレーザ光５ａは、図４に示すように、溶着フランジ２の上方から溶着フランジ２を通って両接触面２ａ，４ａに照射されるようになっており、この照射により両接触面２ａ，４ａが溶融して、両溶着フランジ２，４が溶着されるようになっている。
【００１７】
これら両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａは、図１に示すように、レーザ溶着に先立ち、予備加熱手段６を用い両溶着ワーク１，３の熱変形温度以上の温度で予備加熱されるようになっており、この予備加熱により、両接触面２ａ，４ａが軟化して、両接触面２ａ，４ａを接触させた際の密着度を向上させることができるようになっている。
【００１８】
前記予備加熱手段６は、図１に示すように、上下に対向配置された第１溶着ワヘーク１と第２溶着ワーク３との間に配される例えばドーナツ円板状の加熱板７と、この加熱板７の外周部に配置され加熱板７を電磁誘導加熱方式で加熱する加熱用コイル８とで構成されており、両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａは、前記加熱板７により、材料の熱変形温度以上の温度で同時に予備加熱されて軟化するようになっている。そして前記加熱板７は、図２に示すように、予備加熱後、両溶着ワーク１，３の間から退避するようになっており、加熱板７の退避後、両溶着ワーク１，３には、図３に示すように、両接触面２ａ，４ａを接触させた状態で圧力Ｐが加えられ、両溶着フランジ２，４が仮溶着されるようになっている。
【００１９】
仮溶着後、両溶着ワーク１，３は、図４に示すように、両接触面２ａ，４ａに、溶着フランジ２の上方からレーザ光５ａが照射され、レーザ溶着が行なわれるようになっており、これにより、図５に示すように、製品１０が完成するようになっている。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
溶着に際しては、まず図１に示すように、第１溶着ワーク１と第２溶着ワーク３とを、上下に所定間隔で対向させるとともに、その間に予備加熱手段６の加熱板７を配置する。そして、加熱用コイル８に通電して、加熱板７を両溶着ワーク１，３の熱変形温度以上の温度まで加熱する。これにより、両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａが、同時に予備加熱されて軟化することになる。
【００２１】
ところで、予備加熱手段６は、電磁誘導方式で加熱板７を加熱する方法を採っている。このため、加熱板７を接触面２ａ，４ａの形状に合わせた形状に加工して、接触面２ａ，４ａのみを加熱することができ、また加熱板７は、瞬時に加熱されるので、接触面２ａ，４ａの表面のみを加熱して、溶着フランジ２，４全体が、予備加熱によって熱変形するのを防止することができる。
【００２２】
このようにして、予備加熱が終了したならば、図２に示すように、加熱板７を両溶着ワーク１，３の間から退避させるとともに、両溶着ワーク１，３を接近させて、両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａを接触させる。そしてこの状態で、図３に示すように、両溶着ワーク１，３に圧力Ｐを加えて、両溶着フランジ２，４を仮溶着する。
【００２３】
この際、両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａは、予備加熱により軟化しているので、両溶着フランジ２，４は、その接触面２ａ，４ａの全面を完全に密着させた状態で仮溶着されることになる。また、両溶着ワーク１，３は、仮溶着されているので、仮溶着作業と後述するレーザ溶着作業との間に長い時間間隔を設けた場合であっても、両接触面２ａ，４ａの密着度が低下するおそれが全くない。
【００２４】
このようにして仮溶着作業が終了したならば、図４に示すように、溶着フランジ２の上方から、半導体レーザ５からのレーザ光５ａを、溶着フランジ２を通して両接触面２ａ，４ａに照射する。これにより、両接触面２ａ，４ａが溶融して両溶着フランジ２，４がレーザ溶着され、図５に示す製品１０が完成する。
【００２５】
しかして、レーザ溶着の前に、両溶着フランジ２，４の接触面２ａ，４ａを予備加熱するようにしているので、両接触面２ａ，４ａの密着度が悪い場合であっても、両接触面２ａ，４ａを完全に密着させた状態でレーザ溶着を行なうことができる。このため、安定した溶着強度を容易に得ることができる。
【００２６】
なお、前記実施の一形態においては、両方の接触面２ａ，４ａを予備加熱する場合について説明したが、いずれか一方の接触面２ａ，４ａを予備加熱するだけでも、所期の効果は充分に得ることができる。
【００２７】
また、前記実施の一形態においては、電磁誘導加熱方式で予備加熱する場合について説明したが、接触面２ａ，４ａを予備加熱できるのであれば、ヒータ加熱方式，熱風加熱方式，赤外線ランプ加熱方式あるいはレーザ加熱方式等の加熱方式で予備加熱することもできる。
【００２８】
また、前記実施の一形態においては、予備加熱の後、一旦仮溶着してレーザ溶着する場合について説明したが、予備加熱後、直ちにレーザ溶着するようにしてもよい。
【００２９】
【実施例】
本発明者等は、図６に示すように、熱変形温度が１１５℃のＰＰ製の透過性材料（乳白色）２０と吸収性材料（黒色）３０とを用い、両材料２０，３０をレーザ溶着する実験を行なった。なお、吸収性材料３０の表面には凸部３０ａを設け、図７に示すように、両材料２０，３０を接触させた際には、凸部３０ａのみが接触するようにした。
【００３０】
本発明者はまず、両材料２０，３０を予備加熱せずに、単に接触させた状態で、半導体レーザ光を透過性材料２０の上方から両材料２０，３０の接触面に照射して、レーザ溶着を行なった。その結果、凸部３０ａの部分しか溶着されず、他の部分は全く溶着されないことが確認された。
【００３１】
本発明者等は次に、両材料２０，３０の接触面を、両材料２０，３０の熱変形温度よりも低温の１００℃で予備加熱した後、前記同様の方法でレーザ溶着を行なった。その結果、凸部３０ａはもとより、それ以外の部分も溶着されたが、溶着斑が生じていることが確認された。
【００３２】
本発明者等はさらに、両材料２０，３０の接触面を、両材料２０，３０の熱変形温度よりも高温の１５０℃で予備加熱した後、前記同様の方法でレーザ溶着を行なった。その結果、凸部３０ａはもとより、それ以外の部分も溶着され、しかもすべての領域が完全に溶着されていることが確認された。
【００３３】
以上のことから、接触面の密着度が悪い場合であっても、レーザ溶着に先立って予備加熱すれば、密着していない部分でも溶着することができ、また予備加熱は、材料２０，３０の熱変形温度以上の温度で行なうことが必要であることが判った。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、大きなレーザ光透過率を有する透過性材料と小さなレーザ光透過率を有する吸収性材料とを接触させ、前記透過性材料を通し吸収性材料との接触面に半導体レーザ光を照射して、両材料を溶着するプラスチック溶着方法において、前記透過性材料または吸収性材料のうちの少なくともいずれか一方の接着面を、材料の熱変形温度以上の温度で予備加熱し、次いで両材料を接触させてレーザ溶着を行なうようにしているので、前記予備加熱により、予備加熱した材料の接触面が軟化し、両材料の接触面を接触させた際の密着度を向上させることができる。そして、これにより、安定した溶着強度を得ることができる。
【００３５】
本発明はまた、予備加熱後、両材料を接触させるとともに加圧して仮溶着し、次いで両材料のレーザ溶着を行なうようにしているので、予備加熱後の加圧により、両材料が接触面を完全に密着させた状態で仮溶着され、予備加熱とレーザ溶着との間に長い時間間隔がある場合であっても、接触面の密着状態が損なわれることがなく、溶着強度を大幅に向上させることができる。
【００３６】
本発明はまた、透過性材料と吸収性材料とを対向配置するとともに、両材料の間に予備加熱手段を配置し、予備加熱後、予備加熱手段を両材料の間から退避させるようにしているので、両材料を直線的に移動させるだけで、予備加熱後直ちに接触面を接触させることができ、予備加熱とレーザ溶着との間の時間間隔を短くして、予備加熱による加熱効果を向上させることができる。
【００３７】
本発明はさらに、予備加熱手段を、両材料の間に配される加熱板と、この加熱板を電磁誘導加熱方式で加熱する加熱源とで構成するようにしているので、接触面のみを短時間で加熱し、予備加熱に伴なう材料全体の熱変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るプラスチック溶着方法を示す説明図である。
【図２】図１の状態から、予備加熱用の加熱板を退避させた状態を示す説明図である。
【図３】両溶着ワークを加圧して仮溶着している状態を示す説明図である。
【図４】仮溶着後、レーザ溶着を行なっている状態を示す説明図である。
【図５】レーザ溶着により完成した製品を示す説明図である。
【図６】本発明者が行なった実験で用いられた透過性材料および吸収性材料を示す説明図である。
【図７】図６の両材料を用いてレーザ溶着を行なっている状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　第１溶着ワーク
２，４　溶着フランジ
２ａ，４ａ　接触面
３　第２溶着ワーク
５　半導体レーザ
５ａ　レーザ光
６　予備加熱手段
７　加熱板
８　加熱用コイル
１０　製品
Ｐ　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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【図７】
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