(57)【要約】【課題】接合パターンが如何に複雑であっても、単一固定のレーザ出力でもって樹脂材の対向面同士を確実に融着可能であり、温度が上昇し過ぎて気泡等の特性劣化が生じることもない接合方法を提供する。【解決手段】レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物１０と、レーザ透過性樹脂材にレーザ吸収体を添加した第２の接合対象物１２とを積層配置させる工程と、第１の接合対象物１０の表面側からレーザビームＬを照射し、第２の接合対象物１２のレーザ吸収体を加熱する工程と、その発熱作用によって接合対象物１０，１２間を融着させる工程とを備え、レーザ吸収体として、第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２を構成している樹脂材の溶融点よりも高く、特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を用いた樹脂材間の接合方法。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物と、レーザ透過性樹脂材にレーザ吸収体を添加した第２の接合対象物とを積層配置させる工程と、
第１の接合対象物の表面側からレーザビームを照射し、第２の接合対象物に含まれるレーザ吸収体を加熱する工程と、
このレーザ吸収体の発熱作用によって第１の接合対象物及び第２の接合対象物の少なくとも一方の対向面を溶融させ、他方の対向面に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法であって、
上記レーザ吸収体として、第１の接合対象物を構成している樹脂材及び第２の接合対象物を構成している樹脂材の少なくとも一方の溶融点よりも高く、特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項２】
レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物と、レーザ吸収体と、レーザ透過性樹脂材よりなる第２の接合対象物とを積層配置させる工程と、
第１の接合対象物の表面側からレーザビームを照射し、レーザ吸収体を加熱する工程と、
このレーザ吸収体の発熱作用によって第１の接合対象物及び第２の接合対象物の少なくとも一方の対向面を溶融させ、他方の対向面に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法であって、
上記レーザ吸収体として、第１の接合対象物を構成している樹脂材及び第２の接合対象物を構成している樹脂材の少なくとも一方の溶融点よりも高く、特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は樹脂材間の接合方法に係り、特に、レーザ透過性樹脂材越しにレーザビームをレーザ吸収体に照射し、その発熱作用を利用してレーザ透過性樹脂材と他の樹脂材とを融着させる樹脂材間の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでも、レーザビームの照射による発熱作用を利用して樹脂材間を接合する技術は存在した。
例えば、特許文献１には、レーザ光に対する吸収性を備えた樹脂材と非吸収性を備えた樹脂材とを重ね合わせ、非吸収性樹脂材にレーザビームを照射することによって吸収性樹脂材の表面を加熱し、その発熱作用によって両者の対向面同士を融着させる技術が開示されている。
この接合方法によれば、余計な接着剤やネジ等を用いることなく、樹脂材間を接合することが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６２−４９８５０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この接合方法を用いて複雑な接合パターンを形成する場合には、加熱不足による部分的な接合不良や、逆に加熱過剰による部分的な品質劣化が生じ易いという問題があった。
例えば、レーザビームを曲線状に連続照射する場合には、直線状に連続照射する場合に比べて照射時間が長くなり、必要以上に温度が上昇して樹脂材の発泡や燃焼、有毒ガスの発生、引火等が生じる危険性がある。これに対し、レーザ出力を湾曲部分に最適な値に設定すると、今度は直線部分において溶融不足が生じ、接合強度が低下する。
したがって、これまでは接合パターンに応じてレーザビームの出力を自動調整する必要があり、そのためにセンサ類や制御系等の余計な機構を別途設ける必要があった。
【０００５】
この発明は、従来の接合方法が抱えていた上記問題を解決するためになされたものであり、樹脂材側の接合パターンが如何に複雑であっても、単一固定のレーザ出力でもって樹脂材を過不足なく溶融させることができ、以て樹脂材間の接合品質を安定化させることが可能な技術を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物と、レーザ透過性樹脂材にレーザ吸収体を添加した第２の接合対象物とを積層配置させる工程と、第１の接合対象物の表面側からレーザビームを照射し、第２の接合対象物に含まれるレーザ吸収体を加熱する工程と、このレーザ吸収体の発熱作用によって第１の接合対象物及び第２の接合対象物の少なくとも一方の対向面を溶融させ、他方の対向面に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法であって、上記レーザ吸収体として、第１の接合対象物を構成している樹脂材及び第２の接合対象物を構成している樹脂材の少なくとも一方の溶融点よりも高く、特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を用いたことを特徴としている。
上記「溶融点」とは、樹脂材が適度に加熱されて溶融し、他方の樹脂材との接合に適した様態となる温度を意味しており、樹脂材の種類によって異なる。
。また、上記「特性劣化点」とは、過剰加熱によって樹脂材の発泡や燃焼、有毒ガスの発生、引火等の不具合が生じる温度を意味しており、樹脂材の種類によって異なる。
【０００７】
本来、積層されたレーザ透過性樹脂材にレーザビームを照射しても両樹脂材を素通りしてしまい、両者間を加熱溶融させることはできないが、一方の樹脂材にレーザ吸収体を添加させることにより、このレーザ吸収体の発熱による伝導熱によって樹脂材を溶融させ、両樹脂材間を接合させることが可能となる。
しかも、レーザ吸収体として、樹脂材の溶融点よりも高く特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を選定しているため、レーザ吸収体が樹脂材の特性劣化点以上の温度に達した時点でレーザ吸収特性が低下し、それ以上の発熱作用が自然に抑制される仕組みとなっている。
このため、レーザビームの出力を比較的高めに設定さえしておけば、照射パターンに応じて微妙な制御を行うまでもなく、安定した接合品質を実現することが可能となる。すなわち、例え過剰エネルギの投入となっても、レーザ吸収体のレーザ吸収機能自体が低下するため、自動的に樹脂材に対する過剰加熱が防止され、発泡や燃焼、有毒ガスの発生、あるいは引火等の不具合が生じる危険性が回避される。
【０００８】
請求項２に記載した樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物と、レーザ吸収体と、レーザ透過性樹脂材よりなる第２の接合対象物とを積層配置させる工程と、第１の接合対象物の表面側からレーザビームを照射し、レーザ吸収体を加熱する工程と、このレーザ吸収体の発熱によって第１の接合対象物及び第２の接合対象物の少なくとも一方の対向面を溶融させ、他方の対向面に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法であって、上記レーザ吸収体として、第１の接合対象物を構成している樹脂材及び第２の接合対象物を構成している樹脂材の少なくとも一方の溶融点よりも高く、特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を用いたことを特徴としている。
この場合も、レーザ吸収体の発熱に基づく伝導熱によって透明樹脂材を溶融させ、両樹脂材間を接合させることが可能となる。
また、レーザ吸収体として、樹脂材の溶融点よりも高く特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を選定しているため、比較的高い出力でレーザビームを照射さえすれば、接合パターンに応じて細かい出力制御をすることなく、樹脂材間を均一の品質で接合可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、この発明に係る第１の接合方法を示すものである。
まず、図１に示すように、レーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物１０と、レーザ透過性樹脂材にレーザ吸収体を添加させた第２の接合対象物１２とが、加工テーブル１４上に積層配置される。また、第１の接合対象物１０の表面には、レーザ透過性素材よりなる板状の押さえ治具１６が載置される。
第１の接合対象物１０としては、ＬＤレーザ（半導体レーザ）に対する透過性を備えた樹脂材、例えばアクリル系の樹脂材が該当する。
また、第２の接合対象物１２は、例えば樹脂粉末にメチルエチルケトン及びフタロシアン系色素を混入させたレーザ吸収体を、ＬＤレーザに対する透過性を備えたアクリル系樹脂材に添加したものが該当する。
【００１０】
つぎに、図２に示すように、押さえ治具１６によって第１の接合対象物１０の表面を加圧した状態で、押さえ治具１６の表面にＬＤレーザのビームＬを線状に連続照射すると、押さえ治具１６及び第１の接合対象物１０を透過したレーザビームが第２の接合対象物１２のレーザ吸収体に到達し、これを加熱する。
そして、このレーザ吸収体からの伝導熱を受けて第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２の対向面がそれぞれ溶融する結果、両接合対象物１０，１２間はレーザ照射パターンに沿って生じた線状溶融部１８を介して気密に接合されることとなる。
【００１１】
第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２を構成しているアクリル系樹脂の融点は摂氏２３０度であり、これが摂氏２６０度以上に達すると発泡やが生じ始め、摂氏３００度を越えると燃焼及び有毒ガスの発生といった特性劣化が生じる。
これに対し、上記レーザ吸収体の有効温度は摂氏２５０度であり、これを越える温度に達した時点で透明に変色し、レーザ吸収体としての機能が著しく低下することとなる。
したがって、レーザの照射パターン（照射形状）や照射箇所に応じて必要とされるエネルギ出力に高低の差が存在している場合には、高い方の出力に設定しておけば済み、出力を制御する必要がなくなる。これは、本来低い出力で加工すべき箇所に高い出力のレーザビームが照射されても、第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２の温度が摂氏２５０度以上に上昇することはなく、特性劣化が生じる危険性がないためである。
【００１２】
第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２がそれぞれ複雑な立体形状を備えている場合であっても、基本的には上記と同様の手順によって接合することができる。
図３はその一例を示すものであり、大きな凹部を備えた第２の接合対象物１２と、これに対応する凸部を備えた第１の接合対象物１０とを係合させ、さらに押さえ治具１６を積層させた状態で、第１の接合対象物１０の表面に押さえ治具１６越しにレーザビームＬを線状に連続照射している。
この結果、第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２の対向面が、線状の溶融部１８を介して気密に接合される。
この場合、第１の接合対象物１０の厚さがレーザビームＬの照射部位によって異なっているが、レーザビームＬはレーザ透過性樹脂材よりなる第１の接合対象物１０を文字通り透過して第２の接合対象物１２の表面に到達するため、厚さに多少の変動が存在しても問題なく接合できる。
【００１３】
図４及び図５は、この発明に係る第２の接合方法を示すものである。
まず、図４に示すように、レーザ透過性を備えたアクリル系樹脂材よりなる第２の接合対象物１２と、樹脂粉末にメチルエチルケトン及びフタロシアン系色素を混入させてなるレーザ吸収体２０と、レーザ透過性を備えたアクリル系樹脂材よりなる第１の接合対象物１０と、レーザ透過性素材よりなる押さえ治具１６とが、加工テーブル１４上に積層配置される。
【００１４】
つぎに、図５に示すように、押さえ治具１６によって第１の接合対象物１０の表面を加圧した状態で、押さえ治具１６の表面にレーザビームＬを線状に連続照射すると、押さえ治具１６及び第１の接合対象物１０を透過したレーザビームＬがレーザ吸収体２０に到達し、これを加熱する。
また、このレーザ吸収体２０からの伝導熱を受けて第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２の対向面がそれぞれ溶融する。
この結果、両接合対象物１０，１２間は、レーザ照射パターンに沿って生じた線状溶融部１８を介して気密に接合されることとなる。
【００１５】
この場合も上記と同様、レーザビームＬの出力を比較的高く設定しておいても、第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２の対向面における温度はレーザ吸収体２０が機能する上限温度である摂氏２５０度以上には上昇しないため、第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２に気泡が発生したり燃焼したりする危険性が一切ない。
【００１６】
第１の接合対象物１０及び第２の接合対象物１２がそれぞれ複雑な立体形状を備えている場合であっても、基本的には上記と同様の手順によって接合することができる。
図６はその一例を示すものであり、大きな凸部を備えた第１の接合対象物１０と、これに対応する凹部を備えた第２のレーザ透過性部材１２とを、間にレーザ吸収体２０を介装させた状態で嵌合すると共に、第１の接合対象物１０の表面にレーザ透過性物質よりなる押さえ治具１６を所定の圧力で当接させ、レーザビームＬを押さえ治具１６の表面に線状に連続照射している。
この結果、第１のレーザ透過性部材１０と第２のレーザ透過性部材１２の対向面同士が、線状の溶融部１８を介して気密に接合される。
【００１７】
上記にあっては、レーザ吸収体がその特性劣化点以上の高温に加熱され、変色することによってレーザ吸収特性が低下する例を説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、レーザ吸収体の材質によっては、色彩の変化を伴うことなくレーザ吸収特性が劣化する場合もある。
【００１８】
【発明の効果】
この発明に係る第１の接合方法及び第２の接合方法によれば、第１の接合対象物を透過したレーザビームによってレーザ吸収体を加熱し、その伝導熱によって第１の樹脂材及び第２の樹脂材間を気密に接合させることが可能となる。
しかも、レーザ吸収体として、樹脂材の溶融点よりも高く特性劣化点よりも低い温度でレーザ吸収特性が劣化する物質を選定しているため、レーザ吸収体が特性劣化点以上の温度に達した時点でレーザ吸収特性が低下し、それ以上の発熱作用が自動的に抑制される仕組みとなっている。
このため、レーザビームの出力を比較的高めに設定さえしておけば、照射パターンや照射箇所に応じて高精度な出力制御を行うまでもなく、安定した接合品質を実現することが可能となる。すなわち、例え過剰エネルギの投入となっても、レーザ吸収体のレーザ吸収作用自体が低下するため、自動的に樹脂材に対する過剰加熱が防止され、発泡や燃焼、有毒ガスの発生、あるいは引火といった樹脂材の特性劣化が生じる危険性を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る第１の接合方法を示す展開断面図である。
【図２】この発明に係る第１の接合方法を示す断面図である。
【図３】この発明に係る第１の接合方法の応用例を示す断面図である。
【図４】この発明に係る第２の接合方法を示す展開断面図である。
【図５】この発明に係る第２の接合方法を示す断面図である。
【図６】この発明に係る第２の接合方法の応用例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  第１の接合対象物
１２  第２の接合対象物
１４  加工テーブル
１６  押さえ治具
１８  線状溶融部
２０  レーザ吸収体
Ｌ  レーザビーム
【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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