(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の透過性が高い樹脂材料で構成した第１部材と、前記レーザ光の吸収性が高い樹脂材料で構成した第２部材とを押圧しつつ重ね、前記第１部材の側から前記第２部材の側に前記レーザ光を照射して、前記第１部材と前記第２部材とを溶着する樹脂部材のレーザ溶着部構造であって、
前記レーザ光の照射方向に沿った前記第１部材の厚みがレーザ照射線に沿った所定の領域ごとに変化するとき、
前記レーザ光を照射する前の状態において、前記厚みが所定寸法以下の領域では前記第１部材と前記第２部材とを接触させ、前記厚みが所定寸法よりも大きい領域では前記第１部材と前記第２部材とを離間させてある樹脂部材のレーザ溶着部構造。
【請求項２】
前記第１部材に対する前記レーザ照射線が略環状に構成してある請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の透過性が高い樹脂材料で構成した第１部材と、前記レーザ光の吸収性が高い樹脂材料で構成した第２部材とを押圧しつつ重ね、前記第１部材の側から前記第２部材の側に前記レーザ光を照射して、前記第１部材と前記第２部材とを溶着する樹脂部材のレーザ溶着部構造、および、各種装置を収容する収容空間を形成すべく、前記レーザ光の透過性が高い樹脂材料で構成した第１部材と、前記レーザ光の吸収性が高い樹脂材料で構成した第２部材とをレーザ溶着して構成した収容容器、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量化及び低コスト化等を図るため、自動車部品などの部品や各種装置を収容する収容容器等は樹脂材で形成することが多い。予め複数に分割した分割樹脂部材を互いに接合して樹脂成形品とすると、樹脂成形品の生産性を高めることができる。
樹脂材同士の接合方法として、レーザ溶着法、熱風溶着法、超音波溶着法等が公知である。特にレーザ溶着法では、接合部位であるレーザ溶着部に沿うように局所的に熱を加えるため、他の場所に熱による悪影響を及ぼし難く、樹脂部材が不意に変形するのを防止しながら、溶着することができる。
【０００３】
特許文献１〜２には、レーザ光に対して透過性のある透過性樹脂部材とレーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂部材とを接合するレーザ溶着法が開示してある。
概説すると、これら樹脂部材を接合部位が隙間無く当接するように圧着した後、透過性樹脂部材の側から吸収性樹脂部材の側にレーザ光を照射する。透過性樹脂部材の内部を透過したレーザ光が当接面に到達したとき、レーザ光の有するエネルギは吸収性樹脂部材によって吸収される。これにより、吸収性樹脂部材が加熱される。一方、透過性樹脂部材は、レーザ光によって直接に加熱されるものではなく、吸収性樹脂部材からの伝熱により加熱される。そして、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材との当接面で樹脂部材同士が互いに溶融状態となって溶け込み、固化することで両樹脂部材が接合する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０９９１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば透過性樹脂部材は、その表面が種々の形状を呈することにより、その部位によって厚みが変化している場合がある。また、製造工程の都合上、未溶着の樹脂部材同士を他の装置に組み付けた後にレーザ溶着する場合、樹脂部材とレーザ光源との間に、レーザ光を遮る他物が存在することがある。これらの場合に透過性樹脂部材の側から吸収性樹脂部材の側にレーザ光を照射すると、吸収性樹脂部材の側に到達するレーザ光の透過量は、吸収性樹脂部材の部位によって異なることとなる。
【０００６】
透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とを接合するのに十分なレーザ光が到達しない部位では、各樹脂材の加熱の程度が不十分となる。このとき、当該部位では樹脂部材同士の十分な溶け込みが行われない。レーザ溶着部において部分的に溶け込みができない領域が存在する場合、当該領域では、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とが接当し合い、接合に十分なレーザ光が到達している部位での各樹脂材同士の溶け込みを妨げる。そのため、レーザ溶着部の全体に亘って十分な溶け込みが行われず、必要な溶着強度が確保できないという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、レーザ溶着部において、必要な溶着強度を確実に得ることができる樹脂部材のレーザ溶着部構造および収容容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る樹脂部材のレーザ溶着部構造は、レーザ光の透過性が高い樹脂材料で構成した第１部材と、前記レーザ光の吸収性が高い樹脂材料で構成した第２部材とを押圧しつつ重ね、前記第１部材の側から前記第２部材の側に前記レーザ光を照射して、前記第１部材と前記第２部材とを溶着するものであって、その第一特徴構成は、前記レーザ光の照射方向に沿った前記第１部材の厚みがレーザ照射線に沿った所定の領域ごとに変化するとき、前記レーザ光を照射する前の状態において、前記厚みが所定寸法以下の領域では前記第１部材と前記第２部材とを接触させ、前記厚みが所定寸法よりも大きい領域では前記第１部材と前記第２部材とを離間させた点にある。
【０００９】
上記第一特徴構成によれば、前記厚みが所定寸法以下の領域では、レーザ光の透過量が十分であるため、第１部材と第２部材とを接触させておくと、第１部材と第２部材とが互いに溶け込むことで、確実な接合が行われる。
【００１０】
一方、前記厚みが所定寸法よりも大きい領域では、レーザ光の透過量が不十分であるため、樹脂材同士の十分な溶着が期待できない。つまり、この領域では、第１部材および第２部材は、互いに十分溶け込むことができない状態となる。しかし、本構成のように、この領域においては、第１部材と第２部材とを予め離間させておくため、レーザ光の透過量が十分な領域における樹脂部材同士の溶け込みを妨げない。
【００１１】
前記厚みが所定寸法よりも大きい領域では、樹脂部材同士の接合は行われないが、前記厚みが所定寸法よりも小さい領域において確実な接合が行われるため、当該領域のみの接合であっても必要な強度を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る樹脂部材のレーザ溶着部構造の第二特徴構成は、前記第１部材に対する前記レーザ照射線を略環状に構成した点にある。
【００１３】
上記第二特徴構成によれば、例えばレーザ光の照射をレーザ溶着部にくり返し行う場合、レーザ光源を一方向に周回させるようにして照射し、各樹脂部材の加熱の程度を全体に亘って略均一な条件とすることができる。そのため、レーザ溶着部に沿って樹脂部材同士の溶け込みが略均等となり、健全なレーザ溶着部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明は、樹脂部材同士をレーザ光によって確実に溶着するための樹脂部材のレーザ溶着部の構造である。樹脂部材は、レーザ光の透過性が高い第１部材（以下、透過性樹脂部材と称する）と、レーザ光の吸収性が高い第２部材（以下、吸収性樹脂部材と称する）とを用いる。そして、透過性樹脂部材および吸収性樹脂部材を押圧しつつ重ね合わせ、透過性樹脂部材の側から吸収性樹脂部材の側にレーザ光を照射すると、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材との当接面同士が加熱溶融して両者が互いに溶け込み、溶着する。
【００１８】
本発明の樹脂部材のレーザ溶着部の構造は、例えば、透過性樹脂部材の表面が種々の形状を呈するなどにより、その部位によってレーザ光の透過量が異なる場合等に適用できる。
「レーザ光の透過量が異なる」とは、上述したように樹脂部材の構造に起因する他に、樹脂部材の材質が均一でない場合等にも起こりうる。この場合にも、本発明の樹脂部材のレーザ溶着部の構造を適用することができる。
以下に、自動車の回転角度計測装置に本発明のレーザ溶着部の構造を適用した場合について説明する。
【００１９】
図１〜６に、自動車のブレーキペダルの踏み込み量を回転角度に変換して電気信号として取得する回転角度計測装置Ｚの概略図を示す。回転角度計測装置Ｚは、透過性樹脂部材および吸収性樹脂部材をレーザ溶着し、後述の感磁素子（各種装置の具体例）等を収容する収容空間を形成した収容容器の一例である。
【００２０】
回転角度計測装置Ｚには、装置本体に対して軸芯Ｘ上で回転自在に支持した回転軸１に操作アーム２が備えてあり、この操作アーム２の軸芯Ｘ周りでの回転角度を計測してコネクタ部Ｃから出力する。この回転開度計測装置Ｚは、ブレーキペダルの操作系以外にアクセルペダルや各種レバー類の操作量を計測するために用いても良い。
【００２１】
図２〜３に示すように、回転角度計測装置Ｚの装置本体は、回転軸１と一体的に回転する永久磁石Ｍを備えた作動ユニットＡと、この永久磁石Ｍからの磁束が作用する位置に配置された２つのホールＩＣ（Ｓ：後述する２つのホールＩＣの上位概念・感磁素子の一例）を備えた感磁ユニットＢとを連結した構造を有する。本実施形態では感磁素子としてホールＩＣを用いているが、ホール素子やＭＲ素子を用いても良い。また、感磁素子は１つ或いは３つ以上であってもかまわない。
この回転角度計測装置では２つのホールＩＣ（Ｓ）の一方を主として用い、他方をバックアップとして用いており、何れのホールＩＣ（Ｓ）を用いた場合でも等しい計測結果を得るようにホールＩＣ（Ｓ）を同じ方向に向けて重ね合わせる形態で使用している。しかし、ホールＩＣの相対位置関係はこれに限定されるものではなく、他の形態であってもかまわない。
【００２２】
作動ユニットＡを形成する基材は透過性樹脂部材であり、感磁ユニットＢを形成する基材は吸収性樹脂部材である。これらの樹脂部材をレーザ溶着する。
【００２３】
＜樹脂部材の構造＞
（透過性樹脂部材を基材とする作動ユニットＡ）
作動ユニットＡは、軸芯Ｘを中心とするディスク状の樹脂製の支持体（透過性樹脂部材）１０を備えると共に、この支持体１０に一体的に形成したボス部１１に回転軸１を遊転支承している。この支持体１０の周部には感磁ユニットＢの方向に張り出すスリーブ部１２を一体形成し、表面側には軸芯Ｘを中心とした円弧状の保護リブ１３と、回転角度計測装置Ｚを他物に固定するための一対の固定部１４とを一体形成している。固定部１４には、ネジ等を挿通させるための孔部が設けてある。尚、保護リブ１３は、他物を固定するための位置決めにも用いられる。
【００２４】
透過性樹脂部材である支持体１０（以下、支持体および透過性樹脂部材は共通の符号１０で表す）のスリーブ部１２の内側には、吸収性樹脂部材とレーザ溶着する部位である第一当接部１０ａを有する。本実施形態では、第一当接部１０ａがフラットな態様を例示する。しかし、これに限られるものではなく、凸設する態様としてもよい。
【００２５】
第一当接部１０ａは、吸収性樹脂部材に対応する環状となるように形成してある。このとき、透過性樹脂部材１０に対するレーザ照射線Ｌは略環状となる（図６参照）。
このように構成すると、レーザ光の照射をレーザ溶着部にくり返し行う場合、レーザ光源を一方向に周回させるようにして照射し、各樹脂部材の加熱の程度を全体に亘って略均一な条件とすることができる。この場合、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材とは互いに押圧されているが、全体に亘って略均一な加熱条件であるため、両樹脂部材が一定の相対移動することで近接することができ、健全なレーザ溶着部を得ることができる。
【００２６】
透過性樹脂部材１０は、使用するレーザ光の波長領域におけるレーザ光吸収率を低く構成してある。例えば、透過性樹脂部材１０は、ポリプチレンテレフタレート（ＰＢＴ）・ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂・ポリエチレン・ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂・ポリアミド樹脂・塩化ビニル樹脂・フッ素樹脂等を構成材とすることができる。尚、透過性樹脂部材１０は、レーザ光の透過性が吸収性樹脂部材に比べて相対的に高いものであれば、特に限定されるものではない。
【００２７】
透過性樹脂部材１０には、レーザ光を吸収しないか、吸収しにくい物質を強化材として含むことができる。このような強化材としてはガラス繊維、ナイロン繊維等が例示される。第一当接部１０ａの厚みは、特に限定されるものではない。
【００２８】
尚、作動ユニットＡは、回転軸１の外端側に操作アーム２を連結し、この回転軸１の内端側に鉄やニッケル合金等の磁性体で成るカップ状のヨーク１５を連結した構造を有している。
操作アーム２の揺動端には軸芯Ｘと平行姿勢となる折り曲げ部２Ａを形成し、この折り曲げ部２Ａに対してペダル等からの操作力が作用する形態で使用される。また、ヨーク１５の内周面には非磁性体の素材で成るリング状部材１６を取り付けており、このリング状部材１６に複数の永久磁石Ｍを備えることで、このヨーク１５で磁気回路を形成している。また、支持体１０と前記ヨーク１５との間に夫々を離間させる方向に付勢力を作用させると同時に、操作アーム２に復元方向に付勢力を作用させる圧縮コイルバネ１７を介装している。
【００２９】
（吸収性樹脂部材を基材とする感磁ユニットＢ）
感磁ユニットＢは、銅合金で成る複数のリードフレームＦ（導体の一例）をインサートした樹脂の成形物で成るプレート部２０を形成する。このプレート部２０の端部にコネクタ部Ｃを形成し、プレート部２０の表面側に形成した突出部２１の内部において軸芯Ｘを挟む位置に前記２つのホールＩＣ（Ｓ）を備える。プレート部２０の表面側に軸芯Ｘを中心とする樹脂製の筒状部２２（吸収性樹脂部材）を一体的に突出形成した構造を有している。
【００３０】
吸収性樹脂部材２２（以下、筒状部および吸収性樹脂部材は共通の符号２２で表す）は、透過性樹脂部材１０の第一当接部１０ａとレーザ溶着する第二当接部２２ａを有する。第二当接部２２ａは、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを圧着させたとき隙間なく圧接する。また、第二当接部２２ａの幅は、例えば筒状部２２の幅と同等に形成すると、透過性樹脂部材１０への伝熱効率に優れたものとなる。
【００３１】
吸収性樹脂部材２２は、使用するレーザ光の波長領域におけるレーザ光に対して吸収性を有する樹脂材料とする。
レーザ溶着時における第一当接部１０ａと第二当接部２２ａとの溶着性を考慮すると、第二当接部２２ａは、できるだけ第一当接部１０ａと同じ組成の樹脂、あるいは、第一当接部１０ａと組成が異なっても相溶性の高い樹脂を基材とすることが好ましい。
レーザ光の吸収性が高い吸収性樹脂部材２２は、透過性樹脂部材１０として例示した各樹脂に、レーザ光の波長領域におけるレーザ光の吸収効率が高い添加物を含有することができる。レーザ光吸収効率が高い添加物は、例えばカーボンブラック・黒鉛粉末等のカーボン系粉末・染料・顔料等が例示される。当該添加物は、例えば、重量比で０．０５〜１．０％含有する。
【００３２】
吸収性樹脂部材２２の外径は、作動ユニットＡのスリーブ部１２の内径と一致させている。吸収性樹脂部材２２の外端部をスリーブ部１２に内嵌させ、吸収性樹脂部材２２の端部を透過性樹脂部材１０に接触させることにより、作動ユニットＡと感磁ユニットＢとを連結固定している。この連結固定は、レーザ光を用いたレーザ溶着法により行う。
【００３３】
即ち、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを圧接した状態で、透過性樹脂部材１０の側からレーザ光を照射したとき、吸収性樹脂部材２２にレーザ光の熱エネルギが蓄積される。そして、この熱が透過性樹脂部材１０に伝熱し、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とが溶融する。このとき、これら樹脂材は、当接部位において対向する樹脂材の方向に沈み込むことで互いに溶着する。
【００３４】
（レーザ溶着部の構造）
透過性樹脂部材１０には、固定部１４が設けてある。つまり、レーザ光の照射方向に沿った透過性樹脂部材１０の厚みがレーザ照射線Ｌに沿った所定の領域ごとに変化する。即ち、透過性樹脂部材１０の側から吸収性樹脂部材２２の側にレーザ光を照射すると、吸収性樹脂部材２２の側に到達するレーザ光の透過量は、吸収性樹脂部材２２の部位によって異なる。このような場合においても、必要な溶着強度を確保するため、本発明では以下の構成を有する。
【００３５】
即ち、図７に示したように、レーザ光を照射する前の状態において、前記厚みＴが所定寸法以下の領域αでは透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接触させ、前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域βでは透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを離間させてある。
【００３６】
本実施形態で、「前記厚みＴが所定寸法以下の領域α」とは、固定部１４のリブ１４ａを設けていない領域を意味する。この領域αでは、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接触させてレーザ光を透過性樹脂部材１０の側から吸収性樹脂部材２２の側に照射させたとき、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接合するのに十分なレーザ光が吸収性樹脂部材２２に到達する。
【００３７】
一方、「前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域β」とは、例えば固定部１４のリブ１４ａを設けた領域である。この領域βでは、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接触させてレーザ光を透過性樹脂部材１０の側から吸収性樹脂部材２２の側に照射させたとき、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接合するのに十分なレーザ光が吸収性樹脂部材２２に到達せず、各樹脂材の加熱の程度が不十分となる。
【００３８】
従って、前記厚みＴが所定寸法以下の領域αでは、レーザ光の透過量が十分であるため、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを接触させておくと、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とが互いに溶け込むことで、確実な接合が行われる。
一方、前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域βでは、レーザ光の透過量が不十分であるため、樹脂材同士の十分な溶着が期待できない。しかし、この領域βにおいては、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２とを予め離間させておくため、レーザ光の透過量が十分な領域における樹脂部材同士の溶け込みを妨げない。
【００３９】
前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域βでは、樹脂部材同士の接合は行われないが、前記厚みＴが所定寸法以下の領域αにおいて確実な接合が行われるため、当該領域αのみの接合であっても必要な強度を得ることができる。
【００４０】
前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域βにおいて、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２との離間距離は、レーザ溶着が完了した後であっても、透過性樹脂部材１０と吸収性樹脂部材２２との非当接状態を維持するように構成する。仮に、レーザ溶着時に、非当接状態が直ちに当接状態となると、その時点で両樹脂部材が近接できず、十分な溶け込みが行われないからである。しかし、上述のように離間距離を設定すれば、樹脂材同士の溶着が可能な領域においては、両樹脂部材が確実に圧接され、健全なレーザ溶着部を得ることができる。
【００４１】
また、レーザ照射線Ｌにおいてレーザ溶着部と未溶着部とが混在する場合であっても、レーザ照射をある一定の条件で行うことで、健全なレーザ溶着部を得ることができる。
【００４２】
（レーザ）
レーザ光の光源としては、特に限定されないが、半導体レーザ・ＹＡＧレーザ等を光源とし、遠赤外線領域・可視光領域等の波長のものが使用できる。レーザ光の波長としては、３００〜２５００ナノメートル、特に７９０〜１１００ナノメートルのものが好ましく使用できる。
【００４３】
（収容容器について）
上述したように、回転角度計測装置Ｚは、感磁素子等を収容する収容空間を形成した収容容器の一例である。本実施形態では、レーザ溶着部ができるだけ広い面積で設定できるように以下のように構成してある。
即ち、図６〜７に示したように、透過性樹脂部材１０からから延出する固定部１４の一部に、吸収性樹脂部材２２に対して照射するレーザ光が透過するレーザ光透過部を設定してある。本実施形態では、前記厚みＴが所定寸法よりも大きい領域βであるリブ１４ａをレーザ光透過部の一例とすることができる。つまり、このリブ１４ａは、レーザ照射線Ｌに存在するため、レーザ光が透過する領域である。
【００４４】
そして、図５〜７に示したように、当該レーザ光透過部（リブ１４ａ）が平板形状であって、その平面方向をレーザ光の照射方向と平行に、且つ、レーザ照射線Ｌの方向に対して交差するように構成してある。
この構成では、レーザ光は平板形状のリブ１４ａの側面（図７における上方）から照射することとなる。そのため、レーザ光の透過量を減少させる透過性樹脂部材１０の部位（リブ１４ａ）をできるだけ小さくでき、レーザ溶着部を広く確保することができる。
【００４５】
本実施形態の回転角度計測装置Ｚは、例えば自動車に取り付けて用いる。そのため、振動によって透過性樹脂部材１０が捩じれる虞がある。
レーザ光透過部であるリブ１４ａは、前記厚みＴが所定寸法よりも大きいため、レーザ光が吸収性樹脂部材２２に届かず、樹脂部材同士の接合は行われない。しかし、リブ１４ａによって透過性樹脂部材１０の剛性が向上するため、樹脂部材同士の接合が行われなくとも、上述した捩じれを防止できる構成となる。
【００４６】
本発明の樹脂部材のレーザ溶着部構造は、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とをレーザ溶着する際に、透過性樹脂部材の表面が種々の形状を呈するなどにより、その部位によってレーザ光の透過量が異なり、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とを接合するのに十分なレーザ光が吸収性樹脂部材に到達しない領域がある場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の樹脂部材のレーザ溶着部構造を用いた回転角度計測装置の上面視概略図
【図２】本発明の樹脂部材のレーザ溶着部構造を用いた回転角度計測装置の断面図
【図３】上記回転角度計測装置の分解断面図
【図４】作動ユニットの概略図
【図５】作動ユニットと感磁ユニットとの組付態様を示す図
【図６】回転角度計測装置の上面要部概略図
【図７】透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とのレーザ溶着態様を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１０        透過性樹脂部材（第１部材）
２２        吸収性樹脂部材（第２部材）
α          厚みが所定寸法以下の領域
β          厚みが所定寸法よりも大きい領域
Ｌ          レーザ照射線
Ｔ          厚み
Ｚ          回転角度計測装置（収容容器）
【図１】
0004784821.tif 000002
【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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