(57)【要約】 【課題】  接合部材を強固に接合できるレーザー溶接方法およびレーザー溶接構造を提供することを目的とする。【解決手段】  熱可塑性樹脂材料で形成された基体２１と、ブラケット３の溶接部３１との間に、レーザー光吸収率が高い熱可塑性樹脂材料の不織布にて形成された連結層４を介装する。レーザー光を照射することにより、溶接部３１を透過したレーザー光が、連結層４にエネルギー吸収されることにより、連結層４を加熱して溶融させる。連結層４に発生した熱は、隣接した基体２１と溶接部３１の接合面に伝播してこれらを溶融させ、溶融された基体２１、連結層４および溶接部３１は、互いに混じり合った後、互いに接合される。撓み可能な連結層４は、基体２１と溶接部３１との間において、挟圧されることにより、これらの接合面の形状に追従するため、接合面の間に隙間が発生することがなく、強固に溶接される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂材料によって形成された一対の接合部材の間に、レーザー光吸収率の高い熱可塑性の合成樹脂材料により形成された連結層を介装し、レーザー光を前記連結層に照射することにより溶融させ、前記接合部材を互いに接合するレーザー溶接方法において、
前記連結層を撓み可能に形成し、この連結層を前記接合部材の間で挟圧することにより、それらの接合面の面形状に追従させた上で、前記連結層にレーザー光を照射して、それらを互いに接合することを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記連結層は熱可塑性の合成樹脂材料による不織布にて形成されたことを特徴とする請求項１記載のレーザー溶接方法。
【請求項３】
前記接合部材は熱可塑性の合成樹脂材料にて形成され、前記連結層にレーザー光を照射して溶融させることにより、その熱の伝播のために前記接合部材の接合面も溶融し、前記接合部材が互いに接合されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記連結層の目付は１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みは０．２〜２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記接合部材は非石油系の合成樹脂材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザー溶接方法。
【請求項６】
前記一対の接合部材および連結層は、同一の樹脂材料にて形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーザー溶接方法。
【請求項７】
前記一対の接合部材および連結層は、ポリ乳酸樹脂にて形成されたことを特徴とする請求項６記載のレーザー溶接方法。
【請求項８】
合成樹脂材料によって形成された一対の接合部材、および
レーザー光吸収率の高い熱可塑性の合成樹脂材料により形成されるとともに、前記接合部材の間に介装され、レーザー光を照射することにより溶融されて、前記接合部材を互いに接合する連結層を備えたレーザー溶接構造において、
前記連結層は撓み可能に形成され、この連結層が前記接合部材の間で挟圧されることにより、それらの接合面の面形状に追従した上でレーザー光を照射し、それらが互いに接合されることを特徴とするレーザー溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーを照射することにより接合部を溶融させて接合する、レーザー溶接方法およびレーザー溶接構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂材料にて形成された部材同士を接合するための、レーザー溶接方法に関する従来技術として、部材間に光吸収率の高いシート状の溶加材を介在させて、この溶加材にレーザー光を照射して溶融させ、接合部材を連結するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、接合部材がレーザー光を透過する材料であっても、溶加材がレーザー光を吸収して溶融し、接合部材を連結することが可能であった。しかしながら、接合部材の接合面に凹凸があって、溶加材との間に隙間が発生した場合、レーザー光の照射によって溶加材が炭化する等して、溶接不良が生ずる可能性がある。この隙間を埋めるために、接合部材同士を互いに強大な荷重で挟圧するためには、巨大な押圧装置を必要とし、これが溶接時のレーザーヘッドの走査スペースを確保する上で障害となっていた。
【特許文献１】特開平４−１５７０８２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、接合部材を強固に接合できるレーザー溶接方法およびレーザー溶接構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、合成樹脂材料によって形成された一対の接合部材の間に、レーザー光吸収率の高い熱可塑性の合成樹脂材料により形成された連結層を介装し、レーザー光を前記連結層に照射することにより溶融させ、前記接合部材を互いに接合するレーザー溶接方法において、前記連結層を撓み可能に形成し、この連結層を前記接合部材の間で挟圧することにより、それらの接合面の面形状に追従させた上で、前記連結層にレーザー光を照射して、それらを互いに接合することを特徴とするレーザー溶接方法とした。
【０００５】
請求項２の発明は、前記連結層は熱可塑性の合成樹脂材料による不織布にて形成されたことを特徴とする請求項１記載のレーザー溶接方法とした。
【０００６】
請求項３の発明は、前記接合部材は熱可塑性の合成樹脂材料にて形成され、前記連結層にレーザー光を照射して溶融させることにより、その熱の伝播のために前記接合部材の接合面も溶融し、前記接合部材が互いに接合されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザー溶接方法とした。
【０００７】
請求項４の発明は、前記連結層の目付は１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みは０．２〜２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のレーザー溶接方法とした。
【０００８】
請求項５の発明は、前記接合部材は非石油系の合成樹脂材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザー溶接方法とした。
【０００９】
請求項６の発明は、前記一対の接合部材および連結層は、同一の樹脂材料にて形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーザー溶接方法とした。
【００１０】
請求項７の発明は、前記一対の接合部材および連結層は、ポリ乳酸樹脂にて形成されたことを特徴とする請求項６記載のレーザー溶接方法とした。
【００１１】
請求項８の発明は、合成樹脂材料によって形成された一対の接合部材、およびレーザー光吸収率の高い熱可塑性の合成樹脂材料により形成されるとともに、前記接合部材の間に介装され、レーザー光を照射することにより溶融されて、前記接合部材を互いに接合する連結層を備えたレーザー溶接構造において、前記連結層は撓み可能に形成され、この連結層が前記接合部材の間で挟圧されることにより、それらの接合面の面形状に追従した上でレーザー光を照射し、それらが互いに接合されることを特徴とするレーザー溶接構造とした。
【発明の効果】
【００１２】
＜請求項１の発明＞
連結層を撓み可能に形成し、この連結層を接合部材の間で挟圧することにより、それらの接合面の面形状に追従させた上で、連結層にレーザー光を照射して、それらを互いに接合する構成としたことにより、接合部材間に隙間が発生せず、これらが強固に接合される。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
連結層は熱可塑性の合成樹脂材料による不織布にて形成された構成としたことにより、接合面の面形状への追従性がよく、接合部材を挟圧することで不織布が接合部材間の隙間を容易に埋めることができる。
【００１４】
＜請求項３の発明＞
接合部材は熱可塑性の合成樹脂材料にて形成され、連結層にレーザー光を照射して溶融させることにより、その熱の伝播のために接合部材の接合面も溶融して混ざり合い、接合部材が互いに接合される構成としたことにより、これらの接合力をより増大させることができる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
連結層の目付は１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みは０．２〜２ｍｍとしたことにより、接合部材間の、溶接不良を発生させるような隙間を容易に埋めることができる。
【００１６】
＜請求項５の発明＞
接合部材は非石油系の合成樹脂材料からなる構成としたことにより、接合部材のリサイクルが行いやすく、また、環境にもよい。
【００１７】
＜請求項６の発明＞
一対の接合部材および連結層は、同一の樹脂材料にて形成された構成としたことにより、これらの間の相性がよく、レーザー光の照射により、接合部材および連結層が溶融して互いに混じり合い、これらの接合力を、いっそう増大させることができる。
【００１８】
＜請求項７の発明＞
一対の接合部材および連結層は、ポリ乳酸樹脂にて形成された構成としたことにより、環境によいレーザー溶接方法とすることができる。
【００１９】
＜請求項８の発明＞
連結層は撓み可能に形成され、この連結層が接合部材の間で挟圧されることにより、それらの接合面の面形状に追従した上でレーザー光を照射し、それらが互いに接合される構成としたことにより、接合部材間に隙間が発生せず、これらが強固に接合される溶接構造とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態を図１乃至図５によって説明する。本実施形態によるレーザー溶接構造１は、図１に示すように、車輌用のトリムボード２上にブラケット３が溶接されたものである。トリムボード２は、図示しない車輌ドアの車室内側に取り付けられる化粧板であって、熱可塑性の合成樹脂材料にて形成された平板状の基体２１上を、天然皮革、合成皮革または繊維によって形成された表皮２２によって覆ったものである。
【００２１】
ブラケット３は、やはり熱可塑性の合成樹脂材料にて一体に形成され、トリムボード２の車輌外側に取り付けられており、円板状の溶接部３１上にラグビーボール状の取付部３２が立設されたものである。取付部３２は、互いに等角度間隔に配置されるとともに、それぞれの両端部において結合された３本の可撓片３２ａにて形成されており、可撓片３２ａは、それぞれ中央部が取付部３２の半径方向内方へ撓み可能とされている。トリムボード２とブラケット３は、本発明の一対の接合部材に該当している。
【００２２】
トリムボード２を車輌ドアの図示しないインナパネルに取り付ける場合、それぞれの可撓片３２ａを撓ませて、ブラケット３の取付部３２をインナパネルの取付孔に挿通させ、インナパネルが取付部３２の根元部まで到達した時、可撓片３２ａが形状復帰することにより、取付部３２はインナパネルからの抜け止めとしての機能を果たす。ブラケット３の溶接部３１は、本発明のレーザー溶接方法により、熱可塑性の合成樹脂材料にて形成された連結層４を介してトリムボード２に固着されている。尚、本実施形態においては、後述するように、連結層４とトリムボード２の基体２１との間には接着剤５が介装されている。
【００２３】
図２に示すように、レーザー溶接構造１を形成する時、最初にトリムボード２を基体２１が上方を向くように、固定台６（図３示）上に載置する。基体２１は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂（ＰＰ）を基材とし、靭皮植物であるケナフを１〜９９％含有した繊維強化材で、ケナフを５０％、ポリプロピレン樹脂を５０％含んだ繊維強化ボードとすることが好ましい。あるいは、非石油系の熱可塑性樹脂であるポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）を基材とし、ケナフを１〜９９％含有した繊維強化材で、好ましくはケナフを５０％、ポリ乳酸樹脂を５０％含んだ繊維強化ボードとしてもよい。本実施形態においては、基体２１の目付（密度）は１．０〜２．０ｋｇ／ｍ２、板厚は１．０〜４．５ｍｍにすることが望ましい。基体２１には、熱可塑性樹脂材料であれば、ポリプロピレン樹脂およびポリ乳酸樹脂以外の材料を使用してもかまわない。
【００２４】
次に、基体２１上に、連結層４を載置して固定する。連結層４はポリプロピレン樹脂による不織布にて、撓み可能に形成されているが、熱可塑性の合成樹脂材料による発泡体等にて撓み可能に形成されていてもよい。あるいは、ポリ乳酸樹脂による不織布にて形成されてもよい。不織布にて形成された連結層４は、目付が１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みが０．２〜２ｍｍとなるように形成されており、スパンボンド法、メルトブロー法、エアレイ法あるいはカードレイヤー法といった公知の製法のいずれによって製造されてもよい。
【００２５】
連結層４は基体２１とブラケット３との間の、溶接する部位のみに介装されていればよいため、中央部に貫通孔４１を備えたドーナツ状に形成され、カーボンブラックを０．１〜１ｗｔ％添加することにより、黒色あるいはその他の暗色を呈しており、レーザー光の吸収率が高くなるように形成されている。連結層４の下面には、エポキシ系の接着剤５が塗布されており、基体２１上に載置された場合に、その位置ずれが発生しないようにされている。尚、図４および図５においては、接着剤５の図示は省略されている。
【００２６】
基体２１上に連結層４を固定した後、連結層４上にブラケット３を設置する。ブラケット３は、ポリプロピレン樹脂あるいはポリ乳酸樹脂を材料として、射出成形によって白色あるいはその他の淡色に形成されている。ブラケット３には、熱可塑性樹脂材料であれば、ポリプロピレン樹脂およびポリ乳酸樹脂以外の材料を使用してもかまわない。
【００２７】
固定台６上に、トリムボード２、連結層４、ブラケット３の順に載置された後、図３に示すように、ブラケット３の溶接部３１の上面を、押圧装置７によって鉛直下方に押さえ、固定台６との間で、基体２１、連結層４およびブラケット３を挟圧（クランプ）する。これにより、撓み可能な連結層４は、基体２１と溶接部３１との間で挟圧され、基体２１および溶接部３１の接合面の面形状に追従する。
【００２８】
従って、例えば、図４（Ａ）に示したように、基体２１（ブラケット３の溶接部３１でもよい）上に空気層を形成する凹部２１ａが存在しても、図４（Ｂ）に示したように、基体２１と溶接部３１とによって挟圧された連結層４が、凹部２１ａを埋めることが可能となる。基体２１および溶接部３１の接合面において、それらの間に発生する隙間が、０．１５ｍｍ以下であれば、良好な溶接を行うことができるため、本実施形態においては、接合面の隙間を０．１５ｍｍ以下にするために、上述したように、不織布により形成された連結層４の、目付が１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みが０．２〜２ｍｍに設定されている。
【００２９】
この状態で、汎用６軸ロボット８の可動アーム８１の先端に取り付けられた半導体レーザー（ＹＡＧレーザーでもよい）によるレーザーヘッド８２から溶接部３１の上面に、例えば、レーザー出力：１００Ｗ、レーザーヘッド走査速度：２０ｍｍ／分、レーザースポット径：４ｍｍ、レーザー照射長さ：４０ｍｍ、押圧装置７のクランプ力：１５０ｇ／ｃｍ２の条件にてレーザー光が照射される。ブラケット３は、その外観色のためにレーザー光の吸収率が低く、溶接部３１を透過したレーザー光が連結層４にエネルギー吸収されて、連結層４を１７０〜２３０℃で加熱して溶融させる。
【００３０】
連結層４に発生した熱は、隣接した基体２１と溶接部３１の接合面に伝播してこれらをも溶融させる（図４（Ｃ）示）。溶融された、基体２１、連結層４および溶接部３１の接合面は、互いに混じり合った後、レーザー光の照射を停止することにより冷却され、互いに接合される（図５示）。尚、レーザー光によるレーザービードは、レーザーヘッド８２がブラケット３上を移動することにより、溶接部３１上に周状に形成されてもよいし、複数のスポット状に形成されてもよい。
【００３１】
表１に示すように、基体２１、ブラケット３および連結層４を形成する材料により、４種類の組み合わせが考えられるが、いずれのものでも、本発明のレーザー溶接方法が適用可能である。この内、ポリ乳酸樹脂（ケナフ含有）による基体２１、ポリ乳酸樹脂によるブラケット３およびポリ乳酸樹脂の不織布による連結層４を組み合わせた組み合わせ１、およびポリプロピレン樹脂（ケナフ含有）による基体２１、ポリプロピレン樹脂によるブラケット３およびポリプロピレン樹脂の不織布による連結層４を組み合わせた組み合わせ４は、接合面において、溶融した同種の樹脂材料が互いに混ざり合うため、その接合力を増大させることが可能となる。
【表１】
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【００３２】
本実施形態においては、連結層４を撓み可能に形成し、この連結層４を基体２１とブラケット３の間で挟圧することにより、それらの接合面の面形状に追従させた上で、連結層４にレーザー光を照射して、それらを互いに接合する構成としたことにより、基体２１とブラケット３との間に隙間が発生せず、これらを強固に接合できる。また、これにより、基体２１とブラケット３とをクランプする荷重を低減できるため、押圧装置７を小型化することができ、溶接時のレーザーヘッド８２の移動の妨げとなることを防ぐことができる。また、連結層４は熱可塑性の合成樹脂材料による不織布にて形成された構成としたことにより、基体２１およびブラケット３の接合面への追従性がよく、これらを挟圧することで、連結層４が基体２１とブラケット３との間の隙間を容易に埋めることができ、溶接を良好に行うことが可能となる。
【００３３】
また、基体２１とブラケット３とを熱可塑性の合成樹脂材料にて形成し、連結層４にレーザー光を照射して溶融させることにより、その熱の伝播のために基体２１とブラケット３の接合面も溶融し、これらが互いに接合される構成としたことにより、これらの接合力をより増大させることができる。また、連結層４の目付を１０〜１００ｇ／ｍ２、厚みを０．２〜２ｍｍとしたことにより、基体２１とブラケット３との間において、溶接不良を発生させるような隙間を容易に埋めることができる。
【００３４】
また、基体２１、ブラケット３、および連結層４を、同一の材料にて形成すれば、これらの間の相性がよく、レーザー光の照射により、これらが溶融して互いに混じり合い、これらの間の接合力を、いっそう増大させることができる。更に、基体２１、ブラケット３、および連結層４を非石油系のポリ乳酸樹脂によって形成すれば、これらのリサイクルが行いやすく、また、環境にもよい。
【００３５】
＜他の実施形態＞
本発明は上述の記載および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、以下の記載のもの以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）連結層４は、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）または塩化ビニル樹脂による不織布にて形成してもよい。
（２）リサイクルが可能で、環境によい非石油系の熱可塑性樹脂として、基体２１、ブラケット３、あるいは連結層４に、ポリブチレンサクシネート、またはポリエチレンサクシネートを使用してもよい。
（３）連結層４を基体２１上に載置する場合、位置ずれ防止のための治具等を用いることにより、接着剤を使用しないようにすれば、レーザー光の照射による接合面の溶融部位が、純粋な熱可塑性の樹脂材料のみとなるため、よりいっそう強固に接合できる。
（４）連結層４を、基体２１を覆うような一続きのものにすれば、基体２１に複数のブラケット３を溶接する場合にも、連結層４の基体２１上への配置が容易となる。
（５）基体２１は、必ずしも板状のものでなくともよく、あらゆる形状のものが使用可能である。また、ブラケット３についても、あらゆる形状のものに、本発明によるレーザー溶接方法が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態によるレーザー溶接構造の外観を示す斜視図である。
【図２】本実施形態によるレーザー溶接方法において、各構成の積層方法を示す斜視図である。
【図３】レーザー光の照射状態を示す斜視図である。
【図４】レーザー溶接構造の、各構成の積層時の接合面を示した拡大図（Ａ）、接合面を挟圧した状態を示す拡大図（Ｂ）、接合面にレーザー光を照射した状態を示す拡大図（Ｃ）である。
【図５】接合面の溶接された状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…レーザ溶接構造
２…トリムボード
３…ブラケット
４…連結層
２１…基体
３１…溶接部
８２…レーザーヘッド
【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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