(57)【要約】【課題】  隙間の充填が可能な樹脂成形品の製造方法を提供することを課題とする。また、ボイド等の欠陥が発現しにくい樹脂成形品を提供することを課題とする。【解決手段】  樹脂成形品の製造方法は、熱源としてのレーザ光４３に対して透過性のある第一樹脂部材１と、レーザ光４３に対して吸収性のある第二樹脂部材２と、第一樹脂部材１と第二樹脂部材２とを当接させた場合に発生する隙間９を埋める充填部材３とを、第二樹脂部材２、充填部材３、第一樹脂部材１の順に積層配置する部材配置工程と、第一樹脂部材１側からレーザ光４３を照射し、少なくとも第一樹脂部材１と第二樹脂部材２とを溶着するレーザ光照射工程と、を有することを特徴とする。【選択図】  図６
2005119051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源としてのレーザ光に対して透過性のある第一樹脂部材と、該レーザ光に対して吸収性のある第二樹脂部材と、該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とを当接させた場合に発生する隙間を埋める充填部材とを、該第二樹脂部材、該充填部材、該第一樹脂部材の順に積層配置する部材配置工程と、
該第一樹脂部材側から該レーザ光を照射し、少なくとも該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とを溶着するレーザ光照射工程と、
を有する樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
前記充填部材は、前記第一樹脂部材および前記第二樹脂部材のうち少なくとも一方に対して、相溶性を有する請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項３】
前記充填部材は、前記第一樹脂部材と前記第二樹脂部材との間において流動することにより、前記隙間を埋める流動部材である請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項４】
前記充填部材は、前記第一樹脂部材と前記第二樹脂部材との間において弾性変形あるいは粘弾性変形することにより、前記隙間を埋める緩衝部材である請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
【請求項５】
熱源としてのレーザ光に対して透過性のある第一樹脂部材と、該レーザ光に対して吸収性のある第二樹脂部材と、該第一樹脂部材と該第二樹脂部材との間の隙間を埋める充填部材とを備え、少なくとも該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とが該レーザ光によりレーザ溶着されてなる樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて溶着、製造される樹脂成形品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶着は、樹脂部材同士の接合に用いられる。図８に、従来のレーザ溶着を用いた樹脂成形品の製造方法の模式図を示す。レーザ溶着においては、まず、レーザ光１００に対して透過性のある第一樹脂部材１０１と、レーザ光に対して吸収性のある第二樹脂部材１０２と、を重ね合わて配置する。次いで、第一樹脂部材１０１側からレーザ光１００を照射する。照射されたレーザ光１００は、第一樹脂部材１０１を透過して、第二樹脂部材１０２に到達する。第二樹脂部材１０２は、レーザ光１００のエネルギを吸収する。吸収したエネルギにより、第二樹脂部材１０２は発熱、溶融し、溶融域１０４が形成される。第二樹脂部材１０２の熱は、第一樹脂部材１０１に伝達される。伝達された熱により、第一樹脂部材１０１も溶融し、溶融域１０５が形成される。レーザ溶着によると、両部材同士の溶融域１０４、１０５が互いに拡散することで、高い接合強度が得られる。したがって、レーザ溶着は、例えば自動車部品など樹脂成形品の製造に、幅広く用いられている（例えば、特許文献１、２、３）。
【特許文献１】特開２００１−１０５５００号公報
【特許文献２】特開２００１−７１３８４号公報
【特許文献３】特開昭６０−２１４９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、第二樹脂部材１０２から第一樹脂部材１０１への熱伝達は、両部材間の界面を介して行われる。このため、溶着時に両部材を密に当接させておくことが重要である。この点に鑑み、従来は、ガラス板１０３により、第一樹脂部材１０１を第二樹脂部材１０２方向に押圧している。
【０００４】
しかしながら、第一樹脂部材１０１あるいは第二樹脂部材１０２成形時において、反りやひけなどの成形不良が発生する場合がある。また、両部材間の界面が平面的ではなく、例えば曲面など異形状の場合がある。このため、ガラス板１０３やクランプなどにより押圧しても、溶着時に第一樹脂部材１０１と第二樹脂部材１０２とを完全に当接させておくことは困難である。したがって、両部材間には、隙間１０６が介在することになる。図中点線で示すように、両部材間に隙間１０６が介在すると、第二樹脂部材１０２から第一樹脂部材１０１への熱伝達が充分に行われなくなる。このため、隙間１０６介在部分の接合強度が低下する。
【０００５】
また、隙間１０６が介在すると、外部から隙間１０６に空気が侵入するおそれがある。あるいは、隙間１０６に、溶融により膨張した樹脂が流れ込むおそれがある。このため、樹脂成形品溶着後において、ボイド等の欠陥が発現するおそれがある。
【０００６】
ここで、隙間１０６を無くすための手段として、成形精度を向上させることが考えられる。ところが、成形精度の向上は、金型費の高騰などコストアップにつながる。また、ガラス板１０３などによる押圧力を大きくすることも考えられる。しかし、押圧力を大きくすると、押圧力に起因する不具合が溶着後の樹脂成形品に発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の樹脂成形品およびその製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、隙間の充填が可能な樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ボイド等の欠陥が発現しにくい樹脂成形品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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の樹脂成形品の製造方法は、熱源としてのレーザ光に対して透過性のある第一樹脂部材と、該レーザ光に対して吸収性のある第二樹脂部材と、該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とを当接させた場合に発生する隙間を埋める充填部材とを、該第二樹脂部材、該充填部材、該第一樹脂部材の順に積層配置する部材配置工程と、該第一樹脂部材側から該レーザ光を照射し、少なくとも該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とを溶着するレーザ光照射工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
つまり、本発明の樹脂成形品の製造方法は、まず第二樹脂部材と充填部材と第一樹脂部材とをこの順に積層配置しておき、次いで第一樹脂部材側からレーザ光を照射するものである。すなわち、本発明は、従来のように成形精度や押圧力で第一樹脂部材と第二樹脂部材との間の隙間自体を除去しようとするのではなく、隙間の介在を許容する反面、充填部材によりこの隙間を埋めるものである。
【００１０】
本発明の樹脂成形品の製造方法によると、部材配置工程において隙間が充填される。このため、外部から隙間に空気が侵入するおそれが小さい。また、隙間は充填部材により充填されているため、隙間内に溶融膨張した樹脂が流れ込むおそれが小さい。したがって、樹脂成形品溶着後において、ボイド等の欠陥が発現するおそれが小さい。
【００１１】
また、本発明の樹脂成形品の製造方法によると、隙間を許容しているため、第一樹脂部材あるいは第二樹脂部材の成形精度を向上させる必要がない。したがって、コストアップを回避することができる。また、溶着時において隙間を完全につぶすほどの大きな押圧力も必要もない。このため、大きな押圧力に起因する不具合が溶着後の樹脂成形品に発生しにくい。ただし、後述するように、充填部材を隙間に押し込む程度の押圧力は加えてもよい。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明の樹脂成形品は、熱源としてのレーザ光に対して透過性のある第一樹脂部材と、該レーザ光に対して吸収性のある第二樹脂部材と、該第一樹脂部材と該第二樹脂部材との間の隙間を埋める充填部材とを備え、少なくとも該第一樹脂部材と該第二樹脂部材とが該レーザ光によりレーザ溶着されてなることを特徴とする。本発明の樹脂成形品によると、隙間が充填部材により埋められているため、ボイド等の欠陥が発現しにくい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、隙間の充填が可能な樹脂成形品の製造方法を提供することができる。また、本発明によると、ボイド等の欠陥が発現しにくい樹脂成形品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（１）樹脂成形品の製造方法
充填部材は、第一樹脂部材、第二樹脂部材に対する相溶性を有しなくてもよい。その理由は、隙間が充填されるだけでも、空気の侵入や、溶融樹脂の流入を抑制できるからである。また、溶着後の樹脂成形品に、ボイド等の欠陥が発現するおそれが小さいからである。なお、「相溶性」とは、互いに溶融し溶け合うことをいう。
【００１５】
好ましくは、充填部材は、第一樹脂部材および第二樹脂部材のうち少なくとも一方に対して、相溶性を有する方がよい。こうすると、充填部材と第一樹脂部材、あるいは充填部材と第二樹脂部材を溶着することができる。このため、隙間介在部分の接合強度の低下を抑制することができる。充填部材に相溶性を持たせるためには、充填部材自体を、第一樹脂部材および第二樹脂部材のうち少なくとも一方に対して相溶性を有する材料により形成してもよい。あるいは、相溶性を有する材料を、充填部材中に添加してもよい。
【００１６】
また、好ましくは、充填部材の物性は、第一樹脂部材および第二樹脂部材のうち、少なくとも一方の物性と、近似している方がよい。例えば、融点が近似していると溶着条件の設定が容易になる。また、線膨張係数が近似していると溶着後の界面に熱応力による不具合が発生しにくくなる。
【００１７】
充填部材の層構成は、単層に限らず二層以上の複数層でもよい。この場合、第一樹脂部材側の層に第一樹脂部材に対する相溶性あるいは第一樹脂部材に似た物性を持たせ、第二樹脂部材側の層に第二樹脂部材に対する相溶性あるいは第二樹脂部材に似た物性を持たせてもよい。
【００１８】
また、充填部材は、レーザ光に対して透過性を有していてもよい。この場合はレーザ光のエネルギを吸収した第二樹脂部材から、充填部材、第一樹脂部材に熱が伝達される。また、充填部材は、レーザ光に対して吸収性を有していてもよい。この場合は、充填部材から第一樹脂部材、第二樹脂部材に熱が伝達される。
【００１９】
ここで、充填部材の材質については特に限定しないが、好ましくは、充填部材は、第一樹脂部材と第二樹脂部材との間で流動することにより、両部材間の隙間を埋める流動部材とする方がよい。流動部材は、液状、ジェル状などであってもよい。また、流動部材は、第一樹脂部材の表面側からレーザ光が照射される場合、第一樹脂部材の裏面および第二樹脂部材の表面のうち少なくとも一方の面に、塗布、散布などすることにより、両部材間に配置してもよい。あるいは、両部材を当接させた後、両部材間の界面に注射器などで注入することにより、流動部材を両部材間に配置してもよい。また、流動部材を配置した後、押圧力を加えてもよい。こうすると、流動部材が両部材間の界面に沿って拡散する。このため、両部材間に分散する隙間に、流動部材を充分行き渡らせることができる。なお、押圧力を加えず、第一樹脂部材の自重により、流動部材を拡散させてもよい。
【００２０】
流動部材としては、例えば、第一樹脂部材および第二樹脂部材、もしくは第一樹脂部材および第二樹脂部材に似た物性を持つ樹脂材料のうち少なくとも一方を練り込んだようなジェル材が挙げられる。その理由は、第一樹脂部材および第二樹脂部材のうち少なくとも一方と相溶性を有するためである。
【００２１】
また、好ましくは、充填部材は、第一樹脂部材と第二樹脂部材との間で弾性変形あるいは粘弾性変形することにより、両部材間の隙間を埋める緩衝部材とする方がよい。緩衝部材は、例えば、第一樹脂部材と第二樹脂部材との間に挟み込むことにより、両部材間に配置することができる。緩衝部材を配置した後、押圧力を加えてもよい。こうすると、隙間深くまで緩衝部材を充分に行き渡らせることができる。なお、押圧力を加えず、第一樹脂部材の自重により、緩衝部材を加圧してもよい。
【００２２】
緩衝部材としては、例えば、エラストマなどのゴム部材が挙げられる。その理由は、緩衝部材としては勿論のこと、溶着後の界面の熱応力緩和にも役立つためである。
【００２３】
第一樹脂部材および第二樹脂部材の材質は特に限定しない。例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンポリマ）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、両樹脂部材には、各種着色料、補強材などを適宜配合してもよい。
【００２４】
レーザ光の種類も特に限定しない。第一樹脂部材を透過する波長を持つレーザ光であればよい。例えば、半導体レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ガラス−ネオジウムレーザ、ルビーレーザ、水素レーザなどを用いることができる。中でも、半導体レーザは、エネルギ変換効率が高く設備スペースも小さいため特に好ましい。また、レーザの出力や照射密度、走査溶着する際の走査速度、スポット溶着する際の照射時間なども特に限定しない。樹脂成形品製造のサイクルタイムなどを考慮した上で、適宜設定可能である。また、レーザ溶着の態様も特に限定しない。突き合わせ溶着、重ね合わせ溶着などあらゆる態様を用いることができる。
【００２５】
（２）樹脂成形品
充填部材は、第一樹脂部材と第二樹脂部材との界面の全面に亘って介在していなくてもよい。例えば、溶着前において隙間が両部材間の界面に分散、点在している場合は、溶着後の充填部材も界面に分散、点在していてもよい。充填部材の存在を確認するためには、例えば界面に垂直方向に樹脂成形品を切断し、切断面を顕微鏡により観察すればよい。あるいは、切断面から界面部分をサンプリングし、各種分析装置を用いて成分分析すればよい。
【００２６】
（３）その他
以上、本発明の樹脂成形品およびその製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の樹脂成形品およびその製造方法の実施例について説明する。本実施形態の樹脂成形品の製造方法は、部材配置工程とレーザ光照射工程とを有している。
【００２８】
まず、部材配置工程について説明する。図１に、本実施例の部材配置工程の模式図を示す。第一樹脂部材１は、ＰＰを射出成形した板状を呈している。第一樹脂部材１は、レーザ光に対して透過性を有する。第二樹脂部材２は、ＰＰを射出成形した板状を呈している。このため、第二樹脂部材２と第一樹脂部材１とは、相溶性を有する。第二樹脂部材２には、レーザ光に対する吸収性を持たせるために、カーボンが適量配合されている。緩衝部材３は、弾性を有する板状を呈している。緩衝部材３は、レーザ光に対して透過性を有する。また、緩衝部材３は、第一樹脂部材１および第二樹脂部材２に対して、相溶性を有する。
【００２９】
図２に、本工程における各部材の模式断面図を示す。本工程においては、まず図２（ａ）に示すように、第二樹脂部材２の上に緩衝部材３を、緩衝部材３の上に第一樹脂部材１を、それぞれ積層させる。そして、図２（ｂ）に示すように、第一樹脂部材１の上方から押圧力を加える。図中、小白抜き矢印で示すように、押圧力により、第一樹脂部材１と第二樹脂部材２との間の隙間９が、変形した緩衝部材３により埋められる。こうして、図２（ｃ）に示すように、溶着前の中間体５が作製される。
【００３０】
次に、レーザ光照射工程について説明する。図３に、本実施例のレーザ光照射工程に用いられるレーザ装置の概要図を示す。レーザ装置４は、半導体レーザを発生するレーザ発生ユニット４０と光ファイバ４１と集光レンズユニット４２とを備えている。レーザ光４３は、第一樹脂部材１側から中間体５に照射される。レーザ光４３は、図中白抜き矢印で示す方向に走査される。
【００３１】
図４に、レーザ光照射部分の模式図を示す。レーザ光４３は、第一樹脂部材１および緩衝部材３を透過し、第二樹脂部材２の表面に到達する。図５に、伝熱前の中間体５の走査方向模式断面図を示す。レーザ光４３が第二樹脂部材２の表面に到達すると、レーザ光４３を吸収した第二樹脂部材２の表面付近が発熱、溶融する。このため、表面付近に溶融域２０が形成される。図６に、伝熱後の中間体の走査方向模式断面図を示す。第二樹脂部材２の熱は、隙間９に充填された緩衝部材３に伝達される。この熱により、緩衝部材３も溶融する。そして、緩衝部材３に溶融域３０が形成される。さらに、熱は、緩衝部材３から第一樹脂部材１に伝達される。この熱により、第一樹脂部材１も溶融する。そして、第一樹脂部材１に溶融域１０が形成される。
【００３２】
図７に、本実施例の樹脂成形品の模式断面図を示す。レーザ光を走査することにより、上述したレーザ光吸収、発熱、伝熱が順に行われる。そして、図に示すような断面を有する樹脂成形品７が得られる。溶融域２０と溶融域３０、および溶融域３０と溶融域１０は、それぞれ互いに密に入り込んだ状態のまま冷却固化する（図略）。このため、高い接合強度が得られる。また、前記部材配置工程において隙間９は充填されている。このため、同工程において、外部から隙間９に空気が侵入するおそれがない。また、隙間９に、溶融により膨張した樹脂が流れ込むおそれがない。したがって、完成された樹脂成形品７に、ボイド等の欠陥が発現しない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の製造方法の一実施例における部材配置工程の模式図である。
【図２】同工程における各部材の模式断面図を示す。
【図３】同実施例におけるレーザ光照射工程に用いられるレーザ装置の概要図である。
【図４】同工程におけるレーザ光照射部分の模式図である。
【図５】同工程における伝熱前の中間体の走査方向模式断面図である。
【図６】同工程における伝熱後の中間体の走査方向模式断面図である。
【図７】本発明の樹脂成形品の一実施例の模式断面図である。
【図８】従来の樹脂成形品の製造方法の模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：第一樹脂部材、２：第二樹脂部材、３：緩衝部材、５：中間体、４：レーザ装置、４０：レーザ発生ユニット、４１：光ファイバ、４２：集光レンズユニット、４３：レーザ光、２０：溶融域、３０：溶融域、１０：溶融域、７：樹脂成形品、９：隙間。
【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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【図８】
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