(57)【要約】【課題】レーザ光に対して透過性を有する透過性樹脂部材とレーザ光に対して吸収性を有する吸収性樹脂部材とを溶着するに当たって、曲線部における溶着線の幅方向の溶着強度を均一にする溶着方法と、溶着装置と、さらにこのように曲線部の溶着強度が均一である溶着部材とを提供する。【解決手段】帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部における吸収性樹脂部材の第２溶着面に作用するレーザ光のエネルギを曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とする方法である。溶着線の曲線部で曲率半径大側と曲率半径小側とでレーザ光のエネルギを平均化する手段を有する。レーザ光のエネルギを平均化する手段としては、１）透過性樹脂部材の厚さを調整する、２）レーザビームの走査軌跡を調整する、３）ビーム断面のエネルギ密度を調整して、溶着線の直線部と曲線部とで走査方法を変える、４）小径ビームを使用して溶着線を塗りつぶすように照射する、５）溶着線を直線部のみで構成する、などの手段を挙げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状をもち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち該第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分が該レーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせ、前記透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して前記透過性樹脂部材の該第１溶着面と前記吸収性樹脂部材の該第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着方法において、
前記帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部と該直線部に挟まれた曲線部とからなり該曲線部における前記吸収性樹脂部材の該第２溶着面に作用する前記レーザ光のエネルギを前記曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とする樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項２】
前記エネルギ平均化手段は前記透過性樹脂部材の前記曲線部の前記曲率半径大側の厚さを前記曲率半径小側の厚さより薄くする請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項３】
前記エネルギ平均化手段は前記レーザ光の前記曲線部における走査線が溶着線幅の中心線より前記曲率半径大側を走査する請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項４】
前記エネルギ平均化手段は前記曲率半径大側の前記レーザ光のエネルギ密度が前記溶着線の直線部または前記曲率半径小側の該エネルギ密度より相対的に大きくなるように制御するエネルギ密度調整手段である請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項５】
前記エネルギ密度調整手段は前記レーザ光の経路中に透過型または反射型の液晶デバイスを配設する請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項６】
前記エネルギ密度調整手段は前記レーザ光の経路中に電気的に制御された複数の微小ミラーからなる反射板を配設する請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項７】
前記エネルギ密度調整手段は前記レーザ光の経路中に該レーザ光の通孔を有する回転盤を配設する請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項８】
前記エネルギ調整手段は偏心した焦点を有するシリンドリカルレンズである請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項９】
前記エネルギ密度調整手段は前記レーザ光を伝送する光ファイバに少なくとも曲げ応力、引張り応力、圧縮応力のうちのいずれかの応力を付与する手段である請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１０】
前記レーザはＹＡＧレーザ、半導体レーザまたはファイバレーザである請求項９に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１１】
前記エネルギ密度調整手段は複数の小型発振器を有し該発振器に接続する複数のファイバを集束して形成されるビームを用いて該小型発振器を個別に制御する手段である請求項４に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１２】
前記ビーム断面のエネルギ密度分布は前記溶着線の直線部では該ビームの走査方向に対して軸対称であり、前記曲線部では前記曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期して該ビームを該ビームの軸線周りに回動させる請求項５〜１１のいずれかに記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１３】
前記ビームは前記溶着線の直線部では該ビームの軸線周りに高速回動することにより該溶着線への照射エネルギ密度を均一とし、前記曲線部では該高速回動を停止して前記曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期して該ビームを該ビームの軸線周りに回動させる請求項５〜１１のいずれかに記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１４】
前記ビームの軸心周りの回動はシリンドリカルレンズまたは偏光板を回動させる請求項１２または１３のいずれかに記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１５】
前記エネルギ平均化手段は前記溶着線の溶着幅よりも十分小さい径のレーザビームを使用する請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１６】
前記溶着線の幅方向に前記小径ビームを振動させながら走査する請求項１５に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１７】
前記溶着線内で前記小径ビームを螺旋状に複数回走査する請求項１５に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１８】
前記溶着線内で前記小径ビームを該溶着線方向に平行に複数回走査する請求項１５に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項１９】
前記樹脂部材の前記溶着線は直線部のみで構成される請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
【請求項２０】
所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち該第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分が該レーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせて前記透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して前記透過性樹脂部材の該第１溶着面と前記吸収性樹脂部材の該第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着装置において、
前記帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部と該直線部に挟まれた曲線部とからなり該曲線部における前記吸収性樹脂部材の該第２溶着面に作用する前記レーザ光のエネルギを前記曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とする樹脂部材のレーザ溶着装置。
【請求項２１】
所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち該第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分が該レーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とからなり、
前記透過性樹脂部材と前記吸収性樹脂部材とを重ね合わせて前記透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して前記透過性樹脂部材の該第１溶着面と前記吸収性樹脂部材の該第２溶着面との当接面を帯状に溶着されたレーザ溶着部材において、
前記帯状に溶着された溶着線が隣合う直線部と該直線部に挟まれた曲線部とからなり前記曲線部の曲率半径大側の溶着強さと曲率半径小側の溶着強さとが実質的に等しいことを特徴とするレーザ溶着部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂部材のレーザ溶着方法、その装置および溶着樹脂部材に関する。詳しくは、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レーザ溶着により一体的に接合する樹脂部材のレーザ溶着方法と、その装置およびレーザ溶着部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、自動車部品など、各分野の部品を樹脂化して樹脂成形品とすることが頻繁に行われている。また、樹脂成形品の高生産性化などの観点から樹脂成形品を予め複数に分割して成形し、これらの分割成形品を互いに接合する手段が採られることが多い。
【０００３】
樹脂同士の接合方法として、従来よりレーザ溶着方法が利用されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１ではレーザ光に対して透過性のある透過性樹脂部材とこのレーザ光に対して吸収性のある吸収性樹脂部材とを重ね合わせた後、透過性樹脂部材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材との当接面同士を加熱溶融させて両者を一体的に接合するレーザ溶着方法が開示されている。
【０００４】
このレーザ溶着方法では、透過性樹脂部材内を透過したレーザ光が吸収性樹脂部材の当接面に到達して吸収され、この当接面に吸収されたレーザ光がエネルギとして蓄積される。その結果、吸収性樹脂部材の当接面が加熱溶融されるとともに、この吸収性樹脂部材の当接面からの熱伝達により透過性樹脂部材の当接面が加熱溶融される。この状態で、透過性樹脂部材及び吸収性樹脂部材の当接面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができるわけである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３４８１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなレーザ溶着では必ずしも均一な溶着状態を得ることはできない場合がある。例えば図１８に示す箱型容器の樹脂部材において、吸収性樹脂材料を成形した開口部を有する箱体４に透過性樹脂材料からなる蓋材３をレーザビーム１を用いて溶着線２に沿って両者を溶着して溶着部材５を形成する場合に、直線部を走査して溶着する場合にはレーザ出力一定、走査速度一定、蓋材３の板厚一定、の条件では箱体４の表面４’における単位時間当たりのレーザエネルギは一定となるので、箱体４と蓋材３との当接面の溶着は溶着線の長手方向および幅方向において均一な溶着が可能である。しかしながら、レーザビームの照射断面は有限の面積を有することから、レーザビームの走査方向を転換する曲線部（樹脂部材の角部近傍）２’では、必ずしも均一な溶着を得ることはできない。
【０００７】
レーザビーム断面が略円形でレーザスポット径を溶着幅とした場合の曲線部近傍の溶着線２とレーザスポット３との関係を図１７に示す。溶着線２の直線部ではレーザビームの走査速度一定条件では、溶着線２を形成するレーザスポット３の左右の接線ＡとＢとの長さに差はないが、溶着線の曲線部では、曲率半径大側（Ｒ２：最外周線Ａ）の方が曲率半径小側（Ｒ１：最内周線Ｂ）よりも長くなる。このことは、単位時間当たりに照射されるレーザエネルギがレーザスポット３の中心の軌跡（一点鎖線）で均一になるようにすると、曲線部における最外周線Ａではエネルギ不足に、また、最内周線Ｂではエネルギ過多になることを示している。すなわち、曲線部においては内径側は外径側よりもエネルギ密度が高くなってしまい、曲線部は直線部よりも溶着強度が劣ると共に、外径側が溶着不足に、また、内径側がエネルギ過多による樹脂劣化を招くおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このようにレーザ光に対して透過性を有する透過性樹脂部材とレーザ光に対して吸収性を有する吸収性樹脂部材とを溶着するに当たって、曲線部における溶着線の幅方向の溶着強度を均一にする溶着方法と、溶着装置と、さらにこのように曲線部の溶着強度が均一である溶着部材とを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するために、所定形状をもち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせ、前記透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と前記吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着方法において、帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部と直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部における前記吸収性樹脂部材の第２溶着面に作用するレーザ光のエネルギを曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段は透過性樹脂部材の曲線部の曲率半径大側の厚さを曲率半径小側の厚さより薄くすることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段はレーザ光の曲線部における走査線が、溶着線幅の中心線より曲率半径大側を走査することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段は曲率半径大側のレーザ光のエネルギ密度が溶着線の直線部または曲率半径小側のエネルギ密度より相対的に大きくなるように制御するエネルギ密度調整手段であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段はレーザ光の経路中に透過型または反射型の液晶デバイスを配設することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段はレーザ光の経路中に電気的に制御された複数の微小ミラーからなる反射板を配設することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段はレーザ光の経路中にレーザ光の通孔を有する回転盤を配設することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８の樹脂部材のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ調整手段は偏心した焦点を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段は前記レーザ光を伝送する光ファイバに少なくとも曲げ応力、引張り応力、圧縮応力のうちのいずれかの応力を付与する手段であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１０のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項９に記載の発明において、レーザはＹＡＧレーザ、半導体レーザまたはファイバレーザであることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１１のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段は複数の小型発振器を有し該発振器に接続する複数のファイバを集束して形成されるビームを用いてこの小型発振器を個別に制御する手段であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１２のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明において、ビーム断面のエネルギ密度分布は溶着線の直線部ではビームの走査方向に対して軸対称であり、曲線部では曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期してビームをビームの軸線周りに回動させることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１３のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明において、ビームは溶着線の直線部ではビームの軸線周りに高速回動することにより溶着線への照射エネルギ密度を均一とし、曲線部ではこの高速回動を停止して曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期してビームをビームの軸線周りに回動させることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１４のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１２または１３のいずれかに記載の発明において、前記ビームの軸心周りの回動はシリンドリカルレンズまたは偏光板を回動させることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１５のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段は溶着線の溶着幅よりも十分小さい径のレーザビームを使用することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１６のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１５に記載の発明において、溶着線の幅方向に前記小径ビームを振動させながら走査することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１７のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１５に記載の発明において、溶着線内で小径ビームを螺旋状に複数回走査することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１８のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１５に記載の発明において、溶着線内で小径ビームを溶着線方向に平行に複数回走査することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１９のレーザ溶着方法に係わる発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、前記樹脂部材の前記溶着線は直線部のみで構成されることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項２０のレーザ溶着装置に係わる発明は、上記課題を解決するため、所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせて透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着装置において、帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部における吸収性樹脂部材の第２溶着面に作用するレーザ光のエネルギを曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項２１のレーザ溶着部材に係わる発明は、上記課題を解決するため、所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とからなり、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とを重ね合わせて透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着されたレーザ溶着部材において、帯状に溶着された溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部の曲率半径大側の溶着強さと曲率半径小側の溶着強さとが実質的に等しいことを特徴とするものである。
【００３０】
【作用】
請求項１の発明では、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材の帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部と当該直線部に挟まれた曲線部とからなっており、この曲線部における吸収性樹脂部材の溶着面に作用するレーザ光のエネルギを平均化するエネルギ平均化手段を有しているので、溶着線の曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側との溶着強度を均一化することができる。
【００３１】
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段として、透過性樹脂部材の曲線部の曲率半径大側の厚さを曲率半径小側の厚さより薄くすることとしたので曲率半径大側にも十分なエネルギを照射することができ、溶着線の曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側との溶着強度を均一化することができる。
【００３２】
請求項３の発明では、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段として、レーザ光の曲線部における走査線が溶着線幅の中心線より曲率半径大側を走査することとしたので曲率半径大側にも十分なエネルギを照射することができ、溶着線の曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側との溶着強度を均一化することができる。
【００３３】
請求項４の発明では、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段として、曲率半径大側のレーザ光のエネルギ密度が、溶着線の直線部または曲率半径小側のエネルギ密度より相対的に大きくなるように制御するエネルギ密度調整手段を有しているので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。つまり、レーザビームの高エネルギ密度側を溶着線の曲線部の曲率半径大側とし、低エネルギ密度側を曲率半径小側となるようにすることができる。従って、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００３４】
請求項５の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段として、レーザ光の経路中に透過型または反射型の液晶デバイスを配設することとしたので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００３５】
請求項６の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段として、レーザ光の経路中に電気的に制御された微小な複数の反射ミラーを配設することとしたので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００３６】
請求項７の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段として、レーザ光の経路中に該レーザ光の通孔を有する回転盤を配設することとしたので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００３７】
請求項８の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ調整手段として、光学系に偏心した焦点を有するシリンドリカルレンズを使用したので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００３８】
請求項９の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段として、レーザ光を伝送する光ファイバに少なくとも曲げ応力、引張り応力、圧縮応力のうちのいずれかの応力を付与することとしたので、レーザビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００３９】
請求項１０の発明では、請求項９に記載の発明において、前記レーザはＹＡＧレーザ、半導体レーザまたはファイバレーザを使用することとしたので、光ファイバに所望の応力を付加することができる。
【００４０】
請求項１１の発明では、請求項４に記載の発明において、エネルギ密度調整手段として、複数の小型発振器を有しこれらの発振器に接続する複数のファイバを集束して形成されるビームを用いて、この小型発振器を個別に制御することとしたので、集積されたビーム断面にエネルギ密度の偏りを形成することができる。
【００４１】
請求項１２の発明では、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明において、レーザビーム断面のエネルギ密度分布（偏り）は溶着線の直線部ではビームの走査方向に対して軸対称であり、曲線部では曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期してビームをビームの軸線周りに回動させるので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４２】
請求項１３の発明では、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明において、ビームは溶着線の直線部ではビームの軸線周りに高速回動することにより溶着線への照射エネルギ密度を均一とし、曲線部では高速回動を停止して前記曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるように走査と同期してビームをビームの軸線周りに回動させることとしたので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４３】
請求項１４の発明では、請求項１２または１３のいずれかに記載の発明において、ビームの軸心周りの回動はシリンドリカルレンズまたは偏光板を回動させることとしたので、シリンドリカルレンズまたは偏光板の回動に同調してビームを軸線周りに回動させることができる。
【００４４】
請求項１５の発明では、請求項１に記載の発明において、エネルギ平均化手段として、溶着線の溶着幅よりも十分小さい径のレーザビームを使用することとしたので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４５】
請求項１６の発明では、請求項１５に記載の発明において、溶着線の幅方向に小径ビームを振動させながら走査することとしたので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４６】
請求項１７の発明では、請求項１５に記載の発明において、溶着線内で小径ビームを螺旋状に複数回走査することとしたので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４７】
請求項１８の発明では、請求項１５に記載の発明において、溶着線内で小径ビームを溶着線の方向に平行に複数回走査することとしたので、溶着線の幅方向の溶着強度を均一化することができる。
【００４８】
請求項１９の発明では、請求項１に記載の発明において、樹脂部材の溶着線を直線部のみで構成したので、溶着線の溶着強度を全ての箇所で均一にすることができる。
【００４９】
また、請求項２０の発明では、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材の帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部と当該直線部に挟まれた曲線部とからなっており、この曲線部における吸収性樹脂部材の溶着面に作用するレーザ光のエネルギを平均化するエネルギ平均化手段を有しているので、溶着線の曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側との溶着強度を均一化することができる。
【００５０】
さらに、請求項２１の発明では、レーザ光のエネルギを平均化するエネルギ平均化手段によって、隣合う直線部と該直線部に挟まれた曲線部とからなる帯状に溶着された溶着線が、曲線部の曲率半径大側の溶着強さと曲率半径小側の溶着強さとが実質的に等しいレーザ溶着部材を得ることができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
（レーザ溶着方法）
本発明の樹脂部材のレーザ溶着方法は、所定形状をもち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせ、透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着方法であり、
帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部における吸収性樹脂部材の第２溶着面に作用するレーザ光のエネルギを曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とする方法である。
【００５２】
ここで、レーザ光のエネルギを平均化する手段としては、１）透過性樹脂部材の厚さを調整する、２）レーザビームの走査軌跡を調整する、３）ビーム断面のエネルギ密度を調整して、溶着線の直線部と曲線部とで走査方法を変える、４）小径ビームを使用して溶着線を塗りつぶすように照射する、５）溶着線を直線部のみで構成する、などの手段を挙げることができる。以下にこれらの手段について図を参照しながら詳細に説明する。
（１）透過性樹脂部材の厚さを調整する。
【００５３】
本発明はレーザ光を透過する透過性樹脂部材とレーザ光を吸収する吸収性樹脂部材とを重ね合わせ、レーザ光を透過性樹脂部材側から照射して吸収性樹脂部材表面を発熱溶融させて両樹脂部材を溶着する方法である。従ってレーザ光のエネルギの大部分は吸収性樹脂部材によって吸収されるが、その一部分は透過性樹脂部材においても吸収される。その吸収量は樹脂部材の樹脂の種類と、レーザ光の透過性樹脂部材における透過長さ、すなわち、透過性樹脂部材の厚さによって変化する。前記の曲線部における曲率半径大側のエネルギが小側のエネルギより小さい現象は、透過性樹脂部材の厚さが一定である（すなわち、透過性樹脂部材を透過して吸収性樹脂部材に到達するレーザエネルギが一定である）場合に発生する。そこで、図１に示すように透過性樹脂部材３の厚さを、レーザのエネルギ密度が低くなる曲率半径大側で薄く、エネルギ密度が高くなる曲率半径小側で厚くして、吸収性樹脂部材４の第２溶着面に到達するレーザ光のエネルギ強度を平均化する。図１は、透過性樹脂部材３と吸収性樹脂部材４とをレーザビーム１を照射して溶着する樹脂部材５の溶着線の曲線部７の断面模式図である。ここで、透過性樹脂部材３の曲率半径大側の厚さｔ１を曲率半径小側の厚さｔ２よりも薄くするわけである。
【００５４】
ここで、溶融状態を同じにするための曲率半径大側の厚さｔ１と曲率半径小側の厚さｔ２とについて計算してみる。
【００５５】
図２０にレーザビームの曲線部における移動状態を示す。なお、ｄ：レーザビームのスポット径（ｍｍ）、Ｖ：直線部及び曲線部中心線上ビームの移動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）、Ｖ１：曲率半径大側のビーム移動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）、Ｖ２：曲率半径小側のビーム移動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）、Ａ：ビームのエネルギ密度（Ｗ／ｍｍ２）、Ｒ：ビーム中心の軌跡の曲率半径（ｍｍ）、Ｋ：透過係数１（材料によって決まる定数）、α：透過係数２（材料によって決まる定数）とする。
【００５６】
板厚ｔを透過したレーザエネルギ密度：ＡＴは数式１で表される。
【００５７】
【数１】
2005001216.tif 000003
【００５８】
従って、板厚ｔ１を透過したレーザエネルギ密度：ＡＴ１は数式２で表せる。
【００５９】
【数２】
2005001216.tif 000004
【００６０】
同様に板厚ｔ２を透過したレーザエネルギ密度：ＡＴ２は数式３で表せる。
【００６１】
【数３】
2005001216.tif 000005
【００６２】
また、曲線部をレーザビームが通過する時間Ｔ（ｓｅｃ）は、数式４となり、曲線部のビームの中心線上の微小部分が得たエネルギΔＥ（Ｊ／ｍｍ２）は数式５で表される。
【００６３】
【数４】
2005001216.tif 000006
【００６４】
【数５】
2005001216.tif 000007
【００６５】
同様に曲率半径大側の微小部分が得たエネルギΔＥ１は数式６となり、曲率半径小側の微小部分が得たエネルギΔＥ２は数式７で表される。
【００６６】
【数６】
2005001216.tif 000008
【００６７】
【数７】
2005001216.tif 000009
【００６８】
等しい溶融状態とするには、曲率半径大側と曲率半径小側との微小部分が得たエネルギが同じであればよいので、ΔＥ１＝ ΔＥ２となるようにｔ１とｔ２とを決めればよい。
（２）レーザビームの走査軌跡を調整する。
【００６９】
図２に溶着線の曲線部でレーザビームを曲率半径大側にシフトして走査する方法を示す。レーザ光はレーザビーム断面の中でもそのエネルギ強度は均一ではなく、ほとんどの場合図１９に示すようなガウス分布を持つことが知られている。図１９は断面が略円形のレーザビームのエネルギ強度分布を示す模式図で、横軸は軸Ｃを中心とするレーザビームの半径方向の距離であり、縦軸はエネルギ強度を示す。レーザビームの直径をｄとするとレーザビームの中心部に近い直径ｄ１の範囲では高いエネルギ強度を示すが、外周部（ｄ−ｄ１）では極めて低いエネルギ強度しが得られないことが分かる。
【００７０】
このようなエネルギ強度分布を持つビームを図２のように溶着線２の幅方向の中心線１２にレーザビーム１の中心が来るように矢印方向に走査させると、所望の溶着強度が確保できる範囲は、点線で示す溶着線２の内側の部分であり、点線より外側、すなわち、ｄ−ｄ１の範囲では十分な溶着強度が確保できないことがある。レーザ光の照射エネルギ強度は、直線部では溶着線の幅に対して軸対称となる。しかし、曲線部では曲率半径小側は十分なエネルギが供給されるが、曲率半径大側では溶着強度の確保できる範囲は内側にシフトして適正な溶着範囲は狭くなる。そこで、図３に示すように溶着線２の曲線部において、最外周部の溶着強度を確保するために曲線部におけるレーザの走査線１２’を溶着線の中心線１２から外周側へずらして走査させるとよい。
（３−１）ビーム断面のエネルギ密度を調整する。
【００７１】
前記のようにレーザビームの強度はビーム断面で均一ではない。しかし、通常はそのエネルギ強度分布はビームの軸心に対して対称である。ところで、ビーム断面のエネルギ強度分布を軸心に対して非対称として、溶着線の曲線部の曲率半径大側のエネルギ密度が、溶着線の直線部または曲率半径小側のエネルギ密度よりも相対的に大きくなるようにレーザビーム断面のエネルギ密度分布を調整すれば、曲線部の溶着強度を曲率半径大側と曲率半径小側とで均一にすることができる。
【００７２】
レーザビームのエネルギ密度を調整する方法として、液晶デバイスや反射ミラーをレーザ光の経路に配設してエネルギ密度を調整する方法を例示することができる。図４は、透過型液晶デバイスとレーザビームとの関係を示す模式図である。正方形は液晶デバイス１３であり内接円はレーザビーム１である。液晶デバイス１３は微細なメッシュ１４で構成されており、各メッシュ１４を個別に制御することでレーザビーム断面のエネルギ密度分布を調整することができる。図４では液晶デバイス１３の下半分の一部のメッシュ１４をレーザビームを通さないように調整すると（灰色部分）、図５ａのように液晶デバイス１３を透過した後のレーザビームにはエネルギ密度分布の偏りができ、レーザビーム１の下半分のエネルギ密度は低くなる。つまり、溶着線の直線部では液晶デバイスの各メッシュは全部透過となるように制御し、曲線部では一部のメッシュをレーザ光を通さないように調整して曲率半径小側にレーザビームの低エネルギ密度部が照射するようにすればよい。
【００７３】
また、レーザビームを図５ｂのように反射させて使用する場合には、反射型の液晶デバイスを使用すればよい。さらに、反射型の液晶デバイスに代えて、電気的に制御された複数の微小ミラーからなる反射板（例えばＴＩ社製ＤＭＤなど）を使用することも望ましい。この反射板では微小ミラーを個々に制御することができるので反射したレーザビームのエネルギ密度を自在に調整することができる。
【００７４】
図６は、レーザ光を通過する通孔を有する回転盤をレーザ光の経路に配設して通過するレーザビームのエネルギ密度を調整する方法を示している。回転板１５にはレーザビーム１を通過させる通孔１６が同心円状に穿設されており、回転板１５の中心１７を軸心として回転自在に配設されている。図６のＡ部を拡大してレーザビームを通過させる通孔配列の一例を図７に示す。ここでは、回転板の中心側には大径の通孔１８を、また、外周側には小径の通孔１９を同心円状に配列している。ビーム１を固定して回転板１５を回転すると、回転板１５を通過したレーザビーム１は回転板１５の内径側ではエネルギ密度が高く、外径側ではエネルギ密度の低い密度分布を形成することができる。なお、通孔は同形状のものを回転板の半径方向に密度を変化させて穿設してもよい。また、ビームを回転板の半径方向に移動させると回転板を通過したビームのエネルギ密度分布を変化させることができる。従って、一枚の回転板で曲率半径の異なる複数の曲線部に対応することができる。なお、回転板としてはレーザビームを通過させないものであれば特に限定はなく、鉄やアルミニウム、または銅等の金属、あるいはセラミックスやガラス等の硬脆材などを使用することができる。
【００７５】
以上のような液晶デバイスや回転盤はレーザ光の経路に配設することができる。例えば、発振器とビームエキスパンダ間や、ビームエキスパンダからガルバノミラーまでに配設することが好ましい。
【００７６】
レーザビームのエネルギ密度分布を調整する方法として、調整後のビームのエネルギ密度分布を図８に等高線図で示すような非対称とするシリンドリカルレンズを使用することもできる。すなわち、レンズの中心線がＸ軸に対しては非対称で、Ｙ軸に対しては線対称である図９に模式的に示すレンズである。レーザの光学系では、まず、コリメートレンズ２０でレーザ光を平行光線とし、次に、フォーカシングレンズ２１でレンズの焦点に集光して高エネルギビームとする。通常はこのフォーカシングレンズ２１は図９の点線で示すようにレーザビームの軸心に対して対称形状のものが使用されるので、レーザ光は焦点Ｆに集光されビームのエネルギ強度は図１９のように軸心に対称なガウス分布となる。しかし、フォーカシングレンズを図９の実線のような焦点が偏心しているレンズ２１’とすると、レーザビームはＦ’を焦点として集光されるので、エネルギ強度分布はＸ軸に対しては対称ではない図８に示すようなエネルギ密度分布を形成することができる。
【００７７】
レーザビームの伝送系に光ファイバを用いるＹＡＧレーザ、または、半導体レーザの場合には、レーザの発振媒体からコリメートレンズまでを繋ぐ光ファイバに曲げ応力や部分的な圧縮応力、あるいは引張り応力などを付与することにより光ファイバー内でのレーザビームのエネルギ密度分布を変化させて、出力されるレーザビームのエネルギ密度分布を調整することができる。図１０には光ファイバの一部に曲げ応力を付与した場合を示す。レーザ発振器２２とコリメートレンズなどからなる光学系部分２４を接続する光ファイバー２３に適宜の方法で曲げ応力を付与する。レーザビームのエネルギ密度は光ファイバの曲げの曲率半径小側で高くなり曲率半径大側では低くなる。また、光ファイバの曲げの曲率半径を変化させることでレーザビームのエネルギ密度分布を変化させることができる。ただし、光ファイバは最小曲げ半径が規制されているからその曲率半径以下にならないように注意する必要があることは言うまでもない。光ファイバが真直ぐであっても、光ファイバの外周部をファイバの軸心方向に向かって部分的に押圧したり、あるいは、ファイバの軸心方向に平行に引っ張ることで同様な効果を得ることができる。
【００７８】
レーザビームのエネルギ密度調整手段として、発光ダイオードなど極めて小型で出力の小さいレーザ光を得る発振器を多数使用することも好ましい。これらの複数の発振器に繋がる複数の微細光ファイバを集束して一つのレーザビームとして電送する装置においては、溶着線の曲線部の形状に合わせて個々の小型発振器の出力制御を行うことによって集束したビームに密度分布を形成することができる。図１１はこのような小型発振器を用いたレーザビームのエネルギ密度調整方法を模式的に示したものである。２７は複数の小型発振器２５に接続する微細なファイバ２６を所望数だけ集束した集束ファイバである。例えば、集束ファイバ２７で斜線を施した断面２８の微細ファイバに対応する小型発振器を作動停止するように制御すれば、集束ファイバ２７から照射されるレーザビームは中心部付近でエネルギ密度が低い分布を持つビームとなすことができる。すなわち、小型発振器の制御によってビームのエネルギ密度に任意の偏りを形成することができる。なお、集束ファイバの作製に当たっては、小型発振器の出力の合計が樹脂部材を溶着するのに十分なエネルギを有することが必要である。例えば、レーザ出力が３００〜５００Ｗを要するレーザ溶着を、ユニット当たりの出力が２〜４Ｗの小型発振器を集束して行うには１００〜２００ユニットの小型発振器が必要となる。
（３−２）エネルギ密度分布を有するビームの走査方法。
【００７９】
以上はレーザビーム断面のエネルギ密度分布に偏りを形成する方法について説明した。このようなエネルギ密度分布を有するレーザビームを用いて溶着線の曲線部を溶着する場合には、以下のように走査するとよい。
【００８０】
まず、溶着線の直線部ではビームの進行方向に対してエネルギ密度分布が軸対称となる向きでビームを走査し、曲線部では常に曲率半径小側のエネルギ密度が低くなるようにビームを走査と同期して回動させる。
【００８１】
例えばレーザ光の経路中に図４の液晶デバイスを配設して、この液晶デバイスの各メッシュを制御することによりビームのエネルギ密度を図１２のような分布にしたとする。図１２ではレーザビーム１のＸ軸断面のエネルギ分布をＢに、また、Ｙ軸断面のエネルギ密度分布をＣに示す。エネルギ密度の等高線図で示すようにレーザビーム１のエネルギ密度は、液晶デバイスによってレーザビームの中心から偏心した位置２９を頂点とするように調整されている。従って、ビームのエネルギ密度はＹ軸に対しては対称となるが、Ｘ軸に対しては非対称となっている。このようなエネルギ密度分布を持つビームを用いて溶着する場合には、溶着線の直線部では溶着線の幅方向にレーザビームのエネルギ密度分布が対称となるようにＹ軸方向にビームを走査させる。しかし、曲線部では曲線部の曲率半径大側にビームの高エネルギ密度側３０が照射できるようにビームの走査と同期して液晶デバイスをビームの軸心周りに回動させるとよい。
【００８２】
このレーザビーム走査方法はエネルギ密度調整に液晶デバイスを用いる方法に限らず、回転板を使用する方法、光ファイバに応力を付与する方法などに対しても好適に適用できる。
【００８３】
また、エネルギ密度分布に偏りを有するビームを用いる場合に、溶着線の直線部ではレーザビームを高速回動させてエネルギ密度分布が均一なビームとし、曲線部では前記と同様に常に曲率半径大側にビームの高エネルギ密度側が照射できるようにビームの走査と同期してビームをビームの軸心周りに回動させることも好ましい。
【００８４】
このレーザビーム走査方法は、図４のエネルギ密度調整に液晶デバイスを使用する方法では、エネルギ密度を制御している液晶デバイスをその軸心周りに回転させるか、または、デバイスは固定してエネルギ密度を低下させる位置（メッシュ）がデバイス内で回転するように制御することで実施することができる。図６の回転盤を用いてエネルギ密度調整する方法では、回転盤をその軸心周りに回転させると同時に、レーザビームの軸心周りに高速で公転させることによって回転盤を通過するビームのエネルギ密度を均一化することができる。レーザビームの伝送系に光ファイバを用いるＹＡＧレーザ、または、半導体レーザの場合には、光ファイバを捻ることにより実施することができる。すなわち、溶着線の直線部では光ファイバをその軸心周りに±１８０゜以上の往復回動し、曲線部ではビームの走査と同期して光ファイバを捻ればよい。図９に示す偏心した焦点を有するフォーカスレンズによりレーザビームのエネルギ密度を調整する方法では、溶着線の直線部を走査する場合には、このフォーカスレンズを高速回転し、曲線部では高エネルギ密度側が曲率半径大側となるように走査と同期してフォーカスレンズを回動させればよい。さらに、エネルギ密度調整後のレーザビームの経路中に偏光板を配設して、この偏光板を回転させることによりビームの偏光方向や出力強度などを回動させることができる。
（４）小径ビームの使用
溶着線にレーザビームを照射して樹脂部材を溶着するに方法として、溶着線幅とほぼ等しいビーム径を有するレーザビームを照射する方法について説明した。しかし、溶着線の曲線部における曲率半径大側と曲率半径小側でレーザビームの照射エネルギ密度を均一にする方法として、レーザビームのスポット径を溶着幅よりも十分小さくして溶着線を塗りつぶすように小径ビームを走査することで溶着幅全体を均一に溶着することができる。
【００８５】
図１３は小径のビーム１を溶着線２の幅方向に振動させながら走査する方法であり、図１４は小径ビーム１を螺旋状に複数回走査させる方法を示す。また、溶着線に平行に複数回走査する図１５の方法も好ましい。このような走査の方法はこれらの例示に限定されるものではなく適宜の方法で行うことができる。なお、小径ビームのビーム径Ｄは溶着幅をＷとして０．３ｍｍ＜Ｄ＜２ｍｍが適当である。Ｄが０．３ｍｍよりも小さいと溶着部が変形したり全幅を溶着する溶着作業時間がかかりすぎ効率が低下するので好ましくない。また、Ｄが２ｍｍより大きいと小径ビームの効果がなく均一な溶着線が得られないことがあるので適当ではない。より好ましくは０．６ｍｍ＜Ｄ＜１ｍｍである。
（５）溶着線を直線部のみとする。
【００８６】
以上のように溶着線が直線部と曲線部とからなる溶着樹脂部材の溶着方法について詳細に説明した。しかし、溶着する樹脂部材の形状や治具によっては、曲線部のない直線部のみで構成される溶着線とすることもできる。図１６に溶着線を直線部のみとするレーザビームの走査方法を示す平面視模式図であり、長方形ＥＦＧＨの樹脂部材５の各辺に沿って直線のみで溶着するレーザビームの走査軌跡を示す。レーザビーム１をＳ点を始点として溶着線ＥＦに沿って走査するが、角部Ｆではビームの走査方向を辺ＦＧ方向に転換しないで辺ＥＦの延長方向、すなわち、樹脂部材の外側まで過剰に走査させる。そこで軌跡３１のように方向転換をして、辺ＦＧの延長線上から角部Ｆを経由して辺ＦＧへ進入する。図１６では、辺ＥＦの延長線上のａ点でレーザ照射を停止し、辺ＦＧの延長線上のｂ点で再び照射を開始すれば樹脂部材５の支持治具や支持台などにレーザ光による影響を与えることなく溶着線を直線部のみとすることができる。このように、溶着線を直線部のみで構成することができれば溶着強度の不均一さに伴う不具合を減少させることができる。
（レーザ溶着装置）
本発明のレーザ溶着装置は、所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とを重ね合わせて透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着する樹脂部材のレーザ溶着装置において、帯状に溶着する溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部における吸収性樹脂部材の第２溶着面に作用するレーザ光のエネルギを曲線部の曲率半径大側と曲率半径小側とで平均化するエネルギ平均化手段を有することを特徴とするものである。
【００８７】
ここで、レーザ光としては特に限定されるものではなく、金属の切断や、溶接または光学反応に広く使用されているレーザ光を使用することができる。例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、固体レーザ、あるいは炭酸ガスに代表される気体レーザなどを例示することができる。
【００８８】
また、上記のレーザ光照射手段と産業用ロボットなどとを組み合わせて構成することも望ましい。このような構成によって、溶着線に沿って直線部あるいは曲線部の各々に必要なだけのエネルギを与えながら走査するような制御が溶着線の全周にわたって可能となるからである。
（レーザ溶着部材）
本発明のレーザ溶着部材は、所定形状を持ち帯状の第１溶着面を含む部分が少なくともレーザ光を透過する透過性樹脂で形成された透過性樹脂部材と、所定形状を持ち第１溶着面と溶着される帯状の第２溶着面を含む部分がレーザ光を吸収する吸収性樹脂で形成された吸収性樹脂部材とからなり、透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とを重ね合わせて透過性樹脂部材側からレーザ光を照射して透過性樹脂部材の第１溶着面と吸収性樹脂部材の第２溶着面との当接面を帯状に溶着されたレーザ溶着部材において、帯状に溶着された溶着線が隣合う直線部とこの直線部に挟まれた曲線部とからなり曲線部の曲率半径大側の溶着強さと曲率半径小側の溶着強さとが実質的に等しいことを特徴とするものである。
【００８９】
ここで、上記透過性樹脂部材の樹脂材料としては、熱可塑性を有し、加熱源としてのレーザ光を所定の透過率以上で透過させ得るものであれば特に限定されない。例えば、ナイロン６（ＰＡ６）やナイロン６６（ＰＡ６６）等のポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチレン−アクリルニトリル共重合体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などを挙げることができる。なお、必要に応じて着色したものを用いてもよい。
【００９０】
また、上記吸収性樹脂部材の樹脂材料としては熱可塑性を有し、加熱源としてのレーザ光を透過せずに吸収しうるものであれば特に限定されない。例えば、ナイロン６（ＰＡ６）やナイロン６６（ＰＡ６６）等のポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、スチレン−アクリルニトリル共重合体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＰＰＳ等に、カーボンブラック、染料や顔料などの所定の着色剤を混入したものを挙げることができる。ここで、レーザエネルギ吸収剤として樹脂材料に混入させるカーボンブラックは、樹脂材料に対して０．１重量％を越えて混入させることが望ましい。カーボンブラックの混入量が０．１重量％以下ではレーザエネルギを十分吸収することができない。また、２重量％以上混入させると気泡や巣となって好ましくない。より好ましい混入量は０．２〜１重量％である。
【００９１】
本発明のレーザ溶着部材は、上記の樹脂材料を所定の形状に形成した各部材をレーザ光で溶着して得られるものであり、溶着線の曲線部における溶着強度が均一であるので機密性の高い溶着部材とすることができる。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態について詳しく説明したが、本発明はこのような実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲おいて種々の態様で実施しうることは言うまでもない。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の樹脂部材の溶着方法によれば透過性樹脂部材と吸収性樹脂部材とを重ね合わせてレーザ光により溶着するに当たって、直線部と曲線部とで構成される溶着線の曲線部における幅方向の溶着強度を均一にすることができる。従って、車載用コンピュータケース、ハイブリッドインバータケース、あるいは曲線部を有するランプケースなど高い機密性を必要とする樹脂部材の溶着に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶着線の曲線部で厚さを補正した透過性樹脂部材とレーザビームとの関係を示す図である。
【図２】溶着線の曲線部における溶着強度の保証可能範囲を示す模式図である。
【図３】溶着線の曲線部における補正したレーザビームの走査方法を示す図である。
【図４】液晶デバイスとレーザビームとの関係を示す模式図である。
【図５】液晶デバイスとレーザビームとの関係を示す図である。ａは透過型液晶デバイスの場合であり、ｂは反射型液晶デバイスまたは微小ミラーからなる反射板の場合である。
【図６】回転盤とレーザビームとの関係を示す模式図である。
【図７】図６の回転盤の一部を拡大して示した図である。
【図８】焦点が偏心しているレンズでレーザビームを照射したときのビームのエネルギ分布を示す等高線図である。
【図９】シリンドリカルレンズによるレーザエネルギ密度調整法の一例を示す図である。
【図１０】光ファイバに曲げ応力を付与してビームのエネルギ密度分布を形成する方法を示す図である。
【図１１】複数の小型発振器からなる集束ビームを示す概念図である。
【図１２】ビームのエネルギ密度が非対称であることを説明する図である。
【図１３】溶着線の幅よりも十分小さい径のビームを用いて溶着する方法で、ビームを幅方向にジグザグに走査する方法を示す図である。
【図１４】溶着線の幅よりも十分小さい径のビームを用いて溶着する方法で、ビームを螺旋状に走査する方法を示す図である。
【図１５】溶着線の幅よりも十分小さい径のビームを用いて溶着する方法で、ビームを溶着線の進行方向に平行に複数回走査する方法を示す図である。
【図１６】直線部のみで構成される溶着線においてレーザビームの走査方法を示す図である。
【図１７】溶着線の直線部と曲線部におけるレーザビームの軌跡を説明する図である。
【図１８】吸収性樹脂部材からなる箱形部材と板状の透明性樹脂部材を溶着する際のレーザビームの走査方法を示す模式図である。
【図１９】略円形断面を有するレーザビームのエネルギ強度分布を示す概念図である。
【図２０】レーザビームの曲線部における移動状態を示す図である。
【符号の説明】
１：レーザビーム  ２：溶着線  ３：透過性樹脂部材  ４：吸収性樹脂部材  ５：樹脂部材  １３：液晶デバイス  １５：回転盤  １８：通孔  ２０：コリメートレンズ  ２１：フォーカシングレンズ  ２３：光ファイバ  ２５：小型発振器
２７：集束ビーム  ３１：ビームの軌跡
【図１】
2005001216.tif 000010
【図２】
2005001216.tif 000011
【図３】
2005001216.tif 000012
【図４】
2005001216.tif 000013
【図５】
2005001216.tif 000014
【図６】
2005001216.tif 000015
【図７】
2005001216.tif 000016
【図８】
2005001216.tif 000017
【図９】
2005001216.tif 000018
【図１０】
2005001216.tif 000019
【図１１】
2005001216.tif 000020
【図１２】
2005001216.tif 000021
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005001216.tif 000024
【図１６】
2005001216.tif 000025
【図１７】
2005001216.tif 000026
【図１８】
2005001216.tif 000027
【図１９】
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【図２０】
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