(57)【要約】【課題】トナーや塗料を用いることなく、レーザに対して透過性を有する樹脂部材同士をレーザの照射によって接合することが可能な接合構造体の製造方法を提供する。【解決手段】接合構造体１００の製造方法は、レーザに対して透過性を有する樹脂部材１および樹脂部材２が接合された接合構造体の製造方法であり、樹脂部材１の表面１１に、樹脂と金属とが混合され、レーザに対して吸収性を有する混合層３を形成する工程と、混合層３と樹脂部材２とを隣接配置する工程と、混合層３にレーザを照射することにより、混合層３と樹脂部材２とを接合する工程とを備える。【選択図】図１
2016132246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザに対して透過性を有する第１樹脂部材および第２樹脂部材が接合された接合構造体の製造方法であって、
前記第１樹脂部材の表面に、前記第１樹脂部材と金属とが混合され、レーザに対して吸収性を有する混合層を形成する工程と、
前記混合層と前記第２樹脂部材とを隣接配置する工程と、
前記混合層にレーザを照射することにより、前記混合層と前記第２樹脂部材とを接合する工程とを備えることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合構造体の製造方法において、
前記混合層を形成する工程は、
前記第１樹脂部材の表面に金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜にレーザを照射することにより、前記第１樹脂部材の表面に前記混合層を形成する工程とを含むことを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合構造体の製造方法において、
前記金属薄膜は、厚みが１０μｍ以下であることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の接合構造体の製造方法によって製造されたことを特徴とする接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合構造体の製造方法および接合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのレーザ透過性部材をレーザビームの照射によって接合する接合方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の接合方法では、第１のレーザ透過性部材と第２のレーザ透過性部材との間にレーザ吸収体が配置され、そのレーザ吸収体にレーザビームが照射される。これにより、レーザ吸収体が高温になることによって、レーザ吸収体近傍の第１のレーザ透過性部材および第２のレーザ透過性部材が溶融され、第１のレーザ透過性部材と第２のレーザ透過性部材とが溶着される。なお、レーザ吸収体としては、レーザビームに対する吸収特性に優れた物質であるトナーや塗料が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された接合方法では、第１のレーザ透過性部材と第２のレーザ透過性部材とをレーザビームの照射によって接合することが可能であるが、トナーや塗料を用いる必要がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、トナーや塗料を用いることなく、レーザに対して透過性を有する樹脂部材同士をレーザの照射によって接合することが可能な接合構造体の製造方法および接合構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による接合構造体の製造方法は、レーザに対して透過性を有する第１樹脂部材および第２樹脂部材が接合された接合構造体の製造方法であり、第１樹脂部材の表面に、第１樹脂部材と金属とが混合され、レーザに対して吸収性を有する混合層を形成する工程と、混合層と第２樹脂部材とを隣接配置する工程と、混合層にレーザを照射することにより、混合層と第２樹脂部材とを接合する工程とを備える。
【０００８】
上記接合構造体の製造方法において、混合層を形成する工程は、第１樹脂部材の表面に金属薄膜を形成する工程と、金属薄膜にレーザを照射することにより、第１樹脂部材の表面に混合層を形成する工程とを含んでいてもよい。
【０００９】
この場合において、金属薄膜は、厚みが１０μｍ以下であってもよい。
【００１０】
本発明による接合構造体は、上記したいずれか１つの接合構造体の製造方法によって製造されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の接合構造体の製造方法および接合構造体によれば、トナーや塗料を用いることなく、レーザに対して透過性を有する樹脂部材同士をレーザの照射によって接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による接合構造体を模式的に示した断面図である。
【図２】接合構造体の製造方法を説明するための図であって、樹脂部材に金属薄膜が形成される工程を示した図である。
【図３】接合構造体の製造方法を説明するための図であって、金属薄膜にレーザが照射されることにより混合層が形成される工程を示した図である。
【図４】接合構造体の製造方法を説明するための図であって、混合層にレーザが照射されることにより樹脂部材が接合される工程を示した図である。
【図５】実施例による接合構造体を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による接合構造体１００について説明する。
【００１５】
接合構造体１００は、図１に示すように、樹脂部材１および２と、樹脂部材１および２の間に配置される混合層３とを備えている。樹脂部材１および２は、レーザに対して透過性を有するとともに、混合層３を介して接合されている。なお、樹脂部材１および２は、それぞれ、本発明の「第１樹脂部材」および「第２樹脂部材」の一例である。また、図１では、見やすさを考慮して樹脂部材１および２のハッチングを省略した。
【００１６】
樹脂部材１および２は、熱可塑性樹脂であり、一例としては、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、および、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が挙げられる。また、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマ）であってもよく、ＴＰＥの一例としては、ＴＰＯ（オレフィン系）、ＴＰＳ（スチレン系）、ＴＰＥＥ（エステル系）、ＴＰＵ（ウレタン系）、ＴＰＡ（ナイロン系）、および、ＴＰＶＣ（塩化ビニル系）が挙げられる。また、樹脂部材１および２には、充填剤が添加されていてもよく、その一例としては、無機系充填剤（ガラス繊維、無機塩類など）、金属系充填剤、有機系充填剤、および、炭素繊維などが挙げられる。なお、樹脂部材１および２は、同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
【００１７】
混合層３は、樹脂（樹脂部材１の材料）と金属とが混合されることによって形成されており、レーザに対して透過性を有する樹脂部材１および２を接合するために設けられている。この混合層３は、レーザに対して吸収性を有し、樹脂部材１の表面１１に形成されている。混合層３の金属材料は、樹脂部材１とで混合層３を形成可能なものであればよく、一例としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｓｎ（スズ）、Ｐｔ（白金）、Ｎｉ（ニッケル）およびＣｒ（クロム）が挙げられる。
【００１８】
なお、図１では、樹脂部材１の表面１１の全面に混合層３が形成される例を示したが、これに限らず、樹脂部材１および２を接合する接合領域に混合層３が形成されていればよく、混合層３が樹脂部材１の表面１１に部分的に形成されていてもよい。また、樹脂部材１および２を接合する接合領域以外の領域における樹脂部材１の表面１１に後述する金属薄膜３ａ（図２参照）が設けられていてもよい。この場合には、その金属薄膜３ａをたとえば反射膜として利用することが可能である。
【００１９】
−接合構造体の製造方法−
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態による接合構造体１００の製造方法について説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように、樹脂部材１の表面１１に金属薄膜３ａが形成される。この金属薄膜３ａは、厚みが１０μｍ以下であり、たとえば蒸着またはスパッタにより形成される。
【００２１】
なお、図２では、樹脂部材１の表面１１の全面に金属薄膜３ａが形成される例を示したが、これに限らず、金属薄膜３ａは少なくとも接合領域に形成されていればよい。すなわち、金属薄膜３ａは、樹脂部材１の表面１１に部分的に形成されていてもよい。
【００２２】
次に、図３に示すように、金属薄膜３ａに加工用のレーザＬ１が照射される。これにより、金属薄膜３ａが高温になるとともに、その金属薄膜３ａの熱が樹脂部材１の表面１１に伝わり、樹脂部材１の表面１１が溶融される。このため、溶融した樹脂部材１と金属薄膜３ａとが混合され、その樹脂と金属との混合物が固化されることにより混合層３が形成される。なお、レーザＬ１は、樹脂部材１とは反対側から金属薄膜３ａに向けて照射される。また、レーザＬ１は、たとえばファイバレーザまたは紫外線レーザである。
【００２３】
なお、図３では、金属薄膜３ａの全体を混合層３にする例を示したが、これに限らず、混合層３は少なくとも接合領域に形成されていればよい。すなわち、金属薄膜３ａを部分的に混合層３にするようにしてもよい。
【００２４】
次に、図４に示すように、混合層３と樹脂部材２とが隣接配置される。このため、樹脂部材２が混合層３に対して樹脂部材１とは反対側に配置される。そして、樹脂部材２が混合層３側（樹脂部材１側）に加圧された状態で、混合層３に接合用のレーザＬ２が照射される。これにより、レーザＬ２が混合層３で吸収されることによって混合層３が加熱され、その熱が混合層３近傍の樹脂部材１および２に伝達される。このため、混合層３近傍の樹脂部材１および２が溶融され、その後固化されることによって、樹脂部材１および２が混合層３を介して溶着される。
【００２５】
なお、レーザＬ２は、樹脂部材２側から混合層３に向けて照射される。また、レーザＬ２は、たとえば半導体レーザである。また、図４では、樹脂部材１および２が全面で溶着される例を示したが、これに限らず、樹脂部材１および２が部分的に溶着されていてもよい。
【００２６】
このようにして、図１に示す接合構造体１００が製造される。
【００２７】
−効果−
本実施形態では、上記のように、レーザ透過性の樹脂部材１の表面１１に混合層３を形成する工程と、その混合層３とレーザ透過性の樹脂部材２とをレーザＬ２によって接合する工程とが設けられている。このように構成することによって、樹脂と金属とからなる混合層３がレーザ吸収性を有することにより、レーザＬ２で混合層３を加熱することができるので、レーザ透過性の樹脂部材１および２を溶着することができる。すなわち、樹脂と金属とからなる混合層３を用いてレーザ透過性の樹脂部材１および２を接合することができる。つまり、トナーや塗料を用いることなく、レーザに対して透過性を有する樹脂部材１および２をレーザの照射によって接合することができる。また、レーザＬ２で樹脂部材１および２を接合することにより、樹脂部材１および２が接合される接合領域を高い精度で形成することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、樹脂部材１の表面１１に金属薄膜３ａを形成する工程と、金属薄膜３ａにレーザＬ１を照射することにより混合層３を形成する工程とが設けられている。このように構成することによって、樹脂と金属とからなるレーザ吸収性の混合層３を容易に形成することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、金属薄膜３ａの厚みを１０μｍ以下にすることによって、レーザＬ１により樹脂部材１を溶融させることができるので、樹脂と金属とからなる混合層３を樹脂部材１の表面１１に形成することができる。
【００３０】
−実験例−
次に、図５を参照して、上記した本実施形態の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００３１】
まず、本実施形態に対応する実施例による接合構造体２００の作製方法について説明する。
【００３２】
実施例による接合構造体２００（図５参照）では、樹脂部材２０１としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いた。この樹脂部材２０１は、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が１７．５ｍｍであり、厚みが０．０８ｍｍである。
【００３３】
そして、樹脂部材２０１の表面に金属薄膜２０３ａを形成した。この金属薄膜２０３ａは、材料がＡｌ（アルミニウム）であり、蒸着により形成した。なお、金属薄膜２０３ａは、樹脂部材２０１の表面の全面にわたって形成され、厚みが１μｍ以下であった。
【００３４】
その後、金属薄膜２０３ａの接合領域Ｒに加工用のレーザを照射することにより、その接合領域Ｒに混合層２０３を形成した。この接合領域Ｒは、長さが１０ｍｍで幅が１ｍｍの線状領域であり、樹脂部材２０１の幅方向に延びるように設けられている。なお、接合領域Ｒ以外の領域では、混合層２０３が形成されておらず、金属薄膜２０３ａが設けられたままである。加工用のレーザは、樹脂部材２０１とは反対側から金属薄膜２０３ａに向けて照射される。また、加工用のレーザの照射条件は、以下のとおりである。
【００３５】
＜加工用のレーザ照射条件＞
レーザ：ファイバレーザ（波長１０６２ｎｍ）
周波数：１０ｋＨｚ
出力：３．７Ｗ
焦点径：５０μｍ
走査速度：２５０ｍｍ／ｓｅｃ
走査回数：１回
そして、混合層２０３と樹脂部材２０２とが隣接配置される。樹脂部材２０２としてはＰＣ（ポリカーボネート）を用いた。この樹脂部材２０２は、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が１７．５ｍｍであり、厚みが１．０ｍｍである。
【００３６】
そして、接合領域Ｒの混合層２０３に接合用のレーザを照射することにより、樹脂部材２０１および２０２を接合した。接合用のレーザは、樹脂部材２０２側から混合層２０３に向けて照射される。また、接合用のレーザの照射条件は、以下のとおりである。
【００３７】
＜接合用のレーザ照射条件＞
レーザ：半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）
発振モード：連続発振
出力：８Ｗ
焦点径：１ｍｍ
走査速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ
密着圧力：０．２ＭＰａ
走査回数：２回
このようにして、図５に示すような接合構造体２００を作製した。
【００３８】
なお、比較のために、金属薄膜２０３ａに対して加工用のレーザを照射することなく、金属薄膜２０３ａと樹脂部材２０２とを隣接配置して接合用のレーザを照射したが、接合しなかった。
【００３９】
そして、イマダ製のデジタルフォースゲージを用いて、接合構造体２００に対してせん断方向および剥離方向に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで負荷を与えたが、接合部に剥離が生じておらず、接合状態を維持することができた。なお、せん断方向とは、接合界面に沿ってずれる方向（図５における左右方向）であり、剥離方向とは、接合界面に対する垂直方向（図５における上下方向）である。すなわち、実施例による接合構造体２００では、樹脂と金属とからなる混合層２０３を用いてレーザ透過性の樹脂部材２０１および２０２を接合するとともに、十分な接合強度を確保することができた。
【００４０】
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、レーザに対して透過性を有する樹脂部材同士が接合された接合構造体の製造方法および接合構造体に利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１      樹脂部材（第１樹脂部材）
２      樹脂部材（第２樹脂部材）
３      混合層
３ａ    金属薄膜
１１    表面
１００  接合構造体
【図１】
2016132246.tif 000003
【図２】
2016132246.tif 000004
【図３】
2016132246.tif 000005
【図４】
2016132246.tif 000006
【図５】
2016132246.tif 000007