(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー溶接の適用分野において使用するのに適した透過性を有するプラスチック部品であって、前記プラスチック部品は、極限粘度が０．９５以上を有するポリエチレンテレフタレートを含み、２〜３．２ｍｍの厚さを有し、８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長において前記組成物から作製した成形品で測定した厚さ１ｍｍ当たりの透過率１６％以上を有することを特徴とする、プラスチック部品。
【請求項２】
前記組成物が、着色顔料を実質的に含まないことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック部品。
【請求項３】
前記組成物がモノアゾ金属染料、アントラキノン染料、ペリノン染料およびキノフタロン染料からなる群から選択される少なくとも１つの有機染料をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック部品。
【請求項４】
前記組成物が前記組成物の１重量％までの量の核剤をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック部品。
【請求項５】
適切な吸収率を有する第１のプラスチック部品と、
極限粘度が０．９５以上を有するポリエチレンテレフタレートを含み、２〜３．２ｍｍの厚さを有する第２の組成物から作製した第２のプラスチック部品であって、前記第２の組成物が８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長において前記第２の組成物から作製した成形品で測定した厚さ１ｍｍ当たりの透過率１６％以上を有する第２のプラスチック部品とを含むレーザー溶接物品であって、
前記第１のプラスチック部品と第２のプラスチック部品が前記第１のプラスチック部品と第２のプラスチック部品の間の１つ以上の界面において１つにレーザー溶接されていることを特徴とする、レーザー溶接物品。
【請求項６】
極限粘度が０．９５以上を有するポリエチレンテレフタレートを含み、２〜３．２ｍｍの厚さを有する組成物から作製され、８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長において前記組成物から作製した成形品で測定した厚さ１ｍｍ当たりの透過率１６％以上を有するプラスチック部品を得るステップと；
前記プラスチック部品を適切な吸収率を有する第２のプラスチック部品にレーザー溶接するステップと、を含むことを特徴とする、レーザー溶接のための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー溶接において使用するための組成物、詳細にはレーザー溶接型成形品の作製において有用なポリエステル組成物、このようなポリエステル組成物を選択するための方法およびそこから作製される溶接物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品の表面を接触させて２つの物品を置き、その表面の接合部または界面に焦点を当てた所定量のレーザービームを透過させ、接合部分を溶解させ１つに接合させることによって、それぞれがレーザービームを透過させない物品とレーザービームを透過させる物品である、２つのプラスチック物品を１つに接合することが当分野で知られている。この方法は、レーザー溶接と呼ばれることが多い。
【０００３】
さまざまな用途用のプラスチック部品を組み立てる際に、たとえば自動車産業において使用するための溶接プラスチック部品を製造する際に、レーザー溶接は有用である。レーザー溶接からいくつかの利点が生み出され、たとえばレーザー溶接は単純な操作を伴ない、これによってしばしば労力が節約され、生産性が改善され、生産コストが低下する結果となる。
【０００４】
前述のことから明らかなように、プラスチック物品のレーザー溶接では透過率が適切で吸収率が適切な樹脂を選択することが必要である。近年、レーザー溶接において使用するためのプラスチック物品は、有機染料または着色剤を含む熱可塑性樹脂と着色物質のさまざまな配合物から作製されており、結果として生じる配合物中でレーザーエネルギーの熱への転換の制御を与えるために有機染料または着色剤が加えられる。たとえば特公昭６２−４９８５０号公報、および特公平５−４２３３６号公報を参照のこと。
【０００５】
米国特許第５，８９３，９５９号では、レーザービームによって接合ゾーンに沿って１つに溶接されている透過性および非透過性工作部品が開示されており、この両方の工作部品はカーボンブラックなどの黒色染料着色剤を含み、工作部品に溶接後においてもほぼ均質な視覚的印象を与える。
【０００６】
しかしながら、同じ色を有する２つの熱可塑性物品を１つに溶接することは困難である。なぜなら、２つの熱可塑性成分が異なる透過および吸収率を有していなければならないからである。たとえば米国特許第５，８９３，９５９号を参照のこと。熱可塑性成分の色は黒であってよく、したがってカーボンブラックおよび／またはニグロシンを含み、これらは両方共に自動車産業および他の適用分野において一般的に広く使用されている。しかしながらカーボンブラックおよびニグロシンは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーまたはダイオードレーザーなどの、１２００ｎｍから８００ｎｍの範囲の主要波長を有するレーザービームを透過させることができない。２０００年１１月７日に公開された特開２０００−３０９６９４号公報では、ポリエステル成形組成物およびレーザー溶接のためのその使用が開示されており、その組成物はレーザービーム用の透過性成形フィルムのために使用され、黄色い着色剤および青紫色着色剤の非吸収性着色剤から作製される着色剤の組み合わせを含む。
【０００７】
プラスチックレーザー溶接の分野における前述の進歩にもかかわらず、熱可塑性ポリマー、特に熱可塑性ポリエステルポリマーがレーザー溶接の適用分野において使用するための充分な透過率を有するプラスチック物品を作製するのに適しているかどうかを、判定することは依然として困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザー溶接の適用分野において使用するのに適した透過性を有するプラスチック部品を作製する際に使用するためのポリエステル組成物を選択するための方法、このような選択されるポリエステル組成物から作製されるプラスチック部品、このようなプラスチック部品を含むレーザー溶接された物品、およびこのようなプラスチック部品を使用するレーザー溶接のための方法を含む。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ポリエステル組成物を選択するための方法には、ポリエステル組成物を得るステップ、８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長においてポリエステル組成物から作製される成形品の厚さ１ｍｍ当たりの透過率を決定するステップ、および８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長における厚さ１ｍｍ当たりの透過率が１０％以上である場合ポリエステル組成物を選択するステップが含まれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
たとえば図１を参照すると、表面４を含む第１の物品２および第２の物品３が提供されている。典型的なレーザー溶接法では、第１の物品２はレーザービーム１を「透過させる」、つまり第１の物品２はレーザービーム１に関して高い透過率を有し；第２の物品３はレーザービーム１を「透過させない」、つまり第２の物品３はレーザービーム１に関して高い吸収率を有する。したがって、レーザービーム１を表面４において接合されている第１の物品２および第２の物品３に向けると、レーザービーム１は第１の物品２を通り第２の物品３に透過する。第２の物品３およびその表面４はレーザービーム１のエネルギーを吸収し、それによって表面４を溶かし、表面４が第１の物品２に接して押されるとき、第１の物品２と第２の物品３が１つに溶接される結果となる。
【００１１】
両方の物品が高い吸収率を有する場合、レーザー溶接を使用することはできない。図２を参照すると、第１の物品５および第２の物品６が提供されている。物品５および６の両方は、レーザービーム１に関して高い吸収率を有する。したがって、レーザービーム１は第１の物品５を透過することはできず、第１の物品５の表面７において吸収される。したがって、第２の物品６の表面８においてレーザービーム１が吸収される可能性はなく、２つの物品５と６を１つに溶接することはできない。
【００１２】
レーザー溶接の適用分野に適した透過率を有するプラスチック部品を作製する際に使用するためのポリエステル組成物を識別することが可能であることを我々は発見した。より詳細には、ポリエステル組成物から作製される成形品で測定される、８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長における厚さ１ｍｍ当たりの透過率が１０％以上であるポリエステル組成物は、レーザー溶接の適用分野に適した透過率を有するプラスチック部品を作製することを我々は発見した。
【００１３】
本発明の「ポリエステル組成物」は少なくとも１種のポリエステル、および任意選択で以下に記載するさまざまな添加剤および成分を含む。
【００１４】
本明細書で使用する「ポリエステル」という語は、０．３以上の対数粘度数を有するポリマーを含むことが好ましく、一般にはグリコールとジカルボン酸の線状飽和型縮合生成物、または反応性のあるその誘導体である。これらは８から１４個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸と、ネオフェニルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、および式ＨＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ（ｎは２から１０の整数である）の脂肪族グリコールからなる群から選択される少なくとも１つのグリコールの縮合生成物を含むことが好ましい。５０モルパーセントまでの芳香族ジカルボン酸を、８から１４個の炭素原子を有する少なくとも１つの異なる芳香族ジカルボン酸によって置き換えることができ、および／または２０モルパーセントまでを２から１２個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸によって置き換えることができる。
【００１５】
好ましいポリエステルにはポリエチレンテレフタレート、ポリ（１，４−ブチレン）テレフタレート、１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート／イソフタレートコポリマー、および芳香族ジカルボン酸およびグリコールから誘導される他の線状ホモポリマーエステルがある。好ましい芳香族ジカルボン酸にはイソフタル酸、二安息香酸、１，５−、２，６−および２，７−ナフタレンジカルボン酸を含めたナフタレン−ジカルボン酸、４，４’ジフェニレンジカルボン酸、ビス（ｐ−カルボキシフェニル）メタン、エチレン−ビス−ｐ−安息香酸、１，４−テトラメチレンビスｐ−オキシ安息香酸、エチレンビスｐ−オキシ安息香酸、および１，３−トリメチレンビスｐ−オキシ安息香酸がある。好ましいグリコールには２，２−ジメチル−１，３−プリパンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、および一般式ＨＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ（ｎは２から１０の整数である）の脂肪族グリコール、たとえばエチレングリコール、１，３−トリメチレングリコール、１，４−テトラメチレングリコール、１，６−ヘキサメチレングリコール、１，８−オクタメチレングリコール、１，１０−デカメチレングリコール、１，３−プロピレングリコールおよび１，４−ブチレングリコールからなる群から選択されるグリコールがある。前述のように２０モルパーセントまでのアジピン酸、サバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジオン酸または１，４−シクロヘキサンジカルボン酸が存在できることが好ましい。
【００１６】
本発明の最も好ましいポリエステル組成物は、ポリエチレンテレフタレートホモポリマー、ポリブチレンテレフタレートホモポリマー、ポリエチレンテレフタレート／ポリブチレンテレフタレートコポリマー、ポリエチレンテレフタレートコポリマー、ポリエチレンテレフタレート／ポリブチレンテレフタレート混合物および／またはこれらの混合物に基づいているが、単独または本明細書に記載する任意のポリエステルとの任意の組み合わせで、任意の他のポリエステルを使用することもできる。
【００１７】
本発明のポリエステル組成物は、ポリエステル組成物の合計重量に基づいて、好ましくは１重量％までの量、より好ましくは０．７重量％までの量、さらに好ましくは０．４重量％までの量の核剤を含んでよい。
【００１８】
本発明のポリエステル組成物に、従来の添加剤を加えることができる。たとえば難燃性を改善する目的で難燃剤および難燃助剤を加えることができ、熱耐性を改善し変色を防ぐ目的で抗酸化剤および熱安定剤を加えることができる。他の添加剤には充填剤、補強剤、衝撃改質剤、粘性改質剤、潤滑剤、可塑剤、離型剤、および紫外線安定剤がある。
【００１９】
たとえば自動車の適用分野において一般に行われるように、本発明のポリエステル組成物は黒色の着色物質を含むことができ、したがってこれらの組成物から成形される物品中で、カーボンブラックおよびニグロシンなどの、レーザービームを吸収する着色物質を含む第２の物品の黒色と同じ黒色を有する。これによって、結果として生じるレーザー溶接された部品は均一な黒色の外観を有することができる。黒色の着色物質の好ましい量は、好ましくはポリエステル組成物の０．０１から１重量％である。レーザー溶接に関して異なる諸性質を必要とするアプリケーションによって、着色物質の量を決定することもできる。
【００２０】
黒色の着色物質は可視光線領域（４００〜７００ｎｍ）において吸収を示し、ダイオードレーザーからＹＡＧレーザーエリア近辺（８００〜１２００ｎｍ）までで透過性を示すことが好ましい。可視光線領域（４００〜７００ｎｍ）において部分的な吸収を示し、ダイオードレーザーからＹＡＧレーザーエリア近辺（８００〜１２００ｎｍ）までで透過性を有する染料はすべて、前述の黒色の着色物質として使用することができる。一例として、可視光線領域内での吸収用の単構造を有する２つ以上の黒色の染料を配合して、可視光線領域内で吸収力がある混合型黒色染料を与えることを挙げることができる。
【００２１】
レーザーを透過させるために黒色の着色物質中に加えるための染料の好ましい例として、モノアゾ金属染料、アントラキノン染料、ペリノン染料およびキノフタロン染料を挙げることができる。単独または他のものとの任意の組み合わせによって、それぞれの染料を使用することができる。
【００２２】
任意の配合法を使用して成分物質すべてを配合することによって、本発明のポリエステル組成物を得ることができる。一般にこれらの配合成分は、できる限り均質に作製されることが好ましい。具体例として、配合機、ニーダ、Ｂａｎｂｕｒｙミキサ、ロール押し出し機などのミキサを使用し、成分物質すべてを均質に混合して樹脂組成物を与える。または、物質の一部をミキサ中で混合することができ、次いで物質の残りを加え均質になるまでさらに混合することができる。代替方法として、物質を事前に乾燥配合させてもよく、次いで加熱した押し出し機を使用して溶解させ、均質になるまで練り、次いでニードル形状に押し出し、次に所望の長さに切断して粒状体にする。
【００２３】
当業者に知られている方法に従って、本発明のポリエステル組成物の物品への成形を行うことができる。射出成形、押し出し成形、プレス成形、発泡成形、ブロー成形、真空成形、射出ブロー成形、回転成形、カレンダー成形および溶液流延成形などの、一般的に使用される成形法が好ましい。
【００２４】
本発明は、レーザー溶接の適用分野において使用するのに適した透過性を有するプラスチック部品を作製する際に使用するための、ポリエステル組成物を選択するための方法を含み、この方法はポリエステル組成物を得るステップ；８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長においてポリエステル組成物から作製される成形品の厚さ１ｍｍ当たりの透過率を決定するステップ；および８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長における厚さ１ｍｍ当たりの透過率が１０％以上である場合、ポリエステル組成物を選択するステップを含む。
【００２５】
８００ｎｍと１２００ｎｍの間の波長での透過率の決定の仕方が、当分野において知られている。実施例では、このような測定を行うための好ましい装置について述べる。厚さ１ｍｍ当たりの透過率とは単に、透過率が測定された成形品の厚さ（ｍｍ）で割った透過率である。透過率を決定する目的の成形品は、２ｍｍの厚さのプレートであることが好ましい。
【００２６】
本発明は、前述の選択法から選択したポリエステル組成物から作製される任意のプラスチック部品、およびプラスチック部品から作製される結果として生じる任意のレーザー溶接物品、およびこのようなプラスチック部品を使用する任意のレーザー溶接法も含む。
【００２７】
レーザー溶接物品は、レーザー溶接において使用するのに適した吸収率を有する少なくとも１つのプラスチック部品（「吸収部分」）、前述の選択法によって選択したポリエステル組成物から作製した少なくとも１つのプラスチック部品（「透過部分」）を含むことが好ましい。「吸収部分」はいずれも、１つ以上の界面において任意の「透過部分」にレーザー溶接されていてよい。レーザー溶接物品は２つ以上の「吸収部分」、２つ以上の「透過部分」、およびこれらの部分中に多数の界面を含むことがさらに好ましい。つまり、部品はいずれも１つ以上の界面において任意の他の部品にレーザー溶接されていてよい。当然ながら、部品は形状、サイズ、寸法および組成が異なっていてよい。
【００２８】
適切な吸収率を有するプラスチック部品はポリエステル組成物から作製される部品であることが好ましく、８００ｎｍから１２００ｎｍの範囲内の波長を有する任意のレーザーを吸収することが好ましい。
【００２９】
本発明のレーザー溶接物品を作製する際に使用するのに好ましいレーザーは、８００ｎｍから１２００ｎｍの範囲内の波長を有する任意のレーザーである。特に好ましいレーザーを実施例中に記載する。
【００３０】
実施例
以下の実施例によって、本発明の好ましい実施形態を例示する。本発明はこれらの実施例に限られるわけではない。
【００３１】
実施例中で使用する成分を以下のように識別する。
【００３２】
ＰＥＴ１。テレフタル酸とエチレングリコールからのポリエチレンテレフタレート。フェノールとジクロロベンゼンの重量比が１／１である混合溶液中で１％溶液として２５℃において測定したときの、その極限粘度数は０．９５である。
【００３３】
ＰＥＴ２。テレフタル酸とエチレングリコールからのポリエチレンテレフタレート。フェノールとジクロロベンゼンの重量比が１／１である混合溶液中で１％溶液として２５℃において測定したときの、その極限粘度数は０．７０である。
【００３４】
ＰＥＴコポリマー（ＣｏＰＥＴ）。テレフタル酸の部分がＰＥＴ１中のイソフタル酸に置き換えられている。
【００３５】
ＰＢＴ１。テレフタル酸と１，４−ブタンジオールからのポリブチレンテレフタレート。フェノールとジクロロベンゼンの重量比が１／１である混合溶液中で１％溶液として２５℃において測定したときの、その極限粘度数は１．００である。
【００３６】
ＰＢＴ２。テレフタル酸と１，４−ブタンジオールからのポリブチレンテレフタレート。フェノールとジクロロベンゼンの重量比が１／１である混合溶液中で１％溶液として２５℃において測定したときの、その極限粘度数は０．８０である。
【００３７】
ＰＥＮ。ナフタル酸と１，４−ブタンジオールからのポリエチレンナフタレート。フェノールとジクロロベンゼンの重量比が１／１である混合溶液中で１％溶液として２５℃において測定したときの、その極限粘度数は０．８である。
【００３８】
ＰＣ。ビスフェノールＡおよびホスゲンからのポリカーボネート。
【００３９】
核剤：ナトリウム塩（Ｍｉｔｓｕｉ−ＤｕＰｏｎｔ  Ｐｏｌｙｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｋ．Ｋ．によって製造されるＨｉｍｉｌａｎ（登録商標））
可塑剤：Ｌｉｏｎ  Ｋ．Ｋ．によって製造されるＬｉｏｎｏｎ  ＤＥＨ４０（商標名）
抗酸化剤：Ｃｉｂａ  Ｇｅｉｇｙ  Ｃｏ．によって製造されるＩｒｇａｎｏｘ１０１０（商標名）
グラスファイバー：ＰＰＧ  Ｃｏ．によって製造されるチョップトグラスファイバーＰＰＧ３５６３（商標名）
他に指示がない限り、表１および２中に示す量はすべて重量％である。
【００４０】
以下の表１および２中に示す混合物を溶解させ、二軸スクリュー押し出し機（Ｗ  ａｎｄ  Ｐによって製造されるＺＳＫ−４０）を用いて練り、ペレットを得た。射出成形機（ＪＳＷによって製造されるＪ１００ＥＩＩ−Ｐ）を用いて、３．２ｍｍの厚さを有する試験片および２ｍｍの厚さを有するプレートに、このペレットを射出成形した。溶解温度は２８０℃であり、成形温度は１００℃であった。
【００４１】
透過率
分光計（ＳＨＩＭＡＤＺＵ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．によって製造されるＵＶ−３１００）を使用して、成形プレートの４００ｎｍから１２００ｎｍの透過度を測定した。以下の表１および２は、成形プレートの厚さで割った、８５０ｎｍおよび１１００ｎｍにおける近赤外範囲の透過度を示す（１ｍｍ当たりの透過率、％）。
【００４２】
ＹＡＧレーザーおよびダイオードレーザーによる溶接試験
２重量％のカーボンブラックおよび３０重量％のグラスファイバーを含み、レーザー溶接に適した吸収率を有するＰＥＴまたはＰＢＴ組成物のいずれかから成形した同一の厚さのプレートに、実施例１〜５および比較例１〜２の成形プレートをレーザー溶接させた。プレートの両側の界面においてレーザー溶接を行った。
【００４３】
表１および２中に示すように、それぞれの実施例および比較例について、２つの別個のレーザー溶接物品を製造した。１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザーおよび機器Ｏｌｉｏｎ５１０を使用して、１つのレーザー溶接物品を製造した。この機器に４Ｗの出力を３秒間加え、直径は３ｍｍであった。８２０ｎｍの波長のダイオードレーザーおよび機器ＳＤＬ−ＦＤ２５を使用して、第２のレーザー溶接物品を製造した。この機器に４Ｗの出力を１０秒間加え、直径は３ｍｍであった。
【００４４】
観察によって溶接レベルをチェックし、以下のスケールに従って評価した。
○  うまく溶接されており、手によって切り離すことができない
△  一見すると溶接されているが、手によって容易に切り離すことができる
×  溶接されていない
【００４５】
成形した引っ張り片上において以下の測定も行い、その結果を以下の表１および２中に記載する。
引っ張り強さ：ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−５８Ｔ
伸び率：ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−５８Ｔ
曲げ弾性率：ＡＳＴＭ  Ｄ７９０−５８Ｔ
ノッチ付アイゾット強さ：ＡＳＴＭ  Ｄ２５６−５６
【００４６】
【表１】
0004095832.tif 000002
【００４７】
【表２】
0004095832.tif 000003
【００４８】
現在好ましい実施形態であるとみなされていることに関して本発明を記載してきたが、本発明は開示した実施形態に限られないことを理解されたい。それとは反対に本発明は、特許請求の精神および範囲内に含まれる、さまざまな変更形態および均等な配置をカバーすることを意図するものである。以下の特許請求の範囲は、このような変更形態および均等な調合物および機能のすべてを含むように、最も広義の解釈と一致すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー溶接法の一般例を示す図である。
【図２】レーザー溶接法を行うことができない状況の一般例を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザービーム
２  第１の物品
３  第２の物品
４  表面
５  第１の物品
６  第２の物品
７  表面
８  表面
【図１】
0004095832.tif 000004
【図２】
0004095832.tif 000005