(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光照射により樹脂部材を互いに接合する樹脂部材のレーザ接合方法において、
該樹脂部材の少なくとも一方をレーザ光透過性材料で構成し、
該樹脂部材の接合する面の間にレーザ光吸収材を部分的に、かつ接合部に得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化させて配設し、
そして前記レーザ光透過性の樹脂部材側からレーザ光を該レーザ光吸収材よりも広い範囲に照射することを特徴とする樹脂部材のレーザ接合方法。
【請求項２】
前記樹脂部材のいずれもがレーザ光透過性材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の樹脂部材のレーザ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂部材を重ねてレーザにより接合する樹脂部材の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層された樹脂部材のレーザ接合技術として、特開平２０００−２１８６９８号が知られている。
【０００３】
この方法は、図５に示すように、レーザ光源１１に対して上側をレーザ光１２に透明な樹脂部材１４を配し、下側にはレーザ光１２を吸収する樹脂あるいは他の素材の部材１５を配し、これら重ねた部材１４、１５とレーザ光源１１との間に接合すべき形状に合わせた開口部１９を有するマスク１３を配置して、レーザ光１２を照射することにより、樹脂部材１４、１５の接触面１７に溶融域１６を順次形成して、樹脂部材１４、１５を正確で高品質な接合部で接合するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報の方法では、重ねた部材１４、１５に対するマスク１３の位置や角度、あるいはレーザ光源１１の角度がずれた場合、部材１４、１５の正確な位置に接合部を得られない問題があった。
【０００５】
また樹脂部材のデフォームや反り、変形等を防止するために、接合部の接合強度を複数の接合部のいくつかで変えようとすると、レーザ光照射のオンオフ制御やレーザ出力の制御が必要になり、レーザ接合機の制御が複雑になって、接合された部材の品質低下を招いたり、接合作業の時間増大やコスト上昇を招く問題があった。
【０００６】
従って、本発明の課題は、樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光照射により樹脂部材を互いに接合する樹脂部材のレーザ接合方法において、レーザ光照射位置が多少ずれても正確な位置に接合部を得ることができ、レーザ出力の変更等をすることなく接合強度の部分的な変化をも可能とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、
樹脂部材を重ね合わせて、レーザ光照射により樹脂部材を互いに接合する樹脂部材のレーザ接合方法において、
該樹脂部材の少なくとも一方をレーザ光透過性材料で構成し、
該樹脂部材の接合する面の間にレーザ光吸収材を部分的に、かつ接合部に得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化させて配設し、
そして前記レーザ光透過性の樹脂部材側からレーザ光を該レーザ光吸収材よりも広い範囲に照射することを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、重ね合わせた樹脂部材間に配設したレーザ光吸収材により接合部の位置が規定されるので、レーザ光照射位置が多少ずれても、レーザ光吸収材を含む広めの範囲に照射しておくことにより、所望の位置に正確に接合部を得ることができる。また樹脂部材間にレーザ光吸収材を得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化させて配設するので、レーザ出力を変えないでも同一のレーザ出力でレーザ光を照射することにより、樹脂部材の接合部に所望の接合強度を得ることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の樹脂部材のレーザ接合方法において、
前記樹脂部材のいずれもがレーザ光透過性材料で構成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、重ね合わせた樹脂部材のいずれもがレーザ光透過性材料で構成されるので、レーザ光のレーザ光吸収材への照射を重ね合わせた樹脂部材のいずれの側から行っても、樹脂部材を接合することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳述する。
【００１４】
図１は、本発明の樹脂部材のレーザ接合方法の一実施の形態を示す概念図、図２は、本実施の形態の接合方法を自動車のインストルメントパネル部分に適用した場合を示す説明図である。
【００１５】
図１において、符号１、２はレーザ光透過性の熱可塑性樹脂からなる樹脂部材で、図１（ａ）は重ね合わされた樹脂部材１、２との間に複数箇所ある接合部のうちの一つの接合部を、図１（ｂ）は他の一つの接合部を示す。５（５ａ、５ｂ）は、樹脂部材１、２の接合部となる重ね合わせ面間に配設したレーザ光吸収材、８は図示しないレーザ接合機のレーザ射出端に設けられた合焦レンズを示す。レーザ光吸収材５は、たとえば樹脂等の媒体にレーザ光吸収剤を配合してなっている。
【００１６】
本発明では、先ず、樹脂部材１、２を接合すべき位置で正確に接合するために、樹脂部材１、２の重ね合わせ面の間にレーザ光吸収材５を配設して、樹脂部材１、２の一方からレーザ光吸収材５にレーザ光１０を照射し、レーザ光吸収材５の発熱により樹脂部材１、２の重ね合わせ面を溶融して接合するものである。
【００１７】
このようなレーザ光吸収材５を配設すれば、樹脂部材１、２の接合部の位置がレーザ光吸収材５により規定されるので、レーザ光１０の照射位置が多少ずれても、レーザ光吸収材５を含む広めの範囲に照射することにより、樹脂部材１、２の所望の位置に正確に接合部を得ることができる。
【００１８】
つぎに本発明では、レーザ光の出力を変えないでも、接合部の接合強度を変化可能とするために、配設するレーザ光吸収材５のレーザ光吸収率を変えるようにしてある。図１の例では、図１（ａ）のレーザ光吸収材５ａのレーザ光吸収率よりも、図１（ｂ）のレーザ光吸収材５ｂでレーザ光吸収率を相対的に大としてある。
【００１９】
このようにレーザ光吸収率を変化させてレーザ光吸収材５を配設すれば、レーザ光１０を同一の出力で発生させて照射しても、レーザ光吸収材５ｂは、レーザ光吸収材５ａよりも高い吸収効率でレーザ光エネルギーを吸収して熱エネルギーに変換するので、図１（ｂ）では、樹脂部材１、２の重ね合わせ面が強く溶融して接合され、樹脂部材１、２間に、図１（ａ）の接合部よりも相対的に強い接合強度が得られる。
【００２０】
本発明は、上記のように、レーザ光照射による接合にレーザ光吸収材を利用することにより、樹脂部材の正確な位置に接合部を得、また接合部の接合強度を調整し得るようにした。
【００２１】
本発明において、レーザ光吸収材５のレーザ光吸収率の変更は、レーザ光吸収材５中のレーザ光吸収剤含有量を変えることで実現することができる。レーザ光吸収剤としては、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系のもの、フェライト等の無機系のもの、銅フタロシアニン系顔料等の有機系のものが挙げられる。
【００２２】
レーザ光吸収材５を樹脂部材１、２間に配設するには、上記のレーザ光吸収材５を薄膜に形成して樹脂部材１または２の接合面に貼り付けたり、レーザ光吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いて、樹脂部材１、２の接合面の一方に塗布若しくは印刷でレーザ光吸収材５を形成することにより、簡単に配設することができる。
【００２３】
樹脂部材１、２は熱可塑性樹脂であることを要し、またそのうちの一方はレーザ光透過性を有することを必要とするが、他方はレーザ光透過性を有しなくてもよく、樹脂自体が不透明でも、あるいは着色されていて不透明であってもよい。
【００２４】
レーザ光透過性を有する熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、アセタール樹脂などの部材が挙げられる。
【００２５】
樹脂部材を接合するのに用いるレーザとしては、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、アルゴンレーザ、半導体レーザ等の各種のものが使用できる。より好ましくは、高出力が得られるＹＡＧレーザがよい。
【００２６】
上記したように、樹脂部材１と２の間に配設したレーザ光吸収材５により接合部の位置が規定されるため、レーザ光１０はレーザ光吸収材５に焦点が合っていなくてもよい。レーザ光照射位置が多少ずれても、レーザ光吸収材５を含む広めの範囲に照射しておけば、所望の位置に接合部を得ることができる。
【００２７】
さて、本実施の形態の接合方法を自動車のインストルメントパネル（ダッシュボード）のベンチレターに連なる部分に適用した場合を図２により説明する。
【００２８】
図２において、フロントガラス９に続くインストルメントパネル７の裏面には、図示しないラジエターグリルから外気を導くダクト６が配置される。このダクト６は、つづら折り形状に上下に折曲されていて、そのつづら折りの上側の３箇所のダクト部分６ａ、６ｂ、６ｃがパネル７への取付部となっており、このダクト部分６ａ〜６ｃをダクト側６からレーザ光照射してパネル７に接合する。インストルメントパネル７、ダクト６は共に熱可塑性樹脂からなっており、ダクト６の方は着色がしてなく、透明でレーザ光透過性を有している。
【００２９】
このうちダクト部分６ａ、６ｂを取り付けるパネル７の部位▲１▼、▲２▼は、乗員に近い等で目立つため、パネル７の外観のデフォームや反り、変形等のデフォーム要件が厳しく、従来であると、デフォーム等を避けるために、できるだけレーザ出力を低くして接合する必要がある。一方、フロントガラス９に近いダクト部分６ｃを取り付けるパネル２の部位▲３▼は乗員から目立たなく、また端面のため高い剛性を必要とするので、従来であると、レーザ出力を大きくして接合する必要がある。このため、従来は、レーザ光照射のオンオフ制御やレーザパワーの制御が必要になり、レーザ接合機の制御が複雑になって、接合された部材の品質低下を招いたり、接合作業の時間増大やコスト上昇を招く問題が生じていた。
【００３０】
本実施の形態では、このような不都合を避けるために、インストルメントパネル７とダクト部分６ａ、６ｂの間にレーザ光吸収率が低めのレーザ光吸収材５ａ、５ａを配設し、パネル７とダクト部分６ｃの間にレーザ光吸収率が高めの５ｂを配設して、レーザ光照射による接合に供する。
【００３１】
レーザ接合機はインストルメントパネル７の下方に位置し、レーザ出力を所望の一定値に維持した状態でパネル７に平行移動させながら、レーザ接合機の射出端のレンズ８を通ったレーザ光１０を下方からダクト部分６ａとパネル７との間のレーザ光吸収材５ａに照射して、ダクト部分６ａとパネル７とを配設方向に沿って接合する。ついで接合機の平行移動によりダクト部分６ｂに移り、ダクト部分６ｂのレーザ光吸収材５ａにレーザ光１０を照射して、ダクト部分６ｂとパネル７とを接合し、同様にダクト部分６ｃに移動して、ダクト部分６ｃのレーザ光吸収材５ｃにレーザ光１０を照射して、ダクト部分６ｃとパネル７とを接合する。
【００３２】
以上により、１回のレーザ光の照射走査で、パネル７の部位▲１▼、▲２▼にデフォーム等を生じることなく、ダクト部分６ａ、６ｂを接合でき、またパネル２の部位▲３▼にダクト部分６ｃを高い剛性で接合することができる。またそれらダクト部分６ａ、６ｂ、６ｃとパネル７との接合部を正確な位置に得ることができる。
【００３３】
本実施の形態は以上のように構成されるので、つぎの作用効果を奏する。
（１）重ね合わせた樹脂部材間に配設したレーザ光吸収材により接合部の位置が規定されるので、レーザ光照射位置が多少ずれても、レーザ光吸収材を含む広めの範囲に照射しておくことにより、所望の位置に正確に接合部を得ることができる。
（２）樹脂部材間にレーザ光吸収材を、その樹脂部材の接合部に得たい接合強度に応じてレーザ光吸収率を変化させて配設するので、レーザ出力を変えないで同一のレーザ出力でレーザ光を照射することにより、樹脂部材の接合部に所望の接合強度を得ることができる。
（３）レーザ光吸収材は樹脂にレーザ光吸収剤を配合してなるので、樹脂部材の接合面に、レーザ光吸収剤を含有したレーザ光吸収材の薄膜を貼り付けたり、レーザ光吸収剤を含有した樹脂等の溶液を用いてレーザ光吸収材を塗布若しくは印刷で設けることにより、樹脂板同士の間に容易に配設することができる。
（４）重ね合わせた樹脂部材のいずれもがレーザ光透過性材料で構成されるので、レーザ光のレーザ光吸収材への照射を重ね合わせた樹脂部材の上方、下方のいずれの側から行っても、樹脂部材を接合することができる。
【００３４】
以上の実施の形態では、２個の樹脂部材を重ねて接合する例を示したが、本発明は、３個以上の樹脂部材を重ねて接合する場合にも適用することができる。例えば３個の場合を例示すると、図３（ａ）に示すように、樹脂部材１、２、３を重ね合わせた積層体をレーザ照射方向に見た平面視で、樹脂部材１、２の間、樹脂部材２、３の間にレーザ光吸収材５が重ならないように配設する。即ち、図３（ｂ）に示すように、樹脂部材１、２の間にレーザ光吸収材５を例えば市松模様状に配置し、樹脂部材２、３の間には、図３（ｂ）の白抜きの分部に相当する箇所にレーザ光吸収材５を配置すればよい。
【００３５】
このようにレーザ光吸収材５を配設することにより、樹脂部材１または樹脂部材３側からレーザ光１０を照射することで、樹脂部材１、２の間のレーザ光吸収材５、樹脂部材２、３の間のレーザ光吸収材５を発熱させて、樹脂部材１と２、樹脂部材２と３を接合することができる。従って、重ね合わせた樹脂部材１、２、３が図外の箇所でも接合される場合に、それぞれの接合部で得たい強度に応じてレーザ光吸収材５のレーザ光吸収率を調整して配設すればよい。
【００３６】
また２個の樹脂部材が複数箇所で重なる場合に、その複数箇所で接合する場合を例に取って説明したが、たとえば図４（ａ）に示すように、２個の樹脂部材が全面で重なる場合に、その重ね合わせ面の複数箇所、例えば４箇所で接合する際にも適用することができる。レーザ光吸収材５を所要の４箇所で樹脂部材間に配設し、点線Ｌで示すように、レーザ光吸収材５を含む範囲にレーザ光の照射走査を行えばよい。
【００３７】
さらには、図４（ｂ）に示すように、２個の樹脂部材を１つの接合部において接合する場合に、たとえば接合部の中央部で、レーザ光吸収率が高めのレーザ光吸収材５ｂを配設して接合強度を大、その周囲部でレーザ光吸収率が低めのレーザ光吸収材５ａを配設して接合強度を小とするような形態の接合にも、適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の樹脂部材のレーザ接合方法によれば、樹脂部材の接合部となる重ね合わせ面間にレーザ光吸収材を配設して、レーザ光照射によりレーザ光吸収材を発熱させて樹脂部材を接合するので、樹脂部材の正確な位置に接合部を得ることができ、かつレーザ光吸収材のレーザ光吸収率を変えることにより、レーザ出力の変更等をすることなく接合強度を部分的に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂部材のレーザ接合方法の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１の実施の形態の接合方法を自動車のインストルメントパネル部分に適用した例を示す説明図である。
【図３】本発明の接合方法を３個以上重ねた樹脂部材の接合に適用する場合を示す説明図である。
【図４】本発明の接合方法で可能な接合法の他の例を示す説明図である。
【図５】従来の樹脂部材のレーザ接合方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１〜３  樹脂部材
５、５ａ、５ｂ  レーザ光吸収材
６      ダクト
６ａ〜６ｃ  ダクト部分
７      インストルメントパネル
８      レンズ
９      フロントガラス
１０    レーザ光
【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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