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JP2005231172A - 樹脂溶接装置 - Google Patents

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JP2005231172A
JP2005231172A JP2004042665A JP2004042665A JP2005231172A JP 2005231172 A JP2005231172 A JP 2005231172A JP 2004042665 A JP2004042665 A JP 2004042665A JP 2004042665 A JP2004042665 A JP 2004042665A JP 2005231172 A JP2005231172 A JP 2005231172A
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JP
Japan
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resin
resin material
burr
laser
welding apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004042665A
Other languages
English (en)
Inventor
Yozo Iwai
洋三 祝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
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Abstract

【課題】 本発明は、外観を損なうことなく、生産性の高い樹脂溶接装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 上記課題を解決するため、本発明の樹脂溶接装置では、
加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹脂材側から該レーザ光を照射することにより、該透過性樹脂材と該非透過性樹脂材との接合面を加熱溶融させて両者を一体的に接合する樹脂溶接装置であって、
接合後に前記接合面の外縁に生成した樹脂バリを、レーザ光を照射することにより除去するバリ除去用レーザ照射手段を備えることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、樹脂溶接装置に関し、詳しくは、重ね合わせた樹脂材の接合面を加熱源としてのレーザ光により加熱溶融させて、両者を一体的に接合する樹脂溶接装置に関する。
近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、自動車部品等、各種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等の観点より、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。
樹脂材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には、レーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹脂材側からレーザ光を照射することにより、透過性樹脂材と非透過性樹脂材との接合面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。
このレーザ溶着方法では、透過性樹脂材内を透過したレーザ光が非透過性樹脂材の接合面に到達して吸収され、この接合面に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される。その結果、非透過性樹脂材の接合面が加熱溶融されるとともに、この非透過性樹脂材の接合面からの熱伝達により透過性樹脂材の接合面が加熱溶融される。この状態で、透過性樹脂材の接合面及び非透過性樹脂材の接合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。
特開昭６０−２１４９３１号公報 特開平５−２１２５７０号公報
しかしながら、上記レーザ溶着方法を実現する樹脂溶接装置では、溶接時に治具等によって接合面同士が加圧されるが、その際、溶融した樹脂が樹脂バリとなって接合面の外縁に生成することがある。このような樹脂バリは、通常、ヤスリやナイフ、ショットブラスト等を用いた機械的な処理により除去されるが、かかる除去処理は、外観を損なうという問題や、自動化が困難で生産性が悪いという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、外観を損なうことなく、生産性の高い樹脂溶接装置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・発明の効果
上記課題を解決するため、本発明の樹脂溶接装置では、
加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹脂材側から該レーザ光を照射することにより、該透過性樹脂材と該非透過性樹脂材との接合面を加熱溶融させて両者を一体的に接合する樹脂溶接装置であって、
接合後に接合面の外縁に生成した樹脂バリを、レーザ光を照射することにより除去するバリ除去用レーザ照射手段を備えることを特徴とする。
上記本発明によると、接合面の外縁に生成した樹脂バリの除去を、従来の機械的な処理ではなく、レーザ光の照射によって行っている。このようなレーザ光の照射による除去は、樹脂バリを溶融させて行うため、外観を損なうことのない除去が可能となる。また、このようなレーザ光を用いた樹脂バリの除去は、従来の機械的な処理と比べて、自動化が容易で、生産性を向上させることに繋がる。
次に、本発明の樹脂溶接装置では、バリ除去用レーザ照射手段により溶融した樹脂バリを吸引することにより除去する吸引手段を備えるように構成することができる。このように構成することで、例えば、樹脂バリが巨大な場合であっても、外観を損なうことのない除去が可能となる。
次に、本発明の樹脂溶接装置では、樹脂バリの除去を不活性ガス雰囲気にて行うために、少なくとも該樹脂バリの周囲を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス雰囲気印加手段を備えるように構成することができる。このように構成することで、溶融した樹脂の酸化劣化を防止することが可能となる。
具体的には、不活性ガス雰囲気印加手段は、ガス噴射装置を用いて不活性ガスを樹脂バリに吹き付けるように構成することができる。このように構成することで、樹脂バリの除去を不活性ガス雰囲気にて簡便に行うことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る樹脂溶接装置１の概略構成図である。樹脂溶接装置１は、テーブル２上に非透過性樹脂材Ｂ及び透過性樹脂材Ａの順に重ね合わせられた２つの樹脂材Ａ，Ｂを溶接するために、該２つの樹脂材Ａ，Ｂをテーブル２方向に押圧する押圧治具３と、加熱源としてのレーザ光ＬＢ１を照射する溶接用レーザ照射手段４と、不活性ガス雰囲気を印加する手段としてのガス噴射装置５とを備えるとともに、接合後に接合面ＣＰの外縁に生成した樹脂バリＶを除去するために、樹脂バリＶを溶融させるレーザ光ＬＢ２を照射するためのバリ除去用レーザ照射手段６と、溶融した樹脂バリＶを吸引する吸引手段７とを備える。
上記透過性樹脂材Ａの種類としては、熱可塑性を有し、加熱源としてのレーザ光ＬＢ１を所定の透過率以上で透過させ得るものであれば特には限定されない。例えば、ナイロン６（ＰＡ６）やナイロン６，６（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−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、アクリル（ＰＭＭＥ）等を挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。
上記非透過性樹脂材Ｂの種類としては、熱可塑性を有し、加熱源としてのレーザ光ＬＢ１を透過さ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、上記透過性樹脂に、カーボンブラック、染料や顔料等の所定の着色材（レーザ吸収性を有する着色剤）を混入したものを挙げることができる。そのような着色剤としては、具体的には、カーボンブラック等の炭素系材料、複合酸化物系顔料等の無機系着色料を用いることができる。なお、透過性樹脂材に、レーザを透過する着色剤を添加しても良い。そのような着色剤として、例えば、アンスラキノン系、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料等がある。また、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。なお、本明細書でいうレーザの透過性及び非透過性は、相対的なものに過ぎないことを断っておく。
透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂの形状や両樹脂材の接合形態としては特に限定されるものではなく、板材や棒材等よりなる透過性樹脂材の接合端部及び非透過性樹脂材の接合端部の接合端面同士を突き合わせ接合するものや、所定形状の分割体よりなる透過性樹脂材の接合端部及び非透過性樹脂材の接合端部の接合端面同士の接合により一体的となって箱状体や管状体等の中空体を構成するものでもよい。
図２は、樹脂溶接装置１を用いて、透過性樹脂材Ａと非透過性樹脂材ＢとをレーザＬＢ１により溶接する工程（溶接工程）を表す図である。これによると、加熱源としてのレーザ光ＬＢ１に対して透過性のある透過性樹脂材Ａと、該レーザ光ＬＢ１に対して透過性のない非透過性樹脂材Ｂとを重ね合わせ、該透過性樹脂材Ａ側からレーザ光ＬＢ１を照射する。透過性樹脂材Ａ側から照射されたレーザ光ＬＢ１は該透過性樹脂材内を透過して非透過性樹脂材の接合面ＣＰに到達し、吸収される。この非透過性樹脂材Ｂの接合面ＣＰに吸収されたレーザ光ＬＢ１がエネルギーとして蓄積される結果、非透過性樹脂材Ｂの接合面ＣＰが加熱溶融されるとともに、この非透過性樹脂材Ｂの接合面ＣＰからの熱伝達により透過性樹脂材Ａの接合面ＣＰが加熱溶融される。この状態で、透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂの接合面ＣＰ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。
テーブル２上に非透過性樹脂材Ｂ及び透過性樹脂材Ａの順に重ね合わせられた２つの樹脂材Ａ，Ｂは、透過性樹脂材Ａ上に配された押圧治具３によりテーブル２側に押圧されることによって、接合面ＣＰ同士が加圧される。押圧治具３は、透過性樹脂材Ａ側からレーザ光ＬＢ１を透過させるため、透明なガラスやアクリル板等を使用すると良い。この場合、溶接部分の接着状況を目視確認等することができる。
また、押圧治具３は、少なくとも溶接部分近傍を、その直上から確実に押圧できるものであればよいので、透過性樹脂材Ａの上側主面全体を押圧するものでなくてもよい。したがって、透過性樹脂材Ａの上側主面にレーザＬＢ１を直接照射させるため、照射領域を露出させた形状の押圧治具３とすることも可能である。この場合、押圧治具３の材質は限定されず、金属製でも、ガラス製でも、樹脂製でも良い。
溶接用レーザ照射手段４により照射される加熱源としてのレーザ光ＬＢ１の種類としては、レーザ光を透過させる透過性樹脂材Ａの吸収スペクトルや肉厚（レーザ光の透過距離）等との関係で、透過性樹脂材Ａ内での透過率が所定値以上となるような波長を有するものが適宜選定される。例えば、ＹＡＧ：Ｎｄ３＋レーザ（レーザ光の波長：１０６０ｎｍ）や半導体（ダイオード）レーザ（レーザ光の波長：５００〜１０００ｎｍ）を用いることができる。なお、レーザの出力、焦点位置、溶着幅や加工速度（移動速度）等の照射条件は、透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂの種類等に応じて適宜設定可能である。
例えば、レーザＬＢ１の出力は、数〜数数百Ｗとすることができる。溶着幅は絞りにより変更できるが、通常は１〜５ｍｍとすることができる。レーザの焦点位置は、接合面ＣＰに合わせると良い。また、接合面ＣＰより非透過性樹脂材Ｂ側の深い位置にその焦点を合わせても良い。なお、その焦点位置の調整により、溶着幅の制御をも行い得る。
レーザの照射角度は、概ね、透過性樹脂材Ａの上面から４５°付近、またはそれを中心とした３０°〜６０°程度であると好ましい。レーザの照射角度をあまり大きくすると（つまり、押圧治具３の側面側に近づけると）、接合面ＣＰに焦点を合わせずらくなる。一方、レーザの照射角度をあまり小さくすると（つまり、接合体の上面側に近づけると）、屈折の影響が大きくなり、やはり、接合面ＣＰに焦点を合わせずらくなる。
本発明でいう溶接用レーザ照射手段４は、レーザ発生器、光ファイバーおよびレンズにより構成することができる。すなわち、レーザ発生器で発生したレーザＬＢ１は、光ファイバーを通り、レンズで集光されて、接合面ＣＰに向かって照射される。また、溶接すべき領域が線状に延在している場合や点在している場合、レーザＬＢ１を２つの樹脂材Ａ，Ｂに対して相対移動させる必要も生じ得る。このとき、溶接用レーザ照射手段４側を移動させるならば、例えば、２つの樹脂材Ａ，Ｂを押圧治具３を用いてテーブル２に固定し、ロボットのアームに照射手段４を把持させて、予め入力されたプログラムに従ってその照射手段４を移動させるようにしても良い。
上記溶接工程では、透過性樹脂材Ａの接合面ＣＰと非透過性樹脂材Ｂの接合面ＣＰとの間の隙間を不活性ガス雰囲気としてからレーザ光ＬＢ１の照射を行うことができる。このため、レーザ光ＬＢ１の照射により発熱して溶融した樹脂が酸素と接触することを防ぐことができる。したがって、押圧治具３による厳密な隙間管理を行うことなく、樹脂の酸化による分子劣化を効果的に防止することが可能となる。よって、溶着部の引張強度の低下等、樹脂部品の機械的物性が悪化することを防止することができる。
接合面ＣＰ間の隙間を不活性ガス雰囲気とするための不活性ガス雰囲気印加手段は特には限定されない。例えば、不活性ガス雰囲気とした炉内等に透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂを配置した状態でレーザ光ＬＢ１の照射を行うことも可能であるが、図２に示すように、ノズル等のガス噴射装置５を用いて、接合面ＣＰ間の隙間に不活性ガスＩＧを吹き付けることが好ましい。ガス噴射装置５により不活性ガスＩＧを吹き付ければ、簡便に、また、より確実に上記隙間を不活性ガス雰囲気とすることができ、したがって、より確実に樹脂の酸化劣化を防止することが可能となる。なお、不活性ガスの種類としては特に限定されず、アルゴンガスや窒素ガス等を適宜選択可能である。
図３は、樹脂溶接装置１を用いて、上記溶接工程後に接合面ＣＰの外縁に生成した樹脂バリＶをレーザ光ＬＢ２により除去する工程（バリ除去工程）を表す図である。樹脂バリＶは、バリ除去用レーザ照射手段６により照射されるレーザ光ＬＢ２によって加熱されて溶融する。そして、この溶融した樹脂は、樹脂材Ａ，Ｂに取り込まれることで除去されることとなる。なお、樹脂バリＶは、非透過性樹脂材Ｂを含む（非透過性樹脂材Ｂが主体的である）ため、レーザＬＢ２の種類としては、上述したレーザを用いることができる。また、上記の溶接用レーザ照射手段４を、バリ除去用レーザ照射手段として用いることも可能である。
また、溶融した樹脂バリＶは、吸引手段７による吸引によっても除去することが可能である。これは、特に、樹脂バリＶが巨大である場合に好適である。すなわち、樹脂バリＶが巨大である場合、レーザＬＢ２により溶融した樹脂が樹脂材Ａ，Ｂに取り込まれきれずに、膨らみ等となって外観を損なう畏れがあるため、溶融した樹脂バリＶを吸引手段７により吸引させることが好ましい。
また、上述と同様に、樹脂の酸化劣化を防止するため、樹脂バリＶの除去を不活性ガス雰囲気にて行うことが好ましい。この場合、少なくとも樹脂バリＶの周囲を不活性ガス雰囲気にすれば足りるため、不活性ガス雰囲気印加手段として上記ガス噴射装置５を用いることが簡便である。すなわち、溶接工程において用いたガス噴射装置５を、バリ除去工程においても用いることができる。詳しくは、ガス噴射装置５により不活性ガスＩＧを樹脂バリＶに吹き付けた状態で、バリ除去用レーザ照射手段６を用いてレーザＬＢ２を照射することで、樹脂バリＶを除去する。
以上のバリ除去工程では、接合面ＣＰの外縁に生成した樹脂バリＶの除去を、従来の機械的な処理ではなく、レーザ光ＬＢ２の照射によって行っている。このようなレーザ光ＬＢ２の照射による除去は、樹脂バリＶを溶融させて行うため、外観を損なうことのない除去が可能となる。また、このようなレーザ光を用いた樹脂バリの除去は、従来の機械的な処理と比べて、自動化が容易で、生産性を向上させることに繋がる。なお、本実施形態の樹脂溶接装置１では、樹脂バリＶを除去するための手段として、バリ除去用レーザ照射手段６、吸引手段７及びガス噴射装置５の３つを備えているが、これに限らず、吸引手段７及びガス噴射装置５のいずれか、若しくはその両方を欠いた構成であっても、本発明の効果を十分に有し得る。
本発明に係る樹脂溶接装置１の概略構成図 本発明に係る樹脂溶接装置１における溶接工程を表す図 本発明に係る樹脂溶接装置１におけるバリ除去工程を表す図
符号の説明
１ 樹脂溶接装置
２ テーブル
３ 押圧治具
４ 溶接用レーザ照射手段
５ ガス噴射装置
６ バリ除去用レーザ照射手段
７ 吸引手段
Ａ 透過性樹脂材
Ｂ 非透過性樹脂材
ＣＰ 接合面
Ｖ 樹脂バリ
ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光

Claims (4)

  1. 加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過性樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過性樹脂材とを重ね合わせた後、該透過性樹脂材側から該レーザ光を照射することにより、該透過性樹脂材と該非透過性樹脂材との接合面を加熱溶融させて両者を一体的に接合する樹脂溶接装置であって、
    接合後に前記接合面の外縁に生成した樹脂バリを、レーザ光を照射することにより除去するバリ除去用レーザ照射手段を備えることを特徴とする樹脂溶接装置。
  2. 前記バリ除去用レーザ照射手段により溶融した前記樹脂バリを吸引することにより除去する吸引手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の樹脂溶接装置。
  3. 前記樹脂バリの除去を不活性ガス雰囲気にて行うため、少なくとも該樹脂バリの周囲を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス雰囲気印加手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂溶接装置。
  4. 前記不活性ガス雰囲気印加手段は、ガス噴射装置を用いて不活性ガスを前記樹脂バリに吹き付けることを特徴とする請求項３に記載の樹脂溶接装置。
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