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JP3630293B2 - 樹脂材のレーザ溶着方法 - Google Patents

樹脂材のレーザ溶着方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂材のレーザ溶着方法に関し、詳しくは、重ね合わせた樹脂材の接合面を溶着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材のレーザ溶着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、特開昭６０−２１４９３１号公報には、レーザ光に対して透過性のある透過樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過樹脂材とを重ね合わせた後、該透過樹脂材側からレーザ光を照射することにより、透過樹脂材と非透過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。
【０００３】
このレーザ溶着方法では、透過樹脂材内を透過したレーザ光が非透過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、非透過樹脂材の接合面が加熱溶融されるとともに、この非透過樹脂材の接合面からの熱伝達により透過樹脂材の接合面が加熱溶融される。この状態で、透過樹脂材の接合面及び非透過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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ溶着方法では、透過樹脂材内を透過する際のレーザ光のエネルギーロスが大きければ、非透過樹脂材及び透過樹脂材の接合面における加熱溶融が不十分となり、十分な溶着強度を達成することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、透過樹脂材内を透過する際のレーザ光のエネルギーロスを抑えて、十分な溶着強度を達成することのできる樹脂材のレーザ溶着方法を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の樹脂材のレーザ溶着方法は、加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過樹脂材とを重ね合わせた後、該透過樹脂材側から該レーザ光を照射することにより、該透過樹脂材と該非透過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材のレーザ溶着方法において、上記透過樹脂材はガラス繊維を含有するナイロン６であって、該透過樹脂材の板厚が１〜５ｍｍであり、該透過樹脂材内の透過率が２６％以上となるような１．５〜２．５μｍの波長を有するレーザ光を加熱源として用いることを特徴とするものである。
好適な態様において、前記加熱源として半導体レーザ又はＨＦ化学レーザを用いる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂材のレーザ溶着方法では、加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過樹脂材とを重ね合わせ、該透過樹脂材側からレーザ光を照射する。透過樹脂材側から照射されたレーザ光は該透過樹脂材内を透過して非透過樹脂材の接合面に到達し、吸収される。この非透過樹脂材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結果、非透過樹脂材の接合面が加熱溶融されるとともに、この非透過樹脂材の接合面からの熱伝達により透過樹脂材の接合面が加熱溶融される。この状態で、透過樹脂材の接合面及び非透過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。
【０００８】
そして、本発明方法では、ガラス繊維を含有するナイロン６である透過樹脂材の板厚が１〜５ｍｍであり、該透過樹脂材内の透過率が２６％以上となるような１．５〜２．５μｍの波長を有するレーザ光を加熱源として用いる。このため、透過樹脂材側から照射されたレーザ光は該透過樹脂材内を十分に透過し、透過樹脂材内を透過するレーザ光のエネルギーロスが低減される。したがって、透過樹脂材及び非透過樹脂材の接合面を加熱溶融させるのに十分なエネルギーが該接合面に蓄積され、その結果該接合面で十分な加熱溶融が起こり、十分な溶着強度を達成することが可能となる。
【０００９】
上記透過樹脂材としては、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うるものである、ガラス繊維を含有するナイロン６を用いる。なお、必要に応じて、着色したものを用いてもよい。
【００１０】
上記非透過樹脂材の種類としては、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、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）やスチレン−アクリロニトリル共重合体等に、カーボンブラック等の所定の着色剤を混入したものを挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維等で強化したものを用いてもよい。
【００１１】
加熱源として用いるレーザ光の種類としては、レーザ光を透過させる透過樹脂材の吸収スペクトルや板厚（透過長）等との関係で、板厚が１〜５ｍｍの透過樹脂材内での透過率が２６％以上となるような１．５〜２．５μｍの波長を有するものが適宜選定される。例えば、ガラス繊維を３０ｗｔ％含有し、板厚が１〜５ｍｍ程度のナイロン６を透過樹脂材として用いた場合は、レーザ光の波長が１．５〜２．５μｍ程度であれば、該透過樹脂材内での透過率が２６％以上となるので、かかる範囲内の波長を有する種々の半導体レーザやＨＦ化学レーザ等を用いることができる。
【００１２】
なお、レーザの出力や加工速度（移動速度）等の照射条件は、透過樹脂材及び非透過樹脂材の種類等に応じて適宜設定可能である。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００１４】
（参考例）
ガラス繊維が３０ｗｔ％添加されて強化されたナイロン６からなり、加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある板厚３ｍｍの透過樹脂材１と、カーボンブラックが所定量添加されたナイロン６からなり、加熱源としてのレーザ光に対して透過性のない板厚３ｍｍの非透過樹脂材２とを準備した。一方、波長が１．０６μｍのＹＡＧ：Ｎｄ3+レーザ光を発するレーザトーチ３を準備した。
【００１５】
そして、図１に示すように、非透過樹脂材２の上に透過樹脂材１を重ね合わせるとともに、透過樹脂材１及び非透過樹脂材２を図示しないクランプ手段でクランプした。この状態で、レーザトーチ３を透過樹脂材１側から照射して、透過樹脂材１と非透過樹脂材２とをレーザ溶着により一体的に接合した。なお、レーザの出力は４００Ｗ、加工速度は４ｍ／ｍｉｎとした。
【００１６】
上記レーザトーチ３から発せられたレーザ光が透過樹脂材１を透過する際の透過率を測定したところ、４０％であった。また、透過樹脂材１と非透過樹脂材２との溶着強度を測定したところ、５０ＭＰａであった。
【００１７】
なお、透過率は、入射エネルギーをワーク有無で算出することにより測定し、溶着強度は、溶着部を引張り破断することにより測定した。
【００１８】
（レーザの透過率と溶着強度との関係）
上記参考例において、透過樹脂材１に着色剤としての染料を添加し、その添加量を種々変更することにより、透過樹脂材１におけるレーザ光の透過率を種々変更して、透過樹脂材１におけるレーザ光の透過率と溶着強度との関係を調べた。その結果を図２に示す。
【００１９】
図２から明らかなように、透過樹脂材１におけるレーザ光の透過率が２６％以上あれば、溶着強度が４５ＭＰａ以上となり、十分な溶着強度を達成できることがわかる。
【００２０】
（実施例）
（レーザ光の波長と透過率との関係）
ガラス繊維が３０ｗｔ％添加されたナイロン６からなる透過樹脂材１におけるレーザ光の透過率と、レーザ光の波長との関係を、板厚１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの各透過樹脂材１について調べた。その結果を図３に示す。
【００２１】
図３から明らかなように、レーザ光の波長を１．５〜２．５μｍ程度とすれば、５ｍｍと厚い透過樹脂材１であってもレーザ光の透過率が２６％以上となった。これに対し、波長が１．０６μｍであるＹＡＧ：Ｎｄ３＋レーザの場合、透過樹脂材１の板厚が５ｍｍ以上に厚くなると、透過率が２４％程度以下になった。
【００２２】
したがって、ガラス繊維が３０ｗｔ％添加されたナイロン６からなり、板厚５ｍｍ程度以下の透過樹脂材１をレーザ溶着する場合は、レーザ光の波長を１．５〜２．５μｍ程度とすることにより、透過樹脂材１におけるレーザ光の透過率を２６％以上として十分な溶着強度を達成できることが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の樹脂材のレーザ溶着方法によれば、透過樹脂材内を透過するレーザ光のエネルギーロスが低減されるので、透過樹脂材及び非透過樹脂材の接合面で十分な加熱溶融が起こり、十分な溶着強度を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係り、樹脂材のレーザ溶着方法を説明する概略断面図である。
【図２】透過樹脂材におけるレーザ光の透過率と溶着強度との関係を示す線図である。
【図３】レーザ光の波長と透過樹脂材におけるレーザ光の透過率との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１…透過樹脂材 ２…非透過樹脂材
３…レーザトーチ

Claims (2)

  1. 加熱源としてのレーザ光に対して透過性のある透過樹脂材と、該レーザ光に対して透過性のない非透過樹脂材とを重ね合わせた後、該透過樹脂材側から該レーザ光を照射することにより、該透過樹脂材と該非透過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材のレーザ溶着方法において、
    上記透過樹脂材はガラス繊維を含有するナイロン６であって、該透過樹脂材の板厚が１〜５ｍｍであり、該透過樹脂材内の透過率が２６％以上となるような１．５〜２．５μｍの波長を有するレーザ光を加熱源として用いることを特徴とする樹脂材のレーザ溶着方法。
  2. 前記加熱源として半導体レーザ又はＨＦ化学レーザを用いることを特徴とする請求項１記載の樹脂材のレーザ溶着方法。
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