[go: up one dir, main page]

JP4396823B2 - 樹脂溶接装置 - Google Patents

樹脂溶接装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4396823B2
JP4396823B2 JP2004056324A JP2004056324A JP4396823B2 JP 4396823 B2 JP4396823 B2 JP 4396823B2 JP 2004056324 A JP2004056324 A JP 2004056324A JP 2004056324 A JP2004056324 A JP 2004056324A JP 4396823 B2 JP4396823 B2 JP 4396823B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin material
laser
laser beam
permeable
hollow portion
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2004056324A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005246633A (ja
Inventor
洋三 祝
保典 河本
毅 早河
文男 河西
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
Priority to JP2004056324A priority Critical patent/JP4396823B2/ja
Publication of JP2005246633A publication Critical patent/JP2005246633A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4396823B2 publication Critical patent/JP4396823B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/61—Joining from or joining on the inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1635—Laser beams characterised by the way of heating the interface at least passing through one of the parts to be joined, i.e. laser transmission welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1654—Laser beams characterised by the way of heating the interface scanning at least one of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1664—Laser beams characterised by the way of heating the interface making use of several radiators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1677—Laser beams making use of an absorber or impact modifier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/124—Tongue and groove joints
    • B29C66/1244—Tongue and groove joints characterised by the male part, i.e. the part comprising the tongue
    • B29C66/12443—Tongue and groove joints characterised by the male part, i.e. the part comprising the tongue having the tongue substantially in the middle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/124—Tongue and groove joints
    • B29C66/1246—Tongue and groove joints characterised by the female part, i.e. the part comprising the groove
    • B29C66/12463—Tongue and groove joints characterised by the female part, i.e. the part comprising the groove being tapered
    • B29C66/12464—Tongue and groove joints characterised by the female part, i.e. the part comprising the groove being tapered being V-shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/128—Stepped joint cross-sections
    • B29C66/1282—Stepped joint cross-sections comprising at least one overlap joint-segment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/128—Stepped joint cross-sections
    • B29C66/1284—Stepped joint cross-sections comprising at least one butt joint-segment
    • B29C66/12841—Stepped joint cross-sections comprising at least one butt joint-segment comprising at least two butt joint-segments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/14—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections the joint having the same thickness as the thickness of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/54—Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles
    • B29C66/547—Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles, e.g. endless tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/812—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/8126—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps characterised by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/81266—Optical properties, e.g. transparency, reflectivity
    • B29C66/81267—Transparent to electromagnetic radiation, e.g. to visible light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
    • B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1603—Laser beams characterised by the type of electromagnetic radiation
    • B29C65/1612—Infrared [IR] radiation, e.g. by infrared lasers
    • B29C65/1616—Near infrared radiation [NIR], e.g. by YAG lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B29C65/1687—Laser beams making use of light guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

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７−１１８７８３号公報 特開平８−３９２７７号公報
上記レーザ溶着方法を実現する樹脂溶接装置では、溶接時に治具によって接合部が加圧されるが、例えば図４に示すように、接合部にレーザ光を照射するために、治具が、レーザ光に対して透過性のあるガラスや透明樹脂（ポリカーボネイト、アクリルなど）等の材料から構成されることが多い。しかしながら、このようなガラス等で構成された治具は、樹脂材のソリやヒケ等により接合部に生じる隙間を矯正させる程度の高荷重を加えるには、剛性が十分でない。また、治具を透過するレーザ光が屈折するため、レーザ光の焦点を接合部の位置で安定させることが困難である。これらの要因により、接合品の接合状態が不良となるという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、樹脂材に高荷重を加えること、及びレーザ光の焦点位置を安定させることが可能で、ひいては良好な接合状態の接合品を得ることが可能な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部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、
前記透過性樹脂材及び前記非透過性樹脂材は、筒状体を周方向に分割して形成され、それらを重ね合わせた状態で中空部と複数の接合部を形成するものであり、
前記複数の接合部を密着させるため、前記透過性樹脂材及び前記非透過性樹脂材を外側から押圧する押圧治具と、
前記複数の接合部のそれぞれに対して前記中空部内から前記レーザ光を同時に照射するため、該中空部内を軸方向に移動可能に構成されたレーザヘッドを備えることを特徴とする。
上記本発明によると、重ね合わせた状態で中空部を形成する透過性樹脂材及び非透過性樹脂材に対し、外側から押圧治具によって押圧した状態で、中空部内からレーザ光を接合部に照射する。このように構成することで、樹脂材が有するソリやヒケ等によって接合部に生じる隙間を良好に矯正することが可能であるとともに、レーザ光を接合部に直接照射することができるため、レーザ光の焦点位置を安定させ易くなる。これによって、良好な接合状態の接合品を得ることが可能となる。さらには、中空部内からレーザ光を照射することから、接合品の外側表面における樹脂バリの発生を抑制することが可能となる。
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、重ね合わせた状態、すなわち接合されるべき状態で中空部ＨＬを形成する透過性樹脂材Ａと非透過性樹脂材Ｂとを溶接するために、２つの樹脂材Ａ，Ｂを外側から押圧して接合部ＣＰを密着させる押圧治具３と、中空部ＨＬ内を移動可能に構成され、中空部ＨＬ内から接合部ＣＰに対してレーザ光ＬＢを照射するレーザヘッド５と、を備える。なお、透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂの外側とは、中空部ＨＬを内側として、それに対する外側を意味する。
上記樹脂溶接装置１を用いて、透過性樹脂材Ａと非透過性樹脂材Ｂとを溶接する工程は、以下の通りである。２つの樹脂材Ａ，Ｂは、接合部ＣＰを密着させるように外側から押圧治具３により押圧され、その状態で、中空部ＨＬ内に配されたレーザヘッド５から加熱源としてのレーザ光ＬＢが照射される。照射されたレーザ光ＬＢは透過性樹脂材Ａ内を透過して非透過性樹脂材Ｂ側の接合部ＣＰに到達し、吸収される。この非透過性樹脂材Ｂ側の接合部ＣＰに吸収されたレーザ光ＬＢがエネルギーとして蓄積される結果、非透過性樹脂材Ｂ側の接合部ＣＰが加熱溶融されるとともに、この非透過性樹脂材Ｂ側の接合部ＣＰからの熱伝達により透過性樹脂材Ａ側の接合部ＣＰが加熱溶融される。これによって、両者を一体的に接合することができる。
上記樹脂溶接装置１では、透過性樹脂材Ａと非透過性樹脂材Ｂとが形成する中空部ＨＬ内から接合部ＣＰに対してレーザ光ＬＢの照射を行うため、これらの樹脂材Ａ，Ｂを外側で押圧する押圧治具３の材質は何ら限定されることはない。すなわち、押圧治具３は、レーザ光ＬＢを透過させることがないため、ガラスや透明樹脂（ポリカーボネイト、アクリルなど）等の材料を用いる必要はなく、剛性の高い材料（例えば、ガラス材料よりも剛性の高い材料）にて構成することができる。これにより、樹脂材Ａ，Ｂが有するソリやヒケ等によって接合部ＣＰに隙間が生じる場合であっても、押圧治具３に高荷重を加えることができ、そのような隙間を矯正して溶接を行うことが可能となる。また、治具等を透過させずにレーザ光ＬＢを接合部ＣＰに照射することが可能であるため、レーザ光ＬＢの焦点位置を安定させ易いという利点もある。さらには、接合部ＣＰに対して中空部ＨＬ内からレーザ光ＬＢを照射することから、接合品（接合後の樹脂材Ａ，Ｂ）の外側表面における樹脂バリの発生を抑制することが可能となる。
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ＬＢ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ＬＢ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は、重ね合わせた状態、すなわち接合されるべき状態で中空部ＨＬを形成する。また、後述するレーザヘッド５を中空部ＨＬ内に挿入させることが可能な挿入部分を有する。例えば、透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂを、重ね合わせた状態で少なくとも一端が開放された中空形状となるようにすることができる。図２は、図１の樹脂溶接装置１の斜視図（押圧治具３を破線で示している）である。なお、図の透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂは、重ね合わせた状態で、両端が開放された中空形状（筒状）となっている。
透過性樹脂材Ａと非透過性樹脂材Ｂとが接合される接合部ＣＰの形態としては、例えば図１に示すように、互い違いとなるように厚さを減じたそれぞれの端部を突き合わせた接合形態とすることができる。このような接合形態とすることで、接触面積を確保することができる。なお、この場合、レーザ光ＬＢは中空部ＨＬ内から照射されるので、接合部ＣＰは、内側を透過性樹脂材Ａ、外側を非透過性樹脂材Ｂとする。また、例えば図３に示すように、一方の端面に突起部を設け、他方の端面を該突起部と嵌合する形状、若しくは該突起部を食い込ませる平坦な形状として、両者を突き合わせた接合形態とすることもできる。樹脂材Ａ，Ｂは、それぞれ接合端を突き合わせる方向（図中の方向Ｐ）に押圧されるので、このような接合形態は、接合部ＣＰに生じる隙間を矯正しやすいという利点がある。なお、この場合、突起部にレーザ光ＬＢを照射するため、非透過性樹脂材Ｂ側の端面に突起部を設ける。
透過性樹脂材Ａ及び非透過性樹脂材Ｂは、押圧治具３によって外側から押圧されて、接合部ＣＰが密着させられる。詳しくは、押圧治具３は、透過性樹脂材Ａの外側表面を保持して押圧する第一押圧部材３１と、非透過性樹脂材Ｂの外側表面を保持して押圧する第二押圧部材３２とを有する。そして、それぞれの押圧部材３１，３２に対し、樹脂材Ａ，Ｂの接合端を突き合わせる方向（図中の方向Ｐ）に荷重を加えることによって、樹脂材Ａ，Ｂを押圧し、接合部ＣＰに生じる隙間を矯正する。また、押圧治具３は、後述するレーザヘッド５を中空部ＨＬ内に挿入させるため、樹脂材Ａ，Ｂが有する上述の挿入部分を露出させる形状とされている。なお、レーザ光ＬＢの照射は中空体ＨＬ内より行われるため、押圧治具３には、ガラス材料等を用いる必要はなく、接合部ＣＰに生じる隙間を矯正させる程度の高荷重を加えることが可能な高剛性の材料を用いることができる。具体的には、押圧治具３は、ガラス材料よりも剛性の高い材料、例えば金属等にて構成することができる。または、ガラス材料等を従来よりも厚くした押圧治具３を用いることも可能である。従来の樹脂溶接装置（図４参照）では、高荷重を加えるために治具３０を厚くした場合、治具３０を透過するレーザ光ＬＢの屈折により、レーザ光ＬＢの焦点位置を接合部ＣＰに安定させることが大変困難となる。しかしながら、本発明の樹脂溶接装置１では、中空体ＨＬ内から接合部ＣＰにレーザ光ＬＢを照射するため、押圧治具３の厚さに関しても何ら限定されることはない。
レーザヘッド５から照射される加熱源としてのレーザ光ＬＢ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。
上記レーザヘッド５は、例えば、レーザ発生器で発生したレーザ光ＬＢを、光ファイバーを通し、レンズで集光して、接合部ＣＰに向かって照射するものとすることができる。若しくは、励起光を光ファイバー内で増幅させるファイバーレーザを用いることもできる。このような引き回しが容易なファイバーを用いた形態は、レーザヘッド５を中空部ＨＬ内で移動可能に構成するのに好適である。
レーザ光ＬＢの出力は、例えば、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、接合部ＣＰに合わせると良い。また、接合部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。
レーザヘッド５を中空部ＨＬ内にて移動可能に構成するには、レーザヘッド５を、例えば、中空部ＨＬ内に挿入された周知の内視鏡に配設することで実現できる。内視鏡は、挿入部分を中空部ＨＬ内で自在に移動させることが可能であるため、レーザ光ＬＢの照射を全ての接合部ＣＰに渡って行うことができる。また、観察窓を有することから、該観察窓から得られる中空部ＨＬ内の画像によって接合部ＣＰの位置を確認し、それに基づいてレーザ光ＬＢの照射位置を合わせることも可能である。また、予め入力されたプログラムに従ってレーザヘッド５を移動させるようにすることも可能である。また、溶接中にはガス等の異物が発生するので、そのような異物からレーザヘッド５を保護するために、レーザヘッド５を覆う保護ガラスや、異物を吸引する吸引手段等を設けることもできる。
レーザヘッド５は、図１及び２に示すよう、複数のレーザ光ＬＢを照射するように構成することができる。２つの樹脂材Ａ，Ｂが中空部ＨＬを形成する場合、接合部ＣＰは複数存在するので（例えば、図のように中空部ＨＬの両端に）、そのそれぞれにレーザ光ＬＢを照射するように構成することができる。例えば、本実施形態では、図２に示すように、筒状の２つの樹脂材Ａ，Ｂの軸方向にレーザヘッド５を移動させ、該軸方向と直行する方向へレーザ光ＬＢを照射している。
以上、本発明の実施形態を示したが、これはあくまで例示であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき種々の改良ないし変形を加えた態様でも実施可能であることはいうまでもない。
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を立体的に表した概略構成図 本発明に係る樹脂溶接装置１の概略構成図 従来の樹脂溶接装置１０の概略構成図
符号の説明
１ 樹脂溶接装置
３ 押圧治具
５ レーザヘッド
７ 内視鏡
Ａ 透過性樹脂材
Ｂ 非透過性樹脂材
ＣＰ 接合部
ＬＢ レーザ光

Claims (3)

  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部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、
    前記透過性樹脂材及び前記非透過性樹脂材は、筒状体を周方向に分割して形成され、それらを重ね合わせた状態で中空部と複数の接合部を形成するものであり、
    前記複数の接合部を密着させるため、前記透過性樹脂材及び前記非透過性樹脂材を外側から押圧する押圧治具と、
    前記複数の接合部のそれぞれに対して前記中空部内から前記レーザ光を同時に照射するため、該中空部内を軸方向に移動可能に構成されたレーザヘッドを備えることを特徴とする樹脂溶接装置。
  2. 前記押圧治具は、ガラス材料よりも剛性の高い材料にて構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の樹脂溶接装置。
  3. 前記レーザヘッドは、前記中空部内に挿入された内視鏡に配設されてな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。
JP2004056324A 2004-03-01 2004-03-01 樹脂溶接装置 Expired - Lifetime JP4396823B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004056324A JP4396823B2 (ja) 2004-03-01 2004-03-01 樹脂溶接装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004056324A JP4396823B2 (ja) 2004-03-01 2004-03-01 樹脂溶接装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005246633A JP2005246633A (ja) 2005-09-15
JP4396823B2 true JP4396823B2 (ja) 2010-01-13

Family

ID=35027598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004056324A Expired - Lifetime JP4396823B2 (ja) 2004-03-01 2004-03-01 樹脂溶接装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4396823B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4465242B2 (ja) * 2003-10-20 2010-05-19 東海電化工業株式会社 レーザー溶着方法およびレーザー溶着装置
WO2013142798A1 (en) * 2012-03-23 2013-09-26 Cutting Dynamics, Inc. Snap together structural component
JP6254420B2 (ja) * 2013-11-01 2017-12-27 株式会社小糸製作所 溶着構造及び溶着装置
DE102019005742B4 (de) 2019-08-16 2023-09-28 Diehl Aviation Laupheim Gmbh Verfahren und Werkzeug zum Herstellen eines thermoplastischen Rohres

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005246633A (ja) 2005-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100783676B1 (ko) 열가소성 수지부재의 레이저 용착방법 및 레이저 용작장치
KR100808125B1 (ko) 열가소성 수지부재의 레이저 용착방법 및 레이저 용착장치
US20070051461A1 (en) Method for joining plastic work pieces
JP2005246692A (ja) 樹脂材のレーザ溶着方法
EP1105286A1 (en) Simultaneous butt and lap joints
JP2008531355A (ja) レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法
JP4731040B2 (ja) レーザ溶着方法
JP4113752B2 (ja) 接合装置
JP4396823B2 (ja) 樹脂溶接装置
JP2007523763A (ja) 熱可塑性プラスチックのレーザー溶接用接合部設計
JP2003225946A (ja) レーザ接着方法およびレーザ接着装置
JP2002283457A (ja) 樹脂部品のレーザ溶着方法
JP3630293B2 (ja) 樹脂材のレーザ溶着方法
JP4805049B2 (ja) 透明樹脂溶着方法
EP2883597A1 (en) Laser welding joint for dialyzer housings
US20110143069A1 (en) Method of Fabricating A Device Such As A Coupling By Laser Welding, The Device Fabricated By Such Method, And An Element Of Such Device For Implementing The Method
JP2005231172A (ja) 樹脂溶接装置
JP4595378B2 (ja) 樹脂加工方法
JP4096894B2 (ja) 樹脂材のレーザ溶着方法
JP2004050835A (ja) レーザ放射線を用いてプラスチック構成部材を接合するための方法
US10781926B2 (en) Valve body and method for producing the valve body
JP2006017795A (ja) 組み合わせレンズとその製造方法
JP4492784B2 (ja) レーザ溶着部材の製造方法
JP4185405B2 (ja) 樹脂材間の接合方法
CN112739527B (zh) 激光焊接系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060421

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080520

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080701

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080825

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090930

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4396823

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091013

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131030

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term