JP6801999B2 - 樹脂材のレーザー溶着方法及びこれに用いるレーザー溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は樹脂材のレーザー溶着方法及びこれに用いるレーザー溶着装置に関し、更に詳細には、加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Т字形になるように突き合わせ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互を熱溶融させて溶着するレーザー溶着方法であって、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分が凹凸を含んだ複雑な形状となっている場合において、レーザー光が溶着部分の全体に万遍なく均一に照射されるようになしたことを特徴とするレーザー溶着方法及びこれに用いるレーザー溶着装置に係わる。

加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Т字形になるように突き合わせ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互を熱溶融させて溶着するレーザー溶着方法の技術分野においては、近時レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分の意匠デザインが、製品機能上の観点から凹凸を含んだ複雑な形状となっている。このため、その意匠デザインを犠牲にすることなく同時に完全な溶着を成立させることが求められている。

図４及び図５は、近時のレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分の意匠デザインが凹凸を含んだ複雑な形状となっている場合におけるレーザー溶着方法の説明図である。

該図４及び５において、１０１は加熱源としてのレーザー光１００に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材であり、１０２はレーザー光１００に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材である。尚、前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１は、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２との突き合わせ方向においてアンダーカット形状１０１′をなしている。

そして、これらレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１とレーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２とを溶着部１０３において逆Ｔ字型になるように突き合わせ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１の一方側の端面（アンダーカット形状の部分１０１′の端面）からレーザー光１００を照射して、これらの樹脂材１０１、１０２の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互を熱溶融させて溶着するものである。

しかし、斯かる場合においては、図９に示す如く、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１の一方側の端面から同一の角度で入射したレーザー光１００が、凹部１０１Ａの傾斜角度に応じて屈折し、両樹脂材１０１、１０２の溶着部１０３へのレーザー光１００の照射が、溶着部１０３の全体に万遍なく均一になされない。即ち、図９においてＡの部分においてはレーザー光１００が集中し、またＢの部分においては疎らになる。そして、この結果、溶着状態が不揃いになる。

また、図６及び図７は、上記従来におけるレーザー溶着方法と、これを実施する装置の説明図である。

該レーザー溶着装置１０４は、同軸線上に配置し、所定のタイミングで下側の受け台が昇降する上下一対の受け台１０５、１０６と、前記下側の受け台１０５の上面に備え、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなす、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２とを溶着部１０３において逆Т字形になるように突き合わせた状態において固定する下治具１０７と、前記上側の受け台１０６の下面に備え、レーザー光源保持部材１０８を固定する上治具１０９と、前記レーザー光源保持部材１０８に固定し、所定の角度でレーザー光を放射するレーザー光源１１０と、前記レーザー光源保持部材１０８の下面に備え、前記レーザー光源１１０から放射するレーザー光を、所定の角度で前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１の一方側の端面から溶着部１０３に照射するように導くための、平坦な対向面間に隙間Ｓを持たせて固定し、該隙間Ｓを導波路とする一対の反射体１１１Ａ、１１１Ｂからなる導光部材１１１とからなるものである。尚、前記上下一対の受け台１０５、１０６は、図７に示す如く構成され、枠Ｗに垂直に固定したシリンダーＣにおけるロッドＣ１の伸縮を通して下側の受け台１０５が昇降するものであり、Ｗ１は垂直なガイドポスト、Ｗ２は下側の受け台１０５に設けたガイドスリーブである。

そして、該レーザー溶着装置１０４を用いて溶着を行うときには、先ず、図８のステップ１に示す如く、下治具１０７にレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２とを溶着部１０３において逆Т字形になるよう突き合わせた状態において固定する。次に、図８のステップ２に示す如く、下側の受け台１０５を上昇させ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のレーザー光入射端面が導光部材１１１の導波路となる隙間Ｓに一致するように下側から押し当てる。次に、図８のステップ３に示す如く、レーザー光源１１０からレーザー光を放射し、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１の一方側の端面から溶着部１０３に該レーザー光を照射するものである。

しかし、斯かる従来のレーザー溶着方法及び装置による場合には、前記図９に示す如く、凹部の傾斜部分における光の屈折により、両樹脂材１０１、１０２の溶着部１０３へのレーザー光の照射が、溶着部１０３の全体に万遍なく均一になされず、その結果、溶着状態が不揃いとなるという問題があった。

そこで、本発明者は斯かる問題点を改善すべく鋭意研究した結果、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなす場合においては、図１０及び図１１に示す如く、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の側面の凹凸形状よりも下側の位置において、溶着部１０３に向けてレーザー光を入射させることにより、上記の問題点を解決することができることを知見した。尚、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の溶着部側の端面におけるレーザー光入射側の一部１０１ａを、入射したレーザー光の一部を溶着部１０３に向けて反射させるべく切欠することが望ましい。

そこで、本発明者らは斯かる知見に基づき、これを実現するためのレーザー溶着装置を研究した。

図１０及び図１１に示す状態を実現するためには、導光部材１１１の導波路となる隙間Ｓがレーザー光の照射時においてはレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の側面の溶着部側の端面に近い位置になるようにしなければならない。そして、このためにはレーザー光の照射角度を変えなければならず、一方の反射体１１１Ａの一方の端面も斜めにカットする必要がある。そして、このような状態においてもレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなしているから、図１２（Ａ）に示す如く、両樹脂材１０１、１０２を下治具１０７に固定して上昇させると、図１２（Ｂ）に示す如く、上昇したレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の上端側が導光部材１１１に突き当たり、上昇を妨げられることになる。

そして、この点を解消するため、図１３に示す如く、ステップ１で示す両樹脂材１０１、１０２を下治具１０７に固定する際、レーザー光源１１０と導光部材１１１は、事前に両樹脂材１０１、１０２から離れるように水平方向に移動した位置に待機しており、その後、ステップ２で示す両樹脂材１０１、１０２が上昇端に達すると、ステップ３で示す如く、レーザー光の照射位置に移動し、そしてこの状態においてレーザー光の照射が完了すると、再び、ステップ１で示す如く、両樹脂材１０１、１０２から離れるように水平方向に移動した位置に戻り、その後、下治具１０７と共に、両樹脂材１０１、１０２が下降するようになした装置を案出した。

しかし、斯かる装置による場合においては、両樹脂材１０１、１０２の昇降に同期させてレーザー光源１１０と導光部材１１１を水平方向に移動させるための機構が必要であり、その分のコストがかかることになる。

そこで、本発明者は更に研究を重ねた結果、レーザー光源を、レーザー光源保持部材を介して上側の受け台に固定する一方、レーザー光源から放射されるレーザー光を両樹脂材の接合部に導く導光部材を、昇降する下側の受け台に固定することにより、前記装置におけるレーザー光源と導光部材を水平方向に移動させる機構を省略しつつ同一の効果を得ることができるようになることを知見し、本発明の完成をみるに至ったものである。

而して、本発明は、以下のレーザー溶着方法及びこれに用いるレーザー溶着装置を要旨
とするものである。

加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Ｔ字型になるように突き合わせ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互を熱溶融させて溶着するレーザー溶着方法であって、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなすレーザー溶着方法において、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材のアンダーカット形状の部分の側面の凹凸形状よりも下側の位置において、溶着部に向けてレーザー光を入射させることを特徴とするレーザー溶着方法。

また、上記レーザー溶着方法において、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材のアンダーカット形状の部分の溶着部側の端面におけるレーザー光入射側の一部を、入射したレーザー光の一部を溶着部に向けて反射させるべく切欠するようになしてもよい。

同軸線上に配置し、所定のタイミングで下側の受け台が昇降する上下一対の受け台と、前記下側の受け台の上面に備え、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなす、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Ｔ字型になるように突き合わせた状態において固定する下治具と、前記上側の受け台の下面に備え、レーザー光源保持部材を固定する上治具と、前記レーザー光源保持部材に固定し、所定の角度でレーザー光を放射するレーザー光源と、前記下側の受け台の上面に備え、前記レーザー光源から放射されたレーザー光を、所定の角度で前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側から斜めに溶着部に照射するように導くための導光部材とからなるレーザー溶着装置。

また、上記レーザー溶着装置において、導光部材を、平坦な対向面間に隙間を持たせて固定し、該隙間を導波路とする一対の反射体からなる導光部材としてもよい。

また、上記レーザー溶着装置において、導光部材を、板状をなし、側方の一方側の端面から入光したレーザー光を他方側の端面から出射する導光部材としてもよい。

本発明に係るレーザー溶着方法は、上記の如き構成であり、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材のアンダーカット形状の部分の側面の凹凸形状よりも下側の位置において、溶着部に向けてレーザー光を入射させるものであるから、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分の意匠デザインが凹凸を含んだ複雑な形状となっている場合において、レーザー光が溶着部分の全体に万遍なく均一に照射されるようになすことができるものである。

また、本発明に係るレーザー溶着装置によれば、本発明者が先に案出したレーザー溶着方法及びこれに用いる装置において必要であったレーザー光源と導光部材を水平方向に移動させるための機構が不要となり、この分のコストを削減することができるものである。

本発明の第１実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置の説明図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置の説明図である。 従来のレーザー溶着方法の説明図である。 図４中Ｉ―Ｉ線断面図である。 従来のレーザー溶着方法に用いる装置の部分拡大斜視図である。 従来のレーザー溶着方法に用いる装置における下側の受け台と上側の受け台の説明図である。 従来のレーザー溶着方法及びこれに用いる装置の説明図である。 従来のレーザー溶着方法におけるレーザー光の照射状態の説明図である。 従来のレーザー溶着方法の問題点を解消するために本発明者が先に案出したレーザー溶着方法の説明図である。 図１０に示すレーザー溶着方法においてレーザー光を照射して溶着している状態を示す図である。 図１０に示すレーザー溶着方法における問題点の説明図である。 図１０に示すレーザー溶着方法の問題点を解消するために本発明者が先に案出したレーザー溶着方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

先ず、図１に示す本発明の第１実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置について説明する。

図中、１はレーザー溶着装置である。また、該レーザー溶着装置１は、同軸線上に配置し、所定のタイミングで下側の受け台が昇降する上下一対の受け台２、３と、前記下側の受け台２の上面に備え、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなす、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２とを溶着部１０３において逆Ｔ字型になるように突き合わせた状態において固定する下治具４と、前記上側の受け台３の下面に備え、レーザー光源保持部材５を固定する上治具６と、前記レーザー光源保持部材５に固定し、所定の角度でレーザー光を放射するレーザー光源７と、前記下側の受け台２の上面に備え、前記レーザー光源７から放射されたレーザー光を、所定の角度で前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１側から斜めに溶着部１０３に照射するように導くための導光部材８とからなるものである。

また、前記導光部材８は、本実施形態においては、平坦な対向面間に隙間Ｓを持たせて固定し、該隙間Ｓを導波路とする一対の反射体８Ａ、８Ｂをもって構成している。尚、該一対の反射体８Ａ、８Ｂは、本実施形態においては、これらの側面に両者にまたがって取着した連結板９をもって一体化させている。また、前記上下一対の受け台２、３の構成は、前記の構成と同様である。

次に、該レーザー溶着装置１の作用について説明する。

該レーザー溶着装置１を用いて溶着を行うときには、先ず、図１のステップ１に示す如く、下治具４にレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材１０２とを溶着部１０３において逆Ｔ字型になるように突き合わせた状態において固定する。次に、図１のステップ２に示す如く、下側の受け台２を上昇させ、該下側の受け台２の上面に備えた導光部材８を、その導波路となる隙間Ｓがレーザー光源７の光軸と一致する位置まで押し上げる。そして、次に図１のステップ３に示す如く、レーザー光源７からレーザー光を放射し、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１側から溶着部１０３に対して斜め方向からレーザー光を照射するものである。

そして、このレーザー光を、図１０及び図１１に示す状態と同様に、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の側面の凹凸形状よりも下側の位置において、溶着部１０３に向けて入射させるものである。

これにより、本実施形態に係るレーザー溶着装置によれば、本発明者が先に案出したレーザー溶着方法及びこれに用いる装置において必要であったレーザー光源と導光部材を水平方向に移動させるための機構が不要となり、この分のコストを削減することができるものである。

そして、前記の通りのレーザー光の照射を行うことにより、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分の意匠デザインが凹凸を含んだ複雑な形状となっている場合において、レーザー光が溶着部分の全体に万遍なく均一に照射されるようになすことができるものである。

また、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材１０１のアンダーカット形状の部分１０１′の溶着部側の端面におけるレーザー光入射側の一部１０１ａを、入射したレーザー光の一部を溶着部１０３に向けて反射させるべく切欠しているから、該切欠部分においてレーザー光が反射して溶着部１０３側に向けて屈折し、溶着効率が向上するものである。

また、前記の通りレーザー光の照射が行われ、これが完了すると、下側の受け台２が降下し、図１のステップ１の位置に戻るものである。そして、溶着処理した樹脂材を下治具４から取り外し、未処理の樹脂材を固定するものである。

次に、図２に示す本発明の第２実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置について説明する。

本実施形態と前記第１実施形態とは、導光部材が、平坦な対向面間に隙間を持たせて固定し、該隙間を導波路とする一対の反射体からなる導光部材であることにおいては同一であり、相違するところは、一対の反射体の一体化の仕方にある。

即ち、本実施形態においては、一対の反射体を、レーザー光源によるレーザー光の放射側の面に両者にまたがって取着したガラス又は樹脂等のレーザー光に対して透過性のある部材からなる連結板９′をもって一体化させている。尚、その他の構成並びに作用は、前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、レーザー光の照射方法も前記第１実施形態と同様であるから、説明は省略する。

次に、図３に示す本発明の第３実施形態に係るレーザー溶着方法及びこれに用いる装置について説明する。

本実施形態と前記第１実施形態とは、前記第１実施形態において、導光部材として一対の反射体からなる導光部材を用いているのに対して、本実施形態においては側方の一方側の端面から入光したレーザー光を他方側の端面から出射する導光部材を用いている点にある。

即ち、本実施形態における導光部材１０は、ガラス又は樹脂等のレーザー光に対して透過性のある部材からなり、側方の一方側の端面１０ａから入光したレーザー光を内部で全反射させて他方側の端面１０ｂから出射するものである。また、本実施形態においては、該導光部材１０は、レーザー光源によるレーザー光の放射側の部分が直角に形成され、下側の受け台２の上面に備えた該導光部材１０を支承する導光部材支承台１１の上端側を、該導光部材１０の角度に合わせて山形状に形成している。

而して、本実施形態による場合には、レーザー光源７から放射されたレーザー光を一枚のガラス又は樹脂等のレーザー光に対して透過性のある部材からなる導光部材１０をもって両樹脂材１０１、１０２の溶着部１０３に導くものである点において前記第１実施形態と相違するものであり、その他の構成並びに作用は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

１ レーザーの溶着装置
２ 下側の受け台
３ 上側の受け台
４ 下治具
５ レーザー光源保持部材
６ 上治具
７ レーザー光源
８ 導光部材
８Ａ、８Ｂ 反射体
９、９′ 連結板
１０ 導光部材

Claims (5)

1. 加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Ｔ字型になるように突き合わせ、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互を熱溶融させて溶着するレーザー溶着方法であって、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材が、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つ該樹脂材におけるレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなすレーザー溶着方法において、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材のアンダーカット形状の部分の側面の凹凸形状よりも下側の位置において、溶着部に向けてレーザー光を入射させることを特徴とするレーザー溶着方法。
   
2. 前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材のアンダーカット形状の部分の溶着部側の端面におけるレーザー光入射側の一部を、入射したレーザー光の一部を溶着部に向けて反射させるべく切欠してなる請求項１記載のレーザー溶着方法。
   
3. 同軸線上に配置し、所定のタイミングで下側の受け台が昇降する上下一対の受け台と、前記下側の受け台の上面に備え、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性脂材との突き合わせ方向においてアンダーカット形状をなし且つレーザー光の入射側の端面部分が凹凸形状をなす、レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない板状の熱可塑性樹脂材とを溶着部において逆Ｔ字型になるように突き合わせた状態において固定する下治具と、前記上側の受け台の下面に備え、レーザー光源保持部材を固定する上治具と、前記レーザー光源保持部材に固定し、所定の角度でレーザー光を放射するレーザー光源と、前記下側の受け台の上面に備え、前記レーザー光源から放射されたレーザー光を、所定の角度で前記レーザー光に対して透過性のある板状の熱可塑性樹脂材側から斜めに溶着部に照射するように導くための導光部材とからなるレーザー溶着装置。
4. 導光部材が、平坦な対向面間に隙間を持たせて固定し、該隙間を導波路とする一対の反射体からなる導光部材である請求項３記載のレーザー溶着装置。
5. 導光部材が、板状をなし、側方の一方側の端面から入光したレーザー光を他方側の端面から出射する導光部材である請求項３記載のレーザー溶着装置。

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