レーザー光を用いた接合方法
【課題】互いに溶着しにくい材料からなる部材同士を、レーザー光を用いた接合方法によって十分な接合強度を持たせて接合できるようにする。
【解決手段】第１部材２には、中間材５との融着力を向上させるプライマー層４を形成する。その後、プライマー層の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材５を、プライマー層４と第２部材３との間に配置する。次いで、第１部材２、ポリマーアロイ及び第２部材３を重ねた状態で、レーザー光を照射して中間材５を加熱し、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層４の樹脂とを融着するとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材３とを融着する。
【解決手段】第１部材２には、中間材５との融着力を向上させるプライマー層４を形成する。その後、プライマー層の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材５を、プライマー層４と第２部材３との間に配置する。次いで、第１部材２、ポリマーアロイ及び第２部材３を重ねた状態で、レーザー光を照射して中間材５を加熱し、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層４の樹脂とを融着するとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材３とを融着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を用いて第１部材と第２部材とを接合する接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、樹脂材からなる第１部材及び第２部材を接合する方法として、レーザー光を照射する接合方法が広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１〜３では、第１部材及び第２部材の間にレーザー光を吸収するトナーや塗料からなるレーザー光吸収剤を介在させて、このレーザー光吸収剤にレーザー光を吸収させて第１部材及び第２部材の接合部分を加熱し溶融させ、これによって第１及び第２部材を接合するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８１９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０７１号公報
【特許文献３】特開２００５−２３８４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレーザー光を用いた接合方法は生産性が高く、その適用範囲を拡大したい。しかしながら、上記特許文献１〜３の接合方法は、第１部材と第２部材とが融着し易い材料の場合には適用できるものの、第１部材と第２部材との材料の種類が異なる場合のように、溶着しにくい材料の場合には、特許文献１〜３の方法を用いたとしても、接合強度を十分に確保することが困難で、ひいてはレーザー光を用いた接合方法の適用範囲が狭いものとなる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、互いに融着しにくい材料からなる部材同士を、レーザー光を用いた接合方法によって十分な接合強度を持たせて接合できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１部材にプライマー層を形成しておき、このプライマー層の樹脂と融着性を有し、かつ、第２部材とも融着性を有するポリマーアロイを第１部材と第２部材との間に配置し、その後、レーザー光を照射してポリマーアロイとプライマー層とを介して第１部材と第２部材とを接合するようにした。
【０００７】
第１の発明は、互いに異なる材料を成形してなる第１部材と第２部材とを、両部材の間に中間材を配置した状態でレーザー光を照射して接合する接合方法において、上記第１部材における上記第２部材との接合側に、上記中間材との融着力を向上させるためのプライマー層を形成し、その後、上記プライマー層に含まれる樹脂との融着性を有する第１樹脂と上記第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる上記中間材を、上記プライマー層と上記第２部材との間に配置し、次いで、上記第１部材、上記中間材及び上記第２部材を重ねた状態で、レーザー光を照射して上記中間材を加熱し、上記ポリマーアロイ中の第１樹脂と上記プライマー層の樹脂とを融着するとともに、上記ポリマーアロイ中の第２樹脂と上記第２部材とを融着することを特徴とするものである。
【０００８】
この構成によれば、中間材のポリマーアロイ中の第１樹脂が第１部材に形成されているプライマー層の樹脂に融着するとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂が第２部材と融着する。これにより、第１部材及び第２部材が互いに異なる樹脂からなるものであって融着しにくい場合に、第１部材及び第２部材がポリマーアロイ及びプライマー層を介して融着することになるので、第１部材及び第２部材の接合強度が十分に得られる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、ポリマーアロイと第２部材との融着力は、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定していることを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、第１部材に形成されているプライマー層は、第１部材との結合力が強いものであるので、プラーマー層の剥離は回避される。さらに、プライマー層の樹脂と中間材のポリマーアロイ中の第１樹脂との融着力は強い。
【００１１】
また、中間材のポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材との融着力は、第１樹脂と第１部材との融着力よりも強いので、中間材と第２部材との融着力は十分に確保される。これにより、第１部材及び第２部材が、プライマー層及び中間材を介して強固に接合することになる。
【００１２】
第３の発明は、第１または２の発明において、中間材は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
この構成によれば、照射されたレーザー光が中間材のレーザー光吸収剤に吸収されるので、低出力のレーザー光を用いてもポリマーアロイが確実に加熱される。
【００１４】
第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、プライマー層は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によれば、中間材に隣接するプライマー層がレーザー光により加熱される。そして、プライマー層の熱が中間材に伝達されて中間材が加熱される。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、第１部材と融着性を有するプライマー層を形成し、第１部材に形成したプライマー層の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材を、プライマー層と第２部材との間に配置した状態で、レーザー光を照射して中間材を加熱するようにしている。これにより、第１部材及び第２部材が融着しにくい材料からなる場合に、第１部材及び第２部材を十分な接合強度を持たせて接合することができるので、レーザー光を用いた接合方法の適用範囲を拡大できる。
【００１７】
第２の発明によれば、中間材のポリマーアロイと第２部材との融着力を、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定したので、ポリマーアロイの配合を広く設計でき第１部材と第２部材との接合強度をより一層高めることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、中間材がレーザー光吸収剤を有しているので、低出力のレーザー光を用いても中間材のポリマーアロイを確実に加熱でき、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層の樹脂とを確実に融着できるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材とも確実に融着できる。これにより、第１部材と第２部材との接合強度をより一層高めることができる。
【００１９】
第４の発明によれば、プライマー層がレーザー光吸収剤を有しているので、レーザー光により加熱されたプライマー層の熱を中間材に伝達させて中間材のポリマーアロイを確実に加熱できる。これにより、融着性をより一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかるレーザー光を用いた接合方法によって得られた接合品の断面図である。
【図２】各部材を接合する前の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態にかかるレーザー光を用いた接合方法によって得られた接合品１を示すものである。この接合品１は、第１部材２と、第２部材３とが中間材５を介在させた状態で一体化されたものである。第１部材２と、第２部材３とは、互いに異なる種類の樹脂で構成されている。これら樹脂は、レーザー光で溶融させて融着させようとしても、実用に耐え得るほどの接合強度を得ることができないものであり、従来の一般的なレーザー光を用いた接合方法は適用できないものである。
【００２３】
第１部材２は、板状の部材であり、レーザー光を通さないレーザー光非透過性を有する材料で構成してもよいし、レーザー光を通すレーザー光透過性を有する材料で構成してもよい。ここで、レーザー光非透過性とは、レーザー光を吸収するレーザー光吸収性のことであり、加熱源としてのレーザー光を一部透過及び／又は反射しても残りを吸収する性質をいい、レーザー光の全てを吸収するものも含む。このような性質を持つ材料としては、例えば、樹脂に顔料や染料を混合した材料がある。レーザー光非光透過性としては、例えば、波長９４０ｎｍのレーザー光の透過率が１５％未満であることが好ましい。本実施形態では、第１部材２はポリプロピレン（ＰＰ）で構成されている。
【００２４】
第２部材３は、レーザー光を通すレーザー光透過性を有する材料で構成された板状の部材である。レーザー光透過性とは、加熱源としてのレーザー光を殆ど反射も吸収もせずに透過させるか、レーザー光を一部透過及び／又は反射しても溶融することなく、残りのレーザー光を透過させることのできる性質をいい、レーザー光の全てを透過させるものも含む。第２部材３は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ＡＢＳ)で構成されている。
【００２５】
上記第１部材２及び第２部材３を構成する樹脂に対しては、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、導電剤、核剤、離型剤、難燃剤、帯電防止剤、加工調剤、着色及び機能性顔料または染料、架橋剤、可塑剤及び加硫剤からなる群から選択された少なくとも一つを混合することも可能である。第２部材３の構成する樹脂に着色顔料や染料を混合する場合は、第２部材３が無色透明ではなくなるが、所定のレーザー光透過性を確保できる程度の量とすればよい。
【００２６】
第１部材２及び第２部材３の厚みは、特に限定されないが、例えば数ｍｍ程度である。また、第１部材２をレーザー光透過性部材からなるものとしてもよい。
【００２７】
第１部材２における第２部材３との接合面には、中間材５との融着力を向上させるための樹脂を含むプライマー層４が形成されている。
【００２８】
プライマー層４に求められる特性としては、中間材５及び第１部材２と相溶性が良いことが挙げられる。また、プライマー層４は、中間材５と第１部材２との少なくとも一方に反応性を有していてもよい。また、プライマー層４はレーザー光Ｌを吸収するレーザー光吸収性を有していても、有していなくても良い。
【００２９】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、ポリエチレン(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、ULDPE、UHDPE、Polyethylene)、ポリプロピレン(PP Co-Polymer、PP Homo-Polymer、PP Ter-Polymer)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、スチレンアクリロニトリル樹脂(SAN)、K-レジン、SBS樹脂(SBS block co-polymer)、PVDC樹脂、EVA樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド(PA、PA6、PA66、PA46、PA610、PA612、PA6/66、PA6/12、PA6T、PA12、PA1212、PAMXD6)、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフ夕レート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレンナフタリン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアセタール、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリチオエチルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン及びポリエーテルイミド、などである。
【００３０】
その他、極性官能基が化学的に結合した変性樹脂であってもよく、具体的には、アクリル酸変性オレフィン樹脂、マレイン酸変性オレフィン樹脂、塩化変性オレフィン樹脂(CPP、CPE)、シラン変性オレフィン樹脂、アイオノマー樹脂、ナイロン変性オレフィン樹脂、エポキシ変性樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂(EVOH)、エチレンビニールアセテート樹脂、ホットメルト接着樹脂などの樹脂が挙げられ、これらと上記熱可塑性樹脂の混合物または組合物であってもよい。
【００３１】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、熱可塑性エラストマーであってもよく、具体的には、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、塩ビ系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、イソプレン系エラストマー、イオンクラスターと非晶性PE系のエラストマー、塩素化PEと非晶性PE系のエラストマー、フッ素系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、アクリル系エラストマー等が挙げられる。
【００３２】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂であってもよく、具体的には、フェノール系樹脂、ユリア系樹脂、スルホアミド系樹脂、シアネート系樹脂、イソシアネート系樹脂、メラミン系樹脂、グアナミン系樹脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ポリイミド系樹脂、マレイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、アリル樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、フラン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ケイ素樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、エピスルフィド樹脂、エン−チオール樹脂、ポリアゾチメン樹脂、ポリビニルベンジルエーテル樹脂、硬化性アクリル樹脂などが挙げられる。また、熱硬化性を有するゴムであってもよく、具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム及びシリコンゴム等が挙げられる。また、上記の樹脂を混合して作った複合樹脂または共重合体でプライマー層４を構成してもよい。
【００３３】
また、プライマー層４には粘着剤成分を混合して粘着性を付与してもよい。この粘着剤成分としては、ゴム系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系等が代表的なものとして挙げられる。
【００３４】
また、熱可塑性エラストマーはゴム系粘着剤のベースとしても一般的であり、特に限定されないがタッキファイヤやオイル、液状オリゴマー、架橋剤等を配合することで粘着剤になり得る。液状オリゴマーとしては、アクリル系、スチレン系、ポリイソプレンやブタジエンなどのゴム系、ポリエステル系、その他分子量数百〜数千程度の高粘度の重合体から選択することが可能である。
【００３５】
プライマー層４には粘着付与剤を混合してもよく、具体的に、例えば、ロジン系粘着付与樹脂、テルペン系粘着付与樹脂、炭化水素系粘着付与樹脂、クマロン系樹脂、クマロンインデン系樹脂などが挙げられる。オイルとしては大別されるパラフィン系、ナフテン系、アロマ系から選べばよい。
【００３６】
プライマー層４には、その他、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、シリケート系化合物、ウレタン系化合物、多価カルボン酸、ポリエステルポリオール・ポリエーテルポリオール・ポリカーボネートポリオールなどを単独でもしくは２種以上組み合わせたポリオール類、イソシアネートまたはポリイソシアネート単独もしくは２種以上組み合わせたイソシアネート系化合物、フッ素樹脂、シリコン樹脂、シアノ系化合物、ニトリル系化合物、カルボジイミド系化合物及び樹脂、エステル系化合物、酸無水物、アダマンタン化合物、イソシアヌレート化合物などを混合してもよい。
【００３７】
また、プライマー層４のレベリング性や接合強度向上など、実用特性の向上を目的として、上述した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に、補強材や充填材を加えることができる。補強材や充填材としては、例えば、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム等とそのウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、アスベスト、炭化ケイ素、セラミック、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオリン、クレー、シリカ、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、ゼオライト、モンモリロナイト、マイカ、雲母、ネフェリンシナイト、タルク、アタルバルシャイト、ウォラストナイト、ＰＭＦ、フェライト、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、シリカ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、黒鉛、石こう、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ガラスバルーン、石英、石英ガラスなどが挙げられる。
【００３８】
また、使用するフィラーは中空であってもよい。また、上記のフィラーは２種以上を併用することが可能であり、必要によりシラン系、チタン系などのカップリング剤で予備処理して使用することができる。プライマー層４には、有機及び無機の着色顔料や染料を添加できるが、これらと上記の補強材、充填材の量は、プライマー層４が所定のレーザー光吸収性を確保できる程度の量となるように適宜調整できる。
【００３９】
プライマー層４には、その他、必要に応じていろいろな添加剤が配合されていてもよい。例えば、素練り促進剤、スコーチ防止剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料、架橋剤、架橋助剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫もどり防止剤といった一般的なゴム・プラスチック配合薬品が挙げられる。
【００４０】
プライマー層４には、樹脂の他に、レーザー光を吸収するレーザー光吸収剤が混合されている。レーザー光吸収剤としては、例えば、カーボンブラック等であるが、これに限られるものではない。
【００４１】
中間材５は、プライマー層４の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３を構成する樹脂との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなるものである。中間材５は、基本的にはシート状であるが、形状としてはこれに限られるものではなく、第１部材２と第２部材３とを効果的に接合できる形状であればよい。また、中間材５は、レーザー光の照射によって加熱された際に溶融する熱可塑性を有している。中間材５の厚さは、例えば、１０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましいが、この範囲に限定されるものではない。中間材５が極めて薄い場合には、フィルム状を呈することになり、一方、厚い場合には板状を呈することになる。また、ポリマーアロイは、弾性を有しており、弾性率は、０．０１以上５００ＭＰａ以下に設定されている。弾性率の値は、第１樹脂や第２樹脂の種類、ポリマーアロイに混合するエラストマーの種類、量等によって任意に設定することが可能である。
【００４２】
中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂は、プライマー層４に含まれる樹脂との相溶性が良好な樹脂であり、例えば、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンゴム（ＳＥＢＳ）が挙げられるが、これに限られるものではない。中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂と、プライマー層４に含まれる樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差は、１．０以下が好ましい。ＳＰ値は、例えば、Ｆｅｄｏｒｓ（フェダーズ）法で算出することが可能である。
【００４３】
ポリマーアロイ中の第２樹脂は、第２部材３を構成する樹脂との相溶性が良好な樹脂であり、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂 (ＰＭＭＡ) が挙げられるが、これに限られるものではない。ポリマーアロイ中の第２樹脂と、第２部材３を構成する樹脂とのＳＰ値の差は、１．０以下が好ましい。
【００４４】
ポリマーアロイと第２部材３との融着力は、ポリマーアロイと第１部材２との融着力よりも強く設定されている。
【００４５】
中間材５には、レーザー光を吸収するレーザー光吸収剤が混合されている。レーザー光吸収剤としては、例えば、カーボンブラック等であるが、これに限られるものではない。中間材５のレーザー光非透過性としては、例えば、波長９４０ｎｍのレーザー光の吸収率が１５％以上であることが好ましい。
【００４６】
中間材５には、熱伝導性フィラーが混合されていてもよいし、混合されていなくてもよい。
【００４７】
次に、上記接合品１の製造要領について説明する。まず、第１部材２における第２部材３との接合面にプライマー層４を形成するための塗料を塗布する。この塗料が乾燥するとプライマー層４が形成される。プライマー層４と第１部材２との結合力は十分に強いものとなる。
【００４８】
プライマー層４の形成方法として様々な手法があるが特に限定されない。溶液タイプのプライマー塗料を用いる場合には、その塗工方式としては、例えば、簡易塗布具としてヘラ、刷毛、棒、注射器、油差し、さらにはハンドローラー、コーキングガン、シーラントガン、フローガン、フローブラシ、スプレーガン、そしてフローコーター、ホイルコーター、ロールコーター、ナイフコーター、ブラシコーター、浸漬コーター、カーテンコーター等の各種コーターを用いることができる。
【００４９】
また、プライマー層４は、溶液タイプのもので形成することに限定されず、例えば、固形タイプのものをホットメルト方式で塗工するものも含み、この場合には、ノズル形およびホイール形のアプリケーター、そしてロールコーター、カーテンフローコーター、特殊コーター等のホットメルトコーターなどを用いることができる。
【００５０】
また、第１部材２の成形時に、固形タイプのプライマーを第１部材２に成形して一体化してもよい。すなわち、例えば、第１部材２を押出成形又は射出成形する際に、第１部材２における中間材５との接合側に、固形タイプのプライマーを二色成形法を用いて成形する。これにより、プライマー層４が得られる。
【００５１】
また、予めフィルム状に成形したプライマー用樹脂を用い、ウェット、ドライ、加熱などのラミネート技術によってプライマー層４を成形してもよい。
【００５２】
プライマー層４を成形した後、第１部材２と第２部材３との間に中間材５を配置して、第１部材２、中間材５及び第２部材３を重ねる。このとき、第１部材２及び第２部材３を治具（図示せず）を用いて厚み方向にクランプしてもよい。
【００５３】
その後、図１に示すように、レーザー光Ｌを第２部材３側から中間材５へ向けて照射する。このレーザー光Ｌの種類は、接合対象物（第１部材２、中間材５及び第２部材３）の材料、厚さ、形状、レーザー光透過度合い等に応じて適宜選択できる。レーザー光Ｌを照射する装置は、周知の装置を利用することができる。
【００５４】
レーザー光Ｌの種類としては、例えば、ガスレーザー、例えば、固体レーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ励起、半導体レーザー励起など）、半導体レーザー、チューナブルダイオードレーザー、チタンサファイアレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ励起、）等が利用でき、レーザー光Ｌの種類は限定されない。これらのレーザー光のうち、通常、可視光より長波長域の８００〜１６００ｎｍ、好ましくは８００〜１１００ｎｍに発振波長を有するレーザー光が使用される。また、レーザー光Ｌは、１つの波長からなるものであってもよいし、２つ以上の波長を有するものであってもよい。レーザー光Ｌのビーム形状としては、円または楕円、ライン、ドーナツ状なども必要に応じて選択できる。
【００５５】
レーザー光Ｌは、接合対象物の厚み方向中間部分に対して垂直方向から又は斜め方向から照射されるものであってもよい。レーザー光Ｌは、１方向だけでなく複数方向から照射されるものであってもよい。接合対象物を移動させながらレーザー光Ｌの照射を行ってもよいし、スポット照射、パルス照射、ライン照射、融着したい形状に対する一括照射を単独または複数のレーザー光により同時に行ってもよい。
【００５６】
また、レーザー光Ｌの出力が低過ぎると樹脂の接合部分を互いに溶融させ難くなり、出力が高過ぎると樹脂が蒸発したり、変質し強度が低下したりするため、これを回避すべく、接合条件としてのレーザー光Ｌの出力及び走査速度、焦点位置、接合対象物へのクランプ治具によるクランプ圧力等を適宜調整する。
【００５７】
照射されたレーザー光Ｌは、第２部材３を透過して中間材５に到達する。中間材５に到達したレーザー光Ｌは、中間材５のレーザー吸収剤に吸収され、これにより中間材５が加熱される。
【００５８】
中間材５が溶融温度となるまで加熱されると溶融し始める。この中間材５の熱はプライマー層４に伝達されてプライマー層４も溶融する。さらに、中間材５の熱は第２部材３にも伝達されて第２部材３の接合部分が溶融する。
【００５９】
中間材５及びプライマー層４が溶融すると、ポリマーアロイの第１樹脂とプライマー層４の樹脂とが混ざる。また、中間材５及び第２部材３の接合部分が溶融すると、ポリマーアロイの第２樹脂と第２部材３の樹脂とが混ざる。
【００６０】
レーザー光Ｌの一部（照射されたレーザー光Ｌのうちの数％）は、中間材５を透過することがある。中間材５を透過した僅かなレーザー光Ｌはプライマー層４に到達する。このプライマー層４にレーザー光吸収剤が混合されているので、中間材５を透過したレーザー光Ｌはプライマー層４のレーザー吸収剤に吸収され、プライマー層４が加熱される。このプライマー層４の熱が中間材５に伝達されて中間材５が加熱されるので、レーザー光Ｌを有効に利用できる。
【００６１】
また、中間材５にレーザーの吸収性を持たせているので、低出力のレーザー光を用いても、中間材５を確実に加熱して溶融させることができる。従って、第１部材２や第２部材３が熱によって損傷（焦げや変形）してしまうのを抑制できる。
【００６２】
そして、レーザー光Ｌの照射を終了した後、中間材５は冷却・固化される。中間材５が固化すると、中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂がプライマー層４の樹脂と融着した状態となるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂が第２部材３と融着した状態となる。これにより、第１部材２と第２部材３とが接合されて接合品１が得られる。
【００６３】
中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂は、プライマー層４の樹脂との相溶性が良く、しかも、そのプライマー層４は第１部材２との結合力が高いので、中間材５と第１部材２との接合強度は高い。また、中間材５のポリマーアロイ中の第２樹脂は、第２部材３を構成する樹脂との相溶性が良いので、中間材５と第２部材３との接合強度は高い。
【００６４】
さらに、第１部材２に形成されているプライマー層４は、上述のように第１部材２との結合力が強く、また、ポリマーアロイ中の第１樹脂との融着力も強い。そして、中間材５のポリマーアロイと第２部材３との融着力は、第１部材２との融着力よりも強いので、中間材５と第２部材３との融着力は十分に確保される。
【００６５】
また、レーザー光Ｌの照射によって第１部材２と第２部材３とを溶着する際には、加熱された後冷却されるという、熱サイクルを受ける。このとき、第１部材２と第２部材３との線膨張係数の違い等が原因となって接合界面に応力が生じることがある。このことに対しては、中間材５が弾性を有していることから、接合界面の応力を緩和することができる。これにより、接合強度の低下や剥がれを防止できる。
【００６６】
また、得られた接合品１には、使用時に熱的なストレスや機械的な力が加わって第１部材２と第２部材３との接合界面に応力が発生することがあるが、このような応力も中間材５の存在によって緩和することができる。従って、接合品１を長期間に亘って使用しても接合強度を維持することができる。
【００６７】
以上説明したように、この実施形態にかかるレーザーを用いた接合方法によれば、第１部材２に塗布したプライマー層４の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材５を、プライマー層４と第２部材３との間に配置し、レーザー光を照射して中間材５を加熱するようにしている。これにより、第１部材２及び第２部材３が互いに異なる材料からなり両部材２、３を直接接合するのが困難な場合に、両部材２、３を中間材５及びプライマー層４を介して十分な接合強度を持たせて接合することができる。よって、レーザー光を用いた接合方法の適用範囲を拡大できる。
【００６８】
また、中間材５のポリマーアロイと第２部材３との融着力を、ポリマーアロイと第１部材２との融着力よりも強く設定したので、第１部材２と第２部材３との接合強度をより一層高めることができる。
【００６９】
また、中間材５がレーザー光吸収剤を有しているので、低出力のレーザー光を用いても中間材５のポリマーアロイを確実に加熱して溶融させることができる。これにより、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層４の樹脂とを確実に融着できるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材３とも確実に融着でき、第１部材２と第２部材３との接合強度をより一層高めることができる。
【００７０】
また、プライマー層４がレーザー光吸収剤を有しているので、レーザー光により加熱されたプライマー層４の熱を中間材５に伝達させて中間材５のポリマーアロイを確実に溶融させることができる。
【００７１】
尚、上記実施形態では、第２部材３側からレーザー光を照射するようにしているが、これに限らず、第１部材２をレーザー光透過性を有する部材で構成し、第１部材２側からレーザー光を照射するようにしてもよい。これにより、第１部材２側から照射されたレーザー光が中間材５に到達して中間材５が加熱される。
【００７２】
また、本発明にかかるレーザー光を用いた接合方法は、例えば、自動車用部品、化粧品用ケース、住設用又は電気製品用外装部材以外にも、各種接合品を製造する場合に適用できる。
【００７３】
また、第１部材２は、樹脂以外にも例えば金属で構成してもよい。この場合には、プライマー層４を、金属との接着性が良好なものとすればよい。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の実施例について表１に基づいて説明する。
【００７５】
【表１】
【００７６】
第１部材２は、比較例及び実施例で同じ部材であり、ポリプロピレン製の板材である。具体的には、ポリプロピレンは、サンアロマー株式会社製のサンアロマーＰＭ７７１Ｍを用いている。第１部材２の板厚は２ｍｍとし、幅は２５ｍｍとした。レーザー透過率は、７％である。
【００７７】
第２部材３は、比較例及び実施例で同じ部材であり、ＡＢＳ製の板材である。具体的には、三菱樹脂株式会社製のヒシプレートＹ−２６８を用いている。第２部材３の板厚は２ｍｍとし、幅は２５ｍｍとした。レーザー透過率は、３７％である。
【００７８】
レーザー光Ｌは、半導体レーザー装置から出力し、波長は９４０ｎｍ、出力は２５０Ｗ、走査速度は１．２ｍ／分とした。比較例及び実施例で同じである。
【００７９】
まず、比較例について説明する。比較例では、プライマー層４を形成していない。第１部材２及び第２部材３を幅２５ｍｍ×奥行き３５ｍｍの範囲で、中間材５を介在させて重ね、第２部材３側から上記レーザー光Ｌを照射し、幅方向に走査した。中間材５の第１樹脂は、ＳＥＢＳであり、第２樹脂は、ＰＭＭＡである。ＳＥＢＳは、旭化成株式会社製のタフテックＨ１０４１であり、また、ＰＭＭＡは、旭化成株式会社製のデルペット５６０Ｆである。また、中間材５には、レーザー光吸収剤として、近赤外線吸収色素（昭和電工株式会社製のＩＲ−１３Ｆ）を０．５重量部添加した。中間材５の厚みは、０．５ｍｍである。
【００８０】
結果は、第１部材２を第２部材３から手で容易に剥離することができる程度の弱い接合力しか得られず、実用には耐えられない。具体的には、接合強度の試験方法は、接合状態にある第１部材２及び第２部材３を剪断方向で、かつ、レーザー光Ｌの走査方向と直交する方向に引張力（引張速度５ｍｍ／分）を加えて行った。この試験方法では、３００Ｎの引張力で剥離した。また、比較例では、へき開が容易に発生した。
【００８１】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、第１部材２に、ＳＥＢＳを含むプライマー層４を形成した点が比較例と異なっており、他は比較例と同じである。プライマー層４の塗工方法について説明すると、まず、ＳＥＢＳの１％トルエン溶液を作り、これを刷毛を用いて第１部材２に３回重ね塗りした。
【００８２】
結果は、手で剥離するのは困難であった。具体的には、上記試験方法で１０００Ｎの引張力で剥離した。また、剥離時には、第１部材２や第２部材３が破壊し、永久歪みが生じ、また、へき開はできなかった。このように、本発明によれば接合強度が十分に得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上説明したように、本発明にかかるレーザー光を用いた接合方法は、例えば、自動車用部品、化粧品用ケース、住設用又は電気製品用外装部材等を製造する場合に使用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 接合品
２ 第１部材
３ 第２部材
４ プライマー層
５ 中間材
Ｌ レーザー光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を用いて第１部材と第２部材とを接合する接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、樹脂材からなる第１部材及び第２部材を接合する方法として、レーザー光を照射する接合方法が広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１〜３では、第１部材及び第２部材の間にレーザー光を吸収するトナーや塗料からなるレーザー光吸収剤を介在させて、このレーザー光吸収剤にレーザー光を吸収させて第１部材及び第２部材の接合部分を加熱し溶融させ、これによって第１及び第２部材を接合するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８１９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０７１号公報
【特許文献３】特開２００５−２３８４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレーザー光を用いた接合方法は生産性が高く、その適用範囲を拡大したい。しかしながら、上記特許文献１〜３の接合方法は、第１部材と第２部材とが融着し易い材料の場合には適用できるものの、第１部材と第２部材との材料の種類が異なる場合のように、溶着しにくい材料の場合には、特許文献１〜３の方法を用いたとしても、接合強度を十分に確保することが困難で、ひいてはレーザー光を用いた接合方法の適用範囲が狭いものとなる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、互いに融着しにくい材料からなる部材同士を、レーザー光を用いた接合方法によって十分な接合強度を持たせて接合できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１部材にプライマー層を形成しておき、このプライマー層の樹脂と融着性を有し、かつ、第２部材とも融着性を有するポリマーアロイを第１部材と第２部材との間に配置し、その後、レーザー光を照射してポリマーアロイとプライマー層とを介して第１部材と第２部材とを接合するようにした。
【０００７】
第１の発明は、互いに異なる材料を成形してなる第１部材と第２部材とを、両部材の間に中間材を配置した状態でレーザー光を照射して接合する接合方法において、上記第１部材における上記第２部材との接合側に、上記中間材との融着力を向上させるためのプライマー層を形成し、その後、上記プライマー層に含まれる樹脂との融着性を有する第１樹脂と上記第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる上記中間材を、上記プライマー層と上記第２部材との間に配置し、次いで、上記第１部材、上記中間材及び上記第２部材を重ねた状態で、レーザー光を照射して上記中間材を加熱し、上記ポリマーアロイ中の第１樹脂と上記プライマー層の樹脂とを融着するとともに、上記ポリマーアロイ中の第２樹脂と上記第２部材とを融着することを特徴とするものである。
【０００８】
この構成によれば、中間材のポリマーアロイ中の第１樹脂が第１部材に形成されているプライマー層の樹脂に融着するとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂が第２部材と融着する。これにより、第１部材及び第２部材が互いに異なる樹脂からなるものであって融着しにくい場合に、第１部材及び第２部材がポリマーアロイ及びプライマー層を介して融着することになるので、第１部材及び第２部材の接合強度が十分に得られる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、ポリマーアロイと第２部材との融着力は、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定していることを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、第１部材に形成されているプライマー層は、第１部材との結合力が強いものであるので、プラーマー層の剥離は回避される。さらに、プライマー層の樹脂と中間材のポリマーアロイ中の第１樹脂との融着力は強い。
【００１１】
また、中間材のポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材との融着力は、第１樹脂と第１部材との融着力よりも強いので、中間材と第２部材との融着力は十分に確保される。これにより、第１部材及び第２部材が、プライマー層及び中間材を介して強固に接合することになる。
【００１２】
第３の発明は、第１または２の発明において、中間材は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
この構成によれば、照射されたレーザー光が中間材のレーザー光吸収剤に吸収されるので、低出力のレーザー光を用いてもポリマーアロイが確実に加熱される。
【００１４】
第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、プライマー層は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によれば、中間材に隣接するプライマー層がレーザー光により加熱される。そして、プライマー層の熱が中間材に伝達されて中間材が加熱される。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、第１部材と融着性を有するプライマー層を形成し、第１部材に形成したプライマー層の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材を、プライマー層と第２部材との間に配置した状態で、レーザー光を照射して中間材を加熱するようにしている。これにより、第１部材及び第２部材が融着しにくい材料からなる場合に、第１部材及び第２部材を十分な接合強度を持たせて接合することができるので、レーザー光を用いた接合方法の適用範囲を拡大できる。
【００１７】
第２の発明によれば、中間材のポリマーアロイと第２部材との融着力を、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定したので、ポリマーアロイの配合を広く設計でき第１部材と第２部材との接合強度をより一層高めることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、中間材がレーザー光吸収剤を有しているので、低出力のレーザー光を用いても中間材のポリマーアロイを確実に加熱でき、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層の樹脂とを確実に融着できるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材とも確実に融着できる。これにより、第１部材と第２部材との接合強度をより一層高めることができる。
【００１９】
第４の発明によれば、プライマー層がレーザー光吸収剤を有しているので、レーザー光により加熱されたプライマー層の熱を中間材に伝達させて中間材のポリマーアロイを確実に加熱できる。これにより、融着性をより一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかるレーザー光を用いた接合方法によって得られた接合品の断面図である。
【図２】各部材を接合する前の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態にかかるレーザー光を用いた接合方法によって得られた接合品１を示すものである。この接合品１は、第１部材２と、第２部材３とが中間材５を介在させた状態で一体化されたものである。第１部材２と、第２部材３とは、互いに異なる種類の樹脂で構成されている。これら樹脂は、レーザー光で溶融させて融着させようとしても、実用に耐え得るほどの接合強度を得ることができないものであり、従来の一般的なレーザー光を用いた接合方法は適用できないものである。
【００２３】
第１部材２は、板状の部材であり、レーザー光を通さないレーザー光非透過性を有する材料で構成してもよいし、レーザー光を通すレーザー光透過性を有する材料で構成してもよい。ここで、レーザー光非透過性とは、レーザー光を吸収するレーザー光吸収性のことであり、加熱源としてのレーザー光を一部透過及び／又は反射しても残りを吸収する性質をいい、レーザー光の全てを吸収するものも含む。このような性質を持つ材料としては、例えば、樹脂に顔料や染料を混合した材料がある。レーザー光非光透過性としては、例えば、波長９４０ｎｍのレーザー光の透過率が１５％未満であることが好ましい。本実施形態では、第１部材２はポリプロピレン（ＰＰ）で構成されている。
【００２４】
第２部材３は、レーザー光を通すレーザー光透過性を有する材料で構成された板状の部材である。レーザー光透過性とは、加熱源としてのレーザー光を殆ど反射も吸収もせずに透過させるか、レーザー光を一部透過及び／又は反射しても溶融することなく、残りのレーザー光を透過させることのできる性質をいい、レーザー光の全てを透過させるものも含む。第２部材３は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ＡＢＳ)で構成されている。
【００２５】
上記第１部材２及び第２部材３を構成する樹脂に対しては、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、導電剤、核剤、離型剤、難燃剤、帯電防止剤、加工調剤、着色及び機能性顔料または染料、架橋剤、可塑剤及び加硫剤からなる群から選択された少なくとも一つを混合することも可能である。第２部材３の構成する樹脂に着色顔料や染料を混合する場合は、第２部材３が無色透明ではなくなるが、所定のレーザー光透過性を確保できる程度の量とすればよい。
【００２６】
第１部材２及び第２部材３の厚みは、特に限定されないが、例えば数ｍｍ程度である。また、第１部材２をレーザー光透過性部材からなるものとしてもよい。
【００２７】
第１部材２における第２部材３との接合面には、中間材５との融着力を向上させるための樹脂を含むプライマー層４が形成されている。
【００２８】
プライマー層４に求められる特性としては、中間材５及び第１部材２と相溶性が良いことが挙げられる。また、プライマー層４は、中間材５と第１部材２との少なくとも一方に反応性を有していてもよい。また、プライマー層４はレーザー光Ｌを吸収するレーザー光吸収性を有していても、有していなくても良い。
【００２９】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、ポリエチレン(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、ULDPE、UHDPE、Polyethylene)、ポリプロピレン(PP Co-Polymer、PP Homo-Polymer、PP Ter-Polymer)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、スチレンアクリロニトリル樹脂(SAN)、K-レジン、SBS樹脂(SBS block co-polymer)、PVDC樹脂、EVA樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド(PA、PA6、PA66、PA46、PA610、PA612、PA6/66、PA6/12、PA6T、PA12、PA1212、PAMXD6)、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフ夕レート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレンナフタリン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアセタール、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリチオエチルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン及びポリエーテルイミド、などである。
【００３０】
その他、極性官能基が化学的に結合した変性樹脂であってもよく、具体的には、アクリル酸変性オレフィン樹脂、マレイン酸変性オレフィン樹脂、塩化変性オレフィン樹脂(CPP、CPE)、シラン変性オレフィン樹脂、アイオノマー樹脂、ナイロン変性オレフィン樹脂、エポキシ変性樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂(EVOH)、エチレンビニールアセテート樹脂、ホットメルト接着樹脂などの樹脂が挙げられ、これらと上記熱可塑性樹脂の混合物または組合物であってもよい。
【００３１】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、熱可塑性エラストマーであってもよく、具体的には、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、塩ビ系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、イソプレン系エラストマー、イオンクラスターと非晶性PE系のエラストマー、塩素化PEと非晶性PE系のエラストマー、フッ素系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、アクリル系エラストマー等が挙げられる。
【００３２】
プライマー層４に含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂であってもよく、具体的には、フェノール系樹脂、ユリア系樹脂、スルホアミド系樹脂、シアネート系樹脂、イソシアネート系樹脂、メラミン系樹脂、グアナミン系樹脂、アニリン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ポリイミド系樹脂、マレイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、アリル樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、フラン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ケイ素樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、エピスルフィド樹脂、エン−チオール樹脂、ポリアゾチメン樹脂、ポリビニルベンジルエーテル樹脂、硬化性アクリル樹脂などが挙げられる。また、熱硬化性を有するゴムであってもよく、具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム及びシリコンゴム等が挙げられる。また、上記の樹脂を混合して作った複合樹脂または共重合体でプライマー層４を構成してもよい。
【００３３】
また、プライマー層４には粘着剤成分を混合して粘着性を付与してもよい。この粘着剤成分としては、ゴム系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系等が代表的なものとして挙げられる。
【００３４】
また、熱可塑性エラストマーはゴム系粘着剤のベースとしても一般的であり、特に限定されないがタッキファイヤやオイル、液状オリゴマー、架橋剤等を配合することで粘着剤になり得る。液状オリゴマーとしては、アクリル系、スチレン系、ポリイソプレンやブタジエンなどのゴム系、ポリエステル系、その他分子量数百〜数千程度の高粘度の重合体から選択することが可能である。
【００３５】
プライマー層４には粘着付与剤を混合してもよく、具体的に、例えば、ロジン系粘着付与樹脂、テルペン系粘着付与樹脂、炭化水素系粘着付与樹脂、クマロン系樹脂、クマロンインデン系樹脂などが挙げられる。オイルとしては大別されるパラフィン系、ナフテン系、アロマ系から選べばよい。
【００３６】
プライマー層４には、その他、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、シリケート系化合物、ウレタン系化合物、多価カルボン酸、ポリエステルポリオール・ポリエーテルポリオール・ポリカーボネートポリオールなどを単独でもしくは２種以上組み合わせたポリオール類、イソシアネートまたはポリイソシアネート単独もしくは２種以上組み合わせたイソシアネート系化合物、フッ素樹脂、シリコン樹脂、シアノ系化合物、ニトリル系化合物、カルボジイミド系化合物及び樹脂、エステル系化合物、酸無水物、アダマンタン化合物、イソシアヌレート化合物などを混合してもよい。
【００３７】
また、プライマー層４のレベリング性や接合強度向上など、実用特性の向上を目的として、上述した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に、補強材や充填材を加えることができる。補強材や充填材としては、例えば、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム等とそのウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、アスベスト、炭化ケイ素、セラミック、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオリン、クレー、シリカ、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、ゼオライト、モンモリロナイト、マイカ、雲母、ネフェリンシナイト、タルク、アタルバルシャイト、ウォラストナイト、ＰＭＦ、フェライト、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、シリカ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、黒鉛、石こう、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ガラスバルーン、石英、石英ガラスなどが挙げられる。
【００３８】
また、使用するフィラーは中空であってもよい。また、上記のフィラーは２種以上を併用することが可能であり、必要によりシラン系、チタン系などのカップリング剤で予備処理して使用することができる。プライマー層４には、有機及び無機の着色顔料や染料を添加できるが、これらと上記の補強材、充填材の量は、プライマー層４が所定のレーザー光吸収性を確保できる程度の量となるように適宜調整できる。
【００３９】
プライマー層４には、その他、必要に応じていろいろな添加剤が配合されていてもよい。例えば、素練り促進剤、スコーチ防止剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料、架橋剤、架橋助剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫もどり防止剤といった一般的なゴム・プラスチック配合薬品が挙げられる。
【００４０】
プライマー層４には、樹脂の他に、レーザー光を吸収するレーザー光吸収剤が混合されている。レーザー光吸収剤としては、例えば、カーボンブラック等であるが、これに限られるものではない。
【００４１】
中間材５は、プライマー層４の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３を構成する樹脂との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなるものである。中間材５は、基本的にはシート状であるが、形状としてはこれに限られるものではなく、第１部材２と第２部材３とを効果的に接合できる形状であればよい。また、中間材５は、レーザー光の照射によって加熱された際に溶融する熱可塑性を有している。中間材５の厚さは、例えば、１０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましいが、この範囲に限定されるものではない。中間材５が極めて薄い場合には、フィルム状を呈することになり、一方、厚い場合には板状を呈することになる。また、ポリマーアロイは、弾性を有しており、弾性率は、０．０１以上５００ＭＰａ以下に設定されている。弾性率の値は、第１樹脂や第２樹脂の種類、ポリマーアロイに混合するエラストマーの種類、量等によって任意に設定することが可能である。
【００４２】
中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂は、プライマー層４に含まれる樹脂との相溶性が良好な樹脂であり、例えば、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンゴム（ＳＥＢＳ）が挙げられるが、これに限られるものではない。中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂と、プライマー層４に含まれる樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差は、１．０以下が好ましい。ＳＰ値は、例えば、Ｆｅｄｏｒｓ（フェダーズ）法で算出することが可能である。
【００４３】
ポリマーアロイ中の第２樹脂は、第２部材３を構成する樹脂との相溶性が良好な樹脂であり、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂 (ＰＭＭＡ) が挙げられるが、これに限られるものではない。ポリマーアロイ中の第２樹脂と、第２部材３を構成する樹脂とのＳＰ値の差は、１．０以下が好ましい。
【００４４】
ポリマーアロイと第２部材３との融着力は、ポリマーアロイと第１部材２との融着力よりも強く設定されている。
【００４５】
中間材５には、レーザー光を吸収するレーザー光吸収剤が混合されている。レーザー光吸収剤としては、例えば、カーボンブラック等であるが、これに限られるものではない。中間材５のレーザー光非透過性としては、例えば、波長９４０ｎｍのレーザー光の吸収率が１５％以上であることが好ましい。
【００４６】
中間材５には、熱伝導性フィラーが混合されていてもよいし、混合されていなくてもよい。
【００４７】
次に、上記接合品１の製造要領について説明する。まず、第１部材２における第２部材３との接合面にプライマー層４を形成するための塗料を塗布する。この塗料が乾燥するとプライマー層４が形成される。プライマー層４と第１部材２との結合力は十分に強いものとなる。
【００４８】
プライマー層４の形成方法として様々な手法があるが特に限定されない。溶液タイプのプライマー塗料を用いる場合には、その塗工方式としては、例えば、簡易塗布具としてヘラ、刷毛、棒、注射器、油差し、さらにはハンドローラー、コーキングガン、シーラントガン、フローガン、フローブラシ、スプレーガン、そしてフローコーター、ホイルコーター、ロールコーター、ナイフコーター、ブラシコーター、浸漬コーター、カーテンコーター等の各種コーターを用いることができる。
【００４９】
また、プライマー層４は、溶液タイプのもので形成することに限定されず、例えば、固形タイプのものをホットメルト方式で塗工するものも含み、この場合には、ノズル形およびホイール形のアプリケーター、そしてロールコーター、カーテンフローコーター、特殊コーター等のホットメルトコーターなどを用いることができる。
【００５０】
また、第１部材２の成形時に、固形タイプのプライマーを第１部材２に成形して一体化してもよい。すなわち、例えば、第１部材２を押出成形又は射出成形する際に、第１部材２における中間材５との接合側に、固形タイプのプライマーを二色成形法を用いて成形する。これにより、プライマー層４が得られる。
【００５１】
また、予めフィルム状に成形したプライマー用樹脂を用い、ウェット、ドライ、加熱などのラミネート技術によってプライマー層４を成形してもよい。
【００５２】
プライマー層４を成形した後、第１部材２と第２部材３との間に中間材５を配置して、第１部材２、中間材５及び第２部材３を重ねる。このとき、第１部材２及び第２部材３を治具（図示せず）を用いて厚み方向にクランプしてもよい。
【００５３】
その後、図１に示すように、レーザー光Ｌを第２部材３側から中間材５へ向けて照射する。このレーザー光Ｌの種類は、接合対象物（第１部材２、中間材５及び第２部材３）の材料、厚さ、形状、レーザー光透過度合い等に応じて適宜選択できる。レーザー光Ｌを照射する装置は、周知の装置を利用することができる。
【００５４】
レーザー光Ｌの種類としては、例えば、ガスレーザー、例えば、固体レーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ励起、半導体レーザー励起など）、半導体レーザー、チューナブルダイオードレーザー、チタンサファイアレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ励起、）等が利用でき、レーザー光Ｌの種類は限定されない。これらのレーザー光のうち、通常、可視光より長波長域の８００〜１６００ｎｍ、好ましくは８００〜１１００ｎｍに発振波長を有するレーザー光が使用される。また、レーザー光Ｌは、１つの波長からなるものであってもよいし、２つ以上の波長を有するものであってもよい。レーザー光Ｌのビーム形状としては、円または楕円、ライン、ドーナツ状なども必要に応じて選択できる。
【００５５】
レーザー光Ｌは、接合対象物の厚み方向中間部分に対して垂直方向から又は斜め方向から照射されるものであってもよい。レーザー光Ｌは、１方向だけでなく複数方向から照射されるものであってもよい。接合対象物を移動させながらレーザー光Ｌの照射を行ってもよいし、スポット照射、パルス照射、ライン照射、融着したい形状に対する一括照射を単独または複数のレーザー光により同時に行ってもよい。
【００５６】
また、レーザー光Ｌの出力が低過ぎると樹脂の接合部分を互いに溶融させ難くなり、出力が高過ぎると樹脂が蒸発したり、変質し強度が低下したりするため、これを回避すべく、接合条件としてのレーザー光Ｌの出力及び走査速度、焦点位置、接合対象物へのクランプ治具によるクランプ圧力等を適宜調整する。
【００５７】
照射されたレーザー光Ｌは、第２部材３を透過して中間材５に到達する。中間材５に到達したレーザー光Ｌは、中間材５のレーザー吸収剤に吸収され、これにより中間材５が加熱される。
【００５８】
中間材５が溶融温度となるまで加熱されると溶融し始める。この中間材５の熱はプライマー層４に伝達されてプライマー層４も溶融する。さらに、中間材５の熱は第２部材３にも伝達されて第２部材３の接合部分が溶融する。
【００５９】
中間材５及びプライマー層４が溶融すると、ポリマーアロイの第１樹脂とプライマー層４の樹脂とが混ざる。また、中間材５及び第２部材３の接合部分が溶融すると、ポリマーアロイの第２樹脂と第２部材３の樹脂とが混ざる。
【００６０】
レーザー光Ｌの一部（照射されたレーザー光Ｌのうちの数％）は、中間材５を透過することがある。中間材５を透過した僅かなレーザー光Ｌはプライマー層４に到達する。このプライマー層４にレーザー光吸収剤が混合されているので、中間材５を透過したレーザー光Ｌはプライマー層４のレーザー吸収剤に吸収され、プライマー層４が加熱される。このプライマー層４の熱が中間材５に伝達されて中間材５が加熱されるので、レーザー光Ｌを有効に利用できる。
【００６１】
また、中間材５にレーザーの吸収性を持たせているので、低出力のレーザー光を用いても、中間材５を確実に加熱して溶融させることができる。従って、第１部材２や第２部材３が熱によって損傷（焦げや変形）してしまうのを抑制できる。
【００６２】
そして、レーザー光Ｌの照射を終了した後、中間材５は冷却・固化される。中間材５が固化すると、中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂がプライマー層４の樹脂と融着した状態となるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂が第２部材３と融着した状態となる。これにより、第１部材２と第２部材３とが接合されて接合品１が得られる。
【００６３】
中間材５のポリマーアロイ中の第１樹脂は、プライマー層４の樹脂との相溶性が良く、しかも、そのプライマー層４は第１部材２との結合力が高いので、中間材５と第１部材２との接合強度は高い。また、中間材５のポリマーアロイ中の第２樹脂は、第２部材３を構成する樹脂との相溶性が良いので、中間材５と第２部材３との接合強度は高い。
【００６４】
さらに、第１部材２に形成されているプライマー層４は、上述のように第１部材２との結合力が強く、また、ポリマーアロイ中の第１樹脂との融着力も強い。そして、中間材５のポリマーアロイと第２部材３との融着力は、第１部材２との融着力よりも強いので、中間材５と第２部材３との融着力は十分に確保される。
【００６５】
また、レーザー光Ｌの照射によって第１部材２と第２部材３とを溶着する際には、加熱された後冷却されるという、熱サイクルを受ける。このとき、第１部材２と第２部材３との線膨張係数の違い等が原因となって接合界面に応力が生じることがある。このことに対しては、中間材５が弾性を有していることから、接合界面の応力を緩和することができる。これにより、接合強度の低下や剥がれを防止できる。
【００６６】
また、得られた接合品１には、使用時に熱的なストレスや機械的な力が加わって第１部材２と第２部材３との接合界面に応力が発生することがあるが、このような応力も中間材５の存在によって緩和することができる。従って、接合品１を長期間に亘って使用しても接合強度を維持することができる。
【００６７】
以上説明したように、この実施形態にかかるレーザーを用いた接合方法によれば、第１部材２に塗布したプライマー層４の樹脂との融着性を有する第１樹脂と、第２部材３との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる中間材５を、プライマー層４と第２部材３との間に配置し、レーザー光を照射して中間材５を加熱するようにしている。これにより、第１部材２及び第２部材３が互いに異なる材料からなり両部材２、３を直接接合するのが困難な場合に、両部材２、３を中間材５及びプライマー層４を介して十分な接合強度を持たせて接合することができる。よって、レーザー光を用いた接合方法の適用範囲を拡大できる。
【００６８】
また、中間材５のポリマーアロイと第２部材３との融着力を、ポリマーアロイと第１部材２との融着力よりも強く設定したので、第１部材２と第２部材３との接合強度をより一層高めることができる。
【００６９】
また、中間材５がレーザー光吸収剤を有しているので、低出力のレーザー光を用いても中間材５のポリマーアロイを確実に加熱して溶融させることができる。これにより、ポリマーアロイ中の第１樹脂とプライマー層４の樹脂とを確実に融着できるとともに、ポリマーアロイ中の第２樹脂と第２部材３とも確実に融着でき、第１部材２と第２部材３との接合強度をより一層高めることができる。
【００７０】
また、プライマー層４がレーザー光吸収剤を有しているので、レーザー光により加熱されたプライマー層４の熱を中間材５に伝達させて中間材５のポリマーアロイを確実に溶融させることができる。
【００７１】
尚、上記実施形態では、第２部材３側からレーザー光を照射するようにしているが、これに限らず、第１部材２をレーザー光透過性を有する部材で構成し、第１部材２側からレーザー光を照射するようにしてもよい。これにより、第１部材２側から照射されたレーザー光が中間材５に到達して中間材５が加熱される。
【００７２】
また、本発明にかかるレーザー光を用いた接合方法は、例えば、自動車用部品、化粧品用ケース、住設用又は電気製品用外装部材以外にも、各種接合品を製造する場合に適用できる。
【００７３】
また、第１部材２は、樹脂以外にも例えば金属で構成してもよい。この場合には、プライマー層４を、金属との接着性が良好なものとすればよい。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の実施例について表１に基づいて説明する。
【００７５】
【表１】
【００７６】
第１部材２は、比較例及び実施例で同じ部材であり、ポリプロピレン製の板材である。具体的には、ポリプロピレンは、サンアロマー株式会社製のサンアロマーＰＭ７７１Ｍを用いている。第１部材２の板厚は２ｍｍとし、幅は２５ｍｍとした。レーザー透過率は、７％である。
【００７７】
第２部材３は、比較例及び実施例で同じ部材であり、ＡＢＳ製の板材である。具体的には、三菱樹脂株式会社製のヒシプレートＹ−２６８を用いている。第２部材３の板厚は２ｍｍとし、幅は２５ｍｍとした。レーザー透過率は、３７％である。
【００７８】
レーザー光Ｌは、半導体レーザー装置から出力し、波長は９４０ｎｍ、出力は２５０Ｗ、走査速度は１．２ｍ／分とした。比較例及び実施例で同じである。
【００７９】
まず、比較例について説明する。比較例では、プライマー層４を形成していない。第１部材２及び第２部材３を幅２５ｍｍ×奥行き３５ｍｍの範囲で、中間材５を介在させて重ね、第２部材３側から上記レーザー光Ｌを照射し、幅方向に走査した。中間材５の第１樹脂は、ＳＥＢＳであり、第２樹脂は、ＰＭＭＡである。ＳＥＢＳは、旭化成株式会社製のタフテックＨ１０４１であり、また、ＰＭＭＡは、旭化成株式会社製のデルペット５６０Ｆである。また、中間材５には、レーザー光吸収剤として、近赤外線吸収色素（昭和電工株式会社製のＩＲ−１３Ｆ）を０．５重量部添加した。中間材５の厚みは、０．５ｍｍである。
【００８０】
結果は、第１部材２を第２部材３から手で容易に剥離することができる程度の弱い接合力しか得られず、実用には耐えられない。具体的には、接合強度の試験方法は、接合状態にある第１部材２及び第２部材３を剪断方向で、かつ、レーザー光Ｌの走査方向と直交する方向に引張力（引張速度５ｍｍ／分）を加えて行った。この試験方法では、３００Ｎの引張力で剥離した。また、比較例では、へき開が容易に発生した。
【００８１】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、第１部材２に、ＳＥＢＳを含むプライマー層４を形成した点が比較例と異なっており、他は比較例と同じである。プライマー層４の塗工方法について説明すると、まず、ＳＥＢＳの１％トルエン溶液を作り、これを刷毛を用いて第１部材２に３回重ね塗りした。
【００８２】
結果は、手で剥離するのは困難であった。具体的には、上記試験方法で１０００Ｎの引張力で剥離した。また、剥離時には、第１部材２や第２部材３が破壊し、永久歪みが生じ、また、へき開はできなかった。このように、本発明によれば接合強度が十分に得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上説明したように、本発明にかかるレーザー光を用いた接合方法は、例えば、自動車用部品、化粧品用ケース、住設用又は電気製品用外装部材等を製造する場合に使用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 接合品
２ 第１部材
３ 第２部材
４ プライマー層
５ 中間材
Ｌ レーザー光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる材料を成形してなる第１部材と第２部材とを、両部材の間に中間材を配置した状態でレーザー光を照射して接合する接合方法において、
上記第１部材における上記第２部材との接合側に、上記中間材との融着力を向上させるためのプライマー層を形成し、
その後、上記プライマー層に含まれる樹脂との融着性を有する第１樹脂と上記第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる上記中間材を、上記プライマー層と上記第２部材との間に配置し、
次いで、上記第１部材、上記中間材及び上記第２部材を重ねた状態で、レーザー光を照射して上記中間材を加熱し、上記ポリマーアロイ中の第１樹脂と上記プライマー層の樹脂とを融着するとともに、上記ポリマーアロイ中の第２樹脂と上記第２部材とを融着することを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー光を用いた接合方法において、
ポリマーアロイと第２部材との融着力は、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザー光を用いた接合方法において、
中間材は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザー光を用いた接合方法において、
プライマー層は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項１】
互いに異なる材料を成形してなる第１部材と第２部材とを、両部材の間に中間材を配置した状態でレーザー光を照射して接合する接合方法において、
上記第１部材における上記第２部材との接合側に、上記中間材との融着力を向上させるためのプライマー層を形成し、
その後、上記プライマー層に含まれる樹脂との融着性を有する第１樹脂と上記第２部材との融着性を有する第２樹脂とを含むポリマーアロイからなる上記中間材を、上記プライマー層と上記第２部材との間に配置し、
次いで、上記第１部材、上記中間材及び上記第２部材を重ねた状態で、レーザー光を照射して上記中間材を加熱し、上記ポリマーアロイ中の第１樹脂と上記プライマー層の樹脂とを融着するとともに、上記ポリマーアロイ中の第２樹脂と上記第２部材とを融着することを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー光を用いた接合方法において、
ポリマーアロイと第２部材との融着力は、ポリマーアロイと第１部材との融着力よりも強く設定していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザー光を用いた接合方法において、
中間材は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザー光を用いた接合方法において、
プライマー層は、レーザー光を吸収する吸収剤を有していることを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４０４９６（Ｐ２０１１−２４０４９６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１６７７（Ｐ２０１０−１１１６７７）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５９１０００５０６）早川ゴム株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５９１０００５０６）早川ゴム株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
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