レーザ接合方法及びレーザ接合物
【課題】複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑える。
【解決手段】一対の合成樹脂材料１，３の接合面１ａ，３ａを傾斜面として互いに向かい合わせることで、これら接合面１ａ，３ａ相互間に隙間５を形成し、この隙間５の広い側から狭い側に向けてレーザ光７を照射する。レーザ光７の照射によって隙間５の主に狭い側の接合面１ａ，３ａが溶融し、この状態で合成樹脂材料１，３を互いに接近する方向に加圧する。これにより、溶融した溶融材料９の一部が隙間５の広い側に向けて流れ、隙間５の全域に溶融材料９が行き渡り固化することで、合成樹脂材料１，３相互が溶着接合される。
【解決手段】一対の合成樹脂材料１，３の接合面１ａ，３ａを傾斜面として互いに向かい合わせることで、これら接合面１ａ，３ａ相互間に隙間５を形成し、この隙間５の広い側から狭い側に向けてレーザ光７を照射する。レーザ光７の照射によって隙間５の主に狭い側の接合面１ａ，３ａが溶融し、この状態で合成樹脂材料１，３を互いに接近する方向に加圧する。これにより、溶融した溶融材料９の一部が隙間５の広い側に向けて流れ、隙間５の全域に溶融材料９が行き渡り固化することで、合成樹脂材料１，３相互が溶着接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射を受けて材料相互が溶着接合されるレーザ接合方法及びレーザ接合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を照射して樹脂材料相互を溶着接合する際には、レーザ光に対して吸収性の性質を有する材料と、非吸収性の性質を有する材料とを互いに重ね合わせた後、レーザ光を非吸収性側から照射している。照射したレーザ光は、非吸収性の材料を透過して吸収性の材料に達し、該吸収性の材料を発熱させることで、吸収性の材料とともに非吸収性の材料も溶融して両材料相互が接合される（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−５１９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来のレーザ接合方法では、使用する材料として、レーザ光に対して吸収性の材料と非吸収性の材料の２種が必要となるので、その分材料費が高くなるという課題があり、改善が望まれている。
【０００４】
そこで、本発明は、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させ、この溶融した部位同士を溶着して複数のレーザ吸収性材料同士を接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしたので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施形態］
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるレーザ接合方法を示している。図１（ａ）に示すように、一対の合成樹脂材料１，３を互いに向かい合わせて配置し、これら各合成樹脂材料１，３相互間の隙間５に向けてレーザ光７を照射する。
【０００９】
合成樹脂材料１，３は、いずれもレーザ光７の照射を受けて吸収し、該吸収したレーザ光７のエネルギを熱に変換するレーザ吸収性材料であり、レーザ光７に対して吸収性の性質を有する材料ある。したがって、本レーザ接合時に使用する複数の材料は同一の１種類のみとすることができる。
【００１０】
上記した合成樹脂材料１，３としては、ポリアセタール[ＰＯＭ]，ポリアミド[ＰＡ]，ポリブチレンテレフタレート[ＰＢＴ]，ポリエーテルエーテルケトン[ＰＥＥＫ]，ポリエチレン[ＰＥ]，ポリエチレンテレフタレート[ＰＥＴ]，ポリフェニレンスルフィド[ＰＰＳ]，ポリプロピレン[ＰＰ]，ポリテトラフルオロエチレン[ＰＴＦＥ]，ポリ塩化ビニル[ＰＶＣ]などの熱可塑性プラスチックを母材として、ガラス繊維などの強化材を配合した配合物であり、その他着色剤、酸化防止剤、帯電防止剤、潤滑剤を微量配合している。なお、着色剤として例えばカーボンブラックを配合することで黒色化して吸収性を持たせているので、その他の酸化防止剤、帯電防止剤及び潤滑剤は、本レーザ接合を実施するに当たり必ずしも配合する必要はない。
【００１１】
また、レーザ光としては、合成樹脂材料１，３を溶融できればよいので、半導体レーザやＣＯ2レーザなど特に限定するものではなく、熱可塑性プラスチックの種類に対応して適宜選択すればよい。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、上記した合成樹脂材料１，３は、接合部位となる互いに対向する接合面１ａ，３ａが上下方向で線対称となるよう傾斜しており、この傾斜によって、接合面１ａ，３ａ相互間の前記した隙間５が、図１（ａ）中で右側の一方の端部から同左側の他方の端部に向けて徐々に広くなっている。この際、上記右側の一方の端部側では合成樹脂材料１，３は互いに接触するか、あるいはわずかな隙間を備えてほぼ接触した状態となっているものとする。
【００１３】
上記図１（ａ）の状態で、レーザ光７を、隙間５の広い側から狭い側に向けて隙間５の上下方向ほぼ中心位置に沿って照射する。このときレーザ光７は、例えば直径寸法Ａとして、合成樹脂材料１，３の厚さ（図１（ａ）中で左右方向の厚さ）寸法のほぼ中心位置から隙間５の狭い側に直接照射される。したがって、この照射部位がレーザ光７の照射を受ける受光部１ｂ，３ｂであり、該受光部１ｂ，３ｂよりも隙間５の広い側がレーザ光７の照射を受けない非受光部１ｃ，３ｃとなる。
【００１４】
レーザ光７の照射を受けた受光部１ｂ，３ｂは、図１（ｂ）に示すように、レーザ光７を吸収し発熱することで溶融して溶融部１ｄ，３ｄが形成され、その後、図１（ｃ）に示すように、合成樹脂材料１，３に対し、隙間５が狭くなる方向に上下から図示しないプレス装置などを用い矢印Ｐで示すように加圧する。
【００１５】
上記図１（ｃ）では、溶融部１ｄ，３ｄが押し潰された部位を溶融材料９として示してあり、この溶融材料９一部が非受光部１ｃ，３ｃ側に向けて流れ、最終的には図１（ｄ）に示すように、加圧によって隙間５が狭められると同時に、この狭められた隙間５内に上記流れてきた溶融材料９の一部が入り込み、接合面１ａ，３ａ相互間の隙間５がなくなって合成樹脂材料１，３相互が溶着されて接合されることになる。
【００１６】
合成樹脂材料１，３相互が図１（ｄ）のように接合された接合物は、溶融材料９が溶融後に固化した再溶融固化部１１が溶着部となって合成樹脂材料１，３相互を溶着接合している。この再溶融固化部１１は、図１（ａ）の受光部１ｂ，３ｂに対応する受光部接合領域１１ａと、非受光部１ｃ，３ｃに対応する非受光部接合領域１１ｂとを有している。
【００１７】
すなわち、受光部接合領域１１ａは、レーザ光７の照射を受けて溶融した後固化して接合される領域であり、非受光部接合領域１１ｂは、受光部１ｂ，３ｂがレーザ光７の照射を受けて溶融した溶融材料９の一部が流れてきた後固化して接合される領域である。
【００１８】
そして、上記図１（ｄ）に示すレーザ接合物は、受光部接合領域１１ａがレーザ光７を直接受けて溶融した領域であり、また非受光部接合領域１１ｂが受光部１ｂ，３ｂから流れてきた一部の溶融材料９によって形成された領域であることから、受光部接合領域１１ａの接合方向（図１（ｄ）中で上下方向）の厚さは、非受光部接合領域１１ｂの同厚さに比較して厚くなっている。
【００１９】
すなわち、レーザ光７の照射を受けて溶融した溶融材料９が固化した再溶融固化部１１は、受光部１ｂ，３ｂで厚く非受光部１ｃ，３ｃで薄いものとなっている。
【００２０】
上記したように、本実施形態では、同一種類のレーザ吸収性材料である合成樹脂材料１，３に対し、レーザ光７をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしたので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、合成樹脂材料１，３をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置し、この各接合部位をレーザ光７によって同時に照射した後、合成樹脂材料１，３相互をそのまま接近させて加圧し接合できる。このため、接合部位が溶融した後、すばやく加圧して接合でき、溶融部１ｄ，３ｄ（溶融材料９）の硬化を抑制して高品質な接合物とすることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態では、合成樹脂材料１，３相互間に形成した隙間５の広い側から狭い側に向けてレーザ光７を照射して溶融させた後、この隙間５が狭くなる方向に合成樹脂材料１，３相互を接近させて加圧し接合することで、レーザ光７を照射しない隙間５の広い側は、レーザ光７を照射して溶融した溶融材料９の一部が流れてきて溶着することができる。これにより、合成樹脂材料１，３相互間の接合部位全体にレーザ光７を照射する必要がなく、レーザ光照射によるエネルギ消費を低く抑えることができるとともにレーザ照射時間も短縮し、製造コストを削減することが可能となる。
【００２３】
このようなレーザ接合方法によって製造するレーザ接合物としては、図２に示すような自動車に搭載するＡＢＳ装置のコントロールユニット１３のハウジング１５がある。このハウジング１５は、ベース１７とカバー１９とを備え、図３の分解斜視図で示すように、内部に各種電子部品を実装した回路基板２１などを収容している。
【００２４】
上記したベース１７とカバー１９とが、前記図１に示した同一種類の合成樹脂材料１と合成樹脂材料３とにそれぞれに相当する。すなわち、ベース１７とカバー１９との互いに対向する周縁１７ａ，１９ａ相互が、前記図１に示した接合面１ａ，３ａにそれぞれ対応し、これら周縁１７ａ，１９ａ相互間に前記したレーザ光７を照射してベース１７とカバー１９とを溶着接合する。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、ベース１７とカバー１９とを、周縁１７ａ，１９ａ相互が対向した状態で互いに重ね合わせ、この状態でレーザ照射ヘッド２３から照射するレーザ光７を周縁１７ａ，１９ａ相互間に照射する。この際、周縁１７ａ，１９ａ全周を溶着接合するために、図２に示すベース１７及びカバー１９全体を回転させるか、あるいは、レーザ照射ヘッド２３を周縁１７ａ，１９ａに沿って移動させる。このとき、レーザ照射ヘッド２３と周縁１７ａ，１９ａとの間隔を常に一定に確保するようレーザ照射ヘッド２３を周縁１７ａ，１９ａに対して適宜接近離反移動させる。
【００２６】
そして、このようなＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３のハウジング１５に本発明のレーザ接合方法を適用することで、外観品質を高めたり、ハウジング１５を小型化する上で有利となっている。
【００２７】
例えば、加熱した熱板により互いに接合する材料の接合面を溶融させた後、この溶融部位を突き合わせて接合する熱板溶着による接合方法の場合には、溶融部位が外側に食み出すことが避けられないので、外観品質の低下を招く。また、互いに接合する材料の接合面相互を突き合わせた状態で、超音波振動させて接合する振動溶着による接合方法では、やはり振動時の摩擦熱によって発生する溶融部が外部に露出するので、この溶融物を収容する空間を溶着部の外側に形成しておく必要があり、この空間を設ける分ハウジングの大型化を招いてしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態のレーザ接合方法によれば、レーザ光７により接合面１ａ，３ａの一部を溶融させているので、溶融量を少なく抑えることができ、しかも溶融材料９は溶融していない非受光部１ｃ，３ｃに向けて流れるようにしていることから、加圧しても溶融物の外部へのはみ出し量を少なくすることができ、もって外観品質の向上に寄与することができる。また、溶融物の外部への食み出し量を少なくできるので、溶融物を収容する空間を溶着部の外側に形成する必要がなく、したがってハウジングの大型化を回避することができる。
【００２９】
なお、前記図１においては、レーザ光７を隙間５の狭い側のみに照射しているが、広い側も含めて隙間５の全体にレーザ光７を照射するようにしてもよい。その場合には、レーザ光７のスポット径(直径)を、図１の寸法Ａよりも大きくして隙間５の広い側と同等かそれより大きくするか、あるいは、図４（ａ）に示すように、レーザ照射ヘッド２３を隙間５に対して上下方向に相対移動させてもよい。レーザ照射ヘッド２３を隙間５に対して上下方向に相対移動させる作業は、前記図１（ａ）の受光部１ｂ，３ｂにレーザ光７を照射する場合にも適用できる。
【００３０】
このように、接合部位全体にレーザ光７を照射して溶融させることで、接合強度が安定する。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示すように、合成樹脂材料１，３の前記図１（ａ）の接合面１ａ，３ａに対応する接合部位に複数の段差１ｅ，３ｅを設け、これにより隙間５の広さを段階的に変化させてもよい。この場合、上記した段差１ｅ，３ｅに、レーザ光７の照射方向に対向するレーザ光受け面１ｆ，３ｆを備えている。このため、レーザ光７をレーザ光受け面１ｆ，３ｆで効率よく受けることができて、受光部でのレーザ光７のエネルギ密度が高くなり、合成樹脂材料１，３を効率よく溶融させることができ、レーザ光７照射によるエネルギ消費を低く抑えることができる。
【００３２】
さらに、図４（ｃ）に示すように、合成樹脂材料１，３の前記図１（ａ）の接合面１ａ，３ａに対応する接合部位を、図１の（ａ）の傾斜している平面形状に代えて凹状の曲面形状としてもよい。これにより、隙間５の奥側（狭い側）にレーザ光７の照射方向に対向するレーザ光受け面１ｇ，３ｇが形成されることになり、したがってこの場合にも、レーザ光７をレーザ光受け面１ｇ，３ｇで効率よく受けることができて、奥側でのレーザ光７のエネルギ密度が高くなり、合成樹脂材料１，３を効率よく溶融させることができる。
【００３３】
なお、上記図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の例においても、レーザ光７の照射後は、合成樹脂材料１，３を互いに接近する方向に加圧することで、前記図１のものとほぼ同様に溶融材料が隙間５の狭い側に流れて溶着接合される。
【００３４】
図５は、前記図１の例に対し、隙間５内に不活性ガス吐出ノズル２５から不活性ガス２７を噴射供給している。不活性ガス２７は、レーザ光７の照射と同時に行って隙間５内の空気を排除（ガスパージ）するもので、レーザ光７照射による溶融面(接合面)の酸化及び、空気の巻き込みによる気泡発生を抑えることができ、接合強度を高めることができる。
【００３５】
なお、この不活性ガス２７の供給は、前記図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の各例においても適用できることはもちろんである。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。なお、実施例で実施した接合強度はＪＩＳＫ−７１１３に準拠して引張特性を測定した。
【００３７】
実験材料はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を用いる。接合条件として、レーザパワーが２０Ａ、レーザ走査速度が１、２、３、４ｍｍ／ｓ、接合圧力が０．１、０．２、０．３ＭＰａ、接合押込み速度が２ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【実施例１】
【００３８】
表１を用いて説明する。
いずれの溶着圧力でも走査速度の減少にともない溶着強度が向上する。また、走査速度Ｖ＝１ｍｍ／ｓの場合、いずれの溶着圧力でも、母材の７５％以上の溶着強度が得られた。これは、走査速度が遅いことにより接合面の溶融樹脂の排出が多くなったことが要因に挙げられる。溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａでは、走査速度の減少にともない、溶着強度が増加する。溶着圧力Ｐ＝０．２ＭＰａでは、溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａの場合と比べると、走査速度Ｖ＝３、４ｍｍ／ｓで溶着強度のばらつきが小さくなった。接合圧力Ｐ＝０．３ＭＰａでは，溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａと比べると、いずれの走査速度でもばらつきが小さくなった。つまり、走査速度の速さに関わらず溶着圧力が高いほど、安定して接合できることがわかった。
【表１】
【００３９】
以上より、基本的に走査速度の減少は溶着強度の向上に有効であると考えられる。また、溶着の際に溶融樹脂を多く排出することが溶着強度の向上に関わっていると考えられる。
【実施例２】
【００４０】
表２を用いて説明する。
いずれの走査速度（Ｖ＝１〜３ｍｍ／ｓ）においても、溶着圧力Ｐ＝０．３ＭＰａで最も高い溶着強度が得られた。走査速度Ｖ＝１ｍｍ／ｓの場合では，溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａと低くても、母材の７５％以上の溶着強度に達した。中でも溶着圧力Ｐ＝０．３ＭＰａでは，母材の９０％（４７ＭＰａ）以上の溶着強度が得られた。また、溶着圧力の増加にともなって、溶着強度のばらつきが小さくなった。走査速度Ｖ＝２ｍｍ／ｓおよび走査速度Ｖ＝３ｍｍ／ｓの場合も同様に溶着圧力の増加にともなって、溶着強度が向上した。走査速度Ｖ＝４ｍｍ／ｓのときでは、溶着圧力が増加しても、溶着強度の向上は見られず、微減した。
【表２】
【００４１】
以上より、基本的に溶着圧力は溶着強度の向上に有効であることがわかった。また、溶着圧力の増加は、溶着強度のばらつきを小さくし、安定した接合ができると考えられる。
【実施例３】
【００４２】
接合破断面は、Ａｕスパッタコーティングを行ってから、走査型電子顕微鏡Ｓ−４３００型で観察した。その結果、溶着強度の低い溶着体は、樹脂の排出量が少なく、接合面積が小さくなっている。一方、溶着強度の高い溶着体は、樹脂の排出量が多く、接合面積が大きくなっている。つまり、樹脂の排出量が多く、接合面積が大きくなるほど、溶着強度の向上が期待できる。また、溶着強度の低い溶着体は、亀裂が直線的で粗いものが多いが、一方、溶着強度の高い溶着体は、亀裂が非直線的で短小なものが多くなる傾向がある。
【００４３】
以上より、本発明における新しいレーザ接合方法の有効性が認められた。つまり、レーザ走査速度、溶着圧力、レーザパワーを調整すれば、いずれの材料においても高い溶着強度を得ることが可能である。
【００４４】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係わるレーザ接合方法を示している。この実施形態は、図１の一対の合成樹脂材料１，３と同材料からなる円筒のカップ形状の一対の合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合している。一対の合成樹脂材料１０，３０は、図６（ａ）に示すように、接合部位となる開口側の接合面１０ａ，３０ａを互いに平行としかつ離間させた状態で対向させている。
【００４５】
そして、この接合面１０ａ，３０ａ相互間の一部位にレーザ光反射手段２９を配置し、このレーザ光反射手段２９でレーザ光７を反射させて左右に進行させ、この左右に進行するレーザ光７ａ，７ｂを、一対の合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａにそれぞれ同時に照射する。なお、レーザ光反射手段２９の具体的な構成については後述する。
【００４６】
レーザ光７ａ，７ｂを照射する際には、円筒状の合成樹脂材料１０，３０をその中心軸線を中心として回転させる。これにより、接合面１０ａ，３０ａの全周をレーザ光７ａ，７ｂの照射によって溶融させる。このときの接合面１０ａ，３０ａに対するレーザ光７ａ，７ｂの照射部位１０ｂ，３０ｂは、接合面１０ａ，３０ａの幅方向中央の一部とするが、接合面１０ａ，３０ａ全域に照射してもよい。
【００４７】
レーザ光７ａ，７ｂの照射後は、レーザ光反射手段２９を合成樹脂材料１０，３０相互間から外れた位置に移動させた後、図６（ｂ）のように合成樹脂材料１０，３０を互いに接近させて突き合わせ、前記図１のときと同様にして加圧することで、合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合する。
【００４８】
これにより、本実施形態においても、前記図１に示した第１の実施形態と同様に、同一種類のレーザ吸収性材料である合成樹脂材料１０，３０に対し、レーザ光７をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしているので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【００４９】
また、本実施形態においても、合成樹脂材料１０，３０をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置しているので、この各接合部位をレーザ光７によって同時に照射した後、合成樹脂材料１０，３０相互をそのまま接近させて加圧し接合でき、溶融材料の硬化を抑制して高品質な接合物とすることができる。
【００５０】
また、この実施形態では、レーザ光７ａ，７ｂの照射部位１０ｂ，３０ｂを、接合面１０ａ，３０ａにおける幅方向の一部とすることで、図７（ａ）に示すように、接合面１０ａ，３０ａには、嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとをそれぞれ設定することができる。これら嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃは、合成樹脂材料１０，３０同士を嵌合により連結固定する嵌合部を構成しており、照射部位１０ｂ，３０ｂがレーザ光７ａ，７ｂの照射により溶融した後に加圧する際、この加圧作業と同時に嵌合突起３０ｃが図７（ｂ）のように嵌合穴１０ｃに嵌入される。
【００５１】
これにより、照射部位１０ｂ，３０ｂの溶融により形成される溶着部３１によって主として気密性を確保すると同時に、嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとによる嵌合部よって主として接合強度を確保することができる。したがって、この嵌合部を設定した本実施形態を、例えば前記図２，３に示したようなＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３のハウジング１５に適用することで、該コントロールユニット１３を搭載する車両が走行する際に振動を受けたとしても、ベース１７とカバー１９との間の気密性及び接合状態を所望に維持でき、信頼性のある製品とすることができる。
【００５２】
ところで、上記したＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３は、作動時に内部の電子部品の発熱によって温度上昇するが、この温度上昇した状態で、例えば洗車時の水がかかるなどして冷却されたときには、ハウジング１５内の温度が低下して内部圧力も低下して負圧となる。このため、図８に模式的に示すように、ハウジング１５は、例えばそのカバー１９が内部の負圧によって内側に引っ張られるようにして変形し、その結果ベース１７とカバー１９との接合面となる周縁１７ａ，１９ａの外側が、矢印Ｆで示すように互いに離れる方向に力を受ける。
【００５３】
したがって、コントロールユニット１３のハウジング１５に、前記した嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとからなる嵌合部を設定する場合には、上記した負圧発生時に力を受ける外側位置に該嵌合部を設定することで、ハウジング１５（カバー１９）の変形に対しより効率よく対処することができ、ハウジング１５の耐久性向上に寄与することができる。
【００５４】
なお、上記したハウジング１５に嵌合部を設定する際には、照射部位１０ｂ，３０ｂにおけるハウジング１５の内部に近い位置もしくは、照射部位１０ｂ，３０ｂの幅方向ほぼ中央部とすることで、嵌合部の設定領域を広く確保できて嵌合部の設定が容易となる。
【００５５】
また、上記した嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとからなる嵌合部に代えて、図９に示すように、一方の例えば合成樹脂材料１０の両側面に段差部３３，３５をそれぞれ設け、この段差部３３，３５に係合する係合爪３７，３９を他方の合成樹脂材料３０に設ける構造としてもよい。
【００５６】
次に、前記図６（ａ）に示したレーザ光反射手段２９の具体例を図１０に基づき説明する。図１０（ａ）は、レーザ光反射手段２９として２つのプリズム４１，４３を設け、これら各プリズム４１，４３の側方（接合面１０ａ，３０ａ相互間の位置から外れた側方）にミラー４５を配置する。ミラー４５は、図１０（ａ）中で紙面に直交する方向に延びる回転軸Ｑを中心として揺動回転可能としている。
【００５７】
そして、このミラー４５にレーザ光照射ヘッド２３からのレーザ光７を反射させ、ミラー４５の回転位置によって、一方のプリズム４１に向けて進行するレーザ光７ｃと、他方のプリズム４３に向けて進行するレーザ光７ｄとを発生させる。すなわち、ミラー４５を実線で示す位置に揺動回転させた状態では、レーザ光７ｃがプリズム４１を通って合成樹脂材料１０の接合面１０ａに到達し、ミラー４５を二点鎖線で示す位置に揺動回転させた状態では、レーザ光７ｄがプリズム４３を通って合成樹脂材料１０の接合面１０ａに到達する。
【００５８】
なお、このときの２つのプリズム４１，４３は、該プリズム４１，４３で屈折して合成樹脂材料１０，３０に向けて進行するレーザ光が、接合面１０ａ，３０ａを照射できるように、設置位置や設置角度を適宜調整する。
【００５９】
上記図１０（ａ）の例では、ミラー４５を使用することで、レーザ光照射ヘッド２３のレイアウト性が向上する。
【００６０】
一方、図１０（ｂ）の例は、プリズムを２つ使用する点では図１０（ａ）と同様であるが、ミラー４５を廃止した上で、レーザ照射ヘッド２３を一方のプリズム４１に対応する位置と、他方のプリズム４３に対応する位置との間を移動可能としている。この場合には、レーザ照射ヘッド２３の移動機構を除けば、ミラー４５を使用しない分部品点数の削減となる。
【００６１】
なお、レーザ光反射手段２９として、上記２つのプリズムに代えて反射鏡となるミラーを２つ用いてもよい。
【００６２】
図１１は、レーザ光反射手段２９を使用しない例を示しており、合成樹脂材料１０，３０にそれぞれ対応してレーザ照射ヘッド２３Ａ，２３Ｂを設けている。この場合には、図１１（ａ）のように、各合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａにレーザ照射ヘッド２３Ａ，２３Ｂからレーザ光７Ａ，７Ｂを照射して溶融させた後、図１１（ｂ）のように、例えば合成樹脂材料３０を反転させる。
【００６３】
さらに続いて図１１（ｃ）のように、各合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａを前記図６（ａ）と同様にして互いに平行な状態で対向するよう配置した後、これら合成樹脂材料１０，３０を互いに接近させつつ加圧することで、図６の例と同様に合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるレーザ接合方法を示す作用説明図で、（ａ）は一対の合成樹脂材料を互いに向かい合わせて配置した図、（ｂ）は一対の合成樹脂材料相互間へのレーザ光照射により溶融部が形成されている状態を示す図、（ｃ）は一対の合成樹脂材料を加圧している状態を示す図、（ｄ）は一対の合成樹脂材料が接合された状態を示す図である。
【図２】図１のレーザ接合方法によって製造可能な自動車に搭載されるＡＢＳ装置のコントロールユニットの斜視図である。
【図３】図２のコントロールユニットの分解斜視図である。
【図４】図１の変形例を示す図１（ａ）に対応する作用説明図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３種を示している。
【図５】図１の例に対して隙間内に不活性ガスを噴射供給する例を示す作用説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わるレーザ接合方法を示す作用説明図で、（ａ）は合成樹脂材料にレーザ光を照射している状態を示し、（ｂ）は合成樹脂材料を互いに接合した状態を示している。
【図７】図６に対して嵌合部を設けた例を示す要部の断面図で、（ａ）は嵌合前の状態、（ｂ）は嵌合後の状態をそれぞれ示す。
【図８】ハウジングが内部の負圧によって変形している状態を示す模式的な断面図である。
【図９】図７の嵌合部に代わる他の例を示す断面図である。
【図１０】図６（ａ）の合成樹脂材料にレーザ光を照射する機構の具体例を示す作用説明図で、（ａ）はミラーを用いた例、（ｂ）はレーザ照射ヘッドを移動される例である。
【図１１】合成樹脂材料にレーザ光を照射する機構の他の例を、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に作用説明図として示している。
【符号の説明】
【００６５】
１，３，１０，３０ 合成樹脂材料（レーザ吸収性材料）
１ａ，３ａ，１０ａ，３０ａ 合成樹脂材料の接合面（接合部位）
１ｂ，３ｂ 受光部
１ｃ，３ｃ 非受光部
５ 一対の合成樹脂材料相互間の隙間
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７Ａ，７Ｂ レーザ光
１０ｂ，３０ｂ 照射部位
１０ｃ 嵌合穴（嵌合部）
３０ｃ 嵌合突起（嵌合部）
１１ 再溶融固化部（固化部）
１１ａ 受光部接合領域（受光部）
１１ｂ 非受光部接合領域（非受光部）
１７ ベース（レーザ吸収性材料）
１９ カバー（レーザ吸収性材料）
２９ レーザ光反射手段
４１，４３ プリズム（レーザ光反射手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射を受けて材料相互が溶着接合されるレーザ接合方法及びレーザ接合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を照射して樹脂材料相互を溶着接合する際には、レーザ光に対して吸収性の性質を有する材料と、非吸収性の性質を有する材料とを互いに重ね合わせた後、レーザ光を非吸収性側から照射している。照射したレーザ光は、非吸収性の材料を透過して吸収性の材料に達し、該吸収性の材料を発熱させることで、吸収性の材料とともに非吸収性の材料も溶融して両材料相互が接合される（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−５１９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来のレーザ接合方法では、使用する材料として、レーザ光に対して吸収性の材料と非吸収性の材料の２種が必要となるので、その分材料費が高くなるという課題があり、改善が望まれている。
【０００４】
そこで、本発明は、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させ、この溶融した部位同士を溶着して複数のレーザ吸収性材料同士を接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしたので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施形態］
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるレーザ接合方法を示している。図１（ａ）に示すように、一対の合成樹脂材料１，３を互いに向かい合わせて配置し、これら各合成樹脂材料１，３相互間の隙間５に向けてレーザ光７を照射する。
【０００９】
合成樹脂材料１，３は、いずれもレーザ光７の照射を受けて吸収し、該吸収したレーザ光７のエネルギを熱に変換するレーザ吸収性材料であり、レーザ光７に対して吸収性の性質を有する材料ある。したがって、本レーザ接合時に使用する複数の材料は同一の１種類のみとすることができる。
【００１０】
上記した合成樹脂材料１，３としては、ポリアセタール[ＰＯＭ]，ポリアミド[ＰＡ]，ポリブチレンテレフタレート[ＰＢＴ]，ポリエーテルエーテルケトン[ＰＥＥＫ]，ポリエチレン[ＰＥ]，ポリエチレンテレフタレート[ＰＥＴ]，ポリフェニレンスルフィド[ＰＰＳ]，ポリプロピレン[ＰＰ]，ポリテトラフルオロエチレン[ＰＴＦＥ]，ポリ塩化ビニル[ＰＶＣ]などの熱可塑性プラスチックを母材として、ガラス繊維などの強化材を配合した配合物であり、その他着色剤、酸化防止剤、帯電防止剤、潤滑剤を微量配合している。なお、着色剤として例えばカーボンブラックを配合することで黒色化して吸収性を持たせているので、その他の酸化防止剤、帯電防止剤及び潤滑剤は、本レーザ接合を実施するに当たり必ずしも配合する必要はない。
【００１１】
また、レーザ光としては、合成樹脂材料１，３を溶融できればよいので、半導体レーザやＣＯ2レーザなど特に限定するものではなく、熱可塑性プラスチックの種類に対応して適宜選択すればよい。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、上記した合成樹脂材料１，３は、接合部位となる互いに対向する接合面１ａ，３ａが上下方向で線対称となるよう傾斜しており、この傾斜によって、接合面１ａ，３ａ相互間の前記した隙間５が、図１（ａ）中で右側の一方の端部から同左側の他方の端部に向けて徐々に広くなっている。この際、上記右側の一方の端部側では合成樹脂材料１，３は互いに接触するか、あるいはわずかな隙間を備えてほぼ接触した状態となっているものとする。
【００１３】
上記図１（ａ）の状態で、レーザ光７を、隙間５の広い側から狭い側に向けて隙間５の上下方向ほぼ中心位置に沿って照射する。このときレーザ光７は、例えば直径寸法Ａとして、合成樹脂材料１，３の厚さ（図１（ａ）中で左右方向の厚さ）寸法のほぼ中心位置から隙間５の狭い側に直接照射される。したがって、この照射部位がレーザ光７の照射を受ける受光部１ｂ，３ｂであり、該受光部１ｂ，３ｂよりも隙間５の広い側がレーザ光７の照射を受けない非受光部１ｃ，３ｃとなる。
【００１４】
レーザ光７の照射を受けた受光部１ｂ，３ｂは、図１（ｂ）に示すように、レーザ光７を吸収し発熱することで溶融して溶融部１ｄ，３ｄが形成され、その後、図１（ｃ）に示すように、合成樹脂材料１，３に対し、隙間５が狭くなる方向に上下から図示しないプレス装置などを用い矢印Ｐで示すように加圧する。
【００１５】
上記図１（ｃ）では、溶融部１ｄ，３ｄが押し潰された部位を溶融材料９として示してあり、この溶融材料９一部が非受光部１ｃ，３ｃ側に向けて流れ、最終的には図１（ｄ）に示すように、加圧によって隙間５が狭められると同時に、この狭められた隙間５内に上記流れてきた溶融材料９の一部が入り込み、接合面１ａ，３ａ相互間の隙間５がなくなって合成樹脂材料１，３相互が溶着されて接合されることになる。
【００１６】
合成樹脂材料１，３相互が図１（ｄ）のように接合された接合物は、溶融材料９が溶融後に固化した再溶融固化部１１が溶着部となって合成樹脂材料１，３相互を溶着接合している。この再溶融固化部１１は、図１（ａ）の受光部１ｂ，３ｂに対応する受光部接合領域１１ａと、非受光部１ｃ，３ｃに対応する非受光部接合領域１１ｂとを有している。
【００１７】
すなわち、受光部接合領域１１ａは、レーザ光７の照射を受けて溶融した後固化して接合される領域であり、非受光部接合領域１１ｂは、受光部１ｂ，３ｂがレーザ光７の照射を受けて溶融した溶融材料９の一部が流れてきた後固化して接合される領域である。
【００１８】
そして、上記図１（ｄ）に示すレーザ接合物は、受光部接合領域１１ａがレーザ光７を直接受けて溶融した領域であり、また非受光部接合領域１１ｂが受光部１ｂ，３ｂから流れてきた一部の溶融材料９によって形成された領域であることから、受光部接合領域１１ａの接合方向（図１（ｄ）中で上下方向）の厚さは、非受光部接合領域１１ｂの同厚さに比較して厚くなっている。
【００１９】
すなわち、レーザ光７の照射を受けて溶融した溶融材料９が固化した再溶融固化部１１は、受光部１ｂ，３ｂで厚く非受光部１ｃ，３ｃで薄いものとなっている。
【００２０】
上記したように、本実施形態では、同一種類のレーザ吸収性材料である合成樹脂材料１，３に対し、レーザ光７をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしたので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、合成樹脂材料１，３をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置し、この各接合部位をレーザ光７によって同時に照射した後、合成樹脂材料１，３相互をそのまま接近させて加圧し接合できる。このため、接合部位が溶融した後、すばやく加圧して接合でき、溶融部１ｄ，３ｄ（溶融材料９）の硬化を抑制して高品質な接合物とすることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態では、合成樹脂材料１，３相互間に形成した隙間５の広い側から狭い側に向けてレーザ光７を照射して溶融させた後、この隙間５が狭くなる方向に合成樹脂材料１，３相互を接近させて加圧し接合することで、レーザ光７を照射しない隙間５の広い側は、レーザ光７を照射して溶融した溶融材料９の一部が流れてきて溶着することができる。これにより、合成樹脂材料１，３相互間の接合部位全体にレーザ光７を照射する必要がなく、レーザ光照射によるエネルギ消費を低く抑えることができるとともにレーザ照射時間も短縮し、製造コストを削減することが可能となる。
【００２３】
このようなレーザ接合方法によって製造するレーザ接合物としては、図２に示すような自動車に搭載するＡＢＳ装置のコントロールユニット１３のハウジング１５がある。このハウジング１５は、ベース１７とカバー１９とを備え、図３の分解斜視図で示すように、内部に各種電子部品を実装した回路基板２１などを収容している。
【００２４】
上記したベース１７とカバー１９とが、前記図１に示した同一種類の合成樹脂材料１と合成樹脂材料３とにそれぞれに相当する。すなわち、ベース１７とカバー１９との互いに対向する周縁１７ａ，１９ａ相互が、前記図１に示した接合面１ａ，３ａにそれぞれ対応し、これら周縁１７ａ，１９ａ相互間に前記したレーザ光７を照射してベース１７とカバー１９とを溶着接合する。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、ベース１７とカバー１９とを、周縁１７ａ，１９ａ相互が対向した状態で互いに重ね合わせ、この状態でレーザ照射ヘッド２３から照射するレーザ光７を周縁１７ａ，１９ａ相互間に照射する。この際、周縁１７ａ，１９ａ全周を溶着接合するために、図２に示すベース１７及びカバー１９全体を回転させるか、あるいは、レーザ照射ヘッド２３を周縁１７ａ，１９ａに沿って移動させる。このとき、レーザ照射ヘッド２３と周縁１７ａ，１９ａとの間隔を常に一定に確保するようレーザ照射ヘッド２３を周縁１７ａ，１９ａに対して適宜接近離反移動させる。
【００２６】
そして、このようなＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３のハウジング１５に本発明のレーザ接合方法を適用することで、外観品質を高めたり、ハウジング１５を小型化する上で有利となっている。
【００２７】
例えば、加熱した熱板により互いに接合する材料の接合面を溶融させた後、この溶融部位を突き合わせて接合する熱板溶着による接合方法の場合には、溶融部位が外側に食み出すことが避けられないので、外観品質の低下を招く。また、互いに接合する材料の接合面相互を突き合わせた状態で、超音波振動させて接合する振動溶着による接合方法では、やはり振動時の摩擦熱によって発生する溶融部が外部に露出するので、この溶融物を収容する空間を溶着部の外側に形成しておく必要があり、この空間を設ける分ハウジングの大型化を招いてしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態のレーザ接合方法によれば、レーザ光７により接合面１ａ，３ａの一部を溶融させているので、溶融量を少なく抑えることができ、しかも溶融材料９は溶融していない非受光部１ｃ，３ｃに向けて流れるようにしていることから、加圧しても溶融物の外部へのはみ出し量を少なくすることができ、もって外観品質の向上に寄与することができる。また、溶融物の外部への食み出し量を少なくできるので、溶融物を収容する空間を溶着部の外側に形成する必要がなく、したがってハウジングの大型化を回避することができる。
【００２９】
なお、前記図１においては、レーザ光７を隙間５の狭い側のみに照射しているが、広い側も含めて隙間５の全体にレーザ光７を照射するようにしてもよい。その場合には、レーザ光７のスポット径(直径)を、図１の寸法Ａよりも大きくして隙間５の広い側と同等かそれより大きくするか、あるいは、図４（ａ）に示すように、レーザ照射ヘッド２３を隙間５に対して上下方向に相対移動させてもよい。レーザ照射ヘッド２３を隙間５に対して上下方向に相対移動させる作業は、前記図１（ａ）の受光部１ｂ，３ｂにレーザ光７を照射する場合にも適用できる。
【００３０】
このように、接合部位全体にレーザ光７を照射して溶融させることで、接合強度が安定する。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示すように、合成樹脂材料１，３の前記図１（ａ）の接合面１ａ，３ａに対応する接合部位に複数の段差１ｅ，３ｅを設け、これにより隙間５の広さを段階的に変化させてもよい。この場合、上記した段差１ｅ，３ｅに、レーザ光７の照射方向に対向するレーザ光受け面１ｆ，３ｆを備えている。このため、レーザ光７をレーザ光受け面１ｆ，３ｆで効率よく受けることができて、受光部でのレーザ光７のエネルギ密度が高くなり、合成樹脂材料１，３を効率よく溶融させることができ、レーザ光７照射によるエネルギ消費を低く抑えることができる。
【００３２】
さらに、図４（ｃ）に示すように、合成樹脂材料１，３の前記図１（ａ）の接合面１ａ，３ａに対応する接合部位を、図１の（ａ）の傾斜している平面形状に代えて凹状の曲面形状としてもよい。これにより、隙間５の奥側（狭い側）にレーザ光７の照射方向に対向するレーザ光受け面１ｇ，３ｇが形成されることになり、したがってこの場合にも、レーザ光７をレーザ光受け面１ｇ，３ｇで効率よく受けることができて、奥側でのレーザ光７のエネルギ密度が高くなり、合成樹脂材料１，３を効率よく溶融させることができる。
【００３３】
なお、上記図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の例においても、レーザ光７の照射後は、合成樹脂材料１，３を互いに接近する方向に加圧することで、前記図１のものとほぼ同様に溶融材料が隙間５の狭い側に流れて溶着接合される。
【００３４】
図５は、前記図１の例に対し、隙間５内に不活性ガス吐出ノズル２５から不活性ガス２７を噴射供給している。不活性ガス２７は、レーザ光７の照射と同時に行って隙間５内の空気を排除（ガスパージ）するもので、レーザ光７照射による溶融面(接合面)の酸化及び、空気の巻き込みによる気泡発生を抑えることができ、接合強度を高めることができる。
【００３５】
なお、この不活性ガス２７の供給は、前記図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の各例においても適用できることはもちろんである。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。なお、実施例で実施した接合強度はＪＩＳＫ−７１１３に準拠して引張特性を測定した。
【００３７】
実験材料はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を用いる。接合条件として、レーザパワーが２０Ａ、レーザ走査速度が１、２、３、４ｍｍ／ｓ、接合圧力が０．１、０．２、０．３ＭＰａ、接合押込み速度が２ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【実施例１】
【００３８】
表１を用いて説明する。
いずれの溶着圧力でも走査速度の減少にともない溶着強度が向上する。また、走査速度Ｖ＝１ｍｍ／ｓの場合、いずれの溶着圧力でも、母材の７５％以上の溶着強度が得られた。これは、走査速度が遅いことにより接合面の溶融樹脂の排出が多くなったことが要因に挙げられる。溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａでは、走査速度の減少にともない、溶着強度が増加する。溶着圧力Ｐ＝０．２ＭＰａでは、溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａの場合と比べると、走査速度Ｖ＝３、４ｍｍ／ｓで溶着強度のばらつきが小さくなった。接合圧力Ｐ＝０．３ＭＰａでは，溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａと比べると、いずれの走査速度でもばらつきが小さくなった。つまり、走査速度の速さに関わらず溶着圧力が高いほど、安定して接合できることがわかった。
【表１】
【００３９】
以上より、基本的に走査速度の減少は溶着強度の向上に有効であると考えられる。また、溶着の際に溶融樹脂を多く排出することが溶着強度の向上に関わっていると考えられる。
【実施例２】
【００４０】
表２を用いて説明する。
いずれの走査速度（Ｖ＝１〜３ｍｍ／ｓ）においても、溶着圧力Ｐ＝０．３ＭＰａで最も高い溶着強度が得られた。走査速度Ｖ＝１ｍｍ／ｓの場合では，溶着圧力Ｐ＝０．１ＭＰａと低くても、母材の７５％以上の溶着強度に達した。中でも溶着圧力Ｐ＝０．３ＭＰａでは，母材の９０％（４７ＭＰａ）以上の溶着強度が得られた。また、溶着圧力の増加にともなって、溶着強度のばらつきが小さくなった。走査速度Ｖ＝２ｍｍ／ｓおよび走査速度Ｖ＝３ｍｍ／ｓの場合も同様に溶着圧力の増加にともなって、溶着強度が向上した。走査速度Ｖ＝４ｍｍ／ｓのときでは、溶着圧力が増加しても、溶着強度の向上は見られず、微減した。
【表２】
【００４１】
以上より、基本的に溶着圧力は溶着強度の向上に有効であることがわかった。また、溶着圧力の増加は、溶着強度のばらつきを小さくし、安定した接合ができると考えられる。
【実施例３】
【００４２】
接合破断面は、Ａｕスパッタコーティングを行ってから、走査型電子顕微鏡Ｓ−４３００型で観察した。その結果、溶着強度の低い溶着体は、樹脂の排出量が少なく、接合面積が小さくなっている。一方、溶着強度の高い溶着体は、樹脂の排出量が多く、接合面積が大きくなっている。つまり、樹脂の排出量が多く、接合面積が大きくなるほど、溶着強度の向上が期待できる。また、溶着強度の低い溶着体は、亀裂が直線的で粗いものが多いが、一方、溶着強度の高い溶着体は、亀裂が非直線的で短小なものが多くなる傾向がある。
【００４３】
以上より、本発明における新しいレーザ接合方法の有効性が認められた。つまり、レーザ走査速度、溶着圧力、レーザパワーを調整すれば、いずれの材料においても高い溶着強度を得ることが可能である。
【００４４】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係わるレーザ接合方法を示している。この実施形態は、図１の一対の合成樹脂材料１，３と同材料からなる円筒のカップ形状の一対の合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合している。一対の合成樹脂材料１０，３０は、図６（ａ）に示すように、接合部位となる開口側の接合面１０ａ，３０ａを互いに平行としかつ離間させた状態で対向させている。
【００４５】
そして、この接合面１０ａ，３０ａ相互間の一部位にレーザ光反射手段２９を配置し、このレーザ光反射手段２９でレーザ光７を反射させて左右に進行させ、この左右に進行するレーザ光７ａ，７ｂを、一対の合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａにそれぞれ同時に照射する。なお、レーザ光反射手段２９の具体的な構成については後述する。
【００４６】
レーザ光７ａ，７ｂを照射する際には、円筒状の合成樹脂材料１０，３０をその中心軸線を中心として回転させる。これにより、接合面１０ａ，３０ａの全周をレーザ光７ａ，７ｂの照射によって溶融させる。このときの接合面１０ａ，３０ａに対するレーザ光７ａ，７ｂの照射部位１０ｂ，３０ｂは、接合面１０ａ，３０ａの幅方向中央の一部とするが、接合面１０ａ，３０ａ全域に照射してもよい。
【００４７】
レーザ光７ａ，７ｂの照射後は、レーザ光反射手段２９を合成樹脂材料１０，３０相互間から外れた位置に移動させた後、図６（ｂ）のように合成樹脂材料１０，３０を互いに接近させて突き合わせ、前記図１のときと同様にして加圧することで、合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合する。
【００４８】
これにより、本実施形態においても、前記図１に示した第１の実施形態と同様に、同一種類のレーザ吸収性材料である合成樹脂材料１０，３０に対し、レーザ光７をそれぞれ直接照射して溶融させるようにしているので、複数の材料相互をレーザ接合する際に、使用する材料を同一種類として材料費を抑えることができる。
【００４９】
また、本実施形態においても、合成樹脂材料１０，３０をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置しているので、この各接合部位をレーザ光７によって同時に照射した後、合成樹脂材料１０，３０相互をそのまま接近させて加圧し接合でき、溶融材料の硬化を抑制して高品質な接合物とすることができる。
【００５０】
また、この実施形態では、レーザ光７ａ，７ｂの照射部位１０ｂ，３０ｂを、接合面１０ａ，３０ａにおける幅方向の一部とすることで、図７（ａ）に示すように、接合面１０ａ，３０ａには、嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとをそれぞれ設定することができる。これら嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃは、合成樹脂材料１０，３０同士を嵌合により連結固定する嵌合部を構成しており、照射部位１０ｂ，３０ｂがレーザ光７ａ，７ｂの照射により溶融した後に加圧する際、この加圧作業と同時に嵌合突起３０ｃが図７（ｂ）のように嵌合穴１０ｃに嵌入される。
【００５１】
これにより、照射部位１０ｂ，３０ｂの溶融により形成される溶着部３１によって主として気密性を確保すると同時に、嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとによる嵌合部よって主として接合強度を確保することができる。したがって、この嵌合部を設定した本実施形態を、例えば前記図２，３に示したようなＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３のハウジング１５に適用することで、該コントロールユニット１３を搭載する車両が走行する際に振動を受けたとしても、ベース１７とカバー１９との間の気密性及び接合状態を所望に維持でき、信頼性のある製品とすることができる。
【００５２】
ところで、上記したＡＢＳ装置におけるコントロールユニット１３は、作動時に内部の電子部品の発熱によって温度上昇するが、この温度上昇した状態で、例えば洗車時の水がかかるなどして冷却されたときには、ハウジング１５内の温度が低下して内部圧力も低下して負圧となる。このため、図８に模式的に示すように、ハウジング１５は、例えばそのカバー１９が内部の負圧によって内側に引っ張られるようにして変形し、その結果ベース１７とカバー１９との接合面となる周縁１７ａ，１９ａの外側が、矢印Ｆで示すように互いに離れる方向に力を受ける。
【００５３】
したがって、コントロールユニット１３のハウジング１５に、前記した嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとからなる嵌合部を設定する場合には、上記した負圧発生時に力を受ける外側位置に該嵌合部を設定することで、ハウジング１５（カバー１９）の変形に対しより効率よく対処することができ、ハウジング１５の耐久性向上に寄与することができる。
【００５４】
なお、上記したハウジング１５に嵌合部を設定する際には、照射部位１０ｂ，３０ｂにおけるハウジング１５の内部に近い位置もしくは、照射部位１０ｂ，３０ｂの幅方向ほぼ中央部とすることで、嵌合部の設定領域を広く確保できて嵌合部の設定が容易となる。
【００５５】
また、上記した嵌合穴１０ｃと嵌合突起３０ｃとからなる嵌合部に代えて、図９に示すように、一方の例えば合成樹脂材料１０の両側面に段差部３３，３５をそれぞれ設け、この段差部３３，３５に係合する係合爪３７，３９を他方の合成樹脂材料３０に設ける構造としてもよい。
【００５６】
次に、前記図６（ａ）に示したレーザ光反射手段２９の具体例を図１０に基づき説明する。図１０（ａ）は、レーザ光反射手段２９として２つのプリズム４１，４３を設け、これら各プリズム４１，４３の側方（接合面１０ａ，３０ａ相互間の位置から外れた側方）にミラー４５を配置する。ミラー４５は、図１０（ａ）中で紙面に直交する方向に延びる回転軸Ｑを中心として揺動回転可能としている。
【００５７】
そして、このミラー４５にレーザ光照射ヘッド２３からのレーザ光７を反射させ、ミラー４５の回転位置によって、一方のプリズム４１に向けて進行するレーザ光７ｃと、他方のプリズム４３に向けて進行するレーザ光７ｄとを発生させる。すなわち、ミラー４５を実線で示す位置に揺動回転させた状態では、レーザ光７ｃがプリズム４１を通って合成樹脂材料１０の接合面１０ａに到達し、ミラー４５を二点鎖線で示す位置に揺動回転させた状態では、レーザ光７ｄがプリズム４３を通って合成樹脂材料１０の接合面１０ａに到達する。
【００５８】
なお、このときの２つのプリズム４１，４３は、該プリズム４１，４３で屈折して合成樹脂材料１０，３０に向けて進行するレーザ光が、接合面１０ａ，３０ａを照射できるように、設置位置や設置角度を適宜調整する。
【００５９】
上記図１０（ａ）の例では、ミラー４５を使用することで、レーザ光照射ヘッド２３のレイアウト性が向上する。
【００６０】
一方、図１０（ｂ）の例は、プリズムを２つ使用する点では図１０（ａ）と同様であるが、ミラー４５を廃止した上で、レーザ照射ヘッド２３を一方のプリズム４１に対応する位置と、他方のプリズム４３に対応する位置との間を移動可能としている。この場合には、レーザ照射ヘッド２３の移動機構を除けば、ミラー４５を使用しない分部品点数の削減となる。
【００６１】
なお、レーザ光反射手段２９として、上記２つのプリズムに代えて反射鏡となるミラーを２つ用いてもよい。
【００６２】
図１１は、レーザ光反射手段２９を使用しない例を示しており、合成樹脂材料１０，３０にそれぞれ対応してレーザ照射ヘッド２３Ａ，２３Ｂを設けている。この場合には、図１１（ａ）のように、各合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａにレーザ照射ヘッド２３Ａ，２３Ｂからレーザ光７Ａ，７Ｂを照射して溶融させた後、図１１（ｂ）のように、例えば合成樹脂材料３０を反転させる。
【００６３】
さらに続いて図１１（ｃ）のように、各合成樹脂材料１０，３０の接合面１０ａ，３０ａを前記図６（ａ）と同様にして互いに平行な状態で対向するよう配置した後、これら合成樹脂材料１０，３０を互いに接近させつつ加圧することで、図６の例と同様に合成樹脂材料１０，３０相互を溶着接合する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるレーザ接合方法を示す作用説明図で、（ａ）は一対の合成樹脂材料を互いに向かい合わせて配置した図、（ｂ）は一対の合成樹脂材料相互間へのレーザ光照射により溶融部が形成されている状態を示す図、（ｃ）は一対の合成樹脂材料を加圧している状態を示す図、（ｄ）は一対の合成樹脂材料が接合された状態を示す図である。
【図２】図１のレーザ接合方法によって製造可能な自動車に搭載されるＡＢＳ装置のコントロールユニットの斜視図である。
【図３】図２のコントロールユニットの分解斜視図である。
【図４】図１の変形例を示す図１（ａ）に対応する作用説明図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３種を示している。
【図５】図１の例に対して隙間内に不活性ガスを噴射供給する例を示す作用説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わるレーザ接合方法を示す作用説明図で、（ａ）は合成樹脂材料にレーザ光を照射している状態を示し、（ｂ）は合成樹脂材料を互いに接合した状態を示している。
【図７】図６に対して嵌合部を設けた例を示す要部の断面図で、（ａ）は嵌合前の状態、（ｂ）は嵌合後の状態をそれぞれ示す。
【図８】ハウジングが内部の負圧によって変形している状態を示す模式的な断面図である。
【図９】図７の嵌合部に代わる他の例を示す断面図である。
【図１０】図６（ａ）の合成樹脂材料にレーザ光を照射する機構の具体例を示す作用説明図で、（ａ）はミラーを用いた例、（ｂ）はレーザ照射ヘッドを移動される例である。
【図１１】合成樹脂材料にレーザ光を照射する機構の他の例を、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に作用説明図として示している。
【符号の説明】
【００６５】
１，３，１０，３０ 合成樹脂材料（レーザ吸収性材料）
１ａ，３ａ，１０ａ，３０ａ 合成樹脂材料の接合面（接合部位）
１ｂ，３ｂ 受光部
１ｃ，３ｃ 非受光部
５ 一対の合成樹脂材料相互間の隙間
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７Ａ，７Ｂ レーザ光
１０ｂ，３０ｂ 照射部位
１０ｃ 嵌合穴（嵌合部）
３０ｃ 嵌合突起（嵌合部）
１１ 再溶融固化部（固化部）
１１ａ 受光部接合領域（受光部）
１１ｂ 非受光部接合領域（非受光部）
１７ ベース（レーザ吸収性材料）
１９ カバー（レーザ吸収性材料）
２９ レーザ光反射手段
４１，４３ プリズム（レーザ光反射手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を吸収して熱に変換する複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させ、この溶融した部位同士を溶着して前記複数のレーザ吸収性材料同士を接合することを特徴とするレーザ接合方法。
【請求項２】
前記複数のレーザ吸収性材料をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置し、この各接合部位に対しレーザ光を照射した後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項１に記載のレーザ接合方法。
【請求項３】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位相互間に、一方の端部から他方の端部に向けて徐々に広くなる隙間を形成し、この隙間の広い側から狭い側に向けて前記レーザ光を照射して前記各接合部位の双方を溶融させた後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項２に記載のレーザ接合方法。
【請求項４】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位を互いに離間させ、前記各接合部位の互いに向かい合う面の一部にレーザ光を個別に照射して溶融させた後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項２に記載のレーザ接合方法。
【請求項５】
前記複数のレーザ吸収性材料の各接合部位の互いに向かい合う面の他の一部に、前記複数のレーザ吸収性材料同士を嵌合により固定する嵌合部を設け、この嵌合部を、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合する際に嵌合させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ接合方法。
【請求項６】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位相互間にレーザ光反射手段を配置し、前記各接合部位相互間の側方から前記レーザ光反射手段を介して前記各接合部位にレーザ光を照射することを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ接合方法。
【請求項７】
レーザ光を吸収して熱に変換する複数のレーザ吸収性材料が、レーザ光の照射をそれぞれ直接受けて溶融し、この溶融した部位同士が溶着して互いに接合されることを特徴とするレーザ接合物。
【請求項８】
前記複数のレーザ吸収性材料相互の接合部位は、レーザ光の照射を受ける受光部と、レーザ光の照射を受けない非受光部とを有し、前記受光部がレーザ光の照射を受けて溶融した溶融材料が固化した固化部は、前記受光部で厚く前記非受光部で薄いことを特徴とする請求項７に記載のレーザ接合物。
【請求項９】
前記複数のレーザ吸収性材料相互の接合部位は、レーザ光の照射を受ける受光部と、レーザ光の照射を受けない非受光部とを有し、前記受光部は、レーザ光の照射を受けて溶融した後固化して接合される受光部接合領域を構成し、前記非受光部は、前記受光部がレーザ光の照射を受けて溶融した溶融材料の一部が流れてきた後固化して接合される非受光部接合領域を構成していることを特徴とする請求項７または８に記載のレーザ接合物。
【請求項１】
レーザ光を吸収して熱に変換する複数のレーザ吸収性材料に対し、レーザ光をそれぞれ直接照射して溶融させ、この溶融した部位同士を溶着して前記複数のレーザ吸収性材料同士を接合することを特徴とするレーザ接合方法。
【請求項２】
前記複数のレーザ吸収性材料をその各接合部位が互いに向かい合う状態で配置し、この各接合部位に対しレーザ光を照射した後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項１に記載のレーザ接合方法。
【請求項３】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位相互間に、一方の端部から他方の端部に向けて徐々に広くなる隙間を形成し、この隙間の広い側から狭い側に向けて前記レーザ光を照射して前記各接合部位の双方を溶融させた後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項２に記載のレーザ接合方法。
【請求項４】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位を互いに離間させ、前記各接合部位の互いに向かい合う面の一部にレーザ光を個別に照射して溶融させた後、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合することを特徴とする請求項２に記載のレーザ接合方法。
【請求項５】
前記複数のレーザ吸収性材料の各接合部位の互いに向かい合う面の他の一部に、前記複数のレーザ吸収性材料同士を嵌合により固定する嵌合部を設け、この嵌合部を、前記複数のレーザ吸収性材料相互を接近させて加圧し接合する際に嵌合させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ接合方法。
【請求項６】
前記複数のレーザ吸収性材料の接合部位相互間にレーザ光反射手段を配置し、前記各接合部位相互間の側方から前記レーザ光反射手段を介して前記各接合部位にレーザ光を照射することを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ接合方法。
【請求項７】
レーザ光を吸収して熱に変換する複数のレーザ吸収性材料が、レーザ光の照射をそれぞれ直接受けて溶融し、この溶融した部位同士が溶着して互いに接合されることを特徴とするレーザ接合物。
【請求項８】
前記複数のレーザ吸収性材料相互の接合部位は、レーザ光の照射を受ける受光部と、レーザ光の照射を受けない非受光部とを有し、前記受光部がレーザ光の照射を受けて溶融した溶融材料が固化した固化部は、前記受光部で厚く前記非受光部で薄いことを特徴とする請求項７に記載のレーザ接合物。
【請求項９】
前記複数のレーザ吸収性材料相互の接合部位は、レーザ光の照射を受ける受光部と、レーザ光の照射を受けない非受光部とを有し、前記受光部は、レーザ光の照射を受けて溶融した後固化して接合される受光部接合領域を構成し、前記非受光部は、前記受光部がレーザ光の照射を受けて溶融した溶融材料の一部が流れてきた後固化して接合される非受光部接合領域を構成していることを特徴とする請求項７または８に記載のレーザ接合物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９１４００（Ｐ２０１２−９１４００Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４０６４４（Ｐ２０１０−２４０６４４）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（３０６０２４１４８）公立大学法人秋田県立大学 (74)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（３０６０２４１４８）公立大学法人秋田県立大学 (74)
【Ｆターム（参考）】
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