水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法
【課題】本発明の目的は、水が接合予定の部材間に介在していてもレーザー溶接することができ、たとえ部材が薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができるレーザー溶接法を提供することである。
【解決手段】本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、接合予定の部材１，２を１組用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線４を照射して発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。部材がレーザー光線を吸収しない場合は、薄層６若しくは成形物を部材間の内側に配置し、薄層若しくは成形物にレーザー光線を吸収させることで発熱させる。
【解決手段】本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、接合予定の部材１，２を１組用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線４を照射して発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。部材がレーザー光線を吸収しない場合は、薄層６若しくは成形物を部材間の内側に配置し、薄層若しくは成形物にレーザー光線を吸収させることで発熱させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック部材をレーザー溶接によって接合する方法に関し、特にプラスチック部材同士の隙間に水を介在させるレーザー溶接方法に関する。例えば、少なくとも蓋がプラスチック製からなる飲料容器の本体と蓋をレーザー溶接によって接合し密封する際に溶接箇所の形状変化が少なく均一な溶融を可能とする。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも蓋がプラスチック部材である容器において、容器本体と蓋との間の密封若しくは固定をプラスチック部材である蓋の熱溶融によって行なう方法が、飲料・食品をはじめとする産業分野において広く用いられている。
【０００３】
これらの産業分野においては、溶融面に水を含む内容物（例えば中身）が介在することがあり、これが原因で熱融着を用いる密封作業において密封不良を起こすという問題が認識されている。
【０００４】
熱融着を行なう手段の一つであるレーザー溶接法は、容器の蓋と本体におけるプラスチック部材間の接合に使用可能なことが知られている（例えば特許文献１又は２を参照。）。
【０００５】
そして、基材に光熱変換材料を含む液状体材料を塗布し、レーザー光線を照射して光熱変換材料から生じる熱によって基材同士を接合させる技術がある（例えば特許文献３を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐３９１１５号公報
【特許文献２】特開２００７‐３９１１６号公報
【特許文献３】特開２００５‐８１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載の技術は、光熱変換材料を含む液状体材料を塗布するが、これは基材の表面上に光熱変換材料が付着した状態とするためである。そして、特許文献３の段落００１０には、『・・・前記光の照射は、前記第１基材と前記第２基材との間に配置された前記液状体材料が乾燥したもので、焦点が位置するように行なうことが好ましい。』及び段落００２７『・・・その液状体材料４は、第１基材１に塗布され、その後、完全に乾燥させる。これは、塗布された液状体材料４に溶剤や水が少しでも残っていると、後述のレーザー光５によりその液状体材料４が加熱されたときに気化し発泡が生じ、第１基材１と第２基材との密着性を落としてしまうからである。そして、光熱変換材料にレーザー光５が照射されその光熱変換材料が発熱すると、液状体材料４（完全に乾燥したもの）のなかの樹脂材料が溶解するとともに、その液状体材料４に接する第１基材１及び第２基材２の一部も溶解する。』の記載がある。これらの記載によれば、液状体材料の溶媒を、完全に気化させた後にレーザー光線を照射する必要があることがわかる。したがってこの記載は、水が介在すると熱融着を行なう密封作業において密封不良をおこすという問題と同種の問題を指摘している。
【０００８】
ところで、レーザー光線によって、特に１００μｍ厚以下の薄いプラスチック部材を加熱すると、その部材が容易に熱変形し、又、穴開きが生じるなど溶接不良に陥りやすいことがわかった。薄いプラスチック部材をレーザー溶接によって接合するためには熱変形や孔開きの抑制手段を講じる必要がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、水が接合予定の部材間に介在していてもレーザー溶接することができ、たとえ部材が薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができるレーザー溶接法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接面に意図的に水を介在させた上でレーザー溶接を行い、かつ、このとき水を介在させた後、部材間を圧迫し、部材間の隙間空間に水が毛細管現象で行き渡る程度に薄くかつ均一に広げることによって、薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、接合予定の部材を１組用意する準備工程と、前記部材同士を接面させ、かつ、前記部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、前記部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射し、前記部材同士を融着させる融着工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、プラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、前記準備工程の後に、さらに前記部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する工程を設け、前記接面工程では、前記薄層若しくは前記成形物が内側に配置されるように前記部材同士を接面させ、前記融着工程では、前記レーザー光線を前記薄層若しくは前記成形物に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１２】
また、本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、 前記融着工程では、前記レーザー光線を前記吸収体に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１３】
また、本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、前記融着工程では、前記レーザー光線を、前記非プラスチック製の部材に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１４】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記プラスチック製の部材が、１００μｍ以下の厚さを有する部材である場合がある。１００μｍ以下の厚さの薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができる。
【００１５】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記部材の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、前記蓋はプラスチック製である形態がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によって、水が接合予定の部材間に介在していてもレーザー溶接することができ、たとえ部材が薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法を説明するための概略断面図である。本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、（１）接合予定の部材１，２を１組用意する準備工程、（２）部材１，２同士を接面させ、かつ、部材１，２同士を押し付けて（押し付ける力を符号３で示した）接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程、（３）部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射し、水５を介して部材１，２同士を融着させる融着工程、を有する。以下、各工程を説明する。また、本実施形態は、接合する部材の組み合わせによって変形例があるため、実施形態ごとに説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るレーザー溶接方法は、図１に示すように、プラスチック製の部材１，２を２つ用意する準備工程と、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線４を吸収する薄層６を形成する薄層形成工程と、薄層６が内側に配置されるように部材１，２同士を接面させ、かつ、部材１，２同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程と、部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射して薄層６を発熱させ、水５を介して部材１，２同士を融着させる融着工程と、を有する。
【００２０】
準備工程で準備するプラスチック製の部材１，２は、例えば一方が容器の蓋で、他方が容器の本体である場合がある。また、シート同士、すなわち上面フィルム及び下面フィルムであってもよい。レーザー溶接を行なうために少なくとも一方が熱可塑性を有している必要がある。第１実施形態では、レーザー光線４に対して光透過性の、例えば光透過率が６０％以上の樹脂を使用する。部材１，２を形成するプラスチック樹脂は、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴＧ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂である。この中で、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ又はＰＥＴが特に好ましい。プラスチック製の部材１，２は、隙間空間７に水を行き渡らせるために親水性を有することが好ましく、親水性処理を行なってもよい。
【００２１】
なお、蓋は、プラスチック樹脂とガラス、セラミックス或いは金属との複合材料であってもよい。プラスチック樹脂で形成された部分が部材１，２となる。
【００２２】
薄層形成工程では、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線４を吸収する薄層６を形成する。薄層６は、プラスチックの基材と一体的に形成されたもの、例えばインク（染料系・顔料系）による塗膜層、ブラスト処理による粗面層、薄膜又は蒸着膜である。薄層６は、０．１〜１００μｍの厚さがある。薄層６の吸収波長は、使用するレーザー光線４の発振波長によって適宜変更する。薄層６は、レーザー光線４を２０％以上、好ましくは５０％以上を吸収することが好ましい。
【００２３】
薄層６を形成する場所は、プラスチック製の部材１，２の一方の部材のさらにその表裏面のうち一方の面である。また、プラスチック製の部材１，２の両方に薄層を形成してもよい。
【００２４】
薄層６の代わりに、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する成形物を挿入してもよい。成形物は基材とは別体である点で、薄層６と異なる。成形物は、例えば、カーボンブラックを含有したプラスチックフィルムである。なお、成形物を挿入する場合においても便宜上「薄層形成工程」ということとする。
【００２５】
薄層６（若しくは成形物）は、少なくとも融着予定箇所に形成されていること必要であり、融着予定箇所よりも広い領域で形成していてもよい。
【００２６】
接面工程では、薄層６（若しくは成形物）が内側に配置されるように部材１，２同士を接面させる。薄層６（若しくは成形物）を内側に配置することによって、接合面に効率的に熱を伝えることができる。そして、部材１，２は、成形精度の問題から部材１，２同士を押し付けて接面させたとしても隙間空間７が生ずる。この隙間空間７に水５を満たす。水５は最終的に隙間空間７を満たせば、その供給方法はいかなる方法であっても良く、例えば部材１，２の内側に配置される表面の少なくとも一方に水を吹き付け若しくは垂らすか、或いは、部材１，２自体を水に浸漬させるなどの供給方法がある。部材１，２を接面する前に水を付着させる供給方法と部材１，２を接面した後に水を付着させる供給方法のいずれでもよい。ここで、押し付けるため、隙間空間７の高さ（図１のｈ）が小さくなる。したがって、部材１，２間の隙間空間７に水５が毛細管現象で行き渡り、薄くかつ均一に拡がる。
【００２７】
ここで、水５は、純水のみならず工業水、水道水又は天然水であってもよい。したがって水５には工業水、水道水又は天然水由来のミネラル成分や塩素成分その他の成分が含まれていてもよい。
【００２８】
融着工程では、部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射する。第１実施形態では、レーザー光線４に対して、光透過性の樹脂を使用するため、図１に示すように、部材１に照射されたレーザー光線４は部材１中を透過し、薄層６（若しくは成形物）を照射する。或いは、部材２にレーザー光線４を照射してもよく、この場合にはレーザー光線は部材２中を透過し、薄層６（若しくは成形物）を照射する。部材１，２の両方にレーザー光線を照射してもよい。いずれの場合においても、レーザー光線４の照射を受けた薄層６（若しくは成形物）は発熱する。これによって、水５は伝熱を受け、さらに伝熱を受けた部材１，２同士が融着される。
【００２９】
隙間空間７に水が存在することで、隙間空間７がうまる。水（熱伝導率：０．６Ｗ／ｍＫ）は、空気（熱伝導率：０．０２Ｗ／ｍＫ）よりも熱伝導度が高いので、薄層６（若しくは成形物）で発生した熱を水５は効率的に近傍の部材１，２の表面に伝える。このため、薄層６（若しくは成形物）のみが局所的に昇温してしまうことがない。さらに部材１，２間を押し付け力３で圧迫し、部材間の隙間空間７に水が毛細管現象で行き渡る程度に水が薄くかつ均一に拡がるため、水によって伝わった熱が部材表面を広くかつ均一に昇温させる。このため、部材１，２のいずれかが厚さ１００μｍ以下、例えば１０〜３０μｍ厚であったとしても、熱変形若しくは穴開きが生じることがない。さらに、隙間空間７にある水５（屈折率ｎ＝１．３０）があると、部材１，２（例えば屈折率ｎ＝１．５６）と空気（屈折率ｎ＝１）の屈折率差よりも、部材１，２と水の屈折率差の方が小さいため、部材１，２の表面におけるレーザー光線４の乱反射が少なくなる。例えばフィルム間の反射が１０％から２％まで低減される。このため、レーザー光線４を効率的に薄層６（若しくは成形物）に照射することができる。また、水は衛生的であるため、接合対象物が衛生性を要求される場合特に好適である。例えば、飲料・食品容器であり、部材１，２の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、蓋がプラスチック製の場合である。そして、レーザー光線４が照射されかつ水５を介した箇所において、部材１，２同士が融着する。水は溶質を含んでいないので、蒸発後に残渣が残ることがない。なお、部材１，２間の隙間から気化した水蒸気が排出される。
【００３０】
レーザー光線４のレーザー発振素子は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー等のガスレーザー、ＹＡＧレーザーが例示され、レーザー溶接を行なう容器本体及び蓋の材質、レーザー照射移動速度、照射スポット形状等の各種パラメーターによって適宜選択する。レーザー光の波長は、例えば８００〜１０００ｎｍである。プラスチック容器本体とそのプラスチック蓋やボトル形状の缶胴体とそのプラスチック蓋をレーザー溶接する場合には、半導体レーザーが好ましい。
【００３１】
半導体レーザーの波長は、プラスチック製の部材１，２を透過する波長であればよいが、特に９２０〜１１００ｎｍ、好ましくは９４０〜９８０ｎｍにすると、水の吸収波長域と合致するため、水も直接に加熱されるため、より効率の高いレーザー溶接を行なうことができる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るレーザー溶接方法は、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する薄層形成工程と、薄層若しくは成形物が内側に配置されるように部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して薄層若しくは成形物を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第１実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象物の一方が、金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００３３】
（準備工程）
部材１が金属製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体が金属缶本体若しくはボトル缶本体であり、蓋がプラスチック蓋である場合である。部材１がガラス製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体がガラス壜であり、蓋がプラスチック蓋の場合である。部材１がセラミック製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体が陶磁器製の容器本体であり、蓋がプラスチック蓋である場合である。
【００３４】
（薄層形成工程）
薄層６は、部材１と部材２のいずれの表面に形成してもよい。成形物は、部材１と部材２のいずれの表面に付着させてもよい。これらの工程は第１実施形態に係るレーザー溶接方法と同様である。
【００３５】
（接面工程）
薄層６（若しくは成形物）を設けた面が内側に配置されるように部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水を満たす。これらの工程は第１実施形態の場合と同様である。
【００３６】
（融着工程）
部材１，２にレーザー光線４を照射する場合には、薄層６（若しくは成形物）にレーザー光線４を照射する必要があるため、レーザー光線４を透過する部材側に照射する。すなわち、プラスチック製の部材にレーザー光線４を照射することが好ましい。それ以外は第１実施形態と同様である。なお、部材の一方が非プラスチック製の場合、非プラスチック製の部材自体は溶融しないため、プラスチック製の部材との密着性を高めるために、非プラスチック製の部材の溶接予定の表面を予め粗面にしておいてもよい。
【００３７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第１実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材が２つともレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００３８】
（準備工程）
プラスチック製の部材１，２が２つともレーザー光線を吸収する吸収体を含有している。吸収体としては顔料や染料であり、例えば部材を成形する際にこれらの吸収体を混合する。プラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第１実施形態における薄層形成工程、すなわち、薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。
【００３９】
（接面工程）
接面工程においては、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。それ以外は第１実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００４０】
（融着工程）
部材１，２にレーザー光線４を照射する場合には、いずれの部材に照射してもよい。部材に含有された吸収体がレーザー光線４によって発熱し、部材同士の融着と接合が進む。水５が隙間空間７にあるため、レーザー光線４を照射しない部材まで熱が効率的に伝導し、レーザー溶接が効率的に進む。レーザー光線４を照射する部材の吸収体の含有量を他方の部材と比較して低量としておいてもよい。
【００４１】
（第４実施形態）
第４実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第３実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材であり、他方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００４２】
（準備工程）
レーザー光線を吸収する吸収体を含有しているプラスチック製の部材は第３実施形態で用いた部材と同様であり、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材は第１実施形態で用いた部材と同様である。レーザー光線を吸収する吸収体を含有しているプラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第１実施形態における薄層形成工程、すなわち、薄層６（若しくは成形体）の形成を第３実施形態の場合と同様に省略することができる。
【００４３】
（接面工程）
接面工程においては、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要であり、第３実施形態の場合と同様の工程となる。
【００４４】
（融着工程）
部材にレーザー光線４を照射する場合には、いずれの部材に照射してもよいが、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材にレーザー光線４を照射し、当該部材中にレーザー光線を透過させ、その透過したレーザー光線を、当該レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材に照射することが好ましい。部材の接面している箇所で発熱量を多くすることができ、効率的にレーザー溶接を進めることができる。部材同士の融着と接合を進めるのは第３実施形態の融着工程と同様である。
【００４５】
（第５実施形態）
第５実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第３実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材であり、他方が金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００４６】
（準備工程）
レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材は第３実施形態で用いたプラスチック製の部材と同様である。金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材は、第２実施形態で用いた非プラスチック製の部材と同様である。プラスチック製の部材が例えば容器の蓋である。プラスチック製の部材に含まれている吸収体がレーザー光線４を吸収するため、第３実施形態の場合と同様に薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。また、非プラスチック製の部材は、例えば容器本体であり、レーザー光線４を吸収しなくてもよい。
【００４７】
（接面工程）
接面工程においては、第３実施形態と同様に、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。第３実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００４８】
（融着工程）
レーザー光線４を照射する場合には、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材に照射する。ここで、非プラスチック製の部材がレーザー光線４を透過する場合、レーザー光線４を直接プラスチック製の部材に照射するか、或いは、非プラスチック製の部材中にレーザー光線４を透過させた後、プラスチック製の部材に照射するかのいずれでもよい。非プラスチック製の部材が、レーザー光線４を透過せず、反射する場合では、レーザー光線４を直接プラスチック製の部材に照射する。そして、部材に含有された吸収体がレーザー光線４によって発熱し、部材同士の融着と接合が進む。水５が隙間空間７にあるため、レーザー光線４を照射しない部材まで熱が効率的に伝わり、レーザー溶接が効率的に進む。
【００４９】
（第６実施形態）
第６実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射してレーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第５実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材であり、他方が金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００５０】
（準備工程）
非プラスチック製の部材がレーザー光線を吸収する。例えば、着色イオンや着色コロイドを含有させたガラスである。具体的には非プラスチック製の部材は着色壜等の容器本体である。また非プラスチック製の部材はレーザー光線を吸収する有色のセラミックスである。具体的には陶磁器等の容器本体である。非プラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第５実施形態の場合と同様に薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。また、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材が例えば容器の蓋である。
【００５１】
（接面工程）
接面工程においては、第５実施形態と同様に、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。第５実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００５２】
（融着工程）
レーザー光線４を照射する場合には、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材に照射する。ここで、プラスチック製の部材がレーザー光線４を透過するので、プラスチック製の部材と非プラスチック製の部材のいずれに照射してもよいが、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材にレーザー光線４を照射し、当該部材中にレーザー光線を透過させ、その透過したレーザー光線を、非プラスチック製の部材に照射することが好ましい。部材の接面している箇所で発熱量を多くすることができ、効率的にレーザー溶接を進めることができる。部材同士の融着と接合を進める工程は第５実施形態と同様である。
【００５３】
第１〜第６の実施形態に係るレーザー溶接方法においては、部材は、隙間空間７を形成するために、部材１，２同士が接面しあう面（溶接予定面）を有していることが好ましい。例えば、容器本体の口部外面と蓋の内面とが接面し合えば、接面箇所を溶接することで容器を密封することができる。隙間空間７の高さｈは、接面予定箇所において必ずしも一定である必要はなく、例えば０〜１００μｍの範囲、つまり最大高さを例えば１００μｍとすることが好ましい。これによって水５の偏在を抑制することができる。隙間空間７の幅（図１の紙面法線方向の長さ）は、少なくともレーザー光線４の照射幅より大きいことが好ましく、例えば、５００〜５０００μｍである。ただし、レーザー光線４を平行して複数回照射する場合、隙間空間の幅はレーザー光線の走査回数に応じて大きくしてもよい。溶接箇所の幅が大きくなれば接合強度を高めることができる。
【実施例】
【００５４】
（実施例）
ポリスチレンフィルム（厚さ１７μｍ）を２枚準備し、水を１〜２滴フィルム表面にたらした後、フィルム面を合わせて密着させた。次に波長９４０ｎｍで１００Ｗ出力のＣＷファイバレーザーを用いて、フィルムが接面し合っている箇所にレーザー光線を直線状に照射した。レーザー光線を走査した箇所では、水は瞬時に昇温すると共に、レーザー融着していることが確認できた。
【００５５】
（比較例）
ポリスチレンフィルム（厚さ１７μｍ）を２枚準備し、そのままフィルム面を合わせて密着させた。次に波長９４０ｎｍで１００Ｗ出力のＣＷファイバレーザーを用いて、フィルムが接面し合っている箇所にレーザー光線を直線状に照射した。レーザー光線を走査した上面フィルムのみが溶断し、レーザー融着できなかったことが確認できた。フィルムの合わせ面において空気断熱層が生じ、上面フィルムのみに熱が蓄積してレーザー溶接をするには至らなかったと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，２ 部材
３ 押し付け力
４ レーザー光線
５ 水
６ 薄層（若しくは成形物）
７ 隙間空間
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック部材をレーザー溶接によって接合する方法に関し、特にプラスチック部材同士の隙間に水を介在させるレーザー溶接方法に関する。例えば、少なくとも蓋がプラスチック製からなる飲料容器の本体と蓋をレーザー溶接によって接合し密封する際に溶接箇所の形状変化が少なく均一な溶融を可能とする。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも蓋がプラスチック部材である容器において、容器本体と蓋との間の密封若しくは固定をプラスチック部材である蓋の熱溶融によって行なう方法が、飲料・食品をはじめとする産業分野において広く用いられている。
【０００３】
これらの産業分野においては、溶融面に水を含む内容物（例えば中身）が介在することがあり、これが原因で熱融着を用いる密封作業において密封不良を起こすという問題が認識されている。
【０００４】
熱融着を行なう手段の一つであるレーザー溶接法は、容器の蓋と本体におけるプラスチック部材間の接合に使用可能なことが知られている（例えば特許文献１又は２を参照。）。
【０００５】
そして、基材に光熱変換材料を含む液状体材料を塗布し、レーザー光線を照射して光熱変換材料から生じる熱によって基材同士を接合させる技術がある（例えば特許文献３を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐３９１１５号公報
【特許文献２】特開２００７‐３９１１６号公報
【特許文献３】特開２００５‐８１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載の技術は、光熱変換材料を含む液状体材料を塗布するが、これは基材の表面上に光熱変換材料が付着した状態とするためである。そして、特許文献３の段落００１０には、『・・・前記光の照射は、前記第１基材と前記第２基材との間に配置された前記液状体材料が乾燥したもので、焦点が位置するように行なうことが好ましい。』及び段落００２７『・・・その液状体材料４は、第１基材１に塗布され、その後、完全に乾燥させる。これは、塗布された液状体材料４に溶剤や水が少しでも残っていると、後述のレーザー光５によりその液状体材料４が加熱されたときに気化し発泡が生じ、第１基材１と第２基材との密着性を落としてしまうからである。そして、光熱変換材料にレーザー光５が照射されその光熱変換材料が発熱すると、液状体材料４（完全に乾燥したもの）のなかの樹脂材料が溶解するとともに、その液状体材料４に接する第１基材１及び第２基材２の一部も溶解する。』の記載がある。これらの記載によれば、液状体材料の溶媒を、完全に気化させた後にレーザー光線を照射する必要があることがわかる。したがってこの記載は、水が介在すると熱融着を行なう密封作業において密封不良をおこすという問題と同種の問題を指摘している。
【０００８】
ところで、レーザー光線によって、特に１００μｍ厚以下の薄いプラスチック部材を加熱すると、その部材が容易に熱変形し、又、穴開きが生じるなど溶接不良に陥りやすいことがわかった。薄いプラスチック部材をレーザー溶接によって接合するためには熱変形や孔開きの抑制手段を講じる必要がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、水が接合予定の部材間に介在していてもレーザー溶接することができ、たとえ部材が薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができるレーザー溶接法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接面に意図的に水を介在させた上でレーザー溶接を行い、かつ、このとき水を介在させた後、部材間を圧迫し、部材間の隙間空間に水が毛細管現象で行き渡る程度に薄くかつ均一に広げることによって、薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、接合予定の部材を１組用意する準備工程と、前記部材同士を接面させ、かつ、前記部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、前記部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射し、前記部材同士を融着させる融着工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、プラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、前記準備工程の後に、さらに前記部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する工程を設け、前記接面工程では、前記薄層若しくは前記成形物が内側に配置されるように前記部材同士を接面させ、前記融着工程では、前記レーザー光線を前記薄層若しくは前記成形物に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１２】
また、本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、 前記融着工程では、前記レーザー光線を前記吸収体に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１３】
また、本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、前記融着工程では、前記レーザー光線を、前記非プラスチック製の部材に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させる形態が含まれる。
【００１４】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記プラスチック製の部材が、１００μｍ以下の厚さを有する部材である場合がある。１００μｍ以下の厚さの薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができる。
【００１５】
本発明に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法では、前記部材の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、前記蓋はプラスチック製である形態がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によって、水が接合予定の部材間に介在していてもレーザー溶接することができ、たとえ部材が薄いプラスチック部材であったとしても溶接部の熱変形を抑制しながら部材同士を接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法を説明するための概略断面図である。本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法は、（１）接合予定の部材１，２を１組用意する準備工程、（２）部材１，２同士を接面させ、かつ、部材１，２同士を押し付けて（押し付ける力を符号３で示した）接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程、（３）部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射し、水５を介して部材１，２同士を融着させる融着工程、を有する。以下、各工程を説明する。また、本実施形態は、接合する部材の組み合わせによって変形例があるため、実施形態ごとに説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るレーザー溶接方法は、図１に示すように、プラスチック製の部材１，２を２つ用意する準備工程と、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線４を吸収する薄層６を形成する薄層形成工程と、薄層６が内側に配置されるように部材１，２同士を接面させ、かつ、部材１，２同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水５を満たす接面工程と、部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射して薄層６を発熱させ、水５を介して部材１，２同士を融着させる融着工程と、を有する。
【００２０】
準備工程で準備するプラスチック製の部材１，２は、例えば一方が容器の蓋で、他方が容器の本体である場合がある。また、シート同士、すなわち上面フィルム及び下面フィルムであってもよい。レーザー溶接を行なうために少なくとも一方が熱可塑性を有している必要がある。第１実施形態では、レーザー光線４に対して光透過性の、例えば光透過率が６０％以上の樹脂を使用する。部材１，２を形成するプラスチック樹脂は、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴＧ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂である。この中で、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ又はＰＥＴが特に好ましい。プラスチック製の部材１，２は、隙間空間７に水を行き渡らせるために親水性を有することが好ましく、親水性処理を行なってもよい。
【００２１】
なお、蓋は、プラスチック樹脂とガラス、セラミックス或いは金属との複合材料であってもよい。プラスチック樹脂で形成された部分が部材１，２となる。
【００２２】
薄層形成工程では、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線４を吸収する薄層６を形成する。薄層６は、プラスチックの基材と一体的に形成されたもの、例えばインク（染料系・顔料系）による塗膜層、ブラスト処理による粗面層、薄膜又は蒸着膜である。薄層６は、０．１〜１００μｍの厚さがある。薄層６の吸収波長は、使用するレーザー光線４の発振波長によって適宜変更する。薄層６は、レーザー光線４を２０％以上、好ましくは５０％以上を吸収することが好ましい。
【００２３】
薄層６を形成する場所は、プラスチック製の部材１，２の一方の部材のさらにその表裏面のうち一方の面である。また、プラスチック製の部材１，２の両方に薄層を形成してもよい。
【００２４】
薄層６の代わりに、プラスチック製の部材１，２の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する成形物を挿入してもよい。成形物は基材とは別体である点で、薄層６と異なる。成形物は、例えば、カーボンブラックを含有したプラスチックフィルムである。なお、成形物を挿入する場合においても便宜上「薄層形成工程」ということとする。
【００２５】
薄層６（若しくは成形物）は、少なくとも融着予定箇所に形成されていること必要であり、融着予定箇所よりも広い領域で形成していてもよい。
【００２６】
接面工程では、薄層６（若しくは成形物）が内側に配置されるように部材１，２同士を接面させる。薄層６（若しくは成形物）を内側に配置することによって、接合面に効率的に熱を伝えることができる。そして、部材１，２は、成形精度の問題から部材１，２同士を押し付けて接面させたとしても隙間空間７が生ずる。この隙間空間７に水５を満たす。水５は最終的に隙間空間７を満たせば、その供給方法はいかなる方法であっても良く、例えば部材１，２の内側に配置される表面の少なくとも一方に水を吹き付け若しくは垂らすか、或いは、部材１，２自体を水に浸漬させるなどの供給方法がある。部材１，２を接面する前に水を付着させる供給方法と部材１，２を接面した後に水を付着させる供給方法のいずれでもよい。ここで、押し付けるため、隙間空間７の高さ（図１のｈ）が小さくなる。したがって、部材１，２間の隙間空間７に水５が毛細管現象で行き渡り、薄くかつ均一に拡がる。
【００２７】
ここで、水５は、純水のみならず工業水、水道水又は天然水であってもよい。したがって水５には工業水、水道水又は天然水由来のミネラル成分や塩素成分その他の成分が含まれていてもよい。
【００２８】
融着工程では、部材１，２の少なくとも一方にレーザー光線４を照射する。第１実施形態では、レーザー光線４に対して、光透過性の樹脂を使用するため、図１に示すように、部材１に照射されたレーザー光線４は部材１中を透過し、薄層６（若しくは成形物）を照射する。或いは、部材２にレーザー光線４を照射してもよく、この場合にはレーザー光線は部材２中を透過し、薄層６（若しくは成形物）を照射する。部材１，２の両方にレーザー光線を照射してもよい。いずれの場合においても、レーザー光線４の照射を受けた薄層６（若しくは成形物）は発熱する。これによって、水５は伝熱を受け、さらに伝熱を受けた部材１，２同士が融着される。
【００２９】
隙間空間７に水が存在することで、隙間空間７がうまる。水（熱伝導率：０．６Ｗ／ｍＫ）は、空気（熱伝導率：０．０２Ｗ／ｍＫ）よりも熱伝導度が高いので、薄層６（若しくは成形物）で発生した熱を水５は効率的に近傍の部材１，２の表面に伝える。このため、薄層６（若しくは成形物）のみが局所的に昇温してしまうことがない。さらに部材１，２間を押し付け力３で圧迫し、部材間の隙間空間７に水が毛細管現象で行き渡る程度に水が薄くかつ均一に拡がるため、水によって伝わった熱が部材表面を広くかつ均一に昇温させる。このため、部材１，２のいずれかが厚さ１００μｍ以下、例えば１０〜３０μｍ厚であったとしても、熱変形若しくは穴開きが生じることがない。さらに、隙間空間７にある水５（屈折率ｎ＝１．３０）があると、部材１，２（例えば屈折率ｎ＝１．５６）と空気（屈折率ｎ＝１）の屈折率差よりも、部材１，２と水の屈折率差の方が小さいため、部材１，２の表面におけるレーザー光線４の乱反射が少なくなる。例えばフィルム間の反射が１０％から２％まで低減される。このため、レーザー光線４を効率的に薄層６（若しくは成形物）に照射することができる。また、水は衛生的であるため、接合対象物が衛生性を要求される場合特に好適である。例えば、飲料・食品容器であり、部材１，２の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、蓋がプラスチック製の場合である。そして、レーザー光線４が照射されかつ水５を介した箇所において、部材１，２同士が融着する。水は溶質を含んでいないので、蒸発後に残渣が残ることがない。なお、部材１，２間の隙間から気化した水蒸気が排出される。
【００３０】
レーザー光線４のレーザー発振素子は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー等のガスレーザー、ＹＡＧレーザーが例示され、レーザー溶接を行なう容器本体及び蓋の材質、レーザー照射移動速度、照射スポット形状等の各種パラメーターによって適宜選択する。レーザー光の波長は、例えば８００〜１０００ｎｍである。プラスチック容器本体とそのプラスチック蓋やボトル形状の缶胴体とそのプラスチック蓋をレーザー溶接する場合には、半導体レーザーが好ましい。
【００３１】
半導体レーザーの波長は、プラスチック製の部材１，２を透過する波長であればよいが、特に９２０〜１１００ｎｍ、好ましくは９４０〜９８０ｎｍにすると、水の吸収波長域と合致するため、水も直接に加熱されるため、より効率の高いレーザー溶接を行なうことができる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るレーザー溶接方法は、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する薄層形成工程と、薄層若しくは成形物が内側に配置されるように部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して薄層若しくは成形物を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第１実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象物の一方が、金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００３３】
（準備工程）
部材１が金属製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体が金属缶本体若しくはボトル缶本体であり、蓋がプラスチック蓋である場合である。部材１がガラス製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体がガラス壜であり、蓋がプラスチック蓋の場合である。部材１がセラミック製で、部材２がプラスチック製の例としては、容器本体が陶磁器製の容器本体であり、蓋がプラスチック蓋である場合である。
【００３４】
（薄層形成工程）
薄層６は、部材１と部材２のいずれの表面に形成してもよい。成形物は、部材１と部材２のいずれの表面に付着させてもよい。これらの工程は第１実施形態に係るレーザー溶接方法と同様である。
【００３５】
（接面工程）
薄層６（若しくは成形物）を設けた面が内側に配置されるように部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間７に水を満たす。これらの工程は第１実施形態の場合と同様である。
【００３６】
（融着工程）
部材１，２にレーザー光線４を照射する場合には、薄層６（若しくは成形物）にレーザー光線４を照射する必要があるため、レーザー光線４を透過する部材側に照射する。すなわち、プラスチック製の部材にレーザー光線４を照射することが好ましい。それ以外は第１実施形態と同様である。なお、部材の一方が非プラスチック製の場合、非プラスチック製の部材自体は溶融しないため、プラスチック製の部材との密着性を高めるために、非プラスチック製の部材の溶接予定の表面を予め粗面にしておいてもよい。
【００３７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第１実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材が２つともレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００３８】
（準備工程）
プラスチック製の部材１，２が２つともレーザー光線を吸収する吸収体を含有している。吸収体としては顔料や染料であり、例えば部材を成形する際にこれらの吸収体を混合する。プラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第１実施形態における薄層形成工程、すなわち、薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。
【００３９】
（接面工程）
接面工程においては、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。それ以外は第１実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００４０】
（融着工程）
部材１，２にレーザー光線４を照射する場合には、いずれの部材に照射してもよい。部材に含有された吸収体がレーザー光線４によって発熱し、部材同士の融着と接合が進む。水５が隙間空間７にあるため、レーザー光線４を照射しない部材まで熱が効率的に伝導し、レーザー溶接が効率的に進む。レーザー光線４を照射する部材の吸収体の含有量を他方の部材と比較して低量としておいてもよい。
【００４１】
（第４実施形態）
第４実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第３実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材であり、他方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００４２】
（準備工程）
レーザー光線を吸収する吸収体を含有しているプラスチック製の部材は第３実施形態で用いた部材と同様であり、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材は第１実施形態で用いた部材と同様である。レーザー光線を吸収する吸収体を含有しているプラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第１実施形態における薄層形成工程、すなわち、薄層６（若しくは成形体）の形成を第３実施形態の場合と同様に省略することができる。
【００４３】
（接面工程）
接面工程においては、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要であり、第３実施形態の場合と同様の工程となる。
【００４４】
（融着工程）
部材にレーザー光線４を照射する場合には、いずれの部材に照射してもよいが、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材にレーザー光線４を照射し、当該部材中にレーザー光線を透過させ、その透過したレーザー光線を、当該レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材に照射することが好ましい。部材の接面している箇所で発熱量を多くすることができ、効率的にレーザー溶接を進めることができる。部材同士の融着と接合を進めるのは第３実施形態の融着工程と同様である。
【００４５】
（第５実施形態）
第５実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射して吸収体を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第３実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材であり、他方が金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００４６】
（準備工程）
レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材は第３実施形態で用いたプラスチック製の部材と同様である。金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材は、第２実施形態で用いた非プラスチック製の部材と同様である。プラスチック製の部材が例えば容器の蓋である。プラスチック製の部材に含まれている吸収体がレーザー光線４を吸収するため、第３実施形態の場合と同様に薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。また、非プラスチック製の部材は、例えば容器本体であり、レーザー光線４を吸収しなくてもよい。
【００４７】
（接面工程）
接面工程においては、第３実施形態と同様に、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。第３実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００４８】
（融着工程）
レーザー光線４を照射する場合には、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材に照射する。ここで、非プラスチック製の部材がレーザー光線４を透過する場合、レーザー光線４を直接プラスチック製の部材に照射するか、或いは、非プラスチック製の部材中にレーザー光線４を透過させた後、プラスチック製の部材に照射するかのいずれでもよい。非プラスチック製の部材が、レーザー光線４を透過せず、反射する場合では、レーザー光線４を直接プラスチック製の部材に照射する。そして、部材に含有された吸収体がレーザー光線４によって発熱し、部材同士の融着と接合が進む。水５が隙間空間７にあるため、レーザー光線４を照射しない部材まで熱が効率的に伝わり、レーザー溶接が効率的に進む。
【００４９】
（第６実施形態）
第６実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する準備工程と、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射してレーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材を発熱させ、部材同士を融着させる融着工程と、を有する。第５実施形態に係るレーザー溶接方法との相違は、接合対象の部材の一方がレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材であり、他方が金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材であることである。これによる工程の相違点について、図１を用いて説明する。
【００５０】
（準備工程）
非プラスチック製の部材がレーザー光線を吸収する。例えば、着色イオンや着色コロイドを含有させたガラスである。具体的には非プラスチック製の部材は着色壜等の容器本体である。また非プラスチック製の部材はレーザー光線を吸収する有色のセラミックスである。具体的には陶磁器等の容器本体である。非プラスチック製の部材がレーザー光線４を吸収するため、第５実施形態の場合と同様に薄層６（若しくは成形体）の形成を省略することができる。また、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材が例えば容器の蓋である。
【００５１】
（接面工程）
接面工程においては、第５実施形態と同様に、薄層６（若しくは成形体）を形成しないため、いずれの面を内側にするかという管理が不要となる。第５実施形態の接面工程と同じであり、部材同士を接面させ、かつ、部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす。
【００５２】
（融着工程）
レーザー光線４を照射する場合には、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材に照射する。ここで、プラスチック製の部材がレーザー光線４を透過するので、プラスチック製の部材と非プラスチック製の部材のいずれに照射してもよいが、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材にレーザー光線４を照射し、当該部材中にレーザー光線を透過させ、その透過したレーザー光線を、非プラスチック製の部材に照射することが好ましい。部材の接面している箇所で発熱量を多くすることができ、効率的にレーザー溶接を進めることができる。部材同士の融着と接合を進める工程は第５実施形態と同様である。
【００５３】
第１〜第６の実施形態に係るレーザー溶接方法においては、部材は、隙間空間７を形成するために、部材１，２同士が接面しあう面（溶接予定面）を有していることが好ましい。例えば、容器本体の口部外面と蓋の内面とが接面し合えば、接面箇所を溶接することで容器を密封することができる。隙間空間７の高さｈは、接面予定箇所において必ずしも一定である必要はなく、例えば０〜１００μｍの範囲、つまり最大高さを例えば１００μｍとすることが好ましい。これによって水５の偏在を抑制することができる。隙間空間７の幅（図１の紙面法線方向の長さ）は、少なくともレーザー光線４の照射幅より大きいことが好ましく、例えば、５００〜５０００μｍである。ただし、レーザー光線４を平行して複数回照射する場合、隙間空間の幅はレーザー光線の走査回数に応じて大きくしてもよい。溶接箇所の幅が大きくなれば接合強度を高めることができる。
【実施例】
【００５４】
（実施例）
ポリスチレンフィルム（厚さ１７μｍ）を２枚準備し、水を１〜２滴フィルム表面にたらした後、フィルム面を合わせて密着させた。次に波長９４０ｎｍで１００Ｗ出力のＣＷファイバレーザーを用いて、フィルムが接面し合っている箇所にレーザー光線を直線状に照射した。レーザー光線を走査した箇所では、水は瞬時に昇温すると共に、レーザー融着していることが確認できた。
【００５５】
（比較例）
ポリスチレンフィルム（厚さ１７μｍ）を２枚準備し、そのままフィルム面を合わせて密着させた。次に波長９４０ｎｍで１００Ｗ出力のＣＷファイバレーザーを用いて、フィルムが接面し合っている箇所にレーザー光線を直線状に照射した。レーザー光線を走査した上面フィルムのみが溶断し、レーザー融着できなかったことが確認できた。フィルムの合わせ面において空気断熱層が生じ、上面フィルムのみに熱が蓄積してレーザー溶接をするには至らなかったと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，２ 部材
３ 押し付け力
４ レーザー光線
５ 水
６ 薄層（若しくは成形物）
７ 隙間空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合予定の部材を１組用意する準備工程と、
前記部材同士を接面させ、かつ、前記部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、
前記部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射し、前記部材同士を融着させる融着工程と、
を有することを特徴とする水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記準備工程は、プラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記準備工程の後に、さらに前記部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する工程を設け、
前記接面工程では、前記薄層若しくは前記成形物が内側に配置されるように前記部材同士を接面させ、
前記融着工程では、前記レーザー光線を前記薄層若しくは前記成形物に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項３】
前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記融着工程では、前記レーザー光線を前記吸収体に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記融着工程では、前記レーザー光線を、前記非プラスチック製の部材に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記プラスチック製の部材が、１００μｍ以下の厚さを有する部材であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項６】
前記部材の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、前記蓋はプラスチック製であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項１】
接合予定の部材を１組用意する準備工程と、
前記部材同士を接面させ、かつ、前記部材同士を押し付けて接面させたときに生ずる隙間空間に水を満たす接面工程と、
前記部材の少なくとも一方にレーザー光線を照射し、前記部材同士を融着させる融着工程と、
を有することを特徴とする水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記準備工程は、プラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、プラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記準備工程の後に、さらに前記部材の少なくとも一つの表面にレーザー光線を吸収する薄層を形成するか、或いは、レーザー光線を吸収する成形物を挿入する工程を設け、
前記接面工程では、前記薄層若しくは前記成形物が内側に配置されるように前記部材同士を接面させ、
前記融着工程では、前記レーザー光線を前記薄層若しくは前記成形物に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項３】
前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材を２つ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材とレーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材をそれぞれ用意するか、或いは、レーザー光線を吸収する吸収体を含有させたプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなる非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記融着工程では、前記レーザー光線を前記吸収体に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記準備工程は、レーザー光線を吸収する吸収体を含有しないプラスチック製の部材と金属、ガラス又はセラミックスからなり、かつ、レーザー光線を吸収する非プラスチック製の部材をそれぞれ用意する工程であり、
前記融着工程では、前記レーザー光線を、前記非プラスチック製の部材に吸収させ発熱させて、前記部材同士を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記プラスチック製の部材が、１００μｍ以下の厚さを有する部材であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【請求項６】
前記部材の一方が容器の蓋であり、他方が容器本体であり、かつ、前記蓋はプラスチック製であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の水を介在させたプラスチック部材のレーザー溶接方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−６６８２０（Ｐ２００９−６６８２０Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３５８８７（Ｐ２００７−２３５８８７）
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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