JP2003181931A - 熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法 - Google Patents

熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法

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晏夫 黒崎
Kimitoshi Sato
公俊 佐藤
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尚彦 虫明
Katsuo Suzaki
勝夫 須崎
Akio Kubo
明郎 久保
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Abstract

(57)【要約】 【課題】接合後も透明樹脂部材本来の優れた透明性を維
持して製品の外観を損なうことなく、しかも精密用途に
も対応可能で、極めて短時間で透明樹脂部材を接合でき
る方法を提供する。 【解決手段】レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の
隣接する透明樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性で
非常に薄い赤外線吸収透明フィルムを介在させた状態で
複数の透明樹脂部材を接面重合し、外側の透明樹脂部材
の面にレーザー光を照射することにより溶着させる。 【作用】接面重合された透明樹脂部材に赤外線レーザー
光を照射すると、レーザー光による輻射エネルギーを透
明樹脂部材間に介在する赤外線吸収透明フィルムが吸収
して発熱し、これにより透明樹脂部材を溶着させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は熱可塑性透明樹脂部材
のレーザー接合方法に関するものであり、より詳しくは
接面重合した熱可塑性の透明樹脂部材同士をレーザー光
照射により接合させる方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来から透明樹脂部材同士を溶着する方法
としては、熱伝導式溶着法、超音波溶着法、高周波溶着
法および赤外線レーザー溶着法などが一般に知られてい
る。
【０００３】すなわち熱伝導式溶着法としては、高温物
体を接触させることにより透明樹脂部材の界面をそれぞ
れ溶融させた状態で接面重合して冷却圧接する方式と、
透明樹脂部材間に電気抵抗体を介在させた状態で通電に
より発生するジュール熱で溶着させる方式とがある。
【０００４】超音波溶着法においては、発信子からの超
音波により発生する振動で透明樹脂部材の界面を摩擦発
熱させて溶着させるものである。
【０００５】高周波溶着法においては、接面重合した状
態の透明樹脂部材を高周波発振型と支持型により挟持し
て、高周波を印加して誘電損失により透明樹脂部材界面
を発熱溶融させて溶着を行う。
【０００６】赤外線レーザー溶着法にあっては、透明樹
脂部材にレーザー光を照射して、そのエネルギーを透明
樹脂部材に吸収発熱させて界面を溶融接合させるもので
ある。
【０００７】しかしこれら従来の溶着法はいずれも次に
述べるような欠点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】熱伝導式溶着法の場合
には、高温物体方式だと高温物体による圧接で透明樹脂
部材が必要以上に変形して、接合後の製品の外観を損ね
るという問題がある。加えて高温物体の圧接、加熱後の
製品からの高温物体の分離そして透明樹脂部材同士の接
合という工程を経るので処理時間が長くなるという問題
もある。また電気抵抗体の埋設方式だと、製品の内部に
おける抵抗体の存在が外部から視認される結果、製品の
品質が損なわれるという問題がある。
【０００９】超音波溶着法の場合には、界面に到達する
前に印加エネルギーが透明樹脂部材に吸収されて減衰し
てしまうので、溶着が不完全または不可能となる問題が
ある。加えて精密な電子部品を内蔵する透明樹脂部材だ
と、振動により電子部品が変形したり設置態様が変位し
てしまう虞れがある。
【００１０】高周波溶着法の場合には、工業上使用され
る周波数で高い誘電損失を呈する透明樹脂部材のみに適
用が限られ、低誘電損失を呈する透明樹脂部材の溶着は
実務上困難であるという問題がある。
【００１１】赤外線レーザー光溶着法の場合には、一般
に透明樹脂部材は長波長のレーザー光に対して高い吸収
を示し、短波長のレーザー光に対して高い透過性を示す
ので問題がある。つまり透明樹脂部材の接面重合接合に
際して長波長のレーザー光を照射した場合には、透明樹
脂部材が照射表面からレーザー光のエネルギーを吸収す
るので、透明樹脂部材の内部に進むにしたがってレーザ
ー光のエネルギーが減衰する。このような減衰に耐えて
界面を溶着できるだけの量のエネルギーを供給できるレ
ーザー光を照射すると、照射表面側の温度が大きく上昇
してしまい、接合後の製品の外観が大きく損なわれてし
まう。
【００１２】逆に短波長のレーザー光を照射した場合に
は、透明樹脂部材は印加されたエネルギーを透過してし
まい充分に発熱することができないので、溶着が困難と
なる。敢えて短波長のレーザー光を使用するには、顔料
や染料により着色された樹脂部材を用いないと溶着でき
ないので、適用が制約される。
【００１３】かかる従来技術の問題に鑑みてこの発明の
目的は、接合後も透明樹脂部材本来の優れた透明性を維
持して製品の外観を損なうことなく、しかも精密用途に
も対応可能で、極めて短時間で透明樹脂部材を接合でき
る方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このためこの発明におい
ては、レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の隣接す
る透明樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性で非常に
薄い透明フィルムを介在させた状態で複数の透明樹脂部
材を接面重合し、外側の透明樹脂部材の面にレーザー光
を照射することにより溶着させることを要旨とするもの
である。
【００１５】
【作用】上記の構成で接面重合された透明樹脂部材に赤
外線レーザー光を照射すると、レーザー光による輻射エ
ネルギーを透明樹脂部材間に介在する赤外線吸収透明フ
ィルムが吸収して発熱し、これにより透明樹脂部材を溶
着させる。
【００１６】この発明においてこの透明フィルムに添加
する顔料は、赤外線波長領域では吸収性を呈するが可視
光線領域では透過性を呈するので、視認した場合には透
明に見える。したがって透明樹脂部材の接合後も透明性
が維持される。
【００１７】
【実施例】以下図面に示す２個の透明樹脂部材を接面重
合した被処理ユニットの実施例により、この発明を詳細
に説明する。
【００１８】図示のようにこの実施例の被処理ユニット
は上下に接面重合された２個の透明樹脂部材１，３の間
に１個の赤外線吸収透明フィルム５を介在させた構成で
ある。これらの透明樹脂部材１，３は赤外線レーザー光
に対して非吸収性である。赤外線吸収透明フィルム５は
透明樹脂部材と同質の薄い材料からなり、透明であるが
赤外線レーザー光に対して吸収性を呈するものである。
【００１９】接合処理に際しては、上側の透明樹脂部材
１の表面に赤外線レーザー光を照射する。照射されたレ
ーザー光は吸収されることなく上側の透明樹脂部材１を
透過して赤外線吸収透明フィルム５に到達し、この透明
フィルム５がレーザー光のエネルギーを吸収して発熱
し、近傍の透明樹脂部材部分を溶着する。
【００２０】これら透明樹脂部材１，３としては赤外線
レーザー光に対して非吸収性を呈する熱可塑性樹脂なら
ばいかなる材料でも採用できる。
【００２１】赤外線吸収透明フィルム５の素材としては
接合する透明樹脂部材と同じ材料を用いる。なおこの透
明フィルムには、赤外線に対して吸収性を示すが可視光
線に対しては透過性を示す顔料や染料を成形の段階で添
加するのが望ましい。
【００２２】図２に顔料を添加した赤外線吸収透明フィ
ルムの透過特性スペクトルを示すもので、横軸には用い
た赤外線レーザー光の波長を、縦軸には透過率をとって
ある。図示の場合はＣ０．０２％−ＰＥＴを添加したも
のであり、この透明フィルムの厚さは５０μｍである。
【００２３】赤外線レーザー光の光源としては、半導体
レーザー（発振波長８００〜９６０ｎｍ）およびＹＡＧ
レーザー（発振波長１０９６ｎｍ）などの透明樹脂を透
過し易い近赤外線レーザーを用いるのが望ましい。特に
半導体レーザーは、光源が比較的安価で構造も簡潔であ
り、電力変換効率も他のタイプのレーザー光源に比較し
て高い、という利点を有している。
【００２４】図３にこの発明の接合方法に使用できるレ
ーザー照射装置の一例を示す。冷却器１２を付設した半
導体レーザー発振器１１で発生させたレーザー光を集光
レンズで集約してから光ファイバーケーブル１３を介し
てレーザー集光器１４に導いて絞ったレーザー光１５と
した後、このレーザー光１５を透明樹脂部材と赤外線吸
収透明フィルムとからなる非処理ユニット１６に照射し
てやる。
【００２５】
【実験例】一実験例にあっては、半導体レーザーの発振
波長は８０８ｎｍ、最大出力４０Ｗ、レーザービーム系
は１〜３ｍｍで、走査速度を０〜４０ｍｍ／ｓにして照
射を行った。
【００２６】接合する透明樹脂部材としては厚さ０．３
ｍｍのポリスチレンシート状材料、厚さ０．２ｍｍのポ
リエチレンシート状材料および厚さ０．５ｍｍのポリエ
チレンテレフタレートシート状材料などを用いた。
【００２７】赤外線吸収性透明フィルムは接合する透明
樹脂部材と同種の材料を用いて成形する。添加する顔料
としてはフタロシアニン系の有機顔料を使用した。顔料
の添加濃度は０．０２％、この透明フィルムの厚さは３
０〜５０μｍ、またこの透明フィルムの半導体レーザー
光に対する吸収率は５〜８％であった。
【００２８】なお以上の記載においては、２個の透明樹
脂部材間に赤外線吸収透明フィルムを介在させる実施例
のみを記載したが、この発明はこれに限定されるもので
はない。すなわち複数の透明樹脂部材を接面重合し、各
隣接する透明樹脂部材間に赤外線吸収透明フィルムを介
在させてこの発明を実施することも同様に可能である。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば透明樹脂部材間に介在
させた赤外線吸収透明フィルムのエネルギー吸収による
発熱で透明樹脂部材を溶着しているので、接合が確実に
行われる。しかも該透明フィルムは透明であり、たとえ
顔料や染料を添加しても可視光線に対しては透過性を呈
するので、製品の外観を損ねることはない。加えてエネ
ルギー量の大きな過度のレーザー光を照射する必要もな
いので、透明樹脂部材が処理中に変形せず、したがって
精密製品の処理に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明における被処理ユニットの一実施例を
示す側面図である。
【図２】この発明の一実験例において使用した赤外線吸
収透明フィルムの透過特性スペクトルである。
【図３】この発明の実施に用いられる半導体レーザー照
射装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，３ 透明樹脂部材 ５ 赤外線吸収透明フィルム １１ 半導体レーザー発振器 １４ レーザー集光器 １５ レーザー光 １６ 被処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 501492535 カンタムエレクトロニクス株式会社 東京都大田区千鳥３丁目25番10号 (72)発明者 黒崎 晏夫 神奈川県横浜市港北区日吉１丁目14番18号 (72)発明者 佐藤 公俊 東京都稲城市矢野口3750 ホワイトパレス 廣里403 (72)発明者 虫明 尚彦 兵庫県伊丹市森本１丁目35番地 住化カラ ー株式会社大阪工場内 (72)発明者 須崎 勝夫 兵庫県伊丹市森本１丁目35番地 住化カラ ー株式会社大阪工場内 (72)発明者 久保 明郎 東京都大田区千鳥３丁目25番10号 カンタ ムエレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 4F211 AB12 AD05 TA01 TD07 TD11 TN27 TN56 TQ01 4J031 CA02 CA49 CA50 CA85 4J040 DA021 DB031 ED041 JA09 JB01 JB07 PA32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性
    の隣接する透明樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性
    で非常に薄い透明フィルムを介在させた状態で複数の透
    明樹脂部材を接面重合し、外側の透明樹脂部材の面にレ
    ーザー光を照射することにより溶着させることを特徴と
    する熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法。
  2. 【請求項２】 赤外線に対しては吸収性を呈するが可視
    光線に対しては透過性を呈する顔料または染料を透明フ
    ィルム添加したことを特徴とする請求項１に記載の接合
    方法。
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