JP7743142B2

JP7743142B2 - 接着方法

Info

Publication number: JP7743142B2
Application number: JP2022006911A
Authority: JP
Inventors: 雅矢望月
Original assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Current assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2025-09-24
Anticipated expiration: 2042-01-20
Also published as: US20230226811A1; JP2023105894A

Description

本開示は、接着技術に関し、特にガラス部品と樹脂部品とを接着する接着方法に関する。

ディスプレイを製造する工程には種々の熱プロセスが含まれており、そのうちの１つが前面ガラス基板と背面ガラス基板とを気密接着させるプロセスである。例えば、ガラスとガラスを接着させるために、レーザ光を吸収する薄膜をそれらの間に挟み、レーザ光によりガラス板を透過して薄膜が照射される。それにより、薄膜を挟む２つのガラスが薄膜から発生する熱により溶着される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００－２６１２７号公報

ディスプレイを製造する工程には、ガラス部品と樹脂部品を接着するプロセスも含まれる。ガラス部品と樹脂部品との接着には、これまで、両面テープまたは接着剤を介して接着する接着剤接着が広く使用されている。しかしながら、接着剤接着は接着強度が比較的弱いので、接着強度を増加するために接着面積を広くしなければならない。

本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の接着方法は、第１面と、第１面とは反対を向いた第２面とを有するガラス部品と、樹脂部品とを接着させる接着方法であって、ガラス部品の第１面にはアクリル系インクによる印刷がなされており、ガラス部品の第１面と樹脂部品とを対向させて、ガラス部品と樹脂部品とを重ね合わせるステップと、ガラス部品の第２面から印刷に向かってレーザ光を照射して、印刷の溶解熱によりガラス部品と樹脂部品と溶着させるステップと、を含む。

本開示によれば、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加できる。

実施の形態の比較対象に係るディスプレイの構造を示す断面図である。実施の形態に係るディスプレイの製造工程を示す断面図である。図３（ａ）－（ｄ）は、図２に続くディスプレイの製造工程を示す部分断面図である。実施の形態に係るディスプレイの構造を示す断面図である。図５（ａ）－（ｂ）は、実施例に使用するサンプルの構造を示す図である。図５のサンプルによる実験結果を示す図である。

本開示の実施の形態を具体的に説明する前に、本実施の形態の概要を説明する。実施の形態は、車両に搭載されるディスプレイを製造する工程において、カバーガラス（ガラス部品）とケース（樹脂部品）を接着するための接着方法に関する。前述のごとく、これまでは、ガラス部品と樹脂部品とを両面テープまたは接着剤で接着しているが、両面テープ等の接着では接着強度が比較的弱い。これにより、接着強度を増加するために接着面積が大きくなる。また、両面テープの貼付けまたは接着剤の塗布が必要であるので接着工程に時間を要すること、ガラス部品と樹脂部品以外に両面テープまたは接着剤が必要であるので部品点数が多くなることの課題もある。

ガラス部材と樹脂部材との接着強度を増加させるために、本実施の形態では、ガラス部材と樹脂部材とをインクを介してレーザ溶着で溶着する。しかしながら、２つのガラス部材をレーザ溶着する場合の条件を使用すると、樹脂部材が高温になりすぎて樹脂部材が完全に溶解してしまう。一方、樹脂部材の溶解を防止するためにレーザ照射が不十分であると、十分な接着強度が得られない。このような状況から、本実施の形態では、インクにアクリル系インクが使用される。

以下の説明において、「平行」、「直交」は、完全な平行、直交だけではなく、誤差の範囲で平行、直交からずれている場合も含むものとする。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。

ここでは、両面テープを使用した従来のディスプレイ１００の構造をまず説明する。図１は、比較対象に係るディスプレイ１００の構造を示す断面図である。ディスプレイ１００は、ガラス部品１０、液晶部品２０、バックライト２２、樹脂部品３０、両面テープ４０を含む。図１におけるディスプレイ１００の上側にユーザが存在し、ユーザは上側からディスプレイ１００に表示された映像を見ている。また、図１におけるディスプレイ１００の下側にディスプレイ１００を搭載する機器が配置され、機器はディスプレイ１００に映像信号を出力する。そのため、ディスプレイ１００の上側を「ユーザ側」と呼ぶ場合、ディスプレイ１００の下側は「内機側」と呼ばれる。

ガラス部品１０は、カバーガラスであり、ガラス板とも呼ばれる。ガラス部品１０の内機側の面が第１面１２であり、ガラス部品１０のユーザ側の面が第２面１４である。第１面１２と第２面１４は互いに反対向きである。ガラス部品１０をユーザ側から見た場合、ガラス部品１０は矩形状を有し、第１面１２の外縁部分には、枠形形状の印刷１６が配置される。印刷１６は、例えば、黒色を有する。

ガラス部品１０の第１面１２のうち、印刷１６がなされていない中央部分には液晶部品２０が配置される。液晶部品２０は、カラーフィルタ、液晶、透明電極等を含む。液晶部品２０の内機側にはバックライト２２が配置される。液晶部品２０に映像が表示されている状態においてバックライト２２が内機側から光を照射することによって、画面が明るくされる。

樹脂部品３０は、ユーザ側の面の中央部分に開口を有し、当該開口は内機側まで貫かれて貫通孔となる。樹脂部品３０の開口にはガラス部品１０をユーザ側から取付可能である。また、液晶部品２０、バックライト２２は貫通孔内に配置される。ガラス部品１０の第１面１２における印刷１６の内機側には両面テープ４０が貼り付けられる。両面テープ４０は印刷１６と同様に枠形形状を有してもよい。両面テープ４０の内機側は樹脂部品３０に貼り付けられる。その結果、ガラス部品１０と樹脂部品３０は両面テープ４０により接着される。

以下では、本実施の形態に係る接着方法を（１）重ね合せ工程、（２）レーザ照射工程の順に説明する。
（１）重ね合せ工程
図２は、ディスプレイ２００の製造工程を示す断面図である。ディスプレイ２００は、ガラス部品２１０、液晶部品２２０、バックライト２２２、樹脂部品２３０を含む。ディスプレイ２００、ガラス部品２１０、液晶部品２２０、バックライト２２２、樹脂部品２３０は、図１のディスプレイ１００、ガラス部品１０、液晶部品２０、バックライト２２、樹脂部品３０にそれぞれ対応する。また、図２におけるディスプレイ２００の上側を「ユーザ側」と呼ぶ場合、ディスプレイ２００の下側は「内機側」と呼ばれる。

ガラス部品２１０の内機側の面が第１面２１２であり、ガラス部品２１０のユーザ側の面が第２面２１４である。第１面２１２と第２面２１４は互いに反対向きである。ガラス部品２１０は、レーザ光を透過する性質を有する。レーザ光は、例えば、９４０ｎｍ半導体レーザを光源とする。ガラス部品２１０をユーザ側から見た場合、ガラス部品２１０は矩形状を有し、第１面２１２の外縁部分には、枠形形状の印刷２１６が配置される。印刷２１６は、レーザ光を吸収する物質、例えばアクリル系インクにより形成される。例えば、印刷２１６の厚みは３０μｍ未満である。印刷２１６の厚みは５μｍ以上であってもよい。印刷２１６は、例えば、黒色を有する。

ガラス部品２１０の第１面２１２のうち、印刷２１６がなされていない中央部分には液晶部品２２０が配置される。液晶部品２２０の内機側にはバックライト２２２が配置される。樹脂部品２３０は、ユーザ側の面の中央部分に開口を有し、当該開口は内機側まで貫かれて貫通孔となる。樹脂部品２３０の開口にはガラス部品２１０をユーザ側から取付可能である。また、液晶部品２２０、バックライト２２２は貫通孔内に配置される。樹脂部品２３０は、例えば、アクリル樹脂を含み、アクリル樹脂は、アクリル系インクと同種の材料である。ガラス部品２１０の第１面２１２と樹脂部品２３０とを対向させて、ガラス部品２１０と樹脂部品２３０とが重ね合わされる。

（２）レーザ照射工程
図３（ａ）－（ｄ）は、ディスプレイ２００の製造工程を示す部分断面図である。図３（ａ）－（ｄ）は、図２の一部を拡大して示す。ガラス部品２１０の第２面２１４にはガラスコーティング２１８が配置される。ガラスコーティング２１８もレーザ光を透過する性質を有する。図３（ａ）のようにガラス部品２１０の第２面２１４から印刷２１６に向かってＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ）レーザ３００が照射される。ＩＲレーザ３００は、ガラスコーティング２１８とガラス部品２１０とを透過する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に続く状態である。ＩＲレーザ３００は、ガラス部品２１０を透過して印刷２１６に達する。その結果、印刷２１６は、ＩＲレーザ３００により照射される。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に続く状態である。印刷２１６は、ＩＲレーザ３００の照射により発熱、溶解する。また、印刷２１６から発生する溶解熱により、樹脂部品２３０のうち、印刷２１６に近い部分が溶解する。図３（ｄ）は、図３（ｃ）に続く状態である。樹脂部品２３０のうち、印刷２１６に近い部分が溶解した後、当該部分を冷却すると、当該部分は固化することによって溶着部２５０が形成される。溶着部２５０によりガラス部品２１０と樹脂部品２３０とが溶着される。

図４は、ディスプレイ２００の構造を示す断面図である。図４は、図３（ｄ）の全体構造に相当する。図４は、図２と同様に示されるが、ガラス部品２１０と樹脂部品２３０との間には溶着部２５０が配置され、溶着部２５０は、ガラス部品２１０と樹脂部品２３０とを溶着する。

（実施例）
印刷２１６に使用するインクの種類、印刷２１６の厚みを決定するために実験を行った。図５（ａ）－（ｂ）は、実施例に使用するサンプル４００の構造を示す図である。図５（ａ）は、サンプル４００の側面図であり、図５（ｂ）は、サンプル４００の上面図である。ガラス部品４１０の第１面４１２に印刷４１６が配置される。ガラス部品４１０と印刷４１６の組合せは、例えば、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ３．０ｍｍにされる。樹脂部品４３０は、例えば、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．８ｍｍにされる。ガラス部品４１０と印刷４１６の組合せと樹脂部品４３０は、長さ方向の１２．５ｍｍの部分が重ね合わされる。これらの重ね合わされた部分が重ね合わせ部分４６０と示される。この状態で、ガラス部品４１０と樹脂部品４３０がＩＲレーザ３００（図示せず）により溶着されることによって、溶着部４５０が形成される。樹脂部品４３０のうち、重ね合わせ部分４６０とは反対側の部分が第１つかみ部分４７０ａであり、ガラス部品４１０と印刷４１６の組合せのうち、重ね合わせ部分４６０とは反対側の部分が第２つかみ部分４７０ｂである。

ガラス部品４１０はソーダライム青板ガラスにより製造され、樹脂部品４３０はＰＣＡＢＳテストピースにより製造される。ＰＣＡＢＳテストピースはアクリル樹脂である。実験では、ウレタン系インク、アクリル系インクを使用して印刷４１６を形成した。ウレタン系インクは、1st:HF GV3 RX01 710Black/2nd:HF SG460 NSY1312T-2Black（セイコーアドバンス社）であり、アクリル系インクは、IRX-HF墨（帝国インキ社）である。また、ウレタン系インクは、樹脂部品４３０とは異なった材質であり、アクリル系インクは、樹脂部品４３０と同様の材質である。また、実験において、印刷４１６の厚みを５μｍ、１０μｍ、３０μｍと変えた。溶着に使用するＩＲレーザ３００の出力を１５Ｗとし、スポット径をφ３（ｍｍ）とし、レーザ照射速度を１０（ｍｍ／ｓｅｃ）、１５（ｍｍ／ｓｅｃ）、２０（ｍｍ／ｓｅｃ）と変えた。

図６は、サンプル４００による実験結果を示す。これは、サンプル４００を使用して実験した強度（ＭＰａ）、外観の結果を示す。また、図６には、両面テープ（３Ｍ社）を使用してガラス部品４１０と樹脂部品４３０とを接着したときとの比較結果も示す。強度は、万能試験機オートグラフＡＧ－Ｘ２０ｋＮＸ（島津製作所製）により第１つかみ部分４７０ａと第２つかみ部分４７０ｂとを引っぱることによって測定した。外観は、目視により観測した。ウレタン系インクを使用した場合、輸送中破断する程度の強度と、インク剥がれが生じる外観となった。

アクリル系インクを使用した場合、厚みが５μｍ、かつレーザ照射速度が２０（ｍｍ／ｓｅｃ）としたときと、厚みが３０μｍ、かつレーザ照射速度が２０（ｍｍ／ｓｅｃ）としたときに、輸送中破断する程度の強度となった。しかしながら、それ以外の条件では、両面テープで接着したときよりも強度が増加した。また、厚みが３０μｍ、かつレーザ照射速度が１０（ｍｍ／ｓｅｃ）としたときに、インク剥がれが生じる外観となった。しかしながら、それ以外の条件では、外観に異常はなかった。アクリル系インクの厚みを５μｍから厚みを増やすことによって、アクリル系インクの量が増えるので、強度（ＭＰａ）が増加する。一方、アクリル系インクの厚みが３０μｍに達すると、ＩＲレーザ３００による印刷４１６の融解が十分でなくなるので、強度（ＭＰａ）が減少する。

これらより、ウレタン系インクよりもアクリル系インクの方が印刷４１６に適する。特に、アクリル系インクの厚みとして３０μｍ未満、かつ５μｍ以上が適する。なお、印刷厚みを５μｍ未満とする場合、塗布された後の厚みを均一とすることなどが困難であるため好ましくない。

本実施の形態によれば、アクリル系インクによる印刷がなされたガラス部品と、樹脂部品とをレーザ光の照射により接着させることで、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加できる。また、接着強度が増加するので、接着面積を減少できる。また、接着面積が減少されるので、狭額縁化が可能になり、設計の自由度を向上できる。また、樹脂部品と印刷を同様の材質にするので、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加できる。また、印刷の厚みを３０μｍ未満にするので、印刷を十分に融解できる。また、印刷の厚みを５μｍ以上にするので、アクリル系インクが不足する状況を回避できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の接着方法は、第１面と、第１面とは反対を向いた第２面とを有するガラス部品と、樹脂部品とを接着させる接着方法であって、ガラス部品の第１面にはアクリル系インクによる印刷がなされており、ガラス部品の第１面と樹脂部品とを対向させて、ガラス部品と樹脂部品とを重ね合わせるステップと、ガラス部品の第２面から印刷に向かってレーザ光を照射して、印刷の溶解熱によりガラス部品と樹脂部品と溶着させるステップと、を含む。

この態様によると、アクリル系インクによる印刷がなされたガラス部品と、樹脂部品とをレーザ光の照射により接着させるので、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加できる。

樹脂部品は、アクリル樹脂を含んでもよい。この場合、樹脂部品と印刷とに同様の材質をするので、ガラス部品と樹脂部品との接着強度を増加できる。

重ね合わせるステップにおいてガラス部品の第１面になされた印刷の厚みは３０μｍ未満であってもよい。この場合、印刷の厚みを３０μｍ未満にするので、印刷を十分に融解できる。

重ね合わせるステップにおいてガラス部品の第１面になされた印刷の厚みは５μｍ以上であってもよい。この場合、印刷の厚みを５μｍ以上にするので、アクリル系インクが不足する状況を回避できる。

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態による接着方法により、カバーガラス（ガラス部品）とケース（樹脂部品）とが接着される。しかしながらこれに限らず例えば、カバーガラス以外のガラス部品と、ケース以外の樹脂部品とを接着するために、本実施の形態による接着方法が使用されてもよい。本変形例によれば、本実施の形態の適用範囲を拡大できる。

２００ディスプレイ、２１０ガラス部品、２１２第１面、２１４第２面、２１６印刷、２１８ガラスコーティング、２２０液晶部品、２２２バックライト、２３０樹脂部品、２５０溶着部、３００ＩＲレーザ。

Claims

第１面と、前記第１面とは反対を向いた第２面とを有するガラス部品と、樹脂部品とを接着させる接着方法であって、
前記ガラス部品の前記第１面にはアクリル系インクによる印刷がなされており、前記ガラス部品の前記第１面と前記樹脂部品とを対向させて、前記ガラス部品と前記樹脂部品とを重ね合わせるステップと、
前記ガラス部品の前記第２面から前記印刷に向かってレーザ光を照射して、前記印刷の溶解熱により前記ガラス部品と前記樹脂部品と溶着させるステップと、
を含む接着方法。
前記樹脂部品は、アクリル樹脂を含む請求項１に記載の接着方法。
前記重ね合わせるステップにおいて前記ガラス部品の前記第１面になされた前記印刷の厚みは３０μｍ未満である請求項１または２に記載の接着方法。
前記重ね合わせるステップにおいて前記ガラス部品の前記第１面になされた前記印刷の厚みは５μｍ以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の接着方法。