JPS61258730A - 合成樹脂材料と異種材料の接合方法 - Google Patents

合成樹脂材料と異種材料の接合方法

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JPS61258730A
JPS61258730A JP60100340A JP10034085A JPS61258730A JP S61258730 A JPS61258730 A JP S61258730A JP 60100340 A JP60100340 A JP 60100340A JP 10034085 A JP10034085 A JP 10034085A JP S61258730 A JPS61258730 A JP S61258730A
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JP
Japan
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synthetic resin
sheet member
resin material
laser beam
black
Prior art date
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Pending
Application number
JP60100340A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihisa Terasawa
寺沢　利久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS61258730A publication Critical patent/JPS61258730A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、合成樹脂材料と異種材料の接合方法に関し、
さらに詳しくは、合成樹脂材料と異種材料を重ね合わせ
、合成樹脂材料の方向からレーザ光を照射して、その溶
融物によって両材料を接合する方法に係るものである。
〔従来の技術〕
従来、合成樹脂材料と異種材料の一つである鋼板とを接
合する際には、第４図に示すようなインブラント接合方
法が利用されている。
第４図において、５１は金属材料からなる円筒部材であ
って、この円筒部材５１の上端部に内径の大きな溝５２
が形成されており、その上面には金属材料からなるリン
グ５３が設けられている。
また、このリング５３の上面には円筒部材５１の溝５２
から挿入された熱可塑性樹脂からなる筒状部材５４が載
置されており、その内径は円筒部材５１の内径と同一と
されている。さらに、円筒部材５１と筒状部材５４との
外周には間隔を有して誘導コイル５５が配設されており
、その一端は図示を省略した高周波電流発生器に接続さ
れている。
そして、円筒部材５１と筒状部材５４を接合する際には
、高周波電流発生器から誘導コイル５５に高周波電流を
付与し、円筒部材５１と筒状部材５４の間に設けられて
いるリング５３に誘導発熱を起こさせ、その発熱によっ
て熱可塑性樹脂からなる筒状部材５４を加熱・溶融させ
る。そして、この状態で、筒状部材５４の上方から矢印
へのごとく荷重を加えて、筒状部材５４の溶融物（図示
せず）をリング５３と円筒部材５１とに絡ませて硬化さ
せる。これによって、円筒部材５１と筒状部材５４とが
接合される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このようなインブラント接合方法におい
ては、接合しようとする円筒部材５１と筒状部材５４の
周囲を誘導コイル５５で覆う必要があるため、接合部材
の形状に制約があることはもとより、円筒部材５１と筒
状部材５４にあったリング５３を接合の都度組み付けな
ければならず、接合作業が煩雑となる不具合がある。
従って、この発明は、上記の不具合を解消するためにな
されたもので、合成樹脂材料の一方の面を黒色とし、異
種材料に複数個の貫通孔を形成して重ね合わせ、合成樹
脂材料の方向からレーザ光を照射して両材料を接合させ
ることによって、接合部材の形状に制約をうけることな
く、しかも容易に接合作業を行なうことにある。
Ｃ問題点を解決するための手段〕 すなわち、この発明に係る合成樹脂材料と異種材料の接
合方法においては、合成樹脂材料と異種材料とを重ね合
わせ、合成樹脂材料の方向からレーザ光を照射して両材
料を接合するにあたり、合成樹脂材料の一方の面を無色
または白色とすると共に、他方の面を黒色とし、異種材
料に複数個の貫通孔を形成せしめ、この異種材料に合成
樹脂材料の黒色側が接するように重ね合わせた後、合成
樹脂材料の方向からレーザ光を照射して溶融させると共
に、合成樹脂材料側から荷重を加えて溶融物を異種材料
の貫通孔から押し出すようにしたものである。
そして、合成樹脂材料としては、熱可塑性樹脂材料が通
しており、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル
系樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、フッ素
樹脂、ポリエステル樹脂、飽和ポリアミド樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂等を挙げることがで
きる。
また、合成樹脂材料の一方の面を黒色とする際には、接
合しようとする合成樹脂材料の一方の面を、墨汁、黒色
の水性または油性のインク、黒色塗料等で塗って黒色と
する方法、黒色の樹脂シートを合成樹脂材料の一方の面
に貼着して黒色とする方法、接合しようとする合成樹脂
材料を成形する際に一方の面のみにカーボンを添加して
黒色とする方法等を挙げることができる。そして、その
際の黒色層の厚さはレーザ光が透過しない範囲でよく、
例えば数ミクロンないし数十能の範囲で選択され、その
目安としては接合しようとする合成樹脂材料の厚さの０
．５％ないし１０％の範囲が通している。
また、合成樹脂材料と接合される異種材料としては、鉄
、銅、真鍮、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等の
金属材料もしくはガラス、セメント等のオールドセラミ
ックスあるいは人工的に合成した窒化ケイ素、炭化ケイ
素等を原料として成形、焼成したニューセラミックスな
どを挙げることができる。
そして、異種材料に形成される貫通孔としては等間隔に
形成することが好ましく、その形状は円形、多角形等に
適宜選択して形成される。また、貫通孔の大きさは０．
５　ｗないし４ｆｌの範囲が適しており、その大きさが
０．５　ｗ以下では合成樹脂材料の溶融物が押し出され
に＜＜、必要以上の押し圧力を必要とし、４ｆｌ以上で
は押し出された合成樹脂材料の溶融物が互いに絡まるこ
とが少なくなって接合強度が低下する恐れがある。
また、合成樹脂材料の方向から照射されるレーザとして
は、ガラス：ネオジウム３＋レーザ、ＹＡＧ：ネオジウ
ム３＋レーザ、ルビーレーザ、ヘリウム−ネオンレーザ
、クリプトンレーザ、アルゴンレーザ、Ｎ２レーザ、Ｎ
２レーザ等を挙げることができる。
また、レーザの波長としては、合成樹脂材料を溶融する
波長が必要であり、これは、合成樹脂材料のもつ吸収ス
ペクトル特性によって決まる。例えば、ポリカーボネー
ト樹脂からなる板部材と鉄板からなる組み合わせにおい
ては、ＹＡＧ　：ネオジウム３＋レーザψ発振波長であ
る１、０６μｍが通している。
また、レーザの出力においては、合成樹脂材料を溶融す
るに十分な出力が必要であって、適宜選択して決定され
る。この時、出力が大きすぎると溶融しようとする合成
樹脂材料が蒸発して接合が不可能となるので考慮する必
要がある。例えば、ＹＡＧ　：ネオジウム２ル−ザによ
る際の目安としては、５ないし１００ｗ程度が適してい
る。
また、合成樹脂材料と異種材料を重ね合わせる際には合
成樹脂材料の黒色側が異種材料に接するように配置する
ことが必要であり、逆に配置した際にはレーザ光の透過
ができなくなって、接合が不可能となる。さらに、合成
樹脂材料に荷重を加えるタイミングは、合成樹脂材料に
レーザ光を照射すると同時またはそれ以降であればいず
れであってもよい。
〔実施例〕
以下、本発明に係る接合方法の実施例を図面に基づいて
説明する。
（第１実施例） 第１図は本発明に係る接合方法の第１実施例を説明する
概略断面図、第２図は本発明の接合方法に利用されるレ
ーザ照射装置の断面図を示すものである。
まず、この第１実施例で利用されるＹＡＧ　：ネオジウ
ム３＋レーザ照射装置を第２図に示して説明する。
第２図において、１は金属材料から円筒状に形成されて
いる筒状本体であって、この筒状本体１は上部ケースｌ
ａと下部ケースｌｂの二つに分割されており、下部ケー
ス１ｂに上部ケース１ａが端役され、両ケース１ａ、１
ｂは内径が同一とされている。また、この筒状本体ｌを
構成している上部ケース１ａの上端部にはＹＡＧ：ネオ
ジウム３＋レーザ発振器（図示せず）に接続されている
光ファイバ２が接続されており、ＹＡＧ：ネオジウム３
＋レーザ発振器から伝送されたＹＡＧレーザ光Ｍが光フ
ァイバ２の芯材３内で反射しながら筒状本体１内に入射
されるようになっている。
また、筒状本体１の内部には三つの光学レンズ４ａ、４
ｂ、４Ｃが間隔を有して配設されている。
すなわち、第１の光学レンズ４ａは凸レンズであって、
上部ケース１ａの下端近傍に配設されており、第２の光
学レンズ４ｂは凸レンズであって、下部ケース１ｂの略
中央部に配設されている。また、第３の光学レンズ４Ｃ
は第１の光学レンズ４ａと同様に凸レンズであって、下
部ケース１ｂの下端近傍に配設されている。
そして、光ファイバ２から入射したＹＡＧレーザ光Ｍは
上部ケース１ａの入射部から広がり角θの角度を有した
ＹＡＧレーザ光Ｍａとなり、第１の光学レンズ４ａに入
射する。また、第１の光学レンズ４ａに入射したＹＡＧ
レーザ光Ｍａは平行なＹＡＧレーザ光Ｍｂとなって第２
の光学レンズ４ｂに入射し、再びある焦点に集光する球
面のＹＡＧレーザ光Ｍｃとなって第３の光学レンズ４Ｃ
に入射する。さらに、第３の光学レンズ４Ｃに入射した
球面のＹＡＧレーザ光Ｍｃは再び平行なＹＡＧレーザ光
Ｍｄとなって出射される。そして、第２の光学レンズ４
ｂと第３の光学レンズ４ｃとの組み合わせにより、出射
するＹＡＧレーザ光Ｍｄの径を任意に変更することがで
きる。
また、筒状本体１を構成している下部ケース１ｂには金
属材料からなる照射ノズル５が設けられている。この照
射ノズル５は上端部にフランジ５ａが形成されており、
そのフランジ５ａ部が下部ケース１ｂの下端部に当接さ
れ、固定金具６の端役によって保持されている。さらに
、照射ノズル５の下端部近傍には第４の光学レンズ４ｄ
が配設されており、この第４の光学レンズ４ｄは第２の
光学レンズ４ｂと同様に凸レンズであって、第３の光学
レンズ４Ｃから出射された平行なＹＡＧレーザ光Ｍｄが
照射ノズル５にガイドされて第４の光学レンズ４ｄに達
し、再度ある焦点に集光する球面のＹＡＧレーザ光Ｍｅ
となって出射するようになっている。
次に、合成樹脂材料と異種材料の接合方法を第１図およ
び第２図に従って説明する。
第１図において、２１は厚さが１鶴の鉄板からなる板部
材であって、この板部材１は第１図の（ａ）に示すよう
に複数個の貫通孔２２が等間隔に形成されており、その
大きさは２．５Ｈに形成されている。
また、第１図の（ｂ）は板部材１の上面に載置されてい
るポリカーボネート樹脂からなる板部材２３であって、
その板厚は５籠に形成されており、その原材料色は乳白
色をしている。そして、この板部材２３はＹＡＧレーザ
光Ｍｅに対して透過する性質を有している。さらに、こ
の板部材２３の下面には、黒色の油性インクが塗り付け
られて０゜５μｍ程度の極薄の黒色Ｉ′ｉｉ２“４が形
成されている。
これによって、板部材２３は二層となっており、ＹＡＧ
レーザ光Ｍｅが照射された際に、板部材２３の乳白色部
分は透過すると共に、黒色層２４で吸収され、その部位
の板部材２３が溶融されるようになっている。
そして、第１図の（ｃ）に示すように板部材２３の黒色
層２４が板部材２１側に接するようにセットした後、板
部材２３の上方に第２図に示すＹＡＧ：ネオジウム３＋
レーザ装置の照射ノズル５を位置させると共に、その照
射ノズル５から波長１．０６μｍ、出力２０ｗのＹＡＧ
レーザ光Ｍｅを第４の光学レンズ４ｄに通過させて照射
する。
その際、ＹＡＧレーザ光Ｍｅは、その波長と合成樹脂材
料の組成および色差によって、ポリカーボネート樹脂か
らなる板部材２３を透過すると共に、油性インクからな
る黒色層２４で吸収され、その部位にエネルギとして蓄
積される。そして、黒色層２４に蓄積されたエネルギに
よってポリカーボネート樹脂からなる板部材２３の黒色
層２４側が加熱されて溶融される。
この時、照射ノズル５からＹＡＧレーザ光Ｍｅを照射し
つつ、第１図の（ｄ）に示すように矢印Ａ方向から荷重
を加えて、ポリカーボネート樹脂からなる板部材２３の
溶融物２３ａを板部材２１の複数個の貫通孔２２から押
し出す。その際、押し出された溶融物２３ａは隣接する
貫通孔２２から押し出された溶融物２３ａと互いに接触
して溶は合う。
その後、照射ノズル５からのＹＡＧレーザ光Ｍｅの照射
を停止すると共に、矢印Ａ方向からの荷重を取り除く。
それと同時に、照射ノズル５を板部材２３の上方から離
反させる。これにより、第１図の（ｅ）に示すように板
部材２１０貫通孔２２から押し出された溶融物２３ａが
互いに絡まった部分２５を創成して硬化し、第１図の（
ｆ）に示すようにポリカーボネート樹脂からなる板部材
２３と鉄材からなる板部材２１とが溶融物２３ａを介在
して強固に接合される。
（第２実施例） 第３図は本発明に係る接合方法の第２実施例を説明する
概略断面図を示すものである。
この第２実施例で使用されるレーザ照射装置は第１実施
例で説明（第２図）したＹＡＧ　：ネオジウム１＋レー
ザ照射装置であり、その詳細な説明は省略する。
次に、合成樹脂材料と異種材料の接合方法を第３図に従
って説明する。
第３図において、３１は厚さが１ｆｌのニューセラミッ
クからなる板部材であって、この板部材３１は窒化ケイ
素を原料として成形されており、第３図の（ａ）に示す
ようにメツシュ状に形成された貫通孔３２が等間隔に形
成されており、その大きさは３鶴に形成されている。
また、第１図の（ｂ）は板部材３１の上面に載置される
ポリプロピレン樹脂からなる板部材３３であって、その
厚板は５鶴に形成されており、その、原材料色は乳白色
をしている。そして、この板部材２３ばＹＡＧレニザ光
Ｍｅに対しては透過する性質を有している。さらに、こ
の板部材３３の下面は厚さが０．３Ｎで、黒色の塩化ビ
ニールシートが貼着された黒色層３４が形成されている
。
これによって、板部材３３は二層となっており、ＹＡＧ
レーザ光Ｍｅが照射された際に、板部材３３の乳白色部
分は透過すると共に、黒色層３４で吸収され、その部位
の板部材２３が溶融されるようになっている。
そして、第３図の（ｃ）に示すようにセットした後、板
部材３３の上方に第２図に示すＹＡＧ　：ネオジウム２
＋レーザ照射装置の照射ノズル５を位置させると共に、
その照射ノズル５から波長１゜０６μｍ、出力２０Ｗの
ＹＡＧレーザ光Ｍｅを第４の光学レンズ４ｄに通過させ
て照射する。
その際、ＹＡＧレーザ光Ｍｅは、その波長と合成樹脂材
料の組成および色差によって、ポリプロピレン樹脂から
なる板部材３３を透過すると共に、塩化ビニールシート
からなる黒色層３４で吸収され、その部位にエネルギと
して蓄積される。そして、黒色層３４に蓄積されたエネ
ルギによってポリプロピレン樹脂からなる板部材３３の
黒色層３４側が加熱されて溶融される。
この時、照射ノズル５からＹＡＧレーザ光Ｍｅを照射し
つつ、第３図の（ｄ）に示すように矢印Ｂ方向から荷重
を加えて、ポリプロピレン樹脂からなる板部材３３の溶
融物３３ａを板部材３１の複数個の貫通孔３２から押し
出す。その際、押し出された溶融物３３ａは隣接する貫
通孔３２から押し出された溶融物３３ａと互いに接触し
て溶は合う。
その後、照射ノズル５からのＹＡＧレーザ光Ｍｅの照射
を停止すると共に、矢印Ｂ方向からの荷重を取り除く。
それと同時に、照射ノズル５を板部材３３の上方から離
反させる。これにより、第３図の（ｅ）に示すように板
部材３１の貫通孔３２から押し出された溶融物３３ａが
互いに絡まった部分３５を創成して硬化し、第３図の（
ｆ）に示すようにポリプロピレン樹脂からなる板部材３
３とニューセラミックからなる板部材３１とが溶融物３
３ａを介在して強固に接合される。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る合成樹脂材料と異種
材料との接合方法においては、合成樹脂材料の一方の面
を黒色とし、異種材料に複数個の貫通孔を形成して重ね
合わせ、合成樹脂材料の方ワカ１４．−ヶカやや７１．
７□□□２６よ　　　　゛うにしたから、接合しようと
する接合部材の形状に制約を受けることなく、接合する
ことができる効果がある。
また、本発明に係る接合方法においては、接合しようと
する合成樹脂材料の方向からレーザ光を照射するように
したから、接合作業を容易に実施することができる効果
がある。
また、本発明に係る接合方法においては、合成樹脂材料
の溶融物を異種材料に形成されている貫通孔を押し出し
て互いに絡ませて硬化されているので、従来の接合方法
に比較して接合強度を著しく向上させることができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る接合方法の第１実施例を説明する
概略断面図である。 第２図は本発明の係る接合方法に利用されるレーザ光照
射装置の断面図である。 第３１１！Ｉは本発明に係る接合方法の第２実施例を説
明する概略断面図である。 第４図は従来のインブラント接合方法を説明する概略断
面図である。 ２１．３１・−−一−・板部材 ２２．３２・−・−貫通孔 ２３．３３・−−−−一板部材 ２４．３４−−−−−一黒色層 ２３　ａ、　３３　ａ−−−−−一溶融物２５．３５、
−―−−−−絡まった部分４ｄ−・−第４の光学レンズ ５・−・・−・照射ノズル Ｍｄ、Ｍｅ−−−−ＹＡＧレーザ光 出願出願人トヨタ自動車株式会社 （ａ　）　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（Ｃ）第
１図 第２図 （ａ）（１）ｌ　　　　　　　　　　　　　（Ｃン第３
図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 合成樹脂材料と異種材料とを重ね合わせ、合成樹脂材料
    の方向からレーザ光を照射して両材料を接合するにあた
    り、前記合成樹脂材料の一方の面を無色または白色とす
    ると共に、他方の面を黒色とし、前記異種材料に複数個
    の貫通孔を形成せしめ、この異種材料に合成樹脂材料の
    黒色側が接合するように重ね合わせた後、前記合成樹脂
    材料の方向からレーザ光を照射して溶融させると共に、
    合成樹脂材料側から荷重を加えて溶融物を異種材料の貫
    通孔から押し出すことを特徴とする合成樹脂材料と異種
    材料の接合方法。
JP60100340A 1985-05-10 1985-05-10 合成樹脂材料と異種材料の接合方法 Pending JPS61258730A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005199667A (ja) * 2004-01-19 2005-07-28 Denso Corp レーザ溶着部材の製造方法
DE102016206612A1 (de) * 2016-04-19 2017-08-03 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Verbinden eines metallischen Formteils mit einem thermoplastischen Formteil
JP2021195464A (ja) * 2020-06-16 2021-12-27 矢崎総業株式会社 接合構造及び接合方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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