JPS6255121A - 合成樹脂材料の接合方法 - Google Patents

合成樹脂材料の接合方法

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JPS6255121A
JPS6255121A JP60195052A JP19505285A JPS6255121A JP S6255121 A JPS6255121 A JP S6255121A JP 60195052 A JP60195052 A JP 60195052A JP 19505285 A JP19505285 A JP 19505285A JP S6255121 A JPS6255121 A JP S6255121A
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JP
Japan
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synthetic resin
resin materials
laser light
plate member
fibers
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JP60195052A
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English (en)
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Masashi Murate
政志 村手
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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、合成樹脂材料を重ね合わせ、その一方からレ
ーザ光を照射するとともに、超音波を付与させて、両者
の合成樹脂材料を接合させる方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、合成樹脂材料と合成樹脂材料とを接合する際には
、熱を加えて溶着する物理的接合方法と接着剤を用いて
接着する化学的接合方法が広く利用されている。
すなわち、前者の物理的接合方法は、接合しようとする
合成樹脂材料の接合面でメタルメソシ、ユ等の発熱体を
発熱させて両者の合成樹脂材料の接合面を溶融させつつ
加圧・冷却し、両合成樹脂材料を接合する方法である。
また、後者の化学的接合方法は、接合しようとする合成
樹脂材料の接合面にホントメルト等の接着剤を介在させ
、一方ノ合成樹脂材料の表面から高周波または超音波を
付与させて接着剤を加熱・溶融させた後、両者の合成樹
脂材料を加圧しつつ冷却し、両合成樹脂材料を接合する
方法である。
しかし、前者の物理的接合方法においては、同種の合成
樹脂材料を接合する際には接合しようとする両者の合成
樹脂材料の溶融温度が同一であるとともに、相溶性を有
するので、再合成樹脂材料の接合には通しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には両者の合成樹脂材料
の溶融温度が異なるとともに、相溶性が悪いことから、
再合成樹脂材料の接合は困難である。また、後者の化学
的接合方法においては、同種の合成樹脂材料を接合する
際には前者の物理的接合方法と同様に適しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には合成樹脂材料の材質
によって接着剤の接着力が低下し、再合成樹脂材料を強
固に接合することは困難である。さらに、同種の合成樹
脂材料でもポリプロピレン樹脂のように相溶性の悪い合
成樹脂材料では異種の合成樹脂材料と同様に強固に接合
することは困難である。
上述のようなことから、異種または同種でもポリプロピ
レンのように相溶性の悪い合成樹脂材料を接合する際に
は、機械的接合方法が多く利用されている。その代表例
を第３図に示すポリプロピレンとポリエチレンの接合方
法によって説明する。
第３図においては、５１はポリプロピレン樹脂からなる
板部材であって、この板部材５１の下部にはポリエチレ
ン樹脂からなる板部材５２が配設されており、このポリ
エチレン樹脂の板部材５２とポリプロピレン樹脂の板部
材５１とは互いに対向する部位に貫通孔５３ａ、５３ｂ
が形成されている。そして、両板部材５１．５２の貫通
孔５３ａ、５３ｂには上方からパツキン５４を介在して
螺子５５が螺合され、両板部材５１，５２が接合されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような機械的、接−合方法において
は、両板部材５１．５２に貫通孔５３ａ、５３ｂを形成
し、螺子５５を螺合しなければならず、前記の物理的接
合方法および化学的接合方法に比較して接合作業が煩雑
となることはもとより、両板部材５１．５２に貫通孔５
３ａ、５３ｂを形成する必要があることから、両板部材
５１．５２の強度が低下する不具合がある。
従って、本発明は、上記の不具合を解消するためになさ
れたもので、重ね合わされた合成樹脂材料の間に短繊維
を介在し、一方の合成樹脂材料の表面からレーザ光の照
射と超音波を付与することによって・接合する再合成樹
脂材料の強度を低下させることなく、容易に、しかも強
固に接合することにある。
〔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の接合方法にお
いては、合成樹脂材料を重ね合わせ、その両者を接合す
るにあたり、一方の合成樹脂材料をレーザ光に対して吸
収性とし、他方の合成樹脂材料をレーザ光に対して非吸
収性とセし蹟前記一方の合成樹脂材料の表面に短繊維を
置くとともに、その上部に他方の合成樹脂材料を重ね合
わせ、前記短繊維が置かれた部位の上部の合成樹脂材料
の上方からレーザ光を照射して短繊維部位を加熱した後
、さらに、このレーザ光を照射した上部の合成樹脂材料
の表面に超音波発振器の振動子を当接して加圧しつつ超
音波を付与し、前記重ね合わされた合成樹脂材料の接合
面を溶融させて接合するようにしたものである。
そして、レーザ光に対して非吸収性を有する合成樹脂材
料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン
−アクリロニトリル共重合体等を挙げることができ、レ
ーザ光に対して吸収性を有する合成樹脂材料としては、
カーボンブラック等の補助材料を添加したポリエチレン
、ポリプロピレンまたはカーボンブランク等の補助材料
が添加されたスチレン−アクリロニトリル共重合体等を
挙げることができる。そして、これらの合成樹脂材料は
レーザ光に対して非吸収性を有するものと、吸収性を有
するものとの組み合せにおいて自由に選択して接合する
ことができる。
また、両者の合成樹脂材料の間に介在される短繊維とし
ては、ガラス繊維、カーボン繊維、メタル繊維等を挙げ
ることができ、これら短繊維の長さは特に限定するもの
ではないが、その目安としては５０μｍないし５００μ
ｍ程度が適している。
そして、これら短繊維の置き方はスポット状、複数平行
ビート状、ジグザグビート状等得ようとする接合強度に
応じて選択して置くことができる。
さらに、短繊維を合成樹脂材料に置く際には短繊維を直
接置く方法、酢酸エチル環気敵性溶剤中に短繊維を混合
して吹き付ける方法、ホットメタル等の溶着剤中に短繊
維を混合して貼着する方法等を適宜選択して行うことが
できる。
また、両者の合成樹脂材料の接合時に使用されるレーザ
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、Ｎ２レーザ等を挙げることができ、このうち、特
にＹＡＧ　：ネオジウム３＋レーザが最も通している。
また、両者の合成樹脂材料の接合時に用いられるレーザ
の波長としては、接合する合成樹脂材料に適合した波長
が必要であって１．０６μｍ以下が最も優れており、そ
の波長が１．０６μｍ以上の場合には両者の合成樹脂材
料の接合面を互いに溶融状態に維持することが困難であ
る。また、レーザの出力においては、５Ｗないし１００
Ｗが通しており、５Ｗないし３０Ｗが最も優れている。
その出力が５Ｗ以下の場合には両者の合成樹脂材料の接
合面を互いに熔融状態にさせることができず、ｉｏ’ｏ
ｗ以上の場合には両者の合成樹脂材料が蒸発したり、変
質したりして接合が不可能である。
また、超音波発振器は通常一般に使用されているものが
そのまま利用することができ、その組み合わせは超音波
発振器と、この超音波発振器の振動部に設けられる振動
子とからなっているものが望ましい、そして、振動子に
付与される超音波は接合しようとする合成樹脂材料の組
み合わせによって選択され、その目安としてはｒ’ｏ−
ＫＨｚないし５０ＫＨｚが通している。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第１図は本発明に係る合成樹脂材料の接合方法を説明す
る概略断面図、第２図は第１図のＡ部楕円内を拡大した
断面図を示すものである。
第１図の（ａ）ないしくｄ）において、１はスチレン−
アクリロニトリル共重合体からなる板部材であって、こ
の板部材１の板厚は１５ｍｍに形成されており、その上
面は平坦に形成された接合面１ａとされ、下面も平坦に
形成されて台座（図示せず）への載置面１ｂとされてい
る。そして、この板部材１の原材料色はカーボンブラッ
クが０．５重量％混入されて黒色となっており、１．０
６μｍ以下のレーザ光に対しては吸収性の性質を有して
いる。
また、スチレン−アクリロニトリル共重合体の板部材１
の上面には接合しようとする部位にスポット状にガラス
短繊維２が直接置かれており、その厚さは１．０　＋ｎ
程度とされ、幅は１０ｍｍ程度とされている。そして、
このガラス短繊維２の太さは０．５ｆ１前後とされてお
り、その長さは０．５　ｖｍないし２０ｍｍの範囲とな
っている。
また、ガラス短繊維２の上面にはポリプロピレン樹脂か
らなる板部材３が配設されており、その板厚は下部の板
厚と同様に１５１１に形成されている。また、この板部
材３の下面は板部材１の接合面１ａに当接するように平
坦な接合面３ａとされており、上面は平坦面３ｂとなっ
ている。
そして、第１図の（ａ）に示すように重ね合わされた合
成樹脂材料からなる板部材１．３を接合する際には、第
１図の（ｂ）に示すようにガラス短繊維２が置かれた部
位の上方の板部材３の上にＹＡＧ　：ネオジウム３＋レ
ーザ装置の照射ノズル４を配設するとともに、その照射
ノズル４から波長が１．０６μｍ１出力がＩＯＷのＹＡ
Ｇレーザ光５を凸レンズ６に通過させて照射する。
その際、ＹＡＧレーザ光５は、その波長と合成樹脂材料
の吸収スペクトルとの関連によって、ポリプロピレン樹
脂からなる板部材３に対して非吸収となるため透過する
。この時、ＹＡＧレーザ光５は、その照射方向に対して
直進するのではなく、単結晶構造をもたない合成樹脂材
料においては、それが散乱した状態で進む。次に、同じ
＜　ＹＡＧレーザ光５に対して吸収性をもつスチレン−
アクリロニトリル共重合体からなる板部材１とポリプロ
ピレン樹脂からなる板部材３との間に挟まれたガラス短
繊維２に達し、ここにエネルギとして蓄積されるととも
に、そのエネルギによって両板部材１．３の接合面１ａ
、３ａが温度上昇して１００℃ないし２５０℃程度に予
熱される。そして、ガラス短繊維２に接する両板部材ｌ
、３の接合面ｌａ、３ａおよびその近傍が加熱軟化し、
容易に可塑化する状態となる。
その後、照射ノズル４からのＹＡＧレーザ光５の照射を
停止するとともに、第１図の（Ｃ）に示すようにガラス
短繊維２が置かれた部位の上方の板部材３の上面に超音
波発振器（図示せず）に設けられた振動子７の先端を当
接させる。この時、矢印Ｂ方向から板部材ｌに対して、
先端から一定の加重を加える。
次に、板部材３に一定の加重を加えた状態で超音波発振
器を作動させ、振動子７から２０ＫＨｚないし４０ＫＨ
ｚの超音波を付与させる。その際、振動子７からの超音
波のエネルギが板部材３の接合面３ａとガラス短繊維２
との界面およびガラス短繊維２と板部材ｌの接合面１ａ
との界面に伝播してエネルギとして蓄積される。
そして、蓄積されたエネルギによって両界面およびその
近傍の板部材１．３が溶融されるとともに、振動子７か
らの加圧力によってガラス短繊維２が溶融部位８に入り
込み溶着接合される。そして、溶着接合部位は、第１図
の（ｄ）および第２図に示すように両板部材１．３の溶
融部位８にまたがってガラス短繊維２がからんだ状態で
繊維強化されるため、強固に接合することができる。
そして、所定の部位への接合が完了した後、振動子７へ
の超音波の付与を停止するとともに、２秒ないし５秒間
程度放置する。その後、振動子７を板部材３から離反さ
せ、その先端を一板部材３の上方に位置させる。
これによって、両板部材１．３の溶融物が互いに入り込
むとともに、ガラス短繊維２が両板部材１．３の溶融物
の仲立ちとして自然硬化し、スチレン−アクリロニトリ
ル共重合体からなる板部材１とポリプロピレン樹脂から
なる板部材３とが強固に接合される。
〔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の接合
方法においては、重ね合わされた合成樹脂材料の間に短
繊維を介在し、一方の合成樹脂材料の方向からレーザ光
の照射と超音波を付与して接合するようにしたから、短
繊維が仲立ちとして両合成樹脂材料が接合されるので、
相溶性の悪い合成樹脂材料の接合にも広く利用すること
ができ、しかも短繊維の投錯効果によって強固に接合す
ることができる効果がある。
また、本発明においては、レーザ光と超音波を利用した
接合であるため、従来の穴明は等の面倒な作業が必要な
機械的接合方法に比較して容易に接合することができる
効果がある。
また、本発明においては、接合する合成樹脂材料のいず
れにも穴等の開設してないので、接合後における合成樹
脂材料の強度を長期間維持することができる効果がある
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る合成樹脂材料の接合方法。 を説明する概略断面図である。 第２図は第１Ｈ！ＪのＡ部楕円内を拡大した断面図であ
る。 第３図は従来の合成樹脂材料の接合方法を説明する概略
断面図である。 １・−・−板部材 ｌａ−一・−・−接合面 ２・・・−ガラス短繊維 ３−−−−−一板部材 ３ａ・−・−・接合面 ４−−−−−一照射ノズル ５・・・−Ｙ　Ａ　Ｇレーザ光 ６・・・−凸レンズ ７−−一−・・振動子 ８−−−−−一熔融部位 出願人　　トヨタ自動車株式会社 （２１１）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（
Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃｄ）第１図 第２図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 合成樹脂材料を重ね合わせ、その両者を接合するにあた
    り、一方の合成樹脂材料をレーザ光に対して吸収性とし
    、他方の合成樹脂材料をレーザ光に対して非吸収性とせ
    しめ、前記一方の合成樹脂材料の表面に短繊維を置くと
    ともに、その上部に他方の合成樹脂材料を重ね合わせ、
    前記短繊維が置かれた部位の上部の合成樹脂材料の上方
    からレーザ光を照射して短繊維部位を加熱した後、さら
    に、このレーザ光を照射した上部の合成樹脂材料の表面
    に超音波発振器の振動子を当接して加圧しつつ超音波を
    付与し、前記重ね合わされた合成樹脂材料の接合面を溶
    融させて接合することを特徴とする合成樹脂材料の接合
    方法。
JP60195052A 1985-09-04 1985-09-04 合成樹脂材料の接合方法 Pending JPS6255121A (ja)

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