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JP5116535B2 - レーザー溶着方法 - Google Patents
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Description

本発明は、樹脂材のレーザー溶着方法に関するものである。
樹脂材同士を接合する方法の一つにレーザー溶着方法がある。それは、加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて溶着するものである。
そしてまた、該レーザー溶着方法において、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との間において非溶着部分を生じさせるようになす場合がある。
斯かる場合において、従来は非溶着部分の位置におけるレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材とレーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材の当接界面に空間Ｓを設け、この状態においてレーザー光を照射することによって行っていた。図１２は斯かる従来例の説明図であり、１００はレーザー光源、１０１はレーザー光、１０２は集光ガイドである。１０３はレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材、１０４はレーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材であり、これらの非溶着部分の位置における当接界面には空間Ｓを設けている。
しかし、斯かる場合には、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材１０３に入射したレーザー光１０１が全て直進し、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材１０４の非溶着部分１０４ａにも到達することになる。そして該非溶着部分１０４ａの表面が熱によって溶けるという問題点がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射したレーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになし、もってレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材を透過したレーザー光がレーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材の溶着を避けたい部分に到達しないようにすると共に、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射した、屈折及び反射したレーザー光と直進したレーザー光とを集合させることにより、溶着部分に高エネルギーを吸収させることができるようになしたレーザー溶着方法を提供しようとするものである。
而して、本発明の要旨とするところは、加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて融着するものであって、且つ前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との間において非溶着部分を生じさせるようになしたレーザー溶着方法において、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、前記レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、これを透過する前記レーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになしたレーザー溶着方法であって、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の前記レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との当接面に、その非溶着部分の外側の位置において溶着部分を残して所要の高さの垂直壁面若しくは傾斜面又は彎曲面を設け、該垂直壁面若しくは傾斜面又は彎曲面をもって前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、屈折したレーザー光を全反射させ、該全反射したレーザー光を溶着部分のみに向かわせるようになしたことを特徴とするレーザー溶着方法にある。
また、加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて融着するものであって、且つ前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との間において非溶着部分を生じさせるようになしたレーザー溶着方法において、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、前記レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、これを透過する前記レーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになしたレーザー溶着方法であって、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の非溶着部分の位置の空間を傾斜面となし、該傾斜面により前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、屈折したレーザー光を全反射させ、且つ全反射したレーザー光を溶着部分に向かわせるようになしたことを特徴とするレーザー溶着方法をもその要旨とするものである。
本発明は、上記の如くレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、前記レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、これを透過する前記レーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになしたものであるから、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材を透過したレーザー光がレーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材の溶着を避けたい部分に到達しないようにすると共に、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射した、屈折及び反射したレーザー光と直進したレーザー光とを集合させることにより、溶着部分に高エネルギーを吸収させることができるものである。
以下、本発明に係るレーザー溶着方法を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第１の基本構成例の説明図である。
図中、１、２は加熱源としてのレーザー光であり、１は後記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材を直進するレーザー光、２は屈折するレーザー光である。また、３は集光ガイドである。尚、レーザー光源については図示を省略している。而して、本構成例に係るレーザー溶着方法は、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材５とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４側からレーザー光１、２を照射して、これらの熱可塑性樹脂材４、５の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて融着するものであって、且つ前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材５との間において非溶着部分を生じさせるようになしたレーザー溶着方法である点においては従来のレーザー溶着方法と同様である。尚、Ｓは非溶着部分の位置におけるレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４とレーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材５の当接界面に設けた空間である。そして、本構成例において特徴とする点は、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の入射側の表面に、前記レーザー光２を入射させると共に入射したレーザー光２を所望の方向に屈折させる傾斜面６、６又は彎曲面（図示せず。）を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４内に入射し、これを透過する前記レーザー光２を屈折させて溶着部分Ｍのみに向かわせるようになしたことにある。
また、本構成例においては、前記傾斜面６、６は、非溶着部分の位置の空間Ｓの直上に位置させた断面三角形状の突起４Ａによって形成している。
また、本構成例において、前記傾斜面６、６の傾斜角度は、スネルの法則に従って算出決定された傾斜角度としている。ここで、斯かるスネルの法則について、図２を参照しつつ簡単に説明する。スネルの法則は、光線が平面（屈折率の異なる媒質の境界）に入射した場合の入射角と出射角（更に、媒質の屈折率）の関係を示す法則であり、図２に示すように、光線の入射角θ１、屈折角（出射角）θ２、反射角θ３、入射側媒質の屈折率ｎ１、出射側の屈折率ｎ２とすると、スネルの法則は、
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２
となる。但し、ｎ１＜ｎ２とする。
次に、本構成例における屈折角の算出方法について具体例を挙げて説明する。
図３は空気からプラスチック（アクリル）にレーザー光が入射される場合の例である。 尚、図３において入射角：θ１、屈折角（出射角）：θ２とすると、スネルの法則より ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２
となる。但し、ｎ１＜ｎ２の場合。
そこで、図３において空気の屈折率：ｎ１＝１．０、アクリルの屈折率：ｎ２＝１．４９、入射角：θ１＝６５〔°〕とすると、スネルの法則より１．０×ｓｉｎ６５＝１．４９×ｓｉｎθ２となる。そして斯かる式より最終的に屈折角（出射角）θ２≒３７．５〔°〕となる。
次に、図４に示す他の例について説明する。図４に示す例は、空気からプラスチック（ポリカーボネート）にレーザー光が入射される場合の例である。
図４において空気の屈折率：ｎ１＝１．０、ポリカーボネートの屈折率：ｎ２＝１．５９、入射角：θ１＝５５〔°〕とすると、スネルの法則より１．０×ｓｉｎ５５＝１．５９×ｓｉｎθ２となる。そして斯かる式より最終的に屈折角（出射角）θ２≒３１．０〔°〕となる。
次に、図５に示した本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第２の基本構成例について説明する。
本構成例における前記第１の基本構成例との相違点は、前記第１の基本構成例においては傾斜面６、６を非溶着部分の位置の空間Ｓの直上に位置させた断面三角形状の突起４Ａによって形成しているのに対して、本構成例においては断面三角形状の凹部４Ｂによって形成している点にある。尚、その他の点においては前記第１の基本構成例と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
次に、図６に示した本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第３の基本構成例について説明する。
本構成例における前記第１の基本構成例との相違点は、前記第１の基本構成例においては傾斜面６、６を断面三角形状の突起４Ａによって形成しているのに対して、本構成例においてはレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の入射側の表面に段差４Ｃを設けることによって形成している点にある。そしてまた、本構成例における傾斜面６は平面としている。尚、その他の点においては前記第１の基本構成例と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
また、図７及び図８は、前記本発明の第３の基本構成例の変形例を示すものであり、図７は傾斜面６を凸形彎曲面とし、また図８は傾斜面６を凹形彎曲面としている場合である。尚、その他の点においては前記第３の基本構成例と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
次に、図９に示した、上記基本構成例に基く本発明に係るレーザー溶着方法について説明する。
本構成例は、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の入射側の表面に、前記レーザー光２を入射させると共に入射したレーザー光２を所望の方向に屈折させる傾斜面６、６又は彎曲面（図示せず。）を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４内に入射し、これを透過する前記レーザー光２を屈折及び反射させて溶着部分Ｍのみに向かわせるようになしたものである。また、本構成例においては、傾斜面６、６を、非溶着部分の位置の空間Ｓの直上に位置させた断面三角形状の突起４Ａによって形成している。
そして、本構成例は、斯かるものにおいて、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の前記レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材５との当接面に、その非溶着部分の位置の空間Ｓの外側の位置において溶着部分Ｍを残して所要の高さの傾斜面４Ｄ、４Ｄを設け、該傾斜面４Ｄ、４Ｄをもって前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４内に入射し、屈折したレーザー光２を全反射させ、該全反射したレーザー光２を溶着部分Ｍのみに向かわせるようになしたものである。
次に、図１０に示した前記図９の構成例の変形例について説明する。
本構成例は、傾斜面６、６を、非溶着部分の位置の空間Ｓの直上に位置させた断面三角形状の凹部４Ｂによって形成している点において前記図９の構成例と相違するものである。また、その他の点においては前記図９の構成例と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
次に、図１１に示した、上記基本構成例に基く本発明に係るレーザー溶着方法の他の構成例について説明する。
本構成例も前記図９及び図１０に示した構成例と同様に、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の入射側の表面に、前記レーザー光２を入射させると共に入射したレーザー光２を所望の方向に屈折させる傾斜面６、６又は彎曲面（図示せず。）を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４内に入射し、これを透過する前記レーザー光２を屈折及び反射させて溶着部分Ｍのみに向かわせるようになしたものである。また、傾斜面６、６を、非溶着部分の位置の空間Ｓの直上に位置させた断面三角形状の突起４Ａによって形成していることも同様である。
そして、本構成例は、斯かるものにおいて、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４の非溶着部分の位置の空間Ｓを傾斜面となし、該傾斜面４Ｅにより前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材４内に入射し、屈折したレーザー光２を全反射させ、且つ全反射したレーザー光２を溶着部分Ｍに向かわせるようになしたものである。
本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第１の基本構成例の説明図である。 スネルの法則の説明図である。 本発明における屈折角の算出方法の具体例を示す説明図である。 本発明における屈折角の算出方法の他の具体例を示す説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第２の基本構成例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第３の基本構成例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第３の基本構成例の変形例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の基となる第３の基本構成例の他の変形例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の第１の構成例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の第１の構成例の変形例の説明図である。 本発明に係るレーザー溶着方法の第２の構成例の説明図である。 従来のレーザー溶着方法の説明図である。
１、２ レーザー光
３ 集光ガイド
４ レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材
４Ａ 断面三角形状の突起
４Ｂ 断面三角形状の凹部
４Ｃ 段差
４Ｄ 非溶着部分外側のレーザー光が全反射する傾斜面
４Ｅ 非溶着部分の位置の空間Ｓの傾斜面
５ レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材
６ レーザー光を屈折させる傾斜面
Ｓ 非溶着部分の位置の空間
Ｍ 溶着部分

Claims (2)

  1. 加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて融着するものであって、且つ前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との間において非溶着部分を生じさせるようになしたレーザー溶着方法において、
    前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、前記レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、これを透過する前記レーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになしたレーザー溶着方法であって、
    前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の前記レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との当接面に、その非溶着部分の外側の位置において溶着部分を残して所要の高さの垂直壁面若しくは傾斜面又は彎曲面を設け、該垂直壁面若しくは傾斜面又は彎曲面をもって前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、屈折したレーザー光を全反射させ、該全反射したレーザー光を溶着部分のみに向かわせるようになしたことを特徴とするレーザー溶着方法。
  2. 加熱源としてのレーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材とを重合し、レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材側からレーザー光を照射して、これらの樹脂材の当接界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融させて融着するものであって、且つ前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材と、レーザー光に対して透過性のない熱可塑性樹脂材との間において非溶着部分を生じさせるようになしたレーザー溶着方法において、
    前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の入射側の表面に、前記レーザー光を入射させると共に入射したレーザー光を所望の方向に屈折させる傾斜面又は彎曲面を形成し、前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、これを透過する前記レーザー光を屈折及び反射させて溶着部分のみに向かわせるようになしたレーザー溶着方法であって、
    前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材の非溶着部分の位置の空間を傾斜面となし、該傾斜面により前記レーザー光に対して透過性のある熱可塑性樹脂材内に入射し、屈折したレーザー光を全反射させ、且つ全反射したレーザー光を溶着部分に向かわせるようになしたことを特徴とするレーザー溶着方法。
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