特開 2023-35828 レーザー透過接合技術を用いた接続方法、接合のための装置、および、レーザー透過接合された第１のプラスチック部品および第２のプラスチック部品から作られた部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023035828

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】レーザー透過接合技術を用いた接続方法、接合のための装置、および、レーザー透過接合された第１のプラスチック部品および第２のプラスチック部品から作られた部品

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/16 20060101AFI20230306BHJP

   B23K 26/70 20140101ALI20230306BHJP

   B23K 26/57 20140101ALI20230306BHJP

   B23K 26/324 20140101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

B29C65/16

B23K26/70

B23K26/57

B23K26/324

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022096103

(22)【出願日】2022-06-14

(31)【優先権主張番号】21193722

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】522238491

【氏名又は名称】ブランソン ウルトラスチャル ニーデルラッスン デル エマーソン テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング アンド カンパニー オーエイチジー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】シルヴィオ フックス

【テーマコード（参考）】

4E168

4F211

【Ｆターム（参考）】

4E168AE05

4E168BA90

4E168DA26

4E168JA17

4F211AC03

4F211AD08

4F211AG01

4F211AG28

4F211AK03

4F211AR06

4F211AR07

4F211TA01

4F211TA13

4F211TC08

4F211TD11

4F211TH24

4F211TJ11

4F211TJ21

4F211TN27

4F211TQ01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】レーザー接合時、レーザー透過型の加圧ツールが不要であり、加熱時に部材間の熱交換が生じない接合方法および装置を提供する。
【解決手段】レーザー光を吸収する第１のプラスチック部品Ａ、透明なフィルムからなる第２のプラスチック部品Ｂを次のステップで接合する。第１のプラスチック部品を第１の工具１０に位置付けるステップ、第２のプラスチック部品を第２の工具２０に位置付け、第１の工具に保持された第１のプラスチック部品および第２の工具に保持された第２のプラスチック部品が互いに離間され、相互熱交換を防止するステップ、レーザー光３２を第２のプラスチック部品を通して第１のプラスチック部品の接続ゾーンに仕向け、第１のプラスチック部品の材料が接続ゾーン内で溶融されるステップ、第１のプラスチック部品を加熱した後、第２のプラスチック部品を移動して第１のプラスチック部品と接触させ、押し付け接合されるステップ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品および第２のプラスチック部品を互いに接続するための接続方法であって、前記第１のプラスチック部品はレーザー光を吸収し、前記第２のプラスチック部品は透明なプラスチックから作られ、好ましくはプラスチックフィルムであり、前記接続方法は以下のステップ：
Ｓ１ 前記第１のプラスチック部品を第１の工具に位置付けるステップ、
Ｓ２ 前記第２のプラスチック部品を第２の工具に位置付け、それにより、前記第１の工具に保持された第１のプラスチック部品および前記第２の工具に保持された第２のプラスチック部品は互いに離間され、それにより第１および第２のプラスチック部品間の相互熱交換を防止するステップ、
Ｓ３ レーザー光を前記第２のプラスチック部品を通して前記第１のプラスチック部品の接続ゾーンに仕向け、それにより前記第１のプラスチック部品が少なくとも前記接続ゾーン内で加熱され、好ましくは前記第１のプラスチック部品の材料が前記接続ゾーン内で溶融されるステップ、および
Ｓ４ 前記第１のプラスチック部品を加熱した後、前記第２のプラスチック部品を移動させて前記第１のプラスチック部品と接触させ、好ましくは前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付け、それにより前記第２のプラスチック部品は前記第１のプラスチック部品にしっかりと接合されるステップ、
を含む、接続方法。

【請求項2】

前記第１のプラスチック部品を加熱した後、前記レーザー光をオフに切り替え、光が前記第１のプラスチック部品に進入しない間、前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付けるさらなるステップを含む、請求項１に記載の接続方法。

【請求項3】

前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付ける一方、同時にレーザー光を前記第２のプラスチックを通して前記接続ゾーンに仕向けるさらなるステップを含む、請求項１に記載の接続方法。

【請求項4】

前記レーザー光がステップＳ３において少なくとも２つのステージにおいて前記接続ゾーンに仕向けられ、ここで、
（ａ） 第１のステージは、前記第１のプラスチック部品が公差補償のために前記第１のプラスチック部品の形状適合を支援するために加熱および／または可塑化されるようなレーザー光強度を有し、および
（ｂ）前記レーザー光強度は、前記第１のプラスチック部品の材料が前記第１のプラスチック部品の接続ゾーン内で溶融されるように第２のステージにおいて適合される、
先行する請求項のいずれかに記載の接続方法。

【請求項5】

前記第１のプラスチック部品が熱可塑性材料から作られる、先行する請求項のいずれかに記載の接続方法。

【請求項6】

前記第２のプラスチック部品が、１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有するプラスチックフィルムである、先行する請求項のいずれかに記載の接続方法。

【請求項7】

レーザー透過接合技術によって、好ましくは請求項１～６のいずれか一項に記載の接続方法によって、第１のプラスチック部品と少なくとも１つの第２のプラスチック部品とを接続するための装置であって、以下の特徴：
光吸収性材料から作られた第１のプラスチック部品を保持するように適合された第１の工具、
プラスチックフィルムであり、約１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有する第２のプラスチック部品を保持するように適合された第２の工具、
前記第１のプラスチック部品がレーザー光によって加熱されるように前記第２のプラスチック部品を通して前記第１のプラスチック部品へレーザー光を仕向けるように適合されたレーザー光源、および
前記第２のプラスチック部品を前記加熱された第１のプラスチック部品に押し付けるために第１および第２の工具を相対的に移動するように適合された移動構造、
を有する、装置。

【請求項8】

前記レーザー光源が所定の方法でオンオフを切り替えることができ、それにより第１および第２のプラスチック部品は、レーザー光が同時に前記第２のプラスチック部品に進入する状態で、またはレーザー光が同時に前記第２のプラスチック部品に進入しない状態で、互いに押し付けられる、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品から作られた部品であって、前記第２のプラスチック部品は１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有するプラスチックフィルムであり、前記第１のプラスチック部品および前記少なくとも１つの第２のプラスチック部品はレーザー透過接合技術によって、好ましくは請求項１乃至６の一項に記載の接続方法によって接続される部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー透過接合技術による第１および第２のプラスチック部品の接続方法に関する。さらに本発明は、レーザー透過接合技術によって第１および第２のプラスチック部品を接続するための装置に、並びに、接続された第１および第２のプラスチック部品から作られたレーザー透過接合部品に関する。

【背景技術】

【0002】

２つのプラスチック部品の接続に関して、透過溶接またはレーザー透過溶接が一般に使用される技術である。それはレーザープラスチック溶接、完全透過溶接またはポリマー溶接とも呼ばれるが、２つのプラスチック部品を接続する概念は同じである。この結合方法の基本原理は、溶接部を形成するために、プラスチックの一片にレーザー放射を通過させる、または透過させることである。材料の表面にエネルギーが適用される標準的な溶接とは異なり、透過溶接は２つのプラスチック片の界面でそれらの間にエネルギーを適用することを目的としている。そのため、上側のプラスチック部品はレーザー光に対して透明である必要がある。下側のプラスチック部品は、しばしば吸収体と呼ばれる。レーザー光が透明な部品、つまり上側の第１のプラスチック部品を透過した後、入射光は下側のプラスチック部品によって吸収され、材料内で熱に変換される。吸収性プラスチック部品によってレーザー光が熱に変換されると、熱エネルギーは透明なプラスチック部品に伝わり、それを軟化および溶解させる。２つの部品を確実に密着させることで、熱エネルギーを透明な部品に伝導することができる。一般に、部品は相互に上手くフィットするが、優れた安定した接触を保証するために、クランプ力がしばしば使われる。

【0003】

レーザー透過法によるフィルムの溶接の場合、典型的に結合パートナー同士を互いに押し付け、熱の作用によりポリマー溶融物が対応して流れ、それによって溶接をもたらすようにする。例えばプラスチックフィルムなどの柔軟な材料のレーザー透過溶接の間、結合パートナー自体が十分な剛性を持たず、結合パートナー自体を介して接触圧を溶接ゾーンに伝えることができないという問題が生じる。したがって、レーザー透過溶接の場合、溶接ゾーンに対応する接触圧を発生させる加圧ツールでフィルムを覆わなければならない。加圧ツールがレーザー透過型でない場合、レーザーを直接放射することはできないだろう。

【0004】

さらに、レーザー光が透明なガラス球を通して結合パートナーに伝導される溶接装置も知られている。透明なガラス球は、転動可能に収容されている。装置全体はガラス球を介して結合パートナーに配置され、その結果、接触圧がガラス球を介して溶接ゾーンに直接及ぼされる。装置はガラス球の上を転がることで移動／シフトすることができ、その結果、予め決められた輪郭を移動して溶接することができる。先のシステムの欠点は、この装置がその高い重量のために比較的不活性であり、比較的軽い組立部品、例えばフィルムや射出成型部品の溶接には不向きであることである。

【0005】

ＥＰ １ ４０５ ７１３（欧州特許出願公開第１４０５７１３号公報）には、転動可能に収容されたガラス球を用いた溶接のための公知の装置が記載されている。ガラス球は、ばねによって装置の残りの部分から機械的に切り離されたシャフトに収容されている。このシステムでは、ガラス球を有する切り離された部分は不活性すぎて、カセットモジュール上で輪郭溶接を実施することができない。不活性な構造のため、ガラス球は、微小な飛び跳ねなしに、輪郭形状の結合パートナーの凹凸に追従することができない。

【0006】

ＥＰ １ ４４０ ７８４（欧州特許出願公開第１４４０７８４号公報）には、シャフト部分に収容された透明なガラス球を備えた装置が記載されている。ガラス球の側面を通過して伝導される高温ガス流が、組立部品を予加熱する。ガラス球はより大きな装置に収容されるため、装置は高い慣性を有する。公知の溶接装置の加工ヘッドの高い質量と慣性、及び使用されるレーザー光のガラス繊維結合は、望んだ通りに調整できない比較的高い接触圧、低い動的及び遅い応答を有する溶接プロセスをもたらす。

【0007】

ＵＳ ６，４４４，９４６（米国特許第６，４４４，９４６号公報）によれば、結合面の一方のみまたは両方が、作業温度または溶融温度よりわずかに低い中間温度まで全体的に予加熱される。その後、結合面を相互に接触させ、予加熱された結合面全体を最終溶融温度まで加熱する。その後、溶融塊は、他方の結合面を同時に継ぎ目の全長にわたって溶融温度まで加熱する。この結果、２つの結合ゾーンの溶融塊が均質に混ざり、冷却時に固化して固体溶接部となる。このため、他のすべての継ぎ目領域の両方の結合ゾーンが溶融温度に達する前、すなわち一緒に溶融される前に、ある継ぎ目領域において溶融物が固化してしまうことを防ぐことができる。すべての継ぎ目領域はほぼ同時に溶融する、または、残りのすべての継ぎ目領域が、軟化した材料が降伏または変位できるように構成要素を相互に動かすことができるほど十分にまだ軟らかい限り、各継ぎ目領域は溶融する。継ぎ目溶融物は継ぎ目の全長および全幅にわたって同時に、あるいは実質的に同時に固化するため、ひずみの発生を防ぐこともできる。

【0008】

上記のプロセスは、接続されるプラスチック部品を貫通し、作業温度または溶融温度よりわずかに低い中間温度まで予加熱するレーザー光をガイドし、焦点を合わせ、適時調整するための高価な光学構造を必要とする。さらに、プラスチック材料の予加熱とその後の溶融の組み合わせは、相互に関連するいくつかのステップと、実行のためのそれぞれの時間とを必要とする。

【0009】

したがって、本発明の目的は、公知の方法ほど大掛かりではない、少なくとも２つのプラスチック部品のための代替接続方法、特に、プラスチック部品とプラスチックフィルムを接続する方法を提示することである。

【発明の概要】

【0010】

上記の目的は、独立請求項１によるレーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品および第２のプラスチック部品を相互に接続するための接続方法と、独立請求項７によるレーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品を接続するための装置と、請求項９による第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品から作られた部品と、によって解決される。本発明のさらなる発展ならびに利点および修正は、以下の記載、添付の図面および出願中の請求項に記載されている。

【0011】

本発明は、レーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品を互いに接続するための接続方法を開示する。第１のプラスチック部品はレーザー光を吸収し、第２のプラスチック部品は透明なプラスチックから作られ、好ましくはプラスチックフィルムである。接続方法は以下のステップを含む：Ｓ１ 第１のプラスチック部品を第１の工具に位置付けるステップ、Ｓ２ 第２のプラスチック部品を第２の工具に位置付け、それにより、第１の工具に保持された第１のプラスチック部品および第２の工具に保持された第２のプラスチック部品が互いに離間され、それにより第１および第２のプラスチック部品間の相互熱交換を防止するステップ、Ｓ３ レーザー光を第２のプラスチック部品を通して第１のプラスチック部品の接続ゾーンに仕向け、それにより第１のプラスチック部品が少なくとも接続ゾーン内で加熱され、好ましくは第１のプラスチック部品の材料が接続ゾーン内で溶融されるステップ、およびＳ４ 第１のプラスチック部品を加熱した後、第２のプラスチック部品を移動して第１のプラスチック部品と接触させ、好ましくは第２のプラスチック部品を第１のプラスチック部品に押し付け、それにより第２のプラスチック部品は第１のプラスチック部品にしっかりと接合されるステップ。

【0012】

本レーザー透過接合技術は、既知のレーザー透過溶接手順に基づいている。既知の手順と対照的に、接続されるプラスチック部品は互いに離間され、この間、レーザー光は吸収性の第１のプラスチック部品を加熱する。このため、レーザー光は、好ましくは、第１のプラスチック部品のすべてはカバーしないレーザー接続ゾーンに仕向けられる。これに関連して、接続ゾーンだけが吸収性プラスチック材料から作られ、入射光を熱に変換することが好ましい。この好ましい実施形態に基づいて、第１のプラスチック部品は、同じく接続ゾーンが光吸収性且つ発熱性材料から作られる場合、プラスチック材料または非プラスチック材料の任意の選択から作られる。

【0013】

本発明の手順に基づいて、第１のプラスチック部品だけが、入射レーザー光によって加熱される。好ましくは、熱は接続ゾーン内でプラスチック材料を溶融し、それにより接続ゾーン内に熱を保存する。熱はあとで第１の吸収性プラスチック部品と少なくとも１つの第２のプラスチック部品との間に接続部を作るために使用される。第１のプラスチック部品を加熱する間、第１および第２のプラスチック部品はそれぞれの第１および第２の工具内に保持される。これらの工具は互いに移動可能である。したがって、第１および第２のプラスチック部品は互いに接触して、それらの間に接続部を形成し得る。

【0014】

第１のプラスチック部品を加熱した後、好ましくは接続ゾーン内で材料を溶融した後、熱エネルギーが接続ゾーン内に保存される。保存された熱エネルギーは、両方のプラスチック部品を接続するために第２のプラスチック部品が第１のプラスチック部品に押し付けられた後、部分的に第２のプラスチック部品に移される。熱エネルギーの量は、両部品間に接続部を形成するのに十分に高い。

【0015】

好ましくは、第１および第２のプラスチック部品は、互いにしっかりと接合される。吸収性プラスチック部品の接続ゾーン内に保存された熱エネルギーが十分に高い場合、第１および第２のプラスチック部品間の接合は透過溶接接続と同様である。

【0016】

さらに好ましくは、第１のプラスチック部品の接続ゾーン内に保存された熱エネルギーは、第１のプラスチック部品の接続ゾーンと接触する第２のプラスチック部品の溶融を可能にする。

【0017】

第１および第２のプラスチック部品を互いに押し付け合う間、第１および／または第２のプラスチック部品の溶融プラスチック材料は固化し、両方の部品を互いに接合する。

【0018】

本発明的方法の好ましい実施形態によれば、接続方法はさらなるステップを含む：第１のプラスチック部品を加熱した後、レーザー光をオフに切り替え、光が第１のプラスチック部品に進入しない間、第２のプラスチック部品を第１のプラスチック部品に押し付けるステップ。

【0019】

本接合方法の異なる好ましい実施形態によれば、第１のプラスチック部品は、第１および第２の部品が互いに離間されている間だけ、レーザー光にさらされる。その間隔は、両方のプラスチック部品間の熱の移動を低減又は防止するのに十分な大きさのものである。それに基づいて、吸収性プラスチック部品は個別に加熱される。この接合法は、吸収性の第１のプラスチック部品と、透明または非透明であるプラスチックフィルムとを接続するために好ましくは使用される。

【0020】

レーザー光源がオフに切り替えられた後、第１および第２のプラスチック部品は再度互いに押し付け合った状態にされ、第１の部品の溶融した材料は固化する。第１および第２のプラスチック部品を接触させている間、レーザー光は接続ゾーンに露出されない。

【0021】

本発明の代替的に好ましい実施形態によれば、接続方法はさらなるステップを含む：第２のプラスチック部品を第１のプラスチック部品に押し付ける一方、同時にレーザー光を第２のプラスチックを通して接続ゾーンに仕向けるステップ。

【0022】

本発明のこの好ましい実施形態によれば、レーザー光は第２のプラスチックを貫通する。第１のプラスチック部品はレーザーエネルギーを吸収し、エネルギーを熱伝導によって第２の部品、フィルムまたは膜に移す。同時に、両方の部品は互いに押し付けあった状態にされる。それによって、追加の熱エネルギーが第１のプラスチック部品の光吸収性材料特性によって接続ゾーン内で生成される。

【0023】

本発明の接続方法のさらに好ましい実施形態によれば、レーザー光はステップＳ３において少なくとも２つのステージにおいて接続ゾーンに仕向けられ、ここで（ａ）第１のステージは、第１のプラスチック部品が公差補償のために第１のプラスチック部品の形状適合を支援するために加熱および／または可塑化されるようなレーザー光強度を有する、および／または（ｂ）レーザー光強度は、第１のプラスチック部品の材料が第１のプラスチック部品の接続ゾーン内で溶融されるように第２のステージにおいて適合される。

【0024】

異なる好ましい接合方式によれば、接続ゾーンに入射するレーザー光のレーザー光強度は、可変である。第１のアプローチにおいて、レーザー光強度は、公差補償のために第１の部品の形状適合を可能にする熱エネルギーの量を第１のプラスチック部品内で生成する。その結果、提供される熱エネルギーはこのためにプラスチック材料を軟化および／または可塑化する。

【0025】

第２の好ましいアプローチに基づいて、熱エネルギーのより高い量が、レーザー光露出に従って第１の吸収性プラスチック部品の接続ゾーン内で生成される。光の吸収に起因して生成された熱エネルギーは、少なくとも部分的に接続ゾーン内で材料を溶融する。それによって、第２のプラスチック部品への接触およびそれぞれの熱エネルギー移送が促される。第１のプラスチック部品の溶融した材料は、ポンディング界面が好ましくは拡大されるように第２のプラスチック部品の表面を濡らす。

【0026】

本発明のさらに好ましい代替案として、第１のプラスチック部品は任意の種類の熱可塑性材料から作られる。

【0027】

さらに、およびまた好ましくは、第２のプラスチック部品は熱可塑性材料から作られたプラスチックフィルムである。

【0028】

本発明はまた、レーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品と少なくとも１つの第２のプラスチック部品とを接続するための装置を開示し、装置は以下の特徴を有する：光吸収性材料から作られた第１のプラスチック部品を保持するように適合された第１の工具、プラスチックフィルムである第２のプラスチック部品を保持するように適合された第２の工具、第１のプラスチック部品がレーザー光によって加熱されるように第２のプラスチック部品を通して第１のプラスチック部品へレーザー光を仕向けるように適合されたレーザー光源、および、第２のプラスチック部品を加熱された第１のプラスチック部品に押し付けるために第１および第２の工具を相対的に移動するように適合された移動構造。

【0029】

レーザー溶接またはレーザー接合のための工具はよく知られている。それらは、それぞれ第１および第２のプラスチック部品を保持し移動するための第１および第２の工具を有する。第２の工具はプラスチックフィルムを保持するように適合されている。さらに、第１および第２の工具は接合移動を実行するように適合され、それによって第１および第２のプラスチック部品は互いに押し付け合った状態にされる。さらに、装置は、第１および第２のプラスチック部品間の接合が終了するまでプラスチック部品間の押し合った接触を維持する。

【0030】

好ましくは、レーザー透過フィルムまたは部品は、レーザー工具内で機械的装置又は真空によって固定される。プラスチックフィルムまたは部品は、吸収性部品の上に位置付けられ、他の工具へ移動されることができる、または手動で上部工具にロードすることができる、または移動システムによって挿入される。吸収性部品が固定または位置付けられる工具は、機械軸テーブルに固定される。

【0031】

装置の好ましい実施形態によれば、レーザー光源は、所定の方法でオンオフを切り替えることができ、それにより第１および第２のプラスチック部品は、レーザー光が同時に第２のプラスチック部品に進入する状態で、またはレーザー光が同時に第２のプラスチック部品に進入しない状態で、互いに押し付けられる。

【0032】

さらに、本発明は、第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品から作られた接合部品を開示し、ここで第２のプラスチック部品は１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有するプラスチックフィルムであり、第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品はレーザー透過接合技術によって接続される。

【0033】

本発明の好ましい実施形態が添付の図面に関して詳細に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】第１および第２のプラスチック部品が互いに離間されている、第１および第２のプラスチック部品のレーザー透過接合のための装置の好ましい実施形態である。

【図2】第１および第２のプラスチック部品は、第１および第２のプラスチック部品を互いに押し付け合うことによって接合接触している図１の装置である。

【図3】吸収性部品を支持する下部工具は、加熱位置と、透明な第２の部品との結合位置との間で好ましくは横方向に移動可能である、第１および第２のプラスチック部品のレーザー透過接合のための装置の好ましい実施形態である。

【図4】レーザー透過相互接合によって第１および第２のプラスチック部品を接続するための接続方法の好ましい実施形態のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は第１のプラスチック部品Ａと少なくとも１つの第２のプラスチック部品Ｂとを接続するための装置１の好ましい実施形態を示している。第１のプラスチック部品Ａは光、特にレーザー光を吸収するように適合されている。吸収されたレーザー光は第１のプラスチック部品Ａのプラスチック材料内で熱エネルギーに変換される。したがって、第１のプラスチック部品Ａは吸収体とも呼ばれる。

【0036】

プラスチックレーザー光吸収材料の典型的な材料の例は、レーザー透過溶接に適合された熱可塑性材料または同様の材料である。

【0037】

第２のプラスチック部品Ｂは、好ましくは、透明なプラスチック材料で作られている。第２のプラスチック部品の透明性は、レーザー光を第２のプラスチック部品Ｂを通して第１の吸収性プラスチック部品Ａに仕向けるために使用される。

【0038】

第２のプラスチック部品Ｂの好ましい実施形態によれば、それはプラスチックフィルムで作られる。プラスチックフィルムは１０μｍ～１０ｍｍの範囲の好ましい厚さを有する。

【0039】

第２のプラスチック部品Ｂの材料選択のさらに好ましい実施形態によれば、それは非透明プラスチックフィルムで作られている。非透明プラスチックフィルムＢは１０μｍ～１０ｍｍの範囲の好ましい厚さを有する。

【0040】

さらに、上記の透明フィルムは好ましくは異なる物理的特性を有する。１つの好ましい代替形態によれば、フィルムは膜を構成する。膜は、膜を通るまたは膜の個々の部分を通る材料および／またはエネルギーの移動を許容する。さらに、膜は特定の部分または物質を互いに分離するために使用される。フィルムの別の好ましい実施形態によれば、膜は、フィルムまたは膜に作用するエネルギーまたは力を変換または吸収または移送するように適合される。

【0041】

非透明プラスチックフィルムＢが第２のプラスチック部品として使用される場合、第１のプラスチック部品Ａは、第２の非透明プラスチック部品が第１のプラスチック部品Ａの上に位置付けられない状態で、または吸収体Ａに仕向けられるレーザー光ビーム内で、レーザー光にさらされる。したがって、熱は、レーザー透過溶接手順と同様の方法で第１のプラスチック部品Ａに保存される。レーザー光が第１のプラスチック部品Ａを好ましい接続ゾーン５０において加熱した後、第２のプラスチック部品Ｂとして好ましくは使用される非透明フィルムは第１のプラスチック部品Ａに押し付けられる。好ましくは、第１のプラスチック部品Ａの接続ゾーン５０の溶融プラスチック材料が非透明プラスチックフィルムに接合し、第１のプラスチック部品Ａと第２のプラスチック部品Ｂとの間に接続部を形成する。このため、第１のプラスチック部品Ａの接続ゾーン５０の溶融材料は、第２のプラスチック部品Ｂに密に接触した状態で固化する。

【0042】

図１および２に示されるように、第１のプラスチック部品Ａは第１の工具１０によって保持される。第１の工具１０内で、第１のプラスチック部品Ａはクランプされ、取り付けられ、真空によって保持され、または既知の技術に従って分離可能に固定される。

【0043】

第２のプラスチック部品Ｂは第２の工具２０によって保持される。第２の工具２０の好ましい実施形態によれば、真空ホルダが提供されて第２のプラスチック部品Ｂを保持する。このため、第２の工具２０は好ましくは、いくつかの吸引ヘッド２２を有する。吸引ヘッド２２はそれぞれの開口部２４において真空を生成する。第２のプラスチック部品Ｂは、この開口部２４の上に配置され、開口部２４を塞ぐ。それによって、第２のプラスチック部品Ｂは、第２の工具２０によって分離可能に保持される。

【0044】

さらに、レーザー光源３０が第２の工具２０に取り付けられる。レーザー光源３０は光を第２の工具２０に案内するために任意の適格な光構造を示す。したがって、レーザー光源３０は、繊維束、レーザーバンク（図示せず）、ブリックの少なくとも１つのレーザーダイオードは（図示されず）、個々の光ガイド等を含み得る。

【0045】

好ましいレーザー光源３０は、導波路４０を介して第１のプラスチック部品Ａへ仕向けられるレーザー光３２を提供する。レーザー光３２は好ましくは導波路４０によって焦点を第１のプラスチック部品Ａまたは吸収体Ａの接続ゾーン５０に合わせられる。

【0046】

第１のプラスチック部品Ａが第１の工具１０に位置付けられ、保持された後、第２のプラスチック部品Ｂが第２の工具２０に位置付けられて保持され（図３のステップＳ１およびＳ２参照）、第１の部品Ａおよび第２の部品Ｂは互いに特定の距離ｄに位置付けられる（図１参照）。好ましい距離ｄは両方のプラスチック部品Ａ、Ｂの間の熱の移動を防止するのに十分な大きさである。距離ｄにもかかわらず、保持されたプラスチック部品Ａ、Ｂは、互いに、好ましい導波路４０から出るレーザー光３２が第１のプラスチック部品Ａの接続ゾーン５０に衝突するような方法で方向付けられる。接続ゾーン５０内でプラスチック材料によって吸収されたレーザー光３２によって、接続ゾーン５０の材料はレーザー光３２の強度に依存して加熱または溶融される。第２のプラスチック部品Ｂは透明なプラスチック部品Ｂまたは透明もしくは非透明なプラスチックフィルムＢであることに注意する必要がある。

【0047】

接続ゾーン５０内の加熱された材料は、溶融又は軟化され、それによって第１のプラスチック部品Ａの形状適合が可能になる。形状適合または公差補償は、第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂが互いに接触するように移動されるときに使用される。好ましくは、第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂは、接続ゾーン５０内の材料が固化するまで、押し付け合った状態にされる（ステップＳ４）。

【0048】

好ましくは本発明によれば、接続ゾーン５０内の第１のプラスチック部品Ａの材料が加熱される間、第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂは互いに距離ｄをあけて配置される。距離ｄを減少させ、第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂを再度押し付け合う前に、接続ゾーン５０内の材料を加熱するレーザー光３２はオフに切り替えられる。プラスチック部品Ａ、Ｂは互いに押し付け合った状態にされ、第１のプラスチック部品Ａが接続ゾーン５０内で第２のプラスチック部品Ｂに接合するように、密に接触した状態で保持される。

【0049】

本発明の別の好ましい実施形態によれば、接続ゾーン５０のレーザー光への露出が継続される間、第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂは互いに押し付け合った状態にされる。部品Ａ、Ｂ間の特定の接触時間後、レーザー光３２はオフに切り替えられ、接続ゾーン５０内のプラスチック材料は固化する。この接合代替形態において、第２のプラスチック部品Ｂは透明である。

【0050】

第１の工具１０および第２の工具２０の相対移動を実現するために、電気または空気圧または油圧移動手段が提供される。そのような構造は当該技術分野において広く知られている。

【0051】

図３に例示的に示されるような本発明のさらに好ましい実施形態によれば、接続ゾーン５０内の第１のプラスチック部品Ａの材料がレーザー光３２によって加熱される間、第１のプラスチック部品Ａはレーザー光源の下、例えば導波路４０の出口端部に配置される。加熱されたプラスチック部品Ａと接続される第２のプラスチック部品Ｂは離れた位置に配置される（図３ａ参照）。この配置により、接続される部品の個々の準備が可能になる。これは、温度、湿度、放射のような異なる環境条件を必要とする部品ＡおよびＢに好ましくは有益である。さらに、部品Ｂは、部品Ａを加熱している間、周囲または腐食の影響から好ましくは保護される。

【0052】

部品Ａが接続ゾーン５０内で十分に加熱された後、加熱された部品Ａは部品Ｂに対して移動される。部品ＡおよびＢの相対移動は、図３ｂ）の動き矢印によって示される。部品Ａ（図示）、または部品ＡおよびＢ、または部品Ｂのみの移動は、既知の駆動技術、例えば電気、空気圧、または油圧駆動装置によって実行される。さらに、部品Ａ、Ｂの移動は直線的、または曲線的、またはその組み合わせにおいて実現される。

【0053】

上記の部品の移動が完了したあと、部品Ａおよび部品Ｂは図３ｃ）に示されるような結合位置に配置される。この好ましい配置において、第２の部品Ｂは上部工具６０で真空源等によって保持される。部品Ａおよび部品Ｂを結合するために、部品Ａおよび部品Ｂは接続ゾーン５０内で互いに接触するように相対的に移動される。この移動は上部工具６０によって好ましくは実行される。接続ゾーン５０内で部品ＡおよびＢが接触する間、部品ＡおよびＢは互いに結合される、または接合される。

【0054】

本発明によれば、接続ゾーン５０内に保存された熱エネルギーは、第１および第２のプラスチック部品Ａ、Ｂ間の確実な接続または接合を形成するのに十分なものである。

【0055】

本発明の好ましい実施形態によれば、第２のプラスチック部品Ｂはプラスチックフィルムである。プラスチックフィルムは１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有する。

【0056】

さらに、プラスチックフィルムは好ましくは熱可塑性材料から作られる。

【0057】

接続ゾーン５０内を露出するために使用される光の強度に依存して、第１のプラスチック部品Ａのプラスチック材料は加熱または可塑化される、または接続ゾーン５０内で溶融される。レーザー光処理に基づいて、接続ゾーン５０の材料内に保存された熱エネルギーはプラスチックフィルムＢを第１のプラスチック部品Ａに接合するのに十分なものである。第１のプラスチック部品ＡおよびプラスチックフィルムＢを接触および接合する前に、レーザー光３２を切り替えることが好ましい。

【0058】

上記の接合方法に基づいて、接合された部品は第１のプラスチック部品Ａおよび第２のプラスチック部品Ｂ、好ましくは上に定義されたようなプラスチックフィルムから製造される。

【符号の説明】

【0059】

１ 接続装置
１０ 第１の工具
２０ 第２の工具
２２ 吸引ヘッド
２４ 開口部
３０ レーザー光源
３２ レーザー光
４０ 導波路
５０ 第１のプラスチック部品の接続ゾーン
６０ 上部工具
Ａ 吸収性プラスチック部品、第１のプラスチック部品
Ｂ 透明なプラスチック部品、第２のプラスチック部品
ｄ 第１および第２のプラスチック部品間の距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2022-07-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー透過接合技術によって第１のプラスチック部品および第２のプラスチック部品を互いに接続するための接続方法であって、前記第１のプラスチック部品はレーザー光を吸収し、前記第２のプラスチック部品は透明なプラスチックから作られ、好ましくはプラスチックフィルムであり、前記接続方法は以下のステップ：
Ｓ１ 前記第１のプラスチック部品を第１の工具に位置付けるステップ、
Ｓ２ 前記第２のプラスチック部品を第２の工具に位置付け、それにより、前記第１の工具に保持された第１のプラスチック部品および前記第２の工具に保持された第２のプラスチック部品は互いに離間され、それにより第１および第２のプラスチック部品間の相互熱交換を防止するステップ、
Ｓ３ レーザー光を前記第２のプラスチック部品を通して前記第１のプラスチック部品の接続ゾーンに仕向け、それにより前記第１のプラスチック部品が少なくとも前記接続ゾーン内で加熱され、好ましくは前記第１のプラスチック部品の材料が前記接続ゾーン内で溶融されるステップ、および
Ｓ４ 前記第１のプラスチック部品を加熱した後、前記第２のプラスチック部品を移動させて前記第１のプラスチック部品と接触させ、好ましくは前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付け、それにより前記第２のプラスチック部品は前記第１のプラスチック部品にしっかりと接合されるステップ、
を含む、接続方法。

【請求項2】

前記第１のプラスチック部品を加熱した後、前記レーザー光をオフに切り替え、光が前記第１のプラスチック部品に進入しない間、前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付けるさらなるステップを含む、請求項１に記載の接続方法。

【請求項3】

前記第２のプラスチック部品を前記第１のプラスチック部品に押し付ける一方、同時にレーザー光を前記第２のプラスチックを通して前記接続ゾーンに仕向けるさらなるステップを含む、請求項１に記載の接続方法。

【請求項4】

前記レーザー光がステップＳ３において少なくとも２つのステージにおいて前記接続ゾーンに仕向けられ、ここで、
（ａ） 第１のステージは、前記第１のプラスチック部品が公差補償のために前記第１のプラスチック部品の形状適合を支援するために加熱および／または可塑化されるようなレーザー光強度を有し、および
（ｂ）前記レーザー光強度は、前記第１のプラスチック部品の材料が前記第１のプラスチック部品の接続ゾーン内で溶融されるように第２のステージにおいて適合される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続方法。

【請求項5】

前記第１のプラスチック部品が熱可塑性材料から作られる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続方法。

【請求項6】

前記第２のプラスチック部品が、１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有するプラスチックフィルムである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続方法。

【請求項7】

レーザー透過接合技術によって、好ましくは請求項１に記載の接続方法によって、第１のプラスチック部品と少なくとも１つの第２のプラスチック部品とを接続するための装置であって、以下の特徴：
光吸収性材料から作られた第１のプラスチック部品を保持するように適合された第１の工具、
プラスチックフィルムであり、約１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有する第２のプラスチック部品を保持するように適合された第２の工具、
前記第１のプラスチック部品がレーザー光によって加熱されるように前記第２のプラスチック部品を通して前記第１のプラスチック部品へレーザー光を仕向けるように適合されたレーザー光源、および
前記第２のプラスチック部品を前記加熱された第１のプラスチック部品に押し付けるために第１および第２の工具を相対的に移動するように適合された移動構造、
を有する、装置。

【請求項8】

前記レーザー光源が所定の方法でオンオフを切り替えることができ、それにより第１および第２のプラスチック部品は、レーザー光が同時に前記第２のプラスチック部品に進入する状態で、またはレーザー光が同時に前記第２のプラスチック部品に進入しない状態で、互いに押し付けられる、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

第１のプラスチック部品および少なくとも１つの第２のプラスチック部品から作られた部品であって、前記第２のプラスチック部品は１０μｍ～１０ｍｍの範囲の厚さを有するプラスチックフィルムであり、前記第１のプラスチック部品および前記少なくとも１つの第２のプラスチック部品はレーザー透過接合技術によって、好ましくは請求項１に記載の接続方法によって接続される部品。

【外国語明細書】