レーザー樹脂溶着 書籍
 
No.1527
 
 
 

☆類似書籍が見当たらない業界初の専門書籍!!
☆様々な材料組み合わせ、レーザーの照射コントロール、低コスト・省エネな装置!!

レーザー樹脂溶着技術 ノウハウ集

〜材料設計・加工法・溶着不良要因解析・対策・応用〜

Know-How Collection of Laser plastic welding technology

■発 刊 2009年7月31日    ■体 裁 B5判 311頁(上製本)   ■定 価 80,000円(税抜)

※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

■ 本書のポイント

【監修からのご推薦の言葉】
 本書ではレーザ樹脂溶着技術のほとんど全てが網羅されていると言って良い。 レーザ溶着の原理、特長から樹脂材料特性、レーザ光源、溶着装置、異種材料溶着、 モニタリング技術、自動車や医療器具へのアプリケーションなど、あらゆる分野で 樹脂成形加工に携わる研究者や技術者に活用してもらえるように編集されている。

 第1章ではレーザ樹脂溶着技術の特長と他溶着技術との比較を解説している。
 第2章でエネルギーコントロールのポイントと樹脂材料(結晶径、光透過性、 溶着強度など)について説明している。レーザ樹脂溶着技術は樹脂材料の樹脂材料 の光学的、熱的、力学的特性に強く依存しているため、それを十分把握し、レーザ エネルギーを最適にコントロールする必要がある。このため、接合界面の吸収特性、 添加色素と吸収特性、樹脂材料と透過・吸収特性について、各樹脂の特性に応じた 詳しい解説が行われている。
 第3章では樹脂溶着用レーザについて解説し、半導体 レーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザの波長、加工特性と熱伝導メカニズムを取り 上げている。
 第4章では樹脂溶着装置について解説し、複雑な形状に対応する一括 照射レーザ溶着装置の構造と特長、レーザのスキャン方式、樹脂フィルムの溶着を 取り上げている。
 第5章では異種材料のレーザ溶着について解説している。特に樹 脂/金属材料のレーザ溶着、表面粗さを付与した金属と樹脂のレーザ溶着、エラス トマーを用いた異種材接合技術、フッ素樹脂の溶着技術、ガラスとプラスチックの レーザ溶着について説明している。
 第6章では、レーザ樹脂溶着のモニタリングに ついて、溶着時の応力と温度の同時モニタリング、溶着プロセス過程の温度モニタ リング、湿度などの製造現場のレーザ溶着時の環境条件について解説している。
 第7章ではアプリケーションでみるレーザ樹脂溶着技術として、自動車部品、 医療用への応用について解説している。

  レーザ樹脂溶着技術は、それを用いて各種製品を製造する、樹脂材料を供給する、 レーザ溶着装置を製造し供給する、基礎研究や新技術開発を行うなど、様々な立場か ら取り組まれている。しかし、それらの様々な立場からのレーザ溶着技術に関する 知見が網羅された教科書はこれまで存在していなかった。
  従ってt、本書はレー ザ樹脂溶着技術の里程標となる画期的な教科書であり、またレーザ樹脂溶着に係わる全ての研究者、技術者の座右の書となるものと自負している。

 

★レーザー溶着技術の特長と他溶着技術との比較
 ■レーザー樹脂溶着における溶着状態、溶着強度、溶着限界の理解! !
 ■レーザー出力と走査速度、スポット径の関係!!
 ■レーザーエネルギー流束と照射時間の関係!!

★エネルギーコントロールのポイントと樹脂材料
 ■加工原理・材料特性・熱現象・光学現象の理解!
 ■加工現象の素過程における透過材・吸収材で生じる現象とは?
 ■樹脂の透過と吸収の関係! ナイロンにおける吸光度制御法!!
 ■粗さ付与によるレーザー光吸収と透過樹脂同士のレーザー溶着!!
 ■接合部の透明性不良の改善策とは?
 ■レーザー透過側の色素、レーザー吸収側の色素の開発!

★樹脂溶着用レーザー・樹脂溶着装置
 ■レーザー発振器の種類とその特性!!
 ■半導体レーザーの特徴と熱伝導メカニズム、樹脂溶着への適用理由!!
 ■YAGレーザーの特徴と熱伝導メカニズム、樹脂溶着への適用理由!!
 ■赤外線レーザーの特徴と熱伝導メカニズム、樹脂溶着への適用理由!!
 ■レーザー走査方法のバリエーションと加工装置の基本構成、選択のポイントとは?

★異種材料のレーザー溶着
 ■異種材溶着技術の変遷と異種材レーザー接合の可能性!!
 ■表面粗さを付与した金属と樹脂のレーザー接合!!
 ■インサート材の極性、金属表面の効果とは?ガラスとプラスチックのレーザー溶着メカニズム!!

★レーザー樹脂溶着のモニタリング
 ■レーザー溶着時の温度と応力の挙動! 保持圧力と溶着不良の評価!!
 ■溶着強度測定中の光弾性縞、残留応力の光弾性縞と溶着強度との関係とは?
 ■光による温度計測、リアルタイム温度測定、温度計測を生かしたプロセスの安定化!!
 ■レーザー溶着用部品に必要な設計上の配慮、成形不良とその原因とは?

★アプリケーションで見るレーザー樹脂溶着技術
 ■国内、国外における市場展開と実用化動向! 今後の予測!!
 ■レーザー樹脂溶着技術の自動車部品・医療分野への応用展開とその適用例!!

■ 執筆者(敬称略)

名古屋大学
レーザックス(株)
ポリマーテク研究所
名古屋工業大学
オリエント化学工業(株)
オリエント化学工業(株)
BASFジャパン(株)
東レ(株)
東レ(株)
ポリプラスチックス(株)
デュポン(株)

長谷川 達也
三瓶 和久
葭原 法
早川 伸哉
木原 哲二
菅原 修治
木村 英樹
石井 智
佐藤 俊二
近藤 秀水
中谷 光伸

丸文(株)
ミヤチテクノス(株)
日本エマソン(株)
伯東(株)
大阪大学
岡山県工業技術センター
東海大学
近畿大学工業高等専門学校
浜松ホトニクス(株)
(株)東海メディカルプロダクツ

大西 英夫
松田 恭
古谷 教俊
齋藤 剛
片山 聖二
水戸岡 豊
室谷 裕志
山川 昌文
松本 聡
筒井 宣政

■ 目  次

第1章 レーザー樹脂溶着技術:特長と他溶着技術との比較

1節 レーザー樹脂溶着技術の特長と他樹脂溶着技術との比較

2節 レーザー溶着状態と溶着強度、溶着限界
   2-1 レーザ溶着状態と溶着強度
   2-2 溶着限界
     2-2-1 理論解析
     2-2-2 レーザ溶着限界の実験
     2-2-3 溶着可能限界におけるレーザ出力と走査速度、スポット径の関係
     2-2-4 溶着可能限界におけるレーザエネルギー流束と照射時間の関係
   2-3 まとめ

3節 プラスチックスの各種接合方法とレーザー溶着
   1.プラスチックスの接合
   2.プラスチックスの機械接合
   3.接着接合
   4.溶剤接合
   5.二重成形接合
   6.溶着接合
   7.レーザー溶着の特徴
   8.まとめ

第2章 エネルギーコントロールのポイントと樹脂材料(結晶径、光透過性、溶着強度など)

1節 エネルギーコントロールのポイント
  1.加工原理と材料特性
  2.熱現象および光学現象の基礎
    2.1 熱伝導方程式
    2.2 パワー密度,レーザ・フルエンス
    2.3 吸収係数,吸収率
  3.加工現象の素過程
    3.1 透過材で生じる現象
      3.1.1 光学現象
      3.1.2 熱現象
    3.2 吸収材で生じる現象
      3.2.1 光学現象
      3.2.2 熱現象

2節 接合界面の吸収特性
 1項 ナイロンにおける吸光度制御法
  1.既存のレーザー溶着技術の問題点
  2.樹脂の透過と吸収の関係
  3.吸光度制御法(ACWR)の原理
  4.吸光度制御法(ACWR)の留意点
  5.吸光度制御法(ACWR)の高速化の検討
  6.吸光度制御法(ACWR)の強度比較
  7.隙間を解決するACWR法
  8.吸光度制御法(ACWR)の特性
    8.1 ACWR法による三次元溶着
    8.2 ACWR法による突合せ溶着

 2項 粗さ付与によるレーザー光吸収と透過樹脂同士のレーザ溶着
  1.接合原理
  2.レーザー光吸収率
  3.接合例
  4.多層同時溶着
  5.接合強度
  6.接合部の透明性不良の改善

 3項 PMMA樹脂表面へのAl粉(吸収体)のレーザコーティング

3節 添加色素と吸収特性
  1項 レーザー透過溶着用の透過色素と吸収色素の開発
  1.レーザー溶着の概要
  2.レーザー溶着の方法の種類
  3.色素の種類について
  4.レーザー透過側の色素の開発の視点
  5.分散性と移行性の相関性
  6.レーザー吸収側の色素の開発
  7.カーボンブラックと他の黒色色素との比較

 2項 色調多様化(透明色、白色、有彩色等)にともなう赤外線吸収剤及び透過剤の役割
  1.レーザー溶着に影響を与える要素
   1.1 非晶性樹脂と結晶性樹脂
   1.2 ポリマー・染料・添加剤の吸収特性
   1.3 添加剤の透過率への影響
   1.4 樹脂の溶融温度と異樹脂間での溶着
  2.色調の多様化へ
   2.1 近赤外線吸収剤の役割
   2.2 近赤外線吸収剤 LumogenR IR
   2.3 レーザー光透過側材料設計におけるカラーリング
   2.4 赤外線透過黒色顔料 LumogenR Black
  3.色調の多様化での応用分野

      
4節 樹脂材料と透過・吸収特性
 1項 ポリアミド樹脂
  1.ポリアミド樹脂の種類と特徴
   1.1 ナイロン6
   1.2 ナイロン66
   1.3 ナイロン610・ナイロン612
   1.4 ナイロン11・ナイロン12
   1.5 共重合ナイロン
   1.6 ナイロンMXD6
   1.7 モノマーキャスティングナイロン
   1.8 ナイロン46
   1.9 芳香族ナイロン

  2.ポリアミド樹脂のレーザー溶着
   2.1 ポリアミド樹脂のレーザー透過特性
   2.2 ポリアミド樹脂のレーザー溶着
     2.2.1 透過側への着色
     2.2.2 吸収側への着色
   2.3 異種ポリアミド樹脂のレーザー溶着
   2.4 ポリアミド樹脂のレーザー溶着における注意点
     2.4.1 ワークの水分率の管理
     2.4.2 溶着部の分子量の考慮
   2.5 ポリアミド樹脂レーザー溶着の耐久性・信頼性
  3.ポリアミド樹脂のレーザー溶着採用用途例

 2項 PBT・PPS樹脂の光透過特性とレーザー溶着強度およびその最適化
  1.PBT・PPS樹脂の光透過特性
   1.1 PBT樹脂の光透過特性
   1.2 PPS樹脂の光透過特性
   1.3 PBT・PPS樹脂レーザー透過率の結晶化度による影響
  2.PBT・PPS樹脂のレーザー溶着の最適化
   2.1 東レPBT樹脂レーザー溶着用材料の設計コンセプトおよび材料特性
   2.2 東レPPS樹脂レーザー溶着用材料の設計コンセプトおよび材料特性
   2.3 PBT・PPS樹脂にレーザー溶着を適用する場合の留意点

 3項 POM樹脂溶着における光透過特性、溶着強度、その最適化
  1.POM樹脂の光透過性
   1.1 POMコポリマー樹脂(ジュラコンR標準グレードM90-44)の光透過性
   1.2 光透過性の厚み依存性
   1.3 各種POM材料の光透過性
  2.POM樹脂のレーザー溶着性
   2.1 非強化一般射出成形用グレード(ジュラコンRM90-44)
    2.1.1 使用溶着機
    2.1.2 使用試験片
    2.1.3 レーザー出力(W)および照射速度(mm/s)を変化させた際の溶着強度
    2.1.4 良好な溶着強度を得るための照射速度と出力との関係
    2.1.5 良好な溶着強度を得るために必要なエネルギー供給量と照射速度との関係
    2.1.6 レーザー溶着部断面の観察
    2.1.7 レーザー溶着部の気密性および耐久性
   2.2 ガラス繊維強化一般射出成形用グレード(ジュラコンRGH-25)
   2.3 レーザー溶着用着色グレード(ジュラコンRM90LP)

 4項 熱可塑性エラストマー
  1.熱可塑性ポリエステルエラストマーの特徴
   1.1 一般物性
   1.2 構造と物性
  2.ハイトレルRのレーザー溶着
   2.1 ハイトレルRのレーザー透過特性
   2.2 ハイトレルR同士のレーザー溶着
   2.3 ハイトレルRとガラス強化PBTのレーザー溶着
  3.ハイトレルRの用途例

第3章 樹脂溶着用レーザー:ビーム形状・品質、波長、加工特性と熱伝導メカニズム

1節 レーザ発振器のバリエーションと樹脂溶着用レーザー
  1.レーザ発振器の種類とその特性
  2.10mm帯:赤外:CO2レーザ
  3.2mm帯:赤外:Tm3+Ho3+
  4.1mm帯:赤外:半導体、NdYAG、Ybファイバー&ディスクレーザー
  5.0.5mm帯:可視: NdYAG−SHG; 第2次高調波、銅蒸気レーザー
  6.0.3mm帯:紫外:エキシマ、NdYAG−SHG


2節 半導体レーザーの特徴と樹脂溶着への適用
  1.半導体レーザーの特徴
   1.1 LD素子の構造
   1.2 シングルエミッターとLDバー
   1.3 モジュール化
   1.4 半導体レーザー装置
  2.半導体レーザの樹脂溶着への適用
   2.1 レーザー樹脂溶着の原理
   2.2 レーザー樹脂溶着用材料
   2.3 レーザー樹脂溶着に対する半導体レーザの適用理由
   2.4 レーザー樹脂溶着のアプリケーション

3節 YAGレーザ〜ファイバレーザー:波長、加工特性と熱伝導メカニズム
  1.YAGレーザーの特徴
   1.1 樹脂溶着に使用されるYAGレーザー
   1.2 YAGレーザによる樹脂溶着加工
  2.ファイバレーザの特徴
   2.1 樹脂溶着に使用されるファイバレーザー
   2.2 ファイバレーザーによる樹脂溶着加工
  3.加工光学系
   3.1 ファイバ伝送による集光系
   3.2 2−D加工
   3.3 3−D加工

第4章  樹脂溶着装置:製品・立体構造・複雑な形状・面積に応じた溶着技術

1節 概説:レーザー走査のバリエーションとその選択
  1.レーザー走査方法のバリエーション
  2.レーザー加工装置の基本構成

2節 赤外線レーザーによる樹脂溶着技術
  1.成形品の問題点
  2.溶着過程での樹脂の問題点
  3.赤外線レーザによる樹脂溶着

3節 レーザー樹脂溶着工法を確立する為のファクター最適化について
  1.レーザー樹脂溶着とは
   1.1 レーザー樹脂溶着に使用されるレーザ
   1.2 レーザー溶着メカニズム
   1.3 レーザー溶着の利点
   1.4 レーザー溶着の適用
  2.レーザー樹脂溶着システムの概要
   2.1 レーザー走査方法
   2.2 治具
   2.3 品質管理
   2.4 材料、成形、形状
   2.5 システム
  3.レーザー溶着工法確立の為のプロセスフロー
  4.具体的プロセスフロー
   4.1 開発フェーズ
    4.1.1 平板実験
    4.1.2 テストピース実験
   4.2 生産フェーズ
    4.2.1 製造者(システム供給者)マター
    4.2.2 ユーザ(システム採用者)マター
  5.レーザー樹脂溶着の問題点
  6.伯東としての取り組み

4節 樹脂フィルムの溶着

第5章  異種材料のレーザ溶着:エネルギーコントロール、加工特性とメカニズム

1節 異種材溶着技術の変遷と異種材レーザー接合の可能性
  1.異種材溶着技術の変遷
  2.各種溶着法の特徴とその比較
  3.異種材レーザー接合の可能性

2節 金属材料とプラスチックのレーザー溶着
  1.レーザによる金属/プラスチック直接(LAMP)接合方法
  2.LAMP接合部の特徴と継手の強度特性
  3.LAMP接合機構
  4.実用化に向けた取組み

3節 表面粗さを付与した金属と樹脂のレーザー接合
  1.接合原理
  2.前処理面の状態とレーザー光吸収率
   2.1 前処理面の状態
   2.2 レーザー光吸収率
  3.接合例
  4.接合メカニズム
  5.接合強度
  6.接合強度の向上
   6.1 二重処理
   6.2 陽極酸化処理
  7.密封性
  8.異種樹脂の接合

4節 インサート材を用いたレーザー接合技術
  1.インサート材を用いた接合技術の特長
   1.1 エラストマーおよびインサート材について
   1.2 本開発法の特長(従来法との比較)
  2.プラスチック-異種プラスチック接合
   2.1 プラスチック-異種プラスチック接合の問題点
   2.2 インサート材を用いたプラスチック-異種プラスチック接合の接合例
  3.プラスチック-金属接合
   3.1 プラスチック-金属接合の問題点
   3.2 インサート材を用いたプラスチック-異種プラスチック接合の接合例
    3.2.1 インサート材の極性の効果
    3.2.2 金属表面の効果

5節 ガラスとプラスチックのレーザー溶着メカニズム
  1.ガラスとプラスチックにおける溶着
   1.1 従来のガラスとプラスチックのレーザー溶着
   1.2 接合面に吸収剤のないガラスとプラスチックのレーザー溶着
    1.2.1 接合面に吸収剤のないガラスとプラスチックのレーザー溶着例

第6章  レーザ樹脂溶着のモニタリング:そのメカニズム解析

1節 レーザー樹脂溶着のモニタリング:そのメカニズム解析の概説

2節 レーザー樹脂溶着の保持圧力と溶着不良の評価
  1.光弾性法による応力の可視化
  2.レーザ樹脂溶着の保持圧力
   2.1 レーザ溶着時の温度と応力の挙動
   2.2 保持圧力
  3.レーザ樹脂溶着の溶着不良の評価
   3.1 溶着強度測定中の光弾性縞
   3.2 残留応力の光弾性縞と溶着強度との関係

3節 レーザー樹脂溶着におけるインプロセスモニタリング
  1.光による温度計測
   1.1 温度計測の有効性
   1.2 温度計測方法
   1.3 レーザ樹脂溶着法への放射温度計測の適用
   1.4 温度測定装置
  2.レーザ樹脂溶着時のリアルタイム温度測定
   2.1 レーザ溶着時の温度測定実験概要
   2.2 レーザ樹脂溶着時の温度測定結果
    2.2.1 結晶性樹脂材料(PBT)コマ型サンプル
    2.2.2 結晶性樹脂材料(PBT)T字型サンプル(透過材はレーザ透過黒色色素使用)
    2.2.3 非結晶性材料(PC)のT字型サンプル
    2.2.4 異種の材料(PMMAとABS)によるレーザ溶着時の温度測定結果
    2.2.5 隙間の観測
    2.2.6 レーザ樹脂溶着を安定して行うために
    2.2.7 温度計測結果を利用したパワー制御
  3.温度計測を生かしたプロセスの安定化
  4.まとめ

4節 レーザー溶着に適した製品形状設計及び成形
  1.製品形状設計
   1.1 使用環境条件の明確化
   1.2 肉厚の均一性
   1.3 形状
   1.4 抜き勾配と突き出しピン
   1.5 隅R
   1.6 ボス
   1.7 リブ
   1.8 レーザー溶着用部品に必要な設計上の配慮
  2.射出成形
   2.1 射出成形のプロセス
   2.2 乾燥機
   2.3 パージ材
   2.4 金型
   2.5 成形不良とその原因
   2.6 レーザー溶着に特有の事項
   2.7 成形条件
    2.7.1 金型温度
    2.7.2 滞留時間
    2.7.3 保圧圧力・保圧時間
  3.まとめ

第7章  アプリケーションでみるレーザ樹脂溶着技術

1節 概説:アプリケーションでみる市場展開とその技術
  1.レーザー溶着技術の実用化
   1.1 欧州における実用化
   1.2 国内における実用化
   1.3 今後の展開

2節 レーザー溶着技術の自動車部品への応用
  1.自動車における樹脂材料
   1.1 自動車部品の樹脂化
  2.樹脂材料の接合
   2.1 振動溶着(Vibration Welding , Linear friction welding)
   2.2 熱板溶着(Hot Plate Welding)
   2.3 レーザー溶着技術
  3.レ−ザー樹脂溶着の自動車部品への適用例
   3.1 樹脂製キーケースのレーザ溶着
   3.2 インテークマニホールドの樹脂溶着
   3.3 センサー等へのレーザ樹脂溶着の適用と展開拡大

3節 レーザー溶着技術の医療用(カテーテルなど)への応用
  1.カテーテルとは
  2.期待されるメリットと課題
   2.1 レーザー樹脂溶着のカテーテル応用における長所
   2.2 レーザー樹脂溶着応用における課題
  3.レーザー装置の選定
  4.材料の選定
  5.溶着品質

レーザー 樹脂 溶着 書籍