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| タイトル： | 公開特許公報(A)_ガラス材と樹脂材との接合体及びその接合方法 |
| 出願番号： | 2008054323 |
| 年次： | 2009 |
| IPC分類： | B29C 65/16,C12M 1/00 |
特許情報キャッシュ
中本 健二郎 室谷 裕志 前原 貴裕 JP 2009208374 公開特許公報(A) 20090917 2008054323 20080305 ガラス材と樹脂材との接合体及びその接合方法 松浪硝子工業株式会社 000189017 丸山 敏之 100066728 宮野 孝雄 100100099 北住 公一 100111017 長塚 俊也 100119596 久徳 高寛 100141841 中本 健二郎 室谷 裕志 前原 貴裕 B29C 65/16 20060101AFI20090821BHJP C12M 1/00 20060101ALI20090821BHJP JPB29C65/16C12M1/00 C 6 1 ＯＬ 9 4B029 4F211 4B029AA08 4B029GA08 4B029GB04 4B029GB09 4F211AD24 4F211AD27 4F211AG26 4F211AH55 4F211AH81 4F211TA01 4F211TC15 4F211TC16 4F211TC23 4F211TH17 4F211TH30 4F211TN27 本発明は、ガラス材と樹脂材との接合体及びその接合方法に関するものである。 理化学機器、医療機器、光学機器等の分野において、ガラス材と樹脂材とを接合させることが行われている。 例えば、樹脂製の培養容器、特にペトリ皿の底壁に透孔を設け、該透孔をカバーガラスで塞いだガラス底面タイプの培養容器において、ガラス材と樹脂材の接合が実施されている。 上記ガラス底面タイプの培養容器を用いることにより、底面も樹脂材からなる培養容器の、「所望する高倍率・高感度が得られない」という不具合を解消することができる。 樹脂材とガラス材を接合させる方法として、樹脂製接着剤を接合界面に介在させて接合する方法が一般的である。しかし、この接合方法では、界面に塗布した接着剤の乾燥や硬化に時間がかかりすぎること、接着剤に含有する溶媒が蒸発する時に、その蒸気が接合される樹脂材やガラス材に吸着されてしまい、接合体自体に悪影響を及ぼすこと等の問題点がある。 更に、接合方法に起因して、細菌等の培養物に悪影響を及ぼすことがある。 これらの問題点を解決する方法として、ガラス材と樹脂材の当接部を加熱して両者を溶融させて接合させる融接方法、ガラス材と樹脂材とをインサート成形により一体成形により接合させる方法、ガラス材の表面を荒らして凹凸を施し、該凹凸面に樹脂材を当接させて加圧することで接合する方法等、接着剤を用いない接合方法がある。 しかしながら、融接方法では、ガラス材を溶融させるため高熱が必要で、この高熱のためガラス材や樹脂材の変形が大きくなる。 一体成形方法では、固化時における樹脂材とガラス材との収縮率が異なるため、接合部分において高い残留応力が生じ、はがれ易くなる。 加圧接合方法においては、ガラス材の表面を予め凹凸面に加工しなければならない問題があり、いずれも透明で平滑な表面のガラス材と樹脂材との直接接合には利用できなかった。 一方、平滑な樹脂表面どうしを直接に接合させる方法として、レーザ光を用いる方法が知られている。レーザ光を透過する樹脂材とレーザ光を吸収する樹脂材とを当接して、レーザ光を透過する樹脂材側からレーザ光を照射し、レーザ光を吸収する樹脂材の発熱により、界面で双方の樹脂を熱溶融させて溶着させる方法(特許文献１)、レーザ光を透過する樹脂材どうしの界面に、レーザ光を吸収する吸収体を介在させて、溶着する方法(特許文献２)、さらに、複数のレーザ光を界面に集光させて、溶着させる方法(特許文献３)が知られている。 しかしながら、特許文献１の方法では、接合させる材料として、レーザ光を透過する材料とレーザ光を吸収する２種の材料が必要であり、使用できる材料が制限される。 特許文献２の方法では、接合面上に吸収体を載置するため、吸収体による透過率の低下が生じる。 特許文献３の方法では、複数のレーザ光を照射するために、複数のレーザ光源が必要で、コスト的にも高くなるといった問題点もある。 これら、レーザ光による接合は、いずれも樹脂材どうしを接合するものであり、ガラス材と樹脂材との接合には実施されていなかった。特開２００１−７１３８４特開２００３−１８１９３１特開２００５−１６１６２０ 前述のように、互いに平滑で透明なガラス材と樹脂材とを接合させるためには、接着剤を介して接合する、ガラス材と樹脂材とを高温加熱して溶融させて接合する、ガラス材を嵌め込んだ形状で樹脂材と一体成形する、或いは、ガラス材の表面を荒らして樹脂材を加圧により接合しなければならなかった。このため、形成された接合体は、接合方法によって、接着剤の揮発性ガスを吸収する、溶融時の熱により変形する、一体成形時の残留応力によってはがれる、加圧接合させる場合、接着力が弱く、また予めガラスの表面を荒らして凹凸を施さなければならない等の問題があり、品質的、製作的に満足し得るものではなかった。 本発明は、このような問題点に鑑み、互いに平滑で透明なガラス材と樹脂材との当接部の局所において、ガラス材を変形させずに樹脂材を溶融できるように加熱して、ガラス材と樹脂材とを直接接合させることで、上記課題を解決することにある。 請求項１のガラス材と樹脂材との接合方法は、ガラス材(２)の平滑面と熱可塑性樹脂材(以下、単に「樹脂材」とする)(４)の平滑面とを当接させ、ガラス材(２)の樹脂材当接面の反対側にレーザ光を吸収する吸収体(３)を当接し、該吸収体(３)にレーザ光を照射して発熱させ、該発熱をガラス材(２)を通じて樹脂材(４)に伝えて該樹脂材を局部的に溶融固化してガラス材(２)の表面の微細な凹凸に食い込ませることにより、ガラス材(２)と樹脂材(４)を直接に接合させる。 請求項２は請求項１に記載のガラス材と樹脂材の接合方法において、ガラス材(２)及び樹脂材(４)の両者は、レーザ光の照射によって変形しないほどに、レーザ光に対して、高い透過性を有する。 請求項３のガラス材と樹脂材の接合方法では、ガラス材(２)は厚み０.７mm以下の薄ガラス板(2a)である。 請求項４は、ガラス材(２)と樹脂材(４)の互いの平滑面とが当接している接合体において、該樹脂材(４)自体が局部的に溶融して該ガラス材(２)の表面の微細な凹凸に食い込んで接合している。 請求項５のガラス材(２)と樹脂材(４)との接合体は、請求項１乃至３の何れかに記載の方法で形成されている。 請求項６は請求項４又は５に記載の接合体(５)が培養容器(5a)であって、少なくとも容器底側が熱可塑性樹脂にて形成され、容器底に開設された透孔(43)を薄ガラス板(2a)で塞いでいる。 請求項１のガラス材と樹脂材との接合方法では、ガラス材(２)に接合する樹脂材(４)自体が局部的に溶融し、直接にガラス材(２)表面の微細な凹凸に食い込んで固化し、アンカー効果によって強力に接合される。 ガラス材(２)と樹脂材(４)との間に接着剤等の異物が介在しないから、該異物に起因する種々の問題は生じない。 又、従来の融接方法の様に、ガラス材(２)を溶融するほどの高い熱発生は必要としないから、熱の影響で変形することを抑えることができる。 又、従来の一体成形方法の様に、樹脂材(４)とガラス材(２)との熱収縮率の違いによって、接合部分において高い残留応力が生じ、はがれ易くなる問題は生じない。 又、従来の加圧接合方法の様に、ガラス材(２)の表面を予め凹凸面に加工しなければならないといった問題もない。 又、当接状態のガラス材(２)と樹脂材(４)に対して、レーザ照射装置を相対的に移動させることにより、１台のレーザ照射装置によって線状の連続した溶着部を有する接合体を形成できる。 請求項２のガラス材(２)と樹脂材(４)の接合方法では、レーザ光に対して高い透過性のガラス材(２)と樹脂材(４)を用いるから、ガラス材(２)や樹脂材(４)がレーザ光を吸収して発熱することが抑えるられるため、熱変形を抑えることができる。 請求項３のガラス材(２)と樹脂材(４)の接合方法では、ガラス材(２)は厚み０.７■以下の薄ガラス板(2a)であるから、ガラス材(２)の特性として熱伝導性が悪くて面方向への熱伝達がし難くても、薄ガラス板(2a)であれば裏側へ容易に熱が伝わり、樹脂材(４)を局部的に溶融させることに問題はない。逆にガラス材(２)の熱伝導性の悪さが、ガラス材(２)上での熱の拡がりを防止して、樹脂材(４)を局部的に溶融させることに大いなる効果がある。 請求項４、５の接合体の効果は、請求項１に対するの効果で説明済みである。 請求項６の培養容器(5a)は、容器底の透孔(43)を一周する様に、薄ガラス板(2a)を途切れのない線状の溶着固化部で容器底に接合することで、容器底と薄ガラス板(2a)との間に、培養液が洩出する隙間を生じることを防止できる。 容器底を局部的に溶融して直接に薄ガラス板(2a)の微細な凹凸に食い込ませて固化させ、アンカー効果によって接合しているから、接合部に起因してが細菌等、培養物に悪影響を及ぼすことはない。 以下、図１に基づいて本発明のガラス材(２)と樹脂材(４)の接合方法を説明する。 両面が平滑な板状ガラス材(２)の一方の面に、板状の樹脂材(４)の平滑面を当接し、ガラス材(２)の他方の面にレーザ光の吸収性に優れた板状の吸収体(３)を当接する。 吸収体(３)の外側に配置したレーザ照射装置(１)から吸収体(３)へレーザ光を直角に照射する。レーザ光の太さは１〜３mmである。 照射されたレーザ光(11)を吸収体(３)が吸収して発熱する。吸収体(３)の発熱によって、吸収体(３)に接しているガラス材(２)は加熱される。 ガラス材(２)は熱伝導性が低いため面方向への熱の拡がり少ない。ガラス材(２)の厚みが薄い場合、吸収体(３)の発熱は、レーザ光が照射された部分から余り拡がらずに、樹脂材(４)の当接面まで伝達され、樹脂材(４)を局部的に溶融することができる。 ガラス材(２)の肉厚内での加熱部分の熱の拡がりを抑えるためには、ガラス材(２)の厚みを０.７mm未満とし、望ましくは、０.５mmとする。 ガラス材(２)の厚みが０.７mm以上になるとガラス材(２)の一方の面から他方の面へ熱が伝達されるまでに、面方向のへの熱の拡がりが大きくなって、樹脂材(４)を溶融するほどに樹脂材(４)を加熱することが難しくなる。 ガラス材(２)の厚みが０.５mm以下であれば、樹脂材(４)を安定して良好に溶融することができる。 樹脂材(４)の溶融部分は、ガラス材(２)表面の微細な凹凸に入り込む。 レーザ照射が終了して、樹脂材(４)の溶融部分が固化すると、ガラス材(２)表面に微細な凹凸に樹脂材が食い込んでいるアンカー効果によって、ガラス材(２)と樹脂材(４)が強力に接合した接合体(５)を得ることができる。 上記ガラス材(２)は、レーザ光や熱による変性を受けないように、レーザ光の透過性が高く、耐熱性の強いものが望ましく、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、カリガラス、石英ガラス等が挙げられる。より好ましくは、安価で透明性や耐熱性の強いホウ珪酸ガラスである。 樹脂材(４)は、レーザ光による変性を受けないように、レーザ光の透過性が高く、熱で溶融し易い、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ABS樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスルホンのようなものが挙げられ、より好ましくは、レーザの透過性が高く、透明性の高いポリスチレンやメタクリル樹脂である。 吸収体３としては、レーザ光を吸収できるいかなる樹脂材でも使用できる。 レーザ光源としては、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、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、Ｈ２レーザ、Ｎ２レーザ等のレーザ光が挙げられるが、より好ましくは、ガラス材や樹脂材に対する透過性のよい波長1060nmのレーザ光を照射できるYAGレーザである。 図２は、樹脂材(４)を円弧線状に溶融固化させてガラス材(２)に接合させる説明図である。 ガラス材(２) ホウケイ酸ガラスで厚み０.１５mm、直径３５mmである。 樹脂材(４) ポリスチレンで厚み２mm、直径３５mmである。 吸収体(３) 上記ガラス材(２)とは別のホウケイ酸極薄ガラス板(６)の片面に吸収体(３)が塗布されている。 該薄ガラス板(６)は厚み０.１５mm、直径３５mmである。 レーザ発射装置(１) レーザ光源は、連続発振式のNd：YAGレーザ（波長：1064nm）である。 水平面内で回転可能な架台(７)に、下から順に、樹脂材(４)、ガラス材(２)、極薄ガラス板(６)を重ねて載せる。該極薄ガラス板(６)は、吸収体(３)塗布面を上にしている。 レーザ照射装置(１)は、架台(７)の上方に配備され、レーザ照射位置は、架台(７)の回転中心に対して偏芯している。 架台(７)を一定速度で回転させながら、定位置のレーザ照射装置(１)からレーザ光(11)を、極薄ガラス板(６)の上方から、ガラス材(２)に直交して照射する。レーザ光の照射位置に対応しても樹脂材(４)が局部的に溶融する。架台(７)の回転によって、円弧軌跡を描いてレーザ光が照射されるから、樹脂材(４)も円弧状に線が連続した様に溶融固化する。 レーザ光の出力は４〜７Ｗとした。４Ｗ未満では、樹脂材(４)の溶融が不十分で、適切な接着が得られなかった。７Ｗ以上では、樹脂材(４)の溶融が激しくなり、樹脂材(４)から発生するガスにより気泡を生じるといった問題がある。適切に接着させるためには、５Ｗの出力が望ましい。 レーザの照射量は、架台(７)の回転速度を変化させることで調整することができる。適切な接着力を与える照射量は回転速度が０.５mm／secの場合であった。これより、回転速度を速くした場合には接着強度が弱くなり、これより回転速度を遅くした場合には、樹脂材の溶融が大きくなり過ぎるといった問題がある。 上記実施例１によって作製したガラス材(２)と樹脂材(４)の接合体(５)の接着強度を引張試験にて剥離状況を測定した結果、８００ｇ／mm2の接着強度が得られた。この接着強度は、医療機器、理化学機器、光学機器に十分適用できる。 図３は、円形の培養容器(5a)を、ガラス材(２)と樹脂材(４)の接合体(５)にて形成する実施例を示している。 培養容器(5a)の容器本体(4a)は、周壁(42)と底壁(41)を有する円形に形成されている。 底壁(41)の中央に円形の透孔(貫通孔)(43)が開設され、底壁(41)の外面外周部には全周に亘って低い脚部(44)が突設されている。 上記容器本体(4a)は透明樹脂材(４)によって一体成形されている。 容器本体(4a)を天地逆にし、透孔(43)の中心を前記架台(７)の回転中心に一致して該架台(７)に載せる。 容器底壁(41)に透孔(43)を塞ぐ様に、薄ガラス板(2a)を載せ、更に該薄ガラス板(2a)の上に、上面に吸収体(３)を塗布した極薄ガラス板(６)を載せる。 架台(７)を一定速度で回転させながら、極薄ガラス板(６)の上から、レーザ光(11)を前記透孔(43)に近い位置を狙って容器底壁(41)に向けて照射する。 容器本体(4a)の底壁(41)が透孔(43)を囲む様に円形の線状に溶融固化して、前述の如く、容器底壁(41)と薄ガラス板(2a)を強力に接合できる。 尚、容器底壁(41)の材質と肉厚、薄ガラス板(2a)の材質と肉厚、極薄ガラス板(６)の材質と肉厚、レーザ光(11)の出力、架台(７)回転速度等は前記実施例１に準じた。 以上説明したように、本発明では、透明で平滑なガラス材と透明で平滑な樹脂材とを、接着剤を塗布することなく、加熱や加圧等でガラス材や樹脂材を変形させることなく、強く接合できるため、医療機器、理化学機器、光学機器において広く利用し得るものである。 上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。本発明方法の概略説明図である。実施例１の概略説明図である。実施例２の概略説明図である。符号の説明１ レーザ照射装置２ ガラス材３ 吸収体４ 樹脂材41 容器底壁42 容器周壁５ 接合体5a 培養容器 ガラス材の平滑面と熱可塑性樹脂材の平滑面とを当接させ、ガラス材の熱可塑性脂材当接面の反対側にレーザ光吸収体を当接し、該レーザ光吸収体にレーザ光を照射して発熱させ、該発熱をガラス材を通じて熱可塑性樹脂材に伝えて該熱可塑性樹脂材を局部的に溶融固化させてガラス材の表面の微細な凹凸に食い込ませることにより、ガラス材と熱可塑性樹脂材を直接に接合させることを特徴とする、ガラス材と樹脂材との接合方法。 ガラス材及び熱可塑性樹脂材の両者は、レーザ光の照射によって変形しないほどに、レーザ光に対して高い透過性を有することを特徴とする、請求項１に記載のガラス材と樹脂材の接合方法。 ガラス材は、厚み０.７mm以下の薄ガラス板である、請求項１又は２に記載のガラス材と樹脂材の接合方法。 ガラス材と熱可塑性樹脂材の互いの平滑面とが当接している接合体において、該熱可塑性樹脂材自体が局部的に溶融固化して該ガラス材の表面の微細な凹凸に食い込んで接合していることを特徴とする、ガラス材と樹脂材との接合体。 請求項１乃至３の何れかに記載の方法で形成した、ガラス材と樹脂材との接合体。 請求項４又は５の接合体は培養容器であり、少なくとも容器底側が熱可塑性樹脂にて形成され、容器底に開設された透孔を薄ガラス板で塞いでいる、培養容器。 【課題】ガラス材と樹脂材を接着材剤を用いることなく、且つ熱変形させることなく、接合する。【解決手段】ガラス材２の平滑面と熱可塑性樹脂材４の平滑面とを当接させ、ガラス材２の樹脂材当接面の反対側にレーザ光を吸収する吸収体３を当接し、該吸収体３にレーザ光を照射して発熱させ、該発熱をガラス材２を通じて樹脂材４に伝えて該樹脂材を局部的に溶融してガラス材２の表面の微細な凹凸に食い込ませることにより、ガラス材２と樹脂材４を直接に接合させる。【選択図】図１20080305A16330００２０3 請求項３のガラス材(２)と樹脂材(４)の接合方法では、ガラス材(２)は厚み０.７mm以下の薄ガラス板(2a)であるから、ガラス材(２)の特性として熱伝導性が悪くて面方向への熱伝達がし難くても、薄ガラス板(2a)であれば裏側へ容易に熱が伝わり、樹脂材(４)を局部的に溶融させることに問題はない。逆にガラス材(２)の熱伝導性の悪さが、ガラス材(２)上での熱の拡がりを防止して、樹脂材(４)を局部的に溶融させることに大いなる効果がある。