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JP-2026077597-A - レーザー溶着用インク塗工具、レーザー溶着方法、および溶着体の製造方法

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Abstract

【課題】レーザー溶着用インクを所望の箇所に比較的薄く均一に簡便に塗工することができるレーザー溶着用インク塗工具を提供する。 【解決手段】近赤外吸収色素と溶媒を含有するインク５と、インク５が収容された容器２と、容器２に収容されたインク５が供給される芯材３とを備え、芯材３からインク５を塗工可能なレーザー溶着用インク塗工具１。 【選択図】図１

Inventors

  • 久野 美輝
  • 青木 正矩
  • 内田 浩基

Assignees

  • 株式会社日本触媒

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20251017
Priority Date
20241025

Claims (16)

  1. 近赤外吸収色素と溶媒を含有するインクと、 前記インクが収容された容器と、 前記容器に収容された前記インクが供給される芯材とを備え、 前記芯材から前記インクを塗工可能なレーザー溶着用インク塗工具。
  2. 前記近赤外吸収色素は、熱重量示差熱分析（ＴＧ－ＤＴＡ）により２５℃から２００℃に昇温したときの重量減少率が５．０％以下である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  3. 前記インク中、前記近赤外吸収色素の含有率が１質量％以下である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  4. 前記インクの２５℃における粘度が１ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  5. 前記インクは、波長３００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲における最小透過率が１０％のときの波長３８０ｎｍ～７００ｎｍの範囲の平均透過率が８０％以上である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  6. 前記近赤外吸収色素は波長７５０ｎｍ～１３００ｎｍの範囲に吸収極大波長を有する請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  7. 前記近赤外吸収色素は、シアニン系色素、ジインモニウム系色素およびフタロシアニン系色素から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  8. 前記シアニン系色素または前記ジインモニウム系色素は、共役酸のｐＫａが－８．０以下のアニオンを有する請求項７に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  9. 前記シアニン系色素または前記ジインモニウム系色素は、ボレートイオンを有する請求項７に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  10. 前記インクはさらに樹脂を含有する請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  11. 前記インクは、固形分濃度が０．１質量％以上４０質量％以下である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  12. ペン型インク塗工具である請求項１に記載のレーザー溶着用インク塗工具。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザー溶着用インク塗工具を用いて、第１樹脂材に前記インクを塗工する工程と、 前記第１樹脂材の前記インクを塗工した箇所に第２樹脂材を重ね合わせ前記インクにレーザー光を照射することにより、前記第１樹脂材と前記第２樹脂材とを溶着する工程とを有するレーザー溶着方法。
  14. 前記第１樹脂材に前記インクを塗工する工程において、前記第１樹脂材における前記インクの１回当たりの塗工面積が１００ｃｍ ２ 以下である請求項１３に記載のレーザー溶着方法。
  15. 前記第１樹脂材に前記インクを塗工する工程において、前記インクの塗工面積当たりの乾燥重量は０．１μｇ／ｃｍ ２ 以上１０００μｇ／ｃｍ ２ 以下である請求項１３に記載のレーザー溶着方法。
  16. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザー溶着用インク塗工具を用いて、第１樹脂材に前記インクを塗工する工程と、 前記第１樹脂材の前記インクを塗工した箇所に第２樹脂材を重ね合わせ前記インクにレーザー光を照射することにより、前記第１樹脂材と前記第２樹脂材とを溶着する工程とを有する溶着体の製造方法。

Description

本開示は、レーザー溶着用インク塗工具、レーザー溶着方法、および溶着体の製造方法に関する。 レーザー溶着は、レーザー光を照射して部材どうしを溶着する接合方法である。レーザー溶着は通常、レーザー光を透過する透過材とレーザー光を吸収する吸収材を重ねて、透過材側からレーザー光を照射することにより、透過材と吸収材との接合を行う。当該方法によれば、吸収材がレーザー光を吸収して発熱することにより、吸収材が透過材との界面で溶けて溶着し、透過材と吸収材とを接合することができる。一方、レーザー吸収材料を２つの部材の間に挟んで設け、これにレーザー光を照射することにより、２つの部材どうしを溶着する方法も知られており、例えば特許文献１～３には、レーザー吸収材料として接着剤、フィルム材、トナー、塗料等を用いることが記載されている。当該方法によれば、レーザー吸収材料がレーザー光を吸収して発熱することにより、これに隣接する２つの部材の界面が溶けて互いに溶着することができる。 特開２００９－１５５４０２号公報特開２００３－１８１９３１号公報特開２００４－１０７１号公報 レーザー溶着用インク塗工具の構成例であって、ペン型インク塗工具の長手軸方向に沿った断面概略図を表す。レーザー溶着用インク塗工具の他の構成例を表し、芯材が容器から独立したインク塗工具の断面概略図を表す。 本開示は、レーザー溶着用インク塗工具に関するものであり、具体的には、レーザー溶着用のインクが保持され、当該インクをレーザー溶着する部材に好適に塗工することができる塗工具に関するものである。インクはレーザー光を照射することにより部材どうしを溶着するのに用いられ、レーザー光を照射することによりインクがレーザー光を吸収して発熱し、これにより部材どうしを溶着することができる。 インクは少なくとも近赤外吸収色素と溶媒を含有する。レーザー溶着では、例えば８００ｎｍ～１３００ｎｍの波長を有するレーザー光が用いられ、近赤外吸収色素はこのような波長域の光を好適に吸収することができ、発熱源として機能する。レーザー溶着する部材にインクを塗工することにより、当該部材の表面にレーザー光の吸収層を形成することができ、ここにさらに別の部材を重ね吸収層にレーザー光を照射することにより、部材どうしを溶着することができる。以下、レーザー溶着する部材を「溶着部材」と称し、レーザー溶着用インクを単に「インク」と称し、レーザー溶着用インク塗工具を単に「インク塗工具」と称する場合がある。 本開示に係るレーザー溶着用インク塗工具は、近赤外吸収色素と溶媒を含有するインクと、インクが収容された容器と、容器に収容されたインクが供給される芯材とを備え、芯材からインクを塗工可能に構成されている。芯材を溶着部材に接触させることにより、インクを溶着部材に塗工することができる。このようなインク塗工具を用いれば、インクを溶着部材の所望の箇所に簡便に塗工することができる。例えば縁のある容器形状や凹凸のある複雑な形状の溶着部材であっても、所望の箇所にインクを簡便に塗工することができる。また、溶着に必要な最低量のインクを所望の箇所にピンポイントに塗工することができ、これにより、溶着後の製品の色目や外観を損なうことなく溶着することが容易になる。さらに本開示に係るレーザー溶着用インク塗工具によれば、液垂れすることなくインクを比較的薄く均一に塗工することが容易になる。そのため、インクの乾燥時間を短くすることができ、作業の効率化を図ることができる。また、例えば耐溶剤性の低い溶着部材をレーザー溶着する場合でも、溶媒が速やかに乾燥することによって溶着部材の劣化を抑えることができ、種々の材料への適用が可能となる。さらに、インクが比較的薄く均一に塗工されることによって、レーザー溶着する際の過剰な発熱を抑えることができ、溶着箇所の焼け焦げの発生を抑えることが容易になる。 一実施形態として、インク塗工具は、容器と芯材を一体的に取り扱い可能に構成することができる。この場合、インク塗工具は、例えばペン型インク塗工具として構成することができる。これによりインク塗工具の携帯性や取り扱い性、塗工性を高めることができる。ペン型インク塗工具の構成例を、図１を参照して説明する。 図１に示したインク塗工具１は容器２と芯材３を備え、容器２にインク５が収容されており、芯材３がホルダー４に保持され、ホルダー４によって容器２の開口に蓋がされている。芯材３は、長手軸方向の一方部がインク塗工具１の外部に面して設置され、他方部がインク塗工具１の内部に存在し、容器２に収容されたインク５が芯材３に供給されるように設置されている。芯材３はペン先として機能する。このようにインク塗工具１が構成されることにより、インク塗工具１を手で持って溶着部材にインク５を簡便に塗工することができる。 芯材３は、容器２に収容されたインク５が芯材３に供給されるように構成されていれば、芯材３が容器２の内部まで延在していてもそうでなくてもよい。図１では、容器２の内部にインク５がバルクの液体の状態で収容され、芯材３が容器２の内部に延在して設置されている。芯材３の長手軸方向の他方部は、バルクの液体のインク５に浸漬可能に設置されている。 図面には示されていないが、インク塗工具１は、容器２の内部にインク５を含ませた中綿を設置し、この中綿に芯材３の長手軸方向の他方部を接触させるように構成してもよい。あるいは、容器２の内部を、インク５が存在する空間と芯材３の長手軸方向の他方部が存在する空間に区切り、これら２つの空間をバルブや中継細管を介して繋ぎ、インク５の芯材３への供給がバルブや中継細管によって調節されるようにインク塗工具１を構成してもよい。インク塗工具１は、容器２とホルダー４が一体形成されていてもよい。インク塗工具１はキャップを備えていてもよい。インク塗工具１は、容器２の長手軸方向の両側に芯材３が設けられたものであってもよい。 他の実施形態として、インク塗工具は、芯材が容器から独立して操作できるように構成されていてもよい。このように構成されたインク塗工具の構成例を図２に示す。 図２に示したインク塗工具１は、インク５が収容された容器２と、芯材３を保持するホルダー４と、容器２とホルダー４とを繋ぐチューブ６とを備える。容器２に収容されたインク５は、チューブ６を通って芯材３に供給される。このようにインク塗工具１が構成されることにより、容器２を大型化することができ、大量のインク５を容器２に収容することができる。インク塗工具１を使用の際、容器２は動かさずに芯材３が保持されたホルダー４を動かして芯材３を溶着部材に接触させることで、溶着部材にインク５を塗工することができる。図２に示したインク塗工具１では、ホルダー４を手で持ってインク５を塗工してもよいし、ホルダー４を機械で動かしてもよい。後者の場合、自動化されたインク塗工具１とすることができる。 容器の構成材料は特に限定されず、例えば樹脂や金属等から構成することができる。容器は透明であっても不透明であっても半透明であってもよい。容器の形状も特に限定されず、例えばペン型のインク塗工具であれば長細い形状であることが好ましい。 芯材は、例えば繊維束から形成することができる。芯材の繊維束は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、ポリカーボネート繊維、ポリエーテル繊維、ポリビニル繊維、ポリアセタール繊維等の合成繊維や、セルロース繊維等の天然繊維から構成することができ、芯材の耐久性の点から合成繊維から構成することが好ましい。芯材の太さは特に限定されず、例えば０．２５ｍｍ以上または０．５ｍｍ以上であってもよく、また５０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下または２０ｍｍ以下であってもよい。 インクに含まれる近赤外吸収色素の種類は特に限定されず、例えば、シアニン系色素、ジインモニウム系色素、スクアリリウム系色素、クロコニウム系色素、中心金属イオンとして銅（例えば、Ｃｕ（ＩＩ））や亜鉛（例えば、Ｚｎ（ＩＩ））や酸化バナジウム等を有していてもよい環状テトラピロール系色素（ポルフィリン類、クロリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類、コリン類等）、アゾ系色素、キノン系色素、キサンテン系色素、インドリン系色素、アリールメタン系色素、クアテリレン系色素、ペリレン系色素、キナクドリン系色素、オキサジン系色素、ジピロメテン系色素、ニッケル錯体系色素、銅イオン系色素等が挙げられる。これらの色素は、１種のみを用いてもよく、２種以上を用いてもよい。 近赤外吸収色素は、波長７５０ｎｍ～１３００ｎｍの範囲に吸収極大波長を有することが好ましい。具体的には、近赤外吸収色素は、波長６００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲の吸収スペクトルにおいて、波長７５０ｎｍ～１３００ｎｍの範囲に吸収極大を有する吸収ピークを有し、かつ当該吸収ピークの吸収極大が波長６００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲で最大値をとることが好ましい。これにより、インクを溶着部材に塗工してレーザー光を照射した際に、近赤外吸収色素がレーザー溶着で用いられる波長域の光を吸収して効率的に発熱し、レーザー溶着を好適に行うことができる。近赤外吸収色素の吸収極大波長は、７８０ｎｍ以上、８００ｎｍ以上、８５０ｎｍ以上、９００ｎｍ以上または１０００ｎｍ以上であってもよく、また１２８０ｎｍ以下、１２００ｎｍ以下、１１５０ｎｍ以下または１１００ｎｍ以下であってもよい。 近赤外吸収色素は、波長３００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲において、吸収極大波長の透過率が１０％のときの波長３８０ｎｍ～７００ｎｍの範囲の平均透過率が８０％以上となることが好ましい。これにより、近赤外吸収色素は可視光領域の光を高い透過率で透過するものとなり、インクが近赤外吸収色素に由来する着色が実質的にないものとすることができる。近赤外吸収色素の波長３８０ｎｍ～７００ｎｍの範囲の平均透過率は、８３％以上がより好ましく、８５％以上がさらに好ましく、８８％以上がさらにより好ましく、９０％以上が特に好ましい。 近赤外吸収色素は、吸収極大波長を与える吸収ピークの半値幅が４０ｎｍ以上であることが好ましく、４５ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。これにより、近赤外吸収色素が広い波長範囲でレーザー光を吸収することが可能となり、レーザー溶着において種々のレーザー光を使用することができる。一方、近赤外吸収色素は、吸収極大波長を与える吸収ピークの半値幅が１００ｎｍ以下であることが好ましく、８０ｎｍ以下がより好ましく、６０ｎｍ以下がさらに好ましい。これにより、可視光領域の光の透過率を高めることが容易になる。 上記に説明した近赤外吸収色素の吸収スペクトルは、クロロホルム中での近赤外吸収色素の吸収スペクトルを意味する。吸収スペクトルは、波長３００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲で測定ピッチ１ｎｍごとに吸光度を測定することにより求める。また、半値幅は、吸収極大波長の透過率が１０％のときの透過率５０％における吸収ピークの幅を意味する。 インクに含まれる溶媒は近赤外吸収色素を溶解できるものであることが好ましく、有機溶媒であることが好ましい。これにより、インクを溶着部材を塗工した際にインクを速やかに乾燥させやすくなる。溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ＰＧＭＥＡ（２－アセトキシ－１－メトキシプロパン）、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体類（エーテル化合物、エステル化合物、エーテルエステル化合物等）；Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル