(57)【要約】【課題】  レーザ光線の高速スキャン操作で広い溶融面積として任意形状の面溶着を高品質のもとに高速溶着させる新規なレーザ光線による樹脂溶着方法とレーザ光線による樹脂溶着装置を提供する。【解決手段】  溶着面上をスキャンされるレーザ光線Ｌを第一軌跡Ｓ１上で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡Ｓ２上を通過時に、上記レーザ光線Ｌで再度第一軌跡上の樹脂材１，２を再加熱して溶融状態を維持させて広い溶融面積ＳＯを生成させつつ、順次に溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態で任意形状に高速面溶着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶着面上をスキャンされるレーザ光線を第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態として任意形状に一括面溶着させることを特徴とするレーザ光線による樹脂溶着方法。
【請求項２】
上記レーザ光線の重合条件は、溶着面幅間を往復スキャンする第一軌跡から第二軌跡への折り返し点での折り返し軌跡を、次の移動軌跡まで微動させる矩形軌跡としたことを特徴とする請求項１記載のレーザ光線による樹脂溶着方法。
【請求項３】
上記レーザ光線の高速スキャンの移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光線による樹脂溶着方法。
【請求項４】
上記レーザ光線の光線幅を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の接線から約半分幅までを接近重合させる重合条件としたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光線による樹脂溶着方法。
【請求項５】
レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とした後に上記平行光線を被加工材に集光ビームとして照射する光学レンズ系と、上記平行光線を偏向させて被加工材の任意位置に集光ビームを照射させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの移動軌跡と移動速度とを制御する照射制御手段と、を具備したことを特徴とするレーザ光線による樹脂溶着装置。
【請求項６】
上記集光ビームの照射側となる被加工材の表面にマスクベースを配置したことを特徴とする請求項５記載のレーザ光線による樹脂溶着装置。
【請求項７】
上記被加工材を帯体状としたものにおいて、被加工材に長手方向への送り手段を装備したことを特徴とする請求項５記載のレーザ光線による樹脂溶着装置。
【請求項８】
上記光学レンズ系は、レーザ光源からのレーザ光線を平行光線とするアクロマティックレンズ等の平行光線レンズ系と、反射鏡と、上記平行光線を集光ビームとするメニスカスレンズ又はエフシターレンズ等の集光レンズ系と、を具備したことを特徴とする請求項５または６または７のいずれか一つに記載のレーザ光線による樹脂溶着装置。
【請求項９】
上記ガルバノ機構は、反射鏡をＸＹサーボモータで角度制御することを特徴とする請求項５または６または７のいずれか一つに記載のレーザ光線による樹脂溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、樹脂材間を高速度で溶着させるスキャン溶着技術に係わり、特に、レーザ光線の高速スキャン操作により任意形状の面溶着を高品質のもとに高速溶着させる新規なレーザ光線による樹脂溶着方法とレーザ光線による樹脂溶着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、樹脂材間を溶着させる溶着技術には、レーザダイオードによるレーザ光線をエネルギー源とする樹脂溶着装置（レーザ溶着装置）が開発されている。その溶着方式には、多数個のレーザダイオードを溶着すべき溶着面に合わせて並べ、一括して面溶着する一括照射方式と、一つのレーザダイオードからのレーザ光線を溶着面の一点に向けて照射しつつスキャニングさせる一軸操作のスキャン方式とが実用化されている。【０００３】  上記一括照射方式は、多数個のレーザダイオードを溶着すべき溶着面に合わせて並べて一括溶着させるものが古典的な方法である。最近は、単一のレーザ光を複数のレーザ光に分岐させる一括照射方式が開発されている。その構成は、ＹＡＧレーザの発振器等から発生するレーザ光が回折レンズのような回折型光学部品へ入射し、回折及び透過をするうちに複数本のビームに分光される。それぞれのビームは集光レンズ等によって不透明な吸収性の樹脂の面上の焦点に収束して同時に発熱する。その熱は透過性の樹脂にも伝わって、複数個の焦点付近の接合部が溶融し、樹脂間が溶着する。焦点は多数形成することができ、それらが同時に発熱するので、焦点をスキャンさせる技術のように被加工材料に変形を生じない。回路基板の一部から樹脂を除去するような作業にもこの方法を利用することができる。被加工材料は樹脂のほか金属等でもよいとするものである（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】  別の一括照射方式は、単一のレーザ光を複数のレーザ光に分岐させるために、凹凸段差形状を有する回折型光学部品（回折レンズ）を備え、当該凹凸段差形状を所定の形状とすることで、単一のレーザ光を例えばリング状のレーザ光とする。従って、被加工物の溶着部位がリング状である場合でも、当該リング状レーザ光は集光レンズを介して被加工物の溶着部位に照射することにより、一括溶着させるものである。具体的に記述すれば、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光をリング状にする光学手段とを備えており、リング状のレーザ光により被加工物の加工を行うものである。このとき光学手段は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を拡大し所定径の平行なレーザ光に調整するエクスパンダ及びコリメータと、所定径の平行なレーザ光をリング状の平行光とする一対の光学素子とを有し、エクスパンダ及びコリメータ間の距離及び／又は光学素子間の距離を制御することにより、被加工物表面におけるリング状のレーザ光の内径及び／又は外径を制御するレーザ加工装置である（例えば、特許文献２参照。）。【０００５】  他方、スキャン方式には、構成が簡素であり制御も容易なレーザビームによる樹脂溶着装置を得るべく、平行レーザビームを出力する高品質レーザビーム発生装置と、出力されるレーザビームを加工物に向けて照射するＸＹ２軸の回転ミラーユニットと、回転軸を備えた加工物支持治具とで樹脂溶着装置を構成されるものがある（例えば、特許文献３参照。）。【０００６】  更に、別のスキャン方式には、樹脂部材間に隙間を有する樹脂部材を、過大な歪の発生が無く、製品設計自由度の比較的高く、かつ樹脂部材間の気密性の保たれた均一な溶着を可能にしたものがある。その構成は、樹脂溶着用レーザ光に対する透過��樹脂部材と該レーザ光を吸収して加熱される非透過性樹脂部材からなり、該透過性樹脂部材の表面の一部を凹部と成し、該非透過性樹脂部材の表面の一部を凸部と成し、ここで、凹部の容積はＶであり、凸部は凹部への嵌合体積がｖであって、凹部と嵌合時に０．１Ｖ≦ｖ＜Ｖにより与えられる空間を生じる形状であり、凹部と凸部を嵌合し、レーザ光を凹部側から凸部に照射して凸部を溶融し、ここで、凸部は溶融時の嵌合体積ｖ＋Δｖ≦１．２Ｖを満たし、凹部と凸部とをレーザ溶着するものがある（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開２００３−１６４９８５号公報
【特許文献２】  特開２００５−０２８４２８号公報
【特許文献３】  特開２００５−２５４６１８号公報
【特許文献４】  特開２００５−００７７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上記単一のレーザ光を複数のレーザ光に分岐させる一括照射方式は、レーザ光が複数本のビームに分光され、それぞれのビームは集光レンズ等によって不透明な吸収性の樹脂の面上の焦点に収束して同時に発熱するから、複数個の焦点付近の接合部が溶融し、樹脂間が溶着し、焦点をスキャンさせる技術のように被加工材料に変形を生じさせない。しかしながら、複数本のビームに分光された接合部（焦点）の溶着面形状は、一直線・リング円形・均等分散点・等々全て左右対称形に限定される。この為に、左右非対称形や任意形状を呈する溶着面形状の同時溶着は不可能であるばかりか、ビームの分光によりエネルギー密度が拡散して低く、薄板樹脂に限定されるし厚物の溶着には必然的に大出力のレーザ発振器が必要とする等の多くの問題点が存在する。更に、分岐技術はＹＡＧやファイバーレーザが使われるがプロファイルがガウシアンのため溶着に適していない。たとえ、ディフォーカスしてもガウシアンになって尖った照射線になり焼けたり、溶着不足を起こすと云う問題点が存在する。【０００９】  また、上記第一のスキャン方式（特開２００５−２５４６１８号公報）では、平行レーザビームを出力する高品質レーザビーム発生装置を使用したことにより、出力されるレーザビームを加工物に向けて照射するための偏光手段（光走査手段）に、簡単なＸＹ２軸の回転ミラーユニットを使用できるから、装置構造が簡単でありながら、曲面形状の溶着が可能である。しかしながら、スキャン方式の最大の問題点は、一つのレーザダイオードからのレーザ光線を溶着面の一点に向けて照射しつつスキャニングさせるから、表面積の広い面溶着を行う時に、同時に面全体を溶着状態とすることが難しい。これが為に、レーザ光線が移動軌跡上を一回目の移動時、照射されて溶解した樹脂は急速に凝固するから、一回目の移動軌跡近くを通過する二回目のレーザ光線のスキャン時には、再び凝固状態から溶融することがない。しかし、溶融後に凝固した樹脂部を再び溶融すると、樹脂材は材質劣化をおこしてしまう。従って、樹脂成型品の溶着部にヒケや反りが発生し、高精度な面溶着が保証されないと云う問題点がある。上記第一のスキャン方式には、これを解決する技術的手段が記述されていない。【００１０】  更に、上記スキャン方式における問題点として、図１３に示すように、レーザ光線は、溶着面幅間Ａを往復スキャンする第一軌跡Ｌａから第二軌跡Ｌｂへの折り返し点Ｐでの折り返し軌跡Ｌｐが鋭角な三角軌跡となるから、均等に全面溶融されず、固化したままの樹脂板Ｐ０の未溶融箇所Ｍが残る。これにより、溶着面幅間Ａは、全面溶着されず、樹脂成型品の溶着部に溶着不良による気密不良やヒケや反りが発生し、気密性の高い高精度な面溶着が保証されないと云う問題点がある。【００１１】  更に、上記第二のスキャン方式（特開２００５−００７７５９号公報）では、隙間を有する樹脂部材間のレーザ溶着を均一に行い、機密性の良好な溶着成型品を得ることができる。しかしながら、上下二枚の樹脂板は、凹部と凸部とを嵌合することに限定された特定技術であるから、汎用性がないと云う問題点が存在する。【００１２】  本発明は、上記従来の一括照射方式やスキャン方式にお��る各種の問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、上記従来のスキャナ溶着における面溶着・マスク面溶着等の基本原理を覆す画期的で新規なスキャン溶着技術を提供する。具体的には、第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に第二軌跡上を通過するレーザ光線で再度第一軌跡上の溶融部を再加熱して溶融状態を維持させて広い溶融面積を生成し、レーザ光線のスキャンにより任意形状の広い面溶着を高品質のもとに高速溶着させるスキャン溶着方法とその溶着装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するべく本発明の請求項１のレーザ光線による樹脂溶着方法は、溶着面上をスキャンされるレーザ光線を第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態として任意形状に一括面溶着させることを特徴とする。【００１４】  また、本発明の請求項２のレーザ光線による樹脂溶着方法は、請求項１記載のレーザ光線による樹脂溶着方法において、上記レーザ光線の重合条件は、溶着面幅間を往復スキャンする第一軌跡から第二軌跡への折り返し点での折り返し軌跡を、次の移動軌跡まで微動させる矩形軌跡としたことを特徴とする。【００１５】  また、本発明の請求項３のレーザ光線による樹脂溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ光線による樹脂溶着方法において、上記レーザ光線の高速スキャンの移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする。【００１６】  また、本発明の請求項４によるレーザ光線による樹脂溶着方法は、請求項１または２記載のレーザ光線による樹脂溶着方法において、上記レーザ光線の光線幅を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の接線から約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させることを特徴とする。【００１７】  また、本発明の請求項５によるレーザ光線による樹脂溶着装置は、レーザ光線を出力するレーザ発振器と、上記レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とした後に上記平行光線を被加工材に集光ビームとして照射する光学レンズ系と、上記平行光線を偏向させて被加工材の任意位置に集光ビームを照射させるガルバノ機構と、上記ガルバノ機構による集光ビームの移動軌跡と移動速度とを制御する照射制御手段と、を具備したことを特徴とする。【００１８】  また、本発明の請求項６によるレーザ光線による樹脂溶着装置は、請求項５記載のレーザ光線による樹脂溶着装置において、上記集光ビームの照射側となる被加工材の表面にマスクベースを備えたことを特徴とする。【００１９】  また、本発明の請求項７によるレーザ光線による樹脂溶着装置は、請求項５記載のレーザ光線による樹脂溶着装置において、上記被加工材を帯体状としたものにおいて、被加工材に長手方向への送り手段を装備したことを特徴とする。【００２０】  また、本発明の請求項８によるレーザ光線による樹脂溶着装置は、請求項５または６または７のいずれか一つに記載のレーザ光線による樹脂溶着装置において、上記光学レンズ系は、レーザ光源からのレーザ光線を平行光線とするアクロマティックレンズ等の平行光線レンズ系と、反射鏡と、上記平行光線を集光ビームとするメニスカスレンズ又はエフシターレンズ等の集光レンズ系と、を具備したことを特徴とする。【００２１】  また、本発明の請求項９によるレーザ光線による樹脂溶着装置は、請求項５または６または７のいずれか一つに記載のレーザ光線による樹脂溶着装置において、上記ガルバノ機構の反射鏡をＸＹサーボモータで角度制御することを特徴とする。【００２２】  本発明の請求項１〜４記載のレーザ光線による樹脂溶着方法の作用は、溶着面上を移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃで高速スキャンするとともに、光線幅を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させたから、第一軌跡上を通過したレーザ光線で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡に重合して第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させられる。これで、広い溶融面積を生成させつつ、順次に溶着全面を溶融状態で任意形状に高速面溶着させられる。更に、レーザ光線の重合条件について、溶着面幅間を往復スキャンする折り返し点での折り返し軌跡を、次の移動軌跡まで微動させる矩形軌跡としたから、溶着面の全面が均等な完全面接着される。【００２３】  本発明の請求項５〜７記載のレーザ光線による樹脂溶着装置によれば、上記レーザ光線による樹脂溶着方法を効率良く高速度に実施させられる。また、マスク溶着も効率良く高速度に実施させられる。更に、被加工材が帯体状としたものにおいては、被加工材を送り手段により長手方向への送り制御により、長尺物のワーク溶着が連続して行われる。【００２４】  本発明の請求項８による光学レンズ系と、請求項９によるガルバノ機構との作用は、レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とした後に上記平行光線を偏向させ且つ、被加工材となる例えば、二枚重ねの樹脂板に集光ビームとして照射させられるから、上記被加工材の任意位置に所定仕様の集光ビームを正確に照射させられる。
【発明の効果】
【００２５】  本発明の請求項１〜４のレーザ光線による樹脂溶着方法によると、溶着面上を移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃで高速スキャンするとともに、光線幅を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させたから、広い溶融面積を生成でき、且つ、順次に溶着全面を溶融状態で任意形状に高速面溶着できるから、樹脂材の材質劣化が無く、樹脂成型品の溶着部にヒケや反りも発生せず、高品質で高精度な面溶着が保証できる。更に、レーザ光線の重合条件について、溶着面幅間を往復スキャンする折り返し点での折り返し軌跡を、次の移動軌跡まで微動させる矩形軌跡により任意形状の広い面溶着でも均等に完全面接着できる。【００２６】  また、本発明の請求項５〜９レーザ光線による樹脂溶着装置によると、レーザ光線による樹脂溶着方法を効率良く高速度に実施できる。上記光学レンズ系と上記ガルバノ機構によると、レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とした後に上記平行光線を偏向させ且つ、被加工材となる二枚重ねの樹脂板材の任意位置に所定仕様の集光ビームを正確に照射できる。また、マスク溶着も効率良く高速度に実施できる。更に、被加工材が帯体状としたものにおいては、被加工材を送り手段により長手方向へ送り制御でき、長尺物のワーク溶着が連続して面溶着できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ光線による樹脂溶着方法の手順を示すブロック線図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ光線によるスキャン移動の軌跡図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ光線の第一軌跡と第二軌跡とそれ以下の通過重合の軌跡図である。
【図４】  本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ光線による樹脂溶着装置の概要図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態を示し、レーザ溶着ヘッドの概要図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図７】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図８】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図９】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図１０】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図１１】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図１２】  本発明の第１の実施の形態を示し、溶着面接合部の写真図である。
【図１３】  従来例を示し、狭い溶着面幅におけるスキャン軌跡の作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】  以下、図１乃至図１２を参照して本発明の各実施の形態を順次に説明する。
【実施例】
【００２９】  本発明の第１の実施の形態となるレーザ光線による樹脂溶着方法は、下記の主たる工程からなる。先ず、図１〜図３に示すように、「レーザ光線による樹脂溶着方法」は、「被加工材となる二枚重ねの樹脂板材１，２の溶着面１Ａ上をスキャンするレーザ光線Ｌを第一軌跡上に照射させる」（Ａ）。続いて、「上記第一軌跡Ｓ１上で溶融状態から凝固する前に上記第一軌跡にレーザ光線Ｌを接近重合させた第二軌跡Ｓ２上を通過させる」（Ｂ）。そして、「再度上記第一軌跡上の樹脂板材を再加熱して溶融状態を維持させて広い溶融面積ＳＯを生成させる」（Ｃ）。更に、「順次に溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態で任意形状に高速面溶着させる」（Ｄ）。
即ち、レーザ光線による樹脂溶着方法は、溶着面上をスキャンされるレーザ光線を第一軌跡上で溶融状態とした溶融部が凝固する前に上記第一軌跡に接近重合させた第二軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第一軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させ、続く上記第二軌跡に接近重合させた第三軌跡上を通過時に、上記レーザ光線で再度第二軌跡上の樹脂を再加熱して溶融状態を維持させる接近重合を繰り返す重合条件で次第に広い溶融面積を生成させつつ、溶着全面をレーザ光線の高速スキャンにより溶融状態として任意形状に一括面溶着させるものである。【００３０】  続いて、上記レーザ光線Ｌの接近重合を繰り返す重合条件の各種形態を説明する。先ず、図２（ａ）は、リング状の面溶着に対するレーザ光線Ｌの高速スキャンの円形軌跡を示す。また、図２（ｂ）は、市松模様状の面溶着に対するレーザ光線Ｌの高速スキャンの矩形軌跡を示す。また、図２（ｃ）は、自由曲面リング状の面溶着に対するレーザ光線Ｌの高速スキャンの矩形軌跡を示す。更に、詳細に説明すれば、図３（ａ）は、リング状の面溶着に対するレーザ光線（光線幅Ｌ２）Ｌの高速スキャンによる重合軌跡（重合幅Ｌ３）を示す。また、図３（ｂ）は、市松模様状の面溶着に対するレーザ光線（光線幅Ｌ２）Ｌの高速スキャンによる重合軌跡（重合幅Ｌ３）を示す。また、図３（ｃ）は、自由曲面リング状の面溶着に対するレーザ光線（光線幅Ｌ２）Ｌの高速スキャンによる重合軌跡（接線の重合）を示す。特に、図３（ｃ）においては、レーザ光線の重合条件は、溶着面幅間を往復スキャンする第一軌跡（移動軌跡）Ｓ１から第二軌跡（移動軌跡）Ｓ２への折り返し点Ｐ，Ｐでの折り返し軌跡ＳＰを、次の第二軌跡（移動軌跡）Ｓ２まで微動させる矩形軌跡としている。【００３１】  上記レーザ光線Ｌによる樹脂溶着方法において、上記レーザ光線Ｌの高速スキャンの移動速度ＳＳは、各種試験した結果、板厚に対するレーザ出力３０Ｗ〜５０Ｗ、高速スキャン速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃが最適であることを確立させた。また、上記レーザ光線Ｌの光線幅Ｌ２を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の接線から約半分幅までを第一軌跡（移動軌跡）Ｓ１に対して第二軌跡（移動軌跡）Ｓ２を通過重合（重合幅Ｌ３）させるが望ましいことを数多い試験結果から確立させた。【００３２】  上記レーザ光線による樹脂溶着装置１００の外観構成を図４により説明する。その構成は、三軸直交ロボット１０に装備されている。先ず、ベース４０の上面には、これに装備され送りモータＭＸで駆動する移動ユニットＤＸと、これに装備された移動テーブル４２と、移動テーブル４２に搭載された冶具ユニット４３と、この冶具ユニット４３の上面に装備されたクランパー４４，４５で樹脂板１，２を二枚重ねした平面ワークを加圧把持する部材からなる。上記ベース４０の片側には、コラム４６が直立されている。上記コラム４６の頂部から移動テーブル４２の上方に横梁４７が水平姿勢で配置されている。上記横梁４７は、移動テーブル４２の移動方向とは直交する方向に向けられていて、この上面には送りモータＭＹで駆動する移動ユニットＤＹと、これに搭載された移動体４８が移動制御されるように装備されている。上記移動体４８には、上下方向に移動する送りモータＭＺで駆動する移動ユニットＤＺを備えている。上記移動ユニットＤＺの移動体４９には、垂直な上下姿勢に向けたレーザ溶着ヘッドＬＨとＣＣＤカメラ５とが装備されている。上記レーザ溶着ヘッドＬＨは、加工用のレーザ発振器５０と教示用のレーザ電源ＬＫとにファイバーで繋がれている。また、三軸直交ロボット１０とＣＣＤカメラ５とは、ティーチングボックスＴＢとディスプレィ７とを備えるロボット制御盤２００に繋がれていて、ティーチング及びプレイバック運転他が行われる。上記ロボット制御盤２００内には、照射制御手段８０を備え、各々が有機的に接続されて機能する。【００３３】  尚、図４と図５に示す上記樹脂溶着装置１００において、下記の機能追加が可能である。先ず、樹脂板１，２となる被加工材の表面にマスクベース（図示なし）を備えることもできる。また、三軸直交ロボット１０に替えて、多関節ロボット（図示なし）を使用したレーザ光線による樹脂溶着装置１００としても良い。更に、上記樹脂溶着装置１００において、被加工材１，２を帯体状としたものにおいては、被加工材を送り手段により長手方向への送り制御させられる構成とすれば、長尺物のワーク溶着が連続して行われる。【００３４】  上記樹脂溶着装置１００は、三軸直交ロボット１０にレーザ溶着ヘッドＬＨを備え、照射制御手段８０を備えたロボット制御盤２００によるティーチング及びプレイバック運転他が三軸直交の３軸制御で円滑に行える。これにより、特に、小物ワークの樹脂溶着作業が簡潔に実行される。また、その運転も単品加工から、多量生産時には未加工部品１，２を冶具ユニット４３の上面に装備されたクランパー４４，４５への搬入と、加工後の小物ワーク１，２の完成品を搬出する手段を設ければ、連続多量生産に適した溶着システムとすることができる。更には、ガルバノストロークだけで加工するケースと、ロボット連動による大きなストローク移動ができる。即ち、一つの樹脂溶着の四角パターンがガルバノ機構３０で溶着が終了したら、ロボット１０がレーザ溶着ヘッドＬＨを自動的に新しい未加工ワークまで移動させ、位置決め後に、ガルバノ機構３０が次の加工パターンによる樹脂溶着を実行させる運転方法が実行される。【００３５】  更に、図５によりレーザ溶着ヘッドＬＨの内部構成を説明する。樹脂溶着装置１００は、レーザ光線Ｌを出力するレーザ発振器５０と、上記レーザ発振器からのレーザ光線Ｌを平行光線Ｌ１とした後に上記平行光線を被加工材１，２に集光ビームＬＯとして照射する光学レンズ系６０と、上記平行光線Ｌ１を反射させて被加工材１，２の任意位置に集光ビームＬＯを照射させるガルバノ機構３０と、上記ガルバノ機構による集光ビームＬＯの移動軌跡Ｓ１と移動速度ＳＳとを制御する照射制御手段８０と、を具備している。上記光学レンズ系６０は、レーザ発振器５０からのレーザ光線Ｌを平行光線（ビーム径：φ１６．８ｍｍ前後）Ｌ１とする平行光線レンズ系、具体的には、球面収差を少なくするアクロマティックレンズ２１をはじめとする各種平行光線レンズと、反射鏡２２と、上記平行光線Ｌ１を集光ビームＬＯとするメニスカスレンズ２３又はエフシターレンズ���他の集光レンズ系と、を具備している。また、上記ガルバノ機構７０の反射鏡２２をＸＹサーボモータＳＭ１，ＳＭ２で角度制御される。【００３６】  続いて、上記レーザ光線による樹脂溶着装置１００の作用を説明する。レーザ光線Ｌは、レーザ発振器５０から出力される。上記レーザ発振器からのレーザ光線Ｌは、光学レンズ６０系のアクロマティックレンズ２１他により平行光線（ビーム径：φ１６．８ｍｍの）Ｌ１に処理される。更に、上記平行光線は、メニスカスレンズ２３他により被加工材１，２に集光ビームＬＯとして照射すべく処理される。そして、ガルバノ機構３０は、上記平行光線Ｌ１を反射鏡２２で偏向させる。上記ガルバノ機構３０の反射鏡２２は、ＸＹサーボモータＳＭ１，ＳＭ２で角度制御される。更に、上記ガルバノ機構３０を制御する照射制御手段８０は、被加工材１，２の任意位置に集光ビームＬＯの移動軌跡Ｓ１と移動速度ＳＳとを制御する。【００３７】  また、ガルバノ機構３０の作用は、レーザ発振器５０からのレーザ光線Ｌを平行光線Ｌ１とした後に上記平行光線を偏向させ、且つ、被加工材となる例えば、二枚重ねの樹脂板１，２に集光ビームＬＯとして照射させられるから、上記被加工材１，２の任意位置に所定仕様の集光ビームを正確に照射させられる。【００３８】  続いて、上記レーザ光線による樹脂溶着装置１００において、各種ガルバノ溶着試験結果の写真を紹介する。
図６の写真は、溶着確認テストを示す。その内容は、ＰＣ材、ｔ＝３×３ｍｍ、レーザ光線：３０Ｗ、２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工時間：０．８７ｓｅｃ。【００３９】  図７の写真は、微細溶着確認を示す。その内容は、ＰＣ材、ｔ＝３×３ｍｍ、レーザ光線：３０Ｗ、３００ｍｍ／ｓｅｃ、加工時間：１．８ｓｅｃ。【００４０】  図８の写真は、マスクベースの作成を示す。その内容は、（１）溝幅  １．３ｍｍ  （２）レーザ光線：３０Ｗ、（３）送り  ８００ｍｍ／ｓｅｃ、（４）加工時間：０．５ｓｅｃ。（５）評価  ０．１ｍｍ程度の隙間が発生。【００４１】  図９の写真は、マスクベースの作成を示す。その内容は、（１）溝幅  １．１ｍｍ  （２）レーザ光線：３０Ｗ、（３）送り  ３００ｍｍ／ｓｅｃ、（４）評価  良好  （５）加工時間：１．５ｓｅｃ。【００４２】  図１０の写真は、マスクパターンによる試験を示す。その内容は、マスクパターンは４０メッシュ（線径０．２５ｍｍ）、ＰＣ材、ｔ＝３×３ｍｍ、レーザ光線：３０Ｗ、送り  ３００ｍｍ／ｓｅｃ、評価  メッシュパターン出ず。【００４３】  図１１の写真は、マスクパターンとなる２０メッシュ試験を示す。その内容は、２０メッシュ（線径０．２５ｍｍ）、ＰＣ材、ｔ＝３×３ｍｍ、レーザ光線：５０Ｗ、送り  ８００ｍｍ／ｓｅｃ、評価  ネットの角があいまい。光の追従不足。【００４４】  図１２の写真は、マスクパターンとなる６０メッシュ試験を示す。その内容は、６０メッシュ（線径０．２５ｍｍ）、ＰＣ材、ｔ＝０．５×３ｍｍ、レーザ光線：３０Ｗ、送り  ３００ｍｍ／ｓｅｃ、評価は、ネットの隅まで光が届いている。ｔ＝３ｍｍで屈折斑。中央とコーナーで差なし。照射角の影響なし。照射の影なし。良好な８０ミクロン角のマスクパターンが得られた。図示の黒色の四角形模様がマスクパターンである。尚、高速スキャン速度は、２００ｍｍ／ｓｅｃ〜８００ｍｍ／ｓｅｃで行ったデータを示しているが、別途、高速スキャン速度の適正範囲のテストを行ったところ、高速スキャン速度の適正範囲は、１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃであることを確認した。【００４５】  上記実施の態様となるレーザ光線による樹脂溶着方法は、下記の効果が奏せられる。先ず、溶着面上を移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃで高速スキャンするとともに、光線幅を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、その光線幅の約半分幅までを第一軌跡に対して第二軌跡を通過重合させたから、広い溶融面積を生成でき、且つ、順次に溶着全面を溶融状態で任意形状に高速面溶着できるから、樹脂材の材質劣化が無く、樹脂成型品の溶着部にヒケや反りも発生せず、高品質で高精度な面溶着が保証できる。更に、レーザ光線の重合条件について、溶着面幅間を往復スキャンする折り返し点での折り返し軌跡を、次の移動軌跡まで微動させる矩形軌跡により任意形状の広い面溶着でも均等に完全面接着できる。【００４６】  また、上記実施の態様となるレーザ光線による樹脂溶着装置１００によると、下記の効果が奏せられる。先ず、レーザ光線による樹脂溶着方法を効率良く高速度に実施できる。上記光学レンズ系と上記ガルバノ機構によると、レーザ発振器からのレーザ光線を平行光線とした後に上記平行光線を偏向させ且つ、被加工材となる二枚重ねの樹脂板材の任意位置に所定仕様の集光ビームを正確に照射できる。また、マスク溶着も効率良く高速度に実施できる。更に、被加工材が帯体状としたものにおいては、被加工材を送り手段により長手方向へ送り制御でき、長尺物のワーク溶着が連続して面溶着できる。【００４７】  尚、本発明のレーザ光線による樹脂溶着方法とその装置１００は、上記各実施の形態における構成に限定されず、その発明の要旨内での各部の詳細な設計変更が自由にできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】  本発明は、その対象物を樹脂材の実施例で説明したものであるが、様々な加工部材の溶着としての適用が可能である。
【符号の説明】
【００４９】１，２              樹脂板材、被加工材
１Ａ                溶着面
１０                三軸直交ロボット
２１                アクロマティックレンズ他
２２                反射鏡
２３                メニスカスレンズ他
３０                ガルバノ機構
４３                冶具ユニット
４４，４５          クランパー
５０                レーザ発振器
６０                光学レンズ系
８０                照射制御手段
１００              樹脂溶着装置
２００              ロボット制御盤
ＤＸ                移動ユニット
ＤＹ                移動ユニット
ＤＺ                移動ユニット
Ｌ                  レーザ光線
Ｌ１                平行光線
Ｌ２                光線幅
Ｌ３                重合幅
ＬＯ                集光ビーム
ＬＨ                レーザ溶着ヘッド
ＭＸ，ＭＹ，ＭＺ    送りモータ
Ｐ                  折り返し点
Ｓ１                第一軌跡（移動軌跡）
Ｓ２                第二軌跡（移動軌跡）
ＳＭ１，ＳＭ２      ＸＹサーボモータ
ＳＯ                溶着面積
ＳＰ                折り返し軌跡（矩形軌跡）
ＳＳ                移動速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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