(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着予定領域に沿って溶着して樹脂溶着体を製造する樹脂溶着方法であって、
前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材とを前記溶着予定領域において接触させる第１の工程と、
前記第１の工程の後、レーザ光を前記溶着予定領域に沿って照射することにより、前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材とを前記溶着予定領域に沿って溶着する第２の工程と、を備え、
前記第２の工程では、レーザ光の入射面となる前記第１の樹脂部材及び前記第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面から所定の距離だけ内側の部分における温度プロファイルのピーク値が、前記第１の樹脂部材の溶融温度及び前記第２の樹脂部材の溶融温度のうちの高い方の溶融温度と、前記第１の樹脂部材の分解温度及び前記第２の樹脂部材の分解温度のうちの低い方の分解温度との間に複数回現れるように、前記レーザ光の照射領域を前記溶着予定領域に複数回通過させ、
前記第２の工程では、前記レーザ光の前記照射領域を前記溶着予定領域に複数回通過させて前記溶着予定領域の一部分に前記レーザ光の照射領域を断続的に通過させることにより、溶融した樹脂からなる溶融領域を前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材との界面よりも前記レーザ光の入射面側から進行させて前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材との前記界面に到達させる、
ことを特徴とする樹脂溶着方法。
【請求項２】
前記第２の工程では、前記レーザ光の入射面となる前記第１の樹脂部材及び前記第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面の温度が、前記第１の樹脂部材の溶融温度及び前記第２の樹脂部材の溶融温度のうちの低い方の溶融温度未満の温度に維持されるように、前記照射領域を前記溶着予定領域に複数回通過させることを特徴とする請求項１記載の樹脂溶着方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、前記レーザ光の入射面となる前記第１の樹脂部材及び前記第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面において、光軸に対して垂直な断面形状が環形状となるように、前記レーザ光を前記溶着予定領域に沿って照射することを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂溶着方法。
【請求項４】
前記第２の工程では、前記溶着予定領域において前記レーザ光が収束するように、前記レーザ光を前記溶着予定領域に沿って照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の樹脂溶着方法。
【請求項５】
前記第２の工程では、前記溶着予定領域において前記レーザ光が発散するように、前記レーザ光を前記溶着予定領域に沿って照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の樹脂溶着方法。
【請求項６】
前記溶着予定領域は、環状に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の樹脂溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂部材同士を溶着予定領域に沿って溶着して樹脂溶着体を製造する樹脂溶着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野の樹脂溶着方法として、樹脂部材同士を溶着予定領域において接触させた状態で、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射することにより、樹脂部材同士を溶着予定領域に沿って溶着する方法が知られている。
【０００３】
ところで、レーザ光に対して吸収性を有する樹脂部材においては、図１５に示されるように、樹脂部材におけるレーザ光の入射面でレーザ光の吸収光量が最も多くなり、レーザ光の入射面からの距離が大きくなるにしたがって（即ち、樹脂部材の内部に行くにしたがって）レーザ光の吸収光量が徐々に少なくなる。そのため、レーザ光に対して吸収性を有する樹脂部材同士を溶着する場合には、レーザ光の入射面及びその内側の近傍部分に、入熱過多による損傷（気泡、白濁、焼損等）が生じることがある。
【０００４】
そのような損傷を防止するための樹脂溶着方法として、特許文献１には、樹脂部材におけるレーザ光の入射面に冷媒を供給しつつレーザ光の照射を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８８３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の樹脂溶着方法にあっては、樹脂部材におけるレーザ光の入射面での損傷の発生は防止し得るものの、レーザ光の入射面の内側の近傍部分での損傷の発生までも防止することは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、溶着予定領域において入熱過多による損傷が発生するのを防止しつつ樹脂部材同士を確実に溶着することができる樹脂溶着方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の樹脂溶着方法は、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着予定領域に沿って溶着して樹脂溶着体を製造する樹脂溶着方法であって、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着予定領域において接触させる第１の工程と、第１の工程の後、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射することにより、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着予定領域に沿って溶着する第２の工程と、を備え、第２の工程では、レーザ光の入射面となる第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面から所定の距離だけ内側の部分における温度プロファイルのピーク値が、第１の樹脂部材の溶融温度及び第２の樹脂部材の溶融温度のうちの高い方の溶融温度と、第１の樹脂部材の分解温度及び第２の樹脂部材の分解温度のうちの低い方の分解温度との間に複数回現れるように、レーザ光の照射領域を溶着予定領域に複数回通過させることを特徴とすることを特徴とする。
【０００９】
この樹脂溶着方法では、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着する際に、レーザ光の照射領域を溶着予定領域に複数回通過させる。これにより、溶着予定領域の一部分に対してレーザ光が断続的に照射されることとなるので、溶着予定領域の一部分に対するレーザ光の１回の照射で樹脂部材の分解温度（損傷（気泡、白濁、焼損等）が生じる温度）を越えるような急激な温度上昇を防止することができる。しかも、この樹脂溶着方法では、レーザ光の照射領域を溶着予定領域に複数回通過させる際に、レーザ光の入射面の内側の部分における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材の溶融温度と樹脂部材の分解温度との間に複数回現れるようにする。これにより、溶着予定領域において損傷が生じるのを防止しつつ第１及び第２の樹脂部材を十分に溶融させることができる。よって、この樹脂溶着方法によれば、溶着予定領域において入熱過多による損傷が発生するのを防止しつつ樹脂部材同士を確実に溶着することができる。
【００１０】
また、第２の工程では、レーザ光の入射面となる第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面の温度が、第１の樹脂部材の溶融温度及び第２の樹脂部材の溶融温度のうちの低い方の溶融温度未満の温度に維持されるように、照射領域を溶着予定領域に複数回通過させることが好ましい。この場合、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とを溶着する際に、レーザ光の入射面となる樹脂部材の表面が溶融せず、非溶融状態の樹脂部材の表面によって溶融状態の内側の部分が抑えられて発泡が防止されるので、樹脂部材の表面が滑らかに維持される。さらに、非溶融状態の樹脂部材の表面によって溶融状態の内側の部分が抑えられることで、溶融状態の内側の部分の圧力が高まるので、溶融した樹脂の混ざり合いが促進され、樹脂部材同士をより強固に溶着することができる。
【００１１】
また、第２の工程では、レーザ光の入射面となる第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材の少なくとも一方の表面において、光軸に対して垂直な断面形状が環形状となるように、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射することが好ましい。この場合、レーザ光の照射領域の中心部分において入熱過多となることが防止され、レーザ光の照射領域の移動方向と直交する方向において樹脂部材の温度が均一化される。したがって、溶着予定領域の全領域に渡って第１の樹脂部材と第２の樹脂部材との接合状態を均一化することができる。
【００１２】
また、第２の工程では、溶着予定領域においてレーザ光が収束するように、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射することが好ましい。この場合、光吸収によって減衰する光密度が補われて、溶着予定領域のレーザ光の入射側からその反対側に至る溶着予定領域の全領域で樹脂部材を十分に溶融させることができる。
【００１３】
或いは、第２の工程では、溶着予定領域においてレーザ光が発散するように、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射することが好ましい。この場合、樹脂部材が入熱過多の状態になるのを抑制し、溶着予定領域の全領域で樹脂部材を適度に溶融させることができる。
【００１４】
さらに、溶着予定領域は、環状に設定されていることが好ましい。この場合、レーザ光の照射領域を溶着予定領域に複数回通過させることが容易となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶着予定領域において入熱過多による損傷が発生するのを防止しつつ樹脂部材同士を確実に溶着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の樹脂溶着方法によって製造された樹脂溶着体の斜視図である。
【図２】図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法に用いられる樹脂溶着装置の斜視図である。
【図３】図２に示されたレーザ光出射部が備える集光光学系の構成図である。
【図４】図３に示された集光光学系を通過したレーザ光の集光スポット到達前の光強度プロファイルを示すグラフである。
【図５】図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法を説明するための斜視図である。
【図６】図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法を説明するための斜視図及び部分断面図である。
【図７】図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法を説明するための斜視図である。
【図８】図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法を説明するための斜視図である。
【図９】図８のIX−IX線に沿っての部分断面図である。
【図１０】図９に示された内部領域の温度プロファイルを示すグラフである。
【図１１】図２に示されたレーザ光出射部が備える他の集光光学系の構成図である。
【図１２】図１１に示された集光光学系を用いた場合の樹脂溶着方法を説明するための部分断面図である。
【図１３】図１に示された樹脂溶着体を製造するための他の樹脂溶着方法を説明するための斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態の樹脂溶着方法を説明するための部分断面図である。
【図１５】樹脂部材におけるレーザ光の入射面からの距離とレーザ光の吸収光量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態の樹脂溶着方法によって製造された樹脂溶着体の斜視図である。図１に示されるように、樹脂溶着体１は、矩形環状に設定された溶着予定領域Ｒに沿って樹脂部材３と樹脂部材４とが溶着されたものであり、樹脂部材３，４によって中空の直方体状に形成されている。樹脂部材３，４は、例えばポリアミド６６からなり、レーザ光Ｌに対して半吸収性を有している（例えば、レーザ光吸収性を付与するためのオリヱント化学製マスターバッチｅＢＩＮＤ（登録商標）ＡＣＷ（登録商標）−９８７１を、旭化成ケミカルズ社製レオナ（登録商標）１４Ｇ３３（ポリアミド６６にガラス繊維３３％を含む樹脂材料）に対して、２０〜６０倍に希釈倍率されるように添加した樹脂部材を使用することができる）。
【００１９】
図２は、図１に示された樹脂溶着体を製造するための樹脂溶着方法に用いられる樹脂溶着装置の斜視図である。図２に示されるように、樹脂溶着装置２０は、レーザ光を伝送する光ファイバＦの先端に設けられたレーザ光出射部２１と、レーザ光出射部２１から出射されるレーザ光Ｌの光軸方向及びその方向と直交する方向に稼動する支持台２２と、レーザ光出射部２１から出射されるレーザ光の照射領域に対応する部分に対して冷却ガスを供給するための冷却ガス噴射部２３と、を備えている。
【００２０】
図３は、図２に示されたレーザ光出射部が備える集光光学系の構成図である。図３に示されるように、集光光学系５は、レーザ光Ｌの光源ＬＳ側から順に、コリメート用レンズ６、集光用レンズ７及び円錐凹状のアキシコンレンズ８が光軸ＯＡ上に配置されて構成されている。この集光光学系５をレーザ光Ｌが通過すると、光軸ＯＡに対して垂直なレーザ光Ｌの断面形状は、集光スポットＦＳに対して光源ＬＳ側で円環形状となり、集光スポットＦＳに対して光源ＬＳと反対側で中実円形状となる。
【００２１】
図４は、図３に示された集光光学系を通過したレーザ光の集光スポット到達前の光強度プロファイルを示すグラフである。図４に示されるように、レーザ光Ｌの強度プロファイルは、集光スポットＦＳ到達前において、ガウシアン分布やトップハット分布のレーザ光の光強度プロファイルとは逆に、中央部の光強度が周囲部の光強度よりも低いものとなっている。なお、図４の光強度プロファイルは、光軸ＯＡ及びレーザ光Ｌの進行方向と直交する方向についてレーザ光Ｌの光強度を積分したものである。
【００２２】
以下、樹脂溶着装置２０を用いて樹脂溶着体１を製造する樹脂溶着方法について説明する。まず、図５に示されるように、樹脂部材３，４を用意する。樹脂部材３は、矩形板状の本体部３１、及び本体部３１の下面３１ｂから突出する断面矩形状の凸部３２を有している。樹脂部材４は、直方体状の本体部４１を有しており、本体部４１の上面４１ａには、断面矩形状の凹部４２が形成されている。
【００２３】
続いて、図６（ａ）に示されるように、樹脂部材３の凸部３２を樹脂部材４の凹部４２の開口部に嵌め込むようにして樹脂部材３と樹脂部材４とを組み合わせて、被溶着体１０を準備する。図６（ｂ）は、図６（ａ）のVI−VI線に沿った部分断面図である。図６（ｂ）に示されるように、溶着予定領域Ｒは、樹脂部材３の本体部３１の下面３１ｂと樹脂部材４の本体部４１の上面４１ａとの重ね合わせの界面Ｂ１の内側の一部、及び樹脂部材３の凸部３２の側面３２ａと樹脂部材４の凹部４２の側面４２ａとの突合せの界面Ｂ２を含むように、矩形環状に設定されている。これにより、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着予定領域Ｒにおいて接触させることになる。
【００２４】
続いて、図７に示されるように、樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａがレーザ光Ｌの入射面となるように、被溶着体１０を支持台２２上に載置する。そして、レーザ光の入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａにおいて、光軸に対して垂直なレーザ光Ｌの断面形状が円環形状となるように、かつ、溶着予定領域Ｒにおいてレーザ光Ｌが収束するように、レーザ光出射部２１に対して支持台２２を駆動させる。
【００２５】
続いて、図８に示されるように、レーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射することにより、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着予定領域Ｒに沿って溶着して樹脂溶着体１を製造する。より具体的には、レーザ光出射部２１から溶着予定領域Ｒに対してレーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの光軸方向と直交する面内において支持台２２を駆動させて、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って複数回周回させる（即ち、照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる）。このとき、樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａにおいてレーザ光Ｌの照射領域に対応する部分Ａは、冷却ガス噴射部２３から冷却ガスＧが吹き付けられて、樹脂部材３の溶融温度（融点）及び樹脂部材４の溶融温度（融点）のうちの低い方の溶融温度未満の温度に維持される。なお、レーザ光Ｌは、溶着予定領域Ｒにおいて樹脂部材３，４を溶融させ得るエネルギ密度を有している。
【００２６】
レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って複数回周回させることにより、溶着予定領域Ｒの一部分には、レーザ光Ｌの照射領域が断続的に通過することとなる。その結果、図９（ａ）に示されるように、樹脂部材３，４の内部において、溶融した樹脂からなる溶融領域Ｍが樹脂部材３，４の厚さ方向（図示下方）に徐々に深く進行していき、図９（ｂ）に示されるように、樹脂部材３と樹脂部材４との界面Ｂ１，Ｂ２に到達することで、樹脂部材３と樹脂部材４とが溶着される。
【００２７】
なお、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる樹脂溶着方法は、樹脂部材３，４が結晶性樹脂である場合において特に有効である。結晶性樹脂は、光散乱性を有しているため、１回の照射ではレーザ光Ｌが樹脂の奥部に到達しない。しかし、レーザ光Ｌを複数回照射することにより、レーザ光Ｌが照射される度に、次第に樹脂表層から結晶化した樹脂が溶融して液体になり光散乱因子が減少するので、レーザ拡散透過率が上がり、樹脂部材の奥部までレーザ光Ｌが到達するようになる。したがって、レーザ光Ｌを複数回照射することにより、樹脂部材が結晶性樹脂である場合においても、その奥部まで十分に溶融させることができる。
【００２８】
ここで、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる際には、レーザ光Ｌの入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａから所定の距離（例えば、数百μｍ（即ち１００μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜３００μｍ））だけ内側の所定の部分（例えば、図９に示される内部領域Ｒ１）における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材３の溶融温度及び樹脂部材４の溶融温度のうちの高い方の溶融温度と、樹脂部材３の分解温度及び樹脂部材４の分解温度のうちの低い方の分解温度との間に複数回現れるように（より具体的には連続して複数回現れるように）、溶着予定領域Ｒに対するレーザ光Ｌの照射領域の移動速度（即ち、照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての毎分の回転数）を制御する。
【００２９】
なお、上記所定の部分における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材３の溶融温度及び樹脂部材４の溶融温度のうちの高い方の溶融温度と、樹脂部材３の分解温度及び樹脂部材４の分解温度のうちの低い方の分解温度との間に連続して複数回現れる間においては、上記所定の部分の温度が、樹脂部材３の溶融温度及び樹脂部材４の溶融温度のうちの高い方の溶融温度と、樹脂部材３の分解温度及び樹脂部材４の分解温度のうちの低い方の分解温度との間に維持されるように、溶着予定領域Ｒに対するレーザ光Ｌの照射領域の移動速度を制御することが好ましい。
【００３０】
また、ここでの分解温度とは、樹脂部材３，４の質量の減少が生じ始める温度であって、真空中で３０分間加熱した場合に質量が半分になる温度として定義される熱分解温度がその目安となる。樹脂部材３，４に用いられる樹脂材料の溶融温度と熱分解温度とは以下のように例示される。
【００３１】
ポリアミド６６：溶融温度２６０℃、熱分解温度３１０℃以上
ポリアミド６  ：溶融温度２２８℃、熱分解温度３１０℃以上
ポリプロピレン：溶融温度１４８℃、熱分解温度３２８℃以上
【００３２】
図１０は、図９に示された内部領域の温度プロファイルを示すグラフである。図１０に示されるように、内部領域Ｒ１における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材３，４の溶融温度（約２００℃）と樹脂部材３，４の分解温度（約３００℃）との間に複数現れるのは、レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転数が、５０ｒｐｍの場合及び１００ｒｐｍの場合である。なお、温度プロファイルのピーク値とは、時間（横軸）と温度（縦軸）との関係を示すグラフ（図１０のグラフ）の極大値を意味する。
【００３３】
レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転数が、５ｒｐｍの場合、１０ｒｐｍの場合及び２０ｒｐｍの場合には、溶着予定領域Ｒの一部分にレーザ光Ｌが照射される１回当たりの時間が比較的長くなるため、溶着予定領域Ｒの一部分に対するレーザ光Ｌの１回の照射で樹脂部材３，４の分解温度を超えるような急激な温度上昇が生じてしまう。これに対して、レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転数が、５０ｒｐｍの場合及び１００ｒｐｍの場合には、溶着予定領域Ｒの一部分にレーザ光Ｌが照射される１回当たりの時間が比較的短くなるため、溶着予定領域Ｒの一部分に対するレーザ光Ｌの１回の照射で樹脂部材３，４の分解温度を超えるような急激な温度上昇が生じない。
【００３４】
したがって、この工程では、レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転数が５０ｒｐｍ以上となるように、溶着予定領域Ｒに対するレーザ光Ｌの照射領域の移動速度を制御することが好ましい。このように照射領域の移動速度を制御することによって、樹脂部材３，４の溶融温度と樹脂部材３，４の分解温度との間の温度を長く維持して、溶着予定領域Ｒにおいて樹脂部材３，４に損傷が生じることを防止しつつ、溶着予定領域Ｒにおいて樹脂部材３，４を十分に溶融させることができる。
【００３５】
ただし、レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転数が５０ｒｐｍ未満であっても、照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての回転が進むにつれて（即ち、照射領域を溶着予定領域Ｒに通過させる回数が増すにつれて）レーザ光Ｌの出力を徐々に上昇させたり、レーザ光Ｌの焦点の樹脂部材３，４に対する深度を徐々に深くしたりすることによって、溶着予定領域Ｒにおいて樹脂部材３，４に損傷が生じることを防止しつつ、溶着予定領域Ｒにおいて樹脂部材３，４を十分に溶融させることができる。
【００３６】
以上説明したように、樹脂溶着体１を製造するための樹脂溶着方法では、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着する際に、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる。これにより、溶着予定領域Ｒの一部分に対してレーザ光Ｌが断続的に照射されることとなるので、溶着予定領域Ｒの一部分に対するレーザ光の１回の照射で樹脂部材３，４の分解温度を越えるような急激な温度上昇を防止することができる。
【００３７】
しかも、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる際に、レーザ光Ｌの入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａから所定の距離だけ内側の内部領域Ｒ１における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材３，４の溶融温度の高い方の温度と樹脂部材３，４の分解温度の低い方の温度との間に複数回現れるようにする。これにより、溶着予定領域Ｒにおいて損傷が生じるのを防止しつつ樹脂部材３，４を十分に溶融させることができる。よって、この樹脂溶着方法によれば、溶着予定領域Ｒにおいて入熱過多による損傷が発生することを防止しつつ樹脂部材３と樹脂部材４とを確実に溶着することができる。特に、この樹脂溶着方法は、樹脂部材３，４が、上記のように溶融温度と熱分解温度とが比較的近いために焼損し易く加工が困難なポリアミド６６からなる場合についても好適に適用できる。
【００３８】
さらに、レーザ光Ｌの照射領域の溶着予定領域Ｒに沿っての毎分の回転数を調整することにより、樹脂部材３と樹脂部材４とを好適に溶着するための条件を得ることができるので、制御系の簡素化が図られ、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着するための装置の低コスト化が図られる。
【００３９】
また、この樹脂溶着方法においては、レーザ光Ｌの入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａにおけるレーザ光Ｌの照射領域に対応する部分Ａが、冷却ガス噴射部２３からの冷却ガスＧによって冷却され、樹脂部材３の溶融温度及び樹脂部材４の溶融温度のうちの低い方の溶融温度未満の温度に維持される。このため、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着する際に、レーザ光Ｌの入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａが溶融せず、非溶融状態の上面３１ａによって樹脂部材３の溶融状態の内側の部分が抑えられて発泡が防止されるので、上面３１ａが滑らかに維持される。さらに、非溶融状態の上面３１ａによって樹脂部材３の溶融状態の内側の部分が抑えられることで、溶融状態の内側の部分の圧力が高まるので、溶融した樹脂の混ざり合いが促進され、樹脂部材３と樹脂部材４とをより強固に溶着することができる。
【００４０】
さらに、この樹脂溶着方法においては、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着する際に、溶着予定領域Ｒに対して照射されるレーザ光Ｌの断面形状が、樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａにおいて円環形状となるように、レーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射する。このため、レーザ光Ｌの照射領域の中心部分において入熱過多となることが防止され、レーザ光Ｌの照射領域の移動方向と直交する方向において樹脂部材３，４の温度が均一化される。したがって、溶着予定領域Ｒの全領域に渡って樹脂部材３と樹脂部材４との接合状態を均一化することができる。
【００４１】
なお、上述した樹脂溶着方法に用いられる樹脂溶着装置２０においては、レーザ光出射部２１は、集光光学系５に換えて、図１１に示される集光光学系５０を備えることができる。図１１に示されるように、集光光学系５０は、レーザ光Ｌの光源ＬＳ側から順に、コリメート用レンズ６、集光用レンズ７及び円錐凸状のアキシコンレンズ５８が光軸ＯＡ上に配置されて構成されている。この集光光学系５０をレーザ光Ｌが通過すると、光軸ＯＡに対して垂直なレーザ光Ｌの断面形状は、集光スポットＦＳに対して光源ＬＳ側で中実円形状となり、集光スポットＦＳに対して光源ＬＳと反対側で円環形状となる。このようなレーザ光Ｌの光強度プロファイルは、集光スポットＦＳ到達後において、ガウシアン分布やトップハット分布のレーザ光の光強度プロファイルとは逆に、中央部の光強度が周囲部の光強度よりも低いものとなっている（図４参照）。
【００４２】
このような集光光学系５０を備えた樹脂溶着装置２０を用いる場合には、樹脂部材３と樹脂部材４とを溶着する際に、図１２に示されるように、溶着予定領域Ｒにおいてレーザ光Ｌが発散するように、レーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射する。これにより、樹脂部材３，４が入熱過多の状態になるのを抑制し、溶着予定領域Ｒのレーザ光Ｌの入射側からその反対側に至る溶着予定領域Ｒの全領域で樹脂部材３，４を適度に溶融させることができる。
【００４３】
なお、上述した樹脂溶着方法においては、集光光学系５や集光光学系５０を用いずに、光ファイバＦからのレーザ光を溶着予定領域Ｒに直接集光させてもよい。
【００４４】
また、上述した樹脂溶着方法においては、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って周回させるために、被溶着体１０が載置された支持台２２を駆動させたが、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って周回させるための態様はこれに限定されない。例えば、上述した樹脂溶着方法においては、樹脂溶着装置２０に替えて、図１３に示される樹脂溶着装置６０を用いることもできる。
【００４５】
図１３に示されるように、樹脂溶着装置６０は、被溶着体１０を載置するための支持台６１と、光ファイバＦを伝送したレーザ光を平行光化するためのコリメート光学系６２と、コリメート光学系６２からのレーザ光を、その断面形状が円環形状となるように整形するためのアキシコンレンズを含む整形光学系６３と、整形光学系６３からのレーザ光を支持台６１に載置された被溶着体１０に照射するためのガルバノ光学系６４と、を備えている。また、ガルバノ光学系６４は、整形光学系６３からのレーザ光のＸ方向についての角度を変更するためのガルバノミラー６５と、ガルバノミラー６５によって反射されたレーザ光のＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）についての角度を変更するためのガルバノミラー６６と、ガルバノミラー６６によって反射されたレーザ光が入射され、そのレーザ光の入射角に応じて樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａのＸ−Ｙ方向における所定の位置に対してレーザ光Ｌを出射するＦθレンズ６７とを含む。
【００４６】
したがって、この樹脂溶着装置６０においては、ガルバノミラー６５及びガルバノミラー６６の角度を適宜制御することによって、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って周回させることができる。上述した樹脂溶着方法において、この樹脂溶着装置６０を用いれば、樹脂溶着装置２０を用いた場合に比べて容易にレーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って高速で周回させることができる。なお、樹脂溶着装置６０を用いる場合には、レーザ光Ｌの入射面となる樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａ全体を、冷却ガスＧによって冷却することができる。
【００４７】
ここで、樹脂溶着装置２０及び樹脂溶着装置６０においては、レーザ光Ｌの照射領域の移動速度が、溶着予定領域Ｒの角部（樹脂部材３の本体部３１の上面３１ａの四隅近傍の部分）において比較的遅くなる場合がある。そのような場合には、溶着予定領域Ｒの角部において、レーザ光Ｌによる入熱量が他の部分よりも大きくなるので、溶着予定領域Ｒの各角部に冷却ガス噴射部を別途配設するなどし、当該各角部に冷却ガスをさらに供給して重点的に冷却することが好ましい。
【００４８】
なお、本実施形態においては、樹脂溶着体１を製造するための樹脂溶着方法として、溶着予定領域Ｒが重ね合わせの界面Ｂ１の一部と突合せの界面Ｂ２とを含む場合について説明したが、本発明の樹脂溶着方法は、溶着予定領域Ｒが、図１４に示されるように、所定の樹脂部材（第１の樹脂部材）１３と他の所定の樹脂部材（第２の樹脂部材）１４との突合せ界面Ｂ３の一部のみを含む場合にも好適に適用できる。そのような場合には、レーザ光Ｌの入射面は、樹脂部材１３の上面１３ａと樹脂部材１４の上面１４ａとの両方となる。
【００４９】
また、本実施形態においては、樹脂溶着体１を製造するための樹脂溶着方法として、溶着予定領域Ｒが環状に設定される場合について説明したが、本発明の樹脂溶着方法は、溶着予定領域Ｒが環状でない場合についても好適に適用できる。そのような場合には、レーザ光Ｌの照射領域を溶着予定領域Ｒに複数回通過させる際に、レーザ光Ｌの入射面から所定の距離だけ内側の部分における温度プロファイルのピーク値が、樹脂部材の溶融温度と分解温度との間に複数回現れるように、溶着予定領域Ｒに対する照射領域の毎分の通過回数を制御する。
【００５０】
さらに、溶着予定領域Ｒの形状は、溶着する樹脂部材の形状に合わせて、３次元的な環状に設定することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１…樹脂溶着体、３，１３…樹脂部材（第１の樹脂部材）、４，１４…樹脂部材（第２の樹脂部材）、Ｒ…溶着予定領域、Ｌ…レーザ光。
【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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【図１４】
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【図１５】
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