(57)【要約】【課題】樹脂材の表面形状によってレーザビームの照射位置が複雑に上下する場合であっても、一々焦点を合わせることなく樹脂材間を溶着可能な技術の実現。【解決手段】レーザ透過性樹脂材３２とレーザ吸収性樹脂材３０とを積層配置させる工程と、レーザ透過性樹脂材３２の表面側からレーザビームＬを照射してレーザ吸収性樹脂材３０を加熱し、両樹脂材３０，３２の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法において、レーザビームＬとしてファイバーレーザを用いた。【効果】ファイバーレーザは平行度の極めて高いレーザビームであるため、樹脂材の表面に凹凸や段差が存在し、接合箇所がＺ軸方向に上下するような場合であっても、その都度焦点を合わせる必要がなく、そのまま加工を続けることが可能となる。この結果、接合作業の効率化及び加工装置の簡素化が実現できる。【選択図】        図２
2004351873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収性樹脂材とを積層配置させる工程と、
上記レーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収性樹脂材を加熱し、レーザ透過性樹脂材及びレーザ吸収性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備え、
上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項２】
第１のレーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収体と、第２のレーザ透過性樹脂材とを積層配置させる工程と、
少なくとも一方のレーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備え、
上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項３】
筒形状を備えた第１のレーザ透過性樹脂材の内部に、これに対応した形状を備えた第２のレーザ透過性樹脂材を、間にレーザ吸収体を介装させた状態で挿入させる工程と、
第１のレーザ透過性樹脂材の表面側からファイバーレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程と、
第２のレーザ透過性樹脂材を透過したファイバーレーザによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、少なくとも一方がレーザ透過性を備えた樹脂材間の接合方法に係り、特に、レーザ透過性樹脂材の表面からレーザビームを照射することによって樹脂材の対向面を加熱し、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に接合させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、レーザ吸収性を備えた樹脂材６０とレーザ透過性を備えた樹脂材６２とを積層配置させた状態で、レーザ透過性樹脂材６２の表面にレーザビームＬを照射すると、レーザビームＬはレーザ透過性樹脂材６２を透過してレーザ吸収性樹脂材６０に到達する。
この結果、まずレーザ吸収性樹脂材６０の表面が発熱・溶融し、その伝導熱によってレーザ透過性樹脂材６２の背面が溶融することとなり、図５に示すように、溶融部６４を介して樹脂材６０，６２の対向面同士が融着する。
【０００３】
また、図６に示すように、第１のレーザ透過性樹脂材７０、レーザ吸収体７２、及び第２のレーザ透過性樹脂材７４を積層配置させ状態で、レーザ吸収体７２に向けて第２のレーザ透過性樹脂材７４の表面側からレーザビームＬを照射すると、レーザビームＬは第２のレーザ透過性樹脂材７４を透過してレーザ吸収体７２に到達する。
そして、各レーザ吸収体７２が発熱し、その伝導熱を受けて第１のレーザ透過性樹脂材７０の表面及び第２のレーザ透過性樹脂材７４の背面が溶融する。
この結果、図７に示すように、両樹脂材７０，７４間はレーザ吸収体７２の配置箇所毎に生じた溶融部７６を介して融着・接合されることとなる。
【０００４】
このように、少なくとも一方がレーザ透過性を備えた樹脂材同士をレーザビームを照射することによって溶着する場合、従来は図８に示すレーザ加工装置８０が用いられていた。
この従来のレーザ加工装置８０は、半導体レーザ発振器８２と、コリメータレンズ８４と、反射ミラー８６と、Ｘ軸ガルバノミラー８８及びＹ軸ガルバノミラー９０と、結像用のｆθレンズ９２と、加工ステージ９４とを備えている。
レーザ発振器８２から出力されたレーザビームＬは、コリメータレンズ８４によって平行度が高められた後、Ｘ軸ガルバノミラー８８及びＹ軸ガルバノミラー９０によって必要な方向に偏向され、ｆθレンズ９２を経由して加工ステージ９４上の樹脂材９６に入射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の加工方法の場合、以下の問題点があった。
まず、レーザ光源として半導体レーザ発振器８２を用いているため出射ビームの広がり角が大きく、コリメータレンズ８４を通して平行度を高めたとしても、ガルバノミラー８８，９０から出力されたレーザビームをｆθレンズ９２を用いて集光することが不可欠であった。
このため、加工時にはＺ軸方向でのフォーカシングが不可欠であり、図９に示すように、加工対象物（レーザ吸収性樹脂材３０及びレーザ透過性樹脂材３２）表面の段差や凹凸によって照射位置αが上下する場合には、加工ステージ９４側の高さを変更する等して焦点位置を調整する必要があった。
【０００６】
この発明は、従来の樹脂材間の接合方法が抱えていた上記問題点を解決するために案出されたものであり、加工対象物である樹脂材の表面形状によってレーザビームの照射位置が複雑に上下する場合であっても、一々焦点を合わせることなく樹脂材間を溶着することができる技術の実現を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性樹脂材とレーザ吸収性樹脂材とを積層配置させる工程と、上記レーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収性樹脂材を加熱し、レーザ透過性樹脂材及びレーザ吸収性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法において、上記レーザビームとしてファイバーレーザを用いたことを特徴としている。
また、請求項２に記載した樹脂材間の接合方法は、第１のレーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収体と、第２のレーザ透過性樹脂材とを積層配置させる工程と、少なくとも一方のレーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたレーザ透過性樹脂材間の接合方法において、上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴としている。
【０００８】
ファイバーレーザは平行度の極めて高いレーザビームであるため、樹脂材の表面に凹凸や段差が存在し、接合箇所がＺ軸方向に上下するような場合であっても、その都度焦点を合わせる必要がなく、そのまま加工を続けることが可能となる。
この結果、接合作業の効率化及び加工装置の簡素化が実現できる。
【０００９】
また、請求項３に記載した樹脂材間の接合方法は、筒形状を備えた第１のレーザ透過性樹脂材の内部に、これに対応した形状を備えた第２のレーザ透過性樹脂材を、間にレーザ吸収体を介装させた状態で挿入させる工程と、第１のレーザ透過性樹脂材の表面側からファイバーレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程と、第２のレーザ透過性樹脂材を透過したファイバーレーザによって、反対側に位置するレーザ吸収体を再度加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
例えば、円筒形状の第１のレーザ透過性樹脂材の内面にレーザ吸収体を塗布し、そこに円筒形状あるいは円柱形状の第２のレーザ透過性樹脂材を嵌合する場合が当てはまる。
この場合、最初の接合箇所と次の接合箇所とではＺ軸方向に位置が上下しており、半導体レーザを用いた従来の加工方法では焦点がずれるため同時に接合することは不可能であった。
これに対し、極めて平行度の高いファイバーレーザであれば上下２箇所の接合を同時に実現することが可能となり、レーザを用いた樹脂溶着の適用範囲を拡大できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るレーザ加工装置１０の構成を示す模式図であり、ファイバーレーザ発振器１２と、ビームエキスパンダ１４と、反射ミラー１６と、Ｘ軸ガルバノミラー１８と、Ｙ軸ガルバノミラー２０と、加工ステージ２２とを備えている。
【００１２】
ファイバーレーザ発振器１２は、本体内部に複数のファイバー付き半導体レーザ素子とダブルクラッドファイバーとを備えており、励起光源である半導体レーザ素子から出力されたレーザビーム（波長：９２０ｎｍ）をレーザ媒質であるダブルクラッドファイバーに集め、ダブルクラッドファイバー内で共振されたレーザビームＬを外部に出射する機能を備えている。
【００１３】
このファイバーレーザ発振器１２の特性として、従来の半導体レーザ発振器に比べ、極めて集光性及び直進性の高いレーザビームが得られることが挙げられる。具体的には、半導体レーザ発振器の場合には出射ビームの広がり角が１００ｍｒａｄ程度であるのに対し、ファイバーレーザ発振器１２の場合には広がり角がわずか０．２ｍｒａｄと格段に小さくなる。
【００１４】
ファイバーレーザ発振器１２から出射されたレーザビームＬのコア径は０．１ｍｍであり、そのままでは樹脂溶着の目的には径が小さすぎるため、ビームエキスパンダ１４のレンズ群によって０．６ｍｍ程度までコア径が拡張される。
また、ビームエキスパンダ１４によって広径化される過程で、レーザビームＬの広がり角が０．０３ｒａｄまで抑制され、一段と平行度が高められる。
ビームエキスパンダ１４を通過したレーザビームＬは、反射ミラー１６を経由してガルバノミラー１８，２０に到達し、そこで必要な方向に偏向された後、加工対象物であるレーザ透過性樹脂材２４の表面に直接入射する。
上記のように、ファイバーレーザ発振器１２から出射され、ビームエキスパンダ１４を通過したレーザビームＬは極めて高い平行度を備えているため、半導体レーザ発振器を用いた従来のレーザ加工装置のようにｆθレンズで集光する必要がなく、そのまま積層された樹脂材の表面に導かれる。
【００１５】
図２は、このレーザ加工装置１０を用いて樹脂材間を溶着する様子を示すものであり、積層配置されたレーザ吸収性樹脂材３０及びレーザ透過性樹脂材３２に対し、レーザ透過性樹脂材３２側からレーザビームＬを照射すると、透過レーザビームによってレーザ吸収性樹脂材３０の表面が発熱・溶融し、その伝導熱によってレーザ透過性樹脂材３２の背面が溶融する結果、溶融部３４を介して樹脂材３０，３２の対向面同士が融着する。
しかも、レーザビームＬの平行度が極めて高いため、図示の通り凹凸のあるレーザ吸収性樹脂材３０及びレーザ透過性樹脂材３２間を溶着する場合であっても照射位置の高さに応じてレーザビームＬの焦点を調整する必要がなくなり、接合パターンに沿ってレーザビームをそのまま走査させれば済む。
【００１６】
図３は他の接合例を示すものであり、円筒状の第２のレーザ透過性樹脂材４０の表面にレーザ吸収体４２を塗布した上で、円筒状の第１のレーザ透過性樹脂材４４内に挿通した連結体４６に対し、第１のレーザ透過性樹脂材４４の表面からレーザビームＬを照射している。
この場合、レーザビームＬは第１のレーザ透過性樹脂材４４を透過してレーザ吸収体４２に到達し、これを加熱する。つぎに、この伝導熱を受けて第２のレーザ透過性樹脂材４０の表面及び第１のレーザ透過性樹脂材４４の内面が溶融する結果、両樹脂材４０，４４間は溶融部４８ａを介して接合される。
同時に、第２のレーザ透過性樹脂材４０を透過したレーザビームＬが第２のレーザ透過性樹脂材４０の内面に再入射し、溶融部４８ａの反対側に位置するレーザ吸収体４２を加熱する。この結果、両樹脂材４０，４４間は、溶融部４８ｂを介しても接合される。
【００１７】
従来のレーザ加工装置の場合には、上記のように照射位置が上下する場合には一々焦点を合わせ直す必要があったため、このようにレーザビームのワンショットで上下２ヶ所を同時に接合させることは不可能であった。
この接合技術を応用することにより、例えば医療用の透明樹脂チューブ同士を接着剤を用いることなくレーザビームの走査によって迅速に接合することが可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明に係る樹脂材間の接合方法にあっては、レーザビームとして極めて高い平行度を備えたファイバーレーザを用いているため、樹脂材の表面に凹凸や段差が存在し、接合箇所がＺ軸方向に上下するような場合であっても、その都度焦点を合わせる必要がなく、そのまま加工を続けることが可能となり、接合作業の効率化及び加工装置の簡素化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図２】上記レーザ加工装置を用いて凹凸を備えた樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【図３】上記レーザ加工装置を用いて円筒形状の樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【図４】レーザビームを用いてレーザ吸収性樹脂材及びレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図５】レーザビームを用いてレーザ吸収性樹脂材及びレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図６】レーザビームを用いてレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図７】レーザビームを用いてレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図８】従来のレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図９】従来のレーザ加工装置を用いて凹凸を備えた樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  レーザ加工装置
１２  ファイバーレーザ発振器
１４  ビームエキスパンダ
１８  Ｘ軸ガルバノミラー
２０  Ｙ軸ガルバノミラー
２２  加工ステージ
２４  レーザ透過性樹脂材
３０  レーザ吸収性樹脂材
３２  レーザ透過性樹脂材３２
３４  溶融部
４０  第２のレーザ透過性樹脂材
４２  レーザ吸収体
４４  第１のレーザ透過性樹脂材
４８ａ  溶融部
４８ｂ  溶融部
【図１】
2004351873.tif 000003
【図２】
2004351873.tif 000004
【図３】
2004351873.tif 000005
【図４】
2004351873.tif 000006
【図５】
2004351873.tif 000007
【図６】
2004351873.tif 000008
【図７】
2004351873.tif 000009
【図８】
2004351873.tif 000010
【図９】
2004351873.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月26日(2003.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】レーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収性樹脂材とを積層配置させる工程と、
上記レーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収性樹脂材を加熱し、レーザ透過性樹脂材及びレーザ吸収性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備え、
上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項２】第１のレーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収体と、第２のレーザ透過性樹脂材とを積層配置させる工程と、
少なくとも一方のレーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備え、
上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項３】筒形状を備えた第１のレーザ透過性樹脂材の内部に、これに対応した形状を備えた第２のレーザ透過性樹脂材を、間にレーザ吸収体を介装させた状態で挿入させる工程と、
第１のレーザ透過性樹脂材の表面側からファイバーレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程と、
第２のレーザ透過性樹脂材を透過したファイバーレーザによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、
溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたことを特徴とする樹脂材間の接合方法。
【請求項４】ビームエキスパンダによって広径化させたファイバーレーザを、レーザ透過性樹脂材の表面側から照射することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の樹脂材間の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、少なくとも一方がレーザ透過性を備えた樹脂材間の接合方法に係り、特に、レーザ透過性樹脂材の表面からレーザビームを照射することによって樹脂材の対向面を加熱し、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に接合させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、レーザ吸収性を備えた樹脂材60とレーザ透過性を備えた樹脂材62とを積層配置させた状態で、レーザ透過性樹脂材62の表面にレーザビームＬを照射すると、レーザビームＬはレーザ透過性樹脂材62を透過してレーザ吸収性樹脂材60に到達する。
この結果、まずレーザ吸収性樹脂材60の表面が発熱・溶融し、その伝導熱によってレーザ透過性樹脂材62の背面が溶融することとなり、図５に示すように、溶融部64を介して樹脂材60,62の対向面同士が融着する。
【０００３】
また、図６に示すように、第１のレーザ透過性樹脂材70、レーザ吸収体72、及び第２のレーザ透過性樹脂材74を積層配置させ状態で、レーザ吸収体72に向けて第２のレーザ透過性樹脂材74の表面側からレーザビームＬを照射すると、レーザビームＬは第２のレーザ透過性樹脂材74を透過してレーザ吸収体72に到達する。
そして、各レーザ吸収体72が発熱し、その伝導熱を受けて第１のレーザ透過性樹脂材70の表面及び第２のレーザ透過性樹脂材74の背面が溶融する。
この結果、図７に示すように、両樹脂材70,74間はレーザ吸収体72の配置箇所毎に生じた溶融部76を介して融着・接合されることとなる。
【０００４】
このように、少なくとも一方がレーザ透過性を備えた樹脂材同士をレーザビームを照射することによって溶着する場合、従来は図８に示すレーザ加工装置80が用いられていた。
この従来のレーザ加工装置80は、半導体レーザ発振器82と、コリメータレンズ84と、反射ミラー86と、Ｘ軸ガルバノミラー88及びＹ軸ガルバノミラー90と、結像用のｆθレンズ92と、加工ステージ94とを備えている。
レーザ発振器82から出力されたレーザビームＬは、コリメータレンズ84によって平行度が高められた後、Ｘ軸ガルバノミラー88及びＹ軸ガルバノミラー90によって必要な方向に偏向され、ｆθレンズ92を経由して加工ステージ94上の樹脂材96に入射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の加工方法の場合、以下の問題点があった。
まず、レーザ光源として半導体レーザ発振器82を用いているため出射ビームの広がり角が大きく、コリメータレンズ84を通して平行度を高めたとしても、ガルバノミラー88,90から出力されたレーザビームをｆθレンズ92を用いて集光することが不可欠であった。
このため、加工時にはＺ軸方向でのフォーカシングが不可欠であり、図９に示すように、加工対象物（レーザ吸収性樹脂材30及びレーザ透過性樹脂材32）表面の段差や凹凸によって照射位置αが上下する場合には、加工ステージ94側の高さを変更する等して焦点位置を調整する必要があった。
【０００６】
この発明は、従来の樹脂材間の接合方法が抱えていた上記問題点を解決するために案出されたものであり、加工対象物である樹脂材の表面形状によってレーザビームの照射位置が複雑に上下する場合であっても、一々焦点を合わせることなく樹脂材間を溶着することができる技術の実現を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性樹脂材とレーザ吸収性樹脂材とを積層配置させる工程と、上記レーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収性樹脂材を加熱し、レーザ透過性樹脂材及びレーザ吸収性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えた樹脂材間の接合方法において、上記レーザビームとしてファイバーレーザを用いたことを特徴としている。
また、請求項２に記載した樹脂材間の接合方法は、第１のレーザ透過性樹脂材と、レーザ吸収体と、第２のレーザ透過性樹脂材とを積層配置させる工程と、少なくとも一方のレーザ透過性樹脂材の表面側からレーザビームを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたレーザ透過性樹脂材間の接合方法において、上記レーザビームとして、ファイバーレーザを用いたことを特徴としている。
【０００８】
ファイバーレーザは平行度の極めて高いレーザビームであるため、樹脂材の表面に凹凸や段差が存在し、接合箇所がＺ軸方向に上下するような場合であっても、その都度焦点を合わせる必要がなく、そのまま加工を続けることが可能となる。
この結果、接合作業の効率化及び加工装置の簡素化が実現できる。
【０００９】
また、請求項３に記載した樹脂材間の接合方法は、筒形状を備えた第１のレーザ透過性樹脂材の内部に、これに対応した形状を備えた第２のレーザ透過性樹脂材を、間にレーザ吸収体を介装させた状態で挿入させる工程と、第１のレーザ透過性樹脂材の表面側からファイバーレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程と、第２のレーザ透過性樹脂材を透過したファイバーレーザによって、反対側に位置するレーザ吸収体を再度加熱し、第１のレーザ透過性樹脂材及び第２のレーザ透過性樹脂材の少なくとも一方の対向面を溶融させる工程と、溶融した樹脂材を他方の樹脂材に融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
例えば、円筒形状の第１のレーザ透過性樹脂材の内面にレーザ吸収体を塗布し、そこに円筒形状あるいは円柱形状の第２のレーザ透過性樹脂材を嵌合する場合が当てはまる。
この場合、最初の接合箇所と次の接合箇所とではＺ軸方向に位置が上下しており、半導体レーザを用いた従来の加工方法では焦点がずれるため同時に接合することは不可能であった。
これに対し、極めて平行度の高いファイバーレーザであれば上下２箇所の接合を同時に実現することが可能となり、レーザを用いた樹脂溶着の適用範囲を拡大できる。
【００１１】
請求項４に記載した樹脂材間の接合方法は、請求項１〜３の接合方法において、ビームエキスパンダによって広径化させたファイバーレーザを、レーザ透過性樹脂材の表面側から照射することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るレーザ加工装置10の構成を示す模式図であり、ファイバーレーザ発振器12と、ビームエキスパンダ14と、反射ミラー16と、Ｘ軸ガルバノミラー18と、Ｙ軸ガルバノミラー20と、加工ステージ22とを備えている。
【００１３】
ファイバーレーザ発振器12は、本体内部に複数のファイバー付き半導体レーザ素子とダブルクラッドファイバーとを備えており、励起光源である半導体レーザ素子から出力されたレーザビーム（波長：920nm）をレーザ媒質であるダブルクラッドファイバーに集め、ダブルクラッドファイバー内で共振されたレーザビームＬを外部に出射する機能を備えている。
【００１４】
このファイバーレーザ発振器12の特性として、従来の半導体レーザ発振器に比べ、極めて集光性及び直進性の高いレーザビームが得られることが挙げられる。
具体的には、半導体レーザ発振器の場合には出射ビームの広がり角が100mrad程度であるのに対し、ファイバーレーザ発振器12の場合には広がり角がわずか0.2mradと格段に小さくなる。
【００１５】
ファイバーレーザ発振器12から出射されたレーザビームＬのコア径は0.1mmであり、そのままでは樹脂溶着の目的には径が小さすぎるため、ビームエキスパンダ14のレンズ群によって0.6mm程度までコア径が拡張される。
また、ビームエキスパンダ14によって広径化される過程で、レーザビームＬの広がり角が0.03radまで抑制され、一段と平行度が高められる。
ビームエキスパンダ14を通過したレーザビームＬは、反射ミラー16を経由してガルバノミラー18,20に到達し、そこで必要な方向に偏向された後、加工対象物であるレーザ透過性樹脂材24の表面に直接入射する。
上記のように、ファイバーレーザ発振器12から出射され、ビームエキスパンダ14を通過したレーザビームＬは極めて高い平行度を備えているため、半導体レーザ発振器を用いた従来のレーザ加工装置のようにｆθレンズで集光する必要がなく、そのまま積層された樹脂材の表面に導かれる。
【００１６】
図２は、このレーザ加工装置10を用いて樹脂材間を溶着する様子を示すものであり、積層配置されたレーザ吸収性樹脂材30及びレーザ透過性樹脂材32に対し、レーザ透過性樹脂材32側からレーザビームＬを照射すると、透過レーザビームによってレーザ吸収性樹脂材30の表面が発熱・溶融し、その伝導熱によってレーザ透過性樹脂材32の背面が溶融する結果、溶融部34を介して樹脂材30,32の対向面同士が融着する。
しかも、レーザビームＬの平行度が極めて高いため、図示の通り凹凸のあるレーザ吸収性樹脂材30及びレーザ透過性樹脂材32間を溶着する場合であっても照射位置の高さに応じてレーザビームＬの焦点を調整する必要がなくなり、接合パターンに沿ってレーザビームをそのまま走査させれば済む。
【００１７】
図３は他の接合例を示すものであり、円筒状の第２のレーザ透過性樹脂材40の表面にレーザ吸収体42を塗布した上で、円筒状の第１のレーザ透過性樹脂材44内に挿通した連結体46に対し、第１のレーザ透過性樹脂材44の表面からレーザビームＬを照射している。
この場合、レーザビームＬは第１のレーザ透過性樹脂材44を透過してレーザ吸収体42に到達し、これを加熱する。つぎに、この伝導熱を受けて第２のレーザ透過性樹脂材40の表面及び第１のレーザ透過性樹脂材44の内面が溶融する結果、両樹脂材40，44間は溶融部48ａを介して接合される。
同時に、第２のレーザ透過性樹脂材40を透過したレーザビームＬが第２のレーザ透過性樹脂材40の内面に再入射し、溶融部48ａの反対側に位置するレーザ吸収体42を加熱する。この結果、両樹脂材40，44間は、溶融部48ｂを介しても接合される。
【００１８】
従来のレーザ加工装置の場合には、上記のように照射位置が上下する場合には一々焦点を合わせ直す必要があったため、このようにレーザビームのワンショットで上下２ヶ所を同時に接合させることは不可能であった。
この接合技術を応用することにより、例えば医療用の透明樹脂チューブ同士を接着剤を用いることなくレーザビームの走査によって迅速に接合することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明に係る樹脂材間の接合方法にあっては、レーザビームとして極めて高い平行度を備えたファイバーレーザを用いているため、樹脂材の表面に凹凸や段差が存在し、接合箇所がＺ軸方向に上下するような場合であっても、その都度焦点を合わせる必要がなく、そのまま加工を続けることが可能となり、接合作業の効率化及び加工装置の簡素化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図２】上記レーザ加工装置を用いて凹凸を備えた樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【図３】上記レーザ加工装置を用いて円筒形状の樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【図４】レーザビームを用いてレーザ吸収性樹脂材及びレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図５】レーザビームを用いてレーザ吸収性樹脂材及びレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図６】レーザビームを用いてレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図７】レーザビームを用いてレーザ透過性樹脂材の積層体を接合する様子を示す断面図である。
【図８】従来のレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図９】従来のレーザ加工装置を用いて凹凸を備えた樹脂材間を溶着する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
10  レーザ加工装置
12  ファイバーレーザ発振器
14  ビームエキスパンダ
18  Ｘ軸ガルバノミラー
20  Ｙ軸ガルバノミラー
22  加工ステージ
24  レーザ透過性樹脂材
30  レーザ吸収性樹脂材
32  レーザ透過性樹脂材32
34  溶融部
40  第２のレーザ透過性樹脂材
42  レーザ吸収体
44  第１のレーザ透過性樹脂材
48ａ  溶融部
48ｂ  溶融部