(57)【要約】【課題】吸収体などを使用せずに可視光部に透明性を有する樹脂同士を溶着することができ、また該樹脂同士が重ね合わされた円筒部材などであってもその内部側から溶着できる安価で作業性に優れたレーザー溶着方法およびレーザー溶着装置を提供する。【解決手段】樹脂体同士を当接する当接工程と、当接界面にレーザー光を照射することで上記樹脂体同士を溶融圧着する溶着工程とを備えてなる樹脂体同士のレーザー溶着方法であって、上記当接工程は、それぞれ異なる光吸収スペクトル特性を有する樹脂体同士を当接する工程であり、上記溶着工程は、各樹脂体を構成する樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す領域の波長を発振するレーザー光を照射する。【選択図】図１
2005145050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂体同士を当接する当接工程と、当接界面にレーザー光を照射することで前記樹脂体同士を溶融圧着する溶着工程とを備えてなる樹脂体同士のレーザー溶着方法であって、
前記当接工程は、それぞれ異なる光吸収スペクトル特性を有する樹脂体同士を当接する工程であり、
前記溶着工程は、各樹脂体を構成する樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す領域の波長を発振するレーザー光を照射することを特徴とするレーザー溶着方法。
【請求項２】
前記樹脂同士が光透過性樹脂であり、その一方が可視光領域の一部に吸収を示し、他方が可視光領域に吸収を示さない樹脂であり、該可視光領域に吸収を示さない樹脂の側から前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項１記載のレーザー溶着方法。
【請求項３】
前記樹脂体が円筒体であり、各円筒体を構成する樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す樹脂からなる円筒体を外周体とし他方の樹脂を内周体とした円筒部材の内外周体間の溶着に用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザー溶着方法。
【請求項４】
前記レーザー光は、前記円筒部材の内部に挿入されたプリズムの先端部を通し変角して、前記内周体側から照射することを特徴とする請求項３記載のレーザー溶着方法。
【請求項５】
２つの樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す樹脂からなる円筒体を外周体とし他方の樹脂からなる円筒体を内周体とした円筒部材の内外周体間の溶着を行なうレーザー溶着装置であって、
該レーザー溶着装置は、前記より大きな光吸収を示す領域の波長を発振するレーザー光源と、該レーザー光源からのレーザー光が前記内周体側から照射される角度に変角できるよう端部形状を加工されたプリズムと、該プリズムを支持するプリズム支持手段と、前記円筒部材を支持する円筒支持手段とを備えてなり、
前記プリズム支持手段および円筒支持手段の少なくとも一方が、前記円筒部材の軸方向に沿って平行移動可能に設けられ、溶着時において、前記円筒部材の円筒内部に前記プリズムの端部が位置するよう移動されることを特徴とするレーザー溶着装置。
【請求項６】
前記プリズムおよび円筒部材の少なくとも一方が、それぞれの支持位置において回転駆動されることを特徴とする請求項５記載のレーザー溶着装置。
【請求項７】
前記プリズムの先端部形状は、前記レーザー光を前記内周体面に略垂直に照射させる形状であることを特徴とする請求項５または請求項６記載のレーザー溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療器具産業、食品産業、半導体産業、自動車産業、事務機器産業、光学産業または化学産業等の分野に使用される樹脂製品のレーザー溶着方法およびレーザー溶着装置に関する。さらに詳しくはレーザー光に対して透過性を有するため通常のレーザー溶着方法では困難な光透過性樹脂のレーザー溶着方法およびレーザー溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂の溶着方法としては、超音波溶着、高周波溶着、熱溶着、レーザー溶着などが従来から知られている。
これらの中で、レーザー溶着方法は、バリが発生しない、振動がない、静音性に優れる、局部を加熱できる等、溶着時の作業性に優れる。また、溶着後の外観に優れるなどの特徴があり、近年注目されている。
レーザー溶着法は、当接する樹脂同士の界面にレーザー光を照射して界面で吸収されるエネルギーにより相互に熱溶融して溶着する方法である。レーザー光のエネルギーを吸収する必要があることから、レーザー溶着法は、光透過性樹脂材料と光吸収性樹脂材料との組合せが必要であり、従来から種々の提案がなされている。例えば、所定のレーザー光を当接面に照射させながら、これら当接面が溶融状態となったところで、直ちに所定の圧着手段にて両者を圧接したもの（特許文献１参照）、レーザー光に対して透過性のあるポリカーボネート材からなるレンズと、レーザー光に対して吸収性にある吸収性樹脂からなるボディとを接合する場合に、その当接部の溶着面にレーザー光を斜めに照射したもの（特許文献２参照）などがある。
【０００３】
また、レーザー溶着法では半導体レーザーおよびＹＡＧレーザーなど 780〜1200ｎｍの波長を使用している。これらの近赤外領域の光波長では、可視光部透明樹脂であればほとんどの場合吸収が見られず光透過性樹脂として機能する。よってこれらの光透過性樹脂材料同士を上記のようなレーザーを用いレーザー溶着することは困難であった。
従来、この対策として、一方の樹脂に着色顔料あるいは無機フィラーなどを添加したもの、または、接合する光透過性樹脂の当接界面に黒インクなどの光吸収物質を介在させ溶着を行なうもの（特許文献３参照）、隣接する光透過性樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性の透明樹脂フィルムを介在させ溶着を行なうもの（特許文献４）などが知られている。
【０００４】
しかしながら、着色顔料などの添加物を加えた場合、可視光部で不透明になるため光透過性樹脂同士の溶着ではなくなり、製品の透明性が失われるという問題がある。また、上記黒インクやレーザー光に対して吸収性の透明樹脂フィルムを溶着界面に介在させたものは、その性質によっては、食品関連部品、医療関連部品などにおける材料規制によりその製品を使用できないなどの問題がある。また、光吸収物質や光吸収性フィルムを使用すると、作業工程が複雑になるととともに、製品のコストが高くなるという問題もある。
【０００５】
また従来、複層円筒部材などのレーザー溶着といえば、吸収体が内側にあり透過体が外側にあることで、溶着目的物に外側から直接レーザー光を照射する方法が一般的とされてきた。しかしながら、パイプに蓋などを溶着する場合、パイプは透明で蓋側が色付きであることが多く、吸収体が蓋側になることが多い。この場合では、通常の方法では加工することができず、パイプ側に吸収材の添加もしくは界面により吸収率が高いものを塗布するため、上述と同じく製品の透明性が失われるという問題や、加工する上で追加工程が必要になるという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−１７０３７１号公報（段落「０００５」）
【特許文献２】特開２００２−２９２７４１号公報（段落「００１１」）
【特許文献３】特開２００２−６７１６４号公報（段落「００１９」）
【特許文献４】特開２００３−１８１９３１号公報（段落「００１４」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、溶着しようとする光透過性樹脂の吸収スペクトル特性を調べることにより、光吸収体などを使用せずに可視光部に透明性を有する樹脂同士を溶着することができ、また該樹脂同士が重ね合わされた円筒部材などであってもその内部側から溶着できる安価で作業性に優れたレーザー溶着方法およびレーザー溶着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のレーザー溶着方法は、樹脂体同士を当接する当接工程と、当接界面にレーザー光を照射することで上記樹脂体同士を溶融圧着する溶着工程とを備えてなる樹脂体同士のレーザー溶着方法であって、上記当接工程は、それぞれ異なる光吸収スペクトル特性を有する樹脂体同士を当接する工程であり、上記溶着工程は、各樹脂体を構成する樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す領域の波長を発振するレーザー光を照射することを特徴とする。
また、溶着する樹脂同士が光透過性樹脂であり、その一方が可視光領域の一部に吸収を示し、他方が可視光領域に吸収を示さない樹脂であり、該可視光領域に吸収を示さない樹脂の側からレーザー光を照射することを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明のレーザー溶着方法は、上記樹脂体が円筒体であり、各円筒体を構成する樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す樹脂からなる円筒体を外周体とし他方の樹脂を内周体とした円筒部材の内外周体間の溶着に用いることを特徴とする。
また、上記円筒部材の内部に挿入されたプリズムの先端部を通し変角して、前記内周体側から照射することを特徴とする。
【０００９】
本発明のレーザー溶着装置は、２つの樹脂の光吸収スペクトル特性を比較して、より大きな光吸収を示す樹脂からなる円筒体を外周体とし他方の樹脂からなる円筒体を内周体とした円筒部材の内外周体間の溶着を行なうレーザー溶着装置であって、該レーザー溶着装置は、上記より大きな光吸収を示す領域の波長を発振するレーザー光源と、該レーザー光源からのレーザー光が上記内周体側から照射される角度に変角できるよう端部形状を加工されたプリズムと、該プリズムを支持するプリズム支持手段と、上記円筒部材を支持する円筒支持手段とを備えてなり、上記プリズム支持手段および円筒支持手段の少なくとも一方が、上記円筒部材の軸方向に沿って平行移動可能に設けられ、溶着時において、上記円筒部材の円筒内部に上記プリズムの端部が位置するよう移動されることを特徴とする。
また、上記プリズム支持手段および円筒支持手段の少なくとも一方が、それぞれの支持位置において回転駆動されることを特徴とする。
また、上記プリズムの先端部形状は、上記レーザー光を上記内周体面に略垂直に照射させる形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のレーザー溶着方法は、可視光領域に吸収を示さない無色の光透過性樹脂の側から予め光吸収スペクトル特性を測定することで定められたレーザー光を照射することにより、このレーザー光が、該樹脂を透過した後、可視光領域の一部に吸収を示す有色の光透過性樹脂表面で吸収されて、その界面で溶解が起こり両樹脂が溶着される。その結果、光吸収体などを使用せずに可視光部に透明性を有する樹脂体同士を容易に溶着できる。さらにプリズムなどを利用するので、上記樹脂体同士が重ね合わされた円筒部材などであってもその内部側から溶着できる。
本発明のレーザー溶着装置は、プリズムを通してレーザー光を変角し円筒部材の内部よりレーザー光を照射するので、外周に吸収体があるような場合でも円筒状の樹脂同士を溶着することができる。また、レーザー光が均一に照射されるような形状のプリズムを用いることで、または、プリズムなどを回転させることで樹脂同士を両樹脂間の円周面上で均一に溶着できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
レーザー樹脂溶着方法における主な加工条件は、レーザーの照射密度および操作速度、樹脂材料の光吸収特性であり、本発明はこの中で光吸収特性に注目したものである。具体的には、可視光領域の一部に吸収を示す有色の光透過性樹脂（以下、有色透明樹脂という）が、可視光領域において吸収波長を有することに着目し、該波長のレーザー光を用いることで、透明樹脂であっても吸収溶解を起こさせることができる。
【００１２】
本発明のレーザー溶着方法を図１を参照して説明する。図１は、レーザー溶着断面の模式図を示す。
可視光領域に吸収を示さない樹脂は、可視光領域の光を透過するので無色透明樹脂となる。また、可視光領域の一部に吸収を示す樹脂は、可視光領域の一部の波長の光を吸収するので有色樹脂となり、吸光度の強さにより有色透明樹脂となる。
本発明は無色透明樹脂１と、有色透明樹脂２とを重ね合わせ、無色透明樹脂１側から、レーザー光３を照射する。樹脂１と樹脂２とを相互に重ね合わせた界面で溶着させるため、少なくとも一方は熱可塑性樹脂であることが好ましい。特に有色透明樹脂２が熱可塑性樹脂であることが好ましく、より好ましくは無色透明樹脂１および有色透明樹脂２が共に熱可塑性樹脂である。
レーザー光３は、有色透明樹脂２の吸収波長を含む領域の波長を発振できるものである。このため、レーザー光３は、無色透明樹脂１で吸収されることなく透過した後、有色透明樹脂２の当接界面２ａで吸収され有色透明樹脂２を発熱させる。その結果、界面２ａが溶解し、無色透明樹脂１と有色透明樹脂２とが溶着される。
【００１３】
無色透明樹脂１は、可視光領域、すなわち略４００ ｎｍ 〜 ８００ｎｍにおいて吸収波長を有しない透明樹脂であればよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、エチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、メタクリル樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンなどが挙げられる。
また、有色透明樹脂２は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。具体的には、上記の無色透明樹脂１に、光吸収剤、例えば着色染料等を含有させた樹脂などが挙げられる。
【００１４】
着色染料としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料、反応染料などが挙げられる。
【００１５】
使用するレーザー光としては、用いる有色透明樹脂２の可視光領域における吸収スペクトルを測定したのち、この有色透明樹脂２の吸収波長を有するレーザー光を適宜使用する。有色透明樹脂２の吸収波長は、可視光領域である略４００ ｎｍ 〜 ８００ｎｍの範囲内である。よって、レーザー光源としては、該範囲の波長を有するレーザー光を発生させるため半導体レーザー、ＹＡＧ倍波レーザーなどを用いる。
【００１６】
樹脂１と樹脂２とを溶着する場合、第一工程として溶着する箇所同士を相互に当接する。当接はレーザー光を照射するときに相互に固定されていればよい。固定できる状態であれば樹脂１と樹脂２との溶着箇所は平面同士または曲面同士であっても、面と線との組み合わせであってもよい。線の部分で当接している場合であっても線が溶融することにより、面同士の溶着となる。
次の工程として、無色透明樹脂１側からレーザー光を照射する。照射は溶着面に垂直にレーザー光を照射することが好ましい。
【００１７】
本発明のレーザー溶着装置を図４を参照して説明する。図４（ａ）は、レーザー非照射時のレーザー溶着装置の概略図を、図４（ｂ）はレーザー照射時のレーザー溶着装置の概略図をそれぞれ示す。
レーザー溶着装置７は、無色透明樹脂１からなるパイプを内周体とし、有色透明樹脂２からなるキャップを外周体とした円筒部材１１において、無色透明樹脂１と有色透明樹脂２を、パイプ内部からのレーザー照射により溶着するための装置である。
図４（ａ）に示すように、レーザー溶着装置７は、レーザー光源８と、該光源からのレーザー光を照射するためのプリズム９と、該プリズム９を所定位置で支持するプリズム支持手段１０と、溶着対象である円筒部材１１を支持する円筒支持手段１２とを備えている。
レーザー光源８は、有色透明樹脂２の吸収波長を有するレーザー光を発生させるものとして上記の半導体レーザー、ＹＡＧ倍波レーザーなどを用いる。
円筒支持手段１２は、図中矢印で示す円筒部材１１の軸方向に沿って平行移動可能であり、レーザー非照射時（図４（ａ））の位置から、プリズム９の先端部９ａが、円筒部材１１のパイプ内部の溶着位置まで図中右方向に移動した後（図４（ｂ））、該先端部９ａからレーザー光が照射されて溶着が行なわれる。この平行移動は、モータなどの外部動力（図示省略）により行なわれる。
なお、プリズム支持手段１０を平行移動可能としてもよく、同様の効果を得られる。
【００１８】
プリズム支持手段１０は、転がり軸受などの軸受１０ａによりプリズム９を回転自在に支持しており、該プリズム９は、プーリー１３を介して上部のモータ１４により回転駆動される。プリズム９を回転させ、レーザー光を回転照射させることにより、無色透明樹脂１と、有色透明樹脂２とを両樹脂間の円周面上で均一に溶着できる。この結果、溶着した樹脂間での気密性に優れる。
なお、プリズム９を固定し、円筒部材１１を回転駆動させてもよく、同様の効果を得られる。この場合では、プリズム９を回転させる場合と同様に、円筒支持手段１２に軸受などを設けて円筒部材１１を回転自在に支持し、プーリー、モータなどを用いて回転駆動させる。
【００１９】
プリズム９または円筒部材１１の必要回転（移動）速度は、レーザー光の平均出力に依存する。すなわち、十分な溶着強度を得るためには、レーザー平均出力が小さい場合、回転速度を遅くし各レーザー照射位置での照射時間を長くする必要あり、回転速度が速い場合、レーザー平均出力を大きくする必要がある。
レーザー平均出力と、回転（移動）速度との指標として、下記式より求められる照射エネルギーがある。
照射エネルギー（Ｊ）＝レーザー平均出力（Ｗ）×照射時間（ｓ）
ここで、照射時間（ｓ）＝スポット径（ｍｍ）÷移動速度（ｍｍ／ｓ）
十分な溶着強度を得るためには、上記照射エネルギーが、３Ｊ〜１５Ｊの範囲であることが好ましい。３Ｊ未満であると溶着強度不足であり、１５Ｊをこえると樹脂焼けなどを起こしてしまう。
【００２０】
プリズム９の先端部形状の一例を図５および図６を参照して説明する。図５（ａ）〜図５（ｃ）はプリズムの先端部形状を示す図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、図５（ａ）〜図５（ｃ）の先端部形状を有するプリズムを用いた場合のレーザー光照射の様子を示す図である。
各プリズム９の先端部形状は、レーザー光が円筒部材１１の内周体である無色透明樹脂１の側から照射される角度に変角できる形状であればよい。また、レーザー光は、２分岐、４分岐など複数に分岐されてもよい。
図５（ａ）に示す先端部形状を有するプリズムを使用した場合、図６（ａ）に示すような方向でレーザー光３が変角される。この場合では、変角前と変角後でのレーザー光強度はほぼ同じである。
図５（ｂ）に示す先端部形状を有するプリズムを使用した場合、図６（ｂ）に示すように、２方向にレーザー光３が変角・分岐される。この場合、分岐されたレーザー光各々の強度は、変角前のレーザー光と比較して略半分に低下する。
図５（ｃ）に示す円錐形状の先端部形状を有するプリズムを使用した場合、図６（ｃ）に示すように、円周方向にレーザー光３が変角・分岐される。この場合、両樹脂間の円周界面全体を同時に溶着することが可能であるが、円周界面の各位置に到達するレーザー光の強度は、変角前のレーザー光と比較して大幅に低下するため、高出力のレーザーが必要となる。
【００２１】
プリズム９の先端部形状は、レーザー光３が内周体である無色透明樹脂１の表面に略垂直に照射させる形状であることが好ましい。先端部形状の角度を、レーザー光が、一度目に入射するプリズムと空気との界面で全反射した後、次の界面で内周体面に略垂直方向となる角度に屈折するように調整する。
具体的には、プリズムの先端部形状の角度をθ、プリズムの屈折率をn1、空気の屈折率をn2=1、レーザー光の第１入射角度をＡ、第２入射角度をα、第２屈折角度をβとすると、θは下記式（１）および（２）の条件を満たす値とする。
【数１】
2005145050.tif 000003
【００２２】
プリズムとして、ＢＫ−７（屈折率：1.5168 ）を用いた場合、プリズム先端部形状の角度θは、45°〜90°、好ましくは60°〜90°、さらに好ましくは上記式（２）より求められるθ近傍である 75°〜81°とする。該角度が75°〜81°程度の範囲であると、レーザー光が無色透明樹脂１の表面に略垂直に照射されるため溶着強度に優れる。
【実施例】
【００２３】
実施例１
熱可塑性無色透明樹脂として図２の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルと、熱可塑性有色透明樹脂として図２の５で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（赤色に着色）とを、該ポリ塩化ビニル（赤色に着色）の吸収波長である５３２ｎｍの波長を有するレーザー光を用いて溶着を行なった。なお、レーザー光源は、ＹＡＧ倍波レーザーであり、平均出力８Ｗ、操作速度１ｍｍ／ｓとした。
【００２４】
実施例２
熱可塑性無色透明樹脂として図３の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルと、熱可塑性有色透明樹脂として図３の６で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（青色に着色）とを、該ポリ塩化ビニル（青色に着色）の吸収波長である６３５ｎｍの波長を有するレーザー光を用いて溶着を行なった。なお、レーザー光源は、半導体レーザーであり、最大出力７．５Ｗ、操作速度１ｍｍ／ｓとした。
【００２５】
実施例１および実施例２で得られた透明性樹脂部材は、十分な接合強度、具体的には樹脂強度に対して９０％の接合強度を有していた。
【００２６】
実施例３
図４（ａ）および図４（ｂ）で示すレーザー溶着装置を用いて、円筒部材（キャップ付きパイプ）のレーザー溶着を行なった。円筒部材は、内周体であるパイプに熱可塑性無色透明樹脂として図２の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルを、外周体であるキャップに熱可塑性有色透明樹脂として図２の５で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（赤色に着色）をそれぞれ用いた。レーザー光は、パイプ内部の内周体側より照射した。レーザー光源としては、該ポリ塩化ビニル（赤色に着色）の吸収波長である５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザー（日本レーザー製  ＬＥＥ  ＬＤＰ−１５ＴＱＧ）を用いた。プリズムは、図５（ａ）に示す先端部形状を有するもの（材質：ＢＫ−７）を用いた。レーザー平均出力７Ｗ１０ｋＨｚ、プリズムの角速度 ０．１π ｒａｄ／ｓ（１周２０秒）の条件で溶着を行なった。
【００２７】
実施例４
図４（ａ）および図４（ｂ）で示すレーザー溶着装置を用いて、円筒部材（キャップ付きパイプ）のレーザー溶着を行なった。円筒部材は、内周体であるパイプに熱可塑性無色透明樹脂として図２の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルを、外周体であるキャップに熱可塑性有色透明樹脂として図２の５で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（赤色に着色）をそれぞれ用いた。レーザー光は、パイプ内部の内周体側より照射した。レーザー光源としては、該ポリ塩化ビニル（赤色に着色）の吸収波長である５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザー（日本レーザー製  ＬＥＥ  ＬＤＰ−１５ＴＱＧ）を用いた。プリズムは、図５（ｂ）に示す先端部形状を有するもの（材質：ＢＫ−７）を用いた。レーザー平均出力７Ｗ１０ｋＨｚ、プリズムの角速度 ０．１π ｒａｄ／ｓ（半周１０秒）の条件で溶着を行なった。
【００２８】
実施例５
図４（ａ）および図４（ｂ）で示すレーザー溶着装置を用いて、円筒部材（キャップ付きパイプ）のレーザー溶着を行なった。円筒部材は、内周体であるパイプに熱可塑性無色透明樹脂として図２の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルを、外周体であるキャップに熱可塑性有色透明樹脂として図２の５で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（赤色に着色）をそれぞれ用いた。レーザー光は、パイプ内部の内周体側より照射した。レーザー光源としては、該ポリ塩化ビニル（赤色に着色）の吸収波長である５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザー（日本レーザー製  ＬＥＥ  ＬＤＰ−１００ＭＱＧ）を用いた。プリズムとして、図５（ｃ）に示す先端部形状が円錐形状のもの（材質：ＢＫ−７）を用いた。また、レーザー光は集光レンズを通した後にプリズムに入射させた。プリズムを回転させず、レーザー平均出力２０Ｗ１０ｋＨｚ、照射時間２秒の条件で溶着を行なった。
【００２９】
比較例１
図４（ａ）および図４（ｂ）で示すレーザー溶着装置を用いて、円筒部材（キャップ付きパイプ）のレーザー溶着を行なった。円筒部材は、内周体であるパイプに熱可塑性無色透明樹脂として図２の４で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニルを、外周体であるキャップに熱可塑性有色透明樹脂として図２の５で示す吸収スペクトル特性を有するポリ塩化ビニル（赤色に着色）をそれぞれ用いた。レーザー光は、パイプ外部の外周体側より照射した。レーザー光源としては、該ポリ塩化ビニル（赤色に着色）の吸収波長である５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザー（日本レーザー製  ＬＥＥ  ＬＤＰ−１５ＴＱＧ）を用いた。プリズムは、図５（ａ）に示す先端部形状を有するもの（材質：ＢＫ−７）を用いた。レーザー平均出力７Ｗ１０ｋＨｚ、円筒部材の角速度 ０．１π ｒａｄ／ｓ（１周２０秒）の条件で溶着を行なった。
【００３０】
実施例３〜実施例５、比較例１で得られた円筒部材に対して引張試験機により試験を行ない、ハイプ部とキャップ部との剥離状態を確認した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００３１】
表１に示すように実施例３〜５において素材破壊を起こしており、溶着強度が十分であることが分かる。また、比較例１では、外周体の樹脂表面で溶融が起こり内周体の樹脂を溶融することができず溶着しなかった。
【００３２】
実施例３において、レーザー平均出力および円筒部材の回転（移動）速度を相互に変化させ、照射エネルギーと溶着強度との関係を確認した。結果を図７に示す。なお、照射エネルギーは、下記式より求められる値であり、該照射エネルギーが３Ｊ未満を強度不足、３Ｊ〜１５Ｊを溶着可能、１５Ｊをこえるものを樹脂焼けと区分した。
照射エネルギー（Ｊ）＝レーザー平均出力（Ｗ）×照射時間（ｓ）
ここで、照射時間（ｓ）＝スポット径（ｍｍ）÷移動速度（ｍｍ／ｓ）であり、なお実施例３における移動速度（角速度 ０．１π ｒａｄ／ｓ）は、円筒部材の内円周４０ｍｍを２０秒で１週することから、２ｍｍ／ｓである。
図７において、縦軸はレーザー平均出力の大小を、横軸は円筒部材の回転（移動）速度の大小をそれぞれ示し、図中数値が照射エネルギー値である。縦軸の上側ほどレーザー平均出力が大きく、横軸の右側ほど円筒部材の回転移動速度が大きい。
【００３３】
図７における溶着可能範囲の条件で溶着した円筒部材の接合断面のグレースケール写真図を図８（ａ）および図８（ｂ）示す。各図において、下部の樹脂が外周体である有色透明樹脂である。図８（ａ）および図８（ｂ）示すように、図７における溶着可能範囲の条件で溶着した円筒部材は、その接合界面が溶着により完全に密着していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
医療器具産業、食品産業、半導体産業、車産業または化学産業などに使用される透明樹脂部材同士の接合を必要とする樹脂製品の製造に使用できる。特に、透明樹脂部材の他に吸収体などを用いないため、材料規制の厳しい食品関連部品、医療関連部品などの製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザー溶着断面の模式図である。
【図２】実施例１の両樹脂の吸収スペクトルを示す図である。
【図３】実施例２の両樹脂の吸収スペクトルを示す図である。
【図４】本発明のレーザー溶着装置の概略図である。
【図５】プリズムの先端部形状を示す図である。
【図６】図５のプリズムを用いた場合のレーザー光照射の様子を示す図である。
【図７】照射エネルギーと溶着強度との関係を示す図である。
【図８】円筒部材の接合断面のグレースケール写真図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    熱可塑性無色透明樹脂
２    熱可塑性有色透明樹脂
３    レーザー光
４    無色透明ポリ塩化ビニルの吸収スペクトル
５    赤色透明ポリ塩化ビニルの吸収スペクトル
６    青色透明ポリ塩化ビニルの吸収スペクトル
７    レーザー溶着装置
８    レーザー光源
９    プリズム
１０  プリズム支持手段
１１  円筒部材
１２  ハイプ支持手段
１３  プーリー
１４  モータ
【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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