(57)【要約】【課題】  フッ素樹脂材同士をレーザビームの照射によって安定的に接合可能な技術を提供する。【解決手段】  レーザ透過性を備えた第１の平板状フッ素樹脂材12の表面及びレーザ透過性を備えた第２の平板状フッ素樹脂材18の裏面に粗面化処理を施す工程と、それぞれの粗面16，20間に液状のレーザ吸収体14を介装させた状態で、第１の平板状フッ素樹脂材12及び第２の平板状フッ素樹脂材18を積層させる工程と、第２の平板状フッ素樹脂材18の表面側からレーザビームＬを照射してレーザ吸収体14を加熱し、第１の平板状フッ素樹脂材12及び第２の平板状フッ素樹脂材18の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたフッ素樹脂材間の接合方法。【選択図】        図１
2005104132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ透過性を備えた第１のフッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に粗面化処理を施す工程と、
第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、
両フッ素樹脂材を積層させ、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、
第２のフッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のフッ素樹脂材及び第２のフッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とするフッ素樹脂材間の接合方法。
【請求項２】
レーザ透過性を備えた第１の筒状フッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に粗面化処理を施す工程と、
第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、
第１の筒状フッ素樹脂材を第２の筒状フッ素樹脂材の内部に挿通し、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、
第２の筒状フッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とするフッ素樹脂材間の接合方法。
【請求項３】
第２の筒状フッ素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の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程と、
第２の筒状フッ素樹脂材を透過したレーザビームによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のフッ素樹脂材間の接合方法。
【請求項４】
レーザ透過性を備えた第１のフッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に、放電処理を施して極性基を生成する工程と、
第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、
両フッ素樹脂材を積層させ、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、
第２のフッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のフッ素樹脂材及び第２のフッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とするフッ素樹脂材間の接合方法。
【請求項５】
レーザ透過性を備えた第１の筒状フッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に、放電処理を施して極性基を生成する工程と、
第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、
第１の筒状フッ素樹脂材を第２の筒状フッ素樹脂材の内部に挿通し、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、
第２の筒状フッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とするフッ素樹脂材間の接合方法。
【請求項６】
第２の筒状フッ素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の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程と、
第２の筒状フッ素樹脂材を透過したレーザビームによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、
溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴とする請求項５に記載のフッ素樹脂材間の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はフッ素樹脂材間の接合方法に係り、特に、一対のフッ素樹脂材間にレーザ吸収体を介装させた状態で、一方のフッ素樹脂材の表面からレーザ吸収体に向けてレーザビームを照射し、その発熱作用を利用してフッ素樹脂材の内面同士を融着させる接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂材同士を接合する方法の一つとして、レーザビームの照射による融着法が知られている。
例えば、図５に示すように、加工ステージ10上に第１のレーザ透過性樹脂材50、レーザ吸収体52、及び第２のレーザ透過性樹脂材54を積層配置させ状態で、レーザ吸収体52に向けて第２のレーザ透過性樹脂材54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54を透過してレーザ吸収体52に到達する。
この結果、レーザ吸収体52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50の表面及び第２のレーザ透過性樹脂材54の裏面が溶融し、両樹脂材50,54間がレーザビームＬの照射パターンに対応した溶融部56を介して気密に融着・接合されることとなる。
この接合方法によれば、余計な接着剤やネジ等を用いることなく、樹脂材50，54間を強固に接合することが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−７１３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の接合方法はフッ素樹脂材同士の接合には利用できないという問題があった。
すなわち、フッ素樹脂の表面は撥水性に優れているため、液状の吸収体を均一に塗布することが困難であり、レーザビームを照射しても溶着むらが発生する。このため、フッ素樹脂材同士を有効に接合することは不可能であると考えられてきた。
【０００４】
この発明は、従来の接合方法が抱える上記問題点を解決するために案出されたものであり、フッ素樹脂材同士をレーザビームの照射によって安定的に接合可能な技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性を備えた第１のフッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に粗面化処理を施す工程と、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、両フッ素樹脂材を積層させ、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、第２のフッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のフッ素樹脂材及び第２のフッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
このように、予め各フッ素樹脂材の少なくとも一方の表面（裏面）に粗面を形成することによって濡れ性が向上し、液状のレーザ吸収体がフッ素樹脂材の表面（裏面）に均一に広がることとなり、溶着むらが生じなくなる。
上記粗面化処理は、例えば紙ヤスリやサンドブラスタによってフッ素樹脂材の表面（裏面）を荒らし、微細な傷や凹部を形成することによって実現される。
【０００６】
請求項２に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性を備えた第１の筒状フッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に粗面化処理を施す工程と、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、第１の筒状フッ素樹脂材を第２の筒状フッ素樹脂材の内部に挿通し、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、第２の筒状フッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
この場合も、各筒状フッ素樹脂材の表面あるいは裏面に粗面を形成し、粗面間にレーザ吸収体を介装させるようにすることで、液状のレーザ吸収体がフッ素樹脂材間に均一に広がることとなり、溶着むらが生じなくなる。
【０００７】
請求項３に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、請求項２の接合方法を前提とし、さらに第２の筒状フッ素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の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程と、第２の筒状フッ素樹脂材を透過したレーザビームによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
ファイバーレーザは広がり角が極めて小さく、平行度の高いレーザビームであるため、レーザ照射位置が上下してもその都度焦点を合わせる必要がない。
このため、上記のように円筒状のフッ素樹脂材同士を嵌合させた状態でファイバーレーザを照射することにより、透過レーザビームを利用して反対側のレーザ吸収体を同時に加熱することが可能となり、接合効率を向上させることができる（請求項６においても同様）。
【０００８】
請求項４に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性を備えた第１のフッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に、放電処理を施して極性基を生成する工程と、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、両フッ素樹脂材を積層させ、第１のフッ素樹脂材の表面及び第２のフッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、第２のフッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１のフッ素樹脂材及び第２のフッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
フッ素樹脂材の表面（裏面）に対してプラズマ放電処理やコロナ放電処理等の放電処理を施すことにより、大気中の酸素等がプラズマ状態となって表面（裏面）に衝突し、極性基が表面（裏面）に生成される。
この結果、フッ素樹脂材表面（裏面）の濡れ性が向上し、液状のレーザ吸収体がフッ素樹脂材の表面（裏面）に均一に広がるようになり、溶着むらが生じなくなる。
【０００９】
請求項５に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、レーザ透過性を備えた第１の筒状フッ素樹脂材の表面及びレーザ透過性を備えた第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方に、放電処理を施して極性基を生成する工程と、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面の少なくとも一方にレーザ吸収体を塗布する工程と、第１の筒状フッ素樹脂材を第２の筒状フッ素樹脂材の内部に挿通し、第１の筒状フッ素樹脂材の表面及び第２の筒状フッ素樹脂材の裏面間にレーザ吸収体を介装させる工程と、第２の筒状フッ素樹脂材の表面側からレーザを照射して上記レーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
この場合も、各筒状フッ素樹脂材の表面（裏面）の濡れ性が向上するため、液状のレーザ吸収体がフッ素樹脂材間に均一に広がることとなり、溶着むらが生じなくなる。
【００１０】
請求項６に記載したフッ素樹脂材間の接合方法は、請求項５の接合方法を前提とし、さらに第２の筒状フッ素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の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程と、第２の筒状フッ素樹脂材を透過したレーザビームによって、反対側に位置するレーザ吸収体を加熱し、第１の筒状フッ素樹脂材及び第２の筒状フッ素樹脂材の対向面を溶融させる工程と、溶融したフッ素樹脂材同士を融着させる工程とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るフッ素樹脂材間の接合方法にあっては、予め各フッ素樹脂材の表面（裏面）に粗面化処理あるいは放電処理を施し、その濡れ性を向上させるようにしているため、液状のレーザ吸収体がフッ素樹脂材間に均一に広がる。
この結果、レーザビームを照射してフッ素樹脂材同士を接合するに際して溶着むらが生じなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２は、この発明に係るフッ素樹脂材間の第１の接合方法を示す概略断面図である。
まず、図１に示すように、加工ステージ10上に載置された第１の平板状フッ素樹脂材12の表面に、８３０ＮＰ等よりなる液状のレーザ吸収体14が塗布される。
第１の平板状フッ素樹脂材12は、レーザ透過性を備えている。
また、第１の平板状フッ素樹脂材12の表面には、紙ヤスリやサンドブラスタによって粗面16が形成されているため、液状のレーザ吸収体14がむらなく均一に塗布される。
粗面16を形成する代わりに、第１の平板状フッ素樹脂材12の表面にコロナ放電処理を施すことにより、改質面を形成してもよい。すなわち、空気中に設置した電極間に第１のフッ素樹脂材12を配置させ、高周波・高電圧を印加して電子を表面に衝突させると、プラズマ作用によって表面に極性基が生成され、その濡れ性が大幅に向上するため、液状のレーザ吸収体14がむらなく均一に塗布される。コロナ放電処理の代わりに、プラズマ放電処理を施すことによっても同様の濡れ性向上効果を得ることができる。
【００１３】
つぎに、このレーザ吸収体14の表面に第２の平板状フッ素樹脂材18が被せられる。
この第２の平板状フッ素樹脂材18も、第１の平板状フッ素樹脂材12と同じくレーザ透過性を備えている。
また、第２の平板状フッ素樹脂材18の裏面にも、紙ヤスリやサンドブラスタによって粗面20が形成されているため、第１の平板状フッ素樹脂材12と第２の平板状フッ素樹脂材18間に液状のレーザ吸収体14がむらなく均一に広がることとなる。この場合も、粗面20を形成する代わりに、第２の平板状フッ素樹脂材18の裏面にコロナ放電処理等を施すことにより、改質面を形成してもよい。
この第２の平板状フッ素樹脂材18の表面には、レーザ吸収性を備えた押さえプレート22が載置され、所定の圧力が加えられる。
【００１４】
つぎに、図２に示すように、押さえプレート22の表面側から半導体レーザのビームＬを照射すると、押さえプレート22及び第２の平板状フッ素樹脂材18を透過したレーザビームＬの一部がレーザ吸収体14に吸収され、発熱する。
また、このレーザ吸収体14からの伝導熱を受けて第１の平板状フッ素樹脂材12及び第２の平板状フッ素樹脂材18の対向面がそれぞれ溶融する。
この結果、両フッ素樹脂材12，18間は、レーザ照射パターンに沿って生じた線状溶融部24を介して気密に接合されることとなる。
【００１５】
図３及び図４は、この発明に係るフッ素樹脂材間の第２の接合方法を示すものである。
まず、図３に示すように、第１の円筒状フッ素樹脂材30の表面に８３０ＮＰ等のレーザ吸収体32を塗布した上で、第２の円筒状フッ素樹脂材34内に挿通させる。この結果、図４に示すように、円筒状の連結体36が形成される。
第１の円筒状フッ素樹脂材30及び第２の円筒状フッ素樹脂材34は、共にレーザ透過性を備えている。
【００１６】
第１の円筒状フッ素樹脂材30の外周面及び第２の円筒状フッ素樹脂材34の内周面には、それぞれ上記と同様の方法で粗面37，38が形成されている。
あるいは、粗面37，38を形成する代わりに、第１の円筒状フッ素樹脂材30の外周面及び第２の円筒状フッ素樹脂材34の内周面にコロナ放電処理等を施すことにより、改質面を形成しておいてもよい。
また、上記粗面化処理やコロナ放電処理等を、第１の円筒状フッ素樹脂材30の外周面側のみに施すこともできる。
【００１７】
つぎに、第２の円筒状フッ素樹脂材34の表面から平行度の極めて高いファイバーレーザのビームＬを照射すると、図４に示すように、まずレーザビームＬは第２の円筒状フッ素樹脂材34を透過してレーザ吸収体32に到達し、これを加熱する。つぎに、この伝導熱を受けて第１の円筒状フッ素樹脂材30の外周面及び第２の円筒状フッ素樹脂材34の内周面が溶融する結果、両フッ素樹脂材30，34間は溶融部40ａを介して接合される。
【００１８】
同時に、第１の円筒状フッ素樹脂材30を透過したレーザビームＬが第１の円筒状フッ素樹脂30の内周面に再入射し、溶融部40ａの反対側に位置するレーザ吸収体32を加熱する。この結果、両フッ素樹脂材30，34間は、溶融部40ｂを介しても接合される。
したがって、レーザビームＬを円筒状連結体36と交差する方向に走査することにより、第１の円筒状フッ素樹脂材30及び第２の円筒状フッ素樹脂材34を回転させることなく、それぞれの対向面同士を一度に接合することが可能となる。
【００１９】
この場合も、第１の円筒状フッ素樹脂材30の外周面及び第２の円筒状フッ素樹脂材34の内周面には上記のように予め粗面37，38が形成されているため、レーザ吸収体32が両フッ素樹脂材30，34間に均一に分布している。
この結果、レーザビームＬの照射時に溶着むらが生じることがなく、両フッ素樹脂材30，34間は安定的に接合される。
【００２０】
なお、上記のようにレーザビームの照射位置が40ａから40ｂと上下に移動しても有効にレーザ吸収体32を加熱することができるのは、上記のように平行度が極めて高くＺ軸方向でのフォーカシングが不要なファイバーレーザを用いているからであるが、連結体36を回転させることを厭わないのであれば、第１の接合方法と同じく半導体レーザを用いて第１の円筒状フッ素樹脂材30及び第２の円筒状フッ素樹脂材34間を接合することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明に係るフッ素樹脂材間の第１の接合方法を示す概略断面図である。
【図２】この発明に係るフッ素樹脂材間の第１の接合方法を示す概略断面図である。
【図３】この発明に係るフッ素樹脂材間の第２の接合方法を示す概略斜視図である。
【図４】この発明に係るフッ素樹脂材間の第２の接合方法を示す概略断面図である。
【図５】樹脂材間の従来の接合方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
10  加工ステージ
12  第１の平板状フッ素樹脂材
14  レーザ吸収体
16  粗面
18  第２の平板状フッ素樹脂材
20  粗面
22  押さえプレート
24  線状溶融部
30  第１の円筒状フッ素樹脂材
32  レーザ吸収体
34  第２の円筒状フッ素樹脂材
36  円筒状の連結体
37  粗面
38  粗面
40ａ  溶融部
40ｂ  溶融部
【図１】
2005104132.tif 000003
【図２】
2005104132.tif 000004
【図３】
2005104132.tif 000005
【図４】
2005104132.tif 000006
【図５】
2005104132.tif 000007