(57)【要約】【課題】不透明体や中実体など幅広い接合対象物を接合することができるレーザ接合装置を提供する。【解決手段】レーザ接合装置１００は、本体ユニット１１０および光源ユニット１６０をそれぞれ備えている。本体ユニット１１０は、光源ユニット１６０から出射されたレーザ光Ｌを２つに分岐するビームスプリッタ１２１を備えるとともに、各分岐光路上にシリンドリカルレンズ１２２，１３２、第１光路変更器１２３，１３３、第２光路変更器１２４，１３４および第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６をそれぞれ備えており、各レーザ光Ｌを４つに分岐させて接合対象物ＷＫの接合部分Ｐに導く。光源ユニット１６０は、ファイバレーザ光からなるレーザ光Ｌを出射するファイバレーザ発振器１６１を備えている。本体ユニット１１０の両側には、接合対象物ＷＫを支持するワーク支持体１５０がそれぞれ設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空または中実の２つの棒体からなる接合対象物にレーザ光を照射することで互いに接合するレーザ接合装置において、
前記２つの接合対象物を互いに突き合わせた状態または一方の接合対象物内に他方の接合対象物を挿入した状態で支持するワーク支持手段と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐させる光分岐手段と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の照射幅を少なくとも前記ワーク支持手段に支持された前記２つの接合対象物の接合部分の太さの２倍以上の幅に規定する照射幅規定手段と、
前記ワーク支持手段に支持された前記２つの接合対象物の接合部分の全周に前記レーザ光源から照射されたレーザ光が照射されるように前記光分岐手段によって分岐された各レーザ光をそれぞれ前記接合部分に導く複数の導光光学系とを備えたことを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載したレーザ接合装置において、
前記複数の導光光学系は、
前記光分岐手段によって分岐された前記各レーザ光を前記２つの接合対象物の接合部分に対して互いに対向し合わない位置または向きでそれぞれ出射することを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したレーザ接合装置において、
前記照射幅規定手段は、
前記レーザ光の照射幅を可変調整できることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したレーザ接合装置において、
前記ワーク支持手段は、
前記２つの接合対象物の接合部分を挿入可能な大きさで前記レーザ光を透過可能な管体からなる支持管体を有することを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載したレーザ接合装置において、
前記導光光学系を収容する外筐を備えており、
前記外筐は、
前記ワーク支持手段に支持された前記２つの接合対象物の接合部分が貫通した状態で配置可能なワーク配置孔と、
前記接合部分が挿通可能な溝幅で前記外筐の端面から前記ワーク配置孔に形成された案内路とを有することを特徴とするレーザ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性材料製の２つの管体からなる管状ワークを加熱することで互いに溶着により接合するレーザ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱可塑性材料製の２つの管体からなる管状ワークを加熱することで互いに溶着により接合するレーザ溶着装置がある。例えば、下記特許文献１には、熱可塑性樹脂製の２つのチューブにおける一方のチューブ内に他方のチューブを差し込むとともにこの挿し込み部分内に更に金属棒を挿し込んで同挿し込み部分にレーザ光を照射して２つのチューブを溶着する溶着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８４４３７号公報
【０００４】
しかしながら、上記した溶着装置においては、チューブ内に配置した金属棒を加熱することによりチューブを溶融させているため、溶着するチューブがレーザ光を透過する透明体である必要があるとともに金属棒を通すことができない中実体では接合することができず接合対象物が限定されるという問題がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、不透明体や中実体など幅広い接合対象物を接合することができるレーザ接合装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、中空または中実の２つの棒体からなる接合対象物にレーザ光を照射することで互いに接合するレーザ接合装置において、２つの接合対象物を互いに突き合わせた状態または一方の接合対象物内に他方の接合対象物を挿入した状態で支持するワーク支持手段と、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐させる光分岐手段と、レーザ光源から出射されたレーザ光の照射幅を少なくともワーク支持手段に支持された２つの接合対象物の接合部分の太さの２倍以上の幅に規定する照射幅規定手段と、ワーク支持手段に支持された２つの接合対象物の接合部分の全周にレーザ光源から照射されたレーザ光が照射されるように光分岐手段によって分岐された各レーザ光をそれぞれ接合部分に導く複数の導光光学系とを備えたことにある。
【０００７】
このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ接合装置は、レーザ光源から照射されたレーザ光を分岐させて２つの接合対象物の接合部分の全周に照射するため、接合部分を全周に亘って外側から加熱し溶融させて接合することができる。これにより、本発明に係るレーザ接合装置は、管状の接合対象物は当然、不透明体や中実体など幅広い棒状の接合対象物を接合することができる。なお、２つの接合対象物の接合部分の全周にレーザ光を照射するとは、厳密な意味で接合部分の全周に漏れなくレーザ光を照射する意味ではなく、接合部分の全周が同時に溶融する程度にレーザ光を接合部分に照射するという意味である。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、前記レーザ接合装置において、複数の導光光学系は、光分岐手段によって分岐された各レーザ光を２つの接合対象物の接合部分に対して互いに対向し合わない位置または向きでそれぞれ出射することにある。
【０００９】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ接合装置は、各導光光学系が２つの接合対象物の接合部分に対して互いに対向し合わない位置または向きでそれぞれレーザ光を出射するため、複数の導光光学系間で出射させたレーザ光の一部が接合対象物を透過して入射することを防止でき、導光光学系を逆に進んだレーザ光によってレーザ光源を含む光学機器や光学部品の損傷を受けることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、前記レーザ接合装置において、照射幅規定手段は、レーザ光の照射幅を可変調整できることにある。
【００１１】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ接合装置は、照射幅規定手段がレーザ光の照射幅を可変的に調整できるため、接合対象物の太さに応じて照射幅を設定することによって種々の太さの接合対象物を接合することができる。また、この場合、照射幅規定手段は、レーザ光の照射幅に直交する照射厚さも変更するように構成することができる。これによれば、レーザ接合装置は、接合部分の長さ（接合対象物の軸方向の長さ）を任意の長さに調整することができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記レーザ接合装置において、ワーク支持手段は、２つの接合対象物の接合部分を挿入可能な大きさでレーザ光を透過可能な管体からなる支持管体を有することにある。
【００１３】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ接合装置は、ワーク支持手段が２つの接合対象物の接合部分を挿入可能な大きさでレーザ光を透過可能な管体からなる支持管体を有しているため、可撓性を有する接合対象物や柔らかく柔軟に屈曲する接合対象物を安定的に支持して接合を行うことができるとともに、接合時に接合対象物の溶融物の垂れや飛散を防止して精度のよい溶着を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、レーザ接合装置において、導光光学系を収容する外筐を備えており、外筐は、ワーク支持手段に支持された２つの接合対象物の接合部分が貫通した状態で配置可能なワーク配置孔と、接合部分が挿通可能な溝幅で外筐の端面からワーク配置孔に形成された案内路とを有することにある。
【００１５】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ接合装置は、案内路を介して接合加工を行うワーク配置孔に２つの接合対象物の接合部分を出し入れすることができるため、接合部分を加工領域に対して効率的に位置決めおよび退避させることができ、接合作業を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ接合装置のシステム構成の概略を示す模式図である。
【図２】図１に示すレーザ接合装置の本体ユニットの外観構成の概略を示す斜視図である。
【図３】図２に示す本体ユニットの内部構成の外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す本体ユニットの内部に設けられる光学部品の配置状態を示す平面図である。
【図５】図４に示す５−５線から見た接合対象物へのレーザ光の照射方向を示すための部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るレーザ接合装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るレーザ接合装置１００のシステム構成の概略を示す模式図である。また、図２は、図１に示すレーザ接合装置１００の本体ユニット１１０の外観構成の概略を示す斜視図である。また、図３は、図２に示す本体ユニット１１０の内部構成の外観を示す斜視図である。また、図４は、図３に示す本体ユニット１１０の内部に設けられる光学部品の配置状態を示す平面図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このレーザ接合装置１００は、カテーテルなどの中空の柔らかい熱可塑性樹脂の管（φ２ｍｍ〜φ２０ｍｍ）からなる２つの接合対象物ＷＫを溶着により互いに接合する装置である。
【００１８】
（レーザ接合装置１００の構成）
レーザ接合装置１００は、主として、本体ユニット１１０と光源ユニット１６０とを備えている。本体ユニット１１０は、２つの接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐに対してレーザ光Ｌを照射するための機器であり、主として、光源接続部１１１および外筐１１３をそれぞれ備えている。
【００１９】
光源接続部１１１は、光源ユニット１６０を接続ケーブル１７０を介して接続する部品であり、金属材料を円筒状に形成して構成されている。この光源接続部１１１は、一方の端部に接続ケーブル１７０が着脱自在に接続されるとともに他方の端部が外筐１１３に連結されている。また、光源接続部１１１内には、コリメートレンズ１１２が設けられている。コリメートレンズ１１２は、接続ケーブルを介して導かれるレーザ光Ｌを平行光に変換する光学部品である。
【００２０】
外筐１１３は、光源ユニット１６０から出射されたレーザ光Ｌを接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐに導くための光学部品群を収容する部品であり、金属製の板材を箱状に形成して構成されている。この外筐１１３には、ワーク配置孔１１４および案内路１１５がそれぞれ形成されている。
【００２１】
ワーク配置孔１１４は、接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐを配置する部分であり、外筐１１３の平面視で略中央部に貫通孔として形成されている。この場合、ワーク配置孔１１４は、接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐが挿通可能な大きさに形成されている。また、ワーク配置孔１１４は、内周部分が断続的に開口しており、光源ユニット１６０から出射されて外筐１１３内を導かれたレーザ光Ｌが出射する。本実施形態においては、ワーク配置孔１１４は、内周部分における互いに異なる４か所が開口（不図示）しており、これらの４つの各開口部からレーザ光Ｌが出射する。
【００２２】
また、案内路１１５は、ワーク配置孔１１４に対して接合対象物ＷＫの接合部分Ｐを出し入れするための部分であり、外筐１１３の外周側面からワーク配置孔１１４に延びる溝状に形成されている。この案内路１１５は、接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐが挿通可能な大きさに形成されている。
【００２３】
また、外筐１１３の外表面における前記ワーク配置孔１１４の周囲および後述する第３プリズムに面する部分には開閉蓋１１６が着脱自在に設けられており、外筐１１３の内部が露出するように構成されている。また、外筐１１３における後述する２つのシリンドリカルレンズ１２２，１３２に面する側面には、照射幅変更操作子１１７がそれぞれ設けられている。照射幅変更操作子１１７は、シリンドリカルレンズ１２２，１３２の位置をスライド変位させることにより接合対象物ＷＫにおける接合部分Ｐに照射されるレーザ光Ｌの照射幅Ｗを変更するための部品である。
【００２４】
この外筐１１３の内部には、ビームスプリッタ１２１、シリンドリカルレンズ１２２，１３２、第１光路変更器１２３，１３３、第２光路変更器１２４，１３４および第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６がそれぞれ設けられている。ビームスプリッタ１２１は、コリメートレンズ１１２を介して導かれたレーザ光Ｌの光束を２つに分けて互い異なる方向に導く光学部品である。本実施形態においては、ビームスプリッタ１２１は、三角柱状のプリズムミラーによって構成されており、コリメートレンズ１１２を介して導かれたレーザ光Ｌに直交する２方向に分割する。
【００２５】
シリンドリカルレンズ１２２，１３２は、前記ビームスプリッタ１２１によって分岐された２つレーザ光Ｌの各光束の断面形状をそれぞれ帯状に成形する光学部品であり、棒状のガラス材における一方側が円柱面に形成されるとともに他方側が平面に形成された略カマボコ型に形成されている。このシリンドリカルレンズ１２２，１３２は、ビームスプリッタ１２１に分岐された２つのレーザ光Ｌの各光路上にそれぞれ配置されている。
【００２６】
この場合、各シリンドリカルレンズ１２２，１３２は、ビームスプリッタ１２１に分岐された２つのレーザ光Ｌの各光路上を往復変位可能な状態で外筐１１３内に支持されている。これにより、シリンドリカルレンズ１２２，１３２は、ビームスプリッタ１２１に分岐された２つのレーザ光Ｌの各光路上の配置位置に応じて帯状に成形したレーザ光Ｌ、すなわち、焦線の照射幅Ｗを変更することができる。
【００２７】
第１光路変更器１２３，１３３は、シリンドリカルレンズ１２２，１３２を介してそれぞれ導かれたレーザ光Ｌを入射方向とは異なる方向に反射させて第２光路変更器１２４，１３４にそれぞれ導く光学部品である。本実施形態においては、第１光路変更器１２３，１３３は、平面ミラーによって構成されており、レーザ光Ｌを直交する方向に反射させる。
【００２８】
第２光路変更器１２４，１３４は、第１光路変更器１２３，１３３を介して導かれたレーザ光Ｌを入射方向とは異なる方向に反射させて第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６にそれぞれ導く光学部品である。この場合、第２光路変更器１２４はレーザ光Ｌを第３光路変更器１２５，１２６にそれぞれ導くとともに、第２光路変更器１３４はレーザ光Ｌを第３光路変更器１３５，１３６にそれぞれ導く。この第２光路変更器１２４，１３４は、本実施形態においては、平面ミラーによって構成されている。
【００２９】
第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、第２光路変更器１２４，１３４を介して導かれた各レーザ光Ｌをそれぞれ入射方向とは異なる方向に反射させることによりワーク配置孔１１４内に互いに異なる向きから出射するように導く光学部品である。本実施形態においては、第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、平面視で台形状に近い多面体のプリズムによって構成されている。
【００３０】
これらの各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６相互間で出射光が互いに入射し合わないように反射面が形成されている。具体的には、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６相互間でレーザ光Ｌの出射光路同士が互いに対向して重ならないように配置または各反射面が形成されている。本実施形態においては、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、図５に示すように、ワーク配置孔１１４内に配置された接合対象物ＷＫの接合部分Ｐに対して接合対象物ＷＫが延びる長手方向に対して傾斜した方向からレーザ光Ｌをそれぞれ照射するように形成されている。
【００３１】
この本体ユニット１１０は、イケール１４０を介してベース１４１に支持されている。イケール１４０は、外筐１１３をベース１４１上に支持するための部品であり、金属材料を側面視で略Ｌ字状に形成して構成されている。このイケール１４０は、ベース１４１上にスライド変位可能な状態で支持されている。ベース１４１は、本体ユニット１１０およびワーク支持体１５０をそれぞれスライド変位可能な状態で支持する部品であり、金属材料を帯状に延びる板状体に形成して構成されている。
【００３２】
ワーク支持体１５０は、２つの接合対象物ＷＫを支持するための器具であり、ベース１４１上において本体ユニット１１０の両側にそれぞれ設けられている。２つのワーク支持体１５０は、左右対称に構成されているため、一方のワーク支持体１５０について説明する。このワーク支持体１５０は、主として、ワーク受け１５１、ワーク押さえ１５３、押圧機構１５４および脚体１５５によって構成されている。
【００３３】
ワーク受け１５１は、２つの接合対象物ＷＫのうちの一方を支持管体１５２を介して支持する樹脂製の部品であり、上方に向かって広がるＶ字の溝を有するブロック体である所謂Ｖ字ブロックで構成されている。支持管体１５２は、２つの接合対象物ＷＫをそれぞれ支持するための部品であり、レーザ光Ｌを透過する透明なガラス材を接合対象物ＷＫが挿通可能な筒状に形成した所謂ガラス管によって構成されている。
【００３４】
ワーク押さえ１５３は、ワーク受け１５１上に支持管体１５２を介して配置された接合対象物ＷＫを上方から押さえるための樹脂製の部品であり、ワーク受け１５１のＶ溝に対応する凸状の突起が下方に延びて形成されたブロック状に形成されている。
【００３５】
押圧機構１５４は、ワーク押さえ１５３をワーク受け１５１側に押さえるためのものであり、ワーク受け１５１の両端に起立する２つのボルト軸にワーク押さえ１５３を押さえる板状体およびこの板状体を押さえるナットがそれぞれ設けられて構成されている。
【００３６】
脚体１５５は、ワーク受け１５１をベース１４１上に支持するための部品であり、金属製の板状体とこの板状体上に起立してワーク受け１５１を支持する２つの棒体で構成されている。この場合、脚体１５５は、第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射される各レーザ光Ｌが照射される位置に接合対象物ＷＫを位置決めするようにワーク受け１５１を支持している。この脚体１５５は、ベース１４１上においてワーク受け１５１の高さ調整可能に構成されており、ベース１４１上において本体ユニット１１０に対して接近または離隔する方向に往復スライド可能な状態で支持されている。
【００３７】
光源ユニット１６０は、本体ユニット１１０に対してレーザ光Ｌを供給するための装置であり、図示しない金属製の筐体内に主としてファイバレーザ発振器１６１、レーザ電源部１６２および制御部１６３およびレーザ出力検出回路１６５をそれぞれ備えて構成されている。
【００３８】
ファイバレーザ発振器１６１は、ファイバレーザ光からなるレーザ光Ｌを発生させるための光源である。ここで、ファイバレーザ光とは、光ファイバのコアに希土類を添加した特殊な光ファイバに励起光を入れ、特定波長の光のみをコアに閉じ込めて増幅させたレーザ光である。したがって、このファイバレーザ発振器１６１は、主として、いずれも図示しない励起光源、発振用光ファイバ、一対の反射ミラーなどを含んで構成されている。
【００３９】
励起光源は、ファイバレーザを励起するための光を出射する光源であり、複数のレーザダイオード（ＬＤ）によって構成されている。この励起光源は、各レーザダイオードがレーザ電源部１６２によってそれぞれ作動が制御される。この励起光源は、発振用光ファイバに出射光を入射させるように配置されている。本実施形態においては、励起光源は、出力が１０Ｗのレーザダイオードを１０台備えて構成されている。
【００４０】
発振用光ファイバは、励起光源から出射した光（レーザ光）を増幅してファイバレーザ光を生成するための光ファイバであり、コア部分にＹｂ（イッテルビウム）やＥｒ（エルビウム）などの希土類をドープ（添加）して構成されている。一対の反射ミラーは、発振用光ファイバの両端部にそれぞれ配置されて発振用光ファイバ内から伝播する光を反射させて再び発振用光ファイバ内に導く。この場合、一対を構成する反射ミラーのうちの一方反射ミラーは、発振用光ファイバ内から伝播する光の一部を透過させることにより発振用光ファイバ内を往復伝播する光の一部をファイバレーザ光からなるレーザ光Ｌとして発振用光ファイバの外に導くハーフミラーで構成されている。
【００４１】
レーザ電源部１６２は、図示しない外部電源から供給される電力を制御部１６３の作動制御に応じてファイバレーザ発振器１６１が備える励起光源に供給して励起光源の作動を制御するためのドライバとして機能するスイッチング電源である。このレーザ電源部１６２は、制御部１６３の作動制御によって励起光源をパルス（断続）駆動または連続駆動する。
【００４２】
制御部１６３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、ＲＯＭなどの記憶装置に予め記憶された制御プログラムを実行することにより、レーザ電源部１６２を含むレーザ接合装置１００全体の各種作動を総合的に制御する。また、制御部１６３は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えており、レーザ電源部１６２の作動を制御、すなわち、励起光源をパルス駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス信号を生成する。
【００４３】
この制御部１６３には、制御部１６３の作動状況を表示するとともに作業者からの指示を入力する機能を有したＬＣＤタッチパネルからなる入出力装置１６４を備えている。また、制御部１６３は、前記以外にＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器およびインターフェースなどを備えているが、これらについては本発明に直接関わらないため、その説明は省略する。
【００４４】
レーザ出力検出回路１６５は、ファイバレーザ発振器１６１から出射されたレーザ光Ｌの一部をハーフミラー１６６を介して入力するとともに入力したレーザ光Ｌの光量に応じた電気信号である出力検出信号を制御部１６３に出力する電気回路である。このレーザ出力検出回路１６５は、図示しないフォトダイオードを備えており、ハーフミラー１６６を介して入力したレーザ光の光量に応じた出力検出信号を制御部１６３に出力する。
【００４５】
この光源ユニット１６０に内蔵されたファイバレーザ発振器１６１は、接続ケーブル１７０を介して光源接続部１１１が接続されている。接続ケーブル１７０は、ファイバレーザ発振器１６１から出射されたレーザ光Ｌを本体ユニット１１０に伝送する部品であり、自由に曲げることができる光ファイバによって構成されている。この接続ケーブル１７０は、制御部１６３および光源接続部１１１に対してそれぞれ図示しない接続コネクタを介して着脱自在に接続されている。
【００４６】
これらの本体ユニット１１０、イケール１４０、ベース１４１、ワーク支持体１５０および光源ユニット１６０は、人手によって持ち運びできる大きさおよび重さで構成されている。本実施形態においては、本体ユニット１１０は、１４０ｍｍ×１５０ｍｍ×３００ｍｍの大きさに形成されており、光源ユニット１６０は、３４０ｍｍ×６８０ｍｍ×６６０ｍｍの大きさの箱型で底部にキャスタを備えて構成されている。
【００４７】
（レーザ接合装置１００の作動）
次に、上記のように構成したレーザ接合装置１００の作動について説明する。まず、接合対象物ＷＫの接合作業を行う作業者は、接合作業を行う場所にレーザ接合装置１００を用意する。この場合、作業者は、レーザ接合装置１００が人手によって持ち運びできる大きさおよび重さで構成されているため、一般住宅、工場、病院や学校などの施設などに持ち運んで設置することができる。
【００４８】
次に、作業者は、レーザ接合装置１００の電源をＯＮにした後、レーザ接合装置１００の制御部１６３に対して加工条件を設定する。ここで、加工条件とは、レーザ光Ｌの出力に関するパラメータおよび接合対象物ＷＫの接合部分Ｐに照射されるレーザ光Ｌの照射幅Ｗである。
【００４９】
この場合、レーザ光Ｌの出力に関するパラメータは、レーザ光Ｌのパルス幅、繰返し周波数、出力、光スポット径および照射時間などである。したがって、作業者は、入出力装置１６４を介して制御部１６３に設定する加工条件を設定する。なお、この場合、作業者は、レーザ光Ｌの１パルスにおける出力エネルギを一定値に設定することができるほか、レーザ光Ｌの１パルスにおける出力エネルギを変化させることもできる。
【００５０】
また、作業者は、本体ユニット１１０の側面に突出した照射幅変更操作子１１７をスライド操作することにより、シリンドリカルレンズ１２２，１３２の位置を変化させることにより、接合部分Ｐに照射するレーザ光Ｌの照射幅Ｗを設定する。この場合、作業者は、接合対象物ＷＫの接合部分Ｐの外周面の全周が溶融するように第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射されるレーザ光Ｌの各照射幅Ｗを調整する。
【００５１】
すなわち、作業者は、第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射されるレーザ光Ｌによって接合部分Ｐの全周が照射されるように各照射幅Ｗを調整する。つまり、第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射されるレーザ光Ｌの各照射幅Ｗの総和は、接合部分Ｐの直径の２倍以上の長さとなる。
【００５２】
次に、作業者は、接合対象物ＷＫをレーザ接合装置１００における本体ユニット１１０にセットする。具体的には、作業者は、２つの接合対象物ＷＫおよび１つの支持管体１５２をそれぞれ用意した後、２つの接合対象物ＷＫのうちの一方の接合対象物ＷＫを支持管体１５２の一方の端部から挿入するとともに他方の接合対象物ＷＫを支持管体１５２の他方の端部から挿入する。
【００５３】
この場合、作業者は、２つの接合対象物ＷＫのうちの一方の接合対象物ＷＫの端部内に他方の接合対象物ＷＫの端部を挿入して接合部分Ｐとする。なお、作業者は、２つの接合対象物ＷＫの互いの両端部を突き合わせて接合部分Ｐとすることもできる。つまり、切望部分Ｐには、２つの接合対象物ＷＫの重なり合った部分、一方の端面または両方の端面がある。
【００５４】
次いで、作業者は、２つの接合対象物ＷＫを挿入した支持管体１５２を本体ユニット１１０における案内路１１５を介してワーク配置孔１１４内に挿入した状態で、支持管体１５２の両端部分をそれぞれワーク支持体１５０によって把持させる。この場合、作業者は、第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射される各レーザ光Ｌが照射される位置に接合部分Ｐが位置するように長手方向および高さ方向の各位置を調節する。
【００５５】
次に、作業者は、接合対象物ＷＫの接合加工を開始する。具体的には、作業者は、入出力装置１６４を介して制御部１６３に対して接合加工の開始を指示する。この指示に応答して、制御部１６３は、図示しない接合加工プログラムを実行することによってレーザ電源部１６２の作動を制御してファイバレーザ発振器１６１からファイバレーザ光からなるレーザ光Ｌを出射させる。
【００５６】
この場合、ファイバレーザ発振器１６１から出射されるレーザ光Ｌは、作業者が予め設定した前記加工条件に応じた仕様となっている。すなわち、ファイバレーザ発振器１６１から出射されるレーザ光Ｌは、１パルス内の出力エネルギが変化する可変パルスレーザ光である。本実施形態においては、ファイバレーザ発振器１６１は、出力エネルギが２Ｗ〜１５００Ｗ、光スポット径が０.１ｍｍ〜２ｍｍのレーザ光Ｌを作業者の設定値に応じて出力する。また、このレーザ光Ｌの出射時においては、制御部１６３は、レーザ出力検出回路１６５から出力検出信号を入力してレーザ光Ｌの出力状態を維持するようにフィードバック制御する。
【００５７】
ファイバレーザ発振器１６１から出射したレーザ光Ｌは、コリメートレンズ１１２、ビームスプリッタ１２１、シリンドリカルレンズ１２２，１３２、第１光路変更器１２３，１３３および第２光路変更器１２４，１３４を介して第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６にそれぞれ導かれた後、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６からそれぞれ出射される。すなわち、ファイバレーザ発振器１６１から出射したレーザ光Ｌは、光束の断面形状が焦線状の４つの光束に分割されてワーク配置孔１１４内に出射される。
【００５８】
ワーク配置孔１１４内に出射された４つの各レーザ光Ｌは、支持管体１５２を透過して支持管体１５２内の接合部分Ｐに照射される。この場合、ワーク配置孔１１４内に出射された４つの各レーザ光Ｌは、全体として接合部分Ｐの全周に一括照射される。これにより、接合部分Ｐは、加熱されて溶融される。制御部１６３は、レーザ電源部１６２の作動を制御してファイバレーザ発振器１６１から作業者により予め設定された時間（数秒〜数分）だけレーザ光Ｌを照射させた後、レーザ光Ｌの照射を停止させる。これにより、接合部分Ｐが冷却されて固化することにより２つの接合対象物ＷＫが溶着により接合される。
【００５９】
次に、作業者は、２つの接合対象物ＷＫが溶着されて１つとなった接合対象物ＷＫを本体ユニット１１０から取り出す。具体的には、作業者は、ワーク支持体１５０による支持管体１５２の把持状態を解除した後、ワーク配置孔１１４内の支持管体１５２を案内路１１５を介して除去する。そして、作業者は、支持管体１５２から１つとなった接合対象物ＷＫを抜き取ることで接合作業を終了することができる。
【００６０】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、レーザ接合装置１００は、光源ユニット１６０から照射されたレーザ光Ｌを分岐させて２つの接合対象物ＷＫの接合部分Ｐの全周に一括に照射するため、接合部分Ｐを全周に亘って外側から加熱し溶融させて接合することができる。これにより、本発明に係るレーザ接合装置１００は、管状の接合対象物ＷＫは当然、不透明体や中実体など幅広い接合対象物ＷＫを接合することができる。
【００６１】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態においては、レーザ接合装置１００は、ファイバレーザ発振器１６１から出射されたレーザ光Ｌを４つに分岐させて接合対象物ＷＫに照射するように構成した。しかし、レーザ接合装置１００は、ファイバレーザ発振器１６１から出射されたレーザ光Ｌを少なくとも２つに分岐させて接合対象物ＷＫに照射するように構成すればよい。
【００６３】
また、上記実施形態においては、レーザ接合装置１００は、ファイバレーザ発振器１６１からファイバレーザ光をレーザ光Ｌとして出射するように構成した。すなわち、ファイバレーザ発振器１６１が本発明に係るレーザ光源に相当する。この場合、レーザ光源は、半導体レーザ（例えば、レーザダイオードなど）以外のレーザ光、例えば、固体レーザ（例えば、ＹＡＧレーザなど）、ガスレーザ（例えば、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなど）、液体レーザなどの各種レーザ光源を用いることができる。また、レーザ光源が出力するレーザ光の波長についても特に限定されるものではなく、あらゆる波長（例えば、赤外線、紫外線、可視光またはＸ線）のレーザ光を用いることができる。また、レーザ光源が出力するレーザ光は、パルス（QCW）駆動のほか連続波（CW）駆動であってもよい。
【００６４】
また、上記実施形態においては、ビームスプリッタ１２１は、入射光を入射方向とは異なる２方向に反射するプリズムで構成した。すなわち、ビームスプリッタ１２１が本発明に係る光分岐手段に相当する。しかし、光分岐手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光を入射方向とは異なる２方向に分岐する光学部品で構成されていればよい。したがって、ビームスプリッタ１２１は、入射光の一部を透過させるとともに他の一部を入射方向とは異なる方向に反射させるように構成することもできる。
【００６５】
また、上記実施形態においては、ビームスプリッタ１２１によって２方向に分岐された各レーザ光をそれぞれ、第１光路変更器１２３，第２光路変更器１２４および第３光路変更器１２５、第１光路変更器１２３，第２光路変更器１２４および第３光路変更器１２６、第１光路変更器１３３，第２光路変更器１３４および第３光路変更器１３５、および第１光路変更器１３３，第２光路変更器１３４および第３光路変更器１３６によって接合対象物ＷＫの接合部分Ｐに導いた。すなわち、第１光路変更器１２３，第２光路変更器１２４および第３光路変更器１２５、第１光路変更器１２３，第２光路変更器１２４および第３光路変更器１２６、第１光路変更器１３３，第２光路変更器１３４および第３光路変更器１３５、および第１光路変更器１３３，第２光路変更器１３４および第３光路変更器１３６がそれぞれ本発明に係る複数の導光光学系に相当する。しかし、複数の導光光学系の数や各導光光学系を構成する光学部品の種類は、接合対象物ＷＫの接合加工の仕様に応じて適宜決定されるものであり、上記実施形態に限定されるものでないことは当然である。したがって、例えば、第１光路変更器１２３，１３３、第２光路変更器１２４，１３４をミラーに代えてプリズムで構成することもできる。
【００６６】
また、上記実施においては、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６は、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６相互間で出射光が互いに入射し合わないように反射面が形成されている。これにより、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６から出射されたレーザ光が他の第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６に入射してファイバレーザ発振器１６１に達する所謂戻り光を防止することができる。
【００６７】
しかし、戻り光を防ぐ手法としては、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６間において出射するレーザ光Ｌの向きを互いに対向しないようにするほか、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６間において位置が対向しないようにずらすこともできる。また、レーザ接合装置１００は、光アイソレータを用いて戻り光を防止することもできる。また、レーザ接合装置１００は、戻り光を考慮しなくてもよい場合、例えば、接合対象物ＷＫが不透明体のようにレーザ光Ｌを透過しない材料で構成されている場合などにおいては、各第３光路変更器１２５，１２６，１３５，１３６相互間において互いに対向する位置または向きでレーザ光Ｌを出射するように構成することもできる。
【００６８】
また、上記実施形態においては、接合部分Ｐにそれぞれ照射される４つのレーザ光Ｌの照射幅Ｗを規定するシリンドリカルレンズ１２２，１３２をビームスプリッタ１２１の反射光路上でスライド変位可能に構成した。これにより、レーザ接合装置１００は、シリンドリカルレンズ１２２，１３２の位置を調節することにより接合部分Ｐにそれぞれ照射される４つのレーザ光Ｌの照射幅Ｗを接合部分Ｐの太さに応じて変更することができる。すなわち、シリンドリカルレンズ１２２，１３２が本発明に係る照射幅規定手段に相当する。
【００６９】
しかし、レーザ接合装置１００は、接合部分Ｐにそれぞれ照射される各レーザ光Ｌの照射幅Ｗを変更する必要性が無い場合、例えば、接合部分Ｐの太さが一定の場合などにおいては、シリンドリカルレンズ１２２，１３２を固定的に設けることもできる。また、照射幅規定手段は、接合部分Ｐにそれぞれ照射される各レーザ光Ｌの照射幅Ｗを変更することができればよいため、シリンドリカルレンズ１２２，１３２以外で構成、例えば、照射幅Ｗに対応するスリット有した光学的なスリット板で構成することもできる。
【００７０】
また、照射幅規定手段は、シリンドリカルレンズ単体で、または複数のシリンドリカルレンズを組み合わせることによってレーザ光Ｌの照射幅Ｗに直交する照射厚さも変更するように構成することができる。これによれば、レーザ接合装置１００は、接合部分Ｐの長さ（接合対象物ＷＫの軸方向の長さ）を任意の長さに調整することができる。
【００７１】
また、上記実施形態においては、ワーク支持体１５０は、接合対象物ＷＫを支持管体１５２を介して把持した。しかし、ワーク支持体１５０は、接合対象物ＷＫが自重で撓まない程度の剛性を有する場合などには、支持管体１５２を用いることなく接合対象物ＷＫを直接把持することもできる。すなわち、このワーク支持体１５０が本発明に係るワーク支持手段に相当する。
【００７２】
また、上記実施形態においては、本体ユニット１１０は、ワーク配置孔１１４に連通した状態で案内路１１５を設けた。しかし、本体ユニット１１０は、案内路１１５を省略してワーク配置孔１１４を独立した貫通孔で構成することもできる。この場合、作業者は、接合対象物ＷＫを先端部からワーク配置孔１１４に通して配置すればよい。
【００７３】
また、上記実施形態においては、接合対象物ＷＫは、断面がリング状のチューブを想定している。しかし、接合対象物ＷＫは、中実または中空の２つの棒状体であればよい。この場合、接合対象物ＷＫを構成する２つの棒状体は、加熱によって溶融する材料、例えば、熱可塑性の樹脂材、ガラス材または金属材料で構成することができる。また、レーザ接合装置１００は、接合対象物ＷＫを構成する２つの棒状体を熱可塑性の材料、加熱によっても溶融し難いまたは溶融しない材料で構成するとともに、これら２つの接合対象物ＷＫ間にこれらの接合対象物ＷＫよりも融点の低い材料を接着剤として配置して接合することもできる。また、接合対象物ＷＫの断面形状も円形状やリング形状のほか、楕円形、三角形、
四角形、さらにはそれ以上の多角形がある。
【符号の説明】
【００７４】
ＷＫ…接合対象物、Ｐ…接合部分、Ｌ…レーザ光、Ｗ…照射幅、
１００…レーザ接合装置、
１１０…本体ユニット、１１１…光源接続部、１１２…コリメートレンズ、１１３…外筐、１１４…ワーク配置孔、１１５…案内路、１１６…開閉蓋、１１７…照射幅変更操作子、
１２１…ビームスプリッタ、１２２，１３２…シリンドリカルレンズ、１２３，１３３…第１光路変更器、１２４，１３４…第２光路変更器、１２５，１２６，１３５，１３６…第３光路変更器、
１４０…イケール、１４１…ベース、
１５０…ワーク支持体、１５１…ワーク受け、１５２…支持管体、１５３…ワーク押さえ、１５４…押圧機構、１５５…脚体、
１６０…光源ユニット、１６１…ファイバレーザ発振器、１６２…レーザ電源部、１６３…制御部、１６４…入出力装置、１６５…レーザ出力検出回路、１６６…ハーフミラー、
１７０…接続ケーブル。
【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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