(57)【要約】【課題】  短時間に広い領域を処理することができる樹脂溶着用光源装置および樹脂溶着装置を提供すること。【解決手段】  エンジニアリング樹脂、または、無機材料フィラーを添加した樹脂材より形成される光透過性樹脂５１および光吸収性樹脂５２が積重されてなる照射対象５を、光透過性樹脂５１の上面から光を照射し、透過した光によって光吸収性樹脂５２を加熱して、光透過性樹脂５１と光吸収性樹脂５２とを溶着させる樹脂溶着用光源装置２であって、フラッシュランプ３０を備えた光源部３から照射された光が、ガラス板４１ｂとマスク４２とを備えた照射窓４を介して照射対象５に照射されるように構成され、マスク４２が冷媒によって冷却されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジニアリング樹脂、または、無機材料フィラーを添加した樹脂材より形成される光透過性樹脂および光吸収性樹脂が積重されてなる照射対象を、前記光透過性樹脂の上面から光を照射し、透過した光によって前記光吸収性樹脂を加熱して、前記光透過性樹脂と前記光吸収性樹脂とを溶着させる樹脂溶着用光源装置であって、
フラッシュランプを備えた光源部から照射された光が、ガラス板とマスクとを備えた照射窓を介して前記照射対象に照射されるように構成され、
前記マスクが冷媒によって冷却されることを特徴とする樹脂溶着用光源装置。
【請求項２】
前記ガラス板が冷媒によって冷却されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂溶着用光源装置。
【請求項３】
前記照射窓は、平行に配置された２枚のガラス板の間に冷媒が導入されるように構成されており、照射対象側に配置されたガラス板の冷媒と接する面に前記マスクが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂溶着用光源装置
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂溶着用光源装置と、加圧機構と、可動ステージとを有し、前記可動ステージに前記照射対象を載置し、前記照射窓に前記光透過性樹脂を押し当てることによって、前記照射対象の積重方向に加圧力を作用させることを特徴とする樹脂溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュランプから放射される光を照射することにより溶着させる樹脂溶着用光源装置および樹脂溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のように、樹脂部材同士を接合する接合方法の１つとして、レーザー溶着方法が利用されている。レーザー溶着は、レーザー光に対して透過性のある光透過性樹脂と、レーザー光に対して透過性のない光吸収性樹脂とを重ね合わせた後、光透過性樹脂側からレーザー光を照射することにより、光透過性樹脂と光吸収性樹脂との当接面同士を加熱溶融させて両者を一体的に接合する方法である。
【０００３】
このレーザー溶着方法においては、光透過性樹脂内を透過したレーザー光が光吸収性樹脂の当接面に到達して吸収され、この当接面に吸収されたレーザー光がエネルギーとして蓄積される。その結果、光吸収性樹脂の当接面が加熱溶融されるとともに、この光吸収性樹脂の当接面からの熱伝達により光透過性樹脂の当接面が加熱溶融される。この状態で、光透過性樹脂及び光吸収性樹脂の当接面同士を圧着させることで、両者が一体的に接合される。
【０００４】
近年、軽量化及び低コスト化等の観点より、自動車部品等、各種分野の部品を樹脂化して樹脂成形品とすることが頻繁に行われている。また、自動車や電化製品には電装部品が多数組込まれているが、厳しい外的環境から保護するために、電装部品を樹脂製材料よりなる密閉容器の内部に配置している。密閉容器は、耐熱性があり、溶剤に対する耐性が高いエンジニアリング樹脂より構成される。特許文献２に示すように、エンジニアリング樹脂の接合にも、レーザー溶着方法が利用されている。
【特許文献１】特開昭６０−２１４９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−５８５８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザー光はその性質上、広範囲に照射することができないため、一定の領域を溶着するためには、レーザー光を照射しながら連続的に照射領域に沿って照射対象を移動させなければならない。そのため、短時間に広い領域を処理することができず、処理効率を高めることができない。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、短時間に広い領域を処理することができる樹脂溶着用光源装置および樹脂溶着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願第１の発明は、エンジニアリング樹脂、または、無機材料フィラーを添加した樹脂材より形成される光透過性樹脂および光吸収性樹脂が積重されてなる照射対象を、前記光透過性樹脂の上面から光を照射し、透過した光によって前記光吸収性樹脂を加熱して、前記光透過性樹脂と前記光吸収性樹脂とを溶着させる樹脂溶着用光源装置であって、フラッシュランプを備えた光源部から照射された光が、ガラス板とマスクとを備えた照射窓を介して前記照射対象に照射されるように構成され、前記マスクが冷媒によって冷却されることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記ガラス板が冷媒によって冷却されることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１の発明または本願第２の発明において、前記照射窓は、平行に配置された２枚のガラス板の間に冷媒が導入されるように構成されており、照射対象側に配置されたガラス板の冷媒と接する面にマスクが形成されていることを特徴とする。
また、本願第４の発明は、本願第１の発明乃至本願第３の発明に記載の樹脂溶着用光源装置と、加圧機構と、可動ステージとを有し、前記可動ステージに前記照射対象を載置し、前記照射窓に前記光透過性樹脂を押し当てることによって、前記照射対象の積重方向に加圧力を作用させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願第１の発明に係る樹脂溶着用光源装置によれば、マスクが冷媒によって冷却されているので、マスクが過熱されず、温度上昇によるマスクの劣化を防止することができる。冷媒によって冷却されているマスクを用いれば、強い照射エネルギーを必要とするエンジニアリング樹脂を溶着する用途にも、光源としてフラッシュランプを用いることができる。冷媒によって冷却されているマスクによって光を遮蔽して、照射対象の溶着部分だけに光が照射されるようにして、照射対象の溶着部分以外に照射エネルギーの高い光が導入されて温度が上昇することを防ぐと共に、短時間に広い領域に光を照射できるフラッシュランプを用いて、短時間で溶着処理を完了することができる。
【０００９】
本願第２の発明に係る樹脂溶着用光源装置によれば、ガラス板が冷媒によって冷却されているので、ガラス板の温度は上昇しない。冷媒によって冷却されているガラス板を用いることによって、エンジニアリング樹脂を溶着するために強い照射エネルギーを照射しても、ガラス板の温度が上昇しない。そのため、前の溶着処理が終わった後、すぐに次の溶着処理のために、加圧機構を作動して照射対象の光透過性樹脂をガラス板に当接しても、光透過性樹脂が熱変形する不具合が発生しない。したがって、一連の溶着処理を数十秒間隔で行うことができ、短時間に大量の照射対象を溶着させることができる。
【００１０】
本願第３の発明に係る樹脂溶着用光源装置によれば、照射窓は、平行に配置された２枚のガラス板の間に冷媒が導入されるように構成されており、照射対象側に配置されたガラス板の冷媒と接する面にマスクが形成されているので、単純でコンパクトな構成でマスクとガラス板との両方を冷媒によって冷却することができる。
【００１１】
本願第４の発明に係る樹脂溶着装置によれば、可動ステージに載置された照射対象の光透過性樹脂を照射窓に押し当てることによって、照射対象の積重方向に加圧力を作用させて、光透過性樹脂と光吸収性樹脂とが隙間なく当接した状態で溶着処理しているので、溶着不良が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の樹脂溶着装置１の構成を示す説明用断面図である。
樹脂溶着装置１は、筐体１１内に樹脂溶着用光源装置２、可動ステージ１２、加圧機構１３が配置されて構成される。加圧機構１３の上端に可動ステージ１２が設けられ、樹脂溶着用光源装置２から放射される光が可動ステージ１２に照射され、また、可動ステージ１２を照射窓４に対して近づけたり、遠ざけたりできるように構成されている。可動ステージ１２の上面には、エンジニアリング樹脂よりなる照射対象５、すなわち、光透過性樹脂５１と光吸収性樹脂５２が載置される。照射窓４側に光透過性樹脂５１が配置され、可動ステージ１２側に光吸収性樹脂５２が配置される。
【００１３】
加圧機構１３は、積重されている光透過性樹脂５１と光吸収性樹脂５２を、そのままの状態で挟圧することにより、照射対象５の積重方向に加圧力を作用させる機能を有するものである。加圧機構１３は、エアシリンダや油圧シリンダにより駆動され、可動ステージ１２に載置された照射対象５を照射窓４に押し当てることによって、光透過性樹脂５１と光吸収性樹脂５２との間に隙間が生じないように加圧する。加圧機構１３を動作させると、可動ステージ１２が照射窓４に近づく方向に移動し、可動ステージ１２と照射窓４との間に照射対象５が挟まった状態になると、可動ステージ１２の移動が停止するが、加圧力は作用し続けるので、照射対象５が積重方向に押し続けられる。
加圧力は、照射対象５の接合面の面積の大きさに比例して大きくする必要があるが、例えば０．１〜５ＭＰａの範囲で作用させる。
【００１４】
可動ステージ１２は、例えば、厚さ０．１〜１ｍｍのアルミニウム板などの水平な上面を有する金属板よりなる。加圧機構１３により照射対象５を積重方向に加圧するためには、金属などの剛性のある水平な上面に、照射対象５を載置しなければならないためである。ゴムなどの弾性を有する部材ではなく、金属などの剛性を有する部材によって可動ステージ１２を形成することによって、照射対象５に加圧力を均一に作用させることができる。なお、照射対象５が特異な形状をしている場合は、可動ステージ１２の表面を照射対象５の形状に合わせて形成することによって、照射対象５に加圧力を均一に作用させることができる。
【００１５】
図２は、本発明の樹脂溶着用光源装置２の構成を示す説明用断面図である。
樹脂溶着用光源装置２は、枠体２１内に光源部３と照射窓４を備えて構成される。
枠体２１は、矩形状の底面２２に４つの短辺に、鉛直に延びる側面２３が接続された下方開口型の箱状であり、側面２３には排気ファン２４および給気ファン２５が設けられている。排気ファン２４を設けることにより、フラッシュランプ３０の点灯によって加熱された空気を、枠体２１の外部に排出でき、枠体２１の内部が過熱されることを防止できる。
【００１６】
枠体２１の内部中央に光源部３が配置され、枠体２１の開口部を塞ぐように照射窓４が固定されている。光源部３は、フラッシュランプ３０と反射板３１とを備え、枠体２１の底面２２に固定されている。具体的には、金属性の固定用板３２が枠体２１の底面２２に取り付けられ、反射板３１からのびる脚３１ａと台座３３からのびる脚３３ａとが固定用板３２に固定され、反射板３１と台座３３が固定用板３２にぶら下げられている。台座３３の脚３３ａは反射板３１の脚３１ａより長く形成されており、台座３３が反射板３１より照射窓４に近い位置に配置されるようにしている。台座３３は各フラッシュランプ３０に対して断面へ字状に形成され、台座３３と押さえ板３４の間にフラッシュランプ３０を挟むことにより保持している。押さえ板３４は光を遮らないように、フラッシュランプ３０の長手方向両端に配置され、台座３３にねじ止め等により固定されている。
【００１７】
照射窓４は、加圧装置１３によって加圧された照射対象５の突き当て面となるので、枠体２１の側面２３に確実に固定されている。照射窓４は、平行に配置された２枚のガラス板４１ａ、４１ｂの間に冷媒が導入されるように構成されており、照射対象５側に配置されたガラス板４１ｂの冷媒と接する面にマスク４２が形成されている。２枚のガラス板４１ａ、４１ｂに挟まれた空間には、冷媒輸送パイプ４４を伝って冷媒が導入される。２枚のガラス板４１ａ、４１ｂは照射窓固定部材４３によって保持され、ガラス板４１ａ、４１ｂで挟まれた空間は気密性を有する。
【００１８】
図３は、本発明の光源部３を照射窓４から見た概略図を示す。
直管状のフラッシュランプ３０が並列に４本配置されており、フラッシュランプ３０の発光領域を包含するように反射板３１が配置されている。
反射板３１は、両サイドがフラッシュランプ３０に向かう方向に折り曲げられた板状のアルミニウムよりなる。例えば、４本のフラッシュランプ３０の発光領域より上下左右方向にそれぞれ５ｍｍずつ大きい長さを有する縦１１０ｍｍ、横８０ｍｍの底面に、その両サイドから４５°の傾斜角度をもつ長さ２０ｍｍの折り曲げ部が形成されて反射板３１が構成される。
【００１９】
フラッシュランプ３０は、両端が封止され、内部の放電空間にキセノンガスが封入された直管型の石英ガラスまたはサファイア製の放電容器３５と、放電空間内において対向配置された電極３６を備えるものである。フラッシュランプ３０の構成の一例を挙げると、内径が１０ｍｍ、外径１３ｍｍの放電容器３５に、キセノンガスが４５０Ｔｏｒｒ封入された、発光長１００ｍｍのフラッシュランプ３０が、離間距離２０ｍｍで並列に４本並べられている。
【００２０】
図２に示すように、始動性改善のため放電容器３５の外面に沿って管軸方向に伸びるよう配設されたトリガー線３７が設けられている。フラッシュランプ３０から放射される光を遮らないように、トリガー線３７はフラッシュランプ３０の反射板３１側の外面に配設される。トリガー線３７は、外径が1mmのニッケルなどの金属線からなり、放電容器３５の外壁に沿って、一方の電極３６の近傍から他方の電極３６の近傍にかけて軸線方向に配置され、図示しないトリガーバンドにより固定される。そして、このトリガー線３７に例えば十数KVの高圧を印加すると、発光管の内壁に沿って軸線方向の電界が誘起され、これが引き金となって両電極３６間で放電して閃光発光する。なお、トリガー線３７を設けず、フラッシュランプ３０の電極３６間に絶縁破壊電圧以上の高電圧を印加して、放電を開始させることもできる。
【００２１】
図４は、本発明のフラッシュランプＦＬの点灯回路である。
フラッシュランプＦＬには、瞬間的に放電させるためのエネルギー源として、時間幅の短いパルス電流が入力される。フラッシュランプＦＬの点灯回路は、コンデンサＣ、コイルＬ、トリガー発生回路、昇圧トランスより構成される。パルス電流の時間幅とエネルギー量は、コンデンサの容量Ｃ、コイルのインダクタンスＬ、充電電圧Ｖの値により調整することができる。例えば、コンデンサ容量Ｃを２．４ｍＦ、インダクタンスＬを３．２ｍＦ、充電電圧Ｖを２６００Ｖとして、パルス幅６．４ｍｓｅｃのパルス電流がフラッシュランプＦＬに入力される。
【００２２】
図３に示すように、電極３６からのびる接続端子にリード線３８が接続され、各フラッシュランプ３０は直列につながれている。直列に接続することによって、１つの点灯回路で高い充電電圧を各フラッシュランプ３０に印加することができる。しかし、直列接続されているので、瞬時に全てのフラッシュランプ３０を点灯することはできず、端から順々に点灯されることになる。ただし、最初に点灯するフラッシュランプ３０と、最後に点灯するフラッシュランプ３０との間の点灯遅れ時間は数μｓｅｃなので、樹脂溶着用光源装置２の光源として用いる場合には、この程度の点灯遅れ時間は問題とならない。
【００２３】
図５は、本発明の照射窓４を示す概略図である。図５（ａ）が照射窓４を鉛直方向に切断した断面図、図５（ｂ）が照射窓４を照射対象５側から見た概略図である。
照射窓４は、２枚のガラス板４１ａ、４１ｂ、マスク４２、照射窓固定部材４３、冷媒輸送パイプ４４に接続される冷媒導入路４７を備えて構成される。マスク４２は照射対称側に配置されるガラス板４１ｂの冷媒と接する面にマスク４２が形成されており、２枚のガラス板４１ａ、４１ｂは照射窓固定部材４３に保持されている。照射窓固定部材４３は、ステンレスなどの金属材料よりなり、中央に円形の開口穴４５を有する矩形の板部材であり、枠体２１の開口部５３とほぼ同一の大きさを有する。開口穴４５の開口面積はガラス板４１ａ、４１ｂの表面積にほぼ一致し、開口穴４５の側面は中央に近づくに従って開口面積が小さくなるように、上下対称に階段状にそれぞれ２段ずつ形成されている。中央から、１段目４５ａ、２段目４５ｂと呼ぶ。
【００２４】
ガラス板４１ａ、４１ｂは、石英ガラスよりなり、例えば、直径２００ｍｍで、厚さ１０ｍｍの円板状の石英ガラスよりなる。照射対象５側に配置されるガラス板４１ｂの冷媒と接する面の中央には、円板状のマスク４２が接着剤によって貼着される。マスク４２は、ステンレス、アルミニウム、銀などの金属よりなり、例えば、直径５０ｍｍで、厚さ０．１ｍｍの薄板である。マスク４２の形状は、照射対象５の溶着部分の形状に応じて適宜変更する。また、厚さ０．１〜１００μｍのマスク４２を用いることもでき、ガラス板４１ｂの冷媒と接する面に印刷焼成、または、スパッタ処理することにより形成できる。
【００２５】
開口穴４５の１段目４５ａにＯリング４６を介してガラス板４１ｂが載置される。ガラス板４１ｂの外表面にもＯリング４６が配置され、さらにその上から固定板５０を配置している。固定板５０は、幅１５０ｍｍのリング状で、金属よりなる板部材であり、開口穴４５の２段目４５ｂにネジによって数箇所で止めて固定されている。Ｏリング４６を介してガラス板４１ｂを挟み込んで固定しているので、ガラス板４１ｂの内側と外側で空間を分離することができる。照射窓固定部材４３の開口穴４５の両側に、向かい合うガラス板４１ａ、４１ｂの内面（冷媒と接する面）の間隔が、例えば１０ｍｍとなるように２枚のガラス板４１ａ、４１ｂを配置することにより、ガラス板４１ａ、４１ｂの内側に気密空間が形成される。なお、ガラス板４１ａ、４１ｂは照射窓固定部材４３に機械的に固定されているので、適宜取り外して交換することができる。マスク４２が損耗した場合も、照射対象５側に配置されるガラス板４１ｂを交換することによって、新しいマスク４２に交換することができる。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、照射窓固定部材４３の向かい合う２つの外側面４８に、それぞれ４本の冷媒導入路４７が接続されている。冷媒は冷媒輸送パイプ４４を伝って輸送され、一方の外側面４８に形成された４本の冷媒導入路４７に分岐されて照射窓固定部材４３の内部に導入される。ガラス板４１ａ、４１ｂの内側の気密空間に導入された冷媒は、再び、他方の外側面４８に形成された４本の冷媒導入路４７から導出され、さらに、４本の冷媒導入路４７が合流して冷媒輸送パイプ４４を伝って輸送される。冷媒は、図２に示す冷媒循環ポンプ４９により冷媒輸送パイプ４４内を一定流量で循環され、例えば、純水が用いられ、流量を０．５Ｌ／ｍｉｎとなるように循環させられる。液体の冷媒は冷却効果が高く、特に純水は、紫外線領域においてフラッシュランプ３０から放射される光を吸収しにくいという点で優れるが、純水のほかに、水道水、アルコール、窒素ガス、アルゴンガス、空気なども利用することができる。
【００２７】
続いて、樹脂溶着装置１を駆動する制御システムについて説明する。図１に示すように、樹脂溶着装置１を駆動する制御部として、操作パネル６１、溶着装置制御部６２、フラッシュ電源部６３が設けられている。操作パネル６１は作業者が入力をする画面であり、操作パネル６１の入力信号は溶着装置制御部６２に入力されるようになっている。溶着装置制御部６２は、樹脂溶着装置１を駆動するメインの制御部であり、溶着装置制御部６２の出力信号が、加圧機構１３とフラッシュ電源部６３とに入力される。
【００２８】
樹脂溶着装置１の作動手順は以下のようになる。可動ステージ１２に照射対象５を設置したのち、樹脂溶着装置１を駆動して照射装置を溶着するように操作パネル６１に作動信号を入力する。入力を受けた操作パネル６１は、作動信号を溶着装置制御部６２に入力する。そして溶着装置制御部６２は、まず加圧機構１３に信号を送り、加圧機構１３がエアシリンダを駆動して可動ステージ１２を上昇させる。加圧機構１３が駆動して照射対象５の積重方向に加圧力が働くまでには、約１〜３秒を必要とする。
【００２９】
溶着装置制御部６２は、加圧機構１３に信号を送ると同時にフラッシュ電源部に充電信号を送り、図４に示すコンデンサＣへの充電を開始させる。溶着装置制御部６２は、さらに同時にタイマー回路を駆動し、１０〜２０秒経過した後、図４に示すコンデンサＣへの充電完了を確認後、フラッシュ電源部６３に点灯信号を送る。加圧機構１３の駆動時から３秒以上経過しているので、照射対象５には積重方向に加圧力が働いている。この状態でフラッシュ電源部６３においてフラッシュランプ３０の点灯回路が駆動され、フラッシュランプ３０が点灯される。フラッシュランプ３０から放射される光は、光透過性樹脂５１の上面から透過して、光吸収性樹脂５２の表面で吸収されて、光吸収性樹脂５２の表面が加熱溶融する。このような反応により、光吸収性樹脂５２と光透過性樹脂５１との当接部分が溶着される。照射対象の積重方向に加圧力を作用させて、光透過性樹脂と光吸収性樹脂とが隙間なく当接した状態で溶着処理しているので、溶着不良が生じない。
【００３０】
フラッシュランプ３０が点灯してから照射対象５の溶着が完了するまでには、約０．１〜１秒かかる。フラッシュ電源部６３に点灯信号を送ってからフラッシュランプ３０が点灯するまでにかかる時間も考慮して、フラッシュ電源部６３に点灯信号を送ったときから１〜２秒経過した後、加圧機構１３に再び信号を送る。この信号を受けて、加圧機構１３はエアシリンダを停止して可動ステージ１２を下方に移動させて元の位置に戻し、溶着された照射対象５を取り外しできるようにする。
【００３１】
図６は、本発明の照射対象５を示す概略図である。
照射対象５は、照射窓４側に配置される光透過性樹脂５１も、可動ステージ１２側に配置される光吸収性樹脂５２も、いわゆるエンジニアリング樹脂より形成される。エンジニアリング樹脂とは、耐熱性を維持できる温度が１００℃以上で、強度が４９ＭＰａ（５００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であり、曲げ弾性率が２．４ＧＰａ（２４０００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるという特性を持つ、熱可塑性樹脂の総称であり、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ―ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などが含まれる。なお、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維などの補強繊維や着色剤を添加したものを用いることもできる。また、光吸収性樹脂５２としては、エンジニアリング樹脂に、カーボンブラック、染料や顔料などの所定の着色剤を混入させて、光の透過率を低減させたものが用いられる。
【００３２】
エンジニアリング樹脂は、主に結晶性樹脂であり、融点以下の温度では樹脂を構成する高分子鎖が規則正しく配列するので、光の透過率が低いという特徴がある。ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）は、光の透過率が低い乳白色をしており、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの汎用樹脂と比較して融点の温度が高いという特徴がある。また、ガラス繊維などの無機材料フィラーを樹脂に混入させて強度を向上させた無機材料フィラーを添加した樹脂材も、ガラス繊維と樹脂との界面で光が散乱されるため、光の透過率が低くなるという特徴を有する。
【００３３】
照射対象５の形状は、例えば、直径５０ｍｍ、厚さ２〜３ｍｍ円盤状の光透過性樹脂５１と、外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、底面厚さ３ｍｍの上面が開口した有底筒状の光吸収性樹脂５２により構成され、光吸収性樹脂５２の開口部５３を覆って塞ぐようにして光透過性樹脂５１が配置される。光吸収性樹脂５２の開口部５３の上端と光透過性樹脂５１との当接部分を溶着させることによって、密閉容器が構成される。なお、照射対象５は必要とされる密閉容器の形状に合わせて、光透過性樹脂５１および光吸収性樹脂５２の形状、並びに、溶着部分を適宜選択することができる。
【００３４】
照射対象５は、１ｍｍ以上の厚みを有する光透過性樹脂５１の上面から光を照射し、透過した光によって光吸収性樹脂５２を加熱して、光透過性樹脂５１と光吸収性樹脂５２とを溶着させている。結晶性のエンジニアリング樹脂は、フラッシュランプ３０の発光領域である波長２００ｎｍ〜波長１０００ｎｍの光の透過率が低いという性質があるため、光透過性樹脂５１の表面に照射された光は、光透過性樹脂５１を透過して裏面から放射され、光吸収性樹脂５２の表面に届くまでに減衰される。光吸収性樹脂５２の表面まで届く光は、光透過性樹脂５１の表面に照射された光の照射エネルギーの６０％以下となる。
【００３５】
例えば、光透過性樹脂５１として厚さが１ｍｍのポリアセタール（ＰＯＭ）を用いた場合、表面に光が照射されて、光透過性樹脂５１を透過して裏面から放射される光の光量は、表面に照射された光の光量に対して、６０％程度となる。すなわち、光透過性樹脂５１の光の透過率は６０％となる。
また、光透過性樹脂５１として厚さが２ｍｍのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を用いた場合、表面に光が照射されて、光透過性樹脂５１を透過して裏面から放射される光の光量は、表面に照射された光の光量に対して、２０％程度となる。すなわち、光透過性樹脂５１の光の透過率は２０％となる。
【００３６】
その上、エンジニアリング樹脂は融点が高いので、光吸収性樹脂５２の表面が溶融する温度に加熱させるためには、より高い照射エネルギーを光透過率の高い光吸収性樹脂５２の表面に照射しなければならない。したがって、光透過性樹脂５１の表面に与える必要がある照射エネルギーは、光の透過率の高い汎用樹脂を用いて溶着させる場合に比べて、おおよそ２倍以上となる。
【００３７】
例えば、厚さが１ｍｍのポリアセタール（ＰＯＭ）よりなる光透過性樹脂５１と、ポリアセタール（ＰＯＭ）よりなる光吸収性樹脂５２を溶着させるには、光透過性樹脂５１の表面に入射する光の照射エネルギー密度を１５Ｊ／ｃｍ２必要とする。
また、厚さが２ｍｍのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）よりなる光透過性樹脂５１と、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）よりなる光吸収性樹脂５２を溶着させるには、光透過性樹脂５１の表面に入射する光の照射エネルギー密度を３５Ｊ／ｃｍ２必要とする。
一方、光の透過率の高い汎用樹脂として、厚さが２ｍｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）よりなる光透過性樹脂５１と、カーボンブラックを混合して着色されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）よりなる光吸収性樹脂５２を溶着させるには、光透過性樹脂５１の表面に入射する光の照射エネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ２で十分である。
【００３８】
このように、照射対象５としてエンジニアリング樹脂を用いる場合には、１５Ｊ／ｃｍ２以上の強い照射エネルギー密度の光を光透過性樹脂５１の表面に入射して、溶着しなければならない。これを実現するためには、光源部３から強い照射エネルギー密度の光を放射させて、照射窓４を介して照射対象５に照射することになる。すなわち、照射対象５だけでなく、照射窓４にも１５Ｊ／ｃｍ２以上の強い照射エネルギー密度の光が照射される。一般に、マスク４２となる極薄い金属に１５Ｊ／ｃｍ２以上の強い照射エネルギー密度を当てると、温度が著しく上昇し酸化や反りなどの劣化が生じる。
【００３９】
しかしながら、本発明の樹脂溶着用光源装置２のように、マスク４２が冷媒によって冷却されているので、マスク４２が過熱されず、温度上昇によるマスク４２の劣化を防止することができる。具体的には、マスク４２を冷媒によって冷却することにより、光透過性樹脂５１の表面に入射される光の照射エネルギー密度が４０Ｊ／ｃｍ２程度までならマスク４２に劣化を生じさせない。冷媒によって冷却されているマスク４２を用いれば、強い照射エネルギー密度を必要とするエンジニアリング樹脂を溶着する用途にも、光源としてフラッシュランプ３０を用いることができる。冷媒によって冷却されているマスク４２によって光を遮蔽して、照射対象５の溶着部分だけに光が照射されるようにして、照射対象５の溶着部分以外や照射対象５の内部に照射エネルギー密度の高い光が導入されて温度が上昇することを防ぐと共に、短時間に広い領域に光を照射できるフラッシュランプ３０を用いて、短時間で溶着処理を完了することができる。
【００４０】
また、光の透過率が６０％以下のエンジニアリング樹脂よりなる光透過性樹脂５１を照射対象５として用いる場合には、光透過性樹脂５１に光を透過して光吸収性樹脂５２と溶着させる際に、光透過性樹脂５１にも光が吸収されて、光透過性樹脂５１も温度が上昇する。光透過性樹脂５１はマスク４２が形成されているガラス板４１ｂに押し当てられて溶着処理されるため、光透過性樹脂５１に蓄積された熱がガラス板４１ｂに伝導し、ガラス板４１ｂの温度が上昇する。
【００４１】
しかしながら、本発明の樹脂溶着用光源装置２のようにガラス板４１ｂが冷媒によって冷却されていれば、ガラス板４１ｂの温度は上昇しない。冷媒によって冷却されているガラス板４１ｂを用いることによって、エンジニアリング樹脂を溶着するために強い照射エネルギーを照射しても、ガラス板４１ｂの温度が上昇しないため、前の溶着処理が終わった後、すぐに次の溶着処理のために、加圧機構１３を作動して照射対象５の光透過性樹脂５１をガラス板４１ｂに当接しても、光透過性樹脂５１が熱変形する不具合が発生しない。したがって、一連の溶着処理を数十秒間隔で行うことができ、短時間に大量の照射対象５を溶着させることができる。
【００４２】
また、本発明の樹脂溶着用光源装置２のように、平行に配置された２枚のガラス板４１ａ、４１ｂの間に冷媒が導入されるように構成されており、照射対象５側に配置されたガラス板４１ｂの冷媒と接する面にマスク４２が形成されているので、単純でコンパクトな構成でマスク４２とガラス板４１ｂとの両方を冷媒によって冷却することができる。
【００４３】
続いて、本発明の実施例について説明する。
〔実施例１〕
図１に示す樹脂溶着装置を製作し、フラッシュランプを点灯した後、マスクの劣化の有無を調べた。
樹脂溶着装置の構成は下記の通りである。
＜仕様＞
・フラッシュランプ：発光長１００ｍｍ、内径１０ｍｍ、外径１３ｍｍ、封入ガス（Ｘｅ、４５０Ｔｏｒｒ）
４本直列接続
・照射窓            ガラス板：石英ガラス製、厚さ１０ｍｍ、マスク：ステンレス製、厚さ０．１ｍｍ
・加圧機構        ：荷重５００Ｎ
・冷媒            ：水道水、流量０．５Ｌ／ｍｉｎ
照射対象の光透過性樹脂の表面に入射する光の照射エネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ２〜４５Ｊ／ｃｍ２となる範囲において、フラッシュランプを２０秒間隔で１回点灯させるタイミングで樹脂溶着装置を１０分間駆動し、点灯後のマスクの劣化の有無を調べた。マスクが酸化して茶色に変色したことや、マスクが反って変形したことが目視で確認された場合には、マスクが劣化したと判断した。
また、比較実験として、この樹脂溶着装置において冷媒を流通させない場合についても、同様にマスク劣化の有無を調べた。
【００４４】
図７に実験結果を示す。照射エネルギー密度の各条件に対し、マスク劣化がなかった場合を「×」とし、マスク劣化があった場合を「○」として表記した。
実験結果より、冷却がない場合、すなわち、マスクが冷媒によって冷却されていない場合には、光透過性樹脂の表面に入射される光の照射エネルギー密度が１５Ｊ／ｃｍ２以上になるとマスクが劣化することがわかった。また、冷却がある場合、すなわち、マスクが冷媒によって冷却されている場合には、光透過性樹脂の表面に入射される光の照射エネルギー密度が４５Ｊ／ｃｍ２以上になるとマスクが劣化することがわかった。
以上より、マスクを冷媒により冷却することによって、光透過性樹脂の表面に入射される光の照射エネルギー密度が１５Ｊ／ｃｍ２以上、４０Ｊ／ｃｍ２以下となるような条件で樹脂溶着装置を使用しても、マスクに劣化を生じさせないことがわかった。
【００４５】
〔実施例２〕
図１に示す樹脂溶着装置を製作し、フラッシュランプを点灯した後、照射対象の溶着の良否を調べた。
樹脂溶着装置の構成は実施例１の通りであるが、照射対象を以下の通りとした。
＜照射対象＞
試料１．ポリアセタール（ＰＯＭ）
光透過性樹脂：ポリアセタール（ＰＯＭ）、厚み１〜３ｍｍ
光吸収性樹脂：カーボンブラックを混入して着色されたポリアセタール（ＰＯＭ）
試料２．ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）
光透過性樹脂：ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、厚み１〜２ｍｍ
光吸収性樹脂：カーボンブラックを混入して着色されたポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）
試料３．ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）
光透過性樹脂：ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、厚み２ｍｍ
光吸収性樹脂：カーボンブラックを混入して着色されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）
【００４６】
図８に実験結果を示す。図８（ａ）に試料１に関する実験結果を示し、図８（ｂ）に試料２に関する実験結果を示す。照射エネルギー密度の各条件に対し、光透過性樹脂と光透過性樹脂とが適切に溶着した場合を「○」とし、溶着したが強度が弱かった場合を「△」とし、溶着しなかった場合を「×」として表記した。
試料１について、光透過性樹脂の厚みが１ｍｍのとき、１５Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度の光を照射すれば適切な溶着ができ、光透過性樹脂の厚みが２ｍｍのとき、２０Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度の光を照射すれば適切な溶着ができ、光透過性樹脂の厚みが３ｍｍのとき、２５Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度の光を照射すれば適切な溶着ができることがわかった。
試料２について、光透過性樹脂の厚みが１ｍｍのとき、３０Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度の光を照射すれば適切な溶着ができ、光透過性樹脂の厚みが２ｍｍのとき、３５Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度の光を照射すれば適切な溶着ができることがわかった。
なお、試料３については、照射エネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ２のときに、光透過性樹脂と光透過性樹脂とが適切に溶着することを確認した。
【００４７】
実験結果より、照射対象をポリアセタール（ＰＯＭ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）からなるエンジニアリング樹脂により照射対象を形成した場合は、光透過性樹脂と光透過性樹脂とを適切に溶着させるために、光透過性樹脂の表面に入射される光の照射エネルギー密度を少なくとも１５Ｊ／ｃｍ２以上要することがわかった。すなわち、エンジニアリング樹脂を溶着するためには、強い照射エネルギー密度を必要となることが確かめられた。実施例１の実験結果によると、強い照射エネルギー密度を受けると、冷媒によって冷却されていないマスクは劣化する。したがって、光の透過率が低いエンジニアリング樹脂を、光源にフラッシュランプを有する樹脂溶着装置で溶着するためには、冷媒によって冷却されているマスクを必要とすることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の樹脂溶着装置の構成を示す説明用断面図
【図２】本発明の樹脂溶着用光源装置の構成を示す説明用断面図
【図３】本発明の光源部を照射窓から見た概略図
【図４】本発明のフラッシュランプの点灯回路
【図５】本発明の照射窓を示す概略図
【図６】本発明の照射対象を示す概略図
【図７】本発明の実施例１の実験結果を示す表
【図８】本発明の実施例２の実験結果を示す表
【符号の説明】
【００４９】
１              樹脂溶着装置
１１            筐体
１２            可動ステージ
１３            加圧機構
２              樹脂溶着用光源装置
３              光源部
３１            フラッシュランプ
３０            反射板
４              照射窓
４１ａ、４１ｂ  ガラス板
４２            マスク
４３            照射窓固定部材
４４            冷媒輸送パイプ
５              照射対象
５１            光透過性樹脂
５２            光吸収性樹脂
６１            操作パネル
６２            溶着装置制御部
６３            フラッシュ電源部
【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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