JP2009143149A - 樹脂部材のレーザ溶着方法 - Google Patents

樹脂部材のレーザ溶着方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ溶着する際に、レーザ透過材および吸収材の配置に制約を受けることなく両者を溶着できるようにした樹脂管の溶着方法を提供する。
【解決手段】レーザ光吸収性樹脂からなる樹脂チューブ４を、レーザ光透過性樹脂からなる樹脂継手５に外嵌して互いをレーザ溶着する際には、樹脂チューブ４および樹脂継手５の内側に、可撓性のあるレーザ光照射ノズル３を挿入して先端部を屈曲させ、先端面を樹脂継手５の内周面に向けて、樹脂継手５の内側から樹脂チューブ４側に向けてレーザ光Ｌを照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂部材のレーザ溶着方法に関し、さらに詳しくは、レーザ溶着する際にレーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けることなく、両者を溶着できるようにした樹脂部材のレーザ溶着方法に関するものである。
近年、レーザ光を照射することにより樹脂部材どうしを溶着させるレーザ溶着が用いられるようになってきた。このレーザ溶着では、一方の樹脂部材がレーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂部材となり、他方の樹脂部材がレーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂部材となる。そして、互いの樹脂部材を接触させた状態で、レーザ光透過性樹脂部材側からレーザ光吸収性樹脂部材側に向かってレーザ光を照射してレーザ光吸収性樹脂部材を溶融させ、溶融させたレーザ光吸収性樹脂部材によって互いを溶着させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、レーザ光は、黒色（濃い色）部材に吸収され易いので、レーザ光吸収性樹脂部材は、例えば、カーボンブラックを含有させることによって黒色にしている。一方、レーザ光は透明色部材に吸収されにくいので、レーザ光透過性樹脂部材は、透明或いは略透明にする必要がある。
ここで、図７に例示するように樹脂チューブ４を樹脂継手５に外嵌してレーザ溶着する場合には、レーザ溶着装置に固定されたレーザ光照射ノズル８の先端からレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌは、溶着対象物に対しては外側から照射されるので、樹脂チューブ４がレーザ光透過性樹脂部材、樹脂継手５がレーザ光吸収性樹脂部材となる。したがって、樹脂チューブ４は透明色に、樹脂継手５は黒色にする必要がある。
このように、レーザ光透過性樹脂部材とレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約があるため、仕様、性能等の観点から樹脂チューブ４を透明色、樹脂継手５を黒色にすることができない場合は、図８に例示するように、黒色の樹脂チューブ４を透明色の樹脂継手５に内嵌する構造にしなければならない。換言すれば、図８に例示する構造では、樹脂チューブ４を透明色、樹脂継手５を黒色にすることができないという制約が生じる。
上記のように従来のレーザ溶着方法では、溶着対象となる樹脂部材の外側からレーザ光Ｌを照射していたので、レーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けて、所望の溶着構造を採用することができないという問題があった。
特開２００４−９０６２８号公報
本発明の目的は、レーザ溶着する際にレーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けることなく、両者を溶着できるようにした樹脂部材のレーザ溶着方法を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明の樹脂部材のレーザ溶着方法は、レーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂部材とを接触させた状態にして、レーザ光透過性樹脂部材側からレーザ光吸収性樹脂部材側に向かってレーザ光を照射してレーザ光吸収性樹脂部材を溶融させ、該溶融させたレーザ光吸収性樹脂部材によって互いを溶着させるレーザ溶着方法において、可撓性のあるレーザ光照射ノズルの内部に前記レーザ光を通過させ、任意の形状に屈曲させた前記レーザ光照射ノズルの先端からレーザ光を照射するようにしたことを特徴とするものである。
ここで、前記レーザ光透過性樹脂部材が筒状であり、該筒状のレーザ光透過性樹脂部材の外周面に前記レーザ光吸収性樹脂部材を配置し、前記レーザ光照射ノズルを前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材に挿入して、該筒状のレーザ光透過性樹脂部材の内周面にレーザ光を照射することもできる。その際に、前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材に挿入するレーザ光照射ノズルを複数本とし、それぞれのレーザ光照射ノズルからのレーザ光によって照射する範囲を、レーザ光透過性樹脂部材の周方向にずらすようにすることもできる。前記複数本のレーザ光照射ノズルの先端を、前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材の周方向に相対的に移動させてレーザ光を照射してもよい。
本発明の樹脂部材のレーザ溶着方法によれば、可撓性のあるレーザ光照射ノズルの内部にレーザ光を通過させ、任意の形状に屈曲させたレーザ光照射ノズルの先端からレーザ光を照射するようにしたので、互いに接触させているレーザ光透過性樹脂部材とレーザ光吸収性樹脂部材とがどのように配置されていても、レーザ光照射ノズルの先端をレーザ光透過性樹脂部材側に設置してレーザ光吸収性樹脂部材側に向かってレーザ光を照射することができる。そのため、レーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けることなく、両者をレーザ溶着することが可能になる。換言すれば、レーザ溶着するために、レーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置が制約を受けることをなくすことができる。
以下、本発明の樹脂部材のレーザ溶着方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
図６に例示するように本発明に用いるレーザ溶着装置１は、レーザ光発生部２から延設された所定長さの可撓性のあるレーザ光照射ノズル３を有している。
このレーザ光照射ノズル３は、例えば、柔軟な導光ファイバー等から形成される。レーザ光照射ノズル３は長くする程、屈曲させ易くなるが、取り扱い性等を考慮すると、例えば、最大で１００ｃｍ程度となる。レーザ光Ｌとしては、ＹＡＧ等の固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ等を用いる。
レーザ光発生部２で発生させたレーザ光Ｌは、レーザ光照射ノズル３の内部を通過して、先端の端面から外部に照射される。したがって、レーザ光照射ノズル３を任意の形状に屈曲させることにより、溶着対象物に対して専ら外側からレーザ光Ｌを照射していた従来方法とは異なり、溶着対象物の内側からレーザ光Ｌを照射することが可能になる。即ち、パイプ状のレーザ光透過性樹脂部材の内周面側から外側で接触しているレーザ光吸収性樹脂部材に向かってレーザ光Ｌを照射することも可能になる。
例えば、図１に例示するように、樹脂チューブ４を樹脂継手５に外嵌した構造の場合、互いに接触した状態の樹脂チューブ４および樹脂継手５の内側にレーザ光照射ノズル３を挿入して、レーザ光照射ノズル３の先端部を屈曲させて、先端面を樹脂継手５の内周面に向けることができる。そのため、樹脂継手５の内側から樹脂チューブ４側に向けてレーザ光Ｌを照射することが可能になる。これにより、従来ではレーザ光透過性樹脂にする必要があった樹脂チューブ４、レーザ光吸収性樹脂にする必要があった樹脂継手５を、それぞれレーザ光吸収性樹脂、レーザ光透過性樹脂にすることができる。
樹脂チューブ４と樹脂継手５とを周方向全周にわたって連続させて溶着するには、レーザ光照射ノズル３或いは溶着対象物（樹脂チューブ４および樹脂継手５）を動かして、レーザ光照射ノズル３の先端を、樹脂継手５の周方向に相対的に移動させながらレーザ光Ｌを照射する。
また、図２に例示するように、樹脂チューブ４を樹脂継手５に内嵌した構造の場合、樹脂チューブ４および樹脂継手５の内側にレーザ光照射ノズル３を挿入して、レーザ光照射ノズル３の先端部を屈曲させて、先端面を樹脂チューブ４の内周面に向けることができる。そのため、互いに接触した状態の樹脂チューブ４の内側から樹脂継手５側に向けてレーザ光Ｌを照射することができる。これにより、従来ではレーザ光透過性樹脂にする必要があった樹脂継手５、レーザ光吸収性樹脂にする必要があった樹脂チューブ４を、それぞれレーザ光吸収性樹脂、レーザ光透過性樹脂にすることができる。
樹脂チューブ４と樹脂継手５とを周方向全周にわたって連続させて溶着するには、レーザ光照射ノズル３或いは溶着対象物（樹脂チューブ４および樹脂継手５）を動かして、レーザ光照射ノズル３の先端を、樹脂チューブ４の周方向に相対的に移動させながらレーザ光Ｌを照射する。
もちろん、可撓性のあるレーザ光照射ノズル３を用いて、溶着対象物の外側から従来と同様にレーザ光Ｌを照射することもできるので、本発明によれば、互いに接触させているレーザ光透過性樹脂部材とレーザ光吸収性樹脂部材とがどのように配置されていても、レーザ光照射ノズル３の先端をレーザ光透過性樹脂部材側に設置してレーザ光吸収性樹脂部材側に向かってレーザ光Ｌを照射することができる。
したがって、レーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けることなく、両者をレーザ溶着することが可能になる。また、レーザ溶着するために、レーザ光透過性樹脂部材およびレーザ光吸収性樹脂部材の配置に制約を受けることもなくなる。
レーザ光透過性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデン等のポリオレフィン樹脂、６ナイロン、６６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いられる。レーザ光吸収性樹脂としては、例えば、上記のレーザ光透過性樹脂に炭素繊維、カーボンブラック等のレーザ光を吸収する材料を含有させた樹脂が用いられる。
図３に例示するように、湾曲した筒状のレーザ光透過性樹脂部材６を湾曲した筒状のレーザ光吸収性樹脂部材７に内嵌した構造の場合でも、互いをレーザ溶着することができる。この場合は、レーザ光透過性樹脂部材６またはレーザ光吸収性樹脂部材７の湾曲に沿ってレーザ光照射ノズル３を屈曲させて挿入する。そして、レーザ光照射ノズル３の先端を互いが接触してオーバーラップしている範囲のレーザ光透過性樹脂部材６の内周面に向けてレーザ光Ｌを照射する。
このように、溶着対象物が複雑な形状であってもレーザ溶着することができる。また、溶着対象物が装置等に接続された既設の樹脂部材であり、外側周囲にレーザ光照射ノズル３を配置するスペースがない場合でも、本発明によれば、レーザ溶着を用いることが可能になる。
また、図４、図５に例示するように、互いに接触した状態で嵌合している樹脂チューブ（レーザ光透過性樹脂部材）４および樹脂継手（レーザ光吸収性樹脂部材）５に複数本のレーザ光照射ノズル３を挿入し、それぞれのレーザ光照射ノズル３からのレーザ光Ｌによって照射する範囲を、樹脂チューブ４の周方向にずらすようにすることもできる。
この実施形態では、８本のレーザ光照射ノズル３を樹脂チューブ４に挿入して、それぞれの先端部が樹脂チューブ４の断面方向で放射状に広がるように配置され、それぞれの先端が樹脂チューブ４の内周面に向けられている。この状態で、それぞれのレーザ光照射ノズル３から同時にレーザ光Ｌを照射することにより、樹脂チューブ４と樹脂継手５とを、周方向全周にわたって短時間にレーザ溶着することができる。
樹脂チューブ４に挿入するレーザ光照射ノズル３の本数は特に限定されないが、本数が多ければ、レーザ光照射ノズル３および溶着対象物を動かすことなく、樹脂チューブ４と樹脂継手５とを、周方向全周にわたって連続させてレーザ溶着することが可能になる。
樹脂チューブ４に挿入するレーザ光照射ノズル３の本数が少数の場合は、レーザ光照射ノズル３或いは溶着対象物を動かして、レーザ光照射ノズル３の先端を、樹脂チューブ４の周方向に相対的に移動させながらレーザ光Ｌを照射する。このように樹脂チューブ４に挿入するレーザ光照射ノズル３の本数が少数の場合であっても、１本のレーザ光照射ノズル３を用いた場合に比べ、レーザ光照射ノズル３或いは溶着対象物の移動長さを短縮できるので、短時間で両者を周方向全周にわたって連続させてレーザ溶着することができる。
本発明は、燃料電池、給湯装置、自動車、半導体製造装置、その他各種機器や設備等で使用される樹脂配管に適用することができる。また、上記の実施形態では、筒状の溶着対象物を例示しているが、平板状の溶着対象物に対しても本発明を適用することができる。
本発明のレーザ溶着方法により溶着される樹脂チューブと樹脂継手を例示する断面図である。 本発明のレーザ溶着方法により溶着される別の樹脂チューブと樹脂継手を例示する断面図である。 本発明のレーザ溶着方法により溶着される樹脂部材を例示する断面図である。 本発明のレーザ溶着方法により溶着される別の樹脂チューブと樹脂継手を例示する断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 レーザ溶着装置を例示する側面図である。 従来のレーザ溶着方法により溶着される樹脂チューブと樹脂継手を例示する断面図である。 従来のレーザ溶着方法により溶着される別の樹脂チューブと樹脂継手を例示する断面図である。
符号の説明
１ レーザ溶着装置
２ レーザ光発生部
３ レーザ光照射ノズル
４ 樹脂チューブ
５ 樹脂継手
６ レーザ光透過性樹脂部材
７ レーザ光吸収性樹脂部材
８ 従来のレーザ光照射ノズル

Claims (4)

  1. レーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂部材とを接触させた状態にして、レーザ光透過性樹脂部材側からレーザ光吸収性樹脂部材側に向かってレーザ光を照射してレーザ光吸収性樹脂部材を溶融させ、該溶融させたレーザ光吸収性樹脂部材によって互いを溶着させるレーザ溶着方法において、可撓性のあるレーザ光照射ノズルの内部に前記レーザ光を通過させ、任意の形状に屈曲させた前記レーザ光照射ノズルの先端からレーザ光を照射するようにした樹脂部材のレーザ溶着方法。
  2. 前記レーザ光透過性樹脂部材が筒状であり、該筒状のレーザ光透過性樹脂部材の外周面に前記レーザ光吸収性樹脂部材を配置し、前記レーザ光照射ノズルを前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材に挿入して、該筒状のレーザ光透過性樹脂部材の内周面にレーザ光を照射するようにした請求項１に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
  3. 前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材に挿入するレーザ光照射ノズルを複数本とし、それぞれのレーザ光照射ノズルからのレーザ光によって照射する範囲を、レーザ光透過性樹脂部材の周方向にずらすようにした請求項２に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
  4. 前記複数本のレーザ光照射ノズルの先端を、前記筒状のレーザ光透過性樹脂部材の周方向に相対的に移動させてレーザ光を照射するようにした請求項３に記載の樹脂部材のレーザ溶着方法。
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