JP2018134812A - レーザー溶着装置とレーザー溶着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー溶着装置、及びレーザー溶着方法において、熱可塑性樹脂シートが不用意にズレ動くことに起因する溶着不良や、放熱体が大きく撓み変形することに起因して溶着性状が不均一となるような不具合が生じることがなく、より安定的に放熱体による熱拡散吸収作用が発揮されるようにする。
【解決手段】本発明においては、赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置するシート押圧体８の放熱体１３を上方側から加圧して、当該照射スポット３５の近傍においてのみ、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に密着させながら溶着作業を進める。これにより、照射スポット３５近傍の熱可塑性樹脂シート３・４に対する、放熱体１３による熱拡散吸収作用が良好に発揮されるため、溶着痕が熱可塑性樹脂シート３・４の表面に及ぶことをより確実に抑えて、より安定的に両シート３・４を溶着することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２枚重ねした熱可塑性樹脂シートを赤外線レーザービームで溶着するレーザー溶着装置とレーザー溶着方法に関する。

本発明に係るレーザー溶着装置、及びレーザー溶着方法では、シート押圧体を構成する放熱体で赤外線レーザービームの照射スポットの近傍で発生した熱を拡散吸収することで、溶着痕が熱可塑性樹脂シートの表面に及ぶのを防止して、２枚重ねした熱可塑性樹脂シートの界面にのみ溶着部が形成されるようにしているが、このように放熱体で熱を吸収しながらレーザー溶着を行うこと自体は、特許文献１乃至３に公知である。

特許文献１に係るレーザー溶着装置（凍結保存用バックの製造装置）のシート押圧体は、赤外線透過作用と良熱伝導作用に富む固体材料で構成される放熱体と、放熱体を支持する鋼材製の押圧枠とで構成されており、シート押圧体は、シートテーブル上に２枚重ね状態で載置された熱可塑性樹脂シートに対して放熱体が密着する溶着姿勢と、熱可塑性樹脂シートに対して放熱体が離間する待機姿勢との間で、ヒンジを介して揺動開閉可能に構成されている。

特許文献２に記載のレーザー溶着方法においては、上方側の熱可塑性樹脂シートの表面に板状の放熱材を接触配置させて、赤外線レーザービームを照射しているときに熱可塑性樹脂シートの表面で発生した熱を放熱材により放熱している。また、特許文献２には、放熱材の表面にエアーダクトから圧搾空気を吹き付けることで、放熱材による放熱作用の促進を図ることができる旨が開示されている。

特許文献３に記載のレーザー溶着装置（熱可塑性樹脂部材の赤外線溶着装置）では、上方側の熱可塑性樹脂シートの上面に沿って、該樹脂シートよりも短尺または小面積の放熱材（赤外線透過性固体）を摺動移動させながら、該放熱体を介して赤外線レーザービームを照射することで、両樹脂シートを溶着している。

特開２０１６−４００７８号公報 特開２０１６−８３８５３号公報 特開２００９−１８４１６２号公報

特許文献１、２に記載のレーザー溶着装置、或いはレーザー溶着方法の問題は、上方側の熱可塑性樹脂シートと、該熱可塑性樹脂シートの上方に配設された放熱体との間の密着性が不良となりやすく、意図したような放熱体による放熱効果が得られず、結果として、溶着痕が上方側の熱可塑性樹脂シートの表面にまで及ぶことにある。上記問題を解消する方法としては、例えば、レーザーの照射時にシートテーブルを放熱体に向かって下方から押し上げる、或いは、レーザー照射時に放熱体をシートテーブルに向って上方から押し下げることが考えられるが、いずれの場合でも押し上げ荷重や押し下げ荷重を受けた放熱体が太鼓状に湾曲して平面度が損なわれ、テーブルの中心部と周縁部とで熱可塑性樹脂シートの界面位置にバラツキが生じることが避けられず、結果として中心部と周縁部とで熱可塑性樹脂シートの溶着性状が不均一となる不具合が生じるおそれがある。

特許文献３のように、放熱体の面積を小さくすると、放熱体が湾曲するおそれはなくなるが、放熱体を移動させる機構が必要となるだけ、レーザー溶着装置が複雑化することが避けられない。また、放熱体の移動に伴って熱可塑性樹脂シートがズレ動くという新たな不都合が生じるおそれもあり、２枚重ね状態で熱可塑性樹脂シートを確りと固定する機構が必要となる点でもレーザー溶着装置の構造が複雑化する不利がある。

本発明は、熱可塑性樹脂シートが不用意にズレ動くことに起因する溶着不良や、放熱体が大きく撓み変形することに起因して溶着性状が不均一となるような不具合が生じることがなく、しかもより安定的に放熱体による熱拡散吸収作用が発揮される、新規なレーザー溶着装置、及びレーザー溶着方法を提供することにある。

本発明は、上下に２枚重ねにした熱可塑性樹脂シート３・４を支持するシートテーブル７と、赤外線透過作用と良熱伝導作用に富む固体材料で構成される放熱体１３と、該放熱体１３を支持する押圧枠１４とを有し、シートテーブル７上に載置した熱可塑性樹脂シート３・４を押え保持するシート押圧体８と、シート押圧体８を介して、上方側から赤外線レーザービームを熱可塑性樹脂シート３・４に向かって照射するレーザー装置５と、シートテーブル７とレーザー装置５のいずれか一方を移動操作する走査構造６とを備えており、シートテーブル７とレーザー装置５とを走査構造６で相対移動させながら、熱可塑性樹脂シート３・４の界面に赤外線レーザービームを照射して溶着部を形成することで、両シート３・４を一体化するレーザー溶着装置を対象とする。そして、レーザー装置５による赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置するシート押圧体８の放熱体１３を上方側から加圧することで、当該照射スポット３５の近傍において、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着させる加圧装置３６を備えることを特徴とする。

加圧装置３６は、レーザー装置５による赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置する放熱体１３の上面に対して気体を噴射することで、当該照射スポット３５の近傍において、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着する。

具体的には、加圧装置３６は、気体噴射口３７を備える加圧用ヘッド３８と、加圧用ヘッド３８に気体を供給する気体供給機構３９とを備える。加圧用ヘッド３８は、中空部４９を有する中空筒状に形成されたエアベアリングからなる。そして、加圧用ヘッド３８の中空部４９を通ってレーザー装置５による赤外線レーザービームが両シート３・４に照射されるとともに、加圧用ヘッド３８の筒端面、或いは筒内壁面に形成された気体噴射口３７より、照射スポット３５の全周囲に位置する放熱体１３の上面に対して気体が噴射されるように構成することができる。

加圧用ヘッド３８を上下方向に移動させる昇降機構４０を設け、当該昇降機構４０により、加圧用ヘッド３８が、レーザー装置５とシート押圧体８に対して相対的に上下動可能な構成とすることができる。

また、本発明は、下方側のシートテーブル７と上方側のシート押圧体８との間に２枚重ねにした状態で載置された熱可塑性樹脂シート３・４の界面に対して、上方側から赤外線レーザービームを照射して溶着部を形成することで、両シート３・４を一体化するレーザー溶着方法を対象とする。そして、赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置するシート押圧体８の放熱体１３を上方側から加圧して、当該照射スポット３５の近傍において、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着させながら、両シート３・４の界面の熱可塑性樹脂を発熱・溶融させて、両シート３・４を溶着させることを特徴とする。

赤外線レーザービームの照射スポット３５の周囲に位置する放熱体１３の上面に対して気体を噴射することで、当該照射スポット３５の全周囲において、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着させながら、両シート３・４の界面の熱可塑性樹脂を発熱・溶融させて、両シート３・４を溶着させるようにすることができる。

本発明においては、放熱体１３を有するシート押圧体８でシートテーブル７上に載置された熱可塑性樹脂シート３・４を押圧しながら、赤外線レーザービームを熱可塑性樹脂シート３・４の界面に向けて照射して溶着作業を行うようにしたので、放熱体自体を熱可塑性樹脂シート上で摺動させながら溶着作業を行う従来形態のように、放熱体の移動に伴って熱可塑性樹脂シートがズレ動くような不都合が生じる余地はなく、より安定的に溶着作業を進めることができる。また、例えば熱可塑性樹脂シートの四隅のみを固定するような、特別な固定構造は不要となるため、レーザー溶着装置の簡素化を図って、当該レーザー溶着装置のコストダウンにも貢献できる。さらに、例えば熱可塑性樹脂シートの四隅のそれぞれを固定するような、煩わしい作業も必要がなく、より迅速に溶着作業を進めることができる利点もある。

加えて本発明においては、赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置するシート押圧体８の放熱体１３を上方側から加圧して、当該照射スポット３５の近傍においてのみ、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に密着させながら溶着作業を進めるようにしたので、例えば、放熱体１３の全体を熱可塑性樹脂シート３・４に押し付ける構成に比べて、より確実に熱可塑性樹脂シート３に対して放熱体１３を密着させることができる。以上より、本発明によれば、照射スポット３５近傍の熱可塑性樹脂シート３・４に対する、放熱体１３による熱拡散吸収作用が良好に発揮されるため、溶着痕が熱可塑性樹脂シート３・４の表面に及ぶことを確実に抑えて、より安定的に両シート３・４を溶着することができる。溶着痕が両シート３・４の表面に及ぶことに由来する溶着不良の発生を抑えることもできる。赤外線レーザービームによる両シート３・４の溶着を的確に行うことができるので、両シート３・４の溶着強度を向上できる利点もある。

気体を噴射することで、照射スポット３５の近傍に位置する放熱体１３を局所的に加圧・密着する構成を採ることができる。これによれば、放熱体１３に接触することなく（非接触の状態で）、該放熱体１３を局所的に加圧することができるので、放熱体１３との物理的な接触によって、放熱体１３が損傷するような不都合は生じず、より信頼性に優れたレーザー溶着装置、或いはレーザー溶着方法を得ることができる。

照射スポット３５の全周囲に位置する放熱体１３の上面に対して気体が噴射されるように構成すると、当該照射スポット３５を囲むように、照射スポット３５の全周囲から均一に放熱体１３を熱可塑性樹脂シート３・４に押し付けることが可能となる。以上より、本発明によれば、一方向からのみ気体を噴射する形態に比べて、より確実に放熱体１３を熱可塑性樹脂シート３・４に押し付けることができるので、溶着不良の発生をより確実に抑えることができる。

昇降機構４０により加圧用ヘッド３８がレーザー装置５とシート押圧体８に対して相対的に上下動可能に構成とされていると、加圧用ヘッド３８を上下動させて、シート押圧体８との対向間隔を変化させることで、放熱体１３に対する加圧状態や、放熱体１３の熱可塑性樹脂シート３・４に対する密着状態を大小に調整することができる。以上より、本発明によれば、両シート３・４の厚み寸法や両シート３・４の素材、或いは周囲環境等の各種要因に応じて、放熱体１３に対する加圧状態等を最適化することができるので、より確実に溶着不良の発生を抑えて、信頼性に優れたレーザー溶着装置を得ることができる。加圧用ヘッド３８がレーザー装置５に対して独立して上下動可能に構成されていると、レーザー装置５と加圧用ヘッド３８とを一体的に上下動させる構成に比べて、昇降機構４０の簡素化を図ることができる。加圧用ヘッド３８のみが上下動する構成であるから、加圧用ヘッド３８の上下動に伴って、レーザー装置５から照射される赤外線レーザービームの焦点位置を変更する必要がなく、レーザー溶着装置の全体制御が容易となる点でも優れている。

本発明の第１実施形態に係るレーザー溶着装置の要部の縦断正面図である。 本発明に係るレーザー溶着装置の概略構成図である。 本発明に係るレーザー溶着装置を構成するシート押圧体の揺動開閉動作を説明するための図である。 本発明に係るレーザー溶着装置を構成する加圧装置の上下動の動作を説明するための図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザー溶着装置の要部の縦断正面図である。

（第１実施形態）
図１乃至図５に、本発明のレーザー溶着装置、及びレーザー溶着方法を凍結保存用バッグの製造装置、及び凍結保存用バックの製造方法に適用した第１実施形態を示す。本実施形態における前後、左右、上下とは、図２、図３および図５に示す交差矢印と、各矢印の近傍に表記した前後、左右、上下の表示に従う。

図２乃至図４において凍結保存用バッグの製造装置は、基台１と、基台１上に設けられたシート固定構造２と、シート固定構造２で支持した２枚重ねの熱可塑性樹脂シート（以下、「樹脂シート」と記す。）３・４へ向かって、赤外線レーザービームを照射するレーザー装置５と、シート固定構造２を赤外線レーザービームに対して移動操作する走査構造６などで構成される。

樹脂シート３・４は、完全フッ素化樹脂と、部分フッ素化樹脂と、フッ素化樹脂共重合体のいずれか一つを形成素材とする透明シートである。具体的な形成素材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素系樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などを挙げることができる。本実施例では、厚みが１００μｍの四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体製の２枚の樹脂シート３・４を溶着して、凍結保存用バッグを形成した。

シート固定構造２は、２枚重ねにした樹脂シート３・４を支持する、前後に長い長方形状のシートテーブル７と、シートテーブル７に載置した樹脂シート３・４を押え保持するシート押圧体８とで構成される。シートテーブル７は、熱伝導性に富むアルミニウム製のテーブル本体１０と、テーブル本体１０を固定支持するテーブル台１１とを備えており、テーブル台１１の後端の左右に、後述するヒンジ１７を装着するためのブラケット１２が上向きに突設されている（図３参照）。樹脂シート３・４が載置されるテーブル本体１０の上面（載置面）は面一の水平面として構成されている。

シート押圧体８は、赤外線透過作用と良熱伝導作用に富む固体材料で構成された放熱体１３と、放熱体１３を支持する鋼材製の押圧枠１４とを備えている。放熱体１３を形成する固体材料としては、炭酸ガスレーザーを用いて溶着処理を行う関係上、赤外線レーザーに対して透明であるセレン化亜鉛、硫化亜鉛、シリコン、ゲルマニウムなどの赤外線透過放熱体のいずれかを適用できるが、この実施例では単結晶シリコン円板で放熱体１３を形成している。図５に示すように、押圧枠１４はシートテーブル７より広幅の八角形状の金属枠体からなり、その中央に円形のレーザー窓１５が開口され、同窓１５の下面側に円形の装着座１６が形成されている。放熱体１３は装着座１６に嵌込み装着されて接着剤で固定されている。図４に示すように、放熱体１３の上面は、押圧枠１４の上面よりも下方側に位置しており、両上面の間には段差が形成されている。

押圧枠１４の後部とテーブル台１１のブラケット１２とを、左右一対のヒンジ１７で連結することにより、シート押圧体８の全体はシートテーブル７で上下に揺動開閉可能に支持される。シート押圧体８は、図２および図４に示すように、シートテーブル７に正対する溶着姿勢と、図３に示すように上方に持ち上げられて後傾する待機姿勢との間で変位操作でき、シート押圧体８を溶着姿勢にした状態では、放熱体１３の一部がシートテーブル７の左右側縁からはみ出している（図４参照）。シート押圧体８の開閉操作を容易化するために、押圧枠１４の前部中央にハンドル１８が設けられている。また、シート押圧体８の後部中央に設けられたゴムブロック１９が、ブラケット１２に固定されたストッパー２０で受止められることにより、待機姿勢に開放操作したシート押圧体８が、後傾姿勢で位置保持されるようになっている。このようにシート押圧体８を待機姿勢とした状態で、２枚重ねにした樹脂シート３・４をテーブル本体１０上に載置し、あるいは溶着処理が終わった凍結保存用バッグのブランク体をテーブル本体１０から取り出すことができる。

レーザー装置５は市販されている炭酸ガスレーザーユニットであって、基台１上に固定されてレーザー光を照射するレーザーボックス２２と、レーザーボックス２２の側端から突設された照射管２３と、照射管２３の突端の内部に配置されて、レーザーボックス２２の共振器から出力されたレーザー光を下向きに変向する変向ミラー２４と、照射管２３の下方に設けられたレーザーヘッド２５の内部に設けられた集光レンズ２６と、レーザーヘッド２５の下端に設けられて、集光レンズ２６で絞られたレーザー光をシートテーブル７上の樹脂シート３・４に向けて照射するレーザーノズル２７とで構成される。

走査構造６は、基台１上に固定されるＹ軸スライダー２９と、Ｙ軸スライダー２９の移動テーブル３０に固定されるＸ軸スライダー３１とにより、ＸＹステージとして構成される。Ｙ軸スライダー２９およびＸ軸スライダー３１は、それぞれ市販されているボールねじ式の電動スライダー（アクチュエーター）からなり、互いに直交する状態で配置されている。Ｘ軸スライダー３１の移動テーブル３２に、シートテーブル７のテーブル台１１が固定されている。このように、テーブル台１１を基台１に設けたＸＹステージで支持することにより、テーブル本体１０をレーザーノズル２７に対して自在に変位操作できる。これにより、Ｙ軸スライダー２９およびＸ軸スライダー３１の移動テーブル３０・３２を、予め設定されたＸＹ座標に従って移動操作しながら、樹脂シート３・４に赤外線レーザービームを照射することにより、両シート３・４の界面に任意形状の溶着ビードを形成することができる。図２において符号３３は、レーザー装置５、走査構造６、及び後述の加圧装置３６の作動状態を制御する制御装置を示す。

図１及び図２に示すように、レーザー装置５のレーザーノズル２７の真下には、放熱体１３を上方側から加圧することで、照射スポット３５の近傍において樹脂シート３・４（特に、上方側の樹脂シート３）に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着させるための加圧装置３６が設けられている。加圧装置３６は、気体噴射口３７を備える加圧用ヘッド３８と、加圧用ヘッド３８に気体を供給する気体供給機構３９と、加圧用ヘッド３８を上下方向に移動させる昇降機構４０とで構成される。昇降機構４０は、レーザーボックス２２の下方に設けられたブラケット４１と、ブラケット４１の遊端側に固定されたボールねじ式の電動スライダー（アクチュエーター）４２と、電動スライダー４２の移動テーブル４３などで構成される。移動テーブル４３には、ヘッド支持腕４４が片持ち状に張り出し固定されており、ヘッド支持腕４４の遊端には、ビームガイド４５を介して加圧用ヘッド３８が固定されている。かかる昇降機構４０により、加圧用ヘッド３８は、放熱体１３の上面に対して数ミクロンの間隔を置いて近接対向する下方位置（図１参照）と、放熱体１３の上面から数センチから数十センチ離れた上方位置（図２参照）との間で上下動できる。

ビームガイド４５は、上下方向に長く形成され、中心部に中空部４６を備える中空円筒状のガイド本体４７と、ガイド本体４７の上下端に設けられたフランジとを一体に備える成形品であり、下方側のフランジに加圧用ヘッド３８がビス４８により固定されている。加圧用ヘッド３８は、中心部に中空部４９を備える中空円筒状に形成されたハウジング５０と、ハウジング５０の内部に設けられた空気室５１と、ハウジング５０の筒端面にリング状に開設された気体噴射口３７と、気体噴射口３７に装着された多孔体５３とで構成されるエアベアリングであり、ハウジング５０の筒外面の一箇所には気体導入口５４が設けられている。

加圧用ヘッド３８に気体を供給する気体供給機構３９は、圧縮空気を生成するコンプレッサ５５（図２参照）と、コンプレッサ５５と気体導入口５４との間に配設された空気流路であるホース５６とで構成される。昇降機構４０の作動による加圧用ヘッド３８の上下動に追従できるように、ホース５６は可撓性を有する素材で形成されている。符号５７は、気体導入口５４に装着されたホース５６用のアダプタを示す。コンプレッサ５５で生成された圧縮空気は、ホース５６と気体導入口５４を介して加圧用ヘッド３８の空気室５１に送られ、筒端面に開設されたリング状の気体噴射口３７から下方に向けて噴射される。ビームガイド４５は、レーザー装置５の真下に配置されており、レーザー装置５から照射された赤外線レーザービームは、ビームガイド４５の中空筒部と、加圧用ヘッド３８の中空筒部とを通り、放熱体１３を通過したのち、樹脂シート３・４の界面に照射される。以上より、図１に示すように、気体噴射口３７から噴射される空気により、レーザー装置５による赤外線レーザービームの照射スポット３５の全周囲に位置する放熱体１３を上方側から加圧することができる。また、照射スポット３５の近傍において、上方側の樹脂シート３に対して放熱体１３を局所的に加圧・密着させることができる。

以下に凍結保存用バッグの製造手順を説明する。レーザー装置５は、赤外線レーザービームが２枚重ねにした樹脂シート３・４の界面で焦点を結ぶように、その集光レンズ２６の焦点調整を予め行っておく。図３に示すようにシート押圧体８を待機姿勢に開放操作したのち、テーブル本体１０の中央に樹脂シート３・４を載置する。このとき、その長辺部がＹ軸スライダー２９の中心と平行になり、かつ、樹脂シート３・４の中心がテーブル本体１０の中心と一致するように樹脂シート３・４を位置決めしたうえで、シート押圧体８を下降揺動させて溶着姿勢にする。この状態では、押圧枠１４及び放熱体１３の重量によって、樹脂シート３・４はテーブル本体１０に密着されている。また、加圧装置３６は、放熱体１３から離れた上方位置にある（図２参照）。

上記の溶着準備作業が終了したら、走査構造６を作動させて溶着開始位置を赤外線レーザービームの照射位置に一致させたのち、昇降機構４０を作動させて加圧装置３６を下方位置まで降下させ、該加圧装置３６を放熱体１３の数ミクロン上方に位置させる（図１参照）。次に、気体供給機構３９を作動させて、加圧用ヘッド３８の気体噴射口３７から放熱体１３の上面に向けて気体を噴射して、照射スポット３５の全周囲に係る放熱体１３を下方に押し下げながら、レーザー装置５と走査構造６とを作動させて、樹脂シート３・４の界面にビードを一筆書き状に形成する。このとき、放熱体１３は赤外線レーザーを透過させるので、自身が赤外線レーザーを吸収して発熱することはない。また、ビードを形成する際に、ビード形成位置の周辺に溶着熱が伝導するが、上方側の樹脂シート３の表面に達したレーザーエネルギーによって当該樹脂シート３の表面の近傍で吸収されて発生した熱は、熱伝導性に優れた放熱体１３に吸収されて拡散される。このとき、加圧装置３６により、照射スポット３５の近傍に位置する放熱体１３を樹脂シート３・４（より具体的には上方側の樹脂シート３）に局所的に押し付けているため、放熱体１３の樹脂シート３に対する密着度を向上させて、より確実に放熱体１３の熱拡散吸収作用を発揮させることができる。以上より、樹脂シート３・４は、両者の界面のみが溶着され、両シート３・４の表面状態を滑らかな状態に保持できる。

上記のように赤外線レーザーによる溶着作業が終了したら、シート押圧体８を待機姿勢に開放操作して、テーブル本体１０上の凍結保存用バッグのブランク体を取出す。以後、上記の作業を繰返し行うことにより、バッグのブランク体を製造することができる。

以上のように、本実施形態に係る凍結保存用バックの製造装置においては、シート押圧体８でシートテーブル７上に載置された熱可塑性樹脂シート３・４を押圧しながら、赤外線レーザービームを熱可塑性樹脂シート３・４の界面に向けて照射して溶着作業を行うようにしたので、例えば、放熱体自体を熱可塑性樹脂シート上で摺動させながら溶着作業を行う従来形態のように、放熱体の移動に伴って熱可塑性樹脂シートがズレ動くような不都合が生じる余地はなく、より安定的に溶着作業を進めることができる。

赤外線レーザービームの照射スポット３５の近傍に位置するシート押圧体８の放熱体１３を上方側から加圧して、当該照射スポット３５の近傍においてのみ、熱可塑性樹脂シート３・４に対して放熱体１３を局所的に密着させながら溶着作業を進めることができるので、例えば、放熱体１３の全体を熱可塑性樹脂シート３・４に押し付ける構成に比べて、より確実に熱可塑性樹脂シート３に対して放熱体１３を密着させることができる。以上より、照射スポット３５近傍の熱可塑性樹脂シート３・４に対する、放熱体１３による熱拡散吸収作用が良好に発揮されるため、溶着痕が熱可塑性樹脂シート３・４の表面に及ぶことを確実に抑えて、より安定的に両シート３・４を溶着することができる。溶着痕が両シート３・４の表面に及ぶことに由来する溶着不良の発生を抑えることもできる。赤外線レーザービームによる両シート３・４の溶着を的確に行うことができるので、両シート３・４の溶着強度を向上できる。

照射スポット３５の全周囲に位置する放熱体１３の上面に対して気体が噴射されるように構成したので、当該照射スポット３５を囲むように、照射スポット３５の全周囲から均一に放熱体１３を熱可塑性樹脂シート３・４に押し付けることができる。従って、一方向からのみ気体を噴射する形態に比べて、より確実に放熱体１３を熱可塑性樹脂シート３・４に対して押し付けることが可能となり、溶着不良の発生を抑えることができる。

加圧用ヘッド３８を上下動可能に構成したので、加圧用ヘッド３８を上下動させて、シート押圧体８との対向間隔を変化させることで、放熱体１３に対する加圧状態や、放熱体１３の熱可塑性樹脂シート３・４に対する密着状態を大小に調整することができる。従って、両シート３・４の厚み寸法や両シート３・４の素材、或いは周囲環境等の各種要因に応じて、放熱体１３に対する加圧状態等を最適化することができるので、より確実に溶着不良の発生を抑えることができる。加圧用ヘッド３８をレーザー装置５に対して独立して上下動可能に構成したので、レーザー装置５と加圧用ヘッド３８とを一体的に上下動させる構成に比べて、昇降機構４０の簡素化を図ることができる。加圧用ヘッド３８のみが上下動する構成であるから、加圧用ヘッド３８の上下動に伴って、レーザー装置５から照射される赤外線レーザービームの焦点位置を変更する必要がなく、レーザー溶着装置の全体制御が容易となる。

（第２実施形態）
図６に本発明に係るレーザー溶着装置の第２実施形態を示す。このレーザー溶着装置では、加圧用ヘッド３８の中空部４９に臨む筒内壁面に気体噴射口３７が形成されている点が、先の第１実施形態と相違する。具体的には、この第２実施形態では、筒内壁面の四か所の等間隔位置に気体噴射口３７が設けられている。各気体噴射口３７は、空気室５１に臨む入口側が上方に位置し、中空部４９に臨む出口側が下方に位置する傾斜姿勢に形成されており、空気室５１内に送給された気体は、各気体噴射口３７に沿って、中空部４９から下方に向けて噴射されるようになっている。それ以外の形状は、第１実施形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

上記の実施例では、空気室５１を備える中空筒状のハウジング５０で加圧用ヘッド３８を構成したが、その必要はなく、要は、照射スポット３５の近傍に係る放熱体１３の上面に対して気体を噴射することで、放熱体１３を樹脂シート３・４に押し付けることができればよく、エアベアリングには限られない。走査構造６、シート押圧体８、昇降機構４０の構造等も、実施形態に示したものに限られない。

２ シート固定構造
３ 熱可塑性樹脂シート（上）
４ 熱可塑性樹脂シート（下）
５ レーザー装置
６ 走査構造
７ シートテーブル
１３ 放熱体
１４ 押圧枠
３５ 照射スポット
３６ 加圧装置
３７ 気体噴射口
３８ 加圧用ヘッド
３９ 気体供給機構
４０ 昇降機構
４９ 中空部

Claims (6)

1. 上下に２枚重ねにした熱可塑性樹脂シート（３・４）を支持するシートテーブル（７）と、
   赤外線透過作用と良熱伝導作用に富む固体材料で構成される放熱体（１３）と、該放熱体（１３）を支持する押圧枠（１４）とを有し、シートテーブル（７）上に載置した熱可塑性樹脂シート（３・４）を押え保持するシート押圧体（８）と、
   シート押圧体（８）を介して、上方側から赤外線レーザービームを熱可塑性樹脂シート（３・４）に向かって照射するレーザー装置（５）と、
   シートテーブル（７）とレーザー装置（５）のいずれか一方を移動操作する走査構造（６）と、
   を備えており、
   シートテーブル（７）とレーザー装置（５）とを走査構造（６）で相対移動させながら、熱可塑性樹脂シート（３・４）の界面に赤外線レーザービームを照射して溶着部を形成することで、両シート（３・４）を一体化するレーザー溶着装置であって、
   レーザー装置（５）による赤外線レーザービームの照射スポット（３５）の近傍に位置するシート押圧体（８）の放熱体（１３）を上方側から加圧することで、当該照射スポット（３５）の近傍において、熱可塑性樹脂シート（３・４）に対して放熱体（１３）を局所的に加圧・密着させる加圧装置（３６）を備えることを特徴とするレーザー溶着装置。
2. 加圧装置（３６）が、レーザー装置（５）による赤外線レーザービームの照射スポット（３５）の近傍に位置する放熱体（１３）の上面に対して気体を噴射することで、当該照射スポット（３５）の近傍において、熱可塑性樹脂シート（３・４）に対して放熱体（１３）を局所的に加圧・密着させるものである、請求項１記載のレーザー溶着装置。
3. 加圧装置（３６）が、気体噴射口（３７）を備える加圧用ヘッド（３８）と、加圧用ヘッド（３８）に気体を供給する気体供給機構（３９）とを備え、
   加圧用ヘッド（３８）が、中空部（４９）を有する中空筒状に形成されたエアベアリングからなり、
   加圧用ヘッド（３８）の中空部（４９）を通ってレーザー装置（５）による赤外線レーザービームが両シート（３・４）に照射されるとともに、加圧用ヘッド（３８）の筒端面、或いは筒内壁面に形成された気体噴射口（３７）より、照射スポット（３５）の全周囲に位置する放熱体（１３）の上面に対して気体が噴射されるように構成されている請求項２記載のレーザー溶着装置。
4. 加圧用ヘッド（３８）を上下方向に移動させる昇降機構（４０）が設けられており、
   昇降機構（４０）により、加圧用ヘッド（３８）が、レーザー装置（５）とシート押圧体（８）に対して相対的に上下動可能に構成されている、請求項３記載のレーザー溶着装置。
5. 下方側のシートテーブル（７）と上方側のシート押圧体（８）との間に２枚重ねにした状態で載置された熱可塑性樹脂シート（３・４）の界面に対して、上方側から赤外線レーザービームを照射して溶着部を形成することで、両シート（３・４）を一体化するレーザー溶着方法であって、
   赤外線レーザービームの照射スポット（３５）の近傍に位置するシート押圧体（８）の放熱体（１３）を上方側から加圧して、当該照射スポット（３５）の近傍において、熱可塑性樹脂シート（３・４）に対して放熱体（１３）を局所的に加圧・密着させながら、両シート（３・４）の界面の熱可塑性樹脂を発熱・溶融させて、両シート（３・４）を溶着させることを特徴とするレーザー溶着方法。
6. 赤外線レーザービームの照射スポット（３５）の周囲に位置する放熱体（１３）の上面に対して気体を噴射することで、当該照射スポット（３５）の全周囲において、熱可塑性樹脂シート（３・４）に対して放熱体（１３）を局所的に加圧・密着させながら、両シート（３・４）の界面の熱可塑性樹脂を発熱・溶融させて、両シート（３・４）を溶着させる請求項５記載のレーザー溶着方法。

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