JP2022176492A - レーザ接合方法及びレーザ接合成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの円筒状部材をレーザ光によって溶着して接合する場合に、内側の円筒状部材の内面が変形することを抑制できるレーザ接合方法を提供すること。【解決手段】レーザ接合方法は、第１内腔２１を有する第１円筒状部材２と、第２内腔３１を有する第２円筒状部材３とを、レーザ光Ｌを照射することで溶着して接合し、第２円筒状部材３の少なくとも一部を第１内腔２１に挿入する挿入工程と、第１円筒状部材２及び第２円筒状部材３を一体的に回転させる回転工程と、回転工程において回転されている第１円筒状部材２及び第２円筒状部材３における第１円筒状部材２と第２円筒状部材３とが重なり合った部分に、第１円筒状部材２の径方向の外側からレーザ光Ｌを照射するレーザ照射工程と、を備え、レーザ照射工程において、レーザ光Ｌを、第１円筒状部材２と第２円筒状部材３との境界ａ１，ａ２を通過し、かつ第２内腔３１に進入しない位置に照射する。【選択図】図３

Description

本発明は、２つの円筒状部材を、レーザ光を照射することで溶着して接合するレーザ接合方法及びレーザ接合成形体に関する。

従来、医療分野や自動車分野等において、２つの樹脂製の円筒状部材をレーザによって溶着して接合するレーザ接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で提案されたレーザ接合方法は、内側円筒状部材の少なくとも一部が外側円筒状部材の内側の空間に配置されることで径方向に重なって配置された状態において、外側円筒状部材の径方向の外側から、外側円筒状部材と内側円筒状部材とが重なった部分にレーザ光を照射することで、レーザにより接合する方法である。

特許第４２７９６７４号公報

２つの円筒状部材をレーザによって溶着する場合、内側に配置される内側円筒状部材の内側が熱により膨張して変形し、内側円筒状部材の内面が変形してしまう場合があった。内側円筒状部材の内面が変形してしまうと、例えば円筒状部材を液体や気体の流路として使用する場合に、流路の均一性が損なわれ、液体や気体の輸送性が低下してしまう場合がある。

従って、本発明は、２つの円筒状部材をレーザ光によって溶着して接合する場合に、内側の円筒状部材の内面が変形することを抑制できるレーザ接合方法及びレーザ接合成形体を提供することを目的とする。

本発明は、第１内腔を有しレーザ光が透過可能な第１円筒状部材と、第２内腔を有しレーザ光が透過可能な第２円筒状部材とを、レーザ光を照射することで溶着して接合するレーザ接合方法であって、前記第２円筒状部材の少なくとも一部を、外周面が前記第１内腔に接した状態で該第１内腔に挿入する挿入工程と、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材を、該第１円筒状部材及び該第２円筒状部材の中心軸を回転中心として一体的に回転させる回転工程と、前記回転工程において回転されている前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材における前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材とが重なり合った部分に、前記第１円筒状部材の径方向の外側からレーザ光を照射するレーザ照射工程と、を備え、前記レーザ照射工程において、レーザ光を、前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材との境界を通過し、かつ前記第２内腔に進入しない位置に照射する、レーザ接合方法に関する。

また、前記レーザ照射工程において、光路が前記第１円筒状部材に入射角９０度で入射し、かつ、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材の中心軸を通る場合のレーザ光の位置を基準位置とした場合に、照射されるレーザ光の前記第１円筒状部材への入射位置と前記基準位置との間の前記中心軸の方向に直交する平面での距離をｘとし、照射されるレーザ光の光路が前記第２内腔に接する場合におけるレーザ光の入射位置と前記基準位置との間の距離をｘ１とし、照射されるレーザ光の光路が前記第１内腔に接する場合におけるレーザ光の入射位置と前記基準位置との間の距離をｘ２としたとき、下記式（１）：ｘ１≦ｘ≦ｘ２・・・・（１）の関係を満たすことが好ましい。

また、前記レーザ照射工程において、光路が前記第１円筒状部材に入射角９０度で入射し、かつ、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材の中心軸を通る場合のレーザ光の位置を基準位置とした場合に、照射されるレーザ光の前記第１円筒状部材への入射位置と前記基準位置との間の前記中心軸の方向に直交する平面での距離をｘとしたとき、下記式（２）：ｄｉ＊Ｎａ／２Ｎ_０≦ｘ≦ｄｏ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（２）（式中、ｄｉは第２円筒状部材の内径、ｄｏは第２円筒状部材の外径、Ｎａは第１円筒状部材及び第２円筒状部材の屈折率、Ｎ_０は空気の屈折率を示す）の関係を満たすことが好ましい。

また、本発明は、第１内腔を有しレーザ光が透過可能な第１円筒状部材と、第２内腔を有しレーザ光が透過可能な第２円筒状部材とを、レーザ光を照射することで溶着して接合するレーザ接合方法により製造されるレーザ接合成形体であって、前記レーザ接合方法は、前記第２円筒状部材の少なくとも一部を、外周面が前記第１内腔に接した状態で該第１内腔に挿入する挿入工程と、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材を、該第１円筒状部材及び該第２円筒状部材の中心軸を回転中心として一体的に回転させる回転工程と、前記回転工程において回転されている前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材における前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材とが重なり合った部分に、前記第１円筒状部材の径方向の外側からレーザ光を照射するレーザ照射工程と、を備え、前記レーザ照射工程において、レーザ光を、前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材との境界を通過し、かつ前記第２内腔に進入しない位置に照射することにより、前記第２内腔の閉塞率が５０％未満になるように製造されるレーザ接合成形体に関する。

本発明によれば、２つの円筒状部材をレーザ光によって溶着して接合する場合に、内側の円筒状部材の内面が変形することを抑制できるレーザ接合方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ接合方法により接合されて製作された延長チューブを備える投薬用の輸液回路を示す図である。 レーザ接合方法により接合される外側円筒状部材及び内側円筒状部材の配置状態を示す図である。 レーザ接合方法により内側円筒状部材及び外側円筒状部材が接合される場合のレーザ光の光路を示す図である。 式（２）の関係式を説明するための図である。 実施例及び比較例のレーザ光の光路及び試験結果を示す表である。

以下、本発明のレーザ接合方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明のレーザ接合方法は、例えば、投薬用の輸液回路１００の延長チューブ１０を製作する場合に用いられる。

図１に示すように、投薬用の輸液回路１００は、本発明に係るレーザ接合方法により製作された延長チューブ１０を備える。延長チューブ１０は、複数のコネクタ１１（一端部コネクタ１２、中間コネクタ１３、他端部コネクタ１４）と、複数のチューブ１５とを有し、複数のチューブ１５が複数のコネクタ１１により接続されて構成される。

本実施形態においては、延長チューブ１０は、一端部コネクタ１２と、中間コネクタ１３と、他端部コネクタ１４と、一端部コネクタ１２と中間コネクタ１３とを接続するチューブ１５と、中間コネクタ１３と他端部コネクタ１４とを接続するチューブ１５と、を有する。一端部コネクタ１２とチューブ１５とは、レーザ光を照射することで溶着して接合される。中間コネクタ１３とチューブ１５とは、レーザ光を照射することで溶着して接合される。他端部コネクタ１４とチューブ１５とは、レーザ光を照射することで溶着して接合される。

例えば、一端部コネクタ１２は延長チューブ１０の端部に配置されている。そのため、一端部コネクタ１２とチューブ１５とをレーザ光を照射することで溶着して接合する場合には、チューブ１５の外側に一端部コネクタ１２を配置した状態で、チューブ１５の内面の変形を抑制するための芯材をチューブ１５の内側に配置し、一端部コネクタ１２の外側からレーザ光を照射することで、一端部コネクタ１２とチューブ１５とを溶着して接合できる。また、他端部コネクタ１４とチューブ１５とをレーザ光を照射することで溶着して接合する場合も同様である。

一方、例えば、中間コネクタ１３は、延長チューブ１０の中間に配置されている。そのため、中間コネクタ１３とチューブ１５とをレーザ光を照射することで溶着して接合する場合において、中間コネクタ１３の両端にチューブ１５が接続されている場合には、芯材を挿入することは難しい。更に溶着後に芯材を抜去することも同様に難しい。

よって、中間コネクタ１３とチューブ１５とをレーザ光を照射することで溶着して接合する場合に、チューブ１５の外側に中間コネクタ１３を配置した状態で、チューブ１５の内側に芯材を配置せずに、中間コネクタ１３の外側からレーザ光を照射させることで、中間コネクタ１３とチューブ１５とを溶着して接合する。

本発明は、図２に示すように、チューブ１５の外側に中間コネクタ１３を配置した状態で、チューブ１５の内側に芯材を配置せずに、中間コネクタ１３の外側からレーザ光Ｌを照射して溶着して接合する場合に、好適に用いられるレーザ接合方法である。

図２に示すように、本実施形態においては、中間コネクタ１３を、外側円筒状部材２（第１円筒状部材）として説明する。外側円筒状部材２は、中心軸Ｏが延びる方向に延びる筒状に形成される。外側円筒状部材２の中心軸Ｏが延びる方向の両端の内側には、内側円筒状部材３としてのチューブ１５の端部が挿入される。

また、チューブ１５を、内側円筒状部材３（第２円筒状部材）として説明する。内側円筒状部材３は、中心軸Ｏが延びる方向に延びる筒状に形成される。内側円筒状部材３の端部は、外側円筒状部材２としての中間コネクタ１３の端部の内側に配置される。

本実施形態のレーザ接合方法は、外側円筒状部材２（第１円筒状部材）としての中間コネクタ１３と、内側円筒状部材３（第２円筒状部材）としてのチューブ１５とを、レーザ光Ｌを照射することで溶着して接合する方法である。本実施形態のレーザ接合方法により外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが溶着して接合されることで、レーザ接合成形体１が製造される。

図２に示すように、外側円筒状部材２は、筒状に形成され、中心軸Ｏの方向に延びる。外側円筒状部材２は、第１内腔２１を有する。第１内腔２１は、中心軸Ｏの方向に同径で延びる。外側円筒状部材２は、レーザ光Ｌが透過可能である。本実施形態においては、外側円筒状部材２は、例えば、樹脂製の中間コネクタ１３により構成される。

内側円筒状部材３は、筒状に形成され、中心軸Ｏの方向に延びる。内側円筒状部材３は、外周面が、外側円筒状部材２の第１内腔２１に接した状態で、第１内腔２１に挿入される。内側円筒状部材３は、第２内腔３１を有する。第２内腔３１は、中心軸Ｏの方向に同径で延びる。内側円筒状部材３は、レーザ光Ｌが透過可能である。本実施形態においては、内側円筒状部材３は、例えば、長尺の樹脂製のチューブ１５により構成される。

外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３は、樹脂材料で形成された成形体である。外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を形成する樹脂材料は、同じ種類の樹脂材料でもよく、異なる種類の樹脂材料でもよい。外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系の樹脂やポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂などにより形成される。

本実施形態においては、図３に示すように、例えば、外側円筒状部材２について、外径がＤｏであり、内径がＤｉであり。屈折率がＮａであるものを用いた。また、例えば、内側円筒状部材３について、外径がｄｏであり、内径がｄｉであり、屈折率がＮｂであるものを用いた。

本実施形態においては、例えば、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の両方を、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等の同じ同種系樹脂材料により形成しているので屈折率Ｎａ≒屈折率Ｎｂとなる。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）の場合は、屈折率は１．４８である。

また、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の両方を樹脂材料とする場合において、樹脂材料の種類が異なっていても、異なる種類の樹脂材料同士の屈折率の差は、樹脂材料の屈折率と空気の屈折率との差と比較すると、ほとんど無視できる。そのため、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の樹脂材料の種類が異なっていても、外側円筒状部材２の屈折率Ｎａ及び内側円筒状部材３の屈折率Ｎｂは、ほぼ同じに近似できる。

なお、屈折率Ｎａ≠屈折率Ｎｂの場合でも、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の境界で、スネルの法則にもとづいた屈折角度を計算し、屈折後のレーザ光が、後述するように、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２を通過し、かつ内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射するように、屈折後のレーザ光が、後述する式（１）における距離ｘ１と距離ｘ２との間に位置するように距離ｘを制御することで、同様の効果を得られる。

本発明のレーザ接合方法により外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを接合する場合には、レーザ接合方法は、挿入工程と、回転工程と、レーザ照射工程と、を行うことで、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを接合する。これにより、レーザ接合成形体１が製造される。

挿入工程においては、図２及び図３に示すように、内側円筒状部材３の少なくとも一部を外側円筒状部材２の第１内腔２１に挿入する。より具体的には、挿入工程においては、図２及び図３に示すように、内側円筒状部材３の一端側の部分は、外周面が第１内腔２１に接した状態で、外側円筒状部材２の第１内腔２１に挿入される。これにより、外側円筒状部材２の一部と内側円筒状部材３の一部とは、径方向に重なり合っている。

回転工程においては、図３に示すように、内側円筒状部材３の少なくとも一部を外側円筒状部材２の第１内腔２１に挿入した状態で、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の中心軸Ｏを回転中心として一体的に回転させる。本実施形態においては、回転工程において、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の中心軸Ｏを回転中心として、反時計回りに、一体的に回転させている。

レーザ照射工程においては、図３に示すように、回転工程において回転されている外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３において、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが重なり合った部分に、外側円筒状部材２の径方向の外側からレーザ光Ｌを照射する。レーザ照射工程において、レーザ光Ｌを、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２を通過し、かつ、内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射する。

レーザ光としては、近赤外領域や中赤外領域の波長（７００～４０００ｎｍ）のレーザ光を用いることができ、例えば、１２００～２５００ｎｍの波長のレーザ光が好ましい。例えば、レーザ光として、樹脂材料への吸収性を考慮して、適度な吸収性を有するＴｍレーザ（ツリウムレーザ、波長：２０００ｎｍ）を用いることができる。

レーザ照射工程において、図３に示すように、光路が外側円筒状部材２に入射角９０度で入射し、かつ、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の中心軸Ｏを通る場合のレーザ光Ｌの位置を基準位置ＲＰとした場合に、照射されるレーザ光Ｌの外側円筒状部材２への入射位置と基準位置ＲＰとの間の中心軸Ｏの方向に直交する平面での距離ｘは、次の式（１）の関係を満たすように構成される。

距離ｘ１≦距離ｘ≦距離ｘ２・・・・（１）
距離ｘ１は、照射されるレーザ光Ｌの光路が内側円筒状部材３の第２内腔３１に接する場合におけるレーザ光Ｌ１の入射位置Ｐ１と基準位置ＲＰとの間の距離である。
距離ｘ２は、照射されるレーザ光Ｌの光路が外側円筒状部材２の第１内腔２１に接する場合におけるレーザ光Ｌ２の入射位置Ｐ２と基準位置ＲＰとの間の距離である。

式（１）の関係を満たす場合には、図３に示すように、距離ｘ１から距離ｘ２の範囲において入射されるレーザ光Ｌは、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２を通過し、かつ、内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射される。

ここで、レーザ光Ｌが、「内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置」とは、レーザ光Ｌの光軸が内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置を意味する。レーザ光Ｌの光軸が内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置であれば、レーザ光Ｌの光軸から広がった光が、内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入したとしても、レーザ光Ｌが内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置となる。

例えば、レーザ光Ｌの基準位置ＲＰから距離ｘ１の位置に照射されるレーザ光Ｌ１は、外側円筒状部材２の入射位置Ｐ１において入射角α１で外側円筒状部材２に入射され、屈折角β１で屈折されて、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１を通過し、内側円筒状部材３の第２内腔３１に接する位置Ｃ１を通過する。これにより、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１において、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３が溶着されて接合される。

また、例えば、レーザ光Ｌの基準位置ＲＰから距離ｘ２の位置に照射されるレーザ光Ｌ２は、外側円筒状部材２の入射位置Ｐ２において入射角α２で外側円筒状部材２に入射され、屈折角β２で屈折されて、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ２を通過する。外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ２は、内側円筒状部材３の第２内腔３１に接する位置Ｃ２に一致する。これにより、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ２において、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３が溶着されて接合される。

また、上記式（１）における距離ｘの範囲について、図４により、より具体的に説明する。ここでは、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３が同一の樹脂材料であるとして、外側円筒状部材２の屈折率Ｎａと内側円筒状部材３の屈折率Ｎｂとを同じ屈折率Ｎａとした場合について説明する。

図４に示すように、照射されるレーザ光Ｌが基準位置ＲＰを通る基準となるレーザ光Ｌと平行な光であり、かつ、外側円筒状部材２の屈折率と内側円筒状部材３の屈折率とを同じ屈折率とした場合においては、照射されるレーザ光Ｌの外側円筒状部材２への入射位置と基準位置ＲＰとの間の中心軸Ｏの方向に直交する平面での距離ｘは、次の式（２）の関係を満たすように構成される。

ｄｉ＊Ｎａ／２Ｎ_０≦ｘ≦ｄｏ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（２）
式（２）中、ｄｉは内側円筒状部材３の内径、ｄｏは内側円筒状部材３の外径、Ｎａは外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の屈折率、Ｎ_０は空気の屈折率を示す。なお、外側円筒状部材２の屈折率及び内側円筒状部材３の屈折率を同じ屈折率Ｎａとしている。

例えば、基準位置ＲＰから距離ｘ１において入射されたレーザ光Ｌ１は、入射位置Ｐ１において外側円筒状部材２の表面の垂線に対して入射角α１の角度で入射し、スネルの法則により、屈折角β１の角度で屈折して、外側円筒状部材２の内部へ透過する。このときの入射角α１と屈折角β１との関係は、式（３ａ）となる。
Ｎａ＊ｓｉｎβ１＝Ｎ_０＊ｓｉｎα１・・・・（３ａ）
ここで、Ｎ_０は空気の屈折率≒１であり、Ｎａは樹脂の屈折率（例えば、ＰＰ：１．４８）である。

図４に示すように、次の式（３ｂ）及び式（３ｃ）の関係が成立する。
△ＯＰ１Ｒ１において、ｓｉｎα１＝ｘ１／（Ｄｏ／２）・・・（３ｂ）
△ＯＰ１Ｃ１において、ｓｉｎβ１＝（ｄｉ／２）／（Ｄｏ／２）・・・（３ｃ）
ここで、Ｄｏは外側円筒状部材２の外径であり、ｄｉは内側円筒状部材３の内径である。

式（３ｂ）及び（３ｃ）を、式（３ａ）に代入して整理すると、次の式（３ｄ）の関係が得られる。
ｘ１＝ｄｉ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（３ｄ）

また、例えば、基準位置ＲＰから距離ｘ２において入射されたレーザ光Ｌ２は、入射位置Ｐ２において外側円筒状部材２の表面の垂線に対して入射角α２の角度で入射し、スネルの法則により、屈折角β２の角度で屈折して、外側円筒状部材２の内部へ透過する。このときの入射角α２と屈折角β２との関係は、式（４ａ）となる。
Ｎａ＊ｓｉｎβ２＝Ｎ_０＊ｓｉｎα２・・・・（４ａ）
ここで、Ｎ_０は空気の屈折率≒１であり、Ｎａは樹脂の屈折率（例えば、ＰＰ：１．４８）である。

図４に示すように、次の式（４ｂ）及び式（４ｃ）の関係が成立する。
△ＯＰ２Ｒ２において、ｓｉｎα２＝ｘ２／（Ｄｏ／２）・・・（４ｂ）
△ＯＰ２Ｃ２において、ｓｉｎβ２＝（ｄｏ／２）／（Ｄｏ／２）・・・（４ｃ）
ここで、Ｄｏは外側円筒状部材２の外径であり、ｄｏは内側円筒状部材３の外径である。

式（４ｂ）及び（４ｃ）を、式（４ａ）に代入して整理すると、次の式（４ｄ）の関係が得られる。
ｘ２＝ｄｏ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（４ｄ）

このように導かれた式（３ｄ）及び式（４ｄ）を、式（１）に代入することで、式（２）を得ることができる。

次に、本発明のレーザ接合方法の全体の流れについて簡単に説明する。本実施形態のレーザ接合方法は、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とをレーザによって溶着して接合する方法である。

まず、図２及び図３に示すように、内側円筒状部材３の少なくとも一部を外側円筒状部材２の内側の第１内腔２１に挿入して配置する（挿入工程）。これにより、内側円筒状部材３の少なくとも一部と外側円筒状部材２の少なくとも一部とを径方向に重ねた状態で配置する。

次に、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を、一体的に、例えば、図３に示すように、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の中心軸Ｏを中心に回転させる（回転工程）。

続けて、外側円筒状部材２の径方向の外側から、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが重なった部分にレーザ光Ｌを照射する（レーザ光照射工程）。

ここで、ｘ１≦ｘ≦ｘ２の関係を満たすように、レーザ光Ｌを照射する。これにより、レーザ光Ｌは、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２の間を通過するが、内側円筒状部材３の第２内腔３１を通らない。よって、内側円筒状部材３の第２内腔３１を溶かして変形させることを抑制しながら、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを良好に接合することで、レーザ接合成形体１を製造できる。レーザ接合成形体１は、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを接合することで、内側円筒状部材３の第２内腔３１の閉塞率が５０％未満になるように製造される。

内側円筒状部材３の第２内腔３１の閉塞率は、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを接合する前における内側円筒状部材３の第２内腔３１の径に対して、第２内腔３１が塞がった割合であり、第２内腔３１が全く塞がっていない状態を０％とし、第２内腔３１が完全に塞がった状態を１００％とする。内側円筒状部材３の第２内腔３１の閉塞率が５０％未満であれば、液体や気体を輸送する輸送性能を確保できる。

以上説明した本実施形態のレーザ接合方法によれば、以下のような効果を奏する。

本実施形態のレーザ接合方法を、第１内腔２１を有する外側円筒状部材２と、第２内腔３１を有する内側円筒状部材３とを、レーザ光Ｌを照射することで溶着して接合し、内側円筒状部材３の少なくとも一部を第１内腔２１に挿入する挿入工程と、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を一体的に回転させる回転工程と、回転工程において回転されている外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３における外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが重なり合った部分に、外側円筒状部材２の径方向の外側からレーザ光Ｌを照射するレーザ照射工程と、を備え、レーザ照射工程において、レーザ光Ｌを、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２を通過し、かつ内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射するように構成した。これにより、レーザ光Ｌを内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射できる。よって、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形を抑制した状態で、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とを、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界ａ１，ａ２において溶着して接合できる。

また、レーザ照射工程において、照射されるレーザ光Ｌの外側円筒状部材２への入射位置と基準位置ＲＰとの間の中心軸Ｏの方向に直交する平面での距離ｘは、次の式（２）の関係を満たすように構成される。
ｄｉ＊Ｎａ／２Ｎ_０≦ｘ≦ｄｏ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（２）
式（２）中、ｄｉは内側円筒状部材３の内径、ｄｏは内側円筒状部材３の外径、Ｎａは外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の屈折率、Ｎ_０は空気の屈折率を示す。
これにより、内側円筒状部材３の内径ｄｉ、内側円筒状部材３の外径ｄｏ、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の屈折率Ｎａ、空気の屈折率Ｎ_０を用いることで、レーザ光Ｌの距離ｘの範囲を決定できる。また、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の屈折率が全く同じ屈折率Ｎａでなくても、僅かに違うだけの場合には、レーザ光Ｌの距離ｘの範囲を簡易的に決定できる。

また、本実施形態のレーザ接合成形体１は、レーザ接合方法におけるレーザ照射工程において、レーザ光Ｌを、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界を通過し、かつ内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しない位置に照射することにより、内側円筒状部材３の第２内腔３１の閉塞率が５０％未満になるように製造される。これにより、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形が抑制された良好なレーザ接合成形体１を製造できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明に係るレーザ接合方法の実施例及び比較例について説明する。

実施例及び比較例においては、内側円筒状部材３の一部を外側円筒状部材２の内側の第１内腔２１に挿入して配置した状態で、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を反時計回りに一体的に回転して、レーザ光Ｌを、下記試験条件にて、外側円筒状部材２の外周面に照射した。これにより、レーザ接合成形体１を製造した。

実施例及び比較例において、外側円筒状部材２は、外径（Ｄｏ）が５．３５ｍｍで、内径（Ｄｉ）が２．７ｍｍで、材質がポリプロピレン（ＰＰ）で、屈折率が１．４８のものを用いた。また、内側円筒状部材３は、外径（ｄｏ）が２．７ｍｍで、内径（ｄｉ）が１．０ｍｍで、材質がポリプロピレン（ＰＰ）で、屈折率が１．４８のものを用いた。
また、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の回転速度を３．５ｍｍ／ｓとし、一周半回転させた。レーザ光Ｌのスキャン幅を１ｍｍとした。

また、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の回転方向は、図３に示すように、レーザ光Ｌの第１円筒状部材２への入射位置Ｐ１，Ｐ２が、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の中心軸Ｏをレーザ光が通る場合の基準位置ＲＰからずれた位置に位置する場合に、照射されるレーザ光Ｌの外側円筒状部材２への入射位置Ｐ１，Ｐ２から基準位置ＲＰ側に向けて近づく側に回転する方向である。本実施例の場合は、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３を反時計回りに回転させている。

＜試験条件＞
実施例１において、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界にレーザ光Ｌを通過させ、内側円筒状部材３の第２内腔３１にレーザ光Ｌが進入しないように、ｘ＝ｘ１の関係となるように、レーザ光Ｌを照射した。
実施例２において、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界にレーザ光Ｌを通過させ、内側円筒状部材３の第２内腔３１にレーザ光Ｌが進入しないように、ｘ１＜ｘ＜ｘ２の関係となるように、レーザ光Ｌを照射した。

比較例１において、内側円筒状部材３の第２内腔３１にレーザ光が進入するように、ｘ＜ｘ１の関係となるように、レーザ光Ｌを照射した。
比較例２において、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界にレーザ光Ｌを通過させず、内側円筒状部材３の第２内腔３１にレーザ光Ｌが進入しないように、ｘ＞ｘ２の関係となるように、レーザ光Ｌを照射した。

＜試験結果＞
図５に示すように、実施例１及び実施例２では、内側円筒状部材３の第２内腔３１には、変形した潰れは発生しなかった（閉塞率５０％未満）（判定：ＯＫ）。外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界をレーザ光Ｌが通過しており、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３は良好に接合されていた（接合状態：ＯＫ）。従って、実施例１及び実施例２においては、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３は、内側円筒状部材３の第２内腔３１には変形した潰れが発生せずに、良好に接合されたため、総合判定としては、良好（ＯＫ）であった。

つまり、実施例１及び実施例２において、外側円筒状部材２（第１円筒状部材）と内側円筒状部材３（第２円筒状部材）とが重なり合った境界をレーザ光Ｌが通過し、良好に接合されたレーザ接合成形体１を外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３の径方向に沿って切断した場合の断面は、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形は少なく、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが重なり合った部分が溶融して接合されている。

比較例１では、内側円筒状部材３の第２内腔３１は、変形して潰れて閉塞した（閉塞率１００％）（判定：ＮＧ）。外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界をレーザ光Ｌは通過しており、外側円筒状部材２及び内側円筒状部材３は良好に接合されていた（接合状態：ＯＫ）。従って、内側円筒状部材３の第２内腔３１が変形して潰れて閉塞したため、総合判定としては、不良（ＮＧ）であった。

比較例２では、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３との境界をレーザ光Ｌが通過しないため、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とは溶着されていなかった（接合状態：ＮＧ）。従って、外側円筒状部材２と内側円筒状部材３とが溶着されていないため、総合判定としては、不良（ＮＧ）であった。

以上の試験結果において、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形に関しては、レーザ光Ｌを内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入しないように照射した場合には、実施例１及び実施例２のように、内側円筒状部材３の第２内腔３１には変形した潰れが発生しないため、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形を抑制できることが分かった。一方、レーザ光Ｌを内側円筒状部材３の第２内腔３１に進入するように照射した場合には、比較例１のように、内側円筒状部材３の第２内腔３１は変形して潰れて閉塞するため、内側円筒状部材３の第２内腔３１の変形を抑制できないことが分かった。

１ レーザ接合成形体
２ 外側円筒状部材（第１円筒状部材）
３ 内側円筒状部材（第２円筒状部材）
２１ 第１内腔
３１ 第２内腔
Ｌ レーザ光
Ｏ 中心軸

Claims (4)

1. 第１内腔を有しレーザ光が透過可能な第１円筒状部材と、第２内腔を有しレーザ光が透過可能な第２円筒状部材とを、レーザ光を照射することで溶着して接合するレーザ接合方法であって、
   前記第２円筒状部材の少なくとも一部を、外周面が前記第１内腔に接した状態で該第１内腔に挿入する挿入工程と、
   前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材を、該第１円筒状部材及び該第２円筒状部材の中心軸を回転中心として一体的に回転させる回転工程と、
   前記回転工程において回転されている前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材における前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材とが重なり合った部分に、前記第１円筒状部材の径方向の外側からレーザ光を照射するレーザ照射工程と、を備え、
   前記レーザ照射工程において、レーザ光を、前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材との境界を通過し、かつ前記第２内腔に進入しない位置に照射する、レーザ接合方法。
2. 前記レーザ照射工程において、
   光路が前記第１円筒状部材に入射角９０度で入射し、かつ、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材の中心軸を通る場合のレーザ光の位置を基準位置とした場合に、
   照射されるレーザ光の前記第１円筒状部材への入射位置と前記基準位置との間の前記中心軸の方向に直交する平面での距離をｘとし、
   照射されるレーザ光の光路が前記第２内腔に接する場合におけるレーザ光の入射位置と前記基準位置との間の距離をｘ１とし、
   照射されるレーザ光の光路が前記第１内腔に接する場合におけるレーザ光の入射位置と前記基準位置との間の距離をｘ２としたとき、下記式（１）：
   ｘ１≦ｘ≦ｘ２・・・・（１）
   の関係を満たす請求項１に記載のレーザ接合方法。
3. 前記レーザ照射工程において、
   光路が前記第１円筒状部材に入射角９０度で入射し、かつ、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材の中心軸を通る場合のレーザ光の位置を基準位置とした場合に、
   照射されるレーザ光の前記第１円筒状部材への入射位置と前記基準位置との間の前記中心軸の方向に直交する平面での距離をｘとしたとき、下記式（２）：
   ｄｉ＊Ｎａ／２Ｎ_０≦ｘ≦ｄｏ＊Ｎａ／２Ｎ_０・・・・（２）
   （式中、ｄｉは第２円筒状部材の内径、ｄｏは第２円筒状部材の外径、Ｎａは第１円筒状部材及び第２円筒状部材の屈折率、Ｎ_０は空気の屈折率を示す）
   の関係を満たす請求項１又は２に記載のレーザ接合方法。
4. 第１内腔を有しレーザ光が透過可能な第１円筒状部材と、第２内腔を有しレーザ光が透過可能な第２円筒状部材とを、レーザ光を照射することで溶着して接合するレーザ接合方法により製造されるレーザ接合成形体であって、
   前記レーザ接合方法は、
   前記第２円筒状部材の少なくとも一部を、外周面が前記第１内腔に接した状態で該第１内腔に挿入する挿入工程と、
   前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材を、該第１円筒状部材及び該第２円筒状部材の中心軸を回転中心として一体的に回転させる回転工程と、
   前記回転工程において回転されている前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材における前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材とが重なり合った部分に、前記第１円筒状部材の径方向の外側からレーザ光を照射するレーザ照射工程と、を備え、
   前記レーザ照射工程において、レーザ光を、前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材との境界を通過し、かつ前記第２内腔に進入しない位置に照射することにより、前記第２内腔の閉塞率が５０％未満になるように製造されるレーザ接合成形体。

Images