JP6443855B2 - 熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法、熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、２以上の熱可塑性樹脂材を重ねて配置し、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射して、２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法およびレーザ溶着装置に関し、特にレーザ光を吸収する２以上の熱可塑性樹脂材を溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法およびレーザ溶着装置に関する。

２以上の熱可塑性樹脂材を重ねて配置し、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射して熱可塑性樹脂材同士を溶着するレーザ溶着方法では、２以上の熱可塑性樹脂材が当接する被溶着面近傍に溶着に必要な高温域を作り出して溶着している。

例えば、従来の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置では、図２０に示したように、支持部材９０の上に、レーザ光を吸収する熱可塑性樹脂材９２、レーザ光を透過する熱可塑性樹脂材９１、レーザ光を透過する押圧部材９３を順に載せ、両熱可塑性樹脂材９１、９２を支持部材９０と押圧部材９３により押圧した状態で、押圧部材９３の上に配置したレーザ光照射手段９４からレーザ光９４ａを照射する構成が知られている。なお、以下の説明では、便宜上、２以上の熱可塑性樹脂材について、レーザ光照射手段に近い順に、第１熱可塑性樹脂材、第２熱可塑性樹脂材と称して説明する。

この方法では、レーザ光９４ａが押圧部材９３と第１熱可塑性樹脂材９１を透過し、第２熱可塑性樹脂材９２に吸収される。そして、第２熱可塑性樹脂材９２が発熱し、第１熱可塑性樹脂材９１と第２熱可塑性樹脂材９２が接触する被溶着面９５に溶着に必要な高温域９６が形成され、両熱可塑性樹脂材９１、９２が溶融する。そして、レーザ光照射を止めると、高温域９６が冷却され、溶融した両熱可塑性樹脂材９１、９２が固化して溶着する（例えば、特許文献１参照）。

しかし上記のレーザ溶着方法は、一方の第１熱可塑性樹脂材９１がレーザ光を透過し、他方の第２熱可塑性樹脂材９２がレーザ光を吸収する組み合わせであることを前提としている。そのため、両方の熱可塑性樹脂材がレーザ光を吸収する場合には適用できない。両方の熱可塑性樹脂材がレーザ光を吸収するときには、レーザ光が照射されるレーザ光照射側の熱可塑性樹脂材の表面が先に加熱されて溶融が始まるが、その下に配置されている熱可塑性樹脂材は遅れて加熱され、熱可塑性樹脂材が当接する被溶着面近傍に溶着に必要な高温域が形成されない。また、溶着部の表層が高温になって顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷が起きる。

そこで、同種の熱可塑性樹脂材を溶着する方法として、図２１に示したように、赤外線を照射して加熱している表面を圧搾空気で冷却する方法が提案されている。図２１では、熱可塑性樹脂材の管材１００の外周に同種の熱可塑性樹脂材の継手１０１を被せ、継手１０１の上に配置した赤外線照射手段１０２から赤外線照射光１０２ａを照射するとともに、エアーノズル１０３から圧搾空気を吹き付けて、加熱している継手１０１の表面を冷却している（例えば、特許文献２参照）。

図２１で、エアーノズル１０３から圧搾空気を吹き付けなければ、図２２（ａ）のように、継手１０１の表層が高温になり、高温域１０４の容積が大きくなり、ひと塊になった溶融部ができる。溶融部の表層が高温になると顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷が起きる。しかし図２１で、エアーノズル１０３から圧搾空気を吹き付けると、図２２（ｂ）のように、継手１０１の表面が冷却されて管材１００と継手１０１が接触する被溶着面近傍だけに高温域１０４が形成される。このことにより、溶融部の表層に顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷が生じるのを抑制し、熱可塑性樹脂材同士が接触する被溶着面で溶着させることができる。

また図２３のように、レーザ光を吸収する複数の熱可塑性樹脂板９８、９９を溶着する方法として、第１熱可塑性樹脂板９８の表面側に流体（気体または液体）または固体である放熱材を接触配置する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。図２３のレーザ溶着装置では、第１熱可塑性樹脂板９８の赤外線照射側表面温度（Ｔｓ）を第１熱可塑性樹脂板９８の軟化温度（Ｔｍａ）より低く、溶着対象である両熱可塑性樹脂板９８、９９の接触部の温度（Ｔｉ）を最も低い軟化温度を有する熱可塑性樹脂板の軟化温度（Ｔｍ）より高くするというレーザ光の照射条件を設定している。

第１熱可塑性樹脂板９８の表面側に流体（気体または液体）または固体である放熱材を接触配置しているため、第１熱可塑性樹脂板９８の表面がレーザ光照射により発熱したとしても、表面温度は軟化温度（Ｔｍａ）より低くなる。このことにより、溶融部の表層に顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷が生じるのを抑制している。なお、樹脂板内部では放熱しにくいので温度が上昇し、両熱可塑性樹脂板９８、９９が当接する被溶着面近傍に溶着に必要な高温域が作り出され、熱可塑性樹脂板９８、９９が溶融する。そして、レーザ光の照射を止めると高温域が冷却され、溶融領域が固化して溶着する。

特開２００８−９６６号公報 特開平１０−１６６４５１号公報 特許第４２７９６７４号公報

エアーノズルから圧搾空気を吹き付けて、加熱している熱可塑性樹脂材の表面温度を低温にする方法や、流体（気体または液体）または固体である放熱材を熱可塑性樹脂材の表面に接触配置して、表面温度を低温にする方法は、加熱している溶融部の表層が冷やされるので、表層における顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷が生じるのを抑制することができる。

しかし、いずれの技術も熱可塑性樹脂材の表面温度を冷却しているが、表面と内部に一定の温度差ができる程度に冷却をコントロールしているにすぎない。これらは、冷却することで温度差を作り出しているが、レーザ光が当たる高温域の温度を制御していない。例えば、高温域の温度を測定しておらず、溶融領域の大きさを制御していない。そのため、高温域ができて熱可塑性樹脂材が溶融する溶融領域の大きさがその都度変動する。そのため、溶融領域が冷却、固化してできる結合部分の大きさが安定しないので、熱可塑性樹脂材同士を一定の強度で安定的に溶着することが難しかった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、熱可塑性樹脂材上に形成されるレーザ光照射領域表面の熱損傷の発生を抑制するとともに、熱可塑性樹脂材同士を安定的に溶着することのできる熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法、熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置を提供することにある。

本発明は、２以上の熱可塑性樹脂材を互いに接触配置して、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射して２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法において、２以上の熱可塑性樹脂材を互いに接触配置して、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射し、熱可塑性樹脂材のレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定し、測定したレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）に基づき、この表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御して、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）が２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度のうち最も高い温度と同等となるように、且つ、レーザ光照射領域に隣接するレーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）が２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度のうち最も低い温度より低くなるようにして、２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着している。

そして、熱可塑性樹脂材のレーザ光を照射した領域を高温域の溶融領域として溶融させ、その後、レーザ光照射を止めて冷却、固化して熱可塑性樹脂材を溶着している。

本発明では、レーザ光を照射しているレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定して、表面温度（Ｔａ）に基づき、この表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御することにより、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）が熱可塑性樹脂材の軟化温度と同じか、近傍で高い温度となるようにしている。

このことにより、熱可塑性樹脂材の表層の温度は熱損傷を生じるような高温に達せず、表層における顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷を抑制している。

そして、熱可塑性樹脂材のレーザ光照射領域に隣接するレーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）を、放熱材である押圧部材からの放熱により熱可塑性樹脂材の軟化温度より低くなるようにしている。レーザ光照射領域では、表面温度が略一定のままレーザ光が継続的に照射されて溶融領域が拡大するが、この溶融領域はレーザ光を照射している熱可塑性樹脂材の表面方向には拡大せず、熱可塑性樹脂材の厚み方向に拡大する。熱可塑性樹脂材の溶融領域は、レーザ光を照射する側の表面から熱可塑性樹脂材の厚み方向の内部へ向かい、内部から反対側の表面に向かって、最終的には反対側の表面に達する。そして、レーザ光の照射を止めると、レーザ光照射側の表面から反対側の表面まで達した溶融領域が冷却、固化して各熱可塑性樹脂が溶着される。

本発明によれば、レーザ光照射周囲領域の温度を熱可塑性樹脂材の軟化温度より低くした状態で、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を熱可塑性樹脂材の軟化温度と同等で略一定とした高温域として、レーザ光照射領域を溶融させている。これにより、レーザ光照射領域に対応する溶融領域内の熱可塑性樹脂材が、溶融して、冷却し、固化した結合部分になるので、熱可塑性樹脂材同士を安定的に溶着することができる。

本発明の実施形態１に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 図1のレーザ溶着装置から温度センサーや温度フィードバック制御手段等を省略して示した概略構成図。 （ａ）（ｂ）熱可塑性樹脂材の温度上昇時の継時的温度変化の例を示した図。 （ａ）〜（ｃ）実施形態１のレーザ溶着装置によるレーザ光照射工程を示した斜視図。 （ａ）〜（ｃ）実施形態１の熱可塑性樹脂材の温度分布の変化を示した断面図。 実施形態１のレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂材の断面図。 本発明の実施形態２に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 実施形態２のレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂材の断面図。 本発明の実施形態３に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 実施形態３に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置で溶着した円筒形熱可塑性樹脂材の断面図。 本発明の実施形態４に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置のレーザ光照射状態を示した斜視図。 実施形態４のレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂材の断面図。 本発明の実施形態５に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 本発明の実施形態６に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置の温度センサーや温度フィードバック制御手段等を省略して示した概略斜視図。 （ａ）実施形態６のレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂シートのレーザ光照射面側を示した図（ｂ）レーザ光照射面裏側を示した図。 実施形態６の変形例を示した概略斜視図。 実施形態６の変形例のレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂シートを示した図。 本発明の実施形態７に係るバルーンにステントを部分的に溶着するレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 本発明の実施形態７に係るバルーンにステントを部分的に溶着するレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 従来の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 従来の赤外線照射溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図。 （ａ）図２１の赤外線照射溶着装置において、圧搾空気を吹き付けない状態で溶着した円筒形熱可塑性樹脂材の断面図、及び（ｂ）圧搾空気を吹き付けた状態で溶着した円筒形熱可塑性樹脂材の断面図。 他の従来のレーザ溶着装置による溶着作業中の温度状態を示す断面図。

以下、本発明に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法とレーザ溶着装置について、図面とともに説明する。

（本発明の実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示す概略構成図を示す。支持部材１は、例えばシリコン板からなる断熱材でできている。支持部材１の厚さはもっと厚くしてもよいし、下にアルミニュウム製のブロックを敷いてもよい。当該支持部材１の上には、溶着対象物である２つの熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂが重ねて載置される。なお、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂは、厚さ０．１５ｍｍ程度の熱可塑性樹脂シートであり、それぞれの軟化温度を表記する場合はＴｍ₁、Ｔｍ₂として表示するが、本発明の実施形態１では、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの材質を同じとして、軟化温度も同じ温度をＴｍ、すなわち、Ｔｍ₁＝Ｔｍ₂＝Ｔｍとして説明する。

なお、発明理解のため、図１は、支持部材１、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ、押圧部材３の各部の寸法を比例尺でなく誇張して描いている。また、以下の説明では、２以上の熱可塑性樹脂材について、背景技術を説明したときと同じく、レーザ光照射手段に近い順に、第１熱可塑性樹脂材、第２熱可塑性樹脂材と表記して説明する。

第１熱可塑性樹脂材２Ａの上には、放熱材として機能する押圧部材３を載置している。押圧部材３としては、例えばレーザ光を透過するガラス板が用いられる。支持部材１、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ、押圧部材３は、図示しない押圧手段によって互いの当接面が密着するように押圧されている。押圧部材３の上方には、レーザ光照射手段４を配置している。

レーザ光照射手段４は、図示しないレーザ光絞り手段を用いて、レーザ光４ａをレーザ光照射側の第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面の一定領域を照射する。レーザ光４ａを照射した領域の第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面温度（Ｔａ）は、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか、近傍の高い温度に熱せられる。第１熱可塑性樹脂材２Ａ上にて、のレーザ光４ａが照射された一定領域は発熱して、軟化温度（Ｔｍ₁）に達した高温域となり溶融領域５を形成する。ここで軟化温度は、熱可塑性樹脂材が軟化して溶融を始める温度であり、例えば変性ポリフェニレートシートでは、２７０℃程度である。

第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面温度（Ｔａ）は、温度センサー６により非接触で測定され、測定した表面温度（Ｔａ）を温度フィードバック・レーザ出力制御手段７（以下、出力制御手段７という）にフィードバックする。出力制御手段７では、予め標準温度設定手段８により設定され、記憶された標準温度を保つようにレーザ光照射手段４のレーザ出力を制御する。

レーザ出力の制御方法については、レーザ出力値の大小を短時間に変動させる方法、あるいはレーザ出力値の大小を所定時間ごとに一定値とする方法や、レーザ出力をオン・オフする方法、レーザ出力をオン・オフする間隔を短時間に変動させる方法、レーザ出力をオン・オフする間隔を所定時間ごとに一定値とする方法や、これらを組み合わせる方法、その他の方法が種々考えられる。本発明では、レーザ光照射領域の熱可塑性樹脂材表面の温度を所定温度にできれば、これらの中の任意のレーザ出力の制御方法を採用することができる。

標準温度としては、熱可塑性樹脂材の軟化温度と同じか、軟化温度の近傍で高い温度に設定する（以下、この温度を「軟化温度と同じか、近傍で高い温度」という表現で説明する）。例えば、先に説明した変性ポリフェニレートシートの場合は、設定温度を軟化温度（２７０℃）より１０℃程度高く、２８０℃に設定し、表面温度（Ｔａ）がフィードバック制御で変動しても軟化温度以下に下がらないように設定しておくのが好ましい。

本発明の実施形態１では、標準温度を、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか近傍の高い温度に設定しているとして説明を続ける。レーザ光４ａが照射される一定領域でレーザ光４ａを連続して照射すると発熱が続き、軟化温度（Ｔｍ₁）に達した高温域である溶融領域５が拡大する。

しかし、溶融領域５の上に位置する押圧部材３は、レーザ光４ａを透過するので発熱せず、溶融領域５から伝わってくる熱を外気に放熱する。レーザ光照射領域では、レーザ光４ａが照射され続けるため放熱された熱量が補完されるが、レーザ光照射周辺領域では、レーザ光４ａが照射されないため放熱された熱量が失われて表面温度（Ｔｂ）は軟化温度（Ｔｍ₁）より低い温度に冷やされる。仮に、レーザ光照射領域の周辺の目印となる点として、図１に、レーザ光照射領域の外側で近傍にある点をＡ点として表示する。Ａ点では、レーザ光照射領域の熱が伝わってくるが、その熱は押圧部材３に伝わり放熱される。Ａ点の温度（Ｔｂ）は軟化温度にまで上昇しない。そのため、Ａ点の熱可塑樹脂材は軟化、溶融せず、元の形状を保つ。従って、溶融領域５は、熱可塑性樹脂材の表面方向へは拡大しない。

レーザ光照射領域では、レーザ光４ａが照射され続けるため、軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか、近傍で高い温度に保たれたまま溶融領域５は熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの厚み方向（図１の紙面で見て上から下の方向）に拡大する。

図１で示した点線８は、前記の溶融領域５が拡大していく様子をイメージ的に示している。溶融領域５は、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面から厚み方向に拡大して、第２熱可塑性樹脂材２Ｂに達する。溶融領域５の温度は、表面温度（Ｔａ）と同じで、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）と同じか、近傍で高い温度であるため、ついには第２熱可塑性樹脂材２Ｂの下面、つまり支持部材１に当接する面に達する。支持部材１はシリコンのような断熱部材であるため断熱され、溶融領域５はその後、厚み方向への拡大が止まり、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの内部で表面方向（厚さ方向に対し交差する方向）に拡大する。

図２は、温度センサー６、出力制御手段７と標準温度設定手段８の図示を省略して、各部の温度状態をイメージ的に示した図である。レーザ光４ａが照射されているレーザ光照射領域の下には、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）と同じか、近傍で高い温度（Ｔａ）となった溶融領域５が出来て、第１熱可塑性樹脂材２Ａから第２熱可塑性樹脂材２Ｂに拡大しつつある様子が示されている。一方で、レーザ光４ａが照射されていないレーザ光照射周囲領域では、押圧部材３に伝わった熱が放熱されることから、レーザ光照射周囲領域の表面温度（Ｔｂ）は軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）より低くなって、軟化、溶融が止まっている様子が示されている。

図３（ａ）（ｂ）に、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面がレーザ光照射され、表面温度（Ｔａ）が上昇していくときの各部の温度の推移を継時的に示した。図３（ａ）では、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面がレーザ光照射され、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）が上昇し、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）を超えると、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）と同じか、近傍で高い一定温度を中心に上下するように、出力制御手段７の制御により保持されている。

図３（ａ）（ｂ）において破線で示すように、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、押圧部材３からの放熱により、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）より低い状態にある。出力制御手段７は、レーザ光照射面の表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御することにより、Ｔｂ＜Ｔｍ≦Ｔａという関係を維持している。

このことにより、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）は、表層における顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損失を生じないように抑制され、レーザ光照射領域が高温域となり、レーザ光照射領域の下方に溶融領域が拡大、進行して、その後、冷却、固化して熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの結合部分を形成する。このことで安定的なレーザ溶着を実現している。

なおレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）は、図３（ｂ）のように、温度変動幅の中心が軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）とほぼ同じであっても良い。レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）が軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）を超えて蓄熱して、熱可塑性樹脂材が軟化、溶融して、溶融領域が拡大して、溶着対象物である２以上の熱可塑性樹脂材を貫いた形で結合部分を形成するには、表面温度（Ｔａ）が軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）を超えていればよいからである。本発明で用いた「軟化温度と同じか、近傍で高い温度」という表現は、上記図３（ａ）と図３（ｂ）の両方の状態を含む概念である。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態１のレーザ溶着装置で熱可塑性樹脂材にレーザ光を照射している工程を、レーザ溶着の工程の進行順に示した図である。なお、発明理解のため、支持手段１と押圧部材３、温度センサー６、出力制御手段７と標準温度設定手段８の図示は省略した。

図４（ａ）のように、レーザ光照射手段４からのレーザ光照射が始まると、レーザ光４ａにより第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射側の表面が加熱され、第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射領域における表面温度（Ｔａ）が軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか、近傍で高い温度まで上昇する。レーザ光４ａは継続して照射されるため、この表面温度（Ｔａ）が一定に保たれたまま、レーザ光照射領域にレーザの熱エネルギーが蓄積されて溶融領域が拡大する。

なお、第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射周囲領域は押圧部材３から放熱され、第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、軟化温度（Ｔｍ₁）より低く冷やされる。そのため、溶融領域５はレーザ光照射周囲領域の表面方向に拡大せず、溶融領域５は熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの厚み方向、つまりレーザ光の進行方向に拡大する。

そしてレーザ光照射を続けると、図４（ｂ）のように、レーザ光４ａによる溶融領域５が第１熱可塑性樹脂材２Ａから第２熱可塑性樹脂材２Ｂに達する。そして図４（ｃ）に示したように、レーザ光４ａによる溶融領域５は第２熱可塑性樹脂材２Ｂの下面、つまり支持部材１に接する面に達する。

図４（ａ）のときの熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの温度分布状況を図５（ａ）に示す。なお、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態１のレーザ溶着装置により熱可塑性樹脂材にレーザ光を照射したときの熱可塑性樹脂材の温度分布を示した断面図であり、四角い枠は、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの断面形状を示し、太線と破線の曲線は、それぞれ熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂのレーザ光照射領域の温度と、レーザ光照射周囲領域の温度を示している。

図５（ａ）では、レーザ光４ａが照射されている第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）が、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）になっているが、表面直下はまだ軟化温度（Ｔｍ₁）に達していない。レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、押圧部材３による放熱により、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）より低い温度になっている。

図４（ｂ）のときの熱可塑性樹脂材Ａ、Ｂの温度分布状況を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）では、第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射領域の直下の部分が、第１熱可塑性樹脂材２Ａの厚さと同じ深さまで軟化温度（Ｔｍ₁）に達している。図５（ｂ）で、第２熱可塑性樹脂材２Ｂの温度は、第２熱可塑性樹脂材２Ｂの軟化温度（Ｔｍ₂）より低い温度になっている。なお、本発明の実施形態１では、熱可塑性樹脂材２Ａと２Ｂは同一材質を用いた場合を説明することとしており、軟化温度（Ｔｍ₁）と軟化温度（Ｔｍ₂）は同じ温度（Ｔｍ）であるが、異なる記号で説明した。図５（ｂ）では、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、押圧部材３による放熱により、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）より低い温度になっている。

図４（ｃ）のときの熱可塑性樹脂材Ａ、Ｂの温度分布状況を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）では、レーザ光照射領域の第１熱可塑性樹脂材２Ａの温度は軟化温度（Ｔｍ₁）に達しており、第２熱可塑性樹脂材２Ｂの温度も、ほとんどの厚さ部分が第２熱可塑性樹脂材２Ｂの軟化温度（Ｔｍ₂）に到達している。このままレーザ光照射が続くと第２熱可塑性樹脂材２Ｂの温度は、全ての厚さ部分で第２熱可塑性樹脂材２Ｂの軟化温度（Ｔｍ₂）に達する。なお図５（ｃ）では、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、押圧部材３による放熱により、第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）より低い温度になっている。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）を見れば、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）は、レーザ光照射により熱せられて、軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）に達した溶融領域が厚み方向に拡大していき、レーザ光照射が終了すると冷却して固化し、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂを溶着させることが理解される。また、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、軟化温度より低い温度には熱せられるがそのまま冷却されることが理解される。

図６は、実施形態１に係るレーザ溶着装置で溶着した熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの断面図を示す。熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの溶融領域５が冷却、固化して、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂの上表面から下表面に達する結合部分９となっている。

なお、熱可塑性樹脂材はレーザ光を吸着しやすい有色のプラスチックシートでも、レーザ光を吸着し難いと言われている透明なプラスチックシートでも、特定波長のレーザ光を少しでも吸収して発熱する場合は、本発明のレーザ溶着装置でレーザ溶着可能であることを確認した。

従来、同種の熱可塑性樹脂材をレーザ溶着しようとして、重ねた一方の熱可塑性樹脂にレーザ光を照射すると、レーザ光を照射した側の熱可塑性樹脂材が溶け過ぎてしまい、表層における顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷を生じる欠点があったが、本発明は、同種の熱可塑性樹脂材を軟化温度と同じか、近傍で高い温度を保った形で加熱することにより、レーザ光を照射した側の熱可塑性樹脂材が溶け過ぎることなく、熱可塑性樹脂材表面の熱損傷の発生を抑制した状態でレーザ溶着を安定的に行うことができる。

以上の本実施形態の説明では、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂを同一材質として、軟化温度が同じ場合（Ｔｍ₁＝Ｔｍ₂＝Ｔｍ）を説明したが、異なる材質を用いたときは、出力制御手段７がレーザ出力を調整して、下記の条件、
（数１）
Ｔｂ<Ｔｍ₁≦Ｔａ
（数２）
Ｔｂ<Ｔｍ₂≦Ｔａ
を満足するように温度制御する。このことにより、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂを安定的にレーザ溶着することができる。

ここで、Ｔｂ<Ｔｍ₁≦Ｔａと、Ｔｂ<Ｔｍ₂≦Ｔａという温度条件を満足させるということは、Ｔｍ₁<Ｔｍ₂の場合も、Ｔｍ₁>Ｔｍ₂の場合も上記関係にあるということを意味している。そのため、Ｔｂ<Ｔｍ₁≦Ｔａと、Ｔｂ<Ｔｍ₂≦Ｔａという温度条件を満足させるということは、Ｔａは、Ｔｍ₁とＴｍ₂の両方より高い温度である。つまりＴａは、Ｔｍ₁とＴｍ₂の内の高い温度よりも高いということになる。また、Ｔｂは、Ｔｍ₁とＴｍ₂の両方より低い温度である。つまりＴｂは、Ｔｍ₁とＴｍ₂の内の低い温度よりも低いということを意味している。

（本発明の実施形態２）
図６では、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂのレーザ光照射側とその反対側とで、溶融量に差ができている。そこで、レーザ光照射側の押圧部材３の表面からの放熱量を増やしたり、レーザ光照射の反対側の面の溶融領域に相当する表面範囲を他の加熱手段で軟化温度までには至らない低い温度に加熱したりして、レーザ光照射側とその反対側とで、溶融量に差ができないようにしてもよい。

例えば、本発明の実施形態２として図７に示したように、押圧部材３の表面に圧搾空気１２を吹きつけるエアーダクト１３と、断熱板である支持部材１の一部を切欠いて、支持部材１の代わりにヒーター１１を内蔵させたアルミニュウム製のヒートブロック１０を配置してもよい。当該ヒートブロック１０は、レーザ光照射の反対側の溶融領域に相当する表面範囲を軟化温度までは至らない低い温度に加熱するように構成されている。

当該第２実施形態では、押圧部材３の表面にエアーダクト１３から圧搾空気が吹きつけられるので、レーザ光照射の放熱は促進される。また、レーザ光照射の反対側の溶融領域に相当する表面範囲が加熱されるので、溶融領域５がレーザ光照射の反対側に到達するのが促進される。

そして、図８に示した通り、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂはレーザ溶着したときにできる結合部分９が、レーザ光照射側とその反対側で溶融量に差がなくなり、より安定的な結合を実現できる。

なお、図７で示したエアーダクト１３には空気以外の他の流体を流しても良いし、エアーダクト１３を小型ファンなどの送風機に置き換えても良い。

（本発明の実施形態３）
本発明のレーザ溶着装置は、管状の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着に適用することができる。溶着対象物である管材と継手を重ねた部分に本発明のレーザ光４ａを照射して、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測り、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御し、表面温度（Ｔａ）を熱可塑性樹脂材の軟化温度（Ｔｍ）と同じか、近傍で高い温度にするとともに、レーザ光を照射しないレーザ光照射周辺領域の温度（Ｔｂ）を熱可塑性樹脂材の軟化温度（Ｔｍ）より低くすれば、レーザ光照射領域の熱可塑性樹脂材だけを溶融してレーザ溶着できるからである。

図９に、実施形態３のレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図を示した。図９において、熱可塑性樹脂材である管材２００と継手２０１を重ねた表面にレーザ光４ａを照射し、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を温度センサー６により非接触で測定し、測定した表面温度（Ｔａ）を出力制御手段７にフィードバックする。出力制御手段７では、予め標準温度設定手段８により設定し、記憶した標準温度を保つようにレーザ光照射手段４のレーザ出力を制御する。標準温度を管材２００と継手２０１の軟化温度と同じか、近傍で高い温度に設定しておく。このことにより、レーザ光照射領域の直下が軟化温度に達する高温域となり、この高温域は溶融領域５としてレーザ光の進行方向に拡大し、管材２００と継手２０１をレーザ溶着する。なお、図９では、図１で示した放熱材となる押圧部材３を図示していないが、継手２０１の表面に接する外気（雰囲気）の温度を軟化温度（Ｔｍ）以下の温度にしておけば、継手２０１の表面から外気（雰囲気）への放熱により、レーザ光が照射されていないレーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は、軟化温度（Ｔｍ）以下になる。図９には示していないが、例えば、継手２０１の表面の外気を軟化温度以下にするために上記実施形態２のエアーダクト１３を用いてもよい。

図１０に、管材２００と継手２０１を上記実施形態３のレーザ溶着装置でレーザ溶着したときの断面図を示した。なお、図示していないが、回転手段を追加することにより、レーザ光を照射しているときに管材２００と継手２０１を回転させて、管材２００と継手２０１の全周に結合部分９を形成することができる。

本発明のレーザ溶着装置は、図９、図１０の管材２００をカテーテルチューブとし、継手２０１をカテーテルチューブに溶着するバルーンとして、医療用のバルーンカテーテルをレーザ溶着する用途に適用してもよい。本発明を適用すれば、カテーテルチューブとバルーンの両方の材質がレーザ光を吸収する熱可塑性樹脂材であったとしてもレーザ溶着できる。カテーテルチューブとバルーンの材質の選択の範囲が広がることは、医療技術の進歩につながり、好ましいことである。本願発明の出願人は、カテーテルチューブとバルーンや、カテーテルチューブ同士の溶着方法をいくつか発明して特許出願しているが、本発明をこれらと組み合わせることにより、カテーテルチューブとバルーンや、カテーテルチューブ同士の多様な溶着方法を提供することができる。

（本発明の実施形態４）
本発明の実施形態１から３では、２つの熱可塑性樹脂材をレーザ溶着する場合を説明したが、熱可塑性樹脂材は３つ以上あってもよい。本発明の実施形態４として、図１１に、第１、第２熱可塑性樹脂２Ａ、２Ｂに加えて第３熱可塑性樹脂２Ｃを加えた３つの熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ、２Ｃを重ねて、レーザ光照射手段４によりレーザ光４ａを照射する構成を示した。図１１で、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂、Ｔｍ₃）と同じか、近傍で高い温度にして溶融し、その後、レーザ光照射を止めて、冷却、固化してレーザ溶着する作業状態を斜視図で示した。本実施形態においても上記実施形態１から３と同様に、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は放熱により軟化温度に達しないので、レーザ光照射領域の直下の部分が溶融し、結合部分となる。

図１２に、本発明の実施形態４でレーザ溶着した熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ、２Ｃの断面図を示した。同図に示すように、熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ、２Ｃはレーザ光を照射したレーザ光照射領域の範囲で結合部分９が形成されて溶着されている。

（本発明の実施形態５）
図１で示したように、本発明の実施形態１では、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定する温度センサー６として、レーザ光４ａの光軸と一定の角度を有する斜め方向から非接触で測定する例を示したが、レーザ光４ａの光軸と温度センサー６の光軸を同軸にしても良い。

例えば図１３に、本発明の実施形態５として、この構成をしたレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示した概略構成図を示す。図１３において、レーザ光照射手段４’は、水平方向にレーザ光４ａ’を照射し、反射ミラー１４でレーザ光４ａ’の進行方向を９０度屈折させ、押圧部材３を透過して、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面を照射している。反射ミラー１４は半透明ミラーであり、反射ミラー１４の上方に非接触で温度を測定する温度センサー６’を配置している。

レーザ光照射手段４’で、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面を照射して加熱すると同時に、温度センサー６’で、第１熱可塑性樹脂材２Ａのレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定する。温度センサー６’で測定した第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面温度（Ｔａ）を出力制御手段７にフィードバックし、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面温度（Ｔａ）が予め標準温度設定手段８で設定し記憶させた標準温度、つまり第１熱可塑性樹脂材２Ａの軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか、近傍で高い温度で一定になるように制御する。このことは、実施形態１と同じである。

このことにより、レーザ光照射手段４’からレーザ光４ａ’を第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面に照射すると、レーザ光照射領域の温度（Ｔａ）が軟化温度（Ｔｍ₁）と同じか、近傍で高い温度に上昇し、第１熱可塑性樹脂材２Ａが溶融し、溶融領域が厚さ方向に拡大していく。レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）は押圧部材３によって放熱されて軟化温度（Ｔｍ₁）より低い温度になるため、第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面方向には溶融領域が拡大せず、溶融領域は第２熱可塑性樹脂材２Ｂに向けて、厚さ方向に拡大し、第２熱可塑性樹脂材２Ｂの下面、つまり支持部材１に接する表面に達する。支持部材１はシリコンのような断熱部材であるため、溶融領域５はその後、熱可塑性樹脂材の表面方向に拡大する。レーザ光照射を止めると、溶融領域は冷却し固化して溶着される。このことは、実施形態１と同じである。

（本発明の実施形態６）
本発明の実施形態１から４では、レーザ光照射手段４、４’を熱可塑性樹脂材２Ａ、２Ｂ等に対して固定した位置からレーザ光４ａ、４’ａを照射する場合を説明したが、レーザ光照射領域をスポット状の狭い範囲とするのでなく、レーザ光照射手段４、４’を溶着対象物である熱可塑性樹脂材に対して相対的に移動可能にして、レーザ光の照射領域を直線状あるいは曲線状に移動させてもよい。

図１４に、実施形態６のレーザ溶着装置として、レーザ光照射手段４を白抜き矢印のように、徐々に紙面手前から奥に直線的に移動させて、レーザ光４ａの照射領域を直線状に拡大したときの外観斜視図を示した。

本願発明者は、図１４のようにレーザ光を照射して、直線状の結合部分９により熱可塑性樹脂材をレーザ溶着できることを確認した。図１５（ａ）は、レーザ溶着後における熱可塑性樹脂材のレーザ光照射面側の状態を示した図であり、図１５（ｂ）は、レーザ溶着後におけるレーザ光照射の裏面側の状態を示した図である。図１５（ａ）（ｂ）で、元々の熱可塑性樹脂材の表面はザラザラしているがレーザ光を照射して結合部分９となった表面は滑らかになっている。なお、図１５（ａ）（ｂ）では、黒色の熱可塑性樹脂シートをレーザ溶着した図を示したが、透明の熱可塑性樹脂シートをレーザ溶着できることも確認した。

本発明によれば、レーザ光照射領域の表面状態がレーザ光照射周囲領域と異なる表面状態になって視覚的に識別できるため、従来、視覚的に確認できなかったレーザ溶着による結合部分を外部から容易に確認できる利点がある。

また、本発明によれば、溶着対象物の上でレーザ光照射領手段を直線状または曲線状に移動させることにより、レーザ光を任意の直線状あるいは曲線状に照射できるので、任意の直線状あるいは曲線状としたレーザ溶着による結合部分を視覚的に容易に確認できる利点がある。

図１６は、レーザ光の進行方向を第１熱可塑性樹脂材２Ａの表面上で９０度、直角に曲げたときの斜視図を示す。本発明では、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定し、表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御し、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を軟化温度（Ｔｍ）と同じか、軟化温度の近傍で高い温度にして、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）を軟化温度（Ｔｍ）より低くするという構成を採用している。

従来は、レーザ光出力が一定のまま照射を続けた状態で、進行方向を直角に曲げると、レーザ光の進行方向が曲がる内側の照射領域が外側より長く照射されることになり、当該内側に溶融領域が拡大してしいた。これに対し、本実施形態では、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を一定にしており、更に、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）を軟化温度（Ｔｍ）より低く維持している。このことにより、レーザ光の進行方向が曲がっても、その内側に溶融領域が拡大することはない。従って、レーザ光を照射したレーザ光照射領域だけが溶融領域となり、その後、冷却されて結合部分となる。これにより、レーザ溶着の長さを長くすることができて、レーザ溶着した強度を増加することが可能になる。

図１７には、レーザ光の進行方向をコの字状の溶着部分を交互に組み合わせたときの溶着状態を示した。図１７を見ると、コの字状の溶着部分が組み合わさって一定幅の結合部分を形成するので、熱可塑性樹脂材が強固に溶着されることが理解されよう。また、本実施形態のレーザ溶着装置によれば、同図に示すように正確に結合部分をデザインすることができる。

更に、本発明の構成としては、上記したレーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を測定し、表面温度（Ｔａ）をフィードバックしてレーザ出力を制御し、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を軟化温度（Ｔｍ）と同じか、近傍で高い温度にして、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）を軟化温度（Ｔｍ）より低くするという構成に加えて、放熱材である押圧部材３をガラス板以外の固体にしたり、気体にしたり、あるいは液体にした構成としてもよい。

（本発明の実施形態７）
上記実施形態１から６では、熱可塑性樹脂材として熱可塑性樹脂シート同士の溶着の例と、管材と継手の溶着の例を説明したが、本発明は、心臓手術に使用するバルーンカテーテルのステントをバルーンの表面に保持する際のレーザ溶着に適用することができる。

例えば経皮的冠状動脈形成手術（ＰＴＣＡ）では、バルーンカテーテルを心臓の冠状動脈に挿入し、バルーンを所定の大きさに膨張させて病変部を内部から放射状に圧縮し血管を再形成する。そして、再狭窄を防ぐために血管内にステントを植え込んで、血管の開通を保つようにしている。ステントは、収縮した状態のバルーンに一時的に接着材等で固定されているが、冠状動脈に挿入された後、バルーンが拡張してバルーンとステントとの固定が切り離されると冠状動脈内に残される。ステントの材質は、ステンレスや各種合金の他にポリマーが用いられている。本発明により、ポリマー製のステントをバルーンの表面にレーザ溶着することができる。

図１８に、本発明の実施形態７に係るバルーンにステントを部分的に溶着するレーザ溶着装置と溶着対象物の位置関係を示す概略構成図を示した。図１８のレーザ溶着装置は、レーザ光照射手段４、温度センサー６、出力制御手段７、標準温度設定手段８とエアーダクト１３を有している。この構成は、図７で説明した実施形態２のレーザ溶着装置と同じである。溶着対象物であるバルーン４０（熱可塑性樹脂材）と、バルーン４０の表面に被せたステント４１（熱可塑性樹脂材）が、レーザ光照射手段４の下に配置されている。バルーン４０は袋状をしているが、拡張可能なように小さく折り畳んである。ステント４１はバネ性を持たせるために線材を交差させた格子状をしている。ステント４１はバルーン４０と一時的に固定されて、心臓の冠状動脈に挿入されてバルーンが拡張した時に固定が切り離されるように、数か所をスポット的に溶着する。図１８では、バルーン４０とステント４１とレーザ溶着装置の位置関係を把握しやすいように、バルーン４０とステント４１の外観を示した。

図１９では、図１８のＢの囲みを付けた範囲を拡大した断面図として示した。図１９では、ステント４１の外側に押圧部材３を被せ、バルーン４０の内部に支持部材１を配置した断面図を示している。なお、押圧部材３は例えば筒状をしたレーザ光を透過し放熱材として機能するチューブであり、ステント４１の外周を覆っている。支持部材１は断熱材でできた管材であり、バルーン内部に挿入されている。押圧部材３と支持部材１により、ステント４１とバルーン４０が当接していることは図１、図２、図７と同じである。図１９では、ステント４１の断面がやや楕円形をしている。レーザ光照射手段４からレーザ光４ａが押圧部材３を透過してステント４１の表面を照射すると、ステント４１の表面はレーザ光４ａにより発熱する。レーザ光４ａが照射されているレーザ光照射領域の下は、出力制御手段７により軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）と同じか、近傍で高い温度に制御されて、溶融領域５が出来る。図１９には溶融領域５がステント４１からバルーン４０に拡大しつつある様子が示されている。

一方、レーザ光４ａが照射されていないレーザ光照射周囲領域では、Ａ点のように、押圧部材３に伝わった熱が放熱され、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）が軟化温度（Ｔｍ₁、Ｔｍ₂）より低くなって、軟化、溶融しないのは実施形態1で説明したのと同じである。ステント４１の軟化温度（Ｔｍ₁）とバルーン４０の軟化温度（Ｔｍ₂）が同じ温度（Ｔｍ）としたとき、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）をフィードバックして出力制御手段７がレーザ出力を制御することにより、Ｔｂ＜Ｔｍ≦Ｔａという関係を維持していることも、実施形態１と同じである。エアーダクト１３から圧搾空気１２を吹き付け、押圧部材３の表面温度を下げて放熱を促進しているのは実施形態２と同じである。

溶融領域５は、ステント４１からバルーン４０に向けてレーザ光４ａの進行方向に拡大し、ついには、バルーン４０が支持手段１に当接する面に到達する。そして、レーザ光照射が止まると、溶融領域５が冷却、固化して結合部分９ができて溶着する。図１９では、楕円状のステントを３つ示して、左端にレーザ溶着して結合部分９ができたステント４１とバルーン４０の断面を示した。

本発明の実施形態７では、ステント４１はレーザ光照射されても、表層の温度は熱損傷を生じるような高温に達せず、表層における顕著な収縮、破れ、熱分解、炭化などの熱損傷の発生を抑制している。

また、本実施形態によれば、レーザ光照射周囲領域の温度（Ｔｂ）をステント４１とバルーン４０の軟化温度（Ｔｍ）より低くした状態で、レーザ光照射領域の表面温度（Ｔａ）を軟化温度（Ｔｍ）と同じか、近傍の高い温度で一定とした高温域として、レーザ光照射領域を溶融させてレーザ溶着している。レーザ光照射領域が、溶融して、冷却し、固化した結合部分になるので、バルーン４０とステント４１が一時的に固定され、バルーン４０が拡張した時に固定が切り離されるという所望の溶着強度が安定的に得られる。

なお、上記説明では、レーザ光の種類、レーザ光照射領域の大きさ等について詳述していないが、溶着対象物の種類と用途に応じて適切なレーザ光を用い、適切なレーザ光照射領域の大きさを用いることにより、本発明をそれぞれの用途に適用することができる。

本発明は、２以上の熱可塑性樹脂材を重ねて配置し、一方の熱可塑性樹脂材側の表面にレーザ光を照射して、２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着に適用でき、特にレーザ光を吸収する２以上の熱可塑性樹脂材を溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着に適用することができる。熱可塑性樹脂材は熱可塑性樹脂シートでもよいし、成形した任意の形状をしたものでもよい。

１ 支持部材（断熱部材）
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 熱可塑性樹脂材
３ 押圧部材（放熱部材）
４ レーザ光照射手段
４ａ レーザ光
５ 溶融領域
６ 温度センサー
７ 温度フィードバック・レーザ出力制御部
８ 標準温度設定手段
９ 結合部分

Claims (10)

1. ２以上の熱可塑性樹脂材を互いに接触配置して、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射して、２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着する熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法において、前記２以上の熱可塑性樹脂材を互いに接触配置して、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射し、前記一方の熱可塑性樹脂材のレーザ光照射領域の表面温度を測定し、前記測定したレーザ光照射領域の表面温度に基づきレーザ出力を制御して、前記レーザ光照射領域の表面温度が前記２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度の内最も高い温度と同等となるように、且つ、前記レーザ光照射領域に隣接するレーザ光照射周囲領域の温度が前記２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度の内最も低い温度より低くなるようにして、前記２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着することを特徴とする熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法。
2. 少なくとも前記レーザ光照射周囲領域の表面に放熱材を接触配置させて、
   前記一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射しているときに、前記レーザ光照射周囲領域の表面の熱を放熱させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法。
3. 前記放熱材を流体、固体、または流体と固体の組み合わせのいずれかを用いた放熱材として、前記レーザ光照射周囲領域の表面の熱を放熱させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法。
4. 前記２以上の熱可塑性樹脂材のうちレーザ光照射側でない熱可塑性樹脂材の表面に断熱材を接触配置して、前記２以上の熱可塑性樹脂材のレーザ光照射側でない熱可塑性樹脂材の表面からの熱を断熱したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法。
5. 前記断熱材の内、前記レーザ光照射領域の反対側に相当する位置の前記断熱材をなくして、前記断熱材の代わりに前記２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度の最も低い温度より低い温度に加熱した加熱部材を配置して、前記熱可塑性樹脂材のレーザ光照射側でない表面を加熱したことを特徴とする請求項４に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着方法。
6. ２以上の熱可塑性樹脂材を互いに接触配置する保持手段と、一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記一方の熱可塑性樹脂材のレーザ光照射領域の表面温度を測定する表面温度測定手段と、前記測定したレーザ光照射領域の表面温度に基づきレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、を有し、前記レーザ出力制御手段は、前記一方の熱可塑性樹脂材の表面にレーザ光を照射したときの前記レーザ光照射領域の表面温度が前記２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度の内最も高い温度と同等となるように、且つ、前記レーザ光照射領域に隣接するレーザ光照射周囲領域の温度が前記熱可塑性樹脂材の軟化温度の内最も低い温度より低くなるようにして、２以上の熱可塑性樹脂材を発熱、溶融させて溶着することを特徴とする熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置。
7. 少なくとも前記レーザ光照射周囲領域の表面に放熱材を接触配置したことを特徴とする請求項６に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置。
8. 前記放熱材として流体、固体、または流体と固体の組み合わせのいずれかを用いたことを特徴とする請求項７に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置。
9. 前記２以上の熱可塑性樹脂材のうちレーザ光照射側でない熱可塑性樹脂材の表面に断熱材を接触配置したことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置。
10. 前記断熱材の内、レーザ光照射領域の反対側に相当する位置の前記断熱材をなくして、断熱材の代わりに、前記２以上の熱可塑性樹脂材の軟化温度の最も低い温度より低い温度に加熱した加熱部材を配置して、前記熱可塑性樹脂材のレーザ光照射側でない表面を加熱するよう構成したことを特徴とする請求項９に記載の熱可塑性樹脂材のレーザ溶着装置。

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