JP7200916B2

JP7200916B2 - 溶着接合方法および溶着接合体

Info

Publication number: JP7200916B2
Application number: JP2019222893A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎馬場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: US20220105690A1; US20210170695A1; CN112936878A; US11806940B2; JP2021091147A; US11235535B2; CN112936878B

Description

本発明は、結晶性樹脂からなる筒状部材同士の溶着接合方法および溶着接合体に関するものである。

樹脂部材同士を接合する方法として、接合面（端面）が間隔を空けて対向配置された樹脂部材の間に発熱体を配置し、発熱体の輻射熱によって各樹脂部材の端面を加熱溶融した後、溶融した端面同士を圧着させる接合方法が従来から知られている。このような接合方法のうち、樹脂部材の端面を赤外線の照射により加熱溶融する方法は、特に赤外線溶着法と呼ばれている。

かかる赤外線溶着法として、例えば特許文献１には、赤外線ランプの両側に電極を装着した発熱体を用いて、ポリ塩化ビニル樹脂製のチューブの端面を、発熱体から輻射される赤外線で１～５秒間加熱して溶融させてから、チューブを軸方向に押圧してチューブ端面同士を接合する手法が開示されている。

特開平９－２７７３８１号公報

ところで、上記特許文献１には、チューブ（筒状部材）の構成材料として、非結晶性樹脂であるポリ塩化ビニル樹脂の他に、ポリアミド樹脂やポリプロピレン樹脂といった結晶性樹脂も挙げられている。

しかしながら、結晶性樹脂からなる筒状部材に対して、特許文献１に記載された手法を適用して形成された接合体（溶着接合体）では、異物の挟み込み等といった欠陥が見受けられない、外見上良好な接合状態であっても、接合部から少し離れた部位が相対的に低い引張力で破断してしまうことがある。

より詳しくは、結晶性樹脂以外の樹脂からなる溶着接合体における接合部の品質を評価するために、低温（－７０℃）で引張試験（以下、「低温引張試験」ともいう。）を行った場合には、たとえ良好な接合状態であっても、接合部が降伏点近傍で破断するのが一般的である。ここで、母材と接合部とでは降伏点は異なる（母材の降伏点＞接合部の降伏点）ものの、このように、降伏点近傍で破断するという挙動自体は、母材に対し低温引張試験を行った場合も同じであり、特に問題はない。

問題は、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合した溶着接合体では、同様の低温引張試験を行った場合に、接合部の降伏点に近づく前の段階（相対的に低い引張力）で、しかも接合部自体ではなく接合部から少し離れた部位で破断が生じる点にある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現することが可能な溶着接合方法および溶着接合体を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するべく、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。

結晶性樹脂における結晶化度は、溶融前の部材（母材）の段階ではほぼ均質であるが、加熱や圧接や樹脂流動等により不均一になることが知られている。また、結晶性樹脂における結晶化度が高い部分は、結晶化度が低い部分に比して、強度が高い（硬い）ことも知られている。

そうして、結晶性樹脂では、一般に、融点以上では結晶部が溶融（消失）するとともに、ガラス転移温度を下回ると結晶化が生じなくなる一方、融点を下回ってからガラス転移温度に至るまでは結晶化が進行し、しかも、例えば１５０℃～２２０℃といった高温状態ほど結晶が成長し易い。それ故、赤外線溶着法において結晶性樹脂からなる筒状部材の端部を、相対的に高温状態とし、圧着後にガラス転移温度に至るまでゆっくりと冷却すれば、結晶が十分に成長し、相対的に高強度で均一な接合状態が得られるはずである。

もっとも、赤外線による短時間（１～５秒間）の加熱によって筒状部材の端部を溶融させた場合には、上述の如く、高強度の溶着接合体は得られておらず、溶着接合体の接合部近傍では、相対的に大きな結晶化度の差（硬軟差）が生じている。これは、以下のような理由によると考えられる。

すなわち、筒状部材の端部同士を溶融状態で圧着する際、加圧されることで接合部から排出された高温の酸化樹脂（溶融樹脂）は、筒径方向内側および外側に突出して溶着ビードを形成する。このとき、高温の溶着ビードは、相対的に体積が大きい上、筒状部材の内周面や外周面と折り重なるような形状となり易いことから、筒状部材の内周面および外周面と溶着ビードとの境界部は、熱がこもり易く、結晶が成長し易いため、結晶化度が高くなる傾向にある。

他方、上記特許文献１のもののように、赤外線による短時間（１～５秒間）の加熱によって筒状部材の端部を溶融させる場合には、接合部近傍の温度分布が不均一になり易い。このため、溶着ビードが折り重なる部位は、接合部に近いとはいえ、それ程高温になっていないことが多い。

これらが相俟って、筒状部材の内周面および外周面と溶着ビードとの境界部と、他の部位（特に溶着ビードが折り重なる部位）との間に、相対的に大きな温度差が生じ、それに起因して、冷却後の溶着接合体の接合部近傍に、相対的に大きな結晶化度の差（硬軟差）が生じていると考えられる。

ここで、筒径方向内側および外側に突出した溶着ビードのうち、筒径方向外側（外周面側）に突出した溶着ビードは切削が容易であることから、外周面側に突出した溶着ビードは、通常、その近傍で相対的に大きな結晶化度の差が生じている部分と共に切削される。これに対し、筒径方向内側（内周面側）に突出した溶着ビードは、例えば、両端が閉じた溶着接合体や、両端から接合部までの距離が長い溶着接合体を想起すれば分かるように、切削が容易ではない。このため、内周面側に突出した溶着ビードは、その近傍で相対的に大きな結晶化度の差が生じている部分と共に、成形品としての溶着接合体に残ることが多い。

それ故、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合した溶着接合体では、ただでさえ応力が集中し易い接合部近傍のうち、筒状部材の内周面と溶着ビードとの境界部付近に、相対的に大きな硬軟差が生じることで、破断の起点となり易い弱化部が残存していたと考えられる。このことは、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合した溶着接合体に対し、低温引張試験を行った場合に、接合部から少し離れた部位が、接合部の降伏点に近づく前の相対的に低い引張力で破断してしまうことと整合的である。

とすれば、加熱時における接合部近傍の温度分布を適正に制御すれば、高温の溶着ビードとそれが折り重なる部位との温度差が小さくなり、冷却後の溶着接合体において、相対的に大きな結晶化度の差（硬軟差）が接合部近傍に生じず、結晶性樹脂からなる部材同士を接合した場合であっても、相対的に高い引張強度を実現することが可能なはずである。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現するべく、冷却後の溶着接合体の接合部近傍における結晶化度の分布の適正化を図るようにしている。

具体的には、本発明は、結晶性樹脂からなる筒状部材の端部同士を溶融状態で圧着させて接合する溶着接合方法を対象としている。

この溶着接合方法では、照射される赤外線の性状を変化させることが可能な赤外線照射手段を用意する。

そして、この溶着接合方法は、間隔を空けて筒軸方向に対向配置された上記筒状部材の端部同士の間に上記赤外線照射手段を配置する配置工程と、上記赤外線照射手段から赤外線を照射して、上記各筒状部材の端部を加熱溶融する加熱溶融工程と、溶融した上記筒状部材の端部同士を圧着させた状態で冷却する圧着工程と、を含み、冷却後の溶着接合体における、上記圧着工程における圧着時に接合部から排出されて筒径方向に突出した溶着ビードと上記筒状部材の内周面との境界部を含むように当該筒状部材に設定された、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の領域を大領域とし、当該大領域を筒径方向に均等に分割した複数の各領域を中領域とし、当該各中領域を筒軸方向に均等に分割した筒軸方向に並ぶ領域を小領域とし、且つ、当該各中領域に含まれる当該複数の小領域における結晶化度を合計した値を当該各中領域における結晶化度とした場合に、当該大領域のうち、当該境界部を起点とし、当該中領域の結晶化度が筒径方向に線形に変化する範囲に所定領域を設定し、上記加熱溶融工程では、上記所定領域内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きが０．０４０以下になるように、上記赤外線照射手段から照射される赤外線の性状を制御することを特徴とするものである。

照射される赤外線の性状、すなわち、赤外線の性質（例えば赤外線の波長）や赤外線の状態（例えば赤外線の強度）を変化させれば、被照射物に対する熱の入り方（入熱範囲、入熱速度、入熱の強弱など）を調節することが可能となる。それ故、この構成によれば、赤外線照射手段から照射される赤外線の性状を制御することで、加熱時における接合部近傍の温度分布を調整して、冷却後の溶着接合体における、溶着ビードと筒状部材の周面との境界部を起点とする、筒径方向に沿う結晶化度が、急激に変化しないような加熱状態を作出することができる。

このように、冷却後の溶着接合体における、接合部近傍の結晶化度が急激に変化しなければ、換言すると、接合部近傍に相対的に大きな硬軟差が生じなければ、降伏点に近づく前の段階で破断の起点となるような弱化部が接合部近傍に生じないことから、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現することができる。

ところで、高強度（高出力）の赤外線では、接合面の表面温度を急速に上げて高品質な接合状態が得られるものの、照射時間が長くなると、接合部のみならず接合部近傍まで溶融（液相化）してしまう場合がある。それ故、高出力の赤外線では、短時間で浅くしか熱を通せないことから接合面とその近傍との温度差が大きくなり、接合部近傍の温度分布が不均一となるため、上述の如く、接合部近傍の結晶化度が急激に変化するという問題がある。

他方、低強度（低出力）の赤外線では、照射時間が長くなっても液相化を招き難いので、ある程度長時間に亘って熱を通せることから、接合部近傍の温度分布が均一にはなるものの、エネルギー密度が低く、接合面の表面温度が上がり難いため高品質な接合状態を得られないという問題がある。

そこで、赤外線照射手段および赤外線の性状（状態）の制御の一例として、上記溶着接合方法では、上記赤外線照射手段は、電力供給量を変えることで、照射される赤外線の出力を、低出力から高出力まで変化させることが可能な赤外線放射ランプであり、上記加熱溶融工程には、上記赤外線放射ランプから低出力の赤外線を第１所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を加熱する加熱工程と、上記加熱工程の後に、上記赤外線放射ランプから高出力の赤外線を第２所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を溶融する溶融工程と、が含まれていてもよい。

この構成によれば、筒状部材の端部を加熱する際に、初期は赤外線放射ランプへの電力供給量を絞って低出力の赤外線で、ある程度時間をかけて筒状部材の端面（接合面）に垂直方向に深く熱を通し、その後、赤外線放射ランプへの電力供給量を上げて高出力の赤外線で一気に接合面を溶融させることにより、冷却後の溶着接合体において、接合部近傍の広い範囲で結晶化度を均質に近づけながら、高品質な接合状態を得ることができる。

なお、「高出力」や「低出力」は相対的なものであり、結晶性樹脂の種類や筒状部材のサイズに応じて変化するが、例えば、「高出力」として赤外線放射ランプの最高出力の８０％程度の出力を、また、「低出力」として赤外線放射ランプの最高出力の４０％程度の出力を挙げることができる。

そうして、照射時間の一例として、上記溶着接合方法では、上記第１所定時間は、６０～９０秒であり、上記第２所定時間は、５～３０秒であってもよい。

この構成によれば、筒状部材の端部に対し、低出力の赤外線を６０～９０秒照射した後、高出力の赤外線を５～３０秒照射するという簡単な構成で、冷却後の溶着接合体における、接合部近傍の結晶化度の均質化を図りつつ、高品質な接合状態を作出して、相対的に高い引張強度を実現することができる。

ところで、赤外線放射ランプから照射される赤外線は、単一の波長帯で構成されている訳ではなく、低出力の赤外線であれ高出力の赤外線であれ、長短様々の波長帯を含んでいる。そうして、同じ赤外線放射ランプから照射される赤外線であれば、出力の高低にかかわらず、ピークとなる波長帯はほぼ同じである。

もっとも、接合面を溶融させる高出力の赤外線では、短い波長帯の占める割合が相対的に高くなる傾向にあるのに対し、接合部近傍の温度分布を均一化させる低出力の赤外線では、長い波長帯の占める割合が相対的に高くなる傾向にある。また、相対的に波長が短い近赤外線は、被照射物に対して浅く速く熱を通して、被照射物の表面温度を急速に上昇させるのに対し、相対的に波長が長い遠赤外線は、被照射物に対して深く緩やかに熱を通せることが知られている。

とすれば、赤外線の出力の高低にかかわらず、遠赤外線を筒状部材の端部に照射すれば、接合部近傍の温度分布を均一にすることができる一方、近赤外線を筒状部材の端部に照射すれば、接合面（端面）を一気に溶融させて、高品質な接合状態を得ることが可能なはずである。

そこで、赤外線照射手段および赤外線の性状（性質）の制御の一例として、上記溶着接合方法では、上記赤外線照射手段は、照射される赤外線の波長のピークを、近赤外線領域から遠赤外線領域まで変化させることが可能なものであり、上記加熱溶融工程には、上記赤外線照射手段から主として遠赤外線を所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を加熱する加熱工程と、上記加熱工程の後に、上記赤外線照射手段から主として近赤外線を上記所定時間よりも短い時間照射して、上記各筒状部材の端部を溶融する溶融工程と、が含まれていてもよい。

この構成によれば、筒状部材の端部を加熱する際に、初期は主として遠赤外線で所定時間加熱することにより、筒状部材の端面（接合面）に垂直方向に深く熱を通し、その後、主として近赤外線で所定時間よりも短い時間加熱して、接合面を溶融させることにより、冷却後の溶着接合体において、接合部近傍の広い範囲で結晶化度を均質に近づけながら、高品質な接合状態を得ることができる。

さらに、上記溶着接合方法では、上記各筒状部材の端部における、上記加熱工程で加熱される加熱範囲が、上記溶融工程で溶融される溶融範囲よりも広くてもよい。

この構成によれば、低出力の赤外線（または遠赤外線）で加熱された、温度分布が均一な加熱範囲の一部を、高出力の赤外線（または近赤外線）で溶融させることから、冷却後の溶着接合体における、接合部近傍の結晶化度の均質化を図りつつ、高品質な接合状態を作出することができる。

そうして、本発明の溶着接合方法によって得られる溶着接合体は、以下のような特徴を有している。

すなわち、結晶性樹脂からなる筒状部材の端部同士を溶融状態で圧着させた接合部を有する溶着接合体であって、上記接合部の近傍には、圧着時に当該接合部から排出されて筒径方向内側に突出した溶着ビードが残存しており、上記溶着ビードと上記筒状部材の内周面との境界部を含むように当該筒状部材に設定された、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の領域を大領域とし、当該大領域を筒径方向に均等に分割した複数の各領域を中領域とし、当該各中領域を筒軸方向に均等に分割した筒軸方向に並ぶ領域を小領域とし、且つ、当該各中領域に含まれる当該複数の小領域における結晶化度を合計した値を当該各中領域における結晶化度とした場合に、当該大領域のうち、当該境界部を起点とし、当該中領域の結晶化度が筒径方向に線形に変化する範囲に所定領域を設定し、当該所定領域内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きが０．０４０以下であることを特徴とするものである。

この構成によれば、結晶化度が高くなり易い部位である、溶着ビードと筒状部材の内周面との境界部を起点とする、帯状の所定領域における筒径方向での結晶化度の変化率が所定値以下であれば、接合部近傍に、相対的に大きな硬軟差が生じていないと、換言すると、破断の起点となり易い弱化部が残存していないといえるので、相対的に高い引張強度を有する溶着接合体を実現することができる。

なお、０．０４０は、実験や経験等に基づいて予め設定された値であり、所定領域内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きが０．０４０以下であれば、例えば溶着接合体の引張破断強度を母材の引張破断強度の６０％以上とすることが可能な値である。

また、近似直線の傾きが０．０４０以下であるか否かにより、溶着接合体が相対的に高い引張強度を有するか否かを、客観的かつ明確に判断することができる。

以上説明したように、本発明に係る溶着接合方法および溶着接合体によれば、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現することができる。

本発明の実施形態１に係る溶着接合方法によって得られる溶着接合体の一例であるライナーを模式的に示す断面図である。ライナーを構成するドームおよびパイプを模式的に示す断面図である。溶着接合方法における加熱溶融工程を模式的に説明する図である。溶着接合方法における圧着工程を模式的に説明する図である。引張試験の対象となる試験片の形状を模式的に示す斜視図である。図５のＡ部を模式的に示す拡大図である。図６の太破線枠Ａに対応する、結晶化度の分布を模式的に説明する図である。図６の太破線枠Ｂに対応する、結晶化度の分布を模式的に説明する図である。結晶が生じている状態および結晶が生じていない状態のスペクトルを模式的に示す図である。ピークの高さの数値化の方法を模式的に説明する図である。結晶化度の変化率の求め方の一例を模式的に説明する図である。図１１のＡ部を模式的に示す拡大図である。大領域における結晶化度のグラフである。所定領域における結晶化度のグラフである。結晶化度の変化率と引張破断強度との関係を表すグラフである。赤外線放射ランプにおける波長と強度との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る溶着接合方法によって得られる溶着接合体の一例であるライナー１を模式的に示す断面図であり、図２は、ライナー１を構成するドーム２，４およびパイプ３を模式的に示す断面図である。このライナー１は、図１に示すように、略円筒形状に形成されており、その両端にアルミ製の口金５，６が圧入で組付けられるとともに、その外周にカーボンファイバー（図示せず）が巻回されて積層されることで、高圧タンク（図示せず）の内殻を構成するようになっている。

ライナー１は、図２に示すように、各々結晶性樹脂であるポリアミド樹脂からなる、２つのドーム２，４および１つのパイプ３で構成されている。ドーム（筒状部材）２，４は、それぞれ射出成形で製作されたものであり、円筒部２ａ，４ａと、円筒部２ａ，４ａの一端を塞ぐように設けられ、口金５，６が組付けられる半球面状のドーム部２ｂ，４ｂと、を有していて、有底筒状に形成されている。一方、パイプ（筒状部材）３は、射出成形で製作されたものであり、両端が開口した円筒状に形成されている。ライナー１は、２つのドーム２，４の間にパイプ３を挟んで、これらを軸方向に接合することで構成されている。

なお、本実施形態の溶着接合方法は、ドーム２，４とパイプ３との接合に限らず、結晶性樹脂からなる筒状部材同士の接合に適用可能であることから、以下、ドーム２，４を第１パイプ１０（図３参照）とし、パイプ３を第２パイプ２０（図３参照）とし、これらを軸方向に接合したものを溶着接合体３０（図４参照）として説明する。

なお、第１および第２パイプ１０，２０を構成する結晶性樹脂としては、ポリアミド樹脂（ＰＡ）の他、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等を挙げることができる。

－溶着接合方法－
図３は、溶着接合方法における加熱溶融工程を模式的に説明する図であり、図４は、溶着接合方法における圧着工程を模式的に説明する図である。なお、図３および図４は断面図であるが、図を見易くするために、断面を表すハッチングを省略している。

本実施形態の溶着接合方法は、第１パイプ１０の端部１５と、第２パイプ２０の端部２５とを半固形の溶融状態で圧着させて接合するものであり、特に、赤外線を照射することにより第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を加熱溶融する赤外線溶着法に属するものである。以下、かかる本実施形態の溶着接合方法について詳細に説明する。

この溶着接合方法は、配置工程と、加熱溶融工程と、圧着工程と、切削工程と、を含んでいる。この溶着接合方法では、図３に示すように、略円環状の赤外線放射ランプ（赤外線照射手段）４０を用意する。この赤外線放射ランプ４０は、電力供給量を増減させる（変える）ことで、照射される赤外線の出力を変化させることが可能に構成されている。

先ず、配置工程では、図３に示すように、間隔を空けて筒軸方向に対向配置された、第１パイプ１０の端部１５と第２パイプ２０の端部２５との間に赤外線放射ランプ４０を配置する。なお、第１パイプ１０の端面１７と赤外線放射ランプ４０との距離Ｌは、例えば約１０ｍｍであり、第２パイプ２０の端面２７と赤外線放射ランプ４０との距離も同じに設定されている。第１および第２パイプ１０，２０に対する、赤外線放射ランプ４０の向きや距離Ｌは、配置工程～加熱溶融工程の間、一定に維持される。

次の加熱溶融工程では、図３に示すように、赤外線放射ランプ４０から赤外線を照射して、第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を加熱溶融する。なお、加熱溶融工程については、項を分けて、後で詳細に説明する。

次の圧着工程では、第１パイプ１０と第２パイプ２０との間から赤外線放射ランプ４０を取り除いた後、図４に示すように、半固形の溶融状態となった、第１パイプ１０の端部１５と第２パイプ２０の端部２５とを圧着させた状態で冷却して、接合部３５を有する溶着接合体３０を成形する。具体的には、溶融した第１および第２パイプ１０，２０の接合面（端面）１７，２７を、加熱完了後、十分短い時間内（例えば２秒以内）に密接させ、約５ｋＮで加圧した状態で５０秒以上かけて、ポリアミド樹脂のガラス転位点（ＴＧ点≒６０℃）近傍まで常温冷却する。第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５同士を圧着させた際、加熱により生成した酸化（焦げた）樹脂は、接合部３５の表裏両面に排出され、溶着接合体３０の接合部３５には新生樹脂のみが残る。溶着接合体３０には、図４に示すように、内周面３１側および外周面３３側に、排出された酸化樹脂（溶融樹脂）によって溶着ビード５０，６０が形成される。

次の切削工程では、溶着接合体３０の外周面３３（第１および第２パイプ１０，２０の外周面１３，２３）に形成された溶着ビード６０を切削する。これにより、外周面３３が平坦な一本の長尺の溶着接合体３０が完成する。なお、溶着接合体３０の内周面３１（第１および第２パイプ１０，２０の内周面１１，２１）には、溶着ビード５０が残存することになる。

－加熱溶融工程－
図５は、引張試験の対象となる試験片７０の形状を模式的に示す斜視図である。溶着接合体３０における接合部３５の品質を評価する場合には、図５に示すように、接合部３５を含むようにＪＩＳ－Ａ形ダンベル状に試験片７０を切り出し、低温（－７０℃）で引張試験（以下、「低温引張試験」ともいう。）を行うのが一般的である。このような低温引張試験を、例えば結晶性樹脂以外の樹脂からなる試験片に対して行った場合には、たとえ良好な接合状態であっても、降伏点近傍で接合部３５が破断することが多い。

これに対し、端面を赤外線により短時間（例えば１～５秒間）で溶融させた、結晶性樹脂からなる試験片７０では、同様の低温引張試験を行った場合には、異物の挟み込み等といった欠陥が見受けられない、外見上良好な接合状態であっても、降伏点に近づく前の段階（相対的に低い引張力）で、しかも接合部３５自体ではなく接合部３５から少し離れた部位で破断が生じることが多い。このように、相対的に低い引張力で接合部３５から少し離れた部位が破断してしまうのは、以下の理由によると考えられる。

図６は、図５のＡ部を模式的に示す拡大図であり、図７は、図６の太破線枠Ａに対応する、結晶化度の分布を模式的に説明する図であり、図８は、図６の太破線枠Ｂに対応する、結晶化度の分布を模式的に説明する図である。なお、図７および図８では、図を見易くするために、結晶化度を５段階に分けて簡略化して表示しているが、実際の結晶化度は数十段階に変化している。また、図７および図８では、結晶化度を、黒塗り部分→クロスハッチング部分→斜線のハッチング部分→ドットハッチング部分→白抜き部分の順で小さくなるように表現している。

上述の如く、圧着時に接合部３５から排出された溶融樹脂によって形成された溶着ビード５０は、図６に示すように、溶着接合体３０の筒径方向内側に突出し、その根元５１と第１パイプ１０の内周面１１との境界部５３から第１パイプ１０側に倒れて、第１パイプ１０の内周面１１に折り重なるような形状で残存している。

ところで、結晶性樹脂における結晶化度は、溶融前の部材（母材）の段階ではほぼ均質であるが、加熱や圧接や樹脂流動等により不均一になることが知られている。また、結晶性樹脂における結晶化度が高い部分は、結晶化度が低い部分に比して、強度が高い（硬い）ことも知られている。

そうして、結晶性樹脂では、一般に、融点以上では結晶部が溶融するとともに、ガラス転移温度を下回ると結晶化が生じなくなる一方、融点を下回ってからガラス転移温度に至るまでは結晶化が進行し、しかも、例えば１５０℃～２２０℃といった高温状態ほど結晶が成長し易い。

ここで、溶着ビード５０を構成する、圧着時に接合部３５から排出された溶融樹脂は高温であり、また、かかる高温の溶着ビード５０は、図６に示すように、相対的に体積が大きい上、第１パイプ１０の内周面１１に折り重なっている。このため、第１パイプ１０の内周面１１と溶着ビード５０との境界部５３（内周面１１と溶着ビード５０の根元５１との境界部５３）は、熱がこもり易く、結晶が成長し易いため、図７の黒塗り部分で示すように、結晶化度が高くなる傾向にある。

これに対し、第１パイプ１０における溶着ビード５０が折り重なる部位１９は、仮に第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を赤外線により短時間で溶融させた場合には、温度分布が不均一になっており、接合部３５に近いとはいえ、それ程高温になっていない。このため、図７に示すように、溶着ビード５０が折り重なる部位１９は、溶着ビード５０自体に比して結晶化度が低くなる傾向にある。

これらが相俟って、端面１７，２７を赤外線により短時間で溶融させて接合した溶着接合体では、圧着時における、第１パイプ１０の内周面１１と溶着ビード５０との境界部５３を起点とする、筒径方向での温度差が大きくなる傾向にあり、その結果、ガラス転位点まで冷却された後の溶着接合体においては、境界部５３を起点とする、筒径方向に沿う結晶化度が急激に変化していると考えられる。

それ故、第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を赤外線により短時間で溶融させて接合した溶着接合体では、ただでさえ応力が集中し易い接合部３５近傍のうち、特に境界部５３付近に、相対的に大きな硬軟差が生じることに起因して、破断の起点となり易い（応力がより一層集中し易い）弱化部が残存していると考えられる。このことは、端面を赤外線により短時間で溶融させて接合した、結晶性樹脂からなる試験片７０に対し、低温引張試験を行った場合に、接合部３５の降伏点に近づく前の相対的に低い引張力で、接合部３５から少し離れた部位で破断が生じることと整合的である。

そこで、本実施形態では、結晶性樹脂からなる第１および第２パイプ１０，２０を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現するべく、接合部３５近傍における結晶化度の分布の適正化を図るようにしている。

具体的には、本実施形態の溶着接合方法では、冷却後の溶着接合体３０における、圧着時に接合部３５から排出されて筒径方向内側に突出した溶着ビード５０と第１パイプ１０の内周面１１との境界部５３を起点とする、筒径方向に沿う結晶化度（図８の破線参照）が急激に変化しないように、加熱溶融工程における赤外線の出力を制御するようにしている。

ここで、好ましい加熱手法としては、初期に第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を、低出力の赤外線により時間をかけて深く緩やかに温めて、接合部３５（より厳密には接合部３５の予定部）近傍を広く加熱し、狙った領域が均一の温度になった後、第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を、高出力の赤外線により急速（一気）に溶融させて接合を行う手法である。

それ故、本実施形態の溶着接合方法における加熱溶融工程には、加熱工程と、溶融工程と、を含めている。そうして、加熱工程では、赤外線放射ランプ４０から低出力の赤外線を第１所定時間照射して、第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を加熱する一方、溶融工程では、加熱工程の後に、赤外線放射ランプ４０から高出力の赤外線を第２所定時間照射して、第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を溶融するようにしている。

具体的には、板厚４ｍｍのポリアミド樹脂（融点２７３℃、ガラス転位点６０℃）からなる第１パイプ１０と第２パイプ２０とを突き合わせ接合する場合には、先ず、赤外線放射ランプ４０から低出力（赤外線放射ランプ４０の最高出力の４０％の出力）の赤外線を約８０秒（第１所定時間）照射して、端面１７，２７から約４ｍｍの範囲（加熱範囲Ｒ１）を２００℃～２５０℃に加熱する。次に、赤外線放射ランプ４０への電力供給量を増やして高出力（赤外線放射ランプ４０の最高出力の８０％の出力）の赤外線に切り替え、約５秒（第２所定時間）加熱すると、端面１７，２７は３００℃を超えて２ｍｍの範囲（溶融範囲Ｒ２）が溶融する。

その後、溶融した第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を、上述の如く、加熱完了後約２秒以内に密接させる。このとき、接合部３５から排出された３００℃を超える溶融樹脂は、溶着ビード５０となり、第１パイプ１０の内周面１１に折り重なるが、第１パイプ１０における溶着ビード５０が折り重なる部位１９も２００℃～２５０℃の高温状態にあるため、境界部５３の周辺には、結晶化度の急激な変化を引き起こすような相対的に大きな温度差は生じない。それ故、約５ｋＮで加圧した状態で５０秒以上かけて、ガラス転位点近傍まで常温冷却すれば、接合部３５近傍の広い範囲で結晶化度が均質な、換言すると、降伏点近傍まで破断しない、相対的に高い低温引張強度を有する溶着接合体３０を得ることが可能となる。

このように、本実施形態の溶着接合方法は、接合部３５から排出された溶着ビード５０と、第１パイプ１０における当該溶着ビード５０が折り重なる部位１９との温度差が、相対的に大きくならない（所定の温度差に収まる）ように、加熱溶融工程における赤外線の出力を制御するものともいえる。

なお、第１所定時間と第２所定時間との関係は、第１および第２パイプ１０，２０の端部における、加熱工程で加熱される加熱範囲Ｒ１（上記図３参照）が、溶融工程で溶融される溶融範囲Ｒ２よりも広くなるように設定する必要がある。具体的には、第１所定時間の好ましい範囲は６０～９０秒であり、第２所定時間の好ましい範囲は５～３０秒である。

－溶着接合体－
次に、上記溶着接合方法によって得られる溶着接合体３０について説明する。

上述の如く、本実施形態の溶着接合方法では、冷却後の溶着接合体３０における、溶着ビード５０と第１パイプ１０の内周面１１との境界部５３を起点とする、筒径方向に沿う結晶化度が急激に変化しないように、低出力の赤外線を第１所定時間照射した後、高出力の赤外線を第２所定時間照射する。このようにして得られた、溶着接合体３０では、境界部５３を起点とするように第１パイプ１０に設定された、周方向に見て、筒径方向外側に延びる帯状の所定領域ＰＡ（図１１参照）における筒径方向での結晶化度の変化率が所定値以下となっている。

なお、所定値とは、実験や経験等に基づいて予め設定された値であり、所定領域ＰＡにおける筒径方向での結晶化度の変化率が当該所定値以下であれば、例えば溶着接合体３０の引張破断強度を母材の引張破断強度の６０％以上とすることが可能な値である。

以下、このような相対的に高い低温引張強度を有しているか否かの判断対象となる「結晶化度の変化率」、および、その前提となる「結晶化度」の算出方法について詳細に説明する。

〈結晶化度〉
図９は、結晶が生じている状態および結晶が生じていない状態のスペクトルを模式的に示す図であり、図１０は、ピークの高さの数値化の方法を模式的に説明する図である。なお、図９では、結晶が生じている状態のスペクトルを実線で示し、結晶が生じていない状態のスペクトルを破線で示している。

先ず、「結晶化度」は、結晶が生じていない状態との比較で相対的に決まるところ、かかる比較の対象として、溶着接合体３０において溶融直前の状態（２５０℃）を作出する。ここで、「溶融直前の状態」とするのは、融点（２７０℃）以上では完全に結晶が生じていない状態を実現することができるものの、溶融してしまうと液相となり、固相との比較対象にならないことから、溶融直前で止めることによって、ほとんど結晶が生じていない固相を実現するためである。

そうして、結晶が生じている状態（常温の溶着接合体３０）および結晶が生じていない状態（２５０℃の溶着接合体３０）のそれぞれについて、赤外線分光分析法を用いて、図９に示すようなスペクトルを求める。赤外線分光分析法は、結晶化度に応じて吸収される赤外線の量がその波長により異なる現象を利用したものであり、結晶化度分布可視化の方法として一般的に知られている。

図９の実線と破線とを見比べれば、１１７２ｃｍ^-1の波長では、結晶が生じている状態であれ、結晶が生じていない状態であれ、吸光度のピークの位置が変化していないことが分かる。つまり、１１７２ｃｍ^-1の波長は、結晶の有無に関係なく、そもそもピークが生じ易い波長であることから、これを基準バンドＲＢとして選定する。

他方、１２０３ｃｍ^-1の波長では、ピークが生じていない破線に対して、実線の吸光度の変化が大きいことが分かる。これは、結晶が生じていることに起因して、吸光度が大きくなっているためであることから、これを結晶バンドＣＢとして選定する。

そうして、結晶が生じていない基準バンドＲＢに対する、結晶が生じている結晶バンドＣＢの比を求めれば、結晶が生じていることに起因して、吸光度が大きくなっている度合い、すなわち、「結晶化度」を得ることができる。

もっとも、単純に、基準バンドＲＢの吸光度に対する、結晶バンドＣＢの吸光度の比を、「結晶化度」と定義すると、ノイズの影響を受け易くなる。

そこで、本実施形態では、ノイズの影響を排除すべく、図１０に示すように、基準バンドＲＢの両側にある下突のピーク同士を結んだベースラインＢＬ１からの、基準バンドＲＢの吸光度の高さをピーク高さとするとともに、結晶バンドＣＢの両側にある下突のピーク同士を結んだベースラインＢＬ２からの、結晶バンドＣＢの吸光度の高さをピーク高さとし、基準バンドＲＢのピーク高さに対する、結晶バンドＣＢのピーク高さの比を、「結晶化度」と定義している。

例えば図５に示す、試験片７０（溶着接合体３０）の断面を、一辺が５．４７μｍ～２５μｍの正方形状の細かい画素に分け、画素毎に「結晶化度」を算出し、結晶化度（数値）に応じて色分けして（図ではハッチングの種類で分けて）画像化したものが、上記図７および図８の結晶化度の分布図である。

〈結晶化度の変化率〉
上記図７および図８のように、結晶化度を画像化したものを見れば、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合した溶着接合体３０において、第１パイプ１０の内周面１１と溶着ビード５０との境界部５３が、最も結晶化度の高い個所であることは明らかである。もっとも、図７および図８のように結晶化度を画像化したものを見ても、それが、低温引張試験において相対的に低い引張力で破断が生じないような、結晶化度の分布になっているか否かを判断することは容易ではない。

そこで、本実施形態では、「結晶化度の変化率」を数値化することで、安定的に降伏点近傍まで破断しない接合状態の判断手法を提供するようにしている。

具体的には、本実施形態では、溶着ビード５０と第１パイプ１０の内周面１１との境界部５３を含むように第１パイプ１０に設定された、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の領域を大領域ＬＡとし、大領域ＬＡを筒径方向に均等に分割した複数の各領域を中領域ＭＡとし、各中領域ＭＡを筒軸方向に均等に分割した筒軸方向に並ぶ領域を小領域ＳＡとし、且つ、各中領域ＭＡに含まれる複数の小領域ＳＡにおける結晶化度を合計した値を各中領域ＭＡにおける結晶化度とする。この場合に、大領域ＬＡのうち、境界部５３を起点とし、中領域ＭＡの結晶化度が筒径方向に線形に変化する範囲を所定領域ＰＡとして設定し、この所定領域ＰＡ内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きを「結晶化度の変化率」と規定する。そうして、この近似直線の傾きが、上述した所定値以下か否かにより、相対的に高強度で高品質の溶着接合体３０か否かを判断するようにしている。

図１１は、結晶化度の変化率の求め方の一例を模式的に説明する図である。先ず、図１１の左側に破線枠で示すように、溶着ビード５０と第１パイプ１０の内周面１１との境界部５３を含むように、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の大領域ＬＡを第１パイプ１０に設定する。なお、図１１に示す例では、大領域ＬＡの幅（筒軸方向の長さ）は約１００μｍに設定されている。

図１２は、図１１のＡ部を模式的に示す拡大図である。図１２に示すように、大領域ＬＡを筒径方向に均等に（例えば５．４７μｍピッチで）分割した複数の中領域ＭＡを設定する。次いで、各中領域ＭＡを筒軸方向に均等に（例えば５．４７μｍピッチで）分割した筒軸方向に並ぶ小領域ＳＡを設定する。

つまり、この場合には、一辺が５．４７μｍの正方形状の小領域ＳＡ（画素）を筒軸方向に１９個並べた領域群が、筒径方向の長さが５．４７μｍで筒軸方向の長さが約１００μｍの長方形状の中領域ＭＡを構成し、かかる中領域ＭＡを筒径方向に５．４７μｍピッチで複数並べた領域群が大領域ＬＡを構成している。

なお、一辺が５．４７μｍの正方形状の小領域ＳＡは飽く迄も例示であり、例えば、一辺が２５μｍの正方形状の小領域ＳＡとした場合には、小領域ＳＡを筒軸方向に４個並べた領域群が、筒径方向の長さが２５μｍで筒軸方向の長さが約１００μｍの長方形状の中領域ＭＡを構成し、かかる中領域ＭＡを筒径方向に２５μｍピッチで複数並べた領域群が大領域ＬＡを構成することになる。

次いで、一辺が５．４７μｍの正方形状の小領域ＳＡそれぞれについて、上述した赤外線分光分析法を用いた手法により、結晶化度を算出する。次いで、各中領域ＭＡに含まれる１９個の小領域ＳＡにおける結晶化度（図１２の例では、１．１８、１．３９、１．４４、…）を合計した値（図１２の例では３３．１６）を各中領域ＭＡにおける結晶化度とする。そうして、筒径方向における各中領域ＭＡの位置に、各中領域ＭＡにおける結晶化度をプロットとして得られたグラフが、図１１の右側に示す結晶化度のグラフである。

図１３には、溶着接合時の条件が異なる４つの溶着接合体それぞれについて、このような手法を適用して得られた、４つの結晶化度のグラフを示している。なお、図１３に示す４つの結晶化度のグラフのうち、〇および◇でプロットされたグラフは、本実施形態の溶着接合方法、すなわち、加熱溶融時に低出力の赤外線を６０～９０秒照射した後、高出力の赤外線を５～３０秒照射して接合された溶着接合体３０に関するものである。これに対し、●および◆でプロットされたグラフは、本実施形態の溶着接合方法以外の手法で接合された溶着接合体に関するものである。

図１３に示す４つの結晶化度のグラフを見ても、法則性がないとも思えるが、境界部５３（約９０μｍの位置）から筒径方向に向かって３５０μの位置までの範囲については、４つのグラフすべてにおいて、結晶化度が筒径方向に線形に且つ大きく変化しているのが分かる。このように、大領域ＬＡのうち、境界部５３を起点とし、結晶化度が筒径方向に線形に且つ大きく変化する範囲、換言すると、溶着接合体３０が相対的に高い引張強度を有するか否かに関し、明確に且つ大きく影響する範囲を所定領域ＰＡと設定する。かかる所定領域ＰＡのみを筒径方向に引き延ばしてグラフ化したものが、図１４に示す４つの結晶化度のグラフである。

図１４には、４つの結晶化度のグラフについて、所定領域ＰＡ内で線形に変化する結晶化度を、最小二乗法等を用いて線形近似することで得られる４つの近似直線ＡＳＬ１～ＡＳＬ２を示している。図１４を見れば、本実施形態の溶着接合方法に係る〇および◇でプロットされたグラフの近似直線ＡＳＬ１，ＡＳＬ２は、傾きが相対的に小さい一方、本実施形態の溶着接合方法以外の手法に係る●および◆でプロットされたグラフの近似直線ＡＳＬ３，ＡＳＬ４は、傾きが相対的に大きいことが分かる。そこで、本実施形態では、近似直線の傾きを「結晶化度の変化率」と規定して、この近似直線の傾きが、所定値以下か否かにより、相対的に高強度で高品質の溶着接合体３０か否かを判断するようにしている。

図１５は、結晶化度の変化率と引張破断強度との関係を表すグラフである。なお、図１５において、〇、◇、▽、△および□で示す近似直線の傾きは、本実施形態の溶着接合方法により接合された溶着接合体３０に関するものであるのに対し、●、◆、▲および■で示す近似直線の傾きは、本実施形態の溶着接合方法以外の手法で接合された溶着接合体に関するものである。特に、〇で示す近似直線の傾きは図１４の近似直線ＡＳＬ１の傾きであり、◇で示す近似直線の傾きは図１４の近似直線ＡＳＬ２の傾きであり、●で示す近似直線の傾きは図１４の近似直線ＡＳＬ３の傾きであり、また、◆で示す近似直線の傾きは図１４の近似直線ＡＳＬ４の傾きである。

図１５に示すように、本実施形態の溶着接合方法により接合された溶着接合体３０では、その引張破断強度がすべて母材の引張破断強度（＝１００ＭＰａ）の６０％（＝６０ＭＰａ）以上であり、且つ、これらの溶着接合体３０に係る近似直線の傾きは、すべて０．０４０以下であることが分かる。一方、本実施形態の溶着接合方法以外の手法で接合された溶着接合体では、その引張破断強度がすべて母材の引張破断強度の６０％未満であり、且つ、これらの溶着接合体に係る近似直線の傾きは、すべて０．０４０を超えていることが分かる。

このように、冷却後の溶着接合体３０における、境界部５３を起点とする筒径方向に沿う結晶化度が急激に変化しないように赤外線の出力を制御する、本実施形態の溶着接合方法を適用した溶着接合体３０では、所定領域ＰＡにおける筒径方向での結晶化度の変化率が所定値（＝０．０４０）以下となり、相対的に高い引張強度を実現することが可能となる。

逆に、溶着接合体３０の所定領域ＰＡにおける筒径方向での結晶化度の変化率が所定値以下である場合には、当該溶着接合体３０は、本発明の溶着接合方法を用いて製造されたと推定することができる。

なお、所定値＝０．０４０は、中領域ＭＡに１９個の小領域ＳＡを設定した場合の傾きであるが、中領域ＭＡに１８個以下、または、２０個以上の小領域ＳＡを設定した場合にも、各々その値以下であれば、引張破断強度が母材の引張破断強度の６０％以上となるような所定値が存在する。そうして、溶着接合体３０の所定領域ＰＡにおける筒径方向での結晶化度の変化率が、そのような所定値以下のものは、本発明の範囲内のものといえる。

（実施形態２）
本実施形態は、赤外線の性質（赤外線の波長）を変化させる点が、上記実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

図１６は、赤外線放射ランプ４０における波長と強度との関係を示すグラフである。赤外線放射ランプ４０から照射される赤外線は、単一の波長帯で構成されている訳ではなく、図１６の実線で示す低出力の赤外線であれ、図１６の破線で示す高出力の赤外線であれ、長短様々の波長帯を含んでいる。そうして、同じ赤外線放射ランプ４０から照射される赤外線であれば、図１６に示すように、出力の高低にかかわらず、ピークとなる波長帯はほぼ同じである。

もっとも、図１６を見れば分かるように、高出力の赤外線では、低出力の赤外線に比して、ピークにおける強度とピーク以外の強度との相対差が大きいことから、長い波長帯に対する短い波長帯の占める割合が、低出力の赤外線の場合よりも相対的に高くなる傾向にある。そうすると、上記実施形態１において、接合面１７，２７を溶融させる高出力の赤外線では、ピークにおける強度が相対的に高いことから、長い波長帯に対する短い波長帯の占める割合が相対的に高い一方、接合部３５近傍の温度分布を均一化させる低出力の赤外線では、ピークにおける強度が相対的に低いことから、短い波長帯に対する長い波長帯の占める割合が相対的に高いはずである。

また、相対的に波長が短い近赤外線は、被照射物に対して浅く速く熱を通して、被照射物の表面温度を急速に上昇させるのに対し、相対的に波長が長い遠赤外線は、被照射物に対して深く緩やかに熱を通せることが知られている。

とすれば、赤外線の出力の高低にかかわらず、主として遠赤外線を第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５に照射すれば、接合部３５近傍の温度分布を均一にすることができる一方、主として近赤外線を第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５に照射すれば、接合面１７，２７を一気に溶融させて、高品質な接合状態を得ることが可能なはずである。

そこで、本実施形態の溶着接合方法では、照射される赤外線の波長のピークを、近赤外線領域（０．７μｍ～）から遠赤外線領域（～１．０ｍｍ）まで変化させることが可能に構成された赤外線照射手段を用意し、加熱工程では、赤外線照射手段から主として遠赤外線を所定時間照射して、第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を加熱する一方、溶融工程では、赤外線照射手段から主として近赤外線を所定時間よりも短い時間照射して、第１および第２パイプ１０，２０の接合面（端面）１７，２７を溶融するようにしている。

具体的には、板厚４ｍｍのポリアミド樹脂からなる第１パイプ１０と第２パイプ２０とを突き合わせ接合する場合には、先ず、赤外線照射手段から波長のピークが約５００μｍの遠赤外線を所定時間照射して、第１および第２パイプ１０，２０の端部１５，２５を深く緩やかに温めて、端面１７，２７から約４ｍｍの範囲を加熱する。そうして、狙った領域が均一の温度になった後、赤外線照射手段から波長のピークが約１．５μｍの近赤外線を所定時間よりも短い時間照射して、端面１７，２７から２ｍｍの範囲を一気に溶融させる。

その後は、上記実施形態１と同様に、溶融した第１および第２パイプ１０，２０の端面１７，２７を、加熱完了後約２秒以内に密接させ、約５ｋＮで加圧した状態で５０秒以上かけて、ガラス転位点近傍まで常温冷却すれば、相対的に高い低温引張強度を有する溶着接合体３０を得ることができる。

このように、本実施形態の溶着接合方法は、接合部３５から排出された溶着ビード５０と、第１パイプ１０における当該溶着ビード５０が折り重なる部位１９との温度差が、相対的に大きくならない（所定の温度差に収まる）ように、加熱溶融工程における赤外線の波長を制御するものともいえる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態１では、加熱溶融工程において低出力の赤外線から高出力の赤外線に切り替えるようにしたが、冷却後の溶着接合体３０における境界部を起点とする筒径方向に沿う結晶化度が急激に変化しないのであれば、これに限らず、例えば、低出力の赤外線から中出力の赤外線に切り替えた後に、高出力の赤外線に切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態２では、加熱溶融工程において遠赤外線から近赤外線に切り替えるようにしたが、冷却後の溶着接合体３０における境界部を起点とする筒径方向に沿う結晶化度が急激に変化しないのであれば、これに限らず、例えば、遠赤外線から中赤外線に切り替えた後に、近赤外線に切り替えるようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態では、溶着ビード５０が第１パイプ１０の内周面１１に折り重なる場合について説明したが、これに限らず、溶着ビード５０が第２パイプ２０の内周面２１に折り重なる場合や、溶着ビード５０が第１および第２パイプ１０，２０の内周面１１，２１に折り重なる場合にも、同様の手法を適用することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、結晶性樹脂からなる部材同士を赤外線溶着法にて接合する場合であっても、相対的に高い引張強度を実現することができるので、結晶性樹脂からなる筒状部材同士の溶着接合方法および溶着接合体に適用して極めて有益である。

１０第１パイプ（筒状部材）
１１内周面
１５端部
２０第２パイプ（筒状部材）
２５端部
３５接合部
４０赤外線放射ランプ（赤外線照射手段）
５０溶着ビード
５３境界部
ＡＳＬ１近似直線
ＡＳＬ２近似直線
ＬＡ大領域
ＭＡ中領域
ＰＡ所定領域
Ｒ１加熱範囲
Ｒ２溶融範囲
ＳＡ小領域

Claims

結晶性樹脂からなる筒状部材の端部同士を溶融状態で圧着させて接合する溶着接合方法であって、
照射される赤外線の性状を変化させることが可能な赤外線照射手段を用意し、
間隔を空けて筒軸方向に対向配置された上記筒状部材の端部同士の間に上記赤外線照射手段を配置する配置工程と、
上記赤外線照射手段から赤外線を照射して、上記各筒状部材の端部を加熱溶融する加熱溶融工程と、
溶融した上記筒状部材の端部同士を圧着させた状態で冷却する圧着工程と、を含み、
冷却後の溶着接合体における、上記圧着工程における圧着時に接合部から排出されて筒径方向に突出した溶着ビードと上記筒状部材の内周面との境界部を含むように当該筒状部材に設定された、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の領域を大領域とし、当該大領域を筒径方向に均等に分割した複数の各領域を中領域とし、当該各中領域を筒軸方向に均等に分割した筒軸方向に並ぶ領域を小領域とし、且つ、当該各中領域に含まれる当該複数の小領域における結晶化度を合計した値を当該各中領域における結晶化度とした場合に、当該大領域のうち、当該境界部を起点とし、当該中領域の結晶化度が筒径方向に線形に変化する範囲に所定領域を設定し、
上記加熱溶融工程では、上記所定領域内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きが０．０４０以下になるように、上記赤外線照射手段から照射される赤外線の性状を制御することを特徴とする溶着接合方法。
上記請求項１に記載の溶着接合方法において、
上記赤外線照射手段は、電力供給量を変えることで、照射される赤外線の出力を、低出力から高出力まで変化させることが可能な赤外線放射ランプであり、
上記加熱溶融工程には、
上記赤外線放射ランプから低出力の赤外線を第１所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を加熱する加熱工程と、
上記加熱工程の後に、上記赤外線放射ランプから高出力の赤外線を第２所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を溶融する溶融工程と、が含まれていることを特徴とする溶着接合方法。
上記請求項２に記載の溶着接合方法において、
上記第１所定時間は、６０～９０秒であり、上記第２所定時間は、５～３０秒であることを特徴とする溶着接合方法。
上記請求項１に記載の溶着接合方法において、
上記赤外線照射手段は、照射される赤外線の波長のピークを、近赤外線領域から遠赤外線領域まで変化させることが可能なものであり、
上記加熱溶融工程には、
上記赤外線照射手段から主として遠赤外線を所定時間照射して、上記各筒状部材の端部を加熱する加熱工程と、
上記加熱工程の後に、上記赤外線照射手段から主として近赤外線を上記所定時間よりも短い時間照射して、上記各筒状部材の端部を溶融する溶融工程と、が含まれていることを特徴とする溶着接合方法。
上記請求項２～４のいずれか１つに記載の溶着接合方法において、
上記各筒状部材の端部における、上記加熱工程で加熱される加熱範囲が、上記溶融工程で溶融される溶融範囲よりも広いことを特徴とする溶着接合方法。
結晶性樹脂からなる筒状部材の端部同士を溶融状態で圧着させた接合部を有する溶着接合体であって、
上記接合部の近傍には、圧着時に当該接合部から排出されて筒径方向内側に突出した溶着ビードが残存しており、
上記溶着ビードと上記筒状部材の内周面との境界部を含むように当該筒状部材に設定された、周方向に見て、筒径方向に延びる帯状の領域を大領域とし、当該大領域を筒径方向に均等に分割した複数の各領域を中領域とし、当該各中領域を筒軸方向に均等に分割した筒軸方向に並ぶ領域を小領域とし、且つ、当該各中領域に含まれる当該複数の小領域における結晶化度を合計した値を当該各中領域における結晶化度とした場合に、当該大領域のうち、当該境界部を起点とし、当該中領域の結晶化度が筒径方向に線形に変化する範囲に所定領域を設定し、当該所定領域内で線形に変化する結晶化度を線形近似して得られる近似直線の傾きが０．０４０以下であることを特徴とする溶着接合体。