JP6718172B2 - Laser welding apparatus and laser welding method - Google Patents
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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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method for welding two thermoplastic resin sheets with each other by an infrared laser beam.
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。
In the laser welding apparatus and the laser welding method according to the present invention, the heat generated in the vicinity of the irradiation spot of the infrared laser beam is diffused and absorbed by the heat dissipating member constituting the sheet pressing body, so that the welding mark is made of the thermoplastic resin sheet. The welding portion is formed only at the interface between the two thermoplastic resin sheets which are prevented from reaching the surface, but the laser welding is performed while absorbing the heat by the heat radiator. Are known from
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。
The sheet pressing body of the laser welding apparatus (production apparatus for a cryopreservation bag) according to
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。
In the laser welding method described in
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。
In the laser welding device (infrared welding device for thermoplastic resin member) described in
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。
The problem of the laser welding apparatus or the laser welding method described in
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。
When the area of the heat radiator is reduced as in
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。 The present invention does not cause a defect such as a welding defect caused by the thermoplastic resin sheet being inadvertently displaced, or a non-uniform welding property due to a large flexural deformation of the radiator, Moreover, it is another object of the present invention to provide a novel laser welding device and a laser welding method in which the heat diffusion and absorption action of the radiator can be more stably exhibited.
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・密着させる加圧装置36を備えており、放熱体13の上面における加圧装置36からの気体の噴射領域と、放熱体13の上面におけるレーザー装置5による赤外線レーザービームの照射スポット35とが重複しないように設定されるとともに、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の上面に対して加圧装置36から気体が噴射されるように構成されていることを特徴とする。
The present invention relates to a sheet table 7 for supporting two
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。
Specifically, the pressurizing
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。
An elevating mechanism 40 for moving the pressurizing
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を溶着させており、放熱体13の上面における加圧装置36からの気体の噴射領域と、放熱体13の上面におけるレーザー装置5による赤外線レーザービームの照射領域とが重複しないように設定されるとともに、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の上面に対して加圧装置36から気体が噴射されるように構成されていることを特徴とする。
Further, the present invention is directed to the upper side with respect to the interface between the
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。
In the present invention, the infrared laser beam is applied to the interface between the
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。
In addition, in the present invention, the
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。
By injecting the gas, it is possible to locally pressurize and closely contact the
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。
When the gas is jetted onto the upper surface of the
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。
When the
(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。
(First embodiment)
1 to 5 show a first embodiment in which the laser welding apparatus and the laser welding method of the present invention are applied to a manufacturing apparatus for a cryopreservation bag and a manufacturing method for a cryopreservation bag. The front/rear, left/right, and top/bottom in the present embodiment refer to the cross arrows shown in FIGS.
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。
2 to 4, a cryopreservation bag manufacturing apparatus includes a
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。
The
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。
The
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。
The sheet
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。
By connecting the rear portion of the
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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)。
The manufacturing procedure of the cryopreservation bag will be described below. In the
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。
When the above welding preparation work is completed, the
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。
When the welding work by the infrared laser is completed as described above, the
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。
As described above, in the cryopreservation bag manufacturing apparatus according to the present embodiment, the infrared laser beam is applied while pressing the
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。
The
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。
Since the gas is ejected onto the upper surface of the
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。
Since the
(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。
(Second embodiment)
FIG. 6 shows a second embodiment of the laser welding apparatus according to the present invention. This laser welding device is different from the first embodiment in that the
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。
In the above-described embodiment, the pressurizing
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
2
4 Thermoplastic resin sheet (bottom)
5
Claims (4)
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)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・密着させる加圧装置(36)を備えており、
放熱体(13)の上面における加圧装置(36)からの気体の噴射領域と、放熱体(13)の上面におけるレーザー装置(5)による赤外線レーザービームの照射スポット(35)とが重複しないように設定されるとともに、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)の上面に対して加圧装置(36)から気体が噴射されるように構成されていることを特徴とするレーザー溶着装置。 A sheet table (7) for supporting the two thermoplastic resin sheets (3.4) that are stacked one above the other,
It has a radiator (13) composed of a solid material rich in infrared ray transmitting action and good heat conducting action, and a pressing frame (14) supporting the radiator (13), and is mounted on a sheet table (7). A sheet pressing body (8) for holding and holding the placed thermoplastic resin sheet (3.4);
A laser device (5) for irradiating the thermoplastic resin sheet (3.4) with an infrared laser beam from above through the sheet pressing body (8);
A scanning structure (6) for moving and operating either the seat table (7) or the laser device (5);
Is equipped with
By irradiating the infrared laser beam on the interface of the thermoplastic resin sheet (3.4) while forming the welded portion while moving the sheet table (7) and the laser device (5) relative to each other by the scanning structure (6). A laser welding device that integrates both sheets (3.4),
By injecting a gas onto the upper surface of the radiator (13) of the sheet pressing body (8) located in the vicinity of the irradiation spot (35) of the infrared laser beam by the laser device (5), the irradiation spot (35) concerned. in the vicinity of, provided with a pressure device for locally pressurized and adhesion (36) and heat radiator (13) relative to the thermoplastic resin sheet (3, 4),
The injection area of the gas from the pressure device (36) on the upper surface of the radiator (13) and the irradiation spot (35) of the infrared laser beam by the laser device (5) on the upper surface of the radiator (13) do not overlap. And the gas is ejected from the pressurizing device (36) onto the upper surface of the radiator (13) located around the irradiation spot (35) of the infrared laser beam. Laser welding equipment characterized by.
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1記載のレーザー溶着装置。 The pressurizing device (36) includes a pressurizing head (38) having a gas injection port (37) and a gas supply mechanism (39) for supplying gas to the pressurizing head (38).
The pressurizing head (38) is composed of an air bearing formed in a hollow cylindrical shape having a hollow portion (49),
Both sheets (3.4) are irradiated with the infrared laser beam by the laser device (5) through the hollow portion (49) of the pressure applying head (38), and the end face of the pressure applying head (38) or the cylinder. The gas is jetted from the gas jet port (37) formed on the inner wall surface onto the upper surface of the radiator (13) located around the entire circumference of the irradiation spot (35). Laser welding equipment.
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2記載のレーザー溶着装置。 An elevating mechanism (40) for moving the pressurizing head (38) in the vertical direction is provided,
The laser welding apparatus according to claim 2, wherein the lifting head (38) is configured to be vertically movable relative to the laser device (5) and the sheet pressing body (8) by the lifting mechanism (40). ..
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)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)を溶着させており、
放熱体(13)の上面における加圧装置(36)からの気体の噴射領域と、放熱体(13)の上面におけるレーザー装置(5)による赤外線レーザービームの照射領域とが重複しないように設定されるとともに、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)の上面に対して加圧装置(36)から気体が噴射されるように構成されていることを特徴とするレーザー溶着方法。 The upper side with respect to the interface of the thermoplastic resin sheets (3, 4) placed in a stacked state between the lower sheet table (7) and the upper sheet pressing body (8). A laser welding method in which both sheets (3, 4) are integrated by irradiating an infrared laser beam from the sheet to form a welded portion,
By injecting a gas onto the upper surface of the radiator (13) of the sheet pressing body (8) located in the vicinity of the irradiation spot (35) of the infrared laser beam, the thermoplasticity in the vicinity of the irradiation spot (35) is increased. While locally pressing and adhering the heat radiator (13) to the resin sheet (3.4) locally, the thermoplastic resin at the interface between both sheets (3.4) is heated and melted, so that both sheets (3・4) is welded,
It is set so that the gas injection area from the pressurizing device (36) on the upper surface of the radiator (13) and the infrared laser beam irradiation area by the laser device (5) on the upper surface of the radiator (13) do not overlap. In addition, the pressurizing device (36) is configured to inject gas onto the upper surface of the radiator (13) located around the entire irradiation spot (35) of the infrared laser beam. Laser welding method .
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