レーザー溶着：レーザー樹脂溶着時の加工点温度モニタリング

摘要

レーザーによるプラスチックの溶着技術は1980年代に提唱されている．この技術はプラスチックが近赤外線を透過する特性を利用しており，レーザー透過性と吸収性の2種類のプラスチックを重ね合わせ，レーザー透過材側からレーザー光を照射し，レーザー吸収材で発生した熱をレーザー透過材に伝え，両者が溶融する．その後，レーザー照射を停止し，冷却，固化の過程で溶着が行われる．その当時はレーザー装置が非常に高価であったため実用化には至らなかった．しかしながら，1990年代後半，半導体レーザーの高出力化と急激なコスト低下，および自動車産業における軽量化，低コスト化の要求により再びレーザーによるプラスチックの溶着法が注目を浴びている．すでに数社で実用化も行われている．プラスチックのレーザー溶着法のメリットは，①無振動；②高精度；③高精細；④局所加熱により周囲に与える熱影響が少ない；⑤設計自由度が高い；⑥外囲が美しい（バリの発生が少ない）といったものが挙げられる．これらのレーザー溶着法の特長は既存工法で成し得なかった特性を引き出すことが可能である．一方で，適用が進む中，以下のようなレーザー溶着の弱点もわかりはじめている．①一筆書きによるタクトタイムの増加；②レーザー光に対し透過，吸収特性を有する2種のプラスチックでなければ溶着できない；③品質管理方法が確立されていない。 ①に対処するために一筆書きを行わず，全点同時照射を行うタイプのレーザー溶着機も販売されている．②に関してはレーザー透過·吸収の組み合わせを実現するために，色素メーカではレーザー溶着用色素が販売されており，プラスチックメーカでは近赤外線の透過性があまりよくないポリプチレンテレフタレート（以後PBT）やポリフェニレンサルファイド（以後PPS）もレーザー溶着用グレードが開発されている．このように，レーザー溶着のインフラは整いつつあるものの，③の問題が残る．この問題に対し，筆者らは光を用いた温度計測により解決を試みており，本稿ではこのことについて紹介する．