DE10317971A1

DE10317971A1 - Laser-Schweißverfahren

Info

Publication number: DE10317971A1
Application number: DE2003117971
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Sakai; Masami Hirata; Kanehiro Fukaya; Hideo Nakamura
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2003-11-13
Also published as: US20030196750A1; JP2003311838A; US6989070B2; JP3823065B2

Abstract

Zum Verschweißen eines Filters aus einem Laserstrahl-durchlässigen Fasermaterial mit einem Gehäuse 2 aus einem Laserstrahl-nichtdurchlässigen Harzmaterial mittels eines Laserstrahls LB wird zunächst der Filter 4 auf dem Gehäuse 2 angeordnet; nachfolgend wird der Filter 4 durch eine Montagevorrichtung 19 unter Druck gesetzt zum Vergrößern der Faserdichte eines Schweißabschnitts B2 und danach wird der Schweißabschnitt B2 mit dem Laserstrahl LB bestrahlt. In dem Schritt des Vergrößerns der Faserdichte wird ein Randbereich des Schweißabschnitts B2 durch die Montagevorrichtung 19 unter Druck gesetzt zum Vergrößern der Faserdichte des Filters in einem größeren Bereich als dem Schweißabschnitt B2. Folglich schmelzt der den Filter 4 durchdringende Laserstrahl LB einen Teil des Gehäuses 2 und das geschmolzene Harzmaterial dringt durch Lücken zwischen den Fasern, die den Filter 4 bilden, wodurch der Schweißabschnitt mit dem Gehäuse 2 verschweißt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Schweißverfahren zum Verschweißen eines Faserfilters mit einem Harz- Grundkörper mittels eines Laserstrahls.

Einige bekannte Verfahren zum Verschweißen eines ungewebten Filters aus Fasern mit einem Grundkörper aus Harz sind beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften JPS- 229312 und JP 2000-186635 offenbart. Diese Schweißverfahren beinhalten einen ersten Schritt des Anordnens eines ungewebten Filters aus Polyesterfasern auf einem Grundkörper aus Nylon (Handelsbezeichnung) und einem Schritt des teilweisen Schmelzens des Grundkörpers, wodurch es zum Verschweißen des Filters mit dem Grundkörper dem geschmolzenen Material ermöglicht wird, die Lücken zwischen den Fasern, die den Filter bilden, zu durchdringen.

Alle oben erwähnten bekannten Vorgehensweisen wenden ein Ul- traschall-Schweißverfahren oder ein Vibrations-Reibungsschweißverfahren an. Bei dem Ultraschall-Schweißverfahren wird beispielsweise ein Ultraschall-Oszillator nahe einem Filter angeordnet und veranlaßt, Ultraschallwellen zum Schmelzen eines Grundkörpers auszusenden, so daß das geschmolzene Material des Grundkörpers durch die Lücken zwischen den Fasern des Filters dringt und darin aushärtet. In gleicher Weise wird bei dem Reibungsschweißverfahren ein Oszillator nahe einem Filter angeordnet. Es kann daher gesagt werden, daß das Reibungsschweißverfahren ähnliche Schritte aufweist wie das Ultraschall-Schweißverfahren.

Die bekannten Schweißverfahren benötigen jedoch einen Schritt des Bewegens des Oszillators oder anderer Teile zu dem Filter hin oder von dem Filter weg. Um diese Zeit verlängert sich der gesamte Schweißvorgang.

In dieser Hinsicht ist ein Laser-Schweißverfahren, das einen Laserstrahl verwendet, ein Verfahren, das die Notwendigkeit zum Bewegen des Oszillators oder anderer Teile zu einem Werkstück hin beseitigt oder eine Bewegungslänge der Vorrichtungen verringert. Bei diesem Schweißverfahren kann, sogar dann, wenn eine Laseremissionsvorrichtung abseits eines zu bestrahlenden Werkstücks angeordnet ist, der Laserstrahl einen Schweißabschnitt des Werkstücks erreichen, wenn nur die Laseremissionsvorrichtung dergestalt betrieben wird, daß ein Laserstrahl zu dem Schweißabschnitt ausgesendet wird. Wenn dieses Schweißverfahren zum Verschweißen eines Filters mit einem Grundkörper verwendet wird, ist es folglich möglich, die Bewegungszeit der Emissionsvorrichtung zu beseitigen oder zu verringern. Dadurch wird die für die Vollendung des Schweißvorgangs erforderliche Zeit verkürzt.

Es gibt jedoch bislang kein bekanntes Beispiel, bei dem das Verschweißen eines Filters mit einem Grundkörper unter Verwendung eines Laserstrahls vorgeschlagen wurde. Es ist auch denkbar, daß das Verschweißen mittels des Laserstrahls Probleme verursacht hinsichtlich des Sicherstellens der Schweißstärke oder hinsichtlich des Verhinderns von Defekten, wie z. B. Ansengungen oder Löchern an dem Werkstück. Folglich war der Vorschlag eines praktischen Laser-Schweißverfahrens erwünscht.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände durchgeführt und hat als Aufgabe die Überwindung der obigen Probleme und die Bereitstellung eines Laser-Schweißverfahrens, das in der Lage ist, einen Filter mit einem Grundkörper in ausreichendem Maße zu verschweißen, während die Schweißstärke erhöht wird und Defekte, wie z. B. Ansengungen und Löcher, verhindert werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Laser-Schweißverfahren gemäß Anspruch 1 und einen Behälter gemäß Anspruch 7.

Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zur Erreichung des Zweckes der Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ein Laser-Schweißverfahren gemäß Anspruch 1 zum Verschweißen eines Faserfilters mit einem Harz-Grundkörper mittels eines Laserstrahls zur Verfügung. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Anordnen des Filters aus einem Laserlicht-durchlässigen Fasermaterial auf dem Grundkörper aus einem Laserlicht-undurchlässigem Harzmaterial; Erhöhen der Faserdichte eines Schweißabschnitt des Filters und Bestrahlen des Schweißabschnitts mit dem Laserstrahl, wobei der Grundkörper teilweise durch den den Filter durchdringenden Laserstrahl geschmolzen wird und geschmolzenes Material des Grundkörpers durch Lücken zwischen den Fasern, die den Filter bilden, hindurchdringt, so daß der Schweißabschnitt mit dem Grundkörper verbunden wird.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung einen Behälter gemäß Anspruch 7 bereit, der mit dem Grundkörper und dem durch das Laser-Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verschweißten Filter vorgesehen ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Behälters in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine Tabelle mit einem Vergleich der Materialeigenschaften eines Gehäuses und eines ersten Filters;
Fig. 3 eine schematische Strukturansicht einer Laser- Schweißvorrichtung, die bei einem Laser-Schweißverfahren gemäß der Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Schrittes des Laser-Schweißverfahrens;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines weiteren Schrittes des Laser-Schweißverfahrens;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines anderen Schrittes des Laser-Schweißverfahrens;
Fig. 7 eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Erläuterung eines anderen Schritts des Laser-Schweißverfahrens;
Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schweißabschnitts des ersten Filters;
Fig. 9 eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Schrittes eines Laser-Schweißverfahrens in einem Vergleichsbeispiel;
Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Schweißabschnitt eines Filters in dem Vergleichsbeispiel zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Schweißverfahren und der Stärke der Verbindung mit dem Filter zeigt;
Fig. 12 eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens zum Messen der Abziehstärke;
Fig. 13 eine vergrößerte Querschnittsansicht zum Erläutern eines Laser-Schweißverfahrens zum Verbinden eines Gehäuses und einer Abdeckung;
Fig. 14 eine vergrößerte Querschnittsansicht zum Erläutern eines Schrittes in einem Laser-Schweißverfahren bei einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 15 eine vergrößerte Querschnittsansicht zum Erläutern eines Schrittes bei einem Laser-Schweißverfahren einer dritten Ausführungsform.

Erste Ausführungsform

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung einer ersten Ausführungsform eines Laser-Schweißverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird dieses Laser-Schweißverfahren zur Herstellung eines Behälters verwendet.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Behälters, der eine Filterbüchse sein kann, in der vorliegenden Ausführungsform. Dieser Behälter 1 ist mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 2 und einer Abdeckung 3, welche das Gehäuse 2 bedeckt, versehen. Das Gehäuse 2 weist einen ersten Filter 4, Kohle 5, einen zweiten Filter 6, eine Platte 7 und eine Feder 8 auf.
Das Gehäuse 2, das einem Grundkörper der Erfindung entspricht, besteht aus einem Laserstrahl-undurchdringlichen Harzmaterial. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise "PA66 (Handelsbezeichnung: 66-Nylon)" als das Laserstrahl-undurchdringliche Harzmaterial verwendet. Der Schmelzpunkt von PA66 ist 265°C. Das Gehäuse 2 beinhaltet eine obere Öffnung 2a, eine Innenschulter 2b, eine untere Öffnung 2c und eine Mehrzahl von weiblichen Schraublöchern 2d, die um die untere Öffnung 2c herum angeordnet sind. Ein Flansch 2e ist ebenfalls auf der Peripherie der oberen Öffnung 2a ausgebildet.
Die Abdeckung 3 ist dergestalt angeordnet, daß sie die obere Öffnung 2a des Gehäuses 2 bedeckt und weist einen Umfangs- Schweißabschnitt B1 auf, der mit dem Flansch 2e Laserverschweißt ist. Die Abdeckung 3 weist ein Ansatzrohr 3a auf. Die Abdeckung 3 ist aus einem Laserstrahl-durchlässigen Harzmaterial gefertigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise "PA66" als das Laserstrahl-durchlässige Harzmaterial verwendet.
Der erste Filter 4, der einem Filter der Erfindung entspricht, besteht aus einem Laserstrahl-durchlässigen Fasermaterial. Dieses Laserstrahl-durchlässige Fasermaterial in der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise eine Mischung von "Polyester"-Fasern und "Rayon"-Fasern, die in sich umschlingender Weise zu einem Faservlies ausgebildet sind. Bezugnehmend auf die Polyester-Fasern ist der Faserdurchmesser 10 µm bis 15 µm, der Schmelzpunkt ist 270°C und der Polyester-Anteil in der Mischung ist 54%. Bezugnehmend auf die Rayon-Fasern ist der Faserdurchmesser 10 µm bis 40 µm, der Schmelzpunkt ist 180°C und der Rayon-Anteil in der Mischung ist 46%. Der erste Filter 4 weist einen Umfangs-Schweißabschnitt B2 auf, der mit der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 verschweißt ist. Fig. 2 ist eine Tabelle, die einen Vergleich der Materialeigenschaften des Gehäuses 2 und des ersten Filters 4 zeigt.
Die Kohle 5 wird zum Adsorbieren von Treibstoffdämpfen bzw. Benzindämpfen verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird "BAX1100" als Kohlematerial 5 verwendet. Die Kohle 5 wird in Schichten einer vorbestimmten Dicke auf den ersten Filter 4 aufgebracht.
Der zweite Filter 6 ist aus einem Faservlies gebildet, das dicker als der erste Filter 4 ist. Dieses Faservlies in der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise "Urethanschaum". Der zweite Filter 6 ist auf der Kohle 5 angeordnet.
Die Platte 7 ist auf dem zweiten Filter 6 angeordnet. Diese Platte 7 ist in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise aus "Lochmetall". Die Feder 8 ist zwischen der Abdeckung 3 und der Platte 7 dergestalt angeordnet, daß sie mit ihrer Federkraft die Platte 7 gegen die Kohle 5 drückt. Die Feder 8 ist beispielsweise aus "SWPA".
Der Behälter 1 mit dem obigen Aufbau wird gemäß den folgenden Schritten hergestellt. Zuerst wird der erste Filter 4 mit der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 Laser-verschweißt und an dem Gehäuse 2 befestigt.
Als zweites wird die Kohle 5 in Schichten auf den ersten Filter 4 aufgebracht und danach der zweite Filter 6 auf der Kohle 5 angeordnet.
In dem nächsten Schritt wird die Platte 7 auf den zweiten Filter 6 aufgebracht und danach die Abdeckung 3 auf dem zweiten Filter 6 angeordnet, nachdem die Feder 8 zwischen der Platte 7 und der Abdeckung 3 angeordnet wurde.
Danach werden zum Befestigen der Abdeckung 3 an dem Gehäuse 2 der Flansch 2e des Gehäuses 2 und der Umfangsabschnitt der Abdeckung 3 Laser-verschweißt. Als Folge ist der in Fig. 1 gezeigte Behälter 1 vervollständigt.
Als nächstes wird das Laser-Schweißverfahren zum Verschweißen des ersten Filters 4 mit der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 im Detail erklärt.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Laser- Schweißvorrichtung 11, die für dieses Laser-Schweißverfahren verwendet wird. Diese Vorrichtung 11 ist mit einem Arbeitstisch 12, einem Roboter bzw. Automaten 13 und einer Druckeinheit 14 versehen, wobei der Roboter 13 und die Druckeinheit 14 auf beiden Seiten des Tisches 12 angebracht sind.
Der Arbeitstisch 12 wird zum Anordnen des Gehäuses 2 als eines Werkstücks darauf verwendet. Der Roboter 13 weist einen Mehrfach-Gelenkausleger 15 auf. An einem Ende dieses Auslegers 15 ist eine Laseremissionsvorrichtung 16 angebracht. Diese Emissionsvorrichtung 16 ist intern mit einem optischen System zum Emittieren von Energie (eines Laserstrahls LB) versehen, die von einem Energieerzeuger (einer Laserquelle), die nicht gezeigt ist, über eine optische Faser 17 einem Werkstück (dem Gehäuse 2) auf dem Arbeitstisch 12 zugeführt wird. Als dieser Energieerzeuger wird beispielsweise ein Diodenlaser (ein Halbleiterlaser) verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der über die Emissionsvorrichtung 6 zu emittierende Laserstrahl LB ein Infrarotlaserstrahl von 500 W und der Brennfleckdurchmesser des Laserstrahls LB wird beispielsweise auf ungefähr 3 mm bis ungefähr 4 mm gesetzt.
Die Druckeinheit 14 wird zum Drücken des ersten Filters 4 gegen die Innenschulter 2b des Gehäuses 2 verwendet. Diese Einheit 14 weist einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder 18 mit einer Zylinder-Verbindungsstange 18a auf und eine an einem Ende der Zylinder-Verbindungsstange 18a angebrachte Montagevorrichtung 19. Die Auf- und Abwärtsbewegung der Zylinder- Verbindungsstange 18a verursacht eine Bewegung der Montagevorrichtung 19 zu dem Arbeitstisch 12 hin oder von ihm weg. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Montagevorrichtung 19 zum Anwenden von Druck auf den Außenbereich des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters 4 verwendet. Die Montagevorrichtung 19 ist mit einem Schlitz 19a ausgebildet, durch welchen der Laserstrahl LB auf den Schweißabschnitt B2 gerichtet wird. Dieser Schlitz 19a ist dergestalt ausgelegt, daß er eine geringere Breite, z. B. 2 mm, aufweist als der Brennfleck-Durchmesser des Laserstrahls LB.
Das Laser-Verschweißen des ersten Filters 4 mit der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 wird in den folgenden Schritten unter Verwendung der oben erwähnten Laser-Schweißvorrichtung 11 durchgeführt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird bei einem ersten Schritt das Gehäuse 2 auf den Arbeitstisch 12 aufgebracht und dort fixiert.
In einem zweiten Schritt wird der erste Filter 4 auf der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 angeordnet, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Zu dieser Zeit ist die Montagevorrichtung 19 der Druckeinheit 14 über dem Gehäuse 2 angeordnet.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird in einem dritten Schritt die Montagevorrichtung 19 der Druckeinheit 14 abwärts auf den ersten Filter 4 bewegt und zum Drücken des Außenbereichs oder Randbereichs des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters 4 gegen die Innenschulter 2b unter Druck gesetzt. Dadurch werden zum Erhöhen der Faserdichte des ersten Filters 4 der Schweißabschnitt B2 und sein Außenbereich zusammengedrückt. Dies bedeutet, die Faserdichte des ersten Filters 4 ist in einem geringfügig größeren Bereich als dem Schweißabschnitt B2 erhöht. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Montagevorrichtung 19 dergestalt betrieben, daß der erste Filter 4 zusammengedrückt wird, so daß die Filterdicke von 3 mm auf 0.5 mm verringert wird.
In einem vierten Schritt wird daraufhin folgend der Laserstrahl LB von der Emissionsvorrichtung 16 auf den Schweißabschnitt B2 des ersten Filters 4 gerichtet. Zu dieser Zeit wird der erste Filter 4 in der gleichen Weise wie in dem dritten Schritt ständig unter Druck gesetzt. Durch allseitige Handhabung des Auslegers 15 des Roboters 13 kann in der vorliegenden Ausführungsform der Laserstrahl LB von der Laseremissionsvorrichtung 16 auf den Umfang des ersten Filters 4 gerichtet werden.
Es wird vermerkt, daß die Emissionsvorrichtung 16, die in Fig. 6 veranschaulicht ist, nahe der Montagevorrichtung 19 angeordnet ist, dies aber lediglich aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung geschieht. Tatsächlich ist die Emissionsvorrichtung 16 verhältnismäßig weit entfernt von der Montagevorrichtung 19 angeordnet. Die Position der Emissionsvorrichtung 16 ist durch Auswahl einer Sammellinse des optischen Systems einstellbar.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird zum Erhöhen der Faserdichte in dem dritten Schritt in dem ersten Filter 4 ein geringfügig größerer Bereich als der Schweißabschnitt B2 unter Druck gesetzt. Spezieller wird durch die Montagevorrichtung 19 der Außenbereich des Schweißabschnitts B2 gegen die Innenschulter 2b gedrückt, so daß der Schweißabschnitt B2 indirekt zusammengedrückt wird. Somit werden der Schweißabschnitt B2 und sein Außenbereich in dem ersten Filter 4 zusammengedrückt und deshalb ist die Faserdichte des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters 4 erhöht, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.
Wenn der durch den Schlitz 19a der Montagevorrichtung 19 hindurchgehende Laserstrahl LB durch den ersten Filter 4 hindurchdringt, wird dadurch die Oberfläche der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 erhitzt und geschmolzen, wie dies in Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Das geschmolzene Material des Gehäuses 2 kann durch die Lücken zwischen den Fasern, die den Schweißabschnitt B2 des ersten Filters 4 bilden, hindurchdringen, wodurch der Schweißabschnitt B2 mit der Innenschulter 2b verschweißt wird.
Gemäß dem oben erwähnten Laser-Schweißverfahren wird der erste Filter 4 auf die Innenschulter 2b des Gehäuses 2 gesetzt und danach die Faserdichte des Schweißabschnitts B2 des Filters 4 erhöht. Folglich ist die thermische Leitfähigkeit des Schweißabschnitts B2 erhöht, was die Wärmeabführungseigenschaften des Filters 4 erhöht. Die Kontaktfläche des Schweißabschnitts B2 mit dem geschmolzenen Material des Gehäuses 2 ist ebenfalls erhöht. Dies kann die Stärke der Verschweißung des ersten Filters 4 mit der Innenschulter 2b des Schweißabschnitts B2 erhöhen. Die vergrößerte Faserdichte des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters kann die thermische Leitfähigkeit der Fasern des Schweißabschnitts B2 verbessern, wodurch die Wärmeabführung des Schweißabschnitts B2 erhöht wird. Folglich ist es möglich, ein Versengen oder eine Lochbildung an dem Filter 4 durch die Schmelzwärme der Innenschulter 2b zu verhindern. Weiterhin besteht der erste Filter 4 selbst aus einem Laserstrahl-durchlässigen Fasermaterial, welches den Laserstrahl LB hindurchlassen kann. Folglich wird die Faser selbst während des Hindurchleitens des Laserstrahls nicht erhitzt, so daß ein Versengen oder eine Lochbildung an dem Filter 4 durch den Laserstrahl LB verhindert werden kann. Mit anderen Worten, der erste Filter 4 kann in angemessener Weise mit der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 verschweißt werden, während die Stärke der Verschweißung erhöht werden kann und Defekte, wie z. B. Versengungen und Löcher, verhindert werden können.
Die obigen Betriebsweisen und Wirkungen können durch das Unterdrucksetzen und Zusammendrücken des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters 4 durch die Montagevorrichtung 19 resultieren. Beispielsweise zeigt Fig. 9 ein Vergleichsbeispiel, bei dem eine Montagevorrichtung 29 mit einem relativ großen Schlitz 29a zum Drücken eines Filters 24 gegen ein Gehäuse 22 verwendet wird. In diesem Fall wird der Außenbereich eines Schweißabschnitts B2 nicht zusammengedrückt. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist folglich die Faserdichte des Schweißabschnitts B2 nicht erhöht und die Fasern, die den Schweißabschnitt B2 bilden, bleiben rauh. Wenn in diesem Zustand der Laserstrahl LB auf den Schweißabschnitt B2 gerichtet wird, wird aufgrund der niedrigen thermischen Leitfähigkeit der Schweißabschnitt B2 versenkt oder mit Löchern versehen. In diesem Fall ist weiterhin die Kontaktfläche der Fasern mit dem geschmolzenen Material des Gehäuses 22 klein und deshalb ist die Stärke der Verschweißung des Filters 24 mit dem Gehäuse 22 gering. Diese Nachteile können gemäß dem Laser-Schweißverfahren der vorliegenden Ausführungsform vermieden werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Faserdichte des ersten Filters 4 in einem geringfügig größeren Bereich als dem Schweißabschnitt B2 erhöht, was es möglich macht, eine thermische Beeinflussung eines anderen Abschnitts als des Schweißabschnitts B2, nämlich des Abschnitts mit einer geringen Faserdichte, zu verringern. Es ist folglich möglich, auf sichere Weise zu verhindern, daß andere Abschnitte als der Schweißabschnitt B2 versengt oder mit Löchern versehen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden in dem ersten Filter 4 der Schweißabschnitt B2 und seine Umgebung unter Druck gesetzt und gegen die Innenschulter 2b des Gehäuses 2 gedrückt, wodurch die Kontaktfläche des Schweißabschnitts B2 und seines Außenbereichs bezüglich der Innenschulter 2b vergrößert wird. Folglich kann die Verbindungsstärke zwischen dem ersten Filter 4 und der Innenschulter 2b weiter erhöht werden.
Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen jedem Filter-Schweißverfahren und der Verbindungsstärke zeigt. In Fig. 11 bezeichnet die horizontale Achse die Typen von Schweißverfahren und die vertikale Achse bezeichnet die mit der Verbindungsstärke in Beziehung stehende Abziehstärke. Auf der horizontalen Achse sind die Beispiele für Laserschweißen in Fig. 9 (das Vergleichsbeispiel) und Fig. 7 (die vorliegende Ausführungsform) und das Beispiel für Ultraschallschweißen gezeigt.
Messungen der Abziehstärke wurden in der folgenden Weise durchgeführt. Speziell wurden Proben mittels Schweißens der Filter an die Gehäuse gemäß den obigen drei Typen von Schweißverfahren vorbereitet. Bei jeder Probe wurde, wie in Fig. 12 gezeigt, der Filter durch einen Kolben von der Seite der unteren Öffnung des Gehäuses her (nämlich in Fig. 12 von oben) gedrückt. Die Meßbedingungen waren dergestalt, daß der Innendurchmesser der Öffnung O (entsprechend der unteren Öffnung 2c in Fig. 1) des Gehäuses 38 mm war, der Außendurchmesser des Kolbens 36 mm war und die Zusammendrückgeschwindigkeit des Kolbens 5 mm/min war.
Wie in Fig. 11 gezeigt, war die Abziehstärke bei dem in Fig. 9 gezeigten Laserschweißen ungefähr 20 g/cm, jene bei dem in Fig. 7 gezeigten Laserschweißen war ungefähr 100 g/cm und jene bei dem Ultraschallschweißen war ungefähr 1200 g/cm. Bei dem Ultraschallschweißen durchdrang das geschmolzene Harz des Gehäuses die gesamte Dicke des Filters, so daß für die Abziehstärke ein hoher Wert, ungefähr gleich der Stärke des Filters selbst, festgestellt wurde. Bei dem Laserschweißen durchdrang andererseits das geschmolzene Harz in dem Filter lediglich einen Abschnitt (ungefähr 100 µm) nahe der Kontaktoberfläche mit dem geschmolzenen Harz, so daß die Abziehstärke geringer war als jene bei dem Ultraschallschweißen. Das in Fig. 7 gezeigte Laserschweißen bei der vorliegenden Ausführungsform konnte jedoch eine für die praktische Verwendung hinreichende Abziehstärke (Schweißstärke) bereitstellen.
Bei der das Laser-Schweißverfahren verwendenden vorliegenden Ausführungsform besteht keine Notwendigkeit, die Emissionsvorrichtung 16 vor und nach dem Schritt des Richtens des Laserstrahls LB auf den Schweißabschnitt B2 zu dem Schweißabschnitt B2 hin und von diesem weg zu bewegen. Mit anderen Worten, im Unterschied zu dem bekannten Ultraschall-Schweißverfahren, bei dem während des Schweißens eine Bewegung des Oszillators zu dem Filter hin und von diesem weg notwendig war, kann die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit der Bewegung der Laseremissionsvorrichtung 16 beseitigen. Somit ist es möglich, die für die Vollendung des Schweißvorgangs benötigte Zeit um gerade diesen Betrag zu verringern.
Im folgenden wird das Laser-Verschweißen des Gehäuses 2 mit der Abdeckung 3 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gehäuse 2 aus einem Laserstrahl-undurchlässigen Harzmaterial und die Abdeckung 3 besteht aus einem Laserstrahl-durchlässigen Harzmaterial. Wie in dem Fall des Gehäuses 2 und des Filters 4 kann folglich das Laserschweißen für das Laser-Verschweißen der Abdeckung 3 mit dem Gehäuse 2 verwendet werden.
Wie in Fig. 13 gezeigt, wird spezieller der Laserstrahl LB auf die auf dem Flansch 2e des Gehäuses 2 angeordnete Abdeckung 3 entlang des Umfangs der Abdeckung 3 gerichtet, so daß die Oberfläche des Flansches 2e teilweise durch den die Abdeckung 3 durchdringenden Laserstrahl LB geschmolzen wird. Das geschmolzene Harz des Flansches 2e ist danach mit der Abdeckung 3 verbunden, wodurch der Schweißabschnitt B1 der Abdeckung 3 mit dem Flansch 2e des Gehäuses 2 verschweißt ist.
Durch den allseitigen Betrieb des Auslegers 15 des Roboters 13 kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Laserstrahl LB auf die Abdeckung 3 entlang ihres Umfangs gerichtet werden. Nachfolgend auf das Verschweißen des Gehäuses 2 mit dem ersten Filter 4 wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Laserschweißen weiterhin für das Verschweißen des Gehäuses 2 mit der Abdeckung 3 verwendet. Für die Herstellung des Behälters 1 kann folglich das Laserschweißen für alle Schweißvorgänge verwendet werden, so daß verglichen mit dem Fall, in dem mehrere Schweißverfahren unterschiedlicher Typen angewendet werden, die Fertigungsanlage und die Fertigungsschritte vereinfacht werden können und die benötigte Zeit verringert werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das oben erwähnte Laser-Schweißverfahren für die Herstellung des Behälters 1 verwendet und deshalb ist der hergestellte Behälter 1 mit einem Gehäuse 2 und einem ersten Filter 4 versehen, die entsprechend dem obigen Verfahren verschweißt sind. Der Behälter 1 kann folglich die Betriebsweisen und Wirkungen gemäß dem obigen Laser-Schweißverfahren haben. Folglich kann der erste Filter 4 für eine lange Zeit in einem sicher verschweißten Zustand auf dem Gehäuse 2 gehalten werden und in dieser Hinsicht kann die Haltbarkeit des Behälters 1 verbessert werden. Weiterhin kann die für die Vollendung des Laserschweißens benötigte Zeit verringert werden, wodurch die für die Herstellung des Behälters 1 benötigte Zeit verringert wird.

Zweite Ausführungsform

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform des Laser- Schweißverfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert, welche zur Herstellung eines Behälters verwendet wird.
Es sei vermerkt, daß Elemente in jeder der folgenden Ausführungsformen, die zu der ersten Ausführungsform gleich sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine Erläuterung derselben unterlassen wird. Die folgenden Ausführungsformen werden mit einem Fokus auf Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert.
Ein zu der ersten Ausführungsform unterschiedlicher Punkt dieser zweiten Ausführungsform in Bezug auf das Laser-Verschweißen des Gehäuses 2 mit dem ersten Filter 4 ist jener, daß, wie in Fig. 14 gezeigt, auf der Oberfläche der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 entsprechend korrespondierend mit dem Schweißabschnitt B2 des ersten Filters 4 ein Vorsprung 2f vorgesehen ist.
Spezieller wird in einem Schritt des Vergrößerns der Faserdichte des ersten Filters 4 gemäß dem Laser-Schweißverfahren der zweiten Ausführungsform der Außenbereich des Schweißabschnitts B2 unter Druck gesetzt und mittels der Montagevorrichtung 19 gegen die Innenschulter 2b des Gehäuses 2 gedrückt. Dadurch wird indirekt der Schweißabschnitt B2 zusammengedrückt, während von der Seite des Gehäuses 2 durch den Vorsprung 2f der Innenschulter 2b der Schweißabschnitt B2 direkt unter Druck gesetzt und zusammengedrückt wird.
Entsprechend dem Laser-Schweißverfahren der zweiten Ausführungsform werden der Schweißabschnitt B2 und seine Umgebung unter Druck gesetzt und gegen die Innenschulter 2b gedrückt, so daß die Kontaktfläche des Schweißabschnitts B2 und seines Außenbereichs bezüglich der Innenschulter 2b vergrößert ist. Da der Schweißabschnitt B2 direkt von der Seite des Gehäuses 2 her zusammengedrückt wird, ist der Verbindungsgrad zwischen dem Schweißabschnitt B2 und der Innenschulter 2b ebenfalls vergrößert. Folglich kann verglichen zu dem Laser- Schweißverfahren der ersten Ausführungsform das Laser- Schweißverfahren der zweiten Ausführungsform in größerem Maße die Verbindungsstärke zwischen dem ersten Filter 4 und der Innenschulter 2b vergrößern. Mit anderen Worten, das Laser- Schweißverfahren der zweiten Ausführungsform kann die Ausgangsenergie (Ausgangsleistung) des von der Emissionsvorrichtung 16 zu emittierenden Laserstrahls auf ungefähr 1/5 der Ausgangsenergie bei der ersten Ausführungsform verringern, wobei eine Verbindungsstärke geliefert wird, die im wesentlichen gleich jener der ersten Ausführungsform ist. Somit kann der Energieverbrauch verringert werden. Weitere Betriebsweisen und Wirkungen sind ähnlich zu jenen der ersten Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform des Laser- Schweißverfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert, welches für die Herstellung eines Behälters verwendet wird.
Ein Unterschied dieser dritten Ausführungsform zu der ersten und zweiten Ausführungsform in Bezug auf das Laser- Verschweißen des Gehäuses 2 und des ersten Filters 4 liegt darin, daß wie in Fig. 15 gezeigt, in dem Gehäuse 2 an einer Kante der Innenschulter 2b entsprechend dem Schweißabschnitt B2 des Filters 4 eine Nut 2g vorgesehen ist und die Außenkante des ersten Filters 4 in die Nut 2g gefügt bzw. geklemmt ist. Spezieller werden in einem Schritt des Vergrößerns der Faserdichte des ersten Filters 4 in dem Laser-Schweißverfahren der dritten Ausführungsform der Schweißabschnitt B2 und sein Außenbereich unter Druck in die Nut 2g der Innenschulter 2b des Gehäuses 2 eingeführt, so daß der Schweißabschnitt B2 und sein Außenbereich innerhalb der Nut 2g zusammengedrückt werden. Da in der dritten Ausführungsform der Schweißabschnitt B2 und seine Umgebung in der Nut 2g der Innenschulter 2b zusammengedrückt werden, kann die Kontaktfläche des Schweißabschnitts B2 und seiner Umgebung mit der Innenschulter 2b vergrößert werden, ohne die oben erwähnte Montagevorrichtung 19 oder anderes Zubehör zu verwenden. Somit kann die dritte Ausführungsform die gleichen Wirkungen liefern wie in dem Fall des Zusammendrückens durch die Montagevorrichtung 19 und anderes Zubehör in der ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform wird der Steckvorgang durchgeführt, nachdem das Gehäuse 2 auf dem Arbeitstisch 12 angeordnet ist. Alternativ kann die Außenkante des ersten Filters 4 vorher in einem Spannungszustand in die Nut 2g der Innenschulter 2b eingeführt (gefaltet) werden.
Die vorliegende Erfindung kann durch andere spezielle Formen verkörpert werden, ohne von dem Geist oder den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die folgenden Alternativen angewendet werden.
In der ersten und zweiten Ausführungsform ist zum Hindurchlassen des Laserstrahls LB durch den Schlitz 19a die Montagevorrichtung 19 teilweise mit dem Schlitz 19a korrespondierend mit dem Schweißabschnitt B2 des ersten Filters 4 ausgebildet. Als eine Alternative kann die Montagevorrichtung selbst aus einem Laserstrahl-durchlässigen Material gefertigt sein und der Schlitz kann weggelassen werden, so daß die Montagevorrichtung direkt auf den Schweißabschnitt des Filters drückt. In diesem Fall kann die Verbindungsstärke des Schweißabschnitts stärker erhöht werden.
In der ersten und zweiten Ausführungsform kann die Montagevorrichtung 19 zur Förderung der Wärmeabfuhr des ersten Filters 4 aus einem Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit gefertigt sein. In diesem Fall kann die kühlende Wirkung des ersten Filters 4 erhöht werden, was es ermöglicht, auf sichere Weise zu verhindern, daß der Filter 4 durch die Wärme des Laserstrahls versengt oder mit Löchern versehen wird.
In der ersten und zweiten Ausführungsform ist der Schritt des Vergrößerns der Faserdichte des Schweißabschnitts B2 des ersten Filters 4 als ein Schritt vor dem Laserbestrahlungsschritt vorgesehen. Unter der Bedingung, daß der Schweißabschnitt des Filters vorher mit einer höheren Faserdichte ausgebildet wurde als die übrigen Abschnitte, kann alternativ als ein Schritt vor dem Laserbestrahlungsschritt ein Schritt des Anordnens und leichten Drücken des Filters auf der Innenschulter des Gehäuses durch die Montagevorrichtung vorgesehen werden. Weiterhin kann der Schritt des Vergrößerns der Faserdichte des Schweißabschnitts verglichen mit den anderen Abschnitten durch Zusammendrücken und Härten lediglich des Schweißabschnitts des Filters erreicht werden. Alternativ kann der Filter dergestalt ausgebildet werden, daß er als Ganzes eine gleichförmige Dicke aufweist, wobei lediglich der Schweißabschnitt vorher eine höhere Faserdichte aufweist als die anderen Abschnitte. Diese Fälle können ebenfalls dieselben Betriebsweisen und Wirkungen hervorrufen, wie jene der ersten und zweiten Ausführungsform.
In jeder der obigen Ausführungsformen wird das Laser-Schweißverfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Behälters 1 mittels Verschweißens des Gehäuses 2 mit dem ersten Filter 4 verwendet. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf die Herstellung des Behälters angewendet werden, sondern ebenfalls zur Herstellung von verschiedenen Vorrichtungen, wenn ein Filter aus einem Fasermaterial auf einen Grundkörper aus einem Harzmaterial mittels eines Laserstrahls geschweißt wird.

Claims

1. Laser-Schweißverfahren zum Verschweißen eines Faserfilters (4) mit einem Harz-Grundkörper (2) mittels eines Laserstrahls, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte:
Anordnen des Filters (4) aus einem Laserstrahldurchlässigen Fasermaterial auf dem Grundkörper (2) aus einem Laserstrahl-undurchlässigen Harzmaterial;
Vergrößern der Faserdichte eines Schweißabschnitts (B2) des Filters (4) und
Richten des Laserstrahls auf den Schweißabschnitt (B2) aufweist,
wobei der Grundkörper (2) teilweise durch den den Filter (4) durchdringenden Laserstrahl geschmolzen wird und geschmolzenes Material des Grundkörpers (2) durch Lücken zwischen den Fasern, die den Filter (4) bilden, dringt, so daß der verschweißte Abschnitt mit dem Grundkörper (2) verbunden ist.

2. Laser-Schweißverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erhöhens der Faserdichte zum Erhöhen der Faserdichte des Filters (4) in einem geringfügig größeren Bereich als dem Schweißabschnitt (B2) durchgeführt wird.

3. Laser-Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Erhöhens der Faserdichte zum Drücken eines Außenbereichs des Schweißabschnitts (B2) gegen den Grundkörper (2) durchgeführt wird, um dadurch indirekt den Schweißabschnitt (B2) zusammenzudrücken.

4. Laser-Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Vergrößerns der Faserdichte zum Drücken eines Außenbereichs des Schweißabschnitts (B2) gegen den Grundkörper (2) durchgeführt wird, zum dadurch indirekten Zusammendrücken des Schweißabschnitts (B2) und direkten Zusammendrücken des Schweißabschnitts (B2) von der Seite des Grundkörpers (2) her.

5. Laser-Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Vergrößerns der Faserdichte zum Einführen des Schweißabschnitts (B2) und seines Außenbereichs in einem Spannungszustand in eine Ausnehmung (2g), die vorher in dem Körper gebildet wurde, durchgeführt wird, wodurch der Schweißabschnitt (B2) und sein Außenbereich im Innern der Ausnehmung (2g) zusammengedrückt werden.

6. Laser-Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der in dem Filteranordnungsschritt zu verwendende Filter (4) ein aus einem Faservlies gebildeter Filter ist, der Faserdichte-Vergrößerungsschritt zum Vergrößern der Faserdichte des Schweißabschnitts des Filters durch Unterdrucksetzen des Schweißabschnitts (B2) mittels einer Montagevorrichtung (19) mit einem Schlitz (19a) durchgeführt wird und der Laserstrahl-Bestrahlungsschritt zum Richten des Laserstrahls auf den Schweißabschnitt (B2) durch den Schlitz (19a) der Montagevorrichtung (19) durchgeführt wird,

7. Behälter (1) mit dem Grundkörper (2) und dem Filter (4), die durch das Laser-Schweißverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 verschweißt sind.