JP2002205183A - レーザ溶接方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接時に発生するベーパーを確実に除去し、
溶接性能の低下を防止し、溶接の安定性を確保できるレ
ーザ溶接方法を提供する。 【解決手段】 レーザ光照射ヘッド22の先端からレーザ
光透光部28を通じて出射するレーザ光Ｌを、レーザ光照
射ヘッド22の先端に配設される筒体29の内部空間30を通
じて、被溶接物24の溶接面25に垂直な方向に対して傾斜
した方向から照射する。筒体29のレーザ光透光部28の下
側近傍位置でかつ上方に臨む位置から筒体29の内部空間
30を吸引し、溶接時に筒体29の内部空間30を上方へ立ち
上るベーパーを有効に吸引除去する。レーザ光透光部28
にベーパーが付着するのを低減できて、溶接性能の低下
を防止できるとともに、溶接の安定性を確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被溶接物の溶接面
にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、図３に示すように、陰極線管１
は、パネル２とファンネル３とを有し、この陰極線管１
内に、色選別陰極としてのシャドウマスク４、地磁気を
遮蔽するインナーシールド５、陰極線管１内の真空度を
上げるためのゲッターサポート６、ファンネル３の内部
に塗布されるファンネルダグとシャドウマスク４との電
気的な導通を得るためのＰＦコネクタ７などの金属部品
が装着されている。そして、インナーシールド５、ゲッ
ターサポート６およびＰＦ（Panel Funnel）コネクタ７
はシャドウマスク４のフレーム８に溶接されている。ゲ
ッターサポート６の先端部にはゲッター6aが充填されて
いて、陰極線管１の封着・排気後に、外部から高周波に
よってゲッター6aが発熱されて陰極線管１内に放出され
る。

【０００３】陰極線管１の封着工程では、パネル２の内
部に、シャドウマスク４、フレーム８、インナーシール
ド５、ゲッターサポート６、ＰＦコネクタ７などの金属
部品が装着されていて、このパネル２とファンネル３と
が合体され、炉の中で互いにのシール面９が接合され
る。

【０００４】フレーム８に、ゲッターサポート６やＰＦ
コネクタ７を固着するには、例えば、レーザ溶接が用い
られる。レーザ溶接は、レーザ発振装置から発振したレ
ーザ光を、レーザ光照射ヘッドのレンズおよびレーザ光
照射ヘッドの先端に配設される保護ガラスを通じて照射
して溶接している。レーザ光照射ヘッドの先端には照射
されるレーザ光を覆ってレーザ光の漏れを防止する円筒
状のカバーが配設されている。

【０００５】一般に、フレーム８の材質は鉄、ゲッター
サポート６やＰＦコネクタ７の材質はステンレス系の金
属が使われることが多い。さらに、フレーム８の表面に
は反射防止や熱膨張を軽減させるため、黒化処理によっ
て黒化膜が形成されている。

【０００６】そして、溶接時には、黒化膜が破壊される
ときや金属同士が溶着するときにスプラッシュが発生
し、さらに、急激に金属が溶けることによってベーパー
が発生する。ベーパーが保護ガラスに付着すると、レー
ザ光の透過効率が低下してパワーロスとなり、溶接性能
を劣化させる原因になる。また、ベーパーがカバーの内
面に付着してベーパー膜を形成し、このベーパー膜が作
業時に剥離して落下する場合がある。

【０００７】図４にシャドウマスク４の断面図を示し、
シャドウマスク４の板厚は０．１〜０．２５ｍｍであ
り、シャドウマスク４の表裏には大きさが１００μｍか
ら２００μ程度のすり鉢状をした円孔や矩形孔などの複
数個のマスク孔10が形成されている。マスク孔10のパネ
ル２の蛍光面と対向する側には大径孔11が、電子銃と対
向する側には小径孔12が形成される。そして、パネル２
の蛍光面の形成工程では、シャドウマスク４のマスク孔
10を介して露光し、所望の蛍光面を得ており、つまり、
マスク孔10の１つに対して青、赤および緑の３色の蛍光
体を露光するようにしているので、そのマスク孔10の１
つでもスプラッシュやベーパー膜などの異物13によって
塞がれると、欠陥を有する蛍光面になってしまう。

【０００８】さらに、封着工程などにおいて、シャドウ
マスク４に付着したスプラッシュやベーパー膜などの異
物13が振動によって剥離して、パネル２の蛍光面に付着
すると、蛍光面欠陥が生じ、また、異物13が電子銃に付
着すると、耐圧特性を劣化させる問題がある。

【０００９】また、一般的に、溶接性能を向上させるた
めに、アシストガスを使用する方法があり、これは、溶
接時にアルゴンガスや窒素ガスといった不活性ガスを吹
き付け、酸化防止を図ることによって、溶接品位を良く
する方法である。しかし、このような不活性ガス中で溶
接を実施したとしても、溶接時に発生するスプラッシュ
やベーパーの発生をなくすことはできない。

【００１０】また、例えば、特開平５−８９７７１号公
報に記載されているレーザ溶接装置のように、レーザ光
照射ヘッドの先端に配設されるカバーの内部空間を吸引
することにより、溶接時に発生するスプラッシュの少な
くとも一部を吸引排出し、スプラッシュの影響を低減し
ている。

【００１１】しかし、このレーザ溶接装置では、スプラ
ッシュの除去を目的としており、ベーパーの影響につい
て十分な考慮がなされておらず、そのため、ベーパーが
レーザ光照射ヘッド側に進入してレーザ光の透過部分に
付着し、レーザ光の透過効率が低下してパワーロスし、
溶接性能が低下するとともに、ベーパーがカバーの内面
に付着してベーパー膜を形成し、このベーパー膜が作業
時に剥離して落下する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、特開平
５−８９７７１号公報に記載のレーザ溶接装置では、レ
ーザ光照射ヘッドの先端に配設されるカバーの内部空間
を吸引することにより、溶接時に発生するスプラッシュ
の少なくとも一部を吸引排出し、スプラッシュの影響を
低減しているが、ベーパーについて十分な考慮がなされ
ておらず、溶接性能が低下し、溶接が安定しない問題が
ある。

【００１３】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、溶接時に発生するベーパーを確実に除去し、溶接
性能の低下を防止できるとともに溶接の安定性を確保で
きるレーザ溶接方法およびその装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光照射
ヘッドの先端からレーザ光透光部を通じて出射するレー
ザ光を、レーザ光照射ヘッドの先端に配設される筒体の
内部空間を通じて、被溶接物の溶接面に垂直な方向に対
して傾斜した方向から照射するとともに、筒体のレーザ
光透光部より下側でかつ筒体の上方に臨む位置から筒体
の内部空間を吸引するものである。

【００１５】そして、レーザ光照射ヘッドの先端からレ
ーザ光透光部を通じて出射するレーザ光を、レーザ光照
射ヘッドの先端に配設される筒体の内部空間を通じて、
被溶接物の溶接面に垂直な方向に対して傾斜した方向か
ら照射する。このとき、筒体のレーザ光透光部より下側
でかつ筒体の上方に臨む位置から筒体の内部空間を吸引
することにより、溶接時に筒体の内部空間を上方へ立ち
上るベーパーを有効に吸引除去する。すなわち、溶接時
に筒体の内部空間を上方へ立ち上るベーパーを有効に吸
引除去可能とする位置を特定したことで、レーザ光透光
部にベーパーが付着するのが低減され、溶接性能の低下
が防止されるともに、溶接の安定性が確保される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。なお、従来例で説明した構成に
対応する構成については同一符号を付して説明する。

【００１７】図１にレーザ溶接装置21のレーザ光照射ヘ
ッド22を示し、このレーザ光照射ヘッド22は、基端部側
からレーザ光Ｌを導入して先端側から照射する円筒状の
本体部23を有し、この本体部23の先端側にはレーザ光Ｌ
を被溶接物24の溶接面25に集光する複数のレンズ26，27
が配設され、さらに、本体部23の先端にはレーザ光透光
部としての保護ガラス28が本体部23の先端を閉塞した状
態に取り付けられている。

【００１８】レーザ光照射ヘッド22の先端には筒体29が
配設され、この筒体29内にはレーザ光Ｌが通過する内部
空間30が形成されている。筒体29の先端には、被溶接物
24に接触する接触部31が設けられ、この接触部31には、
接触部31の被溶接物24の溶接面25に接触する接触面32、
この接触面32に開口されてレーザ光Ｌが通過する開口部
33が形成されている。

【００１９】接触部31の被溶接物24の溶接面25に接触す
る接触面32はレーザ光Ｌの光軸に対して傾斜されてい
る。すなわち、レーザ光照射ヘッド22は、被溶接物24の
溶接面25に垂直な方向に対して傾斜した方向からレーザ
光Ｌを照射する。

【００２０】筒体29の保護ガラス28の下側近傍位置でか
つ筒体29の内部空間30の上方に臨む位置に内部空間30に
連通する吸引手段34の吸引口35が形成され、この吸引口
35および吸引口35に接続された吸引管36を通じて筒体29
の内部空間30が吸引される。

【００２１】また、レーザ光照射ヘッド22は、筒体29の
先端との間で被溶接物24を挟持する挟持手段38を有し、
この挟持手段38は、被溶接物24の溶接面25の反対側に当
接される押え体39を有し、この押え体39は、略Ｌ字形
で、中間部が本体部23に連結された支持部材40により支
軸41を支点として揺動可能に支持され、筒体29が接触す
る被溶接物24の溶接面25の反対側に一端が当接される。
押え体39の他端にはレバー42の一端が連結軸43によって
回動自在に連結され、このレバー42の中間部が本体部23
に連結された支持部材44により支軸45を支点として揺動
自在に支持されている。そして、レバー42の他端側つま
り上端側を本体部23側に近付けるように握ることによ
り、レバー42が図１中反時計回り方向に揺動し、押え体
39が図１中時計回り方向に揺動し、筒体29と押え体39と
の間で被溶接物24が挟持される。

【００２２】また、本体部23には、レーザ光照射を指示
するレーザ光照射指示手段としてのスイッチ（図２に示
す）47が配設されている。

【００２３】次に、図２にレーザ溶接装置21の構成を示
し、レーザ光発振装置51でレーザ光Ｌが発振され、光フ
ァイバ52を通じてレーザ光照射ヘッド22に導かれる。

【００２４】吸引手段34は、吸引管36が接続される吸引
管路54を有し、この吸引管路54は、吸引されたベーパー
などを捕獲するコンバームフィルタなどのフィルタ55、
吸引管路54を開閉する電磁弁56を経て、吸引装置57に接
続されている。この吸引装置57は、高圧空気58を利用し
て、その背圧によって吸引力を得ている。

【００２５】また、レーザ溶接装置21は制御手段60によ
って制御されるもので、この制御手段60にはスイッチ4
7、レーザ光発振装置51、および電磁弁56などが接続さ
れている。

【００２６】そして、制御手段60は、スイッチ47による
レーザ光照射指示に基づき、吸引手段34で筒体29の内部
空間30を吸引させ、筒体29の内部空間30の吸引状態でレ
ーザ光発振装置51でレーザ光Ｌを発振させてレーザ光照
射ヘッド22から照射させ、レーザ光Ｌの照射後に所定時
間経過してから吸引手段34による筒体29の内部空間30の
吸引を停止させる機能を有している。

【００２７】次に、レーザ溶接方法について説明する。

【００２８】図１に示すように、被溶接物24としてフレ
ーム８とゲッターサポート６を溶接する場合を示す。

【００２９】ゲッターサポート６をフレーム８に溶接位
置に位置決めして接触させ、レーザ光照射ヘッド22の筒
体29の先端をゲッターサポート６の上側に配置するとと
もに、挟持手段38の押え体39の先端をフレーム８の裏側
の下側に配置し、挟持手段38のレバー42を握ることによ
って、レーザ光照射ヘッド22の筒体29と押え体39との間
でゲッターサポート６およびフレーム８を挟持し、ゲッ
ターサポート６とフレーム８とを圧接させる。

【００３０】その後、レーザ溶接を指示するレーザ光照
射ヘッド22のスイッチ47を押す。スイッチ47のオンによ
り、まず、吸引手段34がオンとなり、つまり、閉止状態
にあった電磁弁56を開き、吸引管路54を通じて筒体29の
内部空間30を吸引する。

【００３１】筒体29の内部空間30を吸引することによ
り、筒体29内に付着しているベーパー膜などを吸引除去
できる。

【００３２】また、吸引手段34のオンから所定時間経過
後、レーザ光発振装置51によりレーザ光Ｌを発振する。
発振されたレーザ光Ｌは、光ファイバ52を通じてレーザ
光照射ヘッド22に導かれ、本体部23内、レンズ26，27、
保護ガラス28、筒体29の内部空間30および開口部33を通
じて溶接面25であるゲッターサポート６に照射され、ゲ
ッターサポート６とフレーム８とを溶接する。

【００３３】このとき、筒体29の内部空間30を吸引して
いることにより、溶接によって発生するベーパーやスプ
ラッシュを吸引除去できる。特に、筒体29の保護ガラス
28より下側でかつ筒体29の上方に臨む位置から筒体29の
内部空間30を吸引するので、溶接時に筒体29の内部空間
30を上方へ立ち上るベーパーを有効に吸引除去でき、保
護ガラス28にベーパーが付着するのを低減できる。

【００３４】また、レーザ光Ｌの照射を終了しても吸引
手段34による吸引を継続し、レーザ光Ｌの照射後にも残
るベーパーなどを確実に吸引除去する。レーザ光Ｌの照
射終了から所定時間経過した後、吸引手段34の電磁弁56
を閉じ、吸引を停止する。

【００３５】以上のように、レーザ光照射ヘッド22の先
端から保護ガラス28を通じて出射するレーザ光Ｌを、レ
ーザ光照射ヘッド22の先端に配設される筒体29の内部空
間30を通じて、被溶接物24の溶接面25に垂直な方向に対
して傾斜した方向から照射するとともに、筒体29の保護
ガラス28より下側でかつ筒体29の上方に臨む位置から筒
体29の内部空間30を吸引するので、溶接時に筒体29の内
部空間30を上方へ立ち上るベーパーを有効に吸引除去で
き、保護ガラス28にベーパーが付着するのを低減でき
て、保護ガラス28のレーザ光Ｌの透過率を低下させるの
を低減でき、したがって、溶接性能の低下を防止できる
とともに、溶接の安定性を確保できる。

【００３６】また、スイッチ47によるレーザ光照射指示
に基づき、吸引手段34で筒体29の内部空間30を吸引し、
筒体29の内部空間30の吸引状態でレーザ光発振装置51で
レーザ光Ｌを発振してレーザ光照射ヘッド22から照射
し、レーザ光Ｌの照射後に所定時間経過してから吸引手
段34による筒体29の内部空間30の吸引を停止するので、
レーザ光照射時にベーパーの吸引が遅れることなく吸引
できるとともに、レーザ光照射終了後も溶接箇所から立
ち上るベーパーを吸引でき、ベーパーを確実に吸引除去
できる。

【００３７】また、被溶接物24の溶接面25に接触する筒
体29の先端と被溶接部24の溶接面25の反対側に当接する
押え体39との間で被溶接物24を挟持して、レーザ光Ｌを
照射するので、被溶接物24の位置ずれを防止できる。し
かも、吸引手段34で吸引していることで、レーザ光照射
ヘッド22と被溶接物24との密着性が高まり、レーザ光照
射ヘッド22と被溶接物24との間からのベーパーなどの流
出を防止できる。

【００３８】そして、このようなレーザ溶接装置21を陰
極線管１の製造工程に用いることにより、ベーパーやス
プラッシュによる影響が低減されるので、シャドウマス
ク４の孔づまりを防止できるとともに、パネル２の蛍光
面に付着することによる蛍光面欠陥や、電子銃に付着す
ることによる耐圧特性の劣化を防ぎ、品位のよい陰極線
管を製造することができる。

【００３９】なお、このようなレーザ溶接装置21は、陰
極線管１の製造工程以外にも、各種の溶接に適用でき、
同様の作用効果が得られる。

【００４０】また、前記実施の形態では、レーザ光照射
ヘッド22を手動操作する例で説明したが、自動機におい
ても同様に適用でき、同様の作用効果が得られる。

【００４１】また、溶接時にアルゴンガスや窒素ガスと
いった不活性ガスを使う場合には、筒体29の吸引口35と
対向する位置に不活性ガスの供給口を設け、レーザ光Ｌ
を発振する前に、不活性ガスを供給すればよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光照射ヘッドの
先端からレーザ光透光部を通じて出射するレーザ光を、
レーザ光照射ヘッドの先端に配設される筒体の内部空間
を通じて、被溶接物の溶接面に垂直な方向に対して傾斜
した方向から照射するとともに、筒体のレーザ光透光部
より下側でかつ筒体の上方に臨む位置から筒体の内部空
間を吸引するので、溶接時に筒体の内部空間を上方へ立
ち上るベーパーを有効に吸引除去でき、レーザ光透光部
にベーパーが付着するのを低減できて、溶接性能の低下
を防止できるとともに、溶接の安定性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すレーザ溶接装置の
側面図である。

【図２】同上レーザ溶接装置の構成図である。

【図３】一般的な陰極線管の断面図である。

【図４】同上陰極線管のシャドウマスクを示し、(a)は
シャドウマスクの断面図、(b)はシャドウマスクの一部
の拡大断面図である。

【符号の説明】

21 レーザ溶接装置 22 レーザ光照射ヘッド 24 被溶接物 25 溶接面 28 レーザ光透光部としての保護ガラス 29 筒体 30 内部空間 34 吸引手段 35 吸引口 38 挟持手段 39 押え体 47 レーザ光照射指示手段としてのスイッチ 60 制御手段 Ｌ レーザ光

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光照射ヘッドの先端からレーザ光
   透光部を通じて出射するレーザ光を、レーザ光照射ヘッ
   ドの先端に配設される筒体の内部空間を通じて、被溶接
   物の溶接面に垂直な方向に対して傾斜した方向から照射
   するとともに、 筒体のレーザ光透光部より下側でかつ筒体の上方に臨む
   位置から筒体の内部空間を吸引することを特徴とするレ
   ーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 レーザ光照射指示に基づき、 レーザ光照射ヘッドの先端のレーザ光透光部より先端側
   に配設される筒体の内部空間を吸引し、 筒体の内部空間の吸引状態においてレーザ光照射ヘッド
   のレーザ光透光部および筒体の内部空間を通じて被溶接
   物の溶接面にレーザ光を照射し、 レーザ光の照射後に所定時間経過してから筒体の内部空
   間の吸引を停止することを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 被溶接物の溶接面に接触する筒体の先端
   と被溶接部の溶接面の反対側に当接する押え体との間で
   被溶接物を挟持し、レーザ光を照射することを特徴とす
   る請求項１または２記載のレーザ溶接方法。
4. 【請求項４】 先端にレーザ光透光部を有し、このレー
   ザ光透光部を通じて被溶接物の溶接面に垂直な方向に対
   して傾斜した方向からレーザ光を照射するレーザ光照射
   ヘッドと、 このレーザ光照射ヘッドの先端に配設され、レーザ光透
   光部を通じて照射されるレーザ光が通過する内部空間を
   有する筒体と、 この筒体のレーザ光透光部より下側でかつ筒体の内部空
   間の上方に臨む位置に内部空間に連通する吸引口を有
   し、吸引口を通じて筒体の内部空間を吸引する吸引手段
   とを具備していることを特徴とするレーザ溶接装置。
5. 【請求項５】 先端にレーザ光透光部を有し、このレー
   ザ光透光部を通じて被溶接物の溶接面にレーザ光を照射
   するレーザ光照射ヘッドと、 このレーザ光照射ヘッドの先端に配設され、レーザ光透
   光部を通じて照射されるレーザ光が通過する内部空間を
   有する筒体と、 この筒体の内部空間を吸引する吸引手段と、 レーザ光照射を指示するレーザ光照射指示手段と、 このレーザ光照射指示手段によるレーザ光照射指示に基
   づき、前記吸引手段で筒体の内部空間を吸引させ、筒体
   の内部空間の吸引状態で前記レーザ光照射ヘッドからレ
   ーザ光を照射させ、レーザ光の照射後に所定時間経過し
   てから前記吸引手段による筒体の内部空間の吸引を停止
   させる制御手段とを具備していることを特徴とするレー
   ザ溶接装置。
6. 【請求項６】 被溶接部の溶接面の反対側に当接する押
   え体を有し、この押え体と被溶接物の溶接面に接触する
   筒体の先端との間で被溶接物を挟持する挟持手段を備え
   ていることを特徴とする請求項４または５記載のレーザ
   溶接装置。