JP2003117674A - レーザ溶着装置 - Google Patents

レーザ溶着装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂等のレーザ溶着に必要な加圧、熱伝導、
溶融のプロセスを安価に且つ安定的に実現し、気密不良
や強度不足等の不具合を防止できるレーザ溶着装置を提
供する。 【解決手段】 本発明のレーザ溶着装置は、光学系の焦
点レンズと被加工部材８との間に配置された加工ノズル
１１の先端に摺動部４が設けられていると共に、この摺
動部に対し被加工部材を加圧する加圧装置９が設けられ
ている。摺動部は、例えばベアリングからなる。加工ノ
ズルには、発煙した樹脂を排出するためのパージ又は吸
引機構５が接続されており、ノズル内部には、発煙樹脂
を検知する検知器６が設けられている。被加工部材及び
光学系は移動可能に設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
樹脂等を溶着するレーザ溶着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光による樹脂の溶着は、レーザ光
に対して透過性のある樹脂材料と、レーザ光を吸収可能
な樹脂材料とを組み合せて、透過性樹脂越しにレーザを
照射し、そのエネルギにより吸収樹脂が発熱し、その熱
で透過性樹脂材料が融解することによって行われる。従
来のレーザ溶着においては、透過性樹脂材料と吸収性樹
脂材料との組み合わせよりなる被加工部材を治具により
クランプするか、若しくは被加工部材の継手形状を圧入
継手にすることで実施していた。しかしながら、これら
の方法は、溶着部に加える加圧力を十分に伝達すること
が困難であり、透過性樹脂材料と吸収性樹脂材料との間
に隙間が生じるため、吸収側樹脂の熱が透過側樹脂へ伝
導せず未溶融部分が残り、気密不良、強度低下等の製造
上のトラブルが発生していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みなされたもので、その目的は、樹脂等のレーザ溶着
に必要な加圧、熱伝導、溶融のプロセスを安価に且つ安
定的に実現し、気密不良や強度不足等の不具合を防止で
きるレーザ溶着装置を提供することである。更に別の目
的は、複雑形状の３次元加工も容易に可能であるレーザ
溶着装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載のレーザ溶着装置を提供する。請求項１に記載のレ
ーザ溶着装置は、光学系の焦点レンズと被加工部材との
間に配置された加工ノズルの先端に摺動部を設けると共
に、この摺動部に対し被加工部材を加圧する加圧装置を
設けたものであり、これにより、被加工部材の溶着部を
加圧することができ、前述した溶着部の気密不良や強度
不足等の不具合の発生を防止できる。
【０００５】請求項２のレーザ溶着装置は、加工ノズル
先端の摺動部がベアリングからなるものであり、また請
求項３のレーザ溶着装置では、摺動部が単に摺動性の良
い材料でコーティングされているのみから構成されてい
る。従って、被加工部材もしくはレーザ光をスキャンさ
せることにより行うレーザ溶着に際しても、その移動が
スムーズに行われる。
【０００６】請求項４のレーザ溶着装置は、加工ノズル
内部で発煙した樹脂を排出するために、ノズルにパージ
又は吸引機構を接続したものであり、これにより、光学
系へのダメージを防止できる。請求項５のレーザ溶着装
置は、加工ノズルにスリットを設けたものであり、これ
により、発煙樹脂の排出が促進される。
【０００７】請求項６のレーザ溶着装置は、加工ノズル
の内部に樹脂の発煙を検知する検知器を設けたものであ
り、発煙の発生に即時に対応でき、ガス抜け性を向上で
きる。また、検出部をフォトダイオード等で構成し、紫
外線、可視光線、赤外線を検知することで、溶着部の不
具合の判定を高速で行うことが可能となる。請求項７の
レーザ溶着装置は、光学系及び加圧装置が、任意形状に
移動できるようにしたものであり、これにより、複雑形
状の３次元加工も容易に可能となる。
【０００８】請求項８のレーザ溶着装置は、光学系に焦
点レンズ可変装置を設けたものである。従って、樹脂材
料の溶着に重要であるレーザ光のパワー密度を、焦点距
離を変化させることにより、最適条件に設定できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態のレーザ溶着装置について説明する。図１は、
本発明のレーザ溶着装置の全体構成を示す図である。本
発明のレーザ溶着装置は、レーザ発振器１２、光学系
（ファイバ２、レーザヘッド１）、加工ノズル１１、及
び加圧装置９とから構成されており、被加工部材８に加
圧を負荷させながらレーザを走査することで、安定的に
溶着を行うものである。レーザ発振器１２より発生した
レーザ光７は、ファイバ２により伝送され、焦点レンズ
が内蔵されているレーザヘッド１を通過して集光され
る。集光されたレーザ光７は、加工ノズル１１を通って
被加工部材８に入射され、被加工部材８を溶着する。レ
ーザ波長は赤外線以上が望ましいが、長波長は熱影響が
懸される。またレーザ光の伝送方法は、発振器からのダ
イレクト光でも、ファイバによる伝送光でもどちらでも
よい。
【００１０】レーザヘッド１には、焦点レンズが先端部
に設けられており、焦点レンズ可変装置３により焦点レ
ンズの焦点位置が変えられるようになっている。また、
レーザヘッド１は、図１においては、ロボット１０によ
り保持され任意の方向に移動できるようになっている。
レーザヘッド１の先端は、漏斗状の加工ノズル１１に接
続している。加工ノズル１１の先端部には、被加工部材
８に当接する摺動部４が設けられている。図１において
は、摺動部４はベアリングであるが、この摺動部は、単
に摺動性の良い材料のコーティングが施されているのみ
でも良い。加工ノズル１１の基端側（レーザヘッド側）
には、加工ノズル１１内部の発煙した樹脂を外部に排出
するために、パージもしくは吸引機構５が接続されてい
る。また加工ノズル１１の周囲にスリット（図示せず）
を設け、樹脂が発煙した際のガス抜け性を良くするよう
にしてもよい。パージガスとしては、アルゴン、窒素等
の不活性ガス以外にも、酸化反応を抑制可能なガスであ
れば何れでもよい。
【００１１】加工ノズル１１の内部には、樹脂が発煙し
たことを検知する検知器６が設けられている。この検知
器６は、温度センサ、煙探知センサ、炎検出センサ等で
構成される。また、検知器としてフォトダイオード等を
用いて、紫外線、可視光線、赤外線を検知することで、
溶着部の不具合の判定を高速で行うようにすることもで
きるし、その判定結果をフィードバックさせてやること
も可能である。
【００１２】被加工部材８は、レーザ光７に対して透過
性のある樹脂材料８ａとレーザ光７を吸収可能な樹脂材
料８ｂとの組み合わせよりなる。図１において、符号８
ｃは樹脂材料８ａと８ｂの溶着部を示している。なお、
本発明のレーザ溶着装置においては、被加工部材として
金属のレーザ溶接への採用も可能であり、特に部品加工
の粗い薄板の溶接には適している。
【００１３】符号９は、加圧装置であり、被加工部材８
を載置して、この被加工部材８を加工ノズル１１の摺動
部４に対して加圧するための装置である。この加圧装置
９は、例えば一般に知られているピストン−シリンダよ
り構成される流体圧機構よりなっている。加圧装置９
は、例えば、ＸＹテーブル１３、に載置して固定されて
おり、ＸＹテーブル１３を駆動することで、加圧装置９
はＸＹ方向に移動できる。なお、図１では、加圧装置９
は、被加工部材８の下側に設けているが、加圧装置９を
被加工部材８の上側に設けるようにしてもよい。
【００１４】上記のように構成された本発明のレーザ溶
着装置の作動について説明する。まず、被加工部材８を
加圧装置９上に載置する。次いでロボット１０を駆動し
て、光学系（レーザヘッド１及び加工ノズル１１）を被
加工部材８の溶着開始点にセットする。その後、加圧装
置９を作動し、被加工部材８を加工ノズル１１の先端の
摺動部４に加圧して押し付ける。加圧力は、数Kgf 〜数
１０Kgf の間で調整が可能であり、最適な加圧力が選択
される。したがって、加工ノズル１１の摺動部４によっ
て囲まれる溶着部が適性に加圧されることになる。次い
で、レーザ発振器１２を作動させて、レーザ光７がファ
イバ２、レーザヘッド１及び加工ノズル１１を通って被
加工部材８に入射され、レーザ溶着が行われる。
【００１５】レーザ溶着は、被加工部材８もしくはレー
ザ光をスキャンさせることにより行われるため、本発明
のレーザ溶着装置においても、ＸＹテーブル１３で被加
工部材８を移動させるか、又はロボット１０によりレー
ザヘッド１０を移動させる。この移動の際にも、摺動部
４の効果により、溶着部への最適な加圧が負荷され続け
る。その場合、焦点レンズ可変装置３によって、加圧力
一定でレーザの焦点距離を任意に変化させることができ
るので、レーザ溶着の最適な条件設定をすることが可能
である。
【００１６】また、本発明のレーザ溶着装置は、付加機
能として加工ノズル１１にパージもしくは吸引機構５が
接続され、かつ加工ノズル１１にスリットが設けられて
いるので、万一樹脂が発煙してもガス抜け性を良くして
いるので、光学系へのダメージを防止できる。また、加
工ノズル１１の内部に検知器６を搭載することで、プロ
セスを監視することができ、溶着部の判定結果をレーザ
溶着装置にフィードバックさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のレーザ溶着装置の全体構
成を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザヘッド ３…焦点レンズ可変装置 ４…摺動部（ベアリング） ５…パージもしくは吸引機構 ６…検知器 ７…レーザ光 ８…被加工部材 ９…加圧装置 １０…ロボット １１…加工ノズル １２…レーザ発振器 １３…ＸＹテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 CA11 CB05 CC00 CD14 CD15 CE06 CG02 CH02 4F211 TA01 TC02 TD11 TH06 TJ15 TJ23 TJ30 TN27 TQ03 TQ06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器より発生したレーザ光を光
    学系により集光して被加工部材に照射することにより、
    被加工部材の溶着を行うレーザ溶着装置において、 前記光学系の焦点レンズと被加工部材との間に配置され
    た加工ノズルの先端に、被加工部材上を摺動可能な摺動
    部が設けられると共に、被加工部材を前記加工ノズル先
    端の摺動部に対し加圧する加圧装置を設けたことを特徴
    とするレーザ溶着装置。
  2. 【請求項２】 前記摺動部がベアリングからなることを
    特徴とする請求項１に記載のレーザ溶着装置。
  3. 【請求項３】 前記摺動部が、摺動性の良い材料でコー
    ティングされていることからなることを特徴とする請求
    項１に記載のレーザ溶着装置。
  4. 【請求項４】 前記加工ノズルには、その内部で発煙し
    た樹脂を排出するために、パージ又は吸引機構が接続し
    ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に
    記載のレーザ溶着装置。
  5. 【請求項５】 前記加工ノズルにスリットが設けられて
    いることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶着装
    置。
  6. 【請求項６】 前記加工ノズル内部には、樹脂の発煙を
    検知する検知器が設けられていることを特徴とする請求
    項４又は５に記載のレーザ溶着装置。
  7. 【請求項７】 前記光学系及び前記加圧装置が、ロボッ
    ト又はＸＹテーブル等により任意形状に移動できること
    を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のレー
    ザ溶着装置。
  8. 【請求項８】 前記光学系には、焦点レンズ可変装置が
    設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
    か一項に記載のレーザ溶着装置。
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