JP2005177859A - 複数個の材料を同時に加熱するための方法ならびに装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー光により、加熱形状線の任意の輪郭形状にある複数種の材料を同時に加熱し、特に合成樹脂部材を溶接させるための方法および装置を提供する。
【解決手段】 このために、適切な光学的機構（２ないし４）により、レーザー光が環状レーザー光に変換され、管状のレーザー光誘導部材（５）の前面側周壁内上に収束され、かつ接続される。射出側（１４）においては、前記光誘導部材（５）が所要の加熱輪郭線（９）に一致するように変形されるので、入射レーザー光が前記加熱輪郭線（９）を備えるようになる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、加熱輪郭線の任意のほぼ平坦な形状に形成されたレーザー光によって複数個の材料を同時に加熱するための方法ならびに装置に関する。

例えば溶接、金属鑞接着、せん断その他種々の目的で、レーザー光を利用して、材料を加熱することは一般に広く知られている。さらに、種々の合成樹脂をレーザー光、例えばレーザー光透過法で、相互に接合させることもまた周知である。赤外線によるレーザー光透過法とは、相互に接合されるべき各部材内における種々異なる吸収を利用して溶接を実行するものである。レーザー光源に付随する上部部材はレーザー光に対して透過性とし、他方、下部部材は、それをレーザー光に対して吸収性とすることにより、溶接部位において下部部材が加熱されることにより、上下各部材は相互に溶接されると共に、圧力付与により相互に圧接される。レーザー光を使用することにより、特に微細機械部材に関して、精密かつ高精度の溶接の実行が可能となる。溶接線の全域にわたって同時に溶接を実行することは、これにより単一の照射過程において、ほぼ平面の溶接輪郭線内の全体の溶接および部材相互間の溶接を同時に実行させることができるという点において有益である。かくして部材間の空気間隙を溶接過程において架橋させることにより、非平坦性を矯正することが可能となる。

この発明の課題は、レーザー光により、加熱形状線の任意の輪郭形状にある複数種の材料を同時に加熱し、特に合成樹脂部材を溶接させるための方法および装置を提供することにある。

前記課題は、加熱輪郭線の任意のほぼ平坦な形状に形成されたレーザー光によって複数個の材料を同時に加熱する方法によって解決される。さらに他の有利な発明の形態は従属請求項によって規定される。

この発明の方法によれば、レーザー光は複数個の光学的部材により長さ方向に、赤外線が透過可能な環状部材の周壁内に接続され、前記環状部材は入射側において所要の加熱輪郭線に対応して変形され、それに次いで入射したレーザー光は収束レンズによって加熱平面上に結像される。周壁の薄い管状部材を使用することによってレーザー光の形状形成が可能であり、このような場合、この環状部材は光伝導体およびレーザー光変換機構としてのみならず、さらに光度の均等化のための媒体と見なされる。さらにこの薄い管状部材の両端部は高度に平滑化されることにより、レーザー光の損失のない入射および射出連結を可能にする。この光伝達性の環状部材の周辺部は、所要の加熱輪郭線の全長に一致するので、十分に閉鎖された加熱輪郭線が形成される。前記環状部材はその一端部側においては、この環状部材が、好ましくはその円形を保持するような状態にあるようにする。この一端部側は、光学的入射連結にとってのインタフェースとしての役目を果たすことになる。前記環状部材の他の端部側は部材に特有の形状に形成され、これにって所要の輪郭線が形成されるようにする。この端部側においての形状は種々異なる手法で実現することが可能であり、この場合に可能なことは、例えば合成樹脂管を加熱空気によって加熱し、合成樹脂を或る程度軟化せしめ、しかる後に、形状補助成形金型を使用して所要の輪郭形状に形成させるということである。前記形状形成の他の一つの方法は、射出成形金型を使用する方法である。一般に、例えば合成樹脂、ガラスあるいはガラス基材工具等のあらゆるの材料が、前記に列挙した各機能を発揮させるために適するのである。

均一な光束結合を可能にするためには、好ましくはレーザー光の照射が環状になるように変形させる。この場合において、前記環状部材の周辺形状を合成樹脂管の周辺形状に対して精密に一致させることが必要である。

環状に変形されたレーザー光の放射は、これをアキシコンレンズによって達成すれば有利である。これによりレーザー光は環状に変形され、レーザー光はそれに続く収束レンズにより光伝達性の環状部材の横断面上に尖鋭に収束結像される。かくしてレーザーエネルギーを損失を伴わずに光伝導性環状部材内へ導入することができる。

例えば光ファイバーから生成されたレーザー光は、これを収束レンズを経由してアキシコンレンズに対して視準調整により光軸の不一致を修正させることができる。レーザー光が光透過性の環状部材の他端側から射出される場合には、それは大きな発散角度を付与して射出される。合成樹脂管の射出側と加熱平面との間には、低減できない間隙が存在するので、好ましくは収束レンズにより前記加熱平面上に改めて精密な映像を形成させる。これにより環状部材の前面側と構成部材との間の所要の加工距離が獲得される。レーザー光強度の均一性は前記管状部材の長さによって改善される。この長さ自体は任意に選択することができる。

この発明によれば、光学的工具としての光伝達性の管状部材の製造において高度の融通性が達成される。レーザー光を環状に形成させること、およびその環状部の包囲面を変化させることは、かなり容易に実現可能であり、従ってそのような機構の製作に要する手間はきわめて少なく、よってこれはきわめて大きな利点となる。

このような手法によれば、とりわけ合成樹脂部品の同時溶接が可能となり、この場合には、或る一点から常に効率の良いレーザー光が放射されるという進歩した技術が有利に活用される。この場合、ファイバーレーザーを使用することにより、収束されたスポット寸法を小さくすることができ、それは６ないし５０μｍの範囲になる。このレーザー光の光学的効率は、最少数ワットから数キロワットにおよぶ範囲内において任意に調整することが可能である。かくしてこの発明の技術的使用は、きわめて広い応用範囲にわたって可能となる。

以下この発明を、合成樹脂部材の溶接の場合の実施例に関連し、添付の図面を参照して原理的かつ詳細に説明する。

図１には、光ファイバー１が図示され、この光ファイバー１からレーザー光１２が放射され、収束レンズ２の機能により、アキシコンレンズ、同時に円錐状レンズであるところのレンズ３に対して視準調整により光軸の不一致が修正される。前記アキシコンレンズ３は図３中に図示の如くにレーザー光を形状変形させ、これにより進行するレーザー光は円錐状に形成される。次の収束レンズ４に対して投射される環状形状は、光伝導性の環状部材の前面側の円形端部１３に収束され、その位置で周壁内へ導入される。言うまでもなく、前記収束レンズ４によって形成された環状光は、環状部材５の寸法に一致しなければならない。その際、レーザー光は、この発明により合成樹脂管として形成された前記環状部材５により、出射端部へ誘導される。この端部において前記環状部材５は輪郭線６に対応して変形され、その結果、そこへ入射されたレーザー光が、輪郭線６に合致する外部形状を備えることになる。レーザー光を溶接面８上に収束させるために、レーザー光は入射後に、変形された前面端部１４から、収束性で精密に形成されたレンズ７に進入し、その結果、前記溶接面８内に、図１および図２に図示された輪郭線９が形成される。

図２には、前記前面側の円形端部１３および変形された前面端部１４を備えた環状部材５が縮小寸法で図示され、さらに相互に連結されるべき各部材は、透過性の接合部品１０および吸収性の接合部品１１として図示されている。

この発明によれば、合成樹脂、ガラスあるいはガラス基材工具等のあらゆるの材料が採用され、それらを、損失のない入射および射出連結、所要の輪郭線の形成、および必要に応じて形状補助成形金型を使用することにより所要の輪郭形状が形成可能である等、種々の機能に対して適合するように使用することが可能となるのである。

この発明による装置全体の斜視図 光伝導性の環状部材の一端から被溶接部材までの拡大部分斜視図 個々の円錐形状化レーザー光の伝達状態を図示する正面図

符号の説明

１ 光ファイバー
２ 収束レンズ
３ アキシコンレンズ
４ 収束レンズ
５ 環状部材
６ 輪郭線
７ 収束レンズ
８ 溶接面
９ 輪郭線
１０ 接合部品
１１ 接合部品
１２ レーザー光
１３ 円形端部
１４ 前面端部

Claims (10)

1. レーザー光（１２）が複数個の光学的部材（２ないし４）により長さ方向に、赤外線が透過可能な環状部材（５）の周壁内に接続され、前記環状部材（５）は入射側（１４）において所要の加熱輪郭線に対応して変形され、それに次いで入射したレーザー光は収束レンズ（７）によって加熱平面上に結像されることを特徴とする加熱輪郭線の任意のほぼ平坦な形状に形成されたレーザー光により複数個の材料を同時に加熱するための方法。
2. レーザー光（１２）が、複数個の光学的部材（２ないし４）により円環状に変形されると共に、入射側（１３）において円形化された環状部材（５）の周壁内に接続されることを特徴とする請求項１記載の複数個の材料を同時に加熱するための方法。
3. レーザー光（１２）が、アキシコンレンズ（３）によって円環状に形成され、次いで収束レンズ（４）によって環状部材（５）の入射側の前面（１３）に尖鋭に収束されることを特徴とする請求項２記載の複数個の材料を同時に加熱するための方法。
4. 環状部材（５）として合成樹脂管が使用され、その射出側（１４）を、材料加熱操作により所要の溶接輪郭線（９）に適合させることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項記載の複数個の材料を同時に加熱するための方法。
5. 環状部材（５）の射出輪郭線（６）を、１個の収束レンズ（７）により焦点面に尖鋭に収束させることを特徴とする請求項４記載の複数個の材料を同時に加熱するための複数個の材料を同時に加熱するための方法。
6. レーザー光をファイバーレーザー（１）によって発生させることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項記載の複数個の材料を同時に加熱するための方法。
7. レーザー光を形成させると共に、それを赤外線が透過可能な管状のレーザー光誘導部材（５）上に収束させるための光学的機構（２ないし４）を備え、前記レーザー光誘導部材（５）は、射出側（１４）において所要の加熱輪郭線（９）に一致するように変形され、さらに射出されるレーザー光を加熱平面（８）上に収束させるための機構（７）を備えることを特徴とする加熱輪郭線の任意のほぼ平坦な形状に形成されたレーザー光により複数個の材料を同時に加熱するための装置。
8. レーザー光誘導部材（５）の両端部（１３，１４）が平滑に研磨されたことを特徴とする請求項７記載の複数個の材料を同時に加熱するための装置。
9. 円環状のレーザー光誘導部材（５）が、その入射側（１３）において円形であることを特徴とする請求項７または８記載の複数個の材料を同時に加熱するための装置。
10. 光学的機構が、アキシコンレンズ（３）と、環状部材（５）の入射側（１３）に到達したレーザー光（１）を収束させるための収束レンズ（４）とを包含することを特徴とする請求項９記載の複数個の材料を同時に加熱するための装置。

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