JP2008168318A

JP2008168318A - レーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2008168318A
Application number: JP2007003578A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yoshihara; 克彦吉原
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】溶接スパッタが周囲の電子機器などに飛散するのを防止できるレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】吸引ノズルと溶接部（溶融部）を挟んで対向する位置に吹付けノズル１０を設置して、この吹付けノズル１０から放出される気体を溶接スパッタに吹付け、溶接スパッタを吸引ノズル７で吸引することで、溶接スパッタの周囲への飛散を防止できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、重ね合わされた２個の導体（金属板など）をレーザ溶接した時に発生する溶接スパッタが周囲に飛散するのを防止できるレーザ溶接装置に関する。

図５は従来の加圧治具の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ方向から見た側面図、同図（ｃ）は斜視図である。同図（ａ）および同図（ｂ）には溶接ワークである２枚の金属板１、２も示した。
下側溶接試料である金属板１の上面に上側溶接試料である金属板２を重ね合わせ、その上側の金属板２の上面より加圧治具３により所定圧力を負荷した状態でレーザ光５（図６参照）を上側の金属板２の表面に所定条件にて照射することにより、下側の金属板１と上側の金属板２とのスポットレーザ溶接（接合）を行う。上側の金属板２は金属配線などであり、下側の金属板１は板状でない金属体（ヒートスプレッダのような放熱導体）の場合もある。加圧治具３は加圧治具上下動用アーム４にボルト４ａ（またはネジ）などにより固定されている。この加圧治具上下動用アーム４は、図示しない空気もしくは油圧プランジャ（上下のピストン運動する軸）に連結されており、プランジャを上下させることにより加圧治具３の上下動を行う。

この加圧治具３の加圧部３ａは向かい合う２枚の押さえ板１３からなり、この押さえ板１３の間にレーザ光５を照射することにより、加圧しながらスポットレーザ溶接を行う。
図６は、溶接スパッタの飛散した状態を示す図である。レーザ溶接時においては、レーザ光５によって加熱され溶融した金属板２から溶接スパッタ６（溶接で溶融した金属粒のこと）が少なからず発生し、この溶接スパッタ６が飛散することで様々な弊害が起きる。

例えば、電子機器の内部配線の固着をスポットレーザ溶接にて行う場合など、飛散した溶接スパッタ６が周囲の電子部品に付着し、電子部品の故障や絶縁不良を引き起こしてしまう。
このため、図７に示すような溶接スパッタ６を吸引する吸引ノズル７を溶接部（溶融部１４）近傍に配置し、飛散した溶接スパッタ６を吸引する方法が考えられる。飛散した溶接スパッタ６を吸引することにより飛散を防止する方法及びその飛散防止装置については開示されている（例えば、特許文献１や特許文献２など）。この飛散防止装置は図７では吸引ノズル７となる。

また、溶接部に向けて不活性ガスを吹付けてレーザ溶接することが開示されている（例えば、特許文献３など）。
特開平７−２８４９４６号公報特開平９−９４６７６号公報特開２００６−１５５７３９号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２では、平板のビード溶接や、比較的大きな部分のスポット溶接ではこのような吸引のみによる溶接スパッタの飛散防止方法は有効であるが、高密度に実装された間隔が狭い電子部品間の配線用途などには、狭い箇所に吸引ノズルが入り込めず、溶接スパッタの吸引が充分には行えないという問題点がある。
また、図７に示す吸引ノズル７をたとえ溶接部(溶融部１４)近傍に設置したとしても、吸引ノズル７が位置のする方向とは反対側の方向に飛散した溶接スパッタ６ａの一部は吸引されずに周囲にある電子機器に付着して、故障や絶縁不良といった機能不全を引き起こす。

また、特許文献３では溶接箇所が酸化の防止とカートリッジ内部に溶接スパッタが侵入しないように不活性ガスを吹付けるのであって溶接スパッタが周囲に飛散することを防止できない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、溶接スパッタが周囲の電子機器などに飛散するのを防止できるレーザ溶接装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、２つの導体をレーザ溶接するときに溶接箇所から発生する溶接スパッタに気体を吹付ける吹付け手段と、気体が吹付けられた前記溶接スパッタを吸引する吸引手段と、を有する構成とする。
また、前記吹付け手段が、気体を吹付ける吹付けノズルを有し、前記吸引手段が溶接スパッタを吸引する吸引ノズルを有し、前記吸引ノズルは前記吹付けノズルに対して気体を吹付ける方向に前記溶接箇所を挟んだ反対側に配置されるとよい。

また、前記吹付け手段が、溶接ワークを押さえる加圧治具に埋設されるとよい。
また、前記吹付け手段が、溶接ワークを押さえる加圧治具とは独立して設置されるとよい。
また、前記気体が、空気もしくは不活性ガスであるとよい。
また、前記不活性ガスが、アルゴンもしくは窒素であるとよい。

また、前記溶接箇所から周囲に飛散する溶接スパッタを遮蔽する遮蔽手段を有するとよい。
また、前記溶接箇所から周囲に飛散する前記溶接スパッタの一部を遮蔽する遮蔽手段を有し、該遮蔽手段が、前記吹付けノズルと前記溶接箇所と前記吸引ノズルを一直線で結ぶ方向に平行で前記溶接箇所を挟んで対向して配置され、前記加圧治具の一部である２枚の押さえ板であるとよい。

この発明によれば、吸引ノズルと溶接部（溶融部）を挟んで対向する位置に吹付けノズルを設置して、この吹付けノズルから放出される気体を溶接スパッタに吹付け、溶接スパッタを吸引ノズルで吸引することで、スポットレーザ溶接した場合でも溶接スパッタの周囲への飛散を防止できる。
溶接スパッタの飛散が防止されることで、電子回路などの配線に溶接スパッタが付着することが防止され、電子機器の故障・絶縁不良などの機能不全を引き起こすのを防止できる。

実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１は、この発明の第１実施例のレーザ溶接装置の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ方向から見た加圧治具の側面図、同図（ｃ）は加圧治具の斜視図である。図１は、レーザ溶接装置を構成する溶接スパッタの飛散防止装置の要部構成図であり、吹付けノズル１０とこれを埋設した加圧治具９および溶接スパッタを吸引する吸引ノズル７の構成図である。本発明の溶接スパッタの飛散防止装置は吹付けノズル１０と吸引ノズル７で構成される。また、図１（ａ）および図１（ｂ）には溶接ワークである２枚の金属板１、２も示した。尚、図５と同一部位になる箇所には同一符号を付した。

加圧治具９は溶接ワークとなる２枚の金属板１、２（下側の金属板１、上側の金属板２）を押さえるための加圧治具であり、図５で示した従来の加圧治具３と差異は無いが、従来の加圧治具３の内部に吹付けノズル１０が埋設されている点が異なる。加圧治具９の先端部は２枚の押さえ板１３になっている。この押さえ板１３の垂直部分が加圧治具９の加圧部９ａとなる。

２枚の金属板１、２を加圧治具９の加圧部９ａである２枚の押さえ板１３で押さえて密着させ、２枚の押さえ板１３の間に挟まれた領域に図２で示すようにレーザ光５を照射して、金属板２に溶融部１４（溶接箇所となる）を形成し２枚の金属板１、２をスポットレーザ溶接して接合する。
加圧治具９に埋設さいた吹付けノズル１０の先端部１１の方向は、加圧治具９の２枚の押さえ板１３の間で加圧部９ａの間に向けてあり、供給パイプ１２により空気あるいはＡｒやＮ_２の不活性ガスが供給され、溶接箇所（図２の溶融部１４）に吹付けられる。この吹付け圧力が強すぎると溶融部１４（溶融池）の溶融金属が飛散して溶融部１４に穴が形成されて溶接が不十分になる。一方、吹付け圧力が弱すぎると溶接スパッタ６の一部が吸引ノズル７に吸い込まれなくなり周囲に飛散してしまうので、吹付け圧力は所定の圧力にする必要がある。尚、図示するように吹付けノズル１０は溶接箇所（溶融部所１４）を挟んで吸引ノズル７とは反対側に配置する。

図２は、図１の溶接スパッタの飛散防止装置を使用した場合の溶接スパッタの飛散状態を示す図である。レーザ光５によって金属板２が溶融し、その溶融部１４から溶融スパッタ６が飛び出す。この溶接スパッタ６は吹付けノズル１０の先端部１１から吹付けられる空気あるいはＡｒやＮ_２の不活性ガスによって吸引ノズル７の方向に移動させられ、吸引ノズル７によって確実に捕獲される。このように吹付けノズル１０を設置することで、溶接スパッタ６が周囲の図示しない電子部品に飛散して付着することを防止することができる。

尚、図中の２１は吹付けノズル１０から噴出す気体の吹付け方向を示し、２２は溶接スパッタ６が吸引される吸引方向を示す。

図３は、この発明の第２実施例のレーザ溶接装置の要部構成図である。この図はレーザ溶接装置を構成する溶接スパッタの飛散防止装置のうち加圧治具９の押さえ板１３ａ部分のみを示した。
図１との違いは、加圧治具９の押さえ板１３の幅Ｗ２を図１の場合の押さえ板１３の幅Ｗ１より広くて、横方向への溶接スパッタ６の飛散を図１の押さえ板１３よりさらに効果的に防止できるように押さえ板１３に遮蔽板の働きを持たせた点である。これにより溶接スパッタ６の横方向への飛散防止効果がさらに高められる。

尚、図１の押さえ板１３の幅Ｗ１は、例えば、溶融部１４（溶接箇所）の大きさの２倍程度であるが、図２の押さえ板１３の幅Ｗ２はそれより広く、例えば、図１の押さえ板１３の幅Ｗ１の２倍から５倍程度としている。

図４は、この発明の第３実施例のレーザ溶接装置の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ方向から見た平面図である。この図はレーザ溶接装置を構成する溶接スパッタの飛散防止装置を示す。この図ではスポットレーザ溶接している状態を表しており、レーザ光５、溶融部１４および溶接スパッタ６も図示した。
図１との違いは、吹付けノズル１０ａを加圧治具３内に設置しないで別置きとして、その先端部１１ａ（開口部）の幅を広げた点である。このとき吹付けノズル１０ａから噴出す気体（空気や不活性ガス）は吸引ノズル７に全て引き込まれるように設計することである。また、同図（ｂ）で示すように、吹付けノズル１０ａと吸引ノズル７の間の領域で加圧治具３を紙面に対して上方へ移動させることで多点（ここでは５点）のスポットレーザ溶接をすることができる。同図（ｂ）では一例として溶接箇所が５箇所ある場合を示していおり、その内の４箇所の溶接箇所のスポットレーザ溶接が終わり４個の溶接部１５が形成され、５箇所目の溶接箇所のスポットレーザ溶接をしている図である。溶接中の溶融部１４から飛散する溶接スパッタ６は吹付けノズル１０ａから噴出す気体（空気または不活性ガス）により吸引ノズル７の方向に運ばれ吸引ノズル７で完全に捕獲される。

この発明の第１実施例のレーザ溶接装置の要部構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た加圧治具の側面図、（ｃ）は加圧治具の斜視図図１のレーザ溶接スパッタの飛散防止装置を使用した場合の溶接スパッタの飛散状態を示す図この発明の第２実施例のレーザ溶接装置の要部構成図この発明の第３実施例のレーザ溶接装置の要部構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向から見た平面図である。従来の加圧治具の要部構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ方向から見た側面図、（ｃ）は斜視図溶接スパッタの飛散した状態を示す図従来の飛散防止装置である吸引ノズルと加圧治具の配置図

符号の説明

１金属板（下側）
２金属板（上側）
３加圧治具
４加圧治具上下動用アーム
４ａボルト
５レーザ光
６溶接スパッタ
６ａ溶接スパッタ（吸引されないもの）
７吸引ノズル
９加圧治具（吹付けノズル埋設）
９ａ加圧部
１０、１０ａ吹付けノズル
１１、１１ａ先端部（吹付けノズルの先端部）
１２供給パイプ
１３，１３ａ押さえ板
１４溶融部
１５溶接部
２１気体の吹き出し方向
２２吸引方向

Claims

２つの導体をレーザ溶接するときに溶接箇所から発生する溶接スパッタに気体を吹付ける吹付け手段と、気体が吹付けられた前記溶接スパッタを吸引する吸引手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
前記吹付け手段が、気体を吹付ける吹付けノズルを有し、前記吸引手段が溶接スパッタを吸引する吸引ノズルを有し、前記吸引ノズルは前記吹付けノズルに対して気体を吹付ける方向に前記溶接箇所を挟んだ反対側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
前記吹付け手段が、溶接ワークを押さえる加圧治具に埋設されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接装置。
前記吹付け手段が、溶接ワークを押さえる加圧治具とは独立して設置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接装置。
前記気体が、空気もしくは不活性ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接装置。
前記不活性ガスが、アルゴンもしくは窒素であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接装置。
前記溶接箇所から周囲に飛散する前記溶接スパッタの一部を遮蔽する遮蔽手段を有し、該遮蔽手段が、前記吹付けノズルと前記溶接箇所と前記吸引ノズルを一直線で結ぶ方向に平行で前記溶接箇所を挟んで対向して配置され、前記加圧治具の一部である２枚の押さえ板であ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接装置。