JP2008254404A - レーザー溶着用治具装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産準備段階における治具の造り込みが不要であると共に、樹脂部材同士の確実な密着性が得られるようにしたレーザー溶着用治具装置を提供する。
【解決手段】レーザー溶着用治具装置１０は、レーザーによって溶着させる二つの樹脂部材１４，１５を重ねた状態で、一方の樹脂部材１４を他方の樹脂部材１５に押し付けるよう一方の樹脂部材１４に当接して押圧力を印加する治具１１と、治具１１による押圧力の反力を検出する圧力センサー１２と、治具１１が樹脂部材１４に印加する押圧力を制御する制御部１３とを備え、制御部１３は、樹脂部材１４への押圧力を漸増させて圧力センサー１２で検出された反力に基づいて治具１１の変位に対する反力の傾きの変化を求め、反力の傾きが角度を大きくする方向へ変化したとき制御部１３が押圧力の漸増を停止する。
【選択図】図１
【解決手段】レーザー溶着用治具装置１０は、レーザーによって溶着させる二つの樹脂部材１４，１５を重ねた状態で、一方の樹脂部材１４を他方の樹脂部材１５に押し付けるよう一方の樹脂部材１４に当接して押圧力を印加する治具１１と、治具１１による押圧力の反力を検出する圧力センサー１２と、治具１１が樹脂部材１４に印加する押圧力を制御する制御部１３とを備え、制御部１３は、樹脂部材１４への押圧力を漸増させて圧力センサー１２で検出された反力に基づいて治具１１の変位に対する反力の傾きの変化を求め、反力の傾きが角度を大きくする方向へ変化したとき制御部１３が押圧力の漸増を停止する。
【選択図】図１
Description
本発明は、例えば二つの樹脂部材をレーザー溶着によって接合させる際に二つの樹脂部材を重ねた状態を保持する治具に係り、特に治具の押さえ込みによって生ずる樹脂部材からの反力をモニタリングし、治具の押圧力を制御して溶着を行う面の合わせ精度を高めるレーザー溶着用治具装置に関するものである。
従来、二つの樹脂部材をレーザー溶着によって接合させる場合、例えば図５に示すように、一方の樹脂部材１を他方の樹脂部材２に重ね、樹脂部材１を治具３によって押さえ込んで樹脂部材１，２同士を密着させた状態でレーザー装置（図示省略）からレーザー光を照射している。この際、二つの樹脂部材１，２が互いに密着していないと、溶着不良が生ずる。
このような問題を解決するために、特許文献１には、一方の樹脂部材を透過樹脂材で構成し、他方の樹脂部材を非透過樹脂材で構成することによって、透過樹脂材から成る一方の樹脂部材側からレーザー光を照射して、レーザー溶着を行なうようにしたレーザー溶着方法が開示されている。このレーザー溶着方法によれば、透過樹脂材から成る一方の樹脂部材側から溶着部位に対して確実にレーザー光が照射されることで、溶着不良の発生が抑制される。
特許文献２には、一方の樹脂部材を透過樹脂材で構成し、他方の樹脂部材を非透過樹脂材で構成すると共に、これらの樹脂部材の相互の当接面で少なくとも一方の樹脂部材が加熱によって軟化した状態で透過樹脂材から成る一方の樹脂部材側からレーザー光を照射してレーザー溶着を行なうようにしたレーザー溶着方法が開示されている。この特許文献２のレーザー溶着方法によれば、透過樹脂材から成る一方の樹脂部材側から溶着部位に対して確実にレーザー光が照射されると共に、樹脂部材同士が当接面の軟化状態で確実に密着しているので、溶着不良の発生が抑制されると共に、耐リーク性に優れた溶着部が形成されることになる。
特開２００４−０５８５８１号公報
特開２００４−１８８８０２号公報
図５に示すような、治具３を使用したレーザー溶着方法では、樹脂部材１，２の少なくとも一方が三次元の立体形状を有している場合、樹脂部材１，２同士を確実に密着させるために、生産準備段階で適正な治具３の形状等の造り込みが必要である。このような作業には多大な時間及び手間を要する。また、樹脂部材１，２の厚さにバラツキがあると、樹脂部材１，２同士を確実に密着させることが困難になるため、溶着不良が発生し易い。
一方、特許文献１及び２のレーザー溶着方法では溶着不良の発生が抑制され得るが、溶着部分を互いに密着させるための治具に関しては、製品毎の押圧治具が必要であることから、同様に治具の造り込みに多大な時間及び手間が必要になってしまう。
本発明は、以上の点に鑑みて創作されたものであり、生産準備段階における治具の造り込みが不要であると共に、樹脂部材同士の確実な密着性が得られるようにしたレーザー溶着用治具装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のレーザー溶着用治具装置は、レーザーによって溶着させる二つの樹脂部材を重ねた状態で、一方の樹脂部材を他方の樹脂部材に押し付けるよう一方の樹脂部材に当接して押圧力を印加する治具と、治具による押圧力の反力を検出する圧力センサーと、治具が樹脂部材に印加する押圧力を制御する制御部と、を備え、制御部が、樹脂部材への押圧力を漸増させて圧力センサーで検出された反力に基づいて治具の変位に対する反力の傾きの変化を求め、反力の傾きが角度を大きくする方向へ変化したとき制御部が押圧力の漸増を停止するよう構成されている。
本発明のレーザー溶着用治具装置において、好ましくは、制御部は、反力の傾きが前もって設定した目標値に至ったとき或いは前もって設定した基準値を越えたとき、押圧力の漸増を停止する。
本発明のレーザー溶着用治具装置において、好ましくは、制御部は、反力の傾きが前もって設定した目標値に至ったとき或いは前もって設定した基準値を越えたとき、押圧力の漸増を停止する。
本発明によれば、反力の傾きが大きくなったとき、好ましくは、この反力の傾きが前もって設定した目標値に至ったとき、或いは前もって設定した基準値を超えたとき、制御部が押圧力の漸増を停止して、そのときの押圧力を保持する。これにより、二つの樹脂部材は多少の寸法バラツキがあったとしてもバラツキの影響を受けることなく、互いに完全に密着した状態に保持される。
これは、二つの樹脂部材同士が完全に密着するまでは、樹脂部材の間に間隙が存在するために、治具からの押圧力の漸増に伴ってこの間隙が徐々に小さくなり、治具の変位に対する反力の傾きはあまり大きくなることがないことと、二つの樹脂部材同士が完全に密着すると樹脂部材の間に間隙がなくなることから、治具からの押圧力が漸増しても間隙がないので、治具の変位は殆どゼロになる。従って、圧力センサーで検出される押圧力の反力が急激に増大することになり、反力の傾きも急激に大きくなることに拠る。
これは、二つの樹脂部材同士が完全に密着するまでは、樹脂部材の間に間隙が存在するために、治具からの押圧力の漸増に伴ってこの間隙が徐々に小さくなり、治具の変位に対する反力の傾きはあまり大きくなることがないことと、二つの樹脂部材同士が完全に密着すると樹脂部材の間に間隙がなくなることから、治具からの押圧力が漸増しても間隙がないので、治具の変位は殆どゼロになる。従って、圧力センサーで検出される押圧力の反力が急激に増大することになり、反力の傾きも急激に大きくなることに拠る。
上記のように完全に密着した状態で、二つの樹脂部材の密着部分に対してレーザー光が照射されることで、二つの樹脂部材が互いに完全にレーザー溶着されるので、溶着不良の発生が排除される。
また、本発明によれば、製品毎に生産準備段階で治具の造り込みを行なう必要がなく、汎用の治具を使用することでレーザー溶着すべき樹脂部材同士を確実に密着させることができる。
また、本発明によれば、製品毎に生産準備段階で治具の造り込みを行なう必要がなく、汎用の治具を使用することでレーザー溶着すべき樹脂部材同士を確実に密着させることができる。
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るレーザー溶着用治具装置１０の構成を示す図である。レーザー溶着用治具装置１０は、治具１１と、圧力センサー１２と、制御部１３と、を備えている。
図１は本発明の実施形態に係るレーザー溶着用治具装置１０の構成を示す図である。レーザー溶着用治具装置１０は、治具１１と、圧力センサー１２と、制御部１３と、を備えている。
治具１１は、その先端１１ａをレーザー溶着すべく重ねた二つの樹脂部材１４，１５のうち上側に配置された一方の樹脂部材１４の上面に当接して、下方に向かって押圧力を印加する。なお、治具１１は図示を省略する駆動手段を備えており、この駆動手段が制御部１３のコントロールの下で駆動されることで、治具１１が樹脂部材１４の押さえ込みを行う。
圧力センサー１２は治具１１に備えられており、治具１１の押さえ込みによって生ずる樹脂部材１４からの反力を検出する。
制御部１３は、治具１１が樹脂部材１４に加える押圧力を制御する。具体的には、制御部１３は治具１１の樹脂部材１４に対する押圧力を漸増させるよう治具を制御する。さらに、制御部１３は、圧力センサー１２で検出された反力に基づいて、治具１１の変位に対する傾きを監視する。このようなモニタリングにおいて、制御部１３は治具１１の駆動手段によって治具１１が移動する変位、即ちストローク量を算出し、この変位とそのときの反力とを対応させた監視情報を記憶し、時系列順に収集した監視情報から変位に対する反力の変化率を傾きとして求める。そして、制御部１３は、傾きの角度が大きくなる方向へ変化、特に傾きが増大して前もって設定された目標値に至ったとき、治具１１の樹脂部材１４に対する押圧力の漸増を停止し、そのときの押圧力を保持する。
上記目標値は、以下のようにして設定される。
図２に示すように、レーザー溶着すべき二つの樹脂部材１４，１５を重ねた状態で、制御部１３は治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４に対して上から接近させ、接触後さらに治具１１を下方へ移動させる。そして、制御部１３は、治具１１が樹脂部材１４の上面に当接した後は、さらに治具１１を下方へ移動させるよう樹脂部材１４に対する押圧力Ｐを徐々に大きくする。一方、治具１１による押圧力Ｐの反力Ｒが圧力センサー１２で検出されて、治具１１の変位に対する反力Ｒの変化を得る。
図２に示すように、レーザー溶着すべき二つの樹脂部材１４，１５を重ねた状態で、制御部１３は治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４に対して上から接近させ、接触後さらに治具１１を下方へ移動させる。そして、制御部１３は、治具１１が樹脂部材１４の上面に当接した後は、さらに治具１１を下方へ移動させるよう樹脂部材１４に対する押圧力Ｐを徐々に大きくする。一方、治具１１による押圧力Ｐの反力Ｒが圧力センサー１２で検出されて、治具１１の変位に対する反力Ｒの変化を得る。
このような治具１１の下方移動に伴う反力Ｒの理想的な変化は、図３に示すグラフとして表わされる。即ち、樹脂部材１４，１５が互いに完全に密着するまでは、治具１１は押圧力Ｐの漸増に伴って変位し、反力Ｒは極めて小さい。そして、点Ａで樹脂部材１４，１５が互いに完全に密着すると、治具１１が殆ど変位しなくなるため反力Ｒが急激に増大する。
実際には、樹脂部材１４，１５の寸法バラツキ等が存在することによって、治具１１の直下で樹脂部材１４，１５が互いに密着していなくても、他の部分で樹脂部材１４，１５が寸法誤差等によって互いに接触することがあり、図４に示すように、この点Ｂから小さな反力Ｒが発生することになる。この場合、この点Ｂから樹脂部材１４，１５が互いに完全に密着する点Ａまでは治具１１が変位することから、反力Ｒの傾きが小さく、点Ａ以後は反力の傾きが急激に大きくなる。
ここで、点Ｂから点Ａまでの反力は、樹脂部材１４の曲げ方向の剛性によって発生する反力Ｒであり、点Ａ以降の反力Ｒは、樹脂部材１４の押圧方向の変形によって発生する反力Ｒであることから、樹脂部材１４の場合、樹脂材料の特性から、点Ｂから点Ａまでの反力Ｒの傾きは、点Ａ以降の反力Ｒの傾きに対して著しく小さくなる。
ここで、点Ｂから点Ａまでの反力は、樹脂部材１４の曲げ方向の剛性によって発生する反力Ｒであり、点Ａ以降の反力Ｒは、樹脂部材１４の押圧方向の変形によって発生する反力Ｒであることから、樹脂部材１４の場合、樹脂材料の特性から、点Ｂから点Ａまでの反力Ｒの傾きは、点Ａ以降の反力Ｒの傾きに対して著しく小さくなる。
このようにして、点Ｂから点Ａまでの反力Ｒの傾きと点Ａ以降の反力Ｒの傾きとが異なることから、点Ａ以降における傾きの値を目標値として設定すれば、樹脂部材１４，１５同士が互いに完全に密着したことを判断することができる。
上記制御部１３は、例えば、１台のパーソナルコンピュータとして構成されており、このパーソナルコンピュータは前もってインストールされたアプリケーションを実行することで、上記動作を行う。なお、複数のパーソナルコンピュータがＬＡＮによって繋がっており、上記動作を複数のパーソナルコンピュータによって分散処理させてもよい。パーソナルコンピュータは、従来公知の構成のものを使用することができ、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクなどの記憶装置と、キーボード，ポインティングデバイスなどの操作装置と、操作装置等からの指示により記憶装置に格納されたデータやソフトウェアを処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と，処理結果等を表示するディスプレイなどを備えている。なお、制御部１３は、パーソナルコンピュータに限らず、ＰＤＡのような情報端末機器や専用の装置として組み立てられた電子計算機等の電子応用機械器具であってもよい。
本実施形態に係るレーザー溶着用治具装置１０は以上のように構成されており、以下のように作用する。
先ず、目標値の設定について説明する。
レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５を載置した状態で、治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４の上面に接近させる。この状態から、制御部１３が治具１１を下方に変位させて、押圧力Ｐを漸増させる。この際、制御部１３は、圧力センター１２からの検出信号に基づいてそのときの反力Ｒの変化を検出し、治具１１の変位に対する反力Ｒの傾きを演算する。
先ず、目標値の設定について説明する。
レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５を載置した状態で、治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４の上面に接近させる。この状態から、制御部１３が治具１１を下方に変位させて、押圧力Ｐを漸増させる。この際、制御部１３は、圧力センター１２からの検出信号に基づいてそのときの反力Ｒの変化を検出し、治具１１の変位に対する反力Ｒの傾きを演算する。
そして、制御部１３は、例えば時点ｔ0で反力の傾きが急激に増大したとき、時点ｔ0の以降における傾きの値を目標値として設定する。
以上で、反力Ｒの傾きに関する目標値が設定されることになる。
このような目標値の設定作業は、レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５毎に行なわれる。
以上で、反力Ｒの傾きに関する目標値が設定されることになる。
このような目標値の設定作業は、レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５毎に行なわれる。
次に、レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５の密着保持について説明する。
レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５を載置した状態で、治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４の上面に当接させる。この状態から、制御部１３が治具１１を下方に変位させて、押圧力を漸増させる。ここで、制御部１３は、圧力センサー１２からの検出信号に基づいてそのときの反力の変化を検出し、治具１１の変位に対する反力の傾きを演算する。
レーザー溶着すべき樹脂部材１４，１５を載置した状態で、治具１１の先端１１ａを上方の樹脂部材１４の上面に当接させる。この状態から、制御部１３が治具１１を下方に変位させて、押圧力を漸増させる。ここで、制御部１３は、圧力センサー１２からの検出信号に基づいてそのときの反力の変化を検出し、治具１１の変位に対する反力の傾きを演算する。
そして、制御部１３は、この反力の傾きが目標値に至ったとき、樹脂部材１４，１５が互いに完全に密着したものとして、治具１１の下方移動、そして押圧力の漸増を停止し、このときの押圧力を保持する。
これにより、樹脂部材１４，１５は、その相互の当接面に関して寸法バラツキ等があったとしても、互いに完全に密着することになるので、製品毎の治具の造り込みが不要になると共に、個々の樹脂部材の寸法バラツキ等の影響を受けることもない。
以上で、樹脂部材１４，１５の密着保持が完了する。
これにより、樹脂部材１４，１５は、その相互の当接面に関して寸法バラツキ等があったとしても、互いに完全に密着することになるので、製品毎の治具の造り込みが不要になると共に、個々の樹脂部材の寸法バラツキ等の影響を受けることもない。
以上で、樹脂部材１４，１５の密着保持が完了する。
樹脂部材１４，１５が互いに完全に密着した状態で、二つの樹脂部材１４，１５の密着部分に対してレーザー光が照射されると、二つの樹脂部材１４，１５は互いに完全にレーザー溶着される。従って、樹脂部材１４，１５の不完全な密着による溶着不良の発生が排除されることになる。
以上説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲おいて様々な形態で実施をすることができる。図示例では、樹脂部材１４，１５が共に平板状に形成されているが、これに限らず、レーザー溶着すべき樹脂部材は任意の形状、例えば三次元の立体形状を有していてもよく、この場合にも樹脂部材同士が完全に密着して保持され得ることになる。また、反力Ｒの傾きが目標値に至った場合に押圧力の上昇を停止する場合を説明したが、上記図４における点Ｂから点Ａまでの反力の傾きと点Ａ以降の反力の傾きの間の値を基準値として設定し、制御部１３が、求めた反力Ｒの傾きが基準値を超えたら、押圧力の上昇を停止するように構成してもよい。
１０ レーザー溶着用治具装置
１１ 治具
１１ａ 先端
１２ 圧力センサー
１３ 制御部
１４，１５ 樹脂部材
１１ 治具
１１ａ 先端
１２ 圧力センサー
１３ 制御部
１４，１５ 樹脂部材
Claims (2)
- レーザーによって溶着させる二つの樹脂部材を重ねた状態で、一方の樹脂部材を他方の樹脂部材に押し付けるよう一方の樹脂部材に当接して押圧力を印加する治具と、
上記治具による押圧力の反力を検出する圧力センサーと、
上記治具が上記樹脂部材に印加する押圧力を制御する制御部と、を備え、
上記制御部が、上記樹脂部材への押圧力を漸増させて上記圧力センサーで検出された上記反力に基づいて上記治具の変位に対する上記反力の傾きの変化を求め、上記反力の傾きが角度を大きくする方向へ変化したとき上記制御部が上記押圧力の漸増を停止することを特徴とする、レーザー溶着用治具装置。 - 前記制御部は、前記反力の傾きが前もって設定した目標値に至ったとき或いは前もって設定した基準値を越えたとき、前記押圧力の漸増を停止することを特徴とする、請求項１に記載のレーザー溶着用治具装置。
Priority Applications (1)
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| JP2007102156A JP2008254404A (ja) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | レーザー溶着用治具装置 |
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| JP2007102156A JP2008254404A (ja) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | レーザー溶着用治具装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2008254404A true JP2008254404A (ja) | 2008-10-23 |
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| JP2007102156A Pending JP2008254404A (ja) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | レーザー溶着用治具装置 |
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| JP (1) | JP2008254404A (ja) |
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2007
- 2007-04-09 JP JP2007102156A patent/JP2008254404A/ja active Pending
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