JP2010137235A - レーザ接合装置及接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ照射ヘッド1aに、該レーザ照射ヘッド1aの移動に伴って回転し、レーザ2の光路を横切るように延びる回転軸5を備え、該回転軸5には、その周方向にレーザ透過部とレーザ遮断部とが交互に形成されるので、レーザ照射を連続的に作動させても、接合部位に間欠的にレーザ照射されるために、各ワーク3、4への反りやひずみを抑制することができる。
【選択図】図1
Description
そこで、従来のレーザ接合装置では、各ワークの接合部位を加圧密着する手段として、一方のワーク上からその略全体を押圧する押圧治具が採用されていた。しかしながら、該押圧治具では、接合部位が広い範囲に亘るものやワークが3次元形状を有するものの場合、押圧治具の製造及び設置等が大掛かりになってしまい、しかも、ワークの3次元形状に沿った押圧治具をその都度用意しなければならずコスト的に不利であった。さらには、押圧治具で覆われた部位は接合不可となり、接合部位が限定されてしまう。
また、従来のレーザ接合装置では、上述したように、特に、各ワークが樹脂材の場合、各ワークに反りやひずみが生じることがあり問題であった。この問題の解決手段として、レーザ照射をON−OFF作動させて、接合部位に間欠的にレーザ照射する方法が考慮されるが、レーザ照射に係る制御が複雑化し、レーザ出力も安定せず、接合部位に不具合が発生する虞がある。
これにより、例えば、各ワークの接合部位を加圧しながら転動するレーザ透過回転体を回転軸に支持させることで、レーザ照射ヘッド先端の内面形状を複雑にすることなく、前記レーザ透過回転体をレーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持することができる。
しかも、レーザ照射を連続的に作動させても、各ワークの接合部位に間欠的にレーザ照射されるために、各ワークへの反りやひずみを抑制することができる。
また、本発明の第2のレーザ接合装置は、該レーザ接合装置のレーザ照射ヘッド先端には、レーザを透過し、ワーク上をレーザ照射ヘッドの移動に沿って加圧しながら転動するレーザ透過回転体が配置され、該レーザ透過回転体は、前記レーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持される回転軸に固定されることを特徴としている。
これにより、レーザ照射ヘッド先端の内面形状を複雑にすることなく、レーザ透過回転体をレーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持することができる。
さらに、本発明のレーザ接合方法は、前記第1のレーザ接合装置を使用して、少なくとも2つのワークをレーザ照射により接合するレーザ接合方法であって、レーザ照射を連続的に作動させた状態で、各ワークの接合部位に間欠的にレーザ照射することを特徴としている。
これにより、レーザ接合する際、各ワークへの反りやひずみを抑制することができる。
なお、本発明のレーザ接合装置及び接合方法の各種態様およびそれらの作用については、以下の発明の態様の項において詳しく説明する。
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、(1)項乃至(4)項の各々が、請求項1乃至4の各々に相当し、(7)項が請求項5に相当する。
(1)項のレーザ接合装置では、例えば、各ワークの接合部位を加圧しながら転動するレーザ透過回転体を回転軸に支持させることで、レーザ照射ヘッド先端の内面形状を複雑にすることなく、前記レーザ透過回転体をレーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持することができる。
しかも、レーザ照射を連続的に作動させても、回転軸がレーザ照射ヘッドの移動に伴って回転し、レーザの光路に対して回転軸のレーザ透過部とレーザ遮断部とが交互に対向するので、各ワークの接合部位に間欠的にレーザ照射され、各ワークへの反りやひずみを抑制することができる。
(2)項のレーザ接合装置では、レーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持される回転軸に各ワークの接合部位を加圧しながら転動するレーザ透過回転体が固定されるので、大掛かりな押圧治具を使用することなく、容易に各ワークの接合部位を加圧密着させることができる。
(3)項のレーザ接合装置では、簡素な構造で、回転軸の周方向にレーザ透過部とレーザ遮断部とを交互に形成することができる。
(4)項のレーザ接合装置では、レーザ透過回転体が固定される回転軸がレーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持されるので、レーザ照射ヘッド先端の形状が複雑化することはない。
(5)項のレーザ接合装置では、構造が簡素化されて実用的である。
(6)項のレーザ接合装置では、回転軸の剛性が向上する。
(7)項のレーザ接合方法では、各ワークの接合部位に間欠的にレーザ照射されるので、各ワークへの反りやひずみを抑制することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザ接合装置には、図1、図4及び図6に示すように、第1〜第3の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1a、1b、1cのいずれかが備えられており、少なくとも2つのワーク3、4を接触させて、レーザ照射により各ワーク3、4を接合するものである。なお、本実施の形態では、図1に示すように、ワーク3、4は2つであり、一方のワーク3がレーザ2を透過する樹脂材からなるレーザ透過性部材であり、他方のワーク4がレーザ2を吸収する金属製からなるレーザ非透過性部材である。
第1の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1aには、図1に示すように、その先端部にレーザ照射ヘッド1aの移動に伴って回転し、レーザ2の光路を横切るように延びる回転軸5aが備えられている。該回転軸5aは、金属製などのレーザ非透過材で形成されている。また、該回転軸5aに径方向に延びる貫通孔6を設けることで、回転軸5aの周方向にレーザ透過部及びレーザ遮断部が交互に配置するようにしている。すなわち、図2は図1のA−A矢視図であるが、回転軸5aが、図2(a)の位置に達するとレーザ2が回転軸5aの貫通孔6を通過し、回転軸5aが、図2(b)の位置に達するとレーザ2が回転軸5aにより遮断される。このように、回転軸5aに設けた径方向に延びる貫通孔6がレーザ透過部に相当し、回転軸5aに設けた貫通孔6の両開口の間の部位がレーザ遮断部に相当する。
第1の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1aは、図1に示すように、例えば、半導体レーザ、YAGレーザ等の赤外線レーザ2がファイバ搬送される搬送本体部8の先端部に係合される円筒状のヘッド部9と、搬送本体部8の先端とヘッド部9の基端との間に配置され、ヘッド部9を一方のワーク3側に付勢する付勢手段としての圧縮スプリング10と、ヘッド部9内で、光ファイバ11で搬送されたレーザ2を集光させる集光レンズ12と、レーザ2を透過し、一方のワーク3上をレーザ照射ヘッド1aの移動に沿って転動するレーザ透過回転体15と、該レーザ透過回転体15内に挿通されて固定され、レーザ2の光路を横切るように延びヘッド部9の先端に回転自在に支持される回転軸5aとを備えている。
そして、搬送本体部8の係合フランジ部18をヘッド部9内に挿入して、搬送本体部8の係合フランジ部18とヘッド部9の係合フランジ部19とを係合させる。また、搬送本体部8の環状凹部17に、ヘッド部9の係合フランジ部19に当接するように圧縮スプリング10が組み込まれ、該圧縮スプリング10によりヘッド部9が常時一方のワーク3側に付勢されるようになる。
レーザ透過回転体15は、レーザを透過する材料で構成される。また、レーザ透過回転体15は円柱状に形成され、軸方向に回転軸5aが挿通されて固定される。この固定手段は、ねじ込み等の機械的固定、レーザ固定または接着剤固定等が採用される。
なお、レーザ透過回転体15は、レーザを透過する材料としてポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリカボネート(PC)、ABS樹脂、ポレエチレンテレフタレート(PET)、アクリル樹脂等の合成樹脂、あるいは石英ガラス、ほう珪酸ガラス等のガラス部材が採用される。また、レーザ透過回転体15は、本実施の形態では円柱状に形成されているが、球状または楕円球状に形成されてもよい。
その後、レーザ照射が開始されると共に、図3に示すように、レーザ照射ヘッド1aを接合部位に沿って移動させる(図3の矢印B)。すると、レーザ透過回転体15が一方のワーク3上を該ワーク3を加圧しながら転動する。これと同時に、搬送本体部8内の光ファイバ11にて搬送されたレーザ2は、仕切板21の支持孔20から集光レンズ12にてその径が収束するように屈折されて、レーザ透過回転体15を介して回転軸5aまで到達する。
これにより、各ワーク3、4の接合部位がレーザ透過回転体15により加圧されつつ、レーザ2が回転軸5aの回転に伴って間欠的に各ワーク3、4の接触面に集光するため、各ワーク3、4は接合部位において間欠的にレーザ接合されることになる。
これにより、各ワーク3、4の接合部位を加圧するレーザ透過回転体15は、その内部にヘッド部9先端に回転自在に支持される回転軸5aが挿通されて固定されるので、従来のように、ヘッド部9の先端を複雑な形状に形成する必要がなく、その構造を簡素化することができる。
しかも、各ワーク3、4の接合部位は、加圧されながら間欠的にレーザ接合されることになり、各ワーク3、4への反りやひずみを最小限にして効果的にレーザ接合することができる。
第2の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1bの説明の際には、第1の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1aとの相違点のみを説明する。
第2の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1bでは、図4に示すように、ヘッド部9の先端に、円柱状のレーザ透過回転体15が配置される。該レーザ透過回転体15の軸方向両端には、レーザ非透過材からなる回転軸5bの一端がそれぞれ固定される。また、各回転軸5bの他端は、ヘッド部9先端の両内壁部に回転自在に支持される。なお、レーザ透過回転体15は、本実施の形態では円柱状に形成されているが、球状または楕円球状に形成されてもよい。
これにより、各ワーク3、4の接合部位がレーザ透過回転体15により加圧されながら、レーザ2により各ワーク3、4の接合部位が連続的にレーザ接合されることになる。
第3の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1cの説明の際には、第1の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1aとの相違点のみを説明する。
第3の実施形態に係るレーザ照射ヘッド1cでは、図6及び図7に示すように、ヘッド部9の先端に、円柱状のレーザ透過回転体15’が配置される。該レーザ透過回転体15’は、レーザ2の光路に沿って屈折率の相違するレーザ透過材25、26を複数積層(本実施の形態では2層)して構成されている。また、レーザ透過回転体15’は、レーザ非透過材からなる回転軸5cが挿通されて固定されている。回転軸5cの両端は、ヘッド部9先端の両内壁部に回転自在に支持されている。
レーザ透過回転体15’を構成する屈折率の相違する各レーザ透過材25、26は、外側のレーザ透過材25の屈折率が内側のレーザ透過材26の屈折率よりも大きくなるように設定される。なお、レーザ透過回転体15’は、本実施の形態では円柱状に形成されているが、球状または楕円球状に形成されてもよい。
これにより、各ワーク3、4の接合部位がレーザ透過回転体15’により加圧されながら、レーザ2により各ワーク3、4の接合部位が連続的にレーザ接合されることになる。
Claims (5)
- 少なくとも2つのワークを接触させて、レーザ照射により各ワークを接合するレーザ接合装置であって、
該レーザ接合装置のレーザ照射ヘッドに、該レーザ照射ヘッドの移動に伴って回転し、レーザの光路を横切るように延びる回転軸を備え、該回転軸には、その周方向にレーザ透過部とレーザ遮断部とが交互に形成されることを特徴とするレーザ接合装置。 - 前記回転軸は、レーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持され、該回転軸には、レーザを透過し、ワーク上をレーザ照射ヘッドの移動に沿って加圧しながら転動するレーザ透過回転体が固定されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ接合装置。
- 前記回転軸をレーザ非透過材で構成し、前記レーザ透過部及びレーザ遮断部を前記回転軸に径方向に延びる貫通孔を設けることで構成することを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ接合装置。
- 少なくとも2つのワークを接触させて、レーザ照射により各ワークを接合するレーザ接合装置であって、
該レーザ接合装置のレーザ照射ヘッド先端には、レーザを透過し、ワーク上をレーザ照射ヘッドの移動に沿って加圧しながら転動するレーザ透過回転体が配置され、該レーザ透過回転体は、前記レーザ照射ヘッド先端に回転自在に支持される回転軸に固定されることを特徴とするレーザ接合装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ接合装置を使用して、少なくとも2つのワークをレーザ照射により接合するレーザ接合方法であって、
レーザ照射を連続的に作動させた状態で、各ワークの接合部位に間欠的にレーザ照射することを特徴とするレーザ接合方法。
Priority Applications (1)
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