JP4800102B2 - レーザ切断方法及びレーザ切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を照射して被覆電線の被覆材を切断するためのレーザ切断方法及びレーザ切断装置に関する。

下記特許文献１には、１台のレーザ発振器からのレーザ光を、複数のペンドミラーで、２つに分割しつつ、この分割された１対のレーザ光を対向状に出射させるよう構成することで、加工材料の表裏の両面にレーザ光を同時に照射させて切断する切断装置が開示されている。このような切断装置は、一度に加工材料の表裏の両面にレーザ光を照射させるため効率よく切断作業を行うことができ、従来から、被覆電線の被覆材の切断にも利用されていた。
特開昭６２−２４０１８６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、１対のレーザ光の光路を形成する複数のペンドミラーの配置スペースを確保する必要があった。また、例えば１対のレーザ光の照射位置が被覆電線の長手方向において互いにずれている場合には所望の位置で被覆材を正確に切断できなくなるおそれがある。従って、両レーザ光の光軸調整を高精度で行うために煩雑な作業が必要であった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、煩雑な光軸調整を要することなく複数本の被覆電線の被覆材を効率よく切断することが可能なレーザ切断方法及びレーザ切断装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係るレーザ切断方法は、複数本の被覆電線の被覆材をレーザ光の照射によって切断するレーザ切断方法であって、前記複数本の被覆電線を互いに隙間を開けて一列状に配置する工程と、前記被覆電線側に向けて出射させたレーザ光の照射点を、前記複数本の被覆電線に対してその配列方向において相対的に移動させつつ、前記各被覆電線を横切って通過したレーザ光を反射部材によって反射させることで前記レーザ光の出射側から見て前記被覆電線の背面側に照射させる工程とを、含む。

請求項２の発明に係るレーザ切断装置は、複数本の被覆電線を互いに隙間を開けつつ一列状に並べて保持する保持部と、レーザ発振器、及び、そのレーザ発振器からのレーザ光を収束する収束レンズを有し、前記被覆電線側に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記保持部と前記レーザ光出射部とを前記複数本の被覆電線の配列方向において相対的に移動させて、前記レーザ光出射部からのレーザ光の照射点を移動させる移動機構と、前記レーザ光出射部側から見て前記被覆電線の背後に設けられ、前記レーザ光出射部から前記各被覆電線を横切って通過したレーザ光を反射させて前記各被覆電線の背面側に照射させる反射部材と、を備える。

請求項３の発明は、請求項２に記載のレーザ切断装置において、前記レーザ発振器は、炭酸ガスレーザ発振器である。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載のレーザ切断装置において、前記反射部材の反射面は、前記配列方向に沿った平面をなし、前記レーザ光出射部のレーザ出射方向は、前記反射面の垂線に対して所定角度だけ傾斜した方向とされ、前記移動機構による相対移動の過程で、前記レーザ光出射部と前記反射部材とは、前記垂線方向における互いの離間距離が一定に保たれている構成である。

請求項５の発明は、請求項４に記載のレーザ切断装置に記載のレーザ切断装置において、前記移動機構は、前記レーザ光出射部を固定とし、前記保持部を移動させる構成である。

請求項６の発明は、請求項２から請求項５のいずれかに記載のレーザ切断装置において、前記被覆電線同士の前記隙間は、前記被覆材の内径よりも前記被覆材の厚さの２倍の長さだけ短い間隔である。

請求項７の発明は、請求項２から請求項６のいずれかに記載のレーザ切断装置において、前記レーザ光出射部から出射されたレーザ光の焦点位置は、そのレーザ光が、前記複数本の被覆電線の最前面を含む平面を通過した位置から、前記反射部材で反射して前記複数本の被覆電線の最背面を含む平面を通過した位置までの光路の中間位置に設定されている。

請求項８の発明は、請求項２から請求項７のいずれかに記載のレーザ切断装置において、互いに隣り合う被覆電線間の隙間を通過して前記反射部材で反射したレーザ光は、当該隣り合う被覆電線の一方の背面側に照射される。

請求項９の発明は、請求項２から請求項８のいずれかに記載のレーザ切断装置において、前記反射部材は、その反射面に金蒸着が施された構成である。

請求項１０の発明は、請求項２から請求項９のいずれかに記載のレーザ切断装置において、前記保持部は、複数の保持突起を備えた櫛状の形状をなし、前記保持突起同士間に前記各被覆電線を挟み込む構成である。

＜請求項１，２の発明＞
本構成によれば、複数本の被覆電線に対してレーザ光の照射点を相対移動させると、レーザ光の出射側から見て被覆電線の前面側にレーザ光が照射されて被覆材を切断する前面側のレーザ切断と、各被覆電線を横切って通過（各被覆電線間の隙間や側方を通過）したレーザ光が反射部材で反射（正反射）して被覆電線の背面側に照射されて被覆材を切断する背面側のレーザ切断とが交互に繰り返される。これにより、複数本の被覆電線の被覆材を効率よく切断することができる。また、１対のレーザ光を対向照射して加工材料の両面を切断する従来の切断装置とは異なり、高度な光軸調整の必要がない。

＜請求項３の発明＞
レーザ発振器としては、例えばＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、ＬＤレーザなどでも本発明に適用可能であるが、レーザ光により被覆材を除去する際に、被覆材内の電線素線が切断されないようにレーザ強度を高精度で調整することが必要となる。しかし、炭素ガスレーザ発振器から出力されるレーザ光は、電線素線等の金属への加工ができない遠赤外線領域の波長帯であるから、シビアなレーザ強度調整はそれほど必要ない。

＜請求項４の発明＞
本構成によれば、各被覆電線の側方（隙間）を通過して各被覆電線の背面側に照射されるレーザ光の光路長が同一であるため、各被覆電線の背面に常時一定強度のレーザ光を照射させることができる。

＜請求項５の発明＞
レーザ光出射部側を移動させる構成の場合には、反射部材との位置関係を精度よく維持しつつ移動させる必要となるため、本構成では、保持部側（被覆電線側）を移動させるようにした。

＜請求項６の発明＞
本構成によれば、レーザ光出射部からの直接照射によって被覆電線の直径分だけ被覆材が切断されるため、反射部材から反射照射によって切断が必要なのは、被覆材の内径（電線素線の直径）分である。従って、これと略同一長の間隔で複数の被覆電線を配列することにより、相対移動量を抑えて迅速な切断処理を行うことができる。

＜請求項７の発明＞
本構成によれば、被覆電線の前面側（レーザ光出射部側）と背面側に対して略同一強度のレーザ光を照射することができ、切断加工の品質を向上できる。

＜請求項８の発明＞
互いに隣り合う被覆電線間の隙間を通過して前記反射部材で反射したレーザ光が、当該隣り合う被覆電線以外の他の被覆電線の背面側に照射される構成であってもよいが、そうすると、複数本の被覆電線全ての切断するための相対移動量が大きくなり、加工時間が長くなり得る。そこで、本構成では、互いに隣り合う被覆電線間の隙間を通過して前記反射部材で反射したレーザ光が、当該隣り合う被覆電線の一方の背面側に照射されるようにした。

＜請求項９の発明＞
本構成によれば、特にレーザ発振器が炭素ガスレーザ発振器である場合に、高い反射率でレーザ光を反射させることができる。

＜請求項１０の発明＞
本構成によれば、保持突起によって複数本の被覆電線を隙間を開けて状態で保持できる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図４を参照しつつ説明する。
１．本実施形態の構成
図１には、複数本の被覆電線１０を編組線１１及びシース等の外皮１２で束ねた電線ケーブル１３が示されている。このような電線ケーブル１３の各被覆電線１０を、図２に示すような回路基板１４の接続端子１５にそれぞれ接続するためには、まず、電線ケーブル１３先端部の編組線１１及び外皮１２を剥がして被覆電線１０を露出させる。各被覆電線１０は、導電性の電線素線１６を樹脂製の被覆材１７で覆ったものであり、先端側の被覆材１７を切断して電線素線１６を露出させ、その露出した電線素線１６を上記各接続端子１５に半田付け等によって接続する。

本実施形態のレーザ切断装置２０は、例えば、上記電線ケーブル１３から露出された複数本の被覆電線１０の被覆材１７をレーザ光Ｌにより図１で示す二点鎖線に沿って切断するときに使用するものである。図３は、本実施形態のレーザ切断装置２０の全体構成を示した斜視図である。このレーザ切断装置２０は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光出射部２１と、複数本の被覆電線１０が保持固定される載置台２２とを備えて構成されている。なお、図３以降の図では、例として電線素線１６が４本のみ図示されている。

載置台２２は、支持台２３の上に載置テーブル２４が配されて、支持台２３に備えられた移動機構によって載置テーブル２４を支持台２３上で水平移動できる構成となっている。この載置テーブル２４は、例えば矩形板状をなし、その上面に複数本の被覆電線１０を保持構成する保持具２５（本発明の「保持部」の一例）が設けられている。保持具２５は、例えば各被覆電線１０の外形に対応した逆Ｕ字形の複数の固定部２６が所定の間隔を隔てて横並びに連結された形状をなす金具で、例えば両端が載置テーブル２４にネジ固定される。

そして、図３に示すように、電線ケーブル１３から露出された複数本の被覆電線１０は、その先端部分が載置テーブル２４から側方（図３で紙面手前側）に突出させた状態で、保持具２５の各固定部２６と載置テーブル２４との間に挟まれた状態で保持固定される。これにより、各被覆電線１０を、所定の隙間Ｓずつ開けた状態で一列状に配置することができる。なお、隙間Ｓは、被覆電線１０の外径と同等またはそれよりも小さい間隔が望ましい。本実施形態では、上記隙間Ｓは、図４に示すように、被覆材１７の内径（電線素線１６の外径）Ｄから被覆材１７の厚さの２倍の長さだけ短い間隔に設定されている。

レーザ光出射部２１は、載置テーブル２４から突出した被覆電線１０の上方において図示しない固定部材によって固定配置されている。レーザ光出射部２１は、例えば炭素ガスレーザ発振器３０（本発明の「レーザ発振器」の一例）と、その炭素ガスレーザ発振器３０からのレーザ光Ｌを収束して外部に出射する収束レンズ３１（例えばｆθレンズ）とを備えている。一方、載置テーブル２４から突出した被覆電線１０の下方には、反射部材３２が支持台２３の側面に保持固定されている。この反射部材３２は、透光性部材（例えばプラスチック製またはガラス製）の背面（図１で下面）に金蒸着された構成となっている。そして、被覆電線１０側に向けられた反射面３３は、水平方向（複数の被覆電線１０の配列方向）に沿った平面をなす。

そして、図４に示すように、レーザ光出射部２１からのレーザ光Ｌの出射方向は、上記反射部材３２の反射面３３の垂直方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に設定されている。従って、各被覆電線１０間の隙間Ｓを通過したレーザ光Ｌは、反射部材３２で反射（正反射）して被覆電線１０の背面側に照射されることになる。レーザ切断を行う場合には、まず、支持台２３の移動機構を駆動させて載置テーブル２４を被覆電線１０の配列方向に沿った一方向（例えば同図で右方向）に移動させる動作を開始させる。なお、この移動過程では、レーザ光出射部２１から直接照射されるレーザ光Ｌの照射点の移動方向と、各被覆電線１０を横切って通過し反射部材３２で正反射したレーザ光Ｌの照射点の移動方向とは、被覆電線１０側から見て同一方向（図４で紙面左方向）であり、かつ、両レーザＬの照射点の切断線（移動経路）は、被覆電線１０を真上から見て一致（両レーザ光Ｌの切断線が配列方向に垂直な方向で見て一致）するように調整されている。
すると、レーザ光出射部２１からのレーザ光Ｌの照射点は、上記一方向に沿って移動し、レーザ光出射部２１から直接照射されるレーザ光Ｌによって被覆電線１０の上面側の被覆材１７が切断される「上面側のレーザ切断」と、各被覆電線１０を横切って通過し反射部材３２で正反射したレーザ光Ｌによって被覆電線１０の下面側の被覆材１７を切断する「下面側のレーザ切断」とが交互に行われ、これにより、複数本の被覆電線１０の被覆材１７を切断することができる。

また、本実施形態では、載置テーブル２４を上記一方向に移動させたときに、上記上面側のレーザ切断によって一被覆電線１０の移動方向後面側を切断し終えた直後にその一被覆電線１０を横切ったレーザ光Ｌが反射部材３２で反射して、当該一被覆電線１０と隙間Ｓを形成するすぐ後ろの被覆電線１０の前端側に照射されるように、上記所定の角度θが調整されている。より具体的には、この所定の角度θ（反射面３３に対するレーザ光Ｌの入射角度）は、被覆電線１０の中心軸から反射面３３上に垂直に降ろした垂線と当該反射面３３との交点Ｐ１から被覆電線１０の外周に接する２本の接線Ｑ１，Ｑ２がなす角度の半分に設定されている。従って、載置テーブル２４の移動過程で、上面側のレーザ切断と下面側のレーザ切断とが連続的に行われ、無駄なレーザ光Ｌの出射を抑制でき、かつ、載置テーブル２４の移動範囲を最小限に抑えて効率よく複数本の被覆電線１０の切断作業を行うことができる。

更に、レーザ光出射部２１から出射されたレーザ光Ｌの焦点位置は、そのレーザ光Ｌが複数本の被覆電線１０の最上面を連ねた第１平面３４を通過して位置Ｐ２から、反射部材３２で正反射して、複数本の被覆電線１０の最下面を連ねた第２平面３５を通過した位置Ｐ３までの光路の中間位置Ｐ４に調整されている。このような構成であれば、上面側のレーザ切断時における被覆電線１０へのレーザ光Ｌの照射強度と、下面側のレーザ切断時における被覆電線１０へのレーザ光Ｌの照射強度とを略同一にすることができ、高い品質でレーザ切断を行うことができる。

２．本実施形態の効果
（１）本実施形態によれば、載置テーブル２４を移動させることで、上述した上面側のレーザ切断と下面側のレーザ切断とが交互に行われるため、載置テーブル２４を一方向へ１回移動させるだけ複数本の被覆電線１０をまとめてレーザ切断することができる。しかも、１対のレーザ光Ｌを対向照射して加工材料の両面を切断する従来の切断装置とは異なり、高度な光軸調整の必要がない。

（２）レーザ発振器として炭素ガスレーザ発振器３０から出力されるレーザ光Ｌは、電線素線１６等の金属への加工ができない遠赤外線領域の波長帯であるから、シビアなレーザ強度調整を要することなく、被覆材１７のみを切断することができる。また、反射部材３２は、透光性部材の背面に金蒸着した構成であるから、炭素ガスレーザ発振器３０からのレーザ光Ｌを高い反射率で正反射することができる。

（３）また、載置テーブル２４の移動過程で、互いに隣り合う被覆電線１０間の隙間Ｓを通過して反射部材３２で反射したレーザ光Ｌが、当該隣り合う被覆電線１０の一方（図４では載置テーブル２４の移動方向後側）の下面側に照射される。従って、例えば、互いに隣り合う被覆電線１０間の隙間Ｓを通過して反射部材３２で反射したレーザ光Ｌが、当該隣り合う被覆電線１０の更に後側に位置する他の被覆電線１０の下面側に照射される構成に比べて複数本の被覆電線１０全てを切断するための加工時間を短くすることができる。

＜実施形態２＞
図５〜図７は実施形態２を示す。前記実施形態１との相違は、レーザ光出射部２１の配置関係と反射部材の構成にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

上記実施形態１では、レーザ光出射部２１からのレーザ光の出射方向が、複数本の被覆電線１０の配列方向（図４で紙面左右方向）と垂直をなす方向（図４で紙面上下方向）に対して傾斜した構成であったが、これに限らず、例えば図５に示すような構成であってもよい。即ち、レーザ光出射部２１からのレーザ光Ｌの出射方向を、複数本の被覆電線１０の配列方向（図５で紙面左右方向）と垂直をなす方向（図５で紙面上下方向）とし、反射部材４０の反射面４１を上記配列方向に対して傾斜させた構成であってもよい。

但し、例えば図５のように、被覆電線１０及び反射部材４０を固定とし、レーザ光出射部２１だけを水平移動させる構成や、逆に、レーザ光出射部２１だけを固定とし、被覆電線１０及び反射部材４０を水平移動させる構成とした場合には、それぞれの隙間Ｓによってレーザ光出射部２１から反射部材４０までの距離が変わるため、各被覆電線１０の背面側に均一な強度のレーザ光を照射させることができなくなり得る。

そこで、図６に示すように、レーザ光出射部２１から各隙間Ｓを通過したレーザ光Ｌを所定の角度でそれぞれ反射される複数の反射面５０を複数本の被覆電線１０の配列方向に沿って並べた形状とする反射部材５１を用いるのが望ましい。なお、図７に示す反射部材６０のように、レーザ光出射部２１から各隙間Ｓを通過したレーザ光Ｌを所定の角度でそれぞれ反射される複数の反射面６１を複数本の被覆電線１０の配列方向に沿って並べつつ、レーザ光出射部２１からのレーザ光Ｌが各被覆電線１０によって遮られ照射されない部分を水平面６２とした形状であってもよい。

このような構成であれば、各被覆電線１０の背面側に均一な強度のレーザ光を照射させることができる。

＜実施形態３＞
図８は実施形態３を示す。前記実施形態１との相違は、レーザ光出射部２１の配置関係と反射部材の構成にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

本実施形態では、上記実施形態２と同様に、レーザ光出射部２１からのレーザ光Ｌの出射方向を、複数本の被覆電線１０の配列方向（図８で紙面左右方向）と垂直をなす方向（図８で紙面上下方向）とし、反射部材７０の反射面７１を上記配列方向に対して傾斜させた構成となっている。そして、この反射部材７０は、支持台２３の側面に取付金具７２によって固定されている。

また、本実施形態の保持具７４は、所定間隔を空けて一列状に並ぶ複数の保持突起７３を備えた櫛状の形状をなす。各保持突起７３は弾性変形可能とされ、これらの各間にそれぞれ被覆電線１０を挟み込むことで、上記隙間Ｓを開けた状態で複数本の被覆電線１０を保持固定できる。

このような構成によれば、載置テーブル２４を移動させると、レーザ光出射部２１と反射部材７０とは所定の位置に固定され、被覆電線１０のみが移動する。つまり、レーザ光出射部２１からのレーザ光が入射する反射面７１上の位置は常に同じ位置を維持するため、各隙間Ｓを通過し反射部材７０で反射して被覆電線１０の下面側に至るレーザ光Ｌの光路を一定にして同一照射強度での切断が可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１では、レーザ光出射部２１と反射部材３２とを固定として、載置テーブル２４に保持された複数本の被覆電線１０を移動させる構成としたが、これに限らず、複数本の被覆電線１０を固定とし、レーザ光出射部２１と反射部材３２とを互いの離間距離を保持しつつ複数本の被覆電線１０の配列方向に移動させる構成であってもよい。

（２）上記各実施形態では、レーザ発振器として炭素ガスレーザ発振器３０を使用したが、これに限らず、例えばＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、ＬＤレーザなどであっても本発明に適用可能である。しかし、これらのレーザ発振器を使用した場合、レーザ光により被覆材１７を除去する際に、被覆材１７内の電線素線１６が切断されないようにレーザ強度を高精度で調整することが必要となる。

（３）上記各実施形態では、本実施形態では、隙間Ｓは被覆材１７の内径（電線素線１６の外径）Ｄから被覆材１７の厚さの２倍の長さだけ短い間隔としたが、これに限らず、被覆材１７の内径（電線素線１６の外径）Ｄと略同一長に設定してもよい。

本発明の実施形態１に係る電線ケーブルを示した側面図 被覆電線と回路基板とを示した模式図 レーザ切断装置の全体構成を示した斜視図 レーザ光の入射角度及び各被覆電線間の隙間を説明するための模式図 実施形態２のレーザ光の入射角度及び各被覆電線間の隙間を説明するための模式図（その１） レーザ光の入射角度及び各被覆電線間の隙間を説明するための模式図（その２） レーザ光の入射角度及び各被覆電線間の隙間を説明するための模式図（その３） 実施形態３のレーザ切断装置の全体構成を示した側面図

符号の説明

１０…被覆電線
１７…被覆材
１６…電線素線
２０…レーザ切断装置
２１…レーザ光出射部
２５、７４…保持具（保持部）
２３…支持台（移動機構）
３０…炭素ガスレーザ発振器（レーザ発振器）
３２、４０、５１、６０、７０…反射部材
３３、４１、５０、６１、７１…反射面
３４…第１平面
３５…第２平面
７３…保持突起
Ｌ…レーザ光
Ｓ…隙間
Ｐ４…中間位置
θ…角度

Claims (10)

1. 複数本の被覆電線の被覆材をレーザ光の照射によって切断するレーザ切断方法であって、
   前記複数本の被覆電線を互いに隙間を開けて一列状に配置する工程と、
   前記被覆電線側に向けて出射させたレーザ光の照射点を、前記複数本の被覆電線に対してその配列方向において相対的に移動させつつ、前記各被覆電線を横切って通過したレーザ光を反射部材によって反射させることで前記レーザ光の出射側から見て前記被覆電線の背面側に照射させる工程とを、含むレーザ切断方法。
2. 複数本の被覆電線を互いに隙間を開けつつ一列状に並べて保持する保持部と、
   レーザ発振器、及び、そのレーザ発振器からのレーザ光を収束する収束レンズを有し、前記被覆電線側に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
   前記保持部と前記レーザ光出射部とを前記複数本の被覆電線の配列方向において相対的に移動させて、前記レーザ光出射部からのレーザ光の照射点を移動させる移動機構と、
   前記レーザ光出射部側から見て前記被覆電線の背後に設けられ、前記レーザ光出射部から前記各被覆電線を横切って通過したレーザ光を反射させて前記各被覆電線の背面側に照射させる反射部材と、を備えるレーザ切断装置。
3. 前記レーザ発振器は、炭酸ガスレーザ発振器である請求項２に記載のレーザ切断装置。
4. 前記反射部材の反射面は、前記配列方向に沿った平面をなし、
   前記レーザ光出射部のレーザ出射方向は、前記反射面の垂線に対して所定角度だけ傾斜した方向とされ、
   前記移動機構による相対移動の過程で、前記レーザ光出射部と前記反射部材とは、前記垂線方向における互いの離間距離が一定に保たれている構成である請求項２または請求項３に記載のレーザ切断装置。
5. 前記移動機構は、前記レーザ光出射部を固定とし、前記保持部を移動させる構成である請求項４に記載のレーザ切断装置。
6. 前記被覆電線同士の前記隙間は、前記被覆材の内径よりも前記被覆材の厚さの２倍の長さだけ短い間隔である請求項２から請求項５のいずれかに記載のレーザ切断装置。
7. 前記レーザ光出射部から出射されたレーザ光の焦点位置は、そのレーザ光が、前記複数本の被覆電線の最前面を含む平面を通過した位置から、前記反射部材で反射して前記複数本の被覆電線の最背面を含む平面を通過した位置までの光路の中間位置に設定されている請求項２から請求項６のいずれかに記載のレーザ切断装置。
8. 互いに隣り合う被覆電線間の隙間を通過して前記反射部材で反射したレーザ光は、当該隣り合う被覆電線の一方の背面側に照射される請求項２から請求項７のいずれかに記載のレーザ切断装置。
9. 前記反射部材は、その反射面に金蒸着が施された構成である請求項２から請求項８のいずれかに記載のレーザ切断装置。
10. 前記保持部は、複数の保持突起を備えた櫛状の形状をなし、前記保持突起同士間に前記各被覆電線を挟み込む構成である請求項２から請求項９のいずれかに記載のレーザ切断装置。

Images