JP5292760B2 - レーザろう付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザろう付け装置の技術に関し、より詳しくは、簡易な構成によってろう材の安定供給を実現するための技術に関する。

従来、レーザトーチによってろう付けを行うレーザろう付け装置が広く用いられている。レーザろう付け装置では、ろう付け対象部材に対してろう材を押付けてろう付けを行うようにしており、ろう材の押し付け具合によってろう付けの品質が左右されることが知られている。そして、押し付け力が過剰に強い場合には、部材とろう材との接触抵抗が高くなりろう材の供給が不安定になることが知られている。
このため従来、レーザろう付け装置には、ろう材の押付け力を一定に保持するための機構としてろう材供給ガイドが備えられている。

ろう材供給ガイドの例としては、ろう材のガイド部材が、ろう材の押付け方向に往復動可能にスライドする構成としたスライド機構に支持されており、このスライド機構に内蔵されるコイルバネによって、ろう付け対象部材に対するろう材の押付け力を吸収する構成としたろう材供給ガイドが知られており、該ろう材供給ガイドを備えたレーザろう付け装置が広く用いられている。

例えば、従来のレーザろう付け装置について、レーザトーチ周辺の第一構成例を説明すると、図４に示す如く、第一構成例に係る従来のレーザろう付け装置３１は、レーザトーチ３２、ろう材供給ガイド３３、ろう材供給装置３４、レーザ発振器３５、多関節ロボット３６等により構成している。

レーザトーチ３２は、レーザ発振器３５により発振されるレーザ光を、光ファイバ３７によりレーザトーチ３２に取り込んで、レーザトーチ３２内のレンズ（図示せず）を介して投光部３２ａから接合部となる照射点Ｐにレーザ光を照射するものである。レーザトーチ３２は多関節ロボット３６により支持されており、三次元方向を自在に移動可能な構成としている。そして、所望するろう付け経路に沿ってレーザトーチ３２を移動させることができるようにしている。

ろう材供給ガイド３３は、スライド機構３８を介してレーザトーチ３２の側面に摺動可能に支持されている。そして、ろう材供給ガイド３３はレーザトーチ３２の光軸方向に対して平行にスライド可能に構成されている。
さらに、ろう材供給ガイド３３の上端部３３ａは、レーザトーチ３２と一体的に形成されるばね支持部材３２ｂに嵌挿されるばね部材３９と当接しており、ろう材供給ガイド３３が図４中の上方に変位すると、ばね部材３９によりろう材供給ガイド３３を下方に変位させるばね力が付勢される構成としている。

ろう材供給ガイド３３には、ろう材ガイドノズル３３ｂが形成されており、このろう材ガイドノズル３３ｂに形成される孔３３ｃに、ろう材供給装置３４から供給されるろう材４０を通すことにより、照射点Ｐに向けた孔３３ｃの開口方向に沿ってろう材４０が供給され、ろう材４０の先端を照射点Ｐに導く構成としている。

ろう付け時には、レーザトーチ３２がろう付け対象部材４１に対して接近し、ろう材４０の先端が照射点Ｐにおいてろう付け対象部材４１に対して押圧される状態となる。この押圧力の大小はろう付け品質を左右するものであり、適切な押圧力を保持する必要があることが知られている。

この第一構成例に係るレーザろう付け装置３１では、ろう材４０の先端がろう付け対象部材４１に押圧されるときに作用する押圧力を、ろう材供給ガイド３３によって調整する構成としている。つまり、ろう材４０による押圧力が過大となるときには、ろう材供給ガイド３３が図４中の上方に変位しばね部材３９が収縮して過大な押圧力を吸収する構成としている。これにより、ろう材４０のろう付け対象部材４１に対する押圧力を一定に維持して、ろう付け品質を確保するようにしている。

しかしながら、この第一構成例に係るレーザろう付け装置３１では、ろう材供給ガイド３３がスライド機構３８によって支持される構成としているため、スライド機構３８が部品の摩耗やかじりにより故障する可能性があった。つまり、第一構成例に示すようなレーザろう付け装置３１では、故障率が高くなってしまい、装置としての信頼性が低下するという問題点があった。

また、以下に示す特許文献１においては、トーチと一体的に構成したガイドローラを備え、スライド機構によって押圧し、前記ガイドローラをろう付け対象部材に押し付けながらろう付けを行うことにより、トーチとろう付け対象部材との距離を一定に保つことによって、部材とろう材との接触抵抗を一定に保持する構成としたレーザろう付け装置が開示され公知となっている。

例えば、従来のレーザろう付け装置について、レーザトーチ周辺の第二構成例を説明すると、図５に示す如く、第二構成例に係る従来のレーザろう付け装置５１は、第一構成例と同様にレーザトーチ５２、ろう材供給ガイド５３、ろう材供給装置５４、レーザ発振器５５、多関節ロボット５６等により構成している。

レーザトーチ５２は、第一構成例と同様にレーザ発振器５５により発振されるレーザ光を、光ファイバ５７によりレーザトーチ５２に取り込んで、レーザトーチ５２内のレンズ（図示せず）を介して投光部５２ａから接合部となる照射点Ｑにレーザ光を照射するものである。レーザトーチ５２は多関節ロボット５６により支持されており、三次元方向を自在に移動可能な構成とし、ろう付け経路に沿って所望する位置にレーザトーチ５２を移動させることができるようにしている。

また、レーザトーチ５２の側面には、ろう材供給ガイド５３およびガイドローラ５８が固設支持されている。
ろう材供給ガイド５３には、ろう材ガイドノズル５３ａが形成されており、このろう材ガイドノズル５３ａに形成される孔５３ｂに、ろう材供給装置５４から供給されるろう材６０を通すことにより、照射点Ｑに向けた孔５３ｂの開口方向に沿ってろう材６０が供給され、ろう材６０の先端を照射点Ｑに導く構成としている。

ガイドローラ５８は、支持部５８ａとローラ部５８ｂから構成される部材である。このガイドローラ５８をろう付け対象部材６１に押圧させた状態では、レーザトーチ５２とろう付け対象部材６１との距離を一定に保持しながら、レーザトーチ５２をろう付け方向に移動させることができる

ろう付け時には、レーザトーチ５２がろう付け対象部材６１に対して接近し、ろう材６０の先端を照射点Ｑにおいてろう付け対象部材６１に対して押圧させると同時に、ガイドローラ５８がろう付け対象部材６１に接触する構成としている。
この第二構成例に係るレーザろう付け装置５１では、ろう材６０の先端をろう付け対象部材６１に押圧させるときに作用する押圧力を、ガイドローラ５８によって調整する構成としている。つまり、ガイドローラ５８をろう付け対象部材６１に押圧させた状態でレーザトーチ５２を移動させてろう付けを行うことにより、レーザトーチ５２とろう付け対象部材６１との距離を一定に保持し、これにより、ろう材６０による押圧力も一定に保持する構成としている。
このように、ろう材６０のろう付け対象部材６１に対する押圧力を一定に維持して、ろう付け品質を確保するようにしている。

しかしながら、この第二構成例に示すレーザろう付け装置５１は、ガイドローラ５８が当接するろう付け対象部材６１の形状が複雑な場合には適用することが難しく、適用可能なろう付け対象部材６１の形状が限定されてしまうという問題点があった。

さらに、以下に示す特許文献２においては、光学的な検知手段を用いて非接触でろう付け対象部材の位置を把握する構成とし、この位置の検知情報をレーザトーチ制御部にフィードバックして、対象部材とレーザトーチの距離を一定に保持するようにレーザトーチの位置を修正しながらろう付けを行うことによって、部材とろう材との接触抵抗を一定に保持する構成としたレーザろう付け装置が開示され公知となっている。

例えば、従来のレーザろう付け装置について、レーザトーチ周辺の第三構成例を説明すると、図６に示す如く、第三構成例に係る従来のレーザろう付け装置７１は、第一および第二構成例と同様にレーザトーチ７２、ろう材供給ガイド７３、ろう材供給装置７４、レーザ発振器７５、多関節ロボット７６等により構成している。

レーザトーチ７２は、第一および第二構成例と同様にレーザ発振器７５により発振されるレーザ光を、光ファイバ７７によりレーザトーチ７２に取り込んで、レーザトーチ７２内のレンズ（図示せず）を介して投光部７２ａから接合部となる照射点Ｒにレーザ光を照射するものである。レーザトーチ７２は多関節ロボット７６により支持されており、三次元方向を自在に移動可能な構成とし、ろう付け経路に沿って所望する位置にレーザトーチ７２を移動させることができるようにしている。

また、レーザトーチ７２の側面には、ろう材供給ガイド７３および部材位置検知センサ７８が固設支持されている。
ろう材供給ガイド７３には、ろう材ガイドノズル７３ａが形成されており、このろう材ガイドノズル７３ａに形成される孔７３ｂに、ろう材供給装置７４から供給されるろう材８０を通すことにより、照射点Ｒに向けた孔７３ｂの開口方向に沿ってろう材８０が供給され、ろう材８０の先端を照射点Ｒに導く構成としている。

部材位置検知センサ７８は、支持部７８ａとセンサ部７８ｂから構成される部材である。この部材位置検知センサ７８は、レーザトーチ７２とろう付け対象部材８１との距離を検知することができ、この検知した距離情報を多関節ロボット７６にフィードバックすることにより、レーザトーチ７２とろう付け対象部材８１との距離を一定に保持することができる構成としている。

ろう付け時には、レーザトーチ７２がろう付け対象部材８１に対して接近し、ろう材８０の先端を照射点Ｒにおいてろう付け対象部材８１に対して押圧させると同時に、部材位置検知センサ７８によってレーザトーチ７２とろう付け対象部材８１との距離を検知している。

この第三構成例に係るレーザろう付け装置７１では、ろう材８０の先端をろう付け対象部材８１に押圧させるときに作用する押圧力を、部材位置検知センサ７８によって調整する構成としている。つまり、部材位置検知センサ７８によってろう付け対象部材８１の位置を検知し、レーザトーチ７２とろう付け対象部材８１との距離を一定に保持した状態でレーザトーチ７２を移動させてろう付けを行うことにより、ろう材８０による押圧力も一定に保持する構成としている。
このように、ろう材８０のろう付け対象部材８１に対する押圧力を一定に維持して、ろう付け品質を確保するようにしている。

しかしながら、この第三構成例に示すレーザろう付け装置７１では、部材位置検知センサ７８の検知情報を多関節ロボット７６にフィードバックするために応答遅れが生じ、高速接合に対応しにくいという問題点があった。また、レーザろう付け装置７１の構成が複雑となり、装置のコストも高くなってしまうという問題点もあった。

即ち、第一から第三構成例によって示したように、従来のレーザろう付け装置においては、スライド機構等の摺動部がある場合、摺動部の摩耗、かじり等の影響により動作不良が発生する可能性があった。
また、ガイドローラを用いてトーチとろう付け対象部材との距離を一定に保持する構成としたレーザろう付け装置は、ろう付け対象部材の形状に凹凸があると適切に適用できない等の制約があり、汎用的に使用することができないという問題点があった。
さらに、ろう付け対象部材の位置を検出しトーチ位置を制御する方式としたレーザろう付け装置では、各所にセンサ類が必要となる等装置が複雑なものとなり、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
特公平７−１１５１８４号公報 特開平９−１５９４１０号公報

このように従来のレーザろう付け装置には、部材とろう材との接触抵抗を一定に保持する機構の方式によって、それぞれ異なる問題点を抱えている状況であった。
そこで本発明では、係る現状を鑑み、簡易な構成としたろう材のガイド部材によって安定したろう材の供給を実現し、安価で信頼性の高いレーザろう付け装置を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、レーザトーチと、ろう材供給装置と、ろう材供給ガイドと、を備え、前記ろう材供給装置により供給されるろう材を、前記ろう材供給ガイドに沿わせて、ろう付け対象部材上の前記レーザトーチによる照射部に供給するレーザろう付け装置であって、前記レーザトーチと、前記ろう材供給ガイドを構成するろう材ガイドノズルとが、板ばねを介して連結され、前記ろう材ガイドノズルに形成される孔に前記ろう材を通すことにより、前記照射部に向けた前記孔の開口方向に沿って前記ろう材が供給され、前記ろう材ガイドノズルが、前記レーザトーチによる照射部と、前記板ばねとの間に設けられ、前記ろう材ガイドノズルによって前記レーザトーチによる照射部で発生する熱が遮られる、ことを特徴としたものである。

請求項２においては、前記レーザトーチが下降するのに伴って、前記ろう材が、前記ろう付け対象部材と接触して受ける反力により、前記板ばねが弾性変形する、ことを特徴としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、スライド機構を用いない簡易な構成で、レーザろう付け装置にろう材供給ガイドを装備することができる。これにより、故障が少なく信頼性の高いレーザろう付け装置を安価に提供することができる。
また、ろう材供給ガイドによってレーザ照射部で発生する熱が遮られるため、板ばねにまで熱の影響が及ばず、板ばねの劣化を低減させることができる。これにより、レーザろう付け装置の信頼性維持に寄与することができる。

請求項２においては、板ばねの弾性変形によってろう材に作用する押圧力を吸収し、ろう材とろう付け対象部材との接触抵抗が低減されるため、ろう材を安定して供給することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るレーザろう付け装置のレーザトーチ周辺部の構成を示す正面模式図、図２は同じく側面模式図、図３は同じくろう付けの状況を示す部分拡大正面図である。

本発明に係るレーザろう付け装置１について、レーザトーチ２周辺の構成を説明する。
図１、図２に示す如く、本発明に係るレーザろう付け装置１は、従来の構成と同様にレーザトーチ２、ろう材供給ガイド３、ろう材供給装置４、レーザ発振器５、多関節ロボット６等により構成している。

レーザトーチ２は、レーザ発振器５により発振されるレーザ光を、光ファイバ７によりレーザトーチ２に取り込んで、レーザトーチ２内のレンズ（図示せず）を介して投光部２ａから接合部となる照射点Ｓに照射するものである。レーザトーチ２は多関節ロボット６により支持されており、三次元方向を自在に移動可能な構成とし、ろう付け経路に沿って所望する位置にレーザトーチ２を移動させることができるようにしている。

ろう材供給ガイド３は、板ばね３ａおよびろう材ガイドノズル３ｂにより構成されており、レーザトーチ２の側面に突設される支持プレート２ｂに対してろう材供給ガイド３が接続される構成としている。さらに詳述すると、レーザトーチ２の側面に突設した支持プレート２ｂには支持部材２ｃが固設されており、該支持部材２ｃに対して板ばね３ａを介してろう材ガイドノズル３ｂを支持することにより、ろう材供給ガイド３とレーザトーチ２が一体となるように構成している。

そして、図３に示す如く、ろう材ガイドノズル３ｂに形成される孔３ｃに、ろう材供給装置４から供給されるろう材１０を通すことにより、照射点Ｓに向けた孔３ｃの開口方向に沿ってろう材１０が供給され、ろう材１０の先端を照射点Ｓに導く構成としている。

即ち、ろう材供給ガイド３のろう材ガイドノズル３ｂが、レーザトーチ２による照射点Ｓと、板ばね３ａとの間に設けられる構成としている。
これにより、ろう材ガイドノズル３ｂによってレーザトーチ２による照射点Ｓで発生する熱が遮られるため、板ばね３ａにまで熱の影響が及ばず、板ばね３ａの劣化を低減させることができるのである。またこれにより、レーザろう付け装置１の信頼性維持に寄与することができるのである。

ろう付け時には、レーザトーチ２がろう付け対象部材１１に対して接近し、ろう材１０の先端を照射点Ｓにおいてろう付け対象部材１１に対して押圧させる状態となる。この押圧力の大小はろう付け品質を左右するものであり、適切な押圧力を保持する必要がある。
本発明に係るレーザろう付け装置１では、ろう材１０の先端をろう付け対象部材１１に押圧させるときに作用する押圧力を、ろう材供給ガイド３の板ばね３ａによって吸収して調整する構成としている。
さらに詳述すると、ろう材１０による押圧力が過大となるときには、ろう材ガイドノズル３ｂが上方に変位し、これにより板ばね３ａが弾性変形により湾曲して過大な押圧力を吸収する構成としている。これにより、ろう材１０のろう付け対象部材１１に対する押圧力を一定に維持して、ろう付け品質を確保するようにしている。

即ち、レーザトーチ２と、ろう材供給装置４と、ろう材供給ガイド３と、を備え、ろう材供給装置４により供給されるろう材１０を、ろう材供給ガイド３に沿わせて、ろう付け対象部材１１上のレーザトーチ２による照射点Ｓに供給するレーザろう付け装置１であって、レーザトーチ２と、ろう材供給ガイド３のろう材ガイドノズル３ｂとが、板ばね３ａを介して連結される構成としている。
これにより、スライド機構を用いない簡易な構成で、レーザろう付け装置１にろう材供給ガイド３を装備することができるのである。これにより、故障が少なく信頼性の高いレーザろう付け装置１を安価に提供することができるのである。

また、レーザトーチ２が下降するのに伴って、ろう材１０が、ろう付け対象部材１１と接触して受ける反力により、板ばね３ａが弾性変形する構成としている。
これにより、板ばね３ａの弾性変形によってろう材１０に作用する押圧力を吸収し、ろう材１０とろう付け対象部材１１との接触抵抗が低減されるため、ろう材１０を安定して供給することができるのである。

このように本発明に係るレーザろう付け装置１によって、従来の各レーザろう付け装置３１・５１・７１が抱えていた各問題点を解消し、簡易な構成で、信頼性が高く、適用範囲が広く、安価で高速接合に容易に対応できるレーザろう付け装置を実現することができるのである。

本発明の一実施例に係るレーザろう付け装置のレーザトーチ周辺部の構成を示す正面模式図。 同じく側面模式図。 同じくろう付けの状況を示す部分拡大正面図。 従来の第一構成例に係るレーザろう付け装置のレーザトーチ周辺部の構成を示す正面模式図。 従来の第二構成例に係るレーザろう付け装置のレーザトーチ周辺部の構成を示す正面模式図。 従来の第三構成例に係るレーザろう付け装置のレーザトーチ周辺部の構成を示す正面模式図。

１ レーザろう付け装置
２ レーザトーチ
３ ろう材供給ガイド
３ａ 板ばね
３ｂ ろう材ガイドノズル
４ ろう材供給装置
１０ ろう材
１１ ろう付け対象部材

Claims (2)

1. レーザトーチと、
   ろう材供給装置と、
   ろう材供給ガイドと、
   を備え、
   前記ろう材供給装置により供給されるろう材を、
   前記ろう材供給ガイドに沿わせて、
   ろう付け対象部材上の前記レーザトーチによる照射部に供給するレーザろう付け装置であって、
   前記レーザトーチと、
   前記ろう材供給ガイドを構成するろう材ガイドノズルとが、
   板ばねを介して連結され、
   前記ろう材ガイドノズルに形成される孔に前記ろう材を通すことにより、前記照射部に向けた前記孔の開口方向に沿って前記ろう材が供給され、
   前記ろう材ガイドノズルが、前記レーザトーチによる照射部と、前記板ばねとの間に設けられ、前記ろう材ガイドノズルによって前記レーザトーチによる照射部で発生する熱が遮られる、
   ことを特徴とするレーザろう付け装置。
2. 前記レーザトーチが下降するのに伴って、
   前記ろう材が、
   前記ろう付け対象部材と接触して受ける反力により、
   前記板ばねが弾性変形する、
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザろう付け装置。

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