JPH06218567A - レーザ接合構成 - Google Patents

レーザ接合構成

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JPH06218567A
JPH06218567A JP5245829A JP24582993A JPH06218567A JP H06218567 A JPH06218567 A JP H06218567A JP 5245829 A JP5245829 A JP 5245829A JP 24582993 A JP24582993 A JP 24582993A JP H06218567 A JPH06218567 A JP H06218567A
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JP
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arrangement
site
laser
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JP5245829A
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Ernest E Bergmann
エイゼンハート バーグマン アーネスト
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、レーザ接合処理における効率を向
上させるための構成を提供するものである。 【構成】 前記構成において、少なくとも１個の部品は
１個所の予め決められた位置（または数個所の位置）に
光線ビームを集中させるための手段を含むように形成さ
れる。この集中手段は、関係領域に前記光線を集中させ
る形状の開口部、例えば円錐形状または放物線形状の開
口部、になり得る。かけがえとして、部品が光線の波長
に対して透明になっている場合は、集中手段は部品の表
面に形成されるレンズまたは回折格子の形状になり得
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ接合に関し、特
にレーザ接合方法の効率を向上させるための構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
接合は、部品の結合を与える多数の応用に首尾よく用い
られてきた。例えば、１９９１年２月５日にアール・ジ
ェイ・ムアス(R.J.Moores)等に発行された「レーザ溶接
方法」と題する米国特許第4,990,741 号を参照された
い。これに開示されているように、第１及び第２の金属
製の構成要素は、溶接路の一部に沿ったシールド用不活
性ガスの低乱流でフォーカスされるビームを用いて、溶
接路に沿って結合することができる。ほとんどの応用に
おいて、（例えばプラスチックまたは金属製の）部品を
形成するために用いられる材料は光線に対して不透明で
あり、したがって光線は接点の側面から材料に当たらな
ければならない。この制限は、レーザ溶接装置をさらに
複雑にすると共にそのコストを増加させると思われる。
このように、この分野においては、種々の接合応用にお
いてレーザ源の利用を増すために要望されるものが残っ
ている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】先行技術において残って
いる必要なものは、レーザ接合に関し特にレーザ接合処
理の効率を向上させる構成に関する本発明によって取り
組まれる。本発明の一実施例によれば、少なくとも１個
の部品は、結合されることになる予め決められた位置の
方へ光線を集中する予め定められた特徴を含むように形
成される。集中する特徴の利点は、前記部品自体を前記
光線の波長に対して不透明な材料で形成できるというこ
とである。本発明の一実施例において、第１の部品は、
予め決められた位置にレーザ光の集中を与えるであろう
構造（例えば円錐形）の少なくとも１つの開口部を含む
ように形成することができる。
【０００４】他の実施例において、第１の部品は、透明
な材料で形成し、予め決められた位置に光線を集中する
ための集中手段、例えば一体レンズ、を含むことができ
る。両部品が透明な実施例のために、（エポキシ樹脂の
ような）吸収材料を、光線を吸収して熱せられるように
なるために両部品の間の界面に用いることができる。か
けがえとして、第１の部品は、両部品が結合されること
になる位置の近くに光線を集中させるための回折手段を
含むように形成することができる。本発明の模範的な実
施例は、結合位置にまたはその近くに位置する円錐形の
頂点を備えた円錐形の開口部を用いることができる。他
の実施例において、前記開口部は放物線形状にすること
により、多数の焦点に加熱を与え、多数の結合を作るこ
とができる。本発明のその他及びさらなる実施例及び利
点は、以下の説明を進める間に付随の図面も参照するこ
とにより明らかになるであろう。
【０００５】
【実施例】図１は、本発明による（「レーザ溶接」とし
て今後呼ぶがレーザ鋲止めまたはレーザ接合も含み得
る）集中レーザ結合を提供する模範的配置１０を示す。
配置１０は第１の部品１２と第２の部品１４を含み、両
部品は光線に対して不透明な材料、例えばプラスチック
またはステンレス鋼をからなり得る。両部品は図１にお
いて位置Ａ及びＢで結合されることになるものと仮定さ
れるべきである。本発明に従って、部品１４は一対の集
中開口部１６及び１８を含むように形成される。集中さ
れる光線は部品１４に当たって、図示のように、開口部
１６及び１８に入る。詳細には、光線は、開口部１６及
び１８に入る多数の平行ビーム形式になっている。（開
口部の構造、数及び位置は、本発明の目的に関して任意
であり、下記により詳細に説明されるであろう。また結
合は予め決められた数の現場で行われるであろう。）
【０００６】開口部１６及び１８に入る光線は、それぞ
れ、開口部１６及び１８の末端２０及び２２の方へ連続
的に集中するように示されている。一般に、開口部１６
及び１８の側壁が内方へテーパーになっていさえすれ
ば、側壁に当たる光線の十分な量が開口部の奥に向け直
され、末端２０，２２の方へ伝播し続けるであろう。末
端２０，２２は必ずしも部品１４の端面２４と一致する
必要がないことに注意すべきである。末端２０，２２が
実質的に面２４の近くにある限り、位置Ａ及びＢでレー
ザ溶接が達成されるのに足る加熱が生じるであろう。
【０００７】本発明の教示によるレーザ溶接を用いるこ
とができる他の配置３０は図２に示される。第１の部材
３２は、図示のように、位置３６で第２の部材３４に結
合される。この場合、開口部３８は第２の部材３４の側
壁に形成され、そこで、開口部３８の側壁３９は光線を
上方へ向けるような角度にされる。また、第１の部材３
２は角度を付けた側壁を備えても良い（図示しない）。
【０００８】種々の他の開口部構造が、図３に示される
ものを含み可能である。図３は、本発明の教示によるレ
ーザ溶接を提供する集中開口部４２を含む部品４０を示
す。図示のように、開口部４２は、溶接現場４８の方へ
レーザ光線を向けるのに役立つ、内方へ曲がっている側
壁４４，４６を含む。この特定の実施例において、開口
部４２は、溶接現場４８から離れた位置の部品４０内で
終わる。しかしながら、上述のように、末端におけるレ
ーザ光線の集中は、現場４８で溶接を形成するのに十分
な加熱（点線で示す）を与えるのが認められた。このよ
うに、実際に開口部を形成するために用いられる前記方
法は精密制御を要せず、少なくとも溶接現場の深さの近
くに開口部を形成すれば通常十分であろう。図４は、溶
接現場から離れた位置の開口部末端を含む他の部品を示
す。詳細には、部品５０は集中開口部５２を含み、この
場合、凹状に曲がった側壁５４，５６を備えている。ま
た、溶接現場５８は、開口部５２の末端の位置から離れ
たものとして図４に示されている。集中レーザ溶接を提
供するために、色々な他の開口部を本発明を実施して首
尾よく用いることができる。一般的には、事実上、望ま
しい位置の方へエネルギーを向けることができるどんな
構造も、本発明の教示に従って用いることができる。
【０００９】図５は、本発明の他の実施例６０を示し、
ここでは光線を向け直すことが屈折で与えられる。詳細
には、第１の部材６２は、位置６６で第２の部材６４に
結合されることになる。この場合、第２の部材６４は、
当たる光線の波長に対して十分に透明になっていなけれ
ばならない。図示のように、第２の部材６４は、平行に
された光線ビームを溶接現場６６の方へ集中させるよう
に作用する、レンズ化された表面６８からなる。第２の
部材６４がプラスチック材料からなる場合には、レンズ
６８は成形作業中に形成することができる。かけがえと
して、第２の部材６４がシリコン基板からなる場合に
は、レンズ６８はエッチングで形成することができる。
どんな場合でも、十分な光線量が望ましい溶接現場６６
に比較的近く集中される限り、表面６８の形状はクリテ
ィカルではない。
【００１０】また、透明な集中部材を用いる本発明の他
の実施例は図６に示される。図示にように、配置７０は
第１の部材７２と第２の部材７４を含み、第２の部材７
４は当たる光線の波長に対して十分に透明になってい
る。第２の部材７４は、光線を溶接現場７８の方へ向け
るために、図６の示されるような形状の集中領域７６を
含む。詳細には、集中領域７６は、空隙が領域７６を囲
むように示されているので、光線の屈折に備えるように
形成されている。
【００１１】図７は、透明な集中部材を用いることがで
きる本発明のさらに別の実施例を示す。詳細には、配置
８０は第１の部材８２と第２の部材８４を含み、ここで
は第２の部材８４は当たる光線の波長に対して十分に透
明になっている。第２の部材８４は、その表面に形成さ
れる回折格子８６を含む。ある実施例においては、回折
格子はゾーンプレートからなっていても良い。技術上周
知のように、回折格子は、望ましい位置に、この場合に
は予め決められた溶接現場８８に、当たる光線を集中さ
せることになるように形成することができる。
【００１２】上述のように、集中開口部は、一対のレー
ザ溶接が１個の開口部内に同時に形成されるように、放
物線形状開口部を含むように形成することができる。図
８は立体図における模範的配置９０を示し、ここでは第
１の部品９２は第２の部品９４に結合されることにな
る。第２の部品９４は、図示のように、開口部９８及び
１００に一対の放物線形状の壁を備えた開口部９６を含
む。したがって、到来する平行ビームは、この実施例で
は焦線が１０２及び１０４に沿っている、放物線形状の
開口部９６の位置に向けられるであろう。したがって、
本発明のこの特定の実施例によれば、一対の直線的なレ
ーザ溶接が１個の開口部内に形成されるであろう。
【００１３】図９は、本発明の教示に従って直線的なレ
ーザ溶接を提供する他の実施例１２０を示す。この配置
において、第１の部品１２２は第２の部品１２４にレー
ザ溶接されることになり、ここでは部品１２４は、溶接
作業を行なうために用いられる光線の波長に対して十分
に透明になっている。部品１２４の側壁１２６は、図示
のように、線１３０及び１３２に沿って到来する平行光
線をフォーカスさせるために放物線形状からなるように
形成される。
【００１４】上述のように、開口部が接合位置の近くに
光線の十分な集中を与える限り、種々の開口部構造が本
発明によるレーザ接合を提供するのに適する。図１０
は、上述のように用いることができる複数の色々な開口
部を含む模範的部品１４０を示す。上述の実施例と対照
的に、部品１４０の開口部は点または直線以外の構造で
終わるように示されている。詳細には、４個１組の開口
部１４２が、例えば円形部品の周囲の回りで接合を提供
することができる円弧で終わるように示されている。上
述の配置を用いた時と同様に、開口部は、頂点に沿った
レーザ光線の集中に備える側壁を含むように形成され
る。開口部１４４は、十字形状の頂点、すなわち他の適
当な形状で終わるように示されている。一般的に、要求
されるどんな構造も望ましい結果を提供するために用い
ることができる。
【００１５】本発明に従って集中レーザ結合を提供する
のに適する多くの他の配置があることを理解すべきであ
る。上述の種々の実施例は、模範的なもので説明のため
だけであり、制限のためではない。さらに、上述のよう
に、本発明の集中する特徴は、溶接、ハンダ付けまたは
鋲留めを含むがこれらに限らない種々の型式のレーザに
基づいた接合方法に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集中レーザ接合を用いる模範的実
施例を示す図である。なお、以下の各図において、同じ
参照番号は同じ部品を表わす。
【図２】集中レーザ接合を用いる他の配置を示す図であ
る。
【図３】本発明の教示に従って用いることができる他の
開口部構造を示す図である。
【図４】本発明の教示に従って用いることができる他の
開口部構造を示す図である。
【図５】少なくとも１個の透明部品と他の集中手段を用
いる本発明の他の実施例を示す図である。
【図６】少なくとも１個の透明部品と他の集中手段を用
いる本発明の他の実施例を示す図である。
【図７】少なくとも１個の透明部品と他の集中手段を用
いる本発明の他の実施例を示す図である。
【図８】各開口部内に複数のレーザ接合を形成すること
ができる開口部構造を用いる本発明の実施例を示す図で
ある。
【図９】各開口部内に複数のレーザ接合を形成すること
ができる開口部構造を用いる本発明の実施例を示す図で
ある。
【図１０】本発明の教示による接合を提供する際に用い
るのに適した多数の異なる開口部構造を含む模範的部品
を示す図である。
【符号の説明】
１２、１４ 部品 １６、１８ 開口部 ２０、２２ 末端 ２４ 面

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の部品及び第２の部品を含み、前記
    第１の部品は、少なくとも１個所の予め決められた結合
    現場において前記第２の部品にレーザ接合されることに
    なり、少なくとも１個の部品は、前記少なくとも１個所
    の予め決められた結合現場の方へ前記レーザからの光線
    を集中させるための手段を含むことを特徴とする配置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の配置において、集中手段
    は、少なくとも１個所の予め決められた結合現場の方へ
    レーザ光線を集中させるための内方へテーパーになった
    側壁と頂点とを含む開口部からなる配置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の配置において、開口部の
    頂点は結合現場と一致している配置。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の配置において、開口部の
    頂点は結合現場から離れたままである配置。
  5. 【請求項５】 請求項２記載の配置において、内方へテ
    ーパーになった側壁は、開口部の頂点の近くで複数のレ
    ーザ結合に備えるために放射線形状からなる配置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の配置において、少なくと
    も１個の部品は結合を与えるために用いられるレーザ光
    線の波長に対して十分に透明になっている配置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の配置において、集中手段
    は、少なくとも１個所の結合現場にレーザ光線の集中を
    与えることができる位置に少なくとも１個の透明な部品
    の表面に形成される特徴部分からなる配置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の配置において、特徴部分
    はレンズからなる配置。
  9. 【請求項９】 請求項６記載の配置において、集中手段
    は、少なくとも１個所の結合現場の方へレーザ光線を集
    中させるのに十分な内部反射を与えるためにテーパーに
    される透明な部品内の領域からなる配置。
  10. 【請求項１０】 請求項６記載の配置において、集中手
    段は、少なくとも１個の透明な部品の表面に形成される
    回折格子からなる配置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の配置において、回折
    格子はゾーンプレートからなる配置。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載の配置において、第１の
    部品はレーザ溶接を用いて第２の部品に結合される配
    置。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の配置において、少なく
    とも１個所の予め決められた結合現場は本質的に点から
    なる配置。
  14. 【請求項１４】 請求項１記載の配置において、少なく
    とも１個所の予め決められた結合現場は本質的に線部分
    からなる配置。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載の配置において、少なく
    とも１個所の予め決められた結合現場は円弧からなる配
    置。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の配置において、少なく
    とも１個所の予め決められた結合現場は予め定められた
    構造からなる配置。
  17. 【請求項１７】 ａ）第１の部品及び第２の部品を供給
    する工程であって、少なくとも１個の部品は、前記第１
    の部品を前記第２の部品に結合するために用いられる少
    なくとも１個所の予め決められた結合現場の方へレーザ
    光線を集中させるための手段を含む工程と、 ｂ）光線が前記集中手段に当たって前記少なくとも１個
    所の結合現場に向けられるように、前記第１及び第２の
    部品にレーザを放射する工程と、 ｃ）前記第１の部品と第２の部品の接合を与えるのに十
    分な時間の間工程ｂ）の放射を維持する工程とからなる
    ことを特徴とするレーザ接合方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載の方法において、工程
    ａ）を実行する場合、集中手段は、少なくとも１個所の
    予め決められた結合現場の方へレーザ光線を集中させる
    ための、内方へテーパーになった側壁と頂点とを含む開
    口部からなるように形成される方法。
JP5245829A 1992-10-01 1993-10-01 レーザ接合構成 Pending JPH06218567A (ja)

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