JP2007261115A

JP2007261115A - レーザ溶着装置

Info

Publication number: JP2007261115A
Application number: JP2006089900A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yushimo; 将史湯下
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】
透過材２１と吸収材２２との間に形成される隙間を最小限にできるレーザ溶着装置１を提供すること。
【解決手段】
レーザ光を発生させる発振器３と、発振器３にて発生したレーザ光を被加工部材２に向けて照射するレーザトーチ５と、被加工部材２が設置されるベース部材６と、レーザトーチ５を支持するとともに、ベース部材６に対して被加工部材２を押圧する方向に移動しかつ被加工部材２を押圧するために必要な強度を有する押圧部材７とをレーザ溶着装置１が備え、押圧部材７は、レーザトーチ５により被加工部材２をレーザ照射するため被加工部材２側に開口する貫通部７１を備える構成としたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を透過する透過材とレーザ光を吸収する吸収材とをレーザ光によって溶着するレーザ溶着装置に関する。

レーザ光による溶着（レーザ溶着）は、気密性を要する部材間の接合部分などに適用されることが多い。公知のレーザ溶着装置が後述の特許文献１に記載されている。この装置は、レーザ光を透過する透過材とレーザ光を吸収する吸収材とを密着させて成る被加工部材にレーザ光を照射することで、透過材と吸収材との間の密着部を溶着するものである。レーザ光の照射部と被加工部材との間には、漏斗状の加工ノズルが配置されている。同装置は、加工ノズルを介して、透過材が吸収材に密着すべく透過材の押圧面を押圧する。これにともなって、透過材と吸収材との間の密着部に向けてレーザ光が照射され、同密着部が溶着される。
特開２００３−１１７６７４号公報

上述の装置においては、透過材と吸収材とを密着させるため、透過材の押圧面のうち、レーザ光の入射部の周辺が局所的に押圧される。このため、透過材及び吸収材が大型の樹脂成形品で、且つ反りが生じやすい（反り変形しやすい）ものである場合には、透過材と吸収材とを十分に密着させることが困難となる。透過材と吸収材とが十分に密着しない場合、透過材と吸収材との間に隙間が形成される。透過材と吸収材との間の隙間に存在する空気は、断熱材として機能する。したがって、透過材と吸収材との間に隙間が形成されると、レーザ光の照射によって吸収材に生じた熱が透過材へと十分に伝わらず、溶着が不十分となる。溶着が不十分となった場合、気密不良・強度低下等の問題が発生する可能性があった。

よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、透過材と吸収材との間に形成される隙間を最小限にできるレーザ溶着装置を提供することを課題とする。

レーザ光を透過する透過材とレーザ光を吸収する吸収材とを密着させて成る被加工部材にレーザ光を照射することで、前記透過材と前記吸収材との間の密着部を溶着するレーザ溶着装置であって、前記レーザ光を発生させる発振器と、前記発振器に接続され、該発振器にて発生したレーザ光を照射部から前記被加工部材に向けて照射するレーザトーチと、前記被加工部材が設置されるベース部材と、前記レーザトーチを支持するとともに、前記ベース部材に対して前記被加工部材を押圧する方向に移動しかつ該被加工部材を押圧するために必要な強度を有する押圧部材と、を備え、該押圧部材は、前記レーザトーチにより前記被加工部材をレーザ照射するため前記被加工部材側に開口する開口部を備え、前記被加工部材のレーザ入射部を除く部分もしくはレーザ入射部を除く部分及びその周辺部を除く部分を押圧する構成としたことである。

押圧部材は、透過材と吸収材を確実に密着させるものであれば、前記被加工部材のレーザ入射部を除く部分もしくはレーザ入射部及びその周辺部を除く部分のすべての部分を押圧しなくてもよい。

好ましくは、請求項２に記載の様に、前記押圧部材は、金属製であると良い。

好ましくは、請求項３に記載の様に、前記押圧部材は、前記被加工部材のレーザ入射部もしくはレーザ入射部及びその周辺部を除く全面を押圧すると良い。

好ましくは、請求項４に記載の様に、前記開口部は、前記被加工部材のレーザ入射部に沿って形成された貫通部であり、前記レーザトーチは、該貫通部に沿って移動すると良い。

好ましくは、請求項５に記載の様に、前記押圧部材は、前記レーザトーチを支持するトーチ支持部と、前記開口部に沿って形成され前記トーチ支持部が摺動するガイド部とを備えていると良い。

好ましくは、請求項６に記載の様に、前記レーザトーチに連結し、該レーザトーチの照射部を任意の方向に移動可能なロボットをさらに備えると良い。

好ましくは、請求項７に記載の様に、前記請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のレーザ溶着装置を用いて前記透過材と前記吸収材との間の密着部を溶着すると良い。

また、押圧部材に連結し、該押圧部材をベース部材に対して上下方向に移動させるシリンダ機構をレーザ溶着装置がさらに備えると良い。

また、押圧部材を被加工部材、ベース部材及びシリンダ機構と共にレーザトーチに対して相対移動させる移動装置をレーザ溶着装置がさらに備えると良い。

本発明によれば、前記レーザトーチを支持するとともに、前記ベース部材に対して前記被加工部材を押圧する方向に移動しかつ該被加工部材を押圧するために必要な強度を有する押圧部材を備え、該押圧部材は、前記レーザトーチにより前記被加工部材をレーザ照射するため前記被加工部材側に開口する開口部を備え、前記被加工部材のレーザ入射部を除く部分もしくはレーザ入射部及びその周辺部を除く部分を押圧する。この構造によれば、透過材及び吸収材が大型の樹脂成形品で、且つ反りが生じやすい（反り変形しやすい）ものである場合であっても、透過材と吸収材とを十分に密着させることが可能となる。透過材と吸収材とが十分に密着することによって、透過材と吸収材との間に形成される隙間が最小限となり、被加工部材における溶着不良の発生を防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を基に説明する。図１は、本発明に係るレーザ溶着装置１の概略図、図２は、レーザ溶着装置１を用いて溶着されるワーク２の斜視図である。

レーザ溶着装置１は、レーザ光を透過する透過材２１と、レーザ光を吸収する吸収材２２とを密着させて成る被加工部材２にレーザ光２０を照射することで、透過材２１と吸収材２２との間の密着部２３を溶着するものである。密着部２３には、レーザ光２０の照射によって溶着部２４が形成される。

レーザ溶着装置１は、発振器３と、ファイバ４と、レーザトーチ５と、ベース部材６と、押圧部材７とを備えている。発振器３にて発生したレーザ光は、ファイバ４を介してレーザトーチ５に伝えられる。レーザトーチ５に伝えられたレーザ光は、レーザトーチ５の照射部５１から被加工部材２に向けて照射される。レーザトーチ５は、ロボット１３に連結されている。これにより、レーザトーチ５の照射部５１は、任意の方向に移動できる。

被加工部材２は、ベース部材６上に設置される。ベース部材６は、金属材等を用いてプレート状に形成されている。ベース部材６は、被加工部材２における吸収材２２を保持する。透過材２１は、吸収材２２の上に重ねられている。ベース部材６は、土台８に固定されており、土台８に対してその位置が保持されている。

押圧部材７は、シリンダ機構１０を介して、土台８に連結している。シリンダ機構１０は、筒状のシリンダ１１と、シリンダ１１に連結しシリンダ１１に対して上下方向（図１示上下方向）に移動するロッド１２とから成る公知のものである。ロッド１２は、エア・油圧等の駆動力により、シリンダ１１に対して移動する。シリンダ１１は、土台８に取り付けられている。シリンダ１１に支持されたロッド１２は、ベース部材６を上下方向に貫通している。ベース部材６を貫通したロッド１２の先端は、押圧部材７に連結している。シリンダ機構１０が作動すると、ロッド１２がシリンダ１１に対し上下方向に移動する。これにともなって、ロッド１２に連結した押圧部材７は、図１中２点鎖線で示す様に、土台８（ベース部材６）に対して上下方向に移動し、ベース部材６上の被加工部材２の押圧面２５を押圧する。なお、本実施形態では、位置の固定されたベース部材６に対し、押圧部材７が上下方向に移動する構造であるが、押圧部材７の位置が固定され、位置の固定された押圧部材７に対し、ベース部材６が上下方向に移動する構造であっても良い。

また、土台８は、移動テーブル１４に固定されている。移動テーブル１４は、土台８ならびに土台８に保持されるシリンダ機構１０、ベース部材６、押圧部材７及び被加工部材２を、レーザトーチ５に対して相対移動させる。

図３は、図１におけるＩＩＩ方向矢視図で、押圧部材７とその周辺の構造を概略的に示す図、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

押圧部材７は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の炭素鋼や、ＳＫＤ１１等の合金工具鋼などの金属材を用いて、プレート状あるいはブロック状に形成されている。押圧部材７は、上述したレーザトーチ５を支持している。なお、押圧部材７は、被加工部材２を押圧するために必要な強度を有すればいかなる材質のものであってもよく、金属製、セラミックス製等が好ましく、特に、金属製であることが好ましい。

押圧部材７には、貫通部７１と、トーチ支持部７２と、ガイド部７３とが設けられている。貫通部７１は、レーザトーチ５により被加工部材２にレーザ光２０を照射するため、被加工部材２に向かって開口している。貫通部７１は、押圧部材７を上下方向（図４示上下方向）に貫通し、被加工部材２の押圧面２５のうち、レーザ光２０の入射するレーザ入射部２６に沿って形成されている。なお、本実施形態では、図３に示す様に貫通部７１が孔形状であるが、貫通部７１が切欠き形状のものであってもよい。トーチ支持部７２は、レーザトーチ５を支持するプレート状の部材である。トーチ支持部７２は、レーザトーチ５に連結し、本実施形態においては、筒状のレーザトーチ５に嵌合するような孔（円形、角形等）を有するプレート部材である。本発明の実施例では、プレート部材は、長方形状となっている。なお、トーチ支持部７２は、レーザトーチ５と一体に形成されるものであっても良い。ガイド部７３は、本発明の実施例では、貫通部７１に沿って形成された摺動路である。摺動路７３の内面には、公知のスライダ機構やベアリングが構成されていることが好ましい。ガイド部７３は、トーチ支持部７２を摺動自在に支持する。トーチ支持部７２は、ガイド部７３を摺動する。ガイド部７３は、トーチ支持部７２を介して、レーザトーチ５を貫通部７１に沿って移動自在にガイドする。レーザトーチ５は、図３中２点鎖線で示す様に、押圧部材７の貫通部７１に沿って移動する。押圧部材７は、貫通部７１、トーチ支持部７２及びガイド部７３を介してレーザトーチ５を支持している。レーザトーチ５の照射部５１は、透過材２１の押圧面２５のレーザ入射部２６に対向するように、貫通部７１内に位置している。

シリンダ機構１０（図１参照）が作動すると、押圧部材７は、被加工部材２にて透過材２１が吸収材２２に密着するように、透過材２１の押圧面２５をベース部材６に向かって押圧する。レーザトーチ５の照射部５１から照射されたレーザ光２０は、透過材２１の押圧面２５のレーザ入射部２６に入射する。押圧部材７は、透過材２１の押圧面２５のうちレーザ入射部２６を除く全面、若しくはレーザ入射部２６及びその周辺部を除く全面を、ベース部材６に向けて押圧する。これにより、透過材２１と吸収材２２とが十分に密着し、透過材２１と吸収材２２との間に形成される隙間が最小限となる。

本発明のレーザ溶着装置１においては、押圧部材７によって透過材２１と吸収材２２とを密着させた後、レーザトーチ５の位置を保持した状態で移動テーブル１４により被加工部材２を移動させるか、あるいは、被加工部材２の位置を保持した状態でロボット１３によりレーザトーチ５を移動させる。これらの移動の間に、レーザトーチ５の照射部５１からレーザ光２０を被加工部材２に向けて照射することで、被加工部材２における透過材２１と吸収材２２との間の密着部２３に、押圧部材７のトーチ支持部７１の形状に沿って、溶着部２４が形成される。

図５は、被加工部材２及び押圧部材７の他の実施形態を示す斜視図である。レーザ光を透過する透過材２１’と、レーザ光を吸収する吸収材２２’とから成る被加工部材２’において、レーザ光の照射により透過材２１’と吸収材２２’との間に溶着部２４’を形成する場合、貫通部７１’を備えた押圧部材７’が用いられる。ロボット１３又は移動テーブル１４（図１参照）の作動により、レーザトーチ５（図１参照）が被加工部材２’に対し貫通部７１’に沿って移動することで、透過材２１’と吸収材２２’との間に溶着部２４’が形成される。

以上説明した様に、本発明に係るレーザ溶着装置１によれば、透過材２１と吸収材２２とを密着させるための押圧部材７は、ベース部材６に設置された被加工部材２の押圧面２５のうち、レーザ入射部２６を除いた全面をベース部材６に向かって押圧する。この構造によれば、透過材２１及び吸収材２２が大型の樹脂成形品で、且つ反りが生じやすい（反り変形しやすい）ものである場合であっても、透過材２１と吸収材２２とを十分に密着させることが可能となる。透過材２１と吸収材２２とが十分に密着することによって、透過材２１と吸収材２２との間に形成される隙間が最小限となる。これにより、透過材２１と吸収材２２とが十分に溶着され、被加工部材２における溶着不良の発生を防止できる。

本発明に係るレーザ溶着装置１の概略図。レーザ溶着装置１を用いて溶着されるワーク２の斜視図。図１におけるＩＩＩ方向矢視図で、押圧部材７とその周辺の構造を概略的に示す図。図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。被加工部材２及び押圧部材７の他の実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１レーザ溶着装置
２被加工部材
３発振器
５レーザトーチ
６ベース部材
７押圧部材
１０シリンダ機構
１３ロボット
１４移動テーブル（移動装置）
２０レーザ光
２１透過材
２２吸収材
２３密着部
２４溶着部
２５押圧面
２６レーザ入射部
５１照射部
７１貫通部（開口部）
７２トーチ支持部
７３ガイド部

Claims

レーザ光を透過する透過材とレーザ光を吸収する吸収材とを密着させて成る被加工部材にレーザ光を照射することで、前記透過材と前記吸収材との間の密着部を溶着するレーザ溶着装置であって、
前記レーザ光を発生させる発振器と、
前記発振器に接続され、該発振器にて発生したレーザ光を照射部から前記被加工部材に向けて照射するレーザトーチと、
前記被加工部材が設置されるベース部材と、
前記レーザトーチを支持するとともに、前記ベース部材に対して前記被加工部材を押圧する方向に移動しかつ該被加工部材を押圧するために必要な強度を有する押圧部材と、
を備え、
該押圧部材は、前記レーザトーチにより前記被加工部材をレーザ照射するため前記被加工部材側に開口する開口部を備え、前記被加工部材のレーザ入射部を除く部分もしくはレーザ入射部及びその周辺部を除く部分を押圧するものであることを特徴とするレーザ溶着装置。
前記押圧部材は、金属製であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶着装置。
前記押圧部材は、前記被加工部材のレーザ入射部もしくはレーザ入射部及びその周辺部を除く全面を押圧するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ溶着装置。
前記開口部は、前記被加工部材のレーザ入射部に沿って形成された貫通部であり、前記レーザトーチは、該貫通部に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ溶着装置。
前記押圧部材は、前記レーザトーチを支持するトーチ支持部と、前記開口部に沿って形成され前記トーチ支持部が摺動するガイド部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ溶着装置。
前記レーザトーチに連結し、該レーザトーチの照射部を任意の方向に移動可能なロボットをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーザ溶着装置。
前記請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のレーザ溶着装置を用いて前記透過材と前記吸収材との間の密着部を溶着することを特徴とするレーザ溶着方法。