JP2022128431A

JP2022128431A - 複数個の反射部分を用いワークピースのアクセス不能エリアにレーザビームを到達させてそのワークピースをレーザ熔接するシステム及び方法

Info

Publication number: JP2022128431A
Application number: JP2022023750A
Authority: JP
Inventors: ズジスワフブガイグジェゴーシュ; Zdzislaw Bugaj Grzegorz; ザヴィトゥスキーアレクサンドル; Savitski Alexander
Original assignee: Dukane IAS LLC
Current assignee: Dukane IAS LLC
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2022-09-01
Also published as: EP4046740A1; CN114951970A

Abstract

【課題】ワークピースの周縁を巡りレーザ熔接する装置及び方法を得る。【解決手段】固定された非可動でユニタリな光反射器であり、互いに対し鈍角にて配置された第１側面及び第２側面それぞれの上に、対をなす光反射面部分を有する。その反射器を有するアセンブリ内にワークピースを固定する。セットアップ中に、反射面のどのような調整も抜きで、それらの長軸を横切る軸に沿いそれら反射器・ワークピース間で垂直距離を調整する。第１及び第２側面により、その長軸を横切る曲線を画定する。セットアップ完了後は、そのレーザビームが光反射器に沿い動きひいてはワークピースを巡る３６０度周縁熔接部がもたらされるよう、レーザビームを差し向ける。固定されたレーザ光源から固定されたワークピースの周縁に照射すべくレーザビーム方向を複数回変化させる、別のアセンブリを設ける。【選択図】図６Ａ

Description

［関連出願への相互参照］
本願では、２０２１年２月２２日付米国特許出願第１７／１８２０５５号及び２０２１年３月２９日付米国特許出願第１７／２１５５２０号に基づき優先権を主張し、ここに各々の全容を参照により本願に繰り入れるものとする。

［発明の分野］
本件開示の諸態様はレーザ熔接システムに関し、より具体的には、複数個の光反射面を有する単一の固定された光反射器とレーザビームとを用い管状部材を熔接するシステム及び方法に関する。

大抵の薬品配給装置には、その装置の諸部分をつなぐプラスチック配管と、それらを通じ患者に薬剤が配給されるプラスチック配管とが組み込まれている。様々な管状部材間のジョイント、例えば管対ポート又は管対管型のそれは最もありふれたサブアセンブリの一つであり、大抵の薬品供給装置にて見出すことができる。

レーザ熔接プロセスは現在のところ最も先進的な組立技術であり、大量製造に関わる多数の明白な利点を有している。しかしながら、合せ面付近での３６０°周縁熔接が必要な場合、レーザ熔接プロセスを利用した管状部材同士の接合及び管状部材と他のパーツとの接合が技術的難題をもたらすものとなる。そのアセンブリの周りでレーザ光源を回動させることや、静止レーザヘッド下でそのアセンブリ（容器その他の部材がそれに装着されていることもある）を自転させることは、製造プロセスにて常に実現可能なことではないので、この技術的難題に対処すべく多数の方法が提案されている。

例えば、管状ワークピースを、そのワークピースを取り囲む凹面円形鏡の中心に縦配置することができる。その上で、レーザビームをワークピースの上方にある鏡の周りで旋回又は周回させることで、そのワークピースの外周面全体に亘りそのレーザビームを差し向けるものである。この従来技術は、円形鏡の中心を通じてのワークピースの操作が非常に難儀であり、とりわけ大量生産セッティングでは煩わしいため、製造環境には適していない。

また例えば、光反射器の複雑なセットを用い、ワークピースの逆側へとレーザビームを方向転換させることができる。複数個の凹面鏡及び平坦鏡、例えば円錐鏡、球面鏡及び平面鏡の組合せを用い、熔接中に、ワークピースの逆側及び横側の方へとレーザビームを偏向させることができる。しかしながら、そうした複雑で入り組んでいる光学システムは非常に高価であり、メンテナンス中に修理するのが難しい。

別の従来手法が特許文献１にて提案されており、その記述によれば、管状アセンブリの下方に一対の可調な光反射器を配置し、その角度並びに側方及び垂直位置を調整することで、そのアセンブリの上部パーツを直接ビームに対し露出させその直接ビームによりそのアセンブリを側方走査しつつ、それら反射器から反射されてきたビームによりそのアセンブリの下部パーツの両側をカバーできる見込みがある。この方法につき述べられている目的は、「より単純でより空間節約的な技術」を提供する、というものである。しかしながら、反射ビームによりアセンブリの下部パーツ全体を均一に加熱し、均一な素材熔融を発生させるには、この方法では、各反射器対の時間浪費的調整によりそのアセンブリに対するそれら２個の反射器の正しい角度並びに側方及び垂直位置を見出すことが、必要になる。

それら２個の反射器間の角度やそれらの側方又は垂直位置が正しくなければ、その誤差によって、下部パーツ（ワークピース）の諸部分の不均一加熱という結果になるであろう。例えば、それら反射器間の角度が広めであったり、それら２個の反射器の基部とそのアセンブリの位置との間の（地面に対し垂直な）Ｚ軸沿いでの距離が大きめであったりすると、そのワークピースパーツの最下部の過剰加熱とその側部の加熱不足とにつながることとなろう。反射器間側方距離が大きめであったり、角度が小さめであったり、Ｚ軸沿い分離が短めであったりすると、そのアセンブリの下部パーツの側部の過剰加熱とその底部（最下部）の中心の加熱不足という結果になり、その個所にて不適切加熱及び潜在的漏れ経路が生じることとなろう。そのアセンブリ内のワークピースの下部パーツの両側を均一に加熱するには、両反射器につきその表面とＺ軸（垂直）との間の角度を厳密に同一なものとする必要があるし、また、一方の反射器の角度位置を調整するのが容易な一方で、据付物内反射器間角度を計測することは非常に面倒、時間浪費的且つ難題である。この調整を多数回に亘り繰り返さないと、そのアセンブリの特定位置に対応する正しい角度を見出すことや、両反射器の位置を確と同一にすることができない。両反射器同士の精密な角度位置揃えに関わるこの要請により、セットアップの困難性が顕著に助長されている。

言い換えれば、特許文献１にて提案されている手法では、ワークピースパーツ毎にそのアセンブリの複数個の動作部材につき多数の調整コンビネーションを行わねばならないため、セットアップ誤差の機会が多くなり過ぎ、或いは長々としたセットアップ時間になってしまう。

ワークピースのうちレーザの直接的経路上にないエリアにそのレーザを到達させうる配列に関わる、別の要請もある。例えば、ワークピースのうちレーザから見て真裏のエリアには、そのワークピースを回すかレーザを動かすかしない限り、そのエネルギによりアクセスすることができないため、校正及び運動の注意深い協調と大規模なセットアップとが必要であるが、それを複数通りのワークピース種別及びフォームファクタに適用するのは難しかろう。

米国特許出願公開第２０１７／０１８２５９２号（Ａ１）

従って、必要とされているのは、管状部材をより正確にレーザ熔接することによって、より調和的且つより高品質な熔接結果をもたらすシステム及び方法であり、大量生産製造セッティングでの熔接に先立ちそのアセンブリの広範的、誤差誘発的又は時間浪費的な事前調整又は校正を行う必要がないものである。

本発明の諸態様には、特許文献１にて説明されている開示内容に対する改善点が反映されている。根幹的相違の一つは、対をなす光反射器の使用に代え本件開示で提案しているのが、単一のユニタリ（単体）で固定されている光反射器であり、（レーザビームを反射させるよう構成された）複数個の光反射側面を有し、それらが互いに対し鈍角（９０°超１８０°未満）に角度付けされているものの、使用であることである。もう一つの根幹的相違は、その熔接アセンブリに求められる唯一の熔接前セットアップが、レーザ熔接開始前における、光反射器に対するワークピースのＺ軸調整（垂直方向）であることである。互いに対する反射面の角度や個々の側方位置の調整は、ワークピースとの関連では必要とされない。実のところ、本件開示の光反射器は固定されたユニタリ片であるため、そうした調整は可能ですらない。即ち、この光反射器は、機器セットアップ中の予備熔接と、レーザエネルギがワークピースに付与されそれ自体が熔接されるときの双方を含め、常に固定状態に保たれる。更に、レーザ光源を、熔接中にワークピース周りで回動させる必要はなく、寧ろ、セットアップ中の予備熔接及びその熔接中の双方にてワークピースに対しある静止距離に保つようにする。これらの態様では、セットアップ時間を最短化しなければならないが熔接部をどのパーツでも一貫していて高品質なものとしなければならない大量生産セッティングにおいて、製造プロセス中に同じパーツを熔接しているときにそのセットアップに対し微細調整を施すことなく、高い再現性及び非常に低い変動性で以て且つ非常に短小なセットアップ時間及び労力（ワークピースと光反射器の底部又は中心との間の垂直距離の調整のみ）で以て、一貫しており高品質な３６０度周縁熔接部がもたらされる。本件開示では、管状パーツ（ワークピース）の周縁熔接向けのレーザ熔接セットアップの「セットイットアンドフォーゲットイット」（設定後忘却可）コンフィギュレーションが助長され、熔接開始前セットアップ中に同じパーツに関し必要な調整が一つだけとなり、また大量生産セッティングにて同じパーツに関し何ら更なる調整を行う必要がない。熔接品質が全体として改善されどのパーツでも目立って一貫したものになるだけでなく、セットアップ時間が短く（アセンブリのパーツのうち１個の垂直調整であり）且つセットアップ完了後は何ら調整を行う必要がないためスループットが顕著に高まる。

ワークピース周縁の全体又は大半を巡り熔接するレーザ熔接システムを提供する。本システムは、レーザビームを差し向けるよう構成されたレーザビーム源と、第１角度付反射器及び光反射器アセンブリを有するアセンブリと、を有し、その第１角度付反射器が、レーザビームがワークピースの前部エリアに照射されるようレーザビーム方向を変化させるべくある固定角度にて配列されており、その光反射器アセンブリが、ワークピースのうちレーザビーム経路直上にないエリアに到達させるべくワークピース周辺を通しレーザビームを差し向けるよう配置された少なくとも２個の角度付鏡を有するものである。第１角度付反射器には、レーザビーム源から発せられたときのレーザビーム方向に対し直交的にレーザビーム方向が変化するよう、そのレーザビームに対し４５°に角度付けすることができる。前記少なくとも２個の角度付鏡のなかには第１鏡及び第２鏡を含めることができる。それら第１鏡及び第２鏡を、それらによりレーザビーム方向が４５°変更されるよう、ひいてはワークピースのうちレーザビーム経路直上にないエリアにそのレーザビームを到達させうるよう、光反射器アセンブリの湾曲面上に配列することができる。レーザビーム源を固定し、ワークピースを前記アセンブリに対し固定した状態で、レーザビームをそのワークピースに供給することができる。ワークピースは、熔接部が生じるエリアにて略円筒状断面を呈するものとすることができる。第１角度付反射器及び光反射器アセンブリによるレーザビーム方向の変更に応じ、ワークピースの全周縁にレーザビームを到達させることができる。光反射器アセンブリを、第１角度付反射器により反射された後にレーザビームのうち少なくとも一部分の方向をワークピースのうちレーザビーム経路直上にないエリアの方へと変化させるよう配置された、第３鏡を有するものとすることができる。

好適な諸実施形態についての後掲の記述と以下の添付図面とを併せ参照することで、本発明についてより良好に理解頂けよう。

レーザアセンブリ及びワークピースアセンブリの一例の図であり、鈍角にて固定された静止反射面を伴う固定されたＵ字状の光反射器を有している。図１に示されているワークピースアセンブリの斜視図である。本件開示に係る光反射器を用い得られるレーザ熔接部の一例写真である。本件開示に係る光反射器を用い得られるレーザ熔接部の別例写真である。ワークピースと光反射器上面の底部即ち最下点との間の可調な垂直距離の斜視図である。レーザアセンブリ及びワークピースアセンブリの一例の斜視図であり、光反射器が、そのレーザの直接的経路から見て隠れているエリアを含め、レーザビーム方向に対し直交する方向に沿いワークピースに照射するよう配列されている。レーザアセンブリの一例の斜視図であり、最初の光反射器を横切った後に２個の角度付反射器を横切りワークピースを巡る周縁熔接部を発生させるレーザ伝搬経路例が、符号で以て示されている。

図１に示すレーザアセンブリ２００は従来型のレーザ光源２１０を有しており、それにより輻射レーザビーム１２０が生成されている。マウント２１２ａが、相直交するガントリ２１４ａ及び２１４ｂに結合されている。走査ヘッド２１２内の１個又は複数個のスキャナ鏡をプロセッサ制御型駆動ユニット２１３により制御することで、レーザビーム１２０が、熔接により接合されるべき管状パーツを有する熱可塑性ワークピース１１０が備わるアセンブリ２５０上に向け、下方に差し向けられている。駆動ユニット２１３を制御してそれらスキャナ鏡の位置を調整することで、そのアセンブリ２５０内に固定されているワークピース１１０の上面上の所定熔接ゾーンを照明するのに必要な要領にて、レーザビーム１２０を動かすことができる。

実験を踏まえ確証されたところによれば、単一のユニタリなＶ又はＵ字状反射器２６０を用いること、特に互いに約１１０～１３５°（例．±１５％）に固定された２個の平坦側面２６２ａ，２６２ｂ、並びに端部２６４ａから端部２６４ｂに亘り連続的な反射面を有するものを用いることで、その光反射器２６０の側面２６２ａ，２６２ｂに対し等距離に配置された管状ワークピース１１０向けのセットアップを、従来手法に比べ大きく簡略化することが可能となり、必要なセットアップ労力が、パーツ位置の垂直調整（Ｚ軸沿い）のみに限られることとなる。ワークピース１１０と光反射器２６０とを近付ける（図５にて付号されている距離Ｄを縮める）ことで、レーザ光源２１０からワークピースパーツ１１０の最下部へとより多くのレーザエネルギを差し向けることが可能となる一方、ワークピース１１０と光反射器２６０とを遠ざける（Ｚ軸沿いで即ち図５で付号されている距離Ｄを延ばす）ことで、ワークピース１１０の下部の側面の照明が増すこととなる。そのパーツの下部に均等な照明がもたらされるＺ値が見つかったら、そのＺ値距離Ｄ（図５）にワークピース１１０及び光反射器２６０をロックさせ、セットアップが終了となる。アセンブリ２５０の上方に配置された熔接ヘッド２１２により横方向に沿い（回動無しで、図１にて付号されているＸ及び／又はＹ軸を参照）レーザビーム１２０で以てワークピース１１０を走査する際には、そのレーザビーム１２０への直接露出によりそのワークピース１１０の上部が照明され、Ｖ又はＵ字状反射器２６０により反射されたレーザビーム１２０によりそのワークピース１１０の下部が照明されることとなるので、管状ワークピース１１０を巡る３６０°周縁熔接が可能である。

光反射器２６０の（両）光反射面２６２ａ，２６２ｂは、受け取ったレーザエネルギ１２０を反射するよう構成された金メッキ鏡とすることができる。ワークピース１１０の表面のうち、そのワークピース１１０の上方に固定されているレーザビーム１２０にとり直にアクセスできないところには、角度のついた面２６２ａ，２６２ｂによりレーザエネルギ１２０を差し向ける。熔接分野に習熟した者（いわゆる当業者）には察せられる通り、面２６２ａ，２６２ｂ全体を光反射性素材で以て被覆する必要はない。実際には、光反射器２６０の表面全体を金その他の光反射性素材で以てメッキするのが至便であるが、無論、光反射性素材を有している必要があるのは、光反射器２６０の表面のうちレーザビーム１２０が差し向けられることとなる部分だけである。他の諸部分、例えばワークピース１１０の直下にありレーザエネルギが受け取られない底即ち最下部２７０（最もよく見えるのは図２及び図５中）が光反射性である必要はない。ワークピース１１０直下の部分２７０（図２）では、光反射器２６０の光学的反射面２６２ａ，２６２ｂで反跳した反射レーザエネルギが受け取られる。即ち、いわゆる当業者には察せられる通り、レーザエネルギ１２０が差し向けられることとなる表面部分しか、光反射器２６０上で、光反射性とする必要はない。ここで肝要な点は、そのアセンブリのセットアップ中に、ワークピース１１０の下側面と、光反射器２６０の底部即ち最下点２７０でありワークピース１１０の下側面の下方にあるそれと、の間のＺ軸沿い垂直距離Ｄが最適化される際を含め、光反射器２６０が常時非可動で静止していることである。

その固定されている光反射器２６０の第１側面２６２ａ及び第２側面２６２ｂが、互いに対しある固定な鈍角αにて配列されている。固定とは、レーザ熔接開始前のセットアップ中であってもその角度αが変化しない、という意味である。アセンブリ２５０は高さ調整機構（図示せず）を有しており、ワークピース１１０の長軸（例．Ｙ軸）を横切るＺ軸に沿い、光反射器２６０の最下点２７０とワークピース１１０の下側面との間の垂直距離Ｄを調整するよう、その高さ調整機構が構成されている。好ましいことに、ワークピース１１０がアセンブリ２５０の可調パーツであるので、光反射器２６０に対しワークピース１１０を上下動させることで、（図５に示す）垂直距離Ｄを変化させることができる。これに代え、ワークピース１１０を固定し光反射器２６０を上下に調整することで、垂直距離Ｄを変化させることもでき、その場合も、反射面２６２ａ・２６２ｂ間角度αは常時一定且つ固定とする。更にそれに代え、ワークピース１１０及び光反射器２６０の双方をＺ軸に沿い調整することで距離Ｄを変化させるようにすることもでき、例えば本件開示に従い構成すべく改修又は修正されたアセンブリ２５０にてそうすることができる。

長軸（例．Ｙ軸）を横切る曲線が第１側面２６２ａ及び第２側面２６２ｂにより画定されており、その曲線により光反射器２６０のＶ又はＵ字形状が形成されている。注記されることに、この部分にはレーザエネルギが差し向けられず、従ってその形状が無役であって光反射に対し影響を及ぼさないので、同部分を厳密に曲線化する必要はない。寧ろ、設計パラメタや反射面２６２ａ，２６２ｂの角度次第では、比較的平坦とし又は段差付けすることもできる。光反射性素材で以て被覆する必要もないが、製造の容易さに鑑みれば、光反射器２６０の表面全体を被覆するのがその観点からして望ましい。

ある態様によれば、光反射器２６０の反射面を連続なものとすることができるが、いわゆる当業者には察せられる通り、光反射器２６０のうち（入来レーザビーム１２０を基準として）ワークピース１１０の直下又は下方に座している部分ではそのレーザビーム１２０が直に受光されないので、その面のその部分を光反射性にする必要はない。連続面を製造する方が容易ではあるが、本件開示は連続面に限定されない。光反射器２６０の平坦側面２６２ａ，２６２ｂにて反射性光学被覆を受け入れうる一方、光反射器２６０のうちワークピース１１０直下に座す部分２７０は反射性光学被覆抜きとすることができる。更に、単一のユニタリな光反射器２６０を述べもしたが、他の諸態様によれば、光反射器２６０を複数個のパーツで構成しつつ、それらの角度αがアセンブリ２５０のセットアップ中に調整されえないようそれらパーツ全てを互いに固定及び静止させることもできる。要点は、少なくとも２個の反射面２６２ａ，２６２ｂを有すること、アセンブリ２５０のセットアップ中にそれらが固定され且つ静止していること、従ってワークピース１１０とそれら反射面２６２ａ，２６２ｂとの間の距離Ｄの垂直調整しかセットアップ中に必要とされないことにある。この点で、反射器の側方距離及び角度変位並びにワークピース・反射器間距離の調整自由度が大きすぎ、その自由度がセットアップ時間の長時間化、セットアップパラメタの複雑化、セットアップパラメタの反復調整その他、上述した諸問題につながる従来手法とは、異なっている。

図３及び図４に描かれているのは、本願開示の熔接装置及び方法により接合された熱可塑性標本ワークピースの断面写真であり、その接合界面を周縁的に巡る高品質で一貫して均一な熔接部が示されている。反射面２６２ａ，２６２ｂには１３３°なる角度αにて角度付けした。

図６Ａに描かれているのは別例のワークピースアセンブリ６００であり、固定されているレーザ光源は描出の容易さに鑑み省略されている。このアセンブリ６００では追加的変換、即ち固定されているレーザ光源（図示せず）が（Ｚ軸方向６２０に沿い）垂直下方に向け上方から照らし、次いでそのビームを水平方向（ＸＹ平面又はＸ方向）に沿い円筒状パーツ即ちワークピース６１０上に反射させる変換が、用いられている。ワークピースパーツ６１０の前部６１２はレーザビーム６２２に直にさらされており、ワークピース６１０の後部６１４は鏡６０８ａ，ｂからの反射により照明されている。言い換えれば、固定されているレーザ光源によりレーザビーム６２０が垂直（Ｚ軸）方向に沿い第１角度付反射器６０２の方に差し向けられており、この例ではそこで、そのレーザビームの方向が９０°変更され、それがそのレーザビーム６２０の原方向に対し直交する方向（Ｘ軸又はＸＹ平面沿い）に進んでいる。

この追加的変換の主要利点は、レーザ光源をワークピース６１０の上方（好ましくは固定位置）にあるままとしつつ、熔接部に対し垂直となるようレーザビームを方向転換させる能力にある。これにより、ワークピース６１０が垂直な向きに拘束されているときに、さもなければアクセスできない熔接面に到達する能力がもたらされる。

図示アセンブリ６００における鏡デザインは基本例であり、備わる第１の鏡６０２を４５°に角度付けすることでビームが次の鏡６０８ａ，ｂ（及びオプション的には不図示の付加的な鏡）の上に投射されるようにしており、またその鏡をも４５°に角度付けすることで、この例では概ね円筒形状を有しているワークピース６１０の後側６１４に到達させるようにしている。いわゆる当業者には察せられる通り、鏡の角度を４５°に制約することは必ずしも必要ではなく、寧ろ、これらの角度をその用途に対する要請に従い個別的に仕立て上げることで、ワークピース６１０の旋回、移動又は回動無しで、さもなければアクセスできない熔接面へとビームを精密に配給しうるようにすることができる。ワークピース６１０はワークピースアセンブリ６００に対し固定されたままとすることができ、レーザ光源も固定されたままとすることができる。６０８ａ，６０８ｂ以外の付加的な鏡を設け、空間又はクリアランス的制約を容れうるようその熔接エリアに到達させる能力を得ることもできる。

図６Ｂに示すアセンブリ例６００では、円筒状のワークピース６１０，６１２が垂直な向き（Ｚ軸沿い）に拘束される一方、その熔接ジョイントがその周縁を巡り垂直な向き（ＸＹ平面沿い）とされている。レーザ光源（図示せず）がワークピース６１０の上方に配置されており、そこから変換面反射器６０２の方へと下向きな（Ｚ軸沿いの）垂直レーザビーム６２０が放射されており、そこでそのレーザビームの方向が垂直（Ｚ軸沿い）から水平（Ｘ軸沿い）へと変えられている。図示例では、変換面反射器６０２が入来レーザビーム６２０に対し４５°（図６Ｂに示す角度α）をなしているが、いわゆる当業者には察せられる通り、この角度は、ワークピース６１０，６１２の具体的要請に従い仕立て上げられた何れの鋭角（例．１５～７５°の何らかの鋭角）とすることもできる。

変換面反射器６０２に発する反射水平ビーム６２２は前方（ＸＹ平面沿い）に進んでいき、熔接経路が変換面反射器６０２沿い（方向Ｙ－Ｙ沿い）を辿り進むにつれて、そのビームにより次の反射器６０８ａ，６０８ｂそれぞれとワークピース６１０の前側とが照明されていく。

第２の反射器６０８ａ，ｂは、先の入射ビーム６２４を反射しそれによりワークピース６１０の裏側を照明する２個の固定された反射面を有している。図示例におけるそれら二次反射器６０８ａ，ｂ間の角度（図６Ｂに示す角度β）は１２０°、即ち（Ｘ沿いに捉え）法線の各側にて６０°となっている。重々強調すべきことに、角度βをその用途の要請及びワークピース６１０の形状／サイズに従い個別的に仕立て上げることができる。９０°超１８０°未満のあらゆる鈍角βが想定されている。

変換面反射器６０２と第２反射器６０８ａ，ｂとの間の距離（例．長さＢＢ５）も、ワークピース６１０のサイズ／形状及びそのレーザ光学系の焦点距離に基づき、各用途の要請との関連で個別的に仕立て上げることができる。

これも重々理解されるべきことに、変換面反射器６０２上に生成される熔接経路は、左から右又はその逆へと向かう連続的なものである（方向Ｙ－Ｙ）。ワークピース６１０の加熱上の要請次第でレーザ経路を複数回通過に亘り用いることも、想定されている。更に、この熔接経路を、連続経路を生成する複数個のセグメントへと分けることができ、またその用途の要請に基づき独立に、個別パラメタを各セグメントに割り当てることができる。

変換面反射器６０２の主要利点は、レーザ光源（図示せず）をワークピース６１０の上方にあるままにしつつそのレーザビームの方向を垂直（Ｚ軸沿い）から水平（Ｘ軸沿い）へと変えることで、そうしたワークピースをその向きで拘束し受け入れる能力にある。変換面反射器６０２を二次反射器例えば反射器６０８ａ，ｂと併せ適用した場合、この主要利点は、ビームの向きを変化させつつワークピースを３６０°に亘り（即ち周縁的に）熔接する能力となる。こうしたビームプロファイルは、それら反射器の個々の角度が最適化されるよう、用途上求められるところに従い、経験的に算出することができる。言い換えれば、ワークピースを周縁的に照明するためレーザビームの方向を少なくとも２回変化させている。ワークピースの前部を照明するには１回のビーム方向変化で足り、ワークピースの後部を照明するには２回の方向変化で足りる。符号ＡＡ１～ＡＡ５は、レーザ光源に発しＺ軸沿いに進んで変換面反射器６０２に向かうレーザビーム経路の例を、表している。反射器６０２にぶつかった後、ビーム方向はＺ軸沿いからＸ軸沿いへと９０°変化し、一例たるレーザビーム経路ＢＢ１～ＢＢ５に沿い進んでいく。これらビーム経路のうちあるもの、例えばＢＢ３によって、ワークピース６１０の前部が照明される。他のビーム経路ＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ４，ＢＢ５はワークピース６１０の周りを通って二次反射器６０８ａ，ｂにぶつかり、そこで、それら二次反射器６０８ａ，ｂの角度に従いそのビームの方向が再び変化する。その後、これらビーム経路のうちあるものが図６Ｂに示す如く経路ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ４及びＣＣ５沿いを進み、それによりワークピース６１０の背部が照明される。

この着想は、円筒以外の形状を有するワークピースパーツに関してもうまく働くであろう。その側面の長さが同様であり且つ空間的にその鏡設計が許容される限り、特殊形状のパーツも熔接できる。同様に、第１角度付反射器６０２の角度、図中では４５°のそれを、ワークピースパーツ６１０の熔接面に直に到達する方向に沿いレーザエネルギを差し向けうるよう修正することもできる。第１角度付反射器６０２の角度により、レーザエネルギがどこでワークピース６１０の前部６１２に直に達するかが決まることとなり、鏡６０８ａ，６０８ｂ及びそれらの個別角度により、レーザエネルギがどこでワークピース６１０のアクセス不能な（即ちレーザビームによる直接照射にとりアクセス不能な）エリア６１４に到達するかが決まることとなる。特殊形状のワークピースはこの用法向けにひときわ適しており、またパーツの周縁エリアの全て又は大半に熔接部が到達する必要がある何れのワークピースでもそうである。

本発明及びその他の諸態様につきある種の好適な諸実施形態又は例との関連で記述したが、ご理解頂けるように、本件開示はそれら具体的な諸実施形態又は例に限定されるものではない。その逆に、本件開示では、添付する特許請求の範囲により定義される発明の神髄及び技術的範囲に入りうるところの、全ての代替物、修正物及び均等配列をカバーすることを意図している。

Claims

ワークピースの周縁の全体又は大半を巡り熔接するレーザ熔接システムであって、
レーザビームを差し向けるよう構成されたレーザビーム源と、
第１角度付反射器及び光反射器アセンブリを有するアセンブリと、を備え、前記第１角度付反射器が、前記レーザビームが前記ワークピースの前部エリアに照射されるようそのレーザビームの方向を変化させるべくある固定角度にて配列されており、前記光反射器アセンブリが、前記ワークピースのうち前記レーザビームの経路の直上にないエリアに到達させるべくそのワークピースの周囲を通しそのレーザビームを差し向けるよう配置された少なくとも２個の角度付鏡を有するシステム。
請求項１のシステムであって、前記レーザビームの方向が、前記レーザビーム源から発せられたときの自身の方向に対し直交的に変化するよう、前記第１角度付反射器が、前記レーザビームに対し４５°に角度付けされているシステム。
請求項１のシステムであって、前記少なくとも２個の角度付鏡が第１鏡及び第２鏡を含み、前記第１鏡及び前記第２鏡が、それらにより前記レーザビームの方向が４５°変更されるよう、ひいては前記ワークピースのうち前記レーザビームの前記経路の直上にないエリアにそのレーザビームが到達可能となるよう、前記光反射器アセンブリの湾曲面上に配列されているシステム。
請求項１のシステムであって、前記レーザビーム源が固定されており、前記ワークピースが前記アセンブリに対し固定されており、その状態で前記レーザビームがそのワークピースに供給されるシステム。
請求項１のシステムであって、前記ワークピースが、熔接部が生じるエリアにて略円筒状断面を呈し、前記第１角度付反射器及び前記光反射器アセンブリによる自身の方向の変化に応じ前記レーザビームが前記ワークピースの全周縁に到達するシステム。
請求項１のシステムであって、前記光反射器アセンブリが第３鏡を有し、その第３鏡が、前記第１角度付反射器により反射された後に、前記レーザビームのうち少なくとも一部分の方向を、前記ワークピースのうち前記レーザビームの前記経路の直上にないエリアの方へと変化させるよう、配置されているシステム。
請求項１のシステムであって、前記レーザビームの方向を第１方向及び第２方向に従い少なくとも２回変化させ、前記第１方向沿いのビーム経路により前記ワークピースの前記前部エリアを照明し、前記第２方向沿いのビーム経路により前記ワークピースの後部エリアを照明するシステム。
請求項１のシステムであって、前記少なくとも２個の角度付鏡の間の角度が９０°～１８０°の鈍角であるシステム。
ワークピースの周縁のうち少なくともかなりの部分を巡り熔接するレーザ熔接方法であって、
アセンブリに対しワークピースを配置及び固定するステップと、
第１方向に沿い前記アセンブリの方にレーザビームを差し向けるステップと、を有し、前記アセンブリが第１角度付反射器及び光反射器アセンブリを有するものであり、前記第１角度付反射器が、前記レーザビームが前記ワークピースの前部エリアに照射されるようそのレーザビームの前記第１方向を変化させるべくある角度にて配列されており、前記光反射器アセンブリが、前記ワークピースのうち前記レーザビームの経路の直上にないエリアに到達させるべくそのワークピースの周囲を通しそのレーザビームを差し向けるよう配置された少なくとも２個の角度付鏡を有するものである方法。