JP2513075B2 - 光学機器のレ―ザ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は，例えば光学機器等のような精密に部品を
位置合わせして溶接する必要のある部品のレーザ溶接方
法に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は従来のレーザ溶接用治具の構成を示す図であ
り、（１）は部品A1,（２）は部品A1（１）を保持する
ホルダA2,（３）は部品A1（１）の下方に配置された部
品B3,（４）は部品B3（３）を保持するホルダB4であ
る。

部品A1（１）はホルダA2（２）に，また，部品B3
（３）はホルダB4（４）に対して直交する３軸方向に位
置を調整する機構を持つているため，部品A1（１）と部
品B3（３）の相対位置が調整できる。

第４図は，第３図のレーザ溶接用治具を用いて，レー
ザ溶接を行なう状態を示す図であり，（５）は溶接レー
ザ出射ユニツト，（６）は金属を溶接するためのレーザ
光，（７）は溶接される時に部品A1（１）と部品B3
（３）の間に働く互いに引き合う力であり，（１）〜
（４）は上記従来装置と全く同一のものである。

従来のレーザ溶接用治具は上記のように構成されてお
り，部品A1（１）と部品B3（３）の相対位置及び傾き角
を調整した後，両者を接触させ，その接触部に溶接レー
ザ出射ユニツト（５）から部品A1（１），部品B3（３）
の金属を溶接するのに必要なエネルギーを持つレーザ光
（６）を照射すると，両者の各部品A1（１）と部品B3
（３）は互いに溶接される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のレーザ溶接用治具では,2つの部品
である各部品A1（１）と部品B3（３）をレーザ光（６）
を用いて溶接する際には，レーザ光（６）によつて一旦
溶接された金属が凝固する際に収縮力が働き,2つの部品
A1（１）と部品B3（３）の間に互いに引き合う力（７）
が生じることが知られている。

第５図は従来の光学機器におけるレーザ溶接時の位置
ずれを示す図であり，（８）はレーザダイオード，
（９）は放射光，（10）は放射光（９）を収束するため
のレンズ，（11）は光フアイバ，（12）はレンズ（10）
を保持するLD（レーザダイオード）マウント，（13）は
光フアイバ（11）を保持するフアイバホルダである。

第５図においては，レーザダイオード（８）の放射光
（９）をレンズ（10）で収束し，光フアイバ（11）に結
合させる光フアイバ通信用光部品を例として挙げてい
る。光フアイバ（11）において，光を伝搬させる機能を
持つ部分はコアと呼ばれ，高速通信に適した光フアイバ
（11）においては，そのコアの直径は約10μｍ程度であ
り，近年，この種の光フアイバ（11）を用いた光部品に
対する需要が急増している。レーザダイオード（８）の
放射光（９）を光フアイバ（11）に有効に結合させるに
は，収束された放射光（９）を上記コアの部分に集中さ
せる必要がある。放射光（９）の収縮位置とコアの位置
がずれると，光フアイバ（11）を伝搬して行く放射光
（９）の電力は低下し，このことは，この種の光部品の
性能の低下につながる。したがつて，上記の位置ずれは
十分に小さくしなければならず，前述のようにコアの直
径が約10μｍ程度の光フアイバ（11）を用いる場合にお
いては，この位置ずれは約１μｍ程度以下にすることが
求められている。今，レーザダイオード（８）とレンズ
（10）を保持するLDマウント（12）と光フアイバ（11）
を保持するフアイバホルダ（13）を，前述のレーザ溶接
用治具を用いて溶接することを考えることにする。

レーザ溶接用治具の各部を調整し，レーザダイオード
（８）の放射光（９）が光フアイバ（11）のコアに収束
させる位置関係に合わせた後に,LDマウント（12）とフ
アイバホルダ（13）の接触面間に角度α（rad）だけの
傾きを残したまま両者をレーザ溶接した場合には，溶接
後には，前述のようにLDマウント（12）とフアイバホル
ダ（13）間に引合う力（７）のため，両者の接触面間に
間隔がなくなるように両者が動くために，接触面から光
フアイバ（11）の端面までの距離をＬとすると，光フア
イバ（11）は光軸直交方向にLDマウント（12）に対し， Δｘ＝Ｌ×α ……（１） だけ移動する。上記Ｌの値はレンズ（10）の焦点距離に
よつても異なるが，通常約1mm程度であり，前述したよ
うに放射光（９）の収束点とコアの位置ずれΔｘを１μ
ｍ以下とするには，上記第（１）式よりαは1mrad以下
とする必要がある。従来のレーザ溶接用治具において
は，溶接される２つの部品の接触面の平行度をこのよう
に高精度を保つための機能を持つていなかつたため，そ
のレーザ溶接用治具によつて組み立てられた製品の歩留
まりは極めて低いという問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたも
ので，溶接される２つの部品の位置関係を高精度に測
定，調整して溶接することにより，溶接時の位置ずれを
極めて小さくできる光学機器のレーザ溶接方法を得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るレーザ溶接用治具は，溶接される２つ
の部品の内，下方の部品をＹ軸方向の軸を回転中心とし
て前後方向での回動（以下Ｘ方向あおりと呼ぶ）しＸ軸
方向の軸を回転中心として前後方向での回動（以下Ｙ方
向あおりと呼ぶ）し、Ｘ方向あおりとＹ方向あおりを所
定の判定基準まで繰り返し（以下２軸方向でのあおりと
呼ぶ），上方の部品を上下方向でスライドさせて下方の
部品に追従させ，上方の部品が最も下がつた所を測定す
ることにより２つの部品が密着したことを検出するよう
にしたものである。

［作用］ この発明においては，下方の部品に追従して上下する
上方の部品のＺ方向で最も下つた状態を検出することに
より，溶接される２つの部品の接触面間での隙間をなく
し極めて高精度に平行を保つことができる。

［実施例］ 第１図はこの発明のレーザ溶接を行う方法を示す図で
あり，第２図はこの発明の一実施例であるレーザ溶接用
治具を用いてレーザ溶接を行う状態を示す図である。

ここで，ホルダB4はホルダA2に対して相対傾き角を微
調整出来る機構を持つており，また，部品A1が部品B3の
接触面のあおり動作に追従して上下方向にスライドでき
るようにしてあり，部品A1の上下方向の偏位量を測定で
きるようにしてある。第１図において，（14）は部品B3
（３）のあおり動作，（15）は部品A1（１）の上下動
作，（16）は部品A1（１）のＺ方向の偏位であり，
（１）〜（４）は上記従来装置と全く同一のものであ
る。

第１図に示すように，部品B3（３）を保持したホルダ
B4（４）をＸ方向にあおり動作（14a）とＹ方向にあお
り動作（14b）を交互に行つて、部品A1（１）と部品B3
（３）の接触面の角度αが０になるように繰り返す。こ
の時に，部品B3（３）のあおり動作に追従して部品A1
（１）が部品B3（３）の上面に接触しながら上下動作
（15）できるようにしてあり，部品A1（１）のＺ方向の
偏位（16）を測定できるようにしてある。

第２図において，（17）はあおり動作（14）を具体化
するためのあおり機構，（18）は上下動作（15）を具体
化するための上下機構，（19）はＺ方向の偏位（16）を
測定するためのＺ方向の偏位測定器であり，（１）〜
（４）および（14）〜（16）は上記従来装置と全く同一
ものである。

第２図に示すように，部品B3（３）を保持したホルダ
B4（４）をＸ方向にあおり機構（17a）とＹ方向にあお
り機構（17b）を交互に動作させて，部品A1（１）と部
品B3（３）の接触面の角度αが０となるように繰り返
す。この時に，部品B3（３）のあおり動作（14）に追従
する部品A1（１）が部品B3（３）の上面に接触しながら
上下動作（15）ができるような上下機構（18）を持つて
おり，部品A1（１）のＺ方向の偏位（16）をＺ方向の偏
位測定器（19）で測定しながら，部品A1（１）が最も下
がるように,X方向あおり機構（17a）とＹ方向にあおり
機構（17b）を交互に動作する。

すると，部品A1（１）が最も下がつた点で部品A1
（１）と部品B3（３）の接触面の角度αが０になり，こ
の時に，部品A1（１）と部品B3（３）の面が接触して平
行になり，レーザ溶接を行う最適条件が成立する。

なお，部品A1（１）の上下方向の偏位量を測定する装
置としてダイヤルゲージ，デジタルマイクロメータ，マ
グネスケール，レーザ側長機等が使用できる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり，光学機器のレーザ溶
接方法において，下方の部品のあおり動作に追従して上
下する上方の部品のＺ方向で最も下つた状態を検出でき
るようにしたので，操作者は，溶接される２つの部品の
接触面間での隙間をなくし極めて高精度に平行を保つこ
とができ，このため，レーザ溶接される部品間の溶接時
において，軸ずれを著しく低減することができるという
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のレーザ溶接方法を示す図，第２図は
この発明の一実施例であるレーザ溶接用治具を用いてレ
ーザ溶接を行う状態を示す図，第３図は従来のレーザ溶
接用治具の構成を示す図，第４図は第３図のレーザ溶接
用治具を用いてレーザ溶接を行う状態を示す図，第５図
は従来の光学機器におけるレーザ溶接時の位置ずれを示
す図である。 図において，（１）は部品A1,（２）はホルダA2,（３）
は部品B3,（４）はホルダB4,（５）は溶接レーザ出射ユ
ニツト，（６）はレーザ光，（７）は互いに引き合う
力，（８）はレーザダイオード，（９）は放射光，（1
0）はレンズ，（11）は光フアイバ，（12）はLDマウン
ト，（13）はフアイバホルダ，（14）はあおり動作，
（15）は上下動作，（16）はＺ方向の偏位，（17）はあ
おり機構，（18）は上下機構，（19）はＺ方向の偏位測
定器である。 なお，各図中，同一符号は同一，又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学部品をそれぞれ有する第１の金属部品
   と第２の金属部品を別々に保持し、かつ前記第１の金属
   部品と第２の金属部品の相対位置を調整する装置を用い
   て、前記第１の金属部品を第２の金属部品上に配置し、
   前記第１の金属部品と第２の金属部品を接触させた状態
   で、その接触部分にレーザ光を照射して前記第１の金属
   部品と第２の金属部品を溶接するための光学機器のレー
   ザ溶接方法において、前記第２の金属部品を、Ｘ軸方向
   の軸を中心として前後方向に回動させる第１の動作とＹ
   軸方向の軸を中心として前後方向に回動させる第２の動
   作を行い、前記第１の金属部品を上下方向にスライドさ
   せて前記第２の金属部品の前記第１、第２の動作に追従
   させ、前記第１の金属部品がＺ方向で最も下がった状態
   を検出し、前記第１の金属部品と前記第２の金属部品の
   接触部分にレーザ光を照射するようにしたことを特徴と
   する光学機器のレーザ溶接方法。