JP7470913B2 - レーザ溶着装置、及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Description
同構成によれば、レーザ出力を徐々に低下させることにより、溶融して互いに接合された状態の第1接触面及び第2接触面が徐々に冷却される。更に、第1樹脂部材及び第2樹脂部材に付与される加圧力が段階的に低下されているときに、第1接触面及び第2接触面が徐々に冷却される。従って、冷却後の第1樹脂部材及び第2樹脂部材に生じる残留応力をより低減できる。その結果、第1樹脂部材及び第2樹脂部材の割れの発生をより抑制できる。
同構成によれば、接触式の変位センサを用いることにより、例えば光学式の変位センサを用いる場合に比べて、接触面の変位を直接的に測定するためより精度良く接触面の変位を検知できる。また、測定精度が同等である接触式の変位センサと光学式の変位センサとを比較した場合、接触式の変位センサの方が、比較的安価に接触面の変位を精度良く検知できる。
同構成によれば、レーザ出力を徐々に低下させることにより、溶融して互いに接合された状態の第1接触面及び第2接触面が徐々に冷却される。従って、冷却後の第1樹脂部材及び第2樹脂部材に生じる残留応力をより低減できる。その結果、第1樹脂部材及び第2樹脂部材の割れの発生をより抑制できる。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。
ここで、第1樹脂部材11は、レーザ光を透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面12を有する。また、第1樹脂部材11は、同第1樹脂部材11における第1接触面12と反対側の側面に第1当接面13を有する。第2樹脂部材21は、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面22を有する。また、第2樹脂部材21は、同第2樹脂部材21における第2接触面22と反対側の側面に第2当接面23を有する。第1樹脂部材11と第2樹脂部材21とは、第1接触面12と第2接触面22とが接触するように重ね合わされた状態で配置面45上に配置される。また、重ね合わされた第1樹脂部材11と第2樹脂部材21とは、第2当接面23が配置面45に当接した状態で配置面45上に配置される。
レーザ制御部33は、レーザ光Lwを出射する図示しないレーザ発振器を有する。レーザ発振器は、例えばYAGレーザ、CO2レーザ、ファイバーレーザ、等のレーザ光源である。レーザ発振器が出射したレーザ光Lwは、光ファイバなどを介してレーザ出射部32へ供給される。なお、レーザ制御部33は、後述する測定信号S1及び加圧制御信号S2の少なくとも一方の電気信号が入力される入力部51を有していてもよい。また、レーザ発振器は、レーザ制御部33ではなくレーザ出射部32に含まれてもよい。
制御部35は、変位センサ34から第2接触面22の変位量を連続的もしくは断続的に取得し、取得した第2接触面22の変位量に基づいて、第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21に付与する加圧力を増減させるように加圧部31を制御する。制御部35は、取得した第2接触面22の変位量に基づいて第2樹脂部材21に付与する加圧力を算出する。制御部35は、算出した加圧力を加圧部31に出力する。また、制御部35は、可動ステージ41の移動速度を制御すべく加圧部31を制御してもよい。
次に、上記のように構成されたレーザ溶着装置1の動作について説明する。
図2(a)は、レーザ溶着装置1でレーザ溶着を行う場合における、時間とワークの硬さとの関係を示している。本実施形態では、ワークの硬さは、第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21における溶着される部分の硬さに該当する。図2(b)は、レーザ溶着装置1でレーザ溶着を行う場合における、時間と、レーザ出射部32から出射されるレーザ光Lwの強度との関係を示している。図2(c)は、レーザ溶着装置1でレーザ溶着を行う場合における、時間と加圧部31による加圧力との関係を示している。なお、図2に示した、レーザ吸収・発熱、膨張、軟化、溶融、冷却、及び接合完了は、第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21の状態変化の過程を示している。各段階の時間は、例示的に示したものであり、実際の時間とは異なる場合がある。
(1)第1樹脂部材11は、レーザ光Lwを透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面12を有する。第2樹脂部材21は、レーザ光Lwを吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面22を有する。レーザ溶着装置1は、第1樹脂部材11と第2樹脂部材21とを、第1接触面12と第2接触面22とが接触するように重ね合わせた状態で、第1接触面12及び第2接触面22をレーザ光により溶融して接合する。レーザ溶着装置1は、重ね合わされた第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧力を付与する加圧部31を備えている。レーザ溶着装置1は、第1樹脂部材11を透過するレーザ光Lwを出射するレーザ出射部32を備えている。レーザ溶着装置1は、レーザ出射部32が出射する前記レーザ光Lwのレーザ出力を制御するレーザ制御部33を備えている。レーザ溶着装置1は、第1樹脂部材11と第2樹脂部材21との重ね合わせ方向X1における第1接触面12及び第2接触面22の少なくとも一方の接触面の変位を測定する変位センサ34を備えている。レーザ溶着装置1は、変位センサ34から接触面の変位量を連続的もしくは断続的に取得し、取得した接触面の変位量に基づいて、加圧力を増減させるように加圧部31を制御する制御部35を備えている。
同構成によれば、レーザ出力を徐々に低下させることにより、溶融して互いに接合された状態の第1接触面12及び第2接触面22が徐々に冷却される。更に、第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21に付与される加圧力が段階的に低下されているときに、第1接触面12及び第2接触面22が徐々に冷却される。従って、冷却後の第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21に生じる残留応力をより低減できる。その結果、第1樹脂部材11及び第2樹脂部材21の割れの発生をより抑制できる。
同構成によれば、変位センサ34は、接触式の変位センサであるため、配置面45の変位を直接的に測定する。そのため、変位センサ34による測定結果は、配置面45の微細な傷や配置面45に付着した微細な異物などの影響を受け難い。従って、接触式の変位センサを用いることにより、例えば光学式の変位センサを用いる場合に比べて、より精度良く配置面45(本実施形態では、第2接触面22)の変位を検知できる。また、測定精度が同等である接触式の変位センサと光学式の変位センサとを比較した場合、接触式の変位センサの方が、比較的安価に配置面45の変位を精度良く検知できる。
・上記実施形態では、レーザ制御部33は、第2接触面22の変位の方向が反転したことを検知した時点から予め設定された設定時間(即ち、上記実施形態では、時間t12及び時間t13の間)、レーザ出力を段階的に増加させるようにレーザ出射部32を制御する。その後、レーザ制御部33は、当該予め設定された設定時間が経過した時点から、レーザ出力を徐々に低下させている。しかしながら、レーザ制御部33は、例えば、当該予め設定された時間が経過した時点から、レーザ出力を段階的に低下させてもよい。また、レーザ制御部33は、例えば、予め設定された時間が経過した時点でレーザ光Lwの出射を停止させるようにレーザ出射部32を制御してもよい。
例えば、レーザ制御部33は、入力部51に入力された加圧制御信号S2に基づいて加圧力が段階的に低下されていることを検知し、かつ、入力部51に入力された測定信号S1に基づいて第2接触面22の変位の変化量が予め設定された時間一定であることを検知すると、レーザ出力を徐々に低下させるようにレーザ出射部32を制御するように構成されてもよい。
第1樹脂部材11と第2樹脂部材21とをレーザ溶着する際、第2樹脂部材21が熱膨張する段階では、第2樹脂部材21が熱膨張に伴って反力測定センサ71で測定される反力が増大する。また、第2樹脂部材21が軟化し始めると、反力測定センサ71で測定される反力が減少する。
・上記実施形態では、変位センサ34で測定された変位量に応じた測定信号S1が入力部51に入力される。しかしながら、入力部51に測定信号S1が入力されなくてもよい。この場合、例えば、制御部35は、変位センサ34から取得した変位量に基づいて第2樹脂部材21の熱膨張に伴う第2接触面22の変位の変化を検知したことを示す第1検知信号を入力部51に入力してもよい。また、制御部35は、変位センサ34から取得した変位量に基づいて第2接触面22の変位の方向が反転したことを検知すると、第2接触面22の変位の方向が反転したことを示す第2検知信号を入力部51に入力してもよい。そして、レーザ制御部33は、例えば、入力部51に第1検知信号が入力されたことを検知した後、入力部51に第2検知信号が入力されたことを検知すると、レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるようにレーザ出射部32を制御する。
(付記)
(付記1)
レーザ光を透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面を有する第1樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面を有する第2樹脂部材とを、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触するように重ね合わせた状態で、前記第1接触面及び前記第2接触面をレーザ光により溶融して接合するレーザ溶着装置であって、
重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧力を付与する加圧部と、
前記第1樹脂部材を透過するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部が出射する前記レーザ光のレーザ出力を制御するレーザ制御部と、
前記第1樹脂部材と前記第2樹脂部材との重ね合わせ方向における前記第1接触面及び前記第2接触面の少なくとも一方の接触面の変位を測定する変位センサと、
前記変位センサから前記接触面の変位量を連続的もしくは断続的に取得し、取得した前記接触面の変位量に基づいて、前記加圧力を増減させるように前記加圧部を制御する制御部と、を備えたレーザ溶着装置。
(付記2)
前記制御部は、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知すると、前記加圧力を予め設定された時間増加させるように前記加圧部を制御し、その後、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量に基づいて前記接触面の変位の方向が反転したことを検知すると、前記加圧力を段階的に低減させるように前記加圧部を制御する付記1に記載のレーザ溶着装置。
(付記3)
前記レーザ制御部は、前記変位センサで測定された変位の方向が反転したら、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する付記2に記載のレーザ溶着装置。
(付記4)
前記レーザ制御部は、前記設定時間が経過すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する付記3に記載のレーザ溶着装置。
(付記5)
前記変位センサは、接触式の変位センサである付記1から付記4の何れか1つに記載のレーザ溶着装置。
(付記6)
前記加圧部が当接する前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材から前記加圧部に加わる反力を測定する反力測定センサを更に備え、
前記制御部は、前記反力測定センサで測定された反力を取得し、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量及び前記反力測定センサから取得した反力に基づいて、前記加圧力を増減させるように前記加圧部を制御する付記1から付記5の何れか1つに記載のレーザ溶着装置。
(付記7)
レーザ光を透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面を有する第1樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面を有する第2樹脂部材とを、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触するように重ね合わせた状態で、前記第1接触面及び前記第2接触面をレーザ光により溶融して接合する樹脂部材同士のレーザ溶着に使用されるレーザ加工装置であって、
前記第1樹脂部材を透過するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部が出射する前記レーザ光のレーザ出力を制御するレーザ制御部と、
前記第1樹脂部材と前記第2樹脂部材との重ね合わせ方向における前記第1接触面及び前記第2接触面の少なくとも一方の接触面の変位を測定する変位センサで測定された前記接触面の変位量に応じた測定信号が入力される入力部と、を備え、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて、前記レーザ出力を段階的に変化させるように前記レーザ出射部を制御するレーザ加工装置。
(付記8)
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知した後、前記測定信号に基づいて前記接触面の変位の方向が反転したことを検知すると、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する付記7に記載のレーザ加工装置。
(付記9)
前記入力部には、重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧する加圧部が当該樹脂部材に付与する加圧力に応じた加圧制御信号が更に入力され、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知した時点、及び、前記入力部に入力された前記加圧制御信号に基づいて前記加圧力が増加されたことを検知した時点の何れか一方の時点から、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する付記7に記載のレーザ加工装置。
(付記10)
前記レーザ制御部は、前記設定時間が経過すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する付記8又は付記9に記載のレーザ加工装置。
(付記11)
前記入力部には、重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧する加圧部が当該樹脂部材に付与する加圧力に応じた加圧制御信号が更に入力され、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記加圧制御信号に基づいて前記加圧力が段階的に低下されていることを検知し、かつ、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記接触面の変位の変化量が予め設定された時間一定であることを検知すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する付記7から付記9の何れか1つに記載のレーザ加工装置。
2…レーザ加工装置
11…第1樹脂部材
12…第1接触面
13…第1当接面
21…第2樹脂部材
22…第2接触面
23…第2当接面
31…加圧部
32…レーザ出射部
33…レーザ制御部
34…変位センサ
35…制御部
41…可動ステージ
42…天板
43…加圧調整部
44…加圧制御コントローラ
45…配置面
46…貫通孔
51…入力部
61…測定ヘッド
62…変位センサコントローラ
63…接触子
71…反力測定センサ
Lw…レーザ光
S1…測定信号
S2…加圧制御信号
T1~T5…時間
t1~t4…時間
t12,t13…時間(設定時間)
Td…目標変位量
X1…重ね合わせ方向
Claims (11)
- レーザ光を透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面を有する第1樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面を有する第2樹脂部材とを、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触するように重ね合わせた状態で、前記第1接触面及び前記第2接触面をレーザ光により溶融して接合するレーザ溶着装置であって、
重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧力を付与する加圧部と、
前記第1樹脂部材を透過するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部が出射する前記レーザ光のレーザ出力を制御するレーザ制御部と、
前記第1樹脂部材と前記第2樹脂部材との重ね合わせ方向における前記第1接触面及び前記第2接触面の少なくとも一方の接触面の変位を測定する変位センサと、
前記変位センサから前記接触面の変位量を連続的もしくは断続的に取得し、取得した前記接触面の変位量に基づいて、前記加圧力を増減させるように前記加圧部を制御する制御部と、を備えたレーザ溶着装置。 - 前記制御部は、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知すると、前記加圧力を予め設定された時間増加させるように前記加圧部を制御し、その後、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量に基づいて前記接触面の変位の方向が反転したことを検知すると、前記加圧力を段階的に低減させるように前記加圧部を制御する請求項1に記載のレーザ溶着装置。
- 前記レーザ制御部は、前記変位センサで測定された変位の方向が反転したら、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する請求項2に記載のレーザ溶着装置。
- 前記レーザ制御部は、前記設定時間が経過すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する請求項3に記載のレーザ溶着装置。
- 前記変位センサは、接触式の変位センサである請求項1に記載のレーザ溶着装置。
- 前記加圧部が当接する前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材から前記加圧部に加わる反力を測定する反力測定センサを更に備え、
前記制御部は、前記反力測定センサで測定された反力を取得し、前記変位センサから取得した前記接触面の変位量及び前記反力測定センサから取得した反力に基づいて、前記加圧力を増減させるように前記加圧部を制御する請求項1から請求項5の何れか1項に記載のレーザ溶着装置。 - レーザ光を透過させるレーザ光透過性樹脂からなり第1接触面を有する第1樹脂部材と、レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂からなり第2接触面を有する第2樹脂部材とを、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触するように重ね合わせた状態で、前記第1接触面及び前記第2接触面をレーザ光により溶融して接合する樹脂部材同士のレーザ溶着に使用されるレーザ加工装置であって、
前記第1樹脂部材を透過するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記レーザ出射部が出射する前記レーザ光のレーザ出力を制御するレーザ制御部と、
前記第1樹脂部材と前記第2樹脂部材との重ね合わせ方向における前記第1接触面及び前記第2接触面の少なくとも一方の接触面の変位を測定する変位センサで測定された前記接触面の変位量に応じた測定信号が入力される入力部と、を備え、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて、前記レーザ出力を段階的に変化させるように前記レーザ出射部を制御するレーザ加工装置。 - 前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知した後、前記測定信号に基づいて前記接触面の変位の方向が反転したことを検知すると、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する請求項7に記載のレーザ加工装置。
- 前記入力部には、重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧する加圧部が当該樹脂部材に付与する加圧力に応じた加圧制御信号が更に入力され、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記第2樹脂部材の熱膨張に伴う前記接触面の変位の変化を検知した時点、及び、前記入力部に入力された前記加圧制御信号に基づいて前記加圧力が増加されたことを検知した時点の何れか一方の時点から、前記レーザ出力を予め設定された設定時間段階的に増加させるように前記レーザ出射部を制御する請求項7に記載のレーザ加工装置。 - 前記レーザ制御部は、前記設定時間が経過すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する請求項8に記載のレーザ加工装置。
- 前記入力部には、重ね合わされた前記第1樹脂部材及び前記第2樹脂部材のうち少なくとも一方の樹脂部材に当接して加圧する加圧部が当該樹脂部材に付与する加圧力に応じた加圧制御信号が更に入力され、
前記レーザ制御部は、前記入力部に入力された前記加圧制御信号に基づいて前記加圧力が段階的に低下されていることを検知し、かつ、前記入力部に入力された前記測定信号に基づいて前記接触面の変位の変化量が予め設定された時間一定であることを検知すると、前記レーザ出力を徐々に低下させるように前記レーザ出射部を制御する請求項7から請求項9の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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