JPH01224193A - レーザ加工機およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明はレーザ加工機およびレーザ加工方法に関し、
特に、均一な熔接を行い得るレーザ溶接機およびレーザ
熔接方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の加工機として、レーザ溶接機が知られて
いる。このレーザ溶接機はレーザビームを被溶接物の溶
接面に集光し、被溶接物を熔融して熔接を行うものであ
る。このレーザ溶接機は鉄鋼、自動車、航空機などの生
産工程に利用されている。

第４図は上記従来のレーザ溶接機の概略を示すものであ
る。図において符号ｌはレーザ溶接機を示し、このレー
ザ溶接機ｌはレーザ発振器２と、レーザビームスキャナ
３と、集光レンズ４と、移動ステージ５とから概略構成
されている。上記レーザ発振器２としては連続して大出
力（ＣＷ）を取り出し得るレーザ、たとえば、ＣＯ，レ
ーザが用いられる。また、上記レーザビームスキャナ３
はレーザ発振器２から射出されたレーザビームＬＢを被
溶接物６の溶接部Ｓに折り返し走査させるためのもので
、可振ミラー７とボイスコーダ８とからなっている。上
記可振ミラー７は、ボイスコーダ８の可動部分に連結さ
れ、揺動されるようになっており、これにより、反射さ
れたレーザビームＬＢを溶接部上に往復走査させるよう
になっている。上記ボイスコーダ８は、印加電圧の大き
さおよび周期に応じて、その可動部分を伸縮あるいは撓
ま仕て、これにより、可振ミラー７の振れ量、振れ方向
を制御するようになっている。このようなポイスコーダ
８としては、電磁式または圧電式のものが存在する。ま
た、集光レンズ４はレーザビームＬＢを被溶接物６の溶
接部Ｓに集光させるように配設されている。また、移動
ステージ５は被溶接物６を載置して往復移動し得るよう
になっている。このような構成のレーザ溶接機ｌを用い
て、たとえば、第５図に示すように、互いに直交する頂
板部９ａおよび側板部９ｂが交互に繰り返してなるステ
ンレス製の矩形平板９を複数枚、順次溶着して積層矩形
板ＩＯを形成するには、まず、第５図に示すように、矩
形平板９，９．・・・の頂板部９ａ、９ａの面同士を互
いに接触配置して、移動ステージ５上に載置する。

次に、移動ステージ５に載置された、複数の矩形平板９
．９．・・・からなる被溶接物６の溶接部Ｓにレーザビ
ームＬＢが集光するように、集光レンズ４のピントを調
節する。この後、移動ステージ５をＹ軸方向に一定速度
で移動させると共に、レーザビームスキャナ３をＸＹ面
に垂直な方向に、交互の向きに振らせることにより、レ
ーザビームＬＢに溶接部Ｓ上をＸ軸方向に折り返し走査
させる。このとき、レーザビームの光輝度性および高集
束性により被溶接物８の溶接部Ｓが熔融され、溶接が行
われる。第５図に示すジグザグ状の実線Ｚは、上記の走
査時において、レーザビームＬＢが溶接部Ｓ上を照射し
た軌跡（以下、走査線と称する。）を示すものである。

ここで、Ｓ　Ｐ　＋、ｓ　ｐ。は走査線Ｚ上におけるレ
ーザビームＬＢの照射スポットを模式的に示し、これら
のうち、ＳＰ。

は走査線の直線領域（以下、直線走査領域と称する。）
における照射スポットを、ＳＰ、は走査線の折り返し領
域（以下、折り返し走査領域と称する。

なお、折り返し走査領域は直線走査領域の両側に存在す
る。）における照射スポットをそれぞれ示す。上記走査
線Ｚはこのような照射スポットＳＰ、、ｓｐ、の集合か
らなるものであり、また、照射スポットｓｐ、、ｓｐ、
は、必ず、二つの矩形平板９．９の接触部である頂板部
９ａ、９ａ、・・・を通過するようになっている。かく
して、レーザビームＬＢの照射スポットＳＰ、、ＳＰ、
が上記接触部を通過する際に、一方の矩形平板９の頂板
部９ａとこの頂板部９ａに接する他方の矩形平板９の頂
板部９ａとは溶着され、この溶着箇所が順次進行するこ
とによって、積層矩形板ｌＯが形成される。

［発明か解決しようとする課題］ ところが、上記従来例のレーザ溶接機ｌにあっては、次
のような弊害か生じていた。

すなわち、上記レーザ溶接機１における折り返し走査方
式にあっては、折り返し走査領域において、折り返すた
めの減速制動が働き、低速走査状態となるため、直線走
査領域と折り返し走査領域とで、走査速度が異なるとい
う現象が生じていた。

このため、第６図に示すように、折り返し走査領域Ａ　
ＲＩにおけるレーザビーム照射量Ｉを、直線走査領域Ａ
Ｒ＋）におけるそれに較べて無視できない程度に増加さ
せていた。これがまた、直線走査領域と折り返し走査領
域とで溶接待における溶融量が著しく異なる原因となっ
ていた。このため、溶接部Ｓに不必要なくぼみが生じ、
機械強度上および美観上、著しく問題となっていた。

［課題を解決するための手段］ この発明は、レーザビームを射出するレーザ発振器と、
上記レーザビームを被加工物の加工面に折り返し走査さ
せるレーザビームスキャナと、互いに反対向きに折り返
す二つの折り返し走査領域のうち、少なくとも一方の折
り返し走査領域におけるレーザビームの一部を遮光する
遮光手段とを備えることにより、また、レーザ発振器よ
りレーザピームを射出させ、レーザビームスキャナによ
り上記レーザビームを被加工物の加工面に折り返し走査
させるレーザ加工方法において、互いに反対向きに折り
返す二つの折り返し走査領域のうち、少なくとも一方の
折り返し走査領域において、レーザビームの一部を遮光
するようにすることにより上記問題を解決している。

「作用」 この発明にあっては、たとえ、折り返し走査領域におけ
る走査速度が直線走査領域におけるそれに較べて、著し
く遅く、このため、折り返し走査領域におけるレーザビ
ーム照射量が直線走査領域におけるそれに較べて、無視
できない程度に増加することになっても、遮光手段によ
り、その増加分は抑えられる。すなわち、遮光手段によ
り、折り返し走査領域におけるレーザビームの一部が遮
光されることにより、全走査領域にわたって、レーザビ
ーム照射量が均一化されるので、加工ムラを防止するこ
とができる。これにより、所望の機械強度を得ることが
できる。また、美観を損ねろことからし回避できる。

［実施例コ 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの例のレーザ溶接機の概略構成を示すもので
ある。この図において、上記従来例と同一構成部分には
同一符号を付して説明を簡略化する。この例のレーザ溶
接機１１にあっては、左右の折り返し走査領域Ａ　Ｒｏ
、　Ａ　ＲｏにおけるレーザビームＬＢの一部を遮光す
る遮光マスク１２が設けられている点が上記従来のレー
ザ溶接機ｌと異なるところである。第２図に拡大して示
すように、上記遮光マスク１２は左右の折り返し走査領
域ＡＲ０、ＡＲ，におけるレーザビームＬ［（の一部光
束ＬＣを遮光して、レーザビーム照射量を全走査領域Ａ
Ｒ，、Ａ　Ｒｌ、　Ａ　Ｒｏにわたって均一化させるた
めのもので、エツジＥがシャープな金属板あるいは金属
薄片を２枚向かい合わせてスリット（矩形開孔）を構成
したものとなっている。このスリットは、その幅を適宜
、調整し得るようになされている。これにより、所定量
の周辺光束が遮断されるようになっている。この遮光量
は、レーザビーム強度に照射時間を乗じたものがレーザ
ビーム照射量（照射エネルギ）であることから、照射時
間か長い（走査速度が遅い）分に見合う量だけ、レーザ
ビーム強度を低下してやれば良い、という原理に基づい
て決定される。また、上記遮光マスク１２は被溶接物６
の溶接面Ｓと集光レンズ４との間に設けられているが、
レーザビームＬＢの光束が、未だ集光していない箇所に
設定することが、高精度かつ安定的な遮光を得る観点か
らも、また、設定の容易性の点からも好ましい。また、
上記遮光マスク１２は、上記したように未だ集光してい
ない箇所に設定されているため、レーザビームＬＢの照
射によって瞬間的に溶融することはないが、遮光による
吸収熱の蓄積によって溶融するおそれがあるため、冷却
手段（図示せず）が施されている。以上の構成において
、第５図に示した配置と同様のステンレスからなる複数
の矩形平［９，９゜・・・からなる被溶接物６を移動ス
テージ５に載置する。次に、集光レンズ４を溶接面Ｓに
合焦した後、レーザビームＬＩ３に溶接面Ｓ上を折り返
し走査させる。このとき、レーザビームＬＢが直線走査
領域ＡＲ１を走査する間は、遮光マスク１２によって遮
光されないが、折り返し走査領域ＡＲ，。

ＡＲ，においては、遮光マスク１２による遮光効果によ
ってレーザビームＬＢが一部遮光される。

遮光される虫は、折り返し点に近付く程、大となり、折
り返し点において極大となる。このように、上記構成に
よれば、折り返し走査領域ＡＲ，、ＡＲ，において、照
射時間が長く（走査速度が遅く）なる分に対応してレー
ザビームＬＢの一部光束ＬＣが遮光されるので、第３図
に示すように、レーザビーム照射量が全走査領域ＡＲ，
、ＡＲ＋５ＡＲ０にわたって一段と均一となる。これに
より、溶接ムラを防止できので、所望の機械強度を得る
ことができろと共に、美観を損ねることを防止すること
もできる。

なお、上述の例においては、両側に遮光マスク１２を設
けた場合について述べたか、これに限らず、たとえば、
被溶接物６の端部付近の溶接にあっては、一方の折り返
し走査領域ＡＲＯには溶接面Ｓが存在しない場合が生じ
るが、この場合においてもこの例を適用できるものであ
る。

また、上述の例においては、遮光マスク１２を被溶接物
６と集光レンズ４との間に設けた場合について述べたが
、これに限らず、集光レンズ４と可振ミラー７との間に
設けても良い。

また、上述の実施例においては、移動ステージ５がＹ軸
方向に移動する場合について述べたが、これに限定する
ものではなく、レーザ発振器２やレーザビームスキャナ
３や集光レンズ４などを搭載した加工ヘッドを移動させ
るようにしても上述したと同様の効果を得ることができ
る。

さらにまた、上述した実施例においては、積層矩形板ｌ
Ｏを形成する場合について述べたが、これに限るしので
はなく、たとえば、複数の薄い平板の積層溶着からなる
積層平板や、第７図に示すように、複数のハニカム状板
の積層溶着からなる積層ハニカム状板１３を形成するこ
ともできる。

さらにまた、上述の例においては、レーザ加工機を溶接
機に適用した場合について述べたが、この発明のレーザ
加工機は、これに限定するものではなく、たとえば、一
定形状の溝部や凹部の作成に用いても同様の効果を得る
ことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明のレーザ加工機およびレ
ーザ加工方法は、レーザビームを射出するレーザ発振器
と、上記レーザビームを被加工物の加工面に折り返し走
査させるレーザビームスキャナと、互いに反対向きに折
り返す二つの折り返し走査領域のうち、少なくとも一方
の折り返し走査領域におけるレーザビームの一部を遮光
する遮光手段とを備えるものであり　、また、上記レー
ザビームを被加工物の加工面に折り返し走査させるレー
ザ加工方法において、互いに反対向きに折り返す二つの
折り返し走査領域のうち、少なくとも一方の折り返し走
査領域において、レーザビームの一部を遮光するように
した方法であるので、全走査領域にわたって、レーザビ
ーム照射量を一段と確実に均一化し得る。したかって、
加工ムラを防止することができる。これにより、−段と
機械強度に優れた加工物を得ることができ、また、美観
の高い加工物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のレーザ溶接機の概略を示
す構成図、第２図は第１図の要部を示す拡大図、第３図
は同実施例に係るレーザビーム照射量の分布を示す分布
説明図、第４図は従来のレーザ溶接機の概略を示す構成
図、第５図はレーザビームの照射軌跡を示す照射軌跡図
、第６図は従来例に係るレーザビーム照射量の分布を示
す分布説明図、第７図はレーザ溶接によって形成された
積層ハニカム状板の断面形状を示す概念図である。 １．１１・・・・・・レーザ加工機（レーザ溶接機）、
ＬＢ・・・・・・レーザビーム、２・・・・・・レーザ
発振器、６・・・・・・被加工物（被溶接物）、Ｓ・・
・・０加工面（溶接面）、３・・・・・・レーザビーム
スキャナ、ＡＲ，・・・・・・折り返し走査領域、１２
・・・・・・遮光手段（遮光マスク）。 第３図 Ｉ。 第６図 第５図 投 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを射出するレーザ発振器と、上記レ
   ーザビームを被加工物の加工面に折り返し走査させるレ
   ーザビームスキャナと、互いに反対向きに折り返す二つ
   の折り返し走査領域のうち、少なくとも一方の折り返し
   走査領域におけるレーザビームの一部を遮光する遮光手
   段とを備えてなることを特徴とするレーザ加工機。
2. （２）レーザ発振器よりレーザビームを射出させ、レー
   ザビームスキャナにより上記レーザビームを被加工物の
   加工面に折り返し走査させるレーザ加工方法において、
   互いに反対向きに折り返す二つの折り返し走査領域のう
   ち、少なくとも一方の折り返し走査領域において、レー
   ザビームの一部を遮光するようにしたことを特徴とする
   レーザ加工方法。