(57)【要約】【課題】  レーザー光の照射対象物が複雑な構成であってレーザー光を干渉してしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、通常使用されている二次元方向に走査されるレンズ系を通してレーザー光を照射する方法を用いて、簡単且つ正確なレーザー光の照射を行う方法を提供する。【解決手段】  レーザー光を透過する第一の被接合体とレーザー光を吸収して加熱される第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第一の被接合体側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするレーザー接合方法。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を透過する第一の被接合体とレーザー光を吸収して加熱される第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第一の被接合体側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするレーザー接合方法。
【請求項２】
前記レンズ系は、二次元方向に走査されるレンズ系であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー接合方法。
【請求項３】
前記レーザー光偏向部材は、前記第一の被接合体を押圧する機能を備えるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー接合方法。
【請求項４】
レーザー光を吸収して加熱される第一の被接合体と前記第一の被接合体からの熱伝導により加熱される第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第一の被接合体側から前記第一の被接合体に対してレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするレーザー接合方法。
【請求項５】
レーザー光を吸収して加熱される二つの被接合体のそれぞれの端部を突合わせた後、前記突合せ部にレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記両被接合体の前記突合せ部とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするレーザー接合方法。
【請求項６】
前記レンズ系は、二次元方向に走査されるレンズ系であることを特徴とする請求項４または５に記載のレーザー接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材料或いは金属材料などの被接合体の接合部にレーザー光を照射することにより、それぞれの材料の被接合体の接合部を加熱溶融させて接合するレーザー接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂材料或いは金属材料などの被接合体の接合部にレーザー光を照射することにより、それぞれの材料の被接合体の接合部を加熱溶融させて接合するレーザー接合方法は、製品の小型化、コストダウン更には接合強度の高信頼性などのメリットにより種々の分野で利用されてきた。
【０００３】
例えば、樹脂材料の接合に関しては、従来技術として、特許文献１及び特許文献２があり、図１（a）に見られるように、レーザー光に対して透過性のある樹脂材料からなる被接合体１と、カーボンなどを含むことによりレーザー光を吸収して加熱される樹脂材料からなる被接合体２とを重ね合わせて、透過性のある被接合体１側からレーザー光３を照射して、被接合体１を透過したレーザー光３が吸収性のある被接合体２を過熱し、その結果、両被接合体１，２の接合面を溶融して接合するものが開示されている。
なお、５は両被接合体１，２の接合部を加圧する透明材料から作られた加圧部材である。
【０００４】
しかし、二次元方向に走査されるレンズ系を通してレーザー光３を照射する方法において、図１（a）にあるように、透過性のある被接合体１と一体の製品本体部分１’がレーザー光を干渉するような構造になっている場合には、レーザー光の焦点を特別に長焦点構造にして対応する方法が採られていた。この方法では、レーザー光が長焦点構造であるため、図１（ｂ）のように、溶着部即ち両被接合体１,２の接合面に投入されるエネルギーとほぼ同等のエネルギーがその直前の被接合体１の表面に与えられることにより被接合体１が発火してしまうという問題があった。この問題を避けるために、図２のように、多関節ロボットにより照射する方式も提案されているが、この方法では複雑な形状への対応が困難であると共に溶着部に対して十分なエネルギーが加わらず一部が未溶着になるなどの欠点が生じてしまう可能性があった。また、当然のことながら、この方式は大幅なコストアップになるという問題もある。
【０００５】
一方、金属材料の接合に関しては、図４のように、接合される二つの金属材料からなる被接合体７,８を重ねた後に、一方の被接合体７側からレーザー光３を照射して加熱し、その熱を被接合体７から被接合体８に熱伝導により伝達して両被接合体７，８を溶融して接合する方法、或いは、図５のように、接合される両被接合体７，８の接合面を突き合わせてその突合せ部分をレーザー光により加熱溶融して接合する所謂突合せ溶接が行われている。
【０００６】
これらの場合も、二次元方向に走査されるレンズ系を通してレーザー光を照射する方法が一般であり、樹脂材料の場合と同様に、図１（a）にあるように、接合される部分と一体の製品本体部分１’がレーザー光を干渉するような構造になっている場合には、レーザー光の焦点を特別に長焦点構造にして対応するか、図２のように、多関節ロボットにより照射する方式が提案されている。特に、後者の方法では複雑な形状への対応が困難であると共に溶着部に対して十分なエネルギーが加わらず一部が未溶着になるなどの欠点が生じてしまう可能性があった。また、当然のことながら、この方式は大幅なコストアップになるという問題もある。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−２１４９３１号公報
【特許文献２】特開２００１−７１３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術が有する問題点を解決しようとするものであり、レーザー光の照射対象物が複雑な構成であってレーザー光を干渉してしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、通常使用されている二次元方向に走査されるレンズ系を通してレーザー光を照射する方法を用いて、簡単且つ確実なレーザー光の照射を行う方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のレーザー接合方法は、レーザー光を透過する第一の被接合体とレーザー光を吸収して加熱される第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第一の被接合体側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、このように構成されているので、レーザー光の照射対象物が複雑な構成であってレーザー光を干渉してしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、樹脂等の接合において簡単且つ確実なレーザー接合を行うことができるという効果を奏するものである。
【００１１】
請求項２の発明のように、好ましくは、前記レンズ系は、二次元方向に走査されるレンズ系であることを特徴とする。
【００１２】
このように構成することにより、通常使用されている二次元方向に走査されるレンズ系を使用する方法を用いて、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、簡単且つ確実なレーザー接合を行うことができるという効果を奏するものである。
【００１３】
請求項３の発明のように、好ましくは、前記レーザー光偏向部材は、前記第一の被接合体を押圧する機能を備えるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成されているので、レーザー光偏向部材を配設することにより部品点数が増加しても、被接合体間の接合部を加圧する加圧部材を兼用することで実質的な部品点数の増加を防ぐことができ、コストメリットが大きい。
【００１５】
請求項４のレーザー接合方法は、レーザー光を吸収して加熱される第一の被接合体と前記第一の被接合体からの熱伝導により加熱される第二の被接合体とを重ね合わせた後、前記第一の被接合体側から前記第一の被接合体に対してレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするものである。
【００１６】
このように構成されているので、レーザー光の照射対象物が複雑な構成であってレーザー光を干渉してしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、金属等の重ね合せ接合において簡単且つ確実なレーザー接合を行うことができるという効果を奏するものである。
【００１７】
請求項５のレーザー接合方法は、レーザー光を吸収して加熱される二つの被接合体のそれぞれの端部を突合わせた後、前記突合せ部にレーザー光を照射して両被接合体を接合するレーザー接合方法において、前記両被接合体の前記突合せ部とレーザー光照射装置のレンズ系との間にレーザー光偏向部材を配設することによりレーザー光の照射位置を調整することを特徴とするものである。
【００１８】
このように構成されているので、レーザー光の照射対象物が複雑な構成であってレーザー光を干渉してしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、金属等の突合せ接合において簡単且つ確実なレーザー接合を行うことができるという効果を奏するものである。
【００１９】
請求項６の発明のように、好ましくは、請求項４及び５の発明における前記レンズ系は、二次元方向に走査されるレンズ系であることを特徴とする。
【００２０】
このように構成することにより、通常使用されている二次元方向に走査されるレンズ系を使用する方法を用いて、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を第一の被接合体とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、簡単且つ確実なレーザー接合を行うことができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図３〜５に基づいて本発明の実施形態について説明する。各図共、１はレーザー光を透過する樹脂材料からなる被接合体、１’は被接合体１と一体の製品本体部分、２はレーザー光を吸収する樹脂材料からなる被接合体、３はレーザー光、３’はレーザー光照射装置（レンズ系を含む）、４は実施形態１における接合部、５は透明版よりなるレーザー光偏向部材、５aはレーザー光偏向部材の偏向部、５ｂはレーザー光偏向部材の基部、７，８は第二、三実施形態における金属材料からなる被接合体、９は第二、三実施形態における接合部である。
なお、図１及び図２は従来例についての説明図であり、各参照番号は図３〜５と共通であり、６は多関節ロボットである。なお、従来技術については、〔背景技術〕の項で詳述したので、ここでは繰り返した説明は行わない。
【００２２】
図３に基づいて本発明の第一の実施形態ついて説明する。本実施形態は、特に、樹脂材料相互をレーザー光により接合する技術に関するものである。レーザー光を透過する樹脂材料からなる第一の被接合体１とレーザー光を吸収して加熱される、例えば、カーボンを含有する樹脂材料からなる第二の被接合体２とが重ね合わせられている。次に、二次元方向に走査されるレンズ系を備えたレーザー光照射装置３’により第一の被接合体１側から前期重ね合わせた面に対してレーザー光３を照射することとなるが、この場合、従来からのレンズ系を通して真直ぐにレーザー光３を照射する方式では、第一の被接合体１と一体に形成されている製品本体部分１’がレーザー光３を干渉してしまうので、レーザー光偏向部材５を前記第一の被接合体１とレーザー光照射装置３’のレンズ系との間に配設する。このように構成することにより、レーザー光が干渉されない位置で走査されるレーザー光照射装置３’からのレーザー光をレーザー光偏向部材５により屈折させてその照射位置を調整することにより第一、第二の両被接合体１の接合部４へのレーザー光の照射を簡単且つ確実に行うことができる。
【００２３】
レーザー光偏向部材５は、それぞれ透明版からなる、レーザー光偏向部材の偏向部５aと、レーザー光偏向部材の基部５ｂとから構成されている。レーザー光偏向部材の基部５ｂは、第一の被接合体１と一体に形成されている製品本体部分１’の上に公知の適宜手段によって安定的に載置されており、レーザー光偏向部材の偏向部５aを含むレーザー光偏向部材５全体の荷重で第一、第二の両被接合体１の接合部４を加圧する加圧部材の機能を併せて備えている。レーザー光偏向部材の偏向部５aは、レーザー光偏向部材の基部５ｂに対して必要角度だけ傾斜して取り付けられている。この角度は、レーザー光が干渉されないで走査されることが可能なレーザー光照射装置３’の最適な位置、その場合の接合部４の位置などを考慮して最適な状況に設計される。また、レーザー光偏向部材の偏向部５aとレーザー光偏向部材の基部５ｂとは、予め一体成形により作成しても、それぞれ別個に作成した後に両者を固定することにより作成してもかまわない。なお、レーザー光偏向部材５は両被接合部材１，２から一定距離離れて配置されているため、当然のことながら、レーザー光による溶着時（接合時）の熱の影響を受けることはない。このため、第一の被接合体１の表面が仮に発火したとしてもその損傷が軽減できるのでレーザー光偏向部材５の交換等の必要が少なくコストダウンに貢献できる。
【００２４】
次に、図4に基づいて、本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、特に、金属材料相互をレーザー光により接合する技術に関するものである。レーザー光を吸収して加熱される金属材料からなる第一の被接合体７とこの第一の被接合体７からの熱伝導により加熱される金属からなる第二の被接合体８とが重ね合わせられている。次に、二次元方向に走査されるレンズ系を備えたレーザー光照射装置３’により第一の被接合体７側から同被接合体７に対してレーザー光３を照射することとなるが、この場合、従来からのレンズ系を通して真直ぐにレーザー光３を照射する方式では、被接合体と一体に形成されている製品本体部分（図示されていない）がレーザー光３を干渉してしまうので、レーザー光偏向部材５を前記第一の被接合体７とレーザー光照射装置３’のレンズ系との間に配設する。このように構成することにより、レーザー光が干渉されない位置で走査されるレーザー光照射装置３’からのレーザー光３をレーザー光偏向部材５により屈折させてその照射位置を調整することにより第一の被接合体７へのレーザー光３の照射を簡単且つ確実に行うことができる。なお、レーザー光偏向部材５は第一実施形態で使用したものと同様でありここでは重複した説明は省略する。
【００２５】
次に、図５に基づいて、本発明の第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、特に、金属材料相互をレーザー光により接合する技術に関するものである。レーザー光を吸収して加熱される金属材料からなる第一及び第二の被接合体７、８がその端部即ち接合面９を突き合わせて配置されている。次に、二次元方向に走査されるレンズ系を備えたレーザー光照射装置３’によりこの接合部9に対してレーザー光３を照射することとなるが、この場合、従来からのレンズ系を通して真直ぐにレーザー光３を照射する方式では、被接合体と一体に形成されている製品本体部分（図示されていない）がレーザー光３を干渉してしまうので、レーザー光偏向部材５を前記接合部９とレーザー光照射装置３’のレンズ系との間に配設する。このように構成することにより、レーザー光が干渉されない位置で走査されるレーザー光照射装置３’からのレーザー光３をレーザー光偏向部材５により屈折させてその照射位置を調整することにより第一、第二の両被接合体７，８の接合部９へのレーザー光３の照射を簡単且つ確実に行うことができる。なお、レーザー光偏向部材５は第一実施形態で使用したものと同様でありここでは重複した説明は省略する。
【００２６】
以上、説明したように、本発明によれば、樹脂同士或いは金属同士の被接合体をレーザー光により接合するに際し、従来からの二次元方向に走査されるレンズ系を通して真直ぐにレーザー光を照射する方式では、照射対象物の構造上の事情などによりレーザー光が干渉されてしまうような場合に、特に長焦点構造のレーザー光や多関節ロボットなどの高価な設備を使用することなく、レーザー光の屈折効果を利用したレーザー光偏向部材を接合部とレーザー光照射装置のレンズ系との間に配列するのみで、レーザー光が干渉されない位置で走査されるレーザー光照射装置３’からのレーザー光をレーザー光偏向部材５により屈折させてその照射位置を調整することにより、その接合部へのレーザー光の照射を簡単且つ確実に行うことができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（a）は、従来例の長焦点構造のレーザー光を使用した特に樹脂材料対象のレーザー光接合方法の説明図である。（ｂ）は、接合部を中心とした拡大図である。
【図２】従来例の多関節ロボットを使用したレーザー光接合方法の説明図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係るレーザー光接合方法の説明図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るレーザー光接合方法の説明図である。
【図５】本発明の第三の実施形態に係るレーザー光接合方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    レーザー光を透過する被接合体
１’    被接合体１と一体の製品本体部分
２    レーザー光を吸収する被接合体
３    レーザー光
３’    レーザー光照射装置（レンズ系を含む）
４    接合部、（第一実施形態）
５    レーザー光偏向部材（透明版）
５a    レーザー光偏向部材の偏向部
５ｂ    レーザー光偏向部材の基部
６    多関節ロボット
７，８    被接合体（第二、三実施形態）
９    接合部、（第二、三実施形態）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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