(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザに面する透過性ワークピースの上部側面において、顕著な自由形状の表面を備える３Ｄワークピースを効率的かつ確実に溶着することも可能となるように改良した、レーザ接合方法及び接合装置の提供。【解決手段】第１のワークピース５及び第２のワークピース６を、少なくともワークピースが局所的に可塑化された後に互いに押し付ける加圧挟持装置１と、レーザ光を結合接触面の領域内のみ通過させるマスク構造７を有するマスク８とを備え、挟持要素４が、その支持側面１３で第１のワークピース５のために、第１のワークピース５の第１の外形面１４に適合している。【選択図】図２
2019001150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料から製作された異なるワークピース（５、６）を結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するためのレーザ接合方法であって、
レーザ源に面する第１のワークピース（５）は、レーザビーム（１１）に対して透過性の材料から製作され、
他方の第２のワークピース（６）は、前記レーザビーム（１１）に対して吸収性の材料、又は前記レーザビーム（１１）に対して透過性であり、吸収コーティング若しくは吸収中間膜を含む材料から製作され、
互いに当接する前記２つのワークピース（５、６）の結合接触面（９）がレーザ光の作用で溶融し、後続の加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように構成されており、
結合される前記ワークピースは、圧力を加えるための挟持装置（１）によって互いに押し付けられ、前記ワークピース（５、６）が、支持要素（３）と、挟持力を加えることができ、前記第１のワークピース（５）に亘って延在し、実質的にレーザ光に対して透過性である挟持要素（４）との間に配設されており、
マスク構造（７）を有するマスク（８）であって、これにより前記第２のワークピース（６）上の前記結合接触面（９）のみを可塑化するように、レーザ光を前記結合接触面（９）の領域内のみ通過させる、マスク（８）が使用され、
前記マスク構造（７）は、使用される前記レーザビーム（１１）の波長よりも大きく、
前記レーザビーム（１１）は、線形状を有し、前記ワークピース（５、６）及び前記マスク（８）に対して移動するか、又は、平面形状を有し、前記ワークピース（５、６）及び前記マスク（８）において定常的に指向されるかのいずれかであり、
前記レーザ源に面する少なくとも前記第１のワークピース（５）は、少なくとも前記挟持要素（４）に面する第１の外形面（１４）上及び／又は前記第２のワークピース（６）に面する第２の外形面（１５）上では平坦でない三次元成形品によって形成されており、
前記挟持要素（４）は、その支持側面（１３）上において前記第１のワークピース（５）へと、前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）に適合し、
前記マスク構造（７）が前記第１のワークピース（５）に面する前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）上、及び／又は、前記第２のワークピース（６）に面する前記第１のワークピース（５）の前記第２の外形面（１５）上に形成されていることを特徴とする、レーザ接合方法。
【請求項２】
前記マスク構造（７）を形成するために、レーザ光を通過させない材料が、前記第１のワークピース（５）に面する前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）及び／又は前記第２のワークピース（６）に面する前記第１のワークピース（５）の前記第２の外形面（１５）に適用されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レーザ光を反射する材料を使用して前記マスク構造（７）を形成することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ源に面する前記挟持要素（４）の側面（２１）が平坦な設計を有し、レーザ放射がこの側面（２１）でほぼ直角に指向されることを特徴とする、請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）のための前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）が、前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）のネガ型として少なくとも部分的に実装されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
プラスチック材料から製作された異なるワークピース（５、６）を結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するためのレーザ接合方法であって、
レーザ源に面する第１のワークピース（５）は、レーザビーム（１１）に対して透過性の材料から製作され、
他方の第２のワークピース（６）は、前記レーザビーム（１１）に対して吸収性の材料、又は前記レーザビーム（１１）に対して透過性であり、吸収コーティング若しくは吸収中間膜を含む材料から製作され、
互いに当接する前記２つのワークピース（５、６）の結合接触面（９）がレーザ光の作用で溶融し、後続の加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように構成されており、
結合される前記ワークピースに圧力を加えるよう形成された挟持装置（１）は、前記ワークピース（５、６）を互いに押し付け、前記ワークピース（５、６）が、支持要素（３）と、挟持力を加えることができ、前記第１のワークピース（５）に亘って延在し、実質的にレーザ光に対して透過性である挟持要素（４）との間に配設されており、
マスク構造（７）を有するマスク（８）であって、これにより前記第２のワークピース（６）上の前記結合接触面（９）のみを可塑化するように、レーザ光を前記結合接触面（９）の領域内のみ通過させる、マスク（８）が使用され、
前記マスク構造（７）は、使用される前記レーザビーム（１１）の波長よりも大きく、
前記レーザビーム（１１）は、線形状を有し、前記ワークピース（５、６）及び前記マスク（８）に対して移動するか、又は、平面形状を有し、前記ワークピース（５、６）及び前記マスク（８）において定常的に指向されるかのいずれかであり、
前記レーザ源に面する少なくとも前記第１のワークピース（５）は、少なくとも前記挟持要素（４）に面する第１の外形面（１４）上及び／又は前記第２のワークピース（６）に面する第２の外形面（１５）上では平坦でない三次元成形品によって形成されており、
前記挟持要素（４）は、その支持側面（１３）上において前記第１のワークピース（５）へと、前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）に適合し、
前記マスク構造（７）が前記第１のワークピース（５）に面する前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）上、及び／又は、前記第２のワークピース（６）に面する前記第１のワークピース（５）の前記第２の外形面（１５）上に形成されていることを特徴とする、
レーザ接合装置（２）。
【請求項７】
形成された前記マスク構造（７）が、レーザ光を通過させない材料を含み、前記第１のワークピース（４）に面する前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）上、又は前記第２のワークピース（６）に面する前記第１のワークピース（５）の前記第２の外形面（１５）上に配設されていることを特徴とする、請求項６に記載のレーザ接合装置。
【請求項８】
形成された前記マスク構造（７）が、レーザ光を反射する材料を含むことを特徴とする、請求項７に記載のレーザ接合装置。
【請求項９】
前記レーザ源に面する前記挟持要素（４）の前記側面（２１）が平坦な設計を有し、前記レーザ放射がこの側面（２１）でほぼ直角に指向されることを特徴とする、請求項６から請求項８のうちいずれか一項に記載のレーザ接合装置。
【請求項１０】
前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）のための前記挟持要素（４）の前記支持側面（１３）が、前記第１のワークピース（５）の前記第１の外形面（１４）のネガ型として少なくとも部分的に実装されていることを特徴とする、請求項６から請求項９のうちいずれか一項に記載のレーザ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック材料から製作された異なるワークピース（５、６）を結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するためのレーザ接合方法であって、レーザ源に面する第１のワークピース（５）は、レーザビーム（１１）に対して透過性の材料から製作され、他方の第２のワークピース（６）は、レーザビーム（１１）に対して吸収性の材料、又はレーザビーム（１１）に対して透過性であり、吸収コーティング若しくは吸収中間膜を含む材料から製作され、互いに当接する２つのワークピース（５、６）の結合接触面（９）がレーザ光の作用で溶融し、後続の加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように構成されており、結合されるワークピースは、圧力を加えるための挟持装置（１）によって互いに押し付けられ、ワークピース（５、６）が、支持要素（３）と、挟持力を加えることができ、第１のワークピース（５）に亘って延在し、実質的にレーザ光に対して透過性である挟持要素（４）との間に配設されており、マスク構造（７）を有するマスク（８）であって、これにより第２のワークピース（６）上の結合接触面（９）のみを可塑化するように、レーザ光を結合接触面（９）の領域内のみ通過させる、マスク（８）が使用され、マスク構造（７）は、使用されるレーザビーム（１１）の波長よりも大きく、レーザビーム（１１）は、線形状を有し、ワークピース（５、６）及びマスク（８）に対して移動するか、又は、平面形状を有し、ワークピース（５、６）及びマスク（８）において定常的に指向されるかのいずれかであり、レーザ源に面する少なくとも第１のワークピース（５）は、少なくとも挟持要素（４）に面する第１の外形面（１４）上及び／又は第２のワークピース（６）に面する第２の外形面（１５）上では平坦でない三次元成形品によって形成されており、挟持要素（４）は、その支持側面（１３）上において、第１のワークピースの第１の外形面に適合している、レーザ接合方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、プラスチック材料から製作された別々のワークピースを結合するため、又は、プラスチック材料を他の材料と一緒に結合するためのレーザ接合装置に関し、上述の方法を実行するのに好適であり、請求項６の前段部分の特徴を有するレーザ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶着されない領域を遮蔽するためのマスク（マスク溶接）を使用するレーザ透過溶接は、先行技術を構成し、特に２Ｄワークピース又は比較的平坦な３Ｄワークピースで首尾よく使用されている。線形のレーザビームによって、構造化されたマスクからの情報が、その下に位置するワークピースに伝達される。マスクの構造化された部分の領域内では、レーザ放射が透過してワークピースに衝突するが、ワークピースはマスクの構造化されていない表面の領域内で遮蔽され、それに伴ってレーザ放射はワークピースに到達しない。金属化ガラスプレートは、マスクとして頻繁に使用され、そこに溶接の外形に関する情報が構造化によって導入されている。これは、例えば、エッチング又はレーザアブレーションによって行うことができる。
【０００４】
プラスチックから製作された異なるワークピースを結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するための当該タイプのレーザ接合方法は、欧州出願公開第ＥＰ０９９７２６１Ａ１号明細書により公知であり、互いに当接する２つのワークピースの接触面が溶融し、後続の加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように、レーザ源に面する上部ワークピースはレーザビームに対して透過性の材料から製作されており、第２のワークピースはレーザビームに対して吸収性の材料から製作されている。レーザを通過させない材料から製作されたマスクは、レーザ源と、ワークピースを接触面の一定の接合領域において結合するように結合されるワークピースとの間に配設される。マスクが有するマスク構造は、使用されるレーザビームの波長より大きい。レーザ源は、接触面上に線が形成されるように接触面に対して設定され、レーザビーム及びマスクがワークピースと一緒に移動するか、又はレーザビームがマスク及びワークピースと一緒に移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、少なくとも第１の透過性３Ｄワークピースが比較的平坦な設計を有していないが、数センチメートルの高さを有し、結合されるワークピースが、特に、水平に対して傾斜した顕著な自由形状の表面を含む場合、欧州出願公開第ＥＰ０９９７２６１Ａ１号明細書により公知の従来のマスク溶接プロセスには限界がある。これは、この従来のマスク溶接では、マスクが自由形状の表面の最高点より上に位置し、概ねそこから所定の垂直距離に配設されていることに起因する。レーザビームの発散は完全に回避することができないため、マスクが溶接平面から離れて位置するほど、必要な投影を表すようにマスクの構造を小さく選択しなければならない。さらに、マスクが溶接平面から離れて位置するほど、投影は、マスクと溶接平面との間の異なる材料の屈折による妨害を受ける可能性が高くなる。したがって、投影精度は、マスクと溶接平面との間の距離が増加するにつれて悪化し、加えて、放射源の発散に依存する。そのため、従来のマスク溶接では、構造のサイズ、遮蔽部分、及びワークピースの高さが重要であり、プロセスを適用する能力の点では本質的な限界を構成する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このことから、本発明の目的は、比較的平坦な設計を有していない３Ｄワークピース、具体的には、特にレーザに面する透過性ワークピースの上部側面において、顕著な自由形状の表面を備える３Ｄワークピースを効率的かつ確実に溶着することも可能となるように、公知のマスク溶接プロセスを改良することである。
【０００７】
この目的は、本発明によって達成され、独立請求項１の特徴を有するレーザ接合方法、及びもう１つの独立請求項６の特徴を有するレーザ接合装置によって達成される。
【０００８】
本発明に係るレーザ接合方法は、プラスチック材料から製作された別個のワークピースを結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するためのレーザ接合方法であり、マスク構造が、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上及び／又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上に形成されている。
【０００９】
この目的のために、互いに当接する２つのワークピースの結合接触面がレーザ光の作用で溶融し、後続の加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように、レーザ源に面する第１のワークピースがレーザビームに対して透過性の材料から製作されており、他方の第２のワークピースがレーザビームに対して吸収性の材料、又はレーザビームに対して透過性であり、吸収コーティング若しくは吸収中間膜を含む材料から製作されているワークピースが使用される。結合されるワークピースは、圧力を加えるための挟持装置によって互いに押し付けられ、ワークピースは、支持要素と、挟持力を加えることができ、第１のワークピースに亘って延在し、実質的にレーザ光に対して透過性である挟持要素との間に配設される。
【００１０】
第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上及び／又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上のマスク構造は、第２のワークピース上の結合接触面のみを可塑化するように、レーザ光を結合接触面の領域内のみ通過させ、マスク構造は、使用されるレーザビームの波長よりも大きい。本発明に係るレーザ接合方法では、線形状又は平面形状を有するレーザビームが使用される。第１の事例では、レーザビームがワークピース及びマスクに対して移動し、第２の事例では、レーザビームがワークピース及びマスクにおいて静止した様式で指向される。上記の２つの事例では、三次元成形品として設計されている、レーザ源に面する第１のワークピースを使用する。この三次元成形品は、挟持要素に面する第１の外形面上及び／又は第２のワークピースに面する第２の外形面上では平坦でない。つまり、三次元成形品はそこに突起及び／又は凹部を含む。挟持要素は、第１のワークピースのための支持側面において、第１のワークピースの第１の外形面、つまり、第２のワークピースの反対側の側面に適合している。第１のワークピースが、対応する第１の外形面が平坦であるように、レーザ源の方を向く側において陥没部及び隆起部を伴わずに設計されている場合、挟持要素の関連する支持側面も同様に、平坦な設計を有することが好ましい。第１のワークピースがレーザ源の方を向く側において陥没部及び隆起部を含む場合、この第１の外形面に面する挟持要素の支持側面は、それに応じて平坦でない設計を有することが好ましい。これは、挟持要素を第１のワークピースに完全に支持させるだけでなく、挟持力が第１のワークピースに均等に加えられることをも可能にし、それにより、ワークピースの結合接触面のいたるところで実質的に同一の接触圧力が存在し、かつ維持され得るように、２つのワークピースが挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持される。
【００１１】
第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上及び／又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上にマスク構造を形成することによって、マスク構造が第１のワークピース及び／又はその下の自由形状の表面の最も高い位置に配設される。レーザビームの発散を完全に回避することができないが、マスクと溶接平面との間の異なる材料による潜在的な屈折のリスクが低減され、それによってワークピースの結合接触面の領域内の投影精度が改善される。
【００１２】
第１のワークピースの面する第１の外形面に対する挟持要素の支持側面は、好ましくは、第１のワークピースの面する第１の外形面のネガ型として少なくとも部分的に実装される。このようにして、概して挟持要素に対してより可撓性である第１のワークピースが、寸法的に安定した様式で保持されるように、挟持要素と第１のワークピースとが、挟持要素の支持側面全体、及び、レーザ源を向く第１のワークピースの台１の外形面全体に亘って相互の支持が達成される。
【００１３】
本発明に係るレーザ接合方法の好ましい一実施形態では、マスク構造を形成するために、レーザ光を通過させない材料が、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面に適用されている。レーザ光を通過させない材料は、ワークピースをワークピースの結合接触面に隣接して遮蔽させ、レーザビームのレーザ光を少なくとも、レーザビームに対して吸収性の材料、又はレーザビームに対して透過性であり、吸収コーティング若しくは吸収中間膜を含む材料から製作されている第２のワークピースから離して保持する。例えば、レーザ光を吸収する材料又はレーザ光を散乱若しくは反射する材料を、レーザ光を通過させない材料として使用することができる。好ましくは、レーザ光を反射する材料を使用してマスク構造を形成する。これは、挟持要素も第１のワークピースもレーザビームによって局所的に加熱されないという利点を有する。
【００１４】
本発明に係るレーザ接合方法の有利な一実施形態では、レーザ源に面する挟持要素の側面が平坦な設計を有し、レーザ放射がこの側面でほぼ直角に指向される。これは、挟持要素を通るレーザビームの透過を助長し、レーザ源に面する挟持要素の側面上でのレーザビームのレーザ光の望ましくない後方反射、散乱、及び回折を防止する。
【００１５】
本発明によると、プラスチック材料から製作された異なるワークピースを結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するための開示されるレーザ接合装置では、マスク構造は、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上及び／又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上に形成される。第１のワークピースの面する第１の外形面に対する挟持要素の支持側面は、好ましくは、第１のワークピースの面する第１の外形面のネガ型として少なくとも部分的に実装される。形成されたマスク構造が、レーザ光を通過させない材料を含み、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上及び／又は第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上に配設されている場合、特に有利であることが判明している。形成されたマスク構造については、レーザ光を反射する材料が特に適している。さらに、レーザ源に面する挟持要素の側面を平坦に設計し、レーザ放射をこの側面でほぼ直角に指向させることが有用である。
【００１６】
本発明に係るレーザ接合方法又は本発明に係るレーザ接合装置は、特に、以下の３つの事例、すなわち、３Ｄ成形された透過性ワークピースを平面内で溶接し、平面内でプレスすることと、３Ｄ成形された透過性ワークピースを平面内で溶接し、３Ｄ成形された透過性ワークピースによってプレスすることと、吸収性及び透過性ワークピースの自由形状の表面を溶接し、３Ｄ成形された透過性ワークピースによってプレスすることとを網羅する。
【００１７】
本発明は、以下の３つの相互に関連し合う核となる考えに基づく。
【００１８】
第１は、レーザ放射に対して透過性のプラスチック材料から製作されている３Ｄパンチとして挟持装置の挟持要素を設計することである。これは、離型公差と、レーザ入射側に対して直行する位置の平坦面とを含む、透過性の第１のワークピースのネガ型として設計される。しかしながら、従来のマスク溶接と同様に、マスクを頂部に配設する代わりに、レーザ源に面する挟持装置の側面では、溶着されないワークピースの部分に、好ましくは、反射コーティングが３Ｄ挟持要素のネガ側に直接設けられる。このようにして、溶接情報が、直接、したがって最適に、溶接平面上に伝達される。同時に、プレスが溶接平面上に直接実行される。これにより、３Ｄパンチが３Ｄマスクに拡張される。
【００１９】
第２は、レーザ放射に対して透過性のプラスチック材料から製作されている３Ｄパンチとして挟持装置の挟持要素を設計することである。これは、離型公差と、レーザ入射側に対して直行する位置の平坦面とを含む、透過性の第１のワークピースのネガ型として設計される。しかしながら、従来のマスク溶接と同様に、マスクを頂部に配設する代わりに、レーザ源に面する挟持装置の側面では、溶着されないワークピースの部分に、好ましくは、反射コーティングが、第２の吸収性のワークピースに面するレーザ光に対して透過性の３Ｄワークピースの側面、つまり、３Ｄパンチの反対側の第１のワークピースの側面に直接設けられる。これにより、第１の３Ｄワークピースが３Ｄマスクに拡張される。
【００２０】
第３は、第１のワークピースがレーザ源の方を向く側面に完全に平坦な設計を有する３Ｄワークピースによって形成されている事例では、挟持装置の挟持要素を、レーザ放射に対して透過性の材料から製作されている２Ｄパンチとして設計することである。これは、レーザ入射側に対して直交に位置する平坦面を有する透過性の第１のワークピースに応じて設計される。しかしながら、従来のマスク溶接と同様に、マスクを頂部に配設する代わりに、レーザ源に面する挟持装置の側面では、溶着されないワークピースの部分に、好ましくは、反射コーティングが、第２の吸収性のワークピースに面するレーザ光に対して透過性の３Ｄワークピースの側面、つまり、２Ｄパンチの反対側の第１のワークピースの側面に直接設けられる。これにより、第１の３Ｄワークピースが３Ｄマスクに拡張される。
【００２１】
本発明の利点は、特に、投影情報が、２Ｄ又は３Ｄのワークピースとして設計することができる、レーザ光を吸収する第２のワークピースのより近くに位置するため、従来のマスク溶接よりも高速化を可能にすることによって、レーザ源に面する少なくとも第１のワークピースがレーザ光に対して透過性の３Ｄワークピースである、プラスチック材料から製作された異なるワークピースを結合するため、又はプラスチック材料を他の材料と一緒に結合するために提供されている改善されたマスク溶接方法である。
【００２２】
本発明を、図面に例示されるいくつかの例示的な実施形態に基づいて、以下により詳細に説明する。本発明の追加の特徴は、特許請求の範囲及び添付の図面と併せて、本発明の例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。本発明の個々の特徴を、本発明の異なる実施形態において、単独で、又はいくつかを一緒に実装することができる。図面における断面図の概略は次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術より公知のレーザ接合装置の挟持装置であって、挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持された２つのワークピースを備え、第１のワークピースは３Ｄワークピースであり、第２のワークピースは２Ｄワークピースであり、マスク構造は、第１のワークピースの上に配設されているマスク上に形成されており、結合接触面は第１のワークピースの陥没部の領域内に位置する、挟持装置を示す。
【図２】本発明に係るレーザ接合装置の挟持装置であって、挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持された２つのワークピースを備え、第１のワークピースは３Ｄワークピースであり、第２のワークピースは２Ｄワークピースであり、マスク構造は、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上に形成されており、結合接触面は第１のワークピースの陥没部の領域内に位置し、マスクは第１のワークピースの陥没部の領域内に位置する、レーザ光に対して透過性のマスク構造部分を有する、挟持装置を示す。
【図３】本発明に係るレーザ接合装置の挟持装置であって、挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持された２つのワークピースを備え、第１のワークピースは３Ｄワークピースであり、第２のワークピースは２Ｄワークピースであり、マスク構造は、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上に形成されており、結合接触面は第１のワークピースの隆起部及び陥没部の領域内に位置し、マスクは第１のワークピースの隆起部及び陥没部の領域内に位置する、レーザ光に対して透過性のマスク構造部分を有する、挟持装置を示す。
【図４】本発明に係るレーザ接合装置の挟持装置であって、挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持された２つのワークピースを備え、第１のワークピース及び第２のワークピースは３Ｄワークピースであり、マスク構造は、第１のワークピースに面する挟持要素の支持側面上に形成されており、結合接触面は第１のワークピースの陥没部及び隆起部の領域内に位置し、マスクは第１のワークピースの陥没部及び隆起部の領域内に位置する、レーザ光に対して透過性のマスク構造部分を有する、挟持装置を示す。
【図５】本発明に係るレーザ接合装置の挟持装置であって、挟持装置の支持要素と挟持要素との間に挟持された２つのワークピースを備え、第１のワークピース及び第２のワークピースは３Ｄワークピースであり、第１のワークピースは挟持要素の方向に平坦な設計を有し、マスク構造は、第２のワークピースに面する第１のワークピースの第２の外形面上に形成されており、結合接触面は、第１のワークピースの方を向く第２のワークピースのワークピース側の隆起部の領域内及びそれに隣接して位置する、挟持装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、先行技術より公知のレーザ接合装置２の挟持装置１であって、挟持装置１の支持要素３と挟持要素４との間に挟持された２つのワークピース５、６を備え、第１のワークピース５は３Ｄワークピースであり、第２のワークピース６は２Ｄワークピースであり、マスク構造７は、第１のワークピース５の上に配設されているマスク８に形成されており、結合接触面９は第１のワークピース５の陥没部１０の領域内に位置する、挟持装置１を示す。線形のレーザビーム１１は、図には示されていないレーザ源に由来し、ワークピース５、６及びマスク８に対して移動するマスク構造７を有するマスク８に指向されている。レーザ源１１に面する第１のワークピース５は、レーザビーム１１に対して透過性の材料から製作されており、他方の第２のワークピース６は、レーザビーム１１に対して吸収性の材料から製作されている。マスク８は、結合される２つのワークピース５、６の相互に当接する結合接触面９がレーザビーム１１の作用で溶融し、溶接シーム１２が形成される、後続の挟持装置１による加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように、結合接触面９に関連付けられた領域内において半透過性であり、例示的な実施形態では部分的に半透過性である。挟持要素４は、レーザ光を通過させ、３Ｄワークピース５のネガ型として実装されるように設計されている。第１のワークピース５に面する側では、挟持要素は、第１のワークピース５の第１の外形面１４に支持して保持されている支持側面１３を含む。挟持要素４は、平坦な設計を有する、ワークピース５の反対側の側面２１をさらに備える。第１のワークピース５は、第１の外形面１４に対向して位置し、第２のワークピース６に面する第２の外形面１５であって、それに関連付けられた第２のワークピース６の第１のワークピース側面１６を有する、第２の外形面１５を有する。第２のワークピース６は、第１のワークピース側面１６に対向して位置する第２のワークピース面１７であって、それによってワークピース６が支持要素３上に支持されている、第２のワークピース側面１７を有する。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態の以下の説明については、先行技術のために使用された参照番号を同一の構成要素／称号のために使用する。挟持装置１の構成及びワークピース５、６の形状は、本質的に先行技術に一致するが、マスク８の位置は先行技術から逸脱する。
【００２６】
図２は、本発明に係るレーザ接合装置２の挟持装置１であって、挟持装置１の支持要素３と挟持要素４との間に挟持された２つのワークピース５、６を備え、第１のワークピース５は３Ｄワークピースであり、第２のワークピース６は２Ｄワークピースであり、マスク８のマスク構造７は、第１のワークピース５の第１の外形面１４に対する支持側面１３上の挟持要素４上に形成されている、挟持装置１を示す。したがって、先行技術とは対照的に、マスク８は、第１のワークピース５の上に一定の距離で配設されておらず、その距離が挟持要素４によって引き起こされるのではなく、第１のワークピース５の第１の外形面１４付近に直接配設されており、結合接触面９は第１のワークピース５の第２の外形面１５上及びワークピース６の第１のワークピース側面１６上の、第１のワークピース５の陥没部１０の領域内に位置する。線形のレーザビーム１１は、図には示されていないレーザ源に由来し、ワークピース５、６及び挟持要素４に対して移動するマスク構造７を有するマスク８を含む挟持要素４に指向されている。レーザ源１１に面する第１のワークピース５は、レーザビーム１１に対して透過性の材料から製作されており、他方の第２のワークピース６は、レーザビーム１１に対して吸収性の材料から製作されている。マスク８は、結合される２つのワークピース５、６の相互に当接する結合接触面９がレーザ光１１の作用で溶融し、溶接シーム１２が形成される、後続の挟持装置１による加圧下での冷却プロセスの間に互いに結合するように、光を結合接触面９の領域内に通過させる。挟持要素４は、レーザ光を通過させ、３Ｄワークピース５のネガ型として実装されるように設計されており、マスク８は、挟持要素４の支持側面１３上の第１のワークピース５の第１の外形面１４の陥没部１０の領域内に位置する、レーザ光を通過させるマスク構造部分１８を含む。
【００２７】
図３は、図２による上記の実施形態に実質的に一致する、本発明に係るレーザ接合装置２の挟持装置１を示す。唯一の違いは、マスク８が、第１のワークピース５の陥没部１０の領域内に位置するだけでなく、第１のワークピース５の第１の外形面１４の隆起部１９の領域内にも位置する、レーザ光を通過させるマスク構造部分１８を含むことである。
【００２８】
図４は、図２、３による上記の実施形態の組合せから得られる、本発明に係るレーザ接合装置２の挟持装置１であって、第１のワークピース５及び第２のワークピース６が３Ｄワークピースである、挟持装置１を例示する。マスク構造７は、第１のワークピース５に面する挟持要素４の支持側面１３上に形成されており、結合接触面９は、第１のワークピース５の陥没部１０及び隆起部１８の領域に設けられている。マスク８は、第１のワークピース５の陥没部１０及び隆起部１９の領域内に位置する、レーザ光を通過させるマスク構造部分１８を含む。第１のワークピース５の方に指向されたワークピース側面１６では、第２のワークピース６は、第１のワークピース５の隆起部１９内で第１のワークピース５の第２の外形面１５から係合する隆起部２０を有する。
【００２９】
図５は、第１のワークピース５が挟持要素４の方向に平坦な設計を有する場合、つまり、ワークピース５が平坦な第１の外形面１４を有する場合に、図４に記載される実施形態の可能な変形例である、本発明に係るレーザ接合装置２の挟持装置１を示す。第１のワークピース５は、その第２の外形面１５上に、第１のワークピース側面１６から突出している第２のワークピース６の隆起部２０内で係合する陥没部１０を有する。本発明によると、挟持要素４の支持側面１３は、概ね、挟持要素４の支持側面１３が同様に平坦な設計を有するように、すべての実施形態において、第１のワークピース５の第１の外形面１４に適合している。このようにして、２つの平行な平面を有する挟持プレートを挟持要素４として使用することができる。しかしながら、この事例では、マスク構造７は挟持要素４の支持側面１３上に設けられていないが、第２のワークピース６に面する第１のワークピース５の第２の外形面１５上に形成されており、結合接触面９は、第１のワークピース５の陥没部１０の領域内並びに第２のワークピース６の隆起部２０の領域内及びそれに隣接して位置する。
【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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【外国語明細書】
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