(57)【要約】  【課題】レーザ光照射ヘッド42の傾きが変化してもレーザ光Ｌの焦点Ｆを被溶接物49の所望の溶接点に一致させ、溶接強度を安定させたレーザ溶接装置41を提供する。  【解決手段】レーザ光照射ヘッド42の先端に、被溶接物49に接触する接触部材52を設ける。接触部材52には、レーザ光Ｌの焦点Ｆを中心とする両側位置で被溶接物49に線接触する接触部54を設ける。両側の接触部54を結ぶ基準軸を中心として揺動可能な範囲内で被溶接物49に対するレーザ光Ｌの焦点Ｆを一定に保持する。レーザ光照射ヘッド42の傾きが変化しても、レーザ光Ｌの焦点Ｆが被溶接物49の所望の溶接点に一致した溶接を可能とし、溶接強度を安定させる。  【選択図】図１
2005246449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光照射ヘッドの先端位置であって集光レンズにより集光されるレーザ光の焦点を中心とする両側位置に設けられた接触部を、被溶接物に対して線接触および点接触のいずれか一方にて接触させ、
レーザ光照射ヘッドから被溶接物にレーザ光を照射する
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
両側の接触部間に臨ませた吸引口から吸引し、これら両側の接触部間、およびレーザ光照射ヘッドと接触部との間でレーザ光が通過する空間部の外側を覆う飛散防止カバーとレーザ光照射ヘッドとの間の間隙部から吸引口に向けた気流を発生させる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
接触部に磁力を発生させる
ことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
レーザ光を集光する集光レンズを有し、この集光レンズで集光されたレーザ光を被溶接物に照射するレーザ光照射ヘッドと、
このレーザ光照射ヘッドの先端に設けられ、レーザ光の焦点を中心とする両側位置で被溶接物に線接触および点接触のいずれか一方にて接触する接触部を有する接触部材と
を具備していることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項５】
レーザ光照射ヘッドと接触部材との間でレーザ光が通過する空間部の外側を覆うとともにレーザ光照射ヘッドとの間に間隙部を設けた飛散防止カバーと、
接触部材の両側の接触部間に臨ませて吸引口を設け、その両側の接触部間および前記間隙部から吸引口に向けた気流を発生させる吸引手段とを具備している
ことを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
接触部材に磁力を発生させる励磁手段を具備している
ことを特徴とする請求項４または５記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図４に示すように、陰極線管11は、パネル12およびファンネル13を有し、この陰極線管11内に、色選別陰極としてのシャドウマスク14およびこのシャドウマスク14を保持したマスクフレーム15を有するマスク構造体16、地磁気を遮蔽するインナールド17、製造工程において陰極線管11内の排気が略完了したときにさらに残留ガスを除いて真空度を高めるために誘導加熱により蒸発させて残留ガスと化合させるＭｇ、Ｐ、Ｂａなどの物質で構成されるゲッター18が先端部に充填されたゲッターサポート19、ファンネル13の内部に形成された導電膜とマスク構造体16との電気的な導通を得るためのＰＦコネクタ20などの金属部品が装着されている。
【０００３】
マスク構造体16は、図５に示すように、シャドウマスク14の周囲をマスクフレーム15で保持したもので、マスクフレーム15は、金属製の枠状で、内側に開口部21を有する内枠22が設けられている。
【０００４】
そして、金属部品であるゲッターサポート19およびＰＦコネクタ20は、マスクフレーム15の内枠22に溶接され、この溶接にはレーザ溶接装置を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
従来のレーザ溶接装置は、図６に示すように、レーザ光照射ヘッド31、このレーザ光照射ヘッド31の先端に設けられた筒体32、この筒体32との間で例えばゲッターサポート19とマスクフレーム15の内枠22とを挟み込むレバー33などを有し、筒体32の先端にゲッターサポート19の溶接面に面接触する環状の接触面34が形成され、この接触面34を基準としてレーザ光Ｌの焦点距離が設定されている。
【０００６】
そして、溶接時には、筒体32の接触面34をゲッターサポート19の溶接面に面接触させ、レバー33で筒体32との間にゲッターサポート19およびマスクフレーム15の内枠22を挟み込み、レーザ光照射ヘッド31から集光レンズ35で集光したレーザ光Ｌを出射させ、このレーザ光Ｌを筒体32内を通じてゲッターサポート19の溶接面に照射し、ゲッターサポート19とマスクフレーム15の内枠22とを溶接する。このとき、レーザ光照射ヘッド31は、ゲッターサポート19との干渉を避けるためにゲッターサポート19の溶接面に対して傾けており、そのため、レーザ光Ｌはゲッターサポート19の溶接面に対して傾斜した方向から照射する。
【０００７】
また、筒体32のレーザ光照射ヘッド31側の近傍位置でかつ筒体32の上側に吸込口36を設け、この吸込口36から筒体32の内部空間を吸引することにより、レーザ溶接時に筒体32内を立ち上るベーパーを吸引除去し、ベーパーがレーザ光照射ヘッド31に付着してレーザ光Ｌの透過率が低下するのを防止している。
【特許文献１】特開２００２−２０５１８３号公報（第３−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のレーザ溶接装置では、レーザ光照射ヘッド31の筒体32の接触面34が面接触する形状であり、この接触面34を基準としてレーザ光Ｌの焦点距離が設定されているが、人的な溶接作業においてはレーザ光照射ヘッド31の傾きが一定になりにくく、レーザ光Ｌの焦点が所望の溶接点からずれ、溶接強度が不安定になる問題がある。
【０００９】
例えば、図７(a)に示すように、レーザ光照射ヘッド31の傾き大きくなった場合、筒体32の接触面34がゲッターサポート19の溶接面から離れて、レーザ光Ｌの焦点が所望の溶接点からずれ、溶接強度が不安定になる問題がある。
【００１０】
また、図７(b)に示すように、レーザ光照射ヘッド31の傾きが小さくなった場合、筒体32の接触面34がゲッターサポート19の溶接面から離れてレーザ光Ｌの焦点が所望の溶接点からずれたり、ゲッターサポート19が筒体32の接触面34に面接触したままマスクフレーム15の内枠22から離れることでレーザ光Ｌの焦点が所望の溶接点からずれ、溶接強度が不安定になる問題がある。しかも、ゲッターサポート19を溶接するマスクフレーム15の内枠22の取付面が傾斜している場合などにも、ゲッターサポート19がマスクフレーム15の内枠22の取付面から離れて隙間が生じ、レーザ光Ｌの焦点が所望の溶接点からずれるばかりか、この隙間が生じた状態で溶接を行うことで、金属が急激に溶けることによって発生するスプラッシュおよびベーパーが隙間からシャドウマスク14の有効面などに飛散し、孔詰まり欠陥などが発生する問題がある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、レーザ光照射ヘッドの傾きが変化してもレーザ光の焦点が所望の溶接点に一致した溶接ができ、溶接強度を安定させることができるレーザ溶接方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、レーザ光照射ヘッドの先端位置であって集光レンズにより集光されるレーザ光の焦点を中心とする両側位置に設けられた接触部を、被溶接物に対して線接触および点接触のいずれか一方にて接触させ、レーザ光照射ヘッドから被溶接物にレーザ光を照射するものである。
【００１３】
そして、この構成では、レーザ光照射ヘッドの先端の接触部を被溶接物に対して線接触および点接触のいずれか一方にて接触させることにより、これら両側の接触部を結ぶ基準軸を中心としてレーザ光照射ヘッドが揺動可能な範囲内において被溶接物に対するレーザ光の焦点を一定に保持するため、レーザ光照射ヘッドの傾きが変化してもレーザ光の焦点が所望の溶接点に一致した溶接が可能で、溶接強度が安定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レーザ光照射ヘッドの先端の接触部を被溶接物に対して線接触および点接触のいずれか一方にて接触させることにより、これら両側の接触部を結ぶ基準軸を中心としてレーザ光照射ヘッドが揺動可能な範囲内において被溶接物に対するレーザ光の焦点を一定に保持できるため、レーザ光照射ヘッドの傾きが変化してもレーザ光の焦点が所望の溶接点に一致した溶接ができ、溶接強度を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。なお、背景技術で説明した構造と同一構造については同一符号を用いてその説明を省略する。
【００１６】
レーザ溶接装置41のレーザ光照射ヘッド42は、円筒状の本体部43およびこの本体部43の先端に設けられた円筒状の光学系取付部44を有し、この本体部43の基端側から光ファイバーケーブル45が導かれているとともに、光ファイバーケーブル45の先端のレーザ光出射部46が光学系取付部44の基端に配置され、図示しないレーザ光発振装置で発振されたレーザ光Ｌがレーザ光出射部46から光学系取付部44の先端側へ向けて出射される。
【００１７】
光学系取付部44の先端には、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させる集光レンズ47が取り付けられているとともに、この集光レンズ47で集光されたレーザ光Ｌが透過するレーザ光透過部としての保護ガラス48が光学系取付部44の先端面を閉塞して取り付けられている。
【００１８】
そして、レーザ光照射ヘッド42の中心軸は被溶接物49の溶接面50に垂直な方向に対して傾斜した姿勢を溶接姿勢とし、したがって、レーザ光Ｌは被溶接物49の溶接面50に対して傾斜方向から照射する。
【００１９】
また、レーザ光照射ヘッド42の光学系取付部44の先端でかつ溶接姿勢に傾斜させたときのレーザ光照射ヘッド42の下側位置には一対の取付アーム51が取り付けられ、これら取付アーム51の先端が光学系取付部44の先端から出射するレーザ光Ｌの両側に配置され、これら取付アーム51の先端間に被溶接物49の溶接面50に接触される接触部材52が取り付けられている。
【００２０】
この接触部材52には、レーザ光Ｌが通過する開口部53が形成され、溶接姿勢に傾斜させたときのレーザ光照射ヘッド42の傾斜方向に対して交差する開口部53の両側位置であって集光レンズ47で集光されたレーザ光Ｌの焦点Ｆを中心とする両側位置に、被溶接物49の溶接面50に線接触する接触部54が形成されている。すなわち、接触部材52の開口部53の両側位置に断面略三角形の凸部55が形成され、これら両側の凸部55の頂部に接触部54が形成されているとともにこの接触部54の両側に傾斜面56が形成されている。そして、接触部材52は、被溶接物49の溶接面50に線接触する両側の接触部54を結ぶ基準軸を中心として揺動可能とするとともに揺動可能な範囲α内で被溶接物49に対するレーザ光Ｌの焦点Ｆを一定に保持可能としている。
【００２１】
レーザ光照射ヘッド42の光学系取付部44と接触部材52との間にはレーザ光Ｌが通過する空間部58が形成され、この空間部58の外側を覆って飛散防止カバー59が取付アーム51に取り付けられている。この飛散防止カバー59とレーザ光照射ヘッド42の光学系取付部44との間には空間部58に連通する間隙部60が設けられている。
【００２２】
一対の取付アーム51の間にはその取付アーム51の形状に沿って吸引手段62の吸引管63が配設され、この吸引管63の先端の吸引口64が接触部材52の両側の接触部54間つまり開口部53に臨ませて設けられている。そして、吸引手段62では、吸引管63に接続された図示しない吸引装置によって吸引口64から吸引し、接触部材52の両側の接触部54間の開口部53から吸引口64に向けた気流（図１に矢印ａで示す）、および飛散防止カバー59とレーザ光照射ヘッド42との間の間隙部60から吸引口64に向けた気流（図１に矢印ｂで示す）を発生させる。
【００２３】
また、レーザ光照射ヘッド42の本体部43には、接触部材52に磁力を発生させる励磁手段66の電磁コイル67が配設されている。電磁コイル67は、図示しない制御装置によって電流値を可変させることにより磁力調整可能としている。なお、本体部43、光学系取付部44、取付アーム51および接触部材52は磁性体材料で形成されている。
【００２４】
また、レーザ光照射ヘッド42の本体部43には、ハンドル69が揺動可能に取り付けられ、このハンドル69を本体部43側に握ることでレーザ光発振スイッチ70が入るように構成されている。
【００２５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２６】
被溶接物49は、溶接部材としてのゲッターサポート19と被溶接部材としてのマスクフレーム15の内枠22とを溶接する場合を示す。
【００２７】
レーザ光照射ヘッド42をレーザ溶接装置41の保管位置から照射位置まで移動させる際、レーザ光照射ヘッド42に具備した図示しないスイッチにより吸引手段62および励磁手段66が動作する。すなわち、吸引手段62で吸引口64から吸引する気流を発生させ、励磁手段66で接触部材52に磁力を発生させる。
【００２８】
ゲッターサポート19をマスクフレーム15の溶接位置に配置し、レーザ光照射ヘッド42がゲッターサポート19に干渉しないようにレーザ光照射ヘッド42の中心軸をゲッターサポート19の溶接面に垂直な方向に対して傾斜した溶接姿勢とし、このレーザ光照射ヘッド42の接触部材52の接触部54をゲッターサポート19の溶接面に線接触させて押し付け、ゲッターサポート19をマスクフレーム15に圧着させる。
【００２９】
このとき、レーザ光照射ヘッド42の先端の接触部54をゲッターサポート19の溶接面に対して線接触させることにより、集中荷重を与えやすく、ゲッターサポート19とマスクフレーム15とを容易に密着させることができる。
【００３０】
さらに、励磁手段66で磁力が発生している接触部材52がゲッターサポート19に接触することにより、この磁力がゲッターサポート19およびマスクフレーム15に作用してこれらゲッターサポート19とマスクフレーム15とが密着する。
【００３１】
さらに、例えばゲッターサポート19を溶接するマスクフレーム15の内枠22の取付面が傾斜している場合でも、集中荷重を与えること、および磁力を与えることにより、ゲッターサポート19とマスクフレーム15とを密着させることができる。
【００３２】
そして、レーザ光照射ヘッド42のハンドル69を握ることによってレーザ発振スイッチ70が入り、レーザ発振装置からレーザ光Ｌを発振し、このレーザ光Ｌが、光ファイバーケーブル45を経てレーザ光出射部46から出射し、集光レンズ47で集光し、保護ガラス48を透過し、ゲッターサポート19上で焦点Ｆを結び、ゲッターサポート19およびマスクフレーム15の溶接点で金属を溶し、これらゲッターサポート19とマスクフレーム15とを溶接する。
【００３３】
このとき、レーザ光照射ヘッド42の先端の接触部54をゲッターサポート19の溶接面に対して線接触させることにより、これら両側の接触部54を結ぶ基準軸を中心としてレーザ光照射ヘッド42が揺動可能な範囲内においてゲッターサポート19の溶接面に対するレーザ光Ｌの焦点Ｆを一定に保持できるため、レーザ光照射ヘッド42の傾きが変化してもレーザ光Ｌの焦点Ｆが所望の溶接点に一致した溶接ができ、溶接強度を安定させることができる。
【００３４】
さらに、溶接時に黒化膜が破壊されるときや金属同士が溶着するときに発生するスプラッシュが飛散するのを飛散防止カバー59によって防止する。
【００３５】
さらに、金属が急激に溶けることで発生するベーパーを吸引口64から吸引除去する。吸引口64からの吸引によって、接触部材52の両側の接触部54間の開口部53から吸引口64に向けた気流（図１に矢印ａで示す）を発生させることにより、ゲッターサポート19と接触部材52および取付アーム51などとの間からベーパーが外部に流出するのを防止し、また、従来のように筒体のレーザ光照射ヘッド側の近傍位置でかつ筒体の上側から吸引した場合には、筒体の上方のレーザ光照射ヘッドへ向けた気流が発生し、レーザ光照射ヘッドの先端の保護ガラスにベーパーが付着および堆積しやすいが、飛散防止カバー59とレーザ光照射ヘッド42との間の間隙部60から吸引口64に向けた気流（図１に矢印ｂで示す）を発生させることにより、ベーパーが保護ガラス48に付着および堆積するのを防止し、レーザ光Ｌの透過率が低下するのを防止できる。
【００３６】
そして、このような溶接動作を所定の溶接強度を満たすように繰り返した後、レーザ溶接装置41の保管位置にレーザ光照射ヘッド42を戻すことで、吸引手段62および励磁手段66が停止する。
【００３７】
このように、レーザ光照射ヘッド42の先端の接触部54を被溶接物49に対して線接触させることにより、レーザ光照射ヘッド42の傾きが変化してもレーザ光Ｌの焦点Ｆが所望の溶接点に一致した溶接ができ、溶接強度を安定させることができ、また、励磁手段66によってゲッターサポート19とマスクフレーム15とを密着させることにより、スプラッシュの発生起因を抑制でき、さらに、吸引手段62によって、溶接時に発生したスプラッシュおよびベーパーを吸引除去することにより、溶接性能を安定させるとともに、耐圧特性の劣化を防ぎ、したがって、品位のよい陰極線管11を製造することができる。
【００３８】
なお、被溶接物49の溶接部材および被溶接部材が非磁性体の場合は、励磁手段66を使用できないが、レーザ光照射ヘッド42の先端の接触部54を被溶接物49に対して線接触させることにより、集中荷重を与えやすく、被溶接物49の溶接部材と被溶接部材を容易に密着させることができる。
【００３９】
また、接触部材52の接触部54は、線接触に限らず、点接触でもよく、同様の作用効果が得られる。
【００４０】
また、前記実施の形態では、手動で溶接を実施するレーザ溶接装置41を用いて説明したが、自動で溶接を実施するレーザ溶接装置においても同様な方法により使用することは可能である。
【００４１】
また、レーザ溶接装置41は、陰極線管11の製造工程以外にも、各種の溶接工程に適用でき、同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態を示すレーザー溶接装置の一部を拡大した断面図である。
【図２】同上レーザー溶接装置の接触部材を示し、(a)は側面図、(b)は底面図である。
【図３】同上レーザー溶接装置の断面図である。
【図４】陰極線管の断面図である。
【図５】陰極線管のマスク構造体を示し、(a)はマスク構造体の斜視図、(b)はマスク構造体のマスクフレームの斜視図である。
【図６】従来のレーザー溶接装置の断面図である。
【図７】従来のレーザー溶接装置における不具合を(a)(b)に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
41    レーザ溶接装置
42    レーザ光照射ヘッド
47    集光レンズ
49    被溶接物
52    接触部材
54    接触部
58    空間部
59    飛散防止カバー
60    間隙部
62    吸引手段
64    吸引口
66    励磁手段
Ｆ    焦点
Ｌ    レーザ光
【図１】
2005246449.tif 000003
【図２】
2005246449.tif 000004
【図３】
2005246449.tif 000005
【図４】
2005246449.tif 000006
【図５】
2005246449.tif 000007
【図６】
2005246449.tif 000008
【図７】
2005246449.tif 000009