ガルバノスキャナとダイナミックビームレーザ
アミ・スピラガルバノスキャナとダイナミックビームレーザを組み合わせることにより、eモビリティの溶接用途に対するフィード速度を増加させるために必要な、レーザ溶接の進歩が実現される。
今日の製造業界において、速度は新場合が多い。これによってメーカーは、部品を取り除いて、それらをビームの製品を製造する上での重要な要素であ製造プロセスにおける任意の問題を素電気光学動作に置き換えることを可能る。ここで効果を発揮するのがガルバ早く特定して修正し、廃棄物を低減し、にする。これはメーカーに対し、品質ノスキャナであり、レーザ溶接や金属生産性を上げることが可能になる。の高い製品を効率的に製造するために必要な、製造プロセスに対するさらな積層造形に対して一般的に用いられてしかし、ガルバノスキャナには、正いる。ガルバノスキャナは、高いフィしい焦点位置を維持するためのレンズード速度で複雑な形状を描くようにレの機械的動作と、傾斜角を維持するたーザビームを動かすことが可能で、製めの複雑な光学系が必要である。この造プロセスに対するさらなる柔軟性と複雑さが原因で、この技術を最大限にダイナミックビームレーザ（ DBL ）と制御をメーカーに与える。ガルバノス活用することがメーカーにとって困難は、無限の数のビーム形状と、メガヘキャナは、自動車業界など、製造のさとなる可能性がある。

ルツ周波数のビームウォブルを生成する柔軟性と制御を与える。

ダイナミックビームレーザとはそこで登場するのが、ダイナミックる、高出力ファイバレーザである。こ

品質の高い出力を確保するために、ビームレーザ技術である。この技術は、

れは、コヒーレントビーム結合と光フ

ガルバノスキャナは、溶接品質をモニ

ガルバノスキャナとレーザの併用を簡ェーズドアレイという、2 つの中核技タリングするセンサと組み合わされる

素化し、スキャナ内の機械部品や光学術に基づいている（図 1 ）。

まざまな分野で広く利用されている。

コヒーレントビーム結合と光フェーズドアレイの構成図
センサ

制御
電子部品

建設的干渉
光増幅器
位相変調器

結果
破壊的干渉
結果
分割増幅結合図１ 積層造形プロセスの再現性を確保するために、スリットベースのビームプロファイラが使用されている（図1〜 3 は、アクストラ 3D 社提供）

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光フェーズドアレイは、光波の位相を変更することによって、レーザビームの向きを制御する手法である。これによって、ビームの向きをリアルタイムに変更することが可能で、複雑な形状を溶接する際に不可欠となる、非対称のビーム形状の使用が可能になる。

DBL を使用する理由
図２ 大きな走査範囲は、ステーターのヘアピンを溶接する際に、ステーターを動かすことなくすべてのヘアピンをスキャナによって溶接することが可能で、ステーターを機械的に動かす必要はないことを意味する。これによって、溶接プロセスにおいて最も時間のかかる工程が取り除かれる

DBL をガルバノスキャナと併用すると、従来のレーザ溶接システムにはない複数のメリットが得られる。最も顕図４ ダイナミックビームレーザは、ビームの向きをオンザフライで変更し、非対称のビーム形状の使用を可能にする（画像提供：BBWLasertechnik ）著なメリットの 1 つは、スキャナを長い焦点距離で使用できることである。

ステーターを動かすことなく、ヘアピ既 存レーザは、 焦 点 距 離 が約 300 ～ン全体をスキャナで溶接することが可

コヒーレントビーム結合とは、複数400mm までに限られている。DBL の能となり（図 2 ）、この処理に必要な時のシングルモードレーザビームを結合

高いビーム品質により、スキャナから間と労力は大幅に軽減される。

して、より大きな単一のビームにする加工対象物までの焦点距離を、その 2

DBL は、焦点補正機能も提供する。

処理である。個々のレーザが生成する倍以上にすることが可能で、新たな可

既存のスキャナは、レンズを機械的に光が遠視野において他のビームと交差能性が開かれる。

動かすが、この方法では速度に制約がすることにより、回折パターンが生成

この機能を利用する 1 つの例が、スある。DBL は、焦点位置を電気光学される。この方法は、可動部品を必要テーターのヘアピンの溶接である。従的に変更可能で、より高速な焦点制御とすることなくビーム形状をリアルタ

来のプロセスは、時間のかかる技術的を提供する（図 3 ）。

イムに変更する能力を提供するため、に難しいもので、溶接プロセス全体をDBL によって実現される、リアルタダイナミックビームレーザの構築につ通してステーターを動かすことが必要

イムなビームの向きの変更も、ビームながる。

である。DBL を使用することにより、形状とウォブルの新たな可能性を開くものである。従来のレーザ溶接システ
ムでは、これらの手法をスキャナに組

図３ さまざまな焦点距離に対する焦点深度
焦点距離（ mm ）焦点深度（± mm ）焦点ステアリングによる焦点深度（± mm ）み合わせられるのは、対称的な形状に限られていた。高速なフィード速度で形状の向きを変更することができない

750.002.877.21ためである。しかし、位置に基づいて形状の向きを変更する能力は（図 4 ）、溶接プロセスに対してより高い効果を1000

5.0912.82発揮できるビーム形状の新たな可能性を開く。
DBL をスキャナに組み合わせること

1500

11.4728.92により、新たな用途が可能になる。例
えば、最大 500mm/s のフィード速度でのバッテリー冷却プレートの溶接で2700

37.20

94.10ある。この製品の一般的な設計の一部に、小さな円の溶接が必要になる部分
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図５ バッテリー冷却プレートの溶接。小さな円の溶接にガルバノスキャナを使用する

全体的な強度を低下させる恐れがある。また、過剰なポロシティは、キーホールの不安定性と崩壊を促進する可能性もある。ポロシティを低減するために、磁場、レーザウォブルプロセス、（回折光学素子による）デュアルビーム溶接など、それ以外にもさまざまな手法が適用されているが、効果は限られ

図６ ガルバノスキャナによるアルミニウムダイキ
ャスト熱交換器の溶接ている。溶接中の溶融池の動的特性の制御がやはり、課題として残るためである。
ダイナミックビームレーザは、ビーム成形と、用途に合わせたパワー分布により、溶融池に対する多大な制御を提供する。また、ビームを高周波数で振動させることによって、トラップされた水素が溶融池から流出できるようにする。これによって、ポロシティは最小限となり、気密性の高い溶接部が得られる。
この技術を利用することにより、メーカーは高品質で高強度のアルミニウ
ムダイキャスト部品をより短い時間で製造し、車両の軽量化、高強度化、効がある（図 5 ）。小さな円の溶接に対しは、レーザビームを所望の方向に正確率化を求める自動車業界のニーズに応ては、ガルバノスキャナが最も効率的に導き、高精度で効率的な溶接を確保えることができる。また、このダイキなソリューションである。しかし、小するために役立つ。ダイナミックビーャストプロセスを使用して複雑なデザさな円を溶接すると、亀裂が生じる可

ムレーザ技術は、溶融池の動的特性にインと形状を製造する能力は、急速に能性が高く、品質の高い溶接部を達成対する高度な制御を提供し、ポロシテ進化する今日の自動車業界に不可欠とするのは非常に難しい。これに対し、ィを低減し、材料安定性を向上させる。

なる、さらなる柔軟性とイノベーショ

非対称のビーム形状を生成する能力

ダイキャストアルミニウム部品を接ンをパワーエレクトロニクス設計にもは、メーカーにとって強力なソリュー合するプロセスは、特にレーザ溶接にションとなる。位置に基づいてビームよって行う場合は難しい処理である。

ガルバノスキャナとダイナミックビ

形状を変更することにより、亀裂やそこの鋳造プロセスでは、高温高圧と付ームレーザの組み合わせは、溶接の課の他の溶接欠陥の発生を大きく低減

加材料の処理により、一般的に大量の題に対する有望なソリューションであし、欠陥を最小限とした高品質な溶接

水素ガスが材料の中にトラップ（捕捉）り、品質の高い部品をより高速かつ効部を得ることができる。

される。溶接時にこのガスが膨張し、率的に製造する能力をメーカーに与えDBL をスキャナに組み合わせるもう過剰なポロシティとスパッタが発生する。それは究極的に、自動車業界と消1 つの使用事例が、自動車業界における。前者は材料の機械的特性を弱め、費者にメリットをもたらす。

るパワーエレクトロニクス用のアルミニウムダイキャスト熱交換器の製造である（図 6 ）。DBL とガルバノスキャナたらす。

著者紹介
アミ・スピラ（ Ami Spira ）は、イスラエルのシヴァン・レーザーズ社（ Civan Lasers ）のマーケティン
グマネージャー。e-mail：ami.spira@civanlasers.com URL：www.civanlasers.com

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