レーザ加工法
【課題】レーザビームを高速で走査させながらパルス状のレーザ照射を繰り返してシーム溶接を行う場合において、加工速度が速く溶接不良を防止するレーザ加工法を提供する。
【解決手段】１パルス目のレーザ照射をして線状の溶接形状を形成し、１パルス目のレーザ照射後、２パルス目のレーザ照射までの間に、レーザ光駆動部を元方向に一定距離戻した後に、２パルス目のレーザ照射を行いながらレーザ光を再び前に走査させ、各溶接部の端を重ねながらシーム溶接を行う。
【解決手段】１パルス目のレーザ照射をして線状の溶接形状を形成し、１パルス目のレーザ照射後、２パルス目のレーザ照射までの間に、レーザ光駆動部を元方向に一定距離戻した後に、２パルス目のレーザ照射を行いながらレーザ光を再び前に走査させ、各溶接部の端を重ねながらシーム溶接を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射してシーム溶接加工を行うレーザ加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光によるシーム溶接を行う場合、従来の加工法では、パルス励起レーザ発振器を使用し、１パルスで円状の溶接形状を生成し、一部を重ね合わせながら繰り返しレーザ照射を行ってシーム溶接を行っている。又は、連続励起レーザ発振器を使用し、レーザをワークに連続で照射しながら、一度にシーム溶接を行っている。
【０００３】
特許文献１では、溶接加工とは異なるがザップ加工において、レーザ発振器から周期的に出射されるレーザビームを、スリット状開口部を備えたマスクに当てることでレーザビームを長方形に整形し、１つの整形後レーザビームが照射される領域と、この整形後レーザビームに続いて出射される次の整形後レーザビームが照射される領域とが、少なくとも一部で重なるように、被照射体である基板を移動させながらレーザビームを照射している。
【０００４】
また、特許文献２では、レーザを用いた溶接とは異なるが電気溶接において、上下に分割形成されたタンクをロボットアームによって自由回転状態で支持し、タンクの接合フランジ部を上下電極輪間に挟んでシーム溶接を行う。即ち、電極輪を回転させつつ、電極輪間に直流電流を間欠的に流して接合フランジ部をシーム溶接する。この際に、接合フランジ部に対する上下電極輪の相対速度に比例して上下の電極輪間に流す直流電流を変化させることで、溶接塊相互のオーバラップ量を常に一定に保ちながらシーム溶接を行い、安定した溶接品質を得ている。
【０００５】
更に、特許文献３では、レーザ光を用いたシーム溶接方法とは異なるが、溶接ワイヤを供給する溶接トーチを、被溶接材の溶接線に沿って前後方向に揺動させながら、溶接線に沿い一定速度で前進移動しつつ溶接を行う方法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９７６９２号公報
【特許文献２】特開平０９−１０８８４３号公報
【特許文献３】特開昭６０−０１５０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。
【０００８】
従来、アルミ合金等のレーザ溶接においては、パルス励起レーザ発振器によるシーム溶接の場合、溶接形状が円状で深溶け込み溶接時に発生するキーホールが小さいため、溶融物が噴出し溶接面及び光学系等を汚すこともあり、また、溶融蒸気が抜けにくく、スパッタ又は気泡残留による溶接不良が発生しやすいという問題点がある。
【０００９】
また、１パルスで進む量が少ないため、加工速度が遅いという問題点がある。
【００１０】
また、連続励起レーザ発振器によるシーム溶接の場合、レーザを常時照射し続けるためワークへの熱影響が大きいという問題点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、レーザビームを高速で走査させながらパルス状のレーザ照射を繰り返してシーム溶接を行う場合において、加工速度が速く溶接不良を防止するレーザ加工法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】
本発明に係るレーザ加工法は、パルス状に繰り返し発振されるレーザ光を照射して溶接するレーザ加工法であって、１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部と、これに引き続く１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部とが、それらの端部で相互に重なりあうようにして順次シーム溶接することを特徴とする。
【００１３】
１パルスのレーザ光の照射後に、これに引き続く１パルスのレーザ光の照射開始位置を所定の距離逆戻させることで、線状溶接部の端部が相互に重なりあうようにすることができる。また、レーザ光のパルス幅を、１０乃至５０ｍｓとすると好適である。また、レーザ光を走査しながら照射して溶接を行うことが好ましい。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工装置は、前記レーザ加工法を利用したレーザ加工装置であって、パルス状のレーザ光を周期的に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器が発振したレーザ光を導く光ファイバと、前記光ファイバに導かれた前記レーザ光を平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過した光を反射する複数のスキャンミラーと、前記スキャンミラーの角度を可変に制御して反射レーザ光を走査させるスキャンミラー駆動部と、前記スキャンミラーにより反射された前記レーザ光を集光させるｆθレンズと、前記スキャンミラー駆動部と前記レーザ発振器の動作のタイミングをとる制御部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
レーザ発振器は、パルス励起レーザ発振器であると好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１パルスの溶接形状を線状にすることで、キーホールも線状に形成されるため、スパッタ又は気泡残留による表面荒れ、及びクラック等に起因する溶接不良を回避することができる。また、溶接形状が円状の従来のパルス励起レーザ発振器によるシーム溶接よりも、高速に加工できる。更に、１パルスレーザ照射後、次のレーザ照射までワークの冷却時間があるため、ワークへの熱影響も少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す斜視図である。また、図２は、本発明のレーザ加工プロセスを示す動作図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置は、パルス状にレーザ発振が可能なパルス励起レーザ発振器１と、駆動系によりミラーを振ってレーザ光を走査させるスキャン光学ユニット１０と、スキャン光学ユニット１０とレーザ発振器の動作の同期をとるコントローラ９から構成される。
【００１９】
パルス励起レーザ発振器１は、例えば、１０乃至５０ｍｓのパルス幅で繰り返しレーザ発振が可能となっている。パルス励起レーザ発振器１には光ファイバ２が接続されており、発振されたレーザ光は光ファイバ２によりスキャン光学ユニット１０に導かれる。
【００２０】
スキャン光学ユニット１０は、パルス励起レーザ発振器１から光ファイバ２を通って入射したレーザ光３を平行光にするコリメートレンズ４と、レーザ光３を反射して走査させるモータ駆動のスキャンミラー５と、スキャンミラー５の走査を駆動制御するモータ６と、レーザ光３を焦点平面に集光させるｆθレンズ７とから構成される。スキャン光学ユニット１０には、スキャンミラー５の走査を駆動する手段が設けられており、これによりレーザ光を高速に走査させることができる。
【００２１】
次に、本実施形態を使用して得られるレーザ加工プロセスを、図２（ａ）乃至（ｄ）を用いて説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、スキャン光学ユニットに設置されたスキャンミラーをレーザ光が（１）の位置を照射できる角度から（４）の位置に走査させる。途中、コントローラでタイミングをとり、（２）（３）間を走査する間、１パルス目のレーザ照射を行う。本動作により線状の溶接形状が得られる。次に、図２（ｂ）に示すように、２パルス目のレーザ照射の間に、スキャンミラーを（５）の位置にレーザ光が照射できる角度まで戻す。次に、図２（ｃ）に示すように、スキャンミラーをレーザ光が（８）の位置にレーザ光が照射できる角度まで走査させる。途中、コントローラでタイミングをとり、（６）（７）間を走査する間、２パルス目のレーザ照射を行う。以上の動作を繰り返してシーム溶接を行うことにより、図２（ｄ）に示すように、直線状の各溶接部の端部が重ねられて、これらの溶接部が連なった溶接部を形成することができる。
【００２２】
次に、本実施形態の効果について説明する。本発明のレーザ加工法においては、高速走査が可能なスキャン光学ユニットと、１０乃至５０ｍｓのパルス幅でレーザ出射が可能なパルス励起レーザ発振器とを組み合わせることにより、１パルスのレーザ照射をして線状の溶接形状を形成し、１パルスのレーザ照射後、次の照射までの間に、レーザ光駆動部を元方向に一定距離戻して、次の１パルスのレーザ照射を行いながらレーザ光を再び前に走査させ、各溶接部の端を重ねながらシーム溶接を行う。１パルスの溶接形状を線状にすることで、キーホールも線状に形成されるため、スパッタ又は気泡残留による表面荒れ、及びクラック等の溶接不良のない高品質なシーム溶接が可能となる。また、溶接形状が円状の従来のパルス励起レーザ発振器によるシーム溶接よりも、高速に加工できる。更に、１パルスレーザ照射後、次のレーザ照射までワークの冷却時間があるため、ワークへの熱影響も少なくできる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、パルス励起レーザ発振器を使用したが、連続励起レーザを使用し、１０ｍｓ乃至１００ｍｓ区切りでレーザを照射してもよい。また、加工速度は遅くなるが、駆動部にロボットやＸＹテーブルを用いてもよく、この場合溶接品質は良くなる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電気、自動車、及び電池部品等の溶接に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す斜視図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明のレーザ加工プロセスを示す動作図である。
【符号の説明】
【００２６】
１；パルス励起レーザ発振器
２；光ファイバ
３；レーザ光
４；コリメートレンズ
５；スキャンミラー
６；モータ
７；ｆθレンズ
８；レーザ光焦点
９；コントローラ
１０；スキャン光学ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射してシーム溶接加工を行うレーザ加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光によるシーム溶接を行う場合、従来の加工法では、パルス励起レーザ発振器を使用し、１パルスで円状の溶接形状を生成し、一部を重ね合わせながら繰り返しレーザ照射を行ってシーム溶接を行っている。又は、連続励起レーザ発振器を使用し、レーザをワークに連続で照射しながら、一度にシーム溶接を行っている。
【０００３】
特許文献１では、溶接加工とは異なるがザップ加工において、レーザ発振器から周期的に出射されるレーザビームを、スリット状開口部を備えたマスクに当てることでレーザビームを長方形に整形し、１つの整形後レーザビームが照射される領域と、この整形後レーザビームに続いて出射される次の整形後レーザビームが照射される領域とが、少なくとも一部で重なるように、被照射体である基板を移動させながらレーザビームを照射している。
【０００４】
また、特許文献２では、レーザを用いた溶接とは異なるが電気溶接において、上下に分割形成されたタンクをロボットアームによって自由回転状態で支持し、タンクの接合フランジ部を上下電極輪間に挟んでシーム溶接を行う。即ち、電極輪を回転させつつ、電極輪間に直流電流を間欠的に流して接合フランジ部をシーム溶接する。この際に、接合フランジ部に対する上下電極輪の相対速度に比例して上下の電極輪間に流す直流電流を変化させることで、溶接塊相互のオーバラップ量を常に一定に保ちながらシーム溶接を行い、安定した溶接品質を得ている。
【０００５】
更に、特許文献３では、レーザ光を用いたシーム溶接方法とは異なるが、溶接ワイヤを供給する溶接トーチを、被溶接材の溶接線に沿って前後方向に揺動させながら、溶接線に沿い一定速度で前進移動しつつ溶接を行う方法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９７６９２号公報
【特許文献２】特開平０９−１０８８４３号公報
【特許文献３】特開昭６０−０１５０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。
【０００８】
従来、アルミ合金等のレーザ溶接においては、パルス励起レーザ発振器によるシーム溶接の場合、溶接形状が円状で深溶け込み溶接時に発生するキーホールが小さいため、溶融物が噴出し溶接面及び光学系等を汚すこともあり、また、溶融蒸気が抜けにくく、スパッタ又は気泡残留による溶接不良が発生しやすいという問題点がある。
【０００９】
また、１パルスで進む量が少ないため、加工速度が遅いという問題点がある。
【００１０】
また、連続励起レーザ発振器によるシーム溶接の場合、レーザを常時照射し続けるためワークへの熱影響が大きいという問題点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、レーザビームを高速で走査させながらパルス状のレーザ照射を繰り返してシーム溶接を行う場合において、加工速度が速く溶接不良を防止するレーザ加工法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】
本発明に係るレーザ加工法は、パルス状に繰り返し発振されるレーザ光を照射して溶接するレーザ加工法であって、１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部と、これに引き続く１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部とが、それらの端部で相互に重なりあうようにして順次シーム溶接することを特徴とする。
【００１３】
１パルスのレーザ光の照射後に、これに引き続く１パルスのレーザ光の照射開始位置を所定の距離逆戻させることで、線状溶接部の端部が相互に重なりあうようにすることができる。また、レーザ光のパルス幅を、１０乃至５０ｍｓとすると好適である。また、レーザ光を走査しながら照射して溶接を行うことが好ましい。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工装置は、前記レーザ加工法を利用したレーザ加工装置であって、パルス状のレーザ光を周期的に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器が発振したレーザ光を導く光ファイバと、前記光ファイバに導かれた前記レーザ光を平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過した光を反射する複数のスキャンミラーと、前記スキャンミラーの角度を可変に制御して反射レーザ光を走査させるスキャンミラー駆動部と、前記スキャンミラーにより反射された前記レーザ光を集光させるｆθレンズと、前記スキャンミラー駆動部と前記レーザ発振器の動作のタイミングをとる制御部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
レーザ発振器は、パルス励起レーザ発振器であると好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１パルスの溶接形状を線状にすることで、キーホールも線状に形成されるため、スパッタ又は気泡残留による表面荒れ、及びクラック等に起因する溶接不良を回避することができる。また、溶接形状が円状の従来のパルス励起レーザ発振器によるシーム溶接よりも、高速に加工できる。更に、１パルスレーザ照射後、次のレーザ照射までワークの冷却時間があるため、ワークへの熱影響も少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す斜視図である。また、図２は、本発明のレーザ加工プロセスを示す動作図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置は、パルス状にレーザ発振が可能なパルス励起レーザ発振器１と、駆動系によりミラーを振ってレーザ光を走査させるスキャン光学ユニット１０と、スキャン光学ユニット１０とレーザ発振器の動作の同期をとるコントローラ９から構成される。
【００１９】
パルス励起レーザ発振器１は、例えば、１０乃至５０ｍｓのパルス幅で繰り返しレーザ発振が可能となっている。パルス励起レーザ発振器１には光ファイバ２が接続されており、発振されたレーザ光は光ファイバ２によりスキャン光学ユニット１０に導かれる。
【００２０】
スキャン光学ユニット１０は、パルス励起レーザ発振器１から光ファイバ２を通って入射したレーザ光３を平行光にするコリメートレンズ４と、レーザ光３を反射して走査させるモータ駆動のスキャンミラー５と、スキャンミラー５の走査を駆動制御するモータ６と、レーザ光３を焦点平面に集光させるｆθレンズ７とから構成される。スキャン光学ユニット１０には、スキャンミラー５の走査を駆動する手段が設けられており、これによりレーザ光を高速に走査させることができる。
【００２１】
次に、本実施形態を使用して得られるレーザ加工プロセスを、図２（ａ）乃至（ｄ）を用いて説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、スキャン光学ユニットに設置されたスキャンミラーをレーザ光が（１）の位置を照射できる角度から（４）の位置に走査させる。途中、コントローラでタイミングをとり、（２）（３）間を走査する間、１パルス目のレーザ照射を行う。本動作により線状の溶接形状が得られる。次に、図２（ｂ）に示すように、２パルス目のレーザ照射の間に、スキャンミラーを（５）の位置にレーザ光が照射できる角度まで戻す。次に、図２（ｃ）に示すように、スキャンミラーをレーザ光が（８）の位置にレーザ光が照射できる角度まで走査させる。途中、コントローラでタイミングをとり、（６）（７）間を走査する間、２パルス目のレーザ照射を行う。以上の動作を繰り返してシーム溶接を行うことにより、図２（ｄ）に示すように、直線状の各溶接部の端部が重ねられて、これらの溶接部が連なった溶接部を形成することができる。
【００２２】
次に、本実施形態の効果について説明する。本発明のレーザ加工法においては、高速走査が可能なスキャン光学ユニットと、１０乃至５０ｍｓのパルス幅でレーザ出射が可能なパルス励起レーザ発振器とを組み合わせることにより、１パルスのレーザ照射をして線状の溶接形状を形成し、１パルスのレーザ照射後、次の照射までの間に、レーザ光駆動部を元方向に一定距離戻して、次の１パルスのレーザ照射を行いながらレーザ光を再び前に走査させ、各溶接部の端を重ねながらシーム溶接を行う。１パルスの溶接形状を線状にすることで、キーホールも線状に形成されるため、スパッタ又は気泡残留による表面荒れ、及びクラック等の溶接不良のない高品質なシーム溶接が可能となる。また、溶接形状が円状の従来のパルス励起レーザ発振器によるシーム溶接よりも、高速に加工できる。更に、１パルスレーザ照射後、次のレーザ照射までワークの冷却時間があるため、ワークへの熱影響も少なくできる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、パルス励起レーザ発振器を使用したが、連続励起レーザを使用し、１０ｍｓ乃至１００ｍｓ区切りでレーザを照射してもよい。また、加工速度は遅くなるが、駆動部にロボットやＸＹテーブルを用いてもよく、この場合溶接品質は良くなる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電気、自動車、及び電池部品等の溶接に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す斜視図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明のレーザ加工プロセスを示す動作図である。
【符号の説明】
【００２６】
１；パルス励起レーザ発振器
２；光ファイバ
３；レーザ光
４；コリメートレンズ
５；スキャンミラー
６；モータ
７；ｆθレンズ
８；レーザ光焦点
９；コントローラ
１０；スキャン光学ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状に繰り返し発振されるレーザ光を照射して溶接するレーザ加工法であって、１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部と、これに引き続く１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部とが、それらの端部で相互に重なりあうようにして順次シーム溶接することを特徴とするレーザ加工法。
【請求項２】
１パルスのレーザ光の照射後に、これに引き続く１パルスのレーザ光の照射開始位置を所定の距離逆戻させることで、線状溶接部の端部が相互に重なりあうようにすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工法。
【請求項３】
前記レーザ光のパルス幅が１０乃至５０ｍｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工法。
【請求項４】
前記レーザ光の走査を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工法。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載のレーザ加工法を実施するレーザ加工装置であって、パルス状のレーザ光を周期的に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器が発振したレーザ光を導く光ファイバと、前記光ファイバに導かれた前記レーザ光を平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過した光を反射する複数のスキャンミラーと、前記スキャンミラーの角度を可変に制御して反射レーザ光を走査させるスキャンミラー駆動部と、前記スキャンミラーにより反射された前記レーザ光を集光させるｆθレンズと、前記スキャンミラー駆動部と前記レーザ発振器の動作のタイミングをとる制御部と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザ発振器がパルス励起レーザ発振器であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
パルス状に繰り返し発振されるレーザ光を照射して溶接するレーザ加工法であって、１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部と、これに引き続く１パルスのレーザ光を照射して形成する線状溶接部とが、それらの端部で相互に重なりあうようにして順次シーム溶接することを特徴とするレーザ加工法。
【請求項２】
１パルスのレーザ光の照射後に、これに引き続く１パルスのレーザ光の照射開始位置を所定の距離逆戻させることで、線状溶接部の端部が相互に重なりあうようにすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工法。
【請求項３】
前記レーザ光のパルス幅が１０乃至５０ｍｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工法。
【請求項４】
前記レーザ光の走査を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工法。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載のレーザ加工法を実施するレーザ加工装置であって、パルス状のレーザ光を周期的に発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器が発振したレーザ光を導く光ファイバと、前記光ファイバに導かれた前記レーザ光を平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過した光を反射する複数のスキャンミラーと、前記スキャンミラーの角度を可変に制御して反射レーザ光を走査させるスキャンミラー駆動部と、前記スキャンミラーにより反射された前記レーザ光を集光させるｆθレンズと、前記スキャンミラー駆動部と前記レーザ発振器の動作のタイミングをとる制御部と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザ発振器がパルス励起レーザ発振器であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２２９７２５（Ｐ２００７−２２９７２５Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１２６２（Ｐ２００６−５１２６２）
【出願日】平成１８年２月２７日（２００６．２．２７）
【出願人】（３０４０１７１４４）レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２７日（２００６．２．２７）
【出願人】（３０４０１７１４４）レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
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