JP5196147B2 - ろう付けワイヤの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの継ぎ目部分をレーザ光を熱源としてろう付けするレーザろう付けに適用されるろう付けワイヤの切断方法に関する。

レーザろう付けは、入熱量が少なく、ワークの熱歪による変形を抑えることができることから、近年、自動車ボデーのアウタパネル同士の接合に多用されている（たとえば、特許文献１参照）。ところで、レーザろう付けは、一般的に図６に示されるように、ワークＷに対するレーザ光Ｌａの照射ポイントＰにコンタクトチップ１を通してワイヤ（ろう材）２を連続に繰出すことにより行われる。

上記のように行われるレーザろう付けにおいては、ワークの継ぎ目部分に対するろう付けを終えると、ワイヤの先端部に溶融物（ドロス）が玉状（球状）に凝固して残り、そのままの状態で次のろう付けを開始すると、ワイヤ先端部の溶融が不完全となる、いわゆるワイヤ溶残りが発生し、継ぎ目部分の始端部の接合が不完全となる。このため、次のろう付けの開始直前の準備として、ワイヤの先端部を切断して、その先端形状を整える必要があるが、適当なカッタを用いて手作業にてワイヤの先端部を切断したのでは、コンタクトチップ１からのワイヤ２の突出し長さＳ（図６参照）にバラツキが生じる。そして、該突出し長さＳが規定長より短い場合には溶融量不足による欠肉欠陥が、逆に規定長より長い場合には溶融量過多による肉余り欠陥がそれぞれ生じ、所望のろう付け品質を確保することが困難になる。

ところで、溶接ワイヤを対象にしたものではあるが、特許文献２には、溶接ロボットの作動範囲内にワイヤカッタを配置し、トーチ（ノズル）から突出するワイヤの先端を当て板に当てた状態で前記ワイヤカッタにより機械的にワイヤの先端部を切断し、前記当て板の側方に配置した噴出ノズルから噴出させた圧縮エアにより切りかすを吹き飛ばすようにしたワイヤ切断方法、装置が記載されている。したがって、このワイヤ切断方法、装置を上記したレーザろう付けに適用すれば、ワイヤの先端を整形できることに加え、供給ヘッドからのワイヤの突出し長さを一定にすることができるものと期待される。

特開２００２−７９３７１号公報 特開平７−２８４９３５号公報

しかしながら、自動車ボデーのアウタパネル同士の接合に用いられるワイヤ（ろう材）としては、柔軟なＣｕ系材料が用いられることが多く、上記した特許文献２に記載の切断方法、装置をそのまま適用したのでは、ワイヤカッタによる切断時にワイヤが変形を起こす危険がある。このため、その適用に際しては、ワイヤカッタの近傍に、別途ワイヤを拘束するクランプ手段が必要になり、装置構造が複雑になるばかりか、ワイヤカッタの損耗による工具交換も必要になり、コスト負担の増大が避けられないようになる。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、機械的な切断に頼ることなくワイヤの先端部を安全かつ高精度に切断でき、しかも設備にかかるコストも最小限で済むろう付けワイヤの切断方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、コンタクトチップから繰出されるワイヤの先端部をレーザ照射して溶融すると共に、その溶融物をレーザ照射側と反対側から吹付けたエアにより飛散させることを特徴とする。

このように行うワイヤ切断方法においては、レーザ照射によってワイヤの先端部を溶融してワイヤを切断するので、ワイヤの変形が抑えられ、供給ヘッドからのワイヤの突出し長さを一定にすることができる。また、ワイヤの先端部の溶融物を圧縮エアによりレーザ照射側へ飛散させるので、溶融物は凝固する間もなく吹き飛ばされ、ワイヤの先端の整形程度は良好となる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。

（１）ワイヤ供給手段から送給されたワイヤをコンタクトチップを通してレーザ光の照射ポイントに繰出し、該ワイヤの繰出し端部をレーザトーチから出射したレーザ光により溶融するレーザろう付けに適用されるワイヤ切断方法であって、前記コンタクトチップからワイヤを連続に繰出しながら、前記供給ヘッドから繰出されたワイヤの繰出し端部を前記レーザトーチから出射したレーザ光により溶融し、該ワイヤを間にして前記レーザ光の照射側と反対側から、前記レーザ光の照射ポイントに向けて圧縮エアを吹付け、該ワイヤの繰出し端部の溶融物を飛散させることを特徴とするろう付けワイヤの切断方法。

本（１）項記載のろう付けワイヤの切断方法においては、供給ヘッドから繰出されるワイヤの繰出し端部をレーザ光の照射により溶融し、その溶融物を圧縮エアによりレーザ照射側へ飛散させるので、ワイヤの先端を良好に整形できるばかりか、コンタクトチップからのワイヤの突出し長さを一定にすることができる。また、レーザろう付けのシステムをそのまま利用するので、設備的には圧縮エアの吹付け手段を追加するだけとなり、工具交換も不要になって、コスト負担はわずかとなる。
しかも、コンタクトチップからのワイヤの繰出しを継続しながら、その繰出し端部をレーザ光の照射により溶融するので、溶融部がコンタクトチップ側へ拡大することはなく、コンタクトチップからのワイヤの突出し長さのバラツキを抑えることができる。

（２）前記レーザ光による溶融により、ワイヤの繰出し端部に玉状の溶融物を形成し、該溶融物に、圧縮エアを吹付けることを特徴とする（１）項に記載のろう付けワイヤの切断方法。

本（２）項記載のろう付けワイヤの切断方法においては、レーザ光による溶融により、ワイヤの繰出し端部に玉状の溶融物を形成し、この溶融物の玉が適当な大きさとなった時点で、溶融物に圧縮エアを吹付ける。この圧縮エアは、レーザ照射ポイントに向けて吹付けられ、これによって溶融物がレーザ照射側へ粒子状に飛散するものである。

（３）ろう付けエリアに隣接して設定したワイヤ切断エリア内に圧縮エアを噴出するエアノズルを配置し、ロボットの動作で前記供給ヘッドおよびレーザトーチを前記ワイヤ切断エリアに移動させて、該ワイヤの繰出し端部の溶融および溶融物の飛散を行うことを特徴とする（１）または（２）項に記載のろう付けワイヤの切断方法。

本（３）項記載のろう付けワイヤの切断方法においては、レーザろう付けのシステムのロボットの動きを利用して、速やかにワイヤの先端の整形およびコンタクトチップからのワイヤの繰出し長さの調整を行うことができる。

本発明に係るろう付けワイヤの切断方法によれば、レーザ光による溶融と圧縮エアの吹付けとを利用してワイヤの先端部を切断するので、柔軟なろう付けワイヤを対象にしても、その先端部を安全かつ高精度に切断でき、ろう付け品質の安定確保に大きく寄与するものとなる。また、レーザろう付けのシステムをそのまま利用するので、設備にかかるコスト負担を最小限に抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一つの実施形態を示したものである。本実施形態は、レーザろう付けのシステムをそのまま利用するもので、該システムは、レーザ発振器（図示略）から送られたレーザ光Ｌａを集光してワークに向けてを出射するレーザトーチ１０と、ワークに対するレーザ光Ｌａの照射ポイントＰにろう材としてのワイヤ１１を繰出すコンタクトチップ１２と、ワイヤ１１をガイドチューブ１３を通してコンタクトチップ１２へ送給するワイヤ供給機（ワイヤ送給手段）１４とを備えている。

上記コンタクトチップ１２の後端には支持ブロック１５が固結されており、この支持ブロック１５には、レーザトーチ１０に横付けしたフローティング機構１６から延ばした支持アーム１７が連結されている。レーザトーチ１０は、ここではシステム内のロボットのアーム１８に取付けられ、一方、コンタクトチップ１２は、ワイヤ１１がレーザ照射ポイントＰへ向かうようにレーザ光Ｌａの光軸と所定の角度θをなすように支持アーム１７に支持されている。これによりレーザトーチ１０とコンタクトチップ１２とは、ロボットアーム１８の動作に応じて、前記した所定の角度θを維持しながら一体的に移動する。

レーザろう付けに際しては、ワークの継ぎ目部分の始端部にレーザ光Ｌａの照射ポイントＰを合せるようにレーザトーチ１０が位置決めされると共に、該照射ポイントＰにワイヤ１１の先端が到達するようにコンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さが調整される。そして、この状態から図示を略すレーザ発振器とワイヤ供給機１４とが起動され、ロボットアーム１８の動作により前記照射ポイントＰがワークの継ぎ目部分に沿って所定の速度で走査される。これにより該継ぎ目部分には、ワイヤ１１の溶融物が連続に盛られると共に、該照射ポイントＰの走査跡にビードが連続に形成され、ワークの継ぎ目部分がレーザろう付けされる。

しかして、ワークの継ぎ目部分に対するろう付けを終えると、ワイヤ１１の先端部に溶融物が玉状に残るので、次のレーザろう付けの開始直前の準備として、ワイヤ１１の先端形状を整えると共に、ワイヤ１１の先端部が前記レーザ照射ポイントＰに位置するようにコンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さＳ（図６参照）を調整しておく必要がある。本切断方法は、このワイヤ１１の先端の整形および突出し長さの調整を行うもので、上記したレーザろう付けを行うろう付けエリアに隣接する場所で、かつロボットアーム１８の動作範囲内にワイヤ切断エリアを設定し、このワイヤ切断エリア内に圧縮エアを噴出するエアノズル２０を設置しておく。

ワイヤ切断に際しては、ワークの継ぎ目部分に対する一連のろう付けを終えた段階で、ロボットアーム１８の動作でレーザトーチ１０とコンタクトチップ１２とをワイヤ切断エリアに移動させ、レーザ照射ポイントＰがエアノズル１９に近接して配置されるようにレーザトーチ１０を位置決めする。このとき、図１に示すように、コンタクトチップ１２から繰出されたワイヤ１１を間にして、レーザ光Ｌａの照射側と反対側にエアノズル２０が位置するようにレーザトーチ１０を位置決めする。

そして、上記した準備完了後、図示を略すレーザ発振器とワイヤ供給機１４とを起動させる。すると、図２（Ａ）に示されるように、コンタクトチップ１２からレーザ照射ポイントＰにワイヤ１１が連続に繰出され、その繰出し端部がレーザ光Ｌａによって加熱溶融される。この加熱溶融により、ワイヤ１１の繰出し端部には、同２（Ｂ）に示されるように、溶融物２１が玉状（球状）に形成される。そして、溶融物２１の玉が適当な大きさとなった時点で、図示を略すエア源からエアノズル２０に圧縮エアを供給する。この圧縮エアは、同図（Ｃ）に示されるように、レーザ照射ポイントＰに向けて吹付けられ、これによって溶融物２１がレーザ照射側へ粒子状に飛散する。その後は、速やかにレーザトーチ１０からのレーザ光Ｌａの照射と、コンタクトチップ１２からのワイヤ１１の繰出しとエアノズル２０からの圧縮エアの吹付けが停止され、これにてワイヤ１１の先端は整形され、かつコンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さが規定長に仕上げられる。

ここで、上記したワイヤ切断に際しては、レーザ照射側と反対側から圧縮エアの吹付けを行っているので、図３（Ａ）に示されるように、溶融物２１の飛散方向はレーザ光Ｌａの照射側となり、溶融物２１は凝固する間もなく溶融状態のまま吹き飛ばされる。この結果、ワイヤ１１の先端には凝固片が張り付いて残ることはなくなり、ワイヤ１１の先端は良好に整形される。因みに、同図（Ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌａの照射側から反対側へ圧縮エアを吹付けた場合は、溶融物２１の凝固が急速に進行して、ワイヤ１１の先端片側に凝固片２２がバリとして残り、ワイヤ１１の先端は整形不良となる。

上記したワイヤ切断に際してのレーザ光Ｌａの出力は、あまり大きいとコンタクトチップ１２側へ溶融部が拡大するので、レーザろう付け時よりも低めに設定するのが望ましい。一例として、ワイヤ１１が直径１ｍｍのＣｕ系材料からなる場合、レーザ出力は１ｋＷ程度とする。また、エアノズル２０のノズル径およびエアノズル２０からの圧縮エアのエア圧は任意であるが、一例として、ノズル径は１．１ｍｍ程度に、エア圧は０．７Ｐａ程度に設定される。

なお、上記実施形態においては、コンタクトチップ１２からワイヤ１１を連続に繰出しながらその繰出し端部をレーザ光Ｌａにより溶融するようにしたが、本発明は、ワイヤ１１をコンタクトチップ１２から規定長よりも長く突出させて、静止状態でレーザ光Ｌａにより溶融するようにしてもよいものである。この場合は、レーザ光Ｌａの出力を適当に調整することで、溶融部がコンタクトチップ１２側へ拡大するのを抑えることができ、上記実施の形態と同様に、コンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さを規定長に仕上げることができる。

ところで、本ワイヤ切断方法によれば、上記したようにコンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さを所望の長さに仕上げることができるので、図４に示すように、前面および側面に連続したフランジ３０ａ、３１ａを有するワーク３０、３１の突合せ部分のろう付けを高品質に行うことができる。すなわち、この場合は、フランジ３０ａ、３１ａの高さに合せてコンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さを設定することで、ろう付けビード３２がフランジ３０ａ、３１ａの端末（ろう付けの始端部）を含めて突合せ部分の全長にわたって確実に形成される。

しかし、コンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さにバラツキがある場合は種々の不具合が生じる。たとえば、図５（Ａ）に示されるように、ワイヤ１１の突出し長さがフランジ３０ａ、３１ａの高さより短い場合には、ろう付けの始端部に溶融量不足による欠肉欠陥が生じる。一方、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ１１の突出し長さがフランジ３０ａ、３１ａの高さより長い場合には、溶融量過多による肉余り欠陥が生じ、いずれの場合も、所望のろう付け品質を確保することが困難になる。

本発明に係るワイヤ切断方法の実施形態および本方法が適用されるレーザろう付けシステムを示す模式図である。 本ワイヤ切断方法の実施状況を順を追って示す模式図である。 本ワイヤ切断方法の実施に際して行われる圧縮エア吹付けによる溶融物の飛散状況を、比較例と対比して示す模式図である。 本ワイヤ切断方法により切断されたワイヤを用いてフランジの突合せ部分をレーザろう付けする場合の実施状況を模式的に示す斜視図である。 コンタクトチップ１２からのワイヤ１１の突出し長さにバラツキがある場合の不具合発生例を模式的に示す斜視図である。 レーザろう付けの一般的な実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１０ レーザトーチ
１１ ワイヤ（ろう材）
１２ コンタクトチップ
１４ ワイヤ供給機
１５ 支持ブロック
２０ エアノズル
Ｌａ レーザ光
Ｐ レーザ照射ポイント

Claims (3)

1. ワイヤ供給手段から送給されたワイヤをコンタクトチップを通してレーザ光の照射ポイントに繰出し、該ワイヤの繰出し端部をレーザトーチから出射したレーザ光により溶融するレーザろう付けに適用されるワイヤ切断方法であって、前記コンタクトチップからワイヤを連続に繰出しながら、前記コンタクトチップから繰出されたワイヤの繰出し端部を前記レーザトーチから出射したレーザ光により溶融し、該ワイヤを間にして前記レーザ光の照射側と反対側から、前記レーザ光の照射ポイントに向けて圧縮エアを吹付け、該ワイヤの繰出し端部の溶融物を飛散させることを特徴とするろう付けワイヤの切断方法。
2. 前記レーザ光による溶融により、ワイヤの繰出し端部に玉状の溶融物を形成し、該溶融物に、圧縮エアを吹付けることを特徴とする請求項１に記載のろう付けワイヤの切断方法。
3. ろう付けエリアに隣接して設定したワイヤ切断エリア内に圧縮エアを噴出するエアノズルを配置し、ロボットの動作で前記コンタクトチップおよびレーザトーチを前記ワイヤ切断エリアに移動させて、該ワイヤの繰出し端部の溶融および溶融物の飛散を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のろう付けワイヤの切断方法。

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