より優れたレーザ樹脂溶着

軽量、耐食性、生体適合性、電気的・熱的絶縁性、低コストなど、ポリマーが持つ独特な特性により、医療機器、自動車、コンシューマーエレクトロニクスなどでの利用が進んでいます。 ポリマー部品の組み立てでは、多くの場合、部品同士を溶接します。 要求の厳しい用途の場合、こうした部品の溶接加工方法には、高い機械的精度、部品の歪みがないこと、微粒子の発生が少ないこと、優れた接合強度を実現することが求められます。

レーザ溶接は、これらの要件をすべて満たしています。 特に、レーザ溶接の一種である準同時（QS）透過型レーザ溶接（TTLW）は、部品の歪みを完全に避けなければならない用途や、複雑な溶接シーム形状を伴う用途で最高の結果をもたらします。

しかし、一貫した高品質のQS溶接加工方法を生産に導入するには、いくつかのステップが必要です。 まず、入念なプロセス監視が必要で、これには通常、閉ループ締め付け力制御やサーマルイメージングが含まれます。 2つ目は、加工方法に適した部品設計です。 

コラプス（つぶれ）制御

精密用途のQS溶接の一般的なフォームは、「コラプス・リブ」法です。 この技術により、強固な溶接と良好な外観を実現すると同時に、バリ取りや除去を行う加工方法後の後処理を不要にすることができます。 さらに、この方法は、部品が完全に平らではない場合や、公差が厳しい場合でも、良い結果を得ることができます
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このコラプス・リブ法による加工方法では、一方の部品に薄い隆起部があり、その隆起部が他方の部品の、対応する（少し広い）溝とかみ合います。 部品を溶接するには、隆起部のある部品をホルダーに配置し、溝のある部品をその上に置きます。 クランプで2つの部品を能動的に押し付けながら、レーザで下側のリブを部分的に溶かします。 溶けた材料が流れ、部品間の隙間の一部に充満します。 再凝固した材料が溶接継手を形成します。 

この加工方法を製造で成功させるための重要な要素のひとつが「コラプス制御」です。これは、溶接中に上の部品の下がる量（「コラプス高さ」と呼ばれる）を積極的に監視し、制御することを意味します。 

Coherentは、常に優れた結果をもたらす独自のコラプス制御を開発しました。 それを実現するために、当社のExactWeld 230 PとExactWeld IP樹脂溶着ツールは、すべて力検出変換器を組み込んでいます。 これにより、上の部品にクランプでかかっている圧力を連続的に測定します。 コラプス高さ（上の部品が移動した距離）も測定します。 これらの信号は、クランプを駆動するサーボモーターを制御するためのフィードバックとして使用されます。 

この方法を採用しているメーカーは他にありません。 一部のメーカーはサーボモーターの電流をフィードバック信号として使用していますが、これでは同じ測定精度や動的制御の度合いが得られません。 締め付け力ではなく、コラプス高さを測定するだけのメーカーもあります。 また、クランプに空気圧アクチュエーターを使用するメーカーもありますが、力を測定したとしても、締め付けを正確に制御するために必要な精度や応答速度は得られません。

真の締め付け力を測定することで、Coherentの溶接機は、溶接される部品の正確な状態に対応するために、必要に応じて締め付け力を制御することができます。 これにより、部品間の寸法の偏差、材料の吸収特性の変化、周囲環境の変動などを補正することができます。 これが、安定した結果を得るための秘訣です。 また、必要に応じて締め付け力を任意に変化させることができるため、柔軟性もあります。 たとえば、部品の応力を制御するために、冷却段階で圧力をあまりかけないほうが良い場合もあります。 

実際の締め付け力と加工方法中の部品の「コラプス」量の両方を監視することは、部品間のばらつきがあった場合でも一貫した溶接を行うための鍵です。

機械や環境、部品自体の変化による加工方法のばらつきがなくなるため、全体的な結果として、歩留まりや品質、一貫性が向上します。 また、溶接システムは、ある場所で設定した後、別の場所に輸送しても、同じ性能を発揮することができるという利点もあります。 さらに、マシン間のばらつきも補正します。これにより、あるシステムで設定した加工方法を他のシステムに移行しても一貫した結果を得ることができ、加工方法のスケーラビリティを高めることができます
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サーマルイメージングの優れた点

樹脂溶着を成功させるためのもう一つの重要なツールは、赤外線カメラシステムによるサーマルイメージングです。 溶接完了後、サーマルビジョンチェックで溶接シーム全体を画像化します。 イメージ内の溶接パスに沿った途切れは、溶接シームの隙間を示しており、線の太さの変化は、溶接の弱いスポットを示しています。

これにより、メーカーは不良部品を即座に特定して排除できます。 不良部品にさらに経費をかけることがなくなるため、メーカーの経費削減になります。 もちろん、不良部品をお客様に出荷することも防げます。

製造業向けの設計

樹脂溶着を成功させるためのもう一つのポイントは、製造の前、つまり商品開発の段階にあります。 溶接中にクランプが噛み合い、必要な下向きの力を発揮するには、適切な位置に十分なスペースがある部品設計が重要です。 さらに、溶接ツーリングは、クランプがどのポイントでもレーザビームが溶接経路に到達するのを妨げないように設定する必要があります。

隆起部や溝の寸法および形状は、溶接加工方法のための十分な溶融材料を供給する必要があります。 また、生成される溶融材料が入るための十分なスペースがある必要もあります。 さらに、部品設計により、十分なコラプス（つぶれ）高さを確保することが必要です。 これは、強固な溶接と良好な外観を実現しつつ、バリ取りや除去を行う加工方法後の処理を不要にすることを目的としています。

樹脂溶着の豊富な経験を持つCoherent Labsのアプリケーションエンジニアは、部品と溶接ツールの両方の設計においてアドバイスを提供できます。 また、Coherentは、新しい加工方法レシピの開発で支援することができます。 レーザ溶接には、かなり大きな「パラメータ空間」が存在することが多いので、これは貴重です。 これまでの経験により、当社のアプリケーション開発スタッフが最適なアプローチを迅速に見つけることができます。

最後に、Coherentは機器の設置、加工方法の稼動、スタッフのトレーニングなどで支援することができます。 Coherentが提供する専門知識、機器、サポートを活用することで、レーザ樹脂溶着のあらゆるメリットを製造現場で実現する最良の方法を得ることができます。

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