レーザ接合装置
【課題】入射側部材と出射側部材との間に生じる隙間を減少させることにより、積層部材を確実に密着し、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができるレーザ接合装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、複数の透明部材１０２，１０４からなる積層部材１００の接合領域１０１にレーザ光１１０を照射し、積層部材を接合するレーザ接合装置１であって、積層部材を載置する載置部２と、積層部材にレーザ光を出射するレーザ光源ユニット５と、載置された積層部材の一方の面に接する第１の押え部材８１であって、レーザ接合時において、積層部材の少なくとも２つの透明部材の合わせ面１０３とレーザ光とが交わる領域に対して、合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、載置された積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材８０とを備え、第１及び第２の押え部材の少なくとも一方は、積層部材を押圧する、構成とした。
【解決手段】本発明は、複数の透明部材１０２，１０４からなる積層部材１００の接合領域１０１にレーザ光１１０を照射し、積層部材を接合するレーザ接合装置１であって、積層部材を載置する載置部２と、積層部材にレーザ光を出射するレーザ光源ユニット５と、載置された積層部材の一方の面に接する第１の押え部材８１であって、レーザ接合時において、積層部材の少なくとも２つの透明部材の合わせ面１０３とレーザ光とが交わる領域に対して、合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、載置された積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材８０とを備え、第１及び第２の押え部材の少なくとも一方は、積層部材を押圧する、構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射して、該積層部材を接合するレーザ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多光子吸収現象を利用して２つの物質を接合する方法として、重ね合わせたシリカガラス等の接合領域に超短パルスレーザを照射する接合方法があった（特許文献１）。この接合方法においては、重ね合わせたシリカガラスの上側の両端部分と下側の中央部分に押圧力が加えられている。そのため、重ね合わせたシリカガラスが、上側プレートと下側の固定プレートとによって挟まれている。また、下側の固定プレートの中央には、シリカガラスからなる半球状の突起が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０３５７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この接合方法では、下側の押え部材である半球状の突起と接合領域とが、シリカガラスの平面方向において遠く離れている。そのため、接合領域において上側のシリカガラスと下側のシリカガラスとの間に僅かな隙間が生じてしまい、確実に密着することができない。従って、非常に高い密着性を必要とする透明部材同士の内部接合において、接合不良が起きやすく且つ安定して接合することができなってしまう。
【０００５】
また、シリカガラス等からなる積層部材を押圧して密着させる場合、透明部材が撓んで変形してしまうことがある。そして、押え部材による押圧箇所と接合領域とが遠く離れている場合は、接合領域での撓みが大きくなる。そのため、押圧箇所から離れた接合領域においてレーザ光の焦点が接合部分から大きくずれてしまう。これにより、確実に密着することができないので、接合不良が起きやすいと共に、安定して接合することができなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ接合装置は、積層された複数の透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射し、前記積層部材を接合するレーザ接合装置であって、前記積層部材を載置するための載置部と、前記載置部上の前記積層部材に前記レーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面に接する第１の押え部材であって、前記レーザ接合時において、前記積層部材の少なくとも２つの前記透明部材の合わせ面と前記レーザ光とが交わる領域に対して、前記合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とを備え、前記第１の押え部材及び前記第２の押え部材の少なくとも一方は、前記積層部材を押圧することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、レーザ接合時において、積層部材の一方の面に接する第１の押え部材と、積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とによって積層部材を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そして、積層部材の少なくとも２つの透明部材の合わせ面における接合領域に、該合わせ面の法線方向から応力を加えた状態でレーザ接合することができる。そのため、レーザ光が照射される接合領域において、合わせ面に生じる隙間を減少させることができる。これにより、積層部材を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のレーザ接合装置を示す概略正面図である。
【図２】第１実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図３】第２実施形態のレーザ接合装置を説明する概略側面図である。
【図４】第２実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図５】第２実施形態のレーザ接合装置のガイド部を説明する概略拡大図である。
【図６】第２実施形態のレーザ接合装置のガイド部を説明する概略断面図である。
【図７】第３実施形態のレーザ接合装置を示す概略断面図である。
【図８】第３実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図９】変形形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に説明される実施形態で具体的に記載された形態に限定されるものではない。
【００１０】
［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るレーザ接合装置１は、積層された複数の透明部材１０２，１０４からなる積層部材１００の接合領域１０１にレーザ光１１０を照射し、積層部材１００を接合する。また、レーザ接合装置１は、積層部材１００を載置するための載置部２と、載置部２上の積層部材１００にレーザ光１１０を出射するレーザ光源ユニット５とを備える。なお、本実施形態の説明においては、積層部材１００に対してレーザ光１１０が入射する側、すなわち、レーザ光源ユニット５の集光レンズ５１側を入射側という。そして、積層部材１００からレーザ光１１０が出射する側、すなわち、積層部材１００に対して集光レンズ５１とは反対側を出射側という。
【００１１】
図１に示すように積層部材１００は、レーザ光１１０の入射側に位置する第１の透明部材１０２（以下、入射側部材という）と、レーザ光１１０の出射側に位置する第２の透明部材１０４（以下、出射側部材という）とを重ねて構成されている。すなわち、出射側部材１０４は、入射側部材１０２と出射側部材１０４の合わせ面１０３に対して入射側部材１０２とは反対側に位置する部材である。ここで、透明部材とは、例えば、ガラス又はサファイア等から形成された部材であり、レーザ光の波長に対して透明であり且つバンドギャップが大きな部材である。
【００１２】
レーザ光源ユニット５は、超短パルスレーザ（フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ又はナノ秒レーザ等）、又は炭酸ガスレーザ等のレーザ光１１０を出射する。このレーザ光１１０は、パルス幅が３０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであることが好ましく、パルス幅が２０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであるよりことがより好ましく、パルス幅が１０ｆｓ以上且つ２０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであることがさらに好ましい。このようなフェムト秒レーザを使用すれば、後述する出射側押え部材８１にレーザ光１１０が与える熱の影響を抑制することができる。また、レーザ光源ユニット５は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ５１とを有する。このレーザ光源は、集光レンズ５１の近傍に配置することができ、集光レンズ５１から離れた位置に配置することもできる。そして、レーザ光源ユニット５は、レーザ接合装置１の制御装置（不図示）によって、所望のタイミングでレーザ光１１０を出射するように制御される。レーザ光１１０は、入射側部材１０２と出射側部材１０４との合わせ面１０３上の接合領域１０１に照射される。これにより、接合領域１０１に多光子吸収現象を発生させ、少なくとも入射側部材１０２と出射側部材１０４のいずれか一方を溶融させて両部材を溶接することができる。
【００１３】
また、レーザ光源ユニット５からレーザ光１１０が照射されている状態で、積層部材１００は、矢印Ａで示す搬送方向Ａに載置部２によって搬送される。その結果、レーザ光源ユニット５が積層部材１００に対して相対的に移動する。これにより、レーザ光１１０が積層部材１００の接合領域１０１を相対的に走査して、積層部材１００の所望の領域を接合することができる。
【００１４】
レーザ接合装置１は、載置部２に載置された積層部材１００の一方の面（出射側部材１０４の出射側面）に接する第１の押え部材８１と、載置部２に載置された積層部材１００の一方の面と対向する他方の面（入射側部材１０２の入射側面）に接する第２の押え部材８０とを備える。第１の押え部材８１（以下、出射側押え部材８１という）は、接合領域１０１に対してレーザ光１１０の出射側に位置し、積層部材１００をレーザ光１１０の出射側から押える。そして、第２の押え部材８０（以下、入射側押え部材８０という）は、接合領域１０１に対してレーザ光１１０の入射側に位置し、積層部材１００をレーザ光１１０の入射側から押える。また、入射側押え部材８０は集光レンズ５１側に位置しており、出射側押え部材８１は集光レンズ５１側とは反対側に位置している。
【００１５】
第１実施形態において、入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１は回転体である。より具体的には、入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１はボールローラである。そして、入射側押え部材８０は入射側部材１０２に当接し、出射側押え部材８１は出射側部材１０４に当接する。そのため、積層部材１００が移動すると、入射側押え部材８０が入射側部材１０２との摩擦力によって回転し、出射側押え部材８１が出射側部材１０４との摩擦力によって回転する。これにより、弱い押圧力であっても、積層部材１００を密着させた状態で移動させてレーザ接合することができる。このような入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１は、高い耐摩耗性を有する軟性材料、例えば、ポリアセタール等の樹脂によって形成することができる。このような軟性材料から形成することにより、積層部材１００に傷等が発生することを防止できると共に、弱い押圧力で必要な密着範囲を確保することができる。
【００１６】
出射側押え部材８１は、レーザ光１１０の出射側に位置する出射側アーム７２に固定されている。また、出射側押え部材８１は、光軸１２０に平行な方向（以下、光軸方向という）に移動可能である。そして、出射側押え部材８１は、押圧手段８３によって押圧力が印加され、矢印Ｂで示す押圧方向において積層部材１００を押圧する。第１実施形態の押圧手段８３はエアシリンダであり、所定のエア圧を供給することによって出射側押え部材８１が取り付けられた出射側アーム７２を押圧している。従って、出射側押え部材８１は、出射側アーム７２を介して押圧方向Ｂに押圧されている。なお、この押圧手段８３は、エアシリンダに限定されず、コイルバネ、ゴム等の付勢部材を使用することもできる。
【００１７】
一方、入射側押え部材８０は、レーザ光１１０の入射側に位置する入射側アーム７１に固定されている。また、入射側アーム７１には、レーザ光源ユニット５が固定され、レーザ光源ユニット５の集光レンズ５１は、入射側アーム７１に対する相対位置が固定されている。つまり、入射側押え部材８０と集光レンズ５１との相対位置が固定されている構成となっている。
【００１８】
これらの入射側押え部材８０と出射側押え部８１との間に積層部材１００を挟んだ状態で、集光レンズ５１に対する接合領域１０１の位置決めをする場合、出射側押え部材８１が積層部材１００を押圧方向Ｂに押圧して行われる。つまり、集光レンズ５１と相対位置が固定されている入射側押え部材８０を基準として、出射側押え部材８１が光軸方向に移動して、積層部材１００を押圧することになる。
【００１９】
よって、積層部材１００が載置されている載置部２に僅かなうねりが生じている場合であっても、載置部２のうねりに影響されることなく、集光レンズ５１と相対位置が固定されている入射側押え部材８０を基準として接合領域１０１の位置決めをすることができる。つまり、このような構成によれば、レーザ光１１０の焦点と接合領域１０１との光軸方向における位置ずれを抑制することができる。
【００２０】
さらに、出射側押え部材８１と、入射側押え部材８０及びレーザ光源ユニット５とは、入射側アーム７１と出射側アーム７２との間に位置する接続部７を介して一体的に保持されている。従って、載置部２によって積層部材１００が搬送方向Ａに移動すると、入射側押え部材８０、レーザ光源ユニット５及び出射側押え部材８１は、積層部材１００に対して相対的に移動する。よって、レーザ接合装置１は、積層部材１００がレーザ光源ユニット５に対して相対移動した場合においても、積層部材１００の合わせ面１０３でレーザ光１１０が集光される部分を常に密着させることができる。そのため、積層部材１００が大きい場合でも、積層部材１００の周縁部に精度良く連続した接合領域１０１を形成することができる。
【００２１】
図２に示すように、積層部材１００は載置部２上に載置されており、積層部材１００の端部は載置部２の縁からはみ出している。そして、レーザ光源ユニット５は、積層部材１００のはみ出した部分における接合領域１０１にレーザ光１１０を照射する。また、入射側部材１０２には、入射側押え部材８０の周面の一部が当接しており、図中では当接部８０Ａとして示している。そして、出射側部材１０４には、出射側押え部材８１の周面の一部が当接しており、図中では当接部８１Ａとして示している。なお、第１実施形態では、入射側押え部材８０のサイズが出射側押え部材８１のサイズとほぼ同じである。ただし、入射側押え部材８０のサイズを、出射側押え部材８１のサイズよりも大きくすることもできる。
【００２２】
出射側押え部材８１及び当接部８１Ａは、レーザ接合時において、積層部材１００の２つの透明部材１０２，１０４の合わせ面１０３とレーザ光１１０とが交わる接合領域１０１に対して、合わせ面１０３の法線方向に位置する。第１実施形態においては、レーザ光１１０が合わせ面１０３に対して垂直に入射している。そのため、該法線方向は、レーザ光１１０の光軸方向と一致する。すなわち、出射側押え部材８１及び当接部８１Ａは、レーザ接合時において、レーザ光１１０の光軸１２０上に位置する。そして、入射側押え部材８０は、レーザ接合時において、レーザ光１１０の光軸１２０を挟むように位置する少なくとも２つの押え部材を有する。つまり、入射側押え部材８０及び当接部８０Ａは、レーザ光１１０の光路を開放するように位置している。従って、光軸１２０上に位置する出射側押え部材８１と、光路を開放するように位置する入射側押え部材８０とによって、積層部材１００を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そのため、レーザ光１１０が照射される接合領域１０１において、入射側部材１０２と出射側部材１０４との間に生じる隙間を減少させることができる。これにより、積層部材１００を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定して接合することができる。
【００２３】
なお、入射側押え部材８０は２つの押え部材を有しているが、３つ以上の押え部材を有していてもよい。また、入射側押え部材８０の押え部材は、いずれも搬送方向Ａに平行であり且つ接合領域１０１に重なる位置に配置されている。しかし、入射側押え部材８０の押え部材を、接合領域１０１とは重ならない位置に配置することもできる。例えば、入射側押え部材８０は、積層部材１００の搬送方向Ａに直交する方向又は交差する方向に並ぶような２つの押え部材を有していてもよい。
【００２４】
ここで、レーザ接合装置１によるレーザ接合を簡単に説明する。載置部２は、積層部材１００を搬送方向Ａに沿ってレーザ光１１０が照射される接合位置へと搬送する。また、レーザ接合装置１の制御装置は、接合位置に位置する積層部材１００の接合領域１０１における合わせ面１０３から集光レンズ５１までの距離を予め算出している。そして、制御装置は、当該接合領域１０１における算出された距離と一致するように、集光レンズ５１を移動させ、この状態でレーザ光１１０を照射する。制御装置は、この距離の算出を逐次行いながら連続照射されたレーザによる接合を行い、それと同時にレーザ照射される前の接合予定領域における距離の算出を逐次行う。このようにして、積層部材１００の接合領域１０１がレーザ接合される。
【００２５】
制御装置はＣＰＵやメモリ部等を有しており、ＣＰＵはメモリ部に記憶されたプログラム等に基づいて、レーザ接合装置１全体を制御する。また、メモリ部は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、および上記プログラムやシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。そして、ＣＰＵは、ＲＯＭ又はハードディスクドライブに記憶された制御プログラムに従って、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行することができる。また、制御装置には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部、及びレーザ接合装置１の入力・設定状態、各種計測結果などをはじめとする種々の表示を行う表示部が接続されている。
【００２６】
以上説明した第１実施形態によれば、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１と、積層部材１００の他方の面に接する入射側押え部材８０とによって積層部材１００を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そして、出射側押え部材８１は、レーザ光１１０が照射される接合領域１０１に対して、入射側部材１０２と出射側部材１０４との合わせ面１０３の法線方向に位置している。これにより、出射側押え部材８１が出射側部材１０４を押圧する構成においては、該法線方向において、出射側部材１０４側から接合領域１０１に押圧力を印加することができる。また、入射側押え部材８０が入射側部材１０２を押圧する構成においては、当該法線方向において、出射側部材１０４側から接合領域１０１に反作用力を印加することができる。
【００２７】
そのため、レーザ接合時には、積層部材１００の接合領域１０１における少なくともレーザ光１１０の焦点が形成される部分に対して、入射側部材１０２と出射側部材１０４とを密着させる力を作用させることができる。これにより、合わせ面１０３に生じる隙間を減少させることができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。このように接合領域１０１に対して合わせ面１０３の法線方向から応力を加えるためには、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１が合わせ面１０３の法線方向に位置すると共に、入射側押え部材８０が積層部材１００の他方の面に接することが重要となる。そして、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０の少なくとも一方が、積層部材１００を押圧することにより、出射側押え部材８１から接合領域１０１に応力（押圧力又は反作用力）を印加することができる。
【００２８】
さらに、第１実施形態においては、出射側押え部材８１がレーザ光１１０の光軸１２０上に配置されている。そして、入射側押え部材８０がレーザ光１１０の光軸１２０を挟むように少なくとも二箇所に配置されている。従って、レーザ光１１０は、合わせ面１０３の法線方向から入射し、該法線方向は押圧方向Ｂと一致する。これにより、レーザ光１１０の焦点が形成される接合領域１０１に対してより正確に応力を作用させることができる。そのため、より接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【００２９】
なお、第１実施形態においては、レーザ光１１０が積層部材１００の合わせ面１０３に対して垂直方向から入射する。しかし、接合領域１０１に焦点を形成することができれば、合わせ面１０３に対して斜め方向から入射することもできる。この場合においても、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１は、レーザ光１１０の光軸１２０と合わせ面１０３とが交わる接合領域１０１に対して、合わせ面１０３の法線方向に位置する。そして、入射側押え部材８０は、積層部材１００の他方の面に接している。
【００３０】
また、出射側押え部材８１は、積層部材１００に対して相対的に移動可能であればよい。従って、積層部材１００を移動させるのではなく、出射側押え部材８１及びレーザ光源ユニット５を積層部材１００に対して移動させてもよい。また、積層部材１００が摺動できれば、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０は回転体でなくともよい。例えば、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０は、自己潤滑性を有した樹脂等から形成された非回転体であってもよい。この場合は、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０を回転させる必要がないため、回転軸等の部材を省略することができる。これにより、レーザ接合装置の製造コストを低減でき且つ小型化することができる。また、出射側押え部材８１が接合領域１０１に対して合わせ面１０３の法線方向（光軸１２０上）に位置すれば、その当接部８１Ａが光軸１２０から離れた位置にあってもよい。
【００３１】
［第２実施形態］
以下、図３〜６を参照して第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態に記載した構成については同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
第２実施形態においては、第１実施形態とは異なり出射側押え部材２８１が円盤状又は環状のローラである。そして、出射側押え部材２８１は、回転軸２８４に対して回転可能に支持されている。さらに、第２実施形態においては、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制する、ガイド部２１１が設けられている。具体的に、出射側押え部材２８１は、回転軸２８４を介して接続部材２８５に取り付けられている。そして、後述するように、接続部材２８５が固定された摺動部材２１４は、ガイド部２１１に摺動可能に係合している。これにより、出射側押え部材２８１が光軸１２０に対して傾くことを規制することができる。
【００３３】
図３に示すように、第２実施形態の出射側押え部材２８１は、接続部材２８５を介して押圧手段２８３としてのコイルバネによって押圧方向Ｂに押圧されている。このコイルバネの一方の端部は、接続部材２８５の突出部分を付勢するように、その表面に当接している。そして、コイルバネの他方の端部は、出射側アーム７２の一部に設けられた溝内に挿入されている。さらに、出射側押え部材２８１及び接続部材２８５は、出射側アーム７２に対して移動可能に取り付けられている。すなわち、出射側押え部材２８１が固定された接続部材２８５は、摺動部材２１４に固定されている。そして、ガイド部２１１であるレールが、出射側アーム７２に固定され且つ光軸方向に延在している。摺動部材２１４は、このガイド部２１１に摺動可能に取り付けられており、光軸１２０方向に平行移動することができる。そのため、出射側押え部材２８１、回転軸２８４及び接続部材２８５は、押圧手段２８３に押圧されることによって、積層部材１００に向かって光軸方向に一体的に移動する。これにより、エアを供給する手段を設ける必要がないため、レーザ接合装置１を小型化することができる。
【００３４】
出射側押え部材２８１の周面の一部は出射側部材１０４と当接し、図４では当接部２８１Ａとして示されている。そのため、出射側押え部材２８１は、積層部材１００が移動すると、出射側部材１０４との摩擦力によって回転軸２８４を中心に回転する。また、入射側押え部材８０は出射側押え部材２８１と比較して小さいサイズを有している。このように、入射側押え部材８０のサイズが小さいので、入射側押え部材８０をよりレーザ光源ユニット５に近づけて配置することができる。そのため、レーザ接合装置１を小型化することができる。
【００３５】
また、入射側押え部材８０から出射側押え部材２８１までの距離が長くなると、積層部材１００に作用する曲げモーメントが大きくなる。そして、曲げモーメントが大きくなると、積層部材１００に大きな撓みが発生してしまう。これに対して、入射側押え部材８０のサイズが小さいと、入射側押え部材８０を出射側押え部材２８１により近づけて配置することができる。そのため、積層部材１００に発生する撓みを抑制することができる。
【００３６】
図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面を示す概略断面図である。図６に示すように、第２実施形態のレーザ接合装置１は、回転軸２８４に対して両側に設けられたガイド部２１１を備える。そして、ガイド部２１１は、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制する。より具体的には、出射側押え部材２８１の回転軸２８４は、接続部材２８５に固定されている。そして、接続部材２８５は、摺動部材２１４であるリニアガイドに固定されている。この摺動部材２１４はレール溝を有し、このレール溝はガイド部２１１であるレールに係合している。よって、摺動部材２１４は、ガイド部２１１に係合することにより、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制している。
【００３７】
このように、ガイド部２１１は、接続部材２８５の回転軸２８４を中心とする回転移動を規制する。すなわち、ガイド部２１１は、図５に矢印Ｃで示されている回転方向への接続部材２８５の移動を規制する。これにより、出射側押え部材２８１が、光軸１２０に対して搬送方向Ａに向かって傾くように倒れることを防止できる。そのため、出射側押え部材２８１の当接部２８１Ａが光軸１２０上から離れてしまうことを防止できる。従って、当接部２８１Ａは、常に接合領域１０１と重なる位置で積層部材１００を押圧することになる。これにより、接合領域１０１に作用する荷重が変動することがなく、常に一定の荷重で積層部材１００を押圧することができる。
【００３８】
以上説明した第２実施形態によれば、入射側押え部材８０のサイズが小さいので、レーザ接合装置１を小型化できると共に、積層部材１００の撓みを抑制できる。また、押圧手段２８３としてコイルバネを採用しているため、エアを供給する手段を設ける必要がなく、レーザ接合装置１を小型化することができる。さらに、ガイド部２１１によって、出射側押え部材２８１が光軸１２０に対して傾くように倒れることを防止できる。そのため、接合領域１０１に作用する荷重が変動することがなく、常に一定の荷重で積層部材１００を押圧できる。これにより、積層部材を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【００３９】
［第３実施形態］
以下、図７〜８を参照して第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態に記載した構成については同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
図７は、図８におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す概略断面図である。図７に示すように、第３実施形態のレーザ接合装置１は、第１実施形態とは異なり中空の載置部３０２を備える。すなわち、載置部３０２は積層部材１００に面する開口３２２を有する。また、第３実施形態の入射側押え部材３８０は、載置部３０２に着脱可能に取り付けられ且つ積層部材１００に当接し、積層部材１００を載置部３０２に対して固定する固定部材である。さらに、第３実施形態においては、出射側押え部材３８１が開口３２２内で移動可能である。そして、レーザ光源ユニット５及び入射側押え部材３８０と、出射側押え部材３８１とは、互いから独立している。また、レーザ光源ユニット５及び入射側押え部材３８０と、出射側押え部材３８１とは、同期して移動するように構成されている。そして、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５が移動する際に、レーザ光１１０の光軸１２０上に位置するように移動する。
【００４１】
第３実施形態の入射側押え部材３８０は、積層部材１００と当接する部分に、ゴム等の弾性部材を設けても良い。この場合、入射側押え部材３８０による積層部材１００の傷付きを防止することができる。また、図８に示すように、入射側押え部材３８０は開口を有する矩形状の枠体であると共に、載置部３０２に固定するように取り付けることができる。そのため、積層部材１００は、入射側押え部材３８０と載置部２とによって挟まれた状態で固定することができる。また、入射側押え部材３８０は、載置部３０２に対して着脱可能であり、積層部材１００を載置する場合には載置部３０２から分離することができる。すなわち、入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、それぞれ不図示の係合部を有する。そして、入射側押え部材３８０の係合部を載置部３０２の係合部に係合させることによって、入射側押え部材３８０が載置部３０２に固定することができる。また、入射側押え部材３８０の係合部と載置部３０２の係合部との係合を解除することによって、入射側押え部材３８０が載置部３０２から分離することができる。
【００４２】
一方、第３実施形態の出射側押え部材３８１は、第１実施形態と同様に回転体である。また、出射側押え部材３８１は、押圧手段３８３によって積層部材１００に向かって押圧方向Ｂに押圧されている。ここで、押圧手段３８３は、エアシリンダ、コイルバネ等によって構成することができる。また、出射側押え部材３８１及び押圧手段３８３は、不図示の移動手段に接続されている。そして、レーザ光源ユニット５が移動する際には、出射側押え部材３８１が、光軸１２０上に位置するように該移動手段によって移動される。
【００４３】
図８に示すように、第３実施形態の入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の全周に渡ってその端部を挟んでいる。そして、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５の移動と同期して、載置部３０２の開口３２２内の所望の位置に移動することができる。これにより、積層部材１００の端部以外の部分をレーザ接合することも可能となる。例えば、図８においては、積層部材１００の中央部分をレーザ接合する様子を示している。
【００４４】
以上説明した第３実施形態によれば、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５の移動と同期させて、載置部３０２の開口３２２内の所望の位置に移動させることができる。そのため、積層部材１００の所望の部分を容易に接合することができる。すなわち、第１実施形態においては、載置部２からはみ出した領域のみをレーザ接合していた。これに対して、第３実施形態においては、レーザ光源ユニット５と出射側押え部材３８１とが独立しているので、それぞれの移動の自由度が高い。これにより、レーザ接合装置１は、積層部材１００の端部以外の所望の部分を容易にレーザ接合することができる。第３実施形態のレーザ接合装置１は、撓みが生じにくい部材、特に小さい積層部材又は剛性の強い部材を接合する場合に好適に適用することができる。
【００４５】
なお、第３実施形態の入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の一部の端部のみを挟むように構成することもできる。例えば、入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の長辺側端部又は短辺側端部のみを挟むように構成してもよい。この場合、入射側押え部材３８０は、枠状の形状を有するのではなく、長辺側端部又は短辺側端部を挟むように互いから分離した一対の押え部材を有する。
【００４６】
また、第３実施形態では、載置部３０２が矩形状の開口３２２を有していた。しかし、載置部の開口の形状は矩形には限られない。例えば、図９に示すように、環状の形状を有する開口４２２であってもよい。この場合、載置部は、積層部材１００の端部が載置される端部４０２と、積層部材１００の中央部分が載置される中央部分４０３とを備える。この環状の開口４２２は、矩形状の開口と比較して、出射側押え部材３８１を移動させることができる領域が狭い。しかし、積層部材１００を載置部の端部４０２と中央部分４０３とによって支持することができる。そのため、積層部材１００の自重に起因する撓みを抑制することができる。
【００４７】
以上、実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述の各実施形態及び変形例は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【００４８】
例えば、上記実施形態では出射側押え部材８１が積層部材１００に向かって押圧されていた。しかし、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０の両方を、あるいは入射側押え部材８０のみを、積層部材１００に向かって押圧することもできる。この場合は、入射側押え部材８０に押圧力を加える押圧手段を設けることもできる。また、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０を電磁石に固定することによって、電磁石が互いに引き合う力を利用して押圧することができる。
【００４９】
さらに、上記実施形態では二つの透明部材１０２，１０４をレーザ接合する例について説明した。しかし、三つ以上の透明部材をレーザ接合する場合にも、本発明を利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１：レーザ接合装置、２：載置部、５：レーザ光源ユニット、７：接続部、５１：集光レンズ、７１：入射側アーム、７２：出射側アーム、８０：入射側押え部材、８０Ａ：当接部、８１：出射側押え部材、８１Ａ：当接部、８３：押圧手段、１００：積層部材、１０１：接合領域、１０２：入射側部材、１０３：合わせ面、１０４：出射側部材、１１０：レーザ光、１２０：光軸、２０２：載置部、２１１：ガイド部、２１４：摺動部材、２８１：出射側押え部材、２８１Ａ：当接部、２８３：押圧手段、２８４：回転軸、２８５：接続部材、３０２：載置部、３２２：開口、３８０：入射側押え部材、３８１：出射側押え部材、３８１Ａ：当接部、３８３：出射側押え部材、４０２：端部、４０３：中央部分、４２２：開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射して、該積層部材を接合するレーザ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多光子吸収現象を利用して２つの物質を接合する方法として、重ね合わせたシリカガラス等の接合領域に超短パルスレーザを照射する接合方法があった（特許文献１）。この接合方法においては、重ね合わせたシリカガラスの上側の両端部分と下側の中央部分に押圧力が加えられている。そのため、重ね合わせたシリカガラスが、上側プレートと下側の固定プレートとによって挟まれている。また、下側の固定プレートの中央には、シリカガラスからなる半球状の突起が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０３５７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この接合方法では、下側の押え部材である半球状の突起と接合領域とが、シリカガラスの平面方向において遠く離れている。そのため、接合領域において上側のシリカガラスと下側のシリカガラスとの間に僅かな隙間が生じてしまい、確実に密着することができない。従って、非常に高い密着性を必要とする透明部材同士の内部接合において、接合不良が起きやすく且つ安定して接合することができなってしまう。
【０００５】
また、シリカガラス等からなる積層部材を押圧して密着させる場合、透明部材が撓んで変形してしまうことがある。そして、押え部材による押圧箇所と接合領域とが遠く離れている場合は、接合領域での撓みが大きくなる。そのため、押圧箇所から離れた接合領域においてレーザ光の焦点が接合部分から大きくずれてしまう。これにより、確実に密着することができないので、接合不良が起きやすいと共に、安定して接合することができなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ接合装置は、積層された複数の透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射し、前記積層部材を接合するレーザ接合装置であって、前記積層部材を載置するための載置部と、前記載置部上の前記積層部材に前記レーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面に接する第１の押え部材であって、前記レーザ接合時において、前記積層部材の少なくとも２つの前記透明部材の合わせ面と前記レーザ光とが交わる領域に対して、前記合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とを備え、前記第１の押え部材及び前記第２の押え部材の少なくとも一方は、前記積層部材を押圧することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、レーザ接合時において、積層部材の一方の面に接する第１の押え部材と、積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とによって積層部材を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そして、積層部材の少なくとも２つの透明部材の合わせ面における接合領域に、該合わせ面の法線方向から応力を加えた状態でレーザ接合することができる。そのため、レーザ光が照射される接合領域において、合わせ面に生じる隙間を減少させることができる。これにより、積層部材を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のレーザ接合装置を示す概略正面図である。
【図２】第１実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図３】第２実施形態のレーザ接合装置を説明する概略側面図である。
【図４】第２実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図５】第２実施形態のレーザ接合装置のガイド部を説明する概略拡大図である。
【図６】第２実施形態のレーザ接合装置のガイド部を説明する概略断面図である。
【図７】第３実施形態のレーザ接合装置を示す概略断面図である。
【図８】第３実施形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【図９】変形形態のレーザ接合装置を説明する概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に説明される実施形態で具体的に記載された形態に限定されるものではない。
【００１０】
［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るレーザ接合装置１は、積層された複数の透明部材１０２，１０４からなる積層部材１００の接合領域１０１にレーザ光１１０を照射し、積層部材１００を接合する。また、レーザ接合装置１は、積層部材１００を載置するための載置部２と、載置部２上の積層部材１００にレーザ光１１０を出射するレーザ光源ユニット５とを備える。なお、本実施形態の説明においては、積層部材１００に対してレーザ光１１０が入射する側、すなわち、レーザ光源ユニット５の集光レンズ５１側を入射側という。そして、積層部材１００からレーザ光１１０が出射する側、すなわち、積層部材１００に対して集光レンズ５１とは反対側を出射側という。
【００１１】
図１に示すように積層部材１００は、レーザ光１１０の入射側に位置する第１の透明部材１０２（以下、入射側部材という）と、レーザ光１１０の出射側に位置する第２の透明部材１０４（以下、出射側部材という）とを重ねて構成されている。すなわち、出射側部材１０４は、入射側部材１０２と出射側部材１０４の合わせ面１０３に対して入射側部材１０２とは反対側に位置する部材である。ここで、透明部材とは、例えば、ガラス又はサファイア等から形成された部材であり、レーザ光の波長に対して透明であり且つバンドギャップが大きな部材である。
【００１２】
レーザ光源ユニット５は、超短パルスレーザ（フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ又はナノ秒レーザ等）、又は炭酸ガスレーザ等のレーザ光１１０を出射する。このレーザ光１１０は、パルス幅が３０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであることが好ましく、パルス幅が２０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであるよりことがより好ましく、パルス幅が１０ｆｓ以上且つ２０ｐｓ以下のフェムト秒レーザであることがさらに好ましい。このようなフェムト秒レーザを使用すれば、後述する出射側押え部材８１にレーザ光１１０が与える熱の影響を抑制することができる。また、レーザ光源ユニット５は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ５１とを有する。このレーザ光源は、集光レンズ５１の近傍に配置することができ、集光レンズ５１から離れた位置に配置することもできる。そして、レーザ光源ユニット５は、レーザ接合装置１の制御装置（不図示）によって、所望のタイミングでレーザ光１１０を出射するように制御される。レーザ光１１０は、入射側部材１０２と出射側部材１０４との合わせ面１０３上の接合領域１０１に照射される。これにより、接合領域１０１に多光子吸収現象を発生させ、少なくとも入射側部材１０２と出射側部材１０４のいずれか一方を溶融させて両部材を溶接することができる。
【００１３】
また、レーザ光源ユニット５からレーザ光１１０が照射されている状態で、積層部材１００は、矢印Ａで示す搬送方向Ａに載置部２によって搬送される。その結果、レーザ光源ユニット５が積層部材１００に対して相対的に移動する。これにより、レーザ光１１０が積層部材１００の接合領域１０１を相対的に走査して、積層部材１００の所望の領域を接合することができる。
【００１４】
レーザ接合装置１は、載置部２に載置された積層部材１００の一方の面（出射側部材１０４の出射側面）に接する第１の押え部材８１と、載置部２に載置された積層部材１００の一方の面と対向する他方の面（入射側部材１０２の入射側面）に接する第２の押え部材８０とを備える。第１の押え部材８１（以下、出射側押え部材８１という）は、接合領域１０１に対してレーザ光１１０の出射側に位置し、積層部材１００をレーザ光１１０の出射側から押える。そして、第２の押え部材８０（以下、入射側押え部材８０という）は、接合領域１０１に対してレーザ光１１０の入射側に位置し、積層部材１００をレーザ光１１０の入射側から押える。また、入射側押え部材８０は集光レンズ５１側に位置しており、出射側押え部材８１は集光レンズ５１側とは反対側に位置している。
【００１５】
第１実施形態において、入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１は回転体である。より具体的には、入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１はボールローラである。そして、入射側押え部材８０は入射側部材１０２に当接し、出射側押え部材８１は出射側部材１０４に当接する。そのため、積層部材１００が移動すると、入射側押え部材８０が入射側部材１０２との摩擦力によって回転し、出射側押え部材８１が出射側部材１０４との摩擦力によって回転する。これにより、弱い押圧力であっても、積層部材１００を密着させた状態で移動させてレーザ接合することができる。このような入射側押え部材８０及び出射側押え部材８１は、高い耐摩耗性を有する軟性材料、例えば、ポリアセタール等の樹脂によって形成することができる。このような軟性材料から形成することにより、積層部材１００に傷等が発生することを防止できると共に、弱い押圧力で必要な密着範囲を確保することができる。
【００１６】
出射側押え部材８１は、レーザ光１１０の出射側に位置する出射側アーム７２に固定されている。また、出射側押え部材８１は、光軸１２０に平行な方向（以下、光軸方向という）に移動可能である。そして、出射側押え部材８１は、押圧手段８３によって押圧力が印加され、矢印Ｂで示す押圧方向において積層部材１００を押圧する。第１実施形態の押圧手段８３はエアシリンダであり、所定のエア圧を供給することによって出射側押え部材８１が取り付けられた出射側アーム７２を押圧している。従って、出射側押え部材８１は、出射側アーム７２を介して押圧方向Ｂに押圧されている。なお、この押圧手段８３は、エアシリンダに限定されず、コイルバネ、ゴム等の付勢部材を使用することもできる。
【００１７】
一方、入射側押え部材８０は、レーザ光１１０の入射側に位置する入射側アーム７１に固定されている。また、入射側アーム７１には、レーザ光源ユニット５が固定され、レーザ光源ユニット５の集光レンズ５１は、入射側アーム７１に対する相対位置が固定されている。つまり、入射側押え部材８０と集光レンズ５１との相対位置が固定されている構成となっている。
【００１８】
これらの入射側押え部材８０と出射側押え部８１との間に積層部材１００を挟んだ状態で、集光レンズ５１に対する接合領域１０１の位置決めをする場合、出射側押え部材８１が積層部材１００を押圧方向Ｂに押圧して行われる。つまり、集光レンズ５１と相対位置が固定されている入射側押え部材８０を基準として、出射側押え部材８１が光軸方向に移動して、積層部材１００を押圧することになる。
【００１９】
よって、積層部材１００が載置されている載置部２に僅かなうねりが生じている場合であっても、載置部２のうねりに影響されることなく、集光レンズ５１と相対位置が固定されている入射側押え部材８０を基準として接合領域１０１の位置決めをすることができる。つまり、このような構成によれば、レーザ光１１０の焦点と接合領域１０１との光軸方向における位置ずれを抑制することができる。
【００２０】
さらに、出射側押え部材８１と、入射側押え部材８０及びレーザ光源ユニット５とは、入射側アーム７１と出射側アーム７２との間に位置する接続部７を介して一体的に保持されている。従って、載置部２によって積層部材１００が搬送方向Ａに移動すると、入射側押え部材８０、レーザ光源ユニット５及び出射側押え部材８１は、積層部材１００に対して相対的に移動する。よって、レーザ接合装置１は、積層部材１００がレーザ光源ユニット５に対して相対移動した場合においても、積層部材１００の合わせ面１０３でレーザ光１１０が集光される部分を常に密着させることができる。そのため、積層部材１００が大きい場合でも、積層部材１００の周縁部に精度良く連続した接合領域１０１を形成することができる。
【００２１】
図２に示すように、積層部材１００は載置部２上に載置されており、積層部材１００の端部は載置部２の縁からはみ出している。そして、レーザ光源ユニット５は、積層部材１００のはみ出した部分における接合領域１０１にレーザ光１１０を照射する。また、入射側部材１０２には、入射側押え部材８０の周面の一部が当接しており、図中では当接部８０Ａとして示している。そして、出射側部材１０４には、出射側押え部材８１の周面の一部が当接しており、図中では当接部８１Ａとして示している。なお、第１実施形態では、入射側押え部材８０のサイズが出射側押え部材８１のサイズとほぼ同じである。ただし、入射側押え部材８０のサイズを、出射側押え部材８１のサイズよりも大きくすることもできる。
【００２２】
出射側押え部材８１及び当接部８１Ａは、レーザ接合時において、積層部材１００の２つの透明部材１０２，１０４の合わせ面１０３とレーザ光１１０とが交わる接合領域１０１に対して、合わせ面１０３の法線方向に位置する。第１実施形態においては、レーザ光１１０が合わせ面１０３に対して垂直に入射している。そのため、該法線方向は、レーザ光１１０の光軸方向と一致する。すなわち、出射側押え部材８１及び当接部８１Ａは、レーザ接合時において、レーザ光１１０の光軸１２０上に位置する。そして、入射側押え部材８０は、レーザ接合時において、レーザ光１１０の光軸１２０を挟むように位置する少なくとも２つの押え部材を有する。つまり、入射側押え部材８０及び当接部８０Ａは、レーザ光１１０の光路を開放するように位置している。従って、光軸１２０上に位置する出射側押え部材８１と、光路を開放するように位置する入射側押え部材８０とによって、積層部材１００を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そのため、レーザ光１１０が照射される接合領域１０１において、入射側部材１０２と出射側部材１０４との間に生じる隙間を減少させることができる。これにより、積層部材１００を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定して接合することができる。
【００２３】
なお、入射側押え部材８０は２つの押え部材を有しているが、３つ以上の押え部材を有していてもよい。また、入射側押え部材８０の押え部材は、いずれも搬送方向Ａに平行であり且つ接合領域１０１に重なる位置に配置されている。しかし、入射側押え部材８０の押え部材を、接合領域１０１とは重ならない位置に配置することもできる。例えば、入射側押え部材８０は、積層部材１００の搬送方向Ａに直交する方向又は交差する方向に並ぶような２つの押え部材を有していてもよい。
【００２４】
ここで、レーザ接合装置１によるレーザ接合を簡単に説明する。載置部２は、積層部材１００を搬送方向Ａに沿ってレーザ光１１０が照射される接合位置へと搬送する。また、レーザ接合装置１の制御装置は、接合位置に位置する積層部材１００の接合領域１０１における合わせ面１０３から集光レンズ５１までの距離を予め算出している。そして、制御装置は、当該接合領域１０１における算出された距離と一致するように、集光レンズ５１を移動させ、この状態でレーザ光１１０を照射する。制御装置は、この距離の算出を逐次行いながら連続照射されたレーザによる接合を行い、それと同時にレーザ照射される前の接合予定領域における距離の算出を逐次行う。このようにして、積層部材１００の接合領域１０１がレーザ接合される。
【００２５】
制御装置はＣＰＵやメモリ部等を有しており、ＣＰＵはメモリ部に記憶されたプログラム等に基づいて、レーザ接合装置１全体を制御する。また、メモリ部は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、および上記プログラムやシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。そして、ＣＰＵは、ＲＯＭ又はハードディスクドライブに記憶された制御プログラムに従って、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行することができる。また、制御装置には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部、及びレーザ接合装置１の入力・設定状態、各種計測結果などをはじめとする種々の表示を行う表示部が接続されている。
【００２６】
以上説明した第１実施形態によれば、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１と、積層部材１００の他方の面に接する入射側押え部材８０とによって積層部材１００を挟んで密着させた状態でレーザ接合することができる。そして、出射側押え部材８１は、レーザ光１１０が照射される接合領域１０１に対して、入射側部材１０２と出射側部材１０４との合わせ面１０３の法線方向に位置している。これにより、出射側押え部材８１が出射側部材１０４を押圧する構成においては、該法線方向において、出射側部材１０４側から接合領域１０１に押圧力を印加することができる。また、入射側押え部材８０が入射側部材１０２を押圧する構成においては、当該法線方向において、出射側部材１０４側から接合領域１０１に反作用力を印加することができる。
【００２７】
そのため、レーザ接合時には、積層部材１００の接合領域１０１における少なくともレーザ光１１０の焦点が形成される部分に対して、入射側部材１０２と出射側部材１０４とを密着させる力を作用させることができる。これにより、合わせ面１０３に生じる隙間を減少させることができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。このように接合領域１０１に対して合わせ面１０３の法線方向から応力を加えるためには、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１が合わせ面１０３の法線方向に位置すると共に、入射側押え部材８０が積層部材１００の他方の面に接することが重要となる。そして、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０の少なくとも一方が、積層部材１００を押圧することにより、出射側押え部材８１から接合領域１０１に応力（押圧力又は反作用力）を印加することができる。
【００２８】
さらに、第１実施形態においては、出射側押え部材８１がレーザ光１１０の光軸１２０上に配置されている。そして、入射側押え部材８０がレーザ光１１０の光軸１２０を挟むように少なくとも二箇所に配置されている。従って、レーザ光１１０は、合わせ面１０３の法線方向から入射し、該法線方向は押圧方向Ｂと一致する。これにより、レーザ光１１０の焦点が形成される接合領域１０１に対してより正確に応力を作用させることができる。そのため、より接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【００２９】
なお、第１実施形態においては、レーザ光１１０が積層部材１００の合わせ面１０３に対して垂直方向から入射する。しかし、接合領域１０１に焦点を形成することができれば、合わせ面１０３に対して斜め方向から入射することもできる。この場合においても、積層部材１００の一方の面に接する出射側押え部材８１は、レーザ光１１０の光軸１２０と合わせ面１０３とが交わる接合領域１０１に対して、合わせ面１０３の法線方向に位置する。そして、入射側押え部材８０は、積層部材１００の他方の面に接している。
【００３０】
また、出射側押え部材８１は、積層部材１００に対して相対的に移動可能であればよい。従って、積層部材１００を移動させるのではなく、出射側押え部材８１及びレーザ光源ユニット５を積層部材１００に対して移動させてもよい。また、積層部材１００が摺動できれば、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０は回転体でなくともよい。例えば、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０は、自己潤滑性を有した樹脂等から形成された非回転体であってもよい。この場合は、出射側押え部材８１又は入射側押え部材８０を回転させる必要がないため、回転軸等の部材を省略することができる。これにより、レーザ接合装置の製造コストを低減でき且つ小型化することができる。また、出射側押え部材８１が接合領域１０１に対して合わせ面１０３の法線方向（光軸１２０上）に位置すれば、その当接部８１Ａが光軸１２０から離れた位置にあってもよい。
【００３１】
［第２実施形態］
以下、図３〜６を参照して第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態に記載した構成については同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
第２実施形態においては、第１実施形態とは異なり出射側押え部材２８１が円盤状又は環状のローラである。そして、出射側押え部材２８１は、回転軸２８４に対して回転可能に支持されている。さらに、第２実施形態においては、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制する、ガイド部２１１が設けられている。具体的に、出射側押え部材２８１は、回転軸２８４を介して接続部材２８５に取り付けられている。そして、後述するように、接続部材２８５が固定された摺動部材２１４は、ガイド部２１１に摺動可能に係合している。これにより、出射側押え部材２８１が光軸１２０に対して傾くことを規制することができる。
【００３３】
図３に示すように、第２実施形態の出射側押え部材２８１は、接続部材２８５を介して押圧手段２８３としてのコイルバネによって押圧方向Ｂに押圧されている。このコイルバネの一方の端部は、接続部材２８５の突出部分を付勢するように、その表面に当接している。そして、コイルバネの他方の端部は、出射側アーム７２の一部に設けられた溝内に挿入されている。さらに、出射側押え部材２８１及び接続部材２８５は、出射側アーム７２に対して移動可能に取り付けられている。すなわち、出射側押え部材２８１が固定された接続部材２８５は、摺動部材２１４に固定されている。そして、ガイド部２１１であるレールが、出射側アーム７２に固定され且つ光軸方向に延在している。摺動部材２１４は、このガイド部２１１に摺動可能に取り付けられており、光軸１２０方向に平行移動することができる。そのため、出射側押え部材２８１、回転軸２８４及び接続部材２８５は、押圧手段２８３に押圧されることによって、積層部材１００に向かって光軸方向に一体的に移動する。これにより、エアを供給する手段を設ける必要がないため、レーザ接合装置１を小型化することができる。
【００３４】
出射側押え部材２８１の周面の一部は出射側部材１０４と当接し、図４では当接部２８１Ａとして示されている。そのため、出射側押え部材２８１は、積層部材１００が移動すると、出射側部材１０４との摩擦力によって回転軸２８４を中心に回転する。また、入射側押え部材８０は出射側押え部材２８１と比較して小さいサイズを有している。このように、入射側押え部材８０のサイズが小さいので、入射側押え部材８０をよりレーザ光源ユニット５に近づけて配置することができる。そのため、レーザ接合装置１を小型化することができる。
【００３５】
また、入射側押え部材８０から出射側押え部材２８１までの距離が長くなると、積層部材１００に作用する曲げモーメントが大きくなる。そして、曲げモーメントが大きくなると、積層部材１００に大きな撓みが発生してしまう。これに対して、入射側押え部材８０のサイズが小さいと、入射側押え部材８０を出射側押え部材２８１により近づけて配置することができる。そのため、積層部材１００に発生する撓みを抑制することができる。
【００３６】
図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面を示す概略断面図である。図６に示すように、第２実施形態のレーザ接合装置１は、回転軸２８４に対して両側に設けられたガイド部２１１を備える。そして、ガイド部２１１は、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制する。より具体的には、出射側押え部材２８１の回転軸２８４は、接続部材２８５に固定されている。そして、接続部材２８５は、摺動部材２１４であるリニアガイドに固定されている。この摺動部材２１４はレール溝を有し、このレール溝はガイド部２１１であるレールに係合している。よって、摺動部材２１４は、ガイド部２１１に係合することにより、出射側押え部材２８１がレーザ光１１０の光軸１２０に対して傾くことを規制している。
【００３７】
このように、ガイド部２１１は、接続部材２８５の回転軸２８４を中心とする回転移動を規制する。すなわち、ガイド部２１１は、図５に矢印Ｃで示されている回転方向への接続部材２８５の移動を規制する。これにより、出射側押え部材２８１が、光軸１２０に対して搬送方向Ａに向かって傾くように倒れることを防止できる。そのため、出射側押え部材２８１の当接部２８１Ａが光軸１２０上から離れてしまうことを防止できる。従って、当接部２８１Ａは、常に接合領域１０１と重なる位置で積層部材１００を押圧することになる。これにより、接合領域１０１に作用する荷重が変動することがなく、常に一定の荷重で積層部材１００を押圧することができる。
【００３８】
以上説明した第２実施形態によれば、入射側押え部材８０のサイズが小さいので、レーザ接合装置１を小型化できると共に、積層部材１００の撓みを抑制できる。また、押圧手段２８３としてコイルバネを採用しているため、エアを供給する手段を設ける必要がなく、レーザ接合装置１を小型化することができる。さらに、ガイド部２１１によって、出射側押え部材２８１が光軸１２０に対して傾くように倒れることを防止できる。そのため、接合領域１０１に作用する荷重が変動することがなく、常に一定の荷重で積層部材１００を押圧できる。これにより、積層部材を確実に密着することができるので、接合不良が起き難く且つ安定したレーザ接合をすることができる。
【００３９】
［第３実施形態］
以下、図７〜８を参照して第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態に記載した構成については同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
図７は、図８におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す概略断面図である。図７に示すように、第３実施形態のレーザ接合装置１は、第１実施形態とは異なり中空の載置部３０２を備える。すなわち、載置部３０２は積層部材１００に面する開口３２２を有する。また、第３実施形態の入射側押え部材３８０は、載置部３０２に着脱可能に取り付けられ且つ積層部材１００に当接し、積層部材１００を載置部３０２に対して固定する固定部材である。さらに、第３実施形態においては、出射側押え部材３８１が開口３２２内で移動可能である。そして、レーザ光源ユニット５及び入射側押え部材３８０と、出射側押え部材３８１とは、互いから独立している。また、レーザ光源ユニット５及び入射側押え部材３８０と、出射側押え部材３８１とは、同期して移動するように構成されている。そして、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５が移動する際に、レーザ光１１０の光軸１２０上に位置するように移動する。
【００４１】
第３実施形態の入射側押え部材３８０は、積層部材１００と当接する部分に、ゴム等の弾性部材を設けても良い。この場合、入射側押え部材３８０による積層部材１００の傷付きを防止することができる。また、図８に示すように、入射側押え部材３８０は開口を有する矩形状の枠体であると共に、載置部３０２に固定するように取り付けることができる。そのため、積層部材１００は、入射側押え部材３８０と載置部２とによって挟まれた状態で固定することができる。また、入射側押え部材３８０は、載置部３０２に対して着脱可能であり、積層部材１００を載置する場合には載置部３０２から分離することができる。すなわち、入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、それぞれ不図示の係合部を有する。そして、入射側押え部材３８０の係合部を載置部３０２の係合部に係合させることによって、入射側押え部材３８０が載置部３０２に固定することができる。また、入射側押え部材３８０の係合部と載置部３０２の係合部との係合を解除することによって、入射側押え部材３８０が載置部３０２から分離することができる。
【００４２】
一方、第３実施形態の出射側押え部材３８１は、第１実施形態と同様に回転体である。また、出射側押え部材３８１は、押圧手段３８３によって積層部材１００に向かって押圧方向Ｂに押圧されている。ここで、押圧手段３８３は、エアシリンダ、コイルバネ等によって構成することができる。また、出射側押え部材３８１及び押圧手段３８３は、不図示の移動手段に接続されている。そして、レーザ光源ユニット５が移動する際には、出射側押え部材３８１が、光軸１２０上に位置するように該移動手段によって移動される。
【００４３】
図８に示すように、第３実施形態の入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の全周に渡ってその端部を挟んでいる。そして、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５の移動と同期して、載置部３０２の開口３２２内の所望の位置に移動することができる。これにより、積層部材１００の端部以外の部分をレーザ接合することも可能となる。例えば、図８においては、積層部材１００の中央部分をレーザ接合する様子を示している。
【００４４】
以上説明した第３実施形態によれば、出射側押え部材３８１は、レーザ光源ユニット５の移動と同期させて、載置部３０２の開口３２２内の所望の位置に移動させることができる。そのため、積層部材１００の所望の部分を容易に接合することができる。すなわち、第１実施形態においては、載置部２からはみ出した領域のみをレーザ接合していた。これに対して、第３実施形態においては、レーザ光源ユニット５と出射側押え部材３８１とが独立しているので、それぞれの移動の自由度が高い。これにより、レーザ接合装置１は、積層部材１００の端部以外の所望の部分を容易にレーザ接合することができる。第３実施形態のレーザ接合装置１は、撓みが生じにくい部材、特に小さい積層部材又は剛性の強い部材を接合する場合に好適に適用することができる。
【００４５】
なお、第３実施形態の入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の一部の端部のみを挟むように構成することもできる。例えば、入射側押え部材３８０及び載置部３０２は、積層部材１００の長辺側端部又は短辺側端部のみを挟むように構成してもよい。この場合、入射側押え部材３８０は、枠状の形状を有するのではなく、長辺側端部又は短辺側端部を挟むように互いから分離した一対の押え部材を有する。
【００４６】
また、第３実施形態では、載置部３０２が矩形状の開口３２２を有していた。しかし、載置部の開口の形状は矩形には限られない。例えば、図９に示すように、環状の形状を有する開口４２２であってもよい。この場合、載置部は、積層部材１００の端部が載置される端部４０２と、積層部材１００の中央部分が載置される中央部分４０３とを備える。この環状の開口４２２は、矩形状の開口と比較して、出射側押え部材３８１を移動させることができる領域が狭い。しかし、積層部材１００を載置部の端部４０２と中央部分４０３とによって支持することができる。そのため、積層部材１００の自重に起因する撓みを抑制することができる。
【００４７】
以上、実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述の各実施形態及び変形例は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【００４８】
例えば、上記実施形態では出射側押え部材８１が積層部材１００に向かって押圧されていた。しかし、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０の両方を、あるいは入射側押え部材８０のみを、積層部材１００に向かって押圧することもできる。この場合は、入射側押え部材８０に押圧力を加える押圧手段を設けることもできる。また、出射側押え部材８１及び入射側押え部材８０を電磁石に固定することによって、電磁石が互いに引き合う力を利用して押圧することができる。
【００４９】
さらに、上記実施形態では二つの透明部材１０２，１０４をレーザ接合する例について説明した。しかし、三つ以上の透明部材をレーザ接合する場合にも、本発明を利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１：レーザ接合装置、２：載置部、５：レーザ光源ユニット、７：接続部、５１：集光レンズ、７１：入射側アーム、７２：出射側アーム、８０：入射側押え部材、８０Ａ：当接部、８１：出射側押え部材、８１Ａ：当接部、８３：押圧手段、１００：積層部材、１０１：接合領域、１０２：入射側部材、１０３：合わせ面、１０４：出射側部材、１１０：レーザ光、１２０：光軸、２０２：載置部、２１１：ガイド部、２１４：摺動部材、２８１：出射側押え部材、２８１Ａ：当接部、２８３：押圧手段、２８４：回転軸、２８５：接続部材、３０２：載置部、３２２：開口、３８０：入射側押え部材、３８１：出射側押え部材、３８１Ａ：当接部、３８３：出射側押え部材、４０２：端部、４０３：中央部分、４２２：開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射し、前記積層部材を接合するレーザ接合装置であって、
前記積層部材を載置するための載置部と、
前記載置部上の前記積層部材に前記レーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面に接する第１の押え部材であって、前記レーザ接合時において、前記積層部材の少なくとも２つの前記透明部材の合わせ面と前記レーザ光とが交わる領域に対して、前記合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、
前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とを備え、
前記第１の押え部材及び前記第２の押え部材の少なくとも一方は、前記積層部材を押圧することを特徴とする、レーザ接合装置。
【請求項２】
前記第１の押え部材は、前記レーザ接合時において、前記レーザ光の光軸上に位置することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ接合装置。
【請求項３】
前記第１の押え部材は、前記積層部材に相対的に移動可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ接合装置。
【請求項４】
前記第２の押え部材は、前記レーザ接合時において、前記レーザ光の光軸を挟むように位置する少なくとも２つの押え部材を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項５】
前記第１の押え部材は、前記レーザ光の光軸方向に移動可能であり、
前記第２の押え部材は、前記レーザ光の光軸方向に移動不能となるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項６】
前記第１の押え部材は回転体であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項７】
ガイド部をさらに備え、
前記ガイド部は、前記第１の押え部材が前記レーザ光の光軸に対して傾くことを規制することを特徴とする、請求項６に記載のレーザ接合装置。
【請求項８】
前記第２の押え部材は回転体であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項９】
前記第２の押え部材は前記載置部に着脱可能であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項１０】
前記載置部は、前記積層部材に面する開口を有し、
前記第１の押え部材は、前記開口内で移動可能であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項１】
積層された複数の透明部材からなる積層部材の接合領域にレーザ光を照射し、前記積層部材を接合するレーザ接合装置であって、
前記積層部材を載置するための載置部と、
前記載置部上の前記積層部材に前記レーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面に接する第１の押え部材であって、前記レーザ接合時において、前記積層部材の少なくとも２つの前記透明部材の合わせ面と前記レーザ光とが交わる領域に対して、前記合わせ面の法線方向に位置する第１押え部材と、
前記載置部に載置された前記積層部材の一方の面と対向する他方の面に接する第２の押え部材とを備え、
前記第１の押え部材及び前記第２の押え部材の少なくとも一方は、前記積層部材を押圧することを特徴とする、レーザ接合装置。
【請求項２】
前記第１の押え部材は、前記レーザ接合時において、前記レーザ光の光軸上に位置することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ接合装置。
【請求項３】
前記第１の押え部材は、前記積層部材に相対的に移動可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ接合装置。
【請求項４】
前記第２の押え部材は、前記レーザ接合時において、前記レーザ光の光軸を挟むように位置する少なくとも２つの押え部材を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項５】
前記第１の押え部材は、前記レーザ光の光軸方向に移動可能であり、
前記第２の押え部材は、前記レーザ光の光軸方向に移動不能となるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項６】
前記第１の押え部材は回転体であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項７】
ガイド部をさらに備え、
前記ガイド部は、前記第１の押え部材が前記レーザ光の光軸に対して傾くことを規制することを特徴とする、請求項６に記載のレーザ接合装置。
【請求項８】
前記第２の押え部材は回転体であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項９】
前記第２の押え部材は前記載置部に着脱可能であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項１０】
前記載置部は、前記積層部材に面する開口を有し、
前記第１の押え部材は、前記開口内で移動可能であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５９７８６（Ｐ２０１３−５９７８６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９３３５（Ｐ２０１１−１９９３３５）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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