技術紹介

Technologies

半導体レーザ
(Direct Diode Laser)

半導体レーザに「ビーム形状可変機構」を組み合わせ、溶接やろう付け、クラッディングなど多様な加工プロセスの製造装置づくりに取り組んでいます。

半導体レーザによる微細接合技術

Laser Micro Bonding

村谷機械製作所では、半導体レーザを用いた微細接合加工を行っています。

半導体レーザは出力制御性に優れ、接合部のみにエネルギーを集中させることができるため、熱影響を最小限に抑えた高精度な接合が可能です。

微小部品や薄肉部品など、従来の溶接方法では変形や品質ばらつきが生じやすい製品に対しても、安定した接合品質と高い再現性を実現します。

対象となる製品サイズ・用途

  • 数ミリ〜数十ミリ程度の小型・精密部品
  • 微細ピン、薄板、微小構造を持つ金属部品
  • 精密機構部品、電子部品、医療・精密機器向け部品

など

自動化・専用機への展開

Deployment

微細接合技術を単体加工にとどめず、専用機や自動化設備として構築できる点も当社の強みです。
位置決め、搬送、接合、検査までを一体化した装置設計により、安定した品質と高い生産性を両立します。

  • ロボットや自動供給装置によるワーク搬送
  • 高精度位置決め機構による安定したレーザ照射
  • 接合後の外観・機能検査を含む一貫工程
  • 長時間無人運転を見据えた設備構成

試作工程から量産ラインまで、お客様の生産条件に合わせた最適な微細接合システムを提案します。

マルチビーム式
ダイレクトダイオードレーザ

Product 01

マルチビーム式ダイレクトダイオードレーザは、複数の半導体レーザビームを同時に照射することで、効率的かつ安定した加熱・接合を実現するレーザ発振器です。

レーザダイオードから照射されるレーザを直接加工に用いる方式のため、励起レーザに比べエネルギー効率に優れ、装置構成もコンパクトにできます。

複数のビームを最適に配置・制御することで、単一ビームでは難しい均一なエネルギー分布や広い照射領域を形成でき、加工品質の安定化に寄与します。

特長

  1. 1
    高効率なレーザ発振

    ダイレクトダイオード方式により、電気エネルギーからレーザ光への変換効率が高く、エネルギーロスを抑えた発振が可能です。

  2. 2
    均一で安定した加熱

    複数のレーザビームを最適に配置することで、照射エリア全体を均一に加熱でき、接合ムラの抑制に貢献します。

  3. 3
    高い制御性による入熱最適化

    出力や照射条件を細かく設定できるため、製品や材料に応じて必要最低限の入熱で接合が可能です。これにより、加工時の熱影響を抑えた高品位な接合を実現します。

  4. 4
    コンパクトな構成

    発振器や光学系を含めたシステム全体をコンパクトに構成でき、専用機や自動化設備への組み込みに適しています。

マルチビーム用光学系
(国際特許取得済み)

Product 02

マルチビーム用光学系では、6本のレーザをコリメート後、1枚の非球面レンズで集光します。この設計により、加工ヘッドを6個並べるよりもレンズの枚数が少なくて済み、低コストです。

また、非球面レンズによってレーザは1点に集光されるため、集光位置の調整が容易であり、高効率なマルチビームとなります。

集光位置調整機能

マルチビーム用光学系には光学系の交換を行わずに、6本のレーザによる集光点を自在に調整する機能が搭載されています。
これにより、さまざまなニーズに応じたスポット形状が容易に実現します。
例えば、スパッタが気になる場合は2重スポットを使用することでスパッタの発生が抑えられます。
また、積層部の割れなどが気になる場合は、スポットを並べて使用することで徐冷/先行加熱の効果が得られます。

標準仕様

*1カスタマイズ可能

  • 発振形態:連続発振(CW)
  • 出力:最大300W(1000Wまでカスタマイズ可能)*1
  • 波長:915nm(出力による)
  • 最小スポット径:φ0.3 or φ0.5*1
  • 立上り時間:1ms
  • 冷却方法:空冷(水冷対応可能)*1
  • 伝送ファイバ:コア径φ0.1mm(出力による)
  • 外部インターフェース:D-sub 25ピン
  • 電源AC100V 50/60Hz (最大電流12A)*1
  • 外形寸法:400(W)×280(D)×180(H) (300Wの場合)
  • 重量:20kg

レーザ装置のシステム応用例

Application Examples

レーザ微細溶接機

ワークの搬入・位置決め・溶接から品質検査・搬出までを一括でシステム化します。
対象ワークに合わせて、ビーム集光形状を作り込むことで高品質な溶接が可能です。
試作からシステム提案・設計・製造・据え付けまで全て弊社で実施しています。

※特許出願済み
※いしかわエコデザイン賞2014 低炭素賞 受賞

小径ピン用マルチビームレーザろう付機

四方から均等にレーザを照射することで、ひずみや芯ずれの無い接合を実現しています。
ワークを回転させる必要がないため、接合時間の大幅短縮や接合精度の向上を実現します。

4台のレーザ加工ヘッドを四方に設置。
1台のヘッドから6本のビームを照射、合計24本のビームで全周同時加熱

解決事例

Resolution Cases

精密溶接

内容
電子部品の製造
お客様の要望
ワークの位置決めが手動のため、1ワークの製造時間がかかってしまう。
位置決めも含めたタクトタイムを半分以下にしたい。
解決策

部品の位置決めから溶接までを自動化。
またスポット形状をチューニングしたことによりタクトタイムを従来の3分の1まで短縮しました。

ろう付

内容
マイクロドリル製造
お客様の要望
超硬合金を無垢から削りだしドリルの形に加工するため、削り代が大きく材料が無駄になってしまいコストがかさむ。無駄になる材料を少なくしたい。
解決策

レーザろう付を用いて刃先にのみを超硬合金にすることで、削り代を小さくしました。
ドリルのためろう付部の精度が求められるが、弊社のマルチビームレーザろう付を用いることで芯ずれ数ミクロン以下を実現しました。

工具部材の省資源化の図
ろう付の前後の比較画像

動画紹介

Movie

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