半導体レーザによる熱可塑性樹脂材切断加工の精密化・高速化に関する研究

利用半导体激光器精密高速切割热塑性树脂材料的研究

• 批准号: 16760165
• 负责人: 佐藤 公俊
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Hiroshima Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760165/
• 关键词: 熱可塑性樹脂; 半導体レーザ; 赤外線吸収; 切断加工; 噴流; ウオータージェット; 全反射導光; 透明材料; 半導体レーザー; 赤外線吸収色素; 除去加工; 輻射; ノズル; 熱移動解析

本研究は、切断加工での適用が難しい半導体レーザを、光エネルギ吸収・発熱と溶融樹脂の除去に関する熱移動および光学系を検討し集光技術を改善することで、簡易で低コストの精密レーザ加工技術を実現することを目的としている。研究結果としてまず第1に、透明樹脂部材にフタロシアニン系有機顔料色素からなる赤外線吸収を高める表面被覆を施し、この被覆のレーザ吸収特性の違いが切断に及ぼす影響について、特に加工可能な母材肉厚との関係を検討した。切断実験および熱移動数値解析から、表面被覆のみの発熱では、1mm以上の厚肉の部材(透明PET材)を裏面まで溶融させることは困難で、その効果が、非常に薄い部材の場合に限定されることを確認した。これを改善するために、レーザ照射により除去されて新規に現れる材料表面に適時に赤外線吸収色素を微少量(約59μm^3/s)塗布することで、課題を解決した。第2に、ノズル内でレーザ光とウォータージェットを同軸に射出することで、水と空気界面での全反射による遠方への平行導光を可能にし、これによりワーキングディスタンスの拡張及び加工性能の向上を図った。具体的な検討項目としては、射出ノズル寸法・形状、ウォータージェット水圧、レーザビーム強度をパラメータに黒色樹脂部材(PMMA,肉厚1mm)に対する加工特性を調べた。その結果、レーザを導光するウォータージェットの直径はビーム集光の最小径0.7mmに絞り、かつ、ウォータージェットの直進性を保つオリフィス部(φ0,7-2mm直円管)として、通常焦点距離47mmの状態から、最長160mmまでのワーキングディスタンス延長を可能にした。

This study aims to improve the application of semiconductor cutting technology, optical absorption, heat transfer and melt resin removal, and improve the optical system and light collection technology. The results of this study are as follows: 1. The relationship between the thickness of transparent resin and the thickness of base material due to the influence of coating and coating on the infrared absorption characteristics of transparent resin components. The analysis of thermal transfer value of cutting, heat dissipation of surface coating, internal melting of thick material (transparent PET material) of more than 1mm, difficulty of cutting, effect of cutting, and limitation of extremely thin material are confirmed. The problem is solved by coating a small amount (about 59μ m ^3/s) of infrared absorbing pigment on the surface of the material in time. The second is the possibility of total reflection at the interface between water and air, and the possibility of parallel light transmission at the distance. Specific test items include: injection size, shape, water pressure, color strength, and processing characteristics of black resin components (PMMA, thickness 1mm). As a result, the diameter of the light guide tube is 0.7 mm, the diameter of the light collector tube is 0.7 mm

项目成果

半導体レーザーによる多自由度プラスチック溶着

使用半导体激光的多自由度塑料焊接

• 发表时间: 2005
• 期刊: 電気学会論文誌C編 125巻2号
• 作者: 佐藤公俊;黒崎晏夫;斉藤卓志
• 通讯作者: 斉藤卓志