JP2002137076A

JP2002137076A - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2002137076A
Application number: JP2000333237A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sugano; 雅浩菅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接対象物の接合部における少なくとも一方
の厚みがレーザビームのスポットサイズの１／２以下で
ある場合においても、溶接部にバリを生ずることなく接
合部をきれいに溶接できるようにする。【解決手段】固定治具２４によって固定された筐体２
２及び蓋体２３の上面２２ａ，２３ａに設けられた接合
部２９にレーザ発生装置２６から発射されたレーザビー
ム２５を照射して接合部２９をレーザビームで溶接する
レーザ溶接方法において、接合部２９における筐体２２
及び蓋体２３の少なくとも一方の厚みｔがレーザビーム
２５のスポットサイズの１／２よりも小さい場合に、そ
の接合部２９の高さを、固定治具２４による筐体２２及
び蓋体２３の固定部の上面よりも高い位置に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行性のよい高パ
ワーのレーザをレンズで溶接対象物の表面に集光させ、
その接合部をレーザビームによって溶接するようにした
レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関し、特に、接合
部における溶接対象物の少なくとも一方の厚みがレーザ
ビームのスポットサイズの１／２以下であるときに用い
て好適なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、レーザビームを用いて溶
接対象物の接合部を溶接するレーザ溶接装置としては、
例えば、図５に示すような構成のものが知られている。
この図５に示すレーザ溶接装置１は、乾電池の筐体２と
蓋体３との接合部９を溶接するものである。このレーザ
溶接装置１は、筐体２を挟んで固定する固定治具４と、
この固定治具４によって固定された筐体２と蓋体３との
接合部９にレーザビーム５を照射させるレーザ発生装置
６等を備えて構成されている。

【０００３】レーザ溶接装置１の固定治具４は、筐体２
が載置されると共に当該筐体２の一面側を支える固定部
材７と、この固定部材７に移動可能に搭載されると共に
筐体２の他面側を支える可動部材８とを備えている。固
定部材７の上面７ａ及び可動部材８の上面８ａは、筐体
２の上面２ａ及び蓋体３の上面３ａと略同一の高さに設
定されている。このように、固定部材７及び可動部材８
の各上面７ａ，８ａの高さを筐体２及び蓋体３の各上面
２ａ，３ａの高さと一致させることにより、筐体２と蓋
体３との接合部９を固定部材７と可動部材８とで強固に
押圧してしっかりと固定できるように構成されている。

【０００４】また、レーザ溶接装置１のレーザ発生装置
６は、ＹＡＧロッド１０と、このＹＡＧロッド１０と平
行に設けられたキセノンランプ１１と、このキセノンラ
ンプ１１の発光等を制御する制御部１２と、ＹＡＧロッ
ド１０から発射されるレーザの光路上に配置されたシャ
ッタ１３、絞り１４、反射ミラー１５、レンズ１６及び
レーザ加工用レンズ等が内蔵されたレーザヘッド１７等
を備えて構成されている。レンズ１６とレーザヘッド１
７とは光ファイバ１８を介して接続されており、筐体２
と蓋体３との接合部９の上方にレーザヘッド１７が下向
きに対向されている。そして、レーザヘッド１７の光軸
は、接合部９の延長線と略一致するように設置されてい
る。

【０００５】溶接対象物の一方の部材である筐体２は、
固定部材７に立てられた状態で載置され、可動部材８の
押圧力により挟持されて、固定治具４に固定されてい
る。筐体２の上面には四角形の開口部が設けられてお
り、その開口部に蓋体３が嵌め込まれている。この筐体
２と蓋体３との接触面が接合部９であり、従って、接合
部９の切り口は四角形として上面に設定されている。こ
の接合部９に対して、レーザ発生装置６のレーザヘッド
１７が上方から対向されている。このレーザヘッド１７
のレーザ加工用レンズで接合部９に焦点を結んでレーザ
ビーム５を照射することにより、接合部９がレーザビー
ム加工により溶接されて筐体２と蓋体３とが一体的に結
合される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレーザ溶接装置１においては、筐体２及び蓋
体３の厚みがレーザビーム５のスポットサイズの１／２
以下と小さくなっている場合には、接合部９においてレ
ーザビーム５のスポットの外縁が筐体２の厚みを越えて
しまうために筐体２及び蓋体３の溶接部１９が、図６に
示すように、固定治具４の固定部材７の上面７ａを伝わ
って側方にはみ出してしまい、溶接部１９にバリ１９ａ
が発生するという課題があった。

【０００７】このような課題は乾電池の場合、その軽量
化の要請に基づく筐体２及び蓋体３の薄型化と、この要
請に答える製造技術の向上、材料の性能アップ等に起因
して発生するようになったものである。即ち、従来の乾
電池の場合には、筐体及び蓋体の厚みが０．４０ｍｍ〜
０．４５ｍｍであるのに対して、接合部におけるレーザ
ビームのスポットサイズが０．７ｍｍであったことか
ら、レーザビームのスポットの外縁が筐体の厚みを越え
てしまうようなことがなかった。そのため、レーザビー
ムによって融解された筐体及び蓋体の溶接部が固定部材
側にはみ出してしまうことがなく、従来では、溶接部に
バリが発生するという問題は生じていなかった。

【０００８】ところが、材料の性能が向上されたことに
よって筐体２及び蓋体３の板厚の薄型化が可能となり、
現在では筐体２及び蓋体３の厚みｔは０．２０ｍｍ〜
０．２５ｍｍになっている。その一方、レーザビーム５
のスポットサイズは０．７ｍｍと変わることがない。そ
のため、レーザビーム５のスポットの外縁が筐体２の厚
みｔを越えてしまい、図６に示すように、筐体２及び蓋
体３の溶接部１９の一部が固定治具４の固定部材７側
（可動部材８側も同様）に乗り上げて筐体２の外面から
はみ出してしまい、溶接部１９にバリ１９ａが発生する
という問題が生じるようになった。

【０００９】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、溶接対象物の接合部における少な
くとも一方の厚みがレーザビームのスポットサイズの１
／２以下である場合においても、溶接部にバリを生ずる
ことなく接合部をきれいに溶接することができるレーザ
溶接方法及び、その方法を実現できるレーザ溶接装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述したような課題等を
解決し、上記目的を達成するために、本出願のレーザ溶
接方法は、固定治具によって固定された溶接対象物の上
面に設けられた接合部にレーザ発生装置から発射された
レーザビームを照射して接合部を溶接するレーザ溶接方
法において、接合部における溶接対象物の少なくとも一
方の厚みがレーザビームのスポットサイズの１／２より
も小さい場合に、その接合部の上面を、固定治具による
溶接対象物の固定部の上面よりも高い位置に設定したこ
とを特徴としている。

【００１１】また、本出願のレーザ溶接装置は、溶接対
象物を挟んで固定する固定治具と、この固定治具によっ
て固定された溶接対象物の上面に設けられた接合部に向
けてスポットサイズが接合部における溶接対象物の少な
くとも一方の厚みの２倍以上の大きさを有するレーザビ
ームを発射するレーザ発生装置と、を備え、固定治具
は、溶接対象物の接合部の上面よりも低い位置を固定
し、この固定部の上面よりも高い位置に接合部の上面を
設定するようにしたことを特徴としている。

【００１２】上述のように構成したことにより、本出願
のレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置では、溶接対象物
の接合部における少なくとも一方の厚みがレーザビーム
のスポットサイズの１／２よりも小さい場合において
も、レーザビームによって溶接される接合部の上面が固
定治具による溶接対象物の固定部の上面よりも高い位置
に設定されているため、レーザビームによって融解され
た溶接対象物の溶接部の一部が固定治具側にはみ出すこ
とがなく、溶接対象物の溶接部にバリが発生するのを防
止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明の実施の
例を示すもので、図１はレーザ溶接装置の一実施例を示
す一部を断面した説明図、図２は図１に示す溶接対象物
の接合部の要部を拡大して示す説明図、図３は溶接対象
物の一実施例を分解して示す斜視図、図４は図３に示す
溶接対象物を組立状態において中央部を縦方向に断面し
た説明図である。

【００１４】図１に示すように、本発明の一実施例を示
すレーザ溶接装置２０は、溶接対象物の一具体例を示す
角形電池の缶２１を構成する筐体２２と蓋体２３との接
合部２９をレーザビーム２５を用いてレーザビーム溶接
するものである。このレーザ溶接装置２１は、筐体２２
を挟んで固定する固定治具２４と、この固定治具２４に
よって固定された筐体２２と蓋体２３との接合部２９に
レーザビーム２５を照射させるレーザ発生装置２６等を
備えて構成されている。

【００１５】まず、缶２１を構成する筐体２２及び蓋体
２３について説明する。図３及び図４に示すように、筐
体２２は、縦長の直方体を中空として上面に開口部３０
を設けた部材からなり、その開口部３０には蓋体２３が
嵌合されている。この筐体２２の中空室３１内には、電
力を蓄えることができる電池本体３２が収納されてい
る。この電池本体３２は、リード線３３を介してコレク
タピン３４に接続されている。コレクタピン３４は、絶
縁性を有するプラスチック製のシール部材３５を介して
蓋体２３に保持されている。シール部材３５は、蓋体２
３の中央部に設けた貫通穴に嵌合されており、上下方向
の両面に設けたフランジ部によって抜け止めされてい
る。

【００１６】蓋体２３は、筐体２２の開口部３０に嵌ま
り合う形状とされている。この蓋体２３を開口部３０に
嵌合することにより、筐体２２の開口部３０が閉じられ
る。この筐体２２及び蓋体２３の材質としては、例え
ば、ニッケルメッキ鋼板やステンレス鋼板等の鉄系の金
属が好適であるが、鉄系以外の金属であっても溶接の可
能なものであれば各種の金属を用いることができる。

【００１７】レーザ溶接装置２０は、缶２１の筐体２２
を挟んで固定する固定治具２４と、この固定治具２４に
よって固定された筐体２２と蓋体２３との接合部２９に
レーザビーム２５を照射させるレーザ発生装置２６等を
備えて構成されている。

【００１８】このレーザ溶接装置２０の固定治具２４
は、筐体２２が載置されると共に当該筐体２２の一方の
側面を支える固定部材２７と、この固定部材２７に移動
可能に搭載されると共に筐体２２の他方の側面を支える
可動部材２８とを備えている。可動部材２８は固定部材
２７に対して接近及び離反可能に構成されており、開口
部３０を上に向けた状態で縦置きされた筐体２２を固定
部材２７と協同して挟持する。これにより、筐体２２が
略垂直に立てられた状態で固定治具２４に固定される。

【００１９】また、固定部材２７の上面２７ａと可動部
材２８の上面２８ａは略同一の高さとされていると共
に、これら上面２７ａ，２８ａは、筐体２２及び蓋体２
３の接合部２９の上面よりも低くなるように設定されて
いる。この固定部材２７の上面２７ａ等と接合部２９の
上面との高さの差δは、筐体２２及び蓋体２３の厚みの
大小によっても異なるが、レーザビーム２５のスポット
サイズが約０．７ｍｍであって、筐体２２及び蓋体２３
の厚みが０．３ｍｍ以下である場合には、０．７ｍｍ以
下０．２ｍｍ以上の値に設定する。

【００２０】更に好ましくは、例えば、スポットサイズ
が０．７ｍｍであって、筐体２２及び蓋体２３の厚みが
０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍである場合、固定部材２７
の上面２７ａ等と接合部２９の上面との高さの差δは
０．５０ｍｍが好適である。この程度の高さの差δであ
れば、筐体２２及び蓋体２３を両側から押さえる力を十
分に大きく確保して缶２１をしっかりと固定できると共
に、後述するようにバリを生ずることなく接合部２９の
溶接を行うことができる。

【００２１】このような固定治具２４は、図示しない平
面座標系Ｘ−Ｙ軸のＸ軸テーブル及びＹ軸テーブルに搭
載して使用するとよい。Ｘ軸テーブルは、平面座標系Ｘ
−Ｙ軸のうちＸ軸方向に移動可能とされたテーブルであ
り、Ｙ軸テーブルは、同じくＹ軸方向に移動可能とされ
たテーブルである。このＹ軸テーブルの上にＸ軸テーブ
ルが搭載される。尚、このＸ軸テーブル及びＹ軸テーブ
ルに加えて、第３の軸である高さ方向Ｚに固定治具２４
を昇降させるＺ軸テーブルを備える構成とすることもで
きる。

【００２２】この固定治具２４に固定された筐体２２及
び蓋体２３の接合部２９に対して、レーザ発生装置２６
のレーザヘッド４７が上方から臨むよう下向きに配置さ
れる。このレーザヘッド４７に内蔵されたレーザ加工用
レンズで接合部２９の表面に焦点を結んでレーザビーム
２５を照射することにより、缶２１の上面に設定された
四角形の接合部２９がレーザビーム加工により溶接され
て接合される。

【００２３】レーザ溶接装置２０のレーザ発生装置２６
は、ＹＡＧ(yttrium-aluminum-garnet) ロッド４０と、
キセノンランプ４１と、制御部４２と、シャッタ４３
と、絞り４４と、反射ミラー４５と、レンズ４６と、レ
ーザヘッド４７と、光ファイバ４８等を備えている。Ｙ
ＡＧロッド４０は、平行性のよい高パワーのレーザを発
射するもので、このＹＡＧロッド４０と平行にキセノン
ランプ４１が配置されている。キセノンランプ４１は、
主としてキセノンガスの励起によって発光する放電ラン
プである。このキセノンランプ４１の両端の電極部に
は、制御部４２が電気的に接続されている。この制御部
４２は、キセノンランプ４１の発光等を制御することに
より、ＹＡＧロッド４０から出力されるレーザのパワー
等を制御する。

【００２４】ＹＡＧロッド４０から発射されるレーザビ
ームの光路上にはＹＡＧロッド４０側から順に、光路を
開閉するシャッタ４３、光路の開口面積を調整する絞り
４４、レーザビームの進行方向を変化させる反射ミラー
４５、反射ミラー４５から入力されたレーザビームを光
ファイバ４８に導くレンズ４６、及び光ファイバ４８か
ら入力されるレーザビームを溶接対象物である筐体２２
及び蓋体２３の接合部２９に照射するレーザ加工用レン
ズが内蔵されたレーザヘッド４７が配置されている。レ
ーザ加工用レンズは、可撓性を有する光ファイバ４８を
介してレンズ４６と接続されている。このレーザ加工用
レンズを有するレーザヘッド４７は、図１において上下
方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に構成されている。

【００２５】このような構成を有するレーザ溶接装置２
０によれば、例えば、次のようにして缶２１を構成する
筐体２２と蓋体２３との接合部２９を溶接して接合する
ことができる。図１に示すように、まず、開口部３０に
蓋体２３を嵌め合わせた筐体２２を固定治具２４の固定
部材２７上に載置する。次に、可動部材２８を固定部材
２７側に移動させ、固定部材２７と可動部材２８とで筐
体２２を横方向から挟持して固定する。このとき、筐体
２２及び蓋体２３の各上面２２ａ，２３ａと固定治具２
４の固定部材２７及び可動部材２８の各上面２７ａ，２
８ａとの間には、高さの差δができるように予め所定の
大きさの段差が設定されているが、その高さの差δは小
さいものであるため、この高さの差δを設けたことによ
って固定治具２４が筐体２２及び蓋体２３を挟み付ける
力に影響を与えることはなく、しっかりと確実に挟持し
て固定することができる。

【００２６】次に、レーザ発生装置２６を動作させ、レ
ーザビーム２５を筐体２２と蓋体２３との接合部２９に
照射する。即ち、制御部４２の制御により、キセノンラ
ンプ４１を点灯してＹＡＧロッド４０からレーザを発射
するとともにシャッタ４３を開くことにより、そのレー
ザが絞り４４、反射ミラー４５、レンズ４６及び光ファ
イバ４８を介してレーザヘッド４７に供給される。これ
によりレーザビーム２５が、レーザヘッド４７のレーザ
加工用レンズから出射されて接合部２９に照射される。

【００２７】このとき、レーザビーム２５の焦点が接合
部２９に結ばれているため、その接合部２９がレーザビ
ーム２５により加熱されて融解される。これにより、筐
体２２及び蓋体２３の上部がそれぞれ融解され、互いに
混ざり合った後、冷えて固まることによって溶接部４９
となる。尚、レーザビーム２５の光軸は、接合部２９の
接触面と略一致させるようにして溶接作業を行うように
する。

【００２８】この場合、筐体２２及び蓋体２３の厚み
（肉厚）、特に筐体２２の厚みｔが０．２５ｍｍである
ものとすると、レーザビーム２５のスポットサイズが
０．７ｍｍであるため、レーザビーム２５のスポットの
外縁が筐体２２の表面よりも外側にはみ出してしまう。
ところが、筐体２２及び蓋体２３の各上面２２ａ，２３
ａと固定部材２７及び可動部材２８の各上面２７ａ，２
８ａとの間には、上述したような高さの差δが設定され
ているため、筐体２２及び蓋体２３の融解部分に生じる
表面張力によって盛り上がった状態を維持することがで
き、その融解部分が固定部材２７や可動部材２８の上面
２７ａ，２８ａに流れ込むことがない。従って、溶接部
４９にバリを発生することがなく、バリの無いきれいな
溶接部４９を形成することができる。

【００２９】尚、上述した高さの差δは、０．７ｍｍ以
上であってもレーザビーム溶接自体は行うことができる
が、その場合には、筐体２２等を挟持する力が小さくな
るため好ましいものではない。従って、筐体２２等の厚
みが０．３ｍｍ以下と薄い場合には、０．７ｍｍから
０．２ｍｍまでの範囲内の値を用いるようにする。

【００３０】以上説明したが、本発明は上記実施の例に
限定されるものではなく、例えば、上記実施例において
は溶接対象物として角形電池の缶２１を適用した例につ
いて説明したが、溶接対象物が丸形電池であっても良い
ことは勿論のこと、電池以外であっても、その物が筐体
と蓋体とを有し且つ固定治具で固定された状態において
上方からレーザビームを照射されて溶接されることを目
的とするものであれば、各種の溶接対象物を適用するこ
とができる。

【００３１】また、上記実施例では、筐体２２と蓋体２
３を９０度に組み合わせ、筐体２２の厚みｔ側からレー
ザビーム溶接を行う例について説明したが、例えば、２
つの部材を厚み側に重ね合わせ、その厚み側からレーザ
ビーム溶接を行うように構成してもよいことは勿論であ
る。更に、レーザ発生装置２６及び固定治具２４の構成
は、上述した実施例に限定されるものでないことは勿論
である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない
範囲で種々変更できるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本出願のレーザ溶
接方法及びレーザ溶接装置によれば、溶接対象物の接合
部における少なくとも一方の厚みがレーザビームのスポ
ットサイズの１／２よりも小さい場合においても、レー
ザビームによって溶接される接合部の上面が固定治具に
よる溶接対象物の固定部の上面よりも高い位置に設定さ
れているため、レーザビームによって融解された溶接対
象物の溶接部の一部が固定治具側にはみ出すことがな
い。そのため、溶接部にバリを発生することがなく、バ
リの無いきれいな溶接部を形成することができるという
効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ溶接装置の一実施例を示すもの
で、固定治具に固定された筐体及び蓋体の接合部をレー
ザビーム溶接する状態を示す説明図である。

【図２】図１の要部を拡大して示すもので、溶接部にバ
リができていない状態を示す説明図である。

【図３】本発明のレーザ溶接装置に用いて好適な溶接対
象物の一例を分解して示す斜視図である。

【図４】図３に示す溶接対象物を縦方向に断面して示す
説明図である。

【図５】従来のレーザ溶接装置を示す説明図である。

【図６】図５の要部を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

２０レーザ溶接装置、２１缶（溶接対象物）、
２２筐体、２３蓋体、２４固定治具、２５
レーザビーム、２６レーザ発生装置、２７固定部
材、２８可動部材、２９接合部、３０開口
部、３７レーザヘッド、４９溶接部、 δ 高さ
の差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定治具によって固定された溶接対象物
の上面に設けられた接合部にレーザ発生装置から発射さ
れたレーザビームを照射して当該接合部を溶接するレー
ザ溶接方法において、上記接合部における上記溶接対象物の少なくとも一方の
厚みが上記レーザビームのスポットサイズの１／２より
も小さい場合に、当該接合部の上面を、上記固定治具に
よる当該溶接対象物の固定部の上面よりも高い位置に設
定したことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】上記レーザビームのスポットサイズが約
０．７ｍｍであって、上記溶接対象物の厚みが０．３ｍ
ｍ以下である場合に、当該溶接対象物の上面を上記固定
治具の上面よりも０．７ｍｍから０．２ｍｍまでの範囲
内の値で高くして固定したことを特徴とする請求項１記
載のレーザ溶接方法。
【請求項３】上記溶接対象物は、電力を蓄えることが
できる電池本体が収納される筐体と、この筐体の開口部
を塞ぐ蓋体とからなり、上記筐体及び蓋体は、レーザ溶
接の可能な鉄系の金属によって形成されていることを特
徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】溶接対象物を挟んで固定する固定治具
と、上記固定治具によって固定された上記溶接対象物の
上面に設けられた接合部に向けてスポットサイズが当該
接合部における溶接対象物の少なくとも一方の厚みの２
倍以上の大きさを有するレーザビームを発射するレーザ
発生装置と、を備え、上記固定治具は、上記溶接対象物の上記接合部の上面よ
りも低い位置を固定し、当該固定部の上面よりも高い位
置に接合部の上面を設定するようにしたことを特徴とす
るレーザ溶接装置。
【請求項５】上記レーザビームのスポットサイズが約
０．７ｍｍであって、上記溶接対象物の厚みが０．３ｍ
ｍ以下である場合に、上記固定治具は、その上面が当該
溶接対象物の上記接合部の上面よりも０．７ｍｍから
０．２ｍｍまでの範囲内の値で低い位置を固定するよう
にしたことを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装
置。
【請求項６】上記溶接対象物は、電力を蓄えることが
できる電池本体が収納される筐体と、この筐体の開口部
を塞ぐ蓋体とからなり、上記筐体及び蓋体は、レーザ溶
接の可能な鉄系の金属によって形成されていることを特
徴とする請求項４又は５記載のレーザ溶接装置。