JP2011020174A - 半導体レーザによる超薄板溶接方法とその半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各基本ビームを複数組み合わせるスペースカップリングにより合成ビームを生成させ、超薄板金属の被溶接面の接合形状に適応する照射ビームを生成する半導体レーザによる超薄板溶接方法とその超高速レーザ微細接合装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも三組の超小型半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３から発振される同一波長のビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３を、スペースカップリングＳＣで組み合わせて合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３を形成可能とし、１００μｍ〜１０μｍまでの超薄板金属を超高速溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、１００μｍ〜１０μｍの超薄板金属の微細接合の技術に係わり、特に、各半導体レーザから発振される楕円形ビームの基本ビームと、この各基本ビームを複数組み合わせるスペースカップリングにより合成ビームを生成させ、超薄板金属の被溶接面の接合形状に適応する照射ビームを生成する半導体レーザによる超薄板溶接方法とその超高速レーザ微細接合装置に関するものである。

近年、１００μｍ〜１０μｍの超薄板金属の溶接ニーズは、製品の軽薄化の進展に伴い急速に高まっている。具体的な製品として、アルカリ電池のシーム溶接、携帯電話用バッテリのシーム溶接、フラットパネル等への電子部品の溶接、微小圧力センサのダイアフラム溶接、半導体製造装置用ベローズ、自動車用ハーネス、ペースメーカのパッケージ等が挙げられ、今後一段の軽薄化に向けてその需要が高まっている。

現状における超薄板金属の微細接合技術は、従来のアーク溶接やプラズマ溶接では適用困難な１００μｍ以下の板厚の実用的な高速溶接に適用可能な新接合技術が切望されており、その中でビームを細く絞れることからレーザ溶接技術が注目されている。その代表的な溶接技術に、円形ビームのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたパルス溶接が主流を占めている。しかし、実用溶接速度が０．０５ｍｍ／ｓｅｃと遅い。これを改善させるべく入熱過大としている。そうすると、スパッタ、溶け落ち、熱歪み等の溶接欠陥が頻発する。
即ち、従来のレーザ溶接方法では、円形のガウシアビームが最適とされ、それを出来るだけ細く収束させることで高エネルギー密度のビームとしてキーホール型溶接を行うことが最適と考えられてきた。しかし、溶接対象が板厚１００μｍ以下の超薄板金属の場合には、キーホール型溶接のような高い溶け込み能力よりも溶接欠陥を生じさせ難い低エネルギー密度ビームを長時間照射する熱伝導型溶接が有効であるとされている。

本願出願人は、上記円形のガウシアビームによる低エネルギー密度ビームを長時間照射する熱伝導型溶接の欠陥である溶接速度の鈍速を改善すべく、半導体ダイレクトレーザの楕円形ビームをその長径方向に走行することで照射時間が延長できることに着目し、どの程度の高速溶接が可能かを確認テストした。そのテスト結果によれば、図８に示すように、板厚０．１ｍｍのステンレス箔ＳＴを固定治具Ｇに突き合せて固定し、これに楕円形レーザビーム光Ｌ０を照射させた。図９は、円形ビーム（φ０．９ｍｍ）と楕円形ビーム（０．４ｍｍ幅、２．０ｍｍ長）とによる板厚０．１ｍｍ（１００μｍ）のステンレス箔に対する溶接シミュレーションモデルを示している。図１０は、四角の断面枠内での温度分布を示している。板厚０．１ｍｍ（１００μｍ）のステンレス箔について、溶接速度を１２５ｍｍ／ｓｅｃから３７５ｍｍ／ｓｅｃまで変速させて、板厚方向の断面上の溶融部Ｕを示している。上記テスト結果から、同一出力において、円形ビームよりも楕円形ビームの方がはるかに高速（３２５ｍｍ／ｓｅｃ）で溶接が可能であることが確認できた。これは、板厚０．１ｍｍ（１００μｍ）のステンレス箔において、溶接速度を従来方式よりも６０００倍もの超高速溶接が可能であることを実証した。

更に、本願出願人は、上記楕円形ビーム（０．４ｍｍ幅、２．０ｍｍ長）により、様々な形状や寸法を有する超薄板金属の微細接合に適合させるべく、ビーム幅やビーム長さを板厚や溶着面形状に適応するビーム合成技術の開発が重要な開発テーマであることを確認した。具体的には、１００μｍ厚のステンレス箔（ＳＵＳ３０４）では０．６ｍｍ幅×２ｍｍ長、５０μｍ厚では０．４ｍｍ幅、１０μｍ厚では０．２ｍｍ幅のように、０．２ｍｍ幅の半導体レーザビームを組み合わせたビーム合成を生成する技術が必須であることを発見した。

他方、従来技術のビーム合成には、複数の半導体レーザからの出射光を光ファイバーに導光する方法において、回転鏡により合成するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上記従来技術において、複数のレーザスタックモジュールからなる各半導体レーザからの出射光を合成するには、ビーム整形し、所定の直線偏光状態のコリメータ光にした後、偏光ビームスプリッタを用いた偏光カップリング板によりビーム合成を行っている。このビーム合成は、各レーザスタックモジュールからの偏光方向が互いに直交しており、ポラロイドフィルムで構成された偏光カップリング板は、レーザスタックモジュールから出射するレーザビームは透過し、別のレーザスタックモジュールから出射するレーザビームを反射させることで、複数のレーザビームを１つのレーザビームに合成される。また、各レーザスタックモジュールからの発振波長は、異なる発振波長に設定されており、波長カップリング板を上記異なる発振波長の一方を透過し他の一方を反射する波長フィルタで構成することにより、波長カップリング板の出射側で１つのレーザビームに合成される。具体的なレーザ発振器は、例えば、発光点間隔２ｍｍで２５段スタックとすることにより、合成されたレーザビームの光出力は１ｋＷとなる。また、発振波長は、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光であり、本構成では、８００ｎｍと８３０ｎｍの２波長を有する構成となっているものがある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−２９３２３３号公報 特開２００７−３２７１０５号公報

上記薄板の溶接技術に、円形ビームのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたパルス溶接では、実用溶接速度が０．０５ｍｍ／ｓｅｃと遅く、これを改善させるべく入熱過大によるスパッタ、溶け落ち、熱歪み等の溶接欠陥が頻発するという問題点がある。

更に、複数のレーザスタックモジュールからなる各半導体レーザからの出射光を合成するに際し、偏光ビームスプリッタを用いた偏光カップリング板によりビーム合成を行う方法は、各レーザスタックモジュールからの発振波長は、異なる発振波長に設定されており、波長カップリング板を上記異なる発振波長の一方を透過し他の一方を反射する波長フィルタで構成しているから、各レーザスタックモジュールからの発振波長を異ならせることが必須で、発振効率の悪い別仕様のレーザスタックモジュールを設備しなければならない。この事は、別仕様のレーザスタックモジュールを多数在庫設備しなければならない上、レーザスタックモジュールのメンテナンス性にも劣っている。また、偏光ビームスプリッタを用いた偏光カップリング板は、光損失も大きいという問題点がある。

本発明は、上記円形ビームのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたパルス溶接における実用溶接速度が０．０５ｍｍ／ｓｅｃと遅く、これを改善させると入熱過大によるスパッタ、溶け落ち、熱歪み等の各問題点に鑑みる他、複数のレーザスタックモジュールからなる各半導体レーザからのビーム光を合成するに際し、偏光ビームスプリッタを用いた偏光カップリング板のビーム合成方法の問題点に鑑みてなされたものである。更には、１００μｍ厚以下のステンレス箔（ＳＵＳ３０４）等の超薄板金属を接合させるには、本願出願人のテスト結果から得られたように、１００μｍ厚以下の超薄板金属類の接合に適した楕円形ビームの更なる開発が必須であり、その具体的なビーム幅とビーム長さの確立が求められている。

本発明の目的は、各半導体レーザから発振される各楕円形ビームの基本ビームのビーム幅とビーム長さの確立を図るとともに、スペースカップリングにより合成ビームを生成させ、超薄板金属の被溶接面の接合形状に適応する照射ビームを生成する半導体レーザによる超薄板溶接方法とその半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置を提供するものである。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１の半導体レーザによる超薄板溶接方法は、少なくとも三組の超小型半導体レーザから発振される同一波長のビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍでビーム長０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを、スペースカップリングで組み合わせて少なくともビーム幅０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長１ｍｍ〜３ｍｍまでの合成ビームを形成可能とし、１００μｍ〜１０μｍまでの超薄板金属を超高速溶接することを特徴とする。

請求項２の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置は、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍでビーム長０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを発振する少なくとも三組の超小型ダイレクト半導体レーザと、上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームを合成ビームにするスペースカップリングの光学系と、上記光学系からの合成ビームにより１００μｍから１０μｍまでのステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属を接合することを特徴とする。

本発明の請求項３の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置は、請求項２記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置において、上記三組の超小型ダイレクト半導体レーザは、対向及び直交して配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させたことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の半導体レーザによる超薄板溶接方法の作用は、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザからビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍでビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、スペースカップリング光学系によりステンレス鋼超薄板等を接合すべき形状の合成ビームとなり、少なくとも１００μｍ〜１０μｍ板厚のステンレス鋼超薄板等の超薄板金属が高速接合される。

本発明の請求項２記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置の作用は、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザからビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、スペースカップリングの光学系に入光して合成ビームとなる。上記光学系からの合成ビームは、１００μｍ〜１０μｍ板厚までのステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属を接合すべき形状となり高速接合する。

更に、上記超高速レーザ微細接合装置において、請求項３記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置の作用は、三組の超小型ダイレクト半導体レーザを対向及び直交して空間配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させているから、各超小型ダイレクト半導体レーザから発振される楕円形ビームのビーム整形・調節が容易に行える。各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、例えば、９８０ｎｍの組み合わせで、偏光カップリングよりも光損失が無く発振効率の良い超小型ダイレクト半導体レーザが使用される。

本発明の請求項１記載の半導体レーザによる超薄板溶接方法によれば、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザからビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、スペースカップリング光学系によりステンレス鋼超薄板等の接合すべき形状の合成ビームとなり、少なくとも１００μｍ〜１０μｍ板厚のステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属が高速接合できる。

本発明の請求項２記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置によれば、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザからビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを発振し、これをスペースカップリングの光学系に入光して合成ビームに生成できるから、発振効率の良い同一超小型ダイレクト半導体レーザが使用でき、メンテナンス性に優れている。

本発明の請求項３記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置によれば、各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、例えば、９８０ｎｍの組み合わせができ、偏光カップリングよりも光損失が無く発振効率の良い超小型ダイレクト半導体レーザが使用できる。
更に、少なくとも三組の超小型ダイレクト半導体レーザを対向及び直交して空間配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させているから、各超小型ダイレクト半導体レーザから発振される楕円形ビームのビーム整形・調節が容易にできる。

本発明の第１の実施の形態を示し、超高速レーザ微細接合装置における超小型ダイレクト半導体レーザ発振器と光学系の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、超小型ダイレクト半導体レーザ発振器の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、超小型ダイレクト半導体レーザ発振器の断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、スペースカップリングの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示し、５組配置例の作用平面図である。 本発明の実施の形態を示し、各楕円形ビームの基本ビームと合成ビームの説明図である。 本発明の実施の形態を示し、ワークの接合面の斜視図である。 超小型ダイレクト半導体レーザ発振器の斜視図である。 円形ビームと楕円形ビームの溶接シミュレーションモデル図である。 円形ビームと楕円形ビームとの移動熱源における温度分布解析図である。

以下、本発明の第１の実施の形態となる半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置と、これによる超薄板溶接方法を、図１乃至図７を参照して説明する。

先ず、図１と図２において、本発明の第１の実施の形態となる半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置１００は、超小型ダイレクト半導体レーザ発振器ＬＤＯの発振部Ａと、その光学系Ｂと、ワーク部Ｃとの配列からなる。超小型ダイレクト半導体レーザ発振器ＬＤＯの発振部Ａは、少なくとも三組の超小型ダイレクト半導体レーザ発振器（以下、単に半導体レーザと言う）ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の取付ベースＢ１，Ｂ２，Ｂ３をレーザ匡体１の上面１Ａに方向調節して配置されている。これにより、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３から同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、例えば、９８０ｎｍの基本ビーム（楕円形ビーム）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、三方から三次元の空間配置したスペースカップリングＳＣに微調節して入射される。この基本ビーム（楕円形ビーム）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、スペースカップリングＳＣの三枚のミラー３，４，５による反射作用で合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３となり、レンズ群の光学系Ｂに向けて照射される。上記基本ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３及び合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３は、図８に示すように、基本ビーム（同一波長のビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビーム）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、これらの重合・並列配置・直列配置の合成ビームからなる。詳細は後記する。

上記超小型ダイレクト半導体レーザ発振器ＬＤＯにおける発振部ＡとスペースカップリングＳＣの詳細構成を、図２〜図４により説明する。先ず、半導体レーザの発振部Ａは、基体Ｋの上面に二枚の銅板６，７で二層構造として空間Ｓに水Ｗが冷却水として接続口８，９から循環され、レーザ匡体１の上面１Ａに三組の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３が配置されていて冷却する。上記三組の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３は、この取付ベースＢ１，Ｂ２，Ｂ３をレーザ匡体１の上面１Ａに介在させたシム２により方向調節を可能とし、ビスＮにより固定されている。これにより、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からの基本ビーム（楕円形ビーム）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、三方から三次元の空間配置したスペースカップリングＳＣの各ミラー３，４，５に微調節して入射され、その反射光が重合配置（ａ）又は並列配置（ｂ）又は直列配置（ｃ）となった合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３となり、光学系Ｂを介してワーク部Ｃに照射される。

上記スペースカップリングＳＣの具体的な三次元の空間配置は、図４に示す。先ず、スペースカップリングＳＣの各ミラー３，４，５は、上下位置に配置され、三組の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からの基本ビーム（楕円形ビーム）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を入射するとともに、その反射させる方向が光学系Ｂに向けられるように方向調節されている。そして、その反射光となる合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３は、重合配置（ａ）又は並列配置（ｂ）又は直列配置（ｃ）とすることができる。そのために、各ミラー３，４，５は上下方向と左右方向が微細に調節できるように、上下調節手段（図示なし）と左右旋回調節手段（図示なし）とを備え、反射光となる合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３の照射方向が長せっされる。

そして、図５は、五組構成の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５において、基本ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を直列配置又は並列配置・重合配置の合成ビームＬ０１，Ｌ０２，Ｌ０３，Ｌ０４，Ｌ０５とする方式である。以上のように、半導体レーザは、最少で二組から最大五組以上、例えば六組程度までは、実用範囲として実施される。

基本ビームＬ１〜Ｌ５から組み合わされる合成ビームＬ０１〜Ｌ０５の組み合わせにおいて、図６には、一組から３組構成までの組み合わせ例を示している。その組み合わせは、一組の基本ビームはビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームである。二組の基本ビームにおいては、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの重合と、ビーム幅０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの並列配置と、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．６ｍｍ〜３ｍｍの直列配置とからなる。更に、三組の基本ビームにおいては、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの重合と、ビーム幅０．１５ｍｍ〜０．９ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの並列配置と、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．９ｍｍ〜４．５ｍｍの直列配置とからなる。

上記組み合わせからなる合成ビームＬ０１〜Ｌ０３において、各種製品において、１００μｍから１０μｍ板厚までのステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属が高速接合される。図７は、近接センサ２０を示し、探知面のステンレス鋼超薄板２０Ａを接センサ２０に接合線２０Ｂで溶接する状態である。更に、具体的な製品として、アルカリ電池のシーム溶接、携帯電話用バッテリのシーム溶接、フラットパネル等への電子部品の溶接、微小圧力センサのダイアフラム溶接、半導体製造装置用ベローズ、自動車用ハーネス、ペースメーカのパッケージ等における超薄板金属の超高速溶接を可能とする。

本発明の実施の形態に基づく半導体レーザによる超薄板溶接方法の作用は、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザから、例えば、ビーム幅０．２ｍ、ビーム長さ２ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、スペースカップリング光学系によりステンレス鋼超薄板等の超薄板金属の接合すべき形状の合成ビームとなり、少なくとも１００μｍから１０μｍ板厚のステンレス鋼超薄板等の超薄板金属が高速接合される。

更に、本発明の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置の作用は、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザから、例えば、ビーム幅０．２ｍ、ビーム長さ２ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、スペースカップリングの光学系に入光して合成ビームとなる。上記光学系からの合成ビームは、１００μｍから１０μｍ板厚までのステンレス鋼超薄板等の超薄板金属を接合すべき形状となり高速接合する。

そして、上記超高速レーザ微細接合装置において、三組の超小型ダイレクト半導体レーザを対向及び直交して空間配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させることで、各超小型ダイレクト半導体レーザから発振される楕円形ビームのビーム整形・調節が容易に行える。
各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、例えば、同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、半導体レーザで良く使われている特定周波数、例えば、９８０ｎｍの組み合わせで、偏光カップリングよりも光損失が無く発振効率の良い超小型ダイレクト半導体レーザが使用される。

しかして、本発明の実施の形態に基づく半導体レーザによる超薄板溶接方法は、下記の効果が得られる。複数組の超小型ダイレクト半導体レーザから、例えば、ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームが発振される。上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、光学系によりステンレス鋼超薄板等の超薄板金属を接合すべき形状の合成ビームとなり、１００μｍから１０μｍ板厚のステンレス鋼超薄板等の超薄板金属が高速接合できる。

また、本発明の実施の形態に基づく半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置によれば、下記の効果が得られる。複数組の超小型ダイレクト半導体レーザから同一周波数のビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを発振し、これをスペースカップリングの光学系に入光して合成ビームに生成できるから、発振効率の良い同一超小型ダイレクト半導体レーザが使用でき、メンテナンス性に優れている。

上記光学系は、各楕円形ビームに対し一つの光学レンズで対応させ、同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、例えば、９８０ｎｍの組み合わせができ、偏光カップリングよりも光損失が無く発振効率の良い超小型ダイレクト半導体レーザが使用される。
更に、三組の超小型ダイレクト半導体レーザを対向及び直交して配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させているから、各超小型ダイレクト半導体レーザから発振される楕円形ビームのビーム整形・調節が容易にできる。
更に、１００μｍから１０μｍ板厚までのステンレス鋼超薄板等の超薄板金属が高速接合できる。光学系を３次元形状照射構造としたから、超薄板金属構造の３次元形状体の超高速溶接ができる。

しかして、超高速レーザ微細接合装置とその超薄板溶接方法によれば、複数組の超小型ダイレクト半導体レーザからビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを発振し、これをスペースカップリングの光学系に入光して合成ビームに生成できるから、発振効率の良い同一超小型ダイレクト半導体レーザが使用でき、メンテナンス性に優れている。
更に、各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームは、同一波長が半導体レーザで良く使われている特定周波数として、例えば、９８０ｎｍの組み合わせができ、偏光カップリングよりも光損失が無く発振効率の良い超小型ダイレクト半導体レーザが使用できる。
更に、少なくとも三組の超小型ダイレクト半導体レーザを対向及び直交して空間配置し、各々のマウントベースに段差を設けてビーム整形に対応させているから、各超小型ダイレクト半導体レーザから発振される楕円形ビームのビーム整形・調節が容易にできる。

本発明は、その対象物を１００μｍ板厚のステンレス箔（ＳＵＳ３０４）の実施例で説明したものであるが、ステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属の加工素材への適用が可能である。

１ レーザ匡体
１Ａ 上面
２ シム
３，４，５ ミラー
６Ａ，６，７ 銅板
８，９ 接続口
２０ 近接センサ
２０Ａ ステンレス鋼超薄板（超薄板金属）
２０Ｂ 接合線
１００ 超高速レーザ微細接合装置
ＬＤＯ 超小型ダイレクト半導体レーザ発振器
ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３ 半導体レーザ
Ａ 発振部
Ｂ 光学系
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 取付ベース
Ｃ ワーク部
Ｇ 固定治具
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 基本ビーム（楕円形ビーム）
Ｌ０ レーザ光
Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ０３ 合成ビーム
Ｋ 基板
Ｎ ビス
Ｓ 空間
ＳＣ スペースカップリング
ＳＴ ステンレス箔
Ｕ 溶融部
Ｗ 水

Claims (3)

1. 少なくとも三組の超小型半導体レーザから発振される同一波長のビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍでビーム長０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを、スペースカップリングで組み合わせて少なくともビーム幅０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、ビーム長１ｍｍ〜３ｍｍまでの合成ビームを形成可能とし、１００μｍ〜１０μｍまでの超薄板金属を超高速溶接することを特徴とする半導体レーザによる超薄板溶接方法。
2. ビーム幅０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍでビーム長０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの楕円形ビームを発振する少なくとも三組の超小型ダイレクト半導体レーザと、上記各超小型ダイレクト半導体レーザからの楕円形ビームを合成ビームにするスペースカップリングの光学系と、上記光学系からの合成ビームにより１００μｍから１０μｍまでのステンレス鋼超薄板や各種合金鋼等の超薄板金属を接合することを特徴とする半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置。
3. 上記三組の超小型ダイレクト半導体レーザは、対向及び直交して配置し、各々のマウントベースに段差を設けた空間配置によるビーム整形に対応させたことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザによる超高速レーザ微細接合装置。

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