JP2011194403A - 金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】実質的に製造工程の煩雑化やコストアップを伴うことなく溶接性を向上させることができる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法を提供すること。
【解決手段】第１金属導体板１の第１接合面１１に、溶接時よりも低い出力でレーザ８を照射して表面を溶融・凝固させることにより、第１接合面１１から外方に突出する突出部１５を形成するレーザ仮打ち工程と、第２金属導体板２の第２接合面２１を第１金属導体板１の第１接合面１１に対面させて両者を重ね合わせることにより、突出部１５と第２接合面２１とを接触させた接触部３を形成し、第２金属導体板２のレーザ照射面２２から接触部３を貫通するようにレーザ８を照射して溶接部３５を形成するレーザ本打ち工程とを有する。
【選択図】図６
【解決手段】第１金属導体板１の第１接合面１１に、溶接時よりも低い出力でレーザ８を照射して表面を溶融・凝固させることにより、第１接合面１１から外方に突出する突出部１５を形成するレーザ仮打ち工程と、第２金属導体板２の第２接合面２１を第１金属導体板１の第１接合面１１に対面させて両者を重ね合わせることにより、突出部１５と第２接合面２１とを接触させた接触部３を形成し、第２金属導体板２のレーザ照射面２２から接触部３を貫通するようにレーザ８を照射して溶接部３５を形成するレーザ本打ち工程とを有する。
【選択図】図６
Description
本発明は、電子部品等におけるバスバーなどの金属導体板を重ね合わせレーザ溶接する方法に関する。
例えば、電子部品等においては、電子部品同士の間や電子部品と端子との間を金属導体板を重ね合わせレーザ溶接して接合することが行われている。
重ね合わせレーザ溶接は、２枚の金属導体板を重ね合わせ、その重ね合わせ部分の一方の表面からレーザを照射し、重ね合わせ部分を溶融・凝固させて接合する方法である。
重ね合わせレーザ溶接は、２枚の金属導体板を重ね合わせ、その重ね合わせ部分の一方の表面からレーザを照射し、重ね合わせ部分を溶融・凝固させて接合する方法である。
ところで、金属導体板が比較的厚みの厚い剛性の高いものである場合には、２枚を重ね合わせた場合に、加圧力を加えて押圧しても両者を密着させることが困難な場合がある。重ね合わせた接合面同士の間に隙間が生じた状態でレーザ溶接した場合には、溶接部にブローホールと呼ばれる空洞ができるなどの溶接不良が発生しやすい。これは、金属導体板の間の隙間に存在する空気を巻き込んだりすることが原因であると考えられる。
レーザ溶接による不具合を回避し、接合強度を高める方法としては、例えば特許文献１に記載の方法がある。この方法は、溶接すべき部分を予め金属リベットによって接合し、このリベットごとレーザ溶接するというものである。
しかしながら、上記の金属リベットによる接合を予め行う方法は、そのリベット止めを行う工程がレーザ溶接工程前に余分に必要である。そのため、製造工程が煩雑となると共に製造コストもアップする。
また、レーザ溶接工程前に金属導体板の一方を予めプレスあるいは機械加工して、接合箇所が密着しやすいような凹凸形状にすることも有効と考えられる。しかし、これらの加工を追加することも工程の煩雑化と製造コストアップを招いてしまう。
また、レーザ溶接工程前に金属導体板の一方を予めプレスあるいは機械加工して、接合箇所が密着しやすいような凹凸形状にすることも有効と考えられる。しかし、これらの加工を追加することも工程の煩雑化と製造コストアップを招いてしまう。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、実質的に製造工程の煩雑化やコストアップを伴うことなく溶接性を向上させることができる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法を提供しようとするものである。
本発明は、第１金属導体板の一方の面である第１接合面と、第２金属導体板の一方の面である第２接合面とを対面させて上記第１金属導体板と上記第２金属導体板とを重ね合わせ、上記第２金属導体板の他方の面であるレーザ照射面からレーザを照射して溶接する重ね合わせレーザ溶接方法において、
上記第１金属導体板の上記第１接合面に、溶接時よりも低い出力でレーザを照射して表面を溶融・凝固させることにより、上記第１接合面から外方に突出する突出部を形成するレーザ仮打ち工程と、
上記第２金属導体板の上記第２接合面を上記第１金属導体板の上記第１接合面に対面させて両者を重ね合わせることにより、上記突出部と上記第２接合面とを接触させた接触部を形成し、上記第２金属導体板の上記レーザ照射面から上記接触部を貫通するようにレーザを照射して溶接部を形成するレーザ本打ち工程とを有することを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法にある（請求項１）。
上記第１金属導体板の上記第１接合面に、溶接時よりも低い出力でレーザを照射して表面を溶融・凝固させることにより、上記第１接合面から外方に突出する突出部を形成するレーザ仮打ち工程と、
上記第２金属導体板の上記第２接合面を上記第１金属導体板の上記第１接合面に対面させて両者を重ね合わせることにより、上記突出部と上記第２接合面とを接触させた接触部を形成し、上記第２金属導体板の上記レーザ照射面から上記接触部を貫通するようにレーザを照射して溶接部を形成するレーザ本打ち工程とを有することを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法にある（請求項１）。
本発明においては、金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法は、上記第１金属導体板と第２金属導体板とを重ね合わせる前に、上記第１金属導体板に対して上記レーザ仮打ち工程を実施する。このレーザ仮打ち工程では、第１金属導体板の上記第１接合面に、溶接時よりも低い出力でレーザを照射して表面を溶融・凝固させる。これにより、第１接合面に、該第１接合面から外方に突出する突出部を形成する。この突出部は、必要に応じて複数形成する。
次に、上記レーザ本打ち工程を実施する。レーザ本打ち工程では、まず、上記第１金属導体板の上記第１接合面に上記第２金属導体板の第２接合面を対面させて重ね合わせる。このとき、上記第１接合面には、上記レーザ仮打ち工程において形成した上記突出部が存在する。そのため、第１接合面と第２接合面とは、上記突出部を介して簡単に両者の接触部を形成することができる。
そして、上記接触部を貫通するように、上記第２金属導体板の上記レーザ照射面からレーザを照射する。このときのレーザ出力は、溶接に適した出力であって、レーザ仮打ち工程の場合よりも強い出力とする。レーザ照射部分は、上記接触部の存在によって、健全な状態で溶融し、その後凝固し、空気等をほとんど巻き込むことなく正常な溶接部となる。
このように、本発明の金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法を適用すれば、容易に優れた溶接部を形成することができる。また、上記レーザ本打ち工程と上記レーザ仮打ち工程とは、いずれもレーザ照射を主体とする工程であり、レーザ本打ち工程の前にレーザ仮打ち工程を追加することが特に大幅なコストアップや大幅な工程の煩雑化とはならない。
したがって、本発明によれば、実質的に製造工程の煩雑化やコストアップを伴うことなく溶接性を向上させることができる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法を提供することができる。
したがって、本発明によれば、実質的に製造工程の煩雑化やコストアップを伴うことなく溶接性を向上させることができる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法を提供することができる。
本発明において、上記レーザ仮打ち工程と上記レーザ本打ち工程とは、同じレーザ照射装置を用いてレーザを照射し、かつ、上記レーザ仮打ち工程における上記第１金属導体板の固定位置をそのまま維持して上記レーザ本打ち工程を実施することが好ましい（請求項２）。
すなわち、本発明は、レーザ仮打ち工程専用のレーザ照射装置とレーザ本打ち工程専用のレーザ照射装置とを用いて実施することもできる。しかし、上記のごとくレーザ仮打ち工程とレーザ本打ち工程とを共通の同じレーザ照射装置を用い、かつ、第１金属導体板の固定位置をそのままにして動かさずに上記２つの工程を実施する方がより好ましい。これにより、レーザ仮打ち工程において形成した突出部の位置と、レーザ本打ち工程においてレーザを照射する位置の位置合わせを非常に精度良く行うことができ、さらに溶接性を向上させることができる。
また、上記レーザ仮打ち工程では上記第１接合面の２箇所又は３箇所に上記突出部を形成し、上記レーザ本打ち工程では２箇所又は３箇所の上記接触部を形成して２箇所又は３箇所に上記溶接部を形成することが好ましい（請求項３）。
レーザ溶接箇所は、１箇所よりも複数の方が当然に溶接強度が高くなる。溶接箇所を複数にすると、上記レーザ本打ち工程において上記突出部と第２接合面との接触部の数も複数となる。ここで、突出部の数を４つ以上としても良いが、その場合には、突出部の突出高さのばらつきや第２接合面の平坦度等の関係から、全ての接触部を容易に形成することが困難となる場合がある。この場合には、２枚の金属導体板を接触する方向に押圧する応力を高めることによって解決できる場合もあるが、解決できない場合も生じうる。
ここで、上記のごとく、突出部の形成数を２又は３にした場合には、レーザ本打ち工程において第１接合面の突出部と第２接合面とを当接させて２又は３の接触部を形成することが容易かつ確実に実施できる。そのため、この場合には、優れた溶接性も容易に確保することができる。
レーザ溶接箇所は、１箇所よりも複数の方が当然に溶接強度が高くなる。溶接箇所を複数にすると、上記レーザ本打ち工程において上記突出部と第２接合面との接触部の数も複数となる。ここで、突出部の数を４つ以上としても良いが、その場合には、突出部の突出高さのばらつきや第２接合面の平坦度等の関係から、全ての接触部を容易に形成することが困難となる場合がある。この場合には、２枚の金属導体板を接触する方向に押圧する応力を高めることによって解決できる場合もあるが、解決できない場合も生じうる。
ここで、上記のごとく、突出部の形成数を２又は３にした場合には、レーザ本打ち工程において第１接合面の突出部と第２接合面とを当接させて２又は３の接触部を形成することが容易かつ確実に実施できる。そのため、この場合には、優れた溶接性も容易に確保することができる。
また、上記第１金属導体板及び上記第２金属導体板は、厚みが０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであることが好ましい（請求項４）。上記第１金属導体板の厚みが０．４ｍｍ未満の場合には、上記レーザ仮打ち工程において上記突出部を形成することが困難になるおそれがある。また、上記第２金属導体板の厚みが１．５ｍｍを超える場合には、レーザ本打ち工程によってレーザ溶接すること自体が困難となる。なお、第１金属導体板と第２金属導体板とは必ずしも同じ厚みである必要はないが、通常は同じ程度に設定するか、あるいは第１金属導体板の方を厚く設定することが多い。
また、上記第１金属導体板及び上記第２金属導体板は、銅又は銅合金よりなることが好ましい（請求項５）。銅又は銅合金は、ステンレス等の鉄系金属と比べてレーザ溶接性が良くないので、本発明を適用することが非常に有効である。
また、本発明において使用するレーザとしては、金属導体板を溶接可能なレーザであれば様々なものを適用可能であるが、特に、実績の多いＹＡＧレーザが好ましい。
また、上記レーザ仮打ち工程において上記突出部を形成できるレーザ照射条件は、金属導体板の材質等によって左右されるが、簡単な予備実験を行うことによって容易に導き出すことができる。なお、レーザ照射は１パルスで印加する条件で、その印加エネルギー量（Ｊ）を調整することが比較的容易である。
また、上記レーザ仮打ち工程において上記突出部を形成できるレーザ照射条件は、金属導体板の材質等によって左右されるが、簡単な予備実験を行うことによって容易に導き出すことができる。なお、レーザ照射は１パルスで印加する条件で、その印加エネルギー量（Ｊ）を調整することが比較的容易である。
（実施例１）
本発明の実施例にかかる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法につき、図１〜図７を用いて説明する。
本例では、図７に示すごとく、第１金属導体板１の一方の面である第１接合面１１と、第２金属導体板２の一方の面である第２接合面２１とを対面させて第１金属導体板１と第２金属導体板２とを重ね合わせ、第２金属導体板２の他方の面であるレーザ照射面２２からレーザ８（図５）を照射して溶接する重ね合わせレーザ溶接方法を行う。
本発明の実施例にかかる金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法につき、図１〜図７を用いて説明する。
本例では、図７に示すごとく、第１金属導体板１の一方の面である第１接合面１１と、第２金属導体板２の一方の面である第２接合面２１とを対面させて第１金属導体板１と第２金属導体板２とを重ね合わせ、第２金属導体板２の他方の面であるレーザ照射面２２からレーザ８（図５）を照射して溶接する重ね合わせレーザ溶接方法を行う。
図１に示すごとく、上記第１金属導体板１及び第２金属導体板２は、いずれも、厚みｔ＝１．０ｍｍ、幅ｗ＝１０ｍｍの銅板である。
本例では、レーザ仮打ち工程とレーザ本打ち工程とを順次行った。いずれも図示しない共通のレーザ照射装置を用いて行う。
本例では、レーザ仮打ち工程とレーザ本打ち工程とを順次行った。いずれも図示しない共通のレーザ照射装置を用いて行う。
＜レーザ仮打ち工程＞
図１に示すごとく、図示しないレーザ照射装置の載置台上に、第１接合面１１を上に向けた状態で第１金属導体板１を固定する。
次いで、図２に示すごとく、第１金属導体板１の第１接合面１１に、溶接時よりも低い出力でレーザ８を照射する。このレーザ仮打ち工程でのレーザ照射条件として、１パルス印加でその印加エネルギーを３０Ｊとした。これにより、第１金属導体板１の第１接合面１１の表面を溶融・凝固させることにより、第１接合面１１から外方に突出する突出部１５を形成した。また、３回のレーザ照射を異なる位置において実施して、第１接合面１１上に３つの突出部１５を形成した。
図１に示すごとく、図示しないレーザ照射装置の載置台上に、第１接合面１１を上に向けた状態で第１金属導体板１を固定する。
次いで、図２に示すごとく、第１金属導体板１の第１接合面１１に、溶接時よりも低い出力でレーザ８を照射する。このレーザ仮打ち工程でのレーザ照射条件として、１パルス印加でその印加エネルギーを３０Ｊとした。これにより、第１金属導体板１の第１接合面１１の表面を溶融・凝固させることにより、第１接合面１１から外方に突出する突出部１５を形成した。また、３回のレーザ照射を異なる位置において実施して、第１接合面１１上に３つの突出部１５を形成した。
図３に示すごとく、得られた突出部１５は、その周囲の平坦な第１接合面１１よりも外方へ突出した状態となっている。なお、厳密に見れば、突出部１５の直近外周部に第１接合面１１よりも内方に窪んだリング状の窪み部１５２が形成されている。これは、レーザ仮打ち工程におけるレーザ照射によって溶融・凝固部１５０を形成する際に、溶融状態の際に突出部１５の直近外周部の材料が中央に寄って盛り上がる現象が起こり、その状態で凝固したことを示している。
＜レーザ本打ち工程＞
次に、図４に示すごとく、第１金属導体板１を図示しないレーザ照射装置の載置台上に固定したまま、第２金属導体板２の第２接合面２１を第１金属導体板１の第１接合面１１に対面させて両者を重ね合わせる。そして、両者が近接する方向に押圧力Ｆを付与して第２金属導体板２も固定する。
次に、図４に示すごとく、第１金属導体板１を図示しないレーザ照射装置の載置台上に固定したまま、第２金属導体板２の第２接合面２１を第１金属導体板１の第１接合面１１に対面させて両者を重ね合わせる。そして、両者が近接する方向に押圧力Ｆを付与して第２金属導体板２も固定する。
これにより、図６に示すごとく、突出部１５と第２接合面２１とを接触させた接触部３が形成される。
次に、図５に示すごとく、レーザ照射装置の照射ヘッドを、上記レーザ仮打ち工程においてレーザを照射した３箇所の位置と同じ位置に順次配置して３回のレーザ照射を行った。これにより、第２金属導体板２のレーザ照射面２２から接触部３を貫通するようにレーザが照射され３箇所の溶接部３５が順次形成される。なお、レーザ本打ち工程でのレーザ照射条件は、１パルス印加でその印加エネルギーを１００Ｊとした。
次に、図５に示すごとく、レーザ照射装置の照射ヘッドを、上記レーザ仮打ち工程においてレーザを照射した３箇所の位置と同じ位置に順次配置して３回のレーザ照射を行った。これにより、第２金属導体板２のレーザ照射面２２から接触部３を貫通するようにレーザが照射され３箇所の溶接部３５が順次形成される。なお、レーザ本打ち工程でのレーザ照射条件は、１パルス印加でその印加エネルギーを１００Ｊとした。
図７に示すごとく、溶接後に、第１金属導体板１と第２金属導体板２との溶接部３５の断面を観察した。その結果、溶接部３５は、３箇所共に健全な溶接部となっていた。
１ 第１金属導体板
１１ 第１接合面
２ 第２金属導体板
２１ 第２接合面
２２ レーザ照射面
３ 接触部
３５ 溶接部
１１ 第１接合面
２ 第２金属導体板
２１ 第２接合面
２２ レーザ照射面
３ 接触部
３５ 溶接部
Claims (5)
- 第１金属導体板の一方の面である第１接合面と、第２金属導体板の一方の面である第２接合面とを対面させて上記第１金属導体板と上記第２金属導体板とを重ね合わせ、上記第２金属導体板の他方の面であるレーザ照射面からレーザを照射して溶接する重ね合わせレーザ溶接方法において、
上記第１金属導体板の上記第１接合面に、溶接時よりも低い出力でレーザを照射して表面を溶融・凝固させることにより、上記第１接合面から外方に突出する突出部を形成するレーザ仮打ち工程と、
上記第２金属導体板の上記第２接合面を上記第１金属導体板の上記第１接合面に対面させて両者を重ね合わせることにより、上記突出部と上記第２接合面とを接触させた接触部を形成し、上記第２金属導体板の上記レーザ照射面から上記接触部を貫通するようにレーザを照射して溶接部を形成するレーザ本打ち工程とを有することを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法。 - 請求項１の記載において、上記レーザ仮打ち工程と上記レーザ本打ち工程とは、同じレーザ照射装置を用いてレーザを照射し、かつ、上記レーザ仮打ち工程における上記第１金属導体板の固定位置をそのまま維持して上記レーザ本打ち工程を実施することを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法。
- 請求項１又は２の記載において、上記レーザ仮打ち工程では上記第１接合面の２箇所又は３箇所に上記突出部を形成し、上記レーザ本打ち工程では２箇所又は３箇所の上記接触部を形成して２箇所又は３箇所に上記溶接部を形成することを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、上記第１金属導体板及び上記第２金属導体板は、厚みが０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、上記第１金属導体板及び上記第２金属導体板は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする金属導体板の重ね合わせレーザ溶接方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2010
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