JP3177982B2 - 異種金属のレーザ溶接方法 - Google Patents
異種金属のレーザ溶接方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は異種金属部材を重ね合わせて、一方の金属部
材側からレーザを照射し、異種金属部材を溶接するため
の溶接方法に関する。
材側からレーザを照射し、異種金属部材を溶接するため
の溶接方法に関する。
背景技術 近年、レーザ加工は溶接の分野にも適用されるように
なり、レーザ加工はエネルギー密度が極めて高い熱源に
よるため、照射箇所以外への熱影響が小さく、微小部や
精度の要求される部品を低歪みで溶接できる。また、レ
ーザは大気中でも減衰せず、Ｘ線の発生もないため大気
中で溶接でき、被溶接物の形状、寸法に制約がない等の
特徴を有する。
なり、レーザ加工はエネルギー密度が極めて高い熱源に
よるため、照射箇所以外への熱影響が小さく、微小部や
精度の要求される部品を低歪みで溶接できる。また、レ
ーザは大気中でも減衰せず、Ｘ線の発生もないため大気
中で溶接でき、被溶接物の形状、寸法に制約がない等の
特徴を有する。
しかしながら、例えば図７（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、銅部材１と鉄部材３とを重ね合わせ、銅部材１にレ
ーザ５を照射して溶接したところ、図７（ａ）に示すよ
うに先ず銅部材１が溶融し、図７（ｂ）に示すように、
銅部材１の溶融が進行し、鉄部材３に到達した際に、レ
ーザ５が照射された部分の鉄部材３が爆飛する。そし
て、図７（ｃ）に示すような穴あき状態が生じてしまう
ことがわかった。ここで、図面中の６はレーザ溶接によ
り溶融した金属層、61は爆飛した金属粒子を示してい
る。
に、銅部材１と鉄部材３とを重ね合わせ、銅部材１にレ
ーザ５を照射して溶接したところ、図７（ａ）に示すよ
うに先ず銅部材１が溶融し、図７（ｂ）に示すように、
銅部材１の溶融が進行し、鉄部材３に到達した際に、レ
ーザ５が照射された部分の鉄部材３が爆飛する。そし
て、図７（ｃ）に示すような穴あき状態が生じてしまう
ことがわかった。ここで、図面中の６はレーザ溶接によ
り溶融した金属層、61は爆飛した金属粒子を示してい
る。
そこで、鉄部材３の爆飛を防止するためにレーザ入力
（レーザの照射パワー、以下同じ）小さくしたところ、
図７（ｄ）に示すように、銅部材１の溶融不足となり、
溶接ができないという不具合が生じた。
（レーザの照射パワー、以下同じ）小さくしたところ、
図７（ｄ）に示すように、銅部材１の溶融不足となり、
溶接ができないという不具合が生じた。
本発明者らは、上述の不具合の原因を鋭意、研究した
結果、被溶接部材である異種金属部材の各々のレーザ反
射率にあることを見い出した。
結果、被溶接部材である異種金属部材の各々のレーザ反
射率にあることを見い出した。
本発明はレーザ反射率に着目することで、異種金属部
材を確実に接合することを目的とする。
材を確実に接合することを目的とする。
発明の開示 上記目的を達成するため、本発明にかかる異種金属の
レーザ溶接方法は、互いにレーザ反射率の異なる少なく
とも２種の金属部材を重合した状態で該重合方向に対し
てレーザを照射して前記２種の金属部材を溶接する方法
であって、第１の金属部材と第２の金属部材とを重ねる
工程を具備しており、そこにおいて、第１の金属部材は
第１のレーザ反射率を、第２の金属部材は前記第１のレ
ーザ反射率より小さい第２のレーザ反射率をそれぞれ有
しており、これら第1,第２の金属部材を金属層を介して
重ねている。該金属層は、レーザに対して前記第２の金
属部材より溶融し難いものである。そして、前記第１の
金属部材側からレーザを照射する工程を具備するもので
ある。
レーザ溶接方法は、互いにレーザ反射率の異なる少なく
とも２種の金属部材を重合した状態で該重合方向に対し
てレーザを照射して前記２種の金属部材を溶接する方法
であって、第１の金属部材と第２の金属部材とを重ねる
工程を具備しており、そこにおいて、第１の金属部材は
第１のレーザ反射率を、第２の金属部材は前記第１のレ
ーザ反射率より小さい第２のレーザ反射率をそれぞれ有
しており、これら第1,第２の金属部材を金属層を介して
重ねている。該金属層は、レーザに対して前記第２の金
属部材より溶融し難いものである。そして、前記第１の
金属部材側からレーザを照射する工程を具備するもので
ある。
前記金属層は、第１の例として、前記第２の金属部材
のレーザ反射率と略等しいレーザ反射率を有し、かつ前
記第２の金属部材の融点より高い融点を有する金属にて
構成される。また、前記金属層は、第２の例として、第
１の金属部材のレーザ反射率と第２の金属部材のレーザ
反射率との間のレーザ反射率を有する金属にて構成され
る。
のレーザ反射率と略等しいレーザ反射率を有し、かつ前
記第２の金属部材の融点より高い融点を有する金属にて
構成される。また、前記金属層は、第２の例として、第
１の金属部材のレーザ反射率と第２の金属部材のレーザ
反射率との間のレーザ反射率を有する金属にて構成され
る。
つまり、レーザ反射率の大きい第１の金属部材側か
ら、この第１の金属部材を溶融することのできる出力を
有するレーザが照射されるため、このレーザの出力は第
２の金属部材を溶融するには充分過ぎるものであるが、
上述した方法によると、前記金属層が第２の金属部材へ
のレーザの入力を制動する如く作用するため、第２の金
属部材へ急激にレーザが入力されることがなく、爆飛の
発生が防止され、良好な接合状態を得ることができる。
ら、この第１の金属部材を溶融することのできる出力を
有するレーザが照射されるため、このレーザの出力は第
２の金属部材を溶融するには充分過ぎるものであるが、
上述した方法によると、前記金属層が第２の金属部材へ
のレーザの入力を制動する如く作用するため、第２の金
属部材へ急激にレーザが入力されることがなく、爆飛の
発生が防止され、良好な接合状態を得ることができる。
すなわち、上記第１の例によれば、前記金属層のレー
ザ反射率が第２の金属層と略同じであることとその融点
が第２の金属部材よりも高いこととが相乗的に作用し、
前記金属層でレーザによる熱量が消費され、第２の金属
部材の溶融進行が制動されることになる。従って、第２
の金属部材に急激にレーザのエネルギーが入力されるこ
とを回避できる。
ザ反射率が第２の金属層と略同じであることとその融点
が第２の金属部材よりも高いこととが相乗的に作用し、
前記金属層でレーザによる熱量が消費され、第２の金属
部材の溶融進行が制動されることになる。従って、第２
の金属部材に急激にレーザのエネルギーが入力されるこ
とを回避できる。
また、第２の例によれば、第１の金属部材と第２の金
属部材との間に位置する金属層は第２の金属部材に比べ
てレーザ反射率が大きいため、該金属層はレーザのエネ
ルギーを徐々に吸収することになり、該金属層で溶融の
進行が制動されることになる。従って、第２の金属部材
に急激にレーザのエネルギーが入力されることを回避で
きる。
属部材との間に位置する金属層は第２の金属部材に比べ
てレーザ反射率が大きいため、該金属層はレーザのエネ
ルギーを徐々に吸収することになり、該金属層で溶融の
進行が制動されることになる。従って、第２の金属部材
に急激にレーザのエネルギーが入力されることを回避で
きる。
以上要するに、本発明においては、第１の金属部材と
第２の金属部材とをレーザにより確実、かつ損傷なく溶
接できるという優れた効果を奏する。
第２の金属部材とをレーザにより確実、かつ損傷なく溶
接できるという優れた効果を奏する。
図面の簡単な説明 図１は第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わ
せた状態を示す斜視図、図２はレーザ溶接した時の接合
状態を示す一部断面斜視図、図３はレーザを照射した時
の各部の溶融過程を示す断面図、図４は他の実施例を示
す断面図、図５は作用を説明する特性図、図６は更に他
の実施例を示す断面図、図７は従来の溶接過程を示す断
面図、図８は各種金属のレーザ反射特性を示す特性図、
図９は第１の金属層に形成するめっきの厚みとレーザピ
ーク出力との間の良好条件を示す特性図、図10は図９に
示す特性にレーザの焦点位置を変化させた時の特性を加
えて示す特性図、図11はレーザピーク出力、レーザの焦
点位置および第１の金属部材に形成するめっきの厚みの
良好条件を示す図、図12は所定波長のYAGレーザに対す
る各種金属のレーザ反射率、レーザ吸収率、及び各種金
属の融点を示す図である。
せた状態を示す斜視図、図２はレーザ溶接した時の接合
状態を示す一部断面斜視図、図３はレーザを照射した時
の各部の溶融過程を示す断面図、図４は他の実施例を示
す断面図、図５は作用を説明する特性図、図６は更に他
の実施例を示す断面図、図７は従来の溶接過程を示す断
面図、図８は各種金属のレーザ反射特性を示す特性図、
図９は第１の金属層に形成するめっきの厚みとレーザピ
ーク出力との間の良好条件を示す特性図、図10は図９に
示す特性にレーザの焦点位置を変化させた時の特性を加
えて示す特性図、図11はレーザピーク出力、レーザの焦
点位置および第１の金属部材に形成するめっきの厚みの
良好条件を示す図、図12は所定波長のYAGレーザに対す
る各種金属のレーザ反射率、レーザ吸収率、及び各種金
属の融点を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
（第１実施例） 本実施例に用いているレーザはYAGレーザであり、所
定波長のYAGレーザに対する各種金属のレーザ反射率、
レーザ吸収率、及び各種金属の融点を図12に示してい
る。
定波長のYAGレーザに対する各種金属のレーザ反射率、
レーザ吸収率、及び各種金属の融点を図12に示してい
る。
図１は第1,第２の金属部材を重ね合わせた状態を示す
図である。第１の金属部材１は、第１のレーザ反射率
（86〔％〕）を有する銅製のリードであり、互いに対向
する第１の表面11および第２の表面12を有している。２
は金属層をなし、銅製リード１のレーザ反射率より小さ
いレーザ反射率（62〔％〕）を有する錫の皮膜である。
この錫皮膜２は、銅製リード１の第１の表面11側に、メ
ッキまたはコーティング加工により形成されており、そ
の厚みは１〜10〔μｍ〕である。
図である。第１の金属部材１は、第１のレーザ反射率
（86〔％〕）を有する銅製のリードであり、互いに対向
する第１の表面11および第２の表面12を有している。２
は金属層をなし、銅製リード１のレーザ反射率より小さ
いレーザ反射率（62〔％〕）を有する錫の皮膜である。
この錫皮膜２は、銅製リード１の第１の表面11側に、メ
ッキまたはコーティング加工により形成されており、そ
の厚みは１〜10〔μｍ〕である。
第２の金属部材３は、銅製リード１のレーザ反射率よ
り小さい第２のレーザ反射率（70〔％〕）を有する黄銅
製の端子である。４は金属層をなし、黄銅製端子３のレ
ーザ反射率と同じレーザ反射率（70〔％〕）を有するリ
ン・ニッケル合金の皮膜である。このリン・ニッケル皮
膜３は、黄銅製端子３の表面31に、メッキまたはコーテ
ィング加工により形成されており、その厚みは１〜10
〔μｍ〕である。
り小さい第２のレーザ反射率（70〔％〕）を有する黄銅
製の端子である。４は金属層をなし、黄銅製端子３のレ
ーザ反射率と同じレーザ反射率（70〔％〕）を有するリ
ン・ニッケル合金の皮膜である。このリン・ニッケル皮
膜３は、黄銅製端子３の表面31に、メッキまたはコーテ
ィング加工により形成されており、その厚みは１〜10
〔μｍ〕である。
上記の如く、銅製リード１のレーザ反射率と、錫皮膜
２のレーザ反射率との差は大きく設定されており、また
リン・ニッケル皮膜４の融合（1000〔℃〕）は、銅製リ
ード１の融点（1083〔℃〕）と黄銅製端子３の融点（92
0〔℃〕）との間に設定されている。
２のレーザ反射率との差は大きく設定されており、また
リン・ニッケル皮膜４の融合（1000〔℃〕）は、銅製リ
ード１の融点（1083〔℃〕）と黄銅製端子３の融点（92
0〔℃〕）との間に設定されている。
そして、第１工程として、第１の表面11に錫皮膜２を
設けた銅製リード１の第２の表面12を、リン・ニッケル
の皮膜４を設けた黄銅製端子３の表面31上に重ねる。次
に第２工程として、錫皮膜２の表面側（銅製リード１
側）からレーザを照射する。ここで、レーザ５は周知の
如く、図示しないレーザ発振器から発射され、図示しな
い反射ミラー、集光レンズを経て、銅製のリード１に設
けられた錫の皮膜２に入射される。
設けた銅製リード１の第２の表面12を、リン・ニッケル
の皮膜４を設けた黄銅製端子３の表面31上に重ねる。次
に第２工程として、錫皮膜２の表面側（銅製リード１
側）からレーザを照射する。ここで、レーザ５は周知の
如く、図示しないレーザ発振器から発射され、図示しな
い反射ミラー、集光レンズを経て、銅製のリード１に設
けられた錫の皮膜２に入射される。
次に、上記第１実施例の構成のものにおいて、レーザ
溶接時の挙動について、各金属の溶融の状態を絡めなが
ら図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。
溶接時の挙動について、各金属の溶融の状態を絡めなが
ら図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。
錫皮膜２は銅製リード１に比べてレーザ反射率が低
く、銅製リード１のみを溶融させる時よりも低いレーザ
入力で溶融することができるため、この低いレーザ入力
でレーザを皮膜２上から照射する。レーザの照射により
錫皮膜２が溶融し、錫がリード１に溶け込み合金化する
ことと銅製リード１の温度が上昇することとの相乗作用
によって、銅製リード１のレーザ吸収が活発となる。こ
のため、銅製リード１の表面が溶融を開始する。図３
（ａ）に示すように溶融が進行し、温度が上昇すると、
銅製リード１の反射率が減少して、溶融がさらに進行す
る。
く、銅製リード１のみを溶融させる時よりも低いレーザ
入力で溶融することができるため、この低いレーザ入力
でレーザを皮膜２上から照射する。レーザの照射により
錫皮膜２が溶融し、錫がリード１に溶け込み合金化する
ことと銅製リード１の温度が上昇することとの相乗作用
によって、銅製リード１のレーザ吸収が活発となる。こ
のため、銅製リード１の表面が溶融を開始する。図３
（ａ）に示すように溶融が進行し、温度が上昇すると、
銅製リード１の反射率が減少して、溶融がさらに進行す
る。
そして、この溶融がリン・ニッケル皮膜４まで進行す
ると、このリン・ニッケル皮膜４のレーザ反射率が黄銅
端子３のレーザ反射率と略銅じであることと、このリン
・ニッケル皮膜４の融点が黄銅製端子３の融点より高い
こととが相乗的に作用し、このリン・ニッケル皮膜４を
溶融するのにレーザによる熱量が消費され、黄銅製端子
３への急激な溶融の進行を製造するように働く。従っ
て、黄銅製端子３へのレーザ照射が緩和され黄銅製端子
３の爆飛が防止されるため、図３（ｃ）のように良好な
接合状態が得られる。
ると、このリン・ニッケル皮膜４のレーザ反射率が黄銅
端子３のレーザ反射率と略銅じであることと、このリン
・ニッケル皮膜４の融点が黄銅製端子３の融点より高い
こととが相乗的に作用し、このリン・ニッケル皮膜４を
溶融するのにレーザによる熱量が消費され、黄銅製端子
３への急激な溶融の進行を製造するように働く。従っ
て、黄銅製端子３へのレーザ照射が緩和され黄銅製端子
３の爆飛が防止されるため、図３（ｃ）のように良好な
接合状態が得られる。
上記のものにあっては、リン・ニッケル皮膜４のレー
ザ反射率と、黄銅製リード３のレーザ反射率とは略同じ
であるが、リン・ニッケル皮膜４の融点が黄銅製リード
３の融点より高いことに起因して、良好な接合状態が得
られたものであると考えられる。
ザ反射率と、黄銅製リード３のレーザ反射率とは略同じ
であるが、リン・ニッケル皮膜４の融点が黄銅製リード
３の融点より高いことに起因して、良好な接合状態が得
られたものであると考えられる。
変形例として、銅製リード１及び黄銅製端子３共にリ
ン・ニッケル皮膜を形成して溶接した場合には、リン・
ニッケルのぬれ性の悪さから、充分な接合強度が得られ
ない。また、銅製リード１及び黄銅製端子３共に錫皮膜
を形成して溶接した場合には、黄銅製端子３へのレーザ
入力が急激となるため、黄銅製端子３の急激な溶融によ
りガスが発生、膨張し、周囲の溶融金属を爆飛させる。
ン・ニッケル皮膜を形成して溶接した場合には、リン・
ニッケルのぬれ性の悪さから、充分な接合強度が得られ
ない。また、銅製リード１及び黄銅製端子３共に錫皮膜
を形成して溶接した場合には、黄銅製端子３へのレーザ
入力が急激となるため、黄銅製端子３の急激な溶融によ
りガスが発生、膨張し、周囲の溶融金属を爆飛させる。
このことより、前述の第１実施例の組み合わせの場合
に良好な接合が得られることが分かった。
に良好な接合が得られることが分かった。
（第２実施例） 上記第１実施例に対し、第２の金属部材をレーザ反射
率65〔％〕を有する鉄製端子３（融点1539〔℃〕）と
し、この鉄製端子３表面31に形成する金属層を、銅製リ
ード１のレーザ反射率と鉄製端子３のレーザ反射率との
間のレーザ反射率（70〔％〕）を有するニッケルの皮膜
４（融点1453〔℃〕）とした場合にも、第１実施例と同
様な効果を得ることができる。この場合、銅製リード１
のレーザ反射率と錫皮膜２のレーザ反射率との差が、鉄
製端子３のレーザ反射率とニッケル皮膜４のレーザ反射
率との差より大きく設定されている。
率65〔％〕を有する鉄製端子３（融点1539〔℃〕）と
し、この鉄製端子３表面31に形成する金属層を、銅製リ
ード１のレーザ反射率と鉄製端子３のレーザ反射率との
間のレーザ反射率（70〔％〕）を有するニッケルの皮膜
４（融点1453〔℃〕）とした場合にも、第１実施例と同
様な効果を得ることができる。この場合、銅製リード１
のレーザ反射率と錫皮膜２のレーザ反射率との差が、鉄
製端子３のレーザ反射率とニッケル皮膜４のレーザ反射
率との差より大きく設定されている。
この第２実施例の構成によると、レーザを錫皮膜２へ
照射すると第１実施例同様に銅製のリード１の溶融が進
行する。そして、ニッケル皮膜４に達すると、ニッケル
皮膜４は鉄製端子３よりレーザ反射率が高いため、レー
ザを徐々に吸収して溶融の進行を妨げるように働き、鉄
製端子３へ急激にレーザが照射されないようにする。そ
のため、鉄製端子３の爆飛が防止され、図３（ｃ）のよ
うに良好な接合が得られる。
照射すると第１実施例同様に銅製のリード１の溶融が進
行する。そして、ニッケル皮膜４に達すると、ニッケル
皮膜４は鉄製端子３よりレーザ反射率が高いため、レー
ザを徐々に吸収して溶融の進行を妨げるように働き、鉄
製端子３へ急激にレーザが照射されないようにする。そ
のため、鉄製端子３の爆飛が防止され、図３（ｃ）のよ
うに良好な接合が得られる。
このことより、第２の金属部材へのレーザ照射を妨げ
るように働く金属層と、第２の金属部材との関係におい
て、第１実施例では、これら金属のレーザ反射率が略等
しく、融点が金属層の方が高い時に良好な接合状態が得
られたのに対し、第２実施例では、金属層をなすニッケ
ル皮膜４の融点が第２の金属部材をなす鉄製端子３の融
点より低いが、ニッケル皮膜４のレーザ反射率が鉄製端
子３のレーザ反射率より大きい場合に良好な接続状態が
得られているため、金属層と第２の金属部材の反射率と
融点との両方を考慮する必要があると考えられる。
るように働く金属層と、第２の金属部材との関係におい
て、第１実施例では、これら金属のレーザ反射率が略等
しく、融点が金属層の方が高い時に良好な接合状態が得
られたのに対し、第２実施例では、金属層をなすニッケ
ル皮膜４の融点が第２の金属部材をなす鉄製端子３の融
点より低いが、ニッケル皮膜４のレーザ反射率が鉄製端
子３のレーザ反射率より大きい場合に良好な接続状態が
得られているため、金属層と第２の金属部材の反射率と
融点との両方を考慮する必要があると考えられる。
また、第２実施例によれば、ニッケル皮膜４が熱的干
渉層の役目を果たし、溶け込みをリード１と端子３との
間の境界付近で常時停止させる。この作用によって、端
子３の材料をリード１の材料中に安定して微量に含有さ
せることができ、従って溶け込み深さの過剰による溶接
部のクラックが皆無となる。
渉層の役目を果たし、溶け込みをリード１と端子３との
間の境界付近で常時停止させる。この作用によって、端
子３の材料をリード１の材料中に安定して微量に含有さ
せることができ、従って溶け込み深さの過剰による溶接
部のクラックが皆無となる。
更に、図５に示される如く、溶け込みを常時上記境界
で停止可能なレーザ出力範囲は従来全く存在しなかった
のに対して、今回の作用により、十分実用可能なレーザ
出力範囲（図５のPo）において常時境界での溶け込みを
停止することができるようになり、クラック防止が可能
となる。
で停止可能なレーザ出力範囲は従来全く存在しなかった
のに対して、今回の作用により、十分実用可能なレーザ
出力範囲（図５のPo）において常時境界での溶け込みを
停止することができるようになり、クラック防止が可能
となる。
この第２実施例では、リード１のレーザ反射率が端子
３のレーザ反射率の約２倍以上でリード１の銅と溶融、
かくはんされるとクラックの発生し易い材料、例えば軟
鋼、鉄・ニッケル合金（例えば42％ニッケル・52％鉄）
に特に有効である。かかる材料の組合せでは、溶接時に
その材料が溶融、かくはんされ金属間化合物を生成した
り、部分的に偏析を起こしたりすることにより、溶接部
にクラックが発生し易いのである。これを解決するに
は、溶接部の一方の金属部材の金属成分の他方の金属部
材中に占める割合が安定な領域であることが重要である
が、溶接部の溶け込み深さ１（図５）を一定に保持する
ことが困難である。しかし、第２実施例はかかる難点を
回避することができる。
３のレーザ反射率の約２倍以上でリード１の銅と溶融、
かくはんされるとクラックの発生し易い材料、例えば軟
鋼、鉄・ニッケル合金（例えば42％ニッケル・52％鉄）
に特に有効である。かかる材料の組合せでは、溶接時に
その材料が溶融、かくはんされ金属間化合物を生成した
り、部分的に偏析を起こしたりすることにより、溶接部
にクラックが発生し易いのである。これを解決するに
は、溶接部の一方の金属部材の金属成分の他方の金属部
材中に占める割合が安定な領域であることが重要である
が、溶接部の溶け込み深さ１（図５）を一定に保持する
ことが困難である。しかし、第２実施例はかかる難点を
回避することができる。
ここで、本実施例におけるレーザ出力、レーザの焦点
位置および第１の金属部材に形成する金属層の厚みに関
する良好な条件について、図９乃至図11に従って以下に
説明する。
位置および第１の金属部材に形成する金属層の厚みに関
する良好な条件について、図９乃至図11に従って以下に
説明する。
図９は、第1,第２の金属部材を、それぞれ銅製リー
ド、黄銅製端子とし、これらリード及び端子に金属層と
して錫めっき及びリン・ニッケルめっきを形成した場合
において得られた、錫めっきの厚みとレーザ出力との間
の良好条件を示す特性図である。この特性は以下のよう
に得たものである。すなわち、所定厚の錫めっきを形成
した銅製リード側から、レーザ出力の異なるレーザを照
射して、良好な接続状態が得られた時のレーザ出力を実
験により求め、これを、異なるめっき厚について同様に
行ったものである。図中の穴あき領域とは爆飛によりリ
ードに穴があいた時の条件領域を示し、強度不足域とは
爆飛は生じないがレーザ出力の不足により充分な接合状
態が得られなかった時の条件領域を示している。また、
レーザの焦点は、錫めっきの表面を基準（０）として、
銅製リード方向に５〔mm〕の位置に固定している。この
場合、錫めっき表面に照射されるレーザの照射面積は直
径0.8〔mm〕の円形状である。
ド、黄銅製端子とし、これらリード及び端子に金属層と
して錫めっき及びリン・ニッケルめっきを形成した場合
において得られた、錫めっきの厚みとレーザ出力との間
の良好条件を示す特性図である。この特性は以下のよう
に得たものである。すなわち、所定厚の錫めっきを形成
した銅製リード側から、レーザ出力の異なるレーザを照
射して、良好な接続状態が得られた時のレーザ出力を実
験により求め、これを、異なるめっき厚について同様に
行ったものである。図中の穴あき領域とは爆飛によりリ
ードに穴があいた時の条件領域を示し、強度不足域とは
爆飛は生じないがレーザ出力の不足により充分な接合状
態が得られなかった時の条件領域を示している。また、
レーザの焦点は、錫めっきの表面を基準（０）として、
銅製リード方向に５〔mm〕の位置に固定している。この
場合、錫めっき表面に照射されるレーザの照射面積は直
径0.8〔mm〕の円形状である。
次に、図10は図９の特性を得る際に固定しておいたレ
ーザの焦点位置を変化させ、上記と同様に実験を行うこ
とにより得られた特性図である。図中の実線は図９に示
される特性と同一のものであり、破線は焦点位置を変化
させた場合の特性である。この図は、レーザの焦点位置
を浅くし、錫めっき表面の照射面積を縮小すると穴あき
領域が拡大し、逆に焦点位置を深くすると強度不足域が
拡大することを示している。
ーザの焦点位置を変化させ、上記と同様に実験を行うこ
とにより得られた特性図である。図中の実線は図９に示
される特性と同一のものであり、破線は焦点位置を変化
させた場合の特性である。この図は、レーザの焦点位置
を浅くし、錫めっき表面の照射面積を縮小すると穴あき
領域が拡大し、逆に焦点位置を深くすると強度不足域が
拡大することを示している。
図11は、図９及び図10に示される各特性を考慮して、
良好な接合状態が得られるレーザ出力、レーザの焦点位
置および第１の金属部材に形成する金属層の厚みの条件
を示した図である。本実施例において得られた良好条件
（設定領域）は、レーザ出力の範囲は22.5〜25.5
〔Ｊ〕，焦点位置の範囲は4.7〜5.3〔mm〕，錫めっき厚
の範囲は2.5〜6.0〔μｍ〕である。
良好な接合状態が得られるレーザ出力、レーザの焦点位
置および第１の金属部材に形成する金属層の厚みの条件
を示した図である。本実施例において得られた良好条件
（設定領域）は、レーザ出力の範囲は22.5〜25.5
〔Ｊ〕，焦点位置の範囲は4.7〜5.3〔mm〕，錫めっき厚
の範囲は2.5〜6.0〔μｍ〕である。
また、黄銅製端子に形成したリン・ニッケルめっきに
対しても図９に示した特性と同様な特性を得ることがで
き、その良好条件（リン・ニッケルめっき厚の範囲）は
1.5〜5.0〔μｍ〕である。
対しても図９に示した特性と同様な特性を得ることがで
き、その良好条件（リン・ニッケルめっき厚の範囲）は
1.5〜5.0〔μｍ〕である。
上述の如く、本発明異種金属のレーザ溶接方法におい
ては、レーザ反射率の大きい第１の金属部材に略一定の
レーザ入力でレーザを照射して、レーザ反射率の小さい
第２の金属部材が爆飛することなく良好な溶接をするこ
とができるため、溶融状態に合わせてレーザ入力を制御
することもなく、発振器、治具等の簡略化を図ることも
できる。
ては、レーザ反射率の大きい第１の金属部材に略一定の
レーザ入力でレーザを照射して、レーザ反射率の小さい
第２の金属部材が爆飛することなく良好な溶接をするこ
とができるため、溶融状態に合わせてレーザ入力を制御
することもなく、発振器、治具等の簡略化を図ることも
できる。
なお、図４に示すように、第１の金属部材１の第１の
表面11に金属層２を、第１の金属部材１の第２の表面12
に金属層４を形成し、この第１の金属部材１の第２の表
面12を、第２の金属部材３の表面31上に重ねて、第１の
金属部材１の第１の表面11にレーザを照射しても、同様
の効果を得ることができる。つまり、レーザにより溶融
される部分のみに金属層を設けるだけでよい。
表面11に金属層２を、第１の金属部材１の第２の表面12
に金属層４を形成し、この第１の金属部材１の第２の表
面12を、第２の金属部材３の表面31上に重ねて、第１の
金属部材１の第１の表面11にレーザを照射しても、同様
の効果を得ることができる。つまり、レーザにより溶融
される部分のみに金属層を設けるだけでよい。
また、図１のように金属層２、３を各第１金属部材
１、第２の金属部材３の特定部位に部分的にメッキまた
はコーティングによって被覆するにはマスキングが必要
であり面倒なので、図６（ａ）〜（ｃ）のように金属層
2,3を各金属部材１、３の表面全体に被覆するようにし
ても勿論よい。このように第1,第２の金属部材表面全体
に形成したものによると、接合部は、第１の金属部材に
形成した金属層と、第２の金属層に形成した金属層とが
重なることになる。そして、第１実施例にて示した各種
金属層によると、これら金属層間のぬれ性から接合強度
が向上するというさらなる効果を得ることができる。
１、第２の金属部材３の特定部位に部分的にメッキまた
はコーティングによって被覆するにはマスキングが必要
であり面倒なので、図６（ａ）〜（ｃ）のように金属層
2,3を各金属部材１、３の表面全体に被覆するようにし
ても勿論よい。このように第1,第２の金属部材表面全体
に形成したものによると、接合部は、第１の金属部材に
形成した金属層と、第２の金属層に形成した金属層とが
重なることになる。そして、第１実施例にて示した各種
金属層によると、これら金属層間のぬれ性から接合強度
が向上するというさらなる効果を得ることができる。
上述した第1,第２実施例では、金属層を２ヶ所に形成
したものを示したが、第１の金属部材の表面に形成する
金属層は、周知の如く銅のレーザ吸収を促進するために
形成したものである。こに対して、第１の金属部材とし
て比較的レーザ吸収率の高い金属、例えばリン青銅（レ
ーザ吸収率22〔％〕）を用い、金属層として黄銅製の端
子との間にリン・ニッケルめっきを設けるのみ、つま
り、第１の金属部材と第２の金属部材の間にのみ金属層
を設ける構成であっても、効果的である。
したものを示したが、第１の金属部材の表面に形成する
金属層は、周知の如く銅のレーザ吸収を促進するために
形成したものである。こに対して、第１の金属部材とし
て比較的レーザ吸収率の高い金属、例えばリン青銅（レ
ーザ吸収率22〔％〕）を用い、金属層として黄銅製の端
子との間にリン・ニッケルめっきを設けるのみ、つま
り、第１の金属部材と第２の金属部材の間にのみ金属層
を設ける構成であっても、効果的である。
また、本実施例に示した金属部材のレーザ反射率はYA
Gレーザにおけるもの（波長1.06〔μｍ〕）であり、上
述した金属部材を溶接する場合にYAGレーザを用いた時
の効果として記載したが、レーザはYAGレーザに限られ
るものではない。つまり、上述した金属部材において本
発明に示すレーザ反射率の関係が成立する波長（0.8〜
1.5〔μｍ〕）のレーザを用いた場合にも、YAGレーザを
用いた場合と同様の効果を得ることができる。
Gレーザにおけるもの（波長1.06〔μｍ〕）であり、上
述した金属部材を溶接する場合にYAGレーザを用いた時
の効果として記載したが、レーザはYAGレーザに限られ
るものではない。つまり、上述した金属部材において本
発明に示すレーザ反射率の関係が成立する波長（0.8〜
1.5〔μｍ〕）のレーザを用いた場合にも、YAGレーザを
用いた場合と同様の効果を得ることができる。
産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係る異種金属のレーザ溶接方
法は確実に良好な接合状態を得ることができるため、従
来の手作業によるはんだを用いた接合方法に比べ信頼性
に優れ、また、例えば電気機器等に用いられるIC基板上
の端子とこのIC基板を収納するケースに設けられたター
ミナルとをリードにて接続する際に、その接合において
自動化が可能となる等、異種金属の溶接において非常に
有効なものである。
法は確実に良好な接合状態を得ることができるため、従
来の手作業によるはんだを用いた接合方法に比べ信頼性
に優れ、また、例えば電気機器等に用いられるIC基板上
の端子とこのIC基板を収納するケースに設けられたター
ミナルとをリードにて接続する際に、その接合において
自動化が可能となる等、異種金属の溶接において非常に
有効なものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 真二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−160148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−230802（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−40958（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/32
Claims (11)
- 【請求項１】第１のレーザ反射率を有する第１の金属部
材と、第２のレーザ反射率を有する第２の金属部材とを
レーザ溶接する方法であって、 前記第２のレーザ反射率は前記第１のレーザ反射率より
も小さく、 前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との間に、レ
ーザに対して前記第２の金属部材より溶融し難い金属層
を介在させ、 前記第１の金属部材側からレーザを照射することによ
り、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを溶接
することを特徴とする異種金属のレーザ溶接方法。 - 【請求項２】前記金属層は、前記第２の金属部材のレー
ザ反射率と略等しいレーザ反射率を有し、かつ前記第２
の金属部材の融点より高い融点を有することを特徴とす
る請求項１記載の異種金属のレーザ溶接方法。 - 【請求項３】前記金属層は、前記第１のレーザ反射率と
前記第２のレーザ反射率との間のレーザ反射率を有する
ことを特徴とする請求項１記載の異種金属のレーザ溶接
方法。 - 【請求項４】前記金属層は、前記第２の金属部材の前記
第１の金属部材との接合面に、めっきにて形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の異種金属のレーザ溶
接方法。 - 【請求項５】前記金属層は、前記第１の金属部材の前記
第２の金属部材との接合面に、めっきにて形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の異種金属のレーザ溶
接方法。 - 【請求項６】互いにレーザ反射率の異なる少なくとも２
種の金属部材を重合した状態で該重合方向に対してレー
ザを照射して前記２種の金属部材を溶接する方法であっ
て、 第１の金属部材と第２の金属部材とを重ねる工程と、 前記第１の金属部材は、互いに対向する第１の表面と第
２の表面とを有し、かつ前記第１の金属部材は第１のレ
ーザ反射率を有しており、更に前記第１の金属部材の前
記第１の表面には前記第１のレーザ反射率より小さいレ
ーザ反射率を有する第１の金属層が設けられており、 前記第２の金属部材は前記第１のレーザ反射率より小さ
い第２のレーザ反射率を有しており、 前記第２の金属部材は前記第１の金属部材の前記第２の
表面側に第２の金属層を介して重ねてあり、該第２の金
属層は前記第２の金属部材のレーザ反射率と略等しく、
かつ前記第２の金属部材の融点より高い融点を有してお
り、 前記第１の金属部材の前記第１の表面に設けられた前記
第１の金属層側からレーザを照射する工程と を具備することを特徴とする異種金属のレーザ溶接方
法。 - 【請求項７】前記第１の金属部材は銅、前記第１の金属
層は錫、前記第２の金属部材は黄銅、および前記第２の
金属層はリン・ニッケル合金であることを特徴とする請
求項６記載の異種金属のレーザ溶接方法。 - 【請求項８】互いにレーザ反射率の異なる少なくとも２
種の金属部材を重合した状態で該重合方向に対してレー
ザを照射して前記２種の金属部材を溶接する方法であっ
て、 第１の金属部材と第２の金属部材とを重ねる工程と、 前記第１の金属部材は、互いに対向する第１の表面と第
２の表面とを有し、かつ前記第１の金属部材は第１のレ
ーザ反射率を有しており、更に前記第１の金属部材の前
記第１の表面には前記第１のレーザ反射率より小さいレ
ーザ反射率を有する第１の金属層が設けられており、 前記第２の金属部材は前記第１のレーザ反射率より小さ
い第２のレーザ反射率を有しており、 前記第２の金属部材は前記第１の金属部材の前記第２の
表面側に第２の金属層を介して重ねてあり、該第２の金
属層は前記第１のレーザ反射率と前記第２のレーザ反射
率との間のレーザ反射率を有しており、 前記第１の金属部材の前記第１の表面に設けられた前記
第１の金属層側からレーザを照射する工程と を具備することを特徴とする異種金属のレーザ溶接方
法。 - 【請求項９】前記第１の金属部材と前記第２の金属部材
とのレーザ反射率の差は、前記第２の金属部材と、前記
第２の金属層とのレーザ反射率の差より大きいことを特
徴とする請求項８記載の異種金属のレーザ溶接方法。 - 【請求項１０】前記第２の金属層は、その融点が前記第
２の金属部材の融点より高いことを特徴とする請求項８
記載の異種金属のレーザ溶接方法。 - 【請求項１１】前記第１の金属部材は銅、前記第１の金
属層は錫、前記第２の金属部材は鉄または鉄合金、およ
び前記第２の金属層はニッケルまたはニッケル・鉄合金
であることを特徴とする請求項８記載の異種金属のレー
ザ溶接方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18468690 | 1990-07-12 | ||
| JP2-184686 | 1991-04-19 | ||
| JP3-88793 | 1991-04-19 | ||
| JP8879391 | 1991-04-19 | ||
| PCT/JP1991/000913 WO1992000828A1 (en) | 1990-07-12 | 1991-07-08 | Method of welding metals of different kind by laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3177982B2 true JP3177982B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=26430136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51142191A Expired - Lifetime JP3177982B2 (ja) | 1990-07-12 | 1991-07-08 | 異種金属のレーザ溶接方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5343014A (ja) |
| EP (1) | EP0491959B1 (ja) |
| JP (1) | JP3177982B2 (ja) |
| DE (1) | DE69122485T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992000828A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100355515C (zh) * | 2005-08-31 | 2007-12-19 | 江苏大学 | 激光冲击爆炸成形的方法和装置 |
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