JP4768170B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材を突き合わせた状態または嵌合した状態でレーザ溶接するレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２１３６５号公報には、２つの部材を突き合わせて、その境界部位をレーザ光によって溶接する従来の方法が開示されている。図４〜図７により、同公報に記載された溶接方法を説明する。
【０００３】
図４〜図７の方法は、いずれもリチウム二次電池などの密閉型電池の製造に用いるものであり、電池蓋１００に対して電池缶１１０の端部を突き合わせ、突き合わせ状態でレーザ溶接する。電池蓋１００及び電池缶１１０の材料としては、鉄系金属材、アルミニウム系金属材などが用いられる。なお、これらの材料は、溶接の容易さ並びに溶接部の機械的強度の長期安定性の観点から、組成並びに融点が似通っていることが好ましく、特に融点の差が１０℃以内の材料であることが好ましい。
【０００４】
図４の電池蓋１００では、電池缶１１０の突き合わせ部位が段状に低くなっており、図５では、段状に低くなった端部が円弧状に成形され、図６では、段状に低くなっていると共に外面がテーパ状に成形されている。これらの突き合わせ部位が接合部１０１となっており、接合部１０１に対して電池缶１１０の端部が突き合わせられてレーザ溶接される。また、図７の電池蓋１００では、溝部が形成されることにより接合部１０２となっており、溝状の接合部１０２に電池蓋１１０の端部が嵌合してレーザ溶接される。
【０００５】
溶接に用いるレーザ光ＬＤのビーム径は、電池蓋１００の接合部１０１の厚み、電池缶１１０の端部の厚みなどによって異なるが、例えば、厚さ６〜１４ｍｍ程度、幅２２〜３４ｍｍ程度、高さ４０〜６０ｍｍ程度のサイズのアルミニウム系合金製の電池の場合であれば、４０〜１０００μｍ程度で溶接を行う。また、レーザ光ＬＤのビームの断面形状は円形であっても良く、楕円形や角形などの非円形の断面形状であっても良い。さらにレーザ光ＬＤとして、連続波レーザ光（ＣＷ）やパルスレーザ光（ＰＷ）などを用いても良い。
【０００６】
レーザ光ＬＤの照射角度θは、１２０度程度未満であり、電池蓋１００と電池缶１１０の突き合わせ部位（接合部１０１，１０２）に対してレーザ光の照射を行うことにより、これらが溶融して接合される。図４〜図７において、梨地で示す部分がレーザ溶接された溶融接合部１２０である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶接方法では、２つの部材１００，１１０をレーザ溶接する際に、部材が溶融した溶融部分が形成されるが、この溶融部分と接合された部材との境界部は、不連続な形状となっているため、外観上好ましくない。
【０００８】
また、従来技術のような溶接方法によって、超音波振動子等の振動を伝える部材をレーザ溶接した場合、形状が急激に変化しないため、振動が効率良く伝わらないばかりか、境界部に応力が集中して溶融接合部１２０で破断する問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、境界部の外観を向上させることができると共に、接合した部材が振動を良好に伝達することが可能なレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のレーザ溶接方法は、外径が異なった２つの部材の端部を相互に突き合わせた状態または嵌合させた状態で、突き合わせ部位または嵌合部位にレーザ光を照射して両部材の外周を溶融接合した後、接合された部材と溶融部分との境界部に対し、溶融接合時のパワーよりも小さなパワーのレーザ光を照射して両部材の継ぎ目を滑らかに成形することを特徴とする。
【００１１】
このようにレーザ光によって溶融接合した後、溶融接合時のパワーよりも小さなパワーのレーザ光を溶融部分と接合された部材との境界部に対して照射することにより、継ぎ目の溶融部分が滑らかに連続した形状となる。このため、外観が向上した形状とすることができる。また、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載のレーザ溶接方法であって、前記２つの部材が円筒形状または円柱形状であることを特徴とする。
【００１３】
２つの部材が円筒形状または円柱形状の場合には、これらを同期回転させながらレーザ溶接することができる。これにより、溶接の作業性を向上させることができる。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のレーザ溶接方法であって、前記小さなパワーのレーザ光は、溶接接合時の５〜８％のレーザ光であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の一実施の形態であり、図１及び図２は溶融接合時の状態を、図３は後処理後の状態を示す。
【００１５】
レーザ溶接を行う装置では、図１に示すように把持爪１ａ、２ａを有した一対のチャック１，２が対向している。チャック１，２は回転軸６を中心として矢印で示すＡ方向に同期回転するように回転駆動源（図示省略）に取り付けられている。チャック１，２の把持爪１ａ、２ａは、接合される部材４，５をそれぞれ把持するものである。
【００１６】
接合される部材４，５の内、部材４は円柱形状となっており、部材５は円筒形状となっている。部材４の外径に対し、部材５は外径が大きいと共に、その内径は部材４が嵌合可能な寸法となっている。
【００１７】
溶接に際し、部材４の端部（右端部）を部材５の端部（左端部）に嵌合し、この嵌合状態に対してレーザヘッド３から第１弾のレーザ光３ａを照射して部材４，５の外周を接合する。すなわち、部材４，５の溶接位置７にレーザ光３ａが収束するようにレーザヘッド３を位置決めし、チャック１、２を同期回転することにより、部材４、５を同期回転させながら、部材４、５を溶融接合するのに充分なパワーのレーザ光３ａを照射して溶融接合する。
【００１８】
この溶接によって、図２に示すように、部材４，５が溶融接合されて溶融部分８が形成される。この溶融部分８は部材４及び５が互いに溶け合って接合された部分であるが、溶融部分８と接合された一方の部材４との境界部には、不連続な形状部８ａが形成される。
【００１９】
その後、不連続な形状部８ａの近傍に第２弾のレーザ光３ｂが収束するようにレーザ照射位置を移動させる。そして、再びチャック１、２を同期回転させながら、レーザ光３ｂを照射する。このときのレーザ光３ｂは、部材４，５を溶融接合したパワーよりも小さいパワーで照射を行う。例えば、溶融接合時のパワーに対して、５〜８％程度のパワーでレーザ光３ｂを照射する。
【００２０】
図７は、第２弾のレーザ光３ｂを照射した後の状態を示し、溶融部分８よりも少ない溶け込み量で溶融部分９が形成される。この溶融部分９が形成されることにより、溶接部位の形状が連続した形状となる。
【００２１】
このような実施の形態では、第２弾のレーザ光３ｂの照射を行うことにより、部材４，５の継ぎ目の溶融部分が滑らかに連続した形状となるため、外観が向上する。また、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００２２】
なお、この実施の形態では、部材４，５を円柱形状及び円筒形状としているが、角柱形状、角筒形状その他の形状の部材であっても良い。また、部材４，５を嵌合させることなく、２つの部材の端部を突き合わせた状態に対して溶融接合を行っても良い。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、２つの部材の継ぎ目の溶融部分を滑らかに連続した形状とすることができるため、外観が向上した形状とすることができる。これにより、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有することに加えて、２つの部材を同期回転させながらレーザ溶接することができるため、溶接の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される装置の断面図である。
【図２】溶融接合時の断面図である。
【図３】第２弾のレーザ光照射を示す断面図である。
【図４】従来の溶接方法の第１例を示す断面図である。
【図５】従来の溶接方法の第２例を示す断面図である。
【図６】従来の溶接方法の第３例を示す断面図である。
【図７】従来の溶接方法の第４例を示す断面図である。
【符号の説明】
３ レーザヘッド
３ａ、３ｂ レーザ光
４，５ 部材
８，９ 溶融部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材を突き合わせた状態または嵌合した状態でレーザ溶接するレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２１３６５号公報には、２つの部材を突き合わせて、その境界部位をレーザ光によって溶接する従来の方法が開示されている。図４〜図７により、同公報に記載された溶接方法を説明する。
【０００３】
図４〜図７の方法は、いずれもリチウム二次電池などの密閉型電池の製造に用いるものであり、電池蓋１００に対して電池缶１１０の端部を突き合わせ、突き合わせ状態でレーザ溶接する。電池蓋１００及び電池缶１１０の材料としては、鉄系金属材、アルミニウム系金属材などが用いられる。なお、これらの材料は、溶接の容易さ並びに溶接部の機械的強度の長期安定性の観点から、組成並びに融点が似通っていることが好ましく、特に融点の差が１０℃以内の材料であることが好ましい。
【０００４】
図４の電池蓋１００では、電池缶１１０の突き合わせ部位が段状に低くなっており、図５では、段状に低くなった端部が円弧状に成形され、図６では、段状に低くなっていると共に外面がテーパ状に成形されている。これらの突き合わせ部位が接合部１０１となっており、接合部１０１に対して電池缶１１０の端部が突き合わせられてレーザ溶接される。また、図７の電池蓋１００では、溝部が形成されることにより接合部１０２となっており、溝状の接合部１０２に電池蓋１１０の端部が嵌合してレーザ溶接される。
【０００５】
溶接に用いるレーザ光ＬＤのビーム径は、電池蓋１００の接合部１０１の厚み、電池缶１１０の端部の厚みなどによって異なるが、例えば、厚さ６〜１４ｍｍ程度、幅２２〜３４ｍｍ程度、高さ４０〜６０ｍｍ程度のサイズのアルミニウム系合金製の電池の場合であれば、４０〜１０００μｍ程度で溶接を行う。また、レーザ光ＬＤのビームの断面形状は円形であっても良く、楕円形や角形などの非円形の断面形状であっても良い。さらにレーザ光ＬＤとして、連続波レーザ光（ＣＷ）やパルスレーザ光（ＰＷ）などを用いても良い。
【０００６】
レーザ光ＬＤの照射角度θは、１２０度程度未満であり、電池蓋１００と電池缶１１０の突き合わせ部位（接合部１０１，１０２）に対してレーザ光の照射を行うことにより、これらが溶融して接合される。図４〜図７において、梨地で示す部分がレーザ溶接された溶融接合部１２０である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶接方法では、２つの部材１００，１１０をレーザ溶接する際に、部材が溶融した溶融部分が形成されるが、この溶融部分と接合された部材との境界部は、不連続な形状となっているため、外観上好ましくない。
【０００８】
また、従来技術のような溶接方法によって、超音波振動子等の振動を伝える部材をレーザ溶接した場合、形状が急激に変化しないため、振動が効率良く伝わらないばかりか、境界部に応力が集中して溶融接合部１２０で破断する問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、境界部の外観を向上させることができると共に、接合した部材が振動を良好に伝達することが可能なレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のレーザ溶接方法は、外径が異なった２つの部材の端部を相互に突き合わせた状態または嵌合させた状態で、突き合わせ部位または嵌合部位にレーザ光を照射して両部材の外周を溶融接合した後、接合された部材と溶融部分との境界部に対し、溶融接合時のパワーよりも小さなパワーのレーザ光を照射して両部材の継ぎ目を滑らかに成形することを特徴とする。
【００１１】
このようにレーザ光によって溶融接合した後、溶融接合時のパワーよりも小さなパワーのレーザ光を溶融部分と接合された部材との境界部に対して照射することにより、継ぎ目の溶融部分が滑らかに連続した形状となる。このため、外観が向上した形状とすることができる。また、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載のレーザ溶接方法であって、前記２つの部材が円筒形状または円柱形状であることを特徴とする。
【００１３】
２つの部材が円筒形状または円柱形状の場合には、これらを同期回転させながらレーザ溶接することができる。これにより、溶接の作業性を向上させることができる。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のレーザ溶接方法であって、前記小さなパワーのレーザ光は、溶接接合時の５〜８％のレーザ光であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の一実施の形態であり、図１及び図２は溶融接合時の状態を、図３は後処理後の状態を示す。
【００１５】
レーザ溶接を行う装置では、図１に示すように把持爪１ａ、２ａを有した一対のチャック１，２が対向している。チャック１，２は回転軸６を中心として矢印で示すＡ方向に同期回転するように回転駆動源（図示省略）に取り付けられている。チャック１，２の把持爪１ａ、２ａは、接合される部材４，５をそれぞれ把持するものである。
【００１６】
接合される部材４，５の内、部材４は円柱形状となっており、部材５は円筒形状となっている。部材４の外径に対し、部材５は外径が大きいと共に、その内径は部材４が嵌合可能な寸法となっている。
【００１７】
溶接に際し、部材４の端部（右端部）を部材５の端部（左端部）に嵌合し、この嵌合状態に対してレーザヘッド３から第１弾のレーザ光３ａを照射して部材４，５の外周を接合する。すなわち、部材４，５の溶接位置７にレーザ光３ａが収束するようにレーザヘッド３を位置決めし、チャック１、２を同期回転することにより、部材４、５を同期回転させながら、部材４、５を溶融接合するのに充分なパワーのレーザ光３ａを照射して溶融接合する。
【００１８】
この溶接によって、図２に示すように、部材４，５が溶融接合されて溶融部分８が形成される。この溶融部分８は部材４及び５が互いに溶け合って接合された部分であるが、溶融部分８と接合された一方の部材４との境界部には、不連続な形状部８ａが形成される。
【００１９】
その後、不連続な形状部８ａの近傍に第２弾のレーザ光３ｂが収束するようにレーザ照射位置を移動させる。そして、再びチャック１、２を同期回転させながら、レーザ光３ｂを照射する。このときのレーザ光３ｂは、部材４，５を溶融接合したパワーよりも小さいパワーで照射を行う。例えば、溶融接合時のパワーに対して、５〜８％程度のパワーでレーザ光３ｂを照射する。
【００２０】
図７は、第２弾のレーザ光３ｂを照射した後の状態を示し、溶融部分８よりも少ない溶け込み量で溶融部分９が形成される。この溶融部分９が形成されることにより、溶接部位の形状が連続した形状となる。
【００２１】
このような実施の形態では、第２弾のレーザ光３ｂの照射を行うことにより、部材４，５の継ぎ目の溶融部分が滑らかに連続した形状となるため、外観が向上する。また、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００２２】
なお、この実施の形態では、部材４，５を円柱形状及び円筒形状としているが、角柱形状、角筒形状その他の形状の部材であっても良い。また、部材４，５を嵌合させることなく、２つの部材の端部を突き合わせた状態に対して溶融接合を行っても良い。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、２つの部材の継ぎ目の溶融部分を滑らかに連続した形状とすることができるため、外観が向上した形状とすることができる。これにより、接合された部材が超音波振動子等の振動を伝える用途の部品の場合には、振動が効率良く伝達されるため、境界部に応力が集中して破断することがなくなる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有することに加えて、２つの部材を同期回転させながらレーザ溶接することができるため、溶接の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される装置の断面図である。
【図２】溶融接合時の断面図である。
【図３】第２弾のレーザ光照射を示す断面図である。
【図４】従来の溶接方法の第１例を示す断面図である。
【図５】従来の溶接方法の第２例を示す断面図である。
【図６】従来の溶接方法の第３例を示す断面図である。
【図７】従来の溶接方法の第４例を示す断面図である。
【符号の説明】
３ レーザヘッド
３ａ、３ｂ レーザ光
４，５ 部材
８，９ 溶融部分
Claims (3)
- 外径が異なった２つの部材の端部を相互に突き合わせた状態または嵌合させた状態で、突き合わせ部位または嵌合部位にレーザ光を照射して両部材の外周を溶融接合した後、接合された部材と溶融部分との境界部に対し、溶融接合時のパワーよりも小さなパワーのレーザ光を照射して両部材の継ぎ目を滑らかに成形することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 前記２つの部材が円筒形状または円柱形状であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
- 前記小さなパワーのレーザ光は、溶接接合時の５〜８％のレーザ光である請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001281574A JP4768170B2 (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | レーザ溶接方法 |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001281574A Expired - Fee Related JP4768170B2 (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | レーザ溶接方法 |
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