JP6151660B2 - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて接合対象となる部材を溶接するレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関する。

従来、接合対象となる２つの部材がレーザ溶接装置によって溶接されるものの１つとして、ケースに蓋が溶接されてなる電池が知られている。こうした電池では、ケース内の電解液などが外部に漏れ出すことのない高い密閉性を維持すべく精度の高い溶接がそのケースと蓋との間で行われている。こうした電池のケースと蓋とを溶接する技術の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の技術では、レーザ光の照射により電池の蓋（電池蓋）とケース（電池缶）との溶接に際し、電池の溶接所要個所には蓋の先端部分をケースの開口上端面と外壁面との稜線を越えて存在させ、その先端部分を含むようにレーザ光を照射する。そしてこれにより、蓋の先端部分の溶融体の少なくとも一部が溶接所要箇所の間隙に充填されるようにしている。

特開２０００−２１３６５号公報

ところで、レーザ光による溶接の態様については、レーザ光のエネルギーの強度分布（以下単に強度分布と称することもある）、いわゆるプロファイルによって変化させることも可能である。しかしながら、レーザ光の強度分布は、レーザ発振器による制約などが大きく、その状態を調節することは容易ではなかった。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、その目的は、接合対象に照射するレーザ光の強度分布をより適切に設定することのできるレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供することにある。

上記課題を解決するレーザ溶接装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布変更器と、前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、を備え、前記強度分布変更器は、入力されたレーザ光の強度分布をトップハット型からトップハット型よりも分布範囲の絞り込まれたガウシアン型に変更するものであり、前記合成器は、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光とを入力するとともに、トップハット型のレーザ光の分布範囲の中心にガウシアン型のレーザ光を加算したレーザ光を合成する。

上記課題を解決するレーザ溶接方法は、レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、を備え、前記変更するステップでは、入力したレーザ光の強度分布をトップハット型からトップハット型よりも分布範囲の絞り込まれたガウシアン型に変更し、前記合成するステップでは、前記合成器で、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光とを入力するとともに、トップハット型のレーザ光の分布範囲の中心にガウシアン型のレーザ光を加算したレーザ光を合成する。

このような構成又は方法によれば、レーザ発振器にて発振されるレーザ光を分割し、そのうちの一つの強度分布を強度分布変更器で変更し、他のレーザ光と合成させることで、レーザ発振器の特性を変えることなく、接合対象に照射されるレーザ光の強度分布、いわゆるプロファイルを変更させることができるようになる。例えば、分割された一つのレーザ光の強度分布を変更する一方、他のレーザ光をそのまま用いることによって、接合対象に照射されるレーザ光の強度分布の変更が比較的簡単に行えるようになる。これにより、接合対象に照射されるレーザ光を溶接に適した強度分布に変更することが可能になる。

また、分割器によりレーザ光の分割比率を制御するという比較的簡単な方法で、接合対象に照射されるレーザ光の強度分布を制御することができる。
レーザ光の強度特性は、ガウシアン型やトップハット型など照射範囲におけるレーザ光の強度分布に基づくものであり、この強度分布に応じて溶接に関する特性も相違する。そこで、強度分布変更器から出力するレーザ光を他のレーザ光と相違する強度分布とすることで、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光とが合成される強度分布にレーザ光が調整されるようになる。

上記課題を解決するレーザ溶接装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布変更器と、前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、前記合成器より合成したレーザ光が照射される溝部であって、接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅を検出して前記制御装置に出力する検出部と、を備え、前記制御装置は、前記検出部の検出した前記２つの部材が形成する溝部の幅に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する。
上記課題を解決するレーザ溶接方法は、レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、前記合成器より合成したレーザ光が照射される溝部であって、接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅を検出部で検出して前記制御装置に出力するステップと、前記制御装置で、前記検出部の検出した前記２つの部材が形成する溝部の幅に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御するステップと、を備える。

レーザ溶接では接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅に応じて溶接状態が変化することを発明者らは研究を通じて見出した。よって、このような構成又は方法によれば、レーザ光の分割比率を溶接対象とする２つの部材が形成する溝部の幅に応じて適切な分
割比率に制御することにより接合対象に照射されるレーザ光の溶接に関する特性が好適に変更されてレーザ溶接の精度が向上する。

接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅は公差や個体差などによって相違していることがあることから、検出部により検出する間隔に応じてレーザ光の分割比率を変化させることにより適切な溶接が維持され、レーザ光による溶接精度がより向上される可能性が高められる。

上記課題を解決するレーザ溶接装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布変更器と、前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、前記合成器によって合成されるレーザ光が照射される部分の溶接時における溶融状態を測定する溶融状態測定器と、を備え、前記制御装置は、前記溶融状態測定器により測定される溶融状態に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する。
上記課題を解決するレーザ溶接方法は、レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、溶融状態測定器で、前記合成器によって合成されるレーザ光が照射される部分の溶接時における溶融状態を測定する溶融状態を測定するステップと、前記制御装置で、前記溶融状態測定器で測定した溶融状態に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御するステップと、を備える。

このような構成又は方法によれば、レーザ光の分割比率が接合対象の溶融状態に応じて制御される、つまりフィードバック制御されるため溶接対象部分に適切な溶接が維持される可能性が高められる。例えば、溶融池の赤外線強度は溶融状態に応じて異なるため、赤外線強度を測定することによってレーザ光の強度分布を溶接に適した特性に制御することができる。また例えば、溶融池の大きさは溶融状態に応じて異なるため、溶融池の大きさを測定することによってレーザ光の強度分布を溶接に適した特性に制御することができる。
好ましい構成として、前記分割器は、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を２つ
のレーザ光に分割するものである。
この構成によるように、２分割であれば、レーザ光を分割する分割器、いわゆるビームスプリッタの構成を簡易にすることができる。

このレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、接合対象に照射するレーザ光の強度分布をより適切に設定することができるようになる。

レーザ溶接装置を具体化した第１の実施形態について、その概略構成を示す構成図。 レーザ溶接装置を具体化した第２の実施形態について、その概略構成を示す構成図。 レーザ溶接装置を具体化した第３の実施形態について、その概略構成を示す構成図。 同レーザ溶接装置におけるケースと蓋との間の距離測定を模式的に示す模式図。 同レーザ溶接装置における合成されるレーザ光の一つの態様を示す模式図。 同レーザ溶接装置における合成されるレーザ光の他の態様を示す模式図。 レーザ溶接装置を具体化した第４の実施形態について、その概略構成を示す構成図。 同レーザ溶接装置における溶接時の溶接部分の状態を模式的に示す模式図。 同レーザ溶接装置における溶接部分の溶融状態を模式的に示す模式図。 同レーザ溶接装置における溶融状態と合成されるレーザ光との対応の概略関係を示すリスト。 レーザ溶接装置を具体化した第５の実施形態について、合成されるレーザ光を作成する構成を説明する説明図。 同レーザ溶接装置における合成されるレーザ光の作成の一態様について説明する説明図。 同レーザ溶接装置における合成されるレーザ光の作成の他の態様について説明する説明図。 レーザ溶接装置を具体化した他の実施形態について、合成されるレーザ光を作成する構成を説明する説明図。

（第１の実施形態）
図１に従って、レーザ溶接装置を具体化した第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、レーザ溶接装置は、レーザ発振器１１０から出力された発振レーザ光Ｌ０に基づき作成された照射レーザ光Ｌｔｇを接合対象に照射してレーザ溶接する。

本実施形態のレーザ溶接装置は、レーザ光を発振して出力するレーザ生成部１００と、レーザ生成部１００から出力される発振レーザ光Ｌ０を接合対象に照射させるレーザ光出力部２００とを備えている。またレーザ溶接装置は、レーザ生成部１００とレーザ光出力部２００とがレーザ光を伝達可能な第１及び第２の光ファイバー１９０，１９１によりレーザ光を伝達可能に接続されている。つまり、第１及び第２の光ファイバー１９０，１９１を介してレーザ生成部１００からレーザ光出力部２００にレーザ光を伝達させることができる。第１及び第２の光ファイバー１９０，１９１はそれぞれ、半導体レーザのレーザ光を伝達させることに適したものである。

レーザ生成部１００は、レーザ光を発振するレーザ発振器１１０と、レーザ発振器１１０から出力された発振レーザ光Ｌ０を可変の分割比率にて分割する分割器１２０とを備える。また、レーザ生成部１００は、分割器１２０により分割された一つのレーザ光としての第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度Ｐの分布である強度分布、いわゆるプロファイルを変更する強度分布変更器１３０とを備える。さらに、レーザ生成部１００は、分割器１２０により分割された他のレーザ光としての第１のレーザ光Ｌ１を並行光にする第１のコリメートレンズ１８０を備える。また、レーザ生成部１００は、強度分布変更器１３０から出力される強度分布の変更された第３のレーザ光Ｌ３の進行方向を変更する全反射ミラー１４０と、全反射ミラー１４０により進行方向が変更された第３のレーザ光Ｌ３を並行光にする第２のコリメートレンズ１８１とを備える。そして、レーザ生成部１００は、第１のコリメートレンズ１８０から平行光として出力される第１のレーザ光Ｌ１を第１の光ファイバー１９０に入力させ、第２のコリメートレンズ１８１から平行光として出力される第３のレーザ光Ｌ３を第２の光ファイバー１９１に入力させる。

レーザ発振器１１０は、いわゆる半導体レーザであって、レーザダイオードを発振させて発振レーザ光Ｌ０を出力する。レーザ発振器１１０は、発振レーザ光Ｌ０を、レーザ溶接に利用可能なレーザ光、例えば波長８８０〜９８０ナノメートル（ｎｍ）のレーザ光として出力する。またレーザ発振器１１０は、発振レーザ光Ｌ０のエネルギー強度Ｐの分布、いわゆる強度分布Ｄ０をトップハット型（矩形分布型）として出力する。半導体レーザからは、トップハット型の強度分布を有するレーザ光を出力させることは容易であるため、レーザ発振器１１０としての構成が簡単になりコストも抑えられるようになることが期待できる。

ところで、レーザ光のエネルギー強度Ｐの強度分布（プロファイル）の種類として、トップハット型とガウシアン型とがよく知られている。トップハット型は、例えば図１の強度分布Ｄ１に示すように、エネルギー強度Ｐの分布が矩形分布型であるものであり、ガウシアン型は、例えば図１の強度分布Ｄ３に示すように、エネルギー強度Ｐの分布が正規分布型であるものである。詳述すると、バックグラウンドレベルよりも有意に大きいレーザ光の強度を有する照射領域の径を照射径Φ１とする。例えば、有意に大きいレーザ光の強度とは、レーザ光の最大強度の１％以上の出力が照射される領域である。また、レーザ光の最大強度を最大値Ｍとするとき、照射強度の値が０．９Ｍとなる部分の径を０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱとする。つまり、０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱは、レーザ光の最大値Ｍの１０％以上の強度が照射される領域の径である。この場合、トップハット型及びガウシアン型は、照射径Φ１と０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱとの比で定義することができる。すなわち、本実施形態では、トップハット型の強度分布を下記の式（１）の関係式を満たすレーザ光の強度分布とする。

ΦＱ／Φ１≧０．９・・・（１）
また、ガウシアン型の強度分布を下記の式（２）の関係式を満たすレーザ光の強度分布とする。

ΦＱ／Φ１＜０．８・・・（２）
なお以下では、説明の便宜上、エネルギー強度Ｐの強度分布を単に、強度分布と記し、トップハット型の強度分布を単にトップハット型と記し、ガウシアン型の強度分布を単にガウシアン型と記す。

分割器１２０は、いわゆるビームスプリッタであって、発振レーザ光Ｌ０を入射光とし、この入射した発振レーザ光Ｌ０を第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との２つに分割する。なお本実施形態では、第１のレーザ光Ｌ１はその強度分布がトップハット型のままレーザ溶接に用いられ、第２のレーザ光Ｌ２はその強度分布がガウシアン型に変更されてからレーザ溶接に用いられるようになる。

分割器１２０は、レーザ光の透過率と反射率との比率、つまり分割比率が可変となっており、この分割比率を制御する制御部１２１と、入射されたレーザ光を透過及び反射させるスプリッター部１２２とを備えている。制御部１２１は、スプリッター部１２２の透過率及び反射率を変更させることによって分割比率を可変させる。例えば、スプリッター部１２２の透過率及び反射率がスプリッター部１２２の位置により変化するのであれば、制御部１２１は入力される発振レーザ光Ｌ０に対するスプリッター部１２２の相対位置を制御する。また、スプリッター部１２２の透過率及び反射率がスプリッター部１２２の角度により変化するのであれば、制御部１２１は入力される発振レーザ光Ｌ０に対するスプリッター部１２２の相対角度を制御する。

強度分布変更器１３０は、入力された発振レーザ光Ｌ０の強度分布を変更するものであり、ファイバーレーザ共振器が用いられる。ファイバーレーザ共振器は、入力されたレーザ光を増幅させる共振媒質としての光ファイバーを備えている。強度分布変更器１３０は、光ファイバーの一端にレーザ光を入力させる入力部と、光ファイバーの他端からのレーザ光を出力する出力部とを備える。よって強度分布変更器１３０は、入力部から第２のレーザ光Ｌ２を入力させ、出力部から光ファイバーを通じて増幅された第３のレーザ光Ｌ３を出力する。本実施形態では、強度分布変更器１３０は、トップハット型（強度分布Ｄ０）の第２のレーザ光Ｌ２が入力されると、ガウシアン型（強度分布Ｄ３）に変更された第３のレーザ光Ｌ３を出力する。

詳述すると、強度分布変更器１３０の光ファイバーは、いわゆるプロセスファイバーやダブルコアファイバーである。そしてこの光ファイバーは、小径のスポットビームと大径のスポットビームとを同一軸線上に同時に照射することもできる。光ファイバーは、中心部に配置されるファイバー形状の第１コア部と、ファイバー形状の第１コア部を円筒状に覆う第２コア部とを備える。さらに、光ファイバーは、第１コア部と第２コア部との間の第１クラッド部と、第２コア部の外周面の第２クラッド部と、第２クラッド部の外周面を被覆する樹脂などの外装とを備えている。第１コア部は小径のスポットビームを生成するものであり、第２コア部は大径のスポットビームを生成するものである。

すなわち強度分布変更器１３０は、励起光や信号光として第２のレーザ光Ｌ２を第１コア部や第２コア部に入力し、この励起光の入力された第１コア部を励起させることによって発振されるレーザ光を信号光に応じて第１コア部から出力させる。つまり、入力される第２のレーザ光Ｌ２は、強度分布変更器１３０を介して第３のレーザ光Ｌ３に変更されて出力される。

本実施形態では、強度分布変更器１３０は、入力するトップハット型（強度分布Ｄ０）の第２のレーザ光Ｌ２を、第１コア部の直径の分布範囲（スポット）とするガウシアン型（強度分布Ｄ３）に変更した第３のレーザ光Ｌ３として出力する。このように強度分布変更器１３０は、入力される第２のレーザ光Ｌ２の強度分布を変更して第３のレーザ光Ｌ３として出力する。

全反射ミラー１４０は、入力されたレーザ光を少ないロスで反射させるものである。全反射ミラー１４０は、第３のレーザ光Ｌ３の進行方向を変更させるためのものであり、入力した第３のレーザ光Ｌ３の進行方向をコリメートレンズ１８１の方向へ変更させる。

こうしてレーザ生成部１００からレーザ光出力部２００に第１のレーザ光Ｌ１と第３のレーザ光Ｌ３とが出力される。
レーザ光出力部２００は、いわゆるレーザ加工トーチであって、溶接加工用の照射レーザ光Ｌｔｇを出力し、接合対象に照射する。レーザ光出力部２００は、レーザ生成部１００から第１の光ファイバー１９０を介して伝達される第１のレーザ光Ｌ１を第４のレーザ光Ｌ４として入力し、第２の光ファイバー１９１を介して伝達される第３のレーザ光Ｌ３を第５のレーザ光Ｌ５として入力する。また、レーザ光出力部２００は、入力した第４及び第５のレーザ光Ｌ４，Ｌ５を合成させて生成される合成レーザ光Ｌ６に基づいて照射レーザ光Ｌｔｇを出力する。

レーザ光出力部２００は、入力した第５のレーザ光Ｌ５の進行方向を変更する全反射ミラー２２０と、入力した第４のレーザ光Ｌ４及び進行方向の変更された第５のレーザ光Ｌ５を合成して合成レーザ光Ｌ６を出力する合成器２１０とを備える。またレーザ光出力部２００は、合成レーザ光Ｌ６を集光するようにして出力し、接合対象に照射させる集光レンズ２５０を備えている。

合成器２１０は、いわゆるダイクロックミラーであって、入射する第４のレーザ光Ｌ４と第５のレーザ光Ｌ５とを合成して合成レーザ光Ｌ６を生成する。詳述すると、合成器２１０は、第４のレーザ光Ｌ４を透過させる一方、第５のレーザ光Ｌ５を反射させる反射部２１１を備える。合成器２１０は、反射部２１１を透過した第４のレーザ光Ｌ４の光軸と、反射部２１１に反射された第５のレーザ光Ｌ５の光軸とを同一軸線上に一致させることによって、第４のレーザ光Ｌ４と第５のレーザ光Ｌ５との合成された合成レーザ光Ｌ６を生成する。

また合成レーザ光Ｌ６は、分割された第１のレーザ光Ｌ１の強度分布Ｄ１と、強度分布変更器１３０によって変更された第３のレーザ光Ｌ３の強度分布Ｄ３とを合成させて得られる強度分布Ｄ６を備える。すなわち合成された強度分布Ｄ６は、第１のレーザ光Ｌ１のトップハット型（強度分布Ｄ１）と、このトップハット型よりも分布範囲の絞り込まれた第３のレーザ光Ｌ３のガウシアン型（強度分布Ｄ３）とを合成させものとなる。従って強度分布Ｄ６は、トップハット型（強度分布Ｄ１）を土台として、その分布範囲の中心にガウシアン型の強度分布Ｄ３が加算される態様で合成される。

なお、合成器２１０は、レーザ光の入力位置に応じて透過や反射するレーザ光の軸線の位置が変わるため、第４のレーザ光Ｌ４や第５のレーザ光Ｌ５の入力位置を調整することによって、第４のレーザ光Ｌ４の強度分布Ｄ１と、第５のレーザ光Ｌ５の強度分布Ｄ３との合成態様を変更することも可能である。つまり、ガウシアン型が加算される位置をトップハット型の分布範囲の中心部以外の位置に変更させた態様の強度分布を生成することもできる。

集光レンズ２５０は、入力されたレーザ光を所定の位置に集光させるように出力するレンズであって、入力される合成レーザ光Ｌ６を集光させるように調整した照射レーザ光Ｌｔｇを出力する。つまり集光レンズ２５０は、合成レーザ光Ｌ６の強度分布をその分布を保ったまま狭い範囲に集めることによって照射レーザ光Ｌｔｇの照射範囲におけるエネルギー強度Ｐを高くする。これにより、照射レーザ光Ｌｔｇは、溶接対象部分に高いエネルギー強度で照射されるようになり、溶接対象部分の温度上昇及び溶融が好適に行われるようにしている。例えば、接合対象が複数の金属製の部材であれば、各部材を溶融させてそれら金属部材を溶接することができるようになる。

本実施形態のレーザ溶接装置は、トップハット型とガウシアン型との強度分布の組み合わされた強度分布を有する合成レーザ光Ｌ６がその分布を保ったまま集光されてなる照射レーザ光Ｌｔｇが接合対象の溶接対象部分に照射される。

トップハット型は、レーザ光が照射される面におけるエネルギー強度Ｐが、レーザ光の分布する範囲（照射される範囲）に均等化されており、当該範囲内において２つの位置のエネルギー強度Ｐを比較したときその差が小さいものとなるような分布である。よって、トップハット型のレーザ光は、それが照射される範囲にレーザ光のエネルギーが均等に付与される。これによりレーザ光が照射される範囲に分布する熱量も平均化されるため、照射範囲全体が均等に加熱・溶融される。そして、接合対象は、この均等な溶融に応じた溶融状態によって安定的に溶接加工されるようになる。また、強度分布中にエネルギーの強度Ｐの高い部分が無いため、特定個所への過剰なエネルギー付与が抑制されて過熱や部品貫通などの過剰な溶融加工を生じさせるそれが低減されるようになる。このように、トップハット型は安定的な溶接加工を可能とし、溶接に関して安定した制御を行うことが容易である。一方、強度分布が平均化されている、つまりレーザ光のエネルギーが照射範囲に均等に分散されるため部材の加熱・溶融に時間を要したり、部材を深くまで加工しようとすると難しくなるという特性も有する。

一方、ガウシアン型は、レーザ光が照射される範囲のうち中央部の狭い範囲にレーザ光のエネルギーを集中させたエネルギー強度Ｐの高い部分を有し、その狭い範囲を集中的に加熱・溶融させる。そして、ガウシアン型は、この集中的な溶融に応じた溶融状態によって接合対象を溶接させるため迅速な溶接加工を可能にする。このとき、ガウシアン型は、エネルギー強度Ｐの高い部分に気化した材料による凹み、いわゆるキーホールを発現させて溶融した部材の対流などを生じさせ深くまでの溶融加工を行うことのできる溶融状態とさせることも可能である。つまり、エネルギー強度Ｐの高い部分を有することから短時間での確実な加熱・溶融が可能であるため溶接を行いやすかったり、部材深くまでの溶融加工を可能としたりする。一方、エネルギーの強度Ｐが高い部分を有することから、短時間で溶接状態が変わるなど加工に対する感度が高くなるとともに、ロバスト安定性が低下したり、照射時間が少しでも長くなると過熱や貫通のおそれが生じたり、レーザ光を照射する位置を高い精度で制御しなければならないなど、精度の高い制御が求められるという特性も有する。

上述のように、照射レーザ光Ｌｔｇは、照射範囲が集約されて狭くなるとともに、エネルギー強度Ｐは高められてはいるものの、合成レーザ光Ｌ６の強度分布Ｄ６と同様の形状の強度分布を有している。このように強度分布Ｄ６と同形状の強度分布を有する照射レーザ光Ｌｔｇは、ガウシアン型の対応する照射範囲には平均的にエネルギーが付与されることから安定的な溶接加工が可能となり、その制御も容易である。また、ガウシアン型の対応する照射範囲の中心部は高いエネルギーによる確実な溶接加工が期待される。

詳述すると、照射レーザ光Ｌｔｇは、トップハット型の分布によって照射範囲全体を均等に加熱・溶融させ、その中心部に照射されるガウシアン型によって中心部の加熱・溶融を補助させるため、ガウシアン型のエネルギー強度の低下も可能となり、ガウシアン型のレーザ光の低下によって溶接加工の安定性も向上する。一方、照射レーザ光Ｌｔｇは、ガウシアン型によって中心部の迅速な温度上昇・溶融を行わせるとことができることに併せ、中心部の温度上昇や溶融がトップハット型の部分にも迅速に伝えられるようになりトップハット型による溶接加工の迅速性も向上する。つまり、トップハット型とガウシアン型が合成された照射レーザ光Ｌｔｇによれば、トップハット型の安定性と、ガウシアン型の迅速性とを兼ね備えた溶接加工を行うことができるようになる。また、合成させるトップハット型とガウシアン型との比率を可変とすることで、接合対象に好適な強度分布（プロファイル）を作成することができるようになる。

またレーザ光の強度分布は、一般にレーザ発振器の発振するレーザ光に制約されるなどレーザ発振器による制約などが大きく、その強度分布の状態を容易に調節することはできない。しかし本実施形態によれば、上述したように、レーザ発振器１１０から照射された発振レーザ光Ｌ０を分割し、その分割されたうちの１つの第２のレーザ光Ｌ２の強度分布を変更して第３のレーザ光Ｌ３を生成し、そして分割された第１及び第３のレーザ光Ｌ１，Ｌ３を合成することで、レーザ光の強度分布を簡易に調整することができる。つまり本実施形態のレーザ溶接装置によれば、接合対象に照射するレーザ光の強度分布をより適切に設定することができる。

本実施形態の作用について説明する。
まず、接合対象の溶接対象部分の状態に対応する適切な強度分布が定められる。そして適切な強度分布が定められると、合成レーザ光Ｌ６の強度分布を定められた強度分布に対応させるべく分割器１２０の分割比率が特定される。そして特定された分割比率に基づいて分割器１２０の制御部１２１は、スプリッター部１２２の分割比率を制御する。例えば分割器１２０は、自身もしくは外部の設定器によって設定される分割比率に応じてスプリッター部１２２の分割比率を制御する。これにより、発振レーザ光Ｌ０は、分割比率が適切に制御されたスプリッター部１２２に入力されることで適切な分割比率で透過又は反射されて第１及び第２のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に分割され、この分割された第１及び第２のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に応じて生成される各強度分布を有する合成レーザ光Ｌ６を生成させる。

これにより、接合対象に照射するレーザ光の強度分布をより適切に設定することができる。
以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（１）レーザ発振器１１０にて発振される発振レーザ光Ｌ０を分割し、そのうちの一つである第２のレーザ光Ｌ２を強度分布変更器１３０で変更し、他のレーザ光である第１のレーザ光Ｌ１と合成させる。これにより、レーザ発振器１１０の特性を変えることなく、接合対象に照射される照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布、いわゆるプロファイルを変更させることができる。つまり、分割された第２のレーザ光Ｌ２を調整する一方、第１のレーザ光Ｌ１をそのまま用いることによって、接合対象に照射される照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布の変更が比較的に簡単に行えるようになる。これにより、接合対象に照射される照射レーザ光Ｌｔｇを溶接に適した強度分布に変更することが可能になる。

また、スプリッター部１２２によるレーザ光の分割比率を制御するという比較的簡単な方法だけで、接合対象に照射される合成レーザ光Ｌ６の強度分布（ガウシアン型の強度分布とトップハット型の強度分布の比率）を制御することができる。

（２）レーザ光の強度分布には、ガウシアン型やトップハット型など照射範囲におけるレーザ光の強度分布に基づくものがあり、この強度分布に応じて溶接に関する特性も相違する。そこで、強度分布変更器１３０から出力する第３のレーザ光Ｌ３を、第１のレーザ光Ｌ１と相違する強度分布とすることで、合成される合成レーザ光Ｌ６の溶接に関する特性が調整されるようになる。

（３）２分割であれば、発振レーザ光Ｌ０を分割する分割器１２０、いわゆるビームスプリッタの構成を簡易にすることができる。
（第２の実施形態）
図２に従って、レーザ溶接装置を具体化した第２の実施形態について説明する。

なお、本実施形態は、強度分布変更器１３０をレーザ光出力部２００に設けた構成である点が第１の実施形態のレーザ溶接装置の構成と相違するものの、その他の構成は同様であることから同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、レーザ光出力部２００は、レーザ発振器１１０の発振した発振レーザ光Ｌ０を入力するとともに、照射レーザ光Ｌｔｇを出力して接合対象としての電池３００の溶接対象部分に照射させる。電池３００は、金属製のケース３１０と、金属製の蓋３２０とから構成されており、ケース３１０と蓋３２０との組み合わせにより形成される溶接対象部分がレーザ光出力部２００から照射される照射レーザ光Ｌｔｇにより溶接される。

レーザ光出力部２００は、分割器１２０と、強度分布変更器１３０と、合成器２１０と、コリメートレンズ２６０と、集光レンズ２５０とを備える。なお、コリメートレンズ２６０は、入射された合成レーザ光Ｌ１０を並行光にするレンズであり、第１の実施形態のコリメートレンズ１８０，１８１と略同様のものである。

レーザ光出力部２００は、入力したレーザ発振器１１０の発振した発振レーザ光Ｌ０を分割器１２０にて第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とに分割する。このとき、分割器１２０の分割比率は所定の強度分布Ｄ１０の合成レーザ光Ｌ１０が得られるように調整されている。第２のレーザ光Ｌ２は強度分布変更器１３０を介して強度分布の変更された第３のレーザ光Ｌ３として出力される。また、第１のレーザ光Ｌ１と第３のレーザ光Ｌ３とは合成器２１０に入射されて合成された強度分布Ｄ１０の合成レーザ光Ｌ１０として出力される。つまり、合成レーザ光Ｌ１０の強度分布Ｄ１０は、第１のレーザ光Ｌ１の強度分布と、第３のレーザ光Ｌ３の強度分布Ｄ０とが合成された分布となる。そして、合成レーザ光Ｌ１０はコリメートレンズ２６０にて並行光Ｌ１１とされ、この並行光Ｌ１１を入力した集光レンズ２５０から出力される照射レーザ光Ｌｔｇが電池３００の溶接対象部分に照射される。

ところで、強度分布変更器１３０は、レーザ光を発振するその第１コア部が発熱することが知られているが、第１コア部の発熱量はそれほど多くないとともに、第１クラッド部を介して第２コア部や第２クラッド部などに拡散しやすいことからレーザ光出力部２００が従来から備える冷却能力を大きく変更することなく冷却させることもできる。また、強度分布変更器１３０は、小型であるとともに、メンテナンスに要する手間も少ないため、レーザ光出力部２００に搭載することも容易である。

以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、上記第１の実施形態に記載した（１）〜（３）の効果に加えて、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（４）強度分布変更器１３０は小型であることや発熱量が少ないことなどからレーザ光出力部２００に設けることも容易である。
（第３の実施形態）
図３〜６に従って、レーザ溶接装置を具体化した第３の実施形態について説明する。

なお、本実施形態は、溶接対象部分であるケース３１０と蓋３２０との間の距離に応じて分割比率を定める構成が付加されていることが第２の実施形態のレーザ溶接装置の構成と相違するものの、その他の構成は同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、レーザ溶接装置は、接合対象とする電池３００のケース３１０と蓋３２０との２つの部材の間の距離、つまりケース３１０と蓋３２０とが形成する溝部３３０（図４参照）の溝幅Ｗを検出する検出部としての検出器２７０を４つ備えている。

詳述すると、図４に示すように、検出器２７０は、ケース３１０と蓋３２０との間の溝部３３０の溝幅Ｗを計測用レーザＳｅによるレーザ計測によって検出する。例えば、検出器２７０は、溝部３３０を横切るように計測用レーザＳｅを移動（スキャン）させて検出器２７０と接合対象との間の距離を測長し、ケース３１０と蓋３２０との間に挟まれて測長結果の長くなる部分を溝部３３０の溝幅Ｗとして認識する。また検出器２７０が画像認識によって溝部３３０とその溝幅Ｗを認識してもよい。検出器２７０は、検出した溝部３３０の溝幅Ｗを制御装置５００に出力する。

制御装置５００は、溝部３３０の溝幅Ｗに応じて合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を調整する。制御装置５００は、レーザ発振器１１０、分割器１２０及び検出器２７０に接続されており、検出器２７０からは検出した溝部３３０の溝幅Ｗが入力される。また制御装置５００は、分割器１２０の分割比率を制御する。つまり、分割器１２０は、制御装置５００からの制御信号に応じ、制御部１２１を通じてスプリッター部１２２の分割比率を調整する。

図５に示すように、制御装置５００は、溝部３３０の溝幅Ｗが広いとき、合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を、ガウシアン型よりもトップハット型の割合を高くする態様の強度分布Ｄ２０とするように分割比率を制御する。これは広い溝幅Ｗがガウシアン型のレーザ光が溶融池に作成するキーホールと同等の役割を果たすため、照射レーザ光Ｌｔｇによってキーホールを作成しなくても済むためである。つまり、この強度分布Ｄ２０によれば、広い溝幅Ｗの溶接対象部分を安定的でありながら迅速に溶接加工することが可能になる。

一方、図６に示すように、制御装置５００は、溝部３３０の溝幅Ｗが狭いとき、合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を、トップハット型よりもガウシアン型の割合を高くする態様の強度分布Ｄ２１とするように分割比率を制御する。これにより、狭い溝幅Ｗの部分に生成される溶融池に、ガウシアン型の照射レーザ光Ｌｔｇによってキーホールを作成させ、迅速かつ深い位置までの溶接加工を可能とさせることができる。

なお、分割比率は、溝部３３０の溝幅Ｗが溶接範囲において略一定であれば、レーザ溶接開始前の測定で定めることができる。一方、溶接対象部分が移動すると溝部３３０の溝幅Ｗが変動するような場合であれば、これから溶接対象となる部分の溝幅Ｗを測定しつつ、その測定した溝幅Ｗに基づいて分割比率をフィードバック制御することもできる。また、制御装置５００は、レーザ発振器１１０の発振レーザ光Ｌ０の出力強度を制御するものであってもよい。その場合、レーザ発振器１１０は、制御装置５００からの制御信号に応じて出力強度が可変とされる。これにより、制御装置５００は、該制御装置５００からの制御信号によってより適切な溶接制御を行うことができるようになる。

以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、上記第１及び第２の実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加えて、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（５）接合対象の間に形成される溝部３３０の距離である溝幅Ｗに応じて溶接状態が変化することを発明者らは研究を通じて見出した。よって、発振レーザ光Ｌ０の分割比率を溝部３３０の溝幅Ｗに応じて適切な分割比率に制御することにより接合対象に照射される照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布が好適に変更されてレーザ溶接の精度が向上する。

（６）溝部３３０の溝幅Ｗは公差や個体差などによって相違していることがあることから、検出器２７０により検出する間隔に応じて発振レーザ光Ｌ０の分割比率を変化させることにより適切な溶接を維持し、照射レーザ光Ｌｔｇによる溶接精度がより向上される可能性が高められる。

（第４の実施形態）
図７〜１０に従って、レーザ溶接装置を具体化した第４の実施形態について説明する。
なお、本実施形態は、溶接対象部分の溶融状態に応じて分割器１２０の分割比率を定める構成であることが第３の実施形態のレーザ溶接装置の構成と相違するものの、その他の構成は同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図７に示すように、レーザ光出力部２００は、照射レーザ光Ｌｔｇが照射されている溶接対象部分の部材について溶融状態を示す反射光Ｌｒを溶融状態測定器を構成する画像認識装置４１０及び強度測定装置４２０にて測定する。レーザ光出力部２００は、反射光Ｌｒを、集光レンズ２５０と、第１及び第２の分光器４００，４０１とを介して、画像認識装置４１０及び強度測定装置４２０に入力させる。

図８及び図９に示すように、レーザ光出力部２００は、照射レーザ光Ｌｔｇが照射されているケース３１０と蓋３２０との間の溝部３３０の溶融池３５０の状態を示す反射光Ｌｒを入力する。例えば、溶融池３５０は溶接対象部材、例えば金属が溶融しているため放射する光や熱などのエネルギーが高い一方、溶接の済んだビード３４０は温度が低下し固化しているため放射する光や熱などのエネルギーが低い。

図７に示すように、第１の分光器４００は、並行光Ｌ１１を透過させるとともに、並行光Ｌ１１の進行方向とは逆方向から入射される反射光Ｌｒを反射させるものである。
第２の分光器４０１は、光の波長に応じて画像認識装置４１０に入力させる光と、強度測定装置４２０に入力させる光とを分光させるものである。第２の分光器４０１は、波長１０００ｎｍを含む波長領域の光を透過させるとともに、波長４００〜５００ｎｍを含む波長領域の光とを反射させることにより分光させる。そして、第２の分光器４０１は、透過させた波長１０００ｎｍを含む波長領域の光を画像認識装置４１０に入力させるとともに、反射させた波長４００〜５００ｎｍを含む波長領域の光を強度測定装置４２０に入力させる。

画像認識装置４１０は、溶融池３５０の画像を撮像するカメラ、例えばＣＣＤカメラを含み構成されている。画像認識装置４１０は、波長１０００ｎｍを含む波長領域の光を撮像して認識する画像認識装置であって、溶融池３５０の大きさを検出する。波長１０００ｎｍを含む波長領域は、溶接時に溶接対象が生じる光を好適に測定できる領域である。溶融池３５０は液状であって、ケース３１０や蓋３２０、ビード３４０などの固体部分とは表面状態などが相違することなどからその大きさを検出することができる。なお、溶融池３５０の大きさは、その他の光から検出できる輝度や温度などに基づいて検出されてもよい。画像認識装置４１０は、検出した溶融池３５０の大きさを制御装置５００へ出力する。

強度測定装置４２０は、溶融池３５０の赤外線の強度を測定するセンサ、例えば赤外線センサを含み構成されている。強度測定装置４２０は、波長４００〜５００ｎｍを含む光の発光強度を測定する装置であって、例えば、溶融した金属が気化（プラズマ化）するとき発光される光を好適に測定することができる。例えば、金属のうちアルミニウムを含む材料の気化温度は２３００〜２５００℃程度である。強度測定装置４２０は、検出した発光強度の強さを制御装置５００へ出力する。

制御装置５００は、レーザ発振器１１０、分割器１２０、画像認識装置４１０及び強度測定装置４２０に接続されている。
制御装置５００は、溶融池３５０の大きさ及び発光強度の強さに応じてレーザ発振器１１０及び分割器１２０の少なくとも一方を制御することで合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を調整する。

まず、制御装置５００が、溶融池３５０の大きさに応じて強度分布を制御することについて説明する。制御装置５００は、溶融池３５０の大きさに応じて、照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布のうちトップハット型のエネルギー強度を調整する。これは、溶融池３５０の大きさと、照射レーザ光Ｌｔｇの照射される全範囲に付与されるエネルギー量との間に相関関係があり、全範囲にエネルギーを付与するトップハット型の影響が大きいからである。

制御装置５００は、溶融池３５０の大きさが溶接に適した大きさに対して大きいか否かを判断することができる。制御装置５００は、溶融池３５０の大きさが大きいと判断すると、照射レーザ光Ｌｔｇのうちのトップハット型のエネルギー強度を低くするように制御する。逆に、制御装置５００は、溶融池３５０の大きさが小さいと判断すると、照射レーザ光Ｌｔｇのうちトップハット型のエネルギー強度を高くするように制御する。このとき、制御装置５００は、第１のレーザ光Ｌ１のエネルギー強度を制御することによって照射レーザ光Ｌｔｇのトップハット型のエネルギー強度を制御する。

ところで、本実施形態では、第１のレーザ光Ｌ１のエネルギー強度は、レーザ発振器１１０のレーザ光の出力の調整、及び、分割器１２０の分割比率の調整の少なくとも一方で行うことができる。

具体的には、制御装置５００は、レーザ発振器１１０の出力を上昇（又は低下）させることで第１のレーザ光Ｌ１のエネルギー強度を高く（又は低く）させることができる。このとき、分割されるもう一方の第２のレーザ光Ｌ２の強度も併せて高く（又は低く）される。このため、合成レーザ光Ｌ１０に含まれるトップハット型及びガウシアン型のエネルギー強度はいずれも同様に高く（又は低く）なる。

また制御装置５００は、分割器１２０の分割比率を透過率を高く（又は低く）するように変更することで第１のレーザ光Ｌ１のエネルギー強度を高く（又は低く）させることができる。なおこのとき、透過率とは逆に、反射率は低く（又は高く）なるため第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度は低く（又は高く）なる。よって、合成レーザ光Ｌ１０に含まれるトップハット型のエネルギー強度は高く（又は低く）なる一方、ガウシアン型のエネルギー強度は低く（又は高く）なる。

続いて、制御装置５００が、溶融池３５０の発光強度の強さに応じて強度分布を制御する態様について説明する。制御装置５００は、溶融池３５０の発光強度の強さに応じて、照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布のうちガウシアン型のエネルギー強度を調整する。これは、溶融池３５０の発光強度は激しく溶融している部分から強く発光される傾向にあり、照射レーザ光Ｌｔｇのうち最大のエネルギーを付与する部分を有するガウシアン型の影響が大きいからである。

制御装置５００は、溶融池３５０の発光強度の強さが適切な溶融状態における発光強度に対して強いか否かを判断することができる。制御装置５００は、溶融池３５０の発光強度が強いと判断すると、照射レーザ光Ｌｔｇのうちのガウシアン型のエネルギー強度を低くするように制御する。逆に、制御装置５００は、溶融池３５０の発光強度が弱いと判断すると、ガウシアン型のエネルギー強度を高くするように制御する。このとき、制御装置５００は、第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度を制御することによって照射レーザ光Ｌｔｇのガウシアン型のエネルギー強度を制御する。

ところで、本実施形態では、第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度は、レーザ発振器１１０のレーザ光の出力の調整、及び、分割器１２０の分割比率の調整の少なくとも一方で行うことができる。

具体的には、制御装置５００は、レーザ発振器１１０の出力を上昇（又は低下）させることで第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度を高く（又は低く）させることができる。このとき、分割されるもう一方の第１のレーザ光Ｌ１の強度も併せて高く（又は低く）される。このため、合成レーザ光Ｌ１０に含まれるトップハット型及びガウシアン型のエネルギー強度はいずれも同様に高く（又は低く）なる。

また制御装置５００は、分割器１２０の分割比率を反射率を高く（又は低く）するように変更することで第２のレーザ光Ｌ２のエネルギー強度を高く（又は低く）させることができる。なおこのとき、反射率とは逆に、透過率は低く（又は高く）なるため第１のレーザ光Ｌ１のエネルギー強度は低く（又は高く）なる。よって、合成レーザ光Ｌ１０に含まれるガウシアン型のエネルギー強度は高く（又は低く）なる一方、トップハット型のエネルギー強度は低く（又は高く）なる。

図１０のリスト５１０を参照して、制御装置５００が溶融池３５０の大きさ及び発光強度の強さに応じて合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を調整する例について説明する。
制御装置５００は、発光強度「強」かつ溶融池「大」のとき、溶接対象部分の全体に照射しているエネルギー強度が高いと判断すると、トップハット型及びガウシアン型のエネルギー強度をいずれも低くするように制御する。例えば、制御装置５００は、レーザ発振器１１０の出力を低下させる。

また制御装置５００は、発光強度「弱」かつ溶融池「大」のとき、溶接対象部分の全体に照射しているエネルギー強度は高い一方、溶接対象部分の中心部に照射されているエネルギー強度は低いと判断するようにする。すると制御装置５００は、ガウシアン型のエネルギー強度を高くする一方、トップハット型のエネルギー強度は低くするように制御する。例えば、制御装置５００は、分割器１２０の分割比率を透過率を低くするように制御する。

さらに制御装置５００は、発光強度「弱」かつ溶融池「小」のとき、溶接対象部分に照射しているエネルギー強度が低いと判断すると、トップハット型及びガウシアン型のエネルギー強度をいずれも高くするように制御する。例えば、制御装置５００は、レーザ発振器１１０の出力を上昇させる。

また制御装置５００は、発光強度「強」かつ溶融池「小」のとき、溶接対象部分の全体に照射しているエネルギー強度が低い一方、溶接対象部分の中心部に照射しているエネルギー強度は高いと判断する。すると制御装置５００は、ガウシアン型のエネルギー強度を低くする一方、トップハット型のエネルギー強度を高くするように制御する。例えば、制御装置５００は、分割器１２０の分割比率を透過率を高くするように制御する。

このように、レーザ溶接装置は、溶接対象部分の溶融池３５０の大きさや発光強度の強さに応じて、溶接に適した強度分布を有する合成レーザ光Ｌ１０を生成し、これを照射レーザ光Ｌｔｇとして接合対象に照射することができる。よって、接合対象の溶接対象部分に好適な溶接状態を維持させつつ溶接加工を行うことができるようになる。

以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、上記第１及び第２の実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加えて、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（７）発振レーザ光Ｌ０の分割比率が接合対象の溶融状態に応じて制御される、つまりフィードバック制御されるため溶接対象部分に適切な溶接が維持される可能性が高められる。例えば、溶融池３５０の赤外線強度は溶融状態に応じて異なるため、赤外線強度を測定することによって照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布を溶接に適した特性に制御することができる。また例えば、溶融池の大きさは溶融状態に応じて異なるため、溶融池３５０の大きさを測定することによって照射レーザ光Ｌｔｇの強度分布を溶接に適した特性に制御することができる。

（第５の実施形態）
図１１〜１３に従って、レーザ溶接装置を具体化した第５の実施形態について説明する。

なお、本実施形態は、強度分布変更器１３０の出力を合成レーザ光Ｌ３５として集光レンズ１５６に入力する構成であることが第２の実施形態のレーザ溶接装置の構成と相違するものの、その他の構成は同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、図１１〜図１３において、強度分布変更器１３０は、説明の便宜上、光ファイバーの構成のみを図示し、その他の構成の図示を割愛している。なお、強度分布変更器１３０の第１コア部１３１と第２コア部１３２との間には第１クラッド部１３３が、第２コア部１３２の外周面には第２クラッド部１３４がそれぞれ設けられている。

図１１〜図１３に示すように、レーザ溶接装置は、高輝度なＹＡＧレーザなどのレーザ発振装置から出力されたガウシアン型（強度分布Ｄ３０）の発振レーザ光Ｌ３０を、分割器１５０を介して強度分布変更器１３０の第１コア部１３１及び第２コア部１３２の少なくとも一方に入力させる。分割器１５０を通過した発振レーザ光Ｌ３０は、分割器１５０と強度分布変更器１３０との間に設けられた集光レンズ１５４により集光されて第１コア部１３１及び第２コア部１３２の少なくとも一方に適切に入力される。強度分布変更器１３０は、入力された発振レーザ光Ｌ３０の強度分布を変更させて合成レーザ光（合成レーザ光Ｌ３５，Ｌ３６，Ｌ３７）として出力させる。合成レーザ光Ｌ３６は、強度分布変更器１３０の第１コア部１３１から出力される変更されたレーザ光と、第２コア部１３２から出力される発振レーザ光Ｌ３０の一部からなるレーザ光とが合成されたものとなる。そして、強度分布変更器１３０から出力される合成レーザ光Ｌ３６などは、コリメートレンズ１５５により一旦並行光とされるとともに、その並行光が集光レンズ１５６により集光されて溶接対象に溶接加工用のレーザ光として照射される。なお、強度分布変更器１３０の第１コア部１３１はレーザ光の強度分布をガウシアン型に変更させ、第２コア部１３２はレーザ光の強度分布をトップハット型に変更させる。よって、ガウシアン型の発振レーザ光Ｌ３０が入力された場合であれ、強度分布変更器１３０は、第１コア部１３１からガウシアン型のレーザ光を出力し、第２コア部１３２からトップハット型のレーザ光を出力させる。

分割器１５０は、いわゆる異型プリズムもしくはビームスプリッタであって、発振レーザ光Ｌ３０の進行方向を維持する維持面１５１と、進行方向を変更させる屈折面１５２とを備える。分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０のうち維持面１５１を透過する第１のレーザ光Ｌ３１を、集光レンズ１５４を介して第１コア部１３１に入力させ、屈折面１５２を透過する第２のレーザ光Ｌ３２を、集光レンズ１５４を介して第２コア部１３２に入力させる。つまり、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０を２つのレーザ光に分割する。また、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０の進行方向に交差する、例えば直行する方向（図において矢印の方向）に移動可能となっており、発振レーザ光Ｌ３０を透過させる部分を、維持面１５１のみ、維持面１５１及び屈折面１５２、屈折面１５２のみのいずれにすることができる。また、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０の維持面１５１と屈折面１５２とに跨る比率を変更させることで分割比率を変更させることができる。つまり、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０に対して相対移動することにより分割比率を変更する。

例えば、図１１に示すように、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０を維持面１５１のみを通過させることによって維持面１５１を透過した第１のレーザ光Ｌ３１を、集光レンズ１５４を介して第１コア部１３１のみに入力させる。なお発振レーザ光Ｌ３０は屈折面１５２を透過しないため、第２コア部１３２には入力されない。これにより、強度分布変更器１３０の出力部から第１コア部１３１にて変更されたガウシアン型（強度分布Ｄ３５）の合成レーザ光Ｌ３５が出力される。

例えば、図１２に示すように、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０を維持面１５１と屈折面１５２とを通過させることによって維持面１５１を透過した第１のレーザ光Ｌ３１を、集光レンズ１５４を介して第１コア部１３１に入力させ、屈折面１５２を透過した第２のレーザ光Ｌ３２を、集光レンズ１５４を介して第２コア部１３２に入力させる。これにより、強度分布変更器１３０の出力部から第１コア部１３１にて変更されたガウシアン型の強度分布と、第２コア部１３２による導光によって変換されたトップハット型の強度分布との合成された強度分布Ｄ３６の合成レーザ光Ｌ３６が出力される。

例えば、図１３に示すように、分割器１５０は、発振レーザ光Ｌ３０を屈折面１５２のみを通過させることによって屈折面１５２を透過した第２のレーザ光Ｌ３２を、集光レンズ１５４を介して第２コア部１３２のみに入力させる。なお発振レーザ光Ｌ３０は維持面１５１を透過しないため、第１コア部１３１には入力されない。これにより、強度分布変更器１３０の出力部から第２コア部１３２にて変更されたトップハット型（強度分布Ｄ３７）の合成レーザ光Ｌ３７が出力される。

すなわち、ガウシアン型の強度分布とトップハット型の強度分布とが合成されてなる強度分布を有する合成レーザ光Ｌ３６を分割器１５０の移動のみの簡単な制御で作成できるようになる。これにより、溶接対象の溶接に適切な強度分布のレーザ光が作成されるようになる。

以上説明したように、本実施形態のレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法によれば、上記第１及び第２の実施形態に記載した（１），（２），（４）の効果に加えて、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（８）強度分布変更器１３０は、ダブルコアファーバーであることから、第２のレーザ光Ｌ３２の特性も変更することができるようになる。これにより合成レーザ光Ｌ３６の強度分布をより溶接に適した特性に変更することのできる可能性が高められる。

（９）２分割であれば、発振レーザ光Ｌ３０を分割する分割器１５０の構成を簡易にすることができる。
（その他の実施形態）
なお上記各実施形態は、以下の態様で実施することもできる。

・上記第５の実施形態では、発振レーザ光Ｌ３０はガウシアン型（強度分布Ｄ３０）である場合について例示した。しかしこれに限らず、発振レーザ光の強度分布は、半導体レーザが発振するトップハット型など、ガウシアン型以外の分布であってもよい。

例えば、図１４に示すように、半導体レーザの発振するトップハット型（強度分布Ｄ４０）の発振レーザ光Ｌ４０を分割器１５０を介して強度分布変更器１３０に入力させてもよい。つまり、発振レーザ光Ｌ４０は、分割器１５０の維持面１５１を介して第１のレーザ光Ｌ４１が集光レンズ１５４を介して第１コア部１３１に入力され、同屈折面１５２を介して第２のレーザ光Ｌ４２が集光レンズ１５４を介して第２コア部１３２に入力される。そして、強度分布変更器１３０の出力部から、第１コア部１３１にて変更されたガウシアン型の強度分布と、クラッド部に導光されたトップハット型の強度分布とを合成された強度分布Ｄ４５の合成レーザ光Ｌ４５が出力される。そして、強度分布変更器１３０から出力される合成レーザ光Ｌ４５は、コリメートレンズ１５５により一旦並行光とされるとともに、その並行光が集光レンズ１５６により集光されて溶接対象に溶接加工用のレーザ光として照射される。

これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。
・上記第４の実施形態では、溶融池３５０の大きさ及び発光強度の強さに応じて合成レーザ光Ｌ１０の強度分布を調整する場合について例示した。しかしこれに限らず、合成レーザ光の強度分布は、溶融池の大きさ及び発光強度の強さのいずれか一方に応じて調整されてもよい。溶融池の大きさ及び発光強度の強さのいずれか一方に応じて調整される場合であれ、溶融池の大きさを適切な大きさにするように、又は、溶融池の発光強度を適切な強さにするように、合成レーザ光の強度分布を制御することができる。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。

・上記第３の実施形態では、検出器２７０は、ケース３１０と蓋３２０との間の溝部３３０の溝幅Ｗを計測用レーザＳｅにて計測する場合について例示した。しかしこれに限らず、溝部の溝幅を測定できるのであれば、画像認識などにより計測してもよいし、レーザ計測以外であってもよい。なお、フィードバックなどを行う場合、非接触での計測が望ましいが、接触式の計測器によって計測してもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度が向上されるようになる。

・上記第３の実施形態では、検出器２７０が４つある場合について例示したが、これに限らず、溶接対象部分の溝部の溝幅が測定できるのであれば、検出器は１〜３個のいずれであってもよいし、５つ以上あってもよい。検出器が１〜３個であれば装置の構成を簡単にすることができ、５つ以上であれば測定精度を高めたり、測定時間を短縮させたりすることができるようになる。これにより、レーザ溶接装置としての利便性の向上が図られるようになる。

・上記第１〜第４の実施形態では、レーザ発振器１１０からトップハット型の発振レーザ光Ｌ０が出力される場合について例示した。しかしこれに限らず、レーザ光の合成により照射レーザ光の強度分布を変更することができるのであれば、レーザ発振器から出力される発振レーザ光の強度分布はガウシアン型などトップハット型以外の分布であってもよい。

すなわち、上記第１〜４の実施形態では、トップハット型の発振レーザ光Ｌ０を発振し、その一部を強度分布変更器１３０でガウシアン型に変更し、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光を合成している場合について説明した。しかしこれに限らず、ガウシアン型の発振レーザ光を発振し、その一部を強度分布変更器でトップハット型に変更し、ガウシアン型のレーザ光とトップハット型のレーザ光とを合成するようにしてもよい。

これにより、レーザ溶接装置を設計する自由度の向上が図られるようになる。
・上記第１〜第４の実施形態では、スプリッター部１２２の相対位置や相対角度を変更させることで分割比率が変えられる場合について例示した。しかしこれに限らず、スプリッター部１２２の分割比率が可変とされるのであれば、どのような態様で可変とされてもよい。例えば、透過率及び反射率の定められた複数のスプリッター部を入れ替えるような構成であってもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。

・上記各実施形態では、分割器１２０，１５０は分割比率が設定される場合について例示したがこれに限らず、発振レーザ光を適切に分割することができるのであれば、分割比率の変わりに、透過率や反射率などで設定されてもよい。また、分割比率、透過率や反射率などに対応する、位置や角度などの関連する値によって設定されてもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。

・上記各実施形態では、強度分布変更器１３０はファイバーレーザ共振器である場合について例示した。しかしこれに限らず、レーザ光の強度分布を変更することができるものであれば、強度分布変更器は、ファイバーレーザ共振器（光ファイバー）より構成されたものでなくてもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。

・上記各実施形態では、電池３００を溶接する場合について例示したが、これに限らず、溶接加工を要するものであれば、電池以外のものを溶接対象にしてもよい。これにより、レーザ溶接装置を適用することのできる範囲の拡張が図られるようになる。

・上記各実施形態では、接合対象が金属製の部材である場合について例示した。しかしこれに限らず、接合対象の部材は、レーザにより溶融させることができる材料であれば、例えば樹脂など、金属以外の材料からなる部材であってもよい。これにより、レーザ溶接装置として設計の自由度が向上されるようになる。

１００…レーザ生成部、１１０…レーザ発振器、１２０…分割器、１２１…制御部、１２２…スプリッター部、１３０…強度分布変更器、１３１…第１コア部、１３２…第２コア部、１３３…第１クラッド部、１３４…第２クラッド部、１４０…全反射ミラー、１５０…分割器、１５１…維持面、１５２…屈折面、１５４，１５６…集光レンズ、１５５…コリメートレンズ、１８０…第１のコリメートレンズ、１８１…第２のコリメートレンズ、１９０…第１の光ファイバー、１９１…第２の光ファイバー、２００…レーザ光出力部、２１０…合成器、２１１…反射部、２２０…全反射ミラー、２５０…集光レンズ、２６０…コリメートレンズ、２７０…検出器、３００…電池、３１０…ケース、３２０…蓋、３３０…溝部、３４０…ビード、３５０…溶融池、４００…第１の分光器、４０１…第２の分光器、４１０…画像認識装置、４２０…強度測定装置、５００…制御装置、５１０…リスト。

Claims (7)

1. レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、
   前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布変更器と、
   前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、を備え、
   前記強度分布変更器は、入力されたレーザ光の強度分布をトップハット型からトップハット型よりも分布範囲の絞り込まれたガウシアン型に変更するものであり、
   前記合成器は、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光とを入力するとともに、トップハット型のレーザ光の分布範囲の中心にガウシアン型のレーザ光を加算したレーザ光を合成する
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。
2. レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、
   前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布変更器と、
   前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、
   前記合成器より合成したレーザ光が照射される溝部であって、接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅を検出して前記制御装置に出力する検出部と、を備え、
   前記制御装置は、前記検出部の検出した前記２つの部材が形成する溝部の幅に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。
3. レーザ発振器から出力されたレーザ光を可変の分割比率にて分割する分割器と、
   前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する制御装置と、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を変更する強度分布
   変更器と、
   前記強度分布変更器により変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成する合成器と、
   前記合成器によって合成されるレーザ光が照射される部分の溶接時における溶融状態を測定する溶融状態測定器と、を備え、
   前記制御装置は、前記溶融状態測定器により測定される溶融状態に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。
4. 前記分割器は、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を２つのレーザ光に分割するものである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
5. レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、
   前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、を備え、
   前記変更するステップでは、入力したレーザ光の強度分布をトップハット型からトップハット型よりも分布範囲の絞り込まれたガウシアン型に変更し、
   前記合成するステップでは、前記合成器で、トップハット型のレーザ光とガウシアン型のレーザ光とを入力するとともに、トップハット型のレーザ光の分布範囲の中心にガウシアン型のレーザ光を加算したレーザ光を合成する
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
6. レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、
   前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、
   前記合成器より合成したレーザ光が照射される溝部であって、接合対象とする２つの部材が形成する溝部の幅を検出部で検出して前記制御装置に出力するステップと、
   前記制御装置で、前記検出部の検出した前記２つの部材が形成する溝部の幅に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御するステップと、を備える
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
7. レーザ発振器の発振したレーザ光を接合対象に照射してレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を、分割器による分割比率を制御装置によって制御しつつ分割させるステップと、
   前記分割器により分割されたレーザ光の一つについてその強度分布を強度分布変更器によって変更するステップと、
   前記強度分布変更器により強度分布が変更されたレーザ光と前記分割器により分割された他のレーザ光とを合成器により合成するステップと、
   溶融状態測定器で、前記合成器によって合成されるレーザ光が照射される部分の溶接時における溶融状態を測定する溶融状態を測定するステップと、
   前記制御装置で、前記溶融状態測定器で測定した溶融状態に応じて前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御するステップと、を備える
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。

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