JP6863050B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents
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Description
その上、第1ビーム及び第2ビームは揺動させないので、これらの揺動により、第1ビームあるいは第2ビームが、第1境界部及び第2境界部を外れて境界に照射されて、レーザ抜けを生じることを抑制できる。
その一方で、メインビームについては、境界を中心に揺動する。すると、メインビームが揺動しつつ境界上進行方向に進行して、合体溶融池がかき混ぜられる。このため、第1境界部の第1境界面や第2境界部の第2境界面に形成されていた酸化物膜が合体溶融池内で膜状に溶け残り難く、固化した溶接部内で、この溶接部の一部を仕切り、溶接部破断の起点となりがちがちな膜状酸化物層が形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能である。
また、第1部材の第1境界部及び第2部材の第2境界部は、第1部材及び第2部材のうち、境界を挟んで配置され境界に近接した部位を指し、この第1境界部及び第2境界部を溶融させて溶接を行う部位である。二次電池の容器本体と、容器本体の開口部を閉塞する蓋体の例でいえば、容器本体と蓋体との境界を挟んで配置される、容器本体の開口部及び蓋体の周縁部が挙げられる。
さらに、第1境界部の第1境界面及び第2境界部の第2境界面は、第1境界部及び第2境界部のうち、互いに対向する面であり、二次電池の容器本体と、容器本体の開口部を閉塞する蓋体の例でいえば、容器本体の開口部のうち、蓋体の周縁部と対向する開口内側面と、蓋体の周縁部のうち容器本体の開口部の開口内側面に対向する周縁面が挙げられる。また、容器本体の開口部の開口端面と、蓋体の周縁部のうち容器本体の開口部の開口端面に対向する周縁部下面などが該当する。なお、第1境界面と第2境界面との間が境界となる。
第1部材及び第2部材に照射されるレーザビームは、第1ビーム、第2ビーム、及びこれらに後れて境界上進行方向を進行するメインビームを含むマルチレーザビームである。従って、このマルチレーザビームには、その他に、例えば、メインビームよりも後れて境界上進行方向を進行するレーザビームなど、他のレーザビームをも含んでいても良い。また、第1ビーム、第2ビーム、メインビームは、1本または複数本のレーザビームから構成されていても良い。例えば、第1ビーム,第2ビームが、それぞれ2本のレーザビームから構成されるようにしても良い。また、メインビームが2本あるいは4本のレーザビームから構成されていても良い。
マルチレーザビームは、複数のレーザ光源から出射したレーザビームを同時に用いて、レーザビームの束としてのマルチレーザビームとしても良い。また、回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)を用いて、1本のレーザビームから得た複数本のレーザビームを、マルチレーザビームをなす一部のレーザビームとして用いることもできる。
また、レーザビームの照射位置を揺動させる方向は、合体溶融池の範囲内ならば、境界を中心とするいずれの方向でも良い。例えば、境界に直交する境界直交方向でも、境界が延びる方向である境界上進行方向でも、あるいはこれらに斜交する方向でも良い。また、境界直交方向及び境界上進行方向の二方向の揺動を同時に生じさせる、円移動や楕円移動の揺動とすることもできる。
なお、メインビームが、境界を跨いで境界直交方向に揺動するようにするには、メインビームの揺動する方向が境界直交方向に一致するように、レーザ溶接装置と第1部材及び第2部材の配置を考慮するとよい。
この第1透過ビームと第2透過ビームとは、焦点に集光される際に、光軸を挟んで互いに逆方向から焦点に向けて照射される。
一方、透過ビームが含まれるメインビームとは異なり、第1ビーム、第2ビームなどは、回折マルチビームのうち、回折光学素子で生成された1次光や2次光のビームとなるので、素子形成部の移動によってはその位置が変動しない。
また、集光部としては、マルチレーザビームを焦点面上の焦点位置にそれぞれ集光させる光学系であり、例えば、対物レンズ等から構成される。
偏向部は、マルチレーザビームの照射位置を境界上進行方向に進行させるなど、マルチレーザビームの光軸を偏向させる部位であり、例えば、ガルバノスキャナなどを用いたものが挙げられる。また2つのガルバノスキャナを組み合わせて、マルチレーザビームの照射位置をX方向及びY方向に偏向可能としても良い。
更に、レーザ溶接装置としては、いわゆる3Dガルバノスキャナにおいて、その素子部に直線移動部を設けたものを用いることもできる。
一方、回折光学素子部材の第1非形成部及び第2非形成部には、回折光学素子は形成されておらず、入射した平行レーザビームは透過する。
なお、前ピントとは、照射されるマルチレーザビームの焦点が、第1部材の第1境界部及び第2部材の第2境界部よりも、手前(光源側)に位置している状態を指し、後ピントとは、逆に、焦点が、第1境界部及び第2境界部よりも、奧側(光源から離れる側)に位置している状態を指す。
これにより第1部材等に照射されるマルチレーザビームのうちメインビームには、常に透過ビームが含まれることとなる。しかも回折光学素子部材を円移動させるので、透過ビームはマルチレーザビームの光軸から離れた位置から焦点に向けて集光されることとなり、しかも、マルチレーザビームの光軸の周りを回りながら焦点に向けて集光することになる。
しかも、メインビームが回転するように揺動するので、マルチレーザビームの進行方向の選択に影響されることなく、メインビームを揺動させて、溶接部における膜状酸化物層の発生を抑制できる。
更に、レーザ溶接装置としては、3Dガルバノスキャナの素子部に円移動部を設けたものを用いることもできる。
加えて、上述のレーザ溶接方法では、焦点位置移動部を、第1部材の第1境界部及び第2部材の第2境界部に対する、マルチレーザビームが集光する焦点位置が、前ピントの状態と後ピントの状態とを交互に生じさせるように駆動する。
これにより、前ピントと後ピントの状態では、第1部材の第1境界部及び第2部材の第2境界部に対する透過ビームの照射位置が逆になる。このため、焦点位置移動部の駆動に伴い、第1透過ビームと第2透過ビームとを交互に含むメインビーム全体も、境界直交方向に揺動して見える。
また、焦点位置移動部は、マルチレーザビームが集光する焦点位置を、マルチレーザビームの光軸に沿う光軸方向に移動させる部位であり、例えば凸レンズと、この凸レンズの光軸方向の移動によってマルチレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させる機構とを持つもの、例えば3DガルバノスキャナにおけるZレンズが挙げられる。即ち、レーザ溶接装置としては、焦点位置移動部(Zレンズ)を有する3Dガルバノスキャナを用いることもできる。
そして第1非形成部で生成された第1透過ビームと、第2非形成部で生成された第2透過ビームとは、焦点に集光される際に、マルチレーザビームの光軸を挟んで互いに逆方向から焦点に向けて照射される。
一方、透過ビームが含まれるメインビームとは異なり、第1ビーム、第2ビームなどは、回折マルチビームのうち、回折光学素子で生成された1次光や2次光のビームとなるので、揺動しない。
これによりこのレーザ溶接装置では、メインビームのみ回折光学素子部材の移動方向に対応する方向に揺動する一方、第1ビーム及び第2ビームは揺動しないマルチレーザビームを第1部材等に照射できる。
また、1つのガルバノスキャナを用いた偏向部など、この偏向部で偏向して進行させるマルチレーザビームの進行方向が、特定の方向(この方向をX方向とする)に限られているレーザ溶接装置においては、デフォーカス状態に集光したメインビームが直線移動部の駆動により揺動する方向が、マルチレーザビームの進行方向(X方向)に対して直交する方向(Y方向)となるように、直線移動部と偏向部との関係を定めると良い。マルチレーザビームの照射により、第1ビームによって形成された第1溶融池及び第2ビームによって形成された第2溶融池が合体した合体溶融池内に浮遊している酸化物膜を揺動するメインビームで切断するように合体溶融池をかき混ぜることができ、固化した溶接部内に膜状酸化物層が形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能となる。
一方、2つのガルバノスキャナを組み合わせて、マルチレーザビームの照射位置をX方向及びY方向に偏向可能とした偏向部など、この偏向部で偏向して進行させるマルチレーザビームを、X方向及びY方向のいずれにも進行させうるレーザ溶接装置においては、デフォーカス状態に集光したメインビームが直線移動部の駆動により揺動する方向が、レーザ溶接装置が基準としている方向(例えば、1つのガルバノスキャナで偏向させるX方向あるいはY方向)に対して直交する方向(Y方向あるいはX方向)となるように、直線移動部と偏向部との関係を定めると良い。偏向部の制御が容易なレーザ溶接装置が基準とする方向にマルチレーザビームを進行させる場合に、第1ビームによって形成された第1溶融池及び第2ビームによって形成された第2溶融池が合体した合体溶融池内に浮遊している酸化物膜を揺動するメインビームで切断するように合体溶融池をかき混ぜることができ、固化した溶接部内に膜状酸化物層が形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能となる。
これにより第1部材等に照射されるマルチレーザビームのうちメインビームには、常に透過ビームが含まれることとなる。しかも回折光学素子部材を円移動させるので、透過ビームはマルチレーザビームの光軸から離れた位置から焦点に向けて集光されることとなり、しかも、マルチレーザビームの光軸の周りを回りながら焦点に向けて集光することになる。
しかも、メインビームが回転するように揺動するので、マルチレーザビームの進行方向の選択に影響しないで、メインビームを揺動させることができる。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態に係り、レーザ溶接で容器本体11と蓋体12とを溶接した電池10の斜視図を、図2に溶接前の電池10の上面図を示す。電池10は、その外径が扁平な直方体形状である。
レーザ溶接装置100は、いわゆる3Dガルバノスキャナである。即ち、レーザ溶接装置100は、平行レーザビームLPを得る光源部110と、回折光学素子部材141を有し、この回折光学素子部材141に入射した平行レーザビームLPから、マルチレーザビームLBを得る素子部140と、マルチレーザビームLBを集光する集光部120と、マルチレーザビームLBを偏向させる偏向部130と、を備える。
平行レーザビームLPは、素子部140の回折光学素子部材141を通して、後述する複数のレーザビームLD0〜LD8,LT1,LT2が集まったマルチレーザビームLBに変換された上で、集光部120のうちのZレンズ125を通る。
さらに、偏向部130の第1ガルバノスキャナ131及び第2ガルバノスキャナ132で反射された上、集光レンズ121及び保護レンズ122を介して、外部に出射する。レーザ溶接装置100から出射したマルチレーザビームLBをなす、各レーザビームLD0〜LD8,LT1,LT2は、マルチレーザビームLBの光軸LBXに沿って進み、焦点面SPS上で、それぞれ焦点SPを結ぶ。
また、第1ガルバノスキャナ131は、その偏向角を変化させることにより、入射したマルチレーザビームLB(その光軸LBX)をX方向XWに偏向させ得るように構成されている。また、第2ガルバノスキャナ132は、その偏向角を変化させることにより、入射したマルチレーザビームLB(その光軸LBX)をY方向YWに偏向させ得るように構成されている。
なお、レーザ発振器111、Zレンズ125、第1ガルバノスキャナ131、第2ガルバノスキャナ132、及び後述する素子部140の直線移動部148は、制御部160により各動作が制御される(図3参照)。
また同様に、マルチレーザビームLBが照射される照射面として、後ピントの状態、即ち、焦点面SPSよりもZ正方向ZW1(図8中上側)に位置する第2照射面SS2(破線で示す)を選択した場合にも、この第2照射面SS2に対し、第1透過ビームLT1と第2透過ビームLT2とは、この図8において左右異なる位置に照射される。但し、第1照射面SS1と第2照射面SS2では、第1透過ビームLT1と第2透過ビームLT2の照射位置が逆になる。
これにより本実施形態では、直線移動部148を用いて、図6において実線で示すように、回折光学素子部材141を移動方向PPの他方側PP2(図6において左側)に移動させて、回折光学素子部材141を第1位置141Aに位置させた場合には、図8に示すように、マルチレーザビームLBには第1透過ビームLT1が含まれるようになる。このため、焦点SPからデフォーカスした位置、例えば、二点鎖線で示す第1照射面SS1においては、光軸LBXよりもY方向YWのうちY正方向YW1側(図8において左側)に照射される。また、破線で示す第2照射面SS2においては、光軸LBXよりもY負方向YW2側(図8において右側)に照射される。
なお本実施形態では、図8に示すように、容器本体11の開口部11K及び蓋体12の周縁部12Pの被照射面11KT,12PTが、焦点面SPSよりもZ負方向ZW2に位置する第1照射面SS1に一致するように、容器本体11及び蓋体12を配置している。
第1長手区間X1では、レーザ溶接装置100から出射されるマルチレーザビームLBの光軸LBXが境界BDに重なるようにしつつ、境界BDが延びる境界上進行方向BH1、即ち、X正方向XW1にマルチレーザビームLBを進行させる。これにより、容器本体11の開口部11Kの被照射面11KTと蓋体12の周縁部12Pの被照射面12PTには、図10,図13,図14に示すように、マルチレーザビームLBが照射される。
さらに、図12に示すように、第1ビームL1及び第2ビームL2のうち、内側の回折ビームLD2,LD4は、容器本体11の開口部11K及び蓋体12の周縁部12Pのうち回折ビームLD1,LD3よりも境界BDに近い部位に照射されて、第1溶融池11KM及び第2溶融池12PMをそれぞれ境界BD側に拡げる。このため、第1溶融池11KMと第2溶融池12PMとは、境界BD付近で開口内側面11KSと外周面12PSとの隙間Gを埋めるようにして合体して合体溶融池14Mを形成する。
このため、回折光学素子部材141が第1位置141Aに位置している状態では、第1透過ビームLT1及び回折マルチビームLDを含むマルチレーザビームLBが、容器本体11の被照射面11KT及び蓋体12の被照射面12PTに照射される。すると図13に示すように、回折ビームLD1〜LD8のほか、0次光ビームLD0に第1透過ビームLT1を加えたメインビームLMが形成される。なお、前述したように、第1照射面SS1(容器本体11の被照射面11KT及び蓋体12の被照射面12PT)においては、第1透過ビームLT1はマルチレーザビームLBの光軸LBXよりも、Y正方向YW1(図13において左側)に偏って照射される。このため、0次光ビームLD0と第1透過ビームLT1とからなるメインビームLMの光軸LMXも、光軸LBXよりもY正方向YW1に偏る。
なお、メインビームLMを揺動させる場合には、境界上進行方向BH1(第1長手区間X1ではX正方向XW1)へのマルチレーザビームLBの進行にあたり、3往復/mm以上の頻度で、メインビームLMを往復させるとよい。本実施形態では具体的には、6往復/mmの頻度で、メインビームLMを往復させる。
特に、本実施形態では、上述したように、メインビームLMを、境界BDを跨いで境界直交方向BPであるY方向YW(進行直交方向SJ)に揺動させつつ、マルチレーザビームLBをX正方向XW1に進行させる。このため、開口部11Kの開口内側面11KSや蓋体12の周縁部12Pの外周面12PSに形成されていた酸化物膜を切断するように、合体溶融池14Mがかき混ぜられるので、特に溶接部14内に膜状酸化物層MOLが残存しにくい。このため、特に膜状酸化物層MOLが形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能である。
その一方で、第1ビームL1及び第2ビームL2などの回折ビームLD1〜LD8は、揺動しないので、第1ビームL1あるいは第2ビームL2が、容器本体11の開口部(第1境界部)11K及び蓋体12の周縁部(第2境界部)12Pを外れて境界BDの隙間Gに照射されるレーザ抜けを生じることを抑制できる。
これに加え本実施形態では、第2長手区間X2をマルチレーザビームLBでレーザ溶接する際にも、直線移動部148を用いて、メインビームLMをY方向YWへ揺動させつつレーザ溶接する。但しこの場合には、マルチレーザビームLBの進行方向がX負方向XW2となるので、回折ビームLD1〜LD8のうち、回折ビームLD5,LD6が第1ビームL1として機能し、回折ビームLD7,LD8が第2ビームL2として機能する。この場合にも、固化した溶接部14内に、特に膜状酸化物層MOL(図21参照)が形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能である。その一方で、第1ビームL1あるいは第2ビームL2のレーザ抜けは抑制できる。
また、第2短手区間Y2をマルチレーザビームLBでレーザ溶接する際には、マルチレーザビームLBの進行方向がY正方向YW1となるので、回折ビームLD1〜LD8のうち、回折ビームLD3,LD4が第1ビームL1として機能し、回折ビームLD5,LD6が第2ビームL2として機能する。
即ち、このレーザ溶接装置100では、平行レーザビームLPから、揺動するメインビームLMを含むマルチレーザビームLBを生成するので、簡易な光学構成となる。
上述した実施形態では、素子部140の回折光学素子部材141を第1位置141Aと第2位置141Bとの間で往復直線移動させる直線移動部148を有するレーザ溶接装置100を用い、長手区間X1,X2及び短手区間Y1,Y2のレーザ溶接の際に、メインビームLMをY方向YWに揺動させて、容器本体11の開口部11Kと蓋体12の周縁部12Pとをレーザ溶接した例を示した。
これに対し本変形形態1では、レーザ溶接装置100とは、素子部240が異なるレーザ溶接装置200を用いる点で異なるが、他は同様である。また同様な部分は同様の作用効果を生じる。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様な部分は説明を省略あるいは簡略化する。
このうち、回折光学素子部材241は、入射した平行レーザビームLPが通る透光部244と、この透光部244を保持する保持部245とからなる。透光部244は円板状の石英ガラスからなり、中央部分の円形領域は、微細加工により所定の回折パターンを有する回折光学素子242Eが多数形成された素子形成部242とされている。一方、素子形成部242の周囲は、回折光学素子は形成されておらず、光学的に透明な平板状で環状の環状非形成部243となっている。素子形成部242と透光部244とは同心形状となっている。
そして素子部240において、回折光学素子部材241は、平行レーザビームLPが、素子形成部242と環状非形成部243とに跨いで照射される位置に配置されている。
なお、照射面として、後ピントの状態、即ち、焦点面SPSよりもZ正方向ZW1(図8中上側)に位置する第2照射面SS2(破線で示す)を選択した場合にも、この第2照射面SS2に対し、透過ビームLTは、光軸LBXの周りを回る。
なお、メインビームLMを光軸LBXの周りを回して揺動させる場合には、境界上進行方向BH1(例えば、第1長手区間X1ではX正方向XW1)へのマルチレーザビームLBの進行にあたり、3回転/mm以上(揺動の回数で3往復/mm以上)の頻度で、メインビームLMを回転させるとよい。本変形形態では具体的には、6回転/mmの頻度で、メインビームLMを回転させる。
その一方で、第1ビームL1及び第2ビームL2などの回折ビームLD1〜LD8は、境界直交方向に揺動させないので、これらの揺動により、第1ビームL1あるいは第2ビームL2が、容器本体11の開口部(第1境界部)11K及び蓋体12の周縁部(第2境界部)12Pを外れて境界BDの隙間Gに照射されて、レーザ抜けを生じることを抑制できる。
加えて、変形形態1では、弧状区間R1〜R4をマルチレーザビームLBでレーザ溶接する際にも、円移動部248を用いて、メインビームLMを回転させつつレーザ溶接することもできる。
即ち、このレーザ溶接装置200では、平行レーザビームLPから、揺動するメインビームLMを含むマルチレーザビームLBを生成するので、簡易な光学構成となる。
しかも、メインビームLMが回転するように揺動するので、マルチレーザビームLBの進行方向SH1の選択に影響されることなく、メインビームLMを揺動させて、溶接部14における膜状酸化物層MOLの発生を抑制できる。
前述の実施形態では、素子部140の回折光学素子部材141を第1位置141Aと第2位置141Bとの間で往復直線移動させる直線移動部148を有するレーザ溶接装置100を用い、長手区間X1,X2及び短手区間Y1,Y2のレーザ溶接の際に、メインビームLMをY方向YWに揺動させて、容器本体11の開口部11Kと蓋体12の周縁部12Pとをレーザ溶接した例を示した。
これに対し本変形形態2では、素子部340に直線移動部148を有さないレーザ溶接装置300を用い、Zレンズ125の焦点位置を移動させてメインビームLMの揺動を起こさせる点で異なるが、他は同様である。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様な部分は説明を省略あるいは簡略化する。
一方、図20に示すように、第1非形成部343Aに入射した平行レーザビームLPの一部は、回折せずにこの第1非形成部343Aを透過してメインビームLMの一部をなす透過ビームLTとなり、集光部120(Zレンズ125,集光レンズ121等)で集光されて、マルチレーザビームLBの焦点に集光されるように進行する。
そこで本変形形態2では、メインビームLM(透過ビームLT)の揺動の方向が、第1長手区間X1における境界BDに直交する境界直交方向BPに一致するY方向YWとなるように、揺動対応方向QQを定めて回折光学素子部材341を配置してある。
これにより、例えば、マルチレーザビームLB(透過ビームLT)の焦点を、照射面SSよりも前ピント、即ち、照射面SSよりもZ正方向ZW1側(光源側)の第1焦点SP1に位置させた場合には、透過ビームLTは、第1焦点SP1を超えて、蓋体12の周縁部12Pの被照射面12PTに当たる。一方、マルチレーザビームLB(透過ビームLT)の焦点を、照射面SSよりも後ピント、即ち、照射面SSよりもZ負方向ZW2側の第2焦点SP2に位置させた場合には、透過ビームLTは、容器本体11の開口部11Kの被照射面11KTに当たる。
かくして、本変形形態2でも、図15に示すように、固化した溶接部14内に、膜状酸化物層MOL(図21参照)が形成されにくく、信頼性の高いレーザ溶接が可能となる。
その一方で、回折マルチビームLD(0次光ビームLD0,回折ビームLD1〜LD8)は揺動しないので、第1ビームL1あるいは第2ビームL2が、容器本体11の開口部(第1境界部)11K及び蓋体12の周縁部(第2境界部)12Pを外れて境界BDの隙間Gに照射されて、レーザ抜けを生じることを抑制できている。
実施形態等では、素子形成部に、0次光ビームLD0のほか、8つの回折ビームLD1〜LD8が形成されるパターンの回折光学素子が形成された回折光学素子部材141,241,341を用いた。しかし、第1ビームL1、第2ビームL2、及び揺動するメインビームLMを設けるようにすれば良く、例えば、回折マルチビームLDを9つのビームでなく、中心の0次光ビームと、その周囲の4つの一次光ビームから構成されたパターンなどとすることもできる。
また、実施形態等では、一周に亘り環状にレーザ溶接を行う例を示したが、直線状、L字状などレーザ溶接のパターンは適宜選択でき、一連のレーザ溶接のうち、少なくとも一部において、メインビームを揺動させつつレーザ溶接を行えば良い。
10 電池
11 容器本体(第1部材)
11K (容器本体の)開口部(第1境界部)
11KS 開口内側面(第1境界面)
11KT (開口部の)被照射面
11KM 第1溶融池
12 蓋体(第2部材)
12P (蓋体の)周縁部(第2境界部)
12PS (蓋体の周縁部の)外周面(第2境界面)
12PT (蓋体の周縁部の)被照射面
12PM 第2溶融池
SS,SS1,SS2 照射面
G 隙間
BD 境界
X1 第1長手区間
X2 第2長手区間
BH1 境界上進行方向
BP 境界直交方向
14 溶接部
14M 合体溶融池
XW X方向
XW1 X正方向
XW2 X負方向
YW Y方向
YW1 Y正方向
YW2 Y負方向
ZW Z方向
ZW1 Z正方向
ZW2 Z負方向
LB マルチレーザビーム(レーザビーム)
LBX (マルチレーザビームの)光軸
LBH (マルチレーザビームの光軸に沿う)光軸方向
HH (マルチレーザビームの)仮想進路
SH1 (マルチレーザビームの)進行方向
SN1 (マルチレーザビームの進行方向の)前方斜め一方側
SN2 (マルチレーザビームの進行方向の)前方斜め他方側
SJ (進行方向に直交する)進行直交方向
L1 第1ビーム
L2 第2ビーム
LM メインビーム
LMX (メインビームの)光軸
LD 回折マルチビーム
LD0 0次光ビーム
LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,LD7,LD8 回折ビーム
LT1 第1透過ビーム
LT2 第2透過ビーム
LT 透過ビーム
LP 平行レーザビーム
LPX (平行レーザビームの)光軸
PP 移動方向
PP1 (移動方向の)一方側
PP2 (移動方向の)他方側
QQ 揺動対応方向
QQ1 (揺動対応方向の)一方側
SP,SP1,SP2 焦点位置
SPS 焦点面
100,200,300 レーザ溶接装置
110 光源部
120 集光部
130 偏向部
140,240,340 素子部
141,241,341 回折光学素子部材
141A (回折光学素子部材の)第1位置
141B (回折光学素子部材の)第2位置
142,242,342 素子形成部
142E,242E,342E 回折光学素子
143,243,343 非形成部
143A,343A 第1非形成部
143B 第2非形成部
243 環状非形成部
144,244,344 透光部
244C 透光部中心
145,245,345 保持部
148 直線移動部
248 円移動部
Claims (9)
- 第1部材のうち第2部材との間の境界に沿う第1境界部と、上記第2部材のうち上記境界に沿う第2境界部とを、上記第1境界部の第1境界面と上記第2境界部の第2境界面とが対向する形態に配置し、上記境界が延びる境界上進行方向にレーザビームの照射位置を移動させ、上記第1境界部及び第2境界部を溶解して、上記第1部材と第2部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、
上記レーザビームは、
上記第1部材の上記第1境界部に照射されて、上記第1境界部を溶融しつつ上記境界上進行方向に進行する第1ビームと、
上記第2部材の上記第2境界部に照射されて、上記第2境界部を溶融しつつ上記第1ビームと同期して上記境界上進行方向に進行する第2ビームと、
上記第1ビーム及び上記第2ビームよりも大きなエネルギを有し、上記境界上を、上記第1ビーム及び上記第2ビームに後れ且つ同期して上記境界上進行方向に進行し、上記第1ビームによって上記第1境界部が溶融した第1溶融池及び上記第2ビームによって上記第2境界部が溶融した第2溶融池が合体した合体溶融池に照射されるメインビームとを、含む
マルチレーザビームであり、
上記第1境界面と上記第2境界面とが対向する形態とした上記第1部材の上記第1境界部及び上記第2部材の上記第2境界部に向けて上記マルチレーザビームを照射して上記第1部材と上記第2部材とを溶接する溶接工程を備え、
上記溶接工程は、
上記第1ビーム及び上記第2ビームは揺動しない一方、
上記メインビームは、上記境界を中心に揺動する
上記マルチレーザビームを上記境界上進行方向に進行させて行う
レーザ溶接方法。 - 請求項1に記載のレーザ溶接方法であって、
前記溶接工程は、
前記第1ビーム及び前記第2ビームは揺動しない一方、
前記メインビームは、前記境界を跨いで上記境界に直交する境界直交方向に揺動する
前記マルチレーザビームを上記境界上進行方向に進行させて行う
レーザ溶接方法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザ溶接方法であって、
前記溶接工程は、
平行レーザビームを得る光源部と、
回折光学素子部材を有し、上記回折光学素子部材に入射した上記平行レーザビームから、前記マルチレーザビームを得る素子部と、
上記マルチレーザビームを集光する集光部と、
上記マルチレーザビームを偏向させる偏向部と、を備える
レーザ溶接装置であって、
上記回折光学素子部材は、
回折光学素子が形成された素子形成部であって、上記回折光学素子により、入射した上記平行レーザビームから、上記マルチレーザビームのうち前記第1ビーム及び前記第2ビームを含む複数のビームからなる回折マルチビームを出射する上記素子形成部、
上記素子形成部の移動方向の一方側に隣り合って配置され、上記回折光学素子が形成されていない第1非形成部であって、上記マルチレーザビームの前記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させずに上記第1非形成部を透過した第1透過ビームを出射する上記第1非形成部、及び、
上記素子形成部の上記移動方向の他方側に隣り合って配置され、上記回折光学素子が形成されていない第2非形成部であって、上記マルチレーザビームの前記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させずに上記第2非形成部を透過した第2透過ビームを出射する上記第2非形成部、を含み、
上記素子部は、
上記平行レーザビームが上記第1非形成部及び上記素子形成部に跨いで照射され、前記メインビームの少なくとも一部をなす上記第1透過ビームと上記回折マルチビームとからなる上記マルチレーザビームが出射される第1位置と、
上記平行レーザビームが上記素子形成部及び上記第2非形成部に跨いで照射され、上記回折マルチビームと上記メインビームの少なくとも一部をなす上記第2透過ビームとからなる上記マルチレーザビームが出射される第2位置との間を、
上記回折光学素子部材を上記移動方向に往復直線移動させる直線移動部を有する
レーザ溶接装置を用い、
上記直線移動部を駆動して、上記回折光学素子部材を上記第1位置と上記第2位置との間を上記往復直線移動させると共に、
上記マルチレーザビームを、前記第1部材の前記第1境界部及び前記第2部材の前記第2境界部に対し、前ピント又は後ピントのいずれかのデフォーカス状態に集光して、
上記マルチレーザビームを上記第1部材の上記第1境界部及び上記第2部材の上記第2境界部に照射し溶接する
レーザ溶接方法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザ溶接方法であって、
前記溶接工程は、
平行レーザビームを得る光源部と、
回折光学素子部材を有し、上記回折光学素子部材に入射した上記平行レーザビームから、前記マルチレーザビームを得る素子部と、
上記マルチレーザビームを集光する集光部と、
上記マルチレーザビームを偏向させる偏向部と、を備える
レーザ溶接装置であって、
上記回折光学素子部材は、
回折光学素子が形成された素子形成部であって、上記回折光学素子により、入射した上記平行レーザビームから、上記マルチレーザビームのうち前記第1ビーム及び前記第2ビームを含む複数のビームからなる回折マルチビームを出射する上記素子形成部、及び、
上記素子形成部の周囲を囲み、上記回折光学素子が形成されていない環状の環状非形成部であって、上記マルチレーザビームの前記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させず上記環状非形成部を透過した透過ビームを出射する上記環状非形成部、を含み、
上記素子部は、
上記平行レーザビームが円形の上記素子形成部と上記環状非形成部の周方向一部とに跨いで照射されるように上記回折光学素子部材を配置し、かつ上記回折光学素子部材自身を回転させずに、上記平行レーザビームの光軸の周りを円移動させる円移動部を有する
レーザ溶接装置を用い、
上記円移動部を駆動して、上記回折光学素子部材を上記円移動させると共に、
上記マルチレーザビームを、前記第1部材の前記第1境界部及び前記第2部材の前記第2境界部に対し、前ピント又は後ピントのいずれかのデフォーカス状態に集光して、
上記メインビームを円移動させつつ、上記マルチレーザビームを上記第1部材の上記第1境界部及び上記第2部材の上記第2境界部に照射し溶接する
レーザ溶接方法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザ溶接方法であって、
前記溶接工程は、
平行レーザビームを得る光源部と、
回折光学素子部材を有し、上記回折光学素子部材に入射した上記平行レーザビームから、前記マルチレーザビームを得る素子部と、
上記マルチレーザビームを集光する集光部と、
上記マルチレーザビームを偏向させる偏向部と、を備える
レーザ溶接装置であって、
上記集光部は、
上記マルチレーザビームが集光する焦点位置を、上記マルチレーザビームの光軸に沿う光軸方向に移動させる焦点位置移動部を有し、
上記回折光学素子部材は、
回折光学素子が形成された素子形成部であって、上記回折光学素子により、入射した上記平行レーザビームから、上記マルチレーザビームのうち前記第1ビーム及び前記第2ビームを含む複数のビームからなる回折マルチビームを出射する上記素子形成部、及び、
上記素子形成部に隣り合って配置され、上記回折光学素子が形成されていない非形成部であって、上記マルチレーザビームの前記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させずに上記非形成部を透過した透過ビームを出射する上記非形成部、を含み、
上記素子部は、
上記平行レーザビームが上記素子形成部及び上記非形成部に跨いで照射されるように上記回折光学素子部材を配置し、上記回折マルチビームと前記メインビームの少なくとも一部をなす上記透過ビームとからなる上記マルチレーザビームを出射する
レーザ溶接装置を用い、
前記第1部材の前記第1境界部及び前記第2部材の前記第2境界部に対する、上記マルチレーザビームが集光する焦点位置が、前ピントの状態と後ピントの状態とを交互に生じさせるように上記焦点位置移動部を駆動して、
上記マルチレーザビームを上記第1部材の上記第1境界部及び上記第2部材の上記第2境界部に照射し溶接する
レーザ溶接方法。 - 請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載のレーザ溶接方法であって、
前記回折光学素子部材の前記素子形成部は、
上記素子形成部に形成された前記回折光学素子により、上記素子形成部を透過した前記マルチレーザビームの少なくとも一部として、前記第1ビーム及び前記第2ビームのほか、前記平行レーザビームの0次光であり前記メインビームの一部をなす0次光ビームを含む複数のビームからなる前記回折マルチビームを出射する
レーザ溶接方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のレーザ溶接方法であって、
前記溶接工程では、
前記境界上進行方向への前記マルチレーザビームの進行に際し、
上記境界上進行方向に、3往復/mm以上の頻度で前記メインビームを揺動させる
レーザ溶接方法。 - 平行レーザビームを得る光源部と、
回折光学素子部材を有し、上記回折光学素子部材に入射した上記平行レーザビームから、複数のビームからなるマルチレーザビームを得る素子部と、
上記マルチレーザビームを集光する集光部と、
上記マルチレーザビームを偏向させる偏向部と、を備える
レーザ溶接装置であって、
上記マルチレーザビームは、少なくとも、
メインビームと、
上記メインビームよりも小さなエネルギを有し、上記メインビームに対して上記マルチレーザビームの進行方向の前方斜め一方側に離れて照射される第1ビームと、
上記メインビームよりも小さなエネルギを有し、上記メインビームに対して上記マルチレーザビームの進行方向の前方斜め他方側に離れて照射される第2ビームと、を含み、
上記回折光学素子部材は、
回折光学素子が形成された素子形成部であって、上記回折光学素子により、入射した上記平行レーザビームから、上記マルチレーザビームのうち上記第1ビーム及び上記第2ビームを含む複数のビームからなる回折マルチビームを出射する上記素子形成部、
上記素子形成部の移動方向の一方側に隣り合って配置され、上記回折光学素子が形成されていない第1非形成部であって、上記マルチレーザビームの前記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させずに上記第1非形成部を透過した第1透過ビームを出射する上記第1非形成部、及び、
上記素子形成部の上記移動方向の他方側に隣り合って配置され、上記回折光学素子が形成されていない第2非形成部であって、上記マルチレーザビームの上記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させずに上記第2非形成部を透過した第2透過ビームを出射する上記第2非形成部、を含み、
上記素子部は、
上記平行レーザビームが上記第1非形成部及び上記素子形成部に跨いで照射され、前記メインビームの少なくとも一部をなす上記第1透過ビームと上記回折マルチビームとからなる上記マルチレーザビームが出射される第1位置と、
上記平行レーザビームが上記素子形成部及び上記第2非形成部に跨いで照射され、上記回折マルチビームと上記メインビームの少なくとも一部をなす上記第2透過ビームとからなる上記マルチレーザビームが出射される第2位置との間で、
上記回折光学素子部材を上記移動方向に往復直線移動させる直線移動部を有する
レーザ溶接装置。 - 平行レーザビームを得る光源部と、
回折光学素子部材を有し、上記回折光学素子部材に入射した上記平行レーザビームから、複数のビームからなるマルチレーザビームを得る素子部と、
上記マルチレーザビームを集光する集光部と、
上記マルチレーザビームを偏向させる偏向部と、を備える
レーザ溶接装置であって、
上記マルチレーザビームは、少なくとも、
メインビームと、
上記メインビームよりも小さなエネルギを有し、上記メインビームに対して上記マルチレーザビームの進行方向の前方斜め一方側に離れて照射される第1ビームと、
上記メインビームよりも小さなエネルギを有し、上記メインビームに対して上記マルチレーザビームの進行方向の前方斜め他方側に離れて照射される第2ビームと、を含み、
上記回折光学素子部材は、
回折光学素子が形成された素子形成部であって、上記回折光学素子により、入射した上記平行レーザビームから、上記マルチレーザビームのうち前記第1ビーム及び前記第2ビームを含む複数のビームからなる回折マルチビームを出射する上記素子形成部と、
上記素子形成部の周囲を囲み、上記回折光学素子が形成されていない環状の環状非形成部であって、上記マルチレーザビームの上記メインビームの少なくとも一部として、入射した上記平行レーザビームを回折させず上記環状非形成部を透過した透過ビームを出射する上記環状非形成部、を含み、
上記素子部は、
上記平行レーザビームが円形の上記素子形成部と上記環状非形成部の周方向一部とに跨いで照射されるように上記回折光学素子部材を配置し、かつ上記回折光学素子部材自身を回転させずに、上記平行レーザビームの光軸の周りを円移動させる円移動部を有する
レーザ溶接装置。
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