JPH08229690A - レーザー溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー溶接方法に関し、位置ずれ量が小さ
いレーザー溶接方法を提供する。 【構成】 第１, 第２の金属物体10,20 の何れか一方の
金属物体の接合面の外周部を加工して段差25を設け、第
１の金属物体10の接合面11と該第２の金属物体20の接合
面21とを当接し、段差25の等分配置された少なくとも２
箇所に、ビーム径が段差よりも大きいレーザー光Ｌを同
時に照射して、多点同時溶接するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー溶接方法に関
する。電子機器のデバイス特に光デバイスには筒形或い
は柱状の金属部品の端面を固着するにあたり、軸心合せ
精度がその光デバイスの性能特性に大きく影響するもの
が多い。

【０００２】

【従来の技術】図４にそのような光デバイスの一例を示
す。図に示すデバイスは、発光素子又は受光素子等の光
・電変換素子１と光ファイバ３とが、レンズ２を介して
光結合されるよう組立てられた光デバイスである。

【０００３】光デバイスは、光電変換素子・レンズアセ
ンブリと光電変換素子・レンズアセンブリとを組み合わ
せたものである。以下光電変換素子・レンズアセンブリ
について詳述する。

【０００４】図４において、４は、ステンレス鋼又は熱
膨張係数が小さい金属材（例えば商品名コバール）より
なるフランジ形のステムである。５は、ステム４の上面
に接着されるセラミックス等の基板であって、基板５の
表面に、光・電変換素子１が実装されている。

【０００５】ステム４をリードが貫通しリードの先端部
は、金線，アルミニウム線等のボンディングワイヤを介
して、光・電変換素子１の電極或いは基板５の所望のパ
ターンに接続されている。

【０００６】６は、頭部板と筒形の周壁とからなり、底
側が開口した金属材よりなるレンズホルダである。レン
ズホルダ６の頭部板の中心に孔を設けこの孔にレンズ２
を圧入している。レンズホルダ６とステム４とを組み合
わせた場合に、レンズ２と光・電変換素子１の受光面
（光・電変換素子が受光素子の場合）又は出射面（光・
電変換素子が発光素子の場合）との距離が所定の距離
（最高に光結合する距離）になるようにレンズ２をレン
ズホルダ６に保持させている。

【０００７】レンズホルダ６をステム４の突出部に外嵌
し、レンズホルダ６の開口側端面をステム４表面に当接
し、レンズ２の軸心と光・電変換素子１の光軸とが一致
するように位置調整した後に、レンズホルダ６の周縁部
とステム４の表面部とをレーザー溶接して、光・電変換
素子１，その他の回路部品を封止している。

【０００８】上述のように光・電変換素子１とレンズ２
とを組み合わせて、光電変換素子・レンズアセンブリが
構成されている。次に光ファイバアセンブリについて説
明する。

【０００９】光ファイバ３の端部をフェルール７の軸心
細孔に挿着することで、光ファイバ３とフェルール７と
を固着し、その後光ファイバ３の端面とフェルール７の
端面とが同一平面（図では軸心に直交する平面である
が、軸心に斜交する平面の場合もある）になる如く、研
摩等して平滑に仕上げている。

【００１０】８は、フェルール７を挿入する軸心孔を有
する、金属材（ステンレス鋼又は熱膨張係数が小さい金
属材）よりなるほぼ円筒形のフェルールホルダである。
フェルール７をフェルールホルダ８の軸心孔に挿入し、
フェルール７とフェルールホルダ８とをレーザー溶接等
して一体化することで、光ファイバアセンブリが構成さ
れている。

【００１１】そして、フェルールホルダ８の開口側端面
（図では下端面）をレンズホルダ６の頭部板の上端面に
当接し、軸心を一致させた後に、レンズホルダ６とフェ
ルールホルダ８との接合面をレーザー溶接して、光電変
換素子・レンズアセンブリと光ファイバアセンブリとを
組み合せ、光デバイスとしている。

【００１２】以下、レンズホルダ６とフェルールホルダ
８とのレーザー溶接について詳述する。従来は、光・電
変換素子１（光・電変換素子が発光素子の場合）を作動
発光させた状態で、レンズホルダ６をＸーＹテーブル上
に載置する。

【００１３】一方、光ファイバ３の先端部が光パワーメ
ータに光結合するように接続した後にフェルールホルダ
８をクランパで保持して、フェルールホルダ８の接合面
（開口側端面）下端面）を、レンズホルダ６の接合面
（上端面）に当接する。

【００１４】また、フェルールホルダ８とレンズホルダ
６との接合面を取り囲むように、フェルールホルダ８の
周囲に、４基のレーザー発生装置（例えばＹＡＧレーザ
ー発生装置）を等分配置し、フェルールホルダ８とレン
ズホルダ６との接合面を照射するようにする。

【００１５】そして、光ファイバ３と光・電変換素子１
との光結合度が最大になるように、ＸーＹテーブルを操
作してレンズホルダ６を微細に摺動移動して、レンズホ
ルダ６とフェルールホルダ８とのの軸心合わせを行う。

【００１６】軸心が一致した状態で、接合面の外周部の
４箇所に同時にレーザー光Ｌを照射して、レンズホルダ
６とフェルールホルダ８とをレーザー溶接して固着す
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような方法でレンズホルダとフェルールホルダとをレー
ザー溶接する際に、レーザー光Ｌを照射すると、照射点
が溶融して盛り上がることに起因して、図５の(A) に図
示したように、フェルールホルダ８がわずかに浮上して
接合面間に隙間が発生する。

【００１８】この際、多点同時溶接（図示例は４点同時
溶接）しても、照射したレーザー光パワーの不揃い或い
は照射時間の差に起因して、それぞれの照射点の溶融金
属量が等しくない。

【００１９】したがって、照射が終了して冷却する際の
溶融金属の収縮力がアンバランスになり、図５の(B) に
図示してように、フェルールホルダ８が移動し軸心ずれ
Ｓが生じた状態でレンズホルダ６とフェルールホルダ８
とが固着する。

【００２０】このように軸心ずれＳが発生すると、光・
電変換素子と光ファイバとの光結合が低下するという問
題点があった。本発明はこのような点に鑑みて創作され
たもので、位置ずれ量が小さいレーザー溶接方法を提供
することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に例示したように双方の接合面11,2
1 を密接して第１の金属物体10と第２の金属物体20とを
溶接するにあたり、第１, 第２の金属物体10,20 の何れ
か一方の金属物体の接合面の外周部を加工して段差25を
設け、第１の金属物体の接合面と該第２の金属物体の接
合面とを当接する。

【００２２】次に段差25の等分配置された少なくとも２
箇所に、ビーム径が段差よりも大きいレーザー光Ｌを同
時に照射して、多点同時溶接する構成とする。図３例示
したように、双方の接合面11A,21を密接して第１の金属
物体10A と第２の金属物体20A とを溶接するにあたり、
第１, 第２の金属物体10A,20A の何れか一方の金属物体
の接合面の、等分配置された少なくとも２箇所に溝26を
設けて、双方の接合面11A,12A を当接する。

【００２３】次にそれぞれの溝26に、ビーム径が溝26の
幅よりも大きいレーザー光Ｌを同時に照射して、多点同
時溶接する構成とする。

【００２４】

【作用】前述のように、第１，第２の金属物体の接合面
の外周部に段差又は溝を設け、所望に大きいビーム径の
レーザー光を照射して多点同時溶接をすると、段差又は
溝を挟んで対向する第１，第２の金属物体の双方の側壁
部分が溶融して、溶融金属が段差内又は溝内に流入する
ので、溶融金属は第１，第２の金属物体を離間するよう
に作用しない。

【００２５】このように、双方の接合面が密接した状態
に維持されるので、接合面間に摩擦抵抗がある。したが
って、照射したレーザー光パワーの不揃い或いは照射時
間に多少の差があり、冷却時に溶融金属の収縮力にアン
バランスがあっても、位置ずれの発生が抑制される。

【００２６】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００２７】図１は本発明の実施例の図で(A) は一部破
断側面図、(B) は平面図、図２は本発明の作用を説明す
る図であり、図３は本発明の他の実施例の図である。図
において、10は、例えばステンレス鋼等の金属からなる
第１の金属物体である。20は、第１の金属物体の接合面
11上に位置ずれがないように溶接するステンレス鋼等の
金属からなる第２の金属物体である。

【００２８】第１の金属物体10は軸心孔を有するほぼ円
筒状で、例えば光デバイスのレンズホルダ等であり、第
２の金属物体20は軸心孔を有するほぼ円筒状で、例えば
光デバイスのフェルールホルダ等である。

【００２９】第１の金属物体10の接合面11と第２の金属
物体20の接合面21とは等しい。したがって、図１は、突
合せ溶接に適用された実施例である。図１に図示したよ
うに第２の金属物体20の接合面21の外周部を切削加工し
て段差25を有する端面とした後に、第１の金属物体10の
接合面11上に第２の金属物体20の接合面21を当接して載
置し、その後第１, 第２の金属物体10,20 の軸心合わせ
を実施する。

【００３０】したがって、第１の金属物体10の接合面11
の外周部と第２の金属物体20の接合面21の外周部との間
の全周に段差に等しい間隙が介在した状態で、第１の金
属物体10上に第２の金属物体20が載置される。

【００３１】そして、照射方向が第１の金属物体10の軸
心を指向して段差25を照射するように、第１の金属物体
10の周囲に３基のレーザー発生装置（例えばＹＡＧレー
ザー発生装置）を等分配置する。

【００３２】等分配置された段差25の３箇所に、ビーム
径が段差よりも大きいレーザー光Ｌを同時に照射して、
多点同時溶接して第１の金属物体10と第２の金属物体20
とを固着する。

【００３３】上述のようにレーザー溶接すると、図２の
(A) に図示したように、段差25を挟んで対向する第１，
第２の金属物体10,20 の双方の側壁部分が溶融して、溶
融金属28が段差内に流入して充満する。よって、溶融金
属28は第１，第２の金属物体10,20 を離間するように作
用しない。

【００３４】したがって、双方の接合面11,21 が密接し
た状態に維持され、接合面間に摩擦抵抗がある。よっ
て、照射したレーザー光パワーの不揃い或いは照射時間
に多少の差があり、冷却時に溶融金属28の収縮力にアン
バランスがあっても図２の(B)に図示したように、位置
ずれの発生が抑制される。

【００３５】高さ0.1mm , 奥行１mmの段差とし、ビーム
径が0.6mm のレーザー光を照射し結果第１の金属物体10
と第２の金属物体20との位置ずれ（即ち軸心ずれ）を従
来方法の１／５にすることができた。

【００３６】図４に図示した光デバイスに適用するとレ
ンズ２の光軸と光ファイバ３の光軸が一致する。したが
って、軸心ずれが従来の１／５になると、光・電変換素
子１と光ファイバ３との光結合損失が１０dB減少する。

【００３７】なお、等分配置された３点に限らず、溶接
強度の向上のため等分配置された４，５，６点を同時溶
接して同様の効果を有することは勿論であり、段差は第
１の金属物体10側に設けてても同様の効果を有する。

【００３８】図３において、10A は、鋼, ステンレス
鋼, アルミニウム, 熱膨張係数が小さい金属材（例えば
商品名コバール）等よりなる金属材からなる円筒状, 柱
状, 角形等の第１の金属物体である。

【００３９】20A は、第１の金属物体10A と同材質の金
属からなるほぼ円筒状または角形の第２の金属物体であ
って、第２の金属物体20A の接合面21A は、第１の金属
物体10A の接合面11A よりも小さい。

【００４０】第２の金属物体20A の軸心が、第１の金属
物体10A の中心に一致するように、第１の金属物体10A
と第２の金属物体20A とが溶接されるものである。即
ち、図３に図示した方法は、所謂Ｔ形溶接に適用される
ものである。

【００４１】第２の金属物体20A の接合面21A の外周部
に、軸心方向を指向する断面が角形又は半円形の等分配
置された溝26を４個設け、第１の金属物体10A の接合面
11A上に第２の金属物体20A の接合面21A を当接して載
置し、その後第１の金属物体10A の中心に第２の金属物
体20A の軸心が一致するように位置調整を実施する。

【００４２】そして、照射方向が第２の金属物体20A の
軸心を斜め上方から指向し、溝26の開口部を照射するよ
うに、第１の金属物体10A の周囲に４基のレーザー発生
装置（例えばＹＡＧレーザー発生装置）を等分配置す
る。

【００４３】そして、ビーム径が溝26の幅（図では溝の
左右方向の幅を指す）よりも大きいレーザー光Ｌを各溝
26を同時に照射して、多点同時溶接して第１の金属物体
10Aと第２の金属物体20A とを固着する。

【００４４】上述のようにレーザー溶接すると、溝26を
挟んで対向する第１，第２の金属物体10A,20A の双方の
側壁部分が溶融して、溶融金属が溝26内に流入して充満
するので、溶融金属は第１，第２の金属物体10A,20A を
離間するように作用しない。

【００４５】したがって、双方の接合面11A,21A が密接
した状態に維持され、接合面間に摩擦抵抗がある。よっ
て、照射したレーザー光パワーの不揃い或いは照射時間
に多少の差があり、冷却時に溶融金属の収縮力にアンバ
ランスがあっても位置ずれの発生が抑制される。

【００４６】なお、図示した溝は、奥行方向の長さが短
いものであるが、接合面21A を貫通する十文字形であっ
ても同様の効果を有する。図３に図示したレーザー溶接
方法は、図４に図示した光デバイスのステム４とレンズ
ホルダ６との溶接に適用して、光・電変換素子１とレン
ズ２との光軸が一致するという効果を有する。

【００４７】

【発明の効果】双方の接合面を密接して第１の金属物体
と第２の金属物体とを溶接するにあたり、第１, 第２の
金属物体の何れか一方の金属物体の接合面に段差又は溝
を設け、等分配置された少なくとも２箇所を、レーザー
光を用いて多点同時溶接するようにした本発明は、以下
に記載されるような効果を奏する。

【００４８】溶融金属が第１，第２の金属物体を離間す
るように作用しないので、第１の金属物体と第２の金属
物体間の位置ずれの発生が抑制され、位置ずれ量が小さ
くなる。

【００４９】光・電変換素子と光ファイバとを光結合す
る構成の光デバイスに適用して、光結合効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の図で、(A) は一部破断側面
図、(B) は平面図である。

【図２】本発明の作用を説明する図である。

【図３】本発明の他の実施例の図である。

【図４】光デバイスの断面図である。

【図５】従来のレーザー溶接過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 光・電変換素子 ２ レンズ ３ 光ファイバ ４ ステム ６ レンズホルダ ７ フェルール ８ フェルールホルダ 10,10A 第１の金属物体 20,20A 第２の金属物体 11,11A,21,21A 当接面 25 段差 26 溝 Ｌ レーザー光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 程塚 昌男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大河原 紀雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１, 第２の金属物体の何れか一方の金
   属物体の接合面の外周部を加工して段差を設け、第１の
   金属物体の接合面と該第２の金属物体の接合面とを当接
   し、 該段差の等分配置された少なくとも２箇所に、ビーム径
   が該段差よりも大きいレーザー光を同時に照射して、多
   点同時溶接することを特徴とするレーザー溶接方法。
2. 【請求項２】 第１, 第２の金属物体の何れか一方の金
   属物体の接合面の等分配置された少なくとも２箇所に溝
   を設けて、双方の接合面を当接し、 それぞれの該溝に、ビーム径が該溝の幅よりも大きいレ
   ーザー光を同時に照射して、多点同時溶接することを特
   徴とするレーザー溶接方法。