JPH08332582A - レーザ溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接方法

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JPH08332582A
JPH08332582A JP7137077A JP13707795A JPH08332582A JP H08332582 A JPH08332582 A JP H08332582A JP 7137077 A JP7137077 A JP 7137077A JP 13707795 A JP13707795 A JP 13707795A JP H08332582 A JPH08332582 A JP H08332582A
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JP
Japan
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laser
hole
laser beam
welding method
irradiated
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JP7137077A
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English (en)
Inventor
Susumu Yahagi
進 矢作
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明のレーザ溶接方法においては、重ね
合わされた第一の部材3及び第二の部材4に対し、第一
のレーザ照射において第一の部材3に貫通孔8を設け、
第一の部材3に対してディフォーカスした第二のレーザ
照射において第二の部材4を溶融し、この溶融物によっ
て第一の部材3との溶接を行う。 【効果】 本発明のレーザ溶接方法を用いる事によ
り、特に銅・アルミ等のようにレーザ光で溶解すること
が難しい部材からなる部品を熱変形させることなく溶接
できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ溶接に関わる。特
に銅やアルミ等の熱伝導性が良い部材をレーザを用いて
溶接する方法及び装置に関わる。
【0002】
【従来の技術】金属同士を高速で溶接したい場合や、非
常に微細な部分における溶接を行いたい場合に、レーザ
光を用いて目的の部分近傍の金属を溶解することにより
接合する方法がある。この方法をレーザ溶接方法とい
う。レーザ溶接方法には溶接の対象となる部材の性質に
よって様々な方法が提案されているが、特に銅やアルミ
などは熱伝導率が高いことから難溶材とされている。こ
れらの溶接方法として、溶接する2枚の金属部材のうち
少なくとも片方の部材に予め貫通孔を設けておき、強大
なエネルギ密度のレーザ光をこの貫通孔部に照射して貫
通孔部を形成している金属を溶融し溶接する方法や、溶
接する2枚の金属部材のうち片方の部材に予め段付きの
穴を設けておき、この穴の段部にレーザ光を照射するこ
とによって段部を成す金属を溶融し溶接を行う方法(特
公平1−23236号公報)等が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成の従来のレーザ溶接方法は、熱による変形等の
部材の局所的な変化に対して、この変化を無視して良い
ほどの大きな部材に対してのみ効果のある方法であった
ことから、以下に述べるような問題点が発生してくる。
【0004】近年の高密度実装技術の恩恵を受け、身の
回りの工業製品は年々小形化・軽量化している。また、
それに伴い製品の中の個々の部品も小形化してきてい
る。これまでネジ等で機械的な作用によって取り付けら
れてきた部品が小形化した場合に、その小形化した部品
の大きさに対応できるネジ等の取付部材を用意すること
ができない場合がある。このような場合の一つの解決策
として、レーザを用いてこの部品を溶融し接合する方法
が考えられる。例えば光ディスク再生装置の中の光ピッ
クアップ部は非常に微細な部品が多数組み合わされて構
成されている。その中でも例えば半導体レーザ発振器か
ら出射されたレーザ光が光ディスクに照射されて発生す
る反射光を光検出部へ誘導するための反射ミラーは微小
な銅板からなる台に接合されて設けられており、この銅
板からなる台は例えば鉄からなる筐体に強固に取り付け
られているべきものである。一般に光学部品は振動に対
する影響が十分考慮されていなければならず、この銅板
の筐体への取り付けには非常に高い取付精度及び接合強
度が要求されている。
【0005】しかし上記した従来のレーザ溶接方法をそ
のまま援用することになると、部品に貫通孔を設ける際
に穴あけドリルを用いて設けているため、この穴あけド
リルの手入れを行わなけばならないという問題や、溶接
用に設けた貫通孔にレーザ光の光軸を合わせるための高
精度な位置決めが必要となる問題や、いざレーザ光を照
射すると非常に大きな熱エネルギのために部材全体が熱
変形を起こしてしまうという問題があった。
【0006】本発明は上記のような技術的課題を解決す
るために、銅・アルミ等のようにレーザ光で溶解するこ
とが難しい材質の部材を熱変形させることなく溶接でき
るレーザ溶接方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
技術的課題を解決するためになされたものであり、第一
の部材と、この第一の部材よりも熱伝導率が低い第二の
部材とを重ね合わせ、レーザ発振器から出射されるレー
ザ光をこれら部材に照射するレーザ溶接方法において、
前記第一の部材に前記レーザ光を照射して貫通孔を設け
る第一の工程と、前記貫通孔に対して前記レーザ光を照
射することにより前記第二の部材だけを溶融する第二の
工程とを具備することを特徴とするレーザ溶接方法であ
る。より安定した接合強度を得るために、貫通孔に対し
て照射するレーザ光のレーザスポットが少なくとも前記
貫通孔が成す開口を覆うことが好ましい。
【0008】
【作用】銅やアルミ等熱伝導率が高い固体をレーザ光で
溶解するためには大きな光エネルギが必要である。これ
は物質に与えた熱が直ぐに周りに放散されるためであ
る。しかしこれらの物質に余り大きなエネルギを与えす
ぎると、これらの物質は液相にならず直接に蒸発する。
しかもこれらの物質を溶解するために最適な光エネルギ
の量は、これら物質の表面状態にも大きく関係するため
一概には決定できない。すなわち、熱電導率が高い物質
を溶解することは非常に困難な事である。しかし、これ
らの物質に孔あけ加工を施す事は特別困難なことではな
いため、本発明では溶接する部材のうち熱電導率が高い
方を第一の部材とし、他方を第二の部材として溶接を行
う。
【0009】本発明のレーザ溶接方法は上記のような構
成により以下の作用を奏する。重ね合わされた第一の部
材及び第二の部材において、まず第一の部材上に集光さ
れる第一のレーザ光照射によって第一の部材に貫通孔を
設ける。これにより第二の部材が露出する。続いて第一
の部材に設けられた貫通孔を通して第二の部材に対する
第二のレーザ光照射を行う。これによって第二の部材の
表面を溶解させる。このとき生成される溶解物が貫通孔
に沿って拡がり、第一の部材と第二の部材との袷目部分
をとざす。この溶解物が周囲との温度差により冷却され
て固化する事により第一の部材と第二の部材とは溶接さ
れる。
【0010】一般に、部材が暖まった状態にあるときに
は、部材が冷えている状態のときよりも部材の濡れ性が
向上することが知られている。したがって前記第二のレ
ーザ光照射は第一の部材を加熱するために、少なくとも
貫通孔が成す開口を覆う大きさのレーザスポットで行う
と良い。
【0011】
【実施例】本発明を実施するための装置の構成例を図を
用いて説明する。図1に示すレーザ溶接装置は、光エネ
ルギ制御手段たるレーザコントローラ6が接続されたレ
ーザ発振器1から出射したYAGレーザ光が、集光手段
たる集光レンズ2に入射し、被加工物を載置する台であ
るXYテーブル5上に載置された被加工物たる第一の部
材3及び第二の部材4に対して照射される。調整手段た
る昇降装置7は集光レンズ2に接続されており、集光レ
ンズ2を第一の部材3に対して垂直方向に駆動させるこ
とにより第一の部材3上のレーザスポット内の光エネル
ギ密度の大きさを調整する。
【0012】まず、第一の部材に貫通孔を設ける第一の
工程について説明する。本実施例では縦8mm×横13
mm×厚さ0.1mmの銅部材を第一の部材とし、縦1
0mm×横20mm×厚さ3mmの鉄部材を第二の部材
とした。銅部材に対する孔あけ加工時においては、照射
するレーザ光のパワー密度のオーダーとして大体107
W/cm2 以上が必要である。パワー密度のオーダーが
この値以下である場合には銅部材が中途半端に熱せられ
るために熱変形を起こす恐れがある。しかし、被加工物
の表面状態によって、加工に必要となるパワー密度の大
きさが異なるので、孔あけ加工時には前記した値よりも
十分に大きなパワー密度を確保する必要がある。本実施
例では銅部材に対して焦点でのレーザ光照射を行うこと
により直径0.1mmの貫通孔を設けた。設けられる孔
の深さは用いるレーザ発振器の出力と、被加工物に対す
るレーザ光の照射時間とによって決まる。本実施例の場
合はパルス幅が0.5msで0.5Jのレーザ光を照射
した。第一の工程を示す図を図2(a)に示す。図2
(a)では集光レンズ2によって集光された光束の焦点
を第一の部材3上に照射し、第一の部材3に貫通孔8を
設けている。
【0013】次に第二の部材を溶融する第二の工程につ
いて説明する。上記第一の工程によって銅部材に貫通孔
が設けられ、鉄部材が露出した。この露出した鉄部材に
対してレーザ光を照射する。鉄を溶融するために必要な
レーザ光のパワー密度のオーダーは大体104 W/cm
2 〜105 W/cm2 程度である。本実施例では第一の
工程においてレーザ光を照射した部位に直径0.2mm
のレーザスポットを形成してパルス幅が5.0msで
1.0Jのレーザ光を照射した。こうして照射されたレ
ーザ光は円筒カライドスコープ状の貫通孔内部を通過
し、鉄部材に照射される。この時、銅部材上に照射され
るレーザ光は銅部材を変形させるに足りないものであ
り、かつ、これは鉄を溶融するに十分なパワー密度であ
るから、この工程によって鉄部材のみ溶融されることに
なる。このようにして溶融された鉄は貫通孔表面に沿っ
て銅部材側に侵入する。この時銅部材と鉄部材との間を
塞ぎ、周りとの温度差によってそのまま固化し、結果と
して溶接された状態になる。第二の工程を示す図を図2
(b)に示す。図2(b)では図示せぬ昇降装置によっ
て集光レンズ2がレーザ光の光軸方向に変位させられて
おり、そのため貫通孔8に対してディフォーカスされた
レーザ光が照射されている。貫通孔8を通過して第二の
部材4に照射されたレーザ光によって第二の部材4の一
部が溶融し、その後周囲との温度差により凝固する。こ
の凝固体9の表面の形態は第一の部材3の濡れ性と溶融
物の表面張力との関係から貫通孔に沿って盛り上がり中
心部分がへこむ状態になる。凝固体9の盛り上がってい
る部分が第一の部材3と第二の部材4とを接合してい
る。
【0014】尚、本発明は特に銅やアルミ等の熱伝導率
が高い部材を溶接する場合に適しているが、加工の対象
となる金属の種類に依らず実施できる溶接方法であり、
予め貫通孔を設けておく必要がないことから作業効率の
改善効果が得られるものである。また、本実施例の装置
ではYAGレーザ光を用いたが、レーザ光としては加工
対象に効率良く吸収される波長の光であれば使用するこ
とができるので、例えば赤色光レーザダイオード等を用
いることも可能である。
【0015】本発明の溶接方法では、例えば銅板の上に
鉄板が重ねられている場合にはこれら部材の下側からレ
ーザ光を照射することができる。即ち、部材がどの様な
位置関係で重ねられていようとも比較的熱伝導率が高い
ほうの部材にレーザ光を照射できる位置にレーザ発振器
を設けることによって加工を行う事ができる。
【0016】また本発明の溶接方法では3枚以上の部材
を重ね合わせたものを溶接する場合に、これら部材のう
ち溶接を行う部分の部材まで貫通孔を設ける工程とこれ
によって露出した部材を溶融する工程とを組み合わせる
ことによって、複数枚の部材の各々のあわせ目部分にお
いて溶接を行うことができる。
【0017】
【発明の効果】本発明のレーザ溶接方法を用いる事によ
り、特に銅・アルミ等のように熱伝導率が高い部材から
なる微小な部品を大きく熱変形させることなく溶接でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の装置の構成例を示す模式
図。
【図2】 (a)は本発明第一の工程を示す断面図であ
り、(b)は本発明第二の工程を示す断面図である。
【符号の説明】 1…レーザ発振器 2…集光レンズ 3…第一の部材 4…第二の部材 5…XYテーブル 6…レーザコントローラ 7…昇降装置 8…貫通孔 9…凝固体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一の部材と、この第一の部材よりも熱伝
    導率が低い第二の部材とを重ね合わせ、レーザ発振器か
    ら出射されるレーザ光をこれら部材に照射するレーザ溶
    接方法において、 前記第一の部材に前記レーザ光を照射して貫通孔を設け
    る第一の工程と、 前記貫通孔を通して前記レーザ光を前記第二の部材に照
    射することにより前記第二の部材だけを溶融する第二の
    工程と、を具備することを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】貫通孔に対して照射するレーザ光のレーザ
    スポットが少なくとも前記貫通孔が成す開口を覆う事を
    特徴とする請求項1記載のレーザ溶接方法。
JP7137077A 1995-06-05 1995-06-05 レーザ溶接方法 Pending JPH08332582A (ja)

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