KR20180121384A

KR20180121384A - 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치

Info

Publication number: KR20180121384A
Application number: KR1020180047761A
Authority: KR
Inventors: 아키라 즈쿠이
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-11-07
Also published as: CN108788457A; US11420290B2; KR102101252B1; JP6863050B2; EP3395490B1; CN108788457B; EP3395490A1; US20210213563A1; JP2018187636A; US20180311768A1

Abstract

제1 부재(11)와 제2 부재(12)를 경계(BD)에서 용접하는 레이저 용접 방법이며, 멀티 레이저 빔(LB)은, 제1 부재(11)를 용융한 제1 용융지(11KM)를 형성하면서 진행하는 제1 빔(L1)과, 제2 부재(12)를 용융한 제2 용융지(12PM)를 형성하면서 진행하는 제2 빔(L2)과, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2)에 뒤이어 진행하고, 제1 용융지(11KM)와 제2 용융지(12PM)가 합체된 합체 용융지(14M)에 조사되는 메인 빔(LM)을 포함하는 레이저 빔이며, 이 멀티 레이저 빔(LB)을 조사하여 용접하는 용접 공정을 마련하고, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2)은 요동하지 않는 한편, 메인 빔(LM)은, 경계를 중심으로 요동한다.

Description

레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치{LASER WELDING METHOD AND LASER WELDING APPARATUS}

본 발명은 2개의 부재를 용접하는 레이저 용접 방법 및 이것에 사용하는 레이저 용접 장치에 관한 것이다.

2개의 부재를 용접하는 데 있어서, 레이저 용접을 사용하는 것이 알려져 있고, 이로 인한 레이저 용접 장치도 알려져 있다. 레이저 용접하는 2개의 부재로서는, 예를 들어 상자형의 금속 케이스를 구비하는 이차 전지에 있어서의, 용기 본체와 이 용기 본체의 개구부를 폐색하는 덮개를 들 수 있다. 이러한 부재의 레이저 용접에 관한 것이며, 예를 들어 일본 특허 공개 제2016-2562에는, 제1 레이저 조사 수단과 제2 레이저 조사 수단을 사용하여, 「레이저 통과」를 방지하면서, 고속으로 레이저 용접하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「레이저 통과」란, 제1 부재와 제2 부재의 경계를 이루는 간극을, 레이저 빔의 일부가 빠져나가, 제1 부재와 제2 부재의 내부(예를 들어, 용기 본체의 내부) 혹은 이측(예를 들어, 덮개의 이면)에까지 레이저 빔의 일부가 도달하는 현상을 의미한다. 이 「레이저 통과」가 일어나면, 예를 들어 용기 내부에 배치한 전극체 등에, 레이저 빔이 직접 혹은 그 반사광이 조사되어, 소손 등의 문제를 발생시킬 우려가 있으므로, 「레이저 통과」가 발생하는 것은 바람직하지 않다.

그러나, 이 일본 특허 공개 제2016-2562에 기재된 방법으로 레이저 용접한 경우를 포함하고, 제1 부재와 제2 부재를 레이저 용접한 경우, 용융 금속이 고화된 용접부의 강도가 낮은 장소가 발생하는 경우가 있었다. 그 원인으로서, 예를 들어 도 21에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(B1)의 제1 경계부(BE1)와 제2 부재(B2)의 제2 경계부(BE2)를 용접한 경우에 있어서, 이들을 용접한 용접부(YB) 내에 막상으로 연장되는 막상 산화물층(MOL)이 존재하고 있으며, 제1 부재(B1) 및 제2 부재(B2)가 응력을 받은 경우에, 이 막상 산화물층(MOL)의 단부를 기점으로, 용접부 내에 크랙이 발생하기 쉬움을 알 수 있었다.

용접 전, 파선으로 나타내는 제1 부재(B1)의 제1 경계부(BE1)의 제1 경계면(BS1) 및 이 제1 경계면(BS1)에 대향하는 제2 부재(B2)의 제2 경계부(BE2)의 제2 경계면(BS2)에는, 산화 피막(예를 들어 제1 부재 및 제2 부재(B2)가 알루미늄으로 이루어지는 경우에는, 산화알루미늄 Al₂O₃)이 형성되어 있다. 산화 피막을 이루는 산화물(예를 들어 산화알루미늄)은, 지금인 금속(예를 들어 알루미늄)보다도 융점이 높아, 레이저 용접 시에도 상대적으로 용해되기 어렵다. 이로 인해, 레이저 빔에 의해 제1 경계부(BE1) 및 제2 경계부(BE2)를 용해하여 용접하고자 한 경우에, 용접의 상태에 따라서는, 제1 경계면(BS1), 제2 경계면(BS2) 혹은 양자를 이루고 있던 산화 피막의 일부가 용해되고 남아, 용접부(YB) 내에 막상 산화물층(MOL)으로서 나타난다고 생각된다.

본 발명은 신뢰성이 높은 레이저 용접을 행할 수 있는 레이저 용접 방법 및 이것에 사용하는 레이저 용접 장치를 제공한다.

본 발명의 제1 양태는, 제1 부재 중 제2 부재와의 사이의 경계를 따르는 제1 경계부와, 상기 제2 부재 중 상기 경계를 따르는 제2 경계부를, 상기 제1 경계부의 제1 경계면과 상기 제2 경계부의 제2 경계면이 대향하는 형태로 배치하고, 상기 경계가 연장되는 경계를 따르는 진행 방향으로 멀티 레이저 빔의 조사 위치를 이동시켜, 상기 제1 경계부 및 제2 경계부를 용해하여, 상기 제1 부재와 제2 부재를 용접하는 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 상기 멀티 레이저 빔은, 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부에 조사되어, 상기 제1 경계부를 용융하면서 상기 경계를 따르는 진행 방향으로 진행하는 제1 빔과, 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 조사되어, 상기 제2 경계부를 용융하면서 상기 제1 빔과 동기하여 상기 경계를 따르는 진행 방향으로 진행하는 제2 빔과, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔보다도 큰 에너지를 갖고, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔에 뒤이어 또한 동기하여 상기 경계를 따르는 진행 방향으로 진행하고, 상기 제1 빔에 의해 상기 제1 경계부가 용융된 제1 용융지 및 상기 제2 빔에 의해 상기 제2 경계부가 용융된 제2 용융지가 합체된 합체 용융지에 조사되는 메인 빔을 포함하는 레이저 빔이다. 상기 제1 경계면과 상기 제2 경계면이 대향하는 형태로 한 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부를 향하여 상기 멀티 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 용접한다. 또한, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은 요동하지 않는 한편, 상기 메인 빔은, 상기 경계를 중심으로 요동한다.

이 레이저 용접 방법에서는, 제1 빔 및 제2 빔으로, 제1 경계부 및 제2 경계부를 용융하여 제1 용융지 및 제2 용융지를 형성하고, 거기에 뒤이어, 이들이 합체된 합체 용융지에 메인 빔을 조사한다. 이로 인해, 메인 빔이 경계를 빠져나가 반대측(예를 들어, 제1 부재와 제2 부재로 구성하는 용기의 내부나, 제1 부재 및 제2 부재의 이측)에 레이저 광이 도달하는 현상(이하, 이 현상을 「레이저 통과」라고도 한다)을 발생시키기 어렵다. 게다가, 메인 빔에 의해, 제1 경계부 및 제2 경계부의 경계 부근의 부위를 깊숙하게 용융시켜, 제1 부재와 제2 부재를 적절하게 용접할 수 있다. 게다가, 제1 빔 및 제2 빔은 요동하지 않으므로, 이들 요동에 의해, 제1 빔 혹은 제2 빔이, 제1 경계부 및 제2 경계부를 벗어나 경계에 조사되어, 레이저 통과를 발생시키는 것을 억제할 수 있다. 한편, 메인 빔에 대해서는, 경계를 중심으로 요동한다. 그러면, 메인 빔이 요동하면서 경계를 따르는 진행 방향으로 진행하여, 합체 용융지가 뒤섞인다. 이로 인해, 제1 경계부의 제1 경계면이나 제2 경계부의 제2 경계면에 형성되어 있던 산화물막이 합체 용융지 내에서 막상으로 용해되고 남기 어려워, 고화된 용접부 내에서, 이 용접부의 일부를 구획하여, 용접부 파단의 기점이 되어 딱딱한 막상 산화물층이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다.

또한, 제1 부재 및 제2 부재는, 레이저 용접으로 서로 용접하는 부재이며, 예를 들어 이차 전지의 용기 본체와, 용기 본체의 개구부를 폐색하는 덮개를 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 레이저 용접을 행하는 다양한 부재가 해당 한다. 또한, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부는, 제1 부재 및 제2 부재 중 경계를 사이에 두고 배치되고 경계에 근접한 부위를 가리키고, 이 제1 경계부 및 제2 경계부를 용융시켜 용접을 행하는 부위이다. 이차 전지의 용기 본체와, 용기 본체의 개구부를 폐색하는 덮개의 예로 말하면, 용기 본체와 덮개의 경계를 사이에 두고 배치되는, 용기 본체의 개구부 및 덮개의 주연부를 들 수 있다. 또한, 제1 경계부의 제1 경계면 및 제2 경계부의 제2 경계면은, 제1 경계부 및 제2 경계부 중 서로 대향하는 면이며, 이차 전지의 용기 본체와, 용기 본체의 개구부를 폐색하는 덮개의 예로 말하면, 용기 본체의 개구부 중 덮개의 주연부와 대향하는 개구 내측면과, 덮개의 주연부 중 용기 본체의 개구부의 개구 내측면에 대향하는 주연면을 들 수 있다. 또한, 용기 본체의 개구부의 개구 단부면과, 덮개의 주연부 중 용기 본체의 개구부의 개구 단부면에 대향하는 주연부 하면 등이 해당한다. 또한, 제1 경계면과 제2 경계면 사이가 경계가 된다.

레이저 빔을 생성하는 레이저 광원으로서는, 파이버 레이저, CO₂ 레이저, YAG 레이저 등을 사용할 수 있다. 제1 부재 및 제2 부재에 조사되는 레이저 빔은, 제1 빔, 제2 빔 및 이들에 뒤이어 경계를 따르는 진행 방향을 진행하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔이다. 따라서, 이 멀티 레이저 빔에는, 그 밖에, 예를 들어 메인 빔보다도 뒤이어 경계를 따르는 진행 방향을 진행하는 레이저 빔 등, 다른 레이저 빔도 포함하고 있어도 된다. 또한, 제1 빔, 제2 빔, 메인 빔은, 1개 또는 복수개의 레이저 빔으로 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 제1 빔, 제2 빔이, 각각 2개의 레이저 빔으로 구성되도록 해도 된다. 또한, 메인 빔이 2개 혹은 4개의 레이저 빔으로 구성되어 있어도 된다. 멀티 레이저 빔은, 복수의 레이저 광원으로부터 출사한 레이저 빔을 동시에 사용하여, 레이저 빔의 다발로서의 멀티 레이저 빔으로 해도 된다. 또한, 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element: DOE)를 사용하여, 1개의 레이저 빔으로부터 얻은 복수개의 레이저 빔을, 멀티 레이저 빔을 이루는 일부의 레이저 빔으로서 사용할 수도 있다.

레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 경계를 따르는 진행 방향은, 제1 경계부와 제2 경계부의 경계가 연장되는 방향 중 조사 위치가 진행되는 방향이다. 또한, 레이저 빔의 조사 위치를 요동시키는 방향은, 합체 용융지의 범위 내이면, 경계를 중심으로 하는 어느 방향이어도 된다. 예를 들어, 경계에 직교하는 경계 직교 방향이어도, 경계가 연장되는 방향인 진행 방향이어도, 혹은 이들에 사교하는 방향이어도 된다. 또한, 경계 직교 방향 및 경계를 따르는 진행 방향의 2방향의 요동을 동시에 발생시키는, 원 이동이나 타원 이동의 요동으로 할 수도 있다.

상술한 레이저 용접 방법이며, 상기 용접을 행할 때, 상기 메인 빔은, 상기 경계를 넘어 상기 경계에 직교하는 경계 직교 방향으로 요동해도 된다.

이 레이저 용접 방법에서는, 메인 빔이 경계를 넘어 경계 직교 방향으로 요동한다. 이로 인해, 메인 빔이 경계를 따르는 진행 방향으로 진행할 때에 메인 빔의 경계 직교 방향의 요동으로, 합체 용융지 내에 부유하고 있는 제1 경계부의 제1 경계면이나 제2 경계부의 제2 경계면에 형성되어 있던 산화물막을 절단하도록, 합체 용융지가 뒤섞인다. 이로 인해, 고화된 용접부 내에, 용접부 파단의 기점이 되기 쉬운 막상 산화물층이 특히 잔존하기 어려워, 보다 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다. 또한, 메인 빔이, 경계를 넘어 경계 직교 방향으로 요동하도록 하기 위해서는, 메인 빔의 요동하는 방향이 경계 직교 방향으로 일치하도록, 레이저 용접 장치와 제1 부재 및 제2 부재의 배치를 고려하면 된다.

상술한 바의 어느 기재된 레이저 용접 방법이며, 평행 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 광원부와, 회절 광학 소자 부재를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재에 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 소자부와, 상기 멀티 레이저 빔을 집광하도록 구성되는 집광부와, 상기 멀티 레이저 빔을 편향시키도록 구성되는 편향부를 구비하는 레이저 용접 장치를 사용해도 된다. 상기 회절 광학 소자 부재는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와, 상기 소자 형성부의 이동 방향의 제1 측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 제1 비형성부와, 상기 소자 형성부의 상기 이동 방향의 제2 측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 제2 비형성부를 포함해도 된다. 상기 소자 형성부는, 상기 회절 광학 소자에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 제1 비형성부는, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 제1 비형성부를 투과한 제1 투과 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 제2 비형성부는, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 제2 비형성부를 투과한 제2 투과 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 소자부는, 상기 평행 레이저 빔이 상기 제1 비형성부 및 상기 소자 형성부에 걸쳐 조사되고, 상기 메인 빔의 적어도 일부를 이루는 상기 제1 투과 빔과 상기 회절 멀티 빔으로 이루어지는 상기 멀티 레이저 빔이 출사되는 제1 위치와, 상기 평행 레이저 빔이 상기 소자 형성부 및 상기 제2 비형성부에 걸쳐 조사되고, 상기 회절 멀티 빔과 상기 메인 빔의 적어도 일부를 이루는 상기 제2 투과 빔으로 이루어지는 상기 멀티 레이저 빔이 출사되는 제2 위치 사이를, 상기 회절 광학 소자 부재를 상기 이동 방향으로 왕복 직선 이동시키도록 구성되는 직선 이동부를 가져도 된다. 상기 직선 이동부를 구동하여, 상기 회절 광학 소자 부재를 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 상기 왕복 직선 이동시킴과 함께, 상기 멀티 레이저 빔을, 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하여, 상기 멀티 레이저 빔을 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 조사하여 용접해도 된다.

상술한 레이저 용접 방법에서는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부의 이동 방향의 양측에 각각 제1 비형성부 및 제2 비형성부를 형성한 회절 광학 소자 부재를 사용하고, 평행 레이저 빔이 제1 비형성부 및 소자 형성부에 걸쳐 조사되는 제1 위치와, 평행 레이저 빔이 소자 형성부 및 제2 비형성부에 걸쳐 조사되는 제2 위치 사이를, 직선 이동부에서 왕복 직선 이동시킨다. 이에 의해 제1 부재 등에 조사되는 멀티 레이저 빔 중 메인 빔에는, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔이 교대로 포함되게 된다. 이 제1 투과 빔과 제2 투과 빔은, 초점에 집광될 때에, 광축을 사이에 두고 서로 역방향으로부터 초점을 향하여 조사된다.

또한, 초점에 집광된 경우에는, 제1 투과 빔도 제2 투과 빔도 동일 위치(초점)에 집광된다. 그러나, 상술한 레이저 용접 방법에서는, 멀티 레이저 빔을, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광한다. 이로 인해, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔이 제1 부재 및 제2 부재(조사면)에 닿는 위치가, 광축이 조사면에 교차하는 위치를 중심으로 서로 반대의 위치가 된다. 그리고 직선 이동부에 의한 회절 광학 소자 부재의 왕복 직선 이동에 수반하여, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔이 교대로 메인 빔에 포함되므로, 메인 빔 전체도 광축이 조사면에 교차하는 위치를 중심으로 조사면 상을 직선적으로 요동하는 것처럼 보인다. 한편, 투과 빔이 포함되는 메인 빔과는 달리, 제1 빔, 제2 빔 등은, 회절 멀티 빔 중 회절 광학 소자로 생성된 1차광이나 2차광의 빔이 되므로, 소자 형성부의 이동에 따라서는 그 위치가 변동되지 않는다.

이리하여, 이 레이저 용접 방법에서는, 상술한 레이저 용접 장치에 의해, 평행 레이저 빔으로부터, 요동하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다.

또한, 평행광인 평행 레이저 빔을 형성하는 광원부로서는, 적당한 광학계를 사용할 수 있지만, 예를 들어 레이저 광원과, 이 레이저 광원으로부터 방사된 레이저 광을 평행 레이저 빔으로 정형하는 콜리메이터로 이루어지는 광학계가 예시된다. 또한, 집광부로서는, 멀티 레이저 빔을 초점면 상의 초점 위치에 각각 집광시키는 광학계이며, 예를 들어 대물 렌즈 등으로 구성된다. 편향부는, 멀티 레이저 빔의 조사 위치를 경계를 따르는 진행 방향으로 진행시키는 등, 멀티 레이저 빔의 광축을 편향시키는 부위이며, 예를 들어 갈바노 스캐너 등을 사용한 것을 들 수 있다. 또한 2개의 갈바노 스캐너를 조합하여, 멀티 레이저 빔의 조사 위치를 X 방향 및 Y 방향으로 편향 가능하게 해도 된다. 또한, 레이저 용접 장치로서는, 소위 3D 갈바노 스캐너에 있어서, 그 소자부에 직선 이동부를 설치한 것을 사용할 수도 있다.

회절 광학 소자 부재의 소자 형성부에 설치하는 회절 광학 소자(DOE)로서는, 조사된 평행 레이저 빔으로부터, 1개 또는 복수의 제1 빔 및 1개 또는 복수의 제2 빔을 생성하는 패턴이 형성된 것, 이들 제1 빔 및 제2 빔 이외에도, 메인 빔의 일부도 생성하는 패턴이 형성된 것, 제1 빔 및 제2 빔 이외에도, 다른 빔도 생성하는 패턴이 형성된 것을 들 수 있다. 또한, 회절 광학 소자로부터 출사하는 빔에는, 소자 패턴에 따라 다르지만, 회절되지 않고 출사하는(투과하는) 0차광 이외에도, 1차광, 2차광 등이 이용된다. 한편, 회절 광학 소자 부재의 제1 비형성부 및 제2 비형성부에는, 회절 광학 소자는 형성되어 있지 않아, 입사된 평행 레이저 빔은 투과한다.

멀티 레이저 빔을, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하는 방법으로서는, 집광부에서 집광하는 멀티 레이저 빔의 초점 위치를, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트가 되도록, 레이저 용접 장치에 대한 제1 부재 및 제2 부재의 배치를 조정하면 된다. 또한, 레이저 용접 장치로서 3D 갈바노 스캐너를 사용하는 경우에는, 멀티 레이저 빔의 광축을 따르는 광축 방향으로 집광부가 집광하는 초점 위치를 변화시키는 초점 위치 이동부(Z 렌즈)에 의해, 전 핀트 또는 후 핀트가 되되록 초점 조정해도 된다. 또한, 전 핀트란, 조사되는 멀티 레이저 빔의 초점이, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부보다도, 앞(광원측)에 위치하고 있는 상태를 가리키고, 후 핀트란, 반대로, 초점이, 제1 경계부 및 제2 경계부보다도, 안측(광원으로부터 이격되는 측)에 위치하고 있는 상태를 가리킨다.

제1 양태의 레이저 용접 방법에 있어서 평행 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 광원부와, 회절 광학 소자 부재를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재에 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 소자부와, 상기 멀티 레이저 빔을 집광하도록 구성되는 집광부와, 상기 멀티 레이저 빔을 편향시키도록 구성되는 편향부를 구비하는 레이저 용접 장치를 사용해도 된다. 상기 회절 광학 소자 부재는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와, 상기 소자 형성부의 주위를 둘러싸고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 비형성부를 포함해도 된다. 상기 소자 형성부는, 상기 회절 광학 소자에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 비형성부는 환상이며, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 비형성부를 투과한 투과 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 평행 레이저 빔이 원형인 상기 소자 형성부와 상기 비형성부의 주위 방향 일부에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재가 배치되어도 된다. 상기 소자부는, 상기 회절 광학 소자 부재 자신을 회전시키지 않고, 상기 평행 레이저 빔의 광축의 주위를 원 이동시키도록 구성되는 원 이동부를 가져도 된다. 상기 원 이동부를 구동하여, 상기 회절 광학 소자 부재를 상기 원 이동시킴과 함께, 상기 멀티 레이저 빔을, 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하여, 상기 메인 빔을 원 이동시키면서, 상기 멀티 레이저 빔을 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 조사하여 용접해도 된다.

상술한 레이저 용접 방법에서는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부의 주위에 환상 비형성부를 형성한 회절 광학 소자 부재를 사용하고, 평행 레이저 빔이 환상 비형성부 및 소자 형성부에 걸쳐 조사되도록 회절 광학 소자 부재를 배치하며, 또한 회절 광학 소자 부재 자신을 회전시키지 않고, 평행 레이저 빔의 광축의 주위를 원 이동시킨다. 이에 의해 제1 부재 및 제2 부재에 조사되는 멀티 레이저 빔 중 메인 빔에는, 항상 투과 빔이 포함되게 된다. 게다가 회절 광학 소자 부재를 원 이동시키므로, 투과 빔은 멀티 레이저 빔의 광축으로부터 이격된 위치로부터 초점을 향하여 집광하게 되고, 게다가, 멀티 레이저 빔의 광축의 주위를 돌면서 초점을 향하여 집광하게 된다.

또한, 초점에서는, 투과 빔이 어느 장소로부터든, 동일 위치(초점)에 집광된다. 그러나, 상술한 레이저 용접 방법에서는, 멀티 레이저 빔을, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광한다. 그러면, 투과 빔이, 멀티 레이저 빔의 광축 주위를 돌도록 제1 부재 및 제2 부재에 조사되기 때문에, 원 이동부에 의한 회절 광학 소자 부재의 원 이동에 수반하여, 투과 빔을 포함하는 메인 빔 전체도 회전하면서 진행하는, 즉, 경계 직교 방향으로도 경계를 따르는 진행 방향으로도 요동하는 것처럼 보인다.

이리하여, 이 레이저 용접 방법에서도, 상술한 레이저 용접 장치에 의해, 평행 레이저 빔으로부터, 회전하듯이 요동하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다. 게다가, 메인 빔이 회전하듯이 요동하므로, 멀티 레이저 빔의 진행 방향의 선택에 영향받지 않아, 메인 빔을 요동시켜, 용접부에 있어서의 막상 산화물층의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 광원부, 집광부, 편향부, 회절 광학 소자(DOE), 전 핀트 또는 후 핀트의 조정 등의 설명에 대해서는, 전항과 마찬가지이다. 또한, 레이저 용접 장치로서는, 3D 갈바노 스캐너의 소자부에 원 이동부를 설치한 것을 사용할 수도 있다.

본 발명의 제1 양태의 레이저 용접 방법에 있어서, 평행 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 광원부와, 회절 광학 소자 부재를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재에 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 소자부와, 상기 멀티 레이저 빔을 집광하도록 구성되는 집광부, 상기 집광부는, 상기 멀티 레이저 빔이 집광되는 초점 위치를, 상기 멀티 레이저 빔의 광축을 따르는 광축 방향으로 이동시키는 초점 위치 이동부를 갖고, 상기 멀티 레이저 빔을 편향시키도록 구성되는 편향부를 구비하는 레이저 용접 장치를 사용해도 된다. 상기 회절 광학 소자 부재는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 비형성부를 포함해도 된다. 상기 소자 형성부는, 상기 회절 광학 소자에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 비형성부는, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 비형성부를 투과한 투과 빔을 출사하도록 구성되어도 된다. 상기 평행 레이저 빔이 상기 소자 형성부 및 상기 비형성부에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재가 배치되어도 된다. 상기 회절 멀티 빔과 상기 메인 빔의 적어도 일부를 이루는 상기 투과 빔으로 이루어지는 상기 멀티 레이저 빔을 출사하고, 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 대한, 상기 멀티 레이저 빔이 집광되는 초점 위치가, 전 핀트의 상태와 후 핀트의 상태를 교대로 발생시키도록 상기 초점 위치 이동부를 구동하여, 상기 멀티 레이저 빔을 상기 제1 부재의 상기 제1 경계부 및 상기 제2 부재의 상기 제2 경계부에 조사하여 용접해도 된다.

상술한 레이저 용접 장치에서는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와 이것에 인접하여 배치된 비형성부를 포함하는 회절 광학 소자 부재를 사용하고, 평행 레이저 빔이 소자 형성부 및 비형성부에 걸쳐 조사되도록 회절 광학 소자 부재를 배치한다. 이에 의해 메인 빔에는 투과 빔이 포함되게 된다. 이 비형성부로 생성된 투과 빔이란, 초점에 집광될 때에, 경계 직교 방향 중 한쪽측으로부터 초점을 향하여 집광하게 된다. 게다가, 상술한 레이저 용접 방법에서는, 초점 위치 이동부를, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대한, 멀티 레이저 빔이 집광되는 초점 위치가, 전 핀트의 상태와 후 핀트의 상태를 교대로 발생시키도록 구동한다. 이에 의해, 전 핀트와 후 핀트의 상태에서는, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 대한 투과 빔의 조사 위치가 반대로 된다. 이로 인해, 초점 위치 이동부의 구동에 수반하여, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔을 교대로 포함하는 메인 빔 전체도, 경계 직교 방향으로 요동하는 것처럼 보인다.

이리하여, 이 레이저 용접 방법에서는, 상술한 레이저 용접 장치에 의해, 평행 레이저 빔으로부터, 요동하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다. 게다가, 소자부에 직선 이동부 등의 가동부를 설치할 필요가 없어, 이 점에 있어서 더욱 간이한 광학 구성으로 할 수 있다.

또한, 광원부, 집광부, 편향부, 회절 광학 소자(DOE), 전 핀트 또는 후 핀트의 조정 등의 설명에 대해서는, 전술한 바와 마찬가지이다. 또한, 초점 위치 이동부는, 멀티 레이저 빔이 집광되는 초점 위치를, 멀티 레이저 빔의 광축을 따르는 광축 방향으로 이동시키는 부위이며, 예를 들어 볼록 렌즈와, 이 볼록 렌즈의 광축 방향의 이동에 의해 멀티 레이저 빔의 초점 위치를 광축 방향으로 이동시키는 기구를 갖는 것, 예를 들어 3D 갈바노 스캐너에 있어서의 Z 렌즈를 들 수 있다. 즉, 레이저 용접 장치로서는, 초점 위치 이동부(Z 렌즈)를 갖는 3D 갈바노 스캐너를 사용할 수도 있다.

또한 상기에 기재된 레이저 용접 방법이며, 상기 회절 광학 소자 부재의 상기 소자 형성부는, 상기 소자 형성부에 형성된 상기 회절 광학 소자에 의해, 상기 소자 형성부를 투과한 상기 멀티 레이저 빔의 적어도 일부로서, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔 이외에도, 상기 평행 레이저 빔의 0차광이며 상기 메인 빔의 일부를 이루는 0차광 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 상기 회절 멀티 빔을 출사하는 레이저 용접 방법으로 하면 된다.

이 레이저 용접 방법에서는, 소자 형성부로부터의 회절 멀티 빔에, 메인 빔의 일부를 이루는 0차광 빔을 포함하고 있다. 즉, 제1 부재의 제1 경계부 및 제2 부재의 제2 경계부에 조사되는 멀티 레이저 빔에 있어서, 메인 빔에 0차광 빔을 포함하므로, 제1 경계부와 제2 경계부의 경계에 있어서, 이들을 깊게(멀티 레이저 빔의 광축 방향으로 크게) 용융시킬 수 있어, 제1 부재의 제1 경계부와 제2 부재의 제2 경계부를 높은 강도로 용접할 수 있다.

상기한 레이저 용접 방법이며, 상기 경계를 따르는 진행 방향으로의 상기 멀티 레이저 빔의 진행 시에, 상기 경계를 따르는 진행 방향으로 3왕복/㎜ 이상의 빈도로 상기 메인 빔을 요동시켜도 된다.

상술한 레이저 용접 방법에서는, 메인 빔의 요동을, 경계를 따르는 진행 방향으로 3왕복/㎜ 이상의 빈도로 행하므로, 합체 용융지가 적절하게 뒤섞인다. 이로 인해, 합체 용융지가 고화된 용접부 내에 막상 산화물층이 특히 남기 어려워, 신뢰성이 높은 용접이 가능해진다.

또한, 요동의 빈도는, 20왕복/㎜ 이하의 빈도로 하면 된다. 요동의 빈도가 너무 많으면, 요동에 수반하는 직선 이동부 등의 진동의 영향이 커지기 쉬워 바람직하지 않기 때문이다.

본 발명의 제2 양태는, 평행 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 광원부와, 회절 광학 소자 부재를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재에 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 복수의 빔으로 이루어지는 멀티 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 소자부와, 상기 멀티 레이저 빔을 집광하도록 구성되는 집광부와, 상기 멀티 레이저 빔을 편향시키도록 구성되는 편향부를 구비하는 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 상기 멀티 레이저 빔은, 적어도, 메인 빔과, 상기 메인 빔보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔에 대하여 상기 멀티 레이저 빔의 진행 방향의 전방 경사 일방측으로 이격되어 조사되는 제1 빔과, 상기 메인 빔보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔에 대하여 상기 멀티 레이저 빔의 진행 방향의 전방 경사 타방측으로 이격되어 조사되는 제2 빔을 포함한다. 상기 회절 광학 소자 부재는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와, 상기 소자 형성부의 이동 방향의 일방측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 제1 비형성부와, 상기 소자 형성부의 상기 이동 방향의 타방측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 제2 비형성부를 포함한다. 소자 형성부는, 상기 회절 광학 소자에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔을 출사하도록 구성된다. 상기 제1 비형성부는, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 제1 비형성부를 투과한 제1 투과 빔을 출사하도록 구성된다. 제2 비형성부는, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 제2 비형성부를 투과한 제2 투과 빔을 출사하도록 구성된다. 상기 소자부는, 상기 평행 레이저 빔이 상기 제1 비형성부 및 상기 소자 형성부에 걸쳐 조사되고, 상기 메인 빔의 적어도 일부를 이루는 상기 제1 투과 빔과 상기 회절 멀티 빔으로 이루어지는 상기 멀티 레이저 빔이 출사되는 제1 위치와, 상기 평행 레이저 빔이 상기 소자 형성부 및 상기 제2 비형성부에 걸쳐 조사되고, 상기 회절 멀티 빔과 상기 메인 빔의 적어도 일부를 이루는 상기 제2 투과 빔으로 이루어지는 상기 멀티 레이저 빔이 출사되는 제2 위치 사이에서, 상기 회절 광학 소자 부재를 상기 이동 방향으로 왕복 직선 이동시키도록 구성되는 직선 이동부를 갖는다.

이 레이저 용접 장치에서는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부의 이동 방향의 양측에 각각 제1 비형성부 및 제2 비형성부를 형성한 회절 광학 소자 부재를 사용하고, 평행 레이저 빔이 제1 비형성부 및 소자 형성부에 걸쳐 조사되는 제1 위치와, 평행 레이저 빔이 소자 형성부 및 제2 비형성부에 걸쳐 조사되는 제2 위치 사이를, 직선 이동부에서 왕복 직선 이동시킨다. 이에 의해 제1 부재 등에 조사되는 멀티 레이저 빔 중 메인 빔에는, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔이 교대로 포함되게 된다. 그리고 제1 비형성부로 생성된 제1 투과 빔과, 제2 비형성부로 생성된 제2 투과 빔은, 초점에 집광될 때에, 멀티 레이저 빔의 광축을 사이에 두고 서로 역방향으로부터 초점을 향하여 조사된다.

또한, 초점에 집광된 경우에는, 제1 투과 빔도 제2 투과 빔도 동일 위치(초점)에 집광된다. 그러나, 상술한 레이저 용접 장치에 있어서, 멀티 레이저 빔을, 용접하는 제1 부재와 제2 부재에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 디포커스 상태로 집광하면, 직선 이동부에 의한 회절 광학 소자 부재의 왕복 직선 이동에 수반하여, 제1 투과 빔과 제2 투과 빔이 교대로 메인 빔에 포함되므로, 회절 광학 소자 부재의 이동 방향에 대응하는 방향으로 메인 빔 전체가 요동하는 것처럼 보인다. 한편, 투과 빔이 포함되는 메인 빔과는 달리, 제1 빔, 제2 빔 등은, 회절 멀티 빔 중 회절 광학 소자로 생성된 1차광이나 2차광의 빔이 되므로, 요동하지 않는다. 이것에 의해 이 레이저 용접 장치에서는, 메인 빔만 회절 광학 소자 부재의 이동 방향에 대응하는 방향으로 요동하는 한편, 제1 빔 및 제2 빔은 요동하지 않는 멀티 레이저 빔을 제1 부재 및 제2 부재에 조사할 수 있다.

게다가 이 레이저 용접 장치에서는, 평행 레이저 빔으로부터, 요동하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔을 생성하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성이 된다.

또한, 광원부, 집광부, 편향부, 회절 광학 소자(DOE), 전 핀트 또는 후 핀트의 조정 등의 설명에 대해서는, 상기와 마찬가지이다. 또한, 하나의 갈바노 스캐너를 사용한 편향부 등, 이 편향부에서 편향되어 진행시키는 멀티 레이저 빔의 진행 방향이, 특정한 방향(이 방향을 X 방향으로 한다)에 한정되어 있는 레이저 용접 장치에 있어서는, 디포커스 상태로 집광된 메인 빔이 직선 이동부의 구동에 의해 요동하는 방향이, 멀티 레이저 빔의 진행 방향(X 방향)에 대하여 직교하는 방향(Y 방향)이 되도록, 직선 이동부와 편향부의 관계를 정하면 된다. 멀티 레이저 빔의 조사에 의해, 제1 빔에 의해 형성된 제1 용융지 및 제2 빔에 의해 형성된 제2 용융지가 합체된 합체 용융지 내에 부유하고 있는 산화물막을 요동하는 메인 빔으로 절단하도록 합체 용융지를 뒤섞을 수 있어, 고화된 용접부 내에 막상 산화물층이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능해진다. 한편, 2개의 갈바노 스캐너를 조합하여, 멀티 레이저 빔의 조사 위치를 X 방향 및 Y 방향으로 편향 가능하게 한 편향부 등, 이 편향부에서 편향되어 진행시키는 멀티 레이저 빔을, X 방향 및 Y 방향의 어느 쪽에도 진행시킬 수 있는 레이저 용접 장치에 있어서는, 디포커스 상태로 집광된 메인 빔이 직선 이동부의 구동에 의해 요동하는 방향이, 레이저 용접 장치가 기준으로 하고 있는 방향(예를 들어, 하나의 갈바노 스캐너에서 편향시키는 X 방향 혹은 Y 방향)에 대하여 직교하는 방향(Y 방향 혹은 X 방향)이 되도록, 직선 이동부와 편향부의 관계를 정하면 된다. 편향부의 제어가 용이한 레이저 용접 장치가 기준으로 하는 방향으로 멀티 레이저 빔을 진행시키는 경우에, 제1 빔에 의해 형성된 제1 용융지 및 제2 빔에 의해 형성된 제2 용융지가 합체된 합체 용융지 내에 부유하고 있는 산화물막을 요동하는 메인 빔으로 절단하도록 합체 용융지를 뒤섞을 수 있어, 고화된 용접부 내에 막상 산화물층이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능해진다.

본 발명의 제3 양태는, 평행 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 광원부와, 회절 광학 소자 부재를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재에 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 복수의 빔으로 이루어지는 멀티 레이저 빔을 형성하도록 구성되는 소자부와, 상기 멀티 레이저 빔을 집광하도록 구성되는 집광부와, 상기 멀티 레이저 빔을 편향시키도록 구성되는 편향부를 구비하는 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 상기 멀티 레이저 빔은, 적어도, 메인 빔과, 상기 메인 빔의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔에 대하여 상기 멀티 레이저 빔의 진행 방향에 있어서 전방의 제1 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제1 빔과, 상기 메인 빔의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔에 대하여 상기 멀티 레이저 빔의 진행 방향에 있어서 전방의 제2 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제2 빔을 포함하고, 상기 제2 경사 방향은 상기 제1 경사 방향과 상기 진행 방향에 있어서 반대측으로 경사지는 방향이며, 상기 회절 광학 소자 부재는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부와, 상기 소자 형성부의 주위를 둘러싸고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 비형성부를 포함하고, 상기 소자 형성부는, 상기 회절 광학 소자가 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔으로부터, 상기 멀티 레이저 빔 중 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔을 출사하도록 구성되고, 상기 비형성부는 환상이며, 상기 멀티 레이저 빔의 상기 메인 빔의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔을 회절시키지 않고 상기 환상 비형성부를 투과한 투과 빔을 출사하도록 구성되고, 상기 평행 레이저 빔이 원형인 상기 소자 형성부와 상기 환상 비형성부의 주위 방향 일부에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재가 배치되고, 상기 소자부는, 상기 회절 광학 소자 부재 자신을 회전시키지 않고, 상기 평행 레이저 빔의 광축의 주위를 원 이동시키도록 구성되는 원 이동부를 갖는다.

상술한 레이저 용접 장치에서는, 회절 광학 소자가 형성된 소자 형성부의 주위에 환상 비형성부를 형성한 회절 광학 소자 부재를 사용하고, 평행 레이저 빔이 환상 비형성부 및 소자 형성부에 걸쳐 조사되도록 회절 광학 소자 부재를 배치하며, 또한 회절 광학 소자 부재 자신을 회전시키지 않고, 평행 레이저 빔의 광축의 주위를 원 이동시킨다. 이에 의해 제1 부재 및 제2 부재에 조사되는 멀티 레이저 빔 중 메인 빔에는, 항상 투과 빔이 포함되게 된다. 게다가 회절 광학 소자 부재를 원 이동시키므로, 투과 빔은 멀티 레이저 빔의 광축으로부터 이격된 위치로부터 초점을 향하여 집광하게 되고, 게다가, 멀티 레이저 빔의 광축의 주위를 돌면서 초점을 향하여 집광하게 된다.

또한, 초점에서는, 투과 빔이 어느 장소로부터든, 동일 위치(초점)에 집광된다. 그러나, 상술한 레이저 용접 장치에 있어서, 멀티 레이저 빔을, 용접하는 제1 부재와 제2 부재에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하면, 원 이동부에 의한 회절 광학 소자 부재의 원 이동에 수반하여, 투과 빔이 멀티 레이저 빔의 광축 주위를 돌도록 제1 부재 및 제2 부재에 조사되기 때문에, 투과 빔을 포함하는 메인 빔 전체도 회전하면서 진행한다. 즉, 진행 방향으로도 이것에 직교하는 방향으로도 메인 빔이 요동하는 것처럼 보인다.

이리하여, 이 레이저 용접 장치에서는, 평행 레이저 빔으로부터, 요동하는 메인 빔을 포함하는 멀티 레이저 빔을 생성하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성이 된다. 게다가, 메인 빔이 회전하듯이 요동하므로, 멀티 레이저 빔의 진행 방향의 선택에 영향을 미치지 않고, 메인 빔을 요동시킬 수 있다.

또한, 광원부, 집광부, 편향부, 회절 광학 소자(DOE), 전 핀트 또는 후 핀트의 조정 등의 설명에 대해서는, 상기와 마찬가지이다.

본 발명의 예시적 실시예의 기술적 및 산업적 의의, 특징, 이점에 대하여 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.　 상기 도면에서 유사한 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 레이저 용접된 전지의 사시도.
도 2는 용접 전의 전지의 상면도.
도 3은 레이저 용접 장치의 개략 구성을 도시하는 설명도.
도 4는 레이저 용접 장치에 의한 레이저 빔의 주사를 도시하는 설명도.
도 5는 소자부 중 회절 광학 소자 부재의 구성을 도시하는 평면도.
도 6은 회절 광학 소자 부재의 소자 형성부(회절 광학 소자)로부터 출사하고, 용기 본체 및 덮개에 조사되는 회절 멀티 빔의 조사 패턴을 도시하는 도면.
도 7은 회절 광학 소자 부재 및 이것을 직선 왕복 이동시키는 직선 이동부를 갖는 소자부의 구성 및 평행 레이저 빔의 관계를 도시하는 평면도.
도 8은 용기 본체 및 덮개에 조사되는 제1 투과 빔 및 제2 투과 빔의 광로를 도시하는 설명도.
도 9는 레이저 용접 장치로부터 용기 본체 및 덮개로, 멀티 레이저 빔을 디포커스 상태로 집광하여 조사하는 모습을 도시하는 설명도.
도 10은 회절 광학 소자 부재의 소자 형성부(회절 광학 소자)로부터 출사한, 제1 투과 빔 및 제2 투과 빔을 포함하지 않고, 회절 멀티 빔만을 포함하는 멀티 레이저 빔과, 용기 본체 및 덮개의 관계를 도시하는 설명도.
도 11은 회절 멀티 빔 중 제1 빔 및 제2 빔과, 용기 본체 및 덮개에 있어서의 용융 부분의 관계를 도시하는 설명도.
도 12는 회절 멀티 빔 중 제1 빔 및 제2 빔과, 용기 본체 및 덮개에 있어서의 용융 부분의 관계를 도시하는 설명도.
도 13은 회절 광학 소자 부재의 소자 형성부(회절 광학 소자)로부터 출사한 회절 멀티 빔에 제1 투과 빔을 중첩시킨 멀티 레이저 빔과, 용기 본체 및 덮개의 관계를 도시하는 설명도.
도 14는 회절 광학 소자 부재의 소자 형성부(회절 광학 소자)로부터 출사한 회절 멀티 빔에 제2 투과 빔을 중첩시킨 멀티 레이저 빔과, 용기 본체 및 덮개의 관계를 도시하는 설명도.
도 15는 실시 형태에 관한 것으로, 레이저 용접된 용기 본체와 덮개의 용접 부분의 확대 단면도.
도 16은 멀티 레이저 빔을 사용하여, 용기 본체와 덮개를 일주에 걸쳐 레이저 용접하는 모습을 도시하는 설명도.
도 17은 변형 형태 1에 관한 것으로, 회절 광학 소자 부재 및 이것을 원 이동시키는 원 이동부를 갖는 소자부의 구성 및 평행 레이저 빔의 관계를 도시하는 평면도.
도 18은 변형 형태 1에 관한 것으로, 회절 광학 소자 부재의 소자 형성부(회절 광학 소자)로부터 출사한 회절 멀티 빔에 원을 그려 이동하는 투과 빔을 중첩시킨 멀티 레이저 빔과, 용기 본체 및 덮개의 관계를 도시하는 설명도.
도 19는 변형 형태 2에 관한 것으로, 소자 형성부 및 비형성부를 갖는 회절 광학 소자 부재 및 평행 레이저 빔과의 관계를 도시하는 평면도.
도 20은 변형 형태 2에 관한 것으로, Z 렌즈의 이동에 의한 투과 빔의 집광 위치의 변동과, 용기 본체 및 덮개의 관계를 도시하는 설명도.
도 21은 참고 형태에 관한 것으로, 레이저 용접된 용기 본체와 덮개의 용접 부분의 확대 단면도.

(실시 형태)

이하에, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 본 실시 형태에 관한 것으로, 레이저 용접으로 용기 본체(11)와 덮개(12)를 용접한 전지(10)의 사시도를, 도 2에 용접 전의 전지(10)의 상면도를 도시한다. 전지(10)는, 그 외경이 편평한 직육면체 형상이다.

전지(10)는, 도 1에 있어서의 상방이 개구된 바닥이 있는 각통상의 용기 본체(11)와, 이 용기 본체(11)의 상단의 개구부(11K) 내에 삽입되어 개구부(11K)를 폐색하는 직사각형 판상의 덮개(12)의 주연부(12P)를, 일주에 걸쳐 레이저 용접으로 형성한 용접부(14)로 접합하여 이루어진다. 용기 본체(11)의 내부에는, 도시하지 않은 전극체, 전해액 등이 수용되고, 덮개(12)를 통하여, 정극 단자(15) 및 부극 단자(16)가 외부로 돌출되어 있다. 덮개(12) 중 정극 단자(15)와 부극 단자(16) 사이에는, 도시하지 않은 주액 구멍을 폐색하는 주액 구멍 밀봉 부재(17)가 덮개(12)에 고착되어 있다. 이 전지(10)는, 정극 단자(15) 및 부극 단자(16)를 통하여, 충방전이 가능한 이차 전지, 구체적으로는 리튬 이온 이차 전지이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 용기 본체(11) 및 덮개(12)는, 모두 알루미늄을 포함한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이 전지(10)에 있어서의 직교하는 3방향을, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 덮개(12)의 긴 쪽 방향을 X 방향(XW), 짧은 쪽 방향을 Y 방향(YW), 용기 본체(11)의 깊이 방향을 Z 방향(ZW)으로 정한다.

본 실시 형태의 전지(10)의 제조 방법은, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 내에 덮개(12)를 삽입하는 삽입 공정과, 레이저 빔을 조사하여 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)를 레이저 용접하는 레이저 용접 공정을 포함하고 있다.

먼저, 삽입 공정에 대하여 설명한다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 덮개(12)에는 정극 단자(15) 및 부극 단자(16)가 내측으로부터 돌출되어 있으며, 정극 단자(15)와 부극 단자(16)는 용기 본체(11) 내에 도시하지 않은 전극체를 보유 지지하고 있다. 삽입 공정에서는, 용기 본체(11) 내에 전극체를 삽입하도록 하고, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 내에 덮개(12)를 삽입한다. 이에 의해, 용기 본체(11)의 개구부(11K)의 개구 내측면(11KS)과, 덮개(12)의 주연부(12P)의 외주면(12PS)을 대향하는 위치에 배치한다.

또한, 용기 본체(11) 및 덮개(12)는, 개구 내측면(11KS)과 외주면(12PS)의 사이에는, 약간 간극(G)이 발생하도록 형성되어 있다. 용기 본체(11)의 개구부(11K)에 덮개(12)를 원활하게 삽입 가능하게 하기 위해서이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 용기 본체(11)의 개구부(11K)의 단부면인 피조사면(11KT)과, 덮개(12)의 주연부(12P)의 상면인 피조사면(12PT)이, Z 방향(ZW)에 일치하도록, 즉 피조사면(11KT)과 피조사면(12PT)이 편평해지도록, 덮개(12)를 용기 본체(11)의 개구부(11K)에 삽입한다(도 8, 도 11 참조).

이어서, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)를 레이저 용접하는 레이저 용접 공정을 행한다. 본 실시 형태에서는, 레이저 용접 시에 레이저 용접 장치(100)를 사용하므로, 먼저, 레이저 용접 장치(100)에 대하여, 도 2 내지 도 8을 사용하여 설명한다. 레이저 용접 장치(100)는, 소위 3D 갈바노 스캐너이다. 즉, 레이저 용접 장치(100)는, 평행 레이저 빔(LP)을 형성하는 광원부(110)와, 회절 광학 소자 부재(141)를 갖고, 이 회절 광학 소자 부재(141)에 입사한 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하는 소자부(140)와, 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하는 집광부(120)와, 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키는 편향부(130)를 구비한다.

이 중 광원부(110)는, 레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기(111)와, 그 출사구(111S)로부터 출사한 레이저 광(LZ)을 평행 레이저 빔(LP)으로 변환하는 콜리메이터(콜리메이트 렌즈)(115)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 레이저 발진기(111)로서 파이버 레이저를 사용하고 있다. 평행 레이저 빔(LP)은, 소자부(140)의 회절 광학 소자 부재(141)를 통하여, 후술하는 복수의 레이저 빔(LD0 내지 LD8, LT1, LT2)이 모인 멀티 레이저 빔(LB)으로 변환된 후, 집광부(120) 중 Z 렌즈(125)를 통과한다. 또한, 편향부(130)의 제1 갈바노 스캐너(131) 및 제2 갈바노 스캐너(132)에서 반사된 뒤, 집광 렌즈(121) 및 보호 렌즈(122)를 통하여, 외부로 출사한다. 레이저 용접 장치(100)로부터 출사한 멀티 레이저 빔(LB)을 이루고, 각 레이저 빔(LD0 내지 LD8, LT1, LT2)은, 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)을 따라 진행하여, 초점면(SPS) 위에서, 각각 초점(SP)을 연결한다.

3D 갈바노 스캐너인 레이저 용접 장치(100)에서는, Z 렌즈(125)를, 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)을 따르는 광축 방향(LBH)으로 이동시킴으로써, 멀티 레이저 빔(LB)이 집광하는 초점면(SPS)(초점(SP))의 위치를, Z 방향(ZW)으로 변화시킬 수 있다. 또한, 제1 갈바노 스캐너(131)는, 그 편향각을 변화시킴으로써, 입사된 멀티 레이저 빔(LB)(그 광축(LBX))을 X 방향(XW)으로 편향시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제2 갈바노 스캐너(132)는, 그 편향각을 변화시킴으로써, 입사된 멀티 레이저 빔(LB)(그 광축(LBX))을 Y 방향(YW)으로 편향시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 레이저 발진기(111), Z 렌즈(125), 제1 갈바노 스캐너(131), 제2 갈바노 스캐너(132) 및 후술하는 소자부(140)의 직선 이동부(148)는, 제어부(160)에 의해 각 동작이 제어된다(도 3 참조).

이 레이저 용접 장치(100)를 사용하여, 용기 본체(11) 및 덮개(12) 중 이들 경계(BD)(도 2에 있어서 일점쇄선으로 나타낸다)를 따르는 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P)에 멀티 레이저 빔(LB)을 조사하여, 개구부(11K)와 주연부(12P)를 일주에 걸쳐 레이저 용접한다. 또한, 용기 본체(11)와 덮개(12)의 경계(BD)는, X 방향(XW)으로 직선형으로 연장되는 제1 긴 쪽 구간(X1) 및 제2 긴 쪽 구간(X2), Y 방향(YW)으로 직선형으로 연장되는 제1 짧은 쪽 구간(Y1) 및 제2 짧은 쪽 구간(Y2), 호상으로 90도 방향 변환하는 호상 구간(R1 내지 R4)을 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 짧은 쪽 구간(Y1) 내의 용접 개시 위치(TS)로부터, 경계(BD)(각 구간(Y1, X1, Y2, X2, R1 내지 R4))에 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)이 중첩되도록 하면서, 반시계 방향으로 멀티 레이저 빔(LB)을 진행시켜, 레이저 용접을 행한다(도 4 참조). 이 중 제1 긴 쪽 구간(X1)에서는, 멀티 레이저 빔(LB)이 X 정방향(XW1)(도 2 중 우측)으로 진행되도록 주사 제어한다. 제2 긴 쪽 구간(X2)에서는, 멀티 레이저 빔(LB)이 X 부방향(XW2)(도 2 중 좌측)으로 진행되도록 주사 제어한다. 또한, 제1 짧은 쪽 구간(Y1)에서는, 멀티 레이저 빔(LB)이 Y 부방향(YW2)(도 2 중 하방)으로 진행되도록 주사 제어한다. 제2 짧은 쪽 구간(Y2)에서는, 멀티 레이저 빔(LB)이 Y 정방향(YW1)(도 2 중 상쪽)으로 진행되도록 주사 제어한다. 또한 각 호상 구간(R1 내지 R4)에서도, 각각 멀티 레이저 빔(LB)이 호상 구간(R1 내지 R4)을 따라 진행되도록 주사 제어한다.

또한, 용접 개시 위치(TS) 부근에 있어서, 레이저 용접을 중첩시켜 행하기 위해, 도 2에 도시하는 바와 같이, 레이저 용접의 용접 종료 위치 TE를 용접 개시 위치(TS)보다도 Y 부방향(YW2)측에 정해 둔다.

이어서, 소자부(140) 및 이 소자부(140)로부터 출사하는 멀티 레이저 빔(LB)에 대하여 설명한다. 소자부(140)(도 5 참조)는, 회절 광학 소자 부재(141)와 직선 이동부(148)를 갖는다. 이 중 회절 광학 소자 부재(141)는, 입사된 평행 레이저 빔(LP)이 통과하는 투광부(144)와, 이 투광부(144)를 보유 지지하는 보유 지지부(145)로 이루어진다. 투광부(144)는, 원판상의 석영 유리를 포함하고, 중앙 부분의 직사각 형상 영역은, 미세 가공에 의해 소정의 회절 패턴을 갖는 회절 광학 소자(142E)가 다수 형성된 소자 형성부(142)로 되어 있다. 한편, 소자 형성부(142)의 주위는, 회절 광학 소자는 형성되어 있지 않아, 광학적으로 투명한 평판상의 비형성부(143)로 되어 있다. 또한, 도 5에 있어서, 이 비형성부(143) 중 소자 형성부(142)의 우측(후술하는 이동 방향(PP) 중 한쪽측(PP1))에 인접하는 부위를 제1 비형성부(143A), 소자 형성부(142)의 좌측(이동 방향(PP) 중 타방측(PP2))에 인접하는 부위를 제2 비형성부(143B)로 한다.

회절 광학 소자(142E)는, 소자 형성부(142)에 평행 레이저 빔(LP)이 입사된 경우에, 도 6에 도시하는 배치의 복수의 레이저 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)(LD0 내지 LD8)이 초점면(SPS)에 각각 집광되는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 회절 멀티 빔(LD) 중 0차광 빔(LD0)은, 소자 형성부(142)(회절 광학 소자(142E))에서 회절되지 않고 투과하여 진행되는 0차광이 이루는 레이저 빔이다. 한편, 회절 빔(LD2, LD4, LD6, LD8)은, 회절 광학 소자(142E)의 1차광이며, 회절 빔(LD1, LD3, LD5, LD7)은, 회절 광학 소자(142E)의 2차광이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 회절 멀티 빔(LD) 중 0차광 빔(LD0)의 에너지가 가장 크고, 다른 회절 빔(LD1 내지 LD8)은 서로 거의 동등한 에너지를 갖는다. 회절 멀티 빔(LD)을 이루는 각 빔(LD0 내지 LD8)은, 편향부(130)를 사용한 편향에 의해 일체가 되어 동기하여 이동한다.

그리고, 이들 회절 멀티 빔(LD)(멀티 레이저 빔(LB))을, 편향부(130)에 의해, 예를 들어 도 6에 있어서 화살표로 나타내는 X 정방향(XW1)(도 6에 있어서 상방)으로 진행시키는 경우(X 정방향(XW1)을, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향(SH1)으로 한 경우), 메인 빔(LM)인 0차광 빔(LD0)은, 도 6에 있어서 상하 방향으로 연장되는 일점쇄선으로 나타내는 가상 진로(HH) 상을 진행한다. 또한, 메인 빔(LM)에 대하여 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향(SH1)의 전방 경사 일방측(SN1)(도 6에 있어서 우상 방향)으로 이격되어 조사되는 회절 빔(LD1 및 LD2)을, 제1 빔(L1)으로 한다. 또한, 메인 빔(LM)에 대하여 진행 방향(SH1)의 전방 경사 타방측(SN2)(도 6에 있어서 좌상 방향)으로 이격되어 조사되는 회절 빔(LD3 및 LD4)을, 제2 빔(L2)으로 한다. 또한, 이 경우, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향(SH1)(X 정방향(XW1))에 직교하는 진행 직교 방향(SJ)은, 도 6에 있어서 좌우 방향인 Y 방향(YW)이 된다.

한편, 비형성부(143)(제1 비형성부(143A), 제2 비형성부(143B))에 입사한 평행 레이저 빔(LP)은, 회절하지 않고 이 비형성부(143)를 투과한다. 제1 비형성부(143A)를 투과한 제1 투과 빔(LT1) 및 제2 비형성부(143B)를 투과한 제2 투과 빔(LT2)은, 모두, 집광부(120)에서 집광되어, 멀티 레이저 빔(LB)의 초점(SP)에 집광되도록 진행한다(도 8 참조).

그래서 본 실시 형태에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 소자부(140)에 회절 광학 소자 부재(141)를, 도 7에 있어서 좌우 방향으로 왕복 직선 이동시키는 액추에이터로 이루어지는 직선 이동부(148)를 구비하고 있다. 그리고, 이 직선 이동부(148)에 의해, 도 7에 있어서 실선으로 나타내는, 평행 레이저 빔(LP)이 소자 형성부(142)와 제1 비형성부(143A)에 걸쳐 조사되는 제1 위치(141A)와, 도 7에 있어서 이점쇄선으로 나타내는, 평행 레이저 빔(LP)이 제2 비형성부(143B)와 소자 형성부(142)에 걸쳐 조사되는 제2 위치(141B) 사이를, 회절 광학 소자 부재(141)가 왕복 직선 이동시킨다. 이에 의해, 회절 광학 소자 부재(141)가 제1 위치(141A)에 위치하고 있을 때에는, 회절 광학 소자 부재(141)로부터는, 멀티 레이저 빔(LB)으로서, 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 제1 투과 빔(LT1)과 회절 멀티 빔(LD)이 출사된다. 또한, 회절 광학 소자 부재(141)가 제2 위치(141B)에 위치하고 있을 때에는, 회절 광학 소자 부재(141)로부터는, 멀티 레이저 빔(LB)으로서, 회절 멀티 빔(LD)과 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 제2 투과 빔(LT2)이 출사된다.

따라서, 회절 광학 소자 부재(141)가 제1 위치(141A) 혹은 제2 위치(141B)에 위치하는 경우에는, 멀티 레이저 빔(LB)은, 회절 멀티 빔(LD)을 공통으로 포함하지만, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)은 어느 한쪽만을 포함한다. 게다가, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)은, 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)을 사이에 두고 반대측으로부터, 집광부(120)로 진행하여 집광된다. 이로 인해, 제1 투과 빔(LT1) 및 제2 투과 빔(LT2) 모두, 멀티 레이저 빔(LB)이 집광되는 초점면(SPS)(일점쇄선으로 나타낸다)에 있어서는, 동일한 초점(SP)에 집광된다.

그러나, 멀티 레이저 빔(LB)이 조사되는 조사면으로서, 전 핀트의 상태, 즉, 초점면(SPS)보다도 Z 방향(ZW) 중 Z 부방향(ZW2)(도 8 중 하측)에 위치하는 제1 조사면(SS1)(이점쇄선으로 나타낸다)을 선택한 경우, 이 제1 조사면(SS1)에 대하여, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)은, 이 도 8에 있어서 좌우 상이한 위치에 조사된다. 또한 마찬가지로, 멀티 레이저 빔(LB)이 조사되는 조사면으로서, 후 핀트의 상태, 즉, 초점면(SPS)보다도 Z 정방향(ZW1)(도 8 중 상측)에 위치하는 제2 조사면(SS2)(파선으로 나타낸다)을 선택한 경우에도, 이 제2 조사면(SS2)에 대하여, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)은, 이 도 8에 있어서 좌우 상이한 위치에 조사된다. 단, 제1 조사면(SS1)과 제2 조사면(SS2)에서는, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)의 조사 위치가 반대로 된다.

즉, 직선 이동부(148)에 의해, 회절 광학 소자 부재(141)의 위치를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복 이동시키면, 제1 조사면(SS1) 및 제2 조사면(SS2)에서는, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)이 교대로 나타나, 마치, 투과 빔(LT)과 0차광 빔(LD0)으로 이루어지는 메인 빔(LM)이 요동하고 있는 것처럼 보인다.

따라서 본 실시 형태에서는, 메인 빔(LM)의 요동의 방향이, 제1 긴 쪽 구간(X1)에 있어서의 경계(BD)에 직교하는 경계 직교 방향(BP)에 일치하는 Y 방향(YW)이 되도록, 직선 이동부(148)의 이동 방향(PP)을 정하고 있다. 이에 의해 본 실시 형태에서는, 직선 이동부(148)를 사용하여, 도 7에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 회절 광학 소자 부재(141)를 이동 방향(PP)의 타방측(PP2)(도 7에 있어서 좌측)으로 이동시켜, 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)에 위치시킨 경우에는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 멀티 레이저 빔(LB)에는 제1 투과 빔(LT1)이 포함되게 된다. 이로 인해, 초점(SP)으로부터 디포커스한 위치, 예를 들어 이점쇄선으로 나타내는 제1 조사면(SS1)에 있어서는, 광축(LBX)보다도 Y 방향(YW) 중 Y 정방향(YW1)측(도 8에 있어서 좌측)에 메인 빔(LM)이 조사된다. 또한, 파선으로 나타내는 제2 조사면(SS2)에 있어서는, 광축(LBX)보다도 Y 부방향(YW2)측(도 8에 있어서 우측)에 메인 빔(LM)이 조사된다.

반대로, 직선 이동부(148)를 사용하여, 도 7에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이, 회절 광학 소자 부재(141)를 이동 방향(PP)의 일방측(PP1)(도 7에 있어서 우측)으로 이동시켜, 회절 광학 소자 부재(141)를 제2 위치(141B)에 위치시킨 경우에는, 멀티 레이저 빔(LB)에는 제2 투과 빔(LT2)이 포함되게 된다. 이로 인해, 도 7에 도시하는 바와 같이, 이점쇄선으로 나타내는 제1 조사면(SS1)에 있어서는, 광축(LBX)보다도 Y 부방향(YW2)측에 조사된다. 또한, 파선으로 나타내는 제2 조사면(SS2)에 있어서는, 광축(LBX)보다도 Y 정방향(YW1)측에 조사된다.

즉, 레이저 용접 장치(100)에서는, 직선 이동부(148)가 회절 광학 소자 부재(141)를 이동시키는 이동 방향(PP)을 상술한 바와 같이 정하고 있으므로, 직선 이동부(148)를 사용하여, 회절 광학 소자 부재(141)의 위치를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복시키면, 제1 조사면(SS1) 및 제2 조사면(SS2)에서는, 제1 투과 빔(LT1)과 제2 투과 빔(LT2)이 교대로 나타나, 이것을 포함하는 메인 빔(LM)이 Y 방향(YW)으로 요동하고 있는 것처럼 보인다. 또한 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P)의 피조사면(11KT, 12PT)이, 초점면(SPS)보다도 Z 부방향(ZW2)에 위치하는 제1 조사면(SS1)에 일치하도록, 용기 본체(11) 및 덮개(12)를 배치하고 있다.

이어서, 이 레이저 용접 장치(100)를 사용한, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)의 레이저 용접 중 제1 긴 쪽 구간(X1)에 있어서의 용접에 대하여 설명한다(도 2 참조). 제1 긴 쪽 구간(X1)에서는, 레이저 용접 장치(100)로부터 출사되는 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)이 경계(BD)에 중첩되도록 하면서, 경계(BD)가 연장되는 경계를 따르는 진행 방향(BH1), 즉, X 정방향(XW1)으로 멀티 레이저 빔(LB)을 진행시킨다. 이에 의해, 용기 본체(11)의 개구부(11K)의 피조사면(11KT)과 덮개(12)의 주연부(12P)의 피조사면(12PT)에는, 도 10, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이 멀티 레이저 빔(LB)이 조사된다.

이 중 도 10은 제1 투과 빔(LT1) 및 제2 투과 빔(LT2)을 포함하지 않고, 회절 멀티 빔(LD)만을 포함한 멀티 레이저 빔(LB)을, 용기 본체(11)의 피조사면(11KT) 및 덮개(12)의 피조사면(12PT)에 조사한 상태를 나타낸다. 또한, 이 경우는, 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B)의 중간의 위치로 하고, 평행 레이저 빔(LP) 전체가, 회절 광학 소자(142E)가 형성된 소자 형성부(142) 내에 위치하고 있는 경우에 해당한다(도 7 참조).

피조사면(11KT) 및 피조사면(12PT)에 회절 멀티 빔(LD)이 조사되면, 이 회절 멀티 빔(LD) 중 메인 빔(LM)(0차광 빔(LD0))에 대하여, 그 진행 방향(SH1)의 전방 경사 일방측(SN1(도 10에 있어서 우상 방향)으로 이격되어 조사되는 제1 빔(L1)(회절 빔(LD1, LD2))에 의해, 용기 본체(11)의 개구부(11K)가 용융되어, 제1 용융지(11KM)가 형성된다. 또한, 회절 멀티 빔(LD) 중 메인 빔(LM)(0차광 빔(LD0))에 대하여, 그 진행 방향(SH1)의 전방 경사 타방측(SN2)(도 10에 있어서 좌상 방향)으로 이격되어 조사되는 제2 빔(L2)(회절 빔(LD3, LD4))에 의해, 덮개(12)의 주연부(12P)가 용융되어, 제2 용융지(12PM)가 형성된다.

또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2) 중 외측의 회절 빔(LD1, LD3)은, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P) 중 경계(BD)로부터 약간 이격된 부위에 조사되어, 제1 용융지(11KM) 및 제2 용융지(12PM)를 형성한다. 또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2) 중 내측의 회절 빔(LD2, LD4)은, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P) 중 회절 빔(LD1, LD3)보다도 경계(BD)에 가까운 부위에 조사되어, 제1 용융지(11KM) 및 제2 용융지(12PM)를 각각 경계(BD)측으로 넓힌다. 이로 인해, 제1 용융지(11KM)와 제2 용융지(12PM)는, 경계(BD) 부근에서 개구 내측면(11KS)과 외주면(12PS)의 간극(G)을 매립하도록 하여 합체하여 합체 용융지(14M)를 형성한다.

그 후, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2)에 뒤이어, 합체 용융지(14M)가 형성된 부위에, 메인 빔(LM)(0차광 빔(LD0))이 조사되어, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P) 중 경계(BD)에 가까운 부위가 깊게(Z 부방향(ZW2)으로 큰 치수로) 용융되어, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)가 견고하게 용접된다. 한편, 메인 빔(LM)(0차광 빔(LD0))은, 합체 용융지(14M)가 형성된 부위에 조사되므로, 레이저 통과를 발생시켜, 간극(G)을 빠져나가, 용기 본체(11) 내로 진입하지 않는다.

또한 그 후, 다른 회절 빔(LD5 내지 LD8)에 의해서도, 더욱 깊게 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P)가 용융되어 견고하게 용접된다.

이에 추가하여 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 소자부(140)의 직선 이동부(148)를 구동하여, 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복 직선 이동시킨다(도 7 참조). 이로 인해, 회절 광학 소자 부재(141)가 제1 위치(141A)에 위치하고 있는 상태에서는, 제1 투과 빔(LT1) 및 회절 멀티 빔(LD)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)이, 용기 본체(11)의 피조사면(11KT) 및 덮개(12)의 피조사면(12PT)에 조사된다. 그러면 도 13에 도시하는 바와 같이, 회절 빔(LD1 내지 LD8) 이외에도, 0차광 빔(LD0)에 제1 투과 빔(LT1)을 더한 메인 빔(LM)이 형성된다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1 조사면(SS1)(용기 본체(11)의 피조사면(11KT) 및 덮개(12)의 피조사면(12PT))에 있어서는, 제1 투과 빔(LT1)은 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)보다도, Y 정방향(YW1)(도 13에 있어서 좌측)으로 치우쳐 조사된다. 이로 인해, 0차광 빔(LD0)과 제1 투과 빔(LT1)으로 이루어지는 메인 빔(LM)의 광축(LMX)도, 광축(LBX)보다도 Y 정방향(YW1)으로 치우친다.

반대로, 회절 광학 소자 부재(141)가 제2 위치(141B)에 위치하고 있는 상태에서는, 제2 투과 빔(LT2) 및 회절 멀티 빔(LD)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)이, 용기 본체(11)의 피조사면(11KT) 및 덮개(12)의 피조사면(12PT)에 조사된다. 그러면 도 14에 도시하는 바와 같이, 회절 빔(LD1 내지 LD8) 이외에도, 0차광 빔(LD0)에 제2 투과 빔(LT2)을 더한 메인 빔(LM)이 형성된다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1 조사면(SS1)에 있어서는, 제2 투과 빔(LT2)은 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)보다도, Y 부방향(YW2)(도 14에 있어서 우측)으로 치우쳐 조사된다. 이로 인해, 0차광 빔(LD0)과 제2 투과 빔(LT2)으로 이루어지는 메인 빔(LM)의 광축(LMX)도, 광축(LBX)보다도 Y 부방향(YW2)으로 치우친다.

이리하여, 직선 이동부(148)를 구동하여, 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복 직선 이동시키면, 도 13, 도 10, 도 14, 도 10의 순으로, 메인 빔(LM)이 경계(BD)를 걸쳐서 Y 방향(YW)으로 요동한다. 그러면, 이 요동에 의해, 합체 용융지(14M)가 뒤섞인다. 또한, 메인 빔(LM)을 요동시키는 경우에는, 경계를 따르는 진행 방향(BH1)(제1 긴 쪽 구간(X1)에서는 X 정방향(XW1))으로의 멀티 레이저 빔(LB)의 진행에 있어서, 3왕복/㎜ 이상의 빈도로, 메인 빔(LM)을 왕복시키면 된다. 본 실시 형태에서는 구체적으로는 6왕복/㎜의 빈도로 메인 빔(LM)을 왕복시킨다.

도 15에 파선으로 나타내는 바와 같이, 용기 본체(11)의 개구부(11K)에는, 경계(BD)를 따라 개구 내측면(11KS)이 존재하고 있다. 또한, 덮개(12)의 주연부(12P)에도 경계(BD)를 따라 외주면(12PS)이 존재하고 있다. 이들 개구 내측면(11KS) 및 외주면(12PS)은, 지금(알루미늄)이 산화된 산화 피막(산화알루미늄(Al₂O₃))으로 덮여 있다. 산화알루미늄 등의 산화물은 융점이 높아, 레이저 용접 시에도 상대적으로 용해되기 어렵기 때문에, 레이저 용접의 상태에 따라서는, 용접부 내에 개구 내측면(11KS) 및 외주면(12PS)을 이루고 있던 산화 피막(산화알루미늄 피막)이, 막상 산화물층(MOL)으로서 남는 경우가 있다(도 21 참조).

그러나 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 메인 빔(LM)을 요동시키면서, 멀티 레이저 빔(LB)을 X 정방향(XW1)으로 진행시키기 때문에, 메인 빔(LM)에 의해 합체 용융지(14M)가 뒤섞여지므로, 도 15에 도시하는 바와 같이 용접부(14) 내에는 막상 산화물층(MOL)이 남지 않는다. 이리하여 본 실시 형태의 용접 방법에 의하면, 고화된 용접부(14) 내에, 막상 산화물층(MOL)(도 21 참조)이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다. 특히, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 메인 빔(LM)을, 경계(BD)를 걸쳐서 경계 직교 방향(BP)인 Y 방향(YW)(진행 직교 방향(SJ))으로 요동시키면서, 멀티 레이저 빔(LB)을 X 정방향(XW1)으로 진행시킨다. 이로 인해, 개구부(11K)의 개구 내측면(11KS)이나 덮개(12)의 주연부(12P)의 외주면(12PS)에 형성되어 있던 산화물막을 절단하도록, 합체 용융지(14M)가 뒤섞여지므로, 특히 용접부(14) 내에 막상 산화물층(MOL)이 잔존하기 어렵다. 이로 인해, 특히 막상 산화물층(MOL)이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다. 한편, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2) 등의 회절 빔(LD1 내지 LD8)은, 요동하지 않으므로, 제1 빔(L1) 혹은 제2 빔(L2)이, 용기 본체(11)의 개구부(제1 경계부)(11K) 및 덮개(12)의 주연부(제2 경계부)(12P)를 벗어나 경계(BD)의 간극(G)에 조사되는 레이저 통과를 발생시키는 것을 억제할 수 있다.

이상에서는, 도 2, 도 16에 도시하는 바와 같이, 경계(BD) 중 제1 긴 쪽 구간(X1)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에 메인 빔(LM)을 Y 방향(YW)으로 요동시키면서 레이저 용접하는 것을 설명했다. 이 외에도 본 실시 형태에서는, 제2 긴 쪽 구간(X2)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에도, 직선 이동부(148)를 사용하여, 메인 빔(LM)을 Y 방향(YW)으로 요동시키면서 레이저 용접한다. 단 이 경우에는, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향이 X 부방향(XW2)이 되므로, 회절 빔(LD1 내지 LD8) 중 회절 빔(LD5, LD6)이 제1 빔(L1)으로서 기능하고, 회절 빔(LD7, LD8)이 제2 빔(L2)으로서 기능한다. 이 경우에도, 고화된 용접부(14) 내에, 특히 막상 산화물층(MOL)(도 21 참조)이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다. 한편, 제1 빔(L1) 혹은 제2 빔(L2)의 레이저 통과는 억제할 수 있다.

게다가 본 실시 형태에서는, 제1 짧은 쪽 구간(Y1), 제2 짧은 쪽 구간(Y2)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에도, 직선 이동부(148)를 작동시켜, 경계(BD) 상의 메인 빔(LM)을 합체 용융지(14M)의 범위에서 Y 방향(YW)으로 요동시키면서 레이저 용접한다(도 16 참조). 즉, 메인 빔(LM)을, 경계(BD)가 연장되는 경계를 따르는 진행 방향(BH1)인 Y 방향(YW)(진행 직교 방향(SJ))으로 요동시키면서, 멀티 레이저 빔(LB)을 Y 정방향(YW1) 혹은 Y 부방향(YW2)으로 진행시킨다. 이 경우에도, 합체 용융지(14M)가 뒤섞여지므로, 긴 쪽 구간(X1, X2)의 경우와 동일하게, 도 15에 도시하는 바와 같이 용접부(14) 내에 막상 산화물층(MOL)이 남기 어렵다. 한편, 제1 빔(L1) 혹은 제2 빔(L2)의 레이저 통과는 억제할 수 있다. 추가로 상술한 바와 같이, 메인 빔(LM)의 경계(BD) 상에 있어서의 Y 방향(YW)으로의 요동의 크기를, 합체 용융지(14M)의 범위로 함으로써, 메인 빔(LM)의 레이저 통과도 방지할 수 있다.

또한, 제1 짧은 쪽 구간(Y1)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에는, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향이 Y 부방향(YW2)이 되므로, 회절 빔(LD1 내지 LD8) 중 회절 빔(LD7, LD8)이 제1 빔(L1)으로서 기능하고, 회절 빔(LD1, LD2)이 제2 빔(L2)으로서 기능한다. 또한, 제2 짧은 쪽 구간(Y2)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에는, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향이 Y 정방향(YW1)이 되므로, 회절 빔(LD1 내지 LD8) 중 회절 빔(LD3, LD4)이 제1 빔(L1)으로서 기능하고, 회절 빔(LD5, LD6)이 제2 빔(L2)으로서 기능한다.

한편, 호상 구간(R1 내지 R4)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에는, 직선 이동부(148)를 작동시키지 않고, 회절 멀티 빔(LD)(LD0 내지 LD8)만으로 멀티 레이저 빔(LB)을 구성하고(도 10 참조), 용접을 행한다.

또한 본 실시 형태의 레이저 용접 방법에서는, 레이저 용접 장치(100)에 의해, 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 요동하는 메인 빔(LM)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다. 즉, 이 레이저 용접 장치(100)에서는, 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 요동하는 메인 빔(LM)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)을 생성하므로, 간이한 광학 구성이 된다.

특히 본 실시 형태에서는, 소자 형성부(142)로부터의 회절 멀티 빔(LD)에, 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 0차광 빔(LD0)을 포함하고 있다. 즉, 메인 빔(LM)에 0차광 빔(LD0)을 포함하므로, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)의 경계(BD)에 있어서, 이들을 깊게(멀티 레이저 빔(LB)의 광축 방향(LBH)으로 크게) 용융시킬 수 있어, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)를 높은 강도로 용접할 수 있다.

(변형 형태 1)

상술한 실시 형태에서는, 소자부(140)의 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복 직선 이동시키는 직선 이동부(148)를 갖는 레이저 용접 장치(100)를 사용하여, 긴 쪽 구간(X1, X2) 및 짧은 쪽 구간(Y1, Y2)의 레이저 용접 시에, 메인 빔(LM)을 Y 방향(YW)으로 요동시켜, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)를 레이저 용접한 예를 나타냈다. 이에 비하여 본 변형 형태 1에서는, 레이저 용접 장치(100)와는, 소자부(240)가 상이한 레이저 용접 장치(200)를 사용하는 점에서 상이하지만, 그 밖은 마찬가지이다. 또한 마찬가지의 부분은 마찬가지의 작용 효과를 발생시킨다. 그래서, 상이한 부분을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 부분은 설명을 생략 혹은 간략화한다.

본 변형 형태 1의 소자부(240)는, 도 17에 도시하는 바와 같이 회절 광학 소자 부재(241)와 이것을 이동시키는 원 이동부(248)로 이루어진다. 이 중 회절 광학 소자 부재(241)는, 입사된 평행 레이저 빔(LP)이 통과하는 투광부(244)와, 이 투광부(244)를 보유 지지하는 보유 지지부(245)로 이루어진다. 투광부(244)는 원판상의 석영 유리로 이루어지고, 중앙 부분의 원형 영역은, 미세 가공에 의해 소정의 회절 패턴을 갖는 회절 광학 소자(242E)가 다수 형성된 소자 형성부(242)로 되어 있다. 한편, 소자 형성부(242)의 주위는, 회절 광학 소자는 형성되어 있지 않고, 광학적으로 투명한 평판상이고 환상인 환상 비형성부(243)로 되어 있다. 소자 형성부(242)와 투광부(244)는 동심 형상으로 되어 있다.

또한, 소자 형성부(242)에 형성된 회절 광학 소자(242E)는, 소자 형성부(242)에 평행 레이저 빔(LP)이 입사된 경우에, 실시 형태와 마찬가지로, 도 6에 도시하는 배치의 복수의 레이저 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)(LD0 내지 LD8)이 생성되는 패턴으로 형성되어 있다.

한편, 환상 비형성부(243)에 평행 레이저 빔(LP)이 입사된 경우에는, 실시 형태에 있어서의 비형성부(143)와 마찬가지로, 입사된 평행 레이저 빔(LP)은 회절하지 않고 이 환상 비형성부(243)를 투과한다. 환상 비형성부(243)를 투과한 투과 빔(LT)은, 집광부(120)에서 집광되어, 멀티 레이저 빔(LB)의 초점(SP)에 집광되도록 진행한다. 그리고 소자부(240)에 있어서, 회절 광학 소자 부재(241)는 평행 레이저 빔(LP)이, 소자 형성부(242)와 환상 비형성부(243)에 걸쳐 조사되는 위치에 배치되어 있다.

또한, 소자부(240)는, 회절 광학 소자 부재(241)를 회전시키지 않고 병진시키며, 또한 조사되는 평행 레이저 빔(LP)의 광축(LPX)을 중심으로 한 원을 그리도록, 광축(LPX)의 주위를 원 이동시키는 원 이동부(248)를 구비하고 있다. 이 원 이동부(248)에 의한 회절 광학 소자 부재(241)의 이동에 의해, 도 17에 도시하는 바와 같이 평행 레이저 빔(LP)이 소자 형성부(242)와 환상 비형성부(243)에 걸쳐 조사되면서, 게다가, 평행 레이저 빔(LP) 중 환상 비형성부(243)를 조사하는 부위가 광축(LPX)의 주위를 돈다.

이에 의해, 회절 광학 소자 부재(241)로부터 출사하는 멀티 레이저 빔(LB)에는, 회절 멀티 빔(LD)(도 6 참조)과, 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 투과 빔(LT)이 상시 출사된다. 게다가, 투과 빔(LT)은, 회절 광학 소자 부재(241)의 원 이동에 맞추어 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)의 주위를 돈다.

여기서, 실시 형태와 마찬가지로, 멀티 레이저 빔(LB)이 조사되는 조사면으로서, 전 핀트의 상태, 즉, 초점면(SPS)보다도 Z 방향(ZW) 중 Z 부방향(ZW2)(도 8 중 하측)에 위치하는 제1 조사면(SS1)(이점쇄선으로 나타낸다)을 선택한 경우, 이 제1 조사면(SS1)에 대하여, 투과 빔(LT)은, 도 18에 실선 및 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 합체 용융지(14M)의 범위 내에서 광축(LBX)의 주위를 돈다. 메인 빔(LM)은, Y 방향(YW)으로도 X 방향(XW)으로도 요동한다. 또한, 조사면으로서, 후 핀트의 상태, 즉, 초점면(SPS)보다도 Z 정방향(ZW1)(도 8 중 상측)에 위치하는 제2 조사면(SS2)(파선으로 나타낸다)을 선택한 경우에도, 이 제2 조사면(SS2)에 대하여, 투과 빔(LT)은 광축(LBX)의 주위를 돈다.

이리하여, 원 이동부(248)를 구동하여, 회절 광학 소자 부재(241)를 원 이동시키면, 도 18에 도시하는 바와 같이 메인 빔(LM)의 광축(LMX)이, 광축(LBX)의 주위를 돈다. 즉, 긴 쪽 구간(X1, X2)에 있어서는, 메인 빔(LM)이 경계(BD)를 걸쳐서 Y 방향(YW)으로 요동한다. 또한, 짧은 쪽 구간(Y1, Y2)에 있어서는, 메인 빔(LM)이 경계(BD)를 걸쳐서 X 방향(XW)으로 요동한다. 그러면, 모든 경우에도, 합체 용융지(14M)가 뒤섞인다. 또한, 메인 빔(LM)을 광축(LBX)의 주위를 돌아 요동시키는 경우에는, 경계를 따르는 진행 방향(BH1)(예를 들어, 제1 긴 쪽 구간(X1)에서는 X 정방향(XW1))으로의 멀티 레이저 빔(LB)의 진행에 있어서, 3회전/㎜ 이상(요동의 횟수로 3왕복/㎜ 이상)의 빈도로, 메인 빔(LM)을 회전시키면 된다. 본 변형 형태에서는 구체적으로는, 6회전/㎜의 빈도로, 메인 빔(LM)을 회전시킨다.

이에 의해, 실시 형태와 동일하게, 도 15에 도시하는 바와 같이 용접부(14) 내에 막상 산화물층(MOL)이 남는 것이 방지된다. 이리하여 본 변형 형태의 용접 방법에 의하면, 고화된 용접부(14) 내에, 막상 산화물층(MOL)이 잔존하기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능하다. 한편, 제1 빔(L1) 및 제2 빔(L2) 등의 회절 빔(LD1 내지 LD8)은, 경계 직교 방향으로 요동시키지 않으므로, 이들 요동에 의해, 제1 빔(L1) 혹은 제2 빔(L2)이, 용기 본체(11)의 개구부(제1 경계부)(11K) 및 덮개(12)의 주연부(제2 경계부)(12P)를 벗어나 경계(BD)의 간극(G)에 조사되어, 레이저 통과를 발생시키는 것을 억제할 수 있다.

이상에서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 경계(BD) 중 긴 쪽 구간(X1, X2) 및 짧은 쪽 구간(Y1, Y2)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에 메인 빔(LM)을 멀티 레이저 빔(LB)의 광축(LBX)의 주위를 회전시키면서(따라서, Y 방향(YW) 혹은 X 방향(XW)으로 요동시키면서) 레이저 용접하는 것을 설명했다. 그 외에도, 변형 형태 1에서는, 호상 구간(R1 내지 R4)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에도, 원 이동부(248)를 사용하여, 메인 빔(LM)을 회전시키면서 레이저 용접할 수도 있다.

또한 본 변형 형태 1의 레이저 용접 방법에서는, 레이저 용접 장치(200)에 의해, 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 회전하듯이 요동하는 메인 빔(LM)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다. 즉, 이 레이저 용접 장치(200)에서는, 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 요동하는 메인 빔(LM)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)을 생성하므로, 간이한 광학 구성이 된다. 게다가, 메인 빔(LM)이 회전하듯이 요동하므로, 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향(SH1)의 선택에 영향받지 않아, 메인 빔(LM)을 요동시켜, 용접부(14)에 있어서의 막상 산화물층(MOL)의 발생을 억제할 수 있다.

(변형 형태 2)

전술한 실시 형태에서는, 소자부(140)의 회절 광학 소자 부재(141)를 제1 위치(141A)와 제2 위치(141B) 사이에서 왕복 직선 이동시키는 직선 이동부(148)를 갖는 레이저 용접 장치(100)를 사용하여, 긴 쪽 구간(X1, X2) 및 짧은 쪽 구간(Y1, Y2)의 레이저 용접 시에, 메인 빔(LM)을 Y 방향(YW)으로 요동시켜, 용기 본체(11)의 개구부(11K)와 덮개(12)의 주연부(12P)를 레이저 용접한 예를 나타냈다. 이에 비하여 본 변형 형태 2에서는, 소자부(340)에 직선 이동부(148)를 갖지 않는 레이저 용접 장치(300)를 사용하고, Z 렌즈(125)의 초점 위치를 이동시켜 메인 빔(LM)의 요동을 일으키는 점에서 상이하지만, 그 밖은 마찬가지이다. 그래서, 상이한 부분을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 부분은 설명을 생략 혹은 간략화한다.

본 변형 형태 2의 레이저 용접 장치(300)는, 실시 형태의 레이저 용접 장치(100)는, 소자부(340)가 상이할 뿐이다. 본 변형 형태 2의 소자부(340)(도 19 참조)는, 실시 형태에 있어서의 직선 이동부(148)를 갖지 않고, 회절 광학 소자 부재(341)는, 실시 형태의 회절 광학 소자 부재(141)와 마찬가지이다. 즉, 도 19에 도시하는 회절 광학 소자 부재(341)는, 입사된 평행 레이저 빔(LP)이 통과하는 투광부(344)와, 이 투광부(344)를 보유 지지하는 보유 지지부(345)로 이루어진다. 투광부(344)의 중앙 부분의 직사각 형상 영역은, 평행 레이저 빔(LP)으로부터 회절 멀티 빔(LD)을 생성하는 회절 광학 소자(342E)가 다수 형성된 소자 형성부(342)이며, 그 주위는, 광학적으로 투명한 비형성부(343)로 되어 있다. 또한, 도 19에 있어서, 이 비형성부(343) 중 소자 형성부(342)의 우측(요동 대응 방향(QQ) 중 한쪽측(QQ1))에 인접하는 부위를 제1 비형성부(343A)로 한다.

이 회절 광학 소자 부재(341)는, 평행 레이저 빔(LP)이 소자 형성부(342)와 제1 비형성부(343A)에 걸쳐 조사되는 위치에 배치되어 있으며, 회절 광학 소자 부재(341)로부터는, 멀티 레이저 빔(LB)으로서, 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 투과 빔(LT)과 회절 멀티 빔(LD)이 출사된다. 이 중 도 20에 도시하는 바와 같이 제1 비형성부(343A)에 입사된 평행 레이저 빔(LP)은, 회절하지 않고 이 제1 비형성부(343A)를 투과하여, 집광부(120)(Z 렌즈(125), 집광 렌즈(121) 등)에서 집광되어, 멀티 레이저 빔(LB)의 초점에 집광되도록 진행한다.

그리고 나서, Z 렌즈(125)를 구동하여 광축 방향(LBH)으로 이동시키면, 투과 빔(LT)(멀티 레이저 빔(LB))의 초점의 위치를, 예를 들어 제1 초점(SP1), 제2 초점(SP2)으로 변화시킬 수 있다. 조사면(SS) 상에서는, Z 렌즈(125)로 이동에 의해, 투과 빔(LT)(이것을 포함하는 메인 빔(LM))이 요동하고 있는 것처럼 보인다. 따라서 본 변형 형태 2에서는, 메인 빔(LM)(투과 빔(LT))의 요동의 방향이, 제1 긴 쪽 구간(X1)에 있어서의 경계(BD)에 직교하는 경계 직교 방향(BP)에 일치하는 Y 방향(YW)이 되도록, 요동 대응 방향(QQ)을 정하여 회절 광학 소자 부재(341)를 배치하고 있다.

또한, 본 변형 형태 2의 소자부(340)에서는, 조사면(SS)에, 용기 본체(11)의 개구부(11K) 및 덮개(12)의 주연부(12P)의 피조사면(11KT, 12PT)을 위치시키도록, 용기 본체(11) 및 덮개(12)를 배치하고 있다. 그리고 나서, Z 렌즈(125)를 구동하여 광축 방향(LBH)으로 이동시켜, 멀티 레이저 빔(LB)(투과 빔(LT))의 초점의 위치가, 제1 초점(SP1)의 상태와 제2 초점(SP2)의 상태를 교대로 발생시킨다. 이에 의해, 예를 들어 멀티 레이저 빔(LB)(투과 빔(LT))의 초점을, 조사면(SS)보다도 전 핀트, 즉 조사면(SS)보다도 Z 정방향(ZW1)측(광원측)의 제1 초점(SP1)에 위치시킨 경우에는, 투과 빔(LT)은, 제1 초점(SP1)을 초과하여, 덮개(12)의 주연부(12P)의 피조사면(12PT)에 닿는다. 한편, 멀티 레이저 빔(LB)(투과 빔(LT))의 초점을, 조사면(SS)보다도 후 핀트, 즉 조사면(SS)보다도 Z 부방향(ZW2)측의 제2 초점(SP2)에 위치시킨 경우에는, 투과 빔(LT)은 용기 본체(11)의 개구부(11K)의 피조사면(11KT)에 닿는다.

즉, Z 렌즈(125)의 광축 방향(LBH)으로의 이동에 의해, 실시 형태와 마찬가지로, 용기 본체(11)의 개구부(11K)의 피조사면(11KT)과 덮개(12)의 주연부(12P)의 피조사면(12PT)에, 도 10, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이 멀티 레이저 빔(LB)이 조사되어, 메인 빔(LM)이 경계(BD)를 걸쳐서 Y 방향(YW)으로 요동한다. 이에 의해, 합체 용융지(14M)가 뒤섞인다. 이리하여, 본 변형 형태 2에서도, 도 15에 도시하는 바와 같이 고화된 용접부(14) 내에, 막상 산화물층(MOL)(도 21 참조)이 형성되기 어려워, 신뢰성이 높은 레이저 용접이 가능해진다. 한편, 회절 멀티 빔(LD)(0차광 빔(LD0), 회절 빔(LD1 내지 LD8))은 요동하지 않으므로, 제1 빔(L1) 혹은 제2 빔(L2)이, 용기 본체(11)의 개구부(제1 경계부)(11K) 및 덮개(12)의 주연부(제2 경계부)(12P)를 벗어나 경계(BD)의 간극(G)에 조사되어, 레이저 통과를 발생시키는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 변형 형태 2에서도, 메인 빔(LM)을 요동시키는 경우에는, 경계를 따르는 진행 방향(BH1)(예를 들어, 제1 긴 쪽 구간(X1)에서는 X 정방향(XW1))으로의 멀티 레이저 빔(LB)의 진행에 있어서, 3왕복/㎜ 이상의 빈도로, 메인 빔(LM)을 왕복시키면 된다. 본 변형 형태에서도, 구체적으로는 6왕복/㎜의 빈도로 했다.

본 변형 형태 2에서도, 경계(BD) 중 긴 쪽 구간(X1, X2) 및 짧은 쪽 구간(Y1, Y2)을 멀티 레이저 빔(LB)으로 레이저 용접할 때에 메인 빔(LM)을 Y 방향(YW)으로 요동시키면서 레이저 용접한다.

또한 본 변형 형태 2의 레이저 용접 방법에서는, 레이저 용접 장치(300)에 의해, 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 요동하는 메인 빔(LM)을 포함하는 멀티 레이저 빔(LB)을 생성하여 레이저 용접을 행하므로, 다수의 레이저 광원을 사용하여, 멀티 레이저 빔을 생성할 필요가 없어, 간이한 광학 구성으로 할 수 있다. 게다가, 소자부(340)에, 실시 형태에 있어서의 직선 이동부(148) 등의 가동부를 설치할 필요가 없어, 이 점에 있어서 더욱 간이한 광학 구성으로 할 수 있다.

이상에 있어서, 본 발명을 실시 형태 및 변형 형태 1, 2에 입각하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 등에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 변경하여 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다. 실시 형태 등에서는, 소자 형성부에, 0차광 빔(LD0) 이외에도, 8개의 회절 빔(LD1 내지 LD8)이 형성되는 패턴의 회절 광학 소자가 형성된 회절 광학 소자 부재(141, 241, 341)를 사용했다. 그러나, 제1 빔(L1), 제2 빔(L2) 및 요동하는 메인 빔(LM)을 설치하도록 하면 되며, 예를 들어 회절 멀티 빔(LD)을 9개의 빔이 아니라, 중심의 0차광 빔과, 그 주위의 4개의 1차광 빔으로 구성된 패턴 등으로 할 수도 있다. 또한, 실시 형태 등에서는, 일주에 걸쳐 환상으로 레이저 용접을 행하는 예를 나타냈지만, 직선형, L자형 등 레이저 용접의 패턴은 적절히 선택할 수 있어, 일련의 레이저 용접 중 적어도 일부에 있어서, 메인 빔을 요동시키면서 레이저 용접을 행하면 된다.

Claims

레이저 용접 방법에 있어서,
제1 부재(11) 중 제2 부재(12)와의 사이의 경계(BD)를 따르는 제1 경계부(11K)와, 상기 제2 부재(12) 중 상기 경계(BD)를 따르는 제2 경계부(12P)를, 상기 제1 경계부(11K)의 제1 경계면(11KS)과 상기 제2 경계부(12P)의 제2 경계면(12PS)이 대향하는 형태로 배치하는 것과,
상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향으로 멀티 레이저 빔(LB)의 조사 위치를 이동시켜, 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)를 향하여 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 조사하여, 상기 제1 경계부(11K) 및 제2 경계부(12P)를 용해하여, 상기 제1 부재(11)와 제2 부재(12)를 용접하는 것을
포함하고,
상기 멀티 레이저 빔(LB)은, 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K)에 조사되어, 상기 제1 경계부(11K)를 용융하면서 상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향으로 진행하는 제1 빔(L1)과, 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 조사되어, 상기 제2 경계부(12P)를 용융하면서 상기 제1 빔(L1)과 동기하여 상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향으로 진행하는 제2 빔(L2)과, 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)이 갖는 에너지보다도 큰 에너지를 갖고, 상기 경계(BD) 위를, 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)에 뒤이어, 또한, 동기하여 상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향으로 진행하고, 상기 제1 빔(L1)에 의해 상기 제1 경계부(11K)가 용융된 제1 용융지(11KM) 및 상기 제2 빔(L2)에 의해 상기 제2 경계부(12P)가 용융된 제2 용융지(12PM)가 합체된 합체 용융지(14M)에 조사되는 메인 빔(LM)을 포함하는 레이저 빔이며,
상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)은 요동하지 않고, 상기 메인 빔(LM)은, 상기 경계(BD)를 중심으로 요동하는,
레이저 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 메인 빔(LM)은, 상기 경계(BD)를 걸쳐서 상기 경계(BD)에 직교하는 직교 방향으로 요동하는,
레이저 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
평행 레이저 빔(LP)을 형성하도록 구성되는 광원부(110)와, 회절 광학 소자 부재(141)를 갖고, 회절 광학 소자 부재(141)에 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하도록 구성되는 소자부(140)와, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하도록 구성되는 집광부(120)와, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키도록 구성되는 편향부(130)를 구비하는 레이저 용접 장치가 사용되고,
상기 회절 광학 소자 부재(141)는, 회절 광학 소자(142E)가 형성된 소자 형성부(142)와, 상기 소자 형성부(142)의 이동 방향의 제1 측에, 상기 소자 형성부(142)와 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자(142E)가 형성되어 있지 않은 제1 비형성부(143A)와, 상기 소자 형성부(142)의 상기 이동 방향에 있어서 상기 제1 측과 반대인 제2 측에, 상기 소자 형성부(142)와 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자(142E)가 형성되어 있지 않은 제2 비형성부(143B)를 포함하고, 상기 소자 형성부(142)는, 상기 회절 광학 소자(142E)에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB) 중 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)을 출사하도록 구성되고, 상기 제1 비형성부(143A)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 제1 비형성부(143A)를 투과한 제1 투과 빔(LT1)을 출사하도록 구성되고, 상기 제2 비형성부(143B)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 제2 비형성부(143B)를 투과한 제2 투과 빔(LT2)을 출사하도록 구성되고,
상기 소자부(140)는, 상기 평행 레이저 빔(LP)이 상기 제1 비형성부(143A) 및 상기 소자 형성부(142)에 걸쳐 조사되고, 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부를 이루는 상기 제1 투과 빔(LT1)과 상기 회절 멀티 빔(LD)을 포함하는 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 출사되는 제1 위치(141A)와, 상기 평행 레이저 빔(LP)이 상기 소자 형성부(142) 및 상기 제2 비형성부(143B)에 걸쳐 조사되고, 상기 회절 멀티 빔(LD)과 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부를 이루는 상기 제2 투과 빔(LT2)을 포함하는 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 출사되는 제2 위치(141B) 사이를, 상기 회절 광학 소자 부재(141)를 상기 이동 방향으로 왕복 직선 이동시키도록 구성되는 직선 이동부(148)를 갖고,
상기 직선 이동부(148)를 구동하여, 상기 회절 광학 소자 부재(141)를 상기 제1 위치(141A)와 상기 제2 위치(141B) 사이를 상기 왕복 직선 이동시킴과 함께, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을, 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하여, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 조사하여 용접하는,
레이저 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
평행 레이저 빔(LP)을 형성하도록 구성되는 광원부(110)와, 회절 광학 소자 부재(241)를 갖고, 회절 광학 소자 부재(241)에 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하도록 구성되는 소자부(240)와, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하도록 구성되는 집광부(120)와, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키는 편향부(130)를 구비하는 레이저 용접 장치가 사용되고,
상기 회절 광학 소자 부재(241)는, 회절 광학 소자(242E)가 형성된 소자 형성부(242)와, 상기 소자 형성부(242)의 주위를 둘러싸고, 상기 회절 광학 소자(242E)가 형성되어 있지 않은 비형성부(243)를 포함하고, 상기 소자 형성부(242)는, 상기 회절 광학 소자(242E)에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB) 중 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)을 출사하도록 구성되고, 상기 비형성부(243)는 환상이며, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 비형성부(243)를 투과한 투과 빔(LT)을 출사하도록 구성되고,
상기 평행 레이저 빔(LP)이 원형인 상기 소자 형성부(242)와 상기 비형성부(243)의 주위 방향 일부에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재(241)가 배치되고, 상기 소자부(240)는, 상기 회절 광학 소자 부재(241) 자신을 회전시키지 않고, 상기 평행 레이저 빔(LP)의 광축의 주위를 원 이동시키도록 구성되는 원 이동부(248)를 갖고,
상기 원 이동부(248)를 구동하여, 상기 회절 광학 소자 부재(241)를 상기 원 이동시킴과 함께, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을, 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 대하여, 전 핀트 또는 후 핀트의 어느 디포커스 상태로 집광하여, 상기 메인 빔(LM)을 원 이동시키면서, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 조사하여 용접하는,
레이저 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
평행 레이저 빔(LP)을 형성하도록 구성되는 광원부(110)와, 회절 광학 소자 부재(341)를 갖고, 회절 광학 소자 부재(341)에 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하도록 구성되는 소자부(340)와, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하도록 구성되는 집광부(120)와, 상기 집광부(120)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 집광되는 초점 위치를, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 광축을 따르는 광축 방향으로 이동시키는 초점 위치 이동부를 갖고, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키도록 구성되는 편향부(130)를 구비하는 레이저 용접 장치가 사용되고,
상기 회절 광학 소자 부재(341)는, 회절 광학 소자(342E)가 형성된 소자 형성부(342)와, 상기 소자 형성부(342)에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자(342E)가 형성되어 있지 않은 비형성부(343)를 포함하고, 상기 소자 형성부(342)는, 상기 회절 광학 소자(342E)에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB) 중 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)을 출사하도록 구성되고, 상기 비형성부(343)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 비형성부(343)를 투과한 투과 빔(LT)을 출사하도록 구성되고,
상기 평행 레이저 빔(LP)이 상기 소자 형성부(342) 및 상기 비형성부(343)에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재(341)가 배치되고, 상기 소자부(340)는, 상기 회절 멀티 빔(LD)과 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부를 이루는 상기 투과 빔(LT)을 포함하는 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 출사하도록 구성되고,
상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 대한, 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 집광되는 초점 위치가, 전 핀트의 상태와 후 핀트의 상태를 교대로 발생시키도록 상기 초점 위치 이동부를 구동하여, 상기 멀티 레이저 빔(LB)을 상기 제1 부재(11)의 상기 제1 경계부(11K) 및 상기 제2 부재(12)의 상기 제2 경계부(12P)에 조사하여 용접하는,
레이저 용접 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자 부재(141; 241; 341)의 상기 소자 형성부(142; 242; 342)는, 상기 소자 형성부(142; 242; 342)에 형성된 상기 회절 광학 소자(142E; 242E; 342E)에 의해, 상기 소자 형성부(142; 242; 342)를 투과한 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 적어도 일부로서, 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2) 외에, 상기 평행 레이저 빔(LP)의 0차광이며 상기 메인 빔(LM)의 일부를 이루는 0차광 빔(LD0)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 상기 회절 멀티 빔(LD)을 출사하는,
레이저 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향으로의 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 시에, 상기 경계(BD)를 따르는 진행 방향에, 3왕복/㎜ 이상의 빈도로 상기 메인 빔(LM)을 요동시키는,
레이저 용접 방법.
레이저 용접 장치에 있어서,
평행 레이저 빔(LP)을 형성하도록 구성되는 광원부(110)와,
회절 광학 소자 부재(141)를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재(141)에 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 복수의 빔으로 이루어지는 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하도록 구성되는 소자부(140)와,
상기 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하도록 구성되는 집광부(120)와,
상기 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키도록 구성되는 편향부(130)를
포함하고,
상기 멀티 레이저 빔(LB)은, 적어도, 메인 빔(LM)과, 상기 메인 빔(LM)의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔(LM)에 대하여 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향에 있어서 전방의 제1 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제1 빔(L1)과, 상기 메인 빔(LM)의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔(LM)에 대하여 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향에 있어서 전방의 제2 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제2 빔(L2)을 포함하고, 상기 제2 경사 방향은 상기 제1 경사 방향과 상기 진행 방향에 있어서 반대측으로 경사지는 방향이며,
상기 회절 광학 소자 부재(141)는, 회절 광학 소자(142E)가 형성된 소자 형성부(142)와, 상기 소자 형성부(142)의 이동 방향의 제1 측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자(142E)가 형성되어 있지 않은 제1 비형성부(143A)와, 상기 소자 형성부(142)의 상기 이동 방향에 있어서 상기 제1 측과 반대인 제2 측에 인접하여 배치되고, 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있지 않은 제2 비형성부(143B)를 포함하고, 상기 소자 형성부(142)는, 상기 회절 광학 소자(142E)에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB) 중 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)을 출사하도록 구성되고, 상기 제1 비형성부(143A)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 제1 비형성부(143A)를 투과한 제1 투과 빔(LT1)을 출사하도록 구성되고, 상기 제2 비형성부(143B)는, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 제2 비형성부(143B)를 투과한 제2 투과 빔(LT2)을 출사하도록 구성되고,
상기 소자부(140)는, 상기 평행 레이저 빔(LP)이 상기 제1 비형성부(143A) 및 상기 소자 형성부(142)에 걸쳐 조사되고, 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부를 이루는 상기 제1 투과 빔(LT1)과 상기 회절 멀티 빔(LD)을 포함하는 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 출사되는 제1 위치(141A)와, 상기 평행 레이저 빔(LP)이 상기 소자 형성부(142) 및 상기 제2 비형성부(143B)에 걸쳐 조사되고, 상기 회절 멀티 빔(LD)과 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부를 이루는 상기 제2 투과 빔(LT2)을 포함하는 상기 멀티 레이저 빔(LB)이 출사되는 제2 위치(141B) 사이에서, 상기 회절 광학 소자 부재(141)를 상기 이동 방향으로 왕복 직선 이동시키도록 구성되는 직선 이동부(148)를 갖는,
레이저 용접 장치.
레이저 용접 장치에 있어서,
평행 레이저 빔(LP)을 형성하도록 구성되는 광원부(110)와,
회절 광학 소자 부재(241)를 갖고, 상기 회절 광학 소자 부재(241)에 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 복수의 빔으로 이루어지는 멀티 레이저 빔(LB)을 형성하도록 구성되는 소자부(240)와,
상기 멀티 레이저 빔(LB)을 집광하도록 구성되는 집광부(120)와,
상기 멀티 레이저 빔(LB)을 편향시키도록 구성되는 편향부(130)를
포함하고,
상기 멀티 레이저 빔(LB)은, 적어도, 메인 빔(LM)과, 상기 메인 빔(LM)의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔(LM)에 대하여 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향에 있어서 전방의 제1 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제1 빔(L1)과, 상기 메인 빔(LM)의 에너지보다도 작은 에너지를 갖고, 상기 메인 빔(LM)에 대하여 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 진행 방향에 있어서 전방의 제2 경사 방향으로 이격되어 조사되는 제2 빔(L2)을 포함하고, 상기 제2 경사 방향은 상기 제1 경사 방향과 상기 진행 방향에 있어서 반대측으로 경사지는 방향이며,
상기 회절 광학 소자 부재(241)는, 회절 광학 소자(242E)가 형성된 소자 형성부(242)와, 상기 소자 형성부(242)의 주위를 둘러싸고, 상기 회절 광학 소자(242E)가 형성되어 있지 않은 비형성부(243)를 포함하고, 상기 소자 형성부(242)는, 상기 회절 광학 소자(242E)에 의해, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)으로부터, 상기 멀티 레이저 빔(LB) 중 상기 제1 빔(L1) 및 상기 제2 빔(L2)을 포함하는 복수의 빔으로 이루어지는 회절 멀티 빔(LD)을 출사하도록 구성되고, 상기 비형성부(243)는 환상이며, 상기 멀티 레이저 빔(LB)의 상기 메인 빔(LM)의 적어도 일부로서, 입사된 상기 평행 레이저 빔(LP)을 회절시키지 않고 상기 비형성부(243)를 투과한 투과 빔(LT)을 출사하도록 구성되고,
상기 평행 레이저 빔(LP)이 원형인 상기 소자 형성부(242)와 상기 비형성부(243)의 주위 방향 일부에 걸쳐 조사되도록 상기 회절 광학 소자 부재(241)가 배치되고, 상기 소자부(240)는, 상기 회절 광학 소자 부재(241) 자신을 회전시키지 않고, 상기 평행 레이저 빔(LP)의 광축의 주위를 원 이동시키도록 구성되는 원 이동부(248)를 갖는,
레이저 용접 장치.