WO2015146591A1 - レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び電池ケース - Google Patents
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Definitions
- the battery case includes a case having an opening and a lid attached to the opening of the case by laser welding.
- the case includes an inner surface that defines the opening.
- the lid includes an outer peripheral surface facing the inner side surface of the case.
- the inner surface of the case to be joined by laser welding and the outer peripheral surface of the lid are arranged so as to form a groove portion therebetween, and include inclined surfaces that can slide with each other and function as a sliding portion.
- the groove width of the groove portion can be changed by sliding of the sliding portion.
- the laser beam to be irradiated is a laser beam having a Gaussian type intensity distribution. According to such a configuration, even in the case of a Gaussian type laser beam, since there is a recess, it becomes unnecessary to form a keyhole by the laser beam, so that the time required for welding can be shortened. Become.
- the adjusting force applying unit is provided with a cooler.
- the heat transmitted from the groove to the periphery thereof may cause the case and the lid to be deformed by heat. Therefore, by absorbing heat unnecessary for welding via the adjusting force applying portion, it is possible to suppress deformation due to heat in the case and the lid accompanying welding. Moreover, the possibility that the power generation element housed in the battery case may be reduced is reduced.
- the laser welding method of one aspect is a laser welding method in which laser light is irradiated onto a joining target to perform laser welding, wherein a division ratio of a laser beam output from a laser oscillator is set by a division ratio control unit, the division Dividing the laser beam into a plurality of laser beams by a splitter according to the ratio, changing one intensity distribution of the plurality of laser beams divided by the splitter by an intensity distribution changer, and changing the intensity distribution Combining the laser beam whose intensity distribution has been changed by the combiner and the other laser beam divided by the splitter by the combiner.
- the intensity distribution of the laser light applied to the bonding target can be controlled by a relatively simple method of controlling the splitting ratio of the laser light with a splitter.
- the intensity characteristic of the laser beam is based on the intensity distribution of the laser beam in an irradiation range such as a Gaussian type or a top hat type, and the characteristics relating to welding differ depending on the intensity distribution. Therefore, the intensity distribution of the synthesized laser light is adjusted by setting the laser light output from the intensity distribution changer to an intensity distribution different from the other laser lights.
- the graph which shows the relationship between the presence or absence of the groove part of a joining object part, a welding speed, and a melting depth.
- the schematic diagram which shows typically the relationship between the presence or absence of the groove part of a joining object part, and a melting depth. Explanatory drawing explaining the aspect adjusted so that the groove width of the groove part of the junction object part of a battery case may be expanded in other embodiment which actualized the laser welding apparatus.
- the block diagram which shows schematic structure of 2nd Embodiment which actualized the laser welding apparatus.
- the block diagram which shows schematic structure of 3rd Embodiment which actualized the laser welding apparatus.
- the block diagram which shows schematic structure of 4th Embodiment which actualized the laser welding apparatus.
- the case 310 includes an opening 311 into which the lid 320 is fitted.
- the opening 311 is defined by the inner surface of the case 310.
- the case 310 includes an inner peripheral edge 312 provided at the edge portion of the inner surface thereof, a case inclined surface 313 provided on the bottom side of the case 310 with respect to the inner peripheral edge 312 and protruding inward.
- the opening 311 is defined by the inner peripheral edge 312 and the case inclined surface 313.
- the inner peripheral edge 312 is opened larger than the lid 320, and allows the lid 320 to pass therethrough.
- the plane of the member shows a mode of the molten pool 34 that occurs when laser welding the plane of the member and a mode of the molten pool 35 that occurs when two members having grooves are laser welded.
- the plane is considered to be in the same state as when two members abutted so as not to form the groove are laser welded.
- the joining object part which does not have a groove part in laser welding becomes heat conduction welding. For this reason, since the depth of the molten pool 34 is hard to become deep, it is difficult to weld deeply.
- the splitter 120 is a so-called beam splitter, which uses the oscillation laser light L0 as incident light, and divides the incident oscillation laser light L0 into two parts, a first laser light L1 and a second laser light L2.
- the first laser beam L1 is used for laser welding while its intensity distribution is a top hat type
- the second laser beam L2 is a laser beam after the intensity distribution is changed to a Gaussian type. It will be used for welding.
- the irradiation laser beam Ltg has an intensity distribution having the same shape as the intensity distribution D6 of the synthetic laser beam L6, although the irradiation range is reduced to be narrowed and the energy intensity P is increased. ing.
- the irradiation laser beam Ltg having the same intensity distribution as the intensity distribution D6 is given an energy to the corresponding irradiation range of the Gaussian type on average, so that stable welding can be performed, and its control is performed. Is also easy.
- reliable welding with high energy is expected at the center of the corresponding irradiation range of the Gaussian type.
- the laser light intensity distribution is based on the intensity distribution of the laser light in the irradiation range, such as a Gaussian type or a top hat type, and the characteristics relating to welding differ depending on the intensity distribution. Therefore, by setting the third laser light L3 output from the intensity distribution changer 130 to an intensity distribution different from that of the first laser light L1, the characteristics related to welding of the synthesized laser light L6 to be synthesized are adjusted. become.
- the control device 500 makes the intensity distribution D21 of the aspect in which the intensity distribution of the synthetic laser light L10 is higher than the top hat type.
- the division ratio is controlled as follows. As a result, a keyhole can be created in the molten pool generated in the narrow groove width W portion by the Gaussian-type irradiation laser beam Ltg, and welding can be performed quickly and deeply.
- the second spectroscope 401 inputs the transmitted light in the wavelength region including the wavelength of 1000 nm to the image recognition device 410 and the reflected light in the wavelength region including the wavelength of 400 to 500 nm to the intensity measurement device 420. Let them enter.
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Abstract
ケース(310)の開口部に蓋(320)をレーザ溶接するレーザ溶接装置は、開口部を規定するケースの内側面と、ケースの内側面に対向する蓋の外周面とを含む接合対象部分にレーザ光を照射し、ケース(310)の内側面と蓋(320)の外周面とは、それらの間に溝部(330)を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、滑動部の滑動によって溝部(330)の溝幅を変更可能とするように形成し、溝部(330)の溝幅を検出する検出部(270)と、ケース(310)及び蓋(320)の少なくとも一方に滑動部を介して溝部(330)の溝幅を調整する力を付与する調整力付与部(510,520)と、検出部(270)により検出された溝幅に応じて調整力付与部が付与する力を制御する制御部(500)とを備えることで、接合対象となる部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、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。
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、及び該レーザ溶接装置により溶接される電池ケースに関する。
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。
ところで、特許文献1に記載の技術では、電池のケースと蓋との間隙に溶融体が充填されるようにはなるものの、この電池のケースと蓋との間隙はケースや蓋の公差などに起因して一定の寸法に保たれるとは限らない。すなわち、ケースと蓋との相対位置や電池としての個体差によってケースと蓋との溶接の状態が影響を受けるおそれがある。なお、こうした、レーザ光による溶接において接合対象となる部材は、上述した電池のケースと蓋には限られない。
ちなみに、レーザ光による溶接の態様は、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。
本発明の目的は、レーザ光による溶接に際し、接合対象となる部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、より適切な溶接を行うことのできるレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法、及び該レーザ溶接装置により溶接される電池ケースを提供することにある。
本発明の他の目的は、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。
一態様のレーザ溶接装置は、ケースの開口部に蓋をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、前記開口部を規定する前記ケースの内側面と、該ケースの内側面に対向する前記蓋の外周面とを含む接合対象部分にレーザ光を照射するレーザ照射装置を備える。前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されている。前記レーザ溶接装置はさらに、前記溝部の溝幅を検出する検出部と、前記ケース及び前記蓋の少なくとも一方に前記滑動部を介して前記溝部の溝幅を調整する力を付与する調整力付与部と、前記検出部により検出された前記溝幅に応じて前記調整力付与部が付与する力を制御する制御部と、を備える。
一態様のレーザ溶接方法は、ケースの開口部に蓋をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記開口部を規定する前記ケースの内側面と、該ケースの内側面に対向する前記蓋の外周面とを含む接合対象部分にレーザ光を照射することを備える。前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されている。前記方法はさらに、前記溝部の溝幅を検出部により検出すること、前記ケース及び前記蓋の少なくとも一方に前記滑動部を介して前記溝部の溝幅を調整する力を調整力付与部により付与すること、前記検出部により検出された前記溝幅に応じて前記調整力付与部が付与する力を制御部により制御すること、を備える。
一態様の電池ケースは、開口部を有するケースと、該ケースの開口部にレーザ溶接によって取り付けられる蓋とを備える。前記ケースは、前記開口部を規定する内側面を含む。前記蓋は、前記ケースの内側面に対向する外周面を含む。レーザ溶接の接合対象部分とされる前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されている。
このような構成又は方法によれば、ケースと蓋との間の溝部に溶融された材料が入り込み適切な溶接が可能となる。また、より適切な溶接が行われるように、ケース及び蓋の少なくとも一方に力(以下、調整力と称することもある)を加えて、滑動部を滑動させることで、溝部の溝幅を調整することができるようになる。このように、溝部の溝幅の調整を可能にすることで、レーザ光による溶接に際し、接合対象となる部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、より適切な溶接を行うことができるようになる。
なお、溝部は、溝幅が狭くなると溶融された材料が入り込みづらくなるため適切な溶接が難しくなり、逆に、溝幅が広くなると溶融材料を多く供給しないと接合対象となる部材同士が適切に溶接されなくなるおそれが高くなる。よって、溶接対象との間の溝部に適切な溝幅を設定することによって溶接対象を適切に溶接させることができる。
さらに、ケースと蓋とが滑動部で当接することにより、溶接時の溶融金属やスパッタにより飛散する部材がケース内部に進入することが抑制されるようにもなる。
好ましい構成として、前記照射するレーザ光がトップハット型の強度分布を有するレーザ光である。
好ましい構成として、前記照射するレーザ光がトップハット型の強度分布を有するレーザ光である。
このような構成によれば、トップハット型のレーザ光は、ガウシアン型のレーザ光に比べて溶接加工時の安定性が高いことから、レーザ溶接におけるスパッタの発生などが抑制されるようになる。また、トップハット型のレーザ光は、キーホールを発現させづらいものの、溝部によってキーホールが生じたときと同様の好適な溶接が可能ともなる。
好ましい構成として、前記照射するレーザ光がガウシアン型の強度分布を有するレーザ光である。
このような構成によれば、ガウシアン型のレーザ光であっても、凹部があることにより、そのレーザ光によるキーホールの形成が不要となることから溶接加工に要する時間の短縮が図られるようになる。
このような構成によれば、ガウシアン型のレーザ光であっても、凹部があることにより、そのレーザ光によるキーホールの形成が不要となることから溶接加工に要する時間の短縮が図られるようになる。
好ましい構成として、前記溝部を形成する前記ケースの内側面及び前記蓋の外周面のうちの一方の端部が前記レーザ光の照射される方向に突出している。
このような構成によれば、角度を有し熱の集中しやすい部分がレーザ光の近くに配置されるため、その部分を溶融の起点として、レーザ光による溶接が迅速に行われるようになる。
このような構成によれば、角度を有し熱の集中しやすい部分がレーザ光の近くに配置されるため、その部分を溶融の起点として、レーザ光による溶接が迅速に行われるようになる。
好ましい構成として、前記調整力付与部には冷却器が設けられてなる。
このような構成によれば、溝部からその周囲に伝達された熱はケースや蓋を熱により変形させるおそれがある。そこで、調整力付与部を介して溶接に不要な熱を吸収することにより、溶接に伴ってケースや蓋に熱に起因する変形が生じることが抑制されるようになる。また、電池ケースに収容される発電要素への影響が生じるおそれも軽減される。
このような構成によれば、溝部からその周囲に伝達された熱はケースや蓋を熱により変形させるおそれがある。そこで、調整力付与部を介して溶接に不要な熱を吸収することにより、溶接に伴ってケースや蓋に熱に起因する変形が生じることが抑制されるようになる。また、電池ケースに収容される発電要素への影響が生じるおそれも軽減される。
一態様のレーザ溶接装置は、レーザ発振器と、前記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複数のレーザ光に分割する分割器と、前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する分割比率制御部と、前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つ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前記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する合成器と、を備える。
一態様のレーザ溶接方法は、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、レーザ発振器から出力されたレーザ光の分割比率を分割比率制御部によって設定すること、前記分割比率に従って、前記レーザ光を分割器により複数のレーザ光に分割すること、前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つの強度分布を強度分布変更器によって変更すること、前記強度分布変更器により前記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ことを備える。
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、合成されるレーザ光の強度分布が調整されるようになる。
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、合成されるレーザ光の強度分布が調整されるようになる。
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。
好ましい構成として、前記分割比率制御部は、前記検出部により検出された前記溝部の溝幅に応じて前記分割比率を制御する。
レーザ溶接では接合対象部分の溝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、このような構成によれば、レーザ光の分割比率を溝部の溝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部分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。
レーザ溶接では接合対象部分の溝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、このような構成によれば、レーザ光の分割比率を溝部の溝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部分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。
接合対象部分の溝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、検出部により検出される溝幅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。
好ましい構成として、前記レーザ照射装置はさらに、前記接合対象部分の溶融状態を測定する溶融状態測定器を含み、前記分割比率制御部は、前記溶融状態測定器により測定された前記溶融状態に応じて前記分割比率を制御する。
このような構成によれば、レーザ光の分割比率が接合対象部分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接合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。
本開示によれば、レーザ光による溶接に際し、接合対象となる部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、より適切な溶接を行うことができるようになる。
また、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。
また、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。
(第1の実施形態)
図1~7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。
本実施形態のレーザ溶接装置は、図5に示すように、レーザ光を発振するレーザ発振器を含み構成されるレーザ生成部100と、レーザ生成部100から入力されたレーザ光を接合対象部分に照射させるレーザ光出力部200とを備えている。つまり、レーザ溶接装置は、レーザ生成部100の出力するレーザ光をレーザ光出力部200から照射レーザ光Ltgとして出力し、接合対象としての電池300の接合対象部分に照射させる。なお本実施形態では、例えば、レーザ生成部100は半導体レーザが発振するレーザ光を出力し、例えば、照射レーザ光Ltgは、エネルギー強度分布がトップハット型である。なお、レーザ生成部100及びレーザ光出力部200は、レーザ照射装置を構成している。
図1~7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。
本実施形態のレーザ溶接装置は、図5に示すように、レーザ光を発振するレーザ発振器を含み構成されるレーザ生成部100と、レーザ生成部100から入力されたレーザ光を接合対象部分に照射させるレーザ光出力部200とを備えている。つまり、レーザ溶接装置は、レーザ生成部100の出力するレーザ光をレーザ光出力部200から照射レーザ光Ltgとして出力し、接合対象としての電池300の接合対象部分に照射させる。なお本実施形態では、例えば、レーザ生成部100は半導体レーザが発振するレーザ光を出力し、例えば、照射レーザ光Ltgは、エネルギー強度分布がトップハット型である。なお、レーザ生成部100及びレーザ光出力部200は、レーザ照射装置を構成している。
続いて、図1を参照して、本実施形態のレーザ溶接装置の詳細について説明する。なお、図1では、図示の都合上、上述したレーザ生成部100及びレーザ光出力部200の図示を省略している。
レーザ溶接装置は、電池300のケース310と蓋320との2つの部材の間の距離を検出する検出部としての検出器270と、検出器270の検出した結果が入力される制御部としての制御装置500とを備えている。また、レーザ溶接装置は、制御装置500の制御に基づいてケース310の外側面314に加えるべき調整力を発生する調整力付与部を構成する押圧装置510と、押圧装置510の発生する調整力をケース310の外側面314に伝達する調整力付与部を構成する伝達部520とを備えている。
図2に示すように、電池300は、ケース310と、そのケース310に嵌め込まれる蓋320とを備えている。ケース310及び蓋320は、板厚が2mm以下の厚みであるアルミニウムを含む金属材料からなる。なお、板厚が2mmより厚くてもレーザ溶接は可能である。本実施形態では、ケース310と蓋320とを含む態様で電池ケースが構成されている。
そして本実施形態では、このような電池300のケース310の隣接する2側面に対して、図示を省略するがそれぞれ設ける押圧装置510によりそれぞれ調整力F1,F2(以下単に、調整力Fと記載することもある。)を付与している。また、レーザ溶接装置は、各押圧装置510により調整力Fが付与される電池300のケース310の各側面に対向する対向側面の外側面にそれぞれ配置される突き当て治具550,551を備えている。よってケース310は、各側面に押圧装置510より付与される調整力Fの反力が突き当て治具550,551から各対向側面の外側面に付与されるようになっている。こうしてケース310は、その4側面に調整力Fが付与される態様になっている。なお以下では、説明の便宜上、電池300のケース310の1側面を例にして説明する。
図3に示すように、ケース310は、蓋320が嵌め込まれる開口部311を備えている。開口部311は、ケース310の内側面により規定されている。本実施形態においては、ケース310は、その内側面の縁部分に設けられた内周縁部312と、内周縁部312よりもケース310の底部側に設けられ、内側に突出するケース傾斜面313とを備えており、それら内周縁部312とケース傾斜面313とにより開口部311が規定されている。内周縁部312は、蓋320よりも大きく開口されており、蓋320を通過させることが可能である。ケース傾斜面313は、ケース310の開口端側に蓋320よりも大きい大きさの開口を形成し、ケース310の底部側に蓋320よりも小さい大きさの開口を形成し、それら大きい大きさの開口と小さい大きさの開口とを結ぶ面としてケース傾斜面313が構成されている。よって、ケース310は、その開口部311に嵌め込まれる蓋320を、内周縁部312に接触させずに通過させることができる一方、ケース傾斜面313に当接させ、その当接させた位置に保持する。
蓋320は、ケース310の外方向に向く表面である外表面324と、外周にあってケース310の開口部311に対向する外周面321とを備える。外周面321は、ケース310の内周縁部312に対向する外周縁部322と、外周縁部322から蓋320の外表面324の裏面である内表面に向かって、蓋320の中央側に傾斜する蓋傾斜面323とを備えている。外周縁部322は、その外周が、内周縁部312よりも小さい大きさ、かつ、ケース傾斜面313に当接する大きさに形成されている。蓋傾斜面323は、ケース傾斜面313に対向するとともに、ケース傾斜面313に面接触することが可能な傾斜角度に形成されている。よって、蓋320は、ケース310の開口部311に嵌め込まれることで、ケース310の内周縁部312に入り込み、その蓋傾斜面323がケース傾斜面313に面接触などの接触態様によって当接する。つまり、蓋320は、蓋傾斜面323のケース傾斜面313への当接により、ケース310の開口部311に嵌め込まれるかたちに保持される。
よって、ケース310の開口部311に蓋320が嵌め込まれると、ケース310の内周縁部312と蓋320の外周縁部322との間には、溝幅Wの溝部330が形成される。溝幅Wは、ケース310の内周縁部312の開口の大きさと蓋320の外周縁部322の大きさとの差に応じた距離、例えば差の半分の距離を有する。また、蓋傾斜面323とケース傾斜面313とは相互に滑動可能に当接して滑動部340を構成する。
また、本実施形態では、内周縁部312と外周縁部322とが当接するとき、ケース310の開口部311の先端部と蓋320の外表面324との高さが略同じになるようになっている。よって、溝部330の溝幅Wが大きくなると、ケース310の開口部311の先端部が蓋320の外表面324よりも突出するようになっている。つまり、溝部330に照射レーザ光Ltgが照射されるとき、ケース310の先端部が照射レーザ光Ltgの照射される方向に突出されている。
滑動部340は、ケース傾斜面313と蓋傾斜面323とが当接されてなることから、蓋320方向への調整力Fがケース310の外側面314に付与されると、ケース傾斜面313と蓋傾斜面323とが相互に滑動する。するとこのとき、ケース傾斜面313を蓋傾斜面323が滑り上がる、又は逆に、ケース傾斜面313が蓋傾斜面323を滑り下がることにより、蓋320がケース310に対して外表面324の方向Mへ移動する。
図4に示すように、上述の移動に伴って、互いに対向する内周縁部312と外周縁部322とが接近するため溝部330の溝幅Wが小さくなる。このように、本実施形態の電池300は、ケース310の外側面314への押圧装置510からの調整力Fの付与に応じてケース310と蓋320との間の溝部330の溝幅Wが変化する。
なお、本実施形態では、ケース310と蓋320との間の溝部330を含む範囲がレーザ溶接の接合対象部分とされる。つまり、接合対象部分は、開口部311を規定するケース310の内側面(312,313)と、このケース310の内側面に対向する蓋320の外周面321とを含み、ケース310の内側面と蓋320の外周面321との間に溝部330が形成されている。換言すれば、開口部311を規定するケース310の内側面と蓋320の外周面321とは、互いに対向する接合対象部分として設けられ、それらの間に溝部330を形成するように配置される。また滑動部340は、蓋傾斜面323とケース傾斜面313との滑動によって溝部330の溝幅Wを変更可能としている。このように、接合対象部分には、溶接されるケース310と蓋320との間の開先を変更可能な溝幅Wを有する溝部330が設けられている。
ところで、滑動部340は、溶接される溝部330よりもケース310の内側に設けられている。そのため、溝部330が溶接のため溶融されたとき、その溶融された材料がケース310の内側に流れ込もうとしても滑動部340により進入が抑制される。また、溶接時に溶融池に生じるスパッタなどで溶融された材料が飛散することもあるが、滑動部340は、こうして飛散した材料についてもケース310の内部への進入を抑制することができる。つまり電池300は、発電要素を内部に収容した状態でケース310に蓋320が溶接されるため、溶接時にケース310内部に異物が進入すると電池品質の低下を招くおそれもあるが、本実施形態によれば、ケース310内部への溶融金属の進入やスパッタにより飛散した材料の進入などが抑制されて電池品質の低下の抑制が図られるようになる。
図1に示すように、検出器270は、溝部330の溝幅Wを計測用レーザ光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光Seを走査させて検出器270と接合対象(電池300)との間の距離を測長し、測長結果の長くなる部分を溝部330として認識し、その認識した溝部330の溝幅Wを検出する。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には、検出器270から検出した溝幅Wが入力される。制御装置500は、当該入力された溝幅Wに応じた調整力を算出し、この算出した調整力に基づいて押圧装置510を制御する。詳述すると、制御装置500は、溝幅Wが適切な溶接を行うことのできる目標幅になるように、押圧装置510から出力される調整力を制御する。つまり、制御装置500は、溝幅Wと目標幅との差に基づいて押圧装置510から出力される調整力をフィードバック制御する。こうして印加される調整力Fがケース310に生じさせる歪みやたわみによって溝幅Wが制御されるようになる。よって、溝幅Wに、ケース310と蓋320との部材同士の相対位置又は個体差による影響があったとしても、溝部330の溝幅Wが好適に調節されるようになる。
なお、目標幅としては、例えば、溶接したい深さ、つまり溶け込み深さの全部から半分程度の幅を設定することができる。つまり例えば、板厚1mmの部材を半分の深さまで溶接したいときには、目標幅を0.05~0.5mmに設定することができる。また、制御装置500は、溝部330の溝幅Wの調節を溶接開始前に行い、この溶接開始前に調節された溝幅の下で溶接させるようにしてもよい。また制御装置500は、溶接中にこれから溶接する接合対象部分の溝幅Wを逐次確認するとともに、この確認した溝幅Wを目標幅に調整するように逐次制御するようにしてもよい。なお、溝幅Wは、上記値に限らず、溶接される部材の材質や溶接時の条件(環境温度やレーザ光の出力等)に対応する適切な値を適宜設定させることができる。
押圧装置510は、エアシリンダやピエゾアクチュエータ、モータなどのアクチュエータであり、制御装置500の制御に基づいてケース310の外側面314を押圧する調整力を調整する。例えば、押圧装置510は、制御装置500から入力される指令値に応じた調整力を出力する。なお、押圧装置510は、そのピストンがシリンダを出入りする長さ(ストローク)を指示されることに基づいて制御されてもよい。
伝達部520は、押圧装置510とケース310の外側面314との間に介在し、押圧装置510の発生する調整力をケース310の外側面314に伝達する。つまり、伝達部520は、ケース310の外側面314よりも高い剛性を有する部材であって、押圧装置510から入力される調整力を少ないロスでケース310の外側面314に伝達する。
また、伝達部520は、例えば冷却水などの冷媒を流通させることのできる冷媒通路523を備えている。冷媒通路523は、冷媒を供給する冷却器としての冷却装置530の冷媒供給口に一端が接続され、同冷却装置530の冷媒回収口に他端が接続されている。冷媒通路523に冷媒が供給されることで、伝達部520が冷却され、ケース310の外側面314から溶接時などに伝達される熱を吸収する。レーザ溶接においては、溶接の際、接合対象部分は金属を溶融させる程度に加熱する必要があるものの、溶接されない部分については接合対象部分から伝達される高温によってケース310内部の発電要素に影響が生じたり、ケース310に熱歪みなどの形状変化が生じたりするおそれもある。そこで、伝達部520を冷却させることで、溶接時に加熱の必要のない部分の温度上昇を抑制させ、溶接時にケース310内部の発電要素に影響が生じたり、ケース310に変形が生じたりすることなどを抑制させる。
また、溶接時にケース310が熱により変形することに応じて溝幅Wが変化するようなことがあると、その溝幅の変化によって適切な溶接ができなくなるおそれもあるため、ケースの熱変形の抑制により適切に溶接が行われる蓋然性が高められる。なお、このように熱に起因する溝幅Wの変化であれ、検出器270で溝幅Wの変化を検出し、その変化に対応する調整力Fを付与させることによって溝幅Wを調整させるようにすることもできる。
また、伝達部520は、接合対象部分に近い部分を凹ませるような形状に形成された非当接部522を備えている。つまり、伝達部520は、非当接部522を除く当接部521がケース310の外側面314に当接する。非当接部522は、ケース310の開口部311の先端部から、溶接部分の溶け込み深さに対応する深さまでの間に設けられており、伝達部520がケース310の外側面314に当接しないようにしている。つまり伝達部520は、接合対象部分に近い部分を冷却してしまうと、溶接に必要な熱を吸収してしまい溶接に影響を生じさせるおそれもあることから、非当接部522を備えることによって、冷却が逆に、溶接に影響を及ぼすおそれを抑制している。
図5を参照して詳述すると、溝部330を含む接合対象部分に溶接用の照射レーザ光Ltgが照射されると、レーザ光出力部200の方向に突出しているケース310の内周縁部312の端部が溶融の起点になるなどして溶融が進行し、溶融した金属材料からなる溶融池350が形成される。なおこのとき、目標幅に調整された溝部330の溝幅Wがあることにより深い溶融による溶接が行えるようになり、目標幅に調整された溝幅Wを設けることによって溶接の条件に応じた適切な溝幅Wによる適切な溶接が行われるようになる。
ところで、一般的に溶接ではキーホール(加熱により気化された材料によって溶融池350に生じる凹み)を発現させることによって、溶融した材料がキーホール内に流れて部材の深くまで溶融加工が行われるようになることを発明者らは発見した。つまりレーザ溶接による溶接加工でも、レーザ光による加熱によりキーホールを生じさせつつ、部材深くまでの溶接加工を好適に行うことがある。例えば、レーザ溶接の場合、キーホールは、ガウシアン型のエネルギー強度分布を有するレーザ光を照射させることで、そのレーザ光の中央の高エネルギー部分に生じさせることができる。しかし、ガウシアン型のレーザ光は、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、その制御に高い精度が求められるという特性も有する。
そこで、本実施形態では、安定性が高く制御が比較的容易であるトップハット型の照射レーザ光Ltgを溶接に用いている。トップハット型は強度分布が平均化されているためキーホールを生じさせるためにレーザ光の照射時間を一定時間確保する必要がある。そのためキーホールが発現しづらく、適切な溶接ができなかったり、溶接に時間を要したりする。
そこで、本実施形態のレーザ溶接装置は、溝幅Wを調整することによって、溶接部分の溶融池350にキーホール、もしくはキーホールと同等の役割を果たす凹みを発現させるようにしている。このように、溶融池350に凹みを発現させることで、キーホールが発現したときと同様の好適な溶接を行うことができるようになる。このような凹みの発現によれば、部材の表面だけではなく所定の深さまでを溶接させることができる。つまり、平らな表面に照射されたレーザの熱が表面から内部へ徐々に伝達されて材料が溶融される溶接、いわゆる熱伝導溶接と比較しても安定した溶接が行なわれるようになる。このように目標幅に調節された溝幅Wを有する接合対象部分を溶接することにより、照射レーザ光Ltgの強度や照射時間の長さをキーホールを発現させる程度に高い精度で制御しなくとも、好適な溶接加工が可能となる。
また、本実施形態では、ケース310の4つの側面にそれぞれ調整力Fが付与され、これら4つの側面すべてにおいて溝幅Wが制御される状態で溶接が行われる。なお仮に、1つの側面毎に溝幅Wを調整して溶接を行う場合、他の側面等が溶接された状態で溝幅Wを調整しなければならないなど溝幅Wの幅を調整することのできる範囲が制限されることもある。
ところで、照射レーザ光Ltgによりレーザ溶接が行われると、溶融池350の熱などがケース310や蓋320に伝達される。こうしてケース310や蓋320に伝達される熱は、ケース310や蓋320に熱を要因とする歪みを生じさせるおそれがある。そこで、本実施形態は、伝達部520がケース310の外側面314を冷却することにより、溶接に伴う熱H1を同伝達部520に吸収させるようにする。また、熱H1を伝達部520に吸収させることにより、蓋320に伝達される熱H2も少なくなる。これにより、ケース310や蓋320に蓄積される熱が減少されるため、発電要素への影響やケース310や蓋320に熱に起因する歪みなどの発生が抑制されるようになる。
続いて、本実施形態の作用について説明する。
図6及び図7を用いて以下に説明するように、本実施形態では、レーザ溶接する接合対象部分に溝部330を設けることによって、当該接合対象部分の溶接を深い位置まで迅速に行うことができるようになる。
図6及び図7を用いて以下に説明するように、本実施形態では、レーザ溶接する接合対象部分に溝部330を設けることによって、当該接合対象部分の溶接を深い位置まで迅速に行うことができるようになる。
図6には、部材の平面をレーザ溶接するときと、溝部330を間に設けた2つの部材をレーザ溶接するときとのそれぞれの溶接について、その溶接速度と溶け深さとの関係をグラフで示している。なお平面は、溝部を形成しないように当接される2つの部材をレーザ溶接するときと同様の状態であるものと考えられる。詳述すると、溝部を有する接合対象部分を溶接するときの関係がグラフL1に示され、溝部を有しない平板を溶接するときの関係がグラフL2に示されている。つまり、2つの部材を溶接するレーザ溶接において、同様の溶接深さを得るとき、部材が溝部を有するときよりも、部材が溝部を有しないときの方が溶接に長い時間を要することが示されている。
図7には、部材の平面をレーザ溶接するときに生じる溶融池34の態様と、溝部を有する2つの部材をレーザ溶接するときに生じる溶融池35の態様とが示されている。なおこのときも平面は、溝部を形成しないように当接される2つの部材をレーザ溶接するときと同様の状態であるものと考えられる。まず、レーザ溶接において溝部を有しない接合対象部分は、熱伝導溶接となる。このため溶融池34の深さが深くなりづらいため深くまで溶接加工することが難しい。
一方、レーザ溶接において溝部を有する接合対象部分は、第1の部材30と、第2の部材31との間の溝部の溝幅Wに照射レーザ光Ltgが進入し、深い位置までエネルギーが伝達される。そして照射されるレーザ光や溶融金属の対流などによって溶融が迅速に進行して溶融池35の深さが深くなり、深い位置まで溶接加工されるようになる。つまり、溝部を有する接合対象部分は、キーホールが発現されたときと同様の溶接が行われるようになる。
本実施形態によれば、レーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法、及び該レーザ溶接装置により溶接される電池ケースは、レーザ光による溶接に際し、接合対象となる部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、より適切な溶接を行えるようにする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、レーザ溶接方法、及び該レーザ溶接装置により溶接される電池ケースによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(1)ケース310と蓋320との間の溝部330に溶融された材料が入り込み適切な溶接が可能となる。また、より適切な溶接が行われるように、ケース310及び蓋320の少なくとも一方に力(調整力F)を加えて、滑動部340を滑動させることで、溝部330の溝幅Wを調整することができるようになる。このように、溝部330の溝幅Wの調整を可能にすることで、照射レーザ光Ltgによる溶接に際し、接合対象となるケース310と蓋320との部材同士の相対位置又は個体差による影響を抑制して、より適切な溶接を行うことができるようになる。
なお、溝部330は、溝幅Wが狭くなると溶融された材料が入り込みづらくなるため適切な溶接が難しくなり、逆に、溝幅Wが広くなると溶融材料を多く供給しないと接合対象となるケース310と蓋320と同士が適切に溶接されなくなるおそれが高くなる。よって、ケース310と蓋320との間の溝部330に適切な溝幅Wを設定することによってケース310と蓋320とを適切に溶接させることができる。
さらに、ケース310と蓋320とが滑動部340で当接することにより、溶接時の溶融金属やスパッタにより飛散する部材がケース310内部に進入することが抑制されるようにもなる。
(2)トップハット型のレーザ光は、ガウシアン型のレーザ光に比べて溶接加工時の安定性が高いことから、レーザ溶接におけるスパッタの発生などが抑制されるようになる。また、トップハット型のレーザ光では、キーホールを発現させづらいものの、溝部330によってキーホールが生じたときと同様の好適な溶接が可能ともなる。
(3)溝部330を形成するケース310の先端部、すなわち内周縁部312が照射レーザ光Ltgの照射される方向に突出している。これにより、角度を有し熱の集中しやすい部分が照射レーザ光Ltgの近くに配置されるため、その部分を溶融の起点として、レーザ光による溶接が迅速に行われるようになる。
(4)溝部330からその周囲に伝達された熱はケース310や蓋320を熱により変形させるおそれがある。そこで、伝達部520を介して溶接に不要な熱を吸収することにより、溶接に伴ってケース310や蓋320に熱に起因する変形が生じることが抑制されるようになる。
(第1の実施形態の変形例)
なお上記第1の実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、溝幅Wを調整するためにケース310に対し、4側面から調整力Fを付与する場合について例示した。しかしこれに限らず、1~3側面毎に調整力を付与してもよい。例えば、一方向に挟むかたちであれば2側面に調整力を付与することができるし、底面を固定することなどにより任意の1~3側面に調整力を付与することもできる。この場合、一部が溶接された状態など溝幅Wの調整幅が制限される状態で溝幅Wの調整が行われるようになることもあるものの、例えば4方中3方が溶接されていたとしてもケース(又は蓋)のたわみなどにより溝幅は調節される。これにより、レーザ溶接装置としての適用範囲の拡大が図られるようになる。
なお上記第1の実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、溝幅Wを調整するためにケース310に対し、4側面から調整力Fを付与する場合について例示した。しかしこれに限らず、1~3側面毎に調整力を付与してもよい。例えば、一方向に挟むかたちであれば2側面に調整力を付与することができるし、底面を固定することなどにより任意の1~3側面に調整力を付与することもできる。この場合、一部が溶接された状態など溝幅Wの調整幅が制限される状態で溝幅Wの調整が行われるようになることもあるものの、例えば4方中3方が溶接されていたとしてもケース(又は蓋)のたわみなどにより溝幅は調節される。これにより、レーザ溶接装置としての適用範囲の拡大が図られるようになる。
・上記実施形態では、ケース310は、隣接する2側面には押圧装置510の出力する調整力が付与され、他の2側面には突き当て治具550,551からの反力で調整力が付与される場合について例示した。しかしこれに限らず、適切な調整力を付与することができるのであれば、他の2側面の少なくとも一方には、対応するように設けられた押圧装置から調整力が付与されてもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、溶接加工にトップハット型のレーザを採用した。しかしこれに限らず、溶接加工にガウシアン型のレーザを用いてもよい。ガウシアン型のレーザを用いる場合、通常、レーザを所定時間照射させてキーホールを形成させるが、溝部があることによってキーホールの形成に要する時間を短縮させることができるなどレーザ溶接にかかる時間の短縮が図られるようになる。また、ガウシアン型のレーザの場合、トップハット型よりもエネルギーが集中して照射範囲が狭くなるものの、たとえ溶接幅が狭い範囲であっても溝部によって溶接深さが確実に確保されるため、確実な溶接が行われるようになる。これにより、レーザ溶接装置としての適用範囲の拡大が図られるようになる。
・上記実施形態では、溝幅Wを調整するためにケース310の外側面314に調整力が付与される場合について例示した。しかしこれに限らず、溝幅Wが調整されるのであれば、蓋に対して調整力が付与されてもよい。
例えば、図8に示すように、蓋320の外表面324にケース310の底部方向への調整力Fを付与することにより、この調整力Fを滑動部340に作用させて蓋傾斜面323にケース傾斜面313を押し広げさせる、つまりケース310の外側面314を外方向Mへ広げさせるようにすることもできる。よって溝部330の溝幅Wも広げられることとなる。つまり、溝幅Wが目標幅よりも狭いようなとき、蓋320の外表面324を押すように力を付与するようにすることで、溝部330の溝幅Wを広げることが簡単にできる。これにより、溝幅を広げる操作が容易になることから、レーザ溶接装置としての利便性が向上されるようになる。
・上記実施形態では、ケース310の外側面314が押圧されることにより溝幅Wが変更される場合について例示した。しかしこれに限らず、滑動部が滑動して溝幅が変更されるのであれば、ケースの外側面が外方向に引っ張られてもよい。例えば、外側面が引っ張られるとケースの開口部が広がることから蓋傾斜面がケース傾斜面を滑り下り、蓋がケースの底部方向へ移動するようになる。こうした移動によれば、内周縁部と外周縁部との対向面を離間させて溝部の溝幅を広く変更することができるようになる。例えば、調整力を押す力と引く力とにするようにすれば溝幅の縮小/拡大も可能となる。なお、蓋に力を付与する場合であれば、同様に引く力を付与してもよい。これにより、レーザ溶接装置の適用範囲の拡大が図られるようになる。
・上記実施形態では、伝達部520が冷却される場合について例示したが、これに限らず、突き当て治具が冷却されてもよい。これにより、レーザ溶接装置の設計の自由度の拡大が図れるようになる。
・上記実施形態では、冷却媒体は水である場合について例示したが、これに限らず、冷却媒体は伝達部を冷却することのできる冷媒であれば、水以外の液体や、液体以外であって空気などの気体であってもよい。これにより、レーザ溶接装置の設計の自由度の拡大が図れるようになる。
・上記実施形態では、伝達部520が冷媒の供給により強制的に冷却される場合について例示した。しかしこれに限らず、伝達部は強制的に冷却されなくてもよい。溶接時にあまり加熱されないものであったり、多少加熱されても問題が生じないのであれば、伝達部は自然に冷却されるものであってもよい。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。
・上記実施形態では、伝達部520に非当接部522が設けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、接合対象部分に近い部分が冷却されないようになるのであれば、当該非当接部が設けられている部分に熱伝導率の低い部材を配置させるなどしてもよい。これにより、レーザ溶接装置としての設計の自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、ケース310にその開口部311よりも小さい蓋320が嵌め込まれる場合について例示した。しかしこれに限らず、接合対象部分に溝部が形成されるのであれば、ケースの開口部と蓋との大きさの関係は、蓋がケースの開口部と同じ大きさでも、それより大きくてもよい。なお、溝部の形成される位置や向きが変化するようであれば、当該溝部を適切に溶接できるようにケースの位置や照射レーザの向きを調整すればよい。これにより、レーザ溶接装置を適用することができる範囲の拡張が図られるようになる。
・上記実施形態では、内周縁部312と外周縁部322とが当接するとき、ケース310の開口部311の先端部と蓋320の外表面324との高さが略同じになるようになる場合について例示した。しかしこれに限らず、内周縁部と外周縁部とが当接されたときにそれらの間に段差が生じたとしてもよい。これにより、電池ケースの設計自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、ケース310の内周縁部312の先端部が、蓋320の外周縁部322の外表面324よりも突出している場合について例示した。しかしこれに限らず、適切な溶接ができるのであれば、ケースの内周縁部の先端部と蓋の外周縁部の外表面とが同じ高さであったり、蓋の外周縁部の外表面がケースの内周縁部の先端部よりも突出していたりしてもよい。例えば、蓋の外周縁部の外表面を突出させることで、蓋に溶融の起点を設定することができるようにもなる。これにより、電池ケースの設計自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、蓋傾斜面323がケース傾斜面313よりもケース310の内側にはみ出す場合について例示した。しかしこれに限らず、ケース傾斜面と蓋傾斜面とが当接するのであれば、蓋傾斜面がケース傾斜面よりもケースの内側にはみ出さなくてもよい。これにより、レーザ溶接装置や電池ケースの設計の自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、ケース傾斜面313と蓋傾斜面323とは面接触する場合について例示した。しかしこれに限らず、ケース傾斜面と蓋傾斜面との当接する部分の少なくとも一部の接触態様が面接触以外、例えば線接触であったり、点接触であったり、また多少の隙間が存在したりしていてもよい。当接部分の一部が線接触や点接触であったりしたとしても、ケース傾斜面と蓋傾斜面との間を溶融金属やスパッタにより散った部材が進入することが抑制される。また多少の隙間が存在していても、適切な溶接を行えば溶融金属などが電池ケースの内部に入り込むおそれも小さい。これにより、電池ケースの設計自由度の向上が図られるようになる。
・上記実施形態では、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、レーザ溶接装置の適用範囲の拡大が図られるようになる。
・上記実施形態では、接合対象がアルミニウムを含む金属製の部材からな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、レーザ光により溶接できる材料からなるものであれば、例えば、アルミニウムを含まない金属材料や、樹脂などの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、レーザ溶接装置の設計自由度の向上や適用範囲の拡大などが図られるようになる。また、電池ケースについての設計自由度の向上が図られるようになる。
(第2の実施形態)
図9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、第2の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
図9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、第2の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
図9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を接合対象部分に照射してレーザ溶接する。
第2の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を接合対象部分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9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9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、第2の実施形態では、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。
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。
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、第2の実施形態では、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(分割比率制御部)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。第2の実施形態では、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。
第2の実施形態では、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、接合対象部分に照射する。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、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、接合対象部分に照射する。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、接合対象部分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、接合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、接合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。
第2の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、接合対象部分は、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部分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、接合対象部分に好適な強度分布(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、第2の実施形態によれば、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、第2の実施形態のレーザ溶接装置によれば、接合対象部分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。
第2の実施形態の作用について説明する。
まず、接合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。
まず、接合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、接合対象部分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、第2の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。
以上説明したように、第2の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、接合対象部分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、接合対象部分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、接合対象部分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、接合対象部分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3の実施形態)
図10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、第3の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
(第3の実施形態)
図10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、第3の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
第3の実施形態は、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10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の接合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接合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2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の接合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、第3の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2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4の実施形態)
図11~14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、第4の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
(第4の実施形態)
図11~14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、第4の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
第4の実施形態は、接合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11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12参照)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12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と接合対象部分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13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の接合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14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、接合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(例えば上記第1の実施形態及びその変形例)であれば、これから接合対象部分の溝幅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、第4の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2及び第3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)接合対象部分の溝部330の溝幅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部分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5の実施形態)
図15~18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、第5の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
図15~18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、第5の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
第5の実施形態は、接合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4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15に示すように、レーザ光出力部200は、照射レーザ光Ltgが照射されている接合対象部分の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16及び図17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は接合対象部材(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342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15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。
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、溶接時に接合対象部分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342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。
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、第5の実施形態では、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、第5の実施形態では、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18のリスト600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、接合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。
制御装置500は、発光強度「強」かつ溶融池「大」のとき、接合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、接合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、接合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、接合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、接合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、接合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、接合対象部分の溶融池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として接合対象部分に照射することができる。よって、接合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、第5の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2及び第3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部分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接合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6の実施形態)
図19~図21に従って、レーザ溶接装置を具体化した第6の実施形態について説明する。なお、第6の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
図19~図21に従って、レーザ溶接装置を具体化した第6の実施形態について説明する。なお、第6の実施形態のレーザ溶接装置は、上記第1の実施形態のレーザ溶接装置に適用することもできるが、第1の実施形態とは独立して用いることもできる。
第6の実施形態は、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。なお、図19~図21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19~図21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により集光されて接合対象部分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19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21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21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、接合対象部分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、第6の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2及び第3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。
(第2~第6の実施形態の変形例)
なお上記第1~第6実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
(第2~第6の実施形態の変形例)
なお上記第1~第6実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記第6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22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により集光されて接合対象部分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5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5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4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4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、接合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2~第5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2~5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2~第5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。
・上記第2~第5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。
・上記第2~第6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。
・上記第2~第6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。
・上記第2~第6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。
・上記第2~第6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。
以上説明した第1~第6実施形態の各々は例示であり、当業者であれば、本開示に基づいて、各実施形態の構成を一部削除したり、ある実施形態の構成を他の実施形態の構成にて置き換えたり、他の実施形態の構成に追加したりすることで、任意の組み合わせを実現することができる。本発明の主題は、特定の実施形態の全ての特徴より少ない特徴に存在する可能性がある。
Claims (14)
- ケースの開口部に蓋をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、
前記開口部を規定する前記ケースの内側面と、該ケースの内側面に対向する前記蓋の外周面とを含む接合対象部分にレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されている、前記レーザ照射装置と、
前記溝部の溝幅を検出する検出部と、
前記ケース及び前記蓋の少なくとも一方に前記滑動部を介して前記溝部の溝幅を調整する力を付与する調整力付与部と、
前記検出部により検出された前記溝幅に応じて前記調整力付与部が付与する力を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。 - 前記照射するレーザ光がトップハット型の強度分布を有するレーザ光である
請求項1に記載のレーザ溶接装置。 - 前記照射するレーザ光がガウシアン型の強度分布を有するレーザ光である
請求項1に記載のレーザ溶接装置。 - 前記溝部を形成する前記ケースの内側面及び前記蓋の外周面のうちの一方の端部が前記レーザ光の照射される方向に突出している
請求項1~3のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。 - 前記調整力付与部には冷却器が設けられてなる
請求項1~4のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。 - 前記レーザ照射装置は、
レーザ発振器と、
前記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複数のレーザ光に分割する分割器と、
前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する分割比率制御部と、
前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つ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前記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する合成器と、を含み、
前記レーザ照射装置は、前記合成器により合成して得られた合成レーザ光を、前記溝部を含む前記接合対象部分に照射する、
請求項1~5のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。 - 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6に記載のレーザ溶接装置。 - 請求項6又は7に記載のレーザ溶接装置において、
前記分割比率制御部は、前記検出部により検出された前記溝部の溝幅に応じて前記分割比率を制御する
ことを特徴とするレーザ溶接装置。 - 請求項6又は7に記載のレーザ溶接装置において、
前記レーザ照射装置はさらに、前記接合対象部分の溶融状態を測定する溶融状態測定器を含み、
前記分割比率制御部は、前記溶融状態測定器により測定された前記溶融状態に応じて前記分割比率を制御する
ことを特徴とするレーザ溶接装置。 - レーザ溶接装置であって、
レーザ発振器と、
前記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複数のレーザ光に分割する分割器と、
前記分割器によるレーザ光の分割比率を制御する分割比率制御部と、
前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つ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前記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する合成器と、
を備えるレーザ溶接装置。 - ケースの開口部に蓋をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記開口部を規定する前記ケースの内側面と、該ケースの内側面に対向する前記蓋の外周面とを含む接合対象部分にレーザ光を照射することであって、前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されていることと、
前記溝部の溝幅を検出部により検出すること、
前記ケース及び前記蓋の少なくとも一方に前記滑動部を介して前記溝部の溝幅を調整する力を調整力付与部により付与すること、
前記検出部により検出された前記溝幅に応じて前記調整力付与部が付与する力を制御部により制御すること、
を備えることを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記レーザ光を照射することは、
レーザ発振器から出力されたレーザ光の分割比率を分割比率制御部によって設定すること、
前記分割比率に従って、前記レーザ光を分割器により複数のレーザ光に分割すること、
前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つの強度分布を強度分布変更器によって変更すること、
前記強度分布変更器により前記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こと、
を含む、請求項11に記載のレーザ溶接方法。 - 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、
レーザ発振器から出力されたレーザ光の分割比率を分割比率制御部によって設定すること、
前記分割比率に従って、前記レーザ光を分割器により複数のレーザ光に分割すること、
前記分割器により分割された前記複数のレーザ光の一つの強度分布を強度分布変更器によって変更すること、
前記強度分布変更器により前記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こと、
を備えるレーザ溶接方法。 - 電池ケースであって、
開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部にレーザ溶接によって取り付けられる蓋と、を備え、
前記ケースは、前記開口部を規定する内側面を含み、
前記蓋は、前記ケースの内側面に対向する外周面を含み、
レーザ溶接の接合対象部分とされる前記ケースの内側面と前記蓋の外周面とはそれらの間に溝部を形成するように配置されるとともに、滑動部として機能する互いに滑動可能な傾斜面を含み、前記滑動部の滑動によって前記溝部の溝幅を変更可能とするように形成されている
ことを特徴とする電池ケース。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018217301A1 (en) | 2016-09-29 | 2018-11-29 | Nlight, Inc. | Optical power density control in fiber-coupled laser |
GB2566615A (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-20 | Futaba Ind Co Ltd | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
US11173548B2 (en) | 2017-04-04 | 2021-11-16 | Nlight, Inc. | Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration |
US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US11331756B2 (en) | 2015-11-23 | 2022-05-17 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US11465232B2 (en) | 2014-06-05 | 2022-10-11 | Nlight, Inc. | Laser patterning skew correction |
US11858842B2 (en) | 2016-09-29 | 2024-01-02 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3095592A4 (en) * | 2015-03-20 | 2017-11-01 | Technology Research Association For Future Additive Manufacturing | Working nozzle, working head, working device, method for controlling working nozzle, and control program |
CN109982808B (zh) | 2016-11-22 | 2021-04-13 | 松下知识产权经营株式会社 | 激光加工装置以及激光加工方法 |
JP6555544B2 (ja) * | 2017-01-11 | 2019-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 電池ケースの封止方法および密閉型電池の製造方法 |
WO2019117129A1 (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 株式会社村田製作所 | 二次電池の製造方法 |
KR102258177B1 (ko) * | 2018-09-20 | 2021-05-28 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 |
DE102019203350A1 (de) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Hairpin-Schweißverfahren und -vorrichtung |
JP6989549B2 (ja) * | 2019-03-13 | 2022-01-05 | フタバ産業株式会社 | 接合体の製造方法 |
KR20220089990A (ko) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지 제조용 지그 |
KR20240057122A (ko) * | 2022-10-24 | 2024-05-02 | 에스케이온 주식회사 | 배터리 모듈 |
CN117080635A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 外壳组件及电池 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001185099A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Nec Mobile Energy Kk | 密閉型電池 |
JP2004195490A (ja) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Toyota Motor Corp | 溶接物とその製造方法 |
JP2005153015A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-06-16 | Sango Co Ltd | レーザ溶接による容器の製造方法 |
US20100326967A1 (en) * | 2006-10-11 | 2010-12-30 | Greatbatch Ltd. | Laser Weld Process For Seam Welded Electrochemical Devices |
US20120196173A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Secondary battery |
JP2013025978A (ja) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Toyota Motor Corp | 密閉型電池の製造方法 |
JP2013139039A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Muratani Kikai Seisakusho:Kk | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
JP2013193081A (ja) * | 2012-03-15 | 2013-09-30 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザー加工装置 |
JP2014010936A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | Toyota Motor Corp | 角型電池及び角型電池の製造方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4857697A (en) * | 1987-01-21 | 1989-08-15 | Metal Box Public Limited Company | Continuous seam welding apparatus and methods |
DE3831743A1 (de) * | 1988-09-17 | 1990-03-29 | Philips Patentverwaltung | Vorrichtung zur bearbeitung eines werkstueckes mit laserlicht und verwendung dieser vorrichtung |
JPH05104276A (ja) | 1991-10-16 | 1993-04-27 | Toshiba Corp | レーザ加工装置およびレーザによる加工方法 |
JP2720744B2 (ja) * | 1992-12-28 | 1998-03-04 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工機 |
JPH08108289A (ja) | 1994-10-07 | 1996-04-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザ加工用光学装置 |
JP3162254B2 (ja) * | 1995-01-17 | 2001-04-25 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置 |
JP2000021365A (ja) | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 密閉型電池の製造方法 |
JP3720681B2 (ja) * | 2000-06-26 | 2005-11-30 | 株式会社ファインディバイス | レーザー式はんだ付け方法及び装置 |
JP3775410B2 (ja) * | 2003-02-03 | 2006-05-17 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー加工方法、レーザー溶接方法並びにレーザー加工装置 |
AT508355B1 (de) * | 2009-06-29 | 2011-01-15 | Trumpf Maschinen Austria Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum biegen eines werkstücks |
-
2015
- 2015-03-11 WO PCT/JP2015/057188 patent/WO2015146591A1/ja active Application Filing
- 2015-03-11 US US14/771,464 patent/US10052719B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001185099A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Nec Mobile Energy Kk | 密閉型電池 |
JP2004195490A (ja) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Toyota Motor Corp | 溶接物とその製造方法 |
JP2005153015A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-06-16 | Sango Co Ltd | レーザ溶接による容器の製造方法 |
US20100326967A1 (en) * | 2006-10-11 | 2010-12-30 | Greatbatch Ltd. | Laser Weld Process For Seam Welded Electrochemical Devices |
US20120196173A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Secondary battery |
JP2013025978A (ja) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Toyota Motor Corp | 密閉型電池の製造方法 |
JP2013139039A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Muratani Kikai Seisakusho:Kk | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
JP2013193081A (ja) * | 2012-03-15 | 2013-09-30 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザー加工装置 |
JP2014010936A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | Toyota Motor Corp | 角型電池及び角型電池の製造方法 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11465232B2 (en) | 2014-06-05 | 2022-10-11 | Nlight, Inc. | Laser patterning skew correction |
US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US11331756B2 (en) | 2015-11-23 | 2022-05-17 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US11794282B2 (en) | 2015-11-23 | 2023-10-24 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
WO2018217301A1 (en) | 2016-09-29 | 2018-11-29 | Nlight, Inc. | Optical power density control in fiber-coupled laser |
EP3631576A4 (en) * | 2016-09-29 | 2020-12-23 | Nlight, Inc. | OPTICAL POWER DENSITY CONTROL IN A FIBER-COUPLED LASER |
US11858842B2 (en) | 2016-09-29 | 2024-01-02 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
US11886052B2 (en) | 2016-09-29 | 2024-01-30 | Nlight, Inc | Adjustable beam characteristics |
US11173548B2 (en) | 2017-04-04 | 2021-11-16 | Nlight, Inc. | Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration |
GB2566615A (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-20 | Futaba Ind Co Ltd | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
US11235420B2 (en) | 2017-09-14 | 2022-02-01 | Futaba Industrial Co., Ltd. | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
GB2566615B (en) * | 2017-09-14 | 2022-03-30 | Futaba Ind Co Ltd | Laser Welding Apparatus and Manufacturing Method of Component |
Also Published As
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---|---|
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