(57)【要約】【課題】金属製部材と樹脂製部材との溶着において、溶着対象部における溶着ムラが生じることを抑制することができるレーザ溶着装置を得る。【解決手段】溶着装置１０は、照射部３０と整形部６０とを有する。照射部３０は、溶着部材１６と基材１４とが溶着される溶着対象部Ｍに対してレーザ光Ｂｍを走査方向に走査しながら照射する。整形部６０は、Ｚ方向から見た場合に、Ｘ方向の両端部におけるスポットＳＰのＹ方向の第一幅Ｌ１が、Ｘ方向の中央部におけるスポットＳＰのＹ方向の第二幅Ｌ２よりも広くなるように、レーザ光ＢｍのスポットＳＰの形状を整形する。【選択図】図１
2020032638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製部材と金属製部材とが溶着される溶着対象部に対してレーザ光を走査方向に走査しながら照射する照射部と、
前記照射部からのレーザ光の光軸方向から見た場合に、該光軸方向及び前記走査方向と直交する直交方向の両端部におけるレーザ光のスポットの前記走査方向の第一幅が、該直交方向の中央部における該スポットの前記走査方向の第二幅よりも広くなるように、前記照射部から前記溶着対象部に照射されるレーザ光のスポット形状を整形する整形部と、
を有するレーザ溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザ発振器と、ビーム整形器と、ビームホモジナイザーと、ビーム形状可変器と、ビーム集光器と、中央コントローラとを有するレーザ加工機が開示されている。中央コントローラは、ビーム整形器、ビームホモジナイザー及びビーム形状可変器の何れを最終段階工程として使用するかを選択する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、走査方向にレーザ光を走査して金属製部材の一部を加熱することで、金属製部材と樹脂製部材とを溶着させるレーザ溶着装置がある。このレーザ溶着装置では、金属製部材に対して、レーザ光の照射エネルギーを走査方向に均等に与えることは可能である。しかし、金属製部材の溶着対象部における走査方向と直交する直交方向の両端部では、レーザ光の照射領域外の部分に熱が伝達されるために、該直交方向の中央部に比べて温度が上昇し難い。このため、特許文献１のエネルギー密度分布が均一なレーザ光が、溶着対象部に照射されたとしても、溶着対象部の直交方向における中央部と両端部とで、レーザ光の照射により生じる温度差が大きくなり、溶着ムラが生じる可能性がある。つまり、金属製部材と樹脂製部材との溶着において、溶着対象部における溶着ムラが生じることを抑制するには、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、金属製部材と樹脂製部材との溶着において、溶着対象部における溶着ムラが生じることを抑制することができるレーザ溶着装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明に係るレーザ溶着装置は、樹脂製部材と金属製部材とが溶着される溶着対象部に対してレーザ光を走査方向に走査しながら照射する照射部と、前記照射部からのレーザ光の光軸方向から見た場合に、該光軸方向及び前記走査方向と直交する直交方向の両端部におけるレーザ光のスポットの前記走査方向の第一幅が、該直交方向の中央部における該スポットの前記走査方向の第二幅よりも広くなるように、前記照射部から前記溶着対象部に照射されるレーザ光のスポット形状を整形する整形部と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載の本発明に係るレーザ溶着装置では、整形部において、直交方向の両端部におけるレーザ光のスポットの走査方向の第一幅が、直交方向の中央部におけるスポットの走査方向の第二幅よりも広くなるように、スポット形状が整形される。換言すると、直交方向の両端部の照射面積が、中央部の照射面積よりも大きくなる。このため、溶着対象部における直交方向の両端部では、周辺部に熱が伝達されたとしても、中央部に比べてレーザ光の照射エネルギーが増加されているので、樹脂製部材の温度が高くなる。これにより、溶着対象部における直交方向の中央部と両端部とで、レーザ光の照射により生じる温度差が小さくなるので、溶着対象部における溶着ムラが生じることを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明は、金属製部材と樹脂製部材との溶着において、溶着対象部における溶着ムラが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る溶着装置の構成図である。
【図２】図１に示す溶着装置の取付部の平面図である。
【図３Ａ】図１に示す溶着装置において照射されるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフである。
【図３Ｂ】図１に示す溶着装置において照射されるレーザ光のスポット形状を示す模式図である。
【図４Ａ】図３Ｂに示すレーザ光のスポット形状が変更された状態を示す模式図である。
【図４Ｂ】図３Ｂに示すレーザ光のスポット形状の変形例を示す模式図である。
【図５Ａ】図１に示す溶着装置において溶着される金属製部材に対してレーザ光のスポットが走査方向に走査される状態を示す平面図である。
【図５Ｂ】図１に示す溶着装置において溶着される金属製部材及び樹脂製部材に対してレーザ光が照射された状態を示す直交方向の縦断面図である。
【図６】図１に示す溶着装置において溶着される金属製部材及び樹脂製部材に対してレーザ光が照射された状態を示す走査方向の縦断面図である。
【図７】図１に示す溶着装置においてレーザ光のスポット形状が採用されるまでの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８Ａ】図１に示す溶着装置によって溶着された金属製部材と樹脂製部材との溶着部分を拡大した縦断面図である。
【図８Ｂ】比較例の溶着装置によって溶着された金属製部材と樹脂製部材との溶着部分を拡大した縦断面図である。
【図９】第２実施形態に係る溶着装置の構成図である。
【図１０Ａ】図９に示す溶着装置において照射されるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図９Ａに示すレーザ光のエネルギー密度分布の他の形状を示すグラフである。
【図１１Ａ】図９に示す溶着装置において溶着された金属製部材及びレーザ光のスポットを示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１０Ａに示す金属製部材における直交方向の温度分布を示す模式図である。
【図１２】図９に示す溶着装置においてエネルギー分布が採用されるまでの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第１実施形態]
第１実施形態に係るレーザ溶着装置の一例としての溶着装置１０と、溶着装置１０において溶着される結合体１２とについて説明する。
【００１１】
〔結合体〕
図１に示す結合体１２は、金属製部材の一例としての基材１４と、基材１４に溶着される樹脂製部材の一例としての溶着部材１６とで構成されている。
【００１２】
＜基材＞
基材１４は、一例として、アルミニウム製の部材であり、平板状に形成されている。基材１４を厚さ方向から見た場合の形状は、一例として、矩形状とされている。基材１４の厚さ方向における一方側の表面１４Ａを見た場合に、表面１４Ａにおける基材１４の長辺方向の一部で且つ短辺方向の両端部を除く部位であり、溶着部材１６に溶着される部位を溶着対象部Ｍと称する。なお、溶着対象部Ｍは、溶着後は、溶着部Ｍとなる。
【００１３】
溶着対象部Ｍは、一例として、基材１４及び後述する溶着部材１６に形成（設定）された部位であり、基材１４の厚さ方向から見た場合に、基材１４の短辺方向における長さが基材１４の長辺方向の長さよりも長い略矩形状の部位である。溶着対象部Ｍには、予め設定された深さで厚さ方向に窪み、短辺方向及び長辺方向に間隔をあけて配置された複数の凹部１５（図５Ａ参照）が形成されている。複数の凹部１５は、溶着部材１６に向けて開口するように配置される。複数の凹部１５の形状及び大きさは、溶着部材１６の一部で且つ溶融された部位が流れ込み可能となる形状及び大きさとされている。
【００１４】
＜溶着部材＞
溶着部材１６は、一例として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の部材であり、後述するレーザ光Ｂｍ（図１参照）を透過させる透明部材として構成されている。また、溶着部材１６は、上板部１６Ａ及び下板部１６Ｂを有しており、これらが一体化された部材である。上板部１６Ａ及び下板部１６Ｂは、それぞれ厚さ方向から見た場合に略矩形状に形成されている。下板部１６Ｂの大きさは、上板部１６Ａの大きさよりも小さい。下板部１６Ｂにおける上板部１６Ａ側とは反対側の下面１６Ｃは、一例として、平面とされており、基材１４の表面１４Ａと接触されている。なお、既述のように、下板部１６Ｂにおける基材１４に溶着される部位（下面１６Ｃ）も、溶着対象部Ｍに含まれる。
【００１５】
ここで、結合体１２は、後述する溶着装置１０において、表面１４Ａと下面１６Ｃとを接触させた状態で、レーザ光Ｂｍが溶着対象部Ｍに照射及び走査され、溶融された溶着部材１６の一部が凹部１５（図５Ａ参照）に流入して固まることで、一体化される。
【００１６】
〔溶着装置〕
図１に示す溶着装置１０は、一例として、溶着対象部Ｍに向けてレーザ光Ｂｍを照射する照射部３０と、レーザ光Ｂｍのスポット形状を整形する整形部６０とを有する。
【００１７】
＜照射部＞
照射部３０は、一例として、載置部３２と、照射ユニット３４と、スライドユニット３６と、制御部３８とを有する。そして、照射部３０は、基材１４と溶着部材１６とが溶着される溶着対象部Ｍに対して、レーザ光Ｂｍを走査方向に走査しながら照射する構成とされている。
【００１８】
（載置部）
載置部３２は、溶着される対象物としての結合体１２（基材１４及び溶着部材１６）が載せられる部位である。具体的には、載置部３２は、置台４２と、被押付部材４４と、ネジ部材４６と、押付部材としてのコイルバネ４８とを有する。なお、以後の説明では、基材１４と溶着部材１６とが重ねられた方向（積層方向）であり、且つレーザ光Ｂｍの光軸方向となる方向をＺ方向と称する。また、Ｚ方向と直交する方向のうち、レーザ光Ｂｍが走査される方向をＹ方向と称する。さらに、Ｚ方向及びＹ方向と直交する方向をＸ方向と称する。Ｘ方向は、後述する光軸方向及び走査方向と直交する直交方向の一例である。
【００１９】
置台４２は、金属製の板状部材で構成されている。また、置台４２は、図示しない台座に固定されている。置台４２のＺ方向上側の上面４２Ａは、Ｘ−Ｙ面に沿った平面とされている。置台４２のＺ方向上部には、Ｚ方向上側に向けて開口された複数の穴部４２Ｂが形成されている。穴部４２Ｂは、一例として、置台４２をＺ方向上側から見た場合に、４箇所形成されているが、図１では２箇所の穴部４２Ｂを示している。穴部４２Ｂの内壁面には、図示しない雌ネジが形成されている。
【００２０】
被押付部材４４は、透明な樹脂製の板状部材で構成されている。被押付部材４４の大きさは、一例として、置台４２の大きさとほぼ同じとされている。また、被押付部材４４には、Ｚ方向に貫通された複数の貫通孔４４Ａが形成されている。貫通孔４４Ａは、一例として、被押付部材４４をＺ方向上側から見た場合に、４箇所形成されているが、図１では２箇所の貫通孔４４Ａを示している。
【００２１】
図２に示すように、被押付部材４４のＸ方向及びＹ方向の中央部には、Ｙ方向に沿って延びる長孔４５が形成されている。長孔４５のＸ方向及びＹ方向の長さは、溶着対象部ＭのＸ方向及びＹ方向の長さよりも長い。
【００２２】
図１に示すネジ部材４６は、図示しない操作者によって回転される頭部４６Ａと、頭部４６ＡからＺ方向に延びる円柱状の軸部４６Ｂとを有する。軸部４６Ｂの外周面には、雄ネジ４６Ｃが形成されている。軸部４６Ｂの直径の大きさは、貫通孔４４Ａに軸部４６Ｂを挿通可能な大きさとされている。雄ネジ４６Ｃは、穴部４２Ｂの雌ネジにねじ込み可能とされている。
【００２３】
コイルバネ４８は、各ネジ部材４６に対して１つずつ配置されている。また、コイルバネ４８は、頭部４６Ａと被押付部材４４とでＺ方向に挟まれている。そして、コイルバネ４８は、基材１４及び溶着部材１６が置台４２と被押付部材４４とでＺ方向に挟まれた状態で、雄ネジ４６Ｃが穴部４２Ｂにねじ込まれることで、被押付部材４４に対して、Ｚ方向下側に向けた弾性力（加圧力）を作用させる。
【００２４】
（照射ユニット）
照射ユニット３４は、箱状に形成された本体部５２と、本体部５２内に設けられた光源部５４と、本体部５２内に設けられたホモジナイザー５６とを有する。
【００２５】
本体部５２は、一例として、Ｚ方向に長い中空の直方体状に形成されている。また、本体部５２のＺ方向の下端部には、レーザ光Ｂｍを本体部５２の外側へ出射させるための図示しない開口が形成されている。
【００２６】
光源部５４は、図示しない電源から電力供給されることで、レーザ光Ｂｍを溶着対象部Ｍに向けて照射する構成とされている。レーザ光Ｂｍは、光軸Ｋを有する。光軸Ｋの光軸方向は、既述の通り、Ｚ方向とされている。
【００２７】
ホモジナイザー５６は、光軸Ｋ上に配置されている。また、ホモジナイザー５６は、一例として、図示しないコリメートレンズ及び集光レンズ等の光学要素を有する光学部と、図示しない回折格子等の光学要素を有する均一化部とを含んで構成されている。光学要素とは、無機材料又は有機材料で構成され、屈折作用を有する光学部材を意味している。さらに、ホモジナイザー５６は、一例として、レーザ光Ｂｍの基材１４上におけるスポットのエネルギー密度が、該スポットの各部で均一となるように、レーザ光Ｂｍのエネルギー密度分布を調整する機能を有している。図３Ａに示すように、第１実施形態では、一例として、レーザ光Ｂｍのエネルギー密度分布（Ｘ−Ｚ面（垂直面）として見た分布）の形状が、略矩形状とされている。
【００２８】
（スライドユニット）
図１に示すスライドユニット３６は、図示しないフレームに固定されＹ方向に延びる支持板３６Ａと、支持板３６Ａに対してＹ方向に相対移動可能に設けられたスライド板３６Ｂと、スライド板３６ＢをＹ方向に移動させる図示しないアクチュエータとを有する。スライド板３６Ｂは、Ｚ方向を厚さ方向として配置されている。また、スライド板３６ＢのＺ方向下側の面には、照射ユニット３４が固定されている。つまり、照射ユニット３４は、Ｙ方向に移動（スライド）可能とされている。換言すると、照射部３０は、Ｙ方向を走査方向の一例として、Ｙ方向に走査可能とされている。
【００２９】
（制御部）
制御部３８は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｏ（入出力インターフェース）及びバスを有する。つまり、制御部３８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏがバスに接続されたコンピュータとして構成されている。また、制御部３８は、溶着装置１０の各部の作動を制御する。具体的には、制御部３８は、照射ユニット３４、スライドユニット３６及び整形部６０に接続されている。制御部３８のＲＯＭには、整形部６０を用いてレーザ光Ｂｍのスポット形状を変更するためのプログラムが、予め記憶されている。制御部３８では、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析が可能とされている。
【００３０】
制御部３８におけるＣＡＥ解析では、基材１４の特性、溶着部材１６の特性、及びレーザ光Ｂｍの特性を設定可能となっている。なお、以後の説明では、基材１４の特性、溶着部材１６の特性、及びレーザ光Ｂｍの特性をまとめて、基本特性と称する。
【００３１】
基材１４の特性には、一例として、製品形状、熱容量、熱伝導、輻射、溶着面形状、面積、初期温度分布、凹部１５（図５Ｂ参照）の表面積等がある。溶着部材１６の特性には、一例として、製品形状、熱容量、熱伝導、輻射、初期温度分布、レーザ光Ｂｍの透過率、加圧力等がある。レーザ光Ｂｍの特性には、一例として、全体出力、照射時間、エネルギー密度、走査速度、総エネルギー量、スポット形状等がある。
【００３２】
本実施形態の制御部３８では、基本特性に基づいて溶着対象部Ｍにおける温度分布が出力される。また、制御部３８では、得られた温度分布が、予め設定（記憶）されている温度分布と比較されることで、適切な温度分布であるか否かが判定されるようになっている。得られた温度分布が適切ではないと判定された場合には、スポット形状（ホモジナイズ形状）が変更され、改めて温度分布が計算される。得られた温度分布が適切であると判定された場合には、該スポット形状が採用される。
【００３３】
ここで、図５Ａに示す溶着対象部Ｍにおいて、Ｘ方向の両端部分（２箇所）に相当する部位を両端部Ｍ１と称し、Ｘ方向の中央部分に相当する部位を中央部Ｍ２と称する。２箇所の両端部Ｍ１のＸ方向の長さは、一例として、それぞれ、溶着対象部ＭのＸ方向の長さの１／５（２０％）に設定されている。中央部Ｍ２のＸ方向の長さは、一例として、溶着対象部ＭのＸ方向の長さの３／５（６０％）に設定されている。なお、両端部Ｍ１及び中央部Ｍ２について、Ｘ方向の長さの比率は、他の比率に設定されていてもよい。
【００３４】
＜整形部＞
図１に示す整形部６０は、一例として、図示しない回折光学素子を含んで構成されている。また、整形部６０は、一例として、レーザ光Ｂｍの基材１４（溶着対象部Ｍ）において、Ｚ方向から見た場合のスポット形状を円形から鼓形に整形する機能を有する部位である。さらに、整形部６０は、一例として、本体部５２内に設けられている。
【００３５】
図３Ｂには、表面１４Ａ（図１参照）における（Ｘ−Ｙ面（水平面）における）レーザ光ＢｍのスポットＳＰを、レーザ光Ｂｍの光軸方向（Ｚ方向）から見た状態が示されている。既述のように、Ｘ方向は直交方向の一例であり、Ｙ方向は走査方向の一例である。スポットＳＰは、Ｙ方向の手前側（走査開始側）が奥側に向けて窪むように円弧状に形成され、Ｙ方向の奥側（走査終了側）が手前側に向けて窪むように円弧状に形成されている。つまり、スポットＳＰは、鼓形に整形されている。
【００３６】
ここで、スポットＳＰは、Ｘ方向の両端部におけるスポットＳＰのＹ方向の第一幅Ｌ１〔ｍｍ〕が、Ｘ方向の中央部におけるスポットＳＰのＹ方向の第二幅Ｌ２〔ｍｍ〕よりも広くなっている。つまり、整形部６０（図１参照）は、Ｌ１＞Ｌ２となるように、スポットＳＰの形状を整形している。換言すると、整形部６０は、Ｘ−Ｙ面内において、スポットＳＰのＸ方向両端部の面積が、中央部の面積よりも大きくなるように、スポットＳＰの形状を整形している。
【００３７】
加えて、整形部６０では、一例として、レーザ光Ｂｍ照射時の溶着対象部Ｍ（図１参照）のＸ方向両端部における温度と、Ｘ方向中央部における温度との差が、０〔℃〕に近づくように、第一幅Ｌ１及び第二幅Ｌ２が設定される。
【００３８】
図４Ａには、既述の基本特性の値が変更された場合のＸ−Ｙ面（水平面）におけるスポットＳＰの形状の変化が示されている。図４Ａにおいて、実線ＳＰ１は、基本特性が変更される前のスポットＳＰの形状を示しており、破線ＳＰ２は、基本特性が変更された後のスポットＳＰの形状を示している。ここでは、一例として、第一幅Ｌ１が一定とされ、基本特性に合わせて第二幅Ｌ２の大きさのみが変更されている。
【００３９】
図４Ｂには、変形例のスポットＳＡが示されている。スポットＳＡのＸ方向の両端部におけるＹ方向の第一幅Ｌ３〔ｍｍ〕は、Ｘ方向の中央部におけるＹ方向の第二幅Ｌ４〔ｍｍ〕よりも広くなっている。また、スポットＳＡは、Ｙ方向の手前側（走査開始側）がＸ方向に沿った直線状とされ、Ｙ方向の奥側（走査終了側）が手前側に向けて窪むように円弧状に形成されている。
【００４０】
図５Ａには、基材１４の溶着対象部Ｍにおいて、鼓形のスポットＳＰが、Ｙ方向に走査される状態が示されている。スポットＳＰの外形は、溶着部材１６の溶着対象部Ｍ（下板部１６Ｂ）において、Ｘ方向に間隔をあけて配置されＹ方向に延びる２本の稜線（図５Ｂ参照）のＸ方向の間隔よりも大きめに設定されている。つまり、スポットＳＰのＸ方向の両端部は、２本の稜線よりもＸ方向の外側に配置されている。２本の稜線は、下板部１６Ｂにおける基材１４側の稜線である。また、２本の稜線は、溶着対象部Ｍの外形線のうち、長辺となる線に相当する。図５Ａにおいて、基材１４側の溶着対象部Ｍの外形線は、仮想線であり、実際に目視されるものではない。なお、図５Ａでは、複数の凹部１５（図５Ｂ参照）の図示を省略している。
【００４１】
図５Ｂ及び図６には、溶着部材１６を透過したレーザ光Ｂｍが、溶着対象部Ｍ（凹部１５を含む）に照射されている状態が示されている。なお、図５Ａ、図５Ｂ及び図６では、基材１４の一部及び溶着部材１６の一部が拡大して示されており、他の部位の図示は省略されている。
【００４２】
〔作用及び効果〕
次に、第１実施形態の溶着装置１０の作用及び効果について説明する。なお、溶着装置１０の各部、基材１４及び溶着部材１６については、図１から図６までを参照する。
【００４３】
溶着装置１０では、ホモジナイザー５６を用いることで、レーザ光Ｂｍのエネルギー密度分布が略矩形状とされている。
【００４４】
次に、レーザ光ＢｍのスポットＳＰの形状（ホモジナイズ形状）を設定する工程が行われる。具体的な手順を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
ステップＳ１０では、図示しないキーボード等の入力装置を用いて、基本特性の情報（データ）が入力される。入力された基本特性の情報は、制御部３８において記憶される。そして、ステップＳ１２に移行される。なお、基本特性の情報の中には、スポットＳＰの仮形状についての情報も含まれる。
【００４６】
ステップＳ１２では、制御部３８において、入力された基本特性の情報に基づいて、溶着対象部Ｍにおける温度分布が計算される。ここでは一例として、溶着部材１６側の温度分布が計算されるが、基材１４側の温度分布が計算されてもよい。そして、ステップＳ１４に移行される。
【００４７】
ステップＳ１４では、一例として、溶着部材１６側の温度分布が図示しないモニタに出力（視覚化）される。そして、ステップＳ１６に移行される。
【００４８】
ステップＳ１６では、出力された温度分布が、基準となる温度分布と比較され、ＯＫであるか（温度分布の差が小さいか）否かが判定される。なお、図示しない操作者が、数値を見て判定を行い、判定結果を制御部３８に入力してもよいし、あるいは、制御部３８に判定させてもよい。判定ＯＫの場合には、ステップＳ１８に移行される。判定ＮＧの場合には、ステップＳ２０に移行される。
【００４９】
ステップＳ１８では、判定ＯＫとなったスポットＳＰのホモジナイズ形状が採用される。また、ホモジナイズ形状が得られるレーザ特性の各情報が、制御部３８に記憶される。そして、プログラムが終了される。
【００５０】
ステップＳ２０では、ホモジナイズ仮形状が、ステップＳ１０において用いられたものとは異なるものに変更される。そして、ステップＳ２０に移行される。
【００５１】
ステップＳ２２では、変更されたホモジナイズ形状の情報が、制御部３８に入力される。そして、ステップＳ１２に移行され、既述のフローによってホモジナイズ形状の判定が行われる。
【００５２】
得られたホモジナイズ形状のスポットＳＰでは、Ｘ方向の両端部におけるＹ方向の第一幅Ｌ１が、Ｘ方向の中央部におけるＹ方向の第二幅Ｌ２よりも広くなっている。そして、溶着装置１０では、矩形状のエネルギー密度分布を有し且つ整形部６０によって鼓状に整形されたレーザ光Ｂｍが、溶着対象部Ｍに照射される。さらに、溶着対象部Ｍに照射されたレーザ光Ｂｍは、スライドユニット３６によってＹ方向に移動される。つまり、レーザ光ＢｍがＹ方向に走査される。
【００５３】
レーザ光Ｂｍが照射された溶着対象部Ｍでは、基材１４が加熱されることで溶着部材１６も加熱され、溶着部材１６の一部の温度が融点以上に上がるので、溶着部材１６の一部が溶融される。そして、加圧状態で溶融された溶着部材１６の一部が凹部１５に流入し、冷却されることで、基材１４に対して溶着部材１６が溶着される。凹部１５では、アンカー効果により、溶着部材１６が抜け難くなっている。
【００５４】
以上、説明したように、溶着装置１０では、整形部６０において、第一幅Ｌ１が第二幅Ｌ２よりも広くなるように、スポットＳＰの形状が整形される。換言すると、Ｘ方向の両端部の照射面積が、中央部の照射面積よりも大きくなる。このため、溶着対象部ＭにおけるＸ方向の両端部では、溶着対象部Ｍの周辺部に熱が伝達されたとしても、中央部に比べてレーザ光Ｂｍの照射エネルギーが増加されているので、両端部での溶着部材１６の温度が高くなる。これにより、溶着対象部ＭにおけるＸ方向の中央部と両端部とで、レーザ光Ｂｍの照射により生じる温度差が小さくなるので、溶着対象部Ｍの各箇所において溶着部材１６が溶融される。そして、溶融された溶着部材１６が凹部１５に流入され、冷却によって固まることで、溶着部材１６が基材１４に対して溶着される。このようにして、結合体１２が得られる。
【００５５】
図８Ａに示すように、結合体１２の溶着対象部Ｍでは、Ｘ方向の両端部及び中央部の凹部１５に溶着部材１６が入り込んでいる。つまり、溶着対象部Ｍにおける溶着ムラが生じることを抑制できている。
【００５６】
＜比較例＞
図８Ｂには、本実施形態の結合体１２に対する比較例として、結合体２００の溶着対象部Ｎが示されている。基材１４及び溶着部材１６は、本実施形態と同様であるが、スポットＳＰ（図４Ｂ参照）の形状が、鼓状ではなく、Ｘ方向に長い矩形状とされている。つまり、比較例では、スポットＳＰの形状について、第一幅Ｌ１と第二幅Ｌ２（図４Ｂ参照）とが等しくされている。ここで、比較例では、Ｘ方向中央部と両端部とでレーザ光Ｂｍの照射量が同程度となるが、Ｘ方向両端部では、既述の通り、溶着対象部Ｎよりも外側の部位に熱が伝達されてしまうために、中央部に比べて温度が高くなり難い。このため、Ｘ方向の両端部では、中央部に比べて溶着部材１６が溶融され難くなり、溶着対象部Ｎにおける溶着ムラ（図８Ｂでは空隙Ｂで示される）が生じ易くなる。
【００５７】
[第２実施形態]
次に、第２実施形態に係るレーザ溶着装置の一例としての溶着装置７０について説明する。なお、第１実施形態の溶着装置１０（図１参照）と同様の構成については、第１実施形態と同じ符号を付与して説明を適宜省略する。
【００５８】
図９に示す溶着装置７０は、溶着装置１０（図１参照）において、ホモジナイザー５６（図１参照）に換えて、分布設定部７２が設けられた構成とされている。分布設定部７２以外の構成は、溶着装置１０と同じとされている。
【００５９】
分布設定部７２は、光軸Ｋ上に配置されている。また、分布設定部７２は、図示しないコリメートレンズ及び集光レンズ等の光学要素を有する光学部と、図示しない角度調整部とを含んで構成されている。角度調整部は、一例として、光学部と基材１４との相対的な角度を調整可能に構成されている。そして、分布設定部７２では、制御部３８によって角度調整部が作動されることで、レーザ光Ｂｍの基材１４上におけるスポットのエネルギー密度分布（Ｘ−Ｚ面（垂直面）として見た分布）が設定（変更）されるようになっている。
【００６０】
図１０Ａに示すように、第２実施形態では、レーザ光Ｂｍのエネルギー密度分布について、Ｘ方向（図３Ｂ参照）の両端部が中央部に比べて高いエネルギー密度となる凹状の分布とされている。なお、必要に応じて、図１０Ｂに示すように、Ｘ方向両端部のエネルギー密度を中央部のエネルギー密度に対してさらに高めたエネルギー密度分布としてもよい。
【００６１】
図１１Ａには、基材１４の溶着対象部Ｍにおいて、鼓形のスポットＳＰが、Ｙ方向に走査された状態が示されている。図１１Ａにおいて、基材１４側の溶着対象部Ｍの外形線は、仮想線であり、実際に目視されるものではない。また、図１１Ａでは、溶着対象部Ｍについて、Ｘ方向中央部を符号ＭＢ、両端部を符号ＭＡとして区分されている。なお、図１１Ａでは、複数の凹部１５（図５Ｂ参照）の図示を省略している。
【００６２】
図１１Ｂには、溶着対象部Ｍにレーザ光Ｂｍ（図９参照）が照射された場合の基材１４側の温度分布が模式的に示されている。一例として、Ｘ方向両端部Ｍ１の温度が、Ｘ方向中央部Ｍ２の温度よりも僅かに高くなっている。
【００６３】
〔作用及び効果〕
次に、第２実施形態の溶着装置７０の作用及び効果について説明する。なお、溶着装置７０の各部、基材１４及び溶着部材１６については、図９を参照する。
【００６４】
溶着装置７０では、整形部６０を用いることで、レーザ光ＢｍのスポットＳＰの形状が鼓状とされている。
【００６５】
次に、分布設定部７２を用いて、レーザ光Ｂｍのエネルギー密度分布を設定する工程が行われる。具体的な手順を、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
ステップＳ３０では、図示しないキーボード等の入力装置を用いて、基本特性の情報が入力される。入力された基本特性の情報は、制御部３８において記憶される。そして、ステップＳ３２に移行される。
【００６７】
ステップＳ３２では、制御部３８において、入力された基本特性の情報に基づいて、溶着対象部Ｍにおける温度分布が計算される。ここでは一例として、溶着部材１６側の温度分布が計算されるが、基材１４側の温度分布が計算されてもよい。そして、ステップＳ３４に移行される。
【００６８】
ステップＳ３４では、一例として、溶着部材１６側の温度分布が図示しないモニタに出力（視覚化）される。そして、ステップＳ３６に移行される。
【００６９】
ステップＳ３６では、出力された温度分布が、基準となる温度分布と比較され、ＯＫであるか（温度分布の差が小さいか）否かが判定される。なお、図示しない操作者が、判定を行って、判定結果を制御部３８に入力してもよいし、制御部３８に判定させてもよい。判定ＯＫの場合には、ステップＳ３８に移行される。判定ＮＧの場合には、ステップＳ４０に移行される。
【００７０】
ステップＳ３８では、判定ＯＫとなったエネルギー密度分布の情報等が、制御部３８に記憶される（エネルギー密度分布が採用される）。そして、プログラムが終了される。
【００７１】
ステップＳ４０では、エネルギー密度分布（分布率とも言う）が、ステップＳ３０において用いられたものとは異なるものに変更される。そして、ステップＳ４２に移行される。
【００７２】
ステップＳ４２では、変更されたエネルギー密度分布の情報が、制御部３８に入力される。そして、ステップＳ３２に移行され、既述のフローによってエネルギー密度分布の判定が行われる。
【００７３】
得られたエネルギー密度分布は、Ｘ方向両端部が中央部に比べて高いエネルギー密度となる凹状の分布とされている。そして、溶着装置７０では、採用されたエネルギー密度分布となるレーザ光ＢｍのスポットＳＰの形状が、整形部６０によって鼓状に整形された後で、レーザ光Ｂｍが溶着対象部Ｍに照射される。さらに、溶着対象部Ｍに照射されたレーザ光Ｂｍは、スライドユニット３６によってＹ方向に移動される。つまり、レーザ光ＢｍがＹ方向に走査される。
【００７４】
レーザ光Ｂｍが照射された溶着対象部Ｍでは、基材１４が加熱されることで溶着部材１６も加熱され、溶着部材１６の一部の温度が融点以上に上がるので、溶着部材１６の一部が溶融される。そして、加圧状態で溶融された溶着部材１６の一部が凹部１５に流入され、冷却されることで、基材１４に対して溶着部材１６が溶着される。これにより、結合体１２が形成される。
【００７５】
以上、説明したように、溶着装置７０では、整形部６０においてスポットＳＰの形状が鼓状に整形されるだけでなく、エネルギー密度分布もＸ方向の両端部が中央部よりも高くなるように設定（調整）される。このため、溶着対象部ＭにおけるＸ方向の両端部では、周辺部に熱が伝達されたとしても、中央部に比べてレーザ光Ｂｍの照射エネルギーが増加されているので、両端部での溶着部材１６の温度が高くなる。これにより、Ｘ方向両端部で照射エネルギーが不足することが抑制されるので、溶着対象部ＭにおけるＸ方向の中央部と両端部とで、レーザ光Ｂｍの照射により生じる温度差が小さくなる。そして、温度差が小さくなることで、溶着対象部Ｍにおける溶着ムラが生じることを抑制することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【００７７】
整形部６０は、回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を有するものに限らない。例えば、整形部６０は、単レンズをアレイ状に並べたフライアイレンズを用いたものや、非球面レンズを用いたもので構成されてもよい。整形部６０により整形されるスポットＳＰの形状は、既述の鼓状及び凹状に限らず、第一幅Ｌ１が第二幅Ｌ２よりも大きいＶ字状であってもよい。また、整形部６０は、照射部３０とは別体とされ、照射部３０の走査に合わせて走査されるものであってもよい。
【００７８】
基材１４及び溶着部材１６の形状は、それぞれ平板状に限らない。ここで、基材１４及び溶着部材１６をＹ方向から見た場合の形状が、略半円筒形のように湾曲されている場合には、Ｘ方向の中央部が両端部よりもレーザ光Ｂｍの照射エネルギーを受け易くなってしまう。しかし、溶着装置１０、７０のように、第一幅Ｌ１が第二幅Ｌ２よりも大きいレーザ光Ｂｍが照射されることで、Ｘ方向両端部における照射エネルギーが中央部における照射エネルギーに近づくので、溶着対象部Ｍにおける溶着ムラが生じることを抑制できる。
【００７９】
図７及び図１２に示したフローチャートによるスポット形状の決定及びエネルギー密度分布の決定は、制御部３８による自動的なルーチン計算による決定に限らない。既述のように、操作者が設定値を変更入力し、温度分布の出力をモニタで確認することで決定してもよい。
【００８０】
既存のレーザ光Ｂｍについて、Ｘ方向中央部の照射エネルギーが過大であり且つ両端部の照射エネルギーが適切である場合には、Ｘ方向中央部の第二幅Ｌ２を両端部の第一幅Ｌ１よりも小さく設定してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  溶着装置（レーザ溶着装置の一例）
１４  基材（金属製部材の一例）
１６  溶着部材（樹脂製部材の一例）
３０  照射部
６０  整形部
７０  溶着装置（レーザ溶着装置の一例）
Ｂｍ  レーザ光
Ｌ１  第一幅
Ｌ２  第二幅
Ｍ  溶着対象部
Ｍ１  両端部
Ｍ２  中央部
ＳＰ  スポット
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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