(57)【要約】【課題】複数本の線と複数の端子部材を一括で溶接接合することにより生産性及び歩留まりを向上させたレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】本発明に係るレーザ溶接装置は、複数の端子部材それぞれに線を一括で溶接によって接合するレーザ溶接装置であって、半導体レーザ１０１と、前記半導体レーザによって出力されたレーザビーム１０５ａから平行ビーム１０５ｂを形成するコリメートレンズ１０２と、前記コリメートレンズによって形成された平行ビームを複数の集光ビーム１０５ｃに集光させるマイクロレンズアレイ１０３と、前記マイクロレンズアレイによって集光される集光ビームの位置に、前記複数の端子部材及び前記端子部材それぞれ上に配置された線が配置されるように、前記端子部材及び前記線を有する被溶接接合物１０４を載置する載置台と、を具備することを特徴とする。【選択図】      図１
2008000793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被溶接接合物を一括で溶接によって接合するレーザ溶接装置であって、
半導体レーザと、
前記半導体レーザによって出力されたレーザビームから平行ビームを形成するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによって形成された平行ビームを複数の集光ビームに集光させるマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイによって集光される集光ビームの位置に前記複数の被溶接接合物が配置されるように、前記複数の被溶接接合物を載置する載置台と、
を具備することを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の被溶接接合物は複数の端子部材及び複数の線を有するものであり、
前記載置台は、前記複数の端子部材及び前記端子部材それぞれ上に配置された線が、前記集光ビームの位置に配置されるように載置されるものであることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項３】
請求項２において、前記複数の端子部材は、半導体パッケージのリード、コネクタの金属端子及びプリント基板のランド線のいずれかであることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記半導体レーザは、複数の発光部を一列に並べた半導体レーザチップが複数積み重ねられたものであることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項５】
半導体レーザによって出力されたレーザビームを、マイクロレンズアレイによって複数の集光ビームに集光させ、
前記複数の集光ビームそれぞれを複数の被溶接接合物に照射することにより、前記複数の被溶接接合物を一括で溶接によって接合することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項５において、前記複数の被溶接接合物は複数の端子部材及び複数の線を有するものであり、
前記複数の集光ビームは、前記複数の端子部材及び前記端子部材それぞれ上に配置された線に照射されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項７】
請求項６において、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、前記線をクランプによって保持しながら、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項８】
請求項６において、前記線は被覆体によって被覆されたものであり、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、前記被覆体から露出した前記線及び前記被覆体の少なくとも一方をクランプによって保持し、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項９】
請求項６において、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、第１の治具及び第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、前記第１の治具と前記第２の治具との間に位置する前記線に前記集光ビームを照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記第１の治具と前記端子部材によって前記線の先端側を保持した際に、前記第１の治具と前記線との間又は前記端子部材と前記線との間に隙間が形成されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記第１の治具及び前記第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を保持した際に、前記第１の治具及び前記第２の治具の少なくとも一方における前記線との接触面は、前記線の形状に沿うように形成されていることを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば端子部材及び電線、芯線、導線などの線のような被溶接接合物を溶接接合するためのレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来のレーザ溶接方法を説明するための平面図である。図１６は、図１５に示すＢ部を拡大した図である。
【０００３】
図１５及び図１６に示すように、絶縁材から作られたコネクタ１には、同軸極細線の芯線と接合するための複数の金属端子２が設けられている。同軸極細線３の中心導体の芯線４は、同軸極細線３の端部において、同軸線を形成する外部導体７と絶縁層（図示していない）及び絶縁カバー（図示していない）の被覆を所定長だけストリップして剥がされており、金属製のグランドバー５は同軸極細線３をコネクタ１に取り付けるために備えられたものである。
【０００４】
ばらけ防止部６は、芯線がばらばらにならないように固定するものであって、芯線に樹脂又は紙製のフィルムが貼り付けられたものである。外部導体７は同軸極細線３の同軸を形成する金属のシールド層であり、グランドバー５と電気的に接続されている。また、この外部導体７と中心導体の芯線４との間はフッ素系樹脂からなる絶縁層を持ち、外部導体７の外側はフッ素系樹脂からなる絶縁カバーで被覆されている。
【０００５】
同軸極細線３の芯線４がばらけ防止部６により固定されたまま、同軸極細線３の芯線４が金属端子２上にくるように当接され、金属端子２と密着して位置設定される。図１５に示す点線で囲んだＢの部分は、ばらけ防止部６で固定された芯線４と金属端子２との当接部分の一部を示している（図１６参照）。芯線４はコネクタ１の金属端子２の長手方向のほぼ中心に当接される。
【０００６】
このように同軸極細線３の芯線４はコネクタ１の金属端子２に当接され、図１６に示すように金属端子２上の接合部８にレーザ１０が照射されると、芯線４とコネクタ１の金属端子２は微細溶接により接合される。そして、この後に、不要となるばらけ防止部６がレーザ照射により切断される。図１５において、二点鎖線で囲んだ部分９はレーザによる切断部を示し、同軸極細線３はレーザによる切断ステップにより切断処理さる。また図１５の点線で囲んだＢの部分は、レーザによる接合、切断により分離される芯線４の一部を示す（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
次に、他の従来技術としてレーザ穴開け加工装置について説明する。この他の従来技術は、本発明のレーザ溶接装置と直接関係しないが、関連する技術として説明する。このレーザ穴開け加工装置は、回折型光学部品を用いて複数のレーザビームを形成し、複数の穴を一括で加工形成するものである。
【０００８】
上記レーザ穴開け加工装置では、複数のレーザビームを形成するにあたり回折型光学部品を用いるのが条件となる。回折型光学部品は、レーザ光を回折して多数のビームを発生するものである。（例えば特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２０３６４号公報（００３１〜００３４、００３７段落、図１〜６）
【特許文献２】特開２００１−６２５７８号公報（図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来のレーザ溶接方法では、一本の芯線４と一つの金属端子２にレーザを照射して溶接接合することを繰り返すことによって複数本の芯線４と複数の金属端子２を溶接接合している。このため、複数本の芯線４と複数の金属端子２を溶接接合するには時間がかかり、生産性が低くなり、歩留まりが悪くなる要因になっている。
【００１１】
また、前述したようにレーザ穴開け加工装置では、複数のレーザビームを形成する構成が似ているが、複数のレーザビームを形成するにあたり回折型光学部品を用いるのが条件となるため、本発明のレーザ溶接装置とは全く関連しないものである。つまり、本発明では、複数の集光ビームに集光させるためのマイクロレンズアレイを用いることが条件となるからである。
【００１２】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数の被溶接接合物を一括で溶接接合することにより生産性及び歩留まりを向上させた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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接装置は、複数の被溶接接合物を一括で溶接によって接合するレーザ溶接装置であって、
半導体レーザと、
前記半導体レーザによって出力されたレーザビームから平行ビームを形成するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによって形成された平行ビームを複数の集光ビームに集光させるマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイによって集光される集光ビームの位置に前記複数の被溶接接合物が配置されるように、前記複数の被溶接接合物を載置する載置台と、
を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ溶接装置において、前記複数の被溶接接合物は複数の端子部材及び複数の線を有するものであり、
前記載置台は、前記複数の端子部材及び前記端子部材それぞれ上に配置された線が、前記集光ビームの位置に配置されるように載置されるものであることも可能である。
【００１５】
また、前記複数の端子部材は、前記複数の端子部材は、半導体パッケージのリード、コネクタの金属端子及びプリント基板のランド線のいずれかであることが好ましい。
また、本発明に係るレーザ溶接装置において、前記半導体レーザは、複数の発光部を一列に並べた半導体レーザチップが複数積み重ねられたものであることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るレーザ溶接方法は、半導体レーザによって出力されたレーザビームを、マイクロレンズアレイによって複数の集光ビームに集光させ、
前記複数の集光ビームそれぞれを複数の被溶接接合物に照射することにより、前記複数の被溶接接合物を一括で溶接によって接合することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記複数の被溶接接合物は複数の端子部材及び複数の線を有するものであり、
前記複数の集光ビームは、前記複数の端子部材及び前記端子部材それぞれ上に配置された線に照射されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、前記線をクランプによって保持しながら、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させることも可能である。
【００１９】
また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記線は被覆体によって被覆されたものであり、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、前記被覆体から露出した前記線及び前記被覆体の少なくとも一方をクランプによって保持し、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させることも可能である。
【００２０】
また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記複数の集光ビームを前記線に照射する際、第１の治具及び第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、前記第１の治具と前記第２の治具との間に位置する前記線に前記集光ビームを照射することも可能である。
また、前記第１の治具と前記端子部材によって前記線の先端側を保持した際に、前記第１の治具と前記線との間又は前記端子部材と前記線との間に隙間が形成されることが好ましい。
また、前記第１の治具及び前記第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を保持した際に、前記第１の治具及び前記第２の治具の少なくとも一方における前記線との接触面は、前記線の形状に沿うように形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、複数の被溶接接合物を一括で溶接接合することにより生産性及び歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ溶接装置を示す模式図である。図２は、図１に示す半導体レーザの構造を模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示す半導体レーザにおける一つの半導体レーザダイオードチップの構造を模式的に示す斜視図である。
【００２３】
図１に示すように、レーザ溶接装置は、レーザを出力するレーザ出力部である半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、マイクロレンズアレイ１０３及び被溶接接合物１０４を載置する載置台（図示せず）を有している。半導体レーザ１０１は、小型で電気−光変換効率が高く、長寿命であることが大きな特徴であり、金属同士の溶接に適している。半導体レーザ１０１から出力された大きく広がったレーザビーム１０５ａはコリメートレンズ１０２によって広がりのない平行ビーム１０５ｂに形成される。この平行ビーム１０５ｂはマイクロレンズアレイ１０３によって複数本の集光ビーム１０５ｃに形成され、これら集光ビーム１０５ｃは被溶接接合物１０４に照射される。
【００２４】
図２に示すように、半導体レーザ１０１は、例えば出力５０Ｗの半導体レーザダイオードチップ（ＬＤバー）１０９を縦方向に４本積み重ねて構成されている。この半導体レーザの出力は合計で２００Ｗである。一つの半導体レーザダイオードチップ１０９は、図３に示すように、長さが１０ｍｍ、奥行きが１ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍの大きさを有しており、垂直方向１μｍ×水平方向１００μｍの発光部（発光面）１１０をピッチ２００μｍで横方向に一列に４９個並べて配置されている。尚、図２及び図３に示す半導体レーザダイオードチップは横方向のバーの長さを縮小している。
【００２５】
発光面１１０から発光されるレーザ光１０５ａの広がりは、垂直方向が３６〜３８°であり、水平方向が１０°である。また、発光面１１０から発光されるレーザ光の波長は、ＡｌＧａＡｓの場合、７９０〜８３０ｎｍであり、ＩｎＧａＡｓの場合、９１０〜９８０ｎｍである。
【００２６】
尚、本実施の形態では、半導体レーザダイオードチップ１０９を４本積み重ねているが、これに限定されるものではなく、半導体レーザダイオードチップを５本以上又は３本以下積み重ねても良いし、また、半導体レーザダイオードチップを１本で用いても良い。
【００２７】
図４（Ａ）は、図１に示す被溶接接合物の平面図であり、図４（Ｂ）は、図１に示すマイクロレンズアレイを示す平面図である。
【００２８】
図４（Ａ）に示す被溶接接合物は、複数のリード１０７を有する半導体パッケージ１０６と前記リード１０７に接続される複数の芯線１０８である。半導体パッケージ１０６の内部には半導体チップが封止されている。半導体パッケージ１０６は、その平面形状が四角形を有しており、複数のリード（端子部材）１０７が四方向から延びている。複数のリード１０７それぞれの上には芯線１０８が配置されている。
【００２９】
図４（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ１０３は、平行ビーム１０５ｂのビームサイズに対して十分に小さいレンズ径を持つ円形レンズ１０３ａが複数配列されたものである。これら円形レンズ１０３ａは、それによる集光ビーム１０５ｃのピッチ及び配置が図４（Ａ）に示すリード１０７と芯線１０８との接続部（融着部）のピッチ及び配置に一致するように配列されている。つまり、マイクロレンズアレイ１０３によって形成された複数本の集光ビーム１０５ｃそれぞれは、リード１０７と芯線１０８との接続部に照射されるようになっている。
【００３０】
マイクロレンズアレイ１０３には屈折型レンズを用いても良いし、回折型レンズを用いても良い。屈折型レンズは、球面もしくは非球面形状を有するレンズであり、光の利用効率が良い特徴を持っている。回折型レンズは、デジタル的な回折溝を同心円状に作りこみ、レンズ中心方向に光の回折を起こすことにより、レンズ的作用を持たせたものであり、焦点プロファイル形状の成形自由度が高い特徴を持っている。
【００３１】
次に、図１に示すレーザ溶接装置を用いて被溶接接合物に溶接接合を行う方法について説明する。
【００３２】
まず、図１に示すように、被溶接接合物１０４を載置台に載置する。次いで、半導体レーザ１０１から広がりを持ったレーザビーム１０５ａを出力する。このレーザビームの出力条件及び被溶接接合物の条件は下記のとおりである。
【００３３】
（レーザビーム）
レーザパワー  ：  ２００Ｗ
レーザ光出射部サイズ  ：  １０ｍｍ×１０ｍｍ
マイクロレンズ集光率  ：  ２５倍
集光ビーム径  ：  Φ２００μｍ
照射時間  ：  １秒
使用レーザ  ：  半導体レーザ（波長９４０ｎｍ）
（被溶接接合物：端子部材と線）
芯線  ：  導線径Φ０．１ｍｍすずめっき銅線
金属端子  ：  ０．２ｍｍ厚銅合金端子（金メッキ）
金属端子ピッチ  ：  １ｍｍ
金属端子幅  ：  ０．６ｍｍ
【００３４】
前記レーザビーム１０５ａをコリメートレンズ１０２によって平行ビーム１０５ｂに形成する。この平行ビーム１０５ｂをマイクロレンズアレイ１０３によって複数本の集光ビーム１０５ｃに形成し、これら集光ビーム１０５ｃを被溶接接合物１０４におけるリード１０７と芯線１０８との接続部に照射する。これにより、前記接続部のリードと芯線が一括で溶接接合される。尚、前記芯線１０８は、接続部以外の部分が被覆体（図示せず）によって被覆されている。
【００３５】
この後、前記載置台から被溶接接合物１０４を取り外し、次に溶接する被溶接接合物を載置台に載置し、上述したレーザ溶接を行う。これを繰り返すことにより、複数の被溶接接合物を溶接接合する。
【００３６】
上記実施の形態１によれば、半導体パッケージ１０６のリード１０７と芯線１０８とを一括で溶接により接合することができる。このため、一本の芯線と一つの端子部材を溶接接合することを繰り返すような従来技術に比べて、生産性と歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【００３７】
また、今後ますますリードの多ピン化及び狭ピッチ化が進むと考えられる。これに対して、本実施の形態によるレーザ溶接装置を用いることにより、今後の多ピン化及び狭ピッチ化に十分に対応することができる。
【００３８】
また、従来技術では、手によるハンダによってリードと芯線とを接続することが行われていた。これに対して、本実施の形態では、レーザ溶接によってリードと芯線を接合するため、ハンダやメッキなどを用いる必要がなく、環境に対して悪影響を与えることがないという利点がある。
【００３９】
尚、上記実施の形態１では、図４（Ｂ）に示すような一つの半導体パッケージ１０６に対応するマイクロレンズアレイ１０３を用いているが、図４（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイを複数有するようなマイクロレンズアレイを用いることも可能である。この場合、載置台を移動させること又は半導体レーザとコリメートレンズとマイクロレンズアレイを移動させることにより、複数の半導体パッケージに対して連続的に溶接接合することが可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態では、芯線が被覆体によって被覆された電線を用いているが、この電線以外の線を用いることも可能であり、例えば芯線は単芯線でも良いし、多芯線でも良く、また、エナメル線などの絶縁被覆線、同軸線、裸電線を用いることも可能である。
【００４１】
（実施の形態２）
図５（Ａ）は、本発明の実施の形態２によるレーザ溶接装置の載置台に載置される被溶接接合物の平面図であり、図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態２によるレーザ溶接装置のマイクロレンズアレイを示す平面図である。
【００４２】
本実施の形態においても図１に示すレーザ溶接装置を用いるが、被溶接接合物とマイクロレンズアレイの円形レンズの配置は実施の形態１とは異なるので、異なる部分について説明する。
【００４３】
図５（Ａ）に示す被溶接接合物は、複数の金属端子１７を有するコネクタ１６と前記金属端子１７に接続される複数の芯線１０８である。複数の金属端子１７それぞれの上には芯線１０８が配置されている。
【００４４】
図５（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイは、平行ビームのビームサイズに対して十分に小さいレンズ径を持つ円形レンズ１０３ｂが一列に配列されたものである。これら円形レンズ１０３ｂは、それによる集光ビームのピッチ及び配置が図５（Ａ）に示す金属端子１７と芯線１０８との接続部（融着部）のピッチ及び配置に一致するように配列されている。つまり、マイクロレンズアレイによって形成された複数本の集光ビームそれぞれは、金属端子１７と芯線１０８との接続部に照射されるようになっている。
【００４５】
上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
図６〜図１０は、本発明の実施の形態３によるレーザ溶接方法を説明する図である。
図６（Ａ）,（Ｂ）は、撚り線の先端の被覆体を剥離し、その剥離によって露出した撚り線をクランプによって保持しつつ切断する工程を示す図である。図７は、図６に示す工程によって各々の先端の被覆体が剥離された複数本の電線をコネクタの金属端子上に配置した状態を示す平面図である。図８は、図７に示す状態の一部であって、一本の電線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。図９（Ａ）は図８に示す状態の平面図であり、図９（Ｂ）は図８に示す状態の側面図であり、図９（Ｃ）は図８に示す状態の正面図である。図１０は、図８及び図９に示す撚り線にレーザ照射を行うことで、撚り線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。
【００４７】
本実施の形態においても図１に示すレーザ溶接装置を用いるが、被溶接接合物とマイクロレンズアレイの円形レンズの配置は実施の形態１とは異なるので、異なる部分について説明する。
【００４８】
まず、図６（Ａ）に示すように、撚り線（芯線）１１が被覆体１２によって被覆された電線１３を用意し、この電線１３の被覆体１２を剥離することにより撚り線１１を露出させる。
【００４９】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、この電線１３をクランプ（治具）１４ａ，１４ｂによって保持する。このクランプ１４ａ，１４ｂは、露出した撚り線１１と被覆体１２の両方を挟んで保持するようになっており、保持した際のクランプ１４ａ，１４ｂにおける撚り線１１及び被覆体１２それぞれとの接触面が撚り線１１及び被覆体１２それぞれの形状に沿うように形成されている（図８及び図９参照）。
【００５０】
次いで、クランプ１４ａ，１４ｂで挟んで撚り線１１を固定した状態で、点線で示した切断ライン１５から撚り線１１を切断する。これにより、撚り線１１の露出長さを調整する。尚、図６では、一本の電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持する構成を示しているが、本実施の形態では複数本の電線それぞれをクランプで保持する構成を採用する。このように複数本の電線をクランプ１４ａ，１４ｂで保持することにより、電線相互間の間隔を一定に保つことができる。また、被覆体１２を剥離した際に撚り線１１に加えられた応力によって撚り線１１が広がることを、撚り線１１と被覆体１２の両方をクランプ１４ａ，１４ｂで挟むことにより抑制することができる。また、撚り線１１を切断した際に撚り線１１が変形しても、撚り線１１の相互間の間隔のズレを小さく抑えることができる。また、クランプ１４ａ，１４ｂから撚り線１１の先端までの距離を全て一定にすることができ、それにより全ての撚り線１１を一定の圧力（適度な圧力）で金属端子の表面に当接させることができる。
【００５１】
この後、図７〜図９に示すように、複数本の電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持した状態で、複数本の撚り線１１それぞれの先端をコネクタ１６の金属端子１７上に当接させつつ、金属端子１７の表面に対して電線１３を傾斜させて配置する。これが図１に示す被溶接接合物１０４となり、この被溶接接合物１０４を載置台上に載置する。この際、電線１３を、被覆体から露出した撚り線１１が少し撓む程度の位置に配置することが好ましい。また、金属端子１７の表面に対する電線１３の傾斜角度１８は、５°〜６０°であることが好ましく、より好ましくは１５°〜４５°であり、さらに好ましくは２５°〜３０°である。尚、ここで重要なのは、複数の撚り線１１それぞれと複数の金属端子１７それぞれが全て確実に接触していることである。電線をクランプ１４ａ，１４ｂで保持していること、上記のような傾斜角度１８にすることにより、全ての金属端子１７と全ての撚り線１１を確実に接触させることができる。
【００５２】
次に、図９（Ｂ）に示すように、金属端子１７上に配置した撚り線１１に集光ビーム１０５ｃを照射する。これにより、図１０に示すように撚り線１１を溶接部１９によって金属端子１７に接合することができる。この際のレーザ照射条件の一例を以下に示す。
【００５３】
（レーザビーム）
レーザパワー  ：  ２００Ｗ
レーザ光出射部サイズ  ：  １０ｍｍ×１０ｍｍ
マイクロレンズ集光率  ：  １０倍
集光ビーム径  ：  Φ３００μｍ
照射時間  ：  ３秒
使用レーザ  ：  半導体レーザ（波長９４０ｎｍ）
（被溶接接合物：端子部材と線）
撚り線  ：  導線径Φ０．５ｍｍすずめっき銅線
金属端子  ：  ０．２ｍｍ厚銅合金端子（金メッキ）
金属端子ピッチ  ：  １ｍｍ
金属端子幅  ：  ０．６ｍｍ
【００５４】
また、本実施の形態のマイクロレンズアレイは、平行ビームのビームサイズに対して十分に小さいレンズ径を持つ円形レンズが一列に配列されたものである（図示せず）。これら円形レンズは、それによる集光ビームのピッチ及び配置が図７に示す金属端子１７と撚り線１１との接続部（融着部）のピッチ及び配置に一致するように配列されている。つまり、マイクロレンズアレイによって形成された複数本の集光ビームそれぞれは、金属端子１７と撚り線１１との接続部に照射されるようになっている。
【００５５】
上記実施の形態３においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持し、撚り線１１の先端を金属端子１７上に当接させつつ、金属端子１７の表面に対して電線１３を傾斜させて配置することにより、金属端子１７と撚り線１１を確実に接触させることができる。
【００５６】
また、電線１３は、撚り線１１を切断する工程や被覆体１２を剥離する工程などの影響で撚り線１１の先端の状態が不安定になり易く、特に電線径が小さくなるとその影響が顕著になる。これに対し、本実施の形態では、電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂによって挟んで保持するため、撚り線１１の先端の状態を安定化させることができる。
【００５７】
また、端子部材に電線をレーザ溶接する際に、端子部材と電線間の隙間が大きいと、接合品質の低下やばらつきが生じるが、本実施の形態では、上述したように金属端子と撚り線を確実に接触させるため、接合品質の低下やばらつきの発生を抑制することができる。つまり、クランプ１４ａ，１４ｂから撚り線１１の先端までの距離を全て一定にすることにより、全ての撚り線１１を一定の圧力（適度な圧力）で金属端子の表面に当接させ、この状態で撚り線にレーザを照射することができる。その結果、撚り線と金属端子との接合品質の低下やばらつきの発生を抑制できる。
【００５８】
尚、上記実施の形態３では、撚り線１１と被覆体１２の両方を挟むクランプ１４ａ，１４ｂを用いているが、これに限られず、撚り線のみを挟むクランプを用いても良いし、被覆体のみを挟むクランプを用いても良い。また、金属端子１７上に電線１３を配置する際の傾斜角度１８、電線の位置、被覆体１２を剥離する長さ等の具体的な条件は、撚り線の弾性変形の範囲等によって適切な条件に設定すれば良い。
【００５９】
また、上記実施の形態３では、クランプ１４ａとクランプ１４ｂの両方において撚り線及び被覆体それぞれとの接触面を撚り線及び被覆体それぞれに沿うように形成しているが、クランプ１４ａ及びクランプ１４ｂの一方において前記接触面を撚り線及び被覆体それぞれに沿うように形成することも可能である。
【００６０】
また、上記実施の形態３では、撚り線１１をコネクタ１６の金属端子１７に接続しているが、これに限られず、コネクタ以外の端子部材（例えばプリント基板のランド等）に撚り線を接続することも可能である。
【００６１】
（実施の形態４）
図１１〜図１４は、本発明の実施の形態４によるレーザ溶接方法を説明する図である。
図１１は、治具を用いて複数の金属端子上に複数本の芯線を配置した状態を示す平面図である。図１２は、図１１に示す状態の一部であって、一本の芯線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。図１３（Ａ）は図１２に示す状態の平面図であり、図１３（Ｂ）は図１２に示す状態の側面図であり、図１３（Ｃ）は図１２に示す状態の正面図である。図１４は、図１２及び図１３に示す芯線にレーザ照射を行うことで、芯線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。
【００６２】
本実施の形態においても図１に示すレーザ溶接装置を用いるが、被溶接接合物とマイクロレンズアレイの円形レンズの配置は実施の形態１とは異なるので、異なる部分について説明する。
【００６３】
まず、図１１に示す芯線２１を用意する。この芯線２１は、被覆体（図示せず）によって被覆された電線（図示せず）のものであり、この電線の先端の被覆体を剥離することにより芯線２１を露出させたものである。この露出された芯線２１が図１１に示されている。尚、芯線１１は、実施の形態３と同様の種々のものを用いることができる。
【００６４】
次に、図１１に示すように、複数本の芯線２１をコネクタの金属端子２３上に第１の治具２２ａ及び第２の治具２２ｂによって保持する。これにより、複数本の芯線２１それぞれの先端側は金属端子２３上に当接されつつ配置される。これが図１に示す被溶接接合物１０４となり、この被溶接接合物１０４を載置台上に載置する。
【００６５】
ここで、第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂそれぞれは、金属端子２３上の芯線２１を上から押さえるものである。つまり、金属端子２３と第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂによって芯線２１を挟むことにより、芯線２１を金属端子２３上に保持するものである。このように保持した際の第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂそれぞれにおける芯線２１との接触面は、芯線２１の形状に沿うように形成されている（図１３（Ｃ）参照）。これにより、芯線２１は金属端子２３上で動かないように保持される。
【００６６】
詳細には、第１の治具２２ａによって芯線２１の先端側を金属端子２３上に押さえた部分において、第１の治具２２ａと芯線２１との間又は金属端子２３と芯線２１との間に隙間が形成されるように、第１の治具２２ａの形状が調整されている。これにより、芯線２１の先端側は第１の治具２２ａによって押さえられても少し動かせるようになっている。
【００６７】
一方、第２の治具２２ｂによって芯線２１を金属端子２３上に押さえた部分において、第２の治具２２ｂと芯線２１との間及び金属端子２３と芯線２１との間には共にほとんど隙間がないように、第２の治具２２ｂの形状が調整されている。これにより、芯線２１は第２の治具２２ｂによって押さえられると動かないように保持され、金属端子２３と芯線２１が確実に接触される。
尚、第１の治具２２ａと第２の治具２２ｂは間隔をあけて一体に形成されていても良いし、一体に形成されてなくても良い。
【００６８】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、前述した金属端子２３上に配置した芯線２１の先端から所定の距離だけ離れた位置に集光ビームを照射する。詳細には、第１の治具１２ａと第２の治具１２ｂとの間で且つ芯線１１の先端から所定の距離だけ離れた位置に集光ビームの照射中心が当たるように、芯線１１に集光ビームを照射する。これにより、図６に示すように、芯線１１の先端部が集光ビームによって加熱されて溶融され、芯線１１の先端部が収縮され表面張力によって球に近い形状に凝固された溶接部１４によって金属端子１３に接合される。この際のレーザ照射条件の一例を以下に示す。
【００６９】
（レーザビーム）
レーザパワー  ：  ２００Ｗ
レーザ光出射部サイズ  ：  １０ｍｍ×１０ｍｍ
マイクロレンズ集光率  ：  ２５倍
集光ビーム径  ：  Φ２００μｍ
照射時間  ：  １秒
使用レーザ  ：  半導体レーザ（波長９４０ｎｍ）
（被溶接接合物：端子部材と線）
撚り線  ：  導線径Φ０．１ｍｍすずめっき銅線
金属端子  ：  ０．２ｍｍ厚銅合金端子（金メッキ）
金属端子ピッチ  ：  １ｍｍ
金属端子幅  ：  ０．６ｍｍ
【００７０】
また、本実施の形態のマイクロレンズアレイは、平行ビームのビームサイズに対して十分に小さいレンズ径を持つ円形レンズが一列に配列されたものである（図示せず）。これら円形レンズは、それによる集光ビームのピッチ及び配置が図１１に示す金属端子２３と撚り線２１との接続部（融着部）のピッチ及び配置に一致するように配列されている。つまり、マイクロレンズアレイによって形成された複数本の集光ビームそれぞれは、金属端子２３と撚り線２１との接続部に照射されるようになっている。
【００７１】
上記実施の形態４においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、第１の治具２２ａによって芯線２１の先端側を金属端子２３上に押さえた際に、第１の治具２２ａと芯線２１との間又は金属端子２３と芯線２１との間に隙間を形成している。このため、芯線２１にレーザ光を照射した際、芯線２１の先端部がスムーズに収縮されて芯線２１と金属端子２３を接合することができる。
【００７２】
また、芯線２１は、その先端の状態が不安定になり易く、特に電線径が小さくなるとより不安定になり易い。これに対し、本実施の形態では、芯線２１を第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂによって金属端子２３に押さえて保持するため、芯線２１の先端の状態を安定化させることができる。つまり、集光ビームが照射される領域（ビームスポット）の芯線２１の近傍を第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂによって金属端子２３に押さえることにより、全ての芯線２１を一定の圧力（適度な圧力）で金属端子の表面に当接させることができ、この状態で芯線に集光ビームを照射することができる。その結果、金属端子２３と芯線２１を安定的に溶接接合することができ、接合品質の低下やばらつきの発生を抑制することができる。
【００７３】
尚、上記実施の形態４では、第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂによって金属端子２３上に芯線２１を保持した際、第１及び第２の治具２２ａ，２２ｂそれぞれにおける芯線２１との接触面を、芯線２１の形状に沿うように形成しているが、第１の治具２２ａ及び第２の治具２２ｂの一方において前記接触面を芯線に沿うように形成しても良い。
【００７４】
また、上記実施の形態４では、芯線２１をコネクタの金属端子２３に接続しているが、これに限られず、コネクタ以外の端子部材（例えばプリント基板のランド等）に芯線を接続することも可能である。
【００７５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザ溶接装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す半導体レーザの構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示す半導体レーザにおける一つの半導体レーザダイオードチップの構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は、図１に示す被溶接接合物の平面図であり、（Ｂ）は、図１に示すマイクロレンズアレイを示す平面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の実施の形態２によるレーザ溶接装置の載置台に載置される被溶接接合物の平面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態２によるレーザ溶接装置のマイクロレンズアレイを示す平面図である。
【図６】（Ａ）,（Ｂ）は、撚り線の先端の被覆体を剥離し、その剥離によって露出した撚り線をクランプによって保持しつつ切断する工程を示す図である。
【図７】図６に示す工程によって各々の先端の被覆体が剥離された複数本の電線をコネクタの金属端子上に配置した状態を示す平面図である。
【図８】図７に示す状態の一部であって、一本の電線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。
【図９】（Ａ）は図８に示す状態の平面図であり、（Ｂ）は図８に示す状態の側面図であり、（Ｃ）は図８に示す状態の正面図である。
【図１０】図８及び図９に示す撚り線にレーザ照射を行うことで、撚り線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。
【図１１】治具を用いて複数の金属端子上に複数本の芯線を配置した状態を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す状態の一部であって、一本の芯線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）は図１２に示す状態の平面図であり、（Ｂ）は図１２に示す状態の側面図であり、（Ｃ）は図１２に示す状態の正面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示す芯線にレーザ照射を行うことで、芯線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。
【図１５】従来のレーザ溶接方法を説明するための平面図である。
【図１６】図１５に示すＢ部を拡大した図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  コネクタ
２  金属端子
３  同軸極細線
４  芯線
５  グランドバー
６  ばらけ防止部
７  外部導体
８  接合部
９  二点鎖線で囲んだ部分
１０  レーザ
１１  撚り線
１２  被覆体
１３  電線
１４ａ，１４ｂ  クランプ
１５  切断ライン
１６  コネクタ
１７  金属端子
１８  傾斜角度
１９  溶接部
２１  芯線
２２ａ  第１の治具
２２ｂ  第２の治具
２３  金属端子
２４  溶接部
１０１  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３  マイクロレンズアレイ
１０３ａ，１０３ｂ  円形レンズ
１０４  被溶接接合物
１０５ａ  レーザビーム
１０５ｂ  平行ビーム
１０５ｃ  集光ビーム
１０６  半導体パッケージ
１０７  リード
１０８  芯線
１０９  半導体レーザチップ
１１０  発光部（発光面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008000793.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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