(57)【要約】レーザ（１０）を若干の時間Ｔ１にわたり低強度で動作させて物質の蒸発がほとんど又はまったくない状態で一部分（１２）に溶融部（３１）を生ぜしめる第１ステップと、レーザを短い時間Ｔ２にわたり高強度で動作させて一部分（１２）との間に大きなギャップが存在する他の部分（１３）に向けて溶融部（３１）を押しやる他のステップであって、低レーザエネルギでの製品汚染を減少するために必要な他のステップとよりなる少なくとも２個のステップを有するレーザ溶接方法である。随意に、第３の時間Ｔ３にわたり溶接部を後加熱する第３ステップを行なう。
2004516147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のレーザビームによって溶接部分を互いに溶接する方法において、以下の少なくとも２個のステップを有する、即ち、
‐少なくとも１個の溶接部を少なくとも一方の部分に第１レーザ強度で形成する第１ステップと、
‐第２レーザ強度で前記少なくとも１個の溶接部を他の部分に向けて押しやり、前記少なくとも１個の部分を他の部分に互いに溶接する他のステップと
を有するものとしたことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
少なくとも一方の部分は、この少なくとも一方の部分の一方の側面と反対側の側面との間の距離である厚さ（ｅｐ）を有し、前記少なくとも一方の部分と他方の部分間に前記少なくとも一方の部分と他の部分との対向面間の距離であるギャップ（ｇｐ）が存在するものとした請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法をスポット溶接方法とした請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ギャップを、前記厚さの４０％よりも大きいか等しいものとした（ｇｐ≧０．４ｅｐ）請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記ギャップを、前記厚さの１００％よりも大きいか等しいものとした（ｇｐ≧１．０ｅｐ）請求項４記載の方法。
【請求項６】
更に、少なくとも１個のレーザビームを、前記第２レーザ強度よりも低い第３レーザ強度で動作させる後続のステップを行う請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１個のレーザビームを、前記少なくとも一方の部分の上方から入射させる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１個のレーザビームを前記少なくとも一方の部分の下方から入射させる請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１ステップ中、他のレーザビームを使用して他方の部分に第２溶融部を形成し、これにより、第２ステップにおいて前記少なくとも１個の溶融部及び第２溶融部を互いに押し付け合うようにした請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記部分を金属部分とした請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明はレーザビームにより部分相互を溶接する方法に関するものである。
【０００２】
このような方法は既知であり、多くの用途で良好に行われているものの、多数の欠点がる。問題の一つとしては、このようなの方法を使用するとき、溶接プロセス中に気化した物質が他方の部分に再堆積することによって部分が汚染される点である。他の問題としては、このような方法は溶接プロセス中に部分相互間のギャップに厳密な公差が要求される点である。
【０００３】
欧州特許第６８７５１９号に記載の方法では、溶接すべき部分相互はレーザビームの近傍で互いに押し付け合い、双方の部分間の最大ギャップが大きくならないようにしている。この方法は、溶接プロセスの前及び溶接プロセス中に、並びに部分自体に相当なハンドリングを強要される。更に、汚染の問題を解決することはできない。
【０００４】
製品汚染及び／又は部分間の不正確な距離による劣悪溶接は、不良製品をもたらし、従って、プロセスの効率を低下させる。
【０００５】
［発明の概要］
本発明の目的は、効率を改善したレーザ溶接方法を得るにある。
【０００６】
この目的を達成するため、本発明は、少なくとも１個のレーザビームによって溶接部分を互いに溶接する方法において、以下の少なくとも２個のステップを有する、即ち、
‐少なくとも１個の溶接部を少なくとも一方の部分に第１レーザ強度で形成する第１ステップと、
‐第２レーザ強度で前記少なくとも１個の溶接部を他の部分に向けて押しやり、前記少なくとも１個の部分を他の部分に互いに溶接する他のステップと
を有するものとしたことを特徴とする。
【０００７】
この方法は、汚染及び／又は劣悪溶接によって排除される不良品の数が少なくなるため効率が向上する。
【０００８】
汚染は、主に、溶接プロセス中に気化して製品上に再堆積する物質によって生ずる。本発明方法の第１ステップでは、全く又はほとんど気化を生ずることなく物質が溶融して処理が進行するため汚染はほとんど生じない。本発明の他のステップでは、若干の物質の気化を生ぜしめるためより高いレーザ強度を使用し、これによって生ずる気化反動圧力が第１ステップ中に生じた溶融部を他の部分に向けて押しやる。溶融部の溶融状態によって、溶融部を押しやるのに必要なエネルギ量は減少し、従って、気化する物質量も減少する。従って、他のステップでの汚染は減少する。
【０００９】
溶融部によって架橋すべき部分相互間のギャップが大きすぎるとき劣悪溶接を生ずる。本発明方法の他のステップにおいては、一方の部分の溶融部は他方の部分に向けて押しやられ、これら双方の部分間に大きなギャップがあっても架橋することができる。このように本発明方法は溶接すべき部分相互間のギャップの公差を大きくし、また劣悪溶接の危険性を減少することができる。
【００１０】
本発明方法は部分相互のスポット溶接に適用すると好適である。本発明のコンセプトでは、溶接すべき部分相互間のギャップ（ｇｐ）は、レーザビームの軸線に沿って見た部分の対向側面間の距離に対応する。溶接によって架橋することができる最大ギャップは、溶融部をまず形成する部分の厚さ（ｅｐ）に左右され、この厚さ（ｅｐ）はレーザビームの軸線に沿って見たこの部分の両側の側面間の距離である。
【００１１】
本発明方法を適用するとき、クリーンで適正なスポット溶接は、ｇｐ≧０．４ｅｐのときでも得られ、この結果は、従来のレーザ溶接方法では困難である。
【００１２】
特別な実施例では、クリーンで適正なスポット溶接は、従来のレーザ溶接方法と比較すると２．５倍ものギャップ公差であるｇｐ≧１．０ｅｐ のときでも得られ、例えば、従来よりも２倍も汚染を減少することができる。
【００１３】
本発明の他のステップを行なった後、物質の気化がまったく又はほとんどなく溶融部を増大させるため他のレーザ強度で溶融部を後加熱する後続のステップを行なう処理をすると有利である。
【００１４】
更に、溶接すべき部分に関してレーザビームは種々の位置をとることができる。好適な実施例においては、レーザビームは、溶融部を形成する部分の上方から入射させる。他の実施例では、溶融部を形成する部分の下方から又は側方からレーザビームを入射させることもできる。
【００１５】
レーザビームは溶融部を形成する部分に対してほぼ垂直に入射させるが、溶接すべき部分に到達するのが困難である場合には、レーザビームを斜めに入射させる。
【００１６】
特別な実施例では、１個以上のレーザビームを使用することができる。好適な実施例では、２個のレーザビームを使用し、一方のレーザビームを第１部分の上方から入射させ、他方のレーザビームを他の部分の下方から入射させ、部分相互間の厚さの和に達するほどの大きなギャップでも単独のレーザビームにおけるよりも架橋することができる。
【００１７】
本発明方法は金属部分のレーザ溶接に適用すると好適である。
【００１８】
第２部分はサブストレート上の金属層によって形成することができる。このサブストレートはセラミック製のサブストレート又は可撓性サブストレート（例えば、プラスチックフィルム）、又は例えば、プリント回路基板とすることができる。
【００１９】
本発明方法は、第２部分が熱入力又は汚染によって損傷を受け易い実施例に使用する。例えば、金属部分を電子装置（例えば、プリント回路基板）に、又はその近傍に接続すべき場合がある。第１部分を照射する１個のレーザビームを使用する実施例では、このレーザビームは第１部分を貫通しないようにし、又は貫通することがほとんどないようにし、第２部分への直接的な熱入力が僅かであるようにする。更に、汚染を減少する。
【００２０】
本発明方法によれば、他の方法では溶接することができなかったり、極めて困難であるような材料を溶接することができる。このような例としては、（第１部分としての）ステンレス鋼を（第２部分又は第２部分の頂部層としての）アルミニウム上に溶接する場合がある。本発明方法によれば、容易かつ汚染なくこのような溶接を行なうことができ、普通のレーザ溶接方法では、少なくとも過剰のレーザパワーを使用したり、汚染なくしてはこのことは困難であったり、不可能であったりする。
【００２１】
［好適な実施例の詳細な説明］
次に、添付図面につき本発明の実施例において本発明のこれら及び他の特徴をより詳細に説明する。
【００２２】
本発明の好適な実施例のレーザ溶接方法を以下に説明する。この方法は、好適には、金属プレートのスポット溶接に適用する。このような溶接を行なうことができる構成の実施例を図１に示す。この構成は、溶接すべきプレート１２，１３の頂部プレート１２に指向させかつ合焦させたレーザビーム１１を発生するレーザ装置１０と、レーザ装置１０のパワーＰｌａｓｅｒ を制御するレーザ制御装置１４と、溶接すべきプレートのＸ及びＹ方向の位置を測定する測定装置１５と、レーザ装置のパワーを適正に制御するため測定装置からレーザ制御装置１４にフィードバックするフィードバック装置１６とを有する。レーザ制御装置１４とレーザ１０とを結ぶラインの上方の小さい図は、時間ｔの関数としてのレーザパワーＰｌａｓｅｒ を線図的に示すものである。このことを図２及び図３ａ〜図３ｃにおいて更に示す。
【００２３】
図２は、１個のスポットを溶接するための時間の関数としてのレーザ強度Ｐｌａｓｅｒ を示す。
【００２４】
第１時間（Ｔ１）は、本発明方法の溶融部が第１部分１２に形成される第１ステップに対応する。この時間の間、レーザは溶融を生ずるに十分な第１レーザ強度で動作させる。
【００２５】
第２時間（Ｔ２）は本発明の他のステップに対応する。この期間中レーザは第１レーザ強度よりも高い第２レーザ強度で動作させる。このとき物質は気化し、従って、気化反動圧力を生じて第１ステップ中に生じた溶融部を他の部分に向けて押しやる。この溶融部の溶融状態によって、この溶融部を押しやるに必要なエネルギ量は減少し、従って、蒸発する物質量も減少する。
【００２６】
場合によっては、第３の時間（Ｔ３）に対応する後続のステップを行なうと有利である。この時間中、溶融部は増加する。このような後続ステップによって溶融部の範囲が拡大しまた強度も増加する。
【００２７】
図２におおまかに示した時間は非限定的な例であるが、溶接すべき材料の特性及びレーザに基づくオーダーの実際の値に対応する。
【００２８】
図２は、単独の高強度レーザショット時間Ｔ２で行なう実施例を示す。ある実施例では、２回（又は多数回）のレーザショットを行なう場合もある。第１レーザ強度のレーザショットは溶融部を誘発かつ振動させ、第２レーザ強度のレーザショットは溶融部を第２部分に向けて移動させるに一致する時間とする。このようにして、溶融部に少ないエネルギだけが必要となり、汚染も少なくなる。
【００２９】
図３ａは本発明方法の第１ステップを示す。溶融部３１が部分１２において生ずる。
【００３０】
図３ｂは本発明方法の第２ステップを示す。溶融部３１は部分１３の方向に押しやられる。
【００３１】
図３ｃは本発明方法の随意の後続ステップを示す。溶融部の範囲は増大する（溶融部３１の部分３１ａ）。この実施例において、第３レーザビーム強度は第１レーザビーム強度にほぼ等しく、このことは、制御の観点からは好ましい容易な実施例である。しかし場合によって、第３レーザビーム強度を第１レーザビーム強度とは異ならせる実施例もある。
【００３２】
本発明方法の実施例によって形成したスポット溶接を図４に示す。この写真はそれぞれ２５０μｍの厚さの２個のステンレス鋼プレート間に２５０μｍのギャップが存在する場合に本発明により行なうスポット溶接の断面における写真である。
【００３３】
このギャップは架橋されて固化した溶接部３１を生ずる。
【００３４】
この実施例において、レーザビームが部分１２に入射する。２個のレーザビームを使用し、一方のレーザを部分１２に他のレーザを部分１３に入射させると大きなギャップでも架橋される。
【００３５】
図５は、本発明方法により形成することができる構造を線図的に示す。プレート間に溶接部３１を形成する２個のプレート１２、１３間に、溶接部３１が貫通する開孔５２を有する中間プレート５１を配置する。開孔５２は溶接部３１よりも大きくし、従って、プレート５１は部分１２，１３間に形成されるギャップ内で移動する自由度を有する。このようにして、融通性のある構造ができる。このような構造は可動部分に使用することができる。
【００３６】
本発明方法は種々の方法で使用することができる。
【００３７】
ある実施例では単独のレーザビームを使用する。この実施例は構成が簡単である点で好適な実施例ではあるが、２個のレーザビームを使用し、一方のレーザビームで溶融部を形成し、他方のレーザビームで溶融部を第２部分に向けて押しやるようにすることもできる。本発明方法のこのような２個のレーザを使用する実施例の適用性に関して制限はなく、数多くの有利な用例を以下に説明する。
【００３８】
レーザ溶接はラインに沿って形成し、この場合、第１レーザ（連続的に動作する）を、パルス状に動作する第２レーザに僅かに先行する位置に合焦させる。
【００３９】
第１レーザが発生する光の波長は材料の加熱用に調整し、第２レーザが発生する光の波長は材料の気化用に調整する。
【００４０】
上述の実施例は本発明を限定するものではなく、当業者であれば特許請求の範囲から逸脱することなく多くの変更例を設計することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例による時間の関数としてレーザビームのパワーを示すグラフである。
【図２】本発明の好適な実施例によりプレートにレーザスポット溶接を行なう手段の斜視図である。
【図３ａ】本発明方法の第１ステップの線図的説明図である。
【図３ｂ】本発明方法の第２ステップの線図的説明図である。
【図３ｃ】本発明方法の第２ステップの後に行なう随意ステップの線図的説明図である。
【図４】それぞれ２５０μｍの厚さの２個のステンレス鋼プレート間に２５０μｍのギャップが存在する場合に本発明により行なうスポット溶接の断面における写真である。
【図５】本発明方法を使用して行なった構造の断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004516147.tif 000003
2004516147.tif 000004
2004516147.tif 000005
2004516147.tif 000006
2004516147.tif 000007
2004516147.tif 000008
2004516147.tif 000009
2004516147.tif 000010
2004516147.tif 000011
2004516147.tif 000012
2004516147.tif 000013
2004516147.tif 000014
【国際調査報告】
2004516147.tif 000015
2004516147.tif 000016
2004516147.tif 000017