(57)【要約】【課題】旋光部材の温度上昇を抑制することができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置１０は、戻り光除去装置２１を備える。戻り光除去装置２１は、レーザ発振器１１から溶接部Ｗに向けた順方向Ｙ１に伝播してきたレーザ光１１ａを通す一方で、溶接部Ｗで反射し、逆方向Ｙ２に伝播してきた反射戻り光１１ｂを除去する。戻り光除去装置２１は、レーザ発振器１１より発振されたレーザ光１１ａを偏光して直線偏光とする第１偏光板１２と、順方向Ｙ１における第１偏光板１２より下流側に配置され、直線偏光の偏光面を回転させる旋光部材１３と、旋光部材１３と熱的に結合された放熱フィン２３を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工するためのレーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から前記被加工物に向けた順方向に伝播してきた前記レーザ光を通す一方で、前記被加工物で反射し、前記順方向とは逆方向に伝播してきた反射戻り光を除去する戻り光除去装置と、を備えるレーザ加工装置であって、
前記戻り光除去装置は、
前記レーザ発振器より発振されたレーザ光を偏光して直線偏光とする偏光部材と、
前記順方向における前記偏光部材より下流側に配置され、前記直線偏光の偏光面を回転させる旋光部材と、
少なくとも前記旋光部材と熱的に結合された放熱部材と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記放熱部材は、前記偏光部材及び前記旋光部材を内部に収容した状態で、かつ該偏光部材及び前記旋光部材と熱的に結合された筒状の本体と、該本体と熱的に結合された状態で前記本体の外面に設けられた放熱フィンと、を備える請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器より発振されたレーザ光によって被加工物を加工するレーザ加工装置に係り、特に、蓄電装置の封缶を行う際に使用されるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、電極組立体がケース本体内に収容され、ケース本体の開口部を蓋部材で閉塞することによりケースの気密性が保たれている。ケース本体の開口部を蓋部材で閉塞する場合、ケース本体と蓋部材とを溶接によって接合することが行われている。
【０００３】
ケース本体と蓋部材との溶接方法の一つとして、レーザ溶接がある。レーザ溶接を行うレーザ加工装置は、レーザ発振器より発振されたレーザ光を被加工物に照射し、被加工物をレーザ光によって溶融させて行う。
【０００４】
ところで、レーザ加工装置では、被加工物からの反射戻り光が、レーザ発振器から発振された順方向とは逆方向に伝播してレーザ発振器内に入り、レーザ発振器が損傷する虞がある。そこで、レーザ加工装置としては、反射戻り光を除去する装置を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のレーザ加工装置は、レーザ発振器と被加工物との間に、戻り光除去装置を備え、戻り光除去装置は、偏光板（偏光部材）とファラデー素子（旋光部材）とを備える。そして、戻り光除去装置では、被加工物からの反射戻り光は、ファラデー素子によって偏光面が回転し、その後、偏光板により反射される。このため、反射戻り光は偏光板を通過できず、反射戻り光がレーザ発振器に入ることが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、被加工物からの反射戻り光の偏光面がファラデー素子で回転する際、ファラデー素子での光エネルギの吸収によってファラデー素子が温度上昇し、ファラデー素子が劣化する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、旋光部材の温度上昇を抑制することができるレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するためのレーザ加工装置は、被加工物を加工するためのレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から前記被加工物に向けた順方向に伝播してきた前記レーザ光を通す一方で、前記被加工物で反射し、前記順方向とは逆方向に伝播してきた反射戻り光を除去する戻り光除去装置と、を備えるレーザ加工装置であって、前記戻り光除去装置は、前記レーザ発振器より発振されたレーザ光を偏光して直線偏光とする偏光部材と、前記順方向における前記偏光部材より下流側に配置され、前記直線偏光の偏光面を回転させる旋光部材と、少なくとも前記旋光部材と熱的に結合された放熱部材と、を有することを要旨とする。
【０００９】
これによれば、被加工物で反射した反射戻り光は、逆方向に伝播し、戻り光除去装置に入り、その戻り光除去装置によって反射戻り光がレーザ発振器に入ることが抑制される。そして、戻り光除去装置において、少なくとも旋光部材では、レーザ光の偏光面を回転させる際に発生するエネルギを吸収し、熱が発生する。この熱は放熱部材によって旋光部材から放出されるため、少なくとも旋光部材について、その温度上昇が抑制される。
【００１０】
また、レーザ加工装置について、前記放熱部材は、前記偏光部材及び前記旋光部材を内部に収容した状態で、かつ該偏光部材及び前記旋光部材と熱的に結合された筒状の本体と、該本体と熱的に結合された状態で前記本体の外面に設けられた放熱フィンと、を備えていてもよい。
【００１１】
これによれば、レーザ光及び反射戻り光が偏光部材及び旋光部材に入ることで、それら偏光部材及び旋光部材に熱が発生するが、その熱は本体を介して放熱フィンに伝わり、放熱フィンから放出される。このため、偏光部材及び旋光部材のいずれにも熱が篭もることが抑制され、温度上昇が抑制される。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、旋光部材の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】二次電池の封缶工程を模式的に示す図。
【図２】実施形態のレーザ加工装置を模式的に示す図。
【図３】別例のレーザ加工装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、レーザ加工装置を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、蓄電装置としての二次電池３０を製造する際に使用される。なお、二次電池３０はケース３１を備え、ケース３１には、図示しない電極組立体及び電解液が収容されている。ケース３１は、四角箱状のケース本体３２と、このケース本体３２の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋部材３３とを有している。蓋部材３３は、ケース本体３２の開口端にレーザ溶接によって接合されている。なお、本実施形態の二次電池３０はリチウムイオン電池である。二次電池３０は、ケース３１内の電極組立体と電気の授受を行う正極端子３５及び負極端子３６を備える。
【００１５】
図示しないが、電極組立体は、シート状の正極電極とシート状の負極電極とを備える。正極電極は、正極金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）と、その両面に正極活物質を塗布して構成された正極活物質層とを有する。負極電極は、負極金属箔（本実施形態では銅箔）と、その両面に負極活物質を塗布して構成された負極活物質層とを有する。そして、電極組立体は、正極電極と負極電極の間にこれらを絶縁するセパレータを介在させて層状とした積層構造を有する。
【００１６】
また、電極組立体には、電極端子としての正極端子３５及び負極端子３６が電気的に接続されている。これら正極端子３５及び負極端子３６の各一部分が、蓋部材３３からケース３１外に突出している。また、正極端子３５及び負極端子３６には、これらをケース３１から絶縁するためのリング状の絶縁リング３７がそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
次に、ケース本体３２の開口縁と、蓋部材３３の縁部とを溶接し、封缶工程を行うレーザ加工装置１０について説明する。
図２に示すように、レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１と、戻り光除去装置２１とを含む。レーザ発振器１１は、図示しないが、レーザ光発生器と、このレーザ光発生器を挟むように、レーザ光発生器の両側に平行に配置されたミラーとで構成されている。そして、レーザ発振器１１は、レーザ光１１ａを発振する。レーザ発振器１１から発振されたレーザ光１１ａは、被加工物としてのケース本体３２と蓋部材３３に向けた順方向Ｙ１に伝播し、ケース本体３２と蓋部材３３との溶接部Ｗで反射した反射戻り光１１ｂは、順方向Ｙ１と反対向きの逆方向Ｙ２に伝播する。本実施形態では、溶接部Ｗが、レーザ加工装置１０によって加工される被加工物となる。
【００１８】
戻り光除去装置２１は、ケース本体３２及び蓋部材３３の溶接部Ｗで反射した反射戻り光１１ｂを除去し、反射戻り光１１ｂがレーザ発振器１１に入ることを抑制する。戻り光除去装置２１は、偏光部材としての第１偏光板１２と、旋光部材１３と、ハーフミラー１４と、偏光部材としての第２偏光板１５と、冷却装置２０とを含む。戻り光除去装置２１では、順方向Ｙ１に沿って、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５の順番で配置されている。また、戻り光除去装置２１では、筒状の冷却装置２０内に、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４及び第２偏光板１５が収容されている。
【００１９】
第１偏光板１２は、レーザ発振器１１から発振されたレーザ光１１ａに含まれた複数の振動方向を持つ光のうち、特定方向に偏波した光（偏光）以外は遮断し、特定方向の偏光だけ通過させ、特定方向への直線偏光とする。図２の実線の矢印Ｈ１に示すように、第１偏光板１２では、特定方向（上下方向）に振動する偏光面を有するレーザ光１１ａだけが通過する。一方、図２の破線の矢印Ｋ１に示すように、逆方向Ｙ２に伝播した反射戻り光１１ｂは、後述するが、矢印Ｈ１に示すレーザ光１１ａとは異なる偏光面を有するため、第１偏光板１２は通過できない。
【００２０】
旋光部材１３は、順方向Ｙ１に伝播するレーザ光１１ａの直線偏光における偏光面、及び逆方向Ｙ２に伝播する反射戻り光１１ｂの直線偏光における偏光面を回転させる。本実施形態では、旋光部材１３は、レーザ光１１ａ又は反射戻り光１１ｂを４５度回転させる。したがって、図２の実線の矢印Ｈ２に示すように、順方向Ｙ１に伝播するレーザ光１１ａは、第１偏光板１２を通過した後のレーザ光１１ａに対し、４５度回転する。同様に、図２の破線の矢印Ｋ２に示すように、逆方向Ｙ２に伝播した反射戻り光１１ｂも旋光部材１３によって４５度回転する。
【００２１】
ハーフミラー１４は、旋光部材１３で回転したレーザ光１１ａを透過させる。その一方で、逆方向Ｙ２に伝播する反射戻り光１１ｂに関しては、反射戻り光１１ｂの一部は透過させるが、残りの反射戻り光１１ｂは反射させる。なお、ハーフミラー１４は、偏光面を回転させない。このため、図２の実線の矢印Ｈ３に示すように、ハーフミラー１４では、順方向Ｙ１において第１偏光板１２を通過したレーザ光１１ａに対し４５度回転した偏光面を有するレーザ光１１ａが通過する。また、図２の破線の矢印Ｋ３に示すように、ハーフミラー１４では、逆方向Ｙ２において後述の第２偏光板１５を通過した反射戻り光１１ｂを通過させる。
【００２２】
第２偏光板１５は、特定方向に偏波した光（偏光）以外は遮断し、特定方向の偏光だけ通過させる。図２の実線の矢印Ｈ４に示すように、第２偏光板１５では、第１偏光板１２を通過したレーザ光１１ａに対し４５度回転した偏光面を有するレーザ光１１ａだけが通過する。また、溶接部Ｗで反射した反射戻り光１１ｂは、そのままの偏光面のまま第２偏光板１５に入る。このため、図２の破線の矢印Ｋ４に示すように、第２偏光板１５に入った反射戻り光１１ｂは第２偏光板１５を通過する。
【００２３】
冷却装置２０は、放熱部材を構成する筒状の本体２２と、本体２２の外周面に設けられた放熱部材を構成する複数の放熱フィン２３とを備える。本体２２及び放熱フィン２３は、共に熱伝導性の高い銅製である。本体２２の内周面は、第１偏光板１２の外周縁、旋光部材１３の外周縁、ハーフミラー１４の外周縁、及び第２偏光板１５の外周縁と熱的に結合されている。このため、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５で発生した熱は、冷却装置２０における本体２２に伝わる。
【００２４】
放熱フィン２３は、本体２２の周方向全体に存在するリング状である。冷却装置２０は、放熱フィン２３を複数備え、複数の放熱フィン２３は本体２２の中心軸線の延びる方向に沿って間隔を空けて並設されている。冷却装置２０は、複数の放熱フィン２３によって本体２２の外面での表面積を増やし、放熱性を高めている。
【００２５】
次に、レーザ加工装置１０の作用を記載する。
さて、ケース本体３２の開口端に蓋部材３３をレーザ溶接する際、レーザ発振器１１からレーザ光１１ａを発振させる。レーザ発振器１１から発振されたレーザ光１１ａは順方向Ｙ１に伝播し、図２の矢印Ｈ１に示すように、第１偏光板１２で特定方向に偏光したレーザ光１１ａとなる。その後、図２の矢印Ｈ２に示すように、旋光部材１３により、レーザ光１１ａは偏光面が４５度回転した光となる。次に、４５度回転したレーザ光１１ａは、ハーフミラー１４を通過し、図２の矢印Ｈ３に示すように、偏光面が回転しないまま、第２偏光板１５を通過する。そして、図２の矢印Ｈ４に示すように、第２偏光板１５を通過したレーザ光１１ａは、ケース本体３２と蓋部材３３の溶接部Ｗに照射される。
【００２６】
溶接部Ｗに照射されたレーザ光１１ａは、反射して反射戻り光１１ｂとなり、逆方向Ｙ２に伝播する。反射戻り光１１ｂは、第１偏光板１２を通過したレーザ光１１ａに対し偏光面が４５度回転したままである。このため、図２の矢印Ｋ４に示すように、第２偏光板１５では４５度回転した偏光面を有する反射戻り光１１ｂだけ通過する。次に、反射戻り光１１ｂの一部は、ハーフミラー１４で反射される。ハーフミラー１４で反射された反射戻り光１１ｂは、再度、第２偏光板１５を通過して溶接部Ｗに照射される。
【００２７】
また、図２の矢印Ｋ３に示すように、反射戻り光１１ｂの一部は、ハーフミラー１４を通過して旋光部材１３に入る。旋光部材１３では、反射戻り光１１ｂを４５度回転させる。よって、図２の矢印Ｋ２に示すように、反射戻り光１１ｂは、旋光部材１３に入る前の偏光面に対し、さらに４５度回転することになる。すなわち、反射戻り光１１ｂは、第１偏光板１２を通過したレーザ光１１ａの偏光面に対し９０度回転した偏光面を有する光となる。
【００２８】
その後、旋光部材１３を通過した反射戻り光１１ｂは第１偏光板１２に入るが、この反射戻り光１１ｂの偏光面は、第１偏光板１２を通過可能とする特定方向と異なった方向に偏光しており、反射戻り光１１ｂは第１偏光板１２を通過できない。
【００２９】
第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５にレーザ光１１ａ及び反射戻り光１１ｂが入り光エネルギを吸収することで、それら第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４及び第２偏光板１５に熱が発生する。この熱は、冷却装置２０の本体２２及び放熱フィン２３から大気に放出される。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）レーザ加工装置１０において、戻り光除去装置２１に放熱フィン２３を設けた。このため、戻り光除去装置２１の第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５にレーザ光１１ａ及び反射戻り光１１ｂが入り、熱が発生しても、その熱を本体２２から放熱フィン２３に伝え、放熱フィン２３から大気に放出することができる。よって、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５の温度上昇を抑え、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５の熱による劣化や損傷を抑制することができる。
【００３１】
（２）戻り光除去装置２１のうち、旋光部材１３は、入射したレーザ光１１ａ又は反射戻り光１１ｂを回転させる部材であるため、光エネルギを吸収して熱が発生しやすいが、放熱フィン２３によって熱を放出し、旋光部材１３の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
（３）冷却装置２０は、本体２２と放熱フィン２３を備え、放熱フィン２３によって本体２２の外周面の表面積を広げている。このため、放熱フィン２３によって、本体２２に伝わった熱を効率良く外気に放出することができる。
【００３３】
（４）戻り光除去装置２１は、ハーフミラー１４を備える。そして、ハーフミラー１４によって、逆方向Ｙ２への反射戻り光１１ｂの一部を反射させ、溶接部Ｗにレーザ光１１ａとして再度照射することができる。よって、反射戻り光１１ｂを有効に利用して溶接部Ｗの溶接を効率良く行うことができる。
【００３４】
（５）冷却装置２０の本体２２及び放熱フィン２３を銅製とした。このため、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５で発生した熱を本体２２に効率良く伝え、さらに、本体２２から放熱フィン２３に効率良く伝えて放熱性を良好なものとすることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  戻り光除去装置２１において、放熱フィン２３の形状はリング状でなくてもよく、矩形板状やコルゲートフィン、正弦波状、ジグザグ状、波形状と適宜変更してもよい。
【００３６】
○  実施形態では、放熱部材として、本体２２と放熱フィン２３とを備える構成としたが、これに限らない。例えば、本体２２を削除し、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５それぞれの外周縁に、放熱部材としての放熱フィンを直接設け、第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５を個々に放熱性を高めた構造としてもよい。
【００３７】
○  図３に示すように、戻り光除去装置２１において、ハーフミラー１４を無くし、光除去装置２１を第１偏光板１２と、旋光部材１３と、第２偏光板１５で構成し、旋光部材１３だけに本体２２及び放熱フィン２３を設けてもよい。なお、ハーフミラー１４を無くした戻り光除去装置２１において、第１偏光板１２及び第２偏光板１５に本体２２及び放熱フィン２３を設けてもよいし、いずれか一方に本体２２及び放熱フィン２３を設けてもよい。
【００３８】
○  戻り光除去装置２１は、第１偏光板１２と、順方向Ｙ１において第１偏光板１２より下流側の旋光部材１３とから構成してもよい。
○  戻り光除去装置２１を構成する第１偏光板１２、旋光部材１３、ハーフミラー１４、及び第２偏光板１５のうち、旋光部材１３だけに放熱フィンを設けてもよい。又は、旋光部材１３に放熱フィンを設けつつ、第１偏光板１２、ハーフミラー１４及び第２偏光板１５のうちのいずれか一つ又は二つに放熱フィンを設けてもよい。
【００３９】
○  戻り光除去装置２１において、第２偏光板１５は無くてもよい。
○  レーザ加工装置１０は、照射したレーザ光１１ａによってレーザ溶接を行う際に使用されるだけに限らず、レーザ光１１ａによって被加工物の切断を行う際に使用してもよい。
【００４０】
○  旋光部材１３によって偏光面を回転させる角度は、実施形態の４５度に限らず、６０度や３０度等、適宜変更してもよい。
○  放熱部材を、本体２２と放熱フィン２３に具体化したが、放熱部材を、本体２２と、この本体２２の外周面に設けられ、冷却水を流通可能とする冷却水通路と、から構成してもよい。
【００４１】
○  本体２２及び放熱フィン２３は銅以外の金属製であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記順方向における前記旋光部材より下流側に配置されたハーフミラーを備えるレーザ加工装置。
【００４２】
（ロ）前記レーザ加工装置は、蓄電装置のケースの製造に際し、電極組立体を収容したケース本体と、該ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材とを溶接するのに使用されるレーザ加工装置。
【００４３】
（ハ）前記本体及び前記フィンは銅製であるレーザ加工装置。
【符号の説明】
【００４４】
Ｗ…被加工物としての溶接部、Ｙ１…順方向、Ｙ２…逆方向、１０…レーザ加工装置、１１…レーザ発振器、１１ａ…レーザ光、１１ｂ…反射戻り光、１２…偏光部材としての第１偏光板、１３…旋光部材、２１…戻り光除去装置、２２…放熱部材としての本体、２３…放熱部材としての放熱フィン。
【図１】
2016198817.tif 000003
【図２】
2016198817.tif 000004
【図３】
2016198817.tif 000005