(57)【要約】  溶接方法は、複数の金属箔を重ね合わせた加工対象を、複数のビームによって構成されるレーザ光が照射される領域に配置し、前記レーザ光の複数のビームを、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、前記複数のビームのそれぞれを、前記金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、前記複数のビームによって、前記加工対象を貫通する溶融池を形成するように、前記複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射する。
2019245053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属箔を重ね合わせた加工対象を、複数のビームによって構成されるレーザ光が照射される領域に配置し、
前記レーザ光の複数のビームを、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、
照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、
前記複数のビームのそれぞれを、前記金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、前記複数のビームによって、前記加工対象を貫通する溶融池を形成するように、前記複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射する、
溶接方法。
【請求項２】
前記加工対象の特性に応じて、前記複数のビームの数、ピークパワー、および照射位置の配置、ならびに前記所定の領域の形状の少なくとも一つを設定する、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引する、
請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記金属箔が銅を含む、
請求項１〜３のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項５】
レーザ光を複数のビームに分割可能であるビームシェイパによって、前記加工対象に照射する前記複数のビームを生成する、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項６】
前記ビームシェイパが回折光学素子である、
請求項５に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０２以上１．６７以下である、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項８】
前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０４以上１．４６以下である、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項９】
レーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
を備え、
前記加工対象は、複数の金属箔を重ね合わせて構成され、
前記加工対象に照射されるレーザ光は、複数のビームによって構成され、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散されて照射され、
前記複数のビームのそれぞれを、前記金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、前記複数のビームによって、前記加工対象を貫通する溶融池を形成するように、前記複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射する、
溶接装置。
【請求項１０】
前記加工対象の特性に応じて、前記複数のビームの数、ピークパワー、および照射位置の配置、ならびに前記所定の領域の形状の少なくとも一つを設定する、
請求項９に記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記光学ヘッドは、前記複数のビームと前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記複数のビームを前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行う、
請求項９または１０に記載の溶接装置。
【請求項１２】
前記金属箔が銅を含む、
請求項９〜１１のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１３】
レーザ光を複数のビームに分割可能であり、前記加工対象に照射する前記複数のビームを生成するビームシェイパをさらに備える、
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１４】
前記ビームシェイパが回折光学素子である、
請求項１３に記載の溶接装置。
【請求項１５】
前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０２以上１．６７以下である、
請求項９〜１４のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１６】
前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０４以上１．４６以下である、
請求項９〜１４のいずれか一つに記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる加工対象を溶接する手法の一つとして、レーザ溶接が知られている。レーザ溶接とは、レーザ光を加工対象の溶接部分に照射し、レーザ光のエネルギーで溶接部分を溶融させる溶接方法である。レーザ光が照射された溶接部分には、溶融池と呼ばれる溶融した金属材料の液溜りが形成され、その後、溶融池が固化することによって溶接が行われる。【０００３】
一方、金属箔を重ね合わせて溶接したものは、様々な技術分野において使用されている。例えば、銅箔を重ね合わせて溶接したものは、リチウムイオン電池の電極として用いられている。金属箔の重ね合わせ溶接について、品質が安定した溶接技術が広く求められている。金属箔の重ね合わせ溶接に関する技術としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３６２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ溶接を用いて金属箔を重ね合わせ溶接する場合は、金属箔はきわめて薄いため、レーザ光のパワー密度が高すぎると金属箔に孔や破れ等が発生し、許容程度以上のダメージを与える場合がある。一方、レーザ光のパワー密度が低すぎると、重ね合わせた金属箔の最下層までレーザ光のエネルギーが届かず、溶接プロセスが進まない場合がある。これらの現象は、溶接を品質の低下させる原因となる。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、より品質の高い重ね合わせ溶接を実現することができる溶接方法および溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る溶接方法は、複数の金属箔を重ね合わせた加工対象を、複数のビームによって構成されるレーザ光が照射される領域に配置し、前記レーザ光の複数のビームを、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、前記複数のビームを照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、前記複数のビームのそれぞれを、前記金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、前記複数のビームによって、前記加工対象を貫通する溶融池を形成するように、前記複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射する。【０００８】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工対象の特性に応じて、前記複数のビームの数、ピークパワー、および照射位置の配置、ならびに前記所定の領域の形状の少なくとも一つを設定する。【０００９】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引する。【００１０】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記金属箔が銅を含む。【００１１】
本発明の一態様に係る溶接方法は、レーザ光を複数のビームに分割可能であるビームシェイパによって、前記加工対象に照射する前記複数のビームを生成する。【００１２】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記ビームシェイパが回折光学素子である。【００１３】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０２以上１．６７以下である。【００１４】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０４以上１．４６以下である。【００１５】
本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、を備え、前記加工対象は、複数の金属箔を重ね合わせて構成され、前記加工対象に照射されるレーザ光は、複数のビームによって構成され、前記加工対象の表面に対して、前記表面上の所定の領域内で前記複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散されて照射され、前記複数のビームのそれぞれを、前記金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、前記複数のビームによって、前記加工対象を貫通する溶融池を形成するように、前記複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射する。【００１６】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象の特性に応じて、前記複数のビームの数、ピークパワー、および照射位置の配置、ならびに前記所定の領域の形状の少なくとも一つを設定する。【００１７】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記光学ヘッドは、前記複数のビームと前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記複数のビームを前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行う。【００１８】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記金属箔が銅を含む。【００１９】
本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ光を複数のビームに分割可能であり、前記加工対象に照射する前記複数のビームを生成するビームシェイパをさらに備える。【００２０】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記ビームシェイパが回折光学素子である。【００２１】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０２以上１．６７以下である。【００２２】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象の単位厚さ（μｍ）、単位溶接長（ｍｍ）当たりの前記加工対象に照射される前記レーザ光のエネルギー（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））が、０．０４以上１．４６以下である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、より品質の高い重ね合わせ溶接を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、回折光学素子を説明する模式図である。
【図３】図３は、複数のビームを説明する模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、レーザ光の状態とそれに対応する加工対象の溶融状態とを説明する模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、レーザ光の状態とそれに対応する加工対象の溶融状態とを説明する模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、レーザ光の状態とそれに対応する加工対象の溶融状態とを説明する模式図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、レーザ光の状態とそれに対応する加工対象の溶融状態とを説明する模式図である。
【図５】図５は、実施例１の重ね合わせ溶接した銅箔の表面および裏面の写真を示す図である。
【図６】図６は、図５の断面の写真を示す図である。
【図７】図７は、実施例２の重ね合わせ溶接した銅箔の表面および裏面の写真を示す図である。
【図８】図８は、図７の一部拡大図である。
【図９】図９は、図７の断面の写真を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｇ】図１０Ｇは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１０Ｈ】図１０Ｈは、回折光学素子がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。
【図１１】図１１は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態４に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、実施形態５に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、実施形態６に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、光ファイバの構成例を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、光ファイバの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを接続する光ファイバ１３０と、固定装置１４０とを備えている。加工対象Ｗは、金属箔を複数枚重ね合わせて構成されている。個々の金属箔の厚さは例えば２μｍ〜２０μｍであるが特に限定はされない。また、金属箔の枚数は例えば１０〜１００であるが特に限定はされない。金属箔は銅やアルミニウムを含むが、金属箔の材料は特に限定はされない。
【００２７】
レーザ装置１１０は、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。例えば、レーザ装置１１０は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成することとしてもよい。また、レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド１２０に入力させる。固定装置１４０は、加工対象Ｗを表面側および裏面側から挟んで固定する装置である。ここで、表面側とはレーザ光が照射される主表面の側である。固定装置１４０は、加工対象においてレーザ光を照射する予定の箇所とその周囲が露出するように、孔や溝などの開口が設けられている。固定装置１４０は、金属箔の間にできるだけ隙間が無いように加工対象Ｗを固定できることが好ましい。
【００２８】
光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２とを備えている。コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ１２２は、平行光化されたレーザ光を集光し、レーザ光Ｌとして加工対象Ｗに照射するための光学系である。
【００２９】
光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗ上でレーザ光Ｌの照射を行いながらレーザ光Ｌを掃引するために、加工対象Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。加工対象Ｗとの相対位置を変更する方法としては、光学ヘッド１２０自身を移動することや、加工対象Ｗを移動することなどが含まれる。すなわち、光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、固定されている加工対象Ｗに対して掃引可能に構成されてもよい。または、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの照射位置は固定され、加工対象Ｗが、固定されたレーザ光Ｌに対して移動可能に保持されてもよい。
【００３０】
光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間に配置された、ビームシェイパの一例としての回折光学素子１２３を備えている。ここでいう回折光学素子１２３は、図２に概念的に示すように、周期の異なる複数の回折格子１２３ａを一体に構成したものである。回折光学素子１２３は、入力されたレーザ光を、各回折格子の影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりして、ビーム形状を成型することができる。本実施形態では回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２の間に配置しているが、コリメートレンズ１２１より光ファイバ１３０側や、集光レンズ１２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００３１】
回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１から入力されたレーザ光を複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子１２３は、光学ヘッド１２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。
【００３２】
図３は、複数のビームを説明する模式図である。レーザ光Ｌは、回折光学素子１２３によって分割された複数のビームＢを含んでいる。ビームＢを表す円の直径がビーム径である。円形の領域Ａは加工対象Ｗの表面上の所定の領域であり、複数（本実施形態では１６）のビームＢは、領域Ａ内で、互いの中心が重ならないように位置が分散された状態で加工対象Ｗの領域Ａに照射される。本実施形態１では、具体的にはビームＢは領域Ａ内で直径Ｄのリング状に配置される。領域ＡはビームＢの配置の外輪郭の形状に相当する形状である。個々のビームＢは、そのビーム断面の径方向においてガウシアン形状のパワー分布を有する。ただし、ビームＢのパワー分布はガウシアン形状に限定されない。なお、本明細書におけるガウシアン形状とは、正確にガウシアン形状である形状に限られず、ガウシアン形状で近似できる形状も含む。
【００３３】
なお、ビームＢのビーム径は、ピークを含み、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の径として定義する。円形でないビームの場合は、本明細書に於いては掃引方向とは垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義する。
【００３４】
レーザ溶接装置１００を用いて溶接を行う場合、まず、加工対象Ｗを、レーザ光Ｌが照射される領域に配置する。つづいて、回折光学素子１２３によって分割された複数のビームＢを含むレーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射しながら、レーザ光Ｌと加工対象Ｗとを相対的に移動させてレーザ光Ｌの掃引をしつつ、レーザ光Ｌが照射された部分の加工対象Ｗを溶融して溶接を行う。
【００３５】
ここで、溶接の際に、加工対象Ｗの表面に照射されるレーザ光が加工対象Ｗを溶融する状態を説明する。ここでは、図４Ａ〜４Ｄを参照して、４つの場合についてレーザ光の状態とそれに対応する加工対象の溶融状態との説明を行う。なお、図４Ａ〜４Ｄにおいて、白い矢印はレーザ光による熱の伝達を模式的に示すものである。
【００３６】
図４Ａのように、溶接のためのレーザ光ＬＡのパワー分布がガウシアン分布であるが、そのピークパワーが低く、ピークにおけるパワー密度が低い場合を考える。このようなレーザ光ＬＡは、例えばレーザ光をデフォーカスの状態にして加工対象Ｗに照射することで実現できる。デフォーカスとは、光学ヘッドの集光レンズによるレーザ光の集光位置を、加工対象Ｗの表面位置からずらすことである。この場合、加工対象Ｗの表面にレーザ光ＬＡを照射すると、加工対象Ｗには溶融池Ｐが形成されるが、キーホールは形成されない。しかしながら、この場合は、レーザ光ＬＡのパワー密度が低いため、溶融池Ｐがあまり広がらず、溶接プロセスが進まない場合がある。しかしながら、溶融池Ｐを適正に広げるためにピークパワーが高くなるようにデフォーカスの状態を調整すると、溶接不良が発生し易くなる。また、このようなデフォーカスの状態にすると、レーザ光ＬＡによって与えられルエネルギーのうち、溶接に寄与しないエネルギーが多くなり、非効率的である。したがって、ガウシアン分布のレーザ光をデフォーカスの状態にしても溶接を好適に行うことは困難である。
【００３７】
これらに対して、図４Ｂのようなレーザ光Ｌとすると、個々のビームはガウシアン分布のような単峰型のパワー分布を有していても、それらのピークパワーは比較的低い。その結果、キーホールが形成されない、いわゆる熱伝導型溶接を実現できる。しかも、個々のビームは図４Ａの場合よりもパワー密度が高い。そのため、溶融池Ｐは図４Ａの場合よりも広がり、加工対象Ｗの裏面Ｗ１にまで到達させる状態とすることが、比較的に容易にできる。ここで、裏面Ｗ１は、レーザ光Ｌが照射される表面とは反対側の面である。その結果、加工対象Ｗに対して、より品質の高い重ね合わせ溶接を実現することができる。なお、図４Ｂのようなレーザ光Ｌとした場合に、個々のビームによってキーホールが形成される場合もあるが、そのキーホールを浅くし、複数箇所に分散させるようにレーザ光Ｌを設定すれば、結果的に熱伝導型溶接が支配的となる。
【００３８】
一方、図４Ｃのように、溶接のためのレーザ光ＬＢのパワー分布が、ピークパワーの高いガウシアン分布の場合、ピークにおけるパワー密度が高い。この場合、図４Ｃのように、加工対象Ｗの表面にレーザ光ＬＢを照射すると、加工対象Ｗには溶融池ＰとキーホールＫＨとが形成され、いわゆるキーホール型溶接が支配的となる。キーホール型溶接の場合は、加工対象Ｗの構成材料が急激に蒸発したり、スパッタとなって飛散したりする場合がある。その結果、加工対象Ｗを構成する金属箔の質量が失われるため、金属箔に孔が開いたり破れたりし、溶接不良となる場合がある。また、キーホールＫＨが加工対象Ｗの裏面Ｗ１の近くに到達すると、溶融金属が少なくなるため金属箔が破れ、溶接が困難になる。
【００３９】
なお、図４Ｄでは、レーザ光Ｌのビームが形成する円の中心にさらにビームを有する形状のレーザ光ＬＣを用いた場合を示している。図４Ｄでは、加工対象Ｗには溶融池ＰとキーホールＫＨとが形成されている。たとえば、加工対象Ｗの厚さが厚いなどの場合には、中心のビームによって適切な大きさのキーホールＫＨを形成して溶融池Ｐの深さ（溶け込み深さ）を確保しつつ、その周囲のビームによって加工対象Ｗの金属箔を溶融させてもよい。これにより金属箔の破れの無い溶接が実現できる。
【００４０】
図４Ｂのような熱伝導型溶接となる状態、または図４ＤのようにキーホールＫＨが形成されるが熱伝導型溶接が支配的な状態を実現するためには、ビームＢのそれぞれを、加工対象Ｗを構成する各金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定することが好ましい。そして、ビームＢによって加工対象Ｗを裏面Ｗ１まで貫通する溶融池を形成するように、ビームＢのパワー密度を設定するとともにその照射位置を分散させて照射することが好ましい。ただし、溶融金属が裏面Ｗ１側から滴下しないようにビームＢのパワー密度や照射位置などを設定することが好ましい。
【００４１】
さらには、加工対象Ｗの特性（金属箔の材質、厚さ、重ね合わせの枚数等）に応じて、複数のビームＢの数、ピークパワー、および照射位置の配置を設定したり、領域Ａの形状を設定したりすることが好ましい。これらの項目のうち少なくとも一つを設定することによって、より品質の高い重ね合わせ溶接を実現することができるが、二つ以上を適宜組み合わせて設定することによって、より一層品質の高い重ね合わせ溶接を、ばらつき無く安定して実現することができる。
【００４２】
（実施例１）
厚さ８μｍの銅箔を２０枚重ね合わせて加工対象を構成し、これに対してレーザ光を照射してレーザ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは６００Ｗ、７００Ｗ、または８００Ｗとした。そして、このレーザ光を、回折光学素子にて、図３に示すように直径４６６μｍのリング状に配列した１６本のビームに分割し、加工対象に照射した。加工対象に対するレーザ光の掃引速度は、３ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、または１０ｍｍ／ｓとした。
【００４３】
図５は、実施例１の重ね合わせ溶接した銅箔の表面および裏面の写真を示す図である。図６は、図５の断面の写真を示す図である。図５、６は、レーザ光のパワーを７００Ｗ、掃引速度を５ｍｍ／ｓとした場合を示している。図５、６に示すように、表面および裏面において孔や破れが無い、品質の高い重ね合わせ溶接が実現できた。
【００４４】
（実施例２）
厚さ８μｍの銅箔を５０枚重ね合わせて加工対象を構成し、これに対してレーザ光を照射してレーザ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは１０００Ｗとした。そして、このレーザ光を、回折光学素子にて、図４Ｄに示すような直径４６６μｍのリング状に配列した１６本のビームと、その中心に配置した１本のビームとに分割し、加工対象に照射した。中心のビームのパワーと、１６本のリング状のビームのパワーの合計との比は、５：５とした。加工対象に対するレーザ光の掃引速度は、５ｍｍ／ｓとした。
【００４５】
図７は、実施例２の重ね合わせ溶接した銅箔の表面および裏面の写真を示す図である。図８は、図７の一部拡大図であり、溶接ビードを拡大して示している。図９は、図７の断面の写真を示す図である。図７，８、９に示すように、表面および裏面において孔や破れが無い、品質の高い重ね合わせ溶接が実現できた。
【００４６】
同様に、上述したレーザ光のパワーと掃引速度とを適正に組み合わせた条件において、品質の高い重ね合わせ溶接が実現できることを確認した。例えば、品質の高い重ね合わせ溶接のためには、掃引速度を高くする場合にはレーザ光のパワーを高くし、掃引速度を低くする場合にはレーザ光のパワーを低くし、単位時間当たりに加工対象に投入するレーザ光のエネルギーを適正な範囲にすることが好ましいことを確認した。
【００４７】
（レーザ光の分割）
レーザ光の分割の態様については、図３に示すものに限定されない。図１０Ａ〜図１０Ｈは、回折光学素子１２３がレーザ光を複数のビームに分割する例を説明する模式図である。なお、掃引方向ＳＤは紙面上方を向いているとする。図１０Ａに示す例では、図４Ｄの場合と同様に、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ１は、それぞれがガウシアン形状である１７本のビームＢ１を含んでいる。ビームＢ１は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ１内で、１６本がリング状に配置され、１本がリングの中心に配置されて領域Ａ１に照射される。中心のビームＢ１のパワーと、１６本のリング状のビームＢ１のパワーの合計との比は、例えば１：９である。図１０Ｂに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ２は、それぞれがガウシアン形状である９本のビームＢ２を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である四角形状の領域Ａ２内で、四角形状に配置されて領域Ａ２に照射される。図１０Ｃに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ３は、それぞれがガウシアン形状である６本のビームＢ３を含んでおり、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ３内で、三角形状に配置されて領域Ａ３に照射される。
【００４８】
図１０Ｄに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ４は、それぞれがガウシアン形状である２１本のビームＢ４を含んでいる。これらのビームＢ４は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ４内で、１２本が最外周で第１のリング状に配置され、８本が第１のリング状の内周側で第２のリング状に配置され、１本がリングの中心に配置されて、領域Ａ４に照射される。図１０Ｅに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ５は、それぞれがガウシアン形状である１３本のビームＢ５を含んでいる。これらのビームＢ５は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である円形の領域Ａ５内で、８本が最外周で第１のリング状に配置され、４本が第１のリング状の内周側で第２のリング状に配置され、１本がリングの中心に配置されて、領域Ａ５に照射される。なお、第１のリング状を成すビームＢ５と第２のリング状を成すビームＢ５とは重なっているものがある。
【００４９】
図１０Ｆに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ６は、それぞれがガウシアン形状である２０本のビームＢ６を含んでいる。各ビームＢ６はビーム群Ｇ１とビーム群Ｇ２のいずれかに含まれる。ビーム群Ｇ１は掃引方向ＳＤに頂部が向いている山型の形状を成しており、ビーム群Ｇ２はビーム群Ｇ１の後方に位置し、直線を成している。ビーム群Ｇ１、Ｇ２は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ６内に配置されて領域Ａ６に照射される。
【００５０】
図１０Ｇに示す例では、加工対象Ｗに照射されるレーザ光Ｌ７は、それぞれがガウシアン形状である１３本のビームＢ７を含んでいる。ビームＢ７は図６（ｇ）のビーム群Ｇ１と同様の山型の形状を成している。ビームＢ７は、加工対象Ｗの表面上の所定の領域である三角形状の領域Ａ７内に配置されて領域Ａ７に照射される。
【００５１】
図１０Ｈに示す例では、レーザ光Ｌ８は、１７本のビームＢ８を含んでいる。１６本のビームＢ８は、１本のビームＢ８を中心として、略リング形状または略八角形状を成すように位置している。また、１７本のビームＢ８は、マトリクスＭを定義した場合に、その矩形のグリッドを埋めるように配置されている。このように、ビームは、グリッドを埋めるように配置してもよいし、より自由に配置してもよい。
【００５２】
図１０Ａ〜１０Ｈいずれにおいても、所定の領域は、分散配置された複数のビームが成す形状の外輪郭に相当する形状である。
【００５３】
また、図３、図１０Ａ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｈでは、複数のビームが等方的に配置されているので、掃引方向を任意に変更しても、加工対象Ｗに対する溶融特性が変わらないという効果がある。
【００５４】
図１０Ａ〜１０Ｈに示す例は、回折光学素子１２３を構成する回折格子の特性を適宜設計することによって実現できる。
【００５５】
（その他の実施例）
その他の実施例として、様々な条件を組み合わせて溶接を行った。まず、厚さ８μｍの銅箔を２０枚重ね合わせて第１加工対象を構成した。また、厚さ８μｍの銅箔を５０枚重ね合わせて第２加工対象を構成した。これらに対してレーザ光を照射してレーザ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは、第１加工対象に対しては、６００Ｗ、７００Ｗ、または８００Ｗとし、第２加工対象に対しては、１０００Ｗ、１３００Ｗ、または１５００Ｗとした。そして、このレーザ光を、回折光学素子にて、図１０Ａに示すような直径６００μｍのリング状に配列した１６本のビームと、その中心に配置した１本のビームとに分割し、加工対象に照射した。中心のビームのパワーと、１６本のリング状のビームのパワーの合計との比は、第１加工対象に対しては１：９とし、第２加工対象に対しては５：５とした。加工対象に対するレーザ光の掃引速度は、第１加工対象に対しては３ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、または１０ｍｍ／ｓとし、第２加工対象に対しては３ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、１０ｍｍ／ｓ、２０ｍｍ／ｓ、３０ｍｍ／ｓ、６０ｍｍ／ｓ、または１００ｍｍ／ｓとした。そして、レーザ光の掃引方向における長さである溶接長ｌ（ｍｍ）、レーザ光のパワーｐ（Ｗ）、掃引速度ｖ（ｍｍ／ｓ）、および銅箔の厚さと枚数から算出される加工対象の厚さｄ（μｍ）から、単位溶接長（ｍｍ）、単位厚さ（μｍ）当たりの、加工対象に照射されるレーザ光のエネルギー（投入エネルギー）Ｅ＝（ｌ／ｖ）＊（ｐ／ｄ）（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））を計算した。なお、本実施例では溶接長ｌは１０ｍｍとした。
【００５６】
表１は、その他の実施例において、単位溶接長（ｍｍ）、単位厚さ（μｍ）当たりの投入エネルギーと溶接結果との関係を示している。なお、溶接結果は、記号「Ａ」は溶接長の全長にわたって良好な溶接状態であることを示し、記号「Ｂ」は溶接長の２／３以上にわたって良好な溶接状態であることを示し、記号「Ｃ」は溶接長の２／３以下にわたって良好な溶接状態であることを示す。なお、銅箔に孔が開いて貫通している場合、貫通しないまでも孔がある等表面に欠陥が見える場合、裏面に溶接痕がない場合すなわち溶接されていない金属箔がある場合など、の場合は、溶接状態が良好でないと判断した。表１に示すように、単位溶接長（ｍｍ）、単位厚さ（μｍ）当たりの投入エネルギーは０．０２（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））以上１．６７（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））以下が好ましく、０．０４（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））以上１．４６以下（Ｊ／（μｍ＊ｍｍ））がより好ましいことが確認された。
【表１】
2019245053.tif 000003
【００５７】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置２００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置２００の装置構成の説明のみを行う。
【００５８】
レーザ溶接装置２００は、レーザ装置２１０と、光学ヘッド２２０と、光ファイバ２３０と固定装置２４０とを備えている。
【００５９】
レーザ装置２１０は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。光ファイバ２３０は、レーザ装置２１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド２２０に入力させる。固定装置２４０は、加工対象Ｗを固定する。
【００６０】
光学ヘッド２２０は、光学ヘッド１２０と同様に、レーザ装置２１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２とを備えている。
【００６１】
さらに、光学ヘッド２２０は、集光レンズ２２２と加工対象Ｗとの間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナとは、２枚のミラー２２４ａ，２２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド２２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる装置である。レーザ溶接装置２００では、集光レンズ２２２から出射したレーザ光Ｌをガルバノスキャナへ導くためにミラー２２６を備えている。また、ガルバノスキャナのミラー２２４ａ，２２４ｂは、それぞれモータ２２５ａ，２２５ｂによって角度が変更される。モータ２２５ａ，２２５ｂは不図示のドライバによって駆動される。
【００６２】
光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子２２３を備えている。回折光学素子２２３は、回折光学素子１２３と同様に、コリメートレンズ２２１から入力されたレーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子２２３は、光学ヘッド２２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。なお、回折光学素子２２３は、レーザ光を、例えば図３や図１０Ａ〜１０Ｇのように複数のビームに分割するように設計される。これにより、レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗをより品質高く重ね合わせ溶接することができる。尚、実施形態１と同様に回折光学素子２２３はコリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２の間に配置しているが、コリメートレンズ２２１より光ファイバ２３０側や、集光レンズ２２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００６３】
（実施形態３）
図１２は、実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置３００は、レーザ溶接装置１００、２００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。光学ヘッド３２０以外の要素（レーザ装置３１０、光ファイバ３３０および固定装置３４０）の構成は、レーザ溶接装置１００、２００の対応する要素と同様である。したがって、以下では、光学ヘッド３２０の装置構成の説明のみを行う。
【００６４】
光学ヘッド３２０は、光学ヘッド１２０、２２０と同様に、レーザ装置３１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２とを備えている。
【００６５】
さらに、光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナのミラー３２４ａ，３２４ｂは、それぞれモータ３２５ａ，３２５ｂによって角度が変更される。モータ３２５ａ，３２５ｂは不図示のドライバによって駆動される。光学ヘッド３２０では、光学ヘッド２２０と異なる位置にガルバノスキャナを設けている。しかしながら、光学ヘッド２２０と同様に、２枚のミラー３２４ａ，３２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド３２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる。
【００６６】
光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子３２３を備えている。回折光学素子３２３は、回折光学素子１２３、２２３と同様に、コリメートレンズ３２１から入力されたレーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子３２３は、光学ヘッド３２０が、加工対象Ｗの表面に対して、その表面上の所定の領域内で複数のビームの互いの中心が重ならないように位置を分散させて、複数のビームを照射可能な様に、レーザ光を分割する。なお、回折光学素子３２３は、レーザ光を、例えば図３や図１０Ａ〜１０Ｇのように複数のビームに分割するように設計される。これにより、レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗをより品質高く重ね合わせ溶接することができる。尚、実施形態１と同様に回折光学素子３２３はコリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２の間に配置しているが、コリメートレンズ３２１より光ファイバ３３０側や、集光レンズ３２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００６７】
（実施形態４）
図１３は、実施形態４に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置４００は、加工対象Ｗにレーザ光を照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置４００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置４００の装置構成の説明のみを行う。
【００６８】
レーザ溶接装置４００は、レーザ光を出力する複数のレーザ装置と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド４２０と、レーザ装置から出力されたレーザ光を光学ヘッド４２０へ導く複数の光ファイバとを備えている。なお、図では、複数のレーザ装置のうち、２つのレーザ装置４１１，４１２を示し、複数の光ファイバのうち、光ファイバ４３１，４３２を示している。
【００６９】
レーザ装置４１１は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光Ｌ１１を出力できるように構成されている。レーザ装置４１２は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力であり、それぞれがマルチモードの複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を出力できるように構成されている。その他のレーザ装置もレーザ装置１１０と同様に構成されている。
【００７０】
光ファイバ４３１，４３２は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２をそれぞれ光学ヘッド４２０に導く。その他の光ファイバについても同様である。複数の光ファイバは、マルチコアファイバに置き換えてもよい。
【００７１】
光学ヘッド４２０は、レーザ装置４１１，４１２を含む複数のレーザ装置から導かれたそれぞれのレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２などのレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド４２０は、レーザ光Ｌ１１のためのコリメートレンズ４２１ａと集光レンズ４２２ａと、レーザ光Ｌ１２のためのコリメートレンズ４２１ｂと集光レンズ４２２ｂと、その他のレーザ光のためのコリメートレンズおよび集光レンズとを備えている。コリメートレンズ４２１ａ，４２１ｂなどのコリメートレンズは、それぞれ、光ファイバ４３１，４３２などによって導かれたレーザ光を一旦平行光化するための光学系であり、集光レンズ４２２ａ，４２２ｂなどの集光レンズは、平行光化されたレーザ光を加工対象Ｗに集光させるための光学系である。なお、コリメートレンズと集光レンズとは、それぞれ、複数のレーザ光を平行光化または集光するために、複数のレンズで構成されていてもよい。
【００７２】
光学ヘッド４２０は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を含む複数のレーザ光を加工対象Ｗに照射する。すなわち、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光は、複数のビームによって構成される。ビームのそれぞれを、加工対象Ｗを構成する各金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定することが好ましい。そして、ビームによって加工対象Ｗを裏面まで貫通する溶融池を形成するように、ビームのパワー密度を設定するとともにその照射位置を分散させて照射することが好ましい。ただし、溶融金属が加工対象の裏面側から滴下しないようにビームのパワー密度や照射位置などを設定することが好ましい。
【００７３】
レーザ溶接装置４００によれば、図３、１０Ａ〜１０Ｈに例示される配置を実現することができる。なお、ビームの数は適宜増減してもよい。
【００７４】
（実施形態５）
図１２は、実施形態５に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置５００は、加工対象Ｗにレーザ光を照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置５００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置５００の装置構成の説明のみを行う。
【００７５】
レーザ溶接装置５００は、レーザ光を出力するレーザ装置５１０と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド５２０と、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド５２０へ導く複数の光ファイバを備えている。なお、図では、複数の光ファイバのうち、光ファイバ５３１，５３３，５３４を示している。
【００７６】
レーザ装置５１０は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光を出力できるように構成されている。レーザ装置５１０は、加工対象Ｗに照射する複数のレーザ光を出力するために用いられる。そのために、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド５２０へ導く光ファイバにおいて、光ファイバ５３１と、光ファイバ５３３，５３４を含む複数の光ファイバとの間には分岐ユニット５３２が設けられている。レーザ装置５１０は、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐してから光学ヘッド５２０へ導くように構成されている。
【００７７】
光ファイバ５３１，５３３を含む複数の光ファイバは、レーザ光をそれぞれ光学ヘッド５２０に導く。複数の光ファイバは、マルチコアファイバに置き換えてもよい。
【００７８】
光学ヘッド５２０は、分岐ユニット５３２によって分岐され、光ファイバ５３１，５３３を含む複数の光ファイバによって導かれた、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を含む複数のレーザ光を加工対象Ｗに照射するための光学装置である。そのために、光学ヘッド５２０は、レーザ光Ｌ１１のためのコリメートレンズ５２１ａと集光レンズ５２２ａと、レーザ光Ｌ１２のためのコリメートレンズ５２１ｂと集光レンズ５２２ｂと、その他のレーザ光のためのコリメートレンズおよび集光レンズとを備えている。コリメートレンズ５２１ａ，５２１ｂなどは、それぞれ、光ファイバ５３３，５３４などによって導かれたレーザ光を一旦平行光化するための光学系であり、集光レンズ５２２ａ，５２２ｂなどは、平行光化されたレーザ光を加工対象Ｗに集光させるための光学系である。なお、コリメートレンズと集光レンズとは、それぞれ、複数のレーザ光を平行光化または集光するために、複数のレンズで構成されていてもよい。
【００７９】
光学ヘッド５２０は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を含む複数のレーザ光加工対象Ｗに照射する。すなわち、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光は、複数のビームによって構成される。そして、ビームによって加工対象Ｗを裏面まで貫通する溶融池を形成するように、ビームのパワー密度を設定するとともにその照射位置を分散させて照射することが好ましい。ただし、溶融金属が加工対象の裏面側から滴下しないようにビームのパワー密度や照射位置などを設定することが好ましい。
【００８０】
レーザ溶接装置５００によれば、図３、１０Ａ〜１０Ｈに例示される配置を実現することができる。なお、図に示される例は、なお、ビームの数は適宜増減してもよい。
【００８１】
（実施形態６）
図１５は、実施形態６に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置６００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置６００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置６００の装置構成の説明のみを行う。
【００８２】
レーザ溶接装置６００は、レーザ光を出力する複数のレーザ装置と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド６２０と、複数のレーザ装置から出力されたレーザ光を光学ヘッド６２０へ導く複数の光ファイバを備えている。なお、図では、複数のレーザ装置のうち、レーザ装置６１１，６１２を示しており、複数の光ファイバのうち、光ファイバ６３１，６３２，６３５を示している。
【００８３】
レーザ装置６１１は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光を出力できるように構成されている。レーザ装置６１２は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力であり、それぞれがマルチモードの複数のレーザ光を出力できるように構成されている。その他のレーザ装置もレーザ装置１１０と同様に構成されている。
【００８４】
レーザ溶接装置６００では、レーザ装置６１１，６１２を含む複数のレーザ装置から出力されたレーザ光は、光学ヘッド６２０へ導かれる前に結合される。そのために、レーザ装置６１１，６１２を含む複数のレーザ装置から出力されたレーザ光を光学ヘッド６２０へ導く光ファイバ６３１，６３２を含む複数の光ファイバと、光ファイバ６３５との間には結合部６３４が設けられている。レーザ装置６１１，６１２を含む複数のレーザ装置から出力されたレーザ光は、光ファイバ６３５中を並列して導波されることになる。
【００８５】
ここで、図１５Ａ、１５Ｂを参照しながら、光ファイバ６３１（および６３２）および光ファイバ６３５の構成例を説明する。図１５Ａに示すように、光ファイバ６３１（および６３２）は、通常の光ファイバである。すなわち、光ファイバ６３１（および６３２）は、１つのコア領域Ｃｏの周囲にコア領域Ｃｏよりも屈折率が低いクラッドＣｌが形成された光ファイバである。なお、レーザ装置６１１，６１２以外のレーザ装置と結合部６３４との間に設けられたその他の光ファイバも、光ファイバ６３１と同様に通常の光ファイバである。一方、図１５Ｂに示すように、光ファイバ６３５は、マルチコアファイバである。すなわち、光ファイバ６３５は、複数のコア領域を有し、この複数のコア領域の周囲にコア領域よりも屈折率が低いクラッドＣｌが形成されている。なお、図では、２つのコア領域Ｃｏ１，Ｃｏ２を示している。さらに、コア領域Ｃｏ２は複数のコア領域を含んでいる。そして、結合部６３４では、複数のレーザ装置のそれぞれと接続された光ファイバのコア領域と、光ファイバ６３５のコア領域のそれぞれとが結合されることになる。複数のレーザ装置から出力されたレーザ光のそれぞれは、コア領域Ｃｏ２の複数のコア領域のそれぞれによって導波される。
【００８６】
図１５の参照に戻る。光学ヘッド６２０は、結合部６３４によって結合されたレーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射するための光学装置である。そのために、光学ヘッド６２０は、内部にコリメートレンズ６２１を含む複数のコリメートレンズと、集光レンズ６２２を含む複数の集光レンズとを備えている。
【００８７】
レーザ溶接装置６００は、光学ヘッド６２０が回折光学素子を備えておらず、また、複数のレーザ光のための独立した光学系も有していないが、各レーザ装置から出力されたレーザ光は、光学ヘッド６２０へ導かれる前に結合されている。これにより、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光Ｌは、複数のビームによって構成される。そして、ビームによって加工対象Ｗを裏面まで貫通する溶融池を形成するように、ビームのパワー密度を設定するとともにその照射位置を分散させて照射することが好ましい。ただし、溶融金属が加工対象の裏面側から滴下しないようにビームのパワー密度や照射位置などを設定することが好ましい。
【００８８】
レーザ溶接装置６００によれば、図３、１０Ａ〜１０Ｈに例示される配置を実現することができる。なお、ビームの数は適宜増減してもよい。
【００８９】
なお、上記実施形態では、回折光学素子は、レーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。しかしながら、複数のビームのピークパワーは等しくなくてもよい。すなわち、金属箔に孔や破れ等を発生させる程度に突出したピークを持つビームが含まれていなければよい。また、各ビームのパワー分布はガウシアン形状に限られず、他の単峰型の形状であってもよい。
【００９０】
また、加工対象Ｗに対してレーザ光Ｌを掃引する場合には、公知のウォブリングやウィービングにより掃引を行ってもよい。
【００９１】
なお、上記実施形態では、加工対象は複数の金属箔のみで構成されているが、複数の金属箔を重ね合わせ、これにさらに厚さが１００μｍ以上の金属板を重ねて、加工対象を構成してもよい。金属板は、例えば銅やアルミニウムを含む。
【００９２】
また、使用するレーザ光はマルチモードに限らずシングルモードのレーザ光を使用してもよい。
【００９３】
また、上記では、レーザ光を加工対象に対して掃引する場合について説明した。ただし、レーザ光を複数のビームによって構成し、複数のビームのそれぞれを、金属箔に孔が開かないパワー密度を有するように設定し、かつ、複数のビームによって、加工対象を貫通する溶融池を形成するように、複数のビームのパワー密度を設定するとともに照射位置を分散させて照射することは、たとえばスポット溶接のように、レーザ光を加工対象に対して掃引しない溶接の場合にも効果的である。
【００９４】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、金属箔の重ね合わせ溶接に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００９６】
１００、２００、３００  レーザ溶接装置
１１０、２１０、３１０  レーザ装置
１２０、２２０、３２０  光学ヘッド
１２１、２２１、３２１  コリメートレンズ
１２２、２２２、３２２  集光レンズ
１２３、２２３、３２３  回折光学素子
１２３ａ  回折格子
１３０、２３０、３３０  光ファイバ
１４０、２４０、３４０  固定装置
２２４ａ、２２４ｂ、２２６、３２４ａ、３２４ｂ  ミラー
２２５ａ、２２５ｂ、３２５ａ、３２５ｂ  モータ
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７  領域
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８  ビーム
Ｇ１、Ｇ２  ビーム群
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８  レーザ光
Ｐ  溶融池
ＳＤ  掃引方向
Ｗ  加工対象
Ｗ１  裏面
【図１】
2019245053.tif 000004
【図２】
2019245053.tif 000005
【図３】
2019245053.tif 000006
【図４Ａ】
2019245053.tif 000007
【図４Ｂ】
2019245053.tif 000008
【図４Ｃ】
2019245053.tif 000009
【図４Ｄ】
2019245053.tif 000010
【図５】
2019245053.tif 000011
【図６】
2019245053.tif 000012
【図７】
2019245053.tif 000013
【図８】
2019245053.tif 000014
【図９】
2019245053.tif 000015
【図１０Ａ】
2019245053.tif 000016
【図１０Ｂ】
2019245053.tif 000017
【図１０Ｃ】
2019245053.tif 000018
【図１０Ｄ】
2019245053.tif 000019
【図１０Ｅ】
2019245053.tif 000020
【図１０Ｆ】
2019245053.tif 000021
【図１０Ｇ】
2019245053.tif 000022
【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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