JP2003048092A - Laser welding device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、集光したレーザ光
により溶接を行うレーザ溶接装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding apparatus for welding with focused laser light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、金属等の溶接対象物にレーザ光を
照射することによってレーザ溶接加工を行っている。こ
のレーザ溶接加工は、携帯電話等に用いられる密閉式電
池の製造過程において、電池ケースに円板状の密閉栓
（溶接対象物）を接合する際に用いられている。つま
り、レーザ光により、電池ケースと密閉栓との境界に溶
融池を生成し、この溶融池を冷却、固化させて電池ケー
スを密閉させる。このようなレーザ溶接加工に用いられ
る装置としては、例えば、図８に示すように、ＹＡＧレ
ーザ装置などの光源（図示せず）からのレーザ光を伝送
する光ファイバ１０１とコリメータレンズ１０２と集光
レンズ１０３とで構成されたレーザ溶接装置１００があ
る。このレーザ溶接装置１００において、光源から光フ
ァイバ１０１により伝送され、光ファイバ出射端１０１
ａから出射させた光は、光軸Ｐ１０上に配置されたコリ
メータレンズ１０２を介すことにより平行光とされ、そ
の後、やはり光軸Ｐ１０上に配置された集光レンズ１０
３を介すことにより集光される。集光されたレーザ光
は、光軸Ｐ１０上に配置され且つ電池ケース１０５の注
入口１０６に挿入された密閉栓１０４（図９参照）に照
射される。このとき、レーザ光のスポット径は、密閉栓
１０４の径よりやや大きくなるように設定され、これに
対応するように溶融池１０７が生成され、この溶融池１
０７が冷却、固化されることによって密閉栓１０４が電
池ケース１０５に溶接される（図１０参照）。ここで、
レーザ光線の半径方向の強度分布は、ガウシアン分布に
従い、光軸Ｐ１０の中心に近いほどレーザ光の強度は高
く、光軸Ｐ１０の中心から離れるほどレーザ光の強度は
低くなることが知られている。そのため、溶接領域は、
レーザ光の過剰な照射により密閉栓１０４の中央部がく
ぼむ場合（図１１参照）や、レーザ光の不十分な照射に
より密閉栓１０４と注入口１０６の溶接が充分でない場
合（図１２参照）が生じ、密閉栓１０４の実質的な強度
低下を招いてしまう。そこで、小スポットのレーザ光線
を溶接対象物である密閉栓の縁に沿って走査させること
で電池ケースと密閉栓とを溶接させるようにした。2. Description of the Related Art Conventionally, laser welding is carried out by irradiating a welding object such as metal with laser light. This laser welding process is used when joining a disk-shaped sealing plug (welding target) to a battery case in the manufacturing process of a sealed battery used for a mobile phone or the like. That is, a laser beam forms a molten pool at the boundary between the battery case and the sealing plug, and the molten pool is cooled and solidified to seal the battery case. As an apparatus used for such laser welding, for example, as shown in FIG. 8, an optical fiber 101 for transmitting a laser beam from a light source (not shown) such as a YAG laser apparatus, a collimator lens 102, and a condensing lens. There is a laser welding device 100 configured with a lens 103. In this laser welding apparatus 100, the light is transmitted from the light source through the optical fiber 101, and the optical fiber emitting end 101
The light emitted from a is made into parallel light by passing through the collimator lens 102 arranged on the optical axis P10, and thereafter, the condenser lens 10 arranged also on the optical axis P10.
It is collected by passing through 3. The condensed laser light is applied to the sealing plug 104 (see FIG. 9) arranged on the optical axis P10 and inserted into the inlet 106 of the battery case 105. At this time, the spot diameter of the laser beam is set to be slightly larger than the diameter of the sealing plug 104, and the molten pool 107 is generated corresponding to this, and the molten pool 1
The sealing plug 104 is welded to the battery case 105 by cooling and solidifying 07 (see FIG. 10). here,
It is known that the intensity distribution of the laser beam in the radial direction follows the Gaussian distribution and that the intensity of the laser light is higher as it is closer to the center of the optical axis P10 and the intensity of the laser light is lower as it is farther from the center of the optical axis P10. . Therefore, the welding area is
When the central portion of the sealing plug 104 is recessed due to excessive irradiation of laser light (see FIG. 11), or when welding between the sealing plug 104 and the injection port 106 is insufficient due to insufficient irradiation of laser light (see FIG. 12). Occurs, which causes a substantial decrease in the strength of the sealing plug 104. Therefore, the battery case and the sealing plug are welded by scanning a laser beam of a small spot along the edge of the sealing plug that is the welding target.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小スポ
ットのレーザ光線による溶接はレーザ光線を走査させる
ための駆動系や制御系が複雑になる上、僅かなズレやブ
レによって溶接ミスが発生し易い。そのため、円板状の
密閉栓の縁に沿って正確に小スポットのレーザ光を集光
させ、確実に溶接することは非常に困難である。However, welding with a laser beam having a small spot complicates a drive system and a control system for scanning the laser beam, and a welding error is likely to occur due to a slight deviation or blur. Therefore, it is very difficult to accurately focus the laser light of a small spot along the edge of the disk-shaped sealing plug and reliably weld it.
【０００４】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたものであり、確実に溶接対象物を溶接する
レーザ溶接装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser welding apparatus for reliably welding an object to be welded.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ溶接
装置は、レーザ光源と、レーザ光源から出射されるレー
ザ光の光軸上に位置する集光レンズをもった光学系とを
備え、光学系によりレーザ光を集光させて溶接対象物を
溶接するレーザ溶接装置において、レーザ光源と溶接対
象物との間に、レーザ光の光軸と中心軸が一致する円錐
プリズムを配置させ、円錐プリズムは、その頂点を溶接
対象物側に向けると共に、レーザ光を溶接対象物上で輪
帯化させる位置に配置させたことを特徴とする。A laser welding apparatus according to the present invention comprises a laser light source and an optical system having a condenser lens located on the optical axis of laser light emitted from the laser light source. In a laser welding apparatus for welding a welding object by condensing laser light by a system, a conical prism whose optical axis coincides with the central axis of the laser light is arranged between the laser light source and the welding object. Is characterized in that its apex is directed to the side of the object to be welded and is arranged at a position where the laser beam is formed into an annular zone on the object to be welded.
【０００６】本発明に係るレーザ溶接装置によれば、レ
ーザ光源からレーザ光が出射されると、出射されたレー
ザ光は、光軸上に位置する光学系を通過する。この光学
系は集光レンズをもっており、さらにレーザ光源と溶接
対象物との間には、レーザ光の光軸と中心軸が一致する
円錐プリズムが、その頂点を溶接対象物側に向けて配置
されている。そのため、レーザ光は溶接対象物上で輪帯
化されて、それにより溶接対象物の周縁に環状の溶融池
が生成される。そして、この溶融池が冷却により固化さ
れることで溶接対象物の周縁のみを一度に確実に溶接す
ることが可能となる。すなわち、レーザ光を溶接対象物
の縁に沿って走査させる必要がないため、走査位置のズ
レやブレによる溶接ミスが生じることがなく、このこと
は、溶接作業の効率化を図ると同時に溶接部分の信頼性
の向上に寄与するものである。According to the laser welding apparatus of the present invention, when laser light is emitted from the laser light source, the emitted laser light passes through the optical system located on the optical axis. This optical system has a condenser lens, and between the laser light source and the object to be welded, a conical prism whose center axis coincides with the optical axis of the laser beam is arranged with its apex facing the object to be welded. ing. Therefore, the laser light is annularly formed on the object to be welded, thereby forming an annular molten pool on the periphery of the object to be welded. When the molten pool is solidified by cooling, only the peripheral edge of the welding object can be surely welded at one time. That is, since it is not necessary to scan the laser beam along the edge of the welding object, there is no occurrence of welding mistakes due to displacement of the scanning position or blurring. It contributes to the improvement of the reliability of.
【０００７】また、本発明に係るレーザ溶接装置は、レ
ーザ光源と、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸
上に位置する集光レンズをもった光学系とを備え、光学
系によりレーザ光を集光させて溶接対象物を溶接するレ
ーザ溶接装置において、レーザ光源と溶接対象物との間
に、レーザ光の光軸と中心軸が一致する多角錐プリズム
を配置させ、多角錐プリズムは、その頂点を溶接対象物
側に向けて、溶接対象物に照射されるレーザ光を輪帯化
させる位置に配置させたことを特徴とする。Further, the laser welding apparatus according to the present invention comprises a laser light source and an optical system having a condenser lens positioned on the optical axis of the laser light emitted from the laser light source. In the laser welding apparatus for condensing and welding the welding object, between the laser light source and the welding object, a polygonal pyramid prism whose optical axis and the central axis of the laser light match is arranged, and the polygonal pyramid prism is It is characterized in that the apex is directed to the side of the object to be welded and is arranged at a position where the laser beam applied to the object to be welded is made into an annular shape.
【０００８】本発明に係るレーザ溶接装置によれば、レ
ーザ光源からレーザ光が出射されると、出射されたレー
ザ光は、光軸上に位置する光学系を通過する。この光学
系は集光レンズをもっており、さらにレーザ光源と溶接
対象物との間には、レーザ光の光軸と中心軸が一致する
多角錐プリズムが、その頂点を溶接対象物側に向けて配
置されている。そのため、レーザ光は溶接対象物上で輪
帯化されて、それにより溶接対象物の周縁に環状の溶融
池が生成される。そして、この溶融池が冷却により固化
されることで溶接対象物の周縁のみを一度に確実に溶接
することが可能となる。すなわち、レーザ光を溶接対象
物の縁に沿って走査させる必要がないため、走査位置の
ズレやブレによる溶接ミスが生じることがなく、このこ
とは、溶接作業の効率化を図ると同時に溶接部分の信頼
性の向上に寄与するものである。According to the laser welding apparatus of the present invention, when laser light is emitted from the laser light source, the emitted laser light passes through the optical system located on the optical axis. This optical system has a condenser lens, and between the laser light source and the welding object, a polygonal pyramid prism whose center axis coincides with the optical axis of the laser light is arranged with its apex facing the welding object side. Has been done. Therefore, the laser light is annularly formed on the object to be welded, thereby forming an annular molten pool on the periphery of the object to be welded. When the molten pool is solidified by cooling, only the peripheral edge of the welding object can be surely welded at one time. That is, since it is not necessary to scan the laser beam along the edge of the welding object, there is no occurrence of welding mistakes due to displacement of the scanning position or blurring. It contributes to the improvement of the reliability of.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る実施の形態を詳細に説明する。先ず、本発明に
係るレーザ溶接装置の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、レーザ溶接装置１は、例えばＹＡＧ
レーザ光を発振・出力するレーザ光源（図示せず）と、
レーザ光源からのレーザ光を導く光ファイバ２と、光フ
ァイバ２から出射される赤外線のレーザ光の光軸Ｐ１上
に配置された光学系３とで構成されている。この光学系
３は集光レンズ４をもっており、また、光学系３とし
て、光ファイバ２のレーザ光出射端２ａと集光レンズ４
との間には、輪帯化手段である円錐プリズム５が配置さ
れている。この円錐プリズム５の中心軸Ｓ１はレーザ光
の光軸Ｐ１と一致し、また、円錐プリズム５の頂点は集
光レンズ４側に向けられており、その頂角は１７９度で
ある。さらに、光学系３として、光ファイバ２のレーザ
光出射端２ａと円錐プリズム５との間にはコリメータレ
ンズ６が配置されており、このコリメータレンズ６はレ
ーザ光を平行光にするためのものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the laser welding apparatus according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 1 is, for example, a YAG
A laser light source (not shown) that oscillates and outputs laser light,
The optical fiber 2 guides the laser light from the laser light source, and the optical system 3 is arranged on the optical axis P1 of the infrared laser light emitted from the optical fiber 2. The optical system 3 has a condenser lens 4, and as the optical system 3, the laser light emitting end 2 a of the optical fiber 2 and the condenser lens 4 are provided.
A conical prism 5 as an annular zone is arranged between and. The central axis S1 of the conical prism 5 coincides with the optical axis P1 of the laser light, and the apex of the conical prism 5 is directed toward the condenser lens 4 side, and the apex angle is 179 degrees. Further, as the optical system 3, a collimator lens 6 is arranged between the laser light emitting end 2a of the optical fiber 2 and the conical prism 5, and the collimator lens 6 is for making the laser light parallel light. is there.
【００１０】また、レーザ光の光軸Ｐ１上には、携帯電
話等に用いられる密閉式電池の電池ケース７が配置さ
れ、電池ケース７の一部には注入口８が形成されてい
る。そして、溶接対象物である直径１ｍｍの円板状の密
閉栓９で注入口８を塞いだ状態において、密閉栓９の表
面は光軸Ｐ１に対して垂直に配置されている。なお、光
ファイバ２のレーザ光出射端２ａと光学系３との間隔及
び光学系３と密閉栓９との間隔は、レーザ光が密閉栓９
上で輪帯化されるように所定の距離に設定されている。On the optical axis P1 of the laser beam, a battery case 7 of a sealed battery used in a mobile phone or the like is arranged, and an injection port 8 is formed in a part of the battery case 7. The surface of the sealing plug 9 is arranged perpendicularly to the optical axis P1 in a state where the injection port 8 is closed by the disk-shaped sealing plug 9 having a diameter of 1 mm, which is the object to be welded. The laser light emitting end 2 a of the optical fiber 2 and the optical system 3 and the optical system 3 and the sealing plug 9 are spaced apart by the laser light.
It is set to a predetermined distance so that it is looped above.
【００１１】続いて、レーザ溶接装置１の動作について
簡単に説明する。図１に示すように、先ず、光ファイバ
２のレーザ光出射端２ａから出射されたレーザ光は、レ
ーザ光の口径より大きい径のコリメータレンズ６によっ
て、ほぼ一定の径の平行光にされる。続いて、平行光に
されたレーザ光は、円錐プリズム５によって周辺部の強
度に比べて中心部の強度が強いレーザ光にされる。その
レーザ光は、さらに集光レンズ４を介すことによって集
光しながら環状の光束となり、所定の位置に配置された
密閉栓９の上で輪帯化される。つまり、中心部の強度に
比べて中心から一定の距離だけ離れた部分（輪帯化され
た円形の部分）の強度が強いレーザ光となる。そして、
その高強度部は密閉栓９の上で環状となり、その部分は
密閉栓９の縁９ａに沿うように設定されている。Next, the operation of the laser welding apparatus 1 will be briefly described. As shown in FIG. 1, first, the laser light emitted from the laser light emitting end 2a of the optical fiber 2 is made into parallel light having a substantially constant diameter by a collimator lens 6 having a diameter larger than the diameter of the laser light. Then, the conical prism 5 converts the collimated laser light into laser light whose central portion has a higher intensity than its peripheral portion. The laser light is further condensed through the condensing lens 4 to form an annular luminous flux, which is formed into an annular zone on the sealing plug 9 arranged at a predetermined position. In other words, the intensity of the laser light is stronger in the portion (a ring-shaped circular portion) apart from the center by a certain distance than the intensity of the central portion. And
The high-strength portion has a ring shape on the sealing plug 9, and that portion is set along the edge 9 a of the sealing plug 9.
【００１２】したがって、図２に示すように、密閉栓９
の縁９ａ及び電池ケース７の縁７ａに沿うような環状の
溶融池１０が生成される。そして、溶融池１０が冷却さ
れて、固化されることによって、密閉栓９が注入口８を
密閉する。このとき、高強度部はレーザ光の中心部では
ないため、過剰にレーザ光を照射して、密閉栓９の中央
部がくぼむことがない（図１１参照）。また、レーザ光
の高強度部は密閉栓９の縁９ａに沿うため、不十分なレ
ーザ光の照射によって、密閉栓９と電池ケース７との溶
接が不十分になることはない（図１２参照）。そのた
め、密閉栓９を電池ケース７の注入口８に確実に溶接す
ることが可能である。Therefore, as shown in FIG.
An annular molten pool 10 is formed along the edge 9a of the battery case 7 and the edge 7a of the battery case 7. Then, the molten pool 10 is cooled and solidified, so that the sealing plug 9 seals the injection port 8. At this time, since the high-intensity portion is not the central portion of the laser light, the central portion of the sealing plug 9 will not be dented due to excessive laser light irradiation (see FIG. 11). Further, since the high-intensity portion of the laser light is along the edge 9a of the sealing plug 9, insufficient irradiation of the laser light does not result in insufficient welding between the sealing plug 9 and the battery case 7 (see FIG. 12). ). Therefore, the sealing plug 9 can be reliably welded to the inlet 8 of the battery case 7.
【００１３】次に、レーザ溶接装置１を具体化したレー
ザ溶接装置２０について説明する。図４に示すように、
レーザ溶接装置２０は、レーザ光源４０からのレーザ光
を導入するために形成した孔状のレーザ光導入部２９ａ
と、可視光源２１からの可視光を導入するために形成し
た孔状の可視光導入部２９ｂとを備えている。レーザ光
源４０から出射されるレーザ光は、光ファイバ２によっ
て導光されると共に、レーザ光導入部２９ａに挿入させ
て接続固定した光ファイバ２のレーザ光出射端２ａから
装置２０の内部に向けて出射される。また、レーザ光の
光軸Ｐ１上には、光軸Ｐ１から４５度傾けられたハーフ
ミラー２３が設置されている。そして、レーザ光出射端
２ａとハーフミラー２３との間には円錐プリズム５が配
置され、レーザ光出射端２ａと円錐プリズム５との間に
はコリメータレンズ６が配置されている。また、ハーフ
ミラー２３によって反射されるレーザ光の光軸Ｐ１上に
おいて、密閉栓９の表面は光軸Ｐ１に対して垂直に配置
されている。そして、ハーフミラー２３と密閉栓９との
間の光軸Ｐ１上には、２枚一組の集光レンズ４が配置さ
れている。Next, a laser welding device 20 which is a specific embodiment of the laser welding device 1 will be described. As shown in FIG.
The laser welding device 20 has a hole-shaped laser light introducing portion 29a formed for introducing the laser light from the laser light source 40.
And a hole-shaped visible light introducing portion 29b formed to introduce visible light from the visible light source 21. The laser light emitted from the laser light source 40 is guided by the optical fiber 2 and directed toward the inside of the device 20 from the laser light emitting end 2 a of the optical fiber 2 which is inserted into the laser light introducing portion 29 a and connected and fixed. Is emitted. A half mirror 23 tilted by 45 degrees from the optical axis P1 is installed on the optical axis P1 of the laser light. A conical prism 5 is arranged between the laser light emitting end 2 a and the half mirror 23, and a collimator lens 6 is arranged between the laser light emitting end 2 a and the conical prism 5. Further, on the optical axis P1 of the laser light reflected by the half mirror 23, the surface of the sealing plug 9 is arranged perpendicular to the optical axis P1. On the optical axis P1 between the half mirror 23 and the sealing plug 9, a set of two condensing lenses 4 is arranged.
【００１４】一方、可視光源２１から出射される可視光
は、光ファイバ２４によって導光されると共に、可視光
導入部２９ｂに挿入させて接続固定した光ファイバ２４
の可視光出射端２４ａから出射される。また、可視光の
光軸Ｐ２上には、光軸Ｐ２から４５度傾けられたハーフ
ミラー２５が設置されている。ハーフミラー２５は、反
射された可視光の光軸Ｐ２が、ハーフミラー２３によっ
て反射されたレーザ光の光軸Ｐ１と同一軸上に並ぶよう
に配置されている。そして、可視光出射端２４ａとハー
フミラー２５との間には、レンズ２６が配置されてい
る。ハーフミラー２５によって反射された可視光の光軸
Ｐ２上で、ハーフミラー２５と密閉栓９との間にはハー
フミラー２３及び集光レンズ４が配置されている。On the other hand, the visible light emitted from the visible light source 21 is guided by the optical fiber 24 and is also inserted into the visible light introducing portion 29b and connected and fixed.
Is emitted from the visible light emitting end 24a. Further, on the optical axis P2 of visible light, a half mirror 25 tilted by 45 degrees from the optical axis P2 is installed. The half mirror 25 is arranged such that the optical axis P2 of the reflected visible light is aligned with the optical axis P1 of the laser light reflected by the half mirror 23. A lens 26 is arranged between the visible light emitting end 24 a and the half mirror 25. On the optical axis P2 of the visible light reflected by the half mirror 25, the half mirror 23 and the condenser lens 4 are arranged between the half mirror 25 and the sealing plug 9.
【００１５】さらに、密閉栓９上で反射される反射光の
光軸Ｐ３上において、ハーフミラー２５を挟んで密閉栓
９と撮像装置２７とが対向している。また、ハーフミラ
ー２５と撮像装置２７との間には結像レンズ２８が設置
されており、この結像レンズ２８は、ピント調整のため
に光軸Ｐ３の方向に可動する。なお、外部からの光を遮
断する目的で、レーザ光出射端２ａから集光レンズ４ま
での間、可視光出射端２４ａから集光レンズ４までの
間、および集光レンズ４から撮像装置２７までの間は、
ハウジング２９に覆われている。Further, on the optical axis P3 of the reflected light reflected on the sealing plug 9, the sealing plug 9 and the image pickup device 27 face each other with the half mirror 25 interposed therebetween. An image forming lens 28 is installed between the half mirror 25 and the image pickup device 27, and the image forming lens 28 is movable in the direction of the optical axis P3 for focus adjustment. For the purpose of blocking light from the outside, from the laser light emitting end 2a to the condenser lens 4, from the visible light emitting end 24a to the condenser lens 4, and from the condenser lens 4 to the imaging device 27. In between
It is covered by the housing 29.
【００１６】次に、レーザ溶接装置２０の動作について
簡単に説明する。レーザ溶接装置２０において、光ファ
イバ２のレーザ光出射端２ａから出射された光は、コリ
メータレンズ６及び円錐プリズム５を介し、ハーフミラ
ー２３で直角に反射された後、集光レンズ４を介すこと
により、前述のとおり、密閉栓９上で輪帯化される。一
方、光ファイバ２４の可視光出射端２４ａから出射され
た可視光は、レンズ２６を介し、ハーフミラー２５で直
角に反射された後、ハーフミラー２３及び集光レンズ４
を介すことにより、密閉栓９に照射される。さらに、可
視光出射端２４ａから出射される可視光は密閉栓９に照
射されると共に、密閉栓９および電池ケース７の表面で
反射されるが、その反射光は、集光レンズ４を介し、さ
らにハーフミラー２３，２５を透過する。Next, the operation of the laser welding device 20 will be briefly described. In the laser welding device 20, the light emitted from the laser light emitting end 2a of the optical fiber 2 passes through the collimator lens 6 and the conical prism 5, is reflected at a right angle by the half mirror 23, and then passes through the condenser lens 4. As a result, as described above, a ring is formed on the sealing plug 9. On the other hand, the visible light emitted from the visible light emitting end 24 a of the optical fiber 24 is reflected by the half mirror 25 at a right angle through the lens 26, and then the half mirror 23 and the condenser lens 4
The sealed plug 9 is irradiated with the light through. Further, the visible light emitted from the visible light emitting end 24a is applied to the sealing plug 9 and is reflected by the surfaces of the sealing plug 9 and the battery case 7, and the reflected light is passed through the condenser lens 4. Further, the light passes through the half mirrors 23 and 25.
【００１７】そして、結像レンズ２８を通過した光は、
光軸Ｐ３上に位置するＣＣＤ等の撮像手段２７で撮像さ
れる。したがって、レーザ溶接装置２０では、レーザ光
源４０から出射されるレーザ光によって溶接対象物９を
溶接できる上に、可視光源２１から出射される可視光に
よって溶接対象物９を照らすことで、溶接対象物９の溶
接の状態を、撮像手段２７を用いて観察することが可能
である。The light that has passed through the imaging lens 28 is
The image is picked up by the image pickup means 27 such as a CCD located on the optical axis P3. Therefore, in the laser welding device 20, the welding object 9 can be welded by the laser light emitted from the laser light source 40, and the welding object 9 is illuminated by the visible light emitted from the visible light source 21. It is possible to observe the welding state of No. 9 using the imaging means 27.
【００１８】次に、本発明に係るレーザ溶接装置の第２
実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一
又は同等な構成要素には同一の符号を付し、重複した説
明を省略する。図５に示すように、レーザ溶接装置３０
の構成は、円錐プリズム５が、中心軸Ｓ２がレーザ光の
光軸Ｐ１と一致し、その頂点が集光レンズ４側に向けら
れた頂角１７９度の多角錐プリズム（例えば、八角錐プ
リズム）３１になっている点で第１実施形態のレーザ溶
接装置１と異なる。Next, the second of the laser welding apparatus according to the present invention
An embodiment will be described. In addition, the same reference numerals are given to the same or equivalent constituent elements as those of the first embodiment, and the duplicated description will be omitted. As shown in FIG. 5, the laser welding device 30
In the configuration, the conical prism 5 has a central axis S2 that coincides with the optical axis P1 of the laser light, and its apex is a polygonal pyramid prism having an apex angle of 179 degrees (for example, an octagonal pyramid prism) that is directed toward the condenser lens 4 side. 31 is different from the laser welding apparatus 1 of the first embodiment.
【００１９】続いて、レーザ溶接装置３０の動作につい
て、簡単に説明する。先ず、光ファイバ２のレーザ光出
射端２ａから出射されたレーザ光は、レーザ光の口径よ
り大きい径のコリメータレンズ６によって、ほぼ一定の
径の平行光にされる。続いて、平行光にされたレーザ光
は、多角錐プリズム３１によって周辺部の強度に比べて
中心部の強度が強いレーザ光にされる。そのレーザ光
は、さらに集光レンズ４を介すことによって集光しなが
ら環状の光束となり、所定の位置に配置された密閉栓９
の上で略八角形に輪帯化される。つまり、中心部の強度
に比べて中心から離れた部分（輪帯化された八角形の部
分）の強度が強いレーザ光となる。そして、その高強度
部は密閉栓９の上で環状となり、その部分は密閉栓９の
縁９ａに沿うように設定されている。Next, the operation of the laser welding device 30 will be briefly described. First, the laser light emitted from the laser light emitting end 2a of the optical fiber 2 is made into parallel light having a substantially constant diameter by the collimator lens 6 having a diameter larger than the diameter of the laser light. Subsequently, the parallelized laser light is converted into laser light having a higher intensity in the central portion than that in the peripheral portion by the polygonal pyramid prism 31. The laser light is further condensed through the condenser lens 4 to form a circular luminous flux, and the sealing plug 9 arranged at a predetermined position.
It is made into an octagonal ring. In other words, the intensity of the laser beam is higher in the portion (the ring-shaped octagonal portion) away from the center than the intensity of the central portion. The high-strength portion has a ring shape on the sealing plug 9, and the portion is set along the edge 9a of the sealing plug 9.
【００２０】したがって、図６に示すように、密閉栓９
の縁９ａ及び電池ケース７の縁７ａに沿うように環状の
溶融池１０が生成される。そして、溶融池１０が冷却さ
れて、固化されることによって密閉栓９が注入口８を密
閉する。このとき、高強度部はレーザ光の中心部ではな
いため、過剰にレーザ光を照射しすぎて、密閉栓９の中
央部がくぼむことがない（図１１参照）。また、レーザ
光の高強度部は密閉栓９の縁９ａに沿うため、不十分な
レーザ光の照射によって、密閉栓９と電池ケース７との
溶接が不十分になることはない（図１２参照）。そのた
め、密閉栓９を電池ケース７の注入口８に確実に溶接す
ることが可能である。なお、レーザ溶接装置３０は、レ
ーザ溶接装置２０（図４参照）に設置された円錐プリズ
ム５を多角錐プリズム３１に交換することによって、具
体的な装置として構成することができる。Therefore, as shown in FIG.
An annular molten pool 10 is generated along the edge 9a of the battery case 7 and the edge 7a of the battery case 7. When the molten pool 10 is cooled and solidified, the sealing plug 9 seals the injection port 8. At this time, since the high-intensity portion is not the central portion of the laser light, the central portion of the sealing plug 9 will not be dented due to excessive laser light irradiation (see FIG. 11). Further, since the high-intensity portion of the laser light is along the edge 9a of the sealing plug 9, insufficient irradiation of the laser light does not result in insufficient welding between the sealing plug 9 and the battery case 7 (see FIG. 12). ). Therefore, the sealing plug 9 can be reliably welded to the inlet 8 of the battery case 7. The laser welding device 30 can be configured as a specific device by replacing the conical prism 5 installed in the laser welding device 20 (see FIG. 4) with a polygonal pyramid prism 31.
【００２１】また、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、様々な変形が可能である。例えば、円
錐プリズム５及び多角錐プリズム３１の位置は、集光レ
ンズ４とレーザ光出射端２ａとの間に限定されず、光フ
ァイバ２の出射端２ａと溶接対象物９との間の光軸上で
あれば、集光レンズ４と溶接対象物９との間でもよい。
さらには、レーザ光の伝送に光ファイバではなく、ミラ
ーなどの光学系部品を用いても良く、この場合には、レ
ーザ光源と被溶接物との間の光路中、例えば、ミラーと
集光レンズとの間に円錐プリズム５又は多角錐プリズム
３１を設ける構成としてもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but various modifications can be made. For example, the positions of the conical prism 5 and the polygonal pyramid prism 31 are not limited to between the condenser lens 4 and the laser light emitting end 2a, but the optical axis between the emitting end 2a of the optical fiber 2 and the welding object 9. It may be between the condensing lens 4 and the welding object 9 as long as it is above.
Furthermore, instead of an optical fiber, an optical system component such as a mirror may be used for transmitting the laser light. In this case, for example, a mirror and a condenser lens are provided in the optical path between the laser light source and the object to be welded. The conical prism 5 or the polygonal pyramid prism 31 may be provided between and.
【００２２】また、円錐プリズム５及び多角錐プリズム
３１の頂角は１７９度以外にも、レーザ光がその照射領
域で輪帯化される角度であれば、１８０度未満の角度を
適宜選択することができる。更に、多角錐プリズム３１
は、八角錐に限定されるものではなく、溶接対象物９の
形状に合わせて、多角錐プリズム３１の錐形状は特定さ
れるものである。また、光学系３，３２を構成する集光
レンズ４、コリメータレンズ６及びプリズム５，３１
は、溶接対象物９の大きさや形により、配列や個数を適
宜変更することができる。さらに、レーザ光も、溶接対
象物の特性によって、溶接可能なレーザ光から適宜選択
されるべきであり、例えば、ガスレーザや半導体レーザ
などを利用してもよい。Further, the apex angles of the conical prism 5 and the polygonal pyramid prism 31 are not limited to 179 degrees, and if the angle is such that the laser beam is zonal in the irradiation area, an angle of less than 180 degrees should be selected appropriately. You can Furthermore, the polygonal pyramid prism 31
Is not limited to an octagonal pyramid, and the pyramidal shape of the polygonal pyramid prism 31 is specified according to the shape of the welding object 9. Further, the condenser lens 4, the collimator lens 6 and the prisms 5, 31 which constitute the optical systems 3, 32
Can be appropriately changed in arrangement and number depending on the size and shape of the welding object 9. Further, the laser beam should be appropriately selected from the laser beams that can be welded depending on the characteristics of the object to be welded, and for example, a gas laser or a semiconductor laser may be used.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明に係るレーザ溶接装置は、レーザ
光源と、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸上に
位置する集光レンズをもった光学系とを備え、光学系に
よりレーザ光を集光させて溶接対象物を溶接するレーザ
溶接装置において、レーザ光源と溶接対象物との間に、
レーザ光の光軸と中心軸が一致する円錐プリズムを配置
させ、円錐プリズムは、その頂点を溶接対象物側に向け
ると共に、レーザ光を溶接対象物上で輪帯化させる位置
に配置させたことにより、確実に溶接対象物を溶接する
ことができる。The laser welding apparatus according to the present invention comprises a laser light source and an optical system having a condenser lens located on the optical axis of the laser light emitted from the laser light source. In the laser welding device for condensing and welding the object to be welded, between the laser light source and the object to be welded,
A conical prism whose center axis coincides with the optical axis of the laser light is arranged, and the conical prism has its apex directed toward the object to be welded and is arranged at a position where the laser light is annularly formed on the object to be welded. Thereby, the welding target can be reliably welded.
【図１】本発明に係るレーザ溶接装置の第１実施形態を
示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a laser welding apparatus according to the present invention.
【図２】溶接後の溶接対象物を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a welding object after welding.
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
【図４】図１に示したレーザ溶接装置をより具体化した
装置を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic view showing an apparatus in which the laser welding apparatus shown in FIG. 1 is further embodied.
【図５】本発明に係るレーザ溶接装置の第２実施形態を
示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing a second embodiment of the laser welding apparatus according to the present invention.
【図６】溶接後の溶接対象物を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a welding object after welding.
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
【図８】従来技術に係るレーザ溶接装置を示す概略図で
ある。FIG. 8 is a schematic view showing a laser welding device according to a conventional technique.
【図９】溶接前の溶接対象物を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an object to be welded before welding.
【図１０】溶接後の溶接対象物を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a welding object after welding.
【図１１】レーザ光の過剰照射により溶接した後の溶接
対象物を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an object to be welded after welding by excessive irradiation of laser light.
【図１２】レーザ光の不十分な照射により溶接した後の
溶接対象物を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an object to be welded after welding by insufficient irradiation of laser light.
１，２０，３０…レーザ溶接装置、２…光ファイバ、
３，３２…光学系、４…集光レンズ、５…円錐プリズ
ム、９…密閉栓（溶接対象物）、３１…多角錐プリズ
ム、４０…レーザ光源、Ｐ１…レーザ光の光軸、Ｓ１…
円錐プリズムの中心軸、Ｓ２…多角錐プリズムの中心
軸。1, 20, 30 ... Laser welding device, 2 ... Optical fiber,
3, 32 ... Optical system, 4 ... Condensing lens, 5 ... Conical prism, 9 ... Sealing plug (welding target), 31 ... Polygonal pyramid prism, 40 ... Laser light source, P1 ... Optical axis of laser light, S1 ...
Central axis of conical prism, S2 ... Central axis of polygonal pyramid prism.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 ▲高▼弘 千葉県野田市二ツ塚95番地の３ ミヤチテ クノス株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 BA00 CD05 CD09 DA07 DA09 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Uchida ▲ Takahiro 3 Miyachite, 95 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Within Kunos Co., Ltd. F-term (reference) 4E068 BA00 CD05 CD09 DA07 DA09
Claims (2)
されるレーザ光の光軸上に位置する集光レンズをもった
光学系とを備え、前記光学系により前記レーザ光を集光
させて溶接対象物を溶接するレーザ溶接装置において、 前記レーザ光源と前記溶接対象物との間に、前記レーザ
光の光軸と中心軸が一致する円錐プリズムを配置させ、
前記円錐プリズムは、その頂点を前記溶接対象物側に向
けると共に、前記レーザ光を前記溶接対象物上で輪帯化
させる位置に配置させたことを特徴とするレーザ溶接装
置。1. A laser light source and an optical system having a condenser lens positioned on the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, wherein the laser light is condensed by the optical system and welded. In a laser welding device for welding an object, between the laser light source and the object to be welded, a conical prism whose optical axis and the central axis of the laser light are aligned is arranged,
The laser welding device according to claim 1, wherein the conical prism has its apex directed toward the object to be welded and is arranged at a position where the laser light is formed into an annular zone on the object to be welded.
されるレーザ光の光軸上に位置する集光レンズをもった
光学系とを備え、前記光学系により前記レーザ光を集光
させて溶接対象物を溶接するレーザ溶接装置において、 前記レーザ光源と前記溶接対象物との間に、前記レーザ
光の光軸と中心軸が一致する多角錐プリズムを配置さ
せ、前記多角錐プリズムは、その頂点を前記溶接対象物
側に向けると共に、前記レーザ光を前記溶接対象物上で
輪帯化させる位置に配置させたことを特徴とするレーザ
溶接装置。2. A laser light source and an optical system having a condenser lens located on the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, wherein the laser light is condensed by the optical system and welded. In a laser welding device for welding an object, between the laser light source and the object to be welded, a polygonal pyramid prism in which the optical axis and the central axis of the laser light match is arranged, and the polygonal pyramid prism has its apex. Is directed to the side of the object to be welded and is arranged at a position where the laser light is made into a zone on the object to be welded.
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