焊接方法及焊接装置的制作方法

专利名称：焊接方法及焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用激光束将两个构件进行焊接的焊接方法及焊接装置，特别涉及即使在两个构件的焊接对象部分的扫描路径上存在间隙、曲线部分、双重扫描部分等，也能进行低成本、高质量、且稳定的焊接的焊接方法及焊接装置。
背景技术：
近年来，密闭型充电电池广泛使用于便携式设备等的驱动用电源等。此外，双电层电容器广泛使用于电子设备的备用电源等。而且，作为混合动力汽车和电动汽车的各电源， 密闭型充电电池和双电层电容器正受到关注。对密闭型充电电池和双电层电容器的大容量、高可靠性、低成本等的要求日益提高。而且，在这种电池所代表的能量器件中，需要将壳体和封口板进行密闭，以使电解液不会泄漏。因此，在制造这些能量器件时，要求进行高质量且稳定的焊接。对此，对于将这些能量器件的壳体和封口板进行焊接，提出了各种技术。此处，作为一个示例，对于如下情况进行说明一边对壳体和封口板的焊接部分间歇性地照射激光，一边利用激光沿壳体的边缘部对焊接部分扫描一圈。在此情况下，如图24所示，若激光绕壳体51与封口板52的对接部53 (焊接部分) 转圈而返回至A地点(焊接开始点)，则将双重扫描部分0(从A地点到B地点的区间)再次熔融。此时，双重扫描部分0的一部分流入电池内，在双重扫描部分0产生贯通孔。对此， 提出了使得在双重扫描部分0的输入能量从El缓缓下降的技术(例如，参照专利文献1)。 由此，在双重扫描部分0，能实现无贯通孔的良好焊接。此外，如图25所示，在转角部51a那样的弯曲度较大的区间容易产生裂纹。对此， 提出了使得激光在转角部51a的扫描速度下降的技术(例如，参照专利文献2)。由此，激光在转角部51a的照射密度比在直线部51b要高，激光的照射部分的重叠率提高。与此同时， 能实现无裂纹的高质量的焊接。专利文献1 日本专利特开平09-007560号公报专利文献2 日本专利特开平11-144692号公报

发明内容
然而，在实际上，大多会产生壳体或封口板等构件的尺寸公差、定位偏差、装置的焊接位置移动偏差等。特别是在弯曲度较大的转角部，事实上是不可能使壳体与封口板之间的间隙(4角的间隙)为0的。此外，由于设计上的限制，壳体的板厚因位置而异，或对壳体进行保持的夹具与壳体的接触面积因位置而异。即，热容量因位置而异。此外，在焊接开始点附近会产生微小的裂纹。此外，在焊接时，成为引起短路的原因的金属粉(溅射物)从器件表面或内侧飞出，进入到器件中。根据以上内容，利用现有技术，对于应用于批量生产工序的情况，难以实现焊接质量的稳定化、高速化、低成本化。
因而，本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种为了制造大容量、高可靠性、低成本的能量器件(密闭型充电电池、双电层电容器等)而将壳体和封口板进行高质量且稳定的焊接的焊接方法及焊接装置。为了达成上述目的，在本发明所涉及的焊接方法中，包括如下所示的特征。(1)在本发明所涉及的焊接方法中，(a)该焊接方法利用激光束对第一构件与第二构件的焊接对象部分进行扫描，以进行焊接，(b)所述激光束是具有第一光束部分和第二光束部分的光束，(bl)所述第一光束部分是具有第一功率密度的部分，(b2)所述第二光束部分是存在于所述第一光束部分的内部、且具有比所述第一功率密度要高的第二功率密度的部分，(c)使所述第二光束部分的光点相对于所述焊接对象部分的扫描方向进行摆动。另外，本发明除作为焊接方法来实现以外，还可作为如下所示的焊接装置来实现。(2)在本发明所涉及的焊接装置中，(a)该焊接装置利用激光束对第一构件与第二构件的焊接对象部分进行扫描，以进行焊接，包括(b)进行振荡以产生激光的激光振荡器；(c)将所述激光转换成所述激光束的衍射光学元件；以及(d)对所述衍射光学元件的动作进行控制的控制部，(e)所述激光束是具有第一光束部分和第二光束部分的光束，(el) 所述第一光束部分是具有第一功率密度的部分，(e2)所述第二光束部分是存在于所述第一光束部分的内侧、且具有比所述第一功率密度要高的第二功率密度的部分，(f)所述控制部对所述衍射光学元件的动作进行控制，使得所述第二光束部分的光点相对于所述焊接对象部分的扫描方向进行摆动。根据本发明，即使存在构件的尺寸公差、构件的定位偏差、或装置的焊接位置的移动偏差等，也能将激光束的光点调整成最适合形成小孔的功率密度分布。因此，在焊接部分不易产生裂纹、气孔等，能实现高质量的焊接。此外，能实现熔融深度和熔融宽度稳定的焊接。此外，即使对于热容量发生变化的部分，也能根据热容量的变化来调整激光束的光点。因此，即使是热容量发生变化的部分，也能抑制在焊接部分产生裂纹、气孔等，能实现高质量的焊接。此外，能实现熔融深度和熔融宽度稳定的焊接。此外，在将壳体和封口板的整个周边进行焊接时，能对激光束的光点进行调整，使得在焊接开始点附近，焊接部分即使被再次加热也不至于熔融。因此，在焊接开始点附近， 也能抑制在焊接部分产生微小的裂纹，从而能实现无裂纹的焊接。根据以上内容，通过使用本发明，能制造大容量、高可靠性、低成本的能量器件 (密闭型充电电池、双电层电容器等)。


图1是表示实施方式1中的焊接方法的图。图2A是表示实施方式1中的激光束的功率密度分布的图。图2B是表示实施方式1中的激光束的功率密度分布的图。图3是表示实施方式1中的观测点的表面温度与光束强度的时间变化的图。图4是表示实施方式1中的比较例的观测点的表面温度与光束强度的时间变化的图。图5是表示实施方式2中的焊接方法的图。
图6A是表示实施方式2中的激光束的功率密度分布的图。图6B是表示实施方式2中的激光束的功率密度分布的图。图7是表示实施方式3中的焊接方法的图。图8A是表示实施方式3中的沿切断线A-A切断的地点的激光束与焊接部分的截面的图。图8B是表示实施方式3中的沿切断线B-B切断的地点的激光束与焊接部分的截面的图。图8C是表示实施方式3中的沿切断线C-C切断的地点的激光束与焊接部分的截面的图。图9是表示实施方式4中的焊接方法的图。图10是表示实施方式4的变形例中的焊接方法的图。图11是表示实施方式4的变形例中的焊接方法的图。图12是表示在实施方式4的焊接方法中成为焊接对象的矩形电池壳体的图。图13是表示实施方式5中的焊接方法的图。图14A是表示实施方式5中的对曲线部分进行扫描时的激光束的功率密度分布的图。图14B是表示实施方式5中的对曲线部分进行扫描时的激光束的功率密度分布的图。图15是表示实施方式5的变形例中的焊接方法的图。图16是表示实施方式6中的焊接方法的图。图17A是表示实施方式6中的在地点(a)的激光束与焊接部分的截面的图。图17B是表示实施方式6中的在地点(b)的激光束与焊接部分的截面的图。图17C是表示实施方式6中的在地点(c)的激光束与焊接部分的截面的图。图18是表示实施方式6的变形例中的焊接方法的图。图19是表示实施方式7中的焊接装置的结构的图。图20是表示实施方式8中的焊接装置的结构的图。图21是表示实施方式9中的焊接装置的结构的图。图22k是表示实施方式9中的衍射光学元件的图。图22B是表示实施方式9中的衍射光学元件的图。图23A是表示实施方式9中的衍射光学元件的变形例的图。图23B是表示实施方式9中的衍射光学元件的变形例的图。图24是表示现有的焊接方法的在焊接开始点的扫描状态的图。图25是表示现有的焊接方法的在转角部分的扫描状态的图。
具体实施例方式(实施方式1)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式1。图1是表示本实施方式中的焊接方法的图。如图1所示，在本实施方式的焊接方法中，构件102与构件103相重叠。将激光束101照射到构件102的表面上。利用激光束101沿箭头方向对构件102的表面进行扫描。 与此同时，在照射了激光束101的部分(以下称为照射点)的正下方的构件102、103中形成小孔105。在小孔105的周边，形成有构件102、103处于熔融状态的熔融部104。由此， 利用激光束101将构件102、103进行焊接。以下，所谓光点强度，是指在照射点的光束强度。所谓光点直径，是指在照射点的光束直径。所谓光点中心，是指在照射点的光束中心线的位置。所谓光点间隔，是指在照射点的光束中心线的间隔。所谓功率密度，是指在照射点的光束强度的密度，是与光点强度成正比、与光点面积(光点直径的平方)成反比的物理量。图2A、图2B是表示激光束101的功率密度分布的图。如图2A、图2B所示，激光束101是具有光束部分IOlaUOlb的光束。光束部分 IOlb是存在于光束部分IOla的内部、且功率密度比光束部分IOla要高的部分。光束部分 IOlb的光点中心从激光束101的光点中心偏移。此处，若着眼于规定的照射点(以下称为观测点)，则在观测点，光束部分101a、 IOlb在扫描方向上按照光束部分101a、光束部分101b、光束部分IOla的顺序通过。图3是表示观测点的表面温度与光束强度的时间变化的图。另外，在图3中，示出从激光束101靠近观测点到通过观测点为止的变化。横轴是经过时间t，纵轴是表面温度T 和光束强度P。如图3所示，在光束部分IOla即将到达观测点之前，观测点的温度开始上升。在 tl秒后，若光束部分IOla到达观测点，则观测点的温度急剧上升。在t2秒后，若光束部分 IOlb到达观测点，则观测点的温度在短时间内达到构件102的熔点Tm。观测点开始熔融， 观测点的温度缓缓上升。最终，在观测点的正下方的构件102、103的部分形成小孔105。此外，在t3秒后，若光束部分IOlb通过观测点，则观测点的温度缓缓下降。随着光束部分IOlb的移动，小孔105也移动。与此同时，观测点的小孔成为闭合状态。熔融部 104的温度下降至熔点Tm，观测点的构件102的表面凝固。在t4秒后，若光束部分IOla通过观测点，则通过自然冷却，使观测点缓缓冷却。S卩，在本实施方式中，在光束部分IOlb的前方部分到达观测点之前，利用光束部分IOla使观测点的温度上升到熔点Tm附近。由此，能在利用光束部分IOlb使观测点的温度上升到熔点Tm时，减小温度的上升幅度。与此同时，由于观测点的温度变化变小，因此， 能抑制熔融后的表面突然沸腾，从而能大幅减少溅射物的产生。此外，在本实施方式中，在光束部分IOlb的后方部分通过观测点之后，利用光束部分IOla使观测点的温度缓缓下降。由此，能减小下降时的温度变化。与此同时，在观测点不易产生裂纹、气孔等，能实现高质量的焊接。另外，在本实施方式中，在激光束101的后方部分配置有光束部分101b。因此，从光束部分IOla的前方部分到达观测点、到光束部分IOlb的前方部分到达观测点为止的时间(tl t2)变长。与此同时，能在光束部分IOlb的前方部分到达观测点之前，使观测点的温度上升到熔点Tm附近。<实施例1>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例1)。在本实施例中，构件102是由镍形成的板厚为0. 2mm的金属板。构件103是由铜形成的板厚为0. 5mm的金属板。光束部分IOla的光点直径为0. 4mm。光束部分IOlb的光点直径为0. 05mm。光束部分IOla的光点强度为300W。光束部分IOlb的光点强度为600W。 使光束部分IOlb的光点中心从激光束101的光点中心沿扫描方向朝后方偏移0. 05mm。将激光束101连续照射到构件102的表面上。利用激光束101以IOOmm/秒的扫描速度对构件102的表面进行扫描。在本实施例中，基于这些条件，利用激光束101将构件102、103进行了重叠焊接。在此情况下，对扫描中的构件102的表面进行了观察，其结果是，从构件102的表面几乎没有飞散溅射物。此外，对构件102、103的焊接部分(凝固后的熔融部104)进行了观察，其结果是，在焊接部分没有裂纹、气泡等，焊接部分的质量是高质量。此外，在300mm的长度内，将上述重叠焊接进行30次，其结果是，构件102、103的界面部分的焊接宽度全部都在0. 3 0. 35mm的范围内，焊接宽度稳定。即使观察构件103 的背面，也没发现贯通与熔融部104相对应的部分的迹象。<比较例1>接下来，说明实施例1的比较例(以下称为比较例1)。在本比较例中，激光束101仅由光束部分IOlb构成。光束部分IOlb的光点直径为0.05mm。光束部分IOlb的光点强度为600W。这些条件以外的条件都是与实施例1相同的条件。在此情况下，对扫描中的构件102的表面进行了观察，其结果是，与实施例1相比， 从构件102的表面飞散的溅射物很多。若在焊接之后，对构件102的表面进行观察，则在焊接部分的附近附着较多的由镍形成的金属粉。在焊接部分的数个部位，产生了较小的气孔。 在熔融部发现了较小的裂纹。此外，焊接部分的焊接宽度在0. 05 0. Imm的范围内，焊接宽度比实施例1要窄。 若用力拉伸构件102、103，则构件102、103的焊接脱落。<比较例2>接下来，说明实施例1的其他比较例(以下称为比较例2)。在本比较例中，光束部分IOlb的光点强度为800W。这些条件以外的条件都是与比较例1相同的条件。在此情况下，对扫描中的构件102的表面进行了观察，其结果是，与比较例1相比， 从构件102的表面飞散的溅射物很多且很大。若在焊接之后，对构件102的表面进行观察， 则在焊接部分的附近附着非常多的由镍形成的金属粉。在焊接部分的数十个部位，产生了气孔。在熔融部发现了裂纹。此外，焊接部分的焊接宽度在0. 3 0. 4mm的范围内，焊接宽度比比较例1要宽。 焊接强度也比比较例1要高。然而，若观察构件103的背面，则在几个部位露出熔融部。在露出的熔融部的周边附着有由铜形成的金属粉。此处，对于比较例1、2的观察结果，可考虑是因如下那样的原因而产生的。图4是表示比较例1、2的观测点的表面温度与光束强度的时间变化的图。另外， 在图4中，示出从激光束101靠近观测点到通过观测点为止的变化。横轴是经过时间t,纵轴是表面温度T和光束强度P。在比较例1、2中，与实施例1相比，激光束101的光点直径更小，激光束101的光点强度相同或更高。即，在比较例1、2中，与实施例1相比，激光束101的功率密度更高。因此，如图4所示，到t2秒为止，观测点的温度几乎没有上升。在t2秒后，激光束101到达观测点，观测点的温度急剧上升。观测点的温度上升到超过熔点的非常高的温度。与此同时， 在观测点产生突然沸腾，有较多的大溅射物飞散。在产生大溅射物的部位，残留有被称为坑的大孔。在t3秒后，激光束101通过观测点，观测点的温度急剧下降。在凝固时，与实施例 1相比，由于温度的下降幅度更大，因此，在观测点发生破裂。(实施方式2)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式2。另外，对于与实施方式1相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。图5是表示本实施方式中的焊接方法的图。如图5所示，在本实施方式的焊接方法中，构件102的端部与构件103的端部对接。对构件102、103的对接部分照射激光束201，使得光束部分201b、201c分别配置于构件 102,103而夹着对接面。利用激光束201沿箭头的方向对构件102、103的对接部分进行扫描，使得光束部分201b、201c不与对接面交叉。由此，利用激光束201将构件102、103进行焊接。图6A、图6B是表示激光束201的功率密度分布的图。如图6A、图6B所示，激光束201是具有光束部分201a、201b、201c的光束。光束部分201b、201c是存在于光束部分201a的内部、且功率密度比光束部分201a要高的部分。 光束部分20lb、20Ic的各中心从激光束201的光点中心偏移。由此，像在实施方式1中说明的那样，能避免在将构件102、103进行焊接时急剧加热、或急剧冷却的情况。因此，能实现溅射物、裂纹较少的高质量的焊接。此外，在激光束201的后方部分配置有光束部分201b、201c。由此，图3所示的图形的从tl秒到t2秒的时间变长。因此，能在利用光束部分201b、201c使观测点的温度上升到熔点Tm时，减小温度的上升幅度。与此同时，由于观测点的温度变化变小，因此，能抑制熔融后的表面突然沸腾，从而能大幅减少溅射物的产生。此外，由于光束部分201b、201c没有直接照射到对接面上，因此，不会在对接面上形成小孔。再有，在对接面附近产生的溅射物不会进入到构件102、103之间。<实施例2>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例2)。在本实施例中，构件102是由1050号高纯度铝形成的板厚为Imm的金属板。构件 103是由添加了 Mn的3003号铝形成的板厚为Imm的金属板。光束部分201a的光点直径为 0. 4mm。光束部分201b、201c的各光点直径为0. 05mm。光束部分201a的光点强度为300W。 光束部分201b、201c的各光点强度为300W。使光束部分201b、201c的各光点中心从激光束 201的光点中心沿扫描方向朝后方偏移0. 05mm。光束部分201b、201c的光点间隔为0. 2mm。 将激光束201连续照射到构件102、103的对接面上。利用激光束201以IOOmm/秒的扫描速度对构件102、103的对接面进行扫描。在本实施例中，基于这些条件，利用激光束201将构件102、103进行了对接焊接。 另外，光束部分201a、201b、201c的各光点强度相同。然而，光束部分201b、201c的各光点直径小于光束部分201a的光点直径。因此，光束部分201b、201c的各功率密度高于光束部分201a的功率密度。在此情况下，对扫描中的对接面附近的表面进行了观察，其结果是，从对接面附近的表面几乎没有飞散溅射物。此外，对构件102、103的焊接部分(凝固后的熔融部104)进行了观察，其结果是，在焊接部分没有裂纹、气泡等，焊接部分的质量是高质量。此外，在300mm的长度内，将上述对接焊接进行30次，其结果是，焊接部分的熔融深度全部都在0.5 0.6mm的范围内。焊接部分的熔融宽度在0. 8 0. 9mm的范围内。即使在对接面具有0. Imm以下的间隙，熔融深度和熔融宽度也是稳定的。此外，试验性地将照射位置偏移0 0. Imm来进行了焊接，其结果是，熔融深度稳定而没有大变化。此外，将对接面的间隙隔开至0 0. 2mm来进行了相同的焊接，其结果是， 熔融深度稳定而没有大变化。(实施方式3)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式3。另外，对于与实施方式2相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。图7是表示本实施方式中的焊接方法的图。如图7所示，在本实施方式的焊接方法中，一边使激光束201的方向发生变化，一边利用激光束201沿箭头方向对构件102、103的对接部分进行扫描。此时，使激光束201 的方向发生变化，而光束部分201b、201c不与对接面交叉。此处，所谓激光束201的方向，是指与光束部分201b、201c的排列方向正交的方向。通过使激光束201的方向发生变化，以激光束201的光点中心作为旋转中心，使激光束 201的光点发生变化。另外，在实施方式2中，在与构件102、103的对接面隔开一定距离而形成小孔的情况下，熔融深度稳定，接合强度高，质量最高。然而，实际上，较少将构件102、103的端部加工成完全的直线状。因此，在对接面有一部分或整个对接面产生间隙，或对接面本身的位置发生偏移。与此不同的是，在本实施方式中，一边使激光束201的方向发生变化，一边利用激光束201沿箭头方向对构件102、103的对接部分进行扫描。由此，最适合形成小孔105的部分与光束部分201b、201c多次交叉。与对最适合形成小孔105的部分进行了扫描时相同， 可得到稳定的熔深。图8A-图8C是表示各地点的激光束201和焊接部分的截面的图。如图8A-图8C所示，无论在构件102、103的对接部分有没有间隙，都在对接部分形成有小孔105b、105c和熔融部104。此时，最适合形成小孔105b、105c的部分与光束部分 201b,201c交叉。由此，能实现熔融宽度稳定的焊接，而不取决于间隙或构件102、103的位
置精度。此外，由于光束部分201b、201c没有直接照射到对接面上，因此，不会在对接面上形成小孔。此外，在对接面附近产生的溅射物不会进入到构件102、103之间。〈实施例3>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例3)。在本实施例中，将光束部分201b、201c的各光点中心配置在通过激光束201的光点中心的线上，并夹着激光束201的光点中心。在扫描中，激光束201的方向以士30度以下的偏转角、IOHz的频率周期性地变化。这些条件以外的条件都是与实施例2相同的条件。在此情况下，在300mm的长度内，将上述对接焊接进行30次，其结果是，焊接部分的熔融深度全部都在0. 5 0. 6mm的范围内。焊接部分的熔融宽度在0. 9 Imm的范围内。 即使在对接面具有0. 2mm以下的间隙，熔融深度和熔融宽度也是稳定的。此外，试验性地将照射位置偏移0 0. 15mm来进行了焊接，其结果是，熔融深度稳定而没有大变化。即使观察扫描中的构件102、103的背面，在构件102、103的背面也完全没有观察到溅射物。在本实施例中，与实施例2相比，对于构件间的间隙、激光束的照射位置偏移等的容许幅度更大。在焊接部分没有裂纹、气孔，熔融深度和焊接宽度稳定。能实现焊接部分的质量是高质量的、稳定的对接焊接。(实施方式4)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式4。另外，对于与实施方式2相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。图9是表示本实施方式中的焊接方法的图。如图9所示，构件102是宽度固定的金属板。构件103是由宽度较宽的部分103a 和宽度较窄的部分103b构成的金属板。在构件103的一个端部(对接面侧)，部分103a、 103b的各端部形成直线状。在构件103的另一个端部(对接面的相反侧)，部分103a、103b 的各端部形成凹凸状。将构件102、103进行对接，使得构件103的一个端部面向构件102 的端部。按照部分103a、部分103b的顺序对构件103进行扫描。此处，对于部分103b，由于其宽度比部分103a要窄，因此，其热容量比构件103a要小。因而，在对部分103b进行扫描时，构件103的热容量减少。与此同时，在部分103b变成急剧加热的状态，与对构件103a进行扫描时相比，溅射物的产生增加。此外，在部分103b 中，熔融宽度向构件103—侧扩展。根据情况，在部分103b中，构件103熔融至背面，形状和大小发生变化。在构件102、103的焊接物中产生不合格品。与此不同的是，在本实施方式的焊接方法中，在构件103的热容量减少的部分 103b，光束部分201c缓缓移动，以靠近对接面。由此，在部分103b，在构件102、103熔融接触之后，能增加向构件102 —侧的散热量。能抑制溅射物的产生和构件103的端面的熔融。另外，实际上，除宽度以外，还由于对构件102、103进行保持的夹具自身的热容量、或构件102、103与夹具的接触面积等，即使构件102、103用同一材质形成，但构件102、 103的热容量有时也会在中途发生变化。即使在此情况下，在本实施方式的焊接方法中，在构件103的热容量减少的部分103b，光束部分201c也缓缓移动，以靠近对接面。〈变形例〉图10、图11是表示本实施方式的变形例中的焊接方法的图。另外，如图10所示，在部分103b，也可以使整个激光束201向热容量大于构件103 的构件102—侧移动。或者，如图11所示，在部分103b，也可以使激光束201的方向发生变化，以使光束部分201c靠近对接面。由此，可得到与图9所示的焊接方法相同的效果。〈实施例4>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例4)。图12是表示在本实施方式的焊接方法中成为焊接对象的矩形电池壳体的图。
如图12所示，在本实施例中，封口板109是由1050号高纯度铝形成的板厚为Imm 的金属板。封口板109的尺寸为150X15mm。封口板109的转角部分形成半径为2mm的R 状。壳体110是由添加了 Mn的3003号铝形成的中空结构的金属体。壳体110的短边部分的板厚(dA)大于壳体110的长边部分的板厚(dB)。壳体110的短边部分的板厚(dA)为 0. 7mm。壳体110的长边部分的板厚(dA)为0. 5mm。此外，将封口板109嵌入到壳体110中，壳体110的长边部分的一边压入到保持夹具(未图示)中。保持夹具(未图示)与壳体110的长边部分的另一边相接触，面向封口板109，对壳体110施加负荷。对封口板109与壳体110同时进行定位和保持。光束部分201a的光点直径为0. 4mm。光束部分201a的光点强度为300W。光束部分201b、201c的各光点直径为0. 05mm。光束部分201b、201c的各光点强度为300W。将光束部分201b、201c的各光点中心配置在通过激光束201的光点中心的线上，并夹着激光束 201的光点中心。光束部分201b,201c的光点间隔为0. 2mm。将激光束201连续照射到封口板109与壳体110的对接面上。从对接面的短边部分开始扫描，利用激光束201以IOOmm/秒的扫描速度对封口板109与壳体110的对接面进行扫描。此时，将光束部分201a配置在封口板109与壳体110的对接面上。将光束部分 201b配置于内侧的封口板109。将光束部分201c配置于外侧的壳体110。在对接面的短边部分，将光束部分201b、201c都配置在离对接面0. Imm的距离。在对接面的长边部分，仅将光束部分201c配置在离对接面0. 04mm的距离。在对接面的转角部分，当扫描对象从短边部分转移至长边部分时，光束部分201c向内侧缓缓移动0. 06mm。或者，当扫描对象从长边部分转移至短边部分时，光束部分201c向外侧缓缓移动0. 06mm。在本实施例中，基于这些条件，利用激光束201将封口板109与壳体110的整个周边进行了对接焊接。另外，光束部分201a、201b、201c的各光点强度相同。然而，光束部分 201b,201c的各光点直径小于光束部分201a的光点直径。因此，光束部分201b、201c的各功率密度高于光束部分201a的功率密度。S卩，壳体110的短边部分相当于图9所示的部分103a。壳体110的长边部分相当于图9所示的部分103b。当扫描对象从短边部分转移至长边部分时，热容量减少。因此，在本实施例中，在对接面的转角部分，使光束部分201c缓缓移动。在此情况下，与在对接面的转角部分不使光束部分201c移动的情况相比，减少了溅射物的产生。另外，对于在对接面的转角部分不使光束部分201c移动的情况，壳体110 的长边部分的侧面产生熔融而膨胀。然而，在本实施例中，在壳体110的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。此外，在本实施例中，焊接部分的熔融深度在0. 5 0. 6mm的范围内。焊接部分的熔融宽度在0. 9 Imm的范围内。在焊接部分，熔融深度和焊接宽度是稳定的。〈实施例5>接下来，说明本实施方式中的其他实施例(以下称为实施例5)。在本实施例中，在对接面的转角部分，不像实施例4那样使光束部分201c缓缓移动。取而代之，在对接面的短边部分，将激光束201的光点中心配置在对接面上。在对接面的长边部分，将激光束201的光点中心配置在向封口板109 —侧离开对接面0. 05mm的位置。在对接面的转角部分，当扫描对象从短边部分转移至长边部分时，使激光束201的光点中心缓缓移动到向封口板109 —侧离开对接面0. 05mm的位置。此外，当扫描对象从长边部分转移至短边部分时，使激光束201的光点中心从向封口板109 —侧离开对接面0. 05mm的位置向对接面缓缓移动。这些条件以外的条件都是与实施例4相同的条件。在此情况下，与整个激光束201不移动的情况相比，减少了溅射物的产生。另外， 在整个激光束201不移动的情况下，壳体110的长边部分的侧面产生熔融而膨胀。然而，在本实施例中，在壳体110的外侧的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。〈实施例6>接下来，说明本实施方式中的其他实施例(以下称为实施例6)。在本实施例中，在对接面的转角部分，不像实施例4那样使光束部分201c缓缓移动。取而代之，在对接面的转角部分，将激光束201的方向朝封口板109 —侧倾斜20度。这些条件以外的条件都是与实施例4相同的条件。在此情况下，与激光束201的方向没有变化的情况相比，减少了溅射物的产生。另夕卜，在激光束201的方向没有变化的情况下，壳体110的长边部分的侧面产生熔融而膨胀。 然而，在本实施例中，在壳体110的外侧的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。另外，当扫描对接面的长边部分时，即使将激光束201的方向朝壳体110 —侧倾斜 20度，也可得到相同的结果。(实施方式5)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式5。另外，对于与实施方式4相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。在实施例4中，在封口板109与壳体110的对接面的曲线部分(转角部分)，内侧与外侧的热容量失去平衡。与此同时，在内侧和外侧中，热容量较小的一方变成急剧加热的状态，与扫描对接面的直线部分(短边部分、长边部分)时相比，溅射物的产生增加。此外， 在对接面的曲线部分中，熔融宽度向壳体110—侧扩展。根据情况，在对接面的曲线部分中，壳体Iio的外侧侧面产生熔融，形状和大小发生变化。在封口板109与壳体110的焊接物中产生不合格品。图13是表示本实施方式中的焊接方法的图。与此不同的是，在本实施方式的焊接方法中，利用激光束201对封口板109与壳体 110的曲线部分进行扫描，使得光束部分201b、201c不与对接面交叉。此时，如图13所示， 激光束201的方向缓缓发生变化，使得光束部分201b、201c的排列方向与曲线部分的切线方向正交。图14A、图14B是表示在扫描曲线部分时的激光束201的功率密度分布的图。如图14A、图14B所示，在曲线部分，光束部分201b的功率密度高于光束部分201a 的功率密度。光束部分201c的功率密度高于光束部分201b的功率密度。〈变形例〉图15是表示本实施方式的变形例中的焊接方法的图。另外，在曲线部分，也可以使整个激光束201向内侧和外侧中的热容量较大的一方移动。或者，如图15所示，在曲线部分，也可以使激光束201的方向发生变化，以从曲线部分的切线方向朝内侧倾斜。
由此，在曲线部分，光束部分201c位于光束部分201b的前方。因此，能将热容量大于壳体Iio的封口板109快速加热。在内侧和外侧，吸热和散热形成良好平衡。此外，在光束部分201a通过之后，热量还从由光束部分201c加热过的壳体110传导至封口板109 —侧。因此，改善了封口板109与壳体110之间的吸热的平衡。〈实施例7>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例7)。在本实施例中，在对接面的曲线部分，不像实施例4那样使光束部分201c缓缓移动。取而代之，在对接面的曲线部分，仅将光束部分201b的光点强度从300W降低至250W。 艮口，仅降低光束部分201b的功率密度。这些条件以外的条件都是与实施例4相同的条件。在此情况下，与没有降低光束部分201b的功率密度的情况相比，减少了溅射物的产生。另外，在没有降低光束部分201b的功率密度的情况下，壳体110的曲线部分的侧面产生熔融而膨胀。然而，在本实施例中，在壳体110的外侧的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。〈实施例8>接下来，说明本实施方式中的其他实施例(以下称为实施例8)。在本实施例中，没有降低光束部分201b的功率密度。取而代之，在对接面的曲线部分，使整个激光束201移动。在对接面的直线部分，激光束201的光点中心在对接面上。 在对接面的曲线部分，激光束201的光点中心处于对接面的外侧0. 05mm的位置。这些条件以外的条件都是与实施例7相同的条件。另外，即使在对接面的曲线部分，光束部分201b、 201c的各光点强度也相同。即，即使在对接面的曲线部分，光束部分201b、201c的各功率密度也相同。在此情况下，与整个激光束201不移动的情况相比，减少了溅射物的产生。此外， 与实施例7相比，减少了溅射物的产生。另外，在整个激光束201不移动的情况下，壳体110的曲线部分的侧面产生熔融而膨胀。然而，在本实施例中，在壳体110的外侧的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。〈实施例9>接下来，说明本实施方式中的其他实施例(以下称为实施例9)。在本实施例中，在对接面的曲线部分，不像实施例8那样使整个激光束201移动。取而代之，在对曲线部分进行扫描时，使激光束201的方向缓缓发生变化，而光束部分 201b、201c不与对接面交叉。此时，在直线部分，激光束201的方向是沿对接面的方向。在曲线部分，激光束201的方向是从对接面的切线方向朝封口板109 —侧偏移的方向。这些条件以外的条件都是与实施例8相同的条件。在此情况下，与激光束201的方向没有变化的情况相比，减少了溅射物的产生。溅射物的产生程度与实施例8相同。另外，在本实施例中，在壳体110的外侧的侧面没有熔融的迹象，当然，壳体尺寸没有变化。〈总结〉以上，在本实施方式中，使激光束201在对接面的曲线部分的动作为下述(1)_(3)的任一种情况。由此，能抑制溅射物的产生，并能抑制壳体110的外侧侧面的熔融。(1)降低光束部分201b的光点强度。(2)使激光束201的光点中心朝外侧偏移。(3)使激光束201的方向从曲线部分的切线方向朝内侧倾斜。另外，在本实施方式中，对上述(1)_(3)的任一种情况进行了说明。然而，即使将上述(1)_(3)进行组合，也可得到相同的效果。(实施方式6)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式6。另外，对于与实施方式4相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。在实施例4中，将封口板109和壳体110的对接面的整个周边进行焊接。此时，对接面的焊接开始点会被激光束201再次扫描。因此，存在在焊接开始点容易产生裂纹的问题。此外，在焊接开始点，由于将熔融过一次的部位再次熔融，因此，与仅熔融一次的其他部分相比，吸热量变多，熔融宽度和熔融深度变大。因而，对于焊接开始点，需要考虑贯通或对其他构件的损害的情况。特别是在将对接面的整个周边进行焊接的情况下，根据能否在焊接开始点附近进行高质量且稳定的焊接，这直接对焊接物的高成品率或低成本化产生影响。图16是表示本实施方式中的焊接方法的图。如图16所示，在激光束201返回至焊接开始点之前，在地点(a)、地点(b)、地点 (c)，光束部分201a、201b、201c的各功率密度固定而没有变化。若激光束201返回至焊接开始点，则光束部分201a的功率密度保持固定，光束部分201b、201c的各功率密度缓缓降低至光束部分201a的功率密度。若激光束201到达地点(c)，则光束部分201a的功率密度也降低，与光束部分201a的功率密度相对应，光束部分201b、201c的各功率密度也降低。此处，地点(a)、地点(b)、地点(C)是焊接开始点前后的地点。地点(a)是焊接开始点后方的地点，是激光束201仅照射一次的地点。地点(b)、地点(c)是焊接开始点前方的地点，是激光束201会再次照射的地点。在焊接刚开始之后，由于是刚加热之后，因此，从扫描开始点到地点(c)为止，熔融宽度和熔融深度不稳定。从地点(c)起，熔融宽度和熔融深度稳定。因此，对于在扫描开始点与地点(c)之间的地点(b)，与地点(c)相比，熔融宽度更窄，熔融深度更浅。图17A-图17C是表示各地点的激光束和焊接部分的截面的图。在地点(a)，如图17A所示，利用光束部分201b、201c，形成比在焊接刚开始之后的地点(b)的小孔要深的小孔105b、105c。利用光束部分201a，在小孔105b、105c的周边，形成比在焊接刚开始之后的地点(b)的熔融部要宽而大的熔融部104。由此，能实现高质量且稳定的焊接。在第一次照射时的地点(b)，光束部分201a、201b、201c的各功率密度与在地点 (a)的各功率密度相同。此时，在地点(b)的熔融部104处于比在地点(a)的熔融部104要小、并缓缓变大变深的中途阶段。在第二次照射时的地点(b)，光束部分201a的功率密度与在地点(a)的功率密度相同。光束部分201b、201c的各功率密度比在地点(a)的功率密度要低。此时，如图17B所示，在地点(b)的焊接部113被再次加热而熔融。与此同时，在地点(b)的焊接部113，与第一次照射时相比，熔融宽度和熔融深度增加。最终，在地点(b)的熔融宽度和熔融深度变得与在地点(a)的熔融宽度和熔融深度相同。S卩，在第二次照射时的地点(b)，光束部分201b、201c的各功率密度比在地点(a) 的功率密度要低。由此，能减小熔融后的金属到凝固为止的温度差，从而能实现没有凝固破裂的高质量的焊接。此外，由于整体的吸热量缓缓减少，因此，也能抑制溅射物的产生。在第一次照射时的地点(c)，光束部分201a、201b、201c的各功率密度与在地点 (a)的各功率密度相同。此时，在地点(c)的熔融宽度和熔融深度变得与在地点(a)的熔融宽度和熔融深度相同。在第一次照射时，可充分确保在地点(c)的熔融宽度和熔融深度。在第二次照射时的地点(c)，光束部分201b、201c的各功率密度降低到光束部分 201a的功率密度。激光束201处于与仅由光束部分201a形成的情况相同的状态。此时，如图17C所示，在地点(c)的焊接部113虽然被再次加热，但还不至于熔融。由此，不会产生凝固破裂，熔融宽度和熔融深度也固定而没有变化。通过经由这种激光束201的动作，能实现在焊接开始点没有裂纹和溅射物、且熔融宽度和熔融深度固定的焊接。从而能实现高质量且稳定的焊接。〈变形例〉图18是表示本实施方式的变形例中的焊接方法的图。另外，作为将每单位时间的功率密度缓缓降低的方法，例如，如图18所示，也可以增大光束部分201b、201c的光点直径。或者，也可以提高扫描速度。由此，根据与图16所示的焊接方法相同的原理，可得到相同的效果。< 实施例 10>接下来，说明本实施方式中的实施例(以下称为实施例10)。在本实施例中，若激光束201返回至焊接开始点，则光束部分201a的光点强度维持在300W，并使光束部分201b、201c的各光点强度从300W缓缓下降。即，维持光束部分 201a的功率密度，并使光束部分20lb、20Ic的各功率密度缓缓下降。若光束部分20lb、20Ic 的各功率密度达到光束部分201a的功率密度，则光束部分201a、201b、201c的各光点强度同时下降至0W。与此同时，光束部分201a、201b、201c的各功率密度同时下降。这些条件以外的条件都是与实施例4相同的条件。在此情况下，对焊接开始点附近进行了观察，其结果是，在焊接开始点附近没有发现裂纹、溅射物。此外，沿扫描方向对焊接开始点附近的熔融深度进行了测定，其结果是，焊接开始点附近的熔融深度在0. 5 0. 6mm的范围内。对焊接开始点附近的熔融宽度也同样进行了测定，其结果是，焊接开始点附近的熔融宽度在0. 8 0. 9mm的范围内。在焊接开始点附近，实现了高质量且稳定的焊接。〈实施例11>接下来，说明本实施方式中的其他实施例(以下称为实施例11)。在本实施例中，若激光束201返回至焊接开始点，则将光束部分201a的光点直径维持在0. 4mm，并使光束部分201b、201c的各光点直径从0. 05mm缓缓增大。即，维持光束部分201a的功率密度，并使光束部分201b、201c的各功率密度缓缓下降。若光束部分201b、 201c的各光点外周达到光束部分201a的光点外周，则使光束部分201a、201b、201c的各光点直径同时增大。此时，通过改变激光束201的焦点位置，使激光束201的光点直径增大， 从而光束部分201a、201b、201c的各光点直径同时增大。与此同时，光束部分201a、201b、 201c的各功率密度同时下降。这些条件以外的条件都是与实施例4相同的条件。在此情况下，对焊接开始点附近进行了观察，其结果是，在焊接开始点附近没有发现裂纹、溅射物。此外，沿扫描方向对焊接开始点附近的熔融深度进行了测定，其结果是，焊接开始点附近的熔融深度在0. 5 0. 6mm的范围内。对焊接开始点附近的熔融宽度也同样进行了测定，其结果是，焊接开始点附近的熔融宽度在0. 8 0. 9mm的范围内。在焊接开始点附近，实现了高质量且稳定的焊接。(实施方式7)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式7。另外，对于与实施方式1相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。〈概要〉图19是表示本实施方式中的焊接装置的结构的图。如图19所示，焊接装置100是利用激光束101对构件102、103的焊接对象部分进行扫描以将其焊接的装置。此处，激光束101的光点由衍射光学元件117附加特征。此外，激光束101的光点因衍射光学元件117的运动而发生变化。衍射光学元件117是形成有图案的光学元件。对衍射光学元件117进行配置，使得由准直透镜116变成平行光的激光束入射到图案上。控制部124对衍射光学元件117进行控制，使得衍射光学元件117的图案以衍射光学元件117的光轴作为中心进行移位。另外，图案设计成将由准直透镜116变成平行光的激光束转换成激光束101。具体而言，在衍射光学元件117的中央部分形成图案，该图案将由准直透镜116变成平行光的激光束的功率密度分布转换成实施例1所示的激光束101那样的功率密度分布。将衍射光学元件117配置成能使衍射光学元件117的中心绕转轴旋转的状态。在对焊接对象部分进行扫描时，由准直透镜116变成平行光的激光束入射到衍射光学元件117的中央部分。此时，若控制部124对衍射光学元件117进行控制，使得衍射光学元件117以衍射光学元件117的光轴作为中心进行移位，则激光束101的光点联动变化。 与此同时，如实施例1所示，光束部分IOlb的光点相对于焊接对象部分的扫描方向进行摆动。< 结构 >此处，作为一个示例，焊接装置100包括激光振荡器114、光纤115、准直透镜116、 衍射光学元件117、扫描单元118、及聚光透镜119。由激光振荡器114连续振荡出的激光束通过直径和NA(数值孔径)较小的光纤 115入射到准直透镜116。入射到准直透镜116的激光束变成平行光。由准直透镜116变成平行光的激光束入射到衍射光学元件117。入射到衍射光学元件117的激光束的功率密度分布转换成图2A、图2B所示的功率密度分布。由衍射光学元件117进行了转换的激光束入射到具有高精度且能快速驱动的多个电流计扫描器(galvanoscarmer)的扫描单元118。入射到扫描单元118的激光束向与扫描路径相对应的方向反射。
由扫描单元118进行了反射的激光束入射到作为远心f θ透镜的聚光透镜119。 入射到聚光透镜119的激光束作为激光束101照射到构件102、103的焊接对象部分。< 补充 >另外，光纤115的直径和NA(数值孔径)较小。由此，即使聚光透镜119的焦点距离大于准直透镜116的焦点距离，也能减小激光束101的光点直径。与此同时，能增加从聚光透镜119到构件102、103的距离(工作距离)。因此，即使在激光束101的光点附近有突起物120，突起物120也不会成为障碍而限制激光束101的照射范围。此外，在突起物120较小的情况、或没有突起物120的情况下，激光束101的照射范围几乎不被限制。因此，在这些情况下，能使用比远心f θ透镜要廉价的非远心f θ透镜作为聚光透镜119。另外，构件102、103在焊接期间由保持夹具121进行保持。将保持夹具121固定于能沿水平方向移动的底座单元122。将聚光透镜119固定于能沿垂直方向移动的升降单元 123。〈动作〉接下来，对焊接装置100的动作进行说明。焊接装置100包括控制部124。控制部124预先存储有与激光束101有关的信息 (例如光点直径、光点中心、光点强度等。)、与构件102、103有关的信息(例如材质、形状、 尺寸等。)、以及与扫描有关的信息(例如扫描路径、扫描速度等。)。基于这些信息，对激光振荡器114、衍射光学元件117、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制。例如，在使激光束101的光点强度发生变化的情况下，控制部124对激光振荡器 114的输出进行控制。在使激光束101的光点旋转的情况下，对衍射光学元件117的动作 (例如旋转、移动等。)进行控制。在使激光束101的光点进行一维或二维的移动的情况下， 对扫描单元118 (多个电流计扫描器)的驱动进行控制。在使构件102、103移动的情况下， 对底座单元122的驱动进行控制。在使激光束101的光点直径发生变化的情况下，对升降单元123的驱动进行控制。另外，激光束101的条件(例如光点直径、光点中心、光点强度等。)、扫描条件(例如扫描路径、扫描速度等。)取决于构件102、103的材料、表面状态、尺寸、包含保持夹具121 的总热容量。<动作例>此处，作为一个示例，构件102、103是沿水平方向延伸的金属板。构件102与构件 103相重叠。焊接对象部分是构件102、103进行重叠的部分。扫描路径是通过构件102、103 的焊接对象部分的直线路径。在初始状态，控制部124对激光振荡器114、衍射光学元件117、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束101的光点满足下述条件(状态Al)。(状态Al)在激光束101的光点后方部分配置光束部分IOlb光点。沿扫描方向配置光束部分IOlaUOlb的各光点中心。当利用激光束101对构件102、103的焊接对象部分进行扫描时，控制部124对激光振荡器114、衍射光学元件117、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束101的光点满足下述条件(状态Α2)。
(状态A2)光束部分IOlaUOlb的各光点中心的排列方向与扫描方向相一致。另外，实际上，有时会想在稍微偏移扫描路径的位置形成小孔105。因而，在对构件 102,103的焊接对象部分进行扫描时，控制部124也可以对激光振荡器114、衍射光学元件 117、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束101的光点也满足下述条件(状态A3)。(状态A3)在激光束101的光点的后方部分的范围内，光束部分IOlb的光点以激光束101的光点中心作为旋转中心而进行移位。或者，整个激光束101沿与扫描方向正交的方向进行移位。〈总结〉以上，在本实施方式中，通过使衍射光学元件117旋转，能使光束部分IOlb的光点进行摆动。由此，在对焊接对象部分的扫描路径进行微调整时，与驱动底座单元122的情况相比，能以高精度进行微调整。<变形例>另外，在光束部分IOla的内部也可以存在多个比光束部分IOla的功率密度要高的光束部分。此外，在光束部分IOla的内部也可以存在多个比光束部分IOla的功率密度要高、且比光束部分IOlb的功率密度要低的光束部分，以从光束部分IOla的功率密度阶段性地变化到光束部分IOlb的功率密度。(实施方式8)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式8。另外，对于与实施方式7相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。< 概要 >图20是表示本实施方式中的焊接装置的结构的图。如图20所示，与实施方式7中的焊接装置100相比，焊接装置200包括衍射光学元件217、控制部224以取代衍射光学元件117、控制部124，这一点有所不同。衍射光学元件217是形成有图案的光学元件。对衍射光学元件217进行配置，使得由准直透镜116变成平行光的激光束入射到图案。控制部224对衍射光学元件217进行控制，使得衍射光学元件217的图案以衍射光学元件217的光轴作为中心进行移位。另外，图案设计成将由准直透镜116变成平行光的激光束转换成激光束201。具体而言，在衍射光学元件217的中央部分形成图案，该图案将由准直透镜116变成平行光的激光束的功率密度分布转换成实施例2、3、5、6等所示的激光束201那样的功率密度分布。将衍射光学元件217配置成能使衍射光学元件217的中心绕转轴旋转的状态。在对焊接对象部分进行扫描时，由准直透镜116变成平行光的激光束入射到衍射光学元件217的中央部分。此时，若控制部224对衍射光学元件217进行控制，使得衍射光学元件217以衍射光学元件217的光轴作为中心进行移位，则激光束201的光点联动变化。 与此同时，如实施例2、3、5、6等所示，光束部分201b、201c的各光点相对于焊接对象部分的扫描方向一起进行摆动。〈动作〉接下来，对本实施方式中的焊接装置的动作进行说明。此处，作为一个示例，构件102、103是沿水平方向延伸的金属板。对构件102、103进行配置，使得在水平方向上将金属板的端部对接。构件102、103的焊接对象部分是对接的金属板的端部。焊接对象部分的扫描路径是沿着构件102、103的对接面的路径。在初始状态，控制部224对激光振荡器114、衍射光学元件217、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束201的光点满足下述条件(状态Bi)。(状态Bi)在激光束201的后方部分分别配置光束部分201b、201c。沿与焊接对象部分的扫描方向正交的方向，配置光束部分201b、201c的各光点中心。光束部分201b、 201c之间的距离为构件102、103之间的间隙的最大宽度以上。当利用激光束201对构件102、103的焊接对象部分进行扫描时，控制部224对激光振荡器114、衍射光学元件217、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束201的光点满足下述条件(状态B2)。(状态B2)光束部分201b的光点配置于构件102。光束部分201c的光点配置于构件103。光束部分201b、201c的各光点中心的排列方向和与扫描方向正交的方向相一致。另外，实际上，在构件102的端部与构件103的端部之间存在间隙。该间隙因位置而或宽或窄，并不是一定的。因而，控制部224也可以对激光振荡器114、衍射光学元件217、扫描单元118、底座单元122、升降单元123进行控制，使得激光束201的光点也满足下述条件(状态B3)。(状态B3)光束部分201b的光点不超出构件102。光束部分201c的光点不超出构件103。此时，维持光束部分201b、201c的间隔，并使光束部分201b、201c的各光点以激光束201的光点中心作为旋转中心而进行移位。或者，使激光束201的光点沿与焊接对象部分的扫描方向正交的方向进行移位。〈总结〉以上，在本实施方式中，夹着构件102、103的对接面，将光束部分201b、201c的各光点分别配置于构件102、103。光束部分201b、201c的各光点进行移位，使得光束部分201b 的光点不超出构件102，光束部分201c的光点不超出构件103。由此，能抑制从构件102的端面到小孔105b的距离的偏差。同样地，能抑制从构件103的端面到小孔105c的距离的偏差。与此同时，能使光束部分201b、201c追寻最适合形成小孔105b、105c的路径。此外，光束部分201b、201c没有配置在构件102、103之间的间隙内。因此，光束部分201b、201c不会进入到构件102、103之间的间隙内。此外，能根据构件102、103之间的间隙的宽度，使光束部分20 Ib、201 c离开对接面或靠近对接面。由此，能使溅射物不易从构件102、103之间的间隙进入。根据以上内容，焊接装置200适用于密闭型充电电池、双电层电容器等的器件的焊接。<变形例>另外，也可以在光束部分201a的内部存在多个光束部分201b，使得多个光束部分 201b的各光点配置于构件102。此外，也可以在光束部分201a的内部存在多个光束部分 201c，使得多个光束部分201c的各光点配置于构件103。(实施方式9)下面，参照附图，说明本发明所涉及的实施方式9。另外，对于与实施方式8相同的结构要素，标注相同的参照标号，并省略说明。< 概要 >图21是表示本实施方式中的焊接装置的结构的图。如图21所示，与实施方式8中的焊接装置200相比，焊接装置300包括衍射光学元件317、控制部324以取代衍射光学元件217、控制部224，这一点有所不同。衍射光学元件317是形成有图案群的光学元件。对衍射光学元件317进行配置，使得由准直透镜116变成平行光的激光束入射到多个图案群中的任一个图案群。控制部324 对衍射光学元件317进行控制，以在衍射光学元件317的图案群中，切换激光束所入射的图案。图22A、图22B是表示衍射光学元件317的图。另外，如图22A、图22B所示，图案群(图案部分317a、317b.......)设计成使激
光束210阶段性地变化。各图案部分设计成将由准直透镜116变成平行光的激光束转换成各阶段的激光束201。此处，在图22B中，示出衍射光学元件317的各图案部分与各阶段的激光束201的功率密度分布的对应关系。具体而言，在衍射光学元件317的外周部分形成图案群，该图案群将由准直透镜 116变成平行光的激光束的功率密度分布阶段性地转换成实施例4、7、8、9、10、11等所示的激光束201那样的功率密度分布特性。将衍射光学元件317配置成能使衍射光学元件317 的中心绕转轴旋转的状态。在对焊接对象部分进行扫描时，由准直透镜116变成平行光的激光束入射到衍射光学元件317的外周部分。此时，若控制部324对衍射光学元件317进行控制，以使其旋转， 则激光束201的光点阶段性地产生变化。与此同时，如实施例4、7、8、9、10、11等所示，光束部分201b、201c的至少一个光束部分的光点中心、光点强度、光点直径等发生变化。图23A、图23B是表示衍射光学元件的变形例的图。另外，如图23A、图23B所示，图案群也可以在衍射光学元件317形成为一列或两列，以取代形成于衍射光学元件317的外周部分。在此情况下，控制部324使衍射光学元件 317进行一维或二维的移动，以取代使衍射光学元件317旋转。此处，在图23B中，示出衍射光学元件317的各图案部分与各阶段的激光束201的功率密度分布的对应关系。(其它)另外，构件102、103只要是能焊接的组合，就没有特别限制。构件102、103可以是同一种类，也可以是不同种类。构件102、103的尺寸可以相同，也可以不同。另外，本发明并不限定于实施方式1-9，还包含将这些实施方式组合后的方式。此夕卜，若是在不脱离本发明的要点的范围内，则也包含将这些实施方式变形后的方式。工业上的实用性本发明能用作为利用激光束将两个构件进行焊接的焊接方法及焊接装置，特别能用作为即使在两个构件的焊接对象部分的扫描路径上存在间隙、曲线部分、双重扫描部分等，也能进行低成本、高质量、且稳定的焊接的焊接方法及焊接装置，适用于密闭型充电电池、双电层电容器等器件的焊接。
标号说明51 壳体51a转角部51b直线部52 封口板53对接部100焊接装置101激光束101a、IOlb 光束部分102、103 构件104熔融部105 小孔105b、105c 小孔109 封口板110 壳体113焊接部114激光振荡器115 光纤116准直透镜117衍射光学元件118扫描单元119聚光透镜120突起物121保持夹具122底座单元123升降单元124控制部201激光束201a、201b、201c 光束部分217衍射光学元件224控制部317衍射光学元件317a,317b 图案部分324控制部
权利要求
1.一种焊接方法，该焊接方法利用激光束对第一构件与第二构件的焊接对象部分进行扫描，以进行焊接，其特征在于，所述激光束是具有第一光束部分和第二光束部分的光束， 所述第一光束部分是具有第一功率密度的部分，所述第二光束部分是存在于所述第一光束部分的内部、且具有比所述第一功率密度要高的第二功率密度的部分，使所述第二光束部分的光点相对于所述焊接对象部分的扫描方向进行摆动。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述激光束是除所述第一光束部分和所述第二光束部分以外、还具有第三光束部分的光束，所述第三光束部分是存在于所述第一光束部分的内部、且具有比所述第一功率密度要高的第三功率密度的部分，使所述第二光束部分和所述第三光束部分的各光点相对于所述焊接对象部分的扫描方向一起进行摆动。
3.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分是将所述第一构件和所述第二构件对接的部分， 将所述激光束照射到所述焊接对象部分上，使得所述第二光束部分的光点配置于所述第一构件，所述第三光束部分的光点配置于所述第二构件，利用所述激光束沿所述第一构件与所述第二构件的对接面对所述焊接对象部分进行扫描，使得所述第二光束部分不超出所述第一构件，所述第三光束部分不超出所述第二构件。
4.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分的扫描方向是与所述第二光束部分和所述第三光束部分的排列方向正交的方向，根据所述第一构件和所述第二构件的各热容量的变化，使得所述第二光束部分和所述第三光束部分的至少一个光点沿所述排列方向进行移位。
5.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分的扫描方向是与所述第二光束部分和所述第三光束部分的排列方向正交的方向，所述焊接对象部分的扫描路径是具有曲线部分的路径，当利用所述激光束对所述曲线部分进行扫描时，使所述焊接对象部分的扫描方向与所述曲线部分的切线方向一致，并使所述第二光束部分和所述第三光束部分中位于所述曲线部分内侧的一方的功率密度比位于所述曲线部分外侧的一方的功率密度要低。
6.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分的扫描方向是与所述第二光束部分和所述第三光束部分的排列方向正交的方向，所述焊接对象部分的扫描路径是具有曲线部分的路径，当利用所述激光束对所述曲线部分进行扫描时，使所述焊接对象部分的扫描方向从所述曲线部分的切线方向朝所述曲线部分的内侧偏移。
7.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分的扫描路径是返回至扫描开始点的闭合路径， 若所述激光束返回至扫描开始点，则维持所述第一光束部分的光点强度，并使所述第二光束部分和所述第三光束部分的各光点强度缓缓下降，若所述第二光束部分和所述第三光束部分的各功率密度下降至所述第一功率密度，则使所述第一光束部分、所述第二光束部分、及所述第三光束部分的各光点强度同时下降。
8.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接对象部分的扫描路径是返回至扫描开始点的闭合路径， 若所述激光束返回至扫描开始点，则维持所述第一光束部分的光点直径，并使所述第二光束部分和所述第三光束部分的各光点直径缓缓增大，若所述第二光束部分和所述第三光束部分的各光点外周达到所述第一光束部分的光点外周，则使所述第一光束部分、所述第二光束部分、及所述第三光束部分的各光点直径同时增大。
9.一种焊接装置，该焊接装置利用激光束对第一构件与第二构件的焊接对象部分进行扫描，以进行焊接，其特征在于，包括进行振荡以产生激光的激光振荡器； 将所述激光转换成所述激光束的衍射光学元件；以及对所述衍射光学元件的动作进行控制的控制部， 所述激光束是具有第一光束部分和第二光束部分的光束， 所述第一光束部分是具有第一功率密度的部分，所述第二光束部分是存在于所述第一光束部分的内侧、且具有比所述第一功率密度要高的第二功率密度的部分，所述控制部对所述衍射光学元件的动作进行控制，使得所述第二光束部分的光点相对于所述焊接对象部分的扫描方向进行摆动。
10.如权利要求9所述的焊接装置，其特征在于，在所述衍射光学元件中形成将所述激光转换成所述激光束的图案， 对所述衍射光学元件进行配置，使得所述激光入射到所述图案上， 所述控制部对所述衍射光学元件进行控制，使得所述图案以所述衍射光学元件的光轴作为中心进行移位。
11.如权利要求9所述的焊接装置，其特征在于，在所述衍射光学元件中形成将所述激光阶段性地转换成所述激光束的特性的图案群， 对所述衍射光学元件进行配置，使得所述激光入射到所述图案群的任一个图案上， 所述控制部对所述衍射光学元件的动作进行控制，使得在所述图案群中，切换所述激光所入射的图案。
全文摘要
本发明提供一种为了制造大容量、高可靠性、低成本的能量器件(密闭型充电电池、双电层电容器等)而将壳体和封口板进行高质量且稳定的焊接的焊接方法及焊接装置。利用激光束(101)对构件(102、103)的焊接对象部分进行扫描以将其焊接的焊接装置，使光束部分(101b)的光点相对于焊接对象部分的扫描方向进行摆动。此处，激光束(101)是具有光束部分(101a、101b)的光束。光束部分(101a)是具有第一功率密度的部分。光束部分(101b)是存在于光束部分(101a)的内部、且具有比第一功率密度要高的第二功率密度的部分。
文档编号B23K26/08GK102476242SQ20111024513
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年11月22日
发明者中井出, 宇津吕英俊, 熊泽诚二, 田代功 申请人:松下电器产业株式会社