JP2014004619A - Laser joining method and joining component - Google Patents
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Abstract
【課題】熱影響を最小限にしながら十分な強度を有するレーザ接合方法を提供すること。
【解決手段】レーザ照射部102から発射されるレーザ光103 の光軸が、2枚の接合素材となる照射側の接合素材V1と熱影響を避けたい接合素材V2の重ね合せ部上を移動するように照射し、連続ではなく途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)10Aを形成する。接合素材V2の照射面反対側の温度が所定になった所で、レーザ光103の照射を止めれば、蓄積した熱は放散されて温度は低下する。一定時間(距離)を空けて、再び照射を始めて接合素材V2の照射面反対側の温度が所定になった所で止めることを繰り返すと、間欠溶接ビード10B、10Cが形成される。このようにして外周形状の溶接ビードを形成した後、内周の間欠溶接ビード20A、20B、20Cを形成していくのであるが、この時の外周と内周との間の距離Pが、この動作を繰り返すたびに短く構成される。
【選択図】図1To provide a laser bonding method having sufficient strength while minimizing thermal influence.
An optical axis of a laser beam emitted from a laser irradiation unit moves on an overlapping portion of an irradiation-side bonding material V1 serving as two bonding materials and a bonding material V2 to avoid thermal influence. In this way, a continuous joint (intermittent weld bead) 10A is formed instead of continuous. If the irradiation of the laser beam 103 is stopped when the temperature on the opposite side of the irradiation surface of the bonding material V2 is predetermined, the accumulated heat is dissipated and the temperature is lowered. When a certain time (distance) is left and irradiation is started again and repeated at a point where the temperature on the opposite side of the irradiation surface of the bonding material V2 becomes predetermined, intermittent weld beads 10B and 10C are formed. After forming the outer peripheral shape weld bead in this way, the inner peripheral intermittent weld beads 20A, 20B, and 20C are formed. The distance P between the outer periphery and the inner periphery at this time is Each time the operation is repeated, the length is shortened.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、2つの素材をレーザ光により強固に接合するレーザ接合方法および接合部品に関し、特に、例えば蓄電池のような接合の結果物にて、接合時の熱影響を抑える必要のある製品に用いる接合技術に関するものである。 The present invention relates to a laser joining method and a joining component in which two materials are firmly joined with a laser beam, and in particular, to a product obtained by joining, such as a storage battery, which needs to suppress the thermal influence during joining. It relates to joining technology.
従来の熱影響を抑えた接合方法としては、接合素材のそれぞれの厚みや材料を調整しながら接合素材を貫通しないようにレーザ光の出力を調整するのであるが、その一例として、接合素材の融点の違いを利用してレーザ接合しているものがあった(例えば、特許文献1参照)。図8〜9は、上述の特許文献1に記載された従来の接合方法を示すものである。 As a conventional joining method that suppresses the influence of heat, the laser beam output is adjusted so as not to penetrate the joining material while adjusting the thickness and material of the joining material. As an example, the melting point of the joining material There is a laser bonding using the difference (for example, see Patent Document 1). 8 to 9 show a conventional joining method described in Patent Document 1 described above.
図8〜9を参照しながら、従来の接合方法を説明する。 A conventional joining method will be described with reference to FIGS.
まず、融点の異なる2 種類の材質からなる接合素材に対してレーザ光の光軸を融点の高い素材側に照射してこの素材の溶融物が持つ熱により融点の低い側の素材を溶かして両接合素材を溶融接合することで、異材の接合が実施される。 First, the optical axis of the laser beam is irradiated to the high melting point material side of the bonding material composed of two kinds of materials having different melting points, and the low melting point material is melted by the heat of the melt of this material. The different materials are joined by melting and joining the joining materials.
図8において、溶接ヘッド101は多関節ロボット(図示なし)のアーム先端部又は直交移動する三次元直交移動体(図示なし)の先端に取り付けられている。そして、溶接ヘッド101は、先端のレーザ照射部102から発射されるレーザ光103の光軸が、2枚の接合素材となる融点の高い接合素材W1と融点の低い接合素材W2の重ね合せ部(W1が上側)の溶接線105に沿って移動するように照射され、接合部(溶接ビード)104が形成される。
In FIG. 8, a
そして、レーザ光103の光軸は、図8を背面側から見た図9のように、融点の高い接合素材W1の端部位置Oから中央側へ適宜離れた接合位置O1に照射される。その結果、接合部104Aの接合形状が得られる。
Then, the optical axis of the
上記レーザ光の出力値は、融点の高い素材側の溶融液が金属間化合物や酸化膜を破って、融点の低い側の素材内部まで適宜深さの楔状に溶け込んで両金属の原子が融合して混ざり合う半練状態になるとされている。また、接合部に力が掛かった場合に溶接ビードに応力集中してしまうため、接合物の信頼性は下がってしまうが、接合素材間に一定のすき間を設けて溶接ビードの深さを調節する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。図7は、前記特許文献2に記載された従来の接合方法を示すものである。 The laser beam output value is such that the melt on the material side with a high melting point breaks the intermetallic compound and oxide film and melts into the wedge material with an appropriate depth to the inside of the material with the low melting point, so that the atoms of both metals are fused. It is said that it will be in a semi-kneaded state that mixes together. In addition, since stress is concentrated on the weld bead when a force is applied to the joint, the reliability of the joint decreases, but a certain gap is provided between the joint materials to adjust the depth of the weld bead. A method has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). FIG. 7 shows a conventional joining method described in Patent Document 2.
図7において、溶接ヘッド101から発射されるレーザ光103の光軸が接合素材W1上に照射され、特許文献1と同様に溶接ビード(図示なし)が形成されるのであるが、上側の接合素材W1と下側の接合素材W2の間にすき間106を設けて、そのすき間にも溶接ビードを発生させて、下側の接合素材W2の溶接ビードの深さを調節することを狙っていた。
In FIG. 7, the optical axis of the
このように、異種金属材料間の接合にレーザ光を使用した結果、熱が局所的に存在し必要な部分以外に熱影響を与えにくい薄板の接合が効率的に行われていた。 As described above, as a result of using laser light for bonding between different kinds of metal materials, thin plates are efficiently bonded to each other, where heat exists locally and hardly affects the heat other than necessary portions.
しかしながら、上述の従来の構成では、特に蓄電池などの電極における接合では電気抵抗が小さいものの、熱伝導率が高い銅やアルミニウムなどが使用されることが多いことから、以下のような課題を有していた。 However, the above-described conventional configuration has the following problems because copper, aluminum, and the like having high thermal conductivity are often used, although electrical resistance is low particularly in joining at electrodes such as storage batteries. It was.
(1)熱伝導率の高い材料の使用により、接合時に熱影響を与えたくない場所に熱が伝わってしまうこと。 (1) By using a material having high thermal conductivity, heat is transferred to a place where thermal influence is not desired at the time of joining.
(2)照射側の板が厚く熱容量が大きくなるような接合では、熱影響を局所的に留めること。 (2) In the case where the irradiation side plate is thick and the heat capacity is increased, the thermal effect should be kept locally.
ここで熱影響とは、例えば電池の場合であれば、絶縁用の樹脂部品が接合時の熱によって劣化してしまったり最悪の場合熔解してしまう、或いは、電解液が接合時の熱によって化学変化が起こって劣化してしまったり最悪の場合気化してしまったりすることである。更に、近年の電気自動車やハイブリッド乗用車の登場で、大容量の蓄電池に大きな耐荷重が求められるようになってきているが、電極周りの材料は、電気的特性から銅やアルミニウムなどが使用されることが多く、接合面積当たりの強度を向上させることは難しく、電池上の狭い電極上に大きな接合面積を持つことで、接合強度を向上させているため、接合時の熱条件はより厳しくなってきている。 In this case, for example, in the case of a battery, the heat effect is that the insulating resin component deteriorates due to heat at the time of bonding or melts in the worst case, or the electrolytic solution is chemically decomposed by the heat at the time of bonding. It can change and deteriorate, or it can vaporize in the worst case. Furthermore, with the advent of electric cars and hybrid passenger cars in recent years, a large load capacity is required for large-capacity storage batteries, but copper and aluminum are used as the material around the electrodes because of their electrical characteristics. In many cases, it is difficult to improve the strength per bonding area, and because the bonding strength is improved by having a large bonding area on a narrow electrode on the battery, the thermal conditions during bonding become more severe. ing.
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、熱伝導率の高い材料や照射側の板が厚く熱容量が大きくなったりするような接合でも、熱影響を抑えたレーザ接合方法および接合部品を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and a laser joining method and a joining component that suppresses the thermal effect even in joining in which a material having high thermal conductivity or a plate on the irradiation side is thick and the heat capacity is increased. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明のレーザ接合は、溶接ビードが間欠かつ複数の周回形状で形成されている、具体的には溶接ビードは、間欠ビード長の長さは一定でも良いが、限定された面積の中で溶接ビード長を長く取る為に3周以上の周回形状を取りながら、その隣り合う溶接ビード間のピッチが一部同じでも良いが、全体として段々広くしていくことで熱影響を抑える形状となっている。 In order to achieve the above object, in the laser joining of the present invention, the weld bead is intermittently formed in a plurality of circular shapes, specifically, the weld bead may have a constant intermittent bead length, In order to make the weld bead length longer in a limited area, the pitch between the adjacent weld beads may be the same while taking a circular shape of three or more turns, but as a whole it becomes wider gradually. It has a shape that suppresses thermal effects.
本構成によって、局所的に熱せられることとなる溶接ビードが、時間的空間的に徐々に距離を取ることになり、被接合物の温度上昇の調整を、レーザ光の出力調整によってではなく、形状によって制御することが可能となり、重ね合わせた薄板の照射面反対側への熱影響を抑えた接合を行うことができる。 With this configuration, the weld bead that is to be locally heated gradually takes a distance in time and space, and the temperature rise of the object to be joined is not adjusted by the output adjustment of the laser beam. Therefore, it is possible to perform bonding while suppressing the thermal influence on the opposite side of the irradiated surface of the stacked thin plates.
以上のように、本発明のレーザ接合方法および接合部品によれば、従来は難しかった電気抵抗は小さいが熱伝導率が高い銅やアルミニウムなどを使用した接合において、重ね合わせた薄板の照射面反対側への熱影響を抑えながら、十分な接合強度を持った接合を得ることができる。 As described above, according to the laser joining method and the joining parts of the present invention, in the joining using copper, aluminum, or the like, which has been difficult in the past but has a low electrical resistance, it is opposite to the irradiation surface of the stacked thin plates. Bonding with sufficient bonding strength can be obtained while suppressing the thermal influence on the side.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る、丸型リチウムイオン蓄電池の電極に金属板を接合する場合のレーザ接合方法の様子を示す模式斜視図である。また、図4は、丸型リチウムイオン蓄電池の正極端子に極板を接合するときの簡易断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a state of a laser joining method in the case of joining a metal plate to an electrode of a round lithium ion storage battery according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a simplified cross-sectional view when the electrode plate is joined to the positive electrode terminal of the round lithium ion storage battery.
更に、本実施の形態で挙げる蓄電池は、電解液に浸った蓄電部が金属製の容器に入った缶状の電池である。図1及び図6において、図8〜9と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。 Furthermore, the storage battery described in this embodiment is a can-shaped battery in which a power storage unit immersed in an electrolytic solution is contained in a metal container. 1 and 6, the same components as those in FIGS. 8 to 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
近年、充電容量の大きさと充放電繰返し回数の多さから着実に生産量が増加している丸型リチウムイオン蓄電池であるが、より大容量、大電圧が必要な分野では、この丸型リチウムイオン蓄電池を複数個まとめて電池パックとして利用することが多い。このとき、丸型リチウムイオン蓄電池の正負の各電極に極板を接合して電気的に一体化させるのであるが、リチウムイオン蓄電池の内容液は熱影響を非常に嫌うため、接合時にも缶内の温度上昇を最小限に抑える必要があり、本発明のレーザ接合方法が効果的である。 In recent years, round lithium ion storage batteries have been steadily increasing in production capacity due to their large charge capacity and frequent charge / discharge cycles. In many cases, a plurality of storage batteries are used together as a battery pack. At this time, the electrode plates are joined to the positive and negative electrodes of the round lithium ion storage battery to be electrically integrated. Therefore, the laser bonding method of the present invention is effective.
図4において、リチウムイオン蓄電池における蓄電部200は、正負極板とセパレータが巻き取ってある構造で電解液202に浸っており、充電されるとリチウムイオン蓄電池における蓄電部200にリチウムイオンが蓄えられ、放電時にはこの蓄えられたリチウムイオンを用いて発電して電気が流れることになる。充放電時の電気は正極リード201を通って接合素材(正極側端子)U2に電気接点203を介して流れていく。本発明の実施の形態1では、板状の照射側の接合素材U1をこの接合素材(正極側端子)U2に接合する場合について、図1を用いて説明する。
In FIG. 4, a
図1において、レーザ照射部102から発射されるレーザ光103は、ガルバノミラー40で反射して、対物レンズ41で焦点を絞られて、板状の照射側の接合素材U1と裏側に熱影響を避けたい接合素材U2の重ね合せ部(U1が上側)上を移動するように照射され、連続ではなく途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)10A,10B,10C,20A,20B,20Cが形成される。
In FIG. 1, the
時系列的には溶接ビードは10A,10B,10C,20A,20B,20Cの順に形成されるが、配置は時系列の順序と同じでなくても良い。また、間欠溶接ビード10A〜10C,間欠溶接ビード20A〜20Cは、熱影響を避けたい部分(本実施の形態の場合には、接合素材U2の裏面)の温度を所定以下に保つ目的により、連続ではなく途切れ途切れの溶接ビードを形成しており、それぞれの溶接ビードの長さは、一定でなくても良い。
The weld beads are formed in the order of 10A, 10B, 10C, 20A, 20B, and 20C in time series, but the arrangement may not be the same as the order of time series. Further, the
なお、循環する形状として、円周上に構成された場合を例として挙げているが、これは多角形であっても構わない。また、丸型蓄電池の場合には、接合素材U2側は丸い形状であることが多いため、外形は円周形状にすることが合理的であるが、その他の制約条件により電極の形状は一定の形にはならない。そのため、板状の照射側の接合素材U1と接合素材U2の接する領域の縦横比が1:1で無い場合には、溶接ビードの最外周の形状は楕円となる。 In addition, although the case where it comprised on the circumference is mentioned as an example as a shape to circulate, this may be a polygon. In the case of a round battery, the joining material U2 side often has a round shape, so it is reasonable to make the outer shape a circumferential shape. However, the electrode shape is constant due to other constraints. It does not take shape. Therefore, when the aspect ratio of the area where the joining material U1 and the joining material U2 on the plate-like irradiation side are not 1: 1, the outermost shape of the weld bead is an ellipse.
特に、本実施の形態では、蓄電池を複数個まとめて電池パックとして構成しており、正極側と負極側で持たせる機能の違いから、照射側の接合素材U1の形状が正極と負極で違うため、片側は円周形状、もう片側は楕円形状で溶接ビードを形成している。 In particular, in this embodiment, a plurality of storage batteries are configured as a battery pack, and the shape of the bonding material U1 on the irradiation side is different between the positive electrode and the negative electrode due to the difference in function between the positive electrode side and the negative electrode side. The weld bead is formed with a circumferential shape on one side and an elliptical shape on the other side.
缶状の電池の電極に金属板を接合する場合の多くは、電池単体の完成品に極板を接合してユニット化するなどであり、このような接合時には、缶内部には電解液が充填されている。ここで、接合時に缶内部が温度上昇すると、まず、電解液を密封するためのプラスチック部品が劣化、若しくは、熔解する可能性が考えられる。更に温度が上昇すると、電解液が充放電以外の化学変化を起こしたり、最悪の場合電池缶内で気化してしまったりする可能性もあるので、缶状の電池への接合では熱影響、具体的には接合部近辺での温度上昇が問題となることが多い。 In many cases, a metal plate is joined to the electrode of a can-shaped battery. For example, the electrode plate is joined to a finished product of a single battery to form a unit. During such joining, the inside of the can is filled with an electrolyte. Has been. Here, when the temperature inside the can rises during joining, first, there is a possibility that the plastic part for sealing the electrolytic solution is deteriorated or melted. If the temperature rises further, the electrolyte solution may undergo chemical changes other than charging and discharging, and in the worst case, it may vaporize in the battery can. In particular, a temperature rise near the joint is often a problem.
接合する場合には、接合部では材料の融点まで温度上昇するが、その温度上昇を局部で抑えて、缶内部が熱伝達による温度上昇で所定温度を超えないような接合方法でなければ、このような電池単体の完成品に極板を接合してユニット化する等の工程には使用できない。 In the case of joining, the temperature rises to the melting point of the material at the joint, but this temperature rise is locally suppressed, and unless the joining method does not exceed the predetermined temperature due to the temperature rise due to heat transfer, this It cannot be used in a process such as joining a plate to a finished product of such a single battery unit.
レーザ光103を板状の照射側の接合素材U1に照射することで、局所的に温度が上昇し素材の融点を超えると、接合素材U2の素材内部まで適宜深さの楔状に溶け込んで両金属の原子が融合して混ざり合う半練状態になり、図9の接合部104Aの接合形状が得られる。本実施の形態では、照射側の接合素材U1は、アルミを主材料とした合金を用いているため、素材の融点は650℃である。このような工程で照射時間が長くなってくると、具体的には間欠的に形成される接合部(溶接ビード10)が長くなると、照射側の接合素材U1、接合素材U2ともに蓄熱による温度上昇が起こり、接合部104Aの楔形状の深さが大きくなっていくと共に、接合素材U2の照射面反対側の温度が上昇していくことになる。
By irradiating the bonding material U1 on the plate-shaped irradiation side with the
ここで、接合素材U2の照射面反対側の温度が所定になったところで、レーザ光103の照射を止めれば、蓄積した熱は放散されて照射側の接合素材U1、接合素材U2ともに温度は低下する。一定時間を置いて、本実施例では溶接ヘッド101が一定速度で運動しているため一定距離を空けて、再び、レーザ光103の照射を始めて接合素材U2の照射面反対側の温度が所定になったところで止めることを繰り返すと、連続ではなく途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)10A,10B,10Cが形成される。本実施の形態では、蓄電池内のプラスチック部品に熱影響を与えないために、接合素材U2の照射面反対側温度は100℃以内になるようにしている。
Here, when the temperature on the opposite side of the irradiation surface of the bonding material U2 becomes predetermined, if the irradiation of the
更に、その内周に同様にして、途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)20A,20B,20Cを形成するのであるが、間欠溶接ビード10A,10B,10Cと20A,20B,20Cの間の距離Pを大きく取れば、間欠溶接ビード10A,10B,10Cを形成したときに蓄熱された熱の影響を小さくして、間欠溶接ビード20A,20B,20Cを形成することができる。
Further, in the same manner, the intermittently joined portions (intermittent weld beads) 20A, 20B, and 20C are formed on the inner periphery, and the distance between the
しかし、照射側の接合素材U1、接合素材U2の大きさの制限により最外周の間欠溶接ビード10A,10B,10Cの周回形状の外径は、一定以上に大きくできない。また、図1には動作を説明する為、間欠溶接ビードの周回形状の最初の2周のみを記載しているが、実際には必要とされる強度を満たすための接合距離を達成するために、3周以上になることから、距離Pは大きく取ればよいというものではない。
However, the outer diameters of the outer peripheral
また、距離Pを大きく取れば、間欠溶接ビード20A,20B,20Cの周回形状の外径が小さくなり、ひいては溶接ビードの長さ自体が短くなることになり、接合距離が短くなるために接合強度の低下を招くこととなる。
Further, if the distance P is increased, the outer diameter of the circumferential shape of the
図2〜3は、このように動作させた場合の実際の間欠溶接ビードの形状を説明するための図である。 2 to 3 are diagrams for explaining the shape of an actual intermittent weld bead when operated in this manner.
図2において、最初に形成される最外周の溶接ビード10と次に形成される溶接ビード20の間の距離P1よりも溶接ビード20とさらにその内周の溶接ビード30との間の距離P2の方が大きくなっている。すなわち、照射開始時の溶接ビード間のピッチに比べて、2つめの溶接ビード間のピッチは大きく構成されることとなる。これにより、連続で間欠溶接ビードを形成する場合に、蓄熱された熱の影響で後になるほど溶接ビードが深くなり、接合素材U2の裏面の温度が上がることとなる。
In FIG. 2, the distance P2 between the
このとき、溶接ビードの周回形状間のピッチが広がって行くことによる平面的な熱影響の低下の効果で、溶接ビードの深さが一定以上になることを防ぎ、接合素材U2の裏面の温度が一定以上になることを防ぐこととなる。 At this time, it is possible to prevent the depth of the weld bead from exceeding a certain level due to the effect of lowering the planar thermal influence due to the pitch between the circumferential shapes of the weld beads spreading, and the temperature of the back surface of the joining material U2 is reduced. It will be prevented from exceeding a certain level.
図2では、溶接ビードは3周のみであるが、これは4周以上であっても同様で、照射開始時の溶接ビード間のピッチに比べて、2つ目、3つ目の溶接ビード間のピッチは同等もしくは短く構成されることとなる。また、それぞれの溶接ビードは、照射開始時は細く、段々太くなるように照射条件を調整する。これは、短時間で材料内へ十分な蓄熱をさせて、後になるほど接合強度と接合長さ、接合面積を稼ぐためである。 In FIG. 2, the weld bead is only three rounds, but this is the same even if there are four or more rounds. Compared to the pitch between the weld beads at the start of irradiation, the distance between the second and third weld beads is the same. The pitch is equal or shorter. Also, the irradiation conditions are adjusted so that each weld bead is thin at the start of irradiation and gradually thickens. This is because sufficient heat is stored in the material in a short time, and later, the bonding strength, the bonding length, and the bonding area are increased.
また、図3のように、溶接ビードの間欠部31が周回形状の一方向に固まって存在すると、その部分が弱くなり、応力集中によりその間欠部が固まっている場所から破断するために接合強度が結果的に弱くなることとなる。それを避けるために、間欠部は周回形状の一方向に固まらないように、周回形状内の溶接ビードの長さを調節することが重要である。
Further, as shown in FIG. 3, when the
かかる構成によれば、上記の動作を繰り返すことにより、熱影響を最小限にしながら十分な接合強度を持つ、具体的には所定の強度を得るために十分な長さの溶接ビードを持つレーザ接合が可能となる。また、従来のレーザ接合方法では、熱影響を避けるために投入熱量を減少させることが必要になり、接合素材U2に比較して照射側の接合素材U1の熱容量が小さい、具体的には材料厚みが十分に小さいか材料の熱容量が小さいことが重要であったが、本実施の形態では、接合素材U2よりも照射側の接合素材U1の材料厚みが大きかったにも関らず、缶内部の温度上昇を最小限に抑えた接合が実現できている。 According to such a configuration, by repeating the above-described operation, the laser bonding has a sufficient bonding strength while minimizing the thermal influence, specifically, a welding bead having a sufficient length to obtain a predetermined strength. Is possible. Further, in the conventional laser bonding method, it is necessary to reduce the input heat amount in order to avoid the thermal effect, and the heat capacity of the irradiation-side bonding material U1 is smaller than the bonding material U2, specifically the material thickness. In the present embodiment, it is important that the material thickness of the bonding material U1 on the irradiation side is larger than that of the bonding material U2. Bonding with minimal temperature rise has been realized.
なお、本実施の形態において、最外周の溶接ビード10を最初に形成した後、内周の溶接ビード20,30と順番に内側に向かって形成しているが、最初に最内周を形成し、順番に外側に向かって溶接ビードを形成していっても良い。この場合には、最外周の溶接ビード10と溶接ビード20の間の距離P1よりも溶接ビード20とさらにその内周の溶接ビード30との間の距離P2の方を小さくすることで同じ効果を得ることができる。
In this embodiment, after the
また、本実施の形態では、隣り合う溶接ビードの周回を順番に形成しているが、例えば後になるほど一つおき、2つおきと溶接ビードの周回を形成していき、その後から飛ばされた周回を形成していくことでも、熱影響に関して同じ効果を有する。この場合には、外周から内周、または内周から外周にかけて徐々に溶接ビード間のピッチが変化していくことは無いが、最終的な溶接ビードの形状では溶接ビード間のピッチは変化している。 Further, in this embodiment, the turns of adjacent weld beads are formed in order. For example, the turns of the weld beads are formed every other and every two turns later, and then the turns that are skipped thereafter. Even if it forms, it has the same effect regarding a thermal influence. In this case, the pitch between the weld beads does not gradually change from the outer circumference to the inner circumference or from the inner circumference to the outer circumference, but the pitch between the weld beads changes in the final weld bead shape. Yes.
なお、実施の形態1では、溶接ビードの形状が自由形状に近くなるので、そのようなレーザ照射に有利なガルバノミラーを使用した照射方式を用いて説明しているが、ガルバノミラーを使用せず、照射ヘッドもしくは照射対象ワークを機械的に動作させて照射しても差し支えない。 In the first embodiment, since the shape of the weld bead is close to a free shape, the irradiation method using a galvano mirror that is advantageous for such laser irradiation is described, but the galvano mirror is not used. Irradiation may be performed by mechanically operating the irradiation head or the workpiece to be irradiated.
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2である丸型リチウムイオン蓄電池の電極に金属板を接合する場合における、実施の形態1よりも、高速の動作が求められる場合のレーザ接合の模式図である。また、図6は、本発明の実施の形態2における、溶接ビードの一筆書きパターンを示す模式図である。図5、図6において、図1および図8と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic diagram of laser joining when a metal plate is joined to the electrode of the round lithium ion storage battery according to the second embodiment of the present invention, when a higher speed operation is required than in the first embodiment. is there. FIG. 6 is a schematic diagram showing a one-stroke writing pattern of the weld bead in the second embodiment of the present invention. 5 and 6, the same components as those in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図5において、レーザ照射部102から発射されるレーザ光103は、ガルバノミラー40で反射して、対物レンズ41で焦点を絞られて、板状の照射側の接合素材U1と裏側に熱影響を避けたい接合素材U2の重ね合せ部(U1が上側)上を移動するように照射され、連続ではなく途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)10が形成される。
In FIG. 5, the
ここで、間欠的に形成される溶接ビード10は、実施の形態1の外周形状とその相似形状の複数回の周回からなる形とは違い、外周から内側に切れ込んでいく螺旋形状を取っており、レーザの照射自体は間欠であるが、その照射休止部も含む軌跡は一筆書きとなっている。
Here, the
そして、最外周から切れ込んでその内周に途切れ途切れの接合部(間欠溶接ビード)10を形成するのであるが、間欠溶接ビードの最外周と切れ込んでからの軌跡の間の距離Pを大きく取れば、実施の形態1と同様に、先に蓄熱された熱の影響を小さくして、間欠溶接ビードの続きを形成することができる。 Then, the joint (intermittent weld bead) 10 that is cut off from the outermost periphery and is formed on the inner periphery thereof is formed, but if the distance P between the outermost periphery of the intermittent weld bead and the trajectory after the cut is taken large. As in the first embodiment, it is possible to reduce the influence of the previously stored heat and to form a continuation of the intermittent weld bead.
図6は、このように動作させた場合の実際の間欠溶接ビードの形状を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the shape of an actual intermittent weld bead when operated in this way.
図6において、最初に形成される最外周の溶接ビードと切れ込んでから形成される溶接ビードの間の距離P1よりも、そこからさらにその内周の溶接ビードとの間の距離P2の方が大きくなっている。つまり、照射開始時の溶接ビード間のピッチに比べて、2つめの溶接ビード間のピッチは大きく構成されることとなる。 In FIG. 6, the distance P2 between the outermost weld bead formed first and the weld bead formed after cutting is larger than the distance P2 between the inner weld bead and the weld bead formed there after. It has become. That is, the pitch between the second weld beads is configured to be larger than the pitch between the weld beads at the start of irradiation.
これにより、連続で間欠溶接ビードを形成する場合に、蓄熱された熱の影響で後になるほど溶接ビードが深くなり、接合素材U2の裏面の温度が上がることとなるのであるが、溶接ビードの周回形状間のピッチが広がっていくことによる平面的な熱影響の低下の効果で、溶接ビードの深さが一定以上になることを防ぎ、接合素材U2の裏面の温度が一定以上になることを防ぐこととなる。図6では、溶接ビードは3周のみであるが、これは4周以上であっても同様で、照射開始時の溶接ビード間のピッチに比べて、2つめ、3つめの溶接ビード間のピッチは同等もしくは短く構成されることとなる。 As a result, when intermittent weld beads are continuously formed, the weld bead becomes deeper and the temperature of the back surface of the joining material U2 rises later due to the effect of accumulated heat. Preventing the weld bead depth from exceeding a certain level and preventing the temperature of the back surface of the joining material U2 from exceeding a certain level due to the effect of lowering the planar thermal effect due to the spread of the pitch between them. It becomes. In FIG. 6, the weld bead has only three rounds, but this is the same even when there are four or more rounds. Compared to the pitch between the weld beads at the start of irradiation, the pitch between the second and third weld beads is the same. Are equivalent or short.
かかる構成によれば、上記の動作を繰り返すことにより、熱影響を最小限にしながら十分な接合強度を持つ、具体的には所定の強度を得るために十分な長さの溶接ビードを持つレーザ接合が可能となる。 According to such a configuration, by repeating the above-described operation, the laser bonding has a sufficient bonding strength while minimizing the thermal influence, specifically, a welding bead having a sufficient length to obtain a predetermined strength. Is possible.
なお、本実施の形態では最外周からレーザ照射を開始しているが、最内周から最外周に向かって螺旋形状の溶接ビードを形成する形でも構わない。 In the present embodiment, laser irradiation is started from the outermost periphery, but a spiral weld bead may be formed from the innermost periphery toward the outermost periphery.
本発明のレーザ接合方法および接合部品は、電気抵抗が小さいが熱伝導率が高い銅やアルミニウムなどが使用されることが多い蓄電池の正負極端子と金属板の接合や複数の蓄電池を接続して使用する場合の蓄電池間の接合の用途、また熱影響により外観が悪化するためにこれまで接合ができなかったような薄い金属製の外装カバーの接合等の用途にも適用できる。 The laser joining method and joining parts of the present invention connect a positive or negative electrode terminal of a storage battery and a metal plate or a plurality of storage batteries, which often use copper or aluminum having a low electrical resistance but high thermal conductivity. It can also be used for joining between storage batteries when used, and for joining thin metal exterior covers that could not be joined so far because the appearance deteriorates due to thermal effects.
10 溶接ビード
10A〜10C 間欠溶接ビード
20A〜20C 間欠溶接ビード
30 溶接ビード
31 溶接ビードの間欠部
40 ガルバノミラー
41 対物レンズ
101 溶接ヘッド
102 レーザ照射部
103 レーザ光
20 溶接ビード
105 溶接線
200 リチウムイオン蓄電池における蓄電部
201 正極リード
202 電解液
203 電気接点
U1,U2,V1,V2,W1,W2 接合素材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第1および第2の素材との重ね合せ部に対して、前記レーザ光を移動させながら間欠的に照射させることで前記第1の素材の表面に溶接ビードを形成する際、周回形状の周間ピッチを変動させて形成すること、
を特徴とするレーザ接合方法。 Laser joining for joining the first material and the second material by superimposing the first and second materials and irradiating the surface of the first material with laser light from the first material side In the method
When forming a weld bead on the surface of the first material by irradiating the laser beam intermittently while moving the laser beam to the overlapping portion with the first and second materials, the circumference of the circular shape Forming with varying pitch,
A laser bonding method.
前記第1の素材および前記第2の素材とが重ね合う領域のうち、前記第1の素材表面に溶接ビードが間欠に複数形成され、かつ、周回形状の周間ピッチが変動させて形成されてなること、
を特徴とする接合部品。 In the joined part formed by joining the first material and the second material,
In the region where the first material and the second material overlap, a plurality of weld beads are intermittently formed on the surface of the first material, and the circumferential pitch of the circular shape is changed. about,
Joined parts characterized by
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