專利名稱：激光裝置及電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將脈沖激光與連續(xù)振蕩激光(CW激光)重疊的重疊激光，向加工點聚焦的激光裝置；以及使用該激光裝置的電池的制造方法。

背景技術(shù)：
以往，便攜式設(shè)備用鋰電池使用的鋁系列金屬容器的封口，利用沿著容器的開口部與嵌入該開口部的封口構(gòu)件的接合線、持續(xù)照射YAG脈沖激光的脈沖縫焊來進(jìn)行。具體來說，在鋁系列金屬容器的封口處，對各加工點以3段波形照射YAG脈沖激光。即，首先，用高速、高峰值的脈沖激光切入，若鋁系列金屬材料開始熔融，則立即將激光功率抑制為一半左右，進(jìn)行正式焊接，然后，再將激光功率減為一半左右，通過這樣進(jìn)行退火，消除殘留應(yīng)力。之所以這樣利用3段波形的YAG脈沖激光進(jìn)行焊接，是由于鋁系列金屬材料雖是高反射率及高熱導(dǎo)率，但是為低熔點，還具有一旦熔融則激光吸收率劇增的性質(zhì)。
但是，即使該3段波形的YAG脈沖激光能夠用于便攜式設(shè)備用鋰電池的封口，但不能用于混合型汽車用鋰電池的封口。其理由是由于，如果是便攜式設(shè)備用鋰電池，則以0.2mm左右的熔深量就能夠得到足夠的接合強(qiáng)度，與此不同的是，對于大型的混合型汽車用鋰電池，必須要0.5mm左右的熔深量，若為了能夠滿足該熔深量而提高激光功率，則產(chǎn)生飛濺。
另一方面，以往，提出將脈沖激光與CW激光重疊的重疊激光用于脈沖縫焊(例如，參照特開2004-337881號公報)。若根據(jù)使用該重疊激光的脈沖縫焊，則由于能夠?qū)νㄟ^利用CW成分進(jìn)行預(yù)熱而成為激光容易熔入的狀態(tài)的加工點照射脈沖激光，因此能夠進(jìn)行無飛濺的焊接。以下，說明生成該重疊激光的以往的激光裝置。
圖6所示為生成將脈沖激光與CW激光重疊的重疊激光的以往的激光裝置的簡要構(gòu)成示意圖。該激光裝置具有產(chǎn)生振蕩波長1064nm的脈沖激光振蕩的YAG脈沖激光振蕩器101。利用該振蕩器101振蕩的脈沖激光通過SI型光纖102，向準(zhǔn)直透鏡103入射。利用該準(zhǔn)直透鏡103加以準(zhǔn)直的脈沖激光，向二向色反射鏡104入射。
另外，該激光裝置具有產(chǎn)生CW激光振蕩的高輸出半導(dǎo)體激光器105。利用該高輸出半導(dǎo)體激光器105振蕩的CW激光，向二向色反射鏡104入射。
二向色反射鏡104將來自準(zhǔn)直透鏡103的脈沖激光與來自高輸出半導(dǎo)體激光器105的CW激光重疊，生成重疊激光，使該重疊激光向聚焦透鏡106入射。聚焦透鏡106將利用二向色反射鏡104重疊的脈沖激光與CW激光向加工點聚焦。
通過光纖102的脈沖激光的聚焦光斑107的形狀如圖6所示，與光纖102的纖芯形狀相同，形成為圓形。另外，在高輸出半導(dǎo)體激光器105中振蕩的CW激光的聚焦光斑108的形狀，一般不形成圓形，如圖6所示形成線條形。
在使用將該圓形的脈沖激光與線條形的CW激光重疊的重疊激光進(jìn)行脈沖縫焊時，將CW激光的聚焦光斑108的長軸方向設(shè)定為沿接合線的方向，使重疊激光沿該接合線的長度方向相對移動。如果這樣，則由于能夠?qū)νㄟ^利用CW成分進(jìn)行預(yù)熱而成為激光容易熔入的狀態(tài)的加工點照射脈沖激光，因此能夠進(jìn)行無飛濺的焊接。
但是，將該圓形的脈沖激光與線條形的CW激光重疊的重疊激光，對于使用鐵系列金屬容器的混合型汽車用NiH系列電池的封口，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)無飛濺、及滿足所希望的熔深量的焊接，但對于使用鋁系列金屬容器的混合型汽車用鋰電池的封口，由于熱量從線條形的CW成分的前端向周圍散發(fā)，因此不能滿足所希望的熔深量。另外，若為了得到預(yù)熱的效果而增大CW成分，則容器將變形，從而容器的開口部的壁面與封口構(gòu)件之間的間隙擴(kuò)大，其結(jié)果引起的問題是，激光向內(nèi)部電極泄漏，因該激光而使內(nèi)部電極破損。
如上所述，對于以往的激光焊接技術(shù)，不能對混合型汽車用鋰電池所使用的鋁系列金屬容器的封口那樣的、有一定厚度的鋁系列金屬材料進(jìn)行脈沖縫焊。
再有，對于混合型汽車用鋰電池所使用的鋁系列金屬容器的封口，有以下的問題。首先，鋁系列金屬材料由于因傷痕、粗糙度、或污損等一點點表面狀態(tài)的不同而使得激光吸收率產(chǎn)生很大變化，因此因表面狀態(tài)而使熔深量產(chǎn)生很大變化。另一方面，在將鋁系列金屬容器進(jìn)行封口時，若激光貫穿封口構(gòu)件，則從該貫穿的部位產(chǎn)生飛濺，該飛濺將引起短路。若鋰電池短路，則還有發(fā)生火災(zāi)的危險，所以必須控制熔深量，使得激光不貫穿封口構(gòu)件。為此，即使表面狀態(tài)變化，也必須使熔深量穩(wěn)定。
此外，由于鋁系列金屬材料的反射率高，特別是對于YAG脈沖激光，只有7％的激光吸收率，因此對于鋁系列金屬容器的脈沖縫焊，需要kW級的YAW脈沖激光。為此，為了對激勵光源供給超過30kW的功率，得到kW級的YAG脈沖激光，在激勵光源用的電源中，必須控制幾百安培的輸出電流。另外，由于混合型汽車用鋰電池是大型電池，比便攜式設(shè)備用鋰電池要大近10倍，因此從生產(chǎn)率方面考慮，要求焊接實現(xiàn)高速化。為了使焊接高速化，必須縮短脈沖激光的脈沖寬度(焊接時間)，為此必須使脈沖高速上升。這樣，在激勵光源用的電源中，必須控制供給激勵光源的幾百安培的輸出電流，成為高速上升、短脈沖寬度的電流信號。
但是，為了以高速上升幾百安培的電流信號，采用降壓器方式的電源其設(shè)備非常大。因此，降壓器方式的電源不適合于鋁系列金屬材料的焊接所用的激光裝置。另一方面，在使內(nèi)部的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動作、而進(jìn)行輸出電流控制的斬波器-逆變器方式的電源中，時鐘同步是不可缺少的。因此，驅(qū)動開關(guān)元件的斬波時鐘周期信號(驅(qū)動信號)中產(chǎn)生幾十微秒的抖動，從而輸出電流中也產(chǎn)生幾十微秒的抖動。因而，若縮短對激勵光源供給的電流信號的脈沖寬度，則由于抖動分量(變化分量)的比例增大，對脈沖激光引起很大的功率變化，所以熔深量不穩(wěn)定。例如，若設(shè)供給激勵光源的電流信號的脈沖寬度為0.3ms，則30μs的抖動分量引起10％的功率變化，熔深量也變化接近10％。
因而，對于一般的降壓器方式的電源或斬波器-逆變器方式的電源，不能力圖使供給激勵光源的電流信號實現(xiàn)短脈沖化，通常，為了便攜式設(shè)備用鋰電池的封口，采用脈沖寬度為2ms以上的YAG脈沖激光。
另外，由于將脈沖寬度設(shè)定為2ms以上，因此YAG脈沖激光的能量提高。為此，以往不能使用GI型光纖，而使用了SI型光纖。其理由是由于，在GI型光纖中，若激光的能量提高，則從激光出射口的端面產(chǎn)生飛濺。但是，SI型光纖多會因光纖更換時在現(xiàn)場附著粉塵等而破損。
另外，SI型光纖的口徑小，為0.6mm～0.4mm。另外，由于混合型汽車用鋰電池是大型電池，因此由于容器的開口部與封口構(gòu)件的嵌合關(guān)系，與便攜式設(shè)備用鋰電池相比，開口部的壁面與封口構(gòu)件之間的間隙大。所以，在使用口徑小的SI型光纖時，必須將脈沖激光的光斑直徑設(shè)定得較大，與口徑大的GI型光纖相比，對加工點的功率傳輸率降低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供對鋁系列金屬材料能夠?qū)崿F(xiàn)無飛濺或裂紋等焊接缺陷并有深的熔深量，而且能夠高速進(jìn)行脈沖縫焊的激光裝置；以及使用該激光裝置的電池的制造方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的激光裝置，具有產(chǎn)生脈沖激光振蕩的第1激光振蕩器；生成電流信號及將該電流信號中包含的變化分量進(jìn)行屏蔽用的屏蔽信號，并將利用前述屏蔽信號將變化分量進(jìn)行了屏蔽的前述電流信號供給前述第1激光振蕩器的脈沖電源；產(chǎn)生連續(xù)振蕩激光振蕩的第2激光振蕩器；將前述脈沖激光與前述連續(xù)振蕩激光重疊以生成重疊激光，并將該重疊激光進(jìn)行聚焦的第1光學(xué)系統(tǒng)；使前述脈沖激光的聚焦光斑的形狀成為圓形的第2光學(xué)系統(tǒng)；以及使前述連續(xù)振蕩激光的聚焦光斑的形狀成為菱形流線形的第3光學(xué)系統(tǒng)，前述第1光學(xué)系統(tǒng)形成前述連續(xù)振蕩激光的菱形流線形的聚焦光斑內(nèi)包含前述脈沖激光的圓形的聚焦光斑的重疊激光的聚焦光斑。
另外，本發(fā)明的激光裝置，是在上述激光裝置中，脈沖激光的上升時間為0.1ms以下，脈沖激光的脈沖寬度為0.4ms以下。
另外，本發(fā)明的激光裝置，是在上述激光裝置中，前述脈沖電源具有生成前述電流信號的斬波器-逆變器方式的電源；接受來自前述斬波器-逆變器方式的電源的前述電流信號，并對前述第1激光振蕩器進(jìn)行前述電流信號的供給的開關(guān)元件；以及生成前述屏蔽信號，并利用前述開關(guān)元件停止對前述第1激光振蕩器的前述電流信號的供給的屏蔽電路。
另外，本發(fā)明的電池的制造方法，在將電池的容器進(jìn)行封口時，沿著該容器的開口部與嵌入該開口部的封口構(gòu)件的接合線，照射利用權(quán)利要求1所述的激光裝置生成的重疊激光，通過這樣將前述封口構(gòu)件與前述容器的開口部進(jìn)行焊接。
根據(jù)本發(fā)明的理想的形態(tài)，由于將變化分量被屏蔽掉的電流信號供給第1激光振蕩器，因此即使從第1激光振蕩器產(chǎn)生高速(高速上升、短脈沖寬度)、高峰值的脈沖激光振蕩，也能夠抑制脈沖激光的功率變化。這樣，能夠力圖實現(xiàn)焊接時間的高速化、以及熔深量的穩(wěn)定化。另外，通過從第1激光振蕩器使高速、高峰值的脈沖激光振蕩，從而即使加工對象的鋁系列金屬材料的表面狀態(tài)變化，也能夠使熔深量穩(wěn)定。
另外，通過使CW激光(連續(xù)振蕩激光)的聚焦光斑的形狀成為菱形流線形，從而即使在對鋁系列金屬材料進(jìn)行脈沖縫焊時，也不會增大CW激光的功率，能夠高效預(yù)熱加工點。這樣，能夠進(jìn)行無飛濺焊接。另外，由于在CW激光的聚焦光斑的內(nèi)部包含脈沖激光的聚焦光斑，因此瞬時引起微小鑰孔的熔入。另外，焊接后，由于利用CW激光使加工點漸漸冷卻，因此能夠抑制急劇的熱變化，防止裂紋。
因而，對于鋁系列金屬材料，能夠?qū)崿F(xiàn)無飛濺或裂紋等焊接缺陷并有深的熔深量，而且能夠高速進(jìn)行脈沖縫焊。另外，熔深量穩(wěn)定，能夠滿足所希望的熔深量。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)混合型汽車用鋰電池所使用的鋁系列金屬容器的封口那樣的、有一定厚度的鋁系列金屬材料的脈沖縫焊。
另外，通過從第1激光振蕩器產(chǎn)生高速、高峰值的脈沖激光振蕩，能夠?qū)⒚?個脈沖的能量抑制得較低。這樣，即使使用GI型光纖，由于僅從激光出射口的端面產(chǎn)生幾十微米等級的接近煙塵的微粉狀的飛濺，因此能夠使用GI型光纖。因而，通過使用GI型光纖，從而能夠使用比SI型光纖要大的口徑，對加工點的功率傳輸率提高。



圖1所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的激光裝置的簡要構(gòu)成的一個例子的示意圖。
圖2所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的脈沖激光及CW激光的聚焦光斑形狀的一個例子的示意圖。
圖3A是從上面來看本發(fā)明實施形態(tài)中的CW激光振蕩器及光束整形器的一個例子的示意圖。
圖3B所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的CW激光的FAST方向的功率分布的一個例子的分布圖。
圖3C是從橫向來看本發(fā)明實施形態(tài)中的CW激光振蕩器及光束整形器的一個例子的示意圖。
圖3D所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的CW激光的SLOW方向的功率分布的一個例子的分布圖。
圖4所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的脈沖電源具有的斬波器-逆變器方式的電源生成的電流信號的一個例子的波形圖。
圖5所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的脈沖電源生成的電流信號的一個例子的波形圖。
圖6所示為以往的激光裝置的簡要構(gòu)成示意圖。

具體實施例方式 以下，一面參照附圖、一面說明本發(fā)明的實施形態(tài)。圖1所示為本發(fā)明實施形態(tài)中的激光裝置的簡要構(gòu)成的一個例子的示意圖。該激光裝置具有產(chǎn)生波長1064nm的脈沖激光振蕩的YAG脈沖激光振蕩器(第1激光振蕩器)1。利用該振蕩器1振蕩的脈沖激光，通過纖芯直徑為0.8mm的GI型光纖2，向準(zhǔn)直透鏡3入射。然后，利用該準(zhǔn)直透鏡3加以準(zhǔn)直的脈沖激光，向二向色反射鏡4入射。
另外，雖未圖示，但在YAG脈沖激光振蕩器1的內(nèi)部設(shè)置YAG棒及激勵光源。激勵光源用的脈沖電源5，生成使YAG脈沖激光振蕩器1產(chǎn)生根據(jù)加工對象事前求出的所希望的脈沖寬度及峰值功率的脈沖激光振蕩用的電流信號，同時生成將該電流信號中包含的變化分量(抖動分量)進(jìn)行屏蔽用的屏蔽信號。脈沖電源5將利用該屏蔽信號對抖動分量進(jìn)行了屏蔽的電流信號，供給YAG脈沖激光振蕩器1的激勵光源。
這樣，通過將對抖動分量進(jìn)行了屏蔽的電流信號供給YAG脈沖激光振蕩器1的激勵光源，即使從YAG脈沖激光振蕩器1產(chǎn)生高速(高速上升、短脈沖寬度)、高峰值的脈沖激光振蕩，也能夠抑制脈沖激光的功率變化。通過這樣，能夠力圖實現(xiàn)焊接時間的高速化、以及熔深量的穩(wěn)定化。另外，通過從YAG脈沖激光振蕩器1使高速、高峰值的脈沖激光振蕩，從而即使加工對象的鋁系列金屬材料的表面狀態(tài)變化，也能夠使熔深量穩(wěn)定。
另外，在將混合型汽車用鋰電池所使用的鋁系列金屬容器進(jìn)行封口時，從YAG脈沖激光振蕩器1產(chǎn)生上升時間為0.1ms以下、脈沖寬度為0.4ms以下、峰值功率為5kW以上的脈沖激光振蕩。更加理想的是，使脈沖寬度為0.3ms。若在該條件下進(jìn)行混合型汽車用鋰電池的封口，則能夠?qū)崿F(xiàn)滿足所希望的熔深量(0.5mm)的脈沖縫焊。
該激光裝置具有產(chǎn)生波長915nm的CW激光(連續(xù)振蕩激光)振蕩的CW激光振蕩器(第2激光振蕩器)6。利用該振蕩器6產(chǎn)生振蕩的CW激光，通過光束整形器7，向二向色反射鏡4入射。
二向色反射鏡4將來自準(zhǔn)直透鏡3的脈沖激光與來自光束整形器7的CW激光進(jìn)行重疊。聚焦透鏡8將利用二向色反射鏡4重疊的脈沖激光與CW激光，向加工點聚焦。
如圖2所示，通過光纖2的脈沖激光的聚焦光斑9的形狀與光纖2的纖芯形狀相同，形成為圓形。另一方面，通過光束整形器7的CW激光的聚焦光斑10的形狀不形成為線條形或長方形，而形成為菱形流線形。脈沖激光的聚焦光斑9包含在該CW激光的聚焦光斑10的內(nèi)部。在使用這樣的重疊激光進(jìn)行脈沖縫焊時，在沿接合線11的方向上設(shè)定CW激光的聚焦光斑10的長軸方向，沿該接合線11的長度方向使重疊激光相對移動。
這樣，通過使CW激光的聚焦光斑的形狀形成為菱形流線形，即使在對鋁系列金屬材料進(jìn)行脈沖縫焊時，由于也不會增大CW激光的功率，能夠高效預(yù)熱加工點，因此能夠進(jìn)行無飛濺焊接。另外，最好如圖2所示，脈沖激光的聚焦光斑9的圓弧與CW激光的聚焦光斑10的圓弧相切。即，如果這樣，由于脈沖激光的聚焦光斑9與CW激光的激光功率為最大的聚焦光斑10的中心部重疊，因此瞬時引起微小鑰孔的熔入。
如上所述，本實施形態(tài)中的激光裝置，作為將脈沖激光與CW激光重疊生成重疊激光，并將該重疊激光進(jìn)行聚焦的第1光學(xué)系統(tǒng)，具有二向色反射鏡4及聚焦透鏡8。另外該激光裝置，作為將脈沖激光的聚焦光斑形成為圓形的第2光學(xué)系統(tǒng)，具有光纖2、準(zhǔn)直透鏡3、以及聚焦透鏡8。
接著，用圖3A～圖3D，詳細(xì)敘述光束整形器7。圖3A所示為從上面來看CW激光振蕩器6及光束整形器7的示意圖。另外，圖3B所示為CW激光的FAST方向的功率分布。另外，圖3C所示為從橫向來看CW激光振蕩器6及光束整形器7的示意圖。另外，圖3D所示為CW激光的SLOW方向的功率分布。
首先，說明CW激光的FAST的功率分布。CW激光振蕩器6利用將多個半導(dǎo)體激光器陣列棒12層疊的LD組構(gòu)成。這里，使用多個半導(dǎo)體激光器發(fā)射極沿FAST方向并排構(gòu)成的半導(dǎo)體激光器陣列棒12。另外，這里雖然說明的是關(guān)于在LD組的激光出射口的前方安裝FAST透鏡13的情況，但是在使用不具有FAST透鏡的LD組的情況下，只要對光束整形器7設(shè)置FAST透鏡即可。
如圖3A、圖3B所示，從半導(dǎo)體激光器陣列棒12射出的CW激光利用FAST透鏡將它的FAST方向的寬度加以準(zhǔn)直成[d1」。這樣，向光束整形器7入射的CW激光的FAST方向的功率分布(圖3A所示的A-A’部分的功率分布)20成為寬度d 1的TOP帽子狀。
向光束整形器7入射的CW激光的一部分，直接入射至偏轉(zhuǎn)分光鏡(PBS)14。剩下的一部分，首先利用1/2波長板15，使其振動面向與紙面水平的方向偏轉(zhuǎn)，然后利用45度反射鏡16轉(zhuǎn)彎90度，入射至PBS14。PBS14將直接入射的光、與通過1/2波長板15及45度反射鏡16入射的光進(jìn)行合成。該合成后的CW激光的FAST方向的功率分布(圖3A所示的B-B’部分的功率分布)21成為寬度d2(＜d1)的TOP帽子狀。該合成后的CW激光入射至凹型柱面透鏡17。焦距f1的凹型柱面透鏡17及焦距f2的凸型柱面透鏡18構(gòu)成為擴(kuò)展裝置。該擴(kuò)展裝置將CW激光的FAST方向的寬度進(jìn)行擴(kuò)展。該擴(kuò)展后的CW激光通過前述的二向色反射鏡4，入射至前述的聚焦透鏡8。
這里，由凹型柱面透鏡17及凸型柱面透鏡18構(gòu)成的擴(kuò)展裝置，將擴(kuò)展比(|f2/f1|)設(shè)定為2.5倍以上。另外，使用焦距f1為‘-25mm’～‘-30mm’的局部曲率半徑大的凹型柱面透鏡17。采用這樣構(gòu)成，通過擴(kuò)展裝置的CW激光的FAST方向的功率分布(圖3A所示的C-C’部分的功率分布)22成為寬度d3(＞d2)的丘陵狀。即，通過擴(kuò)展裝置的CW激光的、除了利用擴(kuò)展裝置的球差的擴(kuò)展部19的寬度d3(＞d2)的部分被加以準(zhǔn)直。若將該方式的CW激光用前述的無球差的聚焦透鏡8進(jìn)行聚焦，則加工點的CW激光的FAST方向的功率分布(圖3A所示的D-D’部分的功率分布)23成為最大寬度d4(＜d3)的吊鐘狀。
另外，CW激光的SLOW方向的功率分布如圖3C、圖3D所示，不受到由凹型柱面透鏡17及凸型柱面透鏡18構(gòu)成的擴(kuò)展裝置的球差的影響，利用聚焦透鏡8向加工點聚焦的CW激光的SLOW方向的功率分布(圖3C所示的E-E’部分的功率分布)24成為寬度d5的長方形。因而，加工點的CW激光的聚焦光斑(亮度比其它區(qū)域要高的區(qū)域)10的形狀由FAST方向的功率分布來決定，成為菱形流線形。即，由于LD組的激光出射口是長方形，因此若沒有球差，則加工點的光斑形狀成為長方形。與此不同的是，若像本實施形態(tài)那樣設(shè)置擴(kuò)展裝置，則由于長方形光斑的拐角部分的激光功率降低，因此光斑形狀成為該激光功率低的部分較暗的菱形流線形。
另外，作為理想的具體例子，設(shè)定d1＝10mm，d2＝2mm，f1＝-25mm，f2＝100mm。若這樣設(shè)定，則成為d3＝20mm、d4＝2mm、d5＝0.6mm左右。
如上所述，本實施形態(tài)的激光裝置，作為使CW激光的聚焦光斑的形狀形成為菱形流線形的第3光學(xué)系統(tǒng)，具有FAST透鏡13、光束整形器7、以及聚焦透鏡8。這樣，根據(jù)本實施形態(tài)，由于能夠不使用屏蔽而使CW激光的聚焦光斑的形狀形成為菱形流線形，因此能夠高效地將LD功率向加工點傳送。
接著，詳細(xì)說明脈沖電源5。如圖1所示，脈沖電源5由通常的斬波器-逆變器方式的電源25、接受來自斬波器-逆變器方式的電源25的電流信號28并向YAG脈沖激光振蕩器1進(jìn)行電流信號供給的GTO晶閘管(開關(guān)元件)26、以及控制GTO晶閘管26的控制極的屏蔽電路27構(gòu)成。
在利用該激光裝置將混合型汽車用鋰電池進(jìn)行封口時，在斬波器-逆變器方式的電源25中，生成使YAG脈沖激光振蕩器1產(chǎn)生上升時間為0.1ms以下、脈沖寬度為0.4ms以下、峰值功率為5kW以上的脈沖激光振蕩用的電流信號。
但是，在使內(nèi)部的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動作、而進(jìn)行輸出電流控制的斬波器-逆變器方式的電源中，時鐘同步是不可缺少的。因此，驅(qū)動開關(guān)元件的斬波時鐘周期信號(驅(qū)動信號)中產(chǎn)生幾十微秒的抖動，從而輸出電流中也產(chǎn)生幾十微秒的抖動。因而，若縮短對激勵光源供給的電流信號的脈沖寬度，則由于抖動分量(變化分量)的比例增大，因此若將斬波器-逆變器方式的電源生成的電流信號照原樣供給激勵光源，則對脈沖激光引起很大的功率變化，因該功率變化而使熔深量不穩(wěn)定。例如，如圖4所示，若在斬波器-逆變器方式的電源25中生成脈沖寬度為0.3ms的電流信號28，則產(chǎn)生30μs的抖動分量31。因而，若將該電流信號照原樣供給激勵光源，則脈沖激光引起10％的功率變化，熔深量也變化接近10％。通常，在將鋰電池進(jìn)行封口的脈沖縫焊中，必須將熔深量的變化抑制在3％左右(相對于脈沖寬度為0.3ms，是10μs以下的抖動分量)。
因此，在本實施形態(tài)中，利用GTO晶閘管26及屏蔽電路27，強(qiáng)制去掉抖動分量。即，斬波器-逆變器方式的電源25生成使內(nèi)部的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動作的斬波時鐘周期信號29，并將該斬波時鐘周期信號29給予屏蔽電路27。屏蔽電路27將來自斬波器-逆變器方式的電源25的斬波時鐘周期信號29作為控制極驅(qū)動信號30，給予GTO晶閘管26的控制極。通過這樣，GTO晶閘管26與斬波時鐘周期信號29同步進(jìn)行開關(guān)動作。另外，由于斬波時鐘周期信號29包含抖動，因此控制極驅(qū)動信號30成為包含該抖動分量的信號，但屏蔽電路27生成所希望的脈沖寬度的屏蔽信號，利用該屏蔽信號來屏蔽控制極驅(qū)動信號30。例如，在設(shè)供給激勵光源的電流信號的脈沖寬度為0.3ms時，如圖5所示，屏蔽電路27生成0.3ms的脈沖寬度的屏蔽信號32。這樣，通過對控制極驅(qū)動信號30進(jìn)行屏蔽，從GTO晶閘管26開始動作，經(jīng)過0.3ms時，GTO晶閘管26關(guān)斷，利用GTO晶閘管26對YAG激光振蕩器1供給的電流信號就停止。因而，能夠?qū)⑵帘?去掉)了抖動分量的電流信號33供給YAG激光振蕩器的激勵光源，能夠使脈沖激光的脈沖寬度穩(wěn)定。
若使用以上那樣構(gòu)成的脈沖電源5，使脈沖激光的脈沖寬度穩(wěn)定在0.4ms以下，使用0.8mm直徑的GI型光纖，將平均功率為1kW的脈沖激光照射鋁系列金屬材料，則能夠得到深的熔深量。例如，在將脈沖寬度為0.3ms、峰值功率為6kW的脈沖激光即1.8J的能量照射鋁系列金屬材料時，甚至能夠以80mm/s的焊接速度、無飛濺實現(xiàn)0.4mm的熔深量。
這樣，根據(jù)本實施形態(tài)，能夠在飛濺發(fā)生前停止脈沖激光的發(fā)光。即，能夠去掉抖動分量，高精度控制脈沖激光的脈沖寬度。因而，能夠使每1次發(fā)射的激光能量穩(wěn)定。另外，在本實施形態(tài)中，作為開關(guān)元件是采用GTO晶閘管，但不限定于此。
另外，若照射無CW成分、上升時間為0.1ms以下、脈沖寬度為0.4ms以下、峰值功率為5kW以上的高速、高峰值的脈沖激光，則由于是非常高速地上升、高峰值的脈沖激光，因此即使在認(rèn)為是不發(fā)生裂紋的純鋁中，在脈沖激光的光斑的鑰孔中心部也發(fā)生裂紋。與此不同的是，如本實施形態(tài)那樣，在照射將圓形的脈沖激光與菱形流線形的CW激光重疊的重疊激光時，由于焊接后，利用CW激光使加工點漸漸冷卻，因此能夠抑制急劇的熱變化，防止裂紋。再有，根據(jù)利用該重疊激光進(jìn)行的脈沖縫焊，能夠增大脈沖串的重疊率，能夠形成無裂紋及無飛濺的焊縫。另外，利用該重疊激光進(jìn)行的脈沖縫焊由于是高峰值切入，因此鋁系列金屬材料的表面狀態(tài)的影響也小，也能夠?qū)崿F(xiàn)超過100mm/s的焊接速度。另外，根據(jù)利用該重疊激光進(jìn)行的脈沖縫焊，由于僅對需要預(yù)熱或漸冷的部分照射CW激光，因此能夠使損耗最小。從抑制損耗的觀點出發(fā)，特別是最好使菱形流線形的長軸為短軸的1.4倍到2倍。另外，若為了使焊接速度高速化而將菱形流線形的長軸設(shè)定得較長，則預(yù)熱、漸冷效果更有效。
另外，根據(jù)本實施形態(tài)，由于使高速、高峰值的脈沖激光振蕩，因此能夠使用GI型光纖。這樣，由于能夠不增大脈沖激光的光斑直徑、而實現(xiàn)容器的開口部與封口構(gòu)件之間的間隙大的混合型汽車用鋰電池的封口，因此對加工點的功率傳輸率提高。
另外，根據(jù)本實施形態(tài)，通過使CW激光的功率大于脈沖激光的平均功率，能夠形成表面更光滑的焊縫。
權(quán)利要求
1.一種激光裝置，其特征在于，具有
產(chǎn)生脈沖激光的振蕩的第1激光振蕩器；
生成電流信號及將該電流信號中包含的變化分量進(jìn)行屏蔽用的屏蔽信號，并利用所述屏蔽信號將變化分量進(jìn)行了屏蔽的所述電流信號供給所述第1激光振蕩器的脈沖電源；
產(chǎn)生連續(xù)振蕩激光的振蕩的第2激光振蕩器；
將所述脈沖激光與所述連續(xù)振蕩激光重疊以生成重疊激光，并將該重疊激光進(jìn)行聚焦的第1光學(xué)系統(tǒng)；
使所述脈沖激光的聚焦光斑的形狀成為圓形的第2光學(xué)系統(tǒng)；以及
使所述連續(xù)振蕩激光的聚焦光斑的形狀成為菱形流線形的第3光學(xué)系統(tǒng)，
所述第1光學(xué)系統(tǒng)形成所述連續(xù)振蕩激光的菱形流線形的聚焦光斑內(nèi)包含所述脈沖激光的圓形的聚焦光斑的重疊激光的聚焦光斑。
2.如權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于，
脈沖激光的上升時間為0.1ms以下，脈沖激光的脈沖寬度為0.4ms以下。
3.如權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于，
所述脈沖電源具有
生成所述電流信號的斬波器-逆變器方式的電源；
接受來自所述斬波器-逆變器方式的電源的所述電流信號，并對所述第1激光振蕩器進(jìn)行所述電流信號的供給的開關(guān)元件；以及
生成所述屏蔽信號，并利用所述開關(guān)元件停止對所述第1激光振蕩器的所述電流信號的供給的屏蔽電路。
4.一種電池的制造方法，其特征在于，
在將電池的容器進(jìn)行封口時，沿著該容器的開口部與嵌入該開口部的封口構(gòu)件的接合線，照射利用權(quán)利要求1所述的激光裝置生成的重疊激光，通過這樣將所述封口構(gòu)件與所述容器的開口部進(jìn)行焊接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光裝置及電池的制造方法，提供對鋁系列金屬材料能夠?qū)崿F(xiàn)無飛濺或裂紋等焊接缺陷并有深的熔深量、而且能夠高速進(jìn)行脈沖縫焊的激光裝置。該激光裝置具有生成電流信號及將該電流信號中包含的變化分量進(jìn)行屏蔽用的屏蔽信號、并將利用該屏蔽信號將變化分量進(jìn)行了屏蔽的電流信號供給YAG脈沖激光振蕩器的脈沖電源。另外，該激光裝置使CW激光振蕩器中進(jìn)行振蕩的CW激光的光斑形狀形成為菱形流線形，使該CW激光的聚焦光斑內(nèi)包含脈沖激光的圓形的聚焦光斑。
文檔編號B23K26/06GK101288922SQ20081008833
公開日2008年10月22日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者櫻井努, 船見浩司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社