本发明专利技术涉及一种激光装置及电池的制造方法，提供对铝系列金属材料能够实现无飞溅或裂纹等焊接缺陷并有深的熔深量、而且能够高速进行脉冲缝焊的激光装置。该激光装置具有生成电流信号及将该电流信号中包含的变化分量进行屏蔽用的屏蔽信号、并将利用该屏蔽信号将变化分量进行了屏蔽的电流信号供给ＹＡＧ脉冲激光振荡器的脉冲电源。另外，该激光装置使ＣＷ激光振荡器中进行振荡的ＣＷ激光的光斑形状形成为菱形流线形，使该ＣＷ激光的聚焦光斑内包含脉冲激光的圆形的聚焦光斑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及将脉冲激光与连续振荡激光(CW激光)重叠的重叠激光，向加工点聚焦的激光装置；以及使用该激光装置的电池的制造方法。
技术介绍
以往，便携式设备用锂电池使用的铝系列金属容器的封口，利用沿着容器的开口部与嵌入该开口部的封口构件的接合线、持续照射YAG脉冲激光的脉冲缝焊来进行。具体来说，在铝系列金属容器的封口处，对各加工点以3段波形照射YAG脉冲激光。即，首先，用高速、高峰值的脉冲激光切入，若铝系列金属材料开始熔融，则立即将激光功率抑制为一半左右，进行正式焊接，然后，再将激光功率减为一半左右，通过这样进行退火，消除残留应力。之所以这样利用3段波形的YAG脉冲激光进行焊接，是由于铝系列金属材料虽是高反射率及高热导率，但是为低熔点，还具有一旦熔融则激光吸收率剧增的性质。 但是，即使该3段波形的YAG脉冲激光能够用于便携式设备用锂电池的封口，但不能用于混合型汽车用锂电池的封口。其理由是由于，如果是便携式设备用锂电池，则以0.2mm左右的熔深量就能够得到足够的接合强度，与此不同的是，对于大型的混合型汽车用锂电池，必须要0.5mm左右的熔深量，若为了能够满足该熔深量而提高激光功率，则产生飞溅。 另一方面，以往，提出将脉冲激光与CW激光重叠的重叠激光用于脉冲缝焊(例如，参照特开2004-337881号公报)。若根据使用该重叠激光的脉冲缝焊，则由于能够对通过利用CW成分进行预热而成为激光容易熔入的状态的加工点照射脉冲激光，因此能够进行无飞溅的焊接。以下，说明生成该重叠激光的以往的激光装置。 图6所示为生成将脉冲激光与CW激光重叠的重叠激光的以往的激光装置的简要构成示意图。该激光装置具有产生振荡波长1064nm的脉冲激光振荡的YAG脉冲激光振荡器101。利用该振荡器101振荡的脉冲激光通过SI型光纤102，向准直透镜103入射。利用该准直透镜103加以准直的脉冲激光，向二向色反射镜104入射。 另外，该激光装置具有产生CW激光振荡的高输出半导体激光器105。利用该高输出半导体激光器105振荡的CW激光，向二向色反射镜104入射。 二向色反射镜104将来自准直透镜103的脉冲激光与来自高输出半导体激光器105的CW激光重叠，生成重叠激光，使该重叠激光向聚焦透镜106入射。聚焦透镜106将利用二向色反射镜104重叠的脉冲激光与CW激光向加工点聚焦。 通过光纤102的脉冲激光的聚焦光斑107的形状如图6所示，与光纤102的纤芯形状相同，形成为圆形。另外，在高输出半导体激光器105中振荡的CW激光的聚焦光斑108的形状，一般不形成圆形，如图6所示形成线条形。 在使用将该圆形的脉冲激光与线条形的CW激光重叠的重叠激光进行脉冲缝焊时，将CW激光的聚焦光斑108的长轴方向设定为沿接合线的方向，使重叠激光沿该接合线的长度方向相对移动。如果这样，则由于能够对通过利用CW成分进行预热而成为激光容易熔入的状态的加工点照射脉冲激光，因此能够进行无飞溅的焊接。 但是，将该圆形的脉冲激光与线条形的CW激光重叠的重叠激光，对于使用铁系列金属容器的混合型汽车用NiH系列电池的封口，虽然能够实现无飞溅、及满足所希望的熔深量的焊接，但对于使用铝系列金属容器的混合型汽车用锂电池的封口，由于热量从线条形的CW成分的前端向周围散发，因此不能满足所希望的熔深量。另外，若为了得到预热的效果而增大CW成分，则容器将变形，从而容器的开口部的壁面与封口构件之间的间隙扩大，其结果引起的问题是，激光向内部电极泄漏，因该激光而使内部电极破损。 如上所述，对于以往的激光焊接技术，不能对混合型汽车用锂电池所使用的铝系列金属容器的封口那样的、有一定厚度的铝系列金属材料进行脉冲缝焊。 再有，对于混合型汽车用锂电池所使用的铝系列金属容器的封口，有以下的问题。首先，铝系列金属材料由于因伤痕、粗糙度、或污损等一点点表面状态的不同而使得激光吸收率产生很大变化，因此因表面状态而使熔深量产生很大变化。另一方面，在将铝系列金属容器进行封口时，若激光贯穿封口构件，则从该贯穿的部位产生飞溅，该飞溅将引起短路。若锂电池短路，则还有发生火灾的危险，所以必须控制熔深量，使得激光不贯穿封口构件。为此，即使表面状态变化，也必须使熔深量稳定。 此外，由于铝系列金属材料的反射率高，特别是对于YAG脉冲激光，只有7％的激光吸收率，因此对于铝系列金属容器的脉冲缝焊，需要kW级的YAW脉冲激光。为此，为了对激励光源供给超过30kW的功率，得到kW级的YAG脉冲激光，在激励光源用的电源中，必须控制几百安培的输出电流。另外，由于混合型汽车用锂电池是大型电池，比便携式设备用锂电池要大近10倍，因此从生产率方面考虑，要求焊接实现高速化。为了使焊接高速化，必须缩短脉冲激光的脉冲宽度(焊接时间)，为此必须使脉冲高速上升。这样，在激励光源用的电源中，必须控制供给激励光源的几百安培的输出电流，成为高速上升、短脉冲宽度的电流信号。 但是，为了以高速上升几百安培的电流信号，采用降压器方式的电源其设备非常大。因此，降压器方式的电源不适合于铝系列金属材料的焊接所用的激光装置。另一方面，在使内部的开关元件进行开关动作、而进行输出电流控制的斩波器-逆变器方式的电源中，时钟同步是不可缺少的。因此，驱动开关元件的斩波时钟周期信号(驱动信号)中产生几十微秒的抖动，从而输出电流中也产生几十微秒的抖动。因而，若缩短对激励光源供给的电流信号的脉冲宽度，则由于抖动分量(变化分量)的比例增大，对脉冲激光引起很大的功率变化，所以熔深量不稳定。例如，若设供给激励光源的电流信号的脉冲宽度为0.3ms，则30μs的抖动分量引起10％的功率变化，熔深量也变化接近10％。 因而，对于一般的降压器方式的电源或斩波器-逆变器方式的电源，不能力图使供给激励光源的电流信号实现短脉冲化，通常，为了便携式设备用锂电池的封口，采用脉冲宽度为2ms以上的YAG脉冲激光。 另外，由于将脉冲宽度设定为2ms以上，因此YAG脉冲激光的能量提高。为此，以往不能使用GI型光纤，而使用了SI型光纤。其理由是由于，在GI型光纤中，若激光的能量提高，则从激光出射口的端面产生飞溅。但是，SI型光纤多会因光纤更换时在现场附着粉尘等而破损。 另外，SI型光纤的口径小，为0.6mm～0.4mm。另外，由于混合型汽车用锂电池是大型电池，因此由于容器的开口部与封口构件的嵌合关系，与便携式设备用锂电池相比，开口部的壁面与封口构件之间的间隙大。所以，在使用口径小的SI型光纤时，必须将脉冲激光的光斑直径设定得较大，与口径大的GI型光纤相比，对加工点的功率传输率降低。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题，其目的在于提供对铝系列金属材料能够实现无飞溅或裂纹等焊接缺陷并有深的熔深量，而且能够高速进行脉冲缝焊的激光装置；以及使用该激光装置的电池的制造方法。 为了达到上述目的，本专利技术的激光装置，具有产生脉冲激光振荡的第1激光振荡器；生成电流信号及将该电流信号中包含的变化分量进行屏蔽用的屏蔽信号，并将利用前述屏蔽信号将变化分量进行了屏蔽的前述电流信号供给前述第1激光振荡器的脉冲电源；产生连续振荡激光振荡的第2激光振荡器；将前述脉冲激光与前述连续振荡激光重叠以生成重叠激光，并将该重叠激光进行聚焦的第1光学系本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光装置，其特征在于，具有： 产生脉冲激光的振荡的第１激光振荡器； 生成电流信号及将该电流信号中包含的变化分量进行屏蔽用的屏蔽信号，并利用所述屏蔽信号将变化分量进行了屏蔽的所述电流信号供给所述第１激光振荡器的脉冲电源； 产生连续振荡激光的振荡的第２激光振荡器； 将所述脉冲激光与所述连续振荡激光重叠以生成重叠激光，并将该重叠激光进行聚焦的第１光学系统； 使所述脉冲激光的聚焦光斑的形状成为圆形的第２光学系统；以及 使所述连续振荡激光的聚焦光斑的形状成为菱形流线形的第３光学系统， 所述第１光学系统形成所述连续振荡激光的菱形流线形的聚焦光斑内包含所述脉冲激光的圆形的聚焦光斑的重叠激光的聚焦光斑。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：樱井努，船见浩司，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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