JP2019005775A - レーザ加工品の製造方法，電池の製造方法，およびレーザ加工品 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の照射痕の形状に関わらず，照射位置を高精度に補正しつつレーザ加工を行うことができるレーザ加工品の製造方法，電池の製造方法，およびレーザ加工品を提供すること。【解決手段】レーザ加工箇所を有するレーザ加工品の製造を，レーザ発振部と，ビーム分割部と，撮像部とを用いて行う。レーザ発振部およびビーム分割部を用いて基準照射面上に複数の照射スポットを含む照射パターンの照射痕を形成する（Ｓ３）。そして，照射痕の画像を撮像部により取得する。取得した画像上で，照射痕に含まれる複数の照射スポットの位置に基づく代表位置を決定する。代表位置の目標位置からのずれ量を決定する（Ｓ４）。決定されたずれ量に基づきレーザ光の照射位置を補正しつつ，レーザ加工箇所を形成する（Ｓ５）。【選択図】図８

Description

本発明は，レーザ加工箇所を有するレーザ加工品の製造方法，特に電池の製造方法，およびレーザ加工品に関する。

従来から，レーザ光の照射により２つの部材を接合するレーザ溶接が行われている。レーザ溶接では，２つの部材の接合位置を狙ってレーザ光を照射する必要がある。レーザ光の照射位置の精度が悪いと，接合不良となる可能性が高いからである。そのためにレーザ照射位置を補正する技術として，特許文献１に記載されているものが挙げられる。すなわち特許文献１のレーザ加工方法では，レーザ光の照射位置について，撮像装置で撮像することで実測値を得ることとしている。そして，撮像装置とレーザヘッドとのオフセット距離を補正するための補正値や，ｆθレンズの歪みを補正するための補正値を算出することとしている。

特開２００４−２７６１０１号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。レーザ光の照射位置に形成される照射痕は，点ではなくある程度の広がりを持つ領域である。そのため，照射位置の中心を特定する必要がある。しかし照射痕の形状は真円とは限らず，歪んだ形状となることがある。レーザ光のエネルギー分布自体が必ずしも中心対称状とは限らないからである。また，照射痕の形状には被照射面の性状も影響するからである。歪んだ形状の照射痕が形成される状況下では，照射位置の中心を正確に特定することができない。このため，照射位置の補正の精度を上げることができない場合があった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，レーザ光の照射位置に歪んだ形状の照射痕が形成される状況であっても照射位置を高精度に補正しつつレーザ加工を行うことができるレーザ加工品の製造方法および電池の製造方法を提供することにある。また，レーザ加工品をも提供せんとする。

本発明の一態様におけるレーザ加工品の製造方法は，レーザ加工箇所を有するレーザ加工品を製造する方法であって，加工対象物へ向けて照射されるレーザ光を発射するレーザ発振部と，レーザ発振部からのレーザ光を分割して，一直線上にない複数の照射スポットを含むとともに，複数の照射スポットの位置に基づいて決定される代表位置が，レーザ発振部によるレーザ光を分割しないで照射した場合の直接照射位置と一致する照射パターンを被照射面上に形成させるビーム分割部と，被照射面におけるレーザ加工の目標位置を含む領域の画像を取得する撮像部とを用い，レーザ発振部およびビーム分割部を用いて基準照射面上に照射パターンの照射痕を形成するパターン形成工程と，形成された照射痕の画像を撮像部により取得する工程と，取得した画像上で，照射痕に含まれる複数の照射スポットの位置に基づいて，照射パターンの代表位置を決定する代表位置決定工程と，決定された代表位置の，取得した画像上での目標位置からのずれ量を決定する工程と，決定されたずれ量に基づきレーザ発振部からのレーザ光の被照射面への照射位置を補正しつつ，加工対象物にレーザ発振部によりレーザ光を照射してレーザ加工箇所を形成する加工工程とを行うものである。

上記態様におけるレーザ加工品の製造方法では，加工対象物にレーザ発振部によりレーザ光を照射することで，加工対象物が加工されレーザ加工品が製造される（加工工程）。加工対象物におけるレーザ光の照射を受けた箇所はレーザ加工箇所となる。ここにおいて上記態様では，加工工程に先立ち，レーザ光の照射位置と加工の目標位置との間のずれ量を把握する。ずれを補正しつつ加工工程を行うことで加工を正確に行うためである。把握するずれ量はベクトル量である。

ずれ量の把握のため，まずは基準照射面上にレーザ光を照射して照射痕を形成する。その際，ビーム分割部を用いることで，形成される照射痕を，複数の照射スポットを含む所定の照射パターンのものとする（パターン形成工程）。そして撮像部により，形成された照射痕の画像を取得する。取得した画像中の照射痕により示される照射パターンには，複数の照射スポットが含まれている。そこでそれらの照射スポットの位置に基づいて，照射パターンの代表位置を決定することができる（代表位置決定工程）。決定された代表位置は，レーザ発振部のレーザ光の直接照射位置と一致する位置である。ただし，ビーム分割部によるパターン化を経て決定した位置であるため，直接照射位置のみに溶接痕を形成して求めた位置より誤差が少なく高精度である。個々の照射スポットの真円度が低くても，そのことはあまり問題とならない。このようにして決定された代表位置を，画像内でレーザ加工の目標位置とされている位置と対比することで，ずれ量が決定される。

決定されたずれ量に基づき，照射位置を補正しつつ加工工程が行われる。加工工程では，ビーム分割部を用いずに加工対象物にレーザ光を照射することもできるし，ビーム分割部を用いて加工対象物にレーザ光を照射することもできる。また，加工が溶接である場合には，加工対象物は第１対象物と第２対象物とで構成され，それらの突き合わせ箇所がレーザ加工箇所（溶接箇所）となる。

上記態様のレーザ加工品の製造方法では，照射パターン中の照射スポットに，直接照射位置のものが含まれることが望ましい。この場合には，上記のように決定した代表位置は，直接照射位置を，直接照射スポット以外の照射スポットの位置に基づいて補正した位置である。このように直接照射スポット以外の照射スポットを，代表位置の決定に参酌することで，位置精度の向上が図られている。

上記態様のレーザ加工品の製造方法では，代表位置決定工程にて，複数の照射スポットのうち２つ以上のものの位置に基づいて第１の代表線を決定し，複数の照射スポットのうち別の２つ以上のものの位置に基づいて，第１の代表線とは非平行な第２の代表線を決定し，第１の代表線と第２の代表線との交点の位置を代表位置とすることができる。この場合に第１の代表線を決定する照射スポット群と第２の代表線を決定する照射スポット群とは，当然，異なる照射スポット群である。ただし，直接照射スポットは両方の群に入っていてもよい。なお，必ずしも，直接照射スポットを第１，第２の代表線の決定に用いなくてもよい。

上記態様のレーザ加工品の製造方法ではさらに，ビーム分割部として，レーザ発振部からのレーザ光を回折させる回折光学素子を用いることが望ましい。照射位置の機械的走査を要しない分，各照射スポットの位置精度がより高く，代表位置もより高精度に決定できるからである。また，照射パターン中に，直接照射位置と同じ位置の０次スポットが含まれるからである。

上記態様のレーザ加工品の製造方法ではまた，基準照射面として，加工対象物における加工予定箇所を含む表面を用いることが望ましい。ずれ量の決定と加工の実行とが，加工対象物の同一面上で行われることになるので，加工時により高い補正精度が期待できるからである。ずれ量の決定と加工の実行とでずれ量が同一となるからである。

また，上記態様のレーザ加工品の製造方法では，パターン形成工程での照射痕の形成を，基準照射面内における，表面粗さがあらかじめ定められた推奨範囲内である荒れ領域に対して行うことが望ましい。表面粗さの小さい平滑な領域では，レーザ光の反射率が高い。このため，照射痕の形成のために必要なレーザ光のエネルギーが高い。一方，表面粗さが大きすぎる領域では，照射痕の形成のためのレーザ光のエネルギーとして適切な範囲が低エネルギー側の狭い領域に限られる。表面粗さが推奨範囲内である荒れ領域に照射痕を形成する場合には，レーザ光の適切なエネルギー範囲が広いという利点がある。

そのためには，パターン形成工程に先立ち，基準照射面内に，表面を荒らして荒れ領域を形成する荒らし工程を行うこととしてもよい。これにより，基準照射面がもともと適切な荒れ領域を持たない場合でも，適切に照射痕を形成してずれ量を決定することができる。

上記態様の製造方法の一適用例として，加工対象物が電池の第１外装部材および第２外装部材であり，レーザ加工品が，第１外装部材と第２外装部材とをレーザ加工により溶接してなるとともに内部に発電要素を内蔵する電池である電池の製造方法が挙げられる。本方法により，第１外装部材と第２外装部材とが適切に溶接された信頼性の高い電池が製造される。

また，本発明の別の一態様に係るレーザ加工品は，レーザ加工箇所を有しており，レーザ加工箇所の第１レーザ照射痕と，第１レーザ照射痕以外の箇所の第２レーザ照射痕とが形成されており，第２レーザ照射痕は，一直線上にない複数の照射スポットを含む照射パターンのものである。第２レーザ照射痕の存在により，前述の態様のレーザ加工品の製造方法により製造されたものであると推定することができる。

本構成によれば，レーザ光の照射位置に歪んだ形状の照射痕が形成される状況であっても照射位置を高精度に補正しつつレーザ加工を行うことができるレーザ加工品の製造方法および電池の製造方法が提供されている。また，レーザ加工品も提供されている。

レーザ溶接により製造される電池を示す斜視図である。 レーザ溶接装置の構成を示す断面図である。 回折光学素子を用いずに形成される照射痕の形状の一例を示す平面図である。 回折光学素子を用いて形成されるパターン状の照射痕の一例を示す平面図である。 照射エネルギーが大きい場合の照射痕の一例を示す平面図である。 粗面化前後の被照射面および形成された照射痕を示す平面図である。 表面粗さおよびエネルギー密度ごとの，照射痕の形成位置の再現精度を示すグラフである。 実施の形態の方法による電池の製造手順を示すフローチャートである。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す電池１の製造方法として本発明を具体化したものである。電池１は，容器本体２と蓋部材３とにより外形が構成されている扁平角形の形状のものである。電池１の内部には発電要素４が内蔵されている。容器本体２と蓋部材３とは，全周にわたる溶接痕５により接合されている。溶接痕５は，レーザ溶接により形成されたものである。また，正負の電極端子６，７が蓋部材３を貫通して設けられている。さらに，蓋部材３の外面の一部には，荒れ領域８が形成されている。荒れ領域８については後述する。

上記の容器本体２と蓋部材３との溶接を行うためのレーザ溶接装置９の構成を，図２により説明する。図２に示されるレーザ溶接装置９は，レーザ発振器１０とヘッドユニット１１とを有している。レーザ発振器１０とヘッドユニット１１とは，ファイバケーブル１２により接続されている。ヘッドユニット１１は，レーザ発振器１０から発射されたレーザ光を，下方にセットされたワーク２５の被照射面２６に照射するものである。ヘッドユニット１１からワーク２５に照射されるレーザ光は，ワーク２５を局所的に溶融させる能力を有している。ヘッドユニット１１はそれとともに，被照射面２６を撮像する機能も有している。

ヘッドユニット１１には，コリメータレンズ１３，回折光学素子１７，ダイクロイックミラー１４，同軸カメラ１５，反射ミラー１６，Ｚ方向レンズ駆動ユニット１８，反射ミラー１９，集光レンズ２０，Ｘ−Ｙスキャナユニット２１，３軸ドライバ２２，が設けられている。このうちＺ方向レンズ駆動ユニット１８には，Ｚ方向レンズ２３が内蔵されている。また，Ｘ−Ｙスキャナユニット２１には，ガルバノミラー２４が内蔵されている。

コリメータレンズ１３は，レーザ発振器１０から発射されたレーザ光を平行光化するレンズである。回折光学素子１７は，レーザ発振器１０のレーザ光を分割して，複数の照射スポットを含む照射パターンを被照射面２６上に形成させるものである。照射パターンの詳細については後で説明する。回折光学素子１７は，レーザ光の光路上に配置されている状態と，光路から退避している状態とをとることができる。図２に示される回折光学素子１７は，レーザ光の光路上に配置されている状態である。

ダイクロイックミラー１４は，特定波長域の光のみ反射し，それ以外の波長の光は透過する光学素子である。本形態におけるダイクロイックミラー１４は，レーザ発振器１０から発射されたレーザ光を反射し，それ以外の光を透過させるものである。これにより，レーザ発振器１０のレーザ光を被照射面２６の照射に供するとともに，同軸カメラ１５により被照射面２６を観察して撮像することができるようにしている。

Ｚ方向レンズ駆動ユニット１８は，Ｚ方向レンズ２３の上下方向の移動により，レーザ光の被照射面２６上でのフォーカス合わせを行うものである。Ｘ−Ｙスキャナユニット２１は，ガルバノミラー２４を駆動することにより，レーザ光の被照射面２６上での照射位置を調節するものである。Ｚ方向レンズ駆動ユニット１８およびＸ−Ｙスキャナユニット２１はいずれも，３軸ドライバ２２により制御されるようになっている。

レーザ溶接装置９にはさらに，レーザポインタ２７，保護ガラス２８，エアノズル２９が設けられている。レーザポインタ２７は，ヘッドユニット１１からのレーザ光とは別のレーザビームを被照射面２６に照射するものである。レーザポインタ２７からのレーザビームは，ワーク２５を溶融させる能力を有しておらず，同軸カメラ１５で観察・撮像する被照射面２６の画像内に輝点を形成するものである。その輝点の位置が，ヘッドユニット１１からのレーザ光による溶接の目標位置となるように，レーザ溶接装置９は調整されている。保護ガラス２８は，ヘッドユニット１１からのレーザ光がワーク２５から外れて迷光となるのを防止するものである。エアノズル２９は，被照射面２６上の異物を吹き払うものである。

上記のレーザ溶接装置９による溶接は，次のようにして行われる。まず溶接の実行時には，回折光学素子１７が，レーザ光の光路から退避している状態とされる。このため，ワーク２５の被照射面２６には，レーザ発振器１０から発射され回折光学素子１７によるビーム分割を受けない直射レーザ光が照射されることとなる。これにより，被照射面２６内の上記目標位置が局所的に溶融する。よって，ワーク２５が２つの部材により構成されている場合，その突き当て箇所を目標位置に置いてこの状態でレーザ光を照射することにより，２つの部材を溶接することができる。

なお，溶接の実行を，回折光学素子１７がレーザ光の光路に突出した状態で行ってもよい。回折光学素子１７では，生成される複数の照射スポットの中に直射レーザ光と同じ位置のもの（０次光）が含まれるからである。回折光学素子１７を用いつつ溶接を行うと，直射レーザ光（後述する０次光）を主熱源として溶け込み深さを確保しつつ，後述する回折光を副熱源として両部材の間の隙間を確実に埋めることができる。

電池１であれば，容器本体２と蓋部材３との境目の箇所を目標位置に置いてレーザ光を照射しつつ，目標位置が蓋部材３の縁辺を一周するように電池１を移動させていけばよい。これにより溶接痕５が形成され，電池１が製造される。なお，発電要素４の容器本体２への収納は当然，溶接より先に済ませておく。

上記の説明では，レーザ発振器１０からの直接レーザ光の被照射面２６への照射位置と前述の目標位置とが，狙い通りにぴたり一致しているものと仮定した。しかし現実には，両位置の間にある程度のずれが発生している場合がある。当該ずれがある場合にそのまま上記の通りにレーザ光の照射を行っても，適切な溶接はできない。そこで本形態では，回折光学素子１７を用いつつ当該ずれの向きと量とを把握し，ずれを補正した状態で溶接を行う。

ずれ量（ベクトル量）の把握自体は，ワーク２５を固定した状態で直接レーザ光を被照射面２６に照射することで可能である。すなわち，生成されたスポット状の照射痕を同軸カメラ１５で観察し，画像上で目標位置からのずれの向きと量とを決定すればよい。目標位置は前述のように，レーザポインタ２７からのレーザビームによる画像内の輝点として把握できる。しかしながらそれだけでは，［発明が解決しようとする課題］で述べたように照射痕の中心位置を精度よく決定することができない。図３に示すように照射痕３０が真円ではない歪んだ形状のスポットとなることがあるためである。

そこで本形態では，回折光学素子１７を用いることで，ずれ量をより高精度に把握する。回折光学素子１７は，公知の格子パターンを有する光学部品であり，レーザ発振器１０からのレーザ光を，複数本のレーザ光に分割するものである。このため，回折光学素子１７を光路上に介在させた状態（図２）で被照射面２６に照射痕を形成すると，図４に示すように，複数のスポットからなるパターン状の照射痕３１が形成される。

図４のパターン状の照射痕３１は，中央の０次スポット３２と，その周囲の複数の回折スポット３３とにより構成されている。０次スポット３２は，回折光学素子１７を直進してきた０次光によるスポットであり，回折光学素子１７を用いない場合に形成される照射痕３０（図３）と同じ位置に形成される。各回折スポット３３は，回折光学素子１７での回折により生じた回折光によるスポットである。照射痕３１における各スポットの配置パターンは，回折光学素子１７の格子パターンとレーザ発振器１０のレーザ光の波長とにより定まる。つまり，レーザ発振器１０の種類および回折光学素子１７の格子パターンが決まっていれば照射痕３１の配置パターンは一定である。ただし，照射エネルギーによっては，図５に示すように照射痕３１における各スポットが繋がった状態となることはある。

図４のパターン状の照射痕３１においては，各スポット３２，３３ごとに中心位置が存在する。スポット３２，３３の中心位置の確定の方法には，いくつかの公知の手法がありどれでもよい。例えば，各スポットの図形としての重心位置を求める方法，スポットの近似画像から中心位置を決定する方法，ハフ変換によりスポットに円を当てはめてその中心位置を用いる方法，等がある。

よって，それらの中心位置の平均位置を求めることができる。この平均位置が，パターン状の照射痕３１全体の代表位置であり，回折光学素子１７を用いずに形成した照射痕３０（図３）の真の中心位置と一致する位置である。よって，この代表位置の目標位置からのずれの向きと量とを画像上で決定すればよい。照射痕３１が図５のように連続状となった場合でも，各スポット３２，３３を画面上で認識して中心位置を決定することはできる。

むろん，上記の本形態の方法を用いたとしても，各スポット３２，３３の中心位置には，図３に示した場合と同様の理由による精度の問題はある。しかしながら，複数のスポット３２，３３の中心位置の代表位置を採ることで，各スポット３２，３３の位置の誤差が緩和されるのである。このため，図３のように直接レーザ光による１つのスポットだけでずれ量を把握する場合に比べて，本形態でははるかに高精度にずれ量を把握することができる。図５の場合でも，図４の場合に比べればやや精度は劣るが，それでも図３の場合よりは高い精度でずれ量を把握することができる。

上記では照射痕３１の代表位置を，各スポット３２，３３の中心位置の平均位置として求めると述べた。各中心位置の平均位置としては，Ｘ座標，Ｙ座標ごとに各中心位置の座標値の平均を求めればよい。さらに，単純平均に限らず，重み付き平均を用いてもよい。その場合の重み付けとしては例えば，０次スポット３２からの距離が遠いものほど重くすることが考えられる。また，分割された複数本のレーザ光間でのエネルギーの配分は既知であるため，大エネルギーのものほど重くすることもできる。逆に大エネルギーのものほど軽くすることもできる。

あるいは平均位置を求める替わりに，各スポット３２，３３の中心位置に基づいて図４中に示す代表線Ａ，Ｂを決定し，代表線Ａと代表線Ｂとの交点をもって代表位置としてもよい。代表線Ａ，Ｂはいずれも，各スポット３２，３３の一部である複数のスポットの中心位置に基づいて定められる線である。代表線Ａを決定する複数のスポットと代表線Ｂを決定する複数のスポットとは，異なるスポット群である。ただし０次スポット３２は，両方の群に含まれていてもよい。また，代表線Ａと代表線Ｂとは非平行である。具体的には代表線Ａ，Ｂは，それぞれの代表線上にあるスポットの中心位置に基づき最小二乗法で決定すればよい。また，平均位置を用いる場合でも代表線を用いる場合でも，０次スポット３２の位置は代表位置の決定から除外してもよい。特に，図５のような連続状の照射痕３１となった場合には，０次スポット３２の位置を除外して代表位置を決定した方がよい。

このようにしてずれ量が精度よく把握されたら，そのずれ量の分を補正しつつ，溶接を実行すればよい。ずれ量の補正には，目標位置自体を補正する手法と，目標位置に対してずれ量の分を逆算した位置にワーク２５をセットする手法とがあり，どちらでもよい。このようにずれ量の分を補正した状態でヘッドユニット１１からのレーザ光の照射を行うことで，容器本体２と蓋部材３との境目の箇所に正確にレーザ光を当てることができる。これにより溶接を適切に行うことができる。

ここで，被照射面２６に形成された図４のような照射痕３１を同軸カメラ１５で観察・撮像するに際して，被照射面２６のもともとの平滑性の問題がある。被照射面２６の平滑性が高すぎると，照射痕３１が形成されにくいのである。平滑な面はレーザ光の反射率が高いため，投入したエネルギーのうちごく一部分しか照射痕３１の形成に寄与しないためである。このため，照射するレーザ光を相当に高エネルギーとする必要がある。

そのため，照射痕３１の形成のためのレーザ光の照射に先立ち，被照射面２６を粗面化する荒らし工程を行うことが望ましい。すなわち図６に示すように，被照射面２６（上段）をまず粗面化して荒れ領域８とする（中段）。この荒れ領域８内に照射痕３１を形成するのである（下段）。このように荒らし工程を経ることで，照射するレーザ光を特段に高エネルギーのものとすることなく，安定して照射痕３１を形成することができる。荒れ領域８ではレーザ光の反射率が低く，投入したエネルギーの大部分が有効に照射痕３１の形成に寄与するからである。また，荒れ領域８内に照射痕３１を形成することで，同軸カメラ１５での観察画像において，照射痕３１の内部と外部との境目を明瞭に認識しやすいという利点もある。照射痕３１の内部と外部とで画像上での明度に明確な相違が生じるからである。

このため，荒らし工程を経ずに照射痕３１を形成する場合と比較してさらに高精度に各スポット３２，３３の中心位置を決定できる。なお，荒れ領域８は，被照射面２６の全体に形成する必要はなく，パターン状の照射痕３１が形成される領域全体を包含する領域に形成すれば十分である。なお，被照射面２６がもともと適度に荒れ面となっている場合には，荒らし工程を経なくても照射痕３１が十分に明瞭に形成されることがある。

粗面化の具体的手法としては例えば，レーザ光線を被照射面２６上に走査することが挙げられる。レーザポインタ２７のレーザビームを，輝点形成時よりも出力を上げた状態で使用してもよいし，レーザ発振器１０のレーザビームを，溶接時や照射痕３１形成時よりも出力を下げた状態で使用してもよい。あるいは，機械的な研磨や，化学的エッチングにより粗面化を行ってもよい。

次に，粗面化の効果についての試験を行ったのでその結果を説明する。図７は，多数の照射痕３１を形成した際の形成位置の再現精度を，粗面化後の荒れ領域８の表面粗さＲａおよびレーザビームのエネルギー密度ごとに示したものである。ここでレーザビームのエネルギー密度とは，荒らし工程で使用するレーザビームについてのことではなく，照射痕３１の形成のためのレーザビームのエネルギー密度である。図７では，横軸に表面粗さＲａ［μｍ］をとり，縦軸にレーザビームのエネルギー密度［Ｊ/ｍｍ²］をとっている。

図７中にプロットされる各図形は，その表面粗さおよびそのエネルギー密度での照射痕３１を形成した際の形成位置の再現性の程度を示している。具体的には，多数形成した照射痕３１の位置の座標値の標準偏差で次のようにランク付けしている。
「○」……２５μｍ以下
「△」……２５〜４５μｍ
「×」……４５μｍ超

図７を見ると，表面粗さが大きい図中右寄りの部分ではエネルギー密度がさほど高くない条件でのみ試験しているが，表面粗さが小さい図中左寄りの部分では，エネルギー密度が低い条件から高い条件までにわたって試験している。これは前述のように，粗面に対しては低エネルギーのレーザビームでも照射痕３１が形成される一方で，平滑面では高エネルギーのレーザビームでないと明瞭な照射痕３１が形成されにくいことと対応している。

図７ではさらに，表面粗さＲａが０．１〜０．３μｍの範囲内で，「○」もしくは「△」のみの結果となっている。特に，表面粗さＲａが０．２〜０．２５μｍの範囲内では，「○」のみの結果となっている。よってこれらの範囲が，荒れ領域８の表面粗さＲａとして推奨される範囲であるということになる。

例えば表面粗さＲａが０．２５μｍでエネルギー密度が約２５０Ｊ/ｍｍ²の条件では，図４に示したような，各スポットを明白に別々に認識できる照射痕３１が形成され，各スポットの中心位置のばらつきは２５μｍ以下であった。また，表面粗さＲａが約０．１３μｍでエネルギー密度が約２５０Ｊ/ｍｍ²の条件では，図５に示したような照射痕３１が形成された。この照射痕３１では，スポット同士が繋がっているが一応各スポットの中心位置の確定が可能で，各スポットの中心位置のばらつきは２５〜４５μｍの範囲内であった。表面粗さＲａが約０．１３μｍの条件でも，エネルギー密度を約５００Ｊ/ｍｍ²程度まで上げれば，各スポットの中心位置のばらつきは２５μｍ以下となった。

一方，表面粗さＲａが約０．３μｍを超えるような高い条件では，約１３０Ｊ/ｍｍ²程度という低いエネルギー密度でも，溶けすぎのため満足な照射痕３１とはならなかった。各スポットの位置を目視で指定しても，そのばらつきは４５μｍ超となった。ただしこのような粗さ条件でも，エネルギー密度をさらに下げて各スポットの位置のばらつきを４５μｍ以下とすることは可能である。

また，表面粗さＲａが０．０５μｍと低くエネルギー密度が約２５０Ｊ/ｍｍ²以下の条件では，溶け込み不足のため満足な照射痕３１とはならなかった。各スポットの位置を目視で指定しても，そのばらつきは４５μｍ超となった。ただしこのような粗さ条件でも，エネルギー密度を約５００Ｊ/ｍｍ²程度以上に上げれば，各スポットの中心位置のばらつきは４５μｍ以下となった。このため，荒れ領域８の表面粗さＲａが前述の推奨される範囲を外れていたとしても，全く使えない訳ではない。

上記のことから，本形態のレーザ溶接装置９による，図１の電池１の製造，つまり容器本体２と蓋部材３との溶接は，図８の手順で行われる。すなわち，ワーク２５（容器本体２＋蓋部材３）を被照射位置にセットし（Ｓ１），まずは荒らし工程により荒れ領域８を形成する（Ｓ２）。図１に示した例では，蓋部材３の上面であって溶接痕５に掛からない位置に荒れ領域８が形成されている。実際には溶接痕５より先に荒れ領域８が形成される。

そして，荒れ領域８内にパターン状の照射痕３１を形成する（Ｓ３）。図１ではそこまで細かく描いてはいないが，図１に示した電池１中の荒れ領域８内にも実際には照射痕３１が形成されている。そして，ずれ量の決定を行う（Ｓ４）。ずれ量の決定は前述のように，同軸カメラ１５による照射痕３１の観察・撮像，照射痕３１の代表位置の決定，代表位置と目標位置（レーザポインタ２７による輝点）との対比によるずれ量（ベクトル量）の把握，により行われる。そして，ずれを補正した状態で溶接を実行する（Ｓ５）。これにより溶接痕５が形成される。

上記図８の手順の説明では，Ｓ２の工程での荒れ領域８の形成を，蓋部材３の上面に対して行っている。このことは，パターン状の照射痕３１を溶接対象箇所と同一高さの箇所に形成する，ということである。このため，照射位置の目標位置からのずれ量が，照射痕３１の形成時と溶接実行時とでほとんど違わない。したがって，ずれの補正精度がより高い。なお，蓋部材３の上面のもともとの面粗度次第では，Ｓ２の工程を省略してもよい。

また，図８の手順中のＳ２〜Ｓ４の部分は，溶接対象の個々の電池１のすべてに対して行ってもよいし，代表する個体ついてのみ行ってもよい。後者の場合には，代表する個体ついて取得したずれ量に基づいて，他の個体についても同様に補正しつつ溶接を行うこととなる。なお，レーザ溶接装置９を休止状態から始動させた直後とか，気温その他の環境要因が大きく変動した後等には，必ずＳ２〜Ｓ４の部分を実行した方がよい。ずれ量が変動している可能性があるからである。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，レーザ溶接装置９により２つの部材を溶接するに際して，溶接位置，すなわち溶接のためのレーザ光の照射位置の目標位置からのずれを補正するようにしている。そのずれ量の把握を，単独スポットでなく図４に示したようなパターン状の照射痕３１を形成することで行うようにしている。これにより，単独スポットでずれ量を把握する場合と比較してより高精度にずれ量を把握することができる。したがって，狙い位置に正確にレーザ光を照射して適切な溶接ができるようになっている。

また，望ましくは照射痕３１の形成に先立ち，被照射面２６に荒れ領域８を形成することとしている。このためパターン状の照射痕３１は，レーザ光の反射率がさほど高くない荒れ領域８内に形成されることとなる。したがって，照射痕３１の形成のためのレーザ光を，さほど高エネルギーとすることなく，適切にパターン状の照射痕３１を形成することができる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。

例えば，被照射面２６に溶接工程に先立ち形成する照射痕３１のパターンは，図４等に示したものには限られない。最低限，次の２つの条件を満たすパターンであればよい。すなわち，すべてのスポットが一直線上に乗ってはいないこと，および，各スポットの位置に基づく何らかの演算処理によりパターン全体の代表位置を算出できること，の２つである。すべてのスポットが一直線上に乗っているようなパターンであっては，代表位置を２次元の座標位置として適切に定めることができないので，不適切である。図４に示した直交四方状のパターン以外では，六方状や八方状のパターンや，Ｔ字状とか三方状のパターンが考えられる。

また，前記実施の形態では，レーザ発振器１０からのレーザ光を複数本のレーザ光に分割するビーム分割部として，回折光学素子１７を用いている。しかし，ビーム分割部として使用可能なのは，回折光学素子１７には限られない。回折光学素子１７以外のビーム分割部としては例えば，レーザ光の照射位置そのものを機械的に走査することが考えられる。機械的な走査としては，Ｘ−Ｙスキャナユニット２１のガルバノミラー２４を操作することによってもよいし，ワーク２５そのものを移動させることによってもよい。両者を併用してもよい。ただしこの方法では，機械的走査に付随する誤差の分，スポット位置の再現性では回折光学素子１７の場合より不利であることは否めない。

ビーム分割部のさらに別の例としては，複屈折素子を挙げることができる。複屈折素子は，レーザ光の光路に対する進退以外は機械的な動きを要しないので，上記の機械的誤差がないという点では回折光学素子１７に近い性質を持つ。ただし，生成されるパターン中に直接レーザ光と同じ位置のものを当然に含むという訳ではないので，その点では回折光学素子１７より不利である。なお，回折光学素子と複屈折素子とを併用した光学素子を用いることもできる。

また，前記実施の形態で説明したのは，レーザ溶接装置９による溶接について具体化された本発明である。しかしながら，レーザ発振器１０からのレーザ光による対象物の加工は，溶接には限られない。溶接以外のレーザ加工として，切断や表面改質（対象物に表面被覆層がある場合のその除去を含む）を挙げることができる。その場合には，切断箇所，改質箇所がレーザ加工箇所ということになる。また，特に表面改質の場合には，加工の実行時に，回折光学素子１７（ビーム分割部）を使用することと使用しないこととのいずれも可能である。

１ 電池
２ 容器本体
３ 蓋部材
４ 発電要素
５ 溶接痕
８ 荒れ領域
１０ レーザ発振器
１５ 同軸カメラ
１７ 回折光学素子
２５ ワーク
２６ 被照射面
３１ パターン状の照射痕
３２ ０次スポット
３３ 回折スポット
Ａ 代表線
Ｂ 代表線

Claims (9)

1. レーザ加工箇所を有するレーザ加工品の製造方法であって，
   加工対象物へ向けて照射されるレーザ光を発射するレーザ発振部と，
   前記レーザ発振部からのレーザ光を分割して，一直線上にない複数の照射スポットを含むとともに，複数の前記照射スポットの位置に基づいて決定される代表位置が，前記レーザ発振部によるレーザ光を分割しないで照射した場合の直接照射位置と一致する照射パターンを被照射面上に形成させるビーム分割部と，
   前記被照射面におけるレーザ加工の目標位置を含む領域の画像を取得する撮像部とを用い，
   前記レーザ発振部および前記ビーム分割部を用いて基準照射面上に前記照射パターンの照射痕を形成するパターン形成工程と，
   形成された照射痕の画像を前記撮像部により取得する工程と，
   取得した画像上で，前記照射痕に含まれる複数の前記照射スポットの位置に基づいて，前記照射パターンの代表位置を決定する代表位置決定工程と，
   決定された前記代表位置の，前記取得した画像上での前記目標位置からのずれ量を決定する工程と，
   決定されたずれ量に基づき前記レーザ発振部からのレーザ光の前記被照射面への照射位置を補正しつつ，前記加工対象物に前記レーザ発振部によりレーザ光を照射して前記レーザ加工箇所を形成する加工工程とを行うことを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
2. 請求項１に記載のレーザ加工品の製造方法であって，
   前記照射パターン中の照射スポットに，前記直接照射位置のものが含まれることを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーザ加工品の製造方法であって，前記代表位置決定工程にて，
   複数の前記照射スポットのうち２つ以上のものの位置に基づいて第１の代表線を決定し，
   複数の前記照射スポットのうち別の２つ以上のものの位置に基づいて，前記第１の代表線とは非平行な第２の代表線を決定し，
   前記第１の代表線と前記第２の代表線との交点の位置を前記代表位置とすることを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のレーザ加工品の製造方法であって，
   前記ビーム分割部として，前記レーザ発振部からのレーザ光を回折させる回折光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載のレーザ加工品の製造方法であって，
   前記基準照射面として，前記加工対象物における加工予定箇所を含む表面を用いることを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載のレーザ加工品の製造方法であって，
   前記パターン形成工程での前記照射痕の形成を，前記基準照射面内における，表面粗さがあらかじめ定められた推奨範囲内である荒れ領域に対して行うことを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
7. 請求項６に記載のレーザ加工品の製造方法であって，
   前記パターン形成工程に先立ち，前記基準照射面内に，表面を荒らして前記荒れ領域を形成する荒らし工程を行うことを特徴とするレーザ加工品の製造方法。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の製造方法であって，
   前記加工対象物が電池の第１外装部材および第２外装部材であり，
   前記レーザ加工品が，前記第１外装部材と前記第２外装部材とをレーザ加工により溶接してなるとともに内部に発電要素を内蔵する電池であることを特徴とする電池の製造方法。
9. レーザ加工箇所を有するレーザ加工品であって，
   前記レーザ加工箇所の第１レーザ照射痕と，
   前記第１レーザ照射痕以外の箇所の第２レーザ照射痕とが形成されており，
   前記第２レーザ照射痕は，一直線上にない複数の照射スポットを含む照射パターンのものであることを特徴とするレーザ加工品。

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