JP2023004207A - 溶接方法、金属積層体、電気部品、および電気製品 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の金属箔と金属部材とが重なった積層体を溶接することが可能な溶接方法、ならびに当該溶接方法によって溶接された、金属積層体、電気部品、および電気製品を提供する。【解決手段】金属部材１１上に重なった複数の金属箔１２のうち金属部材１１とは反対側の金属箔１２に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、金属部材１１と複数の金属箔１２とを溶接する溶接方法であって、レーザ光を照射して複数の金属箔１２と金属部材１１とに渡る溶融池を形成する工程と、溶融池を固化して溶接部１４を形成する工程と、を有し、溶融池を形成する工程では、レーザ光のスポットが金属箔１２の表面上で掃引されるとともに、複数の金属箔１２および金属部材１１がレーザ光Ｌから吸収した吸収エネルギであって、掃引方向の単位長さあたりの吸収エネルギが、０．１４［Ｊ／ｍｍ］以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接方法、金属積層体、電気部品、および電気製品に関する。

従来、複数のタブと端子とがレーザ溶接によって接合されている電池が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０２０－４６４３号公報

この種の溶接においては、所要の接合強度の確保は勿論のこと、例えばレーザ光を照射した部位における複数の金属箔の切断や、金属箔の部分的な断裂のような欠陥を生じさせないことは、重要である。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、複数の金属箔と金属部材とが重なった積層体を溶接することが可能な、より改善された新規な溶接方法、ならびに当該溶接方法によって溶接された、金属積層体、電気部品、および電気製品を得ること、である。

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、前記複数の金属箔および前記金属部材が前記レーザ光から吸収した吸収エネルギであって、掃引方向の単位長さあたりの吸収エネルギが、０．１４［Ｊ／ｍｍ］以下である。

前記溶接方法にあっては、前記吸収エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上であってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記吸収エネルギは、前記第一方向に重ねられた複数の金属箔の厚さが４００［μｍ］以上である場合に、０．０５［Ｊ／ｍｍ］以上であってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記スポットの掃引速度は、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ１００００［ｍｍ／ｓ］以下であってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記第一レーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であり、前記第二レーザ光の波長は、５５０［ｎｍ］以下であってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記第二レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下であってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記レーザ光のビームは、ビームシェイパによって形成されてもよい。

前記溶接方法にあっては、前記ビームシェイパは、ＤＯＥであってもよい。

前記溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡が、当該掃引軌跡の少なくとも一部において、前記スポットの少なくとも一部が既に前記レーザ光の照射によって溶融した部位と重なるよう、設定されてもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、無端状の部位を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、全体的に無端状の形状を有してもよい。

前記溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記掃引軌跡において前記無端状の部位が形成された後、前記表面における前記無端状の部位の内側の領域で前記レーザ光のスポットが掃引されてもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、互いに隣り合って延びた複数の区間を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記掃引軌跡の二箇所の間を結ぶ線分状の区間を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、渦巻き状の区間を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記第二方向に線状に延びた区間と、当該線状に延びた区間の後に掃引され当該線状に延びた区間と部分的に重なる前記ウォブリング区間と、を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、当該掃引軌跡同士が交差した部位を含んでもよい。

前記溶接方法にあっては、形成された前記溶接部の幅が３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下であってもよい。

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射した場合に形成された前記溶接部の外径、または前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上で前記レーザ光のスポットを掃引した場合に形成された前記溶接部の幅が、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である。

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射し、前記レーザ光の前記複数の金属箔および前記金属部材への投入エネルギが、１．０［Ｊ］以下である。

前記溶接方法にあっては、前記投入エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上であってもよい。

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間と、前記第二方向に線状に延びて前記ウォブリング区間と部分的に重なった区間と、を含む。

本発明の金属積層体は、例えば、金属部材と前記金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔と、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接した溶接部と、を備え、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔において、前記溶接部が点状に形成された場合の外径、または前記溶接部が線状に形成された場合の幅が、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である。

本発明の電気部品は、例えば、前記金属積層体を、導体として備える。

本発明の電気製品は、例えば、前記金属積層体を、導体として備える。

本発明によれば、例えば、複数の金属箔と金属部材とが重なった積層体を溶接することが可能な、より改善された新規な溶接方法、ならびに当該溶接方法によって溶接された、金属積層体、電気部品、および電気製品を得ることができる。

図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２は、実施形態のレーザ溶接装置の加工対象としての金属積層体の例示的かつ模式的な断面図である。 図３は、実施形態のレーザ溶接装置の加工対象としての金属積層体を含む電池の例示的かつ模式的な断面図である。 図４は、第１実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）を示す例示的な模式図である。 図５は、照射するレーザ光の波長に対する金属の光の吸収率を示すグラフである。 図６は、実施形態の溶接方法の手順を示す例示的なフローチャートである。 図７は、金属積層体において溶接部と金属箔との境界に断裂が生じる仕組みを示す例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、参考例の溶接方法により溶接部に切断が生じた場合の例示的な断面図である。 図９は、実施形態の溶接方法により良好な接合状態が得られた場合の例示的な断面図である。 図１０は、参考例の溶接方法により金属箔の一部に断裂が生じた場合の例示的な断面図である。 図１１は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１２は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１３は、図１２のXIII－XIII断面図である。 図１４は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１５は、図１４のXV－XV断面図である。 図１６は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１７は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１８は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図１９は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図２０は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。 図２１は、第２実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２２は、第２実施形態のレーザ溶接装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。 図２３は、第２実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図２４は、第３実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

以下に示される実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。

また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、加工対象Ｗの表面Ｗａ（加工面、溶接面）の法線方向であり、金属箔１２の厚さ方向であり、金属箔１２および金属積層体１０の積層方向である。

また、本明細書において、序数は、部品や、部材、部位、レーザ光、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置１００の概略構成図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１１と、レーザ装置１１２と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、を備えている。レーザ溶接装置１００は、溶接装置の一例である。

レーザ装置１１１，１１２は、それぞれ、レーザ発振器を有しており、例えば、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置１１１，１１２は、４００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出射する。レーザ装置１１１，１１２は、内部に、例えば、ファイバレーザや、半導体レーザ（素子）、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザのような、レーザ光源を有している。レーザ装置１１１，１１２は、複数の光源の出力の合計として、数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。

レーザ装置１１１は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光を出力する。レーザ装置１１１は、第一レーザ装置の一例である。一例として、レーザ装置１１１は、レーザ光源として、ファイバレーザかあるいは半導体レーザ（素子）を有する。レーザ装置１１１が有するレーザ発振器は、第一レーザ発振器とも称されうる。

他方、レーザ装置１１２は、例えば、５５０［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光を出力する。レーザ装置１１２は、第二レーザ装置の一例である。一例として、レーザ装置１１２は、レーザ光源として、半導体レーザ（素子）を有する。レーザ装置１１２は、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光を出力するのが好適である。レーザ装置１１２が有するレーザ発振器は、第二レーザ発振器とも称されうる。

光ファイバ１３０は、レーザ装置１１１，１１２と光学ヘッド１２０とを光学的に接続している。言い換えると、光ファイバ１３０は、それぞれ、レーザ装置１１１，１１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射する光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、ガルバノスキャナ１２６と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、フィルタ１２４、およびガルバノスキャナ１２６は、光学部品とも称されうる。

コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）は、それぞれ、光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。

ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１－１で平行光となった第一レーザ光を反射し、ガルバノスキャナ１２６へ向かわせる。

フィルタ１２４は、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。ミラー１２３からの第一レーザ光は、フィルタ１２４を透過し、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。他方、コリメートレンズ１２１－２からの第二レーザ光は、フィルタ１２４で反射され、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。

ガルバノスキャナ１２６は、複数のミラー１２６ａ，１２６ｂを有している。複数のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を変更することで、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出射方向を切り替え、これにより、加工対象Ｗの表面上でレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えば制御装置によって制御されたモータ（いずれも不図示）によって変更される。光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの出射方向を変更することにより、加工対象Ｗの表面Ｗａ上で、レーザ光Ｌを掃引することができる。

集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗへ照射する。

加工対象Ｗは、金属部材１１と、複数の金属箔１２とが、Ｚ方向に積層された金属積層体１０である。金属積層体１０は、積層体とも称されうる。金属積層体１０は、金属部材１１と、複数の金属箔１２と、溶接部１４と、を有している。溶接部１４は、金属部材１１と複数の金属箔１２とを溶接し、機械的かつ電気的に接続している。

図２は、金属積層体１０の断面図である。金属部材１１は、一例として、Ｚ方向と交差して広がった板状の形状を有している。ただし、金属部材１１は、板状の部材には限定されない。複数の金属箔１２は、金属部材１１のＺ方向の端面１１ａ上に、Ｚ方向に積層されている。

金属積層体１０は、レーザ溶接装置１００によって溶接されるに際し、不図示の固定治具によって上述した積層状態で一体的に仮止めされ、金属箔１２の表面Ｗａの法線方向がＺ方向と略平行となる姿勢で、セットされる。固定治具は、例えば、Ｚ方向に互いに離間して配置された２枚の金属板である。当該２枚の金属板は、Ｚ方向と交差した姿勢で、積層された金属部材１１と複数の金属箔１２とをＺ方向に挟む。当該２枚の金属板のうち光学ヘッド１２０と面した金属板には、レーザ光Ｌが貫通可能な貫通穴が設けられる。

表面Ｗａは、金属積層体１０のＺ方向の端面であり、複数の金属箔１２のうち金属部材１１とは反対側の金属箔１２、言い換えると金属部材１１から最も離れた金属箔１２の、当該金属部材１１とは反対側の面である。レーザ光Ｌは、表面Ｗａに対してＺ方向の反対方向に向けて、言い換えると、表面Ｗａに対して金属部材１１とは反対側からＺ方向に沿って、照射される。なお、金属部材１１の端面１１ａとは反対側の面は、金属積層体１０の裏面Ｗｂである。表面Ｗａは、レーザ光Ｌの照射面とも称され、光学ヘッド１２０と面した対向面とも称されうる。Ｚ方向は、第一方向の一例である。

このようなレーザ光Ｌの照射により、溶接部１４は、表面Ｗａから、Ｚ方向の反対方向に向けて延びることになる。Ｚ方向の反対方向は、溶接部１４の深さ方向とも称されうる。また、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上で掃引方向ＳＤに掃引されることにより、溶接部１４は、図２と略同様の断面形状で、掃引方向ＳＤにも延びることになる。なお、掃引方向ＳＤは、レーザ光Ｌが照射されている位置における一時的な方向である。また、図１，２のように、掃引方向ＳＤがＸ方向である場合にあっては、当該Ｘ方向と直交するＹ方向は、溶接部１４の幅方向とも称されうる。

図３は、金属積層体１０を有した電気製品としての電池１の断面図である。電池１は、金属積層体１０の一つの適用例である。この場合、金属積層体１０は、導体としての電気部品の一例であり、電気製品に含まれる電気部品の一例である。電気部品は、電気製品の構成部品とも称されうる。

図３に示される電池１は、例えば、ラミネート型のリチウムイオン電池セルである。電池１は、フィルム状の二つの外装材２０を有している。二つの外装材２０の間には収容室２０ａが形成されている。収容室２０ａ内には、複数の扁平な正極材１３ｐ、複数の扁平な負極材１３ｍ、および複数の扁平なセパレータ１５が、収容されている。収容室２０ａ内では、正極材１３ｐと負極材１３ｍとが、セパレータ１５が間に介在した状態で、交互に積層されている。複数の正極材１３ｐおよび複数の負極材１３ｍからは、それぞれ金属箔１２が延びている。図３の例では、正極材１３ｐのそれぞれから延びた複数の金属箔１２は、電池１のＹ方向の反対側の端部において金属部材１１上に重ねられ、当該端部において金属部材１１と複数の金属箔１２とが溶接された金属積層体１０が設けられている。正極側では、金属部材１１の一部のみが外装材２０の外に露出し、金属部材１１の他の一部、複数の金属箔１２、および溶接部１４は、外装材２０の外には露出していない。金属部材１１は、電池１の正極端子を構成している。他方、負極材１３ｍのそれぞれから延びた複数の金属箔１２は、電池１のＹ方向の端部において金属部材１１上に重ねられて、当該端部において金属部材１１と複数の金属箔１２とが溶接された金属積層体１０が設けられている。負極側でも、金属部材１１の一部のみが外装材２０の外に露出し、金属部材１１の他の一部、複数の金属箔１２、および溶接部１４は、外装材２０の外には露出していない。金属部材１１は、電池１の負極端子を構成している。

図３に示されるように、金属積層体１０は、それぞれ、二つの外装材２０の間に挟まれている。金属積層体１０と外装材２０との間は、封止材等により気密あるいは液密が確保される。このため、金属積層体１０の表面Ｗａおよび裏面Ｗｂは、凹凸ができるだけ小さいか、少ないか、あるいは無い状態であるのが好ましい。なお、電池１がリチウムイオン電池セルである場合、正極端子としての金属積層体１０を構成する金属箔１２は、例えば、アルミニウム系金属材料で作られ、負極端子としての金属積層体１０を構成する金属箔１２は、例えば、銅系金属材料で作られる。正極端子および負極端子は、電気部品の一例である。金属積層体１０または金属部材１１は、電極タブや、タブとも称されうる。また、金属部材１１は、導電部材とも称されうる。

図４は、表面Ｗａ上に照射されたレーザ光Ｌのビーム（スポット）を示す模式図である。ビームＢ１およびビームＢ２のそれぞれは、そのビームの光軸方向と直交する断面の径方向において、例えばガウシアン形状のパワー分布を有する。ただし、ビームＢ１およびビームＢ２のパワー分布はガウシアン形状に限定されない。また、図４のように各ビームＢ１，Ｂ２を円で表している各図において、当該ビームＢ１，Ｂ２を表す円の直径が、各ビームＢ１，Ｂ２のビーム径である。各ビームＢ１，Ｂ２のビーム径は、そのビームのピークを含み、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度の領域の径として定義する。なお、図示されないが、円形でないビームの場合は、掃引方向ＳＤと垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義できる。また、表面Ｗａにおけるビーム径は、スポット径と称する。

図４に示されるように、本実施形態では、一例として、レーザ光Ｌのビームは、表面Ｗａ上において、第一レーザ光のビームＢ１と第二レーザ光のビームＢ２とが重なり、ビームＢ２がビームＢ１よりも大きく（広く）、かつ、ビームＢ２の外縁Ｂ２ａがビームＢ１の外縁Ｂ１ａを取り囲むよう、形成されている。この場合、ビームＢ２のスポット径Ｄ２は、ビームＢ１のスポット径Ｄ１よりも大きい。また、ビームＢ２のエネルギ密度は、ビームＢ１のエネルギ密度よりも低く設定されている。表面Ｗａ上において、ビームＢ１は、第一スポットの一例であり、ビームＢ２は、第二スポットの一例である。

また、本実施形態では、図４に示されるように、表面Ｗａ上において、レーザ光Ｌのビーム（スポット）は、中心点Ｃに対する点対称形状を有しているため、任意の掃引方向ＳＤについて、スポットの形状は同じになる。よって、レーザ光Ｌの表面Ｗａ上での掃引のために光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとを相対的に動かす移動機構を備える場合、当該移動機構は、少なくとも相対的に並進可能な機構を有すればよく、相対的に回転可能な機構は省略できる場合がある。

加工対象Ｗとしての金属部材１１および金属箔１２は、それぞれ、導電性を有した金属材料で作られ得る。金属材料は、例えば、銅系金属材料や、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、チタン系金属材料などであり、具体的には、銅や、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、錫、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス、チタン、チタン合金等である。金属部材１１および金属箔１２は、同じ材料で作られてもよいし、異なる材料で作られてもよい。

［波長と光の吸収率］
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図５は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図５のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図５には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。

材料によって特性が異なるものの、図５に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光（第一レーザ光）を用いるよりも、青や緑のレーザ光（第二レーザ光）を用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅（Ｃｕ）や、金（Ａｕ）等においては顕著となる。

使用波長に対して吸収率が比較的低い加工対象Ｗにレーザ光が照射された場合、大部分の光エネルギは反射され、加工対象Ｗに熱としての影響を及ぼさない。そのため、十分な深さの溶融領域を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。

他方、使用波長に対して吸収率が比較的高い加工対象Ｗにレーザ光が照射された場合、投入されるエネルギの多くが加工対象Ｗに吸収され、熱エネルギへと変換される。すなわち、過度なパワーを与える必要はないため、キーホールの形成を伴わず、熱伝導型の溶融となる。

本実施形態では、加工対象Ｗの第二レーザ光に対する吸収率が、第一レーザ光に対する吸収率よりも高くなるよう、第一レーザ光の波長、第二レーザ光の波長、および加工対象Ｗの材質が、選択される。この場合、掃引方向が図４に示される掃引方向ＳＤである場合、レーザ光Ｌのスポットの掃引により、加工対象Ｗの溶接される部位（以下、被溶接部位と称する）には、まずは、第二レーザ光のビームＢ２の、図４におけるＳＤの前方に位置する領域Ｂ２ｆによって、第二レーザ光が照射される。その後、被溶接部位には、第一レーザ光のビームＢ１が照射され、その後、第二レーザ光のビームＢ２の、掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂによって、再度第二レーザ光が照射される。

したがって、被溶接部位には、まずは、領域Ｂ２ｆにおける吸収率が高い第二レーザ光の照射により、熱伝導型の溶融領域が生じる。その後、被溶接部位には、第一レーザ光の照射によって、より深いキーホール型の溶融領域が生じる。この場合、被溶接部位には、予め熱伝導型の溶融領域が形成されているため、当該熱伝導型の溶融領域が形成されない場合に比べて、より低いパワーの第一レーザ光によって所要の深さの溶融領域を形成することができる。さらにその後、被溶接部位には、領域Ｂ２ｂにおける吸収率が高い第二レーザ光の照射により、溶融状態が変化する。このような観点から、第二レーザ光の波長は５５０［ｎｍ］以下とするのが好ましく、５００［ｎｍ］以下とするのがより好ましい。

また、発明者らの実験的な研究により、図４のようなビームのレーザ光Ｌの照射による溶接にあっては、スパッタやブローホールのような溶接欠陥を低減できることが確認されている。これは、ビームＢ１が到来する前にビームＢ２の領域Ｂ２ｆによって加工対象Ｗを予め加熱しておくことにより、ビームＢ２およびビームＢ１によって形成される加工対象Ｗの溶融池がより安定化するためであると推定できる。

［溶接方法］
図６は、レーザ溶接装置１００による加工対象Ｗのレーザ溶接の手順の一例を示すフローチャートである。図６に示されるように、まずは、保持具によって金属部材１１と複数の金属箔１２とが一体的に仮止めされた金属積層体１０、すなわち加工対象Ｗが、レーザ光Ｌが表面Ｗａに照射される状態にセットされる（Ｓ１１）。そして、加工対象Ｗの表面Ｗａ上にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の金属箔１２と金属部材１１とに渡る溶融池を形成する（Ｓ１２）。Ｓ１２において、レーザ光Ｌは、Ｚ方向の反対方向に略沿って照射される。また、Ｓ１２においては、ビームＢ１およびビームＢ２を含むレーザ光Ｌが表面Ｗａに照射されている状態で、レーザ光Ｌと金属積層体１０とが相対的に動かされてもよい。この場合、表面Ｗａ上のレーザ光Ｌのスポットは、当該表面Ｗａ上を掃引方向ＳＤに移動する、言い換えると掃引される。レーザ光Ｌの照射により形成された溶融池は、温度の低下に伴って固化し、溶接部１４が形成される（Ｓ１３）。このようにして、複数の金属箔１２と金属部材１１とが溶接され、金属積層体１０が一体化される。

［断裂］
発明者らは、複数の金属箔１２と金属部材１１との溶接に際し、溶接部１４と金属箔１２との境界Ｂにおいて、断裂が生じる場合があることを見出すとともに、適切な条件の設定によって、断裂が生じるのを回避できることを見出した。

図７は、断裂が生じる仕組みを示す断面図であって、（ａ）は、溶融池Ｍが形成された状態（Ｓ１２）を示し、（ｂ）は、溶融池Ｍが固化して溶接部１４が形成された状態を示している。図７の例では、（ｂ）に示されるように、溶接部１４と複数の金属箔１２との間の境界Ｂに、断裂１４ａが生じている。これは、溶融池Ｍが冷却して固化され溶接部１４となる際に収縮し、金属箔１２が当該収縮に追従できなくなり、境界Ｂにおいて断裂１４ａが生じるものと推察される。

［断裂が生じ難い条件］
発明者らは、実験的な研究により、以下の（１）～（４）のような知見を得た。実験において、加工対象Ｗ（金属積層体１０）は、アルミニウム系材料で作られた金属部材１１および金属箔１２を含み、金属箔１２の厚さは２０［μｍ］、金属箔１２の枚数は２０枚であり、第一レーザ光の波長は、１０７０［ｎｍ］、第二レーザ光の波長は、４６５［ｎｍ］であった。

（１）溶接部１４の体積が小さいほど、断裂１４ａが生じ難い。具体的に、溶接部１４が点状に形成された場合の外径、または溶接部１４が線状に形成された場合の幅は、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である場合には、断裂１４ａが生じ難いことが判明した。溶接部１４が点状に形成された場合の外径、または溶接部１４が線状に形成された場合の幅が３００［μｍ］よりも大きい場合には、溶融池Ｍ（溶接部１４）の体積が大きくなり、溶接部１４と金属箔１２との間の境界Ｂにおいて断裂１４ａが生じた。また、溶接部１４は、複数の金属箔１２と金属部材１１との十分な溶接状態を得るため、レーザ光Ｌの照射によって複数の金属箔１２のうち金属部材１１と接した金属箔１２が溶融することが必要である。この点、加工速度が速い（または投入エネルギ量が小さい）場合には、溶融池Ｍ（溶接部１４）が表面Ｗａから金属部材１１に到達できず、言い換えると、金属部材１１と接した金属箔１２が溶融できず、溶接部１４による複数の金属箔１２と金属部材１１との十分な溶接状態が得られなかった（後述の「非接合」）。その対策として、第二レーザ光に対して第一レーザ光のパワーを高くすると複数の金属箔１２において溶融池Ｍが形成されず複数の金属箔１２が切断されてしまった（後述の「切断」）。なお、スポット径Ｄ２は、レーザ光Ｌのスポットが表面Ｗａ上で掃引された場合のビームの幅でもある。

（２）レーザ光Ｌのスポットが表面Ｗａ上で掃引されない場合、すなわち、スポット溶接である場合、複数の金属箔１２および金属部材１１への投入エネルギが、１．０［Ｊ］以下であると、断裂１４ａが生じ難いことが判明した。投入エネルギが１．０［Ｊ］よりも大きい場合には、溶融池Ｍ（溶接部１４）の体積が大きくなり、溶接部１４と金属箔１２との間の境界Ｂにおいて断裂１４ａが生じた。また、上述したように、溶接部１４は、複数の金属箔１２と金属部材１１との十分な溶接状態を得るため、レーザ光Ｌの照射によって複数の金属箔１２のうち金属部材１１と接した金属箔１２が溶融することが必要である。この観点から、投入エネルギは、金属部材１１と接した金属箔１２が溶融しうる大きさ以上であることが必要である。

（３）レーザ光Ｌのスポットが表面Ｗａ上で掃引される場合、複数の金属箔１２および金属部材１１による吸収エネルギＥ（式（１））が、０．１４［Ｊ／ｍｍ］以下であると、断裂１４ａが生じ難いことが判明した。吸収エネルギＥは、以下の式（１）のように定義する。
Ｅ＝Ａ・Ｐｗ／Ｖ ・・・（１）
ここに、Ｅは、吸収エネルギ［Ｊ／ｍｍ］、Ａは、金属による吸収率、Ｐｗは、レーザ光Ｌのパワー［Ｗ］、Ｖは、掃引速度［ｍｍ／ｓ］である。表１は、実験結果であって、各サンプル（実験Ｎｏ．）における掃引速度［ｍｍ／ｓ］、吸収エネルギ［Ｊ／ｍｍ］、および結果を示している。

表１の「結果」において、「切断」は、複数の金属箔１２が掃引方向ＳＤに対して交差した方向（幅方向、Ｙ方向）に分離して溶接部１４が形成されなかった状態である。図８は、「切断」の状態の一例を示す断面図である。図８に示されるように、この場合、溶接部１４は形成されず、隙間１４ｃが形成され、複数の金属箔１２は、掃引方向ＳＤと交差したＹ方向（幅方向）において、切断されている。また、レーザ光Ｌの照射によって複数の金属箔１２が溶融した金属材料は、レーザ光Ｌのエネルギや重力によって複数の金属箔１２と金属部材１１との間に移動し、残渣１４ｂとして残存している。

「接合」は、複数の金属箔１２と金属部材１１とに渡る溶接部１４が形成され、当該複数の金属箔１２と金属部材１１とが、当該溶接部１４を介して良好に、機械的かつ電気的に接合された状態である。図９は、「接合」の状態の一例を示す断面図である。表１の「結果」においては、「接合」のみが、許容される状態である。

「断裂」は、境界Ｂにおいて溶接部１４といずれかの金属箔１２との間が切れてしまった状態、すなわち断裂１４ａが生じてしまった状態である。図１０は、「断裂」の状態の一例を示す断面図である。図１０に示されるように、断裂１４ａは、レーザ光Ｌの出射源に近い部位Ｔ、言い換えると金属部材１１から遠い部位Ｔに生じやすい。図１０から、断裂１４ａは、金属箔１２がＹ方向（幅方向）に引き延ばされることによって生じていることがわかる。

また、「非接合」は、溶接部１４が複数の金属箔１２を貫通しきれず金属部材１１に到達していない状態、を示す。

上述した実験を含む検討から、吸収エネルギが、０．１４［Ｊ／ｍｍ］以下である場合には、「断裂」とはならず、「接合」となること、すなわち良好な接合状態が得られることが判明した。さらに、吸収エネルギは、「非接合」とならない大きさ、すなわち、複数の金属箔１２のうち金属部材１１と接した金属箔１２が溶融しうる大きさ以上であることが必要である。一例として、アルミニウム系材料で作られた金属部材１１および金属箔１２を含み、金属箔１２の厚さが２０［μｍ］、金属箔１２の枚数が２０枚であった場合、複数の金属箔１２のうち金属部材１１と接した金属箔１２が溶融しうる吸収エネルギの大きさは、０．０５［Ｊ／ｍｍ］であり、金属箔１２の合計の厚さが４００［μｍ］以上である場合には、吸収エネルギを０．０５［Ｊ／ｍｍ］以上とすることが好適であることが判明した。なお、表１中実験Ｎｏ．１については、第二レーザ光を照射せず第一レーザ光のみを照射したため「切断」となった。また、発明者らは、このような吸収エネルギの範囲を得るためには、掃引速度は、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ１００００［ｍｍ／ｓ］以下であるのが好適であることを見出した。

（４）レーザ光Ｌのスポットが表面Ｗａ上で掃引される場合、掃引軌跡の始点および終点で断裂１４ａが生じ易く、掃引軌跡が無端状の区間を有する場合、当該無端状の区間では断裂１４ａが生じ難いことが判明した。掃引軌跡の掃引方向の端部では、溶接部１４と複数の金属箔１２との間の境界Ｂの面積が広くなり、断裂１４ａが生じ易くなる。この点、掃引軌跡の無端状の区間では、溶接部１４と複数の金属箔１２との間の境界Ｂの面積をより小さくすることができるため、断裂１４ａが生じ難くなる。図１１～２０に、好適な接合状態が得られる種々の軌跡Ｐの例を示す。

図１１は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ１（Ｐ）を例示している。なお、図１１，１２，１４，１６～２０中の太い実線は、レーザ光Ｌのスポットの中心位置の軌跡を示している。図１１に示されるように、軌跡Ｐ１は、無端状の区間Ｐｅと、複数の線分状の区間Ｐｌと、を有している。無端状の区間Ｐｅは、閉路とも称されうる。無端状の区間Ｐｅは、長円状の形状を有している。図１１では、無端状の区間Ｐｅは、始点Ｐｅｓと終点Ｐｅｅとが同じ位置となっているが、始点Ｐｅｓおよび終点Ｐｅｅは、必ずしも同じ位置となる必要はない。例えば、始点Ｐｅｓおよび終点Ｐｅｅは、それぞれ、レーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐｅ上の他の位置と重なるように位置してもよいし、レーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐｅ上からレーザ光Ｌのビームの幅（スポット径Ｄ２）以下の間隔で離間していてもよい。無端状の区間Ｐｅは、無端状の部位の一例である。また、線分状の区間Ｐｌは、無端状の区間Ｐｅのうち互いに離間した互いに平行な直線状の部位の間で掛け渡されている。すなわち、線分状の区間Ｐｌは、始点Ｐｌｓから始まるとともに終点Ｐｌｅで終わっており、始点Ｐｌｓは、無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接し、終点Ｐｌｅは、別の無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接している。すなわち、線分状の区間Ｐｌは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。図１１の軌跡Ｐ１は、複数の無端状の区間、あるいは閉路を有していると言うことができる。なお、当該線分状の区間Ｐｌは、曲線状であってもよい。

図１２は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ２（Ｐ）を例示している。図１２に示されるように、軌跡Ｐ２も、図１１の例と同様に、無端状の区間Ｐｅと、線分状の区間Ｐｌと、を有している。また、当該線分状の区間Ｐｌの始点Ｐｌｓは、無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接し、終点Ｐｌｅは、別の無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接している。すなわち、図１２の例でも、線分状の区間Ｐｌは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。図１２の軌跡Ｐ２も、複数の無端状の区間、あるいは閉路を有していると言うことができる。ただし、図１２の例では、線分状の区間Ｐｌは、それぞれ、無端状の区間Ｐｅのうち互いに離間した曲線状の部位の間で掛け渡されており、無端状の区間Ｐｅのうち直線状の部位と平行である。無端状の区間Ｐｅのうち直線状の部位と、複数の線分状の区間Ｐｌとは、互いに隣り合って延びている。

図１１，１２に示す例では、線分状の区間Ｐｌの全ての始点Ｐｌｓおよび終点Ｐｌｅが無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接しているが、線分状の区間Ｐｌの一部の始点Ｐｌｓおよび終点Ｐｌｅが無端状の区間Ｐｅ上に位置してもよい。ただし、線分状の区間Ｐｌの全ての始点Ｐｌｓおよび終点Ｐｌｅが無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接する方が好ましい。

図１３は、図１２のXIII－XIII断面図である。図１３では、従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）を二点鎖線で示し、最新の溶融池Ｍを実線で示している。図１３に示されるように、最新の線分状の区間Ｐｌの掃引によって形成された最新の溶融池Ｍは、従前の無端状の区間Ｐｅ（直線状の部位）または線分状の区間Ｐｌの掃引によって形成された従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）と部分的に重なるよう、設定されている。この例では、隣り合う溶融池Ｍ同士（または、隣り合う最新の溶融池Ｍおよび従前の溶接部１４）は、幅方向（Ｙ方向）に部分的に重なっている。このように、最新の溶融池Ｍが従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）と部分的に重なる場合、溶接部１４と複数の金属箔１２との境界Ｂが生じないため、断裂１４ａは生じない。このような重なり合いを得るため、線分状の区間Ｐｌは、そのスポットの一部が、従前の無端状の区間Ｐｅまたは線分状の区間Ｐｌの掃引においてレーザ光Ｌの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例では、無端状の区間Ｐｅの内側は、溶融池Ｍ（溶接部１４）で塗り潰されたような状態となる。

図１４は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ３（Ｐ）を例示している。図１４に示されるように、軌跡Ｐ３は、渦巻き状の形状を有するとともに、全体的に無端状の形状を有している。すなわち、軌跡Ｐ３は、無端状の区間Ｐｅのみを有している。無端状の区間Ｐｅは、始点Ｐｅｓから始まるとともに終点Ｐｅｅで終わっており、始点Ｐｅｓは、無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接し、終点Ｐｅｅも、無端状の区間Ｐｅ上に位置するかあるいは接している。すなわち、無端状の区間Ｐｅは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。

図１５は、図１４のXV－XV断面図である。図１５でも、従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）を二点鎖線で示し、最新の溶融池Ｍを実線で示している。図１５に示されるように、最新の無端状の区間Ｐｅの掃引によって形成された最新の溶融池Ｍは、従前の無端状の区間Ｐｅの掃引によって形成された従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）と部分的に重なるよう、設定されている。この例でも、隣り合う溶融池Ｍ同士（または、最新の溶融池Ｍおよび従前の溶接部１４）は、幅方向（Ｙ方向）に部分的に重なっている。このような重なり合いを得るため、無端状の区間Ｐｅは、そのスポットの一部が、従前の無端状の区間Ｐｅの掃引においてレーザ光Ｌの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、無端状の区間Ｐｅの内側は、溶融池Ｍ（溶接部１４）で塗り潰されたような状態となる。

図１６は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ４（Ｐ）を例示している。図１６に示されるように、軌跡Ｐ４も、全体的に無端状の形状を有している。すなわち、軌跡Ｐ４は、無端状の区間Ｐｅのみを有している。ただし、この例では、図１６に示されるように、無端状の区間Ｐｅの前段は、長円状の区間であり、無端状の区間Ｐｅの後段は、当該長円状の区間の内側において、レーザ光Ｌのスポットが基準点周りに周回しながら当該基準点がＸ方向に移動するウォブリング区間である。図１６中の一点鎖線の矢印Ｌｃは、基準点のＸ方向への移動軌跡である。Ｘ方向は第二方向の一例である。なお、発明者らは、断裂１４ａを生じないという観点においてウォブリングが有効であり、吸収エネルギがより高くウォブリング無しの場合には断裂１４ａが生じる条件にあってもウォブリングの場合には好適な接合状態が得られる場合があることを確認した。

なお、図１４，１６では、軌跡Ｐが始点Ｐｅｓおよび終点Ｐｅｅを一つずつ有する例を示したが、これには限られない。軌跡Ｐは、全体的に無端状の形状であればよく、例えば、始点Ｐｅｓおよび終点Ｐｅｅを複数有してもよい。また、軌跡Ｐは、本実施形態で得られる効果を阻害しない範囲で、局所的に他の掃引経路を有してもよい。

図１７は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ５（Ｐ）を例示している。図１７に示されるように、軌跡Ｐ５は、ウォブリング区間Ｐｗと、ウォブリング区間Ｐｗと部分的に重なったＸ方向に延びた線分状の区間Ｐｌと、を有している。この例では、レーザ光Ｌのスポットは、線分状の区間Ｐｌで掃引された後、ウォブリング区間Ｐｗで掃引される。ウォブリング区間Ｐｗは、複数の無端状の区間（閉路）を有している。よって、この例でも、軌跡Ｐが無端状の区間Ｐｅを有した他の例と同様の効果が得られる。

図１８は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ６（Ｐ）を例示している。この例では、軌跡Ｐ６は、複数の線分状の区間Ｐｌを有しているものの、無端状の区間Ｐｅは有していない点が、図１２の例と相違している。ただし、この例でも、図１２，１３の例と同様に、線分状の区間Ｐｌは、そのスポットの一部が、従前の線分状の区間Ｐｌの掃引においてレーザ光Ｌの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、所定範囲が溶融池Ｍ（溶接部１４）で塗り潰されたような状態となり、図１２，１３の例と同様の効果が得られる。

図１９は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ７（Ｐ）を例示している。この例では、軌跡Ｐ７は、長円状の無端状の区間Ｐｅを有するとともに、当該無端状の区間Ｐｅの内側に配置された複数のスポットＰｐを有している。この場合、溶接部１４が点状に形成された場合の外径、または溶接部１４が線状に形成された場合の幅は、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下に設定されるとともに、投入エネルギは、１．０［Ｊ］以下に設定される。また、この例でも、最新のスポットＰｐにおいて形成された最新の溶融池Ｍは、従前のスポットＰｐにおいて形成された従前の溶融池Ｍ（または溶接部１４）と部分的に重なるよう、設定されている。このような重なり合いを得るため、スポットＰｐの一部が、既に照射されたスポットＰｐにおいてレーザ光Ｌの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、無端状の区間Ｐｅの内側は、溶融池Ｍ（溶接部１４）で塗り潰されたような状態となる。

図２０は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの軌跡Ｐ８（Ｐ）を例示している。この例では、軌跡Ｐ８は、長円状の無端状の区間Ｐｅを有しない点を除き、図１９の軌跡Ｐ７例と同様の形状を有している。このように、無端状の区間Ｐｅが無い場合にあっても、複数のスポットＰｐに関する適切な条件設定により、断裂１４ａや切断が生じない良好な接合状態が得られる。

以上、説明したように、発明者らの鋭意研究により、本実施形態の溶接方法によれば、レーザ光Ｌのスポットを照射する場合の、種々のパラメータを適切に設定することにより、断裂１４ａや、切断、非接合の生じない好適な接合状態が得られることが判明した。

［第２実施形態］
図２１は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ａの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－２とフィルタ１２４との間に、ＤＯＥ１２５を有している。この点を除き、レーザ溶接装置１００Ａは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００と同様の構成を備えている。

ＤＯＥ１２５は、第一レーザ光のビームＢ１の形状（以下、ビーム形状と称する）を成形する。図２２に概念的に例示されるよう、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパとも称されうる。

なお、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－１の後段に設けられ第一レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ１２４の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。ビームシェイパによってレーザ光Ｌのビーム形状を適宜に整えることにより、より良好な接合状態が得られる。

図２３は、レーザ溶接装置１００Ａによって得られたビームのスポットの一例を示す。図２３の例では、ＤＯＥ１２５によるビームの成形により、表面Ｗａ上には、一つのビームＢ１のスポットの周囲に、複数のビームＢ２のスポットが、略円弧状（略円環状）に配置されている。このような場合、ビームのスポットの幅ｗ（スポット径）は、図２３に示されるように、掃引方向ＳＤと直交する方向に最も離れた二つのビームの中心間の距離と定義する。また、図２３の例のように、略軸対称のビームパターンとすることにより、湾曲した経路で掃引するような場合に光学ヘッド１２０を軌跡Ｐに合わせて回転させる必要がなく、より効率的に掃引を行うことができるとともに、光学ヘッド１２０の装置構成を簡素化できたり、光学ヘッド１２０の制御をより容易に行うことができたり、といった利点が得られる。

［第３実施形態］
図２４は、第３実施形態のレーザ溶接装置１００Ｂの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、ガルバノスキャナ１２６を有さず、加工対象Ｗの表面Ｗａ上でレーザ光Ｌの照射を行いながらレーザ光Ｌを掃引するために、加工対象Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとの相対移動は、光学ヘッド１２０の移動、加工対象Ｗの移動、または光学ヘッド１２０および加工対象Ｗの双方の移動により、実現されうる。このようなレーザ溶接装置１００Ｂによっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、本発明は、上記実施形態とは異なる構成のリチウムイオン電池セルにも適用可能であるし、リチウムイオン電池セル以外の電池にも適用可能である。また、電池は電気製品の一例であって、本発明の電気製品は、電池には限定されない。また、電池の端子は、電気部品の一例であって、本発明の電気部品は、電池の端子には限定されない。

また、加工対象は、めっき付き金属板のように、金属の表面に薄い他の金属の層が存在するものでもよい。

１…電池（電気製品）
１０…金属積層体（積層体、電気部品）
１１…金属部材
１１ａ…端面（第一面）
１２…金属箔
１３ｐ…正極材
１３ｍ…負極材
１４…溶接部
１４ａ…断裂
１４ｂ…残渣
１４ｃ…隙間
１５…セパレータ
２０…外装材
２０ａ…収容室
１００，１００Ａ，１００Ｂ…レーザ溶接装置（溶接装置）
１１１…レーザ装置（第一レーザ発振器）
１１２…レーザ装置（第二レーザ発振器）
１２０…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２５…ＤＯＥ（回折光学素子）
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
Ｂ…境界
Ｂ１…ビーム（第一スポット）
Ｂ１ａ…外縁
Ｂ２…ビーム（第二スポット）
Ｂ２ａ…外縁
Ｂ２ｂ…領域
Ｂ２ｆ…領域
Ｃ…中心点
Ｄ１…スポット径（外径）
Ｄ２…スポット径（外径）
Ｌ…レーザ光
Ｌｃ…（基準点の）移動軌跡
Ｍ…溶融池
Ｐ，Ｐ１～Ｐ８…軌跡（掃引軌跡）
Ｐｅ…無端状の区間
Ｐｅｓ…始点
Ｐｅｅ…終点
Ｐｌ…線分状の区間
Ｐｌｓ…始点
Ｐｌｅ…終点
Ｐｐ…スポット
Ｐｗ…ウォブリング区間
ＳＤ…掃引方向
Ｔ…部位
ｗ…幅
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面
Ｗｂ…裏面
Ｘ…方向（第二方向）
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）

Claims (26)

1. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、
   前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
   前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
   を有し、
   前記溶融池を形成する工程では、
   前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、
   前記複数の金属箔および前記金属部材が前記レーザ光から吸収した吸収エネルギであって、掃引方向の単位長さあたりの吸収エネルギが、０．１４［Ｊ／ｍｍ］以下である、溶接方法。
2. 前記吸収エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上である、請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記吸収エネルギは、前記第一方向に重ねられた複数の金属箔の厚さが４００［μｍ］以上である場合に、０．０５［Ｊ／ｍｍ］以上である、請求項２に記載の溶接方法。
4. 前記スポットの掃引速度は、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ１００００［ｍｍ／ｓ］以下である、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
5. 前記第一レーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であり、前記第二レーザ光の波長は、５５０［ｎｍ］以下である、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
6. 前記第二レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下である、請求項５に記載の溶接方法。
7. 前記レーザ光のビームは、ビームシェイパによって形成された、請求項１～６のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
8. 前記ビームシェイパは、ＤＯＥである、請求項７に記載の溶接方法。
9. 前記溶融池を形成する工程では、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡が、当該掃引軌跡の少なくとも一部において、前記スポットの少なくとも一部が既に前記レーザ光の照射によって溶融した部位と重なるよう、設定される、請求項１～８のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
10. 前記掃引軌跡は、無端状の部位を含む、請求項９に記載の溶接方法。
11. 前記掃引軌跡は、全体的に無端状の形状を有した、請求項１０に記載の溶接方法。
12. 前記溶融池を形成する工程では、前記掃引軌跡において前記無端状の部位が形成された後、前記表面における前記無端状の部位の内側の領域で前記レーザ光のスポットが掃引される、請求項１０または１１に記載の溶接方法。
13. 前記掃引軌跡は、互いに隣り合って延びた複数の区間を含む、請求項９～１２のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
14. 前記掃引軌跡は、前記掃引軌跡の二箇所の間を結ぶ線分状の区間を含む、請求項９～１３のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
15. 前記掃引軌跡は、渦巻き状の区間を含む、請求項９～１４のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
16. 前記掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間を含む、請求項９～１５のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
17. 前記掃引軌跡は、前記第二方向に線状に延びた区間と、当該線状に延びた区間の後に掃引され当該線状に延びた区間と部分的に重なる前記ウォブリング区間と、を含む、請求項１６に記載の溶接方法。
18. 前記掃引軌跡は、当該掃引軌跡同士が交差した部位を含む、請求項９～１７のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
19. 形成された前記溶接部の幅が３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である、請求項１～１８のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
20. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、
    前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
    前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
    を有し、
    前記溶融池を形成する工程では、
    前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射した場合に形成された前記溶接部の外径、または前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上で前記レーザ光のスポットを掃引した場合に形成された前記溶接部の幅が、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である、溶接方法。
21. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、
    前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
    前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
    を有し、
    前記溶融池を形成する工程では、
    前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射し、
    前記レーザ光の前記複数の金属箔および前記金属部材への投入エネルギが、１．０［Ｊ］以下である、溶接方法。
22. 前記投入エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上である、請求項２１に記載の溶接方法。
23. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、
    前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
    前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
    を有し、
    前記溶融池を形成する工程では、
    前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、
    前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間と、前記第二方向に線状に延びて前記ウォブリング区間と部分的に重なった区間と、を含む、溶接方法。
24. 金属部材と、
    前記金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔と、
    前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接した溶接部と、
    を備え、
    前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔において、前記溶接部が点状に形成された場合の外径、または前記溶接部が線状に形成された場合の幅が、３０［μｍ］以上かつ３００［μｍ］以下である、金属積層体。
25. 請求項２４に記載の金属積層体を、導体として備えた、電気部品。
26. 請求項２４に記載の金属積層体を、導体として備えた、電気製品。

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