JP6784232B2 - 積層金属箔の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は積層金属箔の溶接方法に関し、特に一対の金属板に挟持された積層金属箔の溶接方法に関する。

例えば、二次電池、キャパシタ（コンデンサ）等では、電極用の積層金属箔を集電用の金属板に接合することによって集電する。通常、導電性に優れたアルミニウムや銅からなる積層金属箔及び金属板を溶接（冶金的接合）や機械的接合によって接合する。ここで、溶接を用いれば、機械的接合に比べ接合後の電気抵抗を低減することができる。

特許文献１には、金属板に形成された凸部上面に積層金属箔を押し付けつつ、積層金属箔を金属板の凸部にレーザ溶接する方法が開示されている。具体的には、金属板上に載置された積層金属箔の上から円環状の押さえ部材で凸部周囲を押さえることによって、凸部上面に積層金属箔を押し付ける。このように、積層金属箔において積層された金属箔同士あるいは積層金属箔と金属板とを密着させ、溶接時におけるブローホール等の溶接欠陥の発生を抑制している。

特開２０１４−１３６２４２号公報

発明者らは、積層金属箔の溶接方法に関し、以下の問題点を見出した。
特許文献１に開示された積層金属箔の溶接方法では、凸部上面に積層金属箔を押し付ける力が弱く、積層された金属箔間に微視的な隙間が形成されている。すなわち、積層金属箔は巨視的には隙間なく積層されているが、微視的には積層された金属箔間に隙間が形成されている。そのため、この金属箔間の微視的な隙間によって、やはり溶接時にブローホールが発生すると共に、ブローホールがはじけてスパッタが発生するという問題があった。ここで、ブローホールは、溶接部に残留して溶接部の疲労強度や接触抵抗等に悪影響を及ぼし、スパッタは、異物として付着・混入して悪影響を及ぼす虞がある。

また、特許文献１に開示された積層金属箔の溶接方法では、積層金属箔にレーザビームを直接照射して溶接しているため、表面の金属箔の温度が急激に上昇し、スパッタが発生し易いという問題もある。このような問題に対しては、積層金属箔上にも金属板を載置し、積層金属箔を一対の金属板に挟持して溶接することによって回避することができる。

しかしながら、積層金属箔を一対の金属板に挟持するだけでは、上述した金属箔間の微視的な隙間によるブローホールやスパッタの発生を抑制することはできない。
なお、このようなブローホールやスパッタは、レーザ溶接に限らず抵抗溶接その他の溶接を用いた場合にも発生し得る。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、ブローホールやスパッタの発生を抑制可能な積層金属箔の溶接方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る積層金属箔の溶接方法は、
一対の金属板に挟持された積層金属箔を前記一対の金属板に溶接する積層金属箔の溶接方法であって、
一対の金属板に挟持された積層金属箔を、溶接予定箇所において局所的に積層方向に押圧してかしめるステップと、
かしめられた前記一対の金属板と前記積層金属箔とを、前記溶接予定箇所において溶接するステップと、を備えたものである。

本発明の一態様に係る積層金属箔の溶接方法では、一対の金属板に挟持された積層金属箔を、溶接予定箇所において局所的に積層方向に押圧してかしめる。
このような構成により、積層金属箔における金属箔間の微視的な隙間や積層金属箔と金属板との間の微視的な隙間を減少させ、溶接時におけるブローホールやスパッタの発生を抑制することができる。

かしめるステップにおいて、かしめた後の前記積層金属箔の厚さを、かしめる前の前記積層金属箔の厚さの５０％以下としてもよい。
このような構成により、より確実に溶接時におけるブローホールやスパッタの発生を抑制することができる。

溶接するステップにおいて、前記溶接予定箇所にレーザビームを照射して溶接してもよい。
このような構成により、かしめるステップにおいて溶接予定箇所に付着した潤滑剤を容易に除去することができる。

溶接するステップにおいて、前記レーザビームを照射することによって形成された溶融池から放出される熱放射光の強度に基づいて、前記レーザビームの照射条件をフィードバック制御してもよい。
このような構成により、溶接部の品質を向上させることができる。

溶接するステップにおいて、前記熱放射光の強度に基づいて、前記一対の金属板及び前記積層金属箔が載置された台座に前記溶融池が接触したことを検出し、前記台座に前記溶融池が接触したことを検出した場合、前記溶融池への前記レーザビームの照射を終了してもよい。
このような構成により、溶融池の肥大化による溶け落ちを抑制することができる。

本発明により、ブローホールやスパッタの発生を抑制可能な積層金属箔の溶接方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法を用いて溶接された積層金属箔の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法におけるかしめ工程を示す断面図である。 第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法における溶接工程を示す断面図である。 溶接工程において溶融池１６ａが裏抜けし、さらに台座５０の第２凹部５２に接触した様子を示した断面図である。 第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接の制御方法を示すフローチャートである。 １回のレーザ溶接における熱放射光の受光強度Ｒ_Ｌの時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法における溶接工程を示す断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜溶接された積層金属箔の構成＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法を用いて溶接された積層金属箔について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法を用いて溶接された積層金属箔の平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１、図２に示すように、積層金属箔１１は、一対の金属板１２、１３に挟持されており、溶接部１６において金属板１２、１３と溶接されている。

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。また、図１において、金属板１２と金属板１３とは、実際には重なっているが、理解を容易にするため便宜的にずらして描かれている。

積層金属箔１１は、例えば、二次電池、キャパシタ（コンデンサ）等における電極（正極もしくは負極）から延設された金属箔が積層されたものである。積層金属箔１１は、例えば１０〜３０μｍ程度の厚さを有する金属箔が３０〜１００枚程度積層されたものである。積層金属箔１１は、アルミニウムや銅、あるいはそれらを主成分とする合金等の高導電率を有する金属材料からなることが好ましい。

図１に示すように、積層金属箔１１の周縁部の一部は、集電用の一対の金属板１２、１３によって挟持されている。換言すると、金属板１２、１３によって、積層された金属箔すなわち積層金属箔１１が巨視的に隙間なく束ねられている。ここで、金属板１２、１３のそれぞれは、ｘｙ平面視で矩形状であって、例えば１〜１．５ｍｍ程度の厚さを有している。金属板１２、１３は、溶接性や溶接部１６の電気抵抗の観点から、積層金属箔１１と同種の金属材料からなることが好ましい。具体的には、積層金属箔１１がアルミニウムからなれば、金属板１２、１３もアルミニウムからなることが好ましく、積層金属箔１１が銅からなれば、金属板１２、１３も銅からなることが好ましい。

図２に示すように、溶接部１６において積層金属箔１１を構成する全ての金属箔同士が互いに溶接されていると共に、積層金属箔１１が金属板１２、１３と溶接されている。図２の例では、溶接部１６は裏抜けしている。すなわち、溶接部１６が、金属板１２に形成された凹部１４の底面（ｚ軸正方向側の表面）から金属板１３に形成された凸部１５の頂面（ｚ軸負方向側の表面）に亘って形成されている。凹部１４及び凸部１５は、積層金属箔１１を金属板１２、１３に溶接する前すなわち溶接部１６を形成する前に形成される。また、凹部１４及び凸部１５は、一対の金属板１２、１３に挟持された積層金属箔１１を、溶接部１６を形成する溶接予定箇所において局所的に積層方向（ｚ軸方向）に押圧してかしめることによって形成される。

図１、図２に示すように、凹部１４は、金属板１２の上面（ｚ軸正方向側の主面）に形成された円柱状の窪みである。凸部１５は、凹部１４の下側（ｚ軸負方向側）おいて、金属板１３の下面（ｚ軸負方向側の主面）から下方向（ｚ軸負方向）に突出した円盤状の突起である。凹部１４及び凸部１５は、詳細には後述するように、金属板１２の上面から下方向（ｚ軸負方向）にパンチを押し込むかしめ加工によって形成される。

図２に示すように、かしめ加工によって形成された凹部１４と凸部１５との間において、積層金属箔１１及び金属板１２、１３は、断面Ｕ字状に変形されている。ここで、凹部１４の底面と凸部１５の頂面の間において、積層金属箔１１及び金属板１２、１３が圧縮変形されている。凹部１４の底面と凸部１５の頂面の間における積層金属箔１１の厚さは、かしめられていない領域すなわちかしめられる前の積層金属箔１１の厚さの５０％以下であることが好ましい。

このように、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法を用いて溶接された積層金属箔１１では、溶接前に溶接予定箇所がかしめられ、積層金属箔１１及び金属板１２、１３が圧縮変形されている。そのため、積層金属箔１１における金属箔間の微視的な隙間や積層金属箔１１と金属板１２、１３との間の微視的な隙間が少なく、溶接時におけるブローホールやスパッタの発生を抑制することができる。
また、積層金属箔１１の金属箔同士及び積層金属箔１１と金属板１２、１３とが溶接されている。そのため、機械的接合のみの場合に比べ、接合後の電気抵抗を低減することができると共に、疲労強度を向上させることができる。

＜積層金属箔の溶接方法＞
次に、図３、図４を参照して、本実施形態に係る積層金属箔の溶接方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法におけるかしめ工程を示す断面図である。図４は、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法における溶接工程を示す断面図である。

まず、図３を参照して、本実施形態に係る積層金属箔の溶接方法におけるかしめ工程について説明する。
図３に示すように、一対の金属板１２、１３に挟持された積層金属箔１１を、溶接予定箇所において局所的に積層方向に押圧してかしめる。図３には、積層金属箔１１を局所的に積層方向に押圧するかしめ加工方法の一例として、深絞り加工を利用したメカニカルクリンチングと呼ばれる機械的接合方法を示した。ここで、図３に示したかしめ加工装置は、パンチ２０、ダイ３０、ストリッパ４０を備えている。

具体的には、図３の左図に示すように、金属板１２を上側（ｚ軸正方向側）、金属板１３を下側（ｚ軸負方向側）にして、積層金属箔１１をダイ３０の上面（ｚ軸正方向側の表面）に載置する。そして、パンチ２０によって押圧する溶接予定箇所の周囲を、ストリッパ４０によって金属板１２の上側から押さえ付ける。すなわち、ダイ３０に載置された金属板１３と、ストリッパ４０に押された金属板１２とよって、積層金属箔１１を挟持する。ここで、ダイ３０の上面には円盤状に窪んだ凹部３１が形成されている。

次に、図３の右図に示すように、金属板１２の上面から下方向（ｚ軸負方向）にパンチ２０を押し込む。これによって、溶接予定箇所における金属板１２の上面には、パンチ２０の形状に対応した円柱状に窪んだ凹部１４が形成される。同時に、パンチ２０に押された積層金属箔１１及び金属板１２、１３がダイ３０の凹部３１に押し込まれ、溶接予定箇所における金属板１３の下面には、凹部３１の形状に対応した円盤状の凸部１５が形成される。

換言すると、図３の右図に示すように、かしめ工程では、パンチ２０とダイ３０の凹部３１との間において、積層金属箔１１及び金属板１２、１３が、断面Ｕ字状に変形される。ここで、パンチ２０の先端面とダイ３０の凹部３１の底面の間において、積層金属箔１１及び金属板１２、１３が圧縮変形される。図３の右図に示す圧縮変形された積層金属箔１１の厚さは、図３の左図に示す圧縮変形前の積層金属箔１１の厚さの５０％以下であることが好ましい。

なお、本実施形態では、かしめ加工方法としてメカニカルクリンチングを採用したが、積層金属箔１１を局所的に積層方向に押圧するかしめ加工方法であれば、特に限定されるものではない。例えば、ダイ３０の上面が平坦であって、一対の金属板１２、１３に挟持された積層金属箔１１を局所的にパンチ２０によって圧縮加工するのみのかしめ加工方法などであってもよい。
また、本実施形態では、ダイ３０及びパンチ２０を加熱しないが、ダイ３０及びパンチ２０を加熱し、積層金属箔１１及び金属板１２、１３を変形し易くしてもよい。

次に、図４を参照して、本実施形態に係る積層金属箔の溶接方法における溶接工程ついて説明する。
図４に示すように、溶接予定箇所においてかしめられた積層金属箔１１及び金属板１２、１３を、溶接予定箇所において溶接する。図４には、溶接方法の一例としてレーザ溶接を示した。

具体的には、図４の左図に示すように、金属板１２を上側（ｚ軸正方向側）、金属板１３を下側（ｚ軸負方向側）にして積層金属箔１１を台座５０上に載置する。ここで、金属板１３の下面を支持する台座５０の上面には、かしめ工程において形成された凸部１５を収容するための第１凹部５１が設けられている。さらに、第１凹部５１の底面の中央部には、第２凹部５２が設けられている。第１凹部５１及び第２凹部５２は、それぞれ例えば円盤状の窪みである。
他方、図４の左図に示すように、かしめ工程において形成された凹部１４の表面には、パンチ２０に塗布されていた揮発性の潤滑剤が付着している。

次に、図４の右図に示すように、かしめ工程において形成された凹部１４の底面に上側（ｚ軸正方向側）からレーザビームＬＢを照射する。ここで、上述の第２凹部５２は、レーザビームＬＢの照射によって形成される溶融池１６ａの直下に位置するように形成されている。詳細には後述するように、溶融池１６ａの第２凹部５２への接触を検出することによって、溶融池１６ａの肥大化による溶け落ちを抑制することができる。図５は、溶接工程において溶融池１６ａが裏抜けし、さらに台座５０の第２凹部５２に接触した様子を示した断面図である。
他方、図４の右図に示すように、凹部１４の底面へのレーザビームＬＢの照射によって、凹部１４の表面に付着していた潤滑剤を揮発させることができる。

なお、本実施形態では、溶接方法としてレーザ溶接を採用したが、特に限定されるものではない。例えば、抵抗溶接などであってもよい。但し、抵抗溶接では、電極に溶接対象部材を接触させるため、溶接の繰り返しによって消耗する電極を交換する必要がある。これに対し、レーザ溶接は、非接触溶接であるため電極の交換が不要であり、メンテナンス性に優れている。

このように、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法は、溶接工程の前に、溶接予定箇所をかしめるかしめ工程を備えている。かしめ工程において、溶接予定箇所の積層金属箔１１及び金属板１２、１３を圧縮変形させる。そのため、積層金属箔１１における金属箔間の微視的な隙間や積層金属箔１１と金属板１２、１３との間の微視的な隙間を減少させ、溶接時におけるブローホールやスパッタの発生を抑制することができる。

また、かしめ工程を経ずに溶接した場合、溶融池１６ａが凝固して溶接部１６に変化する際に、積層金属箔１１を構成する金属箔が溶接部１６の界面において切れ易いという問題があった。積層金属箔１１を構成する金属箔が、凝固収縮時に溶接部１６の界面において引っ張られることが原因であると考えられる。これに対し、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法では、かしめ工程によって積層金属箔１１を構成する金属箔同士が圧着され一体化する。そのため、溶接部１６の界面において積層金属箔１１を構成する金属箔が切れることを抑制することができる。

＜レーザ溶接装置の構成＞
次に、図６を参照して、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接装置について説明する。図６は、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接装置の構成を示すブロック図である。
図６に示すように、第１の実施形態に係る積層金属箔のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接装置は、レーザ発振器１０１、レーザヘッドＬＨ、レンズＬ１、受光センサ１０２、レーザ制御部１０３を備えている。

レーザ発振器１０１は、レーザ制御部１０３から出力された制御信号に基づくレーザ出力で、レーザビームＬＢを発振する。一例として、積層金属箔１１の総厚さが０．６〜１．０ｍｍ程度、金属板１２、１３の厚さが１．０〜１．５ｍｍ程度の場合、レーザ出力は２０００〜３０００Ｗ程度である。レーザ発振器１０１から出力されたレーザビームＬＢは、レーザヘッドＬＨに入力される。

レーザヘッドＬＨは、例えば走査可能なガルバノスキャニング型レーザヘッドである。図６に示すように、レーザヘッドＬＨは、ダイクロイックミラーＤＭ、ミラーＭ１、レンズＬ２を備えている。ここで、ダイクロイックミラーＤＭは、レーザビームＬＢを反射して熱放射光を透過する。レーザビームＬＢは、ダイクロイックミラーＤＭ及びミラーＭ１を反射した後、レンズＬ２によって集光され、レーザヘッドＬＨから出射される。レーザヘッドＬＨから出射されたレーザビームＬＢが、積層金属箔１１及び金属板１２、１３の溶接予定箇所に照射され、溶融池１６ａが形成される。一例として、積層金属箔１１の総厚さが０．６〜１．０ｍｍ程度、金属板１２、１３の厚さが１．０〜１．５ｍｍ程度の場合、溶融池１６ａに照射されるレーザビームＬＢのスポット径は、例えば０．６〜１．０ｍｍ程度とする。

より具体的には、レーザビームＬＢを走査させずに点溶接とした場合、レーザビームＬＢのスポット径を１．０ｍｍ程度とし、レーザビームＬＢを１０〜１００ｍｓ程度照射する。レーザビームＬＢを円形走査させる場合、レーザビームＬＢのスポット径を０．６ｍｍ程度と点溶接の場合よりも小さくし、２０〜５０ｍｍ／ｓ程度の走査速度で１〜５回程度レーザビームＬＢを周回させる。

本レーザ溶接装置では、溶融池１６ａから放出される熱放射光（戻り光）ＴＲの受光強度に基づいてレーザ出力をフィードバック制御する。
そのため、図６に示すように、溶融池１６ａから放出された熱放射光ＴＲを、レーザヘッドＬＨを介してレンズＬ１によって集光した後、受光センサ１０２によって検出する。より詳細には、レーザヘッドＬＨにおいて、レンズＬ２を介してミラーＭ１を反射した後、ダイクロイックミラーＤＭを透過した熱放射光ＴＲが、レンズＬ１により集光される。
ここで、レーザビームＬＢを照射している溶融池１６ａの温度が高い程、受光センサ１０２によって検出される熱放射光ＴＲの受光強度も高くなる。

レーザ制御部１０３は、受光センサ１０２によって検出された熱放射光ＴＲの受光強度に基づいて、レーザ発振器１０１をフィードバック制御する。具体的には、レーザ制御部１０３は、レーザ発振器１０１におけるレーザ出力並びにレーザ発振の開始及び停止を制御するための制御信号をレーザ発振器１０１に出力する。
図示されていないが、レーザ制御部１０３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部と、を備えている。
以下に、レーザ制御部１０３によるレーザ溶接の制御方法の詳細について説明する。

＜レーザ溶接の制御方法＞
以下に、図７、図８を参照して、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接の制御方法について説明する。図７は、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法に用いるレーザ溶接の制御方法を示すフローチャートである。また、図８は、１回のレーザ溶接における熱放射光の受光強度Ｒ_Ｌの時間変化を示すグラフである。図８において実線で示した曲線が、熱放射光の受光強度Ｒ_Ｌの標準的な時間変化パターンである。
図７に示したフローチャートを説明するに当たり、図６に示したレーザ溶接装置の構成も適宜参照する。

まず、図７に示すように、レーザ制御部１０３は、予め定められた初期レーザ出力でレーザ発振器１０１を発振させ、積層金属箔１１及び金属板１２、１３へのレーザビームＬＢの照射を開始する（ステップＳＴ１）。これに伴い、図８のグラフに示すように、受光センサ１０２によって検出される熱放射光ＴＲの受光強度Ｒ_Ｌが上昇し始める。
なお、当然のことながら、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、レーザ出力以外の照射条件も設定される。例えば、レーザビームＬＢのスポット径、照射時間、レーザビームＬＢを走査させる場合には、走査速度、周回数などが設定され、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。

次に、図７に示すように、レーザ制御部１０３は、受光センサ１０２によって検出された熱放射光ＴＲの受光強度Ｒ_Ｌからその変化率ΔＲ_Ｌを算出する（ステップＳＴ２）。ここで、変化率ΔＲ_Ｌは、所定時間当たりの受光強度Ｒ_Ｌの変化量を示している。
続いて、レーザ制御部１０３は、変化率ΔＲ_Ｌが予め定められた変化率ΔＲ_Ｌの上限値ΔＲ_ＬＵよりも小さいか否か判定する（ステップＳＴ３）。上限値ΔＲ_ＬＵは、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。
図８のグラフに破線で示した曲線Ａのように、変化率ΔＲ_Ｌが上限値ΔＲ_ＬＵ以上である場合（ステップＳＴ３ＮＯ）、レーザ制御部１０３は、変化率ΔＲ_Ｌが上限値ΔＲ_ＬＵよりも小さくなるように、レーザ出力を低下させる（ステップＳＴ４）。変化率ΔＲ_Ｌが上限値ΔＲ_ＬＵ以上である場合、溶融池１６ａの温度が急激に上昇することによって、スパッタや箔切れが発生し易くなる。ここで、箔切れとは、溶融池１６ａの凝固収縮時に溶接部１６の界面で金属箔が切れる現象をいう。レーザ出力の下げ幅は、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納されている。

変化率ΔＲ_Ｌが上限値ΔＲ_ＬＵよりも小さい場合（ステップＳＴ３ＹＥＳ）、レーザ制御部１０３は、レーザ出力を変更せずに、変化率ΔＲ_Ｌが予め定められた変化率ΔＲ_Ｌの下限値ΔＲ_ＬＬよりも大きいか否か判定する（ステップＳＴ５）。下限値ΔＲ_ＬＬは、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。
図８のグラフに破線で示した曲線Ｂのように、変化率ΔＲ_Ｌが下限値ΔＲ_ＬＬ以下である場合（ステップＳＴ５ＮＯ）、レーザ制御部１０３は、変化率ΔＲ_Ｌが下限値ΔＲ_ＬＬよりも大きくなるように、レーザ出力を上昇させる（ステップＳＴ６）。変化率ΔＲ_Ｌが下限値ΔＲ_ＬＬ以下である場合、入熱不足によって融合不良が発生し易くなる。レーザ出力の上げ幅は、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納されている。

変化率ΔＲ_Ｌが下限値ΔＲ_ＬＬよりも大きい場合（ステップＳＴ５ＹＥＳ）、レーザ制御部１０３は、レーザ出力を変更せずに、受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥを超えたか否か判定する（ステップＳＴ７）。目標値Ｒ_ＬＥは、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。
受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥ以下である場合（ステップＳＴ７ＮＯ）、溶融池１６ａが未だ充分に形成されていないため、レーザ制御部１０３は、レーザ出力を変更せずに、ステップＳＴ２に戻り、受光センサ１０２によって検出された熱放射光ＴＲの受光強度Ｒ_Ｌからその変化率ΔＲ_Ｌを再度算出する。すなわち、図８のグラフにおいて受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥを超えるまでは、レーザ制御部１０３は、ステップＳＴ２〜ステップＳＴ７を繰り返し、下限値ΔＲ_ＬＬ＜変化率ΔＲ_Ｌ＜上限値ΔＲ_ＬＵとなるようにレーザ出力を制御する。

受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥを超えた場合（ステップＳＴ７ＹＥＳ）、溶融池１６ａが既に充分に形成されているため、レーザ制御部１０３は、レーザ出力を変更せずに、変化率ΔＲ_Ｌが負の値である裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０よりも小さいか否か判定する（ステップＳＴ８）。裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０は、図５に示したように、溶融池１６ａが裏抜けして台座５０の第２凹部５２に接触したことを示す基準値である。裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０は、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。
溶融池１６ａが台座５０の第２凹部５２に接触すると、図８のグラフに破線で示した曲線Ｃのように、受光強度Ｒ_Ｌが急激に低下する。従って、裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０は、負の値である。受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥを超えると、溶融池１６ａが肥大化し、溶け落ちが発生する虞があるため、ステップＳＴ８の判定を行うことが好ましい。

変化率ΔＲ_Ｌが裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０よりも小さい場合（ステップＳＴ８ＹＥＳ）、レーザ制御部１０３は、レーザビームＬＢの照射を終了し、レーザ溶接装置及び溶接部の品質をチェックする必要があると判断する（ステップＳＴ９）。溶融池１６ａが肥大化し、台座５０の第２凹部５２に接触したためである。
変化率ΔＲ_Ｌが裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０以上である場合（ステップＳＴ８ＮＯ）、レーザ制御部１０３は、図８のグラフに示すように受光強度Ｒ_Ｌが目標値Ｒ_ＬＥを超えてから所定の保持時間が経過したか否か判定する（ステップＳＴ１０）。保持時間は、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。

保持時間が経過していない場合（ステップＳＴ１０ＮＯ）、ステップＳＴ８に戻り、更新された変化率ΔＲ_Ｌが裏抜け基準値ΔＲ_Ｌ０よりも小さいか否か再度判定する。すなわち、図８のグラフにおいて保持時間が経過するまでは、レーザ制御部１０３は、ステップＳＴ８を繰り返す。
保持時間が経過した場合（ステップＳＴ１０ＹＥＳ）、レーザビームＬＢの照射時間Ｔについて、図８のグラフに示した下限値Ｔｍｉｎ＜照射時間Ｔ＜上限値Ｔｍａｘを満たしているか否か判定する（ステップＳＴ１１）。下限値Ｔｍｉｎ及び上限値Ｔｍａｘは、レーザビームＬＢの照射を開始する前に、例えばレーザ制御部１０３の記憶部に格納される。

下限値Ｔｍｉｎ＜照射時間Ｔ＜上限値Ｔｍａｘを満たしていない場合（ステップＳＴ１１ＮＯ）、レーザ制御部１０３は、レーザビームＬＢの照射を終了し、レーザ溶接装置及び溶接部の品質をチェックする必要があると判断する（ステップＳＴ９）。照射時間Ｔが下限値Ｔｍｉｎ以下の場合は照射時間が短過ぎ、照射時間Ｔが上限値Ｔｍａｘ以上の場合は照射時間が長過ぎるため、何らかの異常が発生している虞があるためである。
下限値Ｔｍｉｎ＜照射時間Ｔ＜上限値Ｔｍａｘを満たしている場合（ステップＳＴ１１ＹＥＳ）、レーザ制御部１０３は、正常に溶接が終了したと判断し、そのままレーザビームＬＢの照射を終了する。

以上の通り、受光センサ１０２によって検出される熱放射光ＴＲの受光強度Ｒ_Ｌを用いてレーザ出力をフィードバック制御することによって、溶接部１６の品質を向上させることができる。特に、溶融池１６ａの第２凹部５２への接触に伴う受光強度Ｒ_Ｌの急激な低下を検出することによって、溶融池１６ａの肥大化による溶け落ちを抑制することができる。
なお、図７に示した例では、レーザビームＬＢの照射条件としてレーザ出力をフィードバック制御しているが、照射時間等のその他の照射条件をフィードバック制御してもよい。

（第２の実施形態）
次に、図９を参照して、第２の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法について説明する。図９は、第２の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法における溶接工程を示す断面図である。図４に示す第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法では、金属板１２を上側（ｚ軸正方向側）、金属板１３を下側（ｚ軸負方向側）にして積層金属箔１１を台座５０上に載置する。これに対し、第２の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法では、図９に示すように、金属板１３を上側、金属板１２を下側にして積層金属箔１１を台座５０上に載置する。

図９に示すように、金属板１２の下面を支持する台座５０の上面には、かしめ工程において形成された凹部１４に挿入するための円柱状の凸部５３が第１凹部５１の中央部に設けられている。そして、かしめ工程において形成された金属板１３の凸部１５の頂面に上側からレーザビームＬＢを照射する。ここで、上述の台座５０の凸部５３は、レーザビームＬＢの照射によって形成される溶融池１６ａの直下に位置するように形成されている。溶融池１６ａの凸部５３への接触を検出することによって、溶融池１６ａの肥大化による溶け落ちを抑制することができる。

第２の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法も、第１の実施形態に係る積層金属箔の溶接方法と同様に、溶接工程の前に、溶接予定箇所をかしめるかしめ工程を備えている。かしめ工程において、溶接予定箇所の積層金属箔１１及び金属板１２、１３を圧縮変形させる。そのため、積層金属箔１１における金属箔間の微視的な隙間や積層金属箔１１と金属板１２、１３との間の微視的な隙間を減少させ、溶接時におけるブローホールやスパッタの発生を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１ 積層金属箔
１２、１３ 金属板
１４ 凹部
１５ 凸部
１６ 溶接部
１６ａ 溶融池
２０ パンチ
３０ ダイ
３１ 凹部
４０ ストリッパ
５０ 台座
５１ 第１凹部
５２ 第２凹部
５３ 凸部
１０１ レーザ発振器
１０２ 受光センサ
１０３ レーザ制御部
ＤＭ ダイクロイックミラー
Ｌ１、Ｌ２ レンズ
ＬＢ レーザビーム
ＬＨ レーザヘッド
Ｍ１ ミラー
ＴＲ 熱放射光

Claims (2)

1. 一対の金属板に挟持された積層金属箔を前記一対の金属板に溶接する積層金属箔の溶接方法であって、
   一対の金属板に挟持された積層金属箔を、溶接予定箇所において局所的に積層方向に押圧してかしめるステップと、
   かしめられた前記一対の金属板と前記積層金属箔とを、前記溶接予定箇所において溶接するステップと、を備え、
   溶接するステップにおいて、
   前記溶接予定箇所にレーザビームを照射して溶接し、
   前記レーザビームを照射することによって形成された溶融池から放出される熱放射光の強度に基づいて、前記レーザビームの照射条件をフィードバック制御し、
   前記熱放射光の強度に基づいて、前記一対の金属板及び前記積層金属箔が載置された台座に前記溶融池が接触したことを検出し、
   前記台座に前記溶融池が接触したことを検出した場合、前記溶融池への前記レーザビームの照射を終了する、
   積層金属箔の溶接方法。
2. かしめるステップにおいて、
   かしめた後の前記積層金属箔の厚さを、かしめる前の前記積層金属箔の厚さの５０％以下とする、
   請求項１に記載の積層金属箔の溶接方法。

Images