JP6846608B2 - 金属部材の溶接構造および溶接方法 - Google Patents

金属部材の溶接構造および溶接方法 Download PDF

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Description

本発明は、異なる金属板を積層して溶接した溶接構造およびその溶接方法に関する。特に、電池の電極と、電極間を接続する金属との間の溶接構造、および、その溶接方法に関する。
バッテリシステムでは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くできる。また、バッテリシステムでは、複数の電池セルを並列に接続して充放電の電流を大きくできる。例えば、自動車を走行させるモータの電源に使用される大電流、大出力用のバッテリシステムでは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。
この用途に使用されるバッテリシステムでは、複数の電池セルを金属板のバスバーで接続している。バスバーは、バッテリシステムを構成する電池セルの電極端子にレーザ溶接して接続される。この接続構造は、バスバーに切欠部を設けて、ここに電池セルの電極端子を挿入し、挿入された電極端子とバスバーとの境界にレーザ光を照射し、電極端子とバスバーの両方を境界で溶融して接続している。
電池には正極と負極があり、通常正極側にはアルミニウムの端子、負極側にはニッケルめっきされた銅端子が使用されている。１つのバスバーには、少なくとも２つの切欠部がある。２つの切欠部は、それぞれ、隣接する電池セルの電極端子に挿通される。結果、バスバーは、電池セルを直列又は並列に接続できる。
バスバーとして、クラッド材と呼ばれるアルミニウムと銅の結合部材を用いた場合、正極側のアルミニウム端子はクラッド材のアルミニウム側、負極側の銅端子はクラッド材の銅側と溶接する。この場合、それぞれ同種金属同士の溶接であり、特に技術的に困難な点はない。
しかしながら、このクラッド材はアルミニウムと銅の薄い板を接合部が重なるようにそれぞれ重ね合わせて、熱を加えながら圧力をかけて圧着する。このため、工程にかかる費用が高く、また、直材費も高価である。結果、バスバーと電極との接合のコストは、低コスト化ができないという問題がある。
そこで、バスバーに安価なアルミニウムを用いることにより、安価で軽いバッテリシステムを生産することが可能となる。しかし、アルミニウムのバスバーを用いる場合、正極側はアルミニウムのバスバーとアルミニウム端子の同種材溶接で問題無いが、負極側はアルミニウムのバスバーとニッケルめっきの銅端子の異種材溶接となり、安定して高品質な溶接を実現することが非常に困難となる。
異種材溶接では、異なる金属材料を共に溶融し、混ざり合った後、凝固させることにより溶接を行う。しかし、アルミニウムと銅の異種材溶接については、その合金が十分に加熱されてある温度以上で一定の時間溶融していると、アルミニウムと銅の組成が一定比率の金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、格子欠陥が少なく非常に硬い層であるが、応力を加えると脆く千切れてしまう。このため、単に、アルミニウムと銅との溶融体積を増やせば高い接合強度が得られる訳ではなく、生産における様々な隙間などのばらつき要因がある中で、安定して高品質の溶接を実現することが非常に困難である。
異種材溶接において、その強度対策の構造としては、高硬度層と低硬度層を溶接の進行方向に交互に繰り返し積層してなる溶接構造が発明されている（特許文献１参照）。
特許文献１の方法を、図１２Ａ、図１２Ｂの断面図で説明する。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ−Ａ線における断面図である。フェライト系ステンレス鋼または低炭素鋼の第１部材２１と、マルテンサイト系ステンレス鋼または高炭素鋼の第２部材２２とを重ね合せ、第１部材２１の表面にレーザ光を照射する。
斜線の領域で示している溶融凝固部は、図１２Ｂに示すように、レーザ光の照射方向と直角方向の断面では、第１部材２１の表面側から内部に向けて徐々に幅が狭くなる逆三角形の断面構造を有している。
また、溶融凝固部は、その表面側に低硬度層２３を、内部側には高硬度層２４を有している。かつ、高硬度層２４は、第１層２５と、それよりも硬度が低い第２層２６と、を溶接進行方向に交互に繰返し積層してなる。
この溶接構造の作製方法として、第１部材２１の表面にレーザ光をパルス的に照射する。まず、第１パルスのレーザ光により第１部材２１及び第２部材２２を溶融させてなる第１溶融部を形成する。
次いで、第１溶融部の凝固の成長がレーザ光軸の移動距離の１／２に達した時点において、位置を少しずらして、第２パルスのレーザ光の照射を開始する。これにより、第１溶融部と一部重なるように第２溶融部が形成される。順次同様に第３以降のパルスのレーザ光を所定のインターバルでオン・オフしながら照射することにより、溶接構造を形成する。
この溶接構造の特徴として、前述のように溶接の進行方向と直角方向の断面（図１２Ｂ）は、逆三角形の構造となっている。また、進行方向の断面（図１２Ａ）は進行方向に第１層２５と第２層２６が繰返し積層し、溶融深さが第１層２５と第２層２６とがほぼ一定となっている。
特開平１１−２３９８８８号公報
本発明の１つの実施の形態では、複数の電池セルを接続するバスバーとセルの端子と溶接する際に、溶接強度の高い安定した溶接を実現することにより、高性能で且つ低コストのバッテリシステムを製造する。
上記のために、本発明による金属部材の溶接構造は、第１部材と、第１部材に積層された第２部材とを含む。さらに、第１部材の表面から内部に延出された第１凝固部と、第１部材と第２部材とに亘って溶融した第２凝固部と、第１部材と第２部材とに亘って溶融した第３凝固部と、を含む。第３凝固部は第２凝固部より、第２部材の非積層面側に近く位置する。
本発明による金属部材の第１の溶接方法では、レーザ光を直線状に走査する第１の走査条件と、上記第１の走査条件により走査するレーザ光の軌道とは別の軌道を、上記第１のレーザ光より出力が低いレーザ光を直線状に走査する第２の走査条件と、の少なくともそれぞれ１回ずつは走査する。
本発明による金属部材の第２の溶接方法では、直径が異なる同心円状にレーザ光を走査して、レーザ光を円状に走査する第１の走査条件と、上記第１のレーザ光の軌道とは異なり且つ上記第１のレーザ光より出力が低いレーザ光を円状に走査する第２の走査条件との、少なくともそれぞれ１回ずつは走査する。
本発明による金属部材の第３の溶接方法では、レーザ光を直線状に走査する第３の走査条件と、上記第３の走査条件により走査するレーザ光の軌道とは別の軌道を、上記第３のレーザ光より速度の速いレーザ光を直線状に走査する第４の走査条件との、少なくともそれぞれ１回ずつは走査する。
本発明による金属部材の第４の溶接方法では、直径が異なる同心円状にレーザ光を走査して、レーザ光を円状に走査する第３の走査条件と、上記第３のレーザ光の軌道とは異なり且つ上記第３のレーザ光より速度の速いレーザ光を円状に走査する第４の走査条件との、少なくともそれぞれ１回ずつは走査する。
本実施の形態によれば、バッテリシステムにおける複数の電池セルを接続する低コストのアルミニウムバスバーとセルの端子と溶接する工程において、全ての溶接点において安定した高品質、高速の溶接を実現できる。そのため、高容量、高信頼性で低コストであるバッテリシステムの製造を可能とし、ハイブリッドカーや電気自動車などのエコカーの普及に寄与する。
図１Ａは、実施の形態１と実施例１、８のレーザ照射パターンを示す上面図 図１Ｂは、実施の形態１と実施例１、８の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図１Ｃは、実施の形態１と実施例１、８の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図２Ａは、実施の形態１と実施例２、９のレーザ照射パターンを示す上面図 図２Ｂは、実施の形態１と実施例２、９の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図２Ｃは、実施の形態１と実施例２、９の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図３Ａは、実施の形態１と実施例３、１０のレーザ照射パターンを示す上面図 図３Ｂは、実施の形態１と実施例３、１０の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図３Ｃは、実施の形態１と実施例３、１０の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図４は、引張り強度と深度の比率との関係を示す図 図５Ａは、比較例１のレーザ照射パターンを示す上面図 図５Ｂは、比較例１の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図５Ｃは、比較例１の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図６Ａは、比較例２のレーザ照射パターンを示す上面図 図６Ｂは、比較例２の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図６Ｃは、比較例２の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図７Ａは、実施の形態２と実施例５、１１のレーザ照射パターンを示す上面図 図７Ｂは、実施の形態２と実施例５、１１の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図７Ｃは、実施の形態２と実施例５、１１の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図８Ａは、実施の形態２と実施例６、１２のレーザ照射パターンを示す上面図 図８Ｂは、実施の形態２と実施例６、１２の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図８Ｃは、実施の形態２と実施例６、１２の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図９Ａは、実施の形態２と実施例７、１３のレーザ照射パターンを示す上面図 図９Ｂは、実施の形態２と実施例７、１３の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図９Ｃは、実施の形態２と実施例７、１３の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図１０Ａは、実施の形態５のレーザ照射パターンを示す上面図 図１０Ｂは、実施の形態５の隙間が無い場合の溶接構造を示す走査方向と平行方向の断面図 図１０Ｃは、実施の形態５の隙間がある場合の溶接構造を示す走査方向と平行方向の断面図 図１１は、実施の形態５におけるアルミニウムバスバー側から見たレーザ照射パターンを模式的に表した図 図１２Ａは、従来の溶接構造を示す走査方向と直角方向の断面図 図１２Ｂは、図１２ＡのＡ−Ａ線における断面図
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来技術における問題点を簡単に説明する。特許文献１に示される従来技術を、アルミニウムバスバーとニッケルめっきの銅端子との溶接に適用する場合、以下に示すような課題がある。
一つ目の課題として、溶接の進行方向に第１層２５と第２層２６とを交互に繰り返し積層させるために、パルスレーザを照射している点である。
溶接の凝固割れを防ぐため、進行方向に対して前のパルスで溶融した凝固時間とこれから照射するパルスの溶融時間を鑑みて急冷凝固部と緩冷凝固を繰り返す。このため、凝固時間に走査速度が制限を受け、５〜数１０ｍｍ／ｓ程度の速度しか上げられない。アルミニウムと銅の異種材溶接では、数１００ｍｍ／ｓ以上の高速で短時間の溶融と凝固を実現しなければ、金属間化合物が溶接界面に多量に形成されて、高い接合強度が得られなくなる。
また、溶接速度が遅いと接合に時間がかかるため、溶接工程のタクトが長くなり製品の低コスト化を妨げてしまう。
二つ目の課題として、第１層２５と第２層２６との溶接深度が同じため、工程のばらつきで発生する隙間（第１部材２１と第２部材２２との間）に対して弱い。隙間がほとんど無い場合には、銅側にアルミニウムが深く溶け込んで溶融体積が増えるため、金属間化合物が多く形成され接合強度が弱くなる。接合強度を高くするには、溶接深度を浅くして金属間化合物の生成を抑制する必要がある。しかし、溶接深度を浅くすると隙間が発生した場合に更に溶接深度が浅くなり、溶接強度が極端に低下するという問題が発生する。
バスバーの構造や押さえ治具の構造を工夫して隙間の発生をある程度抑制することは可能である。しかし、生産工程において高精度で安定して隙間を制御するのは実際には不可能であり、不安定に発生する隙間でも安定した接合強度を得ることが困難である。特に、接合方向と垂直にかかる応力に対する剥離強度を向上させることが、第１層２５と第２層２６の溶接深度が同じのため接合面積を大きくすることができず、また界面でのアンカー効果も期待できないため、非常に困難である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
実施の形態１〜４とそれぞれに対応する実施例の関係をまとめて表１に示す。以下に各実施の形態について説明する。
Figure 0006846608
 （実施の形態１）
図１Ａ〜図３Ｃは、本発明の実施の形態１における、セルのニッケルめっきの銅端子とアルミニウムバスバーの溶接構造を説明する図である。図１Ａは、アルミニウムバスバー側から見た上面図ある。図１Ｂと図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ’の断面図である。図２Ａ〜図３Ｃも同様である。
ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２を重合せて配置する。この時、図１Ｂに図示していないが、アルミニウムバスバー２のレーザを照射しない表面部分を、図１Ｂの上方より下方に向って押し当てる治具により、アルミニウムバスバー２とニッケルめっきの銅端子１の隙間９をなるべく小さくなるようにする。アルミニウムバスバー２は第１部材、銅端子１は第１部材と積層された第２部材である。
次に、図１Ａに示す軌道７に沿って、図１Ａの上方から下の方向へ、すなわち、図１Ｂの奥の方から手前側へ一定の出力に設定されたレーザ光６ａを照射しながら走査することにより、アルミニウムバスバー２のレーザ光６ａが照射された近傍が溶融する。
その後、レーザ光６ａが遠ざかることにより溶融したアルミニウムが凝固し、表面からニッケルめっきの銅端子１の界面に近い部分はアルミニウムの凝固部３となる。
一方、界面付近からニッケルめっきの銅端子１の界面近傍が溶融した部分は、アルミニウムとめっきである僅かなニッケルと銅とが溶融した状態で混ざり合い、レーザ光６ａが遠ざかることにより深度が浅い合金の凝固部４となる。
次に、図１Ａに示す軌道８に沿って、上記軌道７のレーザ光６ａよりも高出力であるレーザ光６ｂを同様に図の上方から下の方向へ、すなわち図１Ｂの奥の方から手前側へ走査する。その後、レーザ光６ｂが遠ざかることにより溶融したアルミニウムが凝固し、表面からニッケルめっきの銅端子１の界面に近い部分はアルミニウムの凝固部３となる。一方、界面付近からニッケルめっきの銅端子１の界面近傍が溶融した部分は、アルミニウムとめっきである僅かなニッケルと銅とが溶融した部分であり、レーザ光６ｂの出力がレーザ光６ａより高い分、より深くまで混ざり合い。結果、レーザ光６ｂが遠ざかることにより深度が深い合金の凝固部５となる。
続けて、図１Ｂにおいて同様に軌道をずらしたレーザ光６ｂを照射しながら走査し、同様にアルミニウムバスバー２の表面に近い部分はアルミニウムの凝固部３を、界面近傍は深度が深い合金の凝固部５を形成する。順次レーザ光をずらして同様に走査することにより、図１Ｂに示す溶接構造となる。
この溶接構造において、凝固部３は、第１部材の表面から内部に延出された第１凝固部、凝固部４は、第１部材と第２部材とに亘って溶融形成された第２凝固部である。凝固部５は、第１部材と第２部材とに亘って溶融形成され、第２凝固部よりも第２部材の非積層面側に近く位置する第３凝固部である。
図１Ｂにおいて、深度が浅い合金の凝固部４は、レーザ光６ａの出力が低いため溶融時の温度が低い。そのためレーザ光６ａが移動して溶融部から離れると速やかに凝固する。このため溶融時間が短く、金属間化合物とならず通常の合金（格子欠陥が多く存在する）となる。その結果、引張り応力に対して格子のズレが簡単に起こり、応力を緩和するため、引張り応力に対して安定した溶接構造となる。
一方、レーザ光の出力が高い凝固部５は、凝固部４と比較して出力が高いため、溶融時の温度が高い。このため、レーザ光６ｂが移動して溶融部から離れてから凝固するまでに、十分時間が長くかかる。結果、格子欠陥の殆ど無い金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、引張り応力に対して格子のズレが起き難く応力を緩和できない。このため、凝固部４よりも低い引張り力で格子間の剥離が発生し、引張り強度が低いという特徴を持つ。
図１Ｂのように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が殆ど無い場合でも、凝固部４によって高い強度を維持することができる。また、生産のばらつきにより図１Ｃのようにニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が発生した場合には、逆に深度が浅い凝固部４は殆ど銅端子１と溶融しておらず、凝固部４による引張り強度は殆ど無い。
しかしながら、この場合は深度の深い凝固部５が広い面積で銅端子１と溶融しており、一つ一つの凝固部５は引張り強度が低いが、全体として大きな引張り強度を持つ接合部を形成できる。このように、溶接の進行方向と直角方向の断面に対して、照射するエネルギが大きなレーザ光の照射による深度が深い凝固部５と、照射するエネルギが小さなレーザ光の照射による深度が浅い凝固部４とを少なくとも１箇所以上有している。このことにより、生産のばらつきによりニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が殆ど無い場合でも、あるいは大きな隙間９が発生した場合でも、どちらにおいても接合強度が高い安定した溶接を安価な押さえジグを用いて作製することができる。
深度が浅い凝固部４は、１箇所でもあれば、上記のように隙間９が殆ど無い場合において接合強度を維持す効果を持つが、２箇所以上ある方が、応力が一箇所に集中せず分散されるため好ましい。その場合、隙間９がある場合に同じ理由で、深度が深い凝固部５も２箇所以上ある方が好ましい。その一例として、深度が深い凝固部５が中央に６箇所且つ深度が浅い凝固部４が両端に２箇所ある場合について、図２Ａにレーザの軌道、図２Ｂと図２Ｃとに断面をそれぞれ示す。なお、図２Ａでは両端に深度が浅い凝固部４があるが、位置は、両端でなくともよい。その位置はどこであっても問題なく、また
３箇所以上であっても構わない。
図３Ａ〜図３Ｃでは、深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部５とが交互に配置され、その数が同じある場合を示す。引張りの応力が溶接部全体に均等に分散されるため、応力集中せずに破壊に対する耐性が向上し安定するため最も好ましい。
（実施例１）
実施例１について説明する。図１Ｂにおいて、めっき厚６μｍニッケルめっきを施した厚み２ｍｍの銅端子１の上に厚み１ｍｍのアルミニウムバスバー２を重ねた。アルミニウムバスバー２の上方から下方に向けて押し当てるジグ（図示せず）により、隙間９がなるべく開かないように配置した。アルミニウムバスバー２の表面から深度が浅い凝固部４を形成するための軌道７（図１Ａ）に沿ってファイバーレーザから発振した出力８００Ｗのレーザ光６ａを５００ｍｍ／ｓの速度で１０ｍｍの距離を照射しながら走査した。
次に、軌道７に対して０．１ｍｍ横にずらして、深度が深い凝固部５を形成するための８の軌道に沿って１０００Ｗのレーザ光６ｂを同様に８００ｍｍ／ｓの速度で走査した。順次０．１ｍｍずつずらしながら、同様に計７回走査した。この時の図１Ｂの上方への引張り強度（剥離強度）を測定したところ、同様に作製した３つのサンプルで、１７０Ｎ、１３３Ｎ、１２７Ｎであり、何れも１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。引張り強度は少なくとも３０Ｎ以上あればよい。好ましくは、引張り強度は、９０Ｎ以上である。この値は、以下の実施例でも同じである。
次に、図１Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍ開くように配置した。上記と同様に溶接を行った。この時の引張り強度は、１８３Ｎ、１９８Ｎ、１４５Ｎであり、隙間９が０．１ｍｍの場合でも、１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。
深度が浅い凝固部４の位置を、図１Ｂの最も右側から、右側から４番目の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と隙間９が０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１００Ｎを越える引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が最も左側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と隙間９が０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１００Ｎを越える引張り強度が得られた。
このように、必ず１箇所は深度が浅い凝固部４を形成し、深度が深い凝固部５を複数形成する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても安定した溶接構造体が実現できた。
なお、本実施例ではめっき厚や端子の厚み、バスバーの厚みの一例を示したが、この値に限った内容ではない。また、レーザ出力、溶接速度、走査間隔等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。
また、本実施例では、深度の浅い凝固部の位置を、最も右側、右側から４番目、最も左側の３箇所についてのみ説明したが、何れの箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例２）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道７と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道８の配置以外は実施例１と同様に溶接を行った。
図２Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した。その後、深度が浅い凝固部４を最も右側と最も左側の２箇所になるようにレーザ照射パターン（図２Ａ）を設定し、実施例１と同様に溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１８１Ｎ、１５３Ｎ、１６１Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に、図２Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１４４Ｎ、１５２Ｎ、１７７Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
深度が浅い凝固部４の位置を、図２Ａの最も右側と最も左側から、最も右側と右側から４番目の位置になるようにレーザ照射パターンに変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と隙間９が０．１ｍｍの場合の両方において、１５０から１９０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が右側から４番目と最も左側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して、同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と隙間９が０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１５０Ｎから１９０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部４を２箇所と、それ以外の複数個所を深度が深い凝固部５とする溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くてもより安定した溶接構造体が実現できた。
なお、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置を、最も右側と最も左側、最も右側と右側から４番目、右側から４番目と最も左側の３つの配置についてのみ説明したが、任意の箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例３）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道７と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道８の配置以外は実施例１と同様に溶接を行った。
図３Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した。その後、深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部５とを交互に配置する溶接構造とするレーザ照射パターン（図３Ａ）に設定して、実施例１と同様に溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１６３Ｎ、１７７Ｎ、１６５Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に図３Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１６６Ｎ、１６３Ｎ、１７８Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部５とを交互に配置する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても更に安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置最も右側に配置し、順に深度の深い凝固部５を形成したが、逆に深度の深い凝固部５を先に形成しその後深度の浅い凝固部４を順次形成しても同様の効果が得られる。
（実施例４）
深度が浅い凝固部４の深度と深度が深い凝固部５の深度との比率と、接合強度の関係を調べた。
接合強度の評価として、図３Ｂにおけるアルミニウムバスバー２の上方向への引張り強度（剥離強度）の測定を行った。ニッケルめっきの銅端子１をバイスで固定し、計測スタンド（引張り試験機）に固定したフォースゲージに取付けたクランプによりアルミニウムバスバー２の溶接されていない箇所を上方向に一定速度で引張った。ニッケルめっきの銅端子１が剥離した時のフォースゲージの表示値を引張り強度とした。
図３Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した後、深度が浅い凝固部４を最も右側とし、次に深度が深い凝固部５を、交互になるように形成した。この時の深度が浅い凝固部４を形成するためのレーザ光６ａの出力を８００Ｗとし、深度が深い凝固部５を形成するためのレーザ光６ｂを９００Ｗ、１０００Ｗ、１１００Ｗ、１２００Ｗ、１３００Ｗ、１４００Ｗの条件とし、それぞれで溶接構造を形成した。レーザ光の走査速度はどちらも５００ｍｍ／ｓで一定とした。続けて、図３Ｃに示すようにニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。
この時の、レーザ出力、深度の比率、引張り強度の関係を表２に示す。図４に、隙間９がない場合の引張り強度と深度の比率との関係を示す。引張り強度が、１００Ｎ以上を合格とした。この値は、電池として必要な条件である。
Figure 0006846608
 なお、深度は平均の深度とした。表２より、深度が深い凝固部５を形成するためのレーザ光６ｂが９００Ｗの時は、深度が浅く接合強度が低い。同出力を１０００Ｗ以上に上げると深度が深くなり、深度の増加に伴って接合強度が向上した。１０００Ｗの隙間９なしの事例より、深度が深い凝固部５の深度の浅い凝固部４に対する深度の比率が１．６４倍以上において、接合強度が向上する効果を確認できた。少なくとも、その比は、１．５倍あればよい。
なお、本実施例ではレーザ出力、溶接速度の設定の一例を示したが、これらの値はめっき厚や端子の厚み、バスバーの厚みにより最適値が異なる。また、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存する。これらのため、上記値に限った内容ではない。
（比較例１）
深度が浅い凝固部４のみを形成する以外は実施例１と同様に溶接を行った。
上記同様に、レーザの軌道を図５Ａ、接合部の断面図を図５Ｂ、図５Ｃに示す。
この時の引張り強度を測定したところ、１９８Ｎ、２０５Ｎ、１７７Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に、隙間９が０．１ｍｍの時の結果を図５Ｃに示す。この時の引張り強度を測定したところ、１５Ｎ、７Ｎ、４９Ｎとなり、何れも１００Ｎ未満の低い接合強度であった。
深度が浅い凝固部４のみの溶接構造では、隙間９が無いときは金属間化合物の生成が抑制されて応力に強い通常の合金層となるため、引張り応力を緩和することができて高い接合強度を得ることができる。一方、隙間９がある場合は、ニッケルめっきの銅端子１と合金を生成する溶融量が極端に少なくなり、著しく接合強度が低下してしまう。このように隙間９を無くすことができれば高い接合強度が得られるが、実際の生産において安定して確実に隙間９を無くすことは困難なため、安定した生産を行うことができない。
（比較例２）
深度が深い凝固部５のみを形成する以外は実施例１と同様に溶接を行った。上記同様に、レーザの軌道を図６Ａ、接合部の断面図を図６Ｂ、図６Ｃに示す。
この時の引張り強度を測定したところ、５２Ｎ、８３Ｎ、７７Ｎとなり、
何れも１００Ｎ未満の接合強度となった。
次に、隙間９が０．１ｍｍの時の結果を図６Ｃに示す。この時の引張り強度を測定したところ、７６Ｎ、７４Ｎ、５７Ｎとなり、隙間９が無い場合と同様の接合強度が得られた。
深度が深い凝固部５のみの溶接構造では、隙間９が無いときは金属間化合物が大量に生成されて引張り応力を緩和することができない。このため、比較例１の隙間９がない状態と比較して半分以下の接合強度しか得られない。
一方、隙間９がある場合においても、ニッケルめっきの銅端子１内に金属間化合物が大量に形成されるため、隙間９が無い場合と同様の接合強度となる。このように照射するレーザ光の出力を向上させれば、隙間９が無い場合もある場合も、ある一定程度の接合強度は安定して得られる。しかし、狭い接合面積で高い接合強度を安定して得られることはできず、高い接合強度が必要なバスバー溶接においては溶接面積を大きくする必要があり、低コストでの生産が困難となる。
以上のことから、実施例１、実施例２および実施例３の溶接では、隙間９がある場合も、無い場合も、安定した溶接が可能であり、歩留りが高く低コストである溶接を実現することができる。
（実施の形態２）
図７Ａは、実施の形態２でのレーザの操作方向を示す平面図である。図７Ｂは、実施の形態２における、セルのニッケルめっきの銅端子１とアルミニウムバスバー２の溶接構造を説明する断面図である。図７Ｂと図７Ｃは、図７ＡのＢ−Ｂ’の断面図である。図７Ｃは、隙間９が０．１ｍｍ時の接合部
の断面である。
実施の形態１とは、レーザの操作の道筋（軌道）が異なる。同心円となるように、レーザを操作する。
（実施例５）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道１０と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道１１以外は実施例１と同様に溶接を行った。
図７Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した後、深度が浅い凝固部４を最も外側とし、その内側（図では左側）に深度が深い凝固部５となるようにした。更にその内側にも、凝固部４と凝固部５とが順次配置する溶接構造とした。この時のレーザ照射パターンを図７Ａに示す。ファイバーレーザから発振した出力８００Ｗのレーザ光６ａを５００ｍｍ／ｓの速度で直径５ｍｍの円状の軌道１０に沿って走査した。次に、同心円で直径４．８ｍｍの軌道１１に沿って１０００Ｗのレーザ光６ｂを同様に８００ｍｍ／ｓの速度で走査した。順次直径を０．２ｍｍずつ小さくしながら同様に計７回円状に走査した。この時の引張り強度を測定したところ、同様に作製した３つのサンプルで、１５９Ｎ、１４０Ｎ、１８３Ｎであり、何れも１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。
隙間９がある場合を、図７Ｃに示す。ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１７７Ｎ、１８６Ｎ、１７０Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、必ず１箇所はある深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部５を複数形成する溶接構造とすることにより、隙間９があっても、無くても、安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例で示したレーザ出力、溶接速度、走査間隔等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。
また、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置を最も外側に配置した場合のみについて説明したが、何れの箇所に配置しても同様の効果が得られる
。照射の順序についても、外側から始めても内側から始めても溶接の原理そのものは変わらないため、任意の順序で照射しても同様の効果が得られる。
（実施例６）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道１０と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道１１の配置以外は実施例５と同様に溶接を行った。
図８Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した後、深度が浅い凝固部４を最も外側と最も内側の２箇所になるような図８Ａに示すレーザ照射パターンで同様に溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１６５Ｎ、１６３Ｎ、１４８Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に図８Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１５２Ｎ、１２８Ｎ、１３８Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
深度が浅い凝固部４の位置を、図８Ｂ、図８Ｃの最も外側と最も内側から、最も外側と外側から４番目の位置になるようなレーザ照射パターンに変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、１２０から１７０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が外側から４番目と最も内側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１２０から１７０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部を２箇所、それ以外の複数個所を深度が深い凝固部とする溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くてもより安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置を、最も外側と最も内側、最も外側と外側から４番目、外側から４番目と最も内側の３つの配置についてのみ説明したが、任意の箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例７）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道１０と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道１１の配置以外は実施例６と同様に溶接を行った。
図９Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置する。その後、図９Ｂに示すように深度が浅い凝固部４を最も外側とし、深度が深い凝固部５と深度が浅い凝固部４とが交互となるように、レーザ照射パターン（図９Ａ）に変更して同様に溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１７９Ｎ、１８４Ｎ、１９９Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に図９Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１９４Ｎ、１７７Ｎ、１７９Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部と深度が深い凝固部を交互に配置する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても更に安定した溶接が実現でき、照射パターンを同心円状にすることにより、安定した高い接合強度の異種材溶接が得られた。
なお、本実施例では、同心円上の外側の円周状の軌道から照射し始めて内側へ移動していく方法を示したが、任意の箇所から始めても同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１と異なり、レーザの出力を変化させず、操作速度を変える。図１Ａで、軌道７でのレーザの操作速度は速く、軌道８でのレーザの操作速度は遅くする。レーザの操作以外、実施の形態１と同様であり、同じ図で説明する。
図１Ｂにおいて、深度が浅い合金の凝固部４は、レーザ光６ａの走査速度速いため加熱時間が短く溶融時の温度が低い。そのためレーザ光６ａが移動して溶融部から離れると速やかに凝固するため溶融時間が短く、金属間化合物とならない。結果、通常の合金（格子欠陥が多く存在する）となり、引張り応力に対して格子のズレが簡単に起こる。そのため、応力を緩和でき、強度の高い溶接となる。
一方、レーザ光の走査速度が遅い凝固部５は、凝固部４と比較して走査速度が遅く加熱時間が長くなる。結果、溶融時の温度が高いため、レーザ光６ｂが移動して溶融部から離れても凝固するまでに十分時間が長くかかる。そのため、格子欠陥の殆ど無い金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、引張り応力に対して格子のズレが起き難く応力を緩和できない。このため、凝固部４よりも低い引張り力で格子間の剥離が発生し、引張り強度が低いという特徴を持つ。
図１Ｂのように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が殆ど無い場合でも、凝固部４によって高い強度を維持することができる。また、生産のばらつきにより図１Ｃのようにニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が発生した場合には、逆に深度が浅い凝固部４は殆ど銅端子１と溶融しておらず、凝固部４による引張り強度は殆ど無い。
しかしながら、この場合は深度の深い凝固部５が広い面積で銅端子１と溶融しており、一つ一つの凝固部５は引張り強度が低い。しかし、全体として大きな引張り強度を持つ接合部を形成できる。このように、溶接の進行方向と直角方向の断面に対して、照射するエネルギが大きなレーザ光の照射による深度が深い凝固部５と、照射するエネルギが小さなレーザ光の照射による深度が浅い凝固部４とを少なくとも１箇所以上有している。このことにより、生産のばらつきによりニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が殆ど無い場合でも、あるいは大きな隙間９が発生した場合でも、どちらにおいても接合強度が高い安定した溶接を安価な押さえジグを用いて作製することができる。
深度が浅い凝固部４は、１箇所でもあれば上記のように隙間９が殆ど無い場合において、接合強度を維持する効果を持つ。しかし、深度が浅い凝固部４が２箇所以上ある方が、応力が一箇所に集中せず分散されるため好ましい。その場合、隙間９がある場合に同じ理由で、深度が深い凝固部５も２箇所以上ある方が好ましい。その一例として、深度が深い凝固部５が中央に６箇
所、且つ、深度が浅い凝固部４が両端に２箇所ある場合について、図２Ｂに隙間９が無い場合、図２Ｃに隙間９がある場合をそれぞれ示す。また、その時の上面から見たレーザ光の照射パターンを図２Ａに示す。なお、図２Ｂおよび図２Ｃでは両端に深度が浅い凝固部４があるが、位置はどこであっても問題なく、また３箇所以上であっても構わない。
次に、深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部が交互に配置されその数が同じある場合を示す。図３Ｂに隙間９が無い場合、図３Ｃに隙間９がある場合を示す。この場合、引張りの応力が溶接部全体に均等に分散されるため、応力集中せずに破壊に対する耐性が向上し安定するため最も好ましい。
（実施例８）実施例８は、実施例７と異なり、レーザの操作方向が異なる。図１Ａに示すようにレーザを操作させる。その他、実施例７と同様である。
アルミニウムバスバー２の表面から深度が浅い凝固部４を形成するための軌道７に沿ってファイバーレーザから発振した出力１２００Ｗのレーザ光６ａを８００ｍｍ／ｓの速度で１０ｍｍの距離を照射しながら走査した。次に、軌道７に対して０．１ｍｍ横にずらして、深度が深い凝固部５を形成するため軌道８に沿って１２００Ｗのレーザ光６ｂを５００ｍｍ／ｓの速度で走査した。順次０．１ｍｍずつずらしながら、同様に計７回走査した。この時の図１Ｂの上方への引張り強度（剥離強度）を測定したところ、同様に作製した３つのサンプルで、１３６Ｎ、１８２Ｎ、１４４Ｎであり、何れも１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。
次に、図１Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍ開くように配置し、上記と同様に溶接を行った。この時の引張り強度は、１３３Ｎ、１７５Ｎ、１８８Ｎであり、隙間９が０．１ｍｍの場合でも、１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。
深度が浅い凝固部４の位置を、図１Ｂの最も右側から、右側から４番目の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１００Ｎを越える引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が最も左側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と隙間９が０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１００Ｎを越える引張り強度が得られた。
このように、必ず１箇所はある深度が浅い凝固部４と深度が深い凝固部５を複数形成する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例ではめっき厚や端子の厚み、バスバーの厚みの一例を示したが、この値に限った内容ではない。また、レーザ出力、溶接速度、走査間隔等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。
また、本実施例では、深度の浅い凝固部の位置を、最も右側、右側から４番目、最も左側の３箇所についてのみ説明したが、何れの箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例９）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道７と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道８の配置以外は実施例８と同様に溶接を行った。実施例９のレーザ操作方向を図２Ａに示す。接合部の断面図を図２Ｂに示す。
この時の引張り強度を測定したところ、１６６Ｎ、２０３Ｎ、１９０Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に図２Ｃは、隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１５４Ｎ、１８１Ｎ、１９９Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
深度が浅い凝固部４の位置を、図２Ｂの最も右側と最も左側から、最も右側と右側から４番目の位置になるようにレーザ照射パターンに変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、１５０から２１０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が右側から４番目と最も左側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１５０から２１０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部を２箇所、それ以外の複数個所を深度が深い凝固部とする溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くてもより安定した溶接が実現できた。
２５
なお、本実施例では、深度の浅い凝固部の位置を、最も右側と最も左側、最も右側と右側から４番目、右側から４番目と最も左側の３つの配置についてのみ説明したが、任意の箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例１０）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道７と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道８の配置以外は実施例８と同様に溶接を行った。
レーザ操作方向を図３Ａに、接合部の断面図を図３Ｂに示す。この時の引張り強度を測定したところ、１７８Ｎ、１７６Ｎ、１９２Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に、図３Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、２００Ｎ、１７３Ｎ、１７７Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部と深度が深い凝固部を交互に配置する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても更に安定した溶接が実現できた。
なお、実施例１０では、深度の浅い凝固部の位置最も右側に配置し、順に深度の深い凝固部を形成したが、逆に深度の深い凝固部を先に形成しその後深度の浅い凝固部を順次形成しても同様の効果が得られる。
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態３と異なり、レーザの操作方向が異なる。その他説明しない事項は実施の形態２と同様である。そのため、実施の形態２の図を用いて説明する。
（実施例１１）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道の以外は実施の形態２と同様に溶接を行った。
図７Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した後、深度が浅い凝固部４を最も外側とし、その内側（図では左側）に深度が深い凝固部５となるように、更にその内側も深度が深い凝固部５となるように順次配置する溶接構造とするレーザ照射パターンを図７Ａに示す。ファイバーレーザから発振した出力１２００Ｗのレーザ光６ａを８００ｍｍ／ｓの速度で直径５ｍｍの円状の軌道１０に沿って走査した。次に、同心円で直径４．８ｍｍの軌道１１に沿って同様に１２００Ｗのレーザ光６ｂを５００ｍｍ／ｓの速度で走査した。順次直径を０．２ｍｍずつ小さくしながら同様に計７回円状に走査した。この時の引張り強度を測定したところ、同様に作製した３つのサンプルで、１２４Ｎ、１５０Ｎ、１６９Ｎであり、何れも１００Ｎを越える高い引張り強度を示した。
次に図７Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１３３Ｎ、１６０Ｎ、１５５Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、必ず１箇所はある深度が浅い凝固部と深度が深い凝固部を複数形成する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例で示したレーザ出力、溶接速度、走査間隔等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。
また、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置を最も外側に配置した場合のみについて説明したが、何れの箇所に配置しても同様の効果が得られる。照射の順序についても、外側から始めても内側から始めても溶接の原理そのものは変わらないため、任意の順序で照射しても同様の効果が得られる。
（実施例１２）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道１０と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道１１の配置以外は実施例１１と同様に溶接を行った。
図８Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した後、深度が浅い凝固部４を最も外側と最も内側の２箇所になるような図８Ａに示すレーザ照射パターンで同様に溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１７７Ｎ、１５４Ｎ、１４７Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に、図８Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１５８Ｎ、１６３Ｎ、１３９Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
深度が浅い凝固部４の位置を、図８Ｂの最も外側と最も内側から、最も外側と外側から４番目の位置になるようなレーザ照射パターンに変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、１３０から１８０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
更に、深度が浅い凝固部４の位置が外側から４番目と最も内側の位置になるようにレーザ照射パターンを変更して同様な溶接を行った結果、隙間９が無い場合と０．１ｍｍの場合の両方において、同様に１３０から１８０Ｎの間の高い引張り強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部を２箇所、それ以外の複数個所を深度が深
い凝固部とする溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くてもより
安定した溶接が実現できた。
なお、本実施例では、深度の浅い凝固部４の位置を、最も外側と最も内側、最も外側と外側から４番目、外側から４番目と最も内側の３つの配置についてのみ説明したが、任意の箇所に配置しても同様の効果が得られる。
（実施例１３）
深度が浅い凝固部４を形成するレーザ光６ａの軌道１０と、深度が深い凝固部５を形成するレーザ光６ｂの軌道１１の配置以外は実施例１２と同様に溶接を行った。
図９Ｂに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が無いように配置した。その後、図９Ａに示すような深度が浅い凝固部４を最も外側とし、その内側に深度が深い凝固部５となるように、更に、内側に、凝固部４と凝固部５とを交互に配置する溶接構造とした。そのために、レーザ照射パターンを設定し溶接を行った。この時の引張り強
度を測定したところ、２０３Ｎ、１９０Ｎ、１９９Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
次に図９Ｃに示すように、ニッケルめっきの銅端子１の上にアルミニウムバスバー２の隙間９が０．１ｍｍとなるように配置した後、同様の溶接を行った。この時の引張り強度を測定したところ、１８４Ｎ、１９８Ｎ、１８８Ｎとなり、何れも１００Ｎを越える高い接合強度が得られた。
このように、深度が浅い凝固部と深度が深い凝固部を交互に配置する溶接構造とすることにより、隙間９があっても無くても更に安定した溶接が実現でき、照射パターンを同心円状にすることにより、安定した高い接合強度の異種材溶接が得られた。
なお、本実施例では、同心円上の外側の円周状の軌道から照射し始めて内
側へ移動していく方法を示したが、任意の箇所から始めても同様の効果が得
られる。
（実施の形態５）
実施の形態５におけるレーザ照射パターンを図１０Ａの平面図に示す。図１０Ｂ、図１０Ｃは、図１０Ａのレーザの走査方向に平行方向のＣ−Ｃ’における断面図である。
実施の形態１〜４では、レーザ光の走査の進行方向に対して直角方向の断面に対して記述してきたが、実施の形態５ではレーザ光の走査方向に平行方向の断面について述べる。
図１０Ａは、直線状にレーザ光を走査する際に、レーザ出力が低い区間１７とレーザ出力が高い区間１８を交互に繰り返す。次に、走査位置をずらして、逆にレーザ出力が高い区間と低い区間を繰り返し、更にそれらを交互に繰り返しているレーザ照射パターンである。
図１０Ｂに示すように、レーザの走査方向の断面では、出力の低いレーザ光６ａを複数の区間に照射し、深度の浅い凝固部４を形成する。次に、出力の高いレーザ光６ｂを異なる複数の区間に照射し、深度の深い凝固部５を形成する。これを繰り返すことにより、レーザ光の進行方向の断面に対して深度の浅い凝固部４と深度の深い凝固部５とを交互に形成した溶接構造を形成している。
次に、レーザの走査位置をずらして、今度は出力の高いレーザ光６ｂを複数の区間に照射し、その後、出力の低いレーザ光６ａを異なる複数の区間に照射する。これらを繰り返すことにより、レーザ光の進行方向の断面に対して深度の深い凝固部５と深度の浅い凝固部４を交互に形成した溶接構造を形成している。
このレーザ照射パターンを繰り返すことにより、図１０Ｂに示すように深度の浅い凝固部４と深度の深い凝固部５を交互に形成される。さらに、レーザの走査方向に直角方向の断面Ａ−Ａ’に対しても、図１０Ｂに示すように深度の浅い凝固部４と深度の深い凝固部５を交互に形成されている溶接構造となっている。
このような構造にすることにより、ニッケルめっきの銅端子１とアルミニウムバスバー２の間の接合面積が大きくなり、且つ、その形状が凹凸となっているため、アンカー効果が働き、どの方向の引張り応力に対しても接合強度の向上と安定化が図れる。
更に、図１１に示すような上面から見た溶接形状を円形にすることによって、更に引張り応力の均一な分散ができ、より接合強度が安定する。
更に、図１０Ｃに示すように隙間９があったとしても、接合強度がより安定する。
このように、深度が浅い凝固部と深度の深い凝固部を平面的に交互に配置することにより、隙間９があっても無くても更に安定したより高い接合強度を持った溶接が実現できる。
上記では、アルミニウム、銅で説明したが、金属間化合物を作る金属の組み合わせなら適応できる。例えば、ＴｉとＡｌやＮｉとＡｌ、ＦｅとＴｉなどがあり、これらに適用可能である。
本実施例では、レーザ発振器としてファイバーレーザを用いたが、高出力が得られるディスクレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザ等の他のレーザを用いても、同様の効果が得られる。
本発明によれば、高品質且つ低コストでアルミニウムとニッケルめっきの銅の異種材溶接を可能とする。そのため、バッテリシステムを低コストで提供することができる。更には、高出力を必要とする車載用電池や定置用蓄電システムとして適用できる。
１ 銅端子
２ アルミニウムバスバー
３ アルミニウムの凝固部
４ 凝固部
５ 凝固部
６ａ，６ｂ レーザ光
７，８，１０，１１，１２，１３ 軌道
９ 隙間
１７，１８ 区間
２１ 第１部材
２２ 第２部材
２３ 低硬度層
２４ 高硬度層
２５ 第１層
２６ 第２層
３１

Claims (13)

  1. 第１部材と、
    前記第１部材と積層された第２部材と、の金属部材の溶接構造であり、
    前記第１部材の表面から内部に延出された第１凝固部と、
    前記第１部材と前記第２部材とに亘って溶融した第２凝固部と、
    前記第１部材と前記第２部材とに亘って溶融した第３凝固部と、を含み、
    前記第３凝固部は前記第２凝固部より、前記第２部材の非積層面側に近く位置し、
    前記第２凝固部は、合金であり、前記第３凝固部は、金属間化合物である金属部材の溶接構造。
  2. 前記第２凝固部と前記第３凝固部とは、線状である請求項１記載の溶接構造。
  3. 前記第３凝固部は、複数ある、
    請求項１に記載の金属部材の溶接構造。
  4. 前記第２凝固部は、複数あり、
    前記複数の第３凝固部と前記複数の第２凝固部とは、交互に位置する、
    請求項２記載の金属部材の溶接構造。
  5. 前記第３凝固部の積層面方向の長さは、
    前記第２凝固部の積層面方向の長さの１．５倍以上である、
    請求項１に記載の金属部材の溶接構造。
  6. 前記第２凝固部と前記第３凝固部とは溶接で形成され、
    前記溶接の進行方向に垂直な断面に対して、前記第２凝固部と前記第３凝固部が交互に形成されている、
    請求項１に記載の金属部材の溶接構造。
  7. 前記第１部材は、アルミニウムであり、
    前記第２部材は、銅である、
    請求項１に記載の金属部材の溶接構造。
  8. 第１部材と積層された第２部材とを積層する積層工程と、
    前記第１部材の表面を第１のレーザ光で線状に第１の走査条件で走査し、前記第１部材と前記第２部材とに亘って溶融した化合物の第２凝固部を形成する第１形成工程と、
    と、
    前記第１の走査条件により走査する前記第１のレーザ光の軌道とは別の前記第１部材の表面の軌道を、前記第１のレーザ光より出力が低い第２のレーザ光、または、早い速度の第２のレーザ光を線状に、第２の走査条件で走査し、前記第１部材と前記第２部材とに亘って溶融した金属間化合物である第３凝固部を形成する第２形成工程と、を含み、
    前記第１形成工程と前記第２形成工程との少なくともそれぞれ１回ずつ行う、
    金属部材の溶接方法。
  9. 前記第１形成工程と前記第２形成工程とを交互に行う、
    請求項８に記載の金属部材の溶接方法。
  10. 前記第１のレーザ光の走査と前記第２のレーザ光の走査が、直線状であり、
    前記第２の走査条件では、前記第１のレーザ光より出力が低い前記第２のレーザ光を使用する請求項８記載の金属部材の溶接方法。
  11. 前記第１のレーザ光の走査と前記第２のレーザ光の走査が、同心円状であり、
    前記第２の走査条件では、前記第１のレーザ光より出力が低い前記第２のレーザ光を使用する請求項８記載の金属部材の溶接方法。
  12. 前記第１のレーザ光の走査と前記第２のレーザ光の走査が、直線状であり、
    前記第２の走査条件では、前記第１のレーザ光より走査速度の速い前記第２のレーザ光を使用する請求項８記載の金属部材の溶接方法。
  13. 前記第１のレーザ光の走査と前記第２のレーザ光の走査が、同心円状であり、
    前記第２の走査条件では、前記第１のレーザ光より走査速度の速い前記第２のレーザ光を使用する請求項８記載の金属部材の溶接方法。

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