WO2024135538A1 - レーザ溶接方法 - Google Patents

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WO2024135538A1
WO2024135538A1 PCT/JP2023/044923 JP2023044923W WO2024135538A1 WO 2024135538 A1 WO2024135538 A1 WO 2024135538A1 JP 2023044923 W JP2023044923 W JP 2023044923W WO 2024135538 A1 WO2024135538 A1 WO 2024135538A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
workpiece
laser light
welding method
weld bead
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/044923
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English (en)
French (fr)
Inventor
研一 山田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2024135538A1 publication Critical patent/WO2024135538A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding

Definitions

  • This disclosure relates to a laser welding method.
  • the copper wire and copper terminal are clamped from above and below with a pair of welding electrodes connected to a resistance welding machine, and a welding current is passed between the welding electrodes to weld the copper wire and copper terminal.
  • the workpiece to be welded is sandwiched between the welding electrodes from above and below, so space and time are required to move the welding electrodes. In addition, the tact time required for welding is long. Furthermore, when resistance welding a copper wire and a copper terminal, the electrical resistance of copper is low and the electrical resistance of the joint between the copper wire and the copper terminal is close to the electrical resistance of the welding electrodes. This makes the current behavior at the joint unstable and makes the welding electrodes more susceptible to wear. This means that the frequency of replacement and maintenance of welding electrodes increases.
  • Patent Document 1 discloses a method in which a piece that holds down and fixes the end of the coil is provided on the flange of a part serving as a copper terminal around which a coil serving as a copper wire is wound, and with the end of the coil placed on the piece of the part, the piece of the part is crimped to hold down the end of the coil with the piece. In this state, laser light is irradiated from above the piece to laser weld the coil and the piece.
  • the width of the weld bead will be narrow and the bonding area between the copper terminal and the copper wire may be smaller than desired.
  • Laser welding often uses laser light with a wavelength in the near-infrared range, but copper has a low absorption rate for light of this wavelength, so the power of the laser light must be increased to fully melt the workpiece.
  • this is not limited to copper; metals in general have a much higher light absorption rate in the liquid phase than in the solid phase.
  • the power of the laser light is increased to melt copper, the molten metal in the molten pool formed on the workpiece is greatly agitated, which can cause spattering.
  • the workpiece penetrates rapidly. This can cause holes to form in the areas irradiated with the laser light, or the irradiated areas can be cut. When this happens, it is not possible to reliably electrically connect the copper wire to the copper terminal.
  • This disclosure has been made in consideration of these points, and its purpose is to provide a laser welding method for laser welding workpieces containing copper as the main constituent metal, which can simplify the structure of the workpiece and enable welding with low power.
  • the laser welding method disclosed herein is a laser welding method for joining a workpiece having an overlapping portion of a wire material and a plate material by irradiating a laser beam from the surface side of the wire material to join the plate material and the wire material, in which the welding direction of the workpiece is defined as the X direction, the normal direction of the surface of the plate material on which the wire material is placed is defined as the Z direction, and a direction intersecting each of the X direction and the Z direction is defined as the Y direction, the laser beam is advanced at a predetermined speed along the X direction and passing through a central axis along the longitudinal direction of the wire material, and
  • the method includes at least a welding step in which the laser light is scanned so as to move back and forth across the wire along the Y direction, and the laser light is irradiated onto the wire and the plate, and the welding step is characterized in that the laser light is irradiated onto the workpiece at a predetermined copper wire irradiation rate
  • the structure of the workpiece can be simplified and welding can be performed with low power. This makes it possible to stabilize the quality of the welded area.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a laser beam scanner.
  • FIG. 1 is a diagram showing the wavelength dependence of light absorptance in various metals.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a workpiece during laser welding.
  • FIG. 2 is a plan view showing a path of irradiation of a laser beam onto a workpiece.
  • FIG. 11 is a plan view showing another irradiation trajectory of laser light onto a workpiece.
  • 1 is a photograph showing the appearance of a workpiece after laser welding.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VIIA-VIIA in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VIIA-VIIA in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VIIB-VIIB in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VIIC-VIIC in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VIID-VIID in FIG. 6.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a workpiece during conventional laser welding.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a workpiece when conventional laser welding is completed. This is an example of the appearance of a workpiece after laser welding.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the scanning frequency and the bead height at the intermediate position.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the scanning frequency and the bead width at the intermediate position.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser welding device according to this embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a laser beam scanner.
  • the laser welding apparatus 100 includes a laser oscillator 10, an optical fiber 20, a laser head 30, a robot 70, and a control unit 80.
  • the traveling direction of the laser light LB irradiated from the laser head 30 to the workpiece 200 may be referred to as the Z direction.
  • the direction from the laser oscillator 10 toward the laser head 30 may be referred to as the X direction, and the direction intersecting with the X direction and the Z direction may be referred to as the Y direction.
  • the X direction corresponds to the welding direction WD of the workpiece 200.
  • the welding direction WD in this case, the X direction, is also the longitudinal direction of the weld bead 230 (see FIG.
  • the Z direction corresponds to the direction intersecting with the surface of the copper plate (plate material) 210 in the workpiece 200.
  • the Y direction corresponds to the direction intersecting with the welding direction WD (X direction).
  • the Y direction corresponds to the direction perpendicular to the welding direction WD (X direction).
  • the "surface of the copper plate (sheet material) 210" refers to the surface of the copper plate 210 on which the copper wire (wire material) 220 is placed.
  • the laser oscillator 10 outputs the laser light LB based on a command from the control unit 80.
  • the wavelength of the laser light LB is 445 nm.
  • the wavelength range of the laser light LB may be a green to blue wavelength range.
  • the wavelength of the laser light LB is preferably 350 nm or more and 550 nm or less, and more preferably 400 nm or more and 500 nm or less.
  • the laser oscillator 10 and the laser head 30 are connected by an optical fiber 20.
  • the laser light LB is transmitted from the laser oscillator 10 to the laser head 30 via the optical fiber 20.
  • the laser head 30 receives the laser light LB incident from the optical fiber 20 and irradiates it toward the workpiece 200.
  • the optical fiber 20 has, for example, a core (not shown) that is an optical waveguide at its axis, and the core is surrounded by a cladding (not shown) that is an optical confinement layer.
  • the laser head 30 has a collimating lens 40, a laser light scanner 50, and an f ⁇ lens 60.
  • the collimating lens 40 converts the laser light LB emitted from the output end of the optical fiber 20 into a parallel beam. In other words, the collimating lens 40 collimates the laser light LB.
  • the laser light scanner 50 is, for example, a galvanometer scanner having a first galvanometer mirror 51 and a second galvanometer mirror 52.
  • the first galvanometer mirror 51 has a first mirror 51a, a first rotation shaft 51b, and a first drive unit 51c
  • the second galvanometer mirror 52 has a second mirror 52a, a second rotation shaft 52b, and a second drive unit 52c.
  • the laser light LB transmitted through the collimator lens 40 is reflected by the first mirror 51a and then by the second mirror 52a, and is incident on the f ⁇ lens 60.
  • the first drive unit 51c and the second drive unit 52c are galvanometer motors
  • the first rotation shaft 51b and the second rotation shaft 52b are output shafts of the galvanometer motors.
  • the first drive unit 51c is rotationally driven by a control signal from the control unit 80
  • the first mirror 51a attached to the first rotation shaft 51b rotates around the axis of the first rotation shaft 41b.
  • the second drive unit 52c is rotationally driven by a control signal from the control unit 80
  • the second mirror 52a attached to the second rotation shaft 52b rotates around the axis of the second rotation shaft 52b.
  • the first mirror 51a rotates around the axis of the first rotation shaft 51b to a predetermined angle, thereby scanning the laser light LB in the X direction.
  • the second mirror 52a rotates around the axis of the second rotation shaft 52b to a predetermined angle, thereby scanning the laser light LB in the Y direction.
  • the laser light scanner 50 is configured to two-dimensionally scan the laser light LB within the XY plane and irradiate it toward the workpiece 200.
  • the configuration of the laser light scanner 50 is not particularly limited to that shown in FIG. 2.
  • the laser light scanner 50 may be configured with a two-axis MEMS mirror.
  • the f ⁇ lens 60 focuses the laser light LB at the incident position of the laser light LB.
  • the laser light LB focused by the f ⁇ lens 60 is irradiated toward the workpiece 200.
  • the laser emission port of the laser head 30 is covered with protective glass (not shown).
  • the robot 70 has a robot arm 71.
  • the laser head 30 is attached to the tip of the robot arm 71.
  • the robot arm 71 has multiple joints 72.
  • the robot 70 moves the laser head 30 along a predetermined welding direction WD, in this case the X direction, and changes the position of the laser head 30 relative to the workpiece 200. This moves the irradiation position of the laser light LB relative to the workpiece 200, and performs laser welding.
  • the structure of the robot 70 is not particularly limited to that shown in FIG. 1, and may be any mechanism that moves the laser head 30 along each of the X, Y, and Z directions.
  • an actuator that moves the laser head 30 along the X direction, an actuator that moves it along the Y direction, and an actuator that moves it along the Z direction may be arranged as a robot mechanism of an orthogonal robot in place of the robot 70.
  • a support table (not shown) that holds the workpiece 200 may be provided with a movement mechanism (not shown) that moves the support table in both the X and Y directions, and the actuator that moves the laser head 30 along the Z direction and the movement mechanism may be arranged as a robot mechanism that combines multiple mechanism units instead of the robot 70.
  • the control unit 80 is connected to each of the laser oscillator 10, the robot 70, and the laser head 30.
  • the control unit 80 controls the operation of each of the laser oscillator 10, the robot 70, and the laser head 30, specifically the laser light scanner 50.
  • the control unit 80 also has the function of controlling the irradiation trajectory of the laser light LB on the surface of the workpiece 200, the start and stop of the output of the laser light LB, the power of the laser light LB, etc.
  • the control unit 80 is composed of one or more CPUs (Central Processing Units) or MCUs (Micro Controller Units).
  • the above-mentioned functions performed by the control unit 80 are realized by executing a predetermined welding program on the CPU or MCU.
  • the welding program is stored in a memory unit (not shown).
  • the memory unit may be incorporated in the control unit 80, or may be provided externally to the control unit 80.
  • control unit that controls the operation of the laser oscillator 10 a control unit that controls the operation of the laser head 30, and a control unit that controls the operation of the robot 70 may be provided separately. However, even in this case, each control unit controls the operation of the laser welding device 100 in cooperation with each other.
  • the laser beam LB is irradiated onto the workpiece 200 while tracing a predetermined trajectory, as described below, to form a weld bead 230 on the workpiece 200.
  • the structure and material of the workpiece 200, as well as the shape of the weld bead 230, will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of light absorptance in various metals.
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a workpiece during laser welding.
  • Fig. 5A is a plan view showing an irradiation locus of a laser beam on a workpiece.
  • Fig. 5B is a plan view showing another irradiation locus of a laser beam on a workpiece.
  • FIG. 6 is a photograph showing the appearance of the workpiece after laser welding.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view taken along line VIIA-VIIA in FIG. 6.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along line VIIB-VIIB in FIG. 6.
  • FIG. 7C is a schematic cross-sectional view taken along line VIIC-VIIC in FIG. 6.
  • FIG. 7D is a schematic cross-sectional view taken along line VIID-VIID in FIG. 6.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view near the start point of weld bead 230, which will be described later
  • FIG. 7C is a schematic cross-sectional view near the end point of weld bead 230, which will be described later.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view at a position midway between the start point and end point of weld bead 230.
  • the heights Ha, Hb, and Hc of the weld bead 230 shown in Figures 7A to 7C may be referred to as bead heights Ha, Hb, and Hc, respectively.
  • the bead heights Ha, Hb, and Hc may be collectively referred to as bead height H.
  • the bead height H is the height in the Z direction at any position in the longitudinal direction of the weld bead 230, based on the surface of the copper plate 210.
  • the widths Wa, Wb, and Wc of the weld bead 230 shown in Figures 7A to 7C may be referred to as bead widths Wa, Wb, and Wc, respectively.
  • the bead widths Wa, Wb, and Wc may also be collectively referred to as bead width W.
  • the bead width is the width in the Y direction at any position in the longitudinal direction of the weld bead 230.
  • the proportion of the light absorbed by the metal i.e., the light absorptance
  • the wavelength dependency of the light absorptance varies greatly depending on the metal material.
  • the light absorptance increases as the wavelength becomes shorter, but the rate of change in light absorptance with respect to wavelength is gradual.
  • the light absorptance of near-infrared laser light (representative wavelength of the near-infrared range is 1000 nm) is about 40%
  • the light absorptance of laser light LB (representative wavelength of laser light LB is 445 nm) is about 45%.
  • the near-infrared region refers to a wavelength region of 900 nm or more and 2000 nm or less, and in Figure 3, a representative wavelength of the near-infrared region is shown by a dashed line at 1000 nm. Similarly, the wavelength of the laser light LB is also shown by a dashed line in Figure 3.
  • the light absorption rate increases rapidly when the wavelength becomes shorter than 800 nm. While the light absorption rate of laser light in the near infrared range is less than 10%, the light absorption rate in the wavelength range of laser light LB increases to about 60%.
  • the material of the workpiece 200 is copper or an alloy containing copper as the main constituent metal (hereinafter, these will be collectively referred to as copper-based materials)
  • copper-based materials when laser welding is to be performed using a laser beam in the near-infrared range, the power of the laser beam in the near-infrared range must be significantly increased in consideration of the low light absorption rate.
  • the copper alloy in the copper-based material it is preferable for the copper alloy in the copper-based material to contain 90% or more copper.
  • the laser welding is performed according to the procedure described below, which simplifies the structure of the workpiece 200 and allows welding to be performed with a low power of the laser light LB.
  • the joining quality of the joint can be improved and stabilized.
  • the laser welding method described in this embodiment is used, for example, when electrically connecting a coil and a conductor of a motor. Therefore, it is required that the increase in electrical resistance at the connection point is suppressed and that the connection reliability is high. In other words, the latter part requires that the connection quality between the coil and the conductor is high and stable.
  • the laser welding method described in this embodiment is not limited to this use and can be applied to other uses as well.
  • a workpiece 200 has a structure in which a copper plate (plate material) 210 made of a copper-based material and a copper wire (wire material) 220 are stacked together, and laser light LB is irradiated onto the surface of the copper plate 210 from the surface side of the copper wire 220, which is the mounting surface side of the copper plate 210 on which the copper wire (wire material) 220 is placed, thereby joining the copper plate 210 and the copper wire 220.
  • the workpiece 200 is configured with the copper wire 220 fixed in close contact with the surface of the copper plate 210.
  • the workpiece 200 is set on a stage (not shown) provided in the laser welding device 100.
  • the laser oscillator 10 is operated to emit laser light LB from the laser head 30 while the laser head 30 is moved at a speed V along the welding direction WD.
  • the laser light LB is irradiated from the surface side of the copper wire 220 toward the workpiece 200 while moving at a speed V along the central axis C-C of the copper wire 220, which is the longitudinal direction of the copper wire 220, and is irradiated onto the copper plate 210 and the copper wire 220.
  • the aforementioned speed V is referred to as the welding speed V.
  • the laser light LB not only moves in the welding direction WD (X direction) at the welding speed V, but is also scanned in the Y direction at a scanning frequency fs by the laser light scanner 50. Therefore, as shown in FIG. 5A, when viewed from the Z direction, the laser light LB scans the surface of the workpiece 200 so as to draw a sine wave.
  • the scanning trajectory of the laser light LB irradiated to the workpiece 200 may be referred to as the scanning trajectory ST.
  • the scanning trajectory ST of the laser light LB is a sine wave of scanning amplitude A and period T with the central axis CC of the copper wire 220 as the line of symmetry (center line) in the Y direction.
  • the scanning amplitude A is set to be equal to or greater than the radius (D/2) of the copper wire 220. In the example shown in FIG. 5A, the scanning amplitude A is set to be greater than the radius (D/2) of the copper wire 220.
  • the period T1 shown in FIG. 5A corresponds to half the period during which the irradiation center of the laser light LB passes only through the copper wire 220 when viewed from the Z direction. If the period 2T1 is the copper wire portion irradiation time (2T1), the relationship of the following formula (1) holds.
  • the period 2T1 is the period during which only the copper wire 220 passes, in other words, the copper wire portion irradiation time 2T1 is the time during which the laser light LB is irradiated to the overlapping portion of the copper wire 220 and the copper plate 210.
  • ⁇ is defined as the copper wire exposure rate.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ indicates the proportion of time that the laser light LB is irradiated to the overlapping portion of the copper plate 210 and the copper wire 220 with respect to a predetermined scanning period of the irradiation locus of the laser light LB irradiated to the copper plate 210 and the copper wire 220 in welding in which the laser light LB is advanced at a predetermined speed so as to pass through the central axis along the longitudinal direction of the copper wire 220 and is scanned back and forth multiple times so as to straddle the width direction of the copper wire 220, and the copper wire 220 is irradiated with the laser light LB.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ indicates the proportion of time that the laser light LB is substantially irradiated to the overlapping portion of the copper plate 210 and the copper wire 220 with respect to a half period (T/2) of the sine wave (laser irradiation locus).
  • the scanning trajectory ST of the laser light LB irradiated to the workpiece 200 is not limited to that shown in FIG. 5A.
  • the scanning trajectory ST may be a triangular wave.
  • the scanning trajectory ST of the laser light LB is a triangular wave with a scanning amplitude A and a period T, with the central axis C-C of the copper wire 220 as the line of symmetry (center line) in the Y direction.
  • the relationship between the scanning amplitude A of the triangular wave and the radius (D/2) of the copper wire 220 is the same as that shown in FIG. 5A.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ is understood to indicate the proportion of time during which the laser light LB is substantially only irradiated to the overlapping portion of the copper plate 210 and the copper wire 220, relative to a half period (T/2) of the triangular wave (laser irradiation trajectory).
  • a weld bead 230 was formed along the welding direction WD (X direction) as shown in FIG. 6.
  • the main welding parameters are as follows.
  • the scanning trajectory ST of the laser light LB was a triangular wave
  • the welding speed V was 10 mm/sec
  • the power of the laser light LB was 400 W.
  • the thickness t (see FIG. 4) of the copper plate 210 was 0.2 mm
  • the diameter D (see FIG. 4) of the copper wire 220 was 0.7 mm.
  • the scanning amplitude A was 1.4 mm
  • the scanning frequency fs was 100 Hz
  • the copper wire irradiation rate ⁇ was 50%.
  • fillets 231 were formed at both side ends of weld bead 230 in the Y direction, in other words, in the width direction of weld bead 230.
  • fillets 232 were formed at the end portion of weld bead 230 along welding direction WD, in other words, near the end point in the longitudinal direction of weld bead 230.
  • the fillet 232 was formed such that the bead height H gradually decreased from the starting point to the end point of the weld bead 230 in the welding direction WD (see also FIGS. 7A-7C). Also, as shown in FIG. 6, the outline of the peripheral portion of the weld bead 230 gradually became gentler as it moved outward from the peripheral edge. Also, no constrictions or the like were observed near the starting point of the weld bead 230. In other words, the appearance of the weld bead 230 was very good (see FIG. 10).
  • the angle between the imaginary line connecting the aforementioned start point and end point and the surface of the copper plate 210 is defined as the weld bead inclination angle ⁇ when viewing the cross section on the XZ plane.
  • the cross section viewed on the XZ plane is referred to as a cross-sectional view.
  • the weld bead inclination angle ⁇ is an acute angle, and in the example shown in Figure 7D, the weld bead inclination angle ⁇ is greater than or equal to 10 degrees and less than or equal to 20 degrees.
  • a workpiece 200 having a portion where a copper wire (wire material) 220 and a copper plate (plate material) 210 are overlapped is irradiated with laser light LB from the front side of the copper wire 220 to join the copper plate 210 and the copper wire 220.
  • the welding direction WD of the workpiece 200 is the X direction
  • the normal direction of the surface on which the copper wire 220 is placed on the copper plate 210 is the Z direction
  • the direction that intersects with both the X direction and the Z direction is the Y direction.
  • the method includes at least a welding step in which the laser beam LB is advanced at a predetermined speed V (welding speed V) along the X direction and through the central axis C-C along the longitudinal direction of the copper wire 220, and the laser beam LB is scanned so as to reciprocate along the Y direction, thereby irradiating the copper wire 220 and the copper plate 210 with the laser beam LB.
  • V welding speed
  • the laser light LB is irradiated onto the workpiece 200 so as to trace a sine wave or triangular wave that progresses along the X direction with the central axis C-C of the copper wire 220 as the line of symmetry (center line).
  • the copper plate 210 and the copper wire 220 are each a copper-based material, that is, copper or an alloy containing copper as the main constituent metal.
  • the wavelength of the laser light LB is 445 nm.
  • the wavelength of the laser light LB is preferably 350 nm or more and 550 nm or less, and more preferably 400 nm or more and 500 nm or less.
  • the molten metal in the molten pool can be spread in the Y direction.
  • fillets 231 are formed at the side ends of the weld bead 230 such that the height gradually decreases from the center to the ends of the weld bead 230.
  • a spin wave is a trajectory obtained by scanning the laser light LB in a circular manner while moving it in the welding direction WD. In this case, there is a period during which the laser light LB moves backward along the welding direction WD. During this period, when the copper plate 210 and the copper wire 220 are laser welded to form the weld bead 230, the laser light LB is irradiated again to the previously formed weld bead 230. As a result, the shape of the weld bead 230 is distorted, which is not preferable.
  • the copper plate 210 and the copper wire 220 are at room temperature, while as the welding progresses toward the aforementioned end point by irradiation with the laser light LB, specifically, the laser light LB not only moves in the welding direction WD (X direction) at the welding speed V, but also scans in the Y direction, scanning the surface of the workpiece 200 so as to draw a sine wave or triangular wave. As a result, heat is accumulated in the workpiece 200, and the temperature rises. That is, during laser welding, the temperature becomes highest near the end point of the weld bead 230.
  • the weld bead 230 formed by melting and forming it by the above-mentioned scanning of the laser light LB near the end point of the weld bead 230 spreads as if gradually pushed out, and a fillet 232 is formed so that the height gradually decreases from the start point to the end point of the weld bead 230. That is, the fillets 231 and 232 are formed so that the height of the weld bead 230 gradually decreases at its peripheral portion.
  • the structure of the workpiece 200 can be simplified compared to the conventional configuration disclosed in Patent Document 1, and deterioration of the quality of the joints can be suppressed, thereby improving and stabilizing the quality. This will be explained further below.
  • Figure 8 is a schematic diagram of a workpiece during conventional laser welding
  • Figure 9 is a schematic diagram of a workpiece when conventional laser welding is completed.
  • the copper terminal 240 sandwiching the copper wire 220 is crimped to fix the two together, and laser light LB is irradiated from above the copper terminal 240.
  • the amount of molten metal increases where the two come into contact, forming a larger weld ball 250 (see Figure 9), and the copper wire 220 and the copper terminal 240 can be reliably welded together.
  • a gap may occur between the copper wire 220 and the copper terminal 240. If laser light LB is irradiated from above the copper terminal 240 in this state, the heat conduction from the copper terminal 240 to the copper wire 220 may be insufficient, making it difficult to weld the two together properly, which may result in poor welding.
  • a good joint structure can be obtained with a simple configuration in which copper wire 220 is placed on the surface of copper plate 210. There is no need for processes such as crimping as disclosed in Patent Document 1.
  • fillets 231, 232 are formed so that the height gradually decreases around the periphery of weld bead 230. This makes it possible to prevent the occurrence of internal gap 250a as shown in FIG. 9. It is also possible to prevent the formation of a suddenly narrowed portion at the joint between copper wire 220 and copper plate 210, thereby suppressing an increase in electrical resistance at the joint.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ satisfies the relationship shown in formula (1). Furthermore, the copper wire irradiation rate ⁇ indicates the proportion of time during which the laser light LB is substantially only irradiated to the overlapping portion of the copper plate 210 and the copper wire 220 with respect to a half period (T/2) of a sine wave or triangular wave as the scanning trajectory ST of the laser light LB.
  • the laser beam LB is irradiated onto the workpiece 200 so that the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 75% or less. It is more preferable to irradiate the laser beam LB onto the workpiece 200 so that the reduction ratio is 75% or less.
  • the overlapping portion of the copper wire 220 and the copper plate 210 can be reliably melted. Furthermore, since the molten metal is spread in the Y direction, fillets 231 can be reliably formed at both side ends of the weld bead 230.
  • the scanning amplitude A of the laser light LB in the Y direction in the welding step is equal to or greater than the radius (D/2) of the copper wire 220.
  • the scanning frequency fs in the Y direction is preferably equal to or greater than 100 Hz and equal to or less than 300 Hz, and more preferably equal to or greater than 100 Hz and equal to or less than 200 Hz.
  • the scanning frequency fs becomes too low below the aforementioned range
  • the end of the fillet 231 becomes steep at the peripheral portion of the weld bead 230.
  • the electrical conductivity at the joint between the copper plate 210 and the copper wire 220 decreases, and the electrical resistance of the joint increases beyond the allowable value.
  • the strength of the joint will decrease.
  • the angle between an imaginary line connecting the start point and end point of the weld bead 230 and the surface of the copper plate 210 is defined as the weld bead inclination angle ⁇ .
  • the weld bead inclination angle ⁇ it is preferable to irradiate the laser light LB onto the workpiece 200 so that the weld bead inclination angle ⁇ is 10 degrees or more and 20 degrees or less.
  • the copper plate 210 and the copper wire 220 can be stably joined while preventing an increase in electrical resistance at the joint between them.
  • the weld bead inclination angle ⁇ becomes too large beyond the aforementioned range, it may be impossible to form the fillet 232 or a portion of the copper wire 220 may become thin. If this occurs, the electrical resistance of the joint between the copper plate 210 and the copper wire 220 will rise beyond the allowable value. On the other hand, if the weld bead inclination angle ⁇ becomes too small beyond the aforementioned range, the bead height H will become too low. In this case as well, the electrical resistance of the joint between the copper plate 210 and the copper wire 220 will rise beyond the allowable value.
  • the copper wire 220 is a wire material with a circular cross section, but the cross section of the copper wire 220 may have other shapes.
  • the cross section may be an ellipse or an n-sided polygon (n is an integer of 3 or more).
  • the copper plate 210 may have any shape other than the flat joint portion with the copper wire 220.
  • a workpiece 200 was prepared, in which a copper wire 220 was superimposed on the surface of a copper plate 210 made of pure copper (copper with a purity of 99.9% or more).
  • a laser beam LB was advanced at a welding speed V along the X direction, which is the welding direction WD, and passing through a central axis C-C along the longitudinal direction of the copper wire 220, while being scanned back and forth along the Y direction, to irradiate the copper wire 220 and the copper plate 210 with the laser beam LB.
  • a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200.
  • the shape parameters of the workpiece 200 in the first embodiment were as follows. First, the thickness t of the copper plate 210 was 0.2 mm, and the diameter D of the copper wire 220 was 0.7 mm.
  • the parameter values related to the laser light LB were as follows. First, the scanning trajectory ST of the laser light LB was a sine wave, and the welding speed V was 10 mm/sec. The wavelength of the laser light LB was 445 nm, and the power was 400 W. Also, the scanning amplitude A was 1.4 mm. Also, as a result of adopting these parameters, the copper wire irradiation rate ⁇ was 33%.
  • the scanning frequency fs was set to three levels: 100 Hz, 200 Hz, and 300 Hz, and the laser light LB was irradiated onto the workpiece 200 in each case.
  • Second Example Except for changing the scanning locus ST of the laser beam LB to a triangular wave, the workpiece 200 was irradiated with the laser beam LB using the same method and parameters as in the first embodiment, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Since the scanning locus ST was changed from a sine wave to a triangular wave, the copper wire irradiation rate ⁇ was 50%.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the first embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a sine wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Note that, since the scanning amplitude A was changed, the copper wire irradiation rate ⁇ was 54%.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the second embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a triangular wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Note that, since the scanning amplitude A was changed, the copper wire irradiation rate ⁇ was 75%.
  • the laser light LB was not scanned in the Y direction, but rather the laser light LB was irradiated onto the workpiece 200 in a line (straight line) along the welding direction WD (X direction) near the end of the copper wire 220, thereby forming a weld bead 230 on the surface of the workpiece 200.
  • the parameters that differ from the first embodiment are as follows.
  • the scanning trajectory ST was a straight line, and the scanning amplitude A and scanning frequency fs were both zero.
  • the aforementioned cycle T and period T1 were the same, so the copper wire irradiation rate ⁇ , which indicates the proportion of time during which the laser light LB is substantially only irradiated to the overlapping portion of the copper plate 210 and the copper wire 220, was 100%.
  • All other parameters, including the shape and material of the workpiece 200, were the same as in the first embodiment, in which the diameter D of the copper wire 220 was 0.7 mm.
  • FIG. 10 shows an example of the appearance of the workpiece after laser welding
  • Table 1 shows the results of the appearance evaluation of the workpiece in the first to fourth examples and the first comparative example.
  • the appearance of the workpiece 200 after laser welding was classified into four categories and evaluated.
  • the top appearance in Figure 10 refers to the appearance of the surface of the copper plate 210 on which the copper wire 220 is arranged, as viewed from the Z direction.
  • the side appearance refers to the appearance of the surface of the copper plate 210 on which the copper wire 220 is arranged, as viewed from a direction tilted at a specified angle from the Z direction (perspective appearance).
  • the leftmost part of the evaluation column shows an example where the appearance evaluation result is poor (x).
  • the appearance evaluation result is poor (x)
  • the transition from the copper wire 220 to the weld bead 230 suddenly becomes thin.
  • this is a shape that may cause a significant increase in electrical resistance at the joint between the copper wire 220 and the copper plate 210.
  • the second from the left in the evaluation column shows an example where the appearance evaluation result is within the acceptable range ( ⁇ ).
  • the acceptable range is abbreviated to acceptable.
  • the bead height H is lower than in the cases described later (good ( ⁇ ) and very good ( ⁇ )).
  • the width of the part transitioning from the copper wire 220 to the weld bead 230 is wider.
  • the third evaluation column from the left shows an example in which the appearance evaluation result is good ( ⁇ ).
  • the appearance evaluation result is good ( ⁇ )
  • the peripheral portion of the weld bead 230 has a contour with a certain amount of unevenness. This is because the laser light LB is periodically scanned back and forth in the Y direction.
  • weld bead 230 lacks aesthetic appeal, it is stable with a constant degree of periodic shape change from the start point to the end point, and there is no risk of electrical resistance rising above an allowable value at the joint between copper wire 220 and copper plate 210, ensuring joint reliability.
  • the outline of the peripheral portion of the weld bead 230 gradually becomes gentler and smoother as it moves outward from the peripheral portion. Furthermore, there is no part where the copper wire 220 transitions to the weld bead 230 becomes suddenly thinner, and there is no part, including this part, where the bead height H suddenly becomes locally low. In other words, the weld bead 230 has a beautiful appearance, and furthermore, there is no risk of the electrical resistance at the joint between the copper wire 220 and the copper plate 210 increasing beyond the allowable value, ensuring the reliability of the joint.
  • the allowable value for electrical resistance is "a rate of increase of 5% for general use and 1% or less for precision products," and anything that increases beyond this allowable rate of increase in electrical resistance is deemed defective.
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was within the acceptable range ( ⁇ ).
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was poor ( ⁇ ) regardless of the value of the scanning frequency fs.
  • melting of the overlapping portion of the copper wire 220 and the copper plate 210 was insufficient, and the copper wire irradiation rate ⁇ was insufficient, which is thought to have resulted in insufficient spread of the molten metal in the Y direction. For this reason, a sudden thinning occurred in the transition portion from the copper wire 220 to the weld bead 230, resulting in the appearance evaluation result being poor ( ⁇ ).
  • the preferred laser welding conditions when the diameter D of the copper wire 220 is 0.7 mm and the welding speed V is 10 mm/sec are a scanning frequency fs in the range of 100 Hz to 200 Hz and a copper wire irradiation rate ⁇ of 50% or more and 75% or less.
  • the appearance of the weld bead 230 is very good.
  • the bead height H and bead width W were evaluated.
  • FIG. 11 shows the relationship between the scanning frequency and the bead height at the intermediate position
  • FIG. 12 shows the relationship between the scanning frequency and the bead width at the intermediate position.
  • FIG. 11 is a plot of bead height Hb (see FIG. 7B) at the intermediate position of weld bead 230 formed under the conditions of each of the first to fourth examples and the conditions shown in the first comparative example, against the scanning frequency fs of laser LB.
  • Figure 12 is a plot of the bead width Wb (see Figure 7B) at the middle position of the weld bead 230 formed under the conditions of each of the first to fourth examples and the conditions shown in the first comparative example, versus the scanning frequency fs of the laser LB. In the figure, each is plotted with a symbol classified by the copper wire irradiation rate ⁇ .
  • the area surrounded by the dashed line corresponds to the case where the appearance of the weld bead 230 is very good ( ⁇ ).
  • ⁇ the appearance of the weld bead 230 is very good.
  • the weld bead 230 is formed so that the bead height Hb at the intermediate position is 0.30 mm or more and 0.60 mm or less, and the bead width Wb at the intermediate position is 1.20 mm or more and 1.80 mm or less.
  • the height of weld bead 230 based on the surface of copper plate (plate material) 210, the height of weld bead 230 at the midpoint between the start point and the end point of weld bead 230 is defined as bead height Hb, and the diameter of the copper wire (wire material) is defined as diameter D. 0.43D ⁇ Hb ⁇ 0.86D...(2) It is preferable that the following relationship is satisfied.
  • width of weld bead 230 in the Y direction at the midpoint between the start point and the end point of weld bead 230 is defined as bead width Wb, 1.71D ⁇ Wb ⁇ 2.57D...(3) It is preferable that the following relationship is satisfied.
  • the weld bead 230 is formed so that the bead height Hb at the intermediate position is 0.38 mm or more and 0.51 mm or less, and the bead width Wb at the intermediate position is 1.39 mm or more and 1.70 mm or less.
  • weld beads 230 were formed on the surface of the workpieces 200 while changing the laser welding conditions in the same manner as in the first to fourth examples, and the appearance was evaluated.
  • a workpiece 200 was prepared, which had a structure in which a copper wire 220 was superimposed on the surface of a copper plate 210.
  • a laser beam LB was advanced at a welding speed V along the X direction, which was the welding direction WD, and passed through a central axis C-C along the longitudinal direction of the copper wire 220, while being scanned back and forth along the Y direction, so that the laser beam LB was irradiated onto the copper wire 220 and the copper plate 210.
  • a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200.
  • the material of the workpiece 200 in the fifth embodiment was the same as in the first embodiment.
  • the shape parameters were as follows. First, the thickness t of the copper plate 210 was 0.2 mm, and the diameter D of the copper wire 220 was 0.3 mm.
  • the parameter values related to the laser light LB were as follows. First, the scanning trajectory ST of the laser light LB was a sine wave, and the welding speed V was 20 mm/sec. The wavelength of the laser light LB was 445 nm, and the power was 270 W. Also, the scanning amplitude A was 0.6 mm. Also, as a result of adopting these parameters, the copper wire irradiation rate ⁇ was 33%.
  • the scanning frequency fs was set to three levels: 100 Hz, 200 Hz, and 300 Hz, and the laser light LB was irradiated onto the workpiece 200 in each case.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the fifth embodiment, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Since the scanning locus ST was changed from a sine wave to a triangular wave, the copper wire irradiation rate ⁇ was 50%.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the fifth embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a sine wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Note that, since the scanning amplitude A was changed, the copper wire irradiation rate ⁇ was 54%.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the sixth embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a triangular wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Note that, since the scanning amplitude A was changed, the copper wire irradiation rate ⁇ was 75%.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the fifth embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a sine wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Therefore, the copper wire irradiation rate ⁇ in this case was also 33%, similar to the fifth embodiment.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the sixth embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a triangular wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Therefore, the copper wire irradiation rate ⁇ in this case was also 50%, similar to the sixth embodiment.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the seventh embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a sine wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Therefore, the copper wire irradiation rate ⁇ in this case was also 54%, similar to the seventh embodiment.
  • the laser beam LB was irradiated onto the workpiece 200 using the same method and parameters as in the eighth embodiment in which the scanning trajectory ST of the laser beam LB was a triangular wave, and a weld bead 230 was formed on the surface of the workpiece 200. Therefore, the copper wire irradiation rate ⁇ in this case was also 75%, similar to the eighth embodiment.
  • the laser light LB was not scanned in the Y direction, but rather the laser light LB was irradiated onto the workpiece 200 in a line (straight line) along the welding direction WD (X direction) near the end of the copper wire 220, thereby forming a weld bead 230 on the surface of the workpiece 200.
  • the parameters that differ from the fifth embodiment are as follows.
  • the scanning trajectory ST is a straight line, and the scanning amplitude A and scanning frequency fs are both zero.
  • the aforementioned cycle T and period T1 are the same, so the copper wire irradiation rate ⁇ is 100%.
  • All other parameters, including the shape and material of the workpiece 200, are the same as those in the fifth embodiment, in which the diameter D of the copper wire 220 is 0.3 mm.
  • the laser beam LB was irradiated to the workpiece 200 in a line shape (straight line shape) along the welding direction WD (X direction) in the vicinity of the end of the copper wire 220 using the same method and parameters as the second comparative example, to form a weld bead 230 on the surface of the workpiece 200. Therefore, the copper wire irradiation rate ⁇ in this case was also 100%, as in the second comparative example.
  • Table 2 shows the results of the appearance evaluation of the workpieces in the fifth to eighth examples and the second comparative example
  • Table 3 shows the results of the appearance evaluation of the workpieces in the ninth to twelfth examples and the third comparative example. In the appearance evaluation, the classification results shown in FIG. 10 were used.
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was very good ( ⁇ ) regardless of the value of the scanning frequency fs.
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 tended to change depending on the value of the scanning frequency fs.
  • the scanning frequency fs was 100 Hz
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was good ( ⁇ )
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 remained within the acceptable range ( ⁇ ).
  • the scanning frequency fs was 200 Hz
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was very good ( ⁇ )
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was within the acceptable range ( ⁇ ).
  • the scanning frequency fs was 300 Hz
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 were very good ( ⁇ ) under all of the conditions shown in the sixth to eighth examples.
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 tended to improve as the scanning frequency fs increased from 100 Hz to 300 Hz.
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 tended to improve as the copper wire irradiation rate ⁇ decreased from 75% to 33%.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ is 50% or less when the scanning frequency fs is 100 Hz, and it is more preferable that the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or less.
  • the scanning frequency fs is 200 Hz, it is preferable that the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 75% or less, and it is more preferable that the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 54% or less.
  • the scanning frequency fs is 300 Hz, it is more preferable that the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 75% or less.
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 changed depending on the value of the scanning frequency fs.
  • the scanning frequency fs was 100 Hz
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 remained good ( ⁇ )
  • the scanning frequency fs was 200 Hz
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 was very good ( ⁇ )
  • the scanning frequency fs was 300 Hz
  • the appearance evaluation result of the weld bead 230 fell within the acceptable range ( ⁇ ), and the appearance evaluation result slightly worsened.
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 tended to change depending on the value of the scanning frequency fs.
  • the scanning frequency fs was 100 Hz
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 were good ( ⁇ ) under all of the conditions shown in the tenth to twelfth examples.
  • the scanning frequency fs was increased to 200 Hz
  • the appearance evaluation results of the weld bead 230 were very good ( ⁇ ) under all of the conditions shown in the tenth to twelfth examples, and a tendency for the appearance evaluation results to improve was observed.
  • the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 75% or less at both the scanning frequency fs of 100 Hz and 200 Hz, and it can be said that the scanning frequency fs of 200 Hz is more preferable than the scanning frequency fs of 100 Hz.
  • the scanning frequency fs is 100 Hz
  • the copper wire irradiation rate ⁇ is 33% or more and 75% or less
  • the scanning frequency fs is 300 Hz
  • the copper wire irradiation rate ⁇ is 50% or more and 75% or less.
  • the scanning frequency fs is set to 200 Hz or more and 300 Hz or less, the appearance evaluation result of the weld bead 230 is generally very good ( ⁇ ). It was also estimated that if the scanning frequency fs becomes too high above this range, a sharply tapered portion will be formed at the joint between the copper wire 220 and the copper plate 210. As a result, it was estimated that the electrical resistance of the joint between the copper plate 210 and the copper wire 220 will rise beyond the allowable value. On the other hand, if the scanning frequency fs becomes too low below this range, it was estimated that the end of the fillet 231 will become steep at the peripheral portion of the weld bead 230.
  • the weld bead inclination angle ⁇ described above was 11 degrees or more and 17 degrees or less.
  • the preferable range of the weld bead inclination angle ⁇ is 10 degrees or more and 20 degrees or less, and it can be said that it is more preferable for the weld bead inclination angle ⁇ to be in the range of 11 degrees or more and 17 degrees or less.
  • the laser welding method disclosed herein simplifies the structure of the workpiece when laser welding a workpiece made of copper-based material and enables welding with low power. This makes it possible to stabilize the quality of the welded area, making it industrially useful.

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Abstract

銅線（２２０）と銅板（２１０）とが重ね合わせられた部分を有するワーク（２００）に対して、Ｚ方向からレーザ光ＬＢを照射するレーザ溶接方法である。レーザ光ＬＢを溶接方向ＷＤに沿って、かつ銅線（２２０）の中心軸Ｃ－Ｃを通るように、溶接速度Ｖで進行させるとともに、レーザ光ＬＢを溶接方向ＷＤ及びＺ方向とそれぞれと交差するＹ方向に沿って往復させるように走査して、レーザ光ＬＢを銅線（２２０）と銅板（２１０）とに照射する溶接ステップを備えている。溶接ステップでは、中心軸Ｃ－Ｃを対称線としてＸ方向に沿って進行する正弦波を描くように、レーザ光ＬＢをワーク（２００）に照射する。

Description

レーザ溶接方法
　本開示は、レーザ溶接方法に関する。
　従来、電子部品や電子機器の組立において、銅線と回路基板等に設けられた平板状の銅端子または銅配線とを電気的に接合する場合、抵抗溶接方法が多く用いられている。
　抵抗溶接方法では、銅線と銅端子とを抵抗溶接機に接続された一対の溶接電極で上下から挟み込み、溶接電極間に溶接電流を流すことで、銅線と銅端子とを溶接する。
　しかし、抵抗溶接方法を用いる場合、溶接対象であるワークを溶接電極で上下から挟み込むため、溶接電極を移動させるための空間と時間とが必要である。また、溶接に要するタクトが長くなってしまう。さらに、銅線と銅端子とを抵抗溶接する場合、銅の電気抵抗値が小さく、また、銅線と銅端子との接合面の電気抵抗値と溶接電極の電気抵抗値が近い値となる。このため、接合面での電流挙動が不安定となり、溶接電極が消耗しやすくなる。つまり、溶接電極の交換頻度やメンテナンス頻度が高くなってしまう。
　そこで、前述した銅線と銅端子との重ね合わせ溶接を行うにあたって、近年、レーザ溶接方法が用いられてきている（例えば、特許文献１，２参照）。例えば、特許文献１には、銅線としてのコイルが巻回される銅端子としての部品の鍔部に、コイルの端部を押さえて固定する片部を設け、コイルの端部を部品の片部に配置した状態で、部品の片部をかしめてコイルの端部を片部で押さえつける。この状態で片部の上からレーザ光を照射して、コイルと片部とをレーザ溶接する方法が開示されている。
特開２００８－０１０７５３号公報 特開２００８－００６４７２号公報
　しかし、銅端子等の板材の上に銅線を配置してレーザ溶接を行う場合、ワークの溶融が不十分であると、溶接ビードの幅が狭くなり、銅端子と銅線との接合面積が所望の値よりも小さくなってしまうことがある。
　レーザ溶接では、近赤外域の波長のレーザ光がよく用いられるが、銅は、この波長の光の吸収率が低く、ワークを十分に溶融させようとすると、レーザ光のパワーを上げる必要がある。しかし、銅に限らず、一般に、金属は固相状態に比べて液相状態で光吸収率が大幅に上昇する。このため、レーザ光のパワーを上げて、銅を溶融させた場合、ワークに形成された溶融池の溶融金属が大きく攪拌されてスパッタが発生することがある。また、ワーク内部への溶込みが急激に進行する。このことにより、レーザ光の照射箇所で穴あきが発生したり、照射箇所が切断されたりすることがあった。このようなことが起こると、銅線と銅端子とを確実に電気的に接続することができない。
　また、特許文献１に開示される従来の方法では、銅端子の部品としての板材に対しさらに片部を設けるとともに、片部のかしめ工程を追加して行う必要があった。また、当該工程でのかしめ量ばらつきに起因して、銅端子としての片部と銅線としてのコイルの端部との間にギャップが発生してしまうことがある。このようなギャップが生じると、レーザ光が照射された片部からコイルの端部へ熱が十分に伝導されず、溶接欠陥を生じるおそれがあった。また、溶接箇所の品質を安定させることが困難であった。
　本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、銅を主たる構成金属として含むワークのレーザ溶接において、ワークの構造を簡素化できるとともに低パワーでの溶接が可能なレーザ溶接方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接方法は、線材と板材とが重ね合わせられた部分を有するワークに対して、前記線材の表面側からレーザ光を照射して、前記板材と前記線材とを接合するレーザ溶接方法であって、前記ワークの溶接方向をＸ方向とし、前記板材における前記線材の載置面の法線方向をＺ方向とし、前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向のそれぞれと交差する方向をＹ方向とするとき、前記レーザ光を前記Ｘ方向に沿って、かつ前記線材の長手方向に沿った中心軸を通るように、所定の速度で進行させるとともに、前記レーザ光を前記Ｙ方向に沿って前記線材を跨ぐように往復させるように走査して、前記レーザ光を前記線材と前記板材とに照射する溶接ステップを、少なくとも備え、前記溶接ステップでは、前記線材の前記中心軸を対称線として前記Ｘ方向に沿って進行する正弦波または三角波を描くように、前記線材と前記板材に照射される前記レーザ光の照射軌跡の所定の走査周期に対して前記線材と前記板材との重ね合わせ部分に照射される時間の割合を示す所定の銅線照射率αで、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とする。
　本開示によれば、銅を主たる構成金属として含むワークのレーザ溶接において、ワークの構造を簡素化できるとともに低パワーでの溶接が可能となる。このことにより、溶接箇所の品質を安定化できる。
実施形態に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。 レーザ光スキャナの概略構成図である。 種々の金属における光吸収率の波長依存性を示す図である。 レーザ溶接時のワークの模式図である。 ワークへのレーザ光の照射軌跡を示す平面図である。 ワークへのレーザ光の別の照射軌跡を示す平面図である。 レーザ溶接後のワークの外観を示す写真である。 図６のＶＩＩＡ－ＶＩＩＡ線での断面模式図である。 図６のＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線での断面模式図である。 図６のＶＩＩＣ－ＶＩＩＣ線での断面模式図である。 図６のＶＩＩＤ－ＶＩＩＤ線での断面模式図である。 従来のレーザ溶接時のワークの模式図である。 従来のレーザ溶接を終了したときのワークの模式図である。 レーザ溶接後のワークの外観見本の一例である。 走査周波数と中間位置のビード高さとの関係を示す図である。 走査周波数と中間位置のビード幅との関係を示す図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
　（実施形態）
　［レーザ溶接装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の概略構成図を示し、図２は、レーザ光スキャナの概略構成図を示す。
　図１に示すように、レーザ溶接装置１００は、レーザ発振器１０と光ファイバ２０とレーザヘッド３０とロボット７０と制御部８０とを備える。なお、以降の説明において、レーザヘッド３０からワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢの進行方向をＺ方向と呼ぶことがある。また、図１において、レーザ発振器１０からレーザヘッド３０に向かう方向をＸ方向と呼び、Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ交差する方向をＹ方向と呼ぶことがある。本実施形態において、Ｘ方向は、ワーク２００の溶接方向ＷＤに相当する。また、溶接方向ＷＤ、この場合は、Ｘ方向は、後で述べる溶接ビード２３０（図６、図７Ｄ参照）の長手方向でもある。また、Ｚ方向は、ワーク２００における銅板（板材）２１０の表面と交差する方向に相当する。また、Ｙ方向は溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に交差する方向に相当する。言い換えると、Ｙ方向は溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に直交する方向に相当する。なお、図１に示すように、「銅板（板材）２１０の表面」とは、銅板２１０における銅線（線材）２２０の載置面である。
　レーザ発振器１０は、制御部８０からの指令に基づいて、レーザ光ＬＢを出力する。本実施形態におけるレーザ光ＬＢの波長は４４５ｎｍである。ただし、これに特に限定されず、レーザ光ＬＢの波長域は、緑色から青色の波長域であってもよい。言い換えると、レーザ光ＬＢの波長は、３５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であることが好ましく、４００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
　レーザ発振器１０とレーザヘッド３０とは、光ファイバ２０で接続される。レーザ光ＬＢは、光ファイバ２０を介して、レーザ発振器１０からレーザヘッド３０に伝送される。
　レーザヘッド３０は、光ファイバ２０から入射されるレーザ光ＬＢを受け取って、ワーク２００に向けて照射する。なお、光ファイバ２０は、例えば、軸心に光導波路であるコア（図示せず）を有し、コアの周囲が光閉じ込め層であるクラッド（図示せず）で囲まれた構成である。
　レーザヘッド３０は、コリメートレンズ４０とレーザ光スキャナ５０とｆθレンズ６０とを有する。
　コリメートレンズ４０は、光ファイバ２０の出射端から出射されたレーザ光ＬＢを平行光線に変換する。言い換えると、コリメートレンズ４０は、レーザ光ＬＢを平行化する。
　レーザ光スキャナ５０は、例えば、第１ガルバノミラー５１と第２ガルバノミラー５２とを有するガルバノスキャナである。第１ガルバノミラー５１は、第１ミラー５１ａと第１回転軸５１ｂと第１駆動部５１ｃとを有し、第２ガルバノミラー５２は、第２ミラー５２ａと第２回転軸５２ｂと第２駆動部５２ｃとを有する。コリメートレンズ４０を透過したレーザ光ＬＢは、第１ミラー５１ａで反射され、さらに第２ミラー５２ａで反射されて、ｆθレンズ６０に入射される。
　例えば、第１駆動部５１ｃ及び第２駆動部５２ｃは、ガルバノモータであり、第１回転軸５１ｂ及び第２回転軸５２ｂは、ガルバノモータの出力軸である。制御部８０かあらの制御信号によって、第１駆動部５１ｃが回転駆動することで、第１回転軸５１ｂに取り付けられた第１ミラー５１ａが第１回転軸４１ｂの軸線回りに回転する。同様に、制御部８０からの制御信号によって、第２駆動部５２ｃが回転駆動することで、第２回転軸５２ｂに取り付けられた第２ミラー５２ａが第２回転軸５２ｂの軸線回りに回転する。
　第１ミラー５１ａが第１回転軸５１ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＸ方向に走査される。また、第２ミラー５２ａが第２回転軸５２ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＹ方向に走査される。つまり、レーザ光スキャナ５０は、レーザ光ＬＢをＸＹ平面内で二次元的に走査してワーク２００に向けて照射するように構成されている。
　なお、レーザ光スキャナ５０の構成は、図２に示したものに特に限定されない。例えば、レーザ光スキャナ５０が、２軸ＭＥＭＳミラーで構成されてもよい。
　ｆθレンズ６０は、レーザ光ＬＢの入射位置において、レーザ光ＬＢを集光する。ｆθレンズ６０で集光されたレーザ光ＬＢは、ワーク２００に向けて照射される。なお、レーザヘッド３０のレーザ出射口は、図示しない保護ガラスで覆われている。
　ロボット７０は、ロボットアーム７１を有する。ロボットアーム７１の先端部には、レーザヘッド３０が取り付けられる。ロボットアーム７１は、複数の関節部７２を有する。
　ロボット７０は、制御部８０からの指令に基づいて、レーザヘッド３０を所定の溶接方向ＷＤ、この場合はＸ方向に沿って移動させ、ワーク２００に対するレーザヘッド３０の位置を変更する。これにより、ワーク２００に対するレーザ光ＬＢの照射位置を移動させ、レーザ溶接を行う。
　なお、ロボット７０の構造は、図１に示したものに特に限定されず、レーザヘッド３０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動させる機構であればよい。例えば、多関節ロボットに代えて、レーザヘッド３０をＸ方向に沿って移動させるアクチュエータと、Ｙ方向に沿って移動させるアクチュエータと、Ｚ方向に沿って移動させるアクチュエータとをロボット７０に代えて、直交ロボットのロボット機構として配置してもよい。
　あるいは、ワーク２００を保持する支持台（図示せず）に、支持台をＸ方向及びＹ方向のそれぞれに移動させる移動機構（図示せず）を設け、レーザヘッド３０をＺ方向に沿って移動させるアクチュエータと当該移動機構とをロボット７０に代えて、複数の機構ユニットの組み合わせでのロボット機構として配置してもよい。
　制御部８０は、レーザ発振器１０、ロボット７０及びレーザヘッド３０にそれぞれ接続される。制御部８０は、レーザ発振器１０、ロボット７０、レーザヘッド３０、具体的にはレーザ光スキャナ５０の動作をそれぞれ制御する。制御部８０は、レーザヘッド３０の移動速度の他に、ワーク２００の表面におけるレーザ光ＬＢの照射軌跡、レーザ光ＬＢの出力開始や停止、レーザ光ＬＢのパワー等を制御する機能も備える。
　制御部８０は、１または複数個のＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＣＵ（Micro Controller Unit）で構成される。制御部８０が実行する前述の機能は、ＣＰＵまたはＭＣＵ上で、所定の溶接プログラムを実行することで実現される。なお、溶接プログラムは、図示しない記憶部に保存されている。記憶部は、制御部８０に組み込まれていてもよいし。制御部８０の外部に設けられていてもよい。
　また、レーザ発振器１０の動作を制御する制御部とレーザヘッド３０の動作を制御する制御部とロボット７０の動作を制御する制御部とが別個に設けられていてもよい。ただし、その場合も、それぞれの制御部が連動してレーザ溶接装置１００の動作を制御する。
　レーザ光ＬＢが、後で述べるように所定の軌跡を描きながらワーク２００に照射されることで、ワーク２００に溶接ビード２３０が形成される。なお、ワーク２００の構造や材質、また、溶接ビード２３０の形状等については、後で述べる。
　［レーザ溶接方法］
　図３は、種々の金属における光吸収率の波長依存性を示す図である。図４は、レーザ溶接時のワークの模式図である。図５Ａは、ワークへのレーザ光の照射軌跡を示す平面図である。図５Ｂは、ワークへのレーザ光の別の照射軌跡を示す平面図である。
　図６は、レーザ溶接後のワークの外観を示す写真である。図７Ａは、図６のＶＩＩＡ－ＶＩＩＡ線での断面模式図である。図７Ｂは、図６のＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線での断面模式図である。図７Ｃは、図６のＶＩＩＣ－ＶＩＩＣ線での断面模式図である。図７Ｄは、図６のＶＩＩＤ－ＶＩＩＤ線での断面模式図である。なお、図７Ａは、後で述べる溶接ビード２３０の始点近傍の断面模式図であり、図７Ｃは、後で述べる溶接ビード２３０の終点近傍の断面模式図である。図７Ｂは、溶接ビード２３０の始点と終点との中間位置の断面模式図である。
　また、以降の説明において、図７Ａ～７Ｃに示す溶接ビード２３０の高さＨａ，Ｈｂ、Ｈｃをそれぞれビード高さＨａ，Ｈｂ、Ｈｃと呼ぶことがある。また、ビード高さＨａ，Ｈｂ、Ｈｃを総称してビード高さＨと呼ぶことがある。ビード高さＨは、溶接ビード２３０の長手方向における任意の位置で、銅板２１０の表面を基準としたＺ方向の高さである。
　図７Ａ～７Ｃに示す溶接ビード２３０の幅Ｗａ，Ｗｂ、Ｗｃをそれぞれビード幅Ｗａ，Ｗｂ、Ｗｃと呼ぶことがある。また、ビード幅Ｗａ，Ｗｂ、Ｗｃを総称してビード幅Ｗと呼ぶことがある。ビード幅は、溶接ビード２３０の長手方向における任意の位置のＹ方向の幅である。
　一般に、金属に光を照射したときに、光が金属に吸収される割合、つまり、光吸収率は、光の波長によって変化する。また、光吸収率の波長依存性は、金属の材質によって大きく異なる。
　例えば、図３に示すように、鉄やニッケルでは、波長が短くなるにつれて光吸収率が増加するが、波長に対する光吸収率の変化の度合いは緩やかである。鉄を例に取ると、近赤外域のレーザ光（近赤外域の代表波長１０００ｎｍ）の光吸収率が４０％程度であり、レーザ光ＬＢ（レーザ光ＬＢの代表波長４４５ｎｍ）の光吸収率が４５％程度である。
　なお、本願明細書において、近赤外域とは、９００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の波長域を言い、図３では、近赤外域の代表波長として、１０００ｎｍの場合を破線で示している。また、レーザ光ＬＢの波長も同様に、図３において破線で示している。
　一方、銅では、波長が８００ｎｍよりも短くなると光吸収率が急激に増加する。近赤外域でのレーザ光の光吸収率が１０％未満である一方、レーザ光ＬＢの波長域での光吸収率が６０％程度まで増加する。
　つまり、ワーク２００の材質が銅や銅を主たる構成金属して含む合金（以下、これらを総称して銅系材料と言う。）の場合、近赤外域のレーザ光を用いてレーザ溶接を行おうとすると、低い光吸収率を考慮して、近赤外域のレーザ光のパワーを大幅に高くする必要がある。なお、銅系材料における銅合金は、銅を９０%以上含有しているのが好ましい。
　しかし、この場合、スパッタの発生が顕著となったり、溶接箇所での穴あきや切断が起こったりするおそれがあることは前述した通りである。
　そこで、本実施形態では、以下に示す手順でレーザ溶接を行うことで、ワーク２００の構造を簡素化できるとともに、レーザ光ＬＢのパワーを低く抑えて溶接を行うことができる。また、接合箇所の接合品質を良好にかつ安定化させることができる。なお、本実施形態に示すレーザ溶接方法は、例えば、モータのコイルと導線とを電気的に接続する場合に用いられる。よって、接続箇所の電気抵抗の上昇が抑制され、かつ接続信頼性が高いことが要求される。後半部分に関して言い方を変えると、コイルと導線との接続品質が高品質で安定していることが要求される。ただし、本実施形態に示すレーザ溶接方法は、この用途に特に限定されず、他の用途にも適用できることは言うまでもない。
　本実施形態では、銅系材料からなる銅板（板材）２１０と銅線（線材）２２０とが重ね合わせられた構造のワーク２００に対して、銅板２１０の表面に対して、銅板２１０における銅線（線材）２２０の載置面側である銅線２２０の表面側からレーザ光ＬＢを照射して、銅板２１０と銅線２２０とを接合する場合を例に取って説明する。
　まず、図４に示すように、銅板２１０の表面に銅線２２０を密着させた状態で固定した構成のワーク２００とする。次に、ワーク２００をレーザ溶接装置１００に設けられた図示しないステージにセットする。
　レーザ発振器１０を動作させてレーザヘッド３０からレーザ光ＬＢを出射しながら、レーザヘッド３０を溶接方向ＷＤに沿って速度Ｖで移動させる。このようにすることで、レーザ光ＬＢは、銅線２２０の長手方向である銅線２２０の中心軸Ｃ－Ｃに沿って速度Ｖで移動しながら、銅線２２０の表面側からワーク２００に向かって照射され、銅板２１０と銅線２２０とに照射される。なお、以降の説明において、前述の速度Ｖを溶接速度Ｖと呼ぶ。
　また、レーザ光ＬＢは、溶接速度Ｖで溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に移動するだけでなく、レーザ光スキャナ５０により、走査周波数ｆｓでＹ方向にも走査される。このため、図５Ａに示すように、Ｚ方向から見て、レーザ光ＬＢはワーク２００の表面で正弦波を描くように走査される。以降の説明において、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢの走査軌跡を走査軌跡ＳＴと呼ぶことがある。
　また、この場合、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは、銅線２２０の中心軸Ｃ－ＣをＹ方向の対称線（中心線）とする走査振幅Ａかつ周期Ｔの正弦波である。走査振幅Ａは、銅線２２０の半径（Ｄ／２）以上、つまり、当該半径（Ｄ／２）と同じかそれよりも大きくなるように設定される。図５Ａに示す例では、走査振幅Ａは、銅線２２０の半径（Ｄ／２）よりも大きくなるように設定されている。
　また、図５Ａに示す期間Ｔ１は、Ｚ方向から見て、レーザ光ＬＢの照射中心が銅線２２０のみを通る期間の半値に相当する。期間２Ｔ１を銅線部照射時間（２Ｔ１）とすると、以下に示す式（１）の関係が成り立つ。ここで、期間２Ｔ１は、銅線２２０のみを通る期間であり、言い換えると、銅線部照射時間２Ｔ１として、レーザ光ＬＢが銅線２２０と銅板２１０との重ね合わせ部分に照射される時間である。
　α＝１００×（２Ｔ１）／（Ｔ／２）＝４００×（Ｔ１／Ｔ）（％）・・・（１）
　ここで、αを銅線照射率と定義する。
　銅線照射率αは、レーザ光ＬＢを銅線２２０の長手方向に沿った中心軸を通るように、所定の速度で進行させ銅線２２０の幅方向に跨ぐように、複数回往復させるように走査して、レーザ光ＬＢを銅板２１０と銅線２２０とに照射する溶接において、レーザ光ＬＢが銅板２１０と銅線２２０に照射される照射軌跡の所定の走査周期に対して、レーザ光ＬＢが銅板２１０と銅線２２０との重ね合わせ部分に照射される時間の割合を示す。より具体的には、銅線照射率αは、式（１）から明らかなように、銅線照射率αは、正弦波（レーザの照射軌跡）の半周期（Ｔ／２）に対して、レーザ光ＬＢが実質的に銅板２１０と銅線２２０との重ね合わせ部分に照射される時間の割合を示す。
　なお、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは、図５Ａに示したものに限定されない。例えば、図５Ｂに示すように、当該走査軌跡ＳＴが三角波であってもよい。この場合、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは、銅線２２０の中心軸Ｃ－ＣをＹ方向の対称線（中心線）とする走査振幅Ａかつ周期Ｔの三角波である。三角波の走査振幅Ａと銅線２２０の半径（Ｄ／２）との関係は、図５Ａに示したと同様である。当該走査軌跡ＳＴが三角波場合は、銅線照射率αは、三角波（レーザの照射軌跡）の半周期（Ｔ／２）に対して、レーザ光ＬＢが実質的に銅板２１０と銅線２２０との重ね合わせ部分のみに照射される時間の割合を示すと解される。
　以上説明した方法でワーク２００をレーザ溶接すると、図６に示すように、溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に沿って溶接ビード２３０が形成された。図６に示す例では、主要な溶接パラメータは以下の通りである。まず、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは三角波であり、溶接速度Ｖは１０ｍｍ／ｓｅｃであり、レーザ光ＬＢのパワーは４００Ｗであった。銅板２１０の厚さｔ（図４参照）は０．２ｍｍであり、銅線２２０の直径Ｄ（図４参照）は０．７ｍｍであった。また、走査振幅Ａは１．４ｍｍであり、走査周波数ｆｓは１００Ｈｚであり、銅線照射率αは５０％であった。
　また、図７Ａ～７Ｃに示すように、Ｙ方向、言い換えると溶接ビード２３０の幅方向において、溶接ビード２３０の両方の側端部にフィレット２３１が形成された。また、図７Ｄに示すように、溶接ビード２３０における溶接方向ＷＤに沿った終端部分、言い換えると、溶接ビード２３０の長手方向であり終点近傍にフィレット２３２が形成された。
　図７Ｄに示すように、ワーク２００に対するレーザ光ＬＢの照射開始点を始点とするとき、フィレット２３２は、溶接方向ＷＤにおいて、溶接ビード２３０の始点から終点にかけて、ビード高さＨが徐々に低くなるように形成された（図７Ａ～７Ｃも参照）。また、図６に示すように、溶接ビード２３０の周縁部分の輪郭は、周縁から外方に向かうにつれて徐々になだらかな形状となった。また、溶接ビード２３０の始点近傍において、くびれ等の発生は見られなかった。言い換えると、溶接ビード２３０の外観は、非常に良好であった（図１０参照）。
　つまり、本願明細書において、溶接ビード２３０の形状は、前述のフィレット２３２が、溶接ビード２３０の始点から終点にかけて、徐々に高さが低くなるように形成されていることが好ましい。また、図７Ａ～７Ｃに示すように、溶接ビード２３０の幅方向における溶接ビード２３０の側端部に、前述のフィレット２３１が、溶接ビード２３０の中央から端部にかけて、全体として、徐々に高さが低くなるように形成されていることがより好ましい（Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃ）。
　なお、溶接方向ＷＤに沿った溶接ビード２３０の断面、図７Ｄに示す例では、ＸＺ平面での断面を見た場合、前述の始点と終点とを結ぶ仮想線と銅板２１０の表面とがなす角度を溶接ビード傾斜角θと定義する。なお、以降の説明において、ＸＺ平面での断面を見た場合を、断面視と呼ぶ。
　溶接ビード傾斜角θは鋭角であり、図７Ｄに示す例では、溶接ビード傾斜角θは１０度以上、２０度以下であった。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、銅線（線材）２２０と銅板（板材）２１０とが重ね合わせられた部分を有するワーク２００に対して、銅線２２０の表面側からレーザ光ＬＢを照射して、銅板２１０と銅線２２０とを接合する。
　ワーク２００の溶接方向ＷＤをＸ方向とし、銅板２１０における銅線２２０の載置面の法線方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向のそれぞれと交差する方向をＹ方向とする。
　レーザ光ＬＢをＸ方向に沿って、かつ銅線２２０の長手方向に沿った中心軸Ｃ－Ｃを通るように、所定の速度Ｖ（溶接速度Ｖ）で進行させるとともに、レーザ光ＬＢをＹ方向に沿って往復させるように走査して、レーザ光ＬＢを銅線２２０と銅板２１０とに照射する溶接ステップを、少なくとも備えている。
　溶接ステップでは、銅線２２０の中心軸Ｃ－Ｃを対称線（中心線）としてＸ方向に沿って進行する正弦波または三角波を描くように、レーザ光ＬＢをワーク２００に照射する。
　銅板２１０及び銅線２２０のそれぞれは、銅系材料、つまり、銅または銅を主たる構成金属として含む合金である。また、レーザ光ＬＢの波長は４４５ｎｍである。なお、レーザ光ＬＢの波長は、３５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であることが好ましく、４００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
　本実施形態によれば、レーザ光ＬＢの波長を前述した範囲とすることで、銅系材料からなるワーク２００に対し光吸収率を高められる。このため、低パワーのレーザ光ＬＢを用いて、銅線２２０と銅板２１０との重ね合わせ溶接を行うことができる。例えば、近赤外域の波長のレーザ光を用いる場合、１ｋＷ以上のパワーを要するのに対し、本実施形態における波長（４４５ｎｍ）のレーザ光ＬＢであれば、数百Ｗ程度のパワーに抑えられる。このことにより、熱伝導溶接が可能となり、スパッタの発生を抑制できる。また、入熱を低くできるので、ワーク２００の熱的歪みを小さくできる。
　また、レーザ光ＬＢを前述したようにＹ方向に走査することで、溶融池において溶融金属をＹ方向に拡げられる。このことにより、溶接ビード２３０の側端部に、溶接ビード２３０の中央から端部にかけて、徐々に高さが低くなるように、フィレット２３１が形成される。
　なお、本願発明者等の検討により、走査軌跡ＳＴをスピン波とするのは好ましくないことがわかっている。スピン波とは、レーザ光ＬＢを溶接方向ＷＤに進行させつつ、円形に走査させることで得られる軌跡である。この場合、レーザ光ＬＢが溶接方向ＷＤに沿って後方へ戻るように移動する期間がある。この期間において、銅板２１０と銅線２２０をレーザ溶接して溶接ビード２３０を形成する場合、レーザ光ＬＢが先に形成された溶接ビード２３０に再度照射されてしまう。その結果、溶接ビード２３０の形状が崩れてしまうので、好ましくない。
　また、溶接開始直前は、銅板２１０及び銅線２２０は室温である一方、レーザ光ＬＢの照射により、前述の終点に向けて溶接が進行するに従い、具体的には、レーザ光ＬＢは、溶接速度Ｖで溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に移動するだけでなく、Ｙ方向にも走査され、ワーク２００の表面で正弦波または三角波を描くように走査される。これに伴い、ワーク２００に熱が蓄積され、温度が上昇する。つまり、レーザ溶接中に、溶接ビード２３０の終点近傍で、最も温度が高くなる。その結果、断面視で、溶接ビード２３０終点の近傍に、レーザ光ＬＢの上述の走査により溶融して形成される溶接ビード２３０は徐々に押し出されるように広がり、溶接ビード２３０の始点から終点にかけて徐々に高さが低くなるようにフィレット２３２が形成される。つまり、溶接ビード２３０は、その周縁部分で高さが徐々に低くなるように、フィレット２３１，２３２がそれぞれ形成される。
　これらのことにより、銅線２２０と銅板２１０との接合部に急激に細くなる部分が形成されるのを抑制でき、当該接合部における電気抵抗の上昇を抑制できる。
　また、本実施形態によれば、特許文献１に開示された従来の構成に比べて、ワーク２００の構造を簡素化できるとともに、接合箇所の品質低下を抑制して、当該品質を良好にかつ安定化することができる。このことについてさらに説明する。
　図８は、従来のレーザ溶接時のワークの模式図であり、図９は、従来のレーザ溶接を終了したときのワークの模式図である。
　特許文献１に開示される方法では、銅線２２０を挟んだ銅端子２４０をかしめて、両者を固定させ、銅端子２４０の上からレーザ光ＬＢを照射する。銅線２２０と銅端子２４０とを単に重ね合わせる場合よりも、両者の当接部分で溶融金属量が増えて溶接玉２５０（図９参照）が大きく形成され、銅線２２０と銅端子２４０とを確実に溶接できる。
　しかし、この方法では、図８に示すように、銅線２２０と銅端子２４０との間にギャップが生じてしまうことがある。このような状態で、銅端子２４０の上からレーザ光ＬＢを照射すると、銅端子２４０から銅線２２０への熱伝導が不十分となり、両者をうまく溶接できず、溶接不良を発生させるおそれがあった。
　また、特許文献１に開示される方法を用いて銅線２２０と銅端子２４０とをレーザ溶接した場合、外観では溶接玉２５０が大きく形成されていたとしても、溶接品質が低下している場合がある。例えば、銅線２２０と銅端子２４０との接合部において、図９に示すように、内部ギャップ２５０ａが発生していたとしても、溶接玉２５０の外観からは確認できず、接合品質の確認が困難であった。
　一方、本実施形態によれば、銅板２１０の表面に銅線２２０を配置する簡単な構成で良好な接合構造を得ることができる。特許文献１に開示されるような、かしめ等の工程は不要である。また、溶接ビード２３０の周縁部分で高さが徐々に低くなるように、フィレット２３１，２３２がそれぞれ形成される。このことにより、図９に示すような内部ギャップ２５０ａが発生するのを抑制できる。また、銅線２２０と銅板２１０との接合部に急激に細くなる部分が形成されるのを抑制でき、当該接合部における電気抵抗の上昇を抑制できる。
　レーザ光ＬＢの走査周期をＴとし、レーザ光ＬＢが銅線２２０と銅板２１０との重ね合わせ部分に照射される時間を２Ｔ１とするとき、銅線照射率αは、式（１）に示す関係を満たす。また、銅線照射率αは、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴとして、正弦波または三角波の半周期（Ｔ／２）に対して、レーザ光ＬＢが実質的に銅板２１０と銅線２２０との重ね合わせ部分のみに照射される時間の割合を示す。
　α＝４００×（Ｔ１／Ｔ）（％）・・・（１）
　また、前述の溶接ステップでは、銅線照射率αが、３３％以上、７５％以下となるように、レーザ光ＬＢをワーク２００に照射する。また、銅線照射率αが、５０％以上、７５％以下となるように、レーザ光ＬＢをワーク２００に照射することがより好ましい。
　このようにすることで、銅線２２０と銅板２１０との重ね合わせ部分を確実に溶融することができる。さらに、溶融金属がＹ方向に拡げられるため、溶接ビード２３０の両側の側端部にフィレット２３１を確実に形成することができる。
　溶接ステップにおけるレーザ光ＬＢのＹ方向への走査振幅Ａは、銅線２２０の半径（Ｄ／２）以上である。また、Ｙ方向への走査周波数ｆｓは、１００Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下であることが好ましく、１００Ｈｚ以上、２００Ｈｚ以下であることがより好ましい。
　このようにすることで、銅線２２０と銅板２１０との接合部に急激に細くなる部分が形成されるのを抑制できる。また、走査軌跡ＳＴのＹ方向の折り返し部分では、他の部分に比べて入熱が大きくなるので、溶接ビード２３０の周縁部分において、フィレット２３１の端部が急峻になるのを抑制できる。これらのことにより、当該接合部における電気抵抗の上昇を抑制できにおける電気抵抗の上昇を抑制できる。なお、走査周波数ｆｓが前述の範囲よりも高くなりすぎると、銅線２２０と銅板２１０との接合部に急激に細くなる部分が形成されてしまう。その結果、銅板２１０と銅線２２０との接合部の電気抵抗が許容値を超えて上昇してしまう。一方、走査周波数ｆｓが前述の範囲よりも低くなりすぎると、溶接ビード２３０の周縁部分において、フィレット２３１の端部が急峻になってしまう。このことにより、銅板２１０と銅線２２０との接合部において、電気的な導通が低下し、当該接合部の電気抵抗が許容値を超えて上昇してしまう。また、当該接合部における接合強度が低下してしまう。
　断面視で、溶接ビード２３０の始点と終点とを結ぶ仮想線と銅板２１０の表面とがなす角度を溶接ビード傾斜角θとする。このとき、溶接ビード傾斜角θが１０度以上、２０度以下となるように、レーザ光ＬＢをワーク２００に照射するのが好ましい。
　このようにすることで、銅板２１０と銅線２２０との接合部の電気抵抗が上昇するのを抑制しつつ、両者を安定して接合できる。
　なお、溶接ビード傾斜角θが前述の範囲よりも大きくなりすぎると、フィレット２３２が形成できなくなったり、銅線２２０の一部が細くなったりするおそれがある。このようなことが起こると、銅板２１０と銅線２２０との接合部の電気抵抗が許容値を超えて上昇してしまう。一方、溶接ビード傾斜角θが前述の範囲よりも小さくなりすぎると、ビード高さＨが低くなりすぎてしまう。この場合も、銅板２１０と銅線２２０との接合部の電気抵抗が許容値を超えて上昇してしまう。
　なお、本実施形態では、銅線２２０の断面が円形である線材である例を示したが、銅線２２０の断面は、他の形状であってもよい。例えば、断面が楕円形やｎ角形（ｎは３以上の整数）であってもよい。また、銅板２１０は、銅線２２０との接合部分が平板状であればよく、それ以外の部分の形状は特に問わない。
　以下、本開示の技術を実施例によりさらに詳しく説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示に示す技術を何ら制限するものではない。
　＜第１の実施例＞
　それぞれ純銅（銅の純度が９９．９％以上のもの）からなる銅板２１０の表面に銅線２２０が重ね合わせられた構造のワーク２００を準備した。溶接方向ＷＤであるＸ方向に沿って、かつ銅線２２０の長手方向に沿った中心軸Ｃ－Ｃを通るように、レーザ光ＬＢを溶接速度Ｖで進行させるとともに、Ｙ方向に沿って往復させるように走査して、レーザ光ＬＢを銅線２２０と銅板２１０とに照射した。その結果、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。
　第１の実施例におけるワーク２００の形状パラメータは、以下の通りであった。まず、銅板２１０の厚さｔは０．２ｍｍであり、銅線２２０の直径Ｄは０．７ｍｍであった。レーザ光ＬＢに関するパラメータの値は以下の通りであった。まず、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは正弦波であり、溶接速度Ｖは１０ｍｍ／ｓｅｃであった。レーザ光ＬＢの波長は４４５ｎｍであり、パワーは４００Ｗであった。また、走査振幅Ａは１．４ｍｍであった。また、これらのパラメータを採用した結果、銅線照射率αは３３％であった。
　なお、走査周波数ｆｓは１００Ｈｚ、２００Ｈｚ及び３００Ｈｚの３段階とし、それぞれの場合でレーザ光ＬＢをワーク２００に照射した。
　＜第２の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴを三角波とした以外は、第１の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査軌跡ＳＴを正弦波から三角波に変更したため、銅線照射率αは５０％となった。
　＜第３の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査振幅Ａを０．９３４ｍｍとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが正弦波の第１の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査振幅Ａを変更したため、銅線照射率αは５４％となった。
　＜第４の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査振幅Ａを０．９３４ｍｍとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが三角波の第２の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査振幅Ａを変更したため、銅線照射率αは７５％となった。
　＜第１の比較例＞
　第１の実施例と異なり、レーザ光ＬＢのＹ方向への走査を行わずに、銅線２２０上の終端の近傍において、溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に沿ってライン状（直線状）に、ワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。
　つまり、第１の実施例と異なるパラメータは以下の通りである。まず、走査軌跡ＳＴは直線であり、走査振幅Ａ及び走査周波数ｆｓはいずれもゼロであった。この場合、前述した周期Ｔと期間Ｔ１とは同じになるため、レーザ光ＬＢが実質的に銅板２１０と銅線２２０との重ね合わせ部分のみに照射される時間の割合を示す銅線照射率αは１００％である。これ以外のパラメータは、ワーク２００の形状や材質も含め、銅線２２０の直径Ｄが０．７ｍｍの第１の実施例と同じであった。
　＜第１～第４の実施例と第１の比較例との結果比較＞
　図１０は、レーザ溶接後のワークの外観見本の一例を示し、表１は、第１～第４の実施例及び第１の比較例におけるワークの外観評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１０に示すように、レーザ溶接後のワーク２００の外観を４通りに分類して評価した。なお、図１０における上面外観とは、銅線２２０が配置された銅板２１０の表面をＺ方向から見た外観である。側面外観とは、銅線２２０が配置された銅板２１０の表面をＺ方向から所定の角度傾斜した方向から見た外観（斜視外観）である。
　図１０において、評価欄の１番左側に外観評価結果が不良（×）である例を示した。側面外観から明確にわかるように、外観評価結果が不良（×）である場合、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分が急に細くなっている。つまり、銅線２２０と銅板２１０との接合部において、電気抵抗が大幅に上昇するおそれのある形状である。
　図１０において、評価欄の左から２番目に外観評価結果が許容範囲（△）である例を示した。なお、図１０では、許容範囲を許容と省略して記している。側面外観から明確にわかるように、外観評価結果が許容範囲（△）である場合、ビード高さＨは、後で述べる場合（良好（○）や非常に良好（◎））と比べて低くなっている。ただし、外観評価結果が不良（×）の場合と比べて、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分の幅は広くなっている。つまり、銅線２２０と銅板２１０との接合部において、電気抵抗が上昇するおそれはあるものの、実用上、許容範囲であり、また、接合信頼性が顕著に低下する程ではない場合に対応する。
　図１０において、評価欄の左から３番目に外観評価結果が良好（○）である例を示した。上面外観及び側面外観から明確にわかるように、外観評価結果が良好（○）である場合、溶接ビード２３０の周縁部分は、一定の大きさの凹凸を有する輪郭となっている。これは、レーザ光ＬＢをＹ方向に周期的に往復走査したためである。
　ただし、この場合、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分に、局所的に一部分だけ急激に細くなる部分は無く、また、当該部分も含めて、局所的に一部分だけビード高さＨが急に低くなる部分も見られない。つまり、溶接ビード２３０の外観美観性には欠けるものの、溶接ビード２３０は始点から終点にかけて、周期的に一定の形状変化度合いで安定しており、銅線２２０と銅板２１０との接合部において、電気抵抗が許容値を越えて上昇するおそれが無く、接合信頼性が確保される場合に相当する。
　図１０において、評価欄の１番右側に外観評価結果が非常に良好（◎）である例を示した。これは、図６に示す例と同じである。
　上面外観及び側面外観から明確にわかるように、外観評価結果が非常に良好（◎）である場合、溶接ビード２３０の周縁部分の輪郭は、周縁から外方に向かうにつれて徐々になだらかで、滑らかな形状となっている。また、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分に、急激に細くなる部分は無く、また、当該部分も含めて、ビード高さＨが急に局所的に低くなる部分も見られない。つまり、溶接ビード２３０は、外観美観性を備え、さらに、銅線２２０と銅板２１０との接合部において、電気抵抗が許容値を越えて上昇するおそれが無く、接合信頼性が確保される場合に対応する。
　ここで、例えば、電気抵抗の許容値は「一般的なものは５％、精密なものは１％以下の上昇率」であり、この電気抵抗の上昇率の許容値を越えて上昇したものを不良とする。
　図１０に示す外観見本例を踏まえて、表１に示す結果を説明する。
　表１に示すように、第１の比較例では、溶接ビード２３０の外観評価結果は許容範囲（△）であった。一方、第１の実施例では、走査周波数ｆｓの値に関わらず、溶接ビード２３０の外観評価結果は不良（×）であった。前述した構造のワーク２００に対して、第１の実施例に示すレーザ溶接条件では、銅線２２０と銅板２１０との重ね合わせ部分の溶融が不十分であり、また、銅線照射率αが不足し、溶融金属のＹ方向への拡がりが不十分であったと考えられる。このため、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分に、急激に細くなる部分が生じて、外観評価結果が不良（×）になったものである。
　一方、第２の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚと２００Ｈｚの場合に、外観評価結果が非常に良好（◎）となったのに対し、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚの場合は、不良（×）となった。前述したように、走査周波数ｆｓが所定の値よりも高くなりすぎると、このため、銅線２２０から溶接ビード２３０に移行する部分に、急激に細くなる部分が生じやすくなる。この場合の銅線照射率（α＝５０％）では、良好な外観を得るのに、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚでは高すぎると考えられる。
　一方、第３，第４の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚと２００Ｈｚの場合に、外観評価結果が非常に良好（◎）となり、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚの場合は、許容範囲（△）となった。
　つまり、第１～第４の実施例における結果を総合的に見ると、銅線２２０の直径Ｄが０．７ｍｍで、かつ溶接速度Ｖが１０ｍｍ／ｓｅｃの場合のレーザ溶接条件として、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚから２００Ｈｚの範囲で、かつ銅線照射率αが５０％以上、７５％以下であることが好ましいと言える。この条件でワーク２００を溶接すると、溶接ビード２３０の外観が非常に良好なものとなる。
　また、レーザ溶接後の溶接ビード２３０の形状を評価するにあたって、ビード高さＨとビード幅Ｗとを評価した。
　図１１は、走査周波数と中間位置のビード高さとの関係を示す図であり、図１２は、走査周波数と中間位置のビード幅との関係を示す図である。
　具体的には、図１１は、第１～第４の実施例の各条件及び第１の比較例に示す条件で形成した溶接ビード２３０における中間位置でのビード高さＨｂ（図７Ｂ参照）をレーザＬＢの走査周波数ｆｓに対してプロットした図である。
　図１２は、第１～第４の実施例の各条件及び第１の比較例に示す条件で形成した溶接ビード２３０における中間位置でのビード幅Ｗｂ（図７Ｂ参照）をレーザＬＢの走査周波数ｆｓに対してプロットした図である。図中に銅線照射率αで分類した記号にてそれぞれプロットしている。
　図１１，１２のそれぞれにおいて、破線で囲んだ領域が、溶接ビード２３０の外観が非常に良好（◎）であった場合に対応する。つまり、銅線２２０の直径Ｄが０．７ｍｍの場合、溶接ビード２３０は、中間位置のビード高さＨｂが、０．３０ｍｍ以上、０．６０ｍｍ以下で、かつ中間位置のビード幅Ｗｂが、１．２０ｍｍ以上、１．８０ｍｍ以下となるように形成されるのが好ましい。
　言い換えると、銅板（板材）２１０の表面を基準とした溶接ビード２３０の高さであって、溶接ビード２３０の始点と終点との中間位置における溶接ビード２３０の高さをビード高さＨｂとし、銅線（線材）の直径を直径Ｄとするとき、
　０．４３Ｄ≦Ｈｂ≦０．８６Ｄ・・・（２）
の関係を満たすことが好ましい。
　また、溶接ビード２３０の始点と終点との中間位置における溶接ビード２３０のＹ方向に沿った幅をビード幅Ｗｂとするとき、
　１．７１Ｄ≦Ｗｂ≦２．５７Ｄ・・・（３）
の関係を満たすことが好ましい。
　中間位置のビード高さＨｂ及びビード幅Ｗｂが、それぞれ、前述の範囲から外れると銅線２２０と銅板２１０との接合部において、電気抵抗が許容値を越えて上昇してしまい、電気的な接続不良を生じるおそれがある。
　なお、実際に取得したデータから見れば、銅線２２０の直径Ｄが０．７ｍｍの場合、溶接ビード２３０は、中間位置のビード高さＨｂが、０．３８ｍｍ以上、０．５１ｍｍ以下で、かつ中間位置のビード幅Ｗｂが、１．３９ｍｍ以上、１．７０ｍｍ以下となるように形成されるのがより好ましい。
　言い換えると、
　０．５４Ｄ≦Ｈｂ≦０．７４Ｄ・・・（４）
　１．９９Ｄ≦Ｗｂ≦２．４３Ｄ・・・（５）
の関係をそれぞれ満たすことがより好ましい。
　また、異なる条件のワーク２００に対しても、第１～第４の実施例に示すのと同様に、レーザ溶接条件を変えながら、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成し、その外観を評価した。
　＜第５の実施例＞
　銅板２１０の表面に銅線２２０が重ね合わせられた構造のワーク２００を準備した。溶接方向ＷＤであるＸ方向に沿って、かつ銅線２２０の長手方向に沿った中心軸Ｃ－Ｃを通るように、レーザ光ＬＢを溶接速度Ｖで進行させるとともに、Ｙ方向に沿って往復させるように走査して、レーザ光ＬＢを銅線２２０と銅板２１０とに照射した。その結果、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。
　第５の実施例におけるワーク２００、つまり、銅板２１０と銅線２２０の材質は第１の実施例と同様であった。また、形状パラメータは、以下の通りであった。まず、銅板２１０の厚さｔは０．２ｍｍであり、銅線２２０の直径Ｄは０．３ｍｍであった。レーザ光ＬＢに関するパラメータの値は以下の通りであった。まず、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴは正弦波であり、溶接速度Ｖは２０ｍｍ／ｓｅｃであった。レーザ光ＬＢの波長は４４５ｎｍであり、パワーは２７０Ｗであった。また、走査振幅Ａは０．６ｍｍであった。また、これらのパラメータを採用した結果、銅線照射率αは３３％であった。
　なお、走査周波数ｆｓは１００Ｈｚ、２００Ｈｚ及び３００Ｈｚの３段階とし、それぞれの場合でレーザ光ＬＢをワーク２００に照射した。
　＜第６の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴを三角波とした以外は、第５の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査軌跡ＳＴを正弦波から三角波に変更したため、銅線照射率αは５０％となった。
　＜第７の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査振幅Ａを０．４ｍｍとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが正弦波の第５の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査振幅Ａを変更したため、銅線照射率αは５４％となった。
　＜第８の実施例＞
　レーザ光ＬＢの走査振幅Ａを０．４ｍｍとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが三角波の第６の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。なお、走査振幅Ａを変更したため、銅線照射率αは７５％となった。
　＜第９の実施例＞
　溶接速度Ｖを３０ｍｍ／ｓｅｃとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが正弦波の第５の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。よって、この場合の銅線照射率αも、第５の実施例と同様に３３％であった。
　＜第１０の実施例＞
　溶接速度Ｖを３０ｍｍ／ｓｅｃとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが三角波の第６の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。よって、この場合の銅線照射率αも、第６の実施例と同様に５０％であった。
　＜第１１の実施例＞
　溶接速度Ｖを３０ｍｍ／ｓｅｃとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが正弦波の第７の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。よって、この場合の銅線照射率αも、第７の実施例と同様に５４％であった。
　＜第１２の実施例＞
　溶接速度Ｖを３０ｍｍ／ｓｅｃとした以外は、レーザ光ＬＢの走査軌跡ＳＴが三角波の第８の実施例と同じ方法及びパラメータでワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。よって、この場合の銅線照射率αも、第８の実施例と同様に７５％であった。
　＜第２の比較例＞
　第５の実施例と異なり、レーザ光ＬＢのＹ方向への走査を行わずに、銅線２２０上の終端の近傍において、溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に沿ってライン状（直線状）に、ワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。
　つまり、第５の実施例と異なるパラメータは以下の通りである。まず、走査軌跡ＳＴは直線であり、走査振幅Ａ及び走査周波数ｆｓはいずれもゼロであった。この場合、前述した周期Ｔと期間Ｔ１とは同じになるため、銅線照射率αは１００％である。これ以外のパラメータは、ワーク２００の形状や材質も含め、銅線２２０の直径Ｄが０．３ｍｍの第５の実施例と同じであった。
　＜第３の比較例＞
　溶接速度Ｖを３０ｍｍ／ｓｅｃとした以外は、第２の比較例と同じ方法及びパラメータで、銅線２２０上の終端の近傍において、溶接方向ＷＤ（Ｘ方向）に沿ってライン状（直線状）に、ワーク２００に対してレーザ光ＬＢを照射し、ワーク２００の表面に溶接ビード２３０を形成した。よって、この場合の銅線照射率αも、第２の比較例と同様に１００％であった。
　＜第５～第８の実施例と第２の比較例との結果比較及び第９～第１２の実施例と第３の比較例との結果比較＞
　表２は、第５～第８の実施例及び第２の比較例におけるワークの外観評価結果を示し、表３は、第９～第１２の実施例及び第３の比較例におけるワークの外観評価結果を示す。なお、外観評価において、図１０に示す分類結果を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２，３に示すように、第２，第３の比較例に示す条件では、溶接ビード２３０の外観評価結果は不良（×）であった。つまり、Ｙ方向への往復走査を行わない場合は、溶接速度Ｖが２０ｍｍ／ｓｅｃ及び３０ｍｍ／ｓｅｃのいずれの場合も、溶接ビード２３０の外観は良化しなかった。
　また、第５の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓの値に関わらず、溶接ビード２３０の外観評価結果は非常に良好（◎）であった。一方、第６～第８の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓの値に応じて、溶接ビード２３０の外観評価結果が変化する傾向が見られた。まず、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚの場合、第６の実施例に示す条件では、溶接ビード２３０の外観評価結果が良好（○）である一方、第７，第８の実施例に示す条件では、溶接ビード２３０の外観評価結果は許容範囲（△）にとどまった。また、走査周波数ｆｓが２００Ｈｚの場合、第６，第７の実施例に示す条件では、溶接ビード２３０の外観評価結果が非常に良好（◎）である一方、第８の実施例に示す条件では、溶接ビード２３０の外観評価結果は許容範囲（△）であった。なお、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚの場合、第６～第８の実施例に示す条件のいずれにおいても、溶接ビード２３０の外観評価結果は非常に良好（◎）であった。
　これらのことから推定すると、溶接速度Ｖが２０ｍｍ／ｓｅｃの場合は、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚから３００Ｈｚに上昇するのに応じて、溶接ビード２３０の外観評価結果が良化する傾向が見られた。また、銅線照射率αに着目してみると、銅線照射率αが７５％から３３％に低下するのに応じて、溶接ビード２３０の外観評価結果が良化する傾向が見られた。
　さらに言うと、銅線２２０の直径Ｄが０．３ｍｍで、溶接速度Ｖが２０ｍｍ／ｓｅｃの場合、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚでは、銅線照射率αが５０％以下であることが好ましく、銅線照射率αが３３％であることがより好ましいと言える。走査周波数ｆｓが２００Ｈｚでは、銅線照射率αが３３％以上、７５％以下であることが好ましく、銅線照射率αが３３％以上、５４％以下であることがより好ましいと言える。走査周波数ｆｓが３００Ｈｚでは、銅線照射率αが３３％以上、７５％以下であることがより好ましいと言える。
　また、第９の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓの値に応じて、溶接ビード２３０の外観評価結果が変化した。表３から明らかなように、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚの場合、溶接ビード２３０の外観評価結果は良好（○）にとどまる一方、走査周波数ｆｓが２００Ｈｚの場合、溶接ビード２３０の外観評価結果は非常に良好（◎）となり、外観評価結果が良化する傾向が見られた。しかし、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚになると、溶接ビード２３０の外観評価結果が許容範囲（△）となり、外観評価結果が若干悪化した。
　また、第１０～第１２の実施例に示す条件では、走査周波数ｆｓの値に応じて、溶接ビード２３０の外観評価結果が変化する傾向が見られた。走査周波数ｆｓが１００Ｈｚの場合、第１０～第１２の実施例に示す条件のいずれにおいても、溶接ビード２３０の外観評価結果が良好（○）であった。一方、走査周波数ｆｓを２００Ｈｚに上げた場合、第１０～第１２の実施例に示す条件のいずれにおいても、溶接ビード２３０の外観評価結果が非常に良好（◎）となり、外観評価結果が良化する傾向が見られた。走査周波数ｆｓが３００Ｈｚの場合、走査周波数ｆｓが２００Ｈｚの場合と同じ結果となった。つまり、第１０～第１２の実施例に示す条件のいずれにおいても、溶接ビード２３０の外観評価結果が非常に良好（◎）となった。
　これらのことから推定すると、銅線２２０の直径Ｄが０．３ｍｍで、溶接速度Ｖが３０ｍｍ／ｓｅｃの場合、溶接ビード２３０の外観評価結果は、銅線照射率αに大きく影響されないと言える。
　さらに言うと、銅線２２０の直径Ｄが０．３ｍｍで、溶接速度Ｖが３０ｍｍ／ｓｅｃの場合、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚ及び２００Ｈｚのいずれにおいても、銅線照射率αが３３％以上、７５％以下であることが好ましく、走査周波数ｆｓが２００Ｈｚの場合の方が、走査周波数ｆｓが１００Ｈｚの場合よりも、より好ましいと言える。走査周波数ｆｓが１００Ｈｚでは、銅線照射率αが３３％以上、７５％以下であることが好ましく、走査周波数ｆｓが３００Ｈｚでは、銅線照射率αが５０％以上、７５％以下であることがより好ましいと言える。
　また、第５～第１２の実施例での評価結果から、銅線２２０の直径Ｄが０．３ｍｍの場合、走査周波数ｆｓを２００Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下に設定すると、溶接ビード２３０の外観評価結果は概ね非常に良好（◎）となることがわかった。また、走査周波数ｆｓがこの範囲よりも高くなりすぎると、銅線２２０と銅板２１０との接合部に急激に細くなる部分が形成されてしまうと推測された。その結果、銅板２１０と銅線２２０との接合部の電気抵抗が許容値を超えて上昇してしまうと推測された。一方、走査周波数ｆｓがこの範囲よりも低くなりすぎると、溶接ビード２３０の周縁部分において、フィレット２３１の端部が急峻になってしまうと推測された。
　また、第１～第１２の実施例に示す条件のうち、溶接ビード２３０の外観評価結果が非常に良好（◎）である場合、前述した溶接ビード傾斜角θが、１１度以上、１７度以下であった。つまり、溶接ビード傾斜角θの好ましい範囲は、１０度以上、２０度以下であり、溶接ビード傾斜角θが、１１度以上、１７度以下の範囲にあることがより好ましいと言える。
　本開示のレーザ溶接方法は、銅系材料からなるワークのレーザ溶接において、ワークの構造を簡素化できるとともに低パワーでの溶接が可能となる。このことにより、溶接箇所の品質を安定化できるため、工業上、有用である。
１０　　　レーザ発振器
２０　　　光ファイバ
３０　　　レーザヘッド
４０　　　コリメートレンズ
５０　　　レーザ光スキャナ
５１　　　第１ガルバノミラー
５２　　　第２ガルバノミラー
６０　　　ｆθレンズ
７０　　　ロボット
７１　　　ロボットアーム
７２　　　関節部
８０　　　制御部
１００　　レーザ溶接装置
２００　　ワーク
２１０　　銅板（板材）
２２０　　銅線（線材）
２３０　　溶接ビード
２３１　　フィレット（幅方向）
２３２　　フィレット（長手方向）
２４０　　銅端子
２５０　　溶接玉
２５０ａ　内部ギャップ
ＬＢ　　　レーザ光
ＳＴ　　　レーザ光の走査軌跡

Claims (13)

  1. 　線材と板材とが重ね合わせられた部分を有するワークに対して、前記線材の表面側からレーザ光を照射して、前記板材と前記線材とを接合するレーザ溶接方法であって、
    　前記ワークの溶接方向をＸ方向とし、前記板材における前記線材の載置面の法線方向をＺ方向とし、前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向のそれぞれと交差する方向をＹ方向とするとき、
    　前記レーザ光を前記Ｘ方向に沿って、かつ前記線材の長手方向に沿った中心軸を通るように、所定の速度で進行させるとともに、前記レーザ光を前記Ｙ方向に沿って前記線材を跨ぐように往復させるように走査して、前記レーザ光を前記線材と前記板材とに照射する溶接ステップを、少なくとも備え、
    　前記溶接ステップでは、前記線材の前記中心軸を対称線として前記Ｘ方向に沿って進行する正弦波または三角波を描くように、前記線材と前記板材に照射される前記レーザ光の照射軌跡の所定の走査周期に対して前記線材と前記板材との重ね合わせ部分に照射される時間の割合を示す所定の銅線照射率αで、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 　請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記レーザ光の走査周期をＴとし、前記レーザ光が前記線材と前記板材との重ね合わせ部分に照射される時間を２Ｔ１とするとき、前記銅線照射率αは、式（１）に示す関係を満たすことを特徴とするレーザ溶接方法。
    　α＝４００×（Ｔ１／Ｔ）（％）・・・（１）
  3. 　請求項１または２に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ステップでは、前記銅線照射率αが、３３％以上、７５％以下となるように、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  4. 　請求項１または２に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ステップでは、前記銅線照射率αが、５０％以上、７５％以下となるように、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  5. 　請求項２ないし４に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ステップにおける前記レーザ光の前記Ｙ方向への走査振幅は、前記線材の半径以上であり、
    　前記溶接ステップにおける前記レーザ光の前記Ｙ方向への走査周波数は、１００Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下であることを特徴とするレーザ溶接方法。
  6. 　請求項５に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ステップにおける前記走査周波数は、１００Ｈｚ以上、２００Ｈｚ以下であることを特徴とするレーザ溶接方法。
  7. 　請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ステップの終了後、前記ワークの表面に溶接ビードが形成され、
    　前記ワークに対する前記レーザ光の照射開始点を始点とし、前記溶接ビードの終端を終点とするとき、
    　前記溶接ビードの前記終点の近傍にフィレットが形成され、
    　前記フィレットは、断面視で、前記始点から前記終点にかけて徐々に高さが低くなるように形成されることを特徴とするレーザ溶接方法。
  8. 　請求項７に記載のレーザ溶接方法において、
    　断面視で、前記始点と前記終点とを結ぶ仮想線と前記板材の表面とがなす角度を溶接ビード傾斜角θとするとき、
    　前記溶接ビード傾斜角θが１０度以上、２０度以下となるように、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  9. 　請求項８に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ビード傾斜角θが１１度以上、１７度以下となるように、前記レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  10. 　請求項７に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記板材の表面を基準とした前記溶接ビードの高さであって、前記溶接ビードの前記始点と前記終点との中間位置における前記溶接ビードの高さをビード高さＨｂとし、前記線材の直径を直径Ｄとするとき、
    　０．４３Ｄ≦Ｈｂ≦０．８６Ｄ・・・（２）
    の関係を満たすことを特徴とするレーザ溶接方法。
  11. 　請求項７に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記溶接ビードの前記始点と前記終点との中間位置における前記溶接ビードの前記Ｙ方向に沿った幅をビード幅Ｗｂとし、前記線材の直径を直径Ｄとするとき、
    　１．７１Ｄ≦Ｗｂ≦２．５７Ｄ・・・（３）
    の関係を満たすことを特徴とするレーザ溶接方法。
  12. 　請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記板材及び前記線材のそれぞれは、銅または銅を主たる構成金属として含む合金であり、
    　前記レーザ光の波長は、３５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であることを特徴とするレーザ溶接方法。
  13. 　請求項１２に記載のレーザ溶接方法において、
    　前記レーザ光の波長は、４００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とするレーザ溶接方法。
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