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WO2023157809A1 - レーザ溶接方法 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2023157809A1
WO2023157809A1 PCT/JP2023/004860 JP2023004860W WO2023157809A1 WO 2023157809 A1 WO2023157809 A1 WO 2023157809A1 JP 2023004860 W JP2023004860 W JP 2023004860W WO 2023157809 A1 WO2023157809 A1 WO 2023157809A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
irradiation
laser light
welding method
laser beam
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/004860
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
秀樹 近藤
直基 森
圭太 山本
俊明 酒井
暢康 松本
昌充 金子
孝 繁松
Original Assignee
日亜化学工業株式会社
古河電気工業株式会社
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 日亜化学工業株式会社, 古河電気工業株式会社 filed Critical 日亜化学工業株式会社
Publication of WO2023157809A1 publication Critical patent/WO2023157809A1/ja

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a laser welding method.
  • Patent Document 1 a power storage device having a portion where a metal member and a plurality of metal foils are joined by laser welding is known (for example, Patent Document 1).
  • one of the objects of the present invention is, for example, when joining a metal member and a plurality of metal foils by laser welding, a new improvement that makes it difficult to generate a part where the metal foil is extended or cut. to obtain a laser welding method that is optimized.
  • the laser welding method of the present invention is, for example, a laser welding method for welding a metal member and a laminate of metal foils by irradiating a laser beam.
  • a new and improved laser welding method that makes it difficult to generate a portion where the metal foil is extended or cut. can be obtained.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a battery including a metal bonded body to be processed by the laser processing apparatus of the embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the light absorptance of a metal with respect to the wavelength of the irradiated laser light.
  • FIG. 4 is an exemplary and schematic plan view showing a laser beam spot formed on the surface of the object to be processed by the laser processing apparatus of the embodiment.
  • FIG. 5 is an exemplary flow chart showing the procedure of the laser welding method of the embodiment.
  • FIG. 6 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an object to be processed at the stage where the first step of the laser welding method of the first embodiment is finished.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a battery including a metal bonded body to be processed by the
  • FIG. 7 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a metal joined body welded by the laser welding method of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of section VIII of FIG. 9 is an enlarged view of the IX section of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a timing chart showing an example of temporal changes in the power of the laser beam irradiated in the second step of the laser welding method of the first embodiment.
  • FIG. 11 is an exemplary and schematic plan view showing a laser beam irradiation region formed on the surface of the object to be processed in the second step of the laser welding method of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an example different from FIG. 7 of the metal joined body welded by the laser welding method of the first embodiment.
  • FIG. 13 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an object to be processed at the stage where the first step of the laser welding method of the second embodiment is finished.
  • FIG. 14 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an object to be processed at a stage in the middle of the second process of the laser welding method of the second embodiment.
  • FIG. 15 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an object to be processed at the stage where the second process of the laser welding method of the second embodiment is finished.
  • FIG. 16 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an object to be processed at a stage in the middle of the third step of the laser welding method of the modification in which the irradiation direction of the laser beam of the second embodiment is changed.
  • Exemplary embodiments of the present invention are disclosed below.
  • the configurations of the embodiments shown below and the actions and effects brought about by the configurations are examples.
  • the present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments.
  • the X direction is indicated by an arrow X
  • the Y direction is indicated by an arrow Y
  • the Z direction is indicated by an arrow Z.
  • the X-, Y-, and Z-directions intersect and are orthogonal to each other.
  • the Z direction is the normal direction of the surface Wa of the workpiece W, the thickness direction of the metal member 11 and the metal foil 12 , and the lamination direction of the plurality of metal foils 12 .
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus 100 according to an embodiment.
  • the laser processing apparatus 100 includes a laser device 111, a laser device 112, an optical head 120, and optical fibers 131 and 132.
  • the laser processing apparatus 100 can laser-weld the workpiece W by irradiating the laser beam L.
  • the laser processing device 100 is also called a laser welding device.
  • the laser devices 111 and 112 each have a laser oscillator, and are configured to output laser light with a power of, for example, several kW.
  • Laser devices 111 and 112 each output laser light with a wavelength of 400 [nm] or more and 1200 [nm] or less.
  • the laser devices 111 and 112 internally have laser light sources such as fiber lasers, semiconductor lasers (elements), YAG lasers, and disk lasers. Also, the laser devices 111 and 112 may be configured to output multimode laser light with a power of several kW as the total output of a plurality of light sources.
  • the laser device 111 outputs a first laser beam, and the laser device 112 outputs a second laser beam.
  • the optical fibers 131 and 132 optically connect the laser devices 111 and 112 and the optical head 120 .
  • the optical fibers 131 and 132 guide the laser beams output from the laser devices 111 and 112 to the optical head 120, respectively.
  • the optical head 120 is an optical device that irradiates the workpiece W with laser light input from the laser devices 111 and 112 .
  • the optical head 120 includes a collimator lens 121 , a condenser lens 122 , a mirror 123 , a filter 124 and a galvanometer scanner 126 .
  • Collimator lens 121, condenser lens 122, mirror 123, filter 124, and galvanometer scanner 126 are also referred to as optical components.
  • the collimating lenses 121 (121-1, 121-2) collimate the laser beams input via the optical fibers 131, 132, respectively.
  • the collimated laser light becomes parallel light.
  • the mirror 123 reflects the first laser beam collimated by the collimator lens 121-1 and directs it to the galvanometer scanner 126.
  • the filter 124 is a high-pass filter that transmits the first laser beam and reflects the second laser beam without transmitting it.
  • the first laser light from mirror 123 is transmitted through filter 124 and directed to galvanometer scanner 126 .
  • the second laser beam from the collimator lens 121-2 is reflected by the filter 124 and travels toward the galvanometer scanner 126.
  • the galvanometer scanner 126 has a plurality of mirrors 126a and 126b. By changing the angles of the plurality of mirrors 126a and 126b, it is possible to switch the output direction of the laser light L from the optical head 120, thereby changing the irradiation position of the laser light L on the surface Wa of the workpiece W. can.
  • the angles of the mirrors 126a, 126b are each changed, for example, by motors (neither shown) controlled by a controller.
  • the optical head 120 can scan the surface Wa of the workpiece W with the laser light L by changing the output direction of the laser light L while irradiating it.
  • the condensing lens 122 condenses the laser light as parallel light emitted by the galvanometer scanner 126, and irradiates the processing target W as laser light L (output light).
  • the laser light L output from the optical head 120 includes the first laser light and the second laser light.
  • the workpiece W has a metal member 11 and a laminate 16 of metal foils 12 placed on the metal member 11 .
  • the metal member 11 is, for example, a plate-shaped member that extends across the Z direction at the welded portion and its peripheral portion.
  • the laminated body 16 has a plurality of metal foils 12 laminated in the Z direction in an arrangement crossing the Z direction in the welded portion and its peripheral portion.
  • the metal member 11 and the laminate 16 are stacked in the Z direction.
  • the laminate 16 is superimposed on the surface 11a located at the end of the metal member 11 in the Z direction.
  • the surface positioned at the end of the laminate 16 in the Z direction is the front surface Wa of the object W to be processed
  • the surface positioned at the end of the metal member 11 opposite to the Z direction is the back surface Wb of the object W to be processed.
  • a laser beam L is emitted from the optical head 120 substantially along the negative Z direction, and is irradiated onto the surface Wa.
  • a spot of the laser beam L is scanned on the surface Wa by the operation of the galvanometer scanner 126 .
  • a welded portion 14 is formed from the surface Wa through the laminate 16 to the metal member 11, and the metal member 11 and the laminate 16 are joined via the welded portion 14.
  • a body 10 is formed.
  • the metal bonded body 10 has a metal member 11 , a laminate 16 and a welded portion 14 .
  • the weld 14 is also referred to as weld metal.
  • the metal member 11, the plurality of metal foils 12, and the welded portion 14 are all conductors.
  • the welded portion 14 electrically connects the metal member 11 and the plurality of metal foils 12 .
  • the metal member 11 and the metal foil 12 are made of, for example, pure aluminum or an aluminum-based metal such as an aluminum alloy.
  • the metal member 11 and the metal foil 12 may be made of a material other than the aluminum-based metal, such as a copper-based metal such as oxygen-free copper or a copper alloy.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery 1 as an electrical product having a metal bonded body 10.
  • FIG. A battery 1 is one application example of the metal bonded body 10 .
  • the metal bonded body 10 is an example of an electrical component as a conductor, and an example of an electrical component included in an electrical product.
  • An electrical component may also be referred to as a component part of an electrical product.
  • the battery 1 shown in FIG. 2 is, for example, a laminated lithium ion battery cell.
  • the battery 1 has two film-like exterior materials 20 .
  • a storage chamber 20 a is formed between the two exterior materials 20 .
  • a plurality of flat positive electrode materials 13p, a plurality of flat negative electrode materials 13m, and a plurality of flat separators 15 are accommodated in the storage chamber 20a.
  • the positive electrode material 13p and the negative electrode material 13m are alternately stacked with the separator 15 interposed therebetween.
  • a metal foil 12 extends from each of the plurality of positive electrode materials 13p and the plurality of negative electrode materials 13m.
  • FIG. 1 In the example of FIG.
  • the plurality of metal foils 12 extending from each of the positive electrode materials 13p are overlapped on the metal member 11p (11) at the Y-direction end of the battery 1, and the metal member 11p (11 ) and a plurality of metal foils 12 are welded together.
  • the metal member 11p On the positive electrode side, only a portion of the metal member 11p is exposed outside the exterior material 20, and the other portion of the metal member 11p, the plurality of metal foils 12, and the welded portion 14 are exposed outside the exterior material 20. not.
  • Metal member 11 p constitutes a positive electrode terminal of battery 1 .
  • the plurality of metal foils 12 extending from each of the negative electrode materials 13m are overlapped on the metal member 11m (11) at the end of the battery 1 opposite to the Y direction, and the metal member 11m (11) is overlapped at the end. and a plurality of metal foils 12 are welded together.
  • the metal member 11m constitutes a negative electrode terminal of the battery 1. As shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the light absorptance of each metal material with respect to the wavelength of the laser light L to be irradiated.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 3 is the wavelength, and the vertical axis is the absorptance.
  • FIG. 3 shows the relationship between wavelength and absorptance for aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), tantalum (Ta), and titanium (Ti). It is shown.
  • the use of blue or green laser light with a shorter wavelength is more effective than the use of infrared (IR) laser light. It can be seen that the absorption rate is higher.
  • the object W to be processed When the object W to be processed is irradiated with a laser beam having a relatively low absorptance and a relatively long wavelength, the light energy is reflected by the object W to be processed, so that the object W to be processed is affected by heat. it gets harder. Therefore, a relatively high power must be applied to obtain a sufficiently deep melted region. In that case, energy is suddenly applied to the center of the beam, causing sublimation and forming a keyhole. However, irradiation with a high-power laser beam may destabilize the molten pool and cause spatter and voids. In addition, when the object W to be processed includes the metal foil 12, the metal foil 12 is thin, so there is a risk that the metal foil 12 may be easily stretched or cut.
  • the object W to be processed is irradiated with a laser beam having a relatively high absorption rate and a relatively short wavelength, most of the incident light energy is absorbed by the object W to be processed, and thermal energy is likely to be obtained. . That is, the melting is of the heat conduction type without the formation of a keyhole, and the molten pool is easily stabilized.
  • a laser beam L including two laser beams (a first laser beam and a second laser beam) having different wavelengths is output from the optical head 120, and the laser beam L is applied to the surface Wa of the object W to be processed.
  • the metal member 11 and the laminate 16 are welded by irradiation.
  • the laser device 111 (see FIG. 1) outputs laser light with a wavelength of, for example, 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less as the first laser light having a longer wavelength than the second laser light.
  • the laser device 111 has, for example, a fiber laser, a semiconductor laser (element), or the like as a laser light source.
  • the laser device 112 outputs a laser beam with a wavelength of 550 [nm] or less, for example, as a second laser beam having a shorter wavelength than the first laser beam.
  • the laser device 112 has, for example, a semiconductor laser (element) as a laser light source. Further, it is more preferable that the laser device 112 outputs the second laser light having a wavelength of 400 [nm] or more and 500 [nm] or less, which has a higher absorption rate.
  • FIG. 4 shows an example of the spot S of the laser beam L formed on the surface Wa.
  • the spot S of the laser beam L has a spot S1 of the first laser beam L1 and a spot S2 of the second laser beam L2.
  • Spots S, S1, and S2 are instantaneous irradiation regions of laser light.
  • d, d1 and d2 indicate the diameters of spots S, S1 and S2.
  • the size of spot S2 (diameter d2) is larger than the size of spot S1 (diameter d1), and spot S1 is positioned within spot S2.
  • the outer edge S1a of the spot S1 is located inside the outer edge S2a of the spot S2.
  • the spot S of the laser light L is scanned on the surface Wa in the scanning direction SD
  • at least a partial area A2f of the spot S2 is located ahead of the spot S1 in the scanning direction SD. is preferred.
  • the spot S (laser beam L) is scanned, the area (spot S1) irradiated with the first laser beam L1 can be heated in advance by the second laser beam L2. Also in this case, it becomes easier to form a deeper molten pool with less energy than when the first laser beam L1 is irradiated alone.
  • the molten pool can be further stabilized, the occurrence of spatters and voids is suppressed, and the metal foil 12 is less likely to stretch or break. effect is obtained.
  • the two centers may be shifted from each other.
  • the spot S1 may partially extend behind the spot S2 in the scanning direction SD.
  • the diameters of the spots S1 and S2 on the surface Wa can be defined as the diameter of the region of intensity equal to or greater than 1/ e2 of the peak intensity.
  • the length in the direction (width direction) perpendicular to the scanning direction SD and perpendicular to the Z direction of the region where the intensity is 1/e 2 or more of the peak intensity is the diameter or width of the spot. can be defined.
  • the welded portion 14 When the laser beam L is scanned on the surface Wa in the scanning direction SD, the welded portion 14 has the cross-sectional shape shown in FIG. 1 and extends in the scanning direction SD.
  • FIG. 5 is a flow chart showing an example of a procedure of laser welding the workpiece W by the laser processing apparatus 100.
  • the object W to be processed in which the metal member 11 and the plurality of metal foils 12 are integrally held, is brought into a state where the surface Wa thereof can be irradiated with the laser beam L (not shown). (S11).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the workpiece W on which the first welded portion 14F is formed in S12. As shown in FIG. 6 , the first welded portion 14 ⁇ /b>F formed at S ⁇ b>12 extends from the front surface Wa in the negative Z direction, penetrates the laminate 16 , and reaches the metal member 11 .
  • a dashed-dotted line CL in the drawing indicates a center line passing through the center C of the spot S of the laser beam L and extending in the Z direction.
  • the scanning direction SD is the X direction and the width direction with respect to scanning is the Y direction, but the scanning direction SD is not limited to the X direction.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the workpiece W (metal joined body 10) on which the welded portion 14 is formed in S13.
  • the welded portion 14 formed in S13 expands the Y-direction width of the first welded portion 14F formed in S12 at least in the vicinity of the Z-direction end (surface Wa). It will look like this.
  • the laser beam L is applied to the workpiece W at least twice in S12 and S13.
  • S12 is an example of the first step
  • S13 is an example of the second step.
  • FIG. 8 is an enlarged view of section VIII in FIG.
  • the laser beam L including the first laser beam L1 with the long wavelength and the second laser beam L2 with the short wavelength is irradiated in S12 as described above, as shown in FIG.
  • the metal foil 12 is cut at the portion in contact with the first welded portion 14F to form a gap G, or the metal foil 12 is extended at the portion in contact with the first welded portion 14F. In some cases, an excessively thin thin portion 12n may be formed.
  • the thin portion 12n is also called a neck portion or a constricted portion.
  • the diameter d of the spot S (the diameter d2 of the spot S2) is the width wp1 of the first welded portion 14F when the laser beam L is scanned in S12, or the width wp1 when the laser beam L is irradiated at a fixed point in S12.
  • the diameter dp1 is larger than the diameter dp1 of the first welded portion 14F so that the region A2 includes adjacent portions Aa on both sides of the first welded portion 14F.
  • the adjacent portion Aa is, for example, a belt-like or ring-shaped region extending substantially around the boundary B or the gap G on the surface Wa.
  • Boundary B is an example of a connecting portion.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the IX section in FIG.
  • the irradiation of the laser beam L under the predetermined conditions in S13 forms the welded portion 14 having a shape in which the width in the Y direction of the first welded portion 14F is expanded.
  • the gap G and the excessively thin thin portion 12n as formed in FIG. 8 can be suppressed. That is, by S13, the first welded portion 14F and the metal foil 12 can be joined in a better state.
  • S13 can be said to be a step of repairing or improving the bonding state in S12.
  • the inventors have found that the gap G and the excessively thin portion 12n are suppressed by irradiating the laser beam L under predetermined conditions in S12 and S13 as described above. It has been found that a metal bonded body 10 can be formed.
  • the first welded portion 14F and the welded portion 14 were formed by scanning the spot S of the laser beam L on the surface Wa. By scanning, the first welded portion 14F and the welded portion 14 over a wider range can be formed in a shorter time.
  • the spot S of the laser light L was scanned on the same line (scanning section) on the surface Wa in both S12 and S13.
  • the diameter d1 of the spot S1 of the first laser beam L1 is set to 20 to 40 [ ⁇ m]
  • the diameter d2 of the spot S2 of the second laser beam L2 is set to 300 to 350 [ ⁇ m].
  • the power of the first laser beam L1 400 to 500 [W]
  • the power of the second laser beam L2 100 to 200 [W]
  • S13 The power of the first laser beam L1: 100 to 200 [W]
  • the power of the second laser beam L2 100 to 200 [W]
  • the scanning speed 0.1 to 0.2 [m/sec].
  • the amount of energy (total amount) given to the workpiece W by the irradiation of the laser beam L in S13 is made larger than the amount of energy (total amount) given to the workpiece W by the irradiation of the laser beam L in S12.
  • the welded portion 14 having a wider width, ie, a larger volume, than the first welded portion 14F formed in S12 can be formed.
  • the laser beam L including the first laser beam L1 and the second laser beam L2 is irradiated.
  • the first welded portion 14F can be formed more efficiently in S12 while suppressing breakage and elongation of the metal foil 12 as much as possible.
  • the laser light L includes at least the second laser light L2.
  • the inventors after repeated research, found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that (6) In S13, it has been found that the laser light L preferably includes the first pulsed laser light L1.
  • FIG. 10 is a timing chart showing changes over time in the power of the laser light L in S13.
  • the solid line indicates the power of the first laser beam L1
  • the dashed line indicates the power of the second laser beam L2.
  • the first laser beam L1 was output at a high power P1H for a first time T1 and at a low power P1L lower than the high power P1H for a second time T2. and are alternately repeated to irradiate the object W in a pulsed manner.
  • the second laser beam L2 is a laser beam that continuously irradiates the workpiece W with a constant power P2.
  • the first time T1 and the second time T2 are set to be the same time, and the power P2 is higher than the low power P1L and lower than the high power P1H.
  • the high power P1H is an example of first power
  • the low power P1L is an example of second power.
  • FIG. 11 shows the irradiation area on the surface Wa of the laser light L whose power changes with time as shown in FIG.
  • the solid lines indicate the irradiation regions A12 and A14 by the first laser beam L1 of the high power P1H
  • the dotted lines indicate the irradiation regions A11, A13 and A15 by the first laser beam L1 of the low power P1L
  • the dashed lines an irradiation area A2 by the second laser beam L2.
  • the trajectory PT of the center C (see FIG. 4) of the spot S of the laser beam L is indicated by a dashed line. showing the position.
  • the irradiation areas A12 and A14 of the first laser beam L1 at the high power P1H are: It is preferred that they abut or partially overlap each other. It has been found that if the irradiation areas A12 and A14 are separated from each other on the surface Wa, the welded portion 14 may vary depending on the location (unevenness), and there may be a section where it is difficult to suppress the gap G or the excessively thin thin portion 12n. Note that the low power P1L may be 0 in some cases. In other words, the first laser beam L1 may not be emitted during the second time T2.
  • the second laser beam L2 may be irradiated in a pulsed manner in the same manner as the first laser beam L1, but as shown in FIG. , a more suitable welded portion 14 could be formed, and the gap G and the excessively thin thin portion 12n could be suppressed more reliably.
  • the boundary between the first welded portion 14F and the metal foil 12 is formed in S13 (second step).
  • a laser beam L is applied to a region A2 including B (connection portion) or an adjacent portion Aa to the gap G between the first welded portion 14F and the metal foil 12 to form the welded portion 14 .
  • the gap G and the excessively thin portion 12n can be formed by only one step of irradiating the laser beam L, even if the conditions are changed variously.
  • the laminate 16 and the metal member 11 are joined together by the first welding portion 14F while allowing a certain amount of the gap G and the thin portion 12n.
  • a suitable metal bonded body 10 can be obtained more easily and more reliably.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the workpiece W after S12 is performed.
  • the first welded portion 14F is formed by S12.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the object W to be processed in which the second welded portion 14R1 (14R) is formed by irradiating the object W to be processed in S13 with the laser beam L in S13.
  • the second welded portion 14R is formed near the boundary B (connection portion) between the first welded portion 14F and the plurality of metal foils 12 .
  • the second welded portion 14R is a portion where the first welded portion 14F and a portion of the metal foil 12 are melted in the vicinity of the boundary B by the irradiation of the laser beam L, cooled and solidified, that is, a welded portion.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the workpiece W in which the second welded portion 14R2 (14R) is formed by further irradiating the workpiece W in which the second welded portion 14R1 (14R) is formed with the laser light L in S13. is.
  • the second welded portion 14R2 is formed at the boundary B between the first welded portion 14F and the metal foil 12 on the surface Wa again after the second welded portion 14R1 shown in FIG. 14 is formed.
  • the laser beam L is irradiated toward the vicinity, and the first welded portion 14F, the second welded portion 14R1, and a part of the metal foil 12 are melted, cooled, and solidified.
  • the second welded portion 14R1 and the second welded portion 14R2 are positioned in the Y direction, in other words, the direction intersecting the Z direction, the direction along the surface Wa, or are different in the direction intersecting the stacking direction of the metal foil 12, and the position in the Z direction, in other words, the position in the stacking direction of the metal foil 12 is also different.
  • the position of the second welded portion 14R in the direction along the surface Wa can be changed by changing the irradiation position of the spot of the laser light L on the surface Wa.
  • the laser beam L travels in the negative direction of the Z direction while its energy is absorbed by the metal foil 12. Therefore, as shown in FIG. It has a tapered shape.
  • the boundary B between the first welded portion 14F and the plurality of metal foils 12 moves away from the surface Wa to the center of the width direction (Y direction) of the first welded portion 14F (in this case, the center line CL).
  • the plurality of second welded portions 14R melted and solidified in the vicinity of the boundary B are located closer to the center in the width direction of the first welded portion 14F as they are further away from the surface Wa.
  • the center in the width direction of the second welded portion 14R1 formed in the vicinity of the portion of the boundary B farther from the surface Wa is the second welding portion 14R1 formed in the vicinity of the portion of the boundary B closer to the surface Wa. It is located closer to the widthwise center (center line CL) of the first welded portion 14F than the widthwise center of the welded portion 14R2.
  • the position of the second welded portion 14R in the stacking direction of the metal foil 12, in other words, the position in the irradiation direction of the laser light L can be changed by changing the power of the laser light L.
  • the higher the power the farther the second welded portion 14R can be formed from the surface Wa, in other words, in a deeper position, in other words, further forward in the irradiation direction.
  • the lower the power the closer the second welded portion 14R can be formed from the surface Wa, in other words, in a shallower position, or in other words, further back in the irradiation direction.
  • the negative end in the Z direction as the bottom of the second welded portion 14R1 is the negative end in the Z direction as the bottom of the second welded portion 14R2. It is positioned further away from the surface Wa.
  • the second welded portion 14R2 is located behind the second welded portion 14R1 in the irradiation direction of the laser light L.
  • the irradiation of the laser beam L to form the second welded portion 14R1 in S13 is an example of the first irradiation, and then the irradiation of the laser beam L to form the second welded portion 14R2 in S13. is an example of third irradiation and fourth irradiation.
  • the second welded portion 14R2 is irradiated with the laser beam L toward the vicinity of the boundary between the second welded portion 14R1 and the metal foil 12 on the surface Wa, and the second welded portion 14R1 and the metal foil 12 are partly melted. It may be formed by cooling and solidifying.
  • the irradiation of the laser beam L for forming the second welded portion 14R2 in S13 is an example of the second irradiation.
  • the second welded portion 14R2 is formed in S13.
  • Irradiation with the laser light L may be an example of the third irradiation and the fourth irradiation, and may also be an example of the second irradiation.
  • the second welded portions 14R1 and 14R2 are formed at four locations by the four irradiations of the laser beam L in S13, but the present invention is not limited to this, and the second welded portion 14R is formed.
  • the number that is, the number of times of irradiation with the laser light L in S13
  • the specifications such as the position, width, depth, and length can be set variously.
  • two stages of the second welded parts 14R1 and 14R2 having different positions in the stacking direction (irradiation direction) of the metal foil 12 are formed.
  • a welded portion 14R may be formed.
  • the second welded portion 14R2 positioned behind the second welded portion 14R1 in the irradiation direction is formed after the second welded portion 14R1, but the plurality of second welded portions 14R are formed.
  • the order of welding is not limited to this, and can be set in various ways, such as forming the second welded portion 14R1 after the second welded portion 14R2, for example.
  • the laser beam L may be irradiated in a direction inclined with respect to the irradiation direction of the laser beam in S12, that is, the minus direction of the Z direction.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the workpiece W on which the second welded portion 14R1 (14R) is formed in this case.
  • the boundary B is often inclined so as to approach the widthwise center (the center line CL) of the first welded portion 14F as it moves away from the surface Wa. Therefore, by irradiating the laser beam L at an angle inclined with respect to the negative direction of the Z direction along the inclination of the boundary B, the second welded portion 14R is formed along the boundary B more efficiently. Sometimes we can.
  • the second welded portion 14R other than the second welded portion 14R1, such as the second welded portion 14R2 also emits laser light in a direction inclined with respect to the negative direction of the Z direction along the boundary B. It may be formed by irradiation of L.
  • the irradiation direction of the laser beam L can be changed or set by, for example, controlling or setting the angles of the mirrors 126a and 126b of the galvano scanner 126, controlling or setting the inclination angle of the optical head 120 with respect to the support base, or the like.
  • the optical head may be configured to be relatively movable with respect to the stage holding the object to be processed.
  • the optical head may or may not have a galvanometer scanner.
  • the metal foil may have a thin layer of other material such as a plated layer on the surface.
  • the present invention can also be applied to the case of irradiating the surface with the laser beam at a fixed point.
  • the laser light may be fixed point irradiation to a plurality of locations on the surface.
  • the metal member 11 and the laminate 16 do not overlap in the lamination direction (Z direction) of the plurality of metal foils 12, but intersect the lamination direction. It is also applicable to workpieces W arranged in the direction (Y direction).
  • a first welded portion 14 ⁇ /b>F and a welded portion 14 that join the metallic member 11 and the laminated body 16 are formed at the boundary between the metallic member 11 and the laminated body 16 to form the metal joined body 10 .
  • a laser welding method for welding a metal member and a metal foil laminate by irradiating a laser beam A first step of forming a first weld portion by welding the metal foil contained in the laminate and the metal member by irradiating the laser beam; A region including a portion adjacent to the connection portion between the first welded portion and the metal foil or a region including a portion adjacent to the gap between the first welded portion and the metal foil is irradiated with the laser beam.
  • two steps and A laser welding method comprising: [2] The laser welding method according to [1], wherein in the second step, the first welded portion and the metal foil spaced apart from the first welded portion are joined.
  • the laser beam of a spot wider than the width or diameter of the first welded portion is applied to a region including the first welded portion and the adjacent portions on both sides of the first welded portion.
  • the laser beam includes the first laser beam.
  • any one of [1] to [4], wherein the laser light includes a first laser light and a second laser light having a shorter wavelength than the first laser light.
  • the described laser welding method [8]
  • the wavelength of the first laser light is 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less
  • the laser welding method according to any one of [4] to [7], wherein the second laser beam has a wavelength of 550 [nm] or less.
  • the laser welding method according to [8], wherein the second laser beam has a wavelength of 400 [nm] or more and 500 [nm] or less.
  • the laser light includes pulsed laser light.
  • the pulsed laser light is irradiated at a first power for a first time, and the pulsed laser light is irradiated at a second power lower than the first power. a second time with or without irradiation; [ 15].
  • the laser beam includes a continuously irradiated laser beam.
  • the laser welding method according to any one of [1] to [17], wherein the power of the laser beam in the second step is lower than the power of the laser beam in the first step.
  • the energy amount of the laser beam irradiated in the second step is larger than the energy amount of the laser beam irradiated in the first step, according to any one of [1] to [18].
  • laser welding method [20]
  • the laser light includes a first laser light and a second laser light having a shorter wavelength than the first laser light,
  • the laser welding method according to any one of [17] to [19], wherein in the second step, at least the first laser beam is irradiated in a pulsed manner.
  • the laser welding method according to any one of [1] to [20], wherein in the second step, the irradiation of the laser light includes multiple irradiations for melting and solidifying different parts respectively.
  • the irradiation of the plurality of times is performed by first irradiation and an adjacent portion to the gap between the first weld formed by the first irradiation and the metal foil, or the first weld formed by the first irradiation.
  • the laser welding method according to [21] comprising a second irradiation for melting and solidifying the connecting portion between the welded portion and the metal foil.
  • any one of [1] to [22], wherein the irradiation with the laser light includes multiple irradiations for melting and solidifying portions of the metal foil at different positions in the stacking direction.
  • the laser welding method described in 1. [24] The multiple times of irradiation includes a first irradiation and a third irradiation that melts and solidifies a portion behind the portion solidified by the first irradiation in the irradiation direction of the laser beam, [23] The laser welding method described in .
  • the present invention can be used for laser welding methods.

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Abstract

レーザ溶接方法は、例えば、レーザ光の照射により、積層体に含まれる金属箔と金属部材とを溶接した第一溶接部を形成する第一工程と、第一溶接部と金属箔との接続部分に対する隣接部分を含む領域、または第一溶接部と金属箔との間の隙間に対する隣接部分を含む領域に、レーザ光を照射する第二工程と、を備える。第二工程では、第一溶接部と当該第一溶接部に対して隙間をあけて離隔した金属箔とを接合してもよいし、第一溶接部の幅または直径より広いスポットのレーザ光を、第一溶接部と当該第一溶接部を間に挟んだ両側の隣接部分とを含む領域に照射してもよい。

Description

レーザ溶接方法
　本発明は、レーザ溶接方法に関する。
　従来、例えば、金属部材と複数の金属箔とがレーザ溶接によって接合された部位を備えた蓄電装置が、知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０２０－４６４３号公報
　金属部材と複数の金属箔とを接合するレーザ溶接においては、金属箔が薄く、レーザ光の照射によって延びたり切れたりしやすいため、レーザ溶接の条件の設定が難しい場合がある。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、金属部材と複数の金属箔とをレーザ溶接によって接合する場合に、金属箔が延びたり切れたりした部位が生成され難くなるような、新規な改善されたレーザ溶接方法を得ること、である。
　本発明のレーザ溶接方法は、例えば、レーザ光の照射により、金属部材と、金属箔の積層体と、を溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザ光の照射により、前記積層体に含まれる金属箔と前記金属部材とを溶接した第一溶接部を形成する第一工程と、前記第一溶接部と前記金属箔との接続部分に対する隣接部分を含む領域、または前記第一溶接部と前記金属箔との間の隙間に対する隣接部分を含む領域に、前記レーザ光を照射する第二工程と、を備える。
　本発明によれば、例えば、金属部材と複数の金属箔とをレーザ溶接によって接合する場合に、金属箔が延びたり切れたりした部位が生成され難くなるような、新規な改善されたレーザ溶接方法を得ることができる。
図１は、実施形態のレーザ加工装置の例示的な概略構成図である。 図２は、実施形態のレーザ加工装置の加工対象としての金属接合体を含む電池の例示的かつ模式的な断面図である。 図３は、照射するレーザ光の波長に対する金属の光の吸収率を示すグラフである。 図４は、実施形態のレーザ加工装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のスポットを示す例示的かつ模式的な平面図である。 図５は、実施形態のレーザ溶接方法の手順を示す例示的なフローチャートである。 図６は、第１実施形態のレーザ溶接方法の第一工程が終了した段階における加工対象の例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、第１実施形態のレーザ溶接方法によって溶接された金属接合体の例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、図６のVIII部の拡大図である。 図９は、図７のIX部の拡大図である。 図１０は、第１実施形態のレーザ溶接方法の第二工程において照射されるレーザ光のパワーの経時変化の一例を示すタイミングチャートである。 図１１は、第１実施形態のレーザ溶接方法の第二工程において加工対象の表面上に形成されるレーザ光の照射領域を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１２は、第１実施形態のレーザ溶接方法によって溶接された金属接合体の図７とは別の例の模式的な断面図である。 図１３は、第２実施形態のレーザ溶接方法の第一工程が終了した段階における加工対象の例示的かつ模式的な断面図である。 図１４は、第２実施形態のレーザ溶接方法の第二行程の途中の段階における加工対象の例示的かつ模式的な断面図である。 図１５は、第２実施形態のレーザ溶接方法の第二行程が終了した段階における加工対象の例示的かつ模式的な断面図である。 図１６は、第２実施形態のレーザ光の照射方向を変更した変形例のレーザ溶接方法の第三工程の途中の段階における加工対象の例示的かつ模式的な断面図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、当該構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、加工対象Ｗの表面Ｗａの法線方向であり、金属部材１１および金属箔１２の厚さ方向であり、複数の金属箔１２の積層方向である。
　また、本明細書において、序数は、工程や、部位、レーザ光、時間等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を限定するものではない。
［第１実施形態］
［レーザ加工装置の構成］
　図１は、実施形態のレーザ加工装置１００の概略構成図である。図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ装置１１１と、レーザ装置１１２と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３１，１３２と、を備えている。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌの照射により加工対象Ｗをレーザ溶接することができる。レーザ加工装置１００は、レーザ溶接装置とも称される。
　レーザ装置１１１，１１２は、それぞれ、レーザ発振器を有しており、例えば、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置１１１，１１２は、それぞれ、４００［ｎｍ］以上１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１１，１１２は、内部に、例えば、ファイバレーザや、半導体レーザ（素子）、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザのような、レーザ光源を有している。また、レーザ装置１１１，１１２は、複数の光源の出力の合計として、数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。レーザ装置１１１は、第一レーザ光を出力し、レーザ装置１１２は、第二レーザ光を出力する。
　光ファイバ１３１，１３２は、レーザ装置１１１，１１２と光学ヘッド１２０とを光学的に接続している。言い換えると、光ファイバ１３１，１３２は、それぞれ、レーザ装置１１１，１１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。
　光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに照射する光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、ガルバノスキャナ１２６と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、フィルタ１２４、およびガルバノスキャナ１２６は、光学部品とも称される。
　コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）は、それぞれ、光ファイバ１３１，１３２を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。
　ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１－１で平行光となった第一レーザ光を反射し、ガルバノスキャナ１２６へ向かわせる。
　フィルタ１２４は、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。ミラー１２３からの第一レーザ光は、フィルタ１２４を透過し、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。他方、コリメートレンズ１２１－２からの第二レーザ光は、フィルタ１２４で反射され、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。
　ガルバノスキャナ１２６は、複数のミラー１２６ａ，１２６ｂを有している。複数のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を変更することで、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出力方向を切り替え、これにより、加工対象Ｗの表面Ｗａ上でレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えば制御装置によって制御されたモータ（いずれも不図示）によって変更される。光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの出力方向を変更することにより、加工対象Ｗの表面Ｗａ上で、レーザ光Ｌを走査することができる。
　集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６によって照射された平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗへ照射する。光学ヘッド１２０から出力されるレーザ光Ｌには、第一レーザ光と第二レーザ光とが含まれる。
　加工対象Ｗは、金属部材１１と、当該金属部材１１上に載せられた金属箔１２の積層体１６と、を有している。金属部材１１は、例えば、溶接される部位およびその周辺部分においてはＺ方向と交差して広がった板状部材である。また、積層体１６は、溶接される部位およびその周辺部分においてはＺ方向と交差した配置でＺ方向に積層された複数の金属箔１２を有している。
　金属部材１１と積層体１６とは、Ｚ方向に重ねられている。積層体１６は、金属部材１１のＺ方向の端部に位置する面１１ａ上に、重ねられている。また、積層体１６のＺ方向の端部に位置する面は、加工対象Ｗの表面Ｗａであり、金属部材１１のＺ方向の反対方向の端部に位置する面は、加工対象Ｗの裏面Ｗｂである。光学ヘッド１２０からレーザ光Ｌは、Ｚ方向のマイナス方向に略沿って出力され、表面Ｗａ上に照射される。ガルバノスキャナ１２６の作動により、レーザ光Ｌのスポットは、表面Ｗａ上で走査される。
　レーザ光Ｌの照射により、表面Ｗａから積層体１６を貫通して金属部材１１に至る溶接部１４が形成され、当該溶接部１４を介して金属部材１１と積層体１６とが接合された金属接合体１０が形成される。言い換えると、金属接合体１０は、金属部材１１と、積層体１６と、溶接部１４と、を有している。溶接部１４は、溶接金属とも称される。
　また、金属部材１１、複数の金属箔１２、および溶接部１４は、いずれも導体である。溶接部１４は、金属部材１１と複数の金属箔１２とを、電気的に接続している。金属部材１１および金属箔１２は、例えば、純アルミニウムや、アルミニウム合金のようなアルミニウム系金属で作られる。ただし、金属部材１１および金属箔１２は、無酸素銅や銅合金のような銅系金属など、アルミニウム系金属とは別の材料で作られてもよい。
　図２は、金属接合体１０を有した電気製品としての電池１の断面図である。電池１は、金属接合体１０の一つの適用例である。この場合、金属接合体１０は、導体としての電気部品の一例であり、電気製品に含まれる電気部品の一例である。電気部品は、電気製品の構成部品とも称されうる。
　図２に示される電池１は、例えば、ラミネート型のリチウムイオン電池セルである。電池１は、フィルム状の二つの外装材２０を有している。二つの外装材２０の間には収容室２０ａが形成されている。収容室２０ａ内には、複数の扁平な正極材１３ｐ、複数の扁平な負極材１３ｍ、および複数の扁平なセパレータ１５が、収容されている。収容室２０ａ内では、正極材１３ｐと負極材１３ｍとが、セパレータ１５が間に介在した状態で、交互に積層されている。複数の正極材１３ｐおよび複数の負極材１３ｍからは、それぞれ金属箔１２が延びている。図２の例では、正極材１３ｐのそれぞれから延びた複数の金属箔１２は、電池１のＹ方向の端部において金属部材１１ｐ（１１）上に重ねられ、当該端部において金属部材１１ｐ（１１）と複数の金属箔１２とが溶接された金属接合体１０が設けられている。正極側では、金属部材１１ｐの一部のみが外装材２０の外に露出し、金属部材１１ｐの他の一部、複数の金属箔１２、および溶接部１４は、外装材２０の外には露出していない。金属部材１１ｐは、電池１の正極端子を構成している。他方、負極材１３ｍのそれぞれから延びた複数の金属箔１２は、電池１のＹ方向の反対方向の端部において金属部材１１ｍ（１１）上に重ねられ、当該端部において金属部材１１ｍ（１１）と複数の金属箔１２とが溶接された金属接合体１０が設けられている。負極側でも、金属部材１１ｍの一部のみが外装材２０の外に露出し、金属部材１１ｍの他の一部、複数の金属箔１２、および溶接部１４は、外装材２０の外には露出していない。金属部材１１ｍは、電池１の負極端子を構成している。
［波長と光の吸収率］
　ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図３は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図３のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図３には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
　材料によって特性が異なるものの、図３に示されている各金属に関しては、赤外線（ＩＲ）のレーザ光を用いるよりも、より波長の短い青や緑のレーザ光を用いた方が、光エネルギの吸収率がより高いことが理解できる。
　加工対象Ｗに対して、比較的吸収率の低い、比較的波長の長いレーザ光が照射された場合、当該加工対象Ｗにおいて光エネルギが反射されるため、加工対象Ｗに熱としての影響を及ぼし難くなる。そのため、十分な深さの溶融領域を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。しかし、高いパワーのレーザ光の照射は、溶融池の不安定化を招き、スパッタやボイドの要因となる虞がある。また、加工対象Ｗが金属箔１２を含む場合、当該金属箔１２は薄いため、より延びたり切れたりしやすくなる虞がある。
　他方、加工対象Ｗに対して、比較的吸収率の高い、比較的波長の短いレーザ光が照射された場合、投入される光エネルギの多くが加工対象Ｗに吸収され、熱エネルギが得られやすい。すなわち、キーホールの形成を伴わず、熱伝導型の溶融となり、溶融池は安定化しやすい。
　そこで、本実施形態では、光学ヘッド１２０から波長の異なる二つのレーザ光（第一レーザ光および第二レーザ光）を含むレーザ光Ｌを出力し、当該レーザ光Ｌを加工対象Ｗの表面Ｗａに照射することにより、金属部材１１と積層体１６とを溶接する。
　レーザ装置１１１（図１参照）は、第二レーザ光よりも波長が長い第一レーザ光として、例えば、８００［ｎｍ］以上１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１１は、レーザ光源として、例えば、ファイバレーザや半導体レーザ（素子）等を有する。
　また、レーザ装置１１２は、第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光として、例えば、５５０［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１２は、レーザ光源として、例えば、半導体レーザ（素子）を有する。また、レーザ装置１１２は、吸収率がより高い４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光を出力するのがより好ましい。
　図４は、表面Ｗａ上に形成されるレーザ光ＬのスポットＳの一例を示す。図４に示されるように、レーザ光ＬのスポットＳは、第一レーザ光Ｌ１によるスポットＳ１と、第二レーザ光Ｌ２によるスポットＳ２と、を有している。スポットＳ，Ｓ１，Ｓ２は、レーザ光の瞬間的な照射領域である。ｄ，ｄ１，ｄ２は、スポットＳ，Ｓ１，Ｓ２の直径を示す。本実施形態では、図４に示されるように、スポットＳ２の大きさ（直径ｄ２）は、スポットＳ１の大きさ（直径ｄ１）よりも大きく、また、スポットＳ１は、スポットＳ２内に位置している。言い換えると、スポットＳ１の外縁Ｓ１ａは、スポットＳ２の外縁Ｓ２ａの内側に位置している。このようなスポットＳ１，Ｓ２の設定により、第二レーザ光Ｌ２の照射によって生じた熱エネルギを、第一レーザ光Ｌ１の照射領域に対してその周囲から与えることができるため、第一レーザ光Ｌ１を単独で照射する場合に比べて、より少ないエネルギでより深い溶融池を形成しやすくなる。また、溶融池の経時的な温度変化を緩和することができるため、溶融池をより安定化させることができ、スパッタやボイドの発生を抑制したり、金属箔１２が延びたり切れたりし難くなるという効果が得られる。
　また、レーザ光ＬのスポットＳが表面Ｗａ上で走査方向ＳＤに走査される場合には、スポットＳ２の少なくとも一部の領域Ａ２ｆが、スポットＳ１に対して走査方向ＳＤの前方に位置しているのが好ましい。これにより、スポットＳ（レーザ光Ｌ）が走査される場合において、第一レーザ光Ｌ１が照射される領域（スポットＳ１）を、第二レーザ光Ｌ２によって予め加熱しておくことができる。この場合も、第一レーザ光Ｌ１を単独で照射する場合に比べて、より少ないエネルギでより深い溶融池を形成しやすくなる。また、溶融池の経時的な温度変化を緩和することができるため、溶融池をより安定化させることができ、スパッタやボイドの発生を抑制したり、金属箔１２が延びたり切れたりし難くなるという効果が得られる。
　なお、図４の例では、スポットＳ１の中心ＣとスポットＳ２の中心Ｃとは重なっているが、当該二つの中心は、互いにずれていてもよい。例えば、スポットＳ１は、スポットＳ２から、走査方向ＳＤの後方に部分的にはみ出してもよい。また、表面ＷａにおけるスポットＳ１，Ｓ２の直径は、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の直径として定義することができる。円形でないスポットの場合は、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の、走査方向ＳＤと直交しかつＺ方向と直交した方向（幅方向）における長さを、スポットの直径あるいは幅と定義することができる。
　レーザ光Ｌが表面Ｗａ上で走査方向ＳＤに走査された場合、溶接部１４は、図１の断面形状で、走査方向ＳＤに延びることになる。
［レーザ溶接方法］
　図５は、レーザ加工装置１００による加工対象Ｗのレーザ溶接の手順の一例を示すフローチャートである。まずは、不図示の治具等を用いて、金属部材１１と複数の金属箔１２とが一体的に保持された加工対象Ｗが、その表面Ｗａにレーザ光Ｌを照射可能な状態に、不図示の支持部材にセットされる（Ｓ１１）。
　次に、レーザ光Ｌの照射により、加工対象Ｗの表面Ｗａにレーザ光Ｌが照射され、当該レーザ光Ｌの照射によって形成された溶融池が冷却され固化することにより、積層体１６に含まれる金属箔１２と金属部材１１とを接合した第一溶接部１４Ｆが形成される（Ｓ１２）。図６は、Ｓ１２において第一溶接部１４Ｆが形成された加工対象Ｗの断面図である。図６に示されるように、Ｓ１２で形成される第一溶接部１４Ｆは、表面ＷａからＺ方向のマイナス方向に延び、積層体１６を貫通し、金属部材１１に至っている。なお、図中の一点鎖線ＣＬは、レーザ光ＬのスポットＳの中心Ｃを通りＺ方向に沿う中心線を示している。また、図６の例では、走査方向ＳＤはＸ方向であり、かつ走査に対する幅方向はＹ方向であるが、走査方向ＳＤは、Ｘ方向には限定されない。
　次に、加工対象Ｗの表面Ｗａのうち、第一溶接部１４Ｆおよびその周辺にレーザ光Ｌが照射され、当該レーザ光Ｌの照射によって形成された溶融池が冷却され固化することにより溶接部１４が形成される（Ｓ１３）。Ｓ１３により、金属部材１１と積層体１６とが接合された金属接合体１０が形成され、金属部材１１と積層体１６とのレーザ溶接が完了する。図７は、Ｓ１３において溶接部１４が形成された加工対象Ｗ（金属接合体１０）の断面図である。図７に示されるように、Ｓ１３において形成される溶接部１４は、Ｓ１２において形成された第一溶接部１４ＦのＹ方向における幅を、少なくともＺ方向の端部（表面Ｗａ）の近傍において拡張したような形態となる。
　このように、本実施形態では、Ｓ１２およびＳ１３において、少なくとも２度にわたり、加工対象Ｗにレーザ光Ｌが照射される。Ｓ１２は、第一工程の一例であり、Ｓ１３は、第二工程の一例である。
　図８は、図６中のVIII部の拡大図である。Ｓ１２において上述したように波長の長い第一レーザ光Ｌ１と波長の短い第二レーザ光Ｌ２とを含むレーザ光Ｌが照射された場合にあっても、図８に示されるように、特にレーザ光Ｌが照射される表面Ｗａに近い位置では、第一溶接部１４Ｆと接した部分で金属箔１２が切れて隙間Ｇが形成されたり、第一溶接部１４Ｆと接した部分で金属箔１２が延びて過度に薄い薄肉部１２ｎが形成されたりする場合がある。これは、第一溶接部１４Ｆが溶融状態から冷却されて固化する際に体積が縮小し、金属箔１２が第一溶接部１４Ｆから図８におけるＹ方向に引っ張られることによるものであると考えられる。このような金属箔１２の切れや延びは、金属接合体１０の強度不足のみならず、金属箔１２を導体として用いる場合には、絶縁や、導通不良、電気抵抗の増大等を招くため、回避すべきである。なお、薄肉部１２ｎは、ネック部やくびれ部とも称される。
　そこで、発明者らは鋭意研究を重ねたところ、Ｓ１３において、図８に示されるように、表面Ｗａ上の、第一溶接部１４Ｆと金属箔１２との間の境界Ｂまたは隙間Ｇに対する隣接部分Ａａを含む領域Ａ２に、少なくとも第二レーザ光Ｌ２を含むレーザ光Ｌを、所定の条件で照射することにより、隙間Ｇおよび過度に薄い薄肉部１２ｎを抑制できることを見出した。この場合、スポットＳの直径ｄ（スポットＳ２の直径ｄ２）を、Ｓ１２においてレーザ光Ｌが走査された場合の第一溶接部１４Ｆの幅ｗｐ１、またはＳ１２においてレーザ光Ｌが定点照射された場合の第一溶接部１４Ｆの直径ｄｐ１よりも大きくし、領域Ａ２が、第一溶接部１４Ｆを挟んだ両側において隣接部分Ａａを含むようにするのが好ましい。なお、隣接部分Ａａは、例えば、表面Ｗａ上で、境界Ｂまたは隙間Ｇを略中心として延びた帯状または環状の領域となる。境界Ｂは、接続部分の一例である。
　図９は、図７中のIX部の拡大図である。図９に示されるように、Ｓ１３での所定の条件でのレーザ光Ｌの照射により、第一溶接部１４ＦのＹ方向における幅を拡張したような形態の溶接部１４が形成され、これにより、図８において形成されていたような隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎを抑制することができる。すなわち、Ｓ１３により、第一溶接部１４Ｆと金属箔１２とをより良好な状態で接合することができる。Ｓ１３は、Ｓ１２における接合状態を修復あるいは改善する工程であると言うことができる。
［レーザ溶接の条件］
　発明者らは、実験的な研究に基づいて、上述したようなＳ１２およびＳ１３において、所定の条件でレーザ光Ｌの照射を行うことにより、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎが抑制された好適な金属接合体１０を形成できることを見出した。なお、実験では、Ｓ１２およびＳ１３の双方において、表面Ｗａ上でレーザ光ＬのスポットＳを走査することにより、第一溶接部１４Ｆおよび溶接部１４を形成した。走査することにより、より短時間でより広い範囲に渡る第一溶接部１４Ｆおよび溶接部１４を形成することができる。また、実験では、Ｓ１２およびＳ１３の双方において、レーザ光ＬのスポットＳは、表面Ｗａ上の同じ線（走査区間）上で走査された。
　実験は、金属部材１１および２０枚の金属箔１２が、ともにアルミニウム系金属で作られた場合について行った。また、Ｓ１２およびＳ１３の双方において、第一レーザ光Ｌ１のスポットＳ１の直径ｄ１：２０～４０［μｍ］、第二レーザ光Ｌ２のスポットＳ２の直径ｄ２：３００～３５０［μｍ］とした。そして、Ｓ１２では、第一レーザ光Ｌ１のパワー：４００～５００［Ｗ］、第二レーザ光Ｌ２のパワー：１００～２００［Ｗ］、走査速度：１［ｍ／ｓｅｃ］、とし、Ｓ１３では、第一レーザ光Ｌ１のパワー：１００～２００［Ｗ］、第二レーザ光Ｌ２のパワー：１００～２００［Ｗ］、走査速度：０．１～０．２［ｍ／ｓｅｃ］、とした。
　実験的な研究により、以下の（１）～（８）のような条件でレーザ光Ｌの照射を行うのが好ましいことが判明した。
　（１）Ｓ１３での走査速度を、Ｓ１２での走査速度よりも遅くする。
　（２）Ｓ１３でのレーザ光Ｌのパワーを、Ｓ１２でのレーザ光Ｌのパワーよりも低くする。
　これにより、Ｓ１３において、レーザ光Ｌの照射による溶融池の温度の経時変化をより緩やかにすることができ、金属箔１２の切れや延びを抑制できるものと推定される。なお、（１）は、表面Ｗａ上の同じ照射区間あるいは照射位置に対するＳ１３でのレーザ光Ｌの照射時間が、Ｓ１２でのレーザ光Ｌの照射時間よりも長い、と言い換えることができる。また、（２）は、Ｓ１３における表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌの光密度が、Ｓ１２における表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌの光密度よりも小さい、と言い換えることができる。
　（３）Ｓ１３でレーザ光Ｌの照射によって加工対象Ｗに与えられるエネルギ量（総量）を、Ｓ１２でレーザ光Ｌの照射によって加工対象Ｗに与えられるエネルギ量（総量）よりも大きくする。
　これにより、Ｓ１３において、Ｓ１２で形成される第一溶接部１４Ｆよりも幅が広い、すなわち体積が大きい溶接部１４を形成することができる。
　（４）Ｓ１２では、第一レーザ光Ｌ１と第二レーザ光Ｌ２とを含むレーザ光Ｌを照射する。
　これにより、Ｓ１２において、金属箔１２の切れや延びを極力抑制しながら、より効率よく第一溶接部１４Ｆを形成することができるものと推定される。
　（５）Ｓ１３では、レーザ光Ｌは、少なくとも第二レーザ光Ｌ２を含む。
　これにより、Ｓ１３において、溶融池の急激な温度変化を抑制することができ、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎをより確実に抑制することができるものと推定される。
　さらに、発明者らは、研究を重ねたところ、
　（６）Ｓ１３では、レーザ光Ｌが、パルス状の第一レーザ光Ｌ１を含む
のが好ましいことが判明した。
　図１０は、Ｓ１３におけるレーザ光Ｌのパワーの経時変化を示すタイミングチャートである。図１０において、実線は、第一レーザ光Ｌ１のパワーを示し、破線は、第二レーザ光Ｌ２のパワーを示している。
　図１０に示されるように、実験では、例えば、第一レーザ光Ｌ１は、ハイパワーＰ１Ｈで出力される第一時間Ｔ１と、ハイパワーＰ１Ｈよりも低いローパワーＰ１Ｌで出力される第二時間Ｔ２とが交互に繰り返され、加工対象Ｗにパルス状に照射されるレーザ光とした。他方、第二レーザ光Ｌ２は、一定のパワーＰ２で加工対象Ｗに連続的に照射されるレーザ光とした。なお、第一時間Ｔ１と第二時間Ｔ２とは同じ時間に設定し、パワーＰ２は、ローパワーＰ１Ｌより高くハイパワーＰ１Ｈより低い値とした。ハイパワーＰ１Ｈは、第一パワーの一例であり、ローパワーＰ１Ｌは、第二パワーの一例である。
　図１１は、図１０のようにパワーが経時変化するレーザ光Ｌの表面Ｗａ上での照射領域を示す。図１１において、実線は、ハイパワーＰ１Ｈの第一レーザ光Ｌ１による照射領域Ａ１２，Ａ１４を示し、点線は、ローパワーＰ１Ｌの第一レーザ光Ｌ１による照射領域Ａ１１，Ａ１３，Ａ１５を示し、破線は、第二レーザ光Ｌ２による照射領域Ａ２を示している。また、図１１には、レーザ光ＬのスポットＳの中心Ｃ（図４参照）の軌跡ＰＴを一点鎖線で示しており、当該軌跡ＰＴ上に、図１０の各時刻ｔ０～ｔ５における中心Ｃの位置を示している。
　実験により、Ｓ１３においては、第一レーザ光Ｌ１を照射せず第二レーザ光Ｌ２を単独で照射した場合、あるいは第一レーザ光Ｌ１を一定値で連続的に照射した場合に比べて、第一レーザ光Ｌ１を図１０，１１に示されるようにパルス状に照射するのが好ましいことが判明した。第一レーザ光Ｌ１を照射せず第二レーザ光Ｌ２を単独で照射した場合には、例えば金属箔１２の枚数が多い場合などにあっては、レーザ光Ｌのパワーが不足し、例えば、所要の大きさの溶接部１４を形成できなかったり、溶接部１４を形成するのに要する時間が長くなったりといった問題が生じる虞がある。また、第一レーザ光Ｌ１を一定値で連続的に照射した場合には、溶接部１４に場所によるばらつき（むら）が生じ易いことを確認できた。この点、Ｓ１３において第一レーザ光Ｌ１をパルス状に照射した場合には、より好適な溶接部１４を形成することができ、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎをより確実に抑制することができた。
　また、図１１に示されるように、
　（７）Ｓ１３では、第一レーザ光Ｌ１がローパワーＰ１Ｌとなる第二時間Ｔ２を前後に挟む二つの第一時間Ｔ１において、ハイパワーＰ１Ｈの第一レーザ光Ｌ１の照射領域Ａ１２，Ａ１４は、互いに接するかあるいは部分的に重なる
のが好適である。
　表面Ｗａ上で照射領域Ａ１２，Ａ１４が離隔すると、溶接部１４に場所によるばらつき（むら）が生じ、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎを抑制し難い区間が生じる場合があることが判明した。なお、ローパワーＰ１Ｌは、０でもよい場合がある。言い換えると、第二時間Ｔ２においては、第一レーザ光Ｌ１は照射しなくてもよい。
　また、
　（８）Ｓ１３では、第二レーザ光Ｌ２は、一定のパワーＰ２で連続的に照射する
のが好ましいことが判明した。
　Ｓ１３において、第二レーザ光Ｌ２は、第一レーザ光Ｌ１と同様にパルス状に照射しても良いが、図１０に示されるように、一定のパワーＰ２で連続的に照射した場合の方が、より好適な溶接部１４を形成することができ、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎをより確実に抑制することができた。
　以上、説明したように、本実施形態では、Ｓ１２（第一工程）において、第一溶接部１４Ｆを形成した後、Ｓ１３（第二工程）において、第一溶接部１４Ｆと金属箔１２との境界Ｂ（接続部分）または第一溶接部１４Ｆと金属箔１２との間の隙間Ｇに対する隣接部分Ａａを含む領域Ａ２に、レーザ光Ｌを照射して、溶接部１４を形成する。このような方法によれば、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎが抑制された金属接合体１０を得ることができる。複数の金属箔１２と金属部材１１とのレーザ溶接に際しては、レーザ光Ｌを照射する一度の工程だけでは、条件を種々に変更した場合にあっても、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎを抑制しながら積層体１６と金属部材１１とを接合するのが難しい場合がある。この点、本実施形態によれば、前の工程（Ｓ１２）においてある程度の隙間Ｇや薄肉部１２ｎを許容した状態で第一溶接部１４Ｆによって積層体１６と金属部材１１とを接合し、その後に、当該隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎを抑制する工程（Ｓ１３）を追加することにより、より容易にかつより確実に好適な金属接合体１０を得ることができる。
　また、Ｓ１２とＳ１３とを上述したような所期の条件で実行することにより、より一層確実に、隙間Ｇや過度に薄い薄肉部１２ｎが抑制された好適な金属接合体１０を得ることができる。
［第２実施形態］
　本実施形態では、Ｓ１３（第二工程）において、レーザ光Ｌの照射を複数回にわたって行い、複数箇所において第二溶接部１４Ｒを形成する。これにより、冷却され固化された後に、第一溶接部１４Ｆと複数箇所の第二溶接部１４Ｒとを含む溶接部１４が形成される。
　この場合、Ｓ１３では、レーザ光Ｌの照射条件を適宜に設定することにより、金属箔１２の積層方向における位置が異なる複数箇所において第二溶接部１４Ｒを形成することができる。
　図１３は、Ｓ１２が行われた後の加工対象Ｗの断面図である。図１３に示されるように、Ｓ１２により、第一溶接部１４Ｆが形成される。また、図１４は、Ｓ１２が行われた加工対象Ｗに対するＳ１３でのレーザ光Ｌの照射によって第二溶接部１４Ｒ１（１４Ｒ）が形成された当該加工対象Ｗの断面図である。図１４に示されるように、第二溶接部１４Ｒは、第一溶接部１４Ｆと複数の金属箔１２との境界Ｂ（接続部分）の近傍に形成される。第二溶接部１４Ｒは、レーザ光Ｌの照射によって境界Ｂの近傍において第一溶接部１４Ｆおよび金属箔１２の一部が溶融し、冷却されて固化した部位、すなわち、溶接された部位である。
　図１５は、第二溶接部１４Ｒ１（１４Ｒ）が形成された当該加工対象Ｗに対するＳ１３でのさらなるレーザ光Ｌの照射によって第二溶接部１４Ｒ２（１４Ｒ）が形成された当該加工対象Ｗの断面図である。図１５に示されるように、第二溶接部１４Ｒ２は、図１４に示された第二溶接部１４Ｒ１が形成された後、再度表面Ｗａにおける第一溶接部１４Ｆと金属箔１２との境界Ｂの近傍に向けてレーザ光Ｌが照射され、第一溶接部１４Ｆ、第二溶接部１４Ｒ１、および金属箔１２の一部が溶融し、冷却され固化されることにより、形成される。
　ここで、図１５に示されるように、第二溶接部１４Ｒ１と第二溶接部１４Ｒ２とは、Ｙ方向における位置、言い換えると、Ｚ方向と交差した方向、表面Ｗａに沿う方向、あるいは金属箔１２の積層方向と交差した方向における位置が、相違するとともに、Ｚ方向における位置、言い換えると、金属箔１２の積層方向における位置も、相違している。
　第二溶接部１４Ｒの表面Ｗａに沿う方向の位置は、表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌのスポットの照射位置を変更することにより、変更することができる。Ｓ１３において、レーザ光Ｌは、エネルギを金属箔１２に吸収されながらＺ方向のマイナス方向に進むため、図１３に示されるように、第一溶接部１４Ｆは、表面Ｗａから離れるにつれて幅が細くなる先細り形状を有している。これに伴って、第一溶接部１４Ｆと複数の金属箔１２との境界Ｂは、表面Ｗａから離れるにつれて、第一溶接部１４Ｆの幅方向（Ｙ方向）の中心（この場合、中心線ＣＬ）に近づくように傾斜する場合が多い。したがって、境界Ｂの近傍を溶融して固化する複数の第二溶接部１４Ｒは、表面Ｗａから離れるほど、第一溶接部１４Ｆの幅方向の中心の近くに位置するのが好ましい。図１５の例では、境界Ｂのうち表面Ｗａからより遠い部分の近傍に形成する第二溶接部１４Ｒ１の幅方向の中心は、境界Ｂのうち表面Ｗａからより近い部分の近傍に形成する第二溶接部１４Ｒ２の幅方向の中心より、第一溶接部１４Ｆの幅方向の中心（中心線ＣＬ）の近くに位置している。
　また、第二溶接部１４Ｒの金属箔１２の積層方向における位置、言い換えるとレーザ光Ｌの照射方向における位置は、レーザ光Ｌのパワーを変更することにより、変更することができる。具体的に、第二溶接部１４Ｒは、パワーが高いほど、表面Ｗａからより遠い位置に、言い換えるとより深い位置に、さらに言い換えると照射方向におけるより前方に、形成することができる。つまり、第二溶接部１４Ｒは、パワーが低いほど、表面Ｗａからより近い位置に、言い換えるとより浅い位置に、さらに言い換えると照射方向におけるより後方に、形成することができる。
　図１５の例では、境界Ｂの形状に合わせて、第二溶接部１４Ｒ１の底部としてのＺ方向のマイナス方向の端部は、第二溶接部１４Ｒ２の底部としてのＺ方向のマイナス方向の端部より、表面Ｗａから離れて位置している。言い換えると、第二溶接部１４Ｒ２は、第二溶接部１４Ｒ１よりもレーザ光Ｌの照射方向における後方に位置している。図１３，１４の例では、Ｓ１３において第二溶接部１４Ｒ１を形成するレーザ光Ｌの照射は、第一照射の一例であり、その後、Ｓ１３において第二溶接部１４Ｒ２を形成するレーザ光Ｌの照射は、第三照射および第四照射の一例である。
　なお、第二溶接部１４Ｒ２は、表面Ｗａにおける第二溶接部１４Ｒ１と金属箔１２との境界の近傍に向けてレーザ光Ｌが照射され、第二溶接部１４Ｒ１および金属箔１２の一部が溶融し、冷却され固化されることにより、形成されてもよい。この場合、Ｓ１３において第二溶接部１４Ｒ２を形成するレーザ光Ｌの照射は、第二照射の一例である。また、第一溶接部１４Ｆと金属箔１２との境界Ｂと、第二溶接部１４Ｒ１と金属箔１２との境界と、が互いに近いあるいは並んでいる場合、Ｓ１３において第二溶接部１４Ｒ２を形成するレーザ光Ｌの照射は、第三照射および第四照射の一例になるとともに、第二照射の一例になることもある。
　また、図１５の例では、Ｓ１３におけるレーザ光Ｌの４回の照射により、４箇所において第二溶接部１４Ｒ１，１４Ｒ２が形成されているが、これには限定されず、第二溶接部１４Ｒの数（すなわち、Ｓ１３におけるレーザ光Ｌの照射回数）や、位置、幅、深さ、長さのようなスペックは、種々に設定することができる。また、図１５の例では、金属箔１２の積層方向（照射方向）における位置が異なる２段の第二溶接部１４Ｒ１，１４Ｒ２が形成されたが、積層方向における位置が異なる３段以上の第二溶接部１４Ｒが形成されてもよい。さらに、図１５の例では、第二溶接部１４Ｒ１よりも照射方向の後方に位置する第二溶接部１４Ｒ２は、第二溶接部１４Ｒ１の後に形成されたが、複数の第二溶接部１４Ｒを形成する順番はこれには限定されず、例えば、第二溶接部１４Ｒ２の後に、第二溶接部１４Ｒ１を形成するなど、種々に設定することができる。
　なお、Ｓ１３において、レーザ光Ｌは、Ｓ１２におけるレーザ光の照射方向すなわちＺ方向のマイナス方向に対して、傾斜した方向に照射してもよい。図１６は、この場合において第二溶接部１４Ｒ１（１４Ｒ）が形成された加工対象Ｗの断面図である。上述したように、境界Ｂは、表面Ｗａから離れるにつれて、第一溶接部１４Ｆの幅方向の中心（中心線ＣＬ）に近づくように傾斜する場合が多い。このため、レーザ光Ｌを、当該境界Ｂの傾斜に沿うようにＺ方向のマイナス方向に対して傾斜した角度に照射することにより、境界Ｂに沿って、より効率良く第二溶接部１４Ｒを形成できる場合がある。また、図示しないが、第二溶接部１４Ｒ２のような、第二溶接部１４Ｒ１以外の第二溶接部１４Ｒも、境界Ｂに沿うようにＺ方向のマイナス方向に対して傾斜した方向へのレーザ光Ｌの照射によって形成してもよい。なお、レーザ光Ｌの照射方向の変更や設定は、例えば、ガルバノスキャナ１２６のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度の制御や設定、光学ヘッド１２０の支持台に対する傾斜角度の制御や設定等により、実現できる。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　例えば、光学ヘッドは、加工対象を保持したステージに対して相対的に移動可能に構成されてもよい。この場合、光学ヘッドは、ガルバノスキャナは、有してもよいし、有しなくてもよい。
　また、金属箔は、表面にメッキ層のような薄い他の材料の層が存在するものであってもよい。
　また、加工対象の表面上でレーザ光を走査することは必須ではなく、本発明は、表面上でレーザ光を定点照射する場合にも適用することができる。この場合、レーザ光は、表面上の複数箇所に対して定点照射されてもよい。
　また、本発明の構成は、図１２に示されるように、金属部材１１と積層体１６とが、複数の金属箔１２の積層方向（Ｚ方向）には重ならず、当該積層方向と交差した方向（Ｙ方向）に並んだ加工対象Ｗに対しても適用可能である。この場合、金属部材１１と積層体１６との境界部分に、当該金属部材１１と積層体１６とを接合した第一溶接部１４Ｆおよび溶接部１４が形成され、金属接合体１０が構成される。
　また、本発明は、以下のような形態で実施することも可能である。
［１］
　レーザ光の照射により、金属部材と、金属箔の積層体と、を溶接するレーザ溶接方法であって、
　前記レーザ光の照射により、前記積層体に含まれる金属箔と前記金属部材とを溶接した第一溶接部を形成する第一工程と、
　前記第一溶接部と前記金属箔との接続部分に対する隣接部分を含む領域、または前記第一溶接部と前記金属箔との間の隙間に対する隣接部分を含む領域に、前記レーザ光を照射する第二工程と、
　を備えた、レーザ溶接方法。
［２］
　前記第二工程において、前記第一溶接部と当該第一溶接部に対して隙間をあけて離隔した前記金属箔とを接合する、［１］に記載のレーザ溶接方法。
［３］
　前記第二工程において、前記第一溶接部の幅または直径より広いスポットの前記レーザ光を、前記第一溶接部と当該第一溶接部を間に挟んだ両側の前記隣接部分とを含む領域に照射する、［１］に記載のレーザ溶接方法。
［４］
　前記第一工程において、前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含む、［１］～［３］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［５］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、少なくとも前記第二レーザ光を含む、［４］に記載のレーザ溶接方法。
［６］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、前記第一レーザ光を含む、［５］に記載のレーザ溶接方法。
［７］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含む、［１］～［４］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［８］
　前記第一レーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上１２００［ｎｍ］以下であり、
　前記第二レーザ光の波長は、５５０［ｎｍ］以下である、［４］～［７］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［９］
　前記第二レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下である、［８］に記載のレーザ溶接方法。
［１０］
　前記第二レーザ光のスポットの大きさが、前記第一レーザ光のスポットの大きさよりも大きい、［４］～［９］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［１１］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、波長が５５０［ｎｍ］以下であるレーザ光を含む、［１］～［３］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［１２］
　前記第一工程において、前記レーザ光は、波長が１２００［ｎｍ］以下であるレーザ光を含む、［１］～［３］、［１１］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［１３］
　前記第一工程および前記第二工程の双方において、前記積層体上で前記レーザ光を走査する、［１］～［１２］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［１４］
　前記第二工程における前記レーザ光の走査速度は、前記第一工程における前記レーザ光の走査速度よりも遅い、［１３］に記載のレーザ溶接方法。
［１５］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、パルス状に照射されるレーザ光を含む、［１３］または［１４］に記載のレーザ溶接方法。
［１６］
　前記第二工程は、前記パルス状に照射されるレーザ光が第一パワーで照射される第一時間と、前記パルス状に照射されるレーザ光が前記第一パワーよりも低い第二パワーで照射されるかまたは照射されない第二時間と、を交互に含み、
　前記積層体上で、前記第二時間を間に挟む前後二つの前記第一時間で前記パルス状に照射されたレーザ光が照射される二つの領域が、互いに接するかあるいは部分的に重なる、［１５］に記載のレーザ溶接方法。
［１７］
　前記第二工程において、前記レーザ光は、連続的に照射されるレーザ光を含む、［１５］または［１６］に記載のレーザ溶接方法。
［１８］
　前記第二工程における前記レーザ光のパワーは、前記第一工程における前記レーザ光のパワーよりも低い、［１］～［１７］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［１９］
　前記第二工程において照射される前記レーザ光のエネルギ量は、前記第一工程において照射される前記レーザ光のエネルギ量よりも大きい、［１］～［１８］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２０］
　前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含み、
　前記第二工程では、少なくとも前記第一レーザ光がパルス状に照射される、［１７］～［１９］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２１］
　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、それぞれ異なる部位を溶融して固化する複数回の照射を含む、［１］～［２０］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２２］
　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射によって形成された前記第一溶接部と前記金属箔との間の隙間に対する隣接部分、または当該第一照射によって形成された前記第一溶接部と前記金属箔との接続部分を、溶融して固化する第二照射と、を含む、［２１］に記載のレーザ溶接方法。
［２３］
　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、前記金属箔の積層方向における位置がそれぞれ異なる部位を溶融して固化する複数回の照射を含む、［１］～［２２］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２４］
　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射で固化された部位よりも前記レーザ光の照射方向における後方の部位を溶融して固化する第三照射と、を含む、［２３］に記載のレーザ溶接方法。
［２５］
　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、当該レーザ光の前記金属箔に対する照射位置が異なる複数回の照射を含む、［１］～［２４］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２６］
　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、前記レーザ光のパワーが異なる複数回の照射を含む、［１］～［２５］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
［２７］
　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射よりも後で当該第一照射よりも前記レーザ光のパワーが低い第四照射と、を含む、［２６］に記載のレーザ溶接方法。
［２８］
　前記第二工程において、前記第一工程における前記レーザ光の照射方向に対して傾斜した方向にレーザ光を照射する、［１］～［２７］のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
　本発明は、レーザ溶接方法に利用することができる。
１…電池（電気製品）
１０…金属接合体
１１，１１ｍ，１１ｐ…金属部材
１１ａ…面
１２…金属箔
１２ｎ…薄肉部
１３ｍ…負極材
１３ｐ…正極材
１４…溶接部
１４Ｆ…第一溶接部
１５…セパレータ
１６…積層体
２０…外装材
２０ａ…収容室
１００…レーザ加工装置
１１１，１１２…レーザ装置
１２０…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２６…ガルバノスキャナ
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３１，１３２…光ファイバ
Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ１５…照射領域
Ａ２…領域（照射領域）
Ａ２ｆ…領域
Ａａ…隣接部分
Ｂ…境界（接続部分）
Ｃ…中心
ＣＬ…中心線
ｄ，ｄ１，ｄ２…直径
ｄｐ１…直径
Ｇ…隙間
Ｌ…レーザ光
Ｌ１…第一レーザ光
Ｌ２…第二レーザ光
Ｐ１Ｈ…ハイパワー
Ｐ１Ｌ…ローパワー
Ｐ２…パワー
ＰＴ…軌跡
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…スポット
Ｓ１ａ，Ｓ２ａ…外縁
ｔ０～ｔ５…時刻
Ｔ１…第一時間
Ｔ２…第二時間
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面
Ｗｂ…裏面
ｗｐ１…幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向

Claims (28)

  1. 　レーザ光の照射により、金属部材と、金属箔の積層体と、を溶接するレーザ溶接方法であって、
    　前記レーザ光の照射により、前記積層体に含まれる金属箔と前記金属部材とを溶接した第一溶接部を形成する第一工程と、
    　前記第一溶接部と前記金属箔との接続部分に対する隣接部分を含む領域、または前記第一溶接部と前記金属箔との間の隙間に対する隣接部分を含む領域に、前記レーザ光を照射する第二工程と、
    　を備えた、レーザ溶接方法。
  2. 　前記第二工程において、前記第一溶接部と当該第一溶接部に対して隙間をあけて離隔した前記金属箔とを接合する、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  3. 　前記第二工程において、前記第一溶接部の幅または直径より広いスポットの前記レーザ光を、前記第一溶接部と当該第一溶接部を間に挟んだ両側の前記隣接部分とを含む領域に照射する、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
  4. 　前記第一工程において、前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含む、請求項１～３のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  5. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、少なくとも前記第二レーザ光を含む、請求項４に記載のレーザ溶接方法。
  6. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、前記第一レーザ光を含む、請求項５に記載のレーザ溶接方法。
  7. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含む、請求項１～４のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  8. 　前記第一レーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上１２００［ｎｍ］以下であり、
    　前記第二レーザ光の波長は、５５０［ｎｍ］以下である、請求項４～７のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  9. 　前記第二レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下である、請求項８に記載のレーザ溶接方法。
  10. 　前記第二レーザ光のスポットの大きさが、前記第一レーザ光のスポットの大きさよりも大きい、請求項４～９のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  11. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、波長が５５０［ｎｍ］以下であるレーザ光を含む、請求項１～３のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  12. 　前記第一工程において、前記レーザ光は、波長が１２００［ｎｍ］以下であるレーザ光を含む、請求項１～３，１１のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  13. 　前記第一工程および前記第二工程の双方において、前記積層体上で前記レーザ光を走査する、請求項１～１２のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  14. 　前記第二工程における前記レーザ光の走査速度は、前記第一工程における前記レーザ光の走査速度よりも遅い、請求項１３に記載のレーザ溶接方法。
  15. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、パルス状に照射されるレーザ光を含む、請求項１３または１４に記載のレーザ溶接方法。
  16. 　前記第二工程は、前記パルス状に照射されるレーザ光が第一パワーで照射される第一時間と、前記パルス状に照射されるレーザ光が前記第一パワーよりも低い第二パワーで照射されるかまたは照射されない第二時間と、を交互に含み、
    　前記積層体上で、前記第二時間を間に挟む前後二つの前記第一時間で前記パルス状に照射されたレーザ光が照射される二つの領域が、互いに接するかあるいは部分的に重なる、請求項１５に記載のレーザ溶接方法。
  17. 　前記第二工程において、前記レーザ光は、連続的に照射されるレーザ光を含む、請求項１５または１６に記載のレーザ溶接方法。
  18. 　前記第二工程における前記レーザ光のパワーは、前記第一工程における前記レーザ光のパワーよりも低い、請求項１～１７のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  19. 　前記第二工程において照射される前記レーザ光のエネルギ量は、前記第一工程において照射される前記レーザ光のエネルギ量よりも大きい、請求項１～１８のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  20. 　前記レーザ光は、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりも波長が短い第二レーザ光と、を含み、
    　前記第二工程では、少なくとも前記第一レーザ光がパルス状に照射される、請求項１７～１９のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  21. 　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、それぞれ異なる部位を溶融して固化する複数回の照射を含む、請求項１～２０のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  22. 　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射によって形成された前記第一溶接部と前記金属箔との間の隙間に対する隣接部分、または当該第一照射によって形成された前記第一溶接部と前記金属箔との接続部分を、溶融して固化する第二照射と、を含む、請求項２１に記載のレーザ溶接方法。
  23. 　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、前記金属箔の積層方向における位置がそれぞれ異なる部位を溶融して固化する複数回の照射を含む、請求項１～２２のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  24. 　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射で固化された部位よりも前記レーザ光の照射方向における後方の部位を溶融して固化する第三照射と、を含む、請求項２３に記載のレーザ溶接方法。
  25. 　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、当該レーザ光の前記金属箔に対する照射位置が異なる複数回の照射を含む、請求項１～２４のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  26. 　前記第二工程において、前記レーザ光の照射は、前記レーザ光のパワーが異なる複数回の照射を含む、請求項１～２５のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
  27. 　前記複数回の照射は、第一照射と、当該第一照射よりも後で当該第一照射よりも前記レーザ光のパワーが低い第四照射と、を含む、請求項２６に記載のレーザ溶接方法。
  28. 　前記第二工程において、前記第一工程における前記レーザ光の照射方向に対して傾斜した方向にレーザ光を照射する、請求項１～２７のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
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