JP7354402B2 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。

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

特開２０２０－４６４３号公報

この種の溶接においては、所要の接合強度の確保は勿論のこと、加工対象に対して、例えばスパッタやブローホールのような溶接欠陥を生じさせないことは、重要である。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、複数の金属箔と金属部材とが重なった積層体を溶接することが可能な、より改善された新規な溶接方法および溶接装置を得ること、である。

本発明の溶接方法にあっては、例えば、金属部材の第一面上に第一方向に重ねられた複数の金属箔に対して、前記金属部材の反対側からレーザ光を照射することにより、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５５０［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、前記レーザ光を、前記複数の金属箔のうち前記第一方向において前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面上に照射する。

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

前記溶接方法では、前記レーザ光は、前記第二面上で、前記第一方向と交差した第二方向に沿う掃引方向に掃引され、前記第二面上において、前記第二レーザ光によって前記第二面上に形成される第二スポットの少なくとも一部は、前記第一レーザ光によって前記第二面上に形成される第一スポットよりも前記掃引方向の前方に位置してもよい。

前記溶接方法では、前記第二面上において、前記第一スポットと前記第二スポットとは少なくとも部分的に重なってもよい。

前記溶接方法では、前記第二面上において、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を取り囲んでもよい。

前記溶接方法では、前記第二面における前記第二レーザ光の第二エネルギ密度に対する前記第二面における前記第一レーザ光の第一エネルギ密度の比が、１以上１０以下であってもよい。

前記溶接方法では、前記第二面における前記第二レーザ光の第二エネルギ密度に対する前記第二面における前記第一レーザ光の第一エネルギ密度の比が、２以上８以下であってもよい。

前記溶接方法では、前記第二面における前記第二レーザ光の第二エネルギ密度に対する前記第二面における前記第一レーザ光の第一エネルギ密度の比が、１以上１０以下であってもよい。

前記溶接方法では、前記金属部材および前記複数の金属箔のそれぞれは、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られていてもよい。

前記溶接方法では、前記金属部材の前記第一方向の厚さが０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下であり、かつ前記複数の金属箔の層の厚さが０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下であってもよい。

本発明の溶接装置にあっては、レーザ発振器と、金属部材の第一面上に第一方向に重ねられた複数の金属箔に対して、前記金属部材の反対側から、前記レーザ発振器からのレーザ光を照射する光学ヘッドと、を備え、金属部材と複数の金属箔とを溶接する溶接装置であって、前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、前記光学ヘッドは、前記レーザ光を、前記複数の金属箔のうち前記第一方向において前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面上に照射する。

前記溶接装置は、前記レーザ光を複数のビームに分割するビームシェイパを備えてもよい。

前記溶接装置は、前記レーザ光が前記複数の金属箔のうち前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面上で前記第一方向と交差した第二方向に沿う掃引方向に移動するよう、前記レーザ光の出射方向を変化させるガルバノスキャナを備えてもよい。

本発明の金属積層体にあっては、例えば、第一面を有した金属部材と前記第一面上に第一方向に重なった複数の金属箔と、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接した溶接部と、を備え、前記溶接部は、前記複数の金属箔のうち前記第一方向において前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面から前記金属部材に向けて延びた、溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、前記溶接金属は、第一部位と、前記第一方向に沿った断面における結晶粒の断面積の平均値が前記第一部位よりも大きい第二部位と、を有する。

前記金属積層体では、例えば、前記第二部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値は、前記第一部位に含まれる結晶粒の断面積の平均値の１．８倍以上であってもよい。

前記金属積層体では、例えば、前記溶接部は、前記第一方向と交差した第二方向に延びてもよい。

本発明の金属積層体にあっては、例えば、金属部材と、当該金属部材上に重ねられた複数の金属箔と、を有し、前記金属部材とは反対側の第一表面と、当該第一表面の裏側の第二表面と、前記第一表面に沿って延びた溶接部と、を備えた金属積層体であって、前記溶接部は、前記第一表面から前記第二表面に向けて延びた溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、第一粒界数比率を次の式（３－１）
Ｒｂ１＝Ｎ１２／Ｎ１１ ・・・（３－１）
（ここに、Ｒｂ１は、第一粒界数比率、Ｎ１１は、前記第一表面と直交しかつ前記溶接部の延び方向に沿った試験断面において、前記第一表面に沿った所定の長さの直線試験線と交差した粒界数であり、Ｎ１２は、前記試験断面において、前記第一表面と直交した方向に延びた前記所定の長さの直線試験線と交差した粒界数である。）と表した場合に、前記溶接金属は、前記第一表面に対して当該第一表面から前記第二表面に向かう厚さ方向に離れて位置された第三部位と、当該第三部位と前記第一表面との間に位置され前記第一粒界数比率が前記第三部位の前記第一粒界数比率よりも低い第四部位と、を有する。

本発明の金属積層体にあっては、例えば、金属部材と、当該金属部材上に重ねられた複数の金属箔と、を有し、前記金属部材とは反対側の第一表面と、当該第一表面の裏側の第二表面と、前記第一表面に沿って延びた溶接部と、を備えた金属積層体であって、前記溶接部は、前記第一表面から前記第二表面に向けて延びた溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、第二粒界数比率を次の式（３－２）
Ｒｂ２＝ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２） ・・・（３－２）
（ここに、Ｒｂ２は、第二粒界数比率、Ｎ２１は、前記第一表面と直交しかつ前記溶接部の延び方向に沿った試験断面において、前記第一表面に沿う方向および前記第一表面と直交する方向の間の第一方向に延びた所定の長さを有する直線試験線と交差した粒界数であり、Ｎ２２は、前記試験断面おいて、前記第一方向と直交した第二方向に延びた前記所定の長さを有する直線試験線と交差した粒界数であり、ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２）は、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）以上である場合は（Ｎ２２／Ｎ２１）とし、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）未満である場合は（Ｎ２１／Ｎ２２）とする。）と表した場合に、前記溶接金属は、前記第一表面に対して当該第一表面から前記第二表面に向かう厚さ方向に離れて位置された第三部位と、当該第三部位と前記第一表面との間に位置され前記第二粒界数比率が前記第三部位の前記第二粒界数比率よりも高い第四部位と、を有する。

本発明の金属積層体にあっては、例えば、金属部材と、当該金属部材上に重ねられた複数の金属箔と、を有し、前記金属部材とは反対側の第一表面と、当該第一表面の裏側の第二表面と、前記第一表面に沿って延びた溶接部と、を備えた金属積層体であって、前記溶接部は、前記第一表面から前記第二表面に向けて延びた溶接金属と、前記溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、第一粒界数比率を次の式（３－１）
Ｒｂ１＝Ｎ１２／Ｎ１１ ・・・（３－１）
（ここに、Ｒｂ１は、第一粒界数比率、Ｎ１１は、前記第一表面と直交しかつ前記溶接部の延び方向に沿った試験断面において、前記第一表面に沿った所定の長さの直線試験線と交差した粒界数であり、Ｎ１２は、前記試験断面において、前記第一表面と直交した方向に延びた前記所定の長さの直線試験線と交差した粒界数である。）と表し、かつ、第二粒界数比率Ｒｂ２を次の式（３－２）
Ｒｂ２＝ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２） ・・・（３－２）
（ここに、Ｒｂ２は、第二粒界数比率、Ｎ２１は、前記第一表面と直交しかつ前記溶接部の延び方向に沿った試験断面において、前記第一表面に沿う方向および前記第一表面と直交する方向の間の第一方向に延びた所定の長さを有する直線試験線と交差した粒界数であり、Ｎ２２は、前記試験断面おいて、前記第一方向と直交した第二方向に延びた前記所定の長さを有する直線試験線と交差した粒界数であり、ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２）は、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）以上である場合は（Ｎ２２／Ｎ２１）とし、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）未満である場合は（Ｎ２１／Ｎ２２）とする。）と表した場合に、前記溶接金属は、前記第一表面に対して当該第一表面から前記第二表面に向かう厚さ方向に離れて位置された第三部位と、当該第三部位と前記第一表面との間に位置され前記第一粒界数比率が前記第三部位の前記第一粒界数比率よりも低くかつ前記第二粒界数比率が前記第三部位の前記第二粒界数比率よりも高い第四部位と、を有する。

本発明の電気部品は、例えば、前記金属積層体を、導体として備える。

本発明の電気製品は、例えば、前記金属積層体を、導体として備える。

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

図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２は、第１実施形態のレーザ溶接装置の加工対象としての金属積層体の例示的かつ模式的な断面図である。 図３は、第１実施形態のレーザ溶接装置の加工対象としての金属積層体を含む電池の例示的かつ模式的な断面図である。 図４は、第１実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）を示す例示的な模式図である。 図５は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。 図６は、実施形態の溶接部の例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、実施形態の溶接部の一部を示す例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、実施形態のレーザ溶接装置による第一レーザ光のパワーに対する第二レーザ光のパワーの比である出力比と、スパッタ抑制率との相関関係を示すグラフである。 図９は、図２の一部の拡大図である。 図１０は、実施形態の溶接部の断面中の一つの位置について、第一基準線を適用した場合を示す説明図である。 図１１は、実施形態の溶接部の断面中の一つの位置について、第二基準線を適用した場合を示す説明図である。 図１２は、第２実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１３は、第２実施形態のレーザ溶接装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。 図１４は、第３実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１５は、第４実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１６は、第５実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１７は、第５実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）の一例を示す模式図である。 図１８は、第５実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）の一例を示す模式図である。

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

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

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

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

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

レーザ装置１１１，１１２は、それぞれ、レーザ発振器を有しており、例えば、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置１１１，１１２は、３８０［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出射する。レーザ装置１１１，１１２は、内部に、例えば、ファイバレーザや、半導体レーザ（素子）、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザのような、レーザ光源を有している。レーザ装置１１１，１１２は、複数の光源の出力の合計として、数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。

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

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

光ファイバ１３０は、それぞれ、レーザ装置１１１，１１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。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、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、およびフィルタ１２４は、光学部品とも称されうる。

光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗの表面Ｗａ上でレーザ光Ｌの照射を行いながらレーザ光Ｌを掃引するために、加工対象Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとの相対移動は、光学ヘッド１２０の移動、加工対象Ｗの移動、または光学ヘッド１２０および加工対象Ｗの双方の移動により、実現されうる。

なお、光学ヘッド１２０は、図示しないガルバノスキャナ等を有することにより、表面Ｗａ上でレーザ光Ｌを掃引可能に構成されてもよい。

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

ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１－１で平行光となった第一レーザ光を反射する。ミラー１２３で反射した第一レーザ光は、Ｚ方向の反対方向に進み、フィルタ１２４へ向かう。なお、第一レーザ光が光学ヘッド１２０においてＺ方向の反対方向へ進むように入力される構成にあっては、ミラー１２３は不要である。

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。第一レーザ光は、フィルタ１２４を透過してＺ方向の反対方向へ進み、集光レンズ１２２へ向かう。他方、フィルタ１２４は、コリメートレンズ１２１－２で平行光となった第二レーザ光を反射する。フィルタ１２４で反射した第二レーザ光は、Ｚ方向の反対方向に進み、集光レンズ１２２へ向かう。

集光レンズ１２２は、平行光としての第一レーザ光および第二レーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗへ照射する。

加工対象Ｗは、金属部材１１と、複数の金属箔１２とが、Ｚ方向に積層された金属積層体１０である。金属積層体１０は、積層体の一例である。金属積層体１０は、金属部材１１と、複数の金属箔１２と、溶接部１４と、を有している。溶接部１４は、金属部材１１と複数の金属箔１２とを、機械的かつ電気的に接続している。

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

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

表面Ｗａは、金属積層体１０のＺ方向の端面であり、複数の金属箔１２のうち金属部材１１から最も離れた金属箔１２の、当該金属部材１１とは反対側の面である。レーザ光Ｌは、表面Ｗａに対してＺ方向の反対方向に向けて、言い換えると、表面Ｗａに対して金属部材１１とは反対側からＺ方向に沿って、照射される。なお、金属部材１１の端面１１ａとは反対側の面は、金属積層体１０の裏面Ｗｂである。表面Ｗａは、レーザ光Ｌの照射面であり、光学ヘッド１２０と面した対向面とも称されうる。Ｚ方向は、第一方向の一例である。端面１１ａは、第一面の一例であり、表面Ｗａは、第二面の一例である。また、表面Ｗａは、第一表面の一例でもあり、裏面Ｗｂは、第二表面の一例である。

このようなレーザ光Ｌの照射により、溶接部１４は、表面Ｗａから、Ｚ方向の反対方向に向けて延びることになる。Ｚ方向の反対方向は、溶接部１４の深さ方向とも称されうる。また、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上でＸ方向（掃引方向ＳＤ）に掃引されることにより、溶接部１４は、図２と略同様の断面形状で、Ｘ方向にも延びることになる。Ｘ方向は、第二方向の一例である。溶接部１４の長手方向や延び方向とも称されうる。また、Ｙ方向は、溶接部１４の幅方向とも称されうる。

溶接部１４は、溶接金属１４ａを含んでいる。溶接金属１４ａは、表面Ｗａから、金属部材１１に向けて延びている。溶接金属１４ａは、第一部位１４ａ１と、第二部位１４ａ２とを有している。第一部位１４ａ１は、主として第一レーザ光の照射によって形成され、第二部位１４ａ２は、主として第二レーザ光の照射によって形成される。図２の例では、第二部位１４ａ２は、表面ＷａからＺ方向の反対方向に延びている。第二部位１４ａ２は、第一部位１４ａ１に対してＺ方向に隣接している。すなわち、第一部位１４ａ１は、第二部位１４ａ２に対してＺ方向の反対方向に隣接している。第二部位１４ａ２は、少なくとも複数の金属箔１２内に形成されている。第一部位１４ａ１は、複数の金属箔１２と金属部材１１とに渡って延びている。また、溶接金属１４ａは、全体として、金属積層体１０をＺ方向に沿って貫通していない。なお、溶接金属１４ａの形状は、このような形状には限定されない。第一部位１４ａ１および第二部位１４ａ２を含む溶接金属１４ａの構造は、後に詳しく述べる。

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

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

図３に示されるように、金属積層体１０は、それぞれ、二つの外装材２０の間に挟まれている。金属積層体１０と外装材２０との間は、封止材等により気密あるいは液密が確保される。このため、金属積層体１０の表面Ｗａおよび裏面Ｗｂは、凹凸ができるだけ小さいか、少ないか、あるいは無い状態であるのが好ましい。この点、本実施形態の溶接方法によれば、後に詳しく述べるように、溶接不良の発生を抑制することができるため、溶接不良による表面Ｗａの凹凸を減らすことができる。よって、本実施形態の溶接方法によって溶接された金属積層体１０は、電池１の正極端子および負極端子に好適である。なお、電池１がリチウムイオン電池セルである場合、正極端子としての金属積層体１０を構成する金属箔１２は、例えば、アルミニウム系金属材料で作られ、負極端子としての金属積層体１０を構成する金属箔１２は、例えば、銅系金属材料で作られる。正極端子および負極端子は、電気部品の一例である。金属積層体１０または金属部材１１は、電極タブや、タブとも称されうる。また、金属部材１１は、導電部材とも称されうる。

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

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

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

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

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

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

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

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

本実施形態では、加工対象Ｗの第二レーザ光に対する吸収率が、第一レーザ光に対する吸収率よりも高くなるよう、第一レーザ光の波長、第二レーザ光の波長、および加工対象Ｗの材質が、選択される。この場合、掃引方向が図５に示される掃引方向ＳＤである場合、レーザ光Ｌのスポットの掃引により、加工対象Ｗの溶接される部位（以下、被溶接部位と称する）には、まずは、第二レーザ光のビームＢ２の、図５におけるＳＤの前方に位置する領域Ｂ２ｆによって、第二レーザ光が照射される。その後、被溶接部位には、第一レーザ光のビームＢ１が照射され、その後、第二レーザ光のビームＢ２の、掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂによって、再度第二レーザ光が照射される。

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

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

さらに、発明者らの実験的な研究により、レーザ光Ｌの照射によって金属箔１２の温度が金属部材１１の温度よりも高くなると、複数の金属箔１２が熱膨張によって伸び金属部材１１から離れて膨らむように撓んで座屈し、複数の金属箔１２と金属部材１１との間に隙間が生じ、複数の金属箔１２だけが溶接されたり、複数の金属箔１２と金属部材１１との間に隙間が開いた状態で溶接されたりする場合があることが判明した。さらに、発明者らは、適切な条件の設定によって、このような隙間が生じた状態での溶接を防止できることを見出した。当該好適な条件については、後述する。

［溶接方法］
レーザ溶接装置１００を用いた溶接にあっては、まず、保持具によって金属部材１１と複数の金属箔１２とが一体的に仮止めされた金属積層体１０が、レーザ光Ｌが表面Ｗａに照射されるようにセットされる。そして、ビームＢ１およびビームＢ２を含むレーザ光Ｌが表面Ｗａに照射されている状態で、レーザ光Ｌと金属積層体１０とが相対的に動かされる。これにより、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上に照射されながら当該表面Ｗａ上を掃引方向ＳＤに移動する（掃引する）。レーザ光Ｌが照射された部分は、溶融し、その後、温度の低下に伴って凝固することにより、金属部材１１と複数の金属箔１２とが溶接され、金属積層体１０が一体化される。

［溶接部の断面］
図６は、加工対象Ｗに形成された溶接部１４の断面図である。図６は、掃引方向ＳＤ（Ｘ方向）と垂直であるとともに厚さ方向（Ｚ方向）に沿う断面図である。溶接部１４は、掃引方向ＳＤ、すなわち図６の紙面と垂直な方向に、延びている。なお、図６は、厚さ２［ｍｍ］の１枚の銅板である加工対象Ｗに形成された溶接部１４の断面を示している。Ｚ方向に重ねられた金属部材１１と複数の金属箔１２との金属積層体１０に形成される溶接部１４の形態は、図６に示される１枚の金属材料である加工対象Ｗに形成された溶接部１４の形態と略同等であると推定できる。

図６に示されるように、溶接部１４は、表面ＷａからＺ方向の反対方向に延びた溶接金属１４ａと、当該溶接金属１４ａの周囲に位置される熱影響部１４ｂと、を有している。溶接金属１４ａは、レーザ光Ｌの照射によって溶融し、その後凝固した部位である。溶接金属１４ａは、溶融凝固部とも称されうる。また、熱影響部１４ｂは、加工対象Ｗの母材が熱影響を受けた部位であって、溶融はしていない部位である。

溶接金属１４ａのＹ方向に沿う幅は、表面Ｗａから離れるほど狭くなっている。すなわち、溶接金属１４ａの断面は、Ｚ方向の反対方向に向けて細くなるテーパ形状を有している。

また、発明者らによる当該断面の詳細な分析により、溶接金属１４ａは、表面Ｗａから離れた第一部位１４ａ１と、第一部位１４ａ１と表面Ｗａとの間の第二部位１４ａ２と、を含むことが判明した。

第一部位１４ａ１は、第一レーザ光の照射によるキーホール型の溶融によって得られた部位であり、第二部位１４ａ２は、第二レーザ光のビームＢ２中の掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂの照射による溶融によって得られた部位である。ＥＢＳＤ法（electron back scattered diffraction pattern、電子線後方散乱回折)による解析により、第一部位１４ａ１と第二部位１４ａ２とでは、結晶粒のサイズが異なっており、具体的には、Ｘ方向（掃引方向ＳＤ）と直交する断面において、第二部位１４ａ２の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位１４ａ１の結晶粒の断面積の平均値よりも大きいことが判明した。

発明者らは、加工対象Ｗに、第一レーザ光のビームＢ１のみが照射された場合、すなわちビームＢ２中の掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂの照射が無かった場合には、第二部位１４ａ２が形成されず、第一部位１４ａ１が表面ＷａからＺ方向の反対方向に深く延びていることを確認した。すなわち、本実施形態にあっては、ビームＢ２中の掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂの照射によって、表面Ｗａの近くに第二部位１４ａ２が形成されるため、第一部位１４ａ１は、当該第二部位１４ａ２に対して表面Ｗａとは反対側、言い換えると、表面ＷａからＺ方向の反対方向に離れた位置に、形成されていると推定できる。

図７は、溶接部１４の一部を示す断面図である。図７は、ＥＢＳＤ法によって得られた結晶粒の境界を示している。また、図７中、一例として結晶粒径が１３［μｍ］以下の結晶粒Ａは、黒色に塗られている。なお、１３［μｍ］は、物理的特性の閾値ではなく、当該実験結果の分析のために設定した閾値である。また、図７から、結晶粒Ａは、第一部位１４ａ１には比較的多く存在し、第二部位１４ａ２には比較的少なく存在していることが明らかである。すなわち、第二部位１４ａ２内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位１４ａ１内の結晶粒の断面積の平均値よりも大きい。発明者らは、実験的な分析により、第二部位１４ａ２内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位１４ａ１内の結晶粒の断面積の平均値の１．８倍以上であることを確認した。

図７中の領域Ｉ内に示されているように、このような比較的サイズが小さい結晶粒Ａは、表面ＷａからＺ方向に離れた位置で、Ｚ方向に細長く延びた状態で密集している。また、Ｘ方向（掃引方向ＳＤ）の位置が異なる複数箇所での分析から、結晶粒Ａが密集した領域は、掃引方向ＳＤにも延びていることが確認されている。掃引しながらの溶接であるため、掃引方向ＳＤには結晶が同様の形態に形成されることが推定できる。

断面における外観あるいは硬度分布等からは第一部位１４ａ１と第二部位１４ａ２とを判別し難い場合にあっては、図６，７のような、溶接金属１４ａの表面Ｗａにおける位置および幅ｗｂから幾何学的に定めた第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２を、それぞれ、第一部位１４ａ１および第二部位１４ａ２としてもよい。一例として、第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２は、掃引方向ＳＤと直交する断面において、幅ｗｍ（Ｙ方向における等幅）で、Ｚ方向に延びた四角形状の領域であり、第二領域Ｚ２は、表面ＷａからＺ方向に深さｄまでの領域とし、第一領域Ｚ１は、深さｄよりもさらに深い領域、言い換えると深さｄの位置に対して表面Ｗａとは反対側の領域とすることができる。幅ｗｍは、例えば、溶接金属１４ａの表面Ｗａでの幅ｗｂ（ビード幅の平均値）の１／３とし、第二領域Ｚ２の深さｄ（高さ、厚さ）は、例えば、幅ｗｂの１／２とすることができる。また、第一領域Ｚ１の深さは、例えば、第二領域Ｚ２の深さｄの３倍とすることができる。発明者らは、複数サンプルに対する実験的な分析により、このような第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２の設定において、第二領域Ｚ２における結晶粒の断面積の平均値は、第一領域Ｚ１における結晶粒の断面積の平均値よりも大きく、かつ、１．８倍以上となっていたことを確認した。このような判別も、溶接により、溶接金属１４ａにおいて第一部位１４ａ１と第二部位１４ａ２とが形成されていることの証拠となりうる。

また、発明者らは、第一レーザ光の表面Ｗａにおけるエネルギ密度と、第二レーザ光の表面Ｗａにおけるエネルギ密度との比について、実験的に解析を行った。ここでは、各レーザ光について、表面Ｗａにおける実効エネルギ密度Ｅを、以下の式（１）で定義する。
Ｅ_ｎ＝Ａｍ×Ｐ_ｎ／（Ｄ_ｎ×Ｖ） ・・・ （１）
ここに、Ｅ_ｎは、実効エネルギ密度［Ｊ／ｍｍ^２］、Ａｍは、加工対象Ｗの材料の吸収率、Ｐ_ｎは、レーザ装置によるレーザ光の出力［Ｗ］、Ｄ_ｎは、表面Ｗａにおけるスポット径［ｍｍ］、Ｖは、掃引速度［ｍｍ／ｓ］である。ここでは、下付のｎにより、各パラメータを区別しており、ｎ＝１は、第一レーザ光のパラメータ、ｎ＝２は、第二レーザ光のパラメータを示す。

これにより、表面Ｗａにおける、第一レーザ光の実効エネルギ密度Ｅ_１の、第二レーザ光の実効エネルギ密度Ｅ_２に対する比Ｒは、次の式（２）で表せる。
Ｒ＝Ｅ_１／Ｅ_２ ・・・ （２）
なお、比Ｒは、無次元数である。実効エネルギ密度Ｅ_１は、第一エネルギ密度の一例であり、実効エネルギ密度Ｅ_２は、第二エネルギ密度の一例である。

発明者らは、比Ｒが２以上４７以下、ならびに、それぞれ第一レーザ光のみの照射、および第二レーザ光のみの照射の各条件において、実験を実施した。発明者らの実験的解析によれば、スパッタの抑制、金属箔１２におけるブローホールの抑制、および溶接部１４の閾値以上の溶け込み深さという観点で、比Ｒは、１以上１０以下が好適であり、２以上８以下でより一層好適であることが判明した。また、複数の金属箔１２と金属部材１１との間の隙間に関しては、比Ｒが１未満のように低い場合に、第二レーザ光の照射によって複数の金属箔１２に与えられた熱が金属部材１１に届かず、複数の金属箔１２が主に加熱されてしまい、これにより当該金属箔１２が伸びて撓んで座屈し、当該隙間が生じることが判明した。すなわち、発明者らは、比Ｒを１以上とすることで複数の金属箔１２と金属部材１１との間に隙間が生じるのを防止できることを、見出した。

比Ｒについては、具体的に、厚さ８［μｍ］の無酸素銅製の金属箔１２を５０枚重ねて金属部材１１に溶接する場合にあっては、第一レーザ光のビームＢ１の出力が５００［Ｗ］以上であり、第二レーザ光のビームＢ２が１００［Ｗ］以上であり、かつ比Ｒが略６である場合に、スパッタやブローホールが最少となる最良の溶接状態が得られた。また、厚さ８［μｍ］の無酸素銅製の金属箔１２を１００枚重ねて金属部材１１に溶接する場合にあっては、第一レーザ光のビームＢ１の出力が１０００［Ｗ］以上であり、第二レーザ光のビームＢ２が４００［Ｗ］以上であり、かつ比Ｒが略３．７である場合に、スパッタやブローホールが最少となる最良の溶接状態が得られた。

また、発明者らは、金属部材１１のＺ方向の厚さが実用上想定される範囲である０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下であり、かつ複数の金属箔１２の層のＺ方向の厚さが実用上想定される範囲である０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下である場合について、実験的な解析を行った。金属部材１１および複数の金属箔１２の層は、厚さが薄いと、熱の拡散が抑制されるため、レーザ光が照射された際に、急激な温度上昇による材料の昇華が生じ、ひいては切断されてしまう虞がある。この点、発明者らは、当該実験的な解析により、金属部材１１および複数の金属箔１２の層については、Ｚ方向の厚さが０．０５［ｍｍ］以上であれば、そのような切断が生じないことを確認した。

［第一レーザ光と第二レーザ光の出力比によるスパッタの抑制］
図８は、第一レーザ光のパワー（Ｐｗ１）に対する第二レーザ光のパワー（Ｐｗ２）の比である出力比（Ｒｐ＝Ｐｗ２／Ｐｗ１）と、スパッタ抑制率との相関関係を示すグラフである。ここで、スパッタ抑制率Ｒｓは、以下の式（３）のように定義する。
Ｒｓ＝１－Ｎｈ／Ｎｉｒ ・・・（３）
ここに、Ｎｈは、第一レーザ光と第二レーザ光との双方を照射した場合に所定エリア内に生じたスパッタ数であり、Ｎｉｒは、Ｎｈの計測時と同じパワーで第一レーザ光のみを照射した場合に所定エリア内に生じたスパッタ数である。また、図８は、各出力比において複数回実験を行った結果を示している。出力比に対応した線分は当該出力比における複数サンプル（少なくとも３サンプル以上）の実験結果におけるスパッタ抑制率のばらつきの範囲を示し、□は、出力比毎のスパッタ抑制率の中央値を示している。

図８に示されるように、発明者らの実験的な研究により、出力比Ｒｐは、０．１以上かつ０．１８未満である場合が好ましく（○）、０．１８以上かつ０．３未満である場合により好ましく（◎）、０．３以上かつ２以下である場合により一層好ましい（◎◎）ことが判明した。

［結晶粒の向きによる部位の区別］
図９は、図２の一部の拡大図である。発明者らの実験的な研究により、図９に示されるように、第一レーザ光と第二レーザ光との双方の照射により形成された溶接部１４にあっては、表面Ｗａからの深さに応じて結晶粒の向き（長手方向、成長方向）が異なることが判明した。これは、第一レーザ光の照射によるキーホール型の溶融によって得られた第三部位１４ａ３と、第二レーザ光のビームＢ２中の掃引方向の後方に位置する領域Ｂ２ｂの照射による溶融によって得られた第四部位１４ａ４とで、凝固時の結晶粒の成長の状況が異なることに起因するものと考えられる。ここで、第三部位１４ａ３は、表面Ｗａから離れて位置された部位であって、上述した第一部位１４ａ１に相当する部位である。また、第四部位１４ａ４は、第三部位１４ａ３と表面Ｗａとの間に位置した部位であって、上述した第二部位１４ａ２に相当する部位である。

このような構成を数値的に表すため、発明者らは、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０２０のＡ．２：切断法に準拠し、溶接部１４内の各部における結晶粒の向き（長手方向）を表す指標を定義した。

具体的には、図９に示されるように、断面の画像において、互いに直交した２本の直線試験線を含む二種類の第一基準線Ｒ１および第二基準線Ｒ２を用いる。図９において、第一基準線Ｒ１は、実線で示されており、第二基準線Ｒ２は、破線で示されている。第一基準線Ｒ１は、直線試験線Ｌ１１，Ｌ１２として、基準円Ｒ０の互いに直交する２本の直径を有しており、一つの直線試験線Ｌ１１は、表面Ｗａに沿うＸ方向（掃引方向）に延びており、もう一つの直線試験線Ｌ１２は、表面Ｗａと直交するＺ方向に延びている。また、第二基準線Ｒ２は、直線試験線Ｌ２１，Ｌ２２として、第一基準線Ｒ１と同じ基準円Ｒ０の互いに直交する２本の直径を有しており、一つの直線試験線Ｌ２１は、Ｘ方向とＺ方向との間の方向に延びており、もう一つの直線試験線Ｌ１２は、Ｘ方向の反対方向とＺ方向の間の方向、あるいはＺ方向の反対方向とＸ方向の間の方向に、延びている。直線試験線Ｌ１１と直線試験線Ｌ２１との間の角度差は４５°または１３５°であり、直線試験線Ｌ１２と直線試験線Ｌ２２との間の角度差は４５°または１３５°である。基準円Ｒ０の直径の長さ、すなわち、直線試験線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２の長さは、一例としては、２００［μｍ］に対応する長さ（所定の長さ、の一例）であるが、結晶粒の大きさに応じて、適宜に設定することができる。

そして、溶接部１４内の各点Ｐにおいて、第一基準線Ｒ１および第二基準線Ｒ２を適用し、次の式（３－１），（３－２）により、第一粒界数比率Ｒｂ１および第二粒界数比率Ｒｂ２を求める。
Ｒｂ１＝Ｎ１２／Ｎ１１ ・・・（３－１）
Ｒｂ２＝ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２） ・・・（３－２）
ここに、Ｎ１１は、直線試験線Ｌ１１と交差する結晶粒の数であり、Ｎ１２は、直線試験線Ｌ１２と交差する結晶粒の数である。Ｎ２１は、直線試験線Ｌ２１と交差する結晶粒の数であり、Ｎ２２は、直線試験線Ｌ２２と交差する結晶粒の数である。結晶粒の数は、粒界数とも称されうる。また、式（３－２）において、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）以上である場合、ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２）は（Ｎ２２／Ｎ２１）であり、（Ｎ２２／Ｎ２１）が（Ｎ２１／Ｎ２２）未満である場合、ｍａｘ（Ｎ２２／Ｎ２１，Ｎ２１／Ｎ２２）は（Ｎ２１／Ｎ２２）である。実際の測定では、５０倍で撮影されたＸ－Ｚ断面の顕微鏡写真において、任意の所定箇所以上、例えば１０箇所以上で上記の測定を行い、その平均値をそれぞれＲｂ１，Ｒｂ２とすることができる。尚、溶接部１４内のある点ＰにおいてＮ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２のいずれかが０となる場合、当該点Ｐでの粒界数はＲｂ１，Ｒｂ２の算出に用いなくてよい。

図１０，１１は、溶接部１４の断面内の一つの点Ｐについて、第一基準線Ｒ１を適用した場合（図１０）、および第二基準線Ｒ２を適用した場合（図１１）を示す模式的な説明図である。図１０，１１に示されるように、結晶粒Ａ（粒界）が直線試験線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２と交差する数は、それぞれ異なっている。図１０，１１の例では、直線試験線Ｌ２１と結晶粒Ａとの角度差が比較的小さいため、粒界数Ｎ２１が、他の粒界数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２２よりも小さくなる。よって、図１０，１１の例に示す点Ｐは、第二粒界数比率Ｒｂ２が第一粒界数比率Ｒｂ１よりも高い点Ｐということになる。同様に、上述した定義においては、基準円Ｒ０内において結晶粒Ａの長手方向とＸ方向との角度差が比較的小さい点Ｐでは、第一粒界数比率Ｒｂ１が比較的高くなるとともに第二粒界数比率Ｒｂ２よりも大きくなる。また、結晶粒Ａの長手方向とＸ方向およびＺ方向の間の方向（４５°方向）との角度差が比較的小さい点Ｐにおいては、第二粒界数比率Ｒｂ２が比較的高くなるとともに第一粒界数比率Ｒｂ１よりも大きくなる。

発明者らの実験的な研究により、第四部位１４ａ４内の各点Ｐにおける第一粒界数比率Ｒｂ１は、第三部位１４ａ３内の各点Ｐにおける第一粒界数比率Ｒｂ１よりも低いことが判明した。また、第四部位１４ａ４内の各点Ｐにおける第二粒界数比率Ｒｂ２は、第三部位１４ａ３内の各点Ｐにおける第二粒界数比率Ｒｂ２よりも高いことが判明した。また、第三部位１４ａ３内の各点Ｐにおいては、第一粒界数比率Ｒｂ１が第二粒界数比率Ｒｂ２よりも高く、第四部位１４ａ４内の各点Ｐにおいては、第二粒界数比率Ｒｂ２が第一粒界数比率Ｒｂ１よりも高いことが判明した。溶接部１４内にこのような第一粒界数比率Ｒｂ１および第二粒界数比率Ｒｂ２の異なる部位が存在していることは、加工対象Ｗにおいて強固な溶接強度を実現する要因と考えられるとともに、第一レーザ光と第二レーザ光との双方の照射による溶接が行われたことの証拠となりうる。

以上、説明したように、本実施形態の溶接方法にあっては、例えば、金属部材１１の端面１１ａ（第一面）上に複数の金属箔１２がＺ方向（第一方向）に重なった金属積層体１０（積層体）に、複数の金属箔１２に対して金属部材１１の反対側からＺ方向に沿って、言い換えると、Ｚ方向の反対方向にレーザ光Ｌを照射する。これにより、金属部材１１と複数の金属箔１２とが溶接部１４を介して溶接された金属積層体１０が得られる。

仮に、金属部材１１に照射したレーザ光Ｌによって金属部材１１および複数の金属箔１２の全てを溶接する場合には、溶接部１４を形成する溶融領域（溶融池）が金属部材１１から複数の金属箔１２の全てを貫通する必要がある。この場合、レーザ光Ｌの出力が小さ過ぎる場合には、金属部材１１から遠い金属箔１２には溶接部１４が届かず当該金属箔１２が接合されなかったり、逆にレーザ光Ｌの出力が大きすぎる場合には、金属部材１１から遠い金属箔１２が破れたり、といった、溶接不良が生じる虞がある。この点、本実施形態の構成および方法によれば、上述したように、金属部材１１の反対側から金属箔１２にレーザ光Ｌを照射することにより溶接部１４を形成するため、複数の金属箔１２を貫通するとともに金属部材１１に届く溶接部１４をより容易に形成することができるとともに、金属部材１１にレーザ光Ｌを照射した場合に生じる上述した不都合な事象を回避できる。また、複数の金属箔１２の層においてレーザ光の照射当初からキーホール型の溶融状態が生じた場合には、金属箔１２のブローホール等の溶接不良が生じる虞がある。この点、本実施形態では、複数の金属箔１２に対するレーザ光の照射当初から、当該複数の金属箔１２の層において、第二レーザ光の作用による熱伝導型の溶融状態が得られるため、金属箔１２のブローホールのような溶接不良を回避することができる。

また、本実施形態では、例えば、第二レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下である。

このような構成および方法によれば、例えば、よりスパッタが少ないかあるいは無くかつ金属箔１２のブローホールが生じていないより高品質な金属積層体１０を得ることができる。

また、本実施形態では、例えば、表面Ｗａ上において、第二レーザ光のビームＢ２（第二スポット）の少なくとも一部は、第一レーザ光のビームＢ１（第一スポット）よりも掃引方向ＳＤの前方に位置している。

また、本実施形態では、例えば、表面Ｗａ上において、ビームＢ１とビームＢ２とは少なくとも部分的に重なっている。

また、本実施形態では、例えば、表面Ｗａ上において、ビームＢ２は、ビームＢ１よりも広い。

また、本実施形態では、例えば、表面Ｗａ上において、ビームＢ２の外縁Ｂ２ａ（第二外縁）は、ビームＢ１の外縁Ｂ１ａ（第一外縁）を取り囲んでいる。

上述したように、発明者らは、表面Ｗａ上にこのようなビームＢ１，Ｂ２を形成するレーザ光Ｌのビームの照射による溶接にあっては、スパッタやブローホールをより一層低減できることを確認した。これは、上述したように、ビームＢ１が到来する前にビームＢ２の領域Ｂ２ｆによって加工対象Ｗを予め加熱しておくことにより、ビームＢ２およびビームＢ１によって形成される加工対象Ｗの溶融池がより安定化するためであると推定できる。よって、このようなビームＢ１，Ｂ２を有したレーザ光Ｌによれば、例えば、よりスパッタやブローホールの少ないより溶接品質の高い溶接を実行することができる。また、このようなビームＢ１，Ｂ２の設定によれば、例えば、第一レーザ光のパワーをより低くすることができるという利点も得られる。また、ビームＢ１とビームＢ２とが同軸で照射される場合にあっては、光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとの相対的な回転が不要となるという利点も得られる。

また、本実施形態では、例えば、表面Ｗａ（第二面）における第二レーザ光の実効エネルギ密度Ｅ_２（第一エネルギ密度）に対する表面Ｗａにおける第一レーザ光の実効エネルギ密度Ｅ_１（第一エネルギ密度）の比が、１以上１０以下である。

このような構成および方法によれば、例えば、より一層高品質な金属積層体１０を得ることができる。

また、本実施形態では、例えば、加工対象Ｗは、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれかで作られる。

本実施形態の溶接方法による効果は、加工対象Ｗが上記材料のうちのいずれかで作られている場合に、得られる。

［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ａの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－１とミラー１２３との間に、ＤＯＥ１２５を有している。この点を除き、レーザ溶接装置１００Ａは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００と同様の構成を備えている。

ＤＯＥ１２５は、第一レーザ光のビームＢ１の形状（以下、ビーム形状と称する）を成形する。図１３に概念的に例示されるよう、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパとも称されうる。

なお、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－２の後段に設けられ第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ１２４の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。ビームシェイパによってレーザ光Ｌのビーム形状を適宜に整えることにより、溶接においてスパッタやブローホールの発生をより一層抑制することができる。

［第３実施形態］
図１４は、第３実施形態のレーザ溶接装置１００Ｂの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、フィルタ１２４と集光レンズ１２２との間に、ガルバノスキャナ１２６を有している。この点を除き、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００と同様の構成を備えている。

ガルバノスキャナ１２６は、２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂを有しており、当該２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を制御することで、光学ヘッド１２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる装置である。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えば不図示のモータによって変更される。このような構成によれば、光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとを相対的に移動する機構が不要になり、例えば、装置構成を小型化できるという利点が得られる。

［第４実施形態］
図１５は、第４実施形態のレーザ溶接装置１００Ｃの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－２とフィルタ１２４との間に、ＤＯＥ１２５（ビームシェイパ）を有している。この点を除き、レーザ溶接装置１００Ｃは、第３実施形態のレーザ溶接装置１００Ｂと同様の構成を備えている。このような構成によれば、ガルバノスキャナ１２６を有することによる第３実施形態と同様の効果、およびＤＯＥ１２５（ビームシェイパ）を有することによる第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態においても、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－１の後段に設けられ第一レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ１２４の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。

［第５実施形態］
図１６は、第５実施形態のレーザ溶接装置１００Ｄの概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、それぞれ別のボディ（ハウジング）によって構成された、第一レーザ光Ｌ１を照射する第一部位１２０－１と、第二レーザ光Ｌ２を照射する第二部位１２０－２と、を備えている。このような構成によっても、上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。

図１７，１８は、レーザ溶接装置１００Ｄによって表面Ｗａ上に形成されたレーザ光のビームＢ１，Ｂ２の例を示している。図１７，１８に示されるように、レーザ溶接装置１００Ｄによれば、第一部位１２０－１と第二部位１２０－２との相対位置や姿勢の設定により、ビームＢ１，Ｂ２の相対位置を、任意に設定することができる。発明者らの研究により、表面Ｗａ上において、図１７，１８のように、ビームＢ２（第二スポット）の少なくとも一部がビームＢ１（第一スポット）よりも掃引方向ＳＤの前方に位置している場合、およびビームＢ１とビームＢ２とが互いに接するかあるいは少なくとも部分的に重なっている場合においては、ビームＢ２の予熱効果による第１実施形態と同様の効果が得られることが判明している。また、ビームＢ２の少なくとも一部がビームＢ１よりも掃引方向ＳＤの前方に位置している場合にあっては、ビームＢ１とビームＢ２とは微少距離離間していてもよいことも判明している。なお、図１７，１８は、それぞれ一例に過ぎず、レーザ溶接装置１００Ｄによって得られるビームＢ１，Ｂ２の配置や各ビームＢ１，Ｂ２のサイズは、図１７，１８の例には限定されない。

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

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

また、加工対象に対してレーザ光を掃引する際に、公知のウォブリングやウィービングや出力変調等により掃引を行い、溶融池の表面積を調節するようにしてもよい。

また、加工対象に対してレーザ光を複数回掃引してもよい。この場合に、［１］後の掃引におけるレーザ光のパワーを、前の掃引におけるレーザ光のパワーよりも低くまたは高くしたり、［２］後の掃引における掃引速度を、前の掃引における掃引速度よりも速くまたは遅くしたり、［３］後の掃引におけるレーザ光のパワーを、前の掃引におけるレーザ光のパワーよりも高くするとともに、後の掃引における掃引速度を、前の掃引における掃引速度よりも速くしたりしてもよい。

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

本発明は、溶接方法、溶接装置、金属積層体、電気部品、および電気製品に、利用することができる。

１…電池（電気製品）
１０…金属積層体（積層体、電気部品）
１１…金属部材
１１ａ…端面（第一面）
１２…金属箔
１３ｐ…正極材
１３ｍ…負極材
１４…溶接部
１４ａ…溶接金属
１４ａ１…第一部位
１４ａ２…第二部位
１４ａ３…第三部位
１４ａ４…第四部位
１４ｂ…熱影響部
１５…セパレータ
２０…外装材
２０ａ…収容室
１００，１００Ａ～１００Ｄ…レーザ溶接装置（溶接装置）
１１１…レーザ装置（第一レーザ発振器）
１１２…レーザ装置（第二レーザ発振器）
１２０…光学ヘッド
１２０－１…第一部位
１２０－２…第二部位
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２５…ＤＯＥ（回折光学素子）
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
Ａ…結晶粒
Ａｍ…吸収率
Ｂ１…ビーム（第一スポット）
Ｂ１ａ…外縁
Ｂ２…ビーム（第二スポット）
Ｂ２ａ…外縁
Ｂ２ｂ…領域
Ｂ２ｆ…領域
Ｃ…中心点
Ｄ１…スポット径（外径）
Ｄ２…スポット径（外径）
Ｄ_ｎ…スポット径
ｄ…深さ
Ｅ…実効エネルギ密度
Ｅ_１…実効エネルギ密度（第一エネルギ密度）
Ｅ_２…実効エネルギ密度（第二エネルギ密度）
Ｉ…領域
Ｌ…レーザ光
Ｌ１…第一レーザ光
Ｌ２…第二レーザ光
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２…直線試験線
Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２…粒界数
Ｐ…点
Ｐ_ｎ…出力
Ｒ…比
Ｒ０…基準円
Ｒ１…第一基準線
Ｒ２…第二基準線
Ｒｂ１…第一粒界数比率
Ｒｂ２…第二粒界数比率
ＳＤ…掃引方向
Ｖ…掃引速度
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面（第二面）
Ｗｂ…裏面
ｗｂ…（溶接金属の表面での）幅
ｗｍ…（第一領域および第二領域の）幅
Ｘ…方向（第二方向）
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）
Ｚ１…第一領域（第一部位）
Ｚ２…第二領域（第二部位）

Claims (24)

1. 金属部材の第一面上に第一方向に重ねられた複数の金属箔に対して、前記金属部材の反対側からレーザ光を照射することにより、前記金属部材と前記複数の金属箔とを溶接する溶接方法であって、
   前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、
   前記レーザ光を、前記複数の金属箔のうち前記第一方向において前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面上に照射する、溶接方法。
2. 前記レーザ光は、前記第二面上で、前記第一方向と交差した第二方向に沿う掃引方向に掃引され、
   前記第二面上において、前記第二レーザ光によって前記第二面上に形成される第二スポットの少なくとも一部は、前記第一レーザ光によって前記第二面上に形成される第一スポットよりも前記掃引方向の前方に位置している、請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記第二面上において、前記第一スポットと前記第二スポットとは少なくとも部分的に重なっている、請求項２に記載の溶接方法。
4. 前記第二面上において、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を取り囲んでいる、請求項２に記載の溶接方法。
5. 前記第二面における前記第二レーザ光の第二エネルギ密度に対する前記第二面における前記第一レーザ光の第一エネルギ密度の比が、１以上１０以下である、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
6. 前記第二面における前記第二レーザ光の第二エネルギ密度に対する前記第二面における前記第一レーザ光の第一エネルギ密度の比が、２以上８以下である、請求項５に記載の溶接方法。
7. 前記金属部材および前記複数の金属箔のそれぞれは、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料、ニッケル系金属材料、鉄系金属材料、およびチタン系金属材料のうちのいずれか一つで作られている、請求項１～６のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
8. 前記金属部材の前記第一方向の厚さが０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下であり、かつ前記複数の金属箔の層の厚さが０．０５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下である、請求項１～７のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
9. 前記レーザ光を、ウォブリング、ウィービング、または出力変調を行いながら前記第二面に照射する、請求項１～８のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
10. 前記第二面上で、前記レーザ光を複数回掃引する、請求項１～９のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
11. 前記第二面上で、前記レーザ光を掃引し、前記第二面上での掃引の途中で前記第二面上での掃引速度を変更する、請求項１～１０のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
12. 前記第二面上で、前記レーザ光を掃引し、前記第二面上での掃引の途中で前記レーザ光のパワーを変更する、請求項１～１１のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
13. 前記金属部材は、めっき付き金属板を含む、請求項１～１２のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
14. 前記第二面上において、前記第二レーザ光によって前記第二面上に形成される第二スポットは、前記第一レーザ光によって前記第二面上に形成される第一スポットより広い、請求項１～１３のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
15. 前記レーザ光は、前記第二面の法線方向が前記第一方向と略平行な状態で、前記第二面上に照射される、請求項１～１４のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
16. 前記第二面上において、前記レーザ光によって前記第二面上に形成されるスポットの形状は、当該スポットの中心に対する点対称形状を有する、請求項１～１５のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
17. 前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とが同軸で照射される、請求項１～１６のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
18. 前記第二面上において、前記第一レーザ光によって前記第二面上に形成される第一スポットの中心と、前記第二レーザ光によって前記第二面上に形成される第二スポットの中心とが略一致する、請求項１～１７のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
19. 前記第二面上において、前記第一レーザ光によって前記第二面上に形成される第一スポットと、前記第二レーザ光によって前記第二面上に形成される第二スポットとが、互いにずれている、請求項１～１５のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
20. レーザ発振器と、
    金属部材の第一面上に第一方向に重ねられた複数の金属箔に対して、前記金属部材の反対側から、前記レーザ発振器からのレーザ光を照射する光学ヘッドと、
    を備え、金属部材と複数の金属箔とを溶接する溶接装置であって、
    前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、４００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、
    前記光学ヘッドは、前記レーザ光を、前記複数の金属箔のうち前記第一方向において前記金属部材から最も離れた金属箔の前記金属部材とは反対側の第二面上に照射する、溶接装置。
21. 前記レーザ光を複数のビームに分割するビームシェイパを備えた、請求項２０に記載の溶接装置。
22. 前記レーザ光が前記第二面上で前記第一方向と交差した第二方向に沿う掃引方向に移動するよう、前記レーザ光の出射方向を変化させるガルバノスキャナを備えた、請求項２０または２１に記載の溶接装置。
23. 前記光学ヘッドは、前記レーザ光を、ウォブリング、ウィービング、または出力変調を行いながら前記第二面に照射する、請求項２０～２２のうちいずれか一つに記載の溶接装置。
24. 前記光学ヘッドは、前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを同軸で照射する、請求項２０～２３のうちいずれか一つに記載の溶接装置。

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