Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7598296B2 - Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7598296B2 - Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product - Google Patents

Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product Download PDF

Info

Publication number
JP7598296B2
JP7598296B2 JP2021105757A JP2021105757A JP7598296B2 JP 7598296 B2 JP7598296 B2 JP 7598296B2 JP 2021105757 A JP2021105757 A JP 2021105757A JP 2021105757 A JP2021105757 A JP 2021105757A JP 7598296 B2 JP7598296 B2 JP 7598296B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
welding method
laser light
metal member
spot
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2021105757A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023004207A (en
Inventor
暢康 松本
啓伍 松永
太郎 村山
昌充 金子
崇 茅原
孝 繁松
俊明 酒井
知道 安岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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 Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP2021105757A priority Critical patent/JP7598296B2/en
Priority to PCT/JP2022/025155 priority patent/WO2022270595A1/en
Publication of JP2023004207A publication Critical patent/JP2023004207A/en
Priority to JP2024207622A priority patent/JP2025019321A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7598296B2 publication Critical patent/JP7598296B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/28Seam welding of curved planar seams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

本発明は、溶接方法、金属積層体、電気部品、および電気製品に関する。 The present invention relates to a welding method, a metal laminate, an electrical component, and an electrical product.

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)。 Conventionally, batteries in which multiple tabs and terminals are joined by laser welding are known (for example, Patent Document 1).

特開2020-4643号公報JP 2020-4643 A

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、例えばレーザ光を照射した部位における複数の金属箔の切断や、金属箔の部分的な断裂のような欠陥を生じさせないことは、重要である。 In this type of welding, it is important not only to ensure the required joint strength, but also to avoid defects such as cutting of multiple metal foils or partial rupture of the metal foil at the site irradiated with the laser light.

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、ならびに当該溶接方法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、である。 Therefore, one of the objectives of the present invention is to provide a new and improved welding method capable of welding, for example, a laminate in which multiple metal foils and metal members are stacked together, as well as to obtain a metal laminate, an electrical component, and an electrical product welded by the welding method.

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、前記複数の金属箔および前記金属部材が前記レーザ光から吸収した吸収エネルギであって、掃引方向の単位長さあたりの吸収エネルギが、0.14[J/mm]以下である。 The welding method of the present invention is, for example, a welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having a lower energy density than the first laser beam to a metal foil on the opposite side of the metal member among a plurality of metal foils overlapping in a first direction on the metal member, and includes a process of forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser beam, and a process of solidifying the molten pool to form a weld. In the process of forming the molten pool, a spot of the laser beam is swept over the surface of the metal foil, and the absorbed energy of the laser beam absorbed by the plurality of metal foils and the metal member per unit length in the sweep direction is 0.14 [J/mm] or less.

前記溶接方法にあっては、前記吸収エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上であってもよい。 In the welding method, the absorbed energy may be equal to or greater than the amount of the metal foil that is in contact with the metal member among the plurality of metal foils.

前記溶接方法にあっては、前記吸収エネルギは、前記第一方向に重ねられた複数の金属箔の厚さが400[μm]以上である場合に、0.05[J/mm]以上であってもよい。 In the welding method, the absorbed energy may be 0.05 [J/mm] or more when the thickness of the multiple metal foils stacked in the first direction is 400 [μm] or more.

前記溶接方法にあっては、前記スポットの掃引速度は、300[mm/s]以上かつ10000[mm/s]以下であってもよい。 In the welding method, the sweep speed of the spot may be 300 mm/s or more and 10,000 mm/s or less.

前記溶接方法にあっては、前記第一レーザ光の波長は、800[nm]以上かつ1200[nm]以下であり、前記第二レーザ光の波長は、550[nm]以下であってもよい。 In the welding method, the wavelength of the first laser light may be 800 nm or more and 1200 nm or less, and the wavelength of the second laser light may be 550 nm or less.

前記溶接方法にあっては、前記第二レーザ光の波長は、400[nm]以上かつ500[nm]以下であってもよい。 In the welding method, the wavelength of the second laser light may be 400 nm or more and 500 nm or less.

前記溶接方法にあっては、前記レーザ光のビームは、ビームシェイパによって形成されてもよい。 In the welding method, the laser light beam may be formed by a beam shaper.

前記溶接方法にあっては、前記ビームシェイパは、DOEであってもよい。 In the welding method, the beam shaper may be a DOE.

前記溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡が、当該掃引軌跡の少なくとも一部において、前記スポットの少なくとも一部が既に前記レーザ光の照射によって溶融した部位と重なるよう、設定されてもよい。 In the welding method, in the step of forming the molten pool, the sweep path of the spot on the metal foil may be set so that at least a portion of the sweep path overlaps with a portion of the spot that has already been melted by irradiation with the laser light.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、無端状の部位を含んでもよい。 In the welding method, the sweep path may include an endless portion.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、全体的に無端状の形状を有してもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may have an endless shape overall.

前記溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記掃引軌跡において前記無端状の部位が形成された後、前記表面における前記無端状の部位の内側の領域で前記レーザ光のスポットが掃引されてもよい。 In the welding method, in the step of forming the molten pool, after the endless portion is formed in the sweep trajectory, the spot of the laser light may be swept in the area inside the endless portion on the surface.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、互いに隣り合って延びた複数の区間を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include multiple sections extending adjacent to each other.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記掃引軌跡の二箇所の間を結ぶ線分状の区間を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include a line segment connecting two points on the sweep trajectory.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、渦巻き状の区間を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include a spiral section.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include a wobbling section in which the spot revolves around a reference point while the reference point moves in a second direction.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、前記第二方向に線状に延びた区間と、当該線状に延びた区間の後に掃引され当該線状に延びた区間と部分的に重なる前記ウォブリング区間と、を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include a section that extends linearly in the second direction, and the wobbling section that is swept after the linear section and partially overlaps with the linear section.

前記溶接方法にあっては、前記掃引軌跡は、当該掃引軌跡同士が交差した部位を含んでもよい。 In the welding method, the sweep trajectory may include a portion where the sweep trajectories intersect with each other.

前記溶接方法にあっては、形成された前記溶接部の幅が30[μm]以上かつ300[μm]以下であってもよい。 In the above welding method, the width of the welded portion formed may be 30 μm or more and 300 μm or less.

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射した場合に形成された前記溶接部の外径、または前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上で前記レーザ光のスポットを掃引した場合に形成された前記溶接部の幅が、30[μm]以上かつ300[μm]以下である。 The welding method of the present invention is, for example, a welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having a lower energy density than the first laser beam to a metal foil on the opposite side of the metal member among a plurality of metal foils overlapping in a first direction on the metal member, and includes a step of forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser beam, and a step of solidifying the molten pool to form a welded portion, and in the step of forming the molten pool, the outer diameter of the welded portion formed when a dot-shaped spot of the laser beam is irradiated onto the metal foil on the opposite side of the metal member among the plurality of metal foils, or the width of the welded portion formed when the spot of the laser beam is swept over the metal foil on the opposite side of the metal member among the plurality of metal foils, is 30 [μm] or more and 300 [μm] or less.

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射し、前記レーザ光の前記複数の金属箔および前記金属部材への投入エネルギが、1.0[J]以下である。 The welding method of the present invention is, for example, a welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having a lower energy density than the first laser beam to a metal foil on the opposite side of the metal member among a plurality of metal foils overlapping in a first direction on the metal member, and includes a process of forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser beam, and a process of solidifying the molten pool to form a welded portion, and in the process of forming the molten pool, a point-shaped spot of the laser beam is irradiated onto the metal foil on the opposite side of the metal member among the plurality of metal foils, and the input energy of the laser beam to the plurality of metal foils and the metal member is 1.0 [J] or less.

前記溶接方法にあっては、前記投入エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上であってもよい。 In the above welding method, the input energy may be equal to or greater than the amount of the metal foil that is in contact with the metal member among the plurality of metal foils.

本発明の溶接方法は、例えば、金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、を有し、前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間と、前記第二方向に線状に延びて前記ウォブリング区間と部分的に重なった区間と、を含む。 The welding method of the present invention is, for example, a welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having a lower energy density than the first laser beam to a metal foil on the opposite side of the metal member among a plurality of metal foils overlapping on the metal member in a first direction, and the method includes a step of forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser beam, and a step of solidifying the molten pool to form a weld. In the step of forming the molten pool, a spot of the laser beam is swept on the surface of the metal foil, and the sweep trajectory of the spot on the metal foil includes a wobbling section in which the spot revolves around a reference point while the reference point moves in a second direction, and a section that extends linearly in the second direction and partially overlaps with the wobbling section.

本発明の金属積層体は、例えば、金属部材と前記金属部材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、前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔において、前記溶接部が点状に形成された場合の外径、または前記溶接部が線状に形成された場合の幅が、30[μm]以上かつ300[μm]以下である。 The metal laminate of the present invention includes, for example, a metal member, a plurality of metal foils overlapping the metal member in a first direction, and a welded portion formed by welding the metal member to the plurality of metal foils, and the outer diameter of the welded portion formed in a dot shape, or the width of the welded portion formed in a line shape, of the metal foil on the opposite side of the metal member among the plurality of metal foils is 30 μm or more and 300 μm or less.

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。 The electrical component of the present invention, for example, comprises the metal laminate as a conductor.

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。 The electrical product of the present invention, for example, includes the metal laminate as a conductor.

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、ならびに当該溶接方法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。 The present invention provides a new and improved welding method capable of welding, for example, a laminate in which multiple metal foils and metal members are stacked together, as well as a metal laminate, an electrical component, and an electrical product welded by the welding method.

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。FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser welding apparatus according to a first embodiment. 図2は、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。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a metal laminate as an object to be processed by the laser welding apparatus of the embodiment. 図3は、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。FIG. 3 is an exemplary schematic cross-sectional view of a battery including a metal laminate as a processing target of the laser welding apparatus of the embodiment. 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。FIG. 4 is an exemplary schematic diagram showing a beam (spot) of laser light formed on the surface of an object to be processed by the laser welding apparatus of the first embodiment. 図5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。FIG. 5 is a graph showing the light absorptance of metals versus the wavelength of the irradiated laser light. 図6は、実施形態の溶接方法の手順を示す例示的なフローチャートである。FIG. 6 is an exemplary flowchart showing the steps of the welding method according to the embodiment. 図7は、金属積層体において溶接部と金属箔との境界に断裂が生じる仕組みを示す例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a mechanism by which a fracture occurs at the boundary between a weld and a metal foil in a metal laminate. 図8は、参考例の溶接方法により溶接部に切断が生じた場合の例示的な断面図である。FIG. 8 is an exemplary cross-sectional view showing a case where a break occurs in a welded portion by the welding method of the reference example. 図9は、実施形態の溶接方法により良好な接合状態が得られた場合の例示的な断面図である。FIG. 9 is an exemplary cross-sectional view showing a case where a good joint state is obtained by the welding method according to the embodiment. 図10は、参考例の溶接方法により金属箔の一部に断裂が生じた場合の例示的な断面図である。FIG. 10 is an exemplary cross-sectional view showing a case where a part of the metal foil is torn by the welding method of the reference example. 図11は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図12は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図13は、図12のXIII-XIII断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII of FIG. 図14は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図15は、図14のXV-XV断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV of FIG. 図16は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図17は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図18は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図19は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図20は、実施形態の溶接方法による金属箔の表面上におけるレーザ光のスポットの軌跡の一例を示す模式図である。FIG. 20 is a schematic diagram showing an example of a trajectory of a laser light spot on a surface of a metal foil by the welding method of the embodiment. 図21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。FIG. 21 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser welding device according to the second embodiment. 図22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。FIG. 22 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the diffractive optical element included in the laser welding apparatus of the second embodiment. 図23は、第2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。FIG. 23 is a schematic diagram showing an example of a laser light beam (spot) formed on the surface of the object to be processed by the laser welding apparatus of the second embodiment. 図24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。FIG. 24 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser welding device according to the third embodiment.

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。 Below, exemplary embodiments of the present invention are disclosed. The configurations of the embodiments shown below, and the actions and results (effects) brought about by said configurations, are merely examples. The present invention can also be realized with configurations other than those disclosed in the following embodiments. Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of the various effects (including derivative effects) obtained by the configurations.

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。 The embodiments shown below have similar configurations. Therefore, according to the configuration of each embodiment, similar actions and effects based on the similar configurations can be obtained. Furthermore, in the following, the similar configurations are given the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted.

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。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。 In addition, in each figure, the X direction is represented by an arrow X, the Y direction is represented by an arrow Y, and the Z direction is represented by an arrow Z. The X direction, Y direction, and Z direction intersect with each other and are perpendicular to each other. The Z direction is the normal direction to the surface Wa (machined surface, welded surface) of the workpiece W, the thickness direction of the metal foil 12, and the stacking direction of the metal foil 12 and the metal laminate 10.

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。 In addition, in this specification, ordinal numbers are used for convenience to distinguish between parts, members, locations, laser beams, directions, etc., and do not indicate priority or order.

[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。
[First embodiment]
Fig. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding apparatus 100 according to a first embodiment. As shown in Fig. 1, the laser welding apparatus 100 includes a laser device 111, a laser device 112, an optical head 120, and an optical fiber 130. The laser welding apparatus 100 is an example of a welding apparatus.

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、400[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。 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. The laser devices 111 and 112 emit laser light with a wavelength of 400 nm or more and 1200 nm or less. The laser devices 111 and 112 each have a laser light source therein, such as a fiber laser, a semiconductor laser (element), a YAG laser, or a disk laser. The laser devices 111 and 112 may be configured to output multi-mode laser light with a power of several kW as the sum of the outputs of the multiple light sources.

レーザ装置111は、例えば、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、第一レーザ発振器とも称されうる。 Laser device 111 outputs a first laser light having a wavelength of, for example, 800 nm or more and 1200 nm or less. Laser device 111 is an example of a first laser device. As an example, laser device 111 has a fiber laser or a semiconductor laser (element) as a laser light source. The laser oscillator of laser device 111 may also be referred to as a first laser oscillator.

他方、レーザ装置112は、例えば、550[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、第二レーザ発振器とも称されうる。 On the other hand, the laser device 112 outputs a second laser light having a wavelength of, for example, 550 [nm] or less. The laser device 112 is an example of a second laser device. As an example, the laser device 112 has a semiconductor laser (element) as a laser light source. It is preferable that the laser device 112 outputs a second laser light having a wavelength of 400 [nm] or more and 500 [nm] or less. The laser oscillator of the laser device 112 may also be referred to as a second laser oscillator.

光ファイバ130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。 The optical fiber 130 optically connects the laser devices 111 and 112 to the optical head 120. In other words, the optical fiber 130 guides the laser light output from the laser devices 111 and 112 to the optical head 120.

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うる。 The optical head 120 is an optical device that irradiates the laser light input from the laser devices 111 and 112 toward the workpiece W. The optical head 120 includes a collimator lens 121, a condenser lens 122, a mirror 123, a filter 124, and a galvanometer scanner 126. The collimator lens 121, the condenser lens 122, the mirror 123, the filter 124, and the galvanometer scanner 126 may also be referred to as optical components.

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。 The collimating lenses 121 (121-1, 121-2) each collimate the laser light input via the optical fiber 130. The collimated laser light becomes parallel light.

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。 Mirror 123 reflects the first laser light, which has been collimated by collimator lens 121-1, and directs it toward galvanometer scanner 126.

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。 Filter 124 is a high-pass filter that transmits the first laser light and reflects but does not transmit the second laser light. The first laser light from mirror 123 passes through filter 124 and heads toward galvanometer scanner 126. On the other hand, the second laser light from collimator lens 121-2 is reflected by filter 124 and heads toward galvanometer scanner 126.

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の出射方向を切り替え、これにより、加工対象Wの表面上でレーザ光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の出射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を掃引することができる。 The galvano scanner 126 has multiple mirrors 126a, 126b. By changing the angles of the multiple mirrors 126a, 126b, the emission direction of the laser light L from the optical head 120 can be switched, and thus the irradiation position of the laser light L on the surface of the workpiece W can be changed. The angles of the mirrors 126a, 126b are each changed by, for example, a motor (neither shown) controlled by a control device. The optical head 120 can sweep the laser light L over the surface Wa of the workpiece W by changing the emission direction of the laser light L while irradiating the laser light L.

集光レンズ122は、ガルバノスキャナ126から到来し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。 The focusing lens 122 focuses the parallel laser light coming from the galvanometer scanner 126 and irradiates the laser light L (output light) onto the workpiece W.

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、積層体とも称されうる。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とを溶接し、機械的かつ電気的に接続している。 The processing object W is a metal laminate 10 in which a metal member 11 and multiple metal foils 12 are laminated in the Z direction. The metal laminate 10 can also be called a laminate. The metal laminate 10 has a metal member 11, multiple metal foils 12, and a welded portion 14. The welded portion 14 welds the metal member 11 and the multiple metal foils 12 together, connecting them mechanically and electrically.

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。 Figure 2 is a cross-sectional view of the metal laminate 10. As an example, the metal member 11 has a plate-like shape that spreads across the Z direction. However, the metal member 11 is not limited to a plate-like member. A plurality of metal foils 12 are laminated in the Z direction on the end surface 11a of the metal member 11 in the Z direction.

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。 When the metal laminate 10 is welded by the laser welding device 100, it is temporarily fixed together in the above-mentioned stacked state by a fixing jig (not shown) and set in a position in which the normal direction of the surface Wa of the metal foil 12 is approximately parallel to the Z direction. The fixing jig is, for example, two metal plates arranged at a distance from each other in the Z direction. The two metal plates are in a position intersecting the Z direction and sandwich the stacked metal member 11 and the multiple metal foils 12 in the Z direction. Of the two metal plates, the metal plate facing the optical head 120 is provided with a through hole through which the laser light L can pass.

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とは反対側の金属箔12、言い換えると金属部材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の照射面とも称され、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。 The surface Wa is the end face of the metal laminate 10 in the Z direction, and is the metal foil 12 of the multiple metal foils 12 opposite the metal member 11, in other words, the surface of the metal foil 12 farthest from the metal member 11, opposite the metal member 11. The laser light L is irradiated in the opposite direction of the Z direction to the surface Wa, in other words, along the Z direction from the opposite side of the metal member 11 to the surface Wa. The surface opposite the end face 11a of the metal member 11 is the back surface Wb of the metal laminate 10. The surface Wa is also referred to as the irradiation surface of the laser light L, and can also be referred to as the opposing surface facing the optical head 120. The Z direction is an example of a first direction.

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、掃引方向SDにも延びることになる。なお、掃引方向SDは、レーザ光Lが照射されている位置における一時的な方向である。また、図1,2のように、掃引方向SDがX方向である場合にあっては、当該X方向と直交するY方向は、溶接部14の幅方向とも称されうる。 By irradiating the laser light L in this manner, the welded portion 14 extends from the surface Wa in the opposite direction to the Z direction. The opposite direction to the Z direction may also be referred to as the depth direction of the welded portion 14. Furthermore, by sweeping the laser light L in the sweep direction SD on the surface Wa, the welded portion 14 also extends in the sweep direction SD with a cross-sectional shape substantially similar to that shown in FIG. 2. Note that the sweep direction SD is a temporary direction at the position where the laser light L is irradiated. Furthermore, when the sweep direction SD is the X direction as in FIGS. 1 and 2, the Y direction perpendicular to the X direction may also be referred to as the width direction of the welded portion 14.

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。 Figure 3 is a cross-sectional view of a battery 1 as an electrical product having a metal laminate 10. The battery 1 is one application example of the metal laminate 10. In this case, the metal laminate 10 is an example of an electrical component as a conductor, and is an example of an electrical component included in an electrical product. An electrical component may also be referred to as a component of an electrical product.

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。 The battery 1 shown in FIG. 3 is, for example, a laminated lithium ion battery cell. The battery 1 has two film-like exterior materials 20. A storage chamber 20a 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 stored in the storage chamber 20a. In the storage chamber 20a, the positive electrode materials 13p and the negative electrode materials 13m are alternately stacked with the separators 15 interposed therebetween. Metal foils 12 extend from each of the plurality of positive electrode materials 13p and the plurality of negative electrode materials 13m. In the example of FIG. 3, the plurality of metal foils 12 extending from each of the positive electrode materials 13p are stacked on the metal member 11 at the end on the opposite side in the Y direction of the battery 1, and a metal laminate 10 is provided in which the metal member 11 and the plurality of metal foils 12 are welded to the end. On the positive electrode side, only a part of the metal member 11 is exposed to the outside of the exterior material 20, and the other part of the metal member 11, the multiple metal foils 12, and the welded part 14 are not exposed to the outside of the exterior material 20. The metal member 11 constitutes the positive electrode terminal of the battery 1. On the other hand, the multiple metal foils 12 extending from each of the negative electrode materials 13m are overlapped on the metal member 11 at the Y-direction end of the battery 1, and a metal laminate 10 is provided in which the metal member 11 and the multiple metal foils 12 are welded at the end. On the negative electrode side, only a part of the metal member 11 is exposed to the outside of the exterior material 20, and the other part of the metal member 11, the multiple metal foils 12, and the welded part 14 are not exposed to the outside of the exterior material 20. The metal member 11 constitutes the negative electrode terminal of the battery 1.

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。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。 As shown in FIG. 3, each metal laminate 10 is sandwiched between two exterior materials 20. Airtightness or liquid tightness is ensured between the metal laminate 10 and the exterior material 20 by a sealing material or the like. For this reason, it is preferable that the front surface Wa and back surface Wb of the metal laminate 10 have as little or no unevenness as possible. When the battery 1 is a lithium ion battery cell, the metal foil 12 constituting the metal laminate 10 as the positive terminal is made of, for example, an aluminum-based metal material, and the metal foil 12 constituting the metal laminate 10 as the negative terminal is made of, for example, a copper-based metal material. The positive terminal and the negative terminal are examples of electrical components. The metal laminate 10 or the metal member 11 may also be referred to as an electrode tab or a tab. The metal member 11 may also be referred to as a conductive member.

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、例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。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a beam (spot) of laser light L irradiated on the surface Wa. Each of the beams B1 and B2 has, for example, a Gaussian-shaped power distribution in the radial direction of the cross section perpendicular to the optical axis direction of the beam. However, the power distribution of the beams B1 and B2 is not limited to a Gaussian shape. In addition, in each figure in which the beams B1 and B2 are represented by circles as in FIG. 4, the diameter of the circle representing the beams B1 and B2 is the beam diameter of each of the beams B1 and B2. The beam diameter of each of the beams B1 and B2 is defined as the diameter of a region including the peak of the beam and having an intensity of 1/ e2 or more of the peak intensity. Although not shown, in the case of a non-circular beam, the length of the region having an intensity of 1/e2 or more of the peak intensity in the direction perpendicular to the sweep direction SD can be defined as the beam diameter. In addition, the beam diameter on the surface Wa is called the spot diameter.

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。また、ビームB2のエネルギ密度は、ビームB1のエネルギ密度よりも低く設定されている。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。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, as an example, the beam of laser light L is formed on the surface Wa such that the beam B1 of the first laser light and the beam B2 of the second laser light overlap, the beam B2 is larger (wider) than the beam B1, and the outer edge B2a of the beam B2 surrounds the outer edge B1a of the beam B1. In this case, the spot diameter D2 of the beam B2 is larger than the spot diameter D1 of the beam B1. Also, the energy density of the beam B2 is set lower than the energy density of the beam B1. On the surface Wa, the beam B1 is an example of a first spot, and the beam B2 is an example of a second spot.

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。 In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the beam (spot) of the laser light L on the surface Wa has a point-symmetric shape with respect to the center point C, so the shape of the spot is the same for any sweep direction SD. Therefore, when a moving mechanism is provided to move the optical head 120 and the workpiece W relatively to sweep the laser light L on the surface Wa, the moving mechanism needs to have at least a mechanism capable of relatively translating, and a mechanism capable of relatively rotating can be omitted in some cases.

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。 The metal member 11 and metal foil 12 as the processing object W can each be made of a conductive metal material. The metal material can be, for example, a copper-based metal material, an aluminum-based metal material, a nickel-based metal material, an iron-based metal material, or a titanium-based metal material, and more specifically, copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, tin, nickel, nickel alloys, iron, stainless steel, titanium, titanium alloys, etc. The metal member 11 and the metal foil 12 can be made of the same material or different materials.

[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。
[Wavelength and light absorption rate]
Here, the light absorptance of metal materials will be described. Fig. 5 is a graph showing the light absorptance of each metal material versus the wavelength of the irradiated laser light L. The horizontal axis of the graph in Fig. 5 is the wavelength, and the vertical axis is the absorptance. Fig. 5 shows the relationship between wavelength and absorptance for aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), tantalum (Ta), and titanium (Ti).

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。 Although the characteristics differ depending on the material, it can be seen that for each metal shown in Figure 5, the energy absorption rate is higher when using blue or green laser light (second laser light) than when using general infrared (IR) laser light (first laser light). This characteristic is particularly noticeable in copper (Cu), gold (Au), etc.

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。 When laser light is irradiated onto a workpiece W that has a relatively low absorption rate for the wavelength used, most of the light energy is reflected and does not affect the workpiece W as heat. Therefore, a relatively high power must be applied to obtain a melted region of sufficient depth. In this case, the sudden input of energy to the center of the beam causes sublimation and the formation of a keyhole.

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。 On the other hand, when laser light is irradiated onto a workpiece W that has a relatively high absorption rate for the wavelength used, most of the input energy is absorbed by the workpiece W and converted into thermal energy. In other words, since there is no need to apply excessive power, no keyhole is formed and melting occurs by thermal conduction.

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4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4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。 In this embodiment, the wavelength of the first laser light, the wavelength of the second laser light, and the material of the workpiece W are selected so that the absorptivity of the workpiece W to the second laser light is higher than the absorptivity of the first laser light. In this case, when the sweep direction is the sweep direction SD shown in FIG. 4, the second laser light is first irradiated to the part of the workpiece W to be welded (hereinafter referred to as the welded part) by the sweep of the spot of the laser light L from the region B2f of the beam B2 of the second laser light located in front of SD in FIG. 4. Then, the welded part is irradiated with the beam B1 of the first laser light, and then the second laser light is irradiated again from the region B2b of the beam B2 of the second laser light located behind the sweep direction SD.

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。 Therefore, a thermally conductive molten region is first generated in the welded portion by irradiation of the second laser light having a high absorptivity in the region B2f. Then, a deeper keyhole-shaped molten region is generated in the welded portion by irradiation of the first laser light. In this case, since a thermally conductive molten region is already formed in the welded portion, a molten region of the required depth can be formed by a lower power first laser light compared to a case where the thermally conductive molten region is not formed. Then, the molten state of the welded portion is changed by irradiation of the second laser light having a high absorptivity in the region B2b. From this viewpoint, the wavelength of the second laser light is preferably 550 [nm] or less, and more preferably 500 [nm] or less.

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。 In addition, experimental research by the inventors has confirmed that welding defects such as spatters and blowholes can be reduced when welding is performed by irradiating the laser light L of the beam as shown in FIG. 4. This is presumably because the molten pool of the workpiece W formed by the beam B2 and the beam B1 becomes more stable by preheating the workpiece W by the region B2f of the beam B2 before the arrival of the beam B1.

[溶接方法]
図6は、レーザ溶接装置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。図6に示されるように、まずは、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、すなわち加工対象Wが、レーザ光Lが表面Waに照射される状態にセットされる(S11)。そして、加工対象Wの表面Wa上にレーザ光Lを照射することにより、複数の金属箔12と金属部材11とに渡る溶融池を形成する(S12)。S12において、レーザ光Lは、Z方向の反対方向に略沿って照射される。また、S12においては、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てもよい。この場合、表面Wa上のレーザ光Lのスポットは、当該表面Wa上を掃引方向SDに移動する、言い換えると掃引される。レーザ光Lの照射により形成された溶融池は、温度の低下に伴って固化し、溶接部14が形成される(S13)。このようにして、複数の金属箔12と金属部材11とが溶接され、金属積層体10が一体化される。
[Welding method]
6 is a flow chart showing an example of a procedure for laser welding of the workpiece W by the laser welding device 100. As shown in FIG. 6, first, the metal laminate 10 in which the metal member 11 and the multiple metal foils 12 are temporarily fixed together by the holder, that is, the workpiece W, is set in a state in which the laser light L is irradiated to the surface Wa (S11). Then, the laser light L is irradiated onto the surface Wa of the workpiece W to form a molten pool that spans the multiple metal foils 12 and the metal member 11 (S12). In S12, the laser light L is irradiated approximately along the opposite direction to the Z direction. Also, in S12, the laser light L and the metal laminate 10 may be moved relatively in a state in which the laser light L including the beam B1 and the beam B2 is irradiated onto the surface Wa. In this case, the spot of the laser light L on the surface Wa moves in the sweep direction SD on the surface Wa, in other words, it is swept. The molten pool formed by the irradiation of the laser light L solidifies as the temperature drops, forming a weld 14 (S13). In this manner, the metal foils 12 and the metal members 11 are welded together, and the metal laminate 10 is integrated.

[断裂]
発明者らは、複数の金属箔12と金属部材11との溶接に際し、溶接部14と金属箔12との境界Bにおいて、断裂が生じる場合があることを見出すとともに、適切な条件の設定によって、断裂が生じるのを回避できることを見出した。
[Rupture]
The inventors discovered that when welding multiple metal foils 12 and a metal member 11, fractures may occur at the boundary B between the weld 14 and the metal foil 12, and that fractures can be avoided by setting appropriate conditions.

図7は、断裂が生じる仕組みを示す断面図であって、(a)は、溶融池Mが形成された状態(S12)を示し、(b)は、溶融池Mが固化して溶接部14が形成された状態を示している。図7の例では、(b)に示されるように、溶接部14と複数の金属箔12との間の境界Bに、断裂14aが生じている。これは、溶融池Mが冷却して固化され溶接部14となる際に収縮し、金属箔12が当該収縮に追従できなくなり、境界Bにおいて断裂14aが生じるものと推察される。 Figure 7 is a cross-sectional view showing how a fracture occurs, where (a) shows the state in which the molten pool M has been formed (S12), and (b) shows the state in which the molten pool M has solidified to form a weld 14. In the example of Figure 7, as shown in (b), a fracture 14a has occurred at the boundary B between the weld 14 and the multiple metal foils 12. It is presumed that this occurs because the molten pool M contracts as it cools and solidifies to form the weld 14, and the metal foils 12 are no longer able to keep up with this contraction, resulting in the fracture 14a at the boundary B.

[断裂が生じ難い条件]
発明者らは、実験的な研究により、以下の(1)~(4)のような知見を得た。実験において、加工対象W(金属積層体10)は、アルミニウム系材料で作られた金属部材11および金属箔12を含み、金属箔12の厚さは20[μm]、金属箔12の枚数は20枚であり、第一レーザ光の波長は、1070[nm]、第二レーザ光の波長は、465[nm]であった。
[Conditions that make fracture less likely to occur]
The inventors have obtained the following findings (1) to (4) through experimental research. In the experiment, the processing object W (metal laminate 10) included a metal member 11 and a metal foil 12 made of an aluminum-based material, the thickness of the metal foil 12 was 20 [μm], the number of the metal foils 12 was 20, the wavelength of the first laser light was 1070 [nm], and the wavelength of the second laser light was 465 [nm].

(1)溶接部14の体積が小さいほど、断裂14aが生じ難い。具体的に、溶接部14が点状に形成された場合の外径、または溶接部14が線状に形成された場合の幅は、30[μm]以上かつ300[μm]以下である場合には、断裂14aが生じ難いことが判明した。溶接部14が点状に形成された場合の外径、または溶接部14が線状に形成された場合の幅が300[μm]よりも大きい場合には、溶融池M(溶接部14)の体積が大きくなり、溶接部14と金属箔12との間の境界Bにおいて断裂14aが生じた。また、溶接部14は、複数の金属箔12と金属部材11との十分な溶接状態を得るため、レーザ光Lの照射によって複数の金属箔12のうち金属部材11と接した金属箔12が溶融することが必要である。この点、加工速度が速い(または投入エネルギ量が小さい)場合には、溶融池M(溶接部14)が表面Waから金属部材11に到達できず、言い換えると、金属部材11と接した金属箔12が溶融できず、溶接部14による複数の金属箔12と金属部材11との十分な溶接状態が得られなかった(後述の「非接合」)。その対策として、第二レーザ光に対して第一レーザ光のパワーを高くすると複数の金属箔12において溶融池Mが形成されず複数の金属箔12が切断されてしまった(後述の「切断」)。なお、スポット径D2は、レーザ光Lのスポットが表面Wa上で掃引された場合のビームの幅でもある。 (1) The smaller the volume of the welded portion 14, the less likely the fracture 14a will occur. Specifically, it was found that when the outer diameter of the welded portion 14 formed in a dot shape, or the width of the welded portion 14 formed in a line shape, is 30 μm or more and 300 μm or less, the fracture 14a is less likely to occur. When the outer diameter of the welded portion 14 formed in a dot shape, or the width of the welded portion 14 formed in a line shape, is greater than 300 μm, the volume of the molten pool M (welded portion 14) becomes large, and a fracture 14a occurs at the boundary B between the welded portion 14 and the metal foil 12. In addition, in order to obtain a sufficient welded state between the multiple metal foils 12 and the metal member 11, the welded portion 14 needs to have the metal foil 12 in contact with the metal member 11 melted by irradiation with the laser light L. In this regard, when the processing speed is high (or the input energy amount is small), the molten pool M (weld 14) cannot reach the metal member 11 from the surface Wa. In other words, the metal foil 12 in contact with the metal member 11 cannot melt, and a sufficient welded state between the metal foils 12 and the metal member 11 by the weld 14 cannot be obtained ("non-joining" described below). As a countermeasure, when the power of the first laser light is increased relative to the second laser light, the molten pool M is not formed in the metal foils 12, and the metal foils 12 are cut ("cut" described below). Note that the spot diameter D2 is also the width of the beam when the spot of the laser light L is swept over the surface Wa.

(2)レーザ光Lのスポットが表面Wa上で掃引されない場合、すなわち、スポット溶接である場合、複数の金属箔12および金属部材11への投入エネルギが、1.0[J]以下であると、断裂14aが生じ難いことが判明した。投入エネルギが1.0[J]よりも大きい場合には、溶融池M(溶接部14)の体積が大きくなり、溶接部14と金属箔12との間の境界Bにおいて断裂14aが生じた。また、上述したように、溶接部14は、複数の金属箔12と金属部材11との十分な溶接状態を得るため、レーザ光Lの照射によって複数の金属箔12のうち金属部材11と接した金属箔12が溶融することが必要である。この観点から、投入エネルギは、金属部材11と接した金属箔12が溶融しうる大きさ以上であることが必要である。 (2) When the spot of the laser light L is not swept over the surface Wa, i.e., in the case of spot welding, it has been found that when the input energy to the multiple metal foils 12 and the metal member 11 is 1.0 [J] or less, fractures 14a are unlikely to occur. When the input energy is greater than 1.0 [J], the volume of the molten pool M (weld 14) becomes large, and fractures 14a occur at the boundary B between the weld 14 and the metal foil 12. Also, as described above, in order to obtain a sufficient welded state between the multiple metal foils 12 and the metal member 11, it is necessary that the metal foil 12 in contact with the metal member 11 among the multiple metal foils 12 is melted by irradiation with the laser light L. From this perspective, the input energy must be greater than or equal to the magnitude that can melt the metal foil 12 in contact with the metal member 11.

(3)レーザ光Lのスポットが表面Wa上で掃引される場合、複数の金属箔12および金属部材11による吸収エネルギE(式(1))が、0.14[J/mm]以下であると、断裂14aが生じ難いことが判明した。吸収エネルギEは、以下の式(1)のように定義する。
E=A・Pw/V ・・・(1)
ここに、Eは、吸収エネルギ[J/mm]、Aは、金属による吸収率、Pwは、レーザ光Lのパワー[W]、Vは、掃引速度[mm/s]である。表1は、実験結果であって、各サンプル(実験No.)における掃引速度[mm/s]、吸収エネルギ[J/mm]、および結果を示している。

Figure 0007598296000001
(3) It has been found that when the spot of the laser light L is swept over the surface Wa, if the absorbed energy E (formula (1)) by the metal foils 12 and the metal member 11 is 0.14 [J/mm] or less, fracture 14a is unlikely to occur. The absorbed energy E is defined as the following formula (1).
E=A・Pw/V...(1)
Here, E is the absorbed energy [J/mm], A is the absorptivity by the metal, Pw is the power [W] of the laser light L, and V is the sweep speed [mm/s]. Table 1 shows the experimental results, and shows the sweep speed [mm/s], absorbed energy [J/mm], and results for each sample (Experiment No.).
Figure 0007598296000001

表1の「結果」において、「切断」は、複数の金属箔12が掃引方向SDに対して交差した方向(幅方向、Y方向)に分離して溶接部14が形成されなかった状態である。図8は、「切断」の状態の一例を示す断面図である。図8に示されるように、この場合、溶接部14は形成されず、隙間14cが形成され、複数の金属箔12は、掃引方向SDと交差したY方向(幅方向)において、切断されている。また、レーザ光Lの照射によって複数の金属箔12が溶融した金属材料は、レーザ光Lのエネルギや重力によって複数の金属箔12と金属部材11との間に移動し、残渣14bとして残存している。 In the "Results" section of Table 1, "cut" refers to a state in which the multiple metal foils 12 are separated in a direction (width direction, Y direction) intersecting the sweep direction SD, and no welded portion 14 is formed. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the "cut" state. As shown in FIG. 8, in this case, no welded portion 14 is formed, gaps 14c are formed, and the multiple metal foils 12 are cut in the Y direction (width direction) intersecting the sweep direction SD. In addition, the metal material that melts the multiple metal foils 12 by irradiation with the laser light L moves between the multiple metal foils 12 and the metal member 11 due to the energy of the laser light L and gravity, and remains as residue 14b.

「接合」は、複数の金属箔12と金属部材11とに渡る溶接部14が形成され、当該複数の金属箔12と金属部材11とが、当該溶接部14を介して良好に、機械的かつ電気的に接合された状態である。図9は、「接合」の状態の一例を示す断面図である。表1の「結果」においては、「接合」のみが、許容される状態である。 "Joined" is a state in which a weld 14 is formed across multiple metal foils 12 and the metal member 11, and the multiple metal foils 12 and the metal member 11 are satisfactorily mechanically and electrically joined via the weld 14. Figure 9 is a cross-sectional view showing an example of the "joined" state. In the "Results" of Table 1, only "joined" is an acceptable state.

「断裂」は、境界Bにおいて溶接部14といずれかの金属箔12との間が切れてしまった状態、すなわち断裂14aが生じてしまった状態である。図10は、「断裂」の状態の一例を示す断面図である。図10に示されるように、断裂14aは、レーザ光Lの出射源に近い部位T、言い換えると金属部材11から遠い部位Tに生じやすい。図10から、断裂14aは、金属箔12がY方向(幅方向)に引き延ばされることによって生じていることがわかる。 "Fracture" refers to a state in which the welded portion 14 and one of the metal foils 12 are torn at the boundary B, i.e., a fracture 14a has occurred. Figure 10 is a cross-sectional view showing an example of a "fracture" state. As shown in Figure 10, fracture 14a is likely to occur in a region T close to the emission source of the laser light L, in other words, a region T far from the metal member 11. From Figure 10, it can be seen that fracture 14a occurs when the metal foil 12 is stretched in the Y direction (width direction).

また、「非接合」は、溶接部14が複数の金属箔12を貫通しきれず金属部材11に到達していない状態、を示す。 "Unjoined" indicates a state in which the welded portion 14 does not penetrate all the metal foils 12 and does not reach the metal member 11.

上述した実験を含む検討から、吸収エネルギが、0.14[J/mm]以下である場合には、「断裂」とはならず、「接合」となること、すなわち良好な接合状態が得られることが判明した。さらに、吸収エネルギは、「非接合」とならない大きさ、すなわち、複数の金属箔12のうち金属部材11と接した金属箔12が溶融しうる大きさ以上であることが必要である。一例として、アルミニウム系材料で作られた金属部材11および金属箔12を含み、金属箔12の厚さが20[μm]、金属箔12の枚数が20枚であった場合、複数の金属箔12のうち金属部材11と接した金属箔12が溶融しうる吸収エネルギの大きさは、0.05[J/mm]であり、金属箔12の合計の厚さが400[μm]以上である場合には、吸収エネルギを0.05[J/mm]以上とすることが好適であることが判明した。なお、表1中実験No.1については、第二レーザ光を照射せず第一レーザ光のみを照射したため「切断」となった。また、発明者らは、このような吸収エネルギの範囲を得るためには、掃引速度は、300[mm/s]以上かつ10000[mm/s]以下であるのが好適であることを見出した。 From the above-mentioned experiments and the study, it was found that when the absorbed energy is 0.14 [J/mm] or less, it does not "break" but "joins", that is, a good joint state is obtained. Furthermore, the absorbed energy must be large enough not to "disjoin", that is, large enough to melt the metal foil 12 in contact with the metal member 11 among the plurality of metal foils 12. As an example, when the metal member 11 and the metal foil 12 made of aluminum-based material are included, the thickness of the metal foil 12 is 20 [μm], and the number of the metal foils 12 is 20, the absorbed energy that melts the metal foil 12 in contact with the metal member 11 among the plurality of metal foils 12 is 0.05 [J/mm], and when the total thickness of the metal foils 12 is 400 [μm] or more, it was found that it is preferable to set the absorbed energy to 0.05 [J/mm] or more. Note that in the experiment No. 1 in Table 1, the second laser light was not irradiated, and only the first laser light was irradiated, resulting in "cutting". The inventors also found that to achieve this range of absorbed energy, the sweep speed should be 300 mm/s or more and 10,000 mm/s or less.

(4)レーザ光Lのスポットが表面Wa上で掃引される場合、掃引軌跡の始点および終点で断裂14aが生じ易く、掃引軌跡が無端状の区間を有する場合、当該無端状の区間では断裂14aが生じ難いことが判明した。掃引軌跡の掃引方向の端部では、溶接部14と複数の金属箔12との間の境界Bの面積が広くなり、断裂14aが生じ易くなる。この点、掃引軌跡の無端状の区間では、溶接部14と複数の金属箔12との間の境界Bの面積をより小さくすることができるため、断裂14aが生じ難くなる。図11~20に、好適な接合状態が得られる種々の軌跡Pの例を示す。 (4) It was found that when a spot of the laser light L is swept over the surface Wa, fractures 14a are likely to occur at the start and end points of the sweep trajectory, and when the sweep trajectory has an endless section, fractures 14a are unlikely to occur in the endless section. At the end of the sweep trajectory in the sweep direction, the area of the boundary B between the welded portion 14 and the multiple metal foils 12 becomes wider, making fractures 14a more likely to occur. In this regard, in the endless section of the sweep trajectory, the area of the boundary B between the welded portion 14 and the multiple metal foils 12 can be made smaller, making fractures 14a less likely to occur. Figures 11 to 20 show examples of various trajectories P that can provide a suitable joining state.

図11は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P1(P)を例示している。なお、図11,12,14,16~20中の太い実線は、レーザ光Lのスポットの中心位置の軌跡を示している。図11に示されるように、軌跡P1は、無端状の区間Peと、複数の線分状の区間Plと、を有している。無端状の区間Peは、閉路とも称されうる。無端状の区間Peは、長円状の形状を有している。図11では、無端状の区間Peは、始点Pesと終点Peeとが同じ位置となっているが、始点Pesおよび終点Peeは、必ずしも同じ位置となる必要はない。例えば、始点Pesおよび終点Peeは、それぞれ、レーザ光Lのスポットの軌跡Pe上の他の位置と重なるように位置してもよいし、レーザ光Lのスポットの軌跡Pe上からレーザ光Lのビームの幅(スポット径D2)以下の間隔で離間していてもよい。無端状の区間Peは、無端状の部位の一例である。また、線分状の区間Plは、無端状の区間Peのうち互いに離間した互いに平行な直線状の部位の間で掛け渡されている。すなわち、線分状の区間Plは、始点Plsから始まるとともに終点Pleで終わっており、始点Plsは、無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接し、終点Pleは、別の無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接している。すなわち、線分状の区間Plは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。図11の軌跡P1は、複数の無端状の区間、あるいは閉路を有していると言うことができる。なお、当該線分状の区間Plは、曲線状であってもよい。 Figure 11 illustrates the trajectory P1 (P) of the spot of the laser light L on the surface Wa. Note that the thick solid lines in Figures 11, 12, 14, 16 to 20 indicate the trajectory of the center position of the spot of the laser light L. As shown in Figure 11, the trajectory P1 has an endless section Pe and a plurality of line-segment sections Pl. The endless section Pe can also be called a closed path. The endless section Pe has an elliptical shape. In Figure 11, the endless section Pe has a start point Pes and an end point Pee at the same position, but the start point Pes and the end point Pee do not necessarily have to be at the same position. For example, the start point Pes and the end point Pee may be positioned so as to overlap with other positions on the trajectory Pe of the spot of the laser light L, or may be spaced apart from the trajectory Pe of the spot of the laser light L by an interval equal to or less than the width (spot diameter D2) of the beam of the laser light L. The endless section Pe is an example of an endless section. The line-segment section Pl spans between the parallel linear sections of the endless section Pe that are spaced apart from each other. That is, the line-segment section Pl starts from a starting point Pls and ends at an end point Ple, where the starting point Pls is located on or in contact with the endless section Pe, and the end point Ple is located on or in contact with another endless section Pe. That is, the line-segment section Pl starts from a previously melted section and ends at a previously melted section. It can be said that the trajectory P1 in FIG. 11 has multiple endless sections or closed paths. The line-segment section Pl may be curved.

図12は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P2(P)を例示している。図12に示されるように、軌跡P2も、図11の例と同様に、無端状の区間Peと、線分状の区間Plと、を有している。また、当該線分状の区間Plの始点Plsは、無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接し、終点Pleは、別の無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接している。すなわち、図12の例でも、線分状の区間Plは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。図12の軌跡P2も、複数の無端状の区間、あるいは閉路を有していると言うことができる。ただし、図12の例では、線分状の区間Plは、それぞれ、無端状の区間Peのうち互いに離間した曲線状の部位の間で掛け渡されており、無端状の区間Peのうち直線状の部位と平行である。無端状の区間Peのうち直線状の部位と、複数の線分状の区間Plとは、互いに隣り合って延びている。 Figure 12 illustrates a trajectory P2 (P) of a spot of laser light L on the surface Wa. As shown in Figure 12, the trajectory P2 also has an endless section Pe and a line-segment section Pl, as in the example of Figure 11. The start point Pls of the line-segment section Pl is located on or in contact with the endless section Pe, and the end point Ple is located on or in contact with another endless section Pe. That is, in the example of Figure 12, the line-segment section Pl also starts from a previously melted portion and ends at a previously melted portion. It can be said that the trajectory P2 in Figure 12 also has multiple endless sections or closed paths. However, in the example of Figure 12, the line-segment sections Pl are each spanned between mutually separated curved sections of the endless section Pe, and are parallel to the straight sections of the endless section Pe. The straight-line portion of the endless section Pe and the multiple line-segment sections Pl extend adjacent to each other.

図11,12に示す例では、線分状の区間Plの全ての始点Plsおよび終点Pleが無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接しているが、線分状の区間Plの一部の始点Plsおよび終点Pleが無端状の区間Pe上に位置してもよい。ただし、線分状の区間Plの全ての始点Plsおよび終点Pleが無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接する方が好ましい。 In the example shown in Figures 11 and 12, all start points Pls and end points Ple of the line segment section Pl are located on or in contact with the endless section Pe, but some start points Pls and end points Ple of the line segment section Pl may be located on the endless section Pe. However, it is preferable that all start points Pls and end points Ple of the line segment section Pl are located on or in contact with the endless section Pe.

図13は、図12のXIII-XIII断面図である。図13では、従前の溶融池M(または溶接部14)を二点鎖線で示し、最新の溶融池Mを実線で示している。図13に示されるように、最新の線分状の区間Plの掃引によって形成された最新の溶融池Mは、従前の無端状の区間Pe(直線状の部位)または線分状の区間Plの掃引によって形成された従前の溶融池M(または溶接部14)と部分的に重なるよう、設定されている。この例では、隣り合う溶融池M同士(または、隣り合う最新の溶融池Mおよび従前の溶接部14)は、幅方向(Y方向)に部分的に重なっている。このように、最新の溶融池Mが従前の溶融池M(または溶接部14)と部分的に重なる場合、溶接部14と複数の金属箔12との境界Bが生じないため、断裂14aは生じない。このような重なり合いを得るため、線分状の区間Plは、そのスポットの一部が、従前の無端状の区間Peまたは線分状の区間Plの掃引においてレーザ光Lの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例では、無端状の区間Peの内側は、溶融池M(溶接部14)で塗り潰されたような状態となる。 Figure 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII in Figure 12. In Figure 13, the previous molten pool M (or welded portion 14) is indicated by a two-dot chain line, and the latest molten pool M is indicated by a solid line. As shown in Figure 13, the latest molten pool M formed by sweeping the latest line-shaped section Pl is set to partially overlap with the previous endless section Pe (straight-line portion) or the previous molten pool M (or welded portion 14) formed by sweeping the line-shaped section Pl. In this example, adjacent molten pools M (or adjacent latest molten pools M and previous welded portions 14) partially overlap in the width direction (Y direction). In this way, when the latest molten pool M partially overlaps with the previous molten pool M (or welded portion 14), no boundary B is formed between the welded portion 14 and the multiple metal foils 12, and therefore no fracture 14a occurs. To achieve this overlap, the line-segment section Pl is set so that a portion of the spot partially overlaps with the previous endless section Pe or the portion melted by irradiation with the laser light L during the sweep of the line-segment section Pl. In this example, the inside of the endless section Pe is filled with the molten pool M (weld 14).

図14は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P3(P)を例示している。図14に示されるように、軌跡P3は、渦巻き状の形状を有するとともに、全体的に無端状の形状を有している。すなわち、軌跡P3は、無端状の区間Peのみを有している。無端状の区間Peは、始点Pesから始まるとともに終点Peeで終わっており、始点Pesは、無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接し、終点Peeも、無端状の区間Pe上に位置するかあるいは接している。すなわち、無端状の区間Peは、従前に溶融した部位から始まり、従前に溶融した部位で終わっている。 Figure 14 illustrates a trajectory P3 (P) of a spot of laser light L on surface Wa. As shown in Figure 14, trajectory P3 has a spiral shape and has an endless shape overall. That is, trajectory P3 has only an endless section Pe. The endless section Pe starts from a starting point Pes and ends at an end point Pee, with the starting point Pes being located on or in contact with the endless section Pe, and the end point Pee also being located on or in contact with the endless section Pe. That is, the endless section Pe starts from a previously melted portion and ends at a previously melted portion.

図15は、図14のXV-XV断面図である。図15でも、従前の溶融池M(または溶接部14)を二点鎖線で示し、最新の溶融池Mを実線で示している。図15に示されるように、最新の無端状の区間Peの掃引によって形成された最新の溶融池Mは、従前の無端状の区間Peの掃引によって形成された従前の溶融池M(または溶接部14)と部分的に重なるよう、設定されている。この例でも、隣り合う溶融池M同士(または、最新の溶融池Mおよび従前の溶接部14)は、幅方向(Y方向)に部分的に重なっている。このような重なり合いを得るため、無端状の区間Peは、そのスポットの一部が、従前の無端状の区間Peの掃引においてレーザ光Lの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、無端状の区間Peの内側は、溶融池M(溶接部14)で塗り潰されたような状態となる。 Figure 15 is a cross-sectional view taken along the line XV-XV in Figure 14. In Figure 15 as well, the previous molten pool M (or welded portion 14) is indicated by a two-dot chain line, and the latest molten pool M is indicated by a solid line. As shown in Figure 15, the latest molten pool M formed by sweeping the latest endless section Pe is set to partially overlap with the previous molten pool M (or welded portion 14) formed by sweeping the previous endless section Pe. In this example as well, adjacent molten pools M (or the latest molten pool M and the previous welded portion 14) partially overlap in the width direction (Y direction). In order to obtain such overlap, the endless section Pe is set so that a part of its spot partially overlaps with the part melted by irradiation of the laser light L in the sweeping of the previous endless section Pe. In this example as well, the inside of the endless section Pe is filled with the molten pool M (welded portion 14).

図16は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P4(P)を例示している。図16に示されるように、軌跡P4も、全体的に無端状の形状を有している。すなわち、軌跡P4は、無端状の区間Peのみを有している。ただし、この例では、図16に示されるように、無端状の区間Peの前段は、長円状の区間であり、無端状の区間Peの後段は、当該長円状の区間の内側において、レーザ光Lのスポットが基準点周りに周回しながら当該基準点がX方向に移動するウォブリング区間である。図16中の一点鎖線の矢印Lcは、基準点のX方向への移動軌跡である。X方向は第二方向の一例である。なお、発明者らは、断裂14aを生じないという観点においてウォブリングが有効であり、吸収エネルギがより高くウォブリング無しの場合には断裂14aが生じる条件にあってもウォブリングの場合には好適な接合状態が得られる場合があることを確認した。 Figure 16 illustrates the trajectory P4 (P) of the spot of the laser light L on the surface Wa. As shown in Figure 16, the trajectory P4 also has an endless shape overall. That is, the trajectory P4 has only an endless section Pe. However, in this example, as shown in Figure 16, the front part of the endless section Pe is an elliptical section, and the rear part of the endless section Pe is a wobbling section in which the spot of the laser light L revolves around a reference point and the reference point moves in the X direction inside the elliptical section. The dashed arrow Lc in Figure 16 is the movement trajectory of the reference point in the X direction. The X direction is an example of the second direction. The inventors have confirmed that wobbling is effective from the viewpoint of not causing fracture 14a, and that a suitable joining state can be obtained with wobbling even under conditions where the absorbed energy is higher and fracture 14a occurs without wobbling.

なお、図14,16では、軌跡Pが始点Pesおよび終点Peeを一つずつ有する例を示したが、これには限られない。軌跡Pは、全体的に無端状の形状であればよく、例えば、始点Pesおよび終点Peeを複数有してもよい。また、軌跡Pは、本実施形態で得られる効果を阻害しない範囲で、局所的に他の掃引経路を有してもよい。 14 and 16 show an example in which the trajectory P has one starting point Pes and one ending point Pee, but this is not limited to the above. The trajectory P may have any shape as long as it is endless overall, and may have, for example, multiple starting points Pes and multiple ending points Pee. The trajectory P may also have other sweep paths locally, as long as they do not impede the effect obtained in this embodiment.

図17は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P5(P)を例示している。図17に示されるように、軌跡P5は、ウォブリング区間Pwと、ウォブリング区間Pwと部分的に重なったX方向に延びた線分状の区間Plと、を有している。この例では、レーザ光Lのスポットは、線分状の区間Plで掃引された後、ウォブリング区間Pwで掃引される。ウォブリング区間Pwは、複数の無端状の区間(閉路)を有している。よって、この例でも、軌跡Pが無端状の区間Peを有した他の例と同様の効果が得られる。 Figure 17 illustrates a trajectory P5 (P) of a spot of laser light L on surface Wa. As shown in Figure 17, trajectory P5 has a wobbling section Pw and a line-segment section Pl extending in the X direction that partially overlaps with the wobbling section Pw. In this example, the spot of laser light L is swept in the line-segment section Pl, and then swept in the wobbling section Pw. The wobbling section Pw has multiple endless sections (closed paths). Therefore, this example also provides the same effect as the other examples in which the trajectory P has an endless section Pe.

図18は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P6(P)を例示している。この例では、軌跡P6は、複数の線分状の区間Plを有しているものの、無端状の区間Peは有していない点が、図12の例と相違している。ただし、この例でも、図12,13の例と同様に、線分状の区間Plは、そのスポットの一部が、従前の線分状の区間Plの掃引においてレーザ光Lの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、所定範囲が溶融池M(溶接部14)で塗り潰されたような状態となり、図12,13の例と同様の効果が得られる。 Figure 18 illustrates a trajectory P6 (P) of the spot of the laser light L on the surface Wa. In this example, the trajectory P6 has multiple line-segment sections Pl, but does not have an endless section Pe, which is different from the example in Figure 12. However, in this example, as in the examples in Figures 12 and 13, the line-segment sections Pl are set so that a portion of the spot partially overlaps with the area melted by irradiation with the laser light L in the previous sweep of the line-segment sections Pl. In this example, too, a predetermined range is filled with the molten pool M (welded portion 14), and the same effect as in the examples in Figures 12 and 13 is obtained.

図19は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P7(P)を例示している。この例では、軌跡P7は、長円状の無端状の区間Peを有するとともに、当該無端状の区間Peの内側に配置された複数のスポットPpを有している。この場合、溶接部14が点状に形成された場合の外径、または溶接部14が線状に形成された場合の幅は、30[μm]以上かつ300[μm]以下に設定されるとともに、投入エネルギは、1.0[J]以下に設定される。また、この例でも、最新のスポットPpにおいて形成された最新の溶融池Mは、従前のスポットPpにおいて形成された従前の溶融池M(または溶接部14)と部分的に重なるよう、設定されている。このような重なり合いを得るため、スポットPpの一部が、既に照射されたスポットPpにおいてレーザ光Lの照射によって溶融した部位と部分的に重なるよう、設定される。この例でも、無端状の区間Peの内側は、溶融池M(溶接部14)で塗り潰されたような状態となる。 19 illustrates a trajectory P7 (P) of the spot of the laser light L on the surface Wa. In this example, the trajectory P7 has an elliptical endless section Pe and a plurality of spots Pp arranged inside the endless section Pe. In this case, the outer diameter when the welded portion 14 is formed in a dot shape, or the width when the welded portion 14 is formed in a line shape, is set to 30 [μm] or more and 300 [μm] or less, and the input energy is set to 1.0 [J] or less. Also, in this example, the latest molten pool M formed in the latest spot Pp is set to partially overlap with the previous molten pool M (or welded portion 14) formed in the previous spot Pp. In order to obtain such overlap, a part of the spot Pp is set to partially overlap with the part melted by irradiation of the laser light L in the spot Pp that has already been irradiated. In this example, the inside of the endless section Pe is also in a state where it is filled with the molten pool M (welded portion 14).

図20は、表面Wa上でのレーザ光Lのスポットの軌跡P8(P)を例示している。この例では、軌跡P8は、長円状の無端状の区間Peを有しない点を除き、図19の軌跡P7例と同様の形状を有している。このように、無端状の区間Peが無い場合にあっても、複数のスポットPpに関する適切な条件設定により、断裂14aや切断が生じない良好な接合状態が得られる。 Figure 20 illustrates an example of a trajectory P8 (P) of a spot of laser light L on the surface Wa. In this example, the trajectory P8 has a shape similar to the example trajectory P7 in Figure 19, except that it does not have the elliptical endless section Pe. In this way, even when there is no endless section Pe, by setting appropriate conditions for the multiple spots Pp, a good joining state without fractures 14a or cuts can be obtained.

以上、説明したように、発明者らの鋭意研究により、本実施形態の溶接方法によれば、レーザ光Lのスポットを照射する場合の、種々のパラメータを適切に設定することにより、断裂14aや、切断、非接合の生じない好適な接合状態が得られることが判明した。 As described above, through intensive research by the inventors, it was found that, according to the welding method of this embodiment, by appropriately setting various parameters when irradiating a spot of laser light L, a suitable joining state without fracture 14a, disconnection, or non-joining can be obtained.

[第2実施形態]
図21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121-2とフィルタ124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。
[Second embodiment]
21 is a schematic diagram of a laser welding apparatus 100A according to the second embodiment. In this embodiment, the optical head 120 has a DOE 125 between a collimator lens 121-2 and a filter 124. Except for this point, the laser welding apparatus 100A has the same configuration as the laser welding apparatus 100 according to the first embodiment.

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22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。 The DOE 125 shapes the shape of the beam B1 of the first laser light (hereinafter referred to as the beam shape). As conceptually illustrated in FIG. 22, the DOE 125 has a configuration in which, for example, multiple diffraction gratings 125a with different periods are superimposed. The DOE 125 can shape the beam shape by bending the parallel light in a direction influenced by each diffraction grating 125a or by superimposing the light. The DOE 125 can also be called a beam shaper.

なお、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。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、より良好な接合状態が得られる。 The optical head 120 may have a beam shaper provided after the collimator lens 121-1 to adjust the beam shape of the first laser light, and a beam shaper provided after the filter 124 to adjust the beam shapes of the first laser light and the second laser light. By appropriately adjusting the beam shape of the laser light L using the beam shaper, a better joining state can be obtained.

図23は、レーザ溶接装置100Aによって得られたビームのスポットの一例を示す。図23の例では、DOE125によるビームの成形により、表面Wa上には、一つのビームB1のスポットの周囲に、複数のビームB2のスポットが、略円弧状(略円環状)に配置されている。このような場合、ビームのスポットの幅w(スポット径)は、図23に示されるように、掃引方向SDと直交する方向に最も離れた二つのビームの中心間の距離と定義する。また、図23の例のように、略軸対称のビームパターンとすることにより、湾曲した経路で掃引するような場合に光学ヘッド120を軌跡Pに合わせて回転させる必要がなく、より効率的に掃引を行うことができるとともに、光学ヘッド120の装置構成を簡素化できたり、光学ヘッド120の制御をより容易に行うことができたり、といった利点が得られる。 23 shows an example of a beam spot obtained by the laser welding apparatus 100A. In the example of FIG. 23, due to beam shaping by the DOE 125, multiple beam B2 spots are arranged in an approximately arc shape (approximately annular shape) around one beam B1 spot on the surface Wa. In such a case, the width w (spot diameter) of the beam spot is defined as the distance between the centers of the two beams that are most distant in the direction perpendicular to the sweep direction SD, as shown in FIG. 23. In addition, by making the beam pattern approximately axially symmetrical as in the example of FIG. 23, it is not necessary to rotate the optical head 120 to match the trajectory P when sweeping a curved path, and sweeping can be performed more efficiently, and the device configuration of the optical head 120 can be simplified and the optical head 120 can be controlled more easily.

[第3実施形態]
図24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、ガルバノスキャナ126を有さず、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。このようなレーザ溶接装置100Bによっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
[Third embodiment]
24 is a schematic diagram of a laser welding apparatus 100B of the third embodiment. In this embodiment, the optical head 120 does not have a galvano scanner 126, and is configured to be able to change the relative position with respect to the workpiece W in order to sweep the laser light L while irradiating the laser light L on the surface Wa of the workpiece W. The relative movement between the optical head 120 and the workpiece W can be realized by moving the optical head 120, moving the workpiece W, or moving both the optical head 120 and the workpiece W. With such a laser welding apparatus 100B, the same effect as the above embodiment can be obtained.

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。 Although the above is an example of an embodiment of the present invention, the above embodiment is merely an example and is not intended to limit the scope of the invention. The above embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, combinations, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the specifications of each configuration, shape, etc. (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) can be modified as appropriate.

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。 For example, the present invention can be applied to lithium ion battery cells having configurations different from those of the above embodiments, and can also be applied to batteries other than lithium ion battery cells. Furthermore, a battery is an example of an electrical product, and the electrical product of the present invention is not limited to a battery. Furthermore, a battery terminal is an example of an electrical component, and the electrical component of the present invention is not limited to a battery terminal.

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。 The object to be processed may also be a metal with a thin layer of another metal on its surface, such as a plated metal sheet.

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…断裂
14b…残渣
14c…隙間
15…セパレータ
20…外装材
20a…収容室
100,100A,100B…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
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
B…境界
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)
L…レーザ光
Lc…(基準点の)移動軌跡
M…溶融池
P,P1~P8…軌跡(掃引軌跡)
Pe…無端状の区間
Pes…始点
Pee…終点
Pl…線分状の区間
Pls…始点
Ple…終点
Pp…スポット
Pw…ウォブリング区間
SD…掃引方向
T…部位
w…幅
W…加工対象
Wa…表面
Wb…裏面
X…方向(第二方向)
Y…方向
Z…方向(第一方向)
1...Batteries (electrical appliances)
10...Metal laminate (laminate, electrical component)
11... Metal member 11a... End surface (first surface)
12... Metal foil 13p... Cathode material 13m... Negative electrode material 14... Welded portion 14a... Fracture 14b... Residue 14c... Gap 15... Separator 20... Exterior material 20a... Storage chamber 100, 100A, 100B... Laser welding device (welding device)
111...laser device (first laser oscillator)
112...laser device (second laser oscillator)
120: Optical head 121, 121-1, 121-2: Collimator lens 122: Condenser lens 123: Mirror 124: Filter 125: DOE (diffractive optical element)
125a...diffraction grating 126...galvanometer scanner 126a, 126b...mirror 130...optical fiber B...boundary B1...beam (first spot)
B1a...Outer edge B2...Beam (second spot)
B2a: Outer edge B2b: Area B2f: Area C: Center point D1: Spot diameter (outer diameter)
D2: Spot diameter (outer diameter)
L: Laser beam Lc: (reference point) movement trajectory M: Molten pool P, P1 to P8: trajectory (sweep trajectory)
Pe...endless section Pes...starting point Pee...end point Pl...line-segment section Pls...starting point Ple...end point Pp...spot Pw...wobbling section SD...sweeping direction T...part w...width W...processing target Wa...surface Wb...back surface X...direction (second direction)
Y...direction Z...direction (first direction)

Claims (26)

金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、
前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
を有し、
前記溶融池を形成する工程では、
前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、
前記複数の金属箔および前記金属部材が前記レーザ光から吸収した吸収エネルギであって、掃引方向の単位長さあたりの吸収エネルギが、0.14[J/mm]以下である、溶接方法。
A welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils overlapping each other in a first direction by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam to a metal foil on an opposite side of the metal member, the metal member and the plurality of metal foils being welded together,
forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser light;
solidifying the molten pool to form a weld;
having
In the step of forming the molten pool,
The spot of the laser light is swept over the surface of the metal foil,
The welding method, wherein the energy absorbed by the plurality of metal foils and the metal member from the laser light is 0.14 [J/mm] or less per unit length in the sweep direction.
前記吸収エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上である、請求項1に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1, wherein the absorbed energy is equal to or greater than the amount at which the metal foil in contact with the metal member can melt. 前記吸収エネルギは、前記第一方向に重ねられた複数の金属箔の厚さが400[μm]以上である場合に、0.05[J/mm]以上である、請求項2に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 2, wherein the absorbed energy is 0.05 [J/mm] or more when the thickness of the multiple metal foils stacked in the first direction is 400 [μm] or more. 前記スポットの掃引速度は、300[mm/s]以上かつ10000[mm/s]以下である、請求項1~3のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 1 to 3, wherein the spot sweep speed is 300 mm/s or more and 10,000 mm/s or less. 前記第一レーザ光の波長は、800[nm]以上かつ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1~4のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 1 to 4, wherein the wavelength of the first laser light is 800 nm or more and 1200 nm or less, and the wavelength of the second laser light is 550 nm or less. 前記第二レーザ光の波長は、400[nm]以上かつ500[nm]以下である、請求項5に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 5, wherein the wavelength of the second laser light is 400 nm or more and 500 nm or less. 前記レーザ光のビームは、ビームシェイパによって形成された、請求項1~6のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 1 to 6, wherein the laser light beam is formed by a beam shaper. 前記ビームシェイパは、DOEである、請求項7に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 7, wherein the beam shaper is a DOE. 前記溶融池を形成する工程では、前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡が、当該掃引軌跡の少なくとも一部において、前記スポットの少なくとも一部が既に前記レーザ光の照射によって溶融した部位と重なるよう、設定される、請求項1~8のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 1 to 8, in which in the step of forming the molten pool, the sweep path of the spot on the metal foil is set so that at least a portion of the sweep path overlaps with a portion of the spot that has already been melted by irradiation with the laser light. 前記掃引軌跡は、無端状の部位を含む、請求項9に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 9, wherein the sweep path includes an endless portion. 前記掃引軌跡は、全体的に無端状の形状を有した、請求項10に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 10, wherein the sweep path has an endless shape overall. 前記溶融池を形成する工程では、前記掃引軌跡において前記無端状の部位が形成された後、前記表面における前記無端状の部位の内側の領域で前記レーザ光のスポットが掃引される、請求項10または11に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 10 or 11, wherein in the step of forming the molten pool, after the endless portion is formed in the sweep trajectory, the spot of the laser light is swept in the area inside the endless portion on the surface. 前記掃引軌跡は、互いに隣り合って延びた複数の区間を含む、請求項9~12のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 9 to 12, wherein the sweep trajectory includes multiple sections extending adjacent to each other. 前記掃引軌跡は、前記掃引軌跡の二箇所の間を結ぶ線分状の区間を含む、請求項9~13のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 9 to 13, wherein the sweep trajectory includes a line-segment section connecting two points on the sweep trajectory. 前記掃引軌跡は、渦巻き状の区間を含む、請求項9~14のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 9 to 14, wherein the sweep trajectory includes a spiral section. 前記掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間を含む、請求項9~15のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 9 to 15, wherein the sweep trajectory includes a wobbling section in which the spot revolves around a reference point while the reference point moves in a second direction. 前記掃引軌跡は、前記第二方向に線状に延びた区間と、当該線状に延びた区間の後に掃引され当該線状に延びた区間と部分的に重なる前記ウォブリング区間と、を含む、請求項16に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 16, wherein the sweep trajectory includes a section that extends linearly in the second direction, and the wobbling section that is swept after the linear section and partially overlaps with the linear section. 前記掃引軌跡は、当該掃引軌跡同士が交差した部位を含む、請求項9~17のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 9 to 17, wherein the sweep trajectories include a portion where the sweep trajectories intersect with each other. 形成された前記溶接部の幅が30[μm]以上かつ300[μm]以下である、請求項1~18のうちいずれか一つに記載の溶接方法。 A welding method according to any one of claims 1 to 18, in which the width of the welded portion formed is 30 μm or more and 300 μm or less. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、
前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
を有し、
前記溶融池を形成する工程では、
前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射した場合に形成された前記溶接部の外径、または前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上で前記レーザ光のスポットを掃引した場合に形成された前記溶接部の幅が、30[μm]以上かつ300[μm]以下である、溶接方法。
A welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils overlapping each other in a first direction by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam to a metal foil on an opposite side of the metal member, the metal member and the plurality of metal foils being welded together,
forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser light;
solidifying the molten pool to form a weld;
having
In the step of forming the molten pool,
a welding method in which an outer diameter of the weld formed when a point-shaped spot of the laser light is irradiated onto a metal foil of the plurality of metal foils opposite the metal member, or a width of the weld formed when the spot of the laser light is swept onto a metal foil of the plurality of metal foils opposite the metal member, is 30 μm or more and 300 μm or less.
金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、
前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
を有し、
前記溶融池を形成する工程では、
前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔上に点状の前記レーザ光のスポットを照射し、
前記レーザ光の前記複数の金属箔および前記金属部材への投入エネルギが、1.0[J]以下である、溶接方法。
A welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils overlapping each other in a first direction by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam to a metal foil on an opposite side of the metal member, the metal member and the plurality of metal foils being welded together,
forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser light;
solidifying the molten pool to form a weld;
having
In the step of forming the molten pool,
Irradiating a point-shaped spot of the laser light onto a metal foil of the plurality of metal foils on an opposite side to the metal member;
A welding method, wherein the input energy of the laser light to the plurality of metal foils and the metal members is 1.0 [J] or less.
前記投入エネルギは、前記複数の金属箔のうち前記金属部材と接した金属箔が溶融しうる大きさ以上である、請求項21に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 21, wherein the input energy is equal to or greater than the amount at which the metal foil in contact with the metal member can melt. 金属部材上に第一方向に重なった複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔に、第一レーザ光と、当該第一レーザ光よりもエネルギ密度が低い第二レーザ光と、を含むレーザ光を照射して、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、
前記レーザ光を照射して前記複数の金属箔と前記金属部材とに渡る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化して溶接部を形成する工程と、
を有し、
前記溶融池を形成する工程では、
前記レーザ光のスポットが前記金属箔の表面上で掃引されるとともに、
前記スポットの前記金属箔上での掃引軌跡は、前記スポットが基準点周りに周回しながら当該基準点が第二方向に移動するウォブリング区間と、前記第二方向に線状に延びて前記ウォブリング区間と部分的に重なった区間と、を含む、溶接方法。
A welding method for welding a metal member and a plurality of metal foils overlapping each other in a first direction by irradiating a laser beam including a first laser beam and a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam to a metal foil on an opposite side of the metal member, the metal member and the plurality of metal foils being welded together,
forming a molten pool across the plurality of metal foils and the metal member by irradiating the laser light;
solidifying the molten pool to form a weld;
having
In the step of forming the molten pool,
The spot of the laser light is swept over the surface of the metal foil,
a sweep trajectory of the spot on the metal foil including a wobbling section in which the spot revolves around a reference point while the reference point moves in a second direction, and a section extending linearly in the second direction and partially overlapping with the wobbling section.
金属部材と、
前記金属部材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、
前記複数の金属箔のうち前記金属部材とは反対側の金属箔において、前記溶接部が点状に形成された場合の外径、または前記溶接部が線状に形成された場合の幅が、30[μm]以上かつ300[μm]以下である、金属積層体。
A metal member;
A plurality of metal foils overlapped in a first direction on the metal member;
a welded portion formed by welding the metal member and the plurality of metal foils;
Equipped with
A metal laminate, wherein the outer diameter of the welded portion when formed in a dot shape, or the width of the welded portion when formed in a line shape, of the metal foil on the opposite side of the metal member among the plurality of metal foils is 30 μm or more and 300 μm or less.
請求項24に記載の金属積層体を、導体として備えた、電気部品。 An electrical component comprising the metal laminate according to claim 24 as a conductor. 請求項24に記載の金属積層体を、導体として備えた、電気製品。 An electrical product comprising the metal laminate according to claim 24 as a conductor.
JP2021105757A 2021-06-25 2021-06-25 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product Active JP7598296B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021105757A JP7598296B2 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product
PCT/JP2022/025155 WO2022270595A1 (en) 2021-06-25 2022-06-23 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product
JP2024207622A JP2025019321A (en) 2021-06-25 2024-11-28 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021105757A JP7598296B2 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024207622A Division JP2025019321A (en) 2021-06-25 2024-11-28 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023004207A JP2023004207A (en) 2023-01-17
JP7598296B2 true JP7598296B2 (en) 2024-12-11

Family

ID=84544431

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021105757A Active JP7598296B2 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product
JP2024207622A Pending JP2025019321A (en) 2021-06-25 2024-11-28 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024207622A Pending JP2025019321A (en) 2021-06-25 2024-11-28 Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP7598296B2 (en)
WO (1) WO2022270595A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20250055161A1 (en) * 2023-08-10 2025-02-13 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of stacks of external tabs of electrodes to terminals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011173146A (en) 2010-02-24 2011-09-08 Mazda Motor Corp Laser welding method
JP2014161862A (en) 2013-02-22 2014-09-08 Furukawa Electric Co Ltd:The Laser welding method of copper alloy plate material, and copper alloy terminal formed using the same
JP2019209349A (en) 2018-06-04 2019-12-12 トヨタ自動車株式会社 Laser welding method
WO2021246529A1 (en) 2020-06-04 2021-12-09 古河電気工業株式会社 Welding method, welding device, metal stacked body, electrical component, and electrical product

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6078377B2 (en) * 2013-02-22 2017-02-08 Fdk株式会社 Lithium battery manufacturing method
JP6331079B2 (en) * 2014-05-19 2018-05-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 Laser welding method and laser welding apparatus
JP2016030280A (en) * 2014-07-29 2016-03-07 physical photon 株式会社 Method and apparatus for laser welding of metal foil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011173146A (en) 2010-02-24 2011-09-08 Mazda Motor Corp Laser welding method
JP2014161862A (en) 2013-02-22 2014-09-08 Furukawa Electric Co Ltd:The Laser welding method of copper alloy plate material, and copper alloy terminal formed using the same
JP2019209349A (en) 2018-06-04 2019-12-12 トヨタ自動車株式会社 Laser welding method
WO2021246529A1 (en) 2020-06-04 2021-12-09 古河電気工業株式会社 Welding method, welding device, metal stacked body, electrical component, and electrical product

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023004207A (en) 2023-01-17
WO2022270595A1 (en) 2022-12-29
JP2025019321A (en) 2025-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7749070B2 (en) Welding method and welding equipment
KR101418899B1 (en) Method for jointing metal foils in a superposed way and joint structure
JP7687883B2 (en) Semiconductor device and welding method
JP7223171B2 (en) Welding method of metal foil
JP7815262B2 (en) Laser welding of metal foil stacks to metal substrates
US11203085B2 (en) Method and apparatus for laser welding
JP2021191589A (en) Welding method, welding device, and battery assembly
WO2023157809A1 (en) Laser welding method
WO2021261565A1 (en) Bus bar and bus bar production method
JP2025019321A (en) Welding method, metal laminate, electrical component, and electrical product
JP7608074B2 (en) Welding method and welding equipment
JP7336035B2 (en) Welding method and welding equipment
WO2023157810A1 (en) Laser welding method and metal joined body
WO2023085336A1 (en) Welding method, welding device, and metal laminate
JP7608079B2 (en) Welding method and welding equipment
CN118715081A (en) Laser welding method and metal joint body
WO2025241100A1 (en) Welding apparatus for producing a welded joint and method for producing a welded joint
WO2025033070A1 (en) Laser welding method and laser welding device
WO2025033391A1 (en) Laser welding method, laser welding system, and metal bonded body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240529

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241001

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20241029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7598296

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150