JP7608079B2 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。

従来、レーザ光を照射することによりバスバーや端子のような金属導体同士を溶接する溶接方法が、知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７－１６８３４０号公報

この種の溶接においては、いずれか一方の金属導体にめっき層が形成されている場合がある。溶接の際にめっき層を形成していた材料が溶融して溶接部に混入すると、接合強度が弱くなる虞がある。

その対策として、溶接の前に別途パルスレーザを照射するなどによりめっき層を除去する処理が行われる場合があった。しかしながら、その場合には、めっき層を除去する工程の分、加工時間が長くなってしまう上、加工の手間やコストが増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、めっき層が形成された金属導体を含む複数の導体を溶接する場合にあっても当該溶接の前に別途めっき層を除去する処理を行う必要のない溶接方法、溶接装置、および金属導体の溶接構造を得ること、である。

本発明の溶接方法は、例えば、めっき層が形成された金属導体を少なくとも一つ含む複数の金属導体である加工対象の表面にレーザ光を照射して溶接する溶接方法であって、前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、前記第二レーザ光の照射により前記めっき層を除去する。

前記溶接方法では、例えば、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。

前記溶接方法では、例えば、前記めっき層は、錫めっき層である。

前記溶接方法では、例えば、前記複数の金属導体のうち少なくとも一つの金属導体は、銅系材料で作られている。

前記溶接方法では、例えば、前記レーザ光は、当該レーザ光の表面上で掃引方向に掃引され、前記表面上において、前記第二レーザ光によって前記表面上に形成される第二スポットの少なくとも一部は、前記第一レーザ光によって前記表面上に形成される第一スポットよりも前記掃引方向の前方に位置している。

前記溶接方法では、例えば、前記表面上において、前記第一スポットと前記第二スポットとは少なくとも部分的に重なっている。

前記溶接方法では、例えば、前記表面上において、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を取り囲んでいる。

前記溶接方法では、例えば、前記表面上において、前記第二レーザ光のパワー密度が、０．１６［ＭＷ／ｃｍ^２］以上かつ１．５［ＭＷ／ｃｍ^２］以下である。

前記溶接方法では、例えば、前記複数の金属導体のうち前記表面を有した金属導体の厚さは、０．５［ｍｍ］以上かつ１［ｍｍ］未満であり、前記第一レーザ光によって前記表面が前記レーザ光と垂直な平面である場合の当該平面上に形成される第一スポットのスポット径は、２０［μｍ］以上かつ８０［μｍ］以下であり、前記第一レーザ光のパワーは、０．３［ｋＷ］以上かつ６［ｋＷ］以下であり、前記第二レーザ光によって前記表面が前記レーザ光と垂直な平面である場合の当該平面上に形成される第一スポットのスポット径は、５０［μｍ］以上かつ４００［μｍ］以下であり、前記第二レーザ光のパワーは、０．０５［ｋＷ］以上かつ１［ｋＷ］以下である。

前記溶接方法では、例えば、前記複数の金属導体の溶接部における前記レーザ光の照射方向の単位体積あたりの前記第一レーザ光のエネルギ密度は、２００［Ｊ／ｍｍ^３］以上であり、前記溶接部における前記レーザ光の照射方向の単位体積あたりの前記第二レーザ光のエネルギ密度は、５［Ｊ／ｍｍ^３］以上かつ４９［Ｊ／ｍｍ^３］以下である。

また、本発明の溶接装置は、例えば、レーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光をめっき層が形成された金属導体を少なくとも一つ含む複数の金属導体に照射する光学ヘッドと、を備え、前記複数の金属導体を溶接する、溶接装置であって、前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、前記第二レーザ光の照射により前記めっき層を除去する。

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

前記溶接装置は、例えば、前記レーザ光を前記表面上で掃引方向に掃引するよう、前記レーザ光の照射方向を変化させるガルバノスキャナを備えている。

前記溶接装置は、例えば、前記レーザ光によって前記表面上に形成されるスポットの所定位置に対するずれを検出する検出機構と、前記ずれを補正する補正機構と、を備えている。

前記溶接装置は、例えば、前記補正機構は、前記複数の金属導体と前記光学ヘッドとの相対位置を変更する。

前記溶接装置では、例えば、前記補正機構は、前記レーザ光を前記表面上で掃引方向に掃引するよう、前記レーザ光の照射方向を変化させるガルバノスキャナを含む。

また、本発明の金属導体の溶接構造は、例えば、めっき層が形成された第一金属導体を少なくとも一つ含む複数の金属導体と、前記複数の金属導体を溶接した溶接部と、を備えた、金属導体の溶接構造であって、前記溶接部は、前記金属導体の溶接構造の表面から当該表面と交差した方向に延びた溶接金属と、当該溶接金属の周囲に位置される熱影響部と、を有し、前記溶接金属は、第一部位と、前記表面と交差した方向に沿った断面における結晶粒の断面積の平均値が前記第一部位よりも大きい第二部位と、を有している。

前記金属導体の溶接構造では、例えば、前記溶接部は、前記表面に沿って延びている。

前記金属導体の溶接構造では、例えば、前記溶接部は、前記第一金属導体を貫通し、当該第一金属導体から別の金属導体にかけて延びている。

前記金属導体の溶接構造では、例えば、前記溶接部は、前記第一金属導体と当該第一金属導体と隣接した別の金属導体との間の境界に沿って延びている。

前記金属導体の溶接構造では、例えば、前記溶接部は、前記第一金属導体と当該第一金属導体と隣接した別の金属導体との間の境界を跨ぐように延びている。

本発明によれば、例えば、めっき層が形成された金属導体を含む複数の導体を溶接する場合にあっても当該溶接の前に別途めっき層を除去する処理を行う必要のない溶接方法、溶接装置、および金属導体の溶接構造を得ることができる。

図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２は、第１実施形態のレーザ溶接装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のビーム（スポット）を示す例示的な模式図である。 図３は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。 図４は、実施形態の溶接部の例示的かつ模式的な断面図である。 図５は、実施形態の溶接部の一部を示す例示的かつ模式的な断面図である。 図６は、実施形態のレーザ溶接装置による第一レーザ光のパワー密度と第二レーザ光のパワー密度との組み合わせにおける溶接の実験結果を示すグラフである。 図７は、第１実施形態のレーザ溶接装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。 図８は、実施形態の金属導体の溶接構造の一例を示す模式的な平面図である。 図９は、図８のIX－IX断面図である。 図１０は、実施形態の金属導体の溶接構造の一例を示す模式的な平面図である。 図１１は、図１０のXI－XI断面図である。 図１２は、実施形態の金属導体の溶接構造の一例を示す模式的な平面図である。 図１３は、図１２のXIII－XIII断面図である。 図１４は、実施形態の金属導体の溶接構造の一例を示す模式的な平面図である。 図１５は、実施形態の金属導体の溶接構造の一例を示す図９と同等位置での模式的な断面図である。 図１６は、第２実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図１７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。

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

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

また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、加工対象Ｗの表面Ｗａ（加工面、溶接面）の法線方向である。また、各図では、便宜上、レーザ光Ｌの表面Ｗａにおける掃引方向ＳＤがＸ方向に沿っている例が図示されているが、掃引方向ＳＤは、表面Ｗａに沿うとともにＺ方向と交差していればよく、Ｘ方向のみに沿うものではない。

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

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置１００の概略構成図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１１と、レーザ装置１１２と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、コントローラ１４１と、を備えている。レーザ溶接装置１００は、溶接装置の一例である。

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

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

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

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

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、およびフィルタ１２４は、光学部品とも称されうる。

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

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

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

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

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

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

また、レーザ溶接装置１００は、コントローラ１４１と、コントローラ１４１によって作動を制御される被制御機構とを備えている。本実施形態では、レーザ溶接装置１００は、被制御機構として、例えば、駆動機構１５０を備えている。

駆動機構１５０は、加工対象Ｗに対する光学ヘッド１２０の相対的な位置を変更する。駆動機構１５０は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有する。コントローラ１４１は、加工対象Ｗに対する光学ヘッド１２０のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向における相対位置が変化するよう、駆動機構１５０を制御することができる。なお、コントローラ１４１は、レーザ装置１１１，１１２や、カメラ１７０の作動を制御してもよい。

また、レーザ溶接装置１００は、カメラ１７０と、カメラ１７０へ光を導く光学部品としてのフィルタ１２７およびミラー１２８と、を有している。フィルタ１２７は、ミラー１２３とフィルタ１２４との間に設けられている。フィルタ１２７は、ミラー１２３からの第一レーザ光をフィルタ１２４へ向けて透過するとともに、表面Ｗａからの光（例えば、可視光）をミラー１２８に向けて反射する。ミラー１２８で反射した光は、カメラ１７０に入力される。このような構成により、カメラ１７０は、表面Ｗａ上の画像を撮影することができる。カメラ１７０による撮影画像には、例えば、表面Ｗａの画像と、レーザ光Ｌによるビーム（スポット）の画像とが、含まれうる。よって、カメラ１７０による撮影画像は、表面Ｗａ上に形成されるスポットの所定位置に対するずれの検出結果と言うことができ、カメラ１７０は、当該ずれを検出するセンサの一例であると言うことができる。なお、撮影画像の画角におけるスポットの位置が固定している場合にあっては、撮影画像には、レーザ光Ｌの照射目標が含まれていればよく、スポットの画像は含まれている必要は無い。カメラ１７０およびコントローラ１４１は、検出機構の一例である。

また、コントローラ１４１は、カメラ１７０による撮影画像から、スポットの所定位置に対するずれを検出し、当該ずれを補正するよう、駆動機構１５０を制御することができる。また、コントローラ１４１は、当該ずれが所定の閾値以内となるようフィードバック制御を実行してもよい。コントローラ１４１および駆動機構１５０は、補正機構の一例である。このような構成により、レーザ光の照射位置の精度を高めることができる。

加工対象Ｗは、複数の金属導体１１，１２を有した溶接構造１０である。金属導体１１，１２は、溶接部１４によって接合されている。

溶接構造１０は、レーザ溶接装置１００によって溶接されるに際し、不図示の固定具によって一体的に仮止めされ、例えば、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。図１に示される構成では、一例として、表面Ｗａは、溶接構造１０の被溶接部分において、Ｚ方向の端部でＺ方向と交差するとともに直交して広がっている。表面Ｗａは、レーザ光Ｌの被照射面とも称されうる。

光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、表面Ｗａに向けて、Ｚ方向の反対方向に照射する。表面Ｗａは、レーザ光Ｌの照射面であり、光学ヘッド１２０と面した対向面とも称されうる。Ｚ方向の反対方向は、レーザ光Ｌの照射方向と称されうる。

このようなレーザ光Ｌの照射により、溶接部１４は、表面Ｗａから、Ｚ方向の反対方向に向けて延びることになる。Ｚ方向の反対方向は、溶接部１４の深さ方向とも称されうる。溶接部１４の深さ方向は、レーザ光Ｌの照射方向でもある。

また、レーザ光Ｌが照射されている状態で、駆動機構１５０の作動によって光学ヘッド１２０が加工対象Ｗに対して掃引方向ＳＤに相対的に移動することにより、表面Ｗａ上でレーザ光Ｌが当該掃引方向ＳＤに掃引される。これにより、溶接部１４は、図１と略同様の断面形状で、表面Ｗａに沿って、掃引方向ＳＤ（図１ではＸ方向）にも延びることになる。掃引方向ＳＤは、溶接部１４の長手方向や延び方向とも称されうる。また、Ｚ方向および掃引方向ＳＤと交差する方向（図１ではＹ方向）は、溶接部１４の幅方向とも称されうる。

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

図２に示されるように、本実施形態では、一例として、レーザ光Ｌのビームは、表面Ｗａ上において、第一レーザ光のビームＢ１と第二レーザ光のビームＢ２とが重なり、ビームＢ２がビームＢ１よりも大きく（広く）、かつ、ビームＢ２の外縁Ｂ２ａがビームＢ１の外縁Ｂ１ａを取り囲むよう、形成されている。この場合、ビームＢ２のスポット径Ｄ２は、ビームＢ１のスポット径Ｄ１よりも大きい。表面Ｗａ上において、ビームＢ１は、第一スポットの一例であり、ビームＢ２は、第二スポットの一例である。

また、本実施形態では、図２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。

［波長と光の吸収率］
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図３は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図３のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図３には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。

材料によって特性が異なるものの、図３に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光（第一レーザ光）を用いるよりも、青や緑のレーザ光（第二レーザ光）を用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅（Ｃｕ）や、金（Ａｕ）等においては顕著となる。

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

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

本実施形態では、加工対象Ｗの第二レーザ光に対する吸収率が、第一レーザ光に対する吸収率よりも高くなるよう、第一レーザ光の波長、第二レーザ光の波長、および加工対象Ｗの材質が、選択される。この場合、掃引方向が図２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２におけるＳＤの前方に位置する領域Ｂ２ｆによって、第二レーザ光が照射される。その後、被溶接部位には、第一レーザ光のビームＢ１が照射され、その後、第二レーザ光のビームＢ２の、掃引方向ＳＤの後方に位置する領域Ｂ２ｂによって、再度第二レーザ光が照射される。

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

また、発明者らの実験的な研究により、図２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。

［溶接方法］
レーザ溶接装置１００を用いた溶接にあっては、まず、不図示の保持具によって金属導体１１と金属導体１２とが一体的に仮止めされた溶接構造１０が、レーザ光Ｌが表面Ｗａに照射されるようにセットされる。そして、ビームＢ１およびビームＢ２を含むレーザ光Ｌが表面Ｗａに照射されている状態で、レーザ光Ｌと溶接構造１０とが相対的に動かされる。これにより、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上に照射されながら当該表面Ｗａ上を掃引方向ＳＤに移動する（掃引する）。レーザ光Ｌが照射された部分は、溶融し、その後、温度の低下に伴って凝固することにより、溶接部１４を介して金属導体１１と金属導体１２とが接合され、溶接構造１０が一体化される。

［溶接部の断面］
図４は、加工対象Ｗに形成された溶接部１４の断面図である。図４は、掃引方向ＳＤ（図４ではＸ方向）と垂直であるとともに厚さ方向（Ｚ方向）に沿う断面図である。溶接部１４は、掃引方向ＳＤ、すなわち図４の紙面と垂直な方向に、延びている。なお、図４は、厚さ２［ｍｍ］の１枚の銅板である加工対象Ｗに形成された溶接部１４の断面を示している。複数の金属導体１１，１２に渡り形成される溶接部１４の形態は、図４に示される１枚の金属材料である加工対象Ｗに形成された溶接部１４の形態と略同等であると推定できる。

図４に示されるように、溶接部１４は、表面ＷａからＺ方向の反対方向に延びた溶接金属１４ａと、当該溶接金属１４ａの周囲に位置される熱影響部１４ｂと、を有している。溶接金属１４ａは、レーザ光Ｌの照射によって溶融し、その後凝固した部位である。溶接金属１４ａは、溶融凝固部とも称されうる。また、熱影響部１４ｂは、加工対象Ｗの母材が熱影響を受けた部位であって、溶融はしていない部位である。

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

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

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

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

図５は、溶接部１４の一部を示す断面図である。図５は、ＥＢＳＤ法によって得られた結晶粒の境界を示している。また、図５中、一例として結晶粒径が１３［μｍ］以下の結晶粒Ａは、黒色に塗られている。なお、１３［μｍ］は、物理的特性の閾値ではなく、当該実験結果の分析のために設定した閾値である。また、図５から、結晶粒Ａは、第一部位１４ａ１には比較的多く存在し、第二部位１４ａ２には比較的少なく存在していることが明らかである。すなわち、第二部位１４ａ２内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位１４ａ１内の結晶粒の断面積の平均値よりも大きい。発明者らは、実験的な分析により、第二部位１４ａ２内の結晶粒の断面積の平均値は、第一部位１４ａ１内の結晶粒の断面積の平均値の１．８倍以上であることを確認した。

図５中の領域Ｉ内に示されているように、このような比較的サイズが小さい結晶粒Ａは、表面ＷａからＺ方向に離れた位置で、Ｚ方向に細長く延びた状態で密集している。また、Ｘ方向（掃引方向ＳＤ）の位置が異なる複数箇所での分析から、結晶粒Ａが密集した領域は、掃引方向ＳＤにも延びていることが確認されている。掃引しながらの溶接であるため、掃引方向ＳＤには結晶が同様の形態に形成されることが推定できる。

断面における外観あるいは硬度分布等からは第一部位１４ａ１と第二部位１４ａ２とを判別し難い場合にあっては、図４，５のような、溶接金属１４ａの表面Ｗａにおける位置および幅ｗｂから幾何学的に定めた第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２を、それぞれ、第一部位１４ａ１および第二部位１４ａ２としてもよい。一例として、第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２は、掃引方向ＳＤと直交する断面において、幅ｗｍ（Ｙ方向における等幅）で、Ｚ方向に延びた四角形状の領域であり、第二領域Ｚ２は、表面ＷａからＺ方向に深さｄまでの領域とし、第一領域Ｚ１は、深さｄよりもさらに深い領域、言い換えると深さｄの位置に対して表面Ｗａとは反対側の領域とすることができる。幅ｗｍは、例えば、溶接金属１４ａの表面Ｗａでの幅ｗｂ（ビード幅の平均値）の１／３とし、第二領域Ｚ２の深さｄ（高さ、厚さ）は、例えば、幅ｗｂの１／２とすることができる。また、第一領域Ｚ１の深さは、例えば、第二領域Ｚ２の深さｄの３倍とすることができる。発明者らは、複数サンプルに対する実験的な分析により、このような第一領域Ｚ１および第二領域Ｚ２の設定において、第二領域Ｚ２における結晶粒の断面積の平均値は、第一領域Ｚ１における結晶粒の断面積の平均値よりも大きく、かつ、１．８倍以上となっていたことを確認した。このような判別も、溶接により、溶接金属１４ａにおいて第一部位１４ａ１と第二部位１４ａ２とが形成されていることの証拠となりうる。

［レーザ光のパワー密度］
図６は、加工対象Ｗの表面Ｗａ上における第一レーザ光のパワー密度Ｐｄ１と第二レーザ光のパワー密度Ｐｄ２との組み合わせにおける溶接の実験結果を示すグラフである。図６中、「○」は、ブローホールが非常に少なかった場合（優）、「△」は、ブローホール数が少なかった場合、また、「×」は、ブローホールが多かった場合（不可）を示す。ここでは、一例として、「優」は、線状の溶接部位の単位長さ（例えば、１［ｃｍ］）あたりのブローホール数が１個以下であった場合を示し、「良」は、溶接部位の単位長さあたりのブローホール数が２個以上かつ５個未満である場合を示し、「不可」は、溶接部位の単位長さあたりのブローホール数が５個以上であった場合を示す。また、この実験において、第一レーザ光の波長は、１０７０［ｎｍ］、出力は、１．５［ｋＷ］であり、第二レーザ光の波長は、４５０［ｎｍ］、出力は、１５０［Ｗ］であった。

図６に示されるように、第二レーザ光のパワー密度Ｐｄ２が、０．１６［ＭＷ／ｃｍ^２］以上かつ１．５［ＭＷ／ｃｍ^２］以下である場合に、ブローホール数を抑制できることが判明した。これは、第二レーザ光のパワー密度Ｐｄ２が０．１６［ＭＷ／ｃｍ^２］（下限値）未満である場合には、銅板表面に吸収される光エネルギ量が不足することにより予熱効果が充分得られないからであり、パワー密度Ｐｄ２が１．５［ＭＷ／ｃｍ^２］（上限値）よりも大きい場合には、第二レーザにおいてもキーホール型の溶融となるからであると、考えられる。

［ＤＯＥ］
また、図１に示されるように、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－１とミラー１２３との間に、ＤＯＥ１２５を有している。

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７に概念的に例示されるよう、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパとも称されうる。

なお、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１－２の後段に設けられ第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパや、フィルタ１２４の後段に設けられ第一レーザ光および第二レーザ光のビーム形状を調整するビームシェイパ等を有してもよい。ビームシェイパによってレーザ光Ｌのビーム形状を適宜に整えることにより、溶接において溶接欠陥の発生をより一層抑制することができる。また、ＤＯＥ１２５により、第一レーザ光のビームを、複数のビームに分割することができる。

［金属導体の厚さ、各ビームのスポット径、各ビームのパワー］
また、発明者らは、実験的な解析により、レーザ光Ｌが照射される表面Ｗａを有する金属導体（図１の例では金属導体１１）の厚さ、各ビームＢ１，Ｂ２の表面Ｗａ上におけるビーム径（スポット径）、および各ビームＢ１，Ｂ２のパワーについて、溶接構造１０において好適な溶接状態が得られる条件を見いだした。ここで、好適な溶接状態とは、ブローホールの状態が上記の「優」または「良」であることを意味する。

発明者らの実験的な解析により、金属導体１１の、Ｚ方向における厚さＴ（図１参照）が、０．２［ｍｍ］以上かつ１［ｍｍ］以下である場合にあっては、
ビームＢ１によるスポット径（第一スポット径）が、２０［μｍ］以上かつ８０［μｍ］以下であり、かつ、
ビームＢ１のパワー（レーザ装置１１１の出力）が、０．３［ｋＷ］以上かつ６［ｋＷ］以下であり、かつ、
ビームＢ２によるスポット径（第一スポット径）が、５０［μｍ］以上かつ４００［μｍ］以下であり、かつ、
ビームＢ１のパワー（レーザ装置１１２の出力）が、０．０５［ｋＷ］以上かつ１［ｋＷ］以下である場合に、好適な溶接状態が得られることが、判明した。

［エネルギ密度］
また、発明者らは、当該実験的な解析において、溶接構造１０の単位体積あたりのレーザ光の照射のエネルギ密度という新規な指標を導入し、当該エネルギ密度について、好適な溶接状態が得られる条件を見いだした。当該エネルギ密度は、以下の式（１）で表すことができる。
Ｅ_ｎ＝Ｐ_ｎ／（Ｖ×Ｄ_ｎ×Ｔａ） ・・・ （１）
ここに、Ｅ_ｎは、エネルギ密度［Ｊ／ｍｍ^３］、Ｐ_ｎは、レーザ装置によるレーザ光のパワー［Ｗ］、Ｖは、掃引速度［ｍｍ／ｓ］、Ｄ_ｎは、表面Ｗａにおけるスポット径［ｍｍ］、Ｔａは、溶接構造１０のＺ方向の厚さ［ｍｍ］である（図１参照）。ここでは、下付のｎにより、各パラメータを区別しており、ｎ＝１は、第一レーザ光のパラメータ、ｎ＝２は、第二レーザ光のパラメータを示す。

発明者らの実験的解析によれば、溶接構造１０のＺ方向の厚さＴａが０．２［ｍｍ］以上かつ１［ｍｍ］以下である場合においては、ビームＢ１のエネルギ密度Ｅ_１が、２００［Ｊ／ｍｍ^３］以上であり、かつ、ビームＢ２のエネルギ密度Ｅ_２が、５［Ｊ／ｍｍ^３］以上かつ４９［Ｊ／ｍｍ^３］以下である場合に、好適な溶接状態が得られることが判明した。

［溶接構造の例］
図８～１５は、レーザ溶接装置１００によって形成された溶接構造１０（１０－１～１０－５）の例を示す。図８～１５の例では、いずれも、金属導体１１は、ハーネスの端部に接続された端子であり、金属導体１２は、当該端子である金属導体１１と溶接部１４を介して電気的かつ機械的に接続されるバスバーである。なお、図８～１５の例では、レーザ光Ｌの照射方向は、各溶接部１４の深さ方向（後述）であり、Ｚ方向の反対方向には限定されない。

また、図８～１５の例では、いずれも、金属導体１１は、平板状かつ円環状に形成されたリングを有している。また、金属導体１２は、平板状の形状を有するとともに、厚さ方向（Ｚ方向）の端面１２ａからＺ方向に突出した突起１２ｂを有している。突起１２ｂは、Ｚ方向に延びた円柱状の形状を有しており、金属導体１１のＺ方向に延びた円筒状の貫通孔１１ａ（内周面）内に挿入されている。また、金属導体１１のリング部のＺ方向の端面と、突起１２ｂの端面とは、略面一であり、Ｚ方向と交差して広がっている。金属導体１１のリング部と突起１２ｂとによって、金属導体１１と金属導体１２との位置ずれや離間が抑制されている。このような構成において、金属導体１１と金属導体１２との間には、貫通孔１１ａと突起１２ｂとの間の円筒状の境界ＢＬ１と、金属導体１１と端面１２ａとの間の平面状かつ円環状の境界ＢＬ２と、が設けられる。なお、図８～１５の例は一例に過ぎず、溶接構造１０の例は、これら構成には限定されない。

金属導体１１および金属導体１２のうち少なくとも一方は、例えば、純銅のような、銅系材料で作られている。また、金属導体１１および金属導体１２のうち少なくとも一方の表面には、錫めっきのようなめっき層が形成されている。言い換えると、金属導体１１および金属導体１２のうち少なくとも一方（第一金属導体）には、めっき処理が施されている。このような複数の金属導体１１，１２の溶接の際に、めっき層を形成している材料が溶接部１４に混入すると、溶接部１４の接合強度が弱くなる虞がある。そこで、本実施形態のレーザ溶接装置１００は、第一レーザ光と第二レーザ光とを含むレーザ光Ｌの照射によって溶接部１４が形成される前に、めっき層が蒸発するよう、レーザ光Ｌに含まれる第二レーザ光を照射して被溶接部位を加熱する。一例として、図２に示されるように、第一レーザ光のビームＢ１に対して掃引方向ＳＤの前方に第二レーザ光のビームＢ２の領域Ｂ２ｆがある場合には、ビームＢ１とビームＢ２とを表面Ｗａに対して掃引方向ＳＤに掃引することにより、被溶接領域にビームＢ１が照射されるよりも前に、ビームＢ２の領域Ｂ２ｆを照射して加熱することができる。この場合、例えば、レーザ装置１１１，１１２のパワーや、パワー密度、ビームＢ１，Ｂ２のスポット径、ビームＢ１，Ｂ２の配置、レーザ光Ｌの加工対象Ｗに対する相対的な掃引速度等を適宜に設定することにより、表面Ｗａにおけるめっき層の融点を超えた温度上昇、当該温度上昇に基づくめっき層の蒸発、ならびに、高品質な溶接を、実現できる。めっき層の融点は、複数の金属導体１１，１２の双方の融点よりも低い。一例として、錫めっきである場合、めっき層の主成分である錫の融点は２３２℃である。発明者らは、ビームＢ１とビームＢ２とを含むレーザ光Ｌの照射ならびに当該レーザ光Ｌの掃引方向ＳＤへの掃引によって、当該融点（２３２℃）を超えた温度上昇を実現できるとともに、高品質な溶接を実現できることを確認した。また、本実施形態では、ビームＢ１とビームＢ２とがレーザ光Ｌとして同時に照射されるとともに、例えば、ビームＢ１とビームＢ２とが、例えば、接したり少なくとも部分的に重なったりするなど、所定距離を超えて離間しないように配置されている。これにより、ビームＢ２によって加工対象Ｗに与えられるエネルギに加えて、ビームＢ１によって加工対象Ｗに与えられるエネルギも、溶接部１４が形成される前の表面Ｗａの温度上昇ならびにめっき層の蒸発に寄与する。このような設定によれば、より容易にあるいはより確実にめっき層を除去することができる。なお、ビームＢ１とビームＢ２とは、微少距離をあけて離間していてもよい。

図８は、一例としての溶接構造１０－１（１０）の平面図であり、図９は、図８のIX－IX断面図である。溶接構造１０－１では、境界ＢＬ１に沿って円環状に延びる溶接部１４が形成されている。また、溶接部１４は、境界ＢＬ１と境界ＢＬ２との間の隅部に沿って延びている。溶接部１４の深さ方向は、Ｚ方向の反対方向であり、溶接部１４の延び方向は、突起１２ｂの周方向である。

図１０は、一例としての溶接構造１０－２（１０）の平面図であり、図１１は、図１０のXI－XI断面図である。溶接構造１０－２では、境界ＢＬ２に沿って円弧状に延びる溶接部１４が形成されている。また、溶接部１４は、金属導体１１の外周面と端面１２ａとの間の隅部に沿って、言い換えると境界ＢＬ２の径方向外縁に沿って延びている。溶接部１４の深さ方向は、Ｚ方向の反対方向と突起１２ｂの径方向内方との間の方向であり、溶接部１４の延び方向は、突起１２ｂの周方向である。

図１２は、一例としての溶接構造１０－３（１０）の平面図であり、図１３は、図１２のXIII－XIII断面図である。溶接構造１０－３では、金属導体１１を貫通し境界ＢＬ２をＺ方向に跨ぐ溶接部１４が形成されている。溶接部１４は、金属導体１１から金属導体１２にかけて延びている。また、溶接部１４は、金属導体１１の円環状部分の幅方向中央において、円環状に延びている。溶接部１４の深さ方向は、Ｚ方向の反対方向であり、溶接部１４の延び方向は、突起１２ｂの周方向である。

図１４は、一例としての溶接構造１０－４（１０）の平面図である。溶接構造１０－４でも、図１２と同様、金属導体１１を貫通し境界ＢＬ２をＺ方向に跨ぐ溶接部１４が形成されている。また、また、溶接部１４は、円環状の境界ＢＬ２を当該円環の周方向と交差する方向（図１４ではＹ方向）に跨いでいる。溶接部１４の深さ方向は、Ｚ方向の反対方向であり、溶接部１４の延び方向は、Ｙ方向である。

図１５は、一例としての溶接構造１０－５（１０）の図９と同等位置での断面図である。溶接構造１０－５では、溶接部１４は、境界ＢＬ１，ＢＬ２の双方に沿って円環状に延びている。また、溶接部１４は、境界ＢＬ１と境界ＢＬ２との間の隅部に沿って延びている。溶接部１４の深さ方向は、Ｚ方向の反対方向と突起１２ｂの径方向外方との間の方向であり、溶接部１４の延び方向は、突起１２ｂの周方向である。

また、図１５の例では、溶接部１４は、金属導体１１のＺ方向の端面を通っていない。このように、金属導体１１の表面に溶接部１４が形成されないまでも、当該端面に第二レーザ光が照射されるなどにより、当該端面においてめっき層の成分である金属の融点を超える加熱状態が得られれば、当該端面においてめっき層を除去できる場合がある。すなわち、溶接部１４が形成された領域から離れた部位、言い換えると溶接金属１４ａの露出部位から離れた部位においても、めっき層が除去される場合がある。このような方法によれば、めっき層の成分である金属の溶接部１４への混入をより確実に抑制することができる。

以上、説明したように、本実施形態では、例えば、めっき層が形成された金属導体を含む複数の金属導体１１，１２を接合する溶接部１４を、レーザ光Ｌの照射によって形成し、当該レーザ光Ｌは、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のビームＢ１と５００［ｎｍ］以下の波長のビームＢ２とを含み、ビームＢ２を形成する第二レーザ光によって、複数の金属導体１１，１２のうち少なくとも一方に形成されためっき層を除去する。

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

このような方法によれば、例えば、第二レーザ光によってめっき層を除去することができるため、溶接部１４にめっき層の成分である金属が混入して溶接部１４の接合強度が低下するのを、抑制することができる。また、溶接の前に別途パルスレーザを照射するなどによりめっき層を除去する必要が無くなる分、加工時間をより短くすることができる上、加工の手間やコストをより低減することができる。さらに、ビームＢ１，Ｂ２を形成するレーザ光Ｌの照射により、スパッタやブローホールの少ないより高品質な溶接を実行することができるという利点も得られる。

また、本実施形態では、例えば、第一レーザ光と第二レーザ光とを含むレーザ光Ｌが表面Ｗａ上で掃引方向ＳＤに掃引され、溶接部１４は、表面Ｗａに沿って当該Ｘ方向に沿って延びている。

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

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

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

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

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

また、本実施形態では、例えば、複数の金属導体１１，１２のうちの少なくとも一つの金属導体は、銅系材料で作られており、めっき層は、例えば、錫めっき層である。本実施形態による効果は、このような構成である場合に得られる。

［第２実施形態］
図１６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。図１６に示されるように、本実施形態では、駆動機構１５０は、加工対象Ｗを光学ヘッド１２０に対して相対的に移動することにより、光学ヘッド１２０から照射されるレーザ光Ｌを表面Ｗａ上で掃引する。駆動機構１５０の作動は、コントローラ１４１によって制御される。この場合、レーザ光Ｌを表面Ｗａ上で掃引方向ＳＤに掃引するためには、駆動機構１５０は、加工対象Ｗを、光学ヘッド１２０に対して掃引方向ＳＤとは反対方向に移動する。

また、本実施形態でも、コントローラ１４１は、カメラ１７０による撮影画像から、スポットの所定位置に対するずれを検出し、当該ずれを補正するよう、駆動機構１５０を制御することができる。また、コントローラ１４１は、当該ずれが所定の閾値以内となるようフィードバック制御を実行してもよい。コントローラ１４１および駆動機構１５０は、補正機構の一例である。このような構成により、レーザ光の照射位置の精度を高めることができる。

本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
図１７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。図１７に示されるように、本実施形態では、光学ヘッド１２０は、フィルタ１２４と集光レンズ１２２との間に、ガルバノスキャナ１２６を有している。この点を除き、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００と同様の構成を備えている。

ガルバノスキャナ１２６は、２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂを有しており、当該２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を制御することで、光学ヘッド１２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる装置である。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えばコントローラ１４１によって制御された不図示のモータによって変更される。このような構成によれば、光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとを相対的に移動する機構が不要になり、例えば、装置構成を小型化できるという利点が得られる。

また、本実施形態でも、コントローラ１４１は、カメラ１７０による撮影画像から、スポットの所定位置に対するずれを検出し、当該ずれを補正するよう、ガルバノスキャナ１２６を制御することができる。また、コントローラ１４１は、当該ずれが所定の閾値以内となるようフィードバック制御を実行してもよい。コントローラ１４１およびガルバノスキャナ１２６は、補正機構の一例である。このような構成により、レーザ光の照射位置の精度を高めることができる。

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

例えば、金属導体の数は、３以上であってもよいし、その場合に、めっき層が形成された金属導体の数は、１以上である。

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

１０，１０－１～１０－５…溶接構造
１１…金属導体（第一金属導体）
１１ａ…貫通孔
１２…金属導体（第一金属導体）
１２ａ…端面
１２ｂ…突起
１４…溶接部
１４ａ…溶接金属
１４ａ１…第一部位
１４ａ２…第二部位
１４ｂ…熱影響部
１００，１００Ａ，１００Ｂ…レーザ溶接装置（溶接装置）
１１１…レーザ装置（レーザ発振器）
１１２…レーザ装置（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
１２７…フィルタ
１２８…ミラー
１３０…光ファイバ
１４１…コントローラ（検出機構、補正機構）
１５０…駆動機構（補正機構）
１７０…カメラ（検出機構）
Ａ…結晶粒
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
ＢＬ１，ＢＬ２…境界
Ｃ…中心点
Ｄ１…スポット径（外径）
Ｄ２…スポット径（外径）
Ｄ_ｎ…スポット径
ｄ…深さ
Ｅ_ｎ，Ｅ_１，Ｅ_２…エネルギ密度
Ｉ…領域
Ｌ…レーザ光
Ｐｄ１，Ｐｄ２…パワー密度
Ｐ_ｎ…パワー
ＳＤ…掃引方向
Ｔ…（レーザ光が照射される金属導体の）厚さ
Ｔａ…（加工対象の）厚さ
Ｖ…掃引速度
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面
ｗｂ…（溶接金属の表面での）幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向
Ｚ１…第一領域
Ｚ２…第二領域

Claims (12)

1. めっき層が形成された金属導体を少なくとも一つ含む複数の金属導体である加工対象の表面にレーザ光を照射しながら掃引して溶接部を形成することにより前記複数の金属導体を溶接する溶接方法であって、
   前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、
   前記表面上において、前記第一レーザ光によって形成される第一スポットの全域は前記第二レーザ光によって形成される第二スポットと重なるとともに、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を離隔して取り囲み、
   前記第二レーザ光の照射により前記めっき層を除去し、
   前記溶接部は、前記第二レーザ光によって形成され前記表面と接する第二部位と、前記第一レーザ光によって形成され前記第二部位に対して前記表面とは反対側に位置し当該第二部位と接する位置から前記レーザ光の照射方向に延びた第一部位と、を有し、
   前記表面上において、前記第二レーザ光のパワー密度が、０．１６［ＭＷ／ｃｍ ^２ ］以上かつ１．５［ＭＷ／ｃｍ ^２ ］以下である、溶接方法。
2. 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１に記載の溶接方法。
3. 前記めっき層の融点は、前記複数の金属導体の融点よりも低い、請求項１または２に記載の溶接方法。
4. 前記複数の金属導体のうち少なくとも一つの金属導体は、銅系材料で作られている、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
5. 前記複数の金属導体のうち前記表面を有した金属導体の厚さは、０．５［ｍｍ］以上かつ１［ｍｍ］未満であり、
   前記第一レーザ光によって前記表面が前記レーザ光と垂直な平面である場合の当該平面上に形成される第一スポットのスポット径は、２０［μｍ］以上かつ８０［μｍ］以下であり、
   前記第一レーザ光のパワーは、０．３［ｋＷ］以上かつ６［ｋＷ］以下であり、
   前記第二レーザ光によって前記表面が前記レーザ光と垂直な平面である場合の当該平面上に形成される第一スポットのスポット径は、５０［μｍ］以上かつ４００［μｍ］以下であり、
   前記第二レーザ光のパワーは、０．０５［ｋＷ］以上かつ１［ｋＷ］以下である、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
6. 前記複数の金属導体の溶接部における前記レーザ光の照射方向の単位体積あたりの前記第一レーザ光のエネルギ密度は、２００［Ｊ／ｍｍ^３］以上であり、
   前記溶接部における前記レーザ光の照射方向の単位体積あたりの前記第二レーザ光のエネルギ密度は、５［Ｊ／ｍｍ^３］以上かつ４９［Ｊ／ｍｍ^３］以下である、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
7. レーザ発振器と、
   めっき層が形成された金属導体を少なくとも一つ含む複数の金属導体である加工対象の表面に前記レーザ発振器からのレーザ光を照射しながら掃引して溶接部を形成する光学ヘッドと、
   を備え、前記複数の金属導体を溶接する、溶接装置であって、
   前記レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、５００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光と、を含み、
   前記表面上において、前記第一レーザ光によって形成される第一スポットの全域は前記第二レーザ光によって形成される第二スポットと重なるとともに、前記第二スポットの第二外縁は、前記第一スポットの第一外縁を離隔して取り囲み、
   前記第二レーザ光の照射により前記めっき層を除去し、
   前記溶接部は、前記第二レーザ光によって形成され前記表面と接する第二部位と、前記第一レーザ光によって形成され前記第二部位に対して前記表面とは反対側に位置し当該第二部位と接する位置から前記レーザ光の照射方向に延びた第一部位と、を有し、
   前記表面上において、前記第二レーザ光のパワー密度が、０．１６［ＭＷ／ｃｍ ^２ ］以上かつ１．５［ＭＷ／ｃｍ ^２ ］以下である、溶接装置。
8. 前記レーザ光を複数のビームに分割するビームシェイパを備えた、請求項７に記載の溶接装置。
9. 前記レーザ光を前記表面上で掃引方向に掃引するよう、前記レーザ光の照射方向を変化させるガルバノスキャナを備えた、請求項７または８に記載の溶接装置。
10. 前記レーザ光によって前記表面上に形成されるスポットの所定位置に対するずれを検出する検出機構と、
    前記ずれを補正する補正機構と、
    を備えた、請求項７～９のうちいずれか一つに記載の溶接装置。
11. 前記補正機構は、前記複数の金属導体と前記光学ヘッドとの相対位置を変更する、請求項１０に記載の溶接装置。
12. 前記補正機構は、前記レーザ光を前記表面上で掃引方向に掃引するよう、前記レーザ光の照射方向を変化させるガルバノスキャナを含む、請求項１０に記載の溶接装置。

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