溶接方法および溶接装置
【課題】高容量、高信頼性、低コストのエネルギデバイス（密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなど）を製造するために、ケースと封口板とを、高品質で安定して溶接する溶接方法および溶接装置を提供する。
【解決手段】部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム１０１で走査して溶接する溶接装置は、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分１０１ｂのスポットを揺動させる。ここで、レーザビーム１０１が、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂを有するビームである。ビーム部分１０１ａが、第１のパワー密度を有する部分である。ビーム部分１０１ｂが、ビーム部分１０１ａの内部に存在し、かつ第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分である。
【解決手段】部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム１０１で走査して溶接する溶接装置は、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分１０１ｂのスポットを揺動させる。ここで、レーザビーム１０１が、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂを有するビームである。ビーム部分１０１ａが、第１のパワー密度を有する部分である。ビーム部分１０１ｂが、ビーム部分１０１ａの内部に存在し、かつ第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材をレーザビームで溶接する溶接方法および溶接装置に関し、特に、２つの部材の溶接対象部分の走査経路に、隙間、曲線部分、二重走査部分などがあっても、低コストで、高品質で、安定した溶接が可能な溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の駆動用電源などに、密閉型二次電池が広く使用されている。また、電子機器のバックアップ電源などに、電気二重層コンデンサが広く使用されている。さらに、ハイブリッド自動車と電気自動車との各電源として、密閉型二次電池と電気二重層コンデンサとが注目されている。益々、密閉型二次電池と電気二重層コンデンサとに対して、高容量、高信頼性、低コストなどの要望が大きくなっている。そして、このような電池に代表されるエネルギデバイスでは、電解液が漏れないように、ケースと封口板とを密閉する必要がある。このため、これらのエネルギデバイスの製造では、高品質で、安定した溶接が要求される。これに対して、これらのエネルギデバイスのケースと封口板との溶接について、色々な技術が提案されている。
【０００３】
ここでは、一例として、ケースと封口板との溶接部分にレーザ光を間欠的に照射しながら、ケースの縁部に沿って、一回り、レーザ光で溶接部分を走査する場合について説明する。
【０００４】
この場合において、図２４に示すように、ケース５１と封口板５２との突合せ部５３（溶接部分）を周回してＡ地点（溶接開始点）にレーザ光が戻ると、二重走査部分Ｏ（Ａ地点からＢ地点までの区間）が再度溶融される。このとき、二重走査部分Ｏの一部が電池内に流れ込み、二重走査部分Ｏに貫通孔が発生する。これに対して、二重走査部分Ｏにおける投入エネルギをＥ１から徐々に低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これによって、二重走査部分Ｏでは、貫通孔が無く良好な溶接を実現することができる。
【０００５】
また、図２５に示すように、角部５１ａのように、曲折度の大きな区間でクラックが発生し易い。これに対して、角部５１ａにおけるレーザ光の走査速度を下げる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これによって、角部５１ａでは、直線部５１ｂよりも、レーザ光の照射密度が高くなり、レーザ光の照射部分のオーバーラップ率が上がる。これに伴い、クラックが無く高品質な溶接を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−００７５６０号公報
【特許文献２】特開平１１−１４４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際には、ケースや封口板などの部材の寸法公差、位置決めのばらつき、装置の溶接位置移動のばらつきなどが多く発生する。特に、曲折度の大きな角部では、ケースと封口板との隙間（４隅の隙間）を０にすることが事実上不可能である。
【０００８】
また、設計上の制限により、ケースの板厚が場所によって異なったり、ケースを保持する治具とケースとの接触面積が場所によって異なったりする。すなわち、熱容量が場所によって異なる。
【０００９】
また、溶接開始点付近では、僅かなクラックが発生している。また、溶接時に、短絡を引き起こす原因となる金属粉（スパッタ）が、デバイスの表面または内側から飛び出して、デバイスの中に入り込む。
【００１０】
以上のことから、従来の技術では、量産工程に適用する場合において、溶接品質の安定化、高速化、低コスト化が困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、高容量、高信頼性、低コストのエネルギデバイス（密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなど）を製造するために、ケースと封口板とを、高品質で安定して溶接する溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係わる溶接方法では、下記に示す特徴を備える。
（１）本発明に係わる溶接方法では、（ａ）第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接方法であって、（ｂ）前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、（ｂ１）前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、（ｂ２）前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、（ｃ）前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットを揺動させる。
【００１２】
なお、本発明は、溶接方法として実現される以外に、下記に示す溶接装置として実現されるとしてもよい。
（２）本発明に係わる溶接装置では、（ａ）第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接装置であって、（ｂ）レーザ光を発振するレーザ発振器と、（ｃ）前記レーザ光を前記レーザビームに変換する回折光学素子と、（ｄ）前記回折光学素子の動きを制御する制御部とを備え、（ｅ）前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、（ｅ１）前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、（ｅ２）前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内側に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、（ｆ）前記制御部が、前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットが揺動するように、前記回折光学素子の動きを制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、部材の寸法公差、部材の位置決めのばらつき、または装置の溶接位置の移動のばらつきなどが存在しても、キーホールの形成に最適な強度分布に、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、溶接部分にクラック、ブローホールなどが発生し難くなり、高品質な溶接を実現することができる。さらに、溶融深さと溶融幅とが安定した溶接を実現することができる。
【００１４】
また、熱容量が変化する部分に対しても、熱容量の変化に応じて、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、熱容量が変化する部分でも、溶接部分にクラック、ブローホールなどが発生することを抑制することができ、高品質な溶接を実現することができる。さらに、溶融深さと溶融幅とが安定した溶接を実現することができる。
【００１５】
また、ケースと封口板との全周を溶接するにあたり、溶接開始点付近で、溶接部分が再加熱されても溶融に至らないように、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、溶接開始点付近で、溶接部分に僅かなクラックが発生することも抑制することができ、クラックが無い溶接を実現することができる。
【００１６】
これらのことから、本発明を使用することで、高容量、高信頼性、低コストのエネルギデバイス（密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなど）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１における溶接方法を示す図
【図２】（Ａ），（Ｂ）実施の形態１におけるレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図３】実施の形態１における観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図
【図４】実施の形態１における比較例による観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図
【図５】実施の形態２における溶接方法を示す図
【図６】（Ａ），（Ｂ）実施の形態２におけるレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図７】実施の形態３における溶接方法を示す図
【図８】（Ａ）−（Ｃ）実施の形態３における各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図
【図９】実施の形態４における溶接方法を示す図
【図１０】実施の形態４の変形例における溶接方法を示す図
【図１１】実施の形態４の変形例における溶接方法を示す図
【図１２】実施の形態４における溶接方法で溶接対象となる角型電池ケースを示す図
【図１３】実施の形態５における溶接方法を示す図
【図１４】（Ａ），（Ｂ）実施の形態５における曲線部分を走査中のレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図１５】実施の形態５の変形例における溶接方法を示す図
【図１６】実施の形態６における溶接方法を示す図
【図１７】（Ａ）−（Ｃ）実施の形態６における各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図
【図１８】実施の形態６の変形例における溶接方法を示す図
【図１９】実施の形態７における溶接装置の構成を示す図
【図２０】実施の形態８における溶接装置の構成を示す図
【図２１】実施の形態９における溶接装置の構成を示す図
【図２２】（Ａ），（Ｂ）実施の形態９における回折光学素子を示す図
【図２３】（Ａ），（Ｂ）実施の形態９における回折光学素子の変形例を示す図
【図２４】従来の溶接方法による溶接開始点での走査状態を示す図
【図２５】従来の溶接方法によるコーナー部分での走査状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態における溶接方法では、部材１０２が部材１０３に重ね合わされている。部材１０２の表面にレーザビーム１０１が照射されている。部材１０２の表面がレーザビーム１０１で矢印の方向に走査されている。これに伴い、レーザビーム１０１が照射される部分（以下、照射点と呼称する。）の直下における部材１０２，１０３には、キーホール１０５が形成される。キーホール１０５の周辺には、部材１０２，１０３が溶融した状態の溶融部１０４が形成される。これによって、部材１０２，１０３がレーザビーム１０１で溶接される。
【００２０】
以下、スポット強度とは、照射点でのビーム強度である。スポット径とは、照射点でのビーム径である。スポット中心とは、照射点でのビーム中心線の位置である。スポット間隔とは、照射点でのビーム中心線の間隔である。パワー密度とは、照射点でのビーム強度の密度であり、スポット強度に比例して、スポット面積（スポット径の二乗）に反比例する物理量である。
【００２１】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、レーザビーム１０１のパワー密度の分布を示す図である。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、レーザビーム１０１は、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂを有するビームである。ビーム部分１０１ｂは、ビーム部分１０１ａの内部に存在して、かつビーム部分１０１ａよりもパワー密度が高い部分である。ビーム部分１０１ｂのスポット中心は、レーザビーム１０１のスポット中心からずれている。
【００２２】
ここで、所定の照射点（以下、観測点と呼称する。）に注目すると、観測点では、ビーム部分１０１ａ、ビーム部分１０１ｂ、ビーム部分１０１ａの順で、走査方向にビーム部分１０１ａ，１０１ｂが通過する。
【００２３】
図３は、観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図である。なお、図３においては、レーザビーム１０１が観測点に近づいてから観測点を通過するまでの変化を表している。横軸が経過時間ｔであり、縦軸が表面温度Ｔとビーム強度Ｐとである。
【００２４】
図３に示すように、ビーム部分１０１ａが観測点に到達する直前から、観測点の温度が上昇し始める。ｔ１秒後に、ビーム部分１０１ａが観測点に到達すると、観測点の温度が急激に上昇する。ｔ２秒後に、ビーム部分１０１ｂが観測点に到達すると、部材１０２の融点Ｔｍに観測点の温度が短時間で達する。観測点の溶融が始まり、観測点の温度が徐々に上昇する。やがて、観測点の直下の部材１０２，１０３の部分にキーホール１０５が形成される。
【００２５】
さらに、ｔ３秒後に、ビーム部分１０１ｂが観測点を通過すると、観測点の温度が徐々に下降する。ビーム部分１０１ｂの移動に伴い、キーホール１０５も移動する。これに伴い、観測点でのキーホールが閉じた状態になる。溶融部１０４の温度が融点Ｔｍまで下降して、観測点での部材１０２の表面が凝固する。ｔ４秒後に、ビーム部分１０１ａが観測点を通過すると、自然冷却により、徐々に観測点が冷却される。
【００２６】
すなわち、本実施の形態では、ビーム部分１０１ｂの前方部分が観測点に到達する前に、ビーム部分１０１ａで観測点の温度を融点Ｔｍの近くまで上昇させる。これによって、ビーム部分１０１ｂで観測点の温度を融点Ｔｍまで上昇させるにあたり、温度の上昇幅を小さくすることができる。これに伴い、観測点での温度変化が小さくなるので、溶融後の表面からの突沸を抑制することができ、スパッタの発生を大幅に低減することができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、ビーム部分１０１ｂの後方部分が観測点を通過した後に、ビーム部分１０１ａで観測点の温度を徐々に下降させる。これによって、下降時の温度変化を小さくすることができる。これに伴い、クラック、ブローホールなどが観測点に発生し難くなり、高品質な溶接を実現することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、レーザビーム１０１の後方部分にビーム部分１０１ｂが配置されている。このため、ビーム部分１０１ａの前方部分が観測点に到達してからビーム部分１０１ｂの前方部分が観測点に到達するまでの時間（ｔ１〜ｔ２）が長くなる。これに伴い、融点Ｔｍの近くまで、観測点の温度を上昇させることができる。
【００２９】
＜実施例１＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例１と呼称する。）について説明する。
【００３０】
本実施例では、部材１０２がニッケルからなる板厚０．２ｍｍの金属板である。部材１０３が銅からなる板厚０．５ｍｍの金属板である。ビーム部分１０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分１０１ｂのスポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分１０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分１０１ｂのスポット強度が６００Ｗである。ビーム部分１０１ｂのスポット中心がレーザビーム１０１のスポット中心から走査方向に沿って後方に０．０５ｍｍずれている。部材１０２の表面にレーザビーム１０１が連続的に照射される。走査速度１００ｍｍ／秒で部材１０２の表面がレーザビーム１０１で走査される。
【００３１】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム１０１で部材１０２，１０３の重合せ溶接が行われた。
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、部材１０２の表面からスパッタが殆ど飛散しなかった。また、部材１０２，１０３の溶接部分（凝固後の溶融部１０４）を観察した結果、溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶接部分の品質が高品質であった。
【００３２】
さらに、長さ３００ｍｍに亘って上記の重合せ溶接を３０回行った結果、全て、部材１０２，１０３の界面部分の溶接幅が０．３〜０．３５ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が安定していた。部材１０３の裏面を観察しても、溶融部１０４に対応する部分に貫通した形跡が見られなかった。
【００３３】
＜比較例１＞
次に、実施例１の比較例（以下、比較例１と呼称する。）について説明する。
本比較例では、レーザビーム１０１がビーム部分１０１ｂのみからなる。ビーム部分１０１ｂのスポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分１０１ｂのスポット強度が６００Ｗである。これらの条件以外は、実施例１と同様の条件である。
【００３４】
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、実施例１に比べて、部材１０２の表面から飛散するスパッタが多かった。溶接後、部材１０２の表面を観察すると、ニッケルからなる金属粉が溶接部分の近辺に多く付着していた。溶接部分の数箇所に、小さなブローホールが発生していた。溶融部に、小さなクラックが見られた。
【００３５】
さらに、溶接部分の溶接幅が０．０５〜０．１ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が実施例１に比べて狭かった。部材１０２，１０３を強く引っ張ると、部材１０２，１０３の溶接が外れてしまった。
【００３６】
＜比較例２＞
次に、実施例１の他の比較例（以下、比較例２と呼称する。）について説明する。
本比較例では、ビーム部分１０１ｂのスポット強度が８００Ｗである。この条件以外は、比較例１と同様の条件である。
【００３７】
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、比較例１に比べて、部材１０２の表面から飛散するスパッタが多くかつ大きかった。溶接後、部材１０２の表面を観察すると、ニッケルからなる金属粉が溶接部分の近辺に非常に多く付着していた。溶接部分の数十箇所に、ブローホールが発生していた。溶融部に、クラックが見られた。
【００３８】
さらに、溶接部分の溶接幅が０．３〜０．４ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が比較例１に比べて広かった。接合強度も比較例１に比べて高かった。しかしながら、部材１０３の裏面を観察すると、幾つかの箇所で、溶融部が露出していた。露出していた溶融部の周辺に銅からなる金属粉が付着していた。
【００３９】
ここで、比較例１，２の観察結果については、以下のような原因により発生すると考えられる。
図４は、比較例１，２による観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図である。なお、図４においては、レーザビーム１０１が観測点に近づいてから観測点を通過するまでの変化を表している。横軸が経過時間ｔであり、縦軸が表面温度Ｔとビーム強度Ｐとである。
【００４０】
比較例１，２では、実施例１に比べて、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のスポット径が小さく、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のスポット強度が同じまたは高い。すなわち、比較例１，２では、実施例１に比べて、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のパワー密度が高い。このため、図４に示すように、ｔ２秒まで、殆ど観測点の温度が上昇しない。ｔ２秒後に、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）が観測点に到達して、観測点の温度が急激に上昇する。融点を超えて非常に高い温度まで、観測点の温度が上昇する。これに伴い、観測点では、突沸が起こり、大きなスパッタが多数飛散する。大きなスパッタが発生した箇所には、ピットと言われる大きな孔が残る。ｔ３秒後に、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）が観測点を通過して、観測点の温度が急速に下降する。凝固時に、実施例１に比べて、温度の下降幅が大きいので、観測点に割れが発生する。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４２】
図５は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図５に示すように、本実施の形態における溶接方法では、部材１０２の端部と部材１０３の端部とが突き合わせられている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面を挟んで部材１０２，１０３に個別に配置されるように、部材１０２，１０３の突合せ部分にレーザビーム２０１が照射されている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、部材１０２，１０３の突合せ部分がレーザビーム２０１で矢印の方向に走査されている。これによって、部材１０２，１０３がレーザビーム２０１で溶接される。
【００４３】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、レーザビーム２０１のパワー密度の分布を示す図である。
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、レーザビーム２０１は、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを有するビームである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃは、ビーム部分２０１ａの内部に存在して、かつビーム部分２０１ａよりもパワー密度が高い部分である。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各中心は、レーザビーム２０１のスポット中心からずれている。
【００４４】
これによって、実施の形態１で説明したように、部材１０２，１０３を溶接するときに、急激に加熱されたり、急激に冷却されたりすることを回避することができる。このため、スパッタ、クラックが少なく高品質な溶接を実現することができる。
【００４５】
また、レーザビーム２０１の後方部分にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが配置されている。これによって、図３に示すグラフのｔ１秒からｔ２秒への時間が長くなる。このため、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃで観測点の温度を融点Ｔｍまで上昇させるにあたり、温度の上昇幅を小さくすることができる。これに伴い、観測点での温度変化が小さくなるので、溶融後の表面からの突沸を抑制することができ、スパッタの発生を大幅に低減することができる。
【００４６】
また、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面に直接照射されないので、突合せ面にキーホールが形成されない。さらに、突合せ面付近で発生したスパッタが部材１０２，１０３の間に入り込むことが無い。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例２と呼称する。）について説明する。
【００４８】
本実施例では、部材１０２が１０５０番の純度の高いアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。部材１０３がＭｎを添加した３００３番のアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心がレーザビーム２０１のスポット中心から走査方向に沿って後方に０．０５ｍｍずれている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット間隔が０．２ｍｍである。部材１０２，１０３の突合せ面にレーザビーム２０１が連続的に照射される。走査速度１００ｍｍ／秒で部材１０２，１０３の突合せ面がレーザビーム２０１で走査される。
【００４９】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム２０１で部材１０２，１０３の突合せ溶接が行われた。なお、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。しかしながら、ビーム部分２０１ａのスポット径よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径の方が小さい。このため、ビーム部分２０１ａのパワー密度よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度の方が高い。
【００５０】
この場合において、走査中の突合せ面付近の表面を観察した結果、突合せ面付近の表面からスパッタが殆ど飛散しなかった。また、部材１０２，１０３の溶接部分（凝固後の溶融部１０４）を観察した結果、溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶接部分の品質が高品質であった。
【００５１】
さらに、長さ３００ｍｍに亘って上記の突合せ溶接を３０回行った結果、全て、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。突合せ面に０．１ｍｍ以下の隙間があっても、溶融深さと溶融幅とが安定していた。
【００５２】
また、試験的に照射位置を０〜０．１ｍｍずらして溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。さらに、突合せ面の隙間を０〜０．２ｍｍまで開けて同様の溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。
【００５３】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００５４】
図７は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態における溶接方法では、レーザビーム２０１の向きが変化しながら、部材１０２，１０３の突合せ部分をレーザビーム２０１で矢印の方向に走査する。このとき、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、レーザビーム２０１の向きが変化する。
【００５５】
ここで、レーザビーム２０１の向きとは、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの整列方向に直行する方向である。レーザビーム２０１の向きを変化させることによって、レーザビーム２０１のスポット中心を回転中心として、レーザビーム２０１のスポットが変化する。
【００５６】
なお、実施の形態２では、部材１０２，１０３の突合せ面から一定の距離でキーホールが形成される場合が、溶融深さが安定しており、接合強度が高くなり、最も品質が高くなる。しかしながら、実際に、部材１０２，１０３の端部が完全な直線状に加工されることが少ない。このため、突合せ面で部分的または全体的に隙間が発生したり、突合せ面自体の位置がずれたりする。
【００５７】
これに対して、本実施の形態では、レーザビーム２０１の向きが変化しながら、部材１０２，１０３の突合せ部分をレーザビーム２０１で矢印の方向に走査する。これによって、キーホール１０５の形成に最適な部分とビーム部分２０１ｂ，２０１ｃとが数多く交差する。キーホール１０５の形成に最適な部分を走査したときと同様に、安定した溶込みが得られる。
【００５８】
図８（Ａ）−図８（Ｃ）は、各地点でのレーザビーム２０１と溶接部分との断面を示す図である。
図８（Ａ）−図８（Ｃ）に示すように、部材１０２，１０３の突合せ部分に、隙間が無くても、隙間が有っても、キーホール１０５ｂ，１０５ｃと溶融部１０４とが突合せ部分に形成される。このとき、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの形成に最適な部分とビーム部分２０１ｂ，２０１ｃとが交差する。これによって、隙間または部材１０２，１０３の位置精度に依存せず、溶融幅が安定した溶接を実現することができる。
【００５９】
また、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面に直接照射されないので、突合せ面にキーホールが形成されない。さらに、突合せ面付近で発生したスパッタが部材１０２，１０３の間に入り込むことが無い。
【００６０】
＜実施例３＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例３と呼称する。）について説明する。
【００６１】
本実施例では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が、レーザビーム２０１のスポット中心を挟んで、レーザビーム２０１のスポット中心を通る線上に配置されている。走査中、振れ角±３０度以下、かつ周波数１０Ｈｚでレーザビーム２０１の向きが周期的に変化する。これらの条件以外は、実施例２と同様の条件である。
【００６２】
この場合において、長さ３００ｍｍに亘って上記の突合せ溶接を３０回行った結果、全て、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．９〜１ｍｍの範囲内に入っていた。突合せ面に０．２ｍｍ以下の隙間があっても、溶融深さと溶融幅とが安定していた。
【００６３】
また、試験的に照射位置を０〜０．１５ｍｍずらして溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。走査中の部材１０２，１０３の裏面を観察しても、全く、部材１０２，１０３の裏面にスパッタが観察されなかった。
【００６４】
本実施例では、実施例２に比べて、部材間の隙間、レーザビームの照射位置ズレなどに対する許容幅が大きい。溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶融深さと溶接幅とが安定している。溶接部分の品質が高品質で安定した突合せ溶接を実現することができる。
【００６５】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００６６】
図９は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図９に示すように、部材１０２は、幅一定の金属板である。部材１０３は、幅の広い部分１０３ａと幅の狭い部分１０３ｂとからなる金属板である。部材１０３の一方の端部は、部分１０３ａ，１０３ｂの各端部が直線状になっている。部材１０３の他方の端部は、部分１０３ａ，１０３ｂの各端部が凸凹状になっている。部材１０３の一方の端部が部材１０２の端部に向くように、部材１０２，１０３が突き合わせられている。部材１０３は、部分１０３ａ、部分１０３ｂの順に走査される。
【００６７】
ここで、部分１０３ｂでは、部分１０３ａよりも幅が狭いので、部分１０３ａよりも熱容量が小さい。このため、部分１０３ｂの走査時に、部材１０３の熱容量が減少する。これに伴い、部分１０３ｂでは、急激に加熱された状態になり、部分１０３ａの走査時に比べて、スパッタの発生が増加する。また、部分１０３ｂでは、溶融幅が部材１０３側に広がる。場合によって、部分１０３ｂでは、部材１０３が裏面まで溶融して、形状と大きさとが変化する。部材１０２，１０３の溶接物に不良品が発生する。
【００６８】
これに対して、本実施の形態における溶接方法では、部材１０３の熱容量が減少する部分１０３ｂで、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、ビーム部分２０１ｃが順次移動する。これによって、部分１０３ｂでは、部材１０２，１０３が溶融して接触した後に、部材１０２側への放熱量を増やすことができる。スパッタの発生と部材１０３の端面の溶融とを抑制することができる。
【００６９】
なお、実際には、幅以外にも、部材１０２，１０３を保持する治具自体の熱容量、または部材１０２，１０３と治具との接触面積などによって、部材１０２，１０３が同じ材質でできていても、部材１０２，１０３の熱容量が途中で変化する場合がある。この場合においても、本実施の形態における溶接方法では、部材１０３の熱容量が減少する部分で、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、ビーム部分２０１ｃが順次移動する。
【００７０】
＜変形例＞
図１０、図１１は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、図１０に示すように、部分１０３ｂでは、レーザビーム２０１全体が部材１０３よりも熱容量の大きい部材１０２側に移動するとしてもよい。または、図１１に示すように、部分１０３ｂでは、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、レーザビーム２０１の向きが変化するとしてもよい。これらによって、図９に示す溶接方法と同様の効果が得られる。
【００７１】
＜実施例４＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例４と呼称する。）について説明する。
【００７２】
図１２は、本実施の形態における溶接方法で溶接対象となる角型電池ケースを示す図である。
図１２に示すように、本実施例では、封口板１０９が１０５０番の純度の高いアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。封口板１０９の寸法が１５０×１５ｍｍである。封口板１０９のコーナー部分が半径２ｍｍのＲ状に形成されている。ケース１１０がＭｎを添加した３００３番のアルミニウムからなる中空構造の金属体である。ケース１１０の長辺部分の板厚（ｄＢ）よりもケース１１０の短辺部分の板厚（ｄＡ）の方が大きい。ケース１１０の短辺部分の板厚（ｄＡ）が０．７ｍｍである。ケース１１０の長辺部分の板厚（ｄＢ）が０．５ｍｍである。
【００７３】
さらに、ケース１１０に封口板１０９が嵌め込まれて、ケース１１０の長辺部分の一方が保持治具（不図示）に押し当てられる。ケース１１０の長辺部分の他方に保持治具（不図示）が接触して、封口板１０９に向って、ケース１１０に荷重が掛けられる。封口板１０９とケース１１０との位置決めと保持が同時に行われる。
【００７４】
ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が、レーザビーム２０１のスポット中心を挟んで、レーザビーム２０１のスポット中心を通る線上に配置されている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット間隔が０．２ｍｍである。
【００７５】
封口板１０９とケース１１０との突合せ面にレーザビーム２０１が連続的に照射される。突合せ面の短辺部分から走査を開始して、走査速度１００ｍｍ／秒で封口板１０９とケース１１０との突合せ面がレーザビーム２０１で走査される。
【００７６】
このとき、封口板１０９とケース１１０との突合せ面上にビーム部分２０１ａが配置される。内側の封口板１０９にビーム部分２０１ｂが配置される。外側のケース１１０にビーム部分２０１ｃが配置される。突合せ面の短辺部分では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのどちらも、突合せ面から０．１ｍｍの距離に配置される。突合せ面の長辺部分では、ビーム部分２０１ｃのみが、突合せ面から０．０４ｍｍの距離に配置される。突合せ面のコーナー部分では、走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、ビーム部分２０１ｃが０．０６ｍｍ内側に順次移動する。または、走査対象が長辺部分から短辺部分に遷移するときに、ビーム部分２０１ｃが０．０６ｍｍ外側に順次移動する。
【００７７】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム２０１で封口板１０９とケース１１０との全周の突合せ溶接が行われた。なお、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。しかしながら、ビーム部分２０１ａのスポット径よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径の方が小さい。このため、ビーム部分２０１ａのパワー密度よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度の方が高い。
【００７８】
すなわち、ケース１１０の短辺部分が図９に示す部分１０３ａに相当する。ケース１１０の長辺部分が図９に示す部分１０３ｂに相当する。走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、熱容量が減少する。このため、本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させる。
【００７９】
この場合において、突合せ面のコーナー部分でビーム部分２０１ｃを移動させなかった場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、突合せ面のコーナー部分でビーム部分２０１ｃを移動させなかった場合では、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１０１の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８０】
また、本実施例では、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．９〜１ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分では、溶融深さと溶接幅とが安定していた。
【００８１】
＜実施例５＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例５と呼称する。）について説明する。
【００８２】
本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面の短辺部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面上に配置される。突合せ面の長辺部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置に配置される。突合せ面のコーナー部分では、走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置に順次移動する。または、走査対象が長辺部分から短辺部分に遷移するときに、突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置から突合せ面に順次移動する。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００８３】
この場合において、レーザビーム２０１全体が移動しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、レーザビーム２０１全体が移動しない場合では、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８４】
＜実施例６＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例６と呼称する。）について説明する。
【００８５】
本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面のコーナー部分で、レーザビーム２０１の向きを封口板１０９側に２０度傾ける。この条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００８６】
この場合において、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合には、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８７】
なお、突合せ面の長辺部分を走査するときに、レーザビーム２０１の向きをケース１１０側に２０度傾けても、同様の結果が得られた。
（実施の形態５）
以下、本発明に係わる実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態４と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００８８】
実施例４では、封口板１０９とケース１１０との突合せ面の曲線部分（コーナー部分）で、内側と外側との熱容量のバランスが崩れる。これに伴い、内側と外側とのうち、熱容量の小さい方では、急激に加熱された状態になり、突合せ面の直線部分（短辺部分、長編部分）の走査時に比べて、スパッタの発生が増加する。また、突合せ面の曲線部分では、溶融幅がケース１１０側に広がる。場合によって、突合せ面の曲線部分では、ケース１１０の外側の側面を溶融して、形状と大きさとが変化する。封口板１０９とケース１１０との溶接物に不良品が発生する。
【００８９】
図１３は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
これに対して、本実施の形態における溶接方法では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、封口板１０９とケース１１０との曲線部分がレーザビーム２０１で走査される。このとき、図１３に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの整列方向が曲線部分の接線方向に直交するように、レーザビーム２０１の向きが順次変化する。
【００９０】
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、曲線部分を走査中のレーザビーム２０１のパワー密度の分布を示す図である。
図１４に示すように、曲線部分では、ビーム部分２０１ｂのパワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度よりも高い。ビーム部分２０１ｃのパワー密度がビーム部分２０１ｂのパワー密度よりも高い。
【００９１】
＜変形例＞
図１５は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、曲線部分では、レーザビーム２０１全体が、内側と外側とのうち、熱容量の大きい方に移動するとしてもよい。または、図１５に示すように、曲線部分では、曲線部分の接線方向から内側に傾けるように、レーザビーム２０１の向きが変化するとしてもよい。
【００９２】
これらによって、曲線部分では、ビーム部分２０１ｃがビーム部分２０１ｂよりも前に位置する。このため、ケース１１０よりも熱容量が大きい封口板１０９を早く加熱することができる。内側と外側とで、入熱と放熱とのバランスが良くなる。
【００９３】
また、ビーム部分２０１ａが通過した後も、ビーム部分２０１ｃで加熱されたケース１１０から封口板１０９側に熱が伝導する。このため、封口板１０９とケース１１０との間の入熱のバランスが向上する。
【００９４】
＜実施例７＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例７と呼称する。）について説明する。
【００９５】
本実施例では、突合せ面の曲線部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面の曲線部分で、ビーム部分２０１ｂのスポット強度だけを３００Ｗから２５０Ｗまで下げる。すなわち、ビーム部分２０１ｂのパワー密度だけを下げる。この条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００９６】
この場合において、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げなかった場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げなかった場合では、ケース１１０の曲線部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００９７】
＜実施例８＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例８と呼称する。）について説明する。
【００９８】
本実施例では、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げない。その代わりに、突合せ面の曲線部分で、レーザビーム２０１全体を移動する。突合せ面の直線部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面上である。突合せ面の曲線部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から０．０５ｍｍ外側の位置である。これらの条件以外は、実施例７と同様の条件である。なお、突合せ面の曲線部分でも、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。すなわち、突合せ面の曲線部分でも、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同じである。
【００９９】
この場合において、レーザビーム２０１全体が移動しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。また、実施例７に比べて、スパッタの発生が少なかった。
なお、レーザビーム２０１全体が移動しない場合では、ケース１１０の曲線部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【０１００】
＜実施例９＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例９と呼称する。）について説明する。
【０１０１】
本実施例では、突合せ面の曲線部分で、レーザビーム２０１全体が移動しない。その代わりに、曲線部分を走査するときに、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、レーザビーム２０１の向きが順次変化する。このとき、レーザビーム２０１の向きが、直線部分で、突合せ面に沿った方向である。レーザビーム２０１の向きが、曲線部分で、突合せ面の接線方向から封口板１０９側にずらした方向である。これらの条件以外は、実施例８と同様の条件である。
【０１０２】
この場合において、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。スパッタの発生が実施例８と同程度であった。
なお、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【０１０３】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、突合せ面の曲線部分でのレーザビーム２０１の振舞を、下記（１）−（３）のいずれかにする。これによって、スパッタの発生を抑制することができ、ケース１１０の外側の側面の溶融を抑制することができる。
【０１０４】
（１）ビーム部分２０１ｂのスポット強度を下げる。
（２）レーザビーム２０１のスポット中心を外側にずらす。
（３）レーザビーム２０１の向きを曲線部分の接線方向から内側に傾ける。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、上記（１）−（３）のいずれかについて説明した。しかしながら、上記（１）−（３）を組み合わせても、同様の効果が得られる。
（実施の形態６）
以下、本発明に係わる実施の形態６について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態４と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１０６】
実施例４では、封口板１０９とケース１１０との突合せ面の全周が溶接される。このとき、突合せ面の溶接開始点がレーザビーム２０１で再度走査される。このため、溶接開始点にクラックが発生し易いという問題がある。
【０１０７】
また、溶接開始点では、一度溶融した箇所を再度溶融するため、一度だけ溶融する他の部分に比べて、入熱量が多くなり、溶融幅と溶融深さとが大きくなる。このため、貫通または他の部材へのダメージを考慮する必要がある。
【０１０８】
特に、突合せ面の全周を溶接する場合では、溶接開始点付近を高品質で安定して溶接することができるかによって、溶接物の高歩留りまたは低コスト化に直接影響を及ぼす。
図１６は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
【０１０９】
図１６に示すように、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻るまで、地点（ａ）、地点（ｂ）、地点（ｃ）において、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が変化せず一定である。レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのパワー密度が一定であるまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度まで徐々に低くなる。レーザビーム２０１が地点（ｃ）に到達すると、ビーム部分２０１ａのパワー密度も低くなり、ビーム部分２０１ａのパワー密度に合わせて、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度も低くなる。
【０１１０】
ここで、地点（ａ）、地点（ｂ）、地点（ｃ）は、溶接開始点の前後の地点である。地点（ａ）は、溶接開始点の後方の地点であり、レーザビーム２０１が一度だけ照射される地点である。地点（ｂ）、地点（ｃ）は、溶接開始点の前方の地点であり、レーザビーム２０１が再度照射される地点である。溶接開始直後では、加熱直後であることから、走査開始点から地点（ｃ）まで、溶融幅と溶融深さとが不安定である。地点（ｃ）から溶融幅と溶融深さとが安定する。このため、走査開始点と地点（ｃ）との間の地点（ｂ）では、地点（ｃ）に比べて、溶融幅が狭く、溶融深さが浅い。
【０１１１】
図１７（Ａ）−図１７（Ｃ）は、各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図である。
地点（ａ）では、図１７（Ａ）に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃによって、溶接開始直後の地点（ｂ）でのキーホールよりも深いキーホール１０５ｂ，１０５ｃが形成される。ビーム部分２０１ａによって、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの周辺に、溶接開始直後の地点（ｂ）での溶融部よりも広くて大きな溶融部１０４が形成される。これによって、高品質で安定した溶接を実現することができる。
【０１１２】
１度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）での各パワー密度と同じである。このとき、地点（ｂ）での溶融部１０４は、地点（ａ）での溶融部１０４よりも小さく、徐々に大きく深くなっていく途中段階である。
【０１１３】
２度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ａのパワー密度が地点（ａ）でのパワー密度と同じである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）でのパワー密度よりも低くなる。このとき、図１７（Ｂ）に示すように、地点（ｂ）での溶接部１１３は、再加熱されて溶融する。これに伴い、地点（ｂ）での溶接部１１３では、１度目の照射時に比べて、溶融幅と溶融深さとが増加する。最終的に、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとは、地点（ａ）での溶融幅と溶融深さと同じになる。
【０１１４】
すなわち、２度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）でのパワー密度よりも低くなる。これによって、溶融した金属が凝固するまでの温度差を小さくすることができ、凝固割れの無い高品質の溶接を実現することができる。さらに、全体の入熱量が徐々に減少するので、スパッタの発生も抑制することができる。
【０１１５】
１度目の照射時の地点（ｃ）では、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）での各パワー密度と同じである。このとき、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとは、地点（ａ）での溶融幅と溶融深さと同じになる。１度目の照射時で、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとが十分に確保されている。
【０１１６】
２度目の照射時の地点（ｃ）では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度まで低下する。レーザビーム２０１は、ビーム部分２０１ａのみで形成されている場合と同じ状態になる。このとき、図１７（Ｃ）に示すように、地点（ｃ）での溶接部１１３は、再加熱されるが、溶融までには至らない。これによって、凝固割れが発生せず、溶融幅と溶融深さとも変わらず一定である。
【０１１７】
このようなレーザビーム２０１の振舞を経ることで、溶接開始点にクラックとスパッタとが無く、溶融幅と溶融深さとが一定である溶接を実現することができる。高品質で安定した溶接を実現することができる。
【０１１８】
＜変形例＞
図１８は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、順次単位時間当りのパワー密度を下げていく方法であれば、例えば、図１８に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット径を大きくするとしてもよい。または、走査速度を速くするとしてもよい。これによって、図１６に示す溶接方法と、同じ原理により、同様の効果が得られる。
【０１１９】
＜実施例１０＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例１０と呼称する。）について説明する。
【０１２０】
本実施例では、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗに維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗから徐々に下げられる。すなわち、ビーム部分２０１ａのパワー密度が維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が徐々に下げられる。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度に達すると、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が０Ｗまで同時に下げられる。これに伴い、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同時に下げられる。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【０１２１】
この場合において、溶接開始点付近を観察した結果、溶接開始点付近にクラック、スパッタが見られなかった。また、溶接開始点付近の溶融深さを走査方向に沿って測定した結果、溶接開始点付近の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近の溶融幅も同様に測定した結果、溶接開始点付近の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近では、高品質で安定した溶接が実現されていた。
【０１２２】
＜実施例１１＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例１１と呼称する。）について説明する。
【０１２３】
本実施例では、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍに維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が、０．０５ｍｍから徐々に大きくされる。すなわち、ビーム部分２０１ａのパワー密度が維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が徐々に下げられる。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット外周がビーム部分２０１ａのスポット外周に達すると、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が同時に大きくされる。このとき、レーザビーム２０１の焦点位置を変えることで、レーザビーム２０１のスポット径が大きくされて、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が同時に大きくされる。これに伴い、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同時に下げられる。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【０１２４】
この場合において、溶接開始点付近を観察した結果、溶接開始点付近にクラック、スパッタが見られなかった。また、溶接開始点付近の溶融深さを走査方向に沿って測定した結果、溶接開始点付近の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近の溶融幅も同様に測定した結果、溶接開始点付近の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近では、高品質で安定した溶接が実現されていた。
【０１２５】
（実施の形態７）
以下、本発明に係わる実施の形態７について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１２６】
＜概要＞
図１９は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図１９に示すように、溶接装置１００は、レーザビーム１０１で部材１０２，１０３の溶接対象部分を走査して溶接する装置である。
【０１２７】
ここで、レーザビーム１０１のスポットは、回折光学素子１１７で特徴付けられている。さらに、レーザビーム１０１のスポットは、回折光学素子１１７が動くことで変化する。
【０１２８】
回折光学素子１１７は、パターンが形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがパターンに入射するように、回折光学素子１１７が配置されている。制御部１２４は、回折光学素子１１７の光軸を中心として回折光学素子１１７のパターンを変位させるように、回折光学素子１１７を制御する。
【０１２９】
なお、パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがレーザビーム１０１に変換されるように設計されている。
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例１に示すレーザビーム１０１のような強度分布に変換するパターンが回折光学素子１１７の中央部分に形成されている。回折光学素子１１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子１１７が配置されている。
【０１３０】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子１１７の中央部分に入射する。このとき、制御部１２４が回折光学素子１１７を制御して、回折光学素子１１７の光軸を中心として回折光学素子１１７を変位させると、レーザビーム１０１のスポットが連動して変化する。これに伴い、実施例１に示すように、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分１０１ｂのスポットが揺動する。
【０１３１】
＜構成＞
ここでは、一例として、溶接装置１００は、レーザ発振器１１４、ファイバー１１５、コリメートレンズ１１６、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、集光レンズ１１９を備える。
【０１３２】
レーザ発振器１１４で連続的に発振されたレーザビームは、直径とＮＡ（開口数）とが小さいファイバー１１５を介して、コリメートレンズ１１６に入射する。コリメートレンズ１１６に入射したレーザビームは、平行光になる。
【０１３３】
コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームは、回折光学素子１１７に入射する。回折光学素子１１７に入射したレーザビームは、強度分布が図２、図３に示す強度分布になるように変換される。
【０１３４】
回折光学素子１１７で変換されたレーザビームは、高精度かつ高速で駆動可能な複数のガルバノスキャナを有する走査ユニット１１８に入射する。走査ユニット１１８に入射したレーザビームは、走査経路に応じた方向に反射される。
【０１３５】
走査ユニット１１８で反射されたレーザビームは、テレセントリックｆθレンズである集光レンズ１１９に入射する。集光レンズ１１９に入射したレーザビームは、レーザビーム１０１として、部材１０２，１０３の溶接対象部分に照射される。
【０１３６】
＜補足＞
なお、ファイバー１１５の直径とＮＡ（開口数）とが小さい。このことから、集光レンズ１１９の焦点距離がコリメートレンズ１１６の焦点距離より大きくても、レーザビーム１０１のスポット径を小さくすることができる。これに伴い、集光レンズ１１９から部材１０２，１０３までの距離（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。このため、レーザビーム１０１のスポット付近に突起物１２０があっても、突起物１２０が障害になってレーザビーム１０１の照射範囲が制限されることがない。
【０１３７】
また、突起物１２０が小さい場合、または突起物１２０が無い場合には、レーザビーム１０１の照射範囲が殆ど制限されない。このため、これらの場合では、テレセントリックｆθレンズよりも安価な非テレセントリックｆθレンズを集光レンズ１１９に使用することができる。
【０１３８】
なお、部材１０２，１０３は、溶接の間、保持治具１２１で保持されている。保持治具１２１は、水平方向に移動可能な台座ユニット１２２に固定されている。集光レンズ１１９は、垂直方向に移動可能な昇降ユニット１２３に固定されている。
【０１３９】
＜動作＞
次に、溶接装置１００の動作について説明する。
溶接装置１００は、制御部１２４を備える。制御部１２４は、レーザビーム１０１に関する情報（例えば、スポット径、スポット中心、スポット強度など。）と、部材１０２，１０３に関する情報（例えば、材質、形状、寸法など。）と、走査に関する情報（例えば、走査経路、走査速度など。）とを予め記憶している。これらの情報に基いて、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４０】
例えば、制御部１２４は、レーザビーム１０１のスポット強度を変化させる場合には、レーザ発振器１１４の出力を制御する。レーザビーム１０１のスポットを回転させる場合には、回折光学素子１１７の動き（例えば、回転、移動など。）を制御する。レーザビーム１０１のスポットを一次元または二次元に移動させる場合には、走査ユニット１１８（複数のガルバノスキャナ）の駆動を制御する。部材１０２，１０３を移動させる場合には、台座ユニット１２２の駆動を制御する。レーザビーム１０１のスポット径を変化させる場合には、昇降ユニット１２３の駆動を制御する。
【０１４１】
なお、レーザビーム１０１の条件（例えば、スポット径、スポット中心、スポット強度など。）、走査条件（例えば、走査経路、走査速度など。）は、部材１０２，１０３の材料、表面状態、寸法、保持治具１２１を含めた総熱容量に依存する。
【０１４２】
＜動作例＞
ここでは、一例として、部材１０２，１０３は、水平方向に拡がる金属板である。部材１０２が部材１０３に重ね合わされている。溶接対象部分は、部材１０２，１０３が重なった部分である。走査経路は、部材１０２，１０３の溶接対象部分を通過する直線経路である。
【０１４３】
制御部１２４は、初期状態では、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ１）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４４】
（状態Ａ１）レーザビーム１０１のスポット後方部分にビーム部分１０１ｂスポットが配置される。走査方向に沿って、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂの各スポット中心が配置される。
【０１４５】
制御部１２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム１０１で走査しているときは、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ２）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４６】
（状態Ａ２）ビーム部分１０１ａ，１０１ｂの各スポット中心の整列方向が走査方向に合わされる。
なお、実際には、走査経路から少しずれた位置にキーホール１０５を形成させたい場合がある。そこで、制御部１２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分の走査中に、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ３）も満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御するとしてもよい。
【０１４７】
（状態Ａ３）レーザビーム１０１のスポットの後方部分の範囲内で、レーザビーム１０１のスポット中心を回転中心として、ビーム部分１０１ｂのスポットが変位する。または、走査方向に直交する方向に、レーザビーム１０１全体が変位する。
【０１４８】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、回折光学素子１１７を回転させることで、ビーム部分１０１ｂのスポットを揺動させることができる。これによって、溶接対象部分の走査経路を微調整するにあたり、台座ユニット１２２を駆動させる場合に比べて、高精度で微調整することができる。
【０１４９】
＜変形例＞
なお、ビーム部分１０１ａのパワー密度よりも高いビーム部分が、ビーム部分１０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。また、ビーム部分１０１ａのパワー密度からビーム部分１０１ｂのパワー密度まで段階的に変化するように、ビーム部分１０１ａのパワー密度よりも高く、かつビーム部分１０１ｂのパワー密度よりも低いビーム部分が、ビーム部分１０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。
【０１５０】
（実施の形態８）
以下、本発明に係わる実施の形態８について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態７と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１５１】
＜概要＞
図２０は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図２０に示すように、溶接装置２００は、実施の形態７における溶接装置１００と比べて、回折光学素子１１７、制御部１２４の代わりに、回折光学素子２１７、制御部２２４を備える点が異なる。
【０１５２】
回折光学素子２１７は、パターンが形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがパターンに入射するように、回折光学素子２１７が配置されている。制御部２２４は、回折光学素子２１７の光軸を中心として回折光学素子２１７のパターンを変位させるように、回折光学素子２１７を制御する。
【０１５３】
なお、パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームをレーザビーム２０１に変換するように設計されている。
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例２，３，５，６などに示すレーザビーム２０１のような強度分布に変換するパターンが回折光学素子２１７の中央部分に形成されている。回折光学素子２１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子２１７が配置されている。
【０１５４】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子２１７の中央部分に入射する。このとき、制御部２２４が回折光学素子２１７を制御して、回折光学素子２１７の光軸を中心として回折光学素子２１７を変位させると、レーザビーム２０１のスポットが連動して変化する。これに伴い、実施例２，３，５，６などに示すように、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが一緒に揺動する。
【０１５５】
＜動作＞
次に、本実施の形態における溶接装置の動作について説明する。
ここでは、一例として、部材１０２，１０３は、水平方向に拡がる金属板である。部材１０２，１０３は、水平方向に金属板の端部を突き合わせるように配置されている。部材１０２，１０３の溶接対象部分は、突き合わさせた金属板の端部である。溶接対象部分の走査経路は、部材１０２，１０３の突合せ面を辿る経路である。
【０１５６】
制御部２２４は、初期状態では、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ１）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１５７】
（状態Ｂ１）レーザビーム２０１の後方部分にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが個別に配置される。溶接対象部分の走査方向に直交する方向に沿って、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が配置される。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの間の距離は、部材１０２，１０３の間の隙間の最大幅以上である。
【０１５８】
制御部２２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム２０１で走査しているときは、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ２）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１５９】
（状態Ｂ２）ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２に配置される。ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３に配置される。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心の整列方向が走査方向に直交する方向に合わされる。
【０１６０】
なお、実際には、部材１０２の端部と部材１０３の端部との間には、隙間がある。その隙間は、一定でなく、場所によって、広かったり、狭かったりする。
そこで、制御部２２４は、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ３）も満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御するとしてもよい。
【０１６１】
（状態Ｂ３）ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２からはみ出さない。ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３からはみ出さない。このとき、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの間隔を維持したまま、レーザビーム２０１のスポット中心を回転中心として、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが変位する。または、溶接対象部分の走査方向に直交する方向に、レーザビーム２０１のスポットが変位する。
【０１６２】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、部材１０２，１０３の突合せ面を挟んで、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが、個別に、部材１０２，１０３に配置される。ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２から、ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３からはみ出さないように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが変位する。
【０１６３】
これによって、部材１０２の端面からキーホール１０５ｂまでの距離のばらつきを抑えることができる。同様に、部材１０３の端面からキーホール１０５ｃまでの距離のばらつきを抑えることができる。これに伴い、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの形成に最適な経路をビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが辿ることができる。
【０１６４】
また、部材１０２，１０３の間の隙間にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが配置されない。このため、部材１０２，１０３の間の隙間にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが侵入することがない。
【０１６５】
また、部材１０２，１０３の間の隙間の幅に応じて、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃを、突合せ面から離したり、突合せ面に近づけたりすることができる。これによって、部材１０２，１０３の間の隙間からスパッタが侵入し難くすることができる。
【０１６６】
以上のことから、溶接装置２００は、密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなどのデバイスの溶接に最適である。
＜変形例＞
なお、部材１０２に複数のビーム部分２０１ｂの各スポットが配置されるように、ビーム部分２０１ｂが、ビーム部分２０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。また、部材１０３に複数のビーム部分２０１ｃの各スポットが配置されるように、ビーム部分２０１ｃが、ビーム部分２０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。
【０１６７】
（実施の形態９）
以下、本発明に係わる実施の形態９について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態８と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１６８】
＜概要＞
図２１は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図２１に示すように、溶接装置３００は、実施の形態８における溶接装置２００と比べて、回折光学素子２１７、制御部２２４の代わりに、回折光学素子３１７、制御部３２４を備える点が異なる。
【０１６９】
回折光学素子３１７は、パターン群が形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが複数のパターン群のいずれかに入射するように、回折光学素子３１７が配置されている。制御部３２４は、回折光学素子３１７のパターン群の中から、レーザビームが入射するパターンを切り替えるように、回折光学素子３１７を制御する。
【０１７０】
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は、回折光学素子３１７を示す図である。
なお、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示すように、パターン群（パターン部分３１７ａ，３１７ｂ，・・・）は、レーザビーム２０１が段階的に変化するように設計されている。各パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが各段階のレーザビーム２０１に変換するように設計されている。
【０１７１】
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例４，７，８，９，１０，１１などに示すレーザビーム２０１のような強度分布の振舞に段階的に変換するパターン群が回折光学素子３１７の外周部分に形成されている。回折光学素子３１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子２１７が配置されている。
【０１７２】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子３１７の外周部分に入射する。このとき、制御部３２４が回折光学素子３１７を制御して回転させると、レーザビーム２０１のスポットが段階的に変化する。これに伴い、実施例４，７，８，９，１０，１１などに示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの少なくとも１つのスポット中心、スポット強度、スポット径などが変化する。
【０１７３】
図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）は、回折光学素子の変形例を示す図である。
なお、パターン群は、回折光学素子３１７の外周部分に形成されている代わりに、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示すように、一列または二列に回折光学素子３１７に形成されているとしてもよい。この場合においては、制御部分３１４は、回折光学素子３１７を回転させる代わりに、回折光学素子３１７を一次元または二次元に移動させる。
【０１７４】
（その他）
なお、部材１０２，１０３は、溶接可能な組合せであれば、特に制限されない。部材１０２，１０３は、同種であってもよいし、異種であってもよい。部材１０２，１０３の寸法は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【０１７５】
なお、本発明は、実施の形態１−９に限定されるものでなく、実施の形態を組み合わせたものも含まれる。さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、実施の形態を変形したものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明は、２つの部材をレーザビームで溶接する溶接方法および溶接装置などとして、特に、２つの部材の溶接対象部分の走査経路に、隙間、曲線部分、二重走査部分などがあっても、低コストで、高品質で、安定した溶接が可能な溶接方法および溶接装置などとして、利用することができ、密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなどのデバイスの溶接に最適である。
【符号の説明】
【０１７７】
５１ ケース
５１ａ 角部
５１ｂ 直線部
５２ 封口板
５３ 突合せ部
１００ 溶接装置
１０１ レーザビーム
１０１ａ，１０１ｂ ビーム部分
１０２，１０３ 部材
１０４ 溶融部
１０５ キーホール
１０５ｂ，１０５ｃ キーホール
１０９ 封口板
１１０ ケース
１１３ 溶接部
１１４ レーザ発振器
１１５ ファイバー
１１６ コリメートレンズ
１１７ 回折光学素子
１１８ 走査ユニット
１１９ 集光レンズ
１２０ 突起物
１２１ 保持治具
１２２ 台座ユニット
１２３ 昇降ユニット
１２４ 制御部
２０１ レーザビーム
２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ ビーム部分
２１７ 回折光学素子
２２４ 制御部
３１７ 回折光学素子
３１７ａ，３１７ｂ パターン部分
３２４ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材をレーザビームで溶接する溶接方法および溶接装置に関し、特に、２つの部材の溶接対象部分の走査経路に、隙間、曲線部分、二重走査部分などがあっても、低コストで、高品質で、安定した溶接が可能な溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器等の駆動用電源などに、密閉型二次電池が広く使用されている。また、電子機器のバックアップ電源などに、電気二重層コンデンサが広く使用されている。さらに、ハイブリッド自動車と電気自動車との各電源として、密閉型二次電池と電気二重層コンデンサとが注目されている。益々、密閉型二次電池と電気二重層コンデンサとに対して、高容量、高信頼性、低コストなどの要望が大きくなっている。そして、このような電池に代表されるエネルギデバイスでは、電解液が漏れないように、ケースと封口板とを密閉する必要がある。このため、これらのエネルギデバイスの製造では、高品質で、安定した溶接が要求される。これに対して、これらのエネルギデバイスのケースと封口板との溶接について、色々な技術が提案されている。
【０００３】
ここでは、一例として、ケースと封口板との溶接部分にレーザ光を間欠的に照射しながら、ケースの縁部に沿って、一回り、レーザ光で溶接部分を走査する場合について説明する。
【０００４】
この場合において、図２４に示すように、ケース５１と封口板５２との突合せ部５３（溶接部分）を周回してＡ地点（溶接開始点）にレーザ光が戻ると、二重走査部分Ｏ（Ａ地点からＢ地点までの区間）が再度溶融される。このとき、二重走査部分Ｏの一部が電池内に流れ込み、二重走査部分Ｏに貫通孔が発生する。これに対して、二重走査部分Ｏにおける投入エネルギをＥ１から徐々に低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これによって、二重走査部分Ｏでは、貫通孔が無く良好な溶接を実現することができる。
【０００５】
また、図２５に示すように、角部５１ａのように、曲折度の大きな区間でクラックが発生し易い。これに対して、角部５１ａにおけるレーザ光の走査速度を下げる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これによって、角部５１ａでは、直線部５１ｂよりも、レーザ光の照射密度が高くなり、レーザ光の照射部分のオーバーラップ率が上がる。これに伴い、クラックが無く高品質な溶接を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−００７５６０号公報
【特許文献２】特開平１１−１４４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際には、ケースや封口板などの部材の寸法公差、位置決めのばらつき、装置の溶接位置移動のばらつきなどが多く発生する。特に、曲折度の大きな角部では、ケースと封口板との隙間（４隅の隙間）を０にすることが事実上不可能である。
【０００８】
また、設計上の制限により、ケースの板厚が場所によって異なったり、ケースを保持する治具とケースとの接触面積が場所によって異なったりする。すなわち、熱容量が場所によって異なる。
【０００９】
また、溶接開始点付近では、僅かなクラックが発生している。また、溶接時に、短絡を引き起こす原因となる金属粉（スパッタ）が、デバイスの表面または内側から飛び出して、デバイスの中に入り込む。
【００１０】
以上のことから、従来の技術では、量産工程に適用する場合において、溶接品質の安定化、高速化、低コスト化が困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、高容量、高信頼性、低コストのエネルギデバイス（密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなど）を製造するために、ケースと封口板とを、高品質で安定して溶接する溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係わる溶接方法では、下記に示す特徴を備える。
（１）本発明に係わる溶接方法では、（ａ）第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接方法であって、（ｂ）前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、（ｂ１）前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、（ｂ２）前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、（ｃ）前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットを揺動させる。
【００１２】
なお、本発明は、溶接方法として実現される以外に、下記に示す溶接装置として実現されるとしてもよい。
（２）本発明に係わる溶接装置では、（ａ）第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接装置であって、（ｂ）レーザ光を発振するレーザ発振器と、（ｃ）前記レーザ光を前記レーザビームに変換する回折光学素子と、（ｄ）前記回折光学素子の動きを制御する制御部とを備え、（ｅ）前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、（ｅ１）前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、（ｅ２）前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内側に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、（ｆ）前記制御部が、前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットが揺動するように、前記回折光学素子の動きを制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、部材の寸法公差、部材の位置決めのばらつき、または装置の溶接位置の移動のばらつきなどが存在しても、キーホールの形成に最適な強度分布に、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、溶接部分にクラック、ブローホールなどが発生し難くなり、高品質な溶接を実現することができる。さらに、溶融深さと溶融幅とが安定した溶接を実現することができる。
【００１４】
また、熱容量が変化する部分に対しても、熱容量の変化に応じて、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、熱容量が変化する部分でも、溶接部分にクラック、ブローホールなどが発生することを抑制することができ、高品質な溶接を実現することができる。さらに、溶融深さと溶融幅とが安定した溶接を実現することができる。
【００１５】
また、ケースと封口板との全周を溶接するにあたり、溶接開始点付近で、溶接部分が再加熱されても溶融に至らないように、レーザビームのスポットを調整することができる。このため、溶接開始点付近で、溶接部分に僅かなクラックが発生することも抑制することができ、クラックが無い溶接を実現することができる。
【００１６】
これらのことから、本発明を使用することで、高容量、高信頼性、低コストのエネルギデバイス（密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなど）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１における溶接方法を示す図
【図２】（Ａ），（Ｂ）実施の形態１におけるレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図３】実施の形態１における観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図
【図４】実施の形態１における比較例による観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図
【図５】実施の形態２における溶接方法を示す図
【図６】（Ａ），（Ｂ）実施の形態２におけるレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図７】実施の形態３における溶接方法を示す図
【図８】（Ａ）−（Ｃ）実施の形態３における各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図
【図９】実施の形態４における溶接方法を示す図
【図１０】実施の形態４の変形例における溶接方法を示す図
【図１１】実施の形態４の変形例における溶接方法を示す図
【図１２】実施の形態４における溶接方法で溶接対象となる角型電池ケースを示す図
【図１３】実施の形態５における溶接方法を示す図
【図１４】（Ａ），（Ｂ）実施の形態５における曲線部分を走査中のレーザビームのパワー密度の分布を示す図
【図１５】実施の形態５の変形例における溶接方法を示す図
【図１６】実施の形態６における溶接方法を示す図
【図１７】（Ａ）−（Ｃ）実施の形態６における各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図
【図１８】実施の形態６の変形例における溶接方法を示す図
【図１９】実施の形態７における溶接装置の構成を示す図
【図２０】実施の形態８における溶接装置の構成を示す図
【図２１】実施の形態９における溶接装置の構成を示す図
【図２２】（Ａ），（Ｂ）実施の形態９における回折光学素子を示す図
【図２３】（Ａ），（Ｂ）実施の形態９における回折光学素子の変形例を示す図
【図２４】従来の溶接方法による溶接開始点での走査状態を示す図
【図２５】従来の溶接方法によるコーナー部分での走査状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態における溶接方法では、部材１０２が部材１０３に重ね合わされている。部材１０２の表面にレーザビーム１０１が照射されている。部材１０２の表面がレーザビーム１０１で矢印の方向に走査されている。これに伴い、レーザビーム１０１が照射される部分（以下、照射点と呼称する。）の直下における部材１０２，１０３には、キーホール１０５が形成される。キーホール１０５の周辺には、部材１０２，１０３が溶融した状態の溶融部１０４が形成される。これによって、部材１０２，１０３がレーザビーム１０１で溶接される。
【００２０】
以下、スポット強度とは、照射点でのビーム強度である。スポット径とは、照射点でのビーム径である。スポット中心とは、照射点でのビーム中心線の位置である。スポット間隔とは、照射点でのビーム中心線の間隔である。パワー密度とは、照射点でのビーム強度の密度であり、スポット強度に比例して、スポット面積（スポット径の二乗）に反比例する物理量である。
【００２１】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、レーザビーム１０１のパワー密度の分布を示す図である。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、レーザビーム１０１は、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂを有するビームである。ビーム部分１０１ｂは、ビーム部分１０１ａの内部に存在して、かつビーム部分１０１ａよりもパワー密度が高い部分である。ビーム部分１０１ｂのスポット中心は、レーザビーム１０１のスポット中心からずれている。
【００２２】
ここで、所定の照射点（以下、観測点と呼称する。）に注目すると、観測点では、ビーム部分１０１ａ、ビーム部分１０１ｂ、ビーム部分１０１ａの順で、走査方向にビーム部分１０１ａ，１０１ｂが通過する。
【００２３】
図３は、観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図である。なお、図３においては、レーザビーム１０１が観測点に近づいてから観測点を通過するまでの変化を表している。横軸が経過時間ｔであり、縦軸が表面温度Ｔとビーム強度Ｐとである。
【００２４】
図３に示すように、ビーム部分１０１ａが観測点に到達する直前から、観測点の温度が上昇し始める。ｔ１秒後に、ビーム部分１０１ａが観測点に到達すると、観測点の温度が急激に上昇する。ｔ２秒後に、ビーム部分１０１ｂが観測点に到達すると、部材１０２の融点Ｔｍに観測点の温度が短時間で達する。観測点の溶融が始まり、観測点の温度が徐々に上昇する。やがて、観測点の直下の部材１０２，１０３の部分にキーホール１０５が形成される。
【００２５】
さらに、ｔ３秒後に、ビーム部分１０１ｂが観測点を通過すると、観測点の温度が徐々に下降する。ビーム部分１０１ｂの移動に伴い、キーホール１０５も移動する。これに伴い、観測点でのキーホールが閉じた状態になる。溶融部１０４の温度が融点Ｔｍまで下降して、観測点での部材１０２の表面が凝固する。ｔ４秒後に、ビーム部分１０１ａが観測点を通過すると、自然冷却により、徐々に観測点が冷却される。
【００２６】
すなわち、本実施の形態では、ビーム部分１０１ｂの前方部分が観測点に到達する前に、ビーム部分１０１ａで観測点の温度を融点Ｔｍの近くまで上昇させる。これによって、ビーム部分１０１ｂで観測点の温度を融点Ｔｍまで上昇させるにあたり、温度の上昇幅を小さくすることができる。これに伴い、観測点での温度変化が小さくなるので、溶融後の表面からの突沸を抑制することができ、スパッタの発生を大幅に低減することができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、ビーム部分１０１ｂの後方部分が観測点を通過した後に、ビーム部分１０１ａで観測点の温度を徐々に下降させる。これによって、下降時の温度変化を小さくすることができる。これに伴い、クラック、ブローホールなどが観測点に発生し難くなり、高品質な溶接を実現することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、レーザビーム１０１の後方部分にビーム部分１０１ｂが配置されている。このため、ビーム部分１０１ａの前方部分が観測点に到達してからビーム部分１０１ｂの前方部分が観測点に到達するまでの時間（ｔ１〜ｔ２）が長くなる。これに伴い、融点Ｔｍの近くまで、観測点の温度を上昇させることができる。
【００２９】
＜実施例１＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例１と呼称する。）について説明する。
【００３０】
本実施例では、部材１０２がニッケルからなる板厚０．２ｍｍの金属板である。部材１０３が銅からなる板厚０．５ｍｍの金属板である。ビーム部分１０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分１０１ｂのスポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分１０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分１０１ｂのスポット強度が６００Ｗである。ビーム部分１０１ｂのスポット中心がレーザビーム１０１のスポット中心から走査方向に沿って後方に０．０５ｍｍずれている。部材１０２の表面にレーザビーム１０１が連続的に照射される。走査速度１００ｍｍ／秒で部材１０２の表面がレーザビーム１０１で走査される。
【００３１】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム１０１で部材１０２，１０３の重合せ溶接が行われた。
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、部材１０２の表面からスパッタが殆ど飛散しなかった。また、部材１０２，１０３の溶接部分（凝固後の溶融部１０４）を観察した結果、溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶接部分の品質が高品質であった。
【００３２】
さらに、長さ３００ｍｍに亘って上記の重合せ溶接を３０回行った結果、全て、部材１０２，１０３の界面部分の溶接幅が０．３〜０．３５ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が安定していた。部材１０３の裏面を観察しても、溶融部１０４に対応する部分に貫通した形跡が見られなかった。
【００３３】
＜比較例１＞
次に、実施例１の比較例（以下、比較例１と呼称する。）について説明する。
本比較例では、レーザビーム１０１がビーム部分１０１ｂのみからなる。ビーム部分１０１ｂのスポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分１０１ｂのスポット強度が６００Ｗである。これらの条件以外は、実施例１と同様の条件である。
【００３４】
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、実施例１に比べて、部材１０２の表面から飛散するスパッタが多かった。溶接後、部材１０２の表面を観察すると、ニッケルからなる金属粉が溶接部分の近辺に多く付着していた。溶接部分の数箇所に、小さなブローホールが発生していた。溶融部に、小さなクラックが見られた。
【００３５】
さらに、溶接部分の溶接幅が０．０５〜０．１ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が実施例１に比べて狭かった。部材１０２，１０３を強く引っ張ると、部材１０２，１０３の溶接が外れてしまった。
【００３６】
＜比較例２＞
次に、実施例１の他の比較例（以下、比較例２と呼称する。）について説明する。
本比較例では、ビーム部分１０１ｂのスポット強度が８００Ｗである。この条件以外は、比較例１と同様の条件である。
【００３７】
この場合において、走査中の部材１０２の表面を観察した結果、比較例１に比べて、部材１０２の表面から飛散するスパッタが多くかつ大きかった。溶接後、部材１０２の表面を観察すると、ニッケルからなる金属粉が溶接部分の近辺に非常に多く付着していた。溶接部分の数十箇所に、ブローホールが発生していた。溶融部に、クラックが見られた。
【００３８】
さらに、溶接部分の溶接幅が０．３〜０．４ｍｍの範囲内に入っており、溶接幅が比較例１に比べて広かった。接合強度も比較例１に比べて高かった。しかしながら、部材１０３の裏面を観察すると、幾つかの箇所で、溶融部が露出していた。露出していた溶融部の周辺に銅からなる金属粉が付着していた。
【００３９】
ここで、比較例１，２の観察結果については、以下のような原因により発生すると考えられる。
図４は、比較例１，２による観測点での表面温度とビーム強度との時間変化を示す図である。なお、図４においては、レーザビーム１０１が観測点に近づいてから観測点を通過するまでの変化を表している。横軸が経過時間ｔであり、縦軸が表面温度Ｔとビーム強度Ｐとである。
【００４０】
比較例１，２では、実施例１に比べて、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のスポット径が小さく、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のスポット強度が同じまたは高い。すなわち、比較例１，２では、実施例１に比べて、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）のパワー密度が高い。このため、図４に示すように、ｔ２秒まで、殆ど観測点の温度が上昇しない。ｔ２秒後に、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）が観測点に到達して、観測点の温度が急激に上昇する。融点を超えて非常に高い温度まで、観測点の温度が上昇する。これに伴い、観測点では、突沸が起こり、大きなスパッタが多数飛散する。大きなスパッタが発生した箇所には、ピットと言われる大きな孔が残る。ｔ３秒後に、レーザビーム１０１（ビーム部分１０１ｂ）が観測点を通過して、観測点の温度が急速に下降する。凝固時に、実施例１に比べて、温度の下降幅が大きいので、観測点に割れが発生する。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４２】
図５は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図５に示すように、本実施の形態における溶接方法では、部材１０２の端部と部材１０３の端部とが突き合わせられている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面を挟んで部材１０２，１０３に個別に配置されるように、部材１０２，１０３の突合せ部分にレーザビーム２０１が照射されている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、部材１０２，１０３の突合せ部分がレーザビーム２０１で矢印の方向に走査されている。これによって、部材１０２，１０３がレーザビーム２０１で溶接される。
【００４３】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、レーザビーム２０１のパワー密度の分布を示す図である。
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、レーザビーム２０１は、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを有するビームである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃは、ビーム部分２０１ａの内部に存在して、かつビーム部分２０１ａよりもパワー密度が高い部分である。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各中心は、レーザビーム２０１のスポット中心からずれている。
【００４４】
これによって、実施の形態１で説明したように、部材１０２，１０３を溶接するときに、急激に加熱されたり、急激に冷却されたりすることを回避することができる。このため、スパッタ、クラックが少なく高品質な溶接を実現することができる。
【００４５】
また、レーザビーム２０１の後方部分にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが配置されている。これによって、図３に示すグラフのｔ１秒からｔ２秒への時間が長くなる。このため、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃで観測点の温度を融点Ｔｍまで上昇させるにあたり、温度の上昇幅を小さくすることができる。これに伴い、観測点での温度変化が小さくなるので、溶融後の表面からの突沸を抑制することができ、スパッタの発生を大幅に低減することができる。
【００４６】
また、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面に直接照射されないので、突合せ面にキーホールが形成されない。さらに、突合せ面付近で発生したスパッタが部材１０２，１０３の間に入り込むことが無い。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例２と呼称する。）について説明する。
【００４８】
本実施例では、部材１０２が１０５０番の純度の高いアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。部材１０３がＭｎを添加した３００３番のアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心がレーザビーム２０１のスポット中心から走査方向に沿って後方に０．０５ｍｍずれている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット間隔が０．２ｍｍである。部材１０２，１０３の突合せ面にレーザビーム２０１が連続的に照射される。走査速度１００ｍｍ／秒で部材１０２，１０３の突合せ面がレーザビーム２０１で走査される。
【００４９】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム２０１で部材１０２，１０３の突合せ溶接が行われた。なお、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。しかしながら、ビーム部分２０１ａのスポット径よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径の方が小さい。このため、ビーム部分２０１ａのパワー密度よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度の方が高い。
【００５０】
この場合において、走査中の突合せ面付近の表面を観察した結果、突合せ面付近の表面からスパッタが殆ど飛散しなかった。また、部材１０２，１０３の溶接部分（凝固後の溶融部１０４）を観察した結果、溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶接部分の品質が高品質であった。
【００５１】
さらに、長さ３００ｍｍに亘って上記の突合せ溶接を３０回行った結果、全て、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。突合せ面に０．１ｍｍ以下の隙間があっても、溶融深さと溶融幅とが安定していた。
【００５２】
また、試験的に照射位置を０〜０．１ｍｍずらして溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。さらに、突合せ面の隙間を０〜０．２ｍｍまで開けて同様の溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。
【００５３】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００５４】
図７は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態における溶接方法では、レーザビーム２０１の向きが変化しながら、部材１０２，１０３の突合せ部分をレーザビーム２０１で矢印の方向に走査する。このとき、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、レーザビーム２０１の向きが変化する。
【００５５】
ここで、レーザビーム２０１の向きとは、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの整列方向に直行する方向である。レーザビーム２０１の向きを変化させることによって、レーザビーム２０１のスポット中心を回転中心として、レーザビーム２０１のスポットが変化する。
【００５６】
なお、実施の形態２では、部材１０２，１０３の突合せ面から一定の距離でキーホールが形成される場合が、溶融深さが安定しており、接合強度が高くなり、最も品質が高くなる。しかしながら、実際に、部材１０２，１０３の端部が完全な直線状に加工されることが少ない。このため、突合せ面で部分的または全体的に隙間が発生したり、突合せ面自体の位置がずれたりする。
【００５７】
これに対して、本実施の形態では、レーザビーム２０１の向きが変化しながら、部材１０２，１０３の突合せ部分をレーザビーム２０１で矢印の方向に走査する。これによって、キーホール１０５の形成に最適な部分とビーム部分２０１ｂ，２０１ｃとが数多く交差する。キーホール１０５の形成に最適な部分を走査したときと同様に、安定した溶込みが得られる。
【００５８】
図８（Ａ）−図８（Ｃ）は、各地点でのレーザビーム２０１と溶接部分との断面を示す図である。
図８（Ａ）−図８（Ｃ）に示すように、部材１０２，１０３の突合せ部分に、隙間が無くても、隙間が有っても、キーホール１０５ｂ，１０５ｃと溶融部１０４とが突合せ部分に形成される。このとき、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの形成に最適な部分とビーム部分２０１ｂ，２０１ｃとが交差する。これによって、隙間または部材１０２，１０３の位置精度に依存せず、溶融幅が安定した溶接を実現することができる。
【００５９】
また、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面に直接照射されないので、突合せ面にキーホールが形成されない。さらに、突合せ面付近で発生したスパッタが部材１０２，１０３の間に入り込むことが無い。
【００６０】
＜実施例３＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例３と呼称する。）について説明する。
【００６１】
本実施例では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が、レーザビーム２０１のスポット中心を挟んで、レーザビーム２０１のスポット中心を通る線上に配置されている。走査中、振れ角±３０度以下、かつ周波数１０Ｈｚでレーザビーム２０１の向きが周期的に変化する。これらの条件以外は、実施例２と同様の条件である。
【００６２】
この場合において、長さ３００ｍｍに亘って上記の突合せ溶接を３０回行った結果、全て、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．９〜１ｍｍの範囲内に入っていた。突合せ面に０．２ｍｍ以下の隙間があっても、溶融深さと溶融幅とが安定していた。
【００６３】
また、試験的に照射位置を０〜０．１５ｍｍずらして溶接を行った結果、溶融深さが大きく変化することなく、溶融深さが安定していた。走査中の部材１０２，１０３の裏面を観察しても、全く、部材１０２，１０３の裏面にスパッタが観察されなかった。
【００６４】
本実施例では、実施例２に比べて、部材間の隙間、レーザビームの照射位置ズレなどに対する許容幅が大きい。溶接部分にクラック、ブローホールなどが無く、溶融深さと溶接幅とが安定している。溶接部分の品質が高品質で安定した突合せ溶接を実現することができる。
【００６５】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００６６】
図９は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
図９に示すように、部材１０２は、幅一定の金属板である。部材１０３は、幅の広い部分１０３ａと幅の狭い部分１０３ｂとからなる金属板である。部材１０３の一方の端部は、部分１０３ａ，１０３ｂの各端部が直線状になっている。部材１０３の他方の端部は、部分１０３ａ，１０３ｂの各端部が凸凹状になっている。部材１０３の一方の端部が部材１０２の端部に向くように、部材１０２，１０３が突き合わせられている。部材１０３は、部分１０３ａ、部分１０３ｂの順に走査される。
【００６７】
ここで、部分１０３ｂでは、部分１０３ａよりも幅が狭いので、部分１０３ａよりも熱容量が小さい。このため、部分１０３ｂの走査時に、部材１０３の熱容量が減少する。これに伴い、部分１０３ｂでは、急激に加熱された状態になり、部分１０３ａの走査時に比べて、スパッタの発生が増加する。また、部分１０３ｂでは、溶融幅が部材１０３側に広がる。場合によって、部分１０３ｂでは、部材１０３が裏面まで溶融して、形状と大きさとが変化する。部材１０２，１０３の溶接物に不良品が発生する。
【００６８】
これに対して、本実施の形態における溶接方法では、部材１０３の熱容量が減少する部分１０３ｂで、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、ビーム部分２０１ｃが順次移動する。これによって、部分１０３ｂでは、部材１０２，１０３が溶融して接触した後に、部材１０２側への放熱量を増やすことができる。スパッタの発生と部材１０３の端面の溶融とを抑制することができる。
【００６９】
なお、実際には、幅以外にも、部材１０２，１０３を保持する治具自体の熱容量、または部材１０２，１０３と治具との接触面積などによって、部材１０２，１０３が同じ材質でできていても、部材１０２，１０３の熱容量が途中で変化する場合がある。この場合においても、本実施の形態における溶接方法では、部材１０３の熱容量が減少する部分で、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、ビーム部分２０１ｃが順次移動する。
【００７０】
＜変形例＞
図１０、図１１は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、図１０に示すように、部分１０３ｂでは、レーザビーム２０１全体が部材１０３よりも熱容量の大きい部材１０２側に移動するとしてもよい。または、図１１に示すように、部分１０３ｂでは、ビーム部分２０１ｃが突合せ面に近づくように、レーザビーム２０１の向きが変化するとしてもよい。これらによって、図９に示す溶接方法と同様の効果が得られる。
【００７１】
＜実施例４＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例４と呼称する。）について説明する。
【００７２】
図１２は、本実施の形態における溶接方法で溶接対象となる角型電池ケースを示す図である。
図１２に示すように、本実施例では、封口板１０９が１０５０番の純度の高いアルミニウムからなる板厚１ｍｍの金属板である。封口板１０９の寸法が１５０×１５ｍｍである。封口板１０９のコーナー部分が半径２ｍｍのＲ状に形成されている。ケース１１０がＭｎを添加した３００３番のアルミニウムからなる中空構造の金属体である。ケース１１０の長辺部分の板厚（ｄＢ）よりもケース１１０の短辺部分の板厚（ｄＡ）の方が大きい。ケース１１０の短辺部分の板厚（ｄＡ）が０．７ｍｍである。ケース１１０の長辺部分の板厚（ｄＢ）が０．５ｍｍである。
【００７３】
さらに、ケース１１０に封口板１０９が嵌め込まれて、ケース１１０の長辺部分の一方が保持治具（不図示）に押し当てられる。ケース１１０の長辺部分の他方に保持治具（不図示）が接触して、封口板１０９に向って、ケース１１０に荷重が掛けられる。封口板１０９とケース１１０との位置決めと保持が同時に行われる。
【００７４】
ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍである。ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が０．０５ｍｍである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が、レーザビーム２０１のスポット中心を挟んで、レーザビーム２０１のスポット中心を通る線上に配置されている。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット間隔が０．２ｍｍである。
【００７５】
封口板１０９とケース１１０との突合せ面にレーザビーム２０１が連続的に照射される。突合せ面の短辺部分から走査を開始して、走査速度１００ｍｍ／秒で封口板１０９とケース１１０との突合せ面がレーザビーム２０１で走査される。
【００７６】
このとき、封口板１０９とケース１１０との突合せ面上にビーム部分２０１ａが配置される。内側の封口板１０９にビーム部分２０１ｂが配置される。外側のケース１１０にビーム部分２０１ｃが配置される。突合せ面の短辺部分では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのどちらも、突合せ面から０．１ｍｍの距離に配置される。突合せ面の長辺部分では、ビーム部分２０１ｃのみが、突合せ面から０．０４ｍｍの距離に配置される。突合せ面のコーナー部分では、走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、ビーム部分２０１ｃが０．０６ｍｍ内側に順次移動する。または、走査対象が長辺部分から短辺部分に遷移するときに、ビーム部分２０１ｃが０．０６ｍｍ外側に順次移動する。
【００７７】
本実施例では、これらの条件に基づいて、レーザビーム２０１で封口板１０９とケース１１０との全周の突合せ溶接が行われた。なお、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。しかしながら、ビーム部分２０１ａのスポット径よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径の方が小さい。このため、ビーム部分２０１ａのパワー密度よりもビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度の方が高い。
【００７８】
すなわち、ケース１１０の短辺部分が図９に示す部分１０３ａに相当する。ケース１１０の長辺部分が図９に示す部分１０３ｂに相当する。走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、熱容量が減少する。このため、本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させる。
【００７９】
この場合において、突合せ面のコーナー部分でビーム部分２０１ｃを移動させなかった場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、突合せ面のコーナー部分でビーム部分２０１ｃを移動させなかった場合では、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１０１の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８０】
また、本実施例では、溶接部分の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分の溶融幅が０．９〜１ｍｍの範囲内に入っていた。溶接部分では、溶融深さと溶接幅とが安定していた。
【００８１】
＜実施例５＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例５と呼称する。）について説明する。
【００８２】
本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面の短辺部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面上に配置される。突合せ面の長辺部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置に配置される。突合せ面のコーナー部分では、走査対象が短辺部分から長辺部分に遷移するときに、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置に順次移動する。または、走査対象が長辺部分から短辺部分に遷移するときに、突合せ面から封口板１０９側に０．０５ｍｍ離れた位置から突合せ面に順次移動する。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００８３】
この場合において、レーザビーム２０１全体が移動しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、レーザビーム２０１全体が移動しない場合では、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８４】
＜実施例６＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例６と呼称する。）について説明する。
【００８５】
本実施例では、突合せ面のコーナー部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面のコーナー部分で、レーザビーム２０１の向きを封口板１０９側に２０度傾ける。この条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００８６】
この場合において、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合には、ケース１１０の長辺部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００８７】
なお、突合せ面の長辺部分を走査するときに、レーザビーム２０１の向きをケース１１０側に２０度傾けても、同様の結果が得られた。
（実施の形態５）
以下、本発明に係わる実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態４と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００８８】
実施例４では、封口板１０９とケース１１０との突合せ面の曲線部分（コーナー部分）で、内側と外側との熱容量のバランスが崩れる。これに伴い、内側と外側とのうち、熱容量の小さい方では、急激に加熱された状態になり、突合せ面の直線部分（短辺部分、長編部分）の走査時に比べて、スパッタの発生が増加する。また、突合せ面の曲線部分では、溶融幅がケース１１０側に広がる。場合によって、突合せ面の曲線部分では、ケース１１０の外側の側面を溶融して、形状と大きさとが変化する。封口板１０９とケース１１０との溶接物に不良品が発生する。
【００８９】
図１３は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
これに対して、本実施の形態における溶接方法では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、封口板１０９とケース１１０との曲線部分がレーザビーム２０１で走査される。このとき、図１３に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの整列方向が曲線部分の接線方向に直交するように、レーザビーム２０１の向きが順次変化する。
【００９０】
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、曲線部分を走査中のレーザビーム２０１のパワー密度の分布を示す図である。
図１４に示すように、曲線部分では、ビーム部分２０１ｂのパワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度よりも高い。ビーム部分２０１ｃのパワー密度がビーム部分２０１ｂのパワー密度よりも高い。
【００９１】
＜変形例＞
図１５は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、曲線部分では、レーザビーム２０１全体が、内側と外側とのうち、熱容量の大きい方に移動するとしてもよい。または、図１５に示すように、曲線部分では、曲線部分の接線方向から内側に傾けるように、レーザビーム２０１の向きが変化するとしてもよい。
【００９２】
これらによって、曲線部分では、ビーム部分２０１ｃがビーム部分２０１ｂよりも前に位置する。このため、ケース１１０よりも熱容量が大きい封口板１０９を早く加熱することができる。内側と外側とで、入熱と放熱とのバランスが良くなる。
【００９３】
また、ビーム部分２０１ａが通過した後も、ビーム部分２０１ｃで加熱されたケース１１０から封口板１０９側に熱が伝導する。このため、封口板１０９とケース１１０との間の入熱のバランスが向上する。
【００９４】
＜実施例７＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例７と呼称する。）について説明する。
【００９５】
本実施例では、突合せ面の曲線部分で、ビーム部分２０１ｃを順次移動させない。その代わりに、突合せ面の曲線部分で、ビーム部分２０１ｂのスポット強度だけを３００Ｗから２５０Ｗまで下げる。すなわち、ビーム部分２０１ｂのパワー密度だけを下げる。この条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【００９６】
この場合において、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げなかった場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。なお、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げなかった場合では、ケース１１０の曲線部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【００９７】
＜実施例８＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例８と呼称する。）について説明する。
【００９８】
本実施例では、ビーム部分２０１ｂのパワー密度を下げない。その代わりに、突合せ面の曲線部分で、レーザビーム２０１全体を移動する。突合せ面の直線部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面上である。突合せ面の曲線部分では、レーザビーム２０１のスポット中心が突合せ面から０．０５ｍｍ外側の位置である。これらの条件以外は、実施例７と同様の条件である。なお、突合せ面の曲線部分でも、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が同じである。すなわち、突合せ面の曲線部分でも、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同じである。
【００９９】
この場合において、レーザビーム２０１全体が移動しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。また、実施例７に比べて、スパッタの発生が少なかった。
なお、レーザビーム２０１全体が移動しない場合では、ケース１１０の曲線部分の側面が溶融して膨らんでいた。しかしながら、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【０１００】
＜実施例９＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例９と呼称する。）について説明する。
【０１０１】
本実施例では、突合せ面の曲線部分で、レーザビーム２０１全体が移動しない。その代わりに、曲線部分を走査するときに、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが突合せ面と交差しないように、レーザビーム２０１の向きが順次変化する。このとき、レーザビーム２０１の向きが、直線部分で、突合せ面に沿った方向である。レーザビーム２０１の向きが、曲線部分で、突合せ面の接線方向から封口板１０９側にずらした方向である。これらの条件以外は、実施例８と同様の条件である。
【０１０２】
この場合において、レーザビーム２０１の向きが変化しない場合に比べて、スパッタの発生が少なかった。スパッタの発生が実施例８と同程度であった。
なお、本実施例では、ケース１１０の外側の側面に溶融した形跡が無く、当然ながら、ケースサイズの変化が無かった。
【０１０３】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、突合せ面の曲線部分でのレーザビーム２０１の振舞を、下記（１）−（３）のいずれかにする。これによって、スパッタの発生を抑制することができ、ケース１１０の外側の側面の溶融を抑制することができる。
【０１０４】
（１）ビーム部分２０１ｂのスポット強度を下げる。
（２）レーザビーム２０１のスポット中心を外側にずらす。
（３）レーザビーム２０１の向きを曲線部分の接線方向から内側に傾ける。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、上記（１）−（３）のいずれかについて説明した。しかしながら、上記（１）−（３）を組み合わせても、同様の効果が得られる。
（実施の形態６）
以下、本発明に係わる実施の形態６について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態４と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１０６】
実施例４では、封口板１０９とケース１１０との突合せ面の全周が溶接される。このとき、突合せ面の溶接開始点がレーザビーム２０１で再度走査される。このため、溶接開始点にクラックが発生し易いという問題がある。
【０１０７】
また、溶接開始点では、一度溶融した箇所を再度溶融するため、一度だけ溶融する他の部分に比べて、入熱量が多くなり、溶融幅と溶融深さとが大きくなる。このため、貫通または他の部材へのダメージを考慮する必要がある。
【０１０８】
特に、突合せ面の全周を溶接する場合では、溶接開始点付近を高品質で安定して溶接することができるかによって、溶接物の高歩留りまたは低コスト化に直接影響を及ぼす。
図１６は、本実施の形態における溶接方法を示す図である。
【０１０９】
図１６に示すように、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻るまで、地点（ａ）、地点（ｂ）、地点（ｃ）において、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が変化せず一定である。レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのパワー密度が一定であるまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度まで徐々に低くなる。レーザビーム２０１が地点（ｃ）に到達すると、ビーム部分２０１ａのパワー密度も低くなり、ビーム部分２０１ａのパワー密度に合わせて、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度も低くなる。
【０１１０】
ここで、地点（ａ）、地点（ｂ）、地点（ｃ）は、溶接開始点の前後の地点である。地点（ａ）は、溶接開始点の後方の地点であり、レーザビーム２０１が一度だけ照射される地点である。地点（ｂ）、地点（ｃ）は、溶接開始点の前方の地点であり、レーザビーム２０１が再度照射される地点である。溶接開始直後では、加熱直後であることから、走査開始点から地点（ｃ）まで、溶融幅と溶融深さとが不安定である。地点（ｃ）から溶融幅と溶融深さとが安定する。このため、走査開始点と地点（ｃ）との間の地点（ｂ）では、地点（ｃ）に比べて、溶融幅が狭く、溶融深さが浅い。
【０１１１】
図１７（Ａ）−図１７（Ｃ）は、各地点でのレーザビームと溶接部分との断面を示す図である。
地点（ａ）では、図１７（Ａ）に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃによって、溶接開始直後の地点（ｂ）でのキーホールよりも深いキーホール１０５ｂ，１０５ｃが形成される。ビーム部分２０１ａによって、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの周辺に、溶接開始直後の地点（ｂ）での溶融部よりも広くて大きな溶融部１０４が形成される。これによって、高品質で安定した溶接を実現することができる。
【０１１２】
１度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）での各パワー密度と同じである。このとき、地点（ｂ）での溶融部１０４は、地点（ａ）での溶融部１０４よりも小さく、徐々に大きく深くなっていく途中段階である。
【０１１３】
２度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ａのパワー密度が地点（ａ）でのパワー密度と同じである。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）でのパワー密度よりも低くなる。このとき、図１７（Ｂ）に示すように、地点（ｂ）での溶接部１１３は、再加熱されて溶融する。これに伴い、地点（ｂ）での溶接部１１３では、１度目の照射時に比べて、溶融幅と溶融深さとが増加する。最終的に、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとは、地点（ａ）での溶融幅と溶融深さと同じになる。
【０１１４】
すなわち、２度目の照射時の地点（ｂ）では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）でのパワー密度よりも低くなる。これによって、溶融した金属が凝固するまでの温度差を小さくすることができ、凝固割れの無い高品質の溶接を実現することができる。さらに、全体の入熱量が徐々に減少するので、スパッタの発生も抑制することができる。
【０１１５】
１度目の照射時の地点（ｃ）では、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が地点（ａ）での各パワー密度と同じである。このとき、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとは、地点（ａ）での溶融幅と溶融深さと同じになる。１度目の照射時で、地点（ｂ）での溶融幅と溶融深さとが十分に確保されている。
【０１１６】
２度目の照射時の地点（ｃ）では、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度まで低下する。レーザビーム２０１は、ビーム部分２０１ａのみで形成されている場合と同じ状態になる。このとき、図１７（Ｃ）に示すように、地点（ｃ）での溶接部１１３は、再加熱されるが、溶融までには至らない。これによって、凝固割れが発生せず、溶融幅と溶融深さとも変わらず一定である。
【０１１７】
このようなレーザビーム２０１の振舞を経ることで、溶接開始点にクラックとスパッタとが無く、溶融幅と溶融深さとが一定である溶接を実現することができる。高品質で安定した溶接を実現することができる。
【０１１８】
＜変形例＞
図１８は、本実施の形態の変形例における溶接方法を示す図である。
なお、順次単位時間当りのパワー密度を下げていく方法であれば、例えば、図１８に示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃのスポット径を大きくするとしてもよい。または、走査速度を速くするとしてもよい。これによって、図１６に示す溶接方法と、同じ原理により、同様の効果が得られる。
【０１１９】
＜実施例１０＞
次に、本実施の形態における実施例（以下、実施例１０と呼称する。）について説明する。
【０１２０】
本実施例では、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのスポット強度が３００Ｗに維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が３００Ｗから徐々に下げられる。すなわち、ビーム部分２０１ａのパワー密度が維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が徐々に下げられる。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度がビーム部分２０１ａのパワー密度に達すると、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット強度が０Ｗまで同時に下げられる。これに伴い、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同時に下げられる。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【０１２１】
この場合において、溶接開始点付近を観察した結果、溶接開始点付近にクラック、スパッタが見られなかった。また、溶接開始点付近の溶融深さを走査方向に沿って測定した結果、溶接開始点付近の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近の溶融幅も同様に測定した結果、溶接開始点付近の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近では、高品質で安定した溶接が実現されていた。
【０１２２】
＜実施例１１＞
次に、本実施の形態における他の実施例（以下、実施例１１と呼称する。）について説明する。
【０１２３】
本実施例では、レーザビーム２０１が溶接開始点に戻ると、ビーム部分２０１ａのスポット径が０．４ｍｍに維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が、０．０５ｍｍから徐々に大きくされる。すなわち、ビーム部分２０１ａのパワー密度が維持されたまま、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が徐々に下げられる。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット外周がビーム部分２０１ａのスポット外周に達すると、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が同時に大きくされる。このとき、レーザビーム２０１の焦点位置を変えることで、レーザビーム２０１のスポット径が大きくされて、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各スポット径が同時に大きくされる。これに伴い、ビーム部分２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの各パワー密度が同時に下げられる。これらの条件以外は、実施例４と同様の条件である。
【０１２４】
この場合において、溶接開始点付近を観察した結果、溶接開始点付近にクラック、スパッタが見られなかった。また、溶接開始点付近の溶融深さを走査方向に沿って測定した結果、溶接開始点付近の溶融深さが０．５〜０．６ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近の溶融幅も同様に測定した結果、溶接開始点付近の溶融幅が０．８〜０．９ｍｍの範囲内に入っていた。溶接開始点付近では、高品質で安定した溶接が実現されていた。
【０１２５】
（実施の形態７）
以下、本発明に係わる実施の形態７について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１２６】
＜概要＞
図１９は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図１９に示すように、溶接装置１００は、レーザビーム１０１で部材１０２，１０３の溶接対象部分を走査して溶接する装置である。
【０１２７】
ここで、レーザビーム１０１のスポットは、回折光学素子１１７で特徴付けられている。さらに、レーザビーム１０１のスポットは、回折光学素子１１７が動くことで変化する。
【０１２８】
回折光学素子１１７は、パターンが形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがパターンに入射するように、回折光学素子１１７が配置されている。制御部１２４は、回折光学素子１１７の光軸を中心として回折光学素子１１７のパターンを変位させるように、回折光学素子１１７を制御する。
【０１２９】
なお、パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがレーザビーム１０１に変換されるように設計されている。
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例１に示すレーザビーム１０１のような強度分布に変換するパターンが回折光学素子１１７の中央部分に形成されている。回折光学素子１１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子１１７が配置されている。
【０１３０】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子１１７の中央部分に入射する。このとき、制御部１２４が回折光学素子１１７を制御して、回折光学素子１１７の光軸を中心として回折光学素子１１７を変位させると、レーザビーム１０１のスポットが連動して変化する。これに伴い、実施例１に示すように、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分１０１ｂのスポットが揺動する。
【０１３１】
＜構成＞
ここでは、一例として、溶接装置１００は、レーザ発振器１１４、ファイバー１１５、コリメートレンズ１１６、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、集光レンズ１１９を備える。
【０１３２】
レーザ発振器１１４で連続的に発振されたレーザビームは、直径とＮＡ（開口数）とが小さいファイバー１１５を介して、コリメートレンズ１１６に入射する。コリメートレンズ１１６に入射したレーザビームは、平行光になる。
【０１３３】
コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームは、回折光学素子１１７に入射する。回折光学素子１１７に入射したレーザビームは、強度分布が図２、図３に示す強度分布になるように変換される。
【０１３４】
回折光学素子１１７で変換されたレーザビームは、高精度かつ高速で駆動可能な複数のガルバノスキャナを有する走査ユニット１１８に入射する。走査ユニット１１８に入射したレーザビームは、走査経路に応じた方向に反射される。
【０１３５】
走査ユニット１１８で反射されたレーザビームは、テレセントリックｆθレンズである集光レンズ１１９に入射する。集光レンズ１１９に入射したレーザビームは、レーザビーム１０１として、部材１０２，１０３の溶接対象部分に照射される。
【０１３６】
＜補足＞
なお、ファイバー１１５の直径とＮＡ（開口数）とが小さい。このことから、集光レンズ１１９の焦点距離がコリメートレンズ１１６の焦点距離より大きくても、レーザビーム１０１のスポット径を小さくすることができる。これに伴い、集光レンズ１１９から部材１０２，１０３までの距離（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。このため、レーザビーム１０１のスポット付近に突起物１２０があっても、突起物１２０が障害になってレーザビーム１０１の照射範囲が制限されることがない。
【０１３７】
また、突起物１２０が小さい場合、または突起物１２０が無い場合には、レーザビーム１０１の照射範囲が殆ど制限されない。このため、これらの場合では、テレセントリックｆθレンズよりも安価な非テレセントリックｆθレンズを集光レンズ１１９に使用することができる。
【０１３８】
なお、部材１０２，１０３は、溶接の間、保持治具１２１で保持されている。保持治具１２１は、水平方向に移動可能な台座ユニット１２２に固定されている。集光レンズ１１９は、垂直方向に移動可能な昇降ユニット１２３に固定されている。
【０１３９】
＜動作＞
次に、溶接装置１００の動作について説明する。
溶接装置１００は、制御部１２４を備える。制御部１２４は、レーザビーム１０１に関する情報（例えば、スポット径、スポット中心、スポット強度など。）と、部材１０２，１０３に関する情報（例えば、材質、形状、寸法など。）と、走査に関する情報（例えば、走査経路、走査速度など。）とを予め記憶している。これらの情報に基いて、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４０】
例えば、制御部１２４は、レーザビーム１０１のスポット強度を変化させる場合には、レーザ発振器１１４の出力を制御する。レーザビーム１０１のスポットを回転させる場合には、回折光学素子１１７の動き（例えば、回転、移動など。）を制御する。レーザビーム１０１のスポットを一次元または二次元に移動させる場合には、走査ユニット１１８（複数のガルバノスキャナ）の駆動を制御する。部材１０２，１０３を移動させる場合には、台座ユニット１２２の駆動を制御する。レーザビーム１０１のスポット径を変化させる場合には、昇降ユニット１２３の駆動を制御する。
【０１４１】
なお、レーザビーム１０１の条件（例えば、スポット径、スポット中心、スポット強度など。）、走査条件（例えば、走査経路、走査速度など。）は、部材１０２，１０３の材料、表面状態、寸法、保持治具１２１を含めた総熱容量に依存する。
【０１４２】
＜動作例＞
ここでは、一例として、部材１０２，１０３は、水平方向に拡がる金属板である。部材１０２が部材１０３に重ね合わされている。溶接対象部分は、部材１０２，１０３が重なった部分である。走査経路は、部材１０２，１０３の溶接対象部分を通過する直線経路である。
【０１４３】
制御部１２４は、初期状態では、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ１）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４４】
（状態Ａ１）レーザビーム１０１のスポット後方部分にビーム部分１０１ｂスポットが配置される。走査方向に沿って、ビーム部分１０１ａ，１０１ｂの各スポット中心が配置される。
【０１４５】
制御部１２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム１０１で走査しているときは、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ２）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１４６】
（状態Ａ２）ビーム部分１０１ａ，１０１ｂの各スポット中心の整列方向が走査方向に合わされる。
なお、実際には、走査経路から少しずれた位置にキーホール１０５を形成させたい場合がある。そこで、制御部１２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分の走査中に、レーザビーム１０１のスポットが下記の条件（状態Ａ３）も満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子１１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御するとしてもよい。
【０１４７】
（状態Ａ３）レーザビーム１０１のスポットの後方部分の範囲内で、レーザビーム１０１のスポット中心を回転中心として、ビーム部分１０１ｂのスポットが変位する。または、走査方向に直交する方向に、レーザビーム１０１全体が変位する。
【０１４８】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、回折光学素子１１７を回転させることで、ビーム部分１０１ｂのスポットを揺動させることができる。これによって、溶接対象部分の走査経路を微調整するにあたり、台座ユニット１２２を駆動させる場合に比べて、高精度で微調整することができる。
【０１４９】
＜変形例＞
なお、ビーム部分１０１ａのパワー密度よりも高いビーム部分が、ビーム部分１０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。また、ビーム部分１０１ａのパワー密度からビーム部分１０１ｂのパワー密度まで段階的に変化するように、ビーム部分１０１ａのパワー密度よりも高く、かつビーム部分１０１ｂのパワー密度よりも低いビーム部分が、ビーム部分１０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。
【０１５０】
（実施の形態８）
以下、本発明に係わる実施の形態８について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態７と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１５１】
＜概要＞
図２０は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図２０に示すように、溶接装置２００は、実施の形態７における溶接装置１００と比べて、回折光学素子１１７、制御部１２４の代わりに、回折光学素子２１７、制御部２２４を備える点が異なる。
【０１５２】
回折光学素子２１７は、パターンが形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームがパターンに入射するように、回折光学素子２１７が配置されている。制御部２２４は、回折光学素子２１７の光軸を中心として回折光学素子２１７のパターンを変位させるように、回折光学素子２１７を制御する。
【０１５３】
なお、パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームをレーザビーム２０１に変換するように設計されている。
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例２，３，５，６などに示すレーザビーム２０１のような強度分布に変換するパターンが回折光学素子２１７の中央部分に形成されている。回折光学素子２１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子２１７が配置されている。
【０１５４】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子２１７の中央部分に入射する。このとき、制御部２２４が回折光学素子２１７を制御して、回折光学素子２１７の光軸を中心として回折光学素子２１７を変位させると、レーザビーム２０１のスポットが連動して変化する。これに伴い、実施例２，３，５，６などに示すように、溶接対象部分の走査方向に対して、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが一緒に揺動する。
【０１５５】
＜動作＞
次に、本実施の形態における溶接装置の動作について説明する。
ここでは、一例として、部材１０２，１０３は、水平方向に拡がる金属板である。部材１０２，１０３は、水平方向に金属板の端部を突き合わせるように配置されている。部材１０２，１０３の溶接対象部分は、突き合わさせた金属板の端部である。溶接対象部分の走査経路は、部材１０２，１０３の突合せ面を辿る経路である。
【０１５６】
制御部２２４は、初期状態では、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ１）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１５７】
（状態Ｂ１）レーザビーム２０１の後方部分にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが個別に配置される。溶接対象部分の走査方向に直交する方向に沿って、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心が配置される。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの間の距離は、部材１０２，１０３の間の隙間の最大幅以上である。
【０１５８】
制御部２２４は、部材１０２，１０３の溶接対象部分をレーザビーム２０１で走査しているときは、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ２）を満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御する。
【０１５９】
（状態Ｂ２）ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２に配置される。ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３に配置される。ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポット中心の整列方向が走査方向に直交する方向に合わされる。
【０１６０】
なお、実際には、部材１０２の端部と部材１０３の端部との間には、隙間がある。その隙間は、一定でなく、場所によって、広かったり、狭かったりする。
そこで、制御部２２４は、レーザビーム２０１のスポットが下記の条件（状態Ｂ３）も満たすように、レーザ発振器１１４、回折光学素子２１７、走査ユニット１１８、台座ユニット１２２、昇降ユニット１２３を制御するとしてもよい。
【０１６１】
（状態Ｂ３）ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２からはみ出さない。ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３からはみ出さない。このとき、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの間隔を維持したまま、レーザビーム２０１のスポット中心を回転中心として、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが変位する。または、溶接対象部分の走査方向に直交する方向に、レーザビーム２０１のスポットが変位する。
【０１６２】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、部材１０２，１０３の突合せ面を挟んで、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが、個別に、部材１０２，１０３に配置される。ビーム部分２０１ｂのスポットが部材１０２から、ビーム部分２０１ｃのスポットが部材１０３からはみ出さないように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの各スポットが変位する。
【０１６３】
これによって、部材１０２の端面からキーホール１０５ｂまでの距離のばらつきを抑えることができる。同様に、部材１０３の端面からキーホール１０５ｃまでの距離のばらつきを抑えることができる。これに伴い、キーホール１０５ｂ，１０５ｃの形成に最適な経路をビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが辿ることができる。
【０１６４】
また、部材１０２，１０３の間の隙間にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが配置されない。このため、部材１０２，１０３の間の隙間にビーム部分２０１ｂ，２０１ｃが侵入することがない。
【０１６５】
また、部材１０２，１０３の間の隙間の幅に応じて、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃを、突合せ面から離したり、突合せ面に近づけたりすることができる。これによって、部材１０２，１０３の間の隙間からスパッタが侵入し難くすることができる。
【０１６６】
以上のことから、溶接装置２００は、密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなどのデバイスの溶接に最適である。
＜変形例＞
なお、部材１０２に複数のビーム部分２０１ｂの各スポットが配置されるように、ビーム部分２０１ｂが、ビーム部分２０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。また、部材１０３に複数のビーム部分２０１ｃの各スポットが配置されるように、ビーム部分２０１ｃが、ビーム部分２０１ａの内部に複数存在するとしてもよい。
【０１６７】
（実施の形態９）
以下、本発明に係わる実施の形態９について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態８と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１６８】
＜概要＞
図２１は、本実施の形態における溶接装置の構成を示す図である。
図２１に示すように、溶接装置３００は、実施の形態８における溶接装置２００と比べて、回折光学素子２１７、制御部２２４の代わりに、回折光学素子３１７、制御部３２４を備える点が異なる。
【０１６９】
回折光学素子３１７は、パターン群が形成されている光学素子である。コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが複数のパターン群のいずれかに入射するように、回折光学素子３１７が配置されている。制御部３２４は、回折光学素子３１７のパターン群の中から、レーザビームが入射するパターンを切り替えるように、回折光学素子３１７を制御する。
【０１７０】
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は、回折光学素子３１７を示す図である。
なお、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示すように、パターン群（パターン部分３１７ａ，３１７ｂ，・・・）は、レーザビーム２０１が段階的に変化するように設計されている。各パターンは、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが各段階のレーザビーム２０１に変換するように設計されている。
【０１７１】
具体的には、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームの強度分布を実施例４，７，８，９，１０，１１などに示すレーザビーム２０１のような強度分布の振舞に段階的に変換するパターン群が回折光学素子３１７の外周部分に形成されている。回折光学素子３１７の中心を回転軸に回転可能な状態で回折光学素子２１７が配置されている。
【０１７２】
溶接対象部分の走査中に、コリメートレンズ１１６で平行光になったレーザビームが回折光学素子３１７の外周部分に入射する。このとき、制御部３２４が回折光学素子３１７を制御して回転させると、レーザビーム２０１のスポットが段階的に変化する。これに伴い、実施例４，７，８，９，１０，１１などに示すように、ビーム部分２０１ｂ，２０１ｃの少なくとも１つのスポット中心、スポット強度、スポット径などが変化する。
【０１７３】
図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）は、回折光学素子の変形例を示す図である。
なお、パターン群は、回折光学素子３１７の外周部分に形成されている代わりに、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示すように、一列または二列に回折光学素子３１７に形成されているとしてもよい。この場合においては、制御部分３１４は、回折光学素子３１７を回転させる代わりに、回折光学素子３１７を一次元または二次元に移動させる。
【０１７４】
（その他）
なお、部材１０２，１０３は、溶接可能な組合せであれば、特に制限されない。部材１０２，１０３は、同種であってもよいし、異種であってもよい。部材１０２，１０３の寸法は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【０１７５】
なお、本発明は、実施の形態１−９に限定されるものでなく、実施の形態を組み合わせたものも含まれる。さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、実施の形態を変形したものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明は、２つの部材をレーザビームで溶接する溶接方法および溶接装置などとして、特に、２つの部材の溶接対象部分の走査経路に、隙間、曲線部分、二重走査部分などがあっても、低コストで、高品質で、安定した溶接が可能な溶接方法および溶接装置などとして、利用することができ、密閉型二次電池、電気二重層コンデンサなどのデバイスの溶接に最適である。
【符号の説明】
【０１７７】
５１ ケース
５１ａ 角部
５１ｂ 直線部
５２ 封口板
５３ 突合せ部
１００ 溶接装置
１０１ レーザビーム
１０１ａ，１０１ｂ ビーム部分
１０２，１０３ 部材
１０４ 溶融部
１０５ キーホール
１０５ｂ，１０５ｃ キーホール
１０９ 封口板
１１０ ケース
１１３ 溶接部
１１４ レーザ発振器
１１５ ファイバー
１１６ コリメートレンズ
１１７ 回折光学素子
１１８ 走査ユニット
１１９ 集光レンズ
１２０ 突起物
１２１ 保持治具
１２２ 台座ユニット
１２３ 昇降ユニット
１２４ 制御部
２０１ レーザビーム
２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ ビーム部分
２１７ 回折光学素子
２２４ 制御部
３１７ 回折光学素子
３１７ａ，３１７ｂ パターン部分
３２４ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接方法であって、
前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、
前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、
前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、
前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットを揺動させる
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記レーザビームが、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と以外に、第３のビーム部分を有するビームであり、
前記第３のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第３のパワー密度を有する部分であり、
前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポットを一緒に揺動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接対象部分が、前記第１の部材と前記第２の部材とを突き合わせた部分であり、
前記第１の部材に前記第２のビーム部分のスポットが、前記第２の部材に前記第３のビーム部分のスポットが配置されるように、前記レーザビームを前記溶接対象部分に照射して、
前記第１の部材から前記第２のビーム部分が、前記第２の部材から前記第３のビーム部分がはみ出さないように、前記第１の部材と前記第２の部材との突合せ面に沿って前記溶接対象部分を前記レーザビームで走査する
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記第１の部材と前記第２の部材との各熱容量の変化に応じて、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との少なくとも１つのスポットを前記整列方向に変位させる
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記溶接対象部分の走査経路が、曲線部分を有する経路であり、
前記曲線部分を前記レーザビームで走査するときに、前記溶接対象部分の走査方向を前記曲線部分の接線方向に合わせて、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分とのうち、前記曲線部分の内側に位置する方のパワー密度を前記曲線部分の外側に位置する方のパワー密度よりも低くする
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記溶接対象部分の走査経路が、曲線部分を有する経路であり、
前記曲線部分を前記レーザビームで走査するときに、前記溶接対象部分の走査方向を前記曲線部分の接線方向から前記曲線部分の内側にずらす
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記溶接対象部分の走査経路が、走査開始点に戻る閉じた経路であり、
前記レーザビームが走査開始点に戻ると、前記第１のビーム部分のスポット強度を維持したまま、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット強度を徐々に下げて、
前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各パワー密度が前記第１のパワー密度まで下がると、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット強度を同時に下げる
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項８】
前記溶接対象部分の走査経路が、走査開始点に戻る閉じた経路であり、
前記レーザビームが走査開始点まで戻ると、前記第１のビーム部分のスポット径を維持したまま、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット径を徐々に大きくして、
前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット外周が前記第１のビーム部分のスポット外周に達すると、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット径を同時に大きくする
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項９】
第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接装置であって、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を前記レーザビームに変換する回折光学素子と、
前記回折光学素子の動きを制御する制御部とを備え、
前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、
前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、
前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内側に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、
前記制御部が、前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットが揺動するように、前記回折光学素子の動きを制御する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項１０】
前記レーザ光を前記レーザビームに変換するパターンが前記回折光学素子に形成されており、
前記パターンに前記レーザ光が入射するように、前記回折光学素子が配置されており、
前記制御部が、前記回折光学素子の光軸を中心として前記パターンを変位させるように、前記回折光学素子を制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記レーザ光を前記レーザビームの振舞に段階的に変換するパターン群が前記回折光学素子に形成されており、
前記パターン群のいずれかのパターンに前記レーザ光が入射するように、前記回折光学素子が配置されており、
前記制御部が、前記パターン群の中から、前記レーザ光が入射するパターンを切り替えるように、前記回折光学素子の動きを制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
【請求項１】
第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接方法であって、
前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、
前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、
前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、
前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットを揺動させる
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記レーザビームが、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と以外に、第３のビーム部分を有するビームであり、
前記第３のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内部に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第３のパワー密度を有する部分であり、
前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポットを一緒に揺動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接対象部分が、前記第１の部材と前記第２の部材とを突き合わせた部分であり、
前記第１の部材に前記第２のビーム部分のスポットが、前記第２の部材に前記第３のビーム部分のスポットが配置されるように、前記レーザビームを前記溶接対象部分に照射して、
前記第１の部材から前記第２のビーム部分が、前記第２の部材から前記第３のビーム部分がはみ出さないように、前記第１の部材と前記第２の部材との突合せ面に沿って前記溶接対象部分を前記レーザビームで走査する
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記第１の部材と前記第２の部材との各熱容量の変化に応じて、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との少なくとも１つのスポットを前記整列方向に変位させる
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記溶接対象部分の走査経路が、曲線部分を有する経路であり、
前記曲線部分を前記レーザビームで走査するときに、前記溶接対象部分の走査方向を前記曲線部分の接線方向に合わせて、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分とのうち、前記曲線部分の内側に位置する方のパワー密度を前記曲線部分の外側に位置する方のパワー密度よりも低くする
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記溶接対象部分の走査方向が、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との整列方向に直交する方向であり、
前記溶接対象部分の走査経路が、曲線部分を有する経路であり、
前記曲線部分を前記レーザビームで走査するときに、前記溶接対象部分の走査方向を前記曲線部分の接線方向から前記曲線部分の内側にずらす
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記溶接対象部分の走査経路が、走査開始点に戻る閉じた経路であり、
前記レーザビームが走査開始点に戻ると、前記第１のビーム部分のスポット強度を維持したまま、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット強度を徐々に下げて、
前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各パワー密度が前記第１のパワー密度まで下がると、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット強度を同時に下げる
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項８】
前記溶接対象部分の走査経路が、走査開始点に戻る閉じた経路であり、
前記レーザビームが走査開始点まで戻ると、前記第１のビーム部分のスポット径を維持したまま、前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット径を徐々に大きくして、
前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット外周が前記第１のビーム部分のスポット外周に達すると、前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分と前記第３のビーム部分との各スポット径を同時に大きくする
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項９】
第１の部材と第２の部材との溶接対象部分をレーザビームで走査して溶接する溶接装置であって、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を前記レーザビームに変換する回折光学素子と、
前記回折光学素子の動きを制御する制御部とを備え、
前記レーザビームが、第１のビーム部分と第２のビーム部分とを有するビームであり、
前記第１のビーム部分が、第１のパワー密度を有する部分であり、
前記第２のビーム部分が、前記第１のビーム部分の内側に存在し、かつ前記第１のパワー密度よりも高い第２のパワー密度を有する部分であり、
前記制御部が、前記溶接対象部分の走査方向に対して、前記第２のビーム部分のスポットが揺動するように、前記回折光学素子の動きを制御する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項１０】
前記レーザ光を前記レーザビームに変換するパターンが前記回折光学素子に形成されており、
前記パターンに前記レーザ光が入射するように、前記回折光学素子が配置されており、
前記制御部が、前記回折光学素子の光軸を中心として前記パターンを変位させるように、前記回折光学素子を制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記レーザ光を前記レーザビームの振舞に段階的に変換するパターン群が前記回折光学素子に形成されており、
前記パターン群のいずれかのパターンに前記レーザ光が入射するように、前記回折光学素子が配置されており、
前記制御部が、前記パターン群の中から、前記レーザ光が入射するパターンを切り替えるように、前記回折光学素子の動きを制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−１１０９０５（Ｐ２０１２−１１０９０５Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９６２２（Ｐ２０１０−２５９６２２）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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