特開 2022-95743 電子パッケージング、自動車用電気機器、バッテリ、及び他の構成要素の可視レーザー溶接

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022095743

(43)【公開日】2022-06-28

(54)【発明の名称】電子パッケージング、自動車用電気機器、バッテリ、及び他の構成要素の可視レーザー溶接

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20220621BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20220621BHJP

   B23K 26/322 20140101ALI20220621BHJP

   H01M 50/516 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/522 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/536 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/566 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/526 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/534 20210101ALI20220621BHJP

   H01M 50/562 20210101ALI20220621BHJP

   H01L 31/05 20140101ALI20220621BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 A

B23K26/00 N

B23K26/322

H01M50/516

H01M50/522

H01M50/536

H01M50/566

H01M50/526

H01M50/534

H01M50/562

H01L31/04 570

【審査請求】有

【請求項の数】24

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051337

(22)【出願日】2022-03-28

(62)【分割の表示】P 2018556818の分割

【原出願日】2017-04-28

(31)【優先権主張番号】62/329,830

(32)【優先日】2016-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】316003531

【氏名又は名称】ヌブル インク

(74)【代理人】

【識別番号】100083895

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100175983

【弁理士】

【氏名又は名称】海老 裕介

(72)【発明者】

【氏名】ペラプラット， ジャン ミシェル

(72)【発明者】

【氏名】ゼディカー， マーク エス．

(72)【発明者】

【氏名】フィナフ， マシュー

(57)【要約】

【課題】電子機器パッケージングの分野及び構成要素関連の分野を含め、バス、バッテリ、エネルギー貯蔵、航空宇宙産業、自動車、ソーラー、光電池、及び電力の各分野において、かねてより要求が高まっている高い公差と優れた均一性を有する溶接部を提供すること。
【解決手段】当該方法では、第１の金属部片を第２の金属部片の上に関連付け、それらに向かってレーザービームを方向決めする。レーザービームは、最初に第１の金属部片に当り第２の金属部片にまで貫通する。それにより、両方の金属部片にレーザービームが当たる。レーザービームは、約３５０ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有し、金属部片はレーザービームの約４０％から約７５％を吸収するものとされる。これにより、第１及び第２の金属部片が一体に溶接される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの金属部片を一体に溶接する方法であって、
第１の金属部片を第２の金属部片の上に関連付ける段階と、
前記第１の金属部片及び前記第２の金属部片に向かってレーザービームを方向決めする段階と、を備え、
前記レーザービームは、最初に前記第１の金属部片に当たり前記第２の金属部片にまで貫通し、それにより前記第１の金属部片と前記第２の金属部片の両方に前記レーザービームが当たるようにされ、
前記レーザービームは、約３５０ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有し、前記第１の金属部片と前記第２の金属部片の両方が前記レーザービームの約４０％から約７５％を吸収するものとされ、それにより前記第１及び第２の金属部片が一体に溶接されるようにする、方法。

【請求項2】

前記第１の金属部片は４．５μｍから１１０μｍの厚さを有する箔である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の金属部片は４．５μｍから１１０μｍの厚さを有する箔である、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記波長は、約４００ｎｍから約５００ｎｍの範囲である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の金属部片は、銅、銅合金、金、金合金、白金、白金合金、及びステンレス鋼からなる群より選択される金属を有している、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の金属部片は、真鍮、銀、アルミニウム、ニッケル、及びそれらの合金からなる群より選択される金属を有している、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。

【請求項7】

金属部片同士を一体に溶接する方法であって、
第１の金属部片を第２の金属部片と関連付ける段階と、
前記第１の金属部片及び前記第２の金属部片に向かってレーザービームを方向決めする段階と、を備え、
前記レーザービームは前記第１及び第２の金属部片を貫通し、それにより前記第１の金属部片と前記第２の金属部片の両方に前記レーザービームが当たって、前記第１の金属部片と前記第２の金属部片の両方が前記レーザービームを吸収するようにされ、
前記レーザービームは約４００ｎｍから約５７５ｎｍの範囲の波長を有し、それにより前記第１及び第２の金属部片が一体に溶接され、
前記第１の金属部片、前記第２の金属部片、又は両方の金属部片が、銅、金、白金、ステンレス鋼、真鍮、銀、アルミニウム、ニッケル、及びそれらの合金からなる群より選択される金属を有している、方法。

【請求項8】

前記第１の金属部片、前記第２の金属部片、又は両方の金属部片が、４．５μｍから１１０μｍの厚さを有する箔である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の金属部片、前記第２の金属部片、又は両方の金属部片が、４５μｍから５５０μｍの厚さを有するタブである、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記第２の金属部片が４５μｍから５５０μｍの厚さを有するタブであり、前記タブは、銅及び銅合金からなる群より選択される金属で作られている、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記第２の金属部片がバスバーを有する、請求項１又は７に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の金属部片が電気メッキされた金属を有する、請求項１又は７に記載の方法。

【請求項13】

青色レーザービームを使用して２つの金属の構成要素を接合する方法であって、
ａ．接合されるべき第１の構成要素と接合されるべき第２の構成要素とを含む標的場所への既定波長を有する青色レーザービームの源を提供する段階と、
ｂ．前記青色レーザービームが或るパターンと或る既定のレーザー強度で方向決めされることができるように走査デバイス及び集束光学器を提供する段階であって、
ｃ．前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の少なくとも一方は、前記青色レーザービームに対する少なくとも４５％の吸収性を有している、走査デバイス及び集束光学器を提供する段階と、
ｄ．前記第１の構成要素と前記第２の構成要素を一体に溶接するために前記標的場所へ前記パターンと前記既定のレーザー強度で前記青色レーザービームを送達する段階であって、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の両方に前記青色レーザービームが当たるようにし、前記青色レーザービームのエネルギーの少なくとも４５％が溶接部を形成するために利用され、前記第１の構成要素、前記第２の構成要素、又は両方の構成要素上のスポットでの前記青色レーザービームのフルエンスが１，０００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である、段階と、
を含み、
ｅ．前記溶接部が０．０９ｍΩから２７５ｍΩの抵抗率を有するようにする、
方法。

【請求項14】

前記抵抗率は０．０９ｍΩから２２０ｍΩである、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記抵抗率は０．０９ｍΩから１５０ｍΩである、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記抵抗率は０．０９ｍΩから１００ｍΩである、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記抵抗率は０．０９ｍΩから１０ｍΩである、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記抵抗率は０．０９ｍΩから１ｍΩである、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記スポットでの前記青色レーザービームの前記フルエンスが、５００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記スポットでの前記青色レーザービームの前記フルエンスが、１００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記スポットでの前記青色レーザービームの前記フルエンスが、５０，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の方法。

【請求項22】

青色レーザービームを使用して２つの金属の構成要素を接合する方法であって、
ａ．接合されるべき第１の構成要素と接合されるべき第２の構成要素とを含む溶接部位への既定波長を有する青色レーザービームの源を提供する段階であって、前記第１の構成要素は箔又はタブである、段階と、
ｂ．前記青色レーザービームが或るパターンと既定のレーザー強度で方向決めされることができるように走査デバイス及び集束光学器を提供する段階と、
ｃ．前記第１の構成要素と前記第２の構成要素を一体に溶接するために前記溶接部位へ前記パターンと前記既定のレーザー強度で前記青色レーザービームを送達し、前記青色レーザービームが前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の両方に当たって貫通するようにする段階と、を備え、
ｄ．前記溶接部位におけるレーザー強度は溶接の始動時からその完了時までを通して６％未満しか変化せず、
ｅ．前記青色レーザービームのエネルギーの少なくとも４５％が、溶接部の形成に利用されるようにされた、
方法。

【請求項23】

前記レーザー強度が、前記溶接中に、０．９％から約５．５％変化する、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記レーザー強度が、前記溶接中に、０．９％から１．１％変化する、請求項２２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０１６年４月２９日出願の米国仮特許出願第６２／３２９，８３０号の出願日の恩典を主張し、その開示全体をここに参考文献として引用する。

【0002】

本発明は、材料のレーザー加工に関し、詳しくは、約３５０ｎｍから約５００ｎｍ及びそれより大きい波長を有するレーザービームを使用する材料のレーザー接合に関する。

【背景技術】

【0003】

次世代のバッテリ及びエネルギー貯蔵システムでの、バスバー、相互接続部、電極、バッテリセル、バッテリパック、及びタブやケーシングの溶接は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼（「ＳＳ」）、及びニッケルめっきされた材料の間に低抵抗高疲労サイクルの接合部を作製するための堅牢な手段を必要とする。ＩＲ波長、例えば７００ｎｍより大きい波長、特に１，０００ｎｍより大きい波長での従来のレーザーは、それらの波長での材料の低い吸収能のせいで、これらの材料を溶接することが又はこれらの材料の一貫して高品質な溶接部を提供することができない。必然の結果として、プロセスを始動させるのに非常に高いパワーのレーザーが必要であるか又はプロセスを実施してゆくのに非常に高い輝度のレーザーが必要であるかのどちらかとなり、場合に依ってはどちらのレーザーも要求される。それ故、これらの先行技術の選択肢つまり高輝度か高パワーかという選択肢の両方が狭い加工ウインドーをもたらす原因となっており、そのことは、電子機器パッケージングの分野及び構成要素関連の分野を含め、バス、バッテリ、エネルギー貯蔵、航空宇宙産業、自動車、ソーラー、光電池、及び電力の各分野において、かねてより要求が高まっている高い公差と優れた均一性に向けた溶接部及び製品を提供するうえで、望ましいことではなく、再現性の欠如、動作の制御の難しさ、そして動作をスケーリングする場合の難しさを含む数々の困難を招いている。

【0004】

「レーザー加工」、「材料のレーザー加工」という用語、及び類似のその様な用語は、別途明示的に提示されていない限りは、これらの可能な限り最も広範な意味を与えられるべきであり、溶接、はんだ付け、溶融製錬、接合、焼なまし、軟化、粘着付与、リサーフェシング、ピーニング、熱処理、融合、封止、及び積付けを含むものとする。

【0005】

ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「ＵＶ」、「紫外線」、「ＵＶスペクトル」、及び「スペクトルのＵＶ部分」、及び類似の用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、約１０ｎｍから約４００ｎｍ、及び約１０ｎｍから約４００ｎｍの波長の光を含むものとする。

【0006】

ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「可視」、「可視スペクトル」、及び「スペクトルの可視部分」という用語、及び類似の用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍ及び約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長の光を含むものとする。

【0007】

ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「青色レーザービーム」、「青色レーザー」、及び「青色」という用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、概して、レーザービームを提供するシステム、レーザービーム、レーザー源、例えばレーザー及びダイオードレーザーであって、約４００ｎｍから約５００ｎｍの波長を有するレーザービーム又は光を提供するもの、例えば伝播させるもの、をいう。

【0008】

ここでの使用に際し、別途明示的に表明されていない限り、「緑色レーザービーム」、「緑色レーザー」、及び「緑色」という用語は、それらの最も広範な意味を与えられるべきであり、概して、レーザービームを提供するシステム、レーザービーム、レーザー源、例えばレーザー及びダイオードレーザーであって、約５００ｎｍから約５７５ｎｍの波長を有するレーザービーム又は光を提供するもの、例えば伝播させるもの、をいう。

【0009】

概して、ここでの使用に際し「約」という用語は、別途指定されていない限り、±１０％の分散又は範囲、表明されている値を得ることに関連付けられる実験誤差又は計器誤差、及び望ましくはこれらのうちのより大きい方、を網羅するものとする。

【0010】

発明の背景技術の項は、本発明の実施形態と関連付けられ得る当技術の様々な態様を紹介することを意図している。従って、本項での上記論考は、本発明をより深く理解するための枠組みを提供しており、先行技術の是認と見なされてはならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

高反射性構成要素部品、電子コネクタ、電子機器、電子構成要素の製作、特にバスバー、相互接続部、及びタブの製作では、より優れた再現性、高信頼性、高公差、及びよりいっそうの堅牢性に対する必要性が長年存在しており、未だ成就されていない。本発明は、他にもあるが中でも特に、ここに教示され開示されている製造物品、デバイス、及びプロセスを提供することによってこれらの必要性を解決する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

すなわち、金属部片同士を一体に溶接する方法であって、第１の金属部片を第２の金属部片と関連付ける段階と；第１の金属部片及び第２の金属部片に向かってレーザービームを方向決めする段階であって；レーザービームは約４００ｎｍから約５００ｎｍの範囲の波長を有しており；金属部片はレーザービームの約４０％から約７５％を吸収し；それにより部片同士は一体に溶接されるようにする段階と、を有する方法が提供されている。

【0013】

更に、次の特徴、即ち、第１の部片は約５μｍから約１００μｍの厚さを有する箔である；第２の部片は約５μｍから約１００μｍの厚さを有する箔である；第１の材料部片は、銅、銅合金、金、金合金、及びステンレス鋼からなる群より選択される金属を有している、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの方法、システム、及び装置が提供されている。

【0014】

また、金属部片同士を一体に溶接する方法であって、第１の金属部片を第２の金属部片と関連付ける段階と；第１の金属部片及び第２の金属部片に向かってレーザービームを方向決めする段階であって；レーザービームは約４００ｎｍから約５００ｎｍの範囲の波長を有しており；第１の金属部片はアルミニウムであり；それにより部片同士は一体に溶接されるにする、レーザービームを方向決めする段階と、を有する方法が提供されている。

【0015】

更に、次の特徴の１つ又はそれ以上を有するこれらの方法、システム、及び装置、即ち、第２の金属部片はアルミニウムを有している；第１の金属部片はアルミニウム合金である；第１の部片又は第２の部片又は両方の部片は約５μｍから約１００μｍの厚さを有する箔である；第１の部片又は第２の部片又は両方の部片は約５０μｍから約５００μｍの厚さを有するタブである；第２の部片は銅を有している；第２の部片は約５０μｍから約５００μｍの厚さを有するタブであり；タブは銅及び銅合金からなる群より選択される材料で作られている；第２の金属部片は、ニッケルめっきされた材料、ニッケルめっきされた銅、ニッケルめっきされたアルミニウム、ニッケルめっきされた銅合金、ニッケルめっきされたアルミニウム合金、及びステンレス鋼からなる群より選択されている；第２の金属部片はバスバーである；第２の金属部片は、アルミニウムバスバー、アルミニウム合金バスバー、銅タブ、銅合金タブ、ニッケルメッキされた銅バスバー、ニッケルめっきされた銅合金バスバー、ニッケルめっきされたアルミニウムバスバー、及びニッケルめっきされたアルミニウム合金バスバーからなる群より選択されている；及び、第２の金属部片は、金で電気メッキされた材料、白金で電気メッキされた材料、及び銅で電気メッキされた材料からなる群より選択されている、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する方法、システム、及び装置が提供されている。

【0016】

また、青色レーザービームを使用して２つの金属構成要素を接合する方法であって、接合されるべき第１の構成要素と接合されるべき第２の構成要素とを含む標的場所への既定波長を有するレーザービームの源を提供する段階と；レーザービームが或るパターンと或る既定レーザー強度で方向決めされることができるように走査デバイス及び集束光学器を提供する段階であって；レーザービーム及び第１の構成要素と第２の構成要素の少なくとも一方は少なくとも約４５％である吸収能を有している、走査デバイス及び集束光学器を提供する段階と；第１の構成要素と第２の構成要素を一体に溶接するために標的場所へレーザービームを送達する段階であって、レーザービームエネルギーの少なくとも４５％が溶接部を形成するのに利用され；溶接部は約０．１ｍΩから約２５０ｍΩの抵抗率を有する、レーザービームを送達する段階と、を有する方法が提供されている。

【0017】

更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの方法、システム、及び装置、即ち、抵抗率は約０．１ｍΩから約２００ｍΩである；抵抗率は約１５０ｍΩ未満である；抵抗率は約１００ｍΩ未満である；抵抗率は約１０ｍΩ未満である；抵抗率は約１ｍΩ未満である；走査デバイスはレーザービームを動かす；走査デバイスは第１の構成要素及び第２の構成要素を動かし、而してデバイスはレーザービームを動かすことができる、又は操作デバイスは溶接されるべき部片をレーザービームに対して既定のやり方で動かす台、ロボット、又は他の機械式、電気式、又は空気式のデバイスであり得る；第１の構成要素又は第２の構成要素又は両方の構成要素上のスポットでのレーザービームのフルエンスは約１，０００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である；第１の構成要素又は第２の構成要素又は両方の構成要素上のスポットでのレーザービームのフルエンスは約５００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である；第１の構成要素又は第２の構成要素又は両方の構成要素上のスポットでのレーザービームのフルエンスは約１００，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である；第１の構成要素又は第２の構成要素又は両方の構成要素上のスポットでのレーザービームのフルエンスは約５０，０００Ｗ／ｃｍ^２未満である；波長は約４００ｎｍから約６００ｎｍである；波長は約４００ｎｍから約５００ｎｍである；波長は約４５０ｎｍである；第１の構成要素と第２の構成要素は異なる金属である；第１の構成要素と第２の構成要素は同じ金属である；及び、第１の構成要素は、金、銅、銀、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、及びそれらの金属の１つ又はそれ以上の合金からなる群より選択されている、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する方法、システム、及び装置が提供されている。

【0018】

更にまた、青色レーザービームを使用して２つの金属構成要素を接合する方法であって、溶接部位でのレーザー強度が感知され得るほどに変更される必要のない方法において、接合されるべき第１の構成要素と接合されるべき第２の構成要素とを含む溶接部位への既定波長を有するレーザービームの源を提供する段階と；レーザービームが或るパターンと或る既定強度で方向決めされることができるように走査デバイス及び集束光学器を提供する段階と；第１の構成要素と第２の構成要素を一体に溶接するために溶接部位へレーザービームを送達する段階であって、強度は溶接の始動時からその完了時までを通して本質的に同じままであり；レーザービームエネルギーの少なくとも４５％が溶接部を形成するのに利用される、レーザービームを送達する段階と、を有する方法が提供されている。

【0019】

更に、次の特徴のうちの１つ又はそれ以上を有するこれらの方法、システム、及び装置、即ち、レーザービームエネルギーの約５０％が溶接部を形成するのに利用される；レーザービームエネルギーの約６０％が溶接部を形成するのに利用される；レーザービームエネルギーの約６５％が溶接部を形成するのに利用される；構成要素の溶接時、レーザービーム強度は溶接中に約１％から約２０％まで可変である；構成要素の溶接時、レーザービーム強度は溶接中に約１０％可変である；構成要素の溶接時、レーザービーム強度は溶接中に約１％から約５％まで可変である；構成要素の溶接時、レーザービーム強度は溶接中に約１％可変である、という特徴のうちの１つ又はそれ以上を有する方法、システム、及び装置が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明によるバッテリパックの或る実施形態の概略斜視図である。

【図2】本発明による、材料によるレーザーエネルギーの強化された吸収性を先行技術のシステム下でのレーザーエネルギーの貧弱な吸収性に比較したグラフである。

【図3】本発明による、薄肉材料の厚肉材料への青色レーザー溶接の或る実施形態の模式図である。

【図4】本発明による、実施形態で利用されている金属による波長依存性エネルギー吸収を示すグラフである。

【図5】本発明による溶接方法の実施形態を遂行するための青色レーザーシステムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

概して、本発明は、材料をレーザー加工すること、つまり、事前に選択されたレーザービーム波長を加工されるべき材料に合わせて当該材料による高いレベル又は向上したレベルの吸収能を有するようしてレーザー加工することに関しており、詳しくは材料による高い吸収能を有するレーザービームを用いて材料をレーザー溶接することに関する。

【0022】

本発明の或る実施形態は、可視レーザービーム、即ち３５０ｎｍから７００ｎｍの波長を有するレーザービームを使用して、これらの波長に高い吸収能を有する材料同士をレーザー加工によって溶接する又は接合することに関する。特に、レーザービーム波長は、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、及び少なくとも約６０％、又はそれ以上の吸収率を有するように、及び約３０％から約６５％、約３５％から８５％、約８０％、約６５％、約５０％、及び約４０％の吸収率を有するように、レーザー加工されるべき材料に基づいて既定される。かくして、金、銅、真鍮、銀、アルミニウム、ニッケル、これらの金属の合金、ステンレス鋼、及び他の金属、材料、及び合金を溶接するのに、例えば約４００ｎｍから約５００ｎｍの波長を有するレーザービームが使用される。

【0023】

概して、ここでの使用に際し「約」という用語は、別途指定されていない限り、±１０％の分散又は範囲、表明されている値を得ることに関連付けられる実験誤差又は計器誤差、及び望ましくはこれらのうちのより大きい方、を網羅するものとする。

【0024】

金、銅、真鍮、銀、アルミニウム、ニッケル、ニッケルめっきされた銅、ステンレス鋼、及び他の材料、まためっきされた材料及びめっきされた合金の様な、材料を溶接するには、青色レーザー例えば約４０５ｎｍ乃至約４９５ｎｍの波長の使用は、室温での材料の高い吸収能例えば約５０％より大きい吸収能故に好適である。本発明の幾つかの利点の１つは、青色レーザービームの様な事前に選択されている波長のレーザービームの能力、つまりレーザー動作例えば溶接プロセス中にレーザーエネルギーを材料により良好に結合させるという能力である。レーザーエネルギーを溶接中の材料により良好に結合させることによって、赤外線レーザー（例えば７００ｎｍより大きい波長）の場合に典型的に起こり得る暴走プロセスの可能性は大幅に低減され、また好適には排除される。レーザーエネルギーをより良好に結合させるということは、更に、より低いパワーのレーザーが使用されることを可能にし、費用節減をもたらす。より良好に結合させるということは、更に、溶接部のより優れた制御、溶接部のより高い公差、ひいては溶接部のより優れた再現性をもたらす。ＩＲレーザー及びＩＲレーザー溶接動作には見出されないこれらの特徴は、他にも製品はあるが中でも特に電子機器分野及び電力貯蔵分野の製品にとって重要である。

【0025】

或る好適な実施形態では、青色レーザーは約４４０ｎｍの波長を有している。

【0026】

或る実施形態では、ＣＷモードで動作する青色レーザーが使用されている。ＣＷ動作は多くの用途でパルスレーザーに勝って好適であり得る、というのも、レーザー出力を迅速に且つ完全に変調させフィードバックループ内での溶接プロセスを制御し、最適な機械的及び電気的特性で以て高度に再現可能なプロセスをもたらすことができるからである。

【0027】

概して、本発明の実施形態は、１つ、２つ、又はそれ以上の構成要素のレーザー加工を伴う。構成要素は、レーザービーム例えば複数のレーザービームを吸収する何れの型式の材料から作られていてもよく、プラスチック、金属、複合材、非晶質材料、結晶質材料、及び他の型式の材料から作られていてもよい。或る実施形態では、レーザー加工は、２つの金属構成要素を一体にはんだ付けすることを伴う。或る実施形態では、レーザー加工は、２つの金属構成要素を一体に溶接することを伴う。

【0028】

例えば、構成要素は箔の積層体であってもよい。そうすると、本システム及び方法の実施形態は、例えば、５枚の箔の積層体、１０枚の箔の積層体、２０枚の箔の積層体、２５枚の箔の積層体、３０枚の箔の積層体、４０枚の箔の積層体、それより多い又はそれより少ない箔の積層体、及び１０枚から４０枚の箔の積層体を溶接することができる。これらの箔積層体は、５μｍ又はそれ以上、１０μｍ又はそれ以上、及び１５μｍ又はそれ以上、及び約５μｍから約１０μｍの高さを有し得る。積層体の箔は、典型的には金属であり、例えば銅、更にはリチウム材料で被覆された銅とすることができる。これらの箔積層体は、セルを形成するように本システム及び方法の実施形態によって一体に接合されることができる。

【0029】

本システム及び方法の実施形態は、ソーラーセル相互接続部材料であって、例えば１１００アルミニウム；ＯＦＣ１／４硬質銅；Ｃｕ／インバール／Ｃｕ貼り合わせ複合材；Ｃｕ／ＳＳ／Ｃｕ材料；及びこれら組合せ及び変形型から作られ得るソーラーセル相互接続部材料を溶接するのに使用されることができる。

【0030】

或る実施形態では、工具、システム、及び方法であって、レーザー溶接動作が、自家溶接（autogeneous welding）、レーザーハイブリッド型溶接、キーホール溶接、重ね溶接、隅肉溶接、突合せ溶接、及び非自家溶接（non-autogeneous welding）からなる群より選択される、工具、システム、及び方法が提供されている。

【0031】

レーザー溶接技法は、多くの様々な状況において、特に電子接続部具体的には電力貯蔵デバイスを形成するのに溶接が必要である場合に、有用であるだろう。概して、本レーザービーム溶接動作及びシステムの実施形態は、自己生成的（autogeneous）とされ得る可視波長及び望ましくは青色波長のレーザーを含んでおり、自己生成的とはベース材料しか使用されないという意味であってキーホール溶接、重ね溶接、隅肉溶接、及び突合せ溶接では一般的である。レーザー溶接は、ギャップを「埋める」ために又は溶接部の強化のための隆起ビードを作成するために充填材料が溶かされたパドルへ加えられる場合は非自己生成的（non-autogeneous）ということになろう。レーザー溶接技法はレーザー材料堆積法（「ＬＭＤ」）を含むものとする。

【0032】

本レーザー溶接動作及びシステムの実施形態は、ハイブリッド型溶接とされ得る可視波長及び望ましくは青色波長のレーザーを含んでおり、ハイブリッド型では充填材料のより速い給送を提供するためにレーザービームと併せて電流が使用される。レーザーハイブリッド型溶接は定義上は非自己生成的である。

【0033】

好適にも、一部の実施形態では、溶接の品質をオンザフライでチェックするのに能動的な溶接部監視器、例えばカメラ、が使用されてもよい。これらの監視器は例えばＸ線検査システム及び超音波検査システムを含むことができる。また、システム特性及び動作特性を完全に把握できるようにするため、オン・ストリームビーム解析及び電力監視が利用されてもよい。

【0034】

本レーザーシステムの実施形態は、新規性のあるレーザーシステム及び方法を従来のフライス加工及び機械加工機器と組み合わせたハイブリッド型システムとすることができる。このやり方では、製造中、造形中、再仕上中、又は他のプロセス中に、材料を足したり除去したりすることができる。本発明の発明者の一人又はそれ以上によって考案されているレーザーシステムの他の実施形態を使用しているその様なハイブリッド型システムの例が、米国特許出願第１４／８３７，７８２号に開示、教示されており、その開示全体をここに参考文献として援用する。

【0035】

典型的には、重ね溶接又は突合せ溶接を遂行する場合には、シームトラッカーが有益であり、時に必要とされることがしばしばある。同じく突合せ溶接であるキーホール溶接は典型的にシームトラッカーを必要とするが、但し重ね幾何学配置にある両方の部品に浸透するキーホール溶接は概してシームを追跡する必要はない。

【0036】

典型的に、実施形態では、レーザー溶接は、光学器をクリーンに保つための極めて低い流量のガス、光学器をクリーンに保つためのエアナイフ、又は光学器をクリーンに保つための不活性環境を使用する。レーザー溶接は、空気中に、不活性環境中に、又は他の制御された環境中、例えばＮ_２中で遂行されることができる。

【0037】

或る実施形態は、４０５ｎｍから５００ｎｍのレジームで動作する青色レーザーであって、マルチモードかシングルモードのどちらかであり、溶接プロセスを実施するのに使用される青色光の源となり得る青色レーザーを利用している。図２は、青色レーザー光の吸収特性を赤外線と比較して示している。ここでは、名目上４５０ｎｍである青色光（線２９０）が赤外線（線２００）よりも高い吸収特性を有していることが明白に分かる。図２では、華氏２９５度（摂氏２１．８５度）での吸収率ｖｓ波長（ｎｍ単位）が、Ｔｉ（線４０１）、ＳＳ３０４（線４０２）、Ｎｉ（線４０３）、Ｓｎ（Ｔｉｎ）（線４０４）、Ｃｕ（線４０５）、Ａｕ（線４０６）、Ａｇ（線４０７）、Ａｌ（線４０８）について示されており、銅を例に取ると、赤外線（４％）から青色波長（６５％）への吸収率の差は、溶接プロセス始動時で１６倍優れた吸収率である。吸収率でのこの改善は、溶接プロセス中のより優れた制御を可能にさせる青色の比較的低パワー／低輝度のレーザー源を用いて溶接を開始させ及び持続させることを実施可能にする。図４には、波長についての追加の吸収率が提供されており、Ｔｉ（線４５０）、Ｃｕ（線４５１）、Ａｕ（線４５２）、Ａｇ（線４５３）、Ａｌ（線４５４）、Ｎｉ（線４５６）、及びＳＳ（線４５５）を示している。４５０ｎｍの波長を使用する溶接プロセスの実施形態が線４６０によって示されており、ＩＲ波長４６１での吸収率に比較してこの実施形態４６０の波長では材料の多くについて吸収率が良くなっていることが分かり、例えばＣｕ、Ａｕについては有意に向上していることが分かる。

【0038】

本発明の実施形態は銅ベースの材料の溶接に大きな利点を見出し得るものであり、銅ベースの材料とは、銅、純銅、銅の合金、及び青色レーザー波長での好適には約４００ｎｍから約５００ｎｍでの約４０％から約７５％の吸収率を有するのに十分な量の銅を有しているあらゆる材料ということになる。

【0039】

図１を見ると、電力貯蔵デバイス１００の或る実施形態の概略斜視図が提供されている。この実施形態は、バスバー１０５によって接続されているバッテリ１０１、１０２、１０３、１０４の群を有している。バッテリは溶接区域１１５、１１４、１１３、１１２、１１１、１１０、１０９、１０８においてバスバーに接続されている。理解しておきたいこととして、好適には、青色レーザーを使用する実際のレーザー溶接部は、バスバーの下になっていて故に図１では確認できないということであってもよいし、バスバーの肉厚内の異なる位置にあってもよいし、またバスバーの幅に沿って（例えば１１５と１１４の間に見られる様に）異なる場所にあってもよいわけである。バスバー１０５は、例えば他のバッテリパック、電源ケーブル、又は他のデバイスへ接続できるコネクタ１０６を有している。青色レーザーを使用する溶接部１０７がバスバー１０５をコネクタ１０６へ付着させている。溶接区域に形成されている溶接部は強度のある機械的電気的接続部であり、これらの溶接区域及び各々の関連する溶接部は低い抵抗率、好適には、１４０ｍΩより低い；１０ｍΩより低い；及び１ｍΩより低い抵抗率、及び約１４０ｍΩから約１ｍΩ、約１００ｍΩから約５０ｍΩ、及び約１００ｍΩから約１０ｍΩの抵抗率、及び約１０ｍΩから約１ｍΩの抵抗率を有する。

【0040】

レーザービームを用いて遂行され得る溶接には２つの基本的に自己生成的な溶接があり、つまり伝導溶接とキーホール溶接である。伝導溶接は、低強度（＜１００ｋＷ／ｃｍ^２）のレーザービームを使用して２つの金属部片が一体に溶接される場合である。この場合、２つの金属部片は互いに突き合わされていてもよいし、一方の側へ重なり合っていてもよいし、全体が重なり合っていてもよい。伝導溶接はキーホール溶接ほど深く浸透する傾向はなく、伝導溶接は、概して、突合せ溶接については特徴的な「ｖ字」形状の非常に強度のある溶接継ぎ目を現出させる。一方で、キーホール溶接は、相対的に高いレーザービーム強度（＞５００ｋＷ／ｃｍ^２）で以て起こり、この溶接は材料の中へ深く浸透し、材料同士が重ね合わされている場合には多重の材料層を浸透することも多い。伝導モードからキーホールモードへの移行についての精密な閾値は青色レーザー源についてはまだ確定されていないが、キーホール溶接は特徴的な「ｖ字」形状を材料の上部に有し且つ再凍結材料のほぼ平行な溝が材料の中へ深く浸透している。キーホールプロセスは、レーザーエネルギーを材料の中へ深く透過させることを金属の溶融プールの面からのレーザービームの反射に頼っている。これらの型式の溶接は何れのレーザーを用いて遂行されることもできるが、青色レーザーならこれらの溶接型式のどちらを開始させるにしても赤外線レーザーより実質的に低い閾値を有するはずであると予想される。

【0041】

図３には、本発明の方法を使用した、貯蔵デバイスの構成要素同士を一体に溶接する場合の模式図が示されている。かくして、構成３００では、４５０ｎｍの波長を有する青色レーザービーム３７０を使用してＣｕ箔３０１をＣｕ箔３０２へ一体に溶接する場合が示されている。構成３１０では、青色レーザービーム３７０を使用してＣｕ箔３１２をＣｕタブ３１５へ一体に溶接する場合が示されている。構成３２０では、レーザービーム３７０を使用してＣｕタブ３２２をＡｌバス３３０へ溶接する場合が示されている。

【0042】

エネルギー貯蔵システム中に作られ得る接続部には多数の異なる型式の接続部がある。表１は、エネルギー貯蔵デバイス望ましくは高効率のエネルギー貯蔵システムを構築するのに貼り合わされることのできる材料の様々なボンド及び材料の型式の実施形態をまとめている。本レーザー動作及びシステムは、基板が薄肉材料（例えば、１００μｍ未満、５０μｍ未満、２５μｍ未満、及び１０μｍ未満、及び約１００μｍから約５μｍ、約５０μｍから約５μｍ、約７６μｍから約１０μｍ、及び約５０μｍから約１０μｍ）である場合に高品質溶接部を作ることができ、また厚肉材料（例えば、約０．５ｍｍ、約１ｍｍ、及びそれより厚い）について高品質溶接部を作ることができる。

【0043】

【表1】

【0044】

表１は、左の列に掲載されている溶接部の上材料と一番上の行に沿って掲載されている溶接部の下材料でセットアップされている。こうして、異なる溶接部構成の実施形態が表中に×印で示されており、例えばＣｕ箔（上）がＣｕ箔（下）へ溶接される及び上のＡｌタブが下のＣｕ箔へ溶接されることを示している。

【0045】

薄肉材料同士を互いへ貼り合わせることは薄肉材料を厚肉材料へ貼り合わせることとは全く異なる動作であり異なる課題を提起し得る。この溶接型式に係る根本的な課題の１つは、貼り合わせ層間の熱吸収と熱拡散及び上の薄肉層を下側の厚肉層へ貼り合わせながら薄肉層に浸透してゆく能力である。本システム及び動作の実施形態は、青色レーザーシステム及び動作の特定の実施形態では、薄肉層が銅、アルミニウム、ニッケルめっきされた銅、ステンレス鋼であろうとなかろうと、上の薄肉材料層を貫いてキーホール溶接を開始させるのに十分な効率で以て、レーザーエネルギーを薄肉材料の中へ効率的に結合させることを実現可能にする。図３を見ると、薄肉材料を厚肉材料へ溶接するための青色レーザーシステム及び動作の或る実施形態の模式図がある。

【0046】

本システムと共に本動作のために使用され得るレーザーは、例えば表２のパラメータ内に入るレーザーを含む。

【0047】

【表2】

【0048】

また、米国特許出願第１４／７８７，３９３号（３次元印刷のための装置、システム、及び方法（Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ））、米国特許出願第１４／８３７，７８２号（可視ラマンレーザーを用いた材料加工のための用途、方法、及びシステム（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｒａｍａｎ Ｌａｓｅｒ））、及び米国仮特許出願第６２／１９３，０４７号（レーザー送達アドレス指定可能アレイのための用途、方法、及びシステム（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ａ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ａｒｒａｙ））はそれぞれの開示全体がここに参考文献として援用されるものであって、それらに開示、教示されているレーザーシステム及びレーザーは、本発明の溶接の実施形態及び本構成要素及びコネクタの実施形態並びに本発明の他の実施形態を作るのに使用できる。

【0049】

或る実施形態では、金属を溶接するのに青色レーザーが使用されている。

【0050】

或る実施形態では、４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長を有する青色レーザーが材料同士を溶接するのに使用されており、例えば、箔を箔へ溶接、ここに箔は厚さ＜１００μｍ；銅箔又は銅合金箔を銅箔又は銅合金箔へ溶接；アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を銅箔又は銅合金箔へ溶接；アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔をアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔へ溶接；箔を＞１０μｍ但し＜５０μｍである厚さを有するタブへ溶接；銅箔又は銅合金箔を銅タブ又は銅合金タブへ溶接；銅箔又は銅合金箔をアルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブへ溶接；アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を銅タブ又は銅合金タブへ溶接；アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔をアルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブへ溶接；ニッケルめっきされた銅又はニッケルめっきされたアルミニウム及びニッケルめっきされたそれらの合金の様なニッケルめっきされた材料の溶接；ステンレス鋼箔を銅タブ又は銅合金タブへ溶接；ステンレス鋼箔をアルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブへ溶接；タブを＞１００μｍ但し＜１ｍｍの厚さを有するバスバーへ溶接；銅タブ又は銅合金タブを銅バスバー又は銅合金バスバーへ溶接；銅タブ又は銅合金タブをアルミニウムバスバー又はアルミニウム合金バスバーへ溶接；銅タブ又は銅合金タブをニッケルめっきされた銅バスバー又はニッケルめっきされた銅合金バスバーへ溶接；銅タブ又は銅合金タブをニッケルめっきされたアルミニウムバスバー又はニッケルめっきされたアルミニウム合金バスバーへ溶接；アルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブを銅バスバー又は銅合金バスバーへ溶接；アルミニウムタブをアルミニウムバスバーへ溶接；アルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブをニッケルめっきされた銅バスバー又はニッケルめっきされた銅合金バスバーへ溶接；アルミニウムタブ又はアルミニウム合金タブをニッケルめっきされたアルミニウムバスバー又はニッケルめっきされたアルミニウム合金バスバーへ溶接；ステンレス鋼タブを銅バスバー又は銅合金バスバーへ溶接；ステンレス鋼タブをアルミニウムバスバー又はアルミニウム合金バスバーへ溶接；ステンレス鋼をニッケルめっきされた銅バスバー又はニッケルめっきされた銅合金バスバーへ溶接；ステンレス鋼をニッケルめっきされたアルミニウムバスバー又はニッケルめっきされたアルミニウム合金バスバーへ溶接；ｎ＞２としてｎ枚の銅箔又は銅合金箔を溶接；ｎ＞２としてｎ枚のアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を溶接；ｎ＞２としてｎ枚のステンレス鋼箔を溶接する；など、に４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長を有する青色レーザーが使用される。

【0051】

銅で電気めっきされた材料、白金で電気めっきされた材料、及び他の伝導性材料で電気めっきされた材料の様な、電気めっきされた材料を青色レーザー溶接することを含め、電気めっきされた材料を、これらの材料を溶接する青色レーザー動作を使用して溶接することが構想される。

【0052】

電子記憶デバイス内の構成要素を含め、構成要素同士の溶接のための本レーザーシステム及び動作、特に青色レーザーシステム、の様々な実施形態を例示するために以下の実施例が提供されている。これらの実施例は例示が目的であり、本発明の範囲を限定するものと見なされてはならず、また他の形で本発明の範囲を限定するものでもない。

【0053】

実施例１

【0054】

青色レーザー溶接システムは、レーザーと、モーションシステムと、溶接ヘッドと、不活性ガス給送システム（エアナイフ又は他の制御された空気送達システムであってもよく、更には溶接ヘッドの中へ組み入れられていてもよい）と、溶接品質監視システムと、クランプシステムと、からなっている。レーザーは光ファイバーを介して溶接ヘッドへ電力を送達する。溶接ヘッドはレーザービームをコリメートし溶接されるべき部分へ再集束させる。レーザーヘッドを被加工品より上方の精密な距離にて精密なパターンで動かすために６軸ロボット又は単純な２軸ガントリーシステムの様なモーションシステムが使用されていてもよい。溶接ヘッドの被加工品からの高さは、レーザービームを溶接シームへ集束させた状態に保つうえで重要である。この青色レーザーシステムと共に使用されるはずの典型的な溶接ヘッドは、良好な溶接ビードを維持するには、＋／－２００μｍの高さ公差を有する１００ｍｍの最終焦点距離のレンズを有することになるだろう。この構成では、レーザー／溶接システムはキーホール溶接モードで動作できるだろう。＋／－４００μｍの高さ公差を有する２００ｍｍのより長い焦点距離のレンズを用いれば、レーザーシステムは伝導モードレジームで溶接することができるだろう。レーザービームが被加工品を横切って動かされていくと、レーザーパワーは溶接品質センサに応じて連続的に０％から１００％まで変化する。センサは、溶接の品質を制御する手段として溶接部の幅を絶え間なく測定する。不活性ガスシステムは、溶接時に、溶接中の材料の酸化を防止するために必要である。不活性ガスの主たる規準は、それが溶接パドルを酸素から遮蔽することである。ヘリウム、アルゴン、アルゴン／ＣＯ２、アルゴン／水素、又は窒素の様なガスが一般に使用される。アルゴン及び又はアルゴン／ＣＯ２が好ましい、というのも、それは空気より重く、部品の周りに定着して酸素不含帯を作り出すというすばらしい仕事を果たすからである。支援ガスは様々に異なるやり方で送達され得る。溶接前、溶接後、溶接中の試料の上方、溶接中の試料の下方、溶接部へ直接、又はこれらの送達選択肢の組合せがある。クランプシステムは、溶接システムの次に最も重要な部分である。クランプは、一連のボルト又はねじを締めることによって、磁気式ホールドダウンによって、又は空気式ホールドダウンによって作動されるようになっていてもよい。これらのクランプシステムは、全てのレーザー溶接システムに普及しており、本システムもまた、レーザービームによって溶接されるべき２つ又はそれ以上の部片への強いクランプ力を保証するためにそれらを組み入れるだろう。一部の事例では、このクランプ力を加えるために、スライドと同じくローラーホイールも使用されている。他の事例では、試料部片の各面の個別クランプ及び／又はスロット付きの板が試料をしっかりと取付ジグへ保持するのに使用されている。もう１つの考察は、溶接が自己生成的でなはなく溶接継ぎ目に材料が足されることを要する事例である。これはワイヤ給送部か又は電力給送部のどちらかを用いて達成できる。充填材を要する溶接の殆どの事例はワイヤを使用するだろう。最後に、本レーザーと他のレーザー又はアークとの組合せは全ての溶接可能な材料でのより深い浸透溶接を可能にさせるだろう。溶接されるべき部品はクランプ式取付ジグへ人か又はロボットのどちらかによって動かされることができる。どちらの方法も今日では生産シナリオで使用されている。

【0055】

実施例２

【0056】

或る実施形態では、バッテリの製作に使用される材料を貫いてキーホール溶接を開始して持続するのに十分な強度（＞５００ｋＷ／ｃｍ^２）が可能な青色レーザーが採用される。

【0057】

実施例３

【0058】

本システムの実施形態は、ソーラーセル相互接続部材料であって、１１００アルミニウム、ＯＦＣ１／４硬質銅、Ｃｕ／インバール／Ｃｕ貼り合わせ複合材、Ｃｕ／ＳＳ／Ｃｕ材料であり得るソーラーセル相互接続部を接合する、例えば溶接する、のに使用される。

【0059】

実施例４

【0060】

金属を溶接するための青色レーザー溶接システムが、青色レーザー源と、レーザービームを集束させるための及び必要であればｚ方向の運動を提供するための光学器組立体と、ビームを動かしてゆくための又は溶接部が作られるべき点にビームを位置決めするためのｘ－ｙ走査器と、を有している。これらの構成要素は、例えばコンピュータ、コントローラ、及びその両方であってもよいとされるコントロールシステムと制御通信しているのが望ましい。

【0061】

例えば図５を見ると、本発明の方法を遂行するための青色レーザーシステムの或る実施形態の概略流れ線図が示されている。本願と同時期に出願された弁理士整理番号８４３６６．０００６（Ｎｕ ５ａ）を有する米国特許出願は、本溶接方法の実施形態を遂行するのに使用できるレーザーシステムの実施形態を開示及び教示しており、その全体をここに参考文献として援用する。図５は、更に、青色レーザーシステムを赤外線レーザーシステムと比較して、スポットサイズがどちらのシステムについても同じである場合の達成可能な走査体積の比較を示している。かくして、システム２００内には、青色レーザービームを伝播させるためのレーザーシステム２０１がある。レーザーシステム２０１は、レーザービームを光学的送達組立体２０３へ送達するための光ファイバー２０２と光学的に通信している。このやり方では、光ファイバー２０２はレーザーシステム２０１を光学的送達組立体２０３と光学的通信した状態とする。光学的送達組立体２０３は、コリメート光学器２０４と可動光学器２０５を有している。システム２００はｘ－ｙ走査システム２０６を有している。レーザービーム及びレーザービーム経路は、ｘ－ｙ走査器を出て自由空間に入り、標的である例えば溶接されるべき部品に向かって進んでゆく又は方向決めされる。青色レーザーシステム２００は、走査可能区域２０８のフットプリント、例えば一体に溶接されるべき部片への溶接動作を遂行するためにレーザービームが方向決めされ得る区域のフットプリントを作製する。図５には、比較目的のため、青色レーザーシステム２００と同じスポットサイズを使用して得られるはずのＩＲシステム走査可能区域２０７が示されている。この図では、ＩＲレーザービーム経路２１１ＩＲ及びＩＲレーザービーム２１２ＩＲが青色レーザービーム経路２１１及び青色レーザービーム２１２の上に重ねて置かれている（比較目的）。この様に、どちらのシステムも同じスポットサイズを有している場合、青色レーザーシステムの走査可能区域２０８はＩＲレーザーシステムの走査可能区域２０７の２倍広い。矢印２０９は、青色レーザーシステムがＩＲシステムと同じスポットサイズを但し集束レンズから２倍以上離れた距離に作り出していることを説明している。この様に、青色レーザーシステムは、ＩＲシステムより高い吸収率という利点を有しているだけでなく、同じサイズ（例えば設置面積）のシステムで、より大きい部片、より多い部片、又はより大きくより多い部片を溶接する能力を有する。

【0062】

集束レンズシステム２２０は、中央のレンズがレンズシステムの焦点距離を調節するべく高速で物理的に動かされる正の構成要素か又は負の構成要素のどちらかであり得る点でズーム光学器に似ている。ビームのこの集束は、Ｆ－シータレンズシステムを通るレーザービーム走査のフラットフィールド特性を模擬するようにＸ－Ｙ走査システムによるレーザービームの走査と同期される。こうして、集束システム２２０及び走査器２０６は、システム２００上のコントローラ又はコントロールシステムと同期されていて制御通信している。これには、電子的に制御される集束要素がＸ－Ｙ走査に遅れずについてゆくのに十分に高速であることが要件とされ、それは高速サーボシステムを用いて実現可能である。

【0063】

本発明の実施形態の主題である又は本発明の実施形態と関連付けられる新規で画期的なプロセス、材料、性能又は他の有益な特徴及び特性の根底にある理論を提供する又は当該理論に取り組むうえで必要条件はないことを指摘しておく。それでもなお、本明細書にはこの分野の技術を更に進展させるための様々な理論が提供されている。本明細書に提言されているこれらの理論は、別途明示的に表明されていない限り、断じて、保護を与えられるべき特許請求の範囲に記載の発明の範囲を限定、制限、又は狭小化するものではない。本発明を利用するうえでこれらの理論は必要とならないかもしれないし又は実践されないかもしれない。更に理解しておきたいこととして、本発明は、本発明の方法、物品、材料、装置、及びシステムの実施形態の機能特徴を解説するための新しい理論及びこれまで知られていない理論へとつながる可能性があり、その様な後発理論は保護を与えられるべき本発明の範囲を限定するものではない。

【0064】

本明細書に示されているシステム、機器、技法、方法、活動、及び動作の様々な実施形態は、以上に示されている活動及び分野に加え様々な他の活動のために及び様々な他の分野で使用されてもよい。加えて、これらの実施形態は、例えば、将来開発され得る他の機器又は活動と共に；及び、本明細書の教示に基づき一部が修正され得る既存の機器又は活動と共に、使用されてもよい。更に、本明細書に示されている様々な実施形態は互いと一体に異なる様々な組合せで使用されてもよい。而して、例えば、本明細書の様々な実施形態に提供されている構成は互いと一体に使用されてもよく、保護を与えられるべき本発明の範囲は、特定の実施形態、特定の実施例、又は特定の図にある実施形態に示されている特定の具現化、構成、又は配列に限定されてはならない。

【0065】

発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱することなく、ここに具体的に開示されている以外の他の形態に具現化されることもできる。説明されている実施形態は、あらゆる点で、例示にすぎず制限を課すものではないと考えられるべきである。

【符号の説明】

【0066】

１００ 電力貯蔵デバイス
１０１、１０２、１０３、１０４ バッテリ
１０５ バスバー
１０６ コネクタ
１０７ 溶接部
１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ 溶接区域
２００ システム
２０１ レーザーシステム
２０２ 光ファイバー
２０３ 光学的送達組立体
２０４ コリメート光学器
２０５ 可動光学器
２０６ ｘ－ｙ走査システム
２０７ ＩＲシステム走査可能区域
２０８ 走査可能区域
２０９ 青色レーザーがＩＲレーザーと同じスポットサイズを集束レンズから２倍以上の距離に作製することを説明する矢印
２１１ 青色レーザービーム経路
２１１ＩＲ ＩＲレーザービーム経路
２１２ 青色レーザービーム
２１２ＩＲ ＩＲレーザービーム
２２０ 集束レンズシステム
２９０ 青色レーザー
３００ ファイバーレーザー
３００、３１０、３２０ 溶接部構成
３０１、３０２、３１２ Ｃｕ箔
３１５、３２２ Ｃｕタブ
３３０ Ａｌバス
３７０ 青色レーザービーム
４０１ Ｔｉ
４０２ ＳＳ３０４
４０３ Ｎｉ
４０４ Ｓｎ（Ｔｉｎ）
４０５ Ｃｕ
４０６ Ａｕ
４０７ Ａｇ
４０８ Ａｌ
４５０ Ｔｉ
４５１ Ｃｕ
４５２ Ａｕ
４５３ Ａｇ
４５４ Ａｌ
４５５ ＳＳ
４５６ Ｎｉ
４６０ 青色レーザー
４６１ ファイバーレーザー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】