特許 7535721 レーザ加工方法およびレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】レーザ加工方法およびレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20240809BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20240809BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20240809BHJP

   H01M 50/528 20210101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 G

B23K26/067

H01M10/04 W

H01M50/528

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020134093

(22)【出願日】2020-08-06

(65)【公開番号】P2022030243

(43)【公開日】2022-02-18

【審査請求日】2023-06-21

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】船見 浩司

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７４０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０７４２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１９３９８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０６１９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０６０４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４４２６５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／０６７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ５０／５２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と、他端側に配置される第２板状部材とを含む複数の板状部材を重ね合わせ、
レーザビームを第１分岐レーザビームと第２分岐レーザビームとの組を複数含む複数の分岐レーザビームに分岐し、
それぞれの前記分岐レーザビームを並進させた状態で、前記第１板状部材に照射し、
前記第１分岐レーザビームおよび前記第２分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に、前記第１分岐レーザビームおよび前記第２分岐レーザビームを前記第１板状部材に対して相対移動させて、前記第１板状部材の表面に沿ったライン状の溶融部を形成し、
前記第２板状部材において、前記第１分岐レーザビームにより形成される前記溶融部と、前記第２分岐レーザビームにより形成される前記溶融部とが繋がり、かつ、前記溶融部が前記第２板状部材を貫通していない状態で、重ね合わせたそれぞれの前記板状部材をライン状の前記溶融部により接合し、
前記第１板状部材において、一の前記組における前記分岐レーザビームと、隣接する他の一の前記組における前記分岐レーザビームとの間隔は、前記第１分岐レーザビームと前記第２分岐レーザビームとの間隔よりも大きい、レーザ加工方法。

【請求項2】

前記分岐レーザビームにより形成される前記溶融部が、前記第１板状部材の表面における中心位置に対して、互いに点対称または線対称となるように、前記分岐レーザビームを照射する、請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項3】

前記第２板状部材が前記レーザビームの吸収を抑制する銅系材料である、請求項１または２に記載のレーザ加工方法。

【請求項4】

レーザビームを照射するレーザ発振器と、
前記レーザビームの出力を制御するレーザ発振制御部と、
前記レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐するレーザ分岐光学系と、
前記分岐レーザビームを互いに並進させた状態で、重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と他端側に配置される第２板状部材とを含む照射対象である重ね合わせ板状部材の前記第１板状部材に照射するレーザ加工光学系と、
前記レーザビームに対して前記重ね合わせ板状部材を相対移動させるステージと、
前記ステージの動作を制御するステージ制御部と、
前記ステージ制御部と前記レーザ発振制御部とを同期制御する全体制御部と、を備え、
前記全体制御部は、前記分岐レーザビームを照射しながら前記分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に相対移動させ、前記第１板状部材に沿ったライン状の溶融部を形成し、一の前記分岐レーザビームによって形成される前記溶融部と他の一の前記分岐レーザビームによって形成される前記溶融部とが前記第２板状部材において繋がり、かつ、前記溶融部が前記第２板状部材を貫通していないように、前記ステージの動作と前記分岐レーザビームの照射を制御し、
前記レーザ分岐光学系は、前記レーザビームを、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームの組を複数含む複数の前記分岐レーザビームに分岐し、
前記レーザ加工光学系は、それぞれの前記分岐レーザビームを並進させた状態で、前記第１板状部材に照射し、
前記第１板状部材において、一の前記組における前記分岐レーザビームと、隣接する他の一の前記組における前記分岐レーザビームとの間隔は、前記第１分岐レーザビームと前記第２分岐レーザビームとの間隔よりも大きい、レーザ加工装置。

【請求項5】

前記レーザ分岐光学系は、前記レーザビームを複数の前記分岐レーザビームに分岐する回折光学素子（ＤＯＥ）を備える、請求項４に記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置および密閉型電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザ加工方法として様々なものが知られている。例えば、複数の板状部材を互いに溶接するレーザ加工方法として、１点で溶接するスポット溶接や、直線状または曲線状に連続溶接するライン溶接等の重ね合わせレーザ溶接が知られている。

【0003】

そして、これらのレーザ溶接は、例えば、密閉型電池の製造に用いられている。最近の密閉型電池の製造において、電池外装缶の外側からレーザビームを照射して、電池外装缶と電池の電極から導出される集電タブとに、レーザ照射によって溶融部を形成しレーザ溶接する（例えば、特許文献１および２参照）。このように製造された密閉型電池は、電動工具、電動自転車、電動バイク等に用いられている。

【0004】

例えば、特許文献１では、電池外装缶と集電タブとをスポット溶接によって接合する。図１７（ａ）で特許文献１に記載された従来のレーザ加工方法の断面図を示す。図１７（ｂ）は、溶融部１３近傍を拡大した詳細断面図であり、わかりやすいように上下を反転させている。図１７（ａ）に示すように、電池外装缶５の底部の内面に集電タブ１２を重ね合わせた状態で、電池外装缶５の底部の外側からレーザビーム２１を照射し、溶融部１３を形成する。よって、電池外装缶５と集電タブ１２とをスポット溶接によって接合する。図１７（ｂ）に示すように、電池外装缶５の板厚に比べて、溶融部１３の図面上における左右方向の幅が大きい。そのため、溶融部１３に投入されるレーザビーム２１のエネルギが大きくなり、溶融部１３の図面上における上下方向の深さがレーザビーム２１の出力の影響を受けやすい。レーザビーム２１の出力が高い場合においては、溶融部１３が容易に集電タブ１２を貫通してしまう。溶融部１３が集電タブ１２を貫通すると、電池外装缶５の内部にスパッタが混入し、電池短絡不良が発生することがある。

【0005】

また、例えば、特許文献２では、特許文献１のようなスパッタ混入を防止するため、向上した集光性を有するファイバレーザを用いて、集光スポット径を電池外装缶５の板厚以下に絞る。図１８（ａ）に示すように、細長い溶融部１３を形成することにより、集電タブ１２の貫通を防止できる。しかし、集電タブ１２と電池外装缶５との境界における溶融部１３の幅である接合幅が狭くなるため、集電タブ１２と電池外装缶５との接合強度が低下する。そこで、図１８（ｂ）に示すように、電池外装缶５と集電タブ１２とを３本線でライン溶接することで接合強度を向上させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４５４７８５５号公報

【文献】特許第６５１２４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方、従来のレーザ溶接を用いて製造された密閉型電池および密閉型電池ユニット（複数の密閉型電池からなる電池パック）を落下させた場合、その電池は正常状態（例えば、電池を使用した装置が正常の機能を実現できる状態）を満たさない。各種落下試験において、電池を所定の条件下で落下させると、電池外装缶と集電タブとが外れてしまう。このような外れが生じないためには、従来のレーザ溶接における電池外装缶と集電タブとの接合強度に比べて接合強度を向上させることが望ましい。例えば、接合強度を従来の約１．５倍に向上させるとよい。

【0008】

従って、本開示の目的は、上記従来の課題を解決することにあって、２枚以上の板状部材の重ね合わせレーザ溶接において、照射面から最も離れた板状部材を貫通させずに、レーザ照射によって形成される溶融部における接合強度を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本開示の一の態様のレーザ加工方法は以下のように構成する。重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と、他端側に配置される第２板状部材とを含む複数の板状部材を重ね合わせる。続いて、レーザビームを第１分岐レーザビームと第２分岐レーザビームとに分岐する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを並進させた状態で、第１板状部材に照射する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを第１板状部材に対して相対移動させて、第１板状部材の表面に沿ったライン状の溶融部を形成する。第２板状部材において、第１分岐レーザビームにより形成される溶融部と、第２分岐レーザビームにより形成される溶融部とが繋がり、かつ、溶融部が第２板状部材を貫通していない。よって、重ね合わせたそれぞれの板状部材をライン状の溶融部により接合する。

【0010】

本開示の一の態様のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振制御部と、レーザ分岐光学系と、レーザ加工光学系と、ステージと、ステージ制御部と、全体制御部とを備える。レーザ発振器はレーザビームを照射する。レーザ発振制御部はレーザビームの出力を制御する。レーザ分岐光学系はレーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐する。レーザ加工光学系は、分岐レーザビームを互いに並進させた状態で、重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と他端側に配置される第２板状部材とを含む照射対象である重ね合わせ板状部材の第１板状部材に照射する。ステージはレーザビームに対して重ね合わせ板状部材を相対移動させる。ステージ制御部はステージの動作を制御する。全体制御部は、ステージ制御部とレーザ発振制御部とを同期制御する。よって、全体制御部は、ステージの動作と分岐レーザビームの照射を制御する。その結果、分岐レーザビームを照射しながら、分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に相対移動させ、第１板状部材に沿ったライン状の溶融部を形成し、一の分岐レーザビームによって形成される溶融部と他の一の分岐レーザビームによって形成される溶融部とが第２板状部材においてが繋がり、かつ、溶融部が第２板状部材を貫通していない。

【0011】

本開示の一の態様の密閉型電池は、電池外装缶と、電池外装缶の底面部の内面に重ね合わせ、電池外装缶と溶融部で接合される集電タブと、を有する。電池外装缶における溶融部の外周部分に、集電タブが進入している。

【0012】

本開示の一の態様の密閉型電池は、電池外装缶と、電池外装缶の底面部の内面に重ね合わせ、電池外装缶と溶融部で接合される集電タブと、を有する。電池外装缶における溶融部の中央部分よりも、中央部分を囲む外周部分において、集電タブが電池外装缶に向かって高く進入している。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係るレーザ加工方法およびレーザ加工装置によれば、２枚以上の板状部材の重ね合わせレーザ溶接において、照射面から最も離れた板状部材を貫通させずに、レーザ照射によって形成される溶融部における接合強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の３本線でのライン溶接の説明図

【図2】従来の３本線でのライン溶接でのレーザ出力と接合強度との相関図

【図3】４本線でのライン溶接の外観写真

【図4】４本線でのライン溶接でのレーザ出力と接合強度との相関図

【図5】実施の形態にかかる密閉型電池の構成を模式的断面図

【図6】実施の形態にかかるレーザ溶接装置の模式的断面図

【図7】実施の形態にかかるレーザ溶接装置のレーザ加工光学系の模式的断面図

【図8】分岐レーザビームの集光スポットの模式図

【図9】比較例１にかかる１本の分岐レーザビームによるレーザ溶接後の溶融断面図

【図10】実施の形態にかかる２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接後の溶融断面図

【図11A】実施の形態にかかる２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程における照射開始直後の断面図

【図11B】実施の形態にかかる２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程におけるキーホール形成時の断面図

【図11C】実施の形態にかかる２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程における溶融部先端の集電タブ到達時の断面図

【図11D】実施の形態にかかる２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程におけるキーホール消滅時の断面図

【図12】比較例２にかかる非同時２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程の断面図

【図13】分岐レーザビームによるレーザ溶接後の溶融断面図

【図14】実施の形態にかかる４本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程の説明図

【図15】実施例における４本の分岐レーザビームによるレーザ出力と接合強度との相関図

【図16】実施の形態にかかるレーザ加工方法に適した集電タブの断面図

【図17】特許文献１に記載された従来のレーザ加工方法を示す図

【図18】特許文献２に記載された従来のレーザ加工方法を示す図

【発明を実施するための形態】

【0015】

（本開示に至った経緯）
密閉型電池の製造方法における従来のライン溶接（特許文献２参照）を用いた場合、溶接後における電池外装缶と集電タブとの接合強度は目標値（電池外装缶と集電タブとの接合外れが生じない接合強度の値）を満たさない。

【0016】

図１には、従来の３本線でのライン溶接の説明図を示す。図１（ａ）に示すように、従来の方法として、３本線によるライン溶接を行う。その結果、電池外装缶５の表面に沿って、３本のライン状の溶融部１３を形成する。

【0017】

図１（ｂ）の断面図に示すように、溶融部１３は、電池外装缶５を貫通し集電タブ１２に到達している。また、集電タブ１２は３層のクラッド材（ニッケル／銅／ニッケル）となっている。

【0018】

図２には、従来の３本線でのライン溶接時のレーザ出力に対する接合強度との相関関係のグラフを示す。横軸はレーザ出力（Ｗ）を示し、縦軸は電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を示す。図２には、説明のために、現在求められている接合強度の値である現行値と、接合強度をさらに向上させた目標とする値である目標値とを示す。また、図２には、集電タブ貫通領域を示す。集電タブ貫通領域は、そのレーザ出力を用いた照射によって形成される溶融部１３が、集電タブ１２を貫通するレーザ出力の範囲である。レーザ出力を増加させると接合強度も増加するが、過度にレーザ出力を増加させるとレーザ出力が集電タブ貫通領域に到達する。この場合、溶融部１３は集電タブ１２を貫通し、電池外装缶５の内部に、溶融された集電タブ１２で形成されたスパッタが混入し、短絡不良の原因となる。よって、レーザ出力を増加させた状態でも、接合強度の目標値を実現できない。

【0019】

図３には、３本線でのライン溶接の改善策として検討した、４本線でのライン溶接の外観写真を示す。電池外装缶５の表面に沿って、４本のライン状の溶融部１３を形成する。

【0020】

また、図４には、４本線でのライン溶接時のレーザ出力に対する接合強度との相関関係のグラフを示す。横軸はレーザ出力（Ｗ）を示し、縦軸は電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を示す。図４に示すように、ライン状の溶融部１３を４本線に増加させても、最大接合強度は５％程度しか増加せず、接合強度の目標値を実現できない。

【0021】

一方、同時に５本線のライン溶接を行うためには、さらに高いレーザ出力を実現できるレーザ装置が必要になる。よって、従来のレーザ加工方法の応用では、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度の目標値を実現することは困難である。そこで、本発明者らは、前記の課題を解決できるレーザ加工方法として、本開示のレーザ加工方法を検討した。

【0022】

本開示の一の態様のレーザ加工方法は、次の工程を含む。重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と、他端側に配置される第２板状部材とを含む複数の板状部材を重ね合わせる。続いて、レーザビームを第１分岐レーザビームと第２分岐レーザビームとに分岐する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを並進させた状態で、第１板状部材に照射する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを第１板状部材に対して相対移動させて、第１板状部材の表面に沿ったライン状の溶融部を形成する。第２板状部材において、第１分岐レーザビームにより形成される溶融部と、第２分岐レーザビームにより形成される溶融部とが繋がり、かつ、溶融部が第２板状部材を貫通していない。よって、重ね合わせたそれぞれの板状部材をライン状の溶融部により接合する。

【0023】

また、分岐されたレーザビームの集光スポット間隔が、分岐された１本のレーザビームによって形成される溶融部における接合幅以上であり溶融幅以下であってもよい。

【0024】

また、レーザビームを、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームの組を複数含む複数の分岐レーザビームに分岐してもよい。それぞれの分岐レーザビームを並進させた状態で、第１板状部材に照射してもよい。第１板状部材において、一の組における分岐レーザビームと、隣接する他の一の組における分岐レーザビームとの間隔は、第１分岐レーザビームと第２分岐レーザビームとの間隔よりも大きくてもよい。

【0025】

また、分岐されたレーザビームの隣り合う集光スポットの間隔が、一方が、分岐された１本のレーザビームによって形成される溶融部における接合幅以上であり溶融幅以下である。他方が、分岐された１本のレーザビームによって形成される溶融部における溶融幅以上であってもよい。

【0026】

また、分岐レーザビームにより形成される溶融部が、第１板状部材の表面における中心位置に対して、互いに点対称または線対称となるように、分岐レーザビームを照射してもよい。

【0027】

また、第２板状部材がレーザビームの吸収を抑制する銅系材料であってもよい。

【0028】

本開示の一の態様のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振制御部と、レーザ分岐光学系と、レーザ加工光学系と、ステージと、ステージ制御部と、全体制御部とを備える。レーザ発振器はレーザビームを照射する。レーザ発振制御部はレーザビームの出力を制御する。レーザ分岐光学系はレーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐する。レーザ加工光学系は、分岐レーザビームを互いに並進させた状態で、重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と他端側に配置される第２板状部材とを含む照射対象である重ね合わせ板状部材の第１板状部材に照射する。ステージはレーザビームに対して重ね合わせ板状部材を相対移動させる。ステージ制御部はステージの動作を制御する。全体制御部は、ステージ制御部とレーザ発振制御部とを同期制御する。よって、全体制御部は、ステージの動作と分岐レーザビームの照射を制御する。その結果、分岐レーザビームを照射しながら、分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に相対移動させ、第１板状部材に沿ったライン状の溶融部を形成し、一の分岐レーザビームによって形成される溶融部と他の一の分岐レーザビームによって形成される溶融部とが第２板状部材においてが繋がり、かつ、溶融部が第２板状部材を貫通していない。

【0029】

また、レーザ分岐光学系は、レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐する回折光学素子（ＤＯＥ）を備えてもよい。

【0030】

本開示の一の態様の密閉型電池は、電池外装缶と、電池外装缶の底面部の内面に重ね合わせ、電池外装缶と溶融部で接合される集電タブと、を有する。電池外装缶における溶融部の外周部分に、集電タブが進入している。

【0031】

本開示の一の態様の密閉型電池は、電池外装缶と、電池外装缶の底面部の内面に重ね合わせ、電池外装缶と溶融部で接合される集電タブと、を有する。電池外装缶における溶融部の中央部分よりも、中央部分を囲む外周部分において、集電タブが電池外装缶に向かって高く進入している。

【0032】

以下に、実施の形態に係る密閉型電池の製造方法におけるレーザ加工方法およびレーザ加工装置について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0033】

なお、本実施の形態に係るレーザ加工方法は、以下の実施の形態に係る密閉型電池に限定されるものではない。つまり、以下では、レーザ加工方法およびレーザ加工装置の一実施例として、密閉型電池の製造方法で説明する。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施の形態との組合せも可能である。

【0034】

（実施の形態に係る密閉型電池）
まず、実施の形態に係る密閉型電池１００について詳細に説明する。

【0035】

図５には、実施の形態に係る密閉型電池１００の構成の模式断面図を示す。密閉型電池１００は、電池外装缶５と、ガスケット６と、封口板１０と、絶縁板７と、絶縁板８と、巻取体４と、正極板１と、負極板２と、セパレータ３と、正極集電タブ１１と、負極集電タブ１２と、を備える。電池外装缶５は開口部を備える。開口部は封口板１０により封口される。開口部と封口板１０との間にはガスケット６が配置され、ガスケット６が圧縮されることで封口板１０が開口部に固定される。電池外装缶５内には、複数の巻取体４と、絶縁板７と、絶縁板８と、電解液とが収容される。巻取体４は、電池外装缶５内において、絶縁板７および絶縁板８で挟み込まれている。巻取体４は、正極板１と負極板２とセパレータ３とを備え、正極板１と負極板２とがセパレータ３によって巻き取られている。巻取体４のいずれか一方の極板（例えば、正極板１）から正極集電タブ１１が導出される。また、他方の極板（例えば、負極板２）から負極集電タブ１２が導出される。正極集電タブ１１と封口板１０とに溶融部９が設けられている。溶融部９によって、正極集電タブ１１と封口板１０とが接合される。負極集電タブ１２と電池外装缶５とに溶融部１３が設けられている。溶融部１３によって、負極集電タブ１２と電池外装缶５とが接合される。

【0036】

密閉型電池１００の製造方法におけるレーザ溶接について、以下で説明する。

【0037】

まず、正極板１および負極板２がセパレータ３によって捲回又は積層され、巻取体４を形成する。続いて、巻取体４のそれぞれの極板１、２に、それぞれの集電タブ１１、１２の一端を接続する。続いて、巻取体４を電池外装缶５内に収容する。続いて、集電タブ１２の他端を電池外装缶５の内面底面部に重ね合わせる。続いて、図５に示していないが、レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐する。続いて、電池外装缶５の板厚より小さい集光スポット径で、分岐レーザビームを電池外装缶５の外側底面の概略中央に照射しながら、分岐レーザビームを電池外装缶５に対して走査させる。その結果、電池外装缶５にライン状の溶融部１３を形成し、電池外装缶５とその内部にある集電タブ１２とをレーザ溶接によって接合できる。一方、集電タブ１１の他端を封口板１０に重ね合わせ、電池外装缶５と同様に封口板１０を照射する。その結果、封口板１０にライン状の溶融部９を形成し、封口板１０と集電タブ１１とをレーザ溶接によって接合できる。

【0038】

（実施の形態に係るレーザ加工装置）
続いて、実施の形態に係るレーザ加工装置の例としてレーザ溶接装置２００について詳細に説明する。

【0039】

図６に、実施の形態に係るレーザ溶接装置２００を示す。図６中のＸ、Ｙ方向は、それぞれ電池外装缶５の底面沿いの方向であって、互いに直交する方向であり、Ｚ方向は、電池外装缶５と集電タブ１２を重ね合わせる方向であり、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向である。

【0040】

図６に示すように、レーザ溶接装置２００は、レーザ発振器１４と、レーザ発振制御部１５と、レーザ分岐光学系１７と、レーザ加工光学系１６と、ステージ１８と、ステージ制御部１９、全体制御部２０と、を備えて構成される。

【0041】

レーザ発振器１４はレーザビーム２１を照射する。レーザ発振器１４は、例えばファイバーレーザ発振器である。レーザ発振器１４は、例えばレーザ出力１ｋＷ、レーザ波長１０７０ｎｍのレーザを発振する。なお、レーザ発振器１４は、このような仕様に限定されない。

【0042】

レーザ発振制御部１５は、レーザ発振器１４から照射されたレーザビーム２１の照射（ＯＮ／ＯＦＦ）、および、レーザビーム２１の出力を制御する。出力制御を行うことにより、電池外装缶５と集電タブ１２とを溶融させるために必要な出力のレーザビーム２１を照射することができる。例えば、レーザ発振制御部１５の出力制御によって、電池外装缶５と集電タブ１２とを溶融させ、かつ、形成された溶融部１３が集電タブ１２を貫通しないように照射することができる。

【0043】

レーザ分岐光学系１７に、レーザ発振器１４から照射されたレーザビーム２１が入射し、その光学系によりレーザビーム２１を２本以上の分岐レーザビームに分岐する。図６には、レーザ分岐光学系１７によって、レーザビーム２１を２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂに分岐した場合を示す。分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂはＹ方向に並ぶ。レーザ分岐光学系１７において、回折光学素子（ＤＯＥ）を用いてレーザビーム２１を分岐してもよい。また、例えば、ＤＯＥ（回折光学素子）の分岐パターン設計を行うことにより、任意の位置に、任意の強度でレーザビーム２１を分岐させることができる。レーザ分岐光学系１７は、レーザ加工光学系１６内に内蔵されている。

【0044】

レーザ加工光学系１６に、レーザ発振器１４から照射されたレーザビーム２１が、光ファイバを通じて、入射する。レーザ加工光学系１６内に内蔵されたレーザ分岐光学系１７によって、レーザビーム２１は分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂに分岐される。レーザ加工光学系１６は、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを集光し、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを並進させた状態で電池外装缶５に照射する。図６において、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂはＹ方向に並び、Ｚ方向に照射される。また、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂによって電池外装缶５の底面に形成される集光スポット２２ａ、２２ｂもＹ方向に並ぶ。例えば、レーザ加工光学系１６により、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの集光スポットを電池外装缶５の板厚（Ｚ方向における断面の厚み）以下に集光することができる。また、例えば、レーザ加工光学系１６は、電池外装缶５の外側底面の概略中央のほぼ中心位置に、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを照射できる。また、レーザ分岐光学系１７によりレーザビーム２１を３本以上の分岐レーザビームに分岐する場合において、レーザ加工光学系１６は、それぞれの分岐レーザビームの集光スポットがＹ方向の同一直線上にあるように照射できる。

【0045】

ステージ１８は、照射対象物を搭載し移動させる。図６に示すように、ステージ１８は、例えば、電池外装缶５と集電タブ１２とを搭載し、電池外装缶５と集電タブ１２とをＸ方向に移動させる。

【0046】

ステージ制御部１９は、ステージ１８の動作を制御する。ステージ制御部１９によって、例えば、ステージ１８の移動距離と、移動速度と、移動開始のタイミングとを制御できる。

【0047】

全体制御部２０は、ステージ制御部１９とレーザ発振制御部１５とを同期制御し、よって、ステージ１８の動作と分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの出力を制御する。分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを照射しながら、ステージ１８により電池外装缶５と集電タブ１２とをレーザ加工光学系１６に対して、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶ方向に対して交差する方向として直交する方向に移動させることができる。分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶ方向とは、電池外装缶５の底面に形成する集光スポット２２ａ、２２ｂを結ぶ直線上の方向を意味する。図６に示すように、本実施の形態では、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂはＹ方向に並び、ステージ１８により密閉型電池１００をＸ方向に移動させる。その結果、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂは電池外装缶５に沿ったＸ方向のライン状の溶融部１３を形成し、溶融部１３が集電タブ１２において互いに繋がり、かつ、溶融部１３が集電タブ１２を貫通していない。ライン状の溶融部１３によって電池外装缶５と集電タブ１２とが接合される。

【0048】

なお、以上の説明において、レーザ溶接装置２００の照射対象物が、密閉型電池１００の電池外装缶５および集電タブ１２である場合について説明しているが、照射対象物はこれに限定されない。例えば、複数の板状部材を重ね合わせて照射対象物としてもよい。なお、板状部材の形状としては、全体として平面であるものに限定されない。部材の厚み方向と直交する面方向において広がる部材であって、照射対象の領域においてそれぞれの部材を互いに重ね合わせることができる部材であればよい。例えば、筒の円盤状の端面に板状部材を重ねて配置し、筒と板状部材を照射対象物としてもよい。なお、１つの板状部材は、例えば、クラッド材や積層材料のように複数の層を有してもよい。

【0049】

なお、以上の説明において、レーザ分岐光学系１７によって、レーザビーム２１を２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂに分岐しているが、この場合に限られない。レーザビーム２１を２本以上、例えば、４本の分岐レーザビームに分岐してもよい。

【0050】

なお、レーザ溶接装置２００における移動要素をステージ１８に限らず、例えば、静止したステージ１８に対してレーザ加工光学系１６を移動させてもよい。また、例えば、ステージ１８およびレーザ加工光学系１６の両方を互いに対して相対的に移動させてもよい。また、移動は１軸方向の移動には限られず、例えば、ＸＹ平面内の移動であってもよい。

【0051】

なお、以上の説明において、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶ方向と、電池外装缶５および集電タブ１２を移動させる方向とが直交しているが、この場合に限られない。分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶ方向に対して交差する方向に、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを電池外装缶５および集電タブ１２に対して相対的に移動させればよい。例えば、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶ方向であるＹ方向に対して９０°以外の角度を有する方向に電池外装缶５などを移動させてもよい。

【0052】

（実施の形態に係るレーザ加工方法）
続いて、実施の形態に係るレーザ加工方法について詳細に説明する。

【0053】

本実施の形態に係るレーザ加工方法は、次の工程を含む。重ね合わせ方向の一端側に配置される第１板状部材と、他端側に配置される第２板状部材とを含む複数の板状部材を重ね合わせる。続いて、レーザビームを第１分岐レーザビームと第２分岐レーザビームとに分岐する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを並進させた状態で、第１板状部材に照射する。続いて、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームが並ぶ方向に対して交差する方向に、第１分岐レーザビームおよび第２分岐レーザビームを第１板状部材に対して相対移動させて、第１板状部材の表面に沿ったライン状の溶融部を形成する。第２板状部材において、第１分岐レーザビームにより形成される溶融部と、第２分岐レーザビームにより形成される溶融部とが繋がり、かつ、溶融部が第２板状部材を貫通していない。よって、重ね合わせたそれぞれの板状部材をライン状の溶融部により接合する。

【0054】

本実施の形態では、電池外装缶５の底部が第１板状部材に対応し、集電タブ１２が第２板状部材に対応している。また、レーザ溶接装置２００によってレーザ加工方法を行う。また、レーザ分岐光学系１７によってレーザビーム２１を分岐し、レーザ加工光学系１６によって電池外装缶５に照射し、全体制御部２０によってレーザビーム２１に対して電池外装缶５と集電タブ１２を移動させる。以下で本実施の形態について説明する。

【0055】

（レーザビームの分岐）
まず、レーザビームの分岐について図７および図８を参照しながら詳細に説明する。図７には、実施の形態にかかるレーザ溶接装置２００のレーザ加工光学系１６の模式的断面図を示す。図８には、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄの集光スポットの模式図を示す。

【0056】

図７には、レーザ溶接装置２００におけるレーザ加工光学系１６の近傍の詳細図を示す。図７においては、レーザビーム２１は、レーザ加工光学系１６に入射され、レーザ分岐光学系１７によって４本の分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄに分岐される。分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄがＹ方向に並んだ状態で、Ｚ方向に電池外装缶５に照射する。

【0057】

図８には、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄの集光スポット２２ａ～２２ｄを示す。分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄは、レーザ加工光学系１６によって、集光スポット径φ２０μｍの４点の集光スポット２２ａ～２２ｄにそれぞれ集光される。集光スポット２２ａ～２２ｄはＹ方向の同一直線上にある。各集光スポット２２ａ～２２ｄのレーザビーム強度は等しい。本実施の形態において、集光スポット２２ａ～２２ｄが並ぶＹ方向に対して直交するＸ方向に、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄに対して電池外装缶５と集電タブ１２を移動させる。

【0058】

図８に示すように、集光スポット２２ａと集光スポット２２ｂとの間のスポットピッチをＰ１とし、集光スポット２２ｂと集光スポット２２ｃとの間のスポットピッチをＰ２とし、集光スポット２２ｃと集光スポット２２ｄとの間のスポットピッチをＰ３とする。スポットピッチＰ１とスポットピッチＰ３とは等しい。一方、スポットピッチＰ１およびスポットピッチＰ３は、スポットピッチＰ２より小さい。本実施の形態では、Ｐ１とＰ３が１００μｍであり、Ｐ２が８００μｍであり、全幅（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）が１ｍｍである。

【0059】

狭いスポットピッチＰ１で隣り合う分岐レーザビーム２１ａおよび分岐レーザビーム２１ｂは、分岐レーザビームの１つの組を形成する。同様に、狭いスポットピッチＰ３で隣り合う分岐レーザビーム２１ｃおよび分岐レーザビーム２１ｄは、分岐レーザビームの他の１つの組を形成する。すなわち、４本の分岐レーザビームは、２つの組（２１ａと２１ｂとの組、２１ｃと２１ｄとの組）を形成する。また、一方の組と他方の組との間隔であるスポットピッチＰ２は、一方の組における分岐レーザビーム間のスポットピッチ（例えば、スポットピッチＰ１またはＰ３）より大きくなるように設定されている。なお、一方の組と他方の組との間隔とは、一方の組の分岐レーザビームと他方の組の分岐レーザビームとの間の最小の距離である。

【0060】

以下で、一方の組の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂについて詳細に説明する。また、以下の説明では、一方の組の分岐レーザビームを、第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂと称する場合がある。なお、一方の組の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂに関する説明は、他方の組の分岐レーザビーム２１ｃ、２１ｄにも適用できる。

【0061】

（２本の分岐レーザビームによるレーザ溶接）
レーザビーム２１をスポットピッチＰ１で分岐させて、第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂの組を用いて同時にレーザ溶接を行う。図９および図１０を参照しながら、レーザ溶接を行う方法について詳細に説明する。図９（ａ）には、比較例１として、１本のレーザビーム５１によるレーザ溶接後の溶融断面図を示す。図９（ｂ）には、図９（ａ）の実際の断面図の写真を示す。図１０（ａ）には、本実施の形態における２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂによるレーザ溶接後の溶融断面図を示す。図１０（ｂ）には、図１０（ａ）の実際の断面図の写真を示す。

【0062】

図９（ａ）および図９（ｂ）に示す比較例１においては、電池外装缶５の板厚が３００μｍ、集電タブ１２の板厚が１００μｍである。レーザビーム５１は、集光スポット５２において、集光スポット径φ２０μｍに集光される。電池外装缶５の図面上の上面をレーザビーム５１の照射面として、レーザビーム５１をＺ方向に照射する。キーホールレーザ溶接により、電池外装缶５と集電タブ１２とが溶融され、電池外装缶５と集電タブ１２とに溶融部４３が形成される。溶融部４３には、Ｚ方向の負の方向に向かった溶融流れ５３が発生しており、溶融された電池外装缶５および溶融された集電タブ１２が混ざり合う。適切なレーザ条件では、溶融部４３が集電タブ１２を貫通することなくレーザ溶接できる。電池外装缶５の照射面における溶融部４３の幅（以降、溶融幅）は１２０μｍである。また、集電タブ１２と集電タブ１２に隣接する電池外装缶５との境界における溶融部４３の幅（以降、接合幅）は５０μｍである。

【0063】

図１０（ａ）に示す実施の形態においては、比較例１と同様に、電池外装缶５の板厚が３００μｍ、集電タブ１２の板厚が１００μｍである。一方、レーザビーム２１は、Ｙ方向に並ぶ第１分岐レーザビーム２１ａと第２分岐レーザビーム２１ｂに分岐され、それぞれの集光スポット２２ａおよび集光スポット２２ｂにおいて、集光スポット径φ２０μｍに集光される。集光スポット径φ２０μｍは、電池外装缶５の板厚３００μｍより小さい。また、この集光スポット２２ａと集光スポット２２ｂとのスポットピッチＰ１は１００μｍである。

【0064】

２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂをＹ方向に並べた状態で電池外装缶５に対してＺ方向に照射することで、電池外装缶５と集電タブ１２とが溶融される。集電タブ１２と集電タブ１２と電池外装缶５との境界において繋がった溶融部１３が形成される。分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの同時照射によって、溶融部１３の温度は、図９の溶融部４３の温度より高くなる。また、溶融部１３の溶融体積は、図９の溶融部４３の溶融体積より大きくなる。溶融体積とは、溶融部１３または溶融部４３の体積である。溶融部１３には、Ｚ方向の負の方向、Ｙ方向の正または負の方向および、Ｘ方向の正または負の方向に向かって乱れた溶融流れ２３が発生する。溶融部１３の温度が高く、溶融部１３の溶融体積が大きいため、溶融流れ２３が図９の溶融部流れ５３より大きくなり、溶融流れ２３が生じる領域も広くなる。溶融流れ２３によって、溶融された電池外装缶５および溶融された集電タブ１２が混ざり合う。よって、集電タブ１２における溶融部１３の接合幅を拡大させる。溶融部１３の接合幅は１５０μｍであり、比較例１の接合幅の３倍となる。接合幅が大きくなると、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度が向上する。よって、１本のレーザビーム２１より、２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを用いて照射することで接合強度が向上する。

【0065】

一方、比較例１と同様に、溶融部１３は集電タブ１２を貫通しない。そのため、溶融された集電タブ１２で形成されるスパッタが、電池外装缶５の内側の空間に混入することを防止できる。よって、密閉型電池１００の短絡不良が抑制することができる。

【0066】

また、図１０（ｂ）に示すように、溶融流れ２３の結果、集電タブ１２の一部が電池外装缶５へ拡散し、集電タブ拡散部２４を形成する。

【0067】

集電タブ拡散部２４の形成によって、集電タブ１２を構成する材料が、溶融部１３の外周部分において、集電タブ１２から電池外装缶５の領域内に進入している。例えば、集電タブ１２はニッケルと銅とニッケルとの３層クラッド材であってもよい。この場合、集電タブ１２のニッケルおよび／または銅が、レーザ照射によって溶融され、溶融流れ２３によって電池外装缶５の領域内に進入する。その結果、電池外装缶５の領域内にニッケルおよび／または銅を有する集電タブ拡散部２４が形成される。集電タブ１２を構成する材料が高い電気的導電性を有するため、溶融部１３における電池外装缶５の導電性が向上する。よって、密閉型電池１００において、集電タブ１２から電池外装缶５への電流の流れが良くなる。

【0068】

また、集電タブ拡散部２４の形成によって、集電タブ１２を構成する材料が、集電タブ１２から電池外装缶５の領域内に進入している場合において、溶融部１３の中央部分よりも、溶融部１３の外周部分において、より多くの集電タブ１２を構成する材料が進入している。その結果、集電タブ拡散部２４が、溶融部１３の中央部分と比較して、溶融部１３の外周部分において、Ｚ方向の反対方向においてより大きな高さまで到達している。このような構成によれば、密閉型電池１００において、集電タブ１２から電池外装缶５への電流の流れがさらに良くなる。

【0069】

次に、図１１Ａ－Ｄを参照しながらレーザ溶接方法を詳細に説明する。図１１Ａ－Ｄには、スポットピッチＰ１を有する２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの組によるレーザ溶接過程の断面図を示す。

【0070】

図１１Ａには、第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂの照射開始直後の溶融断面図を示す。第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂは、狭いスポットピッチＰ１で並進した状態で照射される。第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂの集光スポット径はφ２０μｍと小さいため、溶融部１３ａ、１３ｂの内部にキーホール２５ａ、２５ｂと呼ばれる細長い穴が開く。第１分岐レーザビーム２１ａおよび第２分岐レーザビーム２１ｂはこの穴の中を伝搬して、溶融部１３ａ、１３ｂが細長くＺ方向に向かって成長する。

【0071】

図１１Ｂには、さらにキーホール２５ａ、２５ｂがＺ方向に成長した状態における溶融断面図を示す。溶融部１３ａと溶融部１３ｂとの間には、溶融熱が蓄積し溶融効率が向上する。このため、溶融部１３ａは溶融部１３ｂ側へと、溶融部１３ｂは溶融部１３ａ側へと広がり、電池外装缶５の図面上の上面付近において溶融部１３ａと溶融部１３ｂとが繋がる。「繋がる」とは、分岐レーザビーム２１ａによって形成される溶融部１３ａと、分岐レーザビーム２１ｂによって形成される溶融部１３ｂとが連続しており、その間に境界がないことを意味する。

【0072】

図１１Ｃには、溶融部１３ａ、１３ｂの先端がそれぞれ集電タブ１２に達した状態における溶融断面図を示す。溶融部１３ａ、１３ｂの先端において、Ｚ方向の負の方向におよび、Ｙ方向の正または負の方向に乱れた溶融流れ２３が発生し、溶融された電池外装缶５および溶融された集電タブ１２が混ざり合う。よって、溶融部１３ａと溶融部１３ｂとが繋がる。

【0073】

図１１Ｄでは、キーホール２５ａ、２５ｂが浅くなった状態における溶融断面図を示す。レーザ照射が終了し、キーホール２５ａ、２５ｂは浅くなり消滅する。また、レーザ照射の終了によって、電池外装缶５の図面上の上面が冷却され、溶融部１３ａ、１３ｂにおける温度勾配が大きくなる。よって、Ｚ方向の負の方向の溶融流れ２３が強くなるため、より電池外装缶５と集電タブ１２とが混ざり合い、集電タブ１２における溶融部１３ａ、１３ｂの接合幅を拡大させることができる。よって、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度が向上させることができる。

【0074】

続いて、実施の形態の比較例２として、同時ではなく順番にレーザビームを照射して溶融部を形成する場合について、レーザ溶接過程の断面図を示す図１２を参照しながら詳細に説明する。

【0075】

図１２（ａ）には、１本目のレーザビーム２１ａ（第１分岐レーザビームと関係付けるために同じ参照符号である２１ａとする）の照射後の溶融断面を示す。レーザビーム２１ａを単独で電池外装缶５に対して照射し、電池外装缶５と集電タブ１２とに溶融部１３ａを形成する。

【0076】

続いて、図１２（ｂ）に示すように、１本目のレーザビーム２１ａからＹ方向に１００μｍずらした集光スポット２２ｂ位置に、２本目のレーザビーム２１ｂ（第２分岐レーザビームと関係付けるために同じ参照符号である２１ｂとする）を電池外装缶５に対して照射する。レーザビーム２１ｂが照射される際に溶融部１３ａはすでに固化している。そのため、レーザビーム２１ｂによる溶融部１３ｂは、１本目のレーザビーム２１ａで形成された溶融部１３ａと独立して形成される。

【0077】

図１２（ｃ）に示すように、それぞれの溶融部１３ａ、１３ｂは繋がらず、２本に分かれた溶融部１３ａ、１３ｂが形成される。接合幅５０μｍで２ヶ所が溶接されているため、合計の接合幅は１００μｍとなる。よって、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度は向上しない。よって、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させるためには、レーザビーム２１ａ、２１ｂを同時に照射するとよい。

【0078】

また、図１２（ｄ）に示す溶融断面のように、レーザビーム２１ａ、２１ｂによって形成されたそれぞれの溶融部１３ａ、１３ｂは繋がらず、２本に分かれた溶融部１３ａ、１３ｂが形成される。

【0079】

上述のように、スポットピッチＰ１で分岐させた２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを同時に照射するとよい。そこで、スポットピッチＰ１について、図１３を参照しながら詳細に説明する。図１３には、分岐レーザビームによるレーザ溶接後の溶融断面図を示す。

【0080】

図１３（ａ）には、１本のレーザビーム２１により形成される溶融部１３の単独接合幅ＪＷ（Joining Width）および溶単独融幅ＭＷ（Melting Width）を示す。溶融部１３の単独接合幅ＪＷとは、レーザ走査方向と直交する方向において、集電タブ１２と集電タブ１２に隣接する電池外装缶５との境界における溶融部１３の幅である。溶融部１３の単独溶融幅ＭＷとは、レーザ走査方向と直交する方向において、照射面である電池外装缶５の図面上の上面における溶融部１３の幅である。図１３（ａ）において、単独接合幅ＪＷは５０μｍ、単独溶融幅ＭＷは１２０μｍである。

【0081】

１本のレーザビーム２１より、２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂを用いて照射することで、溶融部１３による接合幅および電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させることができる。例えば、図１３（ｂ）に示すように、単独接合幅ＪＷ以下のスポットピッチＰ１（例えば、３０μｍ）では、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂによって繋がった溶融部１３が形成される。溶融部１３による接合幅は８０μｍとなる。

【0082】

また、例えば、図１３（ｃ）に示すように、単独溶融幅ＭＷ以上のスポットピッチＰ１（例えば、１５０μｍ）では、溶融部１３が繋がらずに、分離したままの２本の溶融部１３ａ、１３ｂを形成する。また、溶融部１３ａ、１３ｂの接合幅はそれぞれ５０μｍであるため、合計接合幅は１００μｍとなる。

【0083】

そこで、スポットピッチＰ１を、単独接合幅ＪＷ以上、単独溶融幅ＭＷ以下、とすることで、溶融部１３は繋がり、溶融幅１３による接合幅及び電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度をさらに向上させることができる。例えば、図１０（ａ）に示すように、溶融部１３による接合幅は１５０μｍとなる。

【0084】

（４本の分岐レーザビームによるレーザ溶接）
次に、４本の分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄのレーザ溶接について詳細に説明する。前述の図８で示したように、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄを並進させた状態で照射する。図１４には、４本の分岐レーザビームによるレーザ溶接過程の説明図を示す。

【0085】

図１４（ａ）には、この４本ビームによる溶融断面モデルを示す。４本の分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄが、狭いスポットピッチを有する２つの組となっており、この狭いスポットピッチよりも２つの組の間隔が大きい。よって、互いから離れた位置において２つの繋がった溶融部１３が得られ、電池外装缶５と集電タブ１２とが２ヶ所でレーザ溶接されている。そのため、接合強度を増加させることができる。

【0086】

図１４（ｂ）には電池外装缶５の底面から見た外観溶融モデルを示す。電池外装缶５の表面における中心位置に対して、点対称、若しくは、線対称の位置で溶接を行うことで、かつ、その２ヶ所を離すことで、接合トルク強度も増加させることができる。

【0087】

図１４（ｃ）には実際の溶融断面写真、図１４（ｄ）には実際の外観写真を示す。上述のモデルで推定している通りになっているのがわかる。つまり、本実施の形態に係るレーザ加工方法によれば、１つの分岐レーザビームの組によって繋がった溶融部１３形成され、かつ、集電タブ１２を貫通することなく、集電タブ１２と電池外装缶５との境界における接合幅を広げることができる。

【0088】

上記の説明のように、狭いスポットピッチＰ１、Ｐ３および広いスポットピッチＰ２を有する４本の分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄを照射すればよい。また、スポットピッチＰ１、Ｐ３を、１本のレーザビーム２１により形成される溶融部１３の単独接合幅ＪＷ以上、同条件で形成される単独溶融幅ＭＷ以下、としてもよい。この場合、繋がった溶融部１３が形成され、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させることができる。加えて、スポットピッチＰ２を、単独溶融幅ＭＷ以下、としてもよい。よって、図１４（ａ）に示すように、互いから離れた位置において、２つの繋がった溶融部１３が得られ、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度をさらに向上させることができる。

【0089】

（実施例）
実施の形態に係るレーザ加工方法を用いて溶接した密閉型電池１００に対して接合強度評価を行った。図１５にレーザ出力に対する接合強度との相関関係のグラフを示す。横軸はレーザ出力（Ｗ）を示し、縦軸は電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を示す。図１５より、集電タブ１２を貫通させることなく、接合強度の目標値を実現することができ、本実施の形態に係るレーザ加工方法の有効性を確認することができた。また、実際に、本実施の形態に係るレーザ加工方法を用いて密閉型電池１００を作成し、密閉型電池１００単体、および、密閉型電池ユニットで、所定の落下試験を行った結果、溶接された部分で外れることなく正常状態が維持され、本実施の形態に係るレーザ加工方法の有効性が確認できた。

【0090】

（集電タブの材質）
本実施の形態に係るレーザ加工方法に適した集電タブ１２の材質について説明する。ニッケル製の集電タブ１２が通常用いられており、レーザビーム２１に対して吸収性が良く、容易に溶融される。しかし、本実施の形態に係るレーザ加工方法において、溶融部１３が向上した吸収性を有する集電タブ１２を貫通しないように照射することは困難である。そのため、集電タブ１２の材質としては、レーザビーム２１の吸収が抑制される材料、例えば、銅系のような材料を使用するとよい。

【0091】

例えば、図１６に示すような集電タブ１２を使用するとよい。図１６（ａ）の集電タブが銅製である。また、図１６（ｂ）の集電タブはニッケルと銅との２層クラッド材であり、図１６（ｃ）の集電タブはニッケルと銅とニッケルの３層クラッド材である。いずれにしても、集電タブ１２の銅部分でレーザが止められ、貫通を防止することができる。

【0092】

なお、以上のレーザ加工方法の説明において、レーザビームの照射対象物が、密閉型電池１００における電池外装缶５（第１板状部材の一例）および集電タブ１２（第２板状部材の一例）である場合を例としているが、これに限定されない。例えば、３枚以上の板状部材を重ね合わせて照射対象物としてもよい。なお、板状部材の形状としては、全体として平面であるものに限定されない。部材の厚み方向と直交する面方向において広がる部材であって、照射対象の領域においてそれぞれの部材を互いに重ね合わせることができる部材であればよい。例えば、筒の円盤状の端面に板状部材を重ねて配置し、筒と板状部材を照射対象物としてもよい。なお、第１板状部材と第２板状部材の間に他の板状部材が配置されてもよい。なお、１つの板状部材は、例えば、クラッド材や積層材料のように複数の層を有してもよい。なお、１つの板状部材は、例えば、クラッド材や積層材料のように複数の層を有してもよい。

【0093】

（効果）
実施の形態に係るレーザ加工方法によれば、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂは並進した状態で照射される。また、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂが並ぶに対して交差する方向に、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂに対して電池外装缶５を移動させる。その結果、電池外装缶５の表面に沿ったライン状の溶融部１３ａ、１３ｂを形成する。したがって、レーザ溶接により溶融部１３を形成し、電池外装缶５と集電タブ１２との接合を実現できる。

【0094】

また、２本の分岐レーザビームによって形成される溶融部１３ａ、１３ｂが、集電タブ１２において繋がっている。集電タブ１２において繋がった溶融部１３ａ、１３ｂを形成することで、１本のレーザビーム２１を用いて照射した場合よりも、溶融体積が大きくなり、大きな溶融流れ２３が形成される。溶融流れ２３により、溶融された電池外装缶５および集電タブ１２が混ざり合って、集電タブ１２と集電タブ１２に隣接する電池外装缶５との境界における溶融部１３の接合幅が拡大させることができる。よって、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させることができる。

【0095】

また、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの照射により、それぞれ集電タブ１２を貫通しない溶融部１３ａ、１３ｂを形成する。よって、電池外装缶５内へのスパッタ混入を防止できる。

【0096】

第１分岐レーザビーム２１ａと第２分岐レーザビーム２１ｂとのスポットピッチＰ１が、単独接合幅ＪＷ以上かつ単独溶融幅ＭＷ以下となるように照射を行うとよい。よって、２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂで形成される溶融部１３ａ、１３ｂが集電タブ１２において繋がり、集電タブ１２における接合幅がさらに拡大し、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度をさらに向上させることができる。

【0097】

レーザビーム２１を、分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂの組を含む複数の分岐レーザビームに分岐してもよい。それぞれの組の間隔は、第１分岐レーザビーム２１ａと第２分岐レーザビーム２１ｂとのスポットピッチＰ１より大きくなってもよい。例えば、スポットピッチＰ２のように、それぞれの組によって形成されるライン状の溶融部１３が繋がらないような間隔を取ってもよい。よって、ライン状の溶融部１３が複数形成され、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させることができる。

【0098】

スポットピッチＰ１が単独接合幅ＪＷ以上かつ単独溶融幅ＭＷ以下となり、スポットピッチＰ２が単独溶融幅ＭＷ以上であってもよい。例えば、２本の分岐レーザビーム２１ａ、２１ｂによって集電タブ１２において繋がった溶融部１３を形成し、また別の離れた位置でも、分岐レーザビーム２１ｃと２１ｄによって同様に集電タブ１２において繋がった溶融部１３を形成することができる。互いから離れた位置において、２つの繋がった溶融部１３が得られる。よって、集電タブ１２における接合幅の合計がさらに拡大し、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度をさらに向上させることができる。

【0099】

電池外装缶５の表面における中心位置に対して、照射によって形成される複数の溶融部１３が互いに点対称または線対称となるように、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄを照射してもよい。また、それぞれの溶融部１３を離してもよい。よって、接合トルク強度を向上させることができる。

【0100】

集電タブ１２の材料がレーザビーム２１の吸収を抑制する銅系材料であってもよい。集電タブ１２はレーザビーム２１のエネルギを吸収せず、溶融を抑制でき、溶融部１３が集電タブ１２を貫通しない。よって、電池外装缶５内へのスパッタ混入を防止することができる。

【0101】

実施の形態に係るレーザ溶接装置２００によれば、全体制御部２０によって、ステージ１８の動作と分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄの照射の制御できる。具体的には、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄを照射しながら、分岐レーザビーム２１ａ～２１ｄが並ぶ方向に対して交差する方向に、密閉型電池１００を移動させることができる。その結果、電池外装缶５に沿ったライン状の溶融部１３を形成し、溶融部１３が集電タブ１２において繋がり、かつ、溶融部１３が集電タブ１２を貫通していない。よって、集電タブ１２における接合幅が拡大し、電池外装缶５と集電タブ１２との接合強度を向上させること、および、電池外装缶５内へのスパッタ混入を防止することができる。

【0102】

また、レーザ分岐光学系１７において、回折光学素子（ＤＯＥ）を用いてレーザビーム２１を分岐してもよい。このような構成によれば、分岐パターン設計を行うことができ、任意の位置に、任意の強度でレーザビーム２１を分岐させることができる。

【0103】

実施の形態に係る密閉型電池１００によれば、集電タブ拡散部２４の形成によって、集電タブ１２を構成する材料が、溶融部１３の外周部分において、集電タブ１２から電池外装缶５の領域内に進入している。集電タブ１２を構成する材料が高い導電性を有するため、溶融部１３における電池外装缶５の導電性が向上する。このような構成によれば、集電タブ１２から電池外装缶５への電流の流れが良くなる。

【0104】

また、溶融部１３の中央部分よりも、溶融部１３の外周部分において、集電タブ１２を構成する材料が、集電タブ１２から電池外装缶５の領域内により高く進入している。このような構成によれば、集電タブ１２から電池外装缶５への電流の流れがさらに良くなる。

【0105】

なお、本実施例では、密閉型電池の事例で説明したが、２枚以上の板状材料の重ね合わせレーザ溶接に置いて、溶接により形成される溶融部が未貫通な溶接で、更なる接合強度を向上させる時に、有効な手段となる。

【0106】

なお、巻取体４は、正極板及び負極板はセパレータを介して捲回されたものに限らず、積層されたものでも良い。

【0107】

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0108】

本開示が適用できる密閉型電池は、その種類に特に制限はなく、リチウムイオン二次電池の他、ニッケル水素電池、又は、ニッカド電池などにも適用することができる。また、円筒型二次電池に限らず、角形二次電池、又は、一次電池にも適用し得る。

【符号の説明】

【0109】

１００ 密閉型電池
２００ レーザ溶接装置
１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 巻取体
５ 電池外装缶
６ ガスケット
７ 上部絶縁板
８ 下部絶縁板
９ 溶融部
１０ 封口板
１１ 正極集電タブ
１２ 負極集電タブ
１３、１３ａ―ｂ 溶融部
１４ レーザ発振器
１５ レーザ発振制御部
１６ レーザ加工光学系
１７ レーザ分岐光学系
１８ ステージ
１９ ステージ制御部
２０ 全体制御部
２１ レーザビーム
２１ａ―ｄ 分岐レーサビーム
２２、２２ａ―ｄ 集光スポット
２３ 溶融流れ
２４ 集電タブ拡散部
２５ａ―ｂ キーホール
４３ 溶融部
５１ レーザビーム
５２ 集光スポット
５３ 溶融流れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】