(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とを突き合わせ接合する接合方法であって、
前記第１部材と前記第２部材との間の隙間と前記隙間の周辺とを照射し、前記第１部材または前記第２部材にキーホールを発生させる強度よりも低い強度ピークの低輝度レーザ光に、前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とを重畳させて得られた重畳レーザ光を使用して、
前記低輝度レーザ光の照射領域内の前記第１部材に前記第１高輝度レーザ光を照射して、前記低輝度レーザ光の照射領域内の前記第２部材に前記第２高輝度レーザ光を照射した状態で、前記重畳レーザ光を前記隙間に沿って移動させながら、前記重畳レーザ光で前記隙間の周辺の前記第１部材と前記第２部材とを溶融させて、前記第１部材の溶融物と前記第２部材の溶融物とで前記隙間を埋めて、前記第１部材と前記第２部材とを接合する
ことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第１高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とで、前記隙間の周辺の前記第１部材に第１キーホールを発生させて、前記第１キーホールを介して、前記第１部材の前記隙間に面する部分を溶融させて、
前記第２高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とで、前記隙間の周辺の前記第２部材に第２キーホールを発生させて、前記第２キーホールを介して、前記第２部材の前記隙間に面する部分を溶融させて、
前記第１部材の前記隙間に面する部分を溶融させた溶融物と、前記第２部材の前記隙間に面する部分を溶融させた溶融物とで前記隙間を埋めて、
前記低輝度レーザ光で、前記第１部材と前記第２部材との接合部分を徐々に冷却する
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記隙間の量の変化を測定し、前記重畳レーザ光の照射中に、前記隙間の量に応じて、
前記第１キーホールと前記第１部材の前記隙間に面する部分との距離が一定になるように、前記第１高輝度レーザ光の照射位置を調節して、
前記第２キーホールと前記第２部材の前記隙間に面する部分との距離が一定になるように、前記第２高輝度レーザ光の照射位置を調節する
ことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記隙間の量の変化を測定し、前記重畳レーザ光の照射中に、前記隙間の量に応じて、
前記隙間の周辺の前記第１部材と前記第２部材とにキーホールが発生しない範囲内で、前記低輝度レーザ光の強度を調節する
ことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項５】
前記隙間の量が増加する場合には、
前記第１部材と前記第２部材との各溶融物の量が増加するように、前記低輝度レーザ光の強度を大きくして、
前記隙間の量が減少する場合には、
前記第１部材と前記第２部材との各溶融物の量が減少するように、前記低輝度レーザ光の強度を小さくする
ことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記隙間の量の変化を測定し、前記重畳レーザ光の照射中に、前記隙間の量に応じて、
前記第１部材が貫通しない範囲内で、前記第１高輝度レーザ光の強度を調節して、
前記第２部材が貫通しない範囲内で、前記第２高輝度レーザ光の強度を調節する
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項７】
前記隙間の量が増加する場合には、
前記第１部材の溶融物の量が増加するように、前記第１高輝度レーザ光の強度を大きくして、
前記第２部材の溶融物の量が増加するように、前記第２高輝度レーザ光の強度を大きくして、
前記隙間の量が減少する場合には、
前記第１部材の溶融物の量が減少するように、前記第１高輝度レーザ光の強度を小さくして、
前記第２部材の溶融物の量が減少するように、前記第２高輝度レーザ光の強度を小さくする
ことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第１部材が前記第２部材よりも上方に位置する場合において、
前記第１高輝度レーザ光の強度を前記第２高輝度レーザ光の強度よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項９】
前記第１部材が前記第２部材よりも上方に位置する場合において、
前記低輝度レーザ光の光軸を前記第１部材側にずらす
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第１部材が前記第２部材よりも熱容量が大きい場合、または前記第１部材が前記第２部材よりもレーザ吸収率が低い場合において、
前記第１高輝度レーザ光の強度を前記第２高輝度レーザ光の強度よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記第１部材が前記第２部材よりも熱容量が大きい場合、または前記第１部材が前記第２部材よりもレーザ吸収率が低い場合において、
前記低輝度レーザ光の光軸を前記第１部材側にずらす
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記隙間の周辺に向けてアシストガスを吹き出す
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項１３】
第１部材と第２部材とを重ね合わせ接合する接合方法であって、
前記第１部材が前記第２部材よりも上方に位置する場合において、
前記第１部材の上面を照射し、前記第１部材にキーホールを発生させる強度よりも低い強度ピークの低輝度レーザ光に、前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とを重畳させて得られた重畳レーザ光を使用して、
前記低輝度レーザ光の光軸を挟んで前記低輝度レーザ光の照射領域内の外周に前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とを照射した状態で、前記重畳レーザ光を移動させながら、前記重畳レーザ光で前記第１部材を下面まで溶融させて、前記第１部材の溶融物の下部で、前記第１部材と前記第２部材との間の隙間を埋めて、前記第１部材と前記第２部材とを接合する
ことを特徴とする接合方法。
【請求項１４】
前記重畳レーザ光の進行方向から見て、前記溶融物の断面形状が、ほぼ長方形または台形になるまで、前記第１部材を溶融させる
ことを特徴とする請求項１３に記載の接合方法。
【請求項１５】
前記第１部材が水平方向に伸びる薄板であり、前記第２部材が垂直方向に伸びる箔である場合において、
前記第２部材の端部が前記第１部材の下面に接触する状態で、前記第１部材の上面に前記重畳レーザ光を照射して、前記第１部材と前記第２部材の端部とを接合する
ことを特徴とする請求項１３に記載の接合方法。
【請求項１６】
低輝度レーザ光を出力する低輝度レーザ光出力手段と、
前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光を出力する第１高輝度レーザ光出力手段と、
前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第２高輝度レーザ光を出力する第２高輝度レーザ光出力手段と、
前記低輝度レーザ光に前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とを重畳して重畳レーザ光を生成する光学システムとを備え、
前記低輝度レーザ光の強度が、前記低輝度レーザ光のみが照射される部分にキーホールを発生させる強度よりも低い強度に設定されており、
前記第１高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とが一緒に照射される部分にキーホールが発生するように、前記第１高輝度レーザ光の強度が設定されており、
前記第２高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とが一緒に照射される部分にキーホールが発生するように、前記第２高輝度レーザ光の強度が設定されており、
前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とが前記低輝度レーザ光の光軸を挟んで前記低輝度レーザ光の外周に分布するように、前記低輝度レーザ光と前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光との各焦点が設定されている
ことを特徴とする接合装置。
【請求項１７】
前記重畳レーザ光の進行方向の前方と後方とから前記重畳レーザ光が照射される部分に向けて、アシストガスが吹きだされる吹きだし手段を備える
ことを特徴とする請求項１６に記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材と第２部材との接合対象部分を溶融させて得られる溶融物で接合対象部分の隙間を埋めて、第１部材と第２部材とを接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ加工に関する技術が色々と提案されている。その一つとして、２つのレーザ光を重畳させて得られたハイブリッドレーザ光を使用して、被加工物を加工する方法（以下、ハイブリッドレーザ加工方法と呼称する。）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、図２７に示すように、ハイブリッドレーザ加工方法では、第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとを重畳させて得られたハイブリッドレーザ光１が被加工物１０に照射される。第１レーザ光１ａは、第２レーザ光１ｂと波長が異なるパルスレーザ光である。第２レーザ光１ｂは、第１レーザ光１ａよりも被加工物１０における照射領域が小さいＣＷ（Continuous Wave）レーザ光である。第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとについては、被加工物１０において第１レーザ光の照射部分内に第２レーザ光の照射部分が位置するように、焦点が調整されている。
【０００４】
さらに、ハイブリッドレーザ加工方法では、第２レーザ光１ｂの照射部分にキーホール１３が形成され、キーホール１３の成長速度・深さが第１レーザ光１ａによって助長される。これによって、アルミニウムのような高反射率の金属材料に対しても、十分な溶け込み深さ・幅で、しかも、高速で溶接することができる。
【０００５】
具体的には、ハイブリッドレーザ加工方法では、まず、第２レーザ光１ｂだけが被加工物１０に照射されて、第２レーザ光１ｂの照射部分が、第２レーザ光１ｂによって、融点を越えない温度まで加熱される。次に、その部分に第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとが共に照射されて、その部分が、第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとによって、融点以上に加熱される。その後に、その部分に第２レーザ光１ｂだけが照射されて、その部分が、第２レーザ光１ｂによって、徐々に冷却される。
【０００６】
このとき、第１レーザ光１ａの強度が大きければ、一度で溶け込む量が大きく、その強度が小さければ、一度で溶け込む量が小さくなる。一度で溶け込む量が小さければ、溶け込み量を精度よく制御することができ、スパッタの発生を抑制することができる。また、溶融した部分が徐々に冷却されれば、その部分に発生した気泡を除去することができる。さらに、気泡が除去されてから、その部分が凝固すれば、ポロシティなどの溶接欠陥を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５４３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のハイブリッドレーザ加工方法では、下記の問題がある。
例えば、従来のハイブリッドレーザ加工方法を使用して、リチウムイオン電池のアルミ缶と封口板とを接合したとする。この場合において、アルミ缶と封口板との接合対象部分に隙間があると、その隙間から内部に、第２レーザ光１ｂが入り込む場合がある。仮に、第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとが共に内部に入り込むと、内部に入り込んだ第１レーザ光１ａと第２レーザ光１ｂとが内部で反射して、内部が破損する。
【０００９】
また、従来のハイブリッドレーザ加工方法は、融接の一種であることから、スパッタの発生を抑制することができても、スパッタの発生を皆無にすることは困難である。このため、その隙間から内部に、スパッタが混入する場合がある。仮に、スパッタが内部に混入すると、内部に混入したスパッタが短絡を引き起こして、リチウムイオン電池が発火する。
【００１０】
これは、リチウムイオン電池では、ニッケル水素電池よりもエネルギー密度が高く、同電気容量で３倍以上の充電密度が得られる。エネルギー密度が高いために、短絡時には、急激に過熱する。さらに、電極材料に燃え易い物質が使用されていることから、発火する。
【００１１】
特に、ハイブリッドカー、電気自動車などに搭載されることを目的とした大型のリチウムイオン電池（以下、車載用蓄電池と呼称する。）が発火すると、車載用蓄電池が燃えるだけではすまされず、車自体が燃えるなど、大きな事故を引き起こすことになる。
【００１２】
このため、車載用蓄電池の製造では、従来のハイブリッドレーザ加工方法を使用するにあたり、アルミ缶の周囲から機械で締め上げるなどして、接合対象部分の隙間をなくす必要がある。また、車載用蓄電池には、温度変化または内圧変動に伴う形状変化を繰り返しても、液漏れが起こらないように、溶接欠陥が存在しないことが要求される。
【００１３】
しかしながら、リチウムイオン電池には、下記（１）−（４）から、接合部分に隙間ができ易いという問題がある。仮に、数十μｍの隙間でもできると、貫通穴や溶接欠陥が発生し、リーク試験で不合格になる。
【００１４】
（１）アルミニウムは、鉄よりも柔らかい金属材料である。このことから、アルミ缶は、鉄缶よりも、反りが大きく、隙間が大きくなり易い。さらに、リチウムイオン電池のサイズが大きくなると、接合対象部分の反りまたは嵌合のばらつきが顕著になる。特に、車載用蓄電池になると、一辺が約１０ｃｍのサイズになる。このぐらいのサイズになると、反りまたは嵌合のばらつきが大きくなり、どうしても接合対象部分に隙間ができる。また、接合対象部分の隙間を埋めるためには、１ｍｍ近い溶接幅が必要になる。しかしながら、従来のハイブリッドレーザ加工方法では、この隙間を完全になくすことが困難である。
【００１５】
（２）アルミニウムは、鉄よりも反射率が高い金属材料である。このことから、アルミ缶は、鉄缶よりも、スパッタが発生し易い。このため、従来のハイブリッドレーザ加工方法では、アルミ缶と封口板とを接合するにあたり、スパッタが発生しないようにすることが困難である。
【００１６】
（３）アルミニウムは、鉄よりも熱伝導率が高い金属材料である。このことから、アルミ缶は、鉄缶よりも、接合対象部分の周辺に熱が奪われ易い。このため、第２レーザ光の強度を大きくする必要がある。ただし、第２レーザ光の強度を大きくすると、接合対象部分が貫通し易くなる。接合対象部分が貫通すると、内部が破損する。
【００１７】
（４）アルミニウムは、鉄よりも融点が低い金属材料である。さらに、溶融すると、レーザ光の吸収率が大幅に増加する。これらのことから、融点に達すると、一気に溶融が進み、接合対象部分の溶け込み深さを制御することが困難である。また、溶融したアルミニウムは、表面張力が高いことから、丸くなり易い。このため、接合対象部分に僅かな隙間があれば、接合対象部分の端面が丸く縮み、さらに隙間が大きくなる。結果として、アルミ缶では、鉄缶よりも穴あきが多くなる。また、アルミニウムは、酸化し易いことから、一度溶融して酸化してしまうと、接合しなくなる。
【００１８】
これらの問題以外に、一般の溶接においては、接合対象部分に隙間がない場合には、融接が使用される。一方、接合対象部分に隙間がある場合には、ろう接が使用される。しかしながら、ろう接は、スパッタが発生しない代わりに、高価であるばかりか、車載用蓄電池の耐用年数である１５年を満足するアルミ用ろう材がないという別の問題がある。
【００１９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、接合対象部分に隙間があっても、内部に混入するスパッタを皆無にし、クラック、ポロシティなどの溶接欠陥を皆無にする一方で、周辺への熱影響が小さく、高速で接合する接合方法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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係わる接合方法は、下記に示す特徴を備える。
（１）本発明に係わる接合方法は、（ａ）第１部材と第２部材とを突き合わせ接合する接合方法であって、（ｂ）前記第１部材と前記第２部材との間の隙間と前記隙間の周辺とを照射する低輝度レーザ光に、前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とを重畳させて得られた重畳レーザ光を使用して、（ｃ）前記低輝度レーザ光の照射領域内の前記第１部材に前記第１高輝度レーザ光を照射して、前記低輝度レーザ光の照射領域内の前記第２部材に前記第２高輝度レーザ光を照射した状態で、前記重畳レーザ光を前記隙間に沿って移動させながら、前記重畳レーザ光で前記隙間の周辺の前記第１部材と前記第２部材とを溶融させて、前記第１部材の溶融物と前記第２部材の溶融物とで前記隙間を埋めて、前記第１部材と前記第２部材とを接合する。
【００２１】
（２）本発明に係わる接合方法は、（ａ）第１部材と第２部材とを重ね合わせ接合する接合方法であって、（ｂ）前記第１部材が前記第２部材よりも上方に位置する場合において、（ｃ）前記第１部材の上面を照射する低輝度レーザ光に、前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とを重畳させて得られた重畳レーザ光を使用して、（ｄ）前記低輝度レーザ光の光軸を挟んで前記低輝度レーザ光の照射領域内の外周に前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とを照射した状態で、前記重畳レーザ光を移動させながら、前記重畳レーザ光で前記第１部材を下面まで溶融させて、前記第１部材の溶融物の下部で、前記第１部材と前記第２部材との間の隙間を埋めて、前記第１部材と前記第２部材とを接合する。
【００２２】
なお、本発明は、接合方法として実現されるだけではなく、下記に示す接合装置としても実現されるとしてもよい。
（３）本発明に係わる接合装置は、（ａ）低輝度レーザ光を出力する低輝度レーザ光出力手段と、（ｂ）前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第１高輝度レーザ光を出力する第１高輝度レーザ光出力手段と、（ｃ）前記低輝度レーザ光よりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい第２高輝度レーザ光を出力する第２高輝度レーザ光出力手段と、（ｄ）前記低輝度レーザ光に前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とを重畳して重畳レーザ光を生成する光学システムとを備え、（ｅ）前記低輝度レーザ光のみが照射される部分にキーホールが発生しないように、前記低輝度レーザ光の強度が設定されており、（ｆ）前記第１高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とが一緒に照射される部分にキーホールが発生するように、前記第１高輝度レーザ光の強度が設定されており、（ｇ）前記第２高輝度レーザ光と前記低輝度レーザ光とが一緒に照射される部分にキーホールが発生するように、前記第２高輝度レーザ光の強度が設定されており、（ｈ）前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光とが前記低輝度レーザ光の光軸を挟んで前記低輝度レーザ光の外周に分布するように、前記低輝度レーザ光と前記第１高輝度レーザ光と前記第２高輝度レーザ光との各焦点が設定されている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、重畳レーザ光を使用して、接合対象部分の隙間を両側から溶融金属で埋める場合には、突き合わせた第１部材と第２部材との接合対象部分に隙間があっても、ろう付のように、第１部材と第２部材とを接合することができる。さらに、所定の溶け込み幅を有した状態で、第１部材と第２部材とにキーホールが形成されることから、隙間からスパッタが混入することを皆無にすることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、重畳レーザ光を使用して、第１部材に形成された溶融池の下部で接合対象部分の隙間を埋める場合には、重ね合わせた第１部材と第２部材との接合対象部分に隙間があっても、ろう付のように、第１部材と第２部材とを接合することができる。さらに、第１部材に形成された溶融池の下部で接合されることから、内部にスパッタが混入することを皆無にすることができる。
【００２５】
また、低輝度レーザ光によって、接合部分が徐々に冷却されることから、クラック、ポロシティなどの溶接欠陥を皆無にすることができる。一方で、第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とによって、照射部分が瞬時に溶融することから、周辺への熱影響を小さくすることができ、結果として、高速で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１における接合方法の概要を示す図である。
【図２】実施の形態１における接合方法で使用される重畳レーザ光の特性を示す図である。
【図３】実施の形態１における接合方法において、隙間にばらつきがある場合を示す図である。
【図４】実施の形態１における接合方法において、隙間に異物が挟まっている場合を示す図である。
【図５】（Ａ）は、実施の形態１における接合装置の上面図を示す図であり、（Ｂ）は、正面図である。
【図６】実施の形態１における接合対象部分付近を示す図である。
【図７】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態１における接合方法を第１の突き合わせ接合例に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図８】実施の形態１における接合方法を第１の突き合わせ接合例に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図９】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態１における接合方法を第２の突き合わせ接合例に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図１０】実施の形態１における接合方法を第２の突き合わせ接合例に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図１１】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態１における接合方法を隅肉接合例に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図１２】実施の形態１における接合方法を隅肉接合例に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図１３】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態１における接合方法を、段差を有する部材間の接合例に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図１４】実施の形態１における接合方法を、段差を有する部材間の接合例に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図１５】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態１における接合方法を、異種金属間の接合例に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図１６】実施の形態１における接合方法を、異種金属間の接合例に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図１７】実施の形態２における接合方法によるビードオンプレートの概要を示す図である。
【図１８】実施の形態２における接合方法によるビードオンプレートに使用される重畳レーザ光の強度分布を示す図である。
【図１９】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態２における接合方法によるビードオンプレートの溶融状態を示す図である。
【図２０】実施の形態２における接合方法の比較例として、低輝度レーザ光のみによるビードオンプレートの概要を示す図である。
【図２１】実施の形態２における接合方法の比較例に使用される低輝度レーザ光の強度分布を示す図である。
【図２２】実施の形態２における接合方法の比較例とする低輝度レーザ光のみによるビードオンプレートの溶融状態を示す図である。
【図２３】（Ａ）は、実施の形態２における接合方法の使用例とするリチウムイオン電池の平面図であり、（Ｂ）は、切断線Ａ−Ａで切断して矢印方向に見た断面図である。
【図２４】実施の形態２における接合方法の比較例として、従来のハイブリッドレーザ加工方法を、リチウムイオン電池の集電体と電極箔との接合に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図２５】（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態２における接合方法を、リチウムイオン電池の集電体と電極箔との接合に使用した場合の接合結果を示す図である。
【図２６】（Ａ）−（Ｃ）は、実施の形態２における接合方法を、リチウムイオン電池の集電体と電極箔との接合に使用した場合の接合過程を示す図である。
【図２７】従来のハイブリッドレーザ加工方法の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について説明する。
＜概要＞
まず、本実施の形態における接合方法では、図１に示すように、図２に示す重畳レーザ光１０１を使用して、第１部材１１０と第２部材１２０とを突き合わせ接合する。このとき、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０に沿って重畳レーザ光１０１を移動させながら、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０と隙間周辺１４０とに重畳レーザ光１０１を照射して、隙間１３０を両側から溶融金属で埋める。
【００２８】
＜重畳レーザ光１０１＞
重畳レーザ光１０１は、低輝度レーザ光１０１ａに第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとを重畳させたレーザ光である。低輝度レーザ光１０１ａは、ガウシアン分布のような強度分布を有するレーザ光である。第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとは、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を挟んで低輝度レーザ光１０１ａの外周に分布するレーザ光である。
【００２９】
さらに、第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとについては、低輝度レーザ光１０１ａよりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい。低輝度レーザ光１０１ａの強度は、照射部分にキーホールが発生しない程度に設定されている。第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとの各強度は、低輝度レーザ光１０１ａに合わさることで、照射部分にキーホールが発生する程度に設定されている。
【００３０】
ここでは、一例として、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０に低輝度レーザ光１０１ａの焦点が位置するように、低輝度レーザ光１０１ａが設定されている。各光軸がＸ方向に配列された状態で、Ｙ方向に沿って、低輝度レーザ光１０１ａ、第１高輝度レーザ光１０１ｂ、第２高輝度レーザ光１０１ｃが進行する。第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとの各強度ピークが同じであるとする。
【００３１】
＜低輝度レーザ光１０１ａ＞
低輝度レーザ光１０１ａは、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０に目掛けて照射される。隙間周辺１４０において低輝度レーザ光１０１ａの照射部分が、低輝度レーザ光１０１ａによって、徐々に加熱される。低輝度レーザ光１０１ａの照射部分の表面が溶け出す。
【００３２】
＜第１高輝度レーザ光１０１ｂ＞
第１高輝度レーザ光１０１ｂは、隙間周辺１４０において第１部材１１０の端部１１１（以下、第１接合対象部１１１と呼称する。）に照射される。第１部材１１０において第１高輝度レーザ光１０１ｂの照射部分が、第１高輝度レーザ光１０１ｂと低輝度レーザ光１０１ａとによって、瞬時に第１部材１１０の融点以上に加熱される。第１高輝度レーザ光１０１ｂの照射部分にキーホール１１３（以下、第１キーホール１１３と呼称する。）が形成される。第１キーホール１１３を介して第１部材１１０の隙間１３０に面する端面１１２（以下、第１接合対象面１１２と呼称する。）側に熱が供給される。第１接合対象面１１２側に供給される熱で第１接合対象面１１２付近が溶融する。第１接合対象面１１２付近の溶融金属１１４（以下、第１溶融金属１１４と呼称する。）が、重力で下側に流れだして、表面張力で第１接合対象面１１２に保持される。
【００３３】
＜第２高輝度レーザ光１０１ｃ＞
第２高輝度レーザ光１０１ｃは、隙間周辺１４０において第２部材１２０の端部１２１（以下、第２接合対象部１２１と呼称する。）に照射される。第２部材１２０において第２高輝度レーザ光１０１ｃの照射部分が、第２高輝度レーザ光１０１ｃと低輝度レーザ光１０１ａとによって、瞬時に第２部材１２０の融点以上に加熱される。第２高輝度レーザ光１０１ｃの照射部分にキーホール１２３（以下、第２キーホール１２３と呼称する。）が形成される。第２キーホール１２３を介して第２部材１２０の隙間１３０に面する端面１２２（以下、第２接合対象面１２２と呼称する。）側に熱が供給される。第２接合対象面１２２側に供給される熱で第２接合対象面１２２付近が溶融する。第２接合対象面１２２付近の溶融金属１２４（以下、第２溶融金属１２４と呼称する。）が、重力で下側に流れだして、表面張力で第２接合対象面１２２に保持される。
【００３４】
表面張力によって第１接合対象面１１２に保持されている第１溶融金属１１４と、表面張力によって第２接合対象面１２２に保持されている第２溶融金属１２４とが接触する。第１溶融金属１１４と第２溶融金属１２４とが、ろう材として機能して、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０を瞬時に埋める。
【００３５】
＜隙間１３０のばらつき＞
なお、図３に示すように、第１部材１１０と第２部材１２０との間にＹ方向に沿った隙間１３０がある。その隙間１３０のＸ方向寸法にばらつきがあるとする。この場合において、手動または自動で、Ｙ方向に沿って、隙間１３０のＸ方向寸法が測定される。重畳レーザ光１０１の照射中に、各地点の隙間１３０のＸ方向寸法に応じて、第１高輝度レーザ光１０１ｂの照射位置と第２高輝度レーザ光１０１ｃの照射位置とが調節される。
【００３６】
具体的には、第１キーホール１１３の発生位置と第１部材１１０の接合面１１２との距離（溶け込み幅）が一定になるように、第１高輝度レーザ光１０１ｂの照射位置が調節される。同様に、第２キーホール１２３の発生位置と第２接合対象面１２２との距離（溶け込み幅）が一定になるように、第２高輝度レーザ光１０１ｃの照射位置が調節される。
【００３７】
これによって、隙間１３０のＸ方向寸法にばらつきがあっても、一定の溶け込み幅を維持することができる。図１に示すように、表面張力によって第１接合対象面１１２に保持されている第１溶融金属１１４と、表面張力によって第２接合対象面１２２に保持されている第２溶融金属１２４とで、第１部材１１０と第２部材１２０との間の隙間１３０を埋めることができる。
【００３８】
なお、隙間１３０を埋めるのに最適な量の第１溶融金属１１４と第２溶融金属１２４とが得られるように、溶け込み幅が調節されるとしてもよい。
＜異物＞
なお、図４に示すように、隙間１３０のＸ方向寸法がばらつく原因の一つとして、第１部材１１０と第２部材１２０との間に異物１０５が挟まる場合がある。このような場合は、実際の生産工程において、スパッタが第１部材１１０と第２部材１２０とに挟み込まれることが、よく発生する。
【００３９】
例えば、従来のハイブリッドレーザ加工方法では、接合対象部分に隙間があると、穴あきやリーク不良が発生する。これらは、約１％程度、発生している。不良原因の１番要因になっている。大きな損失が発生している。
【００４０】
＜隙間量に応じた調節＞
なお、下記（ａ），（ｂ）に示すように、隙間１３０のＸ方向寸法に応じて、第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとの各強度を増減させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの強度を増減させるとしてもよい。これによって、隙間周辺１４０に生じる第１溶融金属１１４と第２溶融金属１２４との量を調整することができ、隙間１３０を埋めることができる。
【００４１】
（ａ）手動または自動で、Ｙ方向に沿って、隙間１３０のＸ方向寸法が測定される。重畳レーザ光１０１の照射中に、各地点の隙間１３０のＸ方向寸法に応じて、隙間周辺１４０にキーホールが発生しない範囲内で、低輝度レーザ光１０１ａの強度が調節される。
【００４２】
具体的には、（ａ１）隙間１３０のＸ方向寸法が増加する場合には、第１部材１１０と第２部材１２０との各接合面付近の第１溶融金属１１４と第２溶融金属１２４との量が増加するように、低輝度レーザ光１０１ａの強度を大きくする。（ａ２）隙間１３０のＸ方向寸法が減少する場合には、第１部材１１０と第２部材１２０との各接合面付近の第１溶融金属１１４と第２溶融金属１２４との量が減少するように、低輝度レーザ光１０１ａの強度を小さくする。
【００４３】
（ｂ）手動または自動で、Ｙ方向に沿って、隙間１３０のＸ方向寸法が測定される。重畳レーザ光１０１の照射中に、各地点の隙間１３０のＸ方向寸法に応じて、第１部材１１０が貫通しない範囲内で、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度が調節される。また、第２部材１２０が貫通しない範囲内で、第２高輝度レーザ光１０１ｃの強度が調節される。
【００４４】
具体的には、（ｂ１）隙間１３０のＸ方向寸法が増加する場合には、第１部材１１０の接合面１１２付近の溶融金属１１４の量が増加するように、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を大きくする。また、第２部材１２０の接合面１２２付近の第２溶融金属１２４の量が増加するように、第２高輝度レーザ光１０１ｃの強度を大きくする。（ｂ２）隙間１３０のＸ方向寸法が減少する場合には、第１部材１１０の接合面１１１付近の溶融金属１１４の量が減少するように、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を小さくする。また、第２部材１２０の接合面１２２付近の溶融金属の量が減少するように、第２高輝度レーザ光１０１ｃの強度を小さくする。
【００４５】
＜構成＞
次に、本実施の形態における接合方法に使用される接合装置の構成について説明する。
ここでは、一例として、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、接合装置１５０は、半導体レーザ装置１６０ａ、第１ファイバーレーザ装置１６０ｂ、第２ファイバーレーザ装置１６０ｃ、光学システム１７０、第１制御装置１８０ｂ、第２制御装置１８０ｃなどを備える。接合装置１５０は、重畳レーザ光１０１を出力するレーザトーチである。
【００４６】
ここでは、半導体レーザ装置１６０ａ、第１ファイバーレーザ装置１６０ｂ、第２ファイバーレーザ装置１６０ｃの各励起光源を共有化するために、低輝度レーザ光１０１ａの波長が９１５ｎｍに設定されており、第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとの各波長が１０７０ｎｍに設置されている。
【００４７】
なお、励起光源を共有化しなければ、低輝度レーザ光１０１ａの波長が９１５ｎｍに限定されないし、第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃの波長が１０７０ｎｍに限定されない。
【００４８】
＜半導体レーザ装置１６０ａ＞
半導体レーザ装置１６０ａは、低輝度レーザ光１０１ａを出力する装置である。半導体レーザ装置１６０ａの励起光源１６１ａから出力されたレーザ光が、ＬＤ用光ファイバ１６２ａを介して、ＬＤ用光ファイバ１６２ａの出力端（開口数：ＮＡ≧０．１５）から低輝度レーザ光１０１ａ（波長：λ＝９１５ｎｍ）として出力される。
【００４９】
なお、ＬＤ用光ファイバ１６２ａは、グレーデッド・インデックス型（ＧＩ型）と、ステップ・インデックス型（ＳＩ型）とのいずれであってもよい。
＜第１ファイバーレーザ装置１６０ｂ＞
第１ファイバーレーザ装置１６０ｂは、第１高輝度レーザ光１０１ｂを出力する装置である。第１ファイバーレーザ装置１６０ｂの励起光源１６１ｂから出力されたレーザ光が、第１ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｂを介して、第１ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｂの出力端（開口数：ＮＡ＜０．１）から第１高輝度レーザ光１０１ｂ（波長：λ＝１０７０ｎｍ）として出力される。
【００５０】
＜第２ファイバーレーザ装置１６０ｃ＞
第２ファイバーレーザ装置１６０ｃは、第２高輝度レーザ光１０１ｃを出力する装置である。第２ファイバーレーザ装置１６０ｃの励起光源１６１ｃから出力されたレーザ光が、第２ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｃを介して、第２ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｃの出力端（開口数：ＮＡ＜０．１）から第２高輝度レーザ光１０１ｃ（波長：λ＝１０７０ｎｍ）として出力される。
【００５１】
＜光学システム１７０＞
光学システム１７０は、低輝度レーザ光１０１ａと第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとから重畳レーザ光１０１を生成するシステムである。大きく分けて、低輝度レーザ系１７０ａと、第１高輝度レーザ系１７０ｂと、第２高輝度レーザ系１７０ｃとから構成される。図５（Ａ）については、光学システム１７０の内部構造を見易くするために、光学システム１７０を内包する筐体１７５をＸ−Ｙ面で切断した状態で表示している。図５（Ｂ）については、光学システム１７０を内包する筐体１７５をＸ−Ｚ面で切断した状態で表示している。
【００５２】
＜低輝度レーザ系１７０ａ＞
低輝度レーザ系１７０ａでは、筐体１７５の側面中央に、光軸がＸ方向に合わされた状態で、ＬＤ用コリメートレンズ１７１ａが設置されている。筐体１７５の内部に、Ｚ方向から入射した第１高輝度レーザ光１０１ｂと第２高輝度レーザ光１０１ｃとが通過して、かつＸ方向から入射した低輝度レーザ光１０１ａが反射される状態で、ダイクロイックミラー１７２ａが設置されている。筐体１７５の下面中央に、光軸がＺ方向に合わされた状態で、集光レンズ１７３ａが設置されている。
【００５３】
ＬＤ用光ファイバ１６２ａの出力端から低輝度レーザ光１０１ａが出力されると、出力された低輝度レーザ光１０１ａが、ＬＤ用コリメートレンズ１７１ａでコリメートされる。コリメートされた低輝度レーザ光１０１ａが、入射角４５度でダイクロイックミラー１７２ａに入射する。入射した低輝度レーザ光１０１ａが、ダイクロイックミラー１７２ａで約９０度下方に反射される。反射された低輝度レーザ光１０１ａが、集光レンズ１７３ａで接合対象部分に集光される。
【００５４】
＜第１高輝度レーザ系１７０ｂ＞
第１高輝度レーザ系１７０ｂでは、筐体１７５の側面上側後寄りに、光軸がＸ方向に合わされた状態で、第１ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｂが設置されている。筐体１７５の内部上側後寄りに、第１ガルバノスキャナ１７２ｂが設置されている。ダイクロイックミラー１７２ａと集光レンズ１７３ａとが、低輝度レーザ系１７０ａと共用されている。
【００５５】
第１ガルバノスキャナ１７２ｂは、第１サーボモータ１７３ｂと第１ガルバノミラー１７４ｂとからなる。第１サーボモータ１７３ｂに、回転軸がＹ方向に合わされた状態で、第１ガルバノミラー１７４ｂが取り付けられている。第１ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｂの光軸上に、第１ガルバノミラー１７４ｂが配置されている。
【００５６】
第１ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｂの出力端から第１高輝度レーザ光１０１ｂが出力されると、出力された第１高輝度レーザ光１０１ｂが、第１ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｂでコリメートされる。コリメートされた第１高輝度レーザ光１０１ｂが、第１ガルバノミラー１７４ｂで約９０度下方に反射される。反射された第１高輝度レーザ光１０１ｂが、入射角４５度でダイクロイックミラー１７２ａに入射する。入射した第１高輝度レーザ光１０１ｂが、ダイクロイックミラー１７２ａを通過する。通過した第１高輝度レーザ光１０１ｂが、集光レンズ１７３ａで低輝度レーザ光１０１ａの光軸近傍に集光される。
【００５７】
＜第２高輝度レーザ系１７０ｃ＞
第２高輝度レーザ系１７０ｃでは、筐体１７５の側面上側前寄りに、光軸がＸ方向に合わされた状態で、第２ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｃが設置されている。筐体１７５の内部上側前寄りに、第２ガルバノスキャナ１７２ｃが設置されている。ダイクロイックミラー１７２ａと集光レンズ１７３ａとが、低輝度レーザ系１７０ａと共用されている。
【００５８】
第２ガルバノスキャナ１７２ｃは、第２サーボモータ１７３ｃと第２ガルバノミラー１７４ｃとからなる。第２サーボモータ１７３ｃに、回転軸がＹ方向に合わされた状態で、第２ガルバノミラー１７４ｃが取り付けられている。第２ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｃの光軸上に、第２ガルバノミラー１７４ｃが配置されている。
【００５９】
第２ＦＢＬ用光ファイバ１６２ｃの出力端から第２高輝度レーザ光１０１ｃが出力されると、出力された第２高輝度レーザ光１０１ｃが、第２ＦＢＬ用コリメートレンズ１７１ｃでコリメートされる。コリメートされた第２高輝度レーザ光１０１ｃが、第２ガルバノミラー１７４ｃで約９０度下方に反射される。反射された第２高輝度レーザ光１０１ｃが、入射角４５度でダイクロイックミラー１７２ａに入射する。入射した第２高輝度レーザ光１０１ｃが、ダイクロイックミラー１７２ａを通過する。通過した第２高輝度レーザ光１０１ｃが、集光レンズ１７３ａで低輝度レーザ光１０１ａの光軸近傍に集光される。
【００６０】
＜第１制御装置１８０ｂ＞
第１制御装置１８０ｂは、第１ガルバノスキャナ１７２ｂの第１サーボモータ１７３ｂを制御する装置である。第１サーボモータ１７３ｂに取り付けられた第１ガルバノミラー１７４ｂの角度が変化することによって、第１高輝度レーザ光１０１ｂの照射位置がＸ方向に変化する。
【００６１】
＜第２制御装置１８０ｃ＞
第２制御装置１８０ｃは、第２ガルバノスキャナ１７２ｃの第２サーボモータ１７３ｃを制御する装置である。第２サーボモータ１７３ｃに取り付けられた第２ガルバノミラー１７４ｃの角度が変化することによって、第２高輝度レーザ光１０１ｃの照射位置がＸ方向に変化する。
【００６２】
＜補足＞
なお、図６に示すように、第１吹きだし口１９１と第２吹きだし口１９２とから吹き出されたアシストガスが隙間周辺１４０で衝突するように、重畳レーザ光１０１の進行方向の前方と後方とに第１吹きだし口１９１と第２吹きだし口１９２とが個別に配置されている。これによって、隙間周辺１４０の酸化を完全に防止することができる。接合対象部分に隙間があっても、ろう付のような接合を行うことができる。
【００６３】
なお、通常、金属表面が酸化していると、ろう付接合することができない。このため、酸化被膜を除去するために、予め接合対象部分にフラックスが塗布されている。本実施の形態における接合方法がろう接の一種であることから、必要に応じて、予め接合対象部分にフラックスが塗布されているとしてもよい。または、併用する形で、酸化を防止するアルゴンガス、窒素ガス、または還元作用のある水素混合ガスなどのアシストガスによって、隙間周辺１４０付近の雰囲気が形成されているとしてもよい。
【００６４】
＜接合例１：第１の突き合わせ接合例＞
次に、重畳レーザ光１０１を真上から照射して、第１部材１１０ａと第２部材１２０ａとを突き合わせ接合する場合について説明する。なお、図については、重畳レーザ光１０１の進行方向から見た状態で表示している。また、図中において、低輝度レーザ光１０１ａの光軸の位置を一点鎖線で示している。
【００６５】
ここでは、一例として、図７（Ａ）−図７（Ｃ）に示すように、第１部材１１０ａは、Ｘ方向に伸びるように配置された金属板である。第２部材１２０ａは、Ｚ方向に伸びるように配置された金属板である。第１部材１１０ａと第２部材１２０ａとは、第１部材１１０ａの右端部側面と第２部材１２０ａの上端部側面とを突き合わせた状態で、第１部材１１０ａの右端部上面と第２部材１２０ａの上端部上面とが面一になるように配置される。第１部材１１０ａの右端部と第２部材１２０ａの上端部との間には、Ｙ方向に沿った隙間１３０ａがある。隙間１３０ａのＸ方向寸法には、ばらつきがある。重畳レーザ光１０１は、Ｙ方向に沿って移動しながら、隙間１３０ａに目掛けて真上から照射される。
【００６６】
このとき、隙間周辺１４０ａの所定の部分に着目して、所定の部分における第１部材１１０ａの右端部を第１接合対象部１１１ａとして、所定の部分における第２部材１２０ａの上端部を第２接合対象部１２１ａとする。第１接合対象部１１１ａの側面を第１接合対象面１１２ａとして、第２接合対象部１２１ａの側面を第２接合対象面１２２ａとする。この場合において、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとは、下記（過程Ａ１）−（過程Ａ３）を経て接合される。
【００６７】
（過程Ａ１）まず、図７（Ａ）に示すように、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとの間の隙間１３０ａに低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が接近する。その後、低輝度レーザ光１０１ａの前方左部分が第１接合対象部１１１ａに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方右部分が第２接合対象部１２１ａに接近する。
【００６８】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの前方左部分によって、第１接合対象部１１１ａが徐々に加熱されて溶け出す。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの前方右部分によって、第２接合対象部１２１ａが徐々に加熱されて溶け出す。
【００６９】
（過程Ａ２）次に、図７（Ｂ）に示すように、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとの間の隙間１３０ａを低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が通過して、隙間１３０ａに低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が接近する。略同時に、低輝度レーザ光１０１ａの前方左部分が第１接合対象部１１１ａを通過して、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ａに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方右部分が第２接合対象部１２１ａを通過して、第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ａに接近する。
【００７０】
これに伴い、第１高輝度レーザ光１０１ｂによって、第１接合対象部１１１ａが瞬時に高温状態になり、第１接合対象部１１１ａの表面から真下に伸びる第１キーホール１１３ａが第１接合対象部１１１ａに形成される。第１キーホール１１３ａを介して第１接合対象面１１２ａ側に熱が供給される。第１接合対象面１１２ａ側に供給される熱で第１接合対象面１１２ａ付近が溶融する。
【００７１】
同様に、第２高輝度レーザ光１０１ｃによって、第２接合対象部１２１ａが瞬時に高温状態になり、第２接合対象部１２１ａの表面から真下に伸びる第２キーホール１２３ａが第２接合対象部１２１ａに形成される。第２キーホール１２３ａを介して第２接合対象面１２２ａ側に熱が供給される。第２接合対象面１２２ａ側に供給される熱で第２接合対象面１２２ａ付近が溶融する。
【００７２】
このとき、第１接合対象面１１２ａ付近の溶融金属１１４ａが、重力によって下側に流れだして、表面張力によって第１接合対象面１１２ａに保持される。第２接合対象面１２２ａ付近の溶融金属１２４ａが、重力によって下側に流れだして、表面張力によって第２接合対象面１２２ａに保持される。表面張力によって第１接合対象面１１２ａに保持されている溶融金属１１４ａと、表面張力によって第２接合対象面１２２ａに保持されている溶融金属１２４ａとが接触する。溶融金属１１４ａ，１２４ａが、ろう材として機能して、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとの間の隙間１３０ａを瞬時に埋める。
【００７３】
（過程Ａ３）そして、図７（Ｃ）に示すように、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ａを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方左部分が第１接合対象部１１１ａに接近する。第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ａを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方右部分が第２接合対象部１２１ａに接近する。その後、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとの間の隙間１３０ａを低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が通過して、隙間１３０ａに低輝度レーザ光１０１ａの後方中央部分が接近する。
【００７４】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの後方左部分によって、第１接合対象部１１１ａが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方左部分が第１接合対象部１１１ａを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第１接合対象部１１１ａから遠ざかるにつれて、第１キーホール１１３ａの部分が固化する。
【００７５】
同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方右部分によって、第２接合対象部１２１ａが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方右部分が第２接合対象部１２１ａを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第２接合対象部１２１ａから遠ざかるにつれて、第２キーホール１２３ａの部分が固化する。
【００７６】
このとき、低輝度レーザ光１０１ａの後方左部分が徐々に小さくなるに伴い、第１接合対象部１１１ａに対する加熱が徐々に減少する。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方右部分が徐々に小さくなるに伴い、第２接合対象部１２１ａに対する加熱が徐々に減少する。
【００７７】
これによって、溶融金属が固化するときに、固化中の溶融金属が急激に収縮することを回避することができる。また、固化時に応力緩和が間に合わず、接合部分にクラックが発生するという問題を回避することができる。
【００７８】
そして、図８に示すように、第１キーホール１１３ａの部分も、第２キーホール１２３ａの部分も、第１接合対象部１１１ａと第２接合対象部１２１ａとの間の隙間１３０ａも、金属で埋め尽くされて、第１部材１１０ａと第２部材１２０ａとがろう付のように接合される。
【００７９】
なお、重畳レーザ光１０１を真上から照射する場合において、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を増加させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を第１部材１１０ａ側にずらすとしてもよい。これによって、第１接合対象部１１１ａからの溶融金属１１４ａの量を増やすことができる。
【００８０】
＜接合例２：第２の突き合わせ接合例＞
次に、重畳レーザ光１０１を真横から照射して、第１部材１１０ｂと第２部材１２０ｂとを突き合わせ接合する場合について説明する。なお、図については、重畳レーザ光１０１の進行方向から見た状態で表示している。また、図中において、低輝度レーザ光１０１ａの光軸の位置を一点鎖線で示している。
【００８１】
ここでは、一例として、図９（Ａ）−図９（Ｃ）に示すように、第１部材１１０ｂは、Ｘ方向に伸びるように配置された金属板である。第２部材１２０ｂは、Ｚ方向に伸びるように配置された金属板である。第１部材１１０ｂと第２部材１２０ｂとは、第１部材１１０ｂの右端部下面と第２部材１２０ｂの上端部上面とを突き合わせた状態で、第１部材１１０ｂの右端部側面と第２部材１２０ｂの上端部側面とが面一になるように配置される。第１部材１１０ｂの右端部と第２部材１２０ｂの上端部との間には、Ｙ方向に沿った隙間１３０ｂがある。隙間１３０ｂのＺ方向寸法には、ばらつきがある。重畳レーザ光１０１は、Ｙ方向に沿って移動しながら、隙間１３０ｂに目掛けて真横から照射される。
【００８２】
このとき、隙間周辺１４０ｂの所定の部分に着目して、所定の部分における第１部材１１０ｂの右端部を第１接合対象部１１１ｂとして、所定の部分における第２部材１２０ｂの上端部を第２接合対象部１２１ｂとする。第１接合対象部１１１ｂの下面を第１接合対象面１１２ｂとして、第２接合対象部１２１ｂの上面を第２接合対象面１２２ｂとする。この場合において、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとは、下記（過程Ｂ１）−（過程Ｂ３）を経て接合される。
【００８３】
（過程Ｂ１）まず、図９（Ａ）に示すように、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとの間の隙間１３０ｂに低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が接近する。その後、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分が第１接合対象部１１１ｂに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分が第２接合対象部１２１ｂに接近する。
【００８４】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分によって、第１接合対象部１１１ｂが徐々に加熱されて溶け出す。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分によって、第２接合対象部１２１ｂが徐々に加熱されて溶け出す。
【００８５】
（過程Ｂ２）次に、図９（Ｂ）に示すように、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとの間の隙間１３０ｂを低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が通過して、隙間１３０ｂに低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が接近する。略同時に、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分が第１接合対象部１１１ｂを通過して、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ｂに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分が第２接合対象部１２１ｂを通過して、第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ｂに接近する。
【００８６】
これに伴い、第１高輝度レーザ光１０１ｂによって、第１接合対象部１１１ｂが瞬時に高温状態になり、第１接合対象部１１１ｂの表面から真横に伸びる第１キーホール１１３ｂが第１接合対象部１１１ｂに形成される。第１キーホール１１３ｂを介して第１接合対象面１１２ｂ側に熱が供給される。第１接合対象面１１２ｂ側に供給される熱で第１接合対象面１１２ｂ付近が溶融する。
【００８７】
同様に、第２高輝度レーザ光１０１ｃによって、第２接合対象部１２１ｂが瞬時に高温状態になり、第２接合対象部１２１ｂの表面から真横に伸びる第２キーホール１２３ｂが第２接合対象部１２１ｂに形成される。第２キーホール１２３ｂを介して第２接合対象面１２２ｂ側に熱が供給される。第２接合対象面１２２ｂ側に供給される熱で第２接合対象面１２２ｂ付近が溶融する。
【００８８】
このとき、第１接合対象面１１２ｂ付近の溶融金属１１４ｂが、重力によって、第２接合対象面１２２ｂ側に流れだして、第２接合対象面１２２ｂ付近の溶融金属１２４ｂと接触する。溶融金属１１４ｂ，１２４ｂが、ろう材として機能して、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとの間の隙間１３０ｂを瞬時に埋める。
【００８９】
（過程Ｂ３）そして、図９（Ｃ）に示すように、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ｂを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が第１接合対象部１１１ｂに接近する。第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ｂを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が第２接合対象部１２１ｂに接近する。その後、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとの間の隙間１３０ｂを低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が通過して、隙間１３０ｂに低輝度レーザ光１０１ａの後方中央部分が接近する。
【００９０】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分によって、第１接合対象部１１１ｂが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が第１接合対象部１１１ｂを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第１接合対象部１１１ｂから遠ざかるにつれて、第１キーホール１１３ｂの部分が固化する。
【００９１】
同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分によって、第２接合対象部１２１ｂが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が第２接合対象部１２１ｂを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第２接合対象部１２１ｂから遠ざかるにつれて、第２キーホール１２３ｂの部分が固化する。
【００９２】
このとき、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が徐々に小さくなるに伴い、第１接合対象部１１１ｂに対する加熱が徐々に減少する。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が徐々に小さくなるに伴い、第２接合対象部１２１ｂに対する加熱が徐々に減少する。
【００９３】
これによって、溶融金属が固化するときに、固化中の溶融金属が急激に収縮することを回避することができる。また、固化時に応力緩和が間に合わず、接合部分にクラックが発生するという問題を回避することができる。
【００９４】
そして、図１０に示すように、第１キーホール１１３ｂの部分も、第２キーホール１２３ｂの部分も、第１接合対象部１１１ｂと第２接合対象部１２１ｂとの間の隙間１３０ｂも、金属で埋め尽くされて、第１部材１１０ｂと第２部材１２０ｂとがろう付のように接合される。
【００９５】
なお、重畳レーザ光１０１を真横から照射する場合において、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を増加させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を第１部材１１０ｂ側にずらすとしてもよい。
【００９６】
すなわち、上方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度を、下方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度よりも大きくするとしてもよいし、低輝度レーザ光の光軸を上方の部材側にずらすとしてもよい。これによって、上方の部材から流れる溶融金属の量を増やすことができる。
【００９７】
＜接合例３：隅肉接合例＞
次に、重畳レーザ光１０１を斜め上から照射して、第１部材１１０ｃと第２部材１２０ｃとを隅肉接合する場合について説明する。なお、図については、重畳レーザ光１０１の進行方向から見た状態で表示している。また、図中において、低輝度レーザ光１０１ａの光軸の位置を一点鎖線で示している。
【００９８】
ここでは、一例として、図１１（Ａ）−図１１（Ｃ）に示すように、第１部材１１０ｃは、Ｘ方向に伸びるように配置された金属板である。第２部材１２０ｃは、Ｘ方向に伸びるように配置された金属板である。第１部材１１０ｃと第２部材１２０ｃとは、第１部材１１０ｃの右端部下面と第２部材１２０ｃの中央部上面とを接触させた状態で、第１部材１１０ｃの右端部側面と第２部材１２０ｃの中央部上面とが直交するように配置される。第１部材１１０ｃの右端部と第２部材１２０ｃの中央部との隅には、Ｙ方向に沿った隙間１３０ｃがある。隙間１３０ｃのＺ方向寸法には、ばらつきがある。重畳レーザ光１０１は、Ｙ方向に沿って移動しながら、隙間１３０ｃに目掛けて斜め上から照射される。
【００９９】
このとき、隙間周辺１４０ｃの所定の部分に着目して、所定の部分における第１部材１１０ｃの右端部を第１接合対象部１１１ｃとして、所定の部分における第２部材１２０ｃの中央部を第２接合対象部１２１ｃとする。第１接合対象部１１１ｃの下面を第１接合対象面１１２ｃとして、第２接合対象部１２１ｃの上面を第２接合対象面１２２ｃとする。この場合において、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとは、下記（過程Ｃ１）−（過程Ｃ３）を経て接合される。
【０１００】
（過程Ｃ１）まず、図１１（Ａ）に示すように、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとの隅の隙間１３０ｃに低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が接近する。その後、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分が第１接合対象部１１１ｃに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分が第２接合対象部１２１ｃに接近する。
【０１０１】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分によって、第１接合対象部１１１ｃが徐々に加熱されて溶け出す。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分によって、第２接合対象部１２１ｃが徐々に加熱されて溶け出す。
【０１０２】
（過程Ｃ２）次に、図１１（Ｂ）に示すように、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとの隅の隙間１３０ｃを低輝度レーザ光１０１ａの前方中央部分が通過して、隙間１３０ｃに低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が接近する。略同時に、低輝度レーザ光１０１ａの前方上部分が第１接合対象部１１１ｃを通過して、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ｃに接近する。低輝度レーザ光１０１ａの前方下部分が第２接合対象部１２１ｃを通過して、第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ｃに接近する。
【０１０３】
これに伴い、第１高輝度レーザ光１０１ｂによって、第１接合対象部１１１ｃが瞬時に高温状態になり、第１接合対象部１１１ｃの表面から斜め下に伸びる第１キーホール１１３ｃが第１接合対象部１１１ｃに形成される。第１キーホール１１３ｃを介して第１接合対象面１１２ｃ側に熱が供給される。第１接合対象面１１２ｃ側に供給される熱で第１接合対象面１１２ｃ付近が溶融する。
【０１０４】
同様に、第２高輝度レーザ光１０１ｃによって、第２接合対象部１２１ｃが瞬時に高温状態になり、第２接合対象部１２１ｃの表面から斜め下に伸びる第２キーホール１２３ｃが第２接合対象部１２１ｃに形成される。第２キーホール１２３ｃを介して第２接合対象面１２２ｃ側に熱が供給される。第２接合対象面１２２ｃ側に供給される熱で第２接合対象面１２２ｃ付近が溶融する。
【０１０５】
このとき、第１接合対象面１１２ｃ付近の溶融金属１１４ｃが、重力によって、第２接合対象面１２２ｃ側に流れだして、第２接合対象面１２２ｃ付近の溶融金属１２４ｃと接触する。溶融金属１１４ｃ，１２４ｃが、ろう材として機能して、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとの隅の隙間１３０ｃを瞬時に埋める。
【０１０６】
（過程Ｃ３）そして、図１１（Ｃ）に示すように、第１高輝度レーザ光１０１ｂが第１接合対象部１１１ｃを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が第１接合対象部１１１ｃに接近する。第２高輝度レーザ光１０１ｃが第２接合対象部１２１ｃを通過して、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が第２接合対象部１２１ｃに接近する。その後、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとの隅の隙間１３０ｃを低輝度レーザ光１０１ａの光軸部分が通過して、隙間１３０ｃに低輝度レーザ光１０１ａの後方中央部分が接近する。
【０１０７】
これに伴い、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分によって、第１接合対象部１１１ｃが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が第１接合対象部１１１ｃを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第１接合対象部１１１ｃから遠ざかるにつれて、第１キーホール１１３ｃの部分が固化する。
【０１０８】
同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分によって、第２接合対象部１２１ｃが徐々に冷却される。低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が第２接合対象部１２１ｃを通過して、低輝度レーザ光１０１ａが第２接合対象部１２１ｃから遠ざかるにつれて、第２キーホール１２３ｃの部分が固化する。
【０１０９】
このとき、低輝度レーザ光１０１ａの後方上部分が徐々に小さくなるに伴い、第１接合対象部１１１ｃに対する加熱が徐々に減少する。同様に、低輝度レーザ光１０１ａの後方下部分が徐々に小さくなるに伴い、第２接合対象部１２１ｃに対する加熱が徐々に減少する。
【０１１０】
これによって、溶融金属が固化するときに、固化中の溶融金属が急激に収縮することを回避することができる。また、固化時に応力緩和が間に合わず、接合部分にクラックが発生するという問題を回避することができる。
【０１１１】
そして、図１２に示すように、第１キーホール１１３ｃの部分も、第２キーホール１２３ｃの部分も、第１接合対象部１１１ｃと第２接合対象部１２１ｃとの隅の隙間１３０ｃも、金属で埋め尽くされる。第１部材１１０ｃと第２部材１２０ｃとがろう付のように接合される。
【０１１２】
なお、第１部材１１０ｃと第２部材１２０ｃとを隅肉接合する場合において、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を増加させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を第１部材１１０ｃ側にずらすとしてもよい。
【０１１３】
すなわち、上方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度を、下方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度よりも大きくするとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を上方の部材側にずらすとしてもよい。これによって、上方の部材から流れる溶融金属の量を増やすことができる。
【０１１４】
＜接合例４：段差を有する部材間の接合例＞
次に、第１部材１１０ｄと第２部材１２０ｄとを接合する部分に段差がある状態で、第１部材１１０ｄと第２部材１２０ｄとを突き合わせ接合する場合について説明する。なお、図については、重畳レーザ光１０１の進行方向から見た状態で表示している。また、図中において、低輝度レーザ光１０１ａの光軸の位置を一点鎖線で示している。
【０１１５】
ここでは、一例として、図１３（Ａ）−図１３（Ｃ）に示すように、第１部材１１０ｄは、Ｘ方向に伸びるように配置された金属板である。第２部材１２０ｄは、Ｚ方向に伸びるように配置された金属板である。第１部材１１０ｄと第２部材１２０ｄとは、第１部材１１０ｄの右端部側面と第２部材１２０ｄの上端部側面とを突き合わせた状態で、第１部材１１０ｄの右端部上面が第２部材１２０ｄの上端部上面よりも上になるように配置される。第１部材１１０ｄの右端部と第２部材１２０ｄの上端部との間には、Ｙ方向に沿った隙間１３０ｄがある。隙間１３０ｄのＸ方向寸法には、ばらつきがある。重畳レーザ光１０１は、Ｙ方向に沿って移動しながら、隙間１３０ｄに目掛けて真上から照射される。
【０１１６】
このとき、隙間周辺１４０ｄの所定の部分に着目して、所定の部分における第１部材１１０ｄの右端部を第１接合対象部１１１ｄとして、所定の部分における第２部材１２０ｄの上端部を第２接合対象部１２１ｄとする。第１接合対象部１１１ｄの側面を第１接合対象面１１２ｄとして、第２接合対象部１２１ｄの側面を第２接合対象面１２２ｄとする。この場合において、第１接合対象部１１１ｄと第２接合対象部１２１ｄとは、上記（過程Ａ１）−（過程Ａ３）を経て接合される場合と同様に接合される。
【０１１７】
そして、図１４に示すように、第１キーホール１１３ｄの部分も、第２キーホール１２３ｄの部分も、第１接合対象部１１１ｄと第２接合対象部１２１ｄとの間の隙間１３０ｄも、金属で埋め尽くされて、第１部材１１０ｄと第２部材１２０ｄとがろう付のように接合される。
【０１１８】
なお、段差がある場合において、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を増加させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を第１部材１１０ｄ側にずらすとしてもよい。
【０１１９】
すなわち、段が高い方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度を、段が低い方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度よりも大きくするとしてもよいし、低輝度レーザ光の光軸を段が高い方の部材側にずらすとしてもよい。これによって、段が高い方の部材から流れる溶融金属の量を増やすことができる。
【０１２０】
＜接合例５：異種金属間の接合例＞
次に、異種金属である第１部材１１０ｅと第２部材１２０ｅとを突き合わせ接合する場合について説明する。なお、図については、重畳レーザ光１０１の進行方向から見た状態で表示している。また、図中において、低輝度レーザ光１０１ａの光軸の位置を一点鎖線で示している。
【０１２１】
ここでは、一例として、図１５（Ａ）−図１５（Ｃ）に示すように、第１部材１１０ｅは、Ｘ方向に伸びるように配置された銅板である。第２部材１２０ｅは、Ｘ方向に伸びるように配置されたアルミ板である。第１部材１１０ｅと第２部材１２０ｅとは、第１部材１１０ｅの右端部側面と第２部材１２０ｅの左端部側面とを突き合わせた状態で、第１部材１１０ｅの右端部上面と第２部材１２０ｅの左端部上面とが面一になるように配置される。第１部材１１０ｅの右端部と第２部材１２０ｅの左端部との間には、Ｙ方向に沿った隙間１３０ｅがある。隙間１３０ｅのＸ方向寸法には、ばらつきがある。重畳レーザ光１０１は、Ｙ方向に沿って移動しながら、隙間１３０ｅに目掛けて真上から照射される。
【０１２２】
このとき、隙間周辺１４０ｅの所定の部分に着目して、所定の部分における第１部材１１０ｅの右端部を第１接合対象部１１１ｅとして、所定の部分における第２部材１２０ｅの左端部を第２接合対象部１２１ｅとする。第１接合対象部１１１ｅの側面を第１接合対象面１１２ｅとして、第２接合対象部１２１ｅの側面を第２接合対象面１２２ｅとする。この場合において、第１接合対象部１１１ｅと第２接合対象部１２１ｅとは、上記（過程Ａ１）−（過程Ａ３）を経て接合される場合と同様に接合される。
【０１２３】
そして、図１６に示すように、第１キーホール１１３ｅの部分も、第２キーホール１２３ｅの部分も、第１接合対象部１１１ｅと第２接合対象部１２１ｅとの間の隙間１３０ｅも、金属で埋め尽くされて、第１部材１１０ｅと第２部材１２０ｅとがろう付のように接合される。
【０１２４】
なお、異種金属の場合において、第１高輝度レーザ光１０１ｂの強度を増加させるとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸を第１部材１１０ｅ側にずらすとしてもよい。
【０１２５】
すなわち、熱容量が大きい方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度を、熱容量が小さい方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度よりも大きくするとしてもよいし、低輝度レーザ光の光軸を熱容量が大きい方の部材側にずらすとしてもよい。これによって、熱容量が大きい方の部材と熱容量が小さい方の部材との間で、溶融金属量のバランスをとることができる。
【０１２６】
または、レーザ吸収率が低い方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度を、レーザ吸収率が高い方の部材に照射される高輝度レーザ光の強度よりも大きくするとしてもよいし、低輝度レーザ光１０１ａの光軸をレーザ吸収率が低い方の部材側にずらすとしてもよい。これによって、レーザ吸収率が低い方の部材とレーザ吸収率が高い方の部材との間で、溶融金属量のバランスをとることができる。
【０１２７】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態によれば、重畳レーザ光を使用して、接合対象部分の隙間を両側から溶融金属で埋める。これによって、突き合わせた第１部材と第２部材との接合対象部分に隙間があっても、ろう付のように、第１部材と第２部材とを接合することができる。さらに、所定の溶け込み幅を有した状態で、第１部材と第２部材とにキーホールが形成されることから、隙間からスパッタが混入することを皆無にすることができる。
【０１２８】
また、低輝度レーザ光によって、接合部分が徐々に冷却されることから、クラック、ポロシティなどの溶接欠陥を皆無にすることができる。一方で、第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とによって、照射部分が瞬時に溶融することから、周辺への熱影響を小さくすることができ、結果として、高速で接合することができる。
【０１２９】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について説明する。
なお、本実施の形態における接合装置については、ＬＤ用光ファイバ１６２ａにＳＩ型光ファイバが使用されている以外、実施の形態１における接合装置１５０と構成が同じであるので、説明を省略する。
【０１３０】
＜概要＞
まず、本実施の形態における接合方法では、図１７に示すように、図１８に示す重畳レーザ光２０１を使用して、ビードオンプレートで第１部材２１０と第２部材２２０とを重ね合わせ接合する。このとき、Ｙ方向に沿って、重畳レーザ光２０１を移動させながら、第１部材２１０に重畳レーザ光２０１を照射して、第１部材２１０に溶融池２１４を形成する。
【０１３１】
＜重畳レーザ光２０１＞
重畳レーザ光２０１は、低輝度レーザ光２０１ａに第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとを重畳させたレーザ光である。低輝度レーザ光２０１ａは、トップハット形状のような強度分布を有するレーザ光である。第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとは、低輝度レーザ光２０１ａの光軸を挟んで低輝度レーザ光２０１ａの外周に分布するレーザ光である。
【０１３２】
さらに、第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとについては、低輝度レーザ光２０１ａよりも、照射領域が小さく、強度ピークが大きい。低輝度レーザ光２０１ａの強度は、照射部分にキーホールが発生しない程度に設定されている。第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとの各強度は、低輝度レーザ光２０１ａに合わさることで、照射部分にキーホールが発生する程度に設定されている。
【０１３３】
ここでは、一例として、第１部材２１０の中央に低輝度レーザ光２０１ａの焦点が位置するように、低輝度レーザ光２０１ａが設定されている。各光軸が第１方向（Ｘ方向）に配列された状態で、第１方向（Ｘ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に沿って、低輝度レーザ光２０１ａ、第１高輝度レーザ光２０１ｂ、第２高輝度レーザ光２０１ｃが進行する。第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとの各強度ピークが同じであるとする。
【０１３４】
例えば、数１０ｍｍ／ｓ〜数１００ｍｍ／ｓの速度で重畳レーザ光２０１を移動させたとする。このとき、重畳レーザ光２０１の照射部分が瞬時に溶融したとする。この場合において、熱伝達速度よりも高速で重畳レーザ光２０１が移動することから、溶融池２１４の周辺に逃げる熱量を大幅に削減することができる。図１９（Ａ）に示すように、第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとによって、溶融池２１４ａの外側２１５ａ、２１６ａが形成される。これに伴い、図１９（Ｂ）に示すように、重畳レーザ光２０１の照射部分に、断面形状が略長方形または台形の溶融池２１４ｂが形成される。
【０１３５】
また、各レーザ光の強度を強くして、各レーザ光の比率を調整して、さらに、高速で重畳レーザ光２０１を移動させたとする。この場合において、図１９（Ｃ）に示すように、２〜３ｍｍの溶融幅を、さらに、数ｍｍ以上広くすることができる。重力によって、溶融部分の全体が下に垂れた溶融池２１４ｃを形成することができる。
【０１３６】
＜比較例＞
なお、図２０に示すように、図２１に示す低輝度レーザ光２０１ａのみを使用して、ビードオンプレートで第１部材２５０と第２部材２６０とを重ね合わせ接合する。このとき、Ｙ方向に沿って、低輝度レーザ光２０１ａを移動させながら、第１部材２５０に低輝度レーザ光２０１ａを照射して、第１部材２５０に溶融池２５４を形成する。
【０１３７】
この場合において、低輝度レーザ光２０１ａだけでは、重畳レーザ光２０１を使用した場合と比べて、第１部材２５０の下面まで溶融池２５４が到達する時間がかかる。このことから、重畳レーザ光２０１よりも高速で低輝度レーザ光２０１ａを移動させることができない。
【０１３８】
さらに、溶融池２５４の熱が溶融池２５４の周辺に奪われる。このことから、第１部材２５０の下面に向かって、溶融池が先細になる。これに伴い、図２２に示すように、低輝度レーザ光２０１ａの照射部分に、断面形状がコーン形状の溶融池２５４ａが形成される。
【０１３９】
仮に、第１部材２５０が貫通するまで溶融池２５４を形成したとしても、小さな溶融池しか形成することができない。また、溶融池２５４の周辺に対する熱歪が大きくなり、大きな反りが溶融池の周辺に発生する。結果として、第１部材２５０と第２部材２６０との間の隙間２７０が大きくなり、接合することができなくなる。
【０１４０】
すなわち、重畳レーザ光２０１を使用することで、低輝度レーザ光２０１ａのみよりも高速で移動させることができる。熱伝導によって溶融池の周辺に熱吸収される量を少なくすることができる。このため、溶融池の周辺に対する熱影響を小さくすることができ、溶融池の底面積（接合面積）を大きくすることができる。
【０１４１】
＜適用例＞
次に、ハイブリッドカー、電気自動車などに搭載されることを目的とした大型のリチウムイオン電池（以下、車載用蓄電池と呼称する。）の製造に、本実施の形態における接合方法を使用した場合について説明する。
【０１４２】
＜リチウムイオン電池＞
リチウムイオン電池は、通常、約１０μｍの銅箔と、１２〜２０μｍのアルミ箔との間に絶縁体を挟んだ積層構造を有する。各電極箔は、厚さ１ｍｍ程度の同種金属の集電体に垂直に接合される。実際には、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示すように、渦巻き状に積層された電極箔２８１の端部が集電体２８２に垂直に接合される。さらに、電極箔２８１が柔らかいことから、電極箔２８１と集電体２８２との隙間２８３がばらついたり、電極箔２８１の端部が変形したりする。
【０１４３】
なお、図２４に示すように、従来のハイブリッドレーザ加工方法では、ＹＡＧレーザまたは半導体レーザのようなレーザ光が使用される。銅板またはアルミ板については、レーザ吸収率が数％〜約１０％と悪く、熱伝導性が非常に高い。このことから、溶融池２８４が先細になり、溶融池２８４の底面積（接合面積）も小さく、微小スポットで接合することになるという問題がある。また、熱歪による反りで、電極箔２８１と集電体２８２との隙間２８３も大きくなるという問題がある。
【０１４４】
これに対して、本実施の形態における接合方法では、第１高輝度レーザ光２０１ｂと第２高輝度レーザ光２０１ｃとによって、集電体２８２が瞬時に溶融する。このため、径方向、または周方向に沿って、重畳レーザ光２０１を移動させることで、図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）に示すように、電極箔２８１と集電体２８２とを部分的に接合することができる。
【０１４５】
具体的には、図２６（Ａ）−図２６（Ｃ）に示すように、集電体２８２の中心部に重畳レーザ光２０１が照射される。重畳レーザ光２０１で集電体２８２の中心部が溶けて、重力で下に垂れた溶融池２８４ができる。溶融池２８４の熱で電極箔２８１の端部が溶けて、電極箔２８１の端部を包み込むようにフィレットが形成される。電池自体を回転させながら、径方向に重畳レーザ光２０１を徐々に移動させる。これによって、スパッタが混入せず、電極箔２８１の端部全面を集電体２８２と接合することができる。
【０１４６】
なお、図２６（Ｂ）、図２６（Ｃ）については、接合対象部分２９０を見易くするために、リチウムイオン電池２８０を切断線Ｂ−Ｂで切断した状態で表示している。
さらに、本実施の形態における接合方法では、溶融池の底面積（接合面積）を大きくすることができる。このことから、電極箔２８１と集電体２８２との間の隙間２８３がばらついても、また、電極箔２８１の端部が変形しても、溶融池２８４で電極箔２８１を溶かして、ろう付のような接合をすることができる。このため、電極箔２８１と集電体２８２とを接合することができる。
【０１４７】
なお、集積体２８２の中心部から外周に行くにしたがって、重畳レーザ光２０１の移動速度を落とすとしてもよい。また、本実施の形態における接合方法では、ろう付のような接合である。このため、接合対象部分２９０が酸化することを防止するために、接合対象部分２９０にアシストガスが充満されているとしてもよい。
【０１４８】
なお、予め、ニッケルメッキまたはニッケルろう材を銅板につけておき、銅箔の端部と銅板とを接合するとしてもよい。また、アルミ用ろう材をアルミ板にコートしておき、アルミ箔の端部とアルミ板とを接合するとしてもよい。
【０１４９】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態によれば、重畳レーザ光を使用して、第１部材に形成された溶融池の下部で接合対象部分の隙間を埋める。これによって、重ね合わせた第１部材と第２部材との接合対象部分に隙間があっても、ろう付のように、第１部材と第２部材とを接合することができる。さらに、第１部材に形成された溶融池の下部で接合されることから、内部にスパッタが混入することを皆無にすることができる。
【０１５０】
また、低輝度レーザ光によって、接合部分が徐々に冷却されることから、クラック、ポロシティなどの溶接欠陥を皆無にすることができる。一方で、第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とによって、照射部分が瞬時に溶融することから、周辺への熱影響を小さくすることができ、結果として、高速で接合することができる。
【０１５１】
＜その他＞
なお、ニッケル水素電池の製造にも、実施の形態１，２における接合方法を使用しても、同様の効果を得ることができる。
【０１５２】
なお、太陽電池のレーザスクライブに、接合装置１５０を使用するとしてもよい。第１高輝度レーザ光と第２高輝度レーザ光とが重畳レーザ光の外周近傍に分布することから、レーザ加工の端がくっきりでき、パターン剥離にも活用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、第１部材と第２部材との接合対象部分を溶融させて得られる溶融物で接合対象部分の隙間を埋めて、第１部材と第２部材とを接合する接合方法などとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１  ハイブリッドレーザ光
１ａ  第１レーザ光
１ｂ  第２レーザ光
１０  被加工物
１３  キーホール
１０１  重畳レーザ光
１０１ａ  低輝度レーザ光
１０１ｂ  第１高輝度レーザ光
１０１ｃ  第２高輝度レーザ光
１０５  異物
１１０，１１０ａ−１１０ｅ  第１部材
１１１，１１１ａ−１１１ｅ  第１接合対象部
１１２，１１２ａ−１１２ｅ  第１接合対象面
１１３，１１３ａ−１１３ｅ  第１キーホール
１１４，１１４ａ−１１４ｅ  第１溶融金属
１２０，１２０ａ−１２０ｅ  第２部材
１２１，１２１ａ−１２１ｅ  第２接合対象部
１２２，１２２ａ−１２２ｅ  第２接合対象面
１２３，１２３ａ−１２３ｅ  第２キーホール
１２４，１２４ａ−１２４ｅ  第２溶融金属
１３０，１３０ａ−１３０ｅ  隙間
１４０，１４０ａ−１４０ｅ  隙間周辺
１５０  接合装置
１６０ａ  半導体レーザ装置
１６１ａ  励起光源
１６２ａ  ＬＤ用光ファイバ
１６０ｂ  第１ファイバーレーザ装置
１６１ｂ  励起光源
１６２ｂ  第１ＦＢＬ用光ファイバ
１６０ｃ  第２ファイバーレーザ装置
１６１ｃ  励起光源
１６２ｃ  第２ＦＢＬ用光ファイバ
１７０  光学システム
１７０ａ  低輝度レーザ系
１７１ａ  ＬＤ用コリメートレンズ
１７２ａ  ダイクロイックミラー
１７３ａ  集光レンズ
１７０ｂ  第１高輝度レーザ系
１７１ｂ  第１ＦＢＬ用コリメートレンズ
１７２ｂ  第１ガルバノスキャナ
１７３ｂ  第１サーボモータ
１７４ｂ  第１ガルバノミラー
１７０ｃ  第２高輝度レーザ系
１７１ｃ  第２ＦＢＬ用コリメートレンズ
１７２ｃ  第２ガルバノスキャナ
１７３ｃ  第２サーボモータ
１７４ｃ  第２ガルバノミラー
１７５  筐体
１８０ｂ  第１制御装置
１８０ｃ  第２制御装置
１９１  第１吹きだし口
１９２  第２吹きだし口
２０１  重畳レーザ光
２０１ａ  低輝度レーザ光
２０１ｂ  第１高輝度レーザ光
２０１ｃ  第２高輝度レーザ光
２１０  第１部材
２１４，２１４ａ−２１４ｃ  溶融池
２１５ａ，２１６ａ  溶融池の外側
２２０  第２部材
２３０  隙間
２５０  第１部材
２５４  溶融池
２５４ａ  溶融池
２６０  第２部材
２７０  隙間
２８０  リチウムイオン電池
２８１  電極箔
２８２  集電体
２８３  隙間
２８４  溶融池
２８５  フィレット
２９０  接合対象部分
【図１】
0005479024.tif 000002
【図２】
0005479024.tif 000003
【図３】
0005479024.tif 000004
【図４】
0005479024.tif 000005
【図５】
0005479024.tif 000006
【図６】
0005479024.tif 000007
【図７】
0005479024.tif 000008
【図８】
0005479024.tif 000009
【図９】
0005479024.tif 000010
【図１０】
0005479024.tif 000011
【図１１】
0005479024.tif 000012
【図１２】
0005479024.tif 000013
【図１３】
0005479024.tif 000014
【図１４】
0005479024.tif 000015
【図１５】
0005479024.tif 000016
【図１６】
0005479024.tif 000017
【図１７】
0005479024.tif 000018
【図１８】
0005479024.tif 000019
【図１９】
0005479024.tif 000020
【図２０】
0005479024.tif 000021
【図２１】
0005479024.tif 000022
【図２２】
0005479024.tif 000023
【図２３】
0005479024.tif 000024
【図２４】
0005479024.tif 000025
【図２５】
0005479024.tif 000026
【図２６】
0005479024.tif 000027
【図２７】
0005479024.tif 000028