(57)【要約】  溶接対象をパルスレーザによって溶接する溶接装置（１）を用いた溶接工程（Ｓ１）であって、前記溶接対象の溶接時に溶接部分から放出される赤外線のうち、溶融池に形成されるキーホールを検出可能な波長を有する赤外線のみを第一受光装置（２０）によって受光し、解析装置（４０）は、第一受光装置（２０）によって受光された赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分の状態の良否を判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象をパルスレーザによって溶接する溶接方法であって、
前記溶接対象の溶接時に溶接部分から放出される赤外線のうち、溶融池に形成されるキーホールを検出可能な波長を有する赤外線を選択し、
前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分の状態の良否を判定する、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記パルスレーザの１パルス出力中における、前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分に生じる溶け込み不足を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記パルスレーザの１パルス出力中における、前記選択した赤外線の強度を時間について積分することによって、第一の積分値を算出し、
前記第一の積分値を第一の閾値と比較し、
前記第一の積分値が前記第一の閾値を上回る場合には、前記溶接部分に溶け込み不足が生じていないと判定し、
前記第一の積分値が前記第一の閾値以下の場合には、前記溶接部分に溶け込み不足が生じていると判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記選択した赤外線の強度を時間について積分することによって、第二の積分値を算出し、
前記第二の積分値を第二の閾値と比較し、
前記第二の積分値が前記第二の閾値を下回る場合には、前記溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定し、
前記第二の積分値が前記第二の閾値以上の場合には、前記溶接部分にアンダーフィルが生じていると判定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記パルスレーザに連続波レーザを重畳させ、
前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記溶接部分において反射した前記連続波レーザの強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出する、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記パルスレーザの１パルス出力中において、前記選択した赤外線の強度が急激に上昇した際に、前記パルスレーザの出力値を低下させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項８】
溶接対象をパルスレーザによって溶接する溶接装置であって、
前記パルスレーザを前記溶接対象に照射すると共に、前記溶接対象の溶接部分から放出される赤外線を反射させる光学系と、
前記光学系によって反射された赤外線のうち、溶融池に形成されるキーホールを検出可能な波長を有する赤外線のみを受光する第一受光装置と、
前記第一受光装置によって受光された赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分の状態の良否を判定する解析装置と、を具備する、
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項９】
第二受光装置を更に具備し、
前記光学系は、前記パルスレーザに連続波レーザを重畳すると共に、前記溶接対象において反射した前記連続波レーザを前記第二受光装置に向けて反射させるように構成され、
前記第二受光装置は、前記光学系によって反射された前記連続波レーザを受光し、
前記解析装置は、前記第二受光装置によって受光された前記連続波レーザの強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出する、
ことを特徴とする請求項８に記載の溶接装置。
【請求項１０】
電極体を収納するためのケースを具備する電池の製造方法であって、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の溶接方法によって、前記ケースを溶接する工程を具備する、
ことを特徴とする、電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接における溶接部分の不良を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ溶接において、比較的大きい溶け込み深さ（例えば、０．３ｍｍ以上）を確保するための手法として、キーホール型溶接が広く知られている。
キーホール型溶接は、高いパワー密度のレーザを用いた溶接法であり、金属蒸気の圧力によって溶融池に形成される穴（キーホール）を利用することで、比較的大きい溶け込み深さを実現する。【０００３】
キーホール型溶接は、自動車用電池のケース等、溶接部分の長期的な耐久性が求められる製品に適用されている。
しかしながら、キーホール型溶接においては、レーザの出力値が高いため、溶融金属が吹き飛ぶことによって溶接部分が窪む不良（アンダーフィル）が発生するおそれがある。
一方で、アンダーフィルの発生を抑制するために、レーザの出力値を下げた場合には、キーホールが形成されず、所望の溶け込み深さを確保できない（溶け込み不足が生じる）おそれがある。【０００４】
上記のような不良が製品の溶接部分に発生した場合には、所望の耐久性が確保できないため、製品の溶接部分を検査する必要がある。
製品の溶接部分の検査は、一般的に作業者が肉眼で行うため、極めて多くの時間を要する。【０００５】
特許文献１には、上記のような検査に要する時間を短縮する技術が開示されている。
特許文献１に記載の技術は、レーザ溶接時に母材から放出されるプラズマ光、及びレーザの反射光の強度に基づいて、溶接部分の不良を検出するものである。【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、以下の理由から、上記のアンダーフィル等の不良を検出することが困難である。
即ち、プラズマ光は、母材の成分及びシールドガスが加熱されることによって生じるものであり、アンダーフィル及びキーホールとの相関がない。
また、反射光は、反射面の状態、及び溶融池の挙動等により、バラツキが大きく、アンダーフィル及びキーホールとの相関が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、レーザ溶接における溶接部分の不良を短時間で検出可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶接方法は、溶接対象をパルスレーザによって溶接する溶接方法であって、前記溶接対象の溶接時に溶接部分から放出される赤外線のうち、溶融池に形成されるキーホールを検出可能な波長を有する赤外線を選択し、前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分の状態の良否を判定することを特徴とする。【００１０】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザの１パルス出力中における、前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分に生じる溶け込み不足を検出することが好ましい。【００１１】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザの１パルス出力中における、前記選択した赤外線の強度を時間について積分することによって、第一の積分値を算出し、前記第一の積分値を第一の閾値と比較し、前記第一の積分値が前記第一の閾値を上回る場合には、前記溶接部分に溶け込み不足が生じていないと判定し、前記第一の積分値が前記第一の閾値以下の場合には、前記溶接部分に溶け込み不足が生じていると判定することが好ましい。【００１２】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記選択した赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出することが好ましい。【００１３】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記選択した赤外線の強度を時間について積分することによって、第二の積分値を算出し、前記第二の積分値を第二の閾値と比較し、前記第二の積分値が前記第二の閾値を下回る場合には、前記溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定し、前記第二の積分値が前記第二の閾値以上の場合には、前記溶接部分にアンダーフィルが生じていると判定することが好ましい。【００１４】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザに連続波レーザを重畳させ、前記パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までにおける、前記溶接部分において反射した前記連続波レーザの強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出することが好ましい。【００１５】
本発明に係る溶接方法において、前記パルスレーザの１パルス出力中において、前記選択した赤外線の強度が急激に上昇した際に、前記パルスレーザの出力値を低下させることが好ましい。【００１６】
本発明に係る溶接装置は、溶接対象をパルスレーザによって溶接する溶接装置であって、前記パルスレーザを前記溶接対象に照射すると共に、前記溶接対象の溶接部分から放出される赤外線を反射させる光学系と、前記光学系によって反射された赤外線のうち、溶融池に形成されるキーホールを検出可能な波長を有する赤外線のみを受光する第一受光装置と、前記第一受光装置によって受光された赤外線の強度に基づいて、前記溶接部分の状態の良否を判定する解析装置と、を具備することを特徴とする。【００１７】
本発明に係る溶接装置において、第二受光装置を更に具備し、前記光学系は、前記パルスレーザに連続波レーザを重畳すると共に、前記溶接対象において反射した前記連続波レーザを前記第二受光装置に向けて反射させるように構成され、前記第二受光装置は、前記光学系によって反射された前記連続波レーザを受光し、前記解析装置は、前記第二受光装置によって受光された前記連続波レーザの強度に基づいて、前記溶接部分に生じるアンダーフィルを検出することが好ましい。【００１８】
本発明に係る電池の製造方法は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の溶接方法によって、前記ケースを溶接する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、レーザ溶接における溶接部分の不良を短時間で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る溶接装置を示す図。
【図２】赤外線強度の波形、反射光強度の波形、及びパルスレーザの出力値の波形を示す図。
【図３】本発明に係る溶接方法において解析装置が行う工程を示す図。
【図４】溶け込み不足検出工程を示す図。
【図５】パルスレーザの１パルス出力中における、溶け込み不足が生じていない場合の赤外線強度の波形と、溶け込み不足が生じた場合の赤外線強度の波形とを示す図。
【図６】アンダーフィル検出工程を示す図。
【図７】パルスレーザの１パルス出力終了後における、アンダーフィルが生じていない場合の赤外線強度の波形と、アンダーフィルが生じた場合の赤外線強度の波形とを示す図。
【図８】パルスレーザの１パルス出力中における、アンダーフィルが生じていない場合の反射光強度の波形と、アンダーフィルが生じた場合の反射光強度の波形とを示す図。
【図９】パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度に基づいた、パルスレーザの出力値の制御を示す図。
【図１０】本発明に係る電池を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図１及び図２を参照して、本発明に係る溶接装置の一実施形態である溶接装置１について説明する。
溶接装置１は、溶接対象にレーザ溶接を行うと共に、溶接部分の不良を検出する装置である。
なお、説明の便宜上、図１における上下方向を溶接装置１の上下方向と定義する。
【００２２】
図１に示すように、溶接装置１は、トーチ１０と、第一受光装置２０と、第二受光装置３０と、解析装置４０とを具備する。
【００２３】
トーチ１０は、所定のレーザを溶接対象であるワークＷに照射する装置である。
トーチ１０は、パルスレーザ発振器及びＣＷレーザ発振器に光ファイバを介して接続され（不図示）、前記パルスレーザ発振器によって発振されるパルスレーザと、前記ＣＷレーザ発振器によって発振される連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：ＣＷ）レーザとが重畳されたレーザ（以下、「重畳レーザ」と記す）を照射可能に構成される。
本実施形態においては、前記パルスレーザとしてＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）が採用され、前記ＣＷレーザとして半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ）が採用される。
【００２４】
トーチ１０は、筐体１１と、コリメートレンズ１２と、集光レンズ１３と、ミラー１４とを具備する。
【００２５】
筐体１１は、下端部が開放した中空の部材であり、トーチ１０の外装として機能する。筐体１１の内部には、コリメートレンズ１２、集光レンズ１３、及びミラー１４が収納されており、上方からコリメートレンズ１２、ミラー１４、集光レンズ１３の順に、互いに所定の間隔を空けて配置されている。
【００２６】
コリメートレンズ１２は、上方から入射した重畳レーザを平行光に変換するレンズである。
【００２７】
集光レンズ１３は、コリメートレンズ１２によって平行光に変換された重畳レーザを集光するレンズである。
集光レンズ１３によって重畳レーザを集光することにより、重畳レーザを成すパルスレーザのエネルギー密度を、ワークＷに対してキーホール型溶接を行うことができる程度に高くすることができる。
ここで、キーホール型溶接とは、高いパワー密度のレーザを用いた溶接法であり、金属蒸気によって溶融池に形成される穴（キーホール）を利用することで、比較的大きい溶け込み深さ（本実施形態においては、０．４ｍｍ以上）を実現する。
【００２８】
ミラー１４は、コリメートレンズ１２によって平行光に変換された重畳レーザを透過すると共に、ワークＷの溶接時に溶接部分から放出される赤外線、及びワークＷにおいて反射したＣＷレーザ（以下、「ＣＷＬ反射光」と記す）を第一受光装置２０及び第二受光装置３０に向けて反射させるハーフミラーである。
【００２９】
このように、コリメートレンズ１２、集光レンズ１３、及びミラー１４は、ワークＷに対してキーホール型溶接を行うことができる程度の高いエネルギー密度を有する重畳レーザを得てワークＷに対して照射すると共に、ワークＷの溶接時に生じた赤外線、及びＣＷＬ反射光を第一受光装置２０及び第二受光装置３０に向けて反射させるための光学系として機能する。
【００３０】
第一受光装置２０は、トーチ１０の光学系（コリメートレンズ１２、集光レンズ１３、及びミラー１４）によって反射された赤外線のうち、波長が１４８０ｎｍの赤外線のみを受光し、その強度を計測する装置である。
第一受光装置２０は、第一ミラー２１、第一光学フィルタ２２、第一フォトダイオード２３、及び第一アンプ２４を具備する。
【００３１】
第一ミラー２１は、ミラー１４に反射した赤外線及びＣＷＬ反射光の一部を第一フォトダイオード２３に向けて反射すると共に、残りを透過するハーフミラーである。
【００３２】
第一光学フィルタ２２は、第一ミラー２１に反射した赤外線のうち、波長が１４８０ｎｍの赤外線のみを透過する光学フィルタである。本実施形態においては、第一光学フィルタ２２として、波長が１４８０±３０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタが採用される。
第一光学フィルタ２２は、第一ミラー２１と第一フォトダイオード２３との間であって、第一ミラー２１に反射した赤外線及びＣＷＬ反射光の経路上に配置されている。
【００３３】
第一フォトダイオード２３は、第一光学フィルタ２２を透過した赤外線（波長：１４８０ｎｍ）を受光し、その強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオードである。なお、第一フォトダイオード２３と第一光学フィルタ２２との間に適宜、収束レンズを配置して、第一フォトダイオード２３に到達する赤外線を収束させることが好ましい。
第一フォトダイオード２３は、第一アンプ２４と電気的に接続されている。
【００３４】
第一アンプ２４は、第一フォトダイオード２３によって出力された電流信号を電圧信号に変換するアンプである。第一アンプ２４によって出力された電圧信号は、第一受光装置２０によって受光された赤外線（波長：１４８０ｎｍ）の強度（以下、「赤外線強度」と記す）を表す。
第一アンプ２４は、解析装置４０と電気的に接続されている。
【００３５】
第二受光装置３０は、トーチ１０の光学系（コリメートレンズ１２、集光レンズ１３、及びミラー１４）によって反射されたＣＷＬ反射光（波長：８０８ｎｍ）を受光し、その強度を計測する装置である。
第二受光装置３０は、第二ミラー３１、第二光学フィルタ３２、第二フォトダイオード３３、及び第二アンプ３４を具備する。
【００３６】
第二ミラー３１は、第一ミラー２１を透過した赤外線及びＣＷＬ反射光の一部を第二フォトダイオード３３に向けて反射すると共に、残りを透過するハーフミラーである。
なお、第二ミラー３１として、第一ミラー２１を透過した赤外線及びＣＷＬ反射光の全てを第二フォトダイオード３３に向けて反射するミラーを採用することも可能である。
【００３７】
第二光学フィルタ３２は、第二ミラー３１に反射したＣＷＬ反射光（波長：８０８ｎｍ）のみを透過する光学フィルタである。本実施形態においては、第二光学フィルタ３２として、波長が８０８±３０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタが採用される。
第二光学フィルタ３２は、第二ミラー３１と第二フォトダイオード３３との間であって、第二ミラー３１に反射した赤外線及びＣＷＬ反射光の経路上に配置されている。
【００３８】
第二フォトダイオード３３は、第二光学フィルタ３２を透過したＣＷＬ反射光を受光し、その強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオードである。なお、第二フォトダイオード３３と第二光学フィルタ３２との間に適宜、収束レンズを配置して、第二フォトダイオード３３に到達するＣＷＬ反射光を収束させることが好ましい。
第二フォトダイオード３３は、第二アンプ３４と電気的に接続されている。
【００３９】
第二アンプ３４は、第二フォトダイオード３３によって出力された電流信号を電圧信号に変換するアンプである。第二アンプ３４によって出力された電圧信号は、第二受光装置３０によって受光されたＣＷＬ反射光の強度（以下、「反射光強度」と記す）を表す。
第二アンプ３４は、解析装置４０と電気的に接続されている。
【００４０】
解析装置４０は、ワークＷの溶接時に、溶接部分の状態の良否を判定する装置である。解析装置４０は、第一受光装置２０によって計測された赤外線強度と、第二受光装置３０によって計測された反射光強度とに基づいて、前記判定を行う。解析装置４０による判定の詳細については、後述する。
また、解析装置４０は、前記パルスレーザ発振器及び前記ＣＷレーザ発振器に電気的に接続されており（不図示）、前記パルスレーザ発振器及び前記ＣＷレーザ発振器から発振される各レーザの出力値を制御する。
【００４１】
図２に、赤外線強度の波形、反射光強度の波形、及びパルスレーザの出力値の波形を示す。
図２に示すグラフの縦軸は、赤外線強度、反射光強度、及びパルスレーザの出力値を表し、横軸は、時間を表す。
図２における各波形は、便宜上、上下に並べて表示している。
【００４２】
以下では、図３〜図９を参照して、本発明に係る溶接方法の一実施形態である、溶接装置１を用いた溶接工程Ｓ１について説明する。
【００４３】
溶接工程Ｓ１は、溶接装置１を用いて、溶接対象であるワークＷにレーザ溶接を行うと共に、溶接部分の不良を検出する工程である。
溶接工程Ｓ１においては、トーチ１０からワークＷに重畳レーザを照射してワークＷを溶接する際、第一受光装置２０及び第二受光装置３０によって赤外線強度及び反射光強度が連続的に計測され、それらの強度が解析装置４０に送信される。
【００４４】
図３に示すように、溶接工程Ｓ１において、解析装置４０は、溶け込み不足検出工程Ｓ１０、及びアンダーフィル検出工程Ｓ２０を行う。
なお、本実施形態においては、溶け込み不足検出工程Ｓ１０の後に、アンダーフィル検出工程Ｓ２０が行われるが、アンダーフィル検出工程Ｓ２０の後に、溶け込み不足検出工程Ｓ１０を行ってもよいし、それらを並列して行ってもよい。
【００４５】
溶け込み不足検出工程Ｓ１０は、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じているか否かを判定する工程である。
ここで、「溶け込み不足」とは、所望の溶け込み深さ（例えば、０．４ｍｍ以上）を達成できていないことを意味する不良である。
【００４６】
図４に示すように、溶け込み不足検出工程Ｓ１０において、解析装置４０は、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理を行う。
【００４７】
ステップＳ１１において、解析装置４０は、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度を時間について積分することによって、積分値Ａを算出する。
解析装置４０は、ステップＳ１１を行った後、ステップＳ１２を行う。
【００４８】
ステップＳ１２において、解析装置４０は、ステップＳ１１にて算出された積分値Ａと、予め実験等によって設定された閾値Ｔａとを比較する。
積分値Ａが閾値Ｔａを上回る場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じていないと判定し、溶け込み不足検出工程Ｓ１０を終了する。
積分値Ａが閾値Ｔａ以下の場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じていると判定し、ステップＳ１３を行う。
【００４９】
図５に、パルスレーザの１パルス出力中における、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じていない場合の赤外線強度の波形（図５における楕円Ｅ１で囲まれた部分）と、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じた場合の赤外線強度の波形（図５における楕円Ｅ２で囲まれた部分）とを示す。
図５に示すように、パルスレーザの１パルス出力中において、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じていない場合の赤外線強度の波形は、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じた場合の赤外線強度の波形よりもピーク値が大きく、全体として値が大きくなっている。
これは、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じず、所望の溶け込み深さを達成できた場合、ワークＷの溶接中にキーホールが形成されているためである。つまり、溶融池にキーホールが形成されることによって、比較的大きい溶け込み深さを達成できるのであり、キーホールが形成された場合、その周辺の温度が概ねワークＷの沸点にまで達し、更にはキーホールによって溶融池の表面積が増加するため、赤外線強度が比較的大きくなる。
そのため、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度を時間について積分することによって算出された積分値Ａに基づいて、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じているか否かの判定を行うことができるのである。
【００５０】
なお、本実施形態においては、第一受光装置２０によって受光する赤外線の波長を１４８０ｎｍとしたが、溶接対象の沸点付近の温度、つまりキーホールが形成される際の温度に対応していれば、その波長を適宜変更可能である。つまり、キーホールの有無を検出できるように、第一受光装置２０によって受光する赤外線の波長を選択すればよい。
例えば、溶接対象がアルミニウムを主成分とする金属の場合には、不良の判定に用いる赤外線の波長を１２００〜１６００ｎｍとすることが好ましい。アルミニウムの沸点は、約２５２０℃であり、この温度に対応する赤外線の波長は、ウィーンの変位則から、約１０００ｎｍである。しかしながら、この波長は、パルスレーザとして採用したＹＡＧレーザの波長（１０６４ｎｍ）に近いため、パルスレーザ自身がノイズとなって、キーホールの有無の検出が困難となる。一方で、溶接時のアルミニウムの表面温度は、約１５００℃に達するため、赤外線の波長が１６００ｎｍを上回る場合には、溶融したアルミニウムの温度と、キーホールが形成される際の温度との判別が困難となる。
したがって、溶接対象がアルミニウムを主成分とする金属の場合において、不良の判定に用いる赤外線の波長を１２００〜１６００ｎｍとすることで、溶接時にキーホールが形成されたか否かを精度良く判断できるのである。
【００５１】
また、本実施形態においては、積分値Ａを用いて、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じているか否かを判定するが、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度に関係する、他の値を判定に用いることも可能である。
例えば、キーホールが形成された時に、赤外線強度が急激に増加する事象を利用して、赤外線強度の微分値を判定に用いることも可能である。また、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度のピーク値、平均値、又は合計値を判定に用いることも可能である。
【００５２】
図４に示すように、解析装置４０は、ステップＳ１２にて、ワークＷの溶接部分に溶け込み不足が生じていると判定した場合、ステップＳ１３において、ワークＷの溶接部分に不良が生じていると判定する。
この場合、溶接部分に不良が生じたワークＷを除外する等の所定の処理が行われる。
【００５３】
以上のように、溶け込み不足検出工程Ｓ１０においては、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度に基づいて、ワークＷの溶接部分に生じた溶け込み不足を短時間で検出することができる。
【００５４】
アンダーフィル検出工程Ｓ２０（図３参照）は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かを判定する工程である。
ここで、「アンダーフィル」とは、溶融池にキーホールが形成された際に、溶融金属が吹き飛ぶことによって、溶接部分が窪む不良である。
【００５５】
図６に示すように、アンダーフィル検出工程Ｓ２０において、解析装置４０は、ステップＳ２１〜ステップＳ２５の処理を行う。
【００５６】
ステップＳ２１において、解析装置４０は、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間（パルス間の時間より短い時間であり、例えば、１〜５ｍｓ）経過後までの赤外線強度を時間について積分することによって、積分値Ｂを算出する。
解析装置４０は、ステップＳ２１を行った後、ステップＳ２２を行う。
【００５７】
ステップＳ２２において、解析装置４０は、ステップＳ２１にて算出された積分値Ｂと、予め実験等によって設定された閾値Ｔｂとを比較する。
積分値Ｂが閾値Ｔｂを下回る場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定し、ステップＳ２３を行う。
積分値Ｂが閾値Ｔｂ以上の場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていると判定し、ステップＳ２５を行う。
【００５８】
図７に、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていない場合の赤外線強度の波形（図７における点線で表した赤外線強度の波形）と、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じた場合の赤外線強度の波形（図７における実線で表した赤外線強度の波形）とを示す。
図７に示すように、パルスレーザの１パルス出力終了直後（図７における時間ｔ１）から所定の時間経過後までにおいて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じた場合の赤外線強度の波形は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていない場合の赤外線強度の波形よりも、全体として値が大きくなっている。
これは、溶接時に溶融金属が吹き飛んで、溶接部分が窪むことにより、当該溶接部分の表面積が増加し、それに伴って放出される赤外線の量が増加したためである。
したがって、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間（パルス間の時間より短い時間であり、例えば、１〜５ｍｓ）経過後までの赤外線強度を時間について積分することによって算出された積分値Ｂに基づいて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かの判定を行うことができるのである。
なお、アンダーフィル検出工程Ｓ２０においても、溶け込み不足検出工程Ｓ１０と同様に、第一受光装置２０によって受光する赤外線の波長を、キーホールの有無を検出可能な値とする。アンダーフィルは、溶融池にキーホールが形成された際に生じる不良であるため、キーホールの有無を検出可能な波長を有する赤外線の強度を用いることで、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かを判定することができるのである。
【００５９】
なお、本実施形態においては、積分値Ｂを用いて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かを判定するが、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までの赤外線強度に関係する、他の値を判定に用いることも可能である。
例えば、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までの赤外線強度の平均値又は合計値を判定に用いることも可能である。
【００６０】
図６に示すように、解析装置４０は、ステップＳ２２にて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定した場合、ステップＳ２３において、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後まで（例えば、溶融した溶接対象が凝固するまで）の反射光強度を時間について積分することによって、積分値Ｃを算出する。
解析装置４０は、ステップＳ２３を行った後、ステップＳ２４を行う。
【００６１】
ステップＳ２４において、解析装置４０は、ステップＳ２３にて算出された積分値Ｃと、予め実験等によって設定された閾値Ｔｃとを比較する。
積分値Ｃが閾値Ｔｃを上回る場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定し、アンダーフィル検出工程Ｓ２０を終了する。
積分値Ｃが閾値Ｔｃ以下の場合、解析装置４０は、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていると判定し、ステップＳ２５を行う。
【００６２】
図８に、パルスレーザの１パルス出力中における、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていない場合の反射光強度の波形（図８における楕円Ｅ３で囲まれた部分）と、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じた場合の反射光強度の波形（図８における楕円Ｅ４で囲まれた部分）とを示す。
図８に示すように、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていない場合の反射光強度は、パルスレーザの１パルス出力終了直後（図８における時間ｔ２）から所定の時間経過後までにおいて、激しく増減を繰り返しているのに対し、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じた場合の反射光強度は、パルスレーザの１パルス出力終了直後（図８における時間ｔ３）から所定の時間経過後までにおいて、変動が小さい。
これは、アンダーフィルが生じていない場合には、溶融池が振動することによって、当該溶融池において反射光が乱れるのに対し、アンダーフィルが生じた場合には、溶融金属が吹き飛んで溶融池の大部分が残存しておらず、反射光が乱れることがないためである。
したがって、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後まで（例えば、溶融した溶接対象が凝固するまで）の反射光強度を時間について積分することによって算出された積分値Ｃに基づいて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かの判定を行うことができるのである。
【００６３】
なお、本実施形態においては、積分値Ｃを用いて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かを判定するが、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までの反射光強度に関係する、他の値を判定に用いることも可能である。
例えば、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までの反射光強度の平均値又は合計値を判定に用いることも可能である。
【００６４】
図６に示すように、解析装置４０は、ステップＳ２２又はステップＳ２４にて、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていると判定した場合、ステップＳ２５において、ワークＷの溶接部分に不良が生じていると判定する。
この場合、溶接部分に不良が生じたワークＷを除外する等の所定の処理が行われる。
【００６５】
以上のように、アンダーフィル検出工程Ｓ２０においては、赤外線強度に関係する積分値Ｂを用いた判定（ステップＳ２１及びステップＳ２２）と、反射光強度に関係する積分値Ｃを用いた判定（ステップＳ２３及びステップＳ２４）とが行われ、両方の判定を通過することによって、最終的にワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じていないと判定される。
こうして、アンダーフィル検出工程Ｓ２０においては、パルスレーザの１パルス出力終了直後から所定の時間経過後までの赤外線強度及び反射光強度に基づいて、ワークＷの溶接部分に生じたアンダーフィルを短時間で検出することができる。
なお、アンダーフィル検出工程Ｓ２０において、反射光強度に関係する積分値Ｃを用いた判定（ステップＳ２３及びステップＳ２４）を行わず、赤外線強度に関係する積分値Ｂを用いた判定（ステップＳ２１及びステップＳ２２）のみを行うことによって、ワークＷの溶接部分にアンダーフィルが生じているか否かを判断してもよい。この場合、溶接装置１を、反射光強度の計測を行わない構成（前記ＣＷレーザ発振器、及び第二受光装置３０等を除外した構成）とすることもできる。
【００６６】
溶接工程Ｓ１においては、パルスレーザの１パルス出力中における赤外線強度に基づいて、パルスレーザの出力値を制御することも可能である。
【００６７】
図９に示すように、解析装置４０は、パルスレーザの１パルス出力中において、赤外線強度が急激に上昇したと判断した時、パルスレーザの出力値を低下させる（図９における時間ｔ４以降のパルスレーザの出力値参照）。
赤外線強度が急激に上昇したと判断するための指標として、赤外線強度の微分値を採用することが可能である。
【００６８】
パルスレーザの１パルス出力中において、赤外線強度が急激に上昇することは、溶融池にキーホールが形成されたことを意味する。溶融池にキーホールが形成された場合、当該溶融池の振動が激しくなり、アンダーフィルが発生する可能性が高まる。
そのため、上記のように、赤外線強度が急激に上昇した時、パルスレーザの出力値を低下させることによって、キーホールの保持時間を短縮することができ、それに伴ってアンダーフィルの発生を抑制することができるのである。
【００６９】
本発明に係る溶接方法は、密閉型の電池の製造工程に適用可能である。
【００７０】
以下では、図１０を参照して、本発明に係る電池の製造方法の一実施形態である、電池１００の製造工程について説明する。
電池１００の製造工程は、溶接装置１を用いた溶接工程を具備する。
【００７１】
まず、電池１００について説明する。
電池１００は、密閉型の電池である。
【００７２】
図１０に示すように、電池１００は、ケース１１０を具備する。
【００７３】
ケース１１０は、電極体（不図示）を電解液と共に収納する容器であり、溶接装置１の溶接対象である。
前記電極体は、シート状に形成された一対の電極（正極及び負極）がセパレータを介して積層され、捲回されることによって作製されている。前記電極体は、前記電解液が含浸されることにより発電要素として機能する。
【００７４】
ケース１１０は、収納部１１１と、蓋部１１２とを具備する。
【００７５】
収納部１１１は、略直方体状の箱体であり、その一面（図１０における上面）が開放している。収納部１１１には、前記電極体及び前記電解液が収納されている。
【００７６】
蓋部１１２は、収納部１１１の開放面に応じた形状を有する平板である。蓋部１１２は、溶接装置１によるレーザ溶接によって、収納部１１１と接合されている。詳細には、溶接装置１から照射された重畳レーザによって、蓋部１１２と収納部１１１との境界部分が溶融し、当該溶融部分が凝固することで溶接部１２０が形成されて、蓋部１１２と収納部１１１とが接合される。
また、蓋部１１２には、端子１３０・１３０が貫通可能な二つの開口部が形成されており、これらの開口部に端子１３０・１３０が固定されている。
【００７７】
端子１３０は、前記電極体と電気的に接続された部材である。
一方の端子１３０は、その一端部が前記電極体の正極と電気的に接続され、他端部がケース１１０の外部に向けて蓋部１１２から突出するように配置されている。
他方の端子１３０は、その一端部が前記電極体の負極と電気的に接続され、他端部がケース１１０の外部に向けて蓋部１１２から突出するように配置されている。
【００７８】
電池１００の製造工程においては、ケース１１０の収納部１１１内に前記電極体を収納した後、前記溶接工程が行われる。
【００７９】
前記溶接工程は、溶接装置１を用いて、ケース１１０に対してレーザ溶接を行う工程である。
前記溶接工程においては、収納部１１１の開放面を蓋部１１２によって塞いだ状態で、溶接装置１によって収納部１１１と蓋部１１２とを溶接する。
この時、溶接装置１の解析装置４０が収納部１１１と蓋部１１２との溶接部分の不良を検出した場合、当該不良を有する部材（ケース１１０等）を不良品として除外する。
【００８０】
不良が検出されず、収納部１１１と蓋部１１２との境界部分に溶接部１２０が形成された場合には、順次、後工程（ケース１１０内に前記電解液を注入する工程等）が行われ、電池１００が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、レーザ溶接における溶接部分の不良を検出する技術に利用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１      溶接装置
１０    トーチ
１１    筐体
１２    コリメートレンズ（光学系）
１３    集光レンズ（光学系）
１４    ミラー（光学系）
２０    第一受光装置
２１    第一ミラー
２２    第一光学フィルタ
２３    第一フォトダイオード
２４    第一アンプ
３０    第二受光装置
３１    第二ミラー
３２    第二光学フィルタ
３３    第二フォトダイオード
３４    第二アンプ
４０    解析装置
１００  電池
１１０  ケース
１２０  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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