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(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】P2023112741
(43)【公開日】2023-08-15
(54)【発明の名称】レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/28 20140101AFI20230807BHJP
B23K 26/064 20140101ALI20230807BHJP
B23K 26/073 20060101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
B23K26/28
B23K26/064 K
B23K26/073
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022014630
(22)【出願日】2022-02-02
(71)【出願人】
【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】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松岡 範幸
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 通雄
(72)【発明者】
【氏名】石川 諒
(72)【発明者】
【氏名】藤原 潤司
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168BA14
4E168BA87
4E168CB03
4E168CB08
4E168DA02
4E168DA32
4E168DA37
4E168DA39
4E168DA40
4E168DA43
4E168EA17
4E168EA20
(57)【要約】
【課題】溶込み深さを確保しつつ、外観美観性に優れた溶接ビードを形成可能なレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ４０にて伝送したレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射し、溶接方向ＷＤに移動する溶接速度Ｖｗでワーク２００を溶接するレーザ溶接方法である。光ファイバ４０は、第１コア４１と、半径方向で第１コア４１の外側にかつ第１コア４１と同軸に設けられた第３コア４５と、を少なくとも有している。１回目に、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する。続けて、２回目に、第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する。
【選択図】図１
【解決手段】光ファイバ４０にて伝送したレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射し、溶接方向ＷＤに移動する溶接速度Ｖｗでワーク２００を溶接するレーザ溶接方法である。光ファイバ４０は、第１コア４１と、半径方向で第１コア４１の外側にかつ第１コア４１と同軸に設けられた第３コア４５と、を少なくとも有している。１回目に、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する。続けて、２回目に、第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ファイバを伝送したレーザ光をワークに向けて照射し、溶接方向に移動する所定の溶接速度で前記ワークを溶接するレーザ溶接方法であって、
前記光ファイバは、
軸心に設けられた第１コアと、
半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、
前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率に設定した状態で、前記ワークの所定の箇所に前記レーザ光を照射する第１ステップと、
前記第１ステップに続けて、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い第２比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射する第２ステップと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。
前記光ファイバは、
軸心に設けられた第１コアと、
半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、
前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率に設定した状態で、前記ワークの所定の箇所に前記レーザ光を照射する第１ステップと、
前記第１ステップに続けて、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い第２比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射する第２ステップと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
前記光ファイバは、半径方向で前記第１コアと前記第３コアとの間にかつ前記第１コア及び前記第３コアと同軸に設けられた第２コアをさらに有し、
前記第２ステップでは、前記第１～前記第３コアに入射される前記レーザ光の比率を変更して、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い前記第２比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
前記光ファイバは、半径方向で前記第１コアと前記第３コアとの間にかつ前記第１コア及び前記第３コアと同軸に設けられた第２コアをさらに有し、
前記第２ステップでは、前記第１～前記第３コアに入射される前記レーザ光の比率を変更して、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い前記第２比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項3】
請求項１または２に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１ステップから前記第２ステップにかけて、前記レーザ光は連続して前記ワークに照射されるとともに、前記第１ステップ及び前記第２ステップの実行中に、前記ワークとのワーキングディスタンスは一定に保たれることを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第１ステップから前記第２ステップにかけて、前記レーザ光は連続して前記ワークに照射されるとともに、前記第１ステップ及び前記第２ステップの実行中に、前記ワークとのワーキングディスタンスは一定に保たれることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１ステップから前記第２ステップにかけて、前記レーザ光は連続して前記ワークに照射されるとともに、前記第１ステップ及び前記第２ステップの実行中に、前記光ファイバに入射される前記レーザ光の出力は、一定に保たれることを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第１ステップから前記第２ステップにかけて、前記レーザ光は連続して前記ワークに照射されるとともに、前記第１ステップ及び前記第２ステップの実行中に、前記光ファイバに入射される前記レーザ光の出力は、一定に保たれることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
前記ワークの表面における前記レーザ光のスポット径を、前記第１ステップよりも前記第２ステップにおいて広くすることを特徴とするレーザ溶接方法。
前記ワークの表面における前記レーザ光のスポット径を、前記第１ステップよりも前記第２ステップにおいて広くすることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項6】
請求項５に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１ステップでは、前記ワークに溶接ビードを形成し、
前記第２ステップでは、前記溶接ビードの形状を整形することを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第１ステップでは、前記ワークに溶接ビードを形成し、
前記第２ステップでは、前記溶接ビードの形状を整形することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項7】
請求項６に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１ステップでは、前記ワークに対して前記レーザ光が断続的にまたはパルス状に照射され、
前記第２ステップでは、前記ワークに対して前記レーザ光が連続的に照射されることを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第１ステップでは、前記ワークに対して前記レーザ光が断続的にまたはパルス状に照射され、
前記第２ステップでは、前記ワークに対して前記レーザ光が連続的に照射されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項8】
請求項６または７に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１ステップの前に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い第３比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射する前処理ステップをさらに備え、
前記前処理ステップでは、前記ワークを予熱することを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第１ステップの前に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い第３比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射する前処理ステップをさらに備え、
前記前処理ステップでは、前記ワークを予熱することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項9】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
所定の軌跡を描くように前記ワークの表面に前記レーザ光を照射することで、前記ワークがスポット溶接されることを特徴とするレーザ溶接方法。
所定の軌跡を描くように前記ワークの表面に前記レーザ光を照射することで、前記ワークがスポット溶接されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項10】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
前記ワークは、回転し位置決めを行うポジショナで回転されるものであって、前記レーザ光が照射される位置の照射開始点と照射終了点とが一致するか、または前記照射開始点と前記照射終了点とが重ならないように、前記照射開始点と前記照射終了点とが互いに近傍に位置しており、
前記第１ステップでは、前記レーザ光は、前記ワークの外周にわたって略１回転分照射されて、前記照射開始点と前記照射終了点とが重ならないように、前記照射開始点と前記照射終了点とが互いに近傍に位置するようにし、
前記第２ステップでは、前記レーザ光の出力を前記第１ステップよりも低下させるか、または前記レーザ光のパワー密度を前記第１ステップよりも低下させた状態にするとともに、前記レーザ光は、前記ワークの外周にわたって略１回転分照射されて、前記レーザ光が照射される位置の前記照射開始点と前記照射終了点とが一致して重なるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。
前記ワークは、回転し位置決めを行うポジショナで回転されるものであって、前記レーザ光が照射される位置の照射開始点と照射終了点とが一致するか、または前記照射開始点と前記照射終了点とが重ならないように、前記照射開始点と前記照射終了点とが互いに近傍に位置しており、
前記第１ステップでは、前記レーザ光は、前記ワークの外周にわたって略１回転分照射されて、前記照射開始点と前記照射終了点とが重ならないように、前記照射開始点と前記照射終了点とが互いに近傍に位置するようにし、
前記第２ステップでは、前記レーザ光の出力を前記第１ステップよりも低下させるか、または前記レーザ光のパワー密度を前記第１ステップよりも低下させた状態にするとともに、前記レーザ光は、前記ワークの外周にわたって略１回転分照射されて、前記レーザ光が照射される位置の前記照射開始点と前記照射終了点とが一致して重なるようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項11】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ光を伝送する光ファイバと、
前記レーザ光を前記光ファイバに入射させる光路変更機構と、
前記光ファイバを伝送した前記レーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドと、を少なくとも備え、
前記光ファイバは、
軸心に設けられた第１コアと、
半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、
前記光路変更機構は、前記レーザ光の光路を変更することで、前記第１コア及び前記第３コアにそれぞれ入射される前記レーザ光の比率を変更するように構成され、かつ
前記ワークの溶接中に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率から前記第１比率よりも低い第２比率に変更するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
前記レーザ光を伝送する光ファイバと、
前記レーザ光を前記光ファイバに入射させる光路変更機構と、
前記光ファイバを伝送した前記レーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドと、を少なくとも備え、
前記光ファイバは、
軸心に設けられた第１コアと、
半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、
前記光路変更機構は、前記レーザ光の光路を変更することで、前記第１コア及び前記第３コアにそれぞれ入射される前記レーザ光の比率を変更するように構成され、かつ
前記ワークの溶接中に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率から前記第１比率よりも低い第２比率に変更するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項12】
請求項１１に記載のレーザ溶接装置において、
前記光ファイバは、半径方向で前記第１コアと前記第３コアとの間にかつ前記第１コア及び前記第３コアと同軸に設けられた第２コアをさらに有し、
前記光路変更機構は、前記レーザ光の光路を変更することで、前記第１～前記第３コアにそれぞれ入射される前記レーザ光の比率を変更するように構成され、かつ
前記ワークの溶接中に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率から前記第１比率よりも低い前記第２比率に変更するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
前記光ファイバは、半径方向で前記第１コアと前記第３コアとの間にかつ前記第１コア及び前記第３コアと同軸に設けられた第２コアをさらに有し、
前記光路変更機構は、前記レーザ光の光路を変更することで、前記第１～前記第３コアにそれぞれ入射される前記レーザ光の比率を変更するように構成され、かつ
前記ワークの溶接中に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率から前記第１比率よりも低い前記第２比率に変更するように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光をワークの表面で走査しながら照射してワークをレーザ溶接する技術が知られている。
【0003】
特許文献１には、レーザ光を旋回させながらワークの同じ箇所に照射するステップを２回以上行うレーザ溶接方法が提案されている。具体的には、レーザ光の旋回時の半径を１回目よりも２回目の方が大きくなるようにすることで、２枚の板材の重ね合わせ溶接において、２枚の板材の間に隙間があっても、溶落ちを抑制し、穴あきの発生を防止できる。また、溶接ビードの幅を緻密に制御できる。
【0004】
これとは別に、特許文献２～４には、２層のコアを有する光ファイバとレーザ光の光路を変更させる可動ミラーとを用いて、光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルを変化させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２０１７／０２２２３８号
【特許文献2】米国特許第１００８８６３２号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０１８／０３７２９５９号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１９／０１１３６８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、ワークに形成される溶接ビードは、幅や溶込み深さの安定性だけでなく、外観美観性も要求される。例えば、溶接ビードの表面は滑らかで光沢を有することが求められることが多い。
【0007】
しかし、特許文献１～４には、溶込み深さの確保と外観美観性とを両立させる溶接方法に関して何ら開示されていない。
【0008】
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、溶込み深さを確保しつつ、外観美観性に優れた溶接ビードを形成可能なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接方法は、光ファイバを伝送したレーザ光をワークに向けて照射し、溶接方向に移動する所定の溶接速度で前記ワークを溶接するレーザ溶接方法であって、前記光ファイバは、軸心に設けられた第１コアと、半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率に設定した状態で、前記ワークの所定の箇所に前記レーザ光を照射する第１ステップと、前記第１ステップに続けて、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を前記第１比率よりも低い第２比率に設定した状態で、前記所定の箇所に前記レーザ光を照射する第２ステップと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【0010】
本開示に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ光を伝送する光ファイバと、前記レーザ光を前記光ファイバに入射させる光路変更機構と、前記光ファイバを伝送した前記レーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドと、を少なくとも備え、前記光ファイバは、軸心に設けられた第１コアと、半径方向で前記第１コアの外側にかつ前記第１コアと同軸に設けられた第３コアと、を少なくとも有し、前記光路変更機構は、前記レーザ光の光路を変更することで、前記第１コア及び前記第３コアにそれぞれ入射される前記レーザ光の比率を変更するように構成され、かつ前記ワークの溶接中に、前記レーザ光の出力に対する前記第１コアに入射される前記レーザ光の比率を第１比率から前記第１比率よりも低い第２比率に変更するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、溶込み深さを確保しつつ、外観美観性に優れた溶接ビードを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。
【図3】レーザ光のビーム径の定義を説明する模式図である。
【図4】溶接線に沿ったレーザ光の照射面積を説明する模式図である。
【図5】光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図6】実施形態１に係るレーザ溶接方法を説明する模式図である。
【図7】ピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図である。
【図8A】レーザ光の第２の照射軌跡を示す図である。
【図8B】レーザ光の第３の照射軌跡を示す図である。
【図8C】レーザ光の第４の照射軌跡を示す図である。
【図9】実施例に係るエネルギー密度と溶込み深さとの関係を示す図である。
【図10】エネルギー密度と算術平均表面粗さとの関係を示す図である。
【図11】溶込み深さと算術平均表面粗さとの関係を示す図である。
【図12】ワークの材質毎の第１ステップ及び第２ステップにおける好ましいパラメータを示す図である。
【図13】実施形態２に係るレーザ溶接装置の一部拡大図である。
【図14A】レーザ光の照射軌跡を示す図である。
【図14B】レーザ光の別の照射軌跡を示す図である。
【図15】変形例１に係るレーザ溶接方法を説明する模式図である。
【図16】変形例２に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図である。
【図17】変形例３に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図である。
【図18】実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。
【図19】光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルの変化を示す模式図である。
【図20】別の光ファイバの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0014】
【0015】
レーザ溶接装置１００は、レーザ発振器１０と光結合ユニット２０と集光ユニット３０と光ファイバ４０とレーザヘッド５０とステージ６０とマニピュレータ７０とを有している。なお、以降の説明において、レーザヘッド５０からワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢの進行方向をＺ方向と呼び、光結合ユニット２０から集光ユニット３０に向かうレーザ光ＬＢの進行方向をＸ方向と呼び、Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ交差する方向をＹ方向と呼ぶことがある。
【0016】
レーザ発振器１０は、複数のレーザモジュール１１とレーザ光合成器１２とを有している。複数のレーザモジュール１１からそれぞれ出射されたレーザ光がレーザ光合成器１２で合成されて１本のレーザ光ＬＢとして出射される。本願明細書において、レーザ光ＬＢの波長は、９００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であるが、特にこれに限定されず、適宜他の値を取りうる。
【0017】
光結合ユニット２０は、筐体２１の内部に折り返しミラー２２と光路変更機構２３とを有している。折り返しミラー２２は筐体２１の内部に固定配置されており、レーザ光ＬＢを光路変更機構２３に向けて反射する。なお、図１に示す例では、レーザ発振器１０が筐体２１の内部に配置されているが、筐体２１の外部に配置されてもよい。
【0018】
光路変更機構２３は、ミラー２４とピエゾステージ２５とピエゾアクチュエータ２６とを有している。ミラー２４は、折り返しミラー２２で反射されたレーザ光ＬＢを集光ユニット３０の集光レンズ３２に向けて反射する。ミラー２４はピエゾステージ２５に一体に取り付けられており、ピエゾアクチュエータ２６はピエゾステージ２５に取り付けられている。ピエゾアクチュエータ２６を駆動することで、ピエゾステージ２５及びミラー２４は、Ｙ方向と平行な軸回りに傾動し、ミラー２４で反射されたレーザ光ＬＢの光軸を所定の範囲で変化させる。なお、光路変更機構２３に対してレーザ光ＬＢが直接入射される場合は、折り返しミラー２２は省略されうる。
【0019】
集光ユニット３０は、筐体３１の内部に集光レンズ３２とシャッタ３３とビームダンパ３４とを有している。集光レンズ３２は、光路変更機構２３のミラー２４で反射されたレーザ光ＬＢを集光して光ファイバ４０に入射させる。シャッタ３３は、レーザ光ＬＢの光路中と光路外との間を移動可能に構成されており、所定の制御信号に応じてレーザ光ＬＢの光路を開閉する。シャッタ３３がレーザ光ＬＢの光路中に配置される場合、シャッタ３３で反射されたレーザ光ＬＢはビームダンパ３４に入射され、熱に変換される。なお、レーザ光ＬＢの集光位置を光ファイバ４０の入射端面に合わせるために、集光ユニット３０には、図示しない集光位置調整部が設けられている。
【0020】
光ファイバ４０は、集光ユニット３０とレーザヘッド５０とに接続されており、集光ユニット３０から入射されたレーザ光ＬＢをレーザヘッド５０まで伝送する。光ファイバ４０の構造については後で詳述する。
【0021】
レーザヘッド５０は、内部に図示しない光学系、例えばコリメーションレンズと集光レンズとを有しており、レーザヘッド５０に伝送されたレーザ光ＬＢを平行光に変換した後、ワーク２００の表面に集光して、ワーク２００がレーザ溶接される。また、レーザヘッド５０のレーザ出射口は、図示しない保護ガラスで覆われている。
【0022】
ステージ６０は、ワーク２００を保持するとともに、レーザヘッド５０に対して相対的に移動するように構成されている。マニピュレータ７０は、レーザヘッド５０を保持するとともに、レーザヘッド５０を所望の位置に移動させるように構成されている。
【0023】
また、レーザ溶接装置１００は、光路制御部９１とステージ制御部９２とマニピュレータ制御部９３とレーザ制御部９４とを有している。光路制御部９１は、ピエゾアクチュエータ２６及びシャッタ３３の駆動機構（図示せず）に電気的に接続されており、ピエゾアクチュエータ２６の動作及びシャッタ３３の開閉動作を制御する。光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧の大きさに応じて、光路変更機構２３の傾動範囲が変化し、後で述べるように、レーザ光ＬＢの光ファイバ４０への入射位置Ｐを変化させることができる。なお、ピエゾアクチュエータ２６とシャッタ３３の駆動機構とはそれぞれ別の制御部で制御されてもよい。
【0024】
ステージ制御部９２は、ステージ６０に電気的に接続されており、レーザヘッド５０に対するステージ６０の相対動作、言い換えるとワーク２００に入射されるレーザ光ＬＢに対するステージ６０の相対位置を制御するように構成されている。例えば、ステージ制御部９２により、ステージ６０をＸＹ平面に沿って移動させることができる。あるいは、ステージ６０は、Ｚ方向と平行な軸回りに回転させることができる。
【0025】
マニピュレータ制御部９３は、マニピュレータ７０に電気的に接続されており、マニピュレータ７０の動作を制御するように構成されている。なお、ステージ６０とマニピュレータ７０とが同じ制御部で制御されていてもよい。
【0026】
なお、ステージ制御部９２とマニピュレータ制御部９３とが連動して、マニピュレータ７０とステージ６０の両方を動作させる場合がある。通常は、マニピュレータ制御部９３によりマニピュレータ７０を動作させてレーザヘッド５０を移動させ、レーザ光ＬＢを溶接線ＷＬ（図６参照）に沿ってワーク２００の表面に照射させる。一方、マニピュレータ７０の動作範囲を超えて、レーザ光ＬＢを走査する場合は、マニピュレータ７０と同時にステージ制御部９２によりステージ６０も動作させる。このようにすることで、レーザ光ＬＢの照射範囲を拡大できる。また、溶接時間を短縮して作業効率を向上させたい場合も、ステージ制御部９２とマニピュレータ制御部９３とが連動して、マニピュレータ７０とステージ６０の両方を動作させることがある。なお、ステージ制御部９２によりステージ６０のみを移動させることでレーザ光ＬＢを溶接線ＷＬに沿って移動させてもよい。
【0027】
レーザ制御部９４は、レーザ発振器１０に接続された電源８１及びレーザ発振器１０に接続されており、レーザ光ＬＢの出力開始及び出力停止のタイミングや期間、また、レーザ光ＬＢの出力を制御するように構成されている。
【0028】
光路制御部９１、ステージ制御部９２、マニピュレータ制御部９３及びレーザ制御部９４における前述の機能は、それぞれが有するハードウェア上で、所定の溶接プログラムを実行することで実現される。当該ハードウェアは、主にＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリで構成される。また、光路制御部９１、ステージ制御部９２、マニピュレータ制御部９３及びレーザ制御部９４が、図示しない上位コントローラに接続される場合は、上位コントローラで実行される溶接プログラムに基づいた実行命令が、光路制御部９１、ステージ制御部９２、マニピュレータ制御部９３及びレーザ制御部９４のそれぞれに送信され、所定の処理を実行する。なお、光路制御部９１、ステージ制御部９２、マニピュレータ制御部９３及びレーザ制御部９４が、一体化されて一つの制御部になっていてもよい。
【0029】
【0030】
光ファイバ４０は、第１～第３コア４１，４３，４５と第１～第３クラッド４２，４４，４６と保護皮膜４７とを有しており、保護皮膜４７を除いてそれぞれ石英からなる。
【0031】
第１コア４１は、光ファイバ４０の軸心に配置されており、断面視で円形状である。第３コア４５は、光ファイバ４０の半径方向（図２中のＹ方向及びＺ方向）で第１コア４１の外側にかつ第１コア４１と同軸に設けられており、断面視でリング状である。第２コア４３は、光ファイバ４０の半径方向で第１コア４１と第３コア４５との間にかつ第１コア４１及び第３コア４５と同軸に設けられており、断面視でリング状である。
【0032】
第１クラッド４２は、第１コア４１の外周面と第２コア４３の内周面にそれぞれ接して第１コア４１と同軸に設けられており、断面視でリング状である。第２クラッド４４は、第２コア４３の外周面と第３コア４５の内周面にそれぞれ接して第１コア４１と同軸に設けられており、断面視でリング状である。第３クラッド４６は、第３コア４５の外周面に接して第１コア４１と同軸に設けられており、断面視でリング状である。
【0033】
第１コア４１の屈折率は、第１クラッド４２の屈折率よりも高くなるように設定される。第２コア４３の屈折率は、第１クラッド４２及び第２クラッド４４のそれぞれの屈折率よりも高くなるように設定される。第３コア４５の屈折率は、第２クラッド４４及び第３クラッド４６のそれぞれの屈折率よりも高くなるように設定される。第１～第３クラッド４２，４４，４６の屈折率を低下させるために、例えば、第１～第３クラッド４２，４４，４６のそれぞれに所定量のフッ素がドープされる。なお、第１クラッド４２及び第２クラッド４４のそれぞれの屈折率よりも、第３クラッド４６の屈折率が低くなるようにするのが好ましい。このようにすることで、第３コア４５から第３クラッド４６にレーザ光ＬＢが漏れ出すのを抑制できる。
【0034】
保護皮膜４７は、例えば、合成樹脂からなり、石英からなる第１～第３コア４１，４３，４５及び第１～第３クラッド４２，４４，４６を機械的に保護するとともに、光ファイバ４０からレーザ光ＬＢが漏れ出たり、外部から光ファイバ４０に光が漏れ込んだりするのを防止する。
【0035】
【0036】
なお、本願明細書において、「溶接速度Ｖｗ」とは、ワーク２００の溶接線ＷＬ（例えば、図６参照）に沿ったレーザ光ＬＢの進行速度を意味する。例えば、溶接速度Ｖｗは、ワーク２００を保持するステージ６０が静止した状態で、レーザ光ＬＢを出射中のレーザヘッド５０をマニピュレータ７０により溶接線ＷＬに沿って移動させる速度に相当する。また、溶接速度Ｖｗは、レーザ光ＬＢを出射中のレーザヘッド５０が静止した状態で、ワーク２００が保持されたステージ６０をレーザヘッド５０に対して移動させる速度に相当する。
【0037】
また、図３の（ａ）図に示すように、レーザ光ＬＢの「ビーム径φ」とは、光ファイバ４０から出射されるレーザ光ＬＢが最も絞られる位置であるビームウエストで光路と直交する断面の直径である。また、ビーム径φは、ワーク２００の平坦面にレーザ光ＬＢが照射された場合のレーザ光ＬＢのスポットの直径（以下、単にスポット径と言う）に対応している。また、「パワー密度ＰＤ」とは、レーザ光ＬＢの出力をワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのスポット面積Ｓｐ（図３の（ｂ）図参照）で割った値である。また、レーザ光ＬＢの出力をＬＰとすると、パワー密度ＰＤとレーザ光ＬＢのビーム径φとの関係は、式（１）に示す関係を満たす。
【0038】
ＰＤ＝ＬＰ／Ｓｐ＝ＬＰ／（π×（φ／２）２）＝４×ＬＰ／（π×φ２） ・・・（１）
また、レーザ光ＬＢの「エネルギー密度ＥＤ」とは、レーザ光ＬＢの出力にレーザ光ＬＢの照射時間Ｔを乗じた値をレーザ光ＬＢの照射面積Ｓで割った値である。ここで、照射面積Ｓは、溶接線ＷＬにわたってレーザ光ＬＢが照射されたワーク２００の表面の面積にあたる。また、図４に示す例で言えば、溶接線ＷＬに沿った長さをＬｗとすると、照射面積Ｓは、式（２）で示される。
また、レーザ光ＬＢの「エネルギー密度ＥＤ」とは、レーザ光ＬＢの出力にレーザ光ＬＢの照射時間Ｔを乗じた値をレーザ光ＬＢの照射面積Ｓで割った値である。ここで、照射面積Ｓは、溶接線ＷＬにわたってレーザ光ＬＢが照射されたワーク２００の表面の面積にあたる。また、図４に示す例で言えば、溶接線ＷＬに沿った長さをＬｗとすると、照射面積Ｓは、式（２）で示される。
【0039】
Ｓ＝Ｌｗ×φ＋Ｓｐ ・・・（２）
また、エネルギー密度ＥＤは、式（３）に示す関係を満たす。
また、エネルギー密度ＥＤは、式（３）に示す関係を満たす。
【0040】
ＥＤ＝ＬＰ×Ｔ／Ｓ ・・・（３）
図５は、光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルの一例を示す。なお、図５に示すレーザ光ＬＢのビームプロファイルは簡略化して図示している。また、説明の便宜上、Ｘ方向に関する一次元のビームプロファイルのみ図示しているが、実際には、Ｙ方向にも同様の形状のビームプロファイルとなる。また、図５において、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの出力を所定の出力値に設定した場合、それぞれの光強度の最大値を１に規格化してビームプロファイルを図示している。また、光強度が１／ｅ２となる位置で測定されたビームプロファイルの幅が、前述のビーム径φに相当する。
図５は、光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルの一例を示す。なお、図５に示すレーザ光ＬＢのビームプロファイルは簡略化して図示している。また、説明の便宜上、Ｘ方向に関する一次元のビームプロファイルのみ図示しているが、実際には、Ｙ方向にも同様の形状のビームプロファイルとなる。また、図５において、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの出力を所定の出力値に設定した場合、それぞれの光強度の最大値を１に規格化してビームプロファイルを図示している。また、光強度が１／ｅ２となる位置で測定されたビームプロファイルの幅が、前述のビーム径φに相当する。
【0041】
光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加される電圧Ｖ（以下、制御電圧Ｖという）に応じて駆動し、光路変更機構２３のミラー２４は、Ｙ方向と平行な軸回りに所定量傾動する。このことにより、ミラー２４で反射されたレーザ光ＬＢの光軸が変化する。
【0042】
光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧Ｖの大きさに応じて、ミラー２４で反射されたレーザ光ＬＢの光軸が変化すると、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの入射位置Ｐ（図２参照；以下、単に入射位置Ｐと呼ぶことがある）も変化する。言い換えると、光ファイバ４０に対するレーザ光ＬＢの入射位置Ｐを変化させることで、光ファイバ４０のコアに入射されるレーザ光ＬＢの入射量が変わり、光ファイバ４０のコア（第１コア４１、第２コア４３、第３コア４５）に入射される、レーザ光ＬＢの出力に対するレーザ光ＬＢの比率を変化させることができる。ここで、レーザ光ＬＢの出力とは、レーザ光ＬＢが光ファイバ４０に入射する全入射量に相当する。このことを利用して、光ファイバ４０から出射されるレーザ光ＬＢのビームプロファイル（以下、単にレーザ光ＬＢのビームプロファイルと呼ぶことがある。）を変化させることができる。
【0043】
言い換えると、レーザ光ＬＢの出力に対する、光ファイバ４０のコアに入射されるレーザ光ＬＢの比率は、光ファイバ４０に対して照射されるレーザＬＢの全入射量に対する、光ファイバ４０の各コア（第１コア４１、第２コア４３、第３コア４５）に入射されるレーザＬＢの入射量の比率に相当する。レーザ光ＬＢの出力は、光ファイバ４０に対して照射されるレーザＬＢの全入射量に相当する。
【0044】
光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧Ｖの大きさを変えることで、レーザ光ＬＢの出力に対する、光ファイバ４０のコアに入射されるレーザ光ＬＢの比率を変更することができる。
【0045】
光路変更機構２３が動作していない状態、つまり、制御電圧ＶがＶ０（＝０Ｖ）の状態で、レーザ光ＬＢが光ファイバ４０の軸心に入射し、第１コア４１に伝送されるようにレーザ溶接装置１００の内部で各光学部品の配置関係が規定されている。この場合の入射位置ＰをＰ０（図２参照）とする。
【0046】
制御電圧ＶをＶ０からＶ１（＞Ｖ０）へ、さらにＶ２（＞Ｖ１）、Ｖ３（＞Ｖ２）へと変化させると、図２に示すように、入射位置Ｐは、Ｐ０からＰ１へ、さらに、Ｐ２、Ｐ３へと変更される。
【0047】
入射位置ＰがＰ０の場合、図５のパターン０に示すように、Ｘ＝０となる位置を中心とした単峰状のガウシアン分布となる。なお、Ｘ＝０は、光ファイバ４０の軸心に対応している。
【0048】
入射位置ＰがＰ１に変更されると、図２に示すように、レーザ光ＬＢは、第１コア４１と第１クラッド４２との間に入射される。この場合、レーザ光ＬＢの一部が第２コア４３に入射されるため、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５のパターン１に示すように、中央のピークの両縁が持ち上がって裾を引くような形状となる。また、中央のピークの半値幅は、パターン０の半値幅よりも広くなる。なお、以降の説明において、パターン１をトップハット形状と呼ぶことがある。
【0049】
入射位置ＰがＰ２に変更されると、レーザ光ＬＢの大部分が、第２コア４３に入射される。この場合、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５のパターン２に示すように、中央のピークが小さくなる一方、Ｘ＝０となる位置を挟んで第２コア４３に対応する位置にピークが現れる双峰状の形状となる。実際には、ＸＹ平面上にリング状のピークを有する分布となる。
【0050】
入射位置ＰがＰ２に変更されると、レーザ光ＬＢの大部分が、第３コア４５に入射される。この場合、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５のパターン３に示すように、第２コア４３に対応する位置のピークが小さくなる一方、第２コア４３の外側に位置する第３コア４５に対応する位置にピークが現れる双峰状の形状となる。実際には、ＸＹ平面上にリング状のピークを有する分布となる。
【0051】
また、図５及び以上の説明から明らかなように、パターン１は、パターン０よりもＸ方向及びＹ方向に広がった形状となる。同様に、パターン２はパターン１よりも、パターン３はパターン２よりもそれぞれＸ方向及びＹ方向に広がった形状となる。言い換えると、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのスポットの直径（以下、単にスポット径という）は、パターン０→パターン１→パターン２→パターン３の順で大きくなる。
【0052】
なお、本願明細書において、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、それぞれ３．６Ｖ、６Ｖ、９Ｖであるが、特にこれに限定されない。ピエゾアクチュエータ２６の種類やサイズ等に応じて適宜変更されうる。
【0053】
また、ミラー２４及びピエゾステージ２５は、Ｘ方向と平行な軸回りに傾動してもよい。光ファイバ４０の軸心からＸＹ平面上で等距離の位置にレーザ光ＬＢが入射した場合、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは同じ形状となる。例えば、光ファイバ４０の軸心、つまり、入射位置Ｐ＝Ｐ０を中心として、Ｐ０からＰ１までの距離を半径とした円周上にレーザ光ＬＢが入射すれば、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５に示すパターン１となる。
【0054】
［レーザ溶接方法］
図６は、本実施形態に係るレーザ溶接方法を説明する模式図を示し、図７は、ピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を模式的に示す。図８Ａ～図８Ｃは、レーザ光の第２～第４の照射軌跡を示す。
図６は、本実施形態に係るレーザ溶接方法を説明する模式図を示し、図７は、ピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を模式的に示す。図８Ａ～図８Ｃは、レーザ光の第２～第４の照射軌跡を示す。
【0055】
本実施形態では、図６に示すように、溶接方向ＷＤに沿って、ワーク２００にサークル形状の軌跡ＴＲ１を描くようにレーザ光ＬＢを照射することで、ワーク２００をスポット溶接する場合を例に取って説明する。ワーク２００は、例えば、鉄からなる板材である。なお、以降の説明において、軌跡ＴＲ１を含んで、ワーク２００の表面におけるレーザ光ＬＢの照射軌跡を溶接線ＷＬと呼ぶことがある。
【0056】
本実施形態に示すレーザ溶接方法では、軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って、ワーク２００の同じ箇所にレーザ光ＬＢを２回照射している。言い換えるとレーザ光ＬＢを軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）上に２周照射している。図７に示すように、１回目の照射では、光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧ＶをＶ１（図５参照）としている。これにより、光路制御部９１からピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧Ｖの大きさに応じて、光路変更機構２３の傾動範囲が変化し、レーザ光ＬＢの光ファイバ４０への入射位置Ｐを変化させ、レーザ光ＬＢのビームプロファイルを変更することができる。言い換えると、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定しレーザ光ＬＢのビームプロファイルを変更する。このため、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５に示すパターン１となる。一方、２回目の照射は、１回目の照射に連続して行われる。また、１回目の照射及び２回目の照射において、ワーク２００とのワーキングディスタンスは一定に保たれる。また、１回目の照射及び２回目の照射の実行中に、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの出力は一定に保たれる。
【0057】
２回目の照射では、ピエゾアクチュエータ２６に印加する制御電圧ＶをＶ１からＶ３に変化させる。このため、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５に示すパターン３に変化する。言い換えると、１回目の照射では、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所、この場合は、軌跡ＴＲ１に沿ってレーザ光ＬＢを照射する。１回目の照射に続けて、２回目の照射では、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、軌跡ＴＲ１に沿ってレーザ光ＬＢを照射する。
【0058】
本実施形態では、１回目の照射で、ワーク２００が軌跡ＴＲ１に沿ってレーザ溶接され、図６の右側に示すように、溶接ビード３００が形成される。なお、制御電圧ＶをＶ１とすることで、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５に示すパターン１、すなわちトップハット形状となる。レーザ光ＬＢのビームプロファイルがパターン０の場合に比べて、レーザ光ＬＢのスポット径が広がるだけでなく、スポットの周縁での入熱量を高められる。このことにより、ワーク２００に形成されるキーホール（図示せず）の開口部分の直径を広げることができ、キーホールの形状を安定化できる。また、ワーク２００に形成される溶融池（図示せず）の形状や振動状態を安定化させることができる。このことにより、溶接速度Ｖｗを高めても、スパッタの発生を抑制できる。
【0059】
２回目の照射では、１回目と同じ軌跡ＴＲ１に沿って、溶接ビード３００全体にレーザ光ＬＢが照射される。この場合、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図５に示すパターン３に変化しており、軌跡ＴＲ１におけるレーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤは、１回目よりも低下している。このことについては後で説明する。
【0060】
また、１回目の照射時の溶接速度Ｖｗ１（以下、単に溶接速度Ｖｗ１と呼ぶことがある。）は、２回目の照射時の溶接速度Ｖｗ２（以下、単に溶接速度Ｖｗ２と呼ぶことがある。）よりも高くなるように設定されてもよい。
【0061】
また、図５及び図６から明らかなように、ワーク２００の表面に照射されるレーザ光ＬＢのスポット径は、１回目の照射よりも２回目の照射において広くなる。このため、２回目の照射では、１回目の照射でワーク２００に形成された溶接ビード３００よりも広い範囲にレーザ光ＬＢが照射される。なお、パターン３の中心部分には、レーザ光ＬＢはほとんど照射されない。レーザ光ＬＢが照射される周縁部分からの熱伝導により、ワーク２００におけるパターン３の中心部分に対応する部分に入熱される。本実施形態では、１回目の照射時のスポット径は、１０００μｍ程度であり、２回目の照射時のスポット径は、２０００μｍ程度である。ただし、これに特に限定されず、それぞれの値は適宜変更しうる。
【0062】
その結果、２回目の照射では、１回目の照射で形成された溶接ビード３００が一部軟化する。軟化した部分の表面張力に起因して、溶接ビード３００の表面が平坦化される、その結果、溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。このことについては後で詳述する。
【0063】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、光ファイバ４０を伝送したレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射し、溶接方向ＷＤに移動する溶接速度Ｖｗでワーク２００を溶接する。
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、光ファイバ４０を伝送したレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射し、溶接方向ＷＤに移動する溶接速度Ｖｗでワーク２００を溶接する。
【0064】
光ファイバ４０は、軸心に設けられた第１コア４１と、半径方向で第１コア４１の外側にかつ第１コア４１と同軸に設けられた第３コア４５と、半径方向で第１コア４１と第３コア４５との間にかつ第１コア４１及び第３コア４５と同軸に設けられた第２コア４３を少なくとも有している。
【0065】
本実施形態のレーザ溶接方法は、１回目の照射で、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する（第１ステップ）。
【0066】
第１ステップに続けて、２回目の照射では、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する（第２ステップ）。別の見方をすると、第２ステップでは、第１～第３コア４１，４３，４５に入射されるレーザ光ＬＢの比率を変更して、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する。
【0067】
軌跡ＴＲ１を描くようにワーク２００の表面にレーザ光ＬＢを照射することで、ワーク２００がスポット溶接される。また、第１ステップでは、ワーク２００に溶接ビード３００を形成し、第２ステップでは、溶接ビード３００の形状を整形する。
【0068】
本実施形態によれば、第１ステップを行うことで、ワーク２００の溶込み深さを確保して溶接ビード３００を確実に形成できる。また、第２ステップを行うことで、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0069】
また、一般的なウィービングによりワーク２００をスポット溶接する場合と異なり、走査周波数を低下させずにワーク２００をスポット溶接できる。また、レーザ光ＬＢをウィービングさせた場合、溶接線ＷＬに対して、レーザ光ＬＢが照射される部分が非対称となり、溶接方向ＷＤに沿って非連続な溶融池の流れができてしまう。このため、溶接ビード３００の形状がいびつになることがある。
【0070】
一方、本実施形態によれば、同じ軌跡ＴＲ１に沿って、レーザ光ＬＢのビームプロファイルを変化させた上でレーザ光ＬＢを２回照射している。このことにより、溶融池の流れが溶接方向ＷＤに沿って不連続になったり、溶接ビード３００の形状がいびつになったりすることがない。その結果、美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0071】
第１ステップから第２ステップにかけて、レーザ光ＬＢは連続してワーク２００に照射されるとともに、第１ステップ及び第２ステップの実行中に、ワーク２００とのワーキングディスタンスは一定に保たれる。
【0072】
このようにすることで、第１ステップでワーク２００に形成された溶接ビード３００が十分に冷却される前に、第２ステップでレーザ光ＬＢを照射するため、溶接ビード３００の表面の一部が再度溶融する。このことにより、溶接ビード３００の表面粗さを小さくでき、美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0073】
ワーク２００の表面におけるレーザ光ＬＢのスポット径を、第１ステップよりも第２ステップにおいて広くするのが好ましく、このようにすることで、第２ステップで、溶接ビード３００全体にレーザ光ＬＢが照射され、溶接ビード３００の表面全体で表面粗さを小さくでき、美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0074】
第１ステップにおける溶接速度Ｖｗ１は、第２ステップにおける溶接速度Ｖｗ２よりも高いことが好ましい。第２ステップでは、レーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤが、第１ステップに比べて大幅に低くなる。よって、溶接速度Ｖｗ２を溶接速度Ｖｗ１よりも低くすることで、溶接ビード３００の形状を整形するのに必要な投入熱量を確保することができる。ただし、これに特に限定されず、溶接速度Ｖｗ２が溶接速度Ｖｗ１と同じ値であってもよい。あるいは、溶接速度Ｖｗ２を溶接速度Ｖｗ１より高くなるように設定してもよい。
【0075】
また、本実施形態において、第１ステップ及び第２ステップの実行中に、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの出力は一定に保たれている。このようにすることで、レーザ制御部９４によるレーザ発振器１０や電源８１の制御が簡素化される。
【0076】
なお、本実施形態では、ワーク２００の材質は鉄であるが、特にこれに限定されない。ワーク２００が鉄を主たる構成材料として含む材質でもよい。また、後で述べるように、ワーク２００がアルミニウムを主たる構成材料として含む材質であってもよい。
【0077】
本実施形態に係るレーザ溶接装置１００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ発振器１０と、レーザ光ＬＢを伝送する光ファイバ４０と、レーザ光ＬＢを光ファイバ４０に入射させる光路変更機構２３と、光ファイバ４０を伝送したレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射するレーザヘッド５０と、を少なくとも備えている。
【0078】
光ファイバ４０は、軸心に設けられた第１コア４１と、半径方向で第１コア４１の外側にかつ第１コア４１と同軸に設けられた第３コア４５と、半径方向で第１コア４１と第３コア４５との間にかつ第１コア４１及び第３コア４５と同軸に設けられた第２コア４３を少なくとも有している。
【0079】
光路変更機構２３は、レーザ光ＬＢの光路を変更することで、第１～第３コア４１，４３，４５にそれぞれ入射されるレーザ光ＬＢの比率を変更するように構成されている。また、光路変更機構２３は、ワーク２００の溶接中に、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１から第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に変更するように構成されている。
【0080】
本実施形態によれば、例えば、ワーク２００の溶接中において、レーザ光ＬＢの光路変更前に、ワーク２００に溶接ビード３００を形成し、レーザ光ＬＢの光路変更後に、溶接ビード３００の形状を整形することができる。このことにより、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0081】
光路変更機構２３は、光路変更機構２３は、レーザ光ＬＢを光ファイバ４０に向けて偏向するミラー２４と、レーザ光ＬＢの入射方向に対するミラー２４の角度を変更するピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）２６と、ピエゾアクチュエータ２６の動作を制御する光路制御部９１と、を少なくとも有している。
【0082】
光路制御部９１は、ピエゾアクチュエータ２６を動作させてミラー２４の角度を変更することで、レーザ光ＬＢの出力に対する第１～第３コア４１，４３，４５にそれぞれ入射されるレーザ光ＬＢの比率を変更するように構成されている。
【0083】
このようにすることで、ワーク２００の溶接中に、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのビームプロファイルを変化させることができる。また、ワーク２００の表面におけるレーザ光ＬＢのスポット径やレーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤを変化させることができる。
【0084】
レーザ溶接装置１００は、レーザヘッド５０を保持し、レーザヘッド５０を溶接方向ＷＤに移動するマニピュレータ７０と、マニピュレータ７０の動作を制御するマニピュレータ制御部９３と、をさらに備えている。マニピュレータ制御部９３は、軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って、レーザ光ＬＢが溶接速度Ｖｗ１またはＶｗ２で照射されるようにマニピュレータ７０を制御してもよい。
【0085】
このようにマニピュレータ制御部９３を設けることで、レーザ光ＬＢを軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って容易に進行させることができる。また、溶接速度Ｖｗ１及びＶｗ２の調整を容易に行うことができる。
【0086】
なお、本実施形態では、溶接速度Ｖｗ１、Ｖｗ２はそれぞれ一定値であるとしたが、溶接速度Ｖｗ１、Ｖｗ２が、それぞれ連続的に変化してもよい。
【0087】
また、レーザ溶接装置１００は、ワーク２００を保持するステージ６０と、ステージ６０のレーザヘッド５０に対する相対動作を制御するステージ制御部９２と、をさらに備えている。ステージ制御部９２は、軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って、レーザ光ＬＢが所定の溶接速度Ｖｗ１またはＶｗ２で照射されるようにステージ６０を制御してもよい。
【0088】
このようにステージ制御部９２を設けることで、レーザ光ＬＢを軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って容易に進行させることができる。また、溶接速度Ｖｗ１及びＶｗ２の調整を容易に行うことができる。なお、前述したように、ステージ制御部９２とマニピュレータ制御部９３とで、ステージ６０及びマニピュレータ７０の動作をそれぞれ制御することで、レーザ光ＬＢを軌跡ＴＲ１（溶接線ＷＬ）に沿って進行させてもよい。この場合も、溶接速度Ｖｗ１及びＶｗ２の調整を容易に行うことができる。
【0089】
なお、マニピュレータ７０及びマニピュレータ制御部９３を設けた場合は、ステージ６０の移動機構及びステージ制御部９２は設けなくてもよい。また、移動機構を有するステージ６０及びステージ制御部９２を設けた場合は、マニピュレータ７０及びマニピュレータ制御部９３は設けなくてもよい。また、レーザ光ＬＢを走査させる手段として、マニピュレータ７０を移動させずに、レーザヘッド５０内に設けた光走査機構（図示せず）を用いてレーザ光ＬＢを走査してもよい。
【0090】
マニピュレータ制御部９３は、ワーク２００の溶接中に、ワーク２００とのワーキングディスタンスを一定に保つようにマニピュレータ７０を制御する。このようにすることで、レーザ溶接中にワーク２００に対してシールドガスを確実に吹き付けることができる。このことにより、溶接ビード３００の形状を良好に保てるとともに、溶接不良の発生を抑制できる。
【0091】
溶接速度Ｖｗは、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率が第１比率Ｒ１に設定される場合と第２比率Ｒ２に設定される場合とで異なっている。当該比率が第２比率Ｒ２に設定される場合の溶接速度Ｖｗ２が、第１比率Ｒ１に設定される場合の溶接速度Ｖｗ１よりも高くなるように設定されていてもよい。なお、溶接速度Ｖｗ１が、溶接速度Ｖｗ２よりも高くなるように設定されていてもよい。
【0092】
このようにすることで、第２ステップにおいて、溶接ビード３００の形状を整形するのに必要な投入熱量を確保することができる。
【0093】
また、ワーク２００の材質がアルミニウムやステンレスの場合、レーザ光ＬＢの照射箇所に対してシールドガスを吹き付ける必要がある。シールドガスは、レーザヘッド５０からワーク２００に向けて吹き付けられる。
【0094】
しかし、例えば、レーザ光ＬＢをデフォーカスさせて、ワーク２００の表面でのスポット径を変化させる場合、ワーク２００とのワーキングディスタンスも変化するため、レーザ光ＬＢの照射箇所に対してシールドガスが適切に吹き付けられなくなる。また、レーザヘッド５０に設けられたシールドガスユニット（図示せず）からワーク２００に対して横方向に吹き付けるエアーがワーク２００の溶接部分の近くで供給できなくなる。このため、溶接時に発生するプルームやヒューム等の金属蒸気を除去できなくなる。
【0095】
このようなことが起こると、プルームやヒュームを十分に除去できないため、レーザ光ＬＢが散乱し、ワーク２００の表面でレーザ光ＬＢの減衰または焦点シフトが発生し、溶込み不足によって溶接ビード３００の形状を良好に保てないことがある。また、それだけでなく、溶接不良、例えば、穴あきやスパッタが大量に発生したり、溶接箇所の強度不足が起こったりすることがある。また、ワーク２００に対して、シールドが適正に行えないため、冶金的な問題が起こるだけでなく、適正な溶接条件も変化する。このように、シールドが不十分なため、溶接ビード３００の形状を良好に保てなくなることがある。
【0096】
一方、本実施形態によれば、ワーク２００とのワーキングディスタンスを一定に保つことで、レーザ溶接中にワーク２００に対してシールドガスを確実に吹き付けることができ、溶接ビード３００の形状を良好に保てるとともに、溶接不良の発生を抑制できる。
【0097】
なお、ワーク２００をスポット溶接する場合のレーザ光ＬＢの照射軌跡は、図６に示した例に特に限定されず、例えば、図８Ａ～８Ｃに示すように、オープンサークル形状の軌跡ＴＲ２やオーバル形状の軌跡ＴＲ３やオープンオーバル形状の軌跡ＴＲ４であってもよい。
【0098】
また、本実施形態では、制御電圧ＶをＶ１からＶ３に変化させる例を示したが、特にこれに限定されず、例えば、制御電圧ＶをＶ１からＶ２に変化させてもよい。また、スパッタの発生や溶接ビード３００の形状異常が抑制される範囲において、制御電圧ＶをＶ０からＶ２やＶ３に変化させてもよい。
【0099】
なお、本願発明者等の検討により、ワーク２００の溶込み深さや溶接ビード３００の表面粗さは、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤと相関関係を有していることがわかった。以下、この点について具体的に説明する。
【実施例0100】
以下に示す条件で板材のワーク２００にレーザ光ＬＢを照射した。
【0101】
ワーク２００の材質：Ａ５０５２（Ｍｇ添加 アルミ系合金）
ワーク２００の厚さ：６ｍｍ
溶接速度 ：３ｍ／ｍｉｎ
レーザ光ＬＢの出力：５ｋＷ
また、上記の条件を同じにして、制御電圧ＶをＶ０からＶ３まで所定の電圧間隔で変化させ、ワーク２００に溶接ビード３００を形成した。その都度、ワーク２００の溶込み深さＤ及び算術平均表面粗さＲａ（以下、単に表面粗さＲａという）を測定した。その結果を、図９～１１に示す。
ワーク２００の厚さ：６ｍｍ
溶接速度 ：３ｍ／ｍｉｎ
レーザ光ＬＢの出力：５ｋＷ
また、上記の条件を同じにして、制御電圧ＶをＶ０からＶ３まで所定の電圧間隔で変化させ、ワーク２００に溶接ビード３００を形成した。その都度、ワーク２００の溶込み深さＤ及び算術平均表面粗さＲａ（以下、単に表面粗さＲａという）を測定した。その結果を、図９～１１に示す。
【0102】
【0103】
図９に示すように、エネルギー密度ＥＤが増加すると、溶込み深さＤも単調に増加した。また、図１０に示すように、エネルギー密度ＥＤが増加すると、表面粗さＲａも単調に増加した。ただし、溶込み深さＤが３ｍｍ以上になると、表面粗さＲａが測定不能となった（図１１も参照）。これは、溶接ビード３００の表面凹凸が大きすぎたためと考えられた。なお、溶込み深さＤが３ｍｍとなる場合のエネルギー密度ＥＤは、１０，０００Ｊ／ｃｍ２であった。
【0104】
一方、図１１に示すように、溶込み深さＤが３ｍｍになるまでは、溶込み深さＤが増加すると、表面粗さＲａも単調に増加した。ただし、図１１に示すデータを詳細に分析すると、溶込み深さＤが１ｍｍ以下の場合は、表面粗さＲａが小さく、かつ大きく変化していない。その結果、溶接ビード３００の表面は滑らであった（図１１中の下側の写真参照）。一方、溶込み深さＤが１ｍｍを超えてくると、表面粗さＲａの増加の度合いも大きくなり、また、溶接ビード３００の表面で凹凸が大きくなってくるのが確認できた（図１１中の上側の写真参照）。また、図１０から読み取れるように、エネルギー密度ＥＤが６，０００Ｊ／ｃｍ２以下である場合、表面粗さＲａが１μｍ以下でかつ大きく変化しないことが確認できた。
【0105】
第１ステップで、ワーク２００の溶接を確実に行うためには、溶込み深さＤを所定値以上にする必要がある。また、第２ステップで、溶接ビード３００の外観を滑らかで美しいものにするためには、表面粗さＲａを所定値以下にする必要がある。
【0106】
今回の検討から、第１ステップで、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤまたは溶込み深さＤを所定値以上になるように制御することで、ワーク２００に確実に溶接ビード３００を形成できることが分かった。また、第２ステップで、レーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤまたは溶込み深さＤを所定値以下になるように制御することで、表面粗さが小さく、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できることが分かった。
【0107】
また、今回の検討で、ワーク２００の材質によって、エネルギー密度ＥＤまたは溶込み深さＤの好ましい範囲が変動することがわかった。
【0108】
図１２は、ワークの材質毎の第１ステップ及び第２ステップにおける好ましいパラメータを示す。
【0109】
図１２に示すように、ワーク２００の材質が、アルミ系合金、この場合はＡ５０５２である場合、第１ステップでは、溶込み深さＤを３．０ｍｍ以上とするか、または、エネルギー密度ＥＤを１０，０００Ｊ／ｃｍ２以上とすることが好ましいことが分かった。また、第２ステップでは、溶込み深さＤを１．０ｍｍ以下とするか、または、エネルギー密度ＥＤを６，０００Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好ましいことが分かった。このようにすることで、表面粗さＲａが１．０μｍ以下となり安定した。
【0110】
ワーク２００の材質が、ステンレス、この場合はＳＵＳ３０４である場合、第１ステップでは、溶込み深さＤを３．０ｍｍ以上とするか、または、エネルギー密度ＥＤを６，０００Ｊ／ｃｍ２以上とすることが好ましいことが分かった。また、第２ステップでは、溶込み深さＤを２．０ｍｍ以下とするか、または、エネルギー密度ＥＤを６，０００Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好ましいことが分かった。このようにすることで、表面粗さＲａが４．０μｍ以下となり安定した。
【0111】
ワーク２００の材質が、軟鋼である場合、第１ステップでは、溶込み深さＤを３．０ｍｍ以上とするか、または、エネルギー密度ＥＤを６，０００Ｊ／ｃｍ２以上とすることが好ましいことが分かった。また、第２ステップでは、溶込み深さＤを２．０ｍｍ以下とするか、または、エネルギー密度ＥＤを６，０００Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好ましいことが分かった。このようにすることで、表面粗さＲａが４．０μｍ以下となり安定した。
【0112】
以上をまとめると、本開示のレーザ溶接方法は、以下の構成を備えていてもよい。
【0113】
第１ステップで、ワーク２００に溶接ビード３００を形成する場合は、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤを第１の値以上とする。一方、溶接ビード３００の形状を整形する場合は、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤを第１の値よりも低い第２の値以下とする。第１の値及び第２の値は、ワーク２００の材質に応じてそれぞれ設定される。
【0114】
また、本開示のレーザ溶接方法は、以下の構成を備えていてもよい。
【0115】
第１ステップで、ワーク２００に溶接ビード３００を形成する場合は、レーザ光ＬＢを照射した場合のワーク２００の溶込み深さＤを第３の値以上とする。一方、溶接ビード３００の形状を整形する場合は、レーザ光ＬＢを照射した場合のワーク２００の溶込み深さＤを第３の値よりも小さい第４の値以下とする。第３の値及び第４の値は、ワーク２００の材質に応じてそれぞれ設定される。
【0116】
（実施形態２）
図１３は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の一部拡大図を示し、図１４Ａ、１４Ｂは、レーザ光の照射軌跡をそれぞれ示す。なお、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１４Ａ，１４Ｂにおいて、ステージ６０及びポジショナ６１の図示を省略している。
図１３は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の一部拡大図を示し、図１４Ａ、１４Ｂは、レーザ光の照射軌跡をそれぞれ示す。なお、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１４Ａ，１４Ｂにおいて、ステージ６０及びポジショナ６１の図示を省略している。
【0117】
図１３に示す本実施形態のレーザ溶接装置１００は、ステージ６０にポジショナ６１が取り付けられている点で図１に示す実施形態１のレーザ溶接装置１００と異なる。図１３に示すように、ポジショナ６１は、軸線ＡＬ回りに回転可能に構成されており、ポジショナ６１には、ワーク２００が着脱可能に取り付けられる。ポジショナ６１にワーク２００が取り付けられることで、ワーク２００の位置決めが行われる。ポジショナ６１が軸線ＡＬ回りに回転することで、ワーク２００も軸線ＡＬ回りに回転する。なお、ワーク２００とのワーキングディスタンスが一定に保たれることは、実施形態１に示す構成と同様である。なお、図示しないが、ポジショナ６１に含まれるモータの回転位置を制御することで、レーザ光ＬＢに対してワーク２００の位置が決定される。
【0118】
このような構成のレーザ溶接装置１００を用いてワーク２００をレーザ溶接する場合、１回の照射で、レーザ光ＬＢは、ワーク２００の外周にわたって１回転分照射される。ワーク２００の形状等やレーザ溶接条件によって、図１４Ａに示すように、レーザ光ＬＢが照射される位置の照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが一致する場合がある。また、図１４Ｂに示すように、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが重ならないように、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが互いに近傍に位置する場合もある。
【0119】
本実施形態でも、実施形態１に示すのと同様に、１回目の照射で、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１に設定した状態で、ワーク２００の所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する（第１ステップ）。ただし、第１ステップでは、図１４Ｂに示すように、レーザ光ＬＢは、レーザ光ＬＢが照射される位置の照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが重ならないように、ワーク２００の外周にわたって略１回転分照射される。つまり、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが互いに近傍に位置するようにレーザ光ＬＢが照射される。
【0120】
第１ステップに続けて、２回目の照射では、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１よりも低い第２比率Ｒ２に設定した状態で、所定の箇所にレーザ光ＬＢを照射する（第２ステップ）。なお、第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率が低下することで、レーザ光ＬＢのビーム径φは、第１ステップよりも拡がる。よって、レーザ光ＬＢの出力及び溶接速度Ｖｗを第１ステップと同じ状態にしても、第２ステップでは、レーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤは第１ステップよりも低下した状態になる。この状態で、レーザ光ＬＢは、ワーク２００の外周にわたって略１回転分照射される。この場合、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが一致して重なるようにレーザ光ＬＢが照射される。
【0121】
なお、本実施形態における溶接線ＷＬは、図１４Ａ，１４Ｂに示すように、ワーク２００の外周にわたったラインであり、側面視で軸線ＡＬと交差している。また、溶接線ＷＬに沿って、溶接ビード３００が形成される。また、第１ステップと第２ステップとでのレーザ光ＬＢの出力を変化させる場合、出力変化は、レーザ制御部９４により制御される。例えば、レーザ光ＬＢの出力を第１ステップよりも第２ステップで低下させるようにしてもよい。
【0122】
本実施形態によれば、実施形態１に示す構成が奏するのと同様に、ワーク２００の溶込み深さを確保して、ワーク２００に確実に溶接ビード３００を形成できる。また、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。
【0123】
また、第１ステップでは、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが重ならないようにレーザ光ＬＢを照射することで、照射開始点ＳＰ及び照射終了点ＥＰにおける過剰な入熱を抑制して、ワーク２００の穴あきや溶落ちの発生を防止できる。また、溶接ビード３００全体にわたって、ワーク２００の溶込み深さを一定に近づけることができる。
【0124】
また、第２ステップでは、照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとが一致して重なるようにレーザ光ＬＢを照射すること、溶接ビード３００全体にレーザ光ＬＢが照射される。このことにより、溶接ビード３００の表面が均されて平坦化する。その結果、溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を溶接開始部から溶接終了部に至るまで形成できる。つまり、溶接ビード３００全体の外観を滑らかで光沢のある美しいものにできる。
【0125】
また、本実施形態によれば、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。このことについてさらに説明する。
【0126】
例えば、１回の照射でワーク２００をレーザ溶接する場合を考える。この場合、溶込み深さを確保するともに溶接ビード３００の外観美観性を満足するために、単位長さ当たりの入熱エネルギーが、１５００Ｊ／ｃｍ必要であるとする。例えば、レーザ光ＬＢの出力が１．５ｋＷで、溶接速度Ｖｗが６０ｃｍ／ｍｉｎである場合がこの条件に当てはまる。
【0127】
一方、本開示のレーザ溶接方法では、２回の照射でワーク２００をレーザ溶接している。したがって、２回の照射の合計で前述した入熱エネルギーを満足するようにすればよい。
【0128】
例えば、１回目の照射（第１ステップ）では、制御電圧ＶをＶ１とする一方、単位長さ当たりの入熱エネルギーを１０００Ｊ／ｃｍとすることで、所望の溶込み深さを確保でき、ワーク２００の外周にわたって溶接ビード３００が形成される。例えば、レーザ光ＬＢの出力が２．０ｋＷで、溶接速度Ｖｗ１が１２０ｃｍ／ｍｉｎである場合が、この入熱エネルギーの条件に当てはまる。
【0129】
一方、２回目の照射（第２ステップ）では、制御電圧ＶをＶ３とする一方、単位長さ当たりの入熱エネルギーを５００Ｊ／ｃｍとすることで、溶接ビード３００の表面が均され、溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。例えば、レーザ光ＬＢの出力が１．０ｋＷで、溶接速度Ｖｗ２が１２０ｃｍ／ｍｉｎである場合が、この入熱エネルギーの条件に当てはまる。
【0130】
また、本実施形態に示すように、溶接線ＷＬに沿ってワーク２００の所定の長さをレーザ溶接する場合、第１ステップでレーザ光ＬＢが照射された箇所は、第２ステップで再びレーザ光ＬＢが照射されるまでは、自然冷却される。つまり、ワーク２００における溶接箇所には、１回目のレーザ光ＬＢの照射による加熱と２回目のレーザ光ＬＢの照射による加熱との間に冷却過程が発生している。また、２回目のレーザ光ＬＢの照射による加熱後にもワーク２００は自然冷却される。
【0131】
このように、加熱と冷却のサイクルを２回繰り返すことで、１回のサイクルあたりで発生するワーク２００の歪量を小さくでき、ひいては、前述した１回のレーザ照射による溶接時よりもワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0132】
なお、溶接後の歪低減効果は、本実施形態に示す例に特に限られるものではない。実施形態１に示すスポット溶接においても、１回のレーザ光ＬＢの照射でレーザ溶接する場合と比べて、レーザ溶接後の溶接箇所の歪量が低減されるのは言うまでもない。
【0133】
なお、本実施形態では、軸線ＡＬはＸ方向と平行な方向に延びているが、特にこれに限定されず、軸線ＡＬが、Ｙ方向またはＺ方向と平行な方向に延びていてもよい。その場合、ポジショナ６１の配置及びワーク２００の配置が、それぞれ図１３に示す例から変更されることは言うまでもない。また、この場合、ワーク２００の表面に対して交差する方向からレーザ光ＬＢが入射されるように、マニピュレータ７０によりレーザヘッド５０が移動されることは言うまでもない。また、本実施例では説明を簡略化するために、回転軸が１軸のポジショナ６１を用いて説明したが、回転軸が複数軸のポジショナ６１を用いて実施してもよい。
【0134】
＜変形例１＞
図１５は、本変形例に係るレーザ溶接方法を説明する模式図を示す。なお、説明の便宜上、図１５において、ワーク２００を平板状に示しているが、実際には、図１３に示すように、ワーク２００はポジショナ６１に取り付けられている。
図１５は、本変形例に係るレーザ溶接方法を説明する模式図を示す。なお、説明の便宜上、図１５において、ワーク２００を平板状に示しているが、実際には、図１３に示すように、ワーク２００はポジショナ６１に取り付けられている。
【0135】
実際のレーザ溶接において、溶接線ＷＬに沿ったワーク２００の性質が一様であるとは限らない。例えば、一部が他の部分よりも熱容量が小さくなっていることがある。このようなワーク２００に対して、レーザ光ＬＢを同じ出力で連続して照射した場合、熱容量が小さくなる部分で、溶接後にワーク２００の歪量が大きくなることがある。
【0136】
このような不具合を解消するために、本変形例に示すレーザ溶接方法では、第１ステップでは、ワーク２００の溶接予定箇所に対してレーザ光ＬＢが断続的に照射されるようにしている。また、第２ステップでは、ワーク２００の溶接箇所に対してレーザ光ＬＢが連続的に照射される。このことについて図１５を用いてさらに説明する。
【0137】
図１５に示すように、ワーク２００は、レーザ光ＬＢの照射開始点ＳＰと照射終了点ＥＰとの間に第１領域２０１とその前方と後方に第２領域２０２とを有している。第１領域２０１は、第２領域２０２よりも熱容量が小さくなっている。
【0138】
このワーク２００をレーザ溶接するにあたって、第１ステップにおいて、制御電圧ＶをＶ０またはＶ１に設定した上で、ワーク２００にレーザ光ＬＢを断続的に照射する。例えば、集光ユニット３０のシャッタ３３を周期的にレーザ光ＬＢの光路中に移動させることで、レーザ光ＬＢを断続的に照射する。また、レーザ制御部９４により、電源８１からレーザ発振器１０に供給される電力を周期的にオンオフするようにしてもよい。続けて、第２ステップにおいて、制御電圧ＶをＶ３に設定した上で、ワーク２００にレーザ光ＬＢを連続的に照射する。なお、第１ステップにおけるレーザ光ＬＢのスポット径が、第２ステップにおけるレーザ光ＬＢのスポット径よりも小さいことは、実施形態１と同様である。
【0139】
第１ステップにおいて、ワーク２００にレーザ光ＬＢを断続的に照射することで、第１領域２０１での投入熱量が過剰になるのを抑制でき、また、所望の溶込み深さを確保できる。また、スパッタの発生や穴あきの発生等を防止できる。一方、第１ステップで形成される溶接ビード３００は、波目が粗くなる。第２ステップにおいて、レーザ光ＬＢのスポット径を広げつつ、ワーク２００にレーザ光ＬＢを連続的に照射することで、溶接ビード３００全体の表面を平坦化し、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、変形例２に示すのと同様に、ワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0140】
なお、溶接ビード３００の外観美観性と歪量の低減とが両立できる範囲で、第２ステップにおいて、ワーク２００にレーザ光ＬＢを断続的に照射してもよい。また、第２ステップにおいて、溶接ビード３００を繰り返し横切るように、レーザ光ＬＢを走査してもよい。当該走査には、らせんウィービングも含まれる。特に、第１ステップにおいて、溶接ビード３００の幅が広くなったときには、第２ステップにおいて、レーザ光ＬＢを、溶接ビード３００を繰り返し横切るように走査すると、第１ステップで形成された溶接ビード３００の表面全体にレーザ光ＬＢが確実に照射される。このことにより、溶接ビード３００の表面全体を確実に均すことができ、外観美観性の確保に効果的である。
【0141】
さらに、第１ステップにおいて、レーザ光ＬＢを断続的に照射する場合について記載したが、前述したように、これは、ワーク２００の歪を小さくすることが目的である。当該目的が達成できれば、レーザ光ＬＢを断続的に照射する場合以外の方法を適宜取りうる。例えば、レーザ光ＬＢをワーク２００に向けてパルス状に照射してよい。
【0142】
＜変形例２＞
図１６は、本変形例に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図を示す。なお、図１６及び後で述べる図１７に示すパターンｉ（ｉ＝０，１，２，３）は、図５に示すパターンｉと同じである。
図１６は、本変形例に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図を示す。なお、図１６及び後で述べる図１７に示すパターンｉ（ｉ＝０，１，２，３）は、図５に示すパターンｉと同じである。
【0143】
図１６に示す本変形例のレーザ溶接方法は、前述の第１ステップの前に、前処理ステップを備える点で、実施形態１や実施形態２に示すレーザ溶接方法と異なる。図１６に示す前処理ステップは、ワーク２００を予熱するためのステップである。また、本変形例のワーク２００の材質は、高張力鋼である。
【0144】
前処理ステップでは、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第１比率Ｒ１よりも低い第３比率Ｒ３に設定した状態で、ワーク２００の溶接予定箇所にレーザ光ＬＢを照射する。なお、第３比率Ｒ３は、前述の第２比率と同じ値でもよいし、異なっていてもよい。本変形例では、前処理ステップにおいて、制御電圧ＶをＶ３に設定した状態で、溶接線ＷＬ（図６、図１４Ａ、図１４Ｂ参照）に沿ってワーク２００にレーザ光ＬＢを照射する。なお、第２ステップで、制御電圧ＶをＶ２に設定してもよい。
【0145】
このようにすることで、実施形態１，２に示す構成が奏するのと同様に、ワーク２００の溶込み深さを確保して、ワーク２００に確実に溶接ビード３００を形成できる。また、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0146】
また、高張力鋼や、クロムモリブデン鋼等の、軟鋼と比較して割れやすい材料に対してレーザ光ＬＢを照射して急激な温度変化を加えると、ワーク２００の内部応力によって、レーザ光ＬＢの照射箇所に割れを生じることがある。また、溶接後の冷却速度が速いことにより、レーザ光ＬＢの照射箇所が、マルテンサイト組織等の硬質で脆い組織へと変化することがある。
【0147】
このような現象の発生を回避するために、本変形例に示すように、ワーク２００を予熱するための前処理ステップを設けている。このようにすることで、第１ステップでレーザ光ＬＢの照射箇所に生じる温度変化の幅を小さくできる。このことにより、軟鋼と比較して割れやすい材料であるワーク２００が溶接中に割れるのを抑制できる。また、溶接後の冷却速度が遅くなることで、レーザ光ＬＢの照射箇所が、硬くて脆いマルテンサイト以外の組織、例えばベイナイト組織等へと組織変化することができる。なお、前処理ステップでは、ワーク２００に溶融池を形成する必要は無い。このため、光ファイバ４０に入射されるレーザ光ＬＢの出力を前処理ステップでは第１ステップよりも低下させてもよい。
【0148】
また、ワーク２００を後熱するための後処理ステップをさらに設けても良い。後処理ステップの目的は、ワーク２００を予熱するための前処理ステップと同様であり、高張力鋼や、クロムモリブデン鋼等の、軟鋼と比較して割れやすい材料に対して有効である。ワーク２００を後熱することで、ワーク２００の割れを抑制でき、また、ワーク２００の内部組織が改善されて割れにくい材料とすることができる。また、ワーク２００の冷却速度を遅くすることができ、溶融池内に侵入した水素や、溶融池内で発生した気泡等を、ワーク２００の外部に抜ける時間を確保することができる。このことにより、ワーク２００の内部に欠陥が発生するのを抑制できる。
【0149】
なお、ワーク２００を予熱するための前処理ステップや、ワーク２００を後熱するための後処理ステップは、本溶接での溶接線と溶接線をずらしても良い。この場合、本溶接の溶接線と略平行にかつ本溶接の溶接線と離間するように後処理ステップの溶接線をずらす。溶接線をずらすことで、液体状の溶融池にレーザ照射することや、繰り返し溶融、凝固のプロセスを行うことが回避でき、より欠陥が生じにくいクリーンな溶接が実現可能となる。
【0150】
なお、本変形例では、ワーク２００の材質を高張力鋼や、クロムモリブデン鋼等の、軟鋼と比較して割れやすい材料としたが、特にこれに限定されない。例えば、形状や材質の関係で熱容量が大きい構造のワーク２００では、必要な溶込み深さを得るための投入熱量が大きくなる。しかし、加熱されていない状態で投入熱量が大きくなるとスパッタの発生を引き起こすおそれがある。このようなスパッタの発生を抑制するために、本変形例に示すように、第１ステップの前に前処理ステップを設けるようにしてもよい。
【0151】
なお、本変形例において、前処理ステップでのレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤや溶込み深さが、図１２の第１ステップにおける条件を満たすことが好ましいことは言うまでもない。
【0152】
＜変形例３＞
図１７は、本変形例に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図を示す。
図１７は、本変形例に係るピエゾアクチュエータの制御電圧及びレーザ光のビームプロファイルの時間変化を示す模式図を示す。
【0153】
図１７に示す本変形例のレーザ溶接方法は、第１ステップでは、ワーク２００の表面を改質し、第２ステップでは、ワーク２００に溶接ビード３００を形成する点、及び第２ステップの後に後処理ステップをさらに備える点で、実施形態１や実施形態２に示すレーザ溶接方法と異なる。後処理ステップでは、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を第２比率Ｒ２よりも低い第４比率Ｒ４に設定した状態で、溶接線ＷＬ（図６、図１４Ａ、図１４Ｂ参照）に沿ってワーク２００にレーザ光ＬＢを照射する。
【0154】
図１７に示す後処理ステップは、溶接ビード３００の形状を整形するためのステップである。また、本変形例のワーク２００は、アルミニウムを主たる構成材料として含む。純アルミであってもよい。
【0155】
本変形例では、第１ステップで、制御電圧ＶをＶ０に設定した状態で、ワーク２００にレーザ光ＬＢを照射する。第２ステップで、制御電圧ＶをＶ１に設定した状態で、ワーク２００にレーザ光ＬＢを照射する。後処理ステップで、制御電圧ＶをＶ３に設定した状態で、ワーク２００にレーザ光ＬＢを照射する。なお、後処理ステップで、制御電圧ＶをＶ２に設定してもよい。
【0156】
このようにすることで、実施形態１，２に示す構成が奏するのと同様に、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0157】
また、本変形例によれば、第１ステップにおいて、ワーク２００の表面に形成されたアルミニウム酸化膜を破壊することができ、これに続く第２ステップで、ワーク２００に良好な形状の溶接ビード３００を形成することができる。
【0158】
なお、第１ステップでは、レーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤを高めるために、レーザ光ＬＢのビーム径を第２ステップよりも小さくした状態にしている。また、第２ステップで形成された溶接ビード３００全体にレーザ光ＬＢが照射されるように、後処理ステップでは、レーザ光ＬＢのビーム径を第２ステップよりも大きくした状態にしている。ここで、レーザ光ＬＢの「ビーム径」とは、光ファイバ４０から出射されるレーザ光ＬＢにおいて、光路と直交する断面の直径であり、ワーク２００の平坦面にレーザ光ＬＢが照射された場合のレーザ光ＬＢのスポット径に対応している。
【0159】
また、本変形例における第２ステップと後処理ステップとの関係は、実施形態１，２における第１ステップと第２ステップとの関係と同じである。よって、実施形態１に示したのと同じ理由から、本変形例において、第２ステップにおける溶接速度Ｖｗは、後処理ステップにおける溶接速度Ｖｗよりも高いことが好ましいことは言うまでもない。
【0160】
なお、本変形例では、アルミニウムを主たる構成材料として含むワーク２００を例に取って説明したが、特にこれに限定されない。溶接ビード３００を形成する前に、ワーク２００の表面を改質する必要がある場合は、本変形例に示すレーザ溶接方法を適用できる。また、溶接ビード３００の表面を均す必要が無い場合、本変形例における後処理ステップは省略される。
【0161】
【0162】
図１８に示す本実施形態のレーザ溶接装置１００は、第１レーザ発振器１０と第２レーザ発振器１３とを有している点で、図１に示す実施形態１のレーザ溶接装置１００と異なる。なお、第１レーザ発振器１０は、図１に示すレーザ発振器１０と同じであり、第１電源８１とレーザ制御部９４とに接続されている。なお、第１電源８１は、図１に示す電源８１と同じである。また、第１レーザ発振器１０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の光路も、図１に示すレーザ光ＬＢの光路と同じである。
【0163】
一方、第２レーザ発振器１３は、第１レーザ発振器１０と同様に筐体２１の内部に配置されており、第２電源８２とレーザ制御部９４とに接続されている。よって、第２レーザ発振器１３から出射される第２レーザ光ＬＢ２の出力は、第１レーザ光ＬＢ１の出力とは独立に制御される。一方、第２レーザ光ＬＢ２は、第１レーザ光ＬＢ１と同じ波長である。なお、第１レーザ発振器１０及び第２レーザ発振器１３の少なくとも一方が、筐体２１の外部に配置されてもよい。
【0164】
第２レーザ光ＬＢ２は、集光レンズ３２に直接入射され、集光レンズ３２により光ファイバ４０の入射端面、具体的には第３コア４５に集光される。なお、光ファイバ４０の入射端面における第２レーザ光ＬＢ２の入射位置が、第１レーザ光ＬＢ１の入射位置と重ならないように、集光レンズ３２への第２レーザ光ＬＢ２の入射角度または入射位置が設定される。また、第２レーザ光ＬＢ２の光路中と光路外との間を移動可能に第２シャッタ３５が集光ユニット３０内に配置されている。第２シャッタ３５は、第１レーザ光ＬＢ１の光路中と光路外との間を移動可能に設けられた第１シャッタ３３と連動して動作する。
【0165】
図１８に示すレーザ溶接装置１００を用いることで、実施形態１，２や変形例１～３に示すレーザ溶接方法をより細かくかつ精度良く実行することができる。例えば、前述の第２ステップにおいて、第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させないようにし、第１ステップにおいて、第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させる。つまり、光ファイバ４０に入射され、光ファイバ４０から出射されるレーザ光ＬＢは、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを含む。
【0166】
制御電圧Ｖを図７に示すように制御することで、第１レーザ光ＬＢ１のビームプロファイルは、第１ステップでは図３に示すパターン１となり、第２ステップでは図５に示すパターン３に変化する。一方、第２レーザ光ＬＢ２は、第１ステップにのみ第３コア４５に入射される。
【0167】
よって、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、図１９に示すように変化する。第１ステップでは、制御電圧ＶをＶ１に設定することで、図１９の左側に示すように、第１レーザ光ＬＢ１に起因するパターン１の外周縁に、第２レーザ光ＬＢ２に起因するピークが重畳される。また、第２レーザ光ＬＢ２が第３コア４５に入射される期間が、制御電圧ＶがＶ１である期間と一致するように、レーザ制御部９４により、第２レーザ光ＬＢ２の出力が制御される。また、第１ステップにおけるレーザ光ＬＢのビームプロファイルが、図１９の左側に示す形状となるように、レーザ制御部９４により、第２レーザ光ＬＢ２の出力が制御される。つまり、第２レーザ光ＬＢ２は、レーザ光ＬＢより出力が低いか、またはレーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤよりもパワー密度が低くなるように設定される。
【0168】
一方、第２ステップでは、制御電圧ＶをＶ３に設定し、かつ第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させないようにする。その結果、第２ステップでは、図１９の右側に示すように、レーザ光ＬＢのビームプロファイルは、第１レーザ光ＬＢ１に起因するパターン３となる。
【0169】
このようにすることで、例えば、実施形態１に示す場合よりも、第１ステップにおけるレーザ光ＬＢのスポット径を広げられ、また、ワーク２００に照射されるレーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤを変化させて、スポットの周縁での入熱量を高められる。このことにより、溶融池及びキーホールの形状をより安定化させることができ、スパッタの発生を抑制できる。また、溶込み深さと溶接ビード３００の形状をそれぞれ安定化することができる。ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0170】
また、本実施形態によれば、第１レーザ光ＬＢ１の出力と第２レーザ光ＬＢ２の出力とをそれぞれ独立に制御することができる。このようにすることで、レーザ光ＬＢの照射領域における中央部分と側縁部分とで、レーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤ、言い換えれば投入熱量を独立に制御することができる。このことにより、ワーク２００に形成されるキーホールや溶融池のサイズを適切に設定できるとともに、それらの形状を安定化できる。またワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0171】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、以下の構成を含んでいる。
【0172】
レーザ光ＬＢは、第１レーザ光ＬＢ１と、レーザ光ＬＢより出力が低いか、またはレーザ光ＬＢのパワー密度ＰＤよりもパワー密度が低い第２レーザ光ＬＢ２とを含んでいる。第１コア４１には第１レーザ光ＬＢ１が、第３コア４５には第２レーザ光ＬＢ２がそれぞれ入射される。
【0173】
本実施形態に係るレーザ溶接装置１００は、第１レーザ発振器１０及び第２レーザ発振器１３からそれぞれ出射される第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の出力を制御するレーザ制御部９４をさらに備えている。
【0174】
光路制御部９１は、光ファイバ４０への第１レーザ光ＬＢ１の入射位置を変更することで、光ファイバ４０から出射されるレーザ光ＬＢのエネルギー密度ＥＤを変化させる。
【0175】
第１コア４１には第１レーザ光ＬＢ１が、第３コア４５には第２レーザ光ＬＢ２がそれぞれ入射される。
【0176】
例えば、レーザ制御部９４により、第２レーザ発振器１３を所定の期間オフさせてもよい。この場合は、レーザ制御部９４は、ワーク２００の溶接中における所定の期間、この場合は、第１ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させ、それ以外の期間、この場合は第２ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させないように構成されている。
【0177】
また、光路制御部９１により、第２シャッタ３５を所定の期間、閉じるようにしてもよい。この場合は、光路制御部９１は、ワーク２００の溶接中における所定の期間、この場合は、第１ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させ、それ以外の期間、この場合は第２ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させないように構成されている。
【0178】
なお、ワーク２００の形状や材質、あるいは溶接ビード３００の形状に関する使用によっては、第２ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させ、第１ステップでは第２レーザ光ＬＢ２を第３コア４５に入射させないようにしてもよい。その場合、第２ステップでは、第１レーザ光ＬＢ１に起因する双峰状のピークに対し、第２レーザ光ＬＢ２に起因するピークが重畳される。
【0179】
また、第２ステップにおいて、第２レーザ光ＬＢ２の出力を適切に設定することで、溶接ビード３００の表面粗さをより小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量をより低減することができる。
【0180】
また、第２レーザ光ＬＢ２は、光路変更機構２３で反射されてから集光レンズ３２に入射されるようにしてもよい。その場合も、光ファイバ４０の入射端面における第２レーザ光ＬＢ２の入射位置を第１レーザ光ＬＢ１の入射位置と異ならせるようにする。例えば、光路変更機構２３に対する第２レーザ光ＬＢ２の入射角度を第１レーザ光ＬＢ１の入射角度と異ならせるようにする。
【0181】
また、第１レーザ発振器１０から出射された第１レーザ光ＬＢ１を、折り返しミラー２２と光路変更機構２３との間で一部分岐して、第２レーザ光ＬＢ２として利用してもよい。
【0182】
（その他の実施形態）
実施形態１～３及び変形例１～３に示す各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、実施形態３に示すレーザ溶接装置１００を変形例１～３に示すレーザ溶接方法に適用することも可能である。
実施形態１～３及び変形例１～３に示す各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、実施形態３に示すレーザ溶接装置１００を変形例１～３に示すレーザ溶接方法に適用することも可能である。
【0183】
また、本願明細書では、光ファイバ４０が、第１～第３コア４１，４３，４５を有する、いわゆる３層コア構造を例に取って説明したが、特にこれに限定されず、２層以上のコアを有していればよい。
【0184】
例えば、図２０に示すように、光ファイバ４０が第１コア４１と第３コア４５を有するか、あるいは第１コア４１と第２コア４３を有する構造であってもよい。この場合も、光路変更機構２３によりレーザ光ＬＢの光ファイバ４０への入射位置Ｐを変更することで、レーザ光ＬＢの出力に対する第１コア４１に入射されるレーザ光ＬＢの比率を変化させることができる。このことにより、本開示のレーザ溶接方法の各ステップで、ワーク２００に対してレーザ光ＬＢによる所望の処理を行うことができる。また、ワーク２００に形成される溶接ビード３００の表面粗さを小さくして、滑らかで光沢のある美しい外観の溶接ビード３００を形成できる。また、レーザ溶接後にワーク２００の溶接箇所に生じる歪量を低減することができる。
【0185】
なお、本願明細書では、制御電圧Ｖをステップ状に変化させる例を示したが、所定の時間傾度を持って、制御電圧Ｖが変化するようにしてもよい。また、ピエゾアクチュエータ２６の代わりに別のアクチュエータ、例えば、ステッピングモータを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0186】
本開示のレーザ溶接方法は、溶込み深さを確保しつつ、外観美観性に優れた溶接ビードを形成できるため、有用である。
【符号の説明】
【0187】
１０ レーザ発振器（第１レーザ発振器）
１１ レーザモジュール
１２ レーザ光合成器
１３ 第２レーザ発振器
２０ 光結合ユニット
２１ 筐体
２２ 折り返しミラー
２３ 光路変更機構
２４ ミラー
２５ ピエゾステージ
２６ ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）
３０ 集光ユニット
３１ 筐体
３２ 集光レンズ
３３ シャッタ（第１シャッタ）
３４ ビームダンパ
３５ 第２シャッタ
４０ 光ファイバ
４１ 第１コア
４２ 第１クラッド
４３ 第２コア
４４ 第２クラッド
４５ 第３コア
４６ 第３クラッド
４７ 保護皮膜
５０ レーザヘッド
６０ ステージ
６１ ポジショナ
７０ マニピュレータ
８１ 電源（第１電源）
８２ 第２電源
９１ 光路制御部
９２ ステージ制御部
９３ マニピュレータ制御部
９４ レーザ制御部
１００ レーザ溶接装置
２００ ワーク
２０１ 第１領域
２０２ 第２領域
３００ 溶接ビード
１１ レーザモジュール
１２ レーザ光合成器
１３ 第２レーザ発振器
２０ 光結合ユニット
２１ 筐体
２２ 折り返しミラー
２３ 光路変更機構
２４ ミラー
２５ ピエゾステージ
２６ ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）
３０ 集光ユニット
３１ 筐体
３２ 集光レンズ
３３ シャッタ（第１シャッタ）
３４ ビームダンパ
３５ 第２シャッタ
４０ 光ファイバ
４１ 第１コア
４２ 第１クラッド
４３ 第２コア
４４ 第２クラッド
４５ 第３コア
４６ 第３クラッド
４７ 保護皮膜
５０ レーザヘッド
６０ ステージ
６１ ポジショナ
７０ マニピュレータ
８１ 電源（第１電源）
８２ 第２電源
９１ 光路制御部
９２ ステージ制御部
９３ マニピュレータ制御部
９４ レーザ制御部
１００ レーザ溶接装置
２００ ワーク
２０１ 第１領域
２０２ 第２領域
３００ 溶接ビード
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】