特開 2024-172903 溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システム

(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】P2024172903

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20241205BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

B23K26/21 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090949

(22)【出願日】2023-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 研太

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA02

4E168BA21

4E168CB03

4E168CB08

4E168DA02

4E168DA28

4E168DA43

4E168EA17

(57)【要約】

【課題】溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う際に、ワークの変形が生じにくい溶接用治具を提供する。
【解決手段】溶接用治具は、溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられる。第１押さえ部材及び第２押さえ部材が、レーザ照射面に接触してワークをベース部材に押し付ける。第１押さえ部材に、溶接経路のうち、周方向の一部である第１部分に沿う第１スリットが設けられている。第２押さえ部材に、溶接経路のうち、第１部分以外の全域である第２部分に沿う第２スリットが設けられている。溶接経路の凸包に複数の角部が現れる。第１スリットの少なくとも一部分が、溶接経路の凸包に現れるすべての角部のそれぞれの少なくとも一部分と重なる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられ溶接用治具であって、
前記レーザ照射面に接触して、前記ワークをベース部材に押し付ける第１押さえ部材及び第２押さえ部材を備え、
前記第１押さえ部材に、前記溶接経路のうち、周方向の一部である第１部分に沿う第１スリットが設けられており、
前記第２押さえ部材に、前記溶接経路のうち、前記第１部分以外の第２部分に沿う第２スリットが設けられており、
前記溶接経路の凸包に複数の角部が現れ、
前記第１スリットの少なくとも一部分が、前記溶接経路の凸包に現れるすべての角部のそれぞれの少なくとも一部分と重なる溶接用治具。

【請求項2】

前記第１スリットの長さが、前記溶接経路の周長の８０％以上である請求項１に記載の溶接用治具。

【請求項3】

前記第１スリットは、前記溶接経路の周方向に分離された複数のスリット部分で構成され、前記複数のスリット部分の各々の長さは、前記複数のスリット部分の長さの平均値の８０％以上１２０％以下である請求項１または２に記載の溶接用治具。

【請求項4】

前記第１スリットは、前記溶接経路の周方向に分離された複数のスリット部分で構成され、前記溶接経路のうち前記第１スリットに沿う部分以外の複数の部分経路の各々の長さは、前記複数の部分経路の長さの平均値の８０％以上１２０％以下である請求項１または２に記載の溶接用治具。

【請求項5】

レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記溶接経路の凸包に複数の角部が現れ、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の外側及び内側の領域に第１押さえ部材を接触させて、前記ワークを押さえた状態で、少なくとも、前記溶接経路の凸包に現れるすべての角部のそれぞれの少なくとも一部分にレーザビームを入射させて第１溶接を行い、
前記第１押さえ部材を前記レーザ照射面から引き離し、前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の外側及び内側の領域に第２押さえ部材を接触させて、前記ワークを押さえた状態で、前記溶接経路のうち前記第１溶接で溶接されていない部分にレーザビームを入射させて第２溶接を行うレーザ溶接方法。

【請求項6】

溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられる溶接用治具であって、
前記レーザ照射面を平面視したとき、前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触し、前記ワークをベース部材に押し付ける外側押さえ部材と、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の内側の領域に接触し、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける第１内側押さえ部材と、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の内側の領域に接触し、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける第２内側押さえ部材と、
前記第１内側押さえ部材を保持し、前記第１内側押さえ部材が前記レーザ照射面に接触した押し付け状態と、前記レーザ照射面から離れた退避状態とを実現する第１支持機構と、
前記第２内側押さえ部材を保持し、前記第２内側押さえ部材が前記レーザ照射面に接触した押し付け状態と、前記レーザ照射面から離れた退避状態とを実現する第２支持機構と、
を備えた溶接用治具。

【請求項7】

レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の外側の領域に外側押さえ部材を接触させ、かつ前記溶接経路の内側の領域に第１内側押さえ部材を接触させて、前記ワークを前記ベース部材に押し付け、
前記外側押さえ部材及び前記第１内側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記溶接経路の周方向の一部分にレーザビームを照射して第１溶接を行い、
前記第１溶接の後、前記外側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態を維持したまま、前記第１内側押さえ部材を前記レーザ照射面から引き離し、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に第２内側押さえ部材を接触させ、前記外側押さえ部材及び前記第２内側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記溶接経路のうち前記第１溶接で溶接されなかった部分にレーザビームを照射して第２溶接を行うレーザ溶接方法。

【請求項8】

溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられ、前記ワークを固定する溶接用治具と、
前記溶接用治具で固定された前記ワークの前記溶接経路にレーザビームを照射するレーザ照射装置と
を備え、
前記溶接用治具は、
前記レーザ照射面に接触して前記ワークをベース部材に押し付ける押さえ部材と
を含み、
前記押さえ部材は、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける外側押さえ部分と、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける内側押さえ部分と、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分とを相互に接続する接続部分と
を含み、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分との間に、前記溶接経路に沿う隙間が形成されており、
前記外側押さえ部分及び前記内側押さえ部分を前記レーザ照射面に接触させた状態で、前記接続部分と前記隙間との交差箇所において、前記接続部分と前記レーザ照射面との間に空隙が形成されており、
前記レーザ照射装置は、前記レーザ照射面のうち、前記接続部分に対して前記空隙を隔てて対向する領域に、前記レーザ照射面に対して斜めの方向からレーザビームを入射させる機能を有するレーザ溶接システム。

【請求項9】

レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記レーザ照射面に押さえ部材を接触させて、前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記レーザ照射面の前記溶接経路に沿ってレーザビームを照射するレーザ溶接方法であって、
前記押さえ部材は、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける外側押さえ部分と、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける内側押さえ部分と、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分とを相互に接続する接続部分と
を含み、
前記外側押さえ部分及び前記内側押さえ部分を前記レーザ照射面に接触させた状態で、前記接続部分が前記レーザ照射面から空隙を隔てて配置され、
前記レーザ照射面のうち、前記接続部分に前記空隙を隔てて対向する領域にレーザビームを照射するときに、前記レーザ照射面に対して斜めの方向からレーザビームを入射させるレーザ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池のセパレータ（バイポーラプレートとも呼ばれる。）は、薄板を重ね合わせてレーザ溶接を行うことによる作製される（特許文献１、２）。セパレータの作製には、閉じた溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程が含まれる。閉じた溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う際には、溶接対象のワークのレーザ照射すべき閉じた溶接経路の外側の部分及び内側の部分を治具で押さえて、溶接経路にレーザビームを入射させる。特許文献１、２には、治具で押さえる具体的な構成について説明されていない。

【0003】

一例として、治具のうちレーザ照射すべき閉じた溶接経路の外側を押さえる部分と内側を押さえる部分とを接続しなければならない。この接続部分が、閉じた溶接経路と交差する。この接続部分がレーザビームを遮るため、接続部分と閉じた溶接経路との交差箇所にレーザビームを入射させることができない。交差箇所を溶接するために、一旦治具を取り外し、他の治具でワークを押さえなければならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－２２６９２０号公報

【特許文献2】特開２０２０－３８８１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

溶接経路の一部分を溶接した後、治具を取り外すと、レーザ照射時に発生した熱応力によってワークの変形が生じる。本発明の目的は、溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う際に、ワークの変形が生じにくい溶接用治具、溶接方法、及びレーザ溶接システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１観点によると、
溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられる溶接用治具であって、
前記レーザ照射面に接触して、前記ワークをベース部材に押し付ける第１押さえ部材及び第２押さえ部材と
を備え、
前記第１押さえ部材に、前記溶接経路のうち、周方向の一部である第１部分に沿う第１スリットが設けられており、
前記第２押さえ部材に、前記溶接経路のうち、前記第１部分以外の全域である第２部分に沿う第２スリットが設けられており、
前記溶接経路の凸包に複数の角部が現れ、
前記第１スリットの少なくとも一部分が、前記溶接経路の凸包に現れるすべての角部のそれぞれの少なくとも一部分と重なる溶接用治具が提供される。

【0007】

本発明の第２観点によると、
レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記溶接経路の凸包に複数の角部が現れ、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の外側及び内側の領域に第１押さえ部材を接触させて、前記ワークを押さえた状態で、前記溶接経路の凸包に現れるすべての角部のそれぞれの少なくとも一部分にレーザビームを入射させて第１溶接を行い、
前記第１押さえ部材を前記レーザ照射面から引き離し、前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の外側及び内側の領域に第２押さえ部材を接触させて、前記ワークを押さえた状態で、前記溶接経路のうち前記第１溶接で溶接されていない部分にレーザビームを入射させて第２溶接を行うレーザ溶接方法が提供される。

【0008】

本発明の第３観点によると、
溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられる溶接用治具であって、
前記レーザ照射面を平面視したとき、前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触し、前記ワークをベース部材に押し付ける外側押さえ部材と、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の内側の領域に接触し、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける第１内側押さえ部材と、
前記レーザ照射面のうち、前記溶接経路の内側の領域に接触し、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける第２内側押さえ部材と、
前記第１内側押さえ部材を保持し、前記第１内側押さえ部材が前記レーザ照射面に接触した押し付け状態と、前記レーザ照射面から離れた退避状態とを実現する第１支持機構と、
前記第２内側押さえ部材を保持し、前記第２内側押さえ部材が前記レーザ照射面に接触した押し付け状態と、前記レーザ照射面から離れた退避状態とを実現する第２支持機構と、
を備えた溶接用治具が提供される。

【0009】

本発明の第４観点によると、
レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の外側の領域に外側押さえ部材を接触させ、かつ前記溶接経路の内側の領域に第１内側押さえ部材を接触させて、前記ワークを前記ベース部材に押し付け、
前記外側押さえ部材及び前記第１内側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記溶接経路の周方向の一部分にレーザビームを照射して第１溶接を行い、
前記第１溶接の後、前記外側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態を維持したまま、前記第１内側押さえ部材を前記レーザ照射面から引き離し、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に第２内側押さえ部材を接触させ、前記外側押さえ部材及び前記第２内側押さえ部材で前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記溶接経路のうち前記第１溶接で溶接されなかった部分にレーザビームを照射して第２溶接を行うレーザ溶接方法が提供される。

【0010】

本発明の第５観点によると、
溶接対象となる重ねられた複数の金属プレートを含むワークの一方の面であるレーザ照射面に定義される溶接経路に沿ってレーザ溶接を行う工程で用いられ、前記ワークを固定する溶接用治具と、
前記溶接用治具で固定された前記ワークの前記溶接経路にレーザビームを照射するレーザ照射装置と
を備え、
前記溶接用治具は、
前記レーザ照射面に接触して前記ワークをベース部材に押し付ける押さえ部材と
を含み、
前記押さえ部材は、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける外側押さえ部分と、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける内側押さえ部分と、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分とを相互に接続する接続部分と
を含み、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分との間に、前記溶接経路に沿う隙間が形成されており、
前記外側押さえ部分及び前記内側押さえ部分を前記レーザ照射面に接触させた状態で、前記接続部分と前記隙間との交差箇所において、前記接続部分と前記レーザ照射面との間に空隙が形成されており、
前記レーザ照射装置は、前記レーザ照射面のうち、前記接続部分に対して前記空隙を隔てて対向する領域に、前記レーザ照射面に対して斜めの方向からレーザビームを入射させる機能を有するレーザ溶接システムが提供される。

【0011】

本発明の第６観点によると、
レーザ照射面にレーザ照射すべき溶接経路が定義されているワークであって、溶接対象となる複数の金属プレートを含む前記ワークをベース部材の上に配置し、
前記レーザ照射面に押さえ部材を接触させて、前記ワークを前記ベース部材に押し付けた状態で、前記レーザ照射面の前記溶接経路に沿ってレーザビームを照射するレーザ溶接方法であって、
前記押さえ部材は、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路を連続的に取り囲む環状の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける外側押さえ部分と、
前記レーザ照射面のうち前記溶接経路の内側の領域に接触して、前記ワークを前記ベース部材に押し付ける内側押さえ部分と、
前記外側押さえ部分と前記内側押さえ部分とを相互に接続する接続部分と
を含み、
前記外側押さえ部分及び前記内側押さえ部分を前記レーザ照射面に接触させた状態で、前記接続部分が前記レーザ照射面から空隙を隔てて配置され、
前記レーザ照射面のうち、前記接続部分に前記空隙を隔てて対向する領域にレーザビームを照射するときに、前記レーザ照射面に対して斜めの方向からレーザビームを入射させるレーザ溶接方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

第１観点による溶接用治具において、第１押さえ部材に設けられている第１スリットの長さが溶接経路の周長の８０％以上であるため、第１押さえ部材でワークを抑えた状態で溶接経路の周長の８０％以上の部分を溶接することができる。第２観点によるレーザ溶接方法では、第１溶接において、溶接経路の周長の８０％以上の部分を溶接する。このため、第１押さえ部材をワークから引き離した時のワークの変形を抑制することができる。

【0013】

第３観点による溶接用治具を用いる場合、外側押さえ部材及び第１内側押さえ部材でワークを押し付けて第１溶接を行い、その後、外側押さえ部材でワークを押さえ付けた状態を維持したまま、第１内側押さえ部材をワークから引き離し、第２内側押さえ部材でワークを押さえ付けることができる。第４観点によるレーザ溶接方法では、第１溶接の後、外側押さえ部材でワークをベース部材に押し付けた状態を維持したまま、第１内側押さえ部材をワークから引き離し、第２内側押さえ部材でワークを押さえ付ける。このように、外側押さえ部材でワークを押さえ付けた状態が維持されることにより、第１内側押さえ部材をワークから引き離したときのワークの変形を抑制することができる。

【0014】

第５観点によるレーザ溶接システム及び第６観点によるレーザ溶接方法では、接続部分に空隙を隔てて対向する領域にレーザビームを照射するときに、レーザ照射面に対して斜めの方向からレーザビームを入射させる。このため、溶接経路の全域にレーザビームを入射させることができる。溶接開始から終了まで、押さえ部材をワークから引き離さないため、ワークの変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１実施例によるレーザ溶接システムの概略斜視図である。

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれワークの平面図及び断面図である。

【図3】図３Ａは、第１実施例による溶接用治具の第１押さえ部材の平面図であり、図３Ｂは、第１押さえ部材でワークをベース部材に押し付けた状態のワーク及び溶接用治具の断面図である。

【図4】図４は、第１実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ比較例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図であり、図５Ｃは、第１押さえ部材でワークを押さえ付けて溶接を行い、その後、第１押さえ部材をワークから引き離したときのワークの断面図である。

【図6】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ第１実施例の一変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第１実施例の他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図8】図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図9】図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図10】図１０Ａ及び図１０Ｂは、第１実施例のさらに他の変形例で溶接対象となるワークの平面図である。

【図11】図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ図１０に示したワーク用の溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図12】図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図13】図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材及び第２押さえ部材の平面図である。

【図14】図１４Ａは、第２実施例による溶接用治具の概略平面図であり、図１４Ｂは、第２実施例による溶接用治具及びワークの概略側面図である。

【図15】図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ外側押さえ部材及び第２内側押さえ部材が押し付け状態であり、第１内側押さえ部材が退避状態である場合の概略平面図及び概略側面図である。

【図16】図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ外側押さえ部材、第１内側押さえ部材、及び第２内側押さえ部材が、すべて退避状態である場合の概略平面図及び概略側面図である。

【図17】図１７は、第２実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【図18】図１８Ａは、第３実施例による溶接用治具の概略平面図であり、図１８Ｂ及び図１８Ｃは、それぞれ図１８Ａの一点鎖線１８Ｂ－１８Ｂ及び一点鎖線１８Ｃ－１８Ｃにおける断面図である。

【図19】図１９は、第３実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【図20】図２０Ａは、第３実施例の変形例によるレーザ溶接システムの概略側面図であり、図２０Ｂは、溶接用治具とスキャンエリアとの平面視における位置関係を示す図である。

【図21】図２１Ａ及び図２１Ｂは、第４実施例による溶接用治具及びワークの一部分の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１～図４を参照して第１実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムについて説明する。

【0017】

図１は、第１実施例によるレーザ溶接システムの概略斜視図である。レーザ溶接システムは、レーザ照射装置及び溶接用治具３０を含む。レーザ照射装置は、多関節ロボット１０、直動機構１１、レーザ加工ヘッド１２、レーザ発振器６０、レーザ伝送ファイバ６１、及び制御装置７０を含む。多関節ロボット１０のアームの先端に、直動機構１１を介してレーザ加工ヘッド１２が支持されている。多関節ロボット１０には、例えば６軸ロボットが用いられる。

【0018】

レーザ発振器６０から出力された加工用のレーザビームが、レーザ伝送ファイバ６１を経由してレーザ加工ヘッド１２まで伝送される。レーザ発振器６０として、例えば波長約１０７０ｎｍのパルスレーザビームを出力するファイバレーザ発振器が用いられる。レーザ加工ヘッド１２まで伝送された加工用のレーザビームは、レーザ加工ヘッド１２の先端から出力される。直動機構１１は、相互に直交する３軸の並進自由度を持ち、レーザ加工ヘッド１２の位置を微調整する。多関節ロボット１０、直動機構１１、レーザ発振器６０は、制御装置７０によって制御される。

【0019】

多関節ロボット１０の可動範囲内に、ワーク２０が配置される。ワーク２０は、溶接用治具３０によって固定される。レーザ加工ヘッド１２から出力されるレーザビーム６３により、ワーク２０に対して溶接加工が行われる。

【0020】

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれワーク２０の平面図及び断面図である。ワーク２０は、平板状の２枚の上側の金属プレート２１及び下側の金属プレート２２を含む。下側の金属プレート２２の上に上側の金属プレート２１が重ねられている。上側の金属プレート２１の上面（以下、レーザ照射面という場合がある。）にレーザビームを入射させることにより、レーザ溶接が行われる。

【0021】

ワーク２０の上面に、レーザ照射すべき閉じた溶接経路２５、及び２つの閉じた溶接経路２６が定義されている。閉じた溶接経路２５は、ワーク２０の縁よりやや内側に、ワーク２０の縁に沿って配置されており、２つの閉じた溶接経路２６は、閉じた溶接経路２５で囲まれた領域に配置されている。溶接経路２５は、角丸長方形の外周線に沿う形状を有する。このため、溶接経路２５は、４つの角部２５Ｃを有する。ここで、「角部」とは、尖った角を形成する部分、及び丸まった角（丸角）を形成する部分を意味する。図２Ａにおいて、閉じた溶接経路２５、２６を破線で表している。閉じた溶接経路２５、２６の位置及び形状を定義する情報が、制御装置７０（図１）に格納されている。

【0022】

図３Ａは、第１実施例による溶接用治具３０（図１）の第１押さえ部材３２の平面図であり、図３Ｂは、第１押さえ部材３２でワーク２０をベース部材３１に押し付けた状態のワーク２０及び溶接用治具３０の断面図である。

【0023】

図３Ａに示すように、第１押さえ部材３２に、ワーク２０に定義された外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周方向の一部分に沿う第１スリット３２Ａ及び内側の閉じた溶接経路２６（図２Ａ）のそれぞれの周方向の一部分に沿う内側のスリット３２Ｂが設けられている。図３Ａにおいて、第１押さえ部材３２にハッチングを付している。第１スリット３２Ａは、周方向に分離された２つのスリット部分で構成されており、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、４つの角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。２つのスリット部分の長さは、ほぼ等しい。例えば、閉じた溶接経路２５は、角丸長方形の外周に沿う形状を有しており、第１スリット３２Ａは、角丸長方形の１対の長辺のそれぞれのほぼ中央で分離されている。第１スリット３２Ａが分離された箇所において、第１押さえ部材３２のうち閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の外側の部分と内側の部分とが接続される。

【0024】

図３Ｂに示すように、ベース部材３１の上面にワーク２０が配置される。ワーク２０のレーザ照射面に第１押さえ部材３２を接触させ、第１押さえ部材３２をワーク２０に押し付けることにより、ベース部材３１と第１押さえ部材３２との間にワーク２０が固定される。

【0025】

図３Ｃは、第１実施例による溶接用治具３０（図１）の第２押さえ部材３３の平面図であり、図３Ｄは、第２押さえ部材３３でワーク２０をベース部材３１に押し付けた状態のワーク２０及び溶接用治具３０の断面図である。図３Ｃにおいて、第２押さえ部材３３にハッチングを付している。

【0026】

図３Ｃに示すように、第２押さえ部材３３に、ワーク２０に定義された外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周方向の一部分に沿う第２スリット３３Ａ及び内側の閉じた溶接経路２６（図２Ａ）のそれぞれの周方向の一部分に沿う内側のスリット３３Ｂが設けられている。第２スリット３３Ａは、閉じた溶接経路２５のうち第１スリット３２Ａ（図３Ａ）が沿う部分以外の部分に沿っている。なお、第２スリット３３Ａは、閉じた溶接経路２５のうち第１スリット３２Ａ（図３Ａ）が沿う部分の一部分と重なっていてもよい。すなわち、第１押さえ部材３２と第２押さえ部材３３とを位置合わせして重ねたとき、第１スリット３２Ａの端部と、第２スリット３３Ａの端部とが重なっていてもよい。内側のスリット３３Ｂは、内側の閉じた溶接経路２６のうち内側のスリット３２Ｂ（図３Ａ）が沿う部分以外の部分に沿っている。

【0027】

図３Ｄに示すように、ベース部材３１の上面にワーク２０が配置され、ワーク２０のレーザ照射面に第２押さえ部材３３が接触し、第２押さえ部材３３がワーク２０をベース部材３１に押し付けることにより、第２押さえ部材３３とベース部材３１との間にワーク２０が固定される。

【0028】

次に、図４を参照して第１実施例によるレーザ溶接方法について説明する。図４は、第１実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【0029】

まず、ワーク２０をベース部材３１の上面に配置する（ステップＳＡ１）。次に、図３Ｂに示すように、第１押さえ部材３２をワーク２０のレーザ照射面に接触させて、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける（ステップＳＡ２）。この状態で、第１スリット３２Ａを通してワーク２０にレーザビーム６３（図３Ｂ）を入射させ、レーザビーム６３の入射位置を第１スリット３２Ａに沿って移動させる第１溶接を行う（ステップＳＡ３）。ワーク２０に、第１スリット３２Ａに沿う溶接済の溶接線２７（図３Ｂ）が形成される。さらに、内側のスリット３２Ｂを通してワーク２０にレーザビーム６３を入射させ、レーザビーム６３の入射位置を内側のスリット３２Ｂに沿って移動させる。

【0030】

第１溶接（ステップＳＡ３）の後、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離す（ステップＳＡ４）。次に、図３Ｄに示すように、第２押さえ部材３３をワーク２０のレーザ照射面に接触させて、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける（ステップＳＡ５）。このとき、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）のうち第１溶接（ステップＳＡ３）で溶接されなかった部分と、第２スリット３３Ａ（図３Ｃ）との位置を合わせる。この状態で、内側の閉じた溶接経路２６（図２Ａ）のうち第１溶接（ステップＳＡ３）で溶接されなかった部分に、内側のスリット３３Ｂ（図３Ｃ）が整合する。

【0031】

第２スリット３３Ａを通してワーク２０にレーザビーム６３を入射させ、レーザビーム６３の入射位置を第２スリット３３Ａに沿って移動させる第２溶接を行う（ステップＳＡ６）。さらに、内側のスリット３３Ｂを通してワーク２０にレーザビーム６３を入射させ、レーザビーム６３の入射位置を内側のスリット３３Ｂに沿って移動させる。

【0032】

第２溶接（ステップＳＡ６）の後、第２押さえ部材３３をワーク２０から引き離す（ステップＳＡ７）。ここまでの工程で、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）及び内側の閉じた溶接経路２６（図２Ａ）に沿う溶接が完了する。

【0033】

次に、図５Ａ～図５Ｃに示す比較例と比較して、第１実施例の優れた効果について説明する。
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ比較例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３にハッチングを付している。第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３に、それぞれ第１スリット３２Ａ及び第２スリット３３Ａが設けられている。

【0034】

第１実施例（図３Ａ）では、第１押さえ部材３２に設けられている第１スリット３２Ａの長さが、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％以上であるが、比較例においては、第１スリット３２Ａの長さが、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％未満である。さらに、第１実施例（図３Ａ）では、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５の４つの角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なるが、比較例においては、第１スリット３２Ａの一部分が、溶接経路２５の２つの角部２５Ｃ（図２Ａにおいて上側の２つの角部）と重なるが、第１スリット３２Ａは、他の２つの角部２５Ｃ（図２Ａにおいて下側の２つの角部）には重ならない。第２押さえ部材３３に設けられた第２スリット３３Ａを通した溶接と、第１押さえ部材３２に設けられた第１スリット３２Ａを通した溶接とにより、閉じた溶接経路２５の周方向の全域の溶接が行われる。

【0035】

図５Ｃは、第１押さえ部材３２（図５Ａ）でワーク２０を押さえ付けて溶接を行うことにより溶接線２７を形成し、その後、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したときのワーク２０の断面図である。第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離すと、溶接時に発生した熱応力が解放され、ワーク２０に反り等の変形が生じる。この変形は、特に溶接経路２５の未溶接の角部２５Ｃが配置された部分で生じやすい。ワーク２０が変形していると、第２押さえ部材３３（図５Ｂ）でワーク２０を押し付けるときに、溶接線２７と第２押さえ部材３３の第２スリット３３Ａとの位置合わせを行うことが困難である。

【0036】

これに対して第１実施例では、図３Ａに示すように、第１押さえ部材３２に設けられている第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５のすべての角部２５Ｃと重なる。このため、ステップＳＡ３（図４）の第１溶接において、溶接経路２５のすべての角部２５Ｃで溶接が行われる。これにより、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したときに、ワーク２０に反り等の変形が生じにくいという優れた効果が得られる。

【0037】

さらに、第１実施例では、第１押さえ部材３２に設けられている第１スリット３２Ａの長さが、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％以上である。ステップＳＡ３（図４）の第１溶接において、閉じた溶接経路２５の周長の８０％以上の部分において、ワーク２０の溶接行われる。このため、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したとき（ステップＳＡ４）のワークの変形を抑制することができる。

【0038】

次に、図６Ａ～図１３Ｂを参照して、第１実施例の変形例による溶接用治具について説明する。

【0039】

図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ第１実施例の一変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３にハッチングを付している。なお、図７Ａ～図９Ｂ、図１１Ａ～図１３Ｂにおいても同様である。

【0040】

第１実施例（図３Ａ）では、第１スリット３２Ａが、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）が沿う角丸長方形の１対の長辺の中央で分離（図３Ａにおいて上下に分離）されている。これに対して図６Ａに示した変形例では、第１スリット３２Ａが、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）が沿う角丸長方形の１対の短辺の中央で分離（図６Ａにおいて左右に分離）されている。図６Ｂに示すように、第２スリット３３Ａは、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）が沿う角丸長方形の１対の短辺の中央に位置する。

【0041】

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第１実施例の他の変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。第１実施例（図３Ａ）では、第１スリット３２Ａが２つのスリット部分に分離されている。これに対して図７Ａに示した変形例では、第１スリット３２Ａが４つのスリット部分に分離されている。具体的には、第１スリット３２Ａが、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）が沿う角丸長方形の１対の長辺の中央及び１対の短辺の中央で分離（図７Ａにおいて上下左右に分離）されている。図７Ｂに示すように、第２スリット３３Ａは、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）が沿う角丸長方形の１対の長辺の中央及び１対の短辺の中央に配置されている。

【0042】

図６Ａ～図７Ｂに示した変形例においても、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５の４つの角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。このため、第１実施例と同様に、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したときに、ワーク２０に反り等の変形が生じにくいという優れた効果が得られる。さらに、第１押さえ部材３２に設けられている第１スリット３２Ａの長さが、溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％以上である。このため、第１実施例と同様に、ワーク２０に反り等の変形がさらに生じにくいという優れた効果が得られる。

【0043】

図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。本変形例では、図６Ａに示した変形例と比べて、第１スリット３２Ａの合計の長さが短い。第１スリット３２Ａの長さは、溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％未満である。ただし、第１スリット３２Ａの長さが短くなっても、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５のすべての角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。

【0044】

図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。本変形例では、図７Ａに示した変形例と比べて、第１スリット３２Ａの合計の長さが短い。第１スリット３２Ａの長さは、溶接経路２５（図２Ａ）の周長の８０％未満である。ただし、第１スリット３２Ａの長さが短くなっても、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５のすべての角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。

【0045】

図８Ａ～図９Ｂに示した変形例においても、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５のすべての角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。このため、第１実施例と同様に、第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したときに、ワーク２０に反り等の変形が生じにくいという優れた効果が得られる。

【0046】

第１実施例（図３Ａ）、及び変形例（図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ）のいずれにおいても、第１スリット３２Ａが分離されている箇所（切れ目）は、外周側の閉じた溶接経路２５（図２Ａ）で囲まれた領域の幾何中心に関して点対称となる位置に配置されている。このため、第１スリット３２Ａの形状の対称性が確保される。このように、第１スリット３２Ａを、対称性が確保される形状にすることにより、ステップＳＡ４（図４）で第１押さえ部材３２をワーク２０から引き離したときのワーク２０の変形を抑制する効果が高まる。

【0047】

なお、第１スリット３２Ａは、必ずしも幾何学的に正確な対称性を維持している必要はない。例えば、第１スリット３２Ａの複数のスリット部分の各々の長さを、複数のスリット部分の長さの平均値の８０％以上１２０％以下にすることが好ましい。このようにすることで、対称性の低下が抑制される。

【0048】

次に、図１０Ａ～図１１Ｂを参照して、第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具について説明する。

【0049】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本変形例で溶接対象となるワーク２０の平面図である。第１実施例（図２Ａ）では、溶接経路２５が外側に向かって凸状に湾曲した部分を含み、内側に向って凸状に湾曲した部分を含んでいない。これに対して本変形例では、溶接経路２５が、外側に向かって凸状に湾曲した部分、及び内側に向かって湾曲した部分の両方を含む。外側に向かって湾曲した部分として、４つの角部２５Ｃ及び２つの角部２５Ｄを含み、内側に向かって湾曲した部分として、２つの角部２５Ｅを含む。本変形例では、内側の溶接経路２６（図２Ａ）は定義されていない。なお、第１実施例（図２Ａ）と同様に、内側の溶接経路２６が定義されていてもよい。

【0050】

図１０Ｂに示すように、溶接経路２５の凸包２８を定義する。「凸包」とは、与えられた図形に含まれるすべての点を包含する最小の凸集合をいう。例えば、溶接経路２５を輪ゴムで囲んだとき、輪ゴムで囲まれた領域が凸包２８に相当する。溶接経路２５は、その凸包２８に複数の角部が現れる形状を有している。すなわち、溶接経路２５は、１本の直線ではなく、円周状でもない。凸包２８の外周線は、外側に向かって凸状に湾曲した部分及び直線部分で構成され、内側に向かって湾曲した部分を含まない。図１０Ｂに示した例において、溶接経路２５の４つの角部２５Ｃは、凸包２８にも角部として現れるが、２つの角部２５Ｄ及び２つの角部２５Ｅは、凸包２８に角部として現れない。

【0051】

第１実施例（図２Ａ）のように、溶接経路２５が、外側に向って凸状に湾曲した部分及び直線状の部分のみを含む場合は、溶接経路２５の外周線と、溶接経路２５の凸包２８の外周線とが一致する。

【0052】

図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ本変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。第１押さえ部材３２に４つの第１スリット３２Ａが設けられており、４つの第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５の凸包２８に現れているすべての角部２５Ｃのそれぞれと重なる。第２押さえ部材３３には、溶接経路２５のうち、第１スリット３２Ａが沿う部分以外の部分に沿うように４つの第２スリット３３Ａが設けられている。

【0053】

本変形例では、ステップＳＡ３（図４）の第１溶接において、凸包２８に現れない溶接経路２５の角部２５Ｄ、２５Ｅの部分が溶接されない。ただし、凸包２８に現れない角部２５Ｄ、２５Ｅの部分は、第１溶接において溶接されていなくても、ワーク２０の反りの発生に大きな影響を与えない。第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、凸包２８に現れているすべての角部２５Ｃのそれぞれと重なる構成とすることにより、ワーク２０の反りを抑制することができる。

【0054】

なお、溶接経路２５の角部２５Ｃに加えて、角部２５Ｄ、２５Ｅの少なくとも一部分と重なるように、第１スリット３２Ａを設けてもよい。

【0055】

次に、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具について説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、本変形例による溶接用治具３０の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。第１実施例（図３Ａ）、及び変形例（図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１１Ａ）では、第１スリット３２Ａが偶数個のスリット部分に分離されているが、図１２Ａに示した変形例では、第１スリット３２Ａが３個のスリット部分に分離されている。図１２Ｂに示した第２スリット３３Ａも同様に、３個設けられている。第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、第１実施例等と同様に、溶接経路２５の４つの角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。

【0056】

本変形例のように、第１スリット３２Ａを３個のスリット部分に分離してもよいし、または５個以上の奇数個のスリット部分に分離してもよい。この場合、第１スリット３２Ａの形状の対称性の低下を抑制するために、第１スリット３２Ａの複数のスリット部分の各々の長さを、複数のスリット部分の長さの平均値の８０％以上１２０％以下にすることが好ましい。さらに、溶接経路２５のうち第１スリット３２Ａが沿う部分以外の複数の部分経路の各々長さを、複数の部分経路の長さの平均値の８０％以上１２０％以下にすることが好ましい。

【0057】

図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ第１実施例のさらに他の変形例による溶接用治具の第１押さえ部材３２及び第２押さえ部材３３の平面図である。本変形例では、第１スリット３２Ａの切れ目が１カ所のみに設けられており、第１スリット３２Ａは複数の部分に分離されていない。図１３Ｂに示すように、第２押さえ部材３３には、１個の第２スリット３３Ａが設けられている。第１実施例等と同様に、第１スリット３２Ａの一部分が、溶接経路２５の４つの角部２５Ｃ（図２Ａ）のそれぞれと重なる。

【0058】

本変形例のように、第１スリット３２Ａは、必ずしも複数のスリット部分に分離しなくてもよい。本変形例においても、第１スリット３２Ａの長さを、閉じた溶接経路２５の周長の８０％以上にすることにより、第１実施例と同様に、ワーク２０の変形を抑制することができる。

【0059】

第１実施例及びその変形例では、溶接経路２５（図２Ａ等）が閉じた曲線で構成されているが、溶接経路２５が、閉じた経路のうち少なくとも１か所において切断された形状を有していてもよい。溶接経路２５が切断された部分を有している場合、第１押さえ部材３２の第１スリット３２Ａ（図３Ａ等）を、溶接経路２５の全域に沿うように設けることが可能である。そうすれば、第１押さえ部材３２を用いた第１溶接（図４のステップＳＡ３）のみで溶接を完了することができる。ところが、溶接経路２５の切断箇所が短くなると、第１押さえ部材３２のうち溶接経路２５の内側の部分と外側の部分とを接続する接続部分の機械的強度が不足する場合がある。このような場合は、第１実施例及びその変形例のように、第１押さえ部材３２と第２押さえ部材３３とを用いることにより、第１押さえ部材３２の機械的強度を十分高めることができる。

【0060】

第１実施例等では、第１スリット３２Ａの少なくとも一部分が、溶接経路２５の凸包２８（図１０Ｂ）に現れるすべての角部２５Ｃのそれぞれの全域と重なるが、すべての角部２５Ｃのそれぞれの一部分と重なる構成としてもよい。ここで、「角部２５Ｃの全域」とは、２本の直線部分の間に配置された曲線部分の全域を意味する。

【0061】

第１実施例等では、溶接経路２５の凸包２８が角丸長方形であるが、他の形状であってもよい。例えば、角丸三角形等の角丸多角形であってもよい。

【0062】

次に、図１４Ａ～図１７を参照して、第２実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムについて説明する。以下、図１～図４を参照して説明した第１実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムと共通の構成については説明を省略する。

【0063】

図１４Ａは、第２実施例による溶接用治具３０の概略平面図であり、図１４Ｂは、第２実施例による溶接用治具３０及びワーク２０の概略側面図である。第２実施例による溶接用治具３０は、ベース部材３１、外側押さえ部材３４、第１内側押さえ部材３５、第２内側押さえ部材３６、外側押さえ部材支持機構４４、第１支持機構４５、及び第２支持機構４６を含む。

【0064】

外側押さえ部材３４は、ワーク２０のレーザ照射面のうち、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の外側の部分に接触し、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける。第１内側押さえ部材３５及び第２内側押さえ部材３６は、それぞれワーク２０のレーザ照射面のうち、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の内側の部分に接触し、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける。第１内側押さえ部材３５には、第１実施例の第１押さえ部材３２（図３Ａ）と同様に、内側のスリット３５Ｂが設けられている。

【0065】

外側押さえ部材支持機構４４は、回転中心４４Ｃを中心として外側押さえ部材３４を揺動させることにより、外側押さえ部材３４がワーク２０に接触した状態（以下、押し付け状態という。）と、ワーク２０から引き離された状態（以下、退避状態という。）を実現する。第１支持機構４５は、回転中心４５Ｃを中心として第１内側押さえ部材３５を揺動させることにより、第１内側押さえ部材３５の押し付け状態と退避状態とを実現する。第２支持機構４６は、回転中心４６Ｃを中心として第２内側押さえ部材３６を揺動させることにより、第２内側押さえ部材３６の押し付け状態と退避状態とを実現する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、外側押さえ部材３４及び第１内側押さえ部材３５が押し付け状態であり、第２内側押さえ部材３６が退避状態である場合を示している。

【0066】

外側押さえ部材３４及び第１内側押さえ部材３５が押し付け状態のとき、外側押さえ部材３４の内周側の縁と、第１内側押さえ部材３５の縁との間に隙間３５Ａが形成される。この隙間３５Ａは、平面視において、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）に沿う。平面視において、第１支持機構４５と隙間３５Ａとが、交差箇所３５Ｘにおいて交差する。

【0067】

図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ外側押さえ部材３４及び第２内側押さえ部材３６が押し付け状態であり、第１内側押さえ部材３５が退避状態である場合の概略平面図及び概略側面図である。この状態で、外側押さえ部材３４の内周側の縁と、第２内側押さえ部材３６の縁との間に隙間３６Ａが形成される。この隙間３６Ａも、隙間３５Ａ（図１４Ａ）と同様に、平面視において、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）に沿う。平面視において、第２支持機構４６と隙間３６Ａとが、交差箇所３６Ｘにおいて交差する。交差箇所３５Ｘ（図１４Ａ）と交差箇所３６Ｘ（図１５Ａ）とは、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の周方向に関して異なる箇所に位置する。

【0068】

図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ外側押さえ部材３４、第１内側押さえ部材３５、及び第２内側押さえ部材３６が、すべて退避状態である場合の概略平面図及び概略側面図である。ベース部材３１の上にワーク２０が配置されており、ワーク２０のレーザ照射面の全域が露出している。

【0069】

図１７は、第２実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。
まず、ワーク２０をベース部材３１の上に配置する（ステップＳＢ１）。図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、外側押さえ部材支持機構４４を動作させて外側押さえ部材３４を押し付け状態にするとともに、第１支持機構４５を動作させて第１内側押さえ部材３５も押し付け状態にする（ステップＳＢ２）。

【0070】

この状態で、外側押さえ部材３４と第１内側押さえ部材３５との隙間３５Ａ（図１４Ａ）に沿って、レーザビームを入射させ、さらに第１内側押さえ部材３５に設けられている内側のスリット３５Ｂ（図１４Ａ）に沿ってレーザビームを入射させる第１溶接を実行する（ステップＳＢ３）。第１溶接では、交差箇所３５Ｘ（図１４Ａ）にはレーザビームを入射させない。

【0071】

第１溶接の後、第１支持機構４５を動作させて、第１内側押さえ部材３５を退避状態にする（ステップＳＢ４）。その後、第２支持機構４６を動作させて、図１５Ｂに示すように、第２内側押さえ部材３６を押し付け状態にする（ステップＳＢ５）。この状態で、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）のうち第１溶接（ステップＳＢ３）において溶接されていない箇所にレーザビームを入射させるとともに、第２内側押さえ部材３６の設けられた内側のスリット３６Ｂ（図１５Ａ）に沿ってレーザビームを入射させる第２溶接を実行する（ステップＳＢ６）。

【0072】

第２溶接の後、外側押さえ部材支持機構４４を動作させて外側押さえ部材３４を対比状態にするとともに、第２支持機構４６を動作させて第２内側押さえ部材３６を退避状態にする（ステップＳＢ７）。

【0073】

次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例では、第１溶接（ステップＳＢ３）の後、第１内側押さえ部材３５を退避状態（ステップＳＢ４）に設定しても、外側押さえ部材３４は押し付け状態を維持する。このため、第１溶接時に発生した熱応力に起因するワーク２０の変形を抑制することができる。

【0074】

次に、図１８Ａ～図１９を参照して第３実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムについて説明する。以下、図１～図４を参照して説明した第１実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムと共通の構成については説明を省略する。

【0075】

図１８Ａは、第３実施例による溶接用治具の概略平面図であり、図１８Ｂ及び図１８Ｃは、それぞれ図１８Ａの一点鎖線１８Ｂ－１８Ｂ及び一点鎖線１８Ｃ－１８Ｃにおける断面図である。第３実施例による溶接用治具３０は、ベース部材３１及び押さえ部材を含む。押さえ部材は、外側押さえ部分３７、内側押さえ部分３８、及び接続部分３９を含む。

【0076】

外側押さえ部分３７は、ワーク２０のレーザ照射面のうち閉じた溶接経路２５（図２Ａ）を連続的に取り囲む環状の領域に接触し、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける。内側押さえ部分３８は、ワーク２０のレーザ照射面のうち閉じた溶接経路２５の内側の領域に接触して、ワーク２０をベース部材３１に押し付ける。外側押さえ部分３７と内側押さえ部分３８との間に、隙間３７Ａが形成される。隙間３７Ａは、閉じた溶接経路２５に沿って配置される。接続部分３９は、外側押さえ部分３７と内側押さえ部分３８とを接続する。

【0077】

平面視において、接続部分３９は十字の形状を有し、４箇の交差箇所３７Ｘで隙間３７Ａと交差する。外側押さえ部分３７及び内側押さえ部分３８をワークのレーザ照射面に接触させた状態で、交差箇所３７Ｘにおいて接続部分３９とレーザ照射面との間に空隙６５が形成される。接続部分３９の、隙間３７Ａに沿う断面は、ワーク２０に対向する面がその反対側の面より小さくなる形状、例えば逆台形状である。なお、断面形状は、必ずしも逆台形状である必要はなく、長方形であってもよいし、その他の形状であってもよい。

【0078】

レーザビーム６３（図１８Ｃ）をワーク２０のレーザ照射面に対して斜めに入射させることにより、交差箇所３７Ｘのレーザ照射面にレーザビームを入射させることができる。このため、平面視において接続部分３９で隠れた領域にも、レーザビームを入射させることができる。レーザビーム６３の斜め入射は、多関節ロボット１０の姿勢を調整することにより実現可能である。

【0079】

図１９は、第３実施例によるレーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。まず、ワーク２０をベース部材３１の上に配置する（ステップＳＣ１）。外側押さえ部分３７、内側押さえ部分３８、及び接続部分３９を有する押さえ部材でワーク２０をベース部材３１に押し付ける（ステップＳＣ２）。この状態で、外側押さえ部分３７と内側押さえ部分３８との間の隙間３７Ａに沿ってレーザビームを入射させ、溶接を行う（ステップＳＣ３）。このとき、接続部分３９の直下の領域には、図１８Ｃに示すようにレーザビームを斜め入射させることにより、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の全周に亘って溶接を完了させる。

【0080】

溶接後、外側押さえ部分３７、内側押さえ部分３８、及び接続部分３９を含む押さえ部材をワーク２０から引き離す（ステップＳＣ４）。

【0081】

次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例では、溶接すべき閉じた溶接経路２５（図２Ａ）の溶接開始から全周の溶接が完了するまで、押さえ部材がワーク２０を押し付けた状態が継続する。このため、溶接途中に発生する熱応力に起因する変形が生じにくい。接続部分３９（図１８Ｃ）の断面形状を逆台形状にすると、斜め入射するレーザビームの経路を遮ることなく、接続部分３９の機械的強度を高めることができる。

【0082】

次に、図２０Ａ及び図２０Ｂを参照して第３実施例の変形例によるレーザ溶接システムについて説明する。

【0083】

図２０Ａは、本変形例によるレーザ溶接システムの概略側面図である。第３実施例では、図１に示すように、レーザ加工ヘッド１２が多関節ロボット１０の先端に取り付けられており、多関節ロボット１０の姿勢を変化させることにより、レーザビームの経路を移動させる。これに対して本変形例では、レーザ加工ヘッド１２にビーム走査器が搭載されており、ビーム走査器を動作させてレーザビームの経路を移動させる。ビーム走査器として、例えば１対のガルバノミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。

【0084】

架台１６の上に、Ｘ軸移動機構１５Ｘ及びＹ軸移動機構１５Ｙを介して溶接用治具３０が配置される。溶接用治具３０によってワーク２０が固定される。Ｚ軸移動機構１５Ｚによってレーザ加工ヘッド１２が溶接用治具３０の上方に支持される。Ｘ軸移動機構１５Ｘ及びＹ軸移動機構１５Ｙは、それぞれ溶接用治具３０を水平面内で相互に直交するＸ方向及びＹ方向に移動させる。Ｚ軸移動機構１５Ｚは、レーザ加工ヘッド１２を昇降させる。制御装置７０が、Ｘ軸移動機構１５Ｘ，Ｙ軸移動機構１５Ｙ、Ｚ軸移動機構１５Ｚ、及びレーザ発振器６０を制御する。

【0085】

レーザ発振器６０から出力されたレーザビームがレーザ伝送ファイバ６１を経由してレーザ加工ヘッド１２に入力される。レーザ加工ヘッド１２から出力されたレーザビーム６３が、溶接用治具３０で固定されたワーク２０に入射する。レーザ加工ヘッド１２に搭載されたビーム走査器が、レーザビーム６３をＸ方向及びＹ方向の２方向に走査する。レーザビーム６３を走査することによってレーザビームを入射させることができる領域をスキャンエリア６９ということする。

【0086】

図２０Ｂは、溶接用治具３０とスキャンエリア６９との平面視における位置関係を示す図である。十字の形状を有する接続部分３９によって、隙間３７Ａが４つの部分に仕切られる。制御装置７０がＸ軸移動機構１５Ｘ及びＹ軸移動機構１５Ｙを動作させて、隙間３７Ａの４つの部分のうち１つをスキャンエリア６９内に配置し、溶接を行う。その後、隙間３７Ａの４つの部分のそれぞれを順番にスキャンエリア６９内に配置し、溶接を行う。

【0087】

溶接時には、接続部分３９が、スキャンエリア６９の縁の近傍に位置するように、スキャンエリア６９と溶接用治具３０とを位置決めする。スキャンエリア６９の縁の近傍では、ＸＹ面の法線に対するレーザビーム６３の傾斜角が大きくなる。このため、図１８Ｃに示したように、ワーク２０のレーザ照射面のうち接続部分３９の直下の領域にレーザビーム６３を入射させることができる。

【0088】

次に、図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して第４実施例による溶接用治具について説明する。以下、図１～図４を参照して説明した第１実施例による溶接用治具、レーザ溶接方法、及びレーザ溶接システムと共通の構成については説明を省略する。

【0089】

図２１Ａ及び図２１Ｂは、第４実施例による溶接用治具３０及びワーク２０の一部分の断面図である。第４実施例による溶接用治具３０は、第１実施例（図３Ａ～図３Ｄ）による溶接用治具３０と同様に、ベース部材３１、第１押さえ部材３２（図２１Ａ）、第２押さえ部材３３（図２１Ｂ）を含む。図２１Ａは、ワーク２０をベース部材３１と第１押さえ部材３２とで固定した状態の一部分の断面図であり、図２１Ｂは、ワーク２０をベース部材３１と第２押さえ部材３３とで固定した状態の一部分の断面図である。

【0090】

第１実施例（図２Ａ、図２Ｂ）による溶接用治具３０が固定するワーク２０の２枚の金属プレート２１、２２は、単純な平板である。これに対して第４実施例による溶接用治具３０が固定するワーク２０の２枚の金属プレートのそれぞれは、平板をプレス加工等によって変形させたものである。

【0091】

例えば、下側の金属プレート２２の一部分が、下側に向かって突き出た凹凸部２２Ａを有しており、上側の金属プレート２１が、上側に向かって突き出た凹凸部２１Ａを有している。２枚の金属プレート２１、２２を重ねると、下側の凹凸部２２Ａと上側の凹凸部２１Ａとの間に空洞が形成される。凹凸部２１Ａ、２２Ａが形成されてない領域では、２枚の金属プレート２１、２２が接触している。

【0092】

ベース部材３１（図２１Ａ、図２１Ｂ）の上面に、下側の金属プレート２２の凹凸部２２Ａが収容される凹部３１Ｃが設けられている。下側の金属プレート２２は、凹凸部２２Ａ以外の領域においてベース部材３１の上面に接触する。第１押さえ部材３２（図２１Ａ）の下面に、上側の金属プレート２１の凹凸部２１Ａを収容する凹部３２Ｃが設けられており、第２押さえ部材３３（図２１Ｂ）の下面にも、凹凸部２１Ａを収容する凹部３３Ｃが設けられている。上側の金属プレート２１は、凹凸部２１Ａ以外の領域において、第１押さえ部材３２（図２１Ａ）の下面及び第２押さえ部材３３（図２１Ｂ）の下面に接触する。このように、ワーク２０は、凹凸部２１Ａ、２２Ａ以外の領域で、溶接用治具３０に固定される。

【0093】

閉じた溶接経路２５（図２Ａ）は、凹凸部２１Ａ、２２Ａ以外の箇所に定義されている。第１押さえ部材３２に、閉じた溶接経路２５（図２１Ａ）に沿う第１スリット３２Ａが設けられている。第１押さえ部材３２をワーク２０に接触させた状態で、第１スリット３２Ａを通してワーク２０にレーザビームを入射させて溶接を行う（図４のステップＳＡ３に相当）。その後、図２１Ｂに示すように、第２押さえ部材３３をワーク２０に接触させる。第１スリット３２Ａと重なっていた領域に、溶接済の溶接線２７が形成されている。

【0094】

第２押さえ部材３３（図２１Ｂ）をワーク２０に接触させた状態で、未溶接の箇所の溶接を行う（図４のステップＳＡ６に相当）。

【0095】

次に、第４実施例の優れた効果について説明する。第４実施例のように、ワーク２０に凹凸部２１Ａ、２２Ａが設けられている場合でも、溶接用治具３０に凹凸部２１Ａ、２２Ａを収容する凹部３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃを設けることにより、閉じた溶接経路２５（図２Ａ）に沿う溶接を行う際に、ワーク２０を溶接用治具３０で固定することができる。さらに、第１実施例と同様に、熱応力に起因するワーク２０の変形を抑制することができる。

【0096】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0097】

１０ 多関節ロボット
１１ 直動機構
１２ レーザ加工ヘッド
１５Ｘ Ｘ軸移動機構
１５Ｙ Ｙ軸移動機構
１５Ｚ Ｚ軸移動機構
１６ 架台
２０ ワーク
２１ 上側の金属プレート
２１Ａ 凹凸部
２２ 下側の金属プレート
２２Ａ 凹凸部
２５ 外周側の閉じた溶接経路
２６ 内側の閉じた溶接経路
２７ 溶接線
２８ 溶接経路の凸包
３０ 溶接用治具
３１ ベース部材
３１Ｃ 凹部
３２ 第１押さえ部材
３２Ａ 第１スリット
３２Ｂ 内側のスリット
３２Ｃ 凹部
３３ 第２押さえ部材
３３Ａ 第２スリット
３３Ｂ 内側のスリット
３３Ｃ 凹部
３４ 外側押さえ部材
３５ 第１内側押さえ部材
３５Ａ 隙間
３５Ｂ 内側のスリット
３６ 第２内側押さえ部材
３６Ａ 隙間
３６Ｂ 内側のスリット
３７ 外側押さえ部分
３７Ａ 隙間
３７Ｘ 交差箇所
３８ 内側押さえ部分
３９ 接続部分
４４ 外側押さえ部材支持機構
４４Ｃ 回転中心
４５ 第１支持機構
４５Ｃ 回転中心
４６ 第２支持機構
４６Ｃ 回転中心
６０ レーザ発振器
６１ レーザ伝送ファイバ
６３ レーザビーム
６５ 空隙
６９ スキャンエリア
７０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】