特許 7366429 溶接方法および溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-13

(45)【発行日】2023-10-23

(54)【発明の名称】溶接方法および溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/073 20060101AFI20231016BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20231016BHJP

   B23K 26/322 20140101ALI20231016BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20231016BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

B23K26/073

B23K26/21 G

B23K26/322

B23K26/082

B23K26/064 Z

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020541308

(86)(22)【出願日】2019-09-05

(86)【国際出願番号】 JP2019035075

(87)【国際公開番号】W WO2020050379

(87)【国際公開日】2020-03-12

【審査請求日】2022-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2018166399

(32)【優先日】2018-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茅原 崇

(72)【発明者】

【氏名】西井 諒介

(72)【発明者】

【氏名】浅沼 諭志

(72)【発明者】

【氏名】安岡 知道

(72)【発明者】

【氏名】繁松 孝

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特許第４１５０９０７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００６－３２６６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０５３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１３８８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／０７３

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／３２２

Ｂ２３Ｋ ２６／０８２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を含む２枚以上の板材を重ね合わせて加工対象を構成し、
前記加工対象を、加工用レーザ光が照射される領域に配置し、
光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有する前記加工用レーザ光をビームシェイパによって生成し、
前記加工対象の表面に対して前記加工用レーザ光を照射し、
前記照射を行いながら前記加工用レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記加工用レーザ光を揺動させながら前記加工対象上で前記所定の方向に掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、
溶接方法。

【請求項2】

前記ビームシェイパは回折光学素子である、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項3】

前記加工用レーザ光の生成において、レーザ光を複数のビームとして、前記複数のビームの少なくとも２つを前記所定の方向に沿って配置し、前記パワー分布形状を形成する、
請求項１または２に記載の溶接方法。

【請求項4】

前記加工用レーザ光の揺動によって、前記加工対象を溶融して形成される溶融池の表面積を、揺動を行わない場合よりも広げ、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスを、前記溶融池の表面から排出する、
請求項１～３のいずれか一つに記載の溶接方法。

【請求項5】

前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定する、
請求項４に記載の溶接方法。

【請求項6】

前記加工用レーザ光がウォブリングまたはウィービングするように揺動させながら掃引する、
請求項１～５のいずれか一つに記載の溶接方法。

【請求項7】

前記加工用レーザ光の生成において、さらに前記光進行方向と垂直な面内において前記所定の方向と垂直な幅方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように前記加工用レーザ光を生成する、
請求項１～６のいずれか一つに記載の溶接方法。

【請求項8】

前記加工対象の特性に応じて、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定する、
請求項１～７のいずれか一つに記載の溶接方法。

【請求項9】

前記２枚以上の板材の全てがめっき板材である、請求項１～８のうちいずれか一つに記載の溶接方法。

【請求項10】

レーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光から、光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するようにビームシェイパによって生成された加工用レーザ光を加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
を備え、
前記加工対象は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を含む２枚以上の板材を重ね合わせて構成され、
前記光学ヘッドは、前記加工用レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記加工用レーザ光を揺動させながら前記加工対象上で前記所定の方向に掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行う、
溶接装置。

【請求項11】

前記ビームシェイパは回折光学素子である
請求項１０に記載の溶接装置。

【請求項12】

前記レーザ光を複数のビームとして、前記複数のビームの少なくとも２つを前記所定の方向に沿って配置し、前記パワー分布形状を形成する、
請求項１０または１１に記載の溶接装置。

【請求項13】

前記加工用レーザ光の揺動によって、前記加工対象を溶融して形成される溶融池の表面積を、揺動を行わない場合よりも広げ、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスを、前記溶融池の表面から排出する、
請求項１０～１２のいずれか一つに記載の溶接装置。

【請求項14】

前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つが設定されている、
請求項１３に記載の溶接装置。

【請求項15】

前記加工用レーザ光がウォブリングまたはウィービングするように揺動させながら掃引する、
請求項１０～１４のいずれか一つに記載の溶接装置。

【請求項16】

さらに前記光進行方向と垂直な面内において前記所定の方向と垂直な幅方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように前記加工用レーザ光を生成する、
請求項１０～１５のいずれか一つに記載の溶接装置。

【請求項17】

前記加工対象の特性に応じて、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つが設定されている、
請求項１０～１６のいずれか一つに記載の溶接装置。

【請求項18】

前記２枚以上の板材の全てが、めっき板材である、請求項１０～１７のうちいずれか一つに記載の溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄や銅などの金属材料からなる加工対象を溶接する手法の一つとして、レーザ溶接が知られている。レーザ溶接とは、レーザ光を加工対象の溶接部分に照射し、レーザ光のエネルギーで溶接部分を溶融させる溶接方法である。レーザ光が照射された溶接部分には、溶融池と呼ばれる溶融した金属材料の液溜りが形成され、その後、溶融池が固化することによって溶接が行われる。

【0003】

２枚の板材を重ね合わせて加工対象を構成し、溶接により板材同士を接合する、重ね合わせ溶接を行う場合がある。この場合、板材が、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材、たとえば亜鉛めっき鋼板である場合、鋼材が溶融したときにめっき層が蒸発してガスとなる。これは、母材の融点よりもめっき層の沸点が低い場合に発生する。このように発生したガスは、溶融池を乱し、溶融池の表面の平坦性を劣化させる場合がある。このような溶融池の表面の平坦性の劣化は溶接不良の原因となる。また、このガスの圧力によって溶融池を構成する溶融液の一部が吹き飛ぶため、溶融池が固化した後に、加工対象に欠肉が生じる場合もある。

【0004】

上記のような溶融不良の問題を解決するために、第１のめっき鋼板に突出部を形成し、第１および第２のめっき鋼板を重ね合わせる際に、突出部の頂部を第２のめっき鋼板の表面に当接させて重ね合わせ、第１のめっき鋼板に対し突出部の頂部の反対側からレーザビームを照射して、第１および第２のめっき鋼板を溶接する技術が開示されている（たとえば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平０７－１５５９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した技術では、一方のめっき鋼板に突出部を形成する加工が、追加で必要となるという問題がある。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、めっき板材の重ね合わせ溶接の際の溶接不良の発生を抑制することができる溶接方法および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】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る溶接方法は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を含む２枚以上の板材を重ね合わせて加工対象を構成し、前記加工対象を、加工用レーザ光が照射される領域に配置し、光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有する前記加工用レーザ光を生成し、前記加工対象の表面に対して前記加工用レーザ光を照射し、前記照射を行いながら前記加工用レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記加工用レーザ光を揺動させながら前記加工対象上で前記所定の方向に掃引しつつ、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う。

【0009】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工用レーザ光の生成において、レーザ光を複数のビームとして、前記複数のビームの少なくとも２つを前記所定の方向に沿って配置し、前記パワー分布形状を形成する。

【0010】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工用レーザ光の揺動によって、前記加工対象を溶融して形成される溶融池の表面積を、揺動を行わない場合よりも広げ、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスを、前記溶融池の表面から排出する。

【0011】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定する。

【0012】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工用レーザ光がウォブリングまたはウィービングするように揺動させながら掃引する。

【0013】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工用レーザ光の生成において、さらに前記光進行方向と垂直な面内において前記所定の方向と垂直な幅方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように前記加工用レーザ光を生成する。

【0014】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工対象の特性に応じて、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定する。

【0015】

本発明の一態様に係る溶接方法は、ビームシェイパによって前記加工用レーザ光を生成する。

【0016】

本発明の一態様に係る溶接方法は、前記ビームシェイパは回折光学素子である。

【0017】

本発明の一態様に係る溶接方法では、前記２枚以上の板材の全てがめっき板材である。

【0018】

本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光から、光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように生成された加工用レーザ光を加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、を備え、前記加工対象は、母材の表面にめっき層が形成されためっき板材を含む２枚以上の板材を重ね合わせて構成され、前記光学ヘッドは、前記加工用レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記加工用レーザ光を揺動させながら前記加工対象上で前記所定の方向に掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行う。

【0019】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記レーザ光を複数のビームとして、前記複数のビームの少なくとも２つを前記所定の方向に沿って配置し、前記パワー分布形状を形成する。

【0020】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工用レーザ光の揺動によって、前記加工対象を溶融して形成される溶融池の表面積を、揺動を行わない場合よりも広げ、前記加工対象の内部に位置するめっき層が蒸発したガスを、前記溶融池の表面から排出する。

【0021】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つが設定されている。

【0022】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工用レーザ光がウォブリングまたはウィービングするように揺動させながら掃引する。

【0023】

本発明の一態様に係る溶接装置は、さらに前記光進行方向と垂直な面内において前記所定の方向と垂直な幅方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように前記加工用レーザ光を生成する。

【0024】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象の特性に応じて、前記加工用レーザ光のパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つが設定されている。

【0025】

本発明の一態様に係る溶接装置は、ビームシェイパによって前記加工用レーザ光を生成する。

【0026】

本発明の一態様に係る溶接装置は、前記ビームシェイパは回折光学素子である。

【0027】

本発明の一態様に係る溶接装置では、前記２枚以上の板材の全てが、めっき板材である。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、めっき板材の重ね合わせ溶接の際の溶接不良の発生を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】図２は、回折光学素子を説明する模式図である。

【図3A】図３Ａは、加工用レーザ光および揺動を説明する模式図である。

【図3B】図３Ｂは、加工用レーザ光に含まれる各ビームの断面の径方向におけるパワー分布の一例を示す図である。

【図4A】図４Ａは、溶接した加工対象の比較例の断面写真を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、溶接した加工対象の実施例の断面写真を示す図である。

【図5A】図５Ａは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図5B】図５Ｂは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図5C】図５Ｃは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図5D】図５Ｄは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図5E】図５Ｅは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図5F】図５Ｆは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図6A】図６Ａは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図6B】図６Ｂは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図6C】図６Ｃは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図6D】図６Ｄは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図6E】図６Ｅは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図7】図７は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。

【図8A】図８Ａは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図8B】図８Ｂは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。

【図9A】図９Ａは、加工用レーザ光の揺動の例を説明する模式図である。

【図9B】図９Ｂは、加工用レーザ光の揺動の例を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

【0031】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを接続する光ファイバ１３０と、を備えている。また、加工対象Ｗは、めっき板材である２枚の亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２を重ね合わせて構成されている。亜鉛めっき鋼板Ｗ１は、母材である鋼板の両側の表面のそれぞれに亜鉛めっき層が形成されたものである。亜鉛めっき鋼板Ｗ２も、母材である鋼板の両側の表面のそれぞれに亜鉛めっき層が形成されたものである。亜鉛めっき層は鋼板の融点よりも沸点が低い。

【0032】

レーザ装置１１０は、たとえば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。たとえば、レーザ装置１１０は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成されていてもよい。また、レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド１２０に入力させる。

【0033】

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２と回折光学素子１２３とを備えている。コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。回折光学素子１２３は、後述するように平行光化されたレーザ光のビーム形状を成型し、加工用レーザ光Ｌを生成する光学素子であり、ビームシェイパの一態様である。集光レンズ１２２は、加工用レーザ光Ｌを集光し、加工対象Ｗに照射するための光学系である。

【0034】

光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗ上で加工用レーザ光Ｌの照射を行いながら加工用レーザ光Ｌを掃引するために、集光レンズ１２２と加工対象Ｗとの間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナとは、２枚のミラー１２４ａ，１２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド１２０を移動させることなく、加工対象Ｗ上で加工用レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、加工用レーザ光Ｌを掃引することができる装置である。光学ヘッド１２０は、集光レンズ１２２から出射した加工用レーザ光Ｌをガルバノスキャナへ導くためにミラー１２６を備えている。また、ガルバノスキャナのミラー１２４ａ，１２４ｂは、それぞれモータ１２５ａ，１２５ｂによって角度が変更される。モータ１２５ａ，１２５ｂは不図示のドライバによって駆動される。

【0035】

回折光学素子１２３は、図２に概念的に示すように、周期の異なる複数の回折格子１２３ａを一体に構成したものである。回折光学素子１２３は、入力されたレーザ光を、各回折格子の影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりして、ビーム形状を成型することができる。

【0036】

回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１から入力されたレーザ光を複数（本実施形態１では３本）のビームに分割し、加工用レーザ光Ｌを生成する。加工用レーザ光Ｌは、その光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って３つのビームが配置されたパワー分布形状を有する。これらのビームは加工用レーザ光Ｌにおけるパワー領域を構成するものである。パワー領域とは、加工用レーザ光Ｌの光進行方向と垂直な面内において、加工対象Ｗの溶融に寄与するパワーを有する領域である。ただし、個々のパワー領域が単独で加工対象Ｗを溶融できるパワーを有することは必ずしも必要ではなく、各パワー領域は他のパワー領域が加工対象Ｗに与えるエネルギーの影響によって加工対象Ｗを溶融できればよい。

【0037】

加工用レーザ光Ｌは、図３Ａに示すように、紙面と垂直な方向を光進行方向とする３本のビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を含んでいる。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、いずれも図３Ｂに示すように、そのビーム断面の径方向においてガウシアン形状のパワー分布を有する。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、所定の方向である溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ここで、溶接方向ＷＤとは、加工対象Ｗを溶接する方向であり、溶接ビードが形成される方向に相当する。また、本明細書におけるガウシアン形状とは、正確にガウシアン形状である形状に限られず、ガウシアン形状で近似できる形状も含む。

【0038】

なお、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれのビーム径は、ピークを含み、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度の領域の径として定義する。円形でないビームの場合は、本明細書に於いては掃引方向とは垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義する。ビームのパワーは、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度となる領域の範囲内のパワーの合計と定義する。

【0039】

また、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のパワー分布はある程度鋭い形状であることが好ましい。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のパワー分布がある程度鋭い形状であれば、加工対象Ｗを溶融する際の溶け込み深さを深くできるので、溶接強度を確保でき、溶接不良の発生をより好適に抑制することができる。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３の鋭さの指標として、ビーム径を用いると、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のビーム径が６００μｍ以下が好ましく、４００μｍ以下がより好ましい。なお、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３が鋭い形状であると、同じ溶け込み深さを実現するためのパワーを低減でき、かつ加工速度を速めることができる。そのため、レーザ溶接装置１００の消費電力の低減と加工効率の向上とを実現できる。

【0040】

なお、ビーム径は、使用するレーザ装置１１０、光学ヘッド１２０、光ファイバ１３０の特性を適宜設定することにより調整可能である。例えば、光ファイバ１３０から光学ヘッド１２０に入力するレーザ光のビーム径の設定や、回折光学素子１２３やレンズ１２１，１２２等の光学系の設定により、調整可能である。

【0041】

レーザ溶接装置１００を用いて溶接を行う場合、まず、亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２を重ね合わせて構成した加工対象Ｗを、加工用レーザ光Ｌが照射される領域に配置する。つづいて、回折光学素子１２３によって分割されたビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を含む加工用レーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射しながら、加工用レーザ光Ｌと加工対象Ｗとを相対的に移動させて加工用レーザ光Ｌの掃引をしつつ、加工用レーザ光Ｌが照射された部分の加工対象Ｗを溶融して溶接を行う。

【0042】

本実施形態１では、加工用レーザ光Ｌを揺動させながら、加工対象Ｗ上で溶接方向ＷＤに掃引する。具体的には、図３Ａに示すように、加工対象Ｗ上で、加工用レーザ光Ｌで所定の回転周波数で円を描きながら溶接方向ＷＤに掃引する。このとき、本実施形態１では、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３の相互の位置関係および溶接方向ＷＤに対する配置は変わらないようにする。その結果、加工用レーザ光Ｌが加工対象Ｗ上で描く軌跡Ｔはトロコイド状となる。本明細書では、このように加工用レーザ光Ｌが加工対象Ｗ上でトロコイド状の軌跡Ｔを描く場合、加工用レーザ光Ｌがウォブリングするという。軌跡Ｔにおける円状の部分の溶接方向ＷＤと垂直の方向（以下、適宜溶接幅方向という）における半径をＲ１とし、溶接方向ＷＤにおける半径をＲ２とする。

【0043】

このように、溶接方向ＷＤに沿って３つのビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３が配置された加工用レーザ光Ｌがウォブリングするように揺動させながら掃引すると、ビームＢ１、ビームＢ２、ビームＢ３によって加工対象Ｗに、徐々に深くなる溶融池が形成される。すなわち、まずビームＢ１によってある程度の深さの溶融池が形成され、ビームＢ２によって溶融池が深くなり、ビームＢ３によって溶融池がさらに深くなる。これと同時に、加工用レーザ光Ｌの揺動によって溶接幅方向に溶融池が広がることとなる。

【0044】

そのため、加工用レーザ光Ｌが照射されると、加工対象Ｗの表面の比較的広い領域において溶融池は比較的ゆっくりと深くなるように形成される。そのため、亜鉛めっき鋼板Ｗ１、Ｗ２に形成された亜鉛めっき層は急激ではなく徐々に蒸発してガス化する。その結果、発生したガスが溶融池を乱すことが少なくなり、溶融池の表面の平坦性の劣化も少なくなる。また、比較的広い領域において溶融がゆっくりと起こる。そのため、徐々に発生したガスが比較的表面積が広い溶融池の表面から十分に排出されるように、ガスの排出経路が確保され、溶融池が固化した後に気泡が残留しにくくなる。その結果、溶接不良の発生を抑制することができる。

【0045】

特に、加工対象Ｗの内部に位置する亜鉛めっき鋼板Ｗ１と亜鉛めっき鋼板Ｗ２との重ね合わせ面では、それぞれの表面に形成された亜鉛めっき層が重なって２層となっているので、蒸発した際に発生するガスの量も多い。しかしながら、加工用レーザ光Ｌがウォブリングするように揺動させながら掃引することによって、ガスが徐々に発生しかつその排出経路が確保されるので、溶接不良の発生を抑制することができる。

【0046】

また、加工用レーザ光Ｌによって溶融池を加工対象Ｗの裏面（亜鉛めっき鋼板Ｗ２の露出した方の表面）まで到達させると、裏面側における溶融池の表面からもガスを排出できるので、溶接不良の発生をより一層抑制することができる。

【0047】

なお、図３Ａのような加工用レーザ光Ｌの代わりに、パワー分布が比較的鋭いピークを有する単一のガウシアンビームからなる加工用レーザ光を揺動させながら掃引した場合には、加工対象Ｗの表面の比較的狭い領域において温度が急激に上昇して溶融が起こり、溶融池は急激に深くなるように形成される。そのため、２層が重なった亜鉛めっき層は短時間で急激に、ときには爆発的に蒸発してガス化する。発生したガスは、溶融池を乱し、溶融池の表面の平坦性を劣化させる場合がある。このような溶融池の表面の平坦性の劣化は、溶接ビードの形状の異常化などの溶接不良の原因となる。また、比較的狭い領域において急激に溶融が起こるので、急激に発生したガスの量に対して溶融池の表面積が比較的小さい。そのため、ガスが溶融池の表面から外部に十分に排出されない場合があり、溶融池が固化した後に気泡が残留するなどの溶接不良が発生しやすい。また、図３Ａのような加工用レーザ光Ｌを、揺動させないで直線的に掃引した場合も、同様に溶融不良が発生しやすい。

【0048】

したがって、本実施形態１では、所定のパワー分布形状を有する加工用レーザ光Ｌの揺動によって、加工対象Ｗを溶融して形成される溶融池の表面積を、揺動を行わない場合よりも広げることができる。これによって、加工対象Ｗの内部に位置する亜鉛めっき層が蒸発したガスを、溶融池の表面から好適に排出することができる。

【0049】

溶接不良をより一層効果的に抑制するには、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を、ガスが溶融池の表面から徐々にかつ十分に排出されるように、ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３の照射位置を分散させることが好ましい。特に、ガスに起因して発生する溶接欠陥が許容程度以下となるように加工用レーザ光Ｌのパワー分布形状を設定し、そのパワー分布形状となるようにビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３の照射位置を分散させて照射することが好ましい。すなわち、加工用レーザ光Ｌのパワー分布形状の設定は、各ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３のパワーや配置間隔を調整することによって行うことができる。ここで、許容程度とは、たとえば溶接に対する要求仕様等によって許容される程度であることを意味する。また、溶接欠陥が許容程度以下となるように加工用レーザ光Ｌの揺動の態様を設定することが好ましい。ウォブリングの場合、揺動の態様は、半径Ｒ１、Ｒ２、回転周波数などで定まる。また、このようなパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定することが好ましい。

【0050】

溶接不良をより一層効果的に抑制するには、加工対象Ｗの特性（材質、母材の厚さ、めっき層の厚さ等）に応じて、加工用レーザ光Ｌのパワー分布形状および揺動の態様の少なくとも一つを設定することが好ましい。

【0051】

（実施例１～５、比較例）
実施例１として、図１に示す構成を有するレーザ溶接装置を用いて、厚さ１ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を２枚重ねて構成した加工対象に重ね合わせ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは３ｋＷとした。そして、このレーザ光を、回折光学素子にて、図３Ａに示すような直線的に配置された３本のビームに分割して加工用レーザ光を生成し、加工対象に照射した。ここで、レーザ光によって円を描く際の回転周波数は６４Ｈｚとし、溶接幅方向における半径Ｒ１を０．５ｍｍとし、溶接方向における半径Ｒ２を０．５ｍｍとした。溶接方向における加工対象に対するレーザ光の掃引速度は２０ｍｍ／ｓとした。また、３本のビームの間隔Ｘは、加工対象の表面上で等間隔となるように調整した。ビーム間隔Ｘは、ピーク強度の間隔とする（図３Ａ参照）。

【0052】

また、比較例として、図１に示す構成から回折光学素子を削除した構成を有するレーザ溶接装置を用いて、厚さ１ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を２枚重ねて構成した加工対象に重ね合わせ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは３ｋＷとした。そして、このレーザ光を、光学ヘッドを介して、ウォブリングをさせずに加工対象に照射した。ここで、溶接方向における加工対象に対するレーザ光の掃引速度は２０ｍｍ／ｓとした。

【0053】

比較例における加工対象の裏面の溶接ビードには穴が形成されていた。加工対象を溶接ビードに沿って、その穴を含むように切断し、その一部を撮影した。図４Ａに写真を示すように、穴が形成された箇所では加工対象の形状が変形し、穴の形状も不規則であり加工対象の厚さに比して深いことが確認された。このような穴や変形は、亜鉛めっき層の急激な蒸発により形成されたものと考えられる。

【0054】

一方、実施例１における加工対象には穴が形成されていなかった。加工対象を溶接ビードに沿って切断し、その一部を撮影した。図４Ｂに写真を示すように、加工対象の溶接部分は穴や変形のない良好な状態であることが確認された。

【0055】

つづいて、実施例２、３、４として、図１に示す構成を有するレーザ溶接装置を用いて、厚さ１ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑（ＧＡ材）を２枚重ねて構成した加工対象に重ね合わせ溶接を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光は、ガウシアン分布を有し、その波長は１０７０ｎｍである。レーザ光のパワーは３ｋＷとした。そして、このレーザ光を、回折光学素子にて、図３Ａに示すような直線的に配置された３本のビームに分割して加工用レーザ光を生成し、加工対象に照射した。ここで、加工用レーザ光によって円を描く際の回転周波数は６４Ｈｚとし、溶接幅方向における半径Ｒ１を０．５ｍｍ（実施例２）、１ｍｍ（実施例３）または１．５ｍｍ（実施例４）とし、溶接方向における半径Ｒ２を０．５ｍｍとした。溶接方向における加工対象に対する加工用レーザ光の掃引速度は２０ｍｍ／ｓとした。

【0056】

実施例２、３、４における加工対象の溶接ビードを観察したところ、良好な外観であり、穴や変形のない良好な状態であることが確認された。

【0057】

つづいて、実施例５として、実施例１と同様の条件で、半径Ｒ１＝Ｒ２を０．５ｍｍと０．２５ｍｍの２種類について、ビーム間距離Ｘを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍと変化させて溶接を実施した。加工対象の溶接ビードを観察したところ、いずれの場合においても、良好な外観であり、穴や変形のない良好な状態であることが確認された。従って、少なくともＲ１＝Ｒ２は、Ｘの１／５から５倍の間に設定するのが好ましいことがわかった。

【0058】

つづいて、実施例６として、実施例１と同様の条件で、レーザ光を図５Ａに示すように２つのビームとした。ビーム間隔Ｘは、ビームＢ１１とビームＢ１２のピーク強度の間隔とする。先行するビームＢ１１とビームＢ１２のパワー比を１０：０、９：１、８：２、７：３、６：４、５：５、４：６、３：７、２：８、１：９、０：１０として、それぞれのパワー比で、ビーム間距離Ｘを０．０２５ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍと変化させて溶接を実施した。加工対象の溶接ビードを観察したところ、パワー比が１０：０と０：１０の場合は穴や変形等の不良が認められたが、他のパワー比のいずれの場合においても、良好な外観であり、穴や変形のない良好な状態であることが確認された。

【0059】

つづいて、実施例７として、実施例１と同様の条件で、厚さ１ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板とめっき層の無い厚さ１ｍｍの高張力鋼板（ハイテン）またはめっき層の無い厚さ１ｍｍの冷間圧延鋼板を重ねて構成した加工対象に重ね合わせ溶接を行った。各加工対象について、電気亜鉛めっき鋼板側からビームを照射した場合と逆側からビームを照射した場合の溶接を行った。いずれの場合においても、加工対象の溶接ビードを観察したところ、良好な外観であり、穴や変形のない良好な状態であることが確認された。

【0060】

（パワー分布形状の例）
加工用レーザ光のパワー分布形状については、図３Ａに示すものに限られない。図５Ａ～図５Ｆ、図６Ａ～図６Ｅは、加工用レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。図５Ａ～図５Ｆ、６Ａ～図６Ｅに示す例では、回折光学素子１２３がレーザ光を２以上のビームに分割し、加工用レーザ光を生成する。なお、溶接方向ＷＤは紙面右方を向いているとする。

【0061】

図５Ａに示す例では、加工用レーザ光Ｌ１は、それぞれがガウシアン形状である２本のビームＢ１１、Ｂ１２を含んでいる。ビームＢ１１、Ｂ１２は、加工用レーザ光Ｌ１の光進行方向と垂直な面内において溶接方向ＷＤに沿って配置されている。ビームＢ１１、Ｂ１２を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。

【0062】

図５Ｂ～図５Ｆに示す例では、加工用レーザは、それぞれがガウシアン形状である４本のビームを含んでいる。図５Ｂに示す例では、加工用レーザ光Ｌ２は、４本のビームＢ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４を含んでいる。ビームＢ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４は、加工用レーザ光Ｌ２の光進行方向と垂直な面内において溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。

【0063】

図５Ｃに示す例では、加工用レーザ光Ｌ３は、４本のビームＢ３１、Ｂ３２、Ｂ３３、Ｂ３４を含んでいる。ビームＢ３１、Ｂ３２は、加工用レーザ光Ｌ３の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って配置されている。ビームＢ３１、Ｂ３２を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ３３、Ｂ３４は、加工用レーザ光Ｌ３の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って配置されている。ビームＢ３３、Ｂ３４を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。図５Ｃおよび後述する図５Ｄ～図５Ｆ、図６Ａ～図６Ｅは、加工用レーザ光が、溶接方向に加え、さらに溶接幅方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有する例である。これにより、溶接方向に加え、さらに溶接幅方向においても、徐々に深くなる溶融池を好適に形成することができる。

【0064】

なお、加工用レーザ光Ｌ３において、ビームＢ３１、Ｂ３３は、溶接方向ＷＤに沿って配置されているともいえるし、溶接幅方向に沿って配置されているともいえる。その理由は、ビームＢ３１、Ｂ３３を結ぶ線が、溶接方向ＷＤに対して垂直でもないし、溶接幅方向に対して垂直でもないからである。このように、２つのビームを結ぶ線が或る方向に垂直で無く、特に４５度以下の角度を成している場合は、その２つのビームは、その方向に沿って配置されているといえる。

【0065】

図５Ｄに示す例では、加工用レーザ光Ｌ４は、４本のビームＢ４１、Ｂ４２、Ｂ４３、Ｂ４４を含んでいる。ビームＢ４１、Ｂ４２は、加工用レーザ光Ｌ４の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って配置されている。ビームＢ４１、Ｂ４２を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ４３、Ｂ４４は、加工用レーザ光Ｌ４の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って配置されている。ビームＢ４３、Ｂ４４を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ４は、ビームＢ４１～Ｂ４４が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0066】

図５Ｅに示す例では、加工用レーザ光Ｌ５は、４本のビームＢ５１、Ｂ５２、Ｂ５３、Ｂ５４を含んでいる。ビームＢ５１、Ｂ５２は、加工用レーザ光Ｌ５の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って配置されている。ビームＢ５１、Ｂ５２を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ５３、Ｂ５２、Ｂ５４は、加工用レーザ光Ｌ５の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ５３、Ｂ５２、Ｂ５４を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ５は、ビームＢ５１～Ｂ５４が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0067】

図５Ｆに示す例では、加工用レーザ光Ｌ６は、４本のビームＢ６１、Ｂ６２、Ｂ６３、Ｂ６４を含んでいる。ビームＢ６１、Ｂ６２は、加工用レーザ光Ｌ６の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って配置されている。ビームＢ６３、Ｂ６４は、加工用レーザ光Ｌ６の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って配置されている。なお、領域Ａ６は、ビームＢ６１～Ｂ６４が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0068】

図６Ａ～図６Ｅに示す例では、加工用レーザは、それぞれがガウシアン形状である５本のビームを含んでいる。図６Ａに示す例では、加工用レーザ光Ｌ７は、５本のビームＢ７１、Ｂ７２、Ｂ７３、Ｂ７４、Ｂ７５を含んでいる。ビームＢ７１、Ｂ７２、Ｂ７３は、加工用レーザ光Ｌ７の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ７１、Ｂ７２、Ｂ７３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ７４、Ｂ７２、Ｂ７５は、加工用レーザ光Ｌ３の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ７４、Ｂ７２、Ｂ７５を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。

【0069】

図６Ｂに示す例では、加工用レーザ光Ｌ８は、５本のビームＢ８１、Ｂ８２、Ｂ８３、Ｂ８４、Ｂ８５を含んでいる。ビームＢ８１、Ｂ８２、Ｂ８３は、加工用レーザ光Ｌ８の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ８１、Ｂ８２、Ｂ８３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ８４、Ｂ８１、Ｂ８５は、加工用レーザ光Ｌ８の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ８４、Ｂ８１、Ｂ８５を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ８は、ビームＢ８１～Ｂ８５が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0070】

図６Ｃに示す例では、加工用レーザ光Ｌ９は、５本のビームＢ９１、Ｂ９２、Ｂ９３、Ｂ９４、Ｂ９５を含んでいる。ビームＢ９１、Ｂ９２、Ｂ９３は、加工用レーザ光Ｌ９の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ９１、Ｂ９２、Ｂ９３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ９４、Ｂ９１、Ｂ９５は、加工用レーザ光Ｌ９の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ９４、Ｂ９１、Ｂ９５を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ９は、ビームＢ９１～Ｂ９５が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0071】

図６Ｄに示す例では、加工用レーザ光Ｌ１０は、５本のビームＢ１０１、Ｂ１０２、Ｂ１０３、Ｂ１０４、Ｂ１０５を含んでいる。ビームＢ１０１、Ｂ１０２、Ｂ１０３は、加工用レーザ光Ｌ１０の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ１０１、Ｂ１０２、Ｂ１０３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ１０４、Ｂ１０２、Ｂ１０５は、加工用レーザ光Ｌ１０の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ１０４、Ｂ１０２、Ｂ１０５を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ１０は、ビームＢ１０１～Ｂ１０５が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0072】

図６Ｅに示す例では、加工用レーザ光Ｌ１１は、５本のビームＢ１１１、Ｂ１１２、Ｂ１１３、Ｂ１１４、Ｂ１１５を含んでいる。ビームＢ１１１、Ｂ１１２、Ｂ１１３は、加工用レーザ光Ｌ１１の光進行方向と垂直な面内において、溶接方向ＷＤに沿って直線状に配置されている。ビームＢ１１１、Ｂ１１２、Ｂ１１３を結ぶ線は、溶接方向ＷＤに延びている。ビームＢ１１４、Ｂ１１２、Ｂ１１５は、加工用レーザ光Ｌ１１の光進行方向と垂直な面内において、溶接幅方向に沿って直線状に配置されている。ビームＢ１１４、Ｂ１１２、Ｂ１１５を結ぶ線は、溶接幅方向に延びている。なお、領域Ａ１１は、ビームＢ１１１～Ｂ１１５が配置され、溶融池が形成される大凡の領域を、楕円で示したものである。

【0073】

なお、図３Ａ、図５Ａ～図５Ｆ、図６Ａ～図６Ｅのいずれにおいても、個々のビームのピークパワーを、その照射直後に加工対象を急激に溶融しないように設定することが重要である。

【0074】

また、図５Ｃ、図６Ａでは、複数のビームが等方的に配置されているので、溶接方向を任意に変更しても、加工対象に対する溶融特性が変わらないという効果がある。

【0075】

図３Ａ、図５Ａ～図５Ｆ、図６Ａ～図６Ｅに示す例は、回折光学素子１２３を構成する回折格子の特性を適宜設計することによって実現できる。

【0076】

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗに加工用レーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置２００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。レーザ溶接装置２００は、レーザ装置１１０と光学ヘッド２２０と光ファイバ１３０とを備えており、レーザ溶接装置１００において光学ヘッド１２０を光学ヘッド２２０に置き換えた構成を有する。したがって、以下では、光学ヘッド２２０の装置構成の説明のみを行う。

【0077】

光学ヘッド２２０は、光学ヘッド１２０と同様に、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２と回折光学素子２２３とを備えている。

【0078】

さらに、光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２との間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナのミラー２２４ａ，２２４ｂは、それぞれモータ２２５ａ，２２５ｂによって角度が変更される。モータ２２５ａ，２２５ｂは不図示のドライバによって駆動される。光学ヘッド２２０では、光学ヘッド１２０と同様に、２枚のミラー２２４ａ，２２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド２２０を移動させることなく、加工用レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、加工用レーザ光Ｌを掃引することができる。

【0079】

回折光学素子２２３は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２との間に配置されている。回折光学素子２２３は、回折光学素子１２３と同様に、コリメートレンズ２２１から入力されたレーザ光のビーム形状を成型し、加工用レーザ光Ｌを生成する。回折光学素子２２３が生成する加工用レーザ光Ｌは、図３Ａのように、その光進行方向と垂直な面内において溶接方向ＷＤに沿って３つのビームが配置されたパワー分布形状を有する。なお、回折光学素子２２３は、図５Ａ～図５Ｆ、図６Ａ～図６Ｅに示す加工用レーザ光Ｌ１～ＬＬ１１のいずれかを生成するように設計されてもよい。これにより、レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接不良の発生を抑制することができる。

【0080】

なお、上記実施形態では、回折光学素子は、レーザ光を、ピークパワーが等しい複数のビームに分割する。しかしながら、複数のビームのピークパワーが完全に等しくなくてもよい。また、各ビームのパワー分布はガウシアン形状に限られず、他の単峰型の形状であってもよい。

【0081】

また、分割したビームのうち隣接するビーム同士の中心間距離は、たとえばビーム径の２０倍以下である。また、隣接するビームによる溶融領域が重なることが好ましい。ここで、ビームによる溶融領域とは、ビームが与えるエネルギーによって加工対象が融点よりも高温となり、溶融する領域であり、加工対象の熱伝導率等に応じて、ビーム径よりも面積が広くなる場合がある。この場合、各ビームのピークパワーは、等しくてもよいし、略等しくてもよいし、異なってもよい。

【0082】

また、上記実施形態では、加工用レーザ光のパワー分布形状は、ビームによって構成される離散的なパワー領域を有しているが、複数のパワー領域が、線対称あるいは非対称な分布で、連続的であってもよい。たとえば、図８Ａには、加工用レーザ光Ｌ１２の溶接方向におけるパワー分布形状を示している。この加工用レーザ光Ｌ１２のパワー分布形状では、溶接方向に沿って配置されている２つのパワー領域ＰＡ１２１、ＰＡ１２２が連続している。パワー領域ＰＡ１２１はピークを有する単峰型の形状である。また、パワー領域ＰＡ１２２はショルダー状の形状である。図８Ａの曲線における２つのパワー領域ＰＡ１２１、ＰＡ１２２の境界は、たとえばその間に存在する変曲点の位置として規定できる。

【0083】

一方、図８Ｂには、加工用レーザ光Ｌ１３の溶接方向におけるパワー分布形状を示している。この加工用レーザ光Ｌ１３のパワー分布形状では、溶接方向に沿って配置されている２つのパワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２が連続している。パワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２のいずれも、ピークを有する単峰型の形状である。図８Ｂの曲線における２つのパワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２の境界は、たとえばその間に存在する極小点の位置として規定できる。加工用レーザ光Ｌ１２、Ｌ１３のいずれも、本発明の加工用レーザ光として適用できる。加工用レーザ光Ｌ１２、Ｌ１３は、ビームシェイパとして、たとえば２枚以上のレンズの組み合わせたものを使用することで実現することができる。また、図８に示す加工用レーザＬ１２、Ｌ１３や、図３、５、６に示す加工用レーザＬ、Ｌ１～Ｌ１１は、２台以上のレーザ装置からそれぞれ出力される２以上のレーザ光のビームを光学ヘッドにて組み合わせたり、１台のレーザ装置から出力されたレーザ光を２以上に分岐し、それらのビームを光学ヘッドにて組み合わせたりしても構成することができる。なお、２以上のレーザ光のそれぞれを、１本のマルチコアファイバの別々のコアで光学ヘッドまで伝送させてもよい。これらの場合、光学ヘッドやマルチコアファイバは、レーザ光から、光進行方向と垂直な面内において所定の方向に沿って２つ以上のパワー領域が配置されたパワー分布形状を有するように加工用レーザ光を生成し、たとえばビームシェイパとしても機能する。

【0084】

また、加工用レーザ光を揺動させながら加工対象上で溶接方向に掃引する場合には、加工用レーザ光が加工対象上で描く軌跡はトロコイド状に限られない。たとえば、図９Ａに示すように、加工用レーザ光Ｌを揺動させながら溶接方向ＷＤに掃引する場合に描く軌跡Ｔ１は三角波状でもよい。また、図９Ｂに示すように、加工用レーザ光Ｌを揺動させながら溶接方向ＷＤに掃引する場合に描く軌跡Ｔ２は正弦波状でもよい。また、図示はしないが、加工用レーザ光Ｌを揺動させながら溶接方向ＷＤに掃引する場合に、レーザ光Ｌを溶接方向ＷＤに対して縦方向の８の字または横方向の８の字を描きつつ掃引したりしてもよい。このように加工用レーザ光Ｌが波状の軌跡を描く場合、加工用レーザ光Ｌがウィービングするという場合がある。

【0085】

また、上記実施形態では、加工対象Ｗは２枚の亜鉛めっき鋼板を隙間無く重ね合わせて構成したものであるが、２枚以上の亜鉛めっき鋼板の隙間を空けて重ね合わせて構成した加工対象に対しても、本発明は適用できる。また、加工対象Ｗを構成するめっき板材は亜鉛めっき鋼板に限られず、重ね合わせ溶接の対象となるめっき板材に対して本発明を適用できる。

【0086】

また、上記実施形態では、光学ヘッド１２０、２２０は、加工対象Ｗ上で加工用レーザ光Ｌの照射を行いながら加工用レーザ光Ｌを掃引する機構としてガルバノスキャナを有しているが、ガルバノスキャナとは異なる機構を有する他の公知のスキャナを有していてもよい。また、レーザ光の照射を行いながらレーザ光を揺動かつ掃引する機構として、光学ヘッドと加工対象Ｗとの相対位置を変更する機構を備えていてもよい。このような機構としては、光学ヘッド自身を移動する機構や、加工対象を移動する機構を採用することができる。すなわち、光学ヘッドは、加工用レーザ光を、固定されている加工対象に対して移動可能に構成されてもよい。または、光学ヘッドからの加工用レーザ光の照射位置は固定され、加工対象が、固定された加工用レーザ光に対して移動可能に保持されてもよい。

【0087】

また、加工用レーザ光によって加工対象に与えられるべき最適な熱エネルギーを制御するため、加工用レーザのパワーを時間的に変化するように制御しても良い。加工用レーザのパワーの時間波形は、矩形波、三角波、サイン波等に制御しても良い。このような時間波形の制御によって、亜鉛蒸気が過剰に蒸発することなく、且つ好適な溶け込み深さ（溶融池の深さ）が得られる最適な熱エネルギーを、加工用レーザ光によって投入し、良好な溶接ビードが得られるようにしても良い。

【0088】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明は、レーザ溶接に利用することができる。

【符号の説明】

【0090】

１００、２００ レーザ溶接装置
１１０ レーザ装置
１２０、２２０ 光学ヘッド
１２１、２２１ コリメートレンズ
１２２、２２２ 集光レンズ
１２３、２２３ 回折光学素子
１２３ａ 回折格子
１２４ａ、１２４ｂ、１２６、２２４ａ、２２４ｂ ミラー
１２５ａ、１２５ｂ、２２５ａ、２２５ｂ モータ
１３０ 光ファイバ
Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ８、Ａ９、Ａ１０、Ａ１１ 領域
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４、Ｂ３１、Ｂ３２、Ｂ３３、Ｂ３４、Ｂ４１、Ｂ４２、Ｂ４３、Ｂ４４、Ｂ５１、Ｂ５２、Ｂ５３、Ｂ５４、Ｂ６１、Ｂ６２、Ｂ６３、Ｂ６４、Ｂ７１、Ｂ７２、Ｂ７３、Ｂ７４、Ｂ７５、Ｂ８１、Ｂ８２、Ｂ８３、Ｂ８４、Ｂ８５、Ｂ９１、Ｂ９２、Ｂ９３、Ｂ９４、Ｂ９５、Ｂ１０１、Ｂ１０２、Ｂ１０３、Ｂ１０４、Ｂ１０５、Ｂ１１１、Ｂ１１２、Ｂ１１３、Ｂ１１４、Ｂ１１５ ビーム
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 加工用レーザ光
ＰＡ１２１、ＰＡ１２２、ＰＡ１３１、ＰＡ１３２ パワー領域
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２ 軌跡
Ｗ 加工対象
Ｗ１、Ｗ２ 亜鉛めっき鋼板
ＷＤ 溶接方向

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】