特許 7491071 レーザスポット溶接方法

(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】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】レーザスポット溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/22 20060101AFI20240521BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240521BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240521BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

B23K26/22

B23K26/00 N

B23K26/064 A

B23K26/21 G

B23K26/21 W

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020099487

(22)【出願日】2020-06-08

(65)【公開番号】P2021192916

(43)【公開日】2021-12-23

【審査請求日】2023-05-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】池田 翔一

(72)【発明者】

【氏名】萩原 宰

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１３１６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０５９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４２７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２２

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数重ねた金属板の所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、
工程中の最大照射径に対応する最大デフォーカス量を含む第1のデフォーカス領域で第１の時間に亘り一定出力でレーザを照射する第１の照射ステップと、
所定の休止時間に亘りレーザ照射を実質的に休止するステップと、
前記最大デフォーカス量を少なくとも最後に含む第２のデフォーカス領域で第２の時間に亘り一定出力でレーザを照射する第２の照射ステップと、
を連続して実行し、１工程のスポット溶接を終了する、レーザスポット溶接方法。

【請求項2】

前記第２の照射ステップは、
前記最大デフォーカス量の６０％以下のデフォーカス量から選定された少なくとも１つのデフォーカス量となる照射径でレーザを照射する第１のサブステップと、
前記第１のサブステップに続いて、前記最大デフォーカス量の５０～１００％のデフォーカス量から選定される少なくとも１つのデフォーカス量となる照射径でレーザを照射する第２のサブステップと、
を含む、請求項１記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項3】

前記第２の照射ステップは、
前記第１のサブステップの前に、前記最大デフォーカス量の３０～１００％のデフォーカス量から選定されかつ前記第１のサブステップにおけるデフォーカス量より大きい少なくとも１つのデフォーカス量となる照射径でレーザを照射する予備ステップを含む、請求項２載のレーザスポット溶接方法。

【請求項4】

前記第２の照射ステップは、
前記第１のサブステップの前に、前記最大デフォーカス量の３０～１００％のデフォーカス量から選定された少なくとも１つの開始デフォーカス量から、前記最大デフォーカス量の６０％以下でありかつ前記開始デフォーカス量未満のデフォーカス量まで、デフォーカス量を連続的または段階的に減少させながらレーザを照射する予備ステップを含む、請求項２記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項5】

前記第２の照射ステップにおける前記第１のサブステップは、前記最大デフォーカス量の６０％以下のデフォーカス量から選定された少なくとも１つの開始デフォーカス量から、前記最大デフォーカス量の５０～１００％のデフォーカス量から選定されかつ前記開始デフォーカス量より大きいデフォーカス量まで、デフォーカス量を連続的または段階的に増加させながらレーザを照射することを含む、請求項２～４の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項6】

前記第２のデフォーカス領域は、前記最大デフォーカス量の５０～１００％のデフォーカス量から選定された少なくとも１つのデフォーカス量を含む、請求項１記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項7】

前記第１の照射ステップは、
前記最大デフォーカス量の２０～１００％のデフォーカス量から選定された少なくとも１つのデフォーカス量となる照射径でレーザを照射する第１のサブステップと、
前記第１のサブステップに続いて、前記最大デフォーカス量の２０～１００％のデフォーカス量から選定された少なくとも１つのデフォーカス量となる照射径でレーザを照射する第２のサブステップと、
を含む、請求項１～６の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項8】

前記実質的に休止するステップにおける前記休止時間は、前記第１の照射ステップにおける前記第１の時間の１／２～２倍の時間であり、前記第２の照射ステップにおける前記第２の時間は、前記第１の照射ステップにおける前記第１の時間の１／１０～１／２の時間である、請求項１～７の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。

【請求項9】

前記実質的に休止するステップは、前記第１の照射ステップにおける照射径範囲の凝固を妨げない低パワーまたは低パワー密度でのレーザ照射を含む、請求項１～８の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はレーザスポット溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークにレーザを照射しその光エネルギーによって照射部位の材料を加熱溶融するレーザ溶接は、非接触で高速溶接が行える利点があり、アーク溶接や抵抗スポット溶接からの代替が進んでいる。抵抗スポット溶接を代替するレーザ溶接としては、レーザビームを円形状や渦巻状に走査する溶接方法がある。

【0003】

このような溶接方法は、ビーム走査を行うための俊敏なスキャナ操作が必要であり、制御動作が複雑化する問題があった。そこで、本発明者らは、ビーム走査を行わず、金属板の所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、レーザをデフォーカス照射することにより、急激な加熱による融け落ちを防止しつつ所望のスポット径が得られるレーザスポット溶接方法を開発した（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－４００８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、自動車の車体の溶接工程など、大型で広範囲の溶接工程は、長焦点のリモートレーザ溶接が有利であるが、リモートレーザ溶接では、各溶接部位に適切にシールドガス（不活性ガス）を送給することは困難であるため、シールドガスを使用せず大気環境下で溶接工程が行われる。

【0006】

ところが、炭素含有量が多く脱酸効果のある添加物が少ない鋼板に対して大気環境下でレーザスポット溶接を実施すると、空気中の酸素と炭素が結合してＣＯやＣＯ_２などのガスが発生し、それらが溶融金属内に残留することで気孔を生じ、溶融部表面に突起を生じる場合がある。このような気孔や突起は、レーザ照射後に溶融金属が凝固していく過程で形成されるため、レーザ走査や一般的なレーザ照射のパラメータ調整では対処しにくい。

【0007】

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、炭素含有量が多く脱酸効果のある添加物が少ない鋼板に対して大気環境下で溶接工程を実施する場合にも内部気孔や表面突起を抑制でき、簡潔な動作で実用的な接合強度が得られるレーザスポット溶接方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザスポット溶接方法は、
複数重ねた金属板の所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、
工程中の最大照射径に対応する最大デフォーカス量を含む第1のデフォーカス領域で第１の時間に亘り一定出力でレーザを照射する第１の照射ステップと、
所定の休止時間に亘りレーザ照射を実質的に休止するステップと、
前記最大デフォーカス量を少なくとも最後に含む第２のデフォーカス領域で第２の時間に亘り一定出力でレーザを照射する第２の照射ステップと、
を連続して実行し、１工程のスポット溶接を終了する。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るレーザスポット溶接方法は、上記のように、第１の照射ステップと第２の照射ステップの間に、レーザ照射を実質的に休止するステップを含み、第１の照射における溶融部をその後の休止時間で一旦凝固させてから第２の照射を行うことで、休止時間中に気孔や突起を生じても、第２の照射で再溶融させることで気孔を除去し、溶接部表面を平坦化することができ、炭素含有量が多く脱酸効果のある添加物が少ない鋼板に対して大気環境下で溶接工程を実施する場合にも、レーザ光軸の走査を伴わない簡潔な動作にて所望の接合強度と外観を有する溶接継手が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係るレーザスポット溶接の概略を示す側断面図である。

【図2】本発明第１実施形態に係るレーザスポット溶接における照射径およびレーザ出力を示す模式的なグラフである。

【図3】本発明第２実施形態に係るレーザスポット溶接における照射径およびレーザ出力を示す模式的なグラフである。

【図4】本発明第３実施形態に係るレーザスポット溶接における照射径およびレーザ出力を示す模式的なグラフである。

【図5】本発明第４実施形態に係るレーザスポット溶接における照射径およびレーザ出力を示す模式的なグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

図１は、２枚重ねた金属板１１，１２に対する本発明の基本的な実施形態に係るレーザスポット溶接を示している。金属板１１，１２は、特に限定されるものではないが、板厚０．６～２．０ｍｍの薄鋼板を想定している。

【0013】

２枚の金属板１１，１２は、（ア）隙間なく重ねられている場合、（イ）プレス加工品のフランジ部などにスプリングバックで生じる間隔調整されていない隙間を有して重ねられている場合、（ウ）何れか（通常は隙間の下側の金属板１２）に予め突起部（エンボス、不図示）をプレス加工しておき、突起部を介して重ね合されるか、または、金属板の間に挿入された不図示のスペーサを介して重ね合され、必要に応じてクランプなどの治具で保持されることによる間隔調整された隙間を有して重ねられている場合があり、本発明に係るレーザスポット溶接は、何れの場合にも実施可能である。

【0014】

レーザスポット溶接の実施に際しては、最表面に位置した金属板１１の上方にレーザ加工ヘッドを位置させ、光軸Ｌｘを固定した状態で、所定のパワーＰで第１のレーザ照射Ｌ１を行う（第１照射ステップ）。このレーザ照射Ｌ１により、上側の金属板１１を貫通して下側の金属板１２に達する溶融部Ｗｘが形成される。

【0015】

このレーザ照射Ｌ１は、図１における照射径Ｄの設定を示すグラフ１０では、１回の溶接工程中で最大面積（最小パワー密度）もしくはそれに準じたデフォーカス量ｄｄに対応する一定の照射径Ｄｄで示されているが、レーザ照射Ｌ１の開始直後または中間に、レーザ溶接機の光学系にて焦点制御を行い、より小さな照射径、例えば、最大デフォーカス量ｄｄの２０～９０％のデフォーカス量に相当する照射径（Ｄａ；図２～図４）でのレーザ照射を含む、二段階もしくは三段階、あるいは、連続的にデフォーカス量が変化するレーザ照射であってもよい。

【0016】

次に、光軸Ｌｘを固定したまま、所定の休止時間Ｌ０に亘りレーザ照射を停止する（休止ステップ）。これにより、第１のレーザ照射Ｌ１で形成された溶融部Ｗｘは、周囲の未溶融部分の金属板１１，１２への放熱や上下両面から空気中への放熱により、周辺部から凝固が進行する。

【0017】

既に述べたように、第１のレーザ照射Ｌ１で溶融部Ｗｘが形成される際に、金属板１１，１２（鋼板）に含まれる炭素が、空気中の酸素と反応してＣＯやＣＯ_２が発生する場合がある。これらは、金属が溶融状態にある間は溶融金属中に微細に分散しているか、隙間などから排出されるが、溶融部Ｗｘの周辺部から凝固が進行することで中央部に気泡が集まり、溶接部（Ｗｘ）の中央に内部気孔として残留したり、溶融金属を押し出すことで、溶融部中央の表面や裏面に突起を生じたりすることがある。

【0018】

特に、２枚の金属板１１，１２が隙間無く重ねられている場合や僅かな隙間しかない場合には、表面側の金属板１１から裏面側の金属板１２への直接的な熱伝導によりレーザ照射領域全体が短時間に加熱され溶融部Ｗｘが形成されるため、気孔の残留傾向が顕著になる。また、高張力鋼など、炭素（Ｃ）に対して、シリコン（Ｓｉ）やマンガン（Ｍｎ）などの含有量が相対的に多い鋼板では、これらの添加物が酸素と結合して酸化物となることでガスの発生が抑制されるが、このような脱酸効果のある添加物が少ない安価な鋼板ほど、気孔の残留傾向が顕著になる。

【0019】

そこで、レーザ照射の休止期間Ｌ０を設定することで、溶融部Ｗｘを一旦凝固させ、ガスが中心部に集まるようにしてから、光軸Ｌｘを固定した状態で、所定のパワーＰで第２のレーザ照射Ｌ２を行うことで、溶接部Ｗｘを再溶融させて内部気孔を除去するとともに、溶接部Ｗｘの表面を平坦化する（第２照射ステップ）。

【0020】

このレーザ照射Ｌ２は、先ず、溶接部Ｗｘの中心部（Ｗｆ）の内部気孔を除去するために、図１のグラフ１０に示すように、実質的にフォーカス状態となるデフォーカス量ｄｆ、例えば、最大デフォーカス量ｄｄの１５～２０％のデフォーカス量ｄｆに対応する照射径Ｄｆにて中心部Ｓｆにレーザ照射Ｌｆを行い、次に、レーザ溶接機の光学系にて焦点制御を行い、最終的な溶接部Ｗｘに相当する照射径Ｄｄに対応するデフォーカス量ｄｄ（最大デフォーカス量ｄｄ）にてレーザ照射（Ｌ２）を行い、溶接部Ｗｘの表面Ｓｄを平坦化して、１工程のレーザスポット溶接を終了する。

【0021】

以上述べたように、基本的な溶融部Ｗｘを形成する第１照射ステップ（Ｌ１）、前記溶融部Ｗｘの凝固を進行させる休止ステップ（Ｌ０）、凝固した溶融部Ｗｘの中心部Ｗｆへのレーザ照射（Ｌｆ）を含み最終的な溶接部Ｗｘを形成する第２照射ステップ（Ｌ２）を連続して実行することで、レーザ光軸Ｌｘの走査を伴わない簡潔な動作にて、内部気孔が除去されかつ表面が平坦化されたスポット溶接部（Ｗｘ）を得ることができる。

【0022】

なお、金属板１１，１２に低融点金属の表面処理層が存在する場合に、溶融部とその周辺で発生する表面処理層の金属蒸気は、上述したＣＯやＣＯ_２よりも低い温度領域で発生し、金属板１１，１２の間の隙間などから排出される。一方、金属板１１，１２が隙間無く重ねられている場合は、内部に気孔として残留するが、このような気孔も第２照射ステップ（Ｌ２）で除去される。

【0023】

本発明に係るレーザスポット溶接方法は、上述した実施形態を基本として種々の実施形態が存在し、そのすべてを列挙することはできないが、代表的な形態について、図２～図５のグラフ（タイムチャート）を参照しながら例示する。

【0024】

図２は、本発明の第１実施形態に係るレーザスポット溶接方法における照射径ＤとパワーＰの設定を示すグラフ（タイムチャート）であり、上下の金属板１１，１２には、板厚１．０ｍｍの冷間圧延鋼板（ＪＳＣ２７０ＣＣ）を用い、板間隙間０ｍｍで重ね、次のようにレーザ照射を実施した。

【0025】

先ず、第１照射ステップ（Ｌ１）では、レーザ出力＝Ｐ（５ｋＷ）として、開始時の照射径Ｄａに対応するデフォーカス量にてＴａ＝０．１秒のレーザ照射（前段照射）を行い、それに続いて工程中の最大照射径Ｄｄに対応する最大デフォーカス量ｄｄ（６５ｍｍ）にて０．３秒のレーザ照射（後段照射）を行い、すなわち、Ｔｂ＝０．４秒まで２段のレーザ照射を実施した。照射径Ｄａは、図示例では最大デフォーカス量の８０～９０％のデフォーカス量としているが、最大デフォーカス量の２０～８０％のデフォーカス量とすることもできる。

【0026】

次いで、レーザ出力をゼロ（または溶融部Ｗｘへの入熱が無視できるレベル）まで低下させ、休止期間Ｌ０＝０．６秒間に亘る休止ステップ（Ｌ０）を実施し、それに続く第２照射ステップ（Ｌ２）では、レーザ出力＝Ｐとして、先ず、実質的にフォーカス状態となるデフォーカス量ｄｆ（最大デフォーカス量ｄｄの１５～２０％のデフォーカス量）となる照射径Ｄｆにて、Ｔｃ～Ｔｄ＝０．０２秒のレーザ照射Ｌｆ（前段照射）を行い、それに続いて工程中の最大照射径Ｄｄに対応する最大デフォーカス量ｄｄにて０．１６秒のレーザ照射（後段照射）を行った。合計の照射時間Ｔｅ＝１．１８秒であった。

【0027】

この第１実施形態のレーザスポット溶接では、内部欠陥のない良好な溶接部Ｗｘが得られたが、表面に若干のスパッタが見られた。実用的な強度面では問題ないが、表面の外観を改善するために、第２実施形態では、以下のように修正を加えた。

【0028】

図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザスポット溶接方法における照射径ＤとパワーＰの設定を示すグラフ（タイムチャート）であり、上下の金属板１１，１２の構成とレーザ出力Ｐ、第１照射ステップ（Ｌ１）の設定は、第１実施形態と同様であるが、それに続く休止時間はＬ０＝０．５秒に短縮されている。

【0029】

さらに、休止ステップ（Ｌ０）に続く第２照射ステップ（Ｌ２）では、Ｔｃ：最大照射径Ｄｄに対応する最大デフォーカス量ｄｄから、Ｔｄ：実質的にフォーカス状態となるデフォーカス量ｄｆ（最大デフォーカス量ｄｄの０～１５％のデフォーカス量、照射径Ｄｆ）まで、Ｔｃ～Ｔｄ＝０．０６秒間、デフォーカス量を漸減しながらレーザ照射（予備照射－前段照射）を行い、次いで、Ｔｄ：実質的にフォーカス状態となる照射径Ｄｆでのレーザ照射Ｌｆから、Ｔｅ：最終的な照射径Ｄｄ（最大照射径）に対応する最大デフォーカス量ｄｄまで、Ｔｄ～Ｔｅ＝０．０７秒間、デフォーカス量を漸増しながらレーザ照射Ｌ２（後段照射）を行った。合計の照射時間Ｔｅ＝１．０３秒であった。

【0030】

この第２実施形態のレーザスポット溶接でも、内部欠陥のない良好な溶接部Ｗｘが得られ、さらに、表面のスパッタも改善された。特に、第２照射ステップ（Ｌ２）におけるＴｃ～Ｔｄの予備照射の前半は、パワー密度が低く、実質的に休止期間の延長と見ることもでき、このように休止期間Ｌ０から緩やかに再加熱に移行することで、主に溶接部Ｗｘの上面側から再溶融が進み、表裏面共に良好な外観が得られた。

【0031】

図４は、本発明の第３実施形態に係るレーザスポット溶接方法における照射径ＤとパワーＰの設定を示すグラフ（タイムチャート）であり、上下の金属板１１，１２の構成とレーザ出力Ｐの設定は、第１実施形態と同様であるが、第１照射ステップ（Ｌ１）は、Ｔｂまで０．６秒、それに続く休止時間はＬ０＝０．４秒とした。

【0032】

さらに、休止ステップ（Ｌ０）に続く第２照射ステップ（Ｌ２）では、Ｔｃ：最大デフォーカス量ｄｄの３０～４０％のデフォーカス量となる照射径Ｄｃから、実質的にフォーカス状態となるデフォーカス量ｄｆ（最大デフォーカス量ｄｄの０～１５％のデフォーカス量、照射径Ｄｆ）まで、Ｔｃ～Ｔｄ＝０．０３秒間、デフォーカス量を漸減しながらレーザ照射Ｌｆ（予備照射－前段照射）を行い、次いで、Ｔｄ：実質的にフォーカス状態となる照射径Ｄｆでのレーザ照射Ｌｆから、Ｔｅ：最終的な照射径Ｄｄ（最大照射径）に対応する最大デフォーカス量ｄｄまで、Ｔｄ～Ｔｅ＝０．１０５秒間、デフォーカス量を漸増しながらレーザ照射Ｌ２（後段照射）を行った。合計の照射時間Ｔｅ＝１．１３５秒であった。

【0033】

この第３実施形態のレーザスポット溶接でも、内部欠陥のない良好な溶接部Ｗｘが得られ、表面のスパッタも改善された。第２照射ステップ（Ｌ２）におけるＴｃ～Ｔｄのレーザ照射は、最大デフォーカス量ｄｄの３０～４０％のデフォーカス量から、実質的にフォーカス状態となるデフォーカス量ｄｆを含むが、急激な再加熱は抑制され、溶接部Ｗｘの上面側から下面側に再溶融が進み、表裏面共に良好な外観が得られた。

【0034】

図５は、本発明の第４実施形態に係るレーザスポット溶接方法における照射径ＤとパワーＰの設定を示すグラフ（タイムチャート）であり、上下の金属板１１，１２の構成とレーザ出力Ｐの設定、第１照射ステップ（Ｌ１）および休止ステップ（Ｌ０）は、第１実施形態と同様であるが、第２照射ステップ（Ｌ２）では、工程中の最大照射径Ｄｄに対応する最大デフォーカス量ｄｄにて、Ｔｃ～Ｔｅ＝０．１８秒のレーザ照射Ｌ２を行った。合計の照射時間Ｔｅ＝１．１８秒であった。

【0035】

この第４実施形態のレーザスポット溶接では、第２照射ステップ（Ｌ２）におけるレーザ照射Ｌ２による再溶融は、溶接部Ｗｘの裏面側に貫通しないため、内部中央に僅かに気孔が残留するものの、溶接部表面の平坦化は第１～第３実施形態と同レベルに維持されており、実用的な溶接部が得られた。

【0036】

特に、この第４実施形態のレーザスポット溶接では、溶接部Ｗｘの裏面側へのスパッタやガスなどの噴出は起こらないため、溶接部Ｗｘの裏面側近傍に別の外板が存在する等により、裏面側への影響が許容されない場合に好適である。

【0037】

以上の各実施形態において、休止時間Ｌ０を変更した実験結果から、休止時間Ｌ０（Ｔｂ～Ｔｃ）は、第１照射ステップ（Ｌ１）における照射時間（～Ｔｂ）の１／２～２倍が好適であることが分かった。休止時間Ｌ０が短すぎると、溶接部Ｗｘの周辺部からの凝固に伴う気泡の中央部への凝集が不十分になり、第２照射ステップ（Ｌ２）における内部気孔の除去効果が低下する傾向が認められた。また、休止時間Ｌ０が長すぎると１スポット当たりの溶接時間が長くなるので、安定的な除去効果が得られる範囲で可及的短い方が好ましい。

【0038】

一方、第２照射ステップ（Ｌ２）における照射時間（Ｔｃ～Ｔｅ）は、第１照射ステップ（Ｌ１）における照射時間（～Ｔｂ）の１／１０～１／２が好適であることが分かった。第２照射ステップ（Ｌ２）における照射時間が短すぎると、内部気孔の除去や表面平坦化が不十分になる傾向が認められ、逆に第２照射ステップ（Ｌ２）における照射時間が長すぎると溶接部Ｗｘのヒケや溶け落ちを生じやすくなる。

【0039】

また、上記各実施形態では、第１照射ステップ（Ｌ１）の開始時の照射径Ｄａに対応するデフォーカス量は、それに続く工程中の最大照射径Ｄｄに対応する最大デフォーカス量ｄｄの８０～９０％に相当する場合を示したが、過去の実験結果から、第１照射ステップ（Ｌ１）の開始時または中間に実質的にフォーカス状態となる照射径での短時間の照射を含んでも良いことが分かっており、最大デフォーカス量ｄｄの２０～９０％の範囲内での最小値からの漸増、または、最小値までの漸減後に漸増するパターン、すなわち、第２、第３実施形態の第２照射ステップ（Ｌ２）におけるパターンと同様の焦点制御を実施可能である。

【0040】

また、上記第２、第３実施形態では、第２照射ステップ（Ｌ２）における予備照射－前段照射でデフォーカス量を連続的または段階的に減少させながらレーザ照射を行い、それに続く前段照射－後段照射でデフォーカス量を連続的または段階的に増加させながらレーザ照射を行う場合を示したが、その場合、予備照射を開始するデフォーカス量は、最大デフォーカス量ｄｄの３０～１００％のデフォーカス量から選定でき、前段照射に移行するデフォーカス量は、最大デフォーカス量ｄｄの６０％以下でありかつ前記開始デフォーカス量未満のデフォーカス量から選定できる。

【0041】

また、上記第２、第３実施形態において、デフォーカス量を連続的に減少／増加させる代わりに、段階的に減少／増加させてもよく、また、予備照射、前段照射、後段照射のそれぞれにおいて、デフォーカス量を一定にしてレーザ照射を行うこともできる。その場合、第２照射ステップ（Ｌ２）における予備照射のデフォーカス量は、最大デフォーカス量ｄｄの３０～１００％のデフォーカス量から選定でき、それに続く前段照射のデフォーカス量は、最大デフォーカス量ｄｄの６０％以下でありかつ前記予備照射のデフォーカス量未満のデフォーカス量から選定できる。

【0042】

以上、本発明のいくつかの実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

【0043】

例えば、上記各実施形態では、レーザ光学系の制御によりデフォーカス量ｄｄ～ｄｆを変化させる場合について述べたが、レーザ加工ヘッドの位置を機械的に上下動（直線移動）させることでデフォーカス量を変化させることもできる。

【0044】

また、上記各実施形態では、２枚の金属板を重ねてレーザスポット溶接する場合を示したが、３枚以上の金属板を重ねてレーザスポット溶接することも可能である。その場合、第１照射ステップ（Ｌ１）の開始直後または中間でフォーカス状態のレーザ照射を行い、各金属板を貫通する溶融部の形成が促進されるようにすることが好ましい。

【0045】

また、上記各実施形態では、最表面の金属板１１に対して垂直上方からレーザ照射する場合を示したが、照射角度４０度までは実用範囲の加工性が得られる。また、水平面以外の任意の角度で傾斜配置された金属板に対しても溶接可能である。

【符号の説明】

【0046】

１１，１２ 金属板
ｄｄ，ｄｆ デフォーカス量
Ｌ１ 第１のレーザ照射（第１照射ステップ）
Ｌ２ 第２のレーザ照射（第２照射ステップ）
Ｌ０ 休止時間（休止ステップ）
Ｌｆ レーザ照射（予備照射、前段照射）
Ｌｘ レーザ光軸
Ｄａ，Ｄｄ，Ｄｃ,Ｄｆ レーザ照射径
Ｗｘ 溶融部（溶接部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】