レーザ溶接方法および溶接接合体
【課題】ポロシティの発生を防止して、溶接接合体の溶接品質を確保することができるレーザ溶接方法。
【解決手段】表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせたレーザ溶接方法であって、ガス排出孔５５を形成する工程と、板材５１，５２を接合する工程とを有し、ガス排出孔５５を形成する工程は、表面層が形成された板材５１と他の板材５２との合わせ面から外方に連通して、レーザ光６０の照射により気化する表面層の気化ガスを排出するガス排出孔５５を、合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材５１に形成するとともに、当該ガス排出孔５５に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部５８を最外部の板材に形成する。板材５１，５２を接合する工程は、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０を照射して、重ね合わされた複数の板材５１，５２を接合し、突出部５８に沿ってレーザ光を移動させる。
【解決手段】表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせたレーザ溶接方法であって、ガス排出孔５５を形成する工程と、板材５１，５２を接合する工程とを有し、ガス排出孔５５を形成する工程は、表面層が形成された板材５１と他の板材５２との合わせ面から外方に連通して、レーザ光６０の照射により気化する表面層の気化ガスを排出するガス排出孔５５を、合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材５１に形成するとともに、当該ガス排出孔５５に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部５８を最外部の板材に形成する。板材５１，５２を接合する工程は、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０を照射して、重ね合わされた複数の板材５１，５２を接合し、突出部５８に沿ってレーザ光を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法および溶接接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の組立工程において、スポット溶接に代わりレーザ溶接が採用されている。レーザ溶接では、たとえば、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士が接合される。
【０００３】
亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士をレーザ溶接する技術としては、下記の特許文献１に示すレーザ溶接方法が知られている。特許文献１のレーザ溶接方法は、重ね合わされる２枚の鋼板間にガス抜用の隙間を確保しつつ、当該２枚の鋼板にレーザ光を照射するものである。このような構成にすると、レーザ光の熱により蒸発する亜鉛メッキ層の気化ガスがガス抜用の隙間から外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記レーザ溶接方法では、溶接接合体の溶接品質を確保するために、２枚の鋼板間の隙間の調整が煩雑で、作業性が悪いという問題がある。特に、気化ガスの排出性を良好にするために、隙間を大きくし過ぎると、溶接不良が起こるおそれがあり、逆に隙間を小さくし過ぎると、亜鉛メッキ層の気化ガスを十分に排出することができず、ポロシティが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、ポロシティの発生を防止して、溶接接合体の溶接品質を確保することができるレーザ溶接方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記レーザ溶接方法によってレーザ溶接される溶接接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
本発明のレーザ溶接方法は、表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、ガス排出孔を形成する工程と、板材を接合する工程と、を有する。前記ガス排出孔を形成する工程は、表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔を、前記合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材に形成する。前記板材を接合する工程は、前記ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた複数の板材を接合する。また、前記ガス排出孔を形成する工程は、前記ガス排出孔を形成するとともに、当該ガス排出孔に前記表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を最外部の板材に形成し、前記板材を接合する工程は、前記突出部に沿って前記レーザ光を移動させる工程を有する。
【００１０】
本発明の溶接接合体は、表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接することによりなる溶接接合体である。本発明の溶接接合体は、最外部の前記板材に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を有し、表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、前記突出部に沿って溶接ビードが形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ溶接方法によれば、表面層の気化ガスがガス排出孔を通じて外部に排出されるため、表面層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。したがって、溶接接合体の溶接品質を確保することができる。
【００１２】
また、本発明の溶接接合体によれば、その溶接品質が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ溶接装置における加工ヘッドを説明するための図である。
【図３】図１に示すレーザ溶接装置によるレーザ溶接処理を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートにおける重ね合わせ処理を説明するための図である。
【図５】図３のフローチャートにおけるレーザ光の照射開始処理を説明するための図である。
【図６】図３のフローチャートにおけるレーザ光の移動処理を説明するための図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】一般的なレーザ溶接方法における場合を比較例として示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のIX−IX線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のX−X線に沿った断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図である。
【図１３】図１２に示すレーザ溶接方法に対応する実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に示す実施の形態では、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成されている２枚の鋼板（以下、板材と称する）をレーザ溶接する場合を例に挙げて説明する。また、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１５】
（第１の実施の形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置について説明する。図１は、本実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接装置１００は、加工ヘッド１０、ロボット２０、レーザ発振器３０、および制御装置４０を備える。
【００１７】
加工ヘッド１０は、重ね合わされる２枚の板材５１，５２にレーザ光６０を照射するものである。加工ヘッド１０は、複数のレンズおよびミラーを含む光学系を内部に備えており、レーザ光６０の焦点を調整しつつ、レーザ光６０を移動させることができる。
【００１８】
ロボット２０は、加工ヘッド１０を多軸方向に移動させるものである。本実施の形態のロボット２０は、多関節型のアームロボットであって、加工ヘッド１０がアーム先端部に取り付けられている。ロボット２０は、加工ヘッド１０を移動させることにより、レーザ光６０を移動させることができる。
【００１９】
レーザ発振器３０は、加工ヘッド１０にレーザ光を供給するものである。レーザ発振器３０は、たとえば、ＹＡＧレーザ発振器であって、光ファイバケーブル３５を介して加工ヘッド１０にレーザ光６０を供給する。
【００２０】
制御装置４０は、加工ヘッド１０、ロボット２０、およびレーザ発振器３０を制御するものである。
【００２１】
図２は、図１に示すレーザ溶接装置における加工ヘッドを説明するための図である。
【００２２】
図２に示すとおり、本実施の形態の加工ヘッド１０は、光ファイバケーブル３５から入射されるレーザ光を透過する複数のレンズ１１ａ〜１１ｄと、レーザ光を反射するミラー１２ａ〜１２ｃと、を備える。
【００２３】
複数のレンズ１１ａ〜１１ｄのうち一のレンズ１１ｂは、駆動モータ１３ａによって駆動され、光軸方向に移動する。レンズ１１ｂが移動することによって、レーザ光６０の焦点距離が調整される。駆動モータ１３ａは、制御装置４０によって制御される。
【００２４】
複数のミラー１２ａ〜１２ｃのうち第１および第２ミラー１２ｂ，１２ｃは、駆動モータ１３ｂ，１３ｃによって駆動され、それぞれ異なる軸を中心に回動する。第１および第２ミラー１２ｂ，１２ｃが回動することによって、レーザ光６０の射出方向が自在に振り分けられる。ミラー１２ｂ，１２ｃは、制御装置４０によって制御される。
【００２５】
以上のとおり構成されるレーザ溶接装置１００では、加工ヘッド１０内部のミラー１２ｂ，１２ｃの動作を制御することにより、板材５１，５２上でレーザ光６０を自在に移動させることができる。以下、図３〜図８を参照して、上記レーザ溶接装置１００を用いた本実施の形態のレーザ溶接方法について説明する。
【００２６】
図３は、図１に示すレーザ溶接装置によるレーザ溶接処理を示すフローチャートである。本実施の形態のレーザ溶接方法は、板材表面の亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生を防止するために、板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５を板材５１に形成し、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０を照射するものである。
【００２７】
図３に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接方法では、まず、板材にガス排出孔が形成される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、重ね合わされる２枚の板材５１，５２のうち、レーザ光６０が照射される側に位置する上側の板材５１にガス排出孔５５が形成される。本実施の形態のガス排出孔５５は、円形状であって、板材５１を貫通している。ガス排出孔５５は、板材５１のプレス成形時に、プレス加工により形成される。
【００２８】
次に、ガス排出孔が形成された板材が重ね合わされる（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、図４に示すとおり、ステップＳ１０１に示す処理でガス排出孔５５が形成された上側の板材５１が、下側の板材５２と重ね合わされる。重ね合わされた板材５１，５２は、レーザ溶接装置１００にセットされる。
【００２９】
次に、重ね合わされた板材にレーザ光が照射される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、図５に示すとおり、ステップＳ１０２に示す処理で重ね合わされた板材５１，５２の上方からレーザ光６０が照射される。より具体的には、レーザ溶接装置１００の加工ヘッド１０から、上側の板材５１のガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０が照射される。
【００３０】
次に、レーザ光が移動される（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、図６に示すとおり、上側の板材５１のガス排出孔５５近傍に照射されるレーザ光６０が、ガス排出孔５５を取り囲むように移動される。より具体的には、加工ヘッド１０内部のミラー１２ｂ，１２ｃの動作が制御されて、レーザ光６０がガス排出孔５５を取り囲むように移動される。このとき、レーザ光６０の熱により板材５１，５２が溶融するとともに、板材５１，５２の表面を覆う亜鉛メッキ層が蒸発する。蒸発した亜鉛メッキ層の気化ガスは、板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５を通じて外部に排出される。
【００３１】
そして、レーザ光の照射が停止され（ステップＳ１０５）、処理が終了される。レーザ溶接された溶接接合体は、ガス排出孔５５を取り囲むようにＣ字状の溶接ビード５６が形成されている。このような形状の溶接ビード５６によれば、溶接ビード５６の外周部に応力が作用する場合であっても、溶接ビード５６が応力を受けて溶接ビード５６内側のガス排出孔５５への応力伝達を防止するため、ガス排出孔５５には外部応力が作用しない。
【００３２】
以上のとおり、図３に示すフローチャートの処理によれば、まず、レーザ溶接される一の板材５１に、２枚の板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５が形成される。そして、ガス排出孔５５を取り囲むようにレーザ光６０が照射され、重ね合わされた２枚の板材５１，５２が接合される。このとき、レーザ光の熱によって気化する亜鉛メッキ層の気化ガスは、レーザ光の照射部位近傍に設けられたガス排出孔を通じて外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することが防止される。
【００３３】
次に、図７および図８を参照しつつ、本実施の形態のレーザ溶接方法における作用効果について説明する。
【００３４】
図７は、図６のVII−VII線に沿った断面図であり、図８は、一般的なレーザ溶接方法における場合を比較例として示す図である。
【００３５】
図８に示す一般的なレーザ溶接方法では、ガス排出孔を形成することなく板材にレーザ光が照射され、板材が接合される（図８（Ｂ）参照）。亜鉛メッキ層５３’，５４’が形成されている板材５１’，５２’にレーザ光６０が照射される場合、レーザ光６０の熱により板材５１’，５２’が溶融するとともに、亜鉛メッキ層５３’，５４’が蒸発する。したがって、一般的なレーザ溶接方法によれば、亜鉛メッキ層５３’，５４’の気化ガス５７が板材の溶融池を通過して外部に放出されるため、溶接ビード５６’にはポロシティ５９と呼ばれる微細孔が生じる（図８（Ａ）参照）。このようなポロシティ５９は、溶接接合体の外観品質を低下させるのみならず、溶接強度も低下させる。
【００３６】
一方、図７に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接方法によれば、レーザ光６０の熱により亜鉛メッキ層５３，５４が蒸発しても、レーザ光の照射部位近傍に設けられたガス排出孔５５を通じて、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が溶融池を通過することなく外部に排出されるため、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。
【００３７】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００３８】
（ａ）本実施の形態のレーザ溶接方法は、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、ガス排出孔を形成する工程と、板材を接合する工程と、を有する。ガス排出孔を形成する工程は、亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材の合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する亜鉛メッキ層の気化ガスを排出するガス排出孔を、合わせ面の上側の板材に形成する。板材を接合する工程は、ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた２枚の板材を接合する。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスがガス排出孔を通じて外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。その結果、溶接接合体の溶接品質が確保される。また、ガス排出孔の形状を変更することによって、様々な形状の溶接ビードに対応することができる。
【００３９】
（ｂ）ガス排出孔を形成する工程は、円形状のガス排出孔を形成し、板材を接合する工程は、円形状のガス排出孔を取り囲むようにレーザ光を移動させる工程を有する。したがって、溶接ビードの外周部に応力が作用する場合であっても、溶接ビードが応力を受けて溶接ビード内側のガス排出孔への応力伝達を防止するため、ガス排出孔には外部応力が作用しない。その結果、ガス排出孔の形成による接合強度の低下をともなうことなく、ガス排出孔の形成により溶接接合体の軽量化を実現することができる。また、溶接ビードの特定の箇所に過度の応力が集中することを防止することができる。
【００４０】
（ｃ）本実施の形態の溶接接合体は、亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材の合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する亜鉛メッキ層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、溶接ビードが形成されている。したがって、ガス排出孔を通じて亜鉛メッキ層の気化ガスが外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。その結果、溶接品質が確保される。
【００４１】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、円形状のガス排出孔を板材に形成する場合について述べた。本実施の形態では、矩形状のガス排出孔を板材に形成する場合について述べる。
【００４２】
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のIX−IX線に沿った断面図である。本実施の形態のレーザ溶接方法では、まず、板材５１に矩形状のガス排出孔５５が形成される。そして、図９（Ａ）に示すとおり、矩形状のガス排出孔５５を取り囲むように、レーザ光６０が直線的に移動される。なお、板材５１に矩形状のガス排出孔５５を形成することを除いては、本実施の形態のレーザ溶接方法は、第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
このような構成とすると、図９（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の熱により蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、レーザ光の照射部位近傍に設けられた矩形状のガス排出孔５５を通じて外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することが防止される。
【００４４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００４５】
（ｄ）ガス排出孔を形成する工程は、矩形状のガス排出孔を形成し、板材を接合する工程は、矩形状のガス排出孔に沿ってレーザ光を直線的に移動させる工程を有する。したがって、加工ヘッド内部のミラーの動作を制御することなく、加工ヘッドが取り付けられたロボットの動作を制御してレーザ光を移動させることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
次に、図１０を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ガス排出孔を形成するとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を形成する実施の形態である。
【００４７】
図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のX−X線に沿った断面図である。
【００４８】
本実施の形態のレーザ溶接方法では、板材にガス排出孔が形成されるとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部が形成される。より具体的には、上側の板材５１に、上方に突出する突出部５８が形成されるとともに、突出部５８の先端にガス排出孔５５が形成される。突出部５８は、ガス排出孔５５とともにプレス成形によって形成される。
【００４９】
次に、上側の板材５１と下側の板材５２とが重ね合わされることにより、突出部５８の内面と下側の板材５２の上面とによって空間が形成される。そして、図１０（Ａ）に示すとおり、上側の板材５１の突出部５８を取り囲むようにレーザ光６０が移動されて、板材５１，５２が接合される。なお、板材５１に突出部５８が形成されることを除いては、本実施の形態のレーザ溶接方法は、第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
このような構成とすると、図１０（Ｂ）に示すとおり、レーザ光の熱によって蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、突出部５８と下側の板材５２とによって画定される空間を通じてガス排出孔５５に確実に誘導される。したがって、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７がガス排出孔５５を通じて確実に排出される。
【００５１】
（変形例）
図１１（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXI−XI線に沿った断面図である。本変形例では、突出部５８が複数のガス排出孔５５を横切るように形成される。
【００５２】
図１１（Ａ）に示すとおり、本変形例では、ガス排出孔５５が形成されるとともに、複数のガス排出孔５５を横切る突出部５８が形成され、突出部５８の側部に沿ってレーザ光６０が直線的に移動される。
【００５３】
このような構成とすると、図１１（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の熱によって蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、突出部５８と下側の板材５２とが画定する空間を通じてガス排出孔５５に確実に誘導される。
【００５４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５５】
（ｅ）ガス排出孔を形成する工程は、ガス排出孔を形成するとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を上側の板材に形成し、板材を接合する工程は、突出部に沿ってレーザ光を移動させる工程を有する。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスは、突出部により画定される空間を通じてガス排出孔に確実に誘導されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスが、ガス排出孔を通じて確実に排出される。
【００５６】
（第４の実施の形態）
第１〜第３の実施の形態では、プレス成形によって板材にガス排出孔を形成した。しかしながら、レーザ光を照射することによって板材にガス排出孔を形成してもよい。
【００５７】
図１２は、本発明の第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図である。本実施の形態では、レーザ溶接装置１００から照射されるレーザ光により、板材にガス排出孔が形成される。
【００５８】
具体的には、図１２（Ａ）に示すとおり、レーザ溶接装置１００からレーザ光６０が照射されて、板材５１にガス排出孔５５が形成される。本実施の形態では、マグネットなどの溶接冶具７０によって保持される板材５１の上方から、高出力のレーザ光が照射される。このとき、レーザ光６０は、板材をレーザ溶接するときよりも２０〜３０％高い出力で照射される。なお、本実施の形態とは異なり、レーザ光６０の照射部位に酸素ガスを供給することによって、ガス排出孔５５を形成してもよい。
【００５９】
次に、ガス排出孔が形成された板材が重ね合わされる。本実施の形態では、図１２（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の照射によりガス排出孔５５が形成された上側の板材５１の位置を維持した状態で、上側の板材５１の下部に下側の板材５２が押し当てられる。
【００６０】
そして、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０が照射されて、板材５１，５２が接合される。本実施の形態では、図１２（Ｃ）に示すとおり、レーザ光６０の照射により形成されるガス排出孔５５を取り囲むようにレーザ光６０が移動される。このとき、ガス排出孔５５が形成された上側の板材５１の位置が維持されているため、ガス排出孔５５を形成したときに利用したレーザ溶接装置１００の位置座標を基準として、レーザ光６０を板材５１，５２に精度よく照射することができる。
【００６１】
このような構成とすると、レーザ溶接に用いられるレーザ溶接装置１００を利用して、ガス排出孔５５を形成することができる。したがって、同一の装置内でガス排出孔の形成と板材の接合とを実現することができる。
【００６２】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６３】
（ｆ）ガス排出孔を形成する工程は、レーザ光を照射して板材にガス排出孔を形成する。したがって、ガス排出孔を形成するためのプレス工程を省略することができる。
【００６４】
（ｇ）ガス排出孔を形成するレーザ光と板材を接合するレーザ光とは、同一のレーザ発振器から照射される。したがって、同一の装置内でガス排出孔の形成と板材の接合とを実現することができるため、ガス排出孔の位置と溶接位置とを同一の座標で管理することができる。その結果、溶接位置の位置ズレが防止され、精度よく板材を接合することができる。
【００６５】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本実施例によって何ら限定されるものではない。
【００６６】
まず、実施例１として、第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法を用いて、亜鉛メッキ層が形成された２枚の鋼板（パネル）を接合した。具体的には、まず、プレス加工によって上側の鋼板に直径６ｍｍの円形状のガス排出孔を形成した。そして、２枚の鋼板を重ね合わせ、レーザ光をガス排出孔の近傍に照射しつつ、その軌跡が直径６．５ｍｍのＣ字状を描くように移動させた。このようにレーザ溶接された溶接接合体では、亜鉛メッキ層が形成されている鋼板間の間隔が０ｍｍであっても、ポロシティが発生しないことが確認された。
【００６７】
次に、実施例２として、第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を用いて、亜鉛メッキ層が形成された鋼板上に２枚の鋼板を接合した。
【００６８】
具体的には、図１３に示すとおり、まず、上側の２枚の鋼板のうち、一の鋼板に２つ、他の鋼板に１つのガス排出孔をレーザ溶断により形成した。次に、上側および下側の鋼板を重ね合わせた。そして、３つのガス排出孔のそれぞれについて、ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射しつつ、その軌跡がＣ字状を描くように移動させた。このようにレーザ溶接された溶接接合体では、ガス排出孔の位置と溶接位置との位置ずれが生じることなく、さらに、ポロシティが発生しないことが確認された。
【００６９】
以上のとおり、第１〜第４の実施の形態において、本発明のレーザ溶接方法および溶接接合体を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【００７０】
たとえば、第１〜第４の実施の形態では、２枚の板材同士がレーザ溶接された。しかしながら、レーザ溶接される板材の枚数は２枚に限定されるものではなく、板材が３層以上に重ね合わされてレーザ溶接されてもよい。
【００７１】
また、第１〜第４の実施の形態では、上側の板材にのみガス排出孔が形成された。しかしながら、ガス排出孔が形成される板材は、上側の板材のみに限定されず、下側の板材に形成されてもよく、あるいは、両方の板材に形成されてもよい。
【００７２】
また、第１〜第４の実施の形態では、亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士がレーザ溶接された。しかしながら、接合対象は、鋼板に限定されず、他の金属製の板材または樹脂製の板材であってもよい。あるいは、２枚の板材のうち１枚が防錆処理されていない裸材であってもよい。さらに、板材表面を覆う表面層も亜鉛メッキ層に限定されず、アルミニウムメッキ層またはクロムメッキ層であってもよく、板材表面を覆う種々のコーティング層であることができる。
【符号の説明】
【００７３】
５１，５２ 板材、
５３，５４ 亜鉛メッキ層（表面層）、
５５ ガス排出孔、
５６ 溶接ビード、
５７ 気化ガス、
５８ 突出部、
６０ レーザ光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法および溶接接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の組立工程において、スポット溶接に代わりレーザ溶接が採用されている。レーザ溶接では、たとえば、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士が接合される。
【０００３】
亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士をレーザ溶接する技術としては、下記の特許文献１に示すレーザ溶接方法が知られている。特許文献１のレーザ溶接方法は、重ね合わされる２枚の鋼板間にガス抜用の隙間を確保しつつ、当該２枚の鋼板にレーザ光を照射するものである。このような構成にすると、レーザ光の熱により蒸発する亜鉛メッキ層の気化ガスがガス抜用の隙間から外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記レーザ溶接方法では、溶接接合体の溶接品質を確保するために、２枚の鋼板間の隙間の調整が煩雑で、作業性が悪いという問題がある。特に、気化ガスの排出性を良好にするために、隙間を大きくし過ぎると、溶接不良が起こるおそれがあり、逆に隙間を小さくし過ぎると、亜鉛メッキ層の気化ガスを十分に排出することができず、ポロシティが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、ポロシティの発生を防止して、溶接接合体の溶接品質を確保することができるレーザ溶接方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記レーザ溶接方法によってレーザ溶接される溶接接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
本発明のレーザ溶接方法は、表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、ガス排出孔を形成する工程と、板材を接合する工程と、を有する。前記ガス排出孔を形成する工程は、表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔を、前記合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材に形成する。前記板材を接合する工程は、前記ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた複数の板材を接合する。また、前記ガス排出孔を形成する工程は、前記ガス排出孔を形成するとともに、当該ガス排出孔に前記表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を最外部の板材に形成し、前記板材を接合する工程は、前記突出部に沿って前記レーザ光を移動させる工程を有する。
【００１０】
本発明の溶接接合体は、表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接することによりなる溶接接合体である。本発明の溶接接合体は、最外部の前記板材に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を有し、表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、前記突出部に沿って溶接ビードが形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ溶接方法によれば、表面層の気化ガスがガス排出孔を通じて外部に排出されるため、表面層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。したがって、溶接接合体の溶接品質を確保することができる。
【００１２】
また、本発明の溶接接合体によれば、その溶接品質が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ溶接装置における加工ヘッドを説明するための図である。
【図３】図１に示すレーザ溶接装置によるレーザ溶接処理を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートにおける重ね合わせ処理を説明するための図である。
【図５】図３のフローチャートにおけるレーザ光の照射開始処理を説明するための図である。
【図６】図３のフローチャートにおけるレーザ光の移動処理を説明するための図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】一般的なレーザ溶接方法における場合を比較例として示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のIX−IX線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のX−X線に沿った断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図である。
【図１３】図１２に示すレーザ溶接方法に対応する実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に示す実施の形態では、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成されている２枚の鋼板（以下、板材と称する）をレーザ溶接する場合を例に挙げて説明する。また、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１５】
（第１の実施の形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置について説明する。図１は、本実施の形態におけるレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接装置１００は、加工ヘッド１０、ロボット２０、レーザ発振器３０、および制御装置４０を備える。
【００１７】
加工ヘッド１０は、重ね合わされる２枚の板材５１，５２にレーザ光６０を照射するものである。加工ヘッド１０は、複数のレンズおよびミラーを含む光学系を内部に備えており、レーザ光６０の焦点を調整しつつ、レーザ光６０を移動させることができる。
【００１８】
ロボット２０は、加工ヘッド１０を多軸方向に移動させるものである。本実施の形態のロボット２０は、多関節型のアームロボットであって、加工ヘッド１０がアーム先端部に取り付けられている。ロボット２０は、加工ヘッド１０を移動させることにより、レーザ光６０を移動させることができる。
【００１９】
レーザ発振器３０は、加工ヘッド１０にレーザ光を供給するものである。レーザ発振器３０は、たとえば、ＹＡＧレーザ発振器であって、光ファイバケーブル３５を介して加工ヘッド１０にレーザ光６０を供給する。
【００２０】
制御装置４０は、加工ヘッド１０、ロボット２０、およびレーザ発振器３０を制御するものである。
【００２１】
図２は、図１に示すレーザ溶接装置における加工ヘッドを説明するための図である。
【００２２】
図２に示すとおり、本実施の形態の加工ヘッド１０は、光ファイバケーブル３５から入射されるレーザ光を透過する複数のレンズ１１ａ〜１１ｄと、レーザ光を反射するミラー１２ａ〜１２ｃと、を備える。
【００２３】
複数のレンズ１１ａ〜１１ｄのうち一のレンズ１１ｂは、駆動モータ１３ａによって駆動され、光軸方向に移動する。レンズ１１ｂが移動することによって、レーザ光６０の焦点距離が調整される。駆動モータ１３ａは、制御装置４０によって制御される。
【００２４】
複数のミラー１２ａ〜１２ｃのうち第１および第２ミラー１２ｂ，１２ｃは、駆動モータ１３ｂ，１３ｃによって駆動され、それぞれ異なる軸を中心に回動する。第１および第２ミラー１２ｂ，１２ｃが回動することによって、レーザ光６０の射出方向が自在に振り分けられる。ミラー１２ｂ，１２ｃは、制御装置４０によって制御される。
【００２５】
以上のとおり構成されるレーザ溶接装置１００では、加工ヘッド１０内部のミラー１２ｂ，１２ｃの動作を制御することにより、板材５１，５２上でレーザ光６０を自在に移動させることができる。以下、図３〜図８を参照して、上記レーザ溶接装置１００を用いた本実施の形態のレーザ溶接方法について説明する。
【００２６】
図３は、図１に示すレーザ溶接装置によるレーザ溶接処理を示すフローチャートである。本実施の形態のレーザ溶接方法は、板材表面の亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生を防止するために、板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５を板材５１に形成し、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０を照射するものである。
【００２７】
図３に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接方法では、まず、板材にガス排出孔が形成される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、重ね合わされる２枚の板材５１，５２のうち、レーザ光６０が照射される側に位置する上側の板材５１にガス排出孔５５が形成される。本実施の形態のガス排出孔５５は、円形状であって、板材５１を貫通している。ガス排出孔５５は、板材５１のプレス成形時に、プレス加工により形成される。
【００２８】
次に、ガス排出孔が形成された板材が重ね合わされる（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、図４に示すとおり、ステップＳ１０１に示す処理でガス排出孔５５が形成された上側の板材５１が、下側の板材５２と重ね合わされる。重ね合わされた板材５１，５２は、レーザ溶接装置１００にセットされる。
【００２９】
次に、重ね合わされた板材にレーザ光が照射される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、図５に示すとおり、ステップＳ１０２に示す処理で重ね合わされた板材５１，５２の上方からレーザ光６０が照射される。より具体的には、レーザ溶接装置１００の加工ヘッド１０から、上側の板材５１のガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０が照射される。
【００３０】
次に、レーザ光が移動される（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、図６に示すとおり、上側の板材５１のガス排出孔５５近傍に照射されるレーザ光６０が、ガス排出孔５５を取り囲むように移動される。より具体的には、加工ヘッド１０内部のミラー１２ｂ，１２ｃの動作が制御されて、レーザ光６０がガス排出孔５５を取り囲むように移動される。このとき、レーザ光６０の熱により板材５１，５２が溶融するとともに、板材５１，５２の表面を覆う亜鉛メッキ層が蒸発する。蒸発した亜鉛メッキ層の気化ガスは、板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５を通じて外部に排出される。
【００３１】
そして、レーザ光の照射が停止され（ステップＳ１０５）、処理が終了される。レーザ溶接された溶接接合体は、ガス排出孔５５を取り囲むようにＣ字状の溶接ビード５６が形成されている。このような形状の溶接ビード５６によれば、溶接ビード５６の外周部に応力が作用する場合であっても、溶接ビード５６が応力を受けて溶接ビード５６内側のガス排出孔５５への応力伝達を防止するため、ガス排出孔５５には外部応力が作用しない。
【００３２】
以上のとおり、図３に示すフローチャートの処理によれば、まず、レーザ溶接される一の板材５１に、２枚の板材５１，５２の合わせ面から外方に連通するガス排出孔５５が形成される。そして、ガス排出孔５５を取り囲むようにレーザ光６０が照射され、重ね合わされた２枚の板材５１，５２が接合される。このとき、レーザ光の熱によって気化する亜鉛メッキ層の気化ガスは、レーザ光の照射部位近傍に設けられたガス排出孔を通じて外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することが防止される。
【００３３】
次に、図７および図８を参照しつつ、本実施の形態のレーザ溶接方法における作用効果について説明する。
【００３４】
図７は、図６のVII−VII線に沿った断面図であり、図８は、一般的なレーザ溶接方法における場合を比較例として示す図である。
【００３５】
図８に示す一般的なレーザ溶接方法では、ガス排出孔を形成することなく板材にレーザ光が照射され、板材が接合される（図８（Ｂ）参照）。亜鉛メッキ層５３’，５４’が形成されている板材５１’，５２’にレーザ光６０が照射される場合、レーザ光６０の熱により板材５１’，５２’が溶融するとともに、亜鉛メッキ層５３’，５４’が蒸発する。したがって、一般的なレーザ溶接方法によれば、亜鉛メッキ層５３’，５４’の気化ガス５７が板材の溶融池を通過して外部に放出されるため、溶接ビード５６’にはポロシティ５９と呼ばれる微細孔が生じる（図８（Ａ）参照）。このようなポロシティ５９は、溶接接合体の外観品質を低下させるのみならず、溶接強度も低下させる。
【００３６】
一方、図７に示すとおり、本実施の形態のレーザ溶接方法によれば、レーザ光６０の熱により亜鉛メッキ層５３，５４が蒸発しても、レーザ光の照射部位近傍に設けられたガス排出孔５５を通じて、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が溶融池を通過することなく外部に排出されるため、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。
【００３７】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００３８】
（ａ）本実施の形態のレーザ溶接方法は、防錆処理により亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、ガス排出孔を形成する工程と、板材を接合する工程と、を有する。ガス排出孔を形成する工程は、亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材の合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する亜鉛メッキ層の気化ガスを排出するガス排出孔を、合わせ面の上側の板材に形成する。板材を接合する工程は、ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた２枚の板材を接合する。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスがガス排出孔を通じて外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。その結果、溶接接合体の溶接品質が確保される。また、ガス排出孔の形状を変更することによって、様々な形状の溶接ビードに対応することができる。
【００３９】
（ｂ）ガス排出孔を形成する工程は、円形状のガス排出孔を形成し、板材を接合する工程は、円形状のガス排出孔を取り囲むようにレーザ光を移動させる工程を有する。したがって、溶接ビードの外周部に応力が作用する場合であっても、溶接ビードが応力を受けて溶接ビード内側のガス排出孔への応力伝達を防止するため、ガス排出孔には外部応力が作用しない。その結果、ガス排出孔の形成による接合強度の低下をともなうことなく、ガス排出孔の形成により溶接接合体の軽量化を実現することができる。また、溶接ビードの特定の箇所に過度の応力が集中することを防止することができる。
【００４０】
（ｃ）本実施の形態の溶接接合体は、亜鉛メッキ層が形成された２枚の板材の合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する亜鉛メッキ層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、溶接ビードが形成されている。したがって、ガス排出孔を通じて亜鉛メッキ層の気化ガスが外部に排出されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスによるポロシティの発生が防止される。その結果、溶接品質が確保される。
【００４１】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、円形状のガス排出孔を板材に形成する場合について述べた。本実施の形態では、矩形状のガス排出孔を板材に形成する場合について述べる。
【００４２】
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のIX−IX線に沿った断面図である。本実施の形態のレーザ溶接方法では、まず、板材５１に矩形状のガス排出孔５５が形成される。そして、図９（Ａ）に示すとおり、矩形状のガス排出孔５５を取り囲むように、レーザ光６０が直線的に移動される。なお、板材５１に矩形状のガス排出孔５５を形成することを除いては、本実施の形態のレーザ溶接方法は、第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
このような構成とすると、図９（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の熱により蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、レーザ光の照射部位近傍に設けられた矩形状のガス排出孔５５を通じて外部に排出される。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスにより溶接ビードにポロシティが発生することが防止される。
【００４４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００４５】
（ｄ）ガス排出孔を形成する工程は、矩形状のガス排出孔を形成し、板材を接合する工程は、矩形状のガス排出孔に沿ってレーザ光を直線的に移動させる工程を有する。したがって、加工ヘッド内部のミラーの動作を制御することなく、加工ヘッドが取り付けられたロボットの動作を制御してレーザ光を移動させることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
次に、図１０を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ガス排出孔を形成するとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を形成する実施の形態である。
【００４７】
図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のX−X線に沿った断面図である。
【００４８】
本実施の形態のレーザ溶接方法では、板材にガス排出孔が形成されるとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部が形成される。より具体的には、上側の板材５１に、上方に突出する突出部５８が形成されるとともに、突出部５８の先端にガス排出孔５５が形成される。突出部５８は、ガス排出孔５５とともにプレス成形によって形成される。
【００４９】
次に、上側の板材５１と下側の板材５２とが重ね合わされることにより、突出部５８の内面と下側の板材５２の上面とによって空間が形成される。そして、図１０（Ａ）に示すとおり、上側の板材５１の突出部５８を取り囲むようにレーザ光６０が移動されて、板材５１，５２が接合される。なお、板材５１に突出部５８が形成されることを除いては、本実施の形態のレーザ溶接方法は、第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
このような構成とすると、図１０（Ｂ）に示すとおり、レーザ光の熱によって蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、突出部５８と下側の板材５２とによって画定される空間を通じてガス排出孔５５に確実に誘導される。したがって、亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７がガス排出孔５５を通じて確実に排出される。
【００５１】
（変形例）
図１１（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態におけるレーザ溶接方法の変形例を説明するための図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のXI−XI線に沿った断面図である。本変形例では、突出部５８が複数のガス排出孔５５を横切るように形成される。
【００５２】
図１１（Ａ）に示すとおり、本変形例では、ガス排出孔５５が形成されるとともに、複数のガス排出孔５５を横切る突出部５８が形成され、突出部５８の側部に沿ってレーザ光６０が直線的に移動される。
【００５３】
このような構成とすると、図１１（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の熱によって蒸発する亜鉛メッキ層５３，５４の気化ガス５７が、突出部５８と下側の板材５２とが画定する空間を通じてガス排出孔５５に確実に誘導される。
【００５４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５５】
（ｅ）ガス排出孔を形成する工程は、ガス排出孔を形成するとともに、ガス排出孔に亜鉛メッキ層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を上側の板材に形成し、板材を接合する工程は、突出部に沿ってレーザ光を移動させる工程を有する。したがって、亜鉛メッキ層の気化ガスは、突出部により画定される空間を通じてガス排出孔に確実に誘導されるため、亜鉛メッキ層の気化ガスが、ガス排出孔を通じて確実に排出される。
【００５６】
（第４の実施の形態）
第１〜第３の実施の形態では、プレス成形によって板材にガス排出孔を形成した。しかしながら、レーザ光を照射することによって板材にガス排出孔を形成してもよい。
【００５７】
図１２は、本発明の第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を説明するための図である。本実施の形態では、レーザ溶接装置１００から照射されるレーザ光により、板材にガス排出孔が形成される。
【００５８】
具体的には、図１２（Ａ）に示すとおり、レーザ溶接装置１００からレーザ光６０が照射されて、板材５１にガス排出孔５５が形成される。本実施の形態では、マグネットなどの溶接冶具７０によって保持される板材５１の上方から、高出力のレーザ光が照射される。このとき、レーザ光６０は、板材をレーザ溶接するときよりも２０〜３０％高い出力で照射される。なお、本実施の形態とは異なり、レーザ光６０の照射部位に酸素ガスを供給することによって、ガス排出孔５５を形成してもよい。
【００５９】
次に、ガス排出孔が形成された板材が重ね合わされる。本実施の形態では、図１２（Ｂ）に示すとおり、レーザ光６０の照射によりガス排出孔５５が形成された上側の板材５１の位置を維持した状態で、上側の板材５１の下部に下側の板材５２が押し当てられる。
【００６０】
そして、ガス排出孔５５の近傍にレーザ光６０が照射されて、板材５１，５２が接合される。本実施の形態では、図１２（Ｃ）に示すとおり、レーザ光６０の照射により形成されるガス排出孔５５を取り囲むようにレーザ光６０が移動される。このとき、ガス排出孔５５が形成された上側の板材５１の位置が維持されているため、ガス排出孔５５を形成したときに利用したレーザ溶接装置１００の位置座標を基準として、レーザ光６０を板材５１，５２に精度よく照射することができる。
【００６１】
このような構成とすると、レーザ溶接に用いられるレーザ溶接装置１００を利用して、ガス排出孔５５を形成することができる。したがって、同一の装置内でガス排出孔の形成と板材の接合とを実現することができる。
【００６２】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６３】
（ｆ）ガス排出孔を形成する工程は、レーザ光を照射して板材にガス排出孔を形成する。したがって、ガス排出孔を形成するためのプレス工程を省略することができる。
【００６４】
（ｇ）ガス排出孔を形成するレーザ光と板材を接合するレーザ光とは、同一のレーザ発振器から照射される。したがって、同一の装置内でガス排出孔の形成と板材の接合とを実現することができるため、ガス排出孔の位置と溶接位置とを同一の座標で管理することができる。その結果、溶接位置の位置ズレが防止され、精度よく板材を接合することができる。
【００６５】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本実施例によって何ら限定されるものではない。
【００６６】
まず、実施例１として、第１の実施の形態におけるレーザ溶接方法を用いて、亜鉛メッキ層が形成された２枚の鋼板（パネル）を接合した。具体的には、まず、プレス加工によって上側の鋼板に直径６ｍｍの円形状のガス排出孔を形成した。そして、２枚の鋼板を重ね合わせ、レーザ光をガス排出孔の近傍に照射しつつ、その軌跡が直径６．５ｍｍのＣ字状を描くように移動させた。このようにレーザ溶接された溶接接合体では、亜鉛メッキ層が形成されている鋼板間の間隔が０ｍｍであっても、ポロシティが発生しないことが確認された。
【００６７】
次に、実施例２として、第４の実施の形態におけるレーザ溶接方法を用いて、亜鉛メッキ層が形成された鋼板上に２枚の鋼板を接合した。
【００６８】
具体的には、図１３に示すとおり、まず、上側の２枚の鋼板のうち、一の鋼板に２つ、他の鋼板に１つのガス排出孔をレーザ溶断により形成した。次に、上側および下側の鋼板を重ね合わせた。そして、３つのガス排出孔のそれぞれについて、ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射しつつ、その軌跡がＣ字状を描くように移動させた。このようにレーザ溶接された溶接接合体では、ガス排出孔の位置と溶接位置との位置ずれが生じることなく、さらに、ポロシティが発生しないことが確認された。
【００６９】
以上のとおり、第１〜第４の実施の形態において、本発明のレーザ溶接方法および溶接接合体を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【００７０】
たとえば、第１〜第４の実施の形態では、２枚の板材同士がレーザ溶接された。しかしながら、レーザ溶接される板材の枚数は２枚に限定されるものではなく、板材が３層以上に重ね合わされてレーザ溶接されてもよい。
【００７１】
また、第１〜第４の実施の形態では、上側の板材にのみガス排出孔が形成された。しかしながら、ガス排出孔が形成される板材は、上側の板材のみに限定されず、下側の板材に形成されてもよく、あるいは、両方の板材に形成されてもよい。
【００７２】
また、第１〜第４の実施の形態では、亜鉛メッキ層が形成された鋼板同士がレーザ溶接された。しかしながら、接合対象は、鋼板に限定されず、他の金属製の板材または樹脂製の板材であってもよい。あるいは、２枚の板材のうち１枚が防錆処理されていない裸材であってもよい。さらに、板材表面を覆う表面層も亜鉛メッキ層に限定されず、アルミニウムメッキ層またはクロムメッキ層であってもよく、板材表面を覆う種々のコーティング層であることができる。
【符号の説明】
【００７３】
５１，５２ 板材、
５３，５４ 亜鉛メッキ層（表面層）、
５５ ガス排出孔、
５６ 溶接ビード、
５７ 気化ガス、
５８ 突出部、
６０ レーザ光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔を、前記合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材に形成する工程と、
前記ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた複数の板材を接合する工程と、を有し、
前記ガス排出孔を形成する工程は、前記ガス排出孔を形成するとともに、当該ガス排出孔に前記表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を最外部の板材に形成し、
前記板材を接合する工程は、前記突出部に沿って前記レーザ光を移動させる工程を有することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記ガス排出孔を形成する工程は、レーザ光を照射して前記板材にガス排出孔を形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記ガス排出孔を形成するレーザ光と前記板材を接合するレーザ光とは、同一のレーザ発振器から照射されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接することによりなる溶接接合体であって、
最外部の前記板材に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を有し、
表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、前記突出部に沿って溶接ビードが形成されていることを特徴とする溶接接合体。
【請求項１】
表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔を、前記合わせ面の少なくとも一方の側に重ねられる板材に形成する工程と、
前記ガス排出孔の近傍にレーザ光を照射して、重ね合わされた複数の板材を接合する工程と、を有し、
前記ガス排出孔を形成する工程は、前記ガス排出孔を形成するとともに、当該ガス排出孔に前記表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を最外部の板材に形成し、
前記板材を接合する工程は、前記突出部に沿って前記レーザ光を移動させる工程を有することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記ガス排出孔を形成する工程は、レーザ光を照射して前記板材にガス排出孔を形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記ガス排出孔を形成するレーザ光と前記板材を接合するレーザ光とは、同一のレーザ発振器から照射されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
表面処理により表面層が形成された板材を含む複数の板材を重ね合わせてレーザ溶接することによりなる溶接接合体であって、
最外部の前記板材に表面層の気化ガスを誘導する空間をなす突出部を有し、
表面層が形成された板材と他の板材との合わせ面から外方に連通して、レーザ光の照射により気化する前記表面層の気化ガスを排出するガス排出孔の近傍に、前記突出部に沿って溶接ビードが形成されていることを特徴とする溶接接合体。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２５４４８１（Ｐ２０１２−２５４４８１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６８９５９（Ｐ２０１２−１６８９５９）
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【分割の表示】特願２００７−３３４７９４（Ｐ２００７−３３４７９４）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【分割の表示】特願２００７−３３４７９４（Ｐ２００７−３３４７９４）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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