レーザ溶接方法
【課題】生産性を向上できるレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】表面処理が行われてめっき層Ｗ２・Ｗ２が形成される各ワークＷ・Ｗを重ね合わせ、各ワークＷ・Ｗの溶接形状に沿って走査するレーザ１１を各ワークＷ・Ｗに照射することで、各ワークＷ・Ｗを溶融させるとともにめっき層Ｗ２・Ｗ２を気化させて、各ワークＷ・Ｗを接合するレーザ溶接方法であって、溶接形状に沿ったレーザ１１照射後に、各ワークＷ・Ｗの溶融部Ｗ３の範囲内を走査するレーザ１２・１３を各ワークＷ・Ｗに照射する第一工程と、レーザ１２・１３照射後に、レーザ１２・１３の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内を走査するレーザ１４・１５を各ワークＷ・Ｗに照射する第二工程と、を行う。
【解決手段】表面処理が行われてめっき層Ｗ２・Ｗ２が形成される各ワークＷ・Ｗを重ね合わせ、各ワークＷ・Ｗの溶接形状に沿って走査するレーザ１１を各ワークＷ・Ｗに照射することで、各ワークＷ・Ｗを溶融させるとともにめっき層Ｗ２・Ｗ２を気化させて、各ワークＷ・Ｗを接合するレーザ溶接方法であって、溶接形状に沿ったレーザ１１照射後に、各ワークＷ・Ｗの溶融部Ｗ３の範囲内を走査するレーザ１２・１３を各ワークＷ・Ｗに照射する第一工程と、レーザ１２・１３照射後に、レーザ１２・１３の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内を走査するレーザ１４・１５を各ワークＷ・Ｗに照射する第二工程と、を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせた複数の金属板にレーザを照射して、各金属板を接合するレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、重ね合わせた複数の金属板にレーザを照射して、各金属板を接合するレーザ溶接が行われている。このようなレーザ溶接を、表面処理が行われた金属板、例えば、亜鉛めっき鋼板に対して行った場合には、鋼板の溶融時にめっき層が気化する。そして、溶融部内に亜鉛蒸気が残ったままの状態で溶融部が凝固し、溶接部内にブローホールが形成される可能性がある。
【０００３】
このような問題を解消するための技術として、特許文献１から特許文献３に開示される技術がある。
特許文献１に開示される技術では、レーザ溶接を行う前に、一つのめっき板材にレーザを照射して、めっきを気化させるとともにめっき板材に凸部を形成する。そして、めっき板材を重ね合わせることでめっき板材間に隙間を形成し、各めっき板材を加圧しながらレーザ溶接を行う。これにより、レーザ溶接中に前記隙間から亜鉛蒸気を除去する。
【０００４】
この場合、レーザ溶接を行う前に、凸部を形成する工程やめっき板材を重ね合わせる作業等を別途行う必要がある。
【０００５】
特許文献２に開示される技術では、めっき鋼板を重ねた状態でレーザを照射して、鋼板を溶融させるとともに亜鉛めっきを気化させ、凝固させて第一溶接部を形成する。そして、前記レーザよりも焦点を後退させたレーザを、第一溶接部に照射して、第一溶接部を再溶融させ、凝固させて第二溶接部を形成する。これにより、第一溶接部にて発生する溶接欠陥（ブローホール等）を除去する。
【０００６】
この場合、一回のレーザ溶接で、実質的に二回のレーザ溶接を行う必要がある。
【０００７】
特許文献３に開示される技術では、めっき鋼板を重ねた状態でレーザを照射し、当該レーザを溶接方向に対して振動させることで、レーザ照射を重複させて、めっき鋼板の凝固を遅らせる。めっき蒸気は、その遅らせた間に溶融部から出て行く。
【０００８】
この場合、図１１に示すように、溶融部Ｗ１０３で気化しためっき層Ｗ１０２・Ｗ１０２（めっき蒸気Ｗ１２１）を除去しても、熱影響部Ｗ１０５で気化しためっき層Ｗ１０２・Ｗ１０２（めっき蒸気Ｗ１２２）が溶融部Ｗ１０３内に残ってしまう。つまり、熱影響部Ｗ１０５で遅れて気化しためっき蒸気Ｗ１２２を溶融部Ｗ１０３にトラップしてしまう可能性がある。
また、溶接方向に一直線状に走査した場合の走査距離と比較して、その走査距離が大きく伸びてしまう。
【０００９】
特許文献１から特許文献３に開示される技術では、亜鉛蒸気（めっき蒸気）を除去するための工程に時間がかかってしまう。これは、亜鉛蒸気の挙動を制御できないことに起因する。従って、レーザ溶接の時間が長くなってしまい、その結果、生産性が低下していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００５−５３７９３７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２３８９号公報
【特許文献３】特開平１０−７１４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、生産性を向上できるレーザ溶接方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１においては、表面処理が行われて表面処理層が形成される金属板を少なくとも一つ含む複数の金属板を重ね合わせ、前記各金属板の溶接形状に沿って走査するレーザを前記各金属板に照射することで、前記各金属板を溶融させるとともに前記表面処理層を気化させて、前記各金属板を接合するレーザ溶接方法であって、前記溶接形状に沿ったレーザ照射後に、前記各金属板の溶融部の範囲内を走査する第一レーザを前記各金属板に照射する第一工程と、前記第一レーザ照射後に、前記第一レーザの走査軌跡の範囲内を走査する第二レーザを前記各金属板に照射する第二工程と、を行うものである。
【００１３】
請求項２においては、前記第一レーザは、照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回前記各金属板に照射され、または、走査中に前記第一レーザの照射条件が設定されて前記各金属板に照射され、前記第一レーザの照射条件は、前記第一レーザの走査速度、走査軌跡、および出力のうち、少なくともいずれか一つである。
【００１４】
請求項３においては、前記第一レーザは、前記溶接形状に沿ったレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、前記第二レーザは、前記第一レーザの走査速度よりも遅い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、ものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、気化させた表面処理層の挙動を制御して攪拌除去することで、短時間で溶接欠陥の発生を低減できるとともに各金属板を接合できるため、生産性を向上できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態のレーザ溶接方法を用いたレーザ溶接を示す斜視図。
【図２】照射条件を示す図。
【図３】図２の照射条件に基づいてレーザ溶接を行う状態を示す説明図。
【図４】亜鉛蒸気を示すワークの断面図。
【図５】亜鉛蒸気を集めた状態を示すワークの断面図。
【図６】亜鉛蒸気を攪拌除去した状態を示すワークの断面図。
【図７】レーザ溶接方法の別実施形態を示すワークの平面図。（ａ）略楕円状の走査軌跡を示す図。（ｂ）略多角形状の走査軌跡を示す図。
【図８】略半円状の走査軌跡を示すワークの平面図。（ａ）ワークを溶融させる状態を示す図。（ｂ）亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図９】略渦巻状の走査軌跡を示すワークの平面図。（ａ）ワークを溶融させる状態を示す図。（ｂ）亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図１０】走査軌跡の中心位置をずらしながらレーザ溶接する状態を示すワークの平面図。（ａ）中心位置をずらして亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｂ）中心位置をさらにずらして亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図１１】従来レーザ溶接方法において亜鉛蒸気が溶接部内に残る状態を示すワークの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本実施形態のレーザ溶接方法について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、レーザ溶接方法では、隙間なく重ね合わせた複数のワークＷ（図１では二つのワークＷ）に向けてレーザ１０を照射して、各ワークＷ・Ｗを接合する。
【００１９】
本実施形態の各ワークＷ・Ｗの両面には、それぞれ表面処理（めっきや塗装等）が行われ、表面処理層が形成されている。本実施形態の各ワークＷ・Ｗは、それぞれ鋼板Ｗ１に亜鉛が施された亜鉛めっき鋼板とする。この場合、めっき層Ｗ２・Ｗ２が表面処理層となる（図４および図５参照）。
【００２０】
なお、ワークＷは、金属板であればよく、鋼板に限定されるものでない。
また、表面処理層は、ワークＷ（鋼板Ｗ１）溶融時に気化するものであればよく、例えば、アルミのめっき層等であっても構わない。
【００２１】
そして、重ね合わせた各ワークＷ全てに表面処理が行われている必要はなく、例えば、重ね合わせた三枚のワークＷ・Ｗ・Ｗのうち、一つのワークＷの片面のみに表面処理が行われていればよい。つまり、複数のワークＷ・Ｗ・・・のうち少なくとも一つに表面処理が行われていればよい。
【００２２】
レーザ溶接方法にてワークＷに照射されるレーザ１０は、レーザ１０を高速で走査可能な一般的なレーザ溶接装置から照射される。
このようなレーザ溶接装置では、例えば、レーザ発信器から発振されるレーザを、ロボットによる溶接トーチ動作やガルバノスキャナミラー等を制御して、レーザ１０を高速で走査する。
【００２３】
なお、本実施形態において、「走査」とは、レーザ１０を照射しながら、その照射位置を変更することを指す。
【００２４】
レーザ１０は、前記レーザ溶接装置の制御によって、所望の走査速度、走査軌跡、および出力に変更可能である。また、当該変更は、任意のタイミングで（つまり、レーザ照射前やレーザ走査中に）行うことが可能である。
【００２５】
次に、レーザ溶接方法を用いたレーザ溶接について説明する。
【００２６】
図２および図３に示すように、レーザ溶接方法では、ワーク状態（ワークＷの材質や板厚、およびワークＷを重ねる数等）および溶接形状等に応じて、レーザ１０の照射条件が予め設定されている。
本実施形態では、レーザ１０を照射する前に、前記照射条件を設定し（つまり、前記レーザ溶接装置を制御し）、前記照射条件に対応するレーザ１０を合計五回照射する。以下では、説明の便宜上、一回目に照射されるレーザから順に、レーザ１１〜１５と表記する。
【００２７】
ここで、本実施形態において、「照射条件」とは、レーザ１１〜１５の走査速度、走査軌跡、および出力を指す。
なお、以下では、説明の便宜上、レーザ１１〜１５は、それぞれ中心位置Ｃを中心として平面視略円状の走査軌跡１１Ｌ〜１５Ｌを描くものとする。従って、図２における溶接半径Ｒ１〜Ｒ３が、照射条件である走査軌跡に対応する。
【００２８】
まず、レーザ溶接方法では、照射条件を、走査速度Ｖ１（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ１（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、一回目のレーザ１１を照射する。
この場合、一回目のレーザ１１は、中心位置Ｃを中心とした溶接半径Ｒ１の平面視略円状の走査軌跡１１Ｌを描くように、各ワークにＷ・Ｗに照射される（図１に示す中心位置Ｃを通る中心線Ｌ参照）。
【００２９】
一回目の照射条件には、各ワークＷ・Ｗを溶融可能な照射条件（より詳細には、照射速度および出力）が設定されている。また、一回目の走査軌跡１１Ｌには、各ワークＷ・Ｗの溶接形状が設定されている。
従って、一回目のレーザ１１は、各ワークＷ・Ｗの溶接形状に沿って走査するレーザとなる。
【００３０】
このため、一回目のレーザ１１の照射条件は、同じワーク状態および溶接形状で、単にレーザ溶接を行う場合（溶接形状に沿ってレーザを走査して各ワークＷ・Ｗを接合するだけの場合）に設定されるレーザの照射条件と略同一となる。
つまり、一回目のレーザ照射に要する時間（以下、「照射時間」と表記する）Ｔ１は、単にレーザ溶接を行う場合の照射時間と略同程度の長さとなる。
【００３１】
図４に示すように、一回目のレーザ１１により、鋼板Ｗ１を溶融させるとともにめっき層Ｗ２・Ｗ２を気化させ、溶融部Ｗ３内に亜鉛蒸気Ｗ２１・Ｗ２１・・・が飛散する。
【００３２】
図２および図３に示すように、一回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ２（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ１（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、二回目のレーザ１２を照射する。
この場合、二回目のレーザ１２は、一回目の走査軌跡１１Ｌと略同一の走査軌跡１２Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００３３】
走査速度Ｖ２は、一回目の走査速度Ｖ１よりも充分速い速度である。従って、二回目の照射時間Ｔ２は、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００３４】
二回目のレーザ照射後に、二回目の照射条件と同じ照射条件で三回目のレーザ１３を照射する。
この場合、三回目のレーザ１３は、一回目および二回目の走査軌跡１１Ｌ・１２Ｌと略同一の走査軌跡１３Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。また、三回目の照射時間Ｔ３は、二回目の照射時間Ｔ２と略同一の長さとなる。
【００３５】
二回目および三回目のレーザ照射により、図５に示すように、溶融部Ｗ３内に飛散していた亜鉛蒸気Ｗ２１・Ｗ２１・・・は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に集められる（図５に示す中心位置Ｃを通る中心線Ｌ参照）。
より詳細には、亜鉛蒸気Ｗ２１は、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの中心位置Ｃに対応する、溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００３６】
つまり、二回目および三回目の走査速度Ｖ２は、溶融部Ｗ３が飛び散らない程度に走査速度Ｖ１よりも速く、かつ、前記中心位置Ｃに対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に、亜鉛蒸気Ｗ２１を集められる程度の速度が設定される。
【００３７】
また、二回目および三回目のレーザ１２・１３は、その走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌを、走査軌跡１１Ｌの範囲内（つまり、走査軌跡１１Ｌと略同一または走査軌跡１１Ｌよりも内側）に設定することで、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を確実に集められる。
【００３８】
このように、レーザ溶接方法では、各ワークＷ・Ｗ（各金属板）の溶融部Ｗ３の範囲内を走査する二回目および三回目のレーザ１２・１３（第一レーザ）を照射する第一工程を行う。
また、二回目および三回目のレーザ１２・１３は、一回目の走査速度Ｖ１よりも速い走査速度Ｖ２が設定される。
【００３９】
なお、二回目および三回目の照射条件は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４（前記中心位置Ｃに対応する溶融部Ｗ３の内側の部分）に亜鉛蒸気Ｗ２１を集めることができればよく、二回目と三回目とで必ずしも互いに同一である必要はない。
【００４０】
また、二回目および三回目の走査速度Ｖ２は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集めることができれば、必ずしも一回目の走査速度Ｖ１よりも速い速度である必要はない。ただし、レーザ溶接を短時間で行う、および溶融部Ｗ３が飛び散ることを防止するという観点から、走査速度Ｖ１よりも速い速度であることが好ましい。
【００４１】
図２および図３に示すように、三回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ３（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ２（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、四回目のレーザ１４を照射する。
溶接半径Ｒ２は、溶接半径Ｒ１よりも小さい値である。従って、四回目のレーザ１４は、一回目から三回目の走査軌跡１１Ｌ〜１３Ｌよりも内側に位置する平面視略円状の走査軌跡１４Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００４２】
また、走査速度Ｖ３は、一回目の走査速度Ｖ１よりも充分速い速度であり、かつ二回目および三回目の走査速度Ｖ２よりもやや遅い速度である。
【００４３】
つまり、四回目のレーザ１４は、二回目および三回目のレーザ１２・１３よりも、遅い速度で短い距離を走査することとなる。
従って、四回目の照射時間Ｔ４は、二回目および三回目の照射時間Ｔ２・Ｔ３に近い時間となる。このため、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００４４】
四回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ３（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ３（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）変更して、五回目のレーザ１５を照射する。
溶接半径Ｒ３は、溶接半径Ｒ２よりも小さい値である。従って、五回目のレーザ１５は、四回目の走査軌跡１４Ｌの内側に位置する平面視略円状の走査軌跡１５Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００４５】
つまり、五回目のレーザ１５は、四回目のレーザ１４よりも短い距離を走査することとなる。従って、五回目の照射時間Ｔ５は、四回目の照射時間Ｔ４よりも短い時間となるため、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００４６】
四回目および五回目のレーザ１４・１５は、それぞれ走査中に、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１が排出可能なキーホールを溶融池（溶融部Ｗ３）に生成する。
これにより、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１は、前記キーホールよりまとめて排出される。従って、各レーザ１４・１５によって亜鉛蒸気Ｗ２１が攪拌除去されて、五回目のレーザ照射後の溶融部Ｗ３には、亜鉛蒸気Ｗ２１が存在しない状態となる（図６参照）。
【００４７】
つまり、四回目および五回目の走査速度Ｖ３は、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる程度の速度が設定される。
【００４８】
また、走査軌跡１４Ｌ・１５Ｌは、走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内（つまり、走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌと略同一または走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌよりも内側）に設定することで、亜鉛蒸気Ｗ２１を排出可能なキーホールを確実に生成できる。つまり、確実に亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる。
【００４９】
このように、レーザ溶接方法では、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内を走査する四回目および五回目のレーザ１４・１５（第二レーザ）を照射する第二工程を行う。
また、四回目および五回目のレーザ１４・１５は、二回目および三回目のレーザ１２・１３の走査速度Ｖ２よりも遅い走査速度Ｖ３が設定されるとともに、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌよりも内側を走査するような走査軌跡１４Ｌ・１５Ｌが設定される。
【００５０】
なお、四回目および五回目の走査速度Ｖ３および出力Ｎ１は、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できればよく、四回目と五回目とで必ずしも互いに同一である必要はない。
また、四回目および五回目の走査速度Ｖ３は、それぞれ亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できれば、必ずしも二回目および三回目の走査速度Ｖ２よりも遅い速度である必要はない。ただし、確実に亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するという観点から、走査速度Ｖ２よりも遅い速度であることが好ましい。
【００５１】
このようなレーザ溶接方法によれば、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に集めるように、亜鉛蒸気Ｗ２１の挙動を制御して、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１をまとめて攪拌除去できる。
従って、レーザ溶接時に、溶融部Ｗ３内に亜鉛蒸気Ｗ２１が滞留することによる溶接欠陥（例えば、ブローホール等）の発生を低減できる。このため、レーザ溶接で接合した各ワークＷ・Ｗの強度（例えば、引っ張り強度等）を向上できる。
【００５２】
レーザ溶接方法では、単にレーザ溶接を行う場合と比較して、二回目から五回目までの照射時間Ｔ２〜Ｔ５の和だけ長い時間を要するが、当該照射時間Ｔ２〜Ｔ５は、それぞれ照射時間Ｔ１よりも充分短く、レーザ溶接時間に与える影響度合いは小さいものである。
従って、短時間で亜鉛蒸気Ｗ２１による溶接欠陥の発生を低減できるとともに各ワークＷ・Ｗを接合できるため、生産性を向上できる。
【００５３】
レーザ溶接方法では、二回目から五回目までのレーザ照射で、亜鉛蒸気Ｗ２１をまとめて攪拌除去する。従って、亜鉛蒸気Ｗ２１を除去するために別途装置を用いる必要がなくなり、低コストなレーザ溶接を行うことができる。
【００５４】
また、二回目から五回目までの照射条件（特に、走査軌跡１２Ｌ〜１５Ｌ）を変更した場合、各ワークＷ・Ｗの溶接部に走査軌跡１２Ｌ〜１５Ｌが残る（図３の五回目の照射参照）。
従って、溶接部の外観状態を確認するだけで、どのような走査軌跡にて溶接を行ったかを把握することができ、第三者による不正行為（第三者が本実施例と同様の溶接方法にて溶接を行ったこと）を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
【００５５】
なお、ワーク状態および溶接形状等に応じて、照射条件に、集光径（ワークＷ表面に当たった部分のレーザ１０の半径）を加えても構わない。
【００５６】
また、レーザ１０は、本実施形態のような平面視略円状を描くような走査軌跡に限定されるものでない。以下では、走査軌跡の具体的な形状について説明する。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視楕円状の走査軌跡２１Ｌ〜２３Ｌを描いても構わない。
【００５８】
この場合の走査軌跡２１Ｌ〜２３Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、楕円の長軸および短軸の長さ等を設定すればよい。
【００５９】
図７（ｂ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略多角形状の走査軌跡３１Ｌ〜３３Ｌを描いても構わない。
【００６０】
この場合の走査軌跡３１Ｌ〜３３Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、各辺の長さおよび各内角（隣り合う二辺間の角度）等を設定すればよい。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｂ）においては、一回目から三回目までの照射条件には、それぞれ適宜の走査速度および出力が設定されている。
従って、一回目のレーザ照射にて各ワークＷ・Ｗを溶融させ、二回目のレーザ照射にて溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集め、三回目のレーザ照射にて集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する。
【００６２】
図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略半円状の走査軌跡４１Ｌ〜４６Ｌを描いても構わない。
【００６３】
この場合の走査軌跡４１Ｌ〜４６Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、始端位置および終端位置や溶接半径Ｒ１１〜Ｒ１６等を設定すればよい。また、中心角をさらに設定して、平面視略円弧状の走査軌跡を描いても構わない。
【００６４】
図８においては、一回目および二回目のレーザ１０が、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４１Ｌ・４２Ｌを描き、各ワークＷ・Ｗを溶融させる。
また、三回目および四回目のレーザ１０が、前記走査軌跡４１Ｌ・４２Ｌよりも内側に、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４３Ｌ・４４Ｌを描き、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集める。
そして、五回目および六回目のレーザ１０が、前記走査軌跡４３Ｌ・４４Ｌよりも内側に、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４５Ｌ・４６Ｌを描き、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する。
【００６５】
なお、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために照射するレーザ１０の走査軌跡の形状は、それぞれ異なっていても構わない。つまり、一回目の走査軌跡が平面視略円状であり、二回目の走査軌跡が平面視略楕円状であっても構わない。
これは、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するために照射するレーザ１０も同様である。
【００６６】
このように、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるためのレーザ１０（第一レーザ）は、照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回各ワークＷ・Ｗに照射される。
また、二回以上照射する場合には各レーザ１０の照射条件が同じもしくは異なる照射条件に設定される。
【００６７】
図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略渦巻状の走査軌跡５１Ｌを描いても構わない。つまり、一回のレーザ照射でレーザ溶接を行っても構わない。この場合、レーザ１０を走査中にレーザ１０の照射条件を設定することとなる。
【００６８】
図９（ａ）に示すように、各ワークＷ・Ｗを溶融できるような走査速度Ｖ１１に設定したレーザ１０で、一周目（図９（ａ）の位置Ｐ１から位置Ｐ２まで）を走査する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が設定される。
【００６９】
図９（ｂ）に示すように、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集められるような走査速度Ｖ１２に設定したレーザ１０で、二周目（図９（ｂ）の位置Ｐ２から位置Ｐ３まで）を走査する。
つまり、位置Ｐ２までレーザ１０を走査した時点で、走査速度Ｖ１１を走査速度Ｖ１２に変更し、当該変更したレーザ１０により位置Ｐ３まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が設定される。
【００７０】
このように、二周目を走査するレーザ１０は、走査中にレーザ１０の照射条件が設定されて各ワークＷ・Ｗに照射される第一レーザとして機能する。
【００７１】
図９（ｃ）に示すように、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できるような走査速度Ｖ１３に設定したレーザ１０で、三周目（図９（ｃ）の位置Ｐ３から位置Ｐ４）を走査する。
つまり、位置Ｐ３までレーザ１０を走査した時点で、走査速度Ｖ１２を走査速度Ｖ１３に変更し、当該変更したレーザ１０により位置Ｐ４まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が変更される。
【００７２】
なお、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために、照射前に照射条件が設定されるレーザ１０と、走査中に照射条件が設定されるレーザ１０とを両方とも用いても構わない。
例えば、図３にあるような平面視略円状の走査軌跡を描くようなレーザ１０を照射した後で、図９にあるような平面視略渦巻状の走査軌跡を描くようなレーザ１０を照射しても構わない。
これは、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する場合も同様である。
【００７３】
ただし、レーザ照射を容易に行うという観点から、本実施形態のように、照射前（一回のレーザ照射毎）に、照射条件を設定することが好ましい。
【００７４】
図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、走査軌跡の中心位置をずらしながらレーザ溶接を行っても構わない。
【００７５】
本実施形態の一回目のレーザ１１と略同一の照射条件で一回目のレーザ照射後に、図１０（ａ）に示すように、一回目の走査軌跡６１Ｌの中心位置Ｃよりも右側の中心位置Ｃ１を中心とする平面視略円状の走査軌跡６２Ｌを描くように、二回目のレーザ１０を照射する。
二回目のレーザ１０は、走査軌跡６１Ｌよりも内側を描く走査軌跡６２Ｌとなるように、中心位置Ｃから中心位置Ｃ１への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
二回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は、中心位置Ｃ１に対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００７６】
図１０（ｂ）に示すように、二回目の走査軌跡６２Ｌの中心位置Ｃ１よりも右側の中心位置Ｃ２を中心とする平面視略円状の走査軌跡６３Ｌを描くように、三回目のレーザ１０を照射する。
三回目のレーザ１０は、走査軌跡６２Ｌよりも内側を描く走査軌跡６３Ｌとなるように、中心位置Ｃ１から中心位置Ｃ２への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
三回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は、中心位置Ｃ２に対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００７７】
図１０（ｃ）に示すように、中心位置Ｃ２を中心とした平面視略円状の走査軌跡６４Ｌを描くように、四回目のレーザ１０を照射する。
四回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は攪拌除去される。
【００７８】
このように、各走査軌跡６１Ｌ〜６４Ｌの中心位置Ｃ・Ｃ１・Ｃ２は、必ずしも同じ位置である必要はない。つまり、必ずしも溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集める必要はない。
【００７９】
また、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる範囲であれば、四回目の走査軌跡６４Ｌの中心位置Ｃ２を、三回目の走査軌跡６３Ｌの中心位置Ｃ２からずらしても構わない。
【００８０】
つまり、各ワークＷ・Ｗを溶融させるために照射するレーザ１０の中心位置と、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために照射するレーザ１０の中心位置と、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するための照射するレーザ１０との中心位置とは、互いに異なる位置であっても構わない。
【００８１】
本実施形態のレーザ溶接方法で、一直線上に各ワークＷ・Ｗを溶接する場合には、例えば、図７（ａ）にあるような平面視略楕円状の走査軌跡を描くように複数回レーザ１０を照射する。そして、同様の複数回のレーザ照射を、平面視略楕円状の走査軌跡が隣接するように繰り返し行う。つまり、平面視略楕円状となる溶接部を一直線状に繋げていけばよい。
この場合、繋げられた一直線状の溶接部の全ての部分（溶接部の始端から終端まで）において、溶接欠陥の発生を低減できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０ レーザ
１１ レーザ（溶接形状に沿ったレーザ）
１１Ｌ 走査軌跡（溶接形状）
１２・１３ レーザ（第一レーザ）
１２Ｌ・１３Ｌ 走査軌跡（第一レーザの走査軌跡）
１４・１５ レーザ（第二レーザ）
１４Ｌ・１５Ｌ 走査軌跡（第二レーザの走査軌跡）
Ｗ ワーク（金属板）
Ｗ２ めっき層（表面処理層）
Ｗ３ 溶融部
Ｗ２１ 亜鉛蒸気（気化させた表面処理層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせた複数の金属板にレーザを照射して、各金属板を接合するレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、重ね合わせた複数の金属板にレーザを照射して、各金属板を接合するレーザ溶接が行われている。このようなレーザ溶接を、表面処理が行われた金属板、例えば、亜鉛めっき鋼板に対して行った場合には、鋼板の溶融時にめっき層が気化する。そして、溶融部内に亜鉛蒸気が残ったままの状態で溶融部が凝固し、溶接部内にブローホールが形成される可能性がある。
【０００３】
このような問題を解消するための技術として、特許文献１から特許文献３に開示される技術がある。
特許文献１に開示される技術では、レーザ溶接を行う前に、一つのめっき板材にレーザを照射して、めっきを気化させるとともにめっき板材に凸部を形成する。そして、めっき板材を重ね合わせることでめっき板材間に隙間を形成し、各めっき板材を加圧しながらレーザ溶接を行う。これにより、レーザ溶接中に前記隙間から亜鉛蒸気を除去する。
【０００４】
この場合、レーザ溶接を行う前に、凸部を形成する工程やめっき板材を重ね合わせる作業等を別途行う必要がある。
【０００５】
特許文献２に開示される技術では、めっき鋼板を重ねた状態でレーザを照射して、鋼板を溶融させるとともに亜鉛めっきを気化させ、凝固させて第一溶接部を形成する。そして、前記レーザよりも焦点を後退させたレーザを、第一溶接部に照射して、第一溶接部を再溶融させ、凝固させて第二溶接部を形成する。これにより、第一溶接部にて発生する溶接欠陥（ブローホール等）を除去する。
【０００６】
この場合、一回のレーザ溶接で、実質的に二回のレーザ溶接を行う必要がある。
【０００７】
特許文献３に開示される技術では、めっき鋼板を重ねた状態でレーザを照射し、当該レーザを溶接方向に対して振動させることで、レーザ照射を重複させて、めっき鋼板の凝固を遅らせる。めっき蒸気は、その遅らせた間に溶融部から出て行く。
【０００８】
この場合、図１１に示すように、溶融部Ｗ１０３で気化しためっき層Ｗ１０２・Ｗ１０２（めっき蒸気Ｗ１２１）を除去しても、熱影響部Ｗ１０５で気化しためっき層Ｗ１０２・Ｗ１０２（めっき蒸気Ｗ１２２）が溶融部Ｗ１０３内に残ってしまう。つまり、熱影響部Ｗ１０５で遅れて気化しためっき蒸気Ｗ１２２を溶融部Ｗ１０３にトラップしてしまう可能性がある。
また、溶接方向に一直線状に走査した場合の走査距離と比較して、その走査距離が大きく伸びてしまう。
【０００９】
特許文献１から特許文献３に開示される技術では、亜鉛蒸気（めっき蒸気）を除去するための工程に時間がかかってしまう。これは、亜鉛蒸気の挙動を制御できないことに起因する。従って、レーザ溶接の時間が長くなってしまい、その結果、生産性が低下していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００５−５３７９３７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２３８９号公報
【特許文献３】特開平１０−７１４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、生産性を向上できるレーザ溶接方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１においては、表面処理が行われて表面処理層が形成される金属板を少なくとも一つ含む複数の金属板を重ね合わせ、前記各金属板の溶接形状に沿って走査するレーザを前記各金属板に照射することで、前記各金属板を溶融させるとともに前記表面処理層を気化させて、前記各金属板を接合するレーザ溶接方法であって、前記溶接形状に沿ったレーザ照射後に、前記各金属板の溶融部の範囲内を走査する第一レーザを前記各金属板に照射する第一工程と、前記第一レーザ照射後に、前記第一レーザの走査軌跡の範囲内を走査する第二レーザを前記各金属板に照射する第二工程と、を行うものである。
【００１３】
請求項２においては、前記第一レーザは、照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回前記各金属板に照射され、または、走査中に前記第一レーザの照射条件が設定されて前記各金属板に照射され、前記第一レーザの照射条件は、前記第一レーザの走査速度、走査軌跡、および出力のうち、少なくともいずれか一つである。
【００１４】
請求項３においては、前記第一レーザは、前記溶接形状に沿ったレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、前記第二レーザは、前記第一レーザの走査速度よりも遅い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、ものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、気化させた表面処理層の挙動を制御して攪拌除去することで、短時間で溶接欠陥の発生を低減できるとともに各金属板を接合できるため、生産性を向上できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態のレーザ溶接方法を用いたレーザ溶接を示す斜視図。
【図２】照射条件を示す図。
【図３】図２の照射条件に基づいてレーザ溶接を行う状態を示す説明図。
【図４】亜鉛蒸気を示すワークの断面図。
【図５】亜鉛蒸気を集めた状態を示すワークの断面図。
【図６】亜鉛蒸気を攪拌除去した状態を示すワークの断面図。
【図７】レーザ溶接方法の別実施形態を示すワークの平面図。（ａ）略楕円状の走査軌跡を示す図。（ｂ）略多角形状の走査軌跡を示す図。
【図８】略半円状の走査軌跡を示すワークの平面図。（ａ）ワークを溶融させる状態を示す図。（ｂ）亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図９】略渦巻状の走査軌跡を示すワークの平面図。（ａ）ワークを溶融させる状態を示す図。（ｂ）亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図１０】走査軌跡の中心位置をずらしながらレーザ溶接する状態を示すワークの平面図。（ａ）中心位置をずらして亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｂ）中心位置をさらにずらして亜鉛蒸気を集める状態を示す図。（ｃ）亜鉛蒸気を攪拌除去する状態を示す図。
【図１１】従来レーザ溶接方法において亜鉛蒸気が溶接部内に残る状態を示すワークの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本実施形態のレーザ溶接方法について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、レーザ溶接方法では、隙間なく重ね合わせた複数のワークＷ（図１では二つのワークＷ）に向けてレーザ１０を照射して、各ワークＷ・Ｗを接合する。
【００１９】
本実施形態の各ワークＷ・Ｗの両面には、それぞれ表面処理（めっきや塗装等）が行われ、表面処理層が形成されている。本実施形態の各ワークＷ・Ｗは、それぞれ鋼板Ｗ１に亜鉛が施された亜鉛めっき鋼板とする。この場合、めっき層Ｗ２・Ｗ２が表面処理層となる（図４および図５参照）。
【００２０】
なお、ワークＷは、金属板であればよく、鋼板に限定されるものでない。
また、表面処理層は、ワークＷ（鋼板Ｗ１）溶融時に気化するものであればよく、例えば、アルミのめっき層等であっても構わない。
【００２１】
そして、重ね合わせた各ワークＷ全てに表面処理が行われている必要はなく、例えば、重ね合わせた三枚のワークＷ・Ｗ・Ｗのうち、一つのワークＷの片面のみに表面処理が行われていればよい。つまり、複数のワークＷ・Ｗ・・・のうち少なくとも一つに表面処理が行われていればよい。
【００２２】
レーザ溶接方法にてワークＷに照射されるレーザ１０は、レーザ１０を高速で走査可能な一般的なレーザ溶接装置から照射される。
このようなレーザ溶接装置では、例えば、レーザ発信器から発振されるレーザを、ロボットによる溶接トーチ動作やガルバノスキャナミラー等を制御して、レーザ１０を高速で走査する。
【００２３】
なお、本実施形態において、「走査」とは、レーザ１０を照射しながら、その照射位置を変更することを指す。
【００２４】
レーザ１０は、前記レーザ溶接装置の制御によって、所望の走査速度、走査軌跡、および出力に変更可能である。また、当該変更は、任意のタイミングで（つまり、レーザ照射前やレーザ走査中に）行うことが可能である。
【００２５】
次に、レーザ溶接方法を用いたレーザ溶接について説明する。
【００２６】
図２および図３に示すように、レーザ溶接方法では、ワーク状態（ワークＷの材質や板厚、およびワークＷを重ねる数等）および溶接形状等に応じて、レーザ１０の照射条件が予め設定されている。
本実施形態では、レーザ１０を照射する前に、前記照射条件を設定し（つまり、前記レーザ溶接装置を制御し）、前記照射条件に対応するレーザ１０を合計五回照射する。以下では、説明の便宜上、一回目に照射されるレーザから順に、レーザ１１〜１５と表記する。
【００２７】
ここで、本実施形態において、「照射条件」とは、レーザ１１〜１５の走査速度、走査軌跡、および出力を指す。
なお、以下では、説明の便宜上、レーザ１１〜１５は、それぞれ中心位置Ｃを中心として平面視略円状の走査軌跡１１Ｌ〜１５Ｌを描くものとする。従って、図２における溶接半径Ｒ１〜Ｒ３が、照射条件である走査軌跡に対応する。
【００２８】
まず、レーザ溶接方法では、照射条件を、走査速度Ｖ１（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ１（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、一回目のレーザ１１を照射する。
この場合、一回目のレーザ１１は、中心位置Ｃを中心とした溶接半径Ｒ１の平面視略円状の走査軌跡１１Ｌを描くように、各ワークにＷ・Ｗに照射される（図１に示す中心位置Ｃを通る中心線Ｌ参照）。
【００２９】
一回目の照射条件には、各ワークＷ・Ｗを溶融可能な照射条件（より詳細には、照射速度および出力）が設定されている。また、一回目の走査軌跡１１Ｌには、各ワークＷ・Ｗの溶接形状が設定されている。
従って、一回目のレーザ１１は、各ワークＷ・Ｗの溶接形状に沿って走査するレーザとなる。
【００３０】
このため、一回目のレーザ１１の照射条件は、同じワーク状態および溶接形状で、単にレーザ溶接を行う場合（溶接形状に沿ってレーザを走査して各ワークＷ・Ｗを接合するだけの場合）に設定されるレーザの照射条件と略同一となる。
つまり、一回目のレーザ照射に要する時間（以下、「照射時間」と表記する）Ｔ１は、単にレーザ溶接を行う場合の照射時間と略同程度の長さとなる。
【００３１】
図４に示すように、一回目のレーザ１１により、鋼板Ｗ１を溶融させるとともにめっき層Ｗ２・Ｗ２を気化させ、溶融部Ｗ３内に亜鉛蒸気Ｗ２１・Ｗ２１・・・が飛散する。
【００３２】
図２および図３に示すように、一回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ２（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ１（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、二回目のレーザ１２を照射する。
この場合、二回目のレーザ１２は、一回目の走査軌跡１１Ｌと略同一の走査軌跡１２Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００３３】
走査速度Ｖ２は、一回目の走査速度Ｖ１よりも充分速い速度である。従って、二回目の照射時間Ｔ２は、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００３４】
二回目のレーザ照射後に、二回目の照射条件と同じ照射条件で三回目のレーザ１３を照射する。
この場合、三回目のレーザ１３は、一回目および二回目の走査軌跡１１Ｌ・１２Ｌと略同一の走査軌跡１３Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。また、三回目の照射時間Ｔ３は、二回目の照射時間Ｔ２と略同一の長さとなる。
【００３５】
二回目および三回目のレーザ照射により、図５に示すように、溶融部Ｗ３内に飛散していた亜鉛蒸気Ｗ２１・Ｗ２１・・・は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に集められる（図５に示す中心位置Ｃを通る中心線Ｌ参照）。
より詳細には、亜鉛蒸気Ｗ２１は、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの中心位置Ｃに対応する、溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００３６】
つまり、二回目および三回目の走査速度Ｖ２は、溶融部Ｗ３が飛び散らない程度に走査速度Ｖ１よりも速く、かつ、前記中心位置Ｃに対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に、亜鉛蒸気Ｗ２１を集められる程度の速度が設定される。
【００３７】
また、二回目および三回目のレーザ１２・１３は、その走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌを、走査軌跡１１Ｌの範囲内（つまり、走査軌跡１１Ｌと略同一または走査軌跡１１Ｌよりも内側）に設定することで、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を確実に集められる。
【００３８】
このように、レーザ溶接方法では、各ワークＷ・Ｗ（各金属板）の溶融部Ｗ３の範囲内を走査する二回目および三回目のレーザ１２・１３（第一レーザ）を照射する第一工程を行う。
また、二回目および三回目のレーザ１２・１３は、一回目の走査速度Ｖ１よりも速い走査速度Ｖ２が設定される。
【００３９】
なお、二回目および三回目の照射条件は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４（前記中心位置Ｃに対応する溶融部Ｗ３の内側の部分）に亜鉛蒸気Ｗ２１を集めることができればよく、二回目と三回目とで必ずしも互いに同一である必要はない。
【００４０】
また、二回目および三回目の走査速度Ｖ２は、それぞれ溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集めることができれば、必ずしも一回目の走査速度Ｖ１よりも速い速度である必要はない。ただし、レーザ溶接を短時間で行う、および溶融部Ｗ３が飛び散ることを防止するという観点から、走査速度Ｖ１よりも速い速度であることが好ましい。
【００４１】
図２および図３に示すように、三回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ３（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ２（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）に設定して、四回目のレーザ１４を照射する。
溶接半径Ｒ２は、溶接半径Ｒ１よりも小さい値である。従って、四回目のレーザ１４は、一回目から三回目の走査軌跡１１Ｌ〜１３Ｌよりも内側に位置する平面視略円状の走査軌跡１４Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００４２】
また、走査速度Ｖ３は、一回目の走査速度Ｖ１よりも充分速い速度であり、かつ二回目および三回目の走査速度Ｖ２よりもやや遅い速度である。
【００４３】
つまり、四回目のレーザ１４は、二回目および三回目のレーザ１２・１３よりも、遅い速度で短い距離を走査することとなる。
従って、四回目の照射時間Ｔ４は、二回目および三回目の照射時間Ｔ２・Ｔ３に近い時間となる。このため、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００４４】
四回目のレーザ照射後に、照射条件を、走査速度Ｖ３（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接半径Ｒ３（ｍｍ）、および出力Ｎ１（ｋＷ）変更して、五回目のレーザ１５を照射する。
溶接半径Ｒ３は、溶接半径Ｒ２よりも小さい値である。従って、五回目のレーザ１５は、四回目の走査軌跡１４Ｌの内側に位置する平面視略円状の走査軌跡１５Ｌを描くように、各ワークＷ・Ｗに照射される。
【００４５】
つまり、五回目のレーザ１５は、四回目のレーザ１４よりも短い距離を走査することとなる。従って、五回目の照射時間Ｔ５は、四回目の照射時間Ｔ４よりも短い時間となるため、一回目の照射時間Ｔ１よりも充分短い時間となる。
【００４６】
四回目および五回目のレーザ１４・１５は、それぞれ走査中に、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１が排出可能なキーホールを溶融池（溶融部Ｗ３）に生成する。
これにより、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１は、前記キーホールよりまとめて排出される。従って、各レーザ１４・１５によって亜鉛蒸気Ｗ２１が攪拌除去されて、五回目のレーザ照射後の溶融部Ｗ３には、亜鉛蒸気Ｗ２１が存在しない状態となる（図６参照）。
【００４７】
つまり、四回目および五回目の走査速度Ｖ３は、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる程度の速度が設定される。
【００４８】
また、走査軌跡１４Ｌ・１５Ｌは、走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内（つまり、走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌと略同一または走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌよりも内側）に設定することで、亜鉛蒸気Ｗ２１を排出可能なキーホールを確実に生成できる。つまり、確実に亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる。
【００４９】
このように、レーザ溶接方法では、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌの範囲内を走査する四回目および五回目のレーザ１４・１５（第二レーザ）を照射する第二工程を行う。
また、四回目および五回目のレーザ１４・１５は、二回目および三回目のレーザ１２・１３の走査速度Ｖ２よりも遅い走査速度Ｖ３が設定されるとともに、二回目および三回目の走査軌跡１２Ｌ・１３Ｌよりも内側を走査するような走査軌跡１４Ｌ・１５Ｌが設定される。
【００５０】
なお、四回目および五回目の走査速度Ｖ３および出力Ｎ１は、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できればよく、四回目と五回目とで必ずしも互いに同一である必要はない。
また、四回目および五回目の走査速度Ｖ３は、それぞれ亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できれば、必ずしも二回目および三回目の走査速度Ｖ２よりも遅い速度である必要はない。ただし、確実に亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するという観点から、走査速度Ｖ２よりも遅い速度であることが好ましい。
【００５１】
このようなレーザ溶接方法によれば、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に集めるように、亜鉛蒸気Ｗ２１の挙動を制御して、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１をまとめて攪拌除去できる。
従って、レーザ溶接時に、溶融部Ｗ３内に亜鉛蒸気Ｗ２１が滞留することによる溶接欠陥（例えば、ブローホール等）の発生を低減できる。このため、レーザ溶接で接合した各ワークＷ・Ｗの強度（例えば、引っ張り強度等）を向上できる。
【００５２】
レーザ溶接方法では、単にレーザ溶接を行う場合と比較して、二回目から五回目までの照射時間Ｔ２〜Ｔ５の和だけ長い時間を要するが、当該照射時間Ｔ２〜Ｔ５は、それぞれ照射時間Ｔ１よりも充分短く、レーザ溶接時間に与える影響度合いは小さいものである。
従って、短時間で亜鉛蒸気Ｗ２１による溶接欠陥の発生を低減できるとともに各ワークＷ・Ｗを接合できるため、生産性を向上できる。
【００５３】
レーザ溶接方法では、二回目から五回目までのレーザ照射で、亜鉛蒸気Ｗ２１をまとめて攪拌除去する。従って、亜鉛蒸気Ｗ２１を除去するために別途装置を用いる必要がなくなり、低コストなレーザ溶接を行うことができる。
【００５４】
また、二回目から五回目までの照射条件（特に、走査軌跡１２Ｌ〜１５Ｌ）を変更した場合、各ワークＷ・Ｗの溶接部に走査軌跡１２Ｌ〜１５Ｌが残る（図３の五回目の照射参照）。
従って、溶接部の外観状態を確認するだけで、どのような走査軌跡にて溶接を行ったかを把握することができ、第三者による不正行為（第三者が本実施例と同様の溶接方法にて溶接を行ったこと）を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
【００５５】
なお、ワーク状態および溶接形状等に応じて、照射条件に、集光径（ワークＷ表面に当たった部分のレーザ１０の半径）を加えても構わない。
【００５６】
また、レーザ１０は、本実施形態のような平面視略円状を描くような走査軌跡に限定されるものでない。以下では、走査軌跡の具体的な形状について説明する。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視楕円状の走査軌跡２１Ｌ〜２３Ｌを描いても構わない。
【００５８】
この場合の走査軌跡２１Ｌ〜２３Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、楕円の長軸および短軸の長さ等を設定すればよい。
【００５９】
図７（ｂ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略多角形状の走査軌跡３１Ｌ〜３３Ｌを描いても構わない。
【００６０】
この場合の走査軌跡３１Ｌ〜３３Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、各辺の長さおよび各内角（隣り合う二辺間の角度）等を設定すればよい。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｂ）においては、一回目から三回目までの照射条件には、それぞれ適宜の走査速度および出力が設定されている。
従って、一回目のレーザ照射にて各ワークＷ・Ｗを溶融させ、二回目のレーザ照射にて溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集め、三回目のレーザ照射にて集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する。
【００６２】
図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略半円状の走査軌跡４１Ｌ〜４６Ｌを描いても構わない。
【００６３】
この場合の走査軌跡４１Ｌ〜４６Ｌを設定するための具体的な設定値としては、例えば、始端位置および終端位置や溶接半径Ｒ１１〜Ｒ１６等を設定すればよい。また、中心角をさらに設定して、平面視略円弧状の走査軌跡を描いても構わない。
【００６４】
図８においては、一回目および二回目のレーザ１０が、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４１Ｌ・４２Ｌを描き、各ワークＷ・Ｗを溶融させる。
また、三回目および四回目のレーザ１０が、前記走査軌跡４１Ｌ・４２Ｌよりも内側に、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４３Ｌ・４４Ｌを描き、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集める。
そして、五回目および六回目のレーザ１０が、前記走査軌跡４３Ｌ・４４Ｌよりも内側に、中心位置Ｃを基準として互いに位相が反対の走査軌跡４５Ｌ・４６Ｌを描き、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する。
【００６５】
なお、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために照射するレーザ１０の走査軌跡の形状は、それぞれ異なっていても構わない。つまり、一回目の走査軌跡が平面視略円状であり、二回目の走査軌跡が平面視略楕円状であっても構わない。
これは、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するために照射するレーザ１０も同様である。
【００６６】
このように、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるためのレーザ１０（第一レーザ）は、照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回各ワークＷ・Ｗに照射される。
また、二回以上照射する場合には各レーザ１０の照射条件が同じもしくは異なる照射条件に設定される。
【００６７】
図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、レーザ１０は、中心位置Ｃを中心とした平面視略渦巻状の走査軌跡５１Ｌを描いても構わない。つまり、一回のレーザ照射でレーザ溶接を行っても構わない。この場合、レーザ１０を走査中にレーザ１０の照射条件を設定することとなる。
【００６８】
図９（ａ）に示すように、各ワークＷ・Ｗを溶融できるような走査速度Ｖ１１に設定したレーザ１０で、一周目（図９（ａ）の位置Ｐ１から位置Ｐ２まで）を走査する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が設定される。
【００６９】
図９（ｂ）に示すように、溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集められるような走査速度Ｖ１２に設定したレーザ１０で、二周目（図９（ｂ）の位置Ｐ２から位置Ｐ３まで）を走査する。
つまり、位置Ｐ２までレーザ１０を走査した時点で、走査速度Ｖ１１を走査速度Ｖ１２に変更し、当該変更したレーザ１０により位置Ｐ３まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が設定される。
【００７０】
このように、二周目を走査するレーザ１０は、走査中にレーザ１０の照射条件が設定されて各ワークＷ・Ｗに照射される第一レーザとして機能する。
【００７１】
図９（ｃ）に示すように、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できるような走査速度Ｖ１３に設定したレーザ１０で、三周目（図９（ｃ）の位置Ｐ３から位置Ｐ４）を走査する。
つまり、位置Ｐ３までレーザ１０を走査した時点で、走査速度Ｖ１２を走査速度Ｖ１３に変更し、当該変更したレーザ１０により位置Ｐ４まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径（照射条件）が変更される。
【００７２】
なお、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために、照射前に照射条件が設定されるレーザ１０と、走査中に照射条件が設定されるレーザ１０とを両方とも用いても構わない。
例えば、図３にあるような平面視略円状の走査軌跡を描くようなレーザ１０を照射した後で、図９にあるような平面視略渦巻状の走査軌跡を描くようなレーザ１０を照射しても構わない。
これは、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去する場合も同様である。
【００７３】
ただし、レーザ照射を容易に行うという観点から、本実施形態のように、照射前（一回のレーザ照射毎）に、照射条件を設定することが好ましい。
【００７４】
図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、走査軌跡の中心位置をずらしながらレーザ溶接を行っても構わない。
【００７５】
本実施形態の一回目のレーザ１１と略同一の照射条件で一回目のレーザ照射後に、図１０（ａ）に示すように、一回目の走査軌跡６１Ｌの中心位置Ｃよりも右側の中心位置Ｃ１を中心とする平面視略円状の走査軌跡６２Ｌを描くように、二回目のレーザ１０を照射する。
二回目のレーザ１０は、走査軌跡６１Ｌよりも内側を描く走査軌跡６２Ｌとなるように、中心位置Ｃから中心位置Ｃ１への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
二回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は、中心位置Ｃ１に対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００７６】
図１０（ｂ）に示すように、二回目の走査軌跡６２Ｌの中心位置Ｃ１よりも右側の中心位置Ｃ２を中心とする平面視略円状の走査軌跡６３Ｌを描くように、三回目のレーザ１０を照射する。
三回目のレーザ１０は、走査軌跡６２Ｌよりも内側を描く走査軌跡６３Ｌとなるように、中心位置Ｃ１から中心位置Ｃ２への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
三回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は、中心位置Ｃ２に対応する溶融部Ｗ３の内側の部分に集められる。
【００７７】
図１０（ｃ）に示すように、中心位置Ｃ２を中心とした平面視略円状の走査軌跡６４Ｌを描くように、四回目のレーザ１０を照射する。
四回目のレーザ１０により、亜鉛蒸気Ｗ２１は攪拌除去される。
【００７８】
このように、各走査軌跡６１Ｌ〜６４Ｌの中心位置Ｃ・Ｃ１・Ｃ２は、必ずしも同じ位置である必要はない。つまり、必ずしも溶融部Ｗ３の中心部Ｗ４に亜鉛蒸気Ｗ２１を集める必要はない。
【００７９】
また、集めた亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去できる範囲であれば、四回目の走査軌跡６４Ｌの中心位置Ｃ２を、三回目の走査軌跡６３Ｌの中心位置Ｃ２からずらしても構わない。
【００８０】
つまり、各ワークＷ・Ｗを溶融させるために照射するレーザ１０の中心位置と、亜鉛蒸気Ｗ２１を集めるために照射するレーザ１０の中心位置と、亜鉛蒸気Ｗ２１を攪拌除去するための照射するレーザ１０との中心位置とは、互いに異なる位置であっても構わない。
【００８１】
本実施形態のレーザ溶接方法で、一直線上に各ワークＷ・Ｗを溶接する場合には、例えば、図７（ａ）にあるような平面視略楕円状の走査軌跡を描くように複数回レーザ１０を照射する。そして、同様の複数回のレーザ照射を、平面視略楕円状の走査軌跡が隣接するように繰り返し行う。つまり、平面視略楕円状となる溶接部を一直線状に繋げていけばよい。
この場合、繋げられた一直線状の溶接部の全ての部分（溶接部の始端から終端まで）において、溶接欠陥の発生を低減できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０ レーザ
１１ レーザ（溶接形状に沿ったレーザ）
１１Ｌ 走査軌跡（溶接形状）
１２・１３ レーザ（第一レーザ）
１２Ｌ・１３Ｌ 走査軌跡（第一レーザの走査軌跡）
１４・１５ レーザ（第二レーザ）
１４Ｌ・１５Ｌ 走査軌跡（第二レーザの走査軌跡）
Ｗ ワーク（金属板）
Ｗ２ めっき層（表面処理層）
Ｗ３ 溶融部
Ｗ２１ 亜鉛蒸気（気化させた表面処理層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理が行われて表面処理層が形成される金属板を少なくとも一つ含む複数の金属板を重ね合わせ、前記各金属板の溶接形状に沿って走査するレーザを前記各金属板に照射することで、前記各金属板を溶融させるとともに前記表面処理層を気化させて、前記各金属板を接合するレーザ溶接方法であって、
前記溶接形状に沿ったレーザ照射後に、前記各金属板の溶融部の範囲内を走査する第一レーザを前記各金属板に照射する第一工程と、
前記第一レーザ照射後に、前記第一レーザの走査軌跡の範囲内を走査する第二レーザを前記各金属板に照射する第二工程と、
を行う、
レーザ溶接方法。
【請求項２】
前記第一レーザは、
照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回前記各金属板に照射され、
または、
走査中に前記第一レーザの照射条件が設定されて前記各金属板に照射され、
前記第一レーザの照射条件は、
前記第一レーザの走査速度、走査軌跡、および出力のうち、少なくともいずれか一つである、
請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記第一レーザは、
前記溶接形状に沿ったレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、
前記第二レーザは、
前記第一レーザの走査速度よりも遅い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、
請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１】
表面処理が行われて表面処理層が形成される金属板を少なくとも一つ含む複数の金属板を重ね合わせ、前記各金属板の溶接形状に沿って走査するレーザを前記各金属板に照射することで、前記各金属板を溶融させるとともに前記表面処理層を気化させて、前記各金属板を接合するレーザ溶接方法であって、
前記溶接形状に沿ったレーザ照射後に、前記各金属板の溶融部の範囲内を走査する第一レーザを前記各金属板に照射する第一工程と、
前記第一レーザ照射後に、前記第一レーザの走査軌跡の範囲内を走査する第二レーザを前記各金属板に照射する第二工程と、
を行う、
レーザ溶接方法。
【請求項２】
前記第一レーザは、
照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回前記各金属板に照射され、
または、
走査中に前記第一レーザの照射条件が設定されて前記各金属板に照射され、
前記第一レーザの照射条件は、
前記第一レーザの走査速度、走査軌跡、および出力のうち、少なくともいずれか一つである、
請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記第一レーザは、
前記溶接形状に沿ったレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、
前記第二レーザは、
前記第一レーザの走査速度よりも遅い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、
請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１５８７６（Ｐ２０１２−１１５８７６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８６１８（Ｐ２０１０−２６８６１８）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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