JP2015167999A - レーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローホールの発生を抑制して良好な溶接部を得ることが可能なレーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置を提供する。
【解決手段】複数の金属部材のうち少なくとも１つの金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって母材が被覆されたメッキ鋼板から形成されている。前処理工程において、第１と第２の金属部材２１、２２（複数の金属部材）同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持して、第１の金属部材（一の金属部材）の表面２１ａ（一の側面）にレーザー光５１を照射して反対側の裏面２１ｂ（他の側面）からスパッタ２３を生成させ、生成したスパッタを第１の金属部材と第２の金属部材(他の金属部材)との間の空間内に保持させる。本溶接工程において、スパッタを生成した第１の金属部材を、スパッタを介在させて、第２の金属部材と重ね合わせた状態にし、重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の金属部材同士を本溶接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置に関する。

自動車の車体や構造体を組み立てるときには、通常、鋼板を所望の形状にプレス成形した金属部材を形成し、その後、複数の金属部材の一部を重ね合わせた部分にレーザー光を照射して溶接接合している（特許文献１参照。）。自動車用の金属部材には、母材よりも融点の低い被覆材によって母材が被覆されたメッキ鋼板から形成したものがある。メッキ鋼板として、例えば、耐食性に優れた亜鉛を主成分とする被覆材によって母材が被覆された亜鉛メッキ鋼板がある。

特許文献１に記載された技術にあっては、本溶接工程におけるレーザー光の照射範囲の外周部に本溶接工程よりも照射深さが浅いレーザー光を照射する補熱工程を設けている。これにより、溶接部における金属溶融量を増加させてレーザー溶接による溶接不良の発生を抑制している。

特開２０１１−１７３１４６号公報

亜鉛メッキ鋼板などのメッキ鋼板から形成した金属部材を溶接する場合において、金属部材同士の間に隙間が殆ど無いときには、レーザー光の照射によって発生した亜鉛ガスなどの被覆材蒸気が抜け難くなる。このため、ブローホールが発生して良好な溶接部を得ることが困難になる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ブローホールの発生を抑制して良好な溶接部を得ることが可能なレーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接方法は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接方法であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、前処理工程と、本溶接工程とを有する。前処理工程において、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持して、一の前記金属部材の一の側面にレーザー光を照射して反対側の他の側面からスパッタを生成させ、生成した前記スパッタを一の前記金属部材と他の前記金属部材との間の前記空間内に保持させる。本溶接工程において、前記スパッタを生成した一の前記金属部材を、前記スパッタを介在させて、他の前記金属部材と重ね合わせた状態にし、複数の前記金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を本溶接する。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接装置は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接装置であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成される。レーザー溶接装置は、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在な治具部と、レーザー光を照射するレーザー照射部と、前記治具部および前記レーザー照射部の作動を制御する制御部と、を有している。前記制御部は、まず、前記治具部を前記第１位置に移動させ、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持するように制御する。制御部は、一の前記金属部材の一の側面にレーザー光を照射して反対側の他の側面からスパッタを生成させ、生成した前記スパッタを一の前記金属部材と他の前記金属部材との間の前記空間内に保持させるように制御する。そして、制御部は、前記治具部を前記第１位置から前記第２位置に移動させ、前記スパッタを介在させて複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にし、前記レーザー照射部から前記レーザー光を照射して本溶接するように制御する。

本発明のレーザー溶接方法によれば、本溶接工程において、重ね合わせた金属部材同士の間には、スパッタが挟まることによって隙間を確保できる。この隙間を通って、本溶接時のレーザー光の照射によって発生する被覆材蒸気が逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。また、前処理工程においては、複数の金属部材同士の間に空間を開けているので、スパッタを確実に生成することができる。したがって、本溶接工程においては、複数の金属部材同士をすでに組み合わせている前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させることから、スパッタを生成した後、複数の金属部材同士を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

本発明のレーザー溶接装置によれば、重ね合わせた金属部材同士の間には、スパッタが挟まることによって隙間を確保できる。この隙間を通って、本溶接時のレーザー光の照射によって発生する被覆材蒸気が逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。治具部は、第１位置では、金属部材同士の間に空間を開けているので、スパッタを確実に発生させることができる。治具部が第１位置から第２位置に移動することによって、スパッタを発生させた後、第１と第２の金属部材を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本実施形態に係るレーザー溶接装置を示す概略構成図であり、図１（Ａ）（Ｂ）は前処理工程の状態を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のスパッタを含む部分拡大図を示し、図１（Ｃ）は本溶接工程の状態を示している。 図２は、レーザー溶接方法の手順を説明する模式図であり、図２（Ａ１）（Ａ２）は、前処理工程の様子を示す斜視図および図２（Ａ１）のＡ２−Ａ２線に沿う断面図、図２（Ｂ１）（Ｂ２）は、本溶接工程の様子を示す平面図および図２（Ｂ１）のＢ２−Ｂ２線に沿う断面図である。図２（Ｃ１）（Ｃ２）は、本溶接工程の他の様子を示す平面図および図２（Ｃ１）のＣ２−Ｃ２線に沿う断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程におけるレーザー光の走査の軌跡の形状の例を示す斜視図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、傾斜しているレーザー溶接装置における前処理工程の様子を示す図である。 図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、レーザー溶接装置が溶接する複数の金属部材の改変例を示す概略構成図であり、図５（Ａ）（Ｂ）は前処理工程時の状態を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のスパッタを含む部分拡大図を示し、図５（Ｃ）は本溶接工程時の状態を示している。 図６（Ａ）（Ｂ）は、傾斜しているレーザー溶接装置における複数の金属部材の改変例の溶接時の様子を示す図である。 図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、機械的な機構を備える治具部の改変例を示す図である。 図８（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部の他の改変例を示す図である。 図９（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部のさらに他の改変例を示す図である。 図１０（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部を示す図である。 図１１（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部の改変例を示す図である。 図１２（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部を示す図である。 図１３（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部の改変例を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本実施形態に係るレーザー溶接装置１０を示す概略構成図であり、図１（Ａ）（Ｂ）は前処理工程の状態を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のスパッタを含む部分拡大図を示し、図１（Ｃ）は本溶接工程の状態を示している。

図１を参照して、レーザー溶接装置１０は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して複数の金属部材同士を溶接して溶接部材１００を製造する。複数の金属部材のうち少なくとも１つの金属部材は、母材よりも融点の低い被覆材によって母材が被覆されたメッキ鋼板から形成されている。メッキ鋼板は、自動車用の金属部材において多用されている、例えば、耐食性に優れた亜鉛を主成分とする被覆材によって母材が被覆された亜鉛メッキ鋼板を例示できる。

レーザー溶接装置１０は、概説すれば、第１と第２の金属部材２１、２２（複数の金属部材に相当する）同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置（図１（Ａ））と、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置（図１（Ｂ））とに移動自在な治具部４０と、レーザー光５１を照射するレーザー照射部５０と、治具部４０およびレーザー照射部５０の作動を制御する制御部６０と、を有している。制御部６０は、治具部４０を第１位置に移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持するように制御する。次いで、制御部６０は、第１の金属部材２１（一の金属部材に相当する）の表面２１ａ（一の側面に相当する）にレーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して裏面２１ｂ（反対側の他の側面に相当する）からスパッタ２３を生成させ、生成したスパッタ２３を第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間の空間３０内に保持させるように制御する（図１（Ａ）（Ｂ））。次いで、制御部６０は、治具部４０を第１位置から第２位置に移動させ、スパッタ２３を介在させて第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態になるように制御する。次いで、制御部６０は、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して本溶接するように制御する（図１（Ｃ））。以下、詳述する。

図１は、上下に配置された２枚の第１と第２の金属部材２１、２２を溶接する部位を示している。下方側の第２の金属部材２２は図示しない溶接ダイの上に載置されている。

治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入自在な爪部材４１と、爪部材４１を第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に対して進退移動する駆動部材４２とを有している。爪部材４１は、挿入側の端面をテーパ形状に形成している。駆動部材４２は、エアシリンダーなどから構成する。図１（Ａ）に示すように、駆動部材４２によって爪部材４１を前進移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入する。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する。図１（Ｃ）に示すように、駆動部材４２によって爪部材４１を後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜く。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する。

第１の金属部材２１の上方にレーザー照射部５０が配置されている。レーザー照射部５０は、公知のレーザー照射装置から構成する。レーザー照射部５０は、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射する。レーザー照射部５０は、揺動自在なミラーを備え、直線形状、曲線形状、円形状、あるいは円弧形状などの任意の軌跡に沿ってレーザー光５１を走査することができる。走査することなく点状にもレーザー光５１を照射することができる。レーザー照射部５０は、レーザー出力、走査速度、およびスポット径の拡大縮小など、溶接対象物への入熱量の調整も自由にできる。

レーザー溶接装置１０は、複数（図示例では２個）のクランプ部材７０を、第１と第２の金属部材２１、２２の面方向に離間して配置している。クランプ部材７０は、本溶接時に第１と第２の金属部材２１、２２をクランプする。クランプ部材７０は、適宜の構成を採用できる。図示例のクランプ部材７０は、第１の金属部材２１の上方に配置された上方押え部７１と、第２の金属部材２２の下方に配置された下方押え部７２とを有している。２つの上方押え部７１は上方クランプアーム７３に取り付けられ、２つの下方押え部７２は下方クランプアーム７４に取り付けられている。上方押え部７１および上方クランプアーム７３は、レーザー光５１の走査範囲の外側に配置されている。上方クランプアーム７３および下方クランプアーム７４は、図示しない例えば油圧シリンダーなどの流体圧シリンダーによって駆動される。流体圧シリンダーによって、上方クランプアーム７３を第１の金属部材２１に向けて移動し、下方クランプアーム７４を第２の金属部材２２に向けて移動する。上方押え部７１および下方押え部７２は第１と第２の金属部材２１、２２を挟持してクランプする。

図２は、レーザー溶接方法の手順を説明する模式図であり、図２（Ａ１）（Ａ２）は、前処理工程の様子を示す斜視図および図２（Ａ１）のＡ２−Ａ２線に沿う断面図、図２（Ｂ１）（Ｂ２）は、本溶接工程の様子を示す平面図および図２（Ｂ１）のＢ２−Ｂ２線に沿う断面図である。図２（Ｃ１）（Ｃ２）は、本溶接工程の他の様子を示す平面図および図２（Ｃ１）のＣ２−Ｃ２線に沿う断面図である。

まず、図２（Ａ１）（Ａ２）に示すように、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射して溶融させて溶融部２１ｃを形成し、裏面２１ｂからスパッタ２３を生成させる。次に、生成したスパッタ２３を第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間の空間３０内に保持させる（前処理工程）。生成したスパッタ２３の寸法ｄは、ブローホールの発生を抑制する目的に合致する範囲において適宜選択できるが、例えば、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍである。

次いで、図２（Ｂ１）（Ｂ２）または図２（Ｃ１）（Ｃ２）に示すように、スパッタ２３を生成した第１の金属部材２１を、スパッタ２３を介在させて、第２の金属部材２２と重ね合わせた状態にする。そして、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して第１と第２の金属部材２１、２２同士を本溶接する（本溶接工程）。

本溶接工程において、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、スパッタ２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、本溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する被覆材蒸気である亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

このようなレーザー溶接技術は、亜鉛メッキ鋼板が多用されている自動車用の金属部材を溶接接合する場合に適したものとなる。

前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持して、スパッタ２３を生成する（図１（Ａ）、図２（Ａ１）（Ａ２））。そして、本溶接工程において、第１と第２の金属部材２１、２２を前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させて、本溶接することが好ましい（図１（Ｂ）、図２（Ｂ１）（Ｂ２）または図２（Ｃ１）（Ｃ２））。前処理工程において第１と第２の金属部材２１、２２同士の空間３０は、第１の金属部材２１から生成したスパッタ２３が第２の金属部材２２に接合されない寸法、および本溶接時に移動される寸法を考慮して適宜決定することができる。空間３０の寸法例として、０．５ｍｍ〜５ｍｍを挙げることができる。なお、空間３０の寸法を調整することで、スパッタ２３の生成を調整することができる。

前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、スパッタ２３を確実に生成することができる。本溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２をすでに組み合わせている前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させることから、スパッタ２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

前処理工程において、スパッタ２３を保持させる位置は、第１と第２の金属部材２１、２２同士をクランプする位置よりも本溶接工程においてレーザー光５１を照射する位置に近い側であることが好ましい。

スパッタ２３を保持させる位置を上記位置にすることにより、本溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間寸法は、スパッタ２３の大きさに規制することができるからである。

前処理工程において、電磁的な力（電磁部材８０の電磁力）によってスパッタ２３を吸引することによって、空間３０内に保持させることが好ましい。

電磁部材８０は、例えば電磁石であり、電流を流すと磁力が発生する。電磁部材８０は、図１（Ａ）などに示すように、例えば第２の金属部材２２の裏面２２ｂに着脱可能に設けられる。前処理工程において、電磁部材８０に電流を流して磁力が発生すると、レーザー光５１の照射により第１の金属部材２１から発生したスパッタ２３は、当該電磁力により第２の金属部材２２の表面２２ａに保持される。このため、スパッタ２３は、生成時に第１と第２の金属部材２１、２２の間の空間３０から飛び出ることなく、空間３０内で保持することができる。したがって、重ね合わせた金属部材同士の間には、確実にスパッタが挟まることによって隙間を確保でき、その結果、良好な溶接部を得ることができる。なお、電磁部材８０は、本溶接工程時には、通電を停止して第２の金属部材２２の裏面２２ｂから退避している。

前処理工程において、機械的な機構によって、向かい合った第１と第２の金属部材２１、２２の第１の金属部材２１を第２の金属部材２２に対して離間させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて向かい合わせることが好ましい。

第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を確実に開けて、スパッタ２３を生成させることができるからである。

本溶接工程において、第１と第２の金属部材２１、２２を前処理工程における状態からスパッタ２３を介在させて重ね合わせた状態に移行させて、打点ごとにクランプすることが好ましい。

本溶接の打点ごとにクランプすることによって、本溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間を、打点ごとに確保あるいは矯正できるからである。

本溶接工程において、レーザー光５１を照射する位置は、スパッタ２３を生成させたレーザー光５１の照射位置を囲む位置であることが好ましい（図２（Ｂ１）（Ｂ２））。

本溶接のときにレーザー光５１を照射する位置とスパッタ２３との間の距離がほぼ等しく、レーザー光５１を照射する位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、より良好な溶接部を得ることができるからである。

ただし、本発明は、本溶接工程におけるレーザー光５１の軌跡を限定するものではない。図２（Ｃ１）（Ｃ２）に示したように、直線状であっても支障なく適用することができる。

図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程におけるレーザー光の走査の軌跡の形状の例を示す斜視図である。

前処理工程において、スパッタ２３を生成するために、第１の金属部材２１に対するレーザー光５１の走査は、直線形状または曲線形状を含む形状、あるいは点形状の軌跡に沿ってレーザー光５１を照射してスパッタ２３を生成させる。具体的には、直線形状（図３（Ａ））、曲線形状を含む円弧形状（図３（Ｂ））、曲線形状を含む円形状、点形状（図３（Ｃ））など適宜の形状を選択することができる。

これによって、本溶接のスペースに適した形状のスパッタ２３を生成することができる。

図４（Ａ）（Ｂ）は、傾斜しているレーザー溶接装置１０における前処理工程の様子を示す図である。

前処理工程において、水平面から傾斜した第１の金属部材２１にレーザー光５１を照射させることができる。

図４に示すように、レーザー溶接装置１０が傾いた状態で第１の金属部材２１にレーザー光５１を照射してスパッタ２３を生成した場合でも、生成したスパッタ２３は、電磁部材８０からの電磁力により第２の金属部材２２の表面２２ａに保持することができる。このため、第１と第２の金属部材２１、２２が水平面から傾斜していても、発生したスパッタ２３が第１と第２の金属部材２１、２２から滑り落ちることがない。したがって、レーザー溶接装置１０を傾けて使用する場合においても、本溶接のときに安定した隙間を確保することができる。

上述した実施形態に係るレーザー溶接方法により以下の作用効果を奏する。

本実施形態のレーザー溶接方法は、前処理工程と、本溶接工程と、を有し、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持して、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射して裏面２１ｂからスパッタ２３を生成させ、生成したスパッタ２３を第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間の空間３０内に保持させる。次いで、本溶接工程においては、スパッタ３４を生成した第１の金属部材２１を、スパッタ２３を介在させて、第２の金属部材２２と重ね合わせた状態にし、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して第１と第２の金属部材２１、２２同士を本溶接する。

かかる方法によれば、本溶接工程において、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、スパッタ２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、本溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。また、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、スパッタ２３を確実に生成することができる。したがって、本溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士をすでに組み合わせている前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させることから、スパッタ２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２同士を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

さらに、本レーザー溶接方法は、本溶接工程において、第１と第２の金属部材２１、２２を前処理工程における状態からスパッタ２３を介在させて重ね合わせた状態に移行させて、打点ごとにクランプすることが好ましい。

かかる方法によれば、本溶接の打点ごとにクランプすることによって、本溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間を、打点ごとに確保あるいは矯正できる。

さらに、本レーザー溶接方法は、前処理工程において、スパッタ２３を保持させる位置は、第１と第２の金属部材２１、２２同士をクランプする位置よりも本溶接工程においてレーザー光５１を照射する位置に近い側であることが好ましい。

かかる方法によれば、スパッタ２３を保持させる位置を上記位置にすることにより、本溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間寸法は、スパッタ２３の大きさに規制することができる。

さらに、本レーザー溶接方法は、本溶接工程において、レーザー光５１を照射する位置は、スパッタ２３を生成させたレーザー光５１の照射位置を囲む位置であることが好ましい。

かかる方法によれば、本溶接のときにレーザー光５１を照射する位置とスパッタ２３との間の距離がほぼ等しく、レーザー光５１を照射する位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、より良好な溶接部を得ることができる。

さらに、本レーザー溶接方法は、前処理工程において、電磁的な力（電磁部材８０の電磁力）によってスパッタ２３を吸引することによって、空間３０内に保持させることが好ましい。

かかる方法によれば、電磁部材８０の電磁力によって、スパッタ２３は、生成時に第１と第２の金属部材２１、２２の間の空間３０から飛び出ることなく、空間３０内で保持することができる。したがって、重ね合わせた金属部材同士の間には、確実にスパッタが挟まることによって隙間を確保でき、その結果、良好な溶接部を得ることができる。

さらに、本レーザー溶接方法は、前処理工程において、水平面から傾斜した第１の金属部材２１にレーザー光５１を照射させることができる。

かかる方法によれば、レーザー溶接装置１０が傾いた状態で第１の金属部材２１にレーザー光５１を照射してスパッタ２３を生成した場合でも、生成したスパッタ２３は、電磁部材８０からの電磁力により第２の金属部材２２の表面２２ａに保持することができる。このため、第１と第２の金属部材２１、２２が水平面から傾斜していても、発生したスパッタ２３が第１と第２の金属部材２１、２２から滑り落ちることがない。したがって、レーザー溶接装置１０を傾けて使用する場合においても、本溶接のときに安定した隙間を確保することができる。

さらに、本レーザー溶接方法は、前処理工程において、機械的な機構によって、向かい合った第１と第２の金属部材２１、２２の第１の金属部材２１を第２の金属部材２２に対して離間させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて向かい合わせることが好ましい。

かかる方法によれば、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を確実に開けて、スパッタ２３を生成させることができるからである。

さらに、本レーザー溶接方法は、メッキ鋼板が亜鉛メッキ鋼板である。亜鉛メッキ鋼板を適用して、ブローホールの発生を抑制した良好な溶接部を得ることができる。

上述した実施形態に係るレーザー溶接装置１０により以下の作用効果を奏する。

本実施形態のレーザー溶接装置１０は、治具部４０と、レーザー照射部５０と、制御部６０と、を有し、制御部６０は、治具部４０を第１位置に移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持するように制御する。次いで、制御部６０は、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射して裏面２１ｂからスパッタ２３を生成させ、生成したスパッタ２３を第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間の空間３０内に保持させるように制御する。次いで、制御部６０は、治具部４０を第１位置から第２位置に移動させ、スパッタ２３を介在させて第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする。次いで、制御部６０は、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して本溶接する。

かかる構成によれば、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、スパッタ２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、本溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。治具部４０は、第１位置では、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、スパッタ２３を確実に生成することができる。治具部４０が第１位置から第２位置に移動することによって、スパッタ２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

上述した実施形態に係る溶接部材１００により以下の作用効果を奏する。

本実施形態の溶接部材１００は、レーザー光５１を照射することによってスパッタ２３を生成した第１の金属部材２１を、スパッタ２３を介在させて、第２の金属部材２２と重ね合わせた形状を有し、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位が溶接接合されている。

かかる溶接部材によれば、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、スパッタ２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接接合時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を備える溶接部材１００となる。

（改変例）
次に、実施形態のレーザー溶接装置１０および第１と第２の金属部材２１、２２（複数の金属部材）の改変例について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。

図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、レーザー溶接装置１０が溶接する第１と第２の金属部材２１、２２（複数の金属部材）の改変例を示す概略構成図であり、図５（Ａ）（Ｂ）は前処理工程時の状態を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のスパッタ２３を含む部分拡大図を示し、図５（Ｃ）は本溶接工程時の状態を示している。

図５に示すように、改変例のレーザー溶接装置１０は、前処理工程において、第２の金属部材２２の空間３０に臨む面に形成したくぼみ部２２ｄにスパッタ２３を留めることによって空間３０内に保持させる。

本実施形態では、生成したスパッタ２３を第２の金属部材２２の裏面２２ｂに着脱自在に取り付けられた電磁部材８０からの磁力により空間３０内に保持されるとして説明したが、この限りではない。例えば、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２の金属部材２２の表面２２ａに形成したくぼみ部２２ｄにおいてスパッタ２３を保持してもよい。このような構成の場合、スパッタ２３は、生成時に第１と第２の金属部材２１、２２の間の空間３０から飛び出ることなく、空間３０内で保持することができる。したがって、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、確実にスパッタ２３が挟まることによって隙間を確保でき、その結果、良好な溶接部を得ることができる（図５（Ｃ））。

図６（Ａ）（Ｂ）は、傾斜しているレーザー溶接装置１０における第１と第２の金属部材２１、２２（複数の金属部材）の改変例の溶接時の様子を示す図である。

図６に示すように、レーザー溶接装置１０が傾いた状態で第１の金属部材２１にレーザー光５１を照射してスパッタ２３を生成した場合でも、生成したスパッタ２３は、第２の金属部材２２の表面２２ａに形成されたくぼみ部２２ｄに保持することができる。このため、第１と第２の金属部材２１、２２が水平面から傾斜していても、発生したスパッタ２３が第２の金属部材２２から滑り落ちることがない。したがって、レーザー溶接装置１０を傾けて使用する場合においても、本溶接のときに安定した隙間を確保することができる。

図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、機械的な機構を備える治具部４０の改変例を示す図である。

治具部４０は、複数の金属部材同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、複数の金属部材を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在である限りにおいて適宜改変できる。

図７に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入自在な爪部材１１１と、爪部材１１１を第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に対して進退移動する駆動機構１１２とを有している。駆動機構１１２は、クランプ部材１１３をクランプまたはアンクランプする流体圧などによって作動するシリンダー１１４と、シリンダー１１４の作動ロッド１１５に連結され作動ロッド１１５の動きに連動して爪部材１１１を進退させるリンク機構１１６とを有している。リンク機構１１６は、作動ロッド１１５とともに移動する作動バー１１７と、作動バー１１７に設けられ爪部材１１１の基端が接触するカム部１１８と、爪部材１１１の基端をカム部１１８に押し付ける方向の弾発力を爪部材１１１に付勢するスプリング１１９とを有している。

下側の第２の金属部材２２をセットするときには、クランプ部材１１３はアンクランプされ、爪部材１１１を後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜いている（図７（Ａ））。前処理工程では、シリンダー１１４の作動ロッド１１５を途中まで伸長し、作動ロッド１１５とともに移動した作動バー１１７のカム部１１８を爪部材１１１の基端に接触させる。爪部材１１１をスプリング１１９の弾発力に抗して前進移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図７（Ｂ））。本溶接工程では、シリンダー１１４の作動ロッド１１５を伸長してクランプ部材１１３によって第１と第２の金属部材２１、２２をクランプする。作動ロッド１１５とともに移動した作動バー１１７のカム部１１８は爪部材１１１の基端を越える。爪部材１１１をスプリング１１９の弾発力によって後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜く。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図７（Ｃ））。

図８（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部４０の他の改変例を示す図である。

図８に示す治具部４０は、下側の第２の金属部材２２に形成した貫通孔１２１に挿通自在なピン１２２と、ピン１２２とベース１２３との間に設けられピン１２２を上方に押し上げる弾発力をピン１２２に付勢するスプリング１２４とを有している。ピン１２２は、上側の第１の金属部材２１を押し上げるために設置している。スプリング１２４の弾発力は、クランプ部材１２５が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、スプリング１２４の弾発力が付勢されたピン１２２は、第２の金属部材２２の貫通孔１２１を挿通して第１の金属部材２１を押し上げる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図８（Ａ））。本溶接工程では、クランプ部材１２５によって第１の金属部材２１が押圧され、ピン１２２は、スプリング１２４の弾発力に抗して押し下げられる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図８（Ｂ））。

図９（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部４０のさらに他の改変例を示す図である。

図９に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２のそれぞれに形成した位置決め用のロケート孔１３１に挿通自在なロケートピン１３２と、ロケートピン１３２とベース１３３との間に設けられロケートピン１３２を上方に押し上げる弾発力をロケートピン１３２に付勢するスプリング１３４と、ロケートピン１３２に設けられ上側の第１の金属部材２１のみに当接自在な突起１３５とを有している。スプリング１３４の弾発力は、クランプ部材１３６が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、スプリング１３４の弾発力が付勢されたロケートピン１３２は、第１と第２の金属部材２１、２２のロケート孔１３１に挿通され、突起１３５が第１の金属部材２１を押し上げる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図９（Ａ））。本溶接工程では、クランプ部材１３６によって第１の金属部材２１が押圧され、ロケートピン１３２は、スプリング１３４の弾発力に抗して押し下げられる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図９（Ｂ））。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部４０を示す図である。

治具部４０は、機械的な機構のほか、電磁的な力によって治具部４０の状態を移動させることができる。

図１０に示す治具部４０は、磁力を持たせたクランプ部材１４１から構成されている。磁力は、第１と第２の金属部材２１、２２を本溶接した接合力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、クランプ部材１４１は第１の金属部材２１を磁力によって吸着したまま、第１の金属部材２１を第２の金属部材２２の上方位置において固定する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１０（Ａ））。本溶接工程では、クランプ部材１４１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１０（Ｂ））。本溶接後は、クランプ部材１４１を持ち上げれば、第１の金属部材２１から外れる。

上記の電磁的な力によっても、治具部４０は、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、本溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることができる。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部４０の改変例を示す図である。

図１１に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２に同極性の電荷を持たせることによって構成されている。電荷による反力は、クランプ部材１５１が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間には電荷による反力が作用する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１１（Ａ））。本溶接工程では、クランプ部材１５１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１１（Ｂ））。

図１２（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部４０を示す図である。

治具部４０は、機械的な機構、電磁的な力のほか、空圧的な力によって治具部４０の状態を移動させることができる。

図１２に示す治具部４０は、クランプ部材１６１と、第１の金属部材２１を吸着する吸着パッド１６２とを有している。吸着パッド１６２は、負圧の供給と、大気開放とが切り替えられる。

前処理工程では、吸着パッド１６２は第１の金属部材２１を負圧によって吸着したまま、第１の金属部材２１を第２の金属部材２２の上方位置において固定する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１２（Ａ））。本溶接工程では、クランプ部材１６１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１２（Ｂ））。本溶接後は、吸着パッド１６２を持ち上げれば、第１の金属部材２１から外れる。

上記の空圧的な力によっても、治具部４０は、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、本溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることができる。

図１３（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部４０の改変例を示す図である。

図１３に示す治具部４０は、クランプ部材１７１と、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に圧縮エアーを供給するエアー供給部１７２とを有している。エアー供給部１７２は、圧縮エアーの供給と、供給停止とが切り替えられる。

前処理工程では、エアー供給部１７２から、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に圧縮エアーを供給し、第１と第２の金属部材２１、２２を離反させる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１３（Ａ））。本溶接工程では、エアー供給部１７２からの圧縮エアーの供給を停止し、クランプ部材１７１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１３（Ｂ））。

複数の金属部材をメッキ鋼板から形成した場合について説明したが、溶接する鋼板のいずれかの面に被覆材が被覆されている限り、被覆材蒸気が発生し得る。したがって、複数の金属部材のうち少なくとも１つの金属部材の母材の両面または片面が被覆されたメッキ鋼板を溶接する場合に本発明を適用できる。

１０ レーザー溶接装置、
２１ 第１の金属部材（一の金属部材）、
２１ａ 表面（一の側面）、
２１ｂ 裏面（他の側面）、
２１ｃ 溶融部、
２２ 第２の金属部材（他の金属部材）、
２２ａ 表面、
２２ｂ 裏面、
２２ｄ くぼみ部、
２３ スパッタ、
３０ 空間、
３１ 隙間、
４０ 治具部、
４１ 爪部材、
４２ 駆動部材、
５０ レーザー照射部、
５１ レーザー光、
６０ 制御部、
７０ クランプ部材、
７１ 上方押え部、
７２ 下方押え部、
８０ 電磁部材、
１００ 溶接部材。

Claims (10)

1. 複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接方法であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、
   複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持して、一の前記金属部材の一の側面にレーザー光を照射して反対側の他の側面からスパッタを生成させ、生成した前記スパッタを一の前記金属部材と他の前記金属部材との間の前記空間内に保持させる前処理工程と、
   前記スパッタを生成した一の前記金属部材を、前記スパッタを介在させて、他の前記金属部材と重ね合わせた状態にし、複数の前記金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を本溶接する本溶接工程と、
   を有する、レーザー溶接方法。
2. 前記本溶接工程において、複数の前記金属部材を前処理工程における状態から前記スパッタを介在させて重ね合わせた状態に移行させて、打点ごとにクランプする、請求項１に記載のレーザー溶接方法。
3. 前記前処理工程において、前記スパッタを保持させる位置は、複数の前記金属部材同士をクランプする位置よりも前記本溶接工程においてレーザー光を照射する位置に近い側である、請求項１または２に記載のレーザー溶接方法。
4. 前記本溶接工程において、レーザー光を照射する位置は、前記スパッタを生成させたレーザー光の照射位置を囲む位置である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。
5. 前処理工程において、電磁的な力によって前記スパッタを吸引することによって、前記空間内に保持させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。
6. 前処理工程において、他の前記金属部材の前記空間に臨む面に形成したくぼみ部に前記スパッタを留めることによって前記空間内に保持させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。
7. 前処理工程において、水平面から傾斜した一の前記金属部材にレーザー光を照射させる、請求項５または６に記載のレーザー溶接方法。
8. 前記前処理工程において、機械的な機構、電磁的な力、または空圧的な力によって、向かい合った複数の前記金属部材の一の前記金属部材を他の前記金属部材に対して離間させ、複数の前記金属部材同士を前記空間を開けて向かい合わせる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。
9. 前記メッキ鋼板が亜鉛メッキ鋼板である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。
10. 複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接装置であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、
    複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在な治具部と、
    レーザー光を照射するレーザー照射部と、
    前記治具部および前記レーザー照射部の作動を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記治具部を前記第１位置に移動させ、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持し、一の前記金属部材の一の側面にレーザー光を照射して反対側の他の側面からスパッタを生成させ、生成した前記スパッタを一の前記金属部材と他の前記金属部材との間の前記空間内に保持させ、前記治具部を前記第１位置から前記第２位置に移動させ、前記スパッタを介在させて複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にし、前記レーザー照射部から前記レーザー光を照射して本溶接するように制御する、レーザー溶接装置。