JP2021090995A - 溶接方法および構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接欠陥の発生を抑制しながらレーザ溶接に要するレーザ出力を低減させる。【解決手段】第１の部材と第２の部材とを重ね合わせ、第１の部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接をする溶接方法であって、第１の部材の予め定められた領域に他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を形成した後に、第１の部材側から薄肉部にレーザ光を照射する。【選択図】図６

Description

本発明は、溶接方法および構造物に関する。

近年、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材料を用いて成形された部材にて構成される冷却装置において、アルミニウム材料を用いて成形された部材同士を接合するために、はんだ付やろう付を行うことが提案されている。
例えば、特許文献１に記載された液冷式冷却装置は、冷却液流通体の流入部の一端面にアルミニウム製入口ヘッダをろう付し、同じく流出部の一端面にアルミニウム製出口ヘッダをろう付し、冷却液流通体の他端面にアルミニウム製中間ヘッダをろう付することにより構成されている。
また、アルミニウム材料を用いて成形された部材を接合するための方法として、特許文献２には、レーザー溶接を行うことが提案されている。

特開２０１６−１６１１５８号公報 特開平４−２７００８８号公報

冷却液等の液体を用いて冷却対象物を冷却する冷却装置を製造するにあたって、アルミニウム材料を用いて成形された第１の部材と第２の部材とを重ね合わせて、レーザ溶接にて接合することが考えられる。例えば、第１の部材と第２の部材との重ね合わせ部に対して第１の部材側からレーザ光を照射し、レーザ溶接することが考えられる。ここで、レーザ溶接を行う場合、省エネルギーの観点から、レーザ出力を小さくすることが好ましい。その一方で、レーザ出力を小さくすると、第１の部材と第２の部材との溶接強度が不十分となる等の溶接欠陥が生じる場合がある。
本発明は、溶接欠陥の発生を抑制しながらレーザ溶接に要するレーザ出力を低減させることを目的とする。

かかる目的のもと、本発明が適用される溶接方法は、第１の部材と第２の部材とを重ね合わせ、当該第１の部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接をする溶接方法であって、前記第１の部材の予め定められた領域に他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を形成した後に、当該第１の部材側から当該薄肉部にレーザ光を照射する。
ここで、プレス加工により前記第１の部材に前記薄肉部を形成することを特徴とすることができる。
また、前記レーザ光が照射される部位が平面となるように、前記薄肉部を形成することを特徴とすることができる。
また、前記第１の部材の表面における前記レーザ光のスポット径が、前記薄肉部の幅よりも小さくなるように、当該レーザ光を照射することを特徴とすることができる。
また、前記レーザ光の照射により前記第１の部材と前記第２の部材とにまたがって形成される溶接部の幅が前記薄肉部の幅よりも小さくなるように、当該レーザ光を照射することを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される溶接方法は、他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を有する第１の部材を、当該第１の部材とは異なる第２の部材に重ね合わせ、前記第１の部材と前記第２の部材とが重なる部位に、当該第１の部材側から前記薄肉部にレーザ光を照射してレーザ溶接する。
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される構造物は、他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を有する第１の部材と、前記第１の部材が重ね合わせられる第２の部材と、前記第１の部材の前記薄肉部と前記第２の部材とが重なる部位に形成され、当該第１の部材と当該第２の部材とを接合する溶接部とを備える。

本発明によれば、溶接欠陥の発生を抑制しながらレーザ溶接に要するレーザ出力を低減させることができる。

実施の形態に係る液冷式冷却装置の斜視図である。 液冷式冷却装置を構成する部品を分解した図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部の断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、他の形態が適用される入口ジョイントおよび出口ジョイントの構成を説明する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、入口ジョイントと装置本体との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される入口ジョイントおよび出口ジョイントの構成を説明する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、入口ジョイントと装置本体との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る液冷式冷却装置１の斜視図である。
図２は、液冷式冷却装置１を構成する部品を分解した図である。
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部の断面図である。
図４は、図１のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。
実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、内部に冷却液が流通する第２の部材の一例としての装置本体１０と、装置本体１０を流通する冷却液の流通方向を変更する変更部材２０と、を備えている。また、液冷式冷却装置１は、装置本体１０の外部から内部に冷却液を流入させる第１の部材の一例としての入口ジョイント３０と、装置本体１０の内部から外部に冷却液を流出させる第１の部材の他の一例としての出口ジョイント４０と、を備えている。

（装置本体１０）
装置本体１０は、概形が直方体の部材である。装置本体１０は、押出加工にて成形された、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の押出材を用いて成形されており、押出方向が長手方向となるように成形されている。また、図１に示すように、装置本体１０の長手方向及び短手方向の長さは、上下方向の長さよりも大きい。なお、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の質別は、Ｔ１、Ｔ５、Ｔ６であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、装置本体１０の硬さが、４２（ＨＶ（ビッカース硬さ））以上であることが望ましい。

装置本体１０の内部には、長手方向における一方の端部から他方の端部まで貫通した貫通孔１１が複数形成されている。本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、図４に示すように、貫通孔１１は、短手方向の中央部よりも手前側と、中央部よりも奥側とに、それぞれ６つ形成されている。

手前側の６つの貫通孔１１は、入口ジョイント３０を介して流入し、変更部材２０に至る前の冷却液が流通する流入側流路１１１として機能する。隣接する流入側流路１１１は、流入側壁１１１ａにより仕切られている。
他方、奥側の６つの貫通孔１１は、変更部材２０を通過後に流入し、出口ジョイント４０に至る前の冷却液が流通する流出側流路１１２として機能する。隣接する流出側流路１１２は、流出側壁１１２ａにより仕切られている。

また、装置本体１０には、長手方向における中央部に、上面から凹んだ空間１２が２つ形成されている。２つの空間１２の内の一つは、流入側流路１１１と連通するように形成された流入側空間１２１であり、他方は、流出側流路１１２と連通するように形成された流出側空間１２２である。
流入側空間１２１は、上壁１３及び流入側壁１１１ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２１ａと、流入側壁１１１ａが除去された下部空間１２１ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流入側壁１１１ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
流出側空間１２２は、上壁１３及び流出側壁１１２ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２２ａと、流出側壁１１２ａが除去された下部空間１２２ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流出側壁１１２ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
図２に示すように、貫通孔１２１ａおよび貫通孔１２２ａは、概形が矩形状である。

（変更部材２０）
変更部材２０は、装置本体１０における長手方向の両端部それぞれに配置されている。
変更部材２０は、概形が直方体の部材であるとともに、装置本体１０側の端面から凹んだ凹部２１が形成されている。凹部２１により、流入側流路１１１と流出側流路１１２とが連通させられている。
変更部材２０は、装置本体１０側の端面と、装置本体１０の長手方向の端面とが突き合わせられた状態で、突き合わせ部にレーザ溶接が施されることにより接合されている。

変更部材２０は、例えば、質別ＯのＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる条に深絞り加工が施されることにより成形されたものであることを例示することができる。また、変更部材２０は、例えば、質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ３０００系合金又は質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ１０００系アルミニウムからなる素材に切削加工が施されることにより成形されたものであっても良い。

（入口ジョイント３０）
図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される入口ジョイント３０および出口ジョイント４０の構成を説明する図である。なお、後述するように、入口ジョイント３０と出口ジョイント４０とは基本的な構成が等しくなっており、図５（ａ）〜（ｂ）では、入口ジョイント３０を構成する各要素の符号を示すとともに、出口ジョイント４０を構成する各要素の符号を（ ）内に示している。図５（ａ）は、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）の斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ部の断面図である。
入口ジョイント３０は、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される入口パイプ３１と、入口パイプ３１の下側の端部から径方向の外側に向かって伸びる板状であり入口パイプ３１を保持する保持部３２とを有している。本実施の形態の入口ジョイント３０では、上方向から見た場合に、入口パイプ３１は、保持部３２の中心から短手方向の奥側にずれた位置に配置されている。

保持部３２は、上方向から見た場合の概形が矩形状となっている。また、本実施の形態の保持部３２は、他の領域と比べて厚さ（上下方向の厚さ）が薄い薄肉部３２１を有している。この例では、保持部３２の外縁に薄肉部３２１が形成されており、上方向から見た場合の薄肉部３２１の全体形状は矩形状である。言い換えると、本実施の形態の保持部３２は、外縁の厚さが他の領域と比べて薄くなっている。薄肉部３２１の厚さは、例えば、保持部３２の他の領域の厚さの３０％以上８０％以下の範囲である。
また、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、薄肉部３２１の上面は、平面となっている。

入口ジョイント３０は、入口パイプ３１と保持部３２とが一体として形成されている。入口ジョイント３０は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部３２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
入口ジョイント３０は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材をプレス加工することにより形成されている。例えば、円形状の板材を絞り加工することにより、円形状の板材の中央から垂直方向に延びる入口パイプ３１を形成する。次いで、円形状の板材を打ち抜き加工等により矩形状に切断して保持部３２を形成する。そして、保持部３２の外縁をプレス加工により薄肉化して薄肉部３２１を形成することにより、図５（ａ）〜（ｂ）に示す形状を有する入口ジョイント３０が得られる。

そして、入口ジョイント３０は、入口パイプ３１の下端部が装置本体１０の流入側空間１２１に対向し、保持部３２の下端面が装置本体１０の上面に乗せられた状態（保持部３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。より具体的には、入口ジョイント３０は、保持部３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部３２側から薄肉部３２１に対しレーザ光が照射されることにより溶接部３４が形成され、溶接部３４によって接合されている。
なお、レーザ溶接の工程については、後段にて詳細に説明する。

（出口ジョイント４０）
出口ジョイント４０は、入口ジョイント３０と同様の部材であり、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される出口パイプ４１と、出口パイプ４１の下側の端部から径方向の外側に向かって伸びる板状であり出口パイプ４１を保持する保持部４２とを有している。本実施の形態の出口ジョイント４０では、上方向から見た場合に、出口パイプ４１は、保持部４２の中心から短手方向の奥側にずれた位置に配置されている。

保持部４２は、上方向から見た場合の概形が矩形状となっている。また、本実施の形態の保持部４２は、他の領域と比べて厚さ（上下方向の厚さ）が薄い薄肉部４２１を有している。この例では、保持部４２の外縁に薄肉部４２１が形成されており、上方向から見た場合の薄肉部４２１の全体形状は矩形状である。言い換えると、本実施の形態の保持部４２は、外縁の厚さが他の領域と比べて薄くなっている。薄肉部４２１の厚さは、例えば、保持部３２の他の領域の厚さの３０％以上８０％以下の範囲である。
また、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、薄肉部４２１の上面は、平面となっている。

出口ジョイント４０は、出口パイプ４１と保持部４２とが一体として形成されている。出口ジョイント４０は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて形成されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部３２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
出口ジョイント４０は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材をプレス加工することにより形成されている。例えば、円形状の板材を絞り加工することにより、円形状の板材の中央から垂直方向に延びる出口パイプ４１を形成する。次いで、円形状の板状を打ち抜き加工等により矩形状に切断して保持部４２を形成する。そして、保持部４２の外縁をプレス加工により薄肉化して薄肉部４２１を形成することにより、図５（ａ）〜（ｂ）に示す形状を有する出口ジョイント４０が得られる。

そして、出口ジョイント４０は、出口パイプ４１の下端部が装置本体１０の流出側空間１２２に対向し、保持部４２の下端面が装置本体１０の上面に乗せられた状態（保持部４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。より具体的には、出口ジョイント４０は、保持部４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部４２側から薄肉部４２１に対しレーザ光が照射されることにより溶接部４４が形成され、溶接部４４によって接合されている。

（液冷式冷却装置１の作用）
以上のように構成された液冷式冷却装置１には、装置本体１０の上面であって、入口ジョイント３０及び出口ジョイント４０が設けられた部位よりも長手方向の外側に、この液冷式冷却装置１により冷却される被冷却物が載せられる。被冷却物は、複数の直方体上の単電池１０１からなる組電池１００であることを例示することができる。

そして、液冷式冷却装置１においては、入口ジョイント３０の入口パイプ３１から装置本体１０の流入側空間１２１内に流入した冷却液が、流入側流路１１１を通って変更部材２０の凹部２１内に至る。変更部材２０の凹部２１内に至った冷却液は、その後、流出側流路１１２を通って流出側空間１２２に至り、出口ジョイント４０の出口パイプ４１から流出する。このようにして、冷却液が、装置本体１０の流入側流路１１１及び流出側流路１１２を流通する間に、装置本体１０の上面に載せられた組電池１００を冷却する。

（液冷式冷却装置１の製造方法）
以上のように構成された液冷式冷却装置１は、以下のようにして製造される。
装置本体１０における長手方向の両端部の端面と、変更部材２０における装置本体１０側の端面とを突き合わせた状態で、突き合わせ部に対して、レーザ光を連続的に照射する。このようにして、装置本体１０における長手方向の両端部に、変更部材２０を、レーザ溶接により接合する。
突き合わせ部にレーザ光が照射されることで、突き合わせ部と略同一位置に溶接部２２（図３参照）が形成される。

また、入口ジョイント３０を装置本体１０に接合するのに先立って、入口ジョイント３０の保持部３２に薄肉部３２１を形成する。そして、装置本体１０の流入側空間１２１に入口ジョイント３０の入口パイプ３１の下端部を対向させ、入口ジョイント３０の保持部３２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部３２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部３２に形成された薄肉部３２１に対してレーザ光を照射し、入口パイプ３１の周囲にレーザ光を照射する。このようにして、装置本体１０における中央部に、入口ジョイント３０をレーザ溶接にて接合する。
保持部３２の薄肉部３２１にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部３４（図１、図３等参照）が形成される。

同様に、出口ジョイント４０を装置本体１０に接合するのに先立って、出口ジョイント４０の保持部３２に薄肉部３２１を形成する。そして、装置本体１０の流出側空間１２２に出口ジョイント４０の出口パイプ４１の下端部を対向させ、出口ジョイント４０の保持部４２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部４２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部４２に形成された薄肉部４２１に対してレーザ光を照射し、出口パイプ４１の周囲にレーザ光を照射する。このようにして、装置本体１０における中央部に、出口ジョイント４０をレーザ溶接にて接合する。
保持部４２の薄肉部４２１にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部４４（図１参照）が形成される。

（薄肉部形成工程）
続いて、入口ジョイント３０の保持部３２および出口ジョイント４０の保持部４２に対して、薄肉部３２１および薄肉部４２１を形成する工程について詳述する。なお、入口ジョイント３０と出口ジョイント４０とは同様の構成を有しているため、ここでは、入口ジョイント３０の保持部３２に対して薄肉部３２１を形成する工程について詳述する。
上述したように、薄肉部３２１は、プレス加工により形成することができる。例えば、矩形状に切断された保持部３２を、予め定めた形状を有する一対の金型の間に挟んで押圧する。これにより、矩形状の保持部３２の外縁に、他の領域と比べて厚さ（上下方向の厚さ）が薄い薄肉部３２１を形成する。

入口ジョイント３０の保持部３２の厚さは、例えば、０．９ｍｍ〜１．２ｍｍである。本実施の形態では、薄肉部３２１の厚さが、保持部３２の他の領域の厚さの３０％以上８０％以下の範囲となるように、プレス加工を行う。
薄肉部３２１の厚さが過度に薄い場合には、薄肉部３２１の強度が低下するおそれがある。また、薄肉部３２１と保持部３２の他の領域との厚さの差が小さい場合には、後述する薄肉部３２１による作用が十分に得られない場合がある。

ここで、入口ジョイント３０は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて形成されている。そして、入口ジョイント３０の保持部３２は、板材の状態や形成の過程等によって、厚さが不均一であったり、うねりや歪みが存在したりする場合がある。このような保持部３２を有する入口ジョイント３０を装置本体１０に重ね合わせた場合、保持部３２と装置本体１０との間に隙間が生じる場合がある。そして、後述するレーザ溶接工程において重ね合わせ部にレーザ光を照射した場合に、保持部３２と装置本体１０との溶接強度が不十分となり、溶接欠陥が生じる場合がある。
これに対し、本実施の形態のように、保持部３２にプレス加工を施して薄肉部３２１を形成することで、薄肉部３２１において厚さの不均一、うねり、歪み等が解消されやすくなる。言い換えると、薄肉部３２１を形成することで、保持部３２のうち薄肉部３２１が形成された領域が平坦になる。この結果、レーザ溶接工程において重ね合わせ部にレーザ光を照射した場合に、溶接欠陥が生じにくくなる。
詳細については後述するが、薄肉部３２１の幅（後述する図６（ａ）におけるＷ１）は、レーザ溶接工程に用いるレーザ光のスポット径よりも大きいことが好ましい。

なお、ここでは、入口ジョイント３０の入口パイプ３１および保持部３２を形成した後に、保持部３２に薄肉部３２１をプレス加工により形成する場合を例に挙げて説明したが、薄肉部３２１を有する保持部３２と入口パイプ３１とを１度のプレス加工によって同時に形成してもよい。
また、薄肉部３２１は、プレス加工の他、例えば切削加工等により形成してもよい。しかしながら、上述した保持部３２の厚さの不均一、うねり、歪み等を解消する観点からは、薄肉部３２１をプレス加工により形成することが好ましい。

（レーザ溶接工程）
続いて、入口ジョイント３０および出口ジョイント４０と装置本体１０との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程について詳述する。なお、入口ジョイント３０と出口ジョイント４０とは同様の構成を有しているため、ここでは、入口ジョイント３０（保持部３２）と装置本体１０との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程について詳述する。
図６（ａ）〜（ｂ）は、入口ジョイント３０と装置本体１０との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する図である。図６（ａ）は、重ね合わせ部にレーザ光Ｌを照射している状態を示しており、図６（ｂ）はレーザ光Ｌの照射により形成される溶接部３４を示している。なお、図６（ａ）〜（ｂ）は、重ね合わせ部の断面図であって、図３に示した液冷式冷却装置１の断面図の拡大図に対応する。

レーザ溶接を行うにあたっては、入口ジョイント３０と装置本体１０との重ね合わせ部に向けて、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。本実施の形態では、重ね合わせ部に対し、保持部３２側からレーザ光Ｌを照射する。より具体的には、図６（ａ）に示すように、重ね合わせ部に対し、保持部３２に形成された薄肉部３２１の上面側からレーザ光Ｌを照射する。上述したように、薄肉部３２１は、保持部３２の外縁に沿って矩形状に形成されている。したがって、重ね合わせ部に対し、薄肉部３２１の形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させながら、言い換えると、保持部３２の外縁に沿ってレーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射する。これにより、薄肉部３２１にレーザ光Ｌを照射することで、重ね合わせ部には、保持部３２の外縁に沿って矩形状に溶接部３４が形成される。

レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１から保持部３２の薄肉部３２１にレーザ光Ｌが照射され、レーザ光Ｌのエネルギーが熱に変換されることによって、重ね合わせ部を構成している、保持部３２と装置本体１０との母材自体が溶融し、その後、急速に冷却される。この急速加熱・急速冷却により溶接部３４に組織変化が生じ、溶接部３４は、溶けて固まった溶融部３４ｍと、溶接熱により組織変化が生じた熱影響部３４ｈとにより構成される。熱影響部３４ｈは、保持部３２の熱影響部３２ｈと、装置本体１０の熱影響部１０ｈとにより構成される。

本実施の形態では、保持部３２に薄肉部３２１を形成し、重ね合わせ部に対し薄肉部３２１の上面からレーザ光Ｌを照射することで、保持部３２が薄肉部３２１を有しない場合と比べて、重ね合わせ部のレーザ溶接に要するレーザ光の強度（レーザ出力）を小さくすることができる。
すなわち、入口ジョイント３０と装置本体１０との十分な接合強度を確保するためには、装置本体１０における溶接部３４（溶融部３４ｍ）の深さＨは、所定の深さ以上であることが必要である。本実施の形態では、薄肉部３２１の上面からレーザ光Ｌを照射することで、レーザ光Ｌの照射面である保持部３２（薄肉部３２１）の上面から装置本体１０までの距離が小さくなる。これにより、レーザ出力を小さくした場合であっても、所定の深さ以上の溶接部３４（溶融部３４ｍ）を装置本体１０に形成することが可能となる。溶接部３４（溶融部３４ｍ）の深さＨは、例えば、装置本体１０と保持部３２（薄肉部３２１）との界面における溶融部３４ｍの幅Ｗ３以上とすることができる。

また、レーザ出力を小さくすることで、重ね合わせ部にレーザ光Ｌを照射した際に、レーザ光Ｌを照射した部位が熱収縮して変形することによるひずみの発生を抑制することができる。これにより、液冷式冷却装置１の反り等の不具合を抑制することが可能となる。
さらに、レーザ出力を小さくすることで、重ね合わせ部に溶融部３４ｍが形成される際のボイドの発生を抑制することができる。
さらにまた、薄肉部３２１の上面からレーザ光Ｌを照射することで、重ね合わせ部に形成される溶接部３４のうち熱影響部３４ｈの大きさ（特に、熱影響部３２ｈの大きさ）を小さくすることができる。これにより、熱影響部３４ｈが形成されることに伴う凝固・収縮を小さくすることができる。この結果、重ね合わせ部の強度の低下や溶接欠陥を抑制することができる。

ここで、本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、レーザ光Ｌのスポット径が薄肉部３２１の幅Ｗ１よりも小さくなるように、重ね合わせ部に対しレーザ光Ｌを照射することが好ましい。ここで、薄肉部３２１の幅Ｗ１とは、矩形状の薄肉部３２１の外縁と内縁との間隔であって、薄肉部３２１にレーザ光Ｌを照射するレーザヘッド１５１の移動方向に垂直な面で切断した断面における薄肉部３２１の幅である。また、レーザ光Ｌのスポット径とは、レーザ光Ｌが照射される照射面（この例では、薄肉部３２１の上面）にレーザ光Ｌが照射されたときの、この照射面でのレーザ光Ｌの照射範囲の径である。レーザ光Ｌのスポット径は、入口ジョイント３０の材質や薄肉部３２１の厚さ等によっても異なるが、例えば、２０μｍ〜８０μｍの範囲とすることができる。
また、本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、薄肉部３２１の表面における溶融部３４ｍの幅Ｗ２が、薄肉部３２１の幅Ｗ１よりも小さくなるように、レーザ出力等を設定することが好ましい。レーザ出力は、入口ジョイント３０の材質や薄肉部３２１の厚さ、レーザ光Ｌのスポット径等によっても異なるが、ファイバレーザのレーザ装置１５０を用い、スポット径が５０（μｍ）、不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）を使用し、焦点は材料表面に合うように設定した場合に、レーザ出力をレーザの移動速度で割ったものをエネルギーとした場合に１０Ｊ／ｍｍ〜３０Ｊ／ｍｍの範囲とすることができる。

なお、レーザ装置１５０のレーザ源は特に限定されない。ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザであることを例示することができる。また、レーザ光Ｌの照射方向は、重ね合わせ部の保持部３２の面に対して直交する方向でも良いし、直交方向に対して傾斜した方向であっても良い。

（薄肉部の他の形態について）
続いて、入口ジョイント３０または出口ジョイント４０に形成する薄肉部の他の形態について説明する。上述した例では、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）の保持部３２（保持部４２）における外縁の厚さを薄くして薄肉部３２１（薄肉部４２１）としているが、これに限定されるものではない。
図７（ａ）〜（ｂ）は、他の形態が適用される入口ジョイント３０および出口ジョイント４０の構成を説明する図である。図７（ａ）〜（ｂ）では、入口ジョイント３０を構成する各要素の符号を示すとともに、出口ジョイント４０を構成する各要素の符号を（ ）内に示している。図７（ａ）は、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）の斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ部の断面図である。
また、図８（ａ）〜（ｂ）は、入口ジョイント３０と装置本体１０との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する図である。図８（ａ）は、重ね合わせ部にレーザ光Ｌを照射している状態を示しており、図８（ｂ）はレーザ光Ｌの照射により形成される溶接部３４を示している。なお、図８（ａ）〜（ｂ）は、重ね合わせ部の断面図であって、図３に示した液冷式冷却装置１の断面図の拡大図に対応する。
ここでは、図５（ａ）〜（ｂ）、図６（ａ）〜（ｂ）等に示した入口ジョイント３０と同様の構成については同じ符号を用い、詳細な説明は省略する。

図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、入口ジョイント３０の保持部３２は、外縁に沿って矩形状に延びる溝状の薄肉部３２２を有している。図７（ｂ）に示すように、薄肉部３２２は、断面形状が、上方から下方に向かうに従い幅が狭くなるとともに底面が平坦な台形状となっている。そして、図７（ａ）〜（ｂ）に示す入口ジョイント３０では、薄肉部３２２の底面における厚さ（上下方向の厚さ）が、他の領域と比べて薄くなっている。
薄肉部３２２は、薄肉部３２１と同様にプレス加工により形成することができる。例えば、矩形状に切断された保持部３２を、予め定めた形状を有する一対の金型の間に挟んで押圧する。これにより、矩形状の保持部３２の外縁に溝状の薄肉部３２２を形成する。

そして、入口ジョイント３０と装置本体１０との重ね合わせ部をレーザ溶接により接合する場合には、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。具体的には、図８（ａ）に示すように、重ね合わせ部に対し、薄肉部３２２の上面側から薄肉部３２２の底面に対しレーザ光Ｌを照射する。上述したように、薄肉部３２２は、保持部３２の外縁に沿って矩形状に形成されている。したがって、重ね合わせ部に対し、薄肉部３２２の形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射する。これにより、薄肉部３２１にレーザ光Ｌを照射することで、重ね合わせ部には、保持部３２の外縁に沿って矩形状に溶接部３４が形成される。

図８（ａ）〜（ｂ）に示す形態においても、保持部３２に溝状の薄肉部３２２を形成し、重ね合わせ部に対し薄肉部３２２の上面からレーザ光Ｌを照射することで、保持部３２が薄肉部３２２を有しない場合と比べて、重ね合わせ部のレーザ溶接に要するレーザ光の強度（レーザ出力）を小さくすることができる。
ここで、図８（ａ）に示すように、レーザ光Ｌのスポット径が薄肉部３２２の底面の幅Ｗ４よりも小さくなるように、重ね合わせ部に対しレーザ光Ｌを照射することが好ましい。
また、図８（ｂ）に示すように、薄肉部３２２の底面における溶融部３４ｍの幅Ｗ５が、薄肉部３２２の底面の幅Ｗ４よりも小さくなるように、レーザ出力等を設定することが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係るレーザ溶接方法は、第１の部材の一例である入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と、第２の部材の一例である装置本体１０とを重ね合わせ、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）側からレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接をする溶接方法であって、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）の予め定められた領域に他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）を形成した後に、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）側から薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）にレーザ光Ｌを照射する。これにより、薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）にレーザ光Ｌを照射しない場合と比べて、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と装置本体１０とを接合するために要するレーザ出力を小さくすることが可能となる。
また、他の観点から捉えると、本実施の形態に係るレーザ溶接方法は、他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）を有する第１の部材の一例である入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）を、第２の部材の一例である装置本体１０に重ね合わせ、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と装置本体１０とが重なる部位に、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）側から薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）にレーザ光を照射してレーザ溶接する。これにより、薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）にレーザ光Ｌを照射しない場合と比べて、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と装置本体１０とを接合するために要するレーザ出力を小さくすることが可能となる。

さらに、他の観点から捉えると、本実施の形態に係る構造物は、他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）を有する第１の部材の一例である入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）が重ね合わせられる第２の部材の一例である装置本体１０と、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）の薄肉部３２１、３２２（薄肉部４２１、４２２）と装置本体１０とが重なる部位に形成され、入口ジョイント３０（出口ジョイント４０）と装置本体１０とを接合する溶接部３４（溶接部４４）と、を備える液冷式冷却装置１である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限りにおいては様々な変形や組み合わせを行っても構わない。

１…液冷式冷却装置、１０…装置本体、２０…変更部材、３０…入口ジョイント、３１…入口パイプ、３２…保持部、３４…溶接部、４０…出口ジョイント、４１…出口パイプ、４２…保持部、４４…溶接部、３２１、３２２、４２１、４２２…薄肉部

Claims (7)

1. 第１の部材と第２の部材とを重ね合わせ、当該第１の部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接をする溶接方法であって、
   前記第１の部材の予め定められた領域に他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を形成した後に、当該第１の部材側から当該薄肉部にレーザ光を照射する溶接方法。
2. プレス加工により前記第１の部材に前記薄肉部を形成することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記レーザ光が照射される部位が平面となるように、前記薄肉部を形成することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
4. 前記第１の部材の表面における前記レーザ光のスポット径が、前記薄肉部の幅よりも小さくなるように、当該レーザ光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接方法。
5. 前記レーザ光の照射により前記第１の部材と前記第２の部材とにまたがって形成される溶接部の幅が前記薄肉部の幅よりも小さくなるように、当該レーザ光を照射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接方法。
6. 他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を有する第１の部材を、当該第１の部材とは異なる第２の部材に重ね合わせ、
   前記第１の部材と前記第２の部材とが重なる部位に、当該第１の部材側から前記薄肉部にレーザ光を照射してレーザ溶接する溶接方法。
7. 他の領域と比べて厚さが薄い薄肉部を有する第１の部材と、
   前記第１の部材が重ね合わせられる第２の部材と、
   前記第１の部材の前記薄肉部と前記第２の部材とが重なる部位に形成され、当該第１の部材と当該第２の部材とを接合する溶接部と
   を備える構造物。

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