JP2024019291A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接をより簡素な手順で実施することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ溶接方法は、第一部材の第一方向の第一端部と、第一部材に隣り合う第二部材の第一方向の第二端部であって第一端部の当該第二端部からの第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、第一端部の少なくとも第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み第一端部と第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、架設溶融池にレーザ光を照射する工程と、架設溶融池にレーザ光を照射した後、当該架設溶融池を固化する工程と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、レーザ溶接方法に関する。

平角線のような複数の金属部材をレーザ溶接する前に、当該複数の金属部材の端部の段差や隙間を補正する前処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第６５５１９６１号公報

このような前処理は、製造の手間や、所要時間、製造コストの増大の一因となる。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、レーザ溶接をより簡素な手順で実施することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法を得ること、である。

本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、前記架設溶融池を固化する工程と、を有する。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、レーザ光を、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第二端部に近い領域に向けて照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記架設溶融池を形成する工程では、前記第一溶融池が前記第二端部側に倒れ込むように移動することにより前記架設溶融池を形成してもよい。

前記レーザ溶接方法は、前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程を有してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程では、レーザ光を、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第一端部に近い領域に向けて照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程において、前記第二端部の少なくとも前記第一端部側に、第二溶融池を形成し、前記架設溶融池を形成する工程では、前記第一溶融池と前記第二溶融池とが一体化することにより前記架設溶融池が形成されてもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記架設溶融池を形成する工程では、前記架設溶融池に、複数箇所でレーザ光を照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第三方向に複数回掃引してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を、少なくとも１箇所において定点照射してもよい。

前記レーザ溶接方法は、前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する工程を有してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する工程では、当該レーザ光を前記第三方向に複数回掃引してもよい。

前記レーザ溶接方法は、前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を少なくとも１箇所において定点照射する工程を有してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一端部は、前記第一方向に突出した突出部を有し、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記突出部に向けて照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記突出部は、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第二端部に近い側で突出してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向の反対方向に向かうにつれて前記第二端部に近づく方向に照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向の反対方向に向かうにつれて前記第二端部から遠ざかる方向に照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一端部の前記第一方向の先端よりも前記第一方向の反対方向にずれた位置に向けて照射してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一部材は、前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びるとともに前記第一方向に延びた第一側面を有し、前記第二部材は、前記第三方向および前記第一方向に延びて前記第一側面と面した第二側面を有してもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一部材および前記第二部材は、平角線の導体であってもよい。

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二端部は、前記第一方向において前記第一端部と異なる位置に配置されてもよい。

また、本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって、前記第一端部から前記第一方向の反対方向にずれて位置した第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に、第一溶融池を形成する工程と、前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、前記架設溶融池を固化する工程と、を有する。

また、本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一端部および前記第二端部の前記第一方向における相対的な位置関係を検出する工程と、前記第一端部および前記第二端部のうち一方の端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上である他方の端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該他方の端部に第一溶融池を形成する工程と、前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記他方の端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、前記架設溶融池を固化する工程と、を有する。

また、本発明のレーザ溶接装置は、金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光を出射する光源と、前記光源からの前記レーザ光を照射する光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドが、前記第一端部および前記第二端部のうち一方の端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上である他方の端部の前記第二方向の中央よりも前記一方の端部に近い領域に向けてレーザ光を照射することにより、当該他方の端部の少なくとも前記一方の端部側に、当該一方の端部側に張り出した第一溶融池を形成し、前記第一溶融池を形成した後に、少なくとも前記他方の端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する。

前記レーザ溶接装置は、前記第一端部と前記第二端部との前記第一方向における相対的な位置関係を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記第一端部および前記第二端部に対して前記一方の端部および前記他方の端部を決定し、前記第一溶融池および前記架設溶融池が形成されるよう被制御対象を制御する制御部と、を備えてもよい。

本発明によれば、例えば、レーザ溶接をより簡素な手順で実施することを可能とするような、改善された新規なレーザ溶接方法を得ることができる。

図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。 図２は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接前における例示的かつ模式的な側面図である。 図３は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接後における例示的かつ模式的な側面図である。 図４は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物としての部材を含む平角線の例示的かつ模式的な斜視図である。 図５は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の一段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図６は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の図５よりも後の段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図７は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の図６よりも後の段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図８は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の図５よりも後に図６とは異なる状態に変化した場合の一段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図９は、実施形態のレーザ溶接方法における端部上の掃引経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１０は、実施形態のレーザ溶接方法における端部上の掃引経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１１は、実施形態のレーザ溶接方法における端部上の掃引経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１２は、実施形態のレーザ溶接方法における端部上の掃引経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１３は、実施形態のレーザ溶接方法における端部上の掃引経路の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１４は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の一段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図１５は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の図１４よりも後の段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図１６は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物の経時変化の図１５よりも後の段階における例示的かつ模式的な側面図である。 図１７は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物としての部材の変形例を示す斜視図である。 図１８は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物としての部材の別の変形例を示す斜視図である。 図１９は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物としての部材のさらに別の変形例を示す斜視図である。 図２０は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物としての部材へのレーザ光の照射方向および照射位置の変形例を示す側面図である。 図２１は、実施形態のレーザ溶接方法による対象物としての部材へのレーザ光の照射方向および照射位置の別の変形例を示す側面図である。 図２２は、実施形態のレーザ溶接装置の例示的なブロック図である。 図２３は、実施形態のレーザ溶接装置による処理手順を示す例示的なフローチャートである。 図２４は、第２実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

以下の実施形態および変形例は、同様の構成要素を有している。以下では、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。

また、各図において、方向Ｘを矢印Ｘで表し、方向Ｙを矢印Ｙで表し、方向Ｚを矢印Ｚで表している。方向Ｘ、方向Ｙ、および方向Ｚは、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、対象物Ｗとなる複数の部材が延びる方向である。なお、Ｚ方向は、略鉛直上方であるが、鉛直上方に対して傾いていてもよい。

また、本明細書において、序数は、部品や、部位、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。

［第１実施形態］
［レーザ溶接装置およびレーザ溶接の概要］
図１は、実施形態のレーザ溶接装置１００の概略構成を示す図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、駆動機構１４０と、センサ１５０と、コントローラ２００と、を備えている。

レーザ溶接装置１００は、レーザ溶接の対象物Ｗの表面にレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌのエネルギによって、対象物Ｗが部分的に溶融し、冷却されて固化することにより、当該対象物Ｗが溶接される。対象物Ｗは、複数の部材を有しており、レーザ溶接によって、当該複数の部材が接合される。

対象物Ｗとなる複数の部材は、それぞれ、例えば、銅や銅合金のような銅系の金属材料や、アルミニウムやアルミニウム合金のようなアルミニウム系の金属材料等で、作られうる。複数の部材は、同じ金属材料で作られてもよいし、互いに異なる金属材料で作られてもよい。なお、対象物Ｗとなる複数の部材は、導体であってもよいし、導体で無くてもよい。

レーザ装置１１０は、レーザ発振器を備えており、一例としては、数ｋＷのパワーのシングルモードのレーザ光を出力できるよう構成されている。なお、レーザ装置１１０は、例えば、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等、様々なレーザ光源を備えてもよい。レーザ装置１１０は、レーザ光の連続波を出力してもよいし、レーザ光のパルスを出力してもよい。また、本実施形態では、レーザ装置１１０は、例えば、４００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１０が有するレーザ発振器は、光源の一例である。

光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを光学的に接続している。言い換えると、光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。レーザ装置１１０が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ１３０は、シングルモードレーザ光を伝播するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のＭ^２ビーム品質は、１．３以下に設定される。Ｍ^２ビーム品質は、Ｍ^２ファクタとも称されうる。

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、対象物Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ミラー１２４と、ガルバノスキャナ１２６と、を有している。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２４、およびガルバノスキャナ１２６は、光学部品とも称されうる。

コリメートレンズ１２１は、それぞれ、光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。

ミラー１２４は、コリメートレンズ１２１で平行光となったレーザ光を反射し、ガルバノスキャナ１２６へ向かわせる。なお、光ファイバ１３０からのレーザ光の入力方向や、コリメートレンズ１２１の配置によっては、ミラー１２４は不要となる場合がある。

ガルバノスキャナ１２６は、複数のミラー１２６ａ，１２６ｂを有しており、当該複数のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を制御することで、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出射方向を切り替え、これにより、対象物Ｗの表面上でレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えばコントローラ２００によって制御された不図示のモータによって変更される。レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの出射方向を変更することにより、対象物Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを掃引することができる。

集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、対象物Ｗへ照射する。

なお、光学ヘッド１２０が有する光学部品は、これらには限定されず、光学ヘッド１２０は、他の光学部品を有してもよい。一例として、光学ヘッド１２０は、レーザ光のビームを成形するビームシェイパとして、ＤＯＥ（diffractive optical element、回折光学素子）を有してもよい。

駆動機構１４０は、対象物Ｗに対する光学ヘッド１２０の相対的な位置を変更する。駆動機構１４０は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有する。コントローラ２００は、対象物Ｗに対する光学ヘッド１２０のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向における相対位置が変化するよう、駆動機構１４０を制御することができる。駆動機構１４０は、支持機構（不図示）に支持されている複数の対象物Ｗのうち、レーザ溶接を行う対象物Ｗを変更する（切り替える）ことができる。また、駆動機構１４０は、対象物Ｗにおけるレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。また、駆動機構１４０は、対象物Ｗに対するレーザ光の照射方向を変更するのに伴って照射点を変更するのに利用されうる。さらに、駆動機構１４０は、レーザ光Ｌが対象物Ｗの表面上に照射されている状態で、当該照射位置を変更することができる。すなわち、駆動機構１４０は、対象物Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを掃引することができる。

図２は、対象物Ｗの溶接する前の状態を示す側面図である。図２に示されるように、対象物Ｗは、二つの部材２０（２１，２２）を有している。二つの部材２０は、いずれも金属材料で作られている。

二つの部材２０は、いずれもＺ方向に延びており、Ｚ方向の端部２０ａ（２１ａ，２２ａ）を有している。端部２０ａは、Ｚ方向と交差して広がっている。すなわち、端部２０ａは、Ｘ方向に延びるとともにＹ方向に延びている。Ｚ方向は、第一方向の一例である。

二つの部材２０は、Ｚ方向と交差したＸ方向に互いに隣り合い、Ｘ方向に並んでいる。Ｘ方向において互いに面する側面２１ｂ，２２ｂ（２０ｂ）の間には、隙間ｇが形成されている。隙間ｇの大きさは、０以上である。すなわち、二つの部材２０は、少なくとも部分的に接触していてもよい。Ｘ方向は、第二方向の一例である。

本実施形態では、部材２１の端部２１ａの、部材２２の端部２２ａに対するＺ方向のずれδを、０以上であるとする。すなわち、このような相対的な位置関係にある二つの部材２０のうち、Ｚ方向において端部２２ａと同じ位置にあるかあるいは端部２２ａに対してＺ方向にずれている端部２１ａが、第一端部の一例であり、端部２１ａに対してＺ方向の反対方向にずれている端部２２ａが、第二端部の一例である。端部２１ａを有する部材２１は第一部材の一例であり、端部２２ａを有する部材２２は第二部材の一例である。部材２１（第一部材）は、Ｚ方向に相対的に出っ張った部材とも称され、部材２２（第二部材）は、Ｚ方向に相対的に引っ込んだ部材とも称されうる。

センサ１５０（図１参照）は、二つの端部２０ａのＺ方向における相対的な位置関係を検出するための検出値やデータを取得する。センサ１５０は、例えば、２Ｄカメラや、ＲＧＢ－Ｄカメラのような３Ｄカメラ、非接触変位計等である。

コントローラ２００は、少なくとも一つのセンサ１５０から取得した検出値やデータに基づいて、端部２２ａに対する端部２１ａのＺ方向のずれδ（≧０）を検出することができる。すなわち、コントローラ２００は、他方の端部２２ａに対するＺ方向のずれδが０以上となる端部２１ａを決定することができる。

対象物Ｗ、すなわち二つの部材２０の溶接に際し、光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、端部２０ａに向けて照射する。レーザ光Ｌの照射方向は、Ｚ方向の反対方向か、あるいはＺ方向の反対方向に対して傾斜した方向である。

図３は、対象物Ｗの溶接された後の状態を示す側面図である。図３に示されるように、端部２０ａに対するレーザ光Ｌの照射により、端部２０ａにおいて二つの部材２０は溶融し、二つの端部２０ａ上に掛け渡された状態の溶接部２３が形成される。溶接部２３は、二つの端部２０ａ間で掛け渡された状態に形成された溶融池が、冷却され、固化したものである。流動性を有した金属材料である溶融池は、表面張力によってＺ方向に膨らんだ形状を有している。これに伴って、当該溶融池が固化した溶接部２３もＺ方向に膨らんだ形状を有している。溶接部２３は、二つの部材２１，２２を機械的に接続する。また、二つの部材２１，２２が導電性を有する金属である場合、溶接部２３は、当該二つの部材２１，２２を電気的に接続する。

図４は、部材２０を含む平角線１０の斜視図である。部材２０は、一例として、図４に示されるような平角線１０の芯線（内部導体）である。平角線１０は、部材２０と、部材２０の被覆３０と、を有している。部材２０は、導電性を有した金属材料で作られている。部材２０の、延び方向に対して直交する断面の形状は、略四角形状である。被覆３０は、絶縁性を有しており、例えば、エナメルや、合成樹脂材料等で作られる。被覆３０は、エナメル層と、当該エナメル層を取り囲む押出樹脂層と、を有してもよい。レーザ溶接装置１００は、このような平角線１０の芯線としての部材２０の、端部２０ａ同士の溶接に適用される。この場合、二つの平角線１０の延び方向の端部の近傍において、被覆３０が除去される。そして、図２に示されるように、同じ方向（延び方向）を向く姿勢で隣り合うように配置された二つの部材２０の端部２０ａが、レーザ溶接装置１００によって溶接される。

平角線１０は、回転電気に設けられるコイルを構成してもよい。本実施形態のレーザ溶接装置１００によるレーザ溶接方法は、ステータコアにセットされた互いに隣り合うコイルの端部の溶接に適用することができる。

ただし、対象物Ｗとなる部材２０は、平角線１０の芯線には限定されず、図２に示されるように、互いにＺ方向に延び、Ｘ方向に隣り合い、端部２０ａが近接するとともに、互いにＸ方向に面した側面２０ｂを有した部材であればよい。部材２０は、板状の部材であってもよいし、線材であってもよい。

［レーザ溶接方法］
図５～７は、図２に示される初期状態にある二つの部材２１，２２に対するレーザ溶接における経時変化を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、端部２１ａに対して照射されるレーザ光Ｌをレーザ光Ｌ１と記し、端部２２ａに対して照射されるレーザ光Ｌをレーザ光Ｌ２と記しているが、これらレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、いずれも同じ光学ヘッド１２０から出射されている。

まずは、図５に示されるように、部材２１の端部２１ａに対して、レーザ光Ｌ１（Ｌ）が照射される。この際、レーザ光Ｌ１は、例えば、端部２１ａにおける端部２２ａ側のエッジ２１ａ１あるいはその近傍に向けて照射される。端部２１ａに対するレーザ光Ｌ１の照射により、端部２１ａ上には、溶融池２３Ｗ１が形成される。溶融池２３Ｗ１は、部材２１の金属材料が溶融して形成される。すなわち、溶融池２３Ｗ１は、流動性を有した部材２１の金属材料を含んでいる。

レーザ光Ｌ１の照射開始から、例えば、０．２［ｓ］程度の時間が経過した段階において、溶融池２３Ｗ１は、表面張力により、端部２１ａ上でＺ方向に膨らむとともに、エッジ２１ａ１から端部２２ａ側、すなわち部材２２側に張り出した形状を有する。言い換えると、溶融池２３Ｗ１は、端部２２ａ側に張り出した張出部２３ａを有する。これは、レーザ光Ｌ１を、端部２１ａのＸ方向の中心Ｃ１よりも端部２２ａ側の領域Ａ１に照射することにより、当該領域Ａ１上を中心とする溶融池２３Ｗ１が形成されるためであると考えられる。また、端部２１ａが、端部２２ａに近いほどより大きく溶融することにより、当該端部２１ａが、端部２２ａに近い側が低く端部２２ａから遠い側が高くなるように傾斜するため、流動性を有した状態の溶融池２３Ｗ１に、重力により傾斜を下る方向の力が作用するためであるとも考えられる。なお、部材２１の幅がＸ方向により広い場合、溶融池２３Ｗ１は、端部２１ａにおける端部２２ａ側に形成される。すなわち、溶融池２３Ｗ１は、端部２１ａの少なくとも端部２２ａ側に形成される。溶融池２３Ｗ１は、エッジ２１ａ１上に形成されるとも言える。溶融池２３Ｗ１は、第一溶融池の一例である。

図６は、図５の後の段階であって、レーザ光Ｌ１の照射開始から、例えば、０．３［ｓ］程度の時間が経過した段階を示している。この段階において、溶融池２３Ｗは、図５の段階よりも容積が増えて大きくなり、重力によって端部２２ａ側に倒れ込むように変形し、当該端部２２ａと接する。すなわち、溶融池２３Ｗは、端部２１ａと端部２２ａとの間で掛け渡される。ここで、溶融池２３Ｗは、図５の溶融池２３Ｗ１の容積が増大したものに相当するから、当該溶融池２３Ｗ１に含まれる金属材料の成分、すなわち部材２１の金属材料の成分を含んでいる。また、図６に示されるように、レーザ光Ｌ２（Ｌ）が端部２２ａの端部２１ａ側のエッジ２２ａ１またはその近傍に向けて照射されること、ならびに溶融池２３Ｗの熱によって端部２２ａが溶融されることにより、溶融池２３Ｗは、部材２２の金属材料の成分をも含むことになる。なお、この段階において、レーザ光Ｌ２は、端部２２ａのＸ方向の中心Ｃ２よりも端部２１ａ側の領域Ａ２に照射されるのが好適である。端部２１ａ，２２ａ間で掛け渡された溶融池２３Ｗは、架設溶融池の一例である。

図７は、図６の後の段階であって、レーザ光Ｌ１の照射開始から、例えば、０．４［ｓ］程度の時間が経過した段階を示している。この段階において、溶融池２３Ｗは、図６の段階よりも容積が増えてさらに大きくなっている。また、図６の段階よりも端部２２ａの溶融が進み、端部２２ａが下方へ移動し、端部２１ａおよび端部２２ａのＺ方向の位置が図６の段階よりも近づいている。また、溶融池２３Ｗは、図６の段階の後、ある程度の容積あるいは所定形状となるまでの間、当該溶融池２３Ｗには、溶融状態を維持するため、あるいは所定形状に整えるためのレーザ光Ｌ１，Ｌ２（Ｌ）が照射されてもよい。

図７の段階の後、レーザ光Ｌの照射が停止されると、溶融池２３Ｗは冷却され、図３に示されるような、溶接部２３となる。

また、溶接部２３の元となる溶融池２３Ｗの形成方法は、図５～図７の方法には限定されず、図５の段階の後、図８の状態となるよう、レーザ光Ｌを照射してもよい。図８は、図５の後の段階でありかつ図７の前の、図６とは異なる段階を示す側面図である。この場合、図８に示されるように、図５と同様に、端部２１ａ上に溶融池２３Ｗ１が形成された後、部材２２の端部２２ａに対して、レーザ光Ｌ２（Ｌ）が照射される。この際、レーザ光Ｌ２は、例えば、端部２２ａにおける端部２１ａ側のエッジ２２ａ１あるいはその近傍に向けて照射される。端部２２ａに対するレーザ光Ｌ２の照射により、端部２２ａ上には、溶融池２３Ｗ２が形成される。溶融池２３Ｗ２は、部材２２の金属材料が溶融して形成される。すなわち、溶融池２３Ｗ２は、流動性を有した部材２２の金属材料を含んでいる。

溶融池２３Ｗ２は、表面張力により、端部２２ａ上でＺ方向に膨らむとともに、エッジ２２ａ１から端部２１ａ側、すなわち部材２１側に張り出した形状を有する。言い換えると、溶融池２３Ｗ２は、端部２１ａ側に張り出した張出部２３ａを有する。これは、レーザ光Ｌ２を、端部２２ａのＸ方向の中心Ｃ２よりも端部２１ａ側の領域Ａ２に照射することにより、当該領域Ａ２上を中心とする溶融池２３Ｗ２が形成されるためであると考えられる。また、端部２２ａが、端部２１ａに近いほどより大きく溶融することにより、当該端部２２ａが、端部２１ａに近い側が低く端部２１ａから遠い側が高くなるように傾斜するため、流動性を有した状態の溶融池２３Ｗ２に、重力により傾斜を下る方向の力が作用するためであるとも考えられる。なお、部材２２の幅がＸ方向により広い場合、溶融池２３Ｗ２は、端部２２ａにおける端部２１ａ側に形成される。すなわち、溶融池２３Ｗ２は、端部２２ａの少なくとも端部２１ａ側に形成される。溶融池２３Ｗ２は、エッジ２２ａ１上に形成されるとも言える。なお、この場合、溶融池２３Ｗ２は、必ずしも端部２１ａ側に張り出していなくてもよい。溶融池２３Ｗ２は、第二溶融池の一例である。

図８の段階の後、端部２１ａ上に形成された溶融池２３Ｗ１と、端部２２ａ上に形成された溶融池２３Ｗ２とが一体化して、図７に示されるような溶融池２３Ｗが形成される。その後、溶融池２３Ｗが冷却されて固化することにより、図３に示される溶接部２３が形成される。

なお、図５～８には、部材２１，２２間に、０より大きい隙間ｇがある場合について例示したが、隙間ｇが０である場合、すなわち、部材２１，２２がＸ方向に接している場合にあっても、図５～８に示したものと同様の経時変化が生じうる。また、部材２１，２２が接するとともに、さらに端部２１ａ，２２ａが近接している場合にあっては、溶融池２３Ｗ１が形成された時点で、当該溶融池２３Ｗ１が端部２１ａ，２２ａ間に掛け渡された溶融池２３Ｗとなっているようなこともあり得る。

図９は、端部２１ａ，２２ａにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引経路の一例を示す説明図である。図５～８に示されたようなレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射する各段階において、図９に示されるように、レーザ光Ｌ１は、例えば、端部２１ａのＸ方向の中心Ｃ１よりも端部２２ａ側の領域Ａ１において、Ｘ方向と交差するＹ方向に直線状に掃引される。また、レーザ光Ｌ２は、例えば、端部２２ａのＸ方向の中心Ｃ２よりも端部２１ａ側の領域Ａ２において、Ｘ方向と交差するＹ方向に直線状に掃引される。領域Ａ１，Ａ２において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引は、それぞれ、複数回行われてもよいし、Ｙ方向の両端部間において往復してもよい。Ｙ方向は、第三方向の一例である。

このように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を領域Ａ１，Ａ２内でＹ方向に沿って直線状に掃引することにより、各エッジ２１ａ１，２２ａ１に沿ってＹ方向に延びた溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２を形成することができる。また、直線状に掃引した場合、溶接部２３中のボイド等が少なくなることが判明している。これは、流動性を有した溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２，２３Ｗ内で、流動性を有した金属材料の流れの乱れを抑制できることによるものと考えられる。また、直線状に往復掃引することにより、溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２，２３Ｗのより広い範囲に対して随時熱エネルギを与えることができ、当該２３Ｗ１，２３Ｗ２，２３Ｗが局所的に冷却されて固化するのを抑制することができる。

図１０は、端部２１ａ，２２ａにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引経路の、図９とは別の例を示す説明図である。図１０の例では、各領域Ａ１，Ａ２において、端部２１ａ，２２ａに近い位置および遠い位置の双方において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２がＹ方向に沿って直線状に掃引されている。また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射を途切れること無く行うため、領域Ａ１，Ａ２のＹ方向の端部近傍においては、Ｘ方向への掃引も含まれている。なお、掃引方向は、図１０に示したものには限定されない。

図１１は、端部２１ａ，２２ａにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引経路の、図９，１０とは別の例を示す説明図である。図１１の例では、領域Ａ１では、レーザ光Ｌ１がＹ方向の反対方向に掃引され、領域Ａ２では、レーザ光Ｌ２がＹ方向に掃引されている。領域Ａ１でのＹ方向の反対方向への掃引と、領域Ａ２でのＹ方向への掃引とは、複数回にわたって反復して行われてもよい。なお、各領域Ａ１，Ａ２における掃引方向は、図１１とは逆方向であってもよいし、いずれもＹ方向であってもよいし、いずれもＹ方向の反対方向であってもよい。

また、図示されないが、レーザ光Ｌ１は、領域Ａ１において、少なくとも１箇所において定点照射されてもよい。一例として、レーザ光Ｌ１は、領域Ａ１内のＹ方向の両端部間の中央部に１回照射されてもよいし、複数回照射されてもよい。また、レーザ光Ｌ１は、領域Ａ１内のＹ方向に間隔をあけた複数箇所において、照射されてもよいし、当該複数箇所のそれぞれにおいて複数回ずつ照射されてもよい。レーザ光Ｌ２は、領域Ａ２において、少なくとも１箇所において定点照射されてもよい。一例として、レーザ光Ｌ２は、領域Ａ２内のＹ方向の両端部間の中央部に１回照射されてもよいし、複数回照射されてもよい。また、レーザ光Ｌ２は、領域Ａ２内のＹ方向に間隔をあけた複数箇所において、照射されてもよいし、当該複数箇所のそれぞれにおいて複数回ずつ照射されてもよい。

図１２は、端部２１ａ，２２ａにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の掃引経路の、図９～１１とは別の例を示す説明図である。図１２の例では、掃引経路は、領域Ａ１，Ａ２以外の領域、すなわち、端部２１ａ，２２ａにおいてＸ方向の中心Ｃ１，Ｃ２よりも他の端部２２ａ，２１ａから遠い領域も通っている。このような掃引経路でも、上述したような溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２ひいては溶融池２３Ｗを形成することができる。また、図１２のように、掃引経路は湾曲した区間を含んでもよい。この場合、掃引経路が折り返す区間あるいは屈曲した区間を含む場合に比べて、掃引速度の変化幅をより小さくすることができる。

また、図１３に示されるように、端部２１ａ，２２ａは、Ｙ方向に互いにずれていてもよい。このような場合でも、上述したような溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２ひいては溶融池２３Ｗを形成することができる。

図９～１３に示されたレーザ光Ｌの掃引は、比較的高速であるため、主としてガルバノスキャナ１２６の作動によって実現される。ただし、これには限定されず、駆動機構１４０の作動によって実現されてもよいし、ガルバノスキャナ１２６と駆動機構１４０の作動の組み合わせによって実現されてもよい。

また、図１４～１６は、図５～８とは異なる状態を経て溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２および溶融池２３Ｗが形成される場合の、経時変化を示す図である。

まずは、図１４に示されるように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射により、端部２１ａ，２２ａのそれぞれに、溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２が形成される。

次に、図１５に示されるように、溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２が、それぞれ端部２１ａ，２２ａ上で成長し、他の端部２２ａ，２１ａに近付く方向も含め、Ｚ方向と交差する方向に張り出す。

そして、図１６に示されるように、互いに張り出すことにより近接した溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２同士が一体化し、端部２１ａ，２２ａ間で掛け渡された溶融池２３Ｗ、すなわち架設溶融池が形成される。

このように、溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２のうち一方が他方に向けて倒れることにより他方と一体化されるのではなく、溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２のうち少なくとも一方が他方に近付くように張り出すことにより溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２同士が一体化されてもよい。なお、図１４，１５では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、端部２１ａ，２２ａの略中心Ｃ１，Ｃ２（Ｘ方向における中心、中心線上）に向けて照射され、掃引されているが、これには限定されず、端部２１ａ，２２ａのうち中心Ｃ１，Ｃ２よりも他方に近い領域に向けて照射されてもよいし、端部２１ａ，２２ａのうち中心Ｃ１，Ｃ２よりも他方から遠い領域に向けて照射されてもよい。

［部材の変形例］
図１７は、二つの部材２０の変形例を示す斜視図である。図１７に示されるように、部材２０は、端部２０ａからＺ方向、すなわち部材２０の延び方向に突出した突出部２０ｃを有してもよい。部材２１の突出部２１ｃ（２０ｃ）は、端部２１ａのＸ方向の中央よりも端部２２ａに近い側に、エッジ２１ａ１に沿って設けられ、当該エッジ２１ａ１に近づくにつれてＺ方向により高くなるよう突出している。他方、部材２２の突出部２２ｃ（２０ｃ）は、端部２２ａのＸ方向の中央よりも端部２１ａに近い側に、エッジ２２ａ１に沿って設けられ、当該エッジ２２ａ１に近づくにつれてＺ方向により高くなるよう突出している。

図１８は、二つの部材２０の別の変形例を示す斜視図である。図１８に示されるように、図１８の例でも、部材２０は突出部２０ｃを有している。部材２１の突出部２１ｃ（２０ｃ）は、端部２１ａのＸ方向の中央よりも端部２２ａに近い側に設けられ、部材２２の突出部２２ｃ（２０ｃ）は、端部２２ａのＸ方向の中央よりも端部２１ａに近い側に設けられている。ただし、本変形例では、突出部２１ｃは、Ｘ方向に略一定の厚さを有しＹ方向に延びた壁状の形状を有している。

図１９は、二つの部材２０の別の変形例を示す斜視図である。図１９に示されるように、図１９の例でも、部材２０は突出部２０ｃを有している。ただし、本変形例では、突出部２０ｃは、端部２０ａのＸ方向の中央を通る対称面を対称中心とする面対称形状を有している。すなわち、端部２１ａは、二つの突出部２１ｃ（２０ｃ）を有し、エッジ２１ａ１側の突出部２１ｃは、当該エッジ２１ａ１に近づくにつれてＺ方向により高くなるよう突出し、エッジ２１ａ１とは反対側の突出部２１ｃは、当該エッジ２１ａ１から遠ざかるにつれてＺ方向により高くなるよう突出している。また、端部２２ａは、二つの突出部２２ｃ（２０ｃ）を有し、エッジ２２ａ１側の突出部２２ｃは、当該エッジ２２ａ１に近づくにつれてＺ方向により高くなるよう突出し、エッジ２２ａ１とは反対側の突出部２２ｃは、当該エッジ２２ａ１から遠ざかるにつれてＺ方向により高くなるよう突出している。このような面対称形状により、平角線１０の曲げ方向によらず、二つの端部２０ａが隣り合う部分において、互いに隣り合うエッジ２１ａ１，２２ａ１側が中央よりも突出した構造が得られる。なお、図１９の突出部２１ｃは、図１７と同様の突出部２１ｃをベースとした面対称形状を有しているが、これに替えて、図１８と同様の突出部２１ｃをベースとした面対称形状を有してもよい。

図１７～１９のような突出部２１ｃが設けられている場合、突出部２１ｃが設けられない場合に比べて、端部２０ａは、突出部２１ｃへのレーザ光Ｌの照射によって、より短い時間で、端部２１ａ，２２ａのそれぞれの相手側に近いエッジ２１ａ１，２２ａ１付近を効率よく溶融することができ、ひいては、溶接の所要時間をより短縮することができる。なお、突出部２１ｃは、端部２１ａにおいては、当該端部２１ａのＸ方向の中央よりも端部２２ａ側に、当該中央からＺ方向にずれた部位（高い部位）を有していればよく、端部２２ａにおいては、当該端部２２ａのＸ方向の中央よりも端部２１ａ側に、当該中央からＺ方向にずれた部位（高い部位）を有していればよく、図１７～１９に示す例には限定されない。また、端部２０ａは、図１９の突出部２０ｃに替えて、端部２０ａのＸ方向の中央よりもＸ方向の両側に、当該中央からＺ方向にずれた部位（高い部位）を有した、当該図１９とは異なる形状の突出部２０ｃを有してもよい。また、端部２０ａは、中央の周囲に当該中央からＺ方向にずれた部位（高い部位）を有した形状を有してもよい。言い換えると、端部２０ａには、中央が凹んだ凹部が設けられてもよい。

［照射方向および照射位置の変形例］
図２０は、レーザ光Ｌ１（Ｌ）の照射方向および照射位置の変形例を示す側面図である。図２０に示されるように、端部２１ａに対して、レーザ光Ｌ１の照射方向は、Ｚ方向の反対方向に向かうにつれて端部２２ａに近づく方向であってもよい。この場合、レーザ光Ｌ１のパワーにより、溶融池２３Ｗ１は、端部２２ａ側により迅速に移動しやすくなる。

図２１は、レーザ光Ｌ１（Ｌ）の照射方向および照射位置の図２０とは別の変形例を示す側面図である。図２１に示されるように、端部２１ａに対して、レーザ光Ｌ１の照射方向は、Ｚ方向の反対方向に向かうにつれて端部２２ａから遠ざかる方向（すなわち、レーザ光Ｌ１は、端部２１ａ，２２ａが溶融する前の状態において、側面２１ｂのうち端部２２ａから突出する領域を照射する）であってもよい。この場合、レーザ光Ｌ１のエネルギをよりエッジ２１ａ１（端部２２ａ）に近い側に与えることができ、溶融池２３Ｗ１をより端部２２ａに近い側に位置するように形成でき、ひいては、より迅速に溶融池２３Ｗ（架設溶融池）を形成することができる。また、この場合、レーザ光Ｌ１を、突出部２１ｃの端部２２ａ側の側面に、言い換えると、端部２１ａおよび突出部２１ｃのＺ方向の先端からＺ方向の反対方向へずれた位置に、照射することにより、より短い時間で溶融池２３Ｗ１を形成することができ、上述したＺ方向の反対方向に向かうにつれて端部２２ａから遠ざかる方向にレーザ光Ｌ１を照射する効果と相俟って、溶接の所要時間をより一層短縮することができる。

［レーザ溶接装置のブロック図および処理手順］
図２２は、レーザ溶接装置１００のブロック図である。レーザ溶接装置１００は、例えば、コントローラ２００と、記憶部２１０と、センサ１５０と、レーザ装置１１０と、ガルバノスキャナ１２６と、駆動機構１４０と、を備えている。

コントローラ２００は、コンピュータであって、ＣＰＵ（central processing unit）のようなプロセッサ（回路）や、ＲＡＭ（random access memory）、ＲＯＭ（read only memory）のような主記憶部を有している。コントローラ２００は、例えばＭＣＵ（micro controller unit）である。記憶部２１０は、例えばＳＳＤ（solid state drive）やＨＤＤ（hard disk drive）のような不揮発性の記憶装置を有している。記憶部２１０は、補助記憶装置とも称されうる。

プロセッサは、ＲＯＭや記憶部２１０に記憶されたプログラムを読み出して各処理を実行することにより、検出制御部２０１、照射手順決定部２０２、移動制御部２０３、および照射制御部２０４として作動する。プログラムは、それぞれインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されうる。記録媒体は、プログラムプロダクトとも称されうる。プログラムおよびプロセッサによる演算処理で用いられる値や、テーブル、マップ等の情報は、ＲＯＭや記憶部２１０に予め記憶されてもよいし、通信ネットワークに接続されたコンピュータの記憶部に記憶され、当該通信ネットワーク経由でダウンロードされることによって記憶部２１０に記憶されてもよい。記憶部２１０は、プロセッサによって書き込まれたデータを記憶する。また、コントローラ２００による演算処理は、少なくとも部分的に、ハードウエアによって実行されてもよい。この場合、コントローラ２００には、例えば、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）や、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等が含まれてもよい。

図２３は、レーザ溶接装置１００による一箇所の対象物Ｗに対する処理手順のフローチャートである。図２３に示されるように、まず、コントローラ２００は、検出制御部２０１として作動し、センサ１５０による検出値やデータを取得する（Ｓ１）。さらに、このＳ１において、検出制御部２０１は、センサ１５０による検出値やデータに基づいて、端部２１ａ，２２ａの相対的な位置関係を検出する。センサ１５０および検出制御部２０１は、検出部の一例である。

次に、コントローラ２００は、照射手順決定部２０２として作動し、レーザ光Ｌの照射手順を決定する（Ｓ２）。このＳ２において、照射手順決定部２０２は、まず、Ｚ方向における二つの端部２０ａの相対的な位置関係に基づいて、端部２１ａ（第一端部）および端部２２ａ（第二端部）を決定する。すなわち、照射手順決定部２０２は、二つの端部２０ａのうち一方の端部２０ａとＺ方向の位置が同じであるかあるいは当該一方の端部２０ａよりもＺ方向にずれた他方の端部２０ａを、端部２１ａ、すなわち第一端部と決定し、当該一方の端部２０ａを、端部２２ａ、すなわち第二端部と決定する。

次に、Ｓ２において、照射手順決定部２０２は、例えば、上述したレーザ光Ｌの照射手順、すなわち溶接方法を実行するための、レーザ装置１１０や、ガルバノスキャナ１２６、駆動機構１４０等の被制御対象に対する制御指令のシーケンスを作成する。レーザ光Ｌの照射手順は、例えば、まずは端部２１ａにレーザ光Ｌ１を照射し、次に端部２２ａにレーザ光Ｌ２を照射し、その後、溶融池２３Ｗにレーザ光Ｌを照射するような手順である。照射手順決定部２０２は、作成した制御指令のシーケンスを、記憶部２１０に記憶する。照射手順は、レーザ溶接方法におけるレーザ光Ｌの照射に関するパラメータ、例えば、レーザ光Ｌの出力や、照射位置、照射方向、掃引速度、照射タイミング等の各パラメータが、端部２１ａ，２２ａの相対的な位置関係等に応じて、適宜に変更されるよう、設定されうる。なお、被制御対象は、レーザ光の照射状態を変更可能な機構であり、可変機構とも称されうる。

次に、コントローラ２００は、移動制御部２０３として作動し、記憶部２１０に記憶されたシーケンスを読み出し、当該シーケンスに従い、光学ヘッド１２０を照射手順によって定められた位置に移動するよう、駆動機構１４０を制御する（Ｓ３）。また、コントローラ２００は、照射制御部２０４として作動し、記憶部２１０に記憶されたシーケンスを読み出し、当該シーケンスに従い、照射手順に従ったレーザ光Ｌの照射を実行するよう、レーザ装置１１０およびガルバノスキャナ１２６を制御する（Ｓ４）。なお、Ｓ３およびＳ４は、適宜繰り返し実行されてもよい。レーザ溶接装置１００による、図２３のフローによる処理手順は、複数箇所の対象物Ｗについて、順次実行される。照射手順決定部２０２、移動制御部２０３、および照射制御部２０４は、制御部の一例である。

以上、説明したように、本実施形態のレーザ溶接方法では、例えば、端部２１ａ（第一端部）の中央よりも端部２２ａ（第二端部）に近い領域Ａ１に向けてレーザ光Ｌを照射することにより、端部２１ａの少なくとも端部２２ａ側に、端部２２ａ側に張り出した溶融池２３Ｗ１（第一溶融池）を形成する。次に、少なくとも端部２１ａに向けてレーザ光Ｌを照射することにより、溶融池２３Ｗ１に含まれる流動性の金属材料を含み端部２１ａと端部２２ａとの間で掛け渡された溶融池２３Ｗ（架設溶融池）を形成する。次に、溶融池２３Ｗを冷却して固化することにより、溶接部２３を形成する。

このようなレーザ溶接方法および当該レーザ溶接方法を実行するレーザ溶接装置によれば、端部２１ａ，２２ａの高さを合わせる等の前処理を省略することができ、かつより迅速にあるいはより効率よく端部２１ａ，２２ａを溶接することができる。よって、例えば、溶接の手間や、所要時間、コストを低減することができ、ひいては、溶接部２３を含む装置の製造の手間や、所要時間、製造コストを低減することができる。また、端部２２ａからのＺ方向のずれが０以上である端部２１ａにレーザ光Ｌを照射して溶融池２３Ｗを形成することにより、端部２１ａ，２２ａ間のＺ方向のずれを小さくしやすいという利点もある。

また、本実施形態のように、溶融池２３Ｗ１が重力によって端部２２ａ側に倒れ込むように移動することにより溶融池２３Ｗとなるようにしてもよい。

これにより、例えば、より迅速にあるいはより効率よく、端部２１ａ，２２ａを溶融し、溶接部２３を形成することができる。

また、本実施形態のように、溶融池２３Ｗを形成する工程の前に、端部２２ａの中央よりも端部２１ａに近い領域Ａ２に向けてレーザ光Ｌ２を照射する工程を有してもよい。

これにより、例えば、端部２２ａの領域Ａ２上に溶融池２３Ｗ２を形成してより迅速に溶融池２３Ｗを形成できたり、領域Ａ２を予熱して溶融池２３Ｗが端部２２ａに接した際に端部２２ａをより迅速に溶融してより迅速に所期の溶融池２３Ｗを得ることができたり、といった利点が得られる。

また、本実施形態のように、端部２２ａの少なくとも端部２１ａ側に、溶融池２３Ｗ２（第二溶融池）を形成し、溶融池２３Ｗ１と溶融池２３Ｗ２とを一体化して溶融池２３Ｗを形成してもよい。

これにより、例えば、より迅速にあるいはより効率よく、端部２１ａ，２２ａを溶融し、溶接部２３を形成することができる。

なお、Ｚ方向において端部２１ａと端部２２ａとの位置がずれている場合、当該ずれ量を、本実施形態において溶融池２３Ｗ（架設溶融池）が固化した状態における、当該溶融池２３Ｗのエッジ２１ａ１またはエッジ２２ａ１からのＺ方向の突出量のいずれか高い方以下（例えば、１．５ｍｍ以下）となるように構成することで、迅速に部材２１，２２を溶接することができる点で好ましい。

［第２実施形態］
図２４は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ａの概略構成を示す図である。図２４に示されるように、レーザ溶接装置１００Ａは、レーザ装置１１０として、二つのレーザ装置１１１，１１２を備えている。

レーザ装置１１１は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力し、レーザ装置１１２は、例えば、５５０［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。より好ましくは、レーザ装置１１２は、例えば、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。ここで、レーザ装置１１１，１１２が有するレーザ発振器は、光源の一例である。また、レーザ装置１１１が出力するレーザ光は、第一レーザ光の一例であり、レーザ装置１１２が出力するレーザ光は、第二レーザ光の一例である。なお、レーザ装置１１１，１１２は、レーザ光の連続波を出力してもよいし、レーザ光のパルスを出力してもよい。

コントローラ２００は、レーザ装置１１１，１１２のそれぞれの作動を制御することができる。例えば、コントローラ２００は、レーザ光を出力したり、レーザ光の出力を停止したり、出力強度を変更したりするよう、レーザ装置１１１，１１２を制御することができる。

レーザ装置１１１，１１２から出力されたレーザ光は、それぞれ光ファイバ１３０を介して光学ヘッド１２０に入力される。

ミラー１２４は、コリメートレンズ１２１－１で平行光となった第一レーザ光を反射する。ミラー１２４で反射した第一レーザ光は、光学部品としての波長フィルタ１２５へ向かう。

波長フィルタ１２５は、レーザ装置１１１からの第一レーザ光を透過し、レーザ装置１１２からの第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。第一レーザ光は、波長フィルタ１２５を透過してガルバノスキャナ１２６へ向かう。他方、波長フィルタ１２５は、コリメートレンズ１２１－２で平行光となった第二レーザ光を反射する。波長フィルタ１２５で反射した第二レーザ光は、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。ガルバノスキャナ１２６は、上記第１実施形態と同様に作動する。

集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光、照射光）として、対象物Ｗへ照射する。レーザ光Ｌは、第一レーザ光Ｌａと、第二レーザ光Ｌｂと、を含んでいる。

第二レーザ光Ｌｂは、第一レーザ光Ｌａよりも波長が短い分、銅系材料やアルミニウム系材料のような金属材料における吸収率がより高い。また、第一レーザ光Ｌａは、第二レーザ光Ｌｂよりも波長が長い分、収束性がより高く、パワー密度をより高くしやすい。このため、第一レーザ光Ｌａおよび第二レーザ光Ｌｂを含むレーザ光Ｌは、第一レーザ光Ｌａのみまたは第二レーザ光Ｌｂのみを含むレーザ光Ｌと比べて、第二レーザ光Ｌｂの効果として溶融池２３Ｗ１，２３Ｗ２（２３Ｗ）をより安定化することができるとともに、第一レーザ光Ｌａの効果としてより効率良く金属材料を溶融することができる。したがって、本実施形態によれば、ボイドやスパッタの少ないより高品質なレーザ溶接をより効率良く実行することができる。

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、レーザ光の照射に際し、公知のウォブリングや、ウィービング、出力変調等が行われ、溶融池の表面積が調節されてもよい。

また、レーザ光は、第一端部および第二端部の双方に同時並行的に照射されてもよい。

本発明は、レーザ溶接方法に利用することができる。

１０…平角線
２０…部材
２０ａ…端部
２０ｂ…側面
２０ｃ…突出部
２１…部材（第一部材）
２１ａ…端部（第一端部）
２１ａ１…エッジ
２１ｂ…側面
２１ｃ…突出部
２２…部材（第二部材）
２２ａ…端部（第二端部）
２２ａ１…エッジ
２２ｂ…側面
２２ｃ…突出部
２３…溶接部
２３ａ…張出部
２３Ｗ…溶融池（架設溶融池）
２３Ｗ１…溶融池（第一溶融池）
２３Ｗ２…溶融池（第二溶融池）
３０…被覆
１００，１００Ａ…レーザ溶接装置
１１０，１１１，１１２…レーザ装置（光源、被制御対象）
１２０…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２４…ミラー
１２５…波長フィルタ
１２６…ガルバノスキャナ（被制御対象）
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
１４０…駆動機構（被制御対象）
１５０…センサ（検出部）
２００…コントローラ
２０１…検出制御部（検出部）
２０２…照射手順決定部（制御部）
２０３…移動制御部（制御部）
２０４…照射制御部（制御部）
２１０…記憶部
Ａ１…領域
Ａ２…領域
Ｃ１…中心
Ｃ２…中心
ｇ…隙間
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…レーザ光
Ｌａ…第一レーザ光
Ｌｂ…第二レーザ光
Ｗ…対象物
Ｘ…方向（第二方向）
Ｙ…方向（第三方向）
Ｚ…方向（第一方向）
δ…ずれ

Claims (22)

1. 金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、
   前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射した後、当該架設溶融池を固化する工程と、
   を有し、
   前記架設溶融池を形成する工程では、前記第一溶融池が前記第二端部側に倒れ込むように移動することにより前記架設溶融池を形成する、レーザ溶接方法。
2. 金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、
   前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射した後、当該架設溶融池を固化する工程と、
   を有し、
   前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程を有した、レーザ溶接方法。
3. 前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程では、レーザ光を、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第一端部に近い領域に向けて照射する、請求項２に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程において、前記第二端部の少なくとも前記第一端部側に、第二溶融池を形成し、
   前記架設溶融池を形成する工程では、前記第一溶融池と前記第二溶融池とが一体化することにより前記架設溶融池が形成される、請求項２に記載のレーザ溶接方法。
5. 金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、
   前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射した後、当該架設溶融池を固化する工程と、
   を有し、
   前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する工程を有した、レーザ溶接方法。
6. 前記レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する工程では、当該レーザ光を前記第三方向に複数回掃引する、請求項５に記載のレーザ溶接方法。
7. 金属材料で作られた第一部材の第一方向の第一端部と、前記第一部材に対して前記第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置され金属材料で作られた第二部材の前記第一方向の第二端部であって前記第一端部の当該第二端部からの前記第一方向に沿った距離が０以上となるように配置された第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、当該第一端部の少なくとも前記第二端部側に張り出した第一溶融池を形成する工程と、
   前記第一溶融池を形成する工程以降に、少なくとも前記第一端部に向けてレーザ光を照射することにより、前記第一溶融池に含まれる流動性の金属材料を含み前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された架設溶融池を形成する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射する工程と、
   前記架設溶融池にレーザ光を照射した後、当該架設溶融池を固化する工程と、
   を有し、
   前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を少なくとも１箇所において定点照射する工程を有した、レーザ溶接方法。
8. 前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程を有した、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
9. 前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する工程を有した、請求項１～４、８のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
10. 前記第一溶融池を形成する工程の後かつ前記架設溶融池を形成する工程の前に、前記第二端部に向けてレーザ光を照射する工程として、当該レーザ光を少なくとも１箇所において定点照射する工程を有した、請求項１～６、８、９のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
11. 前記第一端部は、前記第一方向に突出した突出部を有し、
    前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記突出部に向けて照射し、
    前記突出部は、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第二端部に近い側で突出した、請求項１～１０のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
12. 前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向の反対方向に向かうにつれて前記第二端部から遠ざかる方向に照射する、請求項１～１１のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
13. 前記第一溶融池を形成する工程では、レーザ光を、前記第一端部の前記第二方向の中央よりも前記第二端部に近い領域に向けて照射する、請求項１～１２のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
14. 前記架設溶融池を形成する工程では、前記架設溶融池に、複数箇所でレーザ光を照射する、請求項１～１３のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
15. 前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に掃引する、請求項１～１４のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
16. 前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第三方向に複数回掃引する、請求項１５に記載のレーザ溶接方法。
17. 前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を、少なくとも１箇所において定点照射する、請求項１～１６のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
18. 前記第一端部は、前記第一方向に突出した突出部を有し、
    前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記突出部に向けて照射する、請求項１～１７のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
19. 前記第一溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を前記第一方向の反対方向に向かうにつれて前記第二端部に近づく方向に照射する、請求項１～１８のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
20. 前記第一部材は、前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びるとともに前記第一方向に延びた第一側面を有し、
    前記第二部材は、前記第三方向および前記第一方向に延びて前記第一側面と面した第二側面を有した、請求項１～１９のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
21. 前記第一部材および前記第二部材は、平角線の導体である、請求項２０に記載のレーザ溶接方法。
22. 前記第二端部は、前記第一方向において前記第一端部と異なる位置に配置された請求項１～２１のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。

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