JP5428543B2 - レーザー溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー溶接方法に関する。

重ね合わせて配置した溶接部材同士を溶接する重ね合わせレーザー溶接方法が知られている。この種のレーザー溶接方法にあっては、一般的に、溶接部材の重ね合わせ面を含む範囲にレーザーを照射して溶接部を形成し、所定の溶接強度を確保している。

レーザーが重ね合わせ面から位置ずれして照射されると、十分な溶接強度を確保することが困難になり、溶接品質の低下が招かれることになる。したがって、重ね合わせ面に対して高精度に位置決めしてレーザーを照射させることが必要とされている。

特許文献１に記載されたレーザー溶接方法にあっては、重ね合わせ面を含む一定の範囲内に複数の溶接ビードを隣接させて形成し、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じる溶接品質の低下を防止している（特許文献１参照）。

特開平１０−３２８８６０

複数の溶接ビードを形成させるレーザー溶接方法を採用した場合には、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じる溶接品質の低下を防止することは可能である。

しかしながら、溶接対象である溶接部材の形状によっては、複数の溶接ビードを形成させる十分な溶接面積を確保することができず、上記のレーザー溶接方法を採用したにもかかわらず、重ね合わせ面に対して高精度に位置決めしてレーザーを照射させる必要が生じることがある。また、溶接作業の度に複数の溶接ビードを形成させるため、溶接作業の作業遅延とともに作業コストの増加を招くという問題もある。

そこで、本発明は、向かい合わせて配置された溶接部材のレーザー溶接に際し、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じ得る溶接品質の低下を好適に防止するとともに、位置ずれ防止対策に伴う作業遅延、および作業コストを低減し得るレーザー溶接方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザー溶接方法は、第１と第２の溶接部材を、レーザーを照射するレーザー照射部の側から、第１と第２の溶接部材が向かい合って溶接される溶接部の側に向けて、第１と第２の溶接部材の間の隙間が小さくなるように向かい合わせて配置する工程を有している。さらに、レーザー照射部から隙間が小さくなる方向に向けてレーザーを照射するとともに第１と第２の溶接部材が向かい合う内壁面によってレーザーを反射させて溶接部に案内する照射工程を有している。そして、第１の溶接部材および第２の溶接部材のそれぞれは、溶接部となる部位の表面粗さが内壁面の他の部位の表面粗さよりも表面粗さを大きくして形成されている。

本発明によれば、第１の溶接部材と第２の溶接部材の間に形成させた微小な隙間に向けて照射したレーザーを第１と第２の溶接部材の内壁面によって反射させて案内し、第１と第２の溶接部材が向かい合って溶接される溶接部に対して照射させることができる。したがって、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態で配置した第１と第２の溶接部材を好適に溶接することができ、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じ得る溶接品質の低下を防止するとともに、レーザーの照射位置の位置ずれ防止対策に伴う作業遅延、および作業コストを低減することができる。

レーザー溶接装置を簡略化して示す図である。 レーザー溶接方法の工程を示すフローチャートである。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、レーザー溶接方法を説明するための斜視図である。 図４（Ａ）は、レーザー溶接方法を説明するための斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の矢印４Ｂ方向から見た矢視図である。 レーザーの溶接軌跡を説明するための図であり、図４（Ａ）の矢印５Ａ方向から見た矢視図である。 図６（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例に係る溶接部材を説明するための斜視図である。 図７は、適用例に係るレーザー溶接方法を説明するための図であり、図７（Ａ）は、溶接部材である自動車用のドアパネルを示す図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の要部を拡大して示す断面図である。

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。また、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場合がある。

図１を参照して、実施形態にあっては、向かい合わせて配置した平板状の鋼板３１、３２の溶接に本発明のレーザー溶接方法を適用している。溶接作業には、鋼板等の溶接に用いられる公知のリモートレーザー溶接装置１０を利用している。

図１〜４を参照して、実施形態に係るレーザー溶接方法を概説すれば、第１の溶接部材３１と第２の溶接部材３２を、レーザーを照射するレーザー加工ヘッド２１（レーザー照射部に相当する）の側から、第１と第２の溶接部材３１、３２が向かい合って溶接される溶接部４１の側に向けて、第１と第２の溶接部材３１、３２の間の隙間ｇが小さくなるように向かい合わせて配置する工程（ステップ１１〜１３）と、レーザー加工ヘッド２１から隙間ｇが小さくなる方向に向けてレーザーを照射するとともに第１と第２の溶接部材３１、３２が向かい合う内壁面４２によってレーザーを反射させて溶接部４１に案内する照射工程（ステップ１４）と、を有している。そして、レーザーの照射工程（ステップ１４）では、レーザーの照射角度θ１が第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２よりも小さくなるように第１の溶接部材３１に対してレーザーを照射している（図４（Ｂ））。第１と第２の溶接部材３１、３２を配置する工程（ステップ１１〜１３）では、第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプした状態で第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２を広げるように第１と第２の溶接部材３１、３２同士を離反移動させて隙間ｇを形成している（図３（Ａ）、（Ｂ））。

説明中における溶接部４１とは、第１と第２の溶接部材３１、３２同士を溶接する溶接部位を意味する。実施形態にあっては、第１と第２の溶接部材３１、３２間の隙間ｇが小さくなる側（以下、「先端部の側ｓ」とする）に位置する内壁面４２の一定の範囲を溶接部４１に設定している。

以下、実施形態について詳述する。

図１を参照して、レーザー溶接装置１０は、第１と第２の溶接部材３１、３２に対してレーザーを照射して溶接を行うレーザー溶接ロボット１１と、レーザー溶接装置１０の各部の動作を制御する制御部１２と、レーザーを発振するレーザー発振器１３と、第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプするクランプ手段１４と、第１の溶接部材３１に形成された貫通孔４３を介して第２の溶接部材３２に対して押し付け力を付与するガイド部材１５と、を有している。

レーザー溶接ロボット１１は、レーザー発振器１３から伝送されたレーザーを溶接部４１に対して照射するレーザー加工ヘッド２１と、レーザー加工ヘッド２１を所定の位置に移動させるためのロボットアーム２２と、を有している。レーザー発振器１３からレーザー加工ヘッド２１へのレーザーの伝送には、光ファイバ２３を利用している。各図においてレーザー加工ヘッド２１から照射したレーザーＬを破線で示す。

レーザー加工ヘッド２１は、伝送されたレーザーを集束させて照射するためのレンズ群２４と、回動自在な光学ミラー２５と、を有している。光ファイバ２３からレーザー加工ヘッド２１内に伝送されたレーザーは、レンズ群２４を通過し、光学ミラー２５に入射する。光学ミラー２５は、図示しない駆動源によって回動し、第１と第２の溶接部材３１、３２に対する任意の角度、および任意の溶接軌跡に沿ってレーザーを走査する。レンズ群２４によるレーザーの焦点位置を調整し、レーザーをデフォーカスさせて照射させることも可能になっている。

ロボットアーム２２は、一般的な多間接のロボットアームである。教示作業によって与えられた動作に従って先端部に配置されたレーザー加工ヘッド２１をさまざまな方向へ移動させる。

制御部１２は、レーザー溶接装置１０の各部の動作制御を行う。例えば、設定された出力エネルギーでのレーザーの照射や、溶接軌跡に沿ったレーザーの走査、レーザーの照射タイミング等を調整する。

クランプ手段１４は、載置台２６上に配置された第１と第２の溶接部材３１、３２に対して進退移動自在に設けられている。載置台２６との間において第１と第２の溶接部材３１、３２を挟み込み、両溶接部材３１、３２をクランプする（図３（Ａ））。クランプ手段１４は、図示された構成に限定されるものではなく、第１と第２の溶接部材３１、３２を押え付ける機能を有する範囲内において適宜変更することが可能である。

ガイド部材１５は、クランプ手段１４と同様に、第１と第２の溶接部材３１、３２に対して進退移動自在に設けられている。ガイド部材１５は、第１の溶接部材３１の側から第２の溶接部材３２に対して前進移動し、第２の溶接部材３２に対して押し付け力を付与する（図３（Ｂ））。ガイド部材１５は、図示された構成に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して、溶接作業に際し、第１と第２の溶接部材３１、３２は両溶接部材３１、３２の内壁面４２を向かい合わせて載置台２６上に配置する。クランプ手段１４を前進移動させることによって両溶接部材３１、３２をクランプする。クランプした状態で第１の溶接部材３１に設けられた貫通孔４３を通して第２の溶接部材３２にガイド部材１５を押し付ける。この押し付けに連動させてクランプ手段１４を後退移動させ、第１と第２の溶接部材３１、３２の間にレーザーを導入するための開口部４４を形成させる。第２の溶接部材３２は、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２を広げるように第１の溶接部材３１から徐々に離反移動し、開口部４４の側から先端部の側ｓに向けて徐々に寸法が小さくなる隙間ｇを形成させる。

溶接部４１は、例えば、第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプした部位の裏面側に位置する内壁面４２に設定する。隙間ｇの寸法ｗ１を小さくすることによって、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態でのレーザー溶接を行うことが可能になる。

開口角度θ２、開口部４４の寸法ｗ２、および隙間ｇの寸法ｗ１は、ガイド部材１５の押し付け力を調整して任意に形成させることが可能になっている。例えば、レーザーのビーム径が０．６ｍｍ程度の場合には、開口角度θ２を２０°とし、開口部４４の寸法ｗ２を１．２ｍｍ、溶接部４１における隙間ｇの寸法ｗ１を０．３ｍｍ程度に設定することが望ましい。

図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、レーザーの照射工程は、隙間ｇを形成させた状態で行う。レーザーは、レーザー加工ヘッド２１から隙間ｇの寸法ｗ１が小さくなる方向に向けて照射する。開口部４４、および隙間ｇを通して溶接部４１に対してレーザーを入射させる。

溶接部材３１、３２同士をより確実に溶接するためには、第１の溶接部材３１の側、または第２の溶接部材３２の側へ偏らせることなく、隙間ｇの中心位置を通るようにレーザーを照射することが望ましい。このため、微小な隙間ｇの中心位置に高精度に位置決めしてレーザーを照射させる必要がある。しかしながら、レーザー照射を繰り返して実施すると、レーザー溶接装置１０に起因する精度誤差などが生じ、中心位置からずれてレーザーが照射されることがある。レーザーの照射位置に大きなずれが生じ、溶接部４１から大きく離れた部位に対してレーザーが入射されると、溶接品質の低下が招かれる虞がある。

ここで、レーザー加工ヘッド２１の側から先端部の側ｓに向けて隙間ｇの寸法ｗ１が徐々に小さくなるように配置された第１と第２の溶接部材３１、３２の各内壁面４２は、照射されたレーザーを反射し、先端部の側ｓへ案内する（レーザーの反射を図中矢印ａで示す）。反射したレーザーは、その後直接、または内壁面４２による複数回の反射を繰り返して最終的に溶接部４１に対して入射する。このように、第１と第２の溶接部材３１、３２の内壁面４２は、溶接部４１から位置ずれして照射されたレーザーを先端部の側ｓへ案内する機能を発揮し、溶接部４１に対するレーザーの入射をより確実に行うことを可能にする。

第１と第２の溶接部材３１、３２に対するレーザーの照射角度θ１が増加すると、内壁面４２におけるレーザーの熱量の吸収率が高くなり、レーザーが反射する度に生じる熱量の損失が大きくなる。このような場合には、先端部の側ｓに設定された溶接部４１に対して溶接に必要な熱量を付与することが困難になる。そこで、レーザーは、隙間ｇの寸法ｗ１が小さくなる方向に向かわせつつ、レーザーの照射角度θ１が第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２よりも小さくなるように第１の溶接部材３１、または第２の溶接部材３２に対して照射する。溶接部材３１、３２に対するレーザーの照射角度θ１を小さく規制した状態でレーザーを照射することによって、レーザーが反射する度に生じる熱量の損失を抑制させることができ、溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することが可能になる。

開口角度θ２を２０°程度に設定した場合には、レーザーの照射角度θ１は１０°程度に設定することが望ましい。レーザーの照射角度θ１をこのように設定すると、内壁面４２におけるレーザーの吸収率を３５％程度に抑制することが可能になる。レーザーの照射角度θ１は、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２によって決定するが、開口部４４の寸法ｗ２や隙間ｇの寸法ｗ１とともに、適宜変更することが可能である。

第１と第２の溶接部材３１、３２に設定した溶接部４１は、溶接部となる部位４５の表面粗さを内壁面４２の他の部位の表面粗さよりも大きくして形成している。

内壁面４２の表面粗さを鏡面加工等によって小さくすると、表面粗さが小さくなった部位は、他の部位と比較してレーザーが反射し易くなり、レーザーの熱量の吸収率が低下する。これに対して、内壁面４２に凹凸加工等を施し、表面粗さを大きくすると、表面粗さが大きくなった部位は、他の部位と比較してレーザーが反射し難くなり、レーザーの熱量の吸収率が向上する。そこで、第１と第２の溶接部材３１、３２の内壁面４２に内壁面４２の他の部位よりも表面粗さを大きくした部位４５を形成し、その部位を溶接部４１に設定している。レーザーが溶接部４１に対して入射し易くなるため、任意の位置に設定した溶接部４１での溶接を正確に行うことが可能になる。

溶接部材３１、３２に鋼板を利用する場合には、例えば、溶接部４１の表面粗さＲａ（ＪＩＳ規格Ｂ０６０１で定められる面粗度）は、０.８〜５０ａ程度に設定することが望ましい。上記の表面粗さを採用することによって、溶接部４１におけるレーザーの熱量の吸収率を他の部位よりも１５％程度向上させることが可能になる。なお、表面粗さを大きくする加工には、例えば、サンドブラスターや、サンダー加工を利用することが可能である。

レーザーの熱量の吸収率は、溶接部材３１、３２自体の温度の上昇とともに向上するが、上記のような表面粗さを設定した部位４５では、溶接部材３１、３２の温度の上昇とともにレーザーの熱量の吸収率が８０％程度にまで達する。このように、表面粗さを大きくした部位４５を溶接部４１に設定することによって、表面粗さを大きくすることによるレーザーの熱量の吸収率の向上と、溶接部材３１、３２の温度上昇に伴うレーザーの熱量の吸収率の向上とを相乗的に発揮させることができ、溶接部４１に対してより効率的にレーザーの熱量を付与することが可能になる。

レーザー溶接に際し、レーザー加工ヘッド２１から照射するレーザーは、デフォーカスさせて照射している。レーザーをデフォーカスして照射すると、レーザーのビーム径の単位面積あたりの熱量が減少し、デフォーカスさせずに照射した場合と比較し、反射する際に生じるレーザーの熱量の損失を抑制させることが可能になる。

上述したように、レーザーは、反射する度にその熱量が減少する。例えば、レーザーが開口部４４の周辺部に対して照射されるような場合には、開口部４４の側において大幅なレーザーの熱量の損失が生じ、溶接部４１に対して十分な熱量を付与することが困難になる。そこで、レーザーをデフォーカスさせて照射し、溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することを可能にする。レーザーのビーム径の単位面積あたりの熱量は減少することになるが、レーザーは最終的に収束して溶接部４１に対して入射するため、溶接部４１を溶融させるために必要な熱量を確保することができる。

レーザーの照射工程では、第１と第２の溶接部材３１、３２の間を往復する連続した溶接軌跡４６に沿ってレーザーの照射を進行させる（図５）。

第１と第２の溶接部材３１、３２をスポット溶接ではなく、連続した溶接ビードを形成させて溶接する場合には、レーザーの照射を進行方向に向かって進めながら、第１の溶接部材３１と、第２の溶接部材３２との間を行き来するようにレーザーを照射する（レーザーの進行を図中矢印ｂで示す）。第１と第２の溶接部材３１、３２の間を往復する溶接軌跡４６に沿ってレーザーを照射すると、レーザーは隙間ｇの中心位置を基準にして第１と第２の溶接部材３１、３２の側に平均化して収束することになる。したがって、溶接部４１に対して第１の溶接部材３１の側、または第２の溶接部材３２の側に偏ってレーザーが入射することを防止できる。また、隙間ｇの中心位置に向けて高精度に位置決めした状態でレーザーを走査する場合と比較し、溶接作業を簡略化して行うことができる。

次にレーザー溶接方法について説明する。

図３（Ａ）を参照して、載置台２６上に第１と第２の溶接部材３１、３２を両者の内壁面４２が向かい合うように配置する。先端部の側ｓをクランプ手段１４によってクランプさせる。

図３（Ｂ）を参照して、第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプした状態で第１の溶接部材３１に設けられた貫通孔４３を通して第２の溶接部材３２にガイド部材１５を押し付ける。押し付けに連動させてクランプ手段１４を後退移動させ、第１と第２の溶接部材３１、３２の間にレーザーを導入するための開口部４４を形成させる。

第２の溶接部材３２は、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２を広げるように第１の溶接部材３１から徐々に離反移動する。この離反移動によって第１と第２の溶接部材３１、３２の間に、開口部４４の側から先端部の側ｓに向けて徐々に寸法が小さくなる隙間ｇを形成させる。第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプしながら第１と第２の溶接部材３１、３２を相対的に離反移動させる簡易な作業によって、先端部の側ｓに向けて徐々に寸法が小さくなる隙間ｇを形成させることができる。

第１と第２の溶接部材３１、３２がクランプされた部位の裏面側に位置する内壁面４２を溶接部４１に設定する。溶接部４１を形成する部位は、予め表面粗さが大きくなるように加工している。

隙間ｇの寸法ｗ１を小さく形成し、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態で第１と第２の溶接部材３１、３２を配置し、レーザー溶接を実施する。

図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、隙間ｇが形成された状態でレーザーを照射する。レーザーは、レーザー加工ヘッド２１から隙間ｇの寸法ｗ１が小さくなる方向に向かわせつつ、レーザーの照射角度θ１が第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２よりも小さくなるように第１の溶接部材３１に対して照射する。

第１と第２の溶接部材３１、３２の内壁面４２は、照射されたレーザーを反射し、先端部の側ｓへ案内する。反射したレーザーは、溶接部４１に対して入射し、または内壁面４２による複数回の反射を繰り返しながら隙間ｇの寸法ｗ１が小さくなる方向に向けて徐々に収束する。

ここで、溶接部材を重ね合わせ溶接する際に、重ね合わせ面を含む所定の範囲内に複数の溶接ビードを隣接させて形成し、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じる溶接強度の低下を防止するレーザー溶接方法が知られている。このようなレーザー溶接方法を採用することによって、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じる溶接強度の低下を防止することは可能になる。しかしながら、薄板状の溶接部材を重ね合わせ溶接するような場合には、複数の溶接ビードを形成させるための十分な溶接面積を確保することができないため、上記のレーザー溶接方法を採用したにもかかわらず、重ね合わせ面に対して高精度に位置決めしてレーザーを照射する必要が生じる。また、溶接作業の度に複数の溶接ビードを形成させるため、溶接作業の作業遅延とともに、作業コストの増加を招くという問題もある。

これに対し、本実施形態にあっては、第１と第２の溶接部材３１、３２の間に形成させた微小な隙間ｇに向けて照射したレーザーを第１と第２の溶接部材３１、３２の内壁面４２によって反射させ、先端部の側ｓに形成された溶接部４１に対してレーザーを案内させて入射させることができる。したがって、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態で配置した第１と第２の溶接部材３１、３２を好適に溶接することができる。この結果、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じ得る溶接品質の低下を防止するとともに、レーザーの照射位置の位置ずれ防止対策に伴う作業遅延、および作業コストを低減することが可能になる。

レーザーの照射工程では、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２よりもレーザーの照射角度θ１を小さくしてレーザーを照射している。レーザーが反射する度に生じる熱量の損失を抑制させることができ、溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することが可能になる。

表面粗さを大きくした部位４５を形成し、その部位を溶接部４１に設定しているため、溶接部４１に対してレーザーをより確実に入射させることができる。任意の位置に設定した溶接部４１での溶接を正確に行うことが可能になる。

レーザー加工ヘッド２１から照射するレーザーは、デフォーカスさせて照射する。レーザーをデフォーカスして照射すると、デフォーカスさせずに照射した場合と比較し、レーザーが反射する度に生じる熱量の損失を抑制させることができる。したがって、溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することが可能になる。

図５を参照して、第１と第２の溶接部材３１、３２の間を往復する連続した溶接軌跡４６に沿ってレーザーの照射を進行させる。隙間ｇの中心位置を基準にし、第１と第２の溶接部材３１、３２の側に平均化してレーザーが収束することになる。このため、溶接部４１に対して第１の溶接部材３１の側、または第２の溶接部材３２の側に偏ってレーザーが入射することを防止でき、溶接品質をより向上させることが可能になる。隙間ｇの中心位置に向けて高精度に位置決めした状態でレーザーを走査する場合と比較し、溶接作業を簡略化して行うことも可能になる。

所定の溶接軌跡４６に沿ってレーザーを走査した後、溶接作業を終了する。

上述したように、本実施形態にあっては、第１と第２の溶接部材３１、３２の間に形成させた微小な隙間ｇに向けて照射したレーザーを第１と第２の溶接部材３１、３２の内壁面４２によって反射させ、先端部の側ｓに形成された溶接部４１に対してレーザーを案内させて入射させることができる。したがって、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態で配置した第１と第２の溶接部材３１、３２を好適に溶接することができる。この結果、レーザーの照射位置の位置ずれに伴って生じ得る溶接品質の低下を防止するとともに、レーザーの照射位置の位置ずれ防止対策に伴う作業遅延、および作業コストを低減することが可能になる。

レーザーの照射工程では、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２よりもレーザーの照射角度θ１を小さくしてレーザーを照射する。レーザーが反射する度に生じる熱量の損失を抑制させることができ、第１と第２の溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することが可能になる。

第１と第２の溶接部材３１、３２を配置する工程では、第１と第２の溶接部材３１、３２がなす開口角度θ２を広げるように第１の溶接部材３１から第２の溶接部材を離反移動させて隙間ｇを形成させる。第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプしながら第１と第２の溶接部材３１、３２を相対的に離反移動させる簡易な作業によって、先端部の側ｓに向けて徐々に寸法が小さくなる隙間ｇを形成させることができる。

表面粗さを大きくした部位４５を形成し、その部位を溶接部４１に設定しているため、溶接部４１に対してレーザーをより確実に入射させることができる。任意の位置に設定した溶接部４１での溶接を正確に行うことが可能になる。

レーザー加工ヘッド２１から照射するレーザーは、デフォーカスさせて照射する。レーザーをデフォーカスして照射すると、デフォーカスさせずに照射した場合と比較し、レーザーが反射する度に生じる熱量の損失を抑制させることが可能になる。したがって、第１と第２の溶接部材３１、３２を溶融させるために必要な熱量を溶接部４１に対してより確実に付与することが可能になる。

レーザーの照射工程では、第１と第２の溶接部材３１、３２の間を往復する連続した溶接軌跡４６に沿ってレーザーの照射を進行させる。隙間ｇの中心位置を基準にし、第１と第２の溶接部材３１、３２の側に平均化してレーザーを収束させることが可能になる。このため、溶接部４１に対して第１の溶接部材３１の側、または第２の溶接部材３２の側に偏ってレーザーが入射することを防止でき、溶接品質をより向上させることが可能になる。隙間ｇの中心位置に向けて高精度に位置決めした状態でレーザーを走査する場合と比較し、溶接作業を簡略化して行うことも可能になる。

上述した実施形態は、適宜変更することが可能である。

実施形態にあっては、第１の溶接部材３１に対してレーザーを照射して溶接作業を開始しているが、第２の溶接部材３２に対してレーザーを照射し、溶接作業を開始することも可能である。

第１と第２の溶接部材３１、３２をクランプさせる位置は、特に限定されるものではなく、溶接部４１を形成させる位置に合わせて適宜変更することが可能である。隙間ｇを形成させる方法には、例えば、ガイド部材１５の押し付けによって、第２の溶接部材３２を弾性変形させて隙間ｇを形成させる方法や、第１と第２の溶接部材３１、３２のいずれか一方に引っ張り力を付与して相対的に離反移動させて隙間ｇを形成させる方法を採用することが可能である。

表面粗さを大きくした部位４５は、レーザーを入射させたい部位に合わせて、第１と第２の溶接部材３１、３２のうち、少なくとも一方に形成されていればよい。また、内壁面４２における各部の表面粗さは、適宜変更することができ、内壁面４２において他の部位よりも表面粗さを小さくし、レーザーの熱量の吸収率が低下した部位を形成することも可能である。例えば、レーザーの多重反射を誘導するために、開口部４４の周辺や、その他レーザーを積極的に反射させたい部位に表面粗さが小さい部位を形成させることが考えられる。

溶接部材の材質や形状も実施形態において説明したものに限定されず、適宜変更することが可能である。また、連続した溶接軌跡に沿ってレーザーを走査するレーザー溶接のみではなく、例えば、スポット溶接に適用することも可能である。

（変形例）
図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、変形例にあっては、溶接部４１に連なる平面部５１が形成された第１と第２の溶接部材３１、３２に対してレーザー溶接を実施している。前述した実施形態と同様の部材および溶接方法については、その説明を一部省略する。

図６（Ａ）を参照して、第１の溶接部材３１には、平板状の鋼板を利用している。一方、第２の溶接部材３２には、平面部５１と、平面部５１からレーザー加工ヘッド２１の側へ向けて所定の開口角度θ２を形成するように延びる屈曲部５２を形成している。

第１の溶接部材３１の平面部５１と、第２の溶接部材３２の平面部５１とを向かい合わせて配置し、第１の溶接部材３１と屈曲部５２との間に隙間ｇを形成させる。第１の溶接部材３１と第２の溶接部材３２とを突き合わせて配置するだけで第１と第２の溶接部材３１、３２の間に任意の形状、および任意の寸法の隙間ｇを形成させることが可能になる。したがって、隙間ｇを形成させる作業をより簡略化させることができる。

図６（Ｂ）を参照して、図示された第２の溶接部材３２には、平面部５１とともに、第１の溶接部材３１に向かい合わせて配置した際に第１の溶接部材３１との間に隙間ｇを形成させる袋状の収納部５３を形成している。第１の溶接部材３１と第２の溶接部材３２とを突き合わせて配置する簡易な作業によって第１と第２の溶接部材３１、３２の間に任意の形状、および任意の寸法の隙間ｇを形成させることができる。

図６（Ｃ）を参照して、図示された第２の溶接部材３２には、平面部５１とともに、曲面状に折り曲げた折り曲げ部５４を形成している。上述した他の変形例と同様に、第１と第２の溶接部材３１、３２同士を突き合わせて配置する簡易な作業によって第１と第２の溶接部材３１、３２の間に任意の形状、および任意の寸法の隙間ｇを形成させることができる。

以上、変形例に係るレーザー溶接方法にあっては、溶接部４１に連なり互いに向かい合って当接する平面部４１が形成された第１と第２の溶接部材３１、３２を利用するため、隙間ｇを形成させる作業をより簡略することができ、溶接作業に要する作業効率を向上させることができる。上述した実施形態と同様に、第１と第２の溶接部材３１、３２の間に形成された隙間ｇに向けてレーザーを照射することによって、第１と第２の溶接部材３１、３２を好適に溶接することができる。

（適用例）
図７（Ａ）、（Ｂ）を参照して、適用例にあっては、第１の溶接部材３１に対する第２の溶接部材３２の仮止めに本発明のレーザー溶接方法を適用している。

第１の溶接部材３１には、自動車用のドアパネル６１を適用し、第２の溶接部材３２には、自動車用のドアパネル６１にねじ部材６３を取り付けるための締結用の留め具６２を適用している。締結用の留め具６２を溶接した後には、他の溶接部材６４をレーザー溶接する作業を行う。

自動車用のドアパネル６１と締結用の留め具６２との間に微小な隙間ｇを形成し、重ね合わせ溶接と同等の溶接形態でのレーザー溶接を行う。レーザーは、自動車用のドアパネル６１に対して傾斜させて照射させるため、レーザー加工ヘッド２１を溶接部４１の延長線上（図中上方向の延長線上）に配置させずに締結用の留め具６１を溶接することができる。

隙間ｇに向けて照射されたレーザーは、自動車用のドアパネル６１と締結用の留め具６２との間において反射し、溶接部４１に対して収束して入射する。これによって、自動車用のドアパネル６１に対して締結用の留め具６２を仮止めすることが可能になる（図７（Ｂ））。

締結用の留め具６２を溶接した後、自動車用のドアパネル６１に他の溶接部材６４を溶接する作業を引き続き行う。ここで、他の溶接部材６４を溶接するための溶接部４１をレーザー加工ヘッド２１の側に面して配置している場合には、レーザーの照射角度を変更させることによって比較的広範な範囲にレーザーを振り分けて照射することができる（図７（Ａ））。したがって、他の溶接部材６４の溶接作業に際し、レーザー加工ヘッド２１の配置や姿勢を大きく変更させることなく溶接作業を開始することが可能になる。

重ね合わせ溶接と同等の溶接形態で配置された自動車用のドアパネル６１と締結用の留め部６２を溶接した後、自動車用のドアパネル６１に対してその他複数個所の溶接を実施する場合には、連続して溶接作業を行うことができ、溶接作業の作業効率を向上させることができる。

適用例にあっては、レーザー溶接後、締結用の留め具６２に対してねじ部材６３を締結する。微小な寸法で形成された隙間ｇは、ねじ部材６３の締結によってその寸法がさらに減少するため、隙間ｇが存在することによって製品品質の低下が招かれるようなことはない。また、締結用の留め具６２は、自動車用のドアパネル６１の内部において溶接されるものであるため、隙間ｇが残存するような場合であっても、製品である自動車用のドアパネル６１の見栄えが低下するという問題が生じることもない。

１０ レーザー溶接装置、
１１ レーザー溶接ロボット、
１２ 制御部、
１３ レーザー発振器、
１４ クランプ手段、
１５ ガイド部材、
２１ レーザー加工ヘッド（レーザー照射部）、
２２ ロボットアーム、
２３ 光ファイバ、
２４ レンズ群、
２５ 光学ミラー、
２６ 載置台、
３１ 第１の溶接部材、
３２ 第２の溶接部材、
４１ 溶接部、
４２ 内壁面、
４３ 貫通孔、
４４ 開口部、
４５ 表面粗さを大きくした部位、
４６ 溶接軌跡、
５１ 平面部、
５２ 屈曲部、
５３ 収納部、
５４ 折り曲げ部、
６１ 自動車用のドアパネル（第１の溶接部材）、
６２ 締結用の留め具（第２の溶接部材）、
６３ ねじ部材、
６４ 他の溶接部材、
ｇ 隙間、
ｓ 先端部の側、
ｗ１ 隙間の寸法、
ｗ２ 開口部の寸法、
θ１ レーザーの照射角度、
θ２ 開口角度。

Claims (6)

1. 第１と第２の溶接部材を、レーザーを照射するレーザー照射部の側から、前記第１と第２の溶接部材が向かい合って溶接される溶接部の側に向けて、前記第１と第２の溶接部材の間の隙間が小さくなるように向かい合わせて配置する工程と、
   前記レーザー照射部から前記隙間が小さくなる方向に向けてレーザーを照射するとともに前記第１と第２の溶接部材が向かい合う内壁面によってレーザーを反射させて前記溶接部に案内する照射工程と、を有しており、
   前記第１の溶接部材および前記第２の溶接部材のそれぞれは、前記溶接部となる部位の表面粗さが前記内壁面の他の部位の表面粗さよりも表面粗さを大きくして形成されている、レーザー溶接方法。
2. 前記照射工程は、レーザーの照射角度が前記第１と第２の溶接部材がなす開口角度よりも小さくなるように前記第１の溶接部材、または前記第２の溶接部材に対してレーザーを照射する、請求項１に記載のレーザー溶接方法。
3. 前記第１と第２の溶接部材は、前記溶接部に連なり互いに向かい合って当接する平面部を有する請求項１または請求項２に記載のレーザー溶接方法。
4. 前記第１と第２の溶接部材を配置する工程は、前記第１と第２の溶接部材をクランプした状態で前記第１と第２の溶接部材がなす開口角度を広げるように前記第１と第２の溶接部材同士を離反移動させて前記隙間を形成する、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. 前記照射工程は、前記レーザー照射部からレーザーをデフォーカスさせて照射する、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. 前記照射工程は、前記第１と第２の溶接部材の間を往復する連続した溶接軌跡に沿ってレーザーの照射を進行する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法。

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