JP7213441B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。

レーザ溶接は、被溶接物であるワークに照射されるレーザ光のパワー密度が高いため、高速かつ高品質の溶接を行うことができる。特に、レーザ光をワークの表面で高速にスキャンしながら溶接を行うスキャニング溶接では、溶接をしない期間中にレーザビームを次の溶接点へ高速に移動することができるため、トータルな溶接時間を短縮することができる（例えば、特許文献１参照）。また、レーザ光のスキャニング方法に関しては、ワークの表面にリサージュパターンを描くようにレーザ光を走査する方法が、従来提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。また、スキャンニング溶接は、通常の鉄鋼材料のみではなく、亜鉛めっき等の表面処理を行った鉄鋼材料の薄板溶接にも適用されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００５－０９５９３４号公報 特開昭６０－１７７９８３号公報 特開平１１－１０４８７７号公報 特許第４９１５３１５号公報

ところで、亜鉛の沸点（９０６℃）は、鉄の融点（１５３５℃）よりも大幅に低い。このため、亜鉛を主成分とするめっき層がそれぞれの表面に形成された２枚の鋼板をギャップレスで重ねて溶接する重ね溶接では、鉄が溶融する前に鋼板の重ね合わせ面に介在する亜鉛めっき層が蒸発温度に達してしまう。発生した亜鉛蒸気は、キーホールまたは溶融池を不安定にしたり、ワークの内部にポロシティを形成させたり、極端な場合は溶融池を吹き飛ばしたりして、溶接欠陥を発生させるおそれがあった。

しかし、特許文献１～３に開示された従来の構成では、亜鉛を主成分とするめっき層が形成された鋼板の重ね溶接に関して何ら開示されておらず、前述の課題に関しても開示されていない。

一方、特許文献４には、溶接方向に沿ってレーザビームを前後にウィービングするとともに、前方にウィービングする前進工程でのレーザ光の出力を後方にウィービングする後進工程でのそれよりも低くする方法が開示されている。このようにすることで、亜鉛めっき層を除去した後に鋼板同士を溶接することを可能にしている。しかし、特許文献４に開示される方法では、スポット溶接のような継手形状への適用が困難であった。

また、スポット溶接において、表面に亜鉛めっき層等の被覆層が形成されていない場合においても、良好な形状の溶接ビードをあるためには、溶接欠陥の発生を抑制することが必要である。

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、スポット溶接において、溶接欠陥の発生を抑制し、良好な形状の溶接ビードが得られるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ溶接方法は、レーザ光を二次元的に走査してワークの表面に照射することで、前記ワークをスポット溶接する溶接ステップを備え、前記溶接ステップは、前記レーザ光を前記ワークの表面で第１描画パターンを描くように、かつ前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第１描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第１半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光を走査する第１照射ステップを少なくとも有し、前記第１描画パターンは、２つの環状のパターンが前記原点で接して連続したパターンであり、前記第１半径は、前記第１描画パターンの長さの半分であることを特徴とする。

本開示に係るレーザ溶接装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の出力を制御するコントローラと、を少なくとも備え、前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、前記コントローラは、前記レーザ光を前記ワークの表面で第１描画パターンを描くように、かつ前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第１描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第１半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、前記第１描画パターンは、２つの環状のパターンが前記原点で接して連続したパターンであり、前記第１半径は、前記第１描画パターンの長さの半分であることを特徴とする。

本開示によれば、スポット溶接において、溶接欠陥の発生を抑制し、良好な形状の溶接ビードを得ることができる。

図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。 図２は、レーザ光スキャナの概略構成図である。 図３は、ワークの断面模式図である。 図４は、レーザ光の基本走査パターンを示す図である。 図５は、レーザ光の走査軌跡を示す図である。 図６は、レーザ光の描画期間と出力との関係を示す図である。 図７は、レーザ光照射時のワークの状態変化を示す模式図である。 図８は、レーザ光の出力とキーホールの深さとの関係を示す図である。 図９は、変形例１に係るレーザ光照射時のワークの状態変化を示す模式図である。 図１０は、レーザ光の基本走査パターンを示す図である。 図１１は、レーザ光の走査軌跡を示す図である。 図１２Ａは、変形例３に係る第２描画パターンの第１の例を示す図である。 図１２Ｂは、第２描画パターンの第２の例を示す図である。 図１２Ｃは、第２描画パターンの第３の例を示す図である。 図１２Ｄは、第２描画パターンの第４の例を示す図である。 図１２Ｅは、第２描画パターンの第５の例を示す図である。 図１２Ｆは、第２描画パターンの第６の例を示す図である。 図１２Ｇは、第２描画パターンの第７の例を示す図である。 図１２Ｈは、第２描画パターンの第８の例を示す図である。 図１２Ｉは、第２描画パターンの第９の例を示す図である。 図１２Ｊは、第２描画パターンの第１０の例を示す図である。 図１２Ｋは、第２描画パターンの第１１の例を示す図である。 図１２Ｌは、第２描画パターンの第１２の例を示す図である。 図１２Ｍは、第２描画パターンの第１３の例を示す図である。 図１２Ｎは、第２描画パターンの第１４の例を示す図である。 図１２Ｏは、第２描画パターンの第１５の例を示す図である。 図１３は、実施形態２に係るレーザ光の基本走査パターンを示す図である。 図１４は、レーザ光の走査軌跡を示す図である。 図１５Ａは、変形例３に係るレーザ光の第１の走査パターンを示す図である。 図１５Ｂは、変形例３に係るレーザ光の第２の走査パターンを示す図である。 図１５Ｃは、変形例３に係るレーザ光の第３の走査パターンを示す図である。 図１５Ｄは、変形例３に係るレーザ光の第４の走査パターンを示す図である。 図１５Ｅは、変形例３に係るレーザ光の第５の走査パターンを示す図である。 図１５Ｆは、変形例３に係るレーザ光の第６の走査パターンを示す図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
［レーザ溶接装置及びレーザ光スキャナの構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置の構成の模式図を示し、図２は、レーザ光スキャナの概略構成図を示す。図３は、ワークの断面模式図を示す。

なお、以降の説明において、反射ミラー３３からレーザ光スキャナ４０に向かうレーザ光ＬＢの進行方向と平行な方向をＸ方向と、レーザヘッド３０から出射されるレーザ光ＬＢの光軸と平行な方向をＺ方向と、Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ直交する方向をＹ方向とそれぞれ呼ぶことがある。Ｘ方向とＹ方向とを面内に含むＸＹ平面は、ワーク２００の表面が平坦面である場合、当該表面と略平行でもよく、当該表面と一定の角度をなしていてもよい。

図１に示すように、レーザ溶接装置１００は、レーザ発振器１０と光ファイバ２０とレーザヘッド３０とコントローラ５０とマニピュレータ６０とを備えている。

レーザ発振器１０は、図示しない電源から電力が供給されてレーザ光ＬＢを発生させるレーザ光源である。なお、レーザ発振器１０は、単一のレーザ光源で構成されていてもよいし、複数のレーザモジュールで構成されていてもよい。後者の場合は、複数のレーザモジュールからそれぞれ出射されたレーザ光を結合してレーザ光ＬＢとして出射する。また、レーザ発振器１０で使用されるレーザ光源あるいはレーザモジュールは、ワーク２００の材質や溶接部位の形状等に応じて、適宜選択される。

例えば、ファイバレーザかディスクレーザ、あるいはＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザをレーザ光源とすることもできる。この場合、レーザ光ＬＢの波長は、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲に設定される。また、半導体レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光ＬＢの波長は、８００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲に設定される。また、可視光レーザをレーザ光源あるいはレーザモジュールとしてもよい。この場合、レーザ光ＬＢの波長は、４００ｎｍ～６００ｎｍの範囲に設定される。

光ファイバ２０は、レーザ発振器１０に光学的に結合されており、レーザ発振器１０で発生したレーザ光ＬＢは、光ファイバ２０に入射されて、その内部をレーザヘッド３０に向けて伝送される。

レーザヘッド３０は、光ファイバ２０の端部に取り付けられており、光ファイバ２０から伝送されたレーザ光ＬＢをワーク２００に向けて照射する。

また、レーザヘッド３０は、光学部品として、コリメーションレンズ３２と反射ミラー３３と集光レンズ３４とレーザ光スキャナ４０とを有しており、筐体３１の内部にこれらの光学部品が所定の配置関係を保って収容されている。

コリメーションレンズ３２は、光ファイバ２０から出射されたレーザ光ＬＢを受け取って、平行光に変換し、反射ミラー３３に入射させる。また、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部に連結されており、コントローラ５０からの制御信号に応じて、Ｚ方向に変位可能に構成されている。コリメーションレンズ３２をＺ方向に変位させることで、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させ、ワーク２００の形状に応じて適切にレーザ光ＬＢを照射させることができる。つまり、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光ＬＢの焦点位置調整機構としても機能している。なお、集光レンズ３４を駆動部により変位させて、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるようにしてもよい。

反射ミラー３３は、コリメーションレンズ３２を透過したレーザ光ＬＢを反射して、レーザ光スキャナ４０に入射させる。反射ミラー３３の表面は、コリメーションレンズ３２を透過したレーザ光ＬＢの光軸と約４５度をなすように設けられている。

集光レンズ３４は、反射ミラー３３で反射され、レーザ光スキャナ４０で走査されたレーザ光ＬＢをワーク２００の表面に集光させる。

図２に示すように、レーザ光スキャナ４０は、第１ガルバノミラー４１と第２ガルバノミラー４２とを有する公知のガルバノスキャナである。第１ガルバノミラー４１は、第１ミラー４１ａと第１回転軸４１ｂと第１駆動部４１ｃとを有し、第２ガルバノミラー４２は、第２ミラー４２ａと第２回転軸４２ｂと第２駆動部４２ｃとを有している。集光レンズ３４を透過したレーザ光ＬＢは、第１ミラー４１ａで反射され、さらに第２ミラー４２ａで反射されて、ワーク２００の表面に照射される。

例えば、第１駆動部４１ｃ及び第２駆動部４２ｃは、ガルバノモータであり、第１回転軸４１ｂ及び第２回転軸４２ｂは、モータの出力軸である。図示していないが、第１駆動部４１ｃが、コントローラ５０からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第１回転軸４１ｂに取り付けられた第１ミラー４１ａが第１回転軸４１ｂの軸線回りに回転する。同様に、第２駆動部４２ｃが、コントローラ５０からの制御信号に応じて動作するドライバによって回転駆動することで、第２回転軸４２ｂに取り付けられた第２ミラー４２ａが第２回転軸４２ｂの軸線回りに回転する。

第１ミラー４１ａが第１回転軸４１ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＸ方向に走査される。また、第２ミラー４２ａが第２回転軸４２ｂの軸線回りに所定の角度まで回転動作をすることで、レーザ光ＬＢがＹ方向に走査される。つまり、レーザ光スキャナ４０は、レーザ光ＬＢをＸＹ平面内で二次元的に走査してワーク２００に向けて照射するように構成されている。

コントローラ５０は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器１０に接続された図示しない電源に対して出力電流やオンオフ時間等の制御信号を供給することにより、レーザ発振制御を行う。また、コントローラ５０は、レーザ光ＬＢの出力を制御する。

また、コントローラ５０は、選択されたレーザ溶接プログラムの内容に応じて、レーザヘッド３０の動作を制御する。具体的には、レーザヘッド３０に設けられたレーザ光スキャナ４０及び、コリメーションレンズ３２の図示しない駆動部の駆動制御を行う。さらに、コントローラ５０は、マニピュレータ６０の動作を制御する。なお、レーザ溶接プログラムは、コントローラ５０の内部または別の場所に設けられた記憶部（図示せず）に保存され、コントローラ５０からの命令によってコントローラ５０に呼び出される。

コントローラ５０は、図示しないＬＳＩまたはマイクロコンピュータ等の集積回路を有しており、この集積回路上でソフトウェアであるレーザ溶接プログラムを実行することで、前述のコントローラ５０の機能が実現される。なお、レーザヘッド３０の動作を制御するコントローラ５０とレーザ光ＬＢの出力を制御するコントローラ５０とを別個に設けてもよい。

マニピュレータ６０は、多関節ロボットであり、レーザヘッド３０の筐体３１に取り付けられている。また、マニピュレータ６０は、コントローラ５０と信号の授受が可能に接続され、前述のレーザ溶接プログラムに応じて所定の軌跡を描くようにレーザヘッド３０を移動させる。なお、マニピュレータ６０の動作を制御する別のコントローラ（図示せず）を設けるようにしてもよい。

図１に示すレーザ溶接装置１００は、種々の形状のワーク２００に対してレーザ溶接を行うことができる。例えば、図３に示すように、それぞれ亜鉛を主成分とする亜鉛めっき層２１１，２２１が表面に形成され、鋼板からなる第１板材２１０と第２板材２２０とをギャップ無く密着させて重ね合わせたワーク２００にレーザ光ＬＢを照射して、重ね溶接が行われる。第１板材２１０及び第２板材２２０の表面にそれぞれ亜鉛めっき層２１１，２２１を形成することで、鋼板に錆びが発生するのを防止できる。なお、レーザ溶接されるワーク２００の構造や材質が図３に示す例に限定されないことは言うまでもない。

［リサージュパターンの数式的表現］
図４は、レーザ光の走査パターンを示し、レーザ光ＬＢは、ＸＹ平面内、この場合はワーク２００の表面でリサージュパターン（以下、リサージュ図形ともいう）を描くように走査される。

図４に示すリサージュパターンは、レーザ光ＬＢをＸ方向に所定の周波数の正弦波状に振動させるとともに、Ｙ方向にＸ方向と異なる周波数（Ｘ方向の周波数の１／２である）の正弦波状に振動させることで得られる。また、前述したように、第１ミラー４１ａ及び第２ミラー４２ａの回転運動に基づいて、レーザ光ＬＢのＸ方向及びＹ方向の走査パターンが決定される。第１ミラー４１ａの駆動によって得られるリサージュパターンの位置座標をＸとし、第２ミラー４２ａの駆動によって得られるリサージュパターンの位置座標をＹとするとき、位置座標Ｘ，Ｙは、それぞれ以下の式（１）～（４）で表される。

Ｘ＝ａ１×ｓｉｎ（ｎｔ） ・・・（１）
Ｙ＝ｂ１×ｓｉｎ（ｍｔ＋φ） ・・・（２）
Ｘ＝ａ２×ｓｉｎ（ｎｔ） ・・・（３）
Ｙ＝ｂ２×ｓｉｎ（ｍｔ＋φ） ・・・（４）
ここで、
ａ１：リサージュパターンＳＰ１のＸ方向の振幅
ｂ１：リサージュパターンＳＰ１のＹ方向の振幅
ａ２：リサージュパターンＳＰ２のＸ方向の振幅
ｂ２：リサージュパターンＳＰ２のＹ方向の振幅
ｎ：第１ミラー４１ａの周波数
ｍ：第２ミラー４２ａの周波数
ｔ：時間
φ：第１ミラー４１ａまたは第２ミラー４２ａ駆動時の位相差であり、具体的には、第１ミラー４１ａと第２ミラー４２ａの回転運動時に設ける角度ずれ量である。

リサージュパターンＳＰ１（以下、第１描画パターンＳＰ１ともいう）は、後で述べる第１照射ステップにおけるリサージュパターンであり、リサージュパターンＳＰ２（以下、第２描画パターンＳＰ２ともいう）は、後で述べる第２照射ステップにおけるリサージュパターンである。

なお、式（１）～（４）に示す位置座標Ｘ，Ｙは、レーザヘッド３０の位置を固定した状態でのリサージュパターンの静止座標系で表現される。

また、周波数ｎと周波数ｍは、それぞれ第１ミラー４１ａと第２ミラー４２ａの駆動周波数とそれぞれ対応する。

第１描画パターンＳＰ１は、式（１）、（２）において、ａ１＝０．５，ｂ１＝１，ｎ＝１，ｍ＝２，φ＝０とした場合に対応する。一方、第２描画パターンＳＰ２は、式（３）、（４）において、ａ２＝０．２５，ｂ２＝０．５，ｎ＝１，ｍ＝２，φ＝０とした場合に対応する。つまり、Ｙ方向において、第１描画パターンＳＰ１は、第２描画パターンＳＰ２よりも大きなパターンとなっている。なお、パラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、それぞれ第１描画パターンＳＰ１の大きさを基準に１で正規化している。また、式（１）～（４）の位相差φは、０度または１８０度のどちらでもよい。

なお、実際のリサージュパターンＳＰ１，ＳＰ２のサイズ、つまり、Ｘ方向及びＹ方向の振幅は、それぞれ１ｍｍ～１０ｍｍ程度の範囲内にある。

ここで、図４に示すように、所定の時間変分ΔｔにおけるリサージュパターンのＸ方向の描画距離をΔＸ、Ｙ方向の描画距離をΔＹ、時間変分Δｔにおけるリサージュパターンの描画距離をΔＬとするとき、ΔＸ、ΔＹ、ΔＬは、それぞれ以下に示す式（５）～（７）で表される。

ΔＸ＝ ａ１×ｎ×ｃｏｓ（ｎｔ）×Δｔ ・・・（５）
ΔＹ＝ ｂ１×ｍ×ｃｏｓ（ｍｔ＋φ）×Δｔ ・・・（６）
ΔＬ＝ Δｔ×｛（ΔＸ）^２＋（ΔＹ）^２｝^１／２ ・・・（７）
よって、リサージュパターンの描画速度Ｖは、以下に示す式（８）で表される。

Ｖ＝ ΔＬ／Δｔ ・・・（８）
式（５）～（８）は、式（１）～（２）をもとにして作成した第１描画パターンＳＰ１に関する数式であるが、同様に、式（３）～（４）をもとにして第２描画パターンＳＰ２に関する数式を作成することができる。ここでは、その詳細を省略する。

なお、図４に示す第１描画パターンＳＰ１は、１周期の間に、原点Ｏから描画位置Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｏ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｏを通るようにレーザ光ＬＢを走査することで得られる。また、第２描画パターンＳＰ２は、１周期の間に、原点Ｏから描画位置Ａ’→Ｂ’→Ｃ’→Ｏ→Ｄ’→Ｅ’→Ｆ’→Ｏを通るようにレーザ光ＬＢを走査することで得られる。

［レーザ溶接方法］
図５は、レーザ光の走査軌跡を示し、図６は、レーザ光の描画期間と出力との関係を示す。図７は、レーザ光照射時のワークの状態変化を模式的に示す。

本実施形態では、レーザ光ＬＢをワーク２００の表面に照射して、図３に示すワーク２００を重ねスポット溶接する場合を例に取って説明する。

このとき、まず、レーザ光スキャナ４０を用いて、レーザ光ＬＢを二次元的に走査し、ワーク２００の表面で図４に示す第１描画パターンＳＰ１を描く。第１描画パターンＳＰ１を１回描き終えると、レーザ光スキャナ４０を用いて、原点Ｏを中心として回転方向ＲＤに所定の角度回転させた状態で、ワーク２００の表面に第１描画パターンＳＰ１を再度描画する。原点Ｏを中心として初期位置から１８０度回転するまで、このステップを繰り返し実行し、原点Ｏから所定の半径（第１描画パターンＳＰ１のＹ方向の振幅ｂ１（＝１）に対応）の円内にレーザ光ＬＢを照射する（第１照射ステップ）。第１照射ステップの実行期間を第１描画期間Ｔ１と呼ぶ。また、図６に示すように、第１描画期間Ｔ１において、レーザ光ＬＢの出力ＰがＰ１となるように設定する。

第１照射ステップに続けて、レーザ光スキャナ４０を用いて、レーザ光ＬＢを二次元的に走査し、ワーク２００の表面で図４に示す第２描画パターンＳＰ２を描く。第２描画パターンＳＰ２を１回描き終えると、レーザ光スキャナ４０を用いて、原点Ｏを中心として回転方向ＲＤに所定の角度回転させた状態で、ワーク２００の表面に第２描画パターンＳＰ２を再度描画する。原点Ｏを中心として初期位置から１８０度回転するまで、このステップを繰り返し実行し、原点Ｏから所定の半径（第２描画パターンＳＰ２のＹ方向の振幅ｂ２（＝０．５）に対応）の円内にレーザ光ＬＢを照射する（第２照射ステップ）。第２照射ステップの実行期間を第２描画期間Ｔ２と呼ぶ。また、図６に示すように、第２描画期間Ｔ２において、レーザ光ＬＢの出力ＰがＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）となるように設定する。

なお、第１照射ステップ及び第２照射ステップにおけるレーザ光スキャナ４０の駆動制御は、コントローラ５０によって行われる。また、レーザ光ＬＢの出力Ｐは、コントローラ５０によって制御される。

図３に示すワーク２００に対して、従来の技術では、レーザ光ＬＢによりギャップレスで重ねスポット溶接を行う場合、前述したように、鉄が溶融する前に発生した亜鉛蒸気が、溶接欠陥を発生させるおそれがある。一方、本実施形態によれば、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛を主成分とするめっき層２１１，２２１を除去できるとともに、亜鉛蒸気の発生に伴う溶接欠陥の発生を抑制でき、良好な形状の溶接ビードが得られる。このことについてさらに説明する。

第１照射ステップにおいて、レーザ光ＬＢの出力を図６に示す出力Ｐ１に設定することで、図７に示すように、例えば、描画位置Ｂでは、光軸がｂ－ｂ’で示されるレーザ光ＬＢ１により深さがＬＫ１のキーホール３０１が形成され、さらにその周囲に溶融池３１１が形成される。このとき、キーホール３０１の深さＬＫ１は、第１板材２１０（板厚：ｔｈ１）と第２板材２２０（板厚：ｔｈ２）との界面Ｗ－Ｗ’に達しておらず、同様に、溶融池３１１も第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’に達していない。つまり、第１板材２１０はレーザ光ＬＢ１によって底部まで完全には溶融していない。

一方、キーホール３０１の内部に到達したレーザ光ＬＢ１からの入熱及び溶融池３１１で発生した熱により、第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’の温度は上昇し前述した亜鉛の沸点に達して、当該界面Ｗ－Ｗ’に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１が蒸発する。また、前述したように、第１照射ステップでは、原点Ｏを中心として回転方向ＲＤに第１描画パターンＳＰ１を所定の角度毎に回転させて、初期位置から１８０度に至るまで、第１描画パターンＳＰ１を繰り返しワーク２００の表面に描画している。この結果、原点Ｏを中心として、半径０．５ＬＺｎの範囲に亘って、亜鉛めっき層２１１，２２１が当該界面Ｗ－Ｗ’から除去される。なお、図７に示すＬＺｎを亜鉛めっき層除去幅ＬＺｎと呼ぶことがある。

一方、第２照射ステップでは、レーザ光ＬＢの出力を図６に示す出力Ｐ２に設定することで、図７に示すように、例えば、描画位置Ｂ’では、光軸がｂ’’－ｂ’’’で示されるレーザ光ＬＢ２により深さがＬＫ２のキーホール３０２が形成され、さらにその周囲に溶融池３１２が形成される。このとき、キーホール３０２は、第１板材２１０を貫通して、第２板材２２０の内部に到達している。同様に、溶融池３１２も第１板材２１０の表面から第２板材２２０の内部にかけて形成されている。つまり、レーザ光ＬＢ２により、亜鉛めっき層２１１，２２１が蒸発して除去された後の第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’の近傍が溶融され、溶融池３１２が形成される。

また、前述したように、第２照射ステップでは、原点Ｏを中心として回転方向ＲＤに第２描画パターンＳＰ２を所定の角度毎に回転させて、初期位置から１８０度に至るまで、第２描画パターンＳＰ２を繰り返しワーク２００の表面に描画している。この結果、原点Ｏを中心として、半径０．５ＬＷの範囲に亘って、第１板材２１０から第２板材２２０にかけて溶融池３１２が形成される。溶融池３１２が固化して、第１板材２１０と第２板材２２０とがスポット溶接される。なお、図７に示すＬＷをスポット径ＬＷと呼ぶことがある。

また、前述の説明から明らかなように、亜鉛めっき層除去幅ＬＺｎは第１描画パターンＳＰ１のＹ方向の振幅ｂ１（＝１）に、スポット径ＬＷは第２描画パターンＳＰ２のＹ方向の振幅ｂ２（＝０．５）にそれぞれ対応している。つまり、スポット径ＬＷは亜鉛めっき層除去幅ＬＺｎよりも短くなっており、亜鉛めっき層２１１，２２１が除去された領域は、第１板材２１０と第２板材２２０とがスポット溶接される領域よりも広くなっている。

したがって、亜鉛めっき層２１１，２２１が確実に除去された領域に対してレーザ溶接がなされるため、亜鉛蒸気に起因して発生するキーホール３０２及び溶融池３１２の不安定性を低減できる。同様に、亜鉛蒸気に起因してワーク２００の内部に形成されるポロシティや溶融池３１２が吹き飛んで発生するスパッタやクレータ等の溶接欠陥の発生を抑制できる。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ溶接方法は、レーザ光ＬＢを二次元的に走査してワーク２００の表面に照射することで、ワーク２００をスポット溶接する溶接ステップを備えている。

ワーク２００は、表面に亜鉛めっき層２１１が形成された第１板材２１０と表面に亜鉛めっき層２２１が形成された第２板材２２０とがギャップレスで重ね合わされた構造である。第１板材２１０及び第２板材２２０は、ともに鋼板である。

溶接ステップは、以下に示す第１照射ステップと第２照射ステップとを少なくとも有している。第１照射ステップでは、レーザ光ＬＢをＸ方向（第１方向）に沿って第１周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、Ｘ方向と交差するＹ方向（第２方向）に沿って第２周波数を有する正弦波状に振動させることで、ワーク２００の表面で８の字状のリサージュパターンである第１描画パターンＳＰ１を描くようにレーザ光ＬＢを走査する。かつ第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第１描画パターンＳＰ１を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査する。

第２照射ステップでは、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして、８の字状のリサージュパターンである第２描画パターンＳＰ２を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査する。

第１照射ステップで、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１が除去される。第２照射ステップで、亜鉛めっき層２１１，２２１が除去された第１板材２１０と第２板材２２０同士がスポット溶接される。

本実施形態によれば、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１を除去できるとともに、亜鉛蒸気の発生に伴う溶接欠陥の発生を抑制することができる。また、ワーク２００に形成される溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。

特に、第１照射ステップにおいて、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第１描画パターンＳＰ１を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査することで、レーザ光ＬＢの走査軌跡を真円に近づけることができるとともに、当該走査軌跡の内部に投入される熱量を均等に近づけることができる。このことにより、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１を確実に除去できる。

また、第２照射ステップにおいて、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第２描画パターンＳＰ２を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査することで、レーザ光ＬＢの走査軌跡を真円に近づけることができるとともに、当該走査軌跡の内部に投入される熱量を均等に近づけることができる。このことにより、溶接スポットの精密な形状制御が可能となる。また、溶接欠陥の発生を抑制しつつ、第１板材２１０と第２板材２２０とを確実に溶接できる。

また、本実施形態のレーザ溶接方法では、第１照射ステップにおけるレーザ光ＬＢの出力Ｐ１が、第２照射ステップにおけるレーザ光ＬＢの出力Ｐ２よりも低くなるようにレーザ光ＬＢの出力Ｐを制御している。このようにすることで、第１照射ステップで亜鉛めっき層２１１，２２１を除去する一方、第２照射ステップで第１板材２１０と第２板材２２０とを溶接することができる。

なお、レーザ光ＬＢの出力Ｐ１は、キーホール３０１及び溶融池３１１が第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’に達しない程度にするのが好ましい。このようにすることで、亜鉛蒸気が急激に噴出して溶接欠陥が発生するのを抑制できる。また、レーザ光ＬＢの出力Ｐ２は、キーホール３０２及び溶融池３１２が第２板材２２０の内部に達する程度にするのが好ましい。このようにすることで、第１板材２１０と第２板材２２０とを確実かつ強固に溶接することができる。なお、溶融池３１２が第２板材２２０の裏面に到達するようにしてもよい。この場合、いわゆる裏波ビードが形成される。なお、レーザ光ＬＢの出力Ｐ２は、溶接箇所の溶け落ちが生じない程度にする必要がある。

また、第２描画パターンＳＰ２の長さ（第２描画パターンＳＰ２のＹ方向の振幅ｂ２（＝０．５）に対応）を、第１描画パターンＳＰ１の長手方向の長さ（第１描画パターンＳＰ１のＹ方向の振幅ｂ１（＝１）に対応）よりも短くすることで、亜鉛めっき層２１１，２２１が除去された領域よりも溶接領域を狭くすることができる。つまり、亜鉛めっき層２１１，２２１が確実に除去された領域に対してレーザ溶接がなされるため、亜鉛蒸気に起因して発生するキーホール３０２及び溶融池３１２の不安定性を低減できる。同様に、亜鉛蒸気に起因してワーク２００の内部に形成されるポロシティや溶融池３１２が吹き飛んで発生するスパッタやクレータ等の溶接欠陥の発生を抑制できる。ここで、振幅ｂ１＝１、振幅ｂ２＝０．５としたが、振幅ｂ２を第２照射ステップにてキーホールの不安定またはスパッタが生じない程度で、振幅ｂ１に近い値に設定して、第２描画パターンＳＰ２の長さを決めるのが望ましい。

また、本実施形態では、第１照射ステップ及び第２照射ステップのそれぞれにおいて、ワーク２００にキーホール３０１，３０２がそれぞれ形成される。このようにすることで、第１照射ステップにおいて、第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’に対して、亜鉛を蒸発させるのに必要な熱量を確実に供給できる。特に第１板材２１０の板厚が厚い場合、第１板材２１０にキーホール３０１を形成するのが好ましい。第１板材２１０の板厚は通常０．５ｍｍ～６ｍｍ程度である。なお、第１板材２１０の板厚が厚いとは、通常、第１板材２１０の板厚が１．０ｍｍ～２ｍｍを超える程度の場合をいう。また、第２照射ステップにおいて、第１板材２１０及び第２板材２２０に対して、互いを溶接するのに必要な熱量を確実に供給できる。

なお、本実施形態では、第１ミラー４１ａの周波数ｎ及び第２ミラー４２ａの周波数ｍの比、言い換えると、レーザ光ＬＢのＸ方向の振動周波数である第１周波数とＹ方向の振動周波数である第２周波数の比ｎ：ｍを１：２としている。このようにすることで、第１照射ステップ及び第２照射ステップともに、レーザ光ＬＢの走査軌跡を８の字状のリサージュパターンにすることができる。このことにより、亜鉛めっき層２１１，２２１を高速に除去でき、続けてワーク２００を高速に溶接できる。つまり、溶接欠陥の発生を抑制しつつ、ワーク２００を高速にスポット溶接できる。

また、第１照射ステップにおいて、第１描画パターンＳＰ１の描画速度（式（８）参照）が一定となるようにレーザ光ＬＢを走査するのが好ましい。第２照射ステップにおいて、第２描画パターンＳＰ２の描画速度が一定となるようにレーザ光ＬＢを走査するのが好ましい。前述したように、コントローラ５０によりレーザ光スキャナ４０を駆動することで、ワーク２００の表面に第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２がそれぞれ描画される。第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２の描画速度をそれぞれ一定となるようにすることで、コントローラ５０によるレーザ光スキャナ４０の駆動制御が簡便になる。また、レーザ光ＬＢの描画速度が変動すると、キーホール３０１，３０２の深さや直径が変動してしまうため、溶接ビードの形状、特に溶融池３１１，３１２の底部の形状が大きく変動してしまうことがある。

一方、本実施形態によれば、第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２の描画速度をそれぞれ一定となるようにすることで、キーホール３０１，３０２の深さや直径、ひいては溶接ビードの形状を安定にすることができる。なお、溶接ビードの形状が許容範囲にあれば、第１描画パターンＳＰ１を描画中のレーザ光ＬＢは、式（１）～式（２）に従い、所定の範囲内で速度が変動してもよい。同様に、第２描画パターンＳＰ２を描画中のレーザ光ＬＢは、式（３）～式（４）に従い、所定の範囲内で速度が変動してもよい。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１００は、レーザ光ＬＢを発生させるレーザ発振器１０と、レーザ光ＬＢを受け取ってワーク２００に向けて照射するレーザヘッド３０と、レーザヘッド３０の動作及びレーザ光ＬＢの出力Ｐを制御するコントローラ５０と、を少なくとも備えている。

ワーク２００は、表面に亜鉛めっき層２１１が形成された第１板材２１０と表面に亜鉛めっき層２２１が形成された第２板材２２０とがギャップレスで重ね合わされた構造である。第１板材２１０及び第２板材２２０は、ともに鋼板である。

レーザヘッド３０は、レーザ光ＬＢをＸ方向（第１方向）とＸ方向と交差するＹ方向（第２方向）のそれぞれに走査するレーザ光スキャナ４０を有している。

コントローラ５０は、レーザ光ＬＢをＸ方向に沿って第１周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、Ｙ方向に沿って第２周波数を有する正弦波状に振動させる。このことにより、コントローラ５０は、レーザ光ＬＢがワーク２００の表面に８の字状のリサージュパターンである第１描画パターンＳＰ１を描くように、レーザ光スキャナ４０を駆動制御する。また、コントローラ５０は、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第１描画パターンＳＰ１を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御する。

また、コントローラ５０は、レーザ光ＬＢがワーク２００の表面に８の字状のリサージュパターンである第２描画パターンＳＰ２を描くように、レーザ光スキャナ４０を駆動制御する。また、コントローラ５０は、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第２描画パターンＳＰ２を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御する。

コントローラ５０は、第１描画パターンＳＰ１を描画中のレーザ光ＬＢの出力Ｐ１が、第２描画パターンＳＰ２を描画中のレーザ光ＬＢの出力Ｐ２よりも低くなるようにレーザ光ＬＢの出力Ｐを制御する。

本実施形態のレーザ溶接装置によれば、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１を除去できるとともに、亜鉛蒸気の発生に伴う溶接欠陥の発生を抑制することができる。また、ワーク２００に形成される溶接ビードの形状を良好なものとすることができる。

レーザ溶接装置１００は、レーザヘッド３０が取り付けられたマニピュレータ６０をさらに備え、コントローラ５０は、マニピュレータ６０の動作を制御する。マニピュレータ６０は、ワーク２００の表面に対して、所定の方向にレーザヘッド３０を移動させる。

このようにマニピュレータ６０を設けることで、レーザ光ＬＢの溶接方向を変化させることができる。また、複雑な形状、例えば、立体的な形状のワーク２００に対して、レーザ溶接を容易に行うことができる。

レーザ発振器１０とレーザヘッド３０とは光ファイバ２０で接続されており、レーザ光ＬＢは、光ファイバ２０を通って、レーザ発振器１０からレーザヘッド３０に伝送される。

このように光ファイバ２０を設けることで、レーザ発振器１０から離れた位置に設置されたワーク２００に対してレーザ溶接を行うことが可能となる。このことにより、レーザ溶接装置１００の各部を配置する自由度が高められる。

レーザ光スキャナ４０は、レーザ光ＬＢをＸ方向に走査する第１ガルバノミラー４１と、レーザ光ＬＢをＹ方向に走査する第２ガルバノミラー４２と、で構成されている。

レーザ光スキャナ４０をこのように構成することで、レーザ光ＬＢを簡便に二次元的に走査することができる。また、公知のガルバノスキャナをレーザ光スキャナ４０として用いているため、レーザ溶接装置１００のコストが上昇するのを抑制できる。

レーザヘッド３０は、コリメーションレンズ３２をさらに有し、コリメーションレンズ３２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに交差するＺ方向に沿って、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるように構成されている。言い換えると、コリメーションレンズ３２は、ワーク２００の表面と交差するＺ方向に沿って、レーザ光ＬＢの焦点位置を変化させるように構成されている。つまり、コリメーションレンズ３２は、図示しない駆動部との組み合わせにより、レーザ光ＬＢの焦点位置調整機構としても機能している。

このようにすることで、レーザ光ＬＢの焦点位置を簡便に変化させることができ、ワーク２００の形状に応じて適切にレーザ光ＬＢを照射させることができる。

なお、第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２を、それぞれＸ方向が長手方向となるリサージュパターン、この場合は、∞字状のリサージュパターンとしてもよい。その場合、前述の周波数ｎを２とし、周波数ｍを１として、リサージュパターンの形状を変更する。

＜変形例１＞
図８は、レーザ光の出力とキーホールの深さとの関係を示し、図９は、本変形例に係るレーザ光照射時のワークの状態変化を模式的に示す。なお、説明の便宜上、図８、図９及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、レーザ光ＬＢの出力Ｐが所定値よりも小さい領域（熱伝導溶接領域Ｒｃ）では、レーザ光ＬＢによる入熱でワーク２００が溶融するもののキーホールは形成されない。この領域から出力Ｐを高めていくと、遷移領域Ｒｔを経てキーホール溶接領域Ｒｋに達する。この領域になると、ワーク２００にキーホールが形成されるとともに、キーホールの深さが出力Ｐの上昇につれて深くなる。

実施形態１に示す例では、ワーク２００をレーザ溶接するにあたって、第１照射ステップで、第１板材２１０にキーホール３０１が形成されるようにレーザ光ＬＢの出力Ｐ１を設定している。

しかし、第１板材２１０の板厚が所定値よりも薄い場合、第１板材２１０にキーホール３０１が形成されるまでレーザ光ＬＢの出力Ｐを高めると、第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’までキーホール３０１が到達してしまい、亜鉛蒸気が急激に噴出して溶接欠陥が発生することがある。また、ワーク２００の形状や材質等によっても、第１板材２１０にキーホール３０１を形成しない方が好ましいことがある。この場合は、本変形例に示すように、第１照射ステップにおいて、レーザ光ＬＢの出力Ｐ１が前述の熱伝導溶接領域Ｒｃの範囲内となるように設定する。

このようにすることで、図９の左側に示すように、第１照射期間Ｔ１において、板厚ｔｈ３（ｔｈ３＜ｔｈ１）の第１板材２１０にキーホールは形成されない。しかし、レーザ光ＬＢの照射により、第１板材２１０と第２板材２２０との界面Ｗ－Ｗ’に達しない程度の深さまで、第１板材２１０に溶融池３１３は形成される。このことにより、原点Ｏを中心として半径が０．５ＬＺｎの円内で、第１板材２１０と第２板材２２０との界面に介在する亜鉛めっき層２１１，２２１が適切に加熱されて蒸発、除去される。

この後に続く第２照射期間Ｔ２では、図９の右側に示すように、第１板材２１０から第２板材２２０にかけて深さＬＫ３のキーホール３０３及び溶融池３１４が形成され、第１板材２１０と第２板材２２０とが互いにスポット溶接される。これは、実施形態１に示したのと同様である。

本変形例によれば、例えば、第１板材２１０の板厚ｔｈ３が所定値よりも薄い場合であっても、亜鉛蒸気の急激な噴出及びそれに伴う溶接欠陥の発生を抑制できる。また、このことにより、良好な形状の溶接ビードを得ることができる。

＜変形例２＞
図１０は、本変形例に係るレーザ光の基本走査パターンを示し、図１１は、レーザ光の走査軌跡を示す。

図３に示すワーク２００をスポット溶接するにあたって、図４及び図５に示すパターンでレーザ光ＬＢを照射した場合、第１板材２１０と第２板材２２０との突き合わせ面の中心部分で亜鉛めっき層２１１，２２１が十分に除去できないことがある。例えば、スポットサイズＬＷが大きく、必要な亜鉛めっき除去幅ＬＺｎが広い（図７参照）か、または、亜鉛めっき層２１１，２２１が厚い場合が、このケースに該当する。前者では、スポットサイズが大きいため、原点Ｏ近傍で発生した亜鉛蒸気が第１板材２１０と第２板材２２０との隙間から外部へ排出されるのに、時間が必要となる。一方、後者では、亜鉛めっき層２１１，２２１が厚いため、亜鉛めっき層２１１，２２１をそれぞれ除去するのに、やはり時間がかかることとなる。いずれの場合においても、図４及び図５に示したパターンでは対応しきれなくなるおそれがある。

このような不具合の発生を抑制するため、本変形例では、第１描画パターンＳＰ３を原点Ｏに関して非対称なリサージュパターンとしている。具体的には、図１０に示す第１描画パターンＳＰ３のうちＹ方向の＋側に位置する部分（描画パターンＳＰ３Ｕ）では、式（２）において、ａ１＝０．５，ｂ１＝１とする一方、Ｙ方向の－側に位置する部分（描画パターンＳＰ３Ｌ）では、式（２）において、ａ１＝０．２５， ｂ１＝０．５としている。

このようにすることで、原点Ｏを中心にして回転方向ＲＤに所定の角度毎に回転させて、第１描画パターンＳＰ３を繰り返し描画した場合、原点Ｏ近傍でのレーザ光ＬＢの照射領域を実施形態１に示す例よりも、中心部分、すなわち、本変形例では、第２照射パターンＳＰ４のＹ方向の－側に位置する部分である描画パターンＳＰ４Ｌによって照射された部分の投入熱量を大きくすることができる。このことにより、レーザ光ＬＢが照射されるスポットの周縁部分と中心部分で投入される熱量の差をつけ、第１板材２１０と第２板材２２０との突き合わせ面の中心部分で亜鉛めっき層２１１，２２１を確実に除去することができる。

また、本変形例では、第２描画パターンＳＰ４についても、原点Ｏに関して非対称なリサージュパターンとしている。具体的には、図１０に示す第２描画パターンＳＰ４のうちＹ方向の＋側に位置する部分（描画パターンＳＰ４Ｕ）では、式（３）、（４）において、ａ２＝０．２５、ｂ２＝０．５とする一方、前述の描画パターンＳＰ４Ｌでは、式（３）、（４）において、ａ２＝０．１２５， ｂ２＝０．２５としている。

このようにすることで、原点Ｏを中心にして回転方向ＲＤに所定の角度毎に回転させて、第２描画パターンＳＰ２を１周繰り返し描画した場合、原点Ｏ近傍でのレーザ光ＬＢの照射領域を実施形態１に示す例よりもレーザエネルギーを多く投入でき、特に、スポット径が大きい場合のビード形状をよくすることができる。

なお、実施形態１における第１照射ステップ及び第２照射ステップでは、第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２を初期位置からそれぞれ１８０度回転させた時点で、原点Ｏを中心とする所定の半径の円内に均等にレーザ光ＬＢが照射される。一方、本変形例では、第１描画パターンＳＰ３及び第２描画パターンＳＰ４がそれぞれ原点Ｏに関して非対称である。このため、原点Ｏを中心とする所定の半径の円内に均等にレーザ光ＬＢを照射するには、第１描画パターンＳＰ３及び第２描画パターンＳＰ４を初期位置からそれぞれ３６０度回転させる必要がある。

また、第１描画パターンＳＰ１及び第２描画パターンＳＰ２を原点Ｏに関してそれぞれ互いに非対称なパターンとするにあたって、式（１）～（４）におけるパラメータａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２の値は、ワーク２００の材質や、各層の厚さ等に応じて適宜変更されうる。

＜変形例３＞
図１２Ａ～図１２Ｏは、本変形例に係る第２描画パターンの第１～第１５の例をそれぞれ示す。

前述したように、ワーク２００の亜鉛めっき層２１１，２２１を高速かつ確実に除去するには、第１描画パターンＳＰ１を８の字状または∞字状のリサージュパターンとするのがよい。一方、例えば、第１板材２１０と第２板材２２０とを溶接するにあたって、必ずしも第２描画パターンＳＰ２をリサージュパターンとしなくてもよい。第１板材２１０と第２板材２２０とがスポット溶接されていればよい。

この観点に立てば、第２描画パターンＳＰ２は、種々の形状を取りうる。例えば、図１２Ａに示すように、第２描画パターンＳＰ２をサークル形状としてもよいし、図１２Ｅに示すように、第２描画パターンＳＰ２を渦巻形状としてもよい。また、図１２Ｊに示すように、第２描画パターンＳＰ２を直線状としてもよいし、図１２Ｌに示すように、複数のサークルを、原点Ｏを中心にして、等角度間隔て描画することで、第２描画パターンＳＰ２としてもよい。

いずれの場合も、第２描画パターンＳＰ２の外縁が、原点Ｏから等距離にあるのが好ましい。このようにすることで、スポット形状の溶接領域内で入熱を均等に近づけることができる。なお、第２描画パターンＳＰ２を図１２Ｂ～１２Ｈ、図１２Ｊ～１２Ｌ、図１２Ｎ及び図１２Ｏに示すパターンとする場合、実施形態１に示すように、第１描画パターンＳＰ１の原点Ｏを中心にして第２描画パターンＳＰ２を所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査してもよい。このようにすることで、溶接ステップの描画パターンを変えることで、溶接欠陥の発生を抑制しつつ、第１板材２１０と第２板材２２０とを所望のビード形状にて確実に溶接できる。

（実施形態２）
図１３は、本実施形態に係るレーザ光の基本走査パターンを示し、図１４は、レーザ光の走査軌跡を示す。

本実施形態では、ワーク２００をスポット溶接するにあたって、第２照射ステップのみが実行される点で、実施形態１に示す構成と異なる。

例えば、図３に示すワーク２００において、第１板材２１０の表面に亜鉛めっき層２１１が、第２板材２２０の表面に亜鉛めっき層２２１がそれぞれ形成されていない場合を考える。

この場合、ワーク２００は、それぞれ鋼板からなる第１板材２１０と第２板材２２０とが直接重ね合わされた構造である。このようなワーク２００をスポット溶接するにあたって、図１３に示す第２描画パターンＳＰ５を、原点Ｏを中心にして所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査する。この場合は、初期位置から１８０度回転するまで第２描画パターンＳＰ５がワーク２００の表面に繰り返し描画される。

このようにすることで、スポット形状の溶接領域の内部に投入される熱量を均等に近づけることができる。このため、ワーク２００に溶融池が均等に形成され、溶接ビードの形状を良好にすることができる。また、レーザ光ＬＢの照射領域を真円に近づけることができ、溶接スポットの精密な形状制御が可能となる。

つまり、本開示のレーザ光ＬＢの走査方法は、表面に亜鉛めっき層等の被覆層が形成されていない板材の重ね合わせスポット溶接にも有用である。

＜変形例３＞
図１５Ａ～１５Ｆは、本変形例に係るレーザ光の第１～第６走査パターンをそれぞれ示す。なお、図１５Ａ～１５Ｆにおいて、矢印ＡＲ１，ＡＲ３はレーザ光ＬＢの走査方向（描画方向）を示す。また、図１５Ａ～１５Ｆに示す第１～第６の走査パターンは、前述の第１描画パターンにあたる。第２描画パターンは、図示を省略するが、本変形例に示す第１～第６の走査パターンとは類似形または相似形であり、所定のサイズのみ小さいものとする。

本開示のレーザ光ＬＢの第１描画パターンＳＰ１とＳＰ３は、実施形態１に示したリサージュパターンに限られない。例えば、図１５Ａに示すように、第１描画パターンＳＰ６は、それぞれ原点Ｏで接してＸ軸に関して対称に配置された２つの円形パターンの合成パターンであってもよい。また、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、第１描画パターンＳＰ７、ＳＰ８は、それぞれ原点Ｏで接してＸ軸に関して対称に配置された２つの楕円パターンの合成パターンであってもよい。第１描画パターンＳＰ７では、２つの楕円の長軸はＸ方向であり、短軸はＹ方向である。第１描画パターンＳＰ８では、２つの楕円の長軸はＹ方向であり、短軸はＸ方向である。

また、図１５Ｄに示すように、第１描画パターンＳＰ９は、互いに非対称な大きさの２つの円形パターンＳＰ９Ｕ，ＳＰ９Ｌがそれぞれ原点Ｏで接してＸ軸を挟んで配置された合成パターンであってもよい。図１５Ｅに示すように、第１描画パターンＳＰ１０は、互いに非対称な大きさの２つの楕円形パターンＳＰ１０Ｕ，ＳＰ１０Ｌがそれぞれ原点Ｏで接してＸ軸を挟んで配置された合成パターンであってもよい。第１描画パターンＳＰ１０では、２つの楕円の長軸はＸ方向であり、短軸はＹ方向である。また、図１５Ｆに示すように、第１描画パターンＳＰ１１は、互いに非対称な大きさの２つの楕円形パターンＳＰ１１Ｕ，ＳＰ１１Ｌがそれぞれ原点Ｏで接してＸ軸を挟んで配置された合成パターンであってもよい。第１描画パターンＳＰ１１では、２つの楕円の長軸はＹ方向であり、短軸はＸ方向である。なお、図示しないが、図１５Ａ～図１５Ｆに示す各走査パターンが、それぞれ原点Ｏで接してＹ軸を挟んで配置された２つの環状のパターンの合成パターンであってもよい。また、この場合、２つの環状のパターンのそれぞれが、図１５Ａ～図１５Ｆに示す例から９０度回転したパターンであってもよい。さらに、２つの環状のパターンのそれぞれの大きさも適宜変更されうる。

つまり、本願明細書におけるレーザ光ＬＢの第１描画パターンＳＰ１ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１は、２つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであればよく、図１５Ａ～図１５Ｆに示す例に限定されない。なお、これらのパターンは、第１ミラー４１ａ及び第２ミラー４２ａをそれぞれ所定の駆動パターンに則って駆動させることで得られる。

また、図示しないが、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４の代わりに、図１５Ａ～図１５Ｆに示す走査パターンとそれぞれ相似な形状であってもよい。図１５Ａ～図１５Ｆに示す例に限定されず、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４の代わりに、２つの環状のパターンが一点で接して連続したパターンであればよい。

（その他の実施形態）
実施形態１，２及び変形例１～３に示した各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、実施形態２に示す走査パターンを描画するにあたって、変形例２に示すように原点Ｏに関する非対称な形状のリサージュパターンとすることも可能である。

なお、図１に示す例では、集光レンズ３４は、レーザ光スキャナ４０の前段に配置されていたが、レーザ光スキャナ４０の後段、つまり、レーザ光スキャナ４０とレーザヘッド３０の光出射口との間に配置されていてもよい。

また、レーザ光ＬＢをＸ方向に沿って第１周波数を有する余弦波状に振動させるとともに、Ｙ方向に沿って第２周波数を有する余弦波状に振動させることで、レーザ光ＬＢの走査パターンがリサージュパターンとなるようにしてもよい。この場合、式（１）～（４）に示すパラメータａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ｎ，ｍ及びφが適宜変更されることは言うまでもない。

また、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１や第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４，ＳＰ５の描画方向も、前述した方向に特に限定されない。例えば、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１を描画するにあたって、１周期の間に、原点Ｏから描画位置Ｃ→Ｂ→Ａ→Ｏ→Ｆ→Ｅ→Ｄ→Ｏを通るようにレーザ光ＬＢを走査してもよい。同様に、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４，ＳＰ５を描画するにあたって、１周期の間に、原点Ｏから描画位置Ｃ’→Ｂ’→Ａ’→Ｏ→Ｆ’→Ｅ’→Ｄ’→Ｏを通るようにレーザ光ＬＢを走査してもよい。また、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１や第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４，ＳＰ５の回転方向ＲＤも図４、図１０、図１３及び図１５Ａ～図１５Ｆに示した方向に特に限定されない。第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１や第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４，ＳＰ５をこれらに示す方向と逆に回転させてもよい。また、いずれの組み合わせても、第２描画パターンとして、図１５Ａ～１５Ｆに示した第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを使用してもよい。

また、本願明細書では、図３に示すワーク２００をレーザ溶接する場合を例に取って説明したが、特にこれに限定されない。例えば、ワーク２００が、それぞれ板状の部分を含む少なくとも２つの母材であって、板状の部分同士が重ね合わされるか、または突き合わされ、少なくとも板状の部分の表面に亜鉛めっき層が形成された構造であってもよい。この場合の母材は、鉄でも軟鋼でも高張力鋼でもよい。これらの融点は、いずれも亜鉛の沸点よりも高い。また、亜鉛とアルミニウムとを含む亜鉛合金めっき層が２つの母材の表面に形成されていてもよい。つまり、亜鉛を主成分とするめっき層が２つの母材の表面に形成されていてもよい。ここで、「亜鉛を主成分とするめっき層」とは、亜鉛を５０%以上含むめっき層をいう。また、亜鉛以外の材料からなる被覆層が２つの母材の表面にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、被覆層を構成する材料の沸点は、母材を構成する材料の融点よりも低くなるように、被覆層と母材の材質がそれぞれ設定される。

このワーク２００をレーザ溶接する場合、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれかを描画中に、板状の部分の間にある被覆層が除去される。第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４、ＳＰ５のいずれかを描画中に、被覆層が除去された２つの板状の部分同士が溶接される。なお、第２描画パターンとして、図１５Ａ～１５Ｆに示した第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを使用してもよい。

このような構造のワーク２００をレーザ溶接するにあたって、本開示のレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を適用することで、亜鉛めっき層２１１，２２１等の被覆層が蒸発して発生する蒸気に起因する溶接欠陥の発生を抑制でき、また、溶接ビードの形状を良好なものとすることができるのは言うまでもない。

なお、実施形態１，２及び変形例１～３では、ワーク２００の表面で、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれかを描くように、かつ描画された第１描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第１描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査するレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１００について説明している。また、ワーク２００の表面で、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４、ＳＰ５のいずれかを描くように、かつ描画された第２描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第２描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光ＬＢを走査するレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１００について説明している。また、第２描画パターンとして、第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを使用してもよいレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１００について説明している。

しかし、本開示のレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１００は、これ以外のレーザ光ＬＢの走査を許容する。例えば、ワーク２００の表面で、第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれかを描くにあたって、描画される第１描画パターンの原点Ｏを中心にして、レーザ光ＬＢが第１半径の円内全体に照射されるように、当該第１描画パターンを連続的に回転させてもよい。ここで、第１半径とは、当該第１描画パターンの長さの半分に相当する。同様に、ワーク２００の表面で、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４、ＳＰ５のいずれかを描くにあたって、描画される第２描画パターンの原点Ｏを中心にして、レーザ光ＬＢが第２半径の円内全体に照射されるように、当該第２描画パターンを連続的に回転させてもよい。ここで、第２半径とは、当該第２描画パターンの長さの半分に相当し、第１半径よりも短い。また、第２描画パターンとして、第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを使用してもよい。

以上を踏まえると、本開示のレーザ溶接方法は、以下の構成を含んでいる。

本開示のレーザ溶接方法における溶接ステップでは、ワーク２００の表面で第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれか、または第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４、ＳＰ５のいずれかを描くようにレーザ光ＬＢを走査する。また、第２描画パターンとして、第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを描くようにレーザビームＬＢを走査してもよい。

溶接ステップにおける第１照射ステップでは、レーザ光ＬＢがワーク２００の表面で第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれかを描くようにレーザ光ＬＢを走査する。この場合、描画される第１描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第１描画パターンを回転させることで、レーザ光ＬＢが第１半径の円内全体に照射されるように、レーザ光ＬＢを走査する。第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１は、それぞれ２つの環状のパターンが原点Ｏで接して連続したパターンである。第１半径は、描画される第１描画パターンの半分の長さである。また、「円内全体に照射」とは、当該円の円周上及び当該円の内部にレーザ光ＬＢが均等に照射されることをいう。

第１描画パターンを回転させるにあたって、当該第１描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにしてもよい。また、当該第１描画パターンを連続的に回転させてもよい。

溶接ステップにおける第２照射ステップでは、第１照射ステップに続けて、以下に示すようにレーザ光ＬＢを走査してもよい。つまり、レーザ光ＬＢがワーク２００の表面で第２描画パターンＳＰ２、ＳＰ４またはＳＰ５を描くようにレーザ光ＬＢを走査する。この場合、第１描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第２描画パターンを回転させることで、レーザ光ＬＢが第２半径の円内全体に照射されるようにレーザ光ＬＢを走査する。なお、第２描画パターンＳＰ２，ＳＰ４とＳＰ５は、それぞれ２つの環状のパターンが原点Ｏで接して連続したパターンであってもよい。第２半径は、描画される第２描画パターンの半分の長さであり、第１半径よりも短い。また、第２描画パターンとして、第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを描くようレーザ光ＬＢを走査してもよい。

第２描画パターンを回転させるにあたって、当該第２描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにしてもよい。また、当該第２描画パターンを連続的に回転させてもよい。

また、本開示のレーザ溶接装置１００におけるコントローラ５０は、レーザ光ＬＢがワーク２００の表面で第１描画パターンＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ６～ＳＰ１１のいずれかを描くようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御する。この場合、コントローラ５０は、描画される第１描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第１描画パターンを回転させることで、レーザ光ＬＢが前述の第１半径の円内全体に照射されるようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御する。

第１描画パターンを回転させるにあたって、コントローラ５０は、当該第１描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。また、当該第１描画パターンを連続的に回転させるようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。

また、コントローラ５０は、第２描画パターンＳＰ，ＳＰ４、ＳＰ５のいずれかを描くようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。この場合、コントローラ５０は、第１描画パターンの原点Ｏを中心にして当該第２描画パターンを回転させることで、レーザ光ＬＢが前述の第２半径の円内全体に照射されるように、レーザ光スキャナ４０を駆動制御する。第２描画パターンを回転させるにあたって、コントローラ５０は、当該第２描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。また、当該第２描画パターンを連続的に回転させるようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。また、第２描画パターンとして、第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１との類似形または相似形で、かつ第１描画パターンＳＰ６～ＳＰ１１より所定のサイズだけ小さいパターンを描画するようにレーザ光スキャナ４０を駆動制御してもよい。

レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置１００をこのようにすることで、実施形態１，２や変形例１～３に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。

本開示のレーザ溶接方法は、溶接欠陥の発生を抑制し、良好な形状の溶接ビードが得られるため、スポット溶接に適用する上で有用である。

１０ レーザ発振器
２０ 光ファイバ
３０ レーザヘッド
３１ 筐体
３２ コリメーションレンズ
３３ 反射ミラー
３４ 集光レンズ
４０ レーザ光スキャナ
４１ 第１ガルバノミラー
４１ａ 第１ミラー
４１ｂ 第１回転軸
４１ｃ 第１駆動部
４２ 第２ガルバノミラー
４２ａ 第２ミラー
４２ｂ 第２回転軸
４２ｃ 第２駆動部
５０ コントローラ
６０ マニピュレータ
２００ ワーク
２１０ 第１板材（母材）
２１１ 亜鉛めっき層（被覆層）
２２０ 第２板材（母材）
２２１ 亜鉛めっき層（被覆層）
３０１，３０２ キーホール
３１１，３１２ 溶融池

Claims (27)

1. レーザ光を二次元的に走査してワークの表面に照射することで、前記ワークをスポット溶接する溶接ステップを備え、
   前記溶接ステップは、
   前記レーザ光を前記ワークの表面で第１描画パターンを描くように、かつ前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第１描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第１半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光を走査する第１照射ステップを少なくとも有し、
   前記第１描画パターンは、２つの環状のパターンが前記原点で接して連続したパターンであり、
   前記第１半径は、前記第１描画パターンの長さの半分であることを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第１照射ステップでは、前記第１描画パターンの原点を中心にして、前記第１描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第１照射ステップでは、前記第１描画パターンの原点を中心にして、前記第１描画パターンを連続的に回転させるように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第１描画パターンは、８の字状または∞字形状のリサージュパターンであり、
   前記第１照射ステップでは、前記レーザ光を第１方向に沿って第１周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記第１方向と交差する第２方向に沿って第２周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記ワークの表面で前記第１描画パターンを描くように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
   前記溶接ステップは、前記第１照射ステップに続けて、前記第１描画パターンの原点を中心とした所定の長さの第２描画パターンを描くように前記レーザ光を走査する第２照射ステップをさらに有し、
   前記第２描画パターンの前記所定の長さは、前記第１半径の２倍よりも短いことを特徴とするレーザ溶接方法。
6. 請求項５に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第２照射ステップでは、前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第２描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第２半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光を走査し、
   前記第２半径は、前記第２描画パターンの長さの半分であり、前記第１半径よりも短いことを特徴とするレーザ溶接方法。
7. 請求項６に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第２照射ステップでは、前記第１描画パターンの原点を中心にして、前記第２描画パターンを所定の角度毎に回転させて繰り返し描画するように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
8. 請求項６に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第２照射ステップでは、前記第１描画パターンの原点を中心にして、前記第２描画パターンを連続的に回転させるように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
   前記第２描画パターンは、２つの環状のパターンが前記第１描画パターンの原点で接して連続したパターンであることを特徴とするレーザ溶接方法。
10. 請求項９に記載のレーザ溶接方法において、
    前記第２描画パターンは、８の字状または∞字形状のリサージュパターンであり、
    前記第２照射ステップでは、前記レーザ光を第１方向に沿って第１周波数を有する正弦波状に振動させるとともに、前記第１方向と交差する第２方向に沿って第２周波数を有する正弦波状に振動させることで、前記ワークの表面で前記第２描画パターンを描くように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
11. 請求項５ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    前記ワークは、それぞれ板状の部分を含む２つの母材において、前記板状の部分同士が重ね合わされるか、または突き合わされ、少なくとも前記板状の部分の表面に被覆層が形成された構造であり、かつ前記被覆層の沸点は、前記母材の融点よりも低く、
    前記第１照射ステップにおける前記レーザ光の出力が、前記第２照射ステップにおける前記レーザ光の出力よりも低くなるように前記レーザ光の出力を制御することを特徴とするレーザ溶接方法。
12. 請求項１１に記載のレーザ溶接方法において、
    前記第１照射ステップで、前記板状の部分の間にある前記被覆層が除去され、
    前記第２照射ステップで、前記被覆層が除去された２つの前記板状の部分同士が溶接されることを特徴とするレーザ溶接方法。
13. 請求項１１または１２に記載のレーザ溶接方法において、
    前記被覆層は、亜鉛を主成分とするめっき層であることを特徴とするレーザ溶接方法。
14. 請求項５ないし１３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    前記第２照射ステップでは、前記ワークにキーホールが形成されることを特徴とするレーザ溶接方法。
15. 請求項５ないし１４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    平面視で、前記第１描画パターン及び前記第２描画パターンは、前記第１描画パターンの原点に関して非対称な形状であることを特徴とするレーザ溶接方法。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    前記第１照射ステップでは、前記ワークにキーホールが形成されることを特徴とするレーザ溶接方法。
17. 請求項４または１０に記載のレーザ溶接方法において、
    前記第１周波数と前記第２周波数との比は、１：２であることを特徴とするレーザ溶接方法。
18. 請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
    少なくとも前記第１描画パターンの描画速度が一定になるように前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ溶接方法。
19. レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
    前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザヘッドと、
    前記レーザヘッドの動作及び前記レーザ光の出力を制御するコントローラと、を少なくとも備え、
    前記レーザヘッドは、前記レーザ光を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向のそれぞれに走査するレーザ光スキャナを有し、
    前記コントローラは、前記レーザ光を前記ワークの表面で第１描画パターンを描くように、かつ前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第１描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第１半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
    前記第１描画パターンは、２つの環状のパターンが前記原点で接して連続したパターンであり、
    前記第１半径は、前記第１描画パターンの長さの半分であることを特徴とするレーザ溶接装置。
20. 請求項１９に記載のレーザ溶接装置において、
    前記コントローラは、前記レーザ光が前記ワークの表面に前記第１描画パターンを描画した後に、前記レーザ光が前記第１描画パターンの原点を中心とした所定の長さの第２描画パターンを描くように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
    前記第２描画パターンの前記所定の長さは、前記第１半径の長さの２倍よりも短いことを特徴とするレーザ溶接装置。
21. 請求項２０に記載のレーザ溶接装置において、
    前記コントローラは、前記第１描画パターンの原点を中心にして前記第２描画パターンを回転させることで、前記レーザ光が第２半径の円内全体に照射されるように前記レーザ光スキャナを駆動制御し、
    前記第２半径は、前記第２描画パターンの長さの半分であり、前記第１半径よりも短いことを特徴とするレーザ溶接装置。
22. 請求項２０または２１に記載のレーザ溶接装置において、
    前記ワークは、それぞれ板状の部分を含む２つの母材において、前記板状の部分同士が重ね合わされるか、または突き合わされ、少なくとも前記板状の部分の表面に被覆層が形成された構造であり、かつ前記被覆層の沸点は、前記母材の融点よりも低く、
    前記コントローラは、前記第１描画パターンを描画中の前記レーザ光の出力が、前記第２描画パターンを描画中の前記レーザ光の出力よりも低くなるように前記レーザ光の出力を制御することを特徴とするレーザ溶接装置。
23. 請求項１９ないし２２のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置において、
    前記コントローラは、少なくとも前記第１描画パターンの描画速度が一定になるように前記レーザ光スキャナを駆動制御することを特徴とするレーザ溶接装置。
24. 請求項１９ないし２３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置において、
    前記レーザヘッドが取り付けられたマニピュレータをさらに備え、
    前記コントローラは、前記マニピュレータの動作を制御し、
    前記マニピュレータは、前記ワークの表面に対して、所定の方向に前記レーザヘッドを移動させることを特徴とするレーザ溶接装置。
25. 請求項１９ないし２４のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置において、
    前記レーザ発振器と前記レーザヘッドとは光ファイバで接続されており、
    前記レーザ光は、前記光ファイバを通って、前記レーザ発振器から前記レーザヘッドに伝送されることを特徴とするレーザ溶接装置。
26. 請求項１９ないし２５のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置において、
    前記レーザ光スキャナは、前記レーザ光を第１方向に走査する第１ガルバノミラーと、前記レーザ光を前記第１方向と交差する第２方向に走査する第２ガルバノミラーと、で構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
27. 請求項１９ないし２６のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置において、
    前記レーザヘッドは、焦点位置調整機構をさらに有し、
    前記焦点位置調整機構は、前記ワークの表面に交差する方向に沿って、前記レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。

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