JP2022126386A - 溶接方法、溶接装置、金属部材および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の強度低下を防止し、製品の品質を確保できる溶接方法を提供する。【解決手段】溶接方法は、金属製の第１の部材２１と、第１の部材２１と重ねて配置される金属製の第２の部材２２と、を溶接する方法であって、第１の部材２１と第２の部材と２２が重なる部位に、エネルギー密度を漸加させつつレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第１の部位３１にレーザを照射する第１の溶接工程と、第１の溶接工程と連なり一定のエネルギー密度でレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第２の部位３２に照射し、終了時において、第１の部位３１にオーバーラップしてレーザを照射する第２の溶接工程と、第２の溶接工程と連なりエネルギー密度を漸減させつつレーザを走査しながら第２の部位３２の少なくとも一部にオーバーラップした第３の部位３３にレーザを照射する第３の溶接工程と、を備える。【選択図】図４

Description

この開示は、溶接方法、溶接装置、金属部材および電力変換装置に関する。

レーザ（LASER：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）溶接は、レーザの急峻なエネルギー密度分布により狭いビードと深い溶け込み形状を得ることに優れているため、高速且つ精密な入熱制御による深溶込み溶接が可能である。また、設備の自動化が容易であるため、能率的であるという利点がある。一例として、レーザ溶接は、電力変換装置が備える端子とバスバーとを溶接するために用いられている。

特許文献１は、金属製の第一部材と、第一部材と重ねて配置される金属製の第二部材とを含む金属部材がレーザ溶接によって接合する溶接方法を開示する。この溶接接合において、重ねた金属部材同士を強固に接合するため、または接合した金属部材間の密閉性を確保するために、溶接部の溶接開始部位と溶接終了部位をオーバーラップさせて、レーザを円状に走査して溶接する。また、この溶接方法は、レーザの照射開始時に出力を大きくし、材料の温度が十分に上がって溶け易くなると、レーザの出力を下げて溶接する。

特開２０１６－１４３６５６号公報

特許文献１に記載の溶接方法では、レーザの照射開始時に出力が大きいため、蒸発温度まで加熱された金属部材にキーホールが形成される虞がある。キーホールから金属蒸気が発生すると、金属蒸気の反力によってキーホール周辺に形成された溶融池にキーホールの上方に向かって対流が発生する。対流によって溶融池の一部が金属部材から離脱して、スパッタが発生する場合がある。特に、レーザの照射開始時では、急速にキーホールが形成されるとスパッタが発生しやすい。また、溶接終了部位において、レーザの照射を止める際に、溶融池に残留している対流によって、スパッタが発生する場合がある。そのため、溶融金属がスパッタとして離脱することによって、金属部材における溶接部の強度が低下するという問題がある。また、この溶接用方で電力変換装置を含む製品が備える端子とバスバーとを溶接した場合、溶接工程で発生するスパッタが導電性異物として製品内に混入することによって、製品の品質が低下するという問題がある。

本開示は、上記実状に鑑みてなされたものであり、溶接部の強度低下を防止し、製品の品質を確保できる溶接方法、溶接装置、金属部材および電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る溶接方法は、金属製の第１の部材と、第１の部材と重ねて配置される金属製の第２の部材と、を溶接する方法であって、第１の部材と第２の部材とが重なる部位に、エネルギー密度を漸加させつつレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第１の部位にレーザを照射する第１の溶接工程と、第１の溶接工程と連なり一定のエネルギー密度でレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第２の部位に照射し、終了時において、第１の部位にオーバーラップしてレーザを照射する第２の溶接工程と、第２の溶接工程と連なりエネルギー密度を漸減させつつレーザを走査しながら第２の部位の少なくとも一部にオーバーラップした第３の部位にレーザを照射する第３の溶接工程と、を備える。

本開示によれば、レーザ照射の開始時と終了時に発生するスパッタの発生を抑制できるため、溶接部の強度低下を防止し、製品の品質を確保できる。

本開示の実施の形態１に係る溶接装置を示す図 本開示の実施の形態１に係る溶接装置の制御部を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る溶接装置を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る第１の溶接処理を説明する図 本開示の実施の形態１に係る第１の溶接処理を示すフローチャート 本開示の実施の形態１に係る金属部材を示す図 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図 本開示の実施の形態１に係るレーザの出力と走査速度を示す図 本開示の実施の形態１に係る溶接方法により作製した電力変換装置を示す図 本開示の実施の形態２に係る金属部材を示す図 本開示の実施の形態３に係る金属部材を示す図 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ断面図 本開示の実施の形態４に係る第２の溶接処理を示すフローチャート 本開示の実施の形態４に係るレーザの出力と走査速度を示す図 本開示の実施の形態５に係る溶接方法を示す図 本開示の実施の形態６に係る金属部材を示す図 本開示の実施の形態７に係る金属部材を示す断面図

以下、本開示の実施の形態に係る溶接方法、溶接装置および金属部材について説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る溶接装置１００は、図１に示すように、レーザ（LASER：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）Ｌを照射するレーザ照射部１０と、レーザ照射部１０を移動するロボット部１１と、重ねられた第１の部材２１と第２の部材２２を載置する定盤１２と、レーザ照射部１０およびロボット部１１を制御する制御部１１０と、を備える。第１の部材２１および第２の部材２２は、長方形の主面を有する板状に形成され、半導体装置における端子または電力変換装置における端子またはバスバーを含む溶接対象部材である。第１の部材２１および第２の部材２２は、金属で作製されれば特に限定されず、好ましくは銅（Ｃｕ）を含む。第２の部材２２は、第１の部材２１の表面に重ねて配置され、第２の部材２２の裏面と、第１の部材２１の表面が接触して配置される。溶接装置１００は、第１の部材２１と第２の部材２２とにレーザＬを照射して重ね継手溶接方法により溶接し、金属部材２０を作製するものである。

理解を容易にするために、相互に直交するｘｙｚ座標を設定し、適宜参照する。第１の部材２１および第２の部材２２が延びる方向をｘ方向、レーザ照射部１０がレーザＬを照射する方向をｚ方向、ｘ方向およびｚ方向に垂直な方向をｙ方向、と設定する。ｘｙ平面は、第２の部材２２におけるレーザＬが照射される面に平行な面である。

レーザ照射部１０は、第２の部材２２にレーザＬを照射するものであり、レーザ発振器と、レーザ発振器で発振されたレーザＬを伝送するミラーまたは光ファイバと、伝送されたレーザＬを集光する集光レンズを含む光学系と、第２の部材２２の表面にレーザＬを照射する際にレーザＬの照射位置を走査するガルバノミラー１３と、を備える。レーザ照射部１０およびガルバノミラー１３の動作は制御部１１０によって制御される。ガルバノミラー１３は、レーザＬの照射位置をｘ方向およびｙ方向に走査し、任意の位置にレーザＬを照射することができる。レーザ照射部１０は、連続発振によりレーザＬを照射する。ｚ方向における集光点の位置は、ロボット部１１により第２の部材２２のレーザ照射部１０に向かい合う面にジャストフォーカスする位置に調整される。レーザ照射部１０のレーザＬの出力は、第１の部材２１に溶接痕跡を生じさせない出力に制御部１１０により制御される。厚さ１．５ｍｍの第１の部材２１および第２の部材２２を重ね溶接する場合、好ましくは、ビード幅を０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、第１の部材２１の溶け込み深さを０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下に、レーザＬの出力を制御する。第１の部材２１および第２の部材２２の厚みが大きくなる場合は、適宜集光径を大きくしてビード幅と溶け込み深さを大きくするようにレーザＬの出力を調整すればよい。レーザＬの出力は、好ましくは１００Ｗ以上１０ｋＷ以下である。

ロボット部１１は、ｘ方向およびｙ方向に駆動する第１の駆動部と、ｚ方向に駆動する第２の駆動部を有し、制御部１１０の制御により、レーザ照射部１０をｘ方向およびｙ方向に移動するものである。また、ロボット部１１は、第１の部材２１と第２の部材２２との厚みおよび形状に応じて、レーザ照射部１０をｚ方向に移動し、ｚ方向における集光点の位置を第２の部材２２のレーザ照射部１０に向かい合う面に調整する。

定盤１２は、ｘｙ平面に平行な面を有するものであり、第１の部材２１と第２の部材２２を載置するものである。

制御部１１０は、図２に示すように、溶接装置１００を制御するための処理を行うプロセッサ１２０と、プロセッサ１２０の作業領域として用いられる主記憶部１３０と、プロセッサ１２０の処理に用いられる種々のデータおよびプログラムを記憶する補助記憶部１４０と、外部の機器と通信するための通信部１５０と、を有する。主記憶部１３０、補助記憶部１４０および通信部１５０はいずれも、バス１６０を介してプロセッサ１２０に接続される。

プロセッサ１２０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。プロセッサ１２０は、補助記憶部１４０に記憶されるプログラムを実行することにより、溶接装置１００の種々の機能を実現する。

主記憶部１３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。主記憶部１３０には、補助記憶部１４０からプログラムがロードされる。そして、主記憶部１３０は、プロセッサ１２０の作業領域として用いられる。

補助記憶部１４０は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）に代表される不揮発性メモリを含む。補助記憶部１４０は、プログラムの他に、プロセッサ１２０の処理に用いられる種々のデータを記憶する。補助記憶部１４０は、プロセッサ１２０の指示に従って、プロセッサ１２０によって利用されるデータをプロセッサ１２０に供給し、プロセッサ１２０から供給されたデータを記憶する。

通信部１５０は、外部の機器と通信するためのネットワークインタフェース回路を含む。通信部１５０は、外部の機器から信号を受信して、この信号により示されるデータをプロセッサ１２０へ出力する。また、通信部１５０は、プロセッサ１２０から出力されたデータを示す信号を外部の機器へ送信する。

制御部１１０は、補助記憶部１４０に記憶したプログラムを実行することにより、図３に示すように、レーザ位置制御部１１１と、レーザ出力制御部１１２と、レーザ照射位置制御部１１３として機能する。

レーザ位置制御部１１１は、ロボット部１１を制御し、レーザ照射部１０をｘ方向およびｙ方向に移動し、レーザ照射部１０を第２の部材２２の溶接予定位置の上部に移動する。また、レーザ位置制御部１１１は、第１の部材２１と第２の部材２２との厚みおよび形状に応じて、レーザ照射部１０をｚ方向に移動し、ｚ方向における集光点の位置を第２の部材２２のレーザ照射部１０に向かい合う面に調整する。

レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０を制御し、レーザ照射部１０から照射するレーザＬのエネルギー密度を調整する。レーザＬのエネルギー密度は、レーザＬの照射エネルギーをレーザＬにより形成された溶接痕の長さで除したものである。詳細には、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０に、第１の溶接工程における開始時のレーザＬの出力を、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力より小さく設定し、第１の溶接工程において、レーザＬの出力を漸加させることにより、エネルギー密度を漸加させてレーザＬを照射させる。第１の溶接工程の開始時のレーザＬの出力は、好ましくは、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力の５０％以下に設定される。また、第１の溶接工程における終了時のレーザＬの出力が第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定され、第２の溶接工程において、第１の溶接工程と連なり、レーザＬの出力を一定にして、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射させる。また、第３の溶接工程におけるレーザＬの出力が、開始時の第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定され第３の溶接工程において、第２の溶接工程と連なり、レーザＬの出力を漸減させることにより、エネルギー密度を漸減させてレーザＬを照射させる。

レーザ照射位置制御部１１３は、ガルバノミラー１３を制御し、第２の部材２２の表面にレーザＬを照射する際の照射位置をｘ方向およびｙ方向に走査するものである。これにより、レーザＬを環状の溶接対象領域に照射することができる。ここでは、レーザＬの走査速度は一定である。詳細には、レーザ照射位置制御部１１３は、第１の溶接工程において、ガルバノミラー１３を制御し、図４に示すように、第１の部位３１における開始位置３１１から第２の部位３２の開始位置３２１まで９０°の円弧状の溶接対象領域にレーザＬの照射位置を移動する。つぎに、レーザ照射位置制御部１１３は、第２の溶接工程において、ガルバノミラー１３を制御し、第２の部位３２における開始位置３２１から第３の部位３３における開始位置３３１まで円状の溶接対象領域にレーザＬの照射位置を移動する。つぎに、レーザ照射位置制御部１１３は、第３の溶接工程において、ガルバノミラー１３を制御し、第３の部位３３における開始位置３３１から第３の部位３３における終了位置３３２まで９０°の円弧状の溶接対象領域にレーザＬの照射位置を移動する。

つぎに、以上の構成を有する溶接装置１００が、図１に示す第１の部材２１と第２の部材２２とを溶接して金属部材２０を作製する例について、溶接装置１００が実行する第１の溶接処理を説明する。

溶接装置１００は、ユーザによる処理を開始させる指示に応答し、図５に示す第１の溶接処理を開始する。以下、溶接装置１００の制御部１１０が実行する第１の溶接処理をフローチャートを用いて説明する。

第１の溶接処理が開始されると、レーザ位置制御部１１１は、ロボット部１１を制御し、レーザ照射部１０を移動する（ステップＳ１０１）。詳細には、レーザ位置制御部１１１は、レーザ照射部１０をｘ方向およびｙ方向に移動し、レーザ照射部１０を第２の部材２２の溶接予定位置の上部に移動する。また、レーザ位置制御部１１１は、第１の部材２１と第２の部材２２との厚みおよび形状に応じて、レーザ照射部１０をｚ方向に移動し、ｚ方向における集光点の位置を第２の部材２２のレーザ照射部１０に向かい合う面に調整する。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第１の溶接工程を実行する（ステップＳ１０２）。第１の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０を制御して、レーザＬの出力を漸加させることにより、エネルギー密度を漸加させながらレーザＬを照射する。詳細には、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０に、第１の溶接工程における開始時のレーザＬの出力を、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力より小さく設定し、レーザＬの出力を漸加させることにより、エネルギー密度を漸加させてレーザＬを照射する。また、第１の溶接工程における終了時のレーザＬの出力は、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定される。このとき、レーザ照射位置制御部１１３は、ガルバノミラー１３を制御し、第２の部材２２の表面にレーザＬを照射する際の照射位置をｘ方向およびｙ方向に走査し、図４に示す第１の部位３１における開始位置３１１から第２の部位３２の開始位置３２１まで９０°の円弧状の溶接対象領域に照射位置を移動する。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、レーザＬの出力を漸加させながらレーザＬを照射させるレーザＬの出力条件から、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射するレーザＬの出力条件に変更する（ステップＳ１０３）。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第２の溶接工程を実行する（ステップＳ１０４）。第２の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０に第１の溶接工程と連なり、レーザＬの出力を一定にして、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射する。このとき、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力は、第１の溶接工程における終了時のレーザＬの出力と同じに設定される。また、レーザ照射位置制御部１１３は、ガルバノミラー１３を制御し、第２の部材２２の表面にレーザＬを照射する際の照射位置をｘ方向およびｙ方向に走査し、図４に示す第２の部位３２における開始位置３２１から第３の部位３３における開始位置３３１まで円状の溶接対象領域に照射位置を移動する。第３の部位３３における開始位置３３１は、第２の部位３２における開始位置３２１と同じ位置である。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、一定のレーザＬの出力でレーザＬを照射するレーザＬ出力条から、レーザＬの出力を漸加させながらレーザＬを照射させるレーザＬ出力条件に変更する（ステップＳ１０５）。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第３の溶接工程を実行する（ステップＳ１０６）。第３の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０を制御して、レーザＬの出力を漸減させることにより、エネルギー密度を漸減させながらレーザＬを照射させる。詳細には、レーザ出力制御部１１２は、第３の溶接工程における開始時のレーザＬの出力を、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定し、レーザ照射部１０に、レーザＬの出力を漸減させることにより、エネルギー密度を漸減させてレーザＬを照射させる。また、第３の溶接工程における終了時のレーザＬの出力は、第１の溶接工程における開始時のレーザＬの出力と同じに設定されることが好ましい。このとき、レーザ照射位置制御部１１３は、ガルバノミラー１３を制御し、第２の部材２２の表面にレーザＬを照射する際の照射位置をｘ方向およびｙ方向に走査し、図４に示すように、第３の部位３３における開始位置３３１から第３の部位３３における終了位置３３２まで９０°の円弧状の溶接対象領域に照射位置を移動する。

つぎに、レーザ位置制御部１１１は、終了指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。終了指示が入力されていないと判定されると（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１からステップＳ１０７を繰り返す。終了指示が入力されたと判定されると（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、第１の溶接処理を終了する。

第１の溶接処理が終了すると、図６に示すように、第２の部材２２の表面に円状の溶接部３０が形成される。これにより、第１の部材２１と第２の部材２２とが溶接され、第２の部材２２の表面に円状の溶接部３０が形成された金属部材２０を得ることができる。図４に戻って、第２の部位３２には、キーホール型溶接痕３５が形成される。第２の部位３２の終了部分の９０°の区間は、第１の部位３１と第２の部位３２の一部とのオーバーラップ部３４１により、オーバーラップする。第２の部位３２の開始部分の９０°の区間は、第２の部位の一部と第３の部位とのオーバーラップ部３４２により、オーバーラップする。第３の部位３３では、レーザＬの出力を漸減させることにより、キーホール型溶接痕３５から熱伝導型溶接痕３６に切り換わるため、第３の部位３３の少なくとも一部が、熱伝導型溶接痕３６、すなわち表面に光沢を有する。金属部材２０は、円状の溶接部３０の全周で第１の部材２１と第２の部材２２とが接合されている。また、この例では、溶接部３０は、図７に示すように、溶接部３０が第１の部材２１を非貫通で第２の部材２２と接合されている。より強固に接合させるため、または導通面積を拡大するために、溶接部３０が第１の部材２１を貫通してもよい。

つぎに、第１の溶接処理におけるレーザＬの出力について説明する。実施の形態１において、レーザＬの出力は、図８に示すように、第１の溶接工程の開始時において、好ましくは、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力の５０％以下に設定される。この例では、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力の３０％に設定されている。また、第１の溶接工程の終了時におけるレーザＬの出力は、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定される。第１の溶接工程において、第１の部位３１の開始位置３１１から第２の部位３２の開始位置３２１の区間で、レーザＬの出力が漸加されながら溶接される。第２の溶接工程では、レーザＬの出力は、一定である。第３の溶接工程の開始時では、レーザＬの出力が第２の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定され、第３の溶接工程においてレーザＬの出力は、漸減され、第３の溶接工程の終了時には第１の溶接工程の開始時におけるレーザＬの出力と好ましくは同じに設定される。第３の部位３３の開始位置３３１から第３の部位３３の終了位置３３２の区間で、レーザＬの出力が漸減されながら溶接される。第３の溶接工程の終了後、レーザＬの照射が停止される。なお、第１の溶接工程において、レーザＬの出力をゼロから漸加させても良い。なお、第３の溶接工程において、レーザＬの出力をゼロまで漸減しても良い。

つぎに、レーザＬの走査速度について説明する。第１の溶接工程の前に、ガルバノミラー１３を駆動させて、レーザＬの走査速度を設定速度まで加速する。第１の溶接工程から第３の溶接工程まで、レーザＬの走査速度を一定にして、レーザＬを第２の部材２２に照射する。第３の溶接工程の終了後に、レーザＬの走査速度を減速させて、ガルバノミラー１３の駆動を停止する。

以上のように、本実施の形態の溶接装置１００および溶接方法によれば、第１の溶接工程において、レーザＬの出力を漸加しながらレーザＬを第２の部材２２に照射している。これにより、第２の部材２２の温度が徐々に上昇するため、レーザＬの照射によって蒸発温度まで加熱された第２の部材２２に形成されるキーホールの深さを徐々に深くできる。よって、レーザＬの出力を漸加せずに照射した場合と比べて、キーホールの周辺に形成された溶融池に発生する上方に向かう対流を穏やかにできるため、対流によって溶融池の一部がスパッタとして離脱することを低減できる。また、第２の溶接工程において、レーザＬの出力と走査速度とを一定にして、レーザＬを第２の部材２２に照射している。これにより、キーホールの周辺に形成された溶融池に発生する対流を変動させずに溶接できるため、対流によって溶融池の一部がスパッタとして離脱することを低減できる。さらに、第３の溶接工程において、レーザＬの出力を漸減しながらレーザＬを第２の部材２２に照射している。これにより、キーホールの深さを徐々に浅くできる。このため、第３の溶接工程では、キーホール溶接から熱伝導型の溶接に切り換わり、溶融池に残留する対流を抑制できるため、溶融池の一部がスパッタとして離脱することを低減できる。その結果、第１の溶接工程から第３の溶接工程において、溶接時に発生するスパッタの発生を低減できるため、溶接部３０の強度低下および導電体異物の混入による製品内での短絡を防止し、製品の品質を向上する効果を達成できる。また、第１の部位３１の開始位置３１１と第３の部位３３の終了位置３３２の付近では、レーザＬの出力が低いために、第１の部材２１と第２の部材２２との接合が浅くなるが、第１の部位３１と第２の部位３２の一部とのオーバーラップ部３４１および第２の部位３２の一部と第３の部位３３とのオーバーラップ部３４２とが、オーバーラップすることによって、第１の部材２１と第２の部材２２とをレーザＬの走査経路の全周で接合できる。そのため、オーバーラップしない場合と比べて、第１の部材２１と第２の部材２２との接合に寄与しない溶接部３０を排除できるため、溶接部３０を小さく設定でき、第１の部材２１と第２の部材２２の長さまたは幅を短縮できることから、製品の小型化および軽量化ならびに低コスト化する効果を達成できる。さらに、溶接部３０が円状に形成されていることによって、溶接部３０に加わる外力を多方向に分散できるため、外力による溶接部３０の破壊を防止できる効果を達成できる。

また、本実施の形態１に係る溶接方法は、図９に示すように、自動車を含む機器に用いられる電力変換装置４０に適用されてもよい。電力変換装置４０は、直流電力を交流電力に変換するインバータ４１を備える。インバータ４１は、複数のバスバー４２と、複数の半導体装置５０と、を備える。半導体装置５０は、複数の端子５１を備える。複数のバスバー４２と、複数の端子５１とが並んで配置されている。各バスバー４２と、各半導体装置５０の各端子５１とが、上記の溶接方法によって接合される。この場合、端子５１が第１の部材２１に相当し、バスバー４２が第２の部材２２に相当する。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る溶接装置１００は、実施の形態１に係る溶接装置１００と同様の構成を有する。実施の形態１に係る溶接装置１００は、第２の溶接工程において、図４に示す第２の部位３２における開始位置３２１から、第２の部位３２における開始位置３２１と同じ位置である第３の部位３３における開始位置３３１まで円状に３６０°の走査区間を移動して溶接する。これに対して、実施の形態２に係る溶接装置１００は、図１０に示すように、第２の溶接工程において、第２の部位３２における開始位置３２１から第３の部位３３における開始位置３３１まで円弧状に３６０°より少ない走査区間で照射位置を移動して溶接する。

実施の形態２に係る溶接装置１００は、この例では、第２の部位３２のレーザＬの走査区間が３３０°に設定され、その区間をレーザＬにより第２の溶接工程を実行する。第１の部位３１の一部と第３の部位３３の一部とのオーバーラップ部３４３により、第１の部位３１の終了部分と第３の部位３３の開始部分の区間がオーバーラップされる。第１の部位３１の後半部分と第３の部位３３の前半部分とでは、第１の部位３１の前半部分と第３の部位３３の後半部分と比べて、レーザＬの出力が高く、第１の部材２１と第２の部材２２を接合することができる。したがって、実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、第２の部位３２のレーザＬの走査区間を実施の形態１と比べて短縮できることから、レーザＬの照射時間を短縮でき、生産性の向上を図る効果を達成できる。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る溶接装置１００は、実施の形態１および２に係る溶接装置１００と同様の構成を有する。実施の形態３に係る溶接装置１００は、図１１に示すように、第２の溶接工程において、第２の部位３２における開始位置３２１から第３の部位３３における開始位置３３１まで円弧状に３６０°より大きい走査区間で照射位置を移動して溶接する。

実施の形態３に係る溶接装置１００は、この例では、第２の部位３２のレーザＬの走査区間が３９０°に設定され、その区間をレーザＬにより第２の溶接工程を実行する。オーバーラップ部３４４は、第２の部位３２の開始部分と第２の部位３２の終了部分との区間がオーバーラップされたものである。このようにすることで、溶接部３０は、図１２に示すように、第２の部位３２の開始部分と第２の部位３２の終了部分とのオーバーラップ部３４４おける溶接痕の少なくとも一部に、他の溶接痕の幅と比べて太い溶接痕３０１が形成される。したがって、実施の形態３においても実施の形態１と同様の効果がある。さらに、第２の部位３２の開始部分と第２の部位３２の終了部分とのオーバーラップ部３４４では、第１の部材２１と第２の部材２２とをより強固に接合することができる。そのため、外力が加わりやすい方向の溶接部３０の接合幅を一部太くして、接合面積を他の溶接痕の箇所よりも広く設けることによって、第１の部材２１と第２の部材２２とをより強固に接合することができ、溶接部３０の破壊を防止する効果を達成できる。

（実施の形態４）
実施の形態４に係る溶接装置１００は、実施の形態１から３に係る溶接装置１００と同様の構成を有する。実施の形態１から３に係る溶接装置１００は、第１の溶接工程において、レーザＬの出力を漸加させることにより、エネルギー密度を漸加させてレーザＬを照射させ、第３の溶接工程において、レーザＬの出力を漸減させることにより、エネルギー密度を漸減させてレーザＬを照射させる。これに対して、実施の形態４に係る溶接装置１００は、レーザＬの走査速度を減速または加速することで、エネルギー密度を漸加または漸減させる。

溶接装置１００は、ユーザによる処理を開始させる指示に応答し、図１３に示す第２の溶接処理を開始する。以下、溶接装置１００の制御部１１０が実行する第２の溶接処理をフローチャートを用いて説明する。

第２の溶接処理が開始されると、レーザ位置制御部１１１は、ロボット部１１を制御し、レーザ照射部１０を移動する（ステップＳ２０１）。つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第１の溶接工程を実行する（ステップＳ２０２）。第１の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０を制御して、レーザＬの出力を一定にする。また、レーザ照射位置制御部１１３は、図４に示す第１の部位３１における開始位置３１１から第２の部位３２の開始位置３２１まで９０°の円弧状に照射位置を移動する。このとき、レーザＬの走査速度を減速することで、エネルギー密度を漸加させながらレーザＬを照射する。

つぎに、レーザ照射位置制御部１１３は、レーザＬの走査速度を減速させながらレーザＬを照射させるレーザＬの走査条件から、一定の走査速度でレーザＬを照射するレーザＬの走査条件に変更する（ステップＳ２０３）。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第２の溶接工程を実行する（ステップＳ２０４）。第２の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０に第１の溶接工程と連なり、レーザＬの出力を一定にして、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射する。このとき、第２の溶接工程におけるレーザＬの出力は、第１の溶接工程におけるレーザＬの出力と同じに設定される。また、レーザ照射位置制御部１１３は、ガルバノミラー１３を制御し、図４に示す第２の部位３２における開始位置３２１から第３の部位３３における開始位置３３１まで円状に照射位置を移動する。このとき、レーザＬの走査速度は一定であり、エネルギー密度を一定にしながらレーザＬを照射する。

つぎに、レーザ照射位置制御部１１３は、一定の走査速度でレーザＬを照射するレーザＬの走査条件から、レーザＬの走査速度を加速させながらレーザＬを照射させるレーザＬの走査条件に変更する（ステップＳ２０５）。

つぎに、レーザ出力制御部１１２は、第３の溶接工程を実行する（ステップＳ２０６）。第３の溶接工程において、レーザ出力制御部１１２は、レーザ照射部１０を制御して、レーザＬの出力を一定にする。このとき、レーザ照射位置制御部１１３は、図４に示すように、第３の部位３３における開始位置３３１から第３の部位３３における終了位置３３２まで９０°の円弧状に照射位置を移動する。このとき、レーザＬの走査速度を加速することで、エネルギー密度を漸減させながらレーザＬを照射する。

つぎに、レーザ位置制御部１１１は、終了指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０７）。終了指示が入力されていないと判定されると（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０１からステップＳ２０７を繰り返す。終了指示が入力されたと判定されると（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、第２の溶接処理を終了する。

つぎに、第２の溶接処理におけるレーザＬの出力について説明する。実施の形態４において、レーザＬの出力は、図１４に示すように、第１の溶接工程の開始時から第３の溶接工程の終了時まで一定である。つぎに、レーザＬの走査速度について説明する。第１の部位３１にレーザＬを照射する前に、ガルバノミラー１３を駆動させて、レーザＬの走査速度を開始速度まで加速させる。第１の部位３１の開始位置３１１から第２の部位３２の開始位置３２１にかけて、レーザＬの走査速度を第２の部位３２の走査速度まで減速させながら、レーザＬを照射する。第２の部位３２では、レーザＬの走査速度を一定にして、レーザＬを照射する。第３の部位３３の開始位置３３１から第３の部位の終了位置３３２にかけて、レーザＬの走査速度を加速させながら、レーザＬを照射し、第３の部位３３でのレーザ照射を終了する。第３の部位３３のレーザ照射を終了後、ガルバノミラー１３を減速させて、ガルバノミラー１３を停止する。なお、第１の部位３１の開始位置３１１と第３の部位３３の終了位置３３２におけるレーザＬの走査速度は、それぞれ異なる速度でも良い。実施の形態４のレーザＬの走査速度の加速および減速においても、実施の形態１から３のレーザＬの出力の漸減または漸加と同様に、スパッタの発生を抑制でき、製品の品質を向上する効果を達成できる。また、レーザＬの走査速度を向上できるため、レーザＬの照射時間を短縮でき、生産性を向上する効果を達成できる。

（実施の形態４の変形例）
第１の溶接処理および第２の溶接処理において、第２の溶接工程は、上述したように、レーザＬの走査速度および出力を一定にして、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射する例について説明した。第２の溶接工程は、レーザＬの走査速度および出力を変化して、一定のエネルギー密度でレーザＬを照射してもよい。詳細には、レーザＬの走査速度を加速させつつレーザＬの出力を漸加させながらレーザＬを照射してもよく、レーザＬの走査速度を減速させつつレーザＬの出力を漸減させながらレーザＬを照射してもよい。

（実施の形態５）
実施の形態５に係る溶接装置１００は、図１５に示すように、エネルギー密度が高いセンタービームＬ１と、センタービームＬ１よりエネルギー密度が低いリングビームＬ２と、を有するレーザＬを照射するレーザ照射部１０を備える。これにより、溶接装置１００は、中心部のエネルギー密度が外周部のエネルギー密度より高いレーザＬを照射することができる。実施の形態５に係る溶接装置１００のその他の構成は、実施の形態１から４に係る溶接装置１００と同様の構成を有する。

実施の形態５に係る溶接装置１００においても、実施の形態１から４と同様の効果がある。さらに、センタービームＬ１で形成されたキーホールの周辺にリング状に形成されたリングビームＬ２を照射することにより、キーホールの開口部を広く形成できることと、キーホール付近の溶融池に発生するキーホールの開口部に向かう対流を、キーホールの開口部付近で発生する下方向に向かう対流によって、キーホールの開口部に向かう対流を穏やかにできるため、溶融池の一部がスパッタとして離脱することを防止するできる効果を達成できる。

（実施の形態６）
実施形態１から５では、溶接装置１００が、円状の溶接対象領域にレーザＬを照射して、第２の部材２２の表面に円状の溶接部３０を形成する例について説明した。実施形態６に係る溶接装置１００は、楕円状の溶接対象領域にレーザＬを照射して、図１６に示すように、第２の部材２２の表面に楕円状の溶接部３０を形成するものである。実施の形態６においても、実施の形態１から５と同様の効果がある。さらに、第１の部材２１と第２の部材２２との長手方向に溶接部３０が短く設定されているため、第１の部材２１と第２の部材２２とが重なる面を削減できるため、製品の小型化および軽量化ならびに低コスト化する効果を達成できる。また、溶接装置１００は、環状の溶接対象領域にレーザＬを照射すればよく、溶接対象領域は、環状であれば形状は限定されず、卵型であってもよく、多角形であってもよい。

（実施の形態７）
実施の形態７に係る溶接方法では、図１７に示すように、第１の部材２１と第２の部材２２とは、表面の酸化を防止するために、表面にメッキ層を有するものを用いる。メッキ層は、無電解Ｎｉメッキ６０で表面処理されて形成される。実施の形態７においても、実施の形態１から７と同様の効果が得られる。さらに、第１の部材２１または第２の部材２２の酸化によって部材表面のレーザＬの吸収率が増加することにより、キーホール周辺の対流が早くなり、溶融池からスパッタが発生する問題に対して、部材表面のメッキ層により部材表面の酸化を防止して、スパッタの発生を抑制できることから、製品の品質を向上する効果を達成できる。

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

１０ レーザ照射部、１１ ロボット部、１２ 定盤、１３ ガルバノミラー、２０ 金属部材、２１：第１の部材、２２ 第２の部材、３０ 溶接部、３０１：太い溶接痕、３１ 第１の部位、３１１ 開始位置、３２ 第２の部位、３２１ 開始位置、３３ 第３の部位、３３１ 開始位置、３３２ 終了位置、３４１～３４４ オーバーラップ部、３５ キーホール型溶接痕、３６ 熱伝導型溶接痕、４０ 電力変換装置、４１ インバータ、４２ バスバー、５０ 半導体装置、５１ 端子、６０ 無電解Ｎｉメッキ、１００ 溶接装置、１１０ 制御部、１１１ レーザ位置制御部、１１２ レーザ出力制御部、１１３ レーザ照射位置制御部、Ｌ レーザ、Ｌ１ センタービーム、Ｌ２ リングビーム

Claims (16)

1. 金属製の第１の部材と、前記第１の部材と重ねて配置される金属製の第２の部材と、を溶接する方法であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材とが重なる部位に、エネルギー密度を漸加させつつレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第１の部位にレーザを照射する第１の溶接工程と、
   前記第１の溶接工程と連なり一定のエネルギー密度でレーザを走査しながら環状の前記溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第２の部位に照射し、終了時において、前記第１の部位にオーバーラップしてレーザを照射する第２の溶接工程と、
   前記第２の溶接工程と連なりエネルギー密度を漸減させつつレーザを走査しながら前記第２の部位の少なくとも一部にオーバーラップした第３の部位にレーザを照射する第３の溶接工程と、
   を備える、溶接方法。
2. 前記第１の溶接工程から前記第３の溶接工程において、前記第１の部材と前記第２の部材との重なり合う部分にレーザを走査しながら照射し、環状の溶接部を形成する、
   請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記第１の溶接工程において、溶接痕の少なくとも一部に熱伝導型溶接痕を形成し、
   前記第２の溶接工程において、溶接痕の少なくとも一部にキーホール型溶接痕を形成し、
   前記第３の溶接工程において、溶接痕の少なくとも一部に熱伝導型溶接痕を形成する、
   請求項１または２に記載の溶接方法。
4. 前記第１の溶接工程におけるレーザ照射の開始時のレーザの出力が、前記第２の溶接工程におけるレーザの出力より小さく設定され、前記第１の溶接工程において、レーザの出力が漸加され、
   前記第１の溶接工程におけるレーザ照射の終了時のレーザの出力が、前記第２の溶接工程におけるレーザの出力と同じに設定され、
   前記第３の溶接工程におけるレーザの出力が、レーザ照射の開始時において、前記第２の溶接工程におけるレーザ照射の終了時のレーザの出力と同じに設定され、前記第３の溶接工程において、レーザの出力が漸減される、
   請求項１から３の何れか１項に記載の溶接方法。
5. 前記第１の溶接工程におけるレーザ照射の開始時のレーザの走査速度が、前記第２の溶接工程におけるレーザの走査速度より大きく設定され、前記第１の溶接工程において、レーザの走査速度が漸減され、
   前記第１の溶接工程におけるレーザ照射の終了時のレーザの走査速度が、前記第２の溶接工程におけるレーザの走査速度と同じに設定され、
   前記第３の溶接工程におけるレーザの走査速度が、レーザ照射の開始部において前記第２の溶接工程におけるレーザ照射の終了時のレーザの走査速度と同じに設定され、前記第３の溶接工程において、レーザの走査速度が漸加される、
   請求項１から４の何れか１項に記載の溶接方法。
6. 前記第１の溶接工程、前記第２の溶接工程および前記第３の溶接工程において、レーザの走査速度は、一定である、
   請求項１から４の何れか１項に記載の溶接方法。
7. 前記第３の溶接工程において、前記第１の部位の一部にオーバーラップしてレーザを照射する、
   請求項１から６の何れか１項に記載の溶接方法。
8. 前記第２の溶接工程の終了時において、前記第２の部位の開始部分にオーバーラップしてレーザを照射する、
   請求項１から７の何れか１項に記載の溶接方法。
9. 前記第１の溶接工程から前記第３の溶接工程において、少なくとも一箇所が太く形成されている部分を含む溶接部を形成する、
   請求項１から８の何れか１項に記載の溶接方法。
10. 前記第１の溶接工程から前記第３の溶接工程において、レーザを楕円状に走査して照射する、
    請求項１から９の何れか１項に記載の溶接方法。
11. 前記第１の部材または前記第２の部材の少なくとも一方の表面にメッキ層を有する、
    請求項１から１０の何れか１項に記載の溶接方法。
12. 前記第１の溶接工程、前記第２の溶接工程および前記第３の溶接工程において、中心部のエネルギー密度が外周部のエネルギー密度より高いレーザを照射する、
    請求項１から１１の何れか１項に記載の溶接方法。
13. 金属製の第１の部材と、前記第１の部材と重ねて配置される金属製の第２の部材と、を溶接する溶接装置であって、
    レーザを照射するレーザ照射部を備え、
    前記レーザ照射部は、前記第１の部材と前記第２の部材とが重なる部位に、エネルギー密度を漸加させつつレーザを走査しながら環状の溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第１の部位にレーザを照射し、前記第１の部位と連なる前記第２の部位を一定のエネルギー密度でレーザを走査しながら環状の前記溶接対象領域の少なくとも一部に沿った第２の部位に照射し、終了時において、前記第１の部位にオーバーラップしてレーザを照射し、前記第２の部位と連なる第３の部位を、エネルギー密度を漸減させつつレーザを走査しながら前記第２の部位の少なくとも一部にオーバーラップした前記第３の部位にレーザを照射する、
    溶接装置。
14. 金属製の第１の部材と、
    前記第１の部材と重ねて配置された金属製の第２の部材と、
    前記第１の部材と前記第２の部材とが重っている部位において、前記第１の部材と前記第２の部材とを接続する溶接部と、
    を備え、
    前記溶接部は、第１の部位と、第２の部位と、第３の部位と、に環状に連なる溶接痕を有し、
    前記第２の部位の一部は、前記第１の部位にオーバーラップして配置され、前記第３の部位は、前記第２の部位の一部にオーバーラップして配置される、
    金属部材。
15. 前記第１の部位は、溶接痕の少なくとも一部に熱伝導型溶接痕を有し、
    前記第２の部位は、溶接痕の少なくとも一部にキーホール型溶接痕を有し、
    前記第３の部位は、溶接痕の少なくとも一部に熱伝導型溶接痕を有する、
    請求項１４に記載の金属部材。
16. 請求項１４または１５に記載の金属部材を備える、
    電力変換装置。

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