JP5958638B2 - レーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置に関する。

自動車の車体や構造体を組み立てるときには、通常、鋼板を所望の形状にプレス成形した金属部材を形成し、その後、複数の金属部材の一部を重ね合わせた部分にレーザー光を照射して溶接接合している（特許文献１参照。）。自動車用の金属部材には、母材よりも融点の低い被覆材によって母材が被覆されたメッキ鋼板から形成したものがある。メッキ鋼板として、例えば、耐食性に優れた亜鉛を主成分とする被覆材によって母材が被覆された亜鉛メッキ鋼板がある。

特許文献１に記載された技術にあっては、溶接工程におけるレーザー光の照射範囲の外周部に溶接工程よりも照射深さが浅いレーザー光を照射する補熱工程を設けている。これにより、溶接部における金属溶融量を増加させてレーザー溶接による溶接不良の発生を抑制している。

特許文献１：特開２０１１−１７３１４６号公報

亜鉛メッキ鋼板などのメッキ鋼板から形成した金属部材を溶接する場合において、金属部材同士の間に隙間が殆ど無いときには、レーザー光の照射によって発生した亜鉛ガスなどの被覆材蒸気が抜け離くなる。このため、ブローホールが発生して良好な溶接部を得ることが困難になる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ブローホールの発生を抑制して良好な溶接部を得ることが可能なレーザー溶接方法、およびレーザー溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接方法は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接方法であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、前処理工程と、溶接工程とを有する。前処理工程において、複数の前記金属部材の面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持し、一の前記金属部材の一の側面から加工を施して反対側の他の側面に当該他の側面から盛り上がる突起部を生成させる。溶接工程において、前記前処理工程において決めた複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、前記突起部を生成した一の前記金属部材を、前記突起部を介在させて他の前記金属部材と重ね合わせた状態にし、複数の前記金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接する。

上記目的を達成する本発明のレーザー溶接装置は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接装置であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成される。レーザー溶接装置は、複数の前記金属部材を面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持自在であるとともに、複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、一の前記金属部材を他の前記金属部材と重ね合わせた状態に保持自在である治具部と、一の前記金属部材の一の側面から加工を施して反対側の他の側面に当該他の側面から盛り上がる突起部を生成させる前処理部と、レーザー光を照射するレーザー照射部と、前記治具部、前記前処理部および前記レーザー照射部の作動を制御する制御部と、を有している。前記制御部は、まず、前記治具部によって複数の前記金属部材の面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持する。制御部は、前記前処理部によって前記突起部を生成させる。そして、制御部は、前記治具部によって複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、一の前記金属部材を前記突起部を介在させて他の前記金属部材と重ね合わせた状態に保持して、前記レーザー照射部から前記レーザー光を照射して溶接する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置を示す概略構成図であり、図１（Ａ）は前処理工程の状態を示し、図１（Ｂ）は溶接工程の状態を示している。 図２は、レーザー溶接方法の手順を説明する模式図であり、図２（Ａ１）（Ａ２）は、前処理工程の様子を示す斜視図および図２（Ａ１）のＡ２−Ａ２線に沿う断面図、図２（Ｂ１）（Ｂ２）は、溶接工程の様子を示す平面図および図２（Ｂ１）のＢ２−Ｂ２線に沿う断面図である。図２（Ｃ１）（Ｃ２）は、溶接工程の他の様子を示す平面図および図２（Ｃ１）のＣ２−Ｃ２線に沿う断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程によって生成する突起部の形状の例を示す斜視図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、前処理工程においてレーザー光を走査して突起部を生成させる様子を示す断面図および平面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程においてレーザー光の走査を円弧形状の軌跡に沿って行って突起部を生成させる様子を示す斜視図、断面図および底面図である。 図６（Ａ）−（Ｅ）は、前処理工程においてレーザー光の走査の終端側に始端側に比べて大きな溶融池を形成する様子を説明する説明図である。 図７は、試験例２を説明する説明図であり、図７（Ａ）は、前処理工程においてレーザー光を走査して突起部を生成させる様子を示す断面図である。図７（Ｂ）は、レーザー光走査終了後の一の金属部材の裏面の状態を示す平面図である。図７（Ｃ）は、レーザー光走査終了後の一の金属部材の状態を示す断面図である。 図８は、試験例２に対する比較例を説明する説明図であり、図８（Ａ）は、前処理工程において突起部を生成するためにレーザー光を走査する様子を示す断面図である。図８（Ｂ）は、レーザー光走査終了後の一の金属部材の裏面の状態を示す平面図である。図８（Ｃ）は、レーザー光走査終了後の一の金属部材の状態を示す断面図である。 図９（Ａ）（Ｂ）は、ｎ枚（ｎ≧３）の金属部材同士を溶接する場合の前処理工程の様子を示す斜視図および図９（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である。 図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、機械的な機構を備える治具部の改変例を示す図である。 図１１（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部の他の改変例を示す図である。 図１２（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部のさらに他の改変例を示す図である。 図１３（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部を示す図である。 図１４（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部の改変例を示す図である。 図１５（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部を示す図である。 図１６（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部の改変例を示す図である。 図１７（Ａ）（Ｂ）は、一の金属部材を機械的に変形させて突起部を形成する前処理工程の変形例を説明する説明図である。 図１８（Ａ）（Ｂ）は、図１７（Ａ）（Ｂ）に続く図であり、一の金属部材を機械的に変形させて突起部を形成する前処理工程の変形例を説明する説明図である。

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。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。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置１０を示す概略構成図であり、図１（Ａ）は前処理工程の状態を示し、図１（Ｂ）は溶接工程の状態を示している。

図１を参照して、レーザー溶接装置１０は、複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して複数の金属部材同士を溶接して溶接部材１００を製造する。複数の金属部材のうち少なくとも１つの金属部材は、母材よりも融点の低い被覆材によって母材が被覆されたメッキ鋼板から形成されている。メッキ鋼板は、自動車用の金属部材において多用されている、例えば、耐食性に優れた亜鉛を主成分とする被覆材によって母材が被覆された亜鉛メッキ鋼板を例示できる。

レーザー溶接装置１０は、概説すれば、第１の金属部材２１（一の金属部材に相当する）を面内方向の位置を決めた状態に保持自在であるとともに、第１の金属部材２１を面内方向の位置を維持したまま第２の金属部材２２（他の金属部材に相当する）と重ね合わせた状態に保持自在である治具部４０と、第１の金属部材２１の表面２１ａ（一の側面に相当する）から加工を施して裏面２１ｂ（反対側の他の側面に相当する）に裏面２１ｂから盛り上がる突起部２３を生成させる前処理部８０と、レーザー光５１を照射するレーザー照射部５０と、治具部４０、前処理部８０およびレーザー照射部５０の作動を制御する制御部６０と、を有している。制御部６０は、治具部４０によって第１の金属部材２１を面内方向の位置を決めた状態に保持する。次に、制御部は、前処理部８０によって突起部２３を生成させる（図１（Ａ））。次に、制御部６０は、治具部４０によって第１の金属部材２１を突起部２３を介在させて面内方向の位置を維持したまま第２の金属部材２２と重ね合わせた状態に保持して、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して溶接する（図１（Ｂ））。以下、詳述する。

先ず、前処理工程において、突起部２３をレーザー光５１を照射して形成する場合について、図１〜図１６を用いて説明する。

前処理部８０における加工は、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して突起部２３を生成させるレーザー加工である。

治具部４０は、複数（図示例では２枚）の第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置（図１（Ａ））と、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置（図１（Ｂ））とに移動自在である。制御部６０は、治具部４０を第１位置に移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する。次に、制御部６０は、前処理部８０によって突起部２３を生成させる（図１（Ａ））。次に、制御部６０は、治具部４０を第１位置から第２位置に移動させ、突起部２３を介在させて第１と第２の金属部材２３、２２を重ね合わせた状態にして溶接する（図１（Ｂ））。

図１は、上下に配置された２枚の第１と第２の金属部材２１、２２を溶接する部位を示している。下方側の第２の金属部材２２は図示しない溶接ダイの上に載置されている。

治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入自在な爪部材４１と、爪部材４１を第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に対して進退移動する駆動部材４２とを有している。爪部材４１は、挿入側の端面をテーパ形状に形成している。駆動部材４２は、エアシリンダーなどから構成する。図１（Ａ）に示すように、駆動部材４２によって爪部材４１を前進移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入する。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する。図１（Ｂ）に示すように、駆動部材４２によって爪部材４１を後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜く。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する。

第１の金属部材２１の上方にレーザー照射部５０が配置されている。レーザー照射部５０は、公知のレーザー照射装置から構成する。レーザー照射部５０は、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射する。レーザー照射部５０は、揺動自在なミラーを備え、直線形状、曲線形状、円形状、あるいは円弧形状などの任意の軌跡に沿ってレーザー光５１を走査することができる。走査することなく点状にもレーザー光５１を照射することができる。レーザー照射部５０は、レーザー出力、走査速度、およびスポット径の拡大縮小など、溶接対象物への入熱量の調整も自由にできる。

レーザー溶接装置１０は、複数（図示例では２個）のクランプ部材７０を、第１と第２の金属部材２１、２２の面方向に離間して配置している。クランプ部材７０は、溶接時に第１と第２の金属部材２１、２２をクランプする。クランプ部材７０は、適宜の構成を採用できる。図示例のクランプ部材７０は、第１の金属部材２１の上方に配置された上方押え部７１と、第２の金属部材２２の下方に配置された下方押え部７２とを有している。２つの上方押え部７１は上方クランプアーム７３に取り付けられ、２つの下方押え部７２は下方クランプアーム７４に取り付けられている。上方押え部７１および上方クランプアーム７３は、レーザー光５１の走査範囲の外側に配置されている。上方クランプアーム７３および下方クランプアーム７４は、図示しない例えば油圧シリンダーなどの流体圧シリンダーによって駆動される。流体圧シリンダーによって、上方クランプアーム７３を第１の金属部材２１に向けて移動し、下方クランプアーム７４を第２の金属部材２２に向けて移動する。上方押え部７１および下方押え部７２は第１と第２の金属部材２１、２２を挟持してクランプする。下方クランプアーム７４は、さらに第１と第２の金属部材２１、２２のそれぞれに形成した位置決め用のロケート孔１３１に挿通自在なロケートピン１３７を有している。ロケートピン１３７は、第１の金属部材２１を面内方向の位置を決めた状態に保持するとともに、第１の金属部材２１を面内方向の位置を維持したまま第２の金属部材２２と重ね合わせた状態に保持するために設けている。

図２は、レーザー溶接方法の手順を説明する模式図であり、図２（Ａ１）（Ａ２）は、前処理工程の様子を示す斜視図および図２（Ａ１）のＡ２−Ａ２線に沿う断面図、図２（Ｂ１）（Ｂ２）は、溶接工程の様子を示す平面図および図２（Ｂ１）のＢ２−Ｂ２線に沿う断面図である。図２（Ｃ１）（Ｃ２）は、溶接工程の他の様子を示す平面図および図２（Ｃ１）のＣ２−Ｃ２線に沿う断面図である。

まず、図２（Ａ１）（Ａ２）に示すように、第１の金属部材２１の表面２１ａにレーザー光５１を照射して裏面２１ｂに当該裏面２１ｂから盛り上がる突起部２３を生成させる（前処理工程）。突起部２３の裏面２１ｂからの盛り上がり寸法ｄは、ブローホールの発生を抑制する目的に合致する範囲において適宜選択できるが、例えば、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍである。この寸法の突起をプレス成型によって形成することは、プレス成型の精度やプレス成形品の複雑な形状等の点から事実上不可能である。

次いで、図２（Ｂ１）（Ｂ２）または図２（Ｃ１）（Ｃ２）に示すように、突起部２３を生成した第１の金属部材２１を、突起部２３を介在させて、第２の金属部材２２（他の金属部材に相当する）と重ね合わせた状態にする。そして、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して第１と第２の金属部材２１、２２同士を溶接する（溶接工程）。

溶接工程において、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、突起部２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する被覆材蒸気である亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

このようなレーザー溶接技術は、亜鉛メッキ鋼板が多用されている自動車用の金属部材を溶接接合する場合に適したものとなる。

前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持して、突起部２３を生成する（図１（Ａ）、図２（Ａ１）（Ａ２））。そして、溶接工程において、第１と第２の金属部材２１、２２を前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させて、溶接することが好ましい（図１（Ｂ）、図２（Ｂ１）（Ｂ２）または図２（Ｃ１）（Ｃ２））。前処理工程において第１と第２の金属部材２１、２２同士の空間３０は、第１の金属部材２１に生成した突起部２３が第２の金属部材２２に接合されない寸法、および溶接時に移動される寸法を考慮して適宜決定することができる。空間３０の寸法例として、０．５ｍｍ〜５ｍｍを挙げることができる。

前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、突起部２３を確実に生成することができる。溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２をすでに組み合わせている前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させることから、突起部２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

機械的な機構によって、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることが好ましい。

前処理工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、溶接工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、および前処理工程から溶接工程への第１と第２の金属部材２１、２２の状態の移行を確実に行うことができるからである。

溶接工程においては、突起部２３を介在させて重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２を、溶接を行う打点ごとにクランプすることが好ましい。

溶接の打点ごとにクランプすることによって、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、打点ごとに確保あるいは矯正することができる。その結果、溶接の打点位置に拘わらず良好な溶接部を得ることができ、製品の溶接品質を高めることができるからである。

第１と第２の金属部材２１、２２を、第１と第２の金属部材２１、２２の面方向に離間して配置した複数のクランプ部材７０によってクランプし、溶接を行う打点を、対をなすクランプ部材７０の間に少なくとも１つの突起部２３を位置させてクランプすることが好ましい。

溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、突起部２３の大きさに規制することができる。溶接の打点位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、溶接の打点位置に拘わらず均一な溶接部を得ることができ、製品の溶接品質をより高めることができるからである。

溶接工程において、突起部２３を囲むようにレーザー光５１を照射することが好ましい（図２（Ｂ１）（Ｂ２））。

溶接のときにレーザー光５１を照射する位置と突起部２３との間の距離がほぼ等しく、レーザー光５１を照射する位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、より良好な溶接部を得ることができるからである。

ただし、本発明は、溶接工程におけるレーザー光５１の軌跡を限定するものではない。図２（Ｃ１）（Ｃ２）に示したように、直線状であっても支障なく適用することができる。

図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程によって生成する突起部２３の形状の例を示す斜視図である。

前処理工程において、突起部２３を、直線形状または曲線形状を含む形状、あるいは点形状に生成させることができる。具体的には、直線形状（図３（Ａ））、曲線形状を含む円弧形状（図３（Ｂ））、曲線形状を含む円形状、点形状（図３（Ｃ））など適宜の形状を選択することができる。

これによって、溶接のスペースに適した形状の突起部２３を生成することができる。

図４（Ａ）（Ｂ）は、前処理工程においてレーザー光５１を走査して突起部２３を生成させる様子を示す断面図および平面図である。なお、図中矢印５２はレーザー光５１を走査する方向つまり溶接方向を示し、矢印５３は溶融した金属の溶接方向の後方への流れを示し、破線で囲まれる範囲は走査の始端部５４を示している。

図４（Ａ）（Ｂ）を参照して、前処理工程において、レーザー光５１を走査して、走査の始端部５４に突起部２３を生成させることができる。

レーザー光５１を走査する場合には、溶融した金属の温度は、走査の終端側が高く、始端側が低い。溶融金属の温度分布によって、溶融した金属が溶接方向（矢印５２）の後方へ流れ（矢印５３）、走査の始端部５４が安定して盛り上がる。このため、走査の始端部５４に安定した突起部２３を形成することができる。その結果、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、安定的に確保することができ、良好な溶接部を安定して得ることができる。また、レーザー光５１を走査した方向に突起部２３が伸び、ある程度の長さの突起部２３を形成することができる。この点からも、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定的に確保することができる。

レーザー光５１を走査して突起部２３を生成する形状として、直線形状（図３（Ａ））、円弧形状（図３（Ｂ））、円形状を挙げることができる。

点形状の突起部２３（図３（Ｃ））は、レーザー光５１を走査することなく生成できる。点形状（図３（Ｃ））の場合には、溶融金属の表面張力の作用によって中央部分が盛り上がって突起部２３となる。

レーザー光５１の走査は、始端部５４を残したままの軌跡に沿って行うことが好ましい。

始端部５４にレーザー光５１が再び照射されることがない。一旦生成させた突起部２３が再溶融されないので、安定した突起部２３を形成することができるからである。

始端部５４を残す軌跡として、直線形状（図３（Ａ））、円弧形状（図３（Ｂ））を挙げることができる。

図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、前処理工程においてレーザー光５１の走査を円弧形状の軌跡に沿って行って突起部２３を生成させる様子を示す斜視図、断面図および底面図である。

図５を参照して、レーザー光５１の走査を円弧形状の軌跡に沿って行い、円弧の外周に沿って伸び内周側よりも盛り上がる突起部２４を形成してもよい。

レーザー光５１の走査を円弧形状の軌跡に沿って行う場合、溶融した金属の温度は、円弧の径方向の内方が高く、径方向の外方が低い。溶融金属の温度分布によって、溶融した金属が内方から外方に向けて流れて円弧の外周が盛り上がる。このため、この場合の突起部２４は、レーザー光５１の走査の始端部５４に加えて、始点部から円弧の外周に沿って伸びることになる。円弧の外周に沿って伸びる突起部２４の高さは、始端部５４における突起部２３の高さよりも若干低い。始端部５４における突起部２３に破損が生じたような場合であっても、突起部２４が円弧の外周に沿って伸びていることから、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定して確保することができる。

円形状の突起部は、始点部における突起部２３が再溶融されることになる。ただし、円弧形状の場合と同様にして、円の外周に沿って伸び内周側よりも盛り上がる突起部２４を形成することができる。突起部２４が円の外周に沿って伸びていることから、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定して確保することができる。

図６（Ａ）−（Ｅ）は、前処理工程においてレーザー光５１の走査の終端側に始端側に比べて大きな溶融池５５を形成する様子を説明する説明図である。

図６（Ａ）に示すように、レーザー光５１の走査の終端側に、始端側に比べて大きな溶融池５５を形成するようにレーザー光５１を照射することが好ましい。

終端側から始端側に向けて流れる溶融した金属量が増えるので、走査の始端部５４に、より安定した突起部２３を形成することができるからである。

上記の溶融池５５を形成する具体的手法を例示すると次のとおりである。図６（Ｂ）に示すように、レーザー光５１の走査の終端側の形状を直線形状から円形状にし、入熱を増加させて大きな溶融池５５を形成する。図６（Ｃ）に示すように、レーザー光５１の走査の形状を直線形状とし、走査の途中から走査速度を低下し、入熱を増加させて大きな溶融池５５を形成する。図６（Ｄ）（Ｅ）に示すように、レーザー光５１の走査の形状を直線形状とし、走査の途中からスポット径を拡大し、レーザー光５１の照射範囲を広げて大きな溶融池５５を形成する。

なお、溶接前の低い熱量による第１の金属部材２１の表面２１ａへのレーザー光５１を走査する時間は、始端部５４が凝固して突起部２３を生成させる時間以上である。これにより、図４に示すように、始端部５４に確実に突起部２３を形成でき、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定して確保することができる。

以上説明したように、本実施形態のレーザー溶接方法は、前処理工程と、溶接工程と、を有し、前処理工程においては、第１の金属部材２１の面内方向の位置を決めた状態で第１の金属部材２１の表面２１ａから加工を施して裏面２１ｂに当該裏面２１ｂから盛り上がる突起部２３を生成させる。次いで、溶接工程においては、突起部２３を生成した第１の金属部材２１を、突起部２３を介在させて、面内方向の位置を維持したまま第２の金属部材２２と重ね合わせた状態にし、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射して第１と第２の金属部材２１、２２同士を溶接する。

かかる方法によれば、溶接工程において、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、突起部２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

前処理工程における加工は、レーザー光５１を照射して突起部２３を生成させるレーザー加工であることが好ましい。

かかる方法によれば、前処理工程において、第１の金属部材２１に突起部２３を形成するとき、溶接工程において第１と第２の金属部材２１、２２同士を溶接するレーザー光５１を使用することができる。このように、かかる方法によれば、新たな機械的手段を用いることなく、第１の金属部材２１の表面２１ａに既存のレーザー光５１を照射するだけで、裏面２１ｂに突起部２３を生成することができる。その結果、既存の手段によって、突起部２３を形成することができる。

前処理工程において、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持して、突起部２３を生成し、溶接工程において、第１と第２の金属部材２１、２２を前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させて、溶接することが好ましい。

かかる方法によれば、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、突起部２３を確実に生成することができる。溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２をすでに組み合わせている前処理工程における状態から重ね合わせた状態に移行させることから、突起部２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

機械的な機構によって、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることが好ましい。

かかる方法によれば、前処理工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、溶接工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、および前処理工程から溶接工程への第１と第２の金属部材２１、２２の状態の移行を確実に行うことができる。

溶接工程において、突起部２３を介在させて重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２を、溶接を行う打点ごとにクランプすることが好ましい。

かかる方法によれば、溶接の打点ごとにクランプすることによって、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、打点ごとに確保あるいは矯正することができる。その結果、溶接の打点位置に拘わらず良好な溶接部を得ることができ、製品の溶接品質を高めることができる。

第１と第２の金属部材２１、２２を、第１と第２の金属部材２１、２２の面方向に離間して配置した複数のクランプ部材７０によってクランプし、溶接を行う打点を、対をなすクランプ部材７０の間に少なくとも１つの突起部２３を位置させてクランプすることが好ましい。

かかる方法によれば、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、突起部２３の大きさに規制することができる。溶接の打点位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、溶接の打点位置に拘わらず均一な溶接部を得ることができ、製品の溶接品質をより高めることができる。

溶接工程において、突起部２３を囲むようにレーザー光５１を照射することが好ましい。

かかる方法によれば、溶接のときにレーザー光５１を照射する位置と突起部２３との間の距離がほぼ等しく、レーザー光５１を照射する位置に拘わらず、隙間３１の大きさが均一になる。その結果、より良好な溶接部を得ることができる。

前処理工程において、突起部２３を、直線形状または曲線形状を含む形状、あるいは点形状に生成させることが好ましい。

かかる方法によれば、溶接のスペースに適した形状の突起部２３を生成することができる。

前処理工程において、レーザー光５１を走査して、走査の始端部５４に突起部２３を生成させることが好ましい。

かかる方法によれば、レーザー光５１を走査する場合には、走査の始端部５４が安定して盛り上がるので、走査の始端部５４に安定した突起部２３を形成することができる。その結果、溶接のときの第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を、安定的に確保することができ、良好な溶接部を安定して得ることができる。

レーザー光５１の走査は、始端部５４を残したままの軌跡に沿って行うことが好ましい。

かかる方法によれば、始端部５４にレーザー光５１が再び照射されることがない。一旦生成させた突起部２３が再溶融されないので、安定した突起部２３を形成することができる。

レーザー光５１の走査を円弧形状の軌跡に沿って行い、円弧の外周に沿って伸び内周側よりも盛り上がる突起部２４を形成することが好ましい。

かかる方法によれば、レーザー光５１の走査に伴って突起部２４が円弧の外周に沿って伸びるので、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定して確保することができる。

レーザー光５１の走査の終端側に、始端側に比べて大きな溶融池５５を形成するようにレーザー光５１を照射することが好ましい。

かかる方法によれば、終端側から始端側に向けて流れる溶融した金属量が増えるので、走査の始端部５４により安定した突起部２３を形成することができる。

レーザー光５１を走査する時間は、始端部５４が凝固して突起部２３を生成させる時間であることが好ましい。

かかる方法によれば、始端部５４に確実に突起部２３を形成することができる。この結果、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間の隙間３１を安定して確保することができる。

メッキ鋼板が亜鉛メッキ鋼板である。亜鉛メッキ鋼板を適用して、ブローホールの発生を抑制した良好な溶接部を得ることができる。

本実施形態のレーザー溶接装置１０は、治具部４０と、前処理部８０と、レーザー照射部５０と、制御部６０と、を有し、制御部６０は、治具部４０によって第１の金属部材２１を面内方向の位置を決めた状態に保持する。次いで、制御部６０は、前処理部８０によって第１の金属部材２１の表面２１ａから加工を施して反対側の裏面２１ｂに裏面２１ｂから盛り上がる突起部２３を生成させる。次いで、制御部６０は、治具部４０によって第１の金属部材２１を突起部２３を介在させて面内方向の位置を維持したまま第２の金属部材２２と重ね合わせた状態に保持して、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して溶接する。

かかる構成によれば、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、突起部２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

前処理部８０における加工は、レーザー照射部５０からレーザー光５１を照射して突起部２３を生成させるレーザー加工であることが好ましい。

かかる構成によれば、第１の金属部材２１に突起部２３を形成するとき、溶接において第１と第２の金属部材２１、２２同士を溶接するレーザー照射部５０が照射するレーザー光５１を使用することができる。このように、かかる構成によれば、新たな機械的構成を用いることなく、第１の金属部材２１の表面２１ａに既存のレーザー照射部５０からのレーザー光５１を照射するだけで、裏面２１ｂに突起部２３を生成することができる。その結果、既存の構成によって、突起部２３を形成することができる。

治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在である。制御部６０は、治具部４０を第１位置に移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する。次に、制御部６０は、前処理部８０によって突起部２３を生成させる。次に、制御部６０は、治具部４０を第１位置から第２位置に移動させ、突起部２３を介在させて第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にして溶接する。

治具部４０は、第１位置では、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に空間３０を開けているので、突起部２３を確実に生成することができる。治具部４０が第１位置から第２位置に移動することによって、突起部２３を生成した後、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせるまでの作業を迅速に行うことができる。その結果、レーザー溶接作業に要する一連の時間を短縮することができる。

治具部４０は、機械的な機構によって、第１位置において第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、第２位置において第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることが好ましい。

かかる構成によれば、前処理工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、溶接工程における第１と第２の金属部材２１、２２の状態の保持、および前処理工程から溶接工程への第１と第２の金属部材２１、２２の状態の移行を確実に行うことができる。

本実施形態の溶接部材は、突起部２３を生成した第１の金属部材２１を、突起部２３を介在させて、第２の金属部材２２と重ね合わせた形状を有し、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた部位が溶接接合されている。

かかる溶接部材によれば、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、突起部２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接接合時のレーザー光５１の照射によって発生する亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を備える溶接部材１００となる。

（試験例１）
対象板組として、上板ｔ１．４ｍｍ、下板ｔ０．６５ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を選定した。

まず、冶具上に下板をセットした。

安定した高さの突起を形成させるため、クランプ部材７０と連動するスペーサ（爪部材４１）を上下板の間に入るように配し、上板をセットした。

突起部２３、２４を形成させる１パス目として、上板を貫通可能なレーザー出力〜＋１５％程度の範囲で、スポット径φ５５０〜８００μｍ、速度１００ｍｍ／ｓ、曲線形状でレーザー溶接を実施した。始端部５４、および外周曲線部に突起部（盛り上がり）２３、２４が形成される。

次に、上板と下板とをクランプする。このとき、スペーサはクランプ部材７０の動作と連動して引っ込み、上下板は突起部２３、２４の高さｄ分だけ隙間３１の空いた状態で保持される。

上下板を貫通・溶接可能な熱量でレーザー溶接する。このとき発生する亜鉛ガスは突起部２３、２４によってできた隙間３１から流出するため溶接部に欠陥は生じなかった。

（試験例２）
次に、レーザー光５１を走査する時間と、始端部５４が凝固して突起部２３を生成するのに必要な時間とを考察した。

図７は、試験例２を説明する説明図であり、図７（Ａ）は、前処理工程においてレーザー光５１を走査して突起部２３を生成させる様子を示す断面図である。図７（Ｂ）は、レーザー光５１走査終了後の第１の金属部材２１の裏面２１ｂの状態を示す平面図である。図７（Ｃ）は、レーザー光５１走査終了後の第１の金属部材２１の状態を示す断面図である。

レーザー光５１を走査する時間は、始端部５４が凝固して突起部２３を生成させる時間以上である。

図７（Ａ）に示すように、試験例１において突起部２３を形成する際のレーザー光５１の走査長さを５ｍｍにする。走査長さを５ｍｍにすると、レーザー光５１の走査を開始してから終了するまでの時間内に、図７（Ｂ）に示すように、始端部５４が凝固し突起部２３が形成する。このように、レーザー光５１を走査する時間を始端部５４が凝固して突起部２３を生成させる時間以上にすると、図７（Ｃ）に示すように、突起部２３は、確実に形成できる。

レーザー光５１の走査長さを５ｍｍに変化させた場合の第１の金属部材２１の裏面２１ｂの状況を高速度カメラ（図示せず）にて観察し上記凸部を評価した。

レーザー光５１の走査長さを５ｍｍとした場合、レーザー光５１の走査終了時にすでに始端部５４は凝固しており、裏面２１ｂから高さｄで突出した突起部２３が形成される。レーザー光５１を走査することにより、金属蒸気および温度差によるレーザー光５１を走査する方向の後方への溶融金属の流れができるためである。

（比較例）
図８は、試験例２に対する比較例を説明する説明図であり、図８（Ａ）は、前処理工程において突起部を生成するためにレーザー光５１を走査する様子を示す断面図である。図８（Ｂ）は、レーザー光５１走査終了後の第１の金属部材２１の裏面２１ｂの状態を示す平面図である。図８（Ｃ）は、レーザー光５１走査終了後の第１の金属部材２１の状態を示す断面図である。

図８（Ａ）に示すように、試験例１において、突起部を形成する際のレーザー光５１の走査長さを２ｍｍにする。走査長さを２ｍｍにすると、レーザー光５１の走査を開始してから終了するまでの時間内に、図８（Ｂ）に示すように、始端部５４が凝固せず走査領域が全体に溶融する。このように、レーザー光５１を走査する時間を始端部５４が凝固する時間より短くすると、図８（Ｃ）に示すように、表面張力により第１の金属部材２１の裏面２１ｂが表面２１ａに引っ張られて凹み、突起部ではなく凹部２５が形成する。

レーザー光５１の走査長さを２ｍｍに変化させた場合の第１の金属部材２１の裏面２１ｂの状況を高速度カメラにて観察し凸部を評価した。

レーザー光５１の走査長さを２ｍｍにした場合、レーザー光５１の走査終了時はまだ始端部５４が凝固していないため、凸部が形成されていない。この場合、レーザー光５１の走査終了となり、レーザー光５１を走査する方向の後方への流れがなくなるので、裏面２１ｂ側の溶融金属が表面２１ａ側に吸い上げられて凹むためである。

試験１、試験２、比較例により、第１の金属部材２１の板厚、レーザー光５１の加工条件（走査速度、レーザー出力など）により、必要なレーザー光５１の走査時間は異なるが、傾向は同じであることを確認した。

（改変例）
図９（Ａ）（Ｂ）は、ｎ枚（ｎ≧３）の金属部材同士を溶接する場合の前処理工程の様子を示す斜視図および図９（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である。

２枚の第１と第２の金属部材２１、２２を用いたレーザー溶接技術について説明したが、本発明は、この場合に限定されるものではなく、ｎ枚（ｎ≧３）の金属部材同士を溶接する場合にも適用することできる。

ｎ枚（ｎ≧３）の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光５１を照射してｎ枚の金属部材同士を溶接する場合において、前処理工程においては、まず、少なくとも（ｎ−１）枚の金属部材同士を空間３０を開けて配置する。最上位の金属部材に照射したレーザー光５１を（ｎ−２）枚の金属部材を順次貫通させ、（ｎ−１）枚の金属部材に突起部２３を生成させる。図示例では、最上位の金属部材と、上から２段目の金属部材のそれぞれに突起部２３を生成させる。

かかる方法によれば、３枚以上の金属部材を重ね合わせて溶接する場合にも、重ね合わせた金属部材同士の間には、それぞれ、突起部２３が挟まることによって隙間３１を確保できる。これらの隙間３１を通って、溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する被覆材蒸気が逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、機械的な機構を備える治具部４０の改変例を示す図である。

治具部４０は、複数の金属部材同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、複数の金属部材を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在である限りにおいて適宜改変できる。

図１０に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入自在な爪部材１１１と、爪部材１１１を第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に対して進退移動する駆動機構１１２とを有している。駆動機構１１２は、クランプ部材１１３をクランプまたはアンクランプする流体圧などによって作動するシリンダー１１４と、シリンダー１１４の作動ロッド１１５に連結され作動ロッド１１５の動きに連動して爪部材１１１を進退させるリンク機構１１６とを有している。リンク機構１１６は、作動ロッド１１５とともに移動する作動バー１１７と、作動バー１１７に設けられ爪部材１１１の基端が接触するカム部１１８と、爪部材１１１の基端をカム部１１８に押し付ける方向の弾発力を爪部材１１１に付勢するスプリング１１９とを有している。

下側の第２の金属部材２２をセットするときには、クランプ部材１１３はアンクランプされ、爪部材１１１を後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜いている（図１０（Ａ））。前処理工程では、シリンダー１１４の作動ロッド１１５を途中まで伸長し、作動ロッド１１５とともに移動した作動バー１１７のカム部１１８を爪部材１１１の基端に接触させる。爪部材１１１をスプリング１１９の弾発力に抗して前進移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に挿入する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１０（Ｂ））。溶接工程では、シリンダー１１４の作動ロッド１１５を伸長してクランプ部材１１３によって第１と第２の金属部材２１、２２をクランプする。作動ロッド１１５とともに移動した作動バー１１７のカム部１１８は爪部材１１１の基端を越える。爪部材１１１をスプリング１１９の弾発力によって後退移動させ、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間から引き抜く。治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１０（Ｃ））。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部４０の他の改変例を示す図である。

図１１に示す治具部４０は、下側の第２の金属部材２２に形成した貫通孔１２１に挿通自在なピン１２２と、ピン１２２とベース１２３との間に設けられピン１２２を上方に押し上げる弾発力をピン１２２に付勢するスプリング１２４とを有している。ピン１２２は、上側の第１の金属部材２１を押し上げるために設置している。スプリング１２４の弾発力は、クランプ部材１２５が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。さらに、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２のそれぞれに形成した位置決め用のロケート孔１３１に挿通自在であり、第１と第２の金属部材２１、２２の面内方向の位置を決めるためのロケートピン１３７を有している。

前処理工程では、スプリング１２４の弾発力が付勢されたピン１２２は、第２の金属部材２２の貫通孔１２１を挿通して第１の金属部材２１を押し上げる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１１（Ａ））。溶接工程では、クランプ部材１２５によって第１の金属部材２１が押圧され、ピン１２２は、スプリング１２４の弾発力に抗して押し下げられる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１１（Ｂ））。

図１２（Ａ）（Ｂ）は、機械的な機構を備える治具部４０のさらに他の改変例を示す図である。

図１２に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２のそれぞれに形成した位置決め用のロケート孔１３１に挿通自在なロケートピン１３２と、ロケートピン１３２とベース１３３との間に設けられロケートピン１３２を上方に押し上げる弾発力をロケートピン１３２に付勢するスプリング１３４と、ロケートピン１３２に設けられ上側の第１の金属部材２１のみに当接自在な突起１３５とを有している。スプリング１３４の弾発力は、クランプ部材１３６が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、スプリング１３４の弾発力が付勢されたロケートピン１３２は、第１と第２の金属部材２１、２２のロケート孔１３１に挿通され、突起１３５が第１の金属部材２１を押し上げる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１２（Ａ））。溶接工程では、クランプ部材１３６によって第１の金属部材２１が押圧され、ロケートピン１３２は、スプリング１３４の弾発力に抗して押し下げられる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１２（Ｂ））。

図１３（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部４０を示す図である。

治具部４０は、機械的な機構のほか、電磁的な力によって治具部４０の状態を移動させることができる。

図１３に示す治具部４０は、磁力を持たせたクランプ部材１４１から構成されている。磁力は、第１と第２の金属部材２１、２２を溶接した接合力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、クランプ部材１４１は第１の金属部材２１を磁力によって吸着したまま、第１の金属部材２１を第２の金属部材２２の上方位置において固定する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１３（Ａ））。溶接工程では、クランプ部材１４１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１３（Ｂ））。溶接後は、クランプ部材１４１を持ち上げれば、第１の金属部材２１から外れる。

上記の電磁的な力によっても、治具部４０は、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることができる。

図１４（Ａ）（Ｂ）は、電磁的な力を利用した治具部４０の改変例を示す図である。

図１４に示す治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２に同極性の電荷を持たせることによって構成されている。電荷による反力は、クランプ部材１５１が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

前処理工程では、第１の金属部材２１と第２の金属部材２２との間には電荷による反力が作用する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１４（Ａ））。溶接工程では、クランプ部材１５１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１４（Ｂ））。

図１５（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部４０を示す図である。

治具部４０は、機械的な機構、電磁的な力のほか、空圧的な力によって治具部４０の状態を移動させることができる。

図１５に示す治具部４０は、クランプ部材１６１と、第１の金属部材２１を吸着する吸着パッド１６２とを有している。吸着パッド１６２は、負圧の供給と、大気開放とが切り替えられる。

前処理工程では、吸着パッド１６２は第１の金属部材２１を負圧によって吸着したまま、第１の金属部材２１を第２の金属部材２２の上方位置において固定する。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１５（Ａ））。溶接工程では、クランプ部材１６１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１３（Ｂ））。溶接後は、吸着パッド１６２を持ち上げれば、第１の金属部材２１から外れる。

上記の空圧的な力によっても、治具部４０は、前処理工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持し、溶接工程においては、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にすることができる。

図１６（Ａ）（Ｂ）は、空圧的な力を利用した治具部４０の改変例を示す図である。

図１６に示す治具部４０は、クランプ部材１７１と、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に圧縮エアーを供給するエアー供給部１７２とを有している。エアー供給部１７２は、圧縮エアーの供給と、供給停止とが切り替えられる。

前処理工程では、エアー供給部１７２から、第１と第２の金属部材２１、２２同士の間に圧縮エアーを供給し、第１と第２の金属部材２１、２２を離反させる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１６（Ａ））。溶接工程では、エアー供給部１７２からの圧縮エアーの供給を停止し、クランプ部材１７１を押し切る。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第２位置に移動する（図１６（Ｂ））。

次に、前処理工程において、突起部２６を機械加工によって形成する場合について、図７および図１８を用いて説明する。

図１７（Ａ）（Ｂ）は、第１の金属部材２１を機械的に変形させて突起部２６を形成する前処理工程の変形例を説明する説明図である。図１８（Ａ）（Ｂ）は、図１７（Ａ）（Ｂ）に続く図であり、第１の金属部材２１を機械的に変形させて突起部２６を形成する前処理工程の変形例を説明する説明図である。

図１７に示すように、前処理部８０は、第１の金属部材２１の表面２１ａを押圧して裏面２１ｂから突出する突起部２６を機械的に加工するポンチ２００からなる。本変形例の前処理部８０における加工は、ポンチ２００によって突起部２３を生成させる機械加工である。

図１７に示す治具部４０は、下側の第２金属部材２２に形成した貫通孔１２１に挿通自在なピン１２２と、ピン１２２とベース１４３との間に設けられピン１２２を上方に押し上げる弾発力をピン１２２に付勢するスプリング１２４とを有している。そして、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２のそれぞれに形成した位置決め用のロケート孔１３１に挿通自在であり、第１と第２の金属部材２１、２２の面内方向の位置を決めるためのロケートピン１３７を有している。また、治具部４０は、溶接時に第１と第２の金属部材２１、２２をクランプするクランプ部材１９３を有している。ピン１２２は、上側の第１の金属部材２１を押し上げるために設置している。スプリング１２４の弾発力は、クランプ部材１９３が第１の金属部材２１を押圧する力よりも弱く設定されている。

ポンチ２００は、適宜の構成を採用できる。図示例のポンチ２００は、例えば流体圧などによって作動するシリンダー２０４によって駆動される。シリンダー２０４によって、第１の金属部材２１に向けて移動し、また第１の金属部材２１から離れる方向に移動する。作動ロッド２０５を介してポンチ２００に接続する。

クランプ部材１９３は、適宜の構成を採用できる。図示例のクランプ部材１９３は、例えば流体圧などによって作動するシリンダー１９４によって駆動される。シリンダー１９４によって、第１の金属部材２１に向けて移動し、また第１の金属部材２１から離れる方向に移動する。作動ロッド１９５を介してクランプ部材１９３に接続する。

前処理工程では、先ず、ロケートピン１３２は、第１と第２の金属部材２１、２２のロケート孔１３１に挿通され、スプリング１２４の弾発力が付勢されたピン１２２は、第２の金属部材２２の貫通孔１２１を挿通して第１の金属部材２１を押し上げる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２同士を空間３０を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置に移動する（図１７（Ａ））。

次に、ポンチ２００は、先端部２０３により第１の金属部材２１の表面２１ａを押圧して裏面２１ｂから突出する突起部２６を機械的に形成する。これによって、治具部４０は、ピン１２２が第１の金属部材２１を介してポンチ２００に押圧され、かつスプリング１２４の弾発力により第１の金属部材２１を押し上げる第２位置に移動する（図１７（Ｂ））。

次に、ポンチ２００は、第１の金属部材２１の表面２１ａから離れる方向に移動し、一方クランプ１９３は、第１の金属部材２１の表面２１ａに向けて移動する。

溶接工程では、クランプ部材１９３によって第１の金属部材２１が押圧され、ピン１２２は、スプリング１２４の弾発力に抗して押し下げられる。これによって、治具部４０は、第１と第２の金属部材２１、２２を重ね合わせた状態にする第３位置に移動する（図１８（Ａ）、（Ｂ））。

上記のポンチ２００の押圧により機械的に第１の金属部材２１に形成した突起部２５によっても、溶接工程において、重ね合わせた第１と第２の金属部材２１、２２同士の間には、突起部２６が挟まることによって隙間３１を確保できる。この隙間３１を通って、溶接時のレーザー光５１の照射によって発生する被覆材蒸気である亜鉛ガスが逃がされる。その結果、ブローホールの発生を抑制して、良好な溶接部を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態の前処理工程の変形例のレーザー溶接方法では、前処理工程における加工は、ポンチ２００によって突起部２３を生成させる機械加工である。

かかる方法によれば、第１の金属部材２１の表面２１ａをポンチ２００により機械的に押圧して裏面２１ｂに突起部２６を形成することができる。その結果、第１の金属部材２１の裏面２１ｂに短時間で、かつ確実に突起部２６を形成することができる。

本実施形態の前処理工程の変形例のレーザー溶接装置１０では、前処理部８０における加工は、ポンチ２００によって突起部２３を生成させる機械加工であることが好ましい。

かかる構成によれば、前処理部８０は、第１の金属部材２１の表面２１ａを機械的に押圧して裏面２１ｂに突起部２６を形成することができる。その結果、前処理部８０は、第１の金属部材２１の裏面２１ｂに短時間で、かつ確実に突起部２６を形成することができる。

複数の金属部材をメッキ鋼板から形成した場合について説明したが、溶接する鋼板のいずれかの面に被覆材が被覆されている限り、被覆材蒸気が発生し得る。したがって、複数の金属部材のうち少なくとも１つの金属部材の母材の両面または片面が被覆されたメッキ鋼板を溶接する場合に本発明を適用できる。

本出願は、２０１３年２月１５日に出願された日本特許出願番号２０１３−０２８４４２号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０ レーザー溶接装置、
２１ 第１の金属部材（一の金属部材）、
２１ａ 表面（一の側面）、
２１ｂ 裏面（他の側面）、
２２ 第２の金属部材（他の金属部材）、
２３、２６ 突起部、
２４ 円弧外周の突起部、
３０ 空間、
３１ 隙間、
４０ 治具部、
４１ 爪部材、
４２ 駆動部材、
５０ レーザー照射部、
５１ レーザー光、
５４ 始端部、
５５ 溶融池、
６０ 制御部、
７０ クランプ部材、
７１ 上方押え部、
７２ 下方押え部、
８０ 前処理部、
１００ 溶接部材、
１３１ ロケート孔、
１３２、１３７ ロケートピン、
２００ ポンチ。

Claims (21)

1. 複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接方法であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、
   複数の前記金属部材の面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持し、一の前記金属部材の一の側面から加工を施して反対側の他の側面に当該他の側面から盛り上がる突起部を生成させる前処理工程と、
   前記前処理工程において決めた複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、前記突起部を生成した一の前記金属部材を、前記突起部を介在させて他の前記金属部材と重ね合わせた状態にし、複数の前記金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接する溶接工程と、
   を有するレーザー溶接方法。
2. 前記前処理工程における前記加工は、レーザー光を照射して前記突起部を生成させるレーザー加工である、請求項１に記載のレーザー溶接方法。
3. 前記前処理工程における前記加工は、ポンチによって前記突起部を生成させる機械加工である、請求項１に記載のレーザー溶接方法。
4. 機械的な機構、電磁的な力、または空圧的な力によって、前記前処理工程においては、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持し、前記溶接工程においては、複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のレーザー溶接方法。
5. ｎ枚（ｎ≧３）の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射してｎ枚の前記金属部材同士を溶接する場合において、
   前記前処理工程において、（ｎ−１）枚の金属部材同士を空間を開けて配置し、照射したレーザー光を（ｎ−２）枚の前記金属部材を順次貫通させ、（ｎ−１）枚の金属部材に前記突起部を生成させる、請求項２に記載のレーザー溶接方法。
6. 前記溶接工程において、前記突起部を介在させて重ね合わせた複数の前記金属部材を、溶接を行う打点ごとにクランプする、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のレーザー溶接方法。
7. 複数の前記金属部材を、前記金属部材の面方向に離間して配置した複数のクランプ部材によってクランプし、
   溶接を行う打点を、対をなすクランプ部材の間に少なくとも１つの前記突起部を位置させてクランプする、請求項６に記載のレーザー溶接方法。
8. 前記溶接工程において、前記突起部を囲むようにレーザー光を照射する、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のレーザー溶接方法。
9. 前記前処理工程において、前記突起部を、直線形状または曲線形状を含む形状、あるいは点形状に生成させる、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のレーザー溶接方法。
10. 前記前処理工程において、レーザー光を走査して、走査の始端部に前記突起部を生成させる、請求項２に記載のレーザー溶接方法。
11. レーザー光の走査は、始端部を残したままの軌跡に沿って行う、請求項１０に記載のレーザー溶接方法。
12. レーザー光の走査を円弧形状の軌跡に沿って行い、円弧の外周に沿って伸び内周側よりも盛り上がる突起部を形成する、請求項１１に記載のレーザー溶接方法。
13. レーザー光の走査の終端側に、始端側に比べて大きな溶融池を形成するようにレーザー光を照射する、請求項１１に記載のレーザー溶接方法。
14. レーザー光を走査する時間は、始端部が凝固して前記突起部を生成させる時間以上である、請求項１１に記載のレーザー溶接方法。
15. 前記メッキ鋼板が亜鉛メッキ鋼板である、請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載のレーザー溶接方法。
16. 複数の金属部材を重ね合わせた部位にレーザー光を照射して複数の前記金属部材同士を溶接するレーザー溶接装置であって、複数の前記金属部材のうち少なくとも１つの前記金属部材は母材よりも融点の低い被覆材によって前記母材が被覆されたメッキ鋼板から形成され、
    複数の前記金属部材を面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持自在であるとともに、複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、一の前記金属部材を他の前記金属部材と重ね合わせた状態に保持自在である治具部と、
    一の前記金属部材の一の側面から加工を施して反対側の他の側面に当該他の側面から盛り上がる突起部を生成させる前処理部と、
    レーザー光を照射するレーザー照射部と、
    前記治具部、前記前処理部および前記レーザー照射部の作動を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記治具部によって複数の前記金属部材の面内方向の位置を決めた状態で、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持して、前記前処理部によって前記突起部を生成させ、さらに、前記治具部によって複数の前記金属部材の面内方向の位置を維持したまま、一の前記金属部材を前記突起部を介在させて他の前記金属部材と重ね合わせた状態に保持して、前記レーザー照射部から前記レーザー光を照射して溶接する、レーザー溶接装置。
17. 前記前処理部における前記加工は、前記レーザー照射部からレーザー光を照射して前記突起部を生成させるレーザー加工である、請求項１６に記載のレーザー溶接装置。
18. 前記前処理部における前記加工は、ポンチによって前記突起部を生成させる機械加工である、請求項１６に記載のレーザー溶接装置。
19. 前記治具部は、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持する第１位置と、複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にする第２位置とに移動自在であり、
    前記制御部は、前記治具部を前記第１位置に移動させ、複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持して前記前処理部によって前記突起部を生成させ、さらに、前記治具部を前記第１位置から前記第２位置に移動させ、前記突起部を介在させて複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にして溶接する、請求項１６〜請求項１８のいずれか１つに記載のレーザー溶接装置。
20. 前記治具部は、機械的な機構、電磁的な力、または空圧的な力によって、第１位置において複数の前記金属部材同士を空間を開けて組み合わせた状態に保持し、第２位置において複数の前記金属部材を重ね合わせた状態にする、請求項１９に記載のレーザー溶接装置。
21. 前記メッキ鋼板が亜鉛メッキ鋼板である、請求項１６〜請求項２０のいずれか１つに記載のレーザー溶接装置。