(57)【要約】【課題】金属部材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で部材同士を接合可能なレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ溶接装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を溶接箇所に集光する集光部と、先端部分に集光部が取り付けられた溶接ロボットと、レーザ発振器および集光部を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、レーザ発振器に対してレーザ光を発振させた状態で、レーザ光のスポットが所定箇所の周りを周回するように走査して（レーザ走査軌跡ＬＮ１０１）、金属部材を溶融させた平面視ドット状のスクリュ部１０１を形成し、スクリュ部１０１における金属部材が溶融状態の間に、レーザ光のスポットをスクリュ部１０１からＸ方向に離間するように走査して（レーザ走査軌跡ＬＮ１０２）、金属部材を溶融させた、スクリュ部１０１に連続する平面視線状の線状部１０２を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属部材をレーザ溶接により接合するレーザ溶接装置であって、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を溶接箇所に集光する集光部と、
前記レーザ光のスポットを走査する走査部と、
前記レーザ発振器および前記走査部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、
前記レーザ光のスポットを所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させた平面視ドット状のスクリュ部を形成し、
前記スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記スクリュ部から離間するように走査して金属部材を溶融させた、前記スクリュ部に連続する平面視線状の線状部を形成する、
レーザ溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接装置において、
前記線状部は、前記スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における複数の金属部材同士の間の隙間に充填しながら形成される、
レーザ溶接装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接装置において、
前記制御部は、前記スクリュ部の金属部材の溶融に際して、前記レーザ光のスポットを平面視略円形状に周回させる、
レーザ溶接装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載のレーザ溶接装置において、
前記所定箇所を第１所定箇所と定義するとともに、前記スクリュ部を第１スクリュ部と定義し、前記第１所定箇所から所定距離離間した箇所を第２所定箇所と定義したときに、
前記制御部は、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、
前記第１スクリュ部および当該第１スクリュ部に連続する第１線状部を形成した後、前記レーザ光のスポットを前記第２所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させて第２スクリュ部を形成し、
前記第２スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記第２スクリュ部から離間するように走査して、前記第２スクリュ部に連続する平面視線状の第２線状部を形成し、
前記第１線状部と前記第２線状部とが接続される、
レーザ溶接装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載のレーザ溶接装置において、
前記制御部は、前記線状部の形成に際して、前記レーザ光のスポットを前記線状部内で螺旋状またはジグザグ状に走査する、
レーザ溶接装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかに記載のレーザ溶接装置において、
前記複数の金属部材は、それぞれが板状の部材であって、
前記複数の金属部材が重ね合わされた箇所から互いに離間する方向に延びる形状をなし、
前記制御部は、前記複数の金属部材が離間する起点箇所に、少なくとも前記線状部の一部が位置するように、前記重ね合わされた箇所に対して前記レーザ光のスポットを走査させる、
レーザ溶接装置。
【請求項７】
複数の金属部材をレーザ溶接により接合するレーザ溶接方法であって、
レーザ光を発振し、当該発振されたレーザ光を溶接箇所に集光するレーザ光照射ステップと、
前記レーザ光のスポットを走査する走査ステップと、
を備え、
前記レーザ光を発振させた状態で、
前記レーザ光のスポットを所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させた平面視ドット状のスクリュ部を形成し、
前記スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記スクリュ部から離間するように走査して金属部材を溶融させた、前記スクリュ部に連続する平面視線状の線状部を形成する、
レーザ溶接方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ溶接方法において、
前記線状部の形成においては、前記スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における複数の金属部材同士の間の隙間に充填される、
レーザ溶接方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のレーザ溶接方法において、
前記走査ステップにおいて、前記スクリュ部の金属部材の溶融に際して、前記レーザ光のスポットを平面視略円形状に周回させる、
レーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記所定箇所を第１所定箇所と定義するとともに、前記スクリュ部を第１スクリュ部と定義し、前記第１所定箇所から所定距離離間した箇所を第２所定箇所と定義したときに、
前記走査ステップにおいて、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、
前記第１スクリュ部および当該第１スクリュ部に連続する第１線状部を形成した後、前記レーザ光のスポットを前記第２所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させて第２スクリュ部を形成し、
前記第２スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記第２スクリュ部から離間するように走査して、前記第２スクリュ部に連続する平面視線状の第２線状部を形成し、
前記第１線状部と前記第２線状部とを接続する、
レーザ溶接方法。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記走査ステップでは、前記線状部の形成に際して、前記レーザ光のスポットを前記線状部内で螺旋状またはジグザグ状に走査する、
レーザ溶接方法。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記複数の金属部材は、それぞれが板状の部材であって、
前記複数の金属部材が重ね合わされた箇所から互いに離間する方向に延びる形状をなし、
前記走査ステップでは、前記複数の金属部材が離間する起点箇所に、少なくとも前記線状部の一部が位置するように、前記重ね合わされた箇所に対して前記レーザ光のスポットを走査する、
レーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士の接合には、レーザ溶接技術が用いられることがある。レーザ溶接を用いた金属部材の接合は、レーザ光の照射により金属部材の一部を溶融させ、凝固させることでなされる。レーザ溶接を用いて金属部材を接合する場合には、抵抗溶接などを用いる場合に比べて、溶接速度が速く、熱影響が少ない、という優位性がある。また、レーザ溶接を用いて金属部材を接合する場合には、金属部材に対して非接触で溶接を行うことができ、加工効率が高く、連続溶接による剛性アップを図ることが可能である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、クラッシュボックスの製造においてレーザ溶接を用いる技術が開示されている。特許文献１に開示の技術では、ハット形状の横断面を有するように折り曲げ加工された第１部材のフランジに対してレーザ光を照射して、当該フランジで重ね合わされた板状の第２部材との接合がなされている。ここで、特許文献１に開示のレーザ溶接においては、フランジを平面視する場合に、互いに離間し、それぞれが平面視略円形の第１溶接部を形成し、その後に隣り合う第１溶接部同士の間を結ぶ線状の第２溶接部を形成している。このように、特許文献１に開示のクラッシュボックスでは、第１溶接部同士の間に線状の第２溶接部を形成することにより、該クラッシュボックスに対して高い衝撃力が加わった場合に第１溶接部同士の間の領域を確実に座屈の起点とすることができ、安定した座屈変形を発生させることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１３１８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術では、接合しようとする部分（フランジ）において、第１部材と第２部材との間に隙間が空いているような場合には、良好な接合強度を確保することができない。その理由は、上記特許文献１に開示の技術では、第１部材と第２部材との間に隙間がある場合において、第１溶接部を形成した後に第２溶接部の形成を行うため、第２溶接部で部材間の隙間を充填できるだけの十分な溶融金属が供給されず、第２溶接部における部材同士を確実に接合することが困難だからである。従って、より高い接合強度で金属部材同士を接合するという観点で、上記特許文献１に開示の技術には改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、金属部材同士の間に隙間があるような場合であっても、より高い接合強度で部材同士を接合可能なレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るレーザ溶接装置は、複数の金属部材をレーザ溶接により接合するレーザ溶接装置であって、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を溶接箇所に集光する集光部と、前記レーザ光のスポットを走査する走査部と、前記レーザ発振器および前記走査部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、前記レーザ光のスポットを所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させた平面視ドット状のスクリュ部を形成し、前記スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記スクリュ部から離間するように走査して金属部材を溶融させた、前記スクリュ部に連続する平面視線状の線状部を形成する。
【０００８】
先ず、上記態様に係るレーザ溶接装置は、複数の金属部材をレーザ溶接により接合するので、抵抗溶接などを用いる場合に比べて、溶接速度が速く、熱影響が少なく、また、金属部材に対して非接触で溶接を行うことができ、加工効率が高く、連続溶接による剛性アップを図ることが可能である。
【０００９】
次に、上記態様に係るレーザ溶接装置では、スクリュ部の形成において、レーザ光のスポットを周回させて当該部分の金属部材を溶融・攪拌し、該スクリュ部を形成しようとする部分の金属部材が溶融した状態で線状部を形成する部分の金属を溶融させるので、仮に溶接前の状態で金属部材同士の間に隙間が空いていたとしても、スクリュ部を形成しようとする部分の溶融金属の一部が線状部を形成しようとする部分における金属部材間の隙間に流れ込むことになる。よって、上記態様に係るレーザ溶接装置では、溶接前の状態で金属部材間に隙間があった場合にも、線状部を形成しようとする部分の溶融金属だけでなく、スクリュ部から流れ込む溶融金属により線状部における金属部材同士の間の隙間を埋めるので、えぐれや溶け落ちの発生を抑制することができる。
【００１０】
従って、上記態様に係るレーザ溶接装置では、金属部材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で部材同士を接合可能である。
【００１１】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記線状部は、前記スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における複数の金属部材同士の間の隙間に充填しながら形成される、との構成を採用することもできる。
【００１２】
上記のような構成を採用する場合には、スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における金属部材間の隙間に誘引して、当該線状部における隙間を埋めることができる。よって、金属部材同士の間に隙間があるような場合においても、高い接合強度を確保することができる。
【００１３】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御部は、前記スクリュ部の金属部材の溶融に際して、前記レーザ光のスポットを平面視略円形状に周回させる、との構成を採用することもできる。なお、上記における「平面視」とは、レーザ光の照射方向から見ることを意味する。以下同様である。
【００１４】
上記のような構成を採用する場合には、スクリュ部を形成しようとする部分の金属部材の溶融に際して平面視略円形状にレーザ光のスポットを周回させることで、該スクリュ部を形成しようとする部分で溶融金属が良好に（淀みを抑えながら）攪拌することができる。これにより、線状部を形成しようとする部分における金属部材間の隙間に対して良好な溶融金属の流れ込みを促すことが可能となる。
【００１５】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記所定箇所を第１所定箇所と定義するとともに、前記スクリュ部を第１スクリュ部と定義し、前記第１所定箇所から所定距離離間した箇所を第２所定箇所と定義したときに、前記制御部は、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、前記第１スクリュ部および当該第１スクリュ部に連続する第１線状部を形成した後、前記レーザ光のスポットを前記第２所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させて第２スクリュ部を形成し、前記第２スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記第２スクリュ部から離間するように走査して、前記第２スクリュ部に連続する平面視線状の第２線状部を形成し、前記第１線状部と前記第２線状部とが接続される、との構成を採用することもできる。
【００１６】
上記のような構成を採用する場合には、第１スクリュ部で攪拌された溶融金属を第１線状部における金属部材間の隙間に流し込み、第２スクリュ部で攪拌された溶融金属を第２線状部における金属部材間の隙間に流し込むことができる。このため、第１スクリュ部と第２スクリュ部との間の距離が長い場合においても、当該間の金属部材同士の間の隙間に十分な量の溶融金属を充填させることができ、高い接合強度を確保することができる。
【００１７】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記制御部は、前記線状部の形成に際して、前記レーザ光のスポットを前記線状部内で螺旋状またはジグザグ状に走査する、との構成を採用することもできる。
【００１８】
上記の構成を採用する場合には、線状部を形成しようとする部分でのレーザ光のスポットを平面視螺旋状または平面視ジグザグ状に走査することにより、該線状部でのレーザ光のスポットの軌跡を長くとることができ、幅広の線状部を形成することができるとともに、線状部を長く形成することができる。
【００１９】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記複数の金属部材は、それぞれが板状の部材であって、前記複数の金属部材が重ね合わされた箇所から互いに離間する方向に延びる形状をなし、前記制御部は、前記複数の金属部材が離間する起点箇所に、少なくとも前記線状部の一部が位置するように、前記重ね合わされた箇所に対して前記レーザ光のスポットを走査させる、との構成を採用することもできる。
【００２０】
上記のような構成を採用する場合には、複数の金属部材が離間する起点箇所に線状部の少なくとも一部が位置するようにレーザ溶接を行うことができるので、スクリュ部で攪拌された溶融金属の一部が上記起点箇所における金属部材間の隙間に充填することが可能となる。よって、高い接合強度を確保することができ、複数の金属部材の離間部分に荷重入力がなされた場合にも変形などが生じ難く、高い剛性を確保することができる。
【００２１】
本発明の一態様に係るレーザ溶接方法は、複数の金属部材をレーザ溶接により接合するレーザ溶接方法であって、レーザ光を発振し、当該発振されたレーザ光を溶接箇所に集光するレーザ光照射ステップと、前記レーザ光のスポットを走査する走査ステップと、を備え、前記レーザ光を発振させた状態で、前記レーザ光のスポットを所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させた平面視ドット状のスクリュ部を形成し、前記スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記スクリュ部から離間するように走査して金属部材を溶融させた、前記スクリュ部に連続する平面視線状の線状部を形成する。
【００２２】
先ず、上記態様に係るレーザ溶接方法は、レーザ光照射ステップの実行により、複数の金属部材をレーザ溶接により接合するので、抵抗溶接などを用いる場合に比べて、溶接速度が速く、熱影響が少なく、また、金属部材に対して非接触で溶接を行うことができ、加工効率が高く、連続溶接による剛性アップを図ることが可能である。
【００２３】
次に、上記態様に係るレーザ溶接方法では、スクリュ部の形成において、レーザ光のスポットを周回させて当該部分の金属を溶融・攪拌し、該スクリュ部の金属が溶融した状態で線状部を形成する部分の金属を溶融させるので、仮に溶接前の状態で金属部材同士の間に隙間が空いていたとしても、スクリュ部を形成しようとする部分の溶融金属の一部が線状部を形成しようとする部分における金属部材間の隙間に流れ込むことになる。よって、上記態様に係るレーザ溶接方法では、溶接前の状態で金属部材間に隙間があった場合にも、線状部の溶融金属だけでなく、スクリュ部からの溶融分を加えた溶融金属により線状部における金属部材同士の間の隙間を埋めるので、えぐれや溶け落ちの発生を抑制することができる。
【００２４】
従って、上記態様に係るレーザ溶接方法では、金属部材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で部材同士を接合可能である。
【００２５】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記線状部は、前記スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における複数の金属部材同士の間の隙間に充填しながら形成される、との構成を採用することもできる。
【００２６】
上記のような構成を採用する場合には、スクリュ部の溶融金属の一部を、線状部における金属部材間の隙間に誘引して、当該線状部における隙間を埋めることができる。よって、金属部材同士の間に隙間があるような場合においても、高い接合強度を確保することができる。
【００２７】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記走査ステップにおいて、前記スクリュ部の金属部材の溶融に際して、前記レーザ光のスポットを平面視略円形状に周回させる、との構成を採用することもできる。
【００２８】
上記のような構成を採用する場合には、走査ステップにおいて、スクリュ部の金属部材の溶融に際して平面視略円形状にレーザ光のスポットを周回させることで、該スクリュ部で溶融金属が良好に（淀みを抑えながら）攪拌することができる。これにより、線状部における金属部材間の隙間に対して良好な溶融金属の流れ込みを促すことが可能となる。
【００２９】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記所定箇所を第１所定箇所と定義するとともに、前記スクリュ部を第１スクリュ部と定義し、前記第１所定箇所から所定距離離間した箇所を第２所定箇所と定義したときに、前記走査ステップにおいて、前記レーザ発振器に対して前記レーザ光を発振させた状態で、前記第１スクリュ部および当該第１スクリュ部に連続する第１線状部を形成した後、前記レーザ光のスポットを前記第２所定箇所の周りを周回するように走査して金属部材を溶融させて第２スクリュ部を形成し、前記第２スクリュ部における金属部材が溶融状態の間に、前記レーザ光のスポットを前記第２スクリュ部から離間するように走査して、前記第２スクリュ部に連続する平面視線状の第２線状部を形成し、前記第１線状部と前記第２線状部とを接続する、との構成を採用することもできる。
【００３０】
上記のような構成を採用する場合には、第１スクリュ部で攪拌された溶融金属を第１線状部における金属部材間の隙間に流し込み、第２スクリュ部で攪拌された溶融金属を第２線状部における金属部材間の隙間に流し込むことができる。このため、第１スクリュ部と第２スクリュ部との間の距離が長い場合においても、当該間の金属部材同士の間の隙間に十分な量の溶融金属を充填させることができ、高い接合強度を確保することができる。
【００３１】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記走査ステップでは、前記線状部の形成に際して、前記レーザ光のスポットを前記線状部内で螺旋状またはジグザグ状に走査する、との構成を採用することもできる。
【００３２】
上記構成を採用する場合には、線状部を形成しようとする部分でのレーザ光のスポットを平面視螺旋状または平面視ジグザグ状に走査することにより、該線状部でのレーザ光のスポットの軌跡を長くとることができ、幅広の線状部を形成することができるとともに、線状部を長く形成することができる。
【００３３】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記複数の金属部材は、それぞれが板状の部材であって、前記複数の金属部材が重ね合わされた箇所から互いに離間する方向に延びる形状をなし、前記走査ステップでは、前記複数の金属部材が離間する起点箇所に、少なくとも前記線状部の一部が位置するように、前記重ね合わされた箇所に対して前記レーザ光のスポットを走査する、との構成を採用することもできる。
【００３４】
上記構成を採用する場合には、複数の金属部材が離間する起点箇所に線状部の少なくとも一部が位置するようにレーザ溶接を行うことができるので、スクリュ部で攪拌された溶融金属の一部が上記起点箇所における金属部材間の隙間に充填することが可能となる。よって、高い接合強度を確保することができ、複数の金属部材の離間部分に荷重入力がなされた場合にも変形などが生じ難く、高い剛性を確保することができる。
【発明の効果】
【００３５】
上記の各態様では、金属部材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で部材同士を接合可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】溶接前の板材の配置状態を示す模式側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置を用いた溶接形態を示す模式平面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面を示す模式断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｃ）は、本発明の第４実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｄ）は、本発明の第５実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｃ）は、本発明の第８実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｄ）は、本発明の第９実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第１０実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図であり、（ｂ）は、本発明の第１１実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図であり、（ｃ）は、本発明の第１２実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第１３実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図であり、（ｂ）は、本発明の第１４実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図である。
【図９】（ａ）は、比較例１に係る溶接形態を示す模式斜視図であり、（ｂ）は、比較例２に係る溶接形態を示す模式斜視図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の第１４実施形態に係る溶接箇所およびその周辺部分の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、比較例2に係る溶接箇所およびその周辺部分の構成を示す模式断面図である。
【図１１】本発明の第１５実施形態に係る溶接形態を示す模式斜視図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の第１６実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の第１７実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の第１８実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の第１９実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｃ）は、本発明の第２０実施形態に係る溶接形態を示す模式図であり、（ｄ）は、本発明の第２１実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【図１４】（ａ）は、サンプル１の溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、サンプル３の溶接形態を示す模式図であり、（ｃ）は、サンプル４の溶接形態を示す模式図である。
【図１５】（ａ）は、サンプル２の溶接部を示す写真であり、（ｂ）は、Ｃ１−Ｃ１線断面を示す断面写真であり、（ｃ）は、Ｃ２−Ｃ２線断面を示す断面写真であり、（ｄ）は、サンプル１の溶接部を示す写真であり、（ｅ）は、Ｅ１−Ｅ１線断面を示す断面写真であり、（ｆ）は、Ｅ２−Ｅ２線断面を示す断面写真である。
【図１６】（ａ）は、サンプル３の溶接部を示す写真であり、（ｂ）は、サンプル３の溶接部の内部状態を示すＣＴ写真であり、（ｃ）は、サンプル４の溶接部を示す写真であり、（ｄ）は、サンプル４の溶接部の内部状態を示すＣＴ写真である。
【図１７】（ａ）は、サンプル１１の溶接形態を示す模式図であり、（ｂ）は、サンプル１３の溶接形態を示す模式図であり、（ｃ）は、サンプル１７の溶接形態を示す模式図であり、（ｄ）は、サンプル２１の溶接形態を示す模式図である。
【図１８】（ａ）は、せん断引張試験方法を示す模式図であり、（ｂ）は、十字剥離試験方法を示す模式図である。
【図１９】せん断引張試験の結果を示すグラフである。
【図２０】十字剥離試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一例であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００３８】
［第１実施形態］
１．レーザ溶接装置１の概略構成
本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置１の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置１の概略構成を示す模式図である。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、レーザ発振器１０と光路１１と集光部１２とを備える。レーザ発振器１０は、当該レーザ発振器１０に接続されたコントローラ（制御部）１５からの指令に従ってレーザ光を発振する。
【００４０】
レーザ発振器１０で発振されたレーザ光は、光路１１を通り集光部１２へと伝搬される。集光部１２では、伝搬されてきたレーザ光が板材積層体５００における板材（金属部材）５０１の表面に集光される（スポットが形成される）。ここで、集光部１２は、走査部であって、コントローラ１５からの指令を受けて、レーザ光のスポットを板材５０１の表面上で走査する。
【００４１】
なお、本実施形態では、光路11の一例として光ファイバーケーブルを用いているが、これ以外にもレーザ光を伝搬することができる種々の光路を採用することができる。ここで、本実施形態では、溶接の対象としての板材積層体５００は、板材（金属部材）５０１と板材（金属部材）５０２との積層体である。
【００４２】
また、レーザ溶接装置１は、溶接ロボット１３と、該溶接ロボット１３の駆動に係る駆動回路部１４と、を備える。溶接ロボット１３は、その先端部分に集光部１２が取り付けられており、駆動回路部１４に接続されたコントローラ１５からの指令に従って、集光部１２を３次元で移動させることができる。
【００４３】
２．板材積層体５００の概略構成
板材積層体５００の概略構成について、図２を用い説明する。図２は、板材積層体５００を構成する板材５０１，５０２の溶接前における配置状態を示す模式側面図である。
【００４４】
板材５０１と板材５０２とは板厚方向に重ね合わされているが、溶接前のこれらの間には、図２に示すように、例えば最大で１ｍｍ程度の隙間Ｇが存在する。板材積層体５００を構成する２枚の板材５０１，５０２のうち、レーザ光の照射側に配置される板材５０１の板厚は、Ｔ５０１である。板厚Ｔ５０１は、例えば、１ｍｍ程度である。なお、板厚Ｔ５０１については、０．５ｍｍから３．２ｍｍ程度とすることが可能である。換言すると、本実施形態に係る構成は、所謂、薄板に対して好適に適用することが可能である。
【００４５】
３．レーザ溶接装置１を用いた溶接形態
本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いた溶接形態について、図３および図４を用いて説明する。図３は、レーザ溶接装置１を用いた溶接形態を示す模式平面図であり、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面を示す模式断面図である。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いた溶接では、コントローラ１５がレーザ発振器１０にレーザ光を発振する旨の指令（レーザ光照射ステップの実行指令）を出した状態で、レーザ光のスポットがレーザ光走査軌跡ＬＮ１０１およびＬＮ１０２上を順に通るように集光部１２に指令を出す（走査ステップを実行する）。具体的には、コントローラ１５は、先ず板材積層体５００の所定箇所（周回中心）Ａｘ１０１の周りを周回するレーザ光走査軌跡ＬＮ１０１上をレーザ光のスポットが通るように集光部１２を制御する。これにより、周回中心ＡＸ１０１を含む平面視略円形の領域であるスクリュ部１０１における金属が溶融し・攪拌される。換言すれば、金属が溶融・攪拌された平面視略円形のスクリュ部１０１が形成される。
【００４７】
次に、コントローラ１５は、スクリュ部１０１の溶融金属が凝固しない間に（溶融状態が維持されている間に）連続して、スクリュ部１０１の外縁部からＸ方向右側に離間するように延びるレーザ光走査軌跡ＬＮ１０２上をレーザ光のスポットが通るように集光部１２を制御する。これにより、レーザ光走査軌跡ＬＮ１０２の周囲に平面視線状の領域である線状部１０２における金属が溶融する。換言すれば、金属が溶融された平面視線状の線状部１０２が形成される。この際、図４に示すように、線状部１０２における板材５０１と板材５０２との間の隙間Ｇに、スクリュ部１０１で攪拌された溶融金属の一部が流れ込み、隙間Ｇが空いていても線状部１０２での強固な接合がなされる。
【００４８】
なお、図4に示すように、線状部１０２の形成よりも前の段階で形成されるスクリュ部１０１においては、板材５０２におけるＺ方向下側の面にも凹部が形成される場合がある。これは、スクリュ部１０１の金属が溶融状態の間に線状部１０２へのレーザ溶接を開始するため、スクリュ部１０１の溶融金属の一部が隙間Ｇに流れ込むためである。
【００４９】
そして、図３および図４に示すように、溶融金属が凝固することにより、互いに連続するスクリュ部１０１および線状部１０２からなる溶接部（ナゲット）１００が形成される。
【００５０】
なお、スクリュ部１０１の直径はＤ１０１であり、線状部１０２のＸ方向長さはＬ１０２である。ここで、線状部１０２のＸ方向への延伸長さＬ１０２は、板材５０１の板厚Ｔ５０１や隙間Ｇ、スクリュ部１０１の直径Ｄ１０１等に応じて設定されている。一例として、本実施形態では、板厚Ｔ５０１が１ｍｍであり、線状部１０２の延伸長さＬ１０２が約５ｍｍである。
【００５１】
４．効果
本実施形態に係るレーザ溶接装置１およびこれを用いたレーザ溶接方法は、板材積層体５００を構成する２枚の板材（金属部材）５０１，５０２をレーザ溶接により接合するので、抵抗溶接などを用いる場合に比べて、溶接速度が速く、熱影響が少なく、また、板材５０１，５０２に対して非接触で溶接を行うことができ、加工効率が高く、連続溶接による剛性アップを図ることが可能である。
【００５２】
次に、本実施形態に係るレーザ溶接装置１およびこれを用いたレーザ溶接方法では、レーザ光のスポットを周回させて当該部分の金属を溶融・攪拌してスクリュ部１０１を形成し、該スクリュ部１０１の金属が溶融した状態で当該スクリュ部１０１からＸ方向に離間するようにレーザ光のスポットを走査して当該部分の金属を溶融して線状部１０２を形成するので、溶接前に板材５０１と板材５０２との間に隙間Ｇが空いていても、スクリュ部１０１の溶融金属の一部が線状部１０２の隙間Ｇに流れ込むことになる。よって、本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いた溶接方法では、溶接前に板材５０１と板材５０２との間に隙間Ｇが空いていても、線状部の溶融金属だけでなく、スクリュ部からの溶融分を加えた溶融金属により線状部における金属部材同士の間の隙間を埋めるので、えぐれや溶け落ちの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係るレーザ溶接装置１およびこれを用いたレーザ溶接方法では、スクリュ部１０１を形成する際の金属部材の溶融に際して平面視略円形状にレーザ光のスポットを周回させることで（レーザ光走査軌跡ＬＮ１０１上を走査させることで）、該スクリュ部１０１を形成しようとする部分で溶融金属が良好に（淀みを抑えながら）攪拌することができる。これにより、線状部１０２における板材５０１と板材５０２との間の隙間Ｇに対して良好な溶融金属の流れ込みを促すことが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態に係るレーザ溶接装置１およびこれを用いたレーザ溶接方法では、スクリュ部１０１の溶融金属の一部を、線状部１０２における板材５０１，５０２間の隙間Ｇに誘引して、当該線状部１０２における隙間Ｇを埋めることができる。よって、板材５０１，５０２同士の間に隙間Ｇがあっても、高い接合強度を確保することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１およびこれを用いたレーザ溶接方法では、板材５０１と板材５０２との間に隙間Ｇがあるような場合にあっても、高い接合強度で部材同士を接合可能である。
【００５６】
［第２実施形態］
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００５７】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１０６と、スクリュ部１０６に連続し平面視線状に延びる線状部１０７と、からなる溶接部（ナゲット）１０５を形成する。
【００５８】
スクリュ部１０６においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１０６の金属が凝固しない間に、線状部１０７へのレーザ光の照射を連続して行う。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る溶接部１０５の線状部１０７は、スクリュ部１０６に対する接続箇所が上記第１実施形態とは異なり、スクリュ部１０６における径方向の一方側端部において接線方向に伸びるように接続されている。
【００６０】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部１０５の形態が上記第１実施形態とは異なるが、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［第３実施形態］
図５（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００６２】
図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１１１と、スクリュ部１１１に連続し平面視線状に延びる線状部１１２と、からなる溶接部（ナゲット）１１０を形成する。
【００６３】
スクリュ部１１１においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１１１の金属が凝固しない間に、線状部１１２へのレーザ光の照射を連続して行う。
【００６４】
図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る溶接部１１０では、線状部１１２がスクリュ部１１１における径方向の一方側端部に対して接続されている点において上記第２実施形態と同様であるが、線状部１１２が平面視曲線状（本実施形態では、一例として平面視略円弧状）をしている点で上記第２実施形態と異なっている。
【００６５】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部１１０の形態が上記第２実施形態とは異なるが、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、溶接部１１０における線状部１１２が平面視略円弧状に形成されていることにより、線状部１１２でのレーザ光のスポットの軌跡を長くとることができ、線状部を平面視直線状に形成する場合に比べてより高い接合強度を確保することができる。
【００６６】
［第４実施形態］
図５（ｃ）は、本発明の第４実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００６７】
図５（ｃ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接により、平面視略円形のスクリュ部１１６と、該スクリュ部１１６から当該スクリュ部１１６の径方向の一方側に向けて離間するように延びる平面視線状の線状部１１７と、スクリュ部１１６から径方向の他方側に向けて離間するように延びる平面視線状の線状部１１８と、からなる溶接部１１５を形成する。本実施形態では、線状部１１７でのレーザ溶接の開始および線状部１１８でのレーザ溶接の開始との両方を、スクリュ部１１６の溶融金属が凝固する前に行う。
【００６８】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、スクリュ部１１６から離間するように延びる２条の線状部１１７，１１８を形成する点、で上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、本実施形態ではスクリュ部１１６に対し、２条の平面視線状の線状部１１７，１１８を形成することとしたが、線状部は３条以上としても構わない。例えば、互いに１２０度離間するように３条の線状部を設ける形態や、互いに９０度離間するように４条の線状部を設ける形態を採用することも可能である。この際、線状部は何れもその溶接の開始を、スクリュ部の溶融金属が凝固する前に行う必要がある。
【００７０】
［第５実施形態］
図５（ｄ）は、本発明の第５実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。なお、本実施形態に係るレーザ溶接に用いるレーザ溶接装置の基本的な構成は、上記第１実施形態と基本的に同じである。
【００７１】
図５（ｄ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部（第１スクリュ部）１２１と、スクリュ部１２１に連続し平面視線状に延びる線状部１２２と、線状部１２２に連続し平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１２３と、からなる溶接部（ナゲット）１２０を形成する。
【００７２】
スクリュ部１２１およびスクリュ部１２３においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１２１の金属が凝固する前に、線状部１２２へのレーザ光の照射を連続して行う。
【００７３】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、互いに離間した位置に２つのスクリュ部１２１，１２３を設ける点で上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、２つのスクリュ部１２１，１２３と１条の線状部１２２とからなる溶接部１２０を設けることにより、より高い接合強度を確保することが可能である。
【００７５】
［第６実施形態］
図６（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００７６】
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部（第１スクリュ部）１２６と、スクリュ部１２６に連続し平面視線状に延びる線状部１２７と、線状部１２７に連続し平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１２８と、からなる溶接部（ナゲット）１２５を形成する。
【００７７】
スクリュ部１２６およびスクリュ部１２８においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１２６の金属が凝固する前に、線状部１２７へのレーザ光の照射を連続して行う。
【００７８】
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る溶接部１２５の線状部１２７は、スクリュ部１２６およびスクリュ部１２８に対する接続箇所が上記第５実施形態とは異なっている。即ち、本実施形態に係る溶接部１２５においては、線状部１２７がスクリュ部１２６およびスクリュ部１２８の各々における径方向の一方側端部において接線を形成するように接続されている。
【００７９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部１２５の形態が上記第５実施形態とは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
［第７実施形態］
図６（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００８１】
図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１３１と、スクリュ部１３１に連続し平面視線状に延びる線状部１３２と、線状部１３２に連続し平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１３３と、スクリュ部１３３に連続し平面視線状に延びる線状部１３４と、線状部１３４に連続し平面視略円形のスクリュ部１３５と、スクリュ部１３５に連続し平面視線状の線状部１３６と、を含む溶接部（ナゲット）１３０を形成する。なお、図６（ｂ）では、３つのスクリュ部１３１，１３３，１３５と３条の線状部１３２，１３４，１３６とだけを図示しているが、本実施形態に係るレーザ溶接では、スクリュ部および線状部がさらに連続する形態とすることもできる。
【００８２】
スクリュ部１３１，１３３，１３５においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１３１の金属が凝固する前に線状部１３２に対するレーザ光の照射を、スクリュ部１３３の金属が凝固する前に線状部１３４に対するレーザ光の照射を、スクリュ部１３５の金属が凝固する前に線状部１３６に対するレーザ光の照射を各々連続して行う。
【００８３】
図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る溶接部１３０は、構成中のスクリュ部１３１，１３３，１３５の数、および線状部１３２，１３４，１３６の数が上記第５実施形態とは異なっている。
【００８４】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部１３０の形態が上記第５実施形態とは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、上記第５実施形態および上記第６実施形態よりも多くのスクリュ部１３１，１３３，１３５および線状部１３２，１３４，１３６を含む溶接部１３０を形成することで、溶接速度の高速化を図りながら、より高い接合強度を確保することができる。
【００８５】
［第８実施形態］
図６（ｃ）は、本発明の第８実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００８６】
図６（ｃ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部（第１スクリュ部）１４１と、スクリュ部１４１に連続し平面視線状に延びる線状部１４２と、線状部１４２に連続し平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１４３と、からなる溶接部（ナゲット）１４０を形成する。
【００８７】
スクリュ部１４１およびスクリュ部１４３においては、上記第１実施形態に係るスクリュ部１０１と同様に、所定箇所の周りをレーザ光のスポットを周回させることにより該部分の金属が溶融・攪拌される。そして、スクリュ部１４１の金属が凝固する前に線状部１４２へのレーザ光の照射を連続して行う。
【００８８】
図６（ｃ）に示すように、本実施形態に係る溶接部１４０では、線状部１４２がスクリュ部１４１およびスクリュ部１４３の各々における径方向の一方側端部に対して接続されている点において上記第６実施形態と同様であるが、線状部１４２が平面視曲線状（本実施形態では、一例として平面視円弧状）をしている点で上記第６実施形態と異なっている。
【００８９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部１４０の形態が上記第５実施形態などとは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、溶接部１４０における線状部１４２が平面視円弧状に形成されていることにより、線状部１４２でのレーザ光のスポットの軌跡を長くとることができ、線状部を平面視直線状に形成する場合に比べてより高い接合強度を確保することができる。
【００９０】
［第９実施形態］
図６（ｄ）は、本発明の第９実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【００９１】
図６（ｄ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接により、平面視略円形のスクリュ部１４６を形成し、該スクリュ部１４６の金属部材が溶融状態の間にスクリュ部１４６から離間してゆくように平面視線状の線状部１４７を形成する。そして、スクリュ部１４６および線状部１４７から離間した箇所に、平面視略円形のスクリュ部１４９を形成し、該スクリュ部１４９の金属部材が溶融状態の間にスクリュ部１４９から離間し、且つ、スクリュ部１４６に近づくように平面視線状の線状部１４８を形成する。線状部１４７と線状部１４８とは、互いの走査軌跡先端部で互いの金属の溶融状態が維持された状態で最終的に接続されてもよいし、接続されないこととしてもよい。本実施形態では、以上のようなステップを経て２つのスクリュ部１４６，１４９と２条の線状部１４７，１４８とを備える溶接部１４５が形成される。
【００９２】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、スクリュ部１４６，１４９および線状部１４７，１４８の形成順という点、が上記第５実施形態などとは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また、溶接部の形態を第５実施形態と同様にする際、線状部１２２のＸ方向への延伸長さを長くとるほうが、効果的に剛性を向上することができる。
【００９４】
しかしながら、第５実施形態において線状部１２２のＸ方向への延伸長さを長くしようとした場合、条件によっては線状部１２２における板材同士の間の隙間Ｇに対する溶融金属の流れ込み量が不十分となり、接合強度を確保することができない可能性がある。そのような場合に、本実施形態に係る溶接装置を用いることで、線状部１４７，１４８をそれぞれスクリュ部１４６，１４９の攪拌された溶融金属の一部を流し込んで接合することができるため、線状部１４７，１４８に十分な溶融金属を流し込むことができ、高い接合強度を確保することが可能となる。
【００９５】
［第１０実施形態］
図７（ａ）は、本発明の第１０実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【００９６】
図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５０５は、板材（金属部材）５０６と板材（金属部材）５０７との組み合わせを以って構成されている。上記第１実施形態とは、溶接対象となる板材５０６，５０７の配置形態が異なり、板材５０６と板材５０７とは、互いの端面同士をＸ方向に突き合わした状態で配置され、溶接前の状態では、これの間に、一部隙間が空いている。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１５１と、スクリュ部１５１に連続し、Ｙ方向に向けて平面視線状に延びる線状部１５２と、からなる溶接部（ナゲット）１５０を形成する。なお、本実施形態では、スクリュ部１５１と線状部１５２とを、板材５０６と板材５０７との突き合わせ部分に沿うように連続して形成する。
【００９８】
スクリュ部１５１および線状部１５２の各形成法については、上記第１実施形態と同じである。
【００９９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、板材５０６，５０７の配置形態が上記第１実施形態とは異なるが、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、レーザ溶接を用いた線状部１５２の形成の際には、スクリュ部１５１の溶融金属の一部が、隙間Ｇに流れ込み、強固な溶接を実現することができる。
【０１００】
［第１１実施形態］
図７（ｂ）は、本発明の第１１実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【０１０１】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５１０は、板材（金属部材）５１１と板材（金属部材）５１２との組み合わせを以って構成されている。上記第１実施形態とは、溶接対象となる板材５１１，５１２の配置形態が異なり、板材５１２は、板材５１１の主面上にＺ方向に立設する状態で配置されている。板材５１１の主面と板材５１２の端面との間には、一部に隙間が空いている。
【０１０２】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１５６と、該スクリュ部１５６に連続し、Ｙ方向に向けて平面視線状に延びる線状部１５７と、該線状部１５７に連続し平面視略円形のスクリュ部１５８と、該スクリュ部１５８に連続し、Ｙ方向に向けて平面視線状に延びる線状部１５９と、該線状部１５９に連続し平面視略円形のスクリュ部１６０と、からなる溶接部（ナゲット）１５５を形成する。なお、本実施形態では、スクリュ部１５６，１５８，１６０と線状部１５７，１５９とを、板材５１２のＺ方向下側の端辺に沿うようにＹ方向に連続して形成する。
【０１０３】
スクリュ部１５６，１５８，１６０および線状部１５７，１５９の各形成方法については、上記第５実施形態などと同じである。
【０１０４】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、板材５１１，５１２の配置形態および溶接部１５５の形態が上記第５実施形態とは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、レーザ溶接を用いた線状部１５７の形成の際には、スクリュ部１５６の溶融金属の一部が、線状部１５９の形成の際には、スクリュ部１５８の溶融金属の一部が各々隙間に流れ込み、強固な溶接を実現することができる。
【０１０５】
［第１２実施形態］
図７（ｃ）は、本発明の第１２実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【０１０６】
図７（ｃ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５１５は、板材（金属部材）５１６と棒材（金属部材）５１７との組み合わせを以って構成されている。棒材５１７は、板材５１６の主面に対して線接触する状態で配置されている。なお、本実施形態では、円柱状の棒材５１７を採用するため、棒材５１７における板材５１６との接触部分の周方向両側に隙間が空いた状態となっている。
【０１０７】
図７（ｃ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１７３と、該スクリュ部１７３に連続し、Ｚ方向に向けて平面視線状に延びる線状部１７２と、該線状部１７２に連続し平面視略円形のスクリュ部１７１と、からなる溶接部（ナゲット）１７０を形成する。また、本実施形態に係るレーザ溶接では、スクリュ部１７１に対してＺ方向に離間し、平面視略円形のスクリュ部１６８と、該スクリュ部１６８に連続し、Ｚ方向に向けて平面視線状に延びる線状部１６７と、該線状部１６７に連続し平面視略円形のスクリュ部１６６と、からなる溶接部（ナゲット）１６５を形成する。
【０１０８】
溶接部１６５，１７０の形成方法については、上記第５実施形態などと同じである。
【０１０９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、部材セット５１５の構成が上記第５実施形態とは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、レーザ溶接を用いた線状部１６７，１７２の形成の際には、スクリュ部１６８，１７３の溶融金属の一部が、板材５１６と棒材５１７との間の隙間の一部に流れ込み、強固な溶接を実現することができる。
【０１１０】
［第１３実施形態］
図８（ａ）は、本発明の第１３実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【０１１１】
図８（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５２０は、断面が略ハット形状に折り曲げ加工されてなるハット状部材（金属部材）５２１と板材（金属部材）５２２との組み合わせを以って構成されている。ハット状部材５２１は、Ｘ方向の両側部分にフランジ部５２１ａ，５２１ｂを有する。そして、ハット状部材５２１は、フランジ部５２１ａ，５２１ｂで板材５２２に重ね合わされている。なお、本実施形態では、溶接前の状態において、ハット状部材５２１のフランジ部５２１ａ，５２１ｂと板材５２２との間に部分的に隙間が空いた状態となっている。
【０１１２】
図８（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１７６と、該スクリュ部１７６に連続し、Ｙ方向に向けて延びる平面視線状の線状部１７７と、該線状部１７７に連続し平面視略円形のスクリュ部１７８と、からなる溶接部（ナゲット）１７５を、各フランジ部５２１ａ，５２１ｂにおいて複数形成する。これにより、中空部５２０ａを有するパイプ体（例えばクラッシュボックス）が形成できる。
【０１１３】
溶接部１７５の形成方法については、上記第５実施形態などと同じである。
【０１１４】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、部材セット５２０の構成および各フランジ部５２１ａ，５２１ｂにおいて複数の溶接部１７５を形成する点が上記第５実施形態とは異なるが、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態においても、レーザ溶接を用いた線状部１７７の形成の際には、スクリュ部１７６の溶融金属の一部が、ハット状部材５２１のフランジ部５２１ａ，５２１ｂと板材５２２との間の隙間の一部に流れ込み、強固な溶接を実現することができる。
【０１１５】
［第１４実施形態］
図８（ｂ）は、本発明の第１４実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【０１１６】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５２５も、第１３実施形態と同様に、断面が略ハット形状に折り曲げ加工されてなるハット状部材（金属部材）５２６と板材（金属部材）５２７との組み合わせを以って構成されている。ハット状部材５２６は、Ｘ方向の両側部分にフランジ部５２６ａ，５２６ｂを有する点も上記第１３実施形態と同じである。なお、本実施形態においても、溶接前の状態では、ハット状部材５２６のフランジ部５２６ａ，５２６ｂと板材５２７との間に部分的に隙間が空いた状態となっている。
【０１１７】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部１８１と、該スクリュ部１８１に連続し、Ｘ方向における中空部５２５ａの側に向けて平面視線状に延びる線状部１８２と、からなる溶接部（ナゲット）１８０を、各フランジ部５２６ａ，５２６ｂにおいて複数形成する。これにより、中空部５２５ａを有するパイプ体（例えばクラッシュボックス）が形成できる。
【０１１８】
溶接部１８０の形成方法については、上記第１実施形態などと同じである。
【０１１９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、各溶接部１８０の形態が上記第１３実施形態とは異なるが、上記第１３実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態においても、レーザ溶接を用いた線状部１８２の形成の際には、スクリュ部１８１の溶融金属の一部が、ハット状部材５２６のフランジ部５２６ａ，５２６ｂと板材５２７との間の隙間に流れ込み、強固な溶接を実現することができる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、溶接部１８０の線状部１８２を中空部５２５ａに向けて形成することにより、クラッシュボックスへの荷重入力時の変形量を抑えることができ、剛性の向上を図ることができる。これについて、図９および図１０を用いて説明する。図９（ａ）は、比較例１に係る溶接形態を示す模式斜視図であり、図９（ｂ）は、比較例２に係る溶接形態を示す模式斜視図である。図１０（ａ）は、本実施形態に係る溶接箇所およびその周辺部分の構成を示す模式断面図であり、図１０（ｂ）は、比較例２に係る溶接箇所およびその周辺部分の構成を示す模式断面図である。
【０１２１】
図９（ａ）に示すように、比較例１に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット９００も、断面が略ハット形状に折り曲げ加工されてなるハット状部材９０１と板材９０２との組み合わせを以って構成されている。溶接前の状態では、ハット状部材９０１のフランジ部９０１ａ，９０１ｂと板材９０２との間には、隙間が略ない状態となっている。
【０１２２】
比較例１に係るレーザ溶接装置では、各フランジ部９０１ａ，９０１ｂにおいてＹ方向に延びる溶接部９０５を形成し、これにより、中空部９００ａを有するパイプ体（クラッシュボックス）が形成される。
【０１２３】
図９（ａ）に示した比較例１に係る線状の連続溶接は、溶接部９０５がハット状部材９０１の折り曲げに係る角部の際まで溶接可能であるものの、ハット状部材９０１のフランジ部９０１ａ，９０１ｂと板材９０２との間に隙間が空いている場合には、接合を行うことができない。
【０１２４】
そこで、図９（ｂ）に示すような比較例２に係るレーザ溶接を採用することが考えられる。
【０１２５】
図９（ｂ）に示すように、比較例２に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット９１０も、断面が略ハット形状に折り曲げ加工されてなるハット状部材９１１と板材９１２との組み合わせを以って構成されている。溶接前の状態では、ハット状部材９１１のフランジ部９１１ａ，９１１ｂと板材９１２との間には、部分的に隙間が空いた状態となっている。
【０１２６】
比較例２に係るレーザ溶接装置では、各フランジ部９１１ａ，９１１ｂにおいて、互いに間隔を空けた状態で複数の溶接部（平面視略円形のスクリュ部）９１５を形成し、これにより、中空部９１０ａを有するパイプ体（クラッシュボックス）が形成される。
【０１２７】
図９（ｂ）に示す比較例２に係るレーザ溶接を採用する場合には、溶接前の状態でハット状部材９１１のフランジ部９１１ａ，９１１ｂと板材９１２との間に部分的に隙間が空いている場合でも、接合することができる。図１０（ｂ）に示すように、比較例２に係るレーザ溶接を採用する場合には、溶接部９１５がハット状部材９１１の折り曲げに係る角部９１１ｃからＸ方向に少し離間した箇所に形成されている。このため、角部９１１ｃでは、板材９１２との間に金属が流れ込まず、隙間９１０ｂが空いたままの状態となる。
【０１２８】
従って、比較例２に係るレーザ溶接方法を採用する場合には、接合により形成されたクラッシュボックスに対して荷重入力がなされた場合に、矢印Ａ，Ｂのような変形が生じ、高い剛性を確保することが困難となる。
【０１２９】
これに対して、溶接部９１５をハット状部材９１１の折り曲げに係る角部９１１ｃの際まで寄せることで、図１０（ｂ）に示すような変形を抑制することはできる。
【０１３０】
しかしながら、一つ一つの溶接部（スクリュ部）９１５の剥離強度が弱いため、剛性を確保するためには、溶接部９１５の数を増やす必要がある。このため、生産性の低下という問題を生ずると考えられる。
【０１３１】
一方、図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、スクリュ部１８１に連続する線状部１８２を、ハット状部材５２６の折り曲げに係る角部５２６ｃの際まで延びるように形成することにより、角部５２６ｃにおいてハット状部材５２６のフランジ部５２６ａ，５２６ｂと板材５２７との間の隙間にもスクリュ部１８１の溶融金属の一部を流し込むことができる。即ち、ハット状部材（金属部材）５２６のフランジ部５２６ａ，５２６ｂと板材（金属部材）５２７との間に隙間が空いている場合にあっても、線状部１８２を形成することができ、単にスクリュ部だけからなる溶接部９１５を形成する比較例２に係るレーザ溶接を採用する場合に比べて、接合強度の向上を図ることができる。
【０１３２】
従って、本実施形態に係るレーザ溶接方法を採用する場合には、接合により形成されたクラッシュボックスに対して荷重入力がなされた場合にも、変形が生じ難く、高い剛性を確保することができる。
【０１３３】
［第１５実施形態］
図１１は、本発明の第１５実施形態に係る溶接方法を説明するための模式斜視図である。
【０１３４】
図１１に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法が溶接対象とする部材セット５３０も、断面が略ハット形状に折り曲げ加工されてなるハット状部材（金属部材）５３１と板材（金属部材）５３２との組み合わせを以って構成されている。ハット状部材５３１は、Ｘ方向の両側部分にフランジ部５３１ａ，５３１ｂを有する。そして、ハット状部材５３１は、フランジ部５３１ａ，５３１ｂで板材５３２に重ね合わされている。なお、本実施形態でも、溶接前の状態において、ハット状部材５３１のフランジ部５３１ａ，５３１ｂと板材５３２との間に部分的に隙間が空いた状態となっている。
【０１３５】
図１１に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円形のスクリュ部（第１スクリュ部）１８６と、該スクリュ部１８６に連続し、Ｙ方向に向けて延びる平面視線状の線状部１８７と、該線状部１８７に連続し平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１８８と、からなる溶接部（ナゲット）１８５を、各フランジ部５３１ａ，５３１ｂにおいて複数形成する。これにより、中空部５３０ａを有するパイプ体（例えばクラッシュボックス）が形成できる。
【０１３６】
溶接部１８５の形成方法については、上記第６実施形態と同じである。
【０１３７】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、複数の溶接部１８５の各々における線状部１８７をハット状部材５３１の折り曲げに係る角部の際に沿って形成する点で、上記第１３実施形態とは異なる。このため、本実施形態では、上記第１３実施形態がそうする効果に加えて、荷重入力がなされた場合の変形をさらに生じ難くし、さらに高い剛性を確保することができる。
【０１３８】
［第１６実施形態］
図１２（ａ）は、本発明の第１６実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。第１６実施形態は、スクリュ部に連続して形成する線状部の態様が上記第１実施形態などと異なる。
【０１３９】
図１２（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、スクリュ部の形成に連続して（スクリュ部の溶融金属が凝固しない間に）、レーザ光のスポットを平面視螺旋状に旋回させながら（レーザ光走査軌跡ＬＮ１８５上を走査して）溶接を行い、線状部１９０を形成する。
【０１４０】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、線状部１９０を形成する際のレーザ光走査軌跡ＬＮ１９０が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
さらに、本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、レーザ光のスポットを平面視螺旋状に旋回させながら線状部１９０を形成するので、平面視直線状に走査する場合に比べてレーザ光走査軌跡ＬＮ１９０を長くとることができ、Ｙ方向に太い線状部１９０を形成することで接合強度の向上を図ることができる。また、レーザ光走査軌跡ＬＮ１９０を螺旋状に旋回させることにより、線状部の溶融状態を長く保つことができるため、金属部材同士の間の隙間に溶融金属を充填できる長さが長くなり、線状部を長く形成することができる。
【０１４２】
［第１７実施形態］
本発明の第１７実施形態に係るレーザ溶接方法について、図１２（ｂ）を用いて説明する。第１７実施形態は、第１６実施形態と同様に、スクリュ部に連続して形成する線状部の態様が上記第１実施形態などと異なる。
【０１４３】
図１２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、スクリュ部の形成に連続して（スクリュ部の金属部材が溶融状態の間に）、レーザ光のスポットを平面ジグザグ状に走査しながら（レーザ光走査軌跡ＬＮ１９５上を走査して）溶接を行い、線状部１９５を形成する。
【０１４４】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、線状部１９５を形成する際のレーザ光走査軌跡ＬＮ１９５が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１４５】
さらに、本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、レーザ光のスポットを平面視ジグザグ状に走査しながら線状部１９５を形成するので、上記第１６実施形態と同様に、平面視直線状に走査する場合に比べてレーザ光走査軌跡ＬＮ１９５を長くとることができ、Ｙ方向に太い線状部１９５を形成することで接合強度の向上を図ることができる。また、金属部材同士の間の隙間に溶融金属を充填できる長さが長くなり、線状部を長く形成することができる。
【０１４６】
［第１８実施形態］
図１３（ａ）は、本発明の第１８実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【０１４７】
図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略楕円形または平面視略長円形のスクリュ部２０１と、スクリュ部２０１に連続し平面視線状に延びる線状部２０２と、からなる溶接部（ナゲット）２００を形成する。即ち、本実施形態では、平面視ドット状の一例として、平面視略楕円形または平面視略長円形のスクリュ部２０１を形成する点において、平面視ドット状の一例として、平面視略円形のスクリュ部１０１を形成する上記第１実施形態などとは異なる。
【０１４８】
スクリュ部２０１については、所定箇所の周りを平面視略楕円形または平面視略長円形にレーザ光のスポットを周回させることにより形成される。
【０１４９】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部２００の形態が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
［第１９実施形態］
図１３（ｂ）は、本発明の第１９実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【０１５１】
図１３（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略角丸多角形（本実施形態では、一例として角丸四角形）のスクリュ部２０６と、スクリュ部２０６に連続し平面視線状に延びる線状部２０７と、からなる溶接部（ナゲット）２０５を形成する。
【０１５２】
スクリュ部２０６については、所定箇所の周りを平面視略多角形にレーザ光のスポットを周回させることにより形成される。即ち、本実施形態では、平面視ドット状の一例として、平面視略多角形のスクリュ部２０６を形成する点において、平面視ドット状の一例として、平面視略円形のスクリュ部１０１を形成する上記第１実施形態などとは異なる。
【０１５３】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部２０５の形態が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
［第２０実施形態］
図１３（ｃ）は、本発明の第２０実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【０１５５】
図１３（ｃ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略半円形のスクリュ部２１１と、スクリュ部２１１に連続し平面視線状に延びる線状部２１２と、からなる溶接部（ナゲット）２１０を形成する。
【０１５６】
スクリュ部２１１については、所定箇所の周りを平面視略半円形にレーザ光のスポットを周回させることにより形成される。即ち、本実施形態では、平面視ドット状の一例として、平面視略半円形のスクリュ部２１１を形成する点において、平面視ドット状の一例として、平面視略円形のスクリュ部１０１を形成する上記第１実施形態などとは異なる。
【０１５７】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部２１０の形態が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１５８】
［第２１実施形態］
図１３（ｄ）は、本発明の第２１実施形態に係る溶接形態を示す模式図である。
【０１５９】
図１３（ｄ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置では、レーザ溶接を行うことにより、平面視略円環形（平面視略ドーナッツ状）のスクリュ部２１６と、スクリュ部２１６に連続し平面視線状に延びる線状部２１７と、からなる溶接部（ナゲット）２１５を形成する。
【０１６０】
スクリュ部２１６については、所定箇所の周りを平面視略円環形にレーザ光のスポットを周回させることにより形成される。即ち、本実施形態では、平面視ドット状の一例として、平面視略円環形のスクリュ部２１６を形成する点において、平面視ドット状の一例として、平面視略円形のスクリュ部１０１を形成する上記第１実施形態などとは異なる。
【０１６１】
本実施形態に係るレーザ溶接装置およびこれを用いた溶接方法では、溶接部２１５の形態が上記第１実施形態などとは異なるが、上記第１実施形態などと同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
［確認試験］
１．溶接方法と溶接部の状態
（１）溶接方法と溶接断面
図１４（ａ）は、本確認試験に用いたサンプル１の溶接形態を示す模式図である。
【０１６３】
・サンプル１
図１４（ａ）に示すように、サンプル１の溶接部２２０は、スクリュ部２２１とこれに連続する線状部２２２とからなる。サンプル１は、４０ｍｍ×１００ｍｍで板厚１．０ｍｍの鋼板（ＳＰＦＣ５９０）を用い、互いの間の隙間を０．５ｍｍとして配置してレーザ溶接を実施して得られたサンプルである。サンプル１の溶接部２２０の形成においては、スクリュ部２２１の金属の溶融状態が維持されている間（溶融金属が凝固する前）に、線状部２２２へのレーザ光の照射を開始する。
【０１６４】
・サンプル２
サンプル１の比較例としてのサンプル２の形成においては、用いる材料や使用機器はサンプル１と同じである。また、溶接後における溶接形態も、サンプル１と同様に、図１４（ａ）に示す形態である。サンプル２がサンプル１と異なるのは、溶接時において、スクリュ部へのレーザ光の照射を終了してから、０．５秒あけて線状部へのレーザ光の照射を開始した点である。
【０１６５】
先ず、図１５（ｂ）に示すように、サンプル２の溶接部におけるスクリュ部では、鋼材同士の間の隙間を充填するために溶融した金属が当該隙間に流れ込み、レーザ光を照射した側の鋼材における溶接部表面が窪んでいる。
【０１６６】
また、図１５（ｃ）に示すように、サンプル２の溶接部における線状部では、溶け落ちが発生し（矢印Ｄ）、接合がなされていない。
【０１６７】
次に、図１５（ｅ）に示すように、サンプル１の溶接部２２０におけるスクリュ部２２１では、鋼材同士の間の隙間を充填するためと、線状部２２２の隙間の一部を充填するために、溶融した金属が両隙間に流れ込み、溶接部２２０の両側の表面が窪んでいる。
【０１６８】
図１５（ｆ）に示すように、スクリュ部２２１の金属が凝固する前に、線状部２２２へのレーザ光の照射を実施したサンプル１では、線状部２２２に溶け落ちなどが発生することなく、隙間が金属で充填されることで良好な接合断面を示している。
【０１６９】
（２）溶接方法と溶接部の内部状態
図１４（ｂ）は、サンプル３の溶接形態を示す模式図であり、図１４（ｃ）は、サンプル４の溶接形態を示す模式図である。
【０１７０】
・サンプル３
図１４（ｂ）に示すように、参考例としてのサンプル３の形成においては、用いる材料などはサンプル１と同じである。サンプル３は、溶接部２２５がスクリュ部だけからなる。溶接部２２５の形成方法については、サンプル１のスクリュ部２２１の形成方法と同じである。
【０１７１】
・サンプル４
図１４（ｃ）に示すように、サンプル４における溶接部２３０は、スクリュ部２３１と、そのＸ方向の一方側に延びる線状部２３２と、Ｘ方向の他方側に延びる線状部２３３とが一体に形成されてなる。そして、溶接部２３０の形成においては、スクリュ部２３１へのレーザ光の照射を行った後、当該スクリュ部２３１の金属の溶融状態が維持されている間に、線状部２３２および線状部２３３へのレーザ光の照射を開始した。
【０１７２】
図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、サンプル３の溶接部には、表面及び内部の両方において欠陥は観察されなかった。
【０１７３】
また、図１６（ｃ）、（ｄ）に示すように、サンプル４の溶接部においても、表面及び内部の両方において欠陥は観察されなかった。
【０１７４】
（３）レーザ溶接時における金属の溶融およびその流動
次に、レーザ溶接によりスクリュ部と線状部とが連続してなる溶接部を形成する際の、金属の溶融およびその流動についての検証結果について説明する。
【０１７５】
上記第１実施形態のように、レーザ光のスポットを周回中心周りに周回させながら溶融プールを拡径してゆきスクリュ部を形成した直後においては、溶融金属は凝固していなかった。そして、スクリュ部の溶融金属が凝固する前に線状部を形成しようとする部分にレーザ光の照射を開始する。これにより、スクリュ部の溶融金属の一部が線状部における金属部材間の隙間に流れ込んで充填されていた。
【０１７６】
さらにレーザ光の走査を進めてゆくと、線状部の走査開始箇所（スクリュ部との境界部分）から徐々に溶融金属が凝固し始めた。このため、この時点からはスクリュ部の溶融金属の線状部への流れ込みが停止される。
【０１７７】
なお、スクリュ部の溶融金属は、外縁部分から凝固し始め、中央部分が最後に凝固した。また、線状部の溶融金属はスクリュ部よりも早期に凝固し始めた。これは、線状部のレーザ溶接では、母材である金属部材に熱が吸収され易いためであると考えられる。
【０１７８】
２．溶接方法と溶接部の強度特性
先ず、強度特性調査に用いたサンプルについて、図１７を用いて説明する。
【０１７９】
・サンプル１１
サンプル１１の作成においては、上記サンプル１と同様の鋼材を用いた。ただし、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１８０】
図１７（ａ）に示すように、サンプル１１は、参考例としてのサンプルであり、溶接部２３５がスクリュ部だけからなり、目標スポット径を５ｍｍとした。
【０１８１】
・サンプル１２
サンプル１２も参考例として作成したサンプルであって、溶接部がスクリュ部だけからなる。用いる鋼材および溶接機器、溶接条件は上記サンプル１１と同様である。ただし、サンプル１２の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０１８２】
・サンプル１３
図１７（ｂ）に示すように、サンプ１３における溶接部２４０は、スクリュ部２４１と、そのＸ方向の一方側に延びる線状部２４２と、Ｘ方向の他方側に延びる線状部２４３とが一体に形成されてなる。なお、図１７におけるＸ方向は、鋼材の幅方向である。また、本サンプルの作成においては、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１８３】
スクリュ部２４１の目標スポット径は、５ｍｍであり、線状部２４２，２４３の各長さは、４ｍｍである。
【０１８４】
ここで、本サンプルの作成においても、スクリュ部２４１へのレーザ光の照射を行った後、当該スクリュ部２４１の金属の溶融状態が維持されている間に、線状部２４２および線状部２４３へのレーザ光の照射を開始した。
【０１８５】
・サンプル１４
サンプル１４も、上記サンプル１３と同様の形態を有する溶接部を形成してなるサンプルであり、用いる鋼材および溶接機器、溶接条件は上記サンプル１３と同様である。ただし、サンプル１４の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０１８６】
・サンプル１５
サンプル１５は、上記サンプル１３と同様にスクリュ部と２つの線状部とからなる溶接部が形成されてなるサンプルであり、用いる鋼材および溶接機器、溶接条件は上記サンプル１３と同様である。ただし、本サンプルでは、線状部が延びる方向を鋼材の長手方向（Ｙ方向）とした点で、図１７（ｂ）に示すサンプル１３と異なる。
【０１８７】
なお、本サンプルの作成においても、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１８８】
・サンプル１６
サンプル１６も、上記サンプル１５と同様の形態を有する溶接部を形成してなるサンプルであり、用いる鋼材および溶接機器、溶接条件は上記サンプル１４と同様である。ただし、サンプル１６の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０１８９】
・サンプル１７
図１７（ｃ）に示すように、サンプ１７における溶接部２４５は、スクリュ部２４６と、その外縁部分からＸ方向の一方側に延びる線状部２４７と、Ｘ方向の他方側に延びる線状部２４８とが一体に形成されてなる。本サンプルにおいても、線状部２４７，２４８は、鋼材の幅方向であるＸ方向に延びている。また、本サンプルの作成においては、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１９０】
スクリュ部２４６の目標スポット径は、５ｍｍであり、線状部２４７，２４８の各長さは、４ｍｍである。
【０１９１】
本サンプルの作成においても、スクリュ部２４６へのレーザ光の照射を行った後、当該スクリュ部２４６の金属の溶融状態が維持されている間に、線状部２４７および線状部２４８へのレーザ光の照射を開始した。
【０１９２】
・サンプル１８
サンプル１８も、上記サンプル１７と同様の形態を有する溶接部を形成してなるサンプルであり、用いる鋼材などは上記サンプル１７と同様である。ただし、サンプル１８の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０１９３】
・サンプル１９
サンプル１９は、上記サンプル１７と同様にスクリュ部と２つの線状部とからなる溶接部が形成されてなるサンプルであり、用いる鋼材などは上記サンプル１７と同様である。ただし、本サンプルでは、線状部が延びる方向を鋼材の長手方向（Ｙ方向）とした点で、図１７（ｃ）に示すサンプル１７と異なる。
【０１９４】
なお、本サンプルの作成においても、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１９５】
・サンプル２０
サンプル２０も、上記サンプル１９と同様の形態を有する溶接部を形成してなるサンプルであり、用いる鋼材などは上記サンプル１９と同様である。ただし、サンプル２０の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０１９６】
・サンプル２１
図１７（ｄ）に示すように、サンプ２１における溶接部２５０は、スクリュ部２５１と、そのＸ方向の一方側に延びる線状部２５２と、Ｘ方向の他方側に延びる線状部２５３と、Ｙ方向の一方側に延びる線状部２５４と、Ｙ方向の他方側に延びる線状部２５５と、が一体に形成されてなる。本サンプルの作成においては、鋼材間の隙間をなくして（０ｍｍ）レーザ溶接を行った。
【０１９７】
スクリュ部２５１の目標スポット径は、５ｍｍであり、線状部２５２〜２５５の各長さは、２ｍｍである。
【０１９８】
ここで、本サンプルの作成においても、スクリュ部２５１へのレーザ光の照射を行った後、当該スクリュ部２５１の金属の溶融状態が維持されている間に、線状部２５２〜２５５へのレーザ光の照射を開始した。
【０１９９】
・サンプル２２
サンプル２２も、上記サンプル２１と同様の形態を有する溶接部を形成してなるサンプルであり、用いる鋼材および溶接機器、溶接条件は上記サンプル２１と同様である。ただし、サンプル２２の作成に際しては、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした。
【０２００】
次に、上記のサンプル１１〜２２の強度試験の方法について、図１８を用いて説明する。
【０２０１】
（１）せん断引張試験
図１８（ａ）に示すように、ともに長手方向をＹ方向に揃えて配置し、ラップ代４０ｍｍで２枚の鋼材を重ね合わせる。そして、ラップ部分に上記のサンプル１１〜２２の各形態で溶接部を形成した。せん断引張試験では、矢印のように引張力を作用させて引張強度を測定した。
【０２０２】
図１９に示すように、鋼材間の隙間をなくした状態でレーザ溶接を行ったサンプル１１，１３，１５，１７，１９，２１を比較すると、サンプル１５がサンプル１１よりも引張強度が約２０％高く、サンプル２１がサンプル１１よりも１０％程度向上していることが分かる。サンプル１３，１７，１９については、引張強度がサンプル１１と略同じである。
【０２０３】
一方、鋼材間の隙間を０．５ｍｍとした状態でレーザ溶接を行ったサンプル１２，１４，１６，１８，２０，２２を比較すると、サンプル１４がサンプル１２よりも引張強度が約３０％高く、サンプル１６，１８，２０，２２についてもサンプル１２よりも引張強度が約１０％〜２０％高くなった。
【０２０４】
（２）十字剥離試験
図１８（ｂ）に示すように、互いに交差する状態で２枚の鋼材を重ね合わせる。そして、鋼材同士の重ね合わされた部分に上記のサンプル１１〜１４，１７，１８，２１，２２の各形態で溶接部を形成した。十字剥離試験では、各鋼材の長手方向の端部に設けられた孔を用いて鋼材同士を剥離して剥離強度を測定した。
【０２０５】
図２０に示すように、十字剥離試験で測定された剥離強度は、サンプル１３，１４，１７，１８，２１，２２がサンプル１１，１２に対して約１．８倍〜２倍の高い値が測定された。そして、図２０に示すように、十字剥離試験の剥離強度については、鋼材間の隙間が０ｍｍの場合と０．５ｍｍの場合とも、大きな差異がなかった。
【０２０６】
（３）考察
上記の２つの試験のうち特に十字剥離試験の結果より、スクリュ部と線状部とを連続的に形成してなる溶接部を形成するレーザ溶接方法においては、スクリュ部だけからなる溶接部を有するサンプル１１，１２に比べて高い剥離強度を実現することが分かった。ここで、スクリュ部だけからなる溶接部の場合には、溶融した脆い金属と熱影響部の境界部分に応力が作用して破断に至ることからサンプル１１，１２の剥離強度が低いと考えられる。これに対して、スクリュ部と線状部とを連続的に形成してなる溶接部を有するサンプル１３，１４，１７，１８，２１，２２では、破断箇所が上記境界部分から母材へと変位することで強度向上が図られたものと考えられる。
【０２０７】
せん断引張試験と十字剥離試験の両結果を総合的に勘案するとき、サンプル１５，１６，２１，２２が強度特性に観点から特に優れていることが分かった。
【０２０８】
［変形例］
上記第１実施形態から上記第２１実施形態では、レーザ光のスポットを走査するために集光部１２を制御することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接ロボット１３の先端部分を駆動制御することでレーザ光のスポットを走査してもよいし、Ｘ−Ｙテーブルなどを用いてレーザ光のスポットを走査させることとしてもよい。また、上記第１実施形態から上記第２０実施形態では、集光部１２を制御することによりレーザ光のスポットを移動させることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接に供される金属部材を移動させてレーザ光のスポットを走査することとしてもよい。
【０２０９】
また、上記第１実施形態から上記第２１実施形態では、溶接ロボットを使用しているが、本発明は、これに限定を受けるものではない。一定範囲の溶接であれば、集光部１２の走査のみによっても所望位置への溶接が可能である。
【０２１０】
また、上記第１実施形態から上記第２１実施形態では、２つの金属部材同士の接合を行うこととしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、３つ以上の金属部材を接合するのにも本発明を適用すれば上記同様の効果を得ることができる。
【０２１１】
また、本発明では、上記第１実施形態から上記第２１実施形態を相互に組み合わせて適用することも可能である。
【０２１２】
さらに、レーザ光を発振する際に、溶接に供給される金属部材に超音波振動を加えることもできる。レーザ光の発振時に超音波加振を行うことにより、金属部材の溶着性が改善され、金属が凝固する過程において組織が微細となり、材料強度を高くすることができる。
【符号の説明】
【０２１３】
１  レーザ溶接装置
１０  レーザ発振器
１２  集光部（走査部）
１３  溶接ロボット
１５  コントローラ（制御部）
１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５，１３０，１４０，１４５，１５０，１５５，１６５，１７０，１７５，１８０，１８５，２００，２０５，２１０，２１５，２２０，２３０，２４０，２４５．２５０  溶接部
１０１，１０６，１１１，１１６，１２１，１２６，１３１，１４１，１４６，１５１，１５６，１６８，１７３，１７６，１８１，１８６，２０１，２０６，２１１，２１６，２２１，２２５，２３１，２３５，２４１，２４６，２５１  スクリュ部
１２３，１２７，１３３，１４３，１４９，１５８，１６６，１７１，１７８，１８８  スクリュ部（第２スクリュ部）
１０２，１０７，１１２，１１７，１１８，１２７，１３２，１３４，１３６，１４２，１４７，１４８，１５２，１５７，１５９，１６７，１７２，１７７，１８２，１８７，１９０，１９５，２０２，２０７，２１２，２１７，２２２，２３２，２３３，２４２，２４３，２４７，２４８，２５２，２５３，２５４，２５５  線状部
５０１，５０２，５０６，５０７，５１１，５１２，５１６，５２２，５２７，５３２  板材（金属部材）
５１７  棒材（金属部材）
５２１，５２６，５３１  ハット状部材（金属部材）
Ｇ  隙間
ＬＮ１０１，ＬＮ１０２，ＬＮ１９０，ＬＮ１９５  レーザ光走査軌跡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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