(57)【要約】【課題】溶接前の状態で金属板材同士の間に隙間があるような場合であっても、高い接合強度で金属板材同士を接合可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】レーザ溶接装置１は、プレス機と、レーザ溶接機２０とを備え、互いの間に隙間Ｇを開けて配置された金属板材５０１と金属板材５０２とをレーザ溶接する装置である。プレス機は、金属板材５０１の所定領域に対して、上面（外側主面）が板厚方向に凹入する凹部５０１ｂ、下面（内側主面）が金属板材５０２側に凸出する凸部５０１ｄが形成されるように塑性加工を行う。ここで、凸部５０１ｄは外観形状が錐台状であって、底面部５０１ｇが平坦である。レーザ溶接機２０は、集光部２３の制御により、レーザ光を凹部５０１ｅ内に照射するとともに、レーザ光のスポットを、所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査して金属を溶融させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされた少なくとも２枚の金属板材に対して、重ね合わせの最外に位置する外側金属板材の外側主面にレーザ光を照射して前記少なくとも２枚の金属板材を接合するレーザ溶接方法であって、
前記少なくとも２枚の金属板材には、前記外側金属板材に対して前記重ね合わせの内側に隣接する内側金属板材が含まれており、
少なくとも前記外側金属板材は、所定領域において、前記外側主面が当該外側金属板材の板厚方向に凹入してなる凹部が形成され、前記外側主面とは反対側の内側主面が前記板厚方向に凸出してなる凸部が形成されてなり、
前記外側主面の側から前記凹部内に向けてレーザ光を照射して、当該部分の金属を溶融させるレーザ溶接を行い、
前記凸部は、外観形状が錐台状であって、前記内側金属板材の主面に対向する頂面である底面部が平坦であり、
前記レーザ溶接の実行においては、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に当接または近接するように前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせた状態で、前記凹部内に向けて前記レーザ光を照射するとともに、前記凹部内の少なくとも一部で前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する、
レーザ溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記底面部の形状は、前記レーザ光のスポットが走査される領域の形状と略同じである、
レーザ溶接方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接方法において、
前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記底面部のサイズは、前記レーザ光のスポットが走査される領域のサイズと同じかそれよりも大きい、
レーザ溶接方法。
【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方法において、
前記凹部は、
前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する領域である第１凹部と、
前記レーザ光のスポットを線状に走査する領域である第２凹部と、
を備える、
レーザ溶接方法。
【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方法において、
前記レーザ光の照射において、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に対して隙間を空けた状態で、前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせ、
前記凹部の深さは、当該凹部が形成されてなる部分を除く領域での前記外側金属板材と前記内側金属板材との間の隙間である最大隙間より浅い、
レーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ溶接方法において、
前記凹部の深さは、前記最大隙間の０．４〜０．６倍である、
レーザ溶接方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記レーザ溶接の実行において、前記凹部内における前記レーザ光の照射範囲に溶加材を供給する、
レーザ溶接方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記凹部の内底面部も平坦であり、
前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記凸部の前記底面部のサイズは、前記凹部における前記内底面部のサイズよりも大きい、
レーザ溶接方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れかに記載のレーザ溶接方法において、
前記少なくとも外側金属板材に対して塑性加工を行うことにより、互いに表裏の関係の前記凹部および前記凸部を形成する、
レーザ溶接方法。
【請求項１０】
重ね合わされた少なくとも２枚の金属板材に対して、重ね合わせの最外に位置する外側金属板材の外側主面にレーザ光を照射して前記少なくとも２枚の金属板材を接合するレーザ溶接装置であって、
前記少なくとも２枚の金属板材には、前記外側金属板材に対して前記重ね合わせの内側に隣接する内側金属板材が含まれており、
少なくとも前記外側金属板材は、所定領域において、前記外側主面が当該金属板材の板厚方向に凹入してなる凹部が形成され、前記外側主面とは反対側の内側主面が前記板厚方向に凸出してなる凸部が形成されてなり、
前記外側主面の側から前記凹部内に向けてレーザ光を照射して、当該部分の金属を溶融させるレーザ溶接機を、備え、
前記凸部は、外観形状が錐台状であって、前記内側金属板材の主面に対向する頂面である底面部が平坦であり、
前記レーザ溶接機は、前記レーザ光の照射に際して、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に当接または近接するように前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせた状態で、前記凹部内に向けて前記レーザ光を照射するとともに、前記凹部内の少なくとも一部で前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する、
レーザ溶接装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ溶接装置において、
前記凹部は、
前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する領域である第１凹部と、
前記レーザ光のスポットを線状に走査する領域である第２凹部と、
を備える、
レーザ溶接装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のレーザ溶接装置において、
前記少なくとも外側金属板材における前記所定領域に対して該金属板材の板厚方向に圧力を付加することにより、互いに表裏の関係の前記凹部および前記凸部が形成されるように、塑性加工を行う塑性加工機を、さらに備える、
レーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材同士の接合には、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板材の接合は、レーザ光の照射により金属板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板材同士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板材同士を接合する場合には、金属板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、バスバーとタブ端子との接合にレーザ溶接を用いる技術が開示されている。特許文献１に開示のレーザ溶接では、タブ端子における接合領域に半球状の張り出し部を塑性加工（張り出し加工など）により形成し、これによりタブ端子の一方側主面に塑性加工により形成された張り出し部の凹部に向けてレーザ光を照射し、反対側主面に凸出されてなる凸部の頂部でバスバーに接合している。特許文献１では、上記のように塑性加工を施した上でレーザ光照射による接合を行うことにより、レーザ光の照射により発生した熱を凹部内にこもらせることができ、接合強度の向上を図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】特開平１１−１４４７７４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で開示された技術をはじめとする従来技術では、改善の余地がある。即ち、従来技術では、接合しようとする金属板材同士の間に隙間が空いているような場合には、レーザ光の照射側における金属板材の溶融金属の一部が板材間の隙間部分に流れ込んでしまい、レーザ光を照射した部分に板厚方向に窪んだ窪み部が形成されることとなる。このため、従来技術では、溶接部（ナゲット）の外縁部分におけるブリッジ部の肉厚が薄くなってしまい、高い接合強度を確保することができない。
【０００６】
上記特許文献１に開示の技術のように塑性加工により張り出し部を形成した上で接合を行う場合でも、タブ端子に形成する凸部が半球状であるため、溶接前の状態において、タブ端子における凸部の頂部の周りの部分とバスバーとの間には隙間が空いてしまい、当該周りの部分に溶融金属が流れてゆくこととなるため、やはり、高い接合強度を確保することが難しい。
【０００７】
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、金属板材同士の間に隙間があるような場合であっても、高い接合強度で金属板材同士を接合可能なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置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】
【０００８】
本発明の一態様に係るレーザ溶接方法は、重ね合わされた少なくとも２枚の金属板材に対して、重ね合わせの最外に位置する外側金属板材の外側主面にレーザ光を照射して前記少なくとも２枚の金属板材を接合するレーザ溶接方法であって、前記少なくとも２枚の金属板材には、前記外側金属板材に対して前記重ね合わせの内側に隣接する内側金属板材が含まれており、少なくとも前記外側金属板材は、所定領域において、前記外側主面が当該金属板材の板厚方向に凹入してなる凹部が形成され、前記外側主面とは反対側の内側主面が前記板厚方向に凸出してなる凸部が形成されてなり、前記外側主面の側から前記凹部内に向けてレーザ光を照射して、当該部分の金属を溶融させるレーザ溶接を行い、前記凸部は、外観形状が錐台状であって、前記内側金属板材の主面に対向する頂面である底面部が平坦であり、前記レーザ溶接の実行においては、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に当接または近接するように前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせた状態で、前記凹部内に向けて前記レーザ光を照射するとともに、前記凹部内の少なくとも一部で前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する。
【０００９】
先ず、上記態様に係るレーザ溶接方法は、重ね合わされた少なくとも２枚の金属板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、金属板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。
【００１０】
次に、上記態様に係るレーザ溶接方法では、凹部内の少なくとも一部で所定箇所を中心としてその周りをスポットが周回するようにレーザ光の照射を行い、金属板材を溶融・攪拌して、金属板材同士の接合を行うので、仮に溶接前の状態で金属板材同士の間に隙間が空いていたとしても、溶融金属により板材間の隙間を埋めることができる。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板材同士の間に隙間があった場合にも、高いギャップ裕度を以って金属板材同士を高い強度で接合することができる。
【００１１】
さらに、上記態様に係るレーザ溶接方法では、上記少なくとも外側金属板材として、所定領域の外側主面が凹入し、同じ領域の内側主面が凸出されてなる金属板材を採用するので、レーザ溶接する部分での金属板材間の隙間（底面部と内側金属板材の主面との間の隙間）を小さくすることができる。よって、レーザ光の照射により金属を溶融した際に金属板材間の隙間に流れ込む溶融金属の量を少なく抑えることができ、凹部の外縁部分におけるブリッジ部の肉厚が薄くなることに起因して、該部分で脆弱組織が形成されたりするのを抑制することができる。
【００１２】
なお、凸部の底面部を平坦に構成することにより、溶接部において該底面部と内側金属板材の主面とを安定して（一定の間隔で）近接させることができ、または接触させることができる。
【００１３】
従って、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板材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で金属板材同士を接合可能である。
【００１４】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記底面部の形状は、前記レーザ光のスポットが走査される領域の形状と略同じである、との構成を採用することもできる。
【００１５】
上記のように、レーザ光のスポットが周回される領域（溶接しようとする領域）と凸部の底面部との形状を略同じとすることで、スポットの周回方向における入熱条件を略均一化することができ、溶接部分に歪な残留応力が残ることを抑制することができる。
【００１６】
また、溶接箇所の特定が容易となり、溶接ロボットなどを用いる場合のティーチング作業が簡易になる。
【００１７】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記底面部のサイズは、前記レーザ光のスポットが走査される領域のサイズと同じかそれよりも大きい、との構成を採用することもできる。
【００１８】
上記のように、上記少なくとも外側金属板材における凸部の底面部のサイズを、レーザ光のスポットが走査される領域（溶接しようとする領域）の平面サイズと略同一とすることによって、必要最小限の領域に凹部および凸部を有してなる金属板材を準備するだけで、金属板材間の隙間を小さくして溶融金属の流れ込み量を少なくすることができるので、高い強度での金属板材同士の接合を行うことができる。
【００１９】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記凹部は、前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する領域である第１凹部と、前記レーザ光のスポットを線状に走査する領域である第２凹部と、を備える、との構成を採用することもできる。
【００２０】
上記のように、レーザ光のスポットを走査する領域の全てに凹部を形成して（第１凹部および第２凹部を形成して）、外側金属板材と内側金属板材との間の隙間を小さくした上で、第１凹部内ではレーザ光のスポットを周回させ、その後に第２凹部内でレーザ光のスポットを線状に走査するので、第１凹部を形成した部分での溶融金属の一部が第２凹部を形成した部分の金属板材間の隙間に流れ込むようにすることができる。よって、上記構成を採用する場合には、第２凹部を形成した部分における接合強度をより高くすることができる。
【００２１】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記レーザ光の照射に際して、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に対して隙間を空けた状態で、前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせ、前記凹部の深さは、当該凹部が形成されてなる部分を除く領域での前記外側金属板材と前記内側金属板材との間の隙間である最大隙間より浅い、との構成を採用することもできる。
【００２２】
なお、ここでの最大隙間とは、設計上想定される最大の隙間のことを意味する。
【００２３】
上記のような構成を採用する場合には、溶接しようとする領域の全域にわたり、凸部の底面部と内側金属板材の主面との間に隙間を残すことができ、レーザ光の照射により溶融した金属を溶接しようとする全領域に広げることができ、高い強度での接合を行うのに好適である。
【００２４】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記凹部の深さは、前記最大隙間の０．４〜０．６倍である、との構成を採用することもできる。
【００２５】
上記のような構成を採用する場合には、凹部および凸部が形成されてなる部分を除く領域に比べて、金属板材間の隙間が略半分（０．４〜０．６倍）とすることができるので、凹部および凸部が形成されていない金属板材を対象としてレーザ溶接を行う場合に比べて金属板材同士の間の隙間に流れ込む溶融金属の量を低減することができ、溶接部の外縁部分におけるブリッジ部の肉厚が薄くなることに起因して、該部分で脆弱組織が形成されたりするのを抑制するのに好適である。
【００２６】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記レーザ溶接の実行において、前記凹部内における前記レーザ光の照射範囲に溶加材を供給する、との構成を採用することもできる。
【００２７】
上記のような構成を採用する場合には、溶加材を供給しながらレーザ溶接を行うので、底面部と内側金属板材の主面との間の隙間が大きい場合や、溶接面積が大きい場合などでも、十分な量の溶融金属を流動させることができる。また、上記のような構成を採用する場合において、溶加材の溶融分を含めた溶融金属を凹部内に収容することができるため、凹部内を溶融金属で埋めて主面と略同一平面とすることができ、何れの金属板材にも凹部および凸部が形成されておらず、溶接部およびその周辺に凝固金属が盛り上がる場合に比べて、溶接後における高い外観品質を確保するのに好適である。
【００２８】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記凹部の内底面部も平坦であり、前記外側金属板材をその板厚方向から平面視する場合において、前記凸部の前記底面部のサイズは、前記凹部における前記内底面部のサイズよりも大きい、との構成を採用することもできる。
【００２９】
上記のような構成を採用する場合には、凹部内におけるレーザ光を照射する領域（溶接しようとする領域）の板厚を略均一化することで、溶接条件の均一化を図ることができる。
【００３０】
上記態様に係るレーザ溶接方法において、前記少なくとも外側金属板材に対して塑性加工を行うことにより、互いに表裏の関係の前記凹部および前記凸部を形成する、との構成を採用することもできる。
【００３１】
上記態様に係るレーザ溶接方法は、塑性加工を実行することにより上記少なくとも外側金属板材の所定領域に凹部および凸部が形成することとしているので、凹部および凸部を形成した部分に確実に位置合わせしながらレーザ溶接を行うことができる。よって、上記態様に係るレーザ溶接方法では、高い接合強度で金属板材同士を接合可能である。
【００３２】
本発明の一態様に係るレーザ溶接装置は、重ね合わされた少なくとも２枚の金属板材に対して、重ね合わせの最外に位置する外側金属板材の外側主面にレーザ光を照射して前記少なくとも２枚の金属板材を接合するレーザ溶接装置であって、前記少なくとも２枚の金属板材には、前記外側金属板材に対して前記重ね合わせの内側に隣接する内側金属板材が含まれており、少なくとも前記外側金属板材は、所定領域において、前記外側主面が当該金属板材の板厚方向に凹入してなる凹部が形成され、前記外側主面とは反対側の内側主面が前記板厚方向に凸出してなる凸部が形成されてなり、前記外側主面の側から前記凹部内に向けてレーザ光を照射して、当該部分の金属を溶融させるレーザ溶接機を、備え、前記凸部は、外観形状が錐台状であって、前記内側金属板材の主面に対向する頂面である底面部が平坦であり、前記レーザ溶接機は、前記レーザ光の照射に際して、前記凸部の前記底面部が前記内側金属板材の前記主面に当接または近接するように前記少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせた状態で、前記凹部内に向けて前記レーザ光を照射するとともに、前記凹部内の少なくとも一部で前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する。
【００３３】
先ず、上記態様に係るレーザ溶接装置は、重ね合わされた少なくとも２枚の金属板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、金属板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。
【００３４】
次に、上記態様に係るレーザ溶接装置では、凹部内の少なくとも一部において所定箇所を中心としてその周りをスポットが周回するようにレーザ光の照射を行い、金属板材を溶融・攪拌して、金属板材同士の接合を行うので、仮に溶接前の状態で金属板材同士の間に隙間が空いていたとしても、溶融金属により板材間の隙間を埋めることができる。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板材同士の間に隙間があった場合にも、高いギャップ裕度を以って金属板材同士を高い強度で接合することができる。
【００３５】
さらに、上記態様に係るレーザ溶接装置では、上記少なくとも外側金属板材として、所定領域の外側主面が凹入し、同じ領域の内側主面が凸出されてなる金属板材を採用するので、レーザ溶接する部分での外側金属板材と内側金属板材との間の隙間（底面部と内側金属板材の主面との間の隙間）を小さくすることができる。よって、レーザ光の照射により金属を溶融した際に金属板材間の隙間に流れ込む溶融金属の量を少なく抑えることができ、凹部の外縁部分におけるブリッジ部の肉厚が薄くなることに起因して、該部分で脆弱組織が形成されたりするのを抑制することができる。
【００３６】
従って、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板材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で金属板材同士を接合可能である。
【００３７】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記凹部は、前記レーザ光のスポットを前記凹部内における所定箇所を中心としてその周りを周回するように走査する領域である第１凹部と、前記レーザ光のスポットを線状に走査する領域である第２凹部と、を備える、との構成を採用することもできる。
【００３８】
上記のように、レーザ光のスポットを走査する領域の全てに凹部を形成して（第１凹部および第２凹部を形成して）、外側金属板材と内側金属板材との間の隙間を小さくした上で、第１凹部内ではレーザ光のスポットを周回させ、その後に第２凹部内でレーザ光のスポットを線状に走査するので、第１凹部を形成した部分での溶融金属の一部が第２凹部を形成した部分の金属板材間の隙間に流れ込むようにすることができる。よって、上記構成を採用する場合には、第２凹部を形成した部分における接合強度をより高くすることができる。
【００３９】
上記態様に係るレーザ溶接装置において、前記少なくとも外側金属板材における前記所定領域に対して該金属板材の板厚方向に圧力を付加することにより、互いに表裏の関係の前記凹部および前記凸部が形成されるように、塑性加工を行う塑性加工機を、さらに備える、との構成を採用することもできる。
【００４０】
上記のような構成を採用する場合には、塑性加工機とレーザ溶接機との連携を図ることが容易であり、塑性加工機を用いて形成した凹部および凸部の位置と、レーザ溶接機によりレーザ光を照射する位置とを合致させることができる。よって、上記態様に係るレーザ溶接装置では、高い接合強度で金属板材同士を接合可能である。
【発明の効果】
【００４１】
上記の各態様では、溶接前の状態で金属板材同士の間に隙間があるような場合にあっても、高い接合強度で金属板材同士を接合可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置の構成のうち、プレス機の概略構成を示す模式図である。
【図２】プレス機により張り出し加工がされてなる金属板材の一部構成を示す模式断面図である。
【図３】第１実施形態に係るレーザ溶接装置の構成のうち、レーザ溶接機の概略構成を示す模式図である。
【図４】第1実施形態に係るレーザ溶接機でのレーザ光のスポットの走査形態を示す模式平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面を示す模式断面図である。
【図６】比較例に係る溶接方法で形成した溶接部の形態を示す模式断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る張り出し加工の形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。
【図８】第２実施形態に係る溶接形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。
【図９】本発明の第3実施形態に係る溶接形態を示す模式平面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る張り出し加工の形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の第５実施形態に係るレーザ溶接方法を示す模式断面図であり、（ｂ）は、第５実施形態に係る方法を用いて溶接されてなる溶接形態を示す模式断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る張り出し加工の形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
［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から図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接装置１の構成のうち、プレス機１０の概略構成を示す模式図であり、図３は、レーザ溶接機２０の概略構成を示す模式図である。また、図２は、プレス機１０により塑性加工（張り出し加工）がされてなる金属板材５０１の一部構成を示す模式断面図である。
【００４５】
図１および図３に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、張り出し加工を実行可能なプレス機（塑性加工機）１０と、レーザ溶接を実行可能なレーザ溶接機２０と、を備える。
【００４６】
図１に示すように、本実施形態に係るプレス機１０は、金属板材（外側金属板材）５０１の所定領域に張り出し加工を施す加工機である。プレス機１０は、ロッド１２をＺ方向に前進および後退させるシリンダ１１と、ロッド１２の先端に取り付けられた上型１３と、上型１３とZ方向下側に間隔を空けて対向配置された下型１４と、シリンダ１１の駆動に係る駆動回路部１５と、を備える。
【００４７】
上型１３のＺ方向下側（下型１４に対向する側）の部分に円錐台形に突出する凸部１３ａが設けられている。凸部１３ａの下面である頂面部１３ｂは、平坦に形成されている。一方、下型１４のＺ方向上側（上型１３に対向する側）の部分には、凸部１３ａに対して相似形の凹部１４ａが設けられている。凹部１４ａの内底面部１４ｂは、平坦に形成されており、上型１３の頂面部１３ｂと略平行となっている。
【００４８】
なお、図１では、上型１３に１か所の凸部１３ａが設けられ、下型１４に１か所の凹部１４ａが設けられた形態を図示しているが、上型１３に複数箇所の凸部１３ａが設けられ、下型１４にも上型１３に設けられた凸部１３ａの数に対応する凹部１４ａが設けられていることとしてもよい。
【００４９】
金属板材５０１に張り出し加工を施す場合には、上型１３と下型１４との間に金属板材５０１を挟み込み、シリンダ１１を駆動させることにより上型１３が矢印Ａ１のようにＺ方向下向きに前進して、金属板材５０１を矢印Ａ２のように下型１４に押し付ける。これにより、金属板材５０１の上面（外側主面）５０１ａの一部がＺ方向下向きに凹入された凹部（エンボス凹部）５０１ｂが形成され、下面（内側主面）５０１ｃにＺ方向下向きに凸出した凸部（エンボス凸部）５０１ｄが形成される。凹部５０１ｂの形状は上型１３の凸部１３ａの形状により規定され、凸部５０１ｄの形状は下型１４の凹部１４ａの形状により規定される。
【００５０】
図２に示すように、本実施形態に係るプレス機１０を用いて形成した凹部５０１ｂは、円錐台形状であって、内底面部５０１ｅが平坦である。そして、凹部５０１ｂ内の空間の周囲（Ｚ方向に対して交差する方向の周囲）を囲む面が曲面によって構成された斜面部５０１ｆである。そして、凹部５０１ｂは、内底面部５０１ａの直径がＤ５０１ｅであり、Ｚ方向の深さがＨ５０１ｂである。
【００５１】
凸部５０１ｄは、円錐台形であって、当該円錐台の頂面である底面部５０１ｇが平坦である。凸部５０１ｄにおける底面部５０１ｇの直径がＤ５０１ｇであって、本実施形態では直径Ｄ５０１ｅよりも大きい。即ち、本実施形態では、Ｚ方向に交差する方向における底面部５０１ｇのサイズ（平面サイズ）が、内底面部５０１ｅの平面サイズよりも大きくなるように、金属板材５０１に対して張り出し加工がなされる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る構成は、板厚が０．５ｍｍから３．２ｍｍ程度の、所謂、薄板に対して好適に適用することが可能である。
【００５３】
次に、図３に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接機２０は、図２に示すような形態で張り出し加工が施された金属板材５０１と、該金属板材５０１に重ね合わされた金属板材（内側金属板材）５０２とをレーザ溶接し、積層体５００を形成する溶接機である。レーザ溶接機２０は、レーザ発振器２１と光路２２と集光部（走査部）２３とを備える。レーザ発振器２１は、当該レーザ発振器２１に接続されたコントローラ（制御部）２６からの指令に従ってレーザ光を発振する。
【００５４】
レーザ発振器２１で発振されたレーザ光は、光路２２を通り集光部２３へと伝搬される。集光部２３では、伝搬されてきたレーザ光が積層体５００における金属板材５０１における凹部５０１ｂの内底面部５０１ｅに集光される（スポットが形成される）。そして、集光部２３は、コントローラ２６からの指令に従って金属板材５０１の表面でレーザ光のスポットを走査する。
【００５５】
なお、本実施形態では、光路２２の一例として光ファイバーケーブルを用いているが、これ以外にもミラーなどにより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。
【００５６】
また、レーザ溶接機２０は、溶接ロボット２４と、該溶接ロボット２４の駆動に係る駆動回路部２５と、を備える。溶接ロボット２４は、その先端部分に集光部２３が取り付けられており、駆動回路部２５に接続されたコントローラ２６からの指令に従って、集光部２３を3次元で移動させることができる。
【００５７】
なお、図１および図３に示したように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１では、プレス機１０の駆動回路部１５もコントローラ２６に接続されており、張り出し加工を施した部分に関する各位置情報をコントローラ２６に送信できる構成としている。そして、コントローラ２６は、入力された張り出し加工が施された領域の位置情報に基づき、レーザ光を走査する領域を設定する。
【００５８】
また、図３に示すように、本実施形態では、溶接前の状態において、張り出し加工により形成された凸部５０１ｄの底面部５０１ｇと金属板材５０２の上面（主面）５０２ａとの間に隙間ＧＤが空き、その他の部分では隙間Ｇが空くように配置されている。
【００５９】
本実施形態では、凹部５０１ｂの深さＨ５０１ｂが、隙間Ｇの０．４〜０．６倍（具体的には、例えば、０．５倍）となるように、張り出し加工が施されている。
【００６０】
２．レーザ光のスポットの走査形態
レーザ溶接機２０を用いたレーザ溶接における、レーザ光のスポットの走査形態について、図４を用いて説明する。図４は、レーザ溶接機２０でのレーザ光のスポットの走査形態を示す模式平面図である。
【００６１】
図４に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接機２０を用いた溶接では、コントローラ２６がレーザ発振器２１にレーザ光を発振する旨の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ＬＮＬＢ上を通るように集光部２３が制御される。図４に示すように、レーザ光走査軌跡ＬＮＬＢは、金属板材５０１の凹部５０１ｂ内における内底面部５０１ｅの所定箇所（周回中心）ＡｘLBの周りを周回する軌跡である。コントローラ２６は、レーザ光走査軌跡ＬＮＬＢ上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、周回中心ＡｘLBの周囲に平面視略円形の領域である部分における金属が溶融・攪拌される。
【００６２】
ここで、図４に示すように、本実施形態では、レーザ光のスポットが周回するレーザ光走査軌跡ＬＮＬＢの形状（平面視略円形状）を、凹部５０１ｂにおける内底面部５０１ｅの平面形状（平面視略円形状）および凸部５０１ｄにおける底面部５０１ｇの平面形状（平面視略円形状）と略同じとしている。
【００６３】
また、本実施形態では、レーザ光走査軌跡ＬＮＬＢの平面サイズ（Ｚ方向から見た場合のサイズ）を、凹部５０１ｂにおける内底面部５０１ｅの平面サイズと略同じサイズとし、凸部５０１ｄにおける底面部５０１ｇの平面サイズよりも小さいサイズとしている。即ち、本実施形態では、内底面部５０１ｅの直径Ｄ５０１ｅ（図２を参照。）を、レーザ光走査軌跡ＬＮＬＢの最大径ＤＬＢと略同じとし、底面部５０１ｇの直径Ｄ５０１ｇを、レーザ光走査軌跡ＬＮＬＢの最大径ＤＬＢよりも大きく形成している。
【００６４】
３．溶接部１００の形態
本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いた溶接により形成された溶接部（ナゲット）１００の形態について、図５および図６を用いて説明する。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面を示す模式断面図であり、図６は、比較例に係る溶接方法で形成した溶接部の形態を示す模式断面図である。
【００６５】
図５に示すように、レーザ光を凹部５０１ｂ内に向けて照射すると、レーザ光の照射の熱により溶融・攪拌され、その後に金属が凝固することで張り出し加工を行った各部に溶接部（ナゲット）１００が形成される。図５に示すように、溶接部１００は、溶接前に金属板材５０１と金属板材５０２との間に空いていた隙間ＧＤ（図３を参照。）を埋めるように形成される。そして、溶接部１００は、レーザ光の照射側であるＺ方向上側の部分が下向きに窪むこととなる。
【００６６】
ここで、本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法を採用する場合には、溶融金属が流れ込む隙間ＧＤが他の領域における隙間Ｇよりも小さいため、溶融金属の流れ込み量が張り出し加工を施さない場合に比べて少ない。よって、凹部５０１ｂの斜面部５０１ｆの板厚であるブリッジ部Ｂの肉厚が薄くなるのを従来技術を用いた場合に比べて抑制することができ、また該ブリッジ部Ｂで脆弱組織が形成されてしまうのを抑制することができる。
【００６７】
一方、図６に示すように、何れの金属板材９０１，９０２にも張り出し加工を施さず、互いの間に隙間Ｇを開けて重ね合わせた金属板材９０１と金属板材９０２とに対してレーザ溶接を行った場合には、Ｚ方向上側の金属板材９０１の上面（外側主面）９０１ａに金属溶融によりＺ方向下向きに大きな窪みが形成される。即ち、図６に示す比較例の場合には、大きな隙間Ｇに多量の溶融金属が流れ込み、溶接部９１０の上端９１０ａから急峻な斜面で表面が構成されることになりブリッジ部Ｃの肉厚が薄くなり、これによる急冷に起因して、該ブリッジ部Cで脆弱組織が形成されてしまう。
【００６８】
４．効果
先ず、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、重ね合わされた２枚の金属板材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、金属板材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。
【００６９】
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、凹部５０１ｂ内の少なくとも一部で周回中心ＡｘLBを中心としてその周りをスポットが周回するようにレーザ光の照射を行い、金属板材５０１，５０２を溶融・攪拌して、金属板材５０１，５０２同士の接合を行うので、仮に溶接前の状態で金属板材５０１，５０２同士の間に隙間Ｇ，ＧＤが空いていたとしても、溶融金属により金属板材５０１，５０２同士の間の隙間ＧＤを埋めることができる。よって、本実施形態では、溶接前の状態で金属板材５０１，５０２同士の間に隙間Ｇ，ＧＤが空いていた場合にも、高いギャップ裕度を以って金属板材５０１，５０２同士を高い強度で接合することができる。
【００７０】
さらに、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、レーザ溶接を行う前に、プレス機１０により所定領域の上面５０１ａが凹入し、同じ領域の下面５０１ｃが凸出するように張り出し加工を施すので、レーザ溶接する部分での金属板材５０１，５０２同士の間の隙間ＧＤを張り出し加工を施さない領域の隙間Ｇよりも小さくすることができる。よって、凹部５０１ｂ内にレーザ光を照射し、これによって金属を溶融した際に金属板材５０１，５０２同士の間の隙間ＧＤに流れ込む溶融金属の量を少なく抑えることができ、ブリッジ部Ｂの薄肉化が抑えられ、該部分で脆弱組織が形成されるのが抑制される。
【００７１】
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、レーザ光のスポットが周回される領域（溶接しようとする領域）と凸部５０１ｄの底面部５０１ｇとの形状を略同じとすることで、スポットの周回方向における入熱条件を略均一化することができ、溶接部１００に歪な残留応力が残ることを抑制することができる。また、溶接しようとする領域（溶接箇所）の特定が容易となり、溶接ロボット２４のティーチング作業が簡易になる。
【００７２】
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、凹部５０１ｂにおける内底面部５０１ｅの直径Ｄ５０１ｅを、レーザ光が周回する領域の直径ＤＬＢと略同じ大きさとすることによって、必要最小限の領域に対する張り出し加工を行うだけで、隙間ＧＤが小さな領域を形成して、当該部分でレーザ溶接を行うことにより、溶融金属の流れ込み量を少なくすることができるので、高い強度での金属板材５０１，５０２同士の接合を行うことができる。
【００７３】
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、溶接前の状態において、張り出し加工を施してなる部分で隙間ＧＤが空くように金属板材５０１，５０２を配置し、その状態でレーザ溶接を行うので、レーザ光の照射により溶融した金属を溶接しようとする全領域に広げることができ、高い強度での接合を行うのに好適である。
【００７４】
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、溶接を行う部分（張り出し加工の部分）の金属板材５０１，５０２同士の間の隙間ＧＤがそれ以外の部分の隙間Ｇの略半分（０．４〜０．６倍）となっているので、張り出し加工を施さず溶接しようとする場合、つまり、隙間Ｇのままで金属板材５０１，５０２同士を溶接する場合に比べて、金属板材５０１，５０２同士の間の隙間ＧＤに流れ込む溶融金属の量を低減することができ、溶接部１００におけるブリッジ部Ｂの肉厚が薄くなることに起因して、該部分で脆弱組織が形成されたりするのを抑制するのに好適である。
【００７５】
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、溶接前の状態で金属板材５０１，５０２同士の間に隙間Ｇが空いている場合であっても、高い接合強度で金属板材５０１，５０２同士を接合可能である。
【００７６】
［第２実施形態］
図７は、本実施形態に係る張り出し加工の形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。また、図８は、本実施形態に係る溶接形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。
【００７７】
図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るプレス機（塑性加工機）では、金属板材（外側金属板材）５０６に対して、互いにＸ方向に離間した凹部（エンボス凹部）５０６ｂと凹部（エンボス凹部）５０６ｈとを形成する。なお、図７（ａ）では、２つの凹部５０６ｂ，５０６ｈを図示しているが、実際には、溶接しようとする部分に複数対の凹部を形成する。
【００７８】
図７（ｂ）に示すように、各凹部５０６ｂ，５０６ｈが形成された部分の下面（内側主面）は、それぞれ底面部５０６ｇ，５０６ｊが平坦な凸部５０６ｄ，５０６ｉが凸出形成される。
【００７９】
ここで、張り出し加工を行うことにより形成する凹部５０６ｂ，５０６ｈおよび凸部５０６ｄ，５０６ｉを有する各張り出し部の形態やサイズなどは、上記第１実施形態と同じである。
【００８０】
次に、図７（ｂ）に示すように、張り出し加工が施された金属板材５０６を、金属板材（内側金属板材）５０７と対向配置する。本実施形態では、金属板材５０６と金属板材５０７との組み合わせに係る積層体５０５がレーザ溶接の対象である。
【００８１】
なお、図７（ｂ）に示すように、溶接前の状態において、金属板材５０６と金属板材５０７との間の隙間は、凸部５０６ｄ，５０６ｉの各底面部５０６ｇ，５０６ｊで隙間ＧＤ，ＧＩであり、それ以外の部分で隙間Ｇである。
【００８２】
図８（ａ）に示すように、本実施形態では、図７（ｂ）のように配置された積層体５０５に対して、重ね合わせの上側（外側）に配置された金属板材５０６の側からレーザ光を照射して、互いに連続するスクリュ部１０６と線状部１０７とスクリュ部１０８とからなる溶接部（ナゲット）１０５を形成し、金属板材５０６と金属板材５０７とを接合する。
【００８３】
具体的なレーザ溶接方法では、コントローラ２６が、凹部５０６ｂ内における所定箇所（周回中心）を中心としてその周りを周回するレーザ光走査軌跡上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、凹部５０６ｂの内底面部の形状およびサイズと略同じであって、凸部５０６ｄの底面部５０６ｇよりもサイズが小さな、平面視略円形のスクリュ部１０６（第１スクリュ部）における金属が溶融・攪拌される。
【００８４】
続いて、コントローラ２６は、第１スクリュ部１０６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１０６のＸ方向右側の外縁部分から凹部５０６ｈの側に向けて離間するようにレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、線状のレーザ光走査軌跡の周囲に平面視線状の領域である線状部１０７における金属が溶融する。そして、図８（ｂ）に示すように、線状部１０７における金属板材５０６と金属板材５０７との間の隙間Ｇに、スクリュ部１０６で溶融・攪拌された溶融金属の一部が流れ込む。
【００８５】
なお、図８（ｂ）に示すように、スクリュ部１０６の金属が溶融・攪拌され、連続して線状部１０７の金属が溶融される段階で、スクリュ部１０６における金属板材５０７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１０６の溶融金属の一部が、線状部１０７における隙間Ｇに流れ込むためである。
【００８６】
図８（ａ）に戻って、コントローラ２６は、線状部１０７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、線状部１０７のＸ方向右側端部に連続し、凹部５０６ｈ内の所定箇所（周回中心）を中心としてその周りを周回する軌跡上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、凹部５０６ｈの内底面部の形状およびサイズと略同じであって、凸部５０６ｉの底面部５０６ｊよりもサイズが小さな、平面視略円形のスクリュ部（第２スクリュ部）１０８における金属が溶融・攪拌される。
【００８７】
そして、図８（ａ）、（ｂ）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１０６、線状部１０７、および第２スクリュ部１０８からなる溶接部（ナゲット）１０５が形成される。
【００８８】
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、上記第１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、レーザ光のスポットを周回させてスクリュ部１０６における溶融金属を攪拌し、該スクリュ部１０６の金属が溶融した状態で線状部１０７の金属を溶融させるので、溶接前に金属板材５０６と金属板材５０７との間に隙間Ｇが空いていても、スクリュ部１０６の溶融金属の一部が線状部１０７における隙間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方法では、溶接前に金属板材５０６と板材５０７との間に隙間Ｇ，ＧＤ,ＧＩが空いていても、えぐれ（アンダーフィル）や溶け落ちの発生を抑制することができる。
【００８９】
また、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、互いに離間した状態で２つのスクリュ部を形成する場合に比べて、スクリュ部１０６の形成に連続して線状部１０７を形成し、さらに線状部１０７の形成に連続して第2スクリュ部１０８を形成することとしているので溶接速度の向上を図ることができる。そして、このような溶接速度の高速化を図りながらも、上述のようにスクリュ部１０６における溶融金属を線状部１０７における隙間Ｇに流れ込ませることで、高いギャップ裕度を確保することができる。
【００９０】
［第３実施形態］
図９は、本実施形態に係る溶接形態を示す模式平面図である。
【００９１】
図９に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、コントローラ２６が、凹部５１１ｂの内底面部における所定箇所（周回中心）を中心としてその周りを周回するレーザ光走査軌跡上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。なお、本実施形態においても、張り出し加工を金属板材（外側金属板材）５１１に施すことにより、凹部５１１ｂの裏面側（外側金属板材の内側主面）には底面部５１１ｇが平坦な凸部５１１ｄが形成されている。
【００９２】
上記レーザ光の照射により、凹部５１１ｂの内底面部の形状およびサイズと略同じであって、凸部５１１ｄの底面部５１１ｇよりもサイズが小さな、平面視略円形のスクリュ部１１１における金属が溶融・攪拌される。
【００９３】
続いて、コントローラ２６は、スクリュ部１１１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１１１のＸ方向右側の外縁部から該スクリュ部１１１の径方向外向きに離間するようにレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、レーザ光走査軌跡の周囲に平面視線状の領域である線状部１１２における金属が溶融する。このとき、上記第２実施形態と同様に、線状部１１２における金属板材５１１とこれに対向配置された内側金属板材との間の隙間に、スクリュ部１１１で溶融・攪拌された溶融金属の一部が流れ込む。
【００９４】
そして、スクリュ部１１１および線状部１１２の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１１１と線状部１１２とからなる溶接部（ナゲット）１１０が形成される。
【００９５】
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、上記第１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、レーザ光のスポットを周回させてスクリュ部１１１における溶融金属を攪拌し、該スクリュ部１１１の金属が溶融した状態で線状部１１２の金属を溶融させるので、溶接前に金属板材５１１とこれに対向配置された内側金属板材との間に隙間が空いていても、スクリュ部１１１の溶融金属の一部が線状部１１２における隙間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方法では、溶接前に金属板材５１１とこれに対向配置された内側金属板材との間に隙間が空いていても、えぐれ（アンダーフィル）や溶け落ちの発生を抑制することができる。
【００９６】
［第４実施形態］
図１０は、本実施形態に係る張り出し加工の形態を示す図であって、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は模式断面図である。
【００９７】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係るプレス機（塑性加工機）では、金属板材（外側金属板材）５１６に対して、凹部（エンボス凹部）５１６ｂと当該凹部５１６ｂに連続する凹部（エンボス凹部）５１６ｈとを形成する。なお、図１０（ａ）では、連続する２つの凹部５１６ｂ，５１６ｈを図示しているが、実際には、溶接しようとする部分に複数対の凹部を形成する。
【００９８】
ここで、凹部５１６ｂは平面視略円形の凹部であるのに対して、凹部516ｈは平面視線状の凹部である。凹部５１６ｈは、凹部５１６ｂの外周部部分における径方向略中央からＸ方向に向けて延びるように形成されている。なお、本実施形態に係る凹部５１６ｂが第１凹部に該当し、凹部５１６ｈが第２凹部に該当する。
【００９９】
図１０（ｂ）に示すように、各凹部５１６ｂ，５１６ｈが形成された部分の下面側（外側金属板材の内側主面）は、それぞれ底面部５１６ｇ，５１６ｊが平坦な凸部５１６ｄ，５１６ｉが凸出形成される。即ち、凹部５１６ｂと凸部５１６ｄとが金属板材５１６における表裏の関係を以って形成され、同様に、凹部５１６ｈと凸部５１６ｉとが金属板材５１６における表裏の関係を以って形成されている。
【０１００】
ここで、張り出し加工を行うことにより形成する凹部５１６ｂ，５１６ｈおよび凸部５１６ｄ，５１６ｉを有する各張り出し部の形態やサイズなどは、上記第１実施形態などと同じである。
【０１０１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、張り出し加工が施された金属板材５１６を、金属板材（内側金属板材）５１７と対向配置する。本実施形態では、金属板材５１６と金属板材５１７との組み合わせに係る積層体５１５がレーザ溶接の対象である。
【０１０２】
なお、図１０（ｂ）に示すように、溶接前の状態において、金属板材５１６と金属板材５１７との間の隙間は、凸部５１６ｄ，５１６ｉの各底面部５１６ｇ，５１６ｊで隙間ＧＤ，ＧＩであり、それ以外の部分で隙間Ｇである。
【０１０３】
図示を省略しているが、本実施形態でも、図１０（ｂ）のように配置された積層体５１５に対して、外側金属板材である金属板材５１６の側からレーザ光を照射して、互いに連続するスクリュ部と線状部とからなる溶接部（ナゲット）を形成し、金属板材５１６と金属板材５１７とを接合する。
【０１０４】
具体的なレーザ溶接方法では、コントローラ２６が、凹部５１６ｂ内における所定箇所（周回中心）を中心としてその周りを周回するレーザ光走査軌跡上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、凹部５１６ｂに対応する平面視略円形の領域の金属が溶融・攪拌される。
【０１０５】
続いて、コントローラ２６は、凹部５１６ｂに対応するスクリュ部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、当該スクリュ部のＸ方向右側の外縁部分からＸ方向に離間するように形成された凹部５１６ｈ内をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、線状のレーザ光走査軌跡の周囲に平面視線状の領域である線状部における金属が溶融する。そして、金属板材５１６における凸部５１６ｉの底面部５１６ｊと金属板材５１７の上面５１７ａとの間の隙間ＧＩに、凹部５１６ｂに対応したスクリュ部で溶融・攪拌された溶融金属の一部が流れ込む。
【０１０６】
本実施形態に係るレーザ溶接方法でも、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。また、本実施形態では、上記第２実施形態と同様に、形成された凹部５１６ｂ内でレーザ光のスポットを周回させて当該領域における溶融金属を攪拌し、該部分の金属が溶融した状態で凹部５１６ｈに対応する線状部の金属を溶融させるので、溶接前に金属板材５１６と金属板材５１７との間に隙間Ｇ，ＧＤ，ＧＩが空いていても、スクリュ部の溶融金属の一部が線状部における隙間ＧＩ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方法でも、溶接前に金属板材５１６と板材５１７との間に隙間Ｇ，ＧＤ,ＧＩが空いていても、えぐれ（アンダーフィル）や溶け落ちの発生を抑制することができる。
【０１０７】
また、凹部５１６ｈを形成することにより、線状部における金属板材５１６と金属板材５１７との間の隙間ＧＩを小さくすることができるため、凹部５１６ｂに対応したスクリュ部で溶融・攪拌された溶融金属が少ない場合であっても、線状部における金属板材５１６と金属板材５１７との間の隙間ＧＩを十分に充填することができ、高い強度で接合することができる。加えて、スクリュ部からの溶融金属の流し込み量を抑えることができ、えぐれ（アンダーフィル）や溶け落ちの発生をより効果的に抑制することができる。
【０１０８】
［第５実施形態］
図１１（ａ）は、本実施形態に係るレーザ溶接方法を示す模式断面図であり、図１１（ｂ）は、本実施形態に係る方法を用いて溶接されてなる溶接形態を示す模式断面図である。
【０１０９】
図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法でも、張り出し加工が施された金属板材（外側金属板材）５２１と、平板状の金属板材（内側金属板材）５２２と、からなる積層体５２０を溶接対象とする。そして、金属板材５２１と金属板材５２２との間には、張り出し加工により凸部５２１ｄが形成された部分では、金属板材５２１，５２２同士の間の隙間ＧＤが、他の部分の隙間Ｇよりも小さくなっている。なお、本実施形態においても、金属板材５２２の上面５２２ａに対向する凸部５２１ｄの底面部５２１ｇが平坦である。
【０１１０】
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、レーザ光を照射する際に、当該レーザ光の照射範囲にワイヤ（溶加材）５２５を供給する。なお、本実施形態では、金属板材５２１の上面（外側主面）５２１ａ側から凹部５２１ｂの外縁部分にワイヤ５２５を供給する。
【０１１１】
図１１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接方法を用い金属板材５２１と金属板材５２２とを接合した場合には、溶融部（ナゲット）１１５の上面１１５ｂが上記第１実施形態に係る溶接部１００の上面よりもＺ方向上側に位置する。
【０１１２】
本実施形態に係るレーザ溶接方法では、金属板材５２１，５２２間の隙間Ｇが大きい場合や、溶接面積が大きい場合などでも、十分な量の溶融金属（ワイヤ５２５の溶融分を含む溶融金属）を流動させることができる。また、本実施形態に係るレーザ溶接方法では、ワイヤ５２５の溶融分を含めた溶融金属を凹部５２１ｂ内に収容することができるため、凹部５２１ｂ内を溶融金属で埋めて上面５２１ａと略同一平面とすることができ（凹み量を小さくすることができ）、溶接後における高い外観品質を確保することができる。すなわち、張り出し加工により凹部を形成しない場合には、ワイヤ（溶加材）およびその周辺に凝固金属が盛り上がり、外観品質を損なうおそれがあるが、そのような事態を避けることができる。
【０１１３】
［第６実施形態］
図１２は、本実施形態に係る張り出し加工の形態を示す模式断面図である。
【０１１４】
図１２に示すように、本実施形態に係るプレス機（塑性加工機）では、金属板材（外側金属板材）５３１に対して、凹部（エンボス凹部）５３１ｂを形成するとともに、金属板材５３３に対しても凹部（エンボス凹部）５３３ｂを形成する。なお、図１２では、金属板材５３１に形成された１つの凹部５３１ｂ，金属板材５３３に形成された１つの凹部５３３ｂを図示しているが、実際には、溶接しようとする部分にそれぞれ複数の凹部を形成する。
【０１１５】
ここで、図示を省略しているが、凹部５３１ｂ，５３３ｂはそれぞれ平面視略円形の凹部であり、互いの形状およびサイズが略同じとなるように形成されている。
【０１１６】
図１２に示すように、金属板材５３１における凹部５３１ｂが形成された部分の下面側（外側金属板材の内側主面）は、底面部５３１ｇが平坦な凸部５３１ｄが凸出形成される。即ち、凹部５３１ｂと凸部５３１ｄとが金属板材５３１における表裏の関係を以って形成されている。同様に、金属板材５３３における凹部５３３ｂが形成された部分の上面側は、底面部５３３ｇが平坦な凸部５３３ｄが凸出形成される。即ち、凹部５３３ｂと凸部５３３ｄとが金属板材５３３における表裏の関係を以って形成されている。
【０１１７】
ここで、張り出し加工を行うことにより形成する凹部５３１ｂ，５３３ｂおよび凸部５３１ｄ，５３３ｄを有する各張り出し部の形態やサイズなどは、上記第１実施形態などと同じである。
【０１１８】
次に、図１２に示すように、張り出し加工が施された金属板材５３１および金属板材５３３を、金属板材５３２を挟んで対向するように配置する。本実施形態では、金属板材５３１と金属板材５３２と金属板材５３３との組み合わせに係る積層体５３０がレーザ溶接の対象である。
【０１１９】
なお、図１２に示すように、溶接前の状態において、金属板材５３１と金属板材５３２の上面５３２ａとの間の隙間は、凸部５３１ｄの底面部５３１ｇで隙間ＧＤ１であり、それ以外の部分で隙間Ｇ１である。また、溶接前の状態において、金属板材５３３と金属板材５３２の下面５３２ｂとの間の隙間は、凸部５３３ｄの底面部５３３ｇで隙間ＧＤ２であり、それ以外の部分で隙間Ｇ２である。
【０１２０】
図示を省略しているが、本実施形態でも、図１２に示すように配置された積層体５３０に対して、金属板材５３１または金属板材５３３の側からレーザ光を照射して、溶接部（ナゲット）を形成し、金属板材５３１と金属板材５３２と金属板材５３３とを接合する。
【０１２１】
具体的なレーザ溶接方法では、コントローラ２６が、凹部５３１ｂ内または凹部５３３ｂ内における所定箇所（周回中心）を中心としてその周りを周回するレーザ光走査軌跡上をレーザ光のスポットが通るように集光部２３を制御する。これにより、凹部５３１ｂおよび凹部５３３ｂに対応する平面視略円形の領域の金属が溶融・攪拌され、当該溶融金属が固化することにより溶接部が形成される。
【０１２２】
本実施形態に係るレーザ溶接方法でも、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。
【０１２３】
［変形例］
上記第１実施形態から上記第６実施形態では、レーザ光のスポットを走査するために溶接ロボット２４を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、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、一定範囲の溶接であれば、集光部２３の走査のみによっても所望位置への溶接が可能である。
【０１２４】
また、上記第１実施形態から上記第６実施形態では、積層体５００，５０５，５１５，５２０，５３０に対して集光部２３の制御によりレーザ光のスポットを走査することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接に供される積層体（複数枚の金属板材を重ね合わせたもの）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。
【０１２５】
また、上記第１実施形態から上記第５実施形態では、２枚の金属板材５０１，５０２，５０６，５０７，５１６，５１７，５２１，５２２で構成される積層体５００，５０５，５１５，５２０を溶接対象とし、上記第６実施形態では、３枚の金属板材５３１，５３２，５３３で構成される積層体５３０を溶接対象としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。本発明は、４枚以上の金属板材を重ね合わせてなる積層体を溶接対象とすることもできる。
【０１２６】
また、上記第１実施形態から上記第６実施形態では、塑性加工機の一例として張り出し加工を実施可能なプレス機１０を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、絞り加工を実施可能な機器を採用することもできる。
【０１２７】
また、上記第１実施形態から上記第６実施形態のように、レーザ溶接装置１の構成中に塑性加工機を必ずしも備えていなくてもよい。即ち、予め上記のような形態の塑性加工が施された金属板材を導入して、これをレーザ溶接するレーザ溶接機だけを備えるレーザ溶接装置を採用することもできる。
【０１２８】
また、上記第１実施形態から上記第６実施形態では、張り出し部における凸部５０１ｄ，５０６ｄ，５０６ｉ，５１１ｄ，５１６ｄ、５２１ｄ，５３１ｄ，５３３ｄの各外観形状が円錐台形であることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、角錐台形の凸部を形成することとしてもよい。また、表裏の関係にある凹部と凸部とが相似形状であることは必ずしも必須の要件ではない。例えば、凹部が半球形で凸部が円錐台形の場合や、その逆の場合や、さらには凹部が角錐台形で凸部が円錐台形の場合や、その逆の場合など、種々の組み合わせを採用することができる。
【０１２９】
また、本発明では、上記第１実施形態から上記第６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。
【０１３０】
また、上記第１実施形態から上記第６実施形態の説明で用いた図では、１か所の溶接箇所に係るレーザ溶接方法ついて図示したが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、溶接対象である積層体に対して、複数の箇所でのレーザ溶接することも当然に可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  レーザ溶接装置
１０  プレス機（塑性加工機）
１３  上型
１３ａ  凸部
１４  下型
１４ａ  凹部
２０  レーザ溶接機
２１  レーザ発振器
２３  集光部（走査部）
２４  溶接ロボット
２６  コントローラ（制御部）
１００，１０５，１１０，１１５  溶接部（ナゲット）
１０６，１１１  スクリュ部
１０７，１１２  線状部
１０８  スクリュ部（第２スクリュ部）
５００，５０５，５１５，５２０，５３０  積層体
５０１，５０６，５１１，５１６，５２１，５３１  金属板材（外側金属板材）
５０２，５０７，５１７，５２１，５２２，５３２  金属板材（内側金属板材）
５０１ｂ，５０６ｂ，５０６ｈ，５１１ｂ，５２１ｂ，５３１ｂ，５３３ｂ  凹部（エンボス凹部）
５１６ｂ  凹部（第１凹部）
５１６ｈ  凹部（第２凹部）
５０１ｄ，５０６ｄ，５０６ｉ，５１１ｄ，５２１ｄ，５３１ｄ，５３３ｄ  凸部（エンボス凸部）
５０１ｅ  内底面部
５０１ｇ，５０６ｇ，５０６ｊ，５１１ｇ，５１６ｇ  底面部
５２５  ワイヤ（溶加材）
Ｂ，Ｃ  ブリッジ部
Ｇ，ＧＤ，ＧＩ  隙間
【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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