(57)【要約】【課題】突き合せた母材をレーザーで溶融し、かかる母材を接合する溶接方法において、溶接の接合強度を高める。【解決手段】本発明は、２個の金属材がそれぞれ有する端部を、又は２個の端部を有する１個の金属材の各端部を突き合せてから、端部同士をレーザー光で溶融し接合する溶接方法である。本溶接方法では端部１４ａの有する突合せ面１７ａと端部１４ｂの有する突合せ面１７ｂとを溶接線１３ａを挟んで対向させる。突合せ面１７ａ，１７ｂの近傍に位置する照射面２４ａ，２４ｂにレーザー光２３ａ，２３ｂを導く。レーザー光２３ａ，２３ｂを溶接線１３ａに沿って並行させながら走査を行うところ、レーザー光２３ａ，２３ｂの強度を同一の長さの周期で振動させ、かつレーザー光２３ａ，２３ｂの間で振動に位相差を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材の端部同士をレーザー光で溶融し接合する溶接方法であって、
第１端部の有する第１突合せ面と第２端部の有する第２突合せ面とを対向させ、
前記第１端部の表面であって前記第１突合せ面とは異なる表面である第１照射面に第１レーザー光を、前記第２端部の表面であって前記第２突合せ面とは異なる表面である第２照射面に第２レーザー光を、前記第１突合せ面と前記第２突合せ面との中央線である溶接線に沿って走査し、
前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の強度を互いに等しい周期で振動させ、かつ
前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の間で強度差が生じるように前記振動に位相差を設ける、
溶接方法。
【請求項２】
前記第１照射面における前記第１レーザー光の中心、及び前記第２照射面における前記第２レーザー光の中心が、前記溶接線に対して互いに線対称となるように走査する、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記位相差は、前記周期の半分に相当する位相差である、
請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記走査中、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光のいずれか一方の強度が極大値をとるとき、他方の強度は０より大きい、
請求項１〜３のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項５】
金属材の第１照射面及び前記金属材又は他の金属材の第２照射面にレーザー光を走査する溶接装置であって、
原レーザー光を発する光源と、
前記原レーザー光の光路上に位置する第１光学素子である偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターにおける出射側Ｐ偏光及び出射側Ｓ偏光の光路上、又は前記偏光ビームスプリッターにおける入射側原レーザー光の光路上に位置する偏光板と、を備え、
前記偏光板は前記偏光板と平行な平面上で回転し、
前記第１照射面及び前記第２照射面のいずれか一方に前記Ｐ偏光を照射し、かつ他方に前記Ｓ偏光を照射する、
溶接装置。
【請求項６】
前記偏光板として、前記Ｐ偏光及び前記Ｓ偏光の光路上に位置する一の偏光板を備える、
請求項５に記載の溶接装置。
【請求項７】
前記Ｐ偏光又は前記Ｓ偏光の光路上であって、前記第１光学素子及び前記偏光板の間の光路上に位置する第２光学素子をさらに備え、
前記第２光学素子はミラー、プリズム、又は偏光ビームスプリッターである、
請求項６に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接方法及び溶接装置に関する。本発明は特に突き合せた母材を溶融させ接合する方法及びこれに適する溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は突合せ部分に隙間がある場合の突合せ溶接方法を開示している。図１はこれと同様の溶接方法で溶接される母材の平面図である。ここで母材１０ａ，１０ｂの接合は溶接線１３ａ上で行われるものとする。母材１０ａ，１０ｂは金属板である。
【０００３】
図１に示すように高輝度のレーザー光を各母材１０ａ，１０ｂ上のスポット１１ａ，１１ｂにそれぞれ照射する。スポット１１ａ，１１ｂ周辺には溶融池１２ａ，１２ｂが生じる。溶融池１２ａ，１２ｂが拡大するとこれらは互いに接近する。このため各々溶融した各母材１０ａ，１０ｂがこれらの間にある隙間１３ｂを埋めることができる。また溶融池１２ａ，１２ｂは互いに溶け合うため母材１０ａ，１０ｂ同士が接合される。
【０００４】
図１に示すようにスポット１１ａ，１１ｂに照射されたレーザー光は互いに同期しながら進行方向１６ａ，１６ｂに沿って進行する。このため隙間１３ｂは連続的に埋められる。また母材１０ａ，１０ｂ同士が連続的に接合される。ここで進行方向１６ａ，１６ｂは隙間１３ｂの中心に位置する溶接線１３ａに対して平行である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０９２９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは図１に示す方法について研究を進めた。以下、図を参照しながら説明する。図１に示すように母材１０ａ，１０ｂはそれぞれ突合せ面１７ａ，１７ｂを有する。突合せ面１７ａ，１７ｂは隙間１３ｂを挟んで互いに対向している。母材１０ａ，１０ｂの表面は自身の酸化膜で覆われている。突合せ面１７ａ，１７ｂにも同様に、斜線部で表された酸化膜１８ａ，１８ｂで被覆されている。
【０００７】
図１に示す方法では、溶融池１２ａ，１２ｂの大きさが均等になるようにスポット１１ａ，１１ｂに照射する各レーザー光の強度を等しくしている。このため溶融池１２ａ及び溶融池１２ｂの間の溶合中心線１５は溶接線１３ａ上に位置することが多い。
【０００８】
図１に示す溶接方法では突合せ面１７ａ，１７ｂは溶合中心線１５に取り込まれる。このとき溶融池１２ａ，１２ｂは互いに溶け合ったのち凝固することで接合を行う。溶け合いがよく進めば、母材１０ａ，１０ｂ同士の接合は良好である。しかしながら、スポット１１ａ，１１ｂに照射するレーザー光が通過した後において、酸化膜１８ａ，１８ｂが互い向き合ったまま残存している場合がある。このような場合、溶融池１２ａ，１２ｂは互いに溶け合うことなく凝固しやすい。
【０００９】
したがって、図１に示す溶接方法で溶接した場合、母材１０ａ，１０ｂ同士の接合の強度が低下する場合がある。また接合強度の低下した箇所から溶接部位全体にわたって割れる可能性がある。またかかる問題の原因は酸化膜に限定されない。例えば母材表面の汚れや人工的な被膜なども原因となり得る。
【００１０】
本発明は突き合せた母材をレーザーで溶融し、かかる母材を接合する溶接方法において、溶融池同士の溶け合いを促進することで、溶接の接合強度を高めるものである。またかかる溶接方法に適する溶接装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、金属材の端部同士をレーザー光で溶融し接合する溶接方法である。かかる溶接方法では、第１端部の有する第１突合せ面と第２端部の有する第２突合せ面とを対向させる。また前記第１端部の表面であって前記第１突合せ面とは異なる表面である第１照射面に第１レーザー光を照射する。また、前記第２端部の表面であって前記第２突合せ面とは異なる表面である第２照射面に第２レーザー光を走査する。
【００１２】
かかる溶接方法では、前記第１及び第２レーザー光を前記第１突合せ面と前記第２突合せ面との中央線である溶接線に沿って走査し、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の強度を互いに等しい周期で振動させ、かつ前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の間で強度差が生じるように前記振動に位相差を設ける。
【００１３】
本発明の溶接方法では溶接線を挟んだ両側のレーザー光の強度が位相差をもって振動する。したがって突合せ面を引き延して破壊することができる。このため溶融池同士の溶け合いを促進することで、溶接の接合強度を高めることができる。
【００１４】
前記第１照射面における前記第１レーザー光の中心、及び前記第２照射面における前記第２レーザー光の中心が前記溶接線に対して互いに線対称となるように走査することが好ましい。上記態様により凝固時の左右非対称性を低減できる。
【００１５】
前記位相差は前記周期の半分に相当する位相差であることが好ましい。かかる態様により溶接線方向に沿ってより均質な接合を実現することができる。前記走査中、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光のいずれか一方の強度が極大値をとるとき、他方の強度は０より大きいことが好ましい。上記態様により周期を長くしても、母材が溶融しない箇所の発生を抑えることができる。
【００１６】
本発明の一態様は、金属材の第１照射面及び前記金属材又は他の金属材の第２照射面にレーザー光を走査する溶接装置である。溶接装置は、原レーザー光を発する光源と、前記原レーザー光の光路上に位置する第１光学素子である偏光ビームスプリッターとを備える。
【００１７】
溶接装置はさらに、前記偏光ビームスプリッターにおける出射側Ｐ偏光及び出射側Ｓ偏光の光路上、又は前記偏光ビームスプリッターにおける入射側原レーザー光の光路上に位置する偏光板を備える。
【００１８】
前記偏光板は前記偏光板と平行な平面上で回転する。溶接装置においては前記第１照射面及び前記第２照射面のいずれか一方に前記Ｐ偏光を照射し、かつ他方に前記Ｓ偏光を照射する。
【００１９】
上記溶接装置は上記溶接方法の実施に適する。上記態様により第１レーザー光及び第２レーザー光を、強度の振動の位相差以外の点で均質化することを容易にすることができる。さらに原レーザー光をＰ偏光とＳ偏光に分離することで、第１レーザー光及び第２レーザー光に適した直線偏光を得る際のエネルギーロスを減らすことができる。
【００２０】
溶接装置は前記偏光板として、前記Ｐ偏光及び前記Ｓ偏光の光路上に位置する一の偏光板を備えることが好ましい。上記態様により位相差を維持しつつ所望の長さの周期を得ることを一枚の偏光板で実現できる。また単一の偏光板に導くことで強度の振動の周期を第１レーザー光及び第２レーザー光の間で同一とすることを容易にする。さらに第１レーザー光及び第２レーザー光の間で実質的に周期の半分に相当する位相差を生ずることを容易にする。
【００２１】
溶接装置は、前記Ｐ偏光又は前記Ｓ偏光の光路上であって、前記第１光学素子及び前記偏光板の間の光路上に位置する第２光学素子をさらに備えることが好ましい。前記第２光学素子はミラー、プリズム、又は偏光ビームスプリッターであることが好ましい。上記第２光学素子に係る態様によりＰ偏光及びＳ偏光を平行にした上で、これらを単一の偏光板に導くことを容易にする。
【発明の効果】
【００２２】
突き合せた母材をレーザーで溶融し、かかる母材を接合する溶接方法において、溶融池同士の溶け合いを促進することで、溶接の接合強度を高めることができる。またかかる溶接方法に適する溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】課題に係る溶接方法で溶接される母材の平面図である。
【図２】実施形態に係る溶接方法で溶接される母材の平面図である。
【図３】実施例に係る溶接装置の要素図である。
【図４】実施例に係る溶接装置の有する偏光板の斜視図である。
【図５】実施例に係る溶接装置の有する偏光板の平面図である。
【図６】実施例に係るレーザー光の強度変化を示す平面図である。
【図７】実施例の変形に係る溶接装置の要素図である。
【図８】参考例に係る溶接方法で溶接される母材の平面図である。
【図９】参考例に係る溶接方法で溶接される母材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図面中、同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図２は実施形態に係る溶接方法で溶接される母材１０ａ，１０ｂの平面図である。
【００２５】
図２に示すように本実施形態の溶接方法では２本のレーザー光２３ａ，２３ｂからなるビーム対を照射して母材１０ａ，１０ｂを溶接する。母材１０ａ，１０ｂはいずれも金属材である。母材１０ａは第１端部である端部１４ａを有する。母材１０ｂは第２端部である端部１４ｂを有する。溶接のため端部１４ａ，１４ｂ同士を突き合せる。
【００２６】
図２に示すように端部１４ａは第１突合せ面である突合せ面１７ａを有する。また端部１４ｂは第２突合せ面である突合せ面１７ｂを有する。突合せ面１７ａ，１７ｂが溶接線１３ａを挟むようにこれらを対向させる。端部１４ａ，１４ｂは溶接線１３ａを中心として接合される。溶接線１３ａは突合せ面１７ａ，１７ｂの間の中間点の集合である。すなわち溶接線１３ａは突合せ面１７ａ，１７ｂの中央線である。
【００２７】
図２に示すように端部１４ａ，１４ｂはそれぞれ突合せ面１７ａ，１７ｂの近傍に照射面２４ａ，２４ｂを有する。照射面２４ａ，２４ｂは端部１４ａ，１４ｂの有する表面であって、突合せ面１７ａ，１７ｂとは異なる表面である。照射面２４ａ，２４ｂはそれぞれ第１、第２照射面である。照射面２４ａ，２４ｂは母材１０ａ，１０ｂの一部である。照射面２４ａ，２４ｂは端部１４ａ，１４ｂそれぞれの表面であって、突き合せた母材１０ａ，１０ｂに対して同じ側にある表面である。図２は特に照射面２４ａ，２４ｂに向かって母材１０ａ，１０ｂを平面視している。溶接線１３ａの両側の一方及び他方にはそれぞれ照射面２４ａ，２４ｂのいずれかが位置している。
【００２８】
照射面２４ａ上に第１レーザー光であるレーザー光２３ａを照射する。また照射面２４ｂ上に第２レーザー光であるレーザー光２３ｂを照射する。ただしレーザー光２３ａ，２３ｂを突合せ面１７ａ，１７ｂの間には照射しないことが好ましい。これはレーザー光２３ａ，２３ｂが隙間１３ｂを通り抜けることによって、レーザー光２３ａ，２３ｂの照射を予定しない箇所にレーザー光２３ａ，２３ｂが照射されることを防止するためである。
【００２９】
図２に示す隙間１３ｂは突合せ面１７ａ，１７ｂの公差やざらつきにより生じる場合が多い。隙間１３ｂは突合せ面１７ａ，１７ｂが長くなるほど大きくなりやすい。このため本実施形態の溶接方法は公差の大きい母材、ざらつきの多い母材、突合せ面の長い母材の溶接に適する。
【００３０】
図２に示すように溶接線１３ａに沿って並行させながらレーザー光２３ａ，２３ｂの走査を行う。レーザー光２３ａ，２３ｂは進行方向１６ａ，１６ｂに沿って進行する。進行方向１６ａ，１６ｂは隙間１３ｂの中心に位置する溶接線１３ａに対して平行である。
【００３１】
なお本明細書において「走査」の用語はレーザー光の照射位置が母材の表面上を移動することをいう。また、本明細書において特に明示しない限り「走査」の用語は「走査」を行うための手段によって限定されない。すなわち「走査」はレーザー光の照射源が移動する動作、レーザー光を誘導する光学素子の動作、母材の動作、その他の動作、又はこれらの複合的な動作によって行うことができる。
【００３２】
図２に示すスポット１９ａ，２０ａ，２１ａはレーザー光２３ａの照射位置を代表するものである。スポット１９ａ，２０ａ，２１ａはスポット１９ａから時間順に並べられている。同様にスポット１９ｂ，２０ｂ，２１ｂはレーザー光２３ｂの照射位置を代表するものである。スポット１９ｂ，２０ｂ，２１ｂはスポット１９ｂから時間順に並べたものである。
【００３３】
図２に示すスポット２０ａ，２０ｂは同一時点における照射位置をそれぞれ表す。スポット１９ａ，１９ｂ及びスポット２１ａ，２１ｂの各組み合わせについて同様である。図２は特にレーザー光２３ａ，２３ｂがスポット２０ａ，２０ｂに到達した時点を示す。
【００３４】
図２に示すようにスポット２０ａ，２０ｂは溶接線１３ａに沿って互いに前後せずに並んでいる。言い換えればレーザー光２３ａ，２３ｂのそれぞれの照射中心２６ａ，２６ｂが溶接線１３ａに対して線対称となるように、レーザー光２３ａ，２３ｂを走査することが好ましい。かかる態様により凝固した後の接合の左右非対称性を低減することができる。
【００３５】
図２に示すように照射中心線３４は照射中心２６ａ，２６ｂを通る直線である。上記態様は照射中心線３４が溶接線１３ａと実質的に直交するようにレーザー光２３ａ，２３ｂを走査するものと表すことも出来る。溶接線１３ａが実質的に直線であれば、レーザー光２３ａ，２３ｂを互いに等しい速度で走査することが好ましい。
【００３６】
図２に示すようにスポット１９ａ，２０ａ，２１ａを含むレーザー光２３ａの照射部位を中心として、端部１４ａが溶接線１３ａに沿って連続的に溶融される。またスポット１９ｂ，２０ｂ，２１ｂを含むレーザー光２３ｂの照射位置を中心として、端部１４ｂが溶接線１３ａに沿って連続的に溶融される。
【００３７】
図２に示すように溶融した端部１４ａ，１４ｂはそれぞれ溶融池２２ａ，２２ｂとなる。溶融池２２ａ，２２ｂは互いに重なり合い、さらに溶け合う。端部１４ａ，１４ｂ同士が溶け合った後に、各端部１４ａ，１４ｂが凝固する。このため端部１４ａ，１４ｂ同士が接合される。溶融、溶け合い及び凝固による接合は溶接線１３ａに沿って連続的に行われる。
【００３８】
本実施形態では図２に示すようにレーザー光２３ａ，２３ｂの強度を振動させる。レーザー光２３ａの強度はスポット２０ａにおいて最大、スポット１９ａ，２１ａにおいて最小となっている。レーザー光２３ｂの強度はスポット２０ｂにおいて最小、スポット１９ｂ，２１ｂにおいて最大となっている。
【００３９】
本実施形態において図２に示すレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の振動の周期は同一の長さを有する。さらにレーザー光２３ａ，２３ｂの間で上記振動に位相差が設けられている。かかる位相差によりレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の間に強度差が生じる。
【００４０】
図２に示すレーザー光２３ａ，２３ｂは互いに強度の位相差を有する。このためレーザー光２３ａ，２３ｂが走査されると溶融池２２ａ及び溶融池２２ｂの間の溶合中心線２５は溶接線１３ａを中心として往復する。溶合中心線２５は溶接線１３ａに沿って連続的に溶融した溶融池２２ａ，２２ｂの間の中心線である。
【００４１】
図２に則して溶合中心線２５を詳細に説明する。スポット１９ａ，１９ｂにおいてレーザー光２３ａの強度はレーザー光２３ｂより小さい。したがって照射面２４ａに投射されるレーザー光のエネルギーは、照射面２４ｂよりも小さい。このため溶融池２２ａは溶融池２２ｂより小さい。よって溶合中心線２５は溶接線１３ａを基準として端部１４ａ側に寄る。
【００４２】
図２に示すスポット２０ａ，２０ｂにおいてレーザー光２３ａの強度はレーザー光２３ｂより大きい。したがって照射面２４ａに投射されるレーザー光のエネルギーは、照射面２４ｂよりも大きい。このため溶融池２２ａは溶融池２２ｂより大きい。よって溶合中心線２５は溶接線１３ａを基準として端部１４ｂ側に寄る。
【００４３】
図２に示す溶合中心線２５はスポット１９ａ，１９ｂと、スポット２０ａ，２０ｂとの間において、端部１４ａ側から端部１４ｂ側に進行し、溶接線１３ａを横切る。同様に溶合中心線２５はスポット２０ａ，２０ｂと、スポット２１ａ，２１ｂとの間において、端部１４ｂ側から端部１４ａ側に進行し、溶接線１３ａを横切る。
【００４４】
図２に示す溶合中心線２５は溶接線１３ａよりも長くなる。したがって溶合中心線２５中のいずれかの箇所において又はその周辺において突合せ面１７ａ，１７ｂは引き延されるように破壊される。好ましい態様においては突合せ面１７ａ，１７ｂを溶融池２２ａ，２２ｂに溶け込ませる。
【００４５】
図２に示す酸化膜１８ａ，１８ｂの融点は高いのでレーザー光で溶融することが難しい。このため、応力で酸化膜１８ａ，１８ｂを破壊することが有効である。本実施形態の溶接方法により、突合せ面１７ａ，１７ｂが引き延されるのと同時に酸化膜１８ａ，１８ｂが破壊される。したがって、溶融池２２ａ，２２ｂ同士がよく溶け合う。このため本実施形態の溶接方法を用いることで高い接合強度を得ることができる。
【００４６】
図２に示す溶接方法では酸化膜１８ａ，１８ｂを予め除去せずとも高い接合強度を得ることができる。またパルスレーザー重ね合わせることで酸化膜１８ａ，１８ｂを除去する方法に比べて溶接速度を高くすることができる。また、上記溶接方法では酸化膜に限らず油脂などの汚れもこれを破壊して溶融池２２ａ，２２ｂ同士の溶け合いを促進することができる。
【００４７】
図２に示すレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の位相差は、実質的に振動の周期の半分に相当することが好ましい。図に則すと、レーザー光２３ａの強度はスポット１９ａ，２１ａにおいて極小値となっている。このときレーザー光２３ｂの強度はスポット１９ｂ，２１ｂにおいて極大値となっている。またレーザー光２３ａの強度はスポット２０ａにおいて極大値となっている。このときレーザー光２３ｂの強度はスポット２０ｂにおいて極小値となっている。かかる態様により溶接線１３ａの方向に沿ってより均質な接合を実現することができる。
【００４８】
また図２に示す走査中、レーザー光２３ａ，２３ｂのいずれか一方の強度が極大値をとるとき、他方の強度は０より大きくともよい。図に則すと、レーザー光２３ａの強度はスポット１９ａ，２１ａにおいて０より大きい。またレーザー光２３ｂの強度はスポット２０ｂにおいて０より大きい。レーザー光を走査しながら溶接する場合、強度が０近傍となる時間が長いと母材が溶融しない場合がある。しかしながら上記態様であれば強度の変動の周期を長くしても、母材が溶融しない箇所の発生を抑えることができる。
【００４９】
また図２に示す走査中、強度の変動の周期が短いと溶融池の大きさの変動が小さくなる場合がある。すなわち溶融池２２ａ，２２ｂのいずれか一方が十分に大きくなる前にレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の大小が入れ替わると、溶融池２２ａ，２２ｂはほぼ一定の大きさとなってしまう。この場合、溶合中心線２５は直線的となり、突合せ面１７ａ，１７ｂを引き延して破壊する効果を得にくい。また後述する実施例において好適な周期の長さの求め方の一例を説明する。
【００５０】
また図２に示す走査中、レーザー光２３ａ，２３ｂの強度の合計は一定であることが好ましい。このとき溶融池２２ａ及び２２ｂ内の溶融金属量の合計は走査中大きく変動しない。かかる態様により溶接線１３ａの方向に沿ってより均質な接合を実現することができる。
【００５１】
一方、図２に示す走査中、レーザー光２３ａ，２３ｂの強度は所定のタイミングで０になってもよい。かかる態様にはレーザー光２３ａ，２３ｂとしてパルスレーザーを利用する態様も含まれる。本実施形態に係る溶接は連続的に行うものであるため、溶融池２２ａ，２２ｂは互いに重なり合い、さらに溶け合う限り、レーザー光２３ａ，２３ｂの強度を０とすることができる。所定の場合には強度の変動の周期が十分短いことを要する。
【００５２】
図２に示す母材１０ａ，１０ｂを構成する金属材は純アルミニウム又はアルミニウム合金でもよい。金属材は亜鉛メッキ鋼板のように亜鉛メッキ膜を施された鋼材でもよい。母材１０ａ，１０ｂは互いに同質の金属からなっていてもよく、異質な金属からなっていてもよい。かかる亜鉛メッキ膜も上述の酸化膜と同様に破壊される。
【００５３】
図２においては走査に際してレーザー光２３ａ，２３ｂが移動するように表されている。これに対し母材１０ａ，１０ｂを溶接線１３ａに沿って搬送することレーザー光の走査を行うこともできる。この場合、母材１０ａ，１０ｂの搬送方向はレーザー光２３ａ，２３ｂの進行方向１６ａ，１６ｂとは反対向きである。
【００５４】
図２に示す母材１０ａ，１０ｂはそれぞれその他の母材と予め接合されていてもよい。また本実施形態に係る方法により接合された母材をその他の母材とさらに接合してもよい。すなわち母材を本実施形態に係る方法により次々と接合することで三以上の母材を接合して一つながりの部材とすることができる。
【００５５】
上記溶接方法では母材１０ａ，１０ｂからなる２個の母材を接合した。しかしながら、後述する図７に示すように１個の母材１０ｃが２個の端部１４ｃ，１４ｄを有していてもよい。上記溶接方法にならい各端部１４ｃ，１４ｄを突き合せて接合する。接合後、筒形状の金属材が形成される。
【００５６】
後述する図３に示すようにレーザー光２３ａ，２３ｂを生成してもよい。すなわちコヒーレントな原レーザー光であるレーザー光４１をビームスプリッター等で２本のレーザー光に分離した後、かかる２本のレーザー光をそれぞれレーザー光２３ａ，２３ｂのいずれか一方としてもよい。かかる態様により、レーザー光２３ａ，２３ｂを、強度の振動の位相差以外の点で均質化することを容易にする。なおレーザー光２３ａ，２３ｂはそれぞれ別個の光源から得てもよい。
【実施例】
【００５７】
以下の実施例では、上記実施形態の溶接方法の実施に適する溶接装置を示し、さらにかかる装置を用いた溶接方法を示す。また参考例を参照しつつ本実施形態の溶接方法の優れた点を詳細に説明する。
【００５８】
［１．溶接装置及び光学系］  図３は実施例に係る溶接装置２７の要素図である。かかる溶接装置２７は溶接線１３ａを挟んで突き合せた母材１０ａ，１０ｂの表面にレーザー光２３ａ，２３ｂを導くためのものである。溶接装置２７は搬送器２９及び光学系４０を備える。光学系４０は偏光ビームスプリッター３０、プリズム３６、光源４５、凸レンズ４７及び偏光板５０ａを備える。
【００５９】
［２．光源］  図３に示す光源４５は原レーザー光であるレーザー光４１を発する。レーザー光４１は円偏光又は楕円偏光である。レーザー光４１はＣＷ（Continuous wave）レーザーであることが好ましい。溶接は所定の時間をかけて行うことから、かかる時間スケールではＣＷレーザーはパルスレーザーに比べて溶接に必要なエネルギーを効率的に得ることができる。
【００６０】
図３に示す光源４５はコヒーレントなレーザー光に予め光学的な処理を行った上でレーザー光４１を発してもよい。光源４５はレーザー光源と光学的な処理を行う光学素子とを備える複合的な光学系とすることも出来る
【００６１】
図３に示すレーザー光４１はパルスレーザーでもよい。パルスレーザーはボイド又はスパッタの発生を予防できる。ただし、レーザー光２３ａ，２３ｂの強度の振動に実質的な影響を与えない程度に周波数の高いパルスレーザーがレーザー光４１に適する。
【００６２】
［３．第１光学素子］  図３に示す偏光ビームスプリッター３０はレーザー光４１の光路上に位置する第１光学素子である。本明細書ではレーザー光４１を、光源４５及び偏光ビームスプリッター３０の間の光路上におけるレーザー光とする。
【００６３】
図３に示す偏光ビームスプリッター３０はレーザー光４１をＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂに分離する。所定の光学素子を通過し光学系４０から出射するＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂはそれぞれ上記実施形態で説明したレーザー光２３ａ，２３ｂとして用いることができる。本明細書ではレーザー光４１を、光源４５及び偏光ビームスプリッター３０の間の光路上におけるレーザー光とする。
【００６４】
図３に示す偏光ビームスプリッター３０はプリズム接合型であることが好ましい。かかる態様により光学系４０をコンパクトにすることが出来る。また偏光ビームスプリッター３０はプレート型としてもよい。
【００６５】
図３に示すように偏光ビームスプリッター３０は周囲に側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをこの順で備える。側面３２ａ，３２ｃは互いに対面に位置する。側面３２ｂ，３２ｄは互いに対面に位置する。
【００６６】
図３に示すように偏光ビームスプリッター３０はプリズム３１ａ，３１ｂを備える。プリズム３１ａは側面３２ａ，３２ｄを備える。プリズム３１ｂは側面３２ｂ，３２ｃを備える。プリズム３１ａ，３１ｂは斜面同士で接合されている。かかる斜面をまとめて偏光面３３と表すものとする。偏光面３３には例えば誘電体偏光膜が形成されている。
【００６７】
図３に示すようにレーザー光４１は側面３２ａより偏光ビームスプリッター３０に入射し、プリズム３１ａ内を進行する。偏光ビームスプリッター３０に入射するレーザー光４１は円偏光又は楕円偏光であることが好ましい。
【００６８】
図３に示すようにＳ偏光４２ａはレーザー光４１の一部が偏光面３３で反射して生成する。Ｓ偏光４２ａはプリズム３１ａ内を進行し、側面３２ｄより出射する。Ｐ偏光４２ｂはレーザー光４１の一部が偏光面３３を透過して生成する。Ｐ偏光４２ｂはプリズム３１ｂ内を進行し、側面３２ｃより出射する。
【００６９】
［４．第２光学素子］  図３に示すプリズム３６は偏光ビームスプリッター３０におけるＳ偏光４２ａの出射側に位置する光学素子である。プリズム３６はＳ偏光４２ａの光路上に位置する。プリズム３６はＳ偏光４２ａの光路を実質的に９０度曲げることを目的として設置されている。プリズム３６はＳ偏光４２ａの光路上であって、偏光ビームスプリッター３０及び偏光板５０ａの間の光路上に位置する。
【００７０】
図３に示すようにプリズム３６は側面３７ａ，３７ｂ及び斜面３８を備える。側面３７ａは側面３２ｄに対向している。Ｓ偏光４２ａは側面３７ａより入射し、プリズム３６内を進行する。Ｓ偏光４２ａは斜面３８で反射し、プリズム３６内を進行し、側面３７ｂより出射する。
【００７１】
図３に示すプリズム３６はＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂを平行にした上で、単一の偏光板５０ａに導くことを容易にする。プリズム３６は臨界角により斜面３８で全反射を行う４５度直角プリズムでもよく、斜面３８に反射膜が施された４５度直角反射プリズムでもよい。
【００７２】
図３に示す光路３５は偏光ビームスプリッター３０からプリズム３６へ進行するＳ偏光４２ａの光路である。また光路３５はＳ偏光４２ａが偏光面３３で反射し、斜面３８でさらに反射するまでの間のＳ偏光４２ａの光路である。側面３２ｄと側面３７ａとが互いに面で接するとき光路３５の大きさを最も小さくできる。
【００７３】
図３に示す光路３５の大きさを小さくすることでＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂを近接させることができる。Ｓ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂを近接させることでレーザー光２３ａ，２３ｂの照射中心２６ａ，２６ｂを溶接線１３ａに近接させることが容易となる。
【００７４】
図３に示すように照射面２４ａ，２４ｂに向かって平面視した時、光路３５は溶接線１３ａと直交することが好ましい。かかる態様により照射中心線３４を溶接線１３ａと実質的に直交させることを容易にする。またこの場合、光路３５は照射中心線３４と実質的に平行である。
【００７５】
図３に示すプリズム３６は上記機能を実現できるその他の形状のプリズム、ミラー、偏光ビームスプリッター及びその他の光学素子であればこれらに置き換えてもよい。かかる偏光ビームスプリッターは偏光ビームスプリッター３０と同等のものでもよい。また偏光ビームスプリッター３０とプリズム３６をまとめて菱形偏光ビームスプリッターに置き換えてもよい。
【００７６】
［５．偏光板］  図３に示す偏光板５０ａは偏光ビームスプリッター３０におけるＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの出射側に位置する。偏光板５０ａはＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂのいずれの光路上に位置する。Ｓ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂは両方とも一枚の偏光板５０ａを透過する。Ｓ偏光４２ａは偏光板５０ａを透過する前にプリズム３６を経由している。
【００７７】
図３に示すように偏光板５０ａはＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの光路と実質的に直交することが好ましい。かかる態様により、強度の振動の周期をレーザー光２３ａ，２３ｂの間で同一とすることを、簡易な制御で実現できる。同様にレーザー光２３ａ，２３ｂの間で強度の振動の位相差を生じさせることを、簡易な制御で実現できる。
【００７８】
図４は溶接装置２７の有する偏光板５０ａの斜視図である。偏光板５０ａはＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの光路と直交する。Ｓ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂは直線偏光である。例えば偏光板５０ａに対して平面視した時、プリズム３６で曲げられたＳ偏光４２ａの偏光方向４９ａは光路３５（図３）と直交する。一方Ｐ偏光４２ｂの偏光方向４９ｂは光路３５（図３）と平行である。同一平面上において偏光方向４９ａと偏光方向４９ｂとは直角を成す。
【００７９】
図４に示すように偏光板５０ａの偏光方向を変化させることで、Ｓ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの偏光板５０ａにおける透過率を変化させることができる。図に示す時点において、偏光板５０ａの偏光方向は偏光方向４９ａに対して平行であり、かつ偏光方向４９ｂに対して直交する。
【００８０】
図４に示すＳ偏光４２ａが偏光板５０ａを透過する際のエネルギーの損失は最小である。一方、Ｐ偏光４２ｂが偏光板５０ａを透過する際のエネルギーの損失は最大である。したがってＰ偏光４２ｂは実質的に偏光板５０ａを透過しない。
【００８１】
図４に示すように偏光板５０ａは偏光板５０ａと直交する軸５２を中心に回転することが好ましい。軸５２がＳ偏光４２ａとＰ偏光４２ｂとの間にあることで偏光板５０ａを小さくすることができる。
【００８２】
図４に示す偏光板５０ａの回転の回転角は９０度より小さくてもよく、３６０度以下でもよく、３６０度より大きくてもよい。回転は一方向の継続的な回転でもよく、往復するものでもよい。
【００８３】
図４に示す偏光板５０ａが上記回転することで走査中にレーザー光２３ａ，２３ｂの強度を振動させつつ、その合計を一定に保つことを容易にする。またその位相差を実質的に周期の半分に相当するものとすることができる。
【００８４】
図３，４に示すように偏光板５０ａが単一の偏光板であることによって、強度の振動の周期をレーザー光２３ａ，２３ｂ間で同一とすることができる。さらにレーザー光２３ａ，２３ｂ間で実質的に周期の半分に相当する位相差を生ずることができる。かかる効果は偏光板５０ａの平面的な運動の制御のみでもたらすことができる。
【００８５】
図５は光学系４０の有する偏光板５０ａの平面図である。偏光板５０ａは連続回転５３を行ってもよい。レーザー光の走査中、連続回転５３は一定の速さであることが好ましい。偏光板５０ａが１回転するときにレーザー光２３ａ，２３ｂの強度は２周期の振動をする。かかる態様によりレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の振動の周期を一定に保つことができる。連続回転５３は逆向きでもよい。
【００８６】
図５に示すように偏光板５０ａは往復回転５６を行ってもよい。往復回転５６は往復中心５７を中心として偏光板５０ａの偏光方向が往復回転するように行う。往復中心５７はＳ偏光４２ａの偏光方向４９ａ，Ｐ偏光４２ｂの偏光方向４９ｂと４５度の角度を成す。かかる態様により母材１０ａ，１０ｂの間でレーザー光から受ける総エネルギー量の偏りを小さくすることができる。
【００８７】
図５に示す往復回転５６における往復の最大角度は９０度より小さいことが好ましい。かかる態様により走査中のレーザー光２３ａ，２３ｂのいずれか一方の強度が極大値をとるとき、他方の強度を０より大きくすることができる。
【００８８】
図５に示す往復回転５６は一定の周期を有することが好ましい。かかる態様によりレーザー光２３ａ，２３ｂの強度の振動の周期を一定に保つことができる。往復の最大角度を制限することでＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの強度の極大値及び極小値を制御できる。往復回転５６は回転方向を折り返す時に所定の静止時間を有してもよく、有しなくともよい。
【００８９】
図３に戻る。偏光板５０ａは光源４５と偏光ビームスプリッター３０との間に位置する偏光板５０ｂに置き換えてもよい。偏光板５０ｂは偏光ビームスプリッター３０における入射側に位置する。偏光板５０ｂレーザー光４１の光路上に位置する。偏光板５０ｂはレーザー光４１の光路と実質的に直交することが好ましい。かかる偏光板５０ｂによって、単一の偏光板５０ａと同等の効果を奏することができる。
【００９０】
図３に示すように凸レンズ４７はプリズム３６を透過したＳ偏光４２ａの光路上に位置する。凸レンズ４７を通過したＳ偏光４２ａはレーザー光２３ａとして溶接線１３ａの照射面２４ａに導かれる。また凸レンズ４７は偏光ビームスプリッター３０を透過したＰ偏光４２ｂの光路上に位置する。凸レンズ４７を通過したＰ偏光４２ｂはレーザー光２３ｂとして照射面２４ｂに導かれる。
【００９１】
図３に示すように導かれたレーザー光２３ａ，２３ｂは照射面２４ａ，２４ｂ上のスポット２０ａ，２０ｂに照射される。したがって上記凸レンズ４７により、レーザー光２３ａ，２３ｂの照射中心２６ａ，２６ｂの間の距離を光路３５よりも狭くできる。
【００９２】
図３に示す凸レンズ４７はＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂの光路上に位置する複数枚のレンズでもよい。凸レンズ４７はＳ偏光４２ａとＰ偏光４２ｂとを近付けるように集束させることができる光学素子又は２以上の光学素子群に置き換えてもよい。例えばプリズム又はプリズム群に置き換えてもよい。
【００９３】
［６．他の構成要素］  図３中の光学系４０を反転させることで、Ｓ偏光４２ａとＰ偏光４２ｂとの位置関係を入れ替えてもよい。すなわちＳ偏光４２ａをレーザー光２３ｂとし、Ｐ偏光４２ｂをレーザー光２３ａとしてもよい。またレーザー光２３ａ，２３ｂは互いに交差させて入れ替えてもよい。またＳ偏光４２ａとＰ偏光４２ｂとを互いに交差させて入れ替えてもよい。
【００９４】
図３に示す搬送器２９は溶接線１３ａに沿って搬送方向２８に向けて母材１０ａ，１０ｂを搬送する。搬送方向２８は進行方向１６ａ，１６ｂと反対向きである。搬送器２９によりレーザー光２３ａ，２３ｂの走査を行うことができる。なお、光学系４０を進行方向１６ａ，１６ｂと同じ方向に搬送してもよい。また光学系４０がレーザー光２３ａ，２３ｂを掃引することでレーザー光２３ａ，２３ｂの走査をしてもよい。
【００９５】
図３に示すようにレーザー光４１はミラー４６で曲げて偏光ビームスプリッター３０に導くことができる。ミラー４６をプリズムに置き換えることでレーザー光４１の偏光状態の変化を小さくできる。
【００９６】
また図３において、光源４５を偏光ビームスプリッター３０の直上に偏光ビームスプリッター３０に向けて設置し直せばミラー４６は無くてもよい。これに対しミラー４６は光源４５及び偏光ビームスプリッター３０の設置個所の自由度を高める。ミラー４６の角度及び方向は制限されない。ミラー４６はレーザー光４１の光路上に複数個存在してもよい。またミラー４６に代えて他の光学素子を配置し、レーザー光４１の特性を変化させてもよい。ただし、偏光ビームスプリッター及び偏光板の奏する作用効果を損なわないものであることが好ましい。
【００９７】
［７．作用効果］  図３に示す溶接装置２７は、偏光板５０ａの動作によってレーザー光２３ａ，２３ｂの強度を、位相差をもって振動させることができる（図２）。このため上記実施形態の溶接方法の実施に適する。
【００９８】
［８．溶接方法］  図３を参照しつつ、溶接装置２７を用いた溶接方法を説明する。まず母材１０ａ，１０ｂの端部同士を突き合せる。このとき溶接線１３ａを挟んで突合せ面同士を対向させる。次に光源４５よりレーザー光４１を発するとレーザー光４１は以下のように導かれる。
【００９９】
図３に示すようにレーザー光４１をビームスプリッターでＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂに分離する。次に分離後のＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂを偏光板５０ａに透過させる。またはレーザー光４１を分離する前にレーザー光４１を偏光板５０ｂに透過させる。
【０１００】
図３に示すようにＰ偏光４２ｂ及びＳ偏光４２ａをそれぞれレーザー光２３ａ，２３ｂのいずれか一方とする。偏光板５０ａ又は偏光板５０ｂと平行な平面上でいずれかの偏光板を回転させる。これによりレーザー光２３ａ，２３ｂの強度を同一の長さの周期で振動させる。さらに振動に位相差を設ける。
【０１０１】
図３に示すようにレーザー光２３ａ，２３ｂをそれぞれ照射面２４ａ，２４ｂに導く。溶接線１３ａに沿って並行させながらレーザー光２３ａ，２３ｂの走査を行う。強度の振動するレーザー光２３ａ，２３ｂをもって母材１０ａ，１０ｂを溶融し突合せ溶接を行う。
【０１０２】
かかる溶接方法は実施形態で述べた効果以外にも優れた効果を奏する。図３に示すようにレーザー光４１はＳ偏光４２ａ及びＰ偏光４２ｂに分離される。このことはレーザー光２３ａ，２３ｂに適した直線偏光を得る際のエネルギーロスを減らす効果を奏する。例えば偏光ビームスプリッター３０ではなく、無偏光ビームスプリッターでレーザー光４１を分離して、２枚の偏光板で所望の直線偏光を得た場合に比べてその効果が顕著に高い。
【０１０３】
［９．強度の振動周期又は周波数］  上述した通り、レーザー光の強度の振動の周期は溶融池及び溶合中心線の形成に影響を及ぼす。このためレーザー光の強度の振動の周期は適切に選択する必要がある。また周期とレーザー光の走査速度との間の関係を適切なものとする必要がある。以下に図６を参照しつつレーザー光の走査速度と強度の振動の周期との間の関係を説明し、好適な周期又は周波数を得る方法を述べる。
【０１０４】
図６はレーザー光の強度変化を示す図である。スポット２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂはそれぞれ図２に示したスポットと同等のスポットである。すなわちスポット２０ａ，２１ｂにおいてレーザー光の強度が極大である。またスポット２１ａ，２０ｂにおいてレーザー光の強度が極小である。
【０１０５】
図６に示すスポット６０ａ，６０ｂは上記極大スポット及び極小スポットの中間に位置するスポットである。スポット６０ａ，６０ｂにおいてそれぞれに照射しているレーザー光の強度は等しいものとする。またスポット５９ａ，５９ｂ，６１ａ，６１ｂはスポット６０ａ，６０ｂと同様のスポットとする。
【０１０６】
図６に示すようにレーザー光の強度はスポット５９ａ，５９ｂから６１ａ，６１ｂに至る間に一周期分、振動する。かかる周期の長さをＴとする。また走査されるレーザー光の速度をｖとする。走査中、ｖは溶接線１３ａの両側で等しいものとする。１×Ｔの時間でレーザー光が走査される距離Ｌは式：Ｌ＝ｖＴで表される。
【０１０７】
図６に示すレーザー光を走査中の溶融池６２ａの長さをＤとする。Ｄは溶接線１３ａと平行な方向に係る長さを表す。なお図中ではスポット５９ａ，６１ａにおいて溶融池６２ａの長さＤを表している。
【０１０８】
本実施例において周期ＴはＤ＝Ｌを満たすように決定することが好ましい。ただしＤはレーザー光の強度の振動に依拠して振動する。このためＤの時間平均ＤｖがＬと等しくなるようにＴを決定してもよい。
【０１０９】
またＤｉ≦Ｌ≦Ｄｘを満たすようにＴを決定してもよい。ここでＤｉは振動するＤの極小値を示す。Ｄｘは振動するＤの極大値を示す。またＬ＝Ｄｉ又はＬ＝Ｄｘを満たすようにＴを決定してもよい。またＤを走査中の溶融池６２ｂの長さに置き換えてもよい。またＤを溶融池６２ａ，６２ｂの長さの平均に置き換えてもよい。
【０１１０】
以下に具体例を用いてレーザー光の強度の振動の周波数ｆ（＝１／Ｔ）を求める。具体例においてＤａ＝５ｍｍ、ｖ＝３ｍ／分とする。このとき１／Ｔ＝ｖ／Ｄであるから、ｆ＝６００（回／分）となる。
【０１１１】
本実施例において速度ｖは例えば１ｍ／分以上かつ３０ｍ／分以下とすることができる。また速度ｖは１ｍ／分以上かつ２ｍ／分以下とすることができる。また速度ｖは１０ｍ／分以上又は２０ｍ／分以上とすることができる。
【０１１２】
周波数ｆは１００回／分以上かつ１２０００回／分以下とすることができる。また周波数ｆは４００回以下とすることができる。速度ｖが１ｍ／分以上かつ３０ｍ／分以下であれば、周波数ｆは２００回／分以上かつ６０００回／分以下とすることができる。
【０１１３】
あるいは速度ｖが２０ｍ／分以上かつ３０ｍ／分以下であれば、周波数ｆは４０００回／分以上かつ６０００回／分以下とすることが好ましい。かかる態様により接合速度を高めつつ、上述の通り接合強度を高めることができる。
【０１１４】
Ｄは母材の材質、レーザー光の時間平均強度、速度ｖ、突合せ面から照射中心までの距離、その他に依拠して任意に決定することができる。適切なＤは経験的に求めることができる。
【０１１５】
［１０．変形例］  図７は変形例に係る溶接装置６７を表す要素図である。図３に示す溶接装置２７の各構成要素は溶接装置６７の各構成要素と適宜置き換えてもよい。以下に溶接装置６７と溶接装置２７との相違点を説明する。
【０１１６】
図７に示すように溶接装置６７は光学系７０を備える。偏光ビームスプリッター３０及びプリズム３６において側面３２ｄと側面３７ａとは対向していない。側面３７ａは側面３２ｃと対向している。一方、側面３２ｄは後述する偏光板５０ｄと対向している。したがってＰ偏光がプリズム３６に入射し、Ｓ偏光はプリズム３６に入射しない。
【０１１７】
図７に示すようにＰ偏光４２ｃはレーザー光４１の一部が偏光面３３を透過して生成する。Ｓ偏光４２ｄはレーザー光４１の一部が偏光面３３で反射して生成する。プリズム３６はＰ偏光４２ｃの光路上に位置する。Ｐ偏光４２ｃは側面３７ａより入射し、プリズム３６内を進行する。Ｐ偏光４２ｃは斜面３８で反射し、プリズム３６内を進行し、側面３７ｂより出射する。
【０１１８】
図７に示す光路７５は偏光ビームスプリッター３０からプリズム３６へ進行するＰ偏光４２ｃの光路である。また光路７５はＰ偏光４２ｃが偏光面３３を透過し、斜面３８で反射するまでの間のＰ偏光４２ｃの光路である。側面３２ｃと側面３７ａとが互いに面で接するとき光路７５の大きさを最も小さくできる。光路７５と他の構成要素との位置関係は図３に示す光路３５に準ずる。
【０１１９】
図７に示すように光学系７０は偏光板５０ａに代えて、Ｐ偏光用の偏光板５０ｃ及びＳ偏光用の偏光板５０ｄを備える。偏光板５０ｃはＰ偏光４２ｃの光路上に位置し、Ｓ偏光４２ｄの光路上に位置しない。偏光板５０ｄはＳ偏光４２ｄの光路上に位置し、Ｐ偏光４２ｃの光路上に位置しない。偏光板５０ｃ，５０ｄは偏光板５０ａと同様に回転することが好ましい。偏光板５０ｃ，５０ｄの回転は同期することが好ましい。偏光板５０ｃ，５０ｄの回転は互いに逆向きでもよい。
【０１２０】
なお図７のプリズム３６の配置に代えて、図３に示すようにプリズム３６がＳ偏光４２ａの光路上に位置してもよい。この場合は偏光板５０ｃが光路３５の光路上に位置してもよい。
【０１２１】
また図７に示す偏光板５０ｃ，５０ｄに代えて、図３に示す偏光板５０ａを用いてもよい。この場合、偏光板５０ａは、プリズム３６を経由したＰ偏光４２ｃ及びＳ偏光４２ｄのいずれの光路上にも位置することとなる。
【０１２２】
図７に示すように凸レンズ４７はプリズム３６を透過したＰ偏光４２ｃの光路上に位置する。また凸レンズ４７は偏光ビームスプリッター３０を透過したＳ偏光４２ｄの光路上に位置する。Ｐ偏光４２ｃ及びＳ偏光４２ｄをそれぞれレーザー光２３ｃ，２３ｄとする。
【０１２３】
図７はさらに溶接方法にかかる変形を示す。かかる溶接方法では２個の端部１４ｃ，１４ｄを有する１個の母材１０ｃの各端部を突き合せる。次にレーザー光２３ｃ，２３ｄを照射面２４ｃ，２４ｄ上のスポット２０ｃ，２０ｄに導く。スポット２０ｃ，２０ｄは図３に示すスポット２０ａ，２０ｂと同等であるが、照射される直線偏光の偏光方向が逆転している。
【０１２４】
図７に示すように端部１４ｃ，１４ｄ同士をレーザー光２３ｃ，２３ｄで溶融し接合する。かかる接合により母材１０ｃを筒状の構造体とすることができる。上記実施形態にならい隙間１３ｂにはレーザー光２３ｃ，２３ｄを照射しない。したがって筒状の構造体の内部に母材１０ｃを溶融する強度のレーザー光を照射することを回避することができる。
【０１２５】
かかる作用効果の恩恵が得られるのは筒状の構造体を製造する時に限らない。例えば筒状又は容器状の構造体に他の部材を接合する場合でも内部へのレーザー光の照射を避けることができる。例えば電池筐体の封緘に本実施例の溶接方法を利用することが好ましい。なぜなら電池筐体の封緘時に、筐体内にレーザー光を照射することは電池の内部構成要素を損傷する恐れがあるからである。
【０１２６】
図７に示すようにレーザー光７３をスポット７４に照射してもよい。ここでレーザー光７３は母材１０ｃを溶融するほど強度の大きいものではない。これはレーザー光７３が端部１４ｃ，１４ｄ間の隙間に進入し、照射面２４ｃ，２４ｄの裏側の空間に到達することによる。
【０１２７】
スポット７４はスポット２０ｃ，２０ｄを包含する。したがってレーザー光７３はレーザー光２３ｃ，２３ｄのエネルギーで生じる溶融池にさらにエネルギーを付与する。このため溶融池の凝固が遅れる。一方、レーザー光７３を照射しない場合、溶融池が急速に凝固することでボイド又はクラックがする場合がある。レーザー光７３はかかる問題を解消するのに適する。
【０１２８】
図７に示す溶接装置６７がレーザー光７３を照射してもよい。一方レーザー光７３を用いない場合は、溶接装置６７をより簡素な装置とすることができる。またレーザー光７３とレーザー光２３ｃ，２３ｄとの間の位置の調整や、これらの強度の調整が不要となる。
【０１２９】
図７に示すように端部１４ｃ，１４ｄの有する突合せ面は互いに対向しつつ、曲がっていてもよい。すなわち溶接線１３ｃは弧を描くように曲がっていてもよい。このときレーザー光２３ｃ，２３ｄの進行方向１６ｃ，１６ｄは溶接線１３ｃに沿って連続的に変化する。
【０１３０】
なお上述する実施形態において走査されるレーザー光の進行する速度ｖは溶接線を挟んだ両側で等しいものとした。溶接線１３ｃを上記の通り曲げる場合はレーザー光２３ｃ，２３ｄの進行速度の平均をｖとして扱い、強度の振動の周期Ｔ又は周波数ｆを決定してもよい。また両側のレーザー光２３ｃ，２３ｄの進行速度を比較して小さい方をｖとしてもよい。
【０１３１】
［１１．参考例］  図８は参考例に係る溶接方法で溶接される母材１０ａ，１０ｂの平面図である。かかる溶接方法はレーザー光のスポット８１ａ，８１ｂが溶接線１３ａに沿って交互に進む（ウィービングする）ことを特徴とする。
【０１３２】
図８に示すレーザー光のスポット８１ａ，８１ｂは母材１０ａ，１０ｂ上を進行する。ここで溶接線１３ａと平行な方向におけるレーザー光のスポット８１ａ，８１ｂの位置関係は周期的に変化する。かかるレーザー光のスポット８１ａ，８１ｂの態様は例えば光学回折素子（ＤＯＥ）８０によって実現することができる。本例では光学回折素子８０が首振り運動することでこれを通過するレーザー光のスポット８１ａ，８１ｂの位置を上記の通り変化させる。
【０１３３】
図８に示すレーザー光のスポット８１ａがレーザー光のスポット８１ｂの後ろに位置すると、溶合中心線８５ｂは母材１０ｂ側から母材１０ａ側に向かって溶接線１３ａを横断する。一方、レーザー光のスポット８１ａがレーザー光のスポット８１ｂの前に位置することで、溶合中心線８５ｃは母材１０ａ側から母材１０ｂ側に向かって溶接線１３ａを横断する。
【０１３４】
図８に示す溶合中心線８５ｂ，８５ｃは溶合中心線８５ａよりも引き延されている。したがって、溶融池８２ａ，８２ｂ中で突合せ面１７ａ，１７ｂに対して剪断応力が発生する。このため、酸化膜１８ａ，１８ｂは引き延されて破壊される。したがって溶融池８２ａ，８２ｂは互いによく溶け合う。このため母材１０ａ，１０ｂ同士は良好に接合される。
【０１３５】
図８に示す溶接方法は上記実施例に係る溶接方法と異なりいくつかの課題を有する。図９は本参考例に係る溶接方法で溶接される母材の斜視図である。本参考例に限らず母材１０ａ，１０ｂは必ずしも全体に厚みが均一な板ではない。例えば突合せ面１７ａ，１７ｂ近傍において母材１０ａ，１０ｂの上面が盛り上がっている場合がある。
【０１３６】
上位の場合、図９に示すレーザー光の照射中心８６ａ，８６ｂの進行に伴って、母材１０ａ，１０ｂの高さが変動する。この場合、図８に示す溶融池８２ａ，８２ｂが所望の大きさとならない。このため溶融池８２ａ，８２ｂが溶け合わないので接合強度を弱める可能性がある。
【０１３７】
また図９では突合せ面１７ｂの一部が湾曲している。かかる湾曲は公差又はざらつきの範囲内である。かかる湾曲により隙間１３ｂの幅が均一ではない。かかる場合、照射中心８６ｂが母材１０ｂから外れる可能性がある。このとき図２に示す溶融池１２ｂが十分に形成されない。このため溶融池８２ａ，８２ｂが溶け合わないので接合強度を弱める可能性がある。またレーザー光が母材の裏に抜けて、想定されない箇所に照射される可能性がある。
【０１３８】
上記の課題はいずれもウィービングに起因する。これに対し、図２に示した実施形態に係る方法では、ウィービングをしなくとも溶合中心線２５は溶接線１３ａよりも長くなる。したがって溶合中心線２５中のいずれかの箇所において又はその周辺において突合せ面１７ａ，１７ｂは引き延されるように破壊される。このため酸化膜を破壊することで溶融池の溶け合いを促進する効果をウィービングに依拠せずに得ることができる。
【０１３９】
なお、本発明は上記実施形態又は実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば実施形態又は実施例に係る溶接方法又は溶接装置に対し、上記ウィービングに係る光学的操作又は光学機構を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  母材            １１ａ，１１ｂ  スポット
１２ａ，１２ｂ  溶融池                  １３ａ，ｃ  溶接線
１３ｂ  隙間                            １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  端部
１５  溶合中心線                        １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  進行方向
１７ａ，１７ｂ  突合せ面                      １８ａ，１８ｂ  酸化膜
１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２１ａ，２１ｂ  スポット
２２ａ，２２ｂ  溶融池
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ  レーザー光
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  照射面  ２５  溶合中心線
２６ａ，２６ｂ  照射中心                ２７  溶接装置
２８  搬送方向                          ２９  搬送器
３０  偏光ビームスプリッター            ３１ａ，３１ｂ  プリズム
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ  側面    ３３  偏光面
３４  照射中心線                        ３５  光路
３６  プリズム                          ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ  側面
３８  斜面                              ４０  光学系
４１  レーザー光                        ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ  偏光
４５  光源                              ４６  ミラー
４７  凸レンズ                          ４９ａ，４９ｂ  偏光方向
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ  偏光板  ５２  軸
５３  連続回転                          ５６  往復回転
５７  往復中心                          ５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ  スポット                        ６２ａ，６２ｂ  溶融池
６４ａ，６４ｂ  端部                    ６７  溶接装置
７０  光学系                            ７３  レーザー光
７４  スポット                          ７５  光路
８０  光学回折素子                      ８１ａ，８１ｂ  スポット
８２ａ，８２ｂ  溶融池                  ８５ａ，８５ｂ，８５ｃ  溶合中心線
８６ａ，８６ｂ  照射中心                Ｄ  走査中の溶融池６２ａの長さ
Ｌ  レーザー光が走査される距離
【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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