(57)【要約】  溶接方法は、銅を含む加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、前記レーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である。また、溶接装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、銅を含む加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、を備え、前記加工対象に照射されるレーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である。
2019203367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、
前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、
前記レーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、
前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である、
溶接方法。
【請求項２】
前記複数の副ビームは、前記主ビームの外周を囲むように位置する、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記複数の副ビームは、前記主ビームを中心として、略リング形状を成すように位置する、
請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記主ビームと最も隣接する副ビームの中心と前記主ビームの中心との距離が７５μｍ〜４００μｍである、
請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引し、
前記複数の副ビームは、前記主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項６】
前記加工対象は溶接されるべき少なくとも２つの部材であり、前記加工対象を前記レーザ光が照射される領域に配置する際は、前記少なくとも２つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させるように配置する、
請求項１〜５のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項７】
ビームシェイパによって、前記レーザ光を、前記主ビームと前記複数の副ビームとに分割し、前記加工対象に照射する、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項８】
前記ビームシェイパは回折光学素子である、
請求項７に記載の溶接方法。
【請求項９】
レーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、銅を含む加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、
を備え、
前記加工対象に照射されるレーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、
前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である、
溶接装置。
【請求項１０】
前記複数の副ビームは、前記主ビームの外周を囲むように位置する、
請求項９に記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記複数の副ビームは、前記主ビームを中心として、略リング形状を成すように位置する、
請求項１０に記載の溶接装置。
【請求項１２】
前記主ビームと最も隣接する副ビームの中心と前記主ビームの中心との距離が７５μｍ〜４００μｍである、
請求項１１に記載の溶接装置。
【請求項１３】
前記光学ヘッドは、前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行い、
前記複数の副ビームは、前記主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する、
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１４】
前記加工対象は溶接されるべき少なくとも２つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させることにより構成される、
請求項９〜１３のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１５】
前記レーザ光を、前記主ビームと前記複数の副ビームとに分割するビームシェイパを備える、
請求項９〜１４のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１６】
前記ビームシェイパは回折光学素子である、
請求項１５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、溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる加工対象を溶接する手法の一つとして、レーザ溶接が知られている。レーザ溶接とは、レーザ光を加工対象の溶接すべき部分に照射し、レーザ光のエネルギーで当該部分を溶融させる溶接方法である。レーザ光が照射された部分には、溶融池と呼ばれる溶融した金属材料の液溜りが形成され、その後、溶融池が固化することによって溶接が行われる。【０００３】
また、レーザ光を加工対象に照射する際には、その目的に応じ、レーザ光のプロファイルが成型されることもある。例えば、レーザ光を加工対象の切断に用いる場合に、レーザ光のプロファイルを成型する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０８１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅を含む部材、たとえば高純度の銅からなる部材や銅合金からなる部材は、導電部品や放熱部品の構成部材として、車両用部品や、電気・電子デバイス用部品に多く使用されている。以下、銅を含む部材を銅部材と記載する場合がある。銅は熱伝導率が高いので、与えたエネルギーが熱として放散しやすい。そのため、銅部材同士は接合が難しい部材と考えられている。一方、銅部材を用いた部品の小型化や、加工速度の高速化を実現するために、レーザ溶接の適用が注目されている。なお、加工速度とは、レーザ光を加工対象上で掃引して溶接を行う場合には、掃引速度を意味する。【０００６】
本発明者らが、２つの銅部材を重ねて加工対象を構成し、レーザ溶接により接合する検討を行ったところ、スパッタが発生したり、ブローホールなどの溶接欠陥が生じる場合があった。特に、ブローホールは、たとえば溶融池の深さ（溶融深さ）を深くする等の目的で、加工速度を低下させた場合に発生しやすいことを発見した。なお、溶融深さは、銅部材の厚さ等に応じて、溶接に必要な深さだけ確保することが必要となる。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、銅を含む加工対象をレーザ溶接する際に、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制することができる溶接方法および溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る溶接方法は、銅を含む加工対象を、レーザ光が照射される領域に配置し、前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行い、前記レーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である。【０００９】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数の副ビームは、前記主ビームの外周を囲むように位置する。【００１０】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記複数の副ビームは、前記主ビームを中心として、略リング形状を成すように位置する。【００１１】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記主ビームと最も隣接する副ビームの中心と前記主ビームの中心との距離が７５μｍ〜４００μｍである。【００１２】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記レーザ光を前記加工対象に向かって照射しながら前記レーザ光と前記加工対象とを相対的に移動させ、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引し、前記複数の副ビームは、前記主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。【００１３】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記加工対象は溶接されるべき少なくとも２つの部材であり、前記加工対象を前記レーザ光が照射される領域に配置する際は、前記少なくとも２つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させるように配置する。【００１４】
本発明の一態様に係る溶接方法は、ビームシェイパによって、前記レーザ光を、前記主ビームと前記複数の副ビームとに分割し、前記加工対象に照射する。【００１５】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記ビームシェイパは回折光学素子である。【００１６】
本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を、銅を含む加工対象に向かって照射し、照射された部分の前記加工対象を溶融して溶接を行う光学ヘッドと、を備え、前記加工対象に照射されるレーザ光は、主ビームと、複数の副ビームとによって構成され、前記主ビームのパワーと、前記複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７である。【００１７】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数の副ビームは、前記主ビームの外周を囲むように位置する。【００１８】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数の副ビームは、前記主ビームを中心として、略リング形状を成すように位置する。【００１９】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記主ビームと最も隣接する副ビームの中心と前記主ビームの中心との距離が７５μｍ〜４００μｍである。【００２０】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記光学ヘッドは、前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動可能なように構成され、前記レーザ光を前記加工対象上で掃引しつつ、前記溶融を行なって溶接を行い、前記複数の副ビームは、前記主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。【００２１】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象は溶接されるべき少なくとも２つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させることにより構成される。【００２２】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記レーザ光を、前記主ビームと前記複数の副ビームとに分割するビームシェイパを備える。【００２３】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記ビームシェイパは回折光学素子である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、銅を含む加工対象をレーザ溶接する際に、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施形態１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】図２は、回折光学素子を説明する模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。
【図４】図４は、実施例におけるレーザ光の複数のビームの配置を説明する模式図である。
【図５】図５は、実験において照射箇所状態が良好であった代表的な条件を示す図である。
【図６】図６は、ビームの配置の別の一例を説明する模式図である。
【図７】図７は、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ビームの配置のさらに別の例を説明する模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図８Ｇ】図８Ｇは、ビームの配置のさらに別の一例を説明する模式図である。
【図９】図９は、実施形態２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１０】図１０は、実施形態３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１１】図１１は、実施形態４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１２】図１２は、実施形態５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１３】図１３は、実施形態６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１４Ａ】図１４Ａは、光ファイバの構成例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、光ファイバの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを接続する光ファイバ１３０と、を備えている。また、加工対象Ｗは、たとえば純度９９．９％以上である純銅からなり、厚さがたとえば１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の板状である。
【００２８】
レーザ装置１１０は、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。例えば、レーザ装置１１０は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成することとしてもよい。また、レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド１２０に入力させる。
【００２９】
光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２とを備えている。コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ１２２は、平行光化されたレーザ光を集光し、レーザ光Ｌとして加工対象Ｗに照射するための光学系である。
【００３０】
光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗ上でレーザ光Ｌの照射を行いながらレーザ光Ｌを掃引するために、加工対象Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。加工対象Ｗとの相対位置を変更する方法としては、光学ヘッド１２０自身を移動することや、加工対象Ｗを移動することなどが含まれる。すなわち、光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを、固定されている加工対象Ｗに対して掃引可能に構成されてもよい。または、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの照射位置は固定され、加工対象Ｗが、固定されたレーザ光Ｌに対して移動可能に保持されてもよい。
【００３１】
光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間に配置された、ビームシェイパの一例としての回折光学素子１２３を備えている。ここでいう回折光学素子１２３は、ＤＯＥ（Diffractive  Optical  Element）とも呼ばれ、図２に概念的に示すように、周期の異なる複数の回折格子１２３ａを一体に構成したものである。回折光学素子１２３は、入力されたレーザ光を、各回折格子の影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりして、ビーム形状を成型することができる。本実施形態では回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２の間に配置しているが、コリメートレンズ１２１より光ファイバ１３０側や、集光レンズ１２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００３２】
回折光学素子１２３は、コリメートレンズ１２１から入力されたレーザ光を、複数のビームに分割する。具体的には、回折光学素子１２３は、レーザ光を、主ビームと、複数の副ビームとに分割する。このとき、回折光学素子１２３は、複数の副ビームの少なくとも一部が、主ビームに対して掃引方向前方側に位置するように、レーザ光を分割する。
【００３３】
図３Ａ、３Ｂは、ビームの配置を説明する模式図である。なお、図３Ａ、３Ｂは、加工対象Ｗのレーザ光Ｌの照射面における複数のビームの配置を示している。図３Ａに示す例では、レーザ光Ｌは、回折光学素子１２３によって分割された、主ビームＢ１と、複数の副ビームＢ２とを含んでいる。図３Ａに示す例では副ビームＢ２の数は８である。８本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１の外周を囲むように位置している。具体的には、８本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、半径がＲの略リング形状を成すように位置している。また、８本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、中心から頂点までの距離がＲの略正八角形状を成すように位置しているということもできる。なお、図３Ｂに示すレーザ光Ｌ´のように、複数の副ビームＢ２が連続的に重なり合ってリング形状を成していてもよい。
【００３４】
図３Ａに示す例では、３本の副ビームＢ２が、主ビームＢ１に対して掃引方向ＳＤの前方側に位置する。また、２本の副ビームＢ２が、主ビームＢ１に対して掃引方向ＳＤと垂直方向の側方側に位置する。そして、３本の副ビームＢ２が、主ビームＢ１に対して掃引方向ＳＤの後方側に位置する。
【００３５】
また、主ビームＢ１およびそれぞれの副ビームＢ２は、そのビーム断面の径方向において、たとえばガウシアン形状のパワー分布を有する。ただし、主ビームＢ１および副ビームＢ２のパワー分布はガウシアン形状に限定されない。また、図３Ａにおいて、主ビームＢ１、副ビームＢ２を表す円の直径が、各ビームのビーム径である。各ビームのビーム径は、そのビームのピークを含み、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の径として定義する。円形でないビームの場合は、本明細書に於いては掃引方向ＳＤと垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義する。
【００３６】
ここで、主ビームＢ１のパワーは、それぞれの副ビームＢ２のパワーより大きい。また、８本の副ビームＢ２のパワーは等しい。
【００３７】
さらに、主ビームＢ１のパワーと、８本の副ビームＢ２のパワーの合計との比が、９：１〜３：７である。したがって、比が９：１の場合は、主ビームＢ１のパワーと、１本の副ビームＢ２のパワーとの比は、９：１／８＝７２：１となる。また、比が３：７の場合は、主ビームＢ１のパワーと、１本の副ビームＢ２のパワーとの比は、３：７／８＝２４：７となる。
【００３８】
なお、少なくとも主ビームＢ１のパワー分布はある程度鋭い形状であることが好ましい。主ビームＢ１のパワー分布がある程度鋭い形状であれば、加工対象Ｗを溶融する際の溶け込み深さを深くできるので、溶接強度を確保でき、溶接不良の発生をより好適に抑制することができる。主ビームＢ１の鋭さの指標として、ビーム径を用いると、主ビームＢ１のビーム径が６００μｍ以下が好ましく、４００μｍ以下がより好ましい。なお、主ビームＢ１が鋭い形状であると、同じ溶け込み深さを実現するためのパワーを低減でき、かつ加工速度を速めることができる。そのため、レーザ溶接装置１００の消費電力の低減と加工効率の向上とを実現できる。副ビームＢ２のパワー分布は、主ビームＢ１と同程度に鋭くてもよい。
【００３９】
なお、ビーム径の設計は、使用するレーザ装置１１０、光学ヘッド１２０、光ファイバ１３０の特性を適宜設定すること可能である。たとえば、光ファイバ１３０から光学ヘッド１２０に入力するレーザ光のビーム径の設定や、回折光学素子１２３やレンズ１２１、１２２等の光学系の設定によって、設定可能である。
【００４０】
レーザ溶接装置１００を用いて溶接を行う場合、まず、加工対象Ｗを、レーザ光Ｌが照射される領域に配置する。つづいて、回折光学素子１２３によって分割された主ビームＢ１および８本の副ビームＢ２を含むレーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射しながら、レーザ光Ｌと加工対象Ｗとを相対的に移動させてレーザ光Ｌの掃引をしつつ、レーザ光Ｌが照射された部分の加工対象Ｗを溶融して溶接を行う。図１の場合は、掃引方向は、たとえば図面の手前方向または奥行き方向である。これにより、加工対象Ｗは溶接される。
【００４１】
このとき、レーザ光Ｌにおいて、８本の副ビームＢ２のうちの一部である３本が、主ビームＢ１に対して掃引方向ＳＤの前方側に位置し、かつ、主ビームＢ１のパワーと、８本の副ビームＢ２のパワーの合計との比が、９：１〜３：７であることによって、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、図３Ａ、３Ｂに示す例では、レーザ光Ｌにおいて、８本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として略リング形状を成すように位置しているので、掃引方向を、図３Ａ、３Ｂに示す掃引方向ＳＤから任意の方向に変更したとしても、主ビームＢ１に対して、変更後の掃引方向の前方側に副ビームＢ２の一部が位置することとなる。したがって、任意の掃引方向に対して、溶接欠陥発生の抑制効果を発揮できる。
【００４３】
つぎに、実験例として、図１に示す構成のレーザ溶接装置を用いて、純銅からなる厚さが１０ｍｍの板材を加工対象とし、これにレーザ光を照射する実験を行った。レーザ装置から出力されるレーザ光の波長は１０７０ｎｍ、パワーは６ｋＷとした。また、回折光学素子（ＤＯＥ）を用いない場合と用いる場合との実験を行った。
【００４４】
ＤＯＥを用いる場合は、図４に示すように、レーザ光を、主ビームと、主ビームを中心として略リング形状を成すように位置する１６本の副ビームとに分割するように設計した７つのＤＯＥを準備した。なお、このリング形状の直径２Ｒが加工対象の表面において４５０μｍになるようにした。また、掃引方向は図面上方向である。また、各ＤＯＥは、主ビームのパワーと、１６本の副ビームのパワーの合計との比が、それぞれ、９：１、８：２、７：３、６：４、５：５、３：７、２：８となり、かついずれも、１６本の副ビームのパワーは等しくなるように設計したものである。さらに、主ビームのパワーと、１６本の副ビームのパワーの合計との比が、９：１〜３：７である。したがって、比が９：１の場合は、主ビームのパワーと、１本の副ビームのパワーとの比は、９：１／１６＝１４４：１となる。また、比が３：７の場合は、主ビームのパワーと、１本の副ビームのパワーとの比は、３：７／１６＝４８：７となる。
【００４５】
また、加工対象に対するレーザ光の掃引速度は、０．５ｍ／ｍｉｎ、１ｍ／ｍｉｎ、２ｍ／ｍｉｎ、５ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、または２０ｍ／ｍｉｎとした。
【００４６】
表１に実験結果を示す。表中のパワー比（中心：外周）とは、主ビームのパワーと、副ビームのパワーの合計との比を示す。また、記号「〇」、「△」、「×」は、目視による照射箇所の状態（照射箇所状態）の判定結果を示している。具体的には、ＤＯＥ無し（パワー比が１０：０に相当）の場合は、記号「〇」は照射箇所状態が良好であることを示している。記号「△」は、照射箇所状態が比較的良好であるが、ブローホールが発生していることを示している。記号「×」は、照射箇所に溝が形成されてしまい、ビードが形成できないことを示している。ＤＯＥを装着した９：１〜２：８との場合は、ブローホールの発生量が１／１０以下の場合は「〇」、１／２以下の場合は「△」、１／２以下だが装着していないよりも良好な場合は黒三角、ＤＯＥを装着した場合よりも改善されていない又は悪化した場合は「×」、加工が誘起されていない場合は空欄とした。
【００４７】
表１に示すように、ＤＯＥを用いない場合、掃引速度が２０ｍ／ｍｉｎのように高速であれば照射箇所状態が良好であった。しかしながら、掃引速度を１０ｍ／ｍｉｎに低下させるとブローホールが発生し、さらに１ｍ／ｍｉｎに低下させるとビードが形成できなかった。
【００４８】
一方、ＤＯＥを用いた場合は、パワー比が９：１〜３：７において、掃引速度を５ｍ／ｍｉｎに低下させても照射箇所状態が良好であった。特に、パワー比が８：２〜５：５の場合は掃引速度を１ｍ／ｍｉｎに低下させても照射箇所状態が良好であり、７：３の場合は掃引速度を０．５ｍ／ｍｉｎに低下させても照射箇所状態が良好であった。
【００４９】
【表１】
2019203367.tif 000003
【００５０】
つづいて、比が７：３であるが、加工対象の表面において１６本の副ビームが成す略リング形状の円形近似の直径２Ｒが３００μｍ、６００μｍ、８００μｍとなるように設計した各ＤＯＥを用いて、上記の同様の照射の実験を行った。なお、掃引速度５ｍ／ｍｉｎとした。また、それぞれのＤＯＥを用いた場合、副ビームのそれぞれの中心と主ビームの中心との距離は、約１５０μｍ、約３００μｍ、約１５０μｍである。この実験の結果、直径２Ｒが３００μｍ、６００μｍ、８００μｍの全ての場合において、照射箇所状態が良好であった。図５は、上記２つの実験において、照射箇所状態が良好であった代表的な条件を示す図である。この結果から分かるように、最も隣接する副ビームの中心と主ビームの中心との距離（半径Ｒに相当）は１５０μｍ〜４００μｍであることが好ましい。
【００５１】
つづいて、比が７：３であり、加工対象の表面において１６本の副ビームが成す略リング形状の円形近似の直径２Ｒが１５０μｍとなるように設計したＤＯＥを用いて、上記の同様の照射の実験を行った。このとき、副ビームのそれぞれの中心と主ビームの中心との距離は、約７５μｍである。なお、レーザ装置から出力されるレーザ光の波長は１０７０ｎｍ、パワーは９００Ｗとした。また、掃引速度２００ｍｍ／ｓｅｃとした。また、厚さ１０ｍｍの純銅板を２枚突き合わせるように隣接させて加工対象を構成し、突き合わせ溶接を行った。この実験の結果、照射箇所状態は良好であった。一方、同じレーザ光の波長およびパワー、掃引速度、加工対象にて、ＤＯＥを用いてないで実験を行ったところ、レーザ光の照射箇所からスパッタが発生したり、溶接欠陥が形成されたりした。この結果からさらに、最も隣接する副ビームの中心と主ビームの中心との距離（半径Ｒに相当）は７５μｍ〜４００μｍであることが好ましい。
【００５２】
また、掃引方向前方側に位置し主ビームと最も隣接する副ビームの中心と主ビームの中心との距離を７５μｍ〜４００μｍとして、掃引方向側方側または後方側に位置する複数の副ビームと主ビームの中心との距離を、この範囲以外の値としてもよい。
【００５３】
なお、上記では、レーザ光を加工対象に対して掃引する場合について説明した。ただし、レーザ光を主ビームと複数の副ビームとによって構成し、主ビームのパワーと複数の副ビームのパワーの合計との比を７２：１〜３：７にすることは、たとえばスポット溶接のように、レーザ光を加工対象に対して掃引しない溶接の場合にも効果的である。なお、主ビームと隣接する複数の副ビームのそれぞれの中心と主ビームの中心との距離は７５μｍ〜４００μｍが好ましい。
【００５４】
そこで、比が７：３であり、加工対象の表面において１６本の副ビームが成す略リング形状の円形近似の直径２Ｒが５５０μｍとなるように設計したＤＯＥを用いて、レーザ光の照射の実験を行った。このとき、副ビームのそれぞれの中心と主ビームの中心との距離は、約２７５μｍである。なお、レーザ装置から出力されるレーザ光の波長は１０７０ｎｍ、パワーは５．５ｋＷとした。また、厚さが１．７ｍｍの純銅からなる平角線２本の端面の片端を突き合せて加工対象を構成し、その端面にレーザ光を照射して溶接する突き合わせ溶接を行った。レーザ光の照射時間は１００ｍｓｅｃとした。この実験の結果、照射箇所状態は良好であった。一方、同じレーザ光の波長およびパワー、加工対象、照射時間にて、ＤＯＥを用いてないで実験を行ったところ、レーザ光の照射箇所からスパッタが発生した。
【００５５】
（ビームの配置の別の例）
上記実施形態１では、複数の副ビームが主ビームの外周を囲むように位置しているが、ビームの配置はこれに限られない。
【００５６】
たとえば、図６に示す例では、加工対象に照射されるレーザ光Ｌ１が、主ビームＢ１と、３本の副ビームＢ２に分割されている。そして、３本の副ビームＢ２はいずれも、主ビームＢ１に対して掃引方向ＳＤの前方側に位置している。主ビームＢ１のパワーは、それぞれの副ビームＢ２のパワーより大きい。また、主ビームＢ１のパワーと、３本の副ビームＢ２のパワーの合計との比は、９：１〜３：７である。このような配置であっても、上記実施形態１の場合と同様に、溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【００５７】
なお、図６のような前方方向のようなビーム配置の場合、主ビームＢ１の中心と、互いに隣接する２本の副ビームＢ２の中心とを結ぶ線の成す角θは、９０°以下が好ましく、６０°以下がより好ましく、４５°以下がさらに好ましい。
【００５８】
また、溶融池の形状が掃引方向ＳＤに対して線対称に近いことが好ましいので、３本の副ビームＢ２も掃引方向ＳＤに対して線対称になるように配置されていることが好ましい。
【００５９】
また、図４を参照して説明したように、ＤＯＥを用いてレーザ光を、主ビームと１６本の副ビームとに分割した場合、主ビームのパワーと、１本の副ビームのパワーとの比は、１４４：１でよい。この比を、ＤＯＥを用いてレーザ光を、主ビームと２本の副ビームとに分割し、かつ２本の副ビームを主ビームに対して掃引方向の前方側に位置させた場合に適用する。すると、主ビームのパワーと、２本の副ビームのパワーの合計との比は、１４４：２＝７２：１となる。したがって、主ビームのパワーと、２本の副ビームのパワーの合計との比は、７２：１でもよい。また、たとえば図６のように、ＤＯＥを用いてレーザ光を、主ビームと３本の副ビームとに分割し、かつ２本の副ビームを主ビームに対して掃引方向の前方側に位置させた場合は、当該比は、１４４：３＝４８：１でもよい。このように、当該比は、７２：１以上の値をとり得る。
【００６０】
また、たとえば、図７に示す例では、加工対象に照射されるレーザ光Ｌ２が、主ビームＢ１と、１６本の副ビームＢ２と、８本の副ビームＢ３とに分割されている。１６本の副ビームＢ２は、副ビーム群Ｇ２を構成し、主ビームＢ１を中心として略リング形状を成すように位置している。８本の副ビームＢ３は、副ビーム群Ｇ３を構成し、主ビームＢ１を中心として、副ビームＢ２の成すリング形状よりも直径が小さい略リング形状を成すように位置している。主ビームＢ１のパワーと、副ビームＢ２および副ビームＢ３のパワーの合計との比は、９：１〜３：７である。このような配置であっても、上記実施形態１の場合と同様に、溶接欠陥の発生を抑制することができる。また、副ビームＢ３に最も隣接する副ビームＢ２の中心と副ビームＢ３の中心との距離は、主ビームＢ１に最も隣接する副ビームＢ３の中心と主ビームＢ１の中心の距離と同様に７５〜４００μｍが好ましい。
【００６１】
図８Ａ〜８Ｇは、ビームの配置のさらに別の例を説明する模式図である。図８Ａに示す例では、レーザ光Ｌ３１は、主ビームＢ１と、１２本の副ビームＢ２とを含んでいる。１２本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または略正六角形状を成すように位置している。図８Ｂに示す例では、レーザ光Ｌ３２は、主ビームＢ１と、６本の副ビームＢ２とを含んでいる。６本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または六角形状を成すように位置している。図８Ｃに示す例では、レーザ光Ｌ３３は、主ビームＢ１と、１０本の副ビームＢ２とを含んでいる。１０本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または五角形状を成すように位置している。図８Ｄに示す例では、レーザ光Ｌ３４は、主ビームＢ１と、５本の副ビームＢ２とを含んでいる。５本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または五角形状を成すように位置している。図８Ｅに示す例では、レーザ光Ｌ３５は、主ビームＢ１と、複数の副ビームＢ２とを含んでいる。複数の副ビームＢ２は、連続的に重なり合っており、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または六角形状を成すように位置している。図８Ｆに示す例では、レーザ光Ｌ３６は、主ビームＢ１と、複数の副ビームＢ２とを含んでいる。複数の副ビームＢ２は、連続的に重なり合っており、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または五角形状を成すように位置している。図８Ｇに示す例では、レーザ光Ｌ３７は、主ビームＢ１と、１６本の副ビームＢ２とを含んでいる。１６本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、略リング形状または略八角形状を成すように位置している。また、主ビームＢ１および副ビームＢ２は、マトリクスＭを定義した場合に、その矩形のグリッドを埋めるように配置されている。
【００６２】
図８Ａ〜８Ｇの例のように、主ビームＢ１および副ビームＢ２は、グリッドを埋めるように配置してもよいし、より自由に配置してもよい。また、図８Ａ〜８Ｇに示す例では、レーザ光Ｌ３１〜Ｌ３７の掃引方向は任意でよく、五角形または六角形の対角線からずれた向きでもよい。また、掃引方向前方に存在しない副ビームの数は、図８Ａや図８Ｃや図８Ｆや図８Ｇのように副ビームが密に配置されていれば、少し間引いても良い。
【００６３】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗ１にレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗ１の溶接を行う。加工対象Ｗ１は、２枚の板状の銅部材Ｗ１１、Ｗ１２を重ね合わせて構成されている。レーザ溶接装置２００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置２００の装置構成の説明のみを行う。
【００６４】
レーザ溶接装置２００は、レーザ装置２１０と、光学ヘッド２２０と、光ファイバ２３０とを備えている。
【００６５】
レーザ装置２１０は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。光ファイバ２３０は、レーザ装置２１０から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド２２０に入力させる。
【００６６】
光学ヘッド２２０は、光学ヘッド１２０と同様に、レーザ装置２１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２とを備えている。
【００６７】
さらに、光学ヘッド２２０は、集光レンズ２２２と加工対象Ｗとの間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナとは、２枚のミラー２２４ａ，２２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド２２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる装置である。レーザ溶接装置２００では、集光レンズ２２２から出射したレーザ光Ｌをガルバノスキャナへ導くためにミラー２２６を備えている。また、ガルバノスキャナのミラー２２４ａ，２２４ｂは、それぞれモータ２２５ａ，２２５ｂによって角度が変更される。
【００６８】
光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子２２３を備えている。回折光学素子２２３は、回折光学素子１２３と同様に、コリメートレンズ２２１から入力されたレーザ光を主ビームと複数の副ビームとに分割する。掃引する場合は、副ビームは、主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。主ビームのパワーは、それぞれの副ビームのパワーより大きく、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比は、９：１〜３：７である。これにより、レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗ１を溶接する際の溶接欠陥の発生を抑制することができる。なお、副ビームの分割、配置の仕方に応じて、７２：１〜３：７としてもよい。尚、実施形態１と同様に回折光学素子２２３はコリメートレンズ２２１と集光レンズ２２２の間に配置しているが、コリメートレンズ２２１より光ファイバ２３０側や、集光レンズ２２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００６９】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗ２にレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗ２の溶接を行う。加工対象Ｗ２は、２枚の板状の銅部材Ｗ２１、Ｗ２２を突き合わせるように隣接させて構成されている。レーザ溶接装置３００は、レーザ溶接装置１００、２００と同様の作用原理によって溶接を実現するものである。光学ヘッド３２０以外の要素（レーザ装置３１０および光ファイバ３３０）の構成は、レーザ溶接装置１００、２００の対応する要素と同様である。したがって、以下では、光学ヘッド３２０の装置構成の説明のみを行う。
【００７０】
光学ヘッド３２０は、光学ヘッド１２０、２２０と同様に、レーザ装置３１０から入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２とを備えている。
【００７１】
さらに、光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ガルバノスキャナを有している。ガルバノスキャナのミラー３２４ａ，３２４ｂは、それぞれモータ３２５ａ，３２５ｂによって角度が変更される。光学ヘッド３２０では、光学ヘッド２２０と異なる位置にガルバノスキャナを設けている。しかしながら、光学ヘッド２２０と同様に、２枚のミラー３２４ａ，３２４ｂの角度を制御することで、光学ヘッド３２０を移動させることなく、レーザ光Ｌの照射位置を移動させ、レーザ光Ｌを掃引することができる。
【００７２】
光学ヘッド３２０は、コリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２との間に配置された、ビームシェイパとしての回折光学素子３２３を備えている。回折光学素子３２３は、回折光学素子１２３、２２３と同様に、コリメートレンズ３２１から入力されたレーザ光を主ビームと複数の副ビームとに分割する。掃引する場合は、副ビームは、主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。主ビームのパワーは、それぞれの副ビームのパワーより大きく、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比は、９：１〜３：７である。これにより、レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接欠陥の発生を抑制することができる。なお、副ビームの分割、配置の仕方に応じて、７２：１〜３：７としてもよい。さらに、実施形態１と同様に回折光学素子３２３はコリメートレンズ３２１と集光レンズ３２２の間に配置しているが、コリメートレンズ３２１より光ファイバ３３０側や、集光レンズ３２２より加工対象Ｗ側に設置してもよい。
【００７３】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置４００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置４００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置４００の装置構成の説明のみを行う。
【００７４】
レーザ溶接装置４００は、レーザ光を出力する複数のレーザ装置４１１，４１２と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド４２０と、レーザ装置４１１，４１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド４２０へ導く光ファイバ４３１，４３２とを備えている。
【００７５】
レーザ装置４１１は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光Ｌ１１を出力できるように構成されている。レーザ装置４１２は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力であり、それぞれがマルチモードの複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を出力できるように構成されている。
【００７６】
光ファイバ４３１，４３２は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２をそれぞれ光学ヘッド４２０に導く。光ファイバ４３２は、複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を導くために、複数の光ファイバで構成されていてもよいし、マルチコアファイバで構成されていてもよい。
【００７７】
光学ヘッド４２０は、レーザ装置４１１，４１２から導かれたそれぞれのレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を、加工対象Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド４２０は、レーザ光Ｌ１１のためのコリメートレンズ４２１ａと集光レンズ４２２ａと、レーザ光Ｌ１２のためのコリメートレンズ４２１ｂと集光レンズ４２２ｂとを備えている。コリメートレンズ４２１ａ，４２１ｂは、それぞれ、光ファイバ４３１，４３２によって導かれたレーザ光を一旦平行光化するための光学系であり、集光レンズ４２２ａ，４２２ｂは、平行光化されたレーザ光を加工対象Ｗに集光させるための光学系である。なお、コリメートレンズ４２１ｂと集光レンズ４２２ｂとは、それぞれ、複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を平行光化または集光するために、複数のレンズで構成されていてもよい。
【００７８】
光学ヘッド４２０は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２のうち、レーザ光Ｌ１１を主ビームとして加工対象Ｗに照射し、レーザ光Ｌ１２を副ビームとして加工対象Ｗに照射する。すなわち、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光は、主ビームと複数の副ビームとによって構成される。また、掃引する場合は、複数の副ビームは、主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。そして、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比が、９：１〜３：７である。これにより、レーザ溶接装置４００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接欠陥の発生を抑制することができる。なお、副ビームの配置の仕方に応じて、７２：１〜３：７としてもよい。
【００７９】
レーザ溶接装置４００によれば、たとえば図３Ａ、３Ｂ、４、６、７、８Ａ〜８Ｇに例示される配置を実現することができる。なお、図に示される例は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を用いているが、その数を適宜増減してもよい。
【００８０】
（実施形態５）
図１２は、実施形態５に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置５００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を照射して加工対象Ｗの溶接を行う。レーザ溶接装置５００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置５００の装置構成の説明のみを行う。
【００８１】
レーザ溶接装置５００は、レーザ光を出力するレーザ装置５１０と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド５２０と、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド５２０へ導く光ファイバ５３１，５３３，５３４とを備えている。
【００８２】
レーザ装置５１０は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光を出力できるように構成されている。レーザ装置５１０は、加工対象Ｗに照射するレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２の両方を出力するために用いられる。そのために、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド５２０へ導く光ファイバ５３１，５３３，５３４の間には分岐ユニット５３２が設けられている。レーザ装置５１０は、レーザ装置５１０から出力されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐してから光学ヘッド５２０へ導くように構成されている。
【００８３】
光ファイバ５３１，５３３は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２をそれぞれ光学ヘッド５２０に導く。光ファイバ５３３は、複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を導くために、複数の光ファイバで構成されていてもよいし、マルチコアファイバで構成されていてもよい。
【００８４】
光学ヘッド５２０は、分岐ユニット５３２によって分岐され、光ファイバ５３１，５３３によって導かれたレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を加工対象Ｗに照射するための光学装置である。そのために、光学ヘッド５２０は、レーザ光Ｌ１１のためのコリメートレンズ５２１ａと集光レンズ５２２ａと、レーザ光Ｌ１２のためのコリメートレンズ５２１ｂと集光レンズ５２２ｂとを備えている。コリメートレンズ５２１ａ，５２１ｂは、それぞれ、光ファイバ５３３，５３４によって導かれたレーザ光を一旦平行光化するための光学系であり、集光レンズ５２２ａ，５２２ｂは、平行光化されたレーザ光を加工対象Ｗに集光させるための光学系である。なお、コリメートレンズ５２１ｂと集光レンズ５２２ｂとは、それぞれ、複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２を平行光化または集光するために、複数のレンズで構成されていてもよい。
【００８５】
光学ヘッド５２０は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２のうち、レーザ光Ｌ１１を主ビームとして加工対象Ｗに照射し、レーザ光Ｌ１２を副ビームとして加工対象Ｗに照射する。すなわち、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光は、主ビームと複数の副ビームとによって構成される。また、掃引する場合は、複数の副ビームは、主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。そして、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比が、９：１〜３：７である。これにより、レーザ溶接装置５００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接欠陥の発生を抑制することができる。なお、副ビームの配置の仕方に応じて、７２：１〜３：７としてもよい。
【００８６】
レーザ溶接装置５００によれば、図３Ａ、３Ｂ、４、６、７、８Ａ〜８Ｇに例示される配置を実現することができる。なお、図に示される例は、レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２を用いているが、その数を適宜増減してもよい。
【００８７】
（実施形態６）
図１３は、実施形態６に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置６００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌを照射して加工対象Ｗをの溶接を行う。レーザ溶接装置６００は、レーザ溶接装置１００と同様の作用原理によって溶接方法を実現するものである。したがって、以下では、レーザ溶接装置６００の装置構成の説明のみを行う。
【００８８】
レーザ溶接装置６００は、レーザ光を出力する複数のレーザ装置６１１，６１２と、レーザ光を加工対象Ｗに照射する光学ヘッド６２０と、レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド６２０へ導く光ファイバ６３１，６３２，６３５とを備えている。
【００８９】
レーザ装置６１１は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光を出力できるように構成されている。レーザ装置６１２は、レーザ装置１１０と同様に構成されており、例えば数ｋＷの出力であり、それぞれがマルチモードの複数のレーザ光を出力できるように構成されている。
【００９０】
レーザ溶接装置６００では、レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光は、光学ヘッド６２０へ導かれる前に結合される。そのために、レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド６２０へ導く光ファイバ６３１，６３２，６３５の間には結合部６３４が設けられている。レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光は、光ファイバ６３５中を並列して導波されることになる。
【００９１】
ここで、図１４Ａ、１４Ｂを参照しながら、光ファイバ６３１（および６３２）および光ファイバ６３５の構成例を説明する。図１４Ａに示すように、光ファイバ６３１（および６３２）は、通常の光ファイバである。すなわち、光ファイバ６３１（および６３２）は、１つのコア領域Ｃｏの周囲にコア領域Ｃｏよりも屈折率が低いクラッドＣｌが形成された光ファイバである。一方、図１４Ｂに示すように、光ファイバ６３５は、マルチコアファイバである。すなわち、光ファイバ６３５は、２つのコア領域Ｃｏ１，Ｃｏ２を有し、この２つのコア領域Ｃｏ１，Ｃｏ２の周囲にコア領域Ｃｏ１，Ｃｏ２よりも屈折率が低いクラッドＣｌが形成されている。さらに、コア領域Ｃｏ２は複数のコア領域を含んでいる。そして、結合部６３４では、光ファイバ６３１のコア領域Ｃｏと光ファイバ６３５のコア領域Ｃｏ１とが結合され、また、光ファイバ６３２のコア領域Ｃｏと光ファイバ６３５のコア領域Ｃｏ２とが結合されることになる。レーザ装置６１２から出力された複数のレーザ光のそれぞれは、コア領域Ｃｏ２の複数のコア領域のそれぞれによって導波される。
【００９２】
図１３の参照に戻る。光学ヘッド６２０は、結合部６３４によって結合されたレーザ光Ｌを加工対象Ｗに照射するための光学装置である。そのために、光学ヘッド６２０は、内部にコリメートレンズ６２１と集光レンズ６２２とを備えている。
【００９３】
レーザ溶接装置６００は、光学ヘッド６２０が回折光学素子を備えておらず、また、複数のレーザ光のための独立した光学系も有していないが、レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光は、光学ヘッド６２０へ導かれる前に結合されている。これにより、加工対象Ｗに向かって照射されるレーザ光Ｌは、主ビームと複数の副ビームとによって構成される。また、掃引する場合は、複数の副ビームは、主ビームに対して掃引方向前方側に少なくともその一部が位置する。そして、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比が、９：１〜３：７である。これにより、レーザ溶接装置６００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶接欠陥の発生を抑制することができる。なお、副ビームの配置の仕方に応じて、７２：１〜３：７としてもよい。
【００９４】
レーザ溶接装置６００によれば、図３Ａ、３Ｂ、４、６、７、８Ａ〜８Ｇに例示される配置を実現することができる。なお、図に示される例は、レーザ装置６１１，６１２から出力されたレーザ光を用いているが、その数を適宜増減してもよい。
【００９５】
なお、上記実施形態では、分割した主ビームと複数の副ビームとは、互いに重ならないが、主ビームと副ビーム、または副ビーム同士が重なってもよい。
【００９６】
また、副ビームはすべてが同じパワーを持っていてもよいし、１つまたは一部の副ビームのパワーがその他の副ビームのパワーより高くてもよい。また、複数の副ビームが複数のグループに分類でき、同じグループ内では副ビームは略同じパワーであり、グループ間では副ビームは異なるパワーであってもよい。この場合、複数の異なるグループに分類された副ビームを比較すると、パワーが段階的に異なる。なお、或るグループに含まれる副ビームは複数に限られず、１つでもよい。いずれの場合も、主ビームのパワーと、複数の副ビームのパワーの合計との比が、７２：１〜３：７であることが好ましい。
【００９７】
また、加工対象は板材に限られないし、溶接の態様は重ね合わせ溶接や突き合わせ溶接にも限られない。したがって、加工対象は溶接されるべき少なくとも２つの部材を重ねる、または接触させる、または隣接させることにより構成されるものでよい。
【００９８】
また、加工対象に対してレーザ光を掃引する場合には、公知のウォブリングやウィービングにより掃引を行い、溶融池の表面積を広げるようにしてもよい。
【００９９】
また、使用するレーザ光はマルチモードに限らずシングルモードのレーザ光を使用してもよい。
【０１００】
また、加工対象は、めっき付き銅板のように、銅の表面に薄い金属の層が存在するものでもよい。また、加工対象について、厚さが１ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものを例示したが、より薄く０．０１ｍｍ程度となってもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、銅を含む加工対象の溶接に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１００、２００、３００、４００  レーザ溶接装置
１１０、２１０、３１０、４１１、４１２、５１０、６１１、６１２  レーザ装置
１２０、２２０、３２０、４２０  光学ヘッド
１２１、２２１、３２１、４２１ａ、４２１ｂ  コリメートレンズ
１２２、２２２、３２２、４２２ａ、４２２ｂ  集光レンズ
１２３、２２３、３２３  回折光学素子
１２３ａ  回折格子
１３０、２３０、３３０、４３１、４３２、５３１、５３３、５３４、６３１、６３２，６３５  光ファイバ
２２４ａ、２２４ｂ、２２６、３２４ａ、３２４ｂ  ミラー
２２５ａ、２２５ｂ、３２５ａ、３２５ｂ  モータ
５３２  分岐ユニット
６３４  結合部
Ｂ１  主ビーム
Ｂ２、Ｂ３  副ビーム
Ｇ２、Ｇ３  副ビーム群
Ｌ、Ｌ´、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６、Ｌ３７  レーザ光
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２  加工対象
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１、Ｗ２２  銅部材
【図１】
2019203367.tif 000004
【図２】
2019203367.tif 000005
【図３Ａ】
2019203367.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019203367.tif 000010
【図７】
2019203367.tif 000011
【図８Ａ】
2019203367.tif 000012
【図８Ｂ】
2019203367.tif 000013
【図８Ｃ】
2019203367.tif 000014
【図８Ｄ】
2019203367.tif 000015
【図８Ｅ】
2019203367.tif 000016
【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
2019203367.tif 000018
【図９】
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【図１０】
2019203367.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
2019203367.tif 000022
【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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2019203367.tif 000027
2019203367.tif 000028