(57)【要約】  溶接方法は、金属を含む加工対象に向かってレーザ光を照射し、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、主パワー領域と、少なくとも１つの副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワーは、それぞれの前記副パワー領域のパワーより大きく、前記主パワー領域のパワーと、前記少なくとも１つの副パワー領域のパワーの合計との比が、１４４：１から１：９までの範囲内である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む加工対象に向かってレーザ光を照射し、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、主パワー領域と、少なくとも１つの副パワー領域とによって構成され、
前記主パワー領域のパワーは、それぞれの前記副パワー領域のパワーより大きく、
前記主パワー領域のパワーと、前記少なくとも１つの副パワー領域のパワーの合計との比が、１４４：１から１：９までの範囲内である、
溶接方法。
【請求項２】
前記金属は鉄または鉄を含む合金鋼または鋼または鋼を含む合金またはアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金である、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、複数の前記副パワー領域を含み、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域の外周の少なくとも一部を囲むように位置する、
請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域を囲む略リング形状または前記主パワー領域の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を持つ、
請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記副パワー領域の中心と前記主パワー領域の中心との距離が、２２５μｍから９００μｍまでの範囲内である、
請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動する、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項８】
前記金属は、ＳＵＳ３０４である、請求項１〜７のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項９】
ビームシェイパによって、前記主パワー領域と前記副パワー領域とを生成する、
請求項１〜８のいずれか一つに記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記ビームシェイパは回折光学素子である、
請求項９に記載の溶接方法。
【請求項１１】
レーザ発振器と、
レーザ発振器から発振された光を受け取ってレーザ光を生成し、前記生成されたレーザ光を加工対象に向かって照射して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、
によって構成され、
前記レーザ光は、主パワー領域と、少なくとも１つの副パワー領域によって構成され、
前記主パワー領域のパワーは、それぞれの前記副パワー領域のパワーより大きく、
前記主パワー領域のパワーと、前記少なくとも１つの副パワー領域のパワーの合計との比が、１４４：１から１：９までの範囲内である、
溶接装置。
【請求項１２】
前記加工対象は金属を含み、当該金属は鉄または鉄を含む合金鋼または鋼または鋼を含む合金またはアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金である、
請求項１１に記載の溶接装置。
【請求項１３】
前記レーザ光は、複数の前記副パワー領域を含み、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域の外周の少なくとも一部を囲むように位置する、
請求項１１または１２に記載の溶接装置。
【請求項１４】
前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域を囲む略リング形状または前記主パワー領域の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を持つ、
請求項１３に記載の溶接装置。
【請求項１５】
前記副パワー領域のそれぞれの中心と前記主パワー領域の中心との距離が、２２５μｍから９００μｍまでの範囲内である、
請求項１４に記載の溶接装置。
【請求項１６】
前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動する、請求項１１〜１５のうちいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１７】
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１１〜１６のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１８】
前記主パワー領域と前記副パワー領域とを生成するビームシェイパを備える、
請求項１１〜１７のいずれか一つに記載の溶接装置。
【請求項１９】
前記ビームシェイパは回折光学素子である、
請求項１８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形されることもある。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形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、溶接時には、この溶融池からはスパッタと呼ばれる飛散物が発生することが知られている。このスパッタは、溶融金属が飛散したものであり、その発生を減らすことは加工欠陥を防ぐ上で重要である。スパッタは、溶融金属が飛散したものであることから、スパッタが発生すると溶接個所における金属材料が減少してしまっていることにもなる。つまり、スパッタの発生が多くなると、溶接個所の金属材料が不足してしまい、強度不良等を引き起こすことにもなる。また、発生したスパッタは、溶接個所の周辺に付着することになるが、これがのちに剥離し、電気回路等に付着すると、電気回路に異常をきたしてしまう。したがって、電気回路用の部品に対して溶接を行うことは困難な場合がある。【０００６】
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、スパッタ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】
【０００７】
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、金属を含む加工対象に向かってレーザ光を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つつ、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、主パワー領域と、前記主パワー領域に対して掃引方向前方側に少なくともその一部がある少なくとも１つの副パワー領域とによって構成され、前記主パワー領域のパワーは、それぞれの前記副パワー領域のパワーより大きく、前記主パワー領域のパワーと、前記少なくとも１つの副パワー領域のパワーの合計との比が、１４４：１から１：９までの範囲内である。【０００８】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記金属は鉄または鉄を含む合金鋼または鋼または鋼を含む合金またはアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金である。【０００９】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記レーザ光は、複数の前記副パワー領域を含み、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域の外周の少なくとも一部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、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域を囲む略リング形状または前記主パワー領域の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を持つ。【００１１】
本発明の一態様に係る溶接方法は、前記副パワー領域の中心と前記主パワー領域の中心との距離が、２２５μｍから９００μｍまでの範囲内である。【００１２】
本発明の一態様に係る溶接方法では、前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動する。【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では、前記金属は、ＳＵＳ３０４である。【００１５】
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、前記主パワー領域と前記副パワー領域とを生成する。【００１６】
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。【００１７】
本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振された光を受け取ってレーザ光を生成し、前記生成されたレーザ光を加工対象に向かって照射して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、によって構成され、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、前記レーザ光は、主パワー領域と、少なくとも１つの副パワー領域によって構成され、前記主パワー領域のパワーは、それぞれの前記副パワー領域のパワーより大きく、前記主パワー領域のパワーと、前記少なくとも１つの副パワー領域のパワーの合計との比が、１４４：１から１：９までの範囲内である。【００１８】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記加工対象は金属を含み、当該金属は鉄または鉄を含む合金鋼または鋼または鋼を含む合金またはアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金である。【００１９】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記レーザ光は、複数の前記副パワー領域を含み、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域の外周の少なくとも一部を囲むように位置する。【００２０】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記複数の副パワー領域は、前記主パワー領域を囲む略リング形状または前記主パワー領域の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を持つ。【００２１】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記副パワー領域のそれぞれの中心と前記主パワー領域の中心との距離が、２２５μｍから９００μｍまでの範囲内である。【００２２】
本発明の一態様に係る溶接装置では、前記レーザ光と前記加工対象とが相対的に移動する。【００２３】
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。【００２４】
本発明の一態様に係る溶接装置は、前記主パワー領域と前記副パワー領域とを生成するビームシェイパを備える。【００２５】
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】
【００２６】
本発明によれば、スパッタ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】
【００２７】
【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３】図３は、レーザ光の断面形状の例を示す図である。
【図４】図４は、レーザ光が加工対象を溶融する状況を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。
【図６】図６は、ＤＯＥを用いた場合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７】図７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８】図８は、比較例、実施例１、実施例２について、掃引速度とスパッタの個数との関係を示す図である。
【図９】図９は、ビームの配置の別の一例を説明する模式図である。
【図１０】図１０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１１Ａ】図１１Ａ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１１Ｂ】図１１Ｂ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１１Ｃ】図１１Ｃ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１１Ｄ】図１１Ｄ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１１Ｅ】図１１Ｅ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１１Ｆ】図１１Ｆ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１１Ｇ】図１１Ｇ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１１Ｈ】図１１Ｈ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１１Ｉ】図１１Ｉ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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５Ａ】図１５Ａは、レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、レーザ光のパワー分布形状の例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
（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、鉄やアルミニウム等の金属を含むものである。加工対象Ｗは、たとえばステンレス鋼等の鉄合金や、アルミニウム合金からなり、厚さがたとえば１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内程度の板状である。
【００３０】
レーザ装置１１０は、レーザ発振器を備えており、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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、ビーム形状を成形することができる。
【００３４】
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、レーザ光を分割し、主ビームと、少なくとも１つの副ビームとを生成する。このとき、回折光学素子１２３は、少なくとも１本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、主ビームと副ビームとを生成する。これにより、レーザ光Ｌは、主ビームと、少なくとも１本の副ビームとによって構成されるものとなる。
【００３５】
回折光学素子１２３によって成形されるレーザ光Ｌは、図３に、レーザ光Ｌの進行方向と垂直な面における断面形状の一例を示すように、主ビームＢ１と、副ビームＢ２とによって構成されている。掃引方向ＳＤは加工対象Ｗに対するレーザ光Ｌの相対的な移動方向である。副ビームＢ２は、主ビームＢ１の掃引方向前方に位置する。主ビームＢ１の前方とは、図３に示すように主ビームＢ１の掃引方向前方側におけるビーム径の位置を通り掃引方向ＳＤと垂直な破線で規定される、領域Ａを意味する。副ビームＢ２の位置はこれに限られず、領域Ａのどこかに位置すれば、主ビームＢ１の前方に位置すると見なすことができる。
【００３６】
また、主ビームＢ１および副ビーム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。図３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ビームの中心付近を通る長い方の軸（例えば長軸）もしくは長い方の軸（長軸）に垂直方向の短い方の軸（例えば短軸）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。また、各ビームのパワーは、そのビームのピークを含み、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域でのパワーである。主ビームＢ１のパワーは、副ビームＢ２のパワーより大きい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
このとき、レーザ光Ｌにおいて、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ことによって、スパッタの発生を抑制することができる。
【００４１】
図４は、レーザ光が加工対象を溶融する状況を示す図である。図４に示すように、実施形態１に係るレーザ溶接装置１００およびこれを用いた溶接方法では、レーザ光Ｌが、主ビームＢ１と副ビームＢ２とで構成されている。主ビームＢ１のパワー密度は、例えば、少なくともキーホールを発生させうるパワー密度である。なお、キーホールとは、レーザ光のビームの高いパワー密度によって、加工対象Ｗが溶融した際に発生する金属蒸気の圧力により発生する、くぼみや穴のことである。そして、パワーが大きい主ビームＢ１よりも掃引方向ＳＤの前方側に、主ビームＢ１よりもパワーが小さい副ビームＢ２が位置する。また、副ビームＢ２のパワー密度は、主ビームＢ１の存在下または単独にて、加工対象Ｗを溶融し得るパワー密度である。したがって、主ビームＢ１が照射される位置よりも前方に、主ビームＢ１が溶融する深さよりも浅い領域がある溶融池ＷＰが溶融領域として形成されることになる。これを便宜上、浅瀬領域Ｓと呼ぶことにする。  
【００４２】
主ビームＢ１と副ビームＢ２の溶融強度領域は、重なってもよいが、必ずしも重なる必要はなく、溶融池が重なればよい。副ビームＢ２で形成された溶融池が固化する前に、その溶融池に主ビームＢ１が形成する溶融強度領域が到達できればよい。上記のように、主ビームＢ１および副ビームＢ２のパワー密度は加工対象Ｗを溶融し得るパワー密度であり、溶融強度領域とは、主ビームＢ１または副ビームＢ２の周囲における加工対象Ｗを溶融し得るパワー密度のレーザ光のビームの範囲のことをいう。
【００４３】
実施形態１に係るレーザ溶接装置１００およびこれを用いた溶接方法では、主ビームＢ１が照射される位置よりも前方に浅瀬領域Ｓが存在することで、主ビームＢ１の照射位置の近傍で溶融池ＷＰが安定化する。先述したように、スパッタは、溶融金属が飛散したものであるので、主ビームＢ１の照射位置の近傍で溶融池ＷＰが安定化することは、スパッタの発生を抑制することにつながると考えられる。
【００４４】
なお、図３において、主ビームＢ１のパワーと、副ビームＢ２のパワーの比は、１４４：１から１：９までの範囲内であることが好ましい。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｃは、ビームの配置の一例を説明する模式図である。なお、図５Ａ〜図５Ｃ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５Ａ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５Ａに示す例では副ビームＢ２の数は１６である。１６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、１６本の副ビームＢ２は、主ビームＢ１を中心として、ピーク間の半径がＲの略リング形状を成すように位置している。また、１６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の略正十六角形状を成すように位置しているということもできる。
【００４６】
なお、図５Ｂ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、主ビームＢ１の周囲を囲む略リング形状を成していてもよい。また、図５Ｃに示すレーザ光Ｌ´´のように、主ビームＢ１の周囲を囲む略リング形状の一部である円弧形状を成していてもよい。
【００４７】
図５Ａに示す例では、７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、７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。
【００４８】
さらに、主ビームＢ１のパワーと、１６本の副ビームＢ２のパワーの合計との比が、９：１から１：９までの範囲内である。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、９：１／１６＝１４４：１となる。また、比が１：９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、１：９／１６＝１６：９となる。
【００４９】
図５Ａに示すレーザ光Ｌにおいて、１６本の副ビームＢ２のうちの一部である７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、１６本の副ビームＢ２のパワーの合計との比が、９：１から１：９までの範囲内であることによって、スパッタの発生を抑制することができる。同様に、図５Ｂ、図５Ｃに示すレーザ光Ｌ´、Ｌ´´において、副ビームＢ２のうちの一部が、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、副ビームＢ２のパワーの合計との比が、９：１から１：９までの範囲内であることによって、スパッタの発生を抑制することができる。
【００５０】
また、図５Ａ、図５Ｂに示す例では、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、スパッタの発生の抑制効果を発揮できる。また、図５Ｃに示す例でも、掃引方向を掃引方向ＳＤからある程度変更したとしても、スパッタの発生の抑制効果を発揮できる。
【００５１】
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、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４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５ｋＷ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。
【００５２】
ＤＯＥを用いる場合は、図６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複数の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６００μｍ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、７：３、５：５、３：７、１：９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から１：９までの範囲内である。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１：９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、１：９／１６＝１６：９となる。
【００５３】
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、２０ｍ／ｍｉｎ、または３０ｍ／ｍｉｎとした。
【００５４】
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、所定の長さだけ溶接を行った期間における、スパッタの飛散の程度の判定結果を示している。具体的には、記号「〇」、「△」は、ＤＯＥを用いない場合（パワー比が１０：０に相当）に飛散するスパッタの体積を１００％とした場合に、これに対してどれだけスパッタの体積が減少したかを示している。記号「〇」は、飛散したスパッタの体積がＤＯＥを用いない場合と比較して２０％以上減少したことを示している。記号「△」は、飛散したスパッタの体積がＤＯＥを用いない場合と比較して減少しているが、減少が２０％未満であることを示している。
【００５５】
表１に示すように、パワー比が９：１から１：９までの範囲内の場合、いずれの掃引速度においてもスパッタの飛散量が減少していた。
【００５６】
【表１】
2020050320.tif 000003
【００５７】
つづいて、パワー比が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４５０μｍ、６００μｍ、８００μｍ、１０００μｍ、１４００μｍ、１８００μｍ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２２５μｍ、約３００μｍ、約４００μｍ、約５００μｍ、約７００μｍ、約９００μｍである。この実験の結果、全ての直径２Ｒの場合において、スパッタの飛散量は減少した。図７は、上記２つの実験において、スパッタの飛散量が減少し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、副ビームのそれぞれの中心と主ビームの中心との距離（半径Ｒに相当）は２２５μｍから９００μｍまでの範囲内であることが好ましい。また、掃引方向前方側に位置する副ビームの中心と主ビームの中心との距離を２２５μｍから９００μｍまでの範囲内として、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。
【００５８】
つづいて、図８は、比較例、実施例１、実施例２について、掃引速度と飛散したスパッタの個数との関係を示す図である。横軸は掃引速度であり、縦軸は、１ｍｍの溶接長さ当たりの飛散したスパッタの個数であり、高速度カメラで撮影した映像を解析し、計数したものである。また、比較例とは、上記実験例におけるＤＯＥを用いない場合である。実施例１は、上記実験例と同様に図１に示す構成のレーザ溶接装置を用いて、ＤＯＥによって図５Ｃに示すようなレーザ光を成形し、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４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場合である。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５ｋＷとした。そして、主ビームの中心と円弧状の副ビームの中心との距離（半径Ｒに相当）を３００μｍとし、主ビームのパワーと、円孔状の副ビームのパワーの合計との比が１：２となるようにした。なお、円弧状の副ビームは、パワーが略等しい複数の副ビームを円弧状に配置し、パワーが連続的に分布する１本の円弧状の副ビームとしたものである。また、実施例２は、上記実験例において、直径２Ｒを６００μｍとし、パワー比を３：７とした場合である。
【００５９】
図８に示すように、実施例１、実施例２の場合は、いずれの掃引速度においても、比較例と比べてスパッタの個数が大きく減少した。
【００６０】
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１４４：１〜１：９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２２５μｍ〜９００μｍが好ましい。
【００６１】
（ビームの配置の別の例）
ビームの配置の別の例について説明する。たとえば、図９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から１：９までの範囲内である。このような配置であっても、上記実施形態１や実験例、実施例の場合と同様に、スパッタの発生を抑制することができる。
【００６２】
なお、図９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。
【００６３】
また、溶融池の形状は掃引方向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。
【００６４】
また、図６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９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３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、１４４：１以上の値をとり得る。
【００６５】
また、たとえば、図１０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から１：９までの範囲内である。このような配置であっても、上記実施形態１や実験例、実施例の場合と同様に、スパッタの発生を抑制することができる。
【００６６】
図１１Ａ〜図１１Ｉ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１１Ａ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１１Ｂ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１１Ｃ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１１Ｄ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１１Ｅに示す例では、レーザ光Ｌ３５は、主ビームＢ１と、副ビームＢ２とを含んでいる。副ビームＢ２は、複数の副ビームが、パワーが連続的に分布するよう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１１Ｆに示す例では、レーザ光Ｌ３６は、主ビームＢ１と、副ビームＢ２とを含んでいる。副ビームＢ２は、複数の副ビームが、パワーが連続的に分布するよう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１１Ｇ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正八角形状を成すように位置している。図１１Ｈに示す例では、レーザ光Ｌ３８は、主ビームＢ１と、副ビームＢ２とを含んでいる。副ビームＢ２は、複数の副ビームが、パワーが連続的に分布するよう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八角形状を成すように位置している。図１１Ａ〜図１１Ｈに示す例では、レーザ光Ｌ３１〜Ｌ３８の掃引方向は任意でよく、五角形、六角形または八角形の角の向き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１１Ａ、図１１Ｃ、図１１Ｇ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。また、図１１Ｉ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。
【００６７】
（実施形態２）
図１２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枚の板状の金属部材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。
【００６８】
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。
【００６９】
レーザ装置２１０は、レーザ発振器を備えており、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。
【００７０】
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Ｗ１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。
【００７１】
さらに、光学ヘッド２２０は、集光レンズ２２２と加工対象Ｗ１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。
【００７２】
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分割し、主ビームと少なくとも１本の副ビームとを生成する。少なくとも１本の副ビームは、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。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、少なくとも１本の副ビームのパワーの合計との比は、９：１から１：９までの範囲内である。これにより、レーザ溶接装置２００は、加工対象Ｗ１を溶接する際のスパッタの発生を抑制することができる。なお、当該比は、副ビームの分割、配置の仕方に応じて、１４４：１から１：９までの範囲内としてもよい。
【００７３】
（実施形態３）
図１３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枚の板状の金属部材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、レーザ発振器を備えており、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。
【００７４】
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Ｗ２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。
【００７５】
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。
【００７６】
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分割し、主ビームと少なくとも１本の副ビームとを生成する。少なくとも１本の副ビームは、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。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、少なくとも１本の副ビームのパワーの合計との比は、９：１から１：９までの範囲内である。これにより、レーザ溶接装置３００は、加工対象Ｗを溶接する際の溶融欠陥の発生を抑制することができる。なお、当該比は、副ビームの分割、配置の仕方に応じて、１４４：１：１から１：９までの範囲内としてもよい。
【００７７】
（実施形態４）
図１４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。図１４に示すように、実施形態４に係るレーザ溶接装置４００は、加工対象Ｗにレーザ光Ｌ４、Ｌ５を照射して加工対象Ｗを溶融させる装置の構成の一例である。レーザ溶接装置４００は、実施形態１に係る溶接装置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。  
【００７８】
レーザ溶接装置４００は、レーザ光を発振する複数の発振器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、発振器４１１、４１２で発振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。
【００７９】
発振器４１１、４１２は、例えば数ｋＷの出力のマルチモードのレーザ光を発振し得るように構成されている。例えば、発振器４１１、４１２は、それぞれの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の出力のマルチモードのレーザ光を発振し得るように構成することとしてもよいし、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を用いてもよい。
【００８０】
光学ヘッド４２０は、発振器４１１、４１２から導かれたそれぞれのレーザ光Ｌ４、Ｌ５を、加工対象Ｗを溶融し得る強度のパワー密度に集光して、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４２０は、レーザ光Ｌ４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Ｌ５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。
【００８１】
この光学ヘッド４２０も、加工対象Ｗ上におけるレーザ光Ｌ４、Ｌ５が、主ビームと、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ある少なくとも１つの副主ビームとによって構成されるようにする機能を有する。すなわち、光学ヘッド４２０が加工対象Ｗに照射するレーザ光Ｌ４、Ｌ５のうち、レーザ光Ｌ４を主ビーム形成のために用い、レーザ光Ｌ５を副ビーム形成のために用いればよい。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、少なくとも１本の副ビームのパワーの合計との比は、９：１から１：９までの範囲内である。なお、当該比は、副ビームの分割、配置の仕方に応じて、１４４：１から１：９までの範囲内としてもよい。また、図に示される例は、レーザ光Ｌ４、Ｌ５の２つのレーザ光のみを用いているが、その数を適宜増やしてもよく、図３、５、９〜１１に例示されるレーザ光の断面形状のような、本発明の実施に好適なレーザ光を実現するように構成されればよい。
【００８２】
また、実施形態４では、２つの発振器４１１、４１２を用いてレーザ光Ｌ４、Ｌ５を発生させている。しかし、１つの共振器から出力されるレーザ光を光分岐器によって２分割し、レーザ光Ｌ４、Ｌ５を発生させてもよい。また、実施形態４では、２つの発振器４１１、４１２のそれぞれに対して個別に、光ファイバ４３１、４３２とコリメートレンズ４２１ａと集光レンズ４２２ａと、コリメートレンズ４２１ｂと集光レンズ４２２ｂとを備えている。しかし、光ファイバ４３１、４３２に換えて２つ以上のコアを備えるマルチコアファイバを用いて、２つの発振器４１１、４１２のそれぞれから出力したレーザ光を別々のコアにて光学ヘッドに導き、２つのレーザ光に対して共通のコリメートレンズと集光レンズとを用いる光学ヘッドにて、２つのレーザ光を、本発明の実施に好適なレーザ光の構成として加工対象に照射してもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、レーザ光のプロファイル（パワー分布形状）が、主ビームおよび副ビームによって構成される離散的なパワー領域を有している。ここで、パワー領域とは、レーザ光の光進行方向と垂直な面内において、加工対象の溶融に寄与するパワーを有する領域である。ただし、個々のパワー領域が単独で加工対象を溶融できるパワーを有することは必ずしも必要ではなく、各パワー領域は他のパワー領域が加工対象に与えるエネルギーの影響によって加工対象を溶融できればよい。
【００８４】
ただし、パワー領域は離散的なものに限られず、複数のパワー領域が、線対称あるいは非対称な分布で、連続的であってもよい。たとえば、図１５Ａには、レーザ光Ｌとはパワー分布形状が異なる一例のレーザ光Ｌ１２の前方向におけるパワー分布形状を示している。このレーザ光Ｌ１２のパワー分布形状では、前方向において配置されている２つのパワー領域ＰＡ１２１、ＰＡ１２２が連続している。パワー領域ＰＡ１２１はピークを有する単峰型の形状であり、たとえば主パワー領域である。また、パワー領域ＰＡ１２２はショルダー状の形状であり、たとえば副パワー領域である。図１５Ａの曲線における２つのパワー領域ＰＡ１２１、ＰＡ１２２の境界は、たとえばその間に存在する変曲点の位置として規定できる。
【００８５】
一方、図１５Ｂには、レーザ光Ｌとはパワー分布形状が異なる他の例のレーザ光Ｌ１３の前方向におけるパワー分布形状を示している。このレーザ光Ｌ１３のパワー分布形状では、配置されている２つのパワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２が連続している。パワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２のいずれも、ピークを有する単峰型の形状であり、たとえば、それぞれが主パワー領域、副パワー領域である。図１５Ｂの曲線における２つのパワー領域ＰＡ１３１、ＰＡ１３２の境界は、たとえばその間に存在する極小点の位置として規定できる。レーザ光Ｌ１２、Ｌ１３のいずれも、本発明における主パワー領域および副パワー領域によって構成されるレーザ光として適用できる。レーザ光Ｌ１２、Ｌ１３は、ビームシェイパとして、たとえば適正に設計された回折光学素子や光学レンズ、パワー分布を制御できる光ファイバ等の光学部品を使用することで実現することができる。同様に、レーザ光Ｌ、Ｌ´、Ｌ´´、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３１〜Ｌ３８等の、本発明における主パワー領域および副パワー領域によって構成される他のレーザ光のパワー分布形状についても、ビームシェイパとして、たとえば適正に設計された回折光学素子や光学レンズ、パワー分布を制御できる光ファイバ等の光学部品を使用することで実現することができる。
【００８６】
なお、本明細書のすべての実施形態に関して、主ビーム（主パワー領域）の溶接形態は、キーホール型溶接であってもよいし、熱伝導型溶接であってもよい。ここでいうキーホール型溶接とは、キーホールを利用した溶接方法である。一方、熱伝導型溶接とは、加工対象の表面でレーザ光が吸収されて発生した熱を利用して加工対象を溶融させる溶接方法である。
【００８７】
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、１４４：１〜１：９であることが好ましい。
【００８８】
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。
【００８９】
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や出力変調等により掃引を行い、溶融池の表面積を調節するようにしてもよい。
【００９０】
また、加工対象は、めっき付き金属板のように、金属の表面に薄い他の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し、より厚くてもよい。
【００９１】
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】
【００９２】
本発明は、レーザ溶接に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００、４００  レーザ溶接装置
１１０、２１０、３１０  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  光ファイバ
２２４ａ、２２４ｂ、２２６、３２４ａ、３２４ｂ  ミラー
２２５ａ、２２５ｂ、３２５ａ、３２５ｂ  モータ
４１１、４１２  発振器
Ｂ１  主ビーム
Ｂ２、Ｂ３  副ビーム
Ｇ２、Ｇ３  副ビーム群
Ｌ、Ｌ´、Ｌ´´、Ｌ１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６、Ｌ３７、Ｌ３８、Ｌ４、Ｌ５  レーザ光
ＰＡ１２１、ＰＡ１２２、ＰＡ１３１、ＰＡ１３２
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２  加工対象
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１、Ｗ２２  金属部材
【図１】
2020050320.tif 000004
【図２】
2020050320.tif 000005
【図３】
2020050320.tif 000006
【図４】
2020050320.tif 000007
【図５Ａ】
2020050320.tif 000008
【図５Ｂ】
2020050320.tif 000009
【図５Ｃ】
2020050320.tif 000010
【図６】
2020050320.tif 000011
【図７】
2020050320.tif 000012
【図８】
2020050320.tif 000013
【図９】
2020050320.tif 000014
【図１０】
2020050320.tif 000015
【図１１Ａ】
2020050320.tif 000016
【図１１Ｂ】
2020050320.tif 000017
【図１１Ｃ】
2020050320.tif 000018
【図１１Ｄ】
2020050320.tif 000019
【図１１Ｅ】
2020050320.tif 000020
【図１１Ｆ】
2020050320.tif 000021
【図１１Ｇ】
2020050320.tif 000022
【図１１Ｈ】
2020050320.tif 000023
【図１１Ｉ】
2020050320.tif 000024
【図１２】
2020050320.tif 000025
【図１３】
2020050320.tif 000026
【図１４】
2020050320.tif 000027
【図１５Ａ】
2020050320.tif 000028
【図１５Ｂ】
2020050320.tif 000029
【国際調査報告】
2020050320.tif 000030
2020050320.tif 000031
2020050320.tif 000032
2020050320.tif 000033