JPH10111471A - レーザ光学系およびレーザ溶接装置 - Google Patents

レーザ光学系およびレーザ溶接装置

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JPH10111471A
JPH10111471A JP9133738A JP13373897A JPH10111471A JP H10111471 A JPH10111471 A JP H10111471A JP 9133738 A JP9133738 A JP 9133738A JP 13373897 A JP13373897 A JP 13373897A JP H10111471 A JPH10111471 A JP H10111471A
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laser
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welding
welded
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JP9133738A
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English (en)
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Fumikatsu Esaka
文克 江阪
Toshiyuki Takasago
俊之 高砂
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】一つのレーザ光を分割し、各分割レーザ光を被
溶接部材の表面上の２照射点にそれぞれ照射することに
より溶接を行うレーザ溶接装置において、それら照射点
間の位置関係を簡単に変更可能とする。 【解決手段】レーザ光源１２，放物面ミラー１４および
平面ミラー１６を有する溶接ヘッド１０において、放物
面ミラー１４をそれの反射面と交差する一つの円筒面で
内側部材３０と外側部材３２とにそれぞれ分割し、か
つ、それら部材３０，３２の相対移動量および相対回転
量を位置調節機構４６により調整可能とすることによ
り、各部材３０，３２の反射面に対応する各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 間の位置関係を簡単に変更可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一つのレーザ光を
一つのミラーで分割する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光学系は例えば、レーザ光により
溶接，切断，表面処理，穴あけ等の加工を行うレーザ加
工装置において使用され、また、レーザ検査装置やレー
ザ速度計等においても使用される。
【０００３】このレーザ光学系には、実開昭６２−１０
５７８０号公報に記載されているように、一つのレーザ
光を一つのミラーで分割する形式が既に存在する。この
形式のレーザ光学系は一般に、(a) レーザ光を発するレ
ーザ光源と、(b) そのレーザ光源から発せられた一つの
レーザ光を互いに光軸が異なる複数の分割レーザ光に分
割する光分割ミラーであって、それの一つの全体反射面
が複数の分割レーザ光にそれぞれ対応する複数の分割反
射面に分割されているものとを含むように構成される。
この形式のレーザ光学系を使用する場合には一般に、複
数の分割レーザ光が対象物の表面に互いに異なる複数の
照射点においてそれぞれ照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用お
よび効果】この形式のレーザ光学系においては、それら
複数の照射点の配置、例えば、相互の位置関係（距離）
や対象物に対する位置関係（並び方向等）を簡単に変更
したいという要望がある。しかし、従来のレーザ光学系
においては、前記公報に記載されているように、光分割
ミラーが一体構造とされ、それの一つの全体反射面が複
数の分割反射面に相対変位不能に分割されているため、
複数の照射点の配置を変更するためには光分割ミラーを
別のものに交換しなければならず、汎用性がない。
【０００５】本発明は以上の事情を背景としてなされた
ものであり、その課題は、光分割ミラーの汎用性を向上
させることにある。
【０００６】この課題は下記態様のレーザ光学系および
レーザ溶接装置によって解決される。なお、下記の説明
において、本発明の各態様を、それぞれに項番号を付し
て請求項と同じ形式で記載する。各項に記載の特徴を組
み合わせて採用することの可能性を明示するためであ
る。
【０００７】(1) レーザ光を発するレーザ光源と、その
レーザ光源から発せられた一つのレーザ光を互いに光軸
が異なる複数の分割レーザ光に分割する光分割ミラーで
あって、それの一つの全体反射面が前記複数の分割レー
ザ光にそれぞれ対応する複数の分割反射面に分割されて
いるものとを含むレーザ光学系において、前記光分割ミ
ラーを複数の分割部材に分割することにより、前記全体
反射面を前記複数の分割反射面に分割したことを特徴と
するレーザ光学系（請求項１）。このレーザ光学系によ
れば、光分割ミラーが分割構造となるため、例えば、同
じ光分割ミラーにおいて複数の分割反射面間の相対位置
関係が変更可能となり、同じ光分割ミラーで複数の照射
点の配置を自由に変更でき、光分割ミラーの汎用性が向
上するという効果が得られる。また、このレーザ光学系
によれば、光分割ミラーが分割構造となるため、例え
ば、それの複数の分割部材の一部を別のものに交換する
ことが可能となり、このことによっても、光分割ミラー
の汎用性が向上するという効果が得られる。 (2) 前記光分割ミラーが前記複数の分割部材に、前記全
体反射面が前記複数の分割反射面に、各分割反射面の、
全体反射面に入射する前記一つのレーザ光の光軸に対す
る角度とその光軸上における位置との少なくとも一方の
それら分割反射面間の関係が変更可能に分割されるよう
に分割されている(1) 項に記載のレーザ光学系。 (3) 前記光分割ミラーが、各々全体反射面と交差する平
面である少なくとも一つの分割面により複数の分割部材
に分割され、それにより、全体反射面が、その全体反射
面と少なくとも一つの分割面の各々との交線である少な
くとも１本の真っ直ぐな分割線により複数の分割反射面
に分割されている(1) または(2) 項に記載のレーザ光学
系。このレーザ光学系は、光分割ミラーが平面である唯
一の分割面により２分割部材に相対変位可能に分割さ
れ、それにより、全体反射面が１本の真っ直ぐな分割線
により２分割反射面に分割されている態様とすることが
できる。この態様においては、２分割反射面間で面積を
互いに異ならせる場合、１本の真っ直ぐ分割線が全体反
射面においてそれの中央位置から外れた位置に配置さ
れ、これにより、分割線と全体反射面の外周のうちその
分割線により接近している部分とによって面積が小さい
方の分割反射面が画定される。そのため、その面積が小
さい方の分割反射面は、全体反射面においてそれの中央
位置から外れた位置に配置される。 (4) 前記光分割ミラーが、各々前記全体反射面と交差す
る円筒面である少なくとも一つの分割面により前記複数
の分割部材に分割されており、それにより、前記全体反
射面が、その全体反射面と前記少なくとも一つの分割面
の各々との交線である少なくとも一つの閉じた分割線に
より前記複数の分割反射面に分割されていることを特徴
とする(1) または(2) 項に記載のレーザ光学系（請求項
２）。このレーザ光学系によれば、光分割ミラーが、円
筒面である分割面で相互に接し、相互に自ら相手方の運
動を案内する案内部材として機能する複数の分割部材に
分割されるため、複数の分割部材を相対変位可能にする
ための特別の機構を付加することが不可欠ではなくな
り、簡単な構造で光分割ミラーの汎用性を向上できると
いう効果が得られる。ところで、レーザ光のエネルギが
変動すればレーザビームの直径が変動するため、全体反
射面のうちそのレーザビームが入射する領域の外周近傍
においては、レーザ光の入射エネルギがレーザビーム径
の変動によって大きく変動する。そのため、前記(3) 項
に記載のレーザ光学系において、全体反射面を１本の真
っ直ぐな分割線により２分割反射面に分割し、しかも、
それら分割反射面間で面積を互いに異ならせる場合に
は、面積が小さい方の分割反射面には、レーザ光のうち
エネルギがレーザビーム径の変動によって大きく変動す
る部分が入射することになり、結局、その面積が小さい
方の分割反射面に対応する照射点での照射エネルギもレ
ーザビーム径変動の影響を強く受けることとなり、レー
ザ光照射の目的を確実に達成することが困難となる。こ
れに対し、この(4) 項に記載のレーザ光学系によれば、
(3) 項に記載のレーザ光学系におけるとは異なり、分割
反射面の面積を小さくするために、面積が小さい方の分
割反射面を全体反射面においてそれの中央位置から外れ
た位置に配置することが不可欠ではなくなり、レーザビ
ーム径変動の影響を受け難い中央位置に配置することが
可能となる。したがって、このレーザ光学系によれば、
分割反射面の面積の大小とは無関係に照射エネルギを安
定化できるという効果が得られる。 (5) 前記光分割ミラーとして、放物面である反射面で前
記一つのレーザ光を反射して集光する放物面ミラーが設
けられ、その放物面ミラーが、円柱穴を有する外側部材
とその円柱穴に相対変位可能に嵌合する内側部材とにそ
れぞれ分割され、それにより、その放物面ミラーの前記
全体反射面が、前記外側部材に形成された穴ありの外側
反射面と前記内側部材に形成された穴なしの内側反射面
とに分割されている(4) 項に記載のレーザ光学系。 (6) 前記光分割ミラーとして、平面である反射面で前記
一つのレーザ光を反射する平面ミラーが設けられ、その
平面ミラーが、円柱穴を有する外側部材とその円柱穴に
相対変位可能に嵌合する内側部材とにそれぞれ分割さ
れ、それにより、その平面ミラーの前記全体反射面が、
前記外側部材に形成された穴ありの外側反射面と前記内
側部材に形成された穴なしの内側反射面とに分割されて
いる(4) 項に記載のレーザ光学系。 (7) さらに、前記複数の分割部材の相対位置関係を調節
する位置調節機構を含むことを特徴とする(1) ないし
(6) 項のいずれかに記載のレーザ光学系（請求項３）。
このレーザ光学系によれば、位置調節機構によって複数
の分割部材の相対位置関係が調節され、ひいては、複数
の分割反射面の相対位置関係が調節されるから、簡単な
操作で光分割ミラーの汎用性が向上するという効果が得
られる。 (8) ２被溶接部材をレーザにより互いに溶接するレーザ
溶接装置であって、(1) ないし(7) 項のいずれかに記載
のレーザ光学系を有する溶接ヘッドであって、前記複数
の分割レーザ光を前記２被溶接部材の表面に互いに位置
が異なる複数の照射点においてそれぞれ照射するもの
と、それら溶接ヘッドと２被溶接部材とを相対移動させ
る相対移動装置とを含むことを特徴とするレーザ溶接装
置（請求項４）。このレーザ溶接装置によれば、複数の
照射点の配置を簡単に変更可能となり、一つのレーザ溶
接装置によって実行可能な溶接の種類が増加し、レーザ
溶接の多機能化が図られるとともに、被溶接部材の種類
に対する汎用性が向上するという効果が得られる。 (9) 前記相対移動装置が、前記複数の照射点と前記２被
溶接部材とを、複数の照射点が、２被溶接部材を互いに
溶接すべき１本の連続線として予め定められた溶接線に
平行な方向に移動するように相対移動させる第１相対移
動装置を含む(8) 項に記載のレーザ溶接装置。 (10)前記相対移動装置が、前記複数の照射点と前記２被
溶接部材とを、複数の照射点が、２被溶接部材を互いに
溶接すべき１本の連続線として予め定められた溶接線を
ほぼ中心としてその溶接線と交差する方向に往復運動す
るように相対移動させる第２相対移動装置を含む(8) ま
たは(9) 項に記載のレーザ溶接装置。 (11)前記相対移動装置が、前記溶接ヘッドと前記２被溶
接部材とを、両者間の距離が設定値となるように相対移
動させる距離調節装置を含む(8) ないし(10)項のいずれ
かに記載のレーザ溶接装置。 (12)(8) ないし(11)項のいずれかに記載のレーザ溶接装
置を使用することにより、前記２被溶接部材を互いに溶
接するレーザ溶接方法。 (13)前記複数の分割レーザ光としての２分割レーザ光に
それぞれ対応する２照射点を前記複数の照射点として、
それら２照射点を、前記２被溶接部材を互いに溶接すべ
き１本の連続線として予め定められた溶接線上において
その溶接線に平行な方向に互いに離れた状態で配置する
とともに、前記相対移動装置によって溶接線に沿って相
対移動させる(12)項に記載のレーザ溶接方法。このレー
ザ溶接方法の一態様は、２照射点のうち２被溶接部材の
表面上において先行する照射点での照射エネルギが低く
なり、後行する照射点での照射エネルギが高くなるよう
に全体反射面を分割することにより、先行する照射点で
の照射エネルギにより２被溶接部材の予熱を、後行する
照射点での照射エネルギにより２被溶接部材の本溶接を
それぞれ行う態様とすることができる。 (14)前記複数の分割レーザ光としての２分割レーザ光に
それぞれ対応する２照射点を前記複数の照射点として、
それら２照射点を、前記２被溶接部材を互いに溶接すべ
き１本の連続線として予め定められた溶接線に平行な方
向に互いに離れた状態で配置するとともに、前記相対移
動装置によって溶接線をほぼ中心としてその溶接線と交
差する方向に相対往復運動させつつその溶接線に沿って
相対移動させる(12)項に記載のレーザ溶接方法。このレ
ーザ溶接方法によれば、２被溶接部材に対して突合せ溶
接を行う際、それら２被溶接部材間に突合せギャップが
存在しても、各照射点が突合せギャップに継続的に位置
させられずに済むから、各分割レーザ光がその突合せギ
ャップを通過する量が減少し、突合せギャップにもかか
わらず良好な突合せ溶接を行い得るという効果が得られ
る。 (15)前記２照射点と前記２被溶接部材との相対移動が、
その相対移動の際に２照射点が２被溶接部材の表面にお
いてそれぞれ描く２本の移動軌跡間で位相が半周期ずれ
るように行われる(14)項に記載のレーザ溶接方法。この
レーザ溶接方法によれば、各照射点の移動軌跡と溶接線
との各交差点において、各照射点の移動速度が最大とな
るために、各分割レーザ光の一定時間当たりの照射エネ
ルギ量が最小となるにもかかわらず、各交差点において
２移動軌跡が交差し、２分割レーザ光の共同によりエネ
ルギ照射が行われる。しかも、このレーザ溶接方法によ
れば、２移動軌跡が一方の移動軌跡間の隙間を他方の移
動軌跡で埋めるように形成され、２被溶接部材の表面の
比較的広範囲にレーザ光が比較的均一な密度で照射され
る。したがって、このレーザ溶接方法によれば、各照射
点の移動速度すなわち溶接速度を低下させることなく溶
接の確実性を担保できる。 (16)前記複数の分割レーザ光としての２分割レーザ光に
それぞれ対応する２照射点を前記複数の照射点として、
それら２照射点を、前記２被溶接部材を互いに溶接すべ
き１本の連続線として予め定められた溶接線を挟んでそ
の溶接線と交差する方向に互いに離れた状態で配置する
とともに、前記相対移動装置によって溶接線に平行な方
向に相対移動させる(12)項に記載のレーザ溶接方法。す
べての照射点を溶接線に沿って並んで配置する場合に
は、溶接の確実化のため、それら照射点を溶接線をほぼ
中心にしてその溶接線と交差する方向に往復運動させる
ことが望ましい。これに対して、この(15)項に記載のレ
ーザ溶接方法を採用すれば、２照射点が溶接線と交差す
る方向において並んで配置されているため、それら２照
射点を溶接線に沿って相対移動させるのみで足りる。し
たがって、このレーザ溶接方法を採用すれば、２照射点
を往復運動させる必要性が軽減され、前記第２相対移動
装置が不要となるか、または使用する場合でもその第２
相対移動装置にかかる負担が軽減されるという効果が得
られる。第２相対移動装置が省略可能となれば、このレ
ーザ溶接方法に使用するレーザ溶接装置の重量およびコ
ストの軽減を容易に図り得る。 (17)前記溶接ヘッドと前記２被溶接部材との距離が、前
記２照射点の各位置が、前記各分割レーザ光のフォーカ
ス位置ではなく、それから外れたデフォーカス位置とな
るように設定され、かつ、前記２照射点間の間隔が、前
記各被溶接部材の表面に各照射点を中心として形成され
る２レーザスポットが互いに接するかまたは一部で重な
り合うように設定され、それにより、前記溶接線と交差
する方向に延びる一つの連続した照射領域が前記２被溶
接部材の表面に形成される(16)項に記載のレーザ溶接方
法。このレーザ溶接方法によれば、２照射点の往復運動
なしでも、溶接線と交差する方向に延びる一つの連続し
た照射領域が２被溶接部材に形成されるため、２照射点
を往復運動させる必要性が一層軽減され、第２相対移動
装置を設ける必要性も一層軽減されるという効果が得ら
れる。 (18)前記２被溶接部材が、端面同士において突き合わせ
られた状態で互いに溶接されるべきものであり、前記２
照射点間の間隔が、前記各分割レーザ光の前記各被溶接
部材の表面への照射によって各被溶接部材の表面に形成
される各レーザスポット全体が、対応する被溶接部材の
表面において他方の被溶接部材と溶接される端面から内
側にずれた位置にそれぞれ形成されるように設定されて
いる(16)項に記載のレーザ溶接方法。このレーザ溶接方
法によれば、突合せ溶接の際、各分割レーザ光が突合せ
ギャップを通過する量が０となり、各分割レーザ光がす
べて各被溶接部材の内側部分に照射されてその内側部分
が十分に溶融し、その溶融した金属が突合せギャップを
埋めて２被溶接部材が正常に、すなわち、アンダカット
等の発生なしで溶接される。したがって、このレーザ溶
接方法によれば、突合せギャップが存在する場合に、各
照射点の往復運動なしでも良好な突合せ溶接を行い得る
という効果が得られる。 (19)前記２被溶接部材が、端面同士において突き合わせ
られた状態で互いに溶接されるべきものであり、前記２
照射点間の間隔が、前記各分割レーザ光の前記各被溶接
部材の表面への照射によって各被溶接部材の表面にそれ
ぞれ発生するプラズマが合体可能な長さに設定されてい
る(16)または(18)項に記載のレーザ溶接方法。このレー
ザ溶接方法によれば、突合せ溶接の際に発生するプラズ
マの熱を有効に利用して突合せギャップが埋められるた
め、突合せギャップにもかかわらず良好な突合せ溶接を
行い得るという効果が得られる。 (20)２被溶接部材を端面同士において突き合わせるとと
もに、それら２被溶接部材の表面にレーザ光を、それら
２被溶接部材を互いに溶接すべき１本の連続線として予
め定められた溶接線に沿って照射することにより、それ
ら２被溶接部材を互いに溶接するレーザ突合せ溶接方法
であって、２レーザ光を２被溶接部材の表面に、前記溶
接線を挟んでその溶接線と交差する方向に互いに離れた
２点であって、各レーザ光の各被溶接部材の表面への照
射によって各被溶接部材の表面に形成される各レーザス
ポット全体が、対応する被溶接部材の表面において他方
の被溶接部材と溶接される端面から内側にずれた位置に
それぞれ形成される間隔を有する２点において照射する
とともに、それら２照射点を２被溶接部材に対して、２
照射点が２被溶接部材の表面上を溶接線に沿って移動す
るように相対移動させることを特徴とするレーザ突合せ
溶接方法。このレーザ溶接方法によれば、突合せ溶接の
際、各レーザ光が突合せギャップを通過する量が０とな
り、各レーザ光がすべて各被溶接部材の内側部分に照射
されてその内側部分が十分に溶融し、その溶融した金属
が突合せギャップを埋めて２被溶接部材が正常に、すな
わち、アンダカット等の発生なしで溶接される。したが
って、このレーザ溶接方法によれば、突合せギャップが
存在する場合に、各照射点の往復運動なしでも良好な突
合せ溶接を行い得るという効果が得られる。 (21)前記２照射点間の間隔が、前記各レーザ光の前記各
被溶接部材の表面への照射によって各被溶接部材の表面
にそれぞれ発生するプラズマが合体可能な長さに設定さ
れている(20)項に記載のレーザ突合せ溶接方法。このレ
ーザ溶接方法によれば、突合せ溶接の際に発生するプラ
ズマの熱を有効に利用して突合せギャップが埋められる
ため、突合せギャップにもかかわらず良好な突合せ溶接
を行い得るという効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明のさらに具体的ない
くつかの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明の一実施形態であるレーザ
光学系を含むレーザ溶接装置を示している。レーザ溶接
装置は、レーザ光を集光および反射して２被溶接部材に
照射する溶接ヘッド１０（レーザ光学系）を備えてい
る。溶接ヘッド１０は、フレーム１１とレーザ光源１２
と放物面ミラー１４と平面ミラー１６とを含む構成とさ
れている。レーザ光源１２は、平行光である炭酸ガスレ
ーザ等、一つのレーザ光（１本のレーザビーム）を発す
る。放物面ミラー１４は、レーザ光源１２の下流側に配
置され、レーザ光源１２から出射したレーザ光をそれの
光軸に対して約４５°傾斜した放物面である反射面によ
りほぼ全反射して集光する。平面ミラー１６は、放物面
ミラー１４の下流側に配置され、放物面ミラー１４から
出射したレーザ光をそれの光軸に対して約４５°傾斜し
た平面である反射面によりほぼ全反射して２被溶接部材
１８の表面に照射する。本実施形態におけるレーザ溶接
は、各々鋼板である被溶接部材１８ａと１８ｂとの突合
せ溶接であり、それら２被溶接部材１８に予め定められ
た溶接線２２に沿ってレーザ光の照射点が移動させられ
ることにより、それら２被溶接部材１８が溶接線２２に
沿って局部的に加熱されて溶接される。
【００１０】放物面ミラー１４は、図２に示すように、
２分割構造とされている。放物面ミラー１４が、それに
入射するレーザ光の光軸（以下、「入射光軸」とい
う。）ｚ INを軸線とする円筒面である一つの分割面２８
により、内側部材３０と外側部材３２とにそれぞれ分割
されているのであり、内側部材３０は横断面が円、外側
部材３２は横断面が円環とされている。
【００１１】この分割により、放物面ミラー１４の全体
反射面３４も２分割されている。すなわち、入射光軸ｚ
INの方向において見た場合に円周を成す閉じた一つの分
割線３５により、内側部材３０の先端面に形成された放
物面である穴なしの内側反射面３６と、外側部材３２の
先端面に形成された放物面である穴ありの外側反射面３
８とに分割されているのである。
【００１２】この２分割構造を有する放物面ミラー１４
を製作するには、まず、反射面３６，３８の表面加工に
先立ち、互いに相対変位可能に嵌合する両部材３０，３
２をそれぞれ製作し、次に、それら部材３０，３２を互
いに嵌合させて組み立て、その組立体の一端面を加工機
により放物面に加工（切削，研摩）し、これにより、両
反射面３６，３８を同じ加工機により同時に形成する。
このように製作すれば、各部材３０，３２について別々
に反射面３６，３８を形成する場合に比較し、製作にか
かる時間が短縮されるとともに、各反射面３６，３８の
形状精度が向上して集光性能が向上する。
【００１３】放物面ミラー１４において両部材３０，３
２は、前記軸線の方向に相対移動可能かつ前記軸線の回
りに相対回転可能に嵌合されている。図２に示すよう
に、外側部材３２は前記フレーム１１に固定されている
が、内側部材３０はそのフレーム１１に位置調節機構４
６を介して連結されている。位置調節機構４６は、相対
移動量調節部４８と相対回転量調節部５０とを含むよう
に構成されている。
【００１４】相対移動量調節部４８は、ねじの送り量は
それの回転角に比例するというマイクロメータの原理を
利用したものであり、(a) 軸線方向に直線移動するスピ
ンドル５２と、(b) 作業者により回転操作される操作部
５４と、(c) それらスピンドル５２と操作部５４とを互
いに作動的に連結するととにも他の部材に取り付けられ
るべき取付部５６とを備えている。取付部５６は、スピ
ンドル５２を回転不能かつ軸線方向に移動可能に保持す
るとともに、操作部５４を回転可能かつ軸線方向に移動
不能に保持している。スピンドル５２は内側部材３０の
後端部にピン５８により相対回転も相対移動も不能に連
結されている。なお、操作部５４にはそれに半径方向に
レバー６０が延び出させられており、微調整のための操
作性が向上させられている。
【００１５】一方、相対回転量調節部５０は、フレーム
１１に対して回転可能な回転部材６４を備えており、こ
の回転部材６４に前記相対移動量調節部４８の取付部５
６が固定的に取り付けられている。回転部材６４は相対
移動量調節部４８と一体的に回転するようになっている
のである。回転部材６４は固定手段としての複数本の止
めねじ６６によりフレーム１１に取り付けられている。
回転部材６４には、それの軸線と同心の円周に沿って延
びる長穴であって、止めねじ６６の直径より僅かに広い
幅を有するものが形成されており、止めねじ６６はその
長穴を貫通してフレーム１１に到達している。したがっ
て、止めねじ６６を緩めれば、回転部材６４すなわち内
側部材３０を外側部材３２に対して回転させることがで
き、一方、止めねじ６６を締めれば、回転部材６４すな
わち内側部材３０を外側部材３２に固定することができ
る。なお、回転部材６４にもそれに半径方向に操作部と
してのレバー６８が延び出させられており、微調整のた
めの操作性が向上させられている。
【００１６】このように放物面ミラー１４は２分割構造
とされ、しかも、両部材３０，３２の相対変位（相対移
動と相対回転とを含む。）が可能とされているため、各
反射面３６，３８の入射光軸ｚINに対する角度とその入
射光軸ｚIN上における位置との双方につき、それら反射
面３６，３８間の関係が自由に変更可能となり、ひいて
は、２溶接部材１８の表面に照射される２照射点Ｐ1 ，
Ｐ2 間の位置関係も自由に変更可能となっている。以
下、このことを具体的に説明する。
【００１７】図３に示すように、両部材３０，３２を相
対回転なしで相対移動させるために、外側部材３２を位
置固定にして内側部材３０のみを初期位置（内側反射面
３６が同一の放物面を外側反射面３８と共有する位置）
から図において下方に移動させた場合には、外側反射面
３８の入射光軸ｚIN上における位置は変化しないが、内
側反射面３６の入射光軸ｚIN上における位置は変化し、
その結果、内側反射面３６から出射するレーザ光の光軸
（以下、「副出射光軸ｚOUT ′」という。）が、入射光
軸ｚINと、外側反射面３８から出射するレーザ光の光軸
（以下、「主出射光軸ｚOUT 」という。）とを同時に含
む一平面である第１設計基準平面ＰＬ1（図４参照。）
上において主出射光軸ｚOUT の位置から図において下方
に平行移動させられる。その結果、レーザ光源１２から
出射された一つのレーザ光Ｌ0 が放物面ミラー１４によ
り、副出射光軸ｚOUT ′を有する第１分割レーザ光Ｌ1
（内円レーザ光）と主出射光軸ｚOUT を有する第２分割
レーザ光Ｌ2 （外円レーザ光）とにそれぞれ分割され
る。ここで、副出射光軸ｚOUT ′の移動方向ＤＲ1 は、
内側部材３０の移動方向ＤＲ2 と同じになる。
【００１８】これに対し、図５に示すように、両部材３
０，３２を相対移動なしで相対回転させるために、外側
部材３２を位置固定にして内側部材３０のみを初期位置
から回転させた場合には、入射光軸ｚINを含みかつ主出
射光軸ｚOUT に直角な一平面である第２設計基準平面Ｐ
Ｌ2 （図４参照。）で放物面ミラー１４を切断したＡＡ
断面図（図５の(b) ）において、外側反射面３８の入射
光軸ｚINに対する角度は変化しないが、内側反射面３６
の入射光軸ｚINに対する角度は変化し、その結果、主出
射光軸ｚOUT を含みかつ入射光軸ｚINに直角な一平面で
ある第３設計基準平面ＰＬ3 （図４参照。）に直角な方
向において見た場合に（図５の(a) 参照）、副出射光軸
ｚOUT ′が入射光軸ｚINを中心にして主出射光軸ｚOUT
の位置から回転させられる。その結果、この場合にも、
レーザ光源１２から出射された一つのレーザ光Ｌ0 が放
物面ミラー１４により２分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 に分割
される。ここでも、副出射光軸ｚOUT ′の回転方向ＤＲ
3 は、内側部材３０の回転方向ＤＲ4 と同じになる。
【００１９】ただし、内側部材３０を回転させた場合に
は、副出射光軸ｚOUT ′がその内側部材３０の回転方向
ＤＲ4 と同じ向きＤＲ3 に回転させられることに加え
て、内側部材３０の回転方向ＤＲ4 と直角な向きＤＲ5
にも回転させられることになる。第１設計基準平面ＰＬ
1 で放物面ミラー１４を切断したＢＢ断面図（同図の
(c) ）においても内側反射面３６の入射光軸ｚINに対す
る角度が変化し、第１設計基準平面ＰＬ1 に直角な方向
において見た場合に（同図の(c) 参照）、副出射光軸ｚ
OUT ′が、レーザ光Ｌ0 の内側反射面３６への入射点を
通過しかつ入射光軸ｚINと主出射光軸ｚOUT との双方に
直角な一直線を中心にして、主出射光軸ｚOU T の位置か
ら回転させられるからである。
【００２０】したがって、内側部材３０を図５の(a) に
おいて反時計方向に回転させた場合には、副出射光軸ｚ
OUT ′が主出射光軸ｚOUT に対して、第３設計基準平面
ＰＬ 3 に直角な方向から見た場合に反時計方向に回転さ
せられることに加えて、第１設計基準平面ＰＬ1 に直角
な方向から見た場合に時計方向（入射光軸ｚINに接近す
る向き）にも回転させられることになる。
【００２１】その結果、内側部材３０を図５の(a) にお
いて反時計方向に回転させた場合には、図６に示すよう
に、２被溶接部材１８の表面上において第１照射点Ｐ1
が第２照射点Ｐ2 に対して、２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の２被
溶接部材１８上における移動方向Ｆと同じ向きにずれ量
Ｓ1 でずれるのみならず、移動方向Ｆに直角な方向にず
れ量Ｓ2 でずれることとなる。ここに、「移動方向Ｆ」
は、図４に示すように、入射光軸ｚINを表すベクトルＡ
（レーザ光Ｌ0 の進行方向と同じ向きを有する。）と、
主出射光軸ｚOUT を表すベクトルＢ（第２分割レーザ光
Ｌ2 の進行方向と同じ向きを有する。）とを用いて表せ
ば、それらベクトルＡとＢとの外積（Ａ×Ｂ）の負の向
き（すなわち、ベクトルＡを１８０°以内で回転させて
ベクトルＢに重ねるときのその回転方向と同じ向きに右
ねじを回転させた場合にその右ねじが進行する向きの逆
向き）で表すことができる。
【００２２】したがって、第１照射点Ｐ1 を第２照射点
Ｐ2 に対して移動方向Ｆと同じ向きのみにずらしたい場
合には、副出射光軸ｚOUT ′の入射光軸ｚINに接近する
向きの回転を打ち消すことが必要となり、そのために
は、両部材３０，３２を軸線方向に相対移動させること
が必要となる。具体的には、内側部材３０を外側部材３
２に対して、入射光軸ｚIN上においてレーザ光源１２か
ら遠ざかる向きにずれるように移動させることが必要と
なる。すなわち、副出射光軸ｚOUT ′を第３設計基準平
面ＰＬ3 上においてのみ回転させるためには、内側部材
３０の回転のみならずそれの移動も必要となるのであ
る。
【００２３】ただし、第１照射点Ｐ1 が第２照射点Ｐ2
に対して移動方向Ｆと同じ向きにずれておりされすれ
ば、移動方向Ｆに直角な方向にずれてもレーザ溶接に支
障がない場合には、内側部材３０の回転のみによってレ
ーザ光Ｌ0 の分割を行ってもよい。
【００２４】本実施形態においては、２照射点Ｐ1 ，Ｐ
2 の位置関係が、図１および図７の(a) にそれぞれ示す
ように、第１設計基準平面ＰＬ1 に直角な一基準直線
（溶接線２２に一致する。）上において互いに離間する
ように予め設定されている。そのため、本実施形態にお
いては、図７の(c) に示すように、内側部材３０が、第
１照射点Ｐ1 が第２照射点Ｐ2 に対して溶接線２２上に
おいて移動方向Ｆと同じ向きにずれるように回転させら
れるとともに、同図の(b) に示すように、内側部材３０
が、入射光軸ｚIN上において内側反射面３６が外側反射
面３８に対してレーザ光源１２から遠ざかる向きにずれ
るように移動させられており、これにより、２照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 が溶接線２２上においてのみ互いに離間するよ
うになっている。
【００２５】内側反射面３６の面積、すなわち、内側部
材３０の横断面の直径φｄ2 の長さは、放物面ミラー１
４に入射するレーザビームの直径φｄ1 との関係におい
て設定されており、具体的には、第１照射点Ｐ1 での照
射エネルギの方が第２照射点Ｐ2 での照射エネルギより
小さくなり、かつ、両者の比が設定値となるように設定
されている。
【００２６】放物面ミラー１４のうち外側部材３２の内
部には、両部材３０，３２双方の冷却機構として図示し
ないウォータジャケットが設けられている。ウォータジ
ャケットは、外側部材３２の内部においてそれの周方向
に延びる通路を備えている。外側部材３２の内周面は内
側部材３０の外周面全域に接触するため、外側部材３２
の内部に設けられたウォータジャケットにより効果的に
内側部材３０を冷却することができる。
【００２７】前記平面ミラー１６は、図１に示すよう
に、放物面ミラー１４から出射した各分割レーザ光Ｌ
1 ，Ｌ2 を反射して２被溶接部材１８の表面にそれぞれ
照射する。この平面ミラー１６は、各分割レーザ光Ｌ
1 ，Ｌ2 を第１設計基準平面ＰＬ1上においてのみ反射
するように放物面ミラー１４に対する位置関係が予め設
定されている。
【００２８】また、平面ミラー１６は、ミラー部７０と
それのマウント７２とを含む構成とされている。マウン
ト７２には、溶接線２２に平行な軸線を有する支持軸７
４が取り付けられており、その支持軸７４が揺動装置
（第２相対移動装置の一例である。）としてのガルバノ
メータ７６に取り付けられている。ガルバノメータ７６
は前記フレーム１１に外付けされている。したがって、
平面ミラー１６は、ガルバノメータ７６により、その軸
線回りに揺動させられ、これに伴い、各分割レーザ光Ｌ
1 ，Ｌ2 はそれぞれの照射点Ｐ1 ，Ｐ2 が相互の間隔ｄ
を保ったまま、溶接線２２と直角な方向に幅ｗで揺動さ
せられる。各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 がウィービングされつつ
溶接線２２に沿って進行させられるのである。なお、平
面ミラー１６から出射した２分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2
は、フレーム１１に取り付けられた保護筒７８により覆
われている。
【００２９】ガルバノメータ７６には制御装置８０が接
続されている。制御装置８０は、ガルバノメータ７６の
振動数および振幅を制御することにより平面ミラー１６
の回動速度および回動角度を制御する。
【００３０】レーザ溶接装置はさらに、２被溶接部材１
８を固定するとともに、それら２被溶接部材１８を、各
分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 の２被溶接部材１８への入射方
向と直交する平面内において２方向（互いに直角なＸ方
向およびＹ方向）に移動させる被溶接部材移動装置８４
（第１相対移動装置の一例である。）を備えている。被
溶接部材移動装置８４は、(a) ２被溶接部材１８が固定
されるべきテーブル８６と、(b) そのテーブル８６をＸ
方向に移動させるＸ方向移動装置８８と、(c)そのテー
ブル８６をＹ方向に移動させるＹ方向移動装置９０とを
備えている。それら移動装置８８，９０は、前記制御装
置８０に接続されていて、その作動状態が制御装置８０
により制御される。その結果、それら移動装置８８，９
０は、各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 に対応する各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 の揺動中心が２被溶接部材１８の溶接線２２上
を移動するようにテーブル８６を移動させる。さらに、
それら移動装置８８，９０は、照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の進行
中、照射エネルギが小さい第１照射点Ｐ1 が先行し、照
射エネルギが大きい第２照射点Ｐ2 が後行するようにテ
ーブル８６を移動させる。
【００３１】溶接ヘッド１０と２被溶接部材１８との距
離は図１に示すように、距離調節装置９２により調節さ
れる。距離調節装置９２は、溶接ヘッド１０を移動対象
としており、２被溶接部材１８との距離を図示しないセ
ンサにより監視しつつ、その距離が設定値となるように
溶接ヘッド１０を移動させる。本実施形態においては、
その設定値が、各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の位置が各分割レー
ザ光Ｌ1 ，Ｌ2 のフォーカス位置に一致する大きさとさ
れており、これにより、強いレーザ光が２被溶接部材１
８の表面上の２箇所に集中的に照射されるようになって
いる。
【００３２】以上の説明から明らかなように、本実施形
態によれば、放物面ミラー１４が２分割構造とされてい
るため、２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔ｄを変更したり、
それら２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 が互いに並ぶ方向の２溶接部
材１８に対する向きを変更することが放物面ミラー１４
を交換することなく、しかも、簡単な操作で実現可能と
なるため、レーザ溶接装置の汎用性が向上するという効
果が得られる。
【００３３】また、本実施形態においては、放物面ミラ
ー１４が一つの円筒面により２分割されているため、放
物面ミラー１４において面積の小さい方の分割反射面で
ある内側反射面３６に対応するレーザ照射点Ｐ1 での照
射エネルギがレーザビーム径の変動の影響を受け難くな
り、分割反射面の面積の大小とは無関係に照射エネルギ
を安定化でき、確実なレーザ溶接が可能になるという効
果も得られる。
【００３４】さらに、本実施形態においては、運動部材
である平面ミラー１６ではなく、静止部材である放物面
ミラー１４が分割構造とされるとともにその放物面ミラ
ー１４に位置調節機構４６が設けられているため、平面
ミラー１６の重量が増加せずに済み、揺動をスムーズに
行うことが可能となるという効果も得られる。
【００３５】また、本実施形態においては、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 は溶接線２２に平行な軸線回りに揺動されつ
つ、溶接線２２に沿って移動させられるため、各照射点
Ｐ1 ，Ｐ2 は、図８に示すように、いずれもサインカー
ブの軌跡を描く。図において符号９４が先行する第１照
射点Ｐ1 の移動軌跡を示し、符号９６が後行する第２照
射点Ｐ2 の移動軌跡を示している。また、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 の進行速度（溶接線２２に沿った方向における
速度）と揺動速度（溶接線２２に直角な方向における速
度）との関係が、同図に示すように、第１照射点Ｐ1 の
移動軌跡の位相と第２照射点Ｐ2 の移動軌跡の位相とが
半周期ずれるように設定されているため、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 の移動軌跡は、溶接線２２上における互いに同
じ位置で互いに交差する。各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の揺動速
度が最大となり、一定時間当たりの照射エネルギ量が最
小となる位置が互いに一致させられる結果、その位置に
おいて２被溶接部材１８が２分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 の
双方により照射される。したがって、本実施形態によれ
ば、溶接速度を低下させることなく溶接精度を確保する
ことが可能となるという効果も得られる。
【００３６】なお付言すれば、放物面ミラーの全体反射
面を少なくとも一つの閉じた分割線で複数の分割反射面
に分割してレーザ光の分割を行うという技術は、放物面
ミラーを相対変位可能な複数の分割部材に分割するとい
う技術から独立して成立可能である。すなわち、面積の
小さい方の分割反射面に対応する照射点での照射エネル
ギがレーザビーム径の変動の影響を受け難くするという
効果は、放物面ミラーの全体反射面を少なくとも一つの
閉じた分割線で分割しさえすれば享受でき、放物面ミラ
ーを相対変位可能な複数の分割部材に分割しなくても享
受できるのである。
【００３７】別の実施形態を説明する。なお、本実施形
態は先の実施形態と共通する要素が多いため、共通する
要素については同一の符号を使用することによって先の
実施形態と対比しつつ説明する。
【００３８】先の実施形態においては、図１に示すよう
に、２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 が溶接線２２に平行な方向に互
いに離間させられているが、本実施形態においては、内
側部材３０が前記初期位置に対して、レーザ光源１２か
ら遠ざかる向きに移動させられており、これにより、２
照射点Ｐ1 ，Ｐ2 が、図９に示すように、溶接線２２と
直角な方向に互いに離間させられている。また、溶接ヘ
ッド１０とテーブル８６との相対位置関係が、２照射点
Ｐ1 ，Ｐ2 が溶接線２２を挟むように設定されている。
【００３９】また、先の実施形態においては、内側部材
３０の内側反射面３６の面積と外側部材３２の外側反射
面３８の面積との関係が、第１照射点Ｐ1 での照射エネ
ルギの方が第２照射点Ｐ2 での照射エネルギより小さく
なり、かつ、両者の比が設定値となるように設定されて
いるが、本実施形態においては、第１照射点Ｐ1 での照
射エネルギと第２照射点Ｐ2 での照射エネルギとが互い
に等しくなるように設定されている。
【００４０】さらに、先の実施形態においては、溶接ヘ
ッド１０と２被溶接部材１８との距離が、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 の位置が各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 のフォーカ
ス位置となるように距離調節装置９２により調節される
が、本実施形態においては、各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の位置
が各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 のデフォーカス位置のうち
の特定位置となるように距離調節装置９２により調節さ
れる。先の実施形態におけるように、各分割レーザＬ
1 ，Ｌ2 が狭い領域において２被溶接部材１８に照射さ
れるのではなく、広い領域において照射されるようにな
っているのである。
【００４１】さらに、先の実施形態においては、それら
２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔ｄが、２被溶接部材１８の
表面上において各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 のレーザスポ
ットが全く重なり合わないように設定されているが、本
実施形態においては、図１０に示すように、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 にそれぞれ形成されるレーザスポットＳＰ1，
ＳＰ2 が一部で重なり合い、それら２レーザスポットＳ
Ｐ1 ，ＳＰ2 が合体することにより、概して帯状を成す
一つの連続した照射領域ＡＬが溶接線２２に直角な方向
に形成されるように設定されている。したがって、その
照射領域ＡＬを溶接線２２に沿って移動させれば、その
溶接線２２に沿って溶接ビードＢＷが形成される。
【００４２】よって、本実施形態においては、図９に示
すように、先の実施形態におけるとは異なり、ガルバノ
メータ７６が設けられておらず、平面ミラー１６はフレ
ーム１１に固定されている。その結果、本実施形態によ
れば、平面ミラー１６を揺動させる精密かつ複雑な機構
が不要となり、レーザ溶接装置の装置コストおよび重量
が軽減されるという効果が得られる。
【００４３】なお付言すれば、上記のように、２被溶接
部材１８の表面上における２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の並び方
向を溶接線２２に直角な方向とし、かつ、それら照射点
Ｐ1，Ｐ2 間の間隔ｄを概して帯状の一つの照射領域Ａ
Ｌが形成されるように設定するという技術は、先の実施
形態であるレーザ溶接装置をそのまま使用することによ
っても実施可能である。内側部材３０の移動や回転を適
当に行えば２照射点Ｐ 1 ，Ｐ2 の位置関係を自由に変更
できるからであり、本実施形態におけるように、ガルバ
ノメータ７６のない専用のレーザ溶接装置を使用するこ
とは不可欠ではないのである。
【００４４】さらに付言すれば、２レーザ光を２被溶接
部材の表面に溶接線に直角な方向に互いに離間した２照
射点においてそれぞれ照射し、しかも、それら２照射点
を互いに接近させることによって溶接線に直角な方向に
延びる概して帯状の一つの照射領域を形成するという技
術は、一つのレーザ光を２分割レーザ光に分割するとい
う技術から独立して成立可能である。すなわち、２照射
点を溶接線に直角な方向に揺動させることなく溶接ビー
ドをレーザ光により高速に形成できるという効果は、２
レーザ光源から互いに独立して発せられる２レーザ光を
溶接線に直角な方向に互いに離間した２照射点にそれぞ
れ照射することによっても享受できるのである。
【００４５】さらに別の実施形態を説明する。なお、本
実施形態は、図９に示す先の実施形態と共通する部分が
多いため、その先の実施形態と対比しつつ、異なる部分
のみを詳細に説明する。
【００４６】先の実施形態においては、集光機能を有す
る放物面ミラー１４が、円柱穴を有する外側部材３２と
その円柱穴に相対変位可能に嵌合する内側部材３０とに
それぞれ分割され、これにより、放物面ミラー１４の全
体反射面が外側反射面３８と内側反射面３６とにそれぞ
れ分割されている。これに対し、本実施形態において
は、図１１に示すように、集光機能を有する放物面ミラ
ー１２０が一体構造とされ、一方、集光機能を有しない
平面ミラー１２２が、円柱穴を有する外側部材１２４と
その円柱穴に相対変位可能に嵌合する内側部材１２６と
にそれぞれ分割され、これにより、平面ミラー１２２の
全体反射面が外側反射面１２８と内側反射面１３０とに
それぞれ分割されている。
【００４７】また、先の実施形態においては、放物面ミ
ラー１４がそれへの入射光軸ｚIN-0を軸線とする一つの
円筒面により２分割され、これにより、内側部材３０
の、入射光軸ｚIN-0に沿った移動と入射光軸ｚIN-0の回
りの回転とがそれぞれ可能となっている。これに対し、
本実施形態においては、平面ミラー１２２が、それへの
入射光軸ｚIN-1ではなくそれからの主出射光軸ｚOUT を
軸線とする一つの円筒面により２分割され、これによ
り、内側部材１２６の、主出射光軸ｚOUT に沿った移動
と主出射光軸ｚOUT の回りの回転とがそれぞれ可能とな
っている。このような分割形式でも、内側部材１２６を
変位させれば、内側反射面１３０の入射光軸ｚIN-1にお
ける位置も入射光軸ｚIN-1に対する角度も変化するた
め、本実施形態においても、先の実施形態におけると同
様に、２被溶接部材１８への２照射点Ｐ 1 ，Ｐ2 間の位
置関係を前記位置調節機構４６により容易に変更でき
る。
【００４８】さらに別の実施形態を説明する。なお、本
実施形態は、図９に示す先の実施形態と基本的な構成が
共通し、異なるのは２照射点間の間隔ｄの設定について
のみであるため、異なる部分のみを詳細に説明し、共通
する部分は同一の符号を使用することによって詳細な説
明を省略する。
【００４９】本実施形態であるレーザ溶接装置は、図１
２に示すように、炭酸ガスレーザ光をレーザ光Ｌ0 とし
て発するレーザ光源（図示しない）と、放物面ミラー１
４と、平面ミラー１６とがレーザ光路上においてそれら
の順に並んで配置されている。放物面ミラー１４は、図
９に示す実施形態におけると同様に、円形である全体反
射面が一円周により２分割されるとともに、内側部材３
０と外側部材３２との相対位置関係が、平面ミラー１６
から出射する２分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 が２被溶接部材
１８の表面上に照射される２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 が、溶接
線２２を挟み、かつ、それと直角な方向に互いに離間す
るように設計されている。
【００５０】ところで、レーザ溶接においては一般に、
レーザ光が被溶接部材に照射されると、被溶接部材が高
温となってそこからプラズマが発生する。このプラズマ
は、レーザ光のエネルギを吸収し、そのエネルギの被溶
接部材への伝達を阻害するという性質がある。そのた
め、レーザ溶接には、プラズマを除去する方式がある
が、プラズマの有する熱を有効に利用する方式も存在す
る。そして、本実施形態においては、後者のプラズマ活
用方式が採用されている。
【００５１】また、突合せ溶接においては、２被溶接部
材間に突合せギャップが存在する場合があり、この場合
には、突合せ溶接中、レーザ光が突合せギャップを通過
しないようにすることが大切である。レーザ光が突合せ
ギャップを通過してしまうと、レーザ光のエネルギが十
分に２被溶接部材に伝達されず、アンダカット等、溶接
不良が発生し易いからである。
【００５２】そこで、本実施形態においては、各照射点
Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔ｄが、突合せ溶接中、図１３に示す
ように、各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 が各照射点Ｐ1 ，Ｐ
2 に照射されることによって各被溶接部材１８ａ，１８
ｂに形成される各レーザスポット全体が、対応する被溶
接部材１８ａ，１８ｂの表面において他方の被溶接部材
１８ａ，１８ｂと溶接されるべき端面から内側にずれた
位置にそれぞれ形成されるように設定されている。な
お、本実施形態においては、放物面ミラー１４の全体反
射面が一円周により２分割されているため、各照射点Ｐ
1 ，Ｐ2 に形成される各レーザスポットは同図に示すよ
うに共に円形となる。
【００５３】さらに、本実施形態においては、２照射点
Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔ｄが、同図に示すように、各分割レ
ーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 により各被溶接部材１８ａ，１８ｂの
表面上に発生する各プラズマが合体して一つの連続した
全体プラズマ発生領域（例えば、短軸の長さをａ、長軸
の長さをｂとする長円）が形成されるようにも設定され
ている。
【００５４】したがって、本実施形態によれば、２被溶
接部材１８の突合せ部のうち、突合せギャップがない部
分には、図１４に示すように、プラズマと溶融部とが形
成されて溶接が良好に行われるのはもちろんであるが、
突合せギャップがある部分でも、図１５に示すように、
プラズマと溶融部とが形成されて溶接が良好に行われ
る。
【００５５】また、本実施形態によれば、２被溶接部材
１８の突合せ部のうち、２照射点Ｐ 1 ，Ｐ2 間の中心
と、２被溶接部材１８が実際に突き合わせられることに
よってそれらの間に形成される突合せ線とが互いに一致
する部分には、プラズマと溶融部とが形成されて溶接が
良好に行われるのはもちろんであるが、それら照射点中
心と突合せ線とが互いに一致せずに芯ずれが発生する部
分でも、図１６に示すように、プラズマと溶融部とが形
成されて溶接が良好に行われる。
【００５６】図１７と図１８とには、本実施形態である
レーザ溶接装置を使用することにより、２枚の薄板鋼板
を突合せ溶接する際に得られる具体的な効果がグラフで
示されている。図１７には、溶接不良が発生しない突合
せギャップの限界が示され、一方、図１８には、溶接不
良が発生しない芯ずれの限界が示されている。また、そ
れら図には、本実施形態の効果が図１に示す先の実施形
態の効果と対比して示されており、本実施形態の効果は
「ツインフォーカス」の場合として示され、図１に示す
先の実施形態の効果は「ウィービング」の場合として示
されている。
【００５７】また、本実施形態の効果は、レーザ溶接を
左右する諸条件との関係において示されている。そのレ
ーザ溶接条件には、２被溶接部材１８の板厚，炭酸ガス
レーザ光のレーザ出力，溶接速度，焦点距離およびデフ
ォーカス量がある。デフォーカス量は、集光ミラーとし
ての放物面ミラー１４から２被溶接部材１８までの距離
の、放物面ミラー１４の焦点距離Ｆからのずれ量Ｔを焦
点距離Ｆで割り算した値（＝Ｔ／Ｆ）として定義されて
いる。したがって、デフォーカス量は、レーザ光が２被
溶接部材１８の表面に照射される円形領域（レーザスポ
ット）の面積である照射面積と関連し、具体的には、デ
フォーカス量が大きいほど照射面積が広くなる。レーザ
溶接条件の具体的な内容は、以下の通りである。
【００５８】 板厚 ：共に１．０（ｍｍ） 溶接速度 ：３．０，４．０，５．０（ｍ／ｍｉ
ｎ） レーザ出力 ：３．０（ｋＷ） 焦点距離 ：２５４（ｍｍ） デフォーカス量：０．２，０．３，０．４（Ｔ／Ｆ） なお、ウィービング方式を採用する場合におけるデフォ
ーカス量は０．２（Ｔ／Ｆ）である。
【００５９】そして、図１７から明らかなように、本実
施形態によれば、突合せギャップの限界値がウィービン
グ方式を採用した場合におけると同等以上の値となると
いう効果が得られる。このように突合せギャップの限界
値が向上する理由は、本実施形態によれば、２被溶接部
材１８に向けて照射されたレーザ光が突合せギャップを
通過してしまうことはなく、すべて２被溶接部材１８に
照射されるため、それら２被溶接部材１８のうち突合せ
ギャップに接しないでその突合せギャップを挟む一対の
近傍部分が多く溶融し、その溶融によって突合せギャッ
プを埋めるブリッジがそれら一対の近傍部分間に形成さ
れるからであると考えられる。
【００６０】また、図１８から明らかなように、本実施
形態によれば、芯ずれの限界値がウィービング方式を採
用した場合におけると同等以上の値となるという効果も
得られる。このように芯ずれの限界値が向上する理由
は、プラズマ発生領域および溶融領域が突合せ線に対し
て直角に延びる長円状になるからであると考えられる。
【００６１】したがって、本実施形態によれば、突合せ
ギャップの限界値や芯ずれの限界値を向上させるため
に、平面ミラー１６を高周波で揺動させて各分割レーザ
光Ｌ1，Ｌ2 の各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 を２被溶接部材１８
上において溶接線２２に直角な方向にウィービングする
ことが不要となり、そのウィービングのための複雑かつ
高価な装置も不要となって、レーザ溶接装置が安価にな
るとともに装置寿命が長くなるという効果が得られる。
【００６２】さらに、本実施形態によれば、突合せギャ
ップの限界値や芯ずれの限界値が向上する結果、ウィー
ビング方式を採用する場合におけるより、溶接速度の限
界値も向上し、溶接能率が向上するという効果も得られ
る。
【００６３】また、本実施形態によれば、図１７および
図１８から明らかなように、デフォーカス量を増加させ
れば限界突合せギャップおよび限界芯ずれが向上すると
いう効果も得られる。
【００６４】なお付言すれば、本実施形態においては、
端面同士が突き合わせられた２被溶接部材の表面に２レ
ーザ光を溶接線を挟んでその溶接線と交差する方向に互
いに離れた２点において照射するとともに、それら２照
射点を２被溶接部材の表面上を溶接線に沿って相対移動
させ、それにより、２被溶接部材を互いに溶接するレー
ザ突合せ溶接方法であって、２照射点の間隔が、各レー
ザ光の各被溶接部材の表面への照射によって各被溶接部
材の表面に形成される各レーザスポット全体が、対応す
る被溶接部材の表面において他方の被溶接部材と溶接さ
れる端面から内側にずれた位置にそれぞれ形成されると
ともに、各レーザ光の各被溶接部材の表面への照射によ
って各被溶接部材の表面にそれぞれ発生するプラズマが
合体可能な長さに設定されている方法が採用されている
が、この方法は、放物面ミラーまたは平面ミラーが分割
構造とされたレーザ溶接装置を使用することが不可欠な
方法ではなく、例えば、図１９に示すレーザ溶接装置を
使用することによっても実施可能である。同図に示すレ
ーザ溶接装置は、レーザ光源１００と、集光ミラーとし
ての放物面ミラー１０２と、ベンドミラーとしての平面
ミラー１０４とがレーザ光路上においてそれらの順に並
んで配置されて構成されている。平面ミラー１０４は、
放物面ミラー１０２から出射したレーザ光Ｌ0 を光軸が
互いに異なるように分割する光分割の機能を付与されて
いる。具体的には、平面ミラー１００の全体反射面が円
形を成すとともに、その円形の一直径であって溶接線２
２に平行に延びるものがその全体反射面の折曲げ線ＢＬ
とされ、その折曲げ線ＢＬを境界線として２つの平らな
部分反射面が、レーザ光Ｌ0 の入射側において凸となる
状態で一定角度θだけ折り曲げられた状態で形成されて
いる。したがって、放物面ミラー１０２から出射したレ
ーザ光Ｌ0 は平面ミラー１０４により約４５度でその光
軸を曲げられるとともに２つの分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2
に分割され、さらに、それら２分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2
が２被溶接部材１８の表面上に溶接線２２に直角な方向
に互いに離間した２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 において照射され
るのである。図２０には、それら２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 間
の相対位置関係と、各分割レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 が各照射
点Ｐ1 ，Ｐ2 に照射されることによって２被溶接部材１
８からプラズマが発生する領域とが示されている。な
お、このレーザ溶接装置を使用する場合には、平面ミラ
ー１０４の円形である全体反射面が一直線により２分割
されているため、各照射点Ｐ1 ，Ｐ2 に形成される各レ
ーザスポットは同図に示すように共に半円となる。ま
た、上記レーザ突合せ溶接方法は、一つのレーザ光を光
分割ミラーによって分割して２被溶接部材の表面に２照
射点において照射する技術を不可欠とせず、光分割を光
分割ミラー以外の手段によって行うことや、複数のレー
ザ光源を使用することによって光分割を行わないことが
可能である。
【００６５】なお付言すれば、以上説明したいくつかの
実施形態においてはいずれも、内側反射面と外側反射面
とが、内側部材と外側部材とを適当に相対変位させれば
それら反射面が互いに共同して一つの連続面、すなわ
ち、一つの放物面を形成するように設計されているが、
これに限らず、一方の分割反射面が平面であるのに対
し、他方の分割反射面が放物面であるという如く、それ
ら分割反射面が互いに共同して一つの連続面を形成しな
いように設計することもできる。
【００６６】以上、本発明のいくつかの実施形態を図面
に基づいて詳細に説明したが、これらの他にも、特許請
求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて
種々の変形，改良を施した形態で本発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるレーザ溶接装置を示
す斜視図である。
【図２】図１における放物面ミラー１４を拡大して示す
平面図および断面図である。
【図３】その放物面ミラー１４による光分割の原理を説
明するための側面図および正面図である。
【図４】前記レーザ溶接装置のうちの溶接ヘッドに想定
されている３設計基準平面を示す斜視図である。
【図５】前記放物面ミラー１４による光分割の原理を説
明するための平面図および断面図である。
【図６】図５に示す放物面ミラーを使用する場合に２被
溶接部材の表面に形成される２照射点Ｐ1 ，Ｐ2 の相対
位置関係を説明するための平面図である。
【図７】前記レーザ溶接装置の主要部および光分割の原
理を説明するための斜視図，側面図および正面図であ
る。
【図８】上記レーザ溶接装置によりレーザ光が２被溶接
部材の表面に照射される２照射点の移動軌跡を示す平面
図である。
【図９】本発明の別の実施形態であるレーザ溶接装置を
示す斜視図である。
【図１０】そのレーザ溶接装置によりレーザ光が２被溶
接部材の表面に照射される領域を示す平面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態であるレーザ溶
接装置の概要を示す斜視図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態であるレーザ溶
接装置の概要を示す斜視図である。
【図１３】上記レーザ溶接装置による２分割レーザ光の
２被溶接部材への２照射点の相対位置関係と、その照射
によって２被溶接部材からプラズマが発生する領域とを
それぞれ示す平面図である。
【図１４】上記レーザ溶接装置による突合せ溶接の一例
を示す正面図である。
【図１５】上記レーザ溶接装置による突合せ溶接の別の
例を示す正面図である。
【図１６】上記レーザ溶接装置による突合せ溶接のさら
に別の例を示す正面図である。
【図１７】上記レーザ溶接装置による一効果である限界
突合せギャップの向上を説明するためのグラフである。
【図１８】上記レーザ溶接装置による別の効果である限
界芯ずれの向上を説明するためのグラフである。
【図１９】ツインフォーカス型レーザ溶接を実現するた
めの別のレーザ溶接装置の概略を示す正面図である。
【図２０】上記レーザ溶接装置による２分割レーザ光の
２被溶接部材への２照射点の相対位置関係と、その照射
によって２被溶接部材からプラズマが発生する領域とを
それぞれ示す平面図である。
【符号の説明】
１２ レーザ光源 １４ 放物面ミラー １６ 平面ミラー １８ 被溶接部材 ２２ 溶接線 ２８ 分割面 ３０ 内側部材 ３２ 外側部材 ３４ 全体反射面 ３５ 分割線 ３６ 内側反射面 ３８ 外側反射面 ４６ 位置調節機構
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｂ 7/185 7/18 ７０１

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光を発するレーザ光源と、 そのレーザ光源から発せられた一つのレーザ光を互いに
    光軸が異なる複数の分割レーザ光に分割する光分割ミラ
    ーであって、それの一つの全体反射面が前記複数の分割
    レーザ光にそれぞれ対応する複数の分割反射面に分割さ
    れているものとを含むレーザ光学系において、 前記光分割ミラーを複数の分割部材に分割することによ
    り、前記全体反射面を前記複数の分割反射面に分割した
    ことを特徴とするレーザ光学系。
  2. 【請求項２】前記光分割ミラーが、各々前記全体反射面
    と交差する円筒面である少なくとも一つの分割面により
    前記複数の分割部材に分割されており、それにより、前
    記全体反射面が、その全体反射面と前記少なくとも一つ
    の分割面の各々との交線である少なくとも一つの閉じた
    分割線により前記複数の分割反射面に分割されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のレーザ光学系。
  3. 【請求項３】さらに、前記複数の分割部材の相対位置関
    係を調節する位置調節機構を含むことを特徴とする請求
    項１または２に記載のレーザ光学系。
  4. 【請求項４】２被溶接部材をレーザにより互いに溶接す
    るレーザ溶接装置であって、 請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ光学系を有
    する溶接ヘッドであって、前記複数の分割レーザ光を前
    記２被溶接部材の表面に互いに位置が異なる複数の照射
    点においてそれぞれ照射するものと、 それら溶接ヘッドと２被溶接部材とを相対移動させる相
    対移動装置とを含むことを特徴とするレーザ溶接装置。
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