JP2022182279A - Laser welding method, laser welding device, and electric apparatus - Google Patents

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太郎 村山
Taro Murayama
知道 安岡
Tomomichi Yasuoka
孝 繁松
Takashi Shigematsu
崇 茅原
Takashi Kayahara
昌充 金子
Akimitsu Kaneko
和行 梅野
Kazuyuki Umeno
史香 西野
Fumika NISHINO
暢康 松本
Nobuyasu Matsumoto
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

To obtain improved new laser welding method, laser welding device, and electric apparatus each of which enables, for example, further shortening of an exposure section of a core wire of which the coating has been removed for welding.SOLUTION: A laser welding method, for example, performs laser welding of a first end of a core wire exposed from a coating at an end portion in a first direction that is a longitudinal direction of a first conducting wire, and a second end of the core wire exposed from a coating at an end portion in a first direction of a second conducting wire. The method comprises: a step in which the first end and the second end are arranged in such a manner that the first and the second ends extend in the first direction and are adjacent to each other in a second direction crossing the first direction; a step in which at least one of the first end and the second is irradiated with laser beam during a time less than 0.2 [sec] while being swept in a third direction crossing the first direction, thereby forming a molten pool spanned between the first end and the second end; and a step in which the molten pool is solidified.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、レーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および電気装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method, a laser welding device, and an electrical device.

平角線のような導線の被覆が除去され芯線が露出した部位をレーザ溶接する方法が知られている(例えば、特許文献1)。 There is known a method of laser welding a portion of a conducting wire such as a rectangular wire from which the covering is removed and the core wire is exposed (for example, Patent Document 1).

特開2020-142283号公報JP 2020-142283 A

この種の溶接では、当該溶接において生じた熱の被覆への影響を低減するため、溶接箇所において、被覆が長めに除去される場合がある。この場合において、被覆が除去された芯線の露出区間が長くなるほど、短絡が生じやすくなったり、当該導線を有した電気装置が大型化しやすくなったりする虞がある。 In this type of welding, a longer length of coating may be removed at the weld location to reduce the effect of the heat generated in the weld on the coating. In this case, the longer the exposed section of the core wire from which the coating is removed, the more likely it is that a short circuit will occur, or that the size of the electrical device having the conductor wire will increase.

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、溶接のために被覆が除去された芯線の露出区間をより短くすることが可能となるような、改善された新規なレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および電気装置を得ること、である。 Therefore, one of the objects of the present invention is, for example, an improved new laser welding method and laser welding apparatus that makes it possible to shorten the exposed section of the core wire whose coating has been removed for welding. , and obtaining electrical equipment.

本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の長手方向である第一方向の端部において前記被覆から露出した前記芯線の第一端部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の前記第一方向の端部において前記被覆から露出した前記芯線の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一端部および前記第二端部を、第一方向に延びるとともに当該第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置する工程と、前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に、前記第一方向と交差した第三方向に掃引しながらレーザ光を0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化する工程と、を備える。 In the laser welding method of the present invention, for example, a first conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire is exposed from the coating at the end in the first direction in the longitudinal direction of the core wire. a first end, and a second end of the core wire exposed from the coating at the end in the first direction of a second conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire, A laser welding method for laser welding, the step of arranging the first end and the second end so as to be adjacent to each other in a second direction extending in a first direction and intersecting the first direction; By irradiating at least one of the first end portion and the second end portion with a laser beam for less than 0.2 [sec] while sweeping in a third direction that intersects the first direction, the forming a molten pool spanning between one end and the second end; and solidifying the molten pool.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方の、前記第一方向における露出長さが、10[mm]以下であってもよい。 In the laser welding method, an exposed length in the first direction of at least one of the first end portion and the second end portion may be 10 mm or less.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第一端部および前記第二端部の双方の前記第一方向における露出長さが、10[mm]以下であってもよい。 In the laser welding method, exposed lengths of both the first end portion and the second end portion in the first direction may be 10 [mm] or less.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を直線状に掃引してもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, the laser beam may be linearly swept.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第三方向は、前記第二方向と交差してもよい。 In the laser welding method, the third direction may intersect the second direction.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程は、前記レーザ光を複数回掃引する工程を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of forming the molten pool may include the step of sweeping the laser beam multiple times.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光を複数回掃引する工程は、前記レーザ光を掃引する第一掃引工程と、当該第一掃引工程よりも前記第一方向と交差した仮想平面の単位面積あたりのパワー密度が低い状態で前記レーザ光を掃引する第二掃引工程と、を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of sweeping the laser beam a plurality of times includes a first sweeping step of sweeping the laser beam and a unit of a virtual plane intersecting the first direction rather than the first sweeping step and a second sweeping step of sweeping the laser beam with a low power density per area.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二掃引工程における前記レーザ光の掃引速度が、前記第一掃引工程における前記レーザ光の掃引速度よりも高くてもよい。 In the laser welding method, the sweep speed of the laser light in the second sweep step may be higher than the sweep speed of the laser light in the first sweep step.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二掃引工程における前記レーザ光のパワーが、前記第一掃引工程における前記レーザ光のパワーよりも低くてもよい。 In the laser welding method, power of the laser light in the second sweep step may be lower than power of the laser light in the first sweep step.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光を複数回掃引する工程は、前記レーザ光を所定の強度および所定の掃引速度で掃引する第三掃引工程と、当該第三掃引工程より後に、前記所定の強度より低い強度での前記レーザ光の掃引、前記所定の掃引速度より速い掃引速度での前記レーザ光の掃引、および前記所定の強度より低い強度であるとともに前記所定の掃引速度より速い掃引速度での前記レーザ光の掃引のうち少なくとも一つの掃引を実行する第四掃引工程と、を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of sweeping the laser beam a plurality of times includes a third sweeping step of sweeping the laser beam at a predetermined intensity and a predetermined sweep speed, and after the third sweeping step, the sweeping the laser light at an intensity lower than a predetermined intensity, sweeping the laser light at a sweep speed faster than the predetermined sweep speed, and sweeping the laser light at an intensity lower than the predetermined intensity and faster than the predetermined sweep speed and a fourth sweeping step of performing at least one of the sweeps of the laser light in velocity.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程は、前記第三方向に沿って前記レーザ光を掃引する工程と、前記第三方向と反対の方向である第四方向に沿って前記レーザ光を掃引する工程と、を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of forming the molten pool includes sweeping the laser beam along the third direction and sweeping the laser beam along the fourth direction opposite to the third direction. and sweeping the laser light.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程は、前記レーザ光を前記第一端部上で掃引する工程と、前記レーザ光を前記第二端部上で掃引する工程と、を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of forming the molten pool includes sweeping the laser light over the first end, sweeping the laser light over the second end, may include

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、複数のビームを含んでもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, the laser light may include a plurality of beams.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、波長が互いに異なる複数のビームを含んでもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, the laser light may include a plurality of beams having different wavelengths.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記複数のビームは、前記レーザ光の掃引方向に離間してもよい。 In the laser welding method, the plurality of beams may be spaced apart in the sweep direction of the laser beam.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、第一パワー密度の少なくとも一つのビームを含む第一部位と、前記第一パワー密度とは異なる第二パワー密度の少なくとも一つのビームを含む第二部位と、を含んでもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, the laser light includes a first portion including at least one beam with a first power density and a second power different from the first power density. a second portion containing at least one beam of density.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程において、前記第一部位と前記第二部位とが、前記レーザ光の掃引方向に互いに離間してもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, the first portion and the second portion may be separated from each other in the sweep direction of the laser beam.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二部位は、前記第一部位の周囲を取り囲んでもよい。 In the laser welding method, the second portion may surround the first portion.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記第二部位の前記レーザ光のパワーに対する前記第一部位の前記レーザ光のパワーの比が、3/7以上かつ7/3以下であってもよい。 In the laser welding method, a ratio of the power of the laser beam at the first portion to the power of the laser beam at the second portion may be 3/7 or more and 7/3 or less.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記レーザ光の掃引速度が、150[mm/sec]以上であってもよい。 In the laser welding method, the sweep speed of the laser beam may be 150 [mm/sec] or more.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程では、複数のレーザ光を並行して照射してもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, a plurality of laser beams may be irradiated in parallel.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程は、少なくとも1つのレーザ光を前記第一端部へ照射すると同時に他の少なくとも1つのレーザ光を前記第二端部へ照射する工程を含んでもよい。 In the laser welding method, the step of forming the molten pool is a step of irradiating the first end with at least one laser beam and simultaneously irradiating the second end with at least one other laser beam. may include

前記レーザ溶接方法にあっては、前記溶融池を形成する工程において、前記第一端部、前記第二端部、前記溶融池、および前記被覆のうち少なくとも一つに向けて、不活性ガスを供給してもよい。 In the laser welding method, in the step of forming the molten pool, an inert gas is directed toward at least one of the first end portion, the second end portion, the molten pool, and the coating. may be supplied.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記芯線は、銅系金属またはアルミニウム系金属であってもよい。 In the laser welding method, the core wire may be made of a copper-based metal or an aluminum-based metal.

前記レーザ溶接方法にあっては、前記被覆は、ポリエーテルエーテルケトンを含んでもよい。 In the laser welding method, the coating may contain polyetheretherketone.

本発明のレーザ溶接方法は、例えば、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の当該芯線において前記被覆から露出した第一露出部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の当該芯線において前記被覆から露出した第二露出部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方に、レーザ光を掃引しながら0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一露出部と前記第二露出部とに渡る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を固化する工程と、を備える。 The laser welding method of the present invention includes, for example, a first exposed portion exposed from the coating in the core wire of a first conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire, and a first exposed portion made of the metal material A laser welding method for laser welding a second exposed portion exposed from the coating in the core wire of a second conductor having a core wire and a coating surrounding the core wire, wherein the first exposed portion and the second A step of irradiating at least one of the exposed portions with a laser beam for a time of less than 0.2 [sec] while sweeping to form a molten pool extending over the first exposed portion and the second exposed portion; and solidifying the molten pool.

本発明のレーザ溶接装置は、例えば、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の当該芯線において前記被覆から露出した第一露出部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の当該芯線において前記被覆から露出した第二露出部と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、レーザ光を出力する光源と、前記光源からの前記レーザ光を出力する光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドが、前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方に、レーザ光を掃引しながら0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一露出部と前記第二露出部とに渡る溶融池を形成する。 The laser welding device of the present invention includes, for example, a first exposed portion exposed from the coating in the core wire of a first conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire, and a first exposed portion made of the metal material A laser welding device for laser welding a second exposed portion exposed from the coating in the core wire of a second conductor having a core wire and a coating surrounding the core wire, the laser welding device comprising: a light source that outputs a laser beam; and an optical head for outputting the laser beam from a light source, wherein the optical head sweeps the laser beam to at least one of the first exposed portion and the second exposed portion for 0.2 [sec]. Irradiating for less than a period of time forms a weld pool across the first exposed portion and the second exposed portion.

本発明の電気装置は、例えば、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線と、前記第一導線の前記被覆から露出した第一露出部と前記第二導線の前記被覆から露出した第二露出部との間に渡る溶接部と、を備え、前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方において、前記溶接部と前記被覆との間の露出長さが、10[mm]以下である。 The electrical device of the present invention includes, for example, a first conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire, and a second conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire. and a weld extending between a first exposed portion of the first conductor exposed from the coating and a second exposed portion of the second conductor exposed from the coating, wherein the first exposed portion and At least one of the second exposed portions has an exposed length of 10 mm or less between the welded portion and the coating.

本発明によれば、例えば、被覆に対する熱影響を低減し、被覆が除去された芯線の露出区間をより短くすることが可能となるような、改善された新規なレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および電気装置を得ることができる。 According to the present invention, for example, a novel improved laser welding method, laser welding apparatus, which reduces the thermal effect on the coating and allows a shorter exposed section of the core wire from which the coating is removed, and you can get electrical equipment.

図1は、第1実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser welding device according to the first embodiment. 図2は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接前における例示的かつ模式的な側面図である。FIG. 2 is an exemplary and schematic side view of an object before welding in the laser welding method of the embodiment. 図3は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物の溶接後における例示的かつ模式的な側面図である。FIG. 3 is an exemplary and schematic side view of an object after welding in the laser welding method of the embodiment. 図4は、実施形態のレーザ溶接方法の対象物としての部材を含む平角線の例示的かつ模式的な斜視図である。FIG. 4 is an exemplary and schematic perspective view of a rectangular wire including a member as an object of the laser welding method of the embodiment. 図5は、実施形態のレーザ溶接方法の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing an example of the procedure of the laser welding method according to the embodiment. 図6は、第1実施形態のレーザ溶接装置におけるレーザ光のビームパターンの一例を示す模式的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing an example of a beam pattern of laser light in the laser welding device of the first embodiment. 図7は、実施形態のレーザ溶接方法におけるレーザ光の掃引経路の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of a sweep path of laser light in the laser welding method of the embodiment. 図8は、実施形態のレーザ溶接方法におけるレーザ光の照射時間および芯線の露出長さに応じた被覆の状態の一例を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of the state of the coating according to the irradiation time of the laser beam and the exposed length of the core wire in the laser welding method of the embodiment. 図9は、実施形態のレーザ溶接方法によって良好な溶接状態の溶接部が得られた対象物のサンプルを側方から見た場合のX線透過画像である。FIG. 9 is an X-ray transmission image of a sample of an object on which a well-welded welded portion was obtained by the laser welding method of the embodiment, viewed from the side. 図10は、実施形態のレーザ溶接装置におけるレーザ光のビームパターンの別の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing another example of a beam pattern of laser light in the laser welding device of the embodiment. 図11は、実施形態のレーザ溶接方法におけるレーザ光の掃引経路の別の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 11 is a schematic plan view showing another example of the sweep path of laser light in the laser welding method of the embodiment. 図12は、第2実施形態のレーザ溶接装置の例示的な概略構成図である。FIG. 12 is an exemplary schematic configuration diagram of the laser welding device of the second embodiment. 図13は、第2実施形態のレーザ溶接装置におけるレーザ光のビームパターンの一例を示す模式的な平面図である。FIG. 13 is a schematic plan view showing an example of a beam pattern of laser light in the laser welding device of the second embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Exemplary embodiments and variations of the invention are disclosed below. The configurations of the embodiments and modifications shown below, and the actions and results (effects) brought about by the configurations are examples. The present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments and modifications. Moreover, according to the present invention, at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration can be obtained.

以下の実施形態および変形例は、同様の構成要素を有している。以下では、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。 The following embodiments and variations have similar components. In the following description, the same reference numerals are given to the same constituent elements, and overlapping explanations may be omitted.

また、各図において、X方向を矢印Xで表し、Y方向を矢印Yで表し、Z方向を矢印Zで表している。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに交差するとともに直交している。Z方向は、対象物Wとなる複数の部材が延びる方向である。なお、Z方向は、略鉛直上方であるが、鉛直上方に対して傾いていてもよい。 In each figure, the X direction is indicated by an arrow X, the Y direction is indicated by an arrow Y, and the Z direction is indicated by an arrow Z. The X-, Y-, and Z-directions intersect and are orthogonal to each other. The Z direction is the direction in which the plurality of members that form the object W extend. Although the Z direction is substantially vertically upward, it may be tilted with respect to the vertically upward direction.

また、本明細書において、序数は、方向や、工程、部材、部位、物理量等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。 In this specification, ordinal numbers are given for convenience in order to distinguish directions, processes, members, parts, physical quantities, etc., and do not indicate priority or order.

[第1実施形態]
[レーザ溶接装置およびレーザ溶接の概要]
図1は、第1実施形態のレーザ溶接装置100の概略構成を示す図である。図1に示されるように、レーザ溶接装置100は、レーザ装置110と、光学ヘッド120と、光ファイバ130と、駆動機構140と、センサ150と、制御装置200と、を備えている。
[First embodiment]
[Overview of Laser Welding Equipment and Laser Welding]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser welding device 100 of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the laser welding device 100 includes a laser device 110, an optical head 120, an optical fiber 130, a driving mechanism 140, a sensor 150, and a control device 200.

レーザ溶接装置100は、レーザ溶接の対象物Wの表面にレーザ光Lを照射する。レーザ光Lのエネルギによって、対象物Wが部分的に溶融し、冷却されて固化することにより、当該対象物Wが溶接される。対象物Wは、複数の部材を有しており、レーザ溶接によって、当該複数の部材に渡る溶融池が形成され、当該溶融池が固化されることにより、複数の部材が接合される。 The laser welding device 100 irradiates a laser beam L onto the surface of an object W to be laser-welded. The object W is partially melted by the energy of the laser beam L, cooled, and solidified, thereby welding the object W. The object W has a plurality of members, and by laser welding, a molten pool extending over the plurality of members is formed, and the plurality of members are joined by solidifying the molten pool.

対象物Wとなる複数の部材は、それぞれ、例えば、銅や銅合金のような銅系の金属材料や、アルミニウムやアルミニウム合金のようなアルミニウム系の金属材料等で、作られうる。複数の部材は、同じ金属材料で作られてもよいし、互いに異なる金属材料で作られてもよい。なお、対象物Wとなる複数の部材は、導体である。 A plurality of members to be the object W can be made of, for example, a copper-based metal material such as copper or a copper alloy, an aluminum-based metal material such as aluminum or an aluminum alloy, or the like. A plurality of members may be made of the same metal material, or may be made of different metal materials. Note that the plurality of members that become the object W are conductors.

レーザ装置110は、レーザ発振器を備えており、一例としては、数kWのパワーのシングルモードのレーザ光を出力できるよう構成されている。なお、レーザ装置110は、例えば、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構成されてもよい。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もよい。また、レーザ装置110は、例えば、400[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長のレーザ光を出力する。 The laser device 110 includes a laser oscillator, and is configured, for example, to output a single-mode laser beam with a power of several kW. For example, the laser device 110 may include a plurality of semiconductor laser elements inside, and may be configured to output multimode laser light with a power of several kW as the total output of the plurality of semiconductor laser elements. The laser device 110 may also include various laser light sources such as fiber lasers, YAG lasers, disk lasers, and the like. Also, the laser device 110 outputs laser light with a wavelength of 400 [nm] or more and 1200 [nm] or less, for example.

レーザ装置110は、例えば、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置110が有するレーザ発振器は、光源の一例である。 The laser device 110 outputs laser light with a wavelength of, for example, 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less. A laser oscillator included in the laser device 110 is an example of a light source.

また、レーザ装置110は、レーザ光の連続波を出力してもよいし、レーザ光のパルスを出力してもよい。 Further, the laser device 110 may output a continuous wave of laser light, or may output a pulse of laser light.

制御装置200は、レーザ装置110の作動を制御することができる。例えば、制御装置200は、レーザ光を出力したり、レーザ光の出力を停止したり、出力強度を変更したりするよう、レーザ装置110を制御することができる。 Controller 200 may control the operation of laser device 110 . For example, the control device 200 can control the laser device 110 to output laser light, stop outputting laser light, or change the output intensity.

光ファイバ130は、レーザ装置110と光学ヘッド120とを光学的に接続している。言い換えると、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光学ヘッド120に導く。レーザ装置110が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ130は、シングルモードレーザ光を伝播するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のMビーム品質は、1.3以下に設定される。Mビーム品質は、M2ファクタとも称されうる。 An optical fiber 130 optically connects the laser device 110 and the optical head 120 . In other words, the optical fiber 130 guides the laser light output from the laser device 110 to the optical head 120 . If the laser device 110 outputs single-mode laser light, the optical fiber 130 is configured to propagate the single-mode laser light. In this case, the M2 beam quality of single-mode laser light is set to 1.3 or less. The M2 beam quality may also be referred to as the M2 factor.

光学ヘッド120は、レーザ装置110からのレーザ光を伝送して出力し、対象物Wに照射する光学装置である。光学ヘッド120は、コリメートレンズ121と、集光レンズ122と、ミラー124と、DOE125と、ガルバノスキャナ126と、を有している。コリメートレンズ121、集光レンズ122、ミラー124、DOE125、およびガルバノスキャナ126は、光学部品とも称されうる。 The optical head 120 is an optical device that transmits and outputs laser light from the laser device 110 and irradiates the target W with the laser light. The optical head 120 has a collimator lens 121 , a condenser lens 122 , a mirror 124 , a DOE 125 and a galvanometer scanner 126 . Collimating lens 121, condenser lens 122, mirror 124, DOE 125, and galvanometer scanner 126 may also be referred to as optics.

コリメートレンズ121は、光ファイバ130を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。 The collimating lens 121 collimates the laser light input via the optical fiber 130 . The collimated laser light becomes parallel light.

ミラー124は、コリメートレンズ121で平行光となったレーザ光を反射し、ガルバノスキャナ126へ向かわせる。 The mirror 124 reflects the laser light collimated by the collimating lens 121 and directs it toward the galvanometer scanner 126 .

ガルバノスキャナ126は、複数のミラー126a,126bを有している。複数のミラー126a,126bの角度を変更することで、光学ヘッド120からのレーザ光Lの出射方向を切り替え、これにより、対象物Wの表面上でレーザ光Lの照射位置を変更することができる。ミラー126a,126bの角度は、それぞれ、例えば制御装置200によって制御された不図示のモータによって変更される。レーザ光Lを照射しながら、レーザ光Lの出射方向を変更することにより、対象物Wの表面上で、レーザ光Lを掃引することができる。 Galvanometer scanner 126 has a plurality of mirrors 126a and 126b. By changing the angles of the plurality of mirrors 126a and 126b, it is possible to switch the emission direction of the laser light L from the optical head 120, thereby changing the irradiation position of the laser light L on the surface of the object W. . The angles of the mirrors 126a and 126b are respectively changed by motors (not shown) controlled by the controller 200, for example. By changing the emission direction of the laser light L while irradiating the laser light L, the laser light L can be swept over the surface of the object W. FIG.

集光レンズ122は、ガルバノスキャナ126から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光L(出力光)として、対象物Wへ照射する。 The condensing lens 122 condenses the laser light as parallel light coming from the galvanometer scanner 126 and irradiates the object W with the laser light L (output light).

また、DOE125(DOE:diffractive optical element、回折光学素子)は、コリメートレンズ121で平行光となったレーザ光のビームを成形する。DOE125は、ビームシェイパの一例である。 A DOE 125 (DOE: diffractive optical element) shapes a beam of laser light that has been collimated by a collimator lens 121 . DOE 125 is an example of a beam shaper.

駆動機構140は、対象物Wに対する光学ヘッド120の相対的な位置を変更する。駆動機構140は、例えば、モータのような回転機構や、当該回転機構の回転出力を減速する減速機構、減速機構によって減速された回転を直動に変換する運動変換機構等を、有する。制御装置200は、対象物Wに対する光学ヘッド120のX方向、Y方向、およびZ方向における相対位置が変化するよう、駆動機構140を制御することができる。駆動機構140は、支持機構(不図示)に支持されている複数の対象物Wのうち、レーザ溶接を行う対象物Wを変更する(切り替える)ことができる。また、駆動機構140は、対象物Wにおけるレーザ光Lの照射位置を変更することができる。また、駆動機構140は、対象物Wに対するレーザ光Lの照射方向を変更するのに伴って照射点を変更するのに利用されうる。さらに、駆動機構140は、レーザ光Lが対象物Wの表面上に照射されている状態で、当該照射位置を変更することができる。すなわち、駆動機構140は、対象物Wの表面上で、レーザ光Lを掃引することができる。 The drive mechanism 140 changes the relative position of the optical head 120 with respect to the object W. FIG. The drive mechanism 140 includes, for example, a rotation mechanism such as a motor, a reduction mechanism that reduces the rotation output of the rotation mechanism, a motion conversion mechanism that converts the rotation reduced by the reduction mechanism into direct motion, and the like. The control device 200 can control the driving mechanism 140 so that the relative position of the optical head 120 with respect to the object W in the X, Y and Z directions is changed. The drive mechanism 140 can change (switch) the object W to be laser-welded among the plurality of objects W supported by the support mechanism (not shown). Further, the driving mechanism 140 can change the irradiation position of the laser beam L on the object W. FIG. Further, the drive mechanism 140 can be used to change the irradiation point as the irradiation direction of the laser beam L with respect to the object W is changed. Further, the driving mechanism 140 can change the irradiation position while the surface of the object W is being irradiated with the laser light L. FIG. That is, the drive mechanism 140 can sweep the laser light L on the surface of the object W. FIG.

図2は、対象物Wの溶接する前の状態を示す側面図である。図2に示されるように、対象物Wは、二つの部材20(21,22)を有している。二つの部材20は、いずれも金属材料で作られている。 FIG. 2 is a side view showing a state before the object W is welded. As shown in FIG. 2, the object W has two members 20 (21, 22). Both of the two members 20 are made of metal material.

二つの部材20は、いずれもZ方向に延びており、Z方向の端部20a(21a,22a)を有している。端部20aは、Z方向と交差して広がっている。すなわち、端部20aは、X方向に延びるとともにY方向に延びている。Z方向は、第一方向の一例である。端部21aは、第一端部の一例であり、端部22aは、第二端部の一例である。 Both of the two members 20 extend in the Z direction and have ends 20a (21a, 22a) in the Z direction. The end portion 20a spreads across the Z direction. That is, the end portion 20a extends in the X direction and in the Y direction. The Z direction is an example of a first direction. The end 21a is an example of a first end, and the end 22a is an example of a second end.

二つの部材20は、Z方向と交差したX方向に互いに隣り合い、かつX方向に並ぶように配置される。X方向において互いに面する側面21a1,22a1の間には、隙間gが形成されている。X方向は、第二方向の一例である。 The two members 20 are arranged so as to be adjacent to each other in the X direction that intersects the Z direction and to line up in the X direction. A gap g is formed between the side surfaces 21a1 and 22a1 facing each other in the X direction. The X direction is an example of the second direction.

なお、端部21a,22aは、それぞれ、Z方向に対して僅かに傾斜し、隙間gがZ方向に向かうほど小さくなるように配置されてもよい。すなわち、二つの部材20は、少なくとも部分的に接触していてもよい。つまり、隙間gの大きさは、0以上である。また、図2の例では、端部21aと端部22aとは、X方向に並び、Z方向における位置が同じであるが、これには限定されず、端部21aと端部22aとは、Z方向にずれていてもよい。 The ends 21a and 22a may each be slightly inclined with respect to the Z direction, and may be arranged so that the gap g becomes smaller toward the Z direction. That is, the two members 20 may be at least partially in contact. That is, the size of the gap g is 0 or more. In the example of FIG. 2, the ends 21a and 22a are aligned in the X direction and are positioned at the same position in the Z direction. It may be shifted in the Z direction.

また、対象物W、すなわち二つの部材20の溶接に際し、光学ヘッド120は、レーザ光Lを、端部20aに向けて照射する。レーザ光Lの照射方向は、Z方向の反対方向か、あるいはZ方向の反対方向に対して傾斜した方向である。 Further, when welding the object W, that is, the two members 20, the optical head 120 irradiates the laser beam L toward the end portion 20a. The irradiation direction of the laser light L is the direction opposite to the Z direction or the direction inclined with respect to the direction opposite to the Z direction.

また、レーザ光Lは、端部21aおよび端部22aの双方に照射してもよいし、端部21aおよび端部22aのうちいずれか一方のみに照射してもよい。 Also, the laser light L may be applied to both the end portion 21a and the end portion 22a, or may be applied to only one of the end portion 21a and the end portion 22a.

図3は、対象物Wに溶接部23(溶融池)が形成された状態を示す側面図である。二つの端部20aのうちいずれか一方に対するレーザ光Lの照射により、図3に示されるように、端部20aのそれぞれにおいて部材20は溶融し、二つの端部20a上で掛け渡された状態に溶接部23が形成される。溶接部23は、二つの端部20a間で掛け渡された状態に形成された溶融池が、冷却され、固化したものである。流動性を有した金属材料である溶融池は、表面張力によってZ方向に膨らんだ形状を有している。これに伴って、当該溶融池が固化した溶接部23もZ方向に膨らんだ形状を有している。溶接部23は、二つの部材21,22を機械的に接続する。また、二つの部材21,22が導電性を有する金属であるため、溶接部23は、当該二つの部材21,22を電気的に接続する。 FIG. 3 is a side view showing a state in which a welded portion 23 (molten pool) is formed on the object W. As shown in FIG. By irradiating one of the two ends 20a with the laser beam L, the member 20 melts at each of the ends 20a as shown in FIG. A welded portion 23 is formed at . The welded portion 23 is formed by cooling and solidifying a molten pool formed in a state of being bridged between the two ends 20a. A molten pool, which is a metal material having fluidity, has a shape that bulges in the Z direction due to surface tension. Along with this, the welded portion 23 formed by solidifying the molten pool also has a bulging shape in the Z direction. The weld 23 mechanically connects the two members 21 and 22 . Moreover, since the two members 21 and 22 are made of conductive metal, the welded portion 23 electrically connects the two members 21 and 22 .

センサ150(図1参照)は、例えば、対象物Wに形成される溶融池を撮影するカメラである。この場合、センサ150は、動きセンサの一例である。制御装置200は、センサ150によって取得される画像から、溶融池の表面の動き(経時変化)を取得することができる。 The sensor 150 (see FIG. 1) is, for example, a camera that captures an image of a molten pool formed on the object W. As shown in FIG. In this case, sensor 150 is an example of a motion sensor. The control device 200 can acquire the movement (change over time) of the surface of the molten pool from the images acquired by the sensor 150 .

また、センサ150は、溶融池の温度を検出することが可能なサーマルカメラであってもよい。この場合、センサ150は、温度センサの一例である。制御装置200は、センサ150によって取得される温度画像から、溶融池の温度を取得することができる。 Also, the sensor 150 may be a thermal camera capable of detecting the temperature of the molten pool. In this case, sensor 150 is an example of a temperature sensor. The control device 200 can acquire the temperature of the molten pool from the temperature image acquired by the sensor 150 .

図4は、部材20を含む導線10の斜視図である。部材20は、一例として、図4に示されるような導線10の芯線(内部導体)である。導線10は、部材20と、部材20の被覆30と、を有している。本実施形態では、一例として、導線10は、平角線である。 4 is a perspective view of conductor 10 including member 20. FIG. The member 20 is, for example, the core wire (inner conductor) of the conducting wire 10 as shown in FIG. The conducting wire 10 has a member 20 and a covering 30 of the member 20 . In this embodiment, the conducting wire 10 is a rectangular wire as an example.

部材20は、導電性を有した金属材料で作られている。部材20の、延び方向に対して直交する断面の形状は、略四角形状である。 The member 20 is made of a conductive metal material. The shape of the cross section of the member 20 perpendicular to the extending direction is substantially rectangular.

また、被覆30は、部材20を取り囲んでいる。被覆30は、絶縁性を有しており、例えば、エナメルや、合成樹脂材料等で作られる。被覆30は、ポリイミドやポリアミドイミドで構成されるエナメル層のみを有してもよいし、エナメル層と当該エナメル層を取り囲む押出樹脂層とを有してもよい。また、合成樹脂材料は、一例としては、ポリエーテルエーテルケトンであるが、これには限定されない。 Coating 30 also surrounds member 20 . The coating 30 has insulating properties and is made of, for example, enamel or a synthetic resin material. The coating 30 may have only an enamel layer composed of polyimide or polyamideimide, or may have an enamel layer and an extruded resin layer surrounding the enamel layer. Also, the synthetic resin material is polyetheretherketone as an example, but is not limited to this.

レーザ溶接装置100は、このような導線10の芯線としての部材20の被覆30から露出した端部20a同士のレーザ溶接に、適用される。この場合、溶接に先立ち、二つの導線10の延び方向の端部の近傍において、被覆30が除去される。部材20の露出区間20bの長さEは、部材20の端部20aから被覆30の端部30aまでの、長手方向(Z方向)の長さであり、露出長さの一例である。端部21aに設けられる露出区間20bは、第一露出部の一例であり、端部22aに設けられる露出区間20bは、第二露出部の一例である。また、二つの導線10は、第一導線および第二導線の一例である。 The laser welding apparatus 100 is applied to the laser welding of the end portions 20a exposed from the coating 30 of the member 20 as the core wire of the conducting wire 10 as described above. In this case, prior to welding, the coating 30 is removed near the ends of the two conductors 10 in the extending direction. The length E of the exposed section 20b of the member 20 is the length in the longitudinal direction (Z direction) from the end 20a of the member 20 to the end 30a of the coating 30, and is an example of the exposed length. The exposed section 20b provided at the end 21a is an example of a first exposed section, and the exposed section 20b provided at the end 22a is an example of a second exposed section. Also, the two conductors 10 are an example of a first conductor and a second conductor.

図2に示されるように、同じ方向(延び方向)を向く姿勢で隣り合うように配置された二つの部材20の端部20aを含む露出区間20bが、レーザ溶接装置100によって溶接される。 As shown in FIG. 2, the laser welding apparatus 100 welds the exposed section 20b including the end portions 20a of the two members 20 arranged adjacent to each other while facing the same direction (extending direction).

導線10は、電気装置としての回転電機に設けられるセグメントコイル(巻線)を構成してもよい。本実施形態のレーザ溶接装置100によるレーザ溶接方法は、ステータコアにセットされた互いに隣り合うセグメントコイルの端部の溶接に適用することができる。すなわち、図3に示される対象物Wは、電気装置の一部であってもよい。 The conducting wire 10 may constitute a segment coil (winding) provided in a rotating electric machine as an electric device. The laser welding method by the laser welding apparatus 100 of this embodiment can be applied to welding the ends of adjacent segment coils set on the stator core. That is, the object W shown in FIG. 3 may be part of an electrical device.

また、導線10は、平角線には限定されず、例えば、丸線のような、他の導線であってもよい。 Moreover, the conducting wire 10 is not limited to a rectangular wire, and may be another conducting wire such as a round wire.

また、溶接に際し、本実施形態では、ガスノズル127から、端部20a(21a,22a)、溶融池、および被覆30のうち、少なくともいずれか一つに向けて、ガスGが供給される。ガスGは、不活性ガスであり、アシストガスとも称されうる。不活性ガスは、ここでは、化学的に安定し反応が生じ難いガスを指し、例えば、窒素や、アルゴン、二酸化炭素、あるいはこれらの混合ガスを含むものとする。ガスGを供給することにより、端部20aや溶融池の酸化を抑制することができるとともに、端部20aや、溶融池、被覆30等を適宜に冷却し、溶接において生じた熱による被覆30の劣化を抑制することができる。 Further, in welding, in this embodiment, the gas G is supplied from the gas nozzle 127 toward at least one of the end portions 20a (21a, 22a), the molten pool, and the coating 30 . Gas G is an inert gas and may also be referred to as an assist gas. The inert gas here refers to a gas that is chemically stable and resistant to reaction, and includes, for example, nitrogen, argon, carbon dioxide, or mixed gases thereof. By supplying the gas G, it is possible to suppress the oxidation of the end portion 20a and the molten pool, appropriately cool the end portion 20a, the molten pool, the coating 30, etc., and prevent the coating 30 from deteriorating due to the heat generated during welding. Deterioration can be suppressed.

図5は、レーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。図5に示されるように、まずは、対象物Wとしての二つの導線10の被覆30が部分的に除去され、部材20の露出区間20bが形成される(S1)。 FIG. 5 is a flow chart showing the procedure of the laser welding method. As shown in FIG. 5, first, the covering 30 of the two conductors 10 as the objects W is partially removed to form the exposed section 20b of the member 20 (S1).

次に、対象物Wがセットされる(S2)。S2では、図2に示されるように、端部20a(21a,22a)が、Z方向に延びるとともに、X方向に隣り合うように、配置される。 Next, an object W is set (S2). In S2, as shown in FIG. 2, the ends 20a (21a, 22a) are arranged so as to extend in the Z direction and be adjacent to each other in the X direction.

次に、二つの端部20a(21a,22a)のうち少なくとも一方に、レーザ光Lが照射されることにより、溶融池が形成される(S3)。S3において、レーザ光Lは、Z方向と交差した方向に掃引されながら照射される。 Next, a molten pool is formed by irradiating at least one of the two ends 20a (21a, 22a) with the laser beam L (S3). In S3, the laser light L is irradiated while being swept in a direction crossing the Z direction.

次に、溶融池が冷却されることにより固化し、図3に示されるような、二つの端部20a間、すなわち二つの導線10間に渡る溶接部23が形成される(S4)。S4において、溶融池は、自然冷却されてもよいし、強制冷却されてもよい。 Next, the molten pool is cooled and solidified to form a welded portion 23 extending between the two ends 20a, that is, between the two conductors 10, as shown in FIG. 3 (S4). In S4, the molten pool may be naturally cooled or forcedly cooled.

[レーザ光のビームパターン]
図6は、本実施形態の光学ヘッド120から出力されたレーザ光Lのビームパターンの一例を示す平面図である。図6では、ビームB1を実線で示し、ビームB2を破線で示している。
[Laser light beam pattern]
FIG. 6 is a plan view showing an example of the beam pattern of the laser light L output from the optical head 120 of this embodiment. In FIG. 6, the beam B1 is indicated by a solid line and the beam B2 is indicated by a dashed line.

図6に示されるように、レーザ光Lは、複数のビームB1,B2を含むとともに、少なくとも一つのビームB1と、少なくとも一つのビームB2と、を含んでいる。ビームB1,B2のパワー密度は、互いに異なっていてもよい。このようなビームB1,B2は、DOE125によって形成しかつ配置することができる。なお、DOE125を交換することにより、ビームB1,B2の形状、配置、パワー密度等を変更することができる。 As shown in FIG. 6, the laser beam L includes a plurality of beams B1 and B2, and includes at least one beam B1 and at least one beam B2. The power densities of the beams B1, B2 may differ from each other. Such beams B 1 , B 2 can be formed and positioned by DOE 125 . By exchanging the DOE 125, the shape, arrangement, power density, etc. of the beams B1 and B2 can be changed.

ビームB1およびビームB2のそれぞれは、そのビームの光軸方向と直交する断面の径方向において、例えばガウシアン形状のパワー分布を有する。ただし、ビームB1およびビームB2のパワー分布はガウシアン形状に限定されない。なお、図6において、当該ビームB1,B2を表す円の直径が、各ビームB1,B2のビーム径である。各ビームB1,B2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/e以上の強度の領域の径として定義することができる。また、図示されないが、円形でないビームの場合は、平面視において掃引方向SDに対する垂直方向における、ピーク強度の1/e以上の強度となる領域の長さをビーム径と定義できる。 Each of the beams B1 and B2 has, for example, a Gaussian-shaped power distribution in the radial direction of the cross section perpendicular to the optical axis direction of the beam. However, the power distributions of beam B1 and beam B2 are not limited to Gaussian shapes. In FIG. 6, the diameters of the circles representing the beams B1 and B2 are the beam diameters of the beams B1 and B2. The beam diameter of each of the beams B1 and B2 can be defined as the diameter of the area including the peak of the beam and having an intensity of 1/e 2 or more of the peak intensity. Also, although not shown, in the case of a non-circular beam, the beam diameter can be defined as the length of the region where the intensity is 1/e2 or more of the peak intensity in the direction perpendicular to the sweep direction SD in plan view.

レーザ光Lのうち、ビームB1を含む部位は、第一部位の一例であり、ビームB2を含む部位は、第二部位の一例である。図6の例では、レーザ光Lは、第一部位を構成する一つのビームB1と、第二部位を構成する複数のビームB2とを含んでいる。 Of the laser light L, the portion containing the beam B1 is an example of the first portion, and the portion containing the beam B2 is an example of the second portion. In the example of FIG. 6, the laser light L includes one beam B1 forming the first portion and a plurality of beams B2 forming the second portion.

ビームB2を有する第二部位は、周状に形成され、ビームB1を有した第一部位を取り囲むように配置されている。また、第一部位と第二部位とは、掃引方向SDに離間している。 The second portion having beam B2 is circumferentially formed and arranged to surround the first portion having beam B1. Also, the first portion and the second portion are separated in the sweep direction SD.

図6の例では、第一部位の掃引方向SDにおける幅D1は、円形であるビームB1の直径であり、ピーク強度の1/e以上の強度の領域の径として定義される。また、第二部位の掃引方向SDにおける幅D2は、平面視で掃引方向SDと直交する方向に最も離間した二つのビームB2の中心間の距離として定義される。 In the example of FIG. 6, the width D1 in the sweep direction SD of the first portion is the diameter of the beam B1, which is circular, and is defined as the diameter of the region of intensity greater than or equal to 1/e 2 of the peak intensity. Also, the width D2 in the sweep direction SD of the second portion is defined as the distance between the centers of the two beams B2 that are most apart in the direction orthogonal to the sweep direction SD in plan view.

[掃引経路]
図7は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの掃引経路R1の一例を示す説明図(平面図)である。本実施形態では、レーザ光Lは、Z方向と交差する方向に、掃引経路R11,R12,R13,R14の順に、直線状に掃引される。掃引経路R11,R12は、レーザ光Lが、端部21a上を掃引される経路であり、掃引経路R13,R14は、レーザ光Lが、端部22a上を掃引される経路である。このように、端部21a,22aにレーザ光Lを照射し、当該端部21a,22a上に溶融池を形成する工程(S3)は、レーザ光Lを複数回掃引する工程を含む。
[Sweep path]
FIG. 7 is an explanatory diagram (plan view) showing an example of the sweep route R1 of the laser light L at the ends 21a and 22a. In this embodiment, the laser beam L is linearly swept in the order of sweep paths R11, R12, R13, and R14 in the direction intersecting the Z direction. The sweep paths R11 and R12 are paths along which the laser light L is swept over the end portion 21a, and the sweep paths R13 and R14 are paths along which the laser light L is swept over the end portion 22a. Thus, the step (S3) of irradiating the end portions 21a and 22a with the laser beam L to form the molten pool on the end portions 21a and 22a includes the step of sweeping the laser beam L multiple times.

図7に示されるように、端部21aおよび端部22aは、平面視において、いずれも四角形状の形状を有しており、本実施形態では、一例として、X方向に延びた辺とY方向に延びた辺とを有するとともに、X方向に相対的に短くかつY方向に相対的に長い、長方形状の形状を有している。この場合、Y方向は幅方向あるいは断面の長手方向と称することができ、X方向は厚さ方向あるいは断面の短手方向と称することができる。なお、図7の例では、一例として、端部21aおよび端部22aは同一の形状を有しているが、これには限定されない。 As shown in FIG. 7, each of the end portions 21a and 22a has a rectangular shape in a plan view. It has a rectangular shape that is relatively short in the X-direction and relatively long in the Y-direction. In this case, the Y direction can be referred to as the width direction or the longitudinal direction of the cross section, and the X direction can be referred to as the thickness direction or the lateral direction of the cross section. In addition, in the example of FIG. 7, as an example, the end portion 21a and the end portion 22a have the same shape, but the present invention is not limited to this.

図7の例において、レーザ光Lは、例えば、端部21aのX方向の中心C1よりも端部22aに近い領域A1と、端部22aのX方向の中心C2よりも端部21aに近い領域A2と、において掃引されている。ただし、掃引される位置、すなわち照射領域は、領域A1,A2内には限定されない。 In the example of FIG. 7, the laser light L is divided into, for example, an area A1 closer to the end 22a than the center C1 of the end 21a in the X direction and an area closer to the end 21a than the center C2 of the end 22a in the X direction. A2 and . However, the position to be swept, that is, the irradiation area is not limited to areas A1 and A2.

また、掃引経路R11,R13にあっては、レーザ光Lは、Y方向に掃引され、掃引経路R12,R14にあっては、レーザ光Lは、Y方向の反対方向に掃引されている。Y方向およびY方向の反対方向は、第三方向の一例である。また、Y方向は、第四方向の一例である。 In sweep paths R11 and R13, the laser light L is swept in the Y direction, and in sweep paths R12 and R14, the laser light L is swept in the opposite direction to the Y direction. The Y direction and the direction opposite to the Y direction are examples of the third direction. Also, the Y direction is an example of a fourth direction.

[実験結果]
発明者らは、図6に示されるビーム形状のレーザ光Lを図7に示される経路で照射しながら掃引することにより端部21a,22aを溶接する実験を行った。当該実験では、レーザ光Lの照射時間、および露出区間20bの長さE(露出長さ、図4参照)について、溶接において生じた熱による被覆30への影響を低減することが可能である条件を見出した。さらに、発明者らは、レーザ光Lの第一部位と第二部位との出力比、第二部位の幅D2、および掃引速度について、良好な溶接を実行可能な条件を見出した。これら実験では、被覆30がポリエーテルエーテルケトンで作られ、X方向の長さが約1.5[mm]およびY方向の長さが約3.1[mm]の銅系金属で作られた部材20の端部21a,22aに対して、波長が1070[nm]であるレーザ光Lを照射し、溶融池が形成されていない状態における端部21a,22aでのビームB1のスポットの直径を約200[μm]とした。なお、本実験ではレーザ光Lの照射時間を0.06[sec]以上とし、レーザ光Lの第二部位の出力に対する第一部位の出力の比(出力比)を5/5としている。また、各照射時間でのレーザ光Lの照射により端部21a,22aの溶接が完了するよう、レーザ装置の出力を3[kW]~6[kW]の範囲で調整している。
[Experimental result]
The inventors conducted an experiment of welding the ends 21a and 22a by sweeping the beam-shaped laser light L shown in FIG. 6 while irradiating it along the path shown in FIG. In the experiment, the irradiation time of the laser light L and the length E of the exposed section 20b (exposed length, see FIG. 4) were determined under the conditions under which the influence of the heat generated in welding on the coating 30 can be reduced. I found Furthermore, the inventors have found the conditions under which good welding can be performed with respect to the output ratio of the laser light L between the first portion and the second portion, the width D2 of the second portion, and the sweep speed. In these experiments, the coating 30 was made of polyetheretherketone and made of a copper-based metal with a length in the X direction of about 1.5 mm and a length in the Y direction of about 3.1 mm. The end portions 21a and 22a of the member 20 are irradiated with a laser beam L having a wavelength of 1070 [nm], and the spot diameter of the beam B1 at the end portions 21a and 22a in a state where no molten pool is formed is It was set to about 200 [μm]. In this experiment, the irradiation time of the laser beam L was set to 0.06 [sec] or more, and the ratio (output ratio) of the output of the first portion to the output of the second portion of the laser beam L was set to 5/5. Further, the output of the laser device is adjusted in the range of 3 [kW] to 6 [kW] so that the welding of the ends 21a and 22a is completed by the irradiation of the laser light L for each irradiation time.

発明者らは、レーザ光Lの照射時間、および端部20aにおける芯線としての部材20の露出区間20bの長さEに応じた、被覆30の状態を調べた。図8は、その実験結果の一例を示すグラフであり、縦軸を被覆の剥離長に対応する露出長さ[mm]、横軸をレーザの照射時間[sec]としている。図8では、被覆30の状態について、熱による劣化が殆ど見られない最良状態を◎とし、熱による劣化が僅かに見られるものの絶縁性等の所要性能が得られる優良状態を○とし、熱による劣化が生じ絶縁性等の所要性能が得られなくなる不良状態を×とした。 The inventors investigated the state of the coating 30 according to the irradiation time of the laser light L and the length E of the exposed section 20b of the member 20 as the core wire at the end 20a. FIG. 8 is a graph showing an example of the experimental results, in which the vertical axis represents the exposure length [mm] corresponding to the peeling length of the coating, and the horizontal axis represents the laser irradiation time [sec]. In FIG. 8, regarding the state of the coating 30, the best state in which almost no deterioration due to heat is observed is indicated by ⊙, and the excellent state in which required performance such as insulation is obtained although slight deterioration due to heat is observed is indicated by ◯. A defective state in which deterioration occurs and required performance such as insulation cannot be obtained was evaluated as x.

図8に示されるように、レーザ光Lの照射時間を0.2[sec]未満、より好ましくは0.1[sec]未満とすることにより、露出区間20bの長さEを、6[mm]以上かつ10[mm]以下、さらには6[mm]以上かつ8[mm]以下のように短くした場合にあっても、被覆30の状態を、最良状態または優良状態に維持できることが判明した。このようにして、部材21および部材22の露出区間20bの長さEのうちいずれか一方、または双方を6[mm]以上かつ10[mm]以下、さらには6[mm]以上かつ8[mm]以下としても、被覆30の熱による劣化の影響を低減しつつ溶接を行うことができる。 As shown in FIG. 8, by setting the irradiation time of the laser beam L to less than 0.2 [sec], preferably less than 0.1 [sec], the length E of the exposed section 20b is reduced to 6 [mm]. ] or more and 10 [mm] or less, or even 6 [mm] or more and 8 [mm] or less, the state of the coating 30 can be maintained in the best state or excellent state. . In this way, either one or both of the length E of the exposed section 20b of the member 21 and the member 22 is 6 [mm] or more and 10 [mm] or less, further 6 [mm] or more and 8 [mm] ] Also as described below, welding can be performed while reducing the influence of deterioration of the coating 30 due to heat.

また、発明者らは、レーザ光Lの第二部位の出力に対する第一部位の出力の比(出力比)、および第二部位の幅D2(図6参照)をパラメータとする実験を行い、良好な溶接を実行可能な条件を見出した。表1は、その実験結果の一例を示す。表1では、溶接(工程S3、S4)で発生したスパッタの数が25以下である最良状態を◎とし、25を超えるとともに60以下である優良状態○とする。

Figure 2022182279000002
表1に示されるように、第二部位の幅D2は、第一部位の幅D1の5倍以下であるのが好ましく、2倍を超え4倍以下であるのがより好ましく、3.6倍以下であるのがより一層好ましいことが判明した。また、出力比は、3/7以上であるのが好ましく、7/3以下であるのがより好ましく、4/6以上6/4以下であるのがより一層好ましいことが判明した。 In addition, the inventors conducted an experiment using the ratio (output ratio) of the output of the first portion to the output of the second portion of the laser beam L and the width D2 (see FIG. 6) of the second portion as parameters. We have found the conditions under which the welding can be performed. Table 1 shows an example of the experimental results. In Table 1, the best state in which the number of spatters generated in welding (steps S3 and S4) is 25 or less is indicated by ⊚, and the excellent state ∘ in which the number of spatters exceeds 25 and is 60 or less.
Figure 2022182279000002
As shown in Table 1, the width D2 of the second portion is preferably 5 times or less the width D1 of the first portion, more preferably more than 2 times and 4 times or less, and 3.6 times It has been found that the following is even more preferable. It was also found that the output ratio is preferably 3/7 or more, more preferably 7/3 or less, and even more preferably 4/6 or more and 6/4 or less.

さらに、発明者らは、出力比、およびレーザ光Lの掃引速度をパラメータとする実験を行い、良好な溶接を実行可能な条件を見出した。表2は、その実験結果の一例を示す。表2では、溶接で発生したスパッタの数が25以下である最良状態を◎とし、25を超えるとともに60以下である優良状態○とし、50を超える良好状態を△とした。

Figure 2022182279000003
表2に示されるように、掃引速度は、溶接時の過剰な入熱を抑制しスパッタの発生を低減する観点から、150[mm/sec]以上であるのが好ましく、200[mm/sec]以上であるのがより好ましいことが判明した。また、出力比は、3/7を超えるのが好ましく、7/3以下であるのがより好ましく、4/6以上6/4以下であるのがより一層好ましいことが判明した。 Furthermore, the inventors conducted an experiment using the output ratio and the sweep speed of the laser beam L as parameters, and found the conditions under which good welding can be performed. Table 2 shows an example of the experimental results. In Table 2, the best condition in which the number of spatters generated by welding is 25 or less is marked with ⊚, the excellent condition with more than 25 and 60 or less is marked with ◯, and the good condition with more than 50 is marked with Δ.
Figure 2022182279000003
As shown in Table 2, the sweep speed is preferably 150 [mm/sec] or more, and 200 [mm/sec], from the viewpoint of suppressing excessive heat input during welding and reducing spatter generation. It has been found that the above is more preferable. Also, it was found that the output ratio is preferably greater than 3/7, more preferably 7/3 or less, and even more preferably 4/6 or more and 6/4 or less.

また、発明者らの実験的な研究により、溶融池を形成する工程(S3)において、複数回の掃引を行う場合にあっては、後の掃引工程におけるレーザ光Lの照射方向と交差した仮想平面(例えば、端部20aの端面と略重なる仮想平面)の単位面積あたりのパワー密度を、前の掃引工程における当該仮想平面の単位面積あたりのパワー密度よりも低くすることにより、よりスパッタやブローホールのような溶接不良が少ない、より良好な溶接状態が得られることが判明した。前の掃引工程は、第一掃引工程の一例であり、後の掃引工程は、第二掃引工程の一例である。 Further, according to the experimental research of the inventors, in the step of forming a molten pool (S3), when performing a plurality of sweeps, a virtual By making the power density per unit area of a plane (for example, a virtual plane that substantially overlaps the end surface of the end portion 20a) lower than the power density per unit area of the virtual plane in the previous sweeping step, more sputtering or blowing can be achieved. It was found that a better weld condition was obtained with fewer weld defects such as holes. The previous sweeping process is an example of the first sweeping process, and the subsequent sweeping process is an example of the second sweeping process.

図9は、良好な溶接状態の溶接部23が得られた対象物Wのサンプルを側方から見た場合のX線透過画像である。当該対象物Wを構成する部材21,22(20)の材質は、無酸素銅であり、対象物Wの溶接において、レーザ光Lの照射時間は0.064[sec]、出力は6[kW]、出力比は5/5(=1)、また、掃引速度は200[mm/sec]とした。図9から明らかとなるように、当該サンプルにおいては、ブローホールは極めて少なかった。 FIG. 9 is an X-ray transmission image of a sample of the object W in which a welded portion 23 in a good welded state is obtained, viewed from the side. The material of the members 21, 22 (20) constituting the object W is oxygen-free copper, and in the welding of the object W, the irradiation time of the laser beam L is 0.064 [sec], and the output is 6 [kW]. ], the output ratio was 5/5 (=1), and the sweep speed was 200 [mm/sec]. As is clear from FIG. 9, there were very few blowholes in the sample.

仮想平面の単位面積あたりのパワー密度は、掃引速度が高いほど低くなり、レーザ光Lのパワーが低いほど低くなる。よって、後の掃引工程においては、掃引速度を前の掃引工程よりも高くするか、レーザ光Lのパワーを前の掃引工程よりも低くするか、あるいは掃引速度を前の掃引工程よりも高くするとともにレーザ光Lのパワーを前の工程よりも低くすることにより、後の掃引工程において、前の掃引工程よりも、仮想平面の単位面積あたりのパワー密度をより低くし、ひいてはより良好な溶接状態を得ることができる。より具体的には、例えば、溶融池を形成する工程(S3)において、所定の回数(例えば、3回)以上の掃引を行う場合、所定の回数より前の掃引時よりも掃引速度を速くする掃引、所定の回数より前の掃引時よりもレーザ光Lのパワーを低減する掃引、および所定の回数より前の掃引時よりも掃引速度を速くするとともに所定の回数より前の掃引時よりもレーザ光Lのパワーを低減する掃引、のうち少なくとも一つの掃引を実行することで、より良好な溶接状態を得ることができる。 The higher the sweep speed, the lower the power density per unit area of the virtual plane, and the lower the power of the laser light L, the lower the power density per unit area. Therefore, in the subsequent sweep process, the sweep speed is made higher than that in the previous sweep process, the power of the laser light L is made lower than that in the previous sweep process, or the sweep speed is made higher than that in the previous sweep process. By making the power of the laser light L lower than that in the previous step, the power density per unit area of the virtual plane is made lower in the subsequent sweeping step than in the previous sweeping step, resulting in a better welding state. can be obtained. More specifically, for example, in the step of forming a molten pool (S3), when sweeping is performed more than a predetermined number of times (for example, three times), the sweep speed is made faster than the sweeping before the predetermined number of times. sweep, a sweep that reduces the power of the laser light L more than during the sweep before the predetermined number of times, and a sweep speed that is faster than during the sweep before the predetermined number of times and a laser beam that is faster than during the sweep before the predetermined number of times. By executing at least one sweep in which the power of the light L is reduced, a better welding state can be obtained.

以上、説明したように、本実施形態のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置100によれば、溶融池を形成する工程(S3)において、端部21a(第一端部)および端部22a(第二端部)のうち少なくとも一方に、Z方向(第一方向)と交差したY方向またはY方向の反対方向(第三方向)に掃引しながらレーザ光Lを0.2[sec]未満の時間で照射することにより、端部21aと端部22aとの間で掛け渡された溶融池を形成することができる。 As described above, according to the laser welding method and the laser welding apparatus 100 of the present embodiment, in the step of forming the molten pool (S3), the end portion 21a (first end portion) and the end portion 22a (second end), while sweeping in the Y direction that intersects the Z direction (first direction) or in the direction opposite to the Y direction (third direction) for a time of less than 0.2 [sec] By irradiating, it is possible to form a molten pool spanning between the ends 21a and 22a.

レーザ光Lのこのような照射により、溶接において生じた熱による被覆30の劣化を抑制することができる。また、導線10において、溶接のための露出区間20bの長さEを、例えば、10[mm]以下のように、比較的短くすることができるため、例えば、露出区間20bを介した短絡がより生じ難くなるとともに、部材20および被覆30を有した導線10を含む電気装置の大型化を抑制することができる、といった効果が得られる。 Such irradiation of the laser light L can suppress deterioration of the coating 30 due to heat generated during welding. In addition, in the conducting wire 10, the length E of the exposed section 20b for welding can be relatively short, for example, 10 [mm] or less. It is possible to obtain the effect of suppressing an increase in the size of an electric device including the conducting wire 10 having the member 20 and the coating 30 while making it difficult to occur.

また、本実施形態では、上述したように露出区間20bの長さEが比較的短い導線10の被覆30を、合成樹脂材料としてのポリエーテルエーテルケトンを含む材料によって作ることができる。すなわち、本実施形態によれば、電気装置の導線10の被覆30として、ポリイミド等よりも絶縁性が高い、すなわちより高耐圧のポリエーテルエーテルケトンを含む被覆30を採用することができるので、例えば、より高耐圧であるとともに、より短絡が生じ難く、かつよりコンパクトな電気装置を構成しやすくなる。 In addition, in this embodiment, as described above, the covering 30 of the conducting wire 10 having the relatively short length E of the exposed section 20b can be made of a material containing polyetheretherketone as a synthetic resin material. That is, according to the present embodiment, as the coating 30 of the lead wire 10 of the electric device, the coating 30 containing polyether ether ketone, which has a higher insulation property than polyimide or the like, that is, has a higher withstand voltage, can be used. , the breakdown voltage is higher, the short circuit is less likely to occur, and a more compact electric device can be easily constructed.

また、本実施形態では、レーザ光LのビームB1を含む第一部位と、ビームB2を含む第二部位とが、少なくとも掃引方向SDに互いに離間している。本実施形態によれば、例えば、ビームB1を含むレーザ光Lの第一部位によってキーホール状態となる溶融池が形成される前に、ビームB2を含むレーザ光Lの第二部位によって端部21a,22aを予備的に加熱することができ、これにより端部21a,22aの急激な温度上昇を抑制することができるので、溶融池をより安定化させ、ひいては、スパッタやブローホールのような溶接不良が生じるのを抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the first portion containing the beam B1 of the laser light L and the second portion containing the beam B2 are separated from each other at least in the sweep direction SD. According to the present embodiment, for example, before the first portion of the laser beam L including the beam B1 forms the molten pool in the keyhole state, the second portion of the laser beam L including the beam B2 forms the edge portion 21a. , 22a can be preliminarily heated, thereby suppressing a rapid temperature rise of the ends 21a, 22a, so that the weld pool is more stabilized, and thus welding such as spatter and blowholes can be prevented. It is possible to suppress the occurrence of defects.

[ビーム形状の別の例(変形例)]
図10は、レーザ光Lのビームパターンの別の例を示す平面図である。図10の例では、ビームB2を含む第二部位は、周状(環状)の形状を有していない。ただし、この例でも、ビームB2を含む第二部位は、ビームB1を含むレーザ光Lの第一部位に対して、掃引方向SDおよび当該掃引方向SDの反対方向に離間して配置されている。図10のようなビームパターンによっても、対象物Wを、レーザ光Lの第一部位が照射される前に、レーザ光Lの第二部位によって予備的に加熱することができるので、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、図10の例によれば、光学ヘッド120をZ軸回りに回転させることなく、レーザ光Lを図10の掃引方向SDとは反対方向に掃引する場合にあっても、予備的加熱によって溶接不良を抑制する効果が得られる。また、図6の例のように、第二部位が環状の形状を有している場合には、光学ヘッド120をZ軸回りに回転させることなく、Z方向と交差する任意の方向に掃引する場合において、予備的加熱によって溶接不良を抑制する効果が得られる。すなわち、ビームB1を含む第一部位に対し、掃引方向の前方に、ビームB2を含む第二部位の少なくとも一部が存在すれば、予備的加熱によって溶接不良を抑制する効果が得られる。
[Another example of beam shape (modification)]
FIG. 10 is a plan view showing another example of the beam pattern of the laser light L. FIG. In the example of FIG. 10, the second portion including beam B2 does not have a circumferential (annular) shape. However, in this example as well, the second portion containing the beam B2 is spaced apart from the first portion of the laser light L containing the beam B1 in the sweep direction SD and in the direction opposite to the sweep direction SD. With the beam pattern as shown in FIG. 10, the object W can be preliminarily heated by the second portion of the laser beam L before the first portion of the laser beam L is irradiated. You can get the same effect as Further, according to the example of FIG. 10, even when the laser beam L is swept in the direction opposite to the sweep direction SD in FIG. 10 without rotating the optical head 120 around the Z-axis, preliminary heating The effect of suppressing welding defects can be obtained. Also, as in the example of FIG. 6, when the second portion has an annular shape, the optical head 120 is swept in an arbitrary direction intersecting the Z direction without rotating around the Z axis. In some cases, the preliminary heating has the effect of suppressing poor welding. That is, if at least a part of the second portion including the beam B2 exists ahead in the sweep direction with respect to the first portion including the beam B1, the effect of suppressing welding defects is obtained by the preliminary heating.

[掃引経路の別の例(変形例)]
図11は、端部21a,22aにおけるレーザ光Lの掃引経路R1,R2の図7とは異なる例を示す説明図(平面図)である。この例では、端部20a上の複数箇所(例えば2箇所)にレーザ光Lを同時並行的に照射することにより、溶融池を形成する。具体的には、端部21a上でレーザ光Lを掃引経路R11(R1)に掃引するのと並行して、端部22a上でレーザ光Lを掃引経路R21(R2)で掃引し、その後、端部21a上でレーザ光Lを掃引経路R12(R1)で掃引するのと並行して、端部22a上でレーザ光Lを掃引経路R22(R2)で掃引する。
[Another example of sweep path (modification)]
FIG. 11 is an explanatory diagram (plan view) showing an example different from FIG. 7 of the sweep paths R1 and R2 of the laser light L at the ends 21a and 22a. In this example, a molten pool is formed by simultaneously irradiating laser light L at a plurality of locations (for example, two locations) on the end portion 20a. Specifically, in parallel with sweeping the laser light L along the sweep route R11 (R1) on the end 21a, the laser light L is swept along the sweep route R21 (R2) on the end 22a, and then In parallel with sweeping the laser light L along the sweep route R12 (R1) on the end portion 21a, the laser light L is swept along the sweep route R22 (R2) on the end portion 22a.

このような方法によれば、溶融池を形成する工程をより短時間で終わらせることができるので、溶接において生じた熱による被覆30の劣化を、さらに抑制することができる。なお、このような複数箇所へのレーザ光Lの照射は、複数の光学ヘッド120によって実行してもよいし、一つの光学ヘッド120から複数のレーザ光Lを分岐して照射してもよい。 According to such a method, the process of forming the molten pool can be completed in a shorter time, so deterioration of the coating 30 due to heat generated during welding can be further suppressed. It should be noted that such irradiation of the laser light L to a plurality of locations may be performed by a plurality of optical heads 120, or a plurality of laser beams L may be branched from one optical head 120 for irradiation.

[第2実施形態]
図12は、第2実施形態のレーザ溶接装置100Aの概略構成を示す図である。図12に示されるように、レーザ溶接装置100Aは、複数のレーザ装置111,112(110)を有している。
[Second embodiment]
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a laser welding device 100A of the second embodiment. As shown in FIG. 12, the laser welding device 100A has a plurality of laser devices 111, 112 (110).

レーザ装置111は、上記第1実施形態と同様であり、例えば、800[nm]以上かつ1200[nm]以下の波長の第一レーザ光を出力する。レーザ装置111は、第一レーザ装置とも称されうる。レーザ装置111が有するレーザ発振器は、光源であり、第一レーザ発振器とも称されうる。 The laser device 111 is the same as that of the first embodiment, and outputs first laser light with a wavelength of 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, for example. Laser device 111 may also be referred to as a first laser device. A laser oscillator included in the laser device 111 is a light source and can also be referred to as a first laser oscillator.

他方、レーザ装置112は、例えば、300[nm]以上かつ600[nm]以下の波長の第二レーザ光を出力する。レーザ装置112は、第二レーザ装置とも称されうる。レーザ装置112が有するレーザ発振器は、光源であり、第二レーザ発振器とも称されうる。 On the other hand, the laser device 112 outputs second laser light with a wavelength of 300 [nm] or more and 600 [nm] or less, for example. Laser device 112 may also be referred to as a second laser device. A laser oscillator included in the laser device 112 is a light source and can also be referred to as a second laser oscillator.

銅系材料やアルミニウム系材料については、第二レーザ光の方が第一レーザ光よりも吸収率が高く、かつ反射率が低い。 For copper-based materials and aluminum-based materials, the second laser light has a higher absorptance and a lower reflectance than the first laser light.

また、レーザ装置111,112は、それぞれ、レーザ光の連続波を出力してもよいし、レーザ光のパルスを出力してもよい。 Further, the laser devices 111 and 112 may respectively output continuous waves of laser light or may output pulses of laser light.

フィルタ123は、第一レーザ光を透過し、かつ第二レーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。ミラー124からの第一レーザ光は、フィルタ123を透過し、ガルバノスキャナ126へ向かう。他方、コリメートレンズ121からの第二レーザ光は、フィルタ123で反射され、ガルバノスキャナ126へ向かう。フィルタ123は、光学部品とも称されうる。 The filter 123 is a high-pass filter that transmits the first laser beam and reflects the second laser beam without transmitting it. The first laser light from mirror 124 is transmitted through filter 123 and directed to galvanometer scanner 126 . On the other hand, the second laser beam from the collimating lens 121 is reflected by the filter 123 and directed toward the galvanometer scanner 126 . Filter 123 may also be referred to as an optical component.

なお、図示しないが、光学ヘッド120Aは、適宜、第一レーザ光または第二レーザ光のビームを成形するDOE125を有してもよい。 Although not shown, the optical head 120A may have a DOE 125 that shapes the beam of the first laser beam or the second laser beam as appropriate.

図13は、本実施形態の光学ヘッド120Aから出力されたレーザ光Lのビームパターンの一例を示す平面図である。図6に示されるように、レーザ光Lは、複数のビームB1,B2を含んでいる。ビームB1は、第一レーザ光によるビームであり、レーザ光Lの第一部位を構成している。また、ビームB2は、第二レーザ光によるビームであり、レーザ光Lの第二部位を構成している。ビームB2は、対象物Wによる吸収率が高く、熱伝導型の溶融池を形成する。本実施形態によれば、掃引方向SDへの掃引により、ビームB1によってキーホール型の溶融池が形成される前に、より穏やかな熱伝導型の溶融池が形成されるため、端部21a,22aの急激な温度上昇を抑制し、ひいては、スパッタやブローホールのような溶接不良を抑制することができる。 FIG. 13 is a plan view showing an example of the beam pattern of the laser light L output from the optical head 120A of this embodiment. As shown in FIG. 6, the laser light L includes multiple beams B1 and B2. The beam B1 is a beam of the first laser beam and constitutes the first portion of the laser beam L. As shown in FIG. Also, the beam B2 is a beam of the second laser beam and constitutes the second portion of the laser beam L. As shown in FIG. The beam B2 has a high absorption rate by the object W and forms a thermally conductive molten pool. According to this embodiment, sweeping in the sweep direction SD forms a softer heat-conducting weld pool before a keyhole-type weld pool is formed by the beam B1, so that the ends 21a, It is possible to suppress a rapid temperature rise of 22a and, in turn, suppress welding defects such as spatter and blowholes.

波長が異なるビームB1,B2のパターンは、図13の例には限定されず、掃引方向SDへのレーザ光Lの掃引に際し、端部21a,22aの各位置において、ビームB1による第一部位が到達する前に、ビームB2による第二部位が到達するように構成されればよい。すなわち、ビームB1を含む第一部位に対し、掃引方向の前方に、ビームB2を含む第二部位の少なくとも一部が存在すれば、予備的加熱によって溶接不良を抑制する効果が得られる。 The pattern of the beams B1 and B2 having different wavelengths is not limited to the example in FIG. It may be configured so that the second part by the beam B2 reaches before it reaches. That is, if at least a part of the second portion including the beam B2 exists ahead in the sweep direction with respect to the first portion including the beam B1, the effect of suppressing welding defects is obtained by the preliminary heating.

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been illustrated above, the above-described embodiments and modifications are examples and are not intended to limit the scope of the invention. The above embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, combinations, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. In addition, specifications such as each configuration and shape (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) may be changed as appropriate. can be implemented.

例えば、対象物は、三つ以上の部材を含んでもよい。また、対象物に含まれる複数の部材は、同一の部材でなくてもよい。また、対象物は、並べられたり突き合わせられたりした複数の部材には限定されず、重ね合わせられた複数の部材であってもよい。 For example, an object may include three or more members. Also, the plurality of members included in the target object may not be the same member. Moreover, the target object is not limited to a plurality of members arranged side by side or butted against each other, and may be a plurality of superimposed members.

また、複数の導線のうち少なくとも一つの導線の露出区間は、導線の長手方向の中間位置に設けられてもよい。 Further, the exposed section of at least one conductor among the plurality of conductors may be provided at an intermediate position in the longitudinal direction of the conductor.

また、レーザ光の照射に際し、公知のウォブリングや、ウィービング、出力変調等が行われ、溶融池の表面積が調節されてもよい。 Further, when irradiating the laser beam, known wobbling, weaving, output modulation, or the like may be performed to adjust the surface area of the molten pool.

10…導線(第一導線、第二導線)
20…部材
20a…端部
20b…露出区間(第一露出部、第二露出部)
21…部材(芯線)
21a…端部(第一端部)
21a1…側面
22…部材(芯線)
22a…端部(第二端部)
22a1…側面
23…溶接部(溶融池)
30…被覆
30a…端部
100,100A…レーザ溶接装置
110,111,112…レーザ装置(光源)
120,120A…光学ヘッド
121…コリメートレンズ
122…集光レンズ
123…フィルタ
124…ミラー
125…DOE
126…ガルバノスキャナ
126a,126b…ミラー
127…ガスノズル
130…光ファイバ
140…駆動機構
150…センサ
200…制御装置
A1,A2…領域
B1…ビーム(第一部位)
B2…ビーム(第二部位)
C1,C2…中心
D1…幅
D2…幅
E…長さ(露出長さ)
g…隙間
G…ガス
L…レーザ光
R1,R11,R12,R13,R14,R2,R21,R22…掃引経路
SD…掃引方向
W…対象物
X…方向(第二方向)
Y…方向(第三方向、第四方向)
Z…方向(第一方向)
10... Lead wire (first lead wire, second lead wire)
20... Member 20a... End 20b... Exposed section (first exposed part, second exposed part)
21... Member (core wire)
21a ... end (first end)
21a1... Side surface 22... Member (core wire)
22a... end (second end)
22a1... Side surface 23... Welded portion (molten pool)
30... Coating 30a... Edges 100, 100A... Laser welding device 110, 111, 112... Laser device (light source)
Reference Signs List 120, 120A Optical head 121 Collimating lens 122 Collecting lens 123 Filter 124 Mirror 125 DOE
126 Galvanometer scanners 126a, 126b Mirror 127 Gas nozzle 130 Optical fiber 140 Drive mechanism 150 Sensor 200 Control devices A1, A2 Area B1 Beam (first part)
B2... beam (second part)
C1, C2...Center D1...Width D2...Width E...Length (exposed length)
g Gap G Gas L Laser light R1, R11, R12, R13, R14, R2, R21, R22 Sweep path SD Sweep direction W Object X Direction (second direction)
Y... direction (third direction, fourth direction)
Z direction (first direction)

Claims (28)

金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の長手方向である第一方向の端部において前記被覆から露出した前記芯線の第一端部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の前記第一方向の端部において前記被覆から露出した前記芯線の第二端部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記第一端部および前記第二端部を、当該第一方向と交差した第二方向に隣り合うように配置する工程と、
前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方に、前記第一方向と交差した第三方向に掃引しながらレーザ光を0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一端部と前記第二端部との間で掛け渡された溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化する工程と、
を備えた、レーザ溶接方法。
A first end of the core wire exposed from the coating at the end in the first direction that is the longitudinal direction of the first conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire, and a first end of the core wire made of a metal material. A laser welding method for laser welding a second end of the core wire exposed from the coating at the end in the first direction of a second conductor having a core wire and a coating surrounding the core wire,
arranging the first end and the second end so as to be adjacent to each other in a second direction that intersects the first direction;
By irradiating at least one of the first end and the second end with a laser beam for less than 0.2 [sec] while sweeping in a third direction that intersects the first direction, forming a molten pool spanning between a first end and the second end;
solidifying the molten pool;
A laser welding method comprising:
前記第一端部および前記第二端部のうち少なくとも一方の、前記第一方向における露出長さが、10[mm]以下である、請求項1に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 1, wherein the exposed length in the first direction of at least one of the first end and the second end is 10 mm or less. 前記第一端部および前記第二端部の双方の前記第一方向における露出長さが、10[mm]以下である、請求項1に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 1, wherein exposed lengths of both the first end portion and the second end portion in the first direction are 10 [mm] or less. 前記溶融池を形成する工程では、前記レーザ光を直線状に掃引する、請求項1~3のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of forming the molten pool, the laser beam is linearly swept. 前記第三方向は、前記第二方向と交差した、請求項1~4のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 4, wherein said third direction crosses said second direction. 前記溶融池を形成する工程は、前記レーザ光を複数回掃引する工程を含む、請求項1~5のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the step of forming the molten pool includes the step of sweeping the laser beam multiple times. 前記レーザ光を複数回掃引する工程は、前記レーザ光を掃引する第一掃引工程と、当該第一掃引工程よりも前記第一方向と交差した仮想平面の単位面積あたりのパワー密度が低い状態で前記レーザ光を掃引する第二掃引工程と、を含む、請求項6に記載のレーザ溶接方法。 The step of sweeping the laser beam a plurality of times includes a first sweeping step of sweeping the laser beam and a state in which the power density per unit area of the virtual plane intersecting the first direction is lower than that in the first sweeping step. The laser welding method according to claim 6, comprising a second sweeping step of sweeping the laser beam. 前記第二掃引工程における前記レーザ光の掃引速度が、前記第一掃引工程における前記レーザ光の掃引速度よりも高い、請求項7に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 7, wherein the sweep speed of said laser light in said second sweep step is higher than the sweep speed of said laser light in said first sweep step. 前記第二掃引工程における前記レーザ光のパワーが、前記第一掃引工程における前記レーザ光のパワーよりも低い、請求項7または8に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 7 or 8, wherein the power of said laser light in said second sweeping step is lower than the power of said laser light in said first sweeping step. 前記レーザ光を複数回掃引する工程は、前記レーザ光を所定の強度および所定の掃引速度で掃引する第三掃引工程と、当該第三掃引工程より後に、前記所定の強度より低い強度での前記レーザ光の掃引、前記所定の掃引速度より速い掃引速度での前記レーザ光の掃引、および前記所定の強度より低い強度であるとともに前記所定の掃引速度より速い掃引速度での前記レーザ光の掃引のうち少なくとも一つの掃引を実行する第四掃引工程と、を含む、請求項6に記載のレーザ溶接方法。 The step of sweeping the laser light a plurality of times comprises: a third sweeping step of sweeping the laser light at a predetermined intensity and a predetermined sweep speed; sweeping the laser light, sweeping the laser light at a sweep speed faster than the predetermined sweep speed, and sweeping the laser light at an intensity lower than the predetermined intensity and at a sweep speed faster than the predetermined sweep speed and a fourth sweep step of performing at least one of the sweeps. 前記溶融池を形成する工程は、前記第三方向に沿って前記レーザ光を掃引する工程と、前記第三方向と反対の方向である第四方向に沿って前記レーザ光を掃引する工程と、を含む、請求項1~6のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The step of forming the molten pool includes sweeping the laser beam along the third direction, sweeping the laser beam along a fourth direction opposite to the third direction, and The laser welding method according to any one of claims 1 to 6, comprising 前記溶融池を形成する工程は、前記レーザ光を前記第一端部上で掃引する工程と、前記レーザ光を前記第二端部上で掃引する工程と、を含む、請求項1~11のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The step of forming the molten pool includes sweeping the laser light over the first end and sweeping the laser light over the second end. The laser welding method according to any one of them. 前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、複数のビームを含む、請求項1~12のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 12, wherein in the step of forming the molten pool, the laser light includes a plurality of beams. 前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、波長が互いに異なる複数のビームを含む、請求項13に記載のレーザ溶接方法。 14. The laser welding method according to claim 13, wherein in the step of forming the molten pool, the laser light includes a plurality of beams having different wavelengths. 前記複数のビームは、前記レーザ光の掃引方向に離間した、請求項13または14に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 13 or 14, wherein said plurality of beams are spaced apart in the sweep direction of said laser light. 前記溶融池を形成する工程において、前記レーザ光は、第一パワー密度の少なくとも一つのビームを含む第一部位と、前記第一パワー密度とは異なる第二パワー密度の少なくとも一つのビームを含む第二部位と、を含む、請求項13~15のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 In the step of forming the molten pool, the laser light includes a first portion including at least one beam with a first power density and a second portion including at least one beam with a second power density different from the first power density. The laser welding method according to any one of claims 13 to 15, comprising two parts. 前記溶融池を形成する工程において、前記第一部位と前記第二部位とが、前記レーザ光の掃引方向に互いに離間した、請求項16に記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 16, wherein in the step of forming the molten pool, the first portion and the second portion are separated from each other in the sweep direction of the laser beam. 前記第二部位は、前記第一部位の周囲を取り囲む、請求項16に記載のレーザ溶接方法。 17. The laser welding method according to claim 16, wherein said second portion surrounds said first portion. 前記第二部位の前記レーザ光のパワーに対する前記第一部位の前記レーザ光のパワーの比が、3/7以上かつ7/3以下である、請求項18に記載のレーザ溶接方法。 19. The laser welding method according to claim 18, wherein the ratio of the power of said laser light at said first portion to the power of said laser light at said second portion is 3/7 or more and 7/3 or less. 前記レーザ光の掃引速度が、150[mm/sec]以上である、請求項1~19のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 19, wherein the sweep speed of said laser beam is 150 [mm/sec] or more. 前記溶融池を形成する工程では、複数のレーザ光を並行して照射する、請求項1~20のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 20, wherein in the step of forming said molten pool, a plurality of laser beams are irradiated in parallel. 前記溶融池を形成する工程は、少なくとも1つのレーザ光を前記第一端部へ照射すると同時に他の少なくとも1つのレーザ光を前記第二端部へ照射する工程を含む、請求項21に記載のレーザ溶接方法。 The step of forming the molten pool includes the step of irradiating the first end with at least one laser beam and simultaneously irradiating the second end with at least one other laser beam. laser welding method. 前記溶融池を形成する工程において、前記第一端部、前記第二端部、前記溶融池、および前記被覆のうち少なくとも一つに向けて、不活性ガスを供給する、請求項1~22のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 In the step of forming the molten pool, an inert gas is supplied toward at least one of the first end, the second end, the molten pool, and the coating. The laser welding method according to any one of them. 前記芯線は、銅系金属またはアルミニウム系金属である、請求項1~23のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 The laser welding method according to any one of claims 1 to 23, wherein the core wire is made of copper-based metal or aluminum-based metal. 前記被覆は、ポリエーテルエーテルケトンを含む、請求項1~23のうちいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。 A laser welding method according to any preceding claim, wherein the coating comprises polyetheretherketone. 金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の当該芯線において前記被覆から露出した第一露出部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の当該芯線において前記被覆から露出した第二露出部と、をレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方に、レーザ光を掃引しながら0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一露出部と前記第二露出部とに渡る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を固化する工程と、
を備えた、レーザ溶接方法。
A first exposed portion exposed from the coating in the core wire of a first conductor having a core wire made of a metallic material and a coating surrounding the core wire, and a core wire made of a metal material and the coating surrounding the core wire A laser welding method for laser welding a second exposed portion exposed from the coating in the core wire of the second conductor having
By irradiating at least one of the first exposed portion and the second exposed portion with a sweeping laser beam for a time of less than 0.2 [sec], the first exposed portion and the second exposed portion are formed. forming a molten pool spanning
solidifying the molten pool;
A laser welding method comprising:
金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線の当該芯線において前記被覆から露出した第一露出部と、金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線の当該芯線において前記被覆から露出した第二露出部と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、
レーザ光を出力する光源と、
前記光源からの前記レーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記光学ヘッドが、前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方に、レーザ光を掃引しながら0.2[sec]未満の時間で照射することにより、前記第一露出部と前記第二露出部とに渡る溶融池を形成する、レーザ溶接装置。
A first exposed portion exposed from the coating in the core wire of a first conductor having a core wire made of a metallic material and a coating surrounding the core wire, and a core wire made of a metal material and the coating surrounding the core wire A laser welding device for laser welding a second exposed portion exposed from the coating in the core wire of the second conductor having
a light source that outputs laser light;
an optical head that outputs the laser beam from the light source;
with
The optical head sweeps and irradiates at least one of the first exposed portion and the second exposed portion with a laser beam for a time of less than 0.2 [sec], whereby the first exposed portion and the A laser welding device for forming a molten pool across the second exposed portion.
金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第一導線と、
金属材料で作られた芯線と当該芯線を取り囲む被覆とを有した第二導線と、
前記第一導線の前記被覆から露出した第一露出部と前記第二導線の前記被覆から露出した第二露出部との間に渡る溶接部と、
を備え、
前記第一露出部および前記第二露出部のうち少なくとも一方において、前記溶接部と前記被覆との間の露出長さが、10[mm]以下である、電気装置。
a first conductor wire having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire;
a second conductor having a core wire made of a metal material and a coating surrounding the core wire;
a weld spanning between a first exposed portion of the first conductor exposed from the coating and a second exposed portion of the second conductor exposed from the coating;
with
The electrical device, wherein the exposed length between the welded portion and the coating is 10 mm or less in at least one of the first exposed portion and the second exposed portion.
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