JP2022182279A - Laser welding method, laser welding device, and electric apparatus - Google Patents
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Abstract
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).
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.
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
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
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
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
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
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。
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M2ビーム品質は、1.3以下に設定される。M2ビーム品質は、M2ファクタとも称されうる。
An
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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.
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/e2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/e2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/e2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
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
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
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
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
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
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。
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。
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
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
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
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
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
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
[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
[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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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...
21... Member (core wire)
21a ... end (first end)
21a1...
22a... end (second end)
22a1...
30...
126
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)
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:
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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