JP6390672B2 - 平角線のレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は平角線のレーザ溶接方法に関する。

モータ用のステータ（固定子）は、ステータコアと、ステータコアのスロットに装着された複数のセグメントコイルとを備えている。通常、個々のセグメントコイルは絶縁被覆された平角線である。セグメントコイルの端部同士は、溶接等により接合されている。

特許文献１には、例えばセグメントコイルに用いられる平角線のレーザ溶接方法が開示されている。特許文献１では、絶縁被覆された一対の平角線における端部側面の絶縁被膜をそれぞれ剥離した後、当該端部側面同士を突き合わせ、平角線の端面にレーザビームを照射することにより、端部側面同士を溶接している。

特開２０１３−１０９９４８号公報

発明者は、特許文献１に開示された平角線のレーザ溶接方法に関し、以下の問題点を見出した。
図１６は、特許文献１に開示されたレーザ溶接方法における課題を説明するための図であって、接合部の側面図である。図１６に示すように、平角線５０ａにおいて絶縁被膜５１ａが剥離された突き合わせ面５３ａは、絶縁被膜５１ａが剥離されていない部位との間に段差を有している。同様に、平角線５０ｂにおいて絶縁被膜５１ｂが剥離された突き合わせ面５３ｂは、絶縁被膜５１ｂが剥離されていない部位との間に段差を有している。また、図示されていないが、端面５４ａ、５４ｂは切断加工されるため、端面５４ａ、５４ｂには多少なりともバリやダレが発生してしまう。これらの理由から、接合部において平角線５０ａ、５０ｂをクランプしても、突き合わせ面５３ａ、５３ｂの間には隙間が生じてしまう。なお、図１６において、平角線５０ａ、５０ｂの内部の破線は、導体部５２ａ、５２ｂを示している。

特許文献１に開示されたレーザ溶接方法では、突き合わせ面５３ａ、５３ｂにレーザビームＬＢを照射しているため、図１６に示すように、上記隙間にレーザビームＬＢが侵入し、平角線５０ａ、５０ｂの絶縁被膜５１ａ、５１ｂにダメージを与える虞があった。さらに、レーザビームＬＢが上記隙間を通過して、例えば他の平角線の絶縁被膜にダメージを与えるなどの悪影響を及ぼす虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる平角線のレーザ溶接方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る平角線のレーザ溶接方法は、
絶縁被覆された第１及び第２の平角線において絶縁被膜がそれぞれ剥離された端部側面同士を突き合わせ、前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射することにより、前記端部側面同士を溶接する平角線のレーザ溶接方法であって、
前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射する際、
前記第１の平角線の端面内において、レーザビームをループ状に走査させて溶融池を形成するステップと、
前記第１の平角線の端面内において、前記レーザビームを走査させるループ状の軌跡の径を大きくしていき、前記溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、を備えたものである。

本発明の一態様に係る平角線のレーザ溶接方法では、第１の平角線の端面内において、レーザビームをループ状に走査させて溶融池を形成し、レーザビームを走査させるループ状の軌跡の径を大きくしていき、溶融池を端部側面同士の突き合わせ面に到達させる。
このような構成により、突き合わせ面をレーザビームにより照射しない状態で、突き合わせ面の間の隙間を溶融池により充填することができ、当該隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる。

前記ループ状が、円状もしくは楕円状であることが好ましい。
このような構成により、レーザビームを滑らかに走査させることができ、溶融池の乱れが生じ難くなり、スパッタが抑制される。

前記ループ状が楕円状であって、楕円の長軸を前記突き合わせ面と平行にすることが好ましい。
このような構成により、突き合わせ面間の隙間の広い範囲に短時間で溶融池を到達させることができる。

また、前記溶融池を形成するステップにおいて、前記第２の平角線の端面内においても、他のレーザビームをループ状に走査させて他の溶融池を形成し、前記溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップにおいて、前記第２の平角線の端面内においても、前記他のレーザビームを走査させるループ状の軌跡の径を大きくしていき、当該他の溶融池と前記溶融池とを融合させることが好ましい。
このような構成により、突き合わせ面をレーザビームにより照射しない状態で、突き合わせ面の間の隙間を２つの溶融池により充填することができ、当該隙間にレーザビームが侵入することをさらに抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響をさらに抑制することができる。

本発明により、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる平角線のレーザ溶接方法を提供することができる。

ステータの概略構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 図３の側面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接装置の構成を示すブロック図である。 プラズマ及び反射光の変動を示すグラフである。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における平角線２０ａ、２０ｂの接合部２５の変形例を示す側面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。 第２の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 第２の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 第２の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。 実施例１及び比較例１、２の試験条件及び結果を示した表である。 特許文献１に開示されたレーザ溶接方法における課題を説明するための図であって、接合部の側面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を用いて溶接されたセグメントコイルを備えるステータの構成の一例について説明する。
図１は、ステータの概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、モータの固定子であるステータ１は、ステータコア１０と複数のセグメントコイル２０とを有する。

ステータコア１０は、環状の電磁鋼板がステータ１の軸方向（図１におけるｚ軸方向）に積層されたものであり、全体として略円筒形状を有している。ステータコア１０の内周面には、内周側に突出すると共にステータ１の軸方向に延設されたティース１１と、隣接するティース１１間に形成された溝部であるスロット１２と、が設けられている。各スロット１２には、セグメントコイル２０が装着されている。

セグメントコイル２０は、断面矩形状の電線すなわち平角線である。通常、セグメントコイル２０は、純銅製であるが、アルミニウム、銅やアルミニウムを主成分とする合金等の高導電率を有する金属材料から構成してもよい。

それぞれのセグメントコイル２０は略Ｕ字形状に成形されている。図１に示すように、セグメントコイル２０の端部（コイルエンド）は、いずれもステータコア１０の上端面から突出している。接合部２５は、径方向に隣接したセグメントコイル２０の端部同士が溶接された部位である。複数の接合部２５がステータコア１０の周方向に円環状に配列されている。図１の例では、４８個の接合部２５が円環状に配列されている。また、この円環状に配列された接合部２５が径方向に４列配置されている。

次に、図２〜５を参照して、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法について説明する。図２、図３、図５は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。図４は、図３の側面図である。本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を用いて、図１に示したセグメントコイル２０の接合部２５がレーザ溶接される。
なお、当然のことながら、図２〜図５に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図１のｚ軸方向と図２〜図５のｚ軸方向は一致している。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

まず、図２に示すように、接合部２５において、絶縁被膜２１ａが剥離された平角線（セグメントコイル）２０ａの突き合わせ面（端部側面）２３ａと、絶縁被膜２１ｂが剥離された平角線（セグメントコイル）２０ｂの突き合わせ面（端部側面）２３ｂと、を突き合わせる。そして、レーザビームを平角線２０ａの端面２４ａに対して、鉛直下向き（ｚ軸マイナス方向）に照射する。平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。ループ状とは、環状（閉ループ）もしくは螺旋状（開ループ）であることを意味する。図の例では、レーザビームの走査軌跡が楕円状である。

ここで、レーザビームの走査軌跡がループ状でないと、形成した溶融池３０を成長させることができない。平角線２０ａ、２０ｂの導体部２２ａ、２２ｂは、高導電率を有する金属材料から構成されているため、熱伝導性にも優れている。そのため、レーザビームを照射することにより溶融した箇所が、速やかに凝固してしまうからである。同様の理由により、ループ状の走査軌跡の径が大き過ぎると、溶融池３０を形成することができない。そのため、ループ状の走査軌跡の径をある程度小さくして、溶融池３０を形成する。

また、図２に示すように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。そのため、この段階において、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

次に、図３に示すように、平角線２０ａの端面２４ａ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である楕円の径を大きくしていく。これにより、安定して溶融池３０の径も大きくなっていき、平角線２０ａの端面２４ａ内でレーザビームを走査している段階で、溶融池３０が突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達する。ここで、楕円状の走査軌跡の長軸を、突き合わせ面２３ａ、２３ｂ（図の例では平角線２０ａ、２０ｂの長辺）と平行にしている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間の広い範囲に短時間で溶融池３０を到達させることができる。

その結果、図４の側面図に示すように、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填される。
すなわち、この段階では、図４に示すように、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームＬＢは照射されていない上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームＬＢが侵入することが抑制されている。

次に、図５に示すように、平角線２０ａの端面２４ａと平角線２０ｂの端面２４ｂとを跨いで、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０を所望の大きさまで成長させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である楕円の径を大きくしていく。そして、楕円の径が所定の値に到達したら、走査開始位置でレーザビームの走査を終了する（図において矢印で示したＥＮＤ）。

この段階では、図５に示すように、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームが通過するが、既に突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

以上に説明した通り、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。その後、平角線２０ａの端面２４ａ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させる。

すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームにより照射しない状態で、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間を溶融池３０により充填する。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる。

このように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、一方の平角線の端面内において溶融池３０を形成し、成長させて、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂの隙間に到達させる。これにより、０．１５ｍｍまでの隙間であれば、隙間にレーザビームが侵入しないことを確認した。

また、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、レーザビーム走査軌跡がループ状であるため、レーザビームを滑らかに走査させることができる。そのため、熱が集中し難く、スパッタの発生を抑制することができる。例えば、レーザビームを往復走査させると、折り返し部に熱が集中し、スパッタが発生し易い。
さらに、溶融池３０を成長させることにより、溶融池３０の径を深さに対し大きくすることができる。そのため、溶融池３０の表面張力が大きくなり、スパッタの発生を抑制することができる。

次に、図６を参照して、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接装置について説明する。図６は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接装置の構成を示すブロック図である。
図６に示すように、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法に用いるレーザ溶接装置は、レーザ発振器１０１、レーザヘッドＬＨ、バンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２、光電気変換回路ＰＥＣ１、ＰＥＣ２、スパッタ判定部１０２を備えている。

レーザ発振器１０１は、例えばビーム系１００μｍ以下のシングルモードファイバーレーザビームを発振可能な高集光レーザ発振器である。
レーザヘッドＬＨは、例えば５００ｍｍ／秒以上で走査可能なガルバノスキャニング型レーザヘッドである。レーザヘッドＬＨは、レンズＬ１〜Ｌ３、ハーフミラーＨＭ、ミラーＭ１、Ｍ２を備えている。レーザ発振器１０１から出力されレーザヘッドＬＨに入力されたレーザビームＬＢは、レンズＬ１、ハーフミラーＨＭ、レンズＬ２、ミラーＭ１、Ｍ２、レンズＬ３を順に介して溶融池３０に照射される。

溶融池３０において反射したレーザビームＬＢの反射光は、レーザヘッドＬＨが備えるレンズＬ３、ミラーＭ２、ミラーＭ１、レンズＬ２、ハーフミラーＨＭを順に介してバンドパスフィルタＢＰＦ１によって選択される。そして、バンドパスフィルタＢＰＦ１によって選択された反射光は、光電気変換回路ＰＥＣ１により電気信号に変換され、スパッタ判定部１０２に入力される。

他方、溶融池３０において発生したプラズマ（例えば波長４００〜６００ｎｍ）は、レーザヘッドＬＨが備えるレンズＬ３、ミラーＭ２、ミラーＭ１、レンズＬ２、ハーフミラーＨＭを順に介してバンドパスフィルタＢＰＦ２によって選択される。そして、バンドパスフィルタＢＰＦ２によって選択された反射光は、光電気変換回路ＰＥＣ２により電気信号に変換され、スパッタ判定部１０２に入力される。

スパッタ判定部１０２は、観測されたプラズマ及び反射光の少なくとも一方の変動に基づいて、溶融池３０においてスパッタが発生した否かを判定する。図７は、プラズマ及び反射光の変動を示すグラフである。図７において、横軸は時間、縦軸は強度を示している。図７に示すように、プラズマ及び反射光の変動によりスパッタの発生を検出することができる。このように、溶接後ではなく、溶接中にリアルタイムでスパッタを検出することができる。
さらに、スパッタ判定部１０２は、例えばスパッタの規模や回数が所定の基準値を超えた場合、溶接不良と判断し、レーザ発振器１０１を停止する。そして、次の製品に切り替える。このように、溶接後ではなく、溶接中にリアルタイムで溶接不良を判定することにより、従来よりも生産性を向上させることができる。

（第１の実施形態の変形例）
図８を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。図８は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における平角線２０ａ、２０ｂの接合部２５の変形例を示す側面図である。なお、図８に示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。

図１に示した例では、図８において二点鎖線で示すように接合部２５が垂直（ｚ軸方向）に立っていた。この変形例では、この二点鎖線で示した部分を有していない。具体的には、平角線２０ａの端面２４ａが外側面の延長線とのなす角θが９０°より小さく、先端が尖った形状をしている。また、端面２４ａと外側面とが円弧状の曲面で接続されている。このような構成により、平角線２０ａ、２０ｂの使用量を削減することができると共に、ステータ１を小型化することができる。

他方、このような構成の場合、図８に示すように、突き合わせ面２３ａが略三角形状になり、図４に示した矩形状の突き合わせ面２３ａよりも狭くなる。そのため、平角線２０ａの幅方向（ｘ軸方向）の両端部において、溶接時に溶け落ちが発生し易くなる。しかしながら、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、レーザビームを滑らかにループ状に走査させながら、平角線２０ａの幅方向（ｘ軸方向）の中央部において溶融池３０を成長させる。そのため、上述の両端部における溶け落ちを抑制することができる。

次に、図９〜図１１を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。図９〜図１１は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。なお、図９〜図１１に示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。

図９に示すように、ループ状のレーザビーム走査軌跡は、矩形状のループであってもよい。但し、矩形状の場合、角部でレーザビームの走査方向を変更する必要がある。すなわち、矩形状の場合、角部ではレーザビームを滑らかに走査させることができないため、角部に熱が集中し易く、楕円状や円状の場合に比べ、スパッタが発生し易い。
換言すると、レーザビーム走査軌跡が楕円状や円状の場合、常にレーザビームを滑らかに走査させることができる。そのため、スパッタの発生を抑制することができる。

図１０に示すように、ループ状のレーザビーム走査軌跡は、円状のループであってもよい。図１０に示すように、円状の溶融池を平角線２０ａの端面２４ａと平角線２０ｂの端面２４ｂとを跨いで成長させた後、平角線２０ａ、２０ｂの幅方向（図の例では、ｘ軸プラス方向）に移動させてもよい。
図１１に示すように、ループ状のレーザビーム走査軌跡は、閉ループである必要はなく、例えば図１１のように開ループ（螺旋状）であってもよい。

図９〜図１１に示したループ状のレーザビーム走査軌跡であっても、一方の平角線の端面内において溶融池３０を形成し、成長させて、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂの隙間に到達させることができる。

すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームが通過する前に、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間を溶融池３０により充填させることができる。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、図１２〜図１４を参照して、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法について説明する。図１２〜図１４は、第２の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。なお、図１２〜図１４に示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。

まず、図１２に示すように、接合部２５において、絶縁被膜２１ａが剥離された平角線２０ａの突き合わせ面２３ａと、絶縁被膜２１ｂが剥離された平角線２０ｂの突き合わせ面２３ｂと、を突き合わせる。そして、平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０ａを形成する。同時に、平角線２０ｂの端面２４ｂ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０ｂを形成する。レーザビームを分岐することにより、端面２４ａ、２４ｂに同時にレーザビームを照射することができる。

図１２に示すように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０ａを形成する。同時に、平角線２０ｂの端面２４ｂ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０ｂを形成する。すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。そのため、この段階において、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

次に、図１３に示すように、平角線２０ａの端面２４ａ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０ａを突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させる。同時に、平角線２０ｂの端面２４ｂ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０ｂを溶融池３０ｂと融合させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である楕円の径を大きくしていく。これにより、溶融池３０ａ、３０ｂの径も大きくなっていき、平角線２０ａの端面２４ａ内及び平角線２０ｂの端面２４ｂ内でそれぞれレーザビームを走査している段階で、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの近傍で溶融池３０ｂと溶融池３０ｂとが融合する。

その結果、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が融合した溶融池３０ａ、３０ｂにより充填される。
すなわち、この段階では、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が融合した溶融池３０ａ、３０ｂにより充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

次に、図１４に示すように、平角線２０ａの端面２４ａ内及び平角線２０ｂの端面２４ｂ内において、それぞれレーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、融合した溶融池３０を所望の大きさまで成長させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である楕円の径を大きくしていく。そして、楕円の径が所定の値に到達したら、走査開始位置でレーザビームの走査を終了する（図において矢印で示したＥＮＤ）。

第２の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法と異なり、この段階でも、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。その上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が融合した溶融池３０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。

以上に説明した通り、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内及び平角線２０ｂの端面２４ｂ内でそれぞれループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０ａ、３０ｂを形成する。その後、平角線２０ａの端面２４ａ内及び平角線２０ｂの端面２４ｂ内で、それぞれレーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池３０ｂと溶融池３０ｂとを融合させる。

すなわち、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、溶接中、常に突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。その上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間を溶融池３０（融合した溶融池３０ａ、３０ｂ）により充填する。溶融池３０ａ、３０ｂを融合することにより、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法に比べ、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響をさらに抑制することができる。

このように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、両方の平角線の端面内において溶融池３０ａ、３０ｂを形成し、成長させて、溶融池３０ｂと溶融池３０ｂとを融合させる。そして、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間を溶融池３０（融合した溶融池３０ａ、３０ｂ）により充填する。これにより、０．３０ｍｍまでの隙間であれば、隙間にレーザビームが侵入しないことを確認した。この値は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の場合の２倍の隙間であり、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制する効果が向上している。

以下、本発明の実施例、比較例について説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
図１５は、実施例１及び比較例１、２の試験条件及び結果を示した表である。
実施例１及び比較例１、２では、いずれも図８に示した端部形状を有する平角線（厚さ２．１４７ｍｍ、端面幅４．０ｍｍ）を用いてレーザ溶接した。出力２．０ｋＷ、ビーム径６０μｍのシングルモードファイバーレーザビームを用いた。走査速度は７５０ｍｍ／秒とした。実施例１及び比較例１、２では、走査方法のみを変更して、ビード外観、スパッタ発生、接合面外観、接合面の隙間からのレーザビーム漏れ（絶縁被膜の損傷）の４点について比較した。

図１５の上段には、実施例１及び比較例１、２の走査方法を示した。
比較例１では、突き合わせた一対の平角線の中央部において、接合面（突き合わせ面）に対してレーザビームを垂直に往復走査させた。図面においてハッチングして示した比較例１の走査領域は、平角線の幅方向に２．０ｍｍ、平角線の厚さ方向に１．０ｍｍとした。レーザビームは、図示した走査領域の左上端から開始して、右端まで走査させた後、左上端に戻って終了するように走査させた（図におけるＳＴＡＲＴ／ＥＮＤ）。

比較例２では、突き合わせた一対の平角線の中央部において、接合面（突き合わせ面）に対してレーザビームを平行に往復走査させた。図面においてハッチングして示した比較例２の走査領域は、比較例１と同様に、平角線の幅方向に２．０ｍｍ、平角線の厚さ方向に１．０ｍｍとした。レーザビームは、図示した走査領域の上端中央部から開始して、下端まで走査させた後、上端中央部に戻って終了するように走査させた（図におけるＳＴＡＲＴ／ＥＮＤ）。

実施例１におけるレーザビームの走査軌跡は、図２〜図５を用いて詳細に説明した第１の実施形態における楕円軌跡とした。図１５に示すように、図面においてハッチングして示した走査領域は、最大の楕円軌跡の長径が平角線の幅方向に２．０ｍｍ、最大の楕円軌跡の短径が平角線の厚さ方向に１．０ｍｍとした。レーザビームは、図示した走査領域の上端中央部から開始して、上端中央部に戻る度に徐々に楕円径を大きくしていき、最大の楕円軌跡を描いた後、上端中央部で終了するように走査させた（図におけるＳＴＡＲＴ／ＥＮＤ）。

図１５の中段には、実施例１及び比較例１、２のビードの外観写真を示した。
比較例１ではビードの乱れ及びスパッタが発生した。比較例２ではスパッタが多く確認された。比較例１、２では、折り返し部において溶融池が乱れるため、ビードの乱れ及びスパッタが発生し易いと考えられる。
実施例１では、ビードに乱れは観察されず、比較例１、２に比べ、スパッタの量も格段に少なかった。楕円軌跡の場合、折り返し部がなく、常に滑らかにレーザビームを走査させることができるため、ビードの乱れ及びスパッタが発生し難いと考えられる。なお、ビードの深さは２．０ｍｍであった。

図１５の下段には、実施例１及び比較例１、２の接合面（突き合わせ面）の外観写真を示した。
比較例１、２では、三角形状の接合面の両端部において、溶け落ちが確認された。折り返し部に熱が集中することが理由として考えられる。
実施例１では、溶け落ちは確認されなかった。実施例１では、レーザビームを滑らかに楕円状に走査させながら、平角線の幅方向中央部において溶融池を成長させる。そのため、上述の両端部における溶け落ちを抑制することができると考えられる。

また、比較例１、２では、接合面の隙間０．１ｍｍでもレーザビーム漏れが確認された。一方、実施例１では、接合面の隙間０．１５ｍｍまでレーザビーム漏れは確認されなかった。比較例１、２では、接合面をレーザビームが通過する前に、溶融池を成長させ、接合面間の隙間を溶融池により充填することができない。一方、実施例１では、接合面をレーザビームが通過する前に、接合面間の隙間を溶融池により充填することができる。そのため、接合面間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができたものと考えられる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ ステータ
１０ ステータコア
１１ ティース
１２ スロット
２０ セグメントコイル
２０ａ、２０ｂ 平角線
２１ａ、２１ｂ 絶縁被膜
２２ａ、２２ｂ 導体部
２３ａ、２３ｂ 突き合わせ面
２４ａ、２４ｂ 端面
２５ 接合部
３０、３０ａ、３０ｂ 溶融池
１０１ レーザ発振器
１０２ スパッタ判定部
ＢＰＦ１、ＢＰＦ２ バンドパスフィルタ
ＨＭ ハーフミラー
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ レンズ
ＬＢ レーザビーム
ＬＨ レーザヘッド
Ｍ１、Ｍ２ ミラー
ＰＥＣ１、ＰＥＣ２ 光電気変換回路

Claims (4)

1. 絶縁被覆された第１及び第２の平角線において絶縁被膜がそれぞれ剥離された端部側面同士を突き合わせ、前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射することにより、前記端部側面同士を溶接する平角線のレーザ溶接方法であって、
   前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射する際、
   前記第１の平角線の端面内において、レーザビームをループ状に走査させて溶融池を形成するステップと、
   前記第１の平角線の端面内において、前記レーザビームを走査させるループ状の軌跡の径を大きくしていき、前記溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、を備えた、
   平角線のレーザ溶接方法。
2. 前記ループ状が、円状もしくは楕円状である、
   請求項１に記載の平角線のレーザ溶接方法。
3. 前記ループ状が楕円状であって、楕円の長軸を前記突き合わせ面と平行にする、
   請求項２に記載の平角線のレーザ溶接方法。
4. 前記溶融池を形成するステップにおいて、
   前記第２の平角線の端面内においても、他のレーザビームをループ状に走査させて他の溶融池を形成し、
   前記溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップにおいて、
   前記第２の平角線の端面内においても、前記他のレーザビームを走査させるループ状の軌跡の径を大きくしていき、当該他の溶融池と前記溶融池とを融合させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の平角線のレーザ溶接方法。