JP7054265B2

JP7054265B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム

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Publication number: JP7054265B2
Application number: JP2020500400A
Authority: JP
Inventors: 雄志西川; 亮成鈴木
Original assignee: Odawara Engineering Co Ltd
Current assignee: Odawara Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2022-04-13
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: JPWO2019159737A1; WO2019159737A1

Description

本発明は、モータや発電機等の回転電機又はトランス等の電磁機器に用いられるコイルを構成するコイルセグメントの端部同士を電気的に接合するためのレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムに関する。

例えば、回転電機のステータでは、断面が矩形の平角線をＵ字状に折り曲げて形成した複数のコイルセグメントをコアのスロットに挿入し、コアの端面から突出したコイルセグメントの挿入方向先端部を周方向に層毎に逆向きに折り曲げ、隣り合う層で対向する先端部同士を電気的に接続することにより複数のコイルセグメントが一連に繋がったコイルを形成することが行われている。
コイルセグメントの挿入方向先端部は予め絶縁被膜を除去されており、絶縁被膜を除去された先端部同士は、その矩形状の先端面が１つの平面を形成するように横並びに突き合わされた状態で、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接等のアーク溶接やＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ等のレーザ溶接により接合される。

アーク溶接では熱の影響を受ける範囲が広いため、溶接部以外の絶縁被膜の損傷を防止すべく絶縁被膜を除去する部分の長さを大きくとる必要があるが、この場合、コイルエンドの高さの増加を招来し、モータ等の小型化を阻害する要因となる。
これに対し、レーザ溶接では金属を局所的に溶融・凝固させることができて熱の影響範囲を狭くできるため、小型化や生産効率の向上、溶接品質の均一化への寄与が大きい。

特開２０１４－７７９５号公報

しかしながら、レーザ溶接ではレーザ光の直進性による問題が存在する。この問題について以下に説明する。
コイルセグメントの先端部同士は、突き合わせ面の境界に隙間が生じないように把持部材（グリッパ）で加圧・挟持されるが、先端面の切断形状の不均一性等により完全に隙間が無くなることはむしろ少ない。換言すれば、隙間が無いように先端部同士を完全に密着させることは現実的に困難である。

一方、レーザ光は、２つの先端面へのエネルギー供給を均等にして溶融偏りを無くす観点から先端面に垂直な方向から境界を中心にして照射されるのが一般的である。
このため、僅かな隙間が存在した場合にはその隙間から内部にレーザ光が入り込み、絶縁被膜を破壊することがあった。
溶接部位の下方には、他層のコイルセグメントや他相のコイルセグメントが重なるように存在しているため、レーザ光の進入位置が深いとこれらの絶縁被膜を破壊し、層間絶縁又は相間絶縁が断たれる虞があった。

このようなレーザ光の直進性による弊害を防止すべく、特許文献１にはレーザ光を斜めに照射して接合する方法が提案されている。
この特許文献１で提案された導体接合方法は、その段落「００２６」に記載されているように、裸導体の２つの対向面の一方に斜めに照射されたレーザ光により、その一方の対向面が局所的に溶融し、その熱で他方の対向面も溶融することにより、全体が溶融するというものである。
この斜め照射方式によれば、レーザ光が境界の隙間から内部に進入して絶縁被膜を破壊するという心配はない。

ところで、この種のコイルセグメントの溶接対象となる端部の先端面は矩形（例えば長方形）の形状を有しており、溶接後の形状は左右対称の滑らかな半球状ないしドーム状に仕上がるのが望ましい。
滑らかでない部分や角部が存在すると経時的な振動等によりクラックが生じて溶着部が分離する起点となったり、溶接の肉盛りの一部が脱落してコア内に入り込み、短絡の原因となったりしやすいからである。

このような問題を生じないレーザ溶接による形状を確実且つ均一に得るには、先端面同士を合わせた１つの平面に対する偏りの無い均一なエネルギー供給が必要となるが、上記のように先端面間の境界を中心にしてエネルギー供給の対称性（溶接形状の均一性）を得るべく照射すると、境界の隙間からレーザ光が入り込む問題を避けられなかった。
また、特許文献１の如く斜め照射方式を採用した場合、上記の左右対称の滑らかな溶接形状は期待できない。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、レーザ光の入り込みによる問題を解消しつつ、レーザ溶接による高品位な溶接品質を得ることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレーザ溶接方法は、コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法を、以下のように構成したものである。
すなわち、前記各先端面に対して垂直に、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称でかつ前記各先端面間の境界を横切りながら移動する照射パターンで照射し、前記境界を横切るときは前記レーザ光の照射をオフする。

あるいは、前記各先端面に対し、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで照射し、前記照射パターンが、前記各先端面を合わせた一つの平面の外周近傍を連続的に又は断続的に一周する第１パターンと、前記第１パターンの照射の後で、該第１パターンの内側を連続的に又は断続的に一周する第２パターンとを含む。

あるいはまた、前記各先端面に対し、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで照射し、前記照射パターンが、前記各先端面を合わせた一つの平面の対角線に沿った連続的な又は断続的なパターンを含む。

また、本発明のレーザ溶接システムは、コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接システムであって、レーザ光を照射するレーザ光照射装置と、前記レーザ光が、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで前記各先端面を照射するように前記レーザ光照射装置を制御する制御装置とを有しているものを、さらに以下のように構成したものである。

すなわち、前記制御装置は、前記各先端面に対して前記レーザ光が垂直に照射されて前記先端面間の境界を横切りながら移動するように、且つ前記レーザ光が前記境界を横切るときは前記レーザ光の照射をオフするように前記レーザ光照射装置を制御する。

あるいは、溶接条件を入力する入力装置と、前記先端面の面積を含む溶接条件と、前記レーザ光の出力及び／又は移動速度との関係が予め求められた参照テーブルとを有し、前記制御装置は、前記入力装置により入力された前記溶接条件に基づいて前記参照テーブルから対応する前記レーザ光の出力及び／又は移動速度を選択して前記レーザ光照射装置を制御する。

本発明によれば、レーザ光の入り込みによる問題を解消しつつ、レーザ溶接による高品位な溶接品質を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ溶接方法によるレーザ光照射パターンを示す平面図である。図１で示した余熱パターンの移動軌跡を説明するための平面図である。図１で示した角消し用パターンの移動軌跡を説明するための平面図である。図１で示した本溶接パターンの移動軌跡を説明するための平面図である。角消し用パターンの変形例を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るレーザ溶接システムの概要を示すブロック構成図である。溶接対象としてのコイルセグメントの全体斜視図である。コアのスロットにコイルセグメントを挿入してコア端面から突出した先端部を周方向にツイストした状態を示す要部斜視図である。コイルセグメントの先端部同士を突き合わせた溶接可能な状態を示す要部斜視図である。コイルセグメントの先端部同士の隙間からレーザ光が入り込むことを説明するための要部正面図で、把持部材で加圧・挟持する前の状態を示す図である。図８Ａの状態から把持部材で加圧・挟持して隙間が無い状態を示す図である。図８Ａの状態から把持部材で加圧・挟持した後に隙間が生じている状態を示す図である。コイルセグメントの先端部同士の理想的な溶接形状を示す正面図である。図９Ａの形状の側面図である。コイルセグメントの先端部同士の、肉盛りが偏った溶接形状を示す正面図である。コイルセグメントの先端部同士の、角部形状が残った溶接形状を示す正面図である。図４の制御装置が実行する処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接システムの概要を示すブロック構成図である。
このレーザ溶接システム２は、コア４の端面４ｂから突出したコイルセグメントの先端部６ｃのうちコア４の径方向で対向する先端部６ｃ同士を、該先端部６ｃの矩形状の先端面のコア４の軸方向における高さを略同じにしてコア４の径方向で突き合わせた状態でその各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接システムである。
そして、このレーザ溶接システム２は、レーザ光Ｌｂを照射するレーザ光照射装置８と、レーザ光の移動軌跡が略同一の照射パターンで各先端面を照射するようにレーザ光照射装置８を制御する制御装置１０と、溶接条件を入力するタッチパネル方式の入力装置１２と、溶接対象の一対の先端部６ｃ同士を加圧・挟持する後述のグリッパ機構と、溶接対象の一対の先端部６ｃの最先端を切断する切断機構２３等を有している。
ここでは制御装置１０と入力装置１２とを分離して表示しているが、入力装置１２が制御装置１０に一体に設けられている構成でもよい。

レーザ光照射装置８は、レーザ発振器１６と、溶接対象に向けてレーザ光を垂直に射出するレーザヘッド１８と、レーザ発振器１６から発振されたレーザ光をレーザヘッド１８に伝送する光ファイバ２０と、レーザヘッド１８を二次元変位させる駆動機構２２等を有している。
レーザヘッド１８は、光ファイバ２０で伝送されるレーザ光を適切なスポット径に集光するための集光光学系（コリメートレンズや集光レンズ）を内蔵している。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、Ｉ／Ｏインターフェース等を有するマイクロコンピュータであり、レーザ発振器１６の出力を制御したり、駆動機構２２を介してレーザヘッド１８の移動を制御する。

コア４はインデックス機構２４に支持されており、溶接位置を変えるべくコア４の周方向に所定角度ずつ回転（インデックス回転）される。インデックス機構２４によるインデックス回転は制御装置１０により制御される。
溶接位置の位置変えは、レーザヘッド１８の移動によって行ってもよい。

コイルセグメントは図５に示すように、表面がエナメルやポリイミド樹脂等からなる絶縁被膜で覆われた平角線を曲げ加工によりＵ字状に形成したものである。具体的に説明すると、このコイルセグメント６は、直線状に延びる一対のスロット挿入部６ａ、６ａと、これらを連結する連結部６ｂとからなり、連結部６ｂは段差形状（クランク形状）を有している。スロット挿入部６ａの先端部６ｃの最先端は、溶接により電気的に接合するために絶縁被膜を除去されている。以下、この部分を剥離部６ｄと称する。

このコイルセグメント６は、図４に示すコア４の端面４ａ側から挿入され、スロット挿入部６ａの先端部６ｃはコア４の端面４ｂから突出する。実際にはコア４の端面４ａから連結部６ｂが突出しているが図４では省略している。
コア４の端面４ｂから突出したコイルセグメント６の先端部６ｃは、コア４の径方向に隣り合う層毎に、ツイスト加工によって周方向の異なる向きに折り曲げられる。

ツイスト加工後は、図６に示すように、隣り合う層の先端部６ｃ同士が対向する。図６において、符号４ｃはコア４の周方向に放射状に複数配置されたスロットを、５はスロット４ｃに挿入された紙製又は合成樹脂製の絶縁シートを示している。
この状態で図７に示すように、剥離部６ｄ同士がコア４の周方向の位置ずれを不図示の位置決め具で位置合わせされ、一対の把持部材２６でコア４の径方向から加圧・挟持され、突き合わせられる。一対の把持部材２６とこれらを駆動する不図示の駆動源とでグリッパ機構１４が構成されている。

グリッパ機構１４等による位置決めがなされた状態では、一対の剥離部６ｄの矩形状（長方形）の先端面６ｅの、コア４の軸方向における位置が揃っているとは限らない。実際には殆ど揃っていない。このため、溶接品質を向上させるべく、剥離部６ｄ同士が把持された状態で先端面６ｅを揃えるための切断が切断機構２３によってなされる。
図７は切断後の状態を示しており、この状態、即ちコア４の軸方向における先端面６ｅの高さを略同じにして剥離部６ｄ同士をコア４の径方向で突き合わせた状態で、レーザ溶接システム２によるレーザ溶接が行われる。

図８Ａに示すように、コイルセグメント６の先端部６ｃ同士を突き合わせた状態では、単純には絶縁被膜の厚みｍの２倍分の隙間（２ｍ）が剥離部６ｄ間に存在する。この状態で図８Ｂに示すように把持部材２６で加圧すると、条件によっては剥離部６ｄ間の隙間は無くなりレーザ光Ｌｂが剥離部６ｄ間に進入することはない。

しかしながら、加圧によって剥離部６ｄ間の隙間が無くなることは非常に稀で、実際には図８Ｃに示すように、切断後の先端面６ｅの形状の不均一性等により隙間が存在し、該隙間を介してレーザ光Ｌｂが下方に進入する。
溶接部位の下方には、図６に示したように、他の層や相のコイルセグメントが重なるように存在するため、これらにレーザ光Ｌｂが届いて絶縁被膜が破壊されると、層間又は相間の絶縁が断たれることになる。

図９Ａ及び図９Ｂは、溶接後の理想的な形状を示している。レーザ光Ｌｂの照射によって溶融した金属（ここでは銅）が表面張力で滑らかな円弧状（半球状又はドーム状の概念を含む）に凝固するのが望ましい。
このような溶接形状Ｗとなれば、溶接後の把持部材２６の引き抜きもスムーズになされるとともに、応力集中によるクラックが生じにくいので、溶接部の一部が欠けて溶着部が分離する起点となるなどの不具合を抑制することができる。

しかしながら、単にレーザ光を照射しても、図９Ｃに示すように、溶融金属が偏って凝固し、図７に示した一対の先端面６ｅを合わせた一つの平面の領域外に膨らむ膨らみ部Ｗａが生じたり、図９Ｄに示すように、一つの平面の角部Ｗｂが残って外側に突出した状態となったりする。
このような膨らみ部Ｗａや角部Ｗｂは、溶接後の把持部材２６の引き抜きを阻害したり、把持部材２６の引き抜きや経時的な振動で脱落して、コア４の内部に付着して短絡の原因になったりする虞がある。

即ち、この種のレーザ溶接では、レーザ光Ｌｂが剥離部６ｄ間の隙間から進入して意図しない箇所で絶縁被膜が破壊される問題と、溶接形状の品質が一定しないという問題が併存している。

これらの問題を同時に解消する本発明の一実施形態のレーザ溶接方法を、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態において、隙間が形成される図７に示した一対の先端面６ｅ間の境界では、レーザ光を照射しない。これにより、境界における隙間の有無に関係なく、隙間からのレーザ光Ｌｂの入り込みを来すことなくレーザ溶接を行うことができる。また、各先端面６ｅ間の境界に対して対称となる照射パターンでレーザ光の照射を行っている。このことにより、図９Ａや図９Ｂに示したような滑らかな円弧状の溶接形状を安定して得ることができる。

図１は、図６に示したコイルセグメント６の一対の剥離部６ｄがコア４の径方向で横並びに突き合わせられている状態の平面図であり、符号２８は図７に示した一対の先端面６ｅ間の境界を示している。ここでは、図中右側の長方形の先端面を６ｅＲ、左側の長方形の先端面を６ｅＬとして区別する。符号６ｅＣは先端面６ｅＲと先端面６ｅＬとを合わせた一つの平面を示している。

平面６ｅＣの外周近傍を一周する一点鎖線で示す矩形ラインの予熱パターン３０は、レーザ光Ｌｂの移動軌跡であり、各先端面６ｅＲ、６ｅＬを合わせた一つの平面６ｅＣの外周近傍を連続的に又は断続的に一周する第１パターンの一例を示している。
平面６ｅＣの対角線に沿う一点鎖線で示すＸ状ラインの角消し用パターン３２は、レーザ光Ｌｂの移動軌跡による、平面６ｅＣの対角線に沿った連続的な又は断続的なパターンの一例を示している。

また、予熱パターン３０の内側に位置する一点鎖線で示す矩形ラインの本溶接パターン３４は、レーザ光Ｌｂの移動軌跡による、予熱パターン３０の内側を連続的に又は断続的に一周する第２パターンの一例を示している。
上記「移動軌跡」とは、レーザ光のスポットが移動した後の線状の軌跡であり、レーザ光の移動方向や移動順序、移動速度などは問わない。
本実施形態では、平面６ｅＣに対し、結果的に上記３つのパターンからなる照射パターンでレーザ光Ｌｂを照射して溶接する。

図２Ａを参照して、予熱パターン３０におけるレーザ光Ｌｂの移動軌跡を説明する。
予熱パターン３０は、平面６ｅＣの外周近傍を連続的又は断続的に一周する照射パターンである。連続的にとはレーザ光Ｌｂの照射をオンにして移動することをいい、断続的にとはレーザ光Ｌｂの照射のオン、オフを繰り返しながら移動することをいう。
予熱パターン３０では、例えば平面６ｅＣの右上隅を始点として左側へレーザ光Ｌｂが直進移動し（移動軌跡３０ａ）、境界２８を横切って先端面６ｅＬの左上隅まで直進移動する（移動軌跡３０ｂ）。

ここで、境界２８を横切るときはレーザ光Ｌｂは照射されない。即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＲにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＬに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。なお、図１では各照射パターンの移動軌跡の全体輪郭を把握し易くするために大まかに示しており、境界２８を横切るときの照射オフは反映していない。
レーザ光Ｌｂの照射オフ期間Δｔは、各先端面ペアの境界２８でランダムに形成される隙間の最大値に対応して設定されており、実験により求められる。照射オフ期間Δｔは、レーザ光Ｌｂの移動速度によっても異なる。

レーザ光Ｌｂは先端面６ｅＬの左上隅まで直進した後は向きを９０°変えて先端面６ｅＬの左下隅まで直進移動する（移動軌跡３０ｃ）。その後、更に方向を９０°変えて直進移動し（移動軌跡３０ｄ）、境界２８を横切って先端面６ｅＲの右下隅まで直進移動する（移動軌跡３０ｅ）。境界２８を横切るときは上記と同様に、レーザ光Ｌｂは照射されない。

即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＬにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＲに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。
レーザ光Ｌｂが先端面６ｅＲの右下隅まで直進移動した後は向きを９０°変えて始点まで直進移動する（移動軌跡３０ｆ）。

予熱パターン３０は、図９Ｃで示したような溶融金属の平面６ｅＣ（図１参照）外への膨らみ部Ｗａや垂れ下がりが生じないように、溶接形状の外郭を規定するために設けられるものである。換言すれば、後述する本溶接による溶融金属のランダムな流動を規制する枠として機能するものである。
ここでは各移動軌跡３０ａ～３０ｆをそれぞれの範囲におけるレーザ光Ｌｂの連続照射によって形成しているが、断続的な照射によって形成してもよい。
なお、予熱パターン３０における始点は、上記に限定されず図２Ａの矩形の移動軌跡のいずれの箇所でもよく、移動向きも限定されない。

次に、図２Ｂを参照して、角消し用パターン３２におけるレーザ光Ｌｂの移動軌跡を説明する。
角消し用パターン３２は、図１に示した平面６ｅＣの対角線に沿って連続的に移動する照射パターンであり、角消し用パターン３２は、図９Ｄで示したような角部Ｗｂが残って外側に突出した状態で凝固することを防止するために設けられるものである。
また、角消し用パターン３２は、予熱パターン３０と同様に平面６ｅＣの予熱にも寄与するパターンでもある。
角消し用パターン３２では、例えば平面６ｅＣの右上隅を始点として左斜め下方へレーザ光Ｌｂが直進移動し（移動軌跡３２ａ）、境界２８を斜めに横切って先端面６ｅＬの左下隅まで直進移動する（移動軌跡３２ｂ）。

ここで、境界２８を横切るときはレーザ光Ｌｂは照射されない。即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＲにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＬに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。

平面６ｅＣの対角線の一方に沿ったレーザ光の照射が完了すると、レーザ光Ｌｂの照射をオフした状態でレーザヘッド１８が変位し、例えば平面６ｅＣの右下隅を始点として左斜め上方へレーザ光Ｌｂが直進移動し（移動軌跡３２ｃ）、境界２８を斜めに横切って先端面６ｅＬの左上隅まで直進移動する（移動軌跡３２ｄ）。

ここで、境界２８を横切るときはレーザ光Ｌｂは照射されない。即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＲにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＬに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。いずれの場合も、レーザ光Ｌｂの照射オフ期間の定め方は、予熱パターン３０の場合と同様である。

なお、角消し用パターン３２における２つの始点は上記に限定されず、先端面６ｅＬ側に存在してもよく、先端面６ｅＲと先端面６ｅＬの両方に存在してもよい。また、移動向きも限定されない。
例えば図３に示すように、平面６ｅＣの４つの角部を始点として、それぞれ平面６ｅＣの中心に向かって直進移動する移動軌跡３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄからなる照射パターンとしてもよい。

平面６ｅＣの角部が終点となる照射パターンでは、レーザヘッド１８の移動の慣性によってレーザ光Ｌｂが移動しすぎて角部が潰れて溶接形状に悪影響を及ぼす可能性があるが、いずれも終点が平面６ｅＣの中央部となる照射パターンとすることにより、上記懸念を解消することができる。
この場合、レーザ光Ｌｂはいずれの移動においても境界２８を横切らないので、境界２８での隙間からレーザ光Ｌｂが内方に入り込む問題も生じない。

次に、図２Ｃを参照して、本溶接パターン３４におけるレーザ光Ｌｂの移動軌跡を説明する。
本溶接パターン３４は、図１に示した平面６ｅＣにおける予熱パターン３０の内方を連続的に一周する照射パターンである。本溶接パターン３４では、例えば平面６ｅＣの右上を始点として左側へレーザ光Ｌｂが直進移動し（移動軌跡３４ａ）、境界２８を横切って平面６ｅＣの左上まで直進移動する（移動軌跡３４ｂ）。
ここで、境界２８を横切るときはレーザ光Ｌｂは照射されない。即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＲにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＬに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。

レーザ光Ｌｂは平面６ｅＣの左上まで直進した後は向きを９０°変えて平面６ｅＣの左下まで直進移動する（移動軌跡３４ｃ）。その後、更に方向を９０°変えて直進移動し（移動軌跡３４ｄ）、境界２８を横切って平面６ｅＣの右下まで直進移動する（移動軌跡３４ｅ）。境界２８を横切るときは上記と同様に、レーザ光Ｌｂは照射されない。
即ち、制御装置１０は予め算出された先端面６ｅＬにおける移動距離に基づいて境界２８の手前でレーザ光Ｌｂの照射をオフし、レーザヘッド１８の照射口が境界２８を越えて先端面６ｅＲに入った直後にレーザ光Ｌｂの照射をオンする制御を行う。いずれの場合も、レーザ光Ｌｂの照射オフ期間の定め方は、予熱パターン３０の場合と同様である。

レーザ光Ｌｂが平面６ｅＣの右下まで直進移動した後は向きを９０°変えて始点まで直進移動する（移動軌跡３４ｆ）。
なお、本溶接パターン３４における始点は、上記に限定されず図２Ｃの矩形の移動軌跡のいずれの箇所でもよく、移動向きも限定されない。

実験の結果、以上の３つの溶接パターンを用いて溶接を行うことにより、図９Ａ及び図９Ｂに示したような良好な溶接形状Ｗを得ることができた。
実験では、レーザ光照射装置８として、トルンプ社製のTruDisk4002（4000W;YAGレーザ）を使用した。平面６ｅＣの面積は１４．７ｍｍ^２であった。

本溶接パターン３４によるレーザ光Ｌｂの照射の前に、予熱パターン３０による照射を実施しているので、本溶接パターン３４による溶融金属のランダムな流動が規制された状態で凝固が進行するので図９Ｃに示すような膨らみ部Ｗａは生じず、表面張力による滑らかな円弧状の輪郭の溶接形状となる。また、角消し用パターン３２により図９Ｄに示すような角部Ｗｂも生じない。上記のように、角消し用パターン３２は予熱パターン３０とともに平面６ｅＣの予熱にも寄与している。

予熱パターン３０、角消し用パターン３２及び本溶接パターン３４のうち、条件によっては角消し用パターン３２に基づくレーザ光Ｌｂの照射は不要である。例えば、絶縁被膜の損傷を防止するために平角線の４つの角部がある程度面取りされている場合には、角部形状が残る度合いも少ないので、このような場合には角消し用パターン３２を省略してもよい。
さらにこのような場合には、平面６ｅＣの予熱に重きをおいて、図１に示す予熱パターン３０の範囲内でレーザ光ＬｂをＸ状に移動させて第２の予熱パターンとしてもよい。即ち、予熱パターン３０に、矩形輪郭の対角線に沿ってレーザ光Ｌｂを移動させるＸ状の照射パターンを追加してもよい。

制御装置１０は、所定のプログラムに基づいて、予熱パターン３０、角消し用パターン３２及び本溶接パターン３４によるレーザ溶接を実行する。
所定のプログラムは、予熱パターン３０に沿ってレーザ光Ｌｂを照射するステップと、角消し用パターン３２に沿ってレーザ光Ｌｂを照射するステップと、本溶接パターン３４に沿ってレーザ光Ｌｂを照射するステップとをこの順に実行させるようにプログラミングされている。
予熱パターン３０に沿ってレーザ光Ｌｂを照射するステップと、角消し用パターン３２に沿ってレーザ光Ｌｂを照射するステップとは順序を逆にしてもよい。

制御装置１０の不揮発性メモリ（例えばＲＯＭ）には、先端面６ｅＲ、６ｅＬの面積を合わせた平面６ｅＣの面積が段階的に区画された溶接条件と、レーザ光照射装置８のレーザ発振器１６におけるレーザ出力及び／又はレーザヘッド１８の移動速度との関係が予め求められた参照テーブル（制御テーブル）１１が格納されている。また、ＲＯＭには境界２８を横切るときのレーザ光オフ期間（Δｔ）が記憶されている。図４では分かり易くするため、制御装置１０の外に参照テーブル１１を示している。
入力装置１２により溶接条件が入力されると、制御装置１０は入力された溶接条件に基づいて参照テーブル１１から対応するレーザ光の出力及び／又は移動速度を選択してレーザ光照射装置８の条件設定を行う。

入力する溶接条件としては、平面６ｅＣの面積（断面積）の他に、先端面６ｅＲ、６ｅＬの縦及び横寸法、コイルセグメント６の材質、溶接環境における温度、湿度、平面６ｅＣの段差（境界２８における段差）、平面６ｅＣの平面度、平面６ｅＣの表面性状（油等の有無）、コイルセグメント６の温度等がある。
平面６ｅＣの段差、平面６ｅＣの平面度、平面６ｅＣの表面性状、コイルセグメント６の温度は、予め官能パラメータとしてレベルを段階的に設定し、オペレータが目視や手触りで判断して入力するようにしてもよい。

例えば、制御装置１０は、図１０に示すように、溶接条件の入力を受け付け（Ｓ１１）、その入力された溶接条件中の先端面６ｅＲ、６ｅＬの縦及び横寸法を用いて、これらの面内でのレーザ光Ｌｂの移動方向及び移動距離を、予め制御装置１０に記憶された各照射パターンに基づいて算出するとともに（Ｓ１２）、縦及び横寸法から求めた平面６ｅＣの面積に基づいて参照テーブル１１を参照し、レーザ光Ｌｂの出力及び移動速度を決定する（Ｓ１３）。ここで、各照射パターンには、パターンが先端面間の境界２８を横切る場合、その位置の情報も含まれる。制御装置１０は、その横切る位置の情報と、上述のレーザ光オフ期間Δｔとに基づき、レーザ光Ｌｂを一時的にオフするタイミングを決定する（Ｓ１４）。温度差や湿度差が基準範囲を超えている場合には適宜の補正係数を用いて決定値を補正する。
制御装置１０は、以上の決定に基づきレーザ光照射装置８を制御し（Ｓ１５）、コイルセグメント６の先端面６ｅＲ、６ｅＬにレーザ光Ｌｂを照射して、コイルセグメント６を溶接する。

参照テーブル１１は、制御装置１０に有線や無線ＬＡＮで接続された端末機器から送信するようにしてもよく、又はＵＳＢメモリ等の外部記憶装置から取得するようにしてもよい。

上記実施形態では、１つのレーザ光Ｌｂを境界２８を横切るように移動させて照射する構成としたが、境界２８を横切ることなく１つのレーザ光Ｌｂで各先端面６ｅＲ、６ｅＬをその各先端面間の境界に対して略対称となる照射パターンで個別に照射する構成としてもよい。即ち、図１に示した各照射パターン（予熱パターン３０、角消し用パターン３２、本溶接パターン３４）の半分をそれぞれ各先端面６ｅＲ、６ｅＬに対して個別に実施してもよい。

また、レーザ光の照射パターンは、本溶接パターンだけでもよく、その形状も矩形に限らず、コイルセグメントの先端部のうちコアの径方向で対向する各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンであればよい。
さらに、平面６ｅＣに照射するレーザ光Ｌｂは１本に限定されない。例えば、レーザ光照射装置８で発振されたレーザ光Ｌｂを、ハーフミラー等のビームスプリッタで分岐し、２本のレーザ光Ｌｂで先端面６ｅＲ、６ｅＬを略同一の照射パターンにより個別に照射する構成としてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更が可能である。上述した本発明の構成は、一部のみ取り出して実施することもできるし、以上の説明の中で述べた変形は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて適用可能である。本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

２…レーザ溶接システム、４…コア、４ｂ…端面、６…コイルセグメント、６ｃ…先端部、６ｅ…先端面、６ｅＣ…平面、８…レーザ光照射装置、１０…制御装置、１１…参照テーブル、１２…入力装置、３０…予熱パターン、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ…移動軌跡、３２…角消し用パターン、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…移動軌跡、３４…本溶接パターン、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ…移動軌跡、Ｌｂ…レーザ光

Claims

コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記各先端面に対して垂直に、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称でかつ前記各先端面間の境界を横切りながら移動する照射パターンで照射し、前記境界を横切るときは前記レーザ光の照射をオフすることを特徴とするレーザ溶接方法。
コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記各先端面に対し、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで照射し、
前記照射パターンが、前記各先端面を合わせた一つの平面の外周近傍を連続的に又は断続的に一周する第１パターンと、前記第１パターンの照射の後で、該第１パターンの内側を連続的に又は断続的に一周する第２パターンとを含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
前記各先端面に対し、前記レーザ光を、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで照射し、
前記照射パターンが、前記各先端面を合わせた一つの平面の対角線に沿った連続的又は断続的なパターンを含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接システムであって、
レーザ光を照射するレーザ光照射装置と、前記レーザ光が、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで前記各先端面を照射するように前記レーザ光照射装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記各先端面に対して前記レーザ光が垂直に照射されて前記先端面間の境界を横切りながら移動するように、且つ前記レーザ光が前記境界を横切るときは前記レーザ光の照射をオフするように前記レーザ光照射装置を制御することを特徴とするレーザ溶接システム。
コアの端面から突出したコイルセグメントの先端部のうち該コアの径方向で対向する先端部同士を、該各先端部の矩形状の先端面の前記コアの軸方向における高さを略同じにして前記コアの径方向で突き合わせた状態で前記各先端面にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接システムであって、
レーザ光を照射するレーザ光照射装置と、前記レーザ光が、前記各先端面間の境界に対して対称となる照射パターンで前記各先端面を照射するように前記レーザ光照射装置を制御する制御装置とを有し、
溶接条件を入力する入力装置と、
前記先端面の面積を含む溶接条件と、前記レーザ光の出力及び／又は移動速度との関係が予め求められた参照テーブルと、
を有し、
前記制御装置は、前記入力装置により入力された前記溶接条件に基づいて前記参照テーブルから対応する前記レーザ光の出力及び／又は移動速度を選択して前記レーザ光照射装置を制御することを特徴とするレーザ溶接システム。