WO2023281930A1 - レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び回転電機の製造方法 - Google Patents

レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び回転電機の製造方法 Download PDF

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WO2023281930A1
WO2023281930A1 PCT/JP2022/021499 JP2022021499W WO2023281930A1 WO 2023281930 A1 WO2023281930 A1 WO 2023281930A1 JP 2022021499 W JP2022021499 W JP 2022021499W WO 2023281930 A1 WO2023281930 A1 WO 2023281930A1
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electrical conductor
laser beam
laser
optical element
laser welding
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PCT/JP2022/021499
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光宏 吉永
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser welding device, a laser welding method, and a method for manufacturing a rotating electric machine.
  • first and second electrical conductors (rectangular wire) are butted against each other, and the end faces of the first and second electrical conductors are irradiated with a laser beam to weld the end side faces together.
  • a method of laser welding is disclosed which is adapted to.
  • the laser beam is scanned in a loop to form a molten pool, and the diameter of the loop-shaped trajectory for scanning the laser beam is increased. As a result, the molten pool reaches the abutting surfaces of the side surfaces of the end portions.
  • Patent Document 2 discloses a laser head (laser irradiation means) for separately melting the ends of two electrical conductors by irradiating the ends with a laser beam to form respective melted portions.
  • a laser welding apparatus is disclosed, comprising a joining means for joining the melting welds formed at the ends of the respective electrical conductors of the book.
  • a laser welding device is a laser welding device that joins a first electrical conductor and a second electrical conductor arranged adjacent to the first electrical conductor to each other by laser welding.
  • a laser head for emitting a laser beam; and splitting the laser beam emitted from the laser head into a first laser beam directed toward the first electrical conductor and a second laser beam directed toward the second electrical conductor.
  • An optical element, a first relative position that is an emission position of the first laser beam with respect to the first electrical conductor, and a second relative position that is an emission position of the second laser beam with respect to the second electrical conductor are changed.
  • An output position changing unit and a control unit that controls the operation of the output position changing unit are provided.
  • a laser welding method is a laser welding method for joining a first electrical conductor and a second electrical conductor arranged adjacent to the first electrical conductor by laser welding. splitting, by an optical element, a laser beam emitted from a laser head into a first laser beam directed toward the first electrical conductor and a second laser beam directed toward the second electrical conductor; changing a first relative position, which is the emission position of the first laser beam with respect to the conductor, and a second relative position, which is the emission position of the second laser beam with respect to the second electrical conductor.
  • a method for manufacturing a rotating electric machine is a method for manufacturing a rotating electric machine including a stator, wherein a first electric conductor and a second electric conductor are inserted through slots provided in a stator core of the stator. a step of splitting a laser beam emitted from a laser head into a first laser beam directed toward the first electrical conductor and a second laser beam directed toward the second electrical conductor by an optical element; changing a first relative position, which is the emission position of the first laser beam with respect to one electrical conductor, and a second relative position, which is the emission position of the second laser beam with respect to the second electrical conductor; joining the electrical conductor and the second electrical conductor together by laser welding to form a coil.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a plurality of electrical conductors in the stator of the rotary electric machine; It is a figure explaining the procedure which joins the edge part of a 1st electrical conductor and a 2nd electrical conductor.
  • FIG. 4 is a side view showing a state in which a laser beam is emitted to the end of an electrical conductor;
  • FIG. 4 is a side view showing the branch pitch of laser beams when the position of the optical element is changed;
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position of an optical element and the branch pitch of a laser beam; 3A and 3B are a plan view and a side view showing the relationship between the position of an optical element and the branch position of a laser beam with respect to an electrical conductor; FIG. FIG. 4A is a plan view and a side view showing branching positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the angle of the optical element is changed; FIG. 4A is a plan view and a side view showing branching positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the incident position of the laser beam with respect to the optical element is changed; FIG.
  • FIG. 4A is a plan view and a side view showing branch positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the emission position of the laser beam with respect to the optical element is changed;
  • FIG. 4A is a plan view and a side view showing a scanning shape of a laser beam on an electrical conductor;
  • FIG. 8A is a plan view and a side view showing branching positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the emission position of the laser beam with respect to the optical element and the position of the optical element are changed at the same time;
  • FIG. 8A is a plan view and a side view showing branching positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the emission position of the laser beam with respect to the optical element and the position of the optical element are changed at the same time;
  • FIG. 4A is a plan view and a side view showing branch positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the emission position of the laser beam with respect to the optical element and the position of the optical element are changed at the
  • FIG. 4A is a plan view and a side view showing a scanning shape of a laser beam on an electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a plan view showing another scanning geometry of the laser beam on the electrical conductor;
  • FIG. 4 is a
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of a laser welding device according to Embodiment 2; 3A and 3B are a plan view and a side view showing the relationship between the position of an optical element and the branch position of a laser beam with respect to an electrical conductor; FIG. FIG. 4A is a plan view and a side view showing branching positions of a laser beam with respect to an electrical conductor when the angle of the optical element and the position of the optical element are changed;
  • Patent Document 1 After a molten pool is formed at the end of a first electrical conductor, a molten pool is formed at the end of a second electrical conductor to fuse the molten pools. . Therefore, there is a problem that the welding time becomes long as a whole. In addition, since one molten pool that has once solidified is brought into contact with the other molten pool, there is a risk that spatter will occur during bonding, resulting in deterioration in welding quality, or a gap in the bonding portion, resulting in a decrease in bonding strength.
  • the welding time is shortened by irradiating the ends of two electrical conductors with laser beams from two laser heads and simultaneously melting and joining the ends of the electrical conductors. I'm trying However, in the invention of Patent Document 2, it is necessary to provide two laser heads, which poses a problem of increased cost.
  • the present disclosure has been made in view of this point, and an object of the present disclosure is to enable simultaneous emission of laser beams to the ends of a first electrical conductor and a second electrical conductor using a single laser head. to do.
  • the laser welding device 1 emits a laser beam LB to the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 .
  • the ends of the first electrical conductor 11 and the ends of the second electrical conductor 12 are joined together by laser welding.
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are, for example, the coils 17 of the stator 15 of the rotating electrical machine 10 .
  • the laser welding device 1 manufactures the rotating electric machine 10 by laser-welding the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 .
  • the rotary electric machine 10 of this embodiment can be applied to, for example, a motor for driving a vehicle, a generator, and the like.
  • the rotating electric machine 10 has a stator 15 and a rotor (not shown).
  • the stator 15 has a stator core 16 and coils 17 .
  • Stator core 16 is formed in a cylindrical shape.
  • the rotor is arranged inside the stator core 16 .
  • a plurality of slots 18 are provided in the stator core 16 .
  • the slot 18 extends axially therethrough.
  • a plurality of slots 18 are provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the coil 17 is inserted through the slot 18.
  • the coil 17 is configured by bundling a plurality of electrical conductors made of copper, for example.
  • the coil 17 has a first electrical conductor 11 and a second electrical conductor 12 .
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are arranged adjacent to each other. An end of the first electrical conductor 11 and an end of the second electrical conductor 12 protrude from the slot 18 .
  • the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 have, for example, end face shapes with a thickness of 2 mm and an end face width of 4 mm. Also, the gap between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 is, for example, about 0.2 to 0.5 mm.
  • first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are covered with a coating of resin or the like over the entire surface. 12 is removed from the cover.
  • the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 do not necessarily have to be in contact with each other, and need only be close to each other with a slight gap. That is, at the start of laser emission, it is necessary to apply an external force to the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 using some mechanism so that they are in close contact with each other. There is no
  • the laser welding device 1 includes a laser oscillator 20, a laser head 25, an optical element 30, an emission position changing section 35, and a control section 40.
  • a laser oscillator 20 emits a laser beam LB.
  • the output of the laser oscillator 20 is, for example, 3 kW.
  • a laser beam LB emitted from the laser oscillator 20 is transmitted to the laser head 25 via the transmission fiber 21 .
  • the transmission fiber 21 is, for example, a single mode fiber with a beam diameter of ⁇ 50 ⁇ m.
  • the laser head 25 has a galvanomirror 26 and an f ⁇ lens 27 .
  • the galvanomirror 26 controls the traveling direction of the laser beam LB emitted from the laser oscillator 20 by changing the mirror angle.
  • the galvanomirror 26 is composed of two mirrors for the X-axis and the Y-axis, but since the drawing is complicated, only one mirror will be illustrated and explained.
  • the f ⁇ lens 27 converges the laser beam LB reflected by the galvanomirror 26 .
  • An optical element 30 is arranged between the f ⁇ lens 27 of the laser head 25 and the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 .
  • the optical element 30 splits the laser beam LB emitted from the laser head 25 into a first laser beam LB1 and a second laser beam LB2.
  • the branching angle at this time is determined by the design of the optical element 30 .
  • the optical element 30 is composed of, for example, a DOE (diffractive optical element). If the laser beam LB is simply split, the optical element 30 may be composed of a triangular prism. However, when a triangular prism is used as an optical element, the place of installation, the range of use, etc. are limited. That is, high accuracy is required for the incident position and incident angle of the laser beam to the triangular prism, and control of the emission position of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 and the cross-sectional shape of the laser beam on the irradiation surface is required. From this point of view, it is preferable to use a DOE (diffractive optical element).
  • DOE diffractive optical element
  • the first laser beam LB1 is emitted to the end of the first electrical conductor 11. As shown in FIG. A part of the first electrical conductor 11 is melted to form the first melted portion 5 . A second laser beam LB2 is emitted to the end of the second electrical conductor 12 . A second melted portion 6 is formed by partially melting the second electrical conductor 12 .
  • the melting ranges of the first melting portion 5 and the second melting portion 6 are enlarged.
  • the first fusion zone 5 and the second fusion zone 6 are connected to form one joint 7 .
  • the controller 40 has a laser head controller 41 and an optical element controller 42 .
  • a laser head controller 41 controls the operation of the laser head 25 .
  • the laser head control unit 41 changes the emission position of the laser beam LB with respect to the optical element 30 by changing the angle of the galvanomirror 26 .
  • the optical element control section 42 controls the operation of the output position changing section 35 to change the position of the optical element 30 . Specifically, the optical element control section 42 controls the operations of the distance changing section 31 and the angle changing section 32 .
  • the emission position changing unit 35 changes the emission position (first relative position) of the first laser beam LB1 with respect to the first electrical conductor 11 and the emission position (second relative position) of the second laser beam LB2 with respect to the second electrical conductor 12. to change While the laser head 25 is emitting a laser beam, the control unit 40 changes the emission position of the first laser beam LB1 and the emission position of the second laser beam LB2 with respect to the second electrical conductor 12. You may control the operation
  • the emission position changing section 35 includes the galvanomirror 26, the distance changing section 31, and the angle changing section 32.
  • the galvanomirror 26 changes the emission position of the first laser beam LB1 with respect to the first electrical conductor 11 and the emission position of the second laser beam LB2 with respect to the second electrical conductor 12. change the position and
  • the distance changer 31 moves the optical element 30 along the optical axis direction (Z-axis direction) of the laser beam LB.
  • the distance changer 31 changes the distance between the optical element 30 and the ends of the first electrical conductor 11 and the ends of the second electrical conductor 12 .
  • the distance changer 31 is, for example, an actuator that holds the optical element 30 and moves the optical element 30 along the optical axis direction.
  • the optical element 30 is moved in the Z-axis direction, and the distances between the optical element 30 and the ends of the first electrical conductor 11 and the ends of the second electrical conductor 12 are changed. D1.
  • the first laser beam LB1 is emitted to substantially the center position of the first electrical conductor 11 in the X-axis direction.
  • the second laser beam LB2 is emitted to the substantially central position of the second electrical conductor 12 in the X-axis direction.
  • P1 be the branching pitch between the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2.
  • the optical element 30 is moved in the Z-axis direction, and the distance between the optical element 30 and the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 is changed to D2 ( D2 ⁇ D1).
  • the first laser beam LB1 is emitted to a position near the right end of the first electrical conductor 11 in the X-axis direction.
  • the second laser beam LB2 is emitted to a position near the left end of the second electrical conductor 12 in the X-axis direction.
  • the branching pitch between the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 is P2, P2 ⁇ P1.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the position of the optical element and the branch pitch of the laser beam. As shown in FIG. 6, the greater the distance between the optical element 30 and the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12, the greater the branching pitch of the laser beam LB.
  • the distance changer 31 changes the distance between the optical element 30 and the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 , thereby changing the distance between the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 .
  • the emission position of the first laser beam LB1 and the emission position of the second laser beam LB2 with respect to the second electrical conductor 12 are changed.
  • the angle changing unit 32 changes the angle of the optical element 30 by rotating the optical element 30 in the circumferential direction around the optical axis direction of the laser beam LB.
  • the angle changer 32 is, for example, a rotary motor that holds the optical element 30 and rotates the optical element 30 around the optical axis direction.
  • the laser beam LB incident on the optical element 30 is a first laser beam LB1 directed in the -X direction in FIG. and a second laser beam LB2 directed in the direction.
  • the first laser beam LB1 is emitted to the center position of the first electrical conductor 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the second laser beam LB2 is emitted to the central position of the second electrical conductor 12 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the first laser beam LB1 is emitted to the upper right corner of the first electrical conductor 11.
  • the second laser beam LB2 is emitted to the lower left corner of the second electrical conductor 12 .
  • the angle changer 32 changes the angle of the optical element 30 to change the emission position of the first laser beam LB1 with respect to the first electrical conductor 11 and the emission position of the second laser beam LB2 with respect to the second electrical conductor 12. change the position and
  • the laser beam LB when the laser beam LB is incident on the center position of the optical element 30, it splits into a first laser beam LB1 and a second laser beam LB2. Each is emitted to the center position of the conductor 12 .
  • the first laser beam LB1 is branched. and the second laser beam LB2 are emitted to the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12, respectively, at positions moved in the -Y direction while the branch pitch remains constant.
  • the mirror angle of the galvanomirror 26 is changed and the laser beam LB is incident on the position moved in the -X direction from the center position of the X-axis direction of the optical element 30,
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted to the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12, respectively, at positions moved in the -X direction while the branch pitch remains constant.
  • the first laser beam LB1 moves along the first spiral trajectory.
  • the second laser beam LB2 moves along the second spiral trajectory.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 becomes a spiral shape.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are scanned over a wide range in a desired scanning shape at the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12. can be emitted to
  • the laser beam LB when the laser beam LB is incident on the center position of the optical element 30, it splits into a first laser beam LB1 and a second laser beam LB2. Each is emitted to the center position of the conductor 12 .
  • the mirror angle of the galvanomirror 26 is changed, and the laser beam LB is made incident on a position moved from the center position of the optical element 30 in the -Y direction. Further, the position of the optical element 30 is moved upward by the distance changer 31 .
  • the branched first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted to the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12, respectively, at positions moved in the -Y direction as the branch pitch increases. be done.
  • the emission position of the first laser beam LB1 moves in the -X and -Y directions.
  • the emission position of the second laser beam LB2 moves in the +X direction and the -Y direction.
  • the mirror angle of the galvanomirror 26 is changed, and the laser beam LB is made incident on the position moved in the +Y direction from the center position of the optical element 30 .
  • the distance changer 31 is not operated. That is, the position of the optical element 30 is the same as the position in FIG.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted to the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 at positions moved in the +Y direction with the same branch pitch.
  • the first laser beam The beam LB1 moves along a first elliptical trajectory
  • the second laser beam LB2 moves along a second elliptical trajectory.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 becomes an elliptical shape.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the scanning shape of the second laser beam LB2 are symmetrical across the gap between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 .
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be varied.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are moved.
  • the scanning shape of the beam LB1 and the second laser beam LB2 may be spiral.
  • the spiral laser scanning speed may be, for example, 300 to 500 mm/s.
  • the branching pitch between the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be set to 2 mm, for example.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are moved from a position near the -Y direction toward the +Y direction in a spiral locus. It should be made to move along. As a result, the melted portions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 become one melted mass, and the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are joined together.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be moved along a spiral trajectory while the distance between the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 is reduced.
  • the first laser beam LB1 is moved from a position near the -Y direction toward the +Y direction along a spiral trajectory and moved along a position near the +X direction.
  • the second laser beam LB2 is moved along a spiral trajectory from a position closer to the -Y direction toward the +Y direction, and is moved along a position closer to the -X direction.
  • processing can be performed while heat is collected between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12, and welding quality can be improved.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the scanning shape of the second laser beam LB2 are symmetrical across the gap between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12.
  • the first laser beam LB1 may have a helical shape by moving the first laser beam LB1 along a spiral trajectory from a position near the +Y direction toward the -Y direction.
  • the first laser beam LB1 spirally rotates counterclockwise.
  • the second laser beam LB2 may be formed into a spiral shape by moving the second laser beam LB2 along a spiral trajectory from a position near the +Y direction toward the -Y direction.
  • the second laser beam LB2 spirally rotates clockwise.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be elliptical.
  • the first laser beam LB1 is emitted in an elliptical shape outward from the center position in the Y-axis direction at a position closer to the +X direction, and the ellipse radius gradually increases.
  • the second laser beam LB2 is emitted in an elliptical shape toward the outside from the center position in the Y-axis direction at a position closer to the -X direction, so that the ellipse radius gradually increases.
  • the elliptical laser scanning speed may be, for example, 300 to 500 mm/s.
  • the first laser beam LB1 is emitted in an elliptical shape toward the inside from the center position in the Y-axis direction at a position near the -X direction, and the elliptical radius gradually increases.
  • the second laser beam LB2 may be emitted in an elliptical shape toward the inside from the center position in the Y-axis direction at a position closer to the +X direction, and the elliptical radius may gradually increase.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 overlap in the gap between the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12. As shown in FIG.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be a spiral shape.
  • the first laser beam LB1 spirals from the center position in the Y-axis direction toward the center in the X-axis direction and the Y-axis direction of the first electrical conductor 11 at a position closer to the +X direction. emitted.
  • the second laser beam LB2 is emitted in a spiral shape from the center position in the Y-axis direction toward the center in the X-axis direction and the Y-axis direction at a position closer to the +X direction.
  • the scanning shape of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 described above is merely an example, and other scanning shapes may be used.
  • the laser welding device 1 includes a laser head 25, a control section 40, a detection section 51, and a stage 50. Note that the laser oscillator 20, the optical element 30, the emission position changing unit 35, and the like are omitted in FIG.
  • a stator 15 is installed on the stage 50 .
  • the stage 50 rotates the stator 15 in the circumferential direction.
  • a plurality of first electrical conductors 11 and second electrical conductors 12 are arranged on the stator 15 at intervals in the circumferential direction.
  • the laser head 25 laser-welds the ends of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 to each other.
  • a detector 51 is provided downstream of the laser head 25 in the rotation direction of the stage 50 .
  • the detection unit 51 detects the positional relationship between the end of the first electrical conductor 11 and the end of the second electrical conductor 12 .
  • a detection result of the detection unit 51 is sent to the control unit 40 . After that, by rotating the stage 50 , the inspected first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 are transported to the laser emission position of the laser head 25 .
  • the detection unit 51 detects the positions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12 to be inspected next.
  • the detection unit 51 is, for example, an image sensor.
  • the controller 40 has a laser head controller 41 , an optical element controller 42 , and a positional deviation amount calculator 43 .
  • the positional deviation calculation unit 43 calculates the relative positional deviation of the end of the second electrical conductor 12 with respect to the end of the first electrical conductor 11 based on the detection result of the detection unit 51 .
  • the control unit 40 changes the emission positions of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 by controlling the operation of the emission position changing unit 35 based on the calculation result of the positional deviation amount calculation unit 43.
  • the first laser beam LB1 is positioned at a position shifted in the +Y direction from the center position of the first electrical conductor 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction. emitted to Also, the second laser beam LB2 is emitted to a position shifted in the -Y direction from the central position of the first electrical conductor 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • control unit 40 controls the operation of the emission position changing unit 35 so that the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted to the center positions of the first electrical conductor 11 and the second electrical conductor 12. Correct the exit position as follows.
  • the angle changer 32 rotates the optical element 30 in the circumferential direction to rotate the emission positions of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2. Further, the branch pitch of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 is increased by moving the optical element 30 upward using the distance changing unit 31 (see FIG. 1).
  • the optical element 30 is of a type that is simply bifurcated, but it is not limited to this form.
  • an optical element that branches into a ring shape or a shape with concentric point branches added around the main laser beam that has been branched into two may be used.
  • the laser beam emitted from the laser head is split into the first laser beam and the second laser beam by the optical element.
  • the emission position changer changes the emission position of the first laser beam with respect to the first electrical conductor and the emission position of the second laser beam with respect to the second electrical conductor.
  • a single laser head can be used to simultaneously emit a laser beam to the ends of the first electrical conductor and the second electrical conductor.
  • the ends of the first electrical conductor and the second electrical conductor can be melted and joined at the same time, shortening the welding time, improving the melting quality, and reducing the cost of the laser welding apparatus.
  • one laser head can be used to simultaneously emit a laser beam to the ends of the first electrical conductor and the second electrical conductor.
  • a single laser head can be used to simultaneously emit laser beams to the ends of the first electrical conductor and the second electrical conductor, which is highly practical. Therefore, it is extremely useful and has high industrial applicability.

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Abstract

レーザ溶接装置は、第１電気導体と、前記第１電気導体に隣り合うように配置された第２電気導体とを、レーザ溶接によって互いに接合する。レーザ溶接装置は、レーザビームを出射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドから出射された前記レーザビームを、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる光学素子と、前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する出射位置変更部と、前記出射位置変更部の動作を制御する制御部と、を備える。

Description

レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び回転電機の製造方法
　本開示は、レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び回転電機の製造方法に関するものである。
　特許文献１には、第１及び第２の電気導体（平角線）の端部同士を突き合わせ、第１及び第２の電気導体の端面にレーザビームを照射することで、端部側面同士を溶接するようにしたレーザ溶接方法が開示されている。
　ここで、特許文献１のレーザ溶接方法では、第１の電気導体の端面内において、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くことで、溶融池を端部側面同士の突き合わせ面に到達させるようにしている。
　また、特許文献２には、２本の電気導体の端部にそれぞれレーザ光を照射して、溶融部をそれぞれ形成するように端部を別々に溶融させるレーザヘッド（レーザ照射手段）と、２本の電気導体の端部にそれぞれ形成された溶融中の溶融部同士を結合させる結合手段と、を備えるレーザ溶接装置が開示されている。
特開２０１８－２０３４０号公報 特開２０２０－１４２２５７号公報
　本開示の一態様に係るレーザ溶接装置は、第１電気導体と、前記第１電気導体に隣り合うように配置された第２電気導体とを、レーザ溶接によって互いに接合するレーザ溶接装置であって、レーザビームを出射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドから出射された前記レーザビームを、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる光学素子と、前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する出射位置変更部と、前記出射位置変更部の動作を制御する制御部と、を備える。
　本開示の一態様に係るレーザ溶接方法は、第１電気導体と、前記第１電気導体に隣り合うように配置された第２電気導体とを、レーザ溶接によって互いに接合するレーザ溶接方法であって、レーザヘッドから出射されたレーザビームを、光学素子によって、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる工程と、前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する工程と、を備える。
　本開示の一態様に係る回転電機の製造方法は、ステータを備えた回転電機の製造方法であって、前記ステータのステータコアに設けられたスロットに、第１電気導体及び第２電気導体を挿通する工程と、レーザヘッドから出射されたレーザビームを、光学素子によって、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる工程と、前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する工程と、前記第１電気導体及び前記第２電気導体をレーザ溶接によって互いに接合することで、コイルを形成する工程と、を備える。
本実施形態１に係るレーザ溶接装置の構成を示す側面図である。 回転電機のステータにおける複数の電気導体の構成を示す斜視図である。 第１電気導体及び第２電気導体の端部同士を接合する手順を説明する図である。 電気導体の端部にレーザビームを出射した状態を示す側面図である。 光学素子の位置を変更したときのレーザビームの分岐ピッチを示す側面図である。 光学素子の位置とレーザビームの分岐ピッチとの関係を示すグラフ図である。 光学素子の位置と電気導体に対するレーザビームの分岐位置との関係を示す平面図及び側面図である。 光学素子の角度を変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。 光学素子に対するレーザビームの入射位置を変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。 光学素子に対するレーザビームの出射位置を変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。 電気導体におけるレーザビームの走査形状を示す平面図及び側面図である。 光学素子に対するレーザビームの出射位置と、光学素子の位置とを同時に変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。 光学素子に対するレーザビームの出射位置と、光学素子の位置とを同時に変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。 電気導体におけるレーザビームの走査形状を示す平面図及び側面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 電気導体におけるレーザビームの別の走査形状を示す平面図である。 本実施形態２に係るレーザ溶接装置の構成を示す平面図である。 光学素子の位置と電気導体に対するレーザビームの分岐位置との関係を示す平面図及び側面図である。 光学素子の角度と光学素子の位置とを変更したときの、電気導体に対するレーザビームの分岐位置を示す平面図及び側面図である。
　特許文献１の発明では、第１の電気導体の端部に溶融池を形成した後、第２の電気導体の端部に溶融池を形成することで、溶融池同士を融合させるようにしている。そのため、全体として溶接時間が長くなるという問題がある。また、一旦固化した一方の溶融池に、他方の溶融池を接触させるため、接合時にスパッタが発生して溶接品質が低下したり、接合部に空隙が生じて接合強度が低下するおそれがある。
　また、特許文献２の発明では、２つのレーザヘッドから２本の電気導体の端部にそれぞれレーザビームを照射し、電気導体の端部を同時に溶融して接合することで、溶接時間を短縮するようにしている。しかしながら、特許文献２の発明では、２つのレーザヘッドを設ける必要があり、コストが増大するという問題がある。
　本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つのレーザヘッドを用いて、第１電気導体及び第２電気導体の端部に対して同時にレーザビームを出射できるようにすることにある。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本開示が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にする為、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
　《実施形態１》
　図１に示すように、レーザ溶接装置１は、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部に対してレーザビームＬＢを出射する。第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、レーザ溶接によって互いに接合される。第１電気導体１１及び第２電気導体１２は、例えば、回転電機１０のステータ１５のコイル１７である。レーザ溶接装置１は、第１電気導体１１及び第２電気導体１２をレーザ溶接することで、回転電機１０を製造する。本実施形態の回転電機１０は、例えば、車両駆動用のモータや、発電機等に適用が可能である。
　図２に示すように、回転電機１０は、ステータ１５と、図示しないロータと、を有する。ステータ１５は、ステータコア１６と、コイル１７と、を有する。ステータコア１６は、円筒状に形成される。ロータは、ステータコア１６の内側に配置される。ステータコア１６には、複数のスロット１８が設けられる。スロット１８は、軸方向に貫通する。スロット１８は、周方向に等間隔に複数設けられる。
　コイル１７は、スロット１８に挿通される。コイル１７は、例えば、銅で形成された複数の電気導体を束ねて構成される。コイル１７は、第１電気導体１１と、第２電気導体１２と、を有する。第１電気導体１１と第２電気導体１２とは、互いに隣り合うように配置される。第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、スロット１８から突出している。
　第１電気導体１１及び第２電気導体１２は、例えば、厚さ２ｍｍ、端面幅４ｍｍの端面形状を有する。また、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間は、例えば、０．２～０．５ｍｍ程度である。
　通常、第１電気導体１１及び第２電気導体１２には、樹脂等の被覆部が全面に存在しているが、レーザ溶接時には、第１電気導体１１の端部の被覆部及び第２電気導体１２の端部の被覆部を除去した状態とする。
　なお、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部同士は、必ずしも接触している必要は無く、わずかに隙間をあけて近接しているだけでよい。すなわち、レーザ出射開始時において、何らかの機構を用いて、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部に外力を付与する等して、互いに密着させた状態で突き合わせておく必要は無い。
　図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２０と、レーザヘッド２５と、光学素子３０と、出射位置変更部３５と、制御部４０と、を備える。
　レーザ発振器２０は、レーザビームＬＢを出射する。レーザ発振器２０の出力は、例えば、３ｋＷである。
　レーザ発振器２０から出射されたレーザビームＬＢは、伝送ファイバ２１を介してレーザヘッド２５に伝送される。伝送ファイバ２１は、例えば、ビーム径φ５０μｍのシングルモードファイバである。
　レーザヘッド２５は、ガルバノミラー２６と、ｆθレンズ２７と、を有する。ガルバノミラー２６は、ミラー角度を変更することで、レーザ発振器２０から出射されたレーザビームＬＢの進行方向を制御する。なお、一般的に、ガルバノミラー２６はＸ軸用とＹ軸用の２枚のミラーで構成されるが、図が複雑となるため、１枚のみを図示して説明する。
　ｆθレンズ２７は、ガルバノミラー２６で反射されたレーザビームＬＢを集光する。レーザヘッド２５のｆθレンズ２７と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間には、光学素子３０が配置される。
　光学素子３０は、レーザヘッド２５から出射されたレーザビームＬＢを、第１レーザビームＬＢ１と、第２レーザビームＬＢ２とに分岐させる。このときに分岐される角度は、光学素子３０の設計によって決定される。
　光学素子３０は、例えば、ＤＯＥ（回折光学素子）で構成される。なお、レーザビームＬＢを単純に分岐させるだけであれば、光学素子３０を三角プリズムで構成してもよい。但し、光学素子として三角プリズムを用いる場合は、設置箇所、使用範囲などが制限される。即ち、三角プリズムへのレーザビームの入射位置や入射角度等について高い精度が求められることや、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射位置や照射面でのレーザビームの断面形状の制御の面から、ＤＯＥ（回折光学素子）を用いることが好ましい。
　図３に示すように、第１レーザビームＬＢ１は、第１電気導体１１の端部に出射される。第１電気導体１１の一部が溶融することで、第１溶融部５が形成される。第２レーザビームＬＢ２は、第２電気導体１２の端部に出射される。第２電気導体１２の一部が溶融することで、第２溶融部６が形成される。
　第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射を継続すると、第１溶融部５及び第２溶融部６の溶融範囲が大きくなる。第１溶融部５及び第２溶融部６は、互いに繋がって１つの接合部７となる。
　第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射を停止して、接合部７を固化させると、第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部とは、完全に接合された状態となる。
　図１に示すように、制御部４０は、レーザヘッド制御部４１と、光学素子制御部４２と、を有する。レーザヘッド制御部４１は、レーザヘッド２５の動作を制御する。具体的に、レーザヘッド制御部４１は、ガルバノミラー２６の角度を変更することで、光学素子３０に対するレーザビームＬＢの出射位置を変更する。
　光学素子制御部４２は、出射位置変更部３５の動作を制御して、光学素子３０の位置を変更する。具体的に、光学素子制御部４２は、距離変更部３１と、角度変更部３２との動作を制御する。
　出射位置変更部３５は、第１電気導体１１に対する第１レーザビームＬＢ１の出射位置（第１相対位置）と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の出射位置（第２相対位置）とを変更する。制御部４０は、レーザヘッド２５がレーザビームを出射している間に、第１レーザビームＬＢ１の出射位置と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の出射位置とを変更するように、出射位置変更部３５の動作を制御してもよい。
　具体的に、出射位置変更部３５は、ガルバノミラー２６と、距離変更部３１と、角度変更部３２と、を含む。
　ガルバノミラー２６は、光学素子３０に対するレーザビームＬＢの出射位置を変更することで、第１電気導体１１に対する第１レーザビームＬＢ１の出射位置と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の出射位置とを変更する。
　距離変更部３１は、レーザビームＬＢの光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って光学素子３０を移動させる。距離変更部３１は、光学素子３０と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間の距離を変更する。距離変更部３１は、例えば、光学素子３０を保持し、光学素子３０を光軸方向に沿って移動するアクチュエータである。
　具体的に、図４に示すように、光学素子３０をＺ軸方向に移動させ、光学素子３０と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間の距離をＤ１とする。この場合、第１電気導体１１におけるＸ軸方向の略中央位置に第１レーザビームＬＢ１が出射される。また、第２電気導体１２におけるＸ軸方向の略中央位置に第２レーザビームＬＢ２が出射される。ここで、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２との分岐ピッチをＰ１とする。
　一方、図５に示すように、光学素子３０をＺ軸方向に移動させ、光学素子３０と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間の距離をＤ２（Ｄ２＜Ｄ１）とする。この場合、第１電気導体１１におけるＸ軸方向の右端寄りの位置に第１レーザビームＬＢ１が出射される。また、第２電気導体１２におけるＸ軸方向の左端寄りの位置に第２レーザビームＬＢ２が出射される。ここで、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２との分岐ピッチをＰ２とすると、Ｐ２＜Ｐ１となる。
　図６は、光学素子の位置とレーザビームの分岐ピッチとの関係を示すグラフ図である。図６に示すように、光学素子３０と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間の距離が大きくなるほど、レーザビームＬＢの分岐ピッチが大きくなる。
　このように、距離変更部３１は、光学素子３０と、第１電気導体１１の端部及び第２電気導体１２の端部との間の距離を変更することで、第１電気導体１１に対する第１レーザビームＬＢ１の出射位置と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の出射位置とを変更する。
　角度変更部３２は、レーザビームＬＢの光軸方向まわりに、光学素子３０を周方向に回転させることで、光学素子３０の角度を変更する。角度変更部３２は、例えば、光学素子３０を保持し、光軸方向まわりに光学素子３０を回転する回転モーターである。
　具体的に、図７に示すように、光学素子３０を回転させていない初期状態では、光学素子３０に入射したレーザビームＬＢは、図７で－Ｘ方向に向かう第１レーザビームＬＢ１と、＋Ｘ方向に向かう第２レーザビームＬＢ２とに分岐する。第１レーザビームＬＢ１は、第１電気導体１１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の中心位置に出射される。また、第２レーザビームＬＢ２は、第２電気導体１２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の中心位置に出射される。
　一方、図８に示すように、光学素子３０を周方向に所定角度θ（図８の例では４５°）だけ回転させると、光学素子３０の特性上、分岐された第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２についても、分岐ピッチが変化することなく、光軸を中心に回転する。
　図８に示す例では、第１レーザビームＬＢ１は、第１電気導体１１における右上隅部に出射される。また、第２レーザビームＬＢ２は、第２電気導体１２における左下隅部に出射される。
　このように、角度変更部３２は、光学素子３０の角度を変更することで、第１電気導体１１に対する第１レーザビームＬＢ１の出射位置と、第２電気導体１２に対する第２レーザビームＬＢ２の出射位置とを変更する。
　次に、ガルバノミラー２６のミラー角度のみを変更して、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射位置を所定の軌跡に沿って移動させる手順について説明する。
　まず、図７に示すように、光学素子３０の中心位置にレーザビームＬＢを入射すると、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とに分岐した後で、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の中心位置にそれぞれ出射される。
　次に、図９に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度を変更して、光学素子３０の中心位置から－Ｙ方向に移動した位置にレーザビームＬＢを入射すると、分岐した第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２は、分岐ピッチは一定のままで、－Ｙ方向に移動した位置において、第１電気導体１１及び第２電気導体１２に対してそれぞれ出射される。
　次に、図１０に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度を変更して、光学素子３０のＸ軸方向の中央位置から－Ｘ方向に移動した位置にレーザビームＬＢを入射すると、分岐した第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２は、分岐ピッチは一定のままで、－Ｘ方向に移動した位置において、第１電気導体１１及び第２電気導体１２に対してそれぞれ出射される。
　図１１に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度を順次変更して、レーザビームＬＢを渦巻き状の軌跡に沿って移動させると、第１レーザビームＬＢ１が渦巻き状の第１軌跡に沿って移動し、第２レーザビームＬＢ２が渦巻き状の第２軌跡に沿って移動する。これにより、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状が渦巻き形状となる。
　このように、ガルバノミラー２６の動作を制御することで、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部において、所望の走査形状で、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を広範囲に出射することができる。
　次に、ガルバノミラー２６の動作と、距離変更部３１の動作とを連携させた場合の、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状について説明する。
　まず、図７に示すように、光学素子３０の中心位置にレーザビームＬＢを入射すると、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とに分岐した後で、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の中心位置にそれぞれ出射される。
　次に、図１２に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度を変更して、光学素子３０の中心位置から－Ｙ方向に移動した位置にレーザビームＬＢを入射する。さらに、距離変更部３１によって光学素子３０の位置を上方向に移動させる。
　これにより、分岐した第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２は、分岐ピッチが大きくなるとともに、－Ｙ方向に移動した位置において、第１電気導体１１及び第２電気導体１２に対してそれぞれ出射される。
　つまり、第１レーザビームＬＢ１の出射位置は、－Ｘ方向及び－Ｙ方向に移動する。第２レーザビームＬＢ２の出射位置は、＋Ｘ方向及び－Ｙ方向に移動する。
　次に、図１３に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度を変更して、光学素子３０の中心位置から＋Ｙ方向に移動した位置にレーザビームＬＢを入射する。このとき、距離変更部３１は動作させない。つまり、光学素子３０の位置は、図１２の位置と同じである。これにより、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２は、分岐ピッチが同じ状態で、＋Ｙ方向に移動した位置において、第１電気導体１１及び第２電気導体１２に対してそれぞれ出射される。
　図１４に示すように、ガルバノミラー２６のミラー角度と、距離変更部３１による光学素子３０の位置とを順次変更して、レーザビームＬＢを楕円状の軌跡に沿って移動させると、第１レーザビームＬＢ１が楕円状の第１軌跡に沿って移動し、第２レーザビームＬＢ２が楕円状の第２軌跡に沿って移動する。これにより、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状が楕円形状となる。
　このとき、第１レーザビームＬＢ１の走査形状と、第２レーザビームＬＢ２の走査形状とは、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間を挟んで対称な形状となっている。
　なお、ガルバノミラー２６の動作と、距離変更部３１の動作とを連携させることで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状を、様々な形状にすることができる。
　例えば、図１５に示すように、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を、＋Ｙ方向寄りの位置から－Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させることで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状を螺旋形状としてもよい。
　なお、螺旋形状のレーザ走査速度は、例えば、３００～５００ｍｍ／ｓとすればよい。また、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２との分岐ピッチは、例えば、２ｍｍとすればよい。
　このように、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を螺旋状に移動させることにより、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部に対して徐々に熱が蓄積され、－Ｙ方向の端部に到着する時点では、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の溶融部が繋がる程度の状態になる。
　また、図１６に示すように、－Ｙ方向の端部に到着した後、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を、－Ｙ方向寄りの位置から＋Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させるようにすればよい。これにより、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の溶融部が１つの溶融塊となり、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の端部同士が接合される。
　また、図１７に示すように、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２との間隔を小さくした状態で、螺旋状の軌跡に沿って移動させるようにしてもよい。
　具体的に、第１レーザビームＬＢ１を、－Ｙ方向寄りの位置から＋Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させるとともに、＋Ｘ方向寄りの位置に沿って移動させる。一方、第２レーザビームＬＢ２を、－Ｙ方向寄りの位置から＋Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させるとともに、－Ｘ方向寄りの位置に沿って移動させる。
　このようにすれば、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２が、螺旋状に出射される際に、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の間隔が狭くなり、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間において重なり合うこととなる。
　これにより、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の間に熱を集めながら加工することができ、溶接品質を上げることが可能となる。
　また、図１８に示すように、第１レーザビームＬＢ１の走査形状と、第２レーザビームＬＢ２の走査形状とを、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間を挟んで対称な形状としてもよい。
　具体的に、第１レーザビームＬＢ１を、＋Ｙ方向寄りの位置から－Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させることで、第１レーザビームＬＢ１を螺旋形状としてもよい。第１レーザビームＬＢ１は、反時計回り方向に螺旋回転している。
　そして、第２レーザビームＬＢ２を、＋Ｙ方向寄りの位置から－Ｙ方向に向かって、螺旋状の軌跡に沿って移動させることで、第２レーザビームＬＢ２を螺旋形状としてもよい。第２レーザビームＬＢ２は、時計回り方向に螺旋回転している。
　このように、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状をＹ軸対称な形状とすることで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射位置が近づくタイミングを同期させ、より効率的に溶融を進めることができる。
　また、図１９に示すように、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状を楕円形状としてもよい。図１９に示す例では、第１レーザビームＬＢ１は、＋Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置から外側に向かって楕円状に出射され、徐々に楕円半径が大きくなるようにする。第２レーザビームＬＢ２は、－Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置から外側に向かって楕円状に出射され、徐々に楕円半径が大きくなるようにする。
　なお、楕円形状のレーザ走査速度は、例えば、３００～５００ｍｍ／ｓとすればよい。
　また、図２０に示すように、第１レーザビームＬＢ１は、－Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置から内側に向かって楕円状に出射され、徐々に楕円半径が大きくなるようにしてもよい。第２レーザビームＬＢ２は、＋Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置から内側に向かって楕円状に出射され、徐々に楕円半径が大きくなるようにしてもよい。さらに、図２０に示す例では、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を、第１電気導体１１と第２電気導体１２との隙間において重なり合うようにしている。
　また、図２１に示すように、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状を渦巻き形状としてもよい。図２１に示す例では、第１レーザビームＬＢ１は、＋Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置から第１電気導体１１のＸ軸方向及びＹ軸方向に中心部に向かって渦巻き状に出射される。第２レーザビームＬＢ２は、＋Ｘ方向寄りの位置で且つＹ軸方向の中央位置からＸ軸方向及びＹ軸方向の中心部に向かって渦巻き状に出射される。
　なお、上述した第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の走査形状は、あくまでも一例であり、その他の走査形状であってもよい。
　《実施形態２》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
　図２２に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザヘッド２５と、制御部４０と、検知部５１と、ステージ５０と、を備える。なお、図２２では、レーザ発振器２０、光学素子３０、出射位置変更部３５等の記載を省略している。
　ステージ５０には、ステータ１５が設置される。ステージ５０は、ステータ１５を周方向に回転させる。ステータ１５には、第１電気導体１１と、第２電気導体１２とが、周方向に間隔をあけて複数配置される。
　レーザヘッド２５は、第１電気導体１１と第２電気導体１２の端部同士をレーザ溶接する。レーザヘッド２５よりもステージ５０の回転方向の下流側には、検知部５１が設けられる。
　検知部５１は、第１電気導体１１の端部と、第２電気導体１２の端部との位置関係を検知する。検知部５１の検知結果は、制御部４０に送られる。その後、ステージ５０を回転させることで、検査済みの第１電気導体１１及び第２電気導体１２をレーザヘッド２５のレーザ出射位置まで搬送する。検知部５１は、次の検査対象である第１電気導体１１及び第２電気導体１２の位置を検知する。検知部５１は、例えば、イメージセンサである。
　制御部４０は、レーザヘッド制御部４１と、光学素子制御部４２と、位置ずれ量算出部４３と、を有する。
　位置ずれ量算出部４３は、検知部５１の検知結果に基づいて、第１電気導体１１の端部に対する第２電気導体１２の端部の相対的な位置ずれ量を算出する。
　制御部４０は、位置ずれ量算出部４３の算出結果に基づいて、出射位置変更部３５の動作を制御することで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射位置を変更する。
　以下、図２３に示すように、第２電気導体１２のＹ軸方向の位置が、第１電気導体１１に対して＋Ｙ方向に相対的にずれている場合について検討する。
　図２３に示す例において、光学素子３０を回転させていない初期状態では、第１レーザビームＬＢ１は、第１電気導体１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の中心位置よりも＋Ｙ方向にずれた位置に出射される。また、第２レーザビームＬＢ２は、第１電気導体１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の中心位置よりも－Ｙ方向にずれた位置に出射される。
　そのため、制御部４０は、出射位置変更部３５の動作を制御することで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２が、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の中心位置に出射されるように、出射位置を補正する。
　具体的に、図２４に示すように、角度変更部３２（図１参照）によって、光学素子３０を周方向に回転させて第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の出射位置を回転させる。また、距離変更部３１（図１参照）によって、光学素子３０を上方向に移動させることで、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２の分岐ピッチを大きくする。
　これにより、第１電気導体１１に対する第２電気導体１２の相対的な位置がずれている場合であっても、第１レーザビームＬＢ１及び第２レーザビームＬＢ２を、第１電気導体１１及び第２電気導体１２の中心位置に出射して、溶接不良の発生を抑えることができる。
　《その他の実施形態》
　前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
　前記実施形態では、光学素子３０は、単純に二分岐するタイプのものを用いているが、この形態に限定するものではない。例えば、スパッタやブローホールなどの発生をさらに抑制するために、二分岐されたメインのレーザビームの周りに、リング状、又は同心円の点分岐を加えたような形状に分岐する光学素子を用いるようにしてもよい。
　また、スパッタやブローホールを減らす対策の１つとして、加工終端部でレーザ出力を下げるなど、加工中のレーザ出力制御なども行うようにしてもよい。
　なお、光学素子３０の種類を変更する際には、レボルバー式の交換システムを用いるようにしてもよい。これにより、光学素子３０の交換時の位置調整などの手間を軽減することができる。
　本開示では、レーザヘッドから出射されたレーザビームを、光学素子によって、第１レーザビームと、第２レーザビームとに分岐させる。出射位置変更部によって、第１電気導体に対する第１レーザビームの出射位置と、第２電気導体に対する第２レーザビームの出射位置とを変更する。
　このような構成とすれば、１つのレーザヘッドを用いて、第１電気導体及び第２電気導体の端部に対して同時にレーザビームを出射することができる。これにより、第１電気導体及び第２電気導体の端部を同時に溶融及び接合して、溶接時間の短縮化、溶融品質の向上、及びレーザ溶接装置の低コスト化を実現することができる。
　本開示によれば、１つのレーザヘッドを用いて、第１電気導体及び第２電気導体の端部に対して同時にレーザビームを出射することができる。
　以上説明したように、本開示は、１つのレーザヘッドを用いて、第１電気導体及び第２電気導体の端部に対して同時にレーザビームを出射することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
　　１　　レーザ溶接装置
　１１　　第１電気導体
　１２　　第２電気導体
　２５　　レーザヘッド
　２６　　ガルバノミラー
　３０　　光学素子
　３１　　距離変更部
　３２　　角度変更部
　３５　　出射位置変更部
　４０　　制御部
　４３　　位置ずれ量算出部
　５１　　検知部
　ＬＢ　　レーザビーム
　ＬＢ１　第１レーザビーム
　ＬＢ２　第２レーザビーム

Claims (15)

  1. 　第１電気導体と、前記第１電気導体に隣り合うように配置された第２電気導体とを、レーザ溶接によって互いに接合するレーザ溶接装置であって、
    　レーザビームを出射するレーザヘッドと、
    　前記レーザヘッドから出射された前記レーザビームを、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる光学素子と、
    　前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する出射位置変更部と、
    　前記出射位置変更部の動作を制御する制御部と、を備える
    レーザ溶接装置。
  2. 　請求項１のレーザ溶接装置において、
    　前記レーザヘッドは、前記光学素子に対する前記レーザビームの出射位置を変更するガルバノミラーを有し、
    　前記出射位置変更部は、前記ガルバノミラーを含み、
    　前記制御部は、前記ガルバノミラーの角度を変更することで、前記第１相対位置及び前記第２相対位置を変更する
    レーザ溶接装置。
  3. 　請求項１又は２のレーザ溶接装置において、
    　前記レーザビームの光軸方向に沿って前記光学素子を移動させ、前記光学素子と前記第１電気導体の間の第１距離、及び、前記光学素子と前記第２電気導体との間の第２距離を変更する距離変更部を備え、
    　前記出射位置変更部は、前記距離変更部を含み、
    　前記制御部は、前記距離変更部によって前記光学素子の位置を変更することで、前記第１相対位置及び前記第２相対位置を変更する
    レーザ溶接装置。
  4. 　請求項１～３の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記レーザビームの光軸方向まわりに、前記光学素子を周方向に回転させることで、前記光学素子の角度を変更する角度変更部を備え、
    　前記出射位置変更部は、前記角度変更部を含み、
    　前記制御部は、前記角度変更部によって前記光学素子の角度を変更することで、前記第１相対位置及び前記第２相対位置を変更する
    レーザ溶接装置。
  5. 　請求項１～４の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記第１電気導体と、前記第２電気導体との位置関係を検知する検知部と、
    　前記位置関係に基づいて、前記第１電気導体に対する前記第２電気導体の相対的な位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、を備え、
    　前記制御部は、前記位置ずれ量に基づいて、前記出射位置変更部の動作を制御することで、前記第１相対位置及び前記第２相対位置を変更する
    レーザ溶接装置。
  6. 　請求項１～５の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記制御部は、前記出射位置変更部の動作を制御することで、前記出射位置変更部に前記第１レーザビームを所定の第１軌跡に沿って走査させる一方、前記出射位置変更部に前記第２レーザビームを所定の第２軌跡に沿って走査させ、
    　前記第１軌跡は、第１走査形状を有し、前記第２軌跡は、前記第１電気導体と前記第２電気導体との隙間を挟んで前記第１走査形状と対称な第２走査形状を有する
    レーザ溶接装置。
  7. 　請求項１～６の何れか１つのレーザ溶接装置において、
    　前記制御部は、前記レーザヘッドが前記レーザビームを出射している間に、前記第１相対位置と前記第２相対位置とを変更するように前記出射位置変更部の動作を制御する
    　レーザ溶接装置。
  8. 　第１電気導体と、前記第１電気導体に隣り合うように配置された第２電気導体とを、レーザ溶接によって互いに接合するレーザ溶接方法であって、
    　レーザヘッドから出射されたレーザビームを、光学素子によって、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる工程と、
    　前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する工程と、を備える
    レーザ溶接方法。
  9. 　請求項８のレーザ溶接方法において、
    　前記出射位置を変更する工程では、前記レーザヘッドのガルバノミラーの角度を変更して、前記光学素子に対する前記レーザビームの出射位置を変更する
    レーザ溶接方法。
  10. 　請求項８又は９のレーザ溶接方法において、
    　前記出射位置を変更する工程では、前記レーザビームの光軸方向に沿って前記光学素子を移動させ、前記光学素子と前記第１電気導体との間の第１距離、及び前記光学素子と前記第２電気導体との間の第２距離を変更する
    レーザ溶接方法。
  11. 　請求項８～１０の何れか１つのレーザ溶接方法において、
    　前記出射位置を変更する工程では、前記レーザビームの光軸方向まわりに、前記光学素子を周方向に回転させることで、前記光学素子の角度を変更する
    レーザ溶接方法。
  12. 　請求項８～１１の何れか１つのレーザ溶接方法において、
    　前記第１電気導体と、前記第２電気導体との位置関係を検知する工程と、
    　前記位置関係に基づいて、前記第１電気導体に対する前記第２電気導体の相対的な位置ずれ量を算出する工程と、を備え、
    　前記出射位置を変更する工程では、前記位置ずれ量に基づいて、前記第１相対位置及び前記第２相対位置を変更する
    レーザ溶接方法。
  13. 　請求項８～１２の何れか１つのレーザ溶接方法において、
    　前記出射位置を変更する工程では、前記第１レーザビームを所定の第１軌跡に沿って走査させる一方、前記第２レーザビームを所定の第２軌跡に沿って走査させ、
    　前記第１軌跡は、第１の走査形状を有し、前記第２軌跡は、前記第１電気導体と前記第２電気導体との隙間を挟んで前記第１の走査形状と対称な第２走査形状を有する
    レーザ溶接方法。
  14. 　請求項８～１３の何れか１つのレーザ溶接方法において、
    　前記第１相対位置と前記第２相対位置とを変更する工程において、前記レーザヘッドが前記レーザビームを出射している間に、前記第１相対位置と前記第２相対位置とを変更する
    　レーザ溶接方法。
  15. 　ステータを備えた回転電機の製造方法であって、
    　前記ステータのステータコアに設けられたスロットに、第１電気導体及び第２電気導体を挿通する工程と、
    　レーザヘッドから出射されたレーザビームを、光学素子によって、前記第１電気導体に向かう第１レーザビームと、前記第２電気導体に向かう第２レーザビームとに分岐させる工程と、
    　前記第１電気導体に対する前記第１レーザビームの出射位置である第１相対位置と、前記第２電気導体に対する前記第２レーザビームの出射位置である第２相対位置とを変更する工程と、
    　前記第１電気導体及び前記第２電気導体をレーザ溶接によって互いに接合することで、コイルを形成する工程と、を備える
    回転電機の製造方法。
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