特開 2024-108200 レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108200

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/142 20140101AFI20240805BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240805BHJP

   H02K 15/04 20060101ALN20240805BHJP

【ＦＩ】

B23K26/142

B23K26/21 N

H02K15/04 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012430

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000227537

【氏名又は名称】ＮＩＴＴＯＫＵ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121234

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 利明

(72)【発明者】

【氏名】門脇 洸人

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 脩真

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 昌栄

(72)【発明者】

【氏名】村山 太郎

(72)【発明者】

【氏名】繁松 孝

(72)【発明者】

【氏名】安岡 知道

【テーマコード（参考）】

4E168

5H615

【Ｆターム（参考）】

4E168BA21

4E168EA17

4E168FB03

4E168FC01

4E168FC04

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP14

5H615QQ03

5H615QQ06

5H615QQ12

5H615SS16

(57)【要約】

【課題】溶接時に生じる溶接箇所の酸化を防止し、発生する金属蒸気にレーザ光が照射されるようなことを回避する。
【解決手段】レーザ溶接装置は、被溶接物１１を固定する固定手段２２と、レーザヘッド３１から照射されるレーザ光により被溶接物１１の溶接必要箇所１２ａを溶融させるレーザ照射機３０を備える。固定手段は、複数の溶接必要箇所が所定の間隔を開けて直線的に連続するように被溶接物を固定可能に構成され、レーザ照射機はレーザヘッド３１から照射されるレーザ光の照射角度を変化させて直線的に連続する複数の溶接必要箇所を順次溶融させるように構成され、溶接必要箇所に不活性ガスを同時に吹き付ける不活性ガスノズル４１が溶接必要箇所の両側にそれぞれ設けられ、その間に直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿って搬送ガスを吹き出す搬送ガスノズル４３と、そこを通過した搬送ガスを吸引可能なガス吸引ダクト４４とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被溶接物(11)を固定する固定手段(22)と、前記被溶接物(11)の上方にレーザヘッド(31)が取付けられ前記レーザヘッド(31)から照射されるレーザ光により前記被溶接物(11)の溶接必要箇所(12a)を溶融させるレーザ照射機(30)と、を備えたレーザ溶接装置において、
前記固定手段(22)は、複数の溶接必要箇所(12a)が所定の間隔を開けて直線的に連続するように前記被溶接物(11)を固定可能に構成され、
前記レーザ照射機(30)は前記レーザヘッド(31)から照射されるレーザ光の照射角度を変化させて直線的に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)を順次溶融させるように構成され、
直線的に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)の全てに不活性ガスを同時に吹き付ける不活性ガスノズル(41)が設けられた
ことを特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項2】

直線的に連続する複数の溶接必要箇所(12a)の両側に不活性ガスノズル(41)がそれぞれ設けられた請求項１記載のレーザ溶接装置。

【請求項3】

直線的に連続する複数の溶接必要箇所(12a)の両側にそれぞれ設けられた不活性ガスノズル(41)の間に直線的に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)に沿って搬送ガスを吹き出す搬送ガスノズル(43)と、
前記搬送ガスノズル(43)から吹き出されて前記複数の溶接必要箇所(12a)を通過した搬送ガスを吸引可能なガス吸引ダクト(44)と
を更に備えた請求項２記載のレーザ溶接装置。

【請求項4】

搬送ガスノズル(43)から吹き出された搬送ガスを直線的に連続する複数の溶接必要箇所(12a)に沿うように案内する整流板(43a)が前記搬送ガスノズル(43)に設けられた請求項３記載のレーザ溶接装置。

【請求項5】

レーザヘッド(31)のレーザ光発射窓(31a)の近傍において、搬送ガスノズル(43)の吹き出す搬送ガスと平行にエアを吹き出すエアノズル(46)が更に設けられた請求項３記載のレーザ溶接装置。

【請求項6】

固定手段(22)が固定する被溶接物が、ステータコア(13)と、前記ステータコア(13)のスロットに装着されたコイルセグメント(12)を有するステータ(11)であって、溶接必要箇所が前記コイルセグメントの端部(12a)である請求項１ないし５いずれか１項に記載のレーザ溶接装置。

【請求項7】

直線的に連続する複数の溶接必要箇所(12a)にレーザ光を順次照射して溶接するレーザ溶接方法において、
直線的に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)に沿ってガス流を生じさせ、
前記ガス流の下流側から上流側に向かって直線的に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)にレーザ光を順次照射する
ことを特徴とするレーザ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光を照射して溶接するレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、被溶接物における溶接必要箇所を溶接する手段として、レーザ光を照射して溶接するレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーザ溶接装置では、レーザヘッドにおけるレーザ射出口を外筒で覆い、その中に窒素ガスを供給して、その射出口の周囲から窒素ガスを溶接箇所に吹き付け、レーザが照射されて溶融した金属が空気と接触する事がないようにてその溶接部の酸化を防止すると共に、溶接時に生じる金属蒸気がレーザヘッドと溶接箇所の間に進入しないようにするとしている。

【0003】

また、このようなレーザ光を照射して溶接する溶接装置により溶接が成される被溶接物として、電気自動車等に用いるモータ、ジェネレータ、モータジェネレータ等の回転電機が知られている（例えば、特許文献２参照）。この回転電機のステータは、ステータコアにコイルを配置して製造されており、比較的大きなトルクを得る為に、略四角断面形状を有する角線を用いてコイルが形成されている。

【0004】

この回転電気の製造過程においてコイルの製造に溶接装置が用いられ、角線を予めステータコアに配置可能に波巻形状に形成し、その波形形状を成す複数のコイルセグメントをステータコアに予め配置し、そのステータコアに配置された状態で複数のコイルセグメントの端部を接続して電気的に導通させることにより単一のコイルとするとしており、そのコイルセグメントの端部の接続をレーザ光を用いた溶接により行うとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７－１７１６９０号公報

【特許文献2】特開２０２２－３６２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記従来のレーザ溶接装置において、レーザ射出口を外筒で覆うようなことはいわゆるレーザヘッドが溶接しようとする溶接箇所に移動してレーザ光を照射するいわゆるＸＹレーザである場合に有効である。けれども、レーザヘッドを移動させずにレーザヘッドから照射されるレーザ光の照射角度を変化させる、いわゆるガルバノレーザであると、レーザ照射範囲が広いことから、そのレーザ光の照射範囲の全てを覆うような外筒を設けることは困難となり、そのレーザ光の周囲からシールドガスを吹き出させるようなことは困難となる不具合があった。

【0007】

特に、被溶接物が電気自動車等に用いる回転電機であるような場合には、比較的多くのコイルセグメントをステータコアに装着した状態で、そのコアの直径方向に連続するコイルセグメントの端部を順次溶接するため、迅速な溶接を繰り返す必要から、レーザ光の照射角度を変化させて溶接する、いわゆるガルバノレーザを用いる必要がある。

【0008】

このため、このガルバノレーザであっても、溶接時に生じる溶接箇所の酸化を防止するとともに、その溶接時に生じる金属蒸気がレーザヘッドと溶接箇所の間に進入しないようにする技術の開発が急がれていた。

【0009】

本発明の目的は、このような問題点に着目してなされたもので、溶接時に生じる溶接箇所の酸化を効果的に防止するとともに、溶接箇所から発生する金属蒸気にレーザ光が照射されるようなことを回避し得るレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、被溶接物を固定する固定手段と、被溶接物の上方にレーザヘッドが取付けられそのレーザヘッドから照射されるレーザ光により被溶接物の溶接必要箇所を溶融させるレーザ照射機と、を備えたレーザ溶接装置の改良である。

【0011】

その特徴ある構成は、固定手段は、複数の溶接必要箇所が所定の間隔を開けて直線的に連続するように被溶接物を固定可能に構成され、レーザ照射機はレーザヘッドから照射されるレーザ光の照射角度を変化させて直線的に連続する複数の溶接必要箇所を順次溶融させるように構成され、直線的に連続する複数の溶接必要箇所の全てに不活性ガスを同時に吹き付ける不活性ガスノズルが設けられたところにある。

【0012】

この場合、直線的に連続する複数の溶接必要箇所の両側に不活性ガスノズルをそれぞれ設けることが好ましく、直線的に連続する複数の溶接必要箇所の両側にそれぞれ設けられた不活性ガスノズルの間に直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿って搬送ガスを吹き出す搬送ガスノズルと、搬送ガスノズルから吹き出されて複数の溶接必要箇所を通過した搬送ガスを吸引可能なガス吸引ダクトとを更に備えることもできる。

【0013】

そして、搬送ガスノズルから吹き出された搬送ガスを直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿うように案内する整流板を搬送ガスノズルに設け、レーザヘッドのレーザ光発射窓の近傍において、搬送ガスノズルの吹き出す搬送ガスと平行にエアを吹き出すエアノズルを更に設けることも好ましい。

【0014】

また、固定手段が固定する被溶接物が、ステータコアと、そのステータコアのスロットに装着されたコイルセグメントを有するステータであると、溶接必要箇所はコイルセグメントの端部であることが好ましい。

【0015】

一方、別の本発明は、直線的に連続する複数の溶接必要箇所にレーザ光を順次照射して溶接するレーザ溶接方法の改良である。

【0016】

その特徴ある点は、直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿ってガス流を生じさせ、そのガス流の下流側から上流側に向かって直線的に連続する複数の溶接必要箇所にレーザ光を順次照射するところにある。

【発明の効果】

【0017】

本発明のレーザ溶接装置では、直線的に連続する複数の溶接必要箇所の溶接に際して、不活性ガスノズルから不活性ガスを溶接必要箇所の全てに吹き付けることにより、レーザ光が照射されて溶融する溶接必要箇所が酸素に触れて酸化する様な事態を回避することができる。

【0018】

特に、直線的に連続する複数の溶接必要箇所の両側に不活性ガスノズルをそれぞれ設ければ、溶接必要箇所の両側から不活性ガスを吹き付けることにより、不活性ガスが吹き付けられないような部位の発生を回避して、レーザ光が照射されて溶融する溶接必要箇所の周囲を確実に不活性ガスで覆い、その酸化を確実に防止することが可能となる。

【0019】

また、溶接時には、溶接必要箇所から金属蒸気が生じるけれども、搬送ガスノズルにより、直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿ってガス流を生じさせれば、その溶接時に溶接必要箇所から生じる金属蒸気を速やかに排除して、レーザヘッドと溶接必要箇所の間に金属蒸気が進入する様なことを防止して、レーザ光を減衰させるようなことを防止することができる。

【0020】

そして、レーザヘッドのレーザ光が発射される発射窓の近傍において、エアノズルによりエア流を生じさせることにより、搬送ガス流を金属蒸気が通過したとしても、その金属蒸気が発射窓の近傍にまで達する様なことは防止される。

【0021】

このため、溶接の高速化が可能となり、被溶接物がステータコアのスロットにコイルセグメントが装着されたステータであると、溶接必要箇所は比較的多くのコイルセグメントの端部となるけれども、その比較的多くのコイルセグメントの端部の溶接をも速やかに行うことが可能となり、回転電気のステータにおける製造時間を著しく短縮させることが可能となる。

【0022】

更に、本発明のレーザ溶接方法では、複数の溶接必要箇所にレーザ光を順次照射して溶接する場合、直線的に連続する複数の溶接必要箇所に沿ってガス流を生じさせ、そのガス流の下流側から上流側に向かって直線的に連続する複数の溶接必要箇所にレーザ光を順次照射するので、その溶接時に溶接必要箇所から生じる金属蒸気がレーザヘッドと溶接必要箇所の間に進入して、レーザ光を減衰させるようなことを防止することができるので、溶接の信頼性は向上し、その溶接速度を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明実施形態のレーザ溶接装置を示す図８のＡ－Ａ線断面図である。

【図2】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図3】図１のＥ－Ｅ線断面図である。

【図4】図８のＣ－Ｃ線断面図である。

【図5】その溶接必要箇所の並びを示す図９のＤ－Ｄ線断面図である。

【図6】その被溶接物であるステータが支持された支持具を示す正面図である。

【図7】その被溶接物であるステータの斜視図である。

【図8】そのレーザ溶接装置の正面図である。

【図9】そのレーザ溶接装置の側面図である。

【図10】連続する複数の溶接必要箇所の下流側にある溶接必要箇所にレーザ光を照射して溶接する状態を示す図１に対応する図である。

【図11】その下流側のものの次にある溶接必要箇所にレーザ光を照射して溶接する状態を示す図１０に対応する図である。

【図12】その次にある溶接必要箇所にレーザ光を照射して溶接する状態を示す図１１に対応する図である。

【図13】最も上流側にある溶接必要箇所にレーザ光を照射して溶接する状態を示す図１２に対応する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

【0025】

図８及び図９に、本発明におけるレーザ溶接装置２０を示す。このレーザ溶接装置２０は、被溶接物１１をハウジング２１の内部において固定する固定手段となる固定具２２を備える。この実施の形態における被溶接物は、電気自動車等に用いられる回転電機のステータ１１である場合を示し、図７に、この実施の形態における被溶接物であるインナーロータ型のステータ１１を示す。

【0026】

即ち、このステータ１１は、複数のコイルセグメント１２がステータコア１３に配置されたものであって、この複数のコイルセグメント１２は、略四角断面形状を有する角線をそのスロットに挿通可能に波型にそれぞれ形成される。そして、これら複数のコイルセグメント１２は、端部１２ａが上方に来るように、ステータコア１３の内周に軸方向に延びて形成されたスロット（図示せず）に挿通されて配置される。

【0027】

このように、複数のコイルセグメント１２と、この複数のコイルセグメント１２が装着されたステータコア１３からなるステータ１１を支持する固定具２２を図６に示す。この固定具２２は、そのステータ１１を中心軸を鉛直にして支持する様に構成されたものであって、本発明の固定手段を構成するものである。

【0028】

具体的に、この実施の形態における固定具２２は、台板２２ａと、その台板２２ａに短支柱２２ｂを介して設けられてその上面にステータコア１３の端面が載置されてそのステータコア１３を下方から支持するコア支持板２２ｃと、そのコア支持板２２ｃに中支柱２２ｄを介して設けられてコア支持板２２ｃと共にステータコア１３の周囲を挟むコア押さえ板２２ｅと、そのコア押さえ板２２ｅに上支柱２２ｆを介して設けられた把持板２３とを備える。

【0029】

そして、コア支持板２２ｃに搭載されてコア押さえ板２２ｅにステータコア１３の周囲を挟むと、ステータコア１３に配置されたコイルセグメント１２の端部１２ａはステータコア１３の上面から上方に突出し、把持板２３はそのコイルセグメント１２の端部１２ａの位置を決めて溶接し得るように、ステータコア１３の上方から突出した複数のコイルセグメント１２の溶接する端部１２ａを把持して固定する様に構成される。

【0030】

ここで、図７に示す様に、被溶接物であるステータ１１において、コイルセグメント１２は、ステータコア１３に周方向に複数配置されるとともに径方向にも複数重なり合った状態で収容されるので、その溶接すべき端部１２ａは、図５に示す様に、径方向に複数連続するとともに、そのように径方向に複数連続するものが、周方向にも連続して形成されるものとし、把持板２３はその溶接すべき端部１２ａの全てを固定するように構成される。

【0031】

具体的に、この把持板２３は、重ね合わされた２枚の板２３ａ，２３ｂを備え（図６）、図５に示す様に、円周方向に向く台形状の孔２３ｃ，２３ｄであって、溶接必要箇所となるコイルセグメント１２の端部１２ａを重ねた状態で挿通させる孔２３ｃ，２３ｄが双方にそれぞれ形成される。

【0032】

この台形状の孔２３ｃ，２３ｄは上把持板２３ａと下把持板２３ｂの双方に周方向に向いて互いに逆方向に向いて形成され、上把持板２３ａと下把持板２３ｂを互いに逆方向に回転させることにより、その双方の孔２３ｃ，２３ｄを貫通したコイルセグメント１２の端部１２ａを密着させるように構成される（図２及び図３）。そして、２枚の板２３ａ，２３ｂからなる把持板２３は、コイルセグメント１２の端部１２ａを密着させた状態で、コア押さえ板２２ｅに上支柱２２ｆを介して取付けられる（図６）。

【0033】

図８及び図９に戻って、ハウジング２１には、この固定具２２が取付けられる回転台２４が設けられる。ハウジング２１は、取付脚２６ａが下部に取付けられて周囲が周壁２６ｂにより包囲された下部本体２６と、この下部本体２６の上部に設けられた溶接領域部２７と、この溶接領域部２７の上部に更に設けられて操作パネル２８ａやディスプレイ２８ｂ等が前面に設けられた上部本体部２８とを備える（図８）。

【0034】

図９に示す様に、溶接領域部２７にはその背面に背面板２７ｂが設けられる。この背面板２７ｂは、下部本体２６の上部の背面に立設され、下部本体２６の上部の前面の両側には支柱２７ａが立設される。この支柱２７ａには、透光性のある樹脂製扉２７ｃが蝶番２７ｄを介して取付けられ、その扉２７ｃは支柱２７ａの間を開閉可能に構成される。そして、図４に示す様に、背面板２７ｂの側面と支柱２７ａは透光性の側壁２７ｅにより閉止され、内部を視認可能に構成される。

【0035】

図９に示す様に、この回転台２４は鉛直軸２４ａの上端に水平に取付けられ、この鉛直軸２４ａが下部本体２６の内部において鉛直に枢支される。回転台２４は下部本体２６と溶接領域部２７の境に位置するように設けられ、その回転台２４の上面は固定具２２の台板２２ａを載置する様な平面に形成され、その位置決めの為のピン２４ｂが上方に向かって設けられる。

【0036】

そして、図６に示す様に、固定具２２における台板２２ａには、そのピン２４ｂが挿通するピン孔２２ｇが形成される。そして、台板２２ａのピン孔２２ｇにピン２４ｂを挿通させることにより、固定具２２を回転台２４の正規の位置に設置可能に構成される。

【0037】

図９に戻って、この実施の形態におけるレーザ溶接装置２０は、このような固定具２２と共に被溶接物１１を回転させる移動手段２９を備える。この移動手段は、下部本体２６に回転台２４に隣接して設けられたモータ２９であって、このモータ２９の回転軸２９ａと回転台２４が上端に設けられた鉛直軸２４ａにはそれぞれスプロケット２４ｃ，２９ｂが設けられて、これらのスプロケット２４ｃ，２９ｂがチェーン２９ｃにより連結されるものを示す。

【0038】

そして、モータ２９が駆動してその回転軸２９ａを回転させると、その回転はチェーン２９ｃを介して回転台２４に伝達され、その回転台２４に載置された固定具２２を被溶接物であるステータ１１と共にそれらを回転移動させるように構成される。

【0039】

ここで、回転台２４に固定具２２は同軸に設置され、これをモータ２９により回転させることにより、固定具２２の上面において円周方向に連続する被溶接物、この実施の形態では、コイルセグメント１２の溶接すべき端部１２ａが円周方向に移動する様に構成される。

【0040】

また、このレーザ溶接装置２０は、固定具２２の上方にレーザヘッド３１が取付けられて、そのレーザヘッド３１から照射されるレーザ光により被溶接物の溶接必要箇所を溶融させるレーザ照射機３０を備える。レーザ照射機３０は図示しないレーザ発振器と、発生したレーザを伝送する光路となるファイバーと、そのファイバーを介して伝送されたレーザを集光して照射する集光系が内蔵されたレーザヘッド３１とを備え、そのレーザヘッド３１が固定具２２の上方に取付けられる。

【0041】

図では、昇降手段３２を介してレーザヘッド３１が取付けられる場合を示し、図における昇降手段３２を説明すると、ハウジング２１における溶接領域部２７の背面板２７ｂには幅方向に所定の間隔を開けて一対の直線運動ガイドレール３３が鉛直方向に伸びて取付けられ、このガイドレール３３に昇降部材３４が上下動可能に取付けられる。

【0042】

一対の直線運動ガイドレール３３の間には、一対の直線運動ガイドレール３３に平行に上下方向回転軸３５が回転可能に設けられ、その回転軸３５の表面に雄ねじが配されて、その上下方向回転軸３５にボールねじにより螺合された上下方向移動部３６が昇降部材３４に取付けられる（図４）。

【0043】

そして、背面板２７ｂには、上下方向回転軸３５を回転駆動する上下方向駆動源３７が配される。この駆動源３７としては、例えば、高精度制御可能なサーボモータが用いられ、上下方向回転軸３５を回転させることにより、それに螺合する上下方向移動部３６を、それが取付けられた昇降部材３４とともに昇降させるように構成される。

【0044】

レーザヘッド３１は箱体を成していて昇降部材３４に取付けられ、このレーザヘッド３１は、その下面にレーザ光を通過させる発射窓３１ａ（図１～図３）が設けられた市販のものであって、その内部に集光系と共に反射器具が設けられる。

【0045】

このレーザ照射機３０は、レーザヘッド３１内部においてレーザ光を反射して照射方向を変更する様に構成されたものであって、このレーザ照射機３０は、図１の点線矢印で示す様に、レーザヘッド３１から繰り出されるレーザ光を固定具２２の直径方向に移動させて、その直径方向に並んだ溶接必要箇所であるコイルセグメント１２の端部１２ａを順次溶接可能に構成される。

【0046】

そして、図１～図４に示す様に、このレーザ溶接装置２０は、その直線的に連続する溶接必要箇所１２ａの全てに不活性ガスを同時に吹き付ける不活性ガスノズル４１が設けられる。この実施の形態では、直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの両側に不活性ガスノズル４１，４１が取付部材４２を介してそれぞれ設けられる場合を示す。

【0047】

即ち、図４に示す様に、レーザヘッド３１下方の昇降部材３４には、レーザヘッド３１の発射窓３１ａを包囲するような取付部材４２が取付けられる。この取付部材４２は、発射窓３１ａを挟むようにその両側にある側片４２ａ，４２ｂと、それら両側片４２ａ，４２ｂの突出端を連結する連結片４２ｃとを有し、両側片４２ａ，４２ｂの基端が昇降部材３４に取付けられる。

【0048】

図２及び図３に示す様に、不活性ガスノズル４１は、両側片４２ａ，４２ｂにそれぞれ設けられ、この一対の不活性ガスノズル４１は、被溶接物であるステータ１１の直径方向に直線的に連続する溶接必要箇所１２ａの回転方向上流側と下流側の双方から、その複数の溶接必要箇所１２ａを両側から挟むように設けられて、その溶接必要箇所に１２ａ斜め上方からそれぞれガスを噴射可能に吐出口が斜めに傾斜するように設けられる。

【0049】

この一対の不活性ガスノズル４１は、その双方が直線的に連続する溶接必要箇所１２ａの全てにガスを同時に吹き付ける様に、その吐出口が長孔になるようにそれぞれ形成される（図１）。

【0050】

図１に示す様に、この取付部材４２の突出端における連結片４２ｃには、一対の不活性ガスノズル４１，４１の間において直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａに沿って搬送ガスを吹き出す搬送ガスノズル４３が設けられる。そして、その搬送ガスノズル４３に対向する昇降部材３４（図９）には、搬送ガスノズル４３から吹き出されて複数の溶接必要箇所１２ａを通過した搬送ガスを吸引可能なガス吸引ダクト４４が設けられる。

【0051】

図３に示す様に、この搬送ガスノズル４３は、一対の不活性ガスノズル４１，４１の間においてその間を塞ぐような搬送ガスを吹き出すべく、その吐出口が横長の長円状を成して形成され、その下面には吹き出されたガスを案内する整流板４３ａが設けられる。

【0052】

図１に示す整流板４３ａは、その先端が搬送ガスノズル４３の吐出口から突出するように、搬送ガスノズル４３の水平な下面に平行に取付けられる板材であって、搬送ガスノズル４３の吐出口から突出した先端は上側に向かって傾斜するように折り曲げられたものを示す。ここで、図における整流板４３ａの折り曲げられた先端の水平面に対する傾斜角度αは、２０度から６０度の間の任意の角度とされるものを示す。

【0053】

そして、この整流板４３ａは、搬送ガスノズル４３から吹き出された搬送ガスが下方に向かうのを禁止して、直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａに沿うように案内し、搬送ガスノズル４３から吹き出されたガスが乱れることなく水平方向に真っ直ぐ流れて、ガス吸引ダクト４４に直ちに吸引されるようにその流れを調節可能に構成される。

【0054】

また、この取付部材４２の突出端における連結片４２ｃには、レーザヘッド３１のレーザ光を発射する発射窓３１ａの近傍において、搬送ガスノズル４３の吹き出す搬送ガスと平行にエアを吹き出すエアノズル４６が更に設けられる。このエアノズル４６は搬送ガスノズル４３と同一構造であるので繰り返しての説明を省略する。

【0055】

次に、このように構成されたレーザ溶接装置を用いた溶接方法を説明する。

【0056】

この実施の形態では、被溶接物が図７に示す様な回転電気のステータ１１であるので、波形形状を成す複数のコイルセグメント１２をステータコア１３に予め配置し、そのステータコア１３に配置された状態で複数のコイルセグメント１２の端部１２ａを上記レーザ溶接装置２０により溶接して電気的に導通させることになる。

【0057】

このため、先ず、コイルセグメント１２が配置された被溶接物であるステータコア１３を固定具２２に取付ける。この取付けは、図６に示す様に、そのコア支持板２２ｃにコア１３を支持させ、その状態でコア押さえ板２２ｅにてステータコア１３の周囲を挟む。そして、ステータコア１３の上方から突出した複数のコイルセグメント１２の溶接必要箇所となる端部１２ａを把持板２３により把持して固定させる。

【0058】

このように被溶接物である回転電気のステータ１１が取付けられた固定具２２を回転台２４に取付ける。その取付けは、図８及び図９に示す様に、ハウジング２１の溶接必要箇所における前扉２７ｃを開いて、固定具２２の台板２２ａを、そのハウジング２１内にある回転台２４に設置し、そのピン孔２２ｇに回転台２４に設けられた位置決めピン２４ｂを挿通させることにより行う（図６）。その後扉２７ｃを閉じて溶接作業を開始させる。その操作は上部本体２８における操作パネル２８ａを操作することにより行うことになる（図８）。

【0059】

ここで、被溶接物が回転電気のステータ１１である場合、図５に示す様に、コイルセグメント１２の溶接すべき端部１２ａは、径方向に複数連続するとともに、そのように径方向に複数連続するものが、周方向にも連続して形成されるので、上記レーザ溶接装置２０による溶接は、径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａを順次溶接した後に、その固定具２２をステータ１１とともに回転させて、溶接が成された部位に周方向に隣接する次の溶接必要箇所１２ａをレーザヘッド３１の下方にまで移動させて、この隣接して径方向に連続するコイルセグメント１２の溶接すべき端部１２ａを再び溶接することになる。

【0060】

図１に示す様に、径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａは、レーザ照射機３０によりレーザ光をそれぞれの溶接必要箇所１２ａに照射することにより行われるけれども、このレーザ照射機３０は、図１の点線矢印で示す様に、レーザヘッド３１を動かすことなく、そのレーザヘッド３１から繰り出されるレーザ光を固定具２２の直径方向に移動させて、その直径方向に並んだ溶接必要箇所であるコイルセグメント１２の端部１２ａを順次溶接することになる。

【0061】

そして、この径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの溶接に際して、不活性ガスノズル４１からは不活性ガスがステータ１１の径方向に連続する溶接必要箇所１２ａの全てに吹き付けられる。この不活性ガスにより、レーザ光が照射されて溶融するコイルセグメント１２の端部１２ａが酸素に触れて酸化しないようにする。

【0062】

特に、この実施の形態では、図２及び図３に示す様に、直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの両側に不活性ガスノズル４１がそれぞれ設けられているので、溶接必要箇所１２ａの両側から不活性ガスを吹き付けることが可能となり、不活性ガスが吹き付けられないような部位の発生を回避して、レーザ光が照射されて溶融するコイルセグメント１２の端部１２ａの周囲を確実に不活性ガスで覆い、その酸化を確実に防止することが可能となる。

【0063】

また、図１に示す様に、この溶接に際して、搬送ガスノズル４３からは搬送ガスが吹き出され、その径方向に連続する溶接必要箇所１２ａに平行な二点鎖線矢印で示す様なガス流を生じさせる。そして、エアノズル４６からは、レーザ光発射窓３１ａの近傍において、搬送ガスノズル４３の吹き出す搬送ガスと平行になるようなエアを吹き出させる。

【0064】

この状態で、このステータ１１の径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの溶接は、搬送ガスノズル４３により生じるガスの流れの下流側から順次行われる。

【0065】

即ち、図１０に示す様に、ガス流の最も下流側にある溶接必要箇所１２ａにレーザ光を照射して、そこを先ず溶接する。レーザ光が照射されてコイルセグメント１２の端部１２ａが溶融する溶接時には、その溶融する端部から金属蒸気が生じるけれども、その溶接時に生じる金属蒸気は、不活性ガスノズル４１から吹き出される不活性ガスとともに、搬送ガスノズル４３から吹き出されるガス流により案内されて、速やかにガス吸引ダクト４４に吸引されて外部に排出されることになる。

【0066】

このため、この最も下流側にある溶接必要箇所１２ａの溶接時に生じる金属蒸気がレーザヘッド３１と溶接必要箇所１２ａの間に進入して、レーザ光を減衰させるようなことはない。

【0067】

この最も下流側にある溶接必要箇所１２ａに溶接が終了した後には、レーザヘッド３１から照射されるレーザ光の照射角を変更して、図１１に示す様に、その下流側のものの次にある溶接必要箇所１２ａにレーザ光を照射して、そこを次に溶接する。すると、レーザ光が照射されて溶融する次のコイルセグメント１２の端部１２ａからは金属蒸気が新たに発生し、先に溶接された最も下流側にある溶接必要箇所１２ａからも冷却が完了していない場合、金属蒸気が発生する。

【0068】

けれども、最も下流側にある溶接必要箇所１２ａや新たにレーザ光が照射されたその次の溶接必要箇所１２ａからそれぞれ発生する金属蒸気は、不活性ガスノズル４１から吹き出される不活性ガスとともに、搬送ガスノズル４３から吹き出されるガス流により案内されて、速やかにガス吸引ダクト４４に吸引されて外部に排出されることになる。

【0069】

このため、下流側のものの次にある溶接必要箇所１２ａの溶接時に生じる金属蒸気にあっても、レーザヘッド３１と溶接必要箇所１２ａの間に進入することはなく、金属蒸気の侵入に起因するレーザ光の減衰は防止されることになる。

【0070】

この下流側から二番目にある溶接必要箇所１２ａに溶接が終了した後には、レーザヘッド３１から照射されるレーザ光の照射角を更に変更して、図１２に示す様に、その次にある溶接必要箇所１２ａにレーザ光を照射して、そこを溶接する。すると、レーザ光が新たに照射される三番目のコイルセグメント１２の端部１２ａからは金属蒸気が新たに発生し、先に溶接された最も下流側にある溶接必要箇所１２ａやそこから二番目にある溶接必要箇所１２ａからも冷却が完了していない場合、金属蒸気が発生する。

【0071】

けれども、最も下流側や二番目にある溶接必要箇所１２ａや新たにレーザ光が照射された三番目の溶接必要箇所１２ａからそれぞれ発生する金属蒸気は、不活性ガスノズル４１から吹き出される不活性ガスとともに、搬送ガスノズル４３から吹き出されるガス流により案内されて、速やかにガス吸引ダクト４４に吸引されて外部に排出されることになる。

【0072】

このため、三番目にある溶接必要箇所１２ａの溶接時に生じる金属蒸気にあっても、レーザヘッド３１と溶接必要箇所１２ａの間に進入することはなく、金属蒸気の侵入に起因するレーザ光の減衰は防止されることになる。

【0073】

この下流側から三番目にある溶接必要箇所１２ａに溶接が終了した後には、レーザヘッド３１から照射されるレーザ光の照射角を更に変更して、図１３に示す様に、その次にある溶接必要箇所１２ａ、この実施の形態では最も上流側にある溶接必要箇所１２ａにレーザ光を照射して、そこを溶接する。すると、レーザ光が新たに照射されるコイルセグメント１２の端部１２ａからは金属蒸気が新たに発生し、先に溶接された溶接必要箇所１２ａからも冷却が完了していない場合、金属蒸気が発生する。

【0074】

けれども、先に溶接された溶接必要箇所１２ａや新たにレーザ光が照射された溶接必要箇所１２ａからそれぞれ発生する金属蒸気は、不活性ガスノズル４１から吹き出される不活性ガスとともに、搬送ガスノズル４３から吹き出されるガス流により案内されて、速やかにガス吸引ダクト４４に吸引されて外部に排出されることになる。

【0075】

このため、上流側にある溶接必要箇所１２ａの溶接時に生じる金属蒸気にあっても、レーザヘッド３１と溶接必要箇所１２ａの間に進入することはなく、金属蒸気の侵入に起因するレーザ光の減衰は防止されることになる。

【0076】

即ち、複数の溶接必要箇所１２ａにレーザ光を順次照射して溶接する場合、直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａに沿ってガス流を生じさせ、そのガス流の下流側から上流側に向かって直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａにレーザ光を順次照射することにより、その溶接時に溶接必要箇所１２ａから生じる金属蒸気がレーザヘッド３１と溶接必要箇所１２ａの間に進入することを防止できるのである。

【0077】

これにより、溶接必要箇所１２ａから発生する金属蒸気にレーザ光が照射されるようなことは回避され、径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａ、即ち、コイルセグメント１２の端部における溶接の信頼性を高めつつ、その溶接速度を高めることが可能となるのである。

【0078】

ここで、搬送ガスノズル４３に整流板４３ａを設けているので、ガス流の流れる方向の調節が可能となり、その搬送ガスが溶接必要箇所１２ａに接触させないような乱れのないガス流を生じさせることにより、その搬送ガスノズル４３から吹き出される搬送ガスとして、不活性ガスであることは必要とされず、炭酸ガスや、空気のような比較的安価なガスを用いるようなことも可能となる。

【0079】

そして、レーザヘッド３１のレーザ光を発射する発射窓３１ａの近傍において、搬送ガスノズル４３の吹き出す搬送ガスと平行にエアを吹き出すエアノズル４６を設けているので、溶接時に発射窓３１ａの近傍においてエア流を生じさせることにより、搬送ガス流を金属蒸気が通過したとしても、その金属蒸気が発射窓３１ａの近傍にまで達する様なことは防止され、その発射窓３１ａ近傍に金属蒸気が侵入することに起因するレーザ光の減衰を回避することが可能となる。

【0080】

なお、このような径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａ、即ち、コイルセグメント１２の端部１２ａの溶接が終了した後には、その固定具２２をステータ１１とともに回転移動させて、溶接が成された部位に周方向に隣接する次の溶接必要箇所１２ａをレーザヘッド３１の下方に位置させて、この隣接して径方向に連続するコイルセグメント１２の溶接すべき端部１２ａを再び溶接することになる。

【0081】

このようなことを繰り返し、径方向及び周方向に連続する全ての溶接必要箇所１２ａに対して溶接を行うと、図７に示すように、ステータコア１３に配置された状態で複数のコイルセグメント１２の端部１２ａが電気的に導通されて単一のコイルとなり、その後には、ステータコア１３を固定具２２から取り外し、一連の溶接作業を終了させることになる。

【符号の説明】

【0082】

１１ ステータ（被溶接物）
１２ コイルセグメント
１２ａ コイルセグメントの端部（溶接必要箇所）
１３ ステータコア
２０ レーザ溶接装置
２２ 固定具（固定手段）
３０ レーザ照射機
３１ レーザヘッド
３１ａ 発射窓
４１ 不活性ガスノズル
４３ 搬送ガスノズル
４３ａ 整流板
４４ ガス吸引ダクト
４６ エアノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】