特開 2024-108201 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】P2024108201

(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 26/14 20140101AFI20240805BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240805BHJP

   H02K 15/04 20060101ALN20240805BHJP

【ＦＩ】

B23K26/14

B23K26/21 N

H02K15/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012431

(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

【テーマコード（参考）】

4E168

5H615

【Ｆターム（参考）】

4E168BA21

4E168EA17

4E168FB03

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP14

5H615QQ03

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つつ、迅速な溶接を可能とする。
【解決手段】レーザ溶接装置は、溶接必要箇所１２ａを上方にして被溶接物１１を支持する固定具２２と、被溶接物１１の上方にレーザヘッド３１が取付けられレーザヘッド３１から照射されるレーザ光により溶接必要箇所１２ａを溶融させるレーザ照射機３０と、溶融させる溶接必要箇所１２ａに不活性ガスを吹き付ける不活性ガスノズル４１，４２とを備える。固定具２２と共に被溶接物１１を移動させる移動手段２９と、被溶接物１１の移動先の溶接必要箇所１２ａに不活性ガスを吹き付ける下流側ガスノズル４４とを備える。溶接必要箇所１２ａの移動方向の上流側と下流側の両側に不活性ガスノズル４１，４２がそれぞれ設けられ、下流側の不活性ガスノズル４２と下流側ガスノズル４４の間に遮蔽板４７が設けられる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接必要箇所(12a)を上方にして被溶接物(11)を支持する固定具(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溶接必要箇所(12a)を溶融させるレーザ照射機(30)と、溶融させる前記溶接必要箇所(12a)に不活性ガスを吹き付ける不活性ガスノズル(41,42)と、を備えたレーザ溶接装置において、
前記固定具(22)と共に前記被溶接物(11)を移動させる移動手段(29)と、
前記被溶接物(11)の移動先の前記溶接必要箇所(12a)に不活性ガスを吹き付ける下流側ガスノズル(44)と
を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。

【請求項2】

下流側ガスノズル(44)は、不活性ガスを移動方向の下流側から上流側に向けて斜め上方から繰り出す様に取付けられた請求項１記載のレーザ溶接装置。

【請求項3】

溶接必要箇所(12a)の移動方向の上流側と下流側の両側に不活性ガスノズル(41,42)がそれぞれ設けられ、
下流側の前記不活性ガスノズル(42)と下流側ガスノズル(44)の間に遮蔽板(47)が設けられた請求項２記載のレーザ溶接装置。

【請求項4】

移動手段は固定具(22)が固定する被溶接物(11)を水平面内において回転させる回転移動手段(29)である請求項１ないし３いずれか１項に記載のレーザ溶接装置。

【請求項5】

固定具(22)は複数の溶接必要箇所(12a)が回転中心を通過する径方向に所定の間隔を開けて直線的に連続し、かつ径方向に連続する前記複数の溶接必要箇所(12a)が周方向にも連続するように被溶接物(11)を支持可能に構成され、
レーザ照射機(30)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径方向に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た請求項４記載のレーザ溶接装置。

【請求項6】

固定具(22)が支持する被溶接物(11)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５記載のレーザ溶接装置。

【請求項7】

溶接必要箇所(12a)が順次レーザヘッド(31)に対向するように複数の溶接必要箇所(12a)を有する被溶接物(11)を移動させて、前記レーザヘッド(31)に順次対向する前記溶接必要箇所(12a)に不活性ガスを吹き付けつつレーザ光を照射して溶融させるレーザ溶接方法において、
溶融させた前記溶接必要箇所(12a)にレーザ光の照射中のみならず、その後の移動中と移動した後にまで連続的に不活性ガスを吹き付ける
ことを特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項8】

移動した後の溶接必要箇所(12a)に不活性ガスを吹き付ける時間が、移動前にレーザ光を照射する時間以上である請求項７記載のレーザ溶接方法。

【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。そして、レーザ光が照射されて溶融した金属は、その後冷却されるまでの間に空気に触れると、酸化が行われることから、そのような酸化を防止する為に、窒素ガスを吹き付けるようなことが行われる。

【0003】

例えば、レーザ光を発す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るような装置が提案されており（例えば、特許文献１参照）、このようなレーザ溶接装置では、吹き付けられた窒素ガスが溶接箇所を空気から遮断し、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としている。

【0004】

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。

【0005】

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】

【0006】

【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】

【0007】

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必要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。

【0008】

けれども、このようなＸＹレーザである場合に、レーザ光の照射により溶接必要箇所を溶融させた後にそのレーザヘッドを次に溶接しようとする溶接必要箇所に移動させると、窒素ガスの溶接必要箇所への吹き付けも次の溶接必要箇所に移動することから、先に溶融させた溶接必要箇所の冷却が完了していないと、その溶融させた溶接必要箇所が冷却される以前に空気と触れて酸化してしまう不具合がある。

【0009】

一方、レーザ照射機にあっては、ＸＹレーザと異なり、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も知られている。

【0010】

このガルバノレーザであると、複数の被溶接箇所に対するレーザ光の迅速な移動が期待できるけれども、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出来ずに、溶接時における全ての溶接必要箇所の酸化を防止することが課題となっていた。

【0011】

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、ステータコアに装着した比較的多くのコイルセグメントの端部を順次溶接するため、溶接箇所の酸化を防止しつつ複数の溶接を繰り返す必要があり、このような技術の開発が待ち望まれていた。

【0012】

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防止しつつ、迅速な溶接を可能と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】

【0013】

本発明は、溶接必要箇所を上方にして被溶接物を支持する固定具と、被溶接物の上方にレーザヘッドが取付けられレーザヘッドから照射されるレーザ光により溶接必要箇所を溶融させるレーザ照射機と、溶融させる溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付ける不活性ガスノズルとを備えたレーザ溶接装置の改良である。

【0014】

その特徴ある構成は、固定具と共に被溶接物を移動させる移動手段と、被溶接物の移動先の溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付ける下流側ガスノズルとを備えたところにある。

【0015】

この場合、下流側ガスノズルは、不活性ガスを移動方向の下流側から上流側に向けて斜め上方から繰り出す様に取付けられることが好ましく、溶接必要箇所の移動方向の上流側と下流側の両側に不活性ガスノズルがそれぞれ設けられる場合、下流側の不活性ガスノズルと下流側ガスノズルの間に遮蔽板を設けることが好ましい。

【0016】

移動手段は固定具が固定する被溶接物を水平面内において回転させる回転移動手段である場合、固定具は複数の溶接必要箇所が回転中心を通過する径方向に所定の間隔を開けて直線的に連続し、かつ径方向に連続する複数の溶接必要箇所が周方向にも連続するように被溶接物を支持可能に構成され、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径方向に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たことが好ましい。

【0017】

例えば、固定具が支持する被溶接物が、ステータコアと、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って、溶接必要箇所がコイルセグメントの端部である様な場合を例示できる。

【0018】

一方、別の本発明は、溶接必要箇所が順次レーザヘッドに対向するように複数の溶接必要箇所を有する被溶接物を移動させて、レーザヘッドに順次対向する溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付けつつレーザ光を照射して溶融させるレーザ溶接方法の改良である。

【0019】

その特徴ある点は、溶融させた溶接必要箇所にレーザ光の照射中のみならず、その後の移動中と移動した後にまで連続的に不活性ガスを吹き付けるところにある。この場合、移動した後の溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付ける時間が、移動前にレーザ光を照射する時間以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明では、移動先の溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付ける下流側ガスノズルを設け、溶融させた溶接必要箇所にレーザ光の照射中のみならず、その後の移動中と移動した後にまで連続的に不活性ガスを吹き付けることにより、レーザ光が照射されて溶融した溶接必要箇所が冷却される以前に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。

【0021】

特に、回転方向の下流側から上流側に向けて斜め上方から不活性ガスを繰り出す様に下流側ガスノズルを取付ければ、その下流側ガスノズルから吹き出された不活性ガスを溶接必要箇所の移動経路に満たすことが可能となる。

【0022】

そして、下流側の不活性ガスノズルと下流側ガスノズルの間に遮蔽板を設ければ、その下流側ガスノズルから吹き出されて上流側に向かう不活性ガスは遮蔽板の近傍においてとどまり、不活性ガスノズルから吹き出された不活性ガスの乱れを防止すると共に、溶接必要箇所の移動経路を不活性ガスで満たすので、移動する溶接必要箇所に酸素に触れることに起因する酸化を確実に防止することが可能となる。

【0023】

そして、移動した後の溶接必要箇所に不活性ガスを吹き付ける時間が、移動前にレーザ光を照射する時間以上であれば、不活性ガスノズルや下流側ガスノズルから不活性ガスを常時吹き付けつつレーザ光を溶接必要箇所に照射させて、溶接必要箇所の溶接を常時行うことが可能となり、迅速であって、かつ酸化のない溶接を行うことが可能となる。

【0024】

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。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明実施形態のレーザ溶接装置を示す図１０のＡ－Ａ線断面図である。

【図2】その溶接必要箇所が移動する状態を示す図１に対応する図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】図１のＥ－Ｅ線断面図である。

【図5】図９のＣ－Ｃ線断面図である。

【図6】その溶接必要箇所の並びを示す図１０のＤ－Ｄ線断面図である。

【図7】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8】その被溶接物であるステータの斜視図である。

【図9】そのレーザ溶接装置の正面図である。

【図10】そのレーザ溶接装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

図９及び図１０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８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。

【0028】

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複数のスロット（図示せず）に挿通されて配置される。

【0029】

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７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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

ここで、図８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６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。

【0033】

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７）、図６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。

【0034】

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１及び図２）。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７）。

【0035】

図９及び図１０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９）。

【0036】

図１０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５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。

【0037】

図１０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。

【0038】

そして、図７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。

【0039】

図１０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。

【0040】

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。

【0041】

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溶接必要箇所、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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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５）。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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３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。

【0048】

そして、図１，図２及び図５に示す様に、このレーザ溶接装置２０は、その直径方向に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４１，４２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４１，４２が取付部材４３を介してそれぞれ設けられる場合を示す。

【0049】

即ち、図５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４３が取付けられる。この取付部材４３は、発射窓３１ａを挟むようにその両側にある側片４３ａ，４３ｂと、それら両側片４３ａ，４３ｂの突出端を連結する連結片４３ｃとを有し、両側片４３ａ，４３ｂの基端が昇降部材３４に取付けられる。

【0050】

図１及び図２に示す様に、不活性ガスノズル４１，４２は、両側片４３ａ，４３ｂに設けられ、この一対の不活性ガスノズル４１，４２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。

【0051】

この一対の不活性ガスノズル４１，４２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３）。

【0052】

また、このレーザ溶接装置２０は、固定具２２と共に被溶接物１１を移動させる移動手段２９、即ち、被溶接物１１を水平面内において回転させる回転移動手段であるモータ２９と共に、その被溶接物１１が回転移動した場合、その移動先の溶接必要箇所１２ａに不活性ガスを吹き付ける下流側ガスノズル４４が更に設けられる。

【0053】

この下流側ガスノズル４４にあっても取付部材４３に取付けられる。即ち、図１に示す様に、取付部材４３の回転方向下流側の側片４３ｂに設けられた不活性ガスノズル４２に並ぶように、下流側ガスノズル４４がその側片４３ｂにステー４６を介して取付けられ、被溶接物１１が回転移動した場合、その移動先の溶接必要箇所１２ａに、不活性ガスを回転方向の下流側から上流側に向けて斜め上方から繰り出す様に、吐出口が斜めに傾斜して設けられる。

【0054】

そして、この下流側ガスノズル４４にあっても、周方向の下流側に移動して径方向に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形成される（図４）。

【0055】

また、下流側の不活性ガスノズル４２と下流側ガスノズル４４の間には遮蔽板４７が設けられる。この遮蔽板４７は下流側ガスノズル４４から吹き出されたガスが不活性ガスノズル４１，４２から吹き出されたガスを乱さない様に、下流側ガスノズル４４から吹き出されたガスの流れを回転移動方向の上流側において停止させるように調節される。

【0056】

即ち、この実施形態における遮蔽板４７は、下流側の不活性ガスノズル４２との間を仕切って、下流側ガスノズル４４から吹き出されたガスが上流側に過度に侵入しないように、下流側ガスノズル４４に取付けられる。

【0057】

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。

【0058】

この実施の形態では、被溶接物が図８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。

【0059】

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７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。

【0060】

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９及び図１０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７）。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９）。

【0061】

ここで、被溶接物が回転電気のステータ１１である場合、図６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。

【0062】

図３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。この実施の形態におけるレーザ照射機３０は、図３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るものであるので、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が可能となる。

【0063】

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、図１に示す様に、不活性ガスノズル４１，４２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。

【0064】

径方向に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの溶接が終了した後には、移動手段であるモータ２９（図１０）により、その固定具２２を被溶接物であるステータ１１とともに図２の実線矢印で示す様に回転移動させて、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の下方に新たに位置した状態でその回転移動を停止させる。そして、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（図１）。

【0065】

従って、上記レーザ溶接装置２０を用いた溶接方法では、溶接必要箇所１２ａが順次レーザヘッド３１に対向するように複数の溶接必要箇所１２ａを有する被溶接物１１を移動させて、レーザヘッド３１に順次対向する溶接必要箇所１２ａに不活性ガスを吹き付けつつレーザ光を照射して溶融させることになる。

【0066】

そして、本発明のレーザ溶接方法の特徴ある点は、溶融させた溶接必要箇所１２ａにレーザ光の照射中のみならず、その後の移動中と移動した後にまで連続的に不活性ガスを吹き付ける所にある。

【0067】

上述したように、レーザ光の照射による溶融中の不活性ガスの吹き付けは、不活性ガスノズル４１，４２により行われる。特に、この実施の形態では、図１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４１，４２をそれぞれ設けているので、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の周囲を不活性ガスで覆い、レーザ光の照射による溶融中の酸化を確実に防止することが可能となる。

【0068】

ここで、この実施の形態では、不活性ガスノズル４１，４２と別に下流側ガスノズル４４を取付けており、その下流側ガスノズル４４から吹き出される不活性ガスが、不活性ガスノズル４１，４２から吹き出されたガスを乱すことが危惧される。

【0069】

けれども、その下流側の不活性ガスノズル４２と下流側ガスノズル４４の間に遮蔽板４７を設けているので、下流側ガスノズル４４から吹き出されたガスが不活性ガスノズル４１，４２から吹き出されたガスを乱れるようなことは防止される。このため、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の周囲は不活性ガスノズル４１，４２から吹き出される不活性ガスで確実に覆われることになる。

【0070】

図２に示す様に、溶融させた溶接必要箇所１２ａの移動中における不活性ガスの吹き付けは、不活性ガスノズル４１，４２及び下流側ガスノズル４４の双方により行われる。即ち、不活性ガスノズル４１，４２及び下流側ガスノズル４４の双方から吹き出される不活性ガスが溶接必要箇所１２ａの移動経路に満たされ、この不活性ガスが満たされた移動経路を溶接必要箇所１２ａが移動することにより、その溶接必要箇所であって溶融した端部１２ａの冷却が完了していない場合に、酸素に触れることに起因する酸化を防止することが可能となる。

【0071】

特に、この実施の形態では、回転方向の下流側から上流側に向けて斜め上方から不活性ガスを繰り出す様に下流側ガスノズル４４を取付けているので、その下流側ガスノズル４４から吹き出された不活性ガスは上流側に向かうことになり、その上流側にある不活性ガスノズル４１，４２との間に不活性ガスを案内して、その不活性ガスを溶接必要箇所１２ａの移動経路に満たすことが可能となる。

【0072】

そして、下流側の不活性ガスノズル４２と下流側ガスノズル４４の間に遮蔽板４７を設けているので、その下流側ガスノズル４４から吹き出されて上流側に向かう不活性ガスは遮蔽板４７の近傍においてとどまり、不活性ガスノズル４１，４２から吹き出された不活性ガスの乱れを防止すると共に、下流側ガスノズル４４から吹き出された不活性ガスを溶接必要箇所１２ａの移動経路に満たし、移動する溶接必要箇所である端部１２ａの酸素に触れることに起因する酸化を確実に防止することが可能となる。

【0073】

図１に戻って、溶接された溶接必要箇所１２ａの移動した後の不活性ガスの吹き付けは、下流側ガスノズル４４により行われる。即ち、移動した後の溶接必要箇所１２ａに向けて、下流側ガスノズル４４から不活性ガスを吹き出すことにより、その端部１２ａの冷却が完了しておらずに溶融していた場合に、酸素に触れることに起因する酸化を防止することができる。

【0074】

一般的に、不活性ガスを吹き付けつつレーザ光の照射により溶接必要箇所１２ａを溶融させた後にその溶接必要箇所１２ａを移動させると、不活性ガスの溶接必要箇所１２ａへの吹き付けも無くなることから、先に溶融させた溶接必要箇所１２ａの冷却が完了していないと空気と触れて酸化してしまう不具合がある。

【0075】

けれども、本発明のレーザ溶接方法では、レーザ光により溶融させた溶接必要箇所１２ａにレーザ光の照射による溶融中と移動中と移動した後にまでも連続的に不活性ガスを吹き付けるので、その溶接必要箇所１２ａの冷却が完了する以前に空気が接触することは禁止され、これによりその酸化は防止される。

【0076】

この結果、溶融させた溶接必要箇所１２ａが冷却する以前の移動が可能となり、図１に示す様に、レーザヘッド３１の下方に次に移動してきた溶接必要箇所１２ａに新たにレーザ光を照射させた溶接も可能となることから、迅速な溶接が可能になるという効果を生じさせる。

【0077】

特に、移動した後の溶接必要箇所１２ａに不活性ガスを吹き付ける時間が、移動前にレーザ光を照射する時間に等しいか、それを越える様にすれば、不活性ガスノズル４１，４２や下流側ガスノズル４４から不活性ガスを常時吹き出しつつレーザ光を溶接必要箇所１２ａに照射させて、溶接必要箇所１２ａの溶接を常時行うことが可能となり、迅速であって、かつ酸化のない溶接を行うことが可能となるのである。

【0078】

そして、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径方向に直線的に連続する複数の溶接必要箇所１２ａを順次溶融させるようなレーザ照射機３０を用いることにより、径方向と周方向の双方に連続する複数の溶接必要箇所１２ａの迅速な溶接が可能となり、被溶接物が比較的多くのコイルセグメント１２をステータコア１３に装着した電気自動車等に用いる回転電機であっても、そのコイルセグメントの端部１２ａの酸化を防止しつつ迅速な溶接が可能となるのである。

【0079】

回転電機の場合、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８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。

【0080】

なお、上述した実施の形態では、遮蔽板４７が下流側ガスノズル４４に取付けられる場合を示したけれども、これは一例であって、不活性ガスノズル４１，４２から吹き出されたガスを乱さない限り、遮蔽板４７は、取付部材４３に直接取付けても良く、下流側の不活性ガスノズル４２に取付けるようにしても良い。

【0081】

また、上述した実施の形態では、下流側の不活性ガスノズル４２と下流側ガスノズル４４の間に遮蔽板４７が設けられた例を示したけれども、不活性ガスノズル４１，４２から吹き出されたガスが、下流側ガスノズル４４から吹き出されたガスにより乱されない限り、遮蔽板４７は無くとも良い。

【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
２９ モータ（回転移動手段）
３０ レーザ照射機
３１ レーザヘッド
４１，４２ 不活性ガスノズル
４４ 下流側ガスノズル
４７ 遮蔽板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】