特開 2024-157413 レーザ溶接方法およびレーザ溶接システム

(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】P2024157413

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】レーザ溶接方法およびレーザ溶接システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20241030BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241030BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20241030BHJP

   H02K 15/085 20060101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 L

B23K26/00 N

H02K15/04 A

H02K15/085

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071766

(22)【出願日】2023-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】坂本 隆三

(72)【発明者】

【氏名】小林 崇

(72)【発明者】

【氏名】江口 達

【テーマコード（参考）】

4E168

5H615

【Ｆターム（参考）】

4E168BA29

4E168BA73

4E168BA87

4E168BA88

4E168CB04

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA13

4E168DA37

4E168EA08

4E168EA17

4E168KA04

5H615AA01

5H615BB05

5H615PP14

5H615QQ03

5H615QQ12

5H615SS17

(57)【要約】

【課題】加工コスト上昇および導電率低下を防止しつつ、ブローホールを低減することができるレーザ溶接方法の提供。
【解決手段】加工対象に対してレーザ光を照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法であって、加工対象に第１レーザ光ＬＬ１を照射して加工対象を溶融する第１の工程と、第１の工程により溶融した溶融領域に、第１レーザ光ＬＬ１と異なる第２レーザ光ＬＬ２を照射して、溶融領域の溶融量を維持する第２の工程と、を含む。そして、例えば、図１１に示すように、第１レーザ光ＬＬ１の照射開始から所定時間が経過したら、第１レーザ光ＬＬ１の出力を所定量だけ低下させ、第２レーザ光ＬＬ２の出力を第１レーザ光ＬＬ１の出力よりも小さく設定する。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象に対してレーザ光を照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法であって、
前記加工対象に第１レーザ光を照射して前記加工対象を溶融する第１の工程と、
前記第１の工程により溶融した溶融領域に、前記第１レーザ光と異なる第２レーザ光を照射して、前記溶融領域の溶融量を維持する第２の工程と、を含み、
（Ａ）前記第１レーザ光の照射開始から所定時間が経過したら、前記第１レーザ光の出力を所定量だけ低下させ、前記第２レーザ光の出力を前記第１レーザ光の出力よりも小さく設定する、第１のレーザ光構成、
または、
（Ｂ）前記第１レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の第１波長を有し第１出力のレーザ光を含み、前記第２レーザ光は、前記第１波長を有し出力が前記第１出力よりも小さくおよび／またはデフォーカス状態のレーザ光を含む、第２のレーザ光構成、
を備える、レーザ溶接方法。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１レーザ光の出力を所定量だけ低下させる際には、照射時間の経過に伴って連続的に徐々に低下させる、レーザ溶接方法。

【請求項3】

請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
前記加工対象は並置された複数の導体の導体端部であって、前記所定量の低下は複数段階で行われ、
前記複数段階の各段階におけるレーザ光照射においては、複数の前記導体端部の各々におけるレーザ光の走査は、往復走査の整数倍に設定される、レーザ溶接方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のレーザ溶接方法において、
前記第１のレーザ光構成における前記第１レーザ光は、前記第１波長を有し第２出力のレーザ光と、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の第２波長を有し前記第２出力よりも小さい第３出力のレーザ光とを含み、
前記第１のレーザ光構成における前記第２レーザ光は、前記第２波長を有し前記第３出力のレーザ光を含む、レーザ溶接方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のレーザ溶接方法において、
前記加工対象は並置された複数の導体の導体端部であって、
前記第１の工程および前記第２の工程においては、レーザ光を前記導体端部に個別に走査する、レーザ溶接方法。

【請求項6】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のレーザ溶接方法において、
前記加工対象は並置された複数の導体の導体端部であって、
各導体端部に形成された各溶融領域が合流して一つの合併溶融領域が形成されるまでは、レーザ光を前記導体端部に個別に走査し、
前記合併溶融領域が形成された後は、前記導体端部の各々を跨ぐようにレーザ光を走査する、レーザ溶接方法。

【請求項7】

第１レーザ光を発生する第１レーザ光発生装置と、
前記第１レーザ光と異なる第２レーザ光を発生する第２レーザ光発生装置と、
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を加工対象に照射する光学装置と、
前記第１レーザ光発生装置、前記第２レーザ光発生装置および前記光学装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記加工対象に前記第１レーザ光を照射して前記加工対象を溶融させ、次いで、溶融した溶融領域に前記第２レーザ光を照射して前記溶融領域の溶融量を維持させるように、前記第１レーザ光発生装置、前記第２レーザ光発生装置および前記光学装置の動作を制御する、レーザ溶接システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接システムに関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機や電力変換装置などの電気機器は大電流を低い抵抗で流す必要があり、角線のような太い導線や導体板を使用し、これらを接合して使用している（例えば、特許文献１参照）。このような導線や導体板に酸素含有量が比較的多いタフピッチ銅などを用いた場合には、溶接部にブローホールが多く形成され、強度不足や電気抵抗の増加が問題となる。そこで、特許文献１に記載の溶接方法では、接合対象である導体を溶融しながらリンを含む溶加材（脱酸材）を付加することで、ブローホールを抑制した溶接を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７１６２１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、脱酸材を使用した接合では、接合のサイクルタイムが伸び、脱酸材の材料コストもかかってしまうため、加工コストの上昇を招く。また、脱酸材の影響で導電率の低下も招く。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によるレーザ溶接方法は、加工対象に対してレーザ光を照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記加工対象に第１レーザ光を照射して前記加工対象を溶融する第１の工程と、前記第１の工程により溶融した溶融領域に、前記第１レーザ光と異なる第２レーザ光を照射して、前記溶融領域の溶融量を維持する第２の工程と、を含み、（Ａ）前記第１レーザ光の照射開始から所定時間が経過したら、前記第１レーザ光の出力を所定量だけ低下させ、前記第２レーザ光の出力を前記第１レーザ光の出力よりも小さく設定する第１のレーザ光構成、または、（Ｂ）前記第１レーザ光は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の第１波長を有し第１出力のレーザ光を含み、前記第２レーザ光は、前記第１波長を有し出力が前記第１出力よりも小さくおよび／またはデフォーカス状態のレーザ光を含む、第２のレーザ光構成、を備える。
本発明の一態様によるレーザ溶接システムは、第１レーザ光を発生する第１レーザ光発生装置と、前記第１レーザ光と異なる第２レーザ光を発生する第２レーザ光発生装置と、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光を加工対象に照射する光学装置と、前記第１レーザ光発生装置、前記第２レーザ光発生装置および前記光学装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加工対象に前記第１レーザ光を照射して前記加工対象を溶融させ、次いで、溶融した溶融領域に前記第２レーザ光を照射して前記溶融領域の溶融量を維持させるように、前記第１レーザ光発生装置、前記第２レーザ光発生装置および前記光学装置の動作を制御する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、加工コスト上昇および導電率低下を防止しつつ、ブローホールを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態のレーザ溶接システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、レーザ溶接の加工対象の一例を示す図である。

【図3】図３は、実施形態におけるレーザ溶接の制御を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、第１走査形態を示す模式図である。

【図5】図５は、溶融領域が形成された端部を導体側方から見た図である。

【図6】図６は、第２走査形態を示す模式図である。

【図7】図７は、合併溶融領域が形成された端部を導体側方から見た図である。

【図8】図８は、レーザ光照射と溶融量およびブローホール量との関係を定性的に説明するグラフである。

【図9】図９は、ブローホールの大気放出を説明する図である。

【図10】図１０は、変形例１を説明する図である。

【図11】図１１は、変形例２を説明する図である。

【図12】図１２は、複数段階で出力を低下させる例を示す図である。

【図13】図１３は、連続的に出力を低下させる例を示す図である。

【図14】図１４は、変形例３を説明する図である。

【図15】図１５は、変形例４を説明するフローチャートである。

【図16】図１６は、板材を重ね合わせて溶接する場合を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。また、以下の説明では、同一または類似の要素および処理には同一の符号を付し、重複説明を省略する場合がある。なお、以下に記載する内容はあくまでも本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、他の種々の形態でも実施をすることが可能である。

【0009】

図１は、本実施形態のレーザ溶接システム１の概略構成を示すブロック図である。レーザ溶接システム１は、第１のレーザ光発生装置１０、第２のレーザ光発生装置１１、光学装置１２、制御装置１３および光ファイバ１４を備えている。レーザ光発生装置１０，１１はそれぞれレーザ発振器を備えている。レーザ光発生装置１０は、波長が８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下である第１波長レーザ光を発生する。レーザ光発生装置１１は、波長が４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下である第２波長レーザ光を発生する。

【0010】

光ファイバ１４は、レーザ光発生装置１０，１１から出力されたレーザ光を光学装置１２に導く。光学装置１２は、レーザ光発生装置１０，１１から入力されたレーザ光を加工対象１５に向かって照射するための光学系である。図示しないが、光学装置１２は、コリメートレンズ、集光レンズ、ミラー、フィルタ等を備えている。光学装置１２は、加工対象１５上でレーザ光を走査可能に構成されている。

【0011】

制御装置１３は、レーザ光発生装置１０，１１および光学装置１２の動作を制御する。制御装置１３はＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭおよびＲＯＭ等）などを備え、メモリに格納されているプログラムをＣＰＵで実行することによりレーザ溶接システム１の制御を行う。制御装置１３は、レーザ光発生装置１０，１１に対してレーザ光の出力制御を行う。制御装置１３は、光学装置１２に対してレーザ光の焦点位置の制御や走査軌跡の制御を行う。

【0012】

上述した８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第１波長レーザ光は、一般的にＩＲレーザ光と呼ばれる波長領域のレーザ光である。また、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長の第２波長レーザ光は、ＢＬＵＥレーザ光と呼ばれる波長領域のレーザ光である。第１波長レーザ光と第２波長レーザ光とを比較した場合、第１波長レーザ光はスポット径が小さく出力密度が高いが、加工対象１５における吸収率が低い。一方、第２波長レーザ光は、スポット径が大きく出力密度が低いが、加工対象１５における吸収率が高い。

【0013】

そのため、第１波長レーザ光と第２波長レーザ光とを含むレーザ光で加工対象を走査すると、走査経路上の領域は、スポット径の大きな第２波長レーザ光が照射された後に第１波長レーザ光が照射されることになる。すなわち、出力密度は低いが吸収率が高い第２波長レーザ光の後に出力密度の高い第１波長レーザ光が照射されることで、スパッタ及びブローホールの発生に関して改善を図ることができる。本実施形態では、第１波長レーザ光と第２波長レーザ光とを含むレーザ光を用いて加工対象１５を溶融するとともに、後述するような溶接方法を採用することで、ブローホールの発生をさらに低減している。

【0014】

図２は、レーザ溶接の加工対象１５の一例を示す図である。図２は、モータのステータコア２０に設けられたステータコイル２１の一部を示す図である。ステータコア２０は電磁鋼板を積層して構成される。ステータコア２０には、複数のスロット２００が形成されている。各スロット２００にはステータコイル２１が配設される。ステータコイル２１は、複数のセグメントコイルを接続して形成されている。図２に示す例では、ステータコイル２１を構成する複数のセグメントコイルの内の、互いに接続された一対のセグメントコイル２１Ａ，２１Ｂを示した。

【0015】

セグメントコイル２１Ａはスロット２００ａに挿入され、セグメントコイル２１Ｂはスロット２００ｂに挿入されている。セグメントコイル２１Ａの端部２１１ａは、セグメントコイル２１Ｂの端部２１１ｂと隣接するように並置される。端部２１１ａおよび端部２１１ｂは、レーザ溶接により互いに接合される。レーザ光は、端部２１１ａおよび端部２１１ｂの端面に照射される。

【0016】

ステータコイル２１には、一般的に酸素含有率の低い無酸素銅が用いられる。コスト低減を図るために無酸素銅に代えてタフピッチ銅を用いた場合、特許文献１に記載されているように、溶接部にブローホールが多く形成されという問題があった。タフピッチ銅は、無酸素銅と比べて酸素含有量が多い。例えば、無酸素銅の場合には酸素の含有量は１０ｐｐｍ以下であるが、タフピッチ銅では３００～５００ｐｐｍ程度の酸素が含まれている。タフピッチ銅が溶融した際に、含有する酸素が水素と結びついて生じる水蒸気がブローホール発生の原因と考えられる。本実施形態では、以下で説明するような方法でレーザ溶接を行うことで、ブローホールの発生を抑制するようにした。

【0017】

図３は、制御装置１３によるレーザ溶接の制御を説明するフローチャートである。ステップＳ１０１では、制御装置１３は、加工対象１５に照射するレーザ光の照射条件を第１照射条件に設定する。実施形態における第１照射条件では、レーザ光発生装置１０の第１波長レーザ光と、レーザ光発生装置１１の第２波長レーザ光とを同時に照射する。さらに、第２波長レーザ光の出力は、後述するように、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍを所定の溶融量Ｍthに維持する出力に設定される。一方、第１波長レーザ光の出力は、第１波長レーザ光と上記出力の第２波長レーザ光とを照射したときに加工対象１５（コイル導体）を溶融できる出力に設定される。例えば、第１波長レーザ光のみでコイル導体を溶融できる出力に設定する。以下では、第１照射条件のレーザ光を第１レーザ光ＬＬ１と称することにする。

【0018】

ステップＳ１０２では、図４に示すような第１走査形態で第１レーザ光ＬＬ１をセグメントコイル２１Ａ，２１Ｂの端部２１１ａ，２１１ｂの端面に照射する。図４は第１走査形態を示す模式図であって、端部２１１ａ，２１１ｂの端面を上方から見た場合の図（上視図）を示す。矢印Ｒ１，Ｒ２は第１レーザ光ＬＬ１の走査軌跡を示している。

【0019】

第１走査形態では、まず、一方の端部２１１ａの端面に対して、走査軌跡Ｒ１，Ｒ２で示すように第１レーザ光ＬＬ１のスポットを往復移動させる。これにより、端部２１１ａの導体が溶けて溶融領域Ｓ１が形成される。次いで、他方の端部２１１ｂの端面を、走査軌跡Ｒ１，Ｒ２で示すように第１レーザ光ＬＬ１のスポットを往復移動させる。これにより、端部２１１ｂの導体が溶けて端部２１１ｂの端面に別の溶融領域Ｓ２が形成される。

【0020】

なお、端部２１１ａ，２１１ｂを交互に走査するパターンとしては、２１１ａ→２１１ｂ→２１１ａ→２１１ｂ・・・のように端部２１１ａ，２１１ｂを交互に１回ずつ往復走査しても良いし、２１１ａ→２１１ａ→２１１ｂ→２１１ｂ→２１１ａ→２１１ａ→２１１ｂ→２１１ｂ・・・のように複数回ずつ交互に往復走査しても良い。また、１回ずつと複数回ずつとを組み合わせても良い。

【0021】

図５は、溶融領域Ｓ１，Ｓ２が形成された端部２１１ａ，２１１ｂを導体側方から見た図である。端部２１１ａの端面を第１レーザ光ＬＬ１で往復走査することにより、端部２１１ａの一部が溶けて溶融領域Ｓ１が形成される。次いで、端部２１１ｂの端面を第１レーザ光ＬＬ１で往復走査することにより、端部２１１ｂの一部が溶けて溶融領域Ｓ２が形成される。各端部２１１ａ，２１１ｂへのレーザ光照射を繰り返すたび、溶融領域Ｓ１，Ｓ２の溶融量は増加する。端部２１１ａ，２１１ｂの溶融に伴ってブローホールＢＨが発生する。なお、本実施形態では、溶融領域に生じる気泡や溶接部に生じる気孔のことを、統一してブローホールと称することにする。

【0022】

図３に戻って、ステップＳ１０３では、制御装置１３は、各端部２１１ａ，２１１ｂに対する第１走査形態（往復走査）における往復の走査回数Ｎ１が、予め設定した所定回数Ｎ1thに達したか否かを判定する。図５に示す各溶融領域Ｓ１，Ｓ２の溶融量は走査回数Ｎ１の増加につれて増加し、互いに離れていた溶融領域Ｓ１，Ｓ２は合併して一つになる。二点鎖線で示す溶融領域Ｓ３は合併後の溶融領域を示しており、以下では、合併溶融領域Ｓ３と称することにする。合併溶融領域Ｓ３は、端部２１１ａの端面と端部２１１ｂの端面とに跨って形成される。

【0023】

ステップＳ１０３における所定回数Ｎ１は、各端部２１１ａ，２１１ｂに形成された各溶融領域Ｓ１，Ｓ２の溶融量が増加し、溶融領域Ｓ１，Ｓ２が合併して一つの合併溶融領域Ｓ３となるタイミングを考慮して設定される。すなわち、所定回数Ｎ1thは、所定回数Ｎ1thだけ往復走査を行った場合に必ず合併溶融領域Ｓ３が形成されるという回数に設定される。

【0024】

各端部２１１ａ，２１１ｂに対する走査回数が所定回数Ｎ1thに達するまではステップＳ１０３の処理が繰り返され、ステップＳ１０３でＮ１≧Ｎ1thと判定されるとステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、合併溶融領域Ｓ３の全体に対して、図６に示すような第２走査形態で第１レーザ光ＬＬ１を照射する。第２走査形態では、破線Ｒ３で示すような円形の走査軌跡で、隣接する端部２１１ａ，２１１ｂの境界を跨ぐように第１レーザ光ＬＬ１を各端部２１１ａ，２１１ｂに照射する。第１レーザ光ＬＬ１の照射に伴って、合併溶融領域Ｓ３の溶融量は増加する。図７は、合併溶融領域Ｓ３が形成された端部２１１ａ，２１１ｂを導体側方から見た図である。合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍの増加に伴って、生じるブローホールＢＨの量も増加する。

【0025】

図３のステップＳ１０５では、制御装置１３は、第２走査形態による走査回数Ｎ２が所定回数Ｎ2thに達したか否かを判定する。この場合の所定回数Ｎ2thは、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍが所定の溶融量Ｍthに達する回数に設定される。走査回数Ｎ２が所定回数Ｎ2thとなるまではステップＳ１０５の処理が繰り返され、ステップＳ１０５でＮ２≧Ｎ2thと判定されるとステップＳ１０６に進む。

【0026】

ステップＳ１０６では、制御装置１３は、照射するレーザ光の照射条件を第１照射条件から第２照射条件へ設定変更する。なお、走査形態については第２走査形態を継続する。実施形態における第２照射条件では、レーザ光発生装置１０の第１波長レーザ光を停止し、レーザ光発生装置１１の第２波長レーザ光のみによる照射を行う。なお、第２波長レーザ光の出力は、第１照射条件の場合と同一（合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍを所定の溶融量Ｍthに維持する出力）に設定される。以下では、第２照射条件のレーザ光を第２レーザ光ＬＬ２と称することにする。

【0027】

ここで、合併溶融領域Ｓ３を維持する出力とは、第２レーザ光ＬＬ２を図６に示す第２走査形態で合併溶融領域Ｓ３を照射した場合に、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍが増えないで維持される出力に相当する。この場合、各端部２１１ａ，２１１ｂの新たな溶融は生じず、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍは所定の溶融量Ｍthに維持される。

【0028】

ステップＳ１０７では、制御装置１３は、第２レーザ光ＬＬ２による走査回数Ｎ３が所定回数Ｎ3thに達したか否かを判定する。そして、走査回数Ｎ３が所定回数Ｎ3thに達するまではステップＳ１０７の処理が繰り返され、ステップＳ１０７でＮ３≧Ｎ3thと判定されるとステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、第２レーザ光ＬＬ２の照射を停止してレーザ溶接の終了処理を実行し、一連のレーザ溶接処理を終了する。

【0029】

図８は、レーザ光照射と溶融量およびブローホール量との関係を定性的に説明するグラフである。図示上側のグラフは溶融量Ｍおよびブローホール量Ｖｂの時間的推移を示し、図示下側のグラフはレーザ光の出力Ｗの時間的推移を示す。時刻ｔ＝０から時刻ｔ２までは第１レーザ光ＬＬ１による照射が行われ、時刻ｔ２からは時刻ｔ３までは第２レーザ光ＬＬ２による照射が行われる。第１レーザ光ＬＬ１は、出力Ｗ１の第１波長レーザ光ＩＲと出力Ｗ２の第２波長レーザ光Ｂｕとを含む。一方、第２レーザ光ＬＬ２には、出力Ｗ２の第２波長レーザ光Ｂｕのみが含まれる。

【0030】

ラインＬ１は溶融量Ｍを示し、ラインＬ２は推定されるブローホール量Ｖｂを示している。溶融量Ｍを示すラインＬ１は、時刻ｔ１において傾きが変化（増加）している。これは、端部２１１ａ，２１１ｂの端面のほぼ全面に溶融領域が拡がり、加工対象のレーザ光吸収率が大きくなったことによるものと考えられる。時刻ｔ２に照射されるレーザ光が第１レーザ光ＬＬ１から第２レーザ光ＬＬ２に切り替えられると、溶融量Ｍの増加は止まって所定の溶融量Ｍthに維持される。

【0031】

溶融領域に含まれるブローホールＢＨの量（ブローホール量Ｖｂ）は、導体が新たに溶融する量Ｍ依存して増加すると考えられる。そのため、溶融量Ｍが増加している溶接開始からほぼ時刻ｔ２までは、ブローホール量Ｖｂが時間経過と共に増加する。一方、照射されるレーザ光が第１レーザ光ＬＬ１から第２レーザ光ＬＬ２に切り替わると、溶融領域（合併溶融領域Ｓ３）には出力Ｗ２の第２波長レーザ光Ｂｕのみが照射されることになる。第２波長レーザ光Ｂｕはスポット径が大きく出力密度が低いので、導体の新たな溶融が生じず、溶融領域の溶融状態を維持するように作用する。

【0032】

導体の新たな溶融が生じず溶融量Ｍが一定に維持される状態においては、ブローホールＢＨは新たに発生しない。一方、溶融領域（合併溶融領域Ｓ３）に既に存在するブローホールＢＨは、図９に示すように浮力によって合併溶融領域Ｓ３の表面方向に移動する。そして、合併溶融領域Ｓ３の表面に達したブローホールＢＨは、合併溶融領域Ｓ３の表面から大気中に放出される。溶融量Ｍが一定に維持されている状態において、このようなブローホールＢＨの大気への放出が行われることにより、図８のラインＬ２に示すように合併溶融領域Ｓ３のブローホール量Ｖｂが減少する。第２レーザ光ＬＬ２の照射時間、すなわち、溶融量Ｍが一定（Ｍth）に維持される時間は、ブローホールＢＨの放出速度に応じて設定される。

【0033】

上述のように、本実施形態では、第２レーザ光ＬＬ２を溶融領域に照射して溶融量Ｍを維持し、ブローホールＢＨの大気への放出を促すことにより、合併溶融領域Ｓ３内のブローホールＢＨを低減するようにした。その結果、端部２１１ａ，２１１ｂの溶接部に残留するブローホールＢＨの量（ブローホール量Ｖｂ）を従来よりも低減することができ、溶接部の接合強度の向上図ることができる。また、特許文献１に記載の技術のように脱酸材を用いていないので、加工コストの上昇や導電率低下を防止することができる。

【0034】

上述した実施形態では、第１レーザ光ＬＬ１は、波長が８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の第１波長レーザ光ＩＲと、波長が４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の第２波長レーザ光Ｂｕとを含み、第２レーザ光ＬＬ２は第２波長レーザ光Ｂｕのみで構成されるレーザ光とした。しかし、第１レーザ光ＬＬ１および第２レーザ光ＬＬ２の構成は、これらに限定されるものではない。以下では、他の例（変形例１～４）について説明する。なお、変形例１～３では、図３に示したような制御に関するフローチャートについては省略するが、変形例の内容に応じて照射条件等を適宜変更すれば良い。

【0035】

（変形例１）
図１０は、変形例１における第１レーザ光ＬＬ１および第２レーザ光ＬＬ２を説明する図である。変形例１では、第２レーザ光ＬＬ２も第１波長レーザ光ＩＲと第２波長レーザ光Ｂｕとを含む構成とした。そして、第１レーザ光ＬＬ１では第１波長レーザ光ＩＲの出力をＷ１とし、第２レーザ光ＬＬ２では第１波長レーザ光ＩＲの出力をＷ１１（＜Ｗ１）とする。また、第２レーザ光ＬＬ２に出力Ｗ１１の第１波長レーザ光ＩＲを含ませるようにしたので、第２波長レーザ光Ｂｕの出力をＷ２１（＜Ｗ２）と設定する。このように設定することで、第２レーザ光ＬＬ２のトータルの出力を、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍを所定の溶融量Ｍthに維持させる出力とすることができる。溶融領域の深い位置にブローホールが発生した場合、第２波長レーザ光Ｂｕだけでは溶融領域深部への入熱が不十分で、ブローホールが放出される前に固化してしまう。そのため、新たなブローホールを発生させない程度（出力Ｗ１１）まで第１波長レーザ光ＩＲの出力を低下させて照射することで、深い位置での溶融状態を保持してブローホールを放出することができる。

【0036】

また、第２レーザ光ＬＬ２において第１波長レーザ光ＩＲの出力を低下させる代わりに、第１波長レーザ光ＩＲをデフォーカス状態で照射するようにしても良い。デフォーカス状態とすることで第１波長レーザ光ＩＲのスポット径が拡がり、出力密度が低下する。そのため、第１波長レーザ光ＩＲによる導体の新たな溶融を防止しつつエネルギーを投入することができる。なお、第１波長レーザ光ＩＲだけでなく、第２波長レーザ光Ｂｕも同時にデフォーカスしても良い。

【0037】

また、第２レーザ光ＬＬ２において、第１波長レーザ光ＩＲの出力を低下させるとともにデフォーカス状態としても良い。さらにまた、第２レーザ光ＬＬ２に含まれる第２波長レーザ光Ｂｕの出力に関しても、第１レーザ光ＬＬ１に含まれる第２波長レーザ光Ｂｕの出力よりも低下させるようにしても良い。

【0038】

（変形例２）
図１１は、変形例２における第１レーザ光ＬＬ１および第２レーザ光ＬＬ２を説明する図である。変形例２では、上述した変形例１（図１０）の第１レーザ光ＬＬ１において、それに含まれる第１波長レーザ光ＩＲの出力を、時刻ｔ１において出力Ｗ１からＷ１２（Ｗ１＞Ｗ１２＞Ｗ１１）へと所定量ΔＷだけ低下させるようにした。その他の構成は上述した変形例１の場合と同様である。

【0039】

加工対象である銅の温度が上昇するに従ってレーザ光の吸収率が上昇することや、銅が固体から溶融状態へ変化する際にステップ状に吸収率が上昇することが知られている。時刻ｔ１はレーザ光の吸収率の上昇に合わせて設定されたタイミングであり、このタイミングに合わせて第１レーザ光ＬＬ１に含まれる第１波長レーザ光ＩＲの出力をＷ１からＷ１２に低下させる。レーザ光の吸収率が上昇すると第１レーザ光ＬＬ１による溶融が急増する。そのため、変形例２ではそのような溶融の急増によるブローホールの急増を抑制するために、第１レーザ光ＬＬ１の出力を所定量ΔＷだけ低下させるようにした。

【0040】

図１１では、第１レーザ光ＬＬ１の出力を１段階で所定量ΔＷだけ低下させたが、図１２に示すように、ΔＷ／２ずつ２段階で低下させるようにしても良い。もちろん、３段階以上であっても良い。さらには、図１３に示すように、第１レーザ光ＬＬ１の出力を連続的に滑らかに所定量ΔＷだけ低下させるようにしても良い。その結果、吸収率の変化に対して、第１レーザ光ＬＬ１の出力をより適切に追従させることができ、ブローホールの発生抑制をより効果的に行うことができる。

【0041】

第１レーザ光ＬＬ１の出力を図１１や図１２のように段階的に低下させる場合には、図４に示す端部２１１ａに対する往復移動の照射（往復走査）と端部２１１ｂに対する往復移動の照射（往復走査）とを合わせた１周期の照射を１単位とし、ｎ単位（ｎ＝１，２，３，・・・）毎に出力を低下させる。このように周期単位で出力を低下させることで、各端部の溶融状態を均等状態にすることができる。

【0042】

なお、実施形態の図８に関しても、図１０に対する図１１～１３の場合と同様に、時刻ｔ１において、第１レーザ光ＬＬ１に含まれる第１波長レーザ光ＩＲの出力を段階的にまたは連続的にＷ１からＷ１２に低下させるようにしても良い。

【0043】

（変形例３）
図１４は、変形例３における第１レーザ光ＬＬ１および第２レーザ光ＬＬ２を説明する図である。変形例３では、第１レーザ光ＬＬ１および第２レーザ光ＬＬ２のそれぞれを、第１波長レーザ光ＩＲのみで構成する。第１レーザ光ＬＬ１における第１波長レーザ光ＩＲの出力はＷ１３とする。出力Ｗ１３は、図８に示す出力Ｗ１と同じでも良く、また、若干高く設定しても良い。第２レーザ光ＬＬ２における第１波長レーザ光ＩＲの出力はＷ１４とする。かつ、第１波長レーザ光ＩＲをデフォーカス状態にしてスポット径を大きくして、第１波長レーザ光ＩＲの出力密度を低下させる。

【0044】

このように、変形例３では、第２レーザ光ＬＬ２は第１波長レーザ光ＩＲのみで構成されるが、出力を低下させ、かつ、デフォーカスして出力密度も低下させることで、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍを一定に維持するようにした。なお、第２レーザ光ＬＬ２の第１波長レーザ光ＩＲについては、出力を低下させるだけの構成であっても良いし、デフォーカス状態にするだけでも良い。また、図１４の変形例３においても、図１０に対する図１１～１３の場合と同様に、時刻ｔ１において、第１レーザ光ＬＬ１に含まれる第１波長レーザ光ＩＲの出力を段階的にまたは連続的にＷ１からＷ１２に低下させるようにしても良い。

【0045】

（変形例４）
図１５は、変形例４を説明するフローチャートである。図１５のフローチャートは、図３のフローチャートにおいてステップＳ１０３、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５を削除し、かつ、ステップＳ１１３を追加したものである。ステップＳ１１３以外のステップの処理は、図３の同一符号のステップの処理と同様である。以下では、ステップＳ１１３以降のステップについて主に説明する。

【0046】

ステップＳ１０２においては、前述したように、セグメントコイル２１Ａ，２１Ｂの端部２１１ａ，２１１ｂの端面に対して、第１走査形態による第１レーザ光ＬＬ１の照射を開始する。図５に示す各溶融領域Ｓ１，Ｓ２の溶融量は、走査回数Ｎ１の増加につれて増加する。そして、互いに離れていた溶融領域Ｓ１，Ｓ２は合併して一つになり、端部２１１ａの端面と端部２１１ｂの端面とに跨った合併溶融領域Ｓ３となる。

【0047】

ステップＳ１１３では、制御装置１３は、第１走査形態による走査回数Ｎ１が所定回数Ｎth1に達したか否かを判定する。この所定回数Ｎth1は、合併溶融領域Ｓ３の溶融量Ｍが所定の溶融量Ｍthに達する回数に設定される。走査回数Ｎ１が所定回数Ｎth1となるまではステップＳ１１３の処理が繰り返され、ステップＳ１１３でＮ１≧Ｎth1と判定されるとステップＳ１０６へ進む。

【0048】

ステップＳ１０６では、制御装置１３は、照射するレーザ光の照射条件を第１照射条件（第１レーザ光ＬＬ１）から第２照射条件（第２レーザ光ＬＬ２）へ設定変更する。なお、走査形態については第１走査形態を継続する。ステップＳ１０７では、第２レーザ光ＬＬ２による走査回数Ｎ３が所定回数Ｎ3thに達したか否かを判定し、Ｎ３≧Ｎ3thと判定されるとステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、第２レーザ光ＬＬ２の照射を停止してレーザ溶接の終了処理を実行し、一連のレーザ溶接処理を終了する。

【0049】

図３に示したレーザ光の走査制御では、溶融領域が合併溶融領域Ｓ３になったならば往復走査（第１走査形態）から円軌道の走査（第２走査形態）に切り替えていた。一方、変形例４では、走査形態の切り替えを必要としないので、走査制御がより簡単になる。

【0050】

なお、上述した実施形態では、モータのステータコイルを接合する場合を例にレーザ溶接を説明したが、本発明のレーザ溶接方法は、ステータコイルの接合に限らず種々の加工対象の溶接に適用することができる。例えば、図１６に示すように板材３０ａ，３０ｂを重ね合わせて溶接する場合にも適用することができる。先ず、第１レーザ光ＬＬ１を照射して板材３０ａと板材３０ｂとに跨る溶融領域Ｓ４を形成する。次いで、第２レーザ光ＬＬ２を溶融領域Ｓ４に照射して溶融量を一定に維持する。この溶融量を維持する期間において、溶融領域Ｓ４内のブローホールＢＨが大気に放出され、溶接部のブローホール低減を図ることができる。

【0051】

以上説明した本発明の実施形態および変形例によれば、以下の作用効果を奏する。

【0052】

（１）図５，７，１１～１４等に示すように、レーザ溶接方法は、加工対象である端部２１１ａ，２１１ｂに第１レーザ光ＬＬ１を照射して端部２１１ａ，２１１ｂを溶融する第１の工程と、第１の工程により溶融した溶融領域（合併溶融領域Ｓ３）に、第１レーザ光ＬＬ１と照射条件が異なる第２レーザ光ＬＬ２を照射して、合併溶融領域Ｓ３の溶融量を維持する第２の工程と、を含む。

【0053】

レーザ光構成としては、下記の第１のレーザ光構成（Ａ）または第２のレーザ光構成（Ｂ）を備える。第１のレーザ光構成（Ａ）では、例えば図１１～１３に示すように、第１レーザ光ＬＬ１の照射開始から所定時間が経過したら、第１レーザ光ＬＬ１の出力を所定量だけ低下させ、第２レーザ光ＬＬ２の出力を第１レーザ光ＬＬ１の出力よりも小さく設定する。第２のレーザ光構成（Ｂ）では、図１４に示すように、第１レーザ光ＬＬ１は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の第１波長を有し出力Ｗ１３の第１波長レーザ光ＩＲを含み、第２レーザ光ＬＬ２は、第１波長を有し出力が出力Ｗ１３よりも小さくおよび／またはデフォーカス状態の第１波長レーザ光ＩＲを含む。

【0054】

このように、第２の工程では、合併溶融領域Ｓ３の溶融量が維持されるので、溶融に伴って生じるブローホールの新たなる発生を止めることができる。そして、溶融領域内のブローホールは、浮力により溶融領域の表面方向に移動し、溶融領域の表面から大気へと放出される。その結果、溶融領域内のブローホールが減少して溶接部のブローホール残留が低減され、溶接部の接合強度の向上を図ることができる。また、脱酸材を使用しないのでコスト上昇や導電率低下を抑えることができる。

【0055】

（２）また、図４～７等に示すように、加工対象は並置された複数の導体（セグメントコイル２１Ａ，２１Ｂ）の導体端部（端部２１１ａ，２１１ｂ）であって、各端部２１１ａ，２１１ｂに形成された各溶融領域Ｓ１，Ｓ２が合流して一つの合併溶融領域Ｓ３が形成されるまでは、図４に示すようにレーザ光を端部２１１ａ，２１１ｂに個別に走査し、合併溶融領域Ｓ３が形成された後は、図６に示すように端部２１１ａ，２１１ｂの各々を跨ぐようにレーザ光を走査する。

【0056】

モータのステータコイル等の導体には、表面にエナメル等の被覆が施されている。そのため、端部２１１ａ，２１１ｂの端面にレーザ光を照射して溶接する場合、端部２１１ａ，２１１ｂの両方に跨るようにレーザ光を走査すると、レーザ光照射により被覆が損傷し悪影響を及ぼす。

【0057】

上述のように、各端面に形成される溶融領域Ｓ１，Ｓ２が合併するまでは、図４に示すようにレーザ光を端部２１１ａ，２１１ｂに個別に照射することで、レーザ光が被覆に照射されるのを防止することができる。一方、合併溶融領域Ｓ３が形成されると、端部２１１ａ，２１１ｂの境界領域の被覆が合併溶融領域Ｓ３により覆われるので、図６に示すように端部２１１ａ，２１１ｂの各々を跨ぐようにレーザ光を走査しても、被覆にレーザ光が照射されるおそれがない。その結果、レーザ光による被覆の損傷を防止することができる。

【0058】

以上説明した各種の実施の形態や変形例はあくまでも一例であり、発明の特徴を損なわない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0059】

１…レーザ溶接システム、１０，１１…レーザ光発生装置、１２…光学装置、１３…制御装置、１４…光ファイバ、１５…加工対象、２０…ステータコア、２１…ステータコイル、２１Ａ，２１Ｂ…セグメントコイル、３０ａ，３０ｂ…板材、２００ａ，２００ｂ…スロット、２１１ａ，２１１ｂ…端部、ＢＨ…ブローホール、Ｂｕ…第２波長レーザ光、ＩＲ…第１波長レーザ光、ＬＬ１…第１レーザ光、ＬＬ２…第２レーザ光、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…走査軌跡、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４…溶融領域、Ｓ３…合併溶融領域

【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】

【図14】

【図15】

【図16】