特開 2024-57228 接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法

(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】P2024057228

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20240417BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20240417BHJP

   B23K 26/351 20140101ALI20240417BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20240417BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 N

B23K26/067

B23K26/351

B23K26/082

B23K26/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163824

(22)【出願日】2022-10-12

(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】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西野 史香

(72)【発明者】

【氏名】野上 祐介

(72)【発明者】

【氏名】村山 太郎

(72)【発明者】

【氏名】茅原 崇

(72)【発明者】

【氏名】大前 瑞姫

(72)【発明者】

【氏名】園田 貴大

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD04

4E168BA29

4E168BA56

4E168BA87

4E168CB04

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA13

4E168DA24

4E168DA26

4E168DA28

4E168DA29

4E168EA05

4E168EA08

4E168EA15

4E168EA17

4E168FB02

(57)【要約】

【課題】例えば、改善された新規な接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法を得る。
【解決手段】接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法は、例えば、絶縁被覆付き電線と接続部材とを固定する第一工程と、第一工程によって接続部材と固定された端部の絶縁被覆に当該端部に対して接続部材とは反対側からレーザ光を当該絶縁被覆に沿って円周状に走査しながら照射するとともに端部に酸素を含むガスを吹き付けて当該端部から絶縁被覆を除去する第二工程と、第二工程の後に端部の導体に接続部材とは反対側からレーザ光を定点照射して当該導体を溶融して溶融池を形成する第三工程と、第三工程の後にレーザ光を円周状に走査しながら照射することにより接続部材を溶融して溶融池を拡大する第四工程と、第四工程の後に溶融池を冷却して固化する第五工程と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性の金属材料で作られた接続部材に設けられた開口を、導体と当該導体を取り囲む絶縁被覆とを有した絶縁被覆付き電線が貫通するとともに、当該絶縁被覆付き電線の端部が前記接続部材から突出した状態で、当該開口が狭くなるように前記接続部材を加締めて前記絶縁被覆付き電線と前記接続部材とを固定する第一工程と、
前記第一工程によって前記接続部材と固定された前記端部の前記絶縁被覆に当該端部に対して前記接続部材とは反対側からレーザ光を当該絶縁被覆に沿って円周状に走査しながら照射するとともに前記端部に酸素を含むガスを吹き付けて当該端部から前記絶縁被覆を除去する第二工程と、
前記第二工程の後に前記端部の前記導体に前記接続部材とは反対側からレーザ光を定点照射して当該導体を溶融して溶融池を形成する第三工程と、
前記第三工程の後にレーザ光を円周状に走査しながら照射することにより前記接続部材を溶融して前記溶融池を拡大する第四工程と、
前記第四工程の後に前記溶融池を冷却して固化する第五工程と、
を備えた、接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項2】

前記第二工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射する、請求項１に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項3】

前記第二工程は、レーザ光を円周状に少なくとも１周走査しながら照射する周回照射を複数回含む、請求項１または２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項4】

前記第二工程は、前記周回照射として、第一周回照射と、当該第一周回照射の後に行われ当該第一周回照射よりも低いパワーで前記レーザ光を照射する第二周回照射と、を含む、請求項３に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項5】

前記第二周回照射において、前記第一周回照射よりも大きい半径で前記レーザ光を走査する、請求項４に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項6】

前記第二工程は、前記周回照射として、第一周回照射と、当該第一周回照射の後に行われ当該第一周回照射よりも大きい半径で前記レーザ光を走査する第三周回照射と、を含む、請求項３に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項7】

前記第二工程において、前記ガスは、前記端部に対して前記接続部材とは反対側から、前記端部の外周の、周方向における位置が異なる複数箇所に向けて、吹き付けられる、請求項１または２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項8】

前記第二工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、１０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、１００［Ｗ］より高くかつ１２００［Ｗ］より低い、請求項１または２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項9】

前記第二工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、２０［ｍｍ／ｓ］より速く、レーザ光の出力は、２００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低い、請求項８に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項10】

前記第三工程では、レーザ光の照射時間は、１０［ｍｓ］より長くかつ７０［ｍｓ］より短く、レーザ光の出力は、５００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低い、請求項１または２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項11】

前記第三工程では、レーザ光の照射時間は、３０［ｍｓ］より長くかつ６０［ｍｓ］より短く、レーザ光の出力は、７００［Ｗ］より高い、請求項１０に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項12】

前記第四工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射する、請求項１に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項13】

前記第四工程において、前記第三工程よりも低いパワーでレーザ光を照射する、請求項１または１２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項14】

前記第四工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、２０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、３５０［Ｗ］より高くかつ６５０［Ｗ］より低い、請求項１または２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項15】

前記第四工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、６０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、４００［Ｗ］より高い、請求項１４に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項16】

前記第四工程において、前記レーザ光をウォブリングしながら円周状に走査する、請求項１または１２に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項17】

前記第四工程の後かつ前記第五工程の前に、前記第四工程で形成された溶融池に前記第四工程よりも低いパワーでレーザ光を照射して当該溶融池を加熱する第六工程を備えた、請求項１に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【請求項18】

前記第六工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射する、請求項１７に記載の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、接続部材と電線の導体とを加締めた後にレーザ溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－３４６９２９号公報

【特許文献2】特開２００４－１７８８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１および特許文献２に記載された方法は、接続部材と絶縁被覆の無い導体とをレーザ溶接する方法である。よって、当該方法を絶縁被覆付き電線に適用する場合には、予め当該絶縁被覆を部分的に除去する必要があり、その分、当該レーザ溶接に要する手間やコスト、ひいては当該レーザ溶接による溶接部を含む製品の製造に要する手間やコストが、増える虞がある。

【0005】

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、接続部材と絶縁被覆付き電線の導体とがレーザ溶接された溶接部を含む製品の製造に要する手間やコストを抑制することが可能となるような、改善された新規な接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法を得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法は、例えば、導電性の金属材料で作られた接続部材に設けられた開口を、導体と当該導体を取り囲む絶縁被覆とを有した絶縁被覆付き電線が貫通するとともに、当該絶縁被覆付き電線の端部が前記接続部材から突出した状態で、当該開口が狭くなるように前記接続部材を加締めて前記絶縁被覆付き電線と前記接続部材とを固定する第一工程と、前記第一工程によって前記接続部材と固定された前記端部の前記絶縁被覆に当該端部に対して前記接続部材とは反対側からレーザ光を当該絶縁被覆に沿って円周状に走査しながら照射するとともに前記端部に酸素を含むガスを吹き付けて当該端部から前記絶縁被覆を除去する第二工程と、前記第二工程の後に前記端部の前記導体に前記接続部材とは反対側からレーザ光を定点照射して当該導体を溶融して溶融池を形成する第三工程と、前記第三工程の後にレーザ光を円周状に走査しながら照射することにより前記接続部材を溶融して前記溶融池を拡大する第四工程と、前記第四工程の後に前記溶融池を冷却して固化する第五工程と、を備える。

【0007】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射してもよい。

【0008】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二工程は、レーザ光を円周状に少なくとも１周走査しながら照射する周回照射を複数回含んでもよい。

【0009】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二工程は、前記周回照射として、第一周回照射と、当該第一周回照射の後に行われ当該第一周回照射より低いパワーで前記レーザ光を照射する第二周回照射と、を含んでもよい。

【0010】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二周回照射において、前記第一周回照射より大きい半径で前記レーザ光を走査してもよい。

【0011】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二工程は、前記周回照射として、第一周回照射と、当該第一周回照射の後に行われ当該第一周回照射より大きい半径で前記レーザ光を走査する第三周回照射と、を含んでもよい。

【0012】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第二工程において、前記ガスは、前記端部に対して前記接続部材とは反対側から、前記端部の外周の、周方向における位置が異なる複数箇所に向けて、吹き付けられてもよい。

【0013】

前記第二工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、１０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、１００［Ｗ］より高くかつ１２００［Ｗ］より低くてもよい。

【0014】

前記第二工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、２０［ｍｍ／ｓ］より速く、レーザ光の出力は、２００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低くてもよい。

【0015】

前記第三工程では、レーザ光の照射時間は、１０［ｍｓ］より長くかつ７０［ｍｓ］より短く、レーザ光の出力は、５００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低くてもよい。

【0016】

前記第三工程では、レーザ光の照射時間は、３０［ｍｓ］より長くかつ６０［ｍｓ］より短く、レーザ光の出力は、７００［Ｗ］より高くてもよい。

【0017】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第四工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射してもよい。

【0018】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第四工程において、前記第三工程より低いパワーでレーザ光を照射してもよい。

【0019】

前記第四工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、２０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、３５０［Ｗ］より高くかつ６５０［Ｗ］より低くてもよい。

【0020】

前記第四工程では、レーザ光のスポットの走査速度は、６０［ｍｍ／ｓ］より遅く、レーザ光の出力は、４００［Ｗ］より高くてもよい。

【0021】

前記第四工程において、前記レーザ光をウォブリングしながら円周状に走査してもよい。

【0022】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法は、前記第四工程の後かつ前記第五工程の前に、前記第四工程で形成された溶融池に前記第四工程より低いパワーでレーザ光を照射して当該溶融池を加熱する第六工程を備えてもよい。

【0023】

前記接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法では、前記第六工程において、前記レーザ光として、複数のビームに分割されたレーザ光を照射してもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、改善された新規な接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、実施形態のレーザ加工装置の例示的な模式図である。

【図2】図２は、実施形態のレーザ加工装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。

【図3】図３は、実施形態のレーザ加工装置によって加工対象の表面上に形成されるレーザ光のスポットの一例を示す模式図である。

【図4】図４は、第１実施形態の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法の手順を示す例示的なフローチャートである。

【図5】図５は、第１実施形態の接合方法において絶縁被覆付き電線を接続部材の所定位置にセットした状態を示す例示的かつ模式的な平面図である。

【図6】図６は、第１実施形態の接合方法において図５の状態の後に接続部材を加締めて接続部材と絶縁被覆付き電線とを固定した状態を示す例示的かつ模式的な平面図である。

【図7】図７は、第１実施形態の接合方法において絶縁被覆付き電線の端部が接続部材から所定長突出した状態となるよう当該端部の先端を切断した状態を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図8】図８は、第１実施形態の接合方法においてレーザ光の照射およびガスの吹き付けによって絶縁被覆付き電線の端部から絶縁被覆を除去する工程を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図9】図９は、第１実施形態の接合方法においてレーザ光の照射およびガスの吹き付けによって絶縁被覆付き電線の端部から絶縁被覆を除去する工程の図８よりも後の段階を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図10】図１０は、第１実施形態の接合方法においてレーザ光の照射によって絶縁被覆が除去された電線の導体の端部を溶融して溶融池を形成する工程を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図11】図１１は、第１実施形態の接合方法においてレーザ光の照射によって絶縁被覆が除去された電線の導体の端部を溶融して溶融池を形成する工程の図１０よりも後の段階を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図12】図１２は、第１実施形態の接合方法においてレーザ光の照射によって接続部材を溶融して溶融池を拡大する工程を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図13】図１３は、第１実施形態の接合方法において形成された溶融池が冷却され固化された状態を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図14】図１４は、第２実施形態の接続部材と絶縁被覆付き電線の導体との接合方法の手順を示す例示的なフローチャートである。

【図15】図１５は、第２実施形態の接合方法においてレーザ光の照射によって図１２の溶融池を加熱して気泡を除去する工程を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図16】図１６は、第３実施形態の接合方法においてレーザ光のスポットのウォブリング走査を行った場合の、当該スポットの走査軌跡を示す例示的かつ模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、当該構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

【0027】

各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、絶縁被覆付き電線の軸方向である。

【0028】

また、以下の複数の実施形態は、同様の構成要素を含んでいる。各実施形態によれば、同様の構成要素に基づく同様の効果が得られる。以下では、同様の構成要素および同様の効果についての重複する説明は、省略される場合がある。

【0029】

また、本明細書において、序数は、工程や、段階、部材等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を限定するものではない。

【0030】

［第１実施形態］
［レーザ加工装置および加工対象］
図１は、接続部材１０と絶縁被覆付き電線２０とをレーザ溶接するレーザ加工装置１００の概略構成図である。なお、以下では、接続部材１０および絶縁被覆付き電線２０を、加工対象Ｗと称する。

【0031】

接続部材１０は、例えば、銅系材料やアルミニウム系材料のような、導電性の金属材料で作られている。銅系材料は、例えば、無酸素銅や銅合金であり、アルミニウム系材料は、例えば、純アルミニウムや、アルミニウム合金である。また、接続部材１０は、例えば、Ｚ方向に略一定の厚さを有しＺ方向と交差した方向に延びた板状の形状を有している。

【0032】

絶縁被覆付き電線２０は、導体２１と絶縁被覆２２と、を有している。導体２１は、例えば、銅系材料やアルミニウム系材料のような、導電性の金属材料で作られている。また、絶縁被覆２２は、例えば、絶縁性を有した合成樹脂材料で作られている。また、導体２１は、円形断面を有した丸線であり、絶縁被覆２２は、導体２１の周囲を覆うチューブ状の形状を有している。

【0033】

加工対象Ｗは、絶縁被覆付き電線２０がＺ方向に延びて接続部材１０をＺ方向に貫通し、当該絶縁被覆付き電線２０の端部２０ａが接続部材１０から所定長突出した状態に、セットされる。レーザ加工装置１００は、加工対象Ｗに向けて、端部２０ａに対して接続部材１０とは反対側から、Ｚ方向の反対方向に略沿って、レーザ光Ｌを照射する。レーザ加工装置１００および加工対象Ｗは、Ｚ方向が略鉛直上方となるように、配置される。

【0034】

レーザ加工装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、移動機構１４０と、ガス供給機構１５０と、を備えている。

【0035】

レーザ装置１１０は、レーザ発振器を有しており、例えば、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置１１０は、例えば、４００［ｎｍ］以上１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１０は、内部に、例えば、ファイバレーザや、半導体レーザ（素子）、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザのような、レーザ光源を有している。また、レーザ装置１１０は、複数の光源の出力の合計として、数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。

【0036】

光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを光学的に接続している。光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。

【0037】

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０からのレーザ光を、加工対象Ｗに照射する光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、回折光学素子１２５（diffractive optical element、以下、ＤＯＥ１２５と記す）と、ガルバノスキャナ１２６と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、ＤＯＥ１２５、およびガルバノスキャナ１２６は、光学部品とも称される。

【0038】

コリメートレンズ１２１は、光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。

【0039】

ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１で平行光となったレーザ光を反射し、ガルバノスキャナ１２６へ向かわせる。なお、コリメートレンズ１２１や、ガルバノスキャナ１２６の配置によっては、ミラー１２３は不要となる。

【0040】

ガルバノスキャナ１２６は、複数のミラー１２６ａ，１２６ｂを有している。複数のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を変更することで、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出力方向を切り替えることができる。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えば制御装置によって制御されたモータ（いずれも不図示）によって変更される。光学ヘッド１２０は、レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ光Ｌの出力方向を変更することにより、加工対象Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを相対的に走査することができる。

【0041】

集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６によって照射された平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗへ照射する。加工対象Ｗの表面には、集光レンズ１２２を経由したレーザ光Ｌのスポットが形成される。

【0042】

ＤＯＥ１２５は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間であって、コリメートレンズ１２１とガルバノスキャナ１２６との間に、設けられている。

【0043】

図２は、ＤＯＥ１２５の原理の概念を示す説明図である。図２に示されるように、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、レーザ光を複数のビームに分割し、表面におけるスポットの形状を適宜に成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパの一例である。

【0044】

図３は、加工対象Ｗの仮想的な表面Ｗａにおいてレーザ加工装置１００から照射されたレーザ光Ｌのビームのスポットの一例を示す平面図である。図３の例では、ＤＯＥ１２５によるビームの成形により、表面Ｗａ上において、一つのビームのスポットＳ１の周囲に、複数のビームのスポットＳ２が、周状にかつ略環状に配置されている。一例として、スポットＳ２のパワー密度は、スポットＳ１のパワー密度より低く設定されている。

【0045】

図２に示される移動機構１４０は、加工対象Ｗと光学ヘッド１２０とを相対的に移動することができる。移動機構１４０の作動により、加工対象Ｗの表面上で、レーザ光Ｌを相対的に走査することができる。すなわち、本実施形態では、加工対象Ｗの表面に対するレーザ光Ｌのスポットの相対的な走査は、ガルバノスキャナ１２６の単独の作動によって実現してもよいし、移動機構１４０の単独の作動によって実現してもよいし、移動機構１４０およびガルバノスキャナ１２６の双方の作動の組み合わせによって実現してもよい。

【0046】

また、ガス供給機構１５０は、酸素を含むガスＧを、端部２０ａに対して接続部材１０とは反対側から加工対象Ｗに吹き付けるノズル１５１を有している。ノズル１５１は、光学ヘッド１２０に固定されてもよいし、加工対象Ｗを支持する装置に固定されてもよい。

【0047】

［レーザ溶接方法］
図４は、第１実施形態のレーザ加工装置１００による加工対象Ｗの加工の手順の一例を示すフローチャートである。

【0048】

まずは、図４に示されるように、絶縁被覆付き電線２０を接続部材１０の開口１０ａを貫通した状態で当該接続部材１０にセットする（Ｓ１０１）。

【0049】

図５は、Ｓ１０１において、絶縁被覆付き電線２０が接続部材１０の所定位置にセットされた状態を示す平面図である。図５に示されるように、接続部材１０には、Ｚ方向に貫通する開口１０ａが設けられるとともに、当該開口１０ａを挟むようにＸ方向に延びるアーム１０ｂが設けられている。開口１０ａは、接続部材１０のＸ方向の端部１０ｃにおいて当該Ｘ方向に開放された切欠として構成されている。この場合、絶縁被覆付き電線２０は、切欠としての開口１０ａの底部に当たる位置まで、Ｘ方向の反対方向に挿入され、当該開口１０ａの底部に突き当たった図５に示される位置が、絶縁被覆付き電線２０のセット位置となる。

【0050】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０１の後、開口１０ａが狭くなるよう接続部材１０を加締めて絶縁被覆付き電線２０と接続部材１０とを固定する（Ｓ１０２）。

【0051】

図６は、Ｓ１０２において、接続部材１０の加締めにより開口１０ａが狭くなり、絶縁被覆付き電線２０と接続部材１０とが固定された状態を示す平面図である。図５，６に示されるように、この例では、二つのアーム１０ｂに押圧力Ｆが印加されることで、切欠としての開口１０ａが閉じられるとともに狭められ、これにより、絶縁被覆付き電線２０と接続部材１０とが固定される。Ｓ１０２は、第一工程の一例である。なお、開口１０ａの形状や、加締め方法は、図５，６の例には限定されない。

【0052】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０２の後、絶縁被覆付き電線２０の端部２０ａ（図７参照）が接続部材１０から所定長Ｌｔだけ突出した状態となるよう、端部２０ａの先端２０ａ１が切断される（Ｓ１０３）。

【0053】

図７は、Ｓ１０３において、端部２０ａの先端２０ａ１が切断された状態を示す断面図である。Ｓ１０１，Ｓ１０２では、絶縁被覆付き電線２０は、その端部２０ａが所定長Ｌｔよりも長く突出した状態となるように行われる。そして、Ｓ１０３において、例えば、Ｚ方向と交差して移動する切断装置や工具等の刃Ｂによって、端部２０ａの先端２０ａ１が切断される。所定長Ｌｔは、例えば、導体２１の直径が１．１［ｍｍ］の場合に、３［ｍｍ］に設定される。所定長Ｌｔは、突出長とも称されうる。

【0054】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０３の後、酸素を含むガスＧを吹き付けられながらレーザ光Ｌを照射して端部２０ａの絶縁被覆２２が除去される（Ｓ１０４）。Ｓ１０４は、第二工程の一例である。

【0055】

図８，９は、Ｓ１０４において、レーザ光Ｌの照射およびガスＧの吹き付けによって絶縁被覆付き電線２０の端部２０ａから絶縁被覆２２を除去する工程を示す断面図であり、図９は、図８よりも後の段階を示す図である。

【0056】

Ｓ１０４では、絶縁被覆２２に、酸素を含むガスＧを吹き付けながらレーザ光Ｌを照射することにより、当該絶縁被覆２２を炭化するとともに、当該炭化によって生じた残渣Ｒを吹き飛ばす。発明者らの鋭意研究により、Ｓ１０４では、より確実にかつより効率良く絶縁被覆２２の炭化および残渣Ｒの除去を行うとともに、より高品質な溶接部３０（図１３参照）を形成するため、図８，９に示されるように、絶縁被覆付き電線２０の中心軸Ｃの回りに所定の半径Ｒ１，Ｒ２で少なくとも１周（３６０°）にわたって円周状に略等速で周回しながらレーザ光Ｌを照射する周回照射を、複数回行うのが好ましいことが判明した。

【0057】

ここで、Ｓ１０４の各周回照射では、レーザ光Ｌが絶縁被覆２２に照射され、導体２１にはなるべく照射されないよう、当該レーザ光Ｌのスポットの中心の位置およびスポットの大きさ（半径）が設定されるのが好ましいことが判明した。Ｓ１０４において、レーザ光Ｌの照射によって導体２１が溶融すると、導体２１の溶融池に絶縁被覆２２の残渣が取り込まれ、ひいては導体２１と接続部材１０とを接合する溶接部３０に絶縁被覆２２の残渣が混入し、接合強度の低下や電気抵抗の増大のような不都合な事象が生じる虞があることが判明した。

【0058】

また、Ｓ１０４における当初の周回照射（図８）では、レーザ光Ｌのスポットの中心の走査軌跡の半径Ｒ１は、レーザ光Ｌのスポットの中心が絶縁被覆２２の厚さ方向の中心に略沿って走査されるよう、設定されるとともに、より後段の周回照射（図９）では、レーザ光Ｌのスポットの中心の走査軌跡の半径Ｒ２は、当初の周回照射の半径Ｒ１よりも大きくなるよう、設定されるのが好ましいことが判明した。これにより、当初の周回照射で絶縁被覆２２を満遍なく炭化し、より後段の周回照射で導体２１への熱影響を抑制しながら未炭化の絶縁被覆２２の炭化を行うとともに、残渣Ｒを除去することができる。よって、このような複数回の周回照射によれば、より確実かつより効率の良い絶縁被覆２２の除去と、残渣Ｒの混入の少ないより高品質な溶接部３０の形成と、の双方を実現することができる。図８の周回照射は、第一周回照射の一例であり、図９の周回照射は、第三周回照射の一例である。

【0059】

さらに、Ｓ１０４におけるより後段の周回照射（図９）では、当初の周回照射（図８）よりもレーザ光Ｌのパワーを低くするのが好ましいことが判明した。これにより、当初の周回照射で絶縁被覆２２を満遍なく炭化し、より後段の周回照射で導体２１への熱影響を抑制しながら未炭化の絶縁被覆２２の炭化を行うとともに残渣Ｒを除去することができる。よって、このような複数回の周回照射によれば、より確実かつより効率の良い絶縁被覆２２の除去と、残渣Ｒの混入の少ないより高品質な溶接部３０の形成と、の双方を実現することができる。図８の周回照射は、第一周回照射の一例であり、図９の周回照射は、第二周回照射の一例である。

【0060】

また、Ｓ１０４では、絶縁被覆２２の全周にわたって、炭化および残渣Ｒの除去を満遍なく行うこと、言い換えると、炭化および残渣Ｒの除去の周方向の位置によるばらつきを抑制することが、肝要である。このような観点から、ガスＧを供給する複数のノズル１５１は、酸素を含むガスＧが、端部２０ａの外周の、周方向における位置が異なる複数箇所に吹き付けられるよう、設けられている。なお、図８，９の例では、ノズル１５１の数、すなわちガスＧの供給箇所の数は、２であるが、これには限定されず、３以上であってもよい。一例として、ノズル１５１の数がｎ（ｎは２以上の整数）である場合、当該ノズル１５１は、Ｚ方向の反対方向に見た平面視で、ガスＧが、端部２０ａの外周の、中心軸Ｃ回りの周方向に（３６０／ｎ）°離れた複数箇所に供給されるよう、配置される。

【0061】

また、Ｓ１０４では、レーザ光Ｌのスポットが小さすぎると、当該レーザ光Ｌの照射による絶縁被覆２２の炭化範囲が狭まるため、絶縁被覆２２の迅速な除去が難しくなることが判明した。このような観点から、Ｓ１０４では、図３に示されるように、ＤＯＥ１２５を用いて、レーザ光Ｌのスポットの照射範囲を、ＤＯＥ１２５を用いない場合に比べてより大きくしている。これにより、より効率良くかつより迅速に絶縁被覆２２を除去することができる。

【0062】

また、発明者らは、実験的な研究により、Ｓ１０４における好適な走査速度およびレーザ光Ｌの出力の範囲を見出した。

【表1】

表１は、Ｓ１０４でのスポットの端部２０ａのＺ方向の端面上での走査速度［ｍｍ／ｓ］およびレーザ装置１１０のレーザ光の出力［Ｗ］を種々に変更した各場合について、Ｓ１０７後の溶接部３０の性能あるいは状態の良否を示している。◎は、残渣Ｒが殆ど残らずかつ導体２１が殆ど溶融せずＳ１０７後に電気抵抗が低い、接合強度が高い、スパッタが少ない等の好適な性能あるいは状態が得られた場合、○は、残渣Ｒが若干残ったかあるいは導体２１が若干溶融したもののＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態は満たされた場合、×は、エネルギ不足で残渣Ｒが残ったかあるいはエネルギ過多となって絶縁被覆２２の残渣Ｒが混じった導体２１の溶融池が形成されてしまったことによりＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態が満たされなかった場合を示す。このような観点から、走査速度は、１０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅いのが好ましく、２０［ｍｍ／ｓ］より速いのがさらに好ましいことが判明した。また、出力は、１００［Ｗ］より高くかつ１２００［Ｗ］より低いのが好ましく、２００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低いのがさらに好ましいことが判明した。

【0063】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０４の後、レーザ光Ｌの照射により、絶縁被覆２２が除去された端部２０ａの導体２１が溶融される（Ｓ１０５）。Ｓ１０５は、第三工程の一例である。

【0064】

図１０，１１は、Ｓ１０５において、端部２０ａを溶融して溶融池Ｍを形成する工程を示す断面図であり、図１１は、図１０よりも後の段階を示す図である。図１０，１１に示されるように、Ｓ１０５では、端部２０ａの導体２１に接続部材１０とは反対側からレーザ光Ｌを定点照射して、当該導体２１を溶融して溶融池Ｍを形成する。レーザ光Ｌは、端部２０ａのＺ方向の先端に向けて、中心軸Ｃに沿って、Ｚ方向の反対方向に、照射される。また、Ｓ１０５において、レーザ光Ｌは、Ｓ１０４よりも高いパワーで照射される。

【0065】

また、発明者らは、実験的な研究により、Ｓ１０５における好適な照射時間およびレーザ光Ｌの出力の範囲を見出した。

【表2】

表２は、Ｓ１０５でのレーザ光Ｌの照射時間およびレーザ装置１１０のレーザ光の出力［Ｗ］を種々に変更した各場合について、Ｓ１０７後の溶接部３０の性能あるいは状態の良否を示している。◎は、端部２０ａが根元まで溶融して適切な溶融池Ｍが形成されＳ１０７後に電気抵抗が低い、接合強度が高い、スパッタが少ない等の好適な性能あるいは状態が得られた場合、○は、溶融池Ｍがやや小さく端部２０ａの根元部が若干残ったかあるいは溶融池Ｍがやや大きく若干不安定な状態になったもののＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態は満たされた場合、×は、エネルギ不足により溶融池Ｍが小さすぎたかあるいはエネルギ過多により溶融池Ｍが吹き飛んでしまったことによりＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態が満たされなかった場合を示す。このような観点から、照射時間は、１０［ｍｓ］より長くかつ７０［ｍｓ］より短いのが好ましく、３０［ｍｓ］より長くかつ６０［ｍｓ］より短いのがさらに好ましいことが判明した。また、出力は、５００［Ｗ］より高くかつ１０００［Ｗ］より低いのが好ましく、７００［Ｗ］より高いのがさらに好ましいことが判明した。

【0066】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０５の後、レーザ光Ｌの照射により、溶融池Ｍを接続部材１０まで拡大する（Ｓ１０６）。Ｓ１０６は、第四工程の一例である。

【0067】

図１２は、レーザ光Ｌの照射によって接続部材１０を溶融して溶融池Ｍを拡大する工程を示す断面図である。発明者らの鋭意研究により、Ｓ１０６では、図１２に示されるように、中心軸Ｃの回りに所定の半径Ｒ３で少なくとも１周（３６０°）にわたって円周状に略等速で周回しながらレーザ光Ｌを照射するのが好ましいことが判明した。

【0068】

また、Ｓ１０６において、レーザ光Ｌのパワーが高すぎると、溶融池Ｍの動きがより激しくなり、スパッタやボイドが生じる虞があることが判明した。このような観点から、Ｓ１０６では、Ｓ１０５よりも低いパワーでレーザ光Ｌが照射される。これにより、スパッタやボイドの少ないより高品質な溶接を実現できる。

【0069】

また、走査軌跡、すなわち、レーザ光Ｌの照射位置は、溶融池Ｍの周縁部か、あるいは接続部材１０の溶融池Ｍとの境界（外縁）近傍に位置するのが好ましいことが判明した。照射位置が中心軸Ｃに近すぎると、溶融池Ｍを効率良く拡大できないことが判明した。このような観点から、レーザ光Ｌのスポットの中心の走査軌跡の半径Ｒ３は、例えば、Ｓ１０４における半径Ｒ１，Ｒ２と略同等に設定される。

【0070】

また、Ｓ１０６では、レーザ光Ｌのスポットが小さすぎると、溶融池Ｍの場所による温度差が大きくなりやすく、溶融池Ｍの動きがより激しくなり、スパッタやボイドが生じる虞があることが判明した。このような観点から、Ｓ１０６では、図３に示されるように、ＤＯＥ１２５を用いてレーザ光Ｌのスポットの照射範囲を、ＤＯＥ１２５を用いない場合に比べてより大きくするとともに、スポットＳ１，Ｓ２のパワーの配分を適宜に調整している。これにより、溶融池Ｍの場所による温度差を緩和し、溶融池Ｍをより安定化して、スパッタやボイドの少ないより高品質な溶接を実現できる。

【0071】

また、発明者らは、実験的な研究により、Ｓ１０６における好適な走査時間およびレーザ光Ｌの出力の範囲を見出した。

【表3】

表３は、Ｓ１０６でのレーザ光Ｌのスポットの溶融池Ｍ上での走査速度およびレーザ装置１１０のレーザ光の出力［Ｗ］を種々に変更した各場合について、Ｓ１０７後の溶接部３０の性能あるいは状態の良否を示している。◎は、適切な広さの溶融池Ｍひいては溶接部３０が形成されＳ１０７後に電気抵抗が低い、接合強度が高い、スパッタが少ない等の好適な性能あるいは状態が得られた場合、○は、溶融池Ｍひいては溶接部３０がやや狭いかあるいはやや広いもののＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態は満たされた場合、×は、エネルギ不足により溶融池Ｍひいては溶接部３０が狭すぎるかあるいはエネルギ過多により溶融池Ｍが吹き飛んでしまったことによりＳ１０７後に電気抵抗や、接合強度、スパッタ数等の所要の性能あるいは状態が満たされなかった場合を示す。このような観点から、走査速度は、２０［ｍｍ／ｓ］より速くかつ７０［ｍｍ／ｓ］より遅いのが好ましく、６０［ｍｍ／ｓ］より遅いのがさらに好ましいことが判明した。また、出力は、３５０［Ｗ］より高くかつ６５０［Ｗ］より低いのが好ましく、４００［Ｗ］より高いのがさらに好ましいことが判明した。

【0072】

次に、図４に示されるように、Ｓ１０６の後、溶融池Ｍが冷却されることにより固化され、溶接部３０（図１３参照）が形成される（Ｓ１０７）。Ｓ１０７は、第五工程の一例である。

【0073】

図１３は、Ｓ１０５，Ｓ１０６において形成された溶融池Ｍが固化された溶接部３０が形成された状態を示す断面図である。溶融池Ｍは、自然冷却あるいは強制冷却によって冷却され、固化されて、溶接部３０となり、これにより、接続部材１０と絶縁被覆付き電線２０とが溶接部３０を介して接合される。

【0074】

以上、説明したように、本実施形態によれば、Ｓ１０２（第一工程）で、端部２０ａが接続部材１０から突出した状態で絶縁被覆付き電線２０と接続部材１０とが固定される。また、Ｓ１０２の後のＳ１０４（第二工程）で、端部２０ａに、レーザ光Ｌが照射されながら酸素を含むガスＧが吹き付けられることにより絶縁被覆２２が炭化されて除去される。また、Ｓ１０４の後のＳ１０５（第三工程）で、絶縁被覆２２が除去された端部２０ａの導体２１がレーザ光Ｌの照射によって溶融されて溶融池Ｍが形成される。また、Ｓ１０５の後のＳ１０６（第四工程）で、レーザ光Ｌの照射によって溶融池Ｍが接続部材１０まで拡大される。そして、Ｓ１０６の後のＳ１０７（第五工程）で、溶融池Ｍが冷却されて固化され、導体２１と接続部材１０とを接合するとともに電気的に接続する溶接部３０が形成される。本実施形態によれば、レーザ加工装置１００によって絶縁被覆２２の除去およびレーザ溶接の双方を行うことができるため、レーザ溶接の前に別途絶縁被覆２２を除去する場合に比べて、溶接部３０を含む製品の製造に要する手間やコストを、抑制することができる。

【0075】

［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態のレーザ加工装置１００による加工対象Ｗの加工の手順の一例を示すフローチャートである。

【0076】

図１４を図４と比較すれば明らかとなるように、本実施形態では、Ｓ１０６（第四工程）の後、かつＳ１０７（第五工程）の前に、溶融池Ｍを加熱してボイドｖ（気泡、図１５参照）を除去する工程（Ｓ１０８）が行われる。Ｓ１０８は、第六工程の一例である。

【0077】

図１５は、レーザ光Ｌの照射によって溶融池Ｍを加熱してボイドｖを除去する工程を示す断面図である。Ｓ１０８では、図１５に示されるように、溶融池Ｍに接続部材１０とは反対側からレーザ光Ｌを定点照射して、当該溶融池Ｍを加熱する。レーザ光Ｌは、溶融池ＭのＺ方向の先端に向けて、中心軸Ｃに沿って、Ｚ方向の反対方向に、照射される。また、Ｓ１０８において、レーザ光Ｌは、Ｓ１０６よりも低いパワーで照射される。これにより、溶融池Ｍ中に存在したボイドｖが当該溶融池Ｍ内を上昇し、溶融池Ｍ外に排出される。本実施形態によれば、よりボイドｖの少ない、より高品質な溶接部３０が得られる。

【0078】

また、Ｓ１０８では、レーザ光Ｌのスポットが小さすぎると、溶融池Ｍの場所による温度差が大きくなりやすく、溶融池Ｍの場所によるボイドｖの排出度合いの差、ひいては溶接部３０の場所によるボイドｖの残存率の差が生じる虞があることが判明した。このような観点から、Ｓ１０６では、図３に示されるように、ＤＯＥ１２５を用いてレーザ光Ｌのスポットの照射範囲を、ＤＯＥ１２５を用いない場合に比べてより大きくする。これにより、溶接部３０の場所によるボイドｖの残存率の差が少ないより高品質な溶接を実現できる。

【0079】

［第３実施形態］
図１６は、第３実施形態の第四工程において、レーザ光Ｌのスポットのウォブリング走査を行った場合の、当該スポットの走査軌跡Ｐｔを示す平面図である。本実施形態では、溶融池Ｍの表面上で、レーザ光Ｌのスポットを、ウォブリングしながら円周状に走査している。具体的には、レーザ光Ｌのスポットは、第一直径Ｄ１で時計回り方向に等速円運動で旋回しながら、当該旋回円Ｃ１の旋回中心は、第二直径Ｄ２で中心軸Ｃ回りに時計回り方向に等速円運動で円周状に移動する。また、旋回中心が静止したと仮定した場合の移動軌跡を旋回円Ｃ１とし、旋回中心の移動軌跡を移動円Ｃ２とした場合、旋回円Ｃ１の半径、すなわちＤ１／２は、移動円Ｃ２の半径、すなわちＤ２／２よりも小さくなるよう、設定されている。これにより、走査軌跡Ｐｔは、図１６に示されるような渦巻き状の軌跡を描く。

【0080】

溶融池Ｍ上にレーザ光Ｌを照射した場合、レーザ光Ｌを照射した位置では昇華ガスが生じ、当該昇華ガスの圧力によって、溶融池Ｍ、すなわち溶融状態の金属材料が、照射位置の周囲へ押し出される。このため、ウォブリングした場合、照射位置（スポット）の旋回走査に応じて、溶融池Ｍは、当該旋回の径方向外側に向けて押し広げられることになる。したがって、本実施形態では、ウォブリングによって、溶融池Ｍを、Ｚ方向と交差した方向により短い時間でより効率良く拡大することができ、ひいては、Ｚ方向と交差した方向に広げられた溶接部３０を、より短い時間でより効率良く形成することができる。

【0081】

また、図１６の例では、スポットの旋回中心（移動円Ｃ２）は、中心軸Ｃに対してＸ方向の前方に位置する領域Ａ１内を１度だけ通るのに対し、中心軸Ｃに対してＸ方向の後方に位置する領域Ａ２内は２度通過している。このように、場所に応じて、エネルギ密度を異ならせてもよい。

【0082】

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0083】

１０…接続部材
１０ａ…開口
１０ｂ…アーム
１０ｃ…端部
２０…絶縁被覆付き電線
２０ａ…端部
２０ａ１…先端
２１…導体
２２…絶縁被覆
３０…溶接部
１００…レーザ加工装置
１１０…レーザ装置
１２０…光学ヘッド
１２１…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２５…回折光学素子（ＤＯＥ）
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
１４０…移動機構
１５０…ガス供給機構
１５１…ノズル
Ａ１…領域
Ａ２…領域
Ｂ…刃
Ｃ…中心軸
Ｃ１…旋回円
Ｃ２…移動円
Ｄ１…第一直径
Ｄ２…第二直径
Ｆ…押圧力
Ｇ…ガス
Ｌ…レーザ光
Ｌｔ…所定長
Ｍ…溶融池
Ｐｔ…走査軌跡
Ｓ１…スポット
Ｓ２…スポット
Ｒ…残渣
Ｒ１～Ｒ３…半径
ｖ…ボイド
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向

【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】