JP6593280B2

JP6593280B2 - 平角線のレーザ溶接方法

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Description

本発明は、平角線のレーザ溶接方法に関する。

モータ用のステータ（固定子）は、ステータコアと、ステータコアのスロットに装着された複数のセグメントコイルとを備えている。通常、個々のセグメントコイルは絶縁被覆された平角線である。セグメントコイルの端部同士は、溶接等により接合されている。

このような溶接方法の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、レーザ照射工程において、予め規定された規定照射時間に亘ってレーザを照射する照射フェーズと、予め規定された休止時間に亘ってレーザ照射を休止する休止フェーズと、を繰り返すパルス照射によってレーザを照射することが開示されている。これによって、温度上昇を抑制しながら必要な領域を溶融させる。

特開２０１４−００７７９５号公報

発明者は、特許文献１に開示された平角線のレーザ溶接方法に関し、以下の問題点を見出した。

特許文献１に開示された平角線のレーザ溶接方法では、一方の平角線において絶縁被膜が剥離された端部と、他方の平角線において絶縁被膜が剥離された端部とを、突き合わし、この突き合わした端部同士の間にレーザを照射する。そのため、この突き合わした端部同士の間にレーザビームが侵入し、平角線の絶縁被膜にダメージを与える虞があった。さらに、レーザビームが上記間を通過して、例えば他の平角線の絶縁被膜にダメージを与えるなどの悪影響を及ぼす虞があった。

そこで、発明者は、このような虞の解消を意図して、以下の平角線のレーザ溶接方法を想起した。この平角線のレーザ溶接方法では、まず、一方の平角線において絶縁被膜が剥離された端部の端面に、レーザを連続して照射する。さらに、レーザをループ状に走査するように、引き続き連続して照射する。しかし、上記した一方の平角線が、集中的にレーザによる入熱を受け入れるため、上記した一方の平角線への入熱量は、他方の平角線への入熱量と比較して大きい。そのため、突き合わせた端部同士への入熱量が偏り、一方の平角線の端部の温度が、他方の平角線の端部の温度よりも、高くなり、バランスが良好でなくなる。

本発明に係る平角線のレーザ溶接方法は、突き合わせた端部同士への入熱量の偏りを抑制して、溶接するものとする。

本発明に係る平角線のレーザ溶接方法は、
絶縁被覆された第１及び第２の平角線において絶縁被膜がそれぞれ剥離された端部側面同士を突き合わせ、前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射することにより、前記端部側面同士を溶接する平角線のレーザ溶接方法であって、
前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射する際、
前記第１の平角線の端面内において、レーザビームをループ状に走査させて第１の溶融池を形成し、前記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き、前記第１の溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、
所定の時間冷却させるステップと、
前記第１の平角線の端面内、又は前記第２の平角線の端面内において、他のレーザビームをループ状に走査させて第２の溶融池を形成し、前記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き、前記第２の溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、
を備える。
このような構成によれば、レーザの照射回数が２回であり、且つ、１回目の照射と２回目の照射との間に冷却時間が設けられている。そのため、突き合わせた端部同士への入熱量の偏りが抑制され、一方の平角線の端部の温度と、他方の平角線の端部の温度とのバランスが良好である。

本発明に係る平角線のレーザ溶接方法は、突き合わせた端部同士への入熱量の偏りを抑制して、溶接する。

ステータの概略構成を示す斜視図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における平角線２０ａ、２０ｂの接合部２５の変形例を示す側面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における平角線２０ａ、２０ｂの接合部２５の変形例を示す断面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。照射時間に対する被膜側面温度を示すグラフである。レーザ出力に対する接合面積を示すグラフである。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例を適用されるステータコアを示す平面図である。第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例における一工程を示す断面図である。比較例の照射時間に対する接合面積を示すグラフである。比較例の平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡を示す平面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を用いて溶接されたセグメントコイルを備えるステータの構成の一例について説明する。
図１は、ステータの概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、モータの固定子であるステータ１は、ステータコア１０と複数のセグメントコイル２０とを有する。

ステータコア１０は、環状の電磁鋼板がステータ１の軸方向（図１におけるｚ軸方向）に積層されたものであり、全体として略円筒形状を有している。ステータコア１０の内周面には、内周側に突出すると共にステータ１の軸方向に延設されたティース１１と、隣接するティース１１間に形成された溝部であるスロット１２と、が設けられている。各スロット１２には、セグメントコイル２０が装着されている。

セグメントコイル２０は、断面矩形状の電線すなわち平角線である。通常、セグメントコイル２０は、純銅製であるが、アルミニウム、銅やアルミニウムを主成分とする合金等の高導電率を有する金属材料から構成してもよい。

それぞれのセグメントコイル２０は略Ｕ字形状に成形されている。図１に示すように、セグメントコイル２０の端部（コイルエンド）は、いずれもステータコア１０の上端面から突出している。接合部２５は、径方向に隣接したセグメントコイル２０の端部同士が溶接された部位である。複数の接合部２５がステータコア１０の周方向に円環状に配列されている。図１の例では、４８個の接合部２５が円環状に配列されている。また、この円環状に配列された接合部２５が径方向に４列配置されている。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法について説明する。図２及び図３は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を示す平面図である。本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法を用いて、図１に示したセグメントコイル２０の接合部２５がレーザ溶接される。
なお、当然のことながら、図２及び図３に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図１のｚ軸方向と図２及び図３のｚ軸方向は一致している。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

まず、図２に示すように、レーザ照射を用いて、溶融池３０を接合部２５に形成する（第１の溶融池形成ステップＳ１）。
具体的には、接合部２５において、絶縁被膜２１ａが剥離された平角線（セグメントコイル）２０ａの突き合わせ面（端部側面）２３ａと、絶縁被膜２１ｂが剥離された平角線（セグメントコイル）２０ｂの突き合わせ面（端部側面）２３ｂと、を突き合わせる。そして、レーザビームを平角線２０ａの端面２４ａに対して、鉛直下向き（ｚ軸マイナス方向）に照射する。図の例では、レーザビームを、平角線２０ａの端面２４ａにおいて、紙面に向かって左側の一部位に、連続して照射する。平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。ループ状とは、環状（閉ループ）もしくは螺旋状（開ループ）であることを意味する。図の例では、レーザビームの走査軌跡が円状である。

ここで、レーザビームの走査軌跡がループ状でないと、形成した溶融池３０を成長させることができない。平角線２０ａ、２０ｂの導体部２２ａ、２２ｂは、高導電率を有する金属材料から構成されているため、熱伝導性にも優れている。そのため、レーザビームを照射することにより溶融した箇所が、速やかに凝固してしまうからである。同様の理由により、ループ状の走査軌跡の径が大き過ぎると、溶融池３０を形成することができない。そのため、ループ状の走査軌跡の径をある程度小さくして、溶融池３０を形成する。
また、レーザビームは連続して照射されているため、本ステップにおいてレーザビームの照射が完了するまで、第１の溶融池３０は、凝固することなく、溶融したままである。

また、図２に示すように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。そのため、この段階において、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。また、溶融した状態の金属のレーザ吸収率は、固体状態の金属のレーザ吸収率の、数倍の値である。そのため、溶融させたままの部位にレーザを照射すると、良好なエネルギー効率で金属をさらに溶融させるため、大きな接合面積が得られるメリットがある。

次に、平角線２０ａの端面２４ａ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である円の径を大きくしていく。これにより、安定して溶融池３０の径も大きくなっていき、平角線２０ａの端面２４ａ内でレーザビームを走査している段階で、溶融池３０が突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達する。

その結果、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填される。
すなわち、この段階では、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームＬＢは照射されていない上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームＬＢが侵入することが抑制されている。

次に、図３に示すように、平角線２０ａの端面２４ａと平角線２０ｂの端面２４ｂとを跨いで、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池３０を所望の大きさまで成長させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である円の径を大きくしていく。そして、円の径が所定の値に到達したら、走査開始位置でレーザビームの走査を終了する（図において矢印で示したＥＮＤ）。

この段階では、図３に示すように、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームが通過するが、既に突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池３０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

次いで、所定の時間冷却する（冷却ステップＳ２）。冷却方法として、様々な種類の方法、例えば、自然空冷、強制空冷等が挙げられる。冷却ステップＳ２における冷却時間の長さや冷却方法の種類等は、第２の溶融池形成ステップＳ３において絶縁被膜２１ａ、２１ｂの温度が、分解温度に到達しないように、選択されると好ましい。

最後に、図４に示すように、レーザ照射を用いて、溶融池４０を接合部２５に形成する（第２の溶融池形成ステップＳ３）。
具体的には、レーザビームを平角線２０ｂの端面２４ｂに対して、鉛直下向き（ｚ軸マイナス方向）に照射する。また、レーザビームを、平角線２０ｂの端面２４ｂにおいて、溶融池３０の隣に照射する。図の例では、レーザビームを、平角線２０ｂの端面２４ｂにおいて、紙面に向かって溶融池３０の右側に、連続して照射する。平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池４０を形成する。ループ状とは、環状（閉ループ）もしくは螺旋状（開ループ）であることを意味する。図の例では、レーザビームの走査軌跡が円状である。

ここで、レーザビームの走査軌跡がループ状でないと、形成した溶融池４０を成長させることができない。平角線２０ａ、２０ｂの導体部２２ａ、２２ｂは、高導電率を有する金属材料から構成されているため、熱伝導性にも優れている。そのため、レーザビームを照射することにより溶融した箇所が、速やかに凝固してしまうからである。同様の理由により、ループ状の走査軌跡の径が大き過ぎると、溶融池４０を形成することができない。そのため、ループ状の走査軌跡の径をある程度小さくして、溶融池４０を形成する。
また、レーザビームは連続して照射されているため、本ステップにおいて第２の溶融池４０は、凝固することなく、溶融したままである。

また、図４に示すように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ｂの端面２４ｂ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池４０を形成する。すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームは照射されていない。そのため、この段階において、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

次に、平角線２０ｂの端面２４ｂ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池４０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である円の径を大きくしていく。これにより、安定して溶融池４０の径も大きくなっていき、平角線２０ｂの端面２４ｂ内でレーザビームを走査している段階で、溶融池４０が突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達する。

その結果、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池４０により充填される。
すなわち、この段階では、レーザビームＬＢは溶融池４０に照射されて、吸収されているため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂにレーザビームＬＢは照射されていない上、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池４０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームＬＢが侵入することが抑制されている。

次に、図５に示すように、平角線２０ａの端面２４ａと平角線２０ｂの端面２４ｂとを跨いで、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池４０を所望の大きさまで成長させる。具体的には、レーザビームが走査開始位置（図において矢印で示したＳＴＡＲＴ）に戻る度に、走査軌跡である円の径を大きくしていく。そして、円の径が所定の値に到達したら、走査開始位置でレーザビームの走査を終了する（図において矢印で示したＥＮＤ）。溶融池３０の外縁と溶融池４０の外縁とが、接触する、又は、所定の距離を離れていると好ましい。これは、溶融池３０の外縁と溶融池４０の外縁とが重なると、接合面積が減少する虞を有するためである。

ここで、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における、ループ状のレーザビーム走査軌跡を図６に示す。溶融池３０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の幅方向（図６では、ｘ方向）の径Ｄ１と、溶融池４０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の幅方向の径Ｄ２と、溶融池３０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の厚み方向（図６では、ｙ方向）の径Ｄ３とは、いずれも同じ長さであると好ましい。

この段階では、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームが通過するが、既に突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間が溶融池４０により充填されている。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することが抑制されている。

以上に説明した通り、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、最初に平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池３０を形成する。続いて、平角線２０ａの端面２４ａ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させ、さらに、溶融池４０を平角線２０ｂの端面２４ｂ内側に到達させる。続いて、所定時間冷却させる。続いて、平角線２０ｂの端面２４ｂ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池４０を形成する。平角線２０ｂの端面２４ｂ内において、レーザビームの走査軌跡の径すなわち円の径を大きくしていき、溶融池４０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂに到達させ、さらに、溶融池４０を平角線２０ａの端面２４ａ内側に到達させる。

すなわち、レーザの照射回数が２回でありつつ、且つ、１回目の照射と２回目の照射との間に冷却時間を設ける。そのため、突き合わせた端部同士への入熱量の偏りが抑制され、一方の平角線の端部の温度と、他方の平角線の端部の温度とのバランスが良好である。

また、２回目の照射がなされた平角線は、１回目の照射がなされた平角線と突き合わされた平角線であり、異なる。従って、突き合わされた平角線同士への入熱量が、一方に偏ることなく、さらに良好なバランスを取り得る。さらに、一方の平角線における絶縁被膜側の温度が、他方の平角線における絶縁被膜側の温度と比較して、小さい。

このように、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、一方の平角線の端面内において溶融池３０を形成し、成長させて、溶融池３０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂの隙間に到達させる。これにより、0.15mmまでの隙間であれば、隙間にレーザビームが侵入しないことを確認した。

また、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、レーザビーム走査軌跡がループ状であるため、レーザビームを滑らかに走査させることができる。そのため、熱が集中し難く、スパッタの発生を抑制することができる。例えば、レーザビームを往復走査させると、往復して折り返す折り返し部に熱が集中し、スパッタが発生し易い。また、往復折り返し部では、溶融した金属の流れる方向が変化し、溶融乱れが生じ得る。この溶融乱れによって、溶融池が弾け飛ぶことによって、スパッタが発生し易い。
さらに、溶融池３０及び溶融池４０を成長させることにより、溶融池３０及び溶融池４０の径を深さに対し大きくすることができる。そのため、溶融池３０及び溶融池４０の表面張力が大きくなり、スパッタの発生を抑制することができる。

（第１の実施形態の変形例）
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。図７Ａは、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法における平角線２０ａ、２０ｂの接合部２５の変形例を示す側面図である。図７Ｂは、図７Ａの断面図である。なお、図７Ａ及び図７Ｂに示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。

図１に示した例では、図７Ａ及び図７Ｂにおいて二点鎖線で示すように接合部２５が垂直（ｚ軸方向）に立っていた。この変形例では、この二点鎖線で示した部分を有していない。具体的には、平角線２０ａの端面２４ａが外側面の延長線とのなす角θが９０°より小さく、先端が尖った形状をしている。また、端面２４ａと外側面とが円弧状の曲面で接続されている。このような構成により、平角線２０ａ、２０ｂの使用量を削減することができると共に、ステータ１を小型化することができる。また、平角線２０ａ、２０ｂの使用量を削減するため、成形工程を簡素化することができる。

他方、このような構成の場合、図７Ａに示すように、突き合わせ面２３ａが略三角形状になり、矩形状の突き合わせ面２３ａよりも狭くなる。そのため、平角線２０ａの幅方向（ｘ軸方向）の両端部において、溶接時に溶け落ちが発生し易くなる。しかしながら、本実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法では、レーザビームを滑らかにループ状に走査させながら、平角線２０ａの、紙面に向かって幅方向（ｘ軸方向）の左側において溶融池３０を成長させる。また、同様に、平角線２０ｂの、紙面に向かって幅方向（ｘ軸方向）の右側において溶融池４０を成長させる。そのため、上述の両端部における溶け落ちを抑制することができる。

次に、図８を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。図８は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡の変形例を示す平面図である。なお、図８に示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。

図８に示すように、第２の溶融池形成ステップＳ３において、レーザビームを平角線２０ａの端面２４ａに対して、鉛直下向き（ｚ軸マイナス方向）に照射してもよい。このような場合、レーザビームを、平角線２０ａの端面２４ａにおいて、溶融池３０の隣に照射する。図の例では、レーザビームを、平角線２０ａの端面２４ａにおいて、紙面に向かって溶融池３０の右側に、連続して照射する。平角線２０ａの端面２４ａ内においてループ状にレーザビームを走査することにより、溶融池４０を形成する。

また、ループ状のレーザビーム走査軌跡は、矩形状のループであってもよい。但し、矩形状の場合、角部でレーザビームの走査方向を変更する必要がある。すなわち、矩形状の場合、角部ではレーザビームを滑らかに走査させることができないため、角部に熱が集中し易く、円状の場合に比べ、スパッタが発生し易い。また、往復折り返し部では、溶融した金属の流れる方向が変化し、溶融乱れが生じ得る。この溶融乱れによって、溶融池が弾け飛ぶことによって、スパッタが発生し易い。

換言すると、レーザビーム走査軌跡が円状の場合、常にレーザビームを滑らかに走査させることができる。そのため、スパッタの発生を抑制することができる。

また、ループ状のレーザビーム走査軌跡は、閉ループである必要はなく、開ループ（螺旋状）であってもよい。

さらに、上記したループ状のレーザビーム走査軌跡であっても、レーザの照射回数が２回でありつつ、且つ、１回目の照射と２回目の照射との間に冷却時間を設ける。そのため、突き合わせた端部同士への入熱量の偏りが抑制され、一方の平角線の端部の温度と、他方の平角線の端部の温度とのバランスが良好である。

また、２回目の照射がなされた平角線は、１回目の照射がなされた平角線と突き合わされた平角線であり、異なる。従って、突き合わされた平角線同士への入熱量が、一方に偏ることなく、良好なバランスを取り得る。さらに、一方の平角線における絶縁被膜側の温度が、他方の平角線における絶縁被膜側の温度と比較して、小さい。

さらに、上記したループ状のレーザビーム走査軌跡であっても、一方の平角線の端面内において溶融池３０及び溶融池４０を形成し、成長させて、溶融池３０及び溶融池４０を突き合わせ面２３ａ、２３ｂの隙間に到達させることができる。

すなわち、突き合わせ面２３ａ、２３ｂをレーザビームが通過する前に、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間を溶融池３０及び溶融池４０により充填させることができる。そのため、突き合わせ面２３ａ、２３ｂの間の隙間にレーザビームが侵入することを抑制することができる。その結果、突き合わせ面間の隙間にレーザビームが侵入することによる悪影響を抑制することができる。

以下、本発明の実施例、比較例について説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。

実施例及び比較例では、実施の形態１に係る平角線のレーザ溶接方法を用いて平角線（厚さ２．１ｍｍ、端面幅４．０ｍｍ）を用いてレーザ溶接した。出力２．０ｋＷ、ビーム径６０μｍのシングルモードファイバーレーザビームを用いた。走査速度は７５０ｍｍ／秒とした。実施例及び比較例では、走査方法のみを変更して、接合面積、絶縁被膜側面温度、レーザ出力の３点について比較した。

実施例１におけるレーザビームの走査軌跡は、図２〜図６を用いて詳細に説明した第１の実施形態における円軌跡とし、周回数は１５とした。実施例１におけるレーザビームの走査軌跡において、溶融池３０（図６参照）のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の幅方向（図６では、ｘ方向）の径Ｄ１と、溶融池４０（図６参照）のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の幅方向の径Ｄ２と、溶融池３０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の厚み方向（図６では、ｙ方向）の径Ｄ３とに相当する径は、いずれも１．０mmとした。

なお、比較例の走査方法は、図１４に示すように、平角線８０ａの端面８４ａ内において、楕円状にレーザを走査させることにより、楕円状の溶融池９０を形成させる。図１４は、比較例の平角線のレーザ溶接方法におけるレーザビーム走査軌跡を示す平面図である。なお、図１４に示した右手系ｘｙｚ座標は、図２〜図５と一致している。続いて、レーザビームの走査軌跡の径すなわち楕円の径を大きくしていき、溶融池９０が平角線８０ａの端面８４ａ内から突き合わせ面８３ａ、８３ｂに到達し、さらに、平角線８０ｂの端面８４ｂ内に到達する。溶融池９０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の幅方向（図１４では、ｘ方向）の径Ｄ９１は、2.0mmとした。溶融池９０のレーザビーム走査軌跡である円の、平角線の厚み方向（図１４では、ｙ方向）の径Ｄ９３は、1.0mmとした。

実施例において、第１の溶融池形成ステップＳ１でのレーザ照射時間は、0.05ｓｅｃとし、冷却ステップＳ２での冷却にかけた時間は、0.8secとし、第２の溶融池形成ステップＳ３でのレーザ照射時間は、0.05secとした。

比較例において、走査軌跡の周回数を変えることによって、レーザの照射時間を調整して、各照射時間に対応する接合面積を計測した。この結果を図１３に示した。図１３は、比較例の照射時間に対する接合面積を示すグラフである。図１３に示すように、比較例では、接合面積3mm²以上、且つ、絶縁被膜側面温度が被膜樹脂の分解温度450℃以下であることが必要とされる。
比較例では、照射時間について４水準計測した。照射時間が約0.04secである条件では、接合面積が3mm²を下回り、良好でないと判断された。照射時間が0.07secを超えた条件では、接合面積が3mm²以上であるものの、絶縁被膜側面温度が被膜樹脂の分解温度450℃を超えており、良好でないと判断された。一方、レーザ照射時間が約0.06sec、約0.065secである条件では、接合面積が3mm²以上でありつつ、絶縁被膜側面温度が被膜樹脂の分解温度が450℃以下である。この２つの条件では、接合面積及び絶縁被膜側面温度は、ともに良好と判断される。すなわち、照射時間の条件が限定されており、良品の生産条件のロバスト性が低下している。

次いで、実施例及び比較例において、走査軌跡の周回数を変えることによって、レーザの照射時間を調整して、各照射時間に対応する被膜側温度を計測し、この計測結果を図９に示した。第１の溶融池形成ステップＳ１でのレーザ照射時間は、0.04ｓｅｃとし、冷却ステップＳ２での冷却にかけた時間は、0.8secとし、第２の溶融池形成ステップＳ３でのレーザ照射時間は、0.04secとした。図９は、照射時間に対する被膜側温度を示すグラフである。図９に示すように、実施例では、１回目のレーザ照射が開始してから完了するまでに、絶縁被膜側面温度が一旦約290℃に到達し、その後、徐々に冷却した。さらに、２回目のレーザ照射が開始してから完了するまでに、絶縁被膜側面温度が一旦約290℃に到達し、その後、徐々に冷却した。つまり、実施例では、１回目及び２回目のレーザ照射が開始してから完了するまで、絶縁被膜側面温度が絶縁皮膜の分解温度450℃に達することが無かった。一方、比較例では、レーザ照射が開始して完了するまでに、絶縁被膜側面温度が一旦約470℃に到達し、その後、徐々に冷却した。つまり、絶縁被膜側面温度が絶縁皮膜の分解温度450℃を超えた後で、レーザ照射が完了した。

次いで、レーザ出力の値を変化させ、それに対する接合面積を計測し、その計測結果を図１０に示した。図１０は、レーザ出力に対する接合面積を示すグラフである。図１０に示すように、実施例では、レーザ出力約2100w、約2400wにおいて、接合面積が3mm²以上であり、良好であった。一方、比較例では、レーザ出力約1850w、約2100w、約2400ｗにおいて、接合面積が3mm²以上であり、良好であった。レーザ出力約2650wにおいて、接合面積が約3mm²であった。実施例は、比較例と比較して、入熱量の値が同じであっても、接合面積が大きい。この要因の一つとして、レーザビームの走査軌跡が円である場合の溶け込み面積は、レーザビームの走査軌跡が楕円である場合のそれと比較して、大きいことが挙げられる。

（一具体例）
次に、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例について説明する。本具体例は、量産するときに用いられる。図１１は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例を適用されるステータコアを示す平面図である。図１２は、第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例における一工程を示す断面図である。

第１の実施形態に係る平角線のレーザ溶接方法の一具体例では、レーザスキャナＬ１と、クランプ治具５０とを用いて、ステータ１の接合部を溶接する。

図１１に示すステータ１の一例は、１９２点の接合部を含む。この１９２点の接合部は、接合部の列１２５、２２５、３２５、４２５を含む。接合部の列１２５、２２５、３２５、４２５は、いずれも、ステータ１の径方向に並んでいる接合部の列である。具体的には、接合部の列１２５は、接合部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを含み、接合部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、ステータ１のステータコア１０の外縁から中心軸へ向かう方向に、この順に並ぶ。

レーザスキャナＬ１は、ステータコア１０の接合部の列１２５の端部側（図１２では、ｚ軸プラス側）に、移動可能に保持されており、レーザビームを照射して走査させる。

クランプ治具５０は、クランプ部５０ａと、クランプ部５０ｂとを含む。クランプ部５０ａが接合部２５ｂをステータ１の中心軸側（図１２では、ｙ軸プラス側）へ押圧し、接合部２５ｂにおける平角線同士を突き合わせる。また、クランプ部５０ｂが接合部２５ｄをステータ１の中心軸からステータコア１０の外縁に向かう方向（図１２では、ｙ軸マイナス側）へ押圧し、接合部２５ｄにおける平角線同士を突き合わせる。クランプ治具５０は、ステータ１の接合部側に同時に、最大４つ配置できる。図１１に示すクランプ治具５０の一例は、最大８点の接合部を同時にクランプすることできる。

図１１に示すステータ１の一例における１９２点の接合部の全てを、レーザスキャナＬ１とクランプ治具５０とを用いて、溶接する。図１１に示すクランプ治具５０の一例は、最大８点の接合部を同時にクランプすることができるため、１回のレーザ溶接を用いて最大８点の接合部を接合することができる。したがって、１９２点の接合部の全てをレーザ溶接するためには、レーザ溶接を用いて８点の接合部を接合するステップと、溶接する予定の８点の接合部へクランプ治具５０を移動させて、これら８点の接合部をクランプするステップとを繰り返す必要がある。
具体的には、まず、第１の溶融池形成ステップＳ１を実施し、接合部２５ｄにおいて溶融池３０を形成する。その後、接合部２５ｄと異なる接合部へクランプ治具５０を移動させて接合部をクランプする移動クランプステップと、クランプした接合部において第１の溶融池形成ステップＳ１とを、７回繰り返す。ここで、接合部２５ｄと異なる７つの接合部において、溶融池３０を形成する。接合部２５ｄへクランプ治具５０を移動させて接合部をクランプした後で、接合部２５ｄにおいて第２の溶融池形成ステップＳ３を実施する。第１の溶融池形成ステップＳ１、第２の溶融池形成ステップＳ３、クランプ治具５０を移動させて接合部をクランプする移動クランプステップは、0.5secとすると、第１の溶融池形成ステップＳ１と、接合部２５ｄにおける第２の溶融池形成ステップＳ３との間のステップは、0.8secが経過するため、冷却ステップＳ２と同等に、接合部２５ｄを冷却させる。以上のステップを、接合部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ等の他の接合部にも適用することができる。すなわち、第１の溶融池形成ステップＳ１と、第２の溶融池形成ステップＳ３との間に、冷却ステップＳ２を設けることによって、量産への影響は少ないと考えられる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

２０セグメントコイル
２０ａ、２０ｂ平角線２１ａ、２１ｂ絶縁被膜
２２ａ、２２ｂ導体部２３ａ、２３ｂ突き合わせ面
２４ａ、２４ｂ端面
３０、４０溶融池
ＬＢレーザビーム
Ｓ１第１の溶融池形成ステップＳ２冷却ステップ
Ｓ３第２の溶融池形成ステップ

Claims

絶縁被覆された第１及び第２の平角線において絶縁被膜がそれぞれ剥離された端部側面同士を突き合わせ、前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射することにより、前記端部側面同士を溶接する平角線のレーザ溶接方法であって、
前記第１及び第２の平角線の端面にレーザビームを照射する際、
前記第１の平角線の端面内において、レーザビームをループ状に走査させて第１の溶融池を形成し、前記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き、前記第１の溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、
所定の時間冷却させるステップと、
前記第１の平角線の端面内、又は前記第２の平角線の端面内において、他のレーザビームをループ状に走査させて第２の溶融池を形成し、前記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き、前記第２の溶融池を前記端部側面同士の突き合わせ面に到達させるステップと、
を備えた、
平角線のレーザ溶接方法。