レーザー溶接装置
【課題】被覆付導線の被覆除去作業と、その被覆付導線と端子とのレーザー溶接作業とを迅速かつ容易に行えるようにすること。
【解決手段】接触状態で保持された被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するレーザー溶接装置である。レーザー溶接装置２０は、レーザー光Ｌを発生させるレーザー装置２２と、レーザー光Ｌの照射位置を変更する照射位置変更機構部３０と、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面に照射して溶接対象領域表面の被覆を除去した後、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するように、照射位置変更機構部３０を制御する溶接制御ユニット４０とを備えている。
【解決手段】接触状態で保持された被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するレーザー溶接装置である。レーザー溶接装置２０は、レーザー光Ｌを発生させるレーザー装置２２と、レーザー光Ｌの照射位置を変更する照射位置変更機構部３０と、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面に照射して溶接対象領域表面の被覆を除去した後、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するように、照射位置変更機構部３０を制御する溶接制御ユニット４０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被覆付導線と端子とをレーザー溶接する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ワイヤーハーネス、電気接続箱（Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）、Ｒ／Ｂ（リレーボックス）、Ｆ／Ｂ（ヒューズボックス））等の電気回路部品では、エナメル線等の被覆付導線と端子とを適宜接続することで、所定の電気回路が形成されている。
【０００３】
上記被覆付導線と端子とは、被覆付導線の被覆除去を行わないで、レーザー溶接により接続することが可能である。しかしながら、被覆除去を行わないで、被覆付導線と端子とをレーザー溶接すると、炭化した被覆の残留による品質低下（接触不良、接続強度不足）、煤の付着及び溶融した被覆の残留による美観の低下等が懸念される。これらを抑制するためには、被覆付導線と端子とを接続するにあたって、予め被覆を除去しておくことが好ましい。
【０００４】
ここで、被覆付導線の被覆を除去する方法の一つとして、切削等による機械的な被覆除去方法がある。
【０００５】
しかしながら、機械的な除去方法では、導線に傷が入り、導線の諸性状を低下させてしまう恐れがあり、また、極細線（例えば、直径０．１ｍｍ以下のエナメル線）に対する被覆の除去加工は困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、特許文献１に開示のように、レーザー光を使った被覆除去方法が種々開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来では、レーザー光による被覆除去作業は、専用のレーザー剥離機によって、被覆付導線の接続作業を行う前工程として実施されていた。このため、被覆付導線と端子とをレーザー溶接する場合でも、表面加工用のレーザー装置を使った被覆除去作業と、溶接用のレーザー装置を使った被覆付導電と端子とのレーザー溶接接続とを、別々に行う必要があり、被覆付導線と端子との接続作業が煩雑となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、被覆付導線の被覆除去作業と、その被覆付導線と端子とのレーザー溶接作業とを迅速かつ容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様に係るレーザー溶接装置は、接触状態で保持された被覆付導線と端子とをレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、レーザー光を発生可能なレーザー装置と、前記被覆付導線及び前記端子に対する、前記レーザー装置からのレーザー光の照射位置を変更可能にする照射位置変更機構部と、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するように、前記照射位置変更機構部を制御する溶接制御ユニットと、を備えるものである。
【００１１】
第２の態様に係るレーザー溶接装置は、第１の態様に係るレーザー溶接装置であって、前記溶接制御部は、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去するように、前記照射位置変更機構部を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
第１の態様に係るレーザー溶接装置によると、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するため、被覆付導線の被覆除去作業と、その被覆付導線と端子とのレーザー溶接作業とを迅速かつ容易に行える。
【００１３】
第２の態様に係るレーザー溶接装置によると、被覆除去時に、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射するため、溶接用のレーザー装置を用いた場合であっても、被覆付導線の被覆をより適切に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るレーザー溶接装置を示す概略図である。
【図２】溶接制御ユニットを示すブロック図である。
【図３】溶接制御ユニットの処理を示すフローチャートである。
【図４】レーザー溶接装置による被覆除去動作を示す説明図である。
【図５】被覆除去中における被覆付導線を示す説明図である。
【図６】レーザー溶接装置によるレーザー溶接動作を示す説明図である。
【図７】レーザー溶接中における被覆付導線と端子とを示す説明図である。
【図８】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図９】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１０】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１１】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１２】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って複数回移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１３】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って複数回移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態に係るレーザー溶接装置について説明する。図１は、レーザー溶接装置２０を示す概略図である。
【００１６】
このレーザー溶接装置２０は、被覆付導線１０の被覆を除去してから、被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接にて接続する装置であり、レーザー装置２２と、照射位置変更機構部３０と、溶接制御ユニット４０とを備えている。
【００１７】
ここで、溶接対象の一具体例について説明しておくと、複数の端子１４は、銅或は軟銅等で形成された長尺状の部材である。各端子１４の一端部は、後述するようにして被覆付導線１０と接続され、各端子１４の他端部は他の電気部品（パワー半導体素子、リレー、ヒューズ、コネクタ等）と電気的に接続可能に構成されている。被覆付導線１０は、銅線或は軟銅線等の導線の表面に、ポリウレタン、ポリイミド等の絶縁性の被覆を塗布等して形成したものであり、例えば、エナメル線等である。これらの被覆付導線１０及び端子１４は、支持部材としての絶縁板１６によって、互いに接触した状態で支持されている。すなわち、複数の端子１４は、その一端部を絶縁板１６の一方主面に突出させると共に、その他端部を絶縁板１６の他方主面に突出させるようにして、絶縁板１６の保持孔に挿入されること等で保持されている。また、被覆付導線１０は、被覆除去されることなく、絶縁板１６の一方主面に立設された導線保持突部（図示省略）等によって、各端子１４の一端部と接触させるようにして、所定の配線パターンで支持されている。これにより、絶縁板１６の一方主面側で、被覆付導線１０と端子１４とが接触状態で支持されている。また、この絶縁板１６は、保持機構部６０によって、各端子１４の一端部を照射位置変更機構部３０側に向けた姿勢で、一定位置及び姿勢で保持されている。
【００１８】
被覆付導線１０と端子１４とを接触状態で保持する支持部材は、上記のような絶縁板１６に限られない。支持部材は、少なくともレーザー溶接中において、被覆付導線１０と端子１４とを接触状態で支持可能な構成であればよい。換言すれば、本レーザー溶接装置２０によるレーザー溶接対象は、支持態様如何に拘らず、接触した状態で支持された被覆付導線１０と端子１４である。
【００１９】
レーザー装置２２は、端子１４と被覆付導線１０とをレーザー溶接可能な態様でレーザー光Ｌを発生させる装置であり、例えば、ＹＡＧレーザー装置を用いることができる。
【００２０】
すなわち、通常、レーザー光Ｌを発生させるレーザー装置は、マーキング等の表面加工用のものと、溶接用のものとに大別される。表面加工用のレーザー装置としては、例えば、レーザー発信器のＱ値をコントロールすることでレーザー光Ｌを発信するＱスイッチ付のレーザー装置が用いられ、溶接用のレーザー装置としては、そのようなＱスイッチを有さないレーザー装置が用いられる。通常、表面加工用のレーザー装置は、レーザー光Ｌを発するパルス幅が小さく、かつ、レーザー加工径は小さくなっており（つまり、エネルギー密度は高い）、加工対象物表面等の限定された範囲に対する加工に適した態様のレーザー光Ｌを発生させるようになっている。一方、溶接用のレーザー装置は、レーザー光Ｌを発するパルス幅は大きく、かつ、レーザー加工径は大きくなっており（エネルギー密度は小さい）、加工対象物内部の加工（例えば、溶融、穴あけ等）に適した態様のレーザー光Ｌを発生させるようになっている。ここでは、レーザー装置２２として、溶接用のレーザー装置を用いている。このレーザー装置２２は、レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数を設定変更可能とされている。
【００２１】
照射位置変更機構部３０は、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射位置を変更可能に構成されている。ここでは、照射位置変更機構部３０として、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを反射する一つ以上（ここでは２つ）のミラー３２の姿勢を、ステッピングモータ或はガルバノモータ等のミラー駆動部３４によって変更することによって、レーザー光Ｌの光路を変更して、当該レーザー光Ｌの照射先を変更する構成、例えば、ガルバノ光学ヘッドと呼ばれるものを用いている。そして、上記レーザー装置２２からのレーザー光Ｌが、光ファイバ等を経由して本照射位置変更機構部３０内に導かれ、照射位置変更機構部３０内でミラー３２によって反射されて、各被覆付導線１０及び各端子１４に向けて照射可能とされている。また、この際、各ミラーの姿勢を変更することで、レーザー光Ｌの照射先を、変更できるようになっている。
【００２２】
溶接制御ユニット４０は、照射位置変更機構部３０に電気的に接続されており、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを、被覆付導線１０の溶接対象領域表面に照射して当該溶接対象領域表面の被覆を除去した後、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するように、照射位置変更機構部３０のミラー駆動部３４を駆動制御するように構成されている。なお、ここでは、被覆除去時とレーザー溶接時とで、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの発生態様を変更しているので、溶接制御ユニット４０は、レーザー装置２２にも接続されており、当該レーザー装置２２に対する制御をも行うように構成されている。
【００２３】
図２は溶接制御ユニット４０を示すブロック図である。より具体的には、溶接制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２、ＲＡＭ４４、ストレージ４６、入力部４８、表示部５０、外部接続インターフェース５２、５４等がバスライン５８を介して相互接続された一般的なコンピュータによって構成されている。
【００２４】
ＣＰＵ４２は、主制御部として、ストレージ４６に格納された溶接制御プログラム４６ａに従って演算処理を行うことで、溶接制御部４２ａとしての処理を実行する。この処理機能については、後で説明するフローチャートに従ってさらに詳述する。
【００２５】
ＲＡＭ４４は、ＣＰＵ４２が所定の処理を行う際の作業領域として供される。
【００２６】
ストレージ４６は、ハードディスク装置或はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成された補助記憶装置である。このストレージ４６に、照射位置変更機構部３０及びレーザー装置２２を動作制御するための処理を行う溶接制御プログラム４６ａ、被覆除去条件設定データ４６ｂ、被覆除去位置方向データ４６ｃ、溶接条件設定データ４６ｄ、溶接位置データ４６ｅ等が格納されている。被覆除去条件設定データ４６ｂは、レーザー装置２２によるレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数が、被覆付導線１０の被覆除去に適した値となるように規定したデータであり、被覆をなるべく過不足無く除去できるように、予め実験的、経験的に決定された値である。また、溶接条件設定データ４６ｄは、レーザー装置２２によるレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数が、レーザー溶接に適した値となるように規定したデータであり、なるべく溶接過多及び溶接不足が無いように、予め実験的、経験的に決定された値である。通常、被覆除去条件設定データ４６ｂで規定されたレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間、単位時間あたりの照射回数は、溶接条件設定データ４６ｄにおけるそれらの値よりも小さくなるように設定される。また、被覆除去位置方向データ４６ｃは、被覆付導線１０の表面のうち、端子１４と溶接されることとなる溶接対象領域表面の被覆除去開始位置及び当該被覆除去開始位置からのレーザー光Ｌの照射箇所移動方向（被覆除去方向）を規定したデータである。ここでは、複数の端子１４を複数箇所で被覆付導線１０に溶接する場合を想定しているので、当該被覆除去開始位置及び被覆除去方向は、複数の溶接対象領域表面に対応して複数規定されている。また、溶接位置データ４６ｅは、被覆付導線１０の溶接対象箇所と端子１４とをレーザー溶接する際に、レーザー光Ｌを照射して溶接すべき位置（溶接対象スポット）を規定したデータである。この溶接位置も、各溶接箇所に対応して複数規定されている。これらの被覆除去位置方向データ４６ｃ及び溶接位置データ４６ｅは、ティーチングにより或は作業者が座標等で指定すること等で、入力設定される。なお、溶接対象領域表面及び溶接対象スポットの例については後で説明する。
【００２７】
入力部４８は、複数のスイッチ、タッチパネル等により構成されており、本溶接制御ユニット４０に対する諸指示、諸設定等を受付け可能に構成されている。
【００２８】
表示部５０は、液晶表示装置等であり、本溶接制御ユニット４０の諸設定画面、諸作業画面等の諸情報を表示可能に構成されている。
【００２９】
外部接続インターフェース５２、５４は、本溶接制御ユニット４０が外部機器との間で諸信号を送受信するための入出力回路であり、それぞれ照射位置変更機構部３０及びレーザー装置２２に通信可能に接続されている。
【００３０】
なお、上記溶接制御ユニット４０が行う一部或は全部の処理機能は、専用の論理回路等でハードウェア的に実現されてもよい。
【００３１】
図３は溶接制御ユニット４０の処理を示すフローチャートであり、図４はレーザー溶接装置２０による被覆除去動作を示す説明図であり、図５は被覆除去中における被覆付導線１０を示す説明図であり、図６はレーザー溶接装置２０によるレーザー溶接動作を示す説明図であり、図７はレーザー溶接中における被覆付導線１０と端子１４とを示す説明図である。
【００３２】
はじめに、作業者が、被覆付導線１０及び端子１４を支持した絶縁板１６を、保持機構部６０にセットする。これにより、各被覆付導線１０及び各端子１４が、相互に接触した状態で所定位置及び姿勢で保持される。そして、作業者等がレーザー溶接開始指令を入力する。
【００３３】
すると、ステップＳ１において、溶接制御ユニット４０は、被覆除去条件設定データ４６ｂに規定された被覆除去条件に設定するように、レーザー装置２２に指令を与える。これにより、レーザー装置２２は、当該被覆除去条件でレーザー光Ｌを発生可能に設定された状態になる。
【００３４】
次ステップＳ２において、溶接制御ユニット４０は、被覆除去位置方向データ４６ｃに基づき、被覆付導線１０と端子１４との接続箇所のうちの一つに対応する、被覆付導線１０の溶接対象領域表面の被覆除去開始位置にレーザー光Ｌが照射されるように、照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、照射位置変更機構部３０は、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射先が当該被覆除去開始位置となるように、ミラー駆動部３４の駆動によりミラー３２の姿勢を変更する。
【００３５】
次ステップＳ３において、溶接制御ユニット４０は、レーザー光Ｌの照射開始指令をレーザー装置２２に与えると共に、被覆除去位置方向データ４６ｃに基づき、レーザー光Ｌの照射先が対応する被覆除去方向に沿って複数回移動するように（ここでは、被覆除去方向に沿って２回移動、つまり、一往復するように）照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌが被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに一往復移動するように照射され、レーザー光Ｌの照射先の移動が終了すると、レーザー光Ｌの照射が停止される（図４参照）。ここでは、溶接対象領域表面１０Ｆは、長円状の形状を有している（図５参照）。また、レーザー装置２２は、所定のレーザー光Ｌのピーク出力、所定のレーザー照射時間、単位時間あたり所定の照射回数でレーザー光Ｌを発生する。従って、各照射タイミングにおけるレーザー光Ｌの略縁形状照射領域が、溶接対象領域表面１０Ｆの長手方向に沿ってその一端側から他端側に向けて連続して連なるようにして、レーザー光Ｌが溶接対象領域表面１０Ｆに照射される。これにより、当該溶接対象領域表面１０Ｆにおける被覆が除去される。なお、被覆が除去される際の様子については後でさらに詳述する。
【００３６】
ステップＳ３終了後のステップＳ４では、溶接制御ユニット４０は、全ての溶接対象領域表面１０Ｆに対する被覆除去が終了したか否かを判別し、全ての被覆除去が終了していないと判断されると、ステップＳ２に戻り、被覆除去されていない溶接対象領域表面１０Ｆに対してステップＳ２及びＳ３の処理を繰返す。一方、ステップＳ４において全ての被覆除去が終了していると判断されると、ステップＳ５に進む。
【００３７】
次ステップＳ５において、溶接制御ユニット４０は、溶接条件設定データ４６ｄに規定された溶接条件に設定するように、レーザー装置２２に指令を与える。これにより、レーザー装置２２は、当該溶接条件でレーザー光Ｌを発生可能に設定された状態になる。
【００３８】
次ステップＳ６において、溶接制御ユニット４０は、溶接位置データ４６ｅに基づき、被覆付導線１０と端子１４との接続箇所のうちの一つに対応する、溶接位置（溶接対象スポット）にレーザー光Ｌが照射されるように、照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、照射位置変更機構部３０は、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射先が当該溶接位置となるように、ミラー駆動部３４の駆動によりミラー３２の姿勢を変更する。
【００３９】
次ステップＳ７において、溶接制御ユニット４０は、レーザー光Ｌの照射開始指令をレーザー装置２２に与える。これにより、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌがいずれか一つの端子１４と被覆付導線１０との溶接位置１０Ｓに照射され、溶接に必要な所定時間が経過すると、レーザー光Ｌの照射が停止される（図６参照）。いずれか一つの端子１４と被覆付導線１０との溶接位置は、例えば、端子１４と被覆付導線１０との接触位置を含み、当該端子１４及び被覆付導線１の双方にレーザー光Ｌが照射されるような位置である（図７参照）。もっとも、レーザー光Ｌの照射によって端子１４と被覆付導線１０とのレーザー溶接を行えるのであれば、端子１４と被覆付導線１０とのうちの一方にのみレーザー光Ｌが照射されてもよい。これにより、当該いずれか一つの端子１４と被覆付導線１０とがレーザー溶接される。
【００４０】
ステップＳ７終了後のステップＳ８では、溶接制御ユニット４０は、全ての溶接位置に対するレーザー溶接が終了したか否かを判別し、全てのレーザー溶接が終了していないと判断されると、ステップＳ６に戻り、レーザー溶接されていない溶接位置に対してステップＳ６及びＳ７の処理を繰返す。一方、ステップＳ８において全てのレーザー溶接が終了していると判断されると、処理を終了する。
【００４１】
以上のように構成されたレーザー溶接装置２０によると、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに照射して当該溶接対象領域表面１０Ｆの被覆部分１０ｂを除去した後、レーザー光Ｌの照射先を変更して、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接している。このため、被覆をある程度除去した状態で、被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接することができ、炭化した被覆が残留することによる品質低下（接触不良、接続強度不足）、煤の付着及び溶融した被覆の残留による美観の低下等を抑制することができる。また、同一のレーザー装置２２からの照射先を変更することで、被覆付導線１０の被覆除去作業と、レーザー溶接作業とを行っているため、当該被覆付導線１０と端子１４とのレーザー溶接作業を迅速かつ容易に行えると共に、設備コストも低廉化することが可能となる。
【００４２】
また、被覆除去痔に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射しているため、溶接用のレーザー装置を用いたような場合であっても、被覆付導線１０の被覆を適切に除去できる。
【００４３】
これを図８〜図１３に基づいて説明する。図８〜図１１は、レーザー光Ｌを、溶接対象領域表面１０Ｆに対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示している。
【００４４】
まず、図８に示すように、レーザー光Ｌは溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去開始位置に照射される。この際、一往路のレーザー光Ｌの照射によって被覆除去を行おうとすると、被覆の厚み方向全体を除去可能な程度のエネルギー量を与えるようにレーザー光Ｌを照射する必要がある。この場合、導体部分１０ａの表面における熱的影響範囲Ｍは比較的広範囲となってしまい、また、被覆部分１０ｂのうちレーザー光Ｌの照射部分周縁部では、被覆部分１０ｂが炭化した残留物１０ｃが発生してしまう。
【００４５】
この状態で、図９に示すように、レーザー光Ｌの照射先が移動すると、レーザー光Ｌは炭化した残留物１０ｃに照射されてしまう。残留物１０ｃは、通常、周囲の色と比べて濃色を呈しており、レーザー光Ｌを吸収しやすい。このため、レーザー光Ｌが残留物１０ｃに照射されると、図１０及び図１１に示すように、残留物１０ｃの焼き付き、導体部分１０ａの表面における熱的影響範囲Ｍの拡大等が引き起され、被覆付導線１０の諸性状の低下を招いてしまう。
【００４６】
上記のような現象は、レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数等を適切に設定することで、回避することが可能である。
【００４７】
しかしながら、レーザー装置２２の種類、特に、溶接用のレーザー装置として用いられているものでは、上記レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間、単位時間あたりの照射回数等の設定範囲に対する制約から、適切な設定を行うことが困難な場合があり得る。
【００４８】
そこで、そのような場合には、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射することで、被覆付導線１０の被覆を適切に除去できる。
【００４９】
すなわち、図１２に示すように、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに移動しつつ照射する往路では、被覆部分１０ｂの表層部分だけを除去できるようにレーザー光Ｌを照射する。例えば、レーザー光Ｌのピーク出力を小さくする、レーザー照射時間を短くする、単位時間あたりの照射回数を小さくする等の態様でレーザー光Ｌを照射する。或は、溶接対象領域表面１０Ｆに対するレーザー光Ｌの照射先の移動速度を速くする。これら等を適宜設定することによって、被覆部分１０ｂの表層部分だけを除去できるような態様でレーザー光Ｌを照射する。
【００５０】
この際、レーザー光Ｌは主として被覆部分１０ｂの表層の一部に作用するため、導体部分１０ａに対する熱的影響を小さくすることができると考えられる。上記レーザー光Ｌによって、被覆部分１０ｂの表層は、蒸発し、或は、溶融変形して表面に残留固化した状態等になる。この際、被覆部分１０ｂに対しては主としてその表層に作用する程度のレーザー光Ｌが照射されるため、被覆部分１０ｂは炭化し難い。このため、炭化した残留物の発生を少なくすることができる。
【００５１】
そして、図１３に示すように、レーザー光Ｌの移動往路において、上記と同様に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに再度移動しつつ照射する。これにより、溶接対象領域表面１０Ｆに残っていた被覆部分１０ｂが除去される。
【００５２】
この際、残っていた被覆部分１０ｂに付与されるレーザー光Ｌのエネルギーは、図８に示す場合よりも小さい。また、溶接対象領域表面１０Ｆには炭化した残留物の発生が抑制されているため（図１２参照）、当該炭化した残留物によるレーザー光Ｌのエネルギー吸収も抑制されている。このため、やはり被覆部分１０ｂは炭化し難く、炭化した残留物の発生を少なくすることができる。また、導体部分１０ａに対する熱的影響範囲Ｍを比較的小さくすることができる。
【００５３】
このように、被覆除去痔に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射することで、溶接用のレーザー装置等を用いたような場合であっても、被覆付導線１０の被覆を、炭化物の発生を抑制すると共に、導体部分１０ａに対する熱的影響を少なくしつつ、除去できる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、溶接対象領域表面１０Ｆに対してレーザー光Ｌの照射先を１往復移動させる例で説明したが、その他の態様で複数回移動させるようにしてもよい。例えば、レーザー光Ｌの照射先を、溶接対象領域表面１０Ｆに対して複数回往復移動させる例、或は、１方向に複数回移動させる例であってもよい。
【００５５】
実際、溶接用のレーザー装置を用いて、被覆除去に適切な条件を実験してみた。共通する実験条件は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー装置を用いること、レーザー加工径は直径６００μｍ、レーザー光Ｌの照射先の移動速度は約１ｍｍ／ｓｅｃ、である。被覆の除去の程度については導通の有無で評価した。また、残留物の有無も評価した。
【００５６】
例１では、ピーク出力を変更した。レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、移動回数は６回であり、１秒あたりの照射回数は１０回である。
【００５７】
この場合、ピーク出力が０．６ｋｗ、０．８ｋｗの場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。ピーク出力が０．２ｋｗ、０．４ｋｗでは、導通が不十分であり、ピーク出力が１．０ｋｗ、１．２ｋｗでは、炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００５８】
例２では、レーザー照射時間を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、移動回数は６回であり、１秒当りの照射回数は１０回である。
【００５９】
この場合、レーザー照射時間が、０．８ｍｓ、１ｍｓ、１．２ｍｓの場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。レーザー照射時間が０．４ｍｓ、０．６ｍｓでは、導通が不十分であり、レーザー照射時間が１．４ｍｓ、１．６ｍｓでは炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００６０】
例３では、移動回数（重ね書き回数）を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、１秒当りの照射回数は１０回である。
【００６１】
この場合、移動回数が、５回、６回、７回の場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。また、表面における被覆の残留状態から、移動回数をこれ以上に大きくしても、問題無いことが推測された。一方、移動回数が、１回〜４回の場合では、導通が不十分となってしまうことが確認された。
【００６２】
例４では、１秒あたりの照射回数を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、移動回数は６回である。
【００６３】
この場合、１秒あたりの照射回数が７回、１０回、１２回の場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。１秒あたりの照射回数が５回の場合には、導通が不十分であり、１秒あたりの照射回数が１５回、１８回の場合には炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００６４】
｛変形例｝
上記実施形態では、反射ミラーの姿勢変更によりレーザー光Ｌの照射先を変更する照射位置変更機構部３０の例で説明したが、その他の構成によって、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射位置を変更するようにしてもよい。例えば、照射位置変更機構部は、被覆付導線１０及び端子１４を間接的に或は直接的に保持した保持部を、レーザー光Ｌを出射するレーザー溶接ヘッドに対して、ＸＹ方向に移動可能に支持するＸＹ搬送機構であってもよく、或は、一定箇所に保持された被覆付導線１０及び端子１４に対して、レーザー光Ｌを出射するレーザー溶接ヘッドをＸＹ方向に移動可能に支持するＸＹ搬送機構、或は、レーザー光Ｌの照射先を変更するようにレーザー溶接ヘッドの姿勢を変更する構成であってもよい。要するに、照射位置変更機構部は、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー光Ｌの照射位置を変更できる構成であればよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、複数の溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去を全て行ってから、複数の溶接スポットに対するレーザー溶接を行っているが、溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去とレーザー溶接とを交互に行ってもかまわない。
【００６６】
なお、上記実施形態及びその変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 被覆付導線
１０ａ 導体部分
１０ｂ 被覆部分
１０Ｆ 当溶接対象領域表面
１４ 端子
２０ レーザー溶接装置
２２ レーザー装置
３０ 照射位置変更機構部
４０ 溶接制御ユニット
４２ａ 溶接制御部
Ｌ レーザー光
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被覆付導線と端子とをレーザー溶接する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ワイヤーハーネス、電気接続箱（Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）、Ｒ／Ｂ（リレーボックス）、Ｆ／Ｂ（ヒューズボックス））等の電気回路部品では、エナメル線等の被覆付導線と端子とを適宜接続することで、所定の電気回路が形成されている。
【０００３】
上記被覆付導線と端子とは、被覆付導線の被覆除去を行わないで、レーザー溶接により接続することが可能である。しかしながら、被覆除去を行わないで、被覆付導線と端子とをレーザー溶接すると、炭化した被覆の残留による品質低下（接触不良、接続強度不足）、煤の付着及び溶融した被覆の残留による美観の低下等が懸念される。これらを抑制するためには、被覆付導線と端子とを接続するにあたって、予め被覆を除去しておくことが好ましい。
【０００４】
ここで、被覆付導線の被覆を除去する方法の一つとして、切削等による機械的な被覆除去方法がある。
【０００５】
しかしながら、機械的な除去方法では、導線に傷が入り、導線の諸性状を低下させてしまう恐れがあり、また、極細線（例えば、直径０．１ｍｍ以下のエナメル線）に対する被覆の除去加工は困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、特許文献１に開示のように、レーザー光を使った被覆除去方法が種々開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来では、レーザー光による被覆除去作業は、専用のレーザー剥離機によって、被覆付導線の接続作業を行う前工程として実施されていた。このため、被覆付導線と端子とをレーザー溶接する場合でも、表面加工用のレーザー装置を使った被覆除去作業と、溶接用のレーザー装置を使った被覆付導電と端子とのレーザー溶接接続とを、別々に行う必要があり、被覆付導線と端子との接続作業が煩雑となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、被覆付導線の被覆除去作業と、その被覆付導線と端子とのレーザー溶接作業とを迅速かつ容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様に係るレーザー溶接装置は、接触状態で保持された被覆付導線と端子とをレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、レーザー光を発生可能なレーザー装置と、前記被覆付導線及び前記端子に対する、前記レーザー装置からのレーザー光の照射位置を変更可能にする照射位置変更機構部と、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するように、前記照射位置変更機構部を制御する溶接制御ユニットと、を備えるものである。
【００１１】
第２の態様に係るレーザー溶接装置は、第１の態様に係るレーザー溶接装置であって、前記溶接制御部は、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去するように、前記照射位置変更機構部を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
第１の態様に係るレーザー溶接装置によると、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するため、被覆付導線の被覆除去作業と、その被覆付導線と端子とのレーザー溶接作業とを迅速かつ容易に行える。
【００１３】
第２の態様に係るレーザー溶接装置によると、被覆除去時に、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射するため、溶接用のレーザー装置を用いた場合であっても、被覆付導線の被覆をより適切に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るレーザー溶接装置を示す概略図である。
【図２】溶接制御ユニットを示すブロック図である。
【図３】溶接制御ユニットの処理を示すフローチャートである。
【図４】レーザー溶接装置による被覆除去動作を示す説明図である。
【図５】被覆除去中における被覆付導線を示す説明図である。
【図６】レーザー溶接装置によるレーザー溶接動作を示す説明図である。
【図７】レーザー溶接中における被覆付導線と端子とを示す説明図である。
【図８】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図９】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１０】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１１】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１２】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って複数回移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【図１３】レーザー光を溶接対象領域表面に対してその長手方向に沿って複数回移動させつつ照射した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態に係るレーザー溶接装置について説明する。図１は、レーザー溶接装置２０を示す概略図である。
【００１６】
このレーザー溶接装置２０は、被覆付導線１０の被覆を除去してから、被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接にて接続する装置であり、レーザー装置２２と、照射位置変更機構部３０と、溶接制御ユニット４０とを備えている。
【００１７】
ここで、溶接対象の一具体例について説明しておくと、複数の端子１４は、銅或は軟銅等で形成された長尺状の部材である。各端子１４の一端部は、後述するようにして被覆付導線１０と接続され、各端子１４の他端部は他の電気部品（パワー半導体素子、リレー、ヒューズ、コネクタ等）と電気的に接続可能に構成されている。被覆付導線１０は、銅線或は軟銅線等の導線の表面に、ポリウレタン、ポリイミド等の絶縁性の被覆を塗布等して形成したものであり、例えば、エナメル線等である。これらの被覆付導線１０及び端子１４は、支持部材としての絶縁板１６によって、互いに接触した状態で支持されている。すなわち、複数の端子１４は、その一端部を絶縁板１６の一方主面に突出させると共に、その他端部を絶縁板１６の他方主面に突出させるようにして、絶縁板１６の保持孔に挿入されること等で保持されている。また、被覆付導線１０は、被覆除去されることなく、絶縁板１６の一方主面に立設された導線保持突部（図示省略）等によって、各端子１４の一端部と接触させるようにして、所定の配線パターンで支持されている。これにより、絶縁板１６の一方主面側で、被覆付導線１０と端子１４とが接触状態で支持されている。また、この絶縁板１６は、保持機構部６０によって、各端子１４の一端部を照射位置変更機構部３０側に向けた姿勢で、一定位置及び姿勢で保持されている。
【００１８】
被覆付導線１０と端子１４とを接触状態で保持する支持部材は、上記のような絶縁板１６に限られない。支持部材は、少なくともレーザー溶接中において、被覆付導線１０と端子１４とを接触状態で支持可能な構成であればよい。換言すれば、本レーザー溶接装置２０によるレーザー溶接対象は、支持態様如何に拘らず、接触した状態で支持された被覆付導線１０と端子１４である。
【００１９】
レーザー装置２２は、端子１４と被覆付導線１０とをレーザー溶接可能な態様でレーザー光Ｌを発生させる装置であり、例えば、ＹＡＧレーザー装置を用いることができる。
【００２０】
すなわち、通常、レーザー光Ｌを発生させるレーザー装置は、マーキング等の表面加工用のものと、溶接用のものとに大別される。表面加工用のレーザー装置としては、例えば、レーザー発信器のＱ値をコントロールすることでレーザー光Ｌを発信するＱスイッチ付のレーザー装置が用いられ、溶接用のレーザー装置としては、そのようなＱスイッチを有さないレーザー装置が用いられる。通常、表面加工用のレーザー装置は、レーザー光Ｌを発するパルス幅が小さく、かつ、レーザー加工径は小さくなっており（つまり、エネルギー密度は高い）、加工対象物表面等の限定された範囲に対する加工に適した態様のレーザー光Ｌを発生させるようになっている。一方、溶接用のレーザー装置は、レーザー光Ｌを発するパルス幅は大きく、かつ、レーザー加工径は大きくなっており（エネルギー密度は小さい）、加工対象物内部の加工（例えば、溶融、穴あけ等）に適した態様のレーザー光Ｌを発生させるようになっている。ここでは、レーザー装置２２として、溶接用のレーザー装置を用いている。このレーザー装置２２は、レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数を設定変更可能とされている。
【００２１】
照射位置変更機構部３０は、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射位置を変更可能に構成されている。ここでは、照射位置変更機構部３０として、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを反射する一つ以上（ここでは２つ）のミラー３２の姿勢を、ステッピングモータ或はガルバノモータ等のミラー駆動部３４によって変更することによって、レーザー光Ｌの光路を変更して、当該レーザー光Ｌの照射先を変更する構成、例えば、ガルバノ光学ヘッドと呼ばれるものを用いている。そして、上記レーザー装置２２からのレーザー光Ｌが、光ファイバ等を経由して本照射位置変更機構部３０内に導かれ、照射位置変更機構部３０内でミラー３２によって反射されて、各被覆付導線１０及び各端子１４に向けて照射可能とされている。また、この際、各ミラーの姿勢を変更することで、レーザー光Ｌの照射先を、変更できるようになっている。
【００２２】
溶接制御ユニット４０は、照射位置変更機構部３０に電気的に接続されており、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを、被覆付導線１０の溶接対象領域表面に照射して当該溶接対象領域表面の被覆を除去した後、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接するように、照射位置変更機構部３０のミラー駆動部３４を駆動制御するように構成されている。なお、ここでは、被覆除去時とレーザー溶接時とで、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの発生態様を変更しているので、溶接制御ユニット４０は、レーザー装置２２にも接続されており、当該レーザー装置２２に対する制御をも行うように構成されている。
【００２３】
図２は溶接制御ユニット４０を示すブロック図である。より具体的には、溶接制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２、ＲＡＭ４４、ストレージ４６、入力部４８、表示部５０、外部接続インターフェース５２、５４等がバスライン５８を介して相互接続された一般的なコンピュータによって構成されている。
【００２４】
ＣＰＵ４２は、主制御部として、ストレージ４６に格納された溶接制御プログラム４６ａに従って演算処理を行うことで、溶接制御部４２ａとしての処理を実行する。この処理機能については、後で説明するフローチャートに従ってさらに詳述する。
【００２５】
ＲＡＭ４４は、ＣＰＵ４２が所定の処理を行う際の作業領域として供される。
【００２６】
ストレージ４６は、ハードディスク装置或はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成された補助記憶装置である。このストレージ４６に、照射位置変更機構部３０及びレーザー装置２２を動作制御するための処理を行う溶接制御プログラム４６ａ、被覆除去条件設定データ４６ｂ、被覆除去位置方向データ４６ｃ、溶接条件設定データ４６ｄ、溶接位置データ４６ｅ等が格納されている。被覆除去条件設定データ４６ｂは、レーザー装置２２によるレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数が、被覆付導線１０の被覆除去に適した値となるように規定したデータであり、被覆をなるべく過不足無く除去できるように、予め実験的、経験的に決定された値である。また、溶接条件設定データ４６ｄは、レーザー装置２２によるレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数が、レーザー溶接に適した値となるように規定したデータであり、なるべく溶接過多及び溶接不足が無いように、予め実験的、経験的に決定された値である。通常、被覆除去条件設定データ４６ｂで規定されたレーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間、単位時間あたりの照射回数は、溶接条件設定データ４６ｄにおけるそれらの値よりも小さくなるように設定される。また、被覆除去位置方向データ４６ｃは、被覆付導線１０の表面のうち、端子１４と溶接されることとなる溶接対象領域表面の被覆除去開始位置及び当該被覆除去開始位置からのレーザー光Ｌの照射箇所移動方向（被覆除去方向）を規定したデータである。ここでは、複数の端子１４を複数箇所で被覆付導線１０に溶接する場合を想定しているので、当該被覆除去開始位置及び被覆除去方向は、複数の溶接対象領域表面に対応して複数規定されている。また、溶接位置データ４６ｅは、被覆付導線１０の溶接対象箇所と端子１４とをレーザー溶接する際に、レーザー光Ｌを照射して溶接すべき位置（溶接対象スポット）を規定したデータである。この溶接位置も、各溶接箇所に対応して複数規定されている。これらの被覆除去位置方向データ４６ｃ及び溶接位置データ４６ｅは、ティーチングにより或は作業者が座標等で指定すること等で、入力設定される。なお、溶接対象領域表面及び溶接対象スポットの例については後で説明する。
【００２７】
入力部４８は、複数のスイッチ、タッチパネル等により構成されており、本溶接制御ユニット４０に対する諸指示、諸設定等を受付け可能に構成されている。
【００２８】
表示部５０は、液晶表示装置等であり、本溶接制御ユニット４０の諸設定画面、諸作業画面等の諸情報を表示可能に構成されている。
【００２９】
外部接続インターフェース５２、５４は、本溶接制御ユニット４０が外部機器との間で諸信号を送受信するための入出力回路であり、それぞれ照射位置変更機構部３０及びレーザー装置２２に通信可能に接続されている。
【００３０】
なお、上記溶接制御ユニット４０が行う一部或は全部の処理機能は、専用の論理回路等でハードウェア的に実現されてもよい。
【００３１】
図３は溶接制御ユニット４０の処理を示すフローチャートであり、図４はレーザー溶接装置２０による被覆除去動作を示す説明図であり、図５は被覆除去中における被覆付導線１０を示す説明図であり、図６はレーザー溶接装置２０によるレーザー溶接動作を示す説明図であり、図７はレーザー溶接中における被覆付導線１０と端子１４とを示す説明図である。
【００３２】
はじめに、作業者が、被覆付導線１０及び端子１４を支持した絶縁板１６を、保持機構部６０にセットする。これにより、各被覆付導線１０及び各端子１４が、相互に接触した状態で所定位置及び姿勢で保持される。そして、作業者等がレーザー溶接開始指令を入力する。
【００３３】
すると、ステップＳ１において、溶接制御ユニット４０は、被覆除去条件設定データ４６ｂに規定された被覆除去条件に設定するように、レーザー装置２２に指令を与える。これにより、レーザー装置２２は、当該被覆除去条件でレーザー光Ｌを発生可能に設定された状態になる。
【００３４】
次ステップＳ２において、溶接制御ユニット４０は、被覆除去位置方向データ４６ｃに基づき、被覆付導線１０と端子１４との接続箇所のうちの一つに対応する、被覆付導線１０の溶接対象領域表面の被覆除去開始位置にレーザー光Ｌが照射されるように、照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、照射位置変更機構部３０は、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射先が当該被覆除去開始位置となるように、ミラー駆動部３４の駆動によりミラー３２の姿勢を変更する。
【００３５】
次ステップＳ３において、溶接制御ユニット４０は、レーザー光Ｌの照射開始指令をレーザー装置２２に与えると共に、被覆除去位置方向データ４６ｃに基づき、レーザー光Ｌの照射先が対応する被覆除去方向に沿って複数回移動するように（ここでは、被覆除去方向に沿って２回移動、つまり、一往復するように）照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌが被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに一往復移動するように照射され、レーザー光Ｌの照射先の移動が終了すると、レーザー光Ｌの照射が停止される（図４参照）。ここでは、溶接対象領域表面１０Ｆは、長円状の形状を有している（図５参照）。また、レーザー装置２２は、所定のレーザー光Ｌのピーク出力、所定のレーザー照射時間、単位時間あたり所定の照射回数でレーザー光Ｌを発生する。従って、各照射タイミングにおけるレーザー光Ｌの略縁形状照射領域が、溶接対象領域表面１０Ｆの長手方向に沿ってその一端側から他端側に向けて連続して連なるようにして、レーザー光Ｌが溶接対象領域表面１０Ｆに照射される。これにより、当該溶接対象領域表面１０Ｆにおける被覆が除去される。なお、被覆が除去される際の様子については後でさらに詳述する。
【００３６】
ステップＳ３終了後のステップＳ４では、溶接制御ユニット４０は、全ての溶接対象領域表面１０Ｆに対する被覆除去が終了したか否かを判別し、全ての被覆除去が終了していないと判断されると、ステップＳ２に戻り、被覆除去されていない溶接対象領域表面１０Ｆに対してステップＳ２及びＳ３の処理を繰返す。一方、ステップＳ４において全ての被覆除去が終了していると判断されると、ステップＳ５に進む。
【００３７】
次ステップＳ５において、溶接制御ユニット４０は、溶接条件設定データ４６ｄに規定された溶接条件に設定するように、レーザー装置２２に指令を与える。これにより、レーザー装置２２は、当該溶接条件でレーザー光Ｌを発生可能に設定された状態になる。
【００３８】
次ステップＳ６において、溶接制御ユニット４０は、溶接位置データ４６ｅに基づき、被覆付導線１０と端子１４との接続箇所のうちの一つに対応する、溶接位置（溶接対象スポット）にレーザー光Ｌが照射されるように、照射位置変更機構部３０に指令を与える。これにより、照射位置変更機構部３０は、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射先が当該溶接位置となるように、ミラー駆動部３４の駆動によりミラー３２の姿勢を変更する。
【００３９】
次ステップＳ７において、溶接制御ユニット４０は、レーザー光Ｌの照射開始指令をレーザー装置２２に与える。これにより、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌがいずれか一つの端子１４と被覆付導線１０との溶接位置１０Ｓに照射され、溶接に必要な所定時間が経過すると、レーザー光Ｌの照射が停止される（図６参照）。いずれか一つの端子１４と被覆付導線１０との溶接位置は、例えば、端子１４と被覆付導線１０との接触位置を含み、当該端子１４及び被覆付導線１の双方にレーザー光Ｌが照射されるような位置である（図７参照）。もっとも、レーザー光Ｌの照射によって端子１４と被覆付導線１０とのレーザー溶接を行えるのであれば、端子１４と被覆付導線１０とのうちの一方にのみレーザー光Ｌが照射されてもよい。これにより、当該いずれか一つの端子１４と被覆付導線１０とがレーザー溶接される。
【００４０】
ステップＳ７終了後のステップＳ８では、溶接制御ユニット４０は、全ての溶接位置に対するレーザー溶接が終了したか否かを判別し、全てのレーザー溶接が終了していないと判断されると、ステップＳ６に戻り、レーザー溶接されていない溶接位置に対してステップＳ６及びＳ７の処理を繰返す。一方、ステップＳ８において全てのレーザー溶接が終了していると判断されると、処理を終了する。
【００４１】
以上のように構成されたレーザー溶接装置２０によると、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに照射して当該溶接対象領域表面１０Ｆの被覆部分１０ｂを除去した後、レーザー光Ｌの照射先を変更して、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０と端子１４との溶接対象スポットに照射して被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接している。このため、被覆をある程度除去した状態で、被覆付導線１０と端子１４とをレーザー溶接することができ、炭化した被覆が残留することによる品質低下（接触不良、接続強度不足）、煤の付着及び溶融した被覆の残留による美観の低下等を抑制することができる。また、同一のレーザー装置２２からの照射先を変更することで、被覆付導線１０の被覆除去作業と、レーザー溶接作業とを行っているため、当該被覆付導線１０と端子１４とのレーザー溶接作業を迅速かつ容易に行えると共に、設備コストも低廉化することが可能となる。
【００４２】
また、被覆除去痔に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射しているため、溶接用のレーザー装置を用いたような場合であっても、被覆付導線１０の被覆を適切に除去できる。
【００４３】
これを図８〜図１３に基づいて説明する。図８〜図１１は、レーザー光Ｌを、溶接対象領域表面１０Ｆに対してその長手方向に沿って一往路分だけ移動させつつ照射した状態を示している。
【００４４】
まず、図８に示すように、レーザー光Ｌは溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去開始位置に照射される。この際、一往路のレーザー光Ｌの照射によって被覆除去を行おうとすると、被覆の厚み方向全体を除去可能な程度のエネルギー量を与えるようにレーザー光Ｌを照射する必要がある。この場合、導体部分１０ａの表面における熱的影響範囲Ｍは比較的広範囲となってしまい、また、被覆部分１０ｂのうちレーザー光Ｌの照射部分周縁部では、被覆部分１０ｂが炭化した残留物１０ｃが発生してしまう。
【００４５】
この状態で、図９に示すように、レーザー光Ｌの照射先が移動すると、レーザー光Ｌは炭化した残留物１０ｃに照射されてしまう。残留物１０ｃは、通常、周囲の色と比べて濃色を呈しており、レーザー光Ｌを吸収しやすい。このため、レーザー光Ｌが残留物１０ｃに照射されると、図１０及び図１１に示すように、残留物１０ｃの焼き付き、導体部分１０ａの表面における熱的影響範囲Ｍの拡大等が引き起され、被覆付導線１０の諸性状の低下を招いてしまう。
【００４６】
上記のような現象は、レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間（レーザー光Ｌのパルス継続時間）、単位時間あたりの照射回数等を適切に設定することで、回避することが可能である。
【００４７】
しかしながら、レーザー装置２２の種類、特に、溶接用のレーザー装置として用いられているものでは、上記レーザー光Ｌのピーク出力、レーザー照射時間、単位時間あたりの照射回数等の設定範囲に対する制約から、適切な設定を行うことが困難な場合があり得る。
【００４８】
そこで、そのような場合には、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射することで、被覆付導線１０の被覆を適切に除去できる。
【００４９】
すなわち、図１２に示すように、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに移動しつつ照射する往路では、被覆部分１０ｂの表層部分だけを除去できるようにレーザー光Ｌを照射する。例えば、レーザー光Ｌのピーク出力を小さくする、レーザー照射時間を短くする、単位時間あたりの照射回数を小さくする等の態様でレーザー光Ｌを照射する。或は、溶接対象領域表面１０Ｆに対するレーザー光Ｌの照射先の移動速度を速くする。これら等を適宜設定することによって、被覆部分１０ｂの表層部分だけを除去できるような態様でレーザー光Ｌを照射する。
【００５０】
この際、レーザー光Ｌは主として被覆部分１０ｂの表層の一部に作用するため、導体部分１０ａに対する熱的影響を小さくすることができると考えられる。上記レーザー光Ｌによって、被覆部分１０ｂの表層は、蒸発し、或は、溶融変形して表面に残留固化した状態等になる。この際、被覆部分１０ｂに対しては主としてその表層に作用する程度のレーザー光Ｌが照射されるため、被覆部分１０ｂは炭化し難い。このため、炭化した残留物の発生を少なくすることができる。
【００５１】
そして、図１３に示すように、レーザー光Ｌの移動往路において、上記と同様に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに再度移動しつつ照射する。これにより、溶接対象領域表面１０Ｆに残っていた被覆部分１０ｂが除去される。
【００５２】
この際、残っていた被覆部分１０ｂに付与されるレーザー光Ｌのエネルギーは、図８に示す場合よりも小さい。また、溶接対象領域表面１０Ｆには炭化した残留物の発生が抑制されているため（図１２参照）、当該炭化した残留物によるレーザー光Ｌのエネルギー吸収も抑制されている。このため、やはり被覆部分１０ｂは炭化し難く、炭化した残留物の発生を少なくすることができる。また、導体部分１０ａに対する熱的影響範囲Ｍを比較的小さくすることができる。
【００５３】
このように、被覆除去痔に、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌを被覆付導線１０の溶接対象領域表面１０Ｆに複数回移動させつつ照射することで、溶接用のレーザー装置等を用いたような場合であっても、被覆付導線１０の被覆を、炭化物の発生を抑制すると共に、導体部分１０ａに対する熱的影響を少なくしつつ、除去できる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、溶接対象領域表面１０Ｆに対してレーザー光Ｌの照射先を１往復移動させる例で説明したが、その他の態様で複数回移動させるようにしてもよい。例えば、レーザー光Ｌの照射先を、溶接対象領域表面１０Ｆに対して複数回往復移動させる例、或は、１方向に複数回移動させる例であってもよい。
【００５５】
実際、溶接用のレーザー装置を用いて、被覆除去に適切な条件を実験してみた。共通する実験条件は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー装置を用いること、レーザー加工径は直径６００μｍ、レーザー光Ｌの照射先の移動速度は約１ｍｍ／ｓｅｃ、である。被覆の除去の程度については導通の有無で評価した。また、残留物の有無も評価した。
【００５６】
例１では、ピーク出力を変更した。レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、移動回数は６回であり、１秒あたりの照射回数は１０回である。
【００５７】
この場合、ピーク出力が０．６ｋｗ、０．８ｋｗの場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。ピーク出力が０．２ｋｗ、０．４ｋｗでは、導通が不十分であり、ピーク出力が１．０ｋｗ、１．２ｋｗでは、炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００５８】
例２では、レーザー照射時間を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、移動回数は６回であり、１秒当りの照射回数は１０回である。
【００５９】
この場合、レーザー照射時間が、０．８ｍｓ、１ｍｓ、１．２ｍｓの場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。レーザー照射時間が０．４ｍｓ、０．６ｍｓでは、導通が不十分であり、レーザー照射時間が１．４ｍｓ、１．６ｍｓでは炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００６０】
例３では、移動回数（重ね書き回数）を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、１秒当りの照射回数は１０回である。
【００６１】
この場合、移動回数が、５回、６回、７回の場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。また、表面における被覆の残留状態から、移動回数をこれ以上に大きくしても、問題無いことが推測された。一方、移動回数が、１回〜４回の場合では、導通が不十分となってしまうことが確認された。
【００６２】
例４では、１秒あたりの照射回数を変更した。ピーク出力は０．７ｋｗであり、レーザー照射時間は１．０ｍｓであり、移動回数は６回である。
【００６３】
この場合、１秒あたりの照射回数が７回、１０回、１２回の場合に、十分な導通が得られ、かつ、残留物についても問題ない程度であることが確認された。１秒あたりの照射回数が５回の場合には、導通が不十分であり、１秒あたりの照射回数が１５回、１８回の場合には炭化した残留物が多く発生してしまうことが確認された。
【００６４】
｛変形例｝
上記実施形態では、反射ミラーの姿勢変更によりレーザー光Ｌの照射先を変更する照射位置変更機構部３０の例で説明したが、その他の構成によって、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー装置２２からのレーザー光Ｌの照射位置を変更するようにしてもよい。例えば、照射位置変更機構部は、被覆付導線１０及び端子１４を間接的に或は直接的に保持した保持部を、レーザー光Ｌを出射するレーザー溶接ヘッドに対して、ＸＹ方向に移動可能に支持するＸＹ搬送機構であってもよく、或は、一定箇所に保持された被覆付導線１０及び端子１４に対して、レーザー光Ｌを出射するレーザー溶接ヘッドをＸＹ方向に移動可能に支持するＸＹ搬送機構、或は、レーザー光Ｌの照射先を変更するようにレーザー溶接ヘッドの姿勢を変更する構成であってもよい。要するに、照射位置変更機構部は、被覆付導線１０及び端子１４に対する、レーザー光Ｌの照射位置を変更できる構成であればよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、複数の溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去を全て行ってから、複数の溶接スポットに対するレーザー溶接を行っているが、溶接対象領域表面１０Ｆの被覆除去とレーザー溶接とを交互に行ってもかまわない。
【００６６】
なお、上記実施形態及びその変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 被覆付導線
１０ａ 導体部分
１０ｂ 被覆部分
１０Ｆ 当溶接対象領域表面
１４ 端子
２０ レーザー溶接装置
２２ レーザー装置
３０ 照射位置変更機構部
４０ 溶接制御ユニット
４２ａ 溶接制御部
Ｌ レーザー光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触状態で保持された被覆付導線と端子とをレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、
レーザー光を発生可能なレーザー装置と、
前記被覆付導線及び前記端子に対する、前記レーザー装置からのレーザー光の照射位置を変更可能にする照射位置変更機構部と、
前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するように、前記照射位置変更機構部を制御する溶接制御ユニットと、
を備えるレーザー溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー溶接装置であって、
前記溶接制御部は、
前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去するように、前記照射位置変更機構部を制御する、レーザー溶接装置。
【請求項１】
接触状態で保持された被覆付導線と端子とをレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、
レーザー光を発生可能なレーザー装置と、
前記被覆付導線及び前記端子に対する、前記レーザー装置からのレーザー光の照射位置を変更可能にする照射位置変更機構部と、
前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去した後、前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線と前記端子との溶接対象スポットに照射して前記被覆付導線と前記端子とをレーザー溶接するように、前記照射位置変更機構部を制御する溶接制御ユニットと、
を備えるレーザー溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー溶接装置であって、
前記溶接制御部は、
前記レーザー装置からのレーザー光を前記被覆付導線の溶接対象領域表面に複数回移動させつつ照射して前記溶接対象領域表面の被覆を除去するように、前記照射位置変更機構部を制御する、レーザー溶接装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２５３４９２（Ｐ２０１０−２５３４９２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０３７３１（Ｐ２００９−１０３７３１）
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【Ｆターム（参考）】
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