JP2000167679A - 被覆線の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被覆線と端子部材とを効率よく、かつ安定確
実に接合する。 【解決手段】 ＹＡＧレーザ発振器（図示せず）で発振
出力させたＹＡＧレーザ光ＬＢを光ファイバ２６を介し
て出射ユニット２８まで導き、出射ユニット２８に内蔵
されている光学レンズ（コリメータレンズ、集光レン
ズ）によりＹＡＧレーザ光ＬＢをコイル巻き付け部３０
に集光照射する。ここで、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸Ｃ
Ｘを整流子羽根部２３のコイル巻き付け部３０より内側
の部位に合わせるとともに、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸
ＣＸを整流子羽根部２３の入射点Ｍにおける法線Ｎに対
し整流子羽根部２３からみて内側に５〜１５゜傾ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被覆線を端子部材
に接合する技術に関し、特にレーザ光を用いる接合方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】被覆線は、導体をポリイミド、ポリウレ
タン、エナメルまたはビニル等の絶縁物で被覆してなる
電線である。

【０００３】従来より、このような被覆線を電気部品等
の端子に物理的かつ電気的に接続（接合）する技術とし
て、半田付けが多用されている。たとえば、直流モータ
において、回転子のコイル（被覆線）との接合に半田付
けが使用されている。接合部に半田を当て、半田コテで
加熱して半田を溶かすと、接合部における被覆線の絶縁
被覆（たとえばポリウレタン）も半田の熱で溶解し、中
から露出した導体（一般に銅）が半田を介して整流子に
つぎ合わされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小型電
気部品の半田付けに半田コテを用いる接合方法は、非常
に細かくて面倒な手作業を必要とする。たとえば、外径
数cm程度の小型直流モータにあっては、整流子の端子部
が幅数ｍｍのサイズであり、これに線径１ｍｍ以下のコ
イルをきれいに半田付けするには、相当熟練した技能が
要る。しかも、この種の整流子は３極構造であるから、
３極間のバランスが維持されないと、回転トルク等のモ
ータ特性に影響が出る。このため、半田付けに均一性が
要求されるのであるが、手作業のため、難しい。

【０００５】また、最近、半田は鉛を含む有害物質であ
るため、環境問題の観点からも出来るだけ使用を控える
のが望ましいとされてきている。

【０００６】そこで、半田付けに代えてレーザ溶接法を
使用することが考えられる。しかしながら、従来のレー
ザ溶接法を適用した場合は、レーザ光のレーザエネルギ
ーによって最初に被覆線の絶縁被覆が溶ける。これによ
り、中からコイル導体が露出し、レーザ光はこの露出し
たコイル導体と整流子とを照射することになる。

【０００７】ところが、上記したような小型直流モータ
では、コイル導体も整流子も共に電気伝導度だけでなく
光反射率も高い銅で作られているため、接合部に入射し
たレーザ光の多くがそこで反射してしまい、レーザ溶接
のためのエネルギー供給（吸収）効率が低く、接合し難
い。

【０００８】この不具合に対しては、レーザ光のパワー
（光強度）を上げる処置が考えられる。しかし、この種
の小型直流モータでは、整流子に接した状態で整流子と
コアとの間に３極羽根形状の樹脂製絶縁部材が介挿され
ている。レーザ光のパワーを上げると、この絶縁部材に
伝わるレーザ光のエネルギー（熱）が増大し、この絶縁
部材が溶けてしまうおそれがある。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、被覆線と端子部材とを効率よく、かつ安定確実
に接合するようにした被覆線の接合方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の方法は、導体を絶縁物で被覆して
なる被覆線を端子部材に接合する方法において、前記端
子部材の一端部に前記被覆線を巻き付ける工程と、光軸
を前記端子部材の前記被覆線巻付け部より内側の部位に
合わせて、前記被覆線巻付け部の一部または全部にレー
ザ光を照射して前記端子部材と前記被覆線とをレーザ溶
接で接合する工程とを有することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の第２の方法は、前記レーザ
光の光軸を、前記端子部材のレーザ光被照射部における
法線に対し、前記端子部材からみて内側に５゜〜１５゜
傾けることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の第３の方法は、モータ回転
子のコアにコイルとして巻回されている被覆線を整流子
に接合する方法において、前記整流子の一端部に前記被
覆線を巻き付ける工程と、光軸を前記モータ整流子の前
記被覆線巻付け部より内側の部位に合わせて、前記被覆
線巻付け部の一部または全部にレーザ光を照射して、前
記整流子と前記被覆線とをレーザ溶接で接合する工程と
を有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。

【００１４】図１に、本発明の一実施例による接合方法
の適用可能な直流モータの回転子の構成を示す。図２
に、このモータ回転子の要部の構成を示す。

【００１５】このモータ回転子組立体において、コア１
０は３極羽根形状の板状コア片１０a を多数枚積み重ね
て一体接合してなり、コア１０の中心部に形成されてい
る孔にモータシャフト１２が挿嵌されている。

【００１６】コア１０の各極の胴部には、銅線をたとえ
ばポリウレタンで被覆してなるコイル（被覆線）１４が
所定の巻き回数だけ巻かれており、コイルの巻き始めの
端部１４aと巻き終りの端部１４bとが引き出されてい
る。

【００１７】コア１０の手前には、３極羽根形状の樹脂
製絶縁材１６を介して整流子ユニット１８がモータシャ
フト１２に挿嵌されている。この整流子ユニット１８
は、銅板からなる筒状の整流子片２０と、この整流子片
２０の外周面に所定の間隔を空けて取り付けられ、コア
１０側の部分がＬ状に半径方向外側に屈曲して羽根状に
延在している３個の整流子２２と、整流子片２０を軸方
向外側から固定する固定リング２４とから構成されてい
る。

【００１８】各整流子２２の羽根部２３はコア１０の各
隣接する２つの極の中間に位置し、両極コイル１４の一
方の巻き始めの端部１４aと他方の巻き終りの端部１４b
とがこの羽根部２３に物理的かつ電気的に接続（接合）
される。

【００１９】図１および図２には接合工程前の状態が示
されている。図示のように、各整流子２２の羽根部２３
の先端部に形成されているＶ状の切欠き部２３aに、コ
イル１４の端部１４a、１４bが巻き付け機(図示せず)に
よりからげるようにして数回巻かれる。

【００２０】次に、図３〜図８につき、本実施例におい
て各整流子２２の羽根部２３にコイル１４の端部１４
a、１４bをレーザ溶接で接合する方法について説明す
る。

【００２１】図３および図４に本実施例におけるレーザ
溶接法を示す。

【００２２】図示の例では、ＹＡＧレーザ発振器（図示
せず）で発振出力させたＹＡＧレーザ光ＬＢを光ファイ
バ２６を介して出射ユニット２８まで導き、出射ユニッ
ト２８に内蔵されている光学レンズ（コリメータレン
ズ、集光レンズ）によりＹＡＧレーザ光ＬＢをコイル巻
き付け部３０付近に集光照射する。

【００２３】ＹＡＧレーザ光ＬＢはパルスレーザ光でよ
く、たとえば、コイル１４の絶縁被覆がポリウレタン
で、整流子２２の羽根部２３が幅数mm程度のサイズであ
る場合は、パルス幅を１０〜２０ms、全照射エネルギー
を約１５Ｊに選んでよい。

【００２４】本実施例のレーザ溶接では、図示のよう
に、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸ＣＸを整流子羽根部２３
のコイル巻き付け部３０より内側の部位に合わせること
と、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸ＣＸを整流子羽根部２３
の入射点Ｍにおける法線Ｎに対し整流子羽根部２３から
みて内側に幾らか（好ましくは５〜１５゜）傾けること
が重要である。

【００２５】出射ユニット２８より出射されたＹＡＧレ
ーザ光ＬＢは、レーザビームのエネルギー（光量）分布
がガウス分布しているが、集光レンズの収差やレーザ光
の空間的コヒーレンスの不完全性等により一点（焦点
Ｆ）に絞られることはなく、図５に示すようにビームウ
エストbwの径dまでしか絞られない。このビームウエス
ト径dは、光ファイバのコア径、集光レンズの焦点距離
やビーム拡り角あるいは開口数等によって決まり、たと
えば１ｍｍ程度に選定することができる。

【００２６】一方、この種のコイル１４は線形が１００
μｍ程度であるから、これを数回巻いたコイル巻き付け
部３０の幅は数１００μｍ程度に収まる。したがって、
光軸ＣＸをコイル巻き付け部３０より内側にずらした状
態で、ＹＡＧレーザ光ＬＢのビームウエストbw部内にコ
イル巻き付け部３０を入れる（横断させる）ことができ
る。

【００２７】また、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸ＣＸを整
流子羽根部２３からみて内側に傾けるということは、図
５においてビームスポット断面Ｋ0を反時計回りに、た
とえばＫAまで傾けることと等価である。そうすると、
図６に示すように、ビームスポットＳＰの形状が楕円形
となり、コイル巻き付け部３０に巻きつけられているコ
イルの幅方向にビームサイズが拡大し、そのぶん同方向
においてエネルギー密度が減少する。

【００２８】しかして、光軸ＣＸをずらしてＹＡＧレー
ザ光ＬＢを照射されるコイル巻き付け部３０において
は、ＹＡＧレーザ光ＬＢのレーザエネルギーが強すぎる
ということはない。しかも、図７に示すように、ＹＡＧ
レーザ光ＬＢが斜め方向から照射するため、レーザエネ
ルギーがコイル１４の上面だけでなく裏面側にも及びや
すい。このため、絶縁被覆を溶かすことなく、コイル１
４は適度なエネルギー密度で加熱され、吸収した熱を整
流子羽根部２３に伝える。

【００２９】整流子羽根部２３のコイル巻き付け部３０
より内側の部分においては、ＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸
ＣＸの入射点Ｍ付近で入射したレーザ光の多くを反射
し、レーザエネルギーの吸収度は低い。また、整流子羽
根部２３からの熱は矢印Ｙの方向に基端側へ流れ、絶縁
部材１６に伝わる分は少ない。したがって、絶縁部材１
６を溶かすおそれはない。

【００３０】一方、整流子羽根部２３のコイル巻き付け
部３０より外側の部分つまり端部２３bにおいては、整
流子羽根部２３からの熱がいったんは矢印Ｙ´の方向に
流れるものの、行き場を失ってそこに止まり、蓄積す
る。この蓄熱効果により、整流子羽根部２３の端部２３
bは先端の方から内側へ寄せるようにして溶融し、切欠
き部２３a付近にてコイル巻き付け部３０を包み込むよ
うにして丸くなる。

【００３１】この時、コイル巻き付け部３０に残存して
いた絶縁被覆は、レーザエネルギーの熱と溶融状態の端
部２３bからの熱とで速やかに溶ける。そして、中から
露出したコイル導体（銅）が端部２３bと冶金的に接合
する。

【００３２】ＹＡＧレーザ光ＬＢの照射が終わると、図
８に示すように、整流子羽根部２３の端部は瑠状２３b
´に固まり、その中にコイル端部１４a、１４bが埋め込
まれるようにしてしっかりと接合される。

【００３３】なお、ＹＡＧレーザ光ＬＢがたとえ整流子
羽根部２３またはコイル巻き付け部３０から側方へ外れ
た場合でも、レーザ光軸を内側から外側へ傾けているた
め、コア１０側のコイル巻回部へのレーザ照射を回避す
ることができる。なお、内側からの斜め方向のレーザ照
射により、コイル３０に対して、光軸ＣＸを可及的に近
接させてずらすことができる。

【００３４】図９および図１０は、上記したような本実
施例によるレーザ溶接工程の後に、整流子スイッチング
における火花防止用のリングバリスタ３０を整流子羽根
部２３の軸方向外側面に半田３４で接合した状態を示し
ている。このリングバリスタ３０の半田付けに際して、
整流子羽根部２３の端部（接合部）２３´は何ら影響を
受けることもない。その点、従来は、整流子羽根部の端
部に半田付けでコイルを接合するため、リングバリスタ
の半田付け工程において整流子羽根部の端部（コイル半
田付け部）に熱が及んで、その端部のコイル半田付け部
が溶けて形がくずれるおそれがあり、加工品質上の問題
点になっていた。

【００３５】以上、好適な実施例を説明したが、本発明
は上記した実施例に限定されるものではなく、種種の変
形・変更が可能である。たとえば、接合部に対して、レ
ーザ光ＬＢを横方向（図４において矢印Ｙ，Ｙ´方向と
直交する方向）にスキャンしてもよい。必要に応じて、
複数のレーザ光ＬＢを同時に照射してもよい。レーザ光
ＬＢのパワー、パルス幅、パルス数、全照射レーザエネ
ルギー等の溶接条件は所望の値に設定することができ
る。

【００３６】上記実施例ではレーザ光ＬＢの光軸ＣＸを
最初から傾けたが、図１１に示すように、レーザ照射時
は光軸ＣＸを垂直方向光に設定し、それから矢印の方向
に徐々に傾けていくことも可能である。そうすること
で、コイル表面のより広い範囲にレーザ光を照射するこ
とができ、より適切なエネルギー密度でコイル１４を加
熱することができる。

【００３７】上記実施例では光ファイバ２６と出射ユニ
ット２８を使用したが、これらの光学部品を省き、レー
ザ発振器からのレーザ光を直接接合部に照射してもよ
い。また、ＹＡＧレーザの代わりに、他のレーザたとえ
ばＣＯ2レーザ、半導体レーザ等を使用することもでき
る。

【００３８】上記実施例は整流子２２の羽根部２３にコ
イル１４の端部１４a、１４bを接合するアプリケーショ
ンに係るものであったが、本発明のレーザ溶接法は金属
の端子部材に被覆線を接合する任意のアプリケーション
に適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光軸を端子部材の被覆線巻付け部より内側の部位に合わ
せて、被覆線巻付け部の一部または全部にレーザ光を照
射し、端子部材と被覆線とをレーザ溶接で接合するよう
にしたので、被覆線と端子部材とを効率よく、かつ安定
確実に接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による接合方法の適用可能な
直流モータの回転子の構成を示す斜視図である。

【図２】実施例におけるモータ回転子の要部の構成を示
す一部断面正面図である。

【図３】実施例におけるレーザ溶接法を示す側面図であ
る。

【図４】実施例におけるレーザ溶接法を示す平面図であ
る。

【図５】実施例におけるレーザビームの集束部を示す側
面図である。

【図６】実施例におけるレーザスポットのパターンを示
す断面図である。

【図７】実施例におけるレーザ照射法を示す一部断面側
面図である。

【図８】実施例におけるレーザ溶接法の作用を示す側面
図である。

【図９】実施例における後工程でリングバリスタを取付
した状態を示す正面図である。

【図１０】実施例における後工程でリングバリスタを取
付した状態を示す一部断面側面図である。

【図１１】一変形例によるレーザ照射法を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１０ コア １２ モータシャフト １４ コイル １４a，１４b コイル端部 １６ 絶縁部材 １８ 整流子ユニット ２２ 整流子 ２３ 整流子の羽根部 ２３ 羽根部の端部 ２６ 光ファイバ ２８ 出射ユニット ３０ コイル巻き付け部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体を絶縁物で被覆してなる被覆線を端
   子部材に接合する方法において、 前記端子部材の一端部に前記被覆線を巻き付ける工程
   と、 光軸を前記端子部材の前記被覆線巻付け部より内側の部
   位に合わせて、前記被覆線巻付け部の一部または全部に
   レーザ光を照射して、前記端子部材と前記被覆線とをレ
   ーザ溶接で接合する工程とを有することを特徴とする被
   覆線の接合方法。
2. 【請求項２】 前記レーザ光の光軸を、前記端子部材の
   レーザ光被照射部における法線に対し、前記端子部材か
   らみて内側に５゜〜１５゜傾けることを特徴とする請求
   項１に記載の被覆線の接合方法。
3. 【請求項３】 モータ回転子のコアにコイルとして巻回
   されている被覆線を整流子に接合する方法において、 前記整流子の一端部に前記被覆線を巻き付ける工程と、 光軸を前記整流子の前記被覆線巻付け部より内側の部位
   に合わせて、前記被覆線巻付け部の一部または全部にレ
   ーザ光を照射して、前記整流子と前記被覆線とをレーザ
   溶接で接合する工程とを有することを特徴とする被覆線
   の接合方法。