JP2005169444A - 絶縁被覆導体の接合方法および絶縁被覆導体の接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導体の接合の作業と、絶縁皮膜を導体から剥離、除去する作業とを１つの作業として行うことができ、また導体の任意の位置に任意の形状で、絶縁皮膜の除去を行うことができる絶縁被覆導体の接合方法および該接合方法に用いられる絶縁被覆導体の接合装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 絶縁皮膜で被覆された導体の接合方法であって、接合部へのレーザー照射により、該接合部にある絶縁皮膜の除去および該導体の接合を行うことを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法、ならびに絶縁皮膜除去用レーザー照射手段および導体接合用レーザー照射手段を有することを特徴とする絶縁被覆導体の接合装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁皮膜により被覆されている導体を、レーザーを用いて接合する絶縁被覆導体の接合方法、および該接合方法に用いられる絶縁被覆導体の接合装置に関するものである。

エナメル線など、絶縁皮膜により被覆されている導体は、種々の電気機器、例えばモーターやトランスのコイルなどに広く使用されている。

この絶縁皮膜は、樹脂などの絶縁体からなり、導体からの電気の漏洩を防ぐため導体上に被覆されたものである。しかし、絶縁皮膜を有した状態で、導体を溶接やろう付けなどにより接合すると、接合部の強度の低下や電気導通の低下が生じることがある。そこで、絶縁皮膜により被覆されている導体の接合の際には、この絶縁皮膜を導体から剥離、除去する作業が溶接やろう付けなどの工程の前に必要となる。
すなわち本来の接合の作業の他に別の作業が必要となり、作業効率が低下する。

また従来、絶縁皮膜を剥離、除去する方法としては、絶縁皮膜を焼く方法、剥離機で機械的に除去する方法、薬品（剥離剤）で化学的に除去する方法などが採用されていた。

絶縁皮膜の剥離、除去においては、接合に必要な部分のみが除去され、接合に必要でない部分の絶縁皮膜は除去されないことが好ましい。
しかし上記の従来の方法では、絶縁皮膜の剥離、除去を、任意の所望の形状で行うことは困難であった。

また、導体の接合を導体中の任意の場所で行うことができれば、該導体を用いる機器の生産が容易になり好ましい。このためには、導体中の任意の場所での絶縁皮膜の剥離、除去が求められる。
しかし、剥離、除去する部分と他の導体が近接している場合は、上記の従来の方法では、近接部分に影響を与えず目的とする部分のみを剥離、除去することは困難であった。さらに、他の部品や部材が剥離、除去する部分の近傍に存在する場合は、目的とする部分に剥離機を近づけることは困難であるとの問題もあった。
従って従来は、通常、絶縁皮膜の除去が行えるのは導体の末端に限られ、導体の任意の位置に任意の形状で絶縁皮膜の除去を行うことは困難であった。

本発明は、導体の接合の作業と、絶縁皮膜を導体から剥離、除去する作業とを一つの作業として行うことができ、また導体の任意の位置に任意の形状で、絶縁皮膜の除去を行うことができる絶縁被覆導体の接合方法、およびこの接合方法の実施に好適に用いることができる絶縁被覆導体の接合装置を提供することを目的とする。

本発明者は、ある程度の厚みの絶縁皮膜は、レーザー照射により除去できるとの知見に基づき、絶縁皮膜の除去および接合の両方をレーザー照射により行うことにより、接合の作業と絶縁皮膜を導体から剥離、除去する作業とを一つの作業として行うことができ、さらに導体の任意の位置に任意の形状で、絶縁皮膜の除去を行うことができることを見出し、本発明を完成した。

本発明の請求項１は、絶縁皮膜で被覆された導体の接合方法であって、接合部へのレーザー照射により、該接合部にある絶縁皮膜の除去および該導体の接合を行うことを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。

ここで導体とは、導電性の金属からなり、金属としては銅、アルミニウムなどが例示される。導体の形状としては、線状がその代表例として挙げられるが、かならずしもこれに限定されない。導体の断面形状も、円形、楕円形、矩形、これらの組合せなどが挙げられ特に限定されない。

本発明の請求項２は、上記の絶縁被覆導体の接合方法であって、レーザーが、ＣＯ_２レーザーおよび／またはＹＡＧ（イットリウム／アルミニウム／ガーネット）レーザーであることを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。
本発明の接合方法で用いられるレーザーとしては、照射エネルギーの大きいＣＯ_２レーザーやＹＡＧレーザーが好ましく例示される。請求項２の態様は、この好ましい態様に該当するものである。

請求項２の態様の中でも、より好ましい態様として、反射されることなく有機物に使用可でかつ安価なＣＯ_２レーザーで絶縁皮膜の除去を行い、ＹＡＧレーザーを用いた精密な溶接で接合を行う方法が挙げられる。
本発明の請求項３の態様は、この好ましい態様に該当し、上記の絶縁被覆導体の接合方法であって、絶縁皮膜を除去するためのレーザーがＣＯ_２レーザーであり、導体を接合するためのレーザーがＹＡＧレーザーであることを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。

また、他のより好ましい態様として、絶縁皮膜を除去するためのレーザーおよび導体を接合するためのレーザーが、同一光源からのレーザーであることを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法が挙げられる。この態様によれば、光源装置の稼働率を向上させることができ好ましい。本発明の請求項４は、この好ましい態様に該当するものである。

より具体的な例としては、ＹＡＧレーザーを、光ファイバーなどにより、絶縁皮膜の除去のための照射装置と、接合のための照射装置に分散伝送して、絶縁皮膜の除去と溶接による導体の接合を、順次切り替えて行う方法が挙げられる。この方法によれば、２種類の異なった目的のレーザー照射を一の光源を用いて行うことができ、それぞれの出力を、任意の分割比率で、順次切り替えて供給することにより、光源装置の稼働率を向上させることができる。

なお、本発明の接合方法は、絶縁皮膜で被覆された導体と他の部材、例えば絶縁皮膜で被覆されていない導体との接合にも適用できるが、特にその効果を発揮するのは、絶縁皮膜で被覆された導体同士の接合の場合である。複数の導体の絶縁皮膜の除去を、一つのレーザー照射で行うことができるので、作業効率が向上するという効果がより顕著になる。

本発明の請求項５は、上記の絶縁被覆導体の接合方法であって、絶縁皮膜が、ポリウレタン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエステルイミドおよびポリアミドイミドのいずれかを１つ以上含むことを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。

絶縁皮膜の材質およびその製造方法については特に限定されない。通常絶縁皮膜は、塗膜性がよく、機械的強度が大きく、かつ絶縁性に優れる樹脂からなり、この樹脂を溶媒に溶解して溶液とし、導体の該溶液への浸漬や導体上への該溶液の塗布などを行った後、乾燥などにより溶媒を除去して、さらに必要により樹脂の硬化処理などを行って、絶縁皮膜が得られる。
この樹脂としては、ポリウレタン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエステルイミドおよびポリアミドイミドのいずれかを１つ以上含むものが好ましく例示される。請求項５の態様は、この好ましい樹脂を用いた態様に該当するものである。

本発明の請求項６は、上記の絶縁被覆導体の接合方法であって、絶縁皮膜の接合部における厚みが、５０μｍ以下であることを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。
本発明の接合方法が適用可能な絶縁皮膜の接合部における厚みは特に限定されず絶縁皮膜の材質などにより変動するが、通常は、５０μｍ以下の場合、レーザー照射による絶縁皮膜の除去が容易であり好ましい。請求項６の態様は、この絶縁皮膜の厚みに関する好ましい態様に該当するものである。特に好ましくは２０μｍ以下である。

本発明の接合方法が適用可能な絶縁皮膜の厚みの下限はなく、いかなる薄い皮膜にも適用可能である。ただし、薄い皮膜の場合は絶縁皮膜の絶縁性などが低下するので、０．５μｍ程度以上の厚みの絶縁皮膜が用いられる場合が多い。

本発明の請求項７は、上記の絶縁被覆導体の接合方法であって、該導体の接合が、レーザー溶接またはレーザーを用いたろう付けであることを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法である。
本発明の絶縁被覆導体の接合方法は、導体の接合がレーザー照射により行われることを特徴とするが、このレーザー照射による導体の接合の方法としては、レーザー溶接またはレーザーを用いたろう付けが好ましく例示され、本発明の請求項７はこの態様に該当するものである。

レーザー溶接は、一般に、高エネルギーのレーザー光を金属などに照射して、該金属を溶融して接合する方法であって、金属を深く溶融できるので、出力さえ充分であれば連続して厚い金属板を溶接することができる、不活性ガスの中でも、空気中や真空中でも作業ができるため応用範囲が広い、熱によって影響を受ける範囲が小さいので高品質の溶接ができる、離れている場所へも光ファイバーでエネルギーを導くことができるので作業がしやすい、などの利点があり、本発明の接合方法においても好ましく採用することができる。

レーザーを用いたろう付けは、接合部にろう材を供給し、該ろう材にレーザーを照射して溶融し、該ろう材を固化することにより導体を接合する方法である。レーザー溶接よりは、小さい出力のレーザー照射で行うことができる場合が多い。用いられるろう材としては、銀ろう、りん銅ろうなどの硬ろうやハンダなどの軟ろうが例示される。

絶縁皮膜の除去や導体の接合のためのレーザー照射の出力としては、絶縁皮膜の除去や、導体（レーザー溶接の場合）やろう材（ろう付けの場合）の溶融が達成される出力が必要であるが、この範囲は、絶縁皮膜、導体、ろう材の材質などにより変動し特に限定されない。

本発明の絶縁被覆導体の接合方法は、絶縁皮膜除去用レーザー照射手段および導体接合用レーザー照射手段を有することを特徴とする絶縁被覆導体の接合装置により実施することができる。本発明の請求項８は、この絶縁被覆導体の接合装置を提供するものである。
より詳細に説明すると、絶縁皮膜を除去するためのレーザー照射を行うレーザー照射装置Ａ、および導体を接合するためのレーザー照射を行うレーザー照射装置Ｂを有する絶縁被覆導体の接合装置を用い、レーザー照射装置Ａによるレーザー照射で、導体の接合に必要な部分の絶縁皮膜のみを除去し、レーザー照射装置Ｂによるレーザー照射で、レーザー溶接やろう付けなどを行うことにより絶縁被覆導体の接合を行うことができる。

上記の絶縁被覆導体の接合装置としては、レーザー照射装置Ａの光源がＣＯ_２レーザーであり、かつレーザー照射装置Ｂの光源がＹＡＧレーザーである絶縁被覆導体の接合装置が好ましく例示される。
この装置により、反射されることなく有機物に使用可でかつ安価なＣＯ_２レーザーで絶縁皮膜の除去を行い、導体の接合を、ＹＡＧレーザーを用いた精密な溶接で行うという好ましい態様の方法を実施することができる。

また、絶縁皮膜除去用レーザー照射手段および導体接合用レーザー照射手段、すなわち、レーザー照射装置Ａおよびレーザー照射装置Ｂに、同一光源からのレーザーが分散伝送されている絶縁被覆導体の接合装置も好ましく用いることもできる。
この装置により、１光源のレーザーを、光ファイバーなどにより分散伝送して、絶縁皮膜の除去と、導体の接合を、順次切り替えて行う方法を実施することができ、上記のように、光源装置の稼働率を向上できるとの利点を有する。

本発明の実施に用いられる絶縁被覆導体の接合装置は、さらにろう材などの接合材を接合部に供給する装置を有していてもよい。接合材供給装置を、接合装置内に加えることにより、接合の工程と接合材の供給を同時に実施することが可能になり、工程のリードタイムを短縮することができる。

本発明の絶縁被覆導体の接合方法によれば、導体上の任意の位置に任意の形状で、絶縁皮膜の除去を行うことができ、かつ導体の接合の作業と絶縁皮膜を導体から除去する作業とを、一つの作業として行うことができ、作業の効率が向上する。従って、エナメル線などの絶縁被覆導体の溶接や結線などに、好適に使用することができる。

以下に本発明の実施の形態を、図を用いて説明するが、この形態は本発明の例示であり、本発明の範囲はこの形態に限定されない。
図１は、本発明の絶縁被覆導体の接合方法の一例を示す斜視図である。
この例では、絶縁皮膜１、２をそれぞれ有する導体３、４が、絶縁皮膜除去用レーザー照射手段（レーザー照射装置Ａ）および導体接合用レーザー照射手段（レーザー照射装置Ｂ）を有する絶縁被覆導体の接合装置により接合される。皮膜除去部５には、レーザー照射装置Ａからレーザー照射が行われ、皮膜除去部５にある絶縁皮膜１、２が除去され、導体露出部６が導体３、４上にそれぞれ形成される。この際に、不活性ガスの吹きつけ等により、絶縁被覆の残渣を除去することが好ましい。

接合部７には、レーザー照射装置Ｂから、ろう付けのためのレーザー照射が行われる。照射により、ろう材８が溶融されその固化により導体３、４の接合が達成される。接合部７には、ろう材フィーダー９よりろう材８が供給されており、接合工程と同時に接合材（ろう材）の供給を行うことができる。

この接合方法においては、レーザー照射装置Ａ、Ｂおよびろう材フィーダー９は図中の矢印の方向に動く。従って、導体３、４上の接合される部分では、先ずレーザー照射装置Ａによる絶縁皮膜１、２の除去が行われ、その後、ろう材フィーダー９よりろう材８が供給された後、ろう材８にレーザー照射装置Ｂによる照射が行われ導体３、４の接合が達成される。

図２は、本発明の絶縁被覆導体の接合方法の他の例を示す斜視図である。
この例では、レーザー照射装置ＡおよびＢには一つの光源（図示せず）からのレーザー光が光ファイバー１２を通じて供給されている。
光ファイバー１２を通じて供給されたレーザー光は、分散伝送装置１１により、同時にまたは順次切り替えて各々光ファイバー１３、１４を通じてレーザー照射装置ＡまたはＢ側に伝送される。
Ａ側、Ｂ側への出力の分割比率は、分散伝送装置１１により調整される。

図２の例においては、導体の接合はレーザー溶接により行われる。従って、この装置においてはろう材フィーダーはなく、またレーザー照射装置Ｂから照射されるレーザーは出力の大きなものであり、このレーザー照射により接合部７の導体３、４が溶融される。
この例においても、レーザー照射装置ＡおよびＢは図中の矢印の方向に動く。従って、導体３、４上の接合される部分では、先ずレーザー照射装置Ａによる絶縁皮膜１、２の除去が行われ、その後、レーザー照射装置Ｂによる照射が接合部７に行われ、レーザー溶接による導体３、４の接合が達成される。

本発明の一例を示す斜視図である。 本発明の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１、２ 絶縁皮膜
３、４ 導体
５、 皮膜除去部
６、 導体露出部
７、 接合部
８、 ろう材
９、 ろう材フィーダー
１１、 分散伝送装置
１２、１３、１４、 光ファイバー
Ａ、Ｂ レーザー照射装置

Claims (8)

1. 絶縁皮膜で被覆された導体の接合方法であって、接合部へのレーザー照射により、該接合部にある絶縁皮膜の除去および該導体の接合を行うことを特徴とする絶縁被覆導体の接合方法。
2. レーザーが、ＣＯ_２レーザーおよび／またはＹＡＧレーザーであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁被覆導体の接合方法。
3. 絶縁皮膜を除去するためのレーザーがＣＯ_２レーザーであり、導体を接合するためのレーザーがＹＡＧレーザーであることを特徴とする請求項２に記載の絶縁被覆導体の接合方法。
4. 絶縁皮膜を除去するためのレーザーおよび導体を接合するためのレーザーが、同一光源からのレーザーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁被覆導体の接合方法。
5. 絶縁皮膜が、ポリウレタン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエステルイミドおよびポリアミドイミドのいずれかを１つ以上含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の絶縁被覆導体の接合方法。
6. 絶縁皮膜の接合部における厚みが、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の絶縁被覆導体の接合方法。
7. 導体の接合が、レーザー溶接またはレーザーを用いたろう付けにより行われることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の絶縁被覆導体の接合方法。
8. 絶縁皮膜除去用レーザー照射手段および導体接合用レーザー照射手段を有することを特徴とする絶縁被覆導体の接合装置。
   
   

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