JP2008234917A - 銅線の製造方法および銅線被膜剥離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】銅よりなる線材の外周を被覆する被膜を部分的に剥離した銅線の製造方法および銅線被膜剥離装置を提供する。
【解決手段】銅よりなる線材の外周を被膜で被覆した状態の銅線３に対し、被膜および線材である銅に対しての吸収率を一定値以上持つグリーンレーザ（レーザ光１）を、銅線３の被膜剥離部分に対して照射し、レーザ熱によって被膜を昇華させ、レーザ照射部分に相当する被膜剥離部分において、被膜の残存なく、また線材の損傷なく、線材を露出させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、線材の周囲を被覆する被膜が部分的に剥離された銅線の製造方法、および銅線被膜剥離装置に関する。

近年、電子機器では高密度実装化に伴い、モータ等に用いられる銅線の被膜材に耐熱性、絶縁性の良い、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどが使われている。しかし、それらの被膜材は硬く、銅線に対する密着性が良いため、被膜を剥離するのは容易ではない。従来では切削等により機械的に被膜を剥離していたが、削り屑が銅線に付着し、製品に混入する、また装置の摺動部分に削り屑が蓄積、装置が故障するという問題があった。それ以外には化学薬品に浸積させる方法があるが、非常に反応性の高い薬品を使用するために剥離部周辺が腐食することと、危険な化学処理が必要になるという問題があった。そこで、これらの問題を解決する方法として、種々のレーザ（ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ）を用いて被膜を昇華させて除去する方法がとられている。

特開平４−１０５５０９号公報 特開昭６２−９２７１２号公報

種々のレーザ（ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ）を用いて被膜を昇華させて除去する場合、ＣＯ_２レーザでは1μｍ以下の被膜が銅表面に残存してしまい、線材を露出させることが困難であり、エキシマレーザは、被膜への吸収率が高すぎ、ＹＡＧレーザでは、被膜への吸収率が低すぎて、銅線被膜剥離に適していないという問題があった。

また、従来では、銅線を全周にわたり剥離するために、一般的に反射鏡を用いてレーザ光を多方向から照射するなど方法がとられるが、レーザにより気化した被膜の炭化物（被膜カス）等が反射鏡に付着してしまい、メンテナンスにコストがかかるなどといった問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、部分的に絶縁被膜が剥離された銅線を得る銅線の製造方法、コストが安価でメンテナンスが容易な銅線被膜剥離装置を得ることを目的としている。

この発明に係わる銅線の製造方法は、銅よりなる線材の外周が絶縁被膜で被覆された銅線に対し、上記絶縁被膜の一部を剥離するためにグリーンレーザを照射し、上記レーザ照射部分の上記線材を露出させることを特徴とするものである。

この発明に係わる銅線被膜剥離装置は、照射対象に向ってグリーンレーザを発し、上記グリーンレーザの照射方向が互いに対向する第一の発振器と第二の発振器、上記第一の発振器から発した上記グリーンレーザを集光する第一の集光レンズ、上記第一の集光レンズによって集光された上記グリーンレーザを裏面から表面へ透過させる第一の偏光ビームスプリッタ、上記第二の発振器から発した上記グリーンレーザを集光する第二の集光レンズ、上記第二の集光レンズによって集光された上記グリーンレーザを裏面から表面へ透過させる第二の偏光ビームスプリッタを備え、上記照射対象を通過した上記グリーンレーザが上記第一の偏光ビームスプリッタまたは上記第二の偏光ビームスプリッタの表面において反射する構成とし、上記照射対象となる、銅よりなる線材の外周を絶縁被膜で被覆した銅線に、上記グリーンレーザを照射することで、上記絶縁被膜の一部を剥離することを特徴とするものである。

この発明の銅線の製造方法によれば、グリーンレーザを銅線に照射することで、絶縁被膜の一部を剥離して、線材を露出させることができ、部分的に絶縁被膜を剥離した状態の銅線を得ることが可能となるという効果がある。

この発明の銅線被膜剥離装置によれば、異なる二方向からレーザを照射するため、銅線の全周における被膜剥離が可能である。また、一方の発振器から発したグリーンレーザが、銅線を透過後、偏光ビームスプリッタの表面において反射し、他方の発振器に直行することがなく、他方の発振器に損傷を与えることがないという効果がある。

実施の形態１．
銅線に対してレーザ光を照射し、その外周を覆う絶縁被膜（または単に被膜とする。）を部分的に剥離する場合、被膜へ照射されたレーザ光の一部は、被膜表面で反射し、残りが被膜内部に入射する。その被膜内部に入射したレーザ光の一部が被膜に吸収され、被膜を加熱、昇華させ、一部が更に奥まで透過する。被膜への吸収率が高いほど透過率が低くなるため、レーザ光が芯線（線材）に達さず、被膜のみを効率よく加熱できるので、芯線の損傷無く被膜を剥離できるが、被膜の表面にしかレーザ光が吸収されないため、剥離速度が遅くなる。逆に、被膜への吸収率が低いほど、被膜に吸収されずにレーザ光が芯線に達するため、芯線が溶融してしまう。芯線の損傷なく被膜を早く剥離するためには、被膜厚さ１０μｍに対して吸収率が２０％〜８０％であるのが良い。被膜厚さ１０μｍにおける、レーザ光の波長とポリイミド（被膜）への吸収率との関係を図１に示す。

図１に示すように、被膜剥離に適するレーザ波長は、図中にグレーゾーンで示した、被膜への吸収率が２０〜８０％である、0.45〜0.55μｍおよび5〜10μｍの領域にあることがわかる。これより、エキシマレーザ（波長０．３μｍ程度）は、被膜への吸収率が高すぎ、ＹＡＧレーザ（波長１μｍ程度）では、被膜への吸収率が低すぎて、銅線の被膜剥離に適していないことが分かる。また、ＣＯ₂レーザは波長１０μｍ程度であるので、被膜への吸収率という点では、被膜剥離に適している。しかし、被膜がほとんど除去され、被膜の厚みが1μｍ以下になると、レーザ光の９０％程度は被膜を透過し、銅線に入射されるが、銅に対するＣＯ_２レーザ光の反射率が９８％程度であるため、レーザ光が銅表面でほとんど反射し、被膜にレーザ熱が伝わらず、1μｍ以下の薄膜が銅表面に残存してしまうことが分かっている。レーザ光の波長０.４５〜０.５５μｍの範囲には、グリーンレーザ光がある。

次に、銅への吸収率のレーザ光の波長依存性を図２に示す。ＣＯ_２レーザ光の銅への吸収率が２％程度であるのに対し、グリーンレーザ光は銅への吸収率が４０％程度である。上述したように、ＣＯ_２レーザ光を用いた被膜剥離では、線材である銅へのＣＯ_２レーザ光の吸収率が低いため、絶縁被膜が薄く残存する問題があったが、グリーンレーザ光を銅線被膜剥離に用いることで、被膜への吸収率の条件を満たし、さらに、銅への吸収率の条件も満たして、良好な状態での被膜剥離を行えることを見出すことができた。

この発明の実施の形態１による銅線の製造方法について、以下に説明する。図３は本発明の実施の形態１によるグリーンレーザ光を用いた被膜剥離の様子を示す模式図である。図３において、グリーンレーザ発振器から発振されるレーザ光１は、グリーンレーザ発振器（本体部分は図示せず。）のヘッド２を通過し、集光レンズ４により集光され、銅線３に照射される。レーザ光１が銅線３に照射されることで、銅よりなる線材の周囲を被覆する被膜を加熱、昇華させ、部分的に線材を露出させ、被膜剥離を行うことができる。本方法によれば、被膜への吸収率、透過率のバランスが良く、銅への吸収率の高いグリーンレーザ光を使用しているので、芯線（線材）を損傷させることなく、被膜の残存なく被膜を短時間で剥離し、部分的に線材を露出させた状態の銅線３を製造することができる。

本実施の形態１では、直径２ｍｍ、被膜厚さ３０μｍの銅線に対し、波長５３２ｎｍ、平均出力１０Ｗのグリーンレーザを、直径２００μｍのサイズで、パルス幅２０ｎｓ、周波数２０ｋＨｚで、上記のような銅線３を、長さ5ｍｍにわたり照射したところ、銅線上のビーム照射部において銅線の損傷なく被膜を１０秒程度で完全に剥離できた。
比較として、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザで剥離を行ってみたが、ＣＯ_２レーザでは、１μｍ程度の被膜が残存し、エキシマレーザでは、剥離するまでに１０分程度時間がかかり、ＹＡＧレーザでは剥離時間はグリーンレーザと同程度であるが、芯線の溶融が確認された。

上述の例は、被膜としてポリイミドを用いたものであるが、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミドなどであっても効果があることは言うまでもない。
なお、発明に用いられるグリーンレーザ光であるが、銅線被膜剥離のために適用することができる波長範囲は、０．４〜０．６μｍ、レーザ強度範囲は、１〜１００ｋＪ／ｍ^２である。また、グリーンレーザ光は、ＹＡＧレーザ（波長１．０６４μｍ）、ＹＬＦレーザ（波長１．０５４μｍ）などに波長変換素子を用いて、第二高調波を取り出したもので、波長０．５３２μｍ、０．５２７μｍとして発振させることができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２によるグリーンレーザ光による銅線被膜剥離の様子を示す模式図である。図４において、レーザ光（グリーンレーザ光）１を照射する構成は実施の形態１とほぼ同じで、本実施の形態２では、アシストガス（不活性ガス、もしくは還元ガス）を吹きつけるためのノズル５を設けていることのみ異なる。本構成によれば、レーザ光１の照射位置に対し、銅線３を、長さ方向に送りながら、一方向に絶縁被膜の剥離を行う場合、不活性ガスまたは還元ガスは、銅線３のレーザ光を照射済みの部分から、未照射の部分へ向うように吹き付けられるものであり、アシストガスを吹き付けながら被膜をレーザで剥離するので、剥離部のレーザ熱による酸化を抑制でき、また、レーザの進行方向と同方向に吹き付けており、溶融した被膜カスの剥離部へ付着することを抑制できるのでなお良い。
不活性ガスとしてはＮ_２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅなど、還元ガスは、Ｈ_２、ＣＯなどを用いることができ、ガス流量としては、１０Ｌ／ｍｉｎ程度あれば、十分に剥離部の酸化を抑制することが可能である。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３によるグリーンレーザ光による銅線被膜剥離の様子を示す模式図である。図５において、構成は実施の形態１とほぼ同じで、水槽６０に水６を入れ、その水６中で銅線被膜の剥離を行うことのみが異なる。水槽６０は、レーザ光１を透過する材質のもの、例えばガラス、アクリルなどよりなるものを用いることができる。本方法によれば、レーザ光１は水６を透過できるので、被膜の剥離が可能で、更に水中で被膜を剥離することで、溶融した被膜はすぐに凝固するため、剥離部への付着を抑制できる。

また、図５においては、水槽６０の上方から、水６中の銅線３へレーザ光を照射する例を示しているが、水槽６０の側面から照射しても、あるいは底面側から照射しても、同様の効果を得ることができる。
また、レーザ光１の照射位置に対し、銅線３を、長さ方向に送りながら一方向に絶縁被膜の剥離を行うように構成すること、すなわち、ヘッド２の位置は固定し、固定した水槽６０内で、図示しないローラ等を用いて銅線３を一方向に送りながら、レーザ光１の入／切で、剥離部分と剥離しない部分とを区別して処理することが可能であり、被膜を残した銅線３の長さ、剥離部分の長さを調整することができる。

なお、水槽６０内の水を、銅線３を送る方向と逆方向に向って緩やかに流す、水槽６０内の清浄化機能を付加することで、連続的に被膜剥離処理を行った場合でも、レーザ光１によって昇華した被膜カスが銅線３のレーザ光照射部の周囲に滞留せず、良好な状態での被膜剥離を実現することができる。水を流す方向が銅線の送りと逆方向でない場合、被膜剥離により露出された銅の線材の表面が、被膜カスによって汚染されることが考えられ、適切ではない。
水６は、蒸留水、水道水等を用いることが可能である。

上記の例では、レーザ光１による銅線被膜剥離について示しているが、水槽６０を用い、水中でレーザ光による被膜剥離を行うこと、さらに、水槽６０内の清浄化機能を持たせることは、他のレーザ光（ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ）を用いた処理においても有効である。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４によるグリーンレーザ光を用いた被膜剥離装置を示す斜視図で、図７はレーザ光の透過経路を示した構成概略図である。本発明による被膜剥離装置は互いに偏光方向が直行するレーザ光１ａ、１ｂを照射し、銅線３に対し対面に位置するように設置されたヘッド２ａ、２ｂ、レーザを集光するための集光レンズ４ａ（第一の集光レンズ）、４ｂ（第二の集光レンズ）、ヘッド２ａから照射されるレーザ光１ａは透過し、ヘッド２ｂから照射されるレーザ光１ｂは反射する（第一の）偏光ビームスプリッタ７ａ、ヘッド２ｂから照射されるレーザ光１ｂは透過し、ヘッド２ａから照射されるレーザ光１ａは反射する（第二の）偏光ビームスプリッタ７ｂにより構成されている。

本構成によれば、銅線３に対面するようにヘッド２ａ（第一の発振器に相当する）、２ｂ（第二の発振器に相当する）を設置し、レーザ光１を２方向から照射するので、銅線全周の被膜剥離が可能である。更に、偏光ビームスプリッタ７ａ、７ｂは裏面側から入った光は透過するが、それぞれ７ｂ、７ａの表面側に入った光は反射するので、銅線３を透過したレーザ光１ａ、１ｂがそれぞれヘッド２ｂ、２ａに進行することはなく、レーザ発振器に損傷を与えなくてすむという利点がある。また、銅線３を軸方向に剥離したい場合には銅線３のみを送ればよく、複雑な機構が不必要で、コストも安価であり、更に反射鏡を使用していないので、メンテナンスが容易である。

上述したとおり、銅線被膜剥離処理では、グリーンレーザ光を用いることが、他のレーザ光（ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ）を用いる場合よりも、被膜、線材への吸収率が適合しており、優れている。しかし、本実施の形態４に示すような被膜剥離装置の構成、すなわち、ヘッド２ａ、２ｂを対向配置し、偏光ビームスプリッタ７ａ、７ｂを介在させてレーザ光がヘッドへ進行しないような構成を、グリーンレーザ光以外のレーザ光を用いた被膜剥離装置に適用することでも、レーザ発振器に損傷を与えることなく、全周の被膜剥離を可能とするという効果は、同様に得ることができる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５によるグリーンレーザ光による被膜剥離装置を示す斜視図である。本発明による剥離装置の構成は実施の形態４とほぼ同じで、アシストガス（不活性ガス、もしくは還元ガス）を吹き付けるためのノズル５を設けていることのみが異なる。本構成の被膜剥離装置によれば、アシストガスを吹き付けながら被膜をレーザ光照射により剥離するので、剥離部のレーザ熱による酸化を抑制できる。また、アシストガスをレーザの進行方向と同方向に吹き付けることで（レーザ照射位置が固定され、銅線３を送る構成の場合は、送り方向と逆方向に吹き付けることで）、溶融した被膜の剥離部への付着を抑制できるのでなお良い。

実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６によるグリーンレーザを用いた被膜剥離装置を示す構成概略図であり、銅線３の断面方向から見たレーザ光の透過経路を示している。図１０は、レーザ照射側から見た銅線３周辺の断面図である。図９の構成は、実施の形態４とほぼ同じで、銅線３の剥離したい箇所をローラ８により水６に案内して送ることのみ異なる。本実施の形態によれば、グリーンレーザ光は水６をして水中の銅線３に照射され、被膜の剥離が可能となるもので、更に水中で被膜剥離を行うため、溶融した被膜はすぐに凝固し、剥離部への付着を抑制できる。
また、水槽６０内において、ローラ８により銅線３を送りながら、銅線３を水中に保持し、レーザ光１ａおよび１ｂを、入／切させることで、銅線３の被膜を全周にわたって剥離する部分、剥離せずに残す部分を区別し、一巻き分の銅線の被膜剥離処理を連続して行うことができるという効果がある。

上述の実施の形態３において、水槽６０内の水の清浄化について述べたが、この実施の形態６においても、水槽６０内を、水の流れを銅線３の送りと逆方向に構成することでレーザ光照射状態を悪化させることがなく、良好な銅線被膜剥離が可能となる。
このような銅線３を送る構成と、水槽６０内の清浄化機能は、グリーンレーザ以外のレーザ光を用いた被膜剥離装置にも適用することができる。

絶縁被膜への吸収率の、レーザ光波長依存性を示す図である。 銅への吸収率の、レーザ光波長依存性を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるグリーンレーザによる絶縁被膜剥離の様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態２におけるグリーンレーザによる絶縁被膜剥離の様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態３におけるグリーンレーザによる絶縁被膜剥離の様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態４におけるグリーンレーザによる被膜剥離装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４におけるグリーンレーザによる被膜剥離装置を示す構成概略図である。 本発明の実施の形態５における被膜剥離装置の斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるグリーンレーザによる銅線方向から見た被膜剥離装置を示す構成概略図である。 本発明の実施の形態６におけるグリーンレーザによるレーザ照射方向から見た銅線周辺の断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ レーザ光、 ２、２ａ、２ｂ ヘッド、
３ 銅線、 ４、４ａ、４ｂ 集光レンズ、
５ ノズル、 ６ 水、
７、７ａ、７ｂ 偏光ビームスプリッタ、 ８ ローラ
６０ 水槽。

Claims (9)

1. 銅よりなる線材の外周が絶縁被膜で被覆された銅線に対し、上記絶縁被膜の一部を剥離するためにグリーンレーザを照射し、上記レーザ照射部分の上記線材を露出させることを特徴とする銅線の製造方法。
2. 上記絶縁被膜は、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミドのいずれかによって構成されたことを特徴とする請求項１記載の銅線の製造方法。
3. 上記銅線の、上記線材が露出した部分に、不活性ガスまたは還元ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１記載の銅線の製造方法。
4. 上記グリーンレーザの照射位置に対し、上記銅線を、長さ方向に送りながら一方向に上記絶縁被膜の剥離を行う場合、上記不活性ガスまたは上記還元ガスは、上記銅線の、上記グリーンレーザを照射済みの部分から、未照射の部分へ向かうように吹き付けられることを特徴とする請求項３記載の銅線の製造方法。
5. 上記銅線を水中に配置し、上記グリーンレーザの照射による上記銅線の上記絶縁被膜の剥離を水中において行うことを特徴とする請求項１記載の銅線の製造方法。
6. 上記グリーンレーザの照射位置に対し、上記銅線を、長さ方向に送りながら一方向に上記絶縁被膜の剥離を行うことを特徴とする請求項５記載の銅線の製造方法。
7. 上記導線の周囲の水を、上記銅線を送る方向と逆向きに流すことを特徴とする請求項６記載の銅線の製造方法。
8. 照射対象に向ってグリーンレーザを発し、上記グリーンレーザの照射方向が互いに対向する第一の発振器と第二の発振器、上記第一の発振器から発した上記グリーンレーザを集光する第一の集光レンズ、上記第一の集光レンズによって集光された上記グリーンレーザを裏面から表面へ透過させる第一の偏光ビームスプリッタ、上記第二の発振器から発した上記グリーンレーザを集光する第二の集光レンズ、上記第二の集光レンズによって集光された上記グリーンレーザを裏面から表面へ透過させる第二の偏光ビームスプリッタを備え、上記照射対象を通過した上記グリーンレーザが上記第一の偏光ビームスプリッタまたは上記第二の偏光ビームスプリッタの表面において反射する構成とし、上記照射対象となる、銅よりなる線材の外周を絶縁被膜で被覆した銅線に、上記グリーンレーザを照射することで、上記絶縁被膜の一部を剥離することを特徴とする銅線被膜剥離装置。
9. 上記照射対象となる上記銅線を、水中に保持するための、透明な水槽を備え、上記水槽の外側から、上記水槽内の上記銅線に上記グリーンレーザを照射することを特徴とする請求項８記載の銅線被膜剥離装置。