JP2009142096A - モータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりな設備を必要とせず、低コストでアルミニウム電線の他部品との接合信頼性の高いモータを製造することができるモータの製造方法を提供する。
【解決手段】モータは、ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線を巻回したものである。このモータは、樹脂被膜剥離工程（ステップＳ１）と、有機フラックス塗布工程（ステップＳ２）と、加熱工程（ステップＳ３）と、はんだ塗布工程（ステップＳ４）と、を経て製造される。樹脂被膜を剥離されたアルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを活性させた状態で当該高温活性有機フラックスを塗布する。このとき、高温活性有機フラックス塗布部分付近のアルミニウム電線を加熱手段で加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各ティースに対しアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法に関する。

従来から、軽量化を目的としてトランス、リアクタ及びマグネトロン等にアルミニウム電線が使用されてきた。

しかしながら、このアルミニウム電線は、その表面が空気へ露出するとその露出面に強固な酸化被膜が形成され易いという特性を有する。この酸化被膜が形成されると、はんだの濡れ性が悪くなり、他部品と接合することが困難となっていた。

また、酸化被膜は絶縁物であるため、アルミニウム電線に酸化被膜が形成されると、他部品との間の接触抵抗が上昇し、アルミニウム電線と他部品との間で必要な電流の流れを確保することができないという問題が生じていた。

そこで、アルミニウム電線の接合について、はんだ以外での方法としてカシメを使用する方法が用いられる場合がある。しかしながら、アルミニウムは、低温で大きなクリープ特性を示し、腺膨張係数も大きい。このことから、このカシメについては、時間の経過に従って、緩みが発生して接合部の接触面積が減少する。そうすると、接合部での接触抵抗が増加する。

他方、はんだ接合について考えると、アルミニウム電線の酸化被膜を除去することが必要とされる。

また、アルミニウムは、その標準電位が銅や錫等の他の金属より低いという性質を有する。このため、アルミニウム電線と異種金属の接触部分は、それらの標準電位差により局部的に電流が流れ、その部分の組織が破壊される電食現象が懸念される。

このとき、特に低温で活性し易い（低温活性）フラックスの使用は金属を腐食させるという性質を持っている。このため、このような低温活性のフラックスを使用すると、はんだ接合後にフラックスを除去することが必要となる。つまり、低温活性の腐食性の強いフラックスは、アルミニウムの腐食を促進するため、はんだ接合後に除去しなければ使用できないといった制限がある。

このような問題に対し、アルミニウム電線の接合のために、超音波による酸化被膜を除去する技術（特許文献１）、還元ガスを使用して酸化を防止または除去する技術（特許文献２）、また、超音波と亜鉛系はんだを併用することでの接合する技術（特許文献３）などが提案されている。
特開平２−５４９４７号公報 特開２００４−３２３９７７号公報 特開平９−２３９５３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、超音波装置等を用いる接合においては、大掛かりな設備を導入する必要があり、コスト増加や作業工数の増加という問題が生じる。また、超音波振動によりはんだ温度が上昇してはんだが飛散し易くなるという問題
も生じる。このため、はんだ温度についても考慮した繊細な制御が必要となり、制御が煩雑になるという問題も生じる。

また、特許文献２に記載の発明のように、還元ガスを用いて酸化被膜の除去を行う方法では、作業雰囲気を常時高温の還元ガス雰囲気に保つ必要がある。そのため、電力、ガス等のエネルギー使用量の増加という問題が生じる。
さらに、特許文献３に記載の発明のように、超音波装置を用いるとともに亜鉛系はんだを使用する方法では、大掛かりな設備を導入する必要がありコスト増加や作業工数の増加という問題が生じる。また、超音波振動によりはんだ温度が上昇してはんだが飛散し易くなるという問題も生じる。このため、はんだ温度についても考慮した繊細な制御が必要となり、制御が煩雑になるという問題も生じる。また、亜鉛系のはんだを用いると、作業温度を高く設定しなければならず作業性が悪い上に、濡れ性も劣る。このため、ほぼ完璧にアルミニウム表面の酸化被膜を除去していなければ、はんだが濡れないという問題も生じる。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、大掛かりな設備を必要とせず、低コストでアルミニウム電線の他部品との接合信頼性の高いモータの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法であって、前記アルミニウム電線における他部品との接合部分の樹脂被膜を剥離する樹脂被膜剥離工程と、前記樹脂被膜剥離工程で樹脂被膜を剥離された前記アルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを活性させた状態で当該高温活性有機フラックスを塗布する有機フラックス塗布工程と、前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分にはんだを塗布するはんだ塗布工程と、により構成されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記有機フラックス塗布工程において、前記アルミニウム電線を加熱することにより、前記高温活性有機フラックスを活性させた状態とする。

請求項３に記載の発明は、ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法であって、前記アルミニウム電線における他部品との接合部分の樹脂被膜を剥離する樹脂被膜剥離工程と、前記樹脂被膜剥離工程で樹脂被膜を剥離された前記アルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを塗布する有機フラックス塗布工程と、前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分を前記高温活性有機フラックスが活性する程度に温度上昇させる加熱工程と、前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分にはんだを塗布するはんだ塗布工程と、により構成されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、樹脂被膜剥離工程で樹脂被膜を剥離されたアルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを活性させた状態で当該高温活性有機フラックスを塗布する有機フラックス塗布工程を備えることから、大掛かりな設備を必要とせず、低コストでアルミニウム電線の他部品との接合信頼性の高いモータを製造することができる。

請求項２に記載の発明によれば、有機フラックス塗布工程において、アルミニウム電線
を加熱することにより、簡易に高温活性有機フラックスを活性させた状態として、アルミニウム電線の酸化被膜を除去することができる。

請求項３に記載の発明によれば、アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分を高温活性有機フラックスが活性する程度に温度上昇させる加熱工程を備えることから、大掛かりな設備を必要とせず、低コストでアルミニウム電線の他部品との接合信頼性の高いモータを製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、この明細書においては、フラックスの高温活性とはモータ回転時にアルミニウム電線の他部品との接合部の到達温度（８０℃）以上で活性することをいい、低温活性とはモータ回転時にアルミニウム電線の他部品との接合部の到達温度（８０℃）未満で活性することをいう。

図１は、実施形態１に係るモータを製造する工程を示すフロー図である。

実施形態１に係るモータは、ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線１を巻回したものである。このモータは、樹脂被膜剥離工程（ステップＳ１）と、有機フラックス塗布工程（ステップＳ２）と、加熱工程（ステップＳ３）と、はんだ塗布工程（ステップＳ４）と、を経て製造される。

このモータに使用されるアルミニウム電線１は、アルミニウム芯線に対してポリエステル−ナイロンで樹脂皮膜を施したものである。

図２は、アルミニウム電線１の他部品との接合部分の樹脂被膜２が剥離される状態を示す概略図である。また、図３は樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１に高温活性有機フラックス３が塗布された状態を示す概略図であり、図４はアルミニウム電線１の高温活性有機フラックス３塗布部分をはんだ槽７に浸漬する状態を示す概略図であり、図５はアルミニウム電線１の高温活性有機フラックス３塗布部分にはんだ４を塗布した状態を示す概略図である。

この実施形態１に係るモータを製造する場合には、図２に示すように、アルミニウム電線１における他部品との接合部分の樹脂被膜２を剥離する（図１におけるステップＳ１）。この剥離は、たとえば、３枚同心円上に配置された回転式の刃６１を有する樹脂被膜剥離器６により行われる。この樹脂被膜剥離器６によりアルミニウム芯線が剥き出しになるまで機械的に樹脂被膜２を削る。

次に、樹脂被膜剥離工程（ステップＳ１）で樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１における他部品との接合部分に高温活性有機フラックス３を当該高温活性有機フラックスを塗布する（図１におけるステップＳ２）。

そして、図３に示すように、高温活性有機フラックス３の温度を上昇させて、活性させる（図１におけるステップＳ３）。このとき、高温活性有機フラックス３は、高温活性有機フラックス３塗布部分付近のアルミニウム電線１を加熱手段５で加熱されることにより活性される。なお、加熱手段５は、その先端がクリップ状の電気ヒータにより構成される。そして、加熱手段５により加熱されたアルミニウム電線１から高温活性有機フラックス３に熱が伝わり、高温活性有機フラックス３の温度が上昇する。これにより、高温で活性する高温活性有機フラックス３を活性するために十分な温度にまで上昇させることができる。このため、簡易に高温活性有機フラックス３を活性させた状態にして、アルミニウム
電線１の酸化被膜を除去することができる。

次に、図４および図５に示すように、アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分をはんだ槽７に浸漬し、はんだを塗布する（図１におけるステップＳ４）。このとき、加熱工程（ステップＳ３）で高温活性有機フラックス３が十分に活性化されて、アルミニウム電線１の酸化被膜が除去された状態にある。このため、はんだの濡れ性がよく、アルミニウム電線１と他部品との接合強度を十分に高めることができる。したがって、アルミニウム電線１と他部品との接合信頼性を高めることができる。

次に、この発明の他の実施形態について、図面を参照して説明する。

図６は、実施形態２に係るモータを製造する工程を示すフロー図である。また、図７は樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１に高温活性有機フラックス３が塗布される状態を示す概略図である。

この実施形態２に係るモータは、アルミニウム電線１を加熱する加熱工程（ステップＳ３）を経ない点で、実施形態１に係るモータと異なる。

この実施形態２に係るモータは、樹脂被膜剥離工程（ステップＳ１１）と、有機フラックス塗布工程（ステップＳ１２）と、はんだ塗布工程（ステップＳ１３）と、を経て製造される。

図７に示すように、樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１は、有機フラックス槽１１に浸漬される。この有機フラックス槽１１は、槽内を加熱する加熱手段と接続されており、高温活性有機フラックス３を加熱して活性させた状態で高温活性有機フラックス３を貯留している。

このように、高温活性有機フラックス３の加熱時が異なっていても、高温活性有機フラックス３は活性し、アルミニウム電線１の酸化被膜を除去することができる。ただし、このように、有機フラックス貯留槽１１により長時間加熱されると、高温活性有機フラックス３が劣化し、または、揮発することとなる。このため、有機フラックス塗布時にのみ有機フラックス貯留槽１１内の温度を上昇させることが好ましい。

次に、高温活性有機フラックス３の加熱温度と接合信頼性との関係について説明する。

図８は、アルミニウム電線１の加熱温度と接合信頼性との関係を示す図である。また、図９はアルミニウム電線１を１４０℃に加熱した場合の接合状態を示す図、図１０は図９におけるアルミニウム電線１とはんだ４との接合部分９を拡大して示す図、図１１はアルミニウム電線１を２５℃に加熱した場合の接合状態を示す図、図１２はアルミニウム電線１を１２０℃に加熱した場合の接合状態を示す図、図１３はアルミニウム電線１を１７０℃に加熱した場合の接合状態を示す図である。

なお、高温活性有機フラックス３の加熱温度を計測することが困難であるため、便宜上アルミニウム電線１の加熱温度を計測している。ただし、高温活性有機フラックス３の加熱温度とアルミニウム電線１と加熱温度との間には、一定の温度相関関係を有している。また、このアルミニウム電線１の加熱温度と接合信頼性との関係をとるために、高温活性有機フラックス３として、ロジン１３％・イソプロピルアルコール８５％・活性剤２％で構成され、９０℃以上で活性するものを使用している。また、アルミニウム電線１として、線径０．６２ｍｍのポリエステル−ナイロンコーティングがなされたものを使用している。また、アルミニウム電線１との接合部品として、線径０．６ｍｍのポリエステル−ナ
イロンコーティングがなされた銅線８を使用し、この銅線８の接合部はアルミニウム電線１と同じように被膜が剥離されている。また、はんだ４として、錫９６．３％・銀３．５％・ニッケル０．２％で構成され、融点が２２１℃であるものを使用している。そして、このはんだ４は、３９０℃の温度で溶融された状態ではんだ槽７に入れられている。

図９および図１０に示すように、アルミニウム電線１を１４０℃に加熱した場合には、接合部分９に気孔１０が存在せず、良好な接合が得られている。ここで、良好な接合とは、アルミニウム電線１とはんだとの濡れ性が良く、ほぼ隙間なく接合していることをいう。

これに対し、図１１、図１２、図１３に示すように、アルミニウム電線１を２５℃、１２０℃、１７０℃に加熱した場合には、接合部分に気孔１０が存在し、良好な接合が得られていない。つまり、接合部分にアルミニウム電線１の径の１／４以上の径の気孔１０が存在する状態となる。

アルミニウム電線１を１２０℃以下に加熱した場合に良好な接合が得られないのは、高温活性有機フラックス３の活性が不十分であり、アルミニウム電線１に形成された酸化被膜が十分に除去されていないためと考えられる。このような場合には、時間の経過とともにアルミニウム電線１に強固な酸化被膜が形成され、接合部の接触抵抗が上昇して発熱する恐れがある。このように発熱すると、線膨張係数の大きいアルミニウム電線１とはんだ４との境界面に過剰な応力が集中し、断線に至る恐れがある。

他方、アルミニウム電線１を１７０℃以上に加熱した場合に良好な接合が得られないのは、高温活性有機フラックス３が熱劣化し、高温活性有機フラックス３の還元力が低下し、アルミニウム電線１の酸化被膜が十分に除去されていないためと考えられる。

以上から、図８に示すように、アルミニウム電線１の表面温度を１４０℃とすれば接合信頼性は良好（○）であり、アルミニウム電線１の表面温度を２５℃、１２０℃、および１７０℃とすれば接合信頼性は不良（×）であることがいえる。

以上の実施形態に係るモータであれば、高温活性有機フラックス３によりアルミニウム電線１の酸化被膜を除去しているため、モータ回転時にアルミニウム電線１の他部品との接合部分の到達温度（８０℃）まで上昇しても、はんだ槽７に浸漬しはんだ付けした後に僅かに残留する高温活性有機フラックス３が活性せず、アルミニウム電線１を腐食させるという問題を生じさせない。

なお、上述した実施形態１においては、高温活性有機フラックス３を塗布した後に加熱手段５により加熱することとしているが、加熱手段５により予めアルミニウム電線１を加熱しておいてから高温活性有機フラックス３を塗布して、これを活性させてもよい。

また、上述した実施形態１においては、加熱手段５がその先端がクリップ状の電気ヒータで構成されているが、高温活性有機フラックス３を活性させる温度にまで加熱することができる構成であればよく、例えば温風等であっても良い。

また、上述した実施形態においては、モータ回転時にアルミニウム電線１の他部品との接合部分の到達温度を８０℃としているが、この温度はモータの使用条件やモータ自体の設計によって異なる。

本発明に係るモータの製造方法は、大掛かりな設備を必要とせず、低コストでアルミニ
ウム電線の他部品との接合信頼性の高いモータを製造することができ、各ティースに対しアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法等として有用である。

実施形態１に係るモータを製造する工程を示すフロー図 アルミニウム電線１の他部品との接合部の樹脂被膜２が剥離された状態を示す概略図 樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１に高温活性有機フラックス３が塗布された状態を示す概略図 アルミニウム電線１の高温活性有機フラックス３塗布部分をはんだ槽７に浸漬する状態を示す概略図 アルミニウム電線１の高温活性有機フラックス３塗布部分にはんだ４を塗布した状態を示す概略図 実施形態２に係るモータを製造する工程を示すフロー図 樹脂被膜２を剥離されたアルミニウム電線１に高温活性有機フラックス３が塗布される状態を示す概略図 アルミニウム電線１の加熱温度と接合信頼性との関係を示す図 アルミニウム電線１を１４０℃に加熱した場合の接合状態を示す図 図８におけるアルミニウム電線１とはんだ４との接合部分を拡大して示す図 アルミニウム電線１を２５℃に加熱した場合の接合状態を示す図 アルミニウム電線１を１２０℃に加熱した場合の接合状態を示す図 アルミニウム電線１を１７０℃に加熱した場合の接合状態を示す図

符号の説明

１ アルミニウム電線
２ 樹脂被膜
３ 有機フラックス
４ はんだ
５ 加熱手段
６ 樹脂被膜剥離器
７ はんだ槽
８ 銅線
９ 接合部分
１０ 気孔
１１ 有機フラックス貯留槽
６１ 刃

Claims (3)

1. ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法であって、
   前記アルミニウム電線における他部品との接合部分の樹脂被膜を剥離する樹脂被膜剥離工程と、
   前記樹脂被膜剥離工程で樹脂被膜を剥離された前記アルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを活性させた状態で当該高温活性有機フラックスを塗布する有機フラックス塗布工程と、
   前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分にはんだを塗布するはんだ塗布工程と、
   により構成されることを特徴とするモータの製造方法。
2. 前記有機フラックス塗布工程において、前記アルミニウム電線を加熱することにより、前記高温活性有機フラックスを活性させた状態とする請求項１に記載のモータの製造方法。
3. ステータコアまたはロータコアに円周方向等間隔に設けられた径方向へ延在する複数個の各ティースに対し、樹脂で被膜されたアルミニウム電線を巻回したモータの製造方法であって、
   前記アルミニウム電線における他部品との接合部分の樹脂被膜を剥離する樹脂被膜剥離工程と、
   前記樹脂被膜剥離工程で樹脂被膜を剥離された前記アルミニウム電線における他部品との接合部分に高温活性有機フラックスを塗布する有機フラックス塗布工程と、
   前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分を前記高温活性有機フラックスが活性する程度に温度上昇させる加熱工程と、
   前記アルミニウム電線の有機フラックス塗布部分にはんだを塗布するはんだ塗布工程と、
   により構成されることを特徴とするモータの製造方法。

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