JP2009297732A

JP2009297732A - 絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法及び装置

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Publication number: JP2009297732A
Application number: JP2008152700A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kimura; 英明木村; Shinya Shimizu; 進也清水
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】残渣が残ることなく、容易かつ精度よく絶縁皮膜を除去することができる絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法及び装置を提供すること。
【解決手段】金属導体８０の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜８１を形成してなる絶縁被覆導体８における絶縁皮膜８１を除去する方法である。波長が金属導体８０よりも絶縁皮膜８１に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光５１を、絶縁皮膜８１を除去する処理領域Ｓに照射した後、波長が絶縁皮膜８１よりも金属導体８０に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を処理領域Ｓに照射する。第１レーザ光５１は、赤外領域レーザ光であることが好ましい。第２レーザ光５２は、可視光領域レーザ光であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体の絶縁皮膜を除去する方法に関する。

電気機器には、銅などの金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体が多く用いられている。この絶縁被覆導体は、他の導体と接続する場合に、その接続部位における絶縁皮膜を除去する必要がある。従来、この絶縁皮膜を除去する方法としては、絶縁皮膜を機械的に剥離除去する方法、薬品で化学的に除去する方法等が採用されてきた。

しかしながら、従来の方法では、絶縁皮膜を除去する部位を精度よく制御することが困難で、絶縁性を維持したい部分まで絶縁皮膜が除去される場合もあった。
そこで、レーザ光線を用いて絶縁皮膜を焼失させる方法が考えられた。例えば、特許文献１は、レーザ溶接を行う前に、レーザ照射によって絶縁皮膜を除去する方法が提案されているが、絶縁皮膜を焼却するためのレーザ光の照射後には、残渣が残り、これを不活性ガスの吹きつけ等の別手段により除去する必要があることも明記されている。

特開２００５−１６９４４４号公報

しかしながら、上記特許文献１の溶接前のレーザ照射によって絶縁皮膜を焼いた後には、前述したように、残渣が残ってしまう。これは、本発明の発明者らが行った実験においても確かめられた。一方、この残渣を不活性ガスの吹きつけによって除去するのは完全には困難であり、少なからず導体表面に残渣が残ってしまうため、導体同士の接合性や電気導電性の面で問題となる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、残渣が残ることなく、容易かつ精度よく絶縁皮膜を除去することができる絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法及び装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体における上記絶縁皮膜を除去する方法であって、
波長が上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を、上記絶縁皮膜を除去する処理領域に照射した後、
波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射して上記絶縁皮膜を除去することを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法にある（請求項１）。

本発明においては、まず、上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を用いて上記処理領域に照射する。第１レーザ光は、絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長であるので、その照射を受けた有機物よりなる絶縁皮膜は燃焼し、大半は除去される。しかしながら、絶縁皮膜の一部はどうしても燃焼しきらず、炭化して残渣として金属導体表面上に残存する。この残渣は、第１レーザ光の照射で燃焼除去することは困難である。

次に、上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射する。第２レーザ光は、絶縁皮膜の残渣よりも、金属導体に対して熱吸収率が高い波長であるので、その照射を受けた処理領域の残渣直下の金属導体は高温となり、これにより、その表面に残存する残渣の密着性が低下し、残渣は焼き飛ばされるように除去される。

なお、上記第１レーザ光と第２レーザ光の照射順序を逆にした場合には、上述したような作用効果を十分に得ることはできない。特に先に第２レーザ光を照射すると、金属導体だけが加熱されてしまい、絶縁皮膜は柔らなくなり皺状になるだけで、絶縁皮膜を燃焼させられず絶縁皮膜を除去することができない。
このように、本発明では、上記２種類の特定のレーザ光を用い、これらを２段階で順次照射することによって、絶縁皮膜の大半の焼却と残渣の形成を行う工程と、残渣の除去を行う工程という２段階の工程に積極的に分離する方法を採用する。これにより、最終的に残渣の残らない絶縁皮膜除去を容易に実施することができる。

第２の発明は、金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体における上記絶縁皮膜を除去する装置であって、
波長が上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を上記絶縁皮膜を除去する処理領域に照射する第１レーザ照射部と、
上記第１レーザ光を上記処理領域に照射した後、波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射する第２レーザ照射部とを有することを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去装置にある（請求項６）。

本発明の絶縁皮膜除去装置は、上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を上記処理領域に照射する第１レーザ照射部と、上記第１レーザ光を上記処理領域に照射した後、波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射する第２レーザ照射部とを有する。これにより、上述した２つの工程を含む絶縁皮膜除去方法を確実に実施することができ、最終的に残渣を残すことなく、容易かつ精度よく絶縁皮膜を除去することができる。

第１の発明の絶縁皮膜除去方法は、レーザ光照射中に発生するヒュームを吸引除去しながら行うことが好ましい。そして、第２の発明の絶縁皮膜除去装置は、レーザ光照射中に発生するヒュームを吸引除去するヒュームコレクタを備えることが好ましい。これにより、処理後の絶縁被覆導体に異物が混入することを容易に防止することができる。

また、上記第１レーザ光及び第２レーザ光の照射は、所望の上記処理領域に応じて、公知の種々の照射方法を採用して行うことができる。例えば、照射位置を往復移動させると共にその往復方向と直交する方向にも徐々に移動させて面状に照射する方法や、円形又は矩形の領域にランダムに照射し、その照射領域を移動させる方法などである。

また、上記第１レーザ光は、波長が赤外領域にある赤外領域レーザ光であることが好ましい（請求項２、７）。赤外領域レーザ光は、上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い性質を有しており好適である。

また、上記赤外領域レーザ光は、ＣＯ₂レーザ光であることが好ましい（請求項３、８）。ＣＯ₂レーザ光は、赤外領域レーザ光として従来より広く用いられた実績があり、また、絶縁皮膜に吸収されやすく、その焼却には最適である。

また、上記第２レーザ光は、波長が可視光領域にある可視光レーザ光であることが好ましい（請求項４、９）。可視光レーザ光は、上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い性質を有しており好適である。

また、上記可視光領域レーザ光は、ＹＡＧレーザ光又はグリーンレーザ光であることが好ましい（請求項５、１０）。特に、ＹＡＧレーザ光は、可視光領域レーザ光として従来より広く用いられた実績があり、また、銅やアルミニウムなどの金属導体に吸収されやすく、金属導体の加熱による残渣の剥離除去を行うことに最適である。

（実施例１）
本発明の実施例に係る絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法及び装置につき、図１〜図４を用いて説明する。

本例で用いる絶縁皮膜除去装置１は、図２、図３に示すごとく、金属導体８０の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜８１を形成してなる絶縁被覆導体８１における上記絶縁皮膜８１を除去する装置である。この絶縁皮膜除去装置１は、波長が上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光５１を上記絶縁皮膜８１を除去する処理領域Ｓに照射する第１レーザ照射部２１と、波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光５２を上記処理領域Ｓに照射する第２レーザ照射部２２とを有する。

上記第１レーザ光５１は、波長が赤外領域にある赤外領域レーザ光であり、具体的にはＣＯ₂レーザ光を採用し、上記第２レーザ光５２は、波長が可視光領域にある可視光領域レーザ光であり、具体的にはＹＡＧレーザ光を採用した。
図２に示すごとく、絶縁皮膜除去装置１は、ベース台１０上の支柱部１１から上記第１レーザ照射部２１と第２レーザ照射部２２とを並列させて備えている。また、ベース台１０上には、絶縁被覆導体８を固定してＸＹ平面上において移動させる移動テーブル１５が設けられている。移動テーブル１５は、Ｘ方向（紙面上左右方向）に移動するＸテーブル１５１と、その直角方向に移動するＹテーブル１５２とを組み合わせてなり、Ｙテーブル１５２上に絶縁被覆導体８を固定するように構成されている。

また、支柱部１１からは、上記移動テーブル１５上近傍のヒュームを吸引除去するためのヒュームコレクタ１８が延設されている。そして、移動テーブル１５、ヒュームコレクタ１８、及び各レーザ照射部２１、２２は、支柱部１１内に配設された制御装置１２を介して操作できるよう構成されている。

次に、上記絶縁皮膜除去装置１を用いて、上述した断面矩形の絶縁被覆導体８（図４（ａ））における一面の一部のみについて絶縁皮膜８１を除去する方法について説明する。
まず、図１（ａ）に示すごとく、波長が赤外領域にある赤外領域レーザ光である第１レーザ光５１を、上記絶縁皮膜８１を除去する処理領域Ｓに照射する。処理領域Ｓは、図３に示すごとく、幅Ｗ＝３ｍｍ、長さＬ＝１０ｍｍの長方形の範囲である。また、図２に示すごとく、第１レーザ光５１の照射距離Ｈは、３００ｍｍとした。これは、後述する第２レーザ光５２の場合も同様である。

また、第１レーザ光５１の照射パターンは、照射点を上記処理領域Ｓの領域内で長手方向に往復移動させながら徐々に幅方向にその往復移動位置をずらすパターンとした。この照射点の移動は、幅方向には第１レーザ照射部２１自体の機能で行い、長手方向は移動テーブル１５の移動によって実施した。スキャン速度は１００ｍｍ／ｓとした。また、第１レーザ光５１としては、上述したごとくＣＯ₂レーザ光としたが、波長が１０．６μｍ、最大出力３０Ｗのものを採用し、実際には５０％の出力（１５Ｗ）の条件で照射した。なお、この条件は一例であり、適宜変更可能である。
そして、上記第１レーザ光５１の照射が処理領域Ｓの全体になされたことによって、処理領域Ｓの絶縁皮膜８１は大半が燃焼除去されるが、金属導体８０の表面には、絶縁皮膜８１が炭化してなる残渣８５が残った状態となる。

次に、図１（ｂ）に示すごとく、波長が可視光領域にある可視光領域レーザ光よりなる第２レーザ光５２を上記処理領域Ｓに照射する。第２レーザ光５２の照射パターンも第１レーザ光５１の場合と同じとし、照射点の移動も第１レーザ光５１の場合と同様としたがスキャン速度は１０００ｍｍ／ｓとした。第２レーザ光５２としては、上述したごとくＹＡＧレーザ光としたが、波長が１０．６μｍ、最大出力１３０Ｗのものを採用し、実際には５０％の出力（６．５Ｗ）の条件で照射した。なお、この条件は一例であり、適宜変更可能である。
これにより、残渣８５がきれいに除去され、処理領域Ｓは、絶縁皮膜８１がなく、金属導体８０の表面が露出した状態が得られる。

このように所望の場所における絶縁皮膜８１をきれいに除去できるのは、上述したごとく、第１レーザ光５１の照射によって大半の絶縁皮膜８１を焼却除去した後、残った残渣８５を第２レーザ光５２によって除去するという、２種類のレーザ光を用いて２段階で処理したことによる。

第１レーザ光５１のみの照射では、上記のごとく残渣８５が残ったままとなる。一方、第２レーザ光５２のみの照射では、絶縁皮膜８１をしわ状に剥がすことはできても、これを十分に燃焼除去することができず、剥がれた絶縁皮膜８１が処理領域Ｓに残ったままとなるなどの不具合が生じる。
また、第２レーザ光５２の照射の後に第１レーザ光５１を照射しても、うまく絶縁皮膜８１を除去することはできず、やはり残渣８５が残ったり、絶縁皮膜８１の一部が残ったりする。

したがって、本例の装置を用いて本例の方法を積極的に採用することが、絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去を行う際に最適である。

なお、本例では、断面形状が矩形である角線状の絶縁被覆導体８における絶縁皮膜８１を除去する方法について示したが、図４（ｂ）に示す断面円形の金属導体８０に絶縁皮膜８１を有する丸線状の絶縁被覆導体８０２や、図４（ｃ）に示す複数の丸線を束にしてその全体を絶縁皮膜８１によって覆った寄り線状の絶縁被覆導体８０３の場合でも、上記と同様に所望部位の絶縁皮膜８１をきれいに除去することが可能である。

また、本例では、モータの製造工程における動力線や中性線の端子取り付け工程への適用も可能である。
従来動力線や中性線の端子取り付け工程は、１本又は複数本からなる絶縁被覆導体と動力線端子又は中性線端子とを熱かしめ（ヒュージング）によって接続していた。具体的には、動力線端子又は中性線端子内に１本又は複数本からなる絶縁被覆導体を挿入し、端子外側から加圧しながら大電流を流して、端子の抵抗発熱によって過熱しながら、絶縁被覆導体の絶縁皮膜を焼却し炭化させ、且つ加圧することで残渣を押し出して除去してなる接続方法である。

しかしながら、この方法では、金属導体の熱伝導によって除去したい部分以外にまで熱が伝わってしまうため、絶縁皮膜を加熱劣化させてしまう。加圧によって炭化物の除去を行っているが、完全に除去することは困難なため、残渣がかしめ部分に残り、金属導体と動力線端子又は中性線端子の接合性や電気導電性の面で問題となっていた。
このような問題点に対しても本例では、容易に残渣が残ることなく絶縁皮膜を除去することができるので、動力線端子又は中性線端子と絶縁皮膜との接合する際に、熱かしめしなくても、圧着などの通常の機械かしめで接続することができ、安全で、かつ、作業性を向上することが可能である。

実施例１における、（ａ）赤外領域レーザ光を処理領域に照射している状態及びその直後の状態を示す説明図、（ｂ）可視光領域レーザ光を処理領域に照射している状態及びその直後の状態を示す説明図。実施例１における、絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去装置の構成を示す説明図。実施例１における、赤外領域レーザ光を発射する第１レーザ照射部と、可視光領域レーザ光を発射する第２レーザ照射部とを示す説明図。実施例１における、（ａ）角線状絶縁被覆導体の断面図、（ｂ）丸線状絶縁被覆導体の断面図、（ｃ）寄り線状絶縁被覆導体の断面図。

符号の説明

１絶縁皮膜除去装置
１５移動テーブル
２１第１レーザ照射部
２２第２レーザ照射部
５１第１レーザ光（赤外領域レーザ光）
５２第２レーザ光（可視光領域レーザ光）
８、８０１、８０２絶縁被覆導体
８０金属導体
８１絶縁皮膜

Claims

金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体における上記絶縁皮膜を除去する方法であって、
波長が上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を、上記絶縁皮膜を除去する処理領域に照射した後、
波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射して上記絶縁皮膜を除去することを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
請求項１において、上記第１レーザ光は、波長が赤外領域にある赤外領域レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
請求項２において、上記赤外領域レーザ光は、ＣＯ₂レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
上記請求項１〜３のいずれか１項において、上記第２レーザ光は、波長が可視光領域にある可視光レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
請求項４において、上記可視光領域レーザ光は、ＹＡＧレーザ光又はグリーンレーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
金属導体の表面に樹脂よりなる絶縁皮膜を形成してなる絶縁被覆導体における上記絶縁皮膜を除去する装置であって、
波長が上記金属導体よりも上記絶縁皮膜に対して吸収率の高い波長である第１レーザ光を上記絶縁皮膜を除去する処理領域に照射する第１レーザ照射部と、
上記第１レーザ光を上記処理領域に照射した後、波長が上記絶縁皮膜よりも上記金属導体に対して熱吸収率が高い波長である第２レーザ光を上記処理領域に照射する第２レーザ照射部とを有することを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去装置。
上記請求項６において、上記第１レーザ光は、波長が赤外領域にある赤外領域レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
請求項７において、上記赤外領域レーザ光は、ＣＯ₂レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去装置。
上記請求項６〜８のいずれか１項において、上記第２レーザ光は、波長が可視光領域にある可視光レーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去方法。
請求項９において、上記可視光領域レーザ光は、ＹＡＧレーザ光又はグリーンレーザ光であることを特徴とする絶縁被覆導体の絶縁皮膜除去装置。