JP6299438B2 - 平角線の接合方法 - Google Patents
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Description
上記絶縁被膜層と上記導体層の一部とが除去された複数の上記接合端部における、上記凹凸が形成された導体層同士を重ね合わせ、該導体層同士の界面に超音波振動による摩擦を発生させて、該導体層同士を接合する接合工程とを含むことを特徴とする平角線の接合方法にある。
上記平角線の接合方法において、上記除去工程においては、上記絶縁被膜層を加熱することによって上記絶縁被膜層の一部を除去する第1レーザー加工を行い、該第1レーザー加工を行った後に、上記導体層を加熱することによって上記絶縁被膜層の残部と上記導体層の一部とを除去する第2レーザー加工を行ってもよい。
第1レーザー加工と第2レーザー加工との2段階でレーザー加工を行うことによって、絶縁被膜層を効率的に除去することができる。
連続レーザー加工を行うことによって絶縁被膜層の多くを除去し、断続レーザー加工を行うことによって残りの絶縁被膜層を除去することができる。また、断続レーザー加工は、瞬間的にレーザー光を照射するため、高いエネルギーによってレーザー光を照射することができる。そのため、導体層の近くに存在して除去しにくい絶縁被膜層は、エネルギーの高い断続レーザー加工によって効果的に除去することができる。
断続レーザー加工としては、固体をレーザー媒体とする固体レーザーによる加工とすることができ、固体レーザーとしては、例えば、YAGレーザー、ファイバーレーザー等がある。
CO2レーザーの波長は10.6μmであり、絶縁被膜層を構成する樹脂材料は、2.3μm以上の波長の光をほとんど透過させない性質を有している。そのため、CO2レーザーを絶縁被膜層に照射すると、CO2レーザーは絶縁被膜層に吸収され、絶縁被膜層を直接除去することができる。
これにより、接合工程を行う直前に除去工程を行うことができ、除去工程を行った後に接合端部における導体層の表面に生じる酸化被膜の発生量を低減することができる。
また、レーザー加工を行う装置及び超音波溶接を行う装置は、スペースをあまり占有することなく、平角線の接合端部に配置することができる。そのため、除去工程を平角線の単体に対して行う制約がなく、ステータコアに配置された平角線の接合端部に対して、除去工程及び接合工程を行うことができる。
本例の平角線1の接合方法においては、図1、図2に示すように、平角線1の接合端部4にレーザー加工を行って、接合端部4における絶縁被膜層3を除去する除去工程と、図5に示すように、絶縁被膜層3が除去された複数の接合端部4における導体層2同士を重ね合わせ、導体層2同士の界面201に超音波振動による摩擦を発生させて、導体層2同士を接合する接合工程とを行う。
図2に示すように、本例の平角線1は、回転電機のステータにおける巻線を構成するものであり、平角線1の接合端部4は、巻線の端部として形成される。平角線1は、銅材料等からなる導体層2と、導体層2の外周に設けられ、絶縁樹脂材料(ポリアミドイミド等)からなる絶縁被膜層3とによって構成されている。平角線1は、長さ方向Lに直交する断面が長方形状を有している。そして、除去工程においては、接合端部4における面積が広い方の一対の側面41の絶縁被膜層3を除去し、接合工程においては、この絶縁被膜層3を除去した一対の側面41の導体層2同士を接合する。
本例の連続レーザー加工はCO2レーザー加工である。そして、除去工程においては、図1(a)に示すように、CO2レーザー加工として、連続的に照射するレーザー光Xによって絶縁被膜層3を除去する。本例の断続レーザー加工はファイバーレーザー加工である。そして、除去工程においては、図1(b)に示すように、断続的に照射するレーザー光Yによって絶縁被膜層3及び導体層2の一部を除去する。
また、本例の除去工程及び接合工程は、回転電機のステータコアに組み付けられた巻線を構成する平角線1の接合端部4に対して行う。
ファイバーレーザーは、接合端部4にパルス状に照射され、そのパルス幅はエネルギー量を大きくするために100nsec以上とすることが好ましい。
絶縁被膜層3を構成する樹脂材料は、波長が0.3μm付近から2.3μm付近までの光の多くを透過させる性質を有している。そして、CO2レーザーの波長P1は10.6μmであり、ファイバーレーザーの波長P2は1.06μmである。そのため、絶縁被膜層3は、CO2レーザーの多くを吸収する一方、ファイバーレーザーの多くを透過させることがわかる。
また、図4(c)に示すように、レーザー光Yは、一方向Dに直線状に並ぶレーザー光Yの照射位置を、照射間隔D1の半ピッチ分一方向Dにずらしながら、直線状の照射が互いに平行に並ぶよう直交方向Wに繰り返し照射することもできる。
隙間Sが大きい場合には、一対の接合端部4の導体層2同士を接触させるために、一対の接合端部4を大きく変形させる必要がある。そして、アンビル51とホーン52とによる加圧によって、接合端部4の導体層2が潰されると、接合端部4の導体層2は、加圧される方向に薄くなるよう変形すると共に、加圧される方向に直交する平面方向に広がるように変形する。
これにより、各導体層2の材料の流動が促進され、接合端部4における導体層2間の接触面圧を効果的に増大させることができる。そして、接合端部4の接合強度を効果的に高めることができる。また、アンビル51とホーン52とによって、一対の接合端部4に加える加圧力を小さくすることもできる。
また、接合端部4における導体層2の表面には、絶縁被膜層3もしくは導体層2の一部又はそれらの酸化被膜が残存することも考えられる。この場合、この酸化被膜等は、超音波接合によって導体層2同士が擦り合わされるときに除去することができる。
図7に示すように、CO2レーザー加工によって接合端部4における絶縁被膜層3を除去する場合には、除去工程においては、連続的に照射するレーザー光Xを、一方向Dに直線状に照射するとともに直線状の照射が互いに平行になるよう直交方向Wに移動しつつ繰り返し照射して、絶縁被膜層3及び導体層2の一部を除去することができる。このとき、レーザー光Xが照射された位置に、導体層2の一部が深く除去された直線状の谷部分21が形成され、この谷部分21に隣接して、導体層2がほとんど除去されていない直線状の山部分22が形成される。そして、接合端部4における導体層2の表面には、直線状の谷部分21と直線状の山部分22とが直交方向Wに繰り返し並ぶ凹凸による縞模様20が形成される。
なお、ファイバーレーザー加工のみを行う場合においても上記と同様の作用効果を得ることができる。
2 導体層
20 縞模様
201 界面
21 谷部分
22 山部分
3 絶縁被膜層
4 接合端部
X,Y レーザー光
Claims (7)
- 平角線の接合端部にレーザー加工を行って、該接合端部における、絶縁被膜層と導体層の一部とを除去し、該導体層の表面に凹凸を形成する除去工程と、
上記絶縁被膜層と上記導体層の一部とが除去された複数の上記接合端部における、上記凹凸が形成された導体層同士を重ね合わせ、該導体層同士の界面に超音波振動による摩擦を発生させて、該導体層同士を接合する接合工程とを含むことを特徴とする平角線の接合方法。 - 上記除去工程においては、上記絶縁被膜層を加熱することによって上記絶縁被膜層の一部を除去する第1レーザー加工を行い、該第1レーザー加工を行った後に、上記導体層を加熱することによって上記絶縁被膜層の残部と上記導体層の一部とを除去する第2レーザー加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の平角線の接合方法。
- 上記第1レーザー加工は、連続的に照射するレーザー光によって上記絶縁被膜層の一部を除去する連続レーザー加工であり、上記第2レーザー加工は、断続的に照射するレーザー光によって上記絶縁被膜層の残部と上記導体層の一部とを除去する断続レーザー加工であることを特徴とする請求項2に記載の平角線の接合方法。
- 上記除去工程においては、断続的に照射するレーザー光によって上記絶縁被膜層と上記導体層の一部とを除去する断続レーザー加工を少なくとも行うことを特徴とする請求項1に記載の平角線の接合方法。
- 上記除去工程において、上記連続レーザー加工を行う際には、上記接合端部における絶縁被膜層に、連続的に照射する上記レーザー光を、一方向に直線状に照射するとともに該直線状の照射が互いに平行になるよう上記一方向に直交する方向に移動しつつ繰り返し照射して、上記接合端部における絶縁被膜層を除去し、
上記接合工程においては、上記接合端部における導体層の表面に上記除去工程によって形成された上記凹凸による縞模様が伸びる方向に直交する方向に沿って、上記超音波振動を加えることを特徴とする請求項3に記載の平角線の接合方法。 - 上記除去工程において、上記断続レーザー加工を行う際には、上記接合端部における絶縁被膜層に、断続的に照射する上記レーザー光を、一方向に直線状に並ぶよう照射するとともに該直線状の照射が互いに平行に並ぶよう上記一方向に直交する方向に繰り返し照射し、かつ上記一方向における上記レーザー光の照射間隔と、上記直交する方向の上記レーザー光の照射間隔とのいずれか一方を他方よりも広くして、上記接合端部における絶縁被膜層を除去し、
上記接合工程においては、上記接合端部における導体層の表面に上記除去工程によって形成された上記凹凸による縞模様が伸びる方向に直交する方向に沿って、上記超音波振動を加えることを特徴とする請求項3又は4に記載の平角線の接合方法。 - 上記除去工程及び上記接合工程は、回転電機のステータコアに組み付けられた巻線を構成する上記平角線の接合端部に対して行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の平角線の接合方法。
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