JP7489207B2

JP7489207B2 - 皮膜除去方法

Info

Publication number: JP7489207B2
Application number: JP2020057693A
Authority: JP
Inventors: 史香西野; 暢康松本; 昌充金子; 和行梅野; 大烈尹
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP2021158819A

Description

本発明は、皮膜除去方法に関する。

従来、レーザ光を照射することにより電線の皮膜を除去して当該皮膜が覆う導体を露出させる皮膜除去方法が知られている。（特許文献１）

特開２０１７－２２０６３４号公報

この種の皮膜除去方法にあっては、例えば、より確実に皮膜を除去することができたり、あるいはより手間をかけずに皮膜を除去することができたりなど、より不都合の少ない方法が得られれば、有益である。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、より不都合の少ない新規な皮膜除去方法を得ること、である。

本発明の皮膜除去方法は、例えば、レーザ光の照射により電線の絶縁皮膜を除去する皮膜除去方法であって、レーザ光の波長が５３３［ｎｍ］以下である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光の波長が３５０［ｎｍ］以上でありかつ５３３［ｎｍ］以下である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光の波長が４００［ｎｍ］以上でありかつ５００［ｎｍ］以下である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光の出射エネルギ密度が１［Ｊ／ｍｍ^２］以上でありかつ２０［Ｊ／ｍｍ^２］以下である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光の出射エネルギ密度が３［Ｊ／ｍｍ^２］以上でありかつ１３［Ｊ／ｍｍ^２］以下である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光のスポットをスキャンして照射する。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光のスポット径は、２００［μｍ］以上である。

また、前記皮膜除去方法では、例えば、レーザ光は連続波である。

本発明によれば、例えば、より不都合の少ない新規な皮膜除去方法を得ることができる。

図１は、実施形態の皮膜除去方法によって皮膜を除去する電線の例示的かつ模式的な斜視図である。図２は、実施形態の皮膜除去システムの例示的な模式図である。図３は、実施形態の皮膜除去方法を示すフローチャートである。図４は、照射するレーザ光の波長に対する合成樹脂材料の光の吸収率を示すグラフである。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

本明細書において、序数は、部品や、部位、工程等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。

また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表す。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。なお、Ｘ方向は、長手方向あるいは延び方向とも称され、Ｙ方向は、短手方向あるいは幅方向とも称され、Ｚ方向は、厚さ方向とも称されうる。

［実施形態］
図１は、本実施形態の皮膜除去方法によって皮膜１２が除去される電線１０の斜視図である。図１に示されるように、電線１０は、例えば、扁平な長方形状の断面を有した平角線である。電線１０は、帯状かつ板状の形状を有した導体１１と、当該導体１１の周囲を取り囲む皮膜１２と、を有している。

導体１１は、例えば、無酸素銅や銅合金のような銅系材料で作られる。また、皮膜１２は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトンのような合成樹脂材料で作られる。

図１に示されるように、導体１１を他の導体と電気的に接続するため、導体１１の端部から長手方向の所定区間に渡って、皮膜１２が除去される。なお、皮膜１２が除去される位置は、電線１０の端部には限定されない。

皮膜１２は、レーザ光を照射することによって除去される。皮膜１２の除去に際しては、例えば、図１中に破線の矢印で示されるように、皮膜１２上でレーザ光のスポットがスキャンされる。スキャン方向や回数などは、図１に示されるものには限定されない。また、皮膜１２は、図１とは異なる面も同様に除去されうる。また、電線１０は、平角線には限定されず、断面形状も長方形状には限定されない。

［皮膜除去システムおよび皮膜除去方法］
図２は、皮膜除去システム１００の模式図である。図２に示されるように、皮膜除去システム１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを接続する光ファイバ１３０とを備えている。

レーザ装置１１０は、例えば、数十から数千［Ｗ］程度のパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。例えば、レーザ装置１１０は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数十から数千［Ｗ］程度のパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成することとしてもよい。また、レーザ装置１１０は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えてもよい。

光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を、光学ヘッド１２０に導く。

光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から光ファイバ１３０を経由して入力されたレーザ光を、電線１０に向けて出射する光学装置である。光学ヘッド１２０は、出射部とも称されうる。

光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２とを備えている。コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ１２２は、平行光化されたレーザ光を集光し、電線１０に照射する光学系である。光学ヘッド１２０は、レーザ光をＺ方向の反対方向に出射する。光学ヘッド１２０から出射したレーザ光Ｌは、電線１０の皮膜１２に照射される。

皮膜除去システム１００は、光学ヘッド１２０と電線１０すなわち当該電線１０を保持する保持部材（不図示）との相対位置を変更可能に構成されている。これにより、電線１０の皮膜１２の表面上で、レーザ光の照射位置が移動する。これにより、レーザ光Ｌのスポット、すなわち照射領域は、皮膜１２の表面上を掃引される。

光学ヘッド１２０と電線１０との相対移動は、移動機構（不図示）によって実現される。移動機構は、光学ヘッド１２０の単独、電線１０（保持部材）の単独、あるいは光学ヘッド１２０および電線１０の双方を移動することができるよう、構成される。なお、本実施形態では、光学ヘッド１２０および電線１０は、Ｘ方向およびＹ方向に相対的に移動する。

掃引されるレーザ光Ｌは、連続光であるのが好適である。ただし、これには限定されず、レーザ光Ｌは、断続周波数が比較的高いパルス光であってもよい。

図３は、実施形態の皮膜除去方法を示すフローチャートである。図３に示されるように、本実施形態では、まず、加工対象としての電線１０を準備し（Ｓ１、第一工程）、その後、電線１０の皮膜１２にレーザ光Ｌを照射することにより当該皮膜１２を除去し、当該皮膜１２によって覆われている導体１１を露出する（Ｓ２、第二工程）。なお、電線１０が平角線である場合、第一工程Ｓ１において、電線１０照射面（剥離面）の切り替えおよびセットが実行される。第一工程Ｓ１において、電線１０は、除去される皮膜１２の表面（外面）がＺ方向を向くようにセットされる。

［波長と光の吸収率］
ここで、合成樹脂材料の光の吸収率について説明する。図４は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する合成樹脂材料の光の吸収率を示すグラフである。図４のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図４には、一例として、合成樹脂材料としてのポリイミドについて、波長と吸収率との関係が示されている。

材料によって若干特性が異なるものの、合成樹脂材料に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光Ｌを用いるよりも、青や緑のレーザ光Ｌを用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。吸収率が高い場合、例えば、レーザ光Ｌの照射によりより効率的に皮膜１２を除去することが可能となる。このような観点から、発明者らは、合成樹脂材料について吸収率が高くなる５３３［ｎｍ］以下のレーザ光の照射による皮膜１２の除去の有用性を確認すべく、以下の評価１および評価２を実施した。

［評価結果］
［評価１］
発明者らは、レーザ装置１１０から出射するレーザ光の波長、レーザ装置１１０から出射するレーザ光の出力、皮膜１２上でのレーザ光Ｌのスポットの走査速度、およびスポット径（ビーム径）を異ならせた合計１２個のサンプル（１－１～１－１２）について、皮膜除去システム１００による皮膜除去方法の評価を行った。その評価結果（実験結果）が表１に示される。

評価１では、皮膜残存、表面平坦度、および質量損失の３項目について評価が実施され、さらに、それら３項目に基づいて総合評価が実施された。３項目の評価は、「○」（良）、「△」（可）、および「×」（不可）の３ランクに区分され、総合評価については、さらに「◎」（優）を加えた４ランクに区分された。なお、表１中、「ＵＭ」は、「測定不能」を意味する。

皮膜残存については、皮膜除去部位（露出部位）と当該皮膜除去部位と密着的に接触させた他の導電体との間の電気抵抗（接触抵抗）により評価が実行された。これは、皮膜除去部位における皮膜の残存により当該皮膜除去部位と他の導体との間の電気抵抗が低下する、という現象に則っている。

表面平坦度は、ＪＩＳＢ０６０１－２００１で規定される表面粗さである算術平均粗さ（Ｒａ）により評価が実行された。

質量損失は、皮膜剥離処理の前後における電線１０の質量の差分（減分）を計測することにより、当該差分の元の電線１０の質量に対する比率として、算出された。

また、総合評価は、皮膜残存、表面平坦度、および質量損失の３項目の重み付け評価に基づいて実施された。

（波長）
評価１において、総合評価が良または優のサンプル１－１～１－７については、波長が４５０［ｎｍ］あるいは５３２［ｎｍ］であった。これに対し、波長が１０７０［ｎｍ］の場合（サンプル１－１１，１－１２）については、総合評価において良好な結果が得られなかった。

（エネルギ密度）
評価１において、総合評価が良または優のサンプル１－１～１－７については、エネルギ密度が３．３３［Ｊ／ｍｍ^２］以上２０．０［Ｊ／ｍｍ^２］以下であった。これに対し、エネルギ密度が、０．７５［Ｊ／ｍｍ^２］の場合（サンプル１－９）、３３．３［Ｊ／ｍｍ^２］の場合（サンプル１－８）、５０．０［Ｊ／ｍｍ^２］の場合（サンプル１－１０）、および１００．０［Ｊ／ｍｍ^２］の場合（サンプル１－１２）については、総合評価において良好な結果が得られなかった。

（スポット径）
評価１において、総合評価が優のサンプル１－１～１－５については、スポット径が２３０［μｍ］から４００［μｍ］であった。

［評価２］
次に、発明者らは、レーザ装置１１０から出射するレーザ光の波長、レーザ装置１１０から出射するレーザ光の出力、レーザ光の照射時間、およびスポット径（ビーム径）を異ならせた合計６個のサンプル（２－１～２－６）について、皮膜除去システム１００による皮膜除去方法の評価を行った。その評価結果（実験結果）が表２に示される。

評価２では、接合部空隙率、所要時間、および接合強度の３項目について評価が実施され、さらに、それら３項目に基づいて総合評価が実施された。評価２でも、３項目については、「○」（良）、「△」（可）、および「×」（不可）の３ランクに区分され、総合評価については、さらに「◎」（優）を加えた４ランクに区分された。

接合部空隙率は、所定条件での接合処理により皮膜除去部位と他の導体とが接合されて形成された接合部位における体積空隙率である。なお、接合部空隙率が高いほど、接合面積がより大きくなり、より良質な接合であると言える。

所要時間は、一定の所定面積の皮膜除去に要した時間である。

接合強度は、所定条件での接合処理によって皮膜除去部位と他の導体とが接合された接合部位の引張強度（剥離強度）である。

また、総合評価は、接合部空隙率、所要時間、および接合強度の３項目の重み付け評価に基づいて実施された。

（波長）
評価２において、総合評価が良または優のサンプル２－１～２－４については、波長が４５０［ｎｍ］あるいは５３２［ｎｍ］であった。これに対し、波長が１０７０［ｎｍ］の場合（サンプル２－５，２－６）については、総合評価において良好な結果が得られなかった。

（エネルギ密度）
評価２において、総合評価が良または優のサンプル２－１～２－４については、エネルギ密度が４．４４［Ｊ／ｍｍ^２］または６．６７［Ｊ／ｍｍ^２］であった。これに対し、エネルギ密度が２０．０［Ｊ／ｍｍ^２］または１３．３［Ｊ／ｍｍ^２］の場合（サンプル２－５，２－６）については、総合評価において良好な結果が得られなかった。ただし、これは波長が１０７０［ｎｍ］であることによる影響であると考えられる。

（スポット径）
評価２において、総合評価が良または優のサンプル２－１～２－４については、スポット径が３００［μｍ］であった。

以上、説明したように、上記評価１および評価２の結果を含めた発明者らの研究により、レーザ装置１１０が出射するレーザ光の波長は、５３３［ｎｍ］以下であるのが好適であり、３５０［ｎｍ］以上でありかつ５３３［ｎｍ］以下であるのがより好適であり、４００［ｎｍ］以上でありかつ５００［ｎｍ］以下であるのがさらに好適であることが判明した。

また、上記評価１および評価２の結果を含めた発明者らの研究により、レーザ装置１１０が出射するレーザ光のエネルギ密度は、１［Ｊ／ｍｍ^２］以上でありかつ２０［Ｊ／ｍｍ^２］以下であるのが好適であり、３［Ｊ／ｍｍ^２］以上でありかつ１３［Ｊ／ｍｍ^２］以下であるのがさらに好適であることが判明した。なお、エネルギ密度の好適な範囲は、波長の好適な範囲において、定められた。

また、上記評価１および評価２の結果を含めた発明者らの研究により、皮膜１２上のレーザ光Ｌのスポット径は、２００［μｍ］以上であるのが好適であることが判明した。なお、スポット径の好適な範囲は、波長の好適な範囲において、定められた。

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１０…電線
１１…導体
１２…皮膜
１００…皮膜除去システム
１１０…レーザ装置
１２０…光学ヘッド
１２１…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１３０…光ファイバ
Ｌ…レーザ光
Ｓ１…第一工程
Ｓ２…第二工程
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向

Claims

レーザ光の連続波の照射により電線の導体を覆う絶縁皮膜を除去する皮膜除去方法であって、
レーザ光の波長が４００［ｎｍ］以上でありかつ５００［ｎｍ］以下であり、
レーザ光の出射エネルギ密度が３［Ｊ／ｍｍ ^２］以上でありかつ１３［Ｊ／ｍｍ ^２］以下である、皮膜除去方法。
レーザ光のスポットをスキャンして照射し、
レーザ光のスポット径は、２３０［μｍ］以上である、請求項１に記載の皮膜除去方法。
前記絶縁皮膜を除去した前記導体の表面におけるＪＩＳＢ０６０１－２００１で規定される表面粗さである算術平均粗さＲａを、３．１［μｍ］以下とする、請求項１または２に記載の皮膜除去方法。