JPH09285883A

JPH09285883A - オンラインでの接点洗浄工法

Info

Publication number: JPH09285883A
Application number: JP8101417A
Authority: JP
Inventors: Keishin Koyama; 佳信小山; Katsuya Takahashi; 克哉高橋; Hitoshi Nishimura; 仁西村
Original assignee: NEC Tohoku Corp
Current assignee: NEC Tohoku Corp
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】バッチ処理で行われているレーザ処理操作をオ
ンライン上に組み込み、レーザによる電気接点表面の洗
浄化（有機皮膜除去、表面凹凸形成）を自動的に行う。【解決手段】接点洗浄装置１は、マグネット挿入工程２
とアーマチャブロック組立レーザ溶接工程３の間のオン
ライン上に備えられる。レーザ光８の照射は、リレーベ
ースアセンブリ７の４個所の固定接点６の表面を対象と
するため、照射方法としては、（１）単一光をハーフミ
ラー４を利用し４分割して直接照射する方法、（２）４
分割後のレーザ光８を光ファイバケーブル９を介して接
点表面近くで照射する方法、（３）ミラーボール１０に
備えられた４個の反射鏡でレーザ光路を変え、固定接点
６表面へ順次にレーザ照射を行う方法、の３種類があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバッチ処理による操
作が主流である、特にリレー（継電器）製造過程におけ
る電気接点表面洗浄のための接点洗浄装置をオンライン
に組み込んだ接点洗浄工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リレーの接点部材には、金・銀などの貴
金属が主として用いられているが、その中でも金は新生
面形成時には外気中分子との反応が進みやすいことか
ら、非常に活性であることが知られており、貴金属類の
中でも気体分子との反応（吸着）を注意しなければなら
ない元素の一つである。よって、接点接触部分の接触抵
抗の軽減および安定化を図るための工夫が常日頃から行
なわなければならない必要が生じている。一般に接点の
清浄状態を保つべく、リレーはカバーで覆い、外気中に
存在する埃や人為的な影響に伴う汗や手垢を除外し、さ
らには外気との接触による接点面の化学変化を防止する
ような構造となっている。また、これ以外にもリレー内
の気密性を保つため、カバー・ベース間の接着も行って
いる。

【０００３】ここで問題となっているリレーの接触信頼
性に最も大きな影響を与える原因の一つに、リレー内発
生有機ガスがある。ガス発生が最も顕著であるのは、封
止剤硬化炉中及びリレー実装時におけるハンダリフロー
炉中にプラスチック部材にかかる温度がその主なもので
ある。このリレー内部ガスによる接点への影響について
は、リレー部材脱ガスによる方法をもって接点でのガス
吸着を最小限にとどめるよう試みられている。このよう
にリレー接点は化学的物質に対し非常に敏感であるた
め、リレー部材発生ガス以外の因子によっても影響を受
けやすく、清浄状態を常に保つのが困難な状況にある。

【０００４】リレー部材発生ガス以外に接点接触信頼性
を低下させる因子のひとつに、接点成形初期に付着して
いる有機皮膜が挙げられる。有機皮膜は、接点圧延，成
形中に付着する油等の有機成分または接点材の匍匐、表
面拡散、圧痕が影響したものであると考えられている。
その解決策として、現在では接点へのレーザ照射による
有機皮膜の破壊という方法が常識となりつつある（特開
昭５８−２１２０１８号，特開平２−３００２１号，特
開平４−２３０９１７号，特開平１−９７３３２号など
の各公報参照）。

【０００５】また、化学的作用以外に接点の接触信頼性
を下げる原因としては、表面の形状による問題が挙げら
れる。従来の接点表面の形状は平滑であり、見た目が優
れているという利点があるが、逆に接点接触時において
適度な接触面積が得られず、縮流抵抗の増大を招く恐れ
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
照射による接点表面洗浄法は、主に接点の接触信頼性に
影響を与える金属酸化物の除去、生産プロセス上で生じ
た圧痕および接点上に付着した有機物の除去を目的とし
て行なわれているものである。

【０００７】この種のレーザ処理としては、ごく一般的
なバッチ処理により行うことが通例となっており、バッ
チ処理による洗浄サンプルの製作は確実性が高く、時間
軸に対するレーザ強度のばらつきは少ないことが予想さ
れ、失敗する確率はかなり抑えられるものと考えられ
る。ただし、リレーの接点のような、かなり小さな領域
に対する照射を目的とした場合や、照射ポイント数が多
い場合には、単一光を用いたバッチ処理による非効率性
は無視しがたい程高いものであると考えられる。バッチ
処理に伴うレーザ照射強度ばらつきや接点照射ポイント
に対する照射位置のずれを抑えることができるという確
実性が高い半面、製品一つを生産する際の人為的に介在
する割合が高くなり、手間と時間のかかる作業となりや
すい。よって研究開発分野では、現状のバッチ処理によ
るレーザ洗浄法に頼ることについて間違いとは言えない
が、品質を兼ね備えた生産量を重視する分野において
は、現状方法では不十分である。

【０００８】研究開発分野で利用する頻度の高い現在の
レーザ洗浄装置（洗浄法）では、バッチ処理による操作
が主流のため、製造分野で利用する場合には時間的なロ
スが非常に高くなるわけである。今後、接点レーザ洗浄
品の大量生産の望まれる機会が多くなることが予想さ
れ、時間的なロスを除外できるようなライン組み込みに
よる状態でのレーザ自動洗浄という装置系を検討する必
要がある。

【０００９】本発明の目的は、リレー製造過程のオンラ
イン上において、コイル挿入後とアーマチャブロック組
立品レーザ溶接工程前の段階にて、レーザ光を用い、接
点表面の有機皮膜除去および表面凹凸形成を行い、初期
接触抵抗の安定化をはかるオンラインでの接点洗浄工法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】リレーベース組立ての前
後において固定接点に付着すると予想される微少有機皮
膜はリレーの接点面に影響を及ぼし、しばしば動作不良
を引き起こす。一般にサブ成形時に付着する異物は、レ
ーザを用いた方法により取り除かれるのが普通である
が、通常、接点を洗浄するという目的のためのレーザ処
理は、バッチ処理により行なわれることが多く、生産に
おいては非効率的で非常に時間がかかるのが実状であ
る。

【００１１】本発明は、通常、バッチにより行う接点洗
浄をオンラインにより行うことを特徴とするもので、ハ
ーフミラー，プリズム，ミラーボールを用い、複雑な角
度からの照射および複数の個所を同時に洗浄可能とし、
またバッチによる接点洗浄時の時間のロスを大幅に短縮
することを可能とするものである。

【００１２】これらを実現するために、本発明のオンラ
インでの洗浄工法は、電気接点の表面にレーザ光を照射
し前記電気接点の表面に対する有機皮膜除去および表面
凹凸形成を行う接点洗浄装置を、前記電気接点を有する
ワークの製造工程のオンラインに組み込んだものであ
り、前記ワークがリレー（継電器）であることを特徴と
し、また前記レーザ光を少なくとも２個の前記電気接点
に向けて任意角度から分岐照射することを特徴とする。

【００１３】このオンラインでの接点洗浄工法におい
て、前記分岐照射する手段にハーフミラーを用いてもよ
いし、或いは前記分岐照射する手段に回転多面鏡（ミラ
ーボール）を用いてもよい。さらに前記ハーフミラーと
前記電気接点との間に光ファイバケーブルを介在させて
もよい。

【００１４】また、前記レーザ光の発振源がＹＡＧレー
ザ、ガラスレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビー
レーザなどの固体レーザであってもよいし、或いは前記
レーザ光の発振源がＣＯ₂ レーザ、エキシマレーザなど
の気体レーザであってもよい。

【００１５】通常、レーザ発生装置は単一光による照射
を主なものとしているが、本発明ではレーザ照射の対象
となるものがリレーの接点（図２の６）であるため、
（ｉ）光をできるだけ絞り、（ｉｉ）正確な照射位置を
保つことが必要であり、また、（ｉｉｉ）光を単一光か
ら複数の光に分けることが必要となる。（ｉ）について
は、マスク（図３の１７）や集光レンズ（図３の１８）
を利用し、レーザ光（図２の８）を絞ることになるが、
エネルギー強度については、アッテネータ（図３の１
５）を用い、リレー表面が溶解しないよう調整を行うこ
とになる。（ｉｉ）については、正確な照射位置を保つ
ため、一連の動作工程において、自動位置セッティング
手段を用い、機械の振動に光学系が耐えられるようにす
る。（ｉｉｉ）については、ハーフミラー（図２の４）
やプリズム（図２の５）を用い、レーザ光を複数本に分
けることになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１７】図１は本発明の工法の実施の形態を含む周
辺構成を示すブロック図、図２はこの実施の形態の接点
洗浄法の要部の第１ないし第３の例をそれぞれ（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す斜視図、図３はこの実施の形態に
用いるレーザ照射装置の外観および内部構造をそれぞれ
（ａ），（ｂ）にて示す斜視図である。

【００１８】本発明の実施の形態は、リレーベースアセ
ンブリ品上の固定接点における有機皮膜の除去および接
点表面粗さ（凹凸）加工を目的としてオンライン上で行
う接点表面レーザ洗浄工法である。この工法に用いる接
点洗浄装置１は、図１に示すように、マグネット挿入工
程２とアーマチャブロック組立レーザ溶接工程３の間の
オンライン上に組み込まれる。

【００１９】図１において１は接点洗浄装置、２はマグ
ネット挿入工程、３はアーマチャブロック組立レーザ溶
接工程である。マグネット挿入工程２を終えたリレー
は、後述する接点洗浄装置１にて接点表面をレーザ洗浄
したのち、アーマチャブロック組立レーザ溶接工程３へ
と搬送される。なお、対象となるリレーベースアセンブ
リは、一連の動作工程において、最適な位置に自動セッ
ティングされ、位置ずれや誤差は最小限に抑えられる。

【００２０】次に、接点洗浄装置１におけるレーザ照射
装置の外観および内部構造の概略について、図３
（ａ），（ｂ）を参照して説明する。

【００２１】レーザ発生装置１１に隣接してレーザの外
部への散乱を防ぐために設けられたレーザ外部遮断壁１
４が配置され、このレーザ外部遮断壁１４の上部にレー
ザ洗浄の様子をモニタするためのカメラ１２と、レーザ
外部遮断壁１４の側面にベースアセンブリとしてのフー
プ１９を水平にレーザ洗浄に供するために設けられたフ
ープストッパ１３を備えている。なおレーザ外部遮断壁
１４には、レーザの外部漏れを避けるため、鉛ガラス
や、材質が合成樹脂製のものを用いる。

【００２２】レーザ発生装置１１で発生したレーザは、
レーザ外部遮断壁１４の内部においてアッテネータ１５
によってレーザ強度を制御し、ビーム整形器１６によっ
てレーザのベクトルを整え、マスク１７によってレーザ
を被洗浄接点の形とし、集光レンズ１８にてレーザの断
面積を被洗浄接点の大きさに絞った上で、後述する方法
に従いフープ１９の接点表面へ照射する。また、レーザ
外部遮断壁１４の内部雰囲気中に含まれる有機物がレー
ザ照射によって接点表面へ焼き付くのを防ぐために、不
活性ガスブローチューブ２０より供給されるヘリウムガ
ス等の不活性ガスにて内部雰囲気を置換する。

【００２３】次に、本発明の実施の形態の要部となるレ
ーザ照射による接点洗浄の状況を、図２（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す３つの実例を参照して説明する。

【００２４】図２（ａ）の如く、リレーベースアセンブ
リ７上における洗浄対象の接点が４個所の固定接点６か
ら成っているため、レーザ光８を４本に分ける必要があ
る。それには図２（ａ）に示すようなハーフミラー４を
使うことになる。ハーフミラー４は、レーザ光８の強度
を５０：５０に分けるのではなく、２５：７５→２５：
５０→２５：２５と順次に分けるため、最低でも３個の
ハーフミラー４を備え付ける必要がある。

【００２５】次に、３個のハーフミラー４により４本に
分けられたレーザ光８をどのように固定接点６に照射す
るかを示す。

【００２６】まず第１の実施の形態は、図２（ａ）に示
すように、４本に分けられたレーザ光８を、固定接点６
の表面真上からプリズム５を介して直接照射する方法で
ある。ただしこの方法では、レーザ照射口から照射スポ
ットまでの余分な間隔が生じるのが必然である。よって
常圧下で行うレーザ照射では、レーザ光路に存在する塵
などが焼かれ、固定接点６の表面に焼き付けられる恐れ
がある。

【００２７】第２の実施の形態は、図２（ｂ）に示すよ
うに、４本に分けられたレーザ光８を、より接点近くで
照射できるように、ハーフミラー４と固定接点６の間を
光ファイバケーブル９で結ぶ方法である。この方法を利
用した場合、第１の実施の形態で問題視された接点表面
での汚れ焼き付けを抑えることができる。これら第１お
よび第２の実施の形態ではオンライン処理により、４個
所の固定接点６に対し同時に且つ自動的にレーザ照射を
行うことが可能である。

【００２８】上述したようなハーフミラー４を用いたレ
ーザ分割後の接点照射法以外の第３の実施の形態として
は、図２（ｃ）に示すような回転多面鏡であるミラーボ
ール１０を用いた接点洗浄法がある。回転するミラーボ
ール１０を用いた場合、レーザ光８は単一光でミラーボ
ール１０に到達し、それぞれ異なる固定接点６の面にレ
ーザが順次に供給されることになる。ただし、この方法
を用いた場合、上述した４個の接点同時にレーザ照射を
行う方法と比較すると、接点１個あたりに要する照射時
間（サイクルタイム）が長くなる可能性がある。ただし
光学系は単純なものとなる。

【００２９】上述した第１ないし第３の実施の形態のご
とくにして、リレーベースアセンブリ７上の固定接点６
における有機皮膜除去および表面凹凸形成を目的とした
接点洗浄を、レーザ光８の照射法によりオンライン上に
て行うことができる。

【００３０】最後に、本発明の実施の形態に照射用とし
て用いるレーザについて述べる。

【００３１】接点洗浄に利用すべきレーザ光８の発振源
としてのレーザは、固体レーザ、気体レーザのいずれを
用いても問題はない。例えば、固体レーザでは、ＹＡＧ
−（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レー
ザ，ガラスレーザ，アレキサンドライトレーザ，ルビー
レーザ等が挙げられ、気体レーザでは、ＣＯ₂ レーザ，
エキシマレーザ等が挙げられる。金属表面洗浄で使用す
るレーザは、以上に挙げられたどの種類のものであろう
と品質的な面における差はさほど無い。しかし大規模
（長時間・大容量）に利用する場合、レーザ制御が比較
的容易で使いやすく、使用原料の安価な気体レーザを用
いるのが最適である。また、固体レーザであるＹＡＧレ
ーザも比較的実績があり、接点レーザ洗浄における技術
も蓄積されていることから、使用に適していると考えて
よい。

【００３２】本発明の実施例としては、エキシマレーザ
を用いた場合の試作条件について説明を行うこととす
る。エキシマレーザの照射ビームは、固定接点６の表面
全域にレーザ光８が照射されるよう集光レンズ１８，マ
スク１７，を用い、１×１ｍｍ角の照射面積に絞ること
を必要とする。これは、固定接点６の表面積が１×０．
３ｍｍ角であることに起因しているが、仮にこれより大
きな照射面積を用いた場合、リレーベースアセンブリ７
のプラスチックモールド部分にレーザ光８があたり、接
点表面へ焼けただれたプラスチック屑が付着することが
ある。よって照射面積は厳密に制御する必要がある。ま
たエキシマレーザのレーザ強度は、アーテネッタ１５に
より０．３〜０．４５Ｊ／ｃｍ² にする必要がある。仮
に０．３Ｊ／ｃｍ² 以下である場合、接点表面に残存す
る汚れを十分に取り除くことが不可能であるだけでな
く、接点表面に存在する有機物の表面焼き付けを起こす
可能性がある。また、０．４５Ｊ／ｃｍ² 以上のレーザ
エネルギー強度を利用した場合、接点表面が溶解を起こ
し、表面の組成が変わり、導通上に影響を及ぼす恐れが
ある。

【００３３】なお、上述した実施の形態においては、レ
ーザ照射すべき固定接点６の数を４個所と例示したが、
これに限定することなく、将来、５個所以上となった場
合にも、同様に適用できることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】従来の接点洗浄工法では、接点上に存在
する金属酸化物や有機異物の除去という点にのみ重点が
置かれ、どちらかといえば研究開発分野で利用する意味
あいの濃い、バッチ処理による単一光接点洗浄が主であ
った。そのため、生産ラインへの適用という点では無理
があり、仮に適用した場合でも、接点へのレーザ照射に
時間がかかり、１個あたりの生産に要する時間がかかる
ため、生産量に影響を及ぼすことになる。

【００３５】しかし、本発明のオンライン上でのレーザ
照射による接点洗浄工法では、レーザ照射位置へのサン
プル自動セッティングのため、人為的な作業に伴う照射
位置の微妙なずれや誤差を最小限に抑えることが可能で
あり、またオンライン上で処理するため、複数の接点ポ
イントに対する同時かつ自動照射が可能となり、生産に
及ぼす時間的なロスを抑えることができる。

【００３６】以上のことから本発明によれば、通常バッ
チ処理では難しいとされていたレーザ洗浄自動化は、ハ
ーフミラーを用いたレーザ分割法、ミラーボールなどの
回転反射鏡を用いた照射法、および照射装置のハード
面，ソフト面での工夫により、レーザ照射による時間的
ロスを抑え、オンラインでの自動化洗浄をより効果的に
し、製造分野への適用を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工法の実施の形態を含む周辺構成を示
すブロック図である。

【図２】この実施の形態の接点洗浄法の要部の第１ない
し第３の例をそれぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す斜
視図である。

【図３】この実施の形態に用いるレーザ照射装置の外観
および内部構造をそれぞれ（ａ），（ｂ）にて示す斜視
図である。

【符号の説明】

１接点洗浄装置２マグネット挿入工程３アーマチャブロック組立レーザ溶接工程４ハーフミラー５プリズム６固定接点７リレーベースアセンブリ８レーザ光９光ファイバケーブル１０ミラーボール１１レーザ発生装置１２カメラ１３フープストッパー１４レーザ外部遮断壁１５アッテネータ１６ビーム整形器１７マスク１８集光レンズ１９フープ２０不活性ガスブローチューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気接点の表面にレーザ光を照射し前記
電気接点の表面に対する有機皮膜除去および表面凹凸形
成を行う接点洗浄装置を、前記電気接点を有するワーク
の製造工程のオンラインに組み込んだことを特徴とする
オンラインでの接点洗浄工法。
【請求項２】前記ワークがリレー（継電器）であるこ
とを特徴とする請求項１記載のオンラインでの接点洗浄
工法。
【請求項３】前記レーザ光を少なくとも２個の前記電
気接点に向けて任意角度から分岐照射することを特徴と
する請求項１または２に記載のオンラインでの接点洗浄
工法。
【請求項４】前記分岐照射する手段にハーフミラーを
用いることを特徴とする請求項３記載のオンラインでの
接点洗浄工法。
【請求項５】前記分岐照射する手段に回転多面鏡（ミ
ラーボール）を用いることを特徴とする請求項３記載の
オンラインでの接点洗浄工法。
【請求項６】前記ハーフミラーと前記電気接点との間
に光ファイバケーブルを介在させることを特徴とする請
求項４記載のオンラインでの接点洗浄工法。
【請求項７】前記レーザ光の発振源がＹＡＧレーザ、
ガラスレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレー
ザなどの固体レーザであることを特徴とする請求項１な
いし６のいずれかに記載のオンラインでの接点洗浄工
法。
【請求項８】前記レーザ光の発振源がＣＯ₂ レーザ、
エキシマレーザなどの気体レーザであることを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれかに記載のオンラインでの
接点洗浄工法。