JPS61245988A - レ−ザ−を使用した基体上への金属粉末付着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザーを使用する金属加工法に関し、さらに
詳しくは、本発明はレーザーを用いる金属加工方法で使
用する材料の臨界的特徴を著しく改善できる方法に関す
る。

電流を運ぶ多くの電気素子は機械的に結合させた表面で
良好な電気接触を与えるために特定の領域での電気メツ
キ表面を必要とする。代表的には、表面は銀で電気メッ
キされる。通常要素全体を電気メッキするのが普通であ
る。それは選択的に電気メッキするためのマスク掛けよ
りも費用が高いためである。

選択的なマスク掛けの余分な費用は上記の通常の方法に
よって低減できるけれども、素子全体を銀で電気メッキ
するときに所望の電気接触を与えるのに用いる銀は極め
て著しく費用高となる。電気メツキ技術において、所望
領域だけに銀粉末を付着させることによって銅のコンポ
ーネントを銀でスポット「メッキ」する方法の開発が長
い間要望されている。理想的には、銀粉末を銅のコンポ
ーネントに結合した均質層に融合させることである。ま
た、当該技術において、レーザーエネルギーを用いて銅
のコンポーネントのような導電性素子を銀による所定の
スポット「メッキ」によって局部的にコーティングする
技術を開発するという目標も存在する。

レーザーとロボットの組合わせは産業界に強力な新手段
を与えている。残念なことに、ある種のレーザーには金
属加工に用いるのに特定の制約がある。これは、各材料
が特定のレーザー波長を種々に吸収し、反射しまた伝播
するからである。従って、各々の材料に最適なレーザー
は異なる。従って、使用するレーザーは加工の特定の範
囲を深く研究したのちに選択すべきである。即ち、例え
ばＣＯ２レーザーは黄銅が存在する材料の用途には使用
しないし、ＹＡＧはそのような用途に有望ないしは良好
であることが示唆されている。この問題はレーザー光線
と反射性の基体間での結合の難しさに起因している。

従って、本発明の目的はレーザー光線と基体上に付着す
べき材料粉末間の効果的な結合を一貫して得ることので
きる方法を提供することである。

本発明の別の目的は還元及び溶融の両方をレーザー材料
加工中に効果的に促進することのできる方法を提供する
ことである。

本発明は要素を選択的にスポット「メッキ」してその結
果著しい費用低減を高価な材料の使用を最少にすること
によって達成できる方法を提供するので、面倒なマスク
掛けを必要とする従来の電気メツキ法をコンポーネント
の選択的にスポットメッキする自動化システムに置き換
えることができ、通常の電気メツキ方法によるよりも著
しく厚い接着力のある金属コーティングを得ることがで
き、さらに被覆材料と基体の両方の吸収表面特性を被覆
材料と基体の両方と不溶性である物質によって改善する
。

本発明は、レーザーを使用して銀、金、錫及びろう接合
金から選ばれた材料の選択的コーティングを基体に形成
する方法において、粒状形の上記の選択された材料をラ
ンプブラックと混合して混合物を得ること、得られた混
合物で基体を選択的に被覆しコーティングすべき基体上
の少なくとも設計領域を被覆すること、基体に、上記選
択された材料でコーティングされた上記設計領域にレー
ザー光線をあてること、及び基体上に残存する任意の結
合していない粉末混合物を除去すること、の各工程から
成る上記方法を提供する。

以下、レーザー光線と低炭素溶解性を有するかあるいは
その性質が炭素による合金化によって悪影響を及ぼされ
ない材料との間の効果的な結合を行なう方法を説明する
。この効果的な結合はランプブラックと選択された材料
粉末とを混合することによって得られる。

ランプブラックはレーザー光線に対し一段と高い吸収表
面特性を与えまた選択された材料粉末と基体に対し不溶
性である。かくして、溶融金属プールの汚染は生じない
。さらに、ランプブラックの性質は、ランプブラックと
選択された粉末との混合物を回転混合したとき、ランプ
ブラックが各粉末粒子の表面を均−にコーティングし粉
末の流動性と操作特性を向上させるようである。さらに
また、通常炭素またはランプブラックで汚染された表面
は液体金属によって湿潤することが難しいとなっている
が、本発明者はランプブラックが還元及び溶融剤として
作用して基質表面を清浄にすると共にレーザーが加工処
理中溶融材料による有用な湿潤を促進することを見出し
ている。

レーザーは各種の金属加工を実施するのに用いられてお
り、その最大の用途は金属を切断である。他の加工法例
えば溶接、穴開け、熱処理、タラッディング、曲げ加工
（ギャギング）、点検及びマーキングもまたレーザーの
使用により可能である。本発明は材料の吸収表面特性を
向上させその加工を容易にする方法を提供する。さらに
詳しくは、本発明はレーザー光線と銀粉末とを効果的に
結合して各種用途に銅を銀で局部的にコーティングする
方法を見出したものである。銀粉末をランプブラックと
混合する。ランプブラックはレーザー光線に対し吸収性
の高い表面特性を与えると共に液体状の銀に不溶性であ
る。銅基体を銀で局部的にコーティングすることにより
スポットメッキする際、本発明者はランプブラックが銅
にも不溶性であるこをと見出した。即ち、溶融金属プー
ルの汚染は生じない。さらに、ランプブラックの性質は
ランプブラックと銀粉末とを回転混合したときランプブ
ラックは各粉末粒子の表面上に付着してコーティングを
形成するようである。さらに詳しくは、本発明方法は約
２９６の炭素ランプブラックを２００メツシュの銀粉末
と混合し、混合物を銅基体上に置き、収束したレーザー
光線をあてることからなる。好ましいのは、不活性ガス
による適当な覆いにより過熱状態の炭素と空気中の酸素
との反応を最少にすることである。この反応はＣＯ及び
Ｃ０２を発生させ、これらは銀粉末混合物を基体から飛
散させ得るものである。

本発明者の実験によると、銅基体の銀粉末によるメッキ
は局部スポットメッキとしては合格であることが判明し
た。さらに、ランプブラックはレーザー光線と銀粉末間
の結合を可能にし、即ち、銀粉末を銅基体に結合した銀
の連続ビーズに融合させることを可能にする。ランプブ
ラックはまたそれを消費したとき銀粉末の流動特性を向
上させるようである。ランプブラック添加なしの銀粉末
単独で基体上に平滑な薄層を形成するのは困難である。

ランプブラックは明らかに銀粉末粒子の「湿潤剤」とし
て作用し、銀粒子同志が一緒に付着する傾向は小さい。

ランプブラックはまた優れた湿潤性がこの方法により示
されているので溶融性を上げるようである。

さらに、本発明者はランプブラックを粉末材料にレーザ
ーの適用前に添加する技術が低炭素溶解度を有する材料
またはその性質が銅との合金化により悪影響が及ぼされ
ない材料においても可能であることを確かめた。例えば
、次の材料は成功裡にランプブラックと混合してその金
属加工特性を向上させることができるる： 銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｔ）、砒素（Ａｓ）、金
（Ａｕ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅
（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、
錫（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）。

即ち、本発明方法は純粋な銀または金メツキ表面がスラ
イド接触用に必要とされているかあるいは金またま銀「
ボタン」がスイッチ・リレー等の接点として導体上にろ
う接されている電気接点に適用できる。即ち、表面を、
結合を助長しレーザー融合の溶剤として作用するランプ
ブラック添加剤の銀または金粉末への添加によって銀ま
たは金で局部的にコーティングできる。また、接点ボタ
ンを必要とする場合、ランプブラック金または銀粉末混
合物をレーザーにより導体上のその場で融合させ金型鋳
造して所望の接点ボタンを得ることができる。即ち、別
のろう接操作を必要としない。さらに評価すべきことは
、ランプブラックがレーザーろう接用のＰＨ０５−コツ
パー及びＰＨ０５−シルバーのごとき粉末銀ろう接合金
と混合できることである。ランプブラックはレーザーの
ろう接用の粉末ろう接（ソルダー）合金と混合できる。

ランプブラックは結合助剤及びレーザーによるショック
硬化用の溶発性コーティングとして表面上に塗布または
スプレーしたコロイド状懸濁液において使用できる。ラ
ンプブラックはレーザー溶接用の鋼上にブラシ掛け、粉
末吹き付け、または液体ベヒクル中でのスプレーとして
良好な結合を得ることができる。ランプブラックはまた
レーザー熱を結合に用いる金玉に液体懸濁液としてブラ
シ掛けまたはスプレーすることができる。

ランプブラックは、局部的に適用しレーザー融合させ腐
蝕保護または装飾目的の薄い錫、メッキまたはろう接物
コーティング表面を得る場合粉末銀または粉末ろう接混
合物と共に使用できる。この方法はまた錫メッキまたは
ろう接コーティング領域の厚さの調整が良好な適応性と
結合クリアランスを維持するのに必要である通常の方法
による組立てまたはろう接のような他の用途にも使用で
きる。明らかに、本試みは印刷回路の錫メッキまたはろ
う接コーティングに有用である。

ランプブラックをレーザー光線の適用前に粉末材料と混
合する本発明の方法を用いる場合、評価すべきことはマ
スク掛けを必要とする従来技術の電気メツキ法とは異な
り、本発明方法によりレーザーを用いて、金、錫または
ろう接合金を特定の設計の基づきコーティングすべき領
域へだけに限定されるようにプログラムできる。即ち、
本発明の教示によれば、レーザーによって融合されない
領域は粉末が結合されず、これは後でブラシ掛け、ふき
払いまたは吸引して再使用できる。即ち、レーザーと接
触した粉末材料の部分のみが基体に融合される。その結
果木質的に材料のロスがなく、高度に柔軟性または計画
性のあるスポッｌ〜化またはクラツディングパターンを
所望の材料により基体上に得ることができる。

上述したことはレーザー光線と銀等の高反射性粉末間の
効果的な結合を銅基体に対してＣＯ□レーザーによって
可能にする技術であり、ＣＯ２レーザーはこれまでＣＯ
□レーザーの波長及び銀粉末の高反射性のために応用で
きないものと考えられていたものである。本発明方法は
粉末材料の吸収表面特性を向上させ、さらに詳しくは、
ある種の選択された材料が、その材料が液状であるとき
に不溶性であることを証明し、従って、レーザー金属加
工処理中モの材料を汚染しない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザーを使用して銀、金、錫及びろう接合金から
   選ばれた材料の選択的コーティングを基体に形成する方
   法において、粒状形の上記の選択された材料をランプブ
   ラックと混合して混合物を得ること、得られた混合物で
   基体を選択的に被覆しコーティングすべき基体上の少な
   くとも設計領域を被覆すること、基体に、上記選択され
   た材料でコーティングされた上記設計領域にレーザー光
   線をあてること、及び基体上に残存する任意の結合して
   いない粉末混合物を除去すること、の各工程から成る上
   記方法。 ２、上記材料が銀であり、２重量％のランプブラックを
   ２００メッシュの銀粉末と混合することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ランプブラックと銀粉末との混合物を不活性ガスで
   覆いレーザー光線使用時カーボンととする空気の反応を
   最少限に抑えることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の方 法。 ４、レーザーを使用して導体上に銀、金及びパラジウム
   から選択された材料より成る電気接点ボタンを形成する
   方法であって、粒状形の上記選択された材料を、ランプ
   ブラックと混合した後、上記ボタンを形成すべき上記導
   体上の領域に適用し、レーザー光線を用いて上記選択さ
   れた材料を上記導体に融合させ、次いで融合させた物質
   を金型鋳造して接点ボタンを形成させることを特徴とす
   る上記方 法。