(57)【要約】【課題】径の異なる金属線の先端同士を接合する溶融接合において、細径の金属線の断線と、接合不良の発生を抑制することが可能な、溶融接合方法を提供する。【解決手段】  第１の金属線の先端から離れて、かつ、前記第１の金属線に近接する位置に、第２の金属線の先端を配置し、前記第１の金属線に高エネルギー密度ビームを照射して、前記第１の金属線の先端に溶融金属溜りを形成し、前記溶融金属溜りを、前記第２の金属線の先端が内包されるまで成長させた後、凝固させる。【選択図】図１
2020049501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属線の先端と前記第１の金属線より細径の第２の金属線の先端とを溶融接合する溶融接合方法であって、
前記第１の金属線の先端から離れて、かつ、前記第１の金属線に近接する位置に、前記第２の金属線の先端を配置し、
前記第１の金属線に高エネルギー密度ビームを照射して、前記第１の金属線の先端に溶融金属溜りを形成し、
前記溶融金属溜りを、前記第２の金属線の先端が内包されるまで成長させた後、凝固させる
ことを特徴とする溶融接合方法。
【請求項２】
前記高エネルギー密度ビームに、レーザを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の溶融接合方法。
【請求項３】
前記第１の金属線と前記第２の金属線との間に、高エネルギー密度ビームを遮断する遮断材を配置する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶融接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、径の異なる金属線の先端同士を接合する溶融接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属線の先端同士を接合する接合方法として、圧着接合、ろう付け、溶融接合等がある。圧着接合と溶融接合は、他の部材を介さずに、金属線の先端同士を接合できるので、経済的に好ましい接合方法にすることができる。特に、高エネルギー密度ビームによる溶融接合は、接合を短時間に完了することができるので、効率の良い接合方法にすることができる。
【０００３】
金属線の先端同士を高エネルギー密度ビームにより溶融接合する方法として、例えば、特許文献１や特許文献２の方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６３６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の溶融接合は、略同径の金属線の先端同士を接合する溶融接合である。しかし、径の異なる金属線同士の溶融接合では、溶融金属溜りの形成と凝固に起因する引っ張り応力が発生し、細径の金属線が引っ張られて断線してしまう可能性があった。
また、特許文献２の溶融接合では、径の異なる金属線の先端同士を接合する溶融接合を開示している。しかし、この方法では、金属線の高エネルギー密度ビームが照射される面とその反対の面の溶融状態がアンバランスになる可能性があり、ビームが照射される面と半対の面に溶融不良が発生して、強度的な接合不良になる可能性があった。
【０００６】
そこで本発明は、径の異なる金属線の先端同士を接合する溶融接合において、細径の金属線の断線と、接合不良の発生を抑制することが可能な、溶融接合方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の金属線の溶融接合方法は、第１の金属線の先端から離れて、かつ、前記第１の金属線に近接する位置に、第２の金属線の先端を配置し、前記第１の金属線に高エネルギー密度ビームを照射して、前記第１の金属線の先端に溶融金属溜りを形成し、前記溶融金属溜りを、前記第２の金属線の先端が内包されるまで成長させた後、凝固させる。
【０００８】
また、本発明では、前記高エネルギー密度ビームに、レーザを用いることが好ましい。
【０００９】
また、本発明では、前記第１の金属線と、前記第２の金属線との間に、高エネルギー密度ビームを遮断する遮断材を配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、径の異なる金属線の先端同士を接合する溶融接合において、細径の金属線の断線と、接合不良の発生を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に用いる各構成の配置を示す図
【図２】実施形態により金属線を溶融接合する工程を示す図
【図３】第２の金属線２が溶断することを示す模式図
【図４】溶融金属溜りＷが形成された直後を示す模式図
【図５】遮断材７を用いて第２の金属線２の溶断を回避することを示す図
【図６】レーザ６の照射方向を示す矢視図
【図７】実施例で溶融接合した金属線の接合部写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の説明に用いる各構成の配置を示す図である。本実施形態では、第１の金属線１と第２の金属線２とを用い、第１の金属線１の先端３からｄ２離れた位置Ｌ２に、第２の金属線２の先端４を近接して配置している。ここで、第１の金属線１と第２の金属線２とは角度Ａをなしている。また、第１の金属線１の先端３からｄ６離れた位置Ｌ６にレーザヘッド５を配置し、高エネルギー密度ビームであるレーザ６を第１の金属線１に照射できるようにしている。
【００１３】
次に、図２により、第１の金属線１と第２の金属線２とを溶融接合する工程について説明する。図２（ａ）はレーザ６の照射前、図２(ｂ)はレーザ６の照射初期、図２（ｃ）はレーザ６の照射中、図２(ｄ)はレーザ６の照射後、を示している。
【００１４】
図２(ａ)に示す状態からレーザ６を照射すると、図２(ｂ)に示すように、第１の金属線１の一部が溶融する。さらにレーザ６を継続して照射すると、図２(ｃ)に示すように、第１の金属線１の先端３まで溶融して溶融金属溜りＷを形成する。この溶融金属溜りＷは、表面張力によって球状化するとともに、図２(ｄ)に示すように、第１の金属線１の先端３とは反対側に成長し、第２の金属線２の先端４を内包する。そして、溶融金属溜りＷは、レーザ６の光軸Ｒ０から外れるか、またはレーザ６の照射を止めると、加熱されなくなり凝固を開始する。つまり、レーザ６の照射位置Ｌ６や照射時間を決めることによって溶融金属溜りＷの形成位置を制御することができる。
【００１５】
本実施形態では、レーザ６の照射位置Ｌ６を所定の位置に決めることで、溶融金属溜りＷの位置を制御する。その方法を以下に説明する。
第１の金属線１にレーザ６を照射すると、熱伝導で周辺を加熱しながら溶融金属溜りＷを形成するが、後で説明するように、本実施形態では第１の金属線１は７本の金属単線からなる金属線であるので、単線の密着具合によって熱伝導の効率が変わり、溶融金属溜りＷの形成時間も変わる。例えば、７本の線に隙間があると、熱伝導効率が著しく低下して、第１の金属線１の先端３の溶融に要する時間が長くなる。このように、レーザ６の照射時間を仮に固定しても、先端が溶けきる時間にはばらつきが生じる。そのため、本実施形態では、第１の金属線１の先端３を十分な時間で溶融して、照射位置Ｌ６を決めることで溶融金属溜りＷの形成位置を制御することができる。
【００１６】
また、図２(ｄ)に示すように、溶融金属溜りＷが形成される位置に第２の金属線２の先端４を配置することにより、溶融金属溜りＷが第２の金属線２の先端４を内包するまで成長し、その後凝固する。溶融金属溜りＷはこれ以上成長しないため、溶融金属溜りＷ内で両金属線の先端同士が溶融しても引っ張られることがなく、接合した状態を維持できる。本実施形態では、第１の金属線１の先端３が溶融して、第２の金属線２の先端４の位置まで導くことになる。このようにすることで、第１の金属線１の径に対して、第２の金属線２が十分細い線であっても、溶断することなく接合できる。つまり、金属線を溶融するために必要なエネルギーに差がある金属線同士でも高い接合効果を得ることができる。
【００１７】
本実施形態では、２つの金属線のうち、径の大きい金属線、つまり第１の金属線１にレーザ６を照射して溶融金属溜りＷを形成する。このようにすることで、細線である第２の金属線２に対して十分大きな溶融金属溜りＷを形成することができ、図２ (ｄ)に示すように、溶融金属溜りＷが第２の金属線２の先端４へ到達した際に、第２の金属線２の先端４を十分に内包することが可能である。すなわち、接合効果が高まり、強い接合強度を得ることができる。
【００１８】
次に、レーザ６の照射位置Ｌ６について説明する。照射位置Ｌ６によって溶融金属溜りＷの形成位置を制御するとともに、溶融金属溜りＷの大きさを決定する。図２（ｃ）に示すように、溶融金属溜りＷの直径ＤＷが第１の金属線１の直径Ｄより大きいと、接合対象である第２の金属線２の先端４と接触できることから、照射位置Ｌ６は溶融金属溜りＷの形成位置、溶融金属溜りＷの直径ＤＷによって適宜設定できる。溶融金属溜りＷが第２の金属線２の先端４を十分内包する条件であれば良い。
【００１９】
次に、第２の金属線２の先端４が第１の金属線１に近接する位置Ｌ２について説明する。本発明は、形成した溶融金属溜りＷが第１の金属線１先端３とは反対側へ成長した後に、第２の金属線２の先端４に接触する。本実施形態では、溶融金属溜りＷがＬ６付近まで成長するので、ｄ２はｄ６以上の長さとなる。ここで、ｄ２の長さはｄ６の長さ、第２の金属線２の径により変わるので、溶融金属溜りＷが成長して第２の金属線２の先端４に到達し、第２の金属線２の先端４を十分内包する長さであれば良い。
【００２０】
次に、第１の金属線１と第２の金属線２とのなす角度Aについて説明する。まず、角度を持つ理由は以下の通りである。図３は、第１の金属線１の先端３と、第２の金属線２の先端４とが、対面して上下に重なった状態で接合を行った場合の模式図である。図３(ａ)はレーザ６の照射前、図３(ｂ)はレーザ６の照射初期、図３(ｃ)はレーザ６の照射中、図３（ｄ）は溶融金属溜りＷの成長後、をそれぞれ示している。図３（ｂ）に示すように、レーザ６により第１の金属線１の一部が溶融すると第２の金属線２に接触する。さらにレーザ６の照射を継続すると図３（ｃ）に示すように、第１の金属線１の先端３がすべて溶けきって、溶融金属溜りＷは表面張力によって球状化するとともに、第１の金属線１の先端３とは反対方向へ成長する。その過程で第２の金属線２が溶融金属溜りＷに接触していると、図３（ｄ）に示すように、第２の金属線２が溶断する可能性がある。そのため、本発明では、溶融金属溜りＷが成長を終える位置に、接合対象である第２の金属線２の先端４が角度を持って近接し、溶融金属溜りＷが第２の金属線２の先端４を内包する配置にしている。
【００２１】
次に、最適な角度Ａについて説明する。図４は、溶融金属溜りＷが形成された直後を示す模式図である。図４に示すように、溶融金属溜りＷが形成された直後は、まだレーザ６が照射されている場合がある。溶融金属溜りＷが成長を終えるとレーザ６の直下にある第２の金属線２に直接レーザ６の一部が照射されるが、第２の金属線２が角度を持つ配置であれば、レーザ６からの距離を確保でき、第２の金属線２の受けるエネルギーを低減することができる。また、角度によりレーザ６の反射成分が多くなり、レーザ６の吸収を抑えることができる。このようにすることで、レーザ６が直接第２の金属線２に照射されても、溶断を回避することが可能である。本実施形態では、第２の金属線２の角度Ａを４５度にすることで、レーザ６を直接受けることによる溶断を回避することができる。最適な角度Ａについては、レーザ６のエネルギーや第２の金属線２の材質や太さにより変わる。レーザ６を直接照射しても、第２の金属線２が溶断しない角度であれば良く、角度Ａは２０度以上であることが好ましい。２０度未満であると、図３に示す、第２の金属線２が溶断する可能性がある。また、図５に示すように、第２の金属線２に直接レーザ６を照射しないように、角度Ａを設けることに加え、遮断材７を設けても良い。
【００２２】
本発明は、レーザ６により第１の金属線１を溶融し、接合するに十分な溶融金属溜りＷを形成して、溶融金属溜りＷが第２の金属線２の先端４を内包するので、接合部で第２の金属線２の先端４が露出することはない。また、第２の金属線２にレーザ６が直接当たらない位置関係であれば、レーザ６はあらゆる角度から照射しても良いので、レーザ６の照射方向に制約が少なく作業性が良い。図６に示す図１のＢ方向からの矢視図ように、例えば、照射位置１〜３のようにレーザ６の照射方向を変えることができる。
【００２３】
以上が本実施形態を示す説明である。本実施形態の第１の金属線１と第２の金属線２はともに７本の金属単線からなる金属線を示したが、これに限らない。第１の金属線１と第２の金属線２は、同一の金属単線が複数集合している金属線、単一の金属線からなる単線、双方を含み、その組み合わせも限られない。
【００２４】
上記の実施形態を用いた実施例を以下に説明する。
【００２５】
第１の金属線として直径０．２５ｍｍの銅単線７本からなる撚線を、第２の金属線として表面に銀メッキが施された直径０．０５ｍｍの銅単線７本からなる撚線を用いた。第２の金属線の先端を第１の金属線の先端から１．０ｍｍの位置に４５°の角度を持って近接させる構成で接合評価を行った。レーザとして波長１０６４ｎｍのファイバーレーザを用いて、１１．３Ｊのエネルギーで単発照射を行い、第１の金属線から離れる方向にデフォーカスを２ｍｍかけた。
【００２６】
図７に金属線接合後の接合部を示す。接合部表面を確認したところ、孔等の欠陥は認められなかった。また、接合部を研磨して内部監察したところ、孔、ボイド等の欠陥は認められなかった。
【００２７】
以上、本発明について、実施形態を用いて説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術範囲において、その内容を変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１：第１の金属線
２：第２の金属線
３：第１の金属線１の先端
４：第２の金属線２の先端
５：レーザヘッド
６：レーザ
７：遮断材
Ｌ２：第２の金属線の先端４が第１の金属線１に近接する位置
ｄ２：第２の金属線の先端４が近接する位置Ｌ２と第１の金属線１の先端３の距離
Ｌ６：レーザ６の照射位置
ｄ６：レーザ６の照射位置と第１の金属線１の先端３の距離
Ｒ０：レーザ６の光軸中心
Ｗ：第１の金属線１の先端３が溶融して形成された球状の溶融金属溜り
Ａ：第１の金属線１と第２の金属線２とのなす角度
【図１】
2020049501.tif 000003
【図２】
2020049501.tif 000004
【図３】
2020049501.tif 000005
【図４】
2020049501.tif 000006
【図５】
2020049501.tif 000007
【図６】
2020049501.tif 000008
【図７】
2020049501.tif 000009