(57)【要約】【課題】  銅などの高反射率の金属についてもよい接合状態を達成でき、接合工程の所用時間が長くなる問題もなく、かつ接合される導体の間隔を小さくし、該導体を含むモータの小型化を達成できる金属体の接合方法を提供する。【解決手段】  金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材に電磁波または電子線を照射する工程を含む金属体の接合方法であって、該ろう材の表面が電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆われていることを特徴とする金属体の接合方法。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材に電磁波または電子線を照射する工程を含む金属体の接合方法であって、該ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆われていることを特徴とする金属体の接合方法。
【請求項２】
該ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い金属でメッキされていることを特徴とする請求項１に記載の金属体の接合方法。
【請求項３】
該ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い塗料により塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の金属体の接合方法。
【請求項４】
該ろう材が、ワイヤー状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の金属体の接合方法。
【請求項５】
該ろう材が、銀ろうであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の金属体の接合方法。
【請求項６】
電磁波または電子線の照射が、レーザの照射であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の金属体の接合方法。
【請求項７】
レーザが、ＹＡＧパルスレーザであることを特徴とする請求項６に記載の金属体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材を使用し、該ろう材に、電磁波または電子線を照射することを特徴とする金属体の接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリット自動車や燃料電池自動車などの駆動用モータとしては、小型でかつ大出力であることが求められている。モータの小型化のためには、モータ内の導体間隔や導体間の接合に要する空間は小さい方が好ましく、これらを極限まで小さくする方法の開発が望まれている。
【０００３】
従来、銅などの導体間の接合には抵抗溶接、冷間圧接や超音波接合などが採用されている。（末澤芳文著、先端溶接工学、共立出版、第１０５〜１０８頁、第１５４〜１５５頁、非特許文献１）
しかし、これらの接合方法では、いずれもが接合プローブを、接合部近傍に直接あてがう必要がある。従って、接合プローブが入り込むだけの空間が必要となり、導体の間隔を小さくし、モータを小型化することは困難となる。
【０００４】
銅などの導体間の接合の方法として、レーザ等の電磁波の照射による溶接やろう付けも考えられる。
電磁波照射による溶接、例えばレーザ溶接によれば、接合部から離れた位置からの照射により接合を達成できるので、接合プローブなどを接合部近傍にあてがう必要はない（間接性）。また、溶接時の溶融箇所を狭い範囲に限定することも容易である（局所性）。しかし、電磁波の反射率の高い金属、例えば銅は、電磁波の照射による加熱が困難であり、溶融させにくいとの問題があった。
【０００５】
一方ろう付けの場合は、ろう材の溶融は容易であるが、良好な接合を得るためには、被接合金属と溶融したろう材とのなじみ（濡れ性）を確保する必要がある。そのため接合部を含む広い範囲にわたり被接合金属の加熱が必要となり、結果的に工程の所用時間が長くなるとの問題があった。
【０００６】
また、特開平３−１５５４６３号公報（特許文献１）は、ろう付け材を接合部に付帯し、該ろう付け材を密収束状態の電子ビームにより加熱して溶融することを特徴とする金属製真空容器の溶接方法を開示している（請求項１）。しかし、この方法では、接合部を真空状態にする必要があり、小型モータ内の導体間の接合に適用することは困難であった。
【特許文献１】特開平３−１５５４６３号公報（請求項１）
【非特許文献１】末澤芳文著、「先端溶接工学」、共立出版、１９８８年６月１日、第１０５〜１０８頁、第１５４〜１５５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、銅などの、電磁波または電子線に対する反射率の高い金属についてもよい接合状態を達成でき、接合工程の所用時間が長くなる問題もなく、かつ接合される導体の間隔を小さくし、該導体を含むモータの小型化を達成できる金属体の接合方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、電磁波照射や電子線照射による溶接の間接性、局所性と、ろう付けの容易性に着目し、これらを併用することにより、上記の目的が達成できることを見出した。
本発明は、その請求項１として、金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材に電磁波または電子線を照射する工程を含む金属体の接合方法であって、該ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆われていることを特徴とする金属体の接合方法を提供する。
【０００９】
本発明の金属体の接合方法は、先ず、金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材に電磁波または電子線を照射することを特徴とする。モータ内の導体の材質としては、銅や銀がその代表例として挙げられるが、これらの金属は電磁波または電子線の反射率が高いので、電磁波照射や電子線照射による加熱、例えばレーザ加熱による溶融は困難であり溶接効率は高くない。本発明では、これらの金属の代わりに、融点がこれらの金属より低いろう材に電磁波または電子線を照射することにより溶接効率を向上させるものであり、銅や銀などの金属母材自体への照射よりも効率よく接合を得ることができる。
【００１０】
すなわち、電磁波または電子線の照射によりろう材は溶融し、２つの金属体の接合部を覆う。また、電磁波または電子線の照射により、ろう材に近接しているまたは密着している金属の接合部は加熱され、良好な接合を可能にする優れた濡れ性を得ることができる。従って、接合部を覆っているろう材が固化すると良好な接合が達成される。
【００１１】
本発明の金属体の接合方法は、さらに、該ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆われていることを特徴とする。
【００１２】
本発明者は、前記の方法において、ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆うことにより、接合工程の所用時間を短縮し、溶接効率が向上することを見出した。これは、ろう材表面での電磁波または電子線の反射を低減し、ろう材の加熱に使われる電磁波または電子線のエネルギー量を増大できることによると考えられる。例えば銀ろうを、レーザ照射する場合は、銀ろうはレーザ反射率が高い金属を主成分としているので、ろう材の溶融に高いレーザエネルギー量を必要とし、接合工程の所用時間が長くなる問題が発生しやすいが、銀ろうの表面を、レーザ反射率が銀ろうよりも低い材質で覆うことによりこの問題を防ぐことができる。
【００１３】
ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆う方法としては、例えば、ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い金属でメッキする方法が挙げられる。本発明の請求項２は、この態様に該当し、前記の金属体の接合方法であって、ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い金属でメッキされていることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものである。
【００１４】
電磁波または電子線の反射率がろう材よりも低い金属は、該ろう材上にメッキが可能な金属であって、好ましい種類は、用いられるろう材や電磁波または電子線の種類により変動する。電磁波であるＣＯ２レーザまたはＹＡＧレーザを用い、ろう材が銀ろうの場合は、錫、クロム、タングステン、ニッケル及びアルミニウムが例示される。中でも特に錫が好ましい。
【００１５】
ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆う他の方法として、該ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い塗料により塗布する方法も例示される。本発明の請求項３は、この態様に該当し、前記の金属体の接合方法であって、ろう材の表面が、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い塗料により塗布されていることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものである。
【００１６】
電磁波または電子線の反射率がろう材よりも低い塗料は、該ろう材上に塗布が可能な塗料であって、好ましい種類は、用いられるろう材や電磁波または電子線の種類により変動する。電磁波であるＣＯ２レーザまたはＹＡＧレーザを用い、ろう材が銀ろうの場合は、１，１，１−トリクロロエタン等が例示される。
【００１７】
電磁波または電子線の反射率がろう材よりも低い材質の厚みは、該ろう材表面からの電磁波または電子線の反射を防ぐ厚みであればよく、上に例示されたメッキや塗料であって電磁波であるレーザを用いる場合は、数μｍあれば充分である。また、ろう材表面の一部に、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆われていない部分があってもよいが、ろう材からの電磁波または電子線の反射を充分に防ぐために、ろう材の表面の全部または大部分が、該材質で覆われている方が好ましく、特に、ろう材の表面が均一に覆われている方が好ましい。
【００１８】
金属体の接合部にろう材を付帯するとは、該金属体の境界部分またはその近傍にろう材を近接、密着させ、該ろう材の溶融により、該接合部が覆われるようにすることを意味する（いわゆる隅肉溶接に類似する）。金属体の接合部にろう材をできるだけ近接または密着させることが好ましい。
【００１９】
金属体の接合部へろう材を付帯する方法は特に限定されない。例えば、ろう材の小塊を一定間隔で、該接合部に沿って置く方法も採用できる。ただし、この方法では、ろう材小塊の設置間隔や電磁波または電子線の照射条件が不適当な場合、溶融したろう材が接合部全長を覆うことができず、接合が不十分になることがある。そこで、ろう材をワイヤー状とし、接合部に沿うように該ワイヤーを付帯する方法が好ましい。
【００２０】
本発明の請求項４は、この好ましい態様に該当し、前記の金属体の接合方法であって、ろう材が、ワイヤー状であることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものである。
【００２１】
ろう材には融点４５０℃未満のハンダと、融点４５０℃以上の通称硬ロウと呼ばれるものがあるが、本発明で使用されるろう材はいずれも含み、いずれのろう材を使用した場合でも、該ろう材の表面を、電磁波または電子線の反射率が該ろう材よりも低い材質で覆うことにより、接合工程の所用時間を短縮することが可能である。しかし、本発明の効果が特に発揮されるのは、電磁波または電子線の反射率の高いろう材、とりわけ銀ろうの場合である。本発明の請求項５は、この態様に該当し、前記の金属体の接合方法であって、該ろう材が、銀ろうであることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものである。
【００２２】
電磁波または電子線の照射としては、電磁波であるレーザ照射が好ましく、特に、ＹＡＧパルスレーザを用いる照射が好ましい。本発明の請求項６及び請求項７は、この好ましい態様に相当する。すなわち、請求項６は、前記の金属体の接合方法であって、電磁波または電子線の照射が、レーザの照射であることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものであり、請求項７は、さらに、レーザがＹＡＧパルスレーザであることを特徴とする金属体の接合方法を提供するものである。ＹＡＧパルスレーザを用いる場合、照射エネルギーは、５〜１００Ｊ程度が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の金属体の接合方法によれば、銅や銀などの電磁波または電子線の反射率の高い金属を接合する場合においても、さらにろう材として銀ろうなどの電磁波または電子線の反射率の高い金属を主成分とするものを用いた場合においても、接合工程の所用時間が長くなる問題もなく、よい接合状態を達成できる。また、接合される導体の間隔を小さくすることもでき、接合の実施に必要なスペースを確保する必要もないので、モータの小型化を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、実施例に基づいて、本発明の最良の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施例の概要を示す概略図である。
この例では、２本の平角の銅線１、２が交差した接合部３に、ワイヤー状のろう材４が付帯されている。このろう材４上に、レーザ（電磁波）が照射され、ろう材４は溶融される。
【００２５】
ワイヤー状のろう材４には、厚さ２μｍの錫メッキが施されている。錫の代りにレーザ（電磁波）反射率の低い、すなわちレーザの吸収率が高い他の金属でメッキされてもよいし、金属のメッキの代りにレーザ反射率の低い塗料でろう材４が覆われていてもよい。
【００２６】
図２は、図１のＡ−Ａ部の概略断面図であり、ワイヤー状のろう材４が、接合部３に近接していることが示されている。図３は、ろう材４が溶融された後の状態を示す概略断面図である。図３においては、銅線２に隣接する平角の銅線５も示されている。
【００２７】
使用するろう材の量は、溶融したろう材が接合部を覆い、その固化により接合を達成できる量以上とする必要がある。
一方、複数の接合が狭い間隔で形成される場合、ろう材の量が多いと溶融し、固化したろう材が隣接の導体の位置にまで広がり、隣接の導体に接触することになり好ましくない。そこで、使用するろう材の量は、良好な接合が達成できる量以上であり、かつ隣接の導体との接触が起こらない範囲とする必要がある。
【００２８】
ろう材がワイヤー状の場合、溶融し固化したろう材の広がりの大きさは、ワイヤーの断面積に依存する。すなわち、ろう材４の断面積は、溶融の前（図２）と後（図３）とで殆ど同じである。従って、図３中のａの長さは、ろう材ワイヤーの断面積により規定される。そこで、ａが隣接する銅線間の距離（図３中のｂ）より短くなる、すなわち、ろう材４の溶け出しが隣接する銅線にまで広がらないような、ワイヤー断面積のろう材が選択される。
【００２９】
レーザ照射量は、ろう材の溶融に必要な照射量が選ばれるが、この照射量をさらに増大することにより、金属体のレーザ照射される部分を溶融し、凹部や貫通孔などの変形部分を形成することもできる。（本例では、レーザが用いられているが、他の電磁波または電子線を用いた場合も同様である。）この場合ろう材は、接着剤としての機能とともに吸熱剤としての機能も有し、ろう材の吸熱性により該変形部分の形成を容易に行うことができる。
【００３０】
さらに、該変形部分内にろう材を溶出させ、好ましくは該変形部分内をろう材で充填させ、その後固化することによって、該変形部分内のろう材と接合部を覆うろう材が一体化し、強固な接合を得ることができる。特に変形部分が貫通孔の場合は、いわゆる貫通溶接が達成でき、より強固な接合を得ることができる。なお貫通溶接においては、ろう材を付帯させる位置は、貫通溶接を可能とするレーザの照射位置であればよく、必ずしも接合境界面である必要はない。
【００３１】
図４はこのような金属体の変形部分を形成させた例を示す概略断面図である。この例では、レーザ照射量を増大させて金属体に貫通孔６を形成させ、該貫通孔６内にろう材４を溶出させ、溶融されたろう材により貫通孔６は充填されている。
【００３２】
図５は、金属体の接合部３の周辺部が保護材の銅テープ７で覆われている例を示す概略断面図である。レーザ照射において、接合部、すなわちレーザ照射部の近傍は多少なりともレーザ照射による加熱の影響を受け、さらに溶接時のプラズマ発生による表面焼けを起こすので、その部分を、反射率の高い銅のテープ７で覆い、それらの弊害を防いでいる。さらに銅テープ７からのレーザ反射により、レーザ反射を受ける接合部（図５の３’）におけるレーザ照射効率を高める事も可能となる。ここで保護材としては、銅などのレーザに対する高反射率を有する金属からなるテープが好ましい。その厚みは２００μｍ程度で充分である。なお、反射率の高い金属テープを使用して表面焼けを防止する方法、及び照射効率の向上は、レーザ以外の電磁波または電子線を照射する場合も同じである。
【００３３】
本発明の金属体の接合方法は、電磁波または電子線の照射手段およびろう材供給手段を具える金属体接合装置を用いて実施することができる。ここで、ろう材供給手段は、接合される金属体にろう材を付帯させる手段である。このような装置は、一装置内に電磁波または電子線の照射手段とろう材を付帯させる手段を有するので、これを用いることにより、本発明の金属体の接合方法の実施を容易に行うことができる。
【００３４】
図６は、本発明の実施に用いられる金属体接合装置の一例を示す斜視図である。この装置は、ろう材ワイヤーフィーダＡとレーザ照射手段Ｂからなり、この装置により２本の平角の銅線１、２が交差した接合部の接合が行われている。すなわち先ず、ろう材ワイヤーフィーダＡよりワイヤー状のろう材（ろう材ワイヤー８）が図に示されるように供給されるとともに、ろう材ワイヤーフィーダＡは図６中の矢印の方向に移動するので、ろう材ワイヤー８は接合部に付帯される。付帯されたろう材ワイヤー８は、レーザ照射手段Ｂによりレーザ照射され溶融する。レーザ照射手段Ｂは、ろう材ワイヤーフィーダＡと一体になって図６中の矢印の方向に移動する。この溶融されたろう材９はその後硬化し、銅線１、２を接合する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の金属体の接合方法により製造されたモータは、小型のモータとして、ハイブリット自動車や燃料電池自動車など、モータにより駆動する自動車に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一例の概要を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ部の概略断面図である。
【図３】ろう材４が溶融された後の状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の一例の概要を示す概略断面図である。
【図５】本発明の他の一例の概要を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施に用いられる金属体接合装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２、５  銅線
３  接合部
４  ろう材
６  貫通孔
７  銅テープ
８  ろう材ワイヤー
９  溶融されたろう材
Ａ  ろう材ワイヤーフィーダ
Ｂ  レーザ照射手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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