(57)【要約】      （修正有）【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および該接合方法に用いられる金属体接合装置を提供する。【解決手段】２つの金属体１，２の接合部３にろう材４を付帯し、該ろう材にレーザ照射して該ろう材を溶融する工程を有することを特徴とする金属体の接合方法。レーザ照射手段およびろう材供給手段を具えることを特徴とする金属体接合装置。【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、該ろう材にレーザ照射をして該ろう材を溶融する工程を有することを特徴とする金属体の接合方法。
【請求項２】
ろう材が、ワイヤー状であ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】
ろう材が、りん銅ろうであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属体の接合方法。
【請求項４】
レーザ照射が、ＹＡＧパルスレーザで行われ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】
レーザ照射により接合部を溶融して金属体に変形部分を形成し、該変形部分にろう材を溶出させる工程を有す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】
金属体の接合部の周辺部が保護材で覆われてい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】
レーザ照射手段およびろう材供給手段を具えることを特徴とする金属体接合装置。
【請求項８】
ろう材供給手段が、ろう材ワイヤーフィーダであることを特徴とする請求項７に記載の金属体接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材を使用し、該ろう材にレーザ照射することを特徴とする金属体の接合方法および該接合方法に用いられる金属体接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低公害の自動車として、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が注目され、開発が進められている。このような自動車の駆動用モータとしては、大出力であるとともに、小型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）
ここで、冷間圧接は、ダイスなどの圧接工具により被接合金属間を高圧下に接触（圧接）させ、被接合金属を塑性変形させて接合するものであり、超音波溶接は、接合部に圧力を加えるとともに、超音波により被接合金属に機械振動を印加して接合部間を摩擦し接合する方法である。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、レーザ溶接やろう付けも考えられる。
レーザ溶接によれば、接合部から離れた位置からのレーザ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、銅などの高反射率の金属は、レーザ照射による加熱が困難であり、溶融させにくい。従ってレーザ溶接により、良好な溶接状態を得ることが難し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との長所を有するが、良好な接合を得るためには、被接合金属の接合部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、結果的にろう付け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、電子ビームをろう材の加熱手段として用いる方法では、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および該接合方法に用いられる金属体接合装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、レーザ溶接の間接性、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。
【０００９】
本発明の請求項１の態様は、金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材にレーザ照射をして該ろう材を溶融する工程を有することを特徴とする金属体の接合方法である。
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、これらの金属はレーザ光の反射率が高いので、レーザによる加熱溶融は困難であり、溶接効率は高くない。本発明では、レーザを、これらの金属の代わりにろう材に照射することにより、効率よく接合を進めよい接合状態を達成するものである。
【００１０】
すなわち、レーザ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、レーザの照射により、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】
ここで、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。
【００１２】
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レーザ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。
本発明の請求項２の態様は、上記の金属体の接合方法において、ろう材がワイヤー状であることを特徴とするものであり、この好ましい態様に該当する。
【００１３】
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、接合対象の金属の種類、導体の大きさ、接合部の近傍の環境などにより、好ましいものが選ばれる。ハンダとしては、Ｐｂ−Ｓｎハンダの他に、ＳｎをベースにＡｇ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｉ等を少量加えた種々のＰｂフリーハンダが例示される。通称硬ロウと称する高融点のろう材としては、ＮｉにＣｒ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｂを添加した合金、ＣｕにＰ、Ａｇを加えた合金などが例示される。特に、接合される金属体が銅である場合には、りん銅ろうが好ましい。請求項３は、この好ましい態様に相当し、ろう材が、りん銅ろうであることを特徴とする。
【００１４】
レーザ照射は、好ましくは、ＹＡＧパルスレーザーを用いて、照射エネルギー５〜１００Ｊで行われる。請求項４は、この好ましい態様に相当し、レーザー照射が、ＹＡＧパルスレーザーで行われることを特徴とする。
【００１５】
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おこらない範囲とする必要がある。
【００１６】
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。そこで、適当な範囲内のワイヤーの断面積のろう材を選ぶことにより、使用するろう材の量を適当な範囲内とすることができる。
【００１７】
本発明の請求項５の態様は、２つの金属体の接合部にろう材を付帯し、該ろう材にレーザ照射して該ろう材を溶融する工程を有する金属体の接合方法であって、さらに、レーザ照射により接合部を溶融して金属体に変形部分を形成し、該変形部分にろう材を溶出させる工程を有することを特徴とする金属体の接合方法である。
レーザ照射量を、ろう材の溶融に必要な照射量よりも、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ができる。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。
【００１８】
本発明の請求項５の態様においては、形成された変形部分内にろう材を溶出させる。好ましくは、該変形部分、例えば凹部や貫通孔はろう材により充填される。
該変形部分孔内にろう材を溶出させ、好ましくは該変形部分にろう材を充填させ、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。
【００１９】
本発明の請求項６の態様は、金属体の接合部の周辺部が保護材で覆われていることを特徴とする上記の金属体の接合方法である。
レーザをろう材に照射すると、該照射部の近傍もレーザ照射による加熱の影響を受け、さらにプラズマ発生による表面焼けをおこすことがある。そこで、照射部の近傍、すなわち金属体の接合部の周辺部をレーザに対する高反射率を有する保護材で覆うことが好ましい。請求項６の態様は、この好ましい態様に該当するものである。
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。
【００２０】
本発明の請求項７の態様は、上記の本発明の金属体の接合方法の実施に用いることができる金属体接合装置であり、レーザ照射手段およびろう材供給手段を具えることを特徴とする金属体接合装置である。
レーザ照射手段とは、接合される金属体に付帯されたろう材にレーザを照射する装置であり、上記のように５〜１００Ｊ程度の照射エネルギーを有するＹＡＧパルスレーザーが好ましく用いられる。
【００２１】
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。
本発明の金属体接合装置は、一装置内にレーザ照射手段とろう材を付帯させる手段を有するので、この装置を用いることにより、上記の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、好適に用いられる。
【００２２】
上記のように、供給されるろう材としてはワイヤー状のろう材が好ましい。そこで、ろう材供給手段としては、ろう材ワイヤーフィーダが好ましく例示される。本発明の請求項８はこの好ましい態様に該当し、ろう材供給手段が、ろう材ワイヤーフィーダであることをさらに特徴とする金属体接合装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の金属体の接合方法によれば、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る。また、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短くすることもでき、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。
【００２４】
本発明の請求項５の態様によれば、より強固な接合を得ることができる。
さらに、本発明の請求項６の態様によれば、レーザ照射による接合部近傍の表面焼けなどの弊害を防ぐことができる。
また本発明の金属体接合装置を用いることにより、本発明の金属体の接合方法を容易に実施し上記の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施例に基づいて、本発明の実施の形態について更に具体的に説明する。
図１は、本発明の一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、レーザが照射され、ろう材４は溶融される。
【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。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
図４は請求項５の例、特に金属体の変形部分が貫通孔である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。この例では、ろう材は接着剤の役割を果たすとともに、その吸熱性によりレーザ照射の効率を高める役割を果たしている。
【００２９】
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、接合部近傍は多少なりとも加熱の影響を受け、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。
【００３０】
図６は、本発明の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】
【００３１】
本発明の金属体の接合方法、本発明の金属体接合装置を用いて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】
【００３２】
【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】本発明の金属体接合装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２、５  金属体
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】
2005169443.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005169443.tif 000006
【図５】
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【図６】
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