(57)【要約】【課題】外周面が被膜された被膜物体の被膜を短時間で効率的に剥離可能なレーザ剥離装置を提供する。【解決手段】レーザ剥離装置１は、レーザ光源２と、レーザ光源２からの出射光を、外周面が被膜にて覆われたワーク６の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにするアキシコンレンズ４と、円環ビームを、円環の中心に向けて反射させて集光させる反射面５ａを有する反射部材５とを備え、集光させた円環ビームによりワーク６から被膜を剥離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射して外周面が被膜にて覆われた被膜物体から当該被膜を剥離するレーザ剥離装置であり、
レーザ光源と、
上記レーザ光源からの出射光を、上記被膜物体の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにする円環ビーム形成光学部材と、
上記円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させて集光させる反射面を有する反射部材と、
を備えたことを特徴とするレーザ剥離装置。
【請求項２】
上記反射部材の反射面は、上記レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて湾曲した凹面鏡の一部として、あるいは、上記レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて狭くなる円錐の内側の一部として形成されていることを特徴する請求項１に記載のレーザ剥離装置。
【請求項３】
前記反射部材は、上記レーザ光源からの出射光の光軸に垂直な断面が、上記円環ビームと同心円を成す円環形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ剥離装置。
【請求項４】
上記被膜物体は樹脂被膜された導線であることを特徴する請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ剥離装置。
【請求項５】
レーザ光を照射して外周面が被膜にて覆われた被膜物体から当該被膜を剥離するレーザ剥離方法であり、
レーザ光源からの出射光を、上記被膜物体の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにする円環形成ステップと、
上記円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させ、当該反射光を当該円環の中心に配置される上記被膜物体の外周面に集光させて、上記被膜物体から被膜を剥離する剥離ステップと、
を含むことを特徴とするレーザ剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周面が被膜された被膜物体の被膜を剥離する被膜剥離装置および被膜剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エナメル線は、例えば電子機器類の導線として広く普及しており、また、例えばハイブリッド車のモータにも用いられている。エナメル線は外周面に絶縁被膜が施されており、この絶縁被膜は剥離された状態で端子と接続される。エナメル線における絶縁被膜は、高い耐熱性、高い耐摩耗性などが要求されており、このような絶縁被膜として例えばポリイミド系樹脂が、例えば銅線に焼き付けられて用いられる。そのため、絶縁被膜は簡単に剥離することはできず、剥離するには、刃物ややすり等で削り取る機械的剥離方法、あるいは、例えば特許文献１に開示されているように、溶剤で溶かす化学的剥離方法を用いる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２-１３５９３６号公報
【特許文献２】特開２０００-０２３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被膜剥離方法のうち機械的剥離方法では、作業に時間がかかったり、導線に傷がついた場合にその箇所の強度が低下したり不具合が生じる。また、化学的剥離方法では、溶剤が人体や環境に悪影響を与えることがあり好ましくない。他方で、例えば特許文献２に開示されているように、レーザ光を用いて剥離する方法もあるが、レーザ光を一点に集光させて剥離するため、所望の範囲を剥離するためには時間がかかり過ぎる。また、エナメル線の絶縁被膜をぐるりと外周面に渡って剥離するには、レーザを走査するか、あるいはエナメル線が巻かれたワークを回転させる必要があり、走査をするための装置あるいは回転させるための装置が必要であり、実用的ではない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされ、その目的は、外周面が被膜された被膜物体の被膜を短時間で効率的に剥離可能なレーザ剥離装置およびレーザ剥離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るレーザ剥離装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を照射して外周面が被膜にて覆われた被膜物体から当該被膜を剥離するレーザ剥離装置であり、レーザ光源と、上記レーザ光源からの出射光を、上記被膜物体の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにする円環ビーム形成光学部材と、上記円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させて集光させる反射面を有する反射部材と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記構成によると、レーザ光源からの出射光は、円環ビーム形成光学部材により被膜物体の外周径より大きな径の円環ビームにされ、当該円環ビームは、反射部材の反射面により、当該円環の中心に向けて反射されて集光される。集光する領域である円環の中心に外周面が被膜された被膜物体を配置すると、被膜物体の外周面に光が集光する。そのため、集光した円環ビームにて被膜物体の外周面の被膜を剥離することができる。なお、集光した円環ビームには被膜を剥離するだけのエネルギーが必要であるが、レーザ光源からの出射光を適宜制御することで、剥離に必要なエネルギーを伝搬させることができる。レーザ光源からの出射光の制御は、公知の技術を利用できる。
【０００８】
上記のように、円環ビームを反射させ集光させて被膜物体の外周面の被膜を剥離するため、円環ビームが集光した被膜物体の外周面の被膜をぐるりと一括して剥離することができる。このように、以上のように上記構成によると、外周面が被膜された被膜物体の被膜を短時間で効率的に剥離することができる。
【０００９】
本発明に係るレーザ剥離装置では、上記反射部材の反射面は、上記レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて湾曲した凹面鏡の一部として、あるいは、上記レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて狭くなる円錐の内側の一部として形成されていてもよい。
【００１０】
上記構成によると、反射部材の反射面は、レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて湾曲した凹面鏡の一部として形成される。あるいは、レーザ光源からの出射光の進行方向上流から下流に向けて狭くなる円錐の内側の一部として形成される。つまり、上記構成によると、凹面鏡、あるいは内側に反射面を有する円錐を用いて、容易に上記反射部材の反射面を形成することができ、この反射面にて、円環ビームを、適切に、当該円環の中心に向けて反射させて集光させることができる。
【００１１】
本発明に係るレーザ剥離装置では、前記反射部材は、上記レーザ光源からの出射光の光軸に垂直な断面が、上記円環ビームと同心円を成す円環形状を有してもよい。
【００１２】
上記構成によると、反射部材の、レーザ光源からの出射光の光軸に垂直な断面が、円環ビームと同心円を成す円環形状であるため、円環ビームの円環の中心に配置する被膜物体を、レーザ光源からの出射光の光軸方向に移動させるときに反射部材が障害とならない。よって、被膜物体をレーザ光源からの出射光の光軸方向に容易に移動させることができ、円環ビーム照射中に、レーザ光源からの出射光の光軸方向に移動させることで、必要な剥離領域長を得ることができる。
【００１３】
ここで、上記被膜物体は樹脂被膜された導線であってもよい。上記構成によると、導線の被膜を短時間で効率よく剥離することができる。特にポリイミド系樹脂で絶縁被膜されたエナメル線は、従来被膜の剥離が困難であったが、上記構成によると、容易に短時間で効率よく剥離することができる。
【００１４】
本発明に係るレーザ剥離方法は、上記課題を解決するために、レーザ光を照射して外周面が被膜にて覆われた被膜物体から当該被膜を剥離するレーザ剥離方法であり、レーザ光源からの出射光を、上記被膜物体の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにする円環形成ステップと、上記円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させ、当該反射光を当該円環の中心に配置される上記被膜物体の外周面に集光させて、上記被膜物体から被膜を剥離する剥離ステップと、を含むことを特徴としている。
【００１５】
上記方法によると、上記した本発明に係るレーザ剥離装置と同様の効果を奏し、外周面が被膜された被膜物体の被膜を短時間で効率的に剥離することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るレーザ剥離装置は、以上のように、レーザ光源と、上記レーザ光源からの出射光を、上記被膜物体の外周径より大きな径の円環形状の円環ビームにする円環ビーム形成光学部材と、上記円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させて集光させる反射面を有する反射部材と、を備えている。
【００１７】
上記構成によると、レーザ光源からの出射光は、円環ビーム形成光学部材により被膜物体の外周径より大きな径の円環ビームにされ、当該円環ビームは、反射部材の反射面により、当該円環の中心に向けて反射されて集光される。集光する領域である円環の中心に外周面が被膜された被膜物体を配置すると、被膜物体の外周面に光が集光する。そのため、集光したレーザ光にて被膜物体の外周面の被膜を剥離することができる。
【００１８】
上記のように、円環ビームを反射させ集光させて被膜物体の外周面の被膜を剥離するため、円環ビームが集光した被膜物体の外周面の被膜をぐるりと一括して剥離することができる。このように、以上のように上記構成によると、外周面が被膜された被膜物体の被膜を短時間で効率的に剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明に係るレーザ剥離装置の一実施形態での概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、レーザ光源からの出射光の模式図であり、（ｃ）は、ビームエキスパンダからの出射光の模式図であり、（ｄ）は、円環ビームの模式図である。
【図２】本発明に係るレーザ剥離装置が有する反射部材の正面図である。
【図３】本発明に係るレーザ剥離装置の他の実施形態での概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係るレーザ剥離装置を用いてエナメル線の一部の被膜を剥離したことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２１】
図１（ａ）は、本実施形態に係るレーザ剥離装置１の概略構成を示す断面図である。レーザ剥離装置１は、外周面が被膜にて覆われたワーク（被膜物体）６にレーザ光を照射して、ワーク６表面の被膜を剥離する装置である。レーザ剥離装置１は、図１（ａ）に示すように、レーザ光源２、ビームエキスパンダ３、アキシコンレンズ（円環ビーム形成光学部材）４、反射部材５を備えている。なお、図面における各部材の形状、縮尺、配置間隔は、実際のレーザ剥離装置１とは異なる。
【００２２】
レーザ光源２としては、固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ等、公知のレーザ光源を用いることができる。例えば、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、Ａｒレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、エキシマレーザ等が好適に用いられる。また、出射するレーザ強度、波長は、ワーク６の表面に集光するレーザ光がワーク６の被膜を剥離できるエネルギーを伝達できる程度であればよい。また、レーザ光は１つの波長からなるものに限定されず、２つ以上の波長が混合されたものであってもよい。また、レーザ光の波形は、連続波であってもパルス波であってもよく、限定はされない。
【００２３】
レーザ光源２からの出射光の制御は公知の技術を利用することができる。
【００２４】
ビームエキスパンダ３は、レーザ光源２からの出射光を平行光束に広げる光学部材である。ビームエキスパンダ３は、レーザ光源２からの出射光の径が、例えば、図１（ｂ）に示すように１ｍｍであるものを、図１（ｃ）に示すように２０ｍｍの径の平行光束に広げることができる。なお、これら数値は単なる例示である。
【００２５】
アキシコンレンズ４は、コニカルレンズあるいは円錐レンズとも称され、入射された光を図１（ｄ）に示すような円環ビームにして出射する光学部材である。つまり、本実施形態では、アキシコンレンズ４により円環ビームが形成される。アキシコンレンズ４以外に円環ビームを形成できる光学部材があれば、それを用いて円環ビームを形成してもよい。
【００２６】
アキシコンレンズ４により形成された円環ビームは、その後、反射部材５の反射面５ａにて反射されて、ワーク６の外周面に集光されるため、少なくともワーク６の外周径より大きな径にしておく必要がある。
【００２７】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、レーザ剥離装置１には１つのアキシコンレンズ４を配置しているため、アキシコンレンズ４から出射直後の円環ビームよりも広がった状態で、反射部材５の反射面５ａにて反射される。あるいは、レーザ剥離装置１の変形例として、図３に示すように、２つのアキシコンレンズ４ａ，４ｂを用いてもよい。２つのアキシコンレンズ４ａ，４ｂを用いる場合、１つ目のアキシコンレンズ４ａから出射された円環ビームを２つ目のアキシコンレンズ４ｂにて平行光の円環ビームにして、反射部材５の反射面５ａにて反射させる。
【００２８】
反射部材５は、アキシコンレンズ４から出射された円環ビームを、当該円環の中心に向けて反射させて集光させる反射面５ａを有する光学部材である。
【００２９】
反射部材５は、凹面鏡、あるいは、内側に反射面を有する円錐を用いて形成することができる。凹面鏡の場合、反射面５ａである凹側の湾曲面をレーザ光源２からの出射光の進行方向上流側に向けて配置する。凹面鏡の場合、反射面５ａは、球面、非球面、放物面、いずれに形成されていてもよい。反射部材５が、内側に反射面を有する円錐である場合、レーザ光源２からの出射光の進行方向上流から下流に向けて円錐が狭くなるよう配置する。
【００３０】
反射部材５の反射面５ａにて反射された円環ビームが，再度反射面５ａに入射すると乱反射することになる。よって、これを避け、反射面５ａにて反射された円環ビームが直接ワーク６に集光されるように、反射部材５の形状、配置等を考慮するが好ましい。
【００３１】
反射部材５が凹面鏡の場合、極の領域は欠落している。また、反射部材５が円錐の場合には、頂点の領域が欠落している。つまり、反射部材５は、図２に正面図を示すように、レーザ光源２からの出射光の光軸に垂直な断面が、円環ビームと同心円を成す円環形状となっている。このように反射部材５の、レーザ光源２からの出射光の光軸に垂直な断面が、円環ビームと同心円を成す円環形状であるため、円環ビームの円環の中心に配置するワーク６を、レーザ光源２からの出射光の光軸方向（図１（ａ）のＺ方向）に移動させる際に、反射部材５が障害とならない。よって、ワーク６をレーザ光源２からの出射光の光軸方向に容易に移動させることができる。そのため、円環ビーム照射中に、ワーク６をレーザ光源２からの出射光の光軸方向に移動させることで、必要な剥離領域長を得ることができる。
【００３２】
以上のように、反射部材５は、レーザ光源２からの出射光の進行方向上流から下流に向けて湾曲した凹面鏡の一部として形成することができる。あるいは、レーザ光源２からの出射光の進行方向上流から下流に向けて狭くなる円錐の内側の一部として形成することができる。
【００３３】
反射部材５にて反射された円環ビームは、ワーク６の外周面に集光される。ここで、焦点がワーク６の外周面からずれていたとしても、レーザ光源２でレーザ光の強度を調整することで、ワーク６の被膜の剥離は可能である。
【００３４】
ワーク６は、外周面が被膜に覆われた被膜物体である。例えば、ポリイミド系樹脂が被膜されたエナメル線（導線）であってもよい。もちろん、エナメル線に限定されず、被膜がレーザ光により剥離でき、被膜で覆われた材料がレーザ光の照射に耐えられるものであればどのような材料であってもよい。具体的には、被膜された、金属材、セラミック材、半導体、ガラス材、樹脂材、ゴム材、木材などであってよい。被膜は、レーザ光によって剥離できるものであれば、樹脂被膜であってもよいし、樹脂以外の被膜であってもよい。
【００３５】
ワーク６は、図１（ａ）に示すように、円環ビームが反射され集光される領域である、円環ビームの円環の中心に配置される。このように配置されたワーク６は、上記のように集光したレーザ光にて被膜が剥離される。なお、ワーク６へのレーザ光の照射時間は、被膜が剥離される時間であればよい。
【００３６】
なお、ワーク６に円環ビームを照射中に、ワーク６をレーザ光源２からの出射光の光軸方向（図１（ａ）のＺ方向）に移動させることで、必要な剥離領域長を得ることができる。レーザ光源２からの出射光の光軸方向にワーク６を移動させる装置が設けられていてもよい。
【００３７】
以上のように、レーザ剥離装置１では、レーザ光源２からの出射光は、アキシコンレンズ４によりワーク６の外周径より大きな径の円環ビームにされ（円環形成ステップ）、当該円環ビームは、反射部材５の反射面５ａにより、当該円環の中心に向けて反射されて集光される。集光する領域である円環の中心にワーク６が配置されると、このワーク６の外周面に光が集光する。そのため、集光したレーザ光にてワーク６の外周面の被膜を剥離する（剥離ステップ）ことができる。
【００３８】
上記のように、レーザ剥離装置１は、円環ビームを反射させ集光させてワーク６の外周面の被膜を剥離するため、円環ビームが集光したワーク６の外周面の被膜をぐるりと一括して剥離することができる。このように、レーザ剥離装置１によると、外周面が被膜されたワーク６の被膜を短時間で効率的に剥離することができる。
【００３９】
なお、レーザ剥離装置１は大気中に配置させて使用することが可能である。ただし、レーザ光の照射時に多少のガスや煙が放出されるために各光学部材が曇ることがあるので、これを防ぐために、レーザ剥離装置１は、送風・排気・集塵設備と併用することが望ましい。
【００４０】
以上では、本発明に係るレーザ剥離装置として、ワーク６に円環ビームを集光させるものについて説明したが、例えば、次のように円環ビームではない光を集光させる場合にも利用可能である。レーザ光源２からの出射光を、プリズム等のビームスプリッタを用いて２つ以上に分岐させ、これら分岐された光を反射部材５にて反射させて、ワーク６に照射する。この場合、一度にワーク６の表面の２箇所以上（分岐した数）に集光できる。よって、このように分光を用いる場合も、従来の技術に比べて、時間で効率的にワーク６の被膜を剥離することができる。
【００４１】
（実施例）
上記で説明した構成のレーザ剥離装置１を大気中に設置し、室温にて、以下のように被膜物体であるワーク６の被膜剥離を行った。
【００４２】
（実施例１）
実施例１では、ワーク６として、０．８ｍｍ径の銅線に膜厚５μｍのポリイミドを被膜したエナメル線を用いた。レーザ光源２にはＹＡＧレーザを用いた。レーザ光源２から、波長５３２ｎｍ、出力７Ｗ、パルス幅１０ｎ秒、周波数５０ｋＨｚにてレーザ光を出射し、この出射光をビームエキスパンダ３、アキシコンレンズ４を介して円環ビームにし、円環ビームを反射部材５にて反射させ、エナメル線の表面に１Ｊ／ｃｍ２となるように集光させた。エナメル線を長さ方向の一方向に移動させながら、集光を３秒間行うことで、ワーク６において円環ビームが集光された部分のポリイミドが剥離されているのを確認することができた。エナメル線は、外周に渡ってぐるりと剥離されていた。
【００４３】
（実施例２）
実施例２では、ワーク６として、３ｍｍ×２ｍｍ角の銅線に膜厚５０μｍのポリイミドを被膜したエナメル線を用いた。レーザ光源２には炭酸ガスレーザを用いた。レーザ光源２から、波長１０．６μｍ、出力３０Ｗ、連続波にてレーザ光を出射し、この出射光をビームエキスパンダ３、アキシコンレンズ４を介して円環ビームとし、円環ビームを反射部材５にて反射させ、エナメル線の表面に２５５ｋＷ/ｃｍ２となるように、集光させた。エナメル線を長さ方向の一方向に移動させながら、３秒間集光を行うことで、エナメル線において円環ビームが集光された部分のポリイミド樹脂が剥離されているのを確認することができた。エナメル線は、外周に渡ってぐるりと剥離されていた。
【００４４】
実施例２の結果を図４に示す。図４から、エナメル線を移動させながら３秒間レーザ照射することで、長さ方向に８ｍｍ剥離したのがわかる。この８ｍｍとは、一実施例である実施例２での値であり、エナメル線の長さ方向に所望の長さの被膜剥離を行う場合には、エナメル線を長さ方向（レーザ光源２からの出射光の光軸方向）に所望の長さ分移動させればよい。
【００４５】
本発明は上述した実施形態および各実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、外周面が被膜にて覆われた被膜物体から被膜をレーザにて剥離する、剥離装置および剥離方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１    レーザ剥離装置
２    レーザ光源
３    ビームエキスパンダ
４，４ａ，４ｂ    アキシコンレンズ（円環ビーム形成光学部材）
５    反射部材
５ａ  反射面
６    ワーク（被膜物体）
【図１】
2013173178.tif 000003
【図２】
2013173178.tif 000004
【図３】
2013173178.tif 000005
【図４】
2013173178.tif 000006