(57)【要約】【課題】レーザによる除去を行い易く且つその除去による導体表面の傷や被覆の除去残りがほとんどないエナメル線を提供する。【解決手段】本発明のエナメル線の製造方法は、導体とワニスとを準備する準備工程と、前記導体に前記ワニスを塗布する塗布工程と、塗布された前記ワニスを硬化させる硬化工程とを含み、前記準備工程、前記塗布工程及び前記硬化工程の少なくとも一つの工程において、硬化した前記ワニスの吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率が急減する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下となる吸光処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体とワニスとを準備する準備工程と、
前記導体に前記ワニスを塗布する塗布工程と、
塗布された前記ワニスを硬化させる硬化工程と
を含み、
前記準備工程、前記塗布工程及び前記硬化工程の少なくとも一つの工程において、硬化した前記ワニスの吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率が急減する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下となる吸光処理を行うことを特徴とするエナメル線の製造方法。
【請求項２】
前記吸光処理は、前記準備工程において前記ワニスに吸光剤を添加する吸光剤添加処理、又は前記硬化工程において前記ワニスの硬化条件を所定の条件とする硬化処理である、請求項１に記載されているエナメル線の製造方法。
【請求項３】
前記ワニスは、硬化によってポリイミド、ポリアミドイミド又はエポキシ・アクリレート樹脂となるものである、請求項２に記載されているエナメル線の製造方法。
【請求項４】
前記硬化処理は、酸素濃度が３％以上２０％以下の条件で行われる、請求項２又は３に記載されているエナメル線の製造方法。
【請求項５】
被覆の吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率が急減する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下であり、
波長１０６４ｎｍの光における前記被覆の光吸収率が５％以上２４％以下である、エナメル線。
【請求項６】
前記被覆には銅化合物が、銅量換算で０．４質量％以上含有されている、請求項５に記載されているエナメル線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エナメル線およびエナメル線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コイルの部品やリード線材としてエナメル線が用いられている。エナメル線とは、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドイミド又はエポキシ・アクリレート樹脂等の絶縁性樹脂を適切な溶剤に溶解させて作成したワニスを銅線等の導体の表面に一様に焼き付けて被覆を形成させたものである。このようなエナメル線の端部は、電気素子や電極、電気機器の端子に接続したり、別の導体と接続するために、被覆を剥がす必要がある。
【０００３】
エナメル線の被覆を剥がす方法としては、機械的に削り取る方法、溶剤により溶解させて除去する方法、レーザを用いて除去する方法（例えば特許文献１−３）など種々の方法がある。このうち機械的に削り取る方法では芯線である導体に傷を付けてしまう。また、溶剤を用いる方法は、溶剤の取り扱いに手間がかかる。レーザを用いる方法は、被覆を溶融させる際に溶融した被覆の一部や炭化した被覆の一部が芯線に付着したままになる場合がある。このように各種の方法にはそれぞれ課題が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７５２３１号公報
【特許文献２】特開２００７−６７２０６号公報
【特許文献３】特開２００９−１６５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザを用いてエナメル線の被覆を除去する方法は、特許文献１−３に記載されているように被覆が残らないような検討が進んでいるが、これらは剥離工程にのみフォーカスした検討である。しかしながら、被覆の原材料には種々のものがあり、新たな被覆材料の開発も行われているため、全ての種類の被覆を特許文献１−３に記載された方法で銅線を傷つけず且つ被覆が残らないように除去することは、剥離条件を被覆の種類ごとに検討する必要があるので非常に手間がかかり、中には除去が困難な被覆もある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザによる除去を行い易く且つその除去による導体表面の傷や被覆の除去残りがほとんどないエナメル線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエナメル線の製造方法は、導体とワニスとを準備する準備工程と、前記導体に前記ワニスを塗布する塗布工程と、塗布された前記ワニスを硬化させる硬化工程とを含み、前記準備工程、前記塗布工程及び前記硬化工程の少なくとも一つの工程において、硬化した前記ワニスの吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率が急減する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下となる吸光処理を行う構成を有している。
【０００８】
このような構成の製造方法により製造された被覆は、被覆除去に用いられている波長１０６４ｎｍのレーザ光が適度に吸収され、被覆剥離のための最適な条件を満たしているものであり、そのため被覆が容易にかつ導体表面を傷つけることなく除去される。ここで折れ曲がり点は、波長を横軸に吸光率を縦軸にした吸光スペクトルにおいて、硬化ワニスは波長の増加に従って吸光率が減少していくが、そのうち波長の増加による吸光率の減少割合がその前後の波長領域に比べて大きくなっている波長であり、吸光スペクトルを微分したグラフにおいて負側へのピークが観察される波長である。
【０００９】
前記吸光処理は、前記準備工程において前記ワニスに吸光剤を添加する吸光剤添加処理、又は前記硬化工程において前記ワニスの硬化条件を所定の条件とする硬化処理であることが好ましい。
【００１０】
前記ワニスは、硬化によってポリイミド、ポリアミドイミド又はエポキシ・アクリレート樹脂となるものであることが好ましい。
【００１１】
前記硬化処理は、酸素濃度が３％以上２０％以下の条件で行われることが好ましい。
【００１２】
本発明のエナメル線は、被覆の吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率の増加が急増する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下であり、波長１０６４ｎｍの光における前記被覆の光吸収率が５％以上２４％以下である構成を有している。このような構成により、被覆除去に用いられている波長１０６４ｎｍのレーザ光が被覆に適度に吸収され、そのため導体表面に傷をつけることなく被覆が容易に除去される。
【００１３】
前記被覆には銅化合物が含有されていることが好ましく、含有量は銅換算で０．４質量％以上含有されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のエナメル線の製造方法によれば、硬化したワニスの吸光スペクトルにおける、波長が大きくなるにつれて吸光率が急減する折れ曲がり点の波長が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下となるので、製造された被覆は波長１０６４ｎｍのレーザ光の吸収量が被覆除去のための最適な量となり、導体表面を傷つけずに被覆が容易に除去される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】被覆の硬化温度の違いによる反射率スペクトルを示す図である。
【図２】焼き付け時間を変化させた時の折れ曲がり点の変化を示した図である。
【図３】吸光率と折れ曲がり点との関係を示した図である。
【図４】焼き付け時間と酸素濃度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態について説明を行う前に、本発明に想到するに至った経緯について説明を行う。
【００１７】
レーザによるエナメル線の被覆の除去のメカニズムとして、特許文献２，３に「パルスレーザは絶縁被覆を透過して芯線の表面に照射されるため、芯線の表面がパルスレーザのエネルギーを吸収し、絶縁被覆と芯線との間の界面が急激に温度上昇する。この温度上昇（常温から１０００℃以上への温度変化）が極短時間で起こるため、界面の絶縁被覆を構成するポリアミドイミドが化学変化し、溶融することなくガス化する。よって、界面に無数の気泡が発生する。パルスレーザが照射された箇所の温度上昇により、気泡が界面に沿って急激に体積膨張し、連続的に芯線表面から絶縁被覆を剥離していく。気泡の体積膨張が進むと、絶縁被覆が体積膨張に係る応力に耐えられなくなり、絶縁被覆の気泡を覆う箇所が破裂する。この気泡発生〜膨張〜破裂までの過程は極短時間で行われるため、絶縁被覆の気泡を覆う箇所の破裂は衝撃を伴う。よって、絶縁被覆は断片化された状態で芯線表面より飛散する」と説明されている。
【００１８】
一方、八戸工業大学エネルギー環境システム研究所紀要第１１巻（２０１３）に、鉄鋼材料の表面に皮膜を形成したものを用いてレーザ剥離のメカニズムを検討した結果が報告されている。この報告では、皮膜が形成された鉄鋼材料の面の裏面側からレーザを照射した実験から、レーザ照射により生じる熱膨張に伴う圧縮の衝撃波が試料表面自由端で反射し、引っ張り応力として鉄材料と皮膜との界面に作用して振動によって皮膜が剥離する、というメカニズムが導き出されている。
【００１９】
上記の２つメカニズムは、レーザ光を皮膜側から照射するか皮膜とは反対側から照射するかの違いはあるが、どちらの場合も導体（銅線または鉄材料）の表面でアブレーションが生じて、結果として皮膜が剥離されると考えられる。すなわち、高強度・短パルス・短波長のレーザを固体表面に照射した際に、発生する吸収熱による皮膜の蒸発や多光子吸収によりプラズマ発光と衝撃音を伴った固体表面層の爆発的な剥離が生じるのである。
【００２０】
このようなメカニズムより、エナメル線の被覆をレーザで除去する場合には、導体と被覆との界面において爆発的な剥離が生じるため、導体の表面が損傷しやすいと考えられる。実際に特許文献２，３の方法を試してみると、被覆が残存しないようにレーザ照射条件を調節すると、導体の表面が少なからず損傷してしまうことが判明した。
【００２１】
そこで本願発明者らは様々検討をおこない、被覆自体に所定量のレーザ吸収をさせることにより、導体の表面を損傷させることなく被覆を剥離させる本願発明に想到した。
【００２２】
特許文献２，３では、レーザにより絶縁被覆を直接加熱することはしないで、絶縁被覆と芯線との界面を加熱することが好ましいとされているが、本願発明者らの検討によるとレーザにより、絶縁被覆をある程度加熱した方が被覆の剥離にとって好ましく、その加熱の程度が本願発明のポイントとなっている。
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
（実施形態１）
＜エナメル線被覆の光学特性＞
エナメル線被覆の光学特性を調べるため、銅板にエポキシ・アクリレート樹脂の前駆体であるエポキシ・アクリレート樹脂水分散ワニスを電着により塗布し、その後加熱を行ってワニスを硬化させてエポキシ・アクリレート樹脂の被覆（厚み４μｍ）を銅板の上に作成した。加熱温度を２００℃、３００℃、４００℃、５００℃の４種類とし、加熱時間（焼き付け時間）は全て３０秒とした。加熱後の被覆の光学特性（反射光）を分光光度計Ｕ−４１００（日立ハイテク社製）により測定した。測定結果（スペクトル）を図１に示す。測定した反射光のスペクトルは、銅板からの反射成分のスペクトルと、被覆により吸収された残りの成分のスペクトルとが合成されたものである。
【００２５】
エポキシ・アクリレート樹脂は、その前駆体であるワニスをどの程度加熱硬化させるかによって光の吸収特性が変わってくる。
【００２６】
図１から読み取れるのは、被覆の除去に用いるレーザ光の波長１０６４ｎｍにおける反射率は加熱温度が高いほど小さくなっている、すなわち加熱温度が高いほど光の吸収率が大きくなっていることと、２００℃から４００℃までは波長が大きくなるにつれて反射率が急増する（すなわち、吸収率が急減する）折れ曲がり点が存在していて加熱温度が高いほど折れ曲がり点が長波長側にシフトしていることである。折れ曲がり点が存しているということは、被覆がその波長に対応する色に色づいて見えるということになる。
【００２７】
次に反射率から波長１０６４ｎｍにおける吸光率を算定した。このとき、反射率においては、フレネル反射等の被覆の吸収に関与しない反射成分が４％存在しているので、測定した反射率から４％を減じた実行反射率から吸光率を算定した。２００℃３０秒の焼き付け温度による厚み４μｍの被覆は、波長１０６４ｎｍにおける吸光率は０％であったので、これを基にして計算を行った。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
また、加熱温度（焼き付け温度）を１８０℃にして、加熱時間（焼き付け時間）を３００秒から３６００秒まで変えて折れ曲がり点の変化を測定したものを図２に示す。加熱時間が長くなると、折れ曲がり点が長波長側にシフトしていく。従って、加熱温度と加熱時間とのパラメータを制御することにより折れ曲がり点を制御できる。
【００３０】
一方図３は、エナメル線（被覆厚み４μｍ）の折れ曲がり点と波長１０６４ｎｍにおける吸光率との関係を表すグラフである。本実施形態においては、まず銅線とエポキシ・アクリレート樹脂前駆体であるワニスとを用意し、銅線にワニスを塗布し、その銅線を加熱（焼き付け）処理を行ってワニスを硬化させてエポキシ・アクリレート樹脂としてエナメル線を作成した。すなわち、これらのエナメル線は、銅線とワニスとを準備する準備工程と、銅線にワニスを塗布する塗布工程と、塗布されたワニスを硬化させる硬化工程とを経て作製されており、硬化工程において、硬化したワニスの吸光スペクトルにおける折れ曲がり点の波長が所定の範囲（好ましくは５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）となる吸光処理が行われている。
【００３１】
上述のように加熱（焼き付け）処理を行うことによって波長１０６４ｎｍのレーザ光を所定量吸光することになる。図３には、加熱（焼き付け）処理の条件を変えて得られた複数のエナメル線の分光光度計による測定およびそれに基づいた計算結果を示している。
【００３２】
エナメル線は、銅板に被覆を施したものとは異なり、反射光が様々な方向へ散乱してしまうため、図３に示すようにばらつきが生じるが、折れ曲がり点と波長１０６４ｎｍにおける吸光率との間には明らかに相関関係があることがわかる。なお、この測定においては、直径０．２ｍｍのエナメル線を直径６０ｍｍのチューブにほぼ整列巻きとなるように巻いたものを用いて、反射法により測定を行った。
【００３３】
＜レーザ照射による被覆除去＞
表２は、折れ曲がり点の波長が異なるエナメル線に波長１０６４ｎｍのレーザ光（レーザピークパワー：１Ｊ／ｃｍ２）を、近接する２点に照射して被覆を除去した実験結果を示したものである。推定吸光率は、図３に示す回帰直線を用いて折れ曲がり点の波長から算出した。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
折れ曲がり点が５５０ｎｍであるエナメル線では、レーザによる剥離によって被覆は残存することなく完全に除去されるが、被覆が除去された銅線の表面には傷が残り銅線の表面荒れの度合が大きかった。なお、表面の荒れ度合は走査型電子顕微鏡を用いて表面観察を行い、以下の基準により判定を行った。
【００３６】
○：傷がほとんど認められない
△：レーザ照射された２点が重複した部分にのみ傷が残る
×：レーザ照射した部分全体に傷が残る
折れ曲がり点が５７０ｎｍであるエナメル線では、被覆は残存することなく完全に除去され、被覆が除去された銅線の表面には傷が少し残るものの、銅線の表面荒れの度合は実用上問題のない小ささであった。
【００３７】
折れ曲がり点が６２０ｎｍであるエナメル線では、被覆は残存することなく完全に除去され、被覆が除去された銅線の表面にはほぼ傷がなく、剥離性と表面荒れとのバランスが良かった。
【００３８】
折れ曲がり点が６７０ｎｍであるエナメル線では、レーザ剥離により被覆は一部にごく僅かに残存するが実用上は問題なく、被覆が除去された銅線の表面にはほとんど傷がなかった。折れ曲がり点が７００ｎｍであるエナメル線では、レーザ剥離により被覆は完全に除去されることなく残存する部分があるが、被覆が除去された銅線の表面にはほとんど傷はなかった。
【００３９】
表２からは、折れ曲がり点が５７０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下（吸光率７％以上２４％以下）である被覆が、被覆の剥離性の良さと銅線の表面荒れの小ささの両方を満たしていることがわかる。
【００４０】
上記の結果はレーザ剥離のメカニズムから次のようなものであると考えられる。
【００４１】
エナメル線にレーザを照射すると、銅線の表面（被覆との界面）でアブレーションが生じて被覆の剥離が起こる。被覆がレーザを吸収しなかったり、吸収してもその度合が小さい場合、被覆が強固であるため、被覆を剥離するためのアブレーションの度合は大きいものが要求され、その結果銅線表面が損傷しやすくなる。
【００４２】
一方、被覆が適度にレーザを吸収した場合、被覆自体にもアブレーションが起こり、銅線表面でのアブレーションの度合が適度に小さくなり、且つレーザ光が照射された部分の周囲の被覆にも剥離が起こりやすくなる。従って被覆が残存なく剥離され、かつ銅線表面の損傷も少なくてすむ。しかし、被覆のレーザ吸収度合が大きくなると被覆自体のアブレーションは大きくなるものの、銅線表面でのアブレーションの度合が不十分になり、レーザ照射スポットの隣のスポットとの間の距離に比べて銅線表面でのアブレーションによる剥離範囲が小さくなり、結果として被覆が除去しきれずに残存して、隣合うレーザ照射スポット間に被覆が残存してしまう。
【００４３】
＜加熱硬化時の酸素濃度の影響＞
銅線にワニスを塗布した後に加熱硬化させる際の加熱雰囲気について検討を行った。加熱炉内に流入させるガスを、空気、空気とＮ２の混合ガス又はＮ２ガスとして実験を行ったところ、Ｎ２ガスを流入させた場合、加熱時間を長くしても折れ曲がり点の波長が長波長側にほとんどシフトしていかないことが判明した。空気とＮ２の混合ガスの場合も、空気の場合より長波長側へのシフト度合が小さくなっていた。
【００４４】
折れ曲がり点が所望の波長になるように加熱する時間は短い方がよいので、３００℃における加熱硬化により所定の折れ曲がり点（６２０ｎｍ）にまで達する加熱時間（焼き付け時間）と酸素濃度との関係を検討した。結果を図４に示す。
【００４５】
酸素濃度が１％以下であると３％以上に比べて、折れ曲がり点６２０ｎｍとなるまでの加熱時間（焼き付け時間）が急増することがわかる。従ってエポキシ・アクリレート樹脂前駆体のワニスを用いた際には、加熱時の酸素濃度は３％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。また空気よりも酸素濃度を大きくしても加熱時間の低減効果は小さいと考えられるので、コストの面から酸素濃度の上限は空気中の酸素濃度である２０％とすることが望ましい。
【００４６】
＜銅含有量の影響＞
アルミニウム板にエポキシ・アクリレート樹脂前駆体のワニスを塗布して加熱硬化させると、銅板では折れ曲がり点が７００ｎｍとなる条件の加熱硬化条件であっても、折れ曲がり点が５００ｎｍ以下であり、加熱温度を高くしたり加熱時間を長くしても折れ曲がり点が長波長側にシフトせず最終的に表面が一部炭化してしまうだけであることが判明した。銅板や銅線にエポキシ・アクリレート樹脂前駆体のワニスを塗布して加熱硬化させると折れ曲がり点が長波長側へシフトしてくる理由を探ったところ、ワニス中に銅イオンが溶け出すためと判明した。
【００４７】
具体的には、ワニス中に銅イオンが溶解しており、エナメル線とした場合に被覆に銅化合物が、銅換算で０．４質量％以上含有されていれば、上述のように所望の折れ曲がり点を得ることができる。従って、銅以外の導体にエポキシ・アクリレート樹脂の被覆を施す場合は、エナメル線とした場合に被覆中に銅化合物が、銅換算で銅を０．４質量％以上となるように、ワニスに水溶性銅化合物（例えば酢酸銅、水酸化銅、硝酸銅、硫酸銅、ギ酸銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅など）を含有させればよい。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態２では、所望の波長の折れ曲がり点を得るために、ワニスに吸光剤（着色剤）を添加した。すなわち本実施形態では、準備工程において吸光処理を行っている。着色剤は３種類、Ａ：Solvent Black ３  Ｂ：Solvent Black ７  Ｃ：Solvent Black ２７を用いた。また、ワニスは、エポキシ・アクリレート樹脂前駆体、ポリアミドイミド樹脂前駆体、ポリイミド樹脂前駆体  の３種類を用いた。評価結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
着色剤の種類によって添加量と折れ曲がり点の波長との関係が多少異なるが、いずれの着色剤を用いた場合であっても、折れ曲がり点が５６０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下であれば、１０６４ｎｍ波長のレーザ光を用いて被覆を除去する場合、いずれのサンプルでもそれぞれの樹脂が残ることなく、ほぼ完全に除去を行うことができる。また、折れ曲がり点が５６０ｎｍ（光吸収率は５％）や５７０ｎｍの場合に、レーザ光による被覆の除去後に銅線の表面に僅かに損傷が残るが、これらは実用的に問題のないレベルである。
【００５１】
このように、着色剤によっても、実施形態１の熱硬化による場合と同様の効果が確認できた。
【００５２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００５３】
被覆の材料となる樹脂の種類は、実施形態の樹脂の他、被覆に用いられる公知のどのような樹脂であってもよい。
【００５４】
エナメル線の表面に融着剤等をコートしても構わない。この場合、融着剤等のレーザ光の吸収はできる限り少ない方が好ましく、被覆の吸収の１／１０以下であることが好ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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