JP6947664B2 - 絶縁皮膜剥離方法 - Google Patents

Description

本開示は、絶縁皮膜剥離方法に係り、特にレーザ光の照射によって絶縁皮膜付導線の絶縁皮膜を剥離する方法に関する。

例えば、三相回転電機の各相の巻線を所定の巻回方法で結線するには、巻線である絶縁皮膜付導線の端部の絶縁皮膜を剥離して導線部分を露出し、相手側の導線部分と溶接等で接合する。絶縁皮膜は、金属芯線である導線を保護する役割を有しているので、絶縁皮膜の剥離長さは、回転電機の絶縁仕様等によって定められる。従来技術では、刃物で絶縁皮膜を物理的に剥離していたので、剥離長さは比較的精度よく管理できる。

近年、レーザ加工が普及するにつれて、絶縁皮膜の剥離にレーザ光の照射を用いることが行われつつある。例えば、特許文献１には、絶縁皮膜を有する平角導線において端子部の絶縁皮膜をレーザ光の照射で除去する方法が述べられている。ここでは、絶縁皮膜を除去すべき端子部の一方側の側縁部から他方側の側縁部へ向けて一方向でレーザ光を複数回走査する一方向走査法を用いている。

特開２０１７−１２３２９４号公報

絶縁皮膜付導線の絶縁皮膜をレーザ光の照射によって剥離する場合、一方側から他方側に一方向で走査する方法によれば、レーザヘッドは１回の照射ごとに一方側に戻ることになる。この戻るための復路時間は、レーザ照射に用いていないので、絶縁皮膜剥離の作業時間が長くかかる。また、レーザ光を絶縁皮膜に連続的に長時間照射すると、絶縁機能のために本来残しておきたい絶縁皮膜の部分まで過度に加熱されて炭化し、剥離長さがばらつき、絶縁性能が低下する恐れがある。そこで、絶縁性能を確保しつつ、絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できる絶縁皮膜剥離方法が要望される。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法は、導線と導線を被覆する絶縁皮膜とを有する絶縁皮膜付導線の長手方向の先端部にレーザ光を照射して、先端部から測って予め定めた所定の剥離長さの剥離境界までの部分の絶縁皮膜を剥離する絶縁皮膜剥離方法であって、先端部から測って剥離境界の手前に予め定めた領域境界までの第一領域について、
一方側から他方側に向かってレーザ光の照射位置を移動し、他方側に達した後、他方側から一方側に向かってレーザ光の照射位置を移動する折返し走査を行う第一領域走査工程と、領域境界から剥離境界までの第二領域について、一方側から他方側に向かってレーザ光の照射を行い、他方側に達したら、レーザ光の照射を止めた状態で一方側に戻る一方向走査を行う第二領域走査工程と、を含む。

上記構成によれば、所定の剥離長さに対応する剥離境界の手前に領域境界を定める。そして、先端側の第一領域においては、レーザ光を折返し走査によって照射するので、折返し位置では往路の照射に引き続き復路の照射を受ける。これによって往路の照射で付与された熱が放熱されないまま次の熱が付与され、絶縁皮膜の剥離効率を高くでき、絶縁皮膜剥離の作業時間が短縮される。一方、剥離境界側の第二領域では、往路のみレーザ光の照射を受け、復路ではレーザ光の照射を受けないので、絶縁皮膜剥離の作業時間は長くなるが、絶縁皮膜を過度に加熱することがなく、絶縁性能を確保できる。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法は、導線と導線を被覆する絶縁皮膜とを有する絶縁皮膜付導線の長手方向の先端部にレーザ光を照射して、先端部から測って予め定めた所定の剥離長さの剥離境界までの部分の絶縁皮膜を剥離する絶縁皮膜剥離方法であって、先端部から測って剥離境界の手前に予め定めた領域境界までの第一領域について、中間位置から他方側に向かってレーザ光の照射位置を移動し、他方側に達した後、他方側から一方側に向かってレーザ光の照射位置を移動して折り返し、一方側に達した後、一方側から中間位置に向かってレーザ光の照射位置を移動して折り返し中間位置に戻る折返し走査を行う第一領域走査工程と、領域境界から剥離境界までの第二領域について、一方側から他方側に向かってレーザ光の照射を行い、他方側に達したら、レーザ光の照射を止めた状態で一方側に戻る一方向走査を行う第二領域走査工程と、を含む。

上記構成によれば、第一領域において、第一領域のいずれかの端面側を照射開始位置とする場合に比較し、絶縁皮膜の剥離効率が高いレーザ照射走査の折返し位置を２倍にでき、絶縁皮膜剥離の作業時間がさらに短縮できる。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法は、第一領域走査工程において、一方側は、先端部であり、他方側は、領域境界であり、第二領域走査工程において、一方側は、領域境界であり、他方側は、剥離境界であることが好ましい。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法において、レーザ光の移動は、照射ピッチ毎の微小移動であることが好ましい。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法は、絶縁皮膜付導線が延びる方向を長手方向とし 絶縁皮膜付導線の幅に沿って右側を幅方向の右側とし左側を幅方向の左側として、第一領域走査工程においては、長手方向の一方側を先端部とし、長手方向の他方側を領域境界として、レーザ光の移動は、右側と左側との間で照射ピッチ毎の微小移動による微小走査による幅方向の折返し走査を行い、先端部から領域境界へ向かって幅方向の折返し走査を繰り返して長手方向について先端部から領域境界に向かう往路走査を行い、往路走査の後、領域境界から先端部へ向かって幅方向の折返し走査を繰り返して長手方向について領域境界から先端部に向かう復路走査を行い、これを所定回数繰り返して第一領域走査における折返し走査とし、第二領域走査工程においては、長手方向の一方側を領域境界とし、長手方向の他方側を剥離境界として、レーザ光の移動は、領域境界から剥離境界へ向かって照射ピッチ毎の微小移動による微小走査による長手方向の一方向折返し走査を行い、幅方向の右側から幅方向の左側へ向かって長手方向の一方向折返し走査を行い、これを所定回数繰り返して第二領域走査における一方向走査とすることが好ましい。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法において、第一領域走査工程は、第一領域を複数のサブ領域に分け、各サブ領域について、サブ領域の中間位置を照射開始位置とすることが好ましい。

上記構成によれば、第一領域において、第一領域における中間位置からの照射開始に比較し、絶縁皮膜の剥離効率が高いレーザ照射走査の折返し位置をサブ領域の数に応じて増やせるので、絶縁皮膜剥離の作業時間が一層短縮される。

本開示に係る絶縁皮膜剥離方法は、第二領域走査工程において、レーザ光の移動は、絶縁皮膜付導線の長手方向に対し所定の角度で傾斜した走査方向に沿った照射ピッチ毎の微小移動であることが好ましい。

上記構成によれば、第二領域走査工程における走査方向が傾斜するので、傾斜していない場合に比較して、走査時間が長くなり、ゆっくりと絶縁皮膜の剥離を行うことができ、絶縁性能の確保が容易になる。

上記構成の絶縁皮膜剥離方法によれば、絶縁性能を確保しつつ、絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できる

実施の形態の絶縁皮膜剥離方法が実行されるレーザ光を用いた絶縁皮膜剥離システムの構成図である。 レーザ光の照射による絶縁皮膜の炭化を示す図である。 図２に引き続き、炭化した絶縁皮膜のレーザ光の照射による蒸散を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法の手順を示すフローチャートである。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法における第一領域の折返し走査を示す図である。図５の上段の図は、往路走査を示し、下段の図は上段の往路走査に引き続く復路走査を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法における第二領域の一方向走査を示す図である。 図５の白抜矢印の走査方向を抜き出して、実施の形態の絶縁皮膜剥離方法における折返し走査の作用効果を示す図である。 横軸に時間、縦軸に温度を取り、対応する図７Ａの温度評価位置における温度の時間変化を示す図である。 図６の白抜矢印の走査方向を抜き出して、実施の形態の絶縁皮膜剥離方法における一方向走査の作用効果を示す図である。 横軸に時間、縦軸に温度を取り、対応する図８Ａの温度評価位置における温度の時間変化を示す図である。 図７Ａに対応し、実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、第一領域の中間位置を照射開始位置とする折返し走査を示す図である。 図７Ｂに対応し、実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、第一領域の中間位置を照射開始位置とする折返し走査の作用効果を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、折返し走査の照射開始位置の他の１つ目の例として、長手方向の折返し走査を繰り返しながら、幅方向に走査することで、幅方向の折返し走査を行う場合を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、折返し走査の照射開始位置の他の２つ目の例として、第一領域を３つのサブ領域に分け、それぞれに中間位置を設ける場合を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、折返し走査の照射開始位置の他の３つ目の例として、第一領域を６つのサブ領域に分け、それぞれに中間位置を設ける場合を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、一方向走査の走査方向の他の１つ目の例として、スポットの走査方向を長手方向に対し所定の角度で傾斜する場合を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、一方向走査の走査方向の他の２つ目の例として、図１１Ａとは反対方向に所定の角度で傾斜する場合を示す図である。 実施の形態の絶縁皮膜剥離方法において、一方向走査の走査方向の他の３つ目の例として、傾斜した角度を付けないが、スポットの走査方向として、剥離境界から領域境界に向かう長手方向の一方向走査を繰り返す場合を示す図である。 比較例として、第二領域を設けない場合の剥離境界の状態を示す図である。 絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮する比較例として、レーザ光のスポット照射ピッチを変更する場合の基準となる照射ピッチＰ０の場合を示す図である。 絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮する比較例として、図１３Ａよりも狭い照射ピッチＰ１の場合を示す図である。 絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮する比較例として、スポットの位置精度が所定の範囲を超えてばらつかないように設定されているレーザ光のパルス周波数ｆ０の場合を示す図である。 絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮する比較例として、ｆ０より高いパルス周波数ｆ１について、スポットの位置精度を示す図である。

以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、絶縁皮膜付導線として、車両に搭載される回転電機のステータ巻線に用いられるセグメントコイルを述べるが、これは説明のための例示であって、先端部側の絶縁皮膜の剥離が必要な絶縁皮膜付導線であればよい。

以下に述べる形状、材質、寸法等は、説明のための例示であって、絶縁皮膜剥離方法の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、レーザ光を用いた絶縁皮膜剥離システム１０の構成図である。以下では、特に断らない限り、レーザ光を用いた絶縁皮膜剥離システム１０を、絶縁皮膜剥離システム１０と呼ぶ。絶縁皮膜剥離システム１０は、制御装置１２を備える。制御装置１２は、レーザ光源部１４と、絶縁皮膜剥離方法に用いられる絶縁皮膜剥離プログラムを実行する制御部１６を有する。絶縁皮膜剥離プログラムは、制御部１６のメモリに格納される。レーザ光源部１４は、波長１．０６μｍを有するＹＡＧレーザと、ＹＡＧレーザが放射するレーザ光をビーム状に整形する光学系等を含む。レーザファイバ１７は、レーザ光源部１４から供給されるレーザ光２０をレーザヘッド１８に導く光学部品である。レーザヘッド１８は、走査部１９を備え、制御部１６の制御の下で、照射対象物の任意の位置にレーザ光２０を走査する。

レーザ光源部１４は、ＹＡＧレーザが放射し所定のレーザ出力Ｗ０を有するレーザ光を所定のビーム径ｄ０のレーザビームに整形して出力する。レーザヘッド１８から放射されるレーザ光２０は、レーザ光源部１４からのビーム径ｄ０のレーザビームを、制御部１６の制御の下で所定のパルス周波数ｆ０でパルス化して放射されるパルスレーザ光である。

走査部１９は、レーザヘッド１８に備えられ、レーザヘッド１８の先端から放射されるビーム径ｄ０のレーザビームを任意の方向に移動させる機構である。走査部１９の機構としては、ＸＹステージが用いられる。この場合は、ＸＹステージのＸＹ平面に対し平行に照射対象物の表面を配置し、ＸＹ平面に対し垂直下方にレーザビームを放射することで、照射対象物の表面にビーム径ｄ０と同じ直径のスポット２２が照射される。そこで、所定の走査経路２４（図２参照）に沿ってＸＹステージを所定の走査速度Ｖ０（ｃｍ／ｓ）で移動させることで、スポット２２は、照射ピッチＰ０＝（Ｖ０／ｆ０）で走査経路２４に沿って走査される。

以下では、レーザ光２０は、波長が１．０６μｍでレーザ出力Ｗ０を有し、パルス周波数ｆ０のパルスレーザ光が、照射対象物の表面にビーム径ｄ０と同じ直径のスポット２２として照射され、走査経路２４に沿って、照射ピッチＰ０で走査されるものとする。

図１に、絶縁皮膜剥離システム１０の構成要素ではないが、レーザ光２０の照射対象物である絶縁皮膜付導線３０を示す。絶縁皮膜付導線３０は、車両に搭載される回転電機のステータ巻線に用いられるセグメントコイルである。絶縁皮膜付導線３０は、断面形状が略矩形の導線３２と、導線３２の表面を被覆する絶縁皮膜３４とを有する平角線である。導線３２は、金属芯線で、銅線が用いられる。銅線に代えて、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等でもよい。絶縁皮膜３４としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。

セグメントコイルは、回転電機のステータコアに所定の配置関係で配置され、その先端部側は、他のセグメントコイルの先端部側と溶接等で結合され、所定の巻回方法で巻回された各相巻線を形成する。したがって、先端部側の絶縁皮膜を所定の剥離長さＬ０で剥離して導線３２を露出させる必要があり、そのために、絶縁皮膜剥離システム１０が用いられる。

図１には、絶縁皮膜付導線３０について、絶縁皮膜３４がレーザ光２０の照射によって剥離される剥離境界４０を示す。絶縁皮膜付導線３０の先端部４２から測って剥離境界４０までの長さが剥離長さＬ０である。剥離長さＬ０に対応する領域は、レーザ走査パターンが異なる２つの領域に分けられる。２つの領域の境界を領域境界４４と呼ぶと、領域境界４４は、先端部４２から測って剥離境界４０の手前に設定される。先端部４２から領域境界４４までの領域を第一領域５０と呼び、領域境界４４から剥離境界４０までの領域を第二領域５２と呼ぶ。第一領域の長手方向の長さと第二領域の長手方向の長さの関係は、（第一領域の長手方向の長さ）＞（第二領域の長手方向の長さ）である。第一領域５０と第二領域５２とに分ける理由を含め、第一領域５０と第二領域５２の詳細については後述する。

図１に、互いに直交する三方向として、長手方向、幅方向、厚さ方向を示す。長手方向は、絶縁皮膜付導線３０が延びる方向であり、長手方向の両方向を区別する場合には、絶縁皮膜付導線３０の先端部４２に向かう方向を先端側とし、反対方向を根元側とする。幅方向は、絶縁皮膜付導線３０の幅方向であり、幅方向の両側を区別する場合には、根元側から先端側を見て右方向を右側とし、左方向を左側とする。厚さ方向は、絶縁皮膜付導線３０の厚さ方向であり、厚さ方向の両側を区別する場合には、レーザ光２０が照射される照射面の方向を上面側とし、反対側を下面側とする。以下の図でも同様である。

図２と図３は、波長１．０６μｍのレーザ光２０による絶縁皮膜３４の剥離を示す図である。各図において、レーザ光２０のスポット２２とその走査経路２４とを示す。

図２は、第一段階として、レーザ光２０の照射によって絶縁皮膜３４が炭化することを示す図である。波長１．０６μｍは、赤外線波長であるので、絶縁皮膜３４の材質であるポリアミドイミドを透過し、導線３２の銅を加熱する。レーザ光２０の照射によって単位時間当たり単位面積の照射対象物が受けるエネルギをレーザエネルギ密度として、レーザエネルギ密度が所定以上あると、高温化した銅によってポリアミドイミドは炭化し、絶縁皮膜３４は炭化層３６となる。図２では、レーザ光２０が走査経路２４の先端側から根元側に向かって走査する途中を示すので、レーザ光２０の現在のスポット２２の位置よりも先端側の絶縁皮膜３４が炭化層３６となっている。

図３は、第一段階の後の第二段階として、炭化層３６にレーザ光２０が照射されると、黒色の炭化層３６はレーザ光２０のエネルギを吸収し高温となり、レーザエネルギ密度が所定以上あると、破片３８となり気化して蒸散することを示す図である。図３では、レーザ光２０が走査経路２４に沿って先端側から根元側に向かって走査する途中を示すので、レーザ光２０の現在のスポット２２の位置よりも先端側の炭化層３６が蒸散し、導線３２の導線露出面３３が現れている。このようにして、所定以上のレーザエネルギ密度のレーザ光２０の照射によって、絶縁皮膜３４が剥離される。

図４は、絶縁皮膜剥離方法の手順を示すフローチャートである。各手順は、絶縁皮膜剥離システム１０の制御部１６によって実行される絶縁皮膜剥離プログラムの各処理手順に対応する。

初めに剥離長さＬ０が設定される（Ｓ１０）。剥離長さＬ０は、複数の絶縁皮膜付導線３０の先端の導線露出面３３を結合する結合装置の仕様等で定めることができる。結合装置の例は、溶接装置である。一例を挙げると、剥離長さＬ０は、数ｍｍである。これは説明のための例示であって、場合によって１０ｍｍを超える場合もある。

次に、剥離長さＬ０の部分について、第一領域５０と第二領域５２とが設定される（Ｓ１２）。具体的には、長手方向に沿って、剥離長さＬ０を先端側のＬ_５０と根元側のＬ_５２の２つに分ける。ここで、Ｌ０＝（Ｌ_５０＋Ｌ_５２）で、Ｌ_５０＞Ｌ_５２である。図１の例では、Ｌ_５０はＬ_５２の約５倍である。これは説明のための例示であって、結合装置の仕様、絶縁皮膜付導線３０の仕様等によって適宜変更が可能である。

そして、第一領域５０について、折返し走査が行われる（Ｓ１４）。折返し走査とは、走査領域内の一方側から他方側に向かってレーザヘッド１８を移動させてレーザ光２０の照射位置を移動する走査を行い、他方側に達した後、他方側から一方側に向かって、レーザ光の照射を継続しながらレーザヘッド１８を移動させレーザ光２０の照射位置を移動させて折り返す走査方法である。折返し数は、絶縁皮膜付導線３０に対する絶縁皮膜剥離に必要な所定のレーザエネルギ密度の仕様等によって定められる。第一領域５０の全体について折返し走査を行う走査モードを、以下では、レーザ光２０の第一走査モードと呼ぶ。

また、第二領域５２について、一方向走査が行われる（Ｓ１６）。一方向走査とは、走査領域内の一方側から他方側に向かってレーザヘッド１８を移動させてレーザ光２０を照射する走査を行い、他方側に達したら、レーザ光２０の照射を止めた状態でレーザヘッド１８を移動させて一方側に戻らせる走査方法である。一方向走査の繰り返し数は、絶縁皮膜付導線３０に対する絶縁皮膜剥離に必要な所定のレーザエネルギ密度の仕様、及び、絶縁皮膜付導線３０の絶縁性能仕様等によって定められる。第二領域５２の全体について一方向走査を行う走査モードを、以下では、レーザ光２０の第二走査モードと呼ぶ。

Ｓ１４とＳ１６の処理順序は、Ｓ１４を先に行い、次にＳ１６を行う。これに代えて、Ｓ１６を先に行い、次にＳ１４を行ってもよい。

剥離長さＬ０について第一領域５０と第二領域５２とに分けたのは、剥離境界４０よりも根元側でレーザ光２０の照射を受けない絶縁皮膜３４の絶縁性能の確保と、絶縁皮膜付導線３０の先端部４２側における絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮するためである。そこで、図５、図６を用いて、第一走査モードと第二走査モードについて述べる。図５は、第一領域５０におけるレーザ光２０の第一走査モード６０を示す図であり、図６は、第二領域５２におけるレーザ光２０の第二走査モード６２を示す図である。

図５は、折返し走査を実行する第一走査モード６０について、１回の折返し走査の走査経路２４を示す図である。図５の上段の図は、１回の折返し走査の往路の走査経路２４を示し、下段の図は、復路の走査経路２５を示す。

図５における折返し走査の往路の走査経路２４は以下の通りである。第一領域５０の最も先端側で且つ最も右側の位置が、往路の走査開始位置Ｓ１である。レーザ光２０は、パルスレーザ光であるので、レーザビームのスポット２２は、照射ピッチＰ０で走査経路２４上を走査する。右側を幅方向の一方側とすると、走査開始位置Ｓ１から幅方向における他方側である左側に向かう走査経路２４に沿って、スポット２２は幅方向に走査する。スポット２２が幅方向の他方側である左側に達すると、スポット２２は、長手方向に沿って長手方向の他方側である根元側に照射ピッチＰ０だけ微小走査する(図１３参照)。長手方向の微小走査がなされた位置で、今度は、幅方向に沿って一方側である右側に向かう走査経路２４に沿って、スポット２２は幅方向に走査する。スポット２２が幅方向の一方側である右側に達すると、スポット２２は、長手方向に沿って長手方向の他方側である根元側に照射ピッチＰ０だけ微小走査し、次に、幅方向の他方側である左側へ向かう走査経路２４に沿って走査する。なお、微小走査の前後において、適当な曲率半径を有してもよい。例えば、緩やかに照射ピッチを変更しながら走査方向を幅方向の他方側から幅方向の一方側に変化するようにしてもよい。以下で述べる「微小走査」についても同様である。

これを繰り返し、スポット２２が第一領域５０の最も根元側で且つ最も左側に達すると、そこが往路の走査終了位置Ｅ１である。図５の上段の図における白抜矢印は、幅方向の折返し走査を繰り返して、長手方向について先端側から根元側に向かって走査する第一走査モード６０の往路部分を模式的に示す。

折返し走査の復路の走査経路２５は、往路の走査終了位置Ｅ１を復路の走査開始位置Ｓ２とし、往路の走査経路２４における走査方向を逆向きにした走査経路である。図５の下段の図では、第一領域５０の最も先端側で且つ最も右側の位置が、復路の走査終了位置Ｅ２である。復路の走査終了位置Ｅ２は、往路の走査開始位置Ｓ１と同じである。図５の下段における白抜矢印は、幅方向の折返し走査を繰り返して、長手方向について根元側から先端側に向かって走査する第一走査モード６０の復路部分を模式的に示す。

図６は、一方向走査を実行する第二走査モード６２について、１回の一方向走査の走査経路２６を示す図である。図６における一方向走査の１回の走査経路２６は以下の通りである。第二領域５２の最も先端側の領域境界４４で且つ最も右側の位置が、一方向走査の走査経路２６の走査開始位置Ｓ３である。先端側である領域境界４４を長手方向の一方側とすると、走査開始位置Ｓ３から長手方向における他方側である剥離境界４０に向かう走査経路２６に沿って、スポット２２は長手方向に走査する。スポット２２が長手方向の他方側である剥離境界４０に達すると、レーザ光２０の照射を止めて、レーザヘッド１８は、長手方向の一方側である領域境界４４に戻り、さらに幅方向の他方側である左側に照射ピッチＰ０だけ微小移動する。その位置でレーザ光２０の照射を始め、長手方向の他方側である剥離境界４０に向かう走査経路２６に沿って、スポット２２の走査が行われる。スポット２２が長手方向の他方側である剥離境界４０に達すると、レーザ光２０の照射を止めて、レーザヘッド１８は、長手方向の一方側である領域境界４４に戻り、さらに幅方向の他方側である左側に照射ピッチＰ０だけ微小移動する。これを繰り返して、スポット２２が第二領域５２の最も根元側の剥離境界４０で且つ最も左側に達すると、そこが一方向走査の走査終了位置Ｅ３である。図６における白抜矢印は、長手方向の一方向走査を繰り返して、幅方向について右側から左側に向かって走査する第二走査モード６２の１回分の走査を模式的に示す。

折返し走査と一方向走査の作用効果について、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂを用いて説明する。図７Ａと図８Ａは、それぞれ図５、図６の白抜矢印の走査方向を抜き出して示し、t０，ｔ１等は、走査時間である。走査開始時間がt０で、時間経過と共にｔの後の数字が増加する。四角枠で囲んだＡ，Ｂ，Ｃは、領域内の温度評価位置である。図７Ｂと図８Ｂは、横軸に時間、縦軸に温度を取り、対応する図７Ａと図８Ａの温度評価位置における温度の時間変化を示す図である。

図７Ｂは、折返し走査について、第一領域５０内の温度評価位置として、先端側にＡ点、根元側の領域境界４４付近にＢ点を取り、それぞれについて温度の時間変化を示す図である。Ａ点もＢ点もレーザヘッド１８の１往復につき、２回の照射を受けるが、Ｂ点は、折返し走査におけるレーザヘッド１８の折返し点であり、時間ｔ２でレーザヘッド１８の往路のスポット２２の照射を受け、引き続き時間ｔ３で復路のスポット２２の照射を受ける。{（時間ｔ３）−（時間ｔ２）}は、スポット２２の照射ピッチＰ０の移動時間で、（照射ピッチＰ０／走査速度Ｖ０）で計算され、短い時間である。すなわち、折返し位置であるＢ点においては、短い時間内で２回の照射を受けるので、往路のスポット２２の照射による熱が放熱されないうちに復路のスポット２２の照射の熱を受ける。これにより、折返し位置であるＢ点の温度Ｔ２は、他の位置の温度よりも高くなり、絶縁皮膜付導線３０における絶縁皮膜３４の剥離効率が他の位置に比べ向上する。図５で述べたように、第一領域５０における１回の折返し走査では、第一領域５０の右側の側縁全体、左側の側縁全体、領域境界４４の全体に連続して折返し位置が生じる。これらの折返し位置において、絶縁皮膜３４の剥離効率が向上するので、一方向走査が行われる場合に比較して、第一領域５０における絶縁皮膜剥離の作業時間が短縮される。

一方、折返し点から離れたＡ点では、時間ｔ１で往路のスポット２２の照射を受け、１往復後の時間ｔ４で復路のスポット２２の照射を受けるので、照射間隔が長く、Ａ点の温度Ｔ１は、Ｂ点の温度Ｔ２に比べ低い温度となる。照射間隔が十分長い場合には、Ａ点の温度Ｔ１は、一方向走査が行われた場合の温度と同じとなる。

図８Ｂは、一方向走査について、第二領域５２内の温度評価位置として、剥離境界４０付近にＣ点を取り、２つの走査経路２６に沿ってそれぞれ一方向走査を行った場合の温度の時間変化を示す図である。一方向走査においてレーザヘッド１８は、領域境界４４から剥離境界４０に移動する時にレーザ光２０を照射するが、剥離境界４０から領域境界４４に戻る時はレーザ光２０の照射を止める。図８Ｂの例では、Ｃ点は、時間ｔ１においてレーザ光２０の照射を受けて温度がＴ１に上がるが、ｔ２で温度が下がり始め、次にレーザ光２０の照射を受ける時間ｔ３で再び温度がＴ１に上昇する。第二領域５２内では、どの位置においても、一定の時間間隔をおいてスポット２２の照射を受け、図７Ｂの折返し走査におけるＢ点のように、他に比べて短い時間間隔でレーザ光２０の照射を受ける位置がない。第二領域５２内では、どの位置においてもレーザ光２０の照射を受けた時間に温度がＴ１に上がるが、それ以上の温度になることがない。

図７Ｂ、図８Ｂを比較して分かるように、折返し走査においては、折返し位置が高い温度Ｔ２となるが、一方向走査においては、どの位置もＴ２より低い温度Ｔ１である。また、折返し走査では、レーザヘッド１８の一往復の全体においてスポット２２の照射を受けるが、一方向走査では、レーザヘッド１８の一往復のうち、半分の往路のみにおいてスポット２２の照射を受ける。このことにより、折返し走査が行われる第一領域５０においては絶縁皮膜３４の剥離効率が向上し、１往復の全部の時間に渡ってスポット２２の照射を受けるので、絶縁皮膜剥離の作業時間が短縮される。一方向走査が行われる第二領域５２では、絶縁皮膜剥離のための走査時間が長くなるが、剥離境界４０よりも根元側の絶縁皮膜３４は過度の高温に曝されることがないので、絶縁性能が確保される。

図７Ａ、図７ＢのＡ点は、折返し走査において、折返し位置から離れた位置であるので、スポット２２の照射を受ける時間間隔が長く、温度は一方向走査のＣ点と同じＴ１である。このことから、レーザ光２０の照射を受ける時間間隔を短時間になるようにすれば、その位置の温度を高くできることになる。

図９Ａと図９Ｂは、第一領域５０において、折返し走査の照射開始位置を先端部４２と領域境界４４の中間位置ＣＬに設定し、図７と同じ先端側のＡ点と根元側のＢ点の温度の時間変化を示す図である。図９Ａは図７Ａに対応する図であり、図９Ｂは図７Ｂに対応する図である。

図９Ａに示すように、中間位置ＣＬにおける時間ｔ０で照射が開始し、先端側に向かって走査され、時間ｔ１で先端部４２に達し、そこで折り返し、時間ｔ２から根元側に向かって走査し時間ｔ３で中間位置ＣＬを通過して時間ｔ４で根元側に達する。そこで折り返し、時間ｔ５から中間位置ＣＬに向かって走査され、時間ｔ６で中間位置ＣＬに戻る。この場合、Ａ点もＢ点も折返し位置となるので、図９Ｂに示すように、高い温度Ｔ２となる。

図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、折返し走査の他の例を示す図である。図９Ａでは、スポット２２の走査方向として、幅方向の折返し走査を繰り返しながら、長手方向に走査し、長手方向の折返し走査を行ったが、その順序を逆にしてもよい。図１０Ａは、スポット２２の走査方向として、長手方向の折返し走査を繰り返しながら、幅方向に走査することで、幅方向の折返し走査を行う場合を示す。この場合の中間位置ＣＬは、第一領域５０における幅方向の中間の位置となる。図１０Ｂは、第一領域５０を３つのサブ領域５４に分け、それぞれに中間位置ＣＬを設ける例である。この場合、高い温度Ｔ２を有する折返し位置を、合計６つに増やすことができる。図１０Ｃは、第一領域５０を６つのサブ領域５６に分け、それぞれに中間位置ＣＬを設ける例である。この場合、高い温度Ｔ２を有する折返し位置を、合計１２に増やすことができる。このように、第一領域５０を複数のサブ領域５４，５６に分けて、それぞれについて中間位置ＣＬを照射開始位置として折返し走査を行うことで、高い温度Ｔ２を有する折返し位置の数を増やすことができる。

上記では、第二領域５２における一方向走査のスポット２２の走査方向として、領域境界４４から剥離境界４０に向かう長手方向の一方向走査を繰り返すものとした。図１１Ａ、図１１Ｂ、１１Ｃは、一方向走査の走査方向の例を示す図である。図１１Ａは、スポット２２の走査方向を長手方向に対し所定の角度θで傾斜する。図１１Ｂは図１１Ａとは反対方向に所定の角度θで傾斜する例である。スポット２２の走査方向を長手方向に傾斜させることで、傾斜していない場合に比較して、走査時間が長くなり、ゆっくりと絶縁皮膜３４の剥離処理ができ、剥離境界４０よりも根元側の絶縁性能の確保が容易になる。図１１Ｃは、傾斜した角度θを付けないが、スポット２２の走査方向として、剥離境界４０から領域境界４４に向かう長手方向の一方向走査を繰り返す例を示す図である。一方向走査においては、どの位置も同じ温度Ｔ１であるので、図１１Ｃの場合も剥離境界４０は温度Ｔ１となり、剥離境界４０よりも根元側の絶縁皮膜３４の絶縁性能を確保できる。

上記構成の作用効果について、比較例を用いてさらに説明する。図１２は、第二領域５２を設けない場合について、剥離境界４０付近の絶縁皮膜３４の状態を示す図である。この場合、剥離境界４０よりも根元側にはレーザ光２０が照射されないが、剥離境界４０よりも先端側には絶縁皮膜剥離の作業時間の短縮のために折返し走査が行われる。したがって、剥離境界４０は、高い温度Ｔ２となり、絶縁機能のために本来残しておきたい絶縁皮膜３４の部分まで過度に加熱され、図１２に示すように、炭化層３６が生じることがある。剥離境界４０よりも根元側の絶縁皮膜３４の部分に炭化層３６が生じると、剥離長さＬ０がばらつき、絶縁性能が低下する恐れがある。これに対し、図４の絶縁皮膜剥離方法においては、一方向走査が行われる第二領域５２が設けられるので、剥離境界４０の温度はＴ１よりも低い温度Ｔ２となり、剥離境界４０付近に炭化層３６が生じることが抑制され、剥離長さＬ０がばらつかない。

次に、従来技術において、絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮するために用いられる方法と比較する。レーザ光２０を用いて絶縁皮膜３４を剥離するには、単位時間、単位面積当たりに一定値以上の熱エネルギを付与する必要がある。そのためには、パルス周波数が一定の場合には、走査速度を遅くして、照射ピッチを狭くすることになる。図１３Ａは、照射ピッチＰ０の例で、図１３Ｂは図１３Ａよりも狭い照射ピッチＰ１の例である。図１３Ａ と図１３Ｂを比較して分かるように、照射ピッチを狭くすると、単位時間に走査経路２４を走査する長さである走査速度が遅くなる。したがって、絶縁皮膜剥離の作業時間が長くなる。これに対し、図４の絶縁皮膜剥離方法では、第一領域５０の絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できるが、照射ピッチは常にＰ０の一定値で、特に狭くする必要がない。

従来技術において、照射ピッチが一定の場合に絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮するには、レーザ出力を高くするか、パルス周波数を高くするかである。レーザ出力を高くするには、大出力のレーザ光源部１４とする必要があり、装置コストが高くなる。これに対し、図４の絶縁皮膜剥離方法では、第一領域５０の絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できるが、レーザ光源部１４のレーザ出力は常にＷ０の一定値で、特に大出力にする必要がない。

従来技術において、照射ピッチが一定でレーザ出力が一定の場合に絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮するにはパルス周波数を高くする。図１４Ａと図１４Ｂは、レーザ光２０のパルス周波数を高くする場合を示す図である。図１４Ａは、パルス周波数ｆ０の場合について、連続して放射される３つのスポット２２を並べて、その位置精度を示す図である。ｆ０は、各スポット２２の位置精度が所定の範囲を超えてばらつかないように設定されている。図１４Ｂは、ｆ０より高いパルス周波数ｆ１について、連続して放射される３つのスポット２２を並べて、その位置精度を示す図である。パルス周波数をｆ０からｆ１に上げると、Ｎ回目のスポット２２の照射から次の（Ｎ＋１）回目のスポット２２の照射へ移る時間が短くなり、スポット２２の走査経路２４上の位置精度が低下する。図１４Ｂでは、スポット２２の位置精度のばらつきを破線で示す。これに対し、図４の絶縁皮膜剥離方法では、第一領域５０の絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できるが、パルス周波数は常にｆ０の一定値で、特に上げる必要がない。

上記のように、図４の絶縁皮膜剥離方法では、レーザ光２０に関するレーザ出力、照射ピッチ、パルス周波数を特に変更することなく、絶縁皮膜付導線３０の先端側に折返し走査を行う第一領域５０を設けて、絶縁皮膜剥離の作業時間を短縮できる。また、第一領域５０と剥離境界４０との間に一方向走査を行う第二領域５２を設けて、絶縁皮膜付導線３０の絶縁性能を確保することができる。

１０ (レーザ光を用いた)絶縁皮膜剥離システム、１２ 制御装置、１４ レーザ光源部、１６ 制御部、１７ レーザファイバ、１８ レーザヘッド、１９ 走査部、２０ レーザ光、２２ スポット、２４，２５，２６ 走査経路、３０ 絶縁皮膜付導線、３２ 導線、３３ 導線露出面、３４ 絶縁皮膜、３６ 炭化層、３８ 破片、４０ 剥離境界、４２ 先端部、４４ 領域境界、５０ 第一領域、５２ 第二領域、５４，５６ サブ領域、６０ 第一走査モード、６２ 第二走査モード。

Claims (7)

1. 導線と前記導線を被覆する絶縁皮膜とを有する絶縁皮膜付導線の長手方向の先端部にレーザ光を照射して、前記先端部から測って予め定めた所定の剥離長さの剥離境界までの部分の前記絶縁皮膜を剥離する絶縁皮膜剥離方法であって、
   前記先端部から測って前記剥離境界の手前に予め定めた領域境界までの第一領域について、一方側から他方側に向かって前記レーザ光の照射位置を移動し、前記他方側に達した後、前記他方側から前記一方側に向かって前記レーザ光の照射位置を移動する折返し走査を行う第一領域走査工程と、
   前記領域境界から前記剥離境界までの第二領域について、一方側から他方側に向かって前記レーザ光の照射を行い、前記他方側に達したら、前記レーザ光の照射を止めた状態で前記一方側に戻る一方向走査を行う第二領域走査工程と、
   を含む、絶縁皮膜剥離方法。
2. 導線と前記導線を被覆する絶縁皮膜とを有する絶縁皮膜付導線の長手方向の先端部にレーザ光を照射して、前記先端部から測って予め定めた所定の剥離長さの剥離境界までの部分の前記絶縁皮膜を剥離する絶縁皮膜剥離方法であって、
   前記先端部から測って前記剥離境界の手前に予め定めた領域境界までの第一領域について、中間位置から他方側に向かって前記レーザ光の照射位置を移動し、前記他方側に達した後、前記他方側から前記一方側に向かって前記レーザ光の照射位置を移動して折り返し、前記一方側に達した後、前記一方側から前記中間位置に向かって前記レーザ光の照射位置を移動して折り返し前記中間位置に戻る折返し走査を行う第一領域走査工程と、
   前記領域境界から前記剥離境界までの第二領域について、一方側から他方側に向かって前記レーザ光の照射を行い、前記他方側に達したら、前記レーザ光の照射を止めた状態で前記一方側に戻る一方向走査を行う第二領域走査工程と、
   を含む、絶縁皮膜剥離方法。
3. 前記第一領域走査工程において、
   前記一方側は、前記先端部であり、前記他方側は、前記領域境界であり、
   前記第二領域走査工程において、
   前記一方側は、前記領域境界であり、前記他方側は、前記剥離境界である、請求項１または請求項２に記載の絶縁皮膜剥離方法。
4. 前記レーザ光の移動は、照射ピッチ毎の微小移動である、請求項１または請求項２に記載の絶縁皮膜剥離方法。
5. 前記絶縁皮膜付導線が延びる方向を長手方向とし 前記絶縁皮膜付導線の幅に沿って右側を幅方向の右側とし左側を幅方向の左側として、
   前記第一領域走査工程においては、
   前記長手方向の前記一方側を前記先端部とし、前記長手方向の前記他方側を前記領域境界として、
   前記レーザ光の移動は、
   前記右側と前記左側との間で照射ピッチ毎の微小移動による微小走査による幅方向の折返し走査を行い、
   前記先端部から前記領域境界へ向かって前記幅方向の折返し走査を繰り返して長手方向について前記先端部から前記領域境界に向かう往路走査を行い、往路走査の後、前記領域境界から前記先端部へ向かって前記幅方向の折返し走査を繰り返して前記長手方向について前記領域境界から前記先端部に向かう復路走査を行い、これを所定回数繰り返して第一領域走査における折返し走査とし、
   前記第二領域走査工程においては、
   前記長手方向の前記一方側を前記領域境界とし、前記長手方向の前記他方側を前記剥離境界として、
   前記レーザ光の移動は、
   前記領域境界から前記剥離境界へ向かって照射ピッチ毎の微小移動による微小走査による長手方向の一方向折返し走査を行い、
   前記幅方向の右側から前記幅方向の左側へ向かって前記長手方向の一方向折返し走査を行い、これを所定回数繰り返して第二領域走査における一方向走査とする、請求項１または請求項２に記載の絶縁皮膜剥離方法。
6. 前記第一領域走査工程は、
   前記第一領域を複数のサブ領域に分け、
   各前記サブ領域について、前記サブ領域の中間位置を照射開始位置とする、請求項２に記載の絶縁皮膜剥離方法。
7. 前記第二領域走査工程において、
   前記レーザ光の移動は、
   前記絶縁皮膜付導線の長手方向に対し所定の角度で傾斜した走査方向に沿った照射ピッチ毎の微小移動である、請求項１または２に記載の絶縁皮膜剥離方法。

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