JPH0327866A - 光ビーム照射方法及び照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 この発明は、放電による光ビームを利用して、フロー及
びリフロー半田付け、又は加熱加工などを行うことがで
きる光ビーム照射方法及び照射装置に関するものである
。

く従来の技術〉 従来よりレーザ光を利用してフロー及びリフロ一半田付
けや各種加熱加工を行う技術は広く知られている。また
、レーザ光と同様に高エネルギーの光として例えばアー
ク放電による光ビームも知られているが、レーザ光のよ
うにシャープな光でないために、半田付けや各種加熱加
工への応用′が不便であった。

く発明が解決しようとする課題〉 このような不便さを解消するために、光ビームを光ファ
イバケーブルを用いて必要な部位まで伝送して照射する
研究が進められている。しかしながら、放電による光ビ
ームは光ファイバケーブルの入光部で反射して減衰し易
いために、確実で効率的な伝送がなかなか出来ずにいた
。つまり、反射による減衰分を補うために、光ビームの
出力を上げると今度はその光ビームが入光部において大
きな熱エネルギーに変換され、光ファイバケーブルの入
光部が焼付きを起こしてしまっていた。

この発明はこのような従来の技術に着目してなされたも
のであって、放電による光ビームを光ファイバケーブル
にて確実且つ効率良く伝送し照射することができる光ビ
ーム照射方法及び照射装置を提供せんとするものである
。

く課題を解決するための手段〉 この発明に係る光ビーム照射方法は、上記の目的を達或
するため、光源ユニットから発せら囚た放電による光ビ
ームを、光ファイバケーブルにて伝送して照射する光ビ
ーム照射方法であって、上記光ファイバケーブルの入先
端末面からは光ビームの非焦点部分である拡散部を導入
し、且つ出光端末面から照射される光ビームを光学レン
ズ系にて集光させるものである。

また、この発明に係る光ビーム照射装置は、放電による
光ビームを発する光源ユニットと、前記光ビーム伝送用
の光ファイバケーブルとから成る光ビーム照射装置であ
って、上記光ファイバケーブルは、一端側の入先端末面
が光ビームの非焦点部分である拡散部を導入すべく比較
的広面積とされており、且つ他端側の出光端末面に光ビ
ーム集光用の光学レンズ系が一体的に組合わせてあるも
のである。

く作　用〉 光ファイバケーブルの人光端末面からは光ビームの非焦
点部分である拡散部を導入するので、焦点近辺の強い光
ビームを導入する場合に比べてエネルギーが入光端末面
の全面にわたって分散するため人光端末面が加熱されづ
らい。このようにして人光端末面から導入された光ビー
ムは他端側の出光端末面より拡散状態で照射されるが、
その光ビームを光学レンズ系により集光するので強いス
ポット光となり、半田付けや各種加熱加工への応用が可
能となる。

〈実　施　例〉 以下この発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図〜第３図はこの発明の第１実施例に係る光ビーム
照射装置を示す。ｌが光源ユニットであり、ランプハウ
ス２内に光源としてのキセノンアークランプ３と反射鏡
４及び強制冷却用ファン５を収納した構造となっている
。キセノンアークランプ３は、３００〜ｌｌ００ｎｍの
波長にわたり自然光に類似したスペクトルを有した高輝
度の点光源である。単波長のレーザ光のように、照射対
象物の物性によるエネルギー化の選択性が少なく、どん
な材料の加熱にも適したソフトな光として、半田付け等
に使用する場合に理想的な特長を発揮するもので・ある
。この光源ユニットｌへは電源部６からの電流がスター
タ７を介して供給されるようになっており、キセノンア
ークランプ３からアーク放電による光ビームＬが上方へ
向け発せられるようになっている。更に、ランプハウス
２の上方には光ピームＬの上方への照射を遮蔽自在な開
閉シャッター８が配置されており、キセノンアークラン
プ３は点灯したままにしておき、必要な時だけこの開閉
シャッター８を開けて光ビームＬを外部へ照射できるよ
うになっている。尚、キセノンアークランプ３からの光
ビームＬは高輝度の光であり、照射点が非常に眩しいの
で、光ビームＬ中の眩しさの原因となる可視波長部分を
カットし、熱源となるエネルギー波長部分だけを透過す
る光学フィルターを光ビームＬの光路中に配してもよい
。また、上記光学フィルターと同じ働きをするコーティ
ングを、キセノンアークランプ３の表面や反射鏡４の鏡
面に施してもよい。

そして、９が光ファイバケーブルであり、複数本の光フ
ァイバを束ねたケーブル本体ｌＯと、端側の人光部１１
及び他端側の出光部ｌ２とから構成されている。この光
ファイバケーブル９は、ケーブル本体１０の両端末であ
る入光端末面ｌ３及び出光端末面ｌ４を比較的広面積（
直径で約３〜２０ｍｍ程度）とすべく、多数本の光ファ
イバを束ねてある。そして、人光部１ｌは前記ランプハ
ウス２の上方位置に配置されており、出光部ｌ２はワー
ク面ｌ５の上方位置に配置されている。

まず、入光部１１の構造を第２図に基づいて説明する。

ケーブル本体１０の入光側端部ｌ６には銅パイプｌ７が
嵌装してあり、この部分をステンレス製のホルダー１８
にて支持している。このホルダー１８の内周部には円周
溝ｌ９が形成されており、この円周溝ｌ９内へ、対称位
置に設けた２つのノズル部２０より冷却用の水Ｗを供給
・排出することによる所謂ウォータージャケットを構成
している。すなわち、このノズル部２０と別置の水槽２
ｌとはそれぞれホース２２にて接続されており、図示せ
ぬポンプにて水槽２ｌ内の水Ｗを循環できるようになっ
ている。円周溝ｌ９内を流れる水Ｗは熱伝導性の良い銅
パイプｌ７に接触し、この銅パイプ１７を介してケーブ
ル本体１０の入光側端部ｌ６を確実に冷却できるように
なっている。２３はエアー噴射ノズルで、エアー噴射装
置２４にてつくられた冷却用の圧縮エアーＡをケーブル
本体１０の入光端末面ｌ３に吹付けられるようになって
いる。

次いで、出光部ｌ２の構造を第３図に基づいて説明する
。ケーブル本体ｌＯの出光側端部２５には３つに分割自
在なレンズホルダー２６が取付けてあり、該レンズホル
ダー２６内に大小２つのレンズ２７、２８を備えている
。

次に、この光ビーム照射装置の動作を説明する。

キセノンアークランプ３を点灯状態とし、開閉シャッタ
ー８を開状態とする。キセノンアークランプ３から発光
したアーク放電による光ビームＬは反射鏡４にて反射さ
れ上方へ向け照射される。照射された光ビームＬはいっ
たん焦点ｆにて収束した後、再度拡散する。光ファイバ
ケーブル９の入光部１１における入光端末面ｌ３には、
この再度拡散した部分である拡散部２９を全面にわたっ
て照射する。照射された光ビームＬはこの人光端末面ｌ
３から導入されて他端側の出光部ｌ２へ伝送される。こ
のように入光端末面ｌ３には、収束して非常に強い光と
なる光ビームＬの焦点ｆ部分を当てず、その焦点ｆ部分
から外れた拡散部２９を当てるようにしたので、入光端
末面１３が光ビームＬで熱せられて過熱状態となること
はない。すなわち、この人光端末面ｌ３は比較的広面積
に設定してあり、且つ焦点ｆから離れた部分の拡散部２
９を導入するので、その分だけ光ビームＬのエネルギー
が分散されてぼやけ、入光端末面ｌ３の温度が上がりづ
らくなる。更に、入光端末面ｌ３は、ホルダー１８の円
周溝ｌ９で循環する水Ｗや、エアー噴射ノズル２３から
吹付けられる圧縮エアーＡにより冷却されるので、温度
が上がり過ぎることはない。

入先端末面ｌ３から導入された光ビームＬはケーブル本
体ＩＯ内を伝送されて行き、出光部ｌ２側の出光端末面
ｌ４より拡散状態で照射される。

この拡散状態で照射された光ビームＬはレンズホルダ−
２６内に備えた２枚のレンズ２７、２８にて集光されス
ポット光となる。このスポット光の光ビームＬをワーク
面ｌ５に照射し、ワーク面ｌ５上において、半田付けや
各種加熱加工を行うことができる。例えば、電子部品を
組立てるための半田付け、プリント基板への半田付けに
よる実装、或いは刃物等の刃先の焼入れ加熱処理、ロウ
付け、溶接などをワーク面ｌ５上において行うことがで
きる。

第４図及び第５図はこの発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例に係る光ビーム照射装置では、光ファイ
バケーブル９の出光部ｌ２をＸ−Ｙロボットアーム３０
の先端部３ｌに取付けたものである。この光ビーム照射
装置を用いて、第４図に示した如く、セット治具３２上
にセットしたＰＣボード３３にＩＣ部品３４をリフロー
にて１つづつ順次半田付けすることができる。すなわち
、ＰＣボード３３に予めクリーム半田（或いは予備半田
）を塗布しておき、その上にＩＣ部品３４の接続部位を
載せ、そこに出光部ｌ２より光ビームＬを照射するよう
になっている。この装置は、リフロー炉を使用すること
ができない部品の半田付けやコンベアの移動による振動
をきらう場合に好適である。また、小ロットの製品で、
多機種の対応を必要とする専用基板を各種作威したりす
る場合における条件出しの変更が容易である。更に、リ
フロー炉を使用しないため、ＩＣ部品３４自体を加熱せ
ず、しかもＰＣボード３３全体の熱ひずみが生じること
もなく残留ストレスが無い。更に、この光ビーム照射装
置を用いて、第５図に示す如く、ハイブリッドＩＣ３５
のリフロー半田付けを行うこともできる。すなわち、ハ
イブリッドＩＣ３５の予めクリーム半田（或いは予備半
田）を塗布した部分に、複数のリードピン３６を当てが
い、そして出光部ｌ２から照射した光ビームＬにて前記
リードピン３６の列を連続して半田付けしていくことが
できる。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様
に付き、重複説明を省略する。

第６図はこの発明の第３実施例を示す図である。

この実施例に係る光ビーム照射装置では、Ｘ−Ｙロボッ
トアーム３０の先端部３７に光ファイバケーブル９の出
光部ｌ２を２つ併設し、ＰＣボード３３上に載置された
フラットパックＩＣ３８の対向辺に連続しているピン３
９を光ビームＬにて２列同時にリフロ一半田付けできる
構造になっている。−このように２列一度に半田付け作
業を行なえることから、半田付け作業の能率向上を図る
ことができる。その他の構成及び作用効果は先の実施例
と同様に付き、重複説明を省略する。

第７図はこの発明の第４実施例を示す図である。

この実施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４
０にチャック部４ｌを備えると共に、このチャック部４
１の上方位置にブラケット４２を介して出光部ｌ２を支
持している。そして、ウエーブ半田槽やりフロー炉を通
った後で、発光ダイオード（ＬＥＤ）４３をチャック部
４１にて扶持して搬送し、その発光ダイオード４３のピ
ン４４をＰＣボード３３の端部に位置決めした後、出光
部ｌ２からの光ビームＬにて半田付けを行う。尚、この
実施例に係る光ビーム照射装置は、発光ダイオード４３
の他にも、各種コネクタやスイッチ類、コイル等の部品
の半田付けに好適である。その他の構成及び作用効果は
先の実施例と同様に付き、重複説明を省略する。

第８図はこの発明の第５実施例を示す図である。

この実施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４
５に光ファイバケーブル９の出光部ｌ２を取付けると共
に、該先端部４５に糸半田供給ノズル４６をホルダー４
７を介して取付ける。そして、糸半田供給ノズル４６か
ら、ＰＣボード３３の多列ピン４８に対してフラックス
入りの糸半田を供給しつつ、その部分に出光部ｌ２より
光ビームＬを照射する。そして、溶融した糸半田にて多
列ピン４８を順次半田付けすることができる。このよう
に、多列ピン４８に対して非接触で加熱処理を施せるた
めに、半田コテを用いたりする場合のように多列ピン４
８やＰＣボード３３を傷付けることがない。また、半田
コテのようにｌビンの半田ごとに付着残留半田のクリー
ニング処理を行う必要もない。更に、各ピン付近の一定
領域を光ビームＬにてスポット照射するので、光ビーム
Ｌとピンとの間に多少の位置ズレがあったとしても許容
できる。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様
に付き、重複説明を省略する。

第９図はこの発明の第６実施例を示す図である。

この実施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４
９に、光ファイバケーブル９の出光部ｌ２とクリーム半
田ディスペンサ−５０とを併設したものである。そして
、ＰＣボード３３上に載置されたＩＣ部品５ｌに対して
、クリーム半田ディスペンサ−５０からクリーム半田を
供給した後、若干スライドさせて、クリーム半田を施し
た部分に出光部ｌ２から光ビームＬを照射して半田付け
を行う。その他の構或及び作用効果は先の実施例と同様
に付き、重複説明を省略する。

第ｌＯ図及び第１１図は、この発明の第７実施例を示す
図である。この実施例に係る光ビーム照射装置は第７図
とほぼ同様の構造をしたものであり、固定フィンガー５
２ａと可動フィンガー５２ｂとから成るチャック装置５
２で微小サイズの■Ｃ部品５３を保持して、ＰＣボード
３３から取外すためのものである。すなわち、ＩＣ部品
５３を誤った位置に半田付けしてしまった場合などは、
そのｔＣ部品５３を取り外す必要があるが、ＩＣ部品５
３が微小サイズであるためＩＣ部品５３の両端にある半
田部位５４に半田コテを密着させられず、また取外す時
にＩＣ部品５３にあまり熱を加えると、その時の熱ダメ
ージにより、せっかく取外してもＩＣ部品５３が再使用
不能になってしまうという等の問題点が従来あった。と
ころが、この実施例では半田コテを用いず、光ビームＬ
により照射エリャＥ全体をスポット加熱するので、ＩＣ
部品５３の半田部位５４に確実な加熱処理を施すことが
できる。また、ＩＣ部品５３の両端（半田部位５４）以
外は、可動フィンガー５２ｂの影になって加熱されない
ので、ＩＣ部品５３が熱ダメージを受けることもない。

尚、この装置はＩＣ部品５３の取外しだけでなく、半田
付けにも利用可能である。

く発明の効果〉 この発明に係る光ビーム照射方法及び照射装置は、以上
説明してきた如き内容のものであって、放電による光ビ
ームを光ファイバケーブルにて任意位置へ確実且つ効率
良く伝送し照射することができるので、光ビームにより
半田付け作業や各種加熱加工を行う際の作業性が格段に
向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係る光ビーム照射装置
の構造を示す概略図、 第２図は光ファイバケーブルの入光部を示す拡大断面図
、 第３図は光ファイバケーブルの出光部を示す拡大断面図
、 第４図及び第５図はこの発明の第２実施例に係る照射装
置の光ビーム照射部分を示す斜視図、第６図はこの発明
の第３実施例に係る照射装置の光ビーム照射部分を示す
斜視図、 第７図はこの発明の第４実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第８図はこの発明の第５実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第９図はこの発明の第６実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第ｌＯ図はこの発明の第７実施例を示す側面図、そして 第１１図は第ｌＯ図中矢示ＸＩ方向から見た平面図であ
る。 ｌ　・・・一　光源ユニット ９　・・・一　光ファイバケーブル ｌ３　・・・・　人光端末面 ２８　゜゜−　レンズ（光学レンズ系）２９　・・−・
　光ビームの拡散部 Ｌ　・・・・　光ビーム ２７、 第１図 ＊．ｌ↓二’Ｑ 第４ 図 第５図 ３２ ３０ 第３図 第６図 Ｖ−Ｌ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源ユニットから発せられた放電による光ビーム
   を、光ファイバケーブルにて伝送して照射する光ビーム
   照射方法であって、 上記光ファイバケーブルの入光端末面からは光ビームの
   非焦点部分である拡散部を導入し、且つ出光端末面から
   照射される光ビームを光学レンズ系にて集光させること
   を特徴とする光ビーム照射方法。
2. （２）光ファイバケーブルの入光端末面近辺を冷却する
   請求項（１）記載の光ビーム照射方法。
3. （３）放電による光ビームを発する光源ユニットと、前
   記光ビーム伝送用の光ファイバケーブルとから成る光ビ
   ーム照射装置であって、 上記光ファイバケーブルは、一端側の入光端末面が光ビ
   ームの非焦点部分である拡散部を導入すべく比較的広面
   積とされており、且つ他端側の出光端末面に光ビーム集
   光用の光学レンズ系が一体的に組合わせてあることを特
   徴とする光ビーム照射装置。
4. （４）光ファイバケーブルの入光端末面近辺冷却用の冷
   却手段を備えた請求項（３）記載の光ビーム照射装置。