JPH04113184U - 光加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバを使用して融通性を高めた光照射
装置において、光ファイバの出射部が所望の箇所を照射
できる位置に配置されたか否かを、光照射開始前に予め
モニタする手段を与えることにより、加熱すべきでない
誤って加熱してしまうことを防止する。 【構成】 光ファイバ３の入射端面３１に入射する手前
の光路上において光を遮断するためのシャッタ板４１に
は、シャッタ板４１が光路上に配置された際に光源２か
らの光が入射する微少な光透過穴４１０が設けられてお
り、この光透過穴４１０からの漏れ光の照射位置をモニ
タすることにより、光ファイバ３の出射部３４を予め最
適位置に位置させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光による輻射加熱を行う光加熱装置のうち、電子部品のハンダ付け 等の産業用プロセスに使用される光加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光による輻射加熱により物体を加熱することは古くから行われているが、最近 では、産業用プロセスへの応用も多い。 例えば、電子部品のプリント配線基板へのハンダ付けや熱硬化型樹脂の硬化、 さらにプラスチックの溶着など、多岐にわたっている。

【０００３】 光を用いた輻射加熱が好んで用いられるのは、 非接触で加熱できるので、被加熱物の汚損の恐れが無い。 加熱したい部分のみを加熱できる。 制御性が良い。 瞬時のうちに加熱できる。 等の理由からである。

【０００４】 上記光加熱装置には、光源から離れた所望の場所を自由に加熱できることが要 求されており、このような要求から、最近では、光源からの光を集光させて光フ ァイバに入射させ、光ファイバにより導光して照射する光加熱装置が知られてい る。 また、ＬＳＩ等の電子部品のプリント配線板への実装工程で行われるハンダ付 けにおいては、実装密度の向上の要請からハンダ付け箇所の面積が小さくなって きており、上記光ファイバを使用した光加熱装置によれば極めて小さな領域のみ を加熱することができることから、多用されるに至っている。

【０００５】 図４は、光ファイバが使用された従来の光加熱装置の概略説明図である。図４ の光加熱装置は、楕円集光鏡１と、発光部２１が楕円集光鏡１の第一焦点１０の 位置になるように配置された光源２と、入射端面３１が楕円集光鏡１の第二焦点 １５の位置になるように配置された光ファイバ３と、光ファイバ３の入射端面３ １に入射する手前の光路上において光を遮断するシャッタ板４１などにより構成 される。 図４の光加熱装置においては、光源２からの光が楕円集光鏡１により第二焦点 １５の位置に集光され、その第二焦点１５の位置に配置された入射端面３１から 光ファイバ３に入射する。そして、入射した光は、光ファイバ３により導光され た後、出射端面３６から出射されて被加熱物８を照射し、被加熱物８が加熱され る。

【０００６】 上記光加熱装置は、光ファイバ３を使用しているため光照射箇所が限定されず 融通性がすぐれている。さらに、出射部３４にＸ−Ｙ移動機構やロボットアーム 等を付設して、汎用性を高める工夫もなされている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記のように、光ファイバを使用した光加熱装置は、光照射する領域が固定さ れず、光ファイバの出射部を動かすことによって、光源から離れた所望の場所を 自由に加熱できる利点があり、このため既存の自動化プロセスの中に組み込み易 いという長所を持っている。

【０００８】 しかし、ここで、光ファイバの特性を生かして、加熱箇所を固定せずに種々の 所望の箇所に変更していく場合には、光照射を始める前に、予め光ファイバの出 射部が所望の位置を照射する位置に配置できたか否かモニタする必要がある。

【０００９】 しかしながら、従来の装置では、光照射を開始する前に、出射部の位置が所望 の位置に配置されたか否かをモニタする手段がなく、加熱すべきでない箇所に誤 って照射してしまうことがあった。 例えば、光ファイバの出射部にＸ−Ｙ移動機構を付設して出射部を動かす場合 に、Ｘ−Ｙ移動機構に対する出射部の取付位置やＸ−Ｙ移動機構の動作状態を光 照射開始前に予めモニタする手段がなく、加熱すべきでない電子部品本体を誤っ て加熱して損傷させてしまうことがあった。

【００１０】 この出願の考案は、かかる課題を解決するためになされたものであり、光ファ イバを使用して融通性を高めた光加熱装置において、光ファイバの出射部が所望 の箇所を照射できる位置に配置されたか否かを、光照射開始前に予めモニタする 手段を与えることにより、加熱すべきでない誤って加熱してしまうことを防止す ることが可能な光加熱装置の提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本願の請求項１の光加熱装置は、楕円集光鏡と、こ の楕円集光鏡の第一焦点の位置に配置される発光部を有する光源と、楕円集光鏡 の第二焦点の位置に配置される入射端面を有する光ファイバと、入射端面に入射 する手前の光路上において光を遮断するためのシャッタ板と、このシャッタ板を 光路上に配置及び光路上から退避させるためのシャッタ駆動機構とを具備し、シ ャッタ板には、シャッタ板が光路上に配置された際に光源からの光が入射する微 少な光透過穴が設けられているものである。

【００１２】 また、本願の請求項２の光加熱装置は、請求項１の光加熱装置において、前記 光透過穴は、前記シャッタ板が光路上に配置された際に光軸上に位置するような 位置に設けられているものである。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を説明する。 図１は、本考案の実施例の光加熱装置の概略説明図であり、図２は、図１の光 加熱装置における要部の斜視図である。 図１及び図２に示すの光加熱装置は、光軸が水平になるように設けられた椀状 の楕円集光鏡１と、楕円集光鏡１の第一焦点１０の位置に発光部２１が位置する ように設けられた光源２と、入射端面３１を有し、楕円集光鏡１の第二焦点１５ の位置にその入射端面３１が位置するように配置された光ファイバ３と、入射端 面３１に入射する光を入射端面３１の光源２側の近傍の光路上において遮断する ためのシャッタ板４１と、このシャッタ板４１を光路上に配置及び光路上から退 避させるためのシャッタ駆動機構４０と、光ファイバ３の入射部３２を保持する 入射部ホルダー５と、これらの部材を収納するケーシング６などから構成されて いる。

【００１４】 楕円集光鏡１は、その前面開口を光ファイバ３の入射端面３１に向けた状態で 集光鏡ホルダー１１により保持されている。この集光鏡ホルダー１１は、ケーシ ング６の内面に固定されている。

【００１５】 光源２としては、本実施例では、可視域から赤外域にかけて強い発光分光分布 を有するキセノンショートアークランプが使用されている。このキセノンショー トアークランプは、発光部２１が小さいため、楕円集光鏡１により第二焦点にお いて極めて小さい光芒に集光することができる。従って、本実施例のように、光 ファイバを使用した光源装置には好適である。 このキセノンショートアークランプよりなる光源２は、中央に球面状の膨出部 ２３を有する長尺な管体２２と、膨出部２３の部分の内部で対向して配置された 一対の放電用電極２４と、管体２２の両端に設けられた口金２５，２６より構成 されている。放電用電極２４が対向する空間が放電部即ち発光部２１であり、光 源２は、この発光部２１が楕円集光鏡１の第一焦点１０の位置になるよう配置さ れる。

【００１６】 即ち、光源２は、一方の口金２５がランプホルダー２７に固定されており、膨 出部２３からこのランプホルダー２７に固定された口金２５に延びる管体２２の 部分を、椀状の楕円集光鏡１の底部に設けられた底部開口１２を挿通させるよう にして取り付けている。ランプホルダー２７には、三次元位置調節機構２８が付 設されており、この三次元位置調節機構２８を操作することにより光源２の位置 ひいては発光部２１の位置を三次元的に調節して発光部２１を第一焦点１０の位 置に配置させることが可能になっている。尚、ランプホルダー２７は、光源２へ の給電部を有しており、また他方の口金２６には給電用のリード線２９が取り付 けられている。

【００１７】 光ファイバ３は、可撓性のあるカバーでバンドルを覆った可撓部３３と、バン ドルの両端を可撓性の無い金具で覆った構造の入射部３２及び出射部３４と、出 射部３４の出射側に連設された出射レンズユニット３５から構成される。

【００１８】 また、上記光源２を臨む位置のケーシング６には、光ファイバ３の入射部３２ をケーシング６に固定するための穴が設けられており、入射部ホルダー５は、こ の穴に介挿されるようにしてケーシング６に固定されている。 上記光ファイバ３の入射部３２は円柱形をしており、入射部ホルダー５は、こ の円柱形の入射部３２を保持可能なように円筒形をしている。この入射部ホルダ ー５は、入射部３２の外径にほぼ一致した内径を有し入射部３２に接触する接触 部５５と、入射部３２の外径より幾分大きな内径を有し保持の際に入射部３２と の間に間隙が形成される有隙保持部５６と、この有隙保持部５６の終端で筒を塞 ぐように設けられた奥壁５３とから構成される。ケーシング６に固定されるのは 上記接触部５５の部分であり、有隙保持部５６や奥壁５３はケーシング６内に位 置せしめられる。また、有隙保持部５６には、入射部ホルダー５内に冷却風が流 れるようにするために、通風口５２１，５２２が設けられている。尚、奥壁５３ には、入射端面３１に光を導き入れるための窓５３１が設けられている。

【００１９】 また、ケーシング６外に露出した部分の入射部ホルダー５の肉厚部分を貫通す るようにして止めネジ５１が螺合している。円柱形の入射部３２の周面には、上 記光ファイバ３の入射部３２がホルダーに介挿されて入射端面３１が入射部ホル ダー５の奥壁５３に突き当たった際に、上記止めネジ５１の先端が進入して嵌合 可能な止めネジ用凹部３２１が設けられている。 光ファイバ３をこの入射部ホルダー５に保持させる際には、入射部３２を入射 部ホルダー５に挿入して先端の入射端面３１を奥壁５３に当接させる。この状態 で、入射端面３１が楕円集光鏡１の第二焦点１５の位置に位置するように、入射 部ホルダー５が楕円集光鏡１に対して所定の位置関係でケーシング６に固定され ている。従って、入射端面３１を入射部ホルダー５の奥壁５３に当接させておい て、止めネジ５１を回して入射部３２の止めネジ用凹部３２１に嵌合させると、 入射端面３１の光学的位置出しがなされる。即ち、楕円集光鏡１の第二焦点の位 置に保持される。

【００２０】 シャッタ駆動機構４０は、シャッタ板４１を軸支するシャッタ軸４２と、シャ ッタ軸４２を軸にしてシャッタ板４１を光軸に垂直な平面内で揺動させることに よりシャッタ板４１を光路上に配置及び光路上から退避するためのロータリーソ レノイド４２とから構成される。そして、シャッタ軸４２やロータリーソレノイ ド４３は、ケーシング６に固定された不図示の取付板に取り付けられている。

【００２１】 シャッタ板４１には、シャッタ板４１が光路上に配置された際に光源２からの 光が入射する微少な光透過穴４１０が設けられている。この光透過穴４１０は、 図２に特徴的に示すように、シャッタ板４１が光路上に配置された際に光軸Ａ上 に位置する位置に設けられている。 この光透過穴４１０の直径は、２ミリメートル程度である。光透過穴４１０の 径があまり大きくなると、出射部３４の配置動作中に被加熱物８以外の部分を不 必要に加熱してしまったり、本番の光照射による加熱以前に被加熱物８がかなり 加熱されてしまったりするので、モニタに支障が無い程度に小さくする。光源２ の出力とも関係するが、例えば３ミリメートル以下であることが好ましい。

【００２２】 上記の光透過穴４１０により、シャッタ板４１が光路上に配置されて光源１か ら光の大部分が遮断された際にも、僅かな光がこの光透過穴４１０から漏れて光 ファイバ３に入射して、被加熱物８に照射される。このため、この照射された漏 れ光により、光ファイバ３の出射部３４が所望の位置にあるか否かモニタするこ とができる。

【００２３】 本実施例において、シャッタ板４１が光路上に位置した際に、光透過穴４１０ が光軸Ａ上に位置するようになっているので、照射面における光芒の中心となる 位置に、この光透過穴４１０からの漏れ光が照射される。従って、この漏れ光の 照射位置が被加熱物８の照射したい領域を中央になるように、出射部３４の位置 を調節すればよく、位置調節が容易である。

【００２４】 次に、図１を用いて、この光加熱装置を使用して、ＬＳＩ等の電子部品を自動 的にハンダ付けする場合の例について説明する。 図３は、図１の光加熱装置を電子部品の自動ハンダ付け装置に適用した場合の 概略を説明する図である。 光ファイバ３の出射部３４は、図示しない固定具により固定されている。一方 、ハンダ付けされるプリント配線板９は、Ｘ−Ｙ移動テーブル９０の上に載置固 定されている。

【００２５】 処理を開始しない状態では、シャッタ板４１は光路上にあり、光源２からの光 の大部分はシャッタ板４１により遮断されている。 まず、制御装置９１からの信号によりＸ−Ｙ移動テーブル９０が動作して、ハ ンダ８が盛られた箇所が出射部３４の下方の所定位置になるようプリント配線板 ９を水平移動させる。 そして、出射レンズユニット３５が所定の位置に位置したかを、シャッタ板４ １の光透過穴４１０の漏れ光によるハンダ８の表面の光芒をオペレーターがモニ タするなどして確認する。尚、光センサによる自動モニタでも良い。 この状態で次に、制御装置９０からロータリーソレノイド４３に駆動信号が送 られてシャッタ板４１が光路から退避する。この結果、楕円集光鏡１により集光 された光源２からの光が入射端面３１から光ファイバ３に入射する。入射した光 は、光ファイバ３により導光された後、出射部３４から出射され、出射レンズユ ニット３５内のレンズにより再度集光された後、ハンダ８に照射されてハンダ８ が溶融する。その後、またシャッタ板４１が光路上に位置せしめられて加熱が停 止され、ハンダ８が冷えて固化し、ハンダ付けが終了する。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の請求項１の考案によれば、光ファイバの出射部 が所望の箇所を照射できる位置に配置されたか否かを、光照射開始前に予めモニ タすることにより、加熱すべきでない誤って加熱してしまうことを防止すること ができる。 また、請求項２の考案によるならば、光ファイバの出射部の位置調節が容易と なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の光加熱装置の概略説明図であ
る。

【図２】図１の光加熱装置の要部の斜視図である。

【図３】図１の光加熱装置を電子部品の自動ハンダ付け
装置に適用した場合の概略を説明する図である。

【図４】光ファイバが使用された従来の光加熱装置の概
略説明図である。

【符号の説明】

１ 楕円集光鏡 １０ 第一焦点 １５ 第二焦点 ２ 光源 ３ 光ファイバ ３１ 入射端面 ３４ 出射部 ４０ シャッタ駆動機構 ４１ シャッタ板 ４１０ 光透過穴 ５ 入射部ホルダー ８ 被加熱物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/02 Ｂ 7820−2Ｋ Ｈ０１Ｊ 61/84 8019−5Ｅ Ｈ０５Ｂ 3/00 ３４５ 8918−3Ｋ Ｈ０５Ｋ 3/34 Ｔ 9154−4Ｅ // Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 楕円集光鏡と、この楕円集光鏡の第一焦
   点の位置に配置される発光部を有する光源と、楕円集光
   鏡の第二焦点の位置に配置される入射端面を有する光フ
   ァイバと、入射端面に入射する手前の光路上において光
   を遮断するためのシャッタ板と、このシャッタ板を光路
   上に配置及び光路上から退避させるためのシャッタ駆動
   機構とを具備し、シャッタ板には、シャッタ板が光路上
   に配置された際に光源からの光が入射する微少な光透過
   穴が設けられていることを特徴とする光加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１の光加熱装置において、前記光
   透過穴は、前記シャッタ板が光路上に配置された際に光
   軸上に位置するような位置に設けられていることを特徴
   とする光加熱装置。