JPH04118286U - スポツト加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバを使用した輻射加熱によるスポッ
ト加熱装置において、輻射加熱の効率を向上させること
により光源の消費電力を増加させることなく加熱温度を
高くする。 【構成】 楕円集光鏡１と、この楕円集光鏡１の第一焦
点１０の位置に配置される発光部２１を有する光源２
と、楕円集光鏡１の第二焦点１５の位置に配置される入
射端面３１を有する光ファイバ３とから構成され、前記
楕円集光鏡１の前面１６には、金又は金化合物の反射膜
が設けられているとともに、この楕円集光鏡１を冷却す
る冷却機構７としての冷却ファンを具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電子部品のハンダ付け等のように、比較的小さな領域をスポット的 に加熱するスポット加熱装置に関し、特に光による輻射加熱を用いて、必要な部 分のみをスポット的に加熱するスポット加熱装置に関する。

【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。特に、電子部品のプリント配線基板への ハンダ付け等のように微小な領域をスポット的加熱する場合には、スポット光に よる輻射加熱が多用されている。

【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】 上記輻射加熱によるスポット加熱装置は、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スポ ット加熱装置が知られている。

【０００５】 図３は、光ファイバを使用した輻射加熱による従来のスポット加熱装置の概略 説明図である。図３のスポット加熱装置は、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、 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４ １等により構成される。

【０００６】 図３のスポット加熱装置は、光源２からの光が楕円集光鏡１により第二焦点１ ５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、被加熱物８に照射されて被加熱物８が加熱され る。 また、加熱及び加熱停止の制御は、光ファイバ３の入射端面３１の光源側の光 路上にシャッタ板４１を配置したり、光路上から退避させたりすることにより行 われる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記光ファイバを使用した輻射加熱によるスポット加熱装置の多くは、電子部 品のハンダ付け等の産業プロセスに使用されている。このような産業プロセスに 使用されたスポット加熱装置に要求される事項の一つは、加熱温度の高くするこ とによるプロセスの短時間化である。 加熱温度を高くするための単純な方法は、より高出力の光源を使用することで あるが、その分だけ消費電力が増す等の欠点があってあまり良い方法とは言えな い。 一番良い方法は、輻射加熱の効率を向上させることにより加熱温度を高くする ことである。

【０００８】 本考案は、上記各課題を考慮してなされたものであり、即ち、光ファイバを使 用した輻射加熱によるスポット加熱装置において、輻射加熱の効率を向上させる ことにより光源の消費電力を増加させることなく加熱温度を高くすることが可能 なスポット加熱装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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のスポット加熱装置は、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から構成さ れ、前記楕円集光鏡の前面には、金又は金化合物の反射膜が設けられているとと もに、この楕円集光鏡を冷却する冷却機構を具備するものである。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を説明する。 図１は、本考案の実施例のスポット加熱装置の概略を説明するための平面図で あり、図２は、図１のスポット加熱装置の側面図である。

【００１１】 図１及び図２に示すのスポット加熱装置は、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に入射する手前の光路上において光を遮断するためのシャッタ板４ １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、楕円集光鏡１を冷却することが可能な冷却機構７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等から構成されている。

【００１２】 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。 この楕円集光鏡１の前面１６には金の反射膜が設けられている。この金の反射 膜の厚さは、例えば１から１００ミクロン程度でよい。この金の反射膜は、干渉 膜のようなものではなく単に反射させるだけのものであるからその厚さは本質的 な条件ではない。金の反射膜を設ける方法としては、真空蒸着によるのが一般的 であるが、下地がアルミ等の金属の場合には、メッキ法でもよい。その他、金の 酸化物の反射膜したい場合には、化学スパッタリング法等も採用できる。

【００１３】 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おり、その定角消費電力は ５００Ｗである。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１５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。

【００１４】 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。

【００１５】 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とから構成される。

【００１６】 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 の光ファイバ用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。この円筒状の入射 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５６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５５と、この有隙保持部５５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５６の部分であり、有隙保持部５５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５５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、上下に通風口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。

【００１７】 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。

【００１８】 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１５ の位置に保持される。

【００１９】 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第一のロータ リーソレノイド４３とから構成される。そして、シャッタ軸４２や第一のロータ リーソレノイド４３は、ケーシング６に固定された図示しない取付板に取り付け られている。

【００２０】 さらに、本実施例では、被加熱物８の加熱温度を調節するため、シャッタ板４ １とともに減光板４４が設けられている。この減光板４４は、金属板に多数の小 さな光透過口を設けた構造のものであり、シャッタ板４１と同様に、光軸に垂直 な平面内で揺動可能なように配置される。即ち、減光板４４には、減光板４４を 軸支する減光板軸４５と、減光板軸４５を一定角度回転させて減光板４４を揺動 させる第二のロータリーソレノイド４６とが設けられている。

【００２１】 楕円集光鏡１を冷却することが可能な冷却機構７としては、本実施例では軸流 型の冷却ファンが使用されている。この冷却機構７としての冷却ファンは、光フ ァイバ３の入射端面３１やシャッタ板４１の下方の入射端面３１とシャッタ板４ １とシャッタ駆動機構４０とに冷却風を直接送れる位置に配置されており、ケー シング６の底部６１に固定されている。従って、冷却機構７としての冷却ファン を固定するケーシング６の底部には、冷却風の流入口６１０が設けられている。 一方、ケーシング６の両側部６２のうちの楕円集光鏡１を臨む位置には、冷却 風排出口６２０が設けられている。

【００２２】 従って、冷却機構７としての冷却ファンによって、流入口６１０から冷却風が ケーシング６内に流入し、光ファイバ３の入射端面３１，シャッタ板４１，シャ ッタ軸４２及び第一のロータリーソレノイド４３等を冷却する。 そして、これらの冷却風は、光源２に沿って流れて光源２を冷却すると共に、 楕円集光鏡１の背面１７と金の反射膜が設けられた前面１６とに沿って流れて楕 円集光鏡１を冷却する。これにより、前記金の反射膜の剥離等の熱的損傷が防止 される。 楕円集光鏡１を冷却した冷却風は、ケーシング６の両側部６２の冷却風排出口 ６２０からケーシング６外に排出される。 尚、上記冷却機構７としての冷却ファンを制御する図示しない制御装置が設け られており、光源１の点灯条件に従い最適な冷却風量になるように冷却機構７と しての冷却ファンを制御する。

【００２３】 上記の冷却機構７としては、冷却ファンを使用する強制空冷式のものに限られ ず、楕円集光鏡１の背面に水冷パイプを配設することにより水冷式も採用するこ ともできる。さらに、空冷式の場合には、楕円集光鏡１の内面に圧縮空気を直接 吹き付けるようにしてもよい。

【００２４】 上記構成にかかるスポット加熱装置においては、使用に際しては、前述のよう に光ファイバ３の入射部３２を入射部ホルダー５に保持させ、入射端面３１を楕 円集光鏡１の第二焦点１５の位置に位置せしめる。 一方、光ファイバ３の出射部３４を、出射レンズユニット３５から出射される 光が被加熱物８を照射するような位置に配置する。

【００２５】 そして、まず、前記のように発光部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に電力供給して点灯させる。すると、図示しない 制御装置が働いて、冷却機構７としての冷却ファンが動作を開始し、冷却を始め る。 制御装置から処理開始信号が送られない状態では、シャッタ板４１は光路上に 位置したままであり、従って、楕円集光鏡１により集光された光源２からの光は 第二焦点１５の手前のシャッタ板４１を照射している。それ故、シャッタ板４１ がかなり加熱されるが、冷却機構７としての冷却ファンから送られる冷却風によ り冷却されて耐熱温度以上に昇温しないようになっている。

【００２６】 そして、外部信号等により制御装置から処理開始信号が第一のロータリーソレ ノイド４３に送られると、第一のロータリーソレノイド４３が駆動してシャッタ 板４１が光路上から退避する。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、被加熱物８に照射される。 この状態では、楕円集光鏡１により細く絞られた光が入射端面３１を照射する ので入射端面３１や入射部３２にはかなりの熱が加えられるが、前述のように、 冷却機構７としての冷却ファンによる冷却により耐熱温度以上に昇温しないよう になっている。

【００２７】 加熱温度を調整する必要がある場合には、減光板４４を光路上に配置させて、 被加熱物８表面の照度を調節するようにする。この際も、減光板４４は、光源１ からの光の照射を直接受けることになるが、シャッタ板４１と同様に冷却機構７ としての冷却ファンにより冷却されるので、耐熱温度以上の昇温を防止すること ができる。

【００２８】 ここで、前述のように、本実施例では、楕円集光鏡１の内面１６に金の反射膜 が設けられているので、光源２からの可視域から赤外域の光が効率よく楕円集光 鏡により反射集光されて、被加熱物に到達する。従って、従来に比べ効率の良い 加熱処理が可能となる。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の構成によれば、楕円集光鏡の前面に金の反射膜 が設けられているので、光源からの光のうち可視域から赤外域の光が効率よく楕 円集光鏡により反射集光されて、被加熱物に到達する。従って、従来に比べ効率 の良い加熱処理が可能となる。 また、楕円集光鏡を冷却する冷却機構が設けられているので、上記金の反射膜 の熱的損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例のスポット加熱装置の概略を説
明するための平面図である。

【図２】図１のスポット加熱装置の側面図である。

【図３】光ファイバが使用された従来のスポット加熱装
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 ４０ シャッタ駆動機構 ４１ シャッタ板 ４４ 減光板 ５ 入射部ホルダー ７ 冷却機構 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 // Ｈ０５Ｋ 3/34 Ｔ 9154−4Ｅ Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (1)

【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
   ァイバとから構成され、前記楕円集光鏡の前面には、金
   又は金化合物の反射膜が設けられているとともに、この
   楕円集光鏡を冷却する冷却機構を具備することを特徴と
   するスポット加熱装置。