JPH0729212B2 - レーザ溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本願発明はレーザ溶接装置に関する。

【従来の技術】

近年の電子技術の発達により、電子装置の小型化、高集
積化が促進され、より微細な加工技術を開発する必要が
生じている。 電子装置製造工程において、電子部品等を基板等の取付
け体の所定位置に接合するために、従来からハンダ等を
利用した接合方法が用いられている。しかしながら、上
述のように、上記電子装置がきわめて小型になり、ま
た、集積度を高くするためには電子部品と取付け体との
間で大きな接合部分をとることができず、上記ハンダ等
による接合方法は限界に達している。 上記問題を解決する加工技術としてレーザ溶接加工が注
目され、実用化されている。レーザ光線は高いエネルギ
密度を有する光線であり、また、指向性および集束性が
よく、非接触で溶接加工を行うことができるため、その
利用範囲はきわめて広い。 上記溶接加工を行うために、第３図に示すように、いわ
ゆるYAGレーザを利用したレーザ溶接載置１がよく用い
られる。上記YAGレーザは固体レーザの一種であり、ラ
ンプ２による光励起作用によりレーザ光線が発振される
ため保守が容易であり、また、大出力を得ることができ
るとともに、集束性がよいため、精密溶接加工に適して
いる。 上記YAGレーザを利用したレーザ溶接装置１は、レーザ
光線の発振源であるYAGレーザ発振装置３と、上記YAGレ
ーザ発振装置３よって発振されたレーザ光線を電子部品
４と取付け体５とからなるワーク６の接合部9a,9bに照
射する照射装置７と、上記レーザ発振装置３で発振され
たレーザ光線を上記照射装置７まで伝送する光ファイバ
８とを備える。精度の高い電子装置を製造するには、上
記電子部品４の取付け体５に対する取付け位置の精度を
高くする必要があることはもちろん、レーザ光線を上記
電子部品４と取付け体５の接合部9a,9bに正確に集束さ
せるために、上記ワーク６の接合部9a,9bとレーザ照射
装置7a,7bとの相対位置をも正確に規定する必要もあ
る。 従来、電子部品４の取付け体５に対する取付け位置を規
定するために、電子部品４を上記取付け体５の取付け面
に搬送するとともに、上記電子部品４の取付け体５に対
する取付け位置を調節しうるコレット装置10を設ける一
方、ワーク６上における上記レーザ光線の被照射部９の
位置を調節するために、上記照射装置７のワーク６に対
する相対位置を調節しうるように、可動アーム等の照射
装置７の位置調節手段11が設けられている。 また、上記レーザ光線の被照射部９を正確に規定するた
めに、上記レーザ溶接装置１において、上記溶接加工に
用いるレーザ光線とは別途に、肉眼で認識することがで
き、かつ、上記電子部品４および取付け体５の被照射部
９に影響を与えない照明光を発生する位置調節用光線発
生装置12を設け、上記位置調節用光線発生装置12から発
せられる位置調節用光線を上記電子部品４と取付け体５
との接合部9a,9bに照射して、レーザ光線の被照射部９
をあらかじめ検出し、上記コレット装置10あるいは上記
位置調節手段11を駆動して上記照射装置７の上記接合部
9a,9bに対する相対位置を調節できるように構成されて
いる。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記従来の溶接装置１においては、上記コレ
ット装置10と位置調節手段11とを、それぞれ別々に駆動
してワーク６および照射装置7a,7bの位置調節を行って
いたため、以下に述べる問題が発生していた。 すなわち、上記位置調節を行うには、上記コレット装置
10によって上記電子部品４の取付け体５に対する取付け
位置を規定した後、上記電子部品４と取付け体５との被
照射部９にレーザ光線が集束するように、上記位置調節
手段11を駆動させて上記照射装置７のワーク６に対する
相対位置の位置調節を行わなければならない。このた
め、多数の電子装置を連続して溶接加工する場合には、
上記二段階の位置調節を各々の加工工程ごとに行わなけ
ればならず、装置が複雑になるばかりか位置調節作業に
多くの時間を要し、作業性が低下する。 また、上記コレット装置10と位置調節手段11とを別々に
駆動するように構成しているため、上記それぞれの位置
調節を行う際の調節誤差が累積されることとなり、製品
の精度を向上させるには限界がある。 さらに、第３図に示すように、電子部品４を取付け体５
に溶接する場合、溶接時の膨脹収縮による取付け誤差を
防止し、上記電子部品４を取付け体５の所定位置に正確
に溶接するために、通常、一対の照射装置7a,7bから上
記ワーク６の二個所の接合部9a,9bに同時にレーザ光線
が照射される。このため、精度の高い溶接加工を行うた
めには、上記一対の照射装置7a,7bから照射されるレー
ザ光線の二個所の被照射部9,9を正確に規定しなけれは
ならない。 ところが、従来のレーザ溶接装置１においては、上記コ
レット装置10と、各照射装置7a,7bの位置調節を行う位
置調節装置11a,11bがそれぞれ独立して駆動するように
構成されているため、上記コレット装置10によって、上
記電子部品４の取付け体５に対する位置を調節すると、
必ず上記一対の被照射部9,9にずれが生じ、再度照射装
置7a,7bの位置調節を行わなければならない。このた
め、レーザ光線の被照射部9,9を正確に規定するのが非
常に面倒であり、連続的に溶接作業を行う場合には作業
性が極めて低下するといった問題が発生していた。 しかも、上記電子部品４の両側を溶接する場合に、レー
ザ光線の被照射部9,9が接合部9a,9bからずれたまま溶接
を行うと、上記一対の接合部9a,9bの片方のみが溶接さ
れるという事態が発生し、電子部品４の取付け体５に対
する取付け位置が狂い、不良品が大量に発生する危険性
がある。 なお、従来では、上述したレーザ溶接装置とは異なる構
成のレーザ溶接装置として、たとえば特開昭63-115673
号公報に所載のものがある。ところが、同公報に所載の
レーザ溶接装置も、上述したレーザ溶接装置と同様に、
実質的には、溶接対象となる電子部品と取付け体とを位
置決めするための自動供給装置などの機構部と、レーザ
光線の照射装置とを別々に駆動させることにより、溶接
箇所の位置決めを行うように構成されている。したがっ
て、上述した従来のレーザ溶接装置と同様な難点が生じ
ていた。 本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであ
って、上記従来の問題を解決し、電子部品の取付け体に
対する位置調節、および上記電子部品と取付け体の接合
部と照射装置の相対位置の調節を、正確にしかも容易に
行うことのできるレーザ溶接装置を提供することをその
課題とする。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、本願発明では、次の技術的
手段を講じている。 すなわち、本願発明は、レーザ光線によって電子部品を
取付け体に溶接するレーザ溶接装置であって、 レーザ発振装置と、 上記レーザ発振装置によって発振されたレーザ光線を上
記電子部品と取付け体の接合部に照射する照射装置と、 上記取付け体を載置する取付け体支持テーブルと、 上記電子部品を上記取付け体の取付け面に搬送するとと
もに、上記電子部品の取付け体に対する取付け位置を調
節しうるコレット装置とを備え、 上記コレット装置および上記照射装置は、上記取付け体
支持テーブルに相対してこれらコレット装置および照射
装置を一体的に位置調節できるように、上記取付け体支
持テーブルとは別置されてこの取付け体支持テーブルを
載置していない同一の移動テーブル上に設けられている
ことを特徴としている。

【発明の作用および効果】

本願発明は、電子部品を溶接位置まで搬送しその取付け
体に対する位置を調節しうるコレット装置と、レーザ光
線を上記電子部品と取付け体の接合部に照射する照射装
置とを、同一の移動テーブルに設置し、コレット装置と
照射装置とを一体的に位置調整することにより、レーザ
光線の被照射部の接合部からのずれを防止しようとする
ものである。 上記コレット装置と照射装置とを同一の移動テーブルに
設置することにより、上記コレット装置と照射装置と
を、上記取付け体に対して一体的に位置調節することが
可能となる。 すなわち、上記電子部品の寸法形状は極めて正確に規定
されているため、コレット装置に保持される上記電子部
品と照射装置の相対位置は容易に設定することができ、
一旦上記相対位置を設定すると、多数の電子部品を連続
して溶接しても、電子部品と照射装置との相対位置がず
れることはほとんどない。このため、上記電子部品と照
射装置との相対位置をあらかじめ規定した後は、各溶接
工程において、上記移動テーブルによって上記コレット
装置と照射装置とを一体的に移動させ、電子部品と取付
け体との相対位置を調節するのみで、精度の高い溶接加
工を行えるようになる。 その結果、連続的に溶接加工を行う場合において、従来
のように、一の電子装置の溶接加工を行うために、二段
階の位置調節を行う必要がなくなり、作業性が格段に向
上する。 また、上記電子部品の取付け体に対する位置調節を行っ
ても、上記電子部品と照射装置との位置関係は変化しな
いため、上記電子部品に対する被照射部を極めて正確に
規定することができる。このため、従来のように、レー
ザ光線の被照射部が上記電子部品と取付け体の接合部か
らずれ、電子部品に悪影響を与えたり、溶接ミスが発生
するといったこともなくなる。 とくに、電子部品の両側に位置する一対の接合部を同時
に溶接する場合においては、上記電子部品の取付け体に
対する位置を調節しても、上記電子部品と照射装置との
位置関係が変化しないため、一対のレーザ光線の被照射
部は、上記電子部品と取付け体の接合部に正確に規定さ
れる。このため、従来のように一対の接合部の片方のみ
が溶接され、製品の不良が発生するといったこともなく
なる。

【実施例の説明】

以下、本願発明の実施例を第１図および第２図に基づい
て具体的に説明する。 第１図は、レーザダイオード13と取付け基板14とから構
成されるレーザダイオードユニット15を取付け体５に溶
接するためのレーザ溶接装置16に本願発明を適用した場
合の概略構成図である。また、第２図は第１図における
レーザ溶接装置16の要部の概略構成図である。なお、こ
れらの図において、従来例と同一または同等の部材には
同一の符号を付してある。 第１図に示されるレーザ溶接装置16は、YAGレーザ発生
装置17と、上記YAGレーザ発生装置17によって発振され
たレーザ光線を所定の加工位置まで伝送するファイバ８
と、上記光ファイバ８の先端に設けられ、上記レーザ光
線をワーク６上の接合部位に照射するための照射装置７
と、上記レーザダイオードユニット15を所定の取付け位
置まで搬送するとともに、上記取付け体５に対する取付
け位置の調節を行いうるコレット装置18と、上記取付け
体５を支持搬送する取付け体支持テーブル19と、上記照
射装置７およびコレット装置18が設置され、xy方向に移
動可能な移動テーブル20とから大略構成される。なお、
本実施例においては、上記レーザ発生装置17から光ファ
イバ8,8からなる二つの光路にレーザ光線を発振し、レ
ーザダイオードユニット15および取付け体５から構成さ
れるワーク６の二個所に同時に溶接加工が行えるように
構成されている。 上記YAGレーザ発生装置17は、第２図に示すように、両
端に反射鏡21aを有する固体状の光共振器21と、上記光
共振器21の両側に配置され、光エネルギを上記光共振器
21に注入するフラッシュライト22と、上記フラッシュラ
イト22に電力を供給し、発光をコントロールする電源部
23とを備えている。 上記光ファイバ８は、上記レーザ発生装置17の内部に導
入された一端部に、上記レーザ光線の入射端24が設けら
れ、集光レンズ25によって集光されたレーザ光線が上記
光ファイバ８に入射され、上記レーザ光線を、所定の加
工位置まで伝送する。 上記照射装置７は、上記光ファイバ８の他端に連結され
ており、上記光ファイバ８によって伝送されたレーザ光
線を取り出す出射端26と、上記射出端26から射出される
レーザ光線を集束させ、ワーク６に照射する集光レンズ
27とを備え、上記ワーク６における被照射部９の位置を
調節できるように、基端部が移動テーブル20に固定され
た可動アーム28によって三次元方向に位置調節可能に構
成されている。 上記コレット装置18は、移動テーブル20に固定されるシ
リンダ部29と、上記シリンダ部29に摺動可能に挿入され
た摺動ロッド30と、上記摺動ロッド30の先端部に形成さ
れる頭部31と、上記頭部31の先端部に下方に延出するよ
うに形成されたコレット爪32とを備える。上記頭部31
は、上記シリンダ部29に挿入支持された摺動ロッド30に
よって、回転可能に、かつ上下方向移動可能に支持され
ている。また、上記コレット爪32は、図示しない真空発
生装置に連結されており、吸引圧力によって上記レーザ
ダイオードユニット15をその先端部に吸引保持できるよ
うに構成されている。上記コレット装置18は、図示しな
い制御装置によって駆動され、上記レーザダイオードユ
ニット15を吸引保持した状態で上記頭部31を駆動させる
ことにより、上記レーザダイオードユニット15を所定の
取付け位置まで保持搬送するとともに、レーザダイオー
ドユニット15の取付け体５に対する位置調節を行えるよ
うに構成されている。 上記移動テーブル20は、本実施例においては、XYテーブ
ルから構成されており、上記照射装置７およびコレット
装置18が上面に設置され、上記移動テブール20を移動さ
せると、上記照射装置７および上記コレット装置18とが
一体的に移動するように構成されている。 なお、本実施例においては、上記レーザ光線のワーク６
における被照射部９を規定するための位置調節用光線発
生装置12を備えており、上記位置調節用光線発生装置12
としてヘリウム−ネオンレーザ発生装置が採用されてい
る。上位置調節用光線発生装置12は、上記光ファイバ８
の入射端24近傍に設けられ、上記溶接用レーザ光線の光
路に、その途中から上記位置調節用光線を入射しうるよ
うに構成されている。 次に、上記構成のレーザ溶接装置16の使用方法について
説明する。 始めに、上記コレット装置18によって搬送されるレーザ
ダイオードユニット15の溶接位置、および、上記溶接位
置におけるレーザダイオードユニット15に対する照射装
置7,7の相対位置をあらかじめ設定する。本実施例にお
いては、上記照射装置7,7から位置調節用光線が照射さ
れ、溶接位置における上記レーザダイオードユニット15
の接合縁にレーザ光線が集束するように、上記コレット
装置18および照射装置7,7の位置調節が行われる。上記
レーザダイオードユニット15は、半導体製造工程におい
て加工されており、その形状および寸法の精度は高い。
したがって、上記コレット装置18によって、上記レーザ
ダイオードユニット15を所定の溶接位置に精度高く位置
決めすることが可能であり、多数のレーザダイオードユ
ニット15を連続的に溶接加工する場合でも、上記一対の
照射装置7,7と上記レーザダイオードユニット15との相
対位置精度は高く保たれる。このため、一旦、上記照射
装置7,7の位置調節を行えば、連続的に搬送されるレー
ザダイオードユニット15の接合縁に、レーザ光線を正確
に集束させることが可能となる。 上記コレット装置18および照射装置７の位置調節が終了
した後、ワーク６の溶接加工を行う。 まず、取付け体支持テーブル19の上に載置された取付け
体５が、レーザ溶接装置16の所定の位置まで搬送され
る。そして、上記コレット装置18によって、レーザダイ
オードユニット15がその加工位置まで搬送され、上記取
付け体５の上面に添着される。上記レーザダイオードユ
ニット15が上記取付け体５の上面に添着された状態で、
位置調節用光線を照射するとともに移動テーブル20を駆
動して、上記レーザダイオードユニット15の上記取付け
体５に対する位置調節を行う。上記コレット装置18およ
び照射装置7,7は上記移動テーブル20上に設置されてい
るため、上記移動テーブル20を駆動させると、上記コレ
ット装置18および照射装置7,7が一体的に移動し、上記
コレット装置18のコレット爪32に保持されているレーザ
ダイオードユニット15と照射装置7,7との相対位置も変
化しない。このため、上記移動テーブル20をxy方向に移
動して上記レーザダイオードユニット15と取付け体５の
位置調節を行うだけで、レーザ光線を上記レーザダイオ
ードユニット15と取付け体５の接合部9a,9bに正確に照
射することが可能となる。 上記、レーザダイオードユニット15と取付け体５の位置
調節が終了した後、レーザ発生装置17からレーザ光線を
発振し、上記ワークの接合部9a,9bに照射して溶接加工
を行う。 上述のように、本実施例においては、上記レーザダイオ
ードユニット15と照射装置7,7との相対位置をあらかじ
め規定した後は、上記移動テーブル20によって上記コレ
ット装置18と一対の照射装置7,7とを一体的に移動さ
せ、レーザダイオードユニット15と取付け体５との相対
位置を調節するのみで、精度の高い溶接加工を行えるよ
うになる。 その結果、連続的に溶接加工を行う場合において、従来
のように、一のレーザダイオードユニット15の溶接加工
を行うために、二段階の位置調節を行う必要がなくな
り、作業性が格段に向上する。 また、上記レーザダイオードユニット15の取付け体５に
対する位置調節を行っても、上記レーザダイオードユニ
ット15と照射装置7,7との位置関係は変化しないため、
上記レーザダイオードユニット15の接合縁にレーザ光線
の被照射部９を正確に規定することができる。このた
め、従来のように、被照射部９が上記レーザダイオード
ユニット15と取付け体５の接合部9a,9bからずれ、レー
ザダイオードユニット15に悪影響を与えたり、溶接ミス
が発生するといったこともなくなる。 とくに、第２図に示すように、レーザダオードユニット
15の両側に位置する一対の接合部9a,9bを同時に溶接す
る場合においては、上記レーザダオードユニット15の取
付け体５に対する位置を上記移動テーブル20によって調
節しても、上記レーザダイオードユニット15と照射装置
7,7との位置関係が変化しないため、レーザ光線の集束
部は上記レーザダイオードユニット15の接合縁からずれ
ることがなく、一対のレーザ光線の被照射部９は、上記
レーザダードユニット15と取付け体５の接合部9a,9bに
正確に規定される。このため、従来のように一対の接合
部9a,9bの一方のみが溶接され、製品の不良が発生する
といったこともなくなる。 本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。実
施例においては、本願発明をレーザダイオードユニット
15と取付け体５との溶接を行うレーザ溶接装置16に適用
したが、他の電子装置を製造する溶接装置に適用するこ
とができる。また、レーザ発振装置として、YAGレーザ
発振装置を用いたが、炭酸ガスレーザ等他のレーザ発振
装置を採用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の実施例の概略構成を示す斜視図、第
２図は第１図の要部の概略正面図、第３図は従来例の概
略構成図である。 ３……レーザ発振装置、５……取付け体、７……照射装
置、15……電子部品（レーザダイオードユニット）、16
……レーザ溶接装置、18……コレット装置、19……取付
け体支持テーブル、20……移動テーブル。

フロントページの続き (72)発明者 田中 治夫 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−115673（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光線によって電子部品を取付け体に
   溶接するレーザ溶接装置であって、 レーザ発振装置と、 上記レーザ発振装置によって発振されたレーザ光線を上
   記電子部品と取付け体の接合部に照射する照射装置と、 上記取付け体を載置する取付け体支持テーブルと、 上記電子部品を上記取付け体の取付け面に搬送するとと
   もに、上記電子部品の取付け体に対する位置を調節しう
   るコレット装置とを備え、 上記コレット装置および上記照射装置は、上記取付け体
   支持テーブルに相対してこれらコレット装置および照射
   装置を一体的に位置調節できるように、上記取付け体支
   持テーブルとは別置されてこの取付け体支持テーブルを
   載置していない同一の移動テーブル上に設けられている
   ことを特徴とする、レーザ溶接装置。