CN108626970A - 液体去除装置及液体去除方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式的液体去除装置，是能够对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除的液体去除装置。所述液体去除装置具有：激光光源；以及能量控制构件，将从所述激光光源射出的激光分割为多个激光，在所述液体所附着的照射位置，将所分割出的所述多个激光的一部分重叠，从而能够使照射面中的能量强度不均匀。

Description

液体去除装置及液体去除方法
技术领域
本发明的实施方式涉及液体去除装置及液体去除方法。
背景技术
提出了对附着于部件的表面的液体照射激光，使液体蒸发的技术。但是，为了使液体完全蒸发，需要照射具有较大的能量的激光。另外，照射于液体的激光的一部分到达部件的表面。因此，在对液体照射具有较大的能量的激光时，部件的表面可能由于到达部件的表面的激光而损伤。在此情况下，若对液体照射具有较小的能量的激光而使液体完全蒸发，则部件的表面产生的损伤能够减轻，但会产生液体的去除变得不充分或作业时间变长等新的问题。
另外，若使液体完全蒸发，则液体中包含的成分与部件或者周围的环境中包含的成分发生化学反应，也可能在部件的表面产生污浊或部件的表面腐蚀。
因此，期望开发出在去除液体时能够抑制对部件的表面产生的影响的技术。
发明内容
实施方式的液体去除装置，是能够对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除的液体去除装置。所述液体去除装置具有：激光光源；以及能量控制构件，将从所述激光光源射出的激光分割为多个激光，在所述液体所附着的照射位置，将所分割出的所述多个激光的一部分重叠，从而能够使照射面中的能量强度不均匀。
附图说明
图1是用于例示本实施方式的液体去除装置及密封系统的示意图。
图2A、图2B是用于例示掩模、透镜阵列及聚光透镜的作用的示意图。
图3是用于例示透射部与透镜元件的位置关系的示意俯视图。
图4A～图4C是用于例示形成能量强度不同的多个区域的情况的示意图。
图5A及图5B是用于例示形成了能量强度不同的多个区域的情况下的效果的示意图。
图6是用于例示回收部的示意图。
图7是用于例示其他的实施方式的激光光源的示意图。
图8A～图8C是用于例示收纳有液体的部件的制造方法的示意图。
具体实施方式
实施方式的液体去除装置，是能够对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除的液体去除装置。所述液体去除装置具有：激光光源；以及能量控制构件，将从所述激光光源射出的激光分割为多个激光，在所述液体所附着的照射位置，将所分割出的所述多个激光的一部分重叠，从而能够使照射面中的能量强度不均匀。
以下，参照附图，对实施方式进行例示。另外，各附图中，对同样的构成要素标注同一符号，详细的说明适当省略。
图1是用于例示本实施方式的液体去除装置1及密封系统100的示意图。
如图1所示，密封系统100中设置有液体去除装置1、密封装置11、壳体101及控制构件102。
壳体101呈箱状。壳体101能够设为，具有能够抑制来自外部的灰尘的侵入的程度的气密性。另外，壳体101并不必须需要，只要根据需要设置即可。
控制构件102控制液体去除装置1及密封装置11的动作。控制构件102例如能够设为，具备CPU(Central Processing Unit)、存储器等的计算机。液体去除装置1及密封装置11的动作，基于存储器中所保存的动作程序来控制。
液体去除装置1中设置有收纳部2、移动部3、激光光源4、光学系统5及回收部6。
收纳部2设置于壳体101的内部。收纳部2呈箱状。收纳部2能够设为，具有能够维持内部的气氛的程度的气密性。例如，对附着于部件200的表面的液体201照射激光时，可能产生气体。另外，在通过后述的密封装置11进行焊接时可能产生气体。如果设置有收纳部2，能够抑制所产生的气体向周围的环境扩散。在此情况下，还能够在收纳部2中设置吸引并处理所产生的气体的未图示的换气装置。
另外，还能够设置将收纳部2的内部净化的未图示的气体供给装置。净化气体例如能够设为氮气等的惰性气体。如果将收纳部2的内部净化，则能够抑制被照射了激光的液体201由于化学反应而变质。因此，能够抑制部件200的表面产生污浊或部件200的表面腐蚀。
移动部3设置于收纳部2的内部。移动部3使部件200的位置变化。移动部3使部件200在基于液体去除装置1的激光的照射位置与基于密封装置11的激光的照射位置之间移动。移动部3例如能够设为XY工作台等。在移动部3，能够设置用于保持部件200的未图示的保持装置。未图示的保持装置例如能够设为静电卡盘、真空卡盘、电磁卡盘、机械卡盘等。
激光光源4设置于壳体101的内部。激光光源4射出具有规定的波长的激光。如后所述，激光优选设为，照射于部件200的表面与液体201的界面。因此，激光被设为，具有不易被液体201吸收的波长。不易被液体201吸收的波长，根据液体201的成分等而变化。因此，激光的波长能够通过进行实验等而适当决定。例如，在液体201是包含高分子物质的电解液等的情况下，优选激光的波长设为0.5μm～1.06μm左右。如果设为例如YAG激光器等的固体激光器，则能够照射具有上述的波长的激光。
另外，在照射的激光的能量过大时，部件200的表面可能会损伤。另外，液体201中包含的成分与部件200或者周围的环境中包含的成分的反应被催化，也可能在部件200的表面产生污浊或部件200的表面腐蚀。因此，激光光源4优选设为射出脉冲激光的光源。在此情况下，能够设为，脉冲宽度为6纳秒左右，每1脉冲的能量为1J(焦耳)左右。
光学系统5设置于壳体101的内部。光学系统5将从激光光源4射出的激光引导到收纳部2的内部的照射位置为止。在此情况下，激光经由设置于收纳部2的未图示的透射窗对收纳部2的内部的照射位置照射。
另外，光学系统5进行控制，以使照射面56中的能量强度不均匀。另外，有关能量强度的控制的详细在后面叙述。
在光学系统5中，设置有准直透镜51、反射镜52、掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55。
准直透镜51设置于激光光源4与反射镜52之间。准直透镜51使从激光光源4射出的激光成为平行光。
反射镜52使所射入的激光反射，变更激光的前进路线。另外，反射镜52并不必须需要，只要根据需要设置即可。
掩模53设置于反射镜52的激光的射出侧。掩模53具有多个透射部53a及遮光部53b。例如，掩模53能够设为，具有包含金属等的遮光性材料、激光吸收剂等的板状的遮光部53b及多个透射部53a，该多个透射部53a为在厚度方向上贯通遮光部53b的孔。另外，掩模53也能够设为，具有包括玻璃等的透光性材料的板状的基部、包括金属等的遮光性材料、激光吸收剂等并将基部覆盖的遮光部53b及多个透射部53a，该多个透射部53a是设置于遮光部53b的开口。
透镜阵列54设置于掩模53的激光的射出侧。透镜阵列54中设置有多个透镜元件54a。透镜元件54a的数量及配置例如能够设为与透射部53a的数量及配置相同。
聚光透镜55设置于透镜阵列54的激光的射出侧。
掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55协作，对激光的照射位置进行控制，以使照射面56中的能量强度不均匀。例如，掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55，在照射面56形成能量强度高的第1区域56a、比第1区域56a能量强度低的第2区域56b。
在本实施方式中，掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55成为能量控制构件57。能量控制构件57，将从激光光源4射出的激光分割为多个激光，在液体201所附着的照射位置，将所分割出的多个激光的一部分重叠，从而使照射面56中的能量强度不均匀。
接下来，对掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55的作用进一步进行说明。
图2A及图2B是用于例示掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55的作用的示意图。另外，图2A是使用多个反射镜52将激光向掩模53引导的情况。图2B是使用多个光纤58将激光向掩模53引导的情况。
图3是用于例示透射部53a与透镜元件54a的位置关系的示意俯视图。
另外，图2A及图2B及图3中的箭头X、Y表示互相正交的方向。
如图3所示，多个透射部53a在X方向及Y方向上排列设置。多个透镜元件54a在X方向及Y方向上排列设置。即，多个透射部53a和多个透镜元件54a以矩阵状排列设置。
X方向上的透射部53a的间距尺寸P1，比透镜元件54a的间距尺寸P3短。Y方向上的透射部53a的间距尺寸P2比透镜元件54a的间距尺寸P4短。另外，在俯视时(从激光的射入侧观看)，在掩模53的中心存在的透射部53a1的中心，与在透镜阵列54的中心存在的透镜元件54a1的中心重合。在俯视时，在透射部53a1的周边存在的透射部53a2的中心，位于从在透镜元件54a1的周边存在的透镜元件54a2的中心偏移的位置。
如图2A及图2B所示，透射了在掩模53的中心存在的透射部53a1后的激光，透射在透镜阵列54的中心存在的透镜元件54a1并向照射面56照射。与此相对，透射部53a2的中心处于从透镜元件54a2的中心偏移的位置，所以透射透射部53a2并射入到透镜元件54a2的激光，在俯视时照射于从透镜元件54a2的中心偏移的位置。
这样，如果改变多个透射部53a的位置，则能够对多个透射部53a的每一个改变透射后的激光的照射位置。即，通过改变成为一对的透射部53a与透镜元件54a的相对的位置关系，能够改变照射面56中的激光的照射位置。
这里，掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55配置为，相对于透镜阵列54的焦点位置及聚光透镜55的焦点位置为成像关系。因此，如果改变多个透射部53a的位置，则能够在照射面56上将透射了2个以上的透射部53a的激光的照射位置重叠。
如果将激光的照射位置重叠，则在照射面56上形成能量强度高的第1区域56a。激光的照射位置不重叠的区域成为能量强度比第1区域56a低的第2区域56b。
另外，在图2A及图2B中，作为一例，例示了在照射面56的中央区域形成第1区域56a，并在照射面56的周缘区域形成第2区域56b的情况，但并不限定于此。
如前所述，通过改变成为一对的透射部53a与透镜元件54a的相对的位置关系，能够改变照射面56中的激光的照射位置。因此，能够适当变更照射面56中的第1区域56a和第2区域56b的位置。
另外，例示了形成第1区域56a和第2区域56b的情况，但并不限定于此。
通过改变激光的照射位置，能够形成能量强度不同的多个区域。
图4A～图4C是用于例示形成能量强度不同的多个区域的情况的示意图。
另外，在图4A～图4C中，为了说明，用四边形表示经由1个透镜元件54a照射的激光的照射区域56c。
图4A是多个照射区域56c不重叠的情况。在这种情况下，照射面56中的能量强度大致均匀。
图4B、图4C是使多个照射区域56c中的一部分重叠的情况。
如图4B所示，如果使2个照射区域56c重叠，则能量强度变为大致2倍。在此情况下，通过将2个照射区域56c重叠形成第1区域56a。不将照射区域56c重叠的部分成为第2区域56b。
另外，通过改变重叠的照射区域56c的数量，还能够形成能量强度不同的多种区域。
例如，如图4C所示，通过将2个照射区域56c重叠能够形成区域56a1，通过将4个照射区域56c重叠能够形成区域56a2。区域56a1中的能量强度，为照射区域56c中的能量强度的大致2倍。区域56a2中的能量强度为照射区域56c中的能量强度的大致4倍。
另外，各区域的配置、数量、大小、能量强度等也能够适当变更。
接下来，对形成了能量强度不同的多个区域的情况下的效果进行说明。
图5A及图5B是用于例示形成了能量强度不同的多个区域的情况下的效果的示意图。
另外，在图5A及图5B中，作为一例，将附着于部件200的表面的液体201设为液滴。
另外，设为第1区域56a及能量强度比第1区域56a低的第2区域56b形成于照射面56。
如图5A所示，在第1区域56a和第2区域56b形成于照射面56时，部件200的表面被加热，在液体201与部件200的表面的界面形成蒸气层201a。
因此，如图5B所示，液体201由于蒸气层201a而从部件200的表面浮起。
在此情况下，第1区域56a的温度变得比第2区域56b的温度高，所以在第1区域56a之上存在的液体201先浮起。因此，浮起的液体201容易向从第1区域56a远离的方向排出。即，能够控制液体201的排出方向。
这里，在附着于部件200的表面的液体201是液滴的情况下，在激光未照射到液滴的一部分的区域存在时，可能发生在未被照射激光的区域存在的液滴的一部分未被去除的情况。
因此，在液体201是液滴的情况下，优选形成比液滴的平面尺寸大的照射面56。即，在俯视时，优选对液滴整体照射激光。如果对液滴整体照射激光，则能够将液滴与部件200的表面的界面的整个区域加热，所以在液滴与部件200的表面之间的整个区域形成蒸气层201a是容易的。因此，将液滴整体去除变得容易。
在此情况下，通过例如变更多个透射部53a的数量及大小和透镜元件54a的数量及大小，能够形成比作为去除对象的液滴的平面尺寸大的照射面56。
如图1所示，回收部6设置于收纳部2的内部。
图6是用于例示回收部6的示意图。
回收部6回收通过形成蒸气层201a从而从部件200的表面浮起的液体201。
如图6所示，在回收部6设置有喷嘴61及吸引部62。
喷嘴61能够设置于比部件200的附着有液体201的面更靠上方。
喷嘴61例如将从未图示的储气瓶等供给的氮气等的气体朝向吸引部62喷射。另外，具备切换气体的供给和停止的切换阀及检测浮起的液体201的传感器，在检测到液体201的浮起时，还能够从喷嘴61喷出气体。
吸引部62能够设置于比部件200的附着有液体201的面更靠上方。吸引部62能够设置于部件200的与设置喷嘴61侧相反一侧。吸引部62的吸引口62a能够与喷嘴61的喷出口61a相对。
如前所述，液体201的排出方向能够控制，所以在液体201的排出侧设置吸引部62，在与液体201的排出侧相反一侧设置喷嘴61是优选的。例如，能够在形成第1区域56a侧设置喷嘴61，能够在形成第2区域56b侧设置吸引部62。这样，能够提高液体201的回收效率。
另外，在吸引部62能够设置金属网筛等过滤器62b。如果设置过滤器62b，则能够将所吸引的灰尘等与液体201一起捕捉。
另外，在吸引部62经由配管连接有真空鼓风机(blower)等的未图示的吸引装置。吸引装置例如能够设置在壳体101的外部。
另外，喷嘴61及吸引部62只要至少设置一者即可。但是，如果设置喷嘴61及吸引部62，能够抑制浮起的液体201的飞散。
另外，以上，例示了液体201是液滴的情况，但液体去除装置1也能够应用于液体201是平面尺寸比液滴大的液膜的情况。在液体201是液膜的情况下，只要反复去除液滴状的液体201即可。
除此以外，液体去除装置1中能够设置未图示的图像处理装置等。
例如，图像处理装置检测附着于部件200的表面的液滴的位置、液膜的端面的位置。并且，基于由图像处理装置检测到的液滴等的位置信息，控制移动部3，能够使液滴等移动到照射面56的位置。
这里，设为使用连续波激光使液体201完全蒸发时，具有较大的能量的激光到达部件200的表面，部件200的表面可能由于到达的激光而熔融并损伤。在此情况下，对液体201照射具有较小的能量的激光并使液体201完全蒸发时，会产生液体201的去除变得不充分或作业时间变长等新的问题。
另外，液体201中包含的成分与部件200或者周围的环境中包含的成分的化学反应被催化而可能在部件200的表面产生污浊或部件200的表面腐蚀。
与此相对，激光光源4射出能量较小的脉冲激光。另外，不是使液体201完全蒸发，而在液体201与部件200的表面的界面形成蒸气层201a。因此，能够抑制部件200的表面熔融、或在部件200的表面产生污浊或部件200的表面腐蚀。
即，通过液体去除装置1，能够在去除液体201时抑制对部件200的表面产生的影响。
另外，光学系统5进行控制，以使照射面56中的能量强度不均匀。即，能量控制构件57(掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55)，通过使一部分的激光的照射位置重叠，形成能量强度不同的多个区域。因此，能够控制液体201的排出方向，所以能够提高液体201的回收效率。
密封装置11，通过焊接将在部件200的表面开口的液体201的注液口等的孔封堵。
如图1所示，在密封装置11中设置有激光光源12、光学系统13及照射头14。
激光光源12能够设置于壳体101的外部。激光光源12射出具有规定的波长的激光。
这里，脉冲激光是在时间上非连续的激光，因此脉冲能量在时间上变得非连续，熔融时间变短。另外，多个激光脉冲中的一部分产生能量小的激光脉冲的情况也存在。因此，在使用脉冲激光进行焊接时，焊痕(焊道)可能产生飞溅、气孔等的焊接缺陷。另外，在使用脉冲激光进行焊接时，难以加快焊接速度，所以生产率可能低下。
与此相对，如果能够使用连续波激光进行焊接，则能够使熔融时间比较长，所以能够使熔池连续地移动。因此，即使有少许的功率变动、由部件200的表面状态引起的激光的吸收率的变动，焊痕也几乎不受影响。因此，如果能够使用连续波激光进行焊接，则即使在产生了干扰要因的情况下也能够形成恰当的焊痕，所以能够获得非常稳定的焊接接缝。另外，如果能够使用连续波激光进行焊接，则易于加快焊接速度，所以能够提高生产率。
因此，激光光源12优选设为射出连续波激光的光源。
在此情况下，激光光源12例如能够设为，能够振荡出数kW级的连续输出的固体激光器。激光光源12例如能够设为光纤激光器、盘状激光器等。
光学系统13的一端与激光光源12连接，光学系统13的另一端与照射头14连接。光学系统13将从激光光源12射出的激光向照射头14引导。光学系统13例如能够设为光纤等。
照射头14设置于收纳部2的内部。照射头14将经由光学系统13射入的激光向部件200的焊接部分射出。另外，照射头14能够扫描激光的照射位置。在此情况下，照射头14例如能够设为具备检流计式扫描器。
图7是用于例示其他的实施方式的激光光源4a的示意图。
如前所述，脉冲激光的每1脉冲的能量为1J(焦耳)左右是优选的。但是，从一般的激光光源射出的脉冲激光的每1脉冲的能量为20mJ(毫焦耳)～100mJ(毫焦耳)左右的情况较多。在这种情况下，只要如图7所示那样、设置多个激光光源4a，并从多个激光光源4a大致同时地射出激光即可。
另外，在设置多个激光光源4a的情况下，也能够省去掩模53，但如果设置掩模53，则能够提高射入到透镜阵列54的激光的位置精度。
在本实施方式中，能量控制构件57，在液体201所附着的照射位置，将从多个激光光源4a射出的多个激光的一部分重叠，从而使照射面56中的能量强度不均匀。
接下来，例示密封系统100的作用，并且例示液体去除方法及收纳有液体201的部件200的制造方法。
图8A～图8C是用于例示收纳有液体201的部件200的制造方法的示意图。
如图8A～图8C所示，部件200能够设为内部容纳有液体201的容器。部件200的材料不特别限定，只要具有对液体201的耐受性及必要的强度即可。
在部件200的上端面200a设置有注入口200b。
首先，经由注入口200b向部件200的内部注入液体201。液体201例如能够设为水、药液、润滑油等的油、电解液、饮料等。另外，液体201的种类并不限定于例示的液体。
这里，从注入所用的喷嘴有漏液或液体201由于在部件200的内部产生的气体而从注入口200b漏出的情况存在。
在这种情况下，如图8A所示，有时在注入口200b的周围附着液体201。在注入口200b的周围附着液体201时，基于焊接的注入口200b的密封可能变得困难。
因此，接下来，如图8B所示，将附着于注入口200b的周围的液体201去除。
移动部3使部件200移动，以使得液体201来到照射面56的位置。
接下来，激光光源4、4a射出脉冲激光。能量控制构件57(掩模53、透镜阵列54及聚光透镜55)，将一部分的脉冲激光的照射位置重叠，从而形成能量强度不同的多个区域。在照射面56中部件200的上端面200a被加热，所以在液体201与上端面200a的界面形成蒸气层201a。通过形成蒸气层201a，液体201从上端面200a浮起。另外，形成能量强度不同的多个区域，因此液体201的排出方向得以控制。
从上端面200a浮起的液体201通过回收部6回收。
接下来，如图8C所示，将注入口200b密封。在此情况下，将板材200c覆盖在注入口200b之上，能够焊接板材200c的周缘。另外，板材200c能够通过未图示的输送装置覆盖在注入口200b之上。
另外，如果注入口200b较小，则也能够将注入口200b的周围熔融而将注入口200b封堵。
移动部3使部件200移动，以使得注入口200b来到照射面的位置。
接下来，激光光源12输出连续波激光。连续波激光经由光学系统13射入照射头14，照射头14，将所射入的连续波激光向板材200c的周缘射出。此时，通过设置于照射头14的检流计式扫描器，扫描连续波激光的照射位置，焊接板材200c的整周。
如以上那样，能够制造出收纳有液体201的部件200。
如以上说明那样，本实施方式的液体去除方法具有如下步骤，将激光分割为多个激光，在液体201所附着的照射位置，将所分割出的多个激光的一部分重叠，从而使照射面56中的能量强度不均匀。
或者，具备如下步骤，在液体201所附着的照射位置，将从多个激光光源4a射出的多个激光的一部分重叠，从而使照射面中的能量强度不均匀。
以上，对本发明的几个实施方式进行了例示，但这些实施方式是作为例子提示的，意图不是限定发明的范围。这些新的实施方式，能够以其他的各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形例，包含于发明的范围、主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围中。另外，前述的各实施方式能够相互组合而实施。

Claims (6)

1.一种液体去除装置，是能够对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除的液体去除装置，所述液体去除装置具有：
激光光源；以及
能量控制构件，将从所述激光光源射出的激光分割为多个激光，在所述液体所附着的照射位置，将所分割出的所述多个激光的一部分重叠，从而能够使照射面中的能量强度不均匀。
2.一种液体去除装置，是能够对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除的液体去除装置，所述液体去除装置具有：
多个激光光源；以及
能量控制构件，在所述液体所附着的照射位置，将从所述多个激光光源射出的多个激光的一部分重叠，从而能够使照射面中的能量强度不均匀。
3.如权利要求1或2所述的液体去除装置，
所述能量控制构件具有：
掩模，具有多个透射部；
透镜阵列，设置于所述掩模的所述激光的射出侧，具有多个透镜元件；以及
聚光透镜，设置于所述透镜阵列的所述激光的射出侧。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液体去除装置，还具备：
回收部，能够回收从所述部件的表面浮起的所述液体。
5.一种液体去除方法，对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除，所述液体去除方法具备如下步骤：
将激光分割为多个激光，在所述液体所附着的照射位置，将所分割出的所述多个激光的一部分重叠，从而使照射面中的能量强度不均匀。
6.一种液体去除方法，对附着于部件的表面的液体照射激光而将所述液体去除，所述液体去除方法具备如下步骤：
在所述液体所附着的照射位置，将从多个激光光源射出的多个激光的一部分重叠，从而使照射面中的能量强度不均匀。
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