JP2006175476A - Contact type laser beam heating apparatus, and heating machine using the same - Google Patents
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Description
本発明は、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、溶接加工やロウ付け加工等の接合、接触式のスタンプタイプのマーキング加工等の加工をする接触式レーザー加熱装置に関する。本発明は、さらに、前記接触式レーザー加熱装置を用いた加熱加工機にも関する。 The present invention relates to a contact type laser heating apparatus that uses a pulsed laser beam to heat a minute region of an object to be processed, and performs processing such as welding, brazing, etc., contact type stamp type marking, etc. About. The present invention further relates to a heat processing machine using the contact type laser heating apparatus.
現在、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工をする用途には、YAGレーザーを用い光ファイバー伝送による加熱加工装置が広く用いられている。例えば、特開2000−334562号公報(特許文献1、請求項1)には、レーザーを射出するレーザー発振器と、前記レーザーに対して透明度の高い透明材で作られ、先端に前記レーザーに対して透明度が低いレーザー吸収部を有するヒータツールと、前記レーザー発振器が射出するレーザーを前記ヒータツールに導く導光体と、前記ヒータツールを被接合部に所定押圧力で押圧すると共に、前記レーザー発振器を制御する接合制御部を備えることを特徴とするパルスヒート式接合装置(接触式レーザー加熱装置)が記載されており、前記レーザー発振器としてはYAGレーザー(段落0013)が、前記導光体としては光ファイバーが(段落0027)好ましいものとして例示されている。
At present, a heating processing apparatus using YAG laser and optical fiber transmission is widely used for heating a minute region of an object to be processed by using pulsed laser light to perform processing such as joining and marking. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-334562 (
このようなYAGレーザーを用い光ファイバー伝送による加熱加工装置では、通常、半導体YAGロッドを、その周囲に配置された2個のLDバーで励起し、両側に配された共振ミラーによりレーザー光を発振させ放射させ、共振ミラーから放射されるレーザー光を光ファイバーに入光させ、加熱装置のXーY−Z駆動装置のZ駆動装置部分に前記光ファイバーを固定させ、光ファイバーの先端に装着されている集光レンズにより、加工対象物に焦点を合せて、レーザー照射して加工を行う。
しかし、前記のような従来の装置では、2個のLDバーより放射されるレーザー光は広がり角が大きいので、平行光を造る為のコリメート用レンズと、半導体YAGロッドが励起出来るように集光させる為の集光レンズを装備させて、各々のレンズ系の位置調整をする必要がある。又、光ファイバーの先端にも集光レンズを装着し、その焦点が、加工対象物に焦点を合せるように、内蔵されているHeNeレーザーのレーザー光等で、発振調整や位置調整する必要がある。その結果、装置が複雑で高価になるとともに、半導体YAGロッドやレンズ系等の光学素子の劣化の問題も生じやすく、その使用においてもレンズ系の位置調整等の煩雑な作業を必要とする。 However, in the conventional apparatus as described above, the laser light emitted from the two LD bars has a large divergence angle, so that the collimating lens for producing parallel light and the semiconductor YAG rod can be excited so as to be excited. It is necessary to adjust the position of each lens system by installing a condensing lens for this purpose. In addition, it is necessary to attach a condensing lens to the tip of the optical fiber and adjust the oscillation and position with the laser beam of the built-in HeNe laser so that the focal point is focused on the workpiece. As a result, the apparatus becomes complicated and expensive, and the problem of deterioration of the optical elements such as the semiconductor YAG rod and the lens system is likely to occur, and complicated operations such as the position adjustment of the lens system are required even in the use thereof.
又、加工対象物によりレーザー光の反射特性が違うので、レーザー光の入射角度調整や
加工対象物に対して反射防止対策を施す必要があり、この点でも使用を困難にしている。さらに、加工対象物より強力なレーザーが反射されるので、安全対策を要し、この装置を利用して製品を製造する時は、JIS C 6802に従いクラス4Bの安全対策が必要となる。
Further, since the reflection characteristics of the laser beam are different depending on the object to be processed, it is necessary to adjust the incident angle of the laser beam and to take anti-reflection measures on the object to be processed, and this is also difficult to use. Furthermore, since a powerful laser is reflected from the workpiece, safety measures are required, and when manufacturing products using this apparatus, class 4B safety measures are required according to JIS C 6802.
本発明は、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工をする接触式レーザー加熱装置であって、半導体YAGロッド、共振ミラー、レンズ系等の光学素子を使わず又はレンズ系等の使用数が少なく、簡単な構造であって安価に製造でき、かつ使用の際も、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要とせず、さらに、加工対象物よりのレーザー光の反射に対する安全対策を必要としない接触式レーザー加熱装置を提供することを課題とする。本発明は、さらに、前記接触式レーザー加熱装置を用いた加熱加工機を提供することも課題とする。 The present invention is a contact type laser heating apparatus that uses a pulsed laser beam to heat a minute region of an object to be processed, and performs processing such as bonding and marking, such as a semiconductor YAG rod, a resonant mirror, and a lens system. No optical element or lens system is used, it has a simple structure, can be manufactured at low cost, and does not require complicated operations such as oscillation adjustment and position adjustment during use. It is an object of the present invention to provide a contact-type laser heating device that does not require safety measures against reflection of laser light from an object. Another object of the present invention is to provide a heat processing machine using the contact type laser heating apparatus.
前記の課題は、パルスレーザー光発振手段、並びに、発振されたレーザー光を受光し、そのレーザー光を熱エネルギーに変換する受光発熱部、前記受光発熱部の外表面に密接し、高熱伝導率の材料により形成され、前記受光発熱部で変換された熱エネルギーを伝熱する伝熱部、及び該伝熱部と接触し、該伝熱部よりの熱エネルギーにより加熱され、加工対象物を押圧し加熱する加熱加工部よりなるヒーターチップ、又は、前記受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも2以上の部分が一体構造であるヒーターチップ(請求項1)により達成される。 The above-mentioned problems include a pulsed laser light oscillation means, a light receiving heat generating part that receives the oscillated laser light and converts the laser light into heat energy, and is in close contact with the outer surface of the light receiving heat generating part, and has a high thermal conductivity. A heat transfer part that is formed of a material and transfers heat energy converted by the light receiving and heating part, and contacts with the heat transfer part, is heated by the heat energy from the heat transfer part, and presses the workpiece. A heater chip consisting of a heating processing part to be heated, or a function of the light receiving heat generating part, a heat transfer part and a heating processing part, and at least two or more parts among the light receiving heat generating part, the heat transfer part and the heat processing part are This is achieved by a heater chip having a monolithic structure (claim 1).
すなわち、この接触式レーザー加熱装置においては、パルスレーザー光発振手段より発振されたレーザー光の、実質的に全てが受光発熱部に射出され発熱に供せられる。受光発熱部では、入射されたレーザー光の実質的に全てが吸収され、熱エネルギーに変換される。従って、外部へのレーザー光の射出がないので加工対象物よりのレーザー光の反射もなく、安全に使用でき、特に安全対策を施す必要がない。 That is, in this contact-type laser heating device, substantially all of the laser light oscillated from the pulse laser light oscillation means is emitted to the light receiving and heat generating portion and used for heat generation. In the light receiving and heating unit, substantially all of the incident laser light is absorbed and converted into thermal energy. Therefore, since there is no laser beam emission to the outside, there is no reflection of the laser beam from the object to be processed, it can be used safely, and it is not necessary to take any special safety measures.
受光発熱部で生じた熱エネルギーは、受光発熱部に密接して形成されている伝熱部により加工部に伝熱され、加工部を加工条件の温度まで昇温させる。この昇温した加工部で、押圧が必要な加工対象物に押圧を加えながら加工する。このように、本発明の接触式レーザー加熱装置は、ヒーターチップ部、すなわち加工部及びその近傍ではレンズ系が不要であるので、構造は簡単であり、安価に製造することができる。レンズ系は、光ファイバーを用いる場合にそれへのレーザーの射出等に必要とするのみで、レンズ系の使用量を従来技術より大幅に少なくすることができ、その他の光学素子の使用数も低減できるので、それらの劣化の問題やそれらの調整等の煩雑な作業を、大幅に低減できその使用においても非常に有利である。 The heat energy generated in the light receiving heat generating part is transferred to the processing part by the heat transfer part formed in close contact with the light receiving heat generating part, and the processing part is heated to the temperature of the processing conditions. In this heated processing portion, processing is performed while applying pressure to the workpiece that needs to be pressed. As described above, the contact type laser heating apparatus of the present invention does not require a lens system in the heater chip portion, that is, the processing portion and the vicinity thereof, so that the structure is simple and can be manufactured at low cost. When using an optical fiber, the lens system is only required for laser emission, etc., so that the amount of lens system used can be greatly reduced compared to the prior art, and the number of other optical elements used can also be reduced. Therefore, it is possible to greatly reduce the problems of deterioration and complicated operations such as adjustment thereof, which is very advantageous in use.
前記の本発明の接触式レーザー加熱装置を構成するパルスレーザー光発振手段としては、パルスレーザーを発光素子に供給する電源部、並びに、YAGレーザー、CO2レーザー、半導体レーザー素子(LD)の集合体よりなるものが例示されるが、中でも電源部と半導体レーザー素子(LD)の集合体よりなるもの、例えばLDバー、LDスタック等が好ましく用いられる。請求項2は、この好ましい態様に該当する。
The pulse laser beam oscillation means constituting the contact type laser heating apparatus of the present invention includes a power supply unit for supplying a pulse laser to a light emitting element, and an assembly of a YAG laser, a CO 2 laser, and a semiconductor laser element (LD) Among them, those composed of an assembly of a power supply unit and a semiconductor laser element (LD), for example, an LD bar, an LD stack, etc. are preferably used.
すなわち請求項2の態様は、従来半導体YAGロッドの励起用として用いられていたLDバー等を、レーザー光発振用とするLD直接加工システムである。LDバーは、多数のLD発光素子を一次元に並べたものである。LD発光素子であるシングルエミッターのサイズは、100μ(幅)×1μ(厚)×1mm(共振器長)程度で、数mWから2W程度のパワーであるが、LD発光素子を50個ほど一列に並べたLDバーは長さ10mm程度で、40から60Aを流すことにより40から60Wの出力が得られる。
That is, the aspect of
LDスタックは、LDバーをさらに二次元に積み重ねたものであり、LDバーを30個ほど一列に並べたLDスタックは、長さ10mm程にして、40から60Aを流すことによって、1kw以上を得ることができる。LD発光素子のシングルエミッターは、レーザー光の広がり角が大きいので、従来の加熱加工装置では、半導体YAGロッドに照射するためにレンズ系やその調整のための手段を要していた。しかし、本発明の接触式レーザー加熱装置であって、前記ヒーターチップが前記パルスレーザー光発振手段の射出部に設けられている場合、すなわち請求項3の態様では、レンズ系等を要せず、LD等から発振されたレーザー光を実質的に全て受光発熱部に射出する構造となっており、高安定、長寿命、安価で小型であるとのLDの利点を活用することができる。ここで、実質的に全て受光発熱部に射出するとは、ヒーターチップへの光の入射部で反射する光等ごく一部の光を除く全ての光が、受光発熱部の発熱に使用されることを意味する。
The LD stack is obtained by further stacking LD bars in two dimensions. An LD stack in which about 30 LD bars are arranged in a row has a length of about 10 mm and a current of 40 to 60 A is obtained to obtain 1 kw or more. be able to. Since the single emitter of the LD light emitting element has a large spread angle of the laser beam, the conventional heat processing apparatus requires a lens system and means for adjusting the same in order to irradiate the semiconductor YAG rod. However, in the contact type laser heating apparatus of the present invention, when the heater chip is provided in the emission part of the pulse laser beam oscillation means, that is, in the aspect of
本発明の接触式レーザー加熱装置を構成するパルスレーザー光発振手段は、常時発振させないでパルス駆動であるので、LDバー等を使用した場合であっても、放熱板を設ける等の放熱手段を講ずるだけですみ、水冷冷却等の強制冷却手段は特に必要とせず、従ってこの点からも、構造を簡単にすることができる。なお、パルス駆動とは、常時発振以外の発振を意味し、短時間の発振の繰返しである狭義のパルスに限定されない。例えば、500ms(ミリ秒)のパルス駆動は、500msをワンパルス通電でも良く、又100msの通電と50ms休止のサイクルを5回繰り返してトータル500ms通電にしても良い。 Since the pulse laser beam oscillation means constituting the contact type laser heating apparatus of the present invention is pulse driven without always oscillating, even when an LD bar or the like is used, a heat radiation means such as providing a heat radiation plate is provided. As a result, no forced cooling means such as water cooling is required, and the structure can be simplified from this point. Note that pulse driving means oscillation other than constant oscillation, and is not limited to a narrowly defined pulse that is a repetition of short-time oscillation. For example, in the 500 ms (millisecond) pulse drive, one pulse energization may be performed for 500 ms, or a total of 500 ms energization may be performed by repeating a cycle of 100 ms energization and 50 ms rest.
本発明の接触式レーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段とともに、受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部よりなるヒーターチップを有する。ヒーターチップは、通常、さらに受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部を保持する手段として、透明セラミック又はガラス等のレーザー光が透過出来る機能を持つベース部分を有する。 The contact-type laser heating apparatus of the present invention has a heater chip including a light-receiving / heating unit, a heat transfer unit, and a heating processing unit, together with pulsed laser beam oscillation means. Usually, the heater chip further has a base portion having a function capable of transmitting laser light such as transparent ceramic or glass as means for holding the light receiving and heating portion, the heat transfer portion, and the heat processing portion.
本発明の接触式レーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段とともに、受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部よりなるヒーターチップを有する。なお、受光発熱部と伝熱部、伝熱部と加熱加工部、あるいは受光発熱部と伝熱部と加熱加工部が一体構造、例えば、同一の材質からなり、構造上、各部間の判別ができない構造であってもよい。すなわち、ヒーターチップは、受光発熱部と伝熱部の機能を有する一体構造の部分と加熱加工部、もしくは、伝熱部と加熱加工部の機能を有する一体構造の部分と受光発熱部からなる場合でもよいし、又は、受光発熱部と伝熱部と加熱加工部の機能を有する一体構造なる場合でもよい。受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも2以上の部分が一体構造であるヒーターチップとは、このようなヒーターチップを言う。ヒーターチップは、通常、さらに受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部を保持する手段として、透明セラミック又はガラス等のレーザー光が透過出来る機能を持つベース部分を有する。 The contact-type laser heating apparatus of the present invention has a heater chip including a light-receiving / heating unit, a heat transfer unit, and a heating processing unit, together with pulsed laser beam oscillation means. In addition, the light receiving heat generating part and the heat transfer part, the heat transfer part and the heat processing part, or the light receiving heat generating part, the heat transfer part, and the heat processing part are made of an integral structure, for example, the same material. A structure that cannot be used. That is, the heater chip is composed of an integral structure portion and a heat processing portion having functions of a light receiving heat generating portion and a heat transfer portion, or an integral structure portion having functions of a heat transfer portion and a heating processing portion and a light receiving heat generating portion. Alternatively, it may be an integrated structure having the functions of a light receiving heat generating part, a heat transfer part, and a heat processing part. A heater chip that has the functions of a light receiving heat generating part, a heat transfer part, and a heat processing part, and at least two of the light receiving heat generating part, the heat transfer part, and the heat processing part are integrally structured. Say tip. Usually, the heater chip further has a base portion having a function capable of transmitting laser light such as transparent ceramic or glass as means for holding the light receiving and heating portion, the heat transfer portion, and the heat processing portion.
ヒーターチップは、パルスレーザー光発振手段(例えばLDバー)の射出部に直接設けられる。又は、レーザー光の射出部に光ファイバー等からなる導光手段の入光部を設け、前記導光手段の射出部にヒーターチップが直接設けられる。射出部とは、前記の手段からレーザー光が外部へ射出される部分であり、直接設けられるとは、ヒーターチップの入光部が、レーザー光の射出部又は導光手段の射出部に接するように設けられる、すなわち間隙を空けないように係止されることを意味する。直接設けることにより回折や反射等によるエネルギーの損失を防ぐことができる。 The heater chip is directly provided in the emission part of the pulse laser beam oscillation means (for example, LD bar). Alternatively, a light incident portion of a light guide means made of an optical fiber or the like is provided in the laser light emission portion, and a heater chip is directly provided in the emission portion of the light guide means. The emission part is a part from which the laser beam is emitted from the above-mentioned means, and is directly provided means that the light incident part of the heater chip is in contact with the laser light emission part or the light-guiding part. That is, it is locked so as not to leave a gap. By providing it directly, energy loss due to diffraction, reflection or the like can be prevented.
いずれの場合も、射出部より射出されるレーザー光の実質的に全てが前記受光発熱部に入射され、熱エネルギーに変換されるように設けられることが必要である。請求項3は、ヒーターチップが、パルスレーザー光発振手段の射出部に直接設けられる態様に該当し、請求項4は、導光手段が光ファイバーからなり、この光ファイバーの射出部に、ヒーターチップが直接設けられる態様に該当する。なお、光ファイバーを使用する場合は、LD等から射出されたレーザー光を、光ファイバーの入光部に導くため集光レンズが用いられる。 In any case, it is necessary that substantially all of the laser light emitted from the emitting unit is incident on the light receiving and heating unit and converted into thermal energy. The third aspect corresponds to an aspect in which the heater chip is directly provided in the emission part of the pulse laser beam oscillation means, and the fourth aspect is that the light guide means is made of an optical fiber, and the heater chip is directly in the emission part of the optical fiber. It corresponds to the aspect provided. When an optical fiber is used, a condensing lens is used to guide laser light emitted from an LD or the like to a light incident part of the optical fiber.
本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップは、加熱され又押圧に供される部分で、接触式レーザー加熱装置の他の部分よりも劣化されやすい部分である。特に受光発熱部は熱容量を小さくするため薄い場合が多く、損傷されやすい。一方、このヒーターチップは、簡易な構造で安価な製造が容易な部分である。そこで、このヒーターチップが着脱可能に、又はヒーターチップの加熱加工部が着脱可能に設けられ、その交換が容易である接触式レーザー加熱装置が好ましい。請求項5及び請求項6は、この好ましい態様に該当する。この態様の接触式レーザー加熱装置は、使用によりヒーターチップ、例えばその加熱加工部が損傷しても、ヒーターチップを交換することにより、又は、ヒーターチップの加熱加工部を交換することにより当初の優れた性質を有する接触式レーザー加熱装置とすることができるので、加工具として非常に好適である。
The heater chip of the contact type laser heating apparatus of the present invention is a part that is heated and subjected to pressing, and is more easily deteriorated than other parts of the contact type laser heating apparatus. In particular, the light receiving and heating portion is often thin because it has a small heat capacity, and is easily damaged. On the other hand, this heater chip is a part that is simple in structure and inexpensive to manufacture. Therefore, a contact type laser heating apparatus is preferable in which the heater chip can be attached or detached, or the heating processing portion of the heater chip can be attached or detached, and the replacement is easy.
ヒーターチップの受光発熱部は、発振されたレーザー光を受光し、その実質的に全てを熱エネルギーに変換し、発熱する機能を有するもので、例えば次に示す形態を有する。
(1)ベース部(ガラス等)上の全面に、振レーザー光の吸熱性を有する不透明な材質、例えばカーボンや黒クロムや黒ニッケルなどの黒色メッキをコートする。その上に、熱伝熱の良い金属例えば銅合金や、鉄合金または、接合が溶接の時は耐熱の良いモリブデン合金等をコートする。
(2)ベース部(ガラス等)を設けずに、発振レーザー光の吸熱性を有する上記記載の材質をコートした熱伝熱の良い金属、例えば銅合金や、鉄合金、又は溶接等の高温となる用途の場合は、耐熱の良いモリブデン合金等を、コートした面を内側にして絞り加工又は、プレス加工して受光発熱部を形成する。
(3)ベース部をガラス等ではなく、発振レーザー光の吸熱性を有する金属から造られた発泡・多孔質金属で、直接ヒーターチップを形成する。
この様な構造の時は、受光発熱部の先端に加熱加工部後付けする構造でなく、受光発熱部と伝熱部・加熱加工部とを一体構造物にしても良い。この場合、ヒーターチップの熱容量を小さくするため中心部の発泡率を高くし、受光発熱部の代わりにする、伝熱部は、表皮部の伝導性を良くする為圧縮し伝熱部にする、加熱加工部は、発泡・多孔質金属自体強度があるので伝導部を加熱加工部の形状に加工する、こと等が好ましい。
発泡金属としては、気孔率90%以上の多孔質を可能にする高機能多孔質金属が好ましく、このような金属を用いる成形とは、金属粉末に蒸発型発泡剤を加えスラリーにした物を、成形型に入れて、発泡剤を揮発させる為に昇温させ脱脂・乾燥・焼結の工程を経て成形することができる。
なお、コートとしては、塗装コート(紫外線硬化コート等)、溶射コート(プラズマ溶射コートやアーク溶射コート等)、メッキコートが挙げられ、メッキコートとしては、乾式メッキや湿式メッキ(電気メッキや無電解メッキ)が挙げられ、乾式メッキには、PVD(イオンプレーティング・真空蒸着・スパッタ)やCVDが例示される。
The light receiving and heating unit of the heater chip has a function of receiving the oscillated laser beam and converting substantially all of it into heat energy to generate heat, and has the following form, for example.
(1) The entire surface of the base portion (glass or the like) is coated with an opaque material having a heat absorption property of vibration laser light, for example, black plating such as carbon, black chrome, or black nickel. On top of this, a metal with good heat transfer, such as a copper alloy, an iron alloy, or a molybdenum alloy with good heat resistance when the joint is welded is coated.
(2) A high heat transfer metal such as a copper alloy, an iron alloy, or a weld that is coated with the above-described material having an endothermic property of oscillation laser light without providing a base (glass, etc.) In the case of use, a light-receiving heat generating portion is formed by drawing or pressing a heat-resistant molybdenum alloy or the like with the coated surface inside.
(3) The heater part is formed directly from a foamed / porous metal made of a metal having an endothermic property of oscillation laser light instead of glass or the like.
In the case of such a structure, the light receiving heat generating portion and the heat transfer portion / heat processing portion may be integrated with each other, instead of the structure in which the heat processing portion is attached to the tip of the light receiving heat generating portion. In this case, in order to reduce the heat capacity of the heater chip, the foaming rate at the center is increased, and instead of the light receiving heat generating part, the heat transfer part is compressed to be a heat transfer part to improve the conductivity of the skin part, Since the heat-processed part has the strength of the foamed / porous metal itself, it is preferable to process the conductive part into the shape of the heat-processed part.
As the foam metal, a high-functional porous metal that enables a porosity of 90% or more in porosity is preferable, and molding using such a metal is a slurry obtained by adding an evaporating foaming agent to a metal powder, The mold can be put into a mold and heated to evaporate the foaming agent, and then molded through degreasing, drying and sintering processes.
Examples of the coat include paint coats (such as UV-curing coats), thermal spray coats (such as plasma spray coats and arc spray coats), and plating coats. Examples of plating coats include dry plating and wet plating (electroplating and electroless plating). Examples of dry plating include PVD (ion plating / vacuum deposition / sputtering) and CVD.
いずれの場合でも、受光発熱部の形状及び設置条件は、ヒーターチップに入光した光が全て受光発熱部に照射されるように、設定される。又前記(1)の場合、膜の厚みは通常数十分の1〜数十μmである。これらの膜や層は複数重ねてもよい。 In any case, the shape and installation conditions of the light receiving and heating unit are set so that all the light incident on the heater chip is irradiated to the light receiving and heating unit. In the case of (1), the thickness of the film is usually several tens of minutes to several tens of micrometers. A plurality of these films and layers may be stacked.
伝熱部は、ヒーターチップ部で熱エネルギーに変換されて発生した熱を、加熱加工部に伝熱する機能を有する。従って、高い熱伝導特性が求められる。又受光発熱部で発生した熱は、伝熱部に伝わるとともに、発熱の条件によっては、受光発熱部及びベース部に蓄積され、これらが高温になる場合もあり、その結果、ヒーターチップ部が劣化しやすくなる場合もある。そこで、受光発熱部及びベース部に蓄積された熱を放熱し、受光発熱部及びベース部への熱の蓄積を防ぐために、放熱性が優れることが好ましい。このため、伝熱部の熱容量は小さい方が好ましく、従って厚みは小さい方が好ましい。この効果として、水冷等の強制冷却手段を省略出来る。又、伝熱部は高温になるので、優れた耐熱性が望まれる。 The heat transfer unit has a function of transferring heat generated by being converted into heat energy in the heater chip unit to the heat processing unit. Therefore, high heat conduction characteristics are required. In addition, the heat generated in the light receiving heat generating part is transferred to the heat transferring part, and depending on the heat generation conditions, it is accumulated in the light receiving heat generating part and the base part, which may become high temperature, resulting in deterioration of the heater chip part. It may be easier to do. Therefore, in order to dissipate the heat accumulated in the light receiving heat generating part and the base part and to prevent the heat accumulation in the light receiving heat generating part and the base part, it is preferable that heat dissipation is excellent. For this reason, it is preferable that the heat capacity of the heat transfer portion is small, and therefore it is preferable that the thickness is small. As this effect, forced cooling means such as water cooling can be omitted. Moreover, since the heat transfer part becomes high temperature, excellent heat resistance is desired.
熱伝導特性と放熱性が共に良い性質を兼ね備えかつ優れた耐熱性を有する材質としては、高熱伝導率又は高融点の金属や合金が挙げられ、銅や鉄、アルミ、モリブデン又はそれらの合金が好ましく例示される。モリブデンは、特に高温の溶接接合加工用の接触式レーザー加熱装置に好ましく用いられる。これらの金属や合金等からなる伝熱部は、通常数十〜数百μmの厚みを有する。 Materials having both good heat conductivity and heat dissipation properties and excellent heat resistance include metals and alloys with high thermal conductivity or high melting point, preferably copper, iron, aluminum, molybdenum or alloys thereof. Illustrated. Molybdenum is particularly preferably used in a contact laser heating apparatus for high-temperature welding joining. The heat transfer part made of these metals, alloys and the like usually has a thickness of several tens to several hundreds of micrometers.
加熱加工部は、伝熱部より熱伝導された熱により加熱され、その熱と押圧により加工対象物を加工する機能を有する部分である。そこで、加熱加工部の形状としては加工対象物の形状や加工の目的にあわせた種々の形状を挙げることができる。 A heating process part is a part which has the function to process a process target object with the heat and the heat which were heated by the heat conducted from the heat-transfer part. Accordingly, the shape of the heat-processed portion can include various shapes according to the shape of the workpiece and the purpose of processing.
例えば、加熱加工部の先端形状としては、フラット形状及び凸部を有する形状が挙げられ、凸部を有する先端形状の凸部としては、針形状、櫛形状、刃形状等が挙げられ、加工の目的にあわせて選択される。加熱加工部の先端金属には、酸化しにくい酸化防止コートを施す。例えば、窒素系コートが望ましい。コート厚みは、数μm以下で良い。構成材質は、先端形状や加工目的によって選ぶ。例えば、高温対応の溶接接合加工用針形状の場合は、高融点材のモリブデンやタングステンが、半田接合加工用針形状の材質は、銅や鉄またはアルミ等又はそれらの合金が用いられる。 For example, the tip shape of the heat-processed portion includes a flat shape and a shape having a convex portion, and the tip-shaped convex portion having a convex portion includes a needle shape, a comb shape, a blade shape, etc. It is selected according to the purpose. An anti-oxidation coat that is difficult to oxidize is applied to the tip metal of the heat-processed portion. For example, a nitrogen-based coat is desirable. The coat thickness may be several μm or less. The constituent material is selected according to the tip shape and processing purpose. For example, in the case of a needle shape for welding joint processing corresponding to high temperature, molybdenum or tungsten as a high melting point material is used, and as the needle shape material for solder joint processing, copper, iron, aluminum, or an alloy thereof is used.
前記の本発明の接触式レーザー加熱装置は、電気ごてのように、それを手で持ち、手により加熱加工部を加工対象物の加工位置に押圧して使用することができる。この方法によれば、手軽な操作で使用することが出来る。 The contact-type laser heating device of the present invention can be used by holding it with a hand like an electric iron and pressing the heating processing portion to the processing position of the processing object by hand. According to this method, it can be used by a simple operation.
又は、この接触式レーザー加熱装置を、加熱加工装置に設置し、加熱加工装置の作動により、加工対象物の加工に用いることもできる。請求項7は、前記本発明の接触式レーザー加熱装置を用いる加熱加工機に該当するものであり、前記本発明の接触式レーザー加熱装置、この接触式レーザー加熱装置により加熱加工される加工対象物を載置する載置手段、及びこの載置手段に対する所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置を位置付ける位置決め手段、を有することを特徴とする加熱加工機を提供するものである。
Or this contact-type laser heating apparatus can be installed in a heating processing apparatus, and it can also be used for a process of a processing target object by the action | operation of a heating processing apparatus.
本発明の接触式レーザー加熱装置は、レンズ系等の光学素子を使わず又はレンズ系等の使用数が少なく、簡単な構造であって安価に製造できるものである。又使用の際も、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要としない。さらに、加工対象物よりのレーザー光の反射がないので、反射されるレーザー光に対する安全対策を必要としない。 The contact-type laser heating apparatus of the present invention does not use an optical element such as a lens system or uses a small number of lens systems, and has a simple structure and can be manufactured at low cost. In use, complicated operations such as oscillation adjustment and position adjustment are not required. Furthermore, since there is no reflection of the laser beam from the workpiece, no safety measure against the reflected laser beam is required.
本発明の接触式レーザー加熱装置は、電気ごてのようなハンディタイプとして手軽な操作で使用でき、パルスレーザー光を用いた、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工に好適に使用することができる。特に、ヒーターチップが着脱可能な態様は、ヒーターチップを容易に交換でき好ましい。 The contact type laser heating apparatus of the present invention can be used as a handy type such as an electric iron with a simple operation, and uses a pulsed laser beam to heat a minute region of an object to be processed, such as joining and marking. Can be suitably used. In particular, an embodiment in which the heater chip is detachable is preferable because the heater chip can be easily replaced.
又、この接触式レーザー加熱装置は、本発明の加熱加工装置に設置して用いることもできる。この場合であっても、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要としない、加工対象物よりのレーザー光の反射がないので、反射されるレーザー光に対する安全対策を必要としないとの優れた効果が得られる。 Moreover, this contact-type laser heating apparatus can also be installed and used in the heat processing apparatus of this invention. Even in this case, no complicated work such as oscillation adjustment or position adjustment is required, and since there is no reflection of laser light from the workpiece, safety measures against the reflected laser light are not required. Effect.
次に本発明を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態への変更も可能である。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to this form, The change to another form is also possible unless the meaning of this invention is impaired.
図1は、本発明の接触式レーザー加熱装置の一形態を示す。図1aはその平面図であり、図1bは右側面図であり、図1cはAA’断面図である。 FIG. 1 shows one embodiment of a contact type laser heating apparatus of the present invention. FIG. 1 a is a plan view thereof, FIG. 1 b is a right side view thereof, and FIG. 1 c is a cross-sectional view of AA ′.
この接触式レーザー加熱装置は、LD発光素子を横に一列に並べたLDバー1(パルスレーザー光発振手段)と、ヒーターチップ2を有する。LDバー1は、その電極部分1a及び発光部1bからなり、ヒーターチップ2は、ガラス製のベース部3、受光発熱部4、伝熱部5及び加熱加工部6からなる。発光部1bよりは、パルスレーザーが発振され、このレーザー光は射出部1cより射出される。
This contact-type laser heating apparatus has an LD bar 1 (pulse laser beam oscillation means) in which LD light emitting elements are arranged in a horizontal row, and a
図1に示されるように、ヒーターチップ2は、そのベース部3が射出部1cと密接するように設けられるので、射出部1cより射出されたレーザー光は、実質的に全てがベース部3内に入射する。そして、ベース部3は透明なガラスにより形成されているので、入射されたレーザー光の全ては受光発熱部4を照射する。
As shown in FIG. 1, the
図2は、図1の例の接触式レーザー加熱装置の、ヒーターチップ2近傍及びヒーターチップ2を示す。図2aはヒーターチップ2近傍の拡大断面図であり、図2bはヒーターチップ2の斜視図であり、図2cはその拡大断面図である。図2に示されるように、ベース部3の、LDバー1と密接する部分を除く全表面は、受光発熱部4で覆われており、受光発熱部4の全表面上には、伝熱部5が形成されている。
FIG. 2 shows the vicinity of the
受光発熱部4は、カーボンをベース部3上に厚み約10μmにコートして形成したものである。受光発熱部4は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換する。変換された熱エネルギーは、その一部はベース部3に蓄積されるが、大部分は伝熱部5に熱伝導される。伝熱部5は、銅合金より形成され厚み約100μmである。
The light receiving and
図2に示されるように、加熱加工部6は、一端は加工作用をする加工端であり、他端は伝熱部5により覆われている。加工端は、フラット形状である。
As shown in FIG. 2, one end of the
伝熱部5は、熱伝導率の高い銅合金より形成されているので、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部6に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。この例の加熱加工部6は、鉄や銅合金又はモリブテンにより形成されているが、通常の電気ごての先端部に用いられる他の材質で形成されてもよい。
Since the heat transfer section 5 is made of a copper alloy having a high thermal conductivity, the heat energy that has been thermally conducted is quickly conducted to the
図1に示されるように、LDバー1の電極部分1aは電線7と接続しており、電源部(図示されていない。)から電線7を通して電気エネルギーが供給され発光部1bよりパルスレーザーが発振される。図2a、c中のベース部3中の破線は、発振されたパルスレーザーの拡がりを示す。すなわち、LDバー1よりのパルスレーザーは、この2本の破線間に拡がり、受光発熱部4に照射される。なお、電源部としては、後述の図17に記載の加熱加工機の電源装置と同様なものを用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
LDバー1、ヒーターチップ2及び電線7は、固定手段8により固定されている。このような固定手段は、耐熱樹脂等により形成することもできるが、この例では、高温になる伝熱部5や加熱加工部6と接触するので、耐熱性の高いセラミックスで形成されている。
The
固定手段8は、図1b及びcに示す上下の2つの部分8a、8bからなり、この2つの部分間に、LDバー1及びヒーターチップ2を挟持することによりこれらを固定している。2つの部分8a、8bは、4本のビス9によりかん合固定される。
The fixing means 8 is composed of two upper and
なお、4本のビス9を抜くことにより、8a、8bを分解することができる。8a、8bを分解すれば、LDバー1とヒーターチップ2の固定は解除され、ヒーターチップ2を取り外して、新たなヒーターチップ2と交換することができる。すなわち、この例では、ヒーターチップ2は、着脱可能に設けられている。
In addition, 8a and 8b can be decomposed | disassembled by extracting the four
図3は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図3aはその平面図であり、図3bは右側面図である。図1の例の加熱加工部6はその加工端がフラット形状であったが、図3の例の加熱加工部11はその加工端が、5つの突起を有する櫛歯状である。なお、他の点では図1の例と同じであるので、図3において、これらについては図1と同じ符号を用いている。
FIG. 3 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. 3a is a plan view thereof, and FIG. 3b is a right side view thereof. Although the
図4は、図3の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す。この例は、IC素子15の電極15aを配線板16の電極17に、この接触式レーザー加熱装置を用いて接合する例である。図4aは、接続の工程を行う前の、加熱加工部11、IC素子15及び配線板16、電極17の配置を示す斜視図である。なお、加熱加工部11以外の接触式レーザー加熱装置の部分は図示を省略している。
FIG. 4 shows an example of use of the contact type laser heating apparatus of the example of FIG. In this example, the
接続の工程においては、先ず、IC素子15を、電極15aのそれぞれの端子が、電極17のそれぞれの端子に重なるように、配線板16の上に乗せる。次に加熱加工部11の櫛歯状の各突起を、IC素子15のそれぞれの端子上の重なるように乗せ、接触式レーザー加熱装置により加熱かつ押圧する。
In the connection step, first, the
電極17の各端子上には、半田ペーストが印刷コートされている。そこで、この接触式レーザー加熱装置により加熱、押圧されると、このはんだが溶融、変形し、電極15aのそれぞれの端子と電極17のそれぞれの端子間を接続し、冷却、固化により接合が達成される。図4bは、図4aの矢印方向に見た正面図であって、IC素子15を配線板16の上に乗せた状態を示す。図4cは、図4aの矢印方向に見た正面図であって、加熱加工部11をIC素子15の上に乗せた加熱加工時の状態を示す。
A solder paste is printed on each terminal of the
図5は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図5aはその平面図であり、図5bは右側面図である。図1の例の加熱加工部6はその加工端がフラット形状であったが、図5の例の加熱加工部21はその加工端が、1つの突起を有する片凸タイプである。なお、他の点では図1の例と同じであるので、図5においても、これらについては図1と同じ符号を用いている。
FIG. 5 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. 5a is a plan view thereof, and FIG. 5b is a right side view thereof. Although the
図6は、図5の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図であり、中央線の断面図で示した図である。図6中の(a−1)は加熱加工部21の正面図であり、(b−1)、(c−1)及び(d−1)はこの使用例の各工程を示す正面図である。又(a−2)、(b−2)、(c−2)及び(d−2)は、(a−1)、(b−1)、(c−1)及び(d−1)にそれぞれ対応する右側面図である。
FIG. 6 is a process diagram showing an example of use of the contact type laser heating apparatus of the example of FIG. 5, and is a diagram showing a cross-sectional view of the center line. (A-1) in FIG. 6 is a front view of the heat-processing
この例では、素子25上に並列している端子26、26’間を、ろう材テープ27及び加熱加工部21を有する接触式レーザー加熱装置を用いて、ろう付けして接合する。(a−1)に示されるように、加熱加工部21はその一方の側に突起を1つ有する形状である。ここで用いることができるろう材テープとしては、ろう材単体のテープや、ろうの中で融点の低い半田をポリイミド等の樹脂フィルムにコートした複合テープを挙げることができるが、この例のろう材テープ27は、アモルファスろう材からなる単体テープである。
In this example, the
先ず(b−1)、(b−2)に示すように、端子26、26’上にアモルファスろう材テープ27を対接し、さらに加熱加工部12の突起をアモルファスろう材テープ27に係止する。次に、(c−1)、(c−2)に示すように、加熱加工部21により、アモルファスろう材テープ27を導電部26、26’上に押圧し、加熱する。この時、加熱加工部21の一部は導電部26、26’上に、他の部分はアモルファスろう材テープ27上にあって、初めて導電部26、26’とアモルファスろう材テープ27を同時に昇温させアモルファスろう材テープ27を融解し、導電部26、26’間に流すことが出来る。
First, as shown in (b-1) and (b-2), the amorphous
すると、(d−1)の28の部分のアモルファスろう材は、溶融して端子26、26’間に移動し、冷却、固化により、端子26、26’間を接続する。(d−2)中の29は、この冷却し、固化した、アモルファスろう材である。ここで、アモルファスろう材としては、例えば固相線温度595度、液相線温度650度の銅系アモルファスろう材が挙げられ、これは錫9.3%、燐6.5%、ニッケル5.7%で他の成分が銅のろう材である。半田ろう材が低温ろう材なら、アモルファスろう材は高温ろう材になる。
Then, the amorphous brazing filler metal in the
図7は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図7aはその平面図であり、図7bは右側面図である。図1の例の加熱加工部6はその加工端がフラット形状であったが、図7の例の加熱加工部31はその加工端が、その両側に2つの突起を有する2凸タイプである。なお、他の点では図1の例と同じであるので、図7においても、これらについては図1と同じ符号を用いている。
FIG. 7 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. 7a is a plan view thereof, and FIG. 7b is a right side view thereof. The
図8は、図7の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図である。図8中の(b−1)、(c−1)及び(d−1)はこの使用例の各工程を示す正面図である。又(b−2)、(c−2)及び(d−2)は、(b−1)、(c−1)及び(d−1)にそれぞれ対応する右側面図である。 FIG. 8 is a process diagram showing an example of use of the contact type laser heating apparatus of the example of FIG. (B-1), (c-1) and (d-1) in FIG. 8 are front views showing the respective steps of this use example. (B-2), (c-2) and (d-2) are right side views corresponding to (b-1), (c-1) and (d-1), respectively.
この例では、素子32上の端子33にウレタン被覆銅線34を、ハンダワイヤー35及び加熱加工部31を有する接触式レーザー加熱装置を用いて、はんだ付けにより接合する。
In this example, the urethane-coated
先ず(b−1)、(b−2)に示すように、ウレタン被覆銅線34とハンダワイヤー35を接触させ、その上から加熱加工部31を押圧する。次に加熱加工部31で押圧した状態のまま余分なウレタン被覆銅線34とハンダワイヤー35を、(c−2)に示すように切断してから加熱する。はんだは溶融し、その後冷却することにより固化されて、(d−1)、(d−2)に示すような、接合が達成される。
First, as shown in (b-1) and (b-2), the urethane-coated
図9は、本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップの他の例を示す。図9(a)は、ヒーターチップ近傍の断面図、図9(b)は、伝熱部43及び加熱加工部44の斜視図、図9(c)は、加熱加工部44の一部(図9(b)中の○の部分)の拡大側面図であり、図9(d)は、ヒーターチップの拡大断面図である。このヒーターチップも、ベース部41、受光発熱部42、伝熱部43及び加熱加工部44よりなる。加熱加工部44は印字機能を有し、着脱可能である。印字のパターンが数々ある捺印の場合は、この様に、加熱加工部44は伝熱部43から着脱可能な機能を有することが好ましい。図9(c)より明らかなように、印字機能を持つ加熱加工部44は、その幅及び間隔が一定でない複数の凸部を有している。
FIG. 9 shows another example of the heater chip of the contact type laser heating apparatus of the present invention. 9A is a cross-sectional view of the vicinity of the heater chip, FIG. 9B is a perspective view of the
図10は印字機能を持つ加熱加工部44及びその印字対象物45を示す。図10(a)は印字前の状態を示す斜視図であり、図10(b)は印字後の状態を示す斜視図である。図10(b)に示されるように、印字対象物45上に、バーコードが印字されている。
FIG. 10 shows a
図11は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図11aは、そのヒーターチップ部49の近傍を示す拡大断面図であり、図11bは、その先端方面から見た正面図である。ガラス等からなるベース部はなく、発振レーザー光の吸熱しやすくするため、発泡・多孔質金属で、直接ヒーターチップを一体成形して製造される。受光発熱部46は、レーザー光を受ける部分で、発泡率が高い発泡金属、多孔質金属からなる。伝熱部47は、表皮部の伝導性を良くする為圧縮して発泡率を低くし、レーザー光が外部へ漏れない様にしている。加熱加工部は、発泡・多孔質金属自体強度があるので伝導部の先端部分を加熱加工部の形状に加工して形成されている。
FIG. 11 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. FIG. 11 a is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the
図12は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す正面図である。このレーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段であるLDバー(図示されていない。)から発振されたレーザー光をレンズ系(図示されていない。)で集光し、この光を光ファイバー51によりヒーターチップ52に射出し、加熱加工部60を加熱する。光ファイバー51とヒーターチップ52は、光ファイバージョイント部54により連結されている。
FIG. 12 is a front view showing another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. This laser heating device condenses laser light oscillated from an LD bar (not shown) as pulse laser light oscillation means by a lens system (not shown), and this light is heated by an
図13aは、図12の例の光ファイバージョイント部54及びヒーターチップ52の近傍の拡大断面図である。図13aに示されるように、光ファイバー51は光ファイバージョイント部54により保持され、この光ファイバージョイント部54の先端及びヒーターチップ52は、ヒーターチップ固定キャップ53により保持されており、光ファイバー51の先端すなわち射出部55は、ヒーターチップ52の入光部56と密接している。
13a is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the optical fiber
ヒーターチップ52は、透明なガラス製のベース部57、その外周を被覆する受光発熱部58、受光発熱部58の外周をさらに被覆する伝熱部59及び加熱加工部60よりなる。ベース部57の先端は円錐状でありその頂点部に加熱加工部60が設けられている。
The
受光発熱部58は、カーボンやDLC(ダイアモンド・ライク・カーボン)等の炭化物をベース部57上に厚み約10μmにコートして形成したものである。伝熱部59は、熱伝導率の高い銅合金より形成され厚み約100μmである。加熱加工部60は熱伝導率の高く酸化されにくい窒化物をコートした銅合金より形成され、厚み約1μmである。
The light receiving and
図13bは、図12の例の接触式レーザー加熱装置を加工端方面からみた正面図であるが、図13bに示されるようにこの加工端は、細い棒状(以下、針形状と言う。)であり、鉄合金により形成されているが、通常の電気ごての先端部に用いられる他の材質で形成されてもよい。このような針形状の加工端は、はんだ付け等により単接合をする場合に使用されるが、加工端が、他の形状、例えば前記の櫛歯状、片凸状又は2凸状である加熱加工部を、前記加熱加工部60の代りに用いることも可能である。
FIG. 13b is a front view of the contact type laser heating apparatus of the example of FIG. 12 as viewed from the end of the processing end. As shown in FIG. 13b, the processing end has a thin rod shape (hereinafter referred to as a needle shape). Yes, it is made of an iron alloy, but may be made of other materials used for the tip of a normal electric iron. Such a needle-shaped processed end is used when single joining is performed by soldering or the like, but the processed end has another shape, for example, the above-described comb-teeth shape, one-convex shape or bi-convex shape It is also possible to use a processing unit in place of the
なお、ベース部57、受光発熱部58、伝熱部59及び加熱加工部60の位置関係は図2に示す例の場合と同様である。
The positional relationship among the
図12、図13の例の接触式レーザー加熱装置では、光ファイバー51の射出部55より、ベース部57内へ射出されたレーザー光は、ベース部57を通り、受光発熱部58に照射される。受光発熱部58は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換する。変換された熱エネルギーは、その一部はベース部57に蓄積されるが、大部分は伝熱部5に熱伝導される。伝熱部59は、熱伝導率の高い銅合金で形成されているので、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部60に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。
In the contact type laser heating apparatus of the example of FIGS. 12 and 13, the laser light emitted from the emitting
図12、図13の例の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップ52も着脱可能である。すなわち、ヒーターチップ固定キャップ53は、光ファイバージョイント部54の外周部に螺接されており、この螺旋をゆるめて光ファイバージョイント部54を図中の右方向に引き抜くことにより、ヒーターチップ52も取り外すことができる。又、ヒーターチップ52を交換した後、新たなヒーターチップの入光部56を、光ファイバー51の射出部55と密接させ、その後、ヒーターチップ固定キャップ53を光ファイバージョイント部54の外周部に取付け螺旋を締めることにより、ヒーターチップ52を所定の位置に取付けることができる。
又、図12、図13の例の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップ52の加熱加工部60も着脱可能である。すなわち、加熱加工部60の針形状の根元部分が割りピン状態になっていて(割りピン状態は図示してない。)、ベース部57の先端部分の加熱加工部60用の凹所に峡挿させて、ベース部分の凹所の表面にある伝熱部59と密着状態を作り、伝熱部59の熱を加熱加工部60用に伝えると共に加熱加工する為の強度も併せ持たせている。
The
Moreover, the
図14は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図14aは、そのヒーターチップ部72の近傍を示す拡大断面図であり、図14bは、その先端方面から見た正面図である。
FIG. 14 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. FIG. 14 a is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the
この例の接触式レーザー加熱装置でも、パルスレーザー光発振手段であるLDバー(図示されていない。)から発振されたレーザー光をレンズ系(図示されていない。)で集光し、この光を光ファイバー71によりヒーターチップ72に射出し、加熱加工部75を加熱するものであり、ヒーターチップ72以外は、図12、図13の例と同じである。
Also in the contact type laser heating apparatus of this example, laser light oscillated from an LD bar (not shown) which is a pulse laser light oscillation means is condensed by a lens system (not shown), and this light is condensed. It is injected to the
ヒーターチップ72では、ガラス製のベース部が無い構造である。従って、受光発熱部73の内部には空洞を有し、光ファイバー71の射出部76より射出されたレーザー光は、直接受光発熱部73と加熱加工部75に照射される。
The
受光発熱部73は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換し、変換された熱エネルギーは、伝熱部74に熱伝導され、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部75に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。
The light receiving and
このヒーターチップ72は、厚み100μmの銅合金の内面全体に、黒ニッケルメッキ等を厚み約10μmにコートして、プレス加工や、絞り加工によって受光発熱部73と伝熱部74と加熱加工部75を一体成形したものである。
The
図12、図13の例の接触式レーザー加熱装置と同様に、針形状の加熱加工部75の代りに他の形状の加熱加工部を用いることもできるし、又ヒーターチップ72も、同様な方法により着脱可能である。
Similar to the contact-type laser heating apparatus in the examples of FIGS. 12 and 13, a heat-processed part having another shape can be used in place of the needle-shaped heat-processed
図15は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。この接触式レーザー加熱装置は、加熱加工部78の形状が、エッジ形状(刃形状)である点が異なるのみで、他は図12〜14の例と同じである。図15aは正面図を、図15bは加工端方面から見た側面図を示す。
FIG. 15 shows another embodiment of the contact type laser heating apparatus of the present invention. This contact-type laser heating apparatus is the same as the examples of FIGS. 12 to 14 except that the shape of the
図16は、図15の接触式レーザー加熱装置を用いてウレタン被覆銅線79を接合対象物77に溶接接合する工程を概念的に示した工程図である。伝熱部74や加熱加工部78の材料は、この場合高融点材料のモリブデンが利用される。接触式レーザー加熱装置については、加熱加工部のみを図示し他の部分は図示していない。図16(a)に示すように、接合対象物77の上にウレタン被覆銅線79を置く。次に図16(b)に示す様に、加工端78をウレタン被覆銅線79に当接し、押圧、加熱することでウレタン被覆銅線79のウレタン被覆が溶けると同時に銅線部分も溶け、接合対象物77も1300度以上に昇温させることで、ウレタン被覆銅線79を接合対象物77に溶接接合する。図16(c)は、加熱加工部78を上昇させた図であり、図16(d)は、端子77から、余分なウレタン被覆銅線79を取り除いているウレタン被覆銅線79を端子77に溶接接合させた完成状態を示す図である。但し、この時ウレタン被覆銅線79と接合対象物77は、溶接で接合されて入るが接合強度は弱いので、UV硬化剤等で最後に上からコートして補強することが好ましい。この溶接接合のような微細な部分の接合用途には、エッジ形状の加工端を有する接触式レーザー加熱装置が好適に用いられる。
FIG. 16 is a process diagram conceptually showing a process of welding and joining the urethane-coated
図17は、本発明の加熱加工機の一形態の全体の構成を示す概略図である。この加熱加工機は、本発明の接触式レーザー加熱装置80、加工対象物81を載置する載置手段82、及びこの載置手段における所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置を位置付ける位置決め手段を有し、さらに、電源装置83、ろう材テープ84を有する。
FIG. 17 is a schematic diagram showing the overall configuration of an embodiment of the heat processing machine of the present invention. This heating machine includes a contact type laser heating device 80 according to the present invention, a placing means 82 for placing a workpiece 81, and a positioning means for positioning the contact type laser heating device at a desired position in the placing means. And a
電源装置83は、接触式レーザー加熱装置80へ所望する電圧値の電流を供給する装置であり、電流の供給は、給電用端子から給電線85を通して行われる。電源装置83の前面には、表示パネル操作部87が設けられ、又オンオフスイッチ88が接続されている。操作者は、表示パネル操作部87により、所定の電圧値、電流値等を設定し、又表示パネル操作部87の表示パネルに表示された電圧値、電流値等に基づき操作する。さらに、オンオフスイッチ88等を手や足によって操作し、給電の開始、停止を行う。
The
載置手段82は、ベース89、その略中央に形成された、長尺な2本の平行な溝90、その溝方向(X方向とする。)に移動可能に設けられた可動テーブル91、可動テーブル91上の水平面であって加工対象物81を載置する載置面86よりなる。この可動テーブル91を、ベース89の下部に設けられた制御装置やモータ(図示せず)等によりX方向に移動することにより、加工対象物81をX方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
The mounting means 82 includes a
接触式レーザー加熱装置80の支持台92は、2つの脚部93a及び93bと、この上部の間に水平方向に渡設された水平台94とからなり、水平台94の上面には、長尺な2本の平行な溝95が形成されている。溝95には、可動テーブル96が、この溝方向(Y方向とする。)に移動可能に設けられている。この可動テーブル96を、ベース89の下部に設けられた制御装置やモータ(図示せず)等によりY方向に移動することにより、支持台92及びこれに固定して設けられている接触式レーザー加熱装置80をY方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
The
さらに、可動テーブル96の前面には、長尺な2本の平行な溝97が形成されており、溝97には、可動テーブル98が、この溝方向(Z方向とする。)に移動可能に設けられており、そしてこの可動テーブル98に接触式レーザー加熱装置80が、その加熱加工部が下側になるように固定されている。この可動テーブル98を、ベース89の下部に設けられた制御装置やモータ(図示せず)等によりZ方向に移動することにより、可動テーブル98及びそれに固定された接触式レーザー加熱装置80を、Z方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
Further, two long
このようにして、本発明の加熱加工機では、接触式レーザー加熱装置80と加工対象物81との位置関係をXYZ方向に自在に制御でき、載置手段82に対する所望の位置に位置付けることができる。この可動テーブル91、可動テーブル96、可動テーブル98により、載置手段82に対する所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置80を位置付ける位置決め手段が構成される。なお、可動テーブル91、可動テーブル96、可動テーブル98の制御は、ベース89の下部に設けられた制御盤99の操作により行われる。
In this way, in the heat processing machine of the present invention, the positional relationship between the contact type laser heating device 80 and the workpiece 81 can be freely controlled in the XYZ directions, and can be positioned at a desired position with respect to the mounting means 82. . The movable table 91, the movable table 96, and the movable table 98 constitute positioning means for positioning the contact type laser heating device 80 at a desired position with respect to the mounting means 82. The movable table 91, the movable table 96, and the movable table 98 are controlled by operating a
本発明の加熱加工機は、ろう材テープ84を有し、ろう材テープ84は、接触式レーザー加熱装置80の下部側、すなわち加熱加工部の下部を通り、2つのリール100a及び100b間に巻取られている。この例は、図6に示されている加熱加工部の加工端が片凸形状で、ろう材テープがこの加工端に係止されて、接合に供せられる場合に該当する。従って、ろう材テープ84は、片凸形状の加工端に係止されており、接合に使用後、リール100a及び100bにより、ろう材テープ84は移動され、新しい部分が次の接合に使用される。
The heat processing machine of the present invention has a
本発明の加熱加工機による接合は、載置面86上に載置された加工対象物81に接触式レーザー加熱装置80を位置付け、接触式レーザー加熱装置80を下方に下げ、加工対象物81の所定の位置を押圧し、かつ電源装置83より給電して加熱することにより行うことができる。本発明の加熱加工機を使用すれば、載置面86上に載置された加工対象物81と接触式レーザー加熱装置80との位置付けを容易に制御することができ、又強力な押圧をすることもできる。
In the joining by the heat processing machine of the present invention, the contact type laser heating device 80 is positioned on the workpiece 81 placed on the placement surface 86, the contact type laser heating device 80 is lowered, and the workpiece 81 is attached to the workpiece 81. It can be performed by pressing a predetermined position and supplying power from the
なお、本発明の加熱加工機では、加熱加工部の形状を変更することにより、ろう材テープ84の代りに、ろう材ワイヤー等を用いることも可能であるし、又ろう材テープやろう材ワイヤー等を用いない接合に使用することもできる。
In the heat processing machine of the present invention, it is possible to use a brazing material wire or the like in place of the
1 LDバー
2、52 ヒーターチップ
3、41 ベース部
4、42 受光発熱部
5、43 伝熱部
6、11、21、31、44 加熱加工部
7 電線
8 固定手段
9 ビス
15 IC素子
16 配線板
17 電極
25、32 素子
26、26’、33 端子
27 ろう材テープ
34 ウレタン被覆銅線
35 ハンダワイヤー
45 印字対象物
51、71 光ファイバー
53 ヒーターチップ固定キャップ
54 光ファイバージョイント部
57 ベース部
58、73 受光発熱部
59、74 伝熱部
60、75、78 加熱加工部
77 接合対象物
79 ウレタン被覆銅線
80 接触式レーザー加熱装置
81 加工対象物
82 載置手段
83 電源装置
84 ろう材テープ
86 載置面
88 オンオフスイッチ
89 ベース
92 支持台
94 水平台
90、95、97 溝
91、96、98 可動テーブル
99 制御盤
100a、100b リール
1
Claims (7)
発振されたレーザー光を受光し、そのレーザー光を熱エネルギーに変換する受光発熱部、前記受光発熱部の外表面に密接し、高熱伝導率の材料により形成され、前記受光発熱部で変換された熱エネルギーを伝熱する伝熱部、及び該伝熱部と接触し、該伝熱部よりの熱エネルギーにより加熱され、加工対象物を押圧し加熱する加熱加工部よりなるヒーターチップ、又は、前記受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも2以上の部分が一体構造であるヒーターチップ
を有することを特徴とする接触式レーザー加熱装置。 Pulse laser light oscillation means, and
A light receiving heat generating part that receives the oscillated laser light and converts the laser light into heat energy, is in close contact with the outer surface of the light receiving heat generating part, is formed of a material with high thermal conductivity, and is converted by the light receiving heat generating part A heat transfer part that transfers heat energy, and a heater chip that is in contact with the heat transfer part and is heated by the heat energy from the heat transfer part to press and heat the object to be processed; or It has a function of a light receiving heat generating part, a heat transfer part and a heat processing part, and at least two parts among the light receiving heat generating part, the heat transfer part and the heat processing part have a heater chip having an integral structure. Contact type laser heating device.
The contact-type laser heating device according to any one of claims 1 to 6, a placement means for placing a workpiece to be heated by the contact-type laser heating device, and a desired position with respect to the placement means And a positioning means for positioning the contact type laser heating device.
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