JP2013181115A - 接着固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外ランプで複数の部品を基板に熱硬化型接着剤で接着固定する際、各部品の光吸収係数、熱容量等が異なっていても同一時間で何れの部品も過不足なく硬化できる接着固定装置を提供する。
【解決手段】反応型接着剤を塗布した部品へ赤外ランプ光を導くための窓と、照射光量を制御するための光量減衰器とを具備したマスクを通して赤外ランプ光を照射することにより、何れの部品に塗布された接着剤も同一時間で過不足なく硬化できる。

【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、材質、形状等の異なる複数の異種部品、部材、或いは、材質、形状の異なる各部品から構成されている複合部品を基板や基体に赤外ランプを用いて接着剤で接着固定する装置に関する。

電子部品の回路基板への固定、光学部品の固定、部材の接合他様々な産業分野、用途で接着剤が利用されている。主要な接着剤のタイプとしてＵＶ硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、ホットメルト型接着剤等があるが、なかでも熱硬化型接着剤は接着力が強く接着面が小さくても十分な接着強度が得られる大きな利点がある。熱硬化型接着剤の加熱は、通常、ヒータ加熱炉で行われるが、赤外線で加熱することもできる。赤外線による加熱は昇温、降温速度が速く、接着剤を直接加熱する効果もあるため接着に要する時間を短縮できる利点がある。しかしながら、材質、形状等の異なる複数の部品、部材、或いは、材質、形状の異なる各部品からなる複合部品を基板、基体に接着固定する際、同一強度の赤外線を同一時間照射すると部品、部材の赤外線吸収係数、熱容量、照射される面積等の違いにより部品、部材、或いは、複合部品においては各部の昇温速度が異なってしまい、特定の部品、部材、或いは、複合部品の一部が加熱不足のため接着不良になる場合や加熱過剰のため劣化を生じる問題がある。

特許文献１には、赤外線ヒータを用いて熱硬化型接着剤で光ファイバをフェルール・コネクタに接着する方法が開示されている。

特許文献２には、近赤外線照射と熱伝導加熱により熱硬化型樹脂の硬化反応を促進する方法が開示されている。

特許文献３には、車両用灯具のハウジングとレンズとを接着する際、ハウジングの接合部とレンズの接合部に、感温性触媒を含有する２液混合型の接着剤を塗布し、嵌合した後、近赤外線を照射して接着剤を短時間で加熱硬化させる方法が開示されている。

特許文献４には、光コネクタ装置の製造において、赤外線を照射して接着剤を加熱硬化させ、光ファイバテープをコネクタに、ブーツを光ファイバテープに接着固定する方法が開示されている。

特公開２００５−００３８８５号公報 特公開２００２−２４９７５１号公報 特開平１０−０２１７０９号公報 特開平０９−１５９８７３号公報

しかしながら、何れの先行特許文献においても赤外線ランプを用いて複数の異なる部品、部材或いは複合部品を熱硬化樹脂で基板、基体に接着する際、特定の部品や複合部品の一部が過剰加熱や、加熱不足になる問題を解決する技術は開示されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、基板あるいは基体上に複数個配置された異種部品、部材、或いは複合部品を熱硬化型接着剤で一括接着固定する際、特定の部品や複合部品の一部が加熱過剰や加熱不足になることなく接着できる装置を提供することにある。

そのため、本発明の接着固定装置は、反応型接着剤及び被接着物を加熱する赤外ランプと、当該反応型接着剤及び被接着物へ赤外光を照射するための窓と照射光量を制御するための光量減衰器とを具備したマスク板と、当該赤外ランプのパワーを調節するランプ光強度制御器と当該赤外ランプの照射時間を制御する照射時間制御器を具備したランプコントローラと、を備えたことを特徴とする。

本発明により、材質、形状等の異なる複数の異種部品、部材、或いは、材質、形状の異なる部品からなる複合部品を基板や基体に赤外ランプを用いて熱硬化型接着剤で一括接着固定する際、特定の部品、部材や複合部品の一部が加熱過剰や加熱不足になることなく接着できる装置を実現できる。

本発明の実施例である接着固定装置を説明するための構成概略図である。 ランプコントローラの内部を説明するための図である。 同一サイズで光吸収係数或いは熱容量が異なる部品の接着方法を説明するための図である。 複合部品の接着方法を説明するための図である。 光量減衰器の例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１（a）は、本発明の実施例である接着固定装置の構成概略図、（b）は、ランプコントローラ（１）の内部を上からみたときの概略構成図である。

実施例は、熱硬化型接着剤（９）を加熱するための赤外ランプ（１３）と、赤外光（１４）を被接着体である部品−１（７）、部品−２（８）及び熱硬化型接着剤（９）に照射するための窓（１１）と部品−２（８）に照射される赤外線強度を減衰するための光量減衰器（１２）を具備したマスク板（１０）と、基板（６）を載置する被接着物載置台（５）と、赤外ランプ（１３）及びマスク板（１０）を保持するランプ・マスク支持材（１５）と、電源（３０）と赤外ランプ光強度を調節するためのランプ光強度制御器（３）と赤外線照射時間を調節するための照射時間制御器（４）を具備したランプコントローラ（１）と、から構成される。

本実施例では対象とする接着剤の種類を熱硬化型接着剤（９）として説明するが、一般に、エポキシ樹脂系、シアノアクリレート系、ポリウレタン系、アクリル樹脂系などの反応型接着剤であれば同様に適用できる。

以下、本実施例の接着固定装置を用いて同一材質であるが、サイズの大きい部品-1（７）とサイズの小さい部品−２（８）の双方を加熱の過不足なく基板（６）に接着固定する方法を説明する。部品−１（７）と部品−２（８）は、同一材質であるので吸収係数は同一で、少なくとも赤外ランプ（１３）の光の一部を吸収するものとする。

まず、部品−１（７）と部品−２（８）の裏面に熱硬化型接着剤（９）を塗布した後、基板（６）上の所定の位置に配置する。

次いで、マスク板（１０）を部品−１（７）、部品−２（８）の上面に配置する。マスク板（１０）には部品−１（７）、部品−２（８）の上面に赤外線を照射できるよう窓（１１）が設けられている。部品−２（８）の上面に設けられた窓（１１）には光量減衰器（１２）が配置されており、被照射面積／熱容量比が大きく加熱されやすい部品−２（８）へ照射する赤外線光量を減衰させるようになっている。

次いで、赤外ランプ（１３）の光強度をランプ光強度制御器（３）により、照射時間を照射時間制御器（４）により各々調節した後、赤外ランプ（１３）を点灯して部品−１（７）、部品-２（８）及び熱硬化型接着剤（９）を加熱し、熱硬化型接着剤（９）を硬化させ、部品−１（７）、部品−２（８）を基板（６）に接着固定する。

赤外ランプ（１３）は、接着剤によく吸収される赤外波長の発光を含むランプであり、近赤外から中赤外にかけて波長分布しているハロゲンランプが適している。しかし、集光性、コスト等の点からキセノンランプなど他のランプを選択することもできる。

接着固定に要する時間は、赤外ランプ（１３）の光強度に依存する。当然、光強度が強いほど短くなるが、強すぎると過度に温度が上昇して熱硬化型接着剤（９）や部品−１（７）、部品-２（８）に熱損傷を与えるので、ランプ光強度制御器（３）と照射時間制御器（４）によりランプ光強度と照射時間を制御し、過度の温度上昇を起こさないようにする。最も簡単な制御は、一定強度の赤外光（１４）を一定時間照射する方法であるが、より正確な温度制御が必要な場合には、時間により光強度を変化させることもできる。また、図１（ｂ）では、ランプ光強度制御器（３）と照射時間制御器（４）を別々に描いたが、これらを一体化した制御器を使用することも当然可能である。

このようにすることで、過度な加熱や加熱不足を生じることなく、赤外線加熱の利点である短時間での接着を実現できる。

マスク板（１０）の機能は、耐熱性が低い等赤外線照射が有害な部分への照射を遮蔽し、照射が必要な部分のみを照射するものであり、光量減衰器（１２）を付加することにより必要な光強度で照射することも可能になる。当然、マスク板（１０）と光量減衰器を一体化した構成にすることもできる。

以下、光量減衰器（１２）について説明する。

光量減衰器（１２）の具体的構成としては、例えば、図４に示すような金属など赤外線を透過しない材質に複数の小さな穴（１９）を開けた板（１８）を用いることができる。穴（１９）の大きさや数を変えることにより赤外線減衰率を調整できる。被接着物の熱伝導率が大きい場合には、被接着物の一部に赤外線照射しても熱伝導により全体が速やかに昇温するので単一の穴から照射を行い、穴の大きさを変えるだけでも減衰率を調整できる。この場合は、光量減衰器（１２）を使用せず、窓（１１）の大きさで光量調整するようにしてもよい。また、赤外線透過率の良いガラスやサファイア基板上に金属や反射率のよい素材をコーティングして用いることもできる。この場合、コーティング厚を変えることにより減衰率を調整できる。また、光学部品として一般に使用されている赤外線を反射する誘電体多層膜を用いることもできる。

光量減衰器（１２）の減衰率の大まかな目安は、例えば、部品−１（７）、部品−２（８）が同一素材の場合、被照射面積／熱容量比による。例として、部品−２（８）の被照射面積／熱容量比が部品−１（７）の２倍であれば５０％の減衰率が目安となる。しかしながら、より適切な減衰率が必要な場合には実測データから求めることもできる。

実験により適切な減衰率を求める方法の例を以下説明する。

まず、所定の赤外線強度で窓（１１）から部品−１（７）を赤外線加熱し、熱硬化型接着剤（９）による接着が完了する時間を計測する。次に、被照射面積／熱容量比から求めた減衰率を有する光量減衰器（１２）を設置して部品−２（８）を同じ赤外線強度で加熱し、接着が完了する時間を測定する。接着に要する時間が部品−１（７）の場合に比べて短い場合は、減衰率のより大きい光量減衰器（１２）に、逆に長い場合は減衰率のより小さい光量減衰器（１２）に換えて再度接着時間を計測する。この繰り返しにより適切な減衰率をより正確に決定することができる。

これまで、同一材質でサイズの異なる部品を接着する方法を説明したが、同一サイズであっても光吸収係数や熱容量が異なる場合には、当然、昇温速度に差があるので同一強度の赤外光（１４）を同一時間照射したのでは加熱の過不足が生じる。

図２は、同一サイズであるが光吸収係数が小さいか、或いは熱容量が大きい部品−３（１６）とその逆の部品−４（１７）を同時に赤外線加熱する方法を説明するための図である。ただし、図２では、ランプコントローラ（１）、被接着物載置台（５）、ランプ・マスク支持材（１６）、赤外ランプ（１３）は省略して描いてある。部品−３（１６）は昇温しにくいので、窓（１１）から赤外光（１４）を直接照射する。一方、温度上昇しやすい部品−４（１７）には光量減衰器（１２）を介して照射する。先に説明したように、光量減衰器（１２）の減衰率を適切にすることにより何れも過不足無く加熱することが可能になる。

次に、材質、形状の異なる部品を組み合わせて作られた複合部品に他の部品を熱硬化型接着剤（９）で接着固定する例を説明する。具体的には、光コネクタ内の部品として使われるフランジ付フェルール（２０）に光ファイバ（２４）と樹脂チューブ（２３）を熱硬化型接着剤（９）で接着固定する例を図３を用いて説明する。ただし、図３では、ランプコントローラ（１）、被接着物載置台（５）、ランプ・マスク支持材（１６）、赤外ランプ（１３）は省略して描いてある。

一般的なフランジ付フェルール（２０）は、ステンレス製のフランジ（２２）にジルコニア製のフェルール（２１）を嵌合し、かしめて一体化した構造になっている。フェルール（２１）の中心には光ファイバを挿入できる細い穴が貫通しており、フランジ（２２）のもう一端は樹脂チューブ（２３）を挿入固定するためパイプ状になっている。光コネクタの製造工程では、フランジ（２２）側から光ファイバ（２４）をフェルール（２１）に、フランジ（２２）のパイプ状部分に樹脂チューブ（２３）を挿入し、それぞれ熱硬化型接着剤（９）で固定する必要がある。熱硬化型接着剤（９）の加熱は、通常、ヒータ加熱炉で行われている。

以下、本実施例の接着固定装置を用いて光ファイバ（２４）をフェルール（２１）に、樹脂チューブ（２３）をフランジ（２２）のパイプ状部分に熱硬化型接着剤（９）で固定する方法を説明する。フェルール（２１）とフランジ（２２）に熱硬化型接着剤（９）を塗布した光ファイバ（２４）と樹脂チューブ（２３）をそれぞれ挿入し、マスク板（１０）の下にセットする。フェルール（２１）は光吸収係数の小さなジルコニア材質で加熱されにくいので、窓（１１）から赤外線（１４）を直接照射する。一方、フランジ（２２）は近赤外線を吸収しやすいステンレス製のため、窓（１１）に光量減衰器（１２）を設置し、光量を減衰させて赤外線（１４）を照射する。さらに、樹脂チューブ（２３）は光吸収係数が大きいうえ耐熱性が悪いのでマスク板（１０）には窓（１１）を設けず、赤外線（１４）から保護する。光量減衰器（１２）の減衰率を適切にすれば、光ファイバ（２４）をフェルール（２１）に、樹脂チューブ（２３）をフランジ（２２）に同一時間で接着固定でき、樹脂チューブ（２３）が熱損傷を受けることもない。

特定の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更を加えることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修正も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子部品の基板への接着固定、光学部品の接着、撮像素子モジュールの部品固定など様々な産業用途に用いることが出来る。

１：ランプコントローラ
２：電源スイッチ
３：ランプ光強度制御器
４：照射時間制御器
５：被接着物載置台
６：基板
７：部品−１
８：部品−２
９：熱硬化型接着剤
１０：マスク板
１１：窓
１２：光量減衰器
１３：赤外ランプ
１４：赤外光
１５：ランプ・マスク支持材
１６：部品−３
１７：部品−４
１８：基材
１９：穴
２０：フランジ付フェルール
２１：フェルール
２２：フランジ
２３：樹脂チューブ
２４：光ファイバ
３０：入力
３１：電源
３２：出力

Claims (6)

1. 反応型接着剤及び被接着物を加熱する赤外ランプ（１３）と、当該反応型接着剤及び被接着物へ赤外光（１４）を照射するための窓（１１）と照射光量を制御するための光量減衰器（１２）とを具備したマスク板（１０）と、当該赤外ランプ（１３）のパワーを調節するランプ光強度制御器（３）と当該赤外ランプ（１３）の照射時間を制御する照射時間制御器（４）を具備したランプコントローラ（１）と、を備えたことを特徴とする接着固定装置。
2. 当該赤外ランプ（１３）がハロゲンランプであることを特徴とする請求項１記載の接着
   固定装置。
3. 当該マスク板（１０）が大きさにより照射光量を調節する当該窓（１１）を備えたことを特徴とする請求項１記載の接着固定装置。
4. 当該光量減衰器（１２）が少なくとも赤外線の一部を透過しない材質に単数、あるいは複数の穴をあけた部材からなることを特徴とする請求項１記載の接着固定装置。
5. 当該光量減衰器（１２）が少なくとも赤外線の一部を透過する基板にコーティングした金属薄膜あることを特徴とする請求項１記載の接着固定装置。
6. 当該光量減衰器（１２）が少なくとも赤外線の一部を反射する誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１記載の接着剤硬化装置。

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