JP6719191B2 - レーザ接着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光により素材を溶かして接着を行うレーザ接着装置に関する。
従来より、レーザ光により素材を溶かして接着を行うものとしては、例えば、半田付けを行うレーザ半田付け装置が提案されている。例えば、特許文献１では、レーザによる被覆細線のリフローソルダリング法が提案されている。特許文献１には、被覆材除去を目的としたレーザ照射とリフローソルダリングを目的としたレーザ照射とで異なる波長のレーザを使用することが示されている。具体的には、被覆材除去を目的としたレーザとして、５３２ｎｍの波長が用いられ、リフローソルダリングを目的としたレーザとして、１０６４ｎｍの波長が用いられている。
特開２００１−４７２２２号公報
しかしながら、従来のリフローソルダリング（半田付けを含む）を目的としたレーザとしては、８００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長が用いられており、可視光ではないので、レーザ照射点を確認するための可視光光源を別途設けないといけなかったり、大きなパワーを要する赤外光レーザを用いなければならないために、装置規模が大型化するなどの問題点があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、レーザ照射点を確認するための可視光光源が不要で、また、出力パワーを低パワーに抑え、より簡易的なレーザ接着装置を提供することにある。
請求項１記載のレーザ接着装置は、レーザ光を発射するレーザ光源を備え、レーザ光源が青色レーザダイオードで、レーザ光の波長が４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの可視光で、レーザ光源の出力パワーが５Ｗ以下の低パワーであり、レーザ光源の制御を介して、レーザ光源の出力パワー及びレーザ光の照射ポイントにおけるスポット径を制御し、レーザ光源の制御は、レーザ光源から照射されたレーザ光のレーザパワーを検出し、検出された該レーザパワーを考慮して、行われることを特徴とする。
請求項２記載のレーザ接着装置は、レーザ光を発射するレーザ光源と、レーザ光の照射ポイントの温度を測定するための赤外線温度計とを備え、レーザ光源が青色レーザダイオードで、レーザ光の波長が４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの可視光で、レーザ光源の出力パワーが５Ｗ以下の低パワーであり、レーザ光源の制御を介して、照射ポイントの温度に応じて、レーザ光源の出力パワー及びレーザ光の照射ポイントにおけるスポット径を制御することを特徴とする。
請求項３記載のレーザ接着装置は、レーザ光により半田付けを行うレーザ半田付け装置であることを特徴とする。
請求項４記載のレーザ接着装置は、レーザ光により樹脂を溶かして、溶かされた樹脂を介して、物の接着を行うことを目的とすることを特徴とする。
請求項５記載のレーザ接着装置は、光透過性材料を透過したレーザ光により光透過性材料の先に位置する樹脂を溶かして、溶かされた樹脂を介して、光透過性材料を樹脂に接着を行うことを目的とすることを特徴とする。
本願の発明によれば、レーザ光を発射するレーザ光源を備え、レーザ光の波長が、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの可視光で、レーザ光源の出力パワーが所定値以下の低パワーであり、レーザ照射点を確認するための可視光光源が不要で、また、出力パワーを低パワーに抑え、より簡易的である。
本発明に係るレーザ接着装置の構成の一例を示す構成図である。 同レーザ接着装置の使用例を示す説明図である。
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係るレーザ接着装置の構成の一例を示す構成図である。図２は、同レーザ接着装置の使用例を示す説明図である。
レーザ接着装置１は、レーザ光により素材を溶かして接着を行う装置であり、例えば、半田付けを行うレーザ半田付け装置であったり、樹脂を溶かして接着を行う装置であったりする。レーザ接着装置１は、装置本体１０、レーザ光源であるレーザダイオード３０、レンズ３２等の光学系、赤外線温度計４０等から構成されている。装置本体１０は、内部にマイクロコンピュータ（マイコン）１２を備え、このマイクロコンピュータ１２により、レーザ接着装置１全体の制御を行っている。尚、レーザ接着装置１全体の制御方法として、必ずしもマイクロコンピュータ１２を用いる必要はなく、ソフトウェアの介在しないハードウェアのみでの制御等も可能であるが、本実施の形態ではマイクロコンピュータ１２による構成を例示している。尚、マイクロコンピュータ１２には、ＲＳ２３２ｃコネクタ１２ａや外部インタフェースコネクタ１２ｂを介して、外部の各種値の入力手段であるキーボードや他の装置を接続することも可能である。
次に、装置本体１０を具体的に説明する。まず、マイクロコンピュータ１２には、マイクロコンピュータ１２からの指令でアナログレベルを出力するＤＡコンバータ１４が接続されている。このＤＡコンバータ１４は、後述するレーザダイオード３０を出力パワー制御しつつ駆動させるための電流設定（ＬＤ電流設定）のもので、電流バッファー１６を介して、レーザダイオード３０に接続されている。また、レーザダイオード３０のレーザ電流を検出し制御にフィードバックするために、レーザダイオード３０にレーザ電流検出のためのＡＤコンバータ２４が設けられている。
レーザダイオード３０は、レーザ光の波長が、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの可視光で、出力パワーが所定値以下の低パワーのものである。この波長の範囲であれば、例えば、レーザ接着装置１をレーザ半田付け装置として使用する場合、半田の主成分である錫や銅等の金属の反射率が約５０％であることから、反射率が低く、レーザ光のパワーが吸収され熱変換効率が高くなり、効率良く半田を溶解させることができる。尚、より具体的には、レーザダイオード３０は、青色レーザダイオードで、レーザ光の波長が４３０ｎｍ〜４６０ｎｍであることが望ましい。尚、後述するレーザダイオード３０の制御の如何に関わらず、レーザダイオード３０として、出力パワーが、５Ｗ以下のものを用いることが可能である。
照射ポイントＰにレーザ光を照射するための光学系としては、レンズ３２、３６を有している。尚、レーザ光の光路の途中に、ビームスプリッタ３４が設けられ、透過光の１／１００以下の反射光を、フォトダイオード４２に取り組める仕組みを有している。フォトダイオード４２は、装置本体１０のレーザパワー検出のためのＡＤコンバータ２２に接続され、検出されたレーザパワーがマイクロコンピュータ１２に送られる。
また、制御手段であるマイクロコンピュータ１２は、検出したレーザ光のレーザ電流や、レーザパワーを考慮したり、マイクロコンピュータ１２に設定された各種の値（例えば、半田や樹脂の材質や接着する面積等の接着に必要な様々な種類の任意の値）により、レーザ光源の制御を介して、レーザ光源の出力パワー又は及びレーザ光の照射ポイントＰにおけるスポット径を、接着の度合いに応じて最適化するようにすることもできる。これにより、レーザ光源の出力パワーを抑えつつ、最適な接着が可能になる。
さらに、レーザ光の照射ポイントＰの温度を測定するための赤外線温度計４０を設け、赤外線温度計４０で検出した温度データが、装置本体１０に設けられた温度検出のためのＡＤコンバータ２０を介して、マイクロコンピュータ１２に送られるようにすることも可能である。マイクロコンピュータ１２では、検出した温度データを考慮して、レーザ光源の出力パワー又は及びレーザ光の照射ポイントＰにおけるスポット径を、接着の度合いに応じて最適化するようにすることもできる。これにより、レーザ光源の出力パワーを抑えつつ、最適な接着が可能になる。
以上のように構成されたレーザ接着装置１によれば、レーザ光の波長が、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの可視光で、レーザ光源の出力パワーが所定値以下の低パワーであり、レーザ照射点を確認するための可視光光源が不要で、また、出力パワーを低パワーに抑え、より簡易的である。より具体的には、熱変換率の高さと、照射ポイントＰのスポット径を最適化することにより、従来の製品が３０Ｗ〜１００Ｗのレーザを使用していたところ、１／１０のレーザパワーで接着が可能になる。また、低パワーのレーザを使用するため、放熱機構が簡素化でき、また、電源容量小さくて済むので、装置の小型化が見込め、より、接着が難しい場所への応用が期待できる。
尚、レーザ接着装置１の用途としては、レーザ半田付け装置がその一例であるが、それ以外の例として、レーザ光により樹脂を溶かして、溶かされた樹脂を介して、物の接着を行う装置として用いることも可能である。
このレーザ光により樹脂を溶かして、溶かされた樹脂を介して、物の接着を行うこと装置の具体的な例としては、光透過性材料を透過したレーザ光により光透過性材料の先に位置する樹脂を溶かして、溶かされた樹脂を介して、光透過性材料を樹脂に接着を行うこと装置として用いることも可能である。より具体的な例としては、図２に示すように、光透過性材料であるレンズを、レンズ枠５２に接着する場合に、使用することが可能である。レンズ５０は、ガラスか光透過性樹脂でできており、レーザ光出力部３８（図１の構成の装置本体１０の外側に設けられたレンズ３２〜レンズ３６までの光学形）から出力されたレーザ光Ｌを透過する。そして、レンズ５０を透過したレーザ光Ｌが、レンズ５０に接するレーザ光Ｌによって溶ける樹脂でできたレンズ枠５２の接着部５２ａを溶かし、その接着部５２ａが冷えて固まることで、レンズ５０をレンズ枠５２に接着することができる。このように、本実施の形態のレーザ接着装置１であれば、レンズ５０の裏側の狭い領域での接着も可能である。
尚、レーザ光Ｌで溶ける側の樹脂としては、光吸収性樹脂であることが前提で、その中でも、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、メタクリル、ポリカーボネイト、アクリル等である。レーザ光Ｌの吸収性が悪い場合には、樹脂に顔料を入れるなどすれば吸収を上げることもできる。
以上のように、本発明によれば、レーザ照射点を確認するための可視光光源が不要で、また、出力パワーを低パワーに抑え、より簡易的なレーザ接着装置を提供することができる。
１・・・・・レーザ接着装置
１０・・・・装置本体
１２・・・・マイクロコンピュータ
１２ａ・・・ＲＳ２３２ｃコネクタ
１２ｂ・・・外部インタフェースコネクタ
１４・・・・ＤＡコンバータ
１６・・・・電流バッファー
２０・・・・ＡＤコンバータ
２２・・・・ＡＤコンバータ
２４・・・・ＡＤコンバータ
３０・・・・レーザダイオード
３２・・・・レンズ
３４・・・・ビームスプリッタ
３６・・・・レンズ
３８・・・・レーザ光出力部
４０・・・・赤外線温度計
４２・・・・フォトダイオード
５０・・・・レンズ
５２・・・・レンズ枠
５２ａ・・・接着部

Claims (5)

  1. レーザ光により素材を溶かして接着を行うレーザ接着装置において、
    該レーザ光を発射するレーザ光源を備え、
    該レーザ光源が青色レーザダイオードで、該レーザ光の波長が４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの可視光で、
    該レーザ光源の出力パワーが５Ｗ以下の低パワーであり、
    該レーザ光源の制御を介して、該レーザ光源の出力パワー及び該レーザ光の照射ポイントにおけるスポット径を制御し、
    該レーザ光源の制御は、該レーザ光源から照射されたレーザ光のレーザパワーを検出し、検出された該レーザパワーを考慮して、行われることを特徴とするレーザ接着装置。
  2. レーザ光により素材を溶かして接着を行うレーザ接着装置において、
    該レーザ光を発射するレーザ光源と、
    該レーザ光の照射ポイントの温度を測定するための赤外線温度計とを備え、
    該レーザ光源が青色レーザダイオードで、該レーザ光の波長が４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの可視光で、
    該レーザ光源の出力パワーが５Ｗ以下の低パワーであり、
    該レーザ光源の制御を介して、
    該照射ポイントの温度に応じて、該レーザ光源の出力パワー及び該レーザ光の照射ポイントにおけるスポット径を制御することを特徴とするレーザ接着装置。
  3. レーザ光により半田付けを行うレーザ半田付け装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ接着装置。
  4. レーザ光により樹脂を溶かして、該溶かされた樹脂を介して、物の接着を行うことを目的とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ接着装置。
  5. 光透過性材料を透過したレーザ光により該光透過性材料の先に位置する樹脂を溶かして、該溶かされた樹脂を介して、該光透過性材料を該樹脂に接着を行うことを目的とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ接着装置。
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