JPH03198989A

JPH03198989A - 光ビーム加熱機

Info

Publication number: JPH03198989A
Application number: JP1337483A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kobayashi; 誠小林; Tamotsu Ikeda; 保池田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-30
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JP2543418B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、発光ランプから放射される光エネルギーを反
射鏡を用いて集束し、この集束された光エネルギーによ
り半田付け、溶接および樹脂材料等の熱加工を行なう光
ビーム加熱機に関する。

従来の技術従来、この種の光ビーム加熱機は、比較的小物の電気部
品の配線、結線等の半田付け、薄板、小物部品の蝋付け
または溶接、ポリウレタン被覆電線のコイル端子の絶縁
被覆除去、熱可塑性樹脂材料の熱加工、接合等用の加熱
熱源として利用されている。

従来の光ビーム加熱機の構成は、楕円反射鏡の第１焦点
にキセノンランプ等の発光ランプを配置し、この発光ラ
ンプから放射される赤外線を含む光エネルギーを楕円反
射鏡の第２焦点に集光し、この集光部に被加工物の加熱
加工点を配置して、それぞれの目的に応じた加熱加工を
行なっていた。

加熱エネルギーの調整は、発光ランプから放射される光
の強度そのものの調整と、被加工物へ光を照射する時間
とにより行なっていた。

発明が解決しようとする課題しかしながら、従来の光ビーム加熱機では、集光部の位
置や傾き等を容易に調整することが困難であるという問
題があった。集光部の位置や傾き等を調整するためには
、発光ランプや反射鏡およびこれらを収納する箱状のケ
ースを移動させる必要があり、発光ランプや反射鏡およ
びケースは大きくて重いため、電子部品等の小型精密部
品の熱加工を行なう際にこのような集光部の位置や傾き
を精密に設定することは極めて困難になる。

また、従来の光ビーム加熱機では、加熱加工点である集
光部が発光ランプや反射鏡と寸法的に一定の関係にあり
、自由に独立して位置決めすることができないため、大
きな発光ランプや反射鏡およびそれらを収納するケース
を被加工物の生産ライン中に設置することが困難である
という問題があった。光ビーム加熱機の利用分野である
小型部品または小物部品の半田付け、蝋付け、溶接等の
作業は、被加工物の生産工程における一工程であり、こ
の加熱加工工程をそれら被加工物の生産ライン中に設置
する必要があるからである。

さらにまた、従来の光ビーム加熱機では、加熱加工点が
近接して複数存在する場合に、これらを連続して加熱加
工することができないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、加熱加工する集光部の位置や傾きを任意にかつ容易に
設定することのできる優れた光ビーム加熱機を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、上記した目的を達成するために、発光ランプ
と、発光ランプから放射された光を焦点位置に集光する
ための反射鏡と、焦点位置に入射端が配置されるととも
に、その出射端が集光レンズユニットを介して加熱加工
点に向けて配置される光ファイバーとを備えている。

作用発光ランプから放射された光は、反射鏡により集光され
て光ファイバーの入射端に入射し、出射端から出射して
集光レンズユニットにより被加工物上に集光されて、加
熱加工が行なわれる。光ファイバーの出射端の位置は自
由に変えることができるので、加熱力ＬＬ点の位置や傾
きを任意にかつ容易に設定することができる。

実施例第１図は本発明の一実施例の概略構成を示すものである
。第１図において、１は発光ランプであり、ＩＫＷ〜５
ＫＷのキセノン放電灯が使用されている。２は発光ラン
プ１の発光点である。３は楕円反射鏡であり、その反射
面３ａが金または銅によりコーティングしたガラスで形
成され、反射率を長期にわたって高い値に維持するため
に曇り防止コーティングが施されている。楕円反射鏡３
の第１焦点位置には発光点２が位置しており、その第２
焦点位置４には光ファイバー５の入射端６が位置調整手
段７を介して配置されている。位置調整手段７は、簡単
な構造のものから精密な構造のものまで公知の種々の調
整手段が採用されうる。８は楕円反射鏡３を支持する支
持板であり、これに位置調整手段７が固定されている。

光ファイバー５の出射端９は、焦点位置を調整するため
の焦点位置調整手段１０を備えた集光レンズユニット１
１を介して被加工物１２の加熱加工点１３に向けて配置
されている。集光レンズユニット１１の焦点位置は、加
熱加工点１３に一致するように焦点位置調整手段１０に
より調整される。焦点位置調整手段１０は、カメラ等の
焦点位置調整手段と同様なものである。集光レンズユニ
ット１１は、複数枚のレンズからなる一組のレンズ１４
と、入射側と出射側とにそれぞれ配置された２枚の保護
ガラス１５．１６とを有する。１７は発光ランプｌに電
力を供給するための電源である。発光ランプ１の光エネ
ルギーのレベル調整は、電源１７からの供給電力量を調
整することにより行なわれる。

次に、この実施例の動作について説明する。発光ランプ
１が電源１７から放電電力を供給されて発光すると、そ
の発光点２が楕円反射鏡３の第１焦点位置に位置してい
るので、反射面３ａにより反射されて第２焦点位置４に
集光する。第２焦点位Ｗ４には、光ファイバー５の入射
端６が位置しているので、集光された光が光ファイバー
５の中を通って出射端９から出射し、集光レンズユニッ
ト１１により再び加熱加工点１３上に集光して被加工物
１２を加熱加工する。

光ファイバー５は、石英を主成分とするガラスファイバ
ー素線を多数本束ねたバンドルファイバーであり、第２
図に示すように、個々のガラスファイバー素線１８は、
光を通すコア一部１９と、コア一部１９の外周を覆って
いるクラッド部２０とからなり、クラッド部２０の径ｄ
２は１００μｍ〜３００μｍものを使用し、クラッド径
ｄ２に対するコアー径ｄ１の比を０．８８以上に設定し
ている。楕円反射鏡３の第２焦点位置４における集光径
はＱｍｍ〜４　ｍ　ｍであり、光ファイバー５の入射端
６の径もこれに相当する大きさに形成されている。

楕円反射鏡３の第２焦点位置４における光エネルギーは
、ステンレス鋼の薄板を溶かして接合するだけの熱エネ
ルギーを持っているので、汎用の光ファイバーを用いた
場合には、光ファイバーのガラスが溶融してしまう。そ
こでこの実施例では、石英を主成分とする耐熱性の高い
ガラスファイバー素線１８を採用しているが、これを第
７図に示すように通常の方法で束ねてガラスファイバー
素線１８間の多くの隙間を接着剤２１で埋めると、この
接着剤２１の部分に照射された光は、光ファイバーの出
射端まで導かれることなく、入射端でほとんど損失とな
り、また光ファイバーを加熱して温度を上昇させること
になる。したがって、ファイバー素線１８間に隙間があ
り、そこに接着剤２１が埋められている場合には、ガラ
スファイバー素線１８としていくら耐熱性の高い石英を
主成分としたものを使用しても、入射端が熱で損傷して
しまい、また出射端まで導かれる光エネルギーも小さく
なり、加熱加工能力が大幅に低下してしまうことになる
。

そこでこの実施例では、光ファイバー５の入射端６およ
び出射端９を、第３図および第４図に示すように、束ね
たガラスファイバー素線１８を接着剤とともにリテイナ
ー２２内に入れてリテイナ−２２の端部２２ａを加熱加
圧することにより、ガラスファイバー素線１８の端部を
互いに溶着して、ガラスファイバー素線１８間の隙間を
極小にしている。この加熱加圧溶着により、従来におい
て接着剤で埋められるような隙間が実質的になくなるの
で、この部分に照射された光による限度を屈えた発熱や
温度上昇が防止できるばかりでなく、不必要な損失も防
止することができ、またガラスファイバー素線１８のコ
アー径のクラッド径に対する比率を０．８８以上とした
ことと相俟って、出射端から出射される有効な光エネル
ギーを増大させることができる。

また、第４図に示すように、光ファイバー５の入射側端
部５ａを保持するリテイナ−２２は、水冷室２３を有す
る水冷装置２４の中に収容されているので、入射端６に
入射した光の熱による温度上昇を有効に防止することが
できる。

一方、楕円反射鏡３の反射面３ａは、金または銅で構成
されているので、第５図に示すように、光の波長が約０
．６μｍより短い波長域において急激に反射率が小さく
なっており、加熱加工に有効な０１６μｍ以上の波長域
での反射率が大きくなっている。また、石英ガラスファ
イバーの中を通ることに伴う損失は、第６図に示すよう
に、約０．６μｍ以下の短波長域で大きくなっているの
で、金または銅の反射面３ａを有する楕円反射鏡３を使
用することにより、短波長域の光エネルギーの照射量が
減少するので、光フアイバー５内での損失すなわち発熱
となる短波長域の受光量を減少させることができ、光フ
ァイバー５の発熱すなわち温度上昇を減少させることが
できる。

また、集光レンズユニット１１においては、数枚−組の
レンズ１４とその両側の２枚の保護ガラス１５．１６と
を備え、ガラスと空気との境界では約４％の反射損失が
あるので、１枚のレンズを光が通ると２回損失が生じ、
０．９６Ｘ０．９６０．９２１６となり、光の透過率は
約９２％となる。したがって、光ファイバー５、数枚の
レンズ１４．２枚の保護ガラス１５．１６の光路中には
、１０箇所ｌ１ｉｆ後の反射損失を生ずる部位があり、
この損失の合計だけで約３０％近い値となってしまう。

そこでこの実施例では、このような損失をできるだけ少
なくするために、発光ランプ１から放射された光が加熱
加工点１３に至るまでの光路中に存在する光ファイバー
５、レンズ１４、保護カラス１５．１６等の全てのガラ
ス製光透過部品の表面に、加熱加工に利用する波長域０
．６μｍ〜１．８μｍの範囲内で選択的に反射率を１％
以下とする特定波長域反射率減少コーティングを施して
いる。これにより、従来３０％前後あったトータルの反
射損失を約８％弱まで低減することができる。なお、こ
のコーティングは、必ずしも全ての光透過部品に施す必
要はなく、一部の光透過部品についてのみ行なってもよ
い。

このように、上記した実施例では、光ファイバー５の入
射端６を位置調整装置７を介して配置するとともに、光
ファイバー５の出射端９を焦点位置調整可能な集光レン
ズユニット１１を介して配置したので、発光ランプ１か
らの光を効果的に集光することができ、被加工物１２の
加熱加工点１３上に正確に光エネルギーを集束させるこ
とができる。

また、光ファイバー５が細いガラスファイバー素線１８
を多数本束ねて構成されているので軽くて柔軟性に富ん
でおり、集光レンズユニット１１は直径２０〜４０ｍｍ
程度で重さも数百グラム程度なので、手に持ってまたは
小型ロボット等の保持手段に保持して、任意の場所に任
意の角度または姿勢で、集光レンズユニット１１の焦点
位置を定めることができ、どのような被加工物１２の加
熱加工点１３に対しても光エネルギーを集束させること
かできる。

さらにまた、楕円反射鏡３の反射面３ａを金または銅で
構成し、加熱加工に有効な波長域での反射率を約９９％
と高め、光ファイバー５の入射側端部を加熱加圧溶着し
てガラスファイバー°素線１８間の間隙を可能な限り減
少するとともに、ガラスファイバー素線１８のクラッド
径に対するコアー径の比を０．８８以上に高めて有効受
光面積比率を可能な限り高め、さらに水冷装置２４を設
けて光ファイバー５の入射側端部の温度上昇を防ぎ、ま
た光路中の光透過部品の表面に加熱加工に有効な波長域
０．６μｍ〜１．８μｍの範囲内での反射率が約１％以
下になるようなコーティングを施したので、発光ランプ
１から放射された光エネルギーのうち加熱加工に有効な
０．６μｍ〜１．８μｍの波長域のものを、極めて少な
い損失で極めて高い効率をもって、被加工物１２の加熱
加工点１３上に到達させることができる。

したがって、発光ランプ１からの放射エネルギーのうち
有効に加熱加工点１３上に集束される光エネルギーの比
率が高まることになり、加熱加工に使えるエネルギーの
最大値が大きくなるので、加工対象を広くすることがで
きる。また、光路各部での損失を可能な限り低く抑えた
ので、発光ランプ１の放射エネルギーレベルを高めても
、光ファイバー５の入射端６が損傷することもなく、Ｉ
ＫＷ〜１．５ＫＷもの大きな電力を発光ランプ１に供給
することができる。

なお、上記した実施例においては、反射鏡として楕円反
射鏡３が使用されているが、これに代えて放物面反射鏡
を使用し、その焦点位置に光フフイバ−５の入射端６を
配置して、発光ランプの光を平行光化して放物面反射鏡
に入射させるようにしてもよい。その他、公知の種々の
手段を付加して本発明を変更することができる。

発明の効果以上のように本発明によれば、発光ランプと、この発光
ランプから放射された光を焦点位置に集光するための反
射鏡と、この焦点位置に入射端が配置されるとともに、
その出射端が集光レンズユニットを介して加熱加工点に
向けて配置される光ファイバーとを備えているので、加
熱加工点の位置や傾きを任意にかつ容易に設定すること
ができる。したがって、この光ビーム加熱機を被加工物
の生産ライン中に設置することが容易になり、加熱加工
点が近接して複数存在する場合にも、これらを連続して
加工することができる。

また、光ファイバーの入射端を位置調整装置を介して配
置するとともに、その出射端を焦点位置調整可能な集光
レンズユニットを介して配置することにより、発光ラン
プからの光を効果的に集光することができ、被加工物の
加熱加工点上に正確に光エネルギーを集束させることが
できる。

さらにまた、反射鏡を楕円反射鏡としてその反射面を金
または銅で構成し、加熱加工に有効な波長域での反射率
を高め、光ファイバーの入射側端部を加熱加圧溶着して
ガラスファイバー素線間の間隙を可能な限り減少すると
ともに、ガラスファイバー素線のクラッド径に対するコ
アー径の比を０．８８以上に高めて有効受光面積比率を
可能な限り高め、さらに水冷装置を設けて光ファイバー
の入射側端部の温度上昇を防ぎ、また光路中の光透過部
品の表面に加熱加工に有効な波長域０．６μ■１〜１．
８μｍの範囲内での反射率が出来る限り小さくなるよう
なコーティングを施すことにより、発光ランプから放射
された光エネルギーのうち加熱加工に有効な０．６μｍ
−１，８μｍの波長域のものを、極めて少ない損失で極
めて高い効率をもって、被加工物の加熱加工点上に到達
させることができる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光ビーム加熱機の概略
構成図、第２図は同装置における光ファイバーを構成す
るガラスファイバー素線の断面図、第３図は同装置にお
ける光ファイバーの受光部をリテイナーとともに示す横
断面図、第４図は同装置における光ファイバーの受光部
を水冷装置とともに示す縦断面図、第５図は金および銅
により構成された反射面の反射率と波長との関係を示す
グラフ、第６図は石英を主成分とする光ファイバーの損
失と波長との関係を示すグラフ、第７図は一般的なバン
ドルファイバーの断面図である。１・・・発光ランプ、２・・・発光点、３・・・楕円反
射鏡、４・・・第２焦点、５・・・光ファイバー、６・
・・入射端、７・・・位置調整手段、８・・パ支持板、
９・・・出射端、１０・・・焦点位置調整手段、１１・
・・集光レンズユニット、１２・・・被加工物、１３・
・・加熱加工点、１４・・・複数枚のレンズからなる一
組のレンズ１．１５．１６・・・保護レンズ、１７・・
・電源、１８・・・ガラスファイバー素線、１９・・・
コア一部、２０・・・クラッド部、２１・・・接着剤、
２２・・・リテイナー、２３・・・水冷室、２４・・・水冷装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光ランプと、前記発光ランプから放射された光
を焦点位置に集光するための反射鏡と、前記焦点位置に
入射端が配置されるとともに、その出射端が集光レンズ
ユニットを介して加熱加工点に向けて配置される光ファ
イバーとを備えた光ビーム加熱機。
（２）反射鏡が楕円反射鏡であり、その第１焦点位置に
発光ランプの発光点が配置され、その第２焦点位置に光
ファイバーの入射端が配置された請求項（１）記載の光
ビーム加熱機。
（３）光ファイバーの入射端が位置調整手段を介して配
置された請求項（１）または（２）記載の光ビーム加熱
機。
（４）光ファイバーの出射端が焦点位置調整手段を備え
た集光レンズユニットを介して配置された請求項（１）
から（３）のいずれかに記載の光ビーム加熱機。
（５）光ファイバーとして石英を主成分とする複数のガ
ラスファイバー素線を束ねて構成したバンドルファイバ
ーを用い、前記ガラスファイバー素線のコアー径をクラ
ッド径に対して０．８８以上とした請求項（１）から（
４）のいずれかに記載の光ビーム加熱機。
（６）光ファイバーを構成する複数のガラスファイバー
素線の少なくとも入射端部分を互いに加熱加圧溶着して
ガラスファイバー素線間の間隙を極小とした請求項（１
）から（５）のいずれかに記載の光ビーム加熱機。
（７）光ファイバーの入射端近傍に冷却手段を備えた請
求項（１）から（６）記載の光ビーム加熱機。
（８）反射鏡の反射面を金または銅により構成した請求
項（１）から（７）のいずれかに記載の光ビーム加熱機
。
（９）発光ランプから放射された光が加熱加工点に到達
するまでの光路中に存在する石英を主成分とする光透過
部品の表面に特定の波長域で反射率を小さくする同一の
コーティングを施した請求項（１）から（８）のいずれ
かに記載の光ビーム加熱機。
（１０）反射鏡が高い反射率を有する特定の波長域と光
ファイバーが低い透過損失を有する特定の波長域と光路
中に存在する光透過部品の表面コーティングにより反射
率を低くした特定の波長域とをほぼ一致させた請求項（
１）から（９）のいずれかに記載の光ビーム加熱機。
（１１）特定の波長域が０．６μｍ〜１．８μｍである
請求項（９）または（１０）に記載の光ビーム加熱機。