JPH06218571A

JPH06218571A - 光ビーム照射装置

Info

Publication number: JPH06218571A
Application number: JP5026062A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hirasako; 信哉平迫; Naomi Kondo; 尚美近藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で効率のよい加熱用の光ビーム照射装置
を得る。【構成】照射ユニット２０に入射する平行光２１を凸
シリンドリカルレンズ２２で一定長さ，一定幅の光に集
光し、これを凸シリンドリカルレンズ２３でそのまま平
行光と成し、さらに凸シリンドリカルレンズ２４により
三角形薄板状の光ビーム２５に変換して照射面に細長の
照射形状２６を作る。【効果】照射ユニットと照射面との距離を変えること
で照射形状の大きさを容易に変えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接，ろう付け，ハ
ンダ付け等を行う場合に、光ビームを接合箇所に照射し
て加熱するための光ビーム照射装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の斯種装置としては、図７に示す円
形スポット集光ビーム照射装置、図８に示すくさび形状
ビーム照射装置及び図９に示すビームスキャン照射装置
が知られている。

【０００３】図７に示す円形スポット集光ビーム照射装
置としては、同図（ａ），（ｂ）に示すものがある。
（ａ）に示すものは、楕円形リフレクタ１内に光源２を
配し、リフレクタ内で光を反射させて円錐状光ビームを
形成し、これをワークの照射面３上の一点に集光させ、
円形の光スポット４を形成して光エネルギーを集中さ
せ、この光スポット４を所望領域内で走査するようにし
たものである。（ｂ）に示すものは、光ファイバ等を用
いた光源２の光を凸レンズで照射して照射面３上に円形
の光スポット４を形成するようにしたものである。

【０００４】図８に示すくさび形状ビーム照射装置とし
ては、同図（ａ），（ｂ）に示すものがある。（ａ）に
示すものは、楕円柱形リフレクタ６内に円柱状の光源２
を配し、リフレクタ内で光を反射させてくさび形状光ビ
ームを形成し、これをマスク（シャッタ）７を介して照
射面３に照射して、細幅矩形の線状部８に集光させるよ
うにしたものであり、シャッタ７により線状部８に長さ
を変えるようにしている。また、（ｂ）に示すものは、
平行光線９をシリンドリカルレンズ１０によりくさび形
状光ビームと成し、これをマスク７を介して照射面３の
線状部８に集光させるようにしたものである。

【０００５】図９に示すビームスキャン照射装置は、レ
ーザ光照射装置１０から発射される小径の高エネルギー
近似平行光線をポリゴンミラー又はガルバノミラー１１
で高速に走査し、これをミラー１２を介して照射面３上
の所望領域１３内で走査するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
３つの方式による光照射装置にはそれぞれ次のような欠
点があった。スポット集光ビーム照射装置の場合、（１）光スポット４の径より広い領域に照射する場合
は、Ｘ，Ｙ方向移動のための機構が必要となる。（２）被照射領域全体に同時に照射できない。

【０００７】くさび形状ビーム照射装置の場合、（３）照射ビームの線状部８の長さを変えたい場合は、
余分な線状部の光を遮蔽するためのマスク（シャッタ）
機構が必要となる。（４）マスクにより遮られた光のエネルギーは無効とな
り、エネルギー効率が悪い。（５）遮られた光によりマスクが加熱されるため、これ
を冷却する機構を設けなければならない。（６）被照射領域の長さを可変とする場合、シャッタの
開閉機構は複雑になり、シャッタの冷却機構と併せて照
射装置の大型化を招く。

【０００８】ビームスキャン照射装置の場合、（７）現在では光源がレーザに限定される。またこれに
より装置の高価格化、大型化を招く。（８）ミラーの位置決めなど光学系に高精度が要求され
る。（９）ミラーの駆動系に高速性、高精度が要求される。（１０）ミラーに駆動系が必要とされるため、照射装置
の大型化を招く。（１１）人体に有害な光が照射されるため、作業者の被
爆を防ぐ機構が必要となる。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ために成されたもので、構成が簡単で小型化でき、しか
もエネルギー効率が高く、精度も出しやすい光ビーム照
射装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光ビーム
照射装置は、光源から入射された平行光線を一定長さ及
び一定幅に集光する第１の集光レンズと、上記集光光線
を上記一定長さ及び一定幅のままの平行光線に変換する
光線変換レンズと、上記平行光線の幅を狭めるための第
２の集光レンズとを設けている。

【００１１】

【作用】この発明における光ビーム照射装置は、第２の
集光レンズから三角形の薄板状の光ビームが得られ、こ
れを照射面に照射することにより、細幅矩形状の照射形
状が得られる。また、光ビーム照射装置と照射面との距
離を変えることにより、照射形状の長さを容易に変える
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。なお、図１〜６においては互いに実質的に同一部分
には同一符号を付して重複する説明を省略する。図１，
図２，図３は光ビーム照射装置の照射ユニットの実施例
を示す構成図である。

【００１３】図１において、２０は照射ユニットを示
す。２１は照射ユニット２０に入射される平行光で、光
源（図示せず）からの光を光学系を介して平行光に変換
したもの、あるいは平行光を出す光源からのものが用い
られる。２２は平行光２１を一定長さ，一定幅に集光す
る凸シリンドリカルレンズ（第１の集光レンズ）として
の凸シリンドリカルレンズ（第１の集光レンズ）、２３
は上記一定長さ，一定幅の光をそのまま平行光に変換す
る光線変換レンズとしての凸シリンドリカルレンズ（第
２の集光レンズ）、２４は上記一定長さ，一定幅の光の
幅を狭めるための凸シリンドリカルレンズ（第２の集光
レンズ）としての凸シリンドリカルレンズ（第２の集光
レンズ）である。２５はこのレンズ２４から出される三
角形薄板状光ビームで先へゆくほど幅が狭くなってい
る。２６はこの光ビーム２５が照射面上に照射されて形
成される細長矩形状の照射形状である。

【００１４】上記構成によれば、平行光２１はレンズ２
２により図示のようにくさび形状に変換され、レンズ２
３の面で一定長さ，一定幅（一定厚さ）に集光された
後、そのまま平行光としてレンズ２４に入射する。レン
ズ２４は入射光の厚さを一定にしながら三角形薄板状の
光ビーム２５を出す。この光ビームにより照射面上に細
長矩形の照射形状２６が得られる。

【００１５】図２に示す照射ユニット２０は、図１の凸
シリンドリカルレンズ２３に代えて凹シリンドリカルレ
ンズ（光線変換レンズ）を用いた場合を示す。

【００１６】図３に示す照射ユニット２０は光ファイバ
２８により導光されたスポット状の光を非球面レンズ又
は凸レンズ２９を用いて平行光２１に変換した後、レン
ズ２２に入射させるようにした場合を示す。なお、レン
ズ２２とレンズ２７、またはレンズ２７とレンズ２４を
複合レンズとして形成するようにしてもよい。

【００１７】図４は照射ユニット２０、三角形薄板状の
光ビーム２５及び照射面３上の照射形状２６の関係を示
す。図において、Ｗ₀ は光ビーム２５の上記レンズ２４
を出るときの長さ（幅）、ｔは光ビーム２５及び照射形
状２６の幅（三角形薄板の厚さ）、ｘは照射形状２６の
長さ、ｙは照射ユニット２０と照射面３との距離、ｌ₀
はレンズ２４の焦点距離を示す。この図４において、照
射形状２６の長さｘ及び幅ｔとｙとの関係は、ｙ＝ｌ₀ （１−ｘ／Ｗ₀ ）となる。即ち、照射ユニット２０の照射面３との距離ｙ
を変えることにより照射形状２６の大きさ，形状を任意
に容易に変えることができる。

【００１８】図５は上記照射ユニット２０を用いた光ビ
ーム照射装置を全体的に示す構成図である。図５におい
て、電源ユニット３０の出力電圧が光源としてのキセノ
ンランプ３１に加えられて、このランプが発光される。
ランプ３１は冷却ファン３２で冷却されている。上記発
光された光は楕円リフレクタ３３でスポット状に集光さ
れた後、冷却水で冷却される導光部３４に入射され、さ
らに光ファイバ２８を通って照射ユニット２０に入射さ
れる。照射ユニット２０としては、ここでは図３に示す
ものが用いられる。

【００１９】照射ユニット２０からは三角形薄板状の光
ビーム２５が出され、照射面３に照射されて照射形状２
６を形成する。この図５はハンダ付けを行う場合を示し
ており、照射面３として例えばプリント基板が用いられ
ている。（ａ）はＩＣ装置３４の端子ピンをハンダ付け
する場合を示し、（ｂ）は回路部品のリード線３５をハ
ンダ付けする場合を示し、（ｃ）はチップ部品３６をハ
ンダ付けする場合を示している。

【００２０】（ａ），（ｂ），（ｃ）においては、それ
ぞれ照射形状２６の大きさ，形状が変えられている。こ
のために照射ユニット２０を矢印３７で示すように上下
に動かし、前記ｙを変えるようにしている。

【００２１】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は複数個の照
射ユニット２０を用いて様々の形状の照射形状２６を得
るようにした場合の実施例を示す。（ａ）ではＬ字状
の、（ｂ）では長い、（ｃ）では幅広の照射形状２６が
得られている。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、平行
光を一定長さ，一定幅の光に変換した後、その幅を狭め
るように構成したので、次の効果が得られる。（１）照射ユニットと被照射面との距離を変化させるこ
とで、照射形状（矩形部分の長さ）が変えられるため、
調整が容易で精度も出しやすい。また、調整の自動化も
容易で一軸（Ｚ軸）駆動機構に照射装置を搭載すれば良
い。（２）照射ユニットと被照射面との距離を変化させるこ
とで、照射形状（矩形部分の長さ）が変えられるため汎
用性が高く、またマスクやシャッタ等の部品が不要なた
め、エネルギーロスも少ない。（３）光軸に垂直な方向での断面における照射エネルギ
ーの総和は、どの位置においても一定であるため、被照
射面までの距離を変化させることにより、被照射面での
照射エネルギー密度を変化させることができる。（４）シャッタ等の駆動部が照射部にないため、装置の
小型化が容易であり、また複数の照射装置の近接した取
り付けが容易である。（５）複数の装置の組み合わせにより、長いスリット形
状や、幅の広い領域，Ｌ字型，コの字型の領域などの多
様な形状に対応が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による照射ユニットを示す構
成図である。

【図２】照射ユニットの他の実施例を示す構成図であ
る。

【図３】照射ユニットのさらに他の実施例を示す構成図
である。

【図４】照射ユニットと照射形状との関係を示す構成図
である。

【図５】光ビーム照射装置の実施例を示す構成図であ
る。

【図６】複数個の照射ユニットを用いた場合の実施例を
示す構成図である。

【図７】従来の円形光スポット集光ビーム照射装置を示
す構成図である。

【図８】従来のくさび形状ビーム照射装置を示す構成図
である。

【図９】従来のビームスキャン照射装置を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

２１平行光２２凸シリンドリカルレンズ（第１の集光レンズ）２３凸シリンドリカルレンズ（光線変換レンズ）２４凸シリンドリカルレンズ（第２の集光レンズ）２７凹シリンドリカルレンズ（光線変換レンズ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から入射された平行光線を一定長さ
及び一定幅に集光する第１の集光レンズと、上記第１の
集光レンズの集光光線を上記一定長さ及び一定幅のまま
の平行光線に変換する光線変換レンズと、上記光線変換
レンズから得られる平行光線の幅を狭めるための第２の
集光レンズとを備えた光ビーム照射装置。