JPH0635050B2 - 光ビーム照射方法及び照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、放電による光ビームを利用して、フロー及
びリフロー半田付け、又は加熱加工などを行うことがで
きる光ビーム照射方法及び照射装置に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 従来よりレーザ光を利用してフロー及びリフロー半田付
けや各種加熱加工を行う技術は広く知られている。ま
た、レーザ光と同様に高エネルギーの光として例えばア
ーク放電による光ビームも知られているが、レーザ光の
ようにシャープな光でないために、半田付けや各種加熱
加工への応用が不便であった。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような不便さを解消するために、光ビームを光ファ
イバケーブルを用いて必要な部位まで伝送して照射する
研究が進められている。しかしながら、放電による光ビ
ームは光ファイバケーブルの入光部で反射して減衰し易
いために、確実で効率的な伝送がなかなか出来ずにい
た。つまり、反射による減衰分を補うために、光ビーム
の出力を上げると今度はその光ビームが入光部において
大きな熱エネルギーに変換され、光ファイバケーブルの
入光部が焼付きを起こしてしまっていた。

この発明はこのような従来の技術に着目してなされたも
のであって、放電による光ビームを光ファイバケーブル
にて確実且つ効率良く伝送し照射することができる光ビ
ーム照射方法及び照射装置を提供せんとするものであ
る。

〈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方法は、上記の目的を達成
するため、光源ユニットから発せられた放電による光ビ
ームを、光ファイバケーブルにて伝送して照射する光ビ
ーム照射方法であって、上記光ファイバケーブルの入光
端末面からは光ビームの非焦点部分である拡散部を導入
し、且つ出光端末面から照射される光ビームを光学レン
ズ系にて集光させるものである。

また、この発明に係る光ビーム照射装置は、放電による
光ビームを発する光源ユニットと、前記光ビーム伝送用
の光ファイバケーブルとから成る光ビーム照射装置であ
って、上記光ファイバケーブルは、一端側の入光端末面
が光ビームの非焦点部分である拡散部を導入すべく比較
的広面積とされており、且つ他端側の出光端末面に光ビ
ーム集光用の光学レンズ系が一体的に組合わせてあるも
のである。

〈作用〉 光ファイバケーブルの入光端末面からは光ビームの非焦
点部分である拡散部を導入するので、焦点近辺の強い光
ビームを導入する場合に比べてエネルギーが入光端末面
の全面にわたって分散するため入光端末面が加熱されづ
らい。このようにして入光端末面から導入された光ビー
ムは他端側の出光端末面より拡散状態で照射されるが、
その光ビームを光学レンズ系により集光するので強いス
ポット光となり、半田付けや各種加熱加工への応用が可
能となる。

〈実施例〉 以下この発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図〜第３図はこの発明の第１実施例に係る光ビーム
照射装置を示す。１が光源ユニットであり、ランプハウ
ス２内に光源としてのキセノンアークランプ３と反射鏡
４及び強制冷却用ファン５を収納した構造となってい
る。キセノンアークランプ３は、３００〜１１００nmの
波長にわたり自然光に類似したスペクトルを有した高輝
度の点光源である。単波長のレーザ光のように、照射対
象物の物性によるエネルギー化の選択性が少なく、どん
な材料の加熱にも適したソフトな光として、半田付け等
に使用する場合に理想的な特長を発揮するものである。
この光源ユニット１へは電源部６からの電流がスタータ
７を介して供給されるようになっており、キセノンアー
クランプ３からアーク放電による光ビームＬが上方へ向
け発せられるようになっている。更に、ランプハウス２
の上方には光ビームＬの上方への照射を遮蔽自在な開閉
シャッター８が配置されており、キセノンアークランプ
３は点灯したままにしておき、必要な時だけこの開閉シ
ャッター８を開けて光ビームＬを外部へ照射できるよう
になっている。尚、キセノンアークランプ３からの光ビ
ームＬは高輝度の光であり、照射点が非常に眩しいの
で、光ビームＬ中の眩しさの原因となる可視波長部分を
カットし、熱源となるエネルギー波長部分だけを透過す
る光学フィルターを光ビームＬの光路中に配してもよ
い。また、上記光学フィルターと同じ働きをするコーテ
ィングを、キセノンアークランプ３の表面や反射鏡４の
鏡面に施してもよい。

そして、９が光ファイバケーブルであり、複数本の光フ
ァイバを束ねたケーブル本体１０と、一端側の入光部１
１及び他端側の出光部１２とから構成されている。この
光ファイバケーブル９は、ケーブル本体１０の両端末で
ある入光端末面１３及び出光端末面１４を比較的広面積
（直径で約３〜２０mm程度）とすべく、多数本の光ファ
イバを束ねてある。そして、入光部１１は前記ランプハ
ウス２の上方位置に配置されており、出光部１２はワー
ク面１５の上方位置に配置されている。

まず、入光部１１の構造を第２図に基づいて説明する。
ケーブル本体１０の入光側端部１６には銅パイプ１７が
嵌装してあり、この部分をステンレス製のホルダー１８
にて支持している。このホルダー１８の内周部には円周
溝１９が形成されており、この円周溝１９内へ、対称位
置に設けた２つのノズル部２０より冷却用の水Ｗを供給
・排出することによる所謂ウォータージャケットを構成
している。すなわち、このノズル部２０と別置の水槽２
１とはそれぞれホース２２にて接続されており、図示せ
ぬポンプにて水槽２１内の水Ｗを循環できるようになっ
ている。円周溝１９内を流れる水Ｗは熱伝導性の良い銅
パイプ１７に接触し、この銅パイプ１７を介してケーブ
ル本体１０の入光側端部１６を確実に冷却できるように
なっている。２３はエアー噴射ノズルで、エアー噴射装
置２４にてつくられた冷却用の圧縮エアーＡをケーブル
本体１０の入光端末面１３に吹付けられるようになって
いる。

次いで、出光部１２の構造を第３図に基づいて説明す
る。ケーブル本体１０の出光側端部２５には３つに分割
自在なレンズホルダー２６が取付けてあり、該レンズホ
ルダー２６内に大小２つのレンズ２７、２８を備えてい
る。

次に、この光ビーム照射装置の動作を説明する。キセノ
ンアークランプ３を点灯状態とし、開閉シャッター８を
開状態とする。キセノンアークランプ３から発光したア
ーク放電による光ビームＬは反射鏡４にて反射され上方
へ向け照射される。照射された光ビームＬはいったん焦
点ｆにて収束した後、再度拡散する。光ファイバケーブ
ル９の入光部１１における入光端末面１３には、この再
度拡散した部分である拡散部２９を全面にわたって照射
する。照射された光ビームＬはこの入光端末面１３から
導入されて他端側の出光部１２へ伝送される。このよう
に入光端末面１３には、収束して非常に強い光となる光
ビームＬの焦点ｆ部分を当てず、その焦点ｆ部分から外
れた拡散部２９を当てるようにしたので、入光端末面１
３が光ビームＬで熱せられて過熱状態となることはな
い。すなわち、この入光端末面１３は比較的広面積に設
定してあり、且つ焦点ｆから離れた部分の拡散部２９を
導入するので、その分だけ光ビームＬのエネルギーが分
散されてぼやけ、入光端末面１３の温度が上がりづらく
なる。更に、入光端末面１３は、ホルダー１８の円周溝
１９で循環する水Ｗや、エアー噴射ノズル２３から吹付
けられる圧縮エアーＡにより冷却されるので、温度が上
がり過ぎることはない。

入光端末面１３から導入された光ビームＬはケーブル本
体１０内を伝送されて行き、出光部１２側の出光端末面
１４より拡散状態で照射される。この拡散状態で照射さ
れた光ビームＬはレンズホルダー２６内に備えた２枚の
レンズ２７、２８にて集光されスポット光となる。この
スポット光の光ビームＬをワーク面１５に照射し、ワー
ク面１５上において、半田付けや各種加熱加工を行うこ
とができる。例えば、電子部品を組立てるための半田付
け、プリント基板への半田付けによる実装、或いは刃物
等の刃先の焼入れ加熱処理、ロウ付け、溶接などをワー
ク面１５上において行うことができる。

第４図及び第５図はこの発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例に係る光ビーム照射装置では、光ファイ
バケーブル９の出光部１２をＸ−Ｙロボットアーム３０
の先端部３１に取付けたものである。この光ビーム照射
装置を用いて、第４図に示した如く、セット冶具３２上
にセットしたＰＣボード３３にＩＣ部品３４をリフロー
にて１つづつ順次半田付けすることができる。すなわ
ち、ＰＣボード３３に予めクリーム半田（或いは予備半
田）を塗布しておき、その上にＩＣ部品３４の接続部位
を載せ、そこに出光部１２より光ビームＬを照射するよ
うになっている。この装置は、リフロー炉を使用するこ
とができない部品の半田付けやコンベアの移動による振
動をきらう場合に好適である。また、小ロットの製品
で、多機種の対応を必要とする専用基板を各種作成した
りする場合における条件出しの変更が容易である。更
に、リフロー炉を使用しないため、ＩＣ部品３４自体を
加熱せず、しかもＰＣボード３３全体の熱ひずみが生じ
ることもなく残留ストレスが無い。更に、この光ビーム
照射装置を用いて、第５図に示す如く、ハイブリッドＩ
Ｃ３５のリフロー半田付けを行うこともできる。すなわ
ち、ハイブリッドＩＣ３５の予めクリーム半田（或いは
予備半田）を塗布した部分に、複数のリードピン３６を
当てがい、そして出光部１２から照射した光ビームＬに
て前記リードピン３６の列を連続して半田付けしていく
ことができる。その他の構成及び作用効果は先の実施例
と同様に付き、重複説明を省略する。

第６図はこの発明の第３実施例を示す図である。この実
施例に係る光ビーム照射装置では、Ｘ−Ｙロボットアー
ム３０の先端部３７に光ファイバケーブル９の出光部１
２を２つ併設し、ＰＣボード３３上に載置されたフラッ
トパックＩＣ３８の対向辺に連続しているピン３９を光
ビームＬにて２列同時にてリフロー半田付けできる構造
になっている。このように２列一度に半田付け作業を行
なえることから、半田付け作業の能率向上を図ることが
できる。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様
に付き、重複説明を省略する。

第７図はこの発明の第４実施例を示す図である。この実
施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４０にチ
ャック部４１を備えると共に、このチャック部４１の上
方位置にブラケット４２を介して出光部１２を支持して
いる。そして、ウェーブ半田槽やリフロー炉を通った後
で、発光ダイオード（ＬＥＤ）４３をチャック部４１に
て挟持して搬送し、その発光ダイオード４３のピン４４
をＰＣボード３３の端部に位置決めした後、出光部１２
からの光ビームＬにて半田付けを行う。尚、この実施例
に係る光ビーム照射装置は、発光ダイオード４３の他に
も、各種コネクタやスイッチ類、コイル等の部品の半田
付けに好適である。その他の構成及び作用効果は先の実
施例と同様に付き、重複説明を省略する。

第８図はこの発明の第５実施例を示す図である。この実
施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４５に光
ファイバケーブル９の出光部１２を取付けると共に、該
先端部４５に糸半田供給ノズル４６をホルダー４７を介
して取付ける。そして、糸半田供給ノズル４６から、Ｐ
Ｃボード３３の多列ピン４８に対してフラックス入りの
糸半田を供給しつつ、その部分に出光部１２より光ビー
ムＬを照射する。そして、溶融した糸半田にて多列ピン
４８を順次半田付けすることができる。このように、多
列ピン４８に対して非接触で加熱処理を施せるために、
半田コテを用いたりする場合のように多列ピン４８やＰ
Ｃボード３３を傷付けることがない。また、半田コテの
ように１ピンの半田ごとに付着残留半田のクリーニング
処理を行う必要もない。更に、各ピン付近の一定領域を
光ビームＬにてスポット照射するので、光ビームＬとピ
ンとの間に多少の位置ズレがあったとしても許容でき
る。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様に付
き、重複説明を省略する。

第９図はこの発明の第６実施例を示す図である。この実
施例では、Ｘ−Ｙロボットアーム３０の先端部４９に、
光ファイバケーブル９の出光部１２とクリーム半田ディ
スペンサー５０とを併設したものである。そして、ＰＣ
ボード３３上に載置されたＩＣ部品５１に対して、クリ
ーム半田ディスペンサー５０からクリーム半田を供給し
た後、若干スライドさせて、クリーム半田を施した部分
に出光部１２から光ビームＬを照射して半田付けを行
う。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様に付
き、重複説明を省略する。

第１０図及び第１１図は、この発明の第７実施例を示す
図である。この実施例に係る光ビーム照射装置は第７図
とほぼ同様の構造をしたものであり、固定フィンガー５
２ａと可動フィンガー５２ｂとから成るチャック装置５
２で微小サイズのＩＣ部品５３を保持して、ＰＣボード
３３から取外すためのものである。すなわち、ＩＣ部品
５３を誤った位置に半田付けしてしまった場合などは、
そのＩＣ部品５３を取り外す必要があるが、ＩＣ部品５
３が微小サイズであるためＩＣ部品５３の両端にある半
田部位５４に半田コテを密着させられず、また取外す時
にＩＣ部品５３にあまり熱を加えると、その時の熱ダメ
ージにより、せっかく取外してもＩＣ部品５３が再使用
不能となってしまうという等の問題点が従来あった。と
ころが、この実施例では半田コテを用いず、光ビームＬ
により照射エリヤＥ全体をスポット加熱するので、ＩＣ
部品５３の半田部位５４に確実な加熱処理を施すことが
できる。また、ＩＣ部品５３の両端（半田部位５４）以
外は、可動フィンガー５２ｂの影になって加熱されない
ので、ＩＣ部品５３が熱ダメージを受けることもない。
尚、この装置はＩＣ部品５３の取外しだけでなく、半田
付けにも利用可能である。

〈発明の効果〉 この発明に係る光ビーム照射方法及び照射装置は、以上
説明してきた如き内容のものであって、放電による光ビ
ームを光ファイバケーブルにて任意位置へ確実且つ効率
良く伝送し照射することができるので、光ビームにより
半田付け作業や各種加熱加工を行う際の作業性が格段に
向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係る光ビーム照射装置
の構造を示す概略図、 第２図は光ファイバケーブルの入光部を示す拡大断面
図、 第３図は光ファイバケーブルの出光部を示す拡大断面
図、 第４図及び第５図はこの発明の第２実施例に係る照射装
置の光ビーム照射部分を示す斜視図、 第６図はこの発明の第３実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第７図はこの発明の第４実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第８図はこの発明の第５実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第９図はこの発明の第６実施例に係る照射装置の光ビー
ム照射部分を示す斜視図、 第１０図はこの発明の第７実施例を示す側面図、 そして 第１１図は第１０図中矢示ＸＩ方向から見た平面図であ
る。 １…光源ユニット ９…光ファイバケーブル １３…入光端末面 ２７、２８…レンズ（光学レンズ系） ２９…光ビームの拡散部 Ｌ…光ビーム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源ユニットから発せられた放電による光
   ビームを、光ファイバケーブルにて伝送して照射する光
   ビーム照射方法であって、 上記光ファイバケーブルの入光端末面からは光ビームの
   非焦点部分である拡散部を導入し、且つ出光端末面から
   照射される光ビームを光学レンズ系にて集光させること
   を特徴とする光ビーム照射方法。
2. 【請求項２】光ファイバケーブルの入光端末面近辺を冷
   却する請求項(1)記載の光ビーム照射方法。
3. 【請求項３】放電による光ビームを発する光源ユニット
   と、前記光ビーム伝送用の光ファイバケーブルとから成
   る光ビーム照射装置であって、 上記光ファイバケーブルは、一端側の入光端末面が光ビ
   ームの非焦点部分である拡散部を導入すべく比較的広面
   積とされており、且つ他端側の出光端末面に光ビーム集
   光用の光学レンズ系が一体的に組合わせてあることを特
   徴とする光ビーム照射装置。
4. 【請求項４】光ファイバケーブルの入光端末面近辺冷却
   用の冷却手段を備えた請求項(3)記載の光ビーム照射装
   置。