JPS58209493A

JPS58209493A - 光溶接装置

Info

Publication number: JPS58209493A
Application number: JP57091947A
Authority: JP
Inventors: Michio Tanaka; 田中　道雄
Original assignee: NIPPON UNIVAC KK
Current assignee: NIPPON UNIVAC KK
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-12-06

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】本発明は、レーザ光線等による光溶接装置Ｈに関し、特
に、光切換器を利用した光溶接装置ｆｔに関するもので
あるう従来、プリント基板（エポキシ材基体等からなる）は、
基体上に設けＡ銅箔をエツチングすることによって回路
導体を形成し、このようにして大量生産されている。一
方、電子回路の複雑化と高速化に伴ない回路配線を立体
化する必要が生じてきている。しかし、プリント基板の
ような平面板を多層化することによって回路配線を立体
化するには、製造工程が複雑となり、その設計と生産に
時間がかかった。このような問題を解決するため、絶縁
基板上に細線を熱・・ング付方式やワイヤラップ方式に
て多重配線していく方法があるが、このような方法では
、高速回路のノイズ発生等の別の問題が生じて込た。こ
のような問題の解決策として、熱可溶性接着剤塗付′Ｍ
、線を、数値制御可能なレーザ光線によって絶縁基板上
に接着配線していく方法が提案されている。この方法に
よれば、配線の交差を自由に行なえるので絶縁基）反の
一面に容易に多重配線を行なうことができ、平面配線に
比較して配線設計が容易であり、多重配線作条における
従来の熱ハンダ付方式やワイヤラップ方式に比較して高
速回路のノイズ発生を減じることができ、また、倫理回
路図完成から実際の回路基板完成までの時間を著しく短
縮できる。このような多くの利点のため、この光溶接に
よる配線岐、次第に広く使用され始めてきているが、こ
の光溶接配線のためには、を線をＰ３縁基板上に溶着き
せるための光加熱温度、電線心線を回路導体等へ固着さ
せるための光加熱温度、電線を適当な位１４にて切断す
るための光加熱温度等が種々異なるため、種々な強度の
レーザ光線等の光線を必要とし、現状では、それらに適
した別々の光源を用意せねばならない。一般に、種々な
レーザ光源を用意することは非常にめんどうで費用のか
がることであり、また、実際に目的の加熱湯度に合わせ
て精密にル１整されたレーデ光源を設計製作することは
非常に離しいことである。従って、従来では、電線心線
の回路導体への溶接は、光線溶接によらず、電気ヒータ
等のヒータの熱源をコテに熱１ｆ積した後、熱伝導によ
ってハンダ付けしたり、＠線の切断も光線切断によらず
機械的な切断によったりしているっこのような従来の配
線作条は、電線の基板上への溶着、電線心線の回路導体
への固着、電線の切断等のために種々な光源を用意せね
ばならなかったり、また、光溶融や電気ハンダ付けや機
械的切断等の異種の作票によらねばならなかったので、
非常に複雑な作票となり、時間もかかり、費用もそれだ
けかかる′ｌＦｒ４朱となっていたつ本発明の目的は、
前述したような配線作条をきわめて容易に短時間にて行
なえるようにする光溶接装置を提供することである。

本発明による光溶接装ｖｔけ、１つの光源から少なくと
も低温用光線、中温用光線及び高温用光線を選択的に切
換え形成しうる光切換器と、該光切換器に結合された光
溶接−＼ラドとを備えており、前記光溶接ヘッドは、熱
可溶性接着剤付与’ｒｗ、ｓを配線基板上へ供給するた
めの電線供給手段と、該電線供給手段から前記配線ノん
板」二へ供給されてくる前記電鳴を１）口記配、線基板
にメ・」シて押えるたり〕の１対の押え突部と、該１対
の押え突部の間に配置層され且つ前記光切換器からの前
記低温用光線を受けて前記電線を・前記配線基体上へ溶
着させるための低温溶着用光ファイバと、前記１対の押
え突部の間に配置され且つ前記光切換器の前記中篇用光
りを受けて前記Ｎ、線を前記配線基体上にて溶接させる
ための中温溶接用光ファイバと、前記光切換器からの前
記高温用光線を受けて前記電機を切断するための高温切
断用光ファイバとを有することを特徴とする。

次に、添付図面に基づいて本発明の実施例について本発
明をより詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての光溶接装置を使用
した数値制御配線システムの全体を概略的に示している
斜視図である。第１図に示されるように、この数値制御
配線システムは、システムフレーム１上に通常の数値制
御テーブル２が設けられており、更に、システムフレー
ム１には、数値制御テーブル２上へ本発明による光溶接
装置４を支持するための支持腕３が設けられている。数
値制御テーブル２は、配線基板としての、例えば、プリ
ント回路基板５を載置して、数値制御装置ｆｆ（図示し
ていない）によってＸ％Ｙ方向に移動制御されるように
なっている。光溶接装置４け、第２図及び第３図の部分
拡大正面図及び側面図に示されているように、主として
、光切換器】００と。

光溶接ヘッド２００とを備えている。

先ず、この光切換器１００の詳細について、特に、第４
図、第５図及び第６図を参照して説明する。第４図は、
光切換器】００の原理図であって、この第４図に示され
るように、光切換器は、レーザ発振器１からの、例えば
ＹＡＧレーザ光線（波長１゜０６μ）を一端から他端へ
伝達する石英ファイバ等の人力用光ファイバ２と、墨な
る光減衰率を有した光減衰器３．４及び５を一端にそれ
ぞれ接続した複数、例えば３組の出力用光ファイバ１０
６．１０７及び１０８と、人力用光ファイバ１０２の他
端が３組の出力用光ファイバ１０６．１０７及び１０８
の選侭妬れた１つと光伝導関係となるようにする選択切
換手段１０９とを備えて々っている。

出力用光ファイバ１０６は、石英ファイバ等の１本の光
ファイバ１０６＾からなり、出力用光ファイバ１０７は
、石英ファイバ等の２本の光ファイバｌ０７Ａ及び１０
７Ｂからなり、出力用光ファイバ１０８ｔま、石英ファ
イバ等の５本の光ファイバ１０８Ａ、１０８Ｂ、１１１
８Ｃ，］０８Ｄ及び１０８Ｅからなるもので、光減衰器
」０３は、人力用光ファイバ１０２からのレーザ光線を
そのまま光ファイバ１０６Ａへ伝達する光減衰率１：１
のコリメータ（例えば、日本板硝子（株）製セルホック
レンズ等、以下セルホックレンズという）で構成され、
光１’＆ｆｆｉ　１０４は、人力用光ファイバ１０２か
らのレーザ光線を２本の光ファイバ１ｒ＋　７　Ａ及び
１０７日へと分散して伝達する光減衰率１：２のセルホ
ックレンズで構成され、光減衰器２Ｆ＋５＃′ｉ、人力
用光ファイバ２からのレーザ光線を５本の光ファイノぐ
１ｎ８Ａ、１０８Ｂ。

１０８Ｃ，ｌ０８Ｄ及び１　（１８Ｅへと分散して伝達
する光減衰率１：５のセルホックレンズで構成されてい
る。選択切換手段１０９は、／ぞ八・スモータＭ等によ
って作動され、人力用光ファイ−１０２の他端をセルホ
ックレンズ１０３，１０４及び］０５へと選択的に光伝
導関係に接続しつる光スィッチであって、への位置にあ
るときには、入力用光７アイパ１０２からセルホックレ
ンズ１０３を通して出力用光ファイバ１０６へとレーザ
光線がそのまま伝達され、Ｂの位置にあるときには、入
力用光ファイバ１０２からセルホックレンズ】０４を１
山して出力用元ファイバ１０７へとレーザ光線が２倍に
分散された形で伝達され、Ｃの位置にあるときには、入
力用光７アイノ？１０２からセルホックレンズ１０５を
通して出力用光ファイバ１０８へとレーザ光線が５倍に
分散された形で伝達される。従って、選択切換手段１０
９をへの位置としたときに出力用光ファイノ４１０６端
に得られる光線強度を１とすれば、選択切換手段１（１
９を日の位置としたときに出力用光フアイバ１０７端に
得られる）“（、、峠強１ｉはユとなり、］へ択切換十
手段１０９をＣの（ｆｆｌ　ｌ；＜としたときに出力用光フ
ァイバ１０Ｂ端に得られる先締強度は−となる。

第５図は、第４図に示した光切換器をより具体化した一
例を示す概略図である１、この第５図に示されるように
、円筒状支持フレーム１１０には、人力用光ファイバー
０２を通す六めの孔１］１が形成されており、この孔１
１１には、人力用光ファイバー０２の取付は套管１１２
をねじ込むための雌ねじ】１１Ａが形成されている。円
筒状支持フレーム１１０の中心部には、切換λ、駆動用
のパルスモータＭの回転シャフト１１３を通すための開
孔１１４が設けられている。この回転シャフト１１３の
先端部は、第５図の部分拡大図によく示されているよう
に、突出部１１３Ａが形成されるよう切り欠かれている
。突出部１１３＾の中心部には、人力用元ファイバー０
２の他部を挿入し接着剤１１５にてそこに固着保持炉せ
るための貫通溝１１６が設けられている。開孔１１４と
回転シャフト１１３との間の間隙ｄ１　　け、０．０３
絹程度とされている。更にまた、円筒状支持フレーム１
１（１には、セルホツクレン（’１（１３，１０４及び
１０５並びに出力用光ファイバ１０６．１０７及び１０
８の取付は套管］１７．１１８及び１１９をそれぞれ装
着する７ｔめの孔１２０．１２１及び１２２が形成され
ている。６孔１２０．１２１及び】２２には、各対応す
る取付は套管１１７．１１８及び１】９をねじ込むため
の雌ねじ１２０＾。

１２１＾及び１２２＾がそれぞれ形成されている。

セルホックレンズ１０３．１０４及び１０５け、その先
端が開孔１１４の周面に臨むように６孔１２０．１２１
及び１２２に収容固定されており、各取付は套管１１７
．１１８及び１】９け、各セルホックレンズの後端と各
光ファイバ１０６．１０７及び１０８の先端面との間ｐ
ｉ［ｄｚ　　を贋整しつるようにして６雌ねじ１２０＾
、１２１＾及び１２２＾にねじ止めされるようになって
いる。

−パルスモータＭを付勢するとき、その回転シャフト１
１３が左右にステップ状に回転され、このとへ、光ファ
イバ１０２は、その可撓性のため点υで示し穴よりなｒ
ｌ”ｒ、　＋Ｊｆ（に〕川萌し、セルホックレンズ１ｎ
４と光伝導ｒｌ１係１ζあった光ファイバ１０２の端ｍ
　ｈ　、セルホックレンズＩ（１３又はセルホックレン
ズ１０５と光伝導関係となるように切り換えられる。円
筒状支持フレーム］１０には、異常回転ストッパ１２３
及び１２４が設けられていて、回転シャフト１１３の突
出部１１．：’ＩＡの両端がそこに係合することによっ
て１回転シャ７）１１３０回転を制限し、人力用光ファ
イバ１０２が破損してしまわないようにしているうこの光切換器１００は、このような構成であるノテ、／
母ルスモータＭを付勢することによって、人力用光ファ
イバ１０２を光減衰器１０３．１０４又は１０５を介し
て出力用光ファイバ１０６．１０７又は１０８との光伝
導関係に切り換えていけば、光減衰器１０３．１０４及
び１０５の光減衰率が外なることからして、それぞれ強
度の異なる第１の出力レーザ光線、第２の出力レーザ光
線、第５の出力レーザ光線を１つのレーザ光Ｓ源から極
めて簡単に与える仁とができる。すなわち、うｅ切換器
の光損失を無視するならば、出力用ファイバ１０６から
の第１の出力し−ザ光腺の強度は、入力用光ファイバ１
０２へ人力されるレーザ光線の強度と同一であり、高温
用光線となり、出力用光ファイバ１０７からの第２の出
力レーザ光線の強度は、人力用光ファイバ１０２へ人力
されるレーザ光線の強度の２分の１であり、中温用光線
となり、出力用光ファイバ１０８からの第３の出力レー
ザ光線の強度は、入力用光ファイバ１０２へ人力される
レーザ光線の強度の５分の１であり、低温用光線となる
。尚、各出力レーザ光線の光破の微謂整は、前述したよ
うに間隙ｄ２　　を註１整することによって容易になさ
れる。

次に、光溶接・＼ラド２００の詳細について、特に、第
７図を参照して説明する。第２図及び第３図によく示さ
れているように、この光溶接ヘッド２００け、光切換器
１０００円筒状支持フレーム１１０の一面に取り付けら
れ下方に延長する細長いヘッド本体２０１を備えている
。このヘッド本体２０１の下端にｔｉ、６８７図の部分
拡大断面図によく示されているように、プリント回路、
ＩＧ板５に対して偽可溶性接着剤付与亀繍６を押えるた
めの１対の押え突部２０１＾が形成されており、１バに
、光溶接嶋清４の適当飼所に配置／ｆされた熱可溶性接
着剤付与電線ドラム７（２８１図参照）からの熱可溶性
接着剤付与電線６を１対の押え突部２（１１＾に亘るよ
うにして供給するための屯ｎ供給口２０２が形成されて
いる。、また、この電、椋供給口２０２には、後述する
ような目的のため、電線６を：Ｊへり出すようにするた
めの繰出し俸２０３が関連付けられているとよい。ヘッ
ド本体２０１には、第７図によく示されるように、光切
換器１００の低温用光線を出力する出力用光ファイバ１
０８の延長である低温溶着用光ファイバ１０β′の端ｆ
τＵが１対の押え突部２０１Ａの間に配置されている。

この低温溶着用光ファイバ１０８′は、光切換器］００
からの光ファイバ１０５８へ、１０８Ｂ、１ｎ８ｃ、１
０８Ｄ及び１０８　Ｅ　１７）延長である５本の光７ア
イパ１０８Ａ’　、１（’１８日′、］０８Ｃ−１０８
０’及び１０８Ｅ’からなり、光ファイバ１０８Ａ’　
　、　１０８Ｂ’　　、　　１０８Ｃ’　　、　　］０
８Ｄ’及び１０８Ｅ’　の端部け、１対の押え突部２０
１Ａの間で直線状に配列されている。また、ヘッド本体
２０１には、光切換器１００の中温用光線を出力する出
力用光ファイバ１０７の延長であ石中温溶接用光７アイ
・々１０７′の端部が１対の押え突部２０１＾の間に配
置前されている。この中温溶接用光ファイバ１０７′は
、光切換器１００からの光ファイバ１０７＾及び１０７
Ｂの延長である２木の光ファイバ１０７＾′及び１０７
Ｂ’からなり、光ファイバ１０７＾′及び１０７Ｂ’の
端部は、１対の押え突部２０１＾の間で、前述の光フア
イバ１０８八’　、１０８Ｂ’　、１０８Ｃ’　、１０
８０’及び１０８Ｅ’の列と整列して直線状に配列され
ている。更に、ヘッド本体２０１には、光切換器１００
の高温用光線を出力する出力用光ファイバ１０６の延長
である高温切断用光ファイバ１０６′の端部が配線基板
としてのプリント回路基板５の平向に平行に光線を投射
するように取り付けられている。このように高温切断用
光ファイバ１０６′からの光線をプリント回路基板５の
平面に平行に投射するようにしたのは、この高温切断用
光ファイバ１０６′からの集中された光線を電線６に照
射して電線６を切断するのであるが、電線切断後プリン
ト回路基板５の工４キシ材等を破損させないようにする
ためであり、切断後の余分な光線は、反対側に石英ファ
イバを設置しておいて、余分な光線を吸収して障害をな
くするようにしておくとよい。

第７図に示すように、高温切断用光ファイバ１０６′の
端部け、中温溶接用光ファイバ１０７′の先に配ｍｌさ
れているが、このような配置とすると、構造が簡単で電
線のセットが容易であゆ局部溶接のための電線繰出し機
構が不要となろう但し、電線の送り出しは、光溶接ヘッ
ドの移動による。

すなわち、このような高温切断用光ファイバ１０６′の
配置によれば、最初の電線セット時の電線を溶接位置に
て切断し；中温溶接用光ファイノ４１０７’にて溶接後
、光溶接ヘッドの移動によＦ）ｔＷ、線が繰り出され、
終端溶接位置での溶接後の’Ｆｌ！綿の切断は、光溶接
ヘッドを８動した後に行なうようにすることができる。

従って、このような配置のものは簡易型切）雪ヘッドと
称されてよい。

高湛切１０ｉ用光ファイベの１部は、第７図に参照番号
１　（１６”にて示すように、中ｍ溶接用ファイバ１０
７′の手前に配置す゛るようにしてもよい。

このような配置とすると、前述の簡易型切〜ｉ・＼ラド
とけ界なり、電線の繰出し機構が必要となる。

すなわち、このような配置とした場合には、ＭＬ紛供給
口２０２より挿入されたｗｃ電線を、先ず高温切断用光
ファイバ１０６“からの集中光線によって切ｈｆ（後、
溶接位置まで繰出し神２０３によって繰り出す。中温溶
接用光ファイバ１０７′からの１１α射光線にて電線６
の始端を溶接後、光溶接ヘッドの移動により電す６が繰
り出され終端溶接位置までいく。この状轢が、第７図に
示されており、この間低温溶着用光ファイバ１０８′か
らの低温溶液相光線にて電線６の外周に付与された熱可
溶性接着剤６Ａを溶融させて′？！を線６をプリント回
路基板５−ヒヘ溶着させていくことができろ。更に、電
ｉ？１６は、プリント回路基板５上の８箔・ｆラド５八
十へ、甲（晶溶接用光ファイバＩ　Ｃ＋　７　’からの
丸線照射により６脚６ＢをｔＹｆ接することにより終階
される。Ａｔ後に、溶接部８が形成でれｐ後、高鍋切＋
ａｔ用光ファイバＩ　（１６”からの高温切断用光性の
照射によりｔ線６をすぐに切断することができる。第７
図に示されるＬうに、ヘッド本体２０１の下端に開口す
るようにして、溶接部に光吸収フラツクス等のイースト
を供給しうるようにするための４−スト供給口２０４を
設けておくとよく、また、前述したような電線の溶液、
溶接、切断の際に生するヒユーム等を排出し易くするた
め、排気グクト２０５を、・＼ラド本体２０１の下端に
開口するようにして設けておくとよい。このような配置
とすると、終端溶接後は本ヘッドを移動させる必要なく
電線を切断することができるため、前述の簡易型切断・
＼ラドに比較し高速でのｔＳ切断がＦｉｌ能となり、ま
た、この際の電腺繰り出し操作は次の溶接位置までの本
・＼ラドの移動時間内に行なうことができる九め、溶接
作卆もより高速化することかできるという利点がある。

従って、このような配散のものけ、高速型切１ｉ、Ｉｉ
ヘッドと称してよいものであ７．）。

前述したこ１とから明らかなように、本発明の光溶接餉
１崎によれ１、光溶接ヘッド又は配線基板を、（Ｊ’ｉ
ｌえれｒ１数値制飢のもとて移動させ、その間、光切換
器にて低習、溶着用光糾、中温溶接用光線又は高温切ｐ
ｌｔｉ用光絆を照射させるようにするたけで、配ｐＡ基
板上への配貯作早をきわめて簡単且つ迅速に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての光溶接装置１を使用
した数値制御部イ９システムの全体を概略的に示す斜視
図、第２図及び第６図は第１図のシステムにおける光溶
接装置のｎ１１分を示す：’ｆＬｉ分拡大正分区大正面
図図、自′ル４図は第１図のシステムにおける光溶接装
置の光切換器の原理図、第５図は第４図１ζ示Ｌ７たう
γ、切倶器の具体例を示す概略図、第６図は第５図の光
リリ換器の計分拡大斜視図、第７シ１−１第１図のシス
テムに１ける光溶接装置の光溶接・＼ラドの部分拡大断
面図である。４・・・光溶接装置、５・・・プリント回路基板、６・
・・熱可溶性接着剤付与Ｍ、線、１０ｏ・り光切換器、
１０１・・・レーザ発振器、１０２・・・入力用光ファ
イバ、１０３，１０４，１０５・・・光減衰器、］　（
１６。１（１７，］（１８・・・出力用光ファイバ、１０９・
・・選択切換器、Ｍ・・・・ｌルスモーク、ＪＪＯ・・
・円筒状支持フレーム、２００・・・光溶接ヘッド、２
０１・・・ヘッド本体、２０１Ａ・・・１対の押え突部
、２０２・・・？！紗供給口、１０６’、１０６″・・
・高温切断用光ファイバ％　Ｉ０７′・・・中温溶接用
光ファイバ。１（１８’　・・・低温Ｗ！ｊＭ用光クアイり。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１つの光源から少なくとも低温用光線、中温用光
線及び高温用光線を選択的に切換え形成しうる光切換器
と、該光切換器Ｉこ結合された光溶接ヘッドとを備えて
おり、前記光溶接ヘッドは、熱可溶性接着剤付与電線を
配線基板上へ供給するための電線供給手段と、該電線供
給手段から前記配線基板上へ供給されてくる前記電線を
前記配線基板に対して押える九めの１対の押え突部と、
該１対の押え突部の間に配置され且つ前記光切換器から
の前記低温用光線を受けて前記電線を前記配線基体上へ
溶着させるための低温溶着用光ファイバと、前記１対の
押え突部の間に配置され且つ前記光切換器の前記中温用
光線を受けて前記電線を前記配！！！基体上にて溶接さ
せるための中温溶接用光ファイバと、前記光切換器から
の前、記高温用光轡を受けて前記直線を切断するための
高温切断用光ファイバとを有することを特徴とする光溶
接残置。
（２）前記低温溶着用光ファイバ及び中温溶接用光ファ
イバは、前記配線基体の平面に対してほぼ垂直な方向か
ら前記電機へ光線を照射させるように配置されており、
前記高温切断用光ファイバは、前記配線基体の平面に対
してほぼ平行な方向から前記電線へ光線を照射させるよ
うに配置されている特許請求の範囲第（１）項記載の光
溶接装置。
（３）前記高温切断用光７、アイパは、前記中温溶接用
光ファイバより先の位置に配置されている特許請求の範
囲第（１）項又は第（２）項記載の光溶接装置。
（４）前記高温切断用光ファイバは、前記中温溶接用光
ファイバより手前のｍｌに配置されている特許請求の範
囲第（１）項又は第（２）項記載の光溶接装置。