(57)【要約】      （修正有）【課題】  パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱加工する装置であって、簡単な構造であって安価に製造でき、かつ使用の際も煩雑な作業を必要とせず、加工対象物からの反射に対する安全対策を必要としない接触式レーザー加熱装置及びこれを用いた加熱加工機を提供する。【解決手段】  パルスレーザー光発振手段１、並びに、発振されたレーザー光を受光し、そのレーザー光を熱エネルギーに変換する受光発熱部４、前記受光発熱部の外表面に密接し、高熱伝導率の材料により形成され、前記受光発熱部で変換された熱エネルギーを伝熱する伝熱部５、及び該伝熱部と接触し、該伝熱部よりの熱エネルギーにより加熱され、加工対象物を押圧し加熱する加熱加工部よりなるヒーターチップ６を有することを特徴とする接触式レーザー加熱装置。【選択図】    図１
2006175476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光発振手段、並びに、
発振されたレーザー光を受光し、そのレーザー光を熱エネルギーに変換する受光発熱部、前記受光発熱部の外表面に密接し、高熱伝導率の材料により形成され、前記受光発熱部で変換された熱エネルギーを伝熱する伝熱部、及び該伝熱部と接触し、該伝熱部よりの熱エネルギーにより加熱され、加工対象物を押圧し加熱する加熱加工部よりなるヒーターチップ、又は、前記受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも２以上の部分が一体構造であるヒーターチップ
を有することを特徴とする接触式レーザー加熱装置。
【請求項２】
パルスレーザー光発振手段が、レーザー発振用電源部、半導体レーザー素子の集合体よりなることを特徴とする請求項１に記載の接触式レーザー加熱装置。
【請求項３】
前記ヒーターチップが、前記パルスレーザー光発振手段の射出部に、パルスレーザー光発振手段より発振されるレーザー光の実質的に全てが前記ヒーターチップに入射されるように設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触式レーザー加熱装置。
【請求項４】
光ファイバーからなる導光手段をさらに有し、パルスレーザー光発振手段より発振されるレーザー光が前記導光手段に入射し、前記導光手段の射出部に、前記導光手段の射出部より射出されるレーザー光の実質的に全てが前記ヒーターチップに入射されるように設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触式レーザー加熱装置。
【請求項５】
ヒーターチップが、着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の接触式レーザー加熱装置。
【請求項６】
加熱加工部が着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の接触式レーザー加熱装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の接触式レーザー加熱装置、この接触式レーザー加熱装置により加熱加工される加工対象物を載置する載置手段、及びこの載置手段に対する所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置を位置付ける位置決め手段、を有することを特徴とする加熱加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、溶接加工やロウ付け加工等の接合、接触式のスタンプタイプのマーキング加工等の加工をする接触式レーザー加熱装置に関する。本発明は、さらに、前記接触式レーザー加熱装置を用いた加熱加工機にも関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工をする用途には、ＹＡＧレーザーを用い光ファイバー伝送による加熱加工装置が広く用いられている。例えば、特開２０００−３３４５６２号公報（特許文献１、請求項１）には、レーザーを射出するレーザー発振器と、前記レーザーに対して透明度の高い透明材で作られ、先端に前記レーザーに対して透明度が低いレーザー吸収部を有するヒータツールと、前記レーザー発振器が射出するレーザーを前記ヒータツールに導く導光体と、前記ヒータツールを被接合部に所定押圧力で押圧すると共に、前記レーザー発振器を制御する接合制御部を備えることを特徴とするパルスヒート式接合装置（接触式レーザー加熱装置）が記載されており、前記レーザー発振器としてはＹＡＧレーザー（段落００１３）が、前記導光体としては光ファイバーが（段落００２７）好ましいものとして例示されている。
【０００３】
このようなＹＡＧレーザーを用い光ファイバー伝送による加熱加工装置では、通常、半導体ＹＡＧロッドを、その周囲に配置された２個のＬＤバーで励起し、両側に配された共振ミラーによりレーザー光を発振させ放射させ、共振ミラーから放射されるレーザー光を光ファイバーに入光させ、加熱装置のＸーＹ−Ｚ駆動装置のＺ駆動装置部分に前記光ファイバーを固定させ、光ファイバーの先端に装着されている集光レンズにより、加工対象物に焦点を合せて、レーザー照射して加工を行う。
【特許文献１】特開２０００−３３４５６２号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記のような従来の装置では、２個のＬＤバーより放射されるレーザー光は広がり角が大きいので、平行光を造る為のコリメート用レンズと、半導体ＹＡＧロッドが励起出来るように集光させる為の集光レンズを装備させて、各々のレンズ系の位置調整をする必要がある。又、光ファイバーの先端にも集光レンズを装着し、その焦点が、加工対象物に焦点を合せるように、内蔵されているＨｅＮｅレーザーのレーザー光等で、発振調整や位置調整する必要がある。その結果、装置が複雑で高価になるとともに、半導体ＹＡＧロッドやレンズ系等の光学素子の劣化の問題も生じやすく、その使用においてもレンズ系の位置調整等の煩雑な作業を必要とする。
【０００５】
又、加工対象物によりレーザー光の反射特性が違うので、レーザー光の入射角度調整や
加工対象物に対して反射防止対策を施す必要があり、この点でも使用を困難にしている。さらに、加工対象物より強力なレーザーが反射されるので、安全対策を要し、この装置を利用して製品を製造する時は、ＪＩＳ  Ｃ  ６８０２に従いクラス４Ｂの安全対策が必要となる。
【０００６】
本発明は、パルスレーザー光を用いて、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工をする接触式レーザー加熱装置であって、半導体ＹＡＧロッド、共振ミラー、レンズ系等の光学素子を使わず又はレンズ系等の使用数が少なく、簡単な構造であって安価に製造でき、かつ使用の際も、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要とせず、さらに、加工対象物よりのレーザー光の反射に対する安全対策を必要としない接触式レーザー加熱装置を提供することを課題とする。本発明は、さらに、前記接触式レーザー加熱装置を用いた加熱加工機を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題は、パルスレーザー光発振手段、並びに、発振されたレーザー光を受光し、そのレーザー光を熱エネルギーに変換する受光発熱部、前記受光発熱部の外表面に密接し、高熱伝導率の材料により形成され、前記受光発熱部で変換された熱エネルギーを伝熱する伝熱部、及び該伝熱部と接触し、該伝熱部よりの熱エネルギーにより加熱され、加工対象物を押圧し加熱する加熱加工部よりなるヒーターチップ、又は、前記受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも２以上の部分が一体構造であるヒーターチップ（請求項１）により達成される。
【０００８】
すなわち、この接触式レーザー加熱装置においては、パルスレーザー光発振手段より発振されたレーザー光の、実質的に全てが受光発熱部に射出され発熱に供せられる。受光発熱部では、入射されたレーザー光の実質的に全てが吸収され、熱エネルギーに変換される。従って、外部へのレーザー光の射出がないので加工対象物よりのレーザー光の反射もなく、安全に使用でき、特に安全対策を施す必要がない。
【０００９】
受光発熱部で生じた熱エネルギーは、受光発熱部に密接して形成されている伝熱部により加工部に伝熱され、加工部を加工条件の温度まで昇温させる。この昇温した加工部で、押圧が必要な加工対象物に押圧を加えながら加工する。このように、本発明の接触式レーザー加熱装置は、ヒーターチップ部、すなわち加工部及びその近傍ではレンズ系が不要であるので、構造は簡単であり、安価に製造することができる。レンズ系は、光ファイバーを用いる場合にそれへのレーザーの射出等に必要とするのみで、レンズ系の使用量を従来技術より大幅に少なくすることができ、その他の光学素子の使用数も低減できるので、それらの劣化の問題やそれらの調整等の煩雑な作業を、大幅に低減できその使用においても非常に有利である。
【００１０】
前記の本発明の接触式レーザー加熱装置を構成するパルスレーザー光発振手段としては、パルスレーザーを発光素子に供給する電源部、並びに、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、半導体レーザー素子（ＬＤ）の集合体よりなるものが例示されるが、中でも電源部と半導体レーザー素子（ＬＤ）の集合体よりなるもの、例えばＬＤバー、ＬＤスタック等が好ましく用いられる。請求項２は、この好ましい態様に該当する。
【００１１】
すなわち請求項２の態様は、従来半導体ＹＡＧロッドの励起用として用いられていたＬＤバー等を、レーザー光発振用とするＬＤ直接加工システムである。ＬＤバーは、多数のＬＤ発光素子を一次元に並べたものである。ＬＤ発光素子であるシングルエミッターのサイズは、１００μ（幅）×１μ（厚）×１ｍｍ（共振器長）程度で、数ｍＷから２Ｗ程度のパワーであるが、ＬＤ発光素子を５０個ほど一列に並べたＬＤバーは長さ１０ｍｍ程度で、４０から６０Ａを流すことにより４０から６０Ｗの出力が得られる。
【００１２】
ＬＤスタックは、ＬＤバーをさらに二次元に積み重ねたものであり、ＬＤバーを３０個ほど一列に並べたＬＤスタックは、長さ１０ｍｍ程にして、４０から６０Ａを流すことによって、１ｋｗ以上を得ることができる。ＬＤ発光素子のシングルエミッターは、レーザー光の広がり角が大きいので、従来の加熱加工装置では、半導体ＹＡＧロッドに照射するためにレンズ系やその調整のための手段を要していた。しかし、本発明の接触式レーザー加熱装置であって、前記ヒーターチップが前記パルスレーザー光発振手段の射出部に設けられている場合、すなわち請求項３の態様では、レンズ系等を要せず、ＬＤ等から発振されたレーザー光を実質的に全て受光発熱部に射出する構造となっており、高安定、長寿命、安価で小型であるとのＬＤの利点を活用することができる。ここで、実質的に全て受光発熱部に射出するとは、ヒーターチップへの光の入射部で反射する光等ごく一部の光を除く全ての光が、受光発熱部の発熱に使用されることを意味する。
【００１３】
本発明の接触式レーザー加熱装置を構成するパルスレーザー光発振手段は、常時発振させないでパルス駆動であるので、ＬＤバー等を使用した場合であっても、放熱板を設ける等の放熱手段を講ずるだけですみ、水冷冷却等の強制冷却手段は特に必要とせず、従ってこの点からも、構造を簡単にすることができる。なお、パルス駆動とは、常時発振以外の発振を意味し、短時間の発振の繰返しである狭義のパルスに限定されない。例えば、５００ｍｓ(ミリ秒)のパルス駆動は、５００ｍｓをワンパルス通電でも良く、又１００ｍｓの通電と５０ｍｓ休止のサイクルを５回繰り返してトータル５００ｍｓ通電にしても良い。
【００１４】
本発明の接触式レーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段とともに、受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部よりなるヒーターチップを有する。ヒーターチップは、通常、さらに受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部を保持する手段として、透明セラミック又はガラス等のレーザー光が透過出来る機能を持つベース部分を有する。
【００１５】
本発明の接触式レーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段とともに、受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部よりなるヒーターチップを有する。なお、受光発熱部と伝熱部、伝熱部と加熱加工部、あるいは受光発熱部と伝熱部と加熱加工部が一体構造、例えば、同一の材質からなり、構造上、各部間の判別ができない構造であってもよい。すなわち、ヒーターチップは、受光発熱部と伝熱部の機能を有する一体構造の部分と加熱加工部、もしくは、伝熱部と加熱加工部の機能を有する一体構造の部分と受光発熱部からなる場合でもよいし、又は、受光発熱部と伝熱部と加熱加工部の機能を有する一体構造なる場合でもよい。受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の機能を有し、受光発熱部、伝熱部及び加熱加工部の中の少なくとも２以上の部分が一体構造であるヒーターチップとは、このようなヒーターチップを言う。ヒーターチップは、通常、さらに受光発熱部、伝熱部、及び加熱加工部を保持する手段として、透明セラミック又はガラス等のレーザー光が透過出来る機能を持つベース部分を有する。
【００１６】
ヒーターチップは、パルスレーザー光発振手段（例えばＬＤバー）の射出部に直接設けられる。又は、レーザー光の射出部に光ファイバー等からなる導光手段の入光部を設け、前記導光手段の射出部にヒーターチップが直接設けられる。射出部とは、前記の手段からレーザー光が外部へ射出される部分であり、直接設けられるとは、ヒーターチップの入光部が、レーザー光の射出部又は導光手段の射出部に接するように設けられる、すなわち間隙を空けないように係止されることを意味する。直接設けることにより回折や反射等によるエネルギーの損失を防ぐことができる。
【００１７】
いずれの場合も、射出部より射出されるレーザー光の実質的に全てが前記受光発熱部に入射され、熱エネルギーに変換されるように設けられることが必要である。請求項３は、ヒーターチップが、パルスレーザー光発振手段の射出部に直接設けられる態様に該当し、請求項４は、導光手段が光ファイバーからなり、この光ファイバーの射出部に、ヒーターチップが直接設けられる態様に該当する。なお、光ファイバーを使用する場合は、ＬＤ等から射出されたレーザー光を、光ファイバーの入光部に導くため集光レンズが用いられる。
【００１８】
本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップは、加熱され又押圧に供される部分で、接触式レーザー加熱装置の他の部分よりも劣化されやすい部分である。特に受光発熱部は熱容量を小さくするため薄い場合が多く、損傷されやすい。一方、このヒーターチップは、簡易な構造で安価な製造が容易な部分である。そこで、このヒーターチップが着脱可能に、又はヒーターチップの加熱加工部が着脱可能に設けられ、その交換が容易である接触式レーザー加熱装置が好ましい。請求項５及び請求項６は、この好ましい態様に該当する。この態様の接触式レーザー加熱装置は、使用によりヒーターチップ、例えばその加熱加工部が損傷しても、ヒーターチップを交換することにより、又は、ヒーターチップの加熱加工部を交換することにより当初の優れた性質を有する接触式レーザー加熱装置とすることができるので、加工具として非常に好適である。
【００１９】
ヒーターチップの受光発熱部は、発振されたレーザー光を受光し、その実質的に全てを熱エネルギーに変換し、発熱する機能を有するもので、例えば次に示す形態を有する。
（１）ベース部（ガラス等）上の全面に、振レーザー光の吸熱性を有する不透明な材質、例えばカーボンや黒クロムや黒ニッケルなどの黒色メッキをコートする。その上に、熱伝熱の良い金属例えば銅合金や、鉄合金または、接合が溶接の時は耐熱の良いモリブデン合金等をコートする。
（２）ベース部（ガラス等）を設けずに、発振レーザー光の吸熱性を有する上記記載の材質をコートした熱伝熱の良い金属、例えば銅合金や、鉄合金、又は溶接等の高温となる用途の場合は、耐熱の良いモリブデン合金等を、コートした面を内側にして絞り加工又は、プレス加工して受光発熱部を形成する。
（３）ベース部をガラス等ではなく、発振レーザー光の吸熱性を有する金属から造られた発泡・多孔質金属で、直接ヒーターチップを形成する。
この様な構造の時は、受光発熱部の先端に加熱加工部後付けする構造でなく、受光発熱部と伝熱部・加熱加工部とを一体構造物にしても良い。この場合、ヒーターチップの熱容量を小さくするため中心部の発泡率を高くし、受光発熱部の代わりにする、伝熱部は、表皮部の伝導性を良くする為圧縮し伝熱部にする、加熱加工部は、発泡・多孔質金属自体強度があるので伝導部を加熱加工部の形状に加工する、こと等が好ましい。
発泡金属としては、気孔率９０％以上の多孔質を可能にする高機能多孔質金属が好ましく、このような金属を用いる成形とは、金属粉末に蒸発型発泡剤を加えスラリーにした物を、成形型に入れて、発泡剤を揮発させる為に昇温させ脱脂・乾燥・焼結の工程を経て成形することができる。
なお、コートとしては、塗装コート(紫外線硬化コート等)、溶射コート(プラズマ溶射コートやアーク溶射コート等)、メッキコートが挙げられ、メッキコートとしては、乾式メッキや湿式メッキ(電気メッキや無電解メッキ)が挙げられ、乾式メッキには、ＰＶＤ(イオンプレーティング・真空蒸着・スパッタ)やＣＶＤが例示される。
【００２０】
いずれの場合でも、受光発熱部の形状及び設置条件は、ヒーターチップに入光した光が全て受光発熱部に照射されるように、設定される。又前記（１）の場合、膜の厚みは通常数十分の１〜数十μｍである。これらの膜や層は複数重ねてもよい。
【００２１】
伝熱部は、ヒーターチップ部で熱エネルギーに変換されて発生した熱を、加熱加工部に伝熱する機能を有する。従って、高い熱伝導特性が求められる。又受光発熱部で発生した熱は、伝熱部に伝わるとともに、発熱の条件によっては、受光発熱部及びベース部に蓄積され、これらが高温になる場合もあり、その結果、ヒーターチップ部が劣化しやすくなる場合もある。そこで、受光発熱部及びベース部に蓄積された熱を放熱し、受光発熱部及びベース部への熱の蓄積を防ぐために、放熱性が優れることが好ましい。このため、伝熱部の熱容量は小さい方が好ましく、従って厚みは小さい方が好ましい。この効果として、水冷等の強制冷却手段を省略出来る。又、伝熱部は高温になるので、優れた耐熱性が望まれる。
【００２２】
熱伝導特性と放熱性が共に良い性質を兼ね備えかつ優れた耐熱性を有する材質としては、高熱伝導率又は高融点の金属や合金が挙げられ、銅や鉄、アルミ、モリブデン又はそれらの合金が好ましく例示される。モリブデンは、特に高温の溶接接合加工用の接触式レーザー加熱装置に好ましく用いられる。これらの金属や合金等からなる伝熱部は、通常数十〜数百μｍの厚みを有する。
【００２３】
加熱加工部は、伝熱部より熱伝導された熱により加熱され、その熱と押圧により加工対象物を加工する機能を有する部分である。そこで、加熱加工部の形状としては加工対象物の形状や加工の目的にあわせた種々の形状を挙げることができる。
【００２４】
例えば、加熱加工部の先端形状としては、フラット形状及び凸部を有する形状が挙げられ、凸部を有する先端形状の凸部としては、針形状、櫛形状、刃形状等が挙げられ、加工の目的にあわせて選択される。加熱加工部の先端金属には、酸化しにくい酸化防止コートを施す。例えば、窒素系コートが望ましい。コート厚みは、数μｍ以下で良い。構成材質は、先端形状や加工目的によって選ぶ。例えば、高温対応の溶接接合加工用針形状の場合は、高融点材のモリブデンやタングステンが、半田接合加工用針形状の材質は、銅や鉄またはアルミ等又はそれらの合金が用いられる。
【００２５】
前記の本発明の接触式レーザー加熱装置は、電気ごてのように、それを手で持ち、手により加熱加工部を加工対象物の加工位置に押圧して使用することができる。この方法によれば、手軽な操作で使用することが出来る。
【００２６】
又は、この接触式レーザー加熱装置を、加熱加工装置に設置し、加熱加工装置の作動により、加工対象物の加工に用いることもできる。請求項７は、前記本発明の接触式レーザー加熱装置を用いる加熱加工機に該当するものであり、前記本発明の接触式レーザー加熱装置、この接触式レーザー加熱装置により加熱加工される加工対象物を載置する載置手段、及びこの載置手段に対する所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置を位置付ける位置決め手段、を有することを特徴とする加熱加工機を提供するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の接触式レーザー加熱装置は、レンズ系等の光学素子を使わず又はレンズ系等の使用数が少なく、簡単な構造であって安価に製造できるものである。又使用の際も、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要としない。さらに、加工対象物よりのレーザー光の反射がないので、反射されるレーザー光に対する安全対策を必要としない。
【００２８】
本発明の接触式レーザー加熱装置は、電気ごてのようなハンディタイプとして手軽な操作で使用でき、パルスレーザー光を用いた、加工対象物の微小な領域を加熱し、接合、マーキング等の加工に好適に使用することができる。特に、ヒーターチップが着脱可能な態様は、ヒーターチップを容易に交換でき好ましい。
【００２９】
又、この接触式レーザー加熱装置は、本発明の加熱加工装置に設置して用いることもできる。この場合であっても、発振調整や位置調整等の煩雑な作業を必要としない、加工対象物よりのレーザー光の反射がないので、反射されるレーザー光に対する安全対策を必要としないとの優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に本発明を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態への変更も可能である。
【００３１】
図１は、本発明の接触式レーザー加熱装置の一形態を示す。図１ａはその平面図であり、図１ｂは右側面図であり、図１ｃはＡＡ’断面図である。
【００３２】
この接触式レーザー加熱装置は、ＬＤ発光素子を横に一列に並べたＬＤバー１（パルスレーザー光発振手段）と、ヒーターチップ２を有する。ＬＤバー１は、その電極部分１ａ及び発光部１ｂからなり、ヒーターチップ２は、ガラス製のベース部３、受光発熱部４、伝熱部５及び加熱加工部６からなる。発光部１ｂよりは、パルスレーザーが発振され、このレーザー光は射出部１ｃより射出される。
【００３３】
図１に示されるように、ヒーターチップ２は、そのベース部３が射出部１ｃと密接するように設けられるので、射出部１ｃより射出されたレーザー光は、実質的に全てがベース部３内に入射する。そして、ベース部３は透明なガラスにより形成されているので、入射されたレーザー光の全ては受光発熱部４を照射する。
【００３４】
図２は、図１の例の接触式レーザー加熱装置の、ヒーターチップ２近傍及びヒーターチップ２を示す。図２ａはヒーターチップ２近傍の拡大断面図であり、図２ｂはヒーターチップ２の斜視図であり、図２ｃはその拡大断面図である。図２に示されるように、ベース部３の、ＬＤバー１と密接する部分を除く全表面は、受光発熱部４で覆われており、受光発熱部４の全表面上には、伝熱部５が形成されている。
【００３５】
受光発熱部４は、カーボンをベース部３上に厚み約１０μｍにコートして形成したものである。受光発熱部４は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換する。変換された熱エネルギーは、その一部はベース部３に蓄積されるが、大部分は伝熱部５に熱伝導される。伝熱部５は、銅合金より形成され厚み約１００μｍである。
【００３６】
図２に示されるように、加熱加工部６は、一端は加工作用をする加工端であり、他端は伝熱部５により覆われている。加工端は、フラット形状である。
【００３７】
伝熱部５は、熱伝導率の高い銅合金より形成されているので、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部６に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。この例の加熱加工部６は、鉄や銅合金又はモリブテンにより形成されているが、通常の電気ごての先端部に用いられる他の材質で形成されてもよい。
【００３８】
図１に示されるように、ＬＤバー１の電極部分１ａは電線７と接続しており、電源部（図示されていない。）から電線７を通して電気エネルギーが供給され発光部１ｂよりパルスレーザーが発振される。図２ａ、ｃ中のベース部３中の破線は、発振されたパルスレーザーの拡がりを示す。すなわち、ＬＤバー１よりのパルスレーザーは、この２本の破線間に拡がり、受光発熱部４に照射される。なお、電源部としては、後述の図１７に記載の加熱加工機の電源装置と同様なものを用いることができる。
【００３９】
ＬＤバー１、ヒーターチップ２及び電線７は、固定手段８により固定されている。このような固定手段は、耐熱樹脂等により形成することもできるが、この例では、高温になる伝熱部５や加熱加工部６と接触するので、耐熱性の高いセラミックスで形成されている。
【００４０】
固定手段８は、図１ｂ及びｃに示す上下の２つの部分８ａ、８ｂからなり、この２つの部分間に、ＬＤバー１及びヒーターチップ２を挟持することによりこれらを固定している。２つの部分８ａ、８ｂは、４本のビス９によりかん合固定される。
【００４１】
なお、４本のビス９を抜くことにより、８ａ、８ｂを分解することができる。８ａ、８ｂを分解すれば、ＬＤバー１とヒーターチップ２の固定は解除され、ヒーターチップ２を取り外して、新たなヒーターチップ２と交換することができる。すなわち、この例では、ヒーターチップ２は、着脱可能に設けられている。
【００４２】
図３は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図３ａはその平面図であり、図３ｂは右側面図である。図１の例の加熱加工部６はその加工端がフラット形状であったが、図３の例の加熱加工部１１はその加工端が、５つの突起を有する櫛歯状である。なお、他の点では図１の例と同じであるので、図３において、これらについては図１と同じ符号を用いている。
【００４３】
図４は、図３の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す。この例は、ＩＣ素子１５の電極１５ａを配線板１６の電極１７に、この接触式レーザー加熱装置を用いて接合する例である。図４ａは、接続の工程を行う前の、加熱加工部１１、ＩＣ素子１５及び配線板１６、電極１７の配置を示す斜視図である。なお、加熱加工部１１以外の接触式レーザー加熱装置の部分は図示を省略している。
【００４４】
接続の工程においては、先ず、ＩＣ素子１５を、電極１５ａのそれぞれの端子が、電極１７のそれぞれの端子に重なるように、配線板１６の上に乗せる。次に加熱加工部１１の櫛歯状の各突起を、ＩＣ素子１５のそれぞれの端子上の重なるように乗せ、接触式レーザー加熱装置により加熱かつ押圧する。
【００４５】
電極１７の各端子上には、半田ペーストが印刷コートされている。そこで、この接触式レーザー加熱装置により加熱、押圧されると、このはんだが溶融、変形し、電極１５ａのそれぞれの端子と電極１７のそれぞれの端子間を接続し、冷却、固化により接合が達成される。図４ｂは、図４ａの矢印方向に見た正面図であって、ＩＣ素子１５を配線板１６の上に乗せた状態を示す。図４ｃは、図４ａの矢印方向に見た正面図であって、加熱加工部１１をＩＣ素子１５の上に乗せた加熱加工時の状態を示す。
【００４６】
図５は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図５ａはその平面図であり、図５ｂは右側面図である。図１の例の加熱加工部６はその加工端がフラット形状であったが、図５の例の加熱加工部２１はその加工端が、１つの突起を有する片凸タイプである。なお、他の点では図１の例と同じであるので、図５においても、これらについては図１と同じ符号を用いている。
【００４７】
図６は、図５の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図であり、中央線の断面図で示した図である。図６中の（ａ−１）は加熱加工部２１の正面図であり、（ｂ−1）、（ｃ−１）及び（ｄ−１）はこの使用例の各工程を示す正面図である。又（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）及び（ｄ−２）は、（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）及び（ｄ−１）にそれぞれ対応する右側面図である。
【００４８】
この例では、素子２５上に並列している端子２６、２６’間を、ろう材テープ２７及び加熱加工部２１を有する接触式レーザー加熱装置を用いて、ろう付けして接合する。（ａ−１）に示されるように、加熱加工部２１はその一方の側に突起を１つ有する形状である。ここで用いることができるろう材テープとしては、ろう材単体のテープや、ろうの中で融点の低い半田をポリイミド等の樹脂フィルムにコートした複合テープを挙げることができるが、この例のろう材テープ２７は、アモルファスろう材からなる単体テープである。
【００４９】
先ず（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、端子２６、２６’上にアモルファスろう材テープ２７を対接し、さらに加熱加工部１２の突起をアモルファスろう材テープ２７に係止する。次に、（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、加熱加工部２１により、アモルファスろう材テープ２７を導電部２６、２６’上に押圧し、加熱する。この時、加熱加工部２１の一部は導電部２６、２６’上に、他の部分はアモルファスろう材テープ２７上にあって、初めて導電部２６、２６’とアモルファスろう材テープ２７を同時に昇温させアモルファスろう材テープ２７を融解し、導電部２６、２６’間に流すことが出来る。
【００５０】
すると、（ｄ−１）の２８の部分のアモルファスろう材は、溶融して端子２６、２６’間に移動し、冷却、固化により、端子２６、２６’間を接続する。（ｄ−２）中の２９は、この冷却し、固化した、アモルファスろう材である。ここで、アモルファスろう材としては、例えば固相線温度５９５度、液相線温度６５０度の銅系アモルファスろう材が挙げられ、これは錫９.３％、燐６．５％、ニッケル５．７％で他の成分が銅のろう材である。半田ろう材が低温ろう材なら、アモルファスろう材は高温ろう材になる。
【００５１】
図７は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図７ａはその平面図であり、図７ｂは右側面図である。図１の例の加熱加工部６はその加工端がフラット形状であったが、図７の例の加熱加工部３１はその加工端が、その両側に２つの突起を有する２凸タイプである。なお、他の点では図１の例と同じであるので、図７においても、これらについては図１と同じ符号を用いている。
【００５２】
図８は、図７の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図である。図８中の（ｂ−1）、（ｃ−１）及び（ｄ−１）はこの使用例の各工程を示す正面図である。又（ｂ−２）、（ｃ−２）及び（ｄ−２）は、（ｂ−１）、（ｃ−１）及び（ｄ−１）にそれぞれ対応する右側面図である。
【００５３】
この例では、素子３２上の端子３３にウレタン被覆銅線３４を、ハンダワイヤー３５及び加熱加工部３１を有する接触式レーザー加熱装置を用いて、はんだ付けにより接合する。
【００５４】
先ず（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、ウレタン被覆銅線３４とハンダワイヤー３５を接触させ、その上から加熱加工部３１を押圧する。次に加熱加工部３１で押圧した状態のまま余分なウレタン被覆銅線３４とハンダワイヤー３５を、（ｃ−２）に示すように切断してから加熱する。はんだは溶融し、その後冷却することにより固化されて、（ｄ−１）、（ｄ−２）に示すような、接合が達成される。
【００５５】
図９は、本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップの他の例を示す。図９（ａ）は、ヒーターチップ近傍の断面図、図９（ｂ）は、伝熱部４３及び加熱加工部４４の斜視図、図９（ｃ）は、加熱加工部４４の一部（図９（ｂ）中の○の部分）の拡大側面図であり、図９（ｄ）は、ヒーターチップの拡大断面図である。このヒーターチップも、ベース部４１、受光発熱部４２、伝熱部４３及び加熱加工部４４よりなる。加熱加工部４４は印字機能を有し、着脱可能である。印字のパターンが数々ある捺印の場合は、この様に、加熱加工部４４は伝熱部４３から着脱可能な機能を有することが好ましい。図９（ｃ）より明らかなように、印字機能を持つ加熱加工部４４は、その幅及び間隔が一定でない複数の凸部を有している。
【００５６】
図１０は印字機能を持つ加熱加工部４４及びその印字対象物４５を示す。図１０（ａ）は印字前の状態を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は印字後の状態を示す斜視図である。図１０(ｂ)に示されるように、印字対象物４５上に、バーコードが印字されている。
【００５７】
図１１は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図１１ａは、そのヒーターチップ部４９の近傍を示す拡大断面図であり、図１１ｂは、その先端方面から見た正面図である。ガラス等からなるベース部はなく、発振レーザー光の吸熱しやすくするため、発泡・多孔質金属で、直接ヒーターチップを一体成形して製造される。受光発熱部４６は、レーザー光を受ける部分で、発泡率が高い発泡金属、多孔質金属からなる。伝熱部４７は、表皮部の伝導性を良くする為圧縮して発泡率を低くし、レーザー光が外部へ漏れない様にしている。加熱加工部は、発泡・多孔質金属自体強度があるので伝導部の先端部分を加熱加工部の形状に加工して形成されている。
【００５８】
図１２は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す正面図である。このレーザー加熱装置は、パルスレーザー光発振手段であるＬＤバー（図示されていない。）から発振されたレーザー光をレンズ系（図示されていない。）で集光し、この光を光ファイバー５１によりヒーターチップ５２に射出し、加熱加工部６０を加熱する。光ファイバー５１とヒーターチップ５２は、光ファイバージョイント部５４により連結されている。
【００５９】
図１３ａは、図１２の例の光ファイバージョイント部５４及びヒーターチップ５２の近傍の拡大断面図である。図１３ａに示されるように、光ファイバー５１は光ファイバージョイント部５４により保持され、この光ファイバージョイント部５４の先端及びヒーターチップ５２は、ヒーターチップ固定キャップ５３により保持されており、光ファイバー５１の先端すなわち射出部５５は、ヒーターチップ５２の入光部５６と密接している。
【００６０】
ヒーターチップ５２は、透明なガラス製のベース部５７、その外周を被覆する受光発熱部５８、受光発熱部５８の外周をさらに被覆する伝熱部５９及び加熱加工部６０よりなる。ベース部５７の先端は円錐状でありその頂点部に加熱加工部６０が設けられている。
【００６１】
受光発熱部５８は、カーボンやＤＬＣ(ダイアモンド・ライク・カーボン)等の炭化物をベース部５７上に厚み約１０μｍにコートして形成したものである。伝熱部５９は、熱伝導率の高い銅合金より形成され厚み約１００μｍである。加熱加工部６０は熱伝導率の高く酸化されにくい窒化物をコートした銅合金より形成され、厚み約1μｍである。
【００６２】
図１３ｂは、図１２の例の接触式レーザー加熱装置を加工端方面からみた正面図であるが、図１３ｂに示されるようにこの加工端は、細い棒状（以下、針形状と言う。）であり、鉄合金により形成されているが、通常の電気ごての先端部に用いられる他の材質で形成されてもよい。このような針形状の加工端は、はんだ付け等により単接合をする場合に使用されるが、加工端が、他の形状、例えば前記の櫛歯状、片凸状又は２凸状である加熱加工部を、前記加熱加工部６０の代りに用いることも可能である。
【００６３】
なお、ベース部５７、受光発熱部５８、伝熱部５９及び加熱加工部６０の位置関係は図２に示す例の場合と同様である。
【００６４】
図１２、図１３の例の接触式レーザー加熱装置では、光ファイバー５１の射出部５５より、ベース部５７内へ射出されたレーザー光は、ベース部５７を通り、受光発熱部５８に照射される。受光発熱部５８は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換する。変換された熱エネルギーは、その一部はベース部５７に蓄積されるが、大部分は伝熱部５に熱伝導される。伝熱部５９は、熱伝導率の高い銅合金で形成されているので、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部６０に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。
【００６５】
図１２、図１３の例の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップ５２も着脱可能である。すなわち、ヒーターチップ固定キャップ５３は、光ファイバージョイント部５４の外周部に螺接されており、この螺旋をゆるめて光ファイバージョイント部５４を図中の右方向に引き抜くことにより、ヒーターチップ５２も取り外すことができる。又、ヒーターチップ５２を交換した後、新たなヒーターチップの入光部５６を、光ファイバー５１の射出部５５と密接させ、その後、ヒーターチップ固定キャップ５３を光ファイバージョイント部５４の外周部に取付け螺旋を締めることにより、ヒーターチップ５２を所定の位置に取付けることができる。
又、図１２、図１３の例の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップ５２の加熱加工部６０も着脱可能である。すなわち、加熱加工部６０の針形状の根元部分が割りピン状態になっていて（割りピン状態は図示してない。）、ベース部５７の先端部分の加熱加工部６０用の凹所に峡挿させて、ベース部分の凹所の表面にある伝熱部５９と密着状態を作り、伝熱部５９の熱を加熱加工部６０用に伝えると共に加熱加工する為の強度も併せ持たせている。
【００６６】
図１４は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。図１４ａは、そのヒーターチップ部７２の近傍を示す拡大断面図であり、図１４ｂは、その先端方面から見た正面図である。
【００６７】
この例の接触式レーザー加熱装置でも、パルスレーザー光発振手段であるＬＤバー（図示されていない。）から発振されたレーザー光をレンズ系（図示されていない。）で集光し、この光を光ファイバー７１によりヒーターチップ７２に射出し、加熱加工部７５を加熱するものであり、ヒーターチップ７２以外は、図１２、図１３の例と同じである。
【００６８】
ヒーターチップ７２では、ガラス製のベース部が無い構造である。従って、受光発熱部７３の内部には空洞を有し、光ファイバー７１の射出部７６より射出されたレーザー光は、直接受光発熱部７３と加熱加工部７５に照射される。
【００６９】
受光発熱部７３は、照射されたレーザー光の実質的に全てを吸収し熱エネルギーに変換し、変換された熱エネルギーは、伝熱部７４に熱伝導され、熱伝導された熱エネルギーは速やかに加熱加工部７５に熱伝導される。そして加工端は高温になり、この熱と押圧により加工対象物を加工する。
【００７０】
このヒーターチップ７２は、厚み１００μｍの銅合金の内面全体に、黒ニッケルメッキ等を厚み約１０μｍにコートして、プレス加工や、絞り加工によって受光発熱部７３と伝熱部７４と加熱加工部７５を一体成形したものである。
【００７１】
図１２、図１３の例の接触式レーザー加熱装置と同様に、針形状の加熱加工部７５の代りに他の形状の加熱加工部を用いることもできるし、又ヒーターチップ７２も、同様な方法により着脱可能である。
【００７２】
図１５は、本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す。この接触式レーザー加熱装置は、加熱加工部７８の形状が、エッジ形状（刃形状）である点が異なるのみで、他は図１２〜１４の例と同じである。図１５ａは正面図を、図１５ｂは加工端方面から見た側面図を示す。
【００７３】
図１６は、図１５の接触式レーザー加熱装置を用いてウレタン被覆銅線７９を接合対象物７７に溶接接合する工程を概念的に示した工程図である。伝熱部７４や加熱加工部７８の材料は、この場合高融点材料のモリブデンが利用される。接触式レーザー加熱装置については、加熱加工部のみを図示し他の部分は図示していない。図１６（ａ）に示すように、接合対象物７７の上にウレタン被覆銅線７９を置く。次に図１６（ｂ）に示す様に、加工端７８をウレタン被覆銅線７９に当接し、押圧、加熱することでウレタン被覆銅線７９のウレタン被覆が溶けると同時に銅線部分も溶け、接合対象物７７も１３００度以上に昇温させることで、ウレタン被覆銅線７９を接合対象物７７に溶接接合する。図１６（ｃ）は、加熱加工部７８を上昇させた図であり、図１６（ｄ）は、端子７７から、余分なウレタン被覆銅線７９を取り除いているウレタン被覆銅線７９を端子７７に溶接接合させた完成状態を示す図である。但し、この時ウレタン被覆銅線７９と接合対象物７７は、溶接で接合されて入るが接合強度は弱いので、ＵＶ硬化剤等で最後に上からコートして補強することが好ましい。この溶接接合のような微細な部分の接合用途には、エッジ形状の加工端を有する接触式レーザー加熱装置が好適に用いられる。
【００７４】
図１７は、本発明の加熱加工機の一形態の全体の構成を示す概略図である。この加熱加工機は、本発明の接触式レーザー加熱装置８０、加工対象物８１を載置する載置手段８２、及びこの載置手段における所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置を位置付ける位置決め手段を有し、さらに、電源装置８３、ろう材テープ８４を有する。
【００７５】
電源装置８３は、接触式レーザー加熱装置８０へ所望する電圧値の電流を供給する装置であり、電流の供給は、給電用端子から給電線８５を通して行われる。電源装置８３の前面には、表示パネル操作部８７が設けられ、又オンオフスイッチ８８が接続されている。操作者は、表示パネル操作部８７により、所定の電圧値、電流値等を設定し、又表示パネル操作部８７の表示パネルに表示された電圧値、電流値等に基づき操作する。さらに、オンオフスイッチ８８等を手や足によって操作し、給電の開始、停止を行う。
【００７６】
載置手段８２は、ベース８９、その略中央に形成された、長尺な２本の平行な溝９０、その溝方向（Ｘ方向とする。）に移動可能に設けられた可動テーブル９１、可動テーブル９１上の水平面であって加工対象物８１を載置する載置面８６よりなる。この可動テーブル９１を、ベース８９の下部に設けられた制御装置やモータ（図示せず）等によりＸ方向に移動することにより、加工対象物８１をＸ方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
【００７７】
接触式レーザー加熱装置８０の支持台９２は、２つの脚部９３ａ及び９３ｂと、この上部の間に水平方向に渡設された水平台９４とからなり、水平台９４の上面には、長尺な２本の平行な溝９５が形成されている。溝９５には、可動テーブル９６が、この溝方向（Ｙ方向とする。）に移動可能に設けられている。この可動テーブル９６を、ベース８９の下部に設けられた制御装置やモータ（図示せず）等によりＹ方向に移動することにより、支持台９２及びこれに固定して設けられている接触式レーザー加熱装置８０をＹ方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
【００７８】
さらに、可動テーブル９６の前面には、長尺な２本の平行な溝９７が形成されており、溝９７には、可動テーブル９８が、この溝方向（Ｚ方向とする。）に移動可能に設けられており、そしてこの可動テーブル９８に接触式レーザー加熱装置８０が、その加熱加工部が下側になるように固定されている。この可動テーブル９８を、ベース８９の下部に設けられた制御装置やモータ（図示せず）等によりＺ方向に移動することにより、可動テーブル９８及びそれに固定された接触式レーザー加熱装置８０を、Ｚ方向の所望の位置に移動させて位置付けることができる。
【００７９】
このようにして、本発明の加熱加工機では、接触式レーザー加熱装置８０と加工対象物８１との位置関係をＸＹＺ方向に自在に制御でき、載置手段８２に対する所望の位置に位置付けることができる。この可動テーブル９１、可動テーブル９６、可動テーブル９８により、載置手段８２に対する所望の位置に前記接触式レーザー加熱装置８０を位置付ける位置決め手段が構成される。なお、可動テーブル９１、可動テーブル９６、可動テーブル９８の制御は、ベース８９の下部に設けられた制御盤９９の操作により行われる。
【００８０】
本発明の加熱加工機は、ろう材テープ８４を有し、ろう材テープ８４は、接触式レーザー加熱装置８０の下部側、すなわち加熱加工部の下部を通り、２つのリール１００ａ及び１００ｂ間に巻取られている。この例は、図６に示されている加熱加工部の加工端が片凸形状で、ろう材テープがこの加工端に係止されて、接合に供せられる場合に該当する。従って、ろう材テープ８４は、片凸形状の加工端に係止されており、接合に使用後、リール１００ａ及び１００ｂにより、ろう材テープ８４は移動され、新しい部分が次の接合に使用される。
【００８１】
本発明の加熱加工機による接合は、載置面８６上に載置された加工対象物８１に接触式レーザー加熱装置８０を位置付け、接触式レーザー加熱装置８０を下方に下げ、加工対象物８１の所定の位置を押圧し、かつ電源装置８３より給電して加熱することにより行うことができる。本発明の加熱加工機を使用すれば、載置面８６上に載置された加工対象物８１と接触式レーザー加熱装置８０との位置付けを容易に制御することができ、又強力な押圧をすることもできる。
【００８２】
なお、本発明の加熱加工機では、加熱加工部の形状を変更することにより、ろう材テープ８４の代りに、ろう材ワイヤー等を用いることも可能であるし、又ろう材テープやろう材ワイヤー等を用いない接合に使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の接触式レーザー加熱装置の一形態を示す平面図、右側面図及び断面図である。
【図２】図１の接触式レーザー加熱装置の、ヒーターチップ２近傍及びヒーターチップ２を示す拡大断面図及び斜視図である。
【図３】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す平面図及び右側面図である。
【図４】図３の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す斜視図及び正面図である。
【図５】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す平面図及び右側面図である。
【図６】図５の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図である
【図７】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す平面図及び右側面図である。
【図８】図７の例の接触式レーザー加熱装置の使用例を示す工程図である
【図９】本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップの他の例を示す断面図、側面図及び斜視図である。
【図１０】図９の例の接触式レーザー加熱装置による印字工程を示す斜視図である。
【図１１】本発明の接触式レーザー加熱装置のヒーターチップの他の例を示す断面図及び平面図である。
【図１２】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す正面図である。
【図１３】図１２の例の光ファイバージョイント部及びヒーターチップの近傍の拡大断面図及び正面図である。
【図１４】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す拡大断面図及び正面図である。
【図１５】本発明の接触式レーザー加熱装置の他の一形態を示す正面図及び側面図である。
【図１６】図１５の例の接触式レーザー加熱装置を用いてウレタンコート銅線を溶接接合する工程を概念的に示した工程図である。
【図１７】本発明の加熱加工機の一形態の全体の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８４】
１        ＬＤバー
２、５２    ヒーターチップ
３、４１    ベース部
４、４２    受光発熱部
５、４３    伝熱部
６、１１、２１、３１、４４  加熱加工部
７        電線
８        固定手段
９        ビス
１５      ＩＣ素子
１６      配線板
１７      電極
２５、３２    素子
２６、２６’、３３  端子
２７      ろう材テープ
３４      ウレタン被覆銅線
３５      ハンダワイヤー
４５      印字対象物
５１、７１  光ファイバー
５３      ヒーターチップ固定キャップ
５４      光ファイバージョイント部
５７      ベース部
５８、７３  受光発熱部
５９、７４  伝熱部
６０、７５、７８  加熱加工部
７７      接合対象物
７９      ウレタン被覆銅線
８０      接触式レーザー加熱装置
８１      加工対象物
８２      載置手段
８３      電源装置
８４      ろう材テープ
８６      載置面
８８      オンオフスイッチ
８９      ベース
９２      支持台
９４      水平台
９０、９５、９７  溝
９１、９６、９８  可動テーブル
９９      制御盤
１００ａ、１００ｂ  リール
【図１】
2006175476.tif 000003
【図２】
2006175476.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006175476.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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