(57)【要約】  【課題】  手軽に持ち運んで簡単に半田付け作業を行うことができるとともに、レーザ光が外部に漏れるのを防止できる、安全性の高いレーザ加工機を提供する。  【解決手段】  レーザ光を出射するレーザ光源１１と、半田及び半田付けすべき対象物Ｂに向けてレーザ光を集光させて照射する集光レンズ１２とを備え、被半田付け部品に対象物Ｂの半田付け部品を半田付けするレーザ加工機であって、集光レンズ１２は、手で把持可能な大きさを有するケーシング１３に収容されているとともに、ケーシング１３には、集光レンズ１２から対象物Ｂに向けて出射するレーザ光が外部へ漏れるのを防止するためのフード１４を取り付けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を集光させて照射する集光レンズとを備えたレーザ加工機であって、
前記集光レンズは、ケーシングに収容されているとともに、
前記ケーシングは、レーザ光の遮蔽可能な保護カバーを有し、
前記保護カバーが加工対象物の近傍に設けた被接触物に接触したことを検知する接触検知手段を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記レーザ光源から出射するレーザ光を前記集光レンズまで導光させるための導光手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記保護カバーは、先端面に前記接触検知手段を備え、前記保護カバーの先端面が前記被接触物に接触した信号を受けて前記レーザ光が出射されることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記保護カバーの先端面には、前記被接触物の凸部に対応する凹部を有するとともに、
前記凹部には、前記接触検知手段が設置されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記保護カバーの長さは、前記集光レンズの焦点距離と略同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記対象物へのレーザ光の照射位置を把握するための照射位置確認手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を利用して半田付けを行うことができるレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばプリント基板上への電子部品の実装分野では、電気半田ゴテが広く使用されているが、この電気半田ゴテでは非常に小さな部品の細かい半田付け作業などが困難となる場合がある。また半田付け作業が多くなると、半田のコテ先がだめになり、頻繁に交換しなくてはならず、交換作業が煩雑であった。特に、鉛フリー半田の場合、融点が高いため、コテ先が消耗しやすく、頻繁に交換しなくてはならない。
【０００３】
近年、電子部品への熱的ダメージをなくし、かつ人手による作業に由来する半田付け位置の精度を向上させるために、ビーム状に狭く絞ったレーザ光を半田に照射して、非接触かつ短時間に加熱して半田付けすることができるレーザ加工機が開発が望まれている。
【０００４】
図５は、従来のレーザ加工機の概略図を示す。このレーザ加工機は、ランプハウス１００内に加熱用のレーザ光源１０１と、その加熱用のレーザ光源１０１からのレーザ光を反射して集める役目を果たす反射鏡１０２、１０２ａ、１０２ｂと、この反射鏡１０２、１０２ａ、１０２ｂで反射したレーザ光をハンダ５に集中させるレンズ１０３、１０４とが配置されており、集光したレーザ光が半田１０５に照射される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来のレーザ加工機としては、この他に、例えば特許文献２に記載のものも知られている。このレーザ加工機は、図６に示すように、リード部品２０１を保持して上下する搭載ヘッド２０２と、基板２０３を保持し基板２０３をリード部品２０１に対して位置決めする位置決めステージ２０４と、搭載ヘッド２０２を下降させ基板２０３上にリード部品２０１を搭載した後にリード部品２０１のリード２０５を１本ずつ基板２０３上の電極に押さえ付けるボンディングツール２０７と、リード２０５にレーザ光を照射する複数のレーザヘッド２０８と、ボンディングツール２０７及びレーザヘッド２０８が固定された上下動可能なスライドテーブル２１０と、レーザ光源２１１と、レーザ光源２１１により発振されたレーザ光をレーザヘッド２０８に導入する光ファイバ２０９と、全体の動作を制御する制御部２１２とで構成される。
【０００６】
このレーザ加工機では、制御部２１２の指示によりレーザ光源２１１内で励起されたレーザ光がレーザヘッド２０８からリード２０５へ照射され、電極上に予め塗布された半田等によりリード２０５が電極に半田付けされる。
【特許文献１】特開平９−１６８８６０号公報（図１）
【特許文献２】特開平８−１７２２６１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１、２に記載のようなレーザ加工機は、一般に、装置がいずれも大型で、設置場所を自由に変更することが困難な据え置き型であるので、所定の定められた作業場所でしか半田付け作業を行うことができない。さらに、これらのレーザなどを用いた半田付け装置は、安全性の観点から、つまり外部へのレーザ光の漏れを招く虞があるなどの関係で、日本工業規格（ＪＩＳ）における「レーザ製品の安全基準」（C6802）の「クラス分け」により、クラス３Ｂ〜４を満たすことが要求されている。
【０００８】
本発明の目的は、手軽に持ち運んで簡便に作業を行うことができるとともに、レーザ光が外部に漏れるのを防止できる、安全性の高いレーザ加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明にかかるレーザ加工機は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を集光させて照射する集光レンズとを備えたレーザ加工機であって、前記集光レンズは、ケーシングに収容されているとともに、前記ケーシングは、レーザ光の遮蔽可能な保護カバーを有し、前記保護カバーが加工対象物の近傍に設けた被接触物に接触したことを検知する接触検知手段を備えていることにある。これにより、レーザ加工機が加工対象物に接触したことを確実に知ることができる。また、レーザ光が外部に漏れ出すのを保護カバーで防止できるので、安全性の高いレーザ加工機を実現できる。
【００１０】
また、本発明にかかるレーザ加工機は、前記レーザ光源から出射するレーザ光を前記集光レンズまで導光させるための導光手段を備えていることが望ましい。これにより、レーザ光源側を、例えば商用電源近くの別の場所に設置しておくことができるので、ケーシングには集光レンズを収納するだけで済み、さらにケーシングの小型化が可能になる。
【００１１】
また、本発明にかかるレーザ加工機は、前記保護カバーは、先端面に前記接触検知手段を備え、前記保護カバーの先端面が前記被接触物に接触した信号を受けて前記レーザ光が出射されることが望ましい。これにより、予期せぬ状況でレーザ光が出射してしまうのを確実に回避できるようになり、安全性が一層高まる。
【００１２】
また、本発明にかかるレーザ加工機は、前記保護カバーの先端面には、前記被接触物の凸部に対応する凹部を有するとともに、前記凹部には、前記接触検知手段が設置されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明にかかるレーザ加工機は、前記保護カバーの長さは、前記集光レンズの焦点距離と略同一であることが望ましい。これにより、焦点距離の調整が容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明にかかるレーザ加工機は、前記対象物へのレーザ光の照射位置を把握するための照射位置確認手段を備えていることが望ましい。これにより、例えば照射位置確認手段をＣＣＤなどで構成すれば、保護カバー内部のレーザ光を照射する対象物を、画像などで確認することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ加工機が加工対象物に接触したことを確実に知ることができるとともに、レーザ光が外部に漏れるのを防止することができ、より安全なレーザ加工機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工機を示すものである。このレーザ加工機１は、例えば半田を溶融させてリードなどの所望の半田付け部品（半田と半田付け部品を「対象物」とよぶ）を、所定の被半田付け部品（例えば電極など）に半田付けするためのものであり、レーザ光源１１と、集光レンズ１２と、このレーザ光源１１及び集光レンズ１２を収容するケーシング１３と、ケーシング１３の開口した先端部に取り付けたフード１４とを備えている。
【００１７】
レーザ光源１１は、半田を溶融させるための熱源となるレーザ光を出射するものであり、本実施形態ではレーザ光の通過する光路及びなど照射位置を肉眼で確認して安全を図ることができるようにするために、可視光域内の波長(λ)を有するレーザ光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）を用いている。なお、このレーザ光源１１は、一例として、図２に示すように、ケーシング１３の内部に設置した制御部１５によって作動が制御されている。
【００１８】
集光レンズ１２は、レーザ光源１１からのレーザ光を入射すると対象物Ｂに向けてそのレーザ光のビーム径を収斂させて所望部位の半田を溶融させるものであり、本実施形態では、ケーシング１３内部のフード１４を取り付ける先端部側の近傍に設置されている。なお、この集光レンズ１２は、後述するフード１４の長さに影響を及ぼすので、半田付け作業が行い易いような焦点距離のものを考慮して、換言すれば半田付け作業が行い易いようなフードの長さを考慮して決定すればよい。
【００１９】
ケーシング１３は、本実施形態の場合、例えば略円筒状或いは略角筒状などの適宜形状に形成されているが、特に本発明では、レーザ加工機をハンディタイプとして使用できるようにするため、作業者が手（例えば、片手）などで把持可能な外径及び長さ及び重量となっている。また、このケーシング１３は、レーザ光源１１から出射するレーザ光がこのケーシング１３から外部へ漏れ出すのを防止できるような適宜の遮光率を有する遮光材料で形成されている。
【００２０】
フード１４は、保護カバーを構成するものであり、ケーシング１３の先端部に固着されているとともに、レーザ光の進行する先端側の方が拡開して広がった略スカート状に形成されており、フード１４の先端が後述する被接触物Ｃに対して安定した状態で当接できる。このフード１４は、図１に示すように、基端部から先端部までの長さ（Ｈ）が、集光レンズ１２の焦点距離（ｆ）とほぼ同等の長さを有しており、先端を対象物Ｂの近傍付近に接触させたときに、集光レンズ１２からのレーザ光がちょうど集光された焦点位置付近と対象物Ｂとの位置がほぼ一致するようになっている。
【００２１】
また、このフード１４は、前述したように、レーザ光がどこに照射されているかを（或はレーザ光の出射状況を）目視で確認できるようにするため、透明又は半透明な適宜の部材で形成されている。
【００２２】
本実施形態のフード１４には、図３（Ａ）に示すように、対象物Ｂの近傍の被接触物Ｃ、例えばプリント基板などに接触したことを検知する接触検知手段１６を先端に備えている。この接触検知手段１６は、レーザ光源１１のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ手段としての機能を有しており、この接触検知手段１６が被接触物Ｃに接触したことを検知した信号を受けている間、レーザ光源１１が作動してレーザ光が出射される。本実施形態では、この接触検知手段１６が、一例として、圧電素子で構成されており、この圧電素子の出力が制御部の入力に接続されている。これにより、対象物Ｂをフード１４で覆った状態でないときに、例えば、フード１４が空中など向けられるなど、予期せぬ状況のときに、レーザ光が照射されることが防止でき、安全性が向上する。
なお、本発明では、例えば図３（Ｂ）に示すように、フード１４の先端に被接触物Ｃの凸部Ｃ１に嵌合する凹部１４Ａを有するとともに、その凹部１４Ａに発光部１６Ａ及びこの発光部１６Ａからの光を受光する受光部１６Ｂで構成する接触検知手段１６を設置してもよい。
【００２３】
制御部１５は、レーザ光源１１の作動を制御するものであり、前述したように、接触検知手段１６からの検知信号が入力したときにのみ、レーザ光源１１の作動を開始させる。
【００２４】
次に、本実施形態に係るレーザ加工機１の作用について説明する。
初めに、半田付けしたい対象物Ｂの近傍を取り囲むような状態でフード１４を被接触物Ｃに当接させる。すると、接触検知手段１６の圧電素子から検知信号が出力する。これにより、制御部１５では、検知信号を入力することで、レーザ光の外部への漏れが防止された状態にあるとともに集光レンズ１２と対象物Ｂとの間がほぼ焦点距離にあることを検知する。そして、制御部１５は、制御信号をレーザ光源１１に出力することにより、レーザ光源１１が作動を開始する。これにより、レーザ光が集光レンズ１２で集光されてその対象物Ｂの半田などに照射されて溶融され、半田付け作業が安全に、また確実に行われる。
【００２５】
また、半田付け作業を終了させるには、フード１４を被接触物Ｃから離間（非接触状態に）させればよい。これにより、接触検知手段１６の圧電素子からの検知信号の出力が停止するので、制御部１５からの制御信号の出力が停止するとともに、レーザ光源１１の作動が直ちに停止する。その後、溶融されていた半田が冷却されると、接合相手との間が半田で固着される。
【００２６】
従って、本実施形態に係るレーザ加工機１によれば、フード１４を設けることでレーザ光の外部への漏れを防止できるので、安全性が向上するとともに、安全基準（ＪＩＳにおける「レーザ製品の安全基準」（C6802）のクラス３Ｂ〜４）を満たすことが可能となる。また、本実施形態に係るレーザ加工機１は、半田付け部品や半田などの対象物Ｂを片手で持ちながら、反対側の手でケーシング１３を把持できるので、手作業での修理が可能となり、半田付け作業が手軽に行える。さらに、従来の電気式の半田ゴテと異なり、コテ先を半田に接触させずに半田付け作業を行うことができるので、半田に含まれる成分などがコテ先にこびりつくことなどがなくなり、半田成分などの付着したコテ先の半田除去作業や交換作業などが不要になる。
【００２７】
(第２の実施形態)
次に、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工機について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図４は、本実施形態のレーザ加工機２を示すものであり、このレーザ加工機２は、大略構成として、本体部２Ａと、ヘッド部２Ｂと、この間に配設された光ファイバＦとを備えている。
【００２８】
本体部２Ａは、所定の基台Ｄに据え置いたハウジング２１の内部に、複数のレーザ光源２２と、これらのレーザ光源２２からのレーザ光をそれぞれ入射する光ファイバ２３と、これらの光ファイバ２３を結合するカプラ２４と、このカプラ２４に基端部を接続した前述の光ファイバＦ（余長部分）とを備えている。
【００２９】
レーザ光源２２は、パワー（出力）の異なる２種類のレーザ、つまり第１半導体レーザ（ＬＤ）２２Ａ及び第２半導体レーザ（ＬＤ）２２Ｂを設置しており、例えば半田での接合対象となる対象物Ｂの条件に応じて、半導体レーザ（ＬＤ）を切り替えて使い分けることができるようになっている。第１半導体レーザ２２Ａは、一例として、低パワーのものであって、エネルギー的に小さな赤色（長波長；λＡ）のレーザ光を出射する。一方、第２半導体レーザ２２Ｂは、一例として、高パワーのものであって、エネルギーが大きな青色（短波長；λＢ）のレーザ光を出射する。
なお、第１半導体レーザ（ＬＤ）２２Ａ及び第２半導体レーザ（ＬＤ）２２Ｂは、図示外の制御部でその動作が制御されているとともに、図示外のスイッチなどの切替手段の操作で、どちらの半導体レーザ（ＬＤ）を作動させるかを使用者が適宜選択できるようになっている。
【００３０】
カプラ２４は、第１半導体２２Ａ及び第２半導体レーザ２２Ｂのいずれかから出射し、光ファイバ２３を介して伝送されるいずれかのレーザ光を、同じ光ファイバＦへ送り込むものである。
【００３１】
ヘッド部２Ｂは、使用者が手で把持して自由に使用する際の使い勝手を考慮し、必要最小限の光学部品である集光レンズ１２だけを収納させたケーシング１３を備えている。このケーシング１３には、第１の実施形態と同様、先端部に保護カバーを構成するフード１４を設けてある。また、このケーシング１３には、図示しないが、第１の実施形態と同様、フード１４の先端部に接触検知手段１６が備えてある。
【００３２】
光ファイバＦは、本体部２Ａ内部のレーザ光源２２から出射のレーザ光を、ケーシング１３内部の集光レンズ１２まで伝送させるものである。この光ファイバＦは、ヘッド部２Ｂを、本体部２Ａのハウジング２１からある程度の範囲内で自由に移動させて使用できるようにするため、前述したように、ある程度の長さの余長を有してある。
【００３３】
従って、本実施形態によれば、半田付けする対象物Ｂの大きさなどに応じて、第１半導体レーザ（ＬＤ）２２Ａ及び第２半導体レーザ（ＬＤ）２２Ｂを切り替えて使用することができる。その結果、ハンディタイプのレーザ加工機でありながら、半田付けする対象物Ｂが小型のものだけでなく、ある程度大型のものにも対応でき、半田付けする対象物の適用範囲が拡大する。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【００３５】
例えば、第２の実施形態の本体部２Ａに設置するレーザ光源には、高出力のレーザ加工機を実現させるために、一方のレーザ光源として、第２半導体レーザ２２Ｂよりも短波長の光(主レーザ光)を出射する高出力のレーザ光源、つまり、青色よりもさらに短波長（換言すれば、可視光域外の近紫外光など）を出射するレーザ光源を用い、他方のレーザ光源には、目に見えない主レーザ光の照射位置を確認するための照射位置確認手段として、長波長のレーザ光、つまり肉眼で確認し易い色（可視光域内の波長）のガイド光(補助レーザ光)を出射する低出力の半導体レーザなどを用いてもよい。その場合、保護カバーであるフード１４としては、補助レーザ光のみが透過できるようにするため、主レーザ光よりも補助レーザ光の方が遮光率の小さな（換言すれば、透過率の大きな）材料を用いて形成するのが好ましい。なお、この場合、補助レーザ光は、主レーザ光と同一光路を辿って同一対象物の同一照射位置へ照射される。
【００３６】
このように構成すれば、一方のレーザ光源からの主レーザ光は可視光域外のために肉眼では確認できないが、同時出射させる他方の半導体レーザからの補助レーザ光をガイドとして、つまり、フード１４の外から肉眼で補助レーザ光を確認しながら、主レーザ光の照射位置を確認できる。従って、高エネルギーのレーザ光による対象物Ｂの半田付け作業を安全に、しかも、確実に行うことができる。
【００３７】
また、例えば、対象物Ｂへのレーザ光の照射位置などを把握するために、第１、第２の実施形態の保護カバーであるフード１４の内周面の一部又はケーシング１３の先端部の集光レンズを避けた部分にＣＣＤ及びイメージファイバなどのモニタ機構を付設し、このモニタ機構で撮影した画像をケーシング１３外部などに設けたモニタなどで確認するようにしてもよい。その場合には、フード１４は外部から内部の様子が肉眼で確認できない不透明なものでよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のレーザ加工機は、小型化が可能であるので、手軽に持ち運んで簡便に半田付け作業を行うことができるとともに、レーザ光が外部に漏れるのを防止できるので安全基準を満たすことも可能となり、安全性の高いハンディタイプのレーザ加工機等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】(Ａ)は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工機の接触検知手段の具体的な構成を示す断面図、(Ｂ)はその接触検知手段の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工機を示す概略構成図である。
【図５】従来のレーザ加工機を示す概略構成図である。
【図６】従来の他のレーザ加工機を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、２  レーザ加工機
１１  レーザ光源（半導体レーザ）
１２  集光レンズ
１３  ケーシング
１４  フード（保護カバー）
１４Ａ  凹部
１５  制御部
１６  接触検知手段
１６Ａ  発光部
１６Ｂ  受光部
２Ａ  本体部
２Ｂ  ヘッド部
２１  ハウジング
２２  レーザ光源
２３  光ファイバ
２４  カプラ
ｆ  （集光レンズの）焦点距離
Ｂ  対象物
Ｃ  被接触物
Ｆ  光ファイバ
Ｈ  フードの長さ
【図１】
2008155246.tif 000003
【図２】
2008155246.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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