JPH04113185U - 光加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバを使用した光加熱装置において、
光ファイバやシャッタ板が耐熱温度以上に温度上昇する
ことを防止でき、かつ装置が大型化しないようにする。 【構成】 光ファイバ３の入射端面３１と、入射端面３
１に入射する手前の光路上において光を遮断するための
シャッタ板４１と、このシャッタ板４１を光路上に配置
及び光路上から退避させるためのシャッタ駆動機構４０
とに、冷却風を送って冷却する冷却ファン７を設ける。
また、必要に応じて、光ファイバ３の入射部３２を保持
する入射部ホルダー５には、入射部３２を間隙を持って
保持するとともに、入射部ホルダー５には冷却風が通り
抜けるための通風口５２１，５２２が設けられる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光による輻射加熱を行う光加熱装置のうち、キセノンランプのよう な高輝度高出力の光源を使用し、この光源からの光を光ファイバにより導光させ て照射する光加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光による輻射加熱により物体を加熱することは古くから行われているが、最近 では、産業用プロセスへの応用も多い。 例えば、電子部品のプリント配線基板へのハンダ付けや熱硬化型樹脂の硬化、 さらにプラスチックの溶着など、多岐にわたっている。

【０００３】 光を用いた輻射加熱が好んで用いられるのは、 非接触で加熱できるので、被加熱物の汚損の恐れが無い。 加熱したい部分のみを加熱できる。 制御性が良い。 瞬時のうちに加熱できる。 等の理由からである。

【０００４】 上記光加熱装置には、光源から離れた所望の場所を自由に加熱できることが要 求されており、このような要求から、最近では、光源からの光を集光させて光フ ァイバに入射させ、光ファイバにより導光して照射する光加熱装置が知られてい る。

【０００５】 図３は、光ファイバが使用された従来の光加熱装置の概略説明図である。図３ の光加熱装置は、楕円集光鏡１と、発光部２１が楕円集光鏡１の第一焦点１０の 位置になるように配置された光源２と、入射端面３１が楕円集光鏡１の第二焦点 １５の位置になるように配置された光ファイバ３と、入射端面３１に入射する手 前の光路上において光を遮断するためのシャッタ板４１等により構成される。

【０００６】 図３の光加熱装置は、光源２からの光が楕円集光鏡１により第二焦点１５の位 置に集光され、その第二焦点１５の位置に配置された入射端面３１から光ファイ バ３に入射する。そして、入射した光は、光ファイバ３により導光された後、出 射端面３６から出射され、被加熱物８に照射されて被加熱物８が加熱される。 また、加熱及び加熱停止の制御は、光ファイバ３の入射端面３１の光源側の光 路上にシャッタ板４１を配置したり、光路上から退避させたりすることにより行 われる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記光ファイバを使用した光加熱装置の一つの課題として、光ファイバの耐熱 性があげられる。周知のごとく、石英系の光ファイバでは素線自体の耐熱性はか なり高いものの、素線を束ねるための接着材の耐熱性が一般に低く、上記のよう な光加熱装置用に光ファイバを応用することの障害になっている。

【０００８】 また、光ファイバの入射径は、バンドル全体でもかなり小さく、従って、光フ ァイバに光源からの光を入射させるためにはかなり小さな径に集光しなければな らない。一方、光源は加熱源であるから、極力大出力のものが使用され、結局、 光ファイバの入射端面におけるエネルギー密度は、かなり高いものとならざるを えず、光ファイバの耐熱性以上になってしまう場合が多い。

【０００９】 さらにまた、加熱及び加熱停止の制御は上記のようにシャッタ板を光路に配置 及び退避することにより行われるが、加熱停止中も光源は点灯され、光源からの 光がシャッタ板に照射されるため、シャッタ板に加えられる熱はかなりなものと なる。 従って、加熱効率を重視するあまり大出力の光源を使用すると、シャッタ板の 温度上昇が激しくなり、シャッタ板の変形等の損傷を生ずるおそれがある。

【００１０】 また一方、本願のような産業用の光加熱装置は、工場における既存の生産設備 に追加して配備されることが多いから、装置が大型になるのは好ましくない。

【００１１】 本考案は、上記各課題を考慮してなされたものであり、即ち、光ファイバを使 用した光加熱装置において、光ファイバやシャッタ板が耐熱温度以上に昇温する ことを防止でき、かつ装置が大型化しないようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本願の請求項１の光加熱装置は、楕円集光鏡と、こ の楕円集光鏡の第一焦点の位置に配置される発光部を有する光源と、楕円集光鏡 の第二焦点の位置に配置される入射端面を有する光ファイバと、入射端面の近傍 の光路上に配置されるシャッタ板と、このシャッタ板を光路上に配置及び光路上 から退避させるためのシャッタ駆動機構と、入射端面とシャッタ板とシャッタ駆 動機構とに冷却風を送って冷却する冷却ファンとを具備するものである。

【００１３】 また、本願の請求項２の光加熱装置は、請求項１の光加熱装置において、前記 入射端面を有する光ファイバの入射部を保持する入射部ホルダーが設けられ、こ の入射部ホルダーは光ファイバの入射部を間隙を持って保持するとともに、この 入射部ホルダーには、前記冷却ファンからの冷却風が通り抜けるための通風口が 設けられてなるものである。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を説明する。 図１は、本考案の実施例の光加熱装置の概略を説明するための平面図であり、 図２は、図１の光加熱装置の側面図である。 図１及び図２に示すの光加熱装置は、光軸が水平になるように設けられた椀状 の楕円集光鏡１と、楕円集光鏡１の第一焦点１０の位置に発光部２１が位置する ように設けられた光源２と、入射端面３１を有し、楕円集光鏡１の第二焦点１５ の位置にその入射端面３１が位置するように配置された光ファイバ３と、入射端 面３１に入射する手前の光路上において光を遮断するためのシャッタ板４１と、 このシャッタ板４１を光路上に配置及び光路上から退避させるためのシャッタ駆 動機構４０と、入射端面３１とシャッタ板４１とシャッタ駆動機構４０とを臨む 位置に設けられた冷却ファン７と、光ファイバ３の入射部３２を保持する入射部 ホルダー５と、これらの部材を収納するケーシング６等から構成されている。

【００１５】 楕円集光鏡１は、その前面開口を光ファイバ３の入射端面３１に向けた状態で 集光鏡ホルダー１１により保持されている。この集光鏡ホルダー１１は、ケーシ ング６の内面に固定されている。

【００１６】 光源２としては、本実施例では、可視域から赤外域にかけて強い発光分光分布 を有するキセノンショートアークランプが使用されており、その低下句消費電力 は５００Ｗである。このキセノンショートアークランプは、発光部２１が小さい ため、楕円集光鏡１により第二焦点において極めて小さい光芒に集光することが できる。従って、本実施例のように、光ファイバを使用した光源装置には好適で ある。 このキセノンショートアークランプよりなる光源２は、中央に球面状の膨出部 ２３を有する長尺な管体２２と、膨出部２３の部分の内部で対向して配置された 一対の放電用電極２４と、管体２２の両端に設けられた口金２５，２６より構成 されている。放電用電極２４が対向する空間が放電部即ち発光部２１であり、光 源２は、この発光部２１が楕円集光鏡１の第一焦点１０の位置になるよう配置さ れる。

【００１７】 即ち、光源２は、一方の口金２５がランプホルダー２７に固定されており、膨 出部２３からこのランプホルダー２７に固定された口金２５に延びる管体２２の 部分を、椀状の楕円集光鏡１の底部に設けられた底部開口１２を挿通させるよう にして取り付けている。ランプホルダー２７には、三次元位置調節機構２８が付 設されており、この三次元位置調節機構２８を操作することにより光源２の位置 ひいては発光部２１の位置を三次元的に調節可能になっている。尚、ランプホル ダー２７は、光源２への給電部を有しており、また他方の口金２６には給電用の リード線２９が取り付けられている。

【００１８】 光ファイバ３は、可撓性のあるカバーでバンドルを覆った可撓部３３と、バン ドルの両端を可撓性の無い金具で覆った構造の入射部３２及び出射部３４と、出 射部３４の出射側に連設された出射レンズユニット３５から構成される。

【００１９】 また、上記光源２を臨む位置のケーシング６には、光ファイバ３の入射部３２ をケーシング６に固定するための穴が設けられており、入射部ホルダー５は、こ の光ファイバ用穴に介挿されるようにしてケーシング６に固定されている。 上記光ファイバ３の入射部３２は円柱形をしており、入射部ホルダー５は、こ の円柱形の入射部３２を保持可能なように円筒形をしている。この円筒状の入射 部ホルダー５は、入射部３２の外径にほぼ一致した内径を有し、入射部３２に接 触する接触部５５と、入射部３２の外径より幾分大きな内径を有し、保持の際に 入射部３２との間に間隙が形成される有隙保持部５６と、この有隙保持部５６の 終端で筒を塞ぐように設けられた奥壁５３とから構成される。ケーシング６に固 定されるのは、上記接触部５５の部分であり、有隙保持部５６や奥壁５３はケー シング６内に位置せしめられる。また、有隙保持部５６には、入射部ホルダー５ 内に冷却風が流れるようにするために、上下に通風口５２１，５２２が設けられ ている。尚、奥壁５３には、入射端面３１に光を導き入れるための窓５３１が設 けられている。

【００２０】 また、ケーシング６外に露出した部分の入射部ホルダー５の肉厚部分を貫通す るようにして止めネジ５１が螺合している。円柱形の入射部３２の周面には、上 記光ファイバ３の入射部３２がホルダーに介挿されて入射端面３１が入射部ホル ダー５の奥壁５３に突き当たった際に、上記止めネジ５１の先端が進入して嵌合 可能な止めネジ用凹部３２１が設けられている。 光ファイバ３をこの入射部ホルダー５に保持させる際には、入射部３２を入射 部ホルダー５に挿入して先端の入射端面３１を奥壁５３に当接させる。この状態 で、入射端面３１が楕円集光鏡１の第二焦点１５の位置に位置するように、入射 部ホルダー５が楕円集光鏡１に対して所定の位置関係でケーシング６に固定され ている。従って、入射端面３１を入射部ホルダー５の奥壁５３に当接させておい て、止めネジ５１を回して入射部３２の止めネジ用凹部３２１に嵌合させると、 入射端面３１の光学的位置出しがなされる。即ち、楕円集光鏡１の第二焦点の位 置に保持される。

【００２１】 シャッタ駆動機構４０は、シャッタ板４１を軸支するシャッタ軸４２と、シャ ッタ軸４２を軸にしてシャッタ板４１を光軸に垂直な平面内で揺動させることに よりシャッタ板４１を光路上に配置及び光路上から退避するための第一のロータ リーソレノイド４２とから構成される。そして、シャッタ軸４２や第一のロータ リーソレノイド４３は、ケーシング６に固定された図示しない取付板に取り付け られている。

【００２２】 さらに、本実施例では、被加熱物８の加熱温度を調節するため、シャッタ板４ １とともに減光板４４が設けられている。この減光板４４は、金属板に多数の小 さな光透過口を設けた構造のものであり、シャッタ板４１と同様に、光軸に垂直 な平面内で揺動可能なように配置される。即ち、減光板４４には、減光板４４を 軸支する減光板軸４５と、減光板軸４５を一定角度回転させて減光板４４を揺動 させる第二のロータリーソレノイド４６とが設けられている。

【００２３】 冷却ファン７は、光ファイバ３の入射端面３１やシャッタ板４１の下方の入射 端面３１とシャッタ板４１とシャッタ駆動機構４０とに冷却風を直接送れる位置 に配置されており、ケーシング６の底部６１に固定されている。冷却ファン７は 、本実施例ではケーシング６内に風を送る送風型の軸流ファンであり、従って、 冷却ファン７を固定するケーシング６の底部には、冷却風の流入口６１０が設け られている。一方、ケーシング６の両側部６２のうちの楕円集光鏡１を臨む位置 には、冷却風排出口６２０が設けられている。 従って、冷却ファン７によって、流入口６１０から冷却風がケーシング６内に 流入し、光ファイバ３の入射端面３１，シャッタ板４１，シャッタ軸４２及びロ ータリーソレノイド４３等を冷却する。その際、一部の冷却風が、入射部ホルダ ー５の下方の通風口５２１から入射部ホルダー５内に流入し、入射部３２に沿っ て流れて入射部３２を冷却した後、上方の通風口５２２から流出する。これらの 冷却風は、その後、光源２や楕円集光鏡１を冷却した後、ケーシング６の両側部 ６２の冷却風排出口６２０からケーシング６外に排出される。

【００２４】 尚、上記冷却ファン７を制御する図示しない制御装置が設けられており、光源 １の点灯条件に従い最適な冷却風量になるように冷却ファン７を制御する。

【００２５】 上記構成にかかる光加熱装置においては、使用に際しては、前述のように光フ ァイバ３の入射部３２を入射部ホルダー５に保持させ、入射端面３１を楕円集光 鏡１の第二焦点１５の位置に位置せしめる。 一方、光ファイバ３の出射部３４を、出射レンズユニット３５から出射される 光が、被加熱物８を照射されるような位置に配置する。

【００２６】 そして、まず、前記のように発光部２１が楕円集光鏡１の第一焦点１０の位置 になるように配置された光源２に電力供給して点灯させる。すると、図示しない 制御装置が働いて冷却ファン７が動作を開始し、冷却を始める。 制御装置から処理開始信号が送られない状態では、シャッタ板４１は光路上に 位置したままであり、従って、楕円集光鏡１により集光された光源２からの光は 第二焦点１５の手前のシャッタ板４１を照射している。それ故、シャッタ板４１ がかなり加熱されるが、冷却ファンから送られる冷却風により冷却されて耐熱温 度以上に昇温しないようになっている。

【００２７】 そして、外部信号等により制御装置から処理開始信号が第一のロータリーソレ ノイド４３に送られると、第一のロータリーソレノイド４３が駆動してシャッタ 板４３が光路上から退避する。この結果、楕円集光鏡１により集光された光源２ からの光が入射端面３１から光ファイバ３に入射する。入射した光は、光ファイ バ３により導光された後、出射部３４から出射され、出射レンズユニット３５内 のレンズにより再度集光された後、被加熱物８に照射される。 この状態では、楕円集光鏡１により細く絞られた光が入射端面３１を照射する ので入射端面３１や入射部３２にはかなりの熱が加えられるが、前述のように、 冷却ファン７による冷却により耐熱温度以上に昇温しないようになっている。

【００２８】 加熱温度を調整する必要がある場合には、減光板４４を光路上に配置させて、 被加熱物８表面の照度を調節するようにする。この際も、減光板４４は、光源１ からの光の照射を直接受けることになるが、シャッタ板４１と同様に冷却ファン ７により冷却されるので、耐熱温度以上の昇温を防止することができる。

【００２９】 また、上記実施例において、上記シャッタ板４１や減光板４４の位置は、なる べく入射端面３１に近い位置に配置されることが好ましい。というのは、あまり 入射端面３１から離れると、遮断すべき光の光芒の大きさが大きくなるためシャ ッタ板４１等が大型となってしまい、シャッタ駆動機構４０等も大がかりとなら ざるを得ないからである。また、シャッタ板４１等を入射端面３１に近づけてお けば、冷却ファン７が送風して冷却すべき空間が小さくできるから、冷却ファン ７の大きさも大きくしないで済む。

【００３０】 以上の説明から明かなように、上記実施例においては、ケーシング６外から流 入した冷却風がまず最初に入射端面３１やシャッタ板４１及びシャッタ駆動機構 ４０等を冷却するので、冷却効果が高い。従って、比較的耐熱温度の低い光ファ イバ３の使用やもしくは大出力の光源１を使用した効率の良い加熱処理が可能と なる。

【００３１】 尚、入射端面３１等の冷却手段としては、入射部ホルダー５等に水冷パイプを 付設するなどの構成も考えられるが、配管などの機構が必要になって装置が大型 化する欠点があり、さらにシャッタ板４１などの冷却には不向きである。これに 対し、本実施例のように入射端面３１やシャッタ板４１を臨む位置に設けた冷却 ファン７によれば、上記欠点が無い。

【００３２】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の構成によれば、光ファイバを使用した光加熱装 置において光ファイバやシャッタ板が耐熱温度以上に昇温することを防止でき、 かつ装置が大型化しないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の光加熱装置の概略を説明する
ための平面図である。

【図２】図１の光加熱装置の側面図である。

【図３】光ファイバが使用された従来の光加熱装置の概
略説明図である。

【符号の説明】

１ 楕円集光鏡 １０ 第一焦点 １５ 第二焦点 ２ 光源 ３ 光ファイバ ３１ 入射端面 ４０ シャッタ駆動機構 ４１ シャッタ板 ４４ 減光板 ５ 入射部ホルダー ５２１ 通風口 ５２２ 通風口 ７ 冷却ファン ８ 被加熱物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 61/84 8019−5Ｅ Ｈ０５Ｂ 3/00 ３４５ 8918−3Ｋ Ｈ０５Ｋ 3/34 Ｔ 9154−4Ｅ // Ｂ２９Ｃ 65/14 6122−4Ｆ Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 楕円集光鏡と、この楕円集光鏡の第一焦
   点の位置に配置される発光部を有する光源と、楕円集光
   鏡の第二焦点の位置に配置される入射端面を有する光フ
   ァイバと、入射端面に入射する手前の光路上において光
   を遮断するためのシャッタ板と、このシャッタ板を光路
   上に配置及び光路上から退避させるためのシャッタ駆動
   機構と、入射端面とシャッタ板とシャッタ駆動機構とに
   冷却風を送って冷却する冷却ファンとを具備したことを
   特徴とする光加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１の光加熱装置において、前記入
   射端面を有する光ファイバの入射部を保持する入射部ホ
   ルダーが設けられ、この入射部ホルダーは光ファイバの
   入射部を間隙を持って保持するとともに、この入射部ホ
   ルダーには、前記冷却ファンからの冷却風が通り抜ける
   ための通風口が設けられてなることを特徴とする光加熱
   装置。