特許 6285154 レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6285154

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/005 20060101AFI20180215BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20180215BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20180215BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20180215BHJP

   B23K 101/42 20060101ALN20180215BHJP

【ＦＩ】

   B23K1/005 A

   B23K1/005 C

   B23K1/00 A

   B23K26/00 H

   B23K26/00 N

   B23K26/03

   B23K101:42

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-235835(P2013-235835)

(22)【出願日】2013年11月14日

(65)【公開番号】特開2015-93317(P2015-93317A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月13日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000161367

【氏名又は名称】株式会社アマダミヤチ

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(74)【代理人】

【識別番号】100169225

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 明

(72)【発明者】

【氏名】三浦 栄朗

(72)【発明者】

【氏名】澤井 康男

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０９８４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２２０１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１６１１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−００８０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２３６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０７８６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３８２７７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１０９７４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２１８３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １／００５

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ １０１／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器から発振されたレーザ光により溶加材を溶融させてワークを溶接するレーザ溶接方法において、
前記レーザ光をオンして当該レーザ光により前記溶加材を加熱する第１溶接ステップと、
視軸が前記レーザ光の光軸と同軸となるように設けられた放射温度計により前記レーザ光にて加熱された前記溶加材の温度を測定する第２溶接ステップと、
前記放射温度計の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時に前記レーザ光をオフする第３溶接ステップと、
前記第３溶接ステップの後、前記測定温度が前記オフ制御温度以下に低下してから前記レーザ光を再度オンして前記測定温度が前記オフ制御温度に到達した時に前記レーザ光をオフする制御を、所定時間繰り返す第４溶接ステップと、を行い、
前記第４溶接ステップでは、前記レーザ光のオンオフによる前記測定温度の変動幅が所定幅以上となるように、前記レーザ発振器にオン信号が入力されてから前記レーザ光が発振されるまでのディレイ時間、前記レーザ光の立上り速度及び前記レーザ光の立下り速度を調整する、
ことを特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項2】

請求項１記載のレーザ溶接方法において、
前記第４溶接ステップでは、前記変動幅の下限値が前記溶加材の融点以上となるように前記ディレイ時間及び前記立上り速度を調整する、
ことを特徴とするレーザ溶接方法。

【請求項3】

レーザ発振器から発振されたレーザ光により溶加材を溶融させてワークを溶接するレーザ溶接システムにおいて、
前記レーザ光により加熱された前記溶加材の温度を測定する放射温度計と、
前記放射温度計の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時に前記レーザ発振器を制御して前記レーザ光をオフするレーザ制御部と、を備え、
前記放射温度計は、当該放射温度計の視軸が前記レーザ光の光軸と同軸となるように設けられ、
前記レーザ制御部は、前記測定温度が前記オフ制御温度に初めて到達して前記レーザ光がオフされた後、前記測定温度が前記オフ制御温度以下に低下してから前記レーザ光を再度オンして前記測定温度が前記オフ制御温度に到達した時に前記レーザ光をオフする制御を、所定時間繰り返し、前記レーザ光のオンオフによる前記測定温度の変動幅が所定幅以上となるように、前記レーザ発振器にオン信号が入力されてから前記レーザ光が発振されるまでのディレイ時間、前記レーザ光の立上り速度及び前記レーザ光の立下り速度を調整する、
ことを特徴とするレーザ溶接システム。

【請求項4】

請求項３記載のレーザ溶接システムにおいて、
前記レーザ制御部は、前記変動幅の下限値が前記溶加材の融点以上となるように、前記ディレイ時間及び前記立上り速度を調整する、
ことを特徴とするレーザ溶接システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光により溶加材を溶融させてワークを溶接するレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ溶接は、例えば、熱交換器の冷却フィンや宝飾品の微小部品等のろう付けに用いられており、近年では、プリント配線板への電子部品の半田付けに対しての適用が検討されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、レーザ半田付けにおいて、レーザ光が照射された電極の温度を赤外線センサによりリアルタイム計測し、その計測結果に基づいてレーザ光の出力を変化させて前記電極を最適温度に保持することにより、基板の炭化や電極剥離等の不良を防止する技術的思想が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２６００９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、レーザ半田付けにおいて、レーザ半田付けの高速化（溶接時間の短縮化）が望まれている。このような高速でのレーザ半田付けにより良好な半田品質を得るためには、溶接中の半田温度を管理することが重要である。

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１のような従来技術は、基板の炭化等の不良を防止するために電極温度を計測しているので、溶接中の半田温度を管理するものではない。すなわち、レーザ半田付けを高速化すると、溶接中の半田温度と電極温度とは一致しないため、特許文献１のように半田温度ではなく電極温度を測定するのでは溶接中の半田温度を管理することはできない。

【0007】

ここで、特許文献１のような従来技術において溶接中の半田温度を計測すると、当該半田温度が最適温度となるようにレーザ光の出力が高速でフィードバック制御される。そうすると、溶接中の半田温度が大きくハンチングして望ましくない温度まで上昇してしまうことがある。

【0008】

また、溶接中の半田は溶融してその形状が変化するため、当該半田から放射される赤外線の光量にはバラツキがあると考えられる。そして、このような赤外線に基づいて半田温度を計測してレーザ光の出力を高速でフィードバック制御した場合、当該赤外線の光量のバラツキがフィードバック制御に反映され易いので、溶接中の半田温度を管理することは容易でない。

【0009】

なお、上述した課題は、レーザろう付け等のように溶加材を用いてワークを溶接するレーザ溶接においても発生し得る。

【0010】

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、レーザ溶接の高速化を図ることができると共に溶接中の溶加材の温度を管理して良好な溶接品質を得ることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係るレーザ溶接方法は、レーザ発振器から発振されたレーザ光により溶加材を溶融させてワークを溶接するレーザ溶接方法において、前記レーザ光をオンして当該レーザ光により前記溶加材を加熱する第１溶接ステップと、視軸が前記レーザ光の光軸と同軸となるように設けられた放射温度計により前記レーザ光にて加熱された前記溶加材の温度を測定する第２溶接ステップと、前記放射温度計の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時に前記レーザ光をオフする第３溶接ステップと、前記第３溶接ステップの後、前記測定温度が前記オフ制御温度以下に低下してから前記レーザ光を再度オンして前記レーザ光がオンされてから前記測定温度が前記オフ制御温度に到達した時に前記レーザ光をオフする制御を、所定時間繰り返す第４溶接ステップとを行い、前記第４溶接ステップでは、前記レーザ光のオンオフによる前記測定温度の変動幅が所定幅以上となるように、前記レーザ発振器にオン信号が入力されてから前記レーザ光が発振されるまでのディレイ時間、前記レーザ光の立上り速度及び前記レーザ光の立下り速度を調整することを特徴とする。

【0012】

本発明に係るレーザ溶接方法によれば、放射温度計による溶加材の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時にレーザ光をオフするので、溶接中の溶加材の温度を管理することができる。すなわち、レーザ溶接を高速化した場合であっても、溶加材が望ましくない温度まで上昇することを抑えることができる。これにより、レーザ溶接の高速化を図ることができると共に溶接中の溶加材の温度を管理して良好な溶接品質を得ることができる。また、放射温度計の視軸とレーザ光の光軸とが同軸であるため、溶加材にレーザ光が照射された状態で当該溶加材の温度を容易且つ確実に測定することができる。また、所定のオフ制御温度においてレーザ光のオフを繰り返し行うことにより、第４溶接ステップで溶加材への入熱量を調整することができるので、溶加材を適切な温度に管理することができる。さらに、レーザ光のオンオフによる測定温度の変動幅が所定幅以上となるため、溶加材を流動（対流）させて濡れ拡がり易くさせることができる。また、溶加材を流動させることにより、溶融した溶加材中の気泡（ブローホール）を効果的に減少させることができる。さらに、ディレイ時間、立上り速度及び立下り速度を調整するので、簡易な制御で前記測定温度の変動幅を所定値以上にすることができる。

【0021】

上記のレーザ溶接方法において、前記第４溶接ステップでは、前記変動幅の下限値が前記溶加材の融点以上となるように、前記ディレイ時間及び前記立上り速度を調整してもよい。

【0022】

このような方法によれば、溶加材をさらに濡れ拡がり易くさせることができると共に簡易な制御で前記変動幅の下限値を溶加材の融点以上にすることができる。

【0027】

本発明に係るレーザ溶接システムは、レーザ発振器から発振されたレーザ光により溶加材を溶融させてワークを溶接するレーザ溶接システムにおいて、前記レーザ光により加熱された前記溶加材の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時に前記レーザ発振器を制御して前記レーザ光をオフするレーザ制御部と、を備え、前記放射温度計は、当該放射温度計の視軸が前記レーザ光の光軸と同軸となるように設けられ、前記レーザ制御部は、前記測定温度が前記オフ制御温度に初めて到達して前記レーザ光がオフされた後、前記測定温度が前記オフ制御温度以下に低下してから前記レーザ光を再度オンして前記測定温度が前記オフ制御温度に到達した時に前記レーザ光をオフする制御を、所定時間繰り返し、前記レーザ光のオンオフによる前記測定温度の変動幅が所定幅以上となるように、前記レーザ発振器にオン信号が入力されてから前記レーザ光が発振されるまでのディレイ時間、前記レーザ光の立上り速度及び前記レーザ光の立下り速度を調整することを特徴とする。

【0028】

上記レーザ溶接システムにおいて、前記レーザ制御部は、前記変動幅の下限値が前記溶加材の融点以上となるように、前記ディレイ時間及び前記立上り速度を調整してもよい。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、放射温度計による溶加材の測定温度がオフ制御温度に初めて到達した時にレーザ光をオフするので、レーザ溶接の高速化を図ることができると共に溶接中の溶加材の温度を管理して良好な溶接品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接システムを示したブロック図である。

【図2】ディレイ時間、立上り速度及び立下り速度の説明図である。

【図3】第１実施形態に係るレーザ溶接方法を説明するための第１のフローチャートである。

【図4】当該レーザ溶接方法を説明するための第２のフローチャートである。

【図5】図５Ａは第１実施形態に係るレーザ溶接の第１の状態を示す平面説明図であり、図５Ｂは当該レーザ溶接の第２の状態を示す平面説明図であり、図５Ｃは当該レーザ溶接の第３の状態を示す平面説明図である。

【図6】当該レーザ溶接におけるレーザ出力の時間変化と半田測定温度の時間変化との関係を示すグラフである。

【図7】本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接システムを示したブロック図である。

【図8】第２実施形態に係るレーザ溶接方法を説明するためのフローチャートである。

【図9】第２実施形態に係るレーザ溶接におけるレーザ出力の時間変化と半田測定温度の時間変化との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

【0032】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ａは、レーザ光Ｌにより溶加材としての半田Ｓを溶融させて複数のワークを溶接するレーザ半田付けシステムとして構成されている。本実施形態では、レーザ溶接システム１０Ａを用いてスルーホール実装を行う例について説明するが、レーザ溶接システム１０Ａを用いて表面実装を行うことも当然可能である。

【0033】

本実施形態において、複数のワークとして、スルーホール２００の外周側に円環状のランド２０２が設けられたプリント配線板２０４と、スルーホール２００に挿入されるリード端子（電極）２０６を有する電子部品２０８とが用いられる。すなわち、レーザ溶接システム１０Ａは、リード端子２０６をランド２０２に対して半田付けするものである。

【0034】

レーザ溶接システム１０Ａは、プリント配線板２０４及び電子部品２０８を支持するステージ１２と、プリント配線板２０４に向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ装置１４と、半田Ｓ（糸半田）をランド２０２に供給するための半田供給装置１６と、制御部１８とを備える。

【0035】

ステージ１２は、レーザ装置１４を構成する後述する出射ユニット２４に対してプリント配線板２０４を水平方向に移動させるための図示しない駆動機構と、プリント配線板２０４を支持しながら傾動させるための図示しない傾動機構とを有している。これにより、プリント配線板２０４を出射ユニット２４に対して容易に位置決め（位置補正）することができる。

【0036】

レーザ装置１４は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌを伝送する光ファイバ２２と、光ファイバ２２から出射されたレーザ光Ｌをプリント配線板２０４に向けて出射する出射ユニット２４とを有している。

【0037】

レーザ発振器２０は、ＬＤ電源と、ＬＤ電源の駆動電流に基づいて所定波長のレーザ光Ｌを発振するＬＤとを有する。ＬＤ電源は、制御部１８からのレーザ制御信号に基づいて駆動電流をＬＤに供給する。ＬＤは、ＬＤ電源から供給された駆動電流に対応した出力のレーザ光Ｌを発振する。本実施形態において、ＬＤは、９１５ｎｍの波長のレーザ光Ｌを発振する。また、ＬＤは、いわゆるＦＣ−ＬＤ（ファイバーカップリングレーザダイオード）として構成することができる。ただし、レーザ発振器２０は、上記の構成に限定されることなく、種々の構成を採用することができる。

【0038】

出射ユニット２４は、光ファイバ２２から出射されてコリメートレンズ２６で平行化されたレーザ光Ｌをプリント配線板２０４に向けて反射するミラー２８と、ミラー２８で反射したレーザ光Ｌを集光する集光レンズ３０と、集光レンズ３０を保護するための保護ガラス３２とを含む。

【0039】

ミラー２８は、レーザ光Ｌを反射すると共にレーザ光Ｌの波長とは異なる波長の光を透過する。ミラー２８は、例えば、可視光ＶＬ及び所定領域の赤外光ＩＬを透過する汎用の誘電体多層膜ミラーとして構成することができる。具体的には、ミラー２８は、１８００ｎｍ〜２３００ｎｍの赤外領域の波長を有する赤外光ＩＬを透過可能となっている。

【0040】

また、出射ユニット２４は、ミラー３４、集光レンズ３６、撮像ユニット３８、集光レンズ４０、放射温度計４２をさらに有している。ミラー３４は、プリント配線板２０４、電子部品２０８及び半田Ｓ（以下、ワーク等ということがある。）から導かれてミラー３４を透過した可視光ＶＬを反射する一方でワーク等から導かれてミラー３４を透過した赤外光ＩＬを透過する。

【0041】

集光レンズ３６は、ミラー３４で反射された可視光ＶＬを撮像ユニット３８に集光する。撮像ユニット３８は、集光レンズ３６で集光された可視光ＶＬを受光してワーク等を撮像する。撮像ユニット３８で撮像された情報（画像）は、制御部１８に出力される。なお、前記画像は、図示しない表示部に表示させるようにしてもよい。撮像ユニット３８としては、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。

【0042】

集光レンズ４０は、ミラー３４を透過した赤外光ＩＬを集光する。放射温度計４２は、集光レンズ４０で集光された赤外光ＩＬを受光してランド２０２又は半田Ｓの温度を測定する。放射温度計４２としては、例えば、赤外線温度センサを用いることができる。

【0043】

このように構成される出射ユニット２４において、撮像ユニット３８及び放射温度計４２は、各視軸がランド２０２又は半田Ｓに照射されるレーザ光Ｌの光軸と同軸になっている。これにより、撮像ユニット３８を用いて溶接中の半田Ｓの状態を容易且つ確実に撮像することができると共に、放射温度計４２を用いて溶接中の半田Ｓの温度を容易且つ確実に測定することができる。

【0044】

制御部１８は、撮像ユニット３８及び放射温度計４２を駆動制御する。また、制御部１８は、記憶部４４、温度判定部４６、レーザ制御部４８及び半田供給制御部５０を有している。

【0045】

記憶部４４には、例えば、オフ制御温度Ｔｏｆｆ及びオン制御温度Ｔｏｎ等が記憶されている。オフ制御温度Ｔｏｆｆ及びオン制御温度Ｔｏｎの各々は、半田Ｓの融点Ｔｍから半田付け上限温度（良好な半田Ｓを行うことができない望ましくない上限温度）Ｔｌまでの間の温度に設定される（図６参照）。換言すれば、オフ制御温度Ｔｏｆｆは、レーザ光Ｌをオフする際に半田温度が半田付け上限温度Ｔｌに到達しないような温度に設定され、オン制御温度Ｔｏｎは、レーザ光Ｌをオンする際に半田温度が半田Ｓの融点Ｔｍ以上に維持されるような温度に設定される。

【0046】

本実施形態では、オフ制御温度Ｔｏｆｆは、オン制御温度Ｔｏｎよりも高い温度に設定されている。この場合、レーザ光Ｌのオンオフによる半田測定温度Ｔの変動幅ΔＴを比較的大きくすることができる。なお、オフ制御温度Ｔｏｆｆは、オン制御温度Ｔｏｎと同じ温度又はオン制御温度Ｔｏｎよりも低い温度に設定してもよい。

【0047】

温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したか否かを判定する。また、温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎ以下に低下したか否かを判定する。

【0048】

レーザ制御部４８は、温度判定部４６の判定結果に基づいてレーザ発振器２０に所定のレーザ制御信号（オン信号又はオフ信号）を出力することによりレーザ光Ｌをオンオフする。また、レーザ制御部４８は、半田測定温度Ｔに基づいて、オン信号がレーザ発振器２０に入力されてからレーザ光Ｌが出力されるまでのディレイ時間（遅れ時間）ｔｄ、レーザ光Ｌの立上り速度Ｖａ及びレーザ光Ｌの立下り速度Ｖｂを調整する調整信号をレーザ発振器２０に出力する（図２参照）。

【0049】

半田供給制御部５０は、半田供給装置１６を制御して半田Ｓの供給及び停止を行う。

【0050】

本実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、当該レーザ溶接システム１０Ａを用いたレーザ溶接方法（レーザ半田付け方法）について図３〜図６を参照しながら説明する。なお、図６では、放射温度計４２による半田測定温度Ｔを細線で表示し、レーザ出力を太線で表示している。後述する図９についても同様である。また、初期状態において、プリント配線板２０４がステージ１２に配置された状態で電子部品２０８のリード端子２０６がスルーホール２００に挿通されている。

【0051】

先ず、半田付けを行うプリント配線板２０４と出射ユニット２４との位置決めを行う（図３のステップＳ１）。すなわち、ステージ１２を移動又は傾動させることにより、レーザ光Ｌの照射位置をプリント配線板２０４のランド２０２に位置決めする。

【0052】

続いて、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオンすると共に半田Ｓの供給を開始する（ステップＳ２：第１溶接ステップ）。すなわち、レーザ制御部４８は、オン信号をレーザ発振器２０に出力する。レーザ発振器２０にオン信号が入力されると、ＬＤ電源からＬＤに駆動電流が供給されて当該ＬＤから所定出力のレーザ光Ｌが発振される。また同時に、半田供給制御部５０は、半田供給装置１６を駆動制御してランド２０２への半田Ｓの供給を開始する。

【0053】

なお、半田Ｓの供給開始前にランド２０２にレーザ光Ｌを照射し、ランド２０２を予備的に加熱してもよい。こうすれば、ランド２０２に対する半田Ｓの濡れ性を良くすることができる。またこのとき、ランド２０２の温度を放射温度計４２によって測定し、所望の温度に到達した時点で半田Ｓの供給を開始することもできる。

【0054】

レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌは、光ファイバ２２から出射されてコリメートレンズ２６で平行化された後、ミラー２８で反射して集光レンズ３０により供給が開始された半田Ｓに向けて集光照射される（図５Ａ参照）。そして、放射温度計４２は、レーザ光Ｌによって加熱された半田温度を測定する（ステップＳ３：第２溶接ステップ）。

【0055】

レーザ光Ｌが照射された半田Ｓは、溶融してランド２０２の全体に濡れ拡がり始める（図５Ｂ参照）。また、温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達していないと温度判定部４６が判定した場合、ステップＳ４の処理を繰り返し行う。

【0056】

一方、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したと温度判定部４６が判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオフする（ステップＳ５：第３溶接ステップ）。すなわち、レーザ制御部４８は、オフ信号をレーザ発振器２０に出力する。レーザ発振器２０にオフ信号が入力されると、ＬＤ電源からＬＤに供給されていた駆動電流が停止して当該ＬＤからのレーザ光Ｌの発振が停止される。

【0057】

図６から諒解されるように、レーザ光Ｌをオフすると、半田測定温度Ｔは、オフ制御温度Ｔｏｆｆよりも幾らか上昇した後で下降する。しかしながら、本実施形態では、オフ制御温度Ｔｏｆｆを半田付け上限温度Ｔｌよりも適度に低い温度に設定しているので、半田温度が半田付け上限温度Ｔｌまで上昇しない。また、プリント配線板２０４の温度ではなく半田Ｓの温度を放射温度計４２で測定しているので、レーザ半田付けを高速化した場合であっても半田温度が半田付け上限温度Ｔｌまで上昇することが抑えられる。さらに、レーザ制御部４８は、フィードバック制御を行わないので、レーザ半田付けを高速化しても半田温度の過度なハンチングを抑制できる。

【0058】

その後、制御部１８は、半田付け完了条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ６）。本実施形態において、半田付け完了条件とは、レーザ光Ｌによって加熱溶融した半田Ｓがランド２０２の略全体に適度に濡れ拡がった状態をいう（図５Ｃ参照）。また、制御部１８は、当該条件を満たしているか否かを撮像ユニット３８で撮像された画像情報に基づいて行う。

【0059】

半田付け完了条件を満足していると制御部１８が判定した場合、半田供給装置１６は、半田Ｓの供給を停止する（ステップＳ７）。この段階で、今回の半田付けが終了する。

【0060】

半田付け完了条件を満足していないと制御部１８が判定した場合、レーザ制御部４８は、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御を行う（ステップＳ８：第４溶接ステップ）。具体的には、温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎ以下に低下したか否かを判定する（図４のステップＳ９）。半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎよりも高いと温度判定部４６が判定した場合、ステップＳ９の処理を繰り返し行う。

【0061】

半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎ以下に低下したと温度判定部４６が判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオンする（ステップＳ１０）。このとき、レーザ制御部４８は、レーザ光Ｌのオンオフによる半田測定温度Ｔの変動幅ΔＴが所定幅（例えば、１０℃）以上になると共に当該変動幅ΔＴの下限値が半田Ｓの融点Ｔｍ以上になるように、調整信号をレーザ発振器２０に出力してディレイ時間ｔｄ及び立上り速度Ｖａを調整する。

【0062】

図６から諒解されるように、レーザ光Ｌをオンすると、半田測定温度Ｔは、オン制御温度Ｔｏｎよりも幾らか下降した後で上昇する。しかしながら、本実施形態では、オン制御温度Ｔｏｎを半田Ｓの融点Ｔｍよりも適度に高い温度に設定しているので、半田温度が半田Ｓの融点Ｔｍまで下降することはない。

【0063】

続いて、温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達していないと温度判定部４６が判定した場合、ステップＳ１１の処理を繰り返す。

【0064】

一方、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したと温度判定部４６が判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオフする（ステップＳ１２）。このステップＳ１２は、基本的に上述したステップＳ５と同様であるのでその詳細な説明を省略する。このステップＳ１２において、レーザ制御部４８は、レーザ光Ｌのオンオフによる半田測定温度Ｔの変動幅ΔＴが前記所定幅以上になるように、調整信号をレーザ発振器２０に出力して立下り速度Ｖｂを調整する。

【0065】

その後、制御部１８は、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御を開始してから所定制御時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。所定制御時間を経過していないと制御部１８が判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、ステップＳ９以降の処理を再度行う。所定制御時間を経過したと制御部１８が判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御が終了し、図３のステップＳ６以降の処理を行う。

【0066】

本実施形態によれば、放射温度計４２による半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに初めて到達した時にレーザ光Ｌをオフするので、溶接中の半田温度を管理することができる。すなわち、レーザ半田付けを高速化した場合であっても、半田温度が半田付け上限温度Ｔｌまで上昇することを抑えることができる。これにより、レーザ半田付けの高速化を図ることができると共に溶接中の半田温度を管理して良好な半田品質を得ることができる。また、放射温度計４２の視軸とレーザ光Ｌの光軸とが同軸であるため、半田Ｓにレーザ光Ｌが照射された状態で半田温度を容易且つ確実に測定することができる。

【0067】

さらに、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに初めて到達した時にレーザ光Ｌをオフした後（第３溶接ステップの後）、半田付け完了条件が満足していない場合（ステップＳ６：ＮＯ）にレーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御（第４溶接ステップ）を行っている。そして、このレーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、レーザ制御部４８は、半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎ以下に低下してからレーザ光Ｌを再度オンして半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達した時に前記レーザ光Ｌをオフする制御を、所定時間繰り返している。このようにオフ制御温度Ｔｏｆｆにおいてレーザ光Ｌのオフを繰り返し行うことにより、半田Ｓへの入熱量を調整することができるので、半田Ｓを適切な温度に管理することができる。

【0068】

本実施形態では、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、レーザ制御部４８は、レーザ光Ｌがオフされてから半田測定温度Ｔがオン制御温度Ｔｏｎ以下に低下した後でレーザ光Ｌをオンし、レーザ光Ｌがオンされてから半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達した時にレーザ光Ｌをオフしている。これにより、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、半田温度が半田付け上限温度Ｔｌまで上昇することを抑えつつ半田Ｓへの入熱量を高精度に調整することができる。

【0069】

本実施形態において、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御では、レーザ光Ｌのオンオフによる半田測定温度Ｔの変動幅ΔＴが所定幅以上となると共に当該変動幅ΔＴの下限値が半田Ｓの融点Ｔｍ以上になるため、半田Ｓを流動（対流）させて濡れ拡がり易くさせることができる。また、半田Ｓを流動させることにより、溶融した半田Ｓ中の気泡（ブローホール）を効果的に減少させることができる。さらに、ステップＳ１０においてディレイ時間ｔｄ及び立上り速度Ｖａを調整し、ステップＳ１２において立下り速度Ｖｂを調整しているので、簡易な制御で半田測定温度Ｔの変動幅ΔＴを所定値以上にすると共に当該変動幅ΔＴの下限値を半田Ｓの融点Ｔｍ以上にすることができる。

【0070】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ｂ及びレーザ溶接方法について説明する。なお、第２実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ｂにおいて、第１実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ａと同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0071】

図７に示すように、レーザ溶接システム１０Ｂは、制御部５８の構成が上述した制御部１８の構成と異なっている。制御部５８は、カウンタ６０及び時間判定部６２をさらに有している。カウンタ６０は、レーザ光Ｌがオフされてからの時間をカウントする。時間判定部６２は、カウント時間ｔが所定時間ｔａを経過したか否かを判定する。ここで、所定時間ｔａとは、レーザ光Ｌがオフされた時から半田温度が所定温度（第１実施形態のオン制御温度Ｔｏｎに相当する温度）に到達するまでの時間に設定される。

【0072】

本実施形態に係るレーザ溶接システム１０Ｂは、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、当該レーザ溶接システム１０Ｂを用いたレーザ溶接方法（レーザ半田付け方法）について図８及び図９を参照しながら説明する。本実施形態に係るレーザ溶接方法において、上述した第１実施形態に係るレーザ溶接方法と同様のステップについては、その説明を省略する。また、図８におけるステップＳ２１〜ステップＳ２４は、図４におけるステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理に対応しており同様の処理が行われるため、ステップＳ２１〜ステップＳ２４の詳細な説明を省略する。

【0073】

本実施形態のレーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、時間判定部６２は、カウント時間ｔが所定時間ｔａを経過したか否かを判定する（図８のステップＳ２０）。なお、カウント時間ｔは、レーザ光Ｌがオフされてからの経過時間である。そのため、本実施形態では、図３のステップＳ５において、カウンタ６０は、レーザ光Ｌがオフされてからの時間をカウントしている。カウント時間ｔが所定時間ｔａを経過していないと時間判定部６２が判定した場合、ステップＳ２０の処理を繰り返し行う。

【0074】

カウント時間ｔが所定時間ｔａを経過したと時間判定部６２が判定した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオンする（ステップＳ２１）。

【0075】

その後、温度判定部４６は、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したか否かを判定し（ステップＳ２２）、到達していない場合にはステップＳ２２の処理を繰り返し行う。一方、半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達したと判定された場合、レーザ制御部４８は、レーザ発振器２０を制御してレーザ光Ｌをオフする（ステップＳ２３）。

【0076】

その後、制御部１８は、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御を開始してから所定制御時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ２４）、所定制御時間が経過していない場合にはステップＳ２０以降の処理を再度行い、所定制御時間を経過した場合にはレーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御を終了し、図３のステップＳ６以降の処理を行う。

【0077】

本実施形態によれば、第１実施形態で説明した効果と同様の効果を奏する。また、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、レーザ制御部４８は、レーザ光Ｌがオフされてから所定時間ｔａ経過した以後にレーザ光Ｌをオンし、レーザ光Ｌがオンされてから半田測定温度Ｔがオフ制御温度Ｔｏｆｆに到達した時にレーザ光Ｌをオフしている。これにより、レーザ光Ｌの繰り返し温度ストップ制御において、半田温度が半田付け上限温度Ｔｌまで上昇することを抑えつつ簡易な制御で半田Ｓへの入熱量を調整することができる。

【0078】

本発明に係るレーザ溶接システム及びレーザ溶接方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。本発明に係るレーザ溶接システム及びレーザ溶接方法は、クリーム半田を予めランドに設けておいた状態でレーザ半田付けを行ってもよい。また、上述した実施形態では、レーザ半田付けについて説明したが、レーザ光により溶加材としてのろう材を溶融させて複数のワークを溶接するレーザロウ付けについて本発明に係るレーザ溶接システム及びレーザ溶接方法を適用してもよい。

【符号の説明】

【0079】

１０Ａ、１０Ｂ…レーザ溶接システム １４…レーザ装置
１８、５８…制御部 ２０…レーザ発振器
４２…放射温度計 ４６…温度判定部
４８…レーザ制御部 ６０…カウンタ
６２…時間判定部 ２０２…ランド
２０４…プリント配線板 ２０８…電子部品
Ｌ…レーザ光 Ｓ…半田

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】