JP6670781B2 - 液体除去装置 - Google Patents
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Description
また、液体を完全に蒸発させるようにすると、液体に含まれている成分と、部材あるいは周囲の環境に含まれている成分とが化学反応をおこし、部材の表面に汚れが発生したり、部材の表面が腐食したりするおそれもある。
そのため、液体を除去する際に部材の表面に生じる影響を抑制することができる技術の開発が望まれていた。
前記エネルギー制御部は、複数の透過部を有するマスクと、前記マスクの前記レーザ光の出射側に設けられ、複数のレンズエレメントを有するレンズアレイと、を有し、平面視において、前記複数の透過部の少なくとも1つの中心が、対応するレンズエレメントの中心からズレた位置にある。
図1は、本実施の形態に係る液体除去装置1および封止システム100を例示するための模式図である。
図1に示すように、封止システム100には、液体除去装置1、封止装置11、筐体101、および制御部102が設けられている。
筐体101は、箱状を呈している。筐体101は、外部からのゴミの侵入が抑制できる程度の気密性を有したものとすることができる。なお、筐体101は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。
収納部2は、筐体101の内部に設けられている。収納部2は、箱状を呈している。収納部2は、内部の雰囲気を維持可能な程度の気密性を有したものとすることができる。例えば、部材200の表面に付着した液体201にレーザ光を照射すると、ガスが発生するおそれがある。また、後述する封止装置11により溶接が行われた際にガスが発生するおそれがある。収納部2が設けられていれば、発生したガスが周囲の環境に拡散するのを抑制することができる。この場合、発生したガスを吸引、処理する図示しない換気装置を収納部2に設けることもできる。
また、光学系5は、照射面56におけるエネルギー強度を偏在させるように制御する。なお、エネルギー強度の制御に関する詳細は後述する。
コリメートレンズ51は、レーザ光源4とミラー52との間に設けられている。コリメートレンズ51は、レーザ光源4から出射したレーザ光を平行光にする。
ミラー52は、入射したレーザ光を反射させて、レーザ光の進路を変更する。なお、ミラー52は必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。
コンデンサレンズ55は、レンズアレイ54のレーザ光の出射側に設けられている。
本実施の形態においては、マスク53、レンズアレイ54、およびコンデンサレンズ55が、エネルギー制御部57となる。エネルギー制御部57は、レーザ光源4から出射したレーザ光を複数のレーザ光に分割し、液体201が付着している照射位置において、分割された複数のレーザ光の一部を重ねることで照射面56におけるエネルギー強度を偏在させる。
図2(a)、(b)は、マスク53、レンズアレイ54、およびコンデンサレンズ55の作用を例示するための模式図である。なお、図2(a)は複数のミラー52を用いてレーザ光をマスク53に導く場合である。図2(b)は複数の光ファイバ58を用いてレーザ光をマスク53に導く場合である。
図3は、透過部53aとレンズエレメント54aとの位置関係を例示するための模式平面図である。
なお、図2(a)、(b)、および図3中の矢印X、Yは、互いに直交する方向を表している。
前述したように、一対の透過部53aとレンズエレメント54aとにおける相対的な位置関係を変えることで、照射面56におけるレーザ光の照射位置を変えることができる。そのため、照射面56における第1の領域56aと、第2の領域56bの位置を適宜変更することができる。
レーザ光の照射位置を変えることで、エネルギー強度が異なる複数の領域を形成することができる。
なお、図4(a)〜(c)においては、説明のために、1つのレンズエレメント54aを介して照射されたレーザ光の照射領域56cを四角形で表している。
図4(b)に示すように、2つの照射領域56cを重ねるようにすれば、エネルギー強度はほぼ2倍になる。この場合、2つの照射領域56cを重ねることで第1の領域56aが形成される。照射領域56cを重ねない部分が第2の領域56bとなる。
例えば、図4(c)に示すように、2つの照射領域56cを重ねることで領域56a1を形成し、4つの照射領域56cを重ねることで領域56a2を形成することができる。領域56a1におけるエネルギー強度は、照射領域56cにおけるエネルギー強度のほぼ2倍になる。領域56a2におけるエネルギー強度は、照射領域56cにおけるエネルギー強度のほぼ4倍になる。
なお、各領域の配置、数、大きさ、エネルギー強度なども適宜変更することができる。
図5(a)、(b)は、エネルギー強度が異なる複数の領域を形成した場合の効果について例示するための模式図である。
なお、図5(a)、(b)においては、一例として、部材200の表面に付着した液体201を液滴としている。
また、第1の領域56aと、第1の領域56aよりもエネルギー強度が低い第2の領域56bが照射面56に形成されるものとしている。
この場合、第1の領域56aの温度が第2の領域56bの温度よりも高くなるので、第1の領域56aの上にある液体201が先に浮上する。そのため、浮上した液体201は、第1の領域56aから遠ざかる方向に排出されやすくなる。すなわち、液体201の排出方向を制御することが可能となる。
そのため、液体201が液滴である場合には、液滴の平面寸法よりも大きな照射面56が形成されるようにすることが好ましい。すなわち、平面視において、液滴全体にレーザ光が照射されるようにすることが好ましい。液滴全体にレーザ光が照射されれば、液滴と部材200の表面との界面の全領域を加熱することができるので、液滴と部材200の表面との間の全領域に蒸気層201aを形成するのが容易となる。そのため、液滴全体を除去するのが容易となる。
図6は、回収部6を例示するための模式図である。
回収部6は、蒸気層201aが形成されることで部材200の表面から浮上した液体201を回収する。
図6に示すように、回収部6には、ノズル61および吸引部62が設けられている。
ノズル61は、部材200の液体201が付着した面よりも上方に設けることができる。
ノズル61は、例えば、図示しないガスボンベなどから供給された窒素ガスなどの気体を吸引部62に向けて噴射する。また、気体の供給と停止を切り換える切替弁と、浮上した液体201を検出するセンサを備え、液体201の浮上が検出された際にノズル61から気体を噴出させることもできる。
また、吸引部62には、配管を介して真空ブロアなどの図示しない吸引装置が接続されている。吸引装置は、例えば、筐体101の外部に設けることができる。
例えば、画像処理装置は、部材200の表面に付着した液滴の位置や、液膜の端面の位置を検出する。そして、画像処理装置により検出された液滴などの位置情報に基づいて移動部3を制御し、照射面56の位置に液滴などを移動させることができる。
また、液体201に含まれている成分と、部材200あるいは周囲の環境に含まれている成分との化学反応が促進されて部材200の表面に汚れが発生したり、部材200の表面が腐食したりするおそれがある。
すなわち、液体除去装置1によれば、液体201を除去する際に部材200の表面に生じる影響を抑制することができる。
図1に示すように、封止装置11には、レーザ光源12、光学系13、および照射ヘッド14が設けられている。
レーザ光源12は、筐体101の外部に設けることができる。レーザ光源12は、所定の波長を有するレーザ光を出射する。
そのため、レーザ光源12は、連続波レーザ光を出射するものとすることが好ましい。 この場合、レーザ光源12は、例えば、数kWクラスの連続出力を発振可能な固体レーザとすることができる。レーザ光源12は、例えば、ファイバレーザやディスクレーザなどとすることができる。
前述したように、パルスレーザ光の1パルス当たりのエネルギーは1J(ジュール)程度とすることが好ましい。ところが、一般的なレーザ光源から出射されるパルスレーザ光の1パルス当たりのエネルギーは20mJ(ミリジュール)〜100mJ(ミリジュール)程度の場合が多い。この様な場合には、図7に示すように、複数のレーザ光源4aを設け、複数のレーザ光源4aからほぼ同時にレーザ光を出射させればよい。
なお、複数のレーザ光源4aを設ける場合には、マスク53を省くこともできるが、マスク53を設ければ、レンズアレイ54に入射するレーザ光の位置精度を向上させることができる。
本実施の形態においては、エネルギー制御部57は、液体201が付着している照射位置において、複数のレーザ光源4aから出射した複数のレーザ光の一部を重ねることで照射面56におけるエネルギー強度を偏在させる。
図8(a)〜(c)は、液体201が収納された部材200の製造方法を例示するための模式図である。
図8(a)〜(c)に示すように、部材200は、内部に液体201を収容する容器とすることができる。部材200の材料には特に限定がなく、液体201に対する耐性と、必要となる強度を有するものであればよい。
部材200の上端面200aには注入口200bが設けられている。
ここで、注入に用いたノズルからの液漏れがあったり、部材200の内部において発生したガスにより液体201が注入口200bから漏れ出したりする場合がある。
この様な場合には、図8(a)に示すように、注入口200bの周囲に液体201が付着する場合がある。注入口200bの周囲に液体201が付着していると、溶接による注入口200bの封止が困難となるおそれがある。
移動部3は、液体201が照射面56の位置に来るように部材200を移動する。
続いて、レーザ光源4、4aは、パルスレーザ光を出射する。エネルギー制御部57(マスク53、レンズアレイ54、およびコンデンサレンズ55)は、一部のパルスレーザ光の照射位置を重ねることで、エネルギー強度が異なる複数の領域を形成する。照射面56においては部材200の上端面200aが加熱されるので、液体201と上端面200aとの界面に蒸気層201aが形成される。蒸気層201aが形成されることで、液体201が上端面200aから浮上する。また、エネルギー強度が異なる複数の領域が形成されるため、液体201の排出方向が制御される。
上端面200aから浮上した液体201は、回収部6により回収される。
また、注入口200bが小さければ、注入口200bの周囲を溶融して注入口200bを塞ぐこともできる。
続いて、レーザ光源12は、連続波レーザ光を出射する。連続波レーザ光は、光学系13を介して照射ヘッド14に入射し、照射ヘッド14は、入射した連続波レーザ光を板材200cの周縁に向けて出射する。この際、照射ヘッド14に設けられたガルバノスキャナにより、連続波レーザ光の照射位置が走査されて、板材200cの全周が溶接される。 以上の様にして、液体201が収納された部材200を製造することができる。
以上に説明したように、本実施の形態に係る液体除去方法は、レーザ光を複数のレーザ光に分割し、液体201が付着している照射位置において、分割された複数のレーザ光の一部を重ねることで照射面56におけるエネルギー強度を偏在させる工程を備えている。
または、液体201が付着している照射位置において、複数のレーザ光源4aから出射した複数のレーザ光の一部を重ねることで照射面におけるエネルギー強度を偏在させる工程を備えている。
Claims (5)
- 部材の表面に付着した液体にレーザ光を照射して前記液体を除去する液体除去装置であって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を複数のレーザ光に分割し、前記液体が付着している照射位置において、前記分割された複数のレーザ光の一部を同時に重ねて照射することで照射面におけるエネルギー強度を偏在させるエネルギー制御部と、
を備え、
前記エネルギー制御部は、
複数の透過部を有するマスクと、
前記マスクの前記レーザ光の出射側に設けられ、複数のレンズエレメントを有するレンズアレイと、
を有し、
平面視において、前記複数の透過部の少なくとも1つの中心が、対応するレンズエレメントの中心からズレた位置にある液体除去装置。 - 部材の表面に付着した液体にレーザ光を照射して前記液体を除去する液体除去装置であって、
複数のレーザ光源と、
前記液体が付着している照射位置において、前記複数のレーザ光源から出射した複数のレーザ光の一部を同時に重ねて照射することで照射面におけるエネルギー強度を偏在させるエネルギー制御部と、
を備え、
前記エネルギー制御部は、
複数の透過部を有するマスクと、
前記マスクの前記レーザ光の出射側に設けられ、複数のレンズエレメントを有するレンズアレイと、
を有し、
平面視において、前記複数の透過部の少なくとも1つの中心が、対応するレンズエレメントの中心からズレた位置にある液体除去装置。 - 前記エネルギー制御部は、前記レンズアレイの前記レーザ光の出射側に設けられたコンデンサレンズをさらに有する請求項1または2に記載の液体除去装置。
- 前記部材の表面から浮上した前記液体を回収する回収部をさらに備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体除去装置。
- 前記レンズエレメントの数と、前記透過部の数は同じである請求項1〜4のいずれか1つに記載の液体除去装置。
Priority Applications (5)
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