JP2005349239A - 異常球検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、単球と連球が混在する半田ボールの中から、異形粒子を高精度で検出することができる装置を提供することを目的としている。
【解決手段】球体が個々に分離して収まる複数の受容部を備えた保持手段と、受容部から突出した球体部分を検出する検知手段と、検知手段が順次球体を検査するように装着部・検知手段の少なくともいずれかを移動させる移動手段を有し、突出部の検出情報を利用して異常球検知を行う。受容部とその周辺に表面処理を施しボール付着を抑制し、信頼性の高い異常球検出を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田ボールの集合体からダブルボールなどの異形粒子を検出する装置に関するものである。

半田ボールは、一般に、所定組成の金属又は合金を溶解する溶解工程、溶湯を気中または溶媒中に吐出して冷却し球状の粒子とする球体化工程、及び所定サイズの粒子を分別する分級工程を経て製造される。上記の球体化工程において、単独の粒子（単球）以外に単球が複数個連なった連球と称される異形粒子が発生することがあるが、分級工程で篩を用いる場合は、ほぼ同径の単球が結合した連球を、かなりの精度で除去することができる。しかし、例えば直径の異なった単球が結合した連球（以下、異径連球と呼ぶ）の中には、篩を通り抜けてしまうものもあるため、分級後に連球を分別する工程を設けることが行われている。

連球を検出する方法としては、平板状斜面を用いた斜面転がしと呼ばれる方法が多用されているが、異径連球を分離できるようにした装置として、特許文献１に示すものが提案されている。これは、単球と連球の混合した粒子を傾斜面に供給するための供給装置と、粒子を落下させるための傾斜面と、傾斜面から転がり落ちてくる単球を回収する回収部から構成され、供給部と傾斜面との間又は傾斜面の途中に粒子の落下方向と平行な溝を持つ構造部を設けたことを特徴としたものである。即ち、異径連球が溝を通過する際に、結合した単球の中心を連ねて形成される連球の中心軸が落下方向に一致するようになり、小球が溝と大球との間でくさびとして作用し、回転落下が停止することを利用するものである。
特開平１１−３１９７２２号（段落番号０００７〜００１３）

特許文献１記載の装置で検出する場合、連球を溝途中で確実に停止させて検出するためには、溝の傾斜角度、形状、寸法、面粗さなどを、選別する単球の仕様に応じて予め設定しておく必要がある。しかし、実際の製造ラインで発生する種々の異径寸法の連球に対して適用できるようにすることは、極めて困難である。即ち、異径連球と言っても、小球と大球とが同程度の直径を有するような連球から、小球が極端に小さくて単球と区別できないようなものまで種々あり、各々回転落下の形態が異なる。このため、略同径の単球が結合した連球の中には中心軸が落下方向に一致してもくさび作用が働かないものや、また単球と見なせるような連球の中には大球のみが回転するものなど、連球の中には溝途中で停止せずにそのまま落下してしまうものがあり、信頼性に問題がある。また、溝途中に停止した連球を排除するためには、連球が停止した時に分離装置を停止させなければならないが、連球が停止していることを検知することができないため、短い間隔で定期的に運転を中断して、連球が停止しているか否かを確認しなければならず、処理能力の点でも問題がある。

上述したように、傾斜を利用して分離する検出方法は、処理能力を高めることが難しい上、ある程度の連球混入は避けられないこと、さらに連球の検出精度に傾斜面の性状が大きく影響するため、分別対象となる半田ボールの大きさが限られてくることなどの理由で、限られた仕様の半田ボールには適用することはできるが、連球の混入が皆無に近いような厳しい仕様の半田ボールには適用することができない。
従って本発明は、単球と連球が混在する半田ボールの中から、異形粒子を高精度で検出することができる装置を提供することを目的としている。

球体が個々に分離して収まる複数の受容部を備えた保持手段と、受容部から突出した球体部分を検出する検知手段と、検知手段が順次球体を検査するように装着部・検知手段の少なくともいずれかを移動させる移動手段を有し、突出部の検出情報を利用して異常球検知を行う。受容部とその周辺に表面処理を施しボール付着を抑制し、信頼性の高い異常球検出を行う。

多数の球体から、一つ一つの球体を導電性の撥水層で覆われた受容部に分散保持し、受容部からの突出情報を光学的に検出して異常球判定し、その判定情報を元に良品・不良品を自動で分離回収する。導電性の撥水層を施す事で球体の付着が抑制され、検査時の虚報が低下し、分離回収が確実に行われ、信頼性の高い異常球検出が効率的に行われる。

本発明の異常球分別装置１００について説明する。図１は、異常球分別装置１００の一例を示す概略構成図である。ボール１が装入される装着部１０１は、略円筒状の貫通穴１０３が形成されたシート状の穿孔部材１０２と、外周面が平滑なドラム状の支持部材１０４とを有し、支持部材１０４の外周全長に穿孔部材１０２が着脱自在に貼り付けられ、貫通穴１０３と支持部材１０４の表面とでボール受容部１０９（図５参照）が形成される。ドラム状の支持部材１０４は、中心軸が水平になるように軸受けで支持され、モータ等の駆動手段（図示せず）に接続されている。従って、装着部１０１は水平な軸回りに矢印方向に連続して回転することができる。

図２は、穿孔部材１０２の平面図である。図３は、穿孔部材１０２の断面図である。穿孔部材１０２は、基材部１０２ａと撥水層１０２ｂから構成される。この撥水層１０２ｂは、基材部１０２ａの外周面側と穴側面にメッキ、スプレーなどで形成される。
図４は、支持部材１０４の断面図である。支持部材１０４は、基材部１０４ａとその外周面に形成される撥水層１０４ｂから構成される。この撥水層１０２ｂ，１０４ｂは、導電性と撥水性を持つ。よって、ボールが接触するボール受容部１０９および穿孔部材１０２の外表面は、導電性の撥水層が形成され、半田ボールが付着することが抑制される。

図５に単球３が装着部１０１のボール受容部１０９に装入された状態の断面図を示す。
穿孔部材１０２の基材部１０２ａは、金属、樹脂、ゴムなどの材料を用いることができ、エッチング、レーザ加工、或いは切削加工などの手段により、例えば千鳥状、格子状など規則的な配列パターンになるように下穴を形成するとよい。ボール受容部１０９は、分別対象のボール１（単球３）が装入された時、縦横方向にほとんど隙間がないように形成する。即ち、図３に示すように、穿孔部材１０２の厚さＴと貫通穴１０３の直径Ｄは、理論的には分別対象となるボール１の公称直径（基準値）ｄとほぼ同一寸法にすればよいが、貫通穴１０３の直径Ｄはボール１が入り易いように、公称直径ｄよりやや大きな寸法とすることが望ましい。
穿孔部材１０２の厚さＴと貫通穴１０３の直径Ｄは、基材部１０２ａの寸法（Ｔ１，Ｄ１）と撥水層１０２ｂの寸法ｔおよびｒで決まる。即ち、基材部１０２ａの寸法（Ｔ１，Ｄ１）に対し撥水層１０２ｂの厚さｔ、ｒを調整することで、穿孔部材１０２の厚さＴと貫通穴１０３の直径Ｄを所望の寸法にすることができる。通常その厚さは、１〜５ミクロン程度である。また、分別対象となるボールの大きさが変っても速やかに分別できるようにするために、対象のボール１の大きさに応じて複数種の穿孔部材１０２を準備しておくことが望ましい。

前記の撥水層は、絶縁体であるフッ素形高分子粒子（以後、ＰＴＦＥと呼ぶ。）で粒子径が０．３μｍ〜５．０μｍのものを、導体である硬質ニッケル皮膜中に均一に分散させ共析させることで生成する。ＰＴＦＥ粒子を導体の硬質ニッケル皮膜中に共析させることにより皮膜表面には無数の突起が生成され、この微小な突起により撥水性が得られ、ニッケル皮膜により導電性が得られる。このＰＴＦＥの含有率を１０ｖｏｌ％から３５ｖｏｌ％と増加させると、撥水性能は向上するが、表面硬度は８００Ｈｖから４００Ｈｖに低下する事が分かっている。撥水層１０２ｂ，１０４ｂは、半田ボールと接触するため耐摩耗性の必要な部材である。その為、撥水層１０２ｂ，１０４ｂを生成させる時には撥水性能と表面硬度のトレードオフを考慮してＰＴＦＥの含有量を選定する必要がある。本実施例では、ＰＴＦＥが１０〜３５ｖｏｌ％の範囲を適用した。

図６に示すように穿孔部材１０２表面にある半田ボール３は、毛細管現象により半田ボール３と撥水層１０２ｂの間にできた極小の水滴４により、穿孔部材１０２表面に付着する。固体上に付着している液体を引き離すのに必要な仕事量は、その液体と固体の接触角が大きくなるにつれ少なくなる。撥水層１０２ｂ・１０４ｂの接触角は、通常のニッケルメッキ接触角５７度に対し、１１０度以上と大きい。その為、水滴４と穿孔部材１０２を引き離す為の仕事量が低下する。その結果として、水滴４と穿孔部材１０２の付着力が半田ボール１に働く重力より小さくなる。半田ボール１は、支持部材１０４の回転に伴い穿孔部材１０２が傾けば容易に分離する。
また、穿孔部材１０２・支持部材１０４が帯電すると、その静電気力により穿孔部材１０２・支持部材１０４に半田ボールが付着することが考えられる。従って、半田ボールとの接触面に導電性を有する撥水層１０２ｂ・１０４ｂを形成し、支持部材１０４経由でアースすることにより穿孔部材１０２・支持部材１０４が帯電することを防止しており、半田ボールが付着することを抑制している。撥水層１０２ｂ・１０４ｂのアースは、支持部材１０４経由でなく直接アースしてもよい。

装着部１０１の回転方向からみて頂部Ａの上流には、ボール１を装着部１０１に供給するために供給手段１０７が配設されている。供給手段１０７としては、例えば振動式パーツフィーダを使用することができ、その場合にはパーツフィーダに連なるシュート１０６を、貫通穴１０３が形成されている幅Ｗ（図２参照）を包含する範囲にわたって、その先端部が穿孔部材１０２の表面にほぼ接するように配設し、穿孔部材１０２との間でボール１を貯留できるようにする。シュート１０６の先端は、ボール受容部１０９が斜め上方に開口した位置（例えば頂部Ａから約４５°〜６０°程度手前）に位置決めされるとともに、貫通穴１０３は上記のような寸法を有するので、シュート１０６から供給されたボール１は、支持部材１０４の回転に伴い貯留部に順次現出してくるボール受容部１０９内に適宜入り込んでいく。ボール受容部１０９に入ったボール１は、頂部Ａ方向へと移動していくが、頂部Ａ付近に達した時は貫通穴１０３の軸心は垂直となるので、ボール１は確実にボール受容部１０９の底面に当接する。従って、所定寸法の単球３であれば、ボール或いはボール受容部底面にゴミが付着しているような異常の場合を除いては、穿孔部材１０２の表面から突出することはない。

検知手段１０５は、装着部１０１の頂部Ａにおける穿孔部材１０２の表面部を検査エリアとするように配設され、穿孔部材１０２の表面から突出した部分を検知する。検知手段１０５としては、ＣＣＤカメラ、ラインセンサ、あるいはレーザなど光学式のものが好ましく、穿孔部材１０２の幅方向にわたって検査できるように、照明手段（図示せず）をセットし、頂部Ａにおける円周方向接線の延長線上に光軸が形成されるように配設する。従って、穿孔部材１０２の表面から突出した部分が検知された場合、幅方向に形成された各貫通穴１０３と対応させることができる。

検知は公知の方法で行うことができる。例えば、穿孔部材１０２の表面は直線状となっているので、それより突出した光遮蔽部分の高さや面積などを計算し、所定の閾値以上の場合、突出部が存在すると判定することで行う。なお、装着部１０１の軸方向に光軸を向けて検査するようにしてもよい。この場合は、検査エリアを狭くすることができるので、高精度かつ短時間で検知することができる。ただし、軸方向には直列に多数の貫通穴１０３が形成されているので、突出部分を検知しても、その突出部分と貫通穴１０３との対応を取ることは難しい。

前述したように、ボール受容部１０９に装入されたボール１が単球３であれば、ボール１は穿孔部材１０２の表面にはみ出さない。図７に示すように、ボール１が連球２であれば、ほとんどの場合その一部が穿孔部材１０２の表面にはみ出し、検知手段１０５で検知することができるが、異径連球２１については、小球２１ａのサイズが小さいと、姿勢によっては貫通穴１０３との隙間に丁度小球２１ａが収まって、穿孔部材１０２の表面にはみ出さないことがある。図７の左側のボール受容部１０９は、このような異径連球２１が装入された状態を示す。

図７において、貫通穴１０３の直径Ｄを対象のボール１の直径ｄとほぼ同一とすると、小球２１ａの直径は幾何計算によって求めることができ、大球２１ｂの直径ｄの約０．１７倍となる。即ち、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．１７倍以下の異径連球２１は、ボール受容部１０９に装着された時の姿勢によっては、異径連球２１の一部が穿孔部材１０２の表面から突出せず、検知手段１０５で検知できない場合がある。従って、ボール１の直径のバラツキや検知手段１０５の検出精度を考慮すると、この装置で信頼性の高い検出が行える異径連球２１の寸法は、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．２倍以上あるものであるが、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．２倍以下の異径連球２１は、実際の使用においてはほとんど問題ないと考えられている。

次に、異常球分別装置１００における連球分別動作について説明する。装着部１０１を連続回転させることにより、連球を検知するための頂部Ａの上流部Ｂで、適量のボール１が穿孔部材１０２の表面に向けて供給され、各ボール１は穿孔部材１０２の表面に付着することなく滑り落ち次々にボール受容部１０９に入り込んでいく。装着部１０１の頂部Ａでは、検知手段１０５により、ボール１が穿孔部材１０２の表面から突出した部分があるか否かが検査される。検知手段１０５が何も検知しない場合は、検査エリアにあるボール１は、単球３か或いは異径連球２１であっても小球２１ａが問題ない小ささであることになる。検知手段１０５により穿孔部材１０２の表面から突出した部分があることが検知された場合は、この部分は同径連球又は許容値より大きい小球２１ａを含む異径連球２１の一部であり、排除すべき不良品が検知されたことになるとともに、その位置も知ることができる。

排除すべき不良品があると判定されると、検知手段１０５からは不良品検知信号が出力されるようにしておき、この信号を利用して不良品を除去すればよい。例えば、頂部Ａの下流の所定位置Ｃに不良品除去手段１１０を設け、装着部１０１の回転速度に応じて作動させることにより自動的に不良品を除去する。不良品除去手段１１０としては、吸着ハンドを備えたロボットなどの公知の手段を用いることができ、装着部１０１表面の幅方向における不良品の位置情報が入力されれば、不良品だけを取除くようにすることができる。不良品除去手段１１０で除去されずに穿孔部材１０２に残留したボール１は良品であり、装着部１０１の底部Ｄで、ボール受容部１０９に付着することなく確実に落下し、良品収容部１０８に残ることなく回収される。

上述したように、異常球分別装置１００は、ボールを受容部のみで保持し連続的にセンサで単球から突出した部分を検出し、このような突出部分を有するボールを排除するので、ボール受容部寸法と検知手段の検出精度で予め決まる限界直径以上の大きさをもつ小球を含む連球であれば、確実にかつ効率良く分別することができる。また、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部（例えば分別手段）を種々の形態に変更することができる。

本発明で用いる検出式分別装置の一例を示す正面図である。 図１の検出分別装置に用いる穿孔部材の平面図である。 図１の検出分別装置に用いる穿孔部材の断面図である。 図１の検出分別装置に用いる支持部材の断面図である。 図１の検出分別装置のボール受容部に単球が装入された状態を示す図である。 微小水滴によりボールが付着した状態を示す図である。 図１の検出分別装置のボール受容部に異常連休が装入された状態を示す図である。

符号の説明

１・・半田ボール、 ２・・連球、 ３・・単球、 ２１・・異径連球、
２１ａ・・小球、 ２１ｂ・・大球、 １００・・異常球分別装置、 １０１・・保持部、１０２・・穿孔部材、１０２ａ・・基材部、１０２ｂ・・表層部、１０３・・貫通穴、 １０４・・支持部材、 １０４ａ・・基材部、１０４ｂ・・表層部、１０５・・検知手段、
１０６・・シュート、１０７・・供給部、１０８・・良品回収部、 １０９・・ボール受容部、 １１０・・異常球分別手段

Claims (3)

1. 球体が個々に分離して収まる複数の受容部を備えた装着部と、受容部から突出した球体部分を検出する検知手段と、検知手段が順次球体を検査するように装着部・検知手段の少なくともいずれかを移動させる移動手段を備えている異常球検知装置であって、受容部と装着部の外表面にボール付着を抑制する表面処理を施した事を特徴とする異常球検出装置。
2. 球体が個々に分離して収まる複数の受容部を備えた装着部と、受容部から突出した球体部分を検出する検知手段と、装着部・検知手段の少なくともいずれかを移動させる移動手段を備えている異常球検知装置であって、受容部と装着部の外表面に導電性の撥水処理を施した事を特徴とする異常球検出装置。
3. 突出部の検出情報を利用して異常球判定を行い、その判定結果をもとに異常球または良品球を受容部から取出す除去手段を備えている請求項１又は２記載の異常球検出装置。

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