JP2007190577A

JP2007190577A - ダブルヒータ式はんだ鏝

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Publication number: JP2007190577A
Application number: JP2006009250A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Matsumoto; 慎太郎松本
Original assignee: Japan Unix Co Ltd
Current assignee: Japan Unix Co Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】ヒータの熱容量が大きくかつ加熱制御の応答性にも勝れる合理的設計構造のはんだ鏝を提供する。
【解決手段】鏝ビット８を胴部８ａの外周で加熱する第１ヒータ１１と、該鏝ビット８のヒータ挿入孔１０内に挿入されて鏝先８ｂを内側から加熱する第２ヒータ１２と、上記鏝ビット８の表面温度を検出する第１温度センサ１３と、鏝先８ｂの内部温度を検出する第２温度センサ１４とを備え、これらの温度センサ１３，１４による検出温度と設定温度とに基づいて上記２つのヒータ１１，１２を独立して温度制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品等のはんだ付けに使用する電気発熱式のはんだごてに関するものであり、更に詳しくは、２つのヒータを備えたダブルヒータ式のはんだ鏝に関するものである。

電子部品等のはんだ付けを自動又は手動で行う場合、一般に、電気発熱式のヒータを備えたはんだ鏝が使用される。このはんだ鏝は、通常、鏝先を先端に有する鏝ビットと、該鏝ビットを加熱する上記ヒータとを備えていて、該ヒータで加熱された鏝ビットの鏝先をはんだ付け対象に押し当て、該鏝先で糸状はんだを溶融させてはんだ付けするように構成されている。

上記はんだ鏝を使用して高品質のはんだ付けを効率良く行うためには、鏝先温度を常に一定に維持することが必要である。このため従来より、例えば特許文献１に記載されているように、温度センサ（温度検知素子）で鏝先の温度を検出し、その検出温度と設定温度との差に応じてヒータをオン・オフさせることで鏝先温度を一定に保つ技術が提案されている。

しかしながらこの従来技術は、上記ヒータを鏝先の胴部外周に配設し、温度センサによる温度検出は鏝先の内部にて行い、鏝先内部の温度変化に応じて該鏝先を胴部外部から加熱するようにしているため、温度検出部位と加熱部位との間の熱伝導による応答遅れが生じ易く、制御精度の点で問題があった。また、はんだ付け対象に応じて鏝先の熱容量を大きくしようとすると、大形のヒータを使用しなければならないため、はんだごてが大形化するという欠点もあった。

一方、特許文献２には、２つのこて部材と２つのヒータとを備えたはんだ鏝が開示されている。このはんだごては、第１ヒータを備えた第１こて部材と、第２ヒータを備えた第２こて部材とを有していて、熱容量の小さいはんだ付けを行う場合は、上記第１こて部材及び第１ヒータだけを使用し、熱容量の大きいはんだ付けを行う場合には、第２こて部材を第１こて部材に近接する位置に移動させることにより、これら２つのこて部材を一体化すると共に２つのヒータを接点を介して電気的に接続し、これら２つのこて部材と２つのヒータとを同時に使用するものである。
しかしながら、このはんだ鏝は、２つのこて部材と２つのヒータとを相互に結合したり切り離したりして使用するものであるため、熱容量を大小２段階に調節することはできるものの、はんだ付け対象に応じて鏝先温度を適正に制御することはできず、構造も複雑である。

特開昭５５−１１２１６５号公報特開平５−２３８４４号公報

そこで本発明の目的は、ヒータの熱容量が大きくかつ加熱制御の応答性にも勝れる合理的設計構造のはんだ鏝を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のダブルヒータ式はんだ鏝は、円柱形の胴部と該胴部の先端に連なる鏝先とを備えた鏝ビット、該鏝ビットの内部を中心軸線に沿って胴部基端から鏝先まで延びるヒータ挿入孔、上記鏝ビットを胴部の外側から加熱する第１ヒータ、上記鏝ビットのヒータ挿入孔内に挿入されて鏝先を内側から加熱する第２ヒータ、上記鏝ビットの表面温度を胴部の位置で検出する第１温度センサ及び該鏝ビットの内部温度を鏝先の位置で検出する第２温度センサのうち少なくとも該第２温度センサ、を有する鏝本体と、上記温度センサによる検出温度と設定温度とに基づいて上記２つのヒータを独立して温度制御する制御装置とを有することを特徴とするものである。

本発明において好ましくは、上記第１温度センサと第２温度センサの両方を有することであり、また、上記第１ヒータの熱容量が第２ヒータの熱容量より大きいことである。さらに、上記第２ヒータが棒状をなしていて、外面に遠赤外線放射加工が施されていることが望ましい。

また、本発明のはんだ鏝は、上記第２ヒータが、上記ヒータ挿入孔に沿って前後方向に取付位置を調節自在なるように配設され、先端が該ヒータ挿入孔の孔端に当接するように押圧手段で前方に向けて押圧されていても良い。この場合の押圧手段はばねであることが望ましい。

また、本発明のはんだ鏝は、上記第２ヒータを保持する筒状のヒータケースと、該ヒータケースと協同して上記鏝ビットを鏝先が外部に突出するように保持する鏝キャップと、上記ヒータケースが取り付けられたベース部材とを有していて、該ベース部材には、上記鏝ビットの軸線と平行する方向に移動自在かつ上記第２ヒータに係脱自在の係止部材と、該係止部材を鏝先側に向けて付勢する上記ばねとが配設され、上記係止部材を第２ヒータに係止させると該第２ヒータが上記ばねによって前方に向けて押圧され、上記係止部材を第２ヒータから外すと該第２ヒータが取り外し可能となるように構成されていても良い。

本発明のはんだ鏝は、鏝ビットを胴部の外側から加熱する第１ヒータ及び鏝先の内側から加熱する第２ヒータを有すると共に、はんだ付けで最初に温度降下を生じる鏝先の内部温度を検出するための温度センサを有していて、この温度センサによる検出温度と設定温度とに基づいて上記２つのヒータを独立して温度制御するようにしたので、温度検出及びそれに応じた加熱制御の応答性が良く、制御精度に勝れる。しかも、２つのヒータを設けたことによって熱容量も大きくすることができる。

以下、本発明に係るダブルヒータ式はんだ鏝の好ましい一実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係るはんだ鏝の全体構成図を概略的に示すもので、１は鏝本体、２は該鏝本体１を温度制御するための制御装置２を示している。

上記鏝本体１は、自動はんだ付け装置（はんだ付けロボット）の作業アームに取り付けて使用するタイプであって、図２〜図５に示すように、上記作業アームに取り付けるためのベース部材５と、このベース部材５から延出する円筒状のヒータケース６と、このヒータケース６の先端部外周を取り囲む円筒状の鏝キャップ７と、これらのヒータケース６及び鏝キャップ７に保持された鏝ビット８とを備えている。図中９は、上記ベース部材５を上記作業アームに固定するための螺子部材である。

上記ヒータケース６は、大径の外筒６ａと、この外筒６ａの先端内部に同心状に結合された小径の内筒６ｂとからなるもので、該内筒６ｂの内部に上記鏝ビット８が挿入されている。この鏝ビット８は、その基端部を上記内筒６ｂの基端部に形成されたストッパ６ｃに当接させることによって位置決めされている。従ってこのヒータケース６は、上記鏝ビット８を保持するためのホルダーを兼ねるものである。

また、上記ヒータケース６における外筒６ａの基端部には、上記鏝キャップ７を取り付けるためのキャップ取付部６ｄが形成され、このキャップ取付部６ｄの外周に雄螺子が形成されており、これに対して上記鏝キャップ７には、その基端部に回転自在の係止リング７ａが設けられていて、この係止リング７ａの内周の雌螺子を上記キャップ取付部６ｄの外周の雄螺子にねじ付けることにより、該鏝キャップ７が上記キャップ取付部６ｄに着脱自在に取り付けられている。

上記鏝ビット８は、円柱形をした胴部８ａと、該胴部８ａの先端に連なる先細り状の鏝先８ｂとからなるもので、熱伝導性に勝れた銅により形成されると共に、外表面に保護皮膜となる鉄メッキ層が形成されている。この鏝ビット８は、その外周に形成した段部８ｃにおいて上記鏝キャップ７の先端に係止することにより、該鏝キャップ７で、鏝先８ｂが該鏝キャップ７の先端から外部に突出する状態に保持されている。また、該鏝ビット８の内部には、その中心軸線Ｌに沿って胴部８ａの基端から上記鏝先８ｂの内部まで延びる円形断面のヒータ挿入孔１０が形成されている。

上記鏝ビット８における胴部８ａの外周には、該鏝ビット８を外側から加熱する電気抵抗発熱式の円筒形をした第１ヒータ１１が配設され、上記ヒータ挿入孔１０内には、該鏝ビット８を内側から加熱する電気抵抗発熱式の棒状をした第２ヒータ１２が配設されている。

上記第１ヒータ１１は、上記ヒータケース６における外筒６ａと内筒６ｂとの間に該内筒６ｂを取り囲むように配設されることにより、この内筒６ｂを介して上記鏝ビット８の胴部８ａの外周を、鏝先８ｂに近接する位置から該胴部８ａの後端にかけて取り囲んでいる。この第１ヒータ１１の先端部には、上記鏝ビット８の胴部８ａの表面温度を検出する第１温度センサ１３が設けられ、これらの第１ヒータ１１及び第１温度センサ１３から延出する導線１１ａ及び１３ａが、上記ヒータケース６の内部を通って上記ベース部材５まで達し、該ベース部材５の側面に設けられたコネクタ用の第１接続部１６の各端子に結線されている。

また、上記第２ヒータ１２は、伝熱性の良好な金属製パイプの内部に発熱体を内蔵したもので、上記鏝ビット８のヒータ挿入孔１０内に着脱自在かつ該挿入孔に沿って前後方向に取付位置を調節自在なるように配設され、上記ヒータ挿入孔１０の先端からエンド部材１８の位置まで延びている。この第２ヒータ１２は、主として鏝先８ｂを内側から加熱するものであるが、同時に胴部８ａも内側から補助的に加熱する。この第２ヒータ１２の基端部には、円柱状をしたエンド部材１８が取り付けられていて、このエンド部材１８が上記ベース部材５の内部に位置し、該ベース部材５に設けられた支持機構１９で取付状態に支持されると共に、ヒータ先端が常に上記ヒータ挿入孔１０の孔端に当接するように前方に向けて押圧されている。このように、第２ヒータ１２を先端がヒータ挿入孔１０の孔先端に当接する位置まで挿入させることにより、鏝ビット８、特に鏝先８ｂに対する伝熱性が良好になり、加熱効率を高めることができる。

上記第２ヒータ１２の先端には、上記鏝ビット８の内部温度を鏝先８ｂの部分において検出するための第２温度センサ１４が設けられ、これらの第２ヒータ１２及び第２温度センサ１４から延出する導線１２ａ及び１４ａが、上記エンド部材１８の端部から延出し、上記ベース部材５の側面に設けられたコネクタ用の第２接続部１７の各端子に結線されている。

上記第１ヒータ１１は、鏝ビット８の熱容量が大きい胴部８ａを外周側から加熱することにより、主として該鏝ビット８全体の基本的な蓄熱を担うものであり、一方の第２ヒータ１２は、はんだ付け対象に接触することによって急激な温度降下を生じ易い鏝先８ｂを内部から直接加熱することにより、該鏝先８ｂの温度を速やかに回復させることを主目的とするものである。従って、例えば、上記第１ヒータ１１の熱容量（発熱量）を２００〜３００Ｗとし、第２ヒータ１２の熱容量（発熱量）を４０〜１００Ｗとするといった具合に、第１ヒータ１１の熱容量を第２ヒータ１２の熱容量より大きく形成しておくことが望ましい。また、上記第２ヒータ１２は、加熱効率を高めるため、パイプの外面にセラミックスをコーティングするなどの遠赤外線放射加工が施されていることが望ましい。

上記ベース部材５は、中空のフレーム状をしていて、図５に示すように、それを上記軸線Ｌ方向の一端側から見た場合の形状は矩形であり、該ベース部材５の軸線Ｌ方向の一側である第１端５ａに上記ヒータケース６が取り付けられている。

上記支持機構１９は、上記ベース部材５の一側面寄りの位置に、両端を第１軸受部２１と第２軸受部２２とに固定的に支持されることによって上記鏝ビット８の軸線Ｌと平行に延びる支軸２３と、該支軸２３に取り付けられた係止部材２４及びばね２５とを有している。上記２つの軸受部２１，２２は、一方の第１軸受部２１がエンド部材１８の第１端５ａ側に位置し、他方の第２軸受部２２が反対の第２端５ｂ側に位置するものである。

上記係止部材２４は、上記支軸２３が貫通する軸孔を備えた柱状の基部２４ａと、該基部２４ａから側方に延出して上記第２ヒータ１２のエンド部材１８と交叉する位置まで延びる板状の係止アーム２４ｂとからなるもので、上記支軸２３を中心にして該支軸２３と直交する面内で回動自在かつ該支軸２３に沿って移動自在である。また、上記係止アーム２４ｂには、円弧状に湾曲する係止部２４ｃが形成されている。
上記ばね２５はコイル状をしていて、上記係止部材２４と第２軸受部２２との間に配設されることにより、該係止部材２４を上記第１軸受部２１側に向けて押圧する押圧手段を構成するものである。

一方、上記第２ヒータ１２の基端のエンド部材１８の外周には、上記係止部材２４の係止部２４ｃが嵌合して係止する凹溝１８ａ（特に図３参照）が形成され、各図に実線で示すように上記係止部２４ｃを該凹溝１８ａに係止させると、第２ヒータ１２が上記ばね２５により前方（鏝先８ｂ側）に押されてヒータ先端が上記ヒータ挿入孔１０の孔先端に当接する位置を占め、図５に鎖線で示すように、上記係止部材２４を支軸２３を中心に回動させて凹溝１８ａへの係止から外すと、上記第２ヒータ１２が軸線Ｌに沿ってヒータ挿入孔１０から抜き取り可能な状態になるため、それを上記エンド部材１８の第２端５ｂ側から外部に取り外すことができる。

このように、上記第２ヒータ１２をヒータ挿入孔１０に沿って前後方向に位置調節自在とし、押圧手段（ばね２５）で前方に押圧してヒータ先端を上記ヒータ挿入孔１０の孔先端に当接させるようにしたことにより、鏝ビット８をヒータ挿入孔１０の深さが異なるものと交換した場合でも、上記第２ヒータ１２を先端が該ヒータ挿入孔１０の孔先端に接触する状態に確実に装着することができる。

上記制御装置２は、図１に示すように、必要な電力を供給するための電源回路２７と、上記第１ヒータ１１及び第２ヒータ１２による加熱温度の設定や、各温度センサ１３，１４からフィードバックされる検出温度に基づいて設定温度との差を求めるために必要な演算を行ったり、あるいは、各測定点における温度降下時や温度上昇時の温度勾配を演算したりするための主制御回路２８と、該主制御回路２８から出力される制御信号を受けて上記各ヒータ１１，１２を個別に温度制御する第１及び第２のヒータドライブ回路２９，３０とで構成されている。

この制御装置２は、上記ベース部材５の第１接続部１６と第２接続部１７とにプラグイン式に接続される２つのコネクタ３１及び３２を通じて、上記鏝本体１における２つのヒータ１１，１２と温度センサ１３，１４とに電気接続されている。即ち、主制御回路２８が、個別のセンサ用導線１３ｂ及び１４ｂを通じて上記第１温度センサ１３及び第２温度センサ１４に接続され、２つのヒータドライブ回路２９及び３０が、個別のヒータ用導線１１ｂ及び１２ｂを通じて上記第１ヒータ１１及び第２ヒータ１２に個別に接続されている。

上記構成を有するはんだ鏝ではんだ付けを行うに当たり、上記主制御回路２８に２つのヒータ１１，１２による加熱温度が設定されると、鏝ビット８はこれらのヒータ１１，１２によって内外両側から加熱される。また、該鏝ビット８の加熱温度は２つの温度センサ１３，１４によって内外両側において検出され、上記主制御回路２８にフィードバックされてそれらの検出温度が各々の設定温度と比較され、それぞれの偏差がゼロになるように２つのヒータドライブ回路２９，３０を通じて各ヒータ１１，１２が個別に温度制御される。この温度制御は、検出温度が設定温度を下回るか又は上回ったときにヒーターをオン又はオフさせる方法や、温度降下時や温度上昇時の温度勾配を求めてその勾配に応じて制御パラメータを変化させ、それに基づいてヒーターを制御する方法、あるいは供給電圧を変化させる方法などによって行うことができる。

例えば、上記鏝ビット８が適正な温度に加熱されている状態ではんだ付けが開始され、その鏝先８ｂがはんだ付け対象に接触すると、該鏝ビット８の温度は先ず該鏝先８ｂにおいて降下し、はんだ付け対象の熱容量がある程度大きい場合にやや遅れて胴部８ａの温度が降下することになる。上記鏝先８ｂの温度降下は、第２温度センサ１４による温度検出によって直ちに捕らえれ、第２ヒータドライブ回路３０で第２ヒータ１２が加熱制御されることにより、該鏝先８ｂが加熱されてその温度は設定温度にまで速やかに回復する。
この場合、上記第２温度センサ１４が鏝先８ｂの内部に設けられると共に、上記第２ヒータ１２が鏝ビット８の内部において該鏝先８ｂを直接加熱するような位置に配設されているため、該鏝先８ｂの温度降下の検出とそれに伴う加熱制御は迅速に行われ、応答性に勝れる。

また、上記鏝先８ｂに続いて鏝ビット８の胴部８ａの温度が降下したときは、この温度降下は上記第１温度センサ１３によって検出され、第１ヒータドライブ回路２９で第１ヒータ１１が制御されることによって鏝ビット８が胴部８ｂの外周からも加熱される。

かくして、２つの温度センサ１３，１４によって鏝ビット８の温度変化が内外別の場所で検出され、それらの温度変化に応じて該鏝ビット８が２つのヒータ１１，１２によって内外別の場所から加熱されることにより、該鏝ビット８全体が常に適正な温度に保たれることになる。特に、鏝ビット８の胴部８ａ外周に設けた第１ヒータ１１で該鏝ビット８全体の基本的な蓄熱を行い、鏝先８ｂの内部近くに設けた第２ヒータ１２で該鏝先８ｂの急激かつ局部的な温度変化に対応するようにしているため、応答性の良い勝れた加熱制御を行うことができる。

なお、上記例では、第１温度センサ１３による検出温度によって第１ヒータ１１を加熱制御し、第２温度センサ１４による検出温度によって第２ヒータ１２を加熱制御するようにしているが、例えば、第２温度センサ１４による検出温度やその温度変化の勾配等に基づいて、第１及び第２の両ヒータ１１，１２を同時にあるいは若干の時間差をおいて制御すると言った具合に、第２温度センサと２つのヒータとを互いに関連づけて制御することもできる。この場合には、上記第１温度センサ１３は省略することもできる。

上記実施形態においては、鏝ビット８の熱容量が大きい胴部８ａを加熱する第１ヒータ１１の発熱量を、熱容量の小さい鏝先８ｂを加熱する第２ヒータ１２の発熱量より大きくしているが、例えば、図示したように、鏝ビット８の胴部８ａを２つのヒータ１１，１２で外側と内側とから加熱できるようになっている場合には、両ヒータ１１，１２の発熱量を同程度にすることも、あるいは、内側の第２ヒータ１２の発熱量を外側の第１ヒータ１１の発熱量より大きくすることもできる。

また、上記実施形態のはんだ鏝は、鏝本体１を自動はんだ付け装置の作業アームに取り付けて使用するタイプのものであるが、手動用のはんだ鏝であっても本発明は適用することができる。

本発明に係るはんだ鏝の全体構成図である。鏝本体の要部を断面にして示す正面図である。図２の平面図である。図２の底面図である。図２の右側面図である。

符号の説明

１鏝本体
２制御装置
３着脱機構
５ベース部材
６ヒータケース
７鏝キャップ
８鏝ビット
８ａ胴部
８ｂ鏝先
１０ヒータ挿入孔
１１第１ヒータ
１２第２ヒータ
１３第１温度センサ
１４第２温度センサ
２４係止部材
２５ばね

Claims

円柱形の胴部と該胴部の先端に連なる鏝先とを備えた鏝ビット、該鏝ビットの内部を中心軸線に沿って胴部基端から鏝先まで延びるヒータ挿入孔、上記鏝ビットを胴部の外側から加熱する第１ヒータ、上記鏝ビットのヒータ挿入孔内に挿入されて鏝先を内側から加熱する第２ヒータ、上記鏝ビットの表面温度を胴部の位置で検出する第１温度センサ及び鏝ビットの内部温度を鏝先の位置で検出する第２温度センサのうち少なくとも該第２温度センサ、を有する鏝本体と、上記温度センサによる検出温度と設定温度とに基づいて上記２つのヒータを独立して温度制御する制御装置とを有することを特徴とするダブルヒータ式はんだ鏝。
上記第１温度センサと第２温度センサの両方を有することを特徴とする請求項１に記載のはんだ鏝。
上記第１ヒータの熱容量が第２ヒータの熱容量より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ鏝。
上記第２ヒータが棒状をなしていて、外面に遠赤外線放射加工が施されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のはんだ鏝。
上記第２ヒータが、上記ヒータ挿入孔に沿って前後方向に取付位置を調節自在なるように配設され、先端が該ヒータ挿入孔の孔端に当接するように押圧手段で前方に向けて押圧されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のはんだ鏝。
上記押圧手段がばねであることを特徴とする請求項５に記載のはんだ鏝。
上記第２ヒータを保持する筒状のヒータケースと、該ヒータケースと協同して上記鏝ビットを鏝先が外部に突出するように保持する鏝キャップと、上記ヒータケースが取り付けられたベース部材とを有していて、該ベース部材には、上記鏝ビットの軸線と平行する方向に移動自在かつ上記第２ヒータに係脱自在の係止部材と、該係止部材を鏝先側に向けて付勢する上記ばねとが配設され、上記係止部材を第２ヒータに係止させると該第２ヒータが上記ばねによって前方に向けて押圧され、上記係止部材を第２ヒータから外すと該第２ヒータが取り外し可能となるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のはんだ鏝。