JP2009515700A - コンピュータベースセンサシステムを有するはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、工作物をはんだ付けするためのはんだ付け装置（０１）であって、少なくとも１つの発熱体（０６）と、少なくとも２つの加熱電流リード線（０７，０８）と、少なくとも１つのセンサ（０５，０６，０７，０８，０９，１０，１１，１３）とを有し、発熱体には、加熱電流リード線（０７，０８）を介して加熱電流が供給され得る、コンピュータユニット（１２）を有し、センサ（０５，０６，０７，０８，０９，１０，１１，１３）はコンピュータユニット（１２）に接続されるはんだ付け装置（０１）に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主請求項の前提部分に係る、工作物をはんだ付けするためのはんだ付け装置に関する。

一般的なタイプのはんだ付け装置は、それらの加熱電力に関して制御することが困難なことが多い。１つの問題は、センサによってすべての周囲状態を判断することであるが、これは、すべての周囲状態を判断するために、シンプルな選択肢をとれないことが多いためである。これらの選択肢をとれる場合であっても、センサの接続線をはんだ付け装置から出して制御ユニットへ導くためのシンプルな解決策を見出すという問題に直面することがしばしばある。

本発明は、新規のはんだ付け装置を提案するという目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は、主請求項の特徴によって達成される。

本発明の有利な実施形態が従属請求項の対象を形成する。

本発明の目的は、工作物をはんだ付けするためのはんだ付け装置が、少なくとも１つの発熱体と、少なくとも２つの加熱電流供給ラインと、少なくとも１つのセンサとを備え、発熱体には、加熱電流供給ラインを介して加熱電流が供給され得、はんだ付け装置はコンピュータユニットを備え、センサはコンピュータユニットに接続される、という点で達成される。

はんだ付け装置は基本的に任意に実現されることができる。はんだ付け装置は、制御ユニットに接続されるように形成されたはんだごてや、例えば独立した手持ち式はんだごてから成っていてもよい。

また、発熱体は基本的に任意に実現されることができる。発熱体は、はんだ付けチップを加熱する役目を果たし、発熱体には２つの加熱電流供給ラインを介して電流が供給される。

はんだ付け装置は、更に、少なくとも１つのセンサを備えていてもよい。センサは、任意の物理的パラメータ、特に温度を測定することができる。これらの測定値に基づいて発熱体のための加熱電流を制御することが特に有益である。

しかしながら、唯一のセンサの測定値に基づいて加熱電流を制御するだけでは足りないことが多い。例えば、はんだ付け装置内の異なる場所で温度を測定することが有益である。例えば、はんだ付けチップの温度、発熱体の温度、あるいは、更には、はんだ付け装置のハンドルの領域内の温度を測定することも可能である。はんだ付け装置に対して明確な識別機能を与える識別センサとしてのセンサを設けることも考えられる。

センサの読み出しは、通常、はんだ付け装置の内側または外側に位置することができる制御装置によって行なわれる。センサが、制御装置から場所的にかなりの距離離れていると、多数のセンサが設けられている場合には、センサと制御装置との間に複数の接続ラインが必要とされる。

各センサに対してトランスデューサ要素を割り当てることや、単一ワイヤシステムに従ってセンサに繋がる供給ラインを束ねることも知られている。しかしながら、これによって、多数のトランスデューサ要素が必要となるだけでなく、特別なセンサまたはアクチュエータもそれぞれ必要となる。これらの特別なセンサまたはアクチュエータは、それらがそれらの機能に関して非常に柔軟性がなく且つそれらの製造および調達に関するコストが高いという不都合を有している。

本発明のはんだ付け装置はコンピュータユニットを備え、１または複数のセンサがコンピュータユニットに接続される。このことは、センサの供給ラインを比較的短く実現できることを意味する。制御ユニットに対する更なる接続は、コンピュータユニットと制御ユニットとの間に形成される。この接続は、通常、管理可能なほんの僅かな数の供給ラインを用いて実現される。

センサは、コンピュータユニットによって間接的に読み出される。これにより、必要に応じて、特定のセンサに対する接続を形成するようにコンピュータユニットに促すことができる。測定は、コンピュータユニットによって行なわれることができ、判断された測定値を例えば制御ユニットへ送ることができる。ここで、例えば、コンピュータユニットから制御ユニットへ繋がる接続ラインに対してセンサを接続してもよい。

このことは、複数の測定値が最小の数の接続ラインを用いて利用できることを意味している。これは、最大の自由度を与えるとともに、配線消費を最小で済ませる。

また、例えば他のセンサを加えることにより、はんだ付け装置のセンサ配置を最小の取付費用で広げることもできる。この場合、更なるセンサをコンピュータユニットに接続するだけで済む。

例えばバスシステムにおいて幾つかのはんだ付け装置をデジタル接続することも容易に実現できる。

また、コンピュータユニットから例えば制御ユニットへのセンサ情報の複合転送は、コンピュータユニットと例えば制御ユニットとの間のこの接続ラインの直径および重量に対してプラスの影響を与える。はんだ付け装置のハンドル領域およびプラグタイプのコネクタのサイズも更に細い態様で実現できる。また、センサ接続ライン間の電磁的な相互作用が減少するため、データ送信はエラーの影響を殆ど受けない。

コンピュータユニットは基本的に任意に実現されることができる。ある特定の実施形態では、コンピュータユニットがマイクロコントローラで実現される。これによれば、計算の実行もできるコンピュータユニットを柔軟に適応させるという特定の利点が得られる。

この実施形態によれば、センサデータをまとめるための別個のトランスデューサ要素を大幅に削減できるという利点が更に得られる。システムは、その設計、実現、拡張性ついて、更に費用効率が高くなり且つ更に柔軟となる。

コンピュータユニットとの通信のタイプは基本的に任意に実現されることができる。しかし、コンピュータユニットが少なくとも２つのコンピュータユニット供給ラインに接続され、少なくとも１つのコンピュータユニット供給ラインが少なくとも１つの加熱電流供給ラインと同一であり、コンピュータユニットとの通信をコンピュータユニット供給ラインを介して実現できれば特に有益である。この場合、例えば、はんだ付け装置内のコンピュータユニットに対して外部からアクセスすることができる。この場合、例えば制御ユニットに対する、はんだ付け装置の接続は、加熱電流供給ラインのうちの１つ及び１つの他の供給ラインのみによって実現される。この場合には更なる供給ラインは不要である。はんだ付け装置を例えば制御装置に接続するための接続ラインの直径を、非常に小さくすることができる。このような、ラインの柔軟性にも有利に影響が及ぼされる。接続ラインのコネクタも更に小さい直径で実現され得る。更なるコンピュータユニット供給ラインによって、発熱体およびコンピュータユニットの電位を更に分離できる。

また、それぞれが加熱電流供給ラインのうちの１つと同一ではない２つの別個のコンピュータユニット供給ラインに対してコンピュータユニットを接続することも有利な場合があることがわかる。例えば、この場合には、発熱体とコンピュータユニットとの間の他の障害を回避することができる。

しかし、コンピュータユニット供給ラインおよび加熱電流ラインが対を成して同一となることもできる。この場合には、発熱体およびコンピュータユニットの外部接続を実現するために、加熱電流供給ラインだけが必要とされる。

コンピュータユニット供給ラインを介したコンピュータユニットとの通信は基本的に任意に実現されることができる。デジタル送信プロトコルを用いた通信が特に有益である。そのような送信は、通常、シリアル形態で行なわれる。この場合には、まず、特定のセンサに関する問い合わせ（ｉｎｑｕｉｒｙ）がコンピュータユニットへ送られ、そして、コンピュータユニットが所望のセンサへの調査（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）を実行する。

調査は、例えば、コンピュータユニットが測定値を外部ユニットに対して転送するか、あるいは単にコンピュータユニット供給ラインを介して所望のセンサにアクセスできるようにする態様で実現されることができる。

他の有利な実施形態において、コンピュータユニットは、単一ワイヤシステムに従ってコンピュータユニット供給ラインに接続される。この場合、コンピュータユニット供給ラインは、コンピュータユニットへの電圧供給の役目だけでなく、コンピュータユニットとの双方向通信の役目も果たす。この実施形態では、コンピュータユニットに繋がる供給ラインと通信ラインとが互いに組み合わされる。

他の有利な実施形態では、はんだ付け装置のコンピュータユニット供給ラインを制御ユニットに接続することができ、その場合、制御ユニットは、コンピュータユニット供給ラインを介してはんだ付け装置のコンピュータユニットと通信できる。

この実施形態において、制御ユニットは、はんだ付け装置に対して加熱電流を供給することに関与するだけでなく、例えばはんだ付け装置の構成要素を保護するために加熱電流を制御することにも関与する。制御ユニットによる信頼性のある制御を確保するため、制御ユニットは、はんだ付け装置内のセンサのデータに依存する。

コンピュータユニット供給ラインによる提案された接続において、制御ユニットは、調査コマンドをはんだ付け装置内のコンピュータユニットに対して送信し、こうして、対応するセンサのアドレスをとるようにコンピュータユニットに促す。それに応じて、制御ユニットは、例えばセンサの測定値を受信するか、あるいは、センサへのアクセスを許可される。

他の有利な実施形態では、発熱体と加熱電流供給ラインとの間に少なくとも１つの熱素子が形成され、少なくとも１つの熱電圧を当該熱素子に対してタップすることができる。

しかしながら、この特徴の組み合わせは、本発明との関連においてのみ有効なわけではない。この特徴の組み合わせのみに基づく発熱体の実現により同じ利点が得られる。この特徴の組み合わせは、必ずしもはんだ付け装置に関連して実現されなければならないものではない。これらの特徴を有する発熱体自体も有利であるのが分かる。この種の発熱体は、例えば、コーヒーメーカーやプラスチック射出成形具において使用できる。

そのような発熱体は、はんだ付け装置においても有利であり得る。はんだ付け装置は、例えば、工作物をはんだ付けするためのはんだ付け装置から成り、当該はんだ付け装置は、少なくとも１つの発熱体と、少なくとも２つの加熱電流供給ラインとを備え、発熱体には加熱電流供給ラインを介して加熱電流を供給することができ、少なくとも１つの熱電圧がタップされ得る少なくとも１つの熱素子が、発熱体と加熱電流供給ラインとの間に形成される。

熱素子を形成する素子の温度は、熱電圧の効果に基づいて判断できる。熱素子は、本出願で提案されるように、発熱体と加熱電流供給ラインとから形成される。発熱体および加熱電流供給ラインは特に保護を必要とする。例えば、はんだ付け装置の最近の発熱体は、益々小さくなるとともに、更に強力になっている。はんだ付け装置が誤って操作される場合、あるいは、加熱されるべきものがない場合、例えば、はんだ付けチップが取り外されている場合には、発熱体が過負荷状態となって、その後発熱体が破壊される場合がある。従って、発熱体の温度を監視することは特に重要である。しかしながら、発熱体の温度は必ずしもはんだ付けチップにおける温度に対応していないため、発熱体の温度は、直接に発熱体自体上で判断されるべきであり、あるいは発熱体自体内で判断されるべきである。これを実現するための１つの特に適した選択肢が熱的効果である。

例えば、はんだ付け装置のはんだ付けチップがはんだ付け装置の動作中に取り除かれると、発熱体のエネルギを外部へ解放することができなくなる。このとき、発熱体が焼き切れ、それにより、発熱体が破壊されるおそれがある。発熱体の温度は上昇する。しかし、発熱体および加熱電流供給ラインによって形成される熱素子における熱電圧も、上昇する温度に伴って増大する。従って、加熱電流の制御においては、例えば制御装置によって発熱体の温度を判断することができ、それにより、発熱体の温度が上昇する場合には加熱電流を減少させることができる。

しかしながら、この温度測定は、最初に、発熱体の温度を判断するのに役立つ。実際のはんだ付けチップの温度は、通常、別個の温度センサによって判断される。

発熱体と加熱電流供給ラインとの間に熱素子を形成することによる他の利点は、コストがかかる、さらなる取付けが不要であるという点に見られる。本実施形態では、適した金属材料から成る、熱素子のパーツを形成する素子を製造するだけで済む。

発熱体および加熱電流供給ラインは基本的に任意に実現されることができる。１つの特に有利な実施形態では、発熱体が第１の金属材料から成り、第１の加熱供給ラインが第２の金属材料から成り、第２の加熱電流供給ラインが第３の金属材料から成る。これによれば、特に自由度のある製造が可能になり、熱素子のシンプルな改造も可能になる。

発熱体を形成する加熱螺旋体の端部だけに、熱素子のパーツを形成する金属材料が設けられれば、更にシンプルな態様で、同じ効果を得ることができる。

発熱体自体が、あるいは、発熱体を形成する加熱螺旋体の端部だけが、例えばＮｉＣｒ合金から成っていてもよい。このとき、第１の加熱電流供給ラインは、例えばニッケルワイヤから成り、第２の加熱電流供給ラインは鉄ワイヤから成っていてもよい。

例えば、白金、白金−ロジウム、コンスタンタン、及び／又は、銅、及び／又は、熱素子を形成するのに適した他の合金または金属材料を使用することもできる。

温度センサとしての役目を果たすこの熱素子は、基本的に、類似の態様で動作することができる。これは、電熱線間で電圧測定が行なわれることを要する。この電圧測定は、例えばはんだ付け装置内で行なわれてもよいが、例えば制御ユニットによって実現されてもよく、この制御ユニットに対しては、はんだ付け装置がその加熱電流供給ラインを用いて接続される。

他の有利な実施形態では、熱素子をセンサとしてコンピュータユニットに接続できる。これは、取付け費用を大きく増大させることなく、発熱体の温度を測定するためのシンプルな選択肢である。この場合、コンピュータユニットは、例えば加熱電流供給ライン間の電圧を判断し、あるいは、例えば制御装置が加熱電流供給ライン間の電圧を測定できるようにする。

他の有利な実施形態において、はんだ付け装置は、はんだ付け装置の使用及び／又は動作を検出するためのセンサを備える。

しかしながら、この特徴は、本発明との関連において有効なだけでなく、別の独立した発明においてもその効果を生み出す。

この種のセンサは、はんだ付け装置の使用及び／又は動作、あるいは、はんだ付け装置が休止段階にあるかを検出できる。このセンサの出力は、例えばはんだ付け装置の使用を検出するために使用できる。これは、はんだ付けプロセス中に、はんだ付け装置が、具体的には、はんだ付けポイントへ向けて、もしくは、はんだ付けポイントから離間するように動かされるときに、移動するために可能なものである。はんだ付け装置が移動しない間である休止時間中、例えば加熱電流供給を中断することができる。その後、はんだ付け装置が待機モードに切り換えられる。

これは、具体的には、例えば発熱体およびはんだ付けチップなどの関与する構成要素を保護するだけでなく、エネルギ消費量も減少させる。また、はんだ付け装置の動作または使用のこの種の検出は、メンテナンスが不要であり、非接触である。これまでに知られた解決策は、例えば、機械的な、及び／又は、電気的なあるいは電気機械的な追加の付属物に依存していた。これは、例えば、はんだ付け装置と保持スタンドとの間の電気的接続で実現された。これらの解決策には、電気ラインの経路付け、センサおよびアクチュエータを収容するための機械的装置、および、それらの制御および評価に関する高い出費が更に必要であった。このシステム構造により、機能の信頼性もこの種の解決策によって制限されることが多かった。

はんだ付け装置の使用及び／又は動作を検出するためのセンサは基本的に任意に実現されることができる。しかし、１つの特に好ましい実施形態では、センサは、加速度センサで実現される。これによれば、シンプルで且つ高い費用効率で、はんだ付け装置の動作又は使用を検出することができる。この種のセンサは、付属部品として安価に購入することができるとともに、容易に評価することもできる。

他の有利な実施形態では、センサは近接センサの形態で実現される。例えば、人の手がはんだ付け装置に近づくと、通常、その使用が差し迫っていることが想定され得る。また、人の手が離れると、ほぼ確実に、はんだごてが下に置かれたことを示す。

提案された動作の検出は、本発明のコンピュータベースセンサシステムとの関係に必ずしも依存するものではなく、類似の独立した解決策としてのはんだ付け装置に適用されてもよい。そのような場合、動作センサが直接にアクセスされる。

しかしながら、動作センサをコンピュータユニットに接続することも考えられる。この場合には、前述した有利な効果が得られる。

はんだ付け装置の使用及び／又は動作を検出するためのセンサの測定データは基本的に任意に評価されることができる。仮想座標系ではんだ付け装置の動作を記録することが有益である。これは、はんだ付け装置の使用及び／又は動作を検出するためのセンサのデータに基づいて実現されてもよい。

この種のはんだ付け装置はロボットシステムにおいても頻繁に使用される。この場合には、二次元または三次元の動作曲線を記録して、はんだ付けチップの移動経路を再現することができる。

他の有利な実施形態において、動作曲線は、動作曲線の個々の点および関連する時間に判断されたそれぞれのはんだ付けチップ温度と共に、アーカイブ目的および制御目的で記録される。

はんだ付け装置を保護し且つはんだ付け装置の故障がない動作を確保するために、はんだ付け装置に対して取り付けられるはんだ付けチップは、それらの形状および質量に関して、発熱体の形状に最適に適合されるべきである。特に発熱体を保護するために、発熱体とはんだ付けチップとの間の最適な熱的結合が達成されなければならない。

はんだ付けチップの内径および内部形状、並びに、はんだ付けチップの外径、外部形状および全長は、発熱体の形状および長さに理想的に適合されるべきである。

本発明の１つの実施形態が図面に示されており、以下、この実施形態を典型的な態様で説明する。

図１は、機能部０２とハンドル部０３とを有する手持ち式はんだごてを示している。はんだ付けチップ０４が機能部０２上を覆うように確実に取り付けられている。このように確実に取り付けることによって、機能部０２とはんだ付けチップ０４との間は最適に熱的結合される。

機能部０２は更に、はんだ付けチップ温度センサ０５を備えている。はんだ付けチップ温度センサ０５は、はんだ付けチップにおける温度を判断する。

機能部０２は更に、発熱体０６を備えている。発熱体０６は、ＮｉＣｒ合金から成るバイファイラ電熱線で実現される。

はんだ付けチップ温度センサ０５および発熱体０６それぞれに２つの接続線は、ハンドル部０３内に延びる。

ハンドル部０３内に位置する２つの加熱電流供給ライン０７，０８は、発熱体０６のそれぞれの端部に接続されている。第１の加熱電流供給ライン０７はニッケルワイヤから成り、第２の加熱電流供給ライン０８は鉄ワイヤから成る。加熱電流供給ラインの第２の端部はそれぞれ手持ち式はんだごて０１の外部に延びている。発熱体０６と、第１の加熱電流供給ライン０７と、第２の加熱電流供給ライン０８とのの３つの異なる金属材料によって、熱素子は、発熱体および２つの加熱電流供給ラインから形成される。これにより、熱的効果に基づいて電熱線自体の温度を判断することができる。

ハンドル部０３は更に、識別センサ０９を含んでいる。識別センサ０９は、明確な識別機能を示し、これにより、手持ち式はんだごて０１を識別できる。

ハンドル部０３は更に、ＩＯトランスデューサ要素１３を含んでおり、このＩＯトランスデューサ要素１３により更なるセンサ及び／又はアクチュエータを従来の原理に従って接続できる。

また、ハンドル部０３は使用センサ１０も含んでいる。使用センサ１０によって、手持ち式はんだごて０１の動作を検出できる。はんだごてが使用されていないときには、加熱電流供給ライン０７，０８を介して加熱電流供給を遮断することができる。

また、ハンドル部０３はハンドル部温度センサ１１も含んでいる。ハンドル部温度センサ１１によって、ハンドル部０３内の温度を判断できる。これにより、例えば、使用者が負傷することを防止できる。

センサ０５，０６，０７，０８，０９，１０，１１，１３の接続ラインは、可能な最短ルートに沿って、手持ち式はんだごて０１に組み込まれたコンピュータユニット１２の入力側に接続される。コンピュータユニット１２は、ここではマイクロコントローラで実現される。そして、コンピュータユニット１２の出力側はコンピュータユニット供給ライン１４，１５に接続される。これにより、例えば、外部制御ユニットがコンピュータユニット１２と通信することができる。

本実施形態では、加熱電流供給ライン０８およびコンピュータユニット供給ライン１５が同一である。その結果、手持ち式はんだごて０１からの配線の消費が２つの加熱電流供給ライン０７，０８および更なるコンピュータユニット供給ライン１４に制限される。

しかしながら、コンピュータユニット供給ラインはそれぞれ、例えば加熱電流供給ラインのうちの１つと同一ではなく、はんだ付け装置から別々に延びてもよい。これは、既に前述した利点をもたらす。

従って、手持ち式はんだごて０１と他の装置との間の完全な接続が、特に簡単で且つ複雑でない態様で実現される。

手持ち式はんだごてとして実現される、はんだ付け装置の概略表示を示している。

Claims (12)

1. 工作物をはんだ付けするためのはんだ付け装置（０１）であって、少なくとも１つの発熱体（０６）と、少なくとも２つの加熱電流供給ライン（０７，０８）と、少なくとも１つのセンサ（０５，０６，０７，０８，０９，１０，１１，１３）とを備え、前記発熱体に、前記加熱電流供給ライン（０７，０８）を介して加熱電流を供給可能な、はんだ付け装置（０１）において、
   前記はんだ付け装置（０１）は、コンピュータユニット（１２）を備え、前記センサ（０５，０６，０７，０８，０９，１０，１１，１３）は前記コンピュータユニット（１２）に接続されることを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記コンピュータユニット（１２）は、マイクロコントローラで実現されることを特徴とする、請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記コンピュータユニット（１２）は、少なくとも２つのコンピュータユニット供給ライン（１４，１５）に接続され、少なくとも１つの前記コンピュータユニット供給ライン（１５）は、少なくとも１つの前記加熱電流供給ライン（０８）と同一であり、前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）を介して前記コンピュータユニット（１２）と通信可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだ付け装置。
4. 前記コンピュータユニット（１２）は、単一ワイヤシステムに従って前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）に接続され、前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）は、前記コンピュータユニット（１２）に給電する作用を有しており、前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）は、前記コンピュータユニット（１２）と双方向通信する作用もまた有していることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
5. 前記はんだ付け装置（０１）の前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）は制御ユニットに接続可能であり、前記制御ユニットは前記コンピュータユニット供給ライン（１４，１５）を介して前記はんだ付け装置（０１）の前記コンピュータユニット（１２）と通信可能であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
6. 少なくとも１つの熱電圧がタップ可能な少なくとも１つの熱素子が、前記発熱体（０６）と前記加熱電流供給ライン（０７，０８）との間に形成されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
7. 前記発熱体（０６）は第１の金属材料から成り、第１の加熱電流供給ライン（０７）は第２の金属材料から成り、第２の加熱電流供給ライン（０８）は第３の金属材料から成ることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
8. 前記熱素子をセンサとして前記コンピュータユニット（１２）に接続可能であることを特徴とする、請求項６または７に記載のはんだ付け装置。
9. 前記はんだ付け装置（０１）は、前記はんだ付け装置（０１）の使用及び／又は動作を検出するためのセンサ（１０）を備えることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
10. 前記はんだ付け装置（０１）の使用及び／又は動作を検出するための前記センサ（１０）は、加速度センサで実現されることを特徴とする、請求項９に記載のはんだ付け装置。
11. 少なくとも、前記はんだ付け装置（０１）の使用及び／又は動作を検出するためのセンサ（１０）によって多次元動作曲線が規定されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のはんだ付け装置。
12. 前記動作曲線は、相関温度および相関時間と共に記録されることを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。

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