JP2016059927A - 半田鏝 - Google Patents

Abstract

【課題】一定量の半田を筒状のガイドに供給し自動的に半田を行う装置において、半田面が水平方向以外にも半田付けを容易に行う。
【解決手段】半田材を供給するガイド管を内部に有する鏝先と、鏝先に熱を供給する加熱手段とを備え、ガイド管は上部に設けられた半田供給部と下部の少なくとも側面の一部に設けられた半田排出部とを有し半田排出部より溶融半田を供給し、垂直方向の水平方向に設置されたピンの半田付けを行うことにより、垂直方向の基板に設置された水平方向のピンに対して定量の半田が適切に行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品等を基板上に半田で固着させる半田鏝に関するものである。

近年、フラックスの飛散を防止するとともに、詰まりの生じにくい半田鏝を提供し、電子機器の半田付け工程において、一回の半田付けに供される半田の量を一定にし、且つ良好に自動で半田付けすることが行われている。

図１３はその一例として、一定量に切断された半田片ａを垂直方向に設けられた半田供給孔ｂから垂直なガイド管ｃに供給し、半田片ａを配線基板ｄに落下させ、ガイド管ｃの周囲に配置された加熱ブロックｅによって半田ａを溶融させランドｆとピンｇの半田付けを行うものである。

国際公開番号２００８−２３４６１号

上述した半田付け鏝においては、ピン７が垂直方法に設置され半田を水平に盛っている場合には半田付けが適切に行われるが、電気部品の構成によって端子ピンが水平方向にあり、垂直方向に半田付けを行う場合には、溶融した半田が適切に流れないという問題があった。またモータへのバリスタの半田付けのような狭い間隙での半田付けにおいても鏝を用いた一定量の半田を自動で行うことが困難であり、手作業による半田付けが行われていた。

本発明は上記の問題を解決するもので、一定量の半田を筒状のガイドに供給し自動的に半田を行う装置において、半田面が水平方向以外でも半田付けを容易にすることを目的とする。

本発明に係る半田鏝は、半田材を供給する孔を内部に有するガイド管と、ガイド管に熱を供給する加熱手段とを備え、ガイド管は上部に設けられた半田供給部と下部の少なくとも側面の一部に設けられた半田排出部とからなり、半田排出部より溶融半田を供給し、水平方向に設置された端子に対して垂直方向に半田供給し半田付けを行う。

また、上記構成としてより具体的には、半田排出部は孔の全部又は一部を斜めに切断し、側面と下面から半田を排出するものである。
また半田排出部は孔の一部を直角に切断し、垂直な側面に半田を供給するものである。

また、本発明の半田鏝は、ガイド管の孔が屈曲して半田排出部に至る構成にし、側面から半田を排出したものである。
また、孔の下端部の全部又は一部が塞がっている構成にしたものであり、側面から多くの半田を排出するものである。

本発明に係る半田鏝によれば、ガイド管の排出口を側面に設けたので、垂直方向の基板に設置された水平方向のピンに対して垂直面に半田付けが適切に行われる。また、下面と側面から同時に半田を供給することができ、屈曲した基板の角部にも自動で半田付けができ、作業時間の短縮ができ半田付けの品質が向上する。

本発明の実施例１に係る半田鏝を用いた半田付け装置を示す斜視図。 図１に示された半田付け装置の断面図。 本発明の実施例１に係る半田付け動作を示す説明図。 本発明の実施例１の鏝先を示す外観斜視図。 本発明の実施例２に係る他の半田付け動作を示す説明図。 本発明の実施例３の鏝先を示す外観図および断面図。 本発明の実施例３に係る半田付け装置の動作を示す説明図。 本発明の実施例４の鏝先を示す断面図。 本発明の実施例５に係る半田鏝の外観斜視図および動作を示す説明図。 本発明の実施例６に係るモータ端子への半田付けを示す説明図。 本発明の実施例７に係る表面実装部品への半田付け装置の動作を示す説明図。 本発明の実施例６の半田付け状態を示す図。 従来の半田付け装置を示す構成図。

本発明の実施形態について、実施例１から実施例７の各々を例に挙げ、図面を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の内容はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。また、以下の説明で用いる上下左右の方向は、図１に示す通りである。

本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。図１は、実施例１に係る半田付けシステムＸの斜視図であり、図２は、図１に示す半田付け装置Ａを平面Ｐ１（半田鏝の中心軸を含み、上下左右に広がる平面）で切断した場合の断面図である。なお、図１では図の見易さを考慮して、支持部１の一部を切断して表示している。また、図３は半田付けが行われたときの状態を示し、図4は鏝先５の外観図を示している。

半田付け装置Ａは、上方から糸半田Ｗを供給し、下部に設けられた半田鏝Ｓａを利用して、半田鏝Ｓａの下方に配置される基板（配線基板）Ｂｄの部品基板ＢｋにコネクタＣの端子Ｌｔや電子部品Ｄ用のリードＬｂを半田付けすることが可能である。なお、部品基板Ｂｋは基板Ｂｄに対してほぼ垂直に取り付けられており、基板Ｂｄは治具Ｇｊに取り付けられている。図１および図２に示すように、半田付け装置Ａは支持部１、カッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６、及び半田鏝Ｓａを備えている。

支持部１は、立設された平板状の壁体１１を備えている。カッターユニット２は、半田送り機構６によって送られた糸半田Ｗを所定長さの半田片に切断するものである。カッターユニット２は、摺動ガイド１３に固定されたカッター下刃２２と、カッター下刃２２の上部に配置され、摺動可能に配置されたカッター上刃２１とを備えている。また、カッターユニット２は、駆動機構３の後述する第２アクチュエータ３２によって、上下方向（カッター上刃２１の摺動方向と交差する方向）に駆動されるプッシャーピン２３を備えている（図２参照）。

図２に示すように、カッター上刃２１は、半田送り機構６にて送られた糸半田Ｗが挿入される貫通孔である上刃孔２１１と、プッシャーピン２３が挿入された貫通孔であるピン孔２１２とを備えている。上刃孔２１１の下端の辺縁部は切刃状に形成されている。カッター下刃２２は、上刃孔２１１を貫通した糸半田Ｗが挿入される貫通孔である下刃孔２２１を備えている。下刃孔２２１の上端の辺縁部は切刃状に形成されている。上刃孔２１１と下刃孔２２１とは、糸半田Ｗが挿入されている状態で、糸半田Ｗと交差する方向にずれることで、互いの切刃によって糸半田Ｗを半田片に切断する。

上刃孔２１１とピン孔２１２とは、カッター上刃２１の摺動方向に並んで設けられている。カッター上刃２１は、上刃孔２１１と下刃孔２２１とが上下に重なる位置と、ピン孔２１２と下刃孔２２１とが上下に重なる位置との間を摺動する。

図２に示すように、駆動機構３は、カッター下刃２２に固定されカッター上刃２１を摺動させる第１アクチュエータ３１と、カッター上刃２１に取り付けられ、プッシャーピン２３を駆動する第２アクチュエータ３２とを備えている。第１アクチュエータ３１は、カッター下刃２２に固定されたシリンダ３１１と、シリンダ３１１の内部に配置され、供給される空気の圧力で伸縮するピストンロッド３１２とを備えている。ピストンロッド３１２の先端部分がカッター上刃２１に固定されており、ピストンロッド３１２の伸縮動作によってカッター上刃２１が摺動する。

なお、半田付け装置Ａは、ピストンロッド３１２がシリンダ３１１から最も突出したとき、図２に示すようにカッター上刃２１が左端にあり、上刃孔２１１が下刃孔２２１と上下に重なるようになっている。また、半田付け装置Ａは、ピストンロッド３１２がシリンダ３１１に収納されたとき、図３に示すようにカッター上刃２１が右端にあり、ピン孔２１２が下刃孔２２１と上下に重なるようになっている。

第２アクチュエータ３２は、カッター上刃２１に固定されたシリンダ３２１と、シリンダ３２１の内部に配置され、空気圧で伸縮するピストンロッド３２２とを備えている。ピストンロッド３２２の先端にはプッシャーピン２３が固定されている。第２アクチュエータ３２は、ピン孔２１２と下刃孔２２１とが上下に重なっている状態のとき、ピストンロッド３２２を伸長させることで、プッシャーピン２３を下刃孔２２１に挿入し、ピストンロッド３２２をシリンダ３２１に収容することでプッシャーピン２３を下刃孔２２１から抜く。カッターユニット２によって切断された半田片が下刃孔２２１に残っている場合でも、このプッシャーピン２３の動作によって、押し出される。

半田送り機構６は、糸半田Ｗを供給するものであり、糸半田Ｗを送る一対の送りローラ６１と、送りローラ６１で送られる糸半田Ｗをガイドする半田供給管６２とを備えている。一対の送りローラ６１は、支持部１に取り付けられており、糸半田Ｗを挟むとともに、回転することで糸半田Ｗを下方に送る。送りローラ６１は回転角度（回転数）によって、送り出した糸半田の長さを決定している。

半田供給管６２は、弾性変形可能な管体であり、上端は、送りローラ６１の糸半田Ｗが送り出される部分に近接して配置されている。また、半田供給管６２の下端はカッター上刃２１の摺動に追従して移動するものであり、上刃孔２１１に連結されている。半田供給管６２はカッター上刃２１が摺動する範囲で引っ張られたり、突っ張ったりしないように設けられている。

また、図１および図２に示すように、半田鏝Ｓａは、カッターユニット２の下方に固定されている。半田鏝Ｓａの詳細について以下に説明する。

半田鏝Ｓａは、ヒーターユニット４と、ヒーターユニット４に取り付けられた鏝先５を備えている。図２に示すように、ヒーターユニット４は、通電によって発熱する半田付け用の加熱手段であるヒーター４１と、ヒーター４１を取り付けるためのヒーターブロック４２とを備えている。ヒーターブロック４２はヒータブロック保持部４３に固定されている。

ヒーターブロック４２は円筒形状を有しており、外周面には、ヒーター４１が巻き付けられており、貫通する半田供給孔４２２とを備えている。図２に示すように、カッター下刃２２の下刃孔２２１は、ヒーターブロック４２の半田供給孔４２２、および鏝先５のガイド管５１に連通している。

鏝先５は、半田に対して非濡れ性の部材であり、上下方向（軸方向）に伸びる円筒形状となっている。鏝先５の中央部分には、軸方向に延びるガイド管５１が形成されている。鏝先５は、高い熱伝導率を有する材質により形成されており、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上となっている。鏝先５の材質としては、窒化アルミニウム、タングステンカーバイド、またはボロンナイトライドのセラミック材質などが好適である。

鏝先５は、半田鏝Ｓａの本体に対して着脱可能であり、下端部がヒーターブロック４２より下方に突出する。この状態において、鏝先５のガイド管５１と半田供給孔４２２とが連通する。カッターユニット２で切断された糸半田は、下刃孔２２１から半田供給孔４２２を介してガイド管５１に供給される。

半田鏝Ｓａで半田付けを行う場合、ヒーターブロック４２を介してヒーター４１の熱が伝達され、その熱でガイド管５１に供給された半田片を溶融する。半田付けシステムＸは、筒形状の鏝先５を上下方向へ移動させることが可能であり、鏝先５の先端を基板Ｂｄへ十分近づけた状態で半田付けを行うことが出来る。

鏝先５の先端部５２は図４に示すように先細となるように構成されており、さらにその端部は斜めに切断されて傾斜部５２１を形成する。

また、半田付けシステムＸには、当該装置が正常に機能するように各種動作を制御する制御機構ＣＳ（不図示）が設けられている。制御機構ＣＳは、例えば、ＭＰＵやＣＰＵ等の論理回路を備え、第１アクチュエータ３１、第２アクチュエータ３２、ヒーター４１、およびローラ６１等を制御する機能を有している。また、制御機構ＣＳは、半田付けシステムＸ（少なくとも鏝先５を含む部分）の上下方向等への移動を制御する機能を有しており、更に、鏝先５の温度情報（例えば、非接触センサー或いは熱電対により検出される）を継続的に取得することが可能となっている。

制御機構ＣＳは、基板Ｂｄ上に半田を供給して固着させる一連の動作が適切に遂行されるように、各部を制御する。より具体的に説明すると、制御機構ＣＳは、鏝先５の先端が基板Ｂｄへ近づくように半田付けシステムＸを移動させた後、糸半田Ｗから半田片が切り出されるように送りローラ６１と各アクチュエータ（３１、３２）を制御し、鏝先５の内部に半田片が供給されるようにする。

更に制御機構ＣＳは、この半田片が溶融するように（通常、鏝先５が約４００℃となるように）ヒーター４１を制御する。

次に半田付けシステムＸが行う半田付け動作（基板Ｂｄ上の部品基板Ｂｋの端子Ｌｔを半田付けする動作）について説明する。

図２において、半田付け装置Ａを図の下方向にロボットハンドなどによって移動させ、半田送り機構６によりあらかじめ設定された長さの糸半田Ｗが供給される。そして第1アクチュエータ３１を駆動してピストンロッド３１２を介してカッター上刃２１を図の左方向に移動させ、カッター下刃２２との間で糸半田Ｗを切断する。切断された半田片は図３に示すように、上刃孔２１１から下刃孔２２１へ落下し、さらに第２アクチュエータ３２を駆動しプッシャピン２３が下方向に押し出すので確実に半田供給孔４２２へ移動する。図３（ａ）に示すように、半田片Ｗｔは半田供給孔４２２から鏝先５のガイド管５１の半田供給部５１ａへと案内され、さらに落下して部品基板Ｂｋ上に達する。鏝先５はヒーターユニット４により半田の溶融温度以上に加熱されているので、図３（ｂ）に示すように半田片Ｗｔは溶融し溶融半田Ｗｍが先端部５２の傾斜部５２１の半田排出部５１ｂから流れ出て、部品基板ＢｋのコネクタＣの端子Ｌｔと基板Ｂｄの電子部品ＤのリードＬｂに流れ込み、垂直方向に設けられた部品基板Ｂｋに半田付けが行われる。図４は傾斜部を有する半田鏝の外観図であり、ガイド管５１を備えた円柱の鏝先５の先端部５２を斜めにカットした傾斜部５２１で構成している。

鏝先５は半田が付着しにくい非ぬれ性の材料で構成されているものの、鏝先５の汚れなどにより半田が付着するようになり、基板にすべて流れ出ないで一部が鏝先５に残るようになる。本発明では傾斜部５２１によってガイド管５１が斜めにカットされているので、半田の鏝先５への付着部分が少なくなり半田が基板側に流れやすくなっている。傾斜部５２１の角度は基板側の半田付けされる部品や端子によって適切な角度のものを選定する。
また斜めにカットされていることで半田排出部５１ｂの内部を半田の流れている状態を傾斜部５２１の位置で目視することができ、半田が溶融しないなどの異常な状態を監視することができる。また、光センサ（図示せず）を用いて、傾斜部５２１の半田の溶融状態を画像認識を用いて自動で検出し、警報等を発生することができる。
さらに、赤外線温度センサ（図示せず）を用いれば傾斜部５２１の半田の温度を計測することにより、非接触で半田の溶融状態を検出することができる。

傾斜部５２１の角度は、部品基板の形状によってあらかじめ製作されるが、半田付け装置Ａをロボットハンドに装着すれば、基板に対する傾きを変更することができ、また傾斜部５２１の方向も変更が可能である。

図５は本発明の第２の実施例を示したもので、部品基板Ｂｋをあらかじめ所定の角度傾けて半田付けを行うものである。図５（ａ）の位置から鏝先５を下方向に移動させ、傾斜している部品基板Ｂｋを傾斜部５２１で予備加熱したのち、半田片Ｗｔを落下させて溶融し、傾斜部５２１の排出部５１ｂより流れ出て、部品基板ＢｋのコネクタＣの端子Ｌｔと基板Ｂｄの電子部品ＤのリードＬｂを接続する。部品基板Ｂｋを傾けることにより、部品や端子の間隔が小さく配置された小さな基板での半田付けでも容易に行うことができる。また傾斜部５２１で部品基板Ｂｋは広い範囲で面接触するので部品基板Ｂｋを効率よく予備加熱することができ、良好な状態で半田付けを行うことができる。

図６と図７は本発明の第３の実施例を示したもので、図６（ａ）は鏝先５の外観図を示し、図６（ｂ）は中央部での断面図を示し、図７（ａ）は半田付け中の動作を、図７（ｂ）は半田後の動作を示すものである。図６（ｂ）に示すように、ガイド管５１は屈折して半田排出部５１ｃを形成する。図７（ａ）において垂直な部品基板Ｂｋに設けられた端子Ｌｔは水平の方向（供給路５１と直角）に配置されているが、屈曲した半田排出部５１ｃにより供給された半田片Ｗｔが溶融して、図７（ｂ）に示すように溶融半田Ｗｍとなって、部品基板Ｂｋの端子Ｌｔを半田付けする。先端部５２の端部５２２は部品基板Ｂｋと平行な面を有し、半田作業時に面接触するので部品基板Ｂｋの予備加熱が十分行われる。半田付け後の鏝先５の離脱は半田Ｗｍが冷却後に行われ、まず右横方向に移動しその後上部に移動させる。

図８は本発明の第４の実施例を示す断面図であり、供給路５１をほぼ直角に屈曲させ半田排出部５１ｄを形成し、溶融した半田を水平方向に排出させるものである。なお屈曲部の隅に半田が残留することを防止するために、Ｒ部５１ｄを設けても良い。

図9は本発明の第5の実施例を示すもので、第３の実施例（図６）と異なるところは部品基板Ｂｋを斜めに設置した場合に対応できるようにしたことにある。部品基板Ｂｋと平行になるように先端部５２に、図９（ａ）に示すように斜めにカットした傾斜部５２３を有している。図９（ｂ）は半田付け作業の状態を示すもので、傾斜部５２３と部品基板Ｂｋとが面接触するので、半田片Ｗｔが供給される前に、傾斜部５２３を部品基板Ｂｋに当接して十分に予備加熱が行える利点を有する。

図１０は本発明の第６の実施例を示したもので、モータへの半田付けを行う例である。図１０（ａ）において、モータユニットＭの整流子ライザＲとノイズ除去用のリング状のバリスタＶｒとを接続するために、モータユニットＭを傾けてコイルＣｏとバリスタＶｒとの間に鏝先５の先端部５２を挿入し、図１０（ｂ）に示すように傾斜部５２４より半田片Ｗｔを供給し半田付けを行うものであり、図１０（ｃ）に示すように、バリスタＶｒとライザＲとの両面に溶融半田Ｗｍが流れ出て、モータのような狭い空間にも自動で半田付けが行うことができる。また、モータを水平に保ち、半田付けシステムＸをロボットアームに取り付けて鏝先を傾けることにより、同様の効果を得ることができる。

図１１は本発明の第7の実施例を示したもので、の表面実装の部品の半田付けを行う例である。図１１（a）は半田付けの準備中状態を示し、（b）は半田付けの作業中の状態を示す。鏝先５の先端部５２の一部をほぼ直角に切り欠いて、半田排出部５１ｆを形成する。部品基板Ｂｋ上に表面実装部品Ｃｈを配置し、図１１（ｂ）に示すようにこの表面実装部品Ｂｋの角部ＣＨ１の位置に半田排出部５１ｆが位置するようにして、半田片Ｗｔを供給する。溶融した半田は半田排出部５１ｆから排出され、図１２に示すように表面実装部品Ｃｈの電極Ｄｋと基板部品ＢｋのランドＬｄを接合する。なお表面実装部品Ｃｈの反対側の半田付けはロボットアーム等で半田付けシステムＸ全体を回転することで行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

４１ ヒーター（加熱手段）
５１ ガイド管
５１ａ 半田供給部
５１ｂ、５１ｃ、５１d、５１e、５１f 半田排出部
６２ 半田供給管
Ａ 半田付け装置
Ｗｔ 半田片（半田材）
Ｗｍ 溶融半田

Claims (7)

1. 半田材を供給するガイド管を内部に有する鏝先と、前記鏝先に熱を供給する加熱手段とを備え、前記ガイド管は上部に設けられた半田供給部と、下部の少なくとも側面の一部に設けられた半田排出部とからなり、前記半田排出部より溶融した半田を回路基板の半田付け部分に供給することを特徴とする半田鏝。
2. 前記半田排出部は前記孔の全部又は一部を斜めに切断したことを特徴とする請求項1に記載の半田鏝。
3. 前記半田排出部は前記孔の一部を前記ガイド管に対してほぼ直角に切断したことを特徴とする請求項２に記載の半田鏝。
4. 前記ガイド管は屈曲して前記半田排出部に至ることを特徴とする請求項１に記載の半田鏝。
5. 前記ガイド管はほぼ直角に屈曲した請求項４に記載の半田鏝。
6. 前記ガイド管の下端部の全部又は一部が塞がっており、側面から半田を排出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の半田鏝。
7. モータのバリスタを半田付けすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の半田鏝。