JP2017152627A

JP2017152627A - 半田処理装置

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Publication number: JP2017152627A
Application number: JP2016035759A
Authority: JP
Inventors: 満男海老澤; Mitsuo Ebisawa
Original assignee: And Co Ltd
Current assignee: And Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】半田付け装置の半田鏝を回動させて電子部品の位置に関わらず適切な半田を行うために、半田付け装置全体を回動させて鏝位置を変更していたので、ロボット装置への負荷が大きく装置も大きくなる。本発明は鏝先の街道をコンパクトな装置で行う実用的な半田処理装置を提供する。【解決手段】略筒状で軸に対して非対称な鏝先と、鏝先を加熱する加熱手段と、鏝先を回動させる鏝駆動装置とを備え、鏝先の角度を変更した後半田付けを行う半田処理装置であり、配線基板上の電子部品の形状にかかわらず半田付けを行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は半田鏝を有する半田処理装置、特にロボット等を使用して自動で半田付けを行う装置に関するものである。

近年、多くの電気機器が電子部品を実装した電子回路を搭載している。電子回路の形成工程においては、ロボット装置によって半田鏝を駆動した半田付けが行われている。例えば、配線基板に形成されたスルーホールに電子部品の端子やワイヤーが挿入され、その先端部分をスルーホールの周囲に形成された配線パターン（ランド）にロボットアームで駆動された半田鏝に半田を供給して半田付けすることで、電子部品やワイヤーの配線基板への実装固定がなされる。

半田付けの工程は、半田鏝の鏝先にて加熱溶融された半田が、配線基板へ供給されることにより実現される。さまざまな形状の電子部品を確実に半田付けするために、鏝先を移動あるいは回動させることが行われている。例えば特許文献１に開示された装置は、ロボットによって半田鏝を回動させて半田付けを行う構成となっている。

特開２０１３−１９１６７５号公報

従来の半田付け装置では半田鏝を回動させるために、半田鏝が固定された取付板をロボットのアームに取り付けて回動を行っていた。半田付けには鏝を加熱するヒーターや半田および半田送り装置などの付属装置が備えられており、これらの付属装置も一体的に回動させる必要がある。

重量の大きい付属装置を駆動するために、ロボットの駆動部は大型の強力なモータが必要になる。またそのモータを駆動するために多関節のロボット自体も強力な駆動部が必要になり、装置全体が大型で高価格になる。また付属装置が回動することによって、電気配線や糸半田が捻れて耐久信頼性が劣る欠点があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、鏝先のみを回動させることにより、構成の簡素化が容易となる半田処理装置の提供を目的とする。

本発明に係る半田処理装置は、軸に対して非対称な鏝先と、この鏝先を加熱する加熱手段と、鏝先と係合して回動する鏝駆動装置とを備え、半田付けの対象物によって鏝先の角度を変更して半田付けを行うものである。

また上記構成としてより具体的には、鏝先を略筒状に形成し、筒内部から半田を供給して半田付けを行うものである。
また、加熱手段を取り付けるヒーターブロックに鏝先を回動自在に取り付け、ヒーターブロックと鏝先との間で摺動して鏝先を回動するするものである。
また、鏝先と一体に設けられた従属回動体を備え、鏝駆動装置から従属回動体を介して鏝先を回動させるものである。
また、鏝駆動装置からベルトを介して鏝先を回動させるものである。

また上記構成としてより具体的には、従属回動体又はベルトは低熱伝達率の材料であり、鏝駆動装置への伝熱を低減させるものである。
また、従属回動体を低放射率の材料で鏝先を覆い鏝先の放熱を低減させるものである。

また本発明の半田処理装置は、半田を供給する半田送り機構と鏝先を加熱する加熱手段とからからなる半田付け装置と、半田付け装置を移動させるロボットとを備え、鏝駆動装置を半田付け装置の外部に設け、ロボットによって半田付け装置を鏝駆動装置の位置に移動し、鏝駆動装置によって鏝先を回動させた後、ロボットにより半田付け装置を移動させ半田付けを行うものである。

本発明に係る半田処理装置によれば、略筒状で軸に対して非対称性の略筒状の鏝先と、この鏝先を加熱するヒーターと、鏝先の外周部と係合して鏝先を回動する鏝駆動装置とを備え、半田付けの対象物によって鏝先の角度を変更して半田付けを行うようにしたので、軽量である鏝先のみを回動すれば良く鏝駆動装置が小型で低価格のものが使用できる。また鏝先の回動によってヒーターの配線や半田線が捩れることがない。

本発明の半田処理装置の実施例１を示す斜視図。同半田処理装置の断面図。同半田処理装置の鏝先を示す図。同半田処理装置を駆動するロボットを示す斜視図。同半田処理装置の動作を示す断面図。同半田処理装置の動作を示す断面図。同半田処理装置の動作を示す断面図。同半田処理装置の実施例２の鏝先の駆動部を示す斜視図。同半田処理装置の実施例３の鏝先の駆動部を示す斜視図。同半田処理装置の実施例４を示す斜視図。同半田処理装置の実施例５の鏝先を示す断面図。同半田処理装置の実施例５の鏝先を示す断面図。同半田処理装置の実施例５の鏝先を示すＡ−Ａ断面図。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の内容は当該実施形態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。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る半田付け装置Ａ（半田処理装置の一形態）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（鏝先５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。

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、半田鏝Ｓａの下方に配置される配線基板Ｂｄと電子部品Ｅｐを半田付けする装置である。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、半田切断駆動機構３、半田送り機構６、及び半田鏝Ｓａ、鏝回動機構Ｄｉを備えている。

半田付け装置Ａは、治具Ｇｊに取り付けられた配線基板ＢｄのランドＬｄと、配線基板Ｂｄに配置された電子部品Ｅｐの端子とに溶融半田を供給し、接続固定を行う。半田付け装置Ａは上下左右を含む各方向に移動可能となるよう構成されている。

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、半田切断駆動装置の後述する第２アクチュエーター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、半田切断駆動装置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アクチュエーター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アクチュエーター３２とを備えている。

第１アクチュエーター３１は、カッター下刃２２に固定されたシリンダー３１１と、シリンダー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、図２に示す半田付け装置Ａでは、第１アクチュエーター３１のピストンロッド３１２がシリンダー３１１から最も突出したとき、カッター上刃２１が図中左端にあり、上刃孔２１１が下刃孔２２１と上下に重なるようになっている。また図５に示すように、ピストンロッド３１２がシリンダー３１１に収納されたとき、カッター上刃２１が図中右端に移動し、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アクチュエーター３２は、カッター上刃２１に固定されたシリンダー３２１と、シリンダー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アクチュエーター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をシリンダー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をガイドするガイド管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、回動することで糸半田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。

ガイド管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、ガイド管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。ガイド管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。

カッター下刃２２の下部には、窒素や空気を下刃孔２２１に送り込むための通気経路（図示せず）が設けられている。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、ヒーターブロック４２を保持するヒーターブロック保持部４３とを備えている。

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が巻き付けられている。ヒーターブロック４２は、軸方向の下端部に鏝先５をとりつけるための断面円形状の凹部４２１と、凹部４２１の底部の中心部から反対側に貫通する半田供給孔４２２とを備えている。

ヒーターブロック保持部４３は、平板状の本体部に形成された貫通孔を備えている。この貫通孔にヒーターブロック４２を圧入することで、ヒーターブロック４２はヒーターブロック保持部４３に保持されている。ヒーターブロック保持部４３を支持部１に取り付けることで、半田鏝Ｓａが支持部１に固定される。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、軸方向に延びる半田孔５１が形成されている。鏝先５は、高い熱伝導率を有する材料、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミ等のセラミックやタングステン等の金属によって形成されていることが好ましい。

鏝先５は、半田鏝Ｓａの本体に対して着脱可能であり、装着時には上部がヒーターブロック４２の凹部４２１に挿入して配置され、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の半田孔５１と半田供給孔４２１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４２１を介して半田孔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、その熱で半田孔５１に供給された半田片を溶融する。半田付け装置Ａによれば、筒形状の鏝先５の先端を、配線基板ＢｄのランドＬｄに接触させた状態で半田付けを行うことが出来る。これにより、半田やフラックスヒューム等の飛び散りを抑制することが可能である。

半田鏝Ｓａには、鏝先５の温度を検出するように配置された熱電対（図示せず）のような温度検出手段を設けても良い。この温度検出手段による鏝先５の温度の検出結果は、半田片を溶融させて半田付けが可能となるように、ヒーター４１による加熱を適切に制御するための情報として利用される。また温度検出手段による鏝先５の温度の検出結果は、クリーニング工程において、ヒーター４１による加熱を制御するためにも利用される。

なお、半田鏝Ｓａには、ヒーターブロック４２の温度を検出するように配置された別の温度検出手段（図示せず）を備えても良い。この温度検出手段によりヒーター４１による加熱をより精度良く制御する用途等に利用される。

鏝回動機構Dｉはモータ（鏝駆動装置）と歯車から構成されており、鏝先５を回動することができる。鏝先５には歯車Ｂ（従属回動体）７１がピン７２によって固定されており、鏝先５と歯車Ｂ７１は一体的に回動する。ヒーターブロック固定部４３にはモータ７３が取り付けられており、このモータ７３の回動軸７４には歯車Ａ（駆動回動体）７５がカシメあるいはネジ等で固定されている。歯車Ａ７５と歯車Ｂ７１は噛み合っており、モータ７３の回動は歯車Ａ７５から歯車Ｂ７１を介して、ヒーターブロック４２の内側と摺動しながら鏝先５を回動させることができる。
歯車Ｂ７１と歯車Ａ７５はそれぞれ鏝先5よりも熱伝導率の低い材質で構成されており、鏝先５の高熱がモータ７３に伝わって、モータ７３の温度が上昇して回転性能や耐久性が劣化することを防止している。また、歯車Ａ７５の表面は鏝先５よりも熱放射率の低い材料で構成されており、鏝先5からの熱放射による温度低下を防止している。熱放射をさらに低減するために鏝先５の円周方向の大部分を覆っても良い。
図３は鏝先５の取付方法を示したもので、鏝先５は断面を行わず表示している。７６はピンであり、鏝先５の外周に設けられた溝５cに係合して回動は自在であるが上下方向には位置を規制している。

また半田付け装置Ａ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アクチュエーター３１、第２アクチュエーター３２、ヒーター４１、ローラ６１およびモータ７３等を制御する機能を有している。また制御機構ＣＳは、半田付け装置Ａ（半田鏝Ｓａを含む）の移動を制御する機能も有しており、更に、温度検出手段の検出結果を継続的に取得することが可能である。

半田付け工程の際、制御機構ＣＳは、鏝先５の先端が配線基板Ｂｄへ近づくように（或いは接触するように）半田鏝Ｓａを移動させる。その後に制御機構ＣＳは、糸半田Ｗから半田片が切り出されるようにローラ６１と各アクチュエーター（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。
また制御機構ＣＳは、この半田片が溶融するようにヒーター４１による加熱を制御し、
配線基板Ｂｄ上において、当該半田片を用いた半田付けが達成されるようにする。なお、この際に制御機構ＣＳは、例えば、鏝先５の温度が約４００℃となるようにヒーター４１による加熱を制御する。このように半田付け装置Ａは、鏝先５の先端が配線基板Ｂｄに接触または近接した状態で溶融処理を行い、溶融した半田を配線基板Ｂｄ上へ供給するように形成されている。

図４は半田付け装置Ａの位置を制御するロボットＲｂを示す図であり、制御機構ＣＳにより図のＸ、Ｙ方向に駆動することで配線基板Ｂｄへ半田付けする場所の位置決めを行い、Ｚ方向に駆動することで配線基板Ｂｄに接触させ半田付けを行う。

次に半田付け動作（基板Ｂｄ上の端子Ｌd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を図の右方向に移動させ、図５に示すようにカッター下刃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。半田片は半田供給孔４２２から鏝先５の半田供給孔５１へと案内され、さらに落下して図６に示すように部品基板Ｂd上に達する。

図６において、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、落下した半田片Ｗｔは溶融し、溶融半田が流れ出て、配線基板Ｂdの電子部品Ｅｐの図の右側に位置するのランドＬdrに流れ込み半田付けが行われる。このとき鏝先５の先端は切り欠き部５ａを有しており、電子部品Ｅｐに当接することなく先端部５ｂがランドＬｄrに接して加熱するとともに、半田を溶融して半田付けを行う。

次に半田付け装置Ａまたは配線基板Ｂｄのいずれかを移動させて他の半田付けを行う場合について説明する。図７に示すように、モータ７３を回動させて、歯車Ａ７５・歯車Ｂ７１を介して鏝先５をヒーターブロック４２との間で摺動させて１８０度回動させる。しかる後、前述のように半田付け装置Ａを下方向に移動させて半田片を溶融させて電子部品Ｅpに接触せずに電子部品ＥPの右側のランドＬdlの半田付けを行う。
鏝先５のみを回動しており、ヒーター４１は回動していないのでヒーター４１の配線は捻られることがなく、耐久性に問題を生じない。また、半田は鏝先の中央から供給されているので、鏝先５を回転しても半田の供給状態を変更する必要がない。

本実施例では、鏝先の回転角度を１８０度変更する例を示したが、電子部品Ｅｐの配置や形状によってさまざまな角度に変更することが必要となる。鏝先５の角度調節は、モータ７３の回転数や回転角度によって１８０度以外に任意の角度で行うことができる。モータ７３はステッピングモータを使用することで信号数に応じた角度に調節することができ、また角度の検出用のエンコーダを歯車Ａ７５や歯車Ｂ７１に設けても良い。

[実施例２]
図８は本発明の実施例２を示した図であり、鏝回動機構としてモータ７３（鏝駆動装置）側と鏝先５側に歯付きのプーリ７７と７８を設け、歯付きのベルト７９を介して回動するものである。モータ７３の回転を鏝先に確実に伝達するとともに、、ベルト７９を樹脂などの熱伝導の低い材質で製作することにより、高温である鏝先５の熱をモータ７３側に伝熱させないようにすることができる。

[実施例３]
図９は本発明の実施例３を示した図であり、流体圧力を駆動源とするシリンダー８０によって歯付きのラック８１を直線移動させて歯付きのピニオン８２と係合して鏝先５を回動させる。鏝駆動装置としてシリンダーを用いることにより耐熱性や耐久性を高めることができる。

[実施例４]
図１０は本発明の実施例４を示したもので、鏝先５の回動を半田付け装置Ａの外部から駆動する外部鏝回動機構Ｄｏで行わせるものである。図１０は爪８３を有するチャック８４をギヤモータ（鏝駆動装置）８５上に設けて、弾力性を有する爪８３で鏝先５を把持してギヤモータ８５を回動させ、外部から鏝先５を操作するものである。外部鏝回動機構Ｄｏを半田付け装置Ａと別に設けることにより、半田鏝Ｓａ部分の設計の汎用化ができる。

[実施例５]
図１１と図１２および図１３（Ａ−Ａ断面図）は本発明の実施例５に関するもので、鏝先５の固定方法を示したもので鏝先５は断面を行わずに表示している。
図１１は鏝先５の溝５cにピン７６をばね８８で押しつけている。このばね８８の荷重は、鏝先５がヒーターブロック４２内で容易に回動せず、所定以上の強い力では回動するような押しつけ力となるように設定してある。

また溝５cには図１２に示すような凹部５caが複数設けられており、ピン７６が凹部に係合することにより、あらかじめ定められた所定の角度で位置決めが容易に行われる。この位置決めによって、鏝先５の回動角度を検出するセンサを不要とすることもできる。

ヒーターブロック４２と鏝先５との径方向の隙間は、回動が滑らかに行われるとともに、ヒーターブロック４２の熱が効率よく伝達されるために、０．３ｍｍ以下好ましくは０．１ｍｍ以下にする。また回動の滑らかさと良好な熱伝達を得るために、潤滑剤を充填しても良い。また、鏝先の温度変化に対しても安定した隙間を確保するために、ヒータブロック４２と鏝先５とは熱膨張計数が小さくかつ同程度の材料を使用することが好ましい。
また、モータ７３は回転方向が可逆可能なものを示したが、回転方向が一方向のみの廉価なものを使用しても良い。

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。

本発明は、例えば自動的に半田付けを行う半田処理装置等に利用可能である。

３半田切断駆動装置
４１ヒーター（加熱手段）
４２ヒーターブロック
５鏝先
６半田送り機構
７１歯車Ｂ（従属回動体）
７３モータ（鏝駆動装置）
７５歯車Ａ（駆動回動体）
７９ベルト
８６アーム
Ａ半田付け装置
Ｄｉ鏝回動機構
Ｄｏ外部鏝回動機構
Ｒｂロボット
Ｓａ半田鏝
Ｗ糸半田

Claims

軸に対して非対称性な鏝先と、前記鏝先を加熱する加熱手段と、前記鏝先と係合して前記鏝先を回動する鏝駆動装置とを備え、前記鏝先の角度を変更した後半田付けを行うことを特徴とする半田処理装置。
前記鏝先を略筒状に形成し、前記筒内部から半田を供給することを特徴とする請求項１に記載の半田処理装置。
前記加熱手段を取り付けるヒーターブロックを備え、前記ヒーターブロックに前記鏝先を回動自在に取り付け、前記ヒーターブロックと前記鏝先との間で摺動して回動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半田処理装置。
前記鏝先と一体に設けられた従属回動体を備え、前記鏝駆動装置から前記従属回動体を介して前記鏝先を回動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半田処理装置。
前記鏝駆動装置からベルトを介して前記鏝先を回動させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半田処理装置。
前記従属回動体又は前記ベルトは前記鏝先よりも熱伝導率の低い材料であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半田処理装置。
前記従属回動は前記鏝先よりも放射率の低い材料であることを特徴とする請求項４に記載の半田処理装置。
半田を供給する半田送り機構と前記鏝先を加熱する加熱手段とからなる半田付け装置と、前記半田付け装置を移動させるロボットとを備え、前記鏝駆動装置を前記半田付け装置の外部に設け、前記ロボットによって前記半田付け装置を前記鏝駆動装置の位置に移動した後、前記鏝駆動装置によって前記鏝先を回動させることを特徴とする請求の範囲１に記載の半田処理装置。