JP2017154169A - 半田処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け装置の半田鏝を回動させて電子部品の配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、ロボットなどの半田付け移動手段への負荷が大きく装置も大きくなる。本発明は鏝先の回動を簡単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】半田付け装置を移動させる半田付け装置移動手段と、鏝先に設けられた回動操作体と、半田付け装置の外部に配置した固定レバーとを備え、半田付け装置移動手段により前記回動操作体と前記固定レバーを係合させた後、半田付け装置移動手段により鏝先を回動し鏝先の角度を変更したので、簡単な構成で鏝先の角度を変更でき、配線基板上の電子部品の形状や配置にかかわらず半田付けを行うことができる。【選択図】図２

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などの移動手段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、鏝先のみをロボットの動作によって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、半田を供給する半田送り機構と加熱手段によりはんだを溶融する鏝先からなる半田付け装置と、半田付け装置を移動させる半田付け装置移動手段と、鏝先に設けられた回動操作体と、半田付け装置の外部に配置した固定レバーとを備え、半田付け装置移動手段により回動操作体と固定レバーを係合させた後半田付け装置移動手段により回動操作体を操作して鏝先を回動し、半田を供給して溶融し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、半田付け装置移動手段の直線運動により鏝先の軸を中心に鏝先を回動するものである。
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。
また上記構成としてより具体的には、鏝先の周辺に設けられた凹部と係合するピンとにより鏝先の位置決めを行うものである。

また上記構成としてより具体的には、半田付け装置移動手段により半田付け装置を固定レバーに移動させて鏝先を回動し、その後にロボットにより半田付け装置を半田付け位置に移動させて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、ロボットなどの半田付け移動手段の操作により鏝先を直接回動させたので、半田付け装置用の移動手段の駆動部により鏝先を回動することができ、自動半田装置に備えられている既存のロボット駆動部を共用することができ、特別な駆動装置を必要としないので、構成が簡単で低価格にすることができる。また鏝先のみ回動すれば良く軽い負荷で動作させることができるので、ロボットを大型にする必要がない。

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拡大断面図。 同半田処理装置の動作を示すを示す斜視図。 同半田処理装置の半田付け装置を駆動する移動手段を示す斜視図。 同半田処理装置の動作を示す断面図。 同半田処理装置の鏝の動作を示す断面図。 同半田処理装置の鏝の動作を示す断面図。 本発明の半田処理装置の実施例２の鏝先を示す拡大断面図。 同半田処理装置の鏝先を示すＡ−Ａ線断面図。

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。

図３は鏝先５の取りつけ状態を示した断面図であり、見易さのために鏝先５は断面を行わず表示している。ヒーターブロック４２には位置決めピン７４がバネ７５によって鏝先５の円周方向にある溝５ｃに押しつけられて、鏝先５は図の上下方向には位置規制され円周方向には回動自在である。鏝先５には取付体７１がピン７２で一体的に固定されており、取付体７１には回動操作体７３が鏝先５とほぼ直角方向に取付られており、回動操作体７３を押すことにより鏝先５を回動させることができる。取付体７１は熱伝導率が低く又熱放射率の低い材料を用いて、鏝先５の放熱を防止しても良い。

図４は鏝先５の回動を示す斜視図であり、半田付け装置Ａとは別に鏝回動機構Ｄｏが設けられている。この鏝回動機構Ｄｏは固定台８１上に設けられた固定レバー８２からなり、通常はは鏝回動機構Ｄｏはあらかじめ定められた位置に固定されている。半田付け装置Ａの移動は図５に示すロボットＲｂ（半田付け装置移動手段）によって行われ、半田付け装置Ａが回動操作体７３の位置まで移動し、固定レバー８２と回動操作体７３とが当接する。ロボットＲｂは図５に示すＸＹＺの３方向に移動することが可能で、ＸＹ方向に鏝回同機構の位置や半田付け位置に半田付け装置Ａを移動させ、Ｚ方向の移動によって配線基板に接触させて半田付けを行うものである。

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。

次に半田付け動作（配線基板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をロボットＲｂによって配線基板Ｂｄの半田付け箇所に移動させ、半田付け装置Ａを図の下方向にロボットＲｂによって移動させる。次に半田送り機構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６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７に示すように配線基板Ｂd上に達する。

図７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。まず図４図に示す位置に半田付け装置ＡをロボットＲｂによって移動させて位置を固定されている固定レバー８２に回動操作体７３を当接させる。次にその位置から当接を保ちながら半田付け装置Ａを矢印のａ方向に移動させると、回動操作体７３が固定レバー８２により移動を規制されるので、回動操作体７３は回動し、回動操作体７３と一体の鏝先５はヒータブロック４２との間で摺動しながら、図４の上方向から見て反時計方向に回動することとなる。ロボットＲｂのＸＹ方向の直線移動を調節して円運動に近い移動を行うようにすると鏝先５の回動をさらに円滑に行わせることができる。

ロボットＲｂのＸＹ方向の移動量を制御して鏝先５を例えば１８０度回動させたのち、半田付け装置Ａを配線基板Ｂｄの半田付け位置まで移動させる（図８参照）。鏝先５の切り欠き部５ａは１８０度方向が変わり、鏝先５を下方向に移動させて前述と同様に半田を供給し、電子部品Ｅｐの左側のランドＬdlの半田付けを行う。
本実施例では回動操作体は棒状のものを示したが、回動操作体７３を凹部を有するものして、凸部を有する固定レバーとを係合させても良く、歯車や爪状のチャッキング部材を用いても良い。また回動操作体は取付体７１または鏝先5と一体に形成しても良い。
ロボットＲｂによる半田付け装置の移動によって鏝先５のみが回動しており、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５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。
また駆動源として半田付けのために必要な既設のロボットを使用するので、鏝先５の回動用に駆動源を新規に追加しなくても良い。

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、ロボットＲｂの移動量をコントロールすることにより、鏝先５の角度を１８０度以外に任意の角度で行うことができ、また鏝先５の角度検出器を設ければ高精度の角度調節が可能である。

[実施例２]
図９および図１０（Ａ−Ａ断面図）は本発明の実施例２に関するもので、鏝先５の固定方法を示しており、鏝先５は断面を行わずに表示している。鏝先５に設けられた溝５cには図９に示すような凹部５caが複数設けられており、ピン７４が凹部５caに係合することにより、位置決めが行われる。複数の凹部５ｃａを設ければ鏝先５が回動する際に複数の位置での位置決めが可能になり、凹部５caを１つ設けることにより鏝先５の初期位置の設定にも使用できる。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。

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。

４１ ヒーター（加熱手段）
５ 鏝先
５ｃ 凹部
６ 半田送り機構
７３ 回動操作体
７４ ピン
８２ 固定レバー
Ａ 半田付け装置
Ｒｂ ロボット（半田付け装置移動手段）
Ｓａ 半田鏝
Ｗ 糸半田

Claims (5)

1. 半田を供給する半田送り機構と加熱手段によりはんだを溶融する鏝先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半田付け装置移動手段と、前記鏝先と一体に設けられた回動操作体と、前記半田付け装置の外部に配置した固定レバーとを備え、前記半田付け装置移動手段により前記回動操作体と前記固定レバーを係合させた後前記半田付け移動手段により前記鏝先を回動することを特徴とする半田処理装置。
2. 前記半田付け移動手段の直線運動により前記鏝先を回動することを特徴とする請求項1に記載の半田処理装置。
3. 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または請求項２に記載の半田処理装置。
4. 前記鏝先の周辺に設けられた凹部と前記凹部と係合するピンとを備え、前記鏝先の位置決めを行う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。
5. 前記半田付け移動手段により前記半田付け装置を前記固定レバーに移動させて前記鏝先を回動し、その後に前記半田付け装置移動手段により前記半田付け装置を半田付け位置に移動させて半田付けを行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半田処理装置。
   

Images