JP2020192586A - レーザー光にて半田付けを行う半田付け装置および半田付け装置を備えるロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光によるワークの損傷を抑制する半田付け装置を提供する。【解決手段】半田付け装置２は、レーザー光３０を出射するレーザーヘッド３１と、レーザー光３０の経路に糸半田３５を供給する半田供給機とを備える。半田付け装置２は、レーザー光３０により溶融した半田を受ける半田受け部材２３と、溶融した半田をワークに注ぐ注ぎ部材２５とを備える。半田受け部材２３は、溶融した半田が溜まる形状を有する凹部２３ａを有する。注ぎ部材２５は、凹部２３ａに連通して半田が流れる溝部２５ａを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザー光にて半田付けを行う半田付け装置および半田付け装置を備えるロボット装置に関する。

半田付けを行うことにより、部品同士を固定したり、電気回路に部品を電気的に接続したりすることができる。例えば、電子部品をプリント基板等の基板に固定する場合に半田付けを行うことができる。半田付けを行うことによって、電子部品を基板に固定すると共に、基板に形成された電気回路に電子部品を接続することができる。半田付けを行う場合には、半田を加熱して半田を溶融する。溶融した半田を電子部品のリードまたは端子等の電子部品を固定する部分に供給する。この後に、半田の温度が低下することにより半田が硬化する。

従来の技術においては、半田を加熱して溶融するために、レーザー光を半田に照射することが知られている（例えば、特開２０１１−２１６５０３号公報、特開２０１０−８９１５９号公報、および特開平８−８２８４号公報）。レーザー光にて半田を溶融することにより、短時間にて半田を溶融することができて、半田付けを行う時間を短くすることができる。

特開２０１１−２１６５０３号公報 特開２０１０−８９１５９号公報 特開平８−８２８４号公報

レーザー光にて半田を溶融する半田付け装置においては、例えば、ＤＩＰ（Dual Inline Package）部品のリードまたは表面実装部品の端子が配置されている部分に溶融する前の半田を配置する。そして、半田に対してレーザー光を照射することにより、半田は溶融するとともに、リードまたは端子が配置されている部分に溶融した半田が供給される。

半田付けの作業においては、例えば、プリント基板に形成されたスルーホールに電子部品のリードを挿通する。そして、プリント基板の裏側からリードが配置されている部分に半田を配置する。レーザー光を照射することにより半田が溶融して、スルーホールに配置されたリードを基板に固定することができる。

このような半田付けの作業を行う場合に、電子部品のリードの表面でレーザー光が反射する場合がある。反射したレーザー光は、プリント基板のスルーホールの周りの部分に到達する場合がある。例えば、リードの先端部にてレーザー光が反射して、プリント基板のスルーホールの周りの部分が焼けてしまう場合がある。または、レーザー光がリードの先端部において反射して、半田付けを行う電子部品の周りに配置された電子部品に到達する場合がある。そして、電子部品がレーザー光にて焼けてしまう場合がある。

特に、電子部品のリードが円柱とは異なる形状を有する場合には、先端部が様々な形状を有する。例えば、リードが板状に形成されており、リードの弾性により電子部品がスルーホールに一時的に固定されている場合がある。レーザー光は、リードの先端部にて様々な方向に反射されるために、プリント基板が焼けてしまったり、周りの電子部品が焼けてしまったりする場合がある。

または、レーザー光がリードとスルーホールとの間の隙間からプリント基板を貫通して、電子部品の本体部に到達する場合がある。この結果、素子を覆うモールド部にレーザー光が照射されて、本体部を焦がしてしまう場合がある。特に、リードが円柱とは異なる形状を有する場合には、リードとスルーホールとの間の空間が大きくなり、電子部品の本体部にレーザー光が到達しやすくなる。

または、電子部品によっては、温度が高くなると信頼性が低下する部品がある。レーザー光にて半田を溶融した時に、レーザー光の出力に依存して電子部品が瞬時に高温になり、電子部品の信頼性が低下する場合がある。

このように、レーザー光を用いた半田付けを行った結果、プリント基板の品質が低下する場合があった。例えば、製造時には正常に機能していた電気回路においても、プリント基板が焼けたり、電子部品が焼けたりすることにより、耐久性が低下するという問題があった。特に、機械の制御装置などの長期間にわたって正常に作動する必要が有る装置では、プリント基板の製造時にプリント基板が焼けたり電子部品が焼けたりすることが問題になっていた。

プリント基板の設計を行う設計者は、レーザー光を用いて半田付けを行う時にプリント基板または電子部品が損傷しないように、プリント基板を設計していた。例えば、レーザー光がスルーホールを通過しないように、スルーホールの径が小さくなるように設計を行っていた。しかしながら、スルーホールの径を小さくすると、電子部品のリードをスルーホールに挿入する作業において、挿入の失敗が生じやすくなる。または、熱に弱い電子部品を使用する場合には、レーザー光により生じる熱が広がる範囲をプリント基板の設計時に検証していた。または、レーザー光を照射すると、電子部品の内部の素子が損傷する場合がある。このために、耐熱性を有する電子部品を選定したり、電子部品の配置を検討したりしていた。

このように、レーザー光を用いて半田付けを行う場合には、プリント基板などのワークの損傷またはワークに固定される部品の損傷を抑制するために、ワークの特別な設計が必要となる。この結果、ワークを設計する作業では、設計者は大きな労力を費やしているという問題があった。

本開示の態様の半田付け装置は、レーザー光にて溶融した半田をワークに供給する。半田付け装置は、レーザー光を出射するレーザー光出射部材と、レーザー光の経路に半田を供給する半田供給機とを備える。半田付け装置は、レーザー光により溶融した半田を受ける半田受け部材と、溶融した半田をワークに注ぐ注ぎ部材とを備える。半田受け部材は、溶融した半田が溜まる形状を有する受容部を有する。注ぎ部材は、半田受け部材に固定され、受容部に連通して半田が流れる半田流路を有する。

本開示の態様のロボット装置は、前述の半田付け装置と、半田付け装置の位置および姿勢を変更する多関節ロボットとを備える。ロボット装置は、多関節ロボットを制御する制御装置を備える。制御装置は、溶融した半田が受容部から半田流路を通ってワークに供給されるように半田付け装置を傾ける制御を実施する。制御装置は、半田付け装置を傾けた状態でレーザー光を照射して半田をワークに供給する制御を実施する。

本開示の一態様によれば、レーザー光によるワークの損傷またはワークに固定される部品の損傷を抑制する半田付け装置および半田付け装置を備えるロボット装置を提供することができる。

実施の形態におけるロボット装置の斜視図である。 実施の形態における半田付け装置の主要部をレーザーヘッドが配置されている側から見たときの斜視図である。 半田付け装置の主要部を振動器が配置されている側から見たときの斜視図である。 半田付け装置の半田を溶融する部分の拡大斜視図である。 半田受け部材の凹部および注ぎ部材の溝部の拡大断面図である。 半田受け部材の凹部および注ぎ部材の溝部の他の形態の拡大断面図である。 半田受け部材に形成された穴部および半田付け部材に取り付けられた加熱器を説明する半田付け装置の主要部の拡大斜視図である。 実施の形態におけるロボット装置のブロック図である。 半田付けの第１の工程におけるロボット装置の斜視図である。 半田付けの第２の工程におけるロボット装置の斜視図である。 プリント基板に半田を供給する時の半田付け装置の拡大斜視図である。 変形例の半田付け装置の拡大斜視図である。 実施の形態における半田付けシステムの概略側面図である。

図１から図１３を参照して、実施の形態における半田付け装置および半田付け装置を備えるロボット装置について説明する。本実施の形態の半田付け装置は、半田をレーザー光にて溶融して、溶融した半田をワークに供給する。

図１は、本実施の形態におけるロボット装置の概略斜視図である。ロボット装置５は、作業ツールと、作業ツールを移動するロボット１とを備える。本実施の形態の作業ツールは、半田付け装置２である。半田付け装置２は、ロボット１に連結されている。ロボット装置５は、半田付け装置２の位置および姿勢を変更して、ワークの予め定められた位置に溶融した半田を供給する。

本実施の形態のロボット１は、複数の関節部を含む多関節ロボットである。ロボット１は、ベース部１４と、ベース部１４に支持された旋回ベース１３とを含む。ベース部１４は、設置面に固定されている。旋回ベース１３は、ベース部１４に対して回転するように形成されている。ロボット１は、上部アーム１１および下部アーム１２を含む。下部アーム１２は、関節部を介して旋回ベース１３に回動可能に支持されている。上部アーム１１は、関節部を介して回動可能に下部アーム１２に支持されている。また、上部アーム１１は、上部アーム１１の延びる方向に平行な回転軸の周りに回転する。

ロボット１は、上部アーム１１の端部に連結されているリスト１５を含む。リスト１５は、関節部を介して回動可能に上部アーム１１に支持されている。リスト１５は、回転可能に形成されているフランジ１６を含む。本実施の形態のロボット１は、６個の駆動軸を有するが、この形態に限られない。半田付け装置２の位置および向きを変更することができる任意のロボットを採用することができる。

本実施の形態におけるロボット装置５は、作業ツールを自動的に交換可能な自動工具交換装置（ＡＴＣ）を有する。自動工具交換装置は、ロボット１のフランジ１６に取り付けられたロボット側プレート７１と、半田付け装置２に取り付けられたツール側プレート７２とを有する。ツール側プレート７２は、ロボット側プレート７１に連結されたり解放されたりするように形成されている。ロボット装置５は、自動的に作業ツールを交換することができる。なお、半田付け装置２は、自動工具交換装置を介さずに、フランジ１６に固定されていても構わない。

図２に、本実施の形態における半田付け装置を一方の側から見たときの斜視図を示す。図３に、本実施の形態における半田付け装置を他方の側から見たときの斜視図を示す。図２および図３を参照して、半田付け装置２は、自動工具交換装置のツール側プレート７２に固定された支持部材２０と、支持部材２０に固定された断熱部材２１とを備える。断熱部材２１は、熱伝導性の小さな部材にて形成されることができる。例えば、断熱性に優れたファインセラミックとしての、ジルコニアまたはステアタイト等の材料にて形成されることができる。

半田付け装置２は、レーザー光を出射するレーザー光出射部材としてのレーザーヘッド３１を備える。レーザーヘッド３１は、支持部材２０および断熱部材２１に支持されている。本実施の形態におけるレーザーヘッド３１には、光ファイバ３２にてレーザー光３０が供給される。半田付け装置２は、レーザー光３０の経路に半田を供給する半田供給機３４を備える。本実施の形態における半田供給機３４は、糸半田３５を供給する。半田供給機３４は、糸半田３５を送り出す送出機と、糸半田３５を予め定められた位置まで導く半田供給管３６とを含む。送出機は、ローラー等の機構を有し、糸半田３５を半田供給管３６の内部に供給する。送出機は、例えば、ロボット１に取り付けられている。半田供給管３６は、断熱部材２１に固定されている。糸半田３５は、半田供給管３６の先端から飛び出す。半田供給管３６から供給される糸半田３５に、レーザーヘッド３１からレーザー光３０が照射される。

なお、本実施の形態の半田供給機３４は、糸半田を供給するが、この形態に限られない。半田供給機は、任意の形態の半田を供給することができる。例えば、半田供給機は、ペースト状の半田、または、球状の半田を供給しても構わない。半田供給機は、ペースト状の半田または球状の半田をレーザー光の経路に供給することができる。

図４に、糸半田にレーザー光が照射される部分の拡大斜視図を示す。図２から図４を参照して、半田付け装置２は、レーザー光３０により溶融した半田を受ける半田受け部材２３を備える。半田受け部材２３は、断熱部材２１に固定されている。半田受け部材２３は、耐熱性を有する材料にて形成されている。また、半田受け部材２３は、熱伝導性の優れた材料にて形成されることができる。例えば、半田受け部材２３は、熱伝導性の優れたファインセラミックである炭化珪素または窒化アルミニウムなどにて形成されることができる。

半田受け部材２３は、レーザー光３０にて溶融した半田が落下する受容部としての凹部２３ａを有する。受容部は、溶融した半田が溜まる形状を有する。半田が落下する受容部としては、凹部に限られずに、液体の半田が一時的に溜まる形状を有していれば構わない。例えば、溶融した半田を堰き止めるように、半田が落下する領域の周りに壁部が形成されていても構わない。

本実施の形態における半田受け部材２３は、側面視した時にＬ字形に形成されている。半田受け部材２３の一部分は、レーザー光３０の経路上に形成されている。レーザーヘッド３１から見た時に、糸半田３５の後側には半田受け部材２３が配置されている。半田供給機３４にて糸半田３５を供給しない場合に、レーザー光３０は半田受け部材２３に到達する。本実施の形態では、半田供給機３４にて糸半田３５を供給しない場合に、レーザー光３０は凹部２３ａに到達する。

半田付け装置２は、半田受け部材２３にて受けられた半田をワークに注ぐための注ぎ部材２５を有する。注ぎ部材２５は、半田受け部材２３と同様の材料にて形成されることができる。注ぎ部材２５は、半田受け部材２３に固定されている。注ぎ部材２５は、半田受け部材２３の凹部２３ａに連通して、溶融した半田が流れる半田流路としての溝部２５ａを有する。

本実施の形態においては、半田流路として注ぎ部材の溝部が形成されているが、この形態に限られない。半田流路は、溶融した半田が流れる任意の構成を採用することができる。例えば、注ぎ部材が管にて形成され、管の内部に半田が流れるように形成されていても構わない。

図５に、本実施の形態における半田受け部材の凹部と、注ぎ部材の溝部との拡大断面図を示す。溝部２５ａの底面は、凹部２３ａの底面に対して傾斜するように形成されている。本実施の形態では、凹部２３ａの底面は、溝部２５ａの底面の端部と同じ高さになるように形成されている。すなわち、凹部２３ａの底面と、溝部２５ａの底面との境界部には段差は形成されていない。

図４および図５を参照して、半田供給機３４が駆動すると半田供給管３６の先端から糸半田３５が突出する。矢印９１に示すように、レーザー光３０が照射されると糸半田３５が溶融する。また、糸半田３５が溶融すると共に半田供給機３４にて糸半田３５が供給される。糸半田３５は、凹部２３ａの上方において溶融する。溶融した半田は、矢印９２に示すように、凹部２３ａの内部に落下する。この後に、溶融した半田は、矢印９３に示すように、注ぎ部材２５の溝部２５ａを通った後に、溝部２５ａの先端から落下する。溝部２５ａの先端が半田付けを行う部分の上方に配置されることにより、半田付けを行う部分に溶融した半田を供給することができる。

このように、凹部２３ａに落下した半田は、直ちに溝部２５ａを伝ってワークに供給される。本実施の形態の半田付け装置２は、半田を溶融してから半田をワークに供給するまでの時間が短いために、半田の酸化を抑制することができる。

図６に、変形例における半田受け部材の凹部と注ぎ部材の溝部との拡大断面図を示す。図５に示す例では、凹部２３ａの底面と、溝部２５ａの底面との境界に段差は形成されていないが、この形態に限られない。凹部２３ａの底面と、溝部２５ａの底面との境界部に段差が形成されていても構わない。図６に示す例では、凹部２３ａは、溝部２５ａの端部の底面よりも深くなるように形成されている。凹部２３ａの底面と、溝部２５ａの底面との境界部に段差が形成されている。この場合においても、レーザー光にて溶融した半田は、矢印９２に示すように、凹部２３ａの内部に落下する。その後に、半田は、矢印９３に示すように溝部２５ａを流れる。そして、半田は、溝部２５ａの先端からワークに供給される。

図７に、本実施の形態における半田付け装置をレーザーヘッドが配置される側と反対側から見た時のときの拡大斜視図を示す。図３、図４、および図７を参照して、本実施の形態の半田付け装置２は、半田受け部材２３に取り付けられた加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する。本実施の形態の加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、板状に形成されたマイクロセラミックヒータである。本実施の形態の加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、半田受け部材２３に埋め込まれている。

加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、使用される半田の融点よりも高い温度に、半田受け部材２３および注ぎ部材２５の温度を維持するように形成されている。加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃが駆動することにより、半田受け部材２３および注ぎ部材２５が高温に維持される。本実施の形態の加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、半田受け部材２３および注ぎ部材２５の温度を、半田に融点に応じた温度の範囲内に維持することができる。鉛を含まない半田の融点は、例えば、約２２０℃である。この場合に、加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、半田受け部材２３および注ぎ部材２５の温度を、２５０℃以上３５０℃以下の範囲内に維持することができる。または、共晶半田の場合には、例えば、半田の融点は約１８０℃である。この場合に、加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、半田受け部材２３および注ぎ部材２５の温度を、２２０℃以上２８０℃以下の範囲内に維持することができる。

半田受け部材２３に加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃが配置されることにより、半田が凹部２３ａおよび溝部２５ａを通る時に、半田の温度が低下することを抑制できる。ワークに半田を供給する前に半田が硬化することを抑制できる。特に、本実施の形態における加熱器２６ｃは、凹部２３ａが形成されている部分および注ぎ部材２５の近傍に配置されている。このために、凹部２３ａの温度および注ぎ部材２５の温度を、効果的に高く維持することができる。なお、半田受け部材に加熱器が配置されていなくても構わない。この場合には、半田付け装置とは異なる加熱装置にて予め半田受け部材を加熱しておくことができる。例えば、半田を供給する度に、加熱装置にて半田受け部材を加熱することができる。

本実施の形態の半田付け装置２では、レーザー光３０は半田受け部材２３に向かって出射される。レーザーヘッド３１から見て半田の後側には、半田受け部材２３が配置されている。このために、レーザー光がワークまたはワークに取り付けられる部品において反射して、ワーク、ワークに取り付けられる部品、またはワークに固定されている部品を焼いてしまうことを抑制できる。本実施の形態の半田付け装置は、レーザー光によるワークの損傷またはワークに固定される部品の損傷を抑制することができる。

本実施の形態における半田付け装置２は、ワークに向けて高温の空気を噴き出すことができるように形成されている。半田付け装置２は、半田受け部材２３に空気を供給する空気供給機２８を備える。本実施の形態における空気供給機２８は、空気を加圧する圧縮機と、空気を送る空気供給管２７と、空気供給管２７を半田受け部材２３に連結する接続部材２９とを含む。空気を加圧する圧縮機は、例えば、ロボット１に取り付けられている。

半田受け部材２３は、空気の流路として機能する穴部２３ｂを有する。穴部２３ｂは、半田受け部材２３の内部に形成され、空気供給機２８に接続されている。半田受け部材２３は、穴部２３ｂの端部に形成された噴出し口２３ｃを有する。本実施の形態における穴部２３ｂは、半田受け部材２３の長手方向において、一方の端面から他方の端面まで延びている。空気供給管２７は、接続部材２９により穴部２３ｂに接続されている。

複数の加熱器２６ａは、半田受け部材２３の長手方向に沿って１列に並ぶように配置されている。また、複数の加熱器２６ｂは、半田受け部材２３の長手方向に沿って１列に並ぶように配置されている。加熱器２６ａの列と、加熱器２６ｂの列との間の領域に、穴部２３ｂが形成されている。

空気供給機２８は、加圧された空気を空気供給管２７に供給する。空気供給管２７に供給された空気は、穴部２３ｂを通ることにより加熱される。加熱された空気は、矢印９４に示すように、噴出し口２３ｃから放出される。本実施の形態における半田付け装置２は、穴部２３ｂから放出される高温の空気により、ワークの予熱を行うことができる。噴出し口２３ｃが半田付けを行う部分に対向するように、半田付け装置２を配置することにより、ワークの予熱を行うことができる。

本実施の形態の半田受け部材２３では、加熱器２６ａの列と加熱器２６ｂの列とに挟まれる領域に、穴部２３ｂが形成されているために、効率よく空気を加熱することができる。なお、本実施の形態における穴部２３ｂは、直線状に形成されているが、この形態に限られない。空気の流路は、曲線状の部分を有しても構わない。この構成を採用することにより、空気を加熱するための流路が長くなり、より効果的に空気を加熱することができる。

半田付けを行う場合には、溶融した半田を供給する前に半田付けを行う部分を加熱する予熱の作業を実施する。予熱の作業を行うことにより、半田の濡れ性が良くなり、半田を適度に広げることができる。レーザー光にて半田付けを行う装置においては、レーザー光を直接的に半田付けを行う部分に照射することにより、予熱を行うことができる。しかしながら、熱容量の大きい部品を半田付けする場合には、高出力のレーザー発振器が必要になる。これに対して、本実施の形態の半田付け装置２では、熱容量の大きな部品の半田付けを行う場合には、高温の空気を噴き付ける時間を長くすることができる。この制御により、容易にワークの予熱を行うことができる。高出力のレーザー光を発振するレーザー発振器は不要であり、半田付け装置の構成を簡易にすることができる。

本実施の形態における加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、半田受け部材２３に埋めこまれているが、この形態に限られず、任意の加熱器にて、半田受け部材を加熱することができる。例えば、半田受け部材を加熱する加熱線が半田受け部材の周りに巻回されていても構わない。

図３を参照して、本実施の形態における半田付け装置２は、半田受け部材２３を振動させる振動器３７を備える。本実施の形態における振動器３７は、支持部材２０に固定されている。振動器３７は、振動を生じる任意の機構を採用することができる。例えば、振動器３７は、モータの出力シャフトに偏心した錘が取り付けられた構造を有する。振動器３７は、偏心した錘を回転することにより、振動を発生することができる。

振動器３７は、溶融した半田を供給する時に、半田受け部材２３および注ぎ部材２５を振動させる機能を有する。溶融した半田は、粘性を有するために、凹部２３ａから注ぎ部材２５の溝部２５ａに沿って滑らかに流れない場合がある。半田を供給する時に、半田受け部材２３および注ぎ部材２５を振動させることにより、半田を滑らかに流すことができる。なお、振動器３７は、配置されていなくても構わない。

図８に、本実施の形態におけるロボット装置のブロック図を示す。図１から図３および図８を参照して、ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を変化させるロボット駆動装置を含む。ロボット駆動装置は、アームおよびリスト等の構成部材を駆動する複数のロボット駆動モータ１７を含む。ロボット駆動モータ１７は、複数の構成部材ごとに配置されている。ロボット駆動モータ１７が駆動することにより、それぞれの構成部材の向きが変化する。

ロボット装置５は、ロボット装置５を制御する制御装置４を備える。制御装置４は、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算処理装置（コンピュータ）を含む。演算処理装置は、ＣＰＵにバスを介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する。制御装置４には、ロボット１および半田付け装置２の制御を行うために、動作プログラム４１が入力される。または、制御装置４は、作業者による教示操作により動作プログラム４１を生成する。

制御装置４は、ロボット装置５の制御に関する情報を記憶する記憶部４２を含む。記憶部４２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはハードディスク等の情報を記憶可能な記憶媒体にて構成されることができる。動作制御部４３として機能するプロセッサは、記憶部４２に記憶された情報を読み取り可能に形成されている。動作プログラム４１は、記憶部４２に記憶される。本実施の形態の制御装置４は、動作プログラム４１に基づいてロボット１および半田付け装置２を制御する。

制御装置４は、動作指令を送出する動作制御部４３を含む。動作制御部４３は、動作プログラム４１に従って駆動するプロセッサに相当する。プロセッサが動作プログラム４１を読み込んで、動作プログラム４１に定められた制御を実施することにより、動作制御部４３として機能する。動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてロボット１を駆動するための動作指令をロボット駆動部４５に送出する。ロボット駆動部４５は、ロボット駆動モータ１７を駆動する電気回路を含む。ロボット駆動部４５は、動作指令に基づいてロボット駆動モータ１７に電気を供給する。

ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を検出するための状態検出器を含む。本実施の形態における状態検出器は、ロボット駆動モータ１７に取り付けられた位置検出器１８を含む。制御装置４は、位置検出器１８の出力に基づいて、ロボット１の位置および姿勢を検出する。

動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいて半田付け装置２を駆動する動作指令を作業ツール駆動部４４に送出する。作業ツール駆動部４４は、半田付け装置２の駆動装置を駆動する電気回路を含む。作業ツール駆動部４４は、動作指令に基づいて、レーザーヘッド３１を制御する装置、振動器３７、および加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃに電気を供給する。また、作業ツール駆動部４４は、動作指令に基づいて空気供給機２８および半田供給機３４に電気を供給する。

ロボット装置５は、レーザー光を発振するレーザー発振器７を備える。レーザー発振器７は、レーザー光の発振を制御するレーザー制御装置を含む。レーザー制御装置は、制御装置４と互いに通信が可能なように形成されている。レーザー制御装置は、ＣＰＵおよびＲＡＭ等を含む演算処理装置（コンピュータ）を含む。動作制御部４３は、レーザー光を出射する指令をレーザー制御装置に送出する。レーザー制御装置は、動作指令に基づいてレーザー光を発振する。レーザー発振器７は、動作プログラム４１に基づいて制御される。レーザー発振器７は、レーザー光を発振する光源を含む。本実施の形態の光源は、半導体レーザーである。なお、レーザー発振器７は、半田を溶融することができる任意の光源を含むことができる。

次に、本実施の形態におけるロボット装置にて、半田付けを行う例について説明する。図９に、半田付けを行うときの第１の工程におけるロボット装置の斜視図を示す。図２、図３、図７、図８、および図９を参照して、本実施の形態におけるワークとしてのプリント基板７４は、架台７６に固定されている。本実施の形態では、プリント基板７４にＤＩＰ部品などの電子部品を固定する。半田付け装置２は、プリント基板７４の裏面に半田を供給する。

制御装置４は、複数の加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃに通電する。半田付けを行っている期間中には、加熱器２６ａ，２６ｂ，２６ｃによる加熱は維持される。半田受け部材２３および注ぎ部材２５は、半田の融点よりも高い温度に維持される。

次に、プリント基板７４の半田付けを行う部分の予熱を実施する。制御装置４は、ロボット１の位置および姿勢を変更する。制御装置４は、半田受け部材２３の噴出し口２３ｃがプリント基板７４の半田付けを行う部分に対向するように、半田付け装置２を配置する。噴出し口２３ｃは、プリント基板７４の半田付けを行う部分に接近する。

制御装置４は、空気供給機２８を駆動することにより、半田受け部材２３の穴部２３ｂに空気を供給する。半田受け部材２３の噴出し口２３ｃから高温の空気が噴き出される。そして、半田付けを行う部分に、高温の空気が衝突することにより、半田付けを行う部分を加熱することができる。

なお、本実施の形態の半田付け装置は、ワークの予熱を行う機能を有するが、この形態に限られない。ワークの予熱は、他の装置にて行っても構わない。例えば、ワークの予熱を行う作業ツールを予め準備しておくことができる。ロボットに予熱を行う作業ツールを連結して、ワークの予熱を行っても構わない。または、予め予熱を行ったワークを架台に配置しても構わない。

次に、プリント基板７４に半田を供給する制御を実施する。図１０に、半田付けを行うときの第２の工程におけるロボット装置の斜視図を示す。図１１に、半田付けを行っているときの半田受け部材の凹部および注ぎ部材の拡大斜視図を示す。図１０および図１１を参照して、ここでの例では、プリント基板７４に、スルーホール７４ａが形成されている。スルーホール７４ａから電子部品のリード７５が突出している。ロボット装置５は、スルーホール７４ａに溶融した半田を供給する。

制御装置４は、プリント基板７４の予熱を行った後に、動作プログラム４１に基づいて、ロボット１の位置および姿勢を変更する。ロボット１は、溶融した半田が凹部２３ａから注ぎ部材２５の溝部２５ａを通ってスルーホール７４ａに流れるように、半田付け装置２を傾ける。本実施の形態においては、凹部２３ａの底面が水平方向に対して傾くように、半田付け装置２の姿勢を変更する。すなわち、凹部２３ａに落下した半田が重力にて溝部２５ａに向かうように、半田付け装置２の姿勢を変更する。また、溝部２５ａの先端がスルーホール７４ａの上方に配置されるように、半田付け装置２を配置する。

次に、半田付け装置２が傾いた状態において、糸半田３５をレーザー光３０にて溶融する。制御装置４は、レーザー光３０を照射して半田を供給する期間中には、振動器３７を駆動する。レーザー発振器７は、レーザー光３０を発振する。半田供給機３４は、動作プログラム４１に基づいて予め定められた量の糸半田３５を供給する。半田供給機３４は、レーザー光３０で半田を溶融するときに、１回の半田付けに対応する量の半田を供給する。すなわち、凹部２３ａの内部に溶融した半田を溜めておかずに、半田を供給する直前に１回の半田付けを行うために必要な量の半田を溶融する。この制御により、凹部２３ａの内部に半田が残留して酸化することを回避することができる。

制御装置４は、予め定められた量の半田が溶融した時に、糸半田３５の供給およびレーザー光３０の発振を停止する。本実施の形態の半田供給機３４では、糸半田３５を供給する速度が一定であるために、予め定められた時間にて糸半田３５が供給される。

溶融した半田は、凹部２３ａの内部に落下する。半田は、溝部２５ａを通ってスルーホール７４ａに流される。半田は、凹部２３ａに止まらずに、プリント基板７４に供給される。本実施の形態では、半田付け装置２を傾けた状態にて半田を溶融しているために、溶融した半田は即時にプリント基板７４に供給される。このために、半田付けを行う時の半田の酸化を抑制することができる。

なお、上記の実施の形態においては、半田付け装置を傾けた後に半田を溶融しているが、この形態に限られない。半田を溶融した後に半田付け装置を傾けても構わない。または、半田付け装置を傾けずに、半田の供給を行っても構わない。例えば、半田受け部材の凹部の底面が水平方向に延びるように半田付け装置を配置して、半田を供給しても構わない。

本実施の形態における半田付け装置２では、レーザーヘッド３１から出射されたレーザー光３０は、半田に向かって進行する。また、半田が供給されていないときには、レーザー光３０は、半田受け部材２３に向かって進行する。このために、レーザー光が電子部品のリードにて反射して、基板を焼いてしまったり、半田付けを行う電子部品の周りに配置されている電子部品を焼いてしまったりすることを抑制できる。また、リードと基板のスルーホールとの間の空間にレーザー光が進行し、電子部品の本体部を焼いてしまうことを抑制できる。

このように、本実施の形態の半田付け装置においては、基板の損傷または電子部品の損傷を抑制することができる。プリント基板などの基板に形成された電気回路の信頼性を向上することができる。特に、本実施の形態の半田付け装置は、長期的に信頼性を維持する必要がある装置の製造に好適である。

また、本実施の形態の半田付け装置では、基板または基板に固定される部品の損傷を抑制することができるために、レーザー光にて半田付けを行うための特別な基板の設計を行う必要がない。基板の設計を行う作業者の労力を低減することができる。例えば、レーザー光を用いないで半田付けを行う基板の基本設計を変更せずに使用することができる。すなわち、従来の技術に用いていた基板の基本設計を変更せずに用いることができる。

図１２に、本実施の形態における他の半田付け装置の拡大斜視図を示す。本実施の形態の他の半田付け装置９は、レーザー光３０を取り囲むように形成された壁部材３８を備える。

壁部材３８は、レーザー光３０が糸半田３５に衝突する部分を取り囲むように形成されることができる。壁部材３８は、半田の融点よりも高い融点を有する耐熱性の材料にて形成されることができる。例えば、壁部材３８は、ファインセラミック、金属、または半田の融点よりも高い融点を有する樹脂等により形成されることができる。この構成を採用することにより、壁部材３８は、溶融した半田が半田付け装置９の外側に飛散することを防止する飛散防止壁として機能する。

レーザー光３０が半田に照射された時に、半田の小さな粒子が飛散する現象が生じる場合がある。すなわち、スパッタが生じる場合がある。特に、レーザー光３０にて急激に半田の温度が上昇すると、スパッタが生じる場合がある。このように飛び散った半田の粒子により基板に形成された電気回路がショートする場合がある。例えば、狭いピッチにてリードまたはスルーホールが並ぶ基板に半田の粒子が付着すると電気回路がショートする場合がある。

飛散防止壁として機能する壁部材３８を配置することにより、スパッタによる半田の飛散を防止することができる。また、半田の温度が上昇すると、半田の内部に含まれるフラックスが破裂して、フラックスが飛散する場合がある。飛散防止壁は、フラックスの飛散を防止することができる。

また、本実施の形態の壁部材３８は、レーザー光３０が半田受け部材２３に到達する部分を取り囲むように形成されることができる。本実施の形態では、壁部材３８は、半田受け部材２３の凹部２３ａの周りを取り囲むように形成されている。また、壁部材３８は、レーザー光３０を透過しない材料にて形成されることができる。例えば、壁部材３８は、金属またはファインセラミックにて形成されることができる。この構成を採用することにより、壁部材３８は、半田受け部材２３にて反射したレーザー光３０が半田付け装置９の外側に漏れることを防止するレーザー光遮断壁として機能する。

レーザーヘッド３１から出射されたレーザー光３０は、半田受け部材２３に到達する場合がある。例えば、糸半田３５の供給を終了する時には、レーザー光３０が凹部２３ａに到達する場合がある。そして、レーザー光３０は、半田受け部材２３の表面にて反射して、半田付け装置９の外部に漏れる場合がある。半田付け装置２の外部に漏れたレーザー光は、基板または電子部品などの部材に到達して、部材を焼く場合がある。レーザー光３０を透過しない壁部材３８を配置することにより、レーザー光３０が反射して、基板または電子部品などの部材に到達することを抑制できる。

なお、本実施の形態における壁部材３８は、出射されるレーザー光３０の全体を取り囲むように配置されている。また、壁部材３８は、凹部２３ａが形成されている部分からレーザーヘッド３１の先端部までの領域を囲むように形成されている。更に、壁部材３８は、レーザー光を透過せずに耐熱性を有する材料にて形成されている。このために、本実施の形態の壁部材３８は、飛散防止壁およびレーザー光遮断壁として機能する。

本実施の形態のロボット装置は、半田付け装置が多関節ロボットにて支持されている。ロボット装置は、半田付け装置の様々な位置および姿勢にて半田付けを行うことができる。例えば、特定の部品を回避しながら半田付けを行うことができる。または、半田付けを行う場合に、様々な角度から半田を供給することができる。このように、半田付け装置を移動する装置として、多関節ロボットを採用することにより、様々な部品の半田付けを行うことができる。

図１３に、本実施の形態の半田付け装置を備える半田付けシステムの概略側面図を示す。上記の実施の形態では、半田付け装置は、多関節ロボットに支持されているが、この形態に限られない。半田付け装置は、様々な装置またはシステムに配置することができる。

半田付けシステム８は、基台としてのベッド５１と、ベッド５１から立設するコラム５２とを備える。ベッド５１の上面には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイドレール５６が配置されている。Ｘ軸ガイドレール５６の上にはサドル５３が配置されている。サドル５３は、矢印９５に示すようにＸ軸ガイドレール５６に沿って移動するように形成されている。サドル５３の上面には、Ｙ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール５７が配置されている。Ｙ軸ガイドレール５７の上にはテーブル５４が配置されている。テーブル５４は、Ｙ軸ガイドレール５７に沿って移動するように形成されている。ワークとしてのプリント基板７４は、基板保持部材７７を介してテーブル５４に固定されている。

コラム５２には、Ｚ軸方向に延びるＺ軸ガイドレール５８が配置されている。Ｚ軸ガイドレール５８には、移動部材５９が係合している。移動部材５９には、半田付け装置２が固定されている。移動部材５９は、矢印９６に示すように、Ｚ軸ガイドレール５８に沿って移動するように形成されている。

本実施の形態の半田付けシステム８は、数値制御式である。半田付けシステム８は、送り軸に沿って半田付け装置２およびプリント基板７４のうち少なくとも一方を移動する移動装置を備える。半田付けシステム８は、半田付けシステム８を制御する制御装置６を備える。制御装置６は、移動装置を制御する。制御装置６は、ＣＰＵおよびＲＡＭ等を含む演算処理装置（コンピュータ）を含む。移動装置は、それぞれの送り軸に対応して配置されたモータを含む。本実施の形態の半田付けシステム８では、移動部材５９、サドル５３、およびテーブル５４がモータにより移動する。制御装置６は、動作プログラムに基づいて送り軸に対応するモータを駆動する。

半田付けシステム８は、レーザー光を発振するレーザー発振器７を備える。レーザー発振器７にて発振されたレーザー光は、光ファイバ３２を通って半田付け装置２に供給される。レーザー発振器７は、レーザー制御装置を含む。レーザー制御装置および半田付け装置２は、制御装置６により制御されている。

本実施の形態の半田付けシステム８では、プリント基板７４に対する半田付け装置２の相対位置を変更することができる。制御装置６は、動作プログラムに基づいてプリント基板７４の半田が供給される部分が予め定められた位置になるように、プリント基板７４をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。また、制御装置６は、半田付け装置２がプリント基板７４に対して予め定められた距離にて離れるように、移動部材５９をＺ軸方向に移動する。

このように、プリント基板７４に対して半田付け装置２を相対的に移動することにより、プリント基板７４上の様々な部分に予熱を実施して、更に、半田を供給することができる。

なお、半田付けシステム８では、半田付け装置２を傾ける機構が配置されていないが、この形態に限られない。半田付けシステム８は、半田付け装置２を傾ける機構を有していても構わない。例えば、移動部材５９に、半田付け装置２を回動する機構を配置しても構わない。

また、半田付けシステム８では、プリント基板７４を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する一方で、半田付け装置２をＺ軸方向の移動するように形成されているが、この形態に限られない。任意の機構にてワークに対する半田付け装置の相対位置を変更することができる。

本実施の形態においては、プリント基板に電子部品を固定するために、半田付けを行っているが、この形態に限られない。ワークに対して溶融した半田を供給する任意の装置に本実施の形態の半田付け装置を適用することができる。例えば、導線同士を半田にて接続する装置に本実施の形態の半田付け装置を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
２，９ 半田付け装置
４，６ 制御装置
５ ロボット装置
２３ 半田受け部材
２３ａ 凹部
２３ｂ 穴部
２３ｃ 噴出し口
２５ 注ぎ部材
２５ａ 溝部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 加熱器
２８ 空気供給機
３０ レーザー光
３１ レーザーヘッド
３４ 半田供給機
３５ 糸半田
３７ 振動器
３８ 壁部材
７４ プリント基板

Claims (8)

1. レーザー光にて溶融した半田をワークに供給する半田付け装置であって、
   レーザー光を出射するレーザー光出射部材と、
   レーザー光の経路に半田を供給する半田供給機と、
   レーザー光により溶融した半田を受ける半田受け部材と、
   溶融した半田をワークに注ぐ注ぎ部材とを備え、
   前記半田受け部材は、溶融した半田が溜まる形状を有する受容部を有し、
   前記注ぎ部材は、前記半田受け部材に固定され、前記受容部に連通して半田が流れる半田流路を有する、半田付け装置。
2. 前記半田受け部材に取り付けられた加熱器を備え、
   前記加熱器は、半田の融点よりも高い温度に前記半田受け部材および前記注ぎ部材の温度を維持するように形成されている、請求項１に記載の半田付け装置。
3. 前記半田受け部材に空気を供給する空気供給機を備え、
   前記半田受け部材は、前記空気供給機に接続された空気の流路と、空気の流路の端部に形成された噴出し口とを有し、加熱された空気を噴き出すように形成されている、請求項２に記載の半田付け装置。
4. 溶融した半田が半田付け装置の外側に飛散することを防止する飛散防止壁を備え、
   前記飛散防止壁は、レーザー光が半田に衝突する部分を取り囲むように形成され、半田の融点よりも高い融点を有する材料にて形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の半田付け装置。
5. 前記半田受け部材にて反射したレーザー光が半田付け装置の外側に漏れることを防止するレーザー光遮断壁を備え、
   前記レーザー光遮断壁は、レーザー光が前記半田受け部材に到達する部分を取り囲むように形成され、レーザー光を透過しない材料にて形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の半田付け装置。
6. 前記半田受け部材を振動させる振動器を備え、
   前記振動器は、ワークに半田を供給するときに前記半田受け部材を振動させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の半田付け装置。
7. 前記半田供給機は、レーザー光で半田を溶融するときに、１回の半田付けに対応する量の半田を供給する、請求項１から６のいずれか一項に記載の半田付け装置。
8. 請求項１に記載の半田付け装置と、
   前記半田付け装置の位置および姿勢を変更する多関節ロボットと、
   前記多関節ロボットを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、溶融した半田が前記受容部から前記半田流路を通ってワークに供給されるように前記半田付け装置を傾ける制御と、前記半田付け装置を傾けた状態でレーザー光を照射して半田をワークに供給する制御とを実施する、ロボット装置。

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