JP2021077794A - ピンの圧入管理装置、管理方法、管理プログラム、及びピン付属基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスフィットピンの圧入不良を正確に検出する。【解決手段】管理装置１０は、基板４０のスルーホール４１に圧入されるピン３０を保持したヘッド２１を進退させるためのモータ２３のトルクを測定するトルク測定部１１ｂと、このピン３０が基板４０に接触した時からスルーホール４１へのピン３０の圧入が完了するまでの監視期間中におけるモータ２３のトルクの積分値を求めるトルク積算出部１１ｃと、このトルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する不良判定部１１ｄを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車載用パワーモジュールを構成する基板にプレスフィットピン（端子）を圧入するプロセスを管理するための管理装置や管理方法、圧入管理プログラムに関する。また、本発明は、車載用パワーモジュールなどのピン付属基板を製造するための方法に関する。

近年、電気的配線が形成されている基板に電子部品等を搭載するための接続方法として、プレスフィットピンを用いた接続方式（プレスフィット接続）が注目を集めている。プレスフィット接続は、従来、はんだ接続の困難な基板間の接続方法として大型計算機等の組み立てに用いられていたが、近年の電気自動車の開発の進展に伴い、ＡＢＳ（電子制御装置）等の車載モジュールの組み立てに転用され始めている。プレスフィット接続は、はんだ接続が不要であり接続プロセスが容易であることや、既に確立したプロセスを利用できるため新たな設備投資が少ないことなどを理由として、主に電気自動車産業での活用が期待されている。

プレスフィット接続は、例えば図１に示されるように、配線基板４０に設けられたスルーホール４１に対してプレスフィットピン３０を圧入し、このプレスフィットピン３０をスルーホール４１内の配線に電気的に接続する。プレスフィットピン３０の結合部３２は、一般的にその外径がスルーホール４１の内径より大きいバネ構造となっているため、プレスフィットピン３０のスルーホール４１内への圧入した後は、結合部３２のバネ構造の作用によりスルーホール４１内に保持される。また、プレスフィットピン３０の表面には一般的にＳｎ鍍金（めっき）が施され、スルーホール４１内のＣｕ配線との接続性が担保されている。このため、プレスフィット接続によれば、従来のはんだ接続とは異なり、非加熱、常温、短時間での接続が可能である。

また、プレスフィット接続においては、プレスフィットピンを配線基板のスルーホール内の適切な深度に挿入することが、電気接続性能を最適化し、製品の信頼性を担保するために重要となる。ここで、特許文献１では、配線基板のスルーホールに対するプレスフィットピンの圧入不良を定量的に判定するために、シリンダと圧入ヘッドの間に圧力センサを配置して、プレスフィットピンの圧入時にかかる圧入力変化を検出することが提案されている。また、この文献では、上記の技術によって判定可能な圧入不良の原因として、プレスフィットピンの精度不良や配線基板のスルーホールの内径不良などが挙げられている。

特開平８−３３０７９２号公報

ところで、特許文献１に記載の技術は、圧入ヘッドによって支持されている複数のプレスフィットピンを同時にプリント基板のスルーホール内に圧入することを前提したものであると考えられる。しかしながら、複数のプレスフィットピンを同時に圧入する場合に、シリンダと圧入ヘッドの間に圧力センサを設けて圧入力変化を検出しても、どのプレスフィットピンがどのスルーホールに対して圧入不良となっているのかを特定することが困難である。また、あるプレスフィットピンに圧入不良が生じている場合であっても、他のプレスフィットピンの圧入状態が適正であれば、その圧入不良が看過される恐れもある。

また、特に車載用パワーモジュールの生産工程では、厳密な信頼性が要求されるため、１本ずつ或いは少数のプレスフィットピンを正確かつ高速に基板のスルーホール内に圧入することが求められる。また、圧入ヘッドは一般的に重量の大きい部材であるが、このようなヘッドを短時間で基板に向かって加速及び減速させるストローク作業（一般的に１ストロークは１秒以下）を繰り返す必要がある。このように重量の大きい圧入ヘッドを高速で昇降させる場合に、特許文献１に記載の技術のように、シリンダと圧入ヘッドの間に圧力センサを設けたとしても、そのセンサでは圧入力変化がほとんど検出されずに、結果として圧入不良を正確に検出できないと考えられる。従って、特許文献１の技術は、少数のプレスフィットピンを高速で圧入する処理には適さないという問題がある。

あるいは、比較的小さいサイズの１〜３本程度のプレスフィットピンであれば、圧入ヘッドはその自重によってプレスフィットピンをスルーホール内に圧入できる程度の重量を有している。このため、数本のプレスフィットピンをスルーホール内に圧入する場合に、それに要する圧力は圧入ヘッドの重量で十分である可能性が高く、シリンダと圧入ヘッドの間に圧力センサを設けたとしても、そのセンサでは圧入力変化がほとんど検出されずに、結果として圧入不良を正確に検出できないものと考えられる。このため、特許文献１のようにシリンダと圧入ヘッドの間に圧力センサを設けることとした場合、サイズの小さい少数のプレスフィットピンを高速にスルーホールへと圧入する際に、プレスフィットピンの圧入不良を適切に検出することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、プレスフィットピンの圧入不良を正確に検出することのできる圧入管理技術を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、従来技術の問題を解決する手段について鋭意検討した結果、スルーホール内へのプレスフィットピンの圧入期間中におけるヘッド進退用モータのトルクの積分値が、プレスフィットピンとスルーホールの圧入状態によって顕著に変化することを見出した。そして、このようなモータのトルク積分値を監視することで、プレスフィットピンの圧入不良を正確に検出できるようになることに想到し、本発明を完成させた。具体的に説明すると、本発明は以下の構成・工程を有する。

本発明の第１の側面は、プレスフィットピンの圧入管理装置に関する。本発明に係る管理装置は、トルク測定部と、トルク積算出部と、不良判定部を有する。トルク測定部は、基板のスルーホールに圧入されるピンを保持したヘッドを進退（具体的には上昇及び下降）させるためのモータのトルクを測定する。なお、ヘッドの「進退」とは、基板に対してヘッドを進行させること及び退行させることを意味する。例えば、基板がヘッドの下方にある場合、「進行」とはヘッドを基板に向かって下降させることを意味し、「退行」とはヘッドを基板から離れる方向に上昇させることを意味し、基板がヘッドの上方にある場合にはこれとは逆の動作を意味する。また、ヘッドと基板をほぼ水平に配置することも可能である。トルク積算出部は、ピンが基板に接触した時からスルーホールへのピンの圧入が完了するまでの監視期間中におけるモータのトルクの積分値（以下「トルク積」ともいう）を求める。なお、モータのトルクは、ヘッドを下降させる方向にモータを回転させる正のトルクであってもよいし、ヘッドを上昇させる方向（ヘッドの下降に抵抗する方向）にモータを回転させる負のトルクであってもよい。不良判定部は、トルク積が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する。例えば、トルク積が基準外となる状況としては、スルーホールの穴径やピンの外形が規定範囲外となっている場合や、ピンの差込み位置にずれが生じている場合、あるいはスルーホール内の鍍金の厚みや摩擦抵抗値が規定範囲外になっている場合などが考えられる。

本発明者らの研究により、上記監視期間中におけるモータのトルク積は、プレスフィットピンの外形が一定である場合にスルーホールの穴径の大小によって顕著な差を示すことが明らかになった。このため、例えばプレスフィットピンの外形が一定である場合に、このトルク積が基準範囲内であるか否かを判定することで、スルーホールの穴径が適切な値となっているかどうかを容易に判断することができる。また、モータでヘッドを進退（例えば昇降）させることでプレスフィットピンの圧入処理を高速で行うことが可能となるが、その場合には一般的にピンの圧入不良を発見することが困難になる。例えば、プレスフィットピンが配線基板に接触するときのトルク値を単純に測定しても、ピンの圧入処理が高速で行われると、穴径の大小によってモータのトルク値に殆ど差は生じない。これに対して、本発明のように、プレスフィットピンが配線基板に接触した時からスルーホールへのピンの圧入が完了するまでの期間中に発生したモータのトルク積を算出することで、プレスフィットピンの圧入を高速で行う場合でも、穴径の大小によって顕著な差を得ることができる。このように、本発明の管理装置は、プレスフィットピンを高速で圧入するプロセスに適したものであるといえる。

本発明に係る管理装置は、ヘッドの一度の進退動作により１つのスルーホールに１つのピンを圧入する圧入装置を管理対象とすることが好ましい。このように、一度に１つのピンのみをスルーホールに圧入することで、圧入処理の精度が高まるとともに、各ピンの圧入状態を正確に判定することができる。これにより、製品の信頼性向上に寄与できる。

本発明において、モータは、監視期間中にヘッドの進行に抵抗する方向への負のトルクを発生させることが好ましい。なお、ピンを基板のスルーホールに圧入するにあたり、モータは、ヘッドを進行させる方向への正のトルクを発生させるものであってもよい。また、ピンは、ある程度大きい正のトルクによってスルーホールへ圧入されるもの（例えば車載モジュール用のプレスフィット等）であってもよいし、ヘッドの自重によってスルーホールに圧入可能なもの（例えば計算機のプレスフィット等）であってもよい。この場合、トルク積算出部は、監視期間中におけるモータの負のトルクの積分値を求めることが好ましい。このように、モータによってヘッドの進行（例えば降下）に抵抗するように負のトルクを発生させてヘッドの進行を制御することで、ピンを安定的にスルーホール内に圧入することできる。また、負のトルク積が所定の基準の範囲内であるか否かを判定することで、高速にスルーホール内へピンが圧入される場合であっても、容易かつ精度良くピンの圧入不良を検出することができる。また、特許文献１に記載された発明のように、プレスフィットピンの圧入時にかかる圧入力変化を検出する場合、初めはスルーホールを通過しない程度の圧力でピンを押圧し、その後徐々に当該圧力を上げてピンをスルーホールに挿入してくという手順を踏む必要があるため、一度のピンの挿入作業に時間を要するという問題がある。これに対して、本発明のように、ある程度重量のあるヘッドの下降を停止させるためのブレーキ力（モータの負のトルク）を測定し、その積分値を求めるようにすることで、ピン及び基板に予め十分な圧力（ヘッドの自重によるもの）を負荷しておくことができ、特許文献１のように徐々に圧力を上げる必要がなくなるため、作業時間（挿入速度）に遅延が生じることがないという利点がある。

本発明の第２の側面は、ピンの管理用のプログラムに関する。本発明に係るプログラムは、コンピュータを前述した第１の側面に係る管理装置として機能させる。具体的に説明すると、本発明に係るプログラムは、基板のスルーホールに圧入されるピンを保持したヘッドを進退させるためのモータのトルクを測定する工程と、ピンが基板に接触した時からスルーホールへのピンの圧入が完了するまでの監視期間中におけるモータのトルクの積分値を求める工程と、トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する工程をコンピュータに実行させる。

本発明の第３の側面は、ピンの圧入管理方法に関する。本発明に係る管理方法は、基板のスルーホールに圧入されるピンを保持したヘッドを進退させるためのモータのトルクを測定する工程と、ピンが基板に接触した時からスルーホールへのピンの圧入が完了するまでの監視期間中におけるモータのトルクの積分値を求める工程と、トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する工程を含む。

本発明に係る圧入管理方法において、スルーホールがピンの直下に位置するように基板を位置決めする工程をさらに含むことが好ましい。このように、基板のスルーホールが適切な位置にあり、そのスルーホールにピンが挿入されることでピンの圧入不良を適切に検出することができる。なお、基板の位置決め方法としては、基板の外形で位置調整する方法や、スルーホールの位置をカメラ等で検出して位置調整する方法などが考えられる。

本発明の第４の側面は、ピン付属基板の製造方法に関する。ピン付属基板の例は、車載用パワーモジュールや大型計算機等を構成する基板である。本発明に係る製造方法は、ピンを保持したヘッドをモータにより進退させて基板のスルーホールに当該ピンを圧入する工程と、モータのトルクを測定する工程と、ピンが基板に接触した時からスルーホールへのピンの圧入が完了するまでの監視期間中におけるモータのトルクの積分値を求める工程と、トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する工程を含む。

本発明によれば、プレスフィットピンの圧入不良を正確に検出することができる。特に、１本ずつ或いは少数のプレスフィットピンを同時にスルーホールへ圧入する場合であって、ヘッドの自重によってピンがスルーホールへ圧入される状況においても、本発明によればプレスフィットピンの圧入不良を精度良く検出することが可能である。

図１は、管理装置と圧入装置の機能構成を概念的に示したブロック図である。 図２は、スルーホールの穴径の違いによって監視期間中におけるトルク積に差が生じることを示した説明図である。 図３は、穴径とトルク積の関係性を示したグラフである 図４は、穴径との関係においてトルク積の管理エリアを示したグラフである。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。

図１は、管理装置１０と圧入装置２０を含むシステムの機能構成を模式的に示している。圧入装置２０は、プレスフィットピン３０を配線基板４０のスルーホール４１に圧入するための装置である。圧入装置２０としては、既存のものを適宜採用することができる。管理装置１０は、圧入装置２０によるプレスフィットピン３０の圧入動作を制御するとともに、この圧入動作が正常に行われているかどうかを検査するための機能を備える。管理装置１０としては、汎用的なコンピュータを用いることができ、このコンピュータに本発明特有の処理を実行させるためのプログラムをインストールしておけばよい。

圧入装置２０は、基本的に、プレスフィットピン３０を保持するヘッド２１と、このヘッド２１を配線基板４０に向かって昇降させる昇降機２２と、この昇降機２２に回転トルクを付与するサーボモータ２３と、このサーボモータ２３の回転を制御するモータ制御器２４を備える。

昇降機２２は、サーボモータ２３のシャフトの回転運動を直線運動に変換するカム機構を持つ。また、ヘッド２１は、この昇降機２２の先端に取り付けられている。本実施形態において、ヘッド２１は、プレスフィットピン３０を１本ずつ保持するように構成されており、一度の昇降動作で配線基板４０の１つのスルーホール４１に１本のプレスフィットピン３０を圧入する。なお、ヘッド２１は、一度に複数本のプレスフィットピン３０を保持するように構成されていてもよい。また、図示は省略するが、ヘッド２１には、複数のプレスフィットピン３０が連結されたバンドル部材から、圧入時に各プレスフィットピン３０を切り出すための機構が設けられていてもよい。

サーボモータ２３は、モータ制御器２４による制御に従って、ヘッド２１を昇降させるための回転トルクを発生させる。本願明細書において、ヘッド２１を配線基板４０に向かって進行（具体的には降下）させるためのトルクを「正トルク」といい、これと反対方向のトルクを「負トルク」という。すなわち、負トルクは、ヘッド２１の降下に抵抗する方向の力であり、圧入動作時においてプレスフィットピン３０を配線基板４０のスルーホール４１内の所定の深さに留めるためのブレーキ力に相当する。サーボモータ２３のシャフトの回転運動は昇降機２２によって直線運動に変換されるため、サーボモータ２３の回転トルクによってヘッド２１が配線基板４０に対して昇降することとなる。

モータ制御器２４は、管理装置１０からの制御指令に従って、サーボモータ２３の回転を制御する。モータ制御器２４は、例えば、管理装置１０からプレスフィットピン３０の圧入深度に関する情報を制御指令として受け取り、この指令に基づいてプレスフィットピン３０が所定の深度に達するようにサーボモータ２３を制御する。

圧入装置２０は、さらに、サーボモータ２３の回転トルクを検出するためのトルクセンサ２５を備える。トルクセンサ２５は、例えばサーボモータ２３のシャフトの周囲に設けられる。トルクセンサ２５としては、磁歪式、ひずみゲージ式、圧電式、光学式などの公知の手法でサーボモータ２３のトルクを検出するものを採用すればよい。トルクセンサ２５によって検出された情報（デジタル信号）は、管理装置１０へ出力される。

プレスフィットピン３０は、配線基板４０のスルーホール４１内に圧入される導電性の端子部品であり、銅もしくはアルミニウムといった金属材料で形成されているか、又はそれら金属の鍍金が施されている。また、配線基板４０のスルーホール４１内にも金属鍍金が施されている。このため、スルーホール４１内にプレスフィットピン３０を圧入することで両者が通電可能な状態となる。なお、「プレスフィット」とは、配線基板４０のスルーホール４１にピンの先端を押し込んだときに発生する復元力によって、ピンが基板との接触状態が保持されることを意味する。例えば、図１に示した実施形態において、プレスフィットピン３０の芯部３１の下端近傍には、スルーホール４１の内壁に接触する結合部３２が設けられている。この結合部３２は、中心に開口が形成された楕円形状であり、プレスフィットピン３０を構成する金属材料が二股に分かれた形状となっている。また、結合部３２の横幅は、芯部３１の横幅よりも広くなっている。さらに、結合部３２の横幅は、スルーホール４１の内径よりも広く設計されている。このため、プレスフィットピン３０をスルーホール４１内に圧入するとき、結合部３２がスルーホール４１の内壁に接触しながら弾性変形し、それが復元しようとする力によって結合部３２とスルーホール４１の接触状態が保持される。

また、プレスフィットピン３０の芯部３１の上部には、ヘッド２１によって保持される突起部３３が設けられている。プレスフィットピン３０の芯部３１は摩擦抵抗が小さくヘッド２１によって保持しにくいが、このような突起部３３を設けておくことでヘッド２１とプレスフィットピン３０とが係合するため、ヘッド２１によってプレスフィットピン３０を正確に保持できる。また、プレスフィットピン３０の圧入時に、ヘッド２１が突起部３３を押圧しながらプレスフィットピン３０を配線基板４０のスルーホール４１内に押し込むため、サーボモータ２３が発生させた正トルクをプレスフィットピン３０に効率的に伝達することができる。

続いて、管理装置１０の機能構成について説明する。図１に示されるように、管理装置１０は、コントローラ１１と表示部１２を備える。コントローラ１１は、ＣＰＵなどのプロセッサと、プログラムを格納したストレージと、プロセッサでの演算結果などを読み書きする作業空間を持つメモリなどを含む。コントローラ１１は、モータ指令部１１ａ、トルク測定部１１ｂ、トルク積算出部１１ｃ、及び不良判定部１１ｄといった機能要素を含む。これらの機能要素は、基本的に、プログラムに従ったプロセッサの演算処理によるソフトウェア上の機能として実現される。ただし、これらの機能要素はハードウェアの回路として実現されるものであってもよい。また、表示部１２は、コントローラ１１の演算結果などを表示する。表示部１２としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの公知の表示装置を採用すればよい。

モータ指令部１１ａは、圧入装置２０のモータ制御器２４に対して、サーボモータ２３の駆動条件等を制御指令として提供する。具体的には、モータ指令部１１ａは、プレスフィットピン３０の圧入深度（具体的にはｚ軸座標（図２参照））や、サーボモータ２３の回転速度（ヘッド２１の昇降速度）などの諸条件を、制御指令としてモータ制御器２４に提供する。モータ制御器２４は、モータ指令部１１ａからの制御指令に従ってサーボモータ２３を駆動させる。これにより、ヘッド２１が降下して、プレスフィットピン３０が配線基板４０のスルーホール４１へと圧入される。具体的には、モータ制御器２４は、モータ指令部１１ａによって指定された回転速度で、指定された深度までプレスフィットピン３０が挿入されるように、サーボモータ２３を駆動する。このようなヘッド２１の降下及び上昇の際にサーボモータ２３が発生させたトルクをトルクセンサ２５によって検出する。

トルク測定部１１ｂは、トルクセンサ２５の検出情報に基づいて、サーボモータ２３の回転トルクを測定する。具体的には、トルク測定部１１ｂは、サーボモータ２３の回転トルクをリアルタイムに測定して、その結果を記録する。

図２の１行目のデータは、トルク測定部１１ｂが測定したサーボモータ２３の回転トルクの値（トルク値）のタイムチャートの一例を示している。なお、図２では、ほぼ同じサイズのプレスフィットピン３０を、穴径が１．１０ｍｍのスルーホール４１に圧入した場合のデータと、穴径が１．２０ｍｍのスルーホール４１に圧入した場合のデータをそれぞれ比較して示している。また、図２は、比較的小さいサイズのプレスフィットピン３０を圧入した場合のデータを示しており、この例では、ヘッド２１の自重によってプレスフィットピン３０が配線基板４０のスルーホール４１に圧入されることとなる。このため、プレスフィットピン３０と配線基板４０が接触している期間中は、ヘッド２１の自重によってプレスフィットピン３０がスルーホール４１の内部へと押し込まれ過ぎることを避けるために、サーボモータ２３は負トルクを発生させてヘッド２１の下降にブレーキを掛ける。

具体的に説明すると、図２の１行目のデータに示されるように、本実施形態において、ヘッド２１の下降開始点以前の状態では、ヘッド２１を空中に留めるためにサーボモータ２３は負トルクを発生させる。その後、ヘッド２１の下降開始点直後、静止状態にあるヘッド２１を配線基板４０に向かって下降させるために、サーボモータ２３は一時的に大きい正トルクを発生させる。その後、一旦サーボモータ２３が弱く負トルクを発生させる状態続くが、その間もヘッド２１は下降を続ける。その後、プレスフィットピン３０が配線基板４０に接触する直前に、下降中のヘッド２１に働く慣性に抵抗してヘッド２１の下降速度を落とすために、サーボモータ２３は一時的に大きい負トルクを発生させる。その後、プレスフィットピン３０が配線基板４０に接触したとき（ピン接触開始点）からプレスフィットピン３０の圧入深度が所定の深度に達するとき（ストローク終点）までの間、ヘッド２１の自重を利用してプレスフィットピン３０を配線基板４０のスルーホール４１に圧入しつつも、プレスフィットピン３０がスルーホール４１の内部へと押し込まれ過ぎることを避けるために、サーボモータ２３は弱い負トルクを発生させてヘッド２１の下降にブレーキを掛ける。その後、プレスフィットピン３０の圧入が完了すると、ヘッド２１によるプレスフィットピン３０の保持を解除して、プレスフィットピン３０を配線基板４０に残したままヘッド２１のみを再び上昇させる。このとき、サーボモータ２３はヘッド２１を上昇させるための負トルクを発生させる。このように、図２の１行目のデータを参照すれば、サーボモータ２３のトルクの正負に伴って、ヘッド２１の挙動を把握することができる。

トルク積算出部１１ｃは、トルク測定部１１ｂによって測定されたトルク値に基づいて、所定期間中におけるサーボモータ２３の回転トルクの積分値を求める。具体的には、本実施形態において、トルク積算出部１１ｃは、プレスフィットピン３０が配線基板４０に接触した時からスルーホール４１へのプレスフィットピン３０の圧入が完了する時までの監視期間中におけるサーボモータ２３の回転トルクの積分値を求める計算を行う。なお、監視期間は、例えば５００〜１０００ｍｓｅｃ、７００〜８００ｍｓｅｃ程度の短時間である。

図２の２行目のデータは、トルク積算出部１１ｃが算出したトルクの積分値（トルク積）を示している。ここでは、ピン接触開始点からストローク終点までの期間を監視期間とし、この監視期間中におけるトルク積を求めることとしている。図２の２行目のデータでは、監視期間の終点におけるトルク積の値が、その監視期間の最終的なトルク積を示している。なお、監視期間の前後の期間はトルク積を算出しない期間（キャンセル期間）である。このため、図２に示したデータ上は、監視期間以前の期間のトルク積はゼロ（不算出）となり、監視期間以後の期間のトルク積は監視期間中のトルク積と一致している。

図２の１行目のデータに示されるように、プレスフィットピン３０のサイズが同じであるとき、スルーホール４１の穴径が１．１０ｍｍである場合と１．２０ｍｍである場合とで、トルク測定部１１ｂが測定したサーボモータ２３のトルク値は、その波形や数値に殆ど差が生じていない。このため、例えば穴径１．２０ｍｍを適正値とし、穴径１．１０ｍｍを異常値と仮定した場合、サーボモータ２３のトルク値の波形や数値を監視していても、穴径１．１０ｍｍ（異常値）のスルーホール４１にプレスフィットピン３０を圧入するときに、何らかの異常があることを検出することは困難であるといえる。

他方で、図２の２行目のデータに着目すると、プレスフィットピン３０のサイズがほぼ同じであるとき、スルーホール４１の穴径が１．１０ｍｍである場合と１．２０ｍｍである場合とで、トルク積算出部１１ｃが算出した監視期間中におけるサーボモータ２３のトルク積の値には顕著な差が生じていることが判る。このため、上記と同様に、例えば穴径１．２０ｍｍを適正値とし、穴径１．１０ｍｍを異常値と仮定した場合、監視期間中におけるサーボモータ２３のトルク積の値を求めることで、穴径１．１０ｍｍのスルーホール４１にプレスフィットピン３０を圧入するときに、適正値である穴径１．２０ｍｍのスルーホール４１と比較し、何らかの異常があるということを確実に検出することが可能となる。このように、監視期間中におけるサーボモータ２３のトルク積を（２行目のデータ）求めることで、トルク値（１行目のデータ）のみからでは検出することが困難であった圧入処理の不良を容易に検出することができる。

図２では、プレスフィットピン３０のサイズが同じであることを前提として、穴径１．１０ｍｍのスルーホール４１と穴径１．２０のスルーホール４１にそれぞれ圧入した場合を比較して示している。図２の２行目のデータに示されているように、穴径が小さい方（図２左側）が、監視期間中におけるサーボモータ２３の負のトルク積（絶対値）が小さくなる。これは、小さいスルーホール４１にプレスフィットピン３０を挿し込む場合の方が、スルーホール４１の内壁とプレスフィットピン３０の摩擦抵抗が大きくなり、ヘッド２１がその自重によって降下しにくくなるため、ブレーキ力としてのサーボモータ２３の負トルクは比較的小さくて済むためであると考えられる。他方で、穴径が大きい方（図２右側）が、監視期間中におけるサーボモータ２３の負のトルク積（絶対値）が大きくなる。これは、大きいスルーホール４１にプレスフィットピン３０を挿し込む場合、スルーホール４１の内壁とプレスフィットピン３０の摩擦抵抗が小さくなり、ヘッド２１がその自重によってスルーホール４１内を降下しやすくなるため、スルーホール４１内の所定の深度にプレスフィットピン３０を留めるためには、ブレーキ力としてのサーボモータ２３の負トルクを比較的大きくする必要があるためであると考えられる。

図３は、スルーホール４１の穴径と監視期間中におけるサーボモータ２３の負のトルク積の相関関係を示している。図３のグラフを作成するにあたり、穴径１．１０ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．３０ｍｍのスルーホール４１を持つ配線基板４０を５つ用意し、同じヘッド２１を用いて各配線基板４０の各スルーホール４１にほぼ同じサイズのプレスフィットピン３０を圧入し、それぞれの監視期間中におけるサーボモータ２３の負のトルク積を算出して、穴径ごとに平均をとった。なお、プレスフィットピン３０としては、外形が１．２３±０．０２ｍｍのものを使用した。検証の結果、図３に示されるように、スルーホール４１の穴径と監視期間中におけるサーボモータ２３の負のトルク積の間に相関関係があることが明らかになった。また、同検証結果は再現性が高いものであることから、この相関関係を利用すれば、サーボモータ２３の負のトルク積を求めることで、プレスフィットピン３０のサイズとスルーホール４１の穴径の関係性が適正であるかどうかを判別できるようになるという知見が得られた。

不良判定部１１ｄは、トルク積算出部１１ｃによって求められたトルク積が、予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する。これにより、不良判定部１１ｄは、トルク積が基準の範囲内である場合に、プレスフィットピン３０が適切にスルーホール４１内に圧入されたと判別できる。他方で、トルク積が基準の範囲外である場合には、プレスフィットピン３０やスルーホール４１に何らかの不良が発生したと判別できる。例えば、トルク積が基準外となる状況としては、スルーホール４１の穴径やプレスフィットピン３０の外サイズが規定範囲外となっている場合や、プレスフィットピン３０の差込み位置にずれが生じている場合、あるいはスルーホール４１内の鍍金の厚みや摩擦抵抗値が規定範囲外になっている場合などが考えられる。トルク積が基準外となる状況としてはその他様々なものが考えられるが、本発明では、プレスフィットピン３０又はスルーホール４１に何らかの異常が生じていることを検出できればよく、その異常の種類を特定することまでは必要とされてない。

図４は、不良判定部１１ｄが管理するトルク積の範囲の一例を示している。この例では、１．２０ｍｍの穴径を最適値としてスルーホール４１を設計し、その製造過程において−０．１ｍｍ又は＋１．５ｍｍの誤差が生じることまでは許容することとして、穴径設計マージンを設定した。つまり、スルーホール４１の穴径が１．１０〜１．３５ｍｍの範囲内であれば、製品の製造上は問題ないといえる。ただし、この穴径設計マージンを万が一にも超えると製品の性能を保証できなくなるという理由から、図４に示した例では、穴径の最適値である１．２０ｍｍに対して±１．０ｍｍの範囲を管理幅として、この管理幅内にスルーホール４１の穴径が収まるかどうかを管理することとしている。ここで、図４に示した例では、管理幅の最小値である穴径１．１５ｍｍに相当するサーボモータ２３の負のトルク積は−８０００００であり、管理幅の最大値である穴径１．２５に相当するサーボモータ２３の負のトルク積は−１２０００００である。このため、図４の例において、不良判定部１１ｄは、トルク積算出部１１ｃによって求められたトルク積が、−８０００００〜−１２０００００の管理幅内に収まるかどうかを判定すればよい。

上記判定処理の結果、トルク積算出部１１ｃによって求められたトルク積が所定の基準の範囲内である場合、不良判定部１１ｄは、プレスフィットピン３０がスルーホール４１内に正常に圧入されたと判定する。他方で、トルク積が所定の基準の範囲外である場合、不良判定部１１ｄは、プレスフィットピン３０のスルーホール４１内への圧入に不良があったと判定する。不良判定部１１ｄが圧入不良を発見した場合、例えば、モータ指令部１１ａは、サーボモータ２３の駆動を停止により、プレスフィットピン３０の圧入操作を一時的に停止することとしてもよい。また、不良判定部１１ｄが圧入不良を発見した場合、コントローラ１１は、圧入不良を発見した旨を表示部１２に表示して、作業員に対して報知することとしてもよい。

以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

例えば、上記した実施形態では、プレスフィットピン３０及びスルーホール４１のサイズが比較的小さく、ヘッド２１の自重によってプレスフィットピン３０をスルーホール４１に圧入可能であり、圧入時にサーボモータ２３が負のトルクを発生させる場合を想定したものであった。他方で、本発明は、例えば車載用パワーモジュールなど、比較的サイズの大きいプレスフィットピン３０が用いられ、ヘッド２１の自重によってはプレスフィットピン３０をスルーホール４１に圧入することができないことから、圧入時にサーボモータ２３が正のトルクを発生させる形態も包含するものである。この場合、トルク積算出部１１ｃは、プレスフィットピン３０が配線基板４０に接触した時からスルーホール４１へのプレスフィットピン３０の圧入が完了するまでの監視期間中におけるサーボモータ２３の正トルクの積分値を求めることとすればよい。そして、不良判定部１１ｄは、この正トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定すればよい。

１０…管理装置 １１…コントローラ
１１ａ…モータ指令部 １１ｂ…トルク測定部
１１ｃ…トルク積算出部 １１ｄ…不良判定部
１２…表示部 ２０…圧入装置
２１…ヘッド ２２…昇降機
２３…サーボモータ ２４…モータ制御器
２５…トルクセンサ ３０…プレスフィットピン
３１…芯部 ３２…結合部
３３…突起部 ４０…配線基板
４１…スルーホール

Claims (7)

1. 基板のスルーホールに圧入されるピンを保持したヘッドを進退させるためのモータのトルクを測定するトルク測定部と、
   前記ピンが前記基板に接触した時から前記スルーホールへの前記ピンの圧入が完了するまでの監視期間中における前記モータのトルクの積分値を求めるトルク積算出部と、
   前記トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する不良判定部を有する
   管理装置。
2. 前記ヘッドの一度の進退動作により１つの前記スルーホールに１つの前記ピンが圧入される
   請求項１に記載の管理装置。
3. 前記モータは、前記監視期間中に前記ヘッドの進行に抵抗する方向への負のトルクを発生させるものであり、
   前記トルク積算出部は、前記監視期間中における前記モータの負のトルクの積分値を求める
   請求項１又は請求項２に記載の管理装置。
4. コンピュータを請求項１に記載の管理装置として機能させるためのプログラム。
5. 基板のスルーホールに圧入されるピンを保持したヘッドを進退させるためのモータのトルクを測定する工程と、
   前記ピンが前記基板に接触した時から前記スルーホールへの前記ピンの圧入が完了するまでの監視期間中における前記モータのトルクの積分値を求める工程と、
   前記トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する工程を含む
   管理方法。
6. 前記スルーホールが前記ピンの直下に位置するように前記基板を位置決めする工程をさらに含む、
   請求項５に記載の管理方法。
7. ピンを保持したヘッドをモータにより進退させて基板のスルーホールに当該ピンを圧入する工程と、
   前記モータのトルクを測定する工程と、
   前記ピンが前記基板に接触した時から前記スルーホールへの前記ピンの圧入が完了するまでの監視期間中における前記モータのトルクの積分値を求める工程と、
   前記トルクの積分値が予め定められた基準の範囲内であるか否かを判定する工程を含む
   ピン付属基板の製造方法。

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