JP2022153932A - 半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け作業の能率を低下させることなく良好な半田付けが可能な方法を提供すること。【解決手段】半田付け方法は、軸方向に貫通した半田孔５１を有し加熱可能な鏝先５ａを用いて、電子部品の部品本体から外方に突出したピン端子Ｐを、プリント回路基板Ｂｄに形成されたスルーホールＴｈに挿通してスルーホールＴｈの外周縁に形成されたランドＬｄに半田付けする半田付け方法であって、鏝先５ａをプリント回路基板Ｂｄに接触させた状態において、半田孔５１内に挿入されたピン端子Ｐの先端から半田孔５１の下端開口までの半田孔５１の内容積Ｖｈと、半田片Ｗｈの体積Ｖｓとが下記式（１）を満たすようにする。Ｖｓ≧Ｖｈ－Ｖｐ１・・・・・・（１）Ｖｓ：半田片の体積Ｖｈ：半田孔に挿入されたピン端子の先端から半田孔の下端開口までの半田孔の内容積Ｖｐ１：半田孔内に位置するピン端子の体積【選択図】図５

Description

本発明は半田付け方法に関し、より詳細には、電子部品のピン端子をプリント回路基板のスルーホールに挿通しスルーホールの外周縁に形成されたランドに半田付けする方法に関するものである。

近年、各種機器のほとんどには電子部品を実装したプリント回路基板が搭載されている。このプリント回路基板の作製過程において、各種の電子部品をプリント配線板の配線パターン（ランド）に接合する処理等のため半田付け作業がなされる。また半田付け作業を機械的に実現させるため半田付け装置が各種提案されすでに使用されているものもある。

例えば半田付け装置の一つとして、半田片（半田層内部にフラックスの層が設けられた糸半田を切断したもの）を、略筒形状の鏝先の軸方向に貫通した半田孔内に供給し、半田孔内で半田片を立てた姿勢で加熱・溶融して、溶融した半田を下方へ供給して半田付けを行うものがある。

特開平０９－１０８８２６号公報 特開２０１１－０５６５８１号公報 特開２００９－１９５９３８号公報

前記提案の半田付け装置を用いて、電子部品のピン端子をプリント回路基板のスルーホールに挿通しスルーホールの外周縁に形成されたランドに半田付けする場合、鏝先およびプリント配線基板を相対的移動させてピン端子を半田孔内に位置させる必要があるところ、相対的移動制御の裕度を広げるため鏝先の半田孔の下端部に半径方向外方に半田孔の内周壁を拡大した拡大部を設けることがあった。

図９（ａ）に示すように、このような拡大部５１０を有する鏝先を用いてピン端子ＰとランドＬｄとの半田付けを行った場合、まず半田孔５１内に供給された半田片Ｗｈはピン端子Ｐの先端に当接する。そして、半田片Ｗｈは半田鏝から受熱して溶融し始め、この溶融した半田片Ｗｈを介して半田鏝からピン端子Ｐに熱が伝えられる。そして、ピン端子Ｐの先端温度が所定温度以上になると、図９（ｂ）に示すように、溶融半田はピン端子Ｐに沿って流下する。このとき溶融半田の体積に対して拡大部（半田孔）５１０の空間体積が大きいと溶融半田が拡大部５１０の内周面と接触しないことがある。

溶融半田が拡大部５１０の内周面に接触しないと、溶融半田を介した半田鏝からピン端子ＰやランドＬｄへの伝熱が無く、半田鏝からピン端子ＰやランドＬｄへの伝熱量が低下する。このような伝熱量の低下はピン端子ＰやランドＬｄの加熱不足を招き半田付けが十分に行われない不具合が生じることがあった。特に、図１０（ａ）に示すようなピン端子Ｐが接続する端子Ｔａの熱容量が大きい場合や、図１０（ｂ）に示すようなランドＬｄの面積が大きい場合に前記加熱不足が顕著に現れる。このような不具合を解消するためには半田付け時間を長くすることが考えられるがこの場合は半田付け作業の能率低下という新たな問題が生じる。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半田付け作業の能率を低下させることなく良好な半田付けが可能な方法を提供することにある。

前記目的を達成する本発明の一態様に係る半田付け方法は、略筒形状で軸方向に貫通した半田孔を有し加熱可能な鏝先を用いて、電子部品の部品本体から外方に突出したピン端子を、プリント回路基板に形成されたスルーホールに挿通して前記スルーホールの外周縁に形成されたランドに半田付けする半田付け方法であって、前記スルーホールに挿通され前記プリント回路基板から突出した前記ピン端子の先端部が前記半田孔内に位置するように前記鏝先を前記プリント回路基板に接触させる工程と、前記半田孔内に半田片を供給する工程と、供給された半田片を前記半田孔内で加熱溶融させて前記ピン端子と前記ランドとを半田付けする工程とを有し、前記鏝先を前記プリント回路基板に接触させた状態において、前記半田孔内に挿入された前記ピン端子の先端から前記半田孔の下端開口までの前記半田孔の内容積Ｖｈと、前記半田片の体積Ｖｓとが下記式（１）を満たすようにすることを特徴とする。
Ｖｓ≧Ｖｈ－Ｖｐ_１ ・・・・・・（１）
Ｖｓ：半田片の体積
Ｖｈ：半田孔に挿入されたピン端子の先端から半田孔の下端開口までの半田孔の内容積
Ｖｐ_１：半田孔内に位置するピン端子の体積

前記構成によれば、ピン端子の先端またはそれ以上まで半田孔内は溶融半田で満たされるので、半田鏝から溶融半田を介してピン端子およびランドに効率的に熱が伝えられるようになる。

前記半田付け方法では下記式（２）をさらに満たすようにするのが好ましい。
Ｖｓ≧Ｖｈ－Ｖｐ＋Ｖｔ－Ｖｐ_２ ・・・・・・（２）
Ｖｔ：スルーホールの体積
Ｖｐ_２：スルーホール内に位置するピン端子の体積

これにより、スルーホール内に溶融半田が流入した場合であっても半田孔内においてピン端子の先端またはそれ以上まで溶融半田で満たされることになり、確実に半田鏝から溶融半田を介してピン端子およびランドに効率的に熱が伝えられるようになる。

前記半田付け方法では、前記半田孔はその下端部に半径方向外方に拡大した拡大部を有し、前記拡大部の前記半田孔の下端開口からの軸方向長さが、前記ピン端子の前記プリント回路基板の表面からの突出長さよりも長い構成としてもよい。ここで、下面視において前記拡大部は前記半田孔の外周全体から半径方向外方に拡大したものであってもよい。

本発明の半田付け方法によれば、半田付け作業の能率を低下させることなく良好な半田付けが可能となる。

本発明の実施形態にかかる半田付け装置ＡＰの一例の斜視図である。 装置本体Ａ１の内部構造を示す斜視図である。 図２に示す装置本体Ａ１の概略垂直断面図である。 図２に示す装置本体Ａ１に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。 鏝先５ａとプリント回路基板Ｂｄの部分垂直断面図である。 半田付け装置ＡＰによる半田付けの動作工程図である。 半田付け装置ＡＰによる半田付けの動作工程図である。 鏝先５ｂを用いた場合の半田付けの状態図である。 従来の半田付けの状態図例である。 熱容量が大きい端子Ｔａや面積が大きいランドＬｄを半田付けする場合の状態図である。

本発明に係る半田付け方法およびそれに用いる半田付け装置について図に基づき説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

第１実施形態
（半田付け装置の全体構成）
図１は、半田付け装置ＡＰによってプリント回路基板Ｂｄに電子部品Ｅｐを半田付けする場合の斜視図である。治具Ｇｊに固定されたプリント回路基板Ｂｄには４つのスルーホールＴｈが形成されており、各スルーホールＴｈの周縁にはランドＬｄが形成されている。そして、この４つのスルーホールＴｈの各々には、プリント回路基板Ｂｄの裏面側に配置された電子部品Ｅｐから延出した４つのピン端子Ｐが下から上方向に挿通され、プリント回路基板Ｂｄの上面からピン端子Ｐの先端が突出した状態となっている。

一方、半田付け装置ＡＰは、多関節アームＡｍを有する移動手段としてのマニピュレーターＭＬと、マニピュレーターＭＬの先端に取り付けられた装置本体Ａ１と、マニピュレーターＭＬ及び装置本体Ａ１の動作を制御する制御装置Ｃｏｎｔとを備える。マニピュレーターＭＬは基台Ｂｓ上に設置され、多関節アームＡｍは複数の関節部の各々において回転可能とされている。制御手段Ｃｏｎｔは、マニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの回転動作を制御して、装置本体Ａ１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の所望位置に移動させる。また制御手段Ｃｏｎｔは、後述する装置本体Ａ１のカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６及びヒーターユニット（加熱手段）４の動作を制御する。なお、本実施形態ではカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６が半田片供給手段を構成する。

半田付け装置ＡＰによって半田付けを行う場合、装置本体Ａ１が、マニピュレーターＭＬによってＸ方向及びＹ方向に移動されてプリント回路基板ＢｄのランドＬｄに対する位置決めが行われる。そして、装置本体Ａ１がＺ方向に移動されることで、鏝先５ａの先端がランドＬｄに接触する。以下説明する実施形態ではこの半田付け装置ＡＰを用いて、プリント回路基板Ｂｄの上面から突出したピン端子Ｐを装置本体Ａ１の鏝先５ａの半田孔５１（図３に図示）内に位置させ、鏝先５ａの半田孔５１に供給される半田片Ｗｈを溶融させてピン端子ＰとランドＬｄとを半田付けする。なお、本実施形態では、装置本体Ａ１を移動させているが、装置本体Ａ１を固定しプリント回路基板Ｂｄを移動させる、あるいは装置本体Ａ１とプリント回路基板Ｂｄの両者を移動させるようにしても構わない。

（装置本体Ａ１）
図２に装置本体Ａ１の斜視図を示し、図３に図２に示す半田付け装置の垂直断面図、図４は図２に示す半田付け装置に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。なお、図２では、筐体の一部を切断し、装置本体Ａ１の内部を表示するようにしている。

図２に示すように、装置本体Ａ１は、装置ユニットＵと、装置ユニットＵをＺ方向の所定距離範囲で移動可能に支持する支持部材ＳＰと、装置ユニットＵと支持部材ＳＰを覆うカバーＣ（図２の波線）とを有する。

支持部材ＳＰは、四角形状のＹＺ平面を有しＸ方向に所定の厚みを有する板状の基部Ｍｆと、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＹ方向中央部にＹ方向に所定幅を有しＸ方向に突出しＺ方向に連続するガイドレールＭｇと、ガイドレールＭｇにＺ方向に移動可能に取り付けられたブロックＭｂとを備える。

基部ＭｆのＺ方向上端部はマニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの先端に取り付けられる。ブロックＭｂには装置ユニットＵの壁体１１がＺ方向の略全域にわたって取り付けられている。すなわち、装置ユニットＵはブロックＭｂに固定され、ブロックＭｂと一体となってＺ方向に移動可能とされている。また、ブロックＭｂのＹ方向の一方側面の下端部には移動規制ピン９１が側面から外方に向かって垂直に突出して設けられている。

一方、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＺ方向下部のＹ方向端部位置には、直方体形状の上ストッパー部９３と下ストッパー部９４とがＺ方向に所定距離隔てて対向するように設けられている。

ブロックＭｂの一方側面に設けられた移動規制ピン９１は、基部Ｍｆの上ストッパー部９３と下ストッパー部９４との間の領域に位置し、初期状態のときすなわち鏝先５ａが配線基板Ｂｄに当接していない状態のときは、装置ユニットＵ及びブロックＭｂの自重によって移動規制ピン９１は下ストッパー部９４に当接した状態となっている。換言すると、移動規制ピン９１が下ストッパー部９４に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向下方への移動が規制される。他方、鏝先５ａが配線基板Ｂｄに当接して装置ユニットＵがＺ方向上方に移動した場合には、移動規制ピン９１が上ストッパー部９３に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向上方向への移動が規制される。

（装置ユニットＵ）
装置ユニットＵは、支持部１、カッターユニット２、駆動機構３、ヒーターユニット４、鏝先５ａ、半田送り機構６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。なお、以下の説明では、便宜上、図２に示すように、壁体１１に沿う水平方向をＸ方向、壁体１１と垂直な水平方向をＹ方向、壁体１１に沿う鉛直方向をＺ方向とする。例えば、図２に示すように、壁体１１はＺＸ平面を有している。

支持部１は、壁体１１と、保持部１２と、摺動ガイド１３と、ヒーターユニット固定部１４とを備える。壁体１１は、鉛直方向に立設された平板状の壁体である。壁体１１は、装置本体Ａ１の支持部材としての役割を果たしている。保持部１２は、壁体１１のＺ方向の下端部より上方にずれた位置に固定されている。保持部１２は、駆動機構３の後述するエアシリンダー３１を保持する。ヒーターユニット固定部１４は、ヒーターユニット４の固定を行う部材であり、壁体１１のＺ方向の端部（下端部）に設けられている。

摺動ガイド１３は、壁体１１のＺ方向の下端部の近傍に、固定されている。摺動ガイド１３は、カッターユニット２の後述するカッター下刃２２と共に、壁体１１と固定されており、カッターユニット２の後述するカッター上刃２１をＸ方向に摺動可能にガイドする。

摺動ガイド１３は、Ｙ方向に対向して対をなす部材である。摺動ガイド１３は、一対の壁部１３１と、抜止部１３２とを有している。壁部１３１は、Ｘ方向に延びる平板状の部材である。一方の壁部１３１は、壁体１１と接触して配されており、壁体１１と反対側の面は、カッター下端２２と接触している。また、他方の壁部１３１は、カッター下刃２２の側面と接触している。つまり、一対の壁部１３１は、カッター下刃２２をＹ方向の両側から挟んでいる。そして、一対の壁部１３１及びカッター下刃２２は、ねじ等の締結具で壁体１１に共締めされて、固定される。

抜止部１３２は、一対の壁部１３１のそれぞれに設けられている。一対の壁部１３１は、カッター下刃２２のＺ方向上面よりもＺ方向に延びており、一対の壁部１３１のＺ方向の上端部から、それぞれ、他方に向かって延びている。すなわち、摺動ガイド１３は、一対の抜止部１３２を備えている。そして一対の抜止部１３２それぞれのＹ方向の先端は、接触しない、換言すると、摺動ガイド１３には上部に開口を有している。カッター上刃２１は、カッター下刃２２の上面と、抜止部１３２との間に少なくとも一部は配される。これにより、カッター上刃２１は、Ｘ方向にガイドされるとともに、Ｚ方向に抜け止めされる。

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Ｗｈに切断する切断具である。カッターユニット２は、カッター上刃２１と、カッター下刃２２と、プッシャーピン２３とを備えている。

上述のとおり、カッター下刃２２は摺動ガイド１３とともに壁体１１に固定される。図３に示すように、カッター下刃２２は、下刃孔２２１と、ガス流入孔２２２とを備えている。下刃孔２２１は、カッター下刃２２をＺ方向に貫通する貫通孔であり、カッター上刃２１の後述する上刃孔２１１を貫通した糸半田Ｗが挿入される。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とを用いて、糸半田Ｗを所定長さの半田片Ｗｈに切断する。切断された半田片Ｗｈは、自重によって又はプッシャーピン２３に押されて、下刃孔２２１の内部を下方に落下する。下刃孔２２１は、ヒーターユニット４の後述する半田供給孔４２２を介して、鏝先５ａの後述する半田孔５１と連通している。下刃孔２２１の内部を落下した半田片Ｗｈは、半田供給孔４２２に達した後、半田孔５１に落下する。

ガス流入孔２２２は、カッター下刃２２の外側面と下刃孔２２１とを連通する孔である。不図示のガス供給源から供給されるガスはガス流入孔２２２に流入する。そして、ガスは、下刃孔２２１、半田供給孔４２２を通過して、半田孔５１に到達する。なお、ガスとは、半田を加熱して溶融するときに半田の酸化を抑制するために用いられるものである。すなわち、溶融した半田と酸素との接触を抑制するためのガスである。ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素等を挙げることができる。本実施形態の半田付け装置ＡＰでは、窒素ガスを供給するものとして説明する。

カッター上刃２１は、上述したとおり、カッター下刃２２のＺ方向上面上に配される。カッター上刃２１は、摺動ガイド１３によって摺動時に摺動方向がＸ方向になるようガイドされるとともにＺ方向に抜け止めされる。すなわち、カッター上刃２１は、カッター下刃２２のＺ方向の上面上をＸ方向に摺動する。なお、カッター上刃２１は、駆動機構３によって摺動される。

カッター上刃２１は、上刃孔２１１と、ピン孔２１２とを備えている。上刃孔２１１は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である、上刃孔２１１には、半田送り機構６から送られた糸半田Ｗが挿入される。上刃孔２１１の下端の辺縁部は切刃状に形成されている。ピン孔２１２は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である。ピン孔２１２には、プッシャーピン２３の後述するロッド部２３１が、摺動可能に挿入される。

プッシャーピン２３は、ロッド部２３１と、ヘッド部２３２と、バネ２３３とを有する。ロッド部２３１は、円柱状の部材であり、ピン孔２１２に摺動可能に挿入される。また、プッシャーピン２３がＺ方向下に移動することで、ロッド部２３の先端が、ピン孔２１２から突出する。ヘッド部２３２はロッド部２３１の軸方向の上端に連結される。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２の内径よりも大きい外径を有する円板形状である。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２に挿入されない。すなわち、ヘッド部２３２は、ロッド部２３１のピン孔２１２内への移動を制限する、いわゆる、ストッパーとしての役割を果たす。

バネ２３３は、ロッド部２３１の径方向外側を囲む圧縮コイルばねである。バネ２３３は、Ｚ方向下端部がカッター上刃２１の上面と接触し、Ｚ方向上端部がヘッド部２３２の下面と接触する。すなわち、バネ２３３は、カッター上刃２１の上面から反力を受け、ヘッド部２３２をＺ方向上に押す。これにより、ヘッド部２３２と連結されたロッド部２３１は、Ｚ方向上方に持ち上げられ、ロッド部２３１の下端が、ピン孔２１２の下端から突出しないように維持される。なお、ロッド部２３１のＺ方向下端部には、ピン孔２１２からの抜けを抑制する抜け止め（不図示）が設けられている。

プッシャーピン２３は、カッター上刃２１とカッター下刃２２で切断されて下刃孔２２１に残った半田片Ｗｈを下方に押す。そして、プッシャーピン２３は、ばね２３３の弾性力によって、常に上方に、すなわち、カッター下刃２２と反対側に押し上げられている。つまり、ロッド部２３１は、ヘッド部２３２が押されたときに、ピン孔２１２のＺ方向下端部から下に突出する。そして、ヘッド部２３２は、駆動機構３の後述するカム部材３３に押される。

カッター上刃２１において、上刃孔２１１とピン孔２１２とはＸ方向に並んで設けられている。カッター上刃２１は、Ｘ方向に摺動することで、上刃孔２１１と下刃孔２２１とが上下に重なる位置、又は、ピン孔２１２と下刃孔２２１とが上下に重なる位置に移動する。なお、カッター上刃２１は、一方の摺動端部まで摺動したときに上刃孔２１１と下刃孔２２１とが重なり、他方の摺動端部まで摺動したときにピン孔２１２と下刃孔２２１とが重なるように、摺動してもよい。

そして、上刃孔２１１と下刃孔２２１とがＺ方向に重なっている状態で、半田送り機構６から糸半田Ｗが送られると、上刃孔２１１を通過した糸半田Ｗが、下刃孔２２１に挿入される。上述のとおり、上刃孔２１１の下端の辺縁部が切刃状に形成されているとともに、下刃孔２２１の上端の辺縁部も切刃状に形成されている。そして、カッター上刃２１の下面は、カッター下刃２２の上面と接触している。そのため、下刃孔２２１に糸半田Ｗが挿入されている状態で、カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、上刃孔２１１および下刃孔２２１それぞれの切刃によって糸半田Ｗが切断される。

カッター上刃２１は、カム部材３３によってＸ方向に摺動される。そのため、カッター上刃２１及びプッシャーピン２３は、カム部材３３と同期している。カム部材３３は、ピン孔２１２が下刃孔２２１とＺ方向に重なったときに、ヘッド部２３２を押す。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときには、プッシャーピン２３のロッド部２３１の先端は、ピン孔２１２に収容されている。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときに、ロッド部２３１の先端とカッター下刃２２の上面とが接触するのを抑制し、ロッド部２３１の先端及び（又は）カッター下刃２２の変形、破損等が抑制される。

カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、下刃孔２１１とピン孔２１２とがＺ方向に重なる。ピン孔２１２が下刃孔２１１と重なっている状態で、ヘッド部２３２はカム部材３３に押される。これにより、プッシャーピン２３が、Ｚ方向下に移動する。プッシャーピン２３がピン孔２１２からＺ方向下方に突出すると、プッシャーピン２３の一部が下刃孔２１１に挿入される。下刃孔２１１の入り口に糸半田を切断した後述の半田片が残っている場合、プッシャーピン２３の先端が半田片を押して、半田片は落下する。

図２、図３に示すように、駆動機構３は、エアシリンダー３１と、ピストンロッド３２と、カム部材３３と、スライダー部３４と、ガイド軸３５とを有する。エアシリンダー３１は保持部１２に保持される。エアシリンダー３１は、有底円筒状である。エアシリンダー３１の内部には、ピストンロッド３２が収容されており、外部から供給される空気の圧力でピストンロッド３２を摺動駆動（伸縮）させる。エアシリンダー３１とピストンロッド３２とが駆動機構３のアクチュエーターを構成している。ピストンロッド３２は、エアシリンダー３１の内部に配されるとともに、一部が常にエアシリンダー３１の軸方向の一方の端部（ここでは、Ｚ方向の下端部）から、突出している。エアシリンダー３１は、ピストンロッド３２が突出する面がカッターユニット２に向くように、すなわち、Ｚ方向下に向くように、保持部１２に保持される。

ピストンロッド３２は、保持部１２に設けられた貫通孔（不図示）を貫通している。ピストンロッド３２は、ガイド軸３５と平行に設けられており、ガイド軸３５に沿って直線的に往復動する。ピストンロッド３２の先端部は、カム部材３３に固定されており、ピストンロッド３２の伸縮によって、カム部材３３がＺ方向に摺動する。カム部材３３の摺動は、ガイド軸３５によってガイドされている。

図３に示すように、ガイド軸３５は、下端部がカッター下刃２２に設けられた凹穴に嵌合されており、カッター下刃２２にねじ３５１でねじ止め固定されている。また、ガイド軸３５の上部は、保持部１２に設けられた孔を貫通しており、ピン３５２によって移動が規制されている。つまり、ガイド軸３５はねじ３５１によってカッター下刃２２と、ピン３５２によって保持部１２と固定されている。

なお、本実施形態において、ガイド軸３５は、ねじ３５１及びピン３５２によって固定されているが、これに限定されるものではなく、例えば、圧入、溶接等の固定方法で固定されるものであってもよい。また、本実施形態において、ガイド軸３５として円柱状の部材としているが、これに限定されるものではなく、断面多角形状や楕円等を利用してもよい。

図３、図４に示すように、カム部材３３は、矩形状の部材であり、長辺の一部を矩形状に切り欠いた凹部３３０と、カム部材３３に連結し、ガイド軸３５が貫通する貫通孔を備えた円筒形状の支持部３３１とを備えている。凹部３３０には、スライダー部３４が（Ｘ方向及びＺ方向に）摺動可能に配置される。また、支持部３３１はガイド軸３５と平行に延びる形状を有しており、カム部材３３のがたつきを抑制するために設けられている。つまり、カム部材３３がある程度厚みを有し、がたつきが発生しにくい構成の場合、円筒形状の部分を省略し、貫通孔だけで支持部３３１を構成してもよい。

そして、カム部材３３は、凹部３３０の中間部分に設けられて中心軸がガイド軸３５と直交する円柱状のピン３３２と、凹部３３０と隣接してプッシャーピン２３を押すピン押し部３３３と、支持部３３１内部に配置された軸受３３４とを備えている。ピン３３２は、スライダー部３４に設けられた後述するカム溝３４０に挿入される。また、軸受３３４は、ガイド軸３５に外嵌し、カム部材３３ががたつかないように、円滑に摺動させる部材である。

図３、図４に示すように、スライダー部３４は、長方形状の板状の部材であり、カッター上刃２１と一体的に形成されている。スライダー部３４は、板厚方向に貫通するとともに長手方向に延びるカム溝３４０を備えている。カム溝３４０は、ガイド軸３５と平行に延びる第１溝部３４１を上側に、同じくガイド軸３５と平行に延びる第２溝部３４２を下側に設けている。そして、第１溝部３４１と第２溝部３４２とは、Ｘ方向にずれて設けられており、カム溝３４０は第１溝部３４１と第２溝部３４２とを接続する接続溝部３４３を備えている。

カム溝３４０には、カム部材３３のピン３３２が挿入されており、カム部材３３がガイド軸３５に沿って移動することで、ピン３３２がカム溝３４０の内面を摺動する。ピン３３２がカム溝３４０の接続溝部３４３に位置するとき、接続溝部３４３の内面を押す。これにより、スライダー部３４及びスライダー部３４に一体的に形成されたカッター上刃２１がカム部材３３の摺動方向（Ｚ方向）と交差する方向（Ｘ方向）に移動（カッター下刃２２に対して摺動）する。

なお、本実施形態では、カム部材３３にピン３３２、スライド部３４にカム溝３４０を備えた構成を挙げて説明しているが、実際には、カム部材にカム溝、スライド部にピンを備えた構成であってもよい。

本実施形態では、駆動機構３のアクチュエーターとして空気圧を用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、空気以外の流体（例えば、作動油）を用いるもの（油圧）であってもよい。また、流体を用いるものに限定されるものではなく、モーターやソレノイド等の電力を用いるものであってもよい。本実施形態では、１つのアクチュエーターと、カム及びカム溝を用いて、カッター上刃２１の摺動とプッシャーピン２３の押下を行っているが、これに限定されない。例えば、カッター上刃２１の摺動と、プッシャーピン２３の押下とを行うように、アクチュエーターを複数個（２個）備えていてもよい。

図２、図３に示すように、半田送り機構６は、糸半田Ｗを供給する。半田送り機構６は、一対の送りローラ６１と、ガイド管６２とを備えている。一対の送りローラ６１は、支持壁１１に回転可能に取り付けられている。一対の送りローラ６１は、糸半田Ｗの側面を挟んで回転することで、糸半田を下方に送る。なお、一対の送りローラ６１は、互いに他方に向かって付勢されており、その付勢力で糸半田Ｗを挟む。送りローラ６１の回転角度（回転数）によって、送り出した糸半田Ｗの長さが測定（決定）されている。

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の上刃孔２１１と連通するように設けられている。なお、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、ガイド管６２はカッター上刃２１が摺動する範囲で過剰に引っ張られたり、突っ張ったりしない長さ、および、形状を有している。

ヒーターユニット４は、半田片Ｗｈを加熱し、溶融させるための加熱装置であり、図３に示すように、壁体２２の下端部に設けられたヒーターユニット固定部１４に固定されている。ヒーターユニット４は、ヒーター４１と、ヒーターブロック４２とを備える。ヒーター４１は、通電により発熱する。ヒーター４１は、ここでは、円筒形状のヒーターブロック４２の外周面に巻き回された電熱線を有する。

ヒーターブロック４２は円筒形状を有しており、軸方向の端部に鏝先５ａを取り付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した半田供給孔４２２とを備えている。ヒーターブロック４２は、半田供給孔４２２と下刃孔２２１とが連通するように、カッター下刃２２に接触して設けられている。ヒーターブロック４２をこのように設けることで、半田片Ｗｈは、下刃孔２２１から半田供給孔４２２に移動する。

（鏝先）
鏝先５ａは、円筒形状の部材であり、中央部分に軸方向に貫通した断面円形の半田孔５１を備えている。鏝先５ａは、ヒーターブロック４２の凹部４２１に挿入され、図示を省略した部材によって抜け止めがなされている。また、鏝先５ａの半田孔５１は、ヒーターブロック４２の半田供給孔４２２と連通しており、半田供給孔４２２から半田片Ｗｈが送られる。

図５に鏝先５ａの下部及びプリント回路基板Ｂｄの部分垂直断面図を示す。前述のように鏝先５ａは円筒形状で軸方向に貫通した半径ｒの半田孔５１を有する。そして半田孔５１は下端部において半径方向外方に半田孔５１と同心円状に拡大した半径Ｒの拡大部５１０を有する。拡大部５１０の半田孔５１の下端開口からの軸方向長さＭは、ピン端子Ｐのプリント回路基板Ｂｄからの突出長さＳよりも長く設定されている。拡大部５１０が鏝先５ａに形成されていることによって、ピン端子Ｐの軸中心Ｃ２と鏝先５ａの軸中心Ｃ１とが同一線上からズレた場合であっても鏝先５ａの拡大部５１０内にピン端子Ｐが位置することが可能となる。これにより制御手段Ｃｏｎｔによる鏝先５ａの相対的移動制御の裕度が広がる。半田孔５１の直径（２×ｒ）は半田片Ｗｈの外径ｄよりも大きく設定されている。半田片Ｗｈの外径ｄは、通常、０．６ｍｍ～１．２ｍｍの範囲である。また鏝先５ａは、拡大部５１０よりも上方に半田孔５１と外周面とを連通するリリース孔５３を有する。リリース孔５３は、溶融した半田によって半田孔５１の下端開口がせき止められた場合に、不図示のガス供給部から供給される窒素ガスや気化したフラックスなどを鏝先５ａの外に逃がす役割を果たす。

鏝先５ａは、ヒーター４１からの熱が伝達されており、その熱で半田片Ｗｈを溶融させる。そのため、鏝先５ａ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で形成されている。

なお、装置本体Ａ１において鏝先５ａは円筒形状のものとしているが、これに限定されるものではなく、断面多角形又は楕円形の筒形状のものを用いてもよい。半田付けを行うプリント回路基板Ｂｄや電子部品Ｅｐのピン端子Ｐの形状に合わせて異なる形状のものを用意するようにしてもよい。

本発明の半田付け方法では、半田孔５１内に挿入されたピン端子Ｐの上端から半田孔５１の下端開口までの半田孔５１の内容積Ｖｈと、半田孔５１に供給された半田片Ｗｈの体積Ｖｓとが前記式（１）を満足することであることが重要である。半田片Ｗｈの体積Ｖｓは、溶融した半田片Ｗｈの体積とほぼ等しいと考えることができるから、前記式（１）は、鏝先５ａがプリント回路基板Ｂｄに接触した状態において、半田片Ｗｈが溶融した溶融半田が、半田孔５１内に挿入されたピン端子Ｐの上端から半田孔５１の下端開口までの半田孔５１の内容積Ｖｈから半田孔５１内に位置するピン端子Ｐの体積Ｖｐ_１を引いた半田孔５１内の空間容積と同じがそれ以上の体積であることを規定するものである。
なお、フラックスＦＬを含んだ半田片Ｗｈの場合、フラックスＦＬが流出して半田片Ｗｈの体積が減少することを考慮して半田供給量を多くすることも考えられる。しかし通常フラックスＦＬは半田片Ｗｈの内部に含まれているため、半田片Ｗｈの溶融開始時にはフラックスＦＬが半田片Ｗｈと一体的に混ざり合いフラックスＦＬの流出による半田片Ｗｈの体積変化は小さい。

前記式（１）が満足されることにより、後述の図７（ａ）で図示するように、半田孔５１の下端開口からピン端子Ｐの先端以上の半田孔５１内の空間が溶融半田で満たされる。溶融半田は熱伝導率が気体よりも格段に高いので、半田孔５１内の空間が溶融半田で十分には満たされていない場合に比べて、溶融半田を介して鏝先５ａからピン端子ＰやランドＬｄに熱が速やかに伝達され半田付け不良などの不具合が効果的に抑制される。

また溶融半田を介して鏝先５ａからピン端子ＰやランドＬｄに熱が伝達されている間に、スルーホールＴｈの内周壁とピン端子Ｐとの隙間に溶融半田が流下することがある。このような場合であっても、半田孔５１の下端開口からピン端子Ｐの先端以上の半田孔５１内の空間が溶融半田で満たされるように前記式（２）が満足されるのが好ましい。すなわち、溶融半田の体積Ｖｓが、半田孔５１内に挿入されたピン端子Ｐの上端から半田孔５１の下端開口までの半田孔５１の内容積Ｖｈから半田孔５１内に位置するピン端子Ｐの体積Ｖｐ_１を引いた半田孔５１内の空間容積にスルーホールＴｈ内の空間容積を加えた容積以上であるのが好ましい。またスルーホールＴｈの下端にバックフィレットが形成される場合、そのフィレットの体積分を考慮して半田供給量を設定してもよい。より好ましいＶｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）は１．３０以上である。

（半田付け装置の動作）
次に、半田付け装置ＡＰの動作について説明する。図６及び図７に動作工程図を示す。まず図６（ａ）に示すように、制御手段Ｃｏｎｔが、マニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの回転動作を制御して、装置本体Ａ１の鏝先５ａを、鏝先５ａの軸中心Ｃ１がプリント回路基板Ｂｄから突出したピン端子Ｐの軸中心Ｃ２と同一線上で且つ上方向に離隔した位置（離隔位置）に移動させる。

次いで図６（ｂ）に示すように、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して、鏝先５ａを下方に移動させて、鏝先５ａの下端をプリント回路基板ＢｄのレジストＲｅ（あるいはランドＬｄ）に当接させ、鏝先５ａの半田孔５１の拡大部５１０内に電子部品Ｅｐのピン端子Ｐを位置させる。そして、鏝先５ａの半田孔５１内に半田片Ｗｈが供給される。供給された半田片Ｗｈの下端はピン端子Ｐの先端に当接し上端は半田孔５１の内周壁に接触し、半田片Ｗｈは半田孔５１内に起立した状態となる。鏝先５ａには、ヒーター４１（図３に図示）からの熱が伝達されており、半田片Ｗｈには鏝先５ａから直接的に熱が伝わり半田片Ｗｈは加熱される。

半田片Ｗｈの温度がフラックスＦＬ（図５に図示）の溶融温度に達すると、フラックスＦＬが半田片Ｗｈから流出して半田片Ｗｈの表面の熱伝導率の低い酸化膜を取り除き鏝先５ａから半田片Ｗｈへの伝熱が促進される。そして、図６（ｃ）に示すように、半田片Ｗｈの温度が半田の溶融温度に達すると溶融半田は表面張力によって球形化しようとするが半田孔５１によって規制された状態でピン端子Ｐ上に位置する。

その後、溶融半田を介して鏝先５ａからピン端子Ｐが加熱されてピン端子Ｐの先端温度が半田の溶融温度以上になると、図７（ａ）に示すように、溶融半田はピン端子Ｐを伝って流下し半田孔５１の拡大部５１０の全体を満たし、一部は拡大部５１０に流入できずに上方の半田孔５１に留まった状態となる。

このように半田孔５１内のピン端子Ｐの全体が溶融半田に埋没することで、溶融半田を介して鏝先５ａからピン端子Ｐの全体に熱が速やかに伝えられる。ピン端子Ｐの全体およびランドＬｄが半田の溶融温度以上に加熱されると、図７（ｂ）に示すように、溶融半田はピン端子Ｐを伝ってスルーホールＴｈ内を流下する。そして、図７（ｃ）に示すように、溶融半田はフラックスＦＬによって酸化膜が取り除かれたランドＬｄに濡れ広がる同時に、フラックスＦＬ及び加熱によって表面張力が低下した溶融半田は球状化することなくきれいなフィレットを形成する。

その後、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して鏝先５ａを上方に移動させる。これにより、溶融半田は外気によって冷却されて固化し、電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとプリント回路基板ＢｄのランドＬｄとが半田付けされる。半田付け装置ＡＰはこの一連の動作を繰り返して電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとプリント回路基板ＢｄのランドＬｄとの半田付けを順次行う。

本実施形態ではプリント回路基板Ｂｄを固定し鏝先５ａを移動させていたが、鏝先５ａを固定しプリント回路基板Ｂｄを移動させてもよい。あるいはプリント回路基板Ｂｄ及び鏝先５ａの双方を移動させてもよい。

（第２実施形態）
図８に本発明に係る半田付け方法に使用可能な鏝先の他の形態を示す。図８は鏝先５ｂ及びプリント回路基板Ｂｄの部分垂直断面図である。

図８に示す鏝先５ｂは円筒形状で軸方向に貫通した半径ｒの半田孔５１を有する点は第１実施形態の鏝先５ａと同じであるが、半田孔５１の下端部に拡大部５１０が形成されていない点で鏝先５ａとは異なる。このような形状の鏝先５ｂであっても、半田孔５１内に挿入されたピン端子Ｐの上端から半田孔５１の下端開口までの半田孔５１の内容積Ｖｈと、半田孔５１に供給された半田片Ｗｈの体積Ｖｓとが前記式（１）を満足するようにことで、第１実施形態の半田付け装置ＳＰと同様に、図８（ｂ）に示すように、ピン端子Ｐを伝って流下した溶融半田に半田孔５１内のピン端子Ｐの全体が埋没する。これにより、溶融半田を介して鏝先５ｂからピン端子Ｐの全体に熱が速やかに伝えられる。

実験例１～６
図５に示した構造で下記寸法の鏝先を用い半田片の体積（長さＬ）を変えて半田付けを行い下記基準で半田付けの評価を行った。評価結果を表１に示す。
半田孔の半径ｒ ：０．５８５ｍｍ
拡大部の半径Ｒ ：０．７３０ｍｍ
拡大部の高さＭ ：２．０ｍｍ
ピン端子の外径Ｄ ：０．６４ｍｍ×０．６４ｍｍ
ピン端子の突出量Ｓ：１．５５ｍｍ
半田片の外径ｄ ：０．８ｍｍ
半田片の長さＬ ：３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，５．５ｍｍ，６ｍｍ，７ｍｍ

（評価基準）
プリント回路基板に鏝先を当接させて２秒後に半田孔内に半田片を供給し、半田片を供給してから４秒後にプリント回路基板から鏝先を離間させて半田付けの状態を目視にて観察し下記基準で評価した。
「○」：スルーホール内の全部に半田が流入
「△」：スルーホール内の半分程度に半田が流入
「×」：スルーホール内に半田が流入せず

本発明で規定する式（１）を満足する、すなわちＶｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「１．０３」、「１．２８」の条件で半田付けを行った実験例２，３ではスルーホール内の半分程度に半田が流入し比較的良好な半田付けが行われた。また、Ｖｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「１．４１」以上の条件で半田付けを行った実験例４～６ではスルーホール内の全部に半田が流入し一層良好な半田付けが行われた。
これに対して、Ｖｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「０．７７」の実験例１の半田付けでは、ピン端子等の加熱が不十分となり溶融半田がスルーホール内に全く流入しなかった。

実験例７～１２
図５に示した構造で下記寸法の鏝先を用い半田片の体積（長さＬ）を変えて半田付けを行い前記基準で半田付けの評価を行った。評価結果を表２に示す。
半田孔の半径ｒ ：０．５０５ｍｍ
拡大部の半径Ｒ ：０．６３５ｍｍ
拡大部の高さＭ ：１．８５ｍｍ
ピン端子の外径Ｄ ：０．６４ｍｍ×０．６４ｍｍ
ピン端子の突出量Ｓ：１．５５ｍｍ
半田片の外径ｄ ：０．８ｍｍ
半田片の長さＬ ：２ｍｍ，２．７ｍｍ，３ｍｍ，３．５ｍｍ，４ｍｍ，４．５ｍｍ

本発明で規定する式（１）を満足する、すなわちＶｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「１．０２」、「１．１４」の条件で半田付けを行った実験例８，９ではスルーホール内の半分程度に半田が流入し比較的良好な半田付けが行われた。また、Ｖｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「１．３２」以上の条件で半田付けを行った実験例１０～１２ではスルーホール内の全部に半田が流入し一層良好な半田付けが行われた。
これに対して、Ｖｓ／（Ｖｈ－Ｖｐ_１）が「０．７６」の実験例７の半田付けでは、ピン端子等の加熱が不十分となり溶融半田がスルーホール内に全く流入しなかった。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は上述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の半田付け方法によれば、半田付け作業の能率を低下させることなく良好な半田付けが可能となる。

ＡＰ 半田付け装置
Ａ１ 装置本体
１１ 壁体
１２ 保持部
１３ 摺動ガイド
１４ ヒーターユニット固定部
１５ アクチュエーター保持部
１６ ばね保持部
２ カッターユニット
２１ カッター上刃
２１１ 上刃孔
２１２ ピン孔
２２ カッター下刃
２２１ 下刃孔
２３ プッシャーピン
２３１ ロッド部
２３２ ヘッド部
２３３ ばね
３ 駆動機構
３１ エアシリンダー
３２ ピストンロッド
３３ カム部材
３３０ 凹部
３３１ 支持孔
３３２ ピン
３３３ ピン押し部
３３４ 軸受
３４ スライダー部
３４０ カム溝
３４１ 第１溝部
３４２ 第２溝部
３４３ 接続溝部
３５ ガイド軸
４ ヒーターユニット
４１ ヒーター
４２ ヒーターブロック
４２１ 凹部
４２２ 半田供給孔
５ａ，５ｂ 鏝先
５１ 半田孔
５１０ 拡大部
６ 半田送り機構
６１ａ、６１ｂ 送りローラ
６２ ガイド管
Ｂｄ プリント回路基板
Ｃ１ 鏝先の軸中心
Ｃ２ ピン端子の軸中心
ｄ 半田片の外径
Ｌ 半田片の長さ
Ｄ ピン端子の外径
ｒ 半田孔の半径
Ｒ 拡大部の半径
Ｍ 拡大部の深さ
Ｓ ピン端子のプリント回路基板からの突出量
Ｅｐ 電子部品
ＦＬ フラックス
ＭＬ マニピュレーター
Ｌｄ ランド
Ｒｅ レジン
Ｐ ピン端子
Ｔｈ スルーホール
Ｗ 糸半田
Ｗｈ 半田片

Claims (3)

1. 略筒形状で軸方向に貫通した半田孔を有し加熱可能な鏝先を用いて、電子部品の部品本体から外方に突出したピン端子を、プリント回路基板に形成されたスルーホールに挿通して前記スルーホールの外周縁に形成されたランドに半田付けする半田付け方法であって、
   前記スルーホールに挿通され前記プリント回路基板から突出した前記ピン端子の先端部が前記半田孔内に位置するように前記鏝先を前記プリント回路基板に接触させる工程と、
   前記半田孔内に半田片を供給する工程と、
   供給された半田片を前記半田孔内で加熱溶融させて前記ピン端子と前記ランドとを半田付けする工程と、
   を有し、
   前記鏝先を前記プリント回路基板に接触させた状態において、前記半田孔内に挿入された前記ピン端子の先端から前記半田孔の下端開口までの前記半田孔の内容積Ｖｈと、前記半田片の体積Ｖｓとが下記式（１）を満たすようにすることを特徴とする半田付け方法。
   Ｖｓ≧Ｖｈ－Ｖｐ_１ ・・・・・・（１）
   Ｖｓ：半田片の体積
   Ｖｈ：半田孔内に挿入されたピン端子の先端から半田孔の下端開口までの半田孔の内容積
   Ｖｐ_１：半田孔内に位置するピン端子の体積
2. 下記式（２）をさらに満たす請求項１に記載の半田付け方法。
   Ｖｓ≧Ｖｈ－Ｖｐ＋Ｖｔ－Ｖｐ_２ ・・・・・・（２）
   Ｖｔ：スルーホールの体積
   Ｖｐ_２：スルーホール内に位置するピン端子の体積
3. 前記半田孔はその下端部に半径方向外方に拡大した拡大部を有し、
   前記拡大部の前記半田孔の下端開口からの軸方向長さが、前記ピン端子の前記プリント回路基板の表面からの突出長さよりも長い請求項１又は２に記載の半田付け方法。

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