JP4772373B2

JP4772373B2 - 半田付け方法及びその装置

Info

Publication number: JP4772373B2
Application number: JP2005130104A
Authority: JP
Inventors: 秀政長嶺
Original assignee: NAG SYSTEM CO., LTD.
Current assignee: NAG SYSTEM CO., LTD.
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP2006305590A

Description

本発明は、半田付け方法及びその装置に関する。

従来、ワークに半田付けを行なうには、こて部材を（電気）ヒータにて加熱する半田付け装置を使用していた。この（電気）ヒータで加熱する従来の半田付け方法では、次々と半田付け作業を行なう際に、こて部材の温度を最適な半田溶融温度に安定維持することが難しく、一の半田付け作業後に温度が低下したこて部材を再加熱するのに時間がかかるという欠点があった。そのため、半田付けの作業時間の短縮が困難であった。
そこで、従来、高速に半田付けを行なうことが可能な半田付け装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ワークに半田付けを行なうと共にヒータ駆動回路にて加熱温度が制御されるこて本体と、ワークに対して予備加熱を行なう予備加熱ヒータと、を備えた半田付け装置が開示されている。
この半田付け装置では、隣接したワークの一方ではこて本体により半田付けが行なわれ、他方では同一タイミングで予備加熱ヒータにより予備加熱を行なう関係を繰り返すことができるので、こて本体による加熱時間を短縮し、全体として高速に半田付けを行なうことができるようになっている。
特開平１１−８７９０５号公報

しかしながら、上記特許文献１では、ヒータが２つ存在すると共に２つのヒータの同時制御を行なう必要があるので、半田付け装置の構造及び制御が複雑になるという問題点があった。
そこで、本発明は、構造が簡単でありながら、高速かつ安定して半田付けを行なうことができる半田付け方法及びその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半田付け方法は、先端側へ縮径するテーパ状内周面を有する貫孔部を形成したノズル状こて部材の該貫孔部内に向って燃焼ガス炎を噴出させ、該燃焼ガス炎を上記テーパ状内周面の位置まで延ばして該こて部材の内部から先端筒部付近を重点的に加熱し、上記噴出する燃焼ガス炎によって、上記こて部材周辺の空気を、上記貫孔部の基端側開口部から上記貫孔部内に巻き込んで、上記貫孔部を通過させ、上記燃焼ガス炎の熱により熱風として上記貫孔部の先端側開口部から噴出し、半田付け対象物としてのワークの端子部の先端部分が上記貫孔部内に挿入状となるように上記こて部材を移動させ、上記端子部の先端部分を、上記貫孔部の内周面に接触させて伝導熱にて加熱すると共に、上記先端筒部が非接触状の上記端子部の基端部分を、上記熱風により加熱し、上記ノズル状こて部材の上記先端筒部の横断面形状を略Ｃ字状となるように切欠かれた切欠部から、半田を上記貫孔部内に挿入して、該半田を該貫孔部の内周面に接触させつつ伝導熱にて溶融させ、該溶融した半田を上記端子部の先端部分の上方位置から該端子部に沿って流して、上記端子部の基端部分に上記半田を付着するものである。

また、本発明に係る半田付け装置は、先端側へ縮径するテーパ状内周面を有する貫孔部を形成したノズル状こて部材と、該こて部材を内部から加熱するように該貫孔部内に向って燃焼ガス炎を噴出させる噴出ノズルと、を接近離間自在に備え、該こて部材は、基端から先端に向って順に、大径筒部と、該大径筒部に連設されると共に先端側へ縮径するテーパ筒部と、該テーパ筒部に連設されると共に小径の先端筒部と、を有し、上記大径筒部と上記テーパ筒部と上記先端筒部の内周面によって、基端側開口部から先端側開口部にかけて連通すると共に中間位置の上記テーパ状内周面にて縮径する上記貫孔部が形成され、上記燃焼ガス炎が、上記噴出ノズルの先端から上記テーパ状内周面の位置まで延びるように構成され、かつ、上記噴出する燃焼ガス炎によって、上記こて部材周辺の空気が、上記貫孔部の基端側開口部から該貫孔部内に巻き込まれて該貫孔部を通過し、上記燃焼ガス炎の熱により熱風として上記貫孔部の先端側開口部から噴出されるように構成し、さらに、上記こて部材の先端筒部には、該貫孔部の内周面に半田を接触させつつ伝導熱にて溶融させるように該半田を該貫孔部に挿入させるための切欠部が、上記先端筒部の先端周縁部を切欠いて横断面形状が略Ｃ字状となるように形成され、半田付け対象物としてのワークの端子部の先端部分が上記貫孔部内に挿入状として該貫孔部の内周面に接触した際に、上記切欠部から貫孔部内に挿入された半田が、上記端子部の先端部分よりも基端側の位置で上記貫孔部の内周面に接触するように構成されているものである。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る半田付け方法は、高温の燃焼ガス炎をこて部材に当てることにより、こて部材を高速で加熱することができ、こて部材は常時安定した高温（半田の溶融温度）に維持でき、全体として、半田付けの作業時間を短縮することができる。また、高温の燃焼ガス炎により、こて部材を高温にすることができるので、鉛レスの半田に、十分対応することができる。
また、半田付け部品の品質が安定して優れる。
また、半田が他の部分に付着したり、熱風による熱影響を他の部分に及ぼしたりすることなく、より確実に、半田付けを行なうことができる。

また、本発明に係る半田付け装置は、高温の燃焼ガス炎をこて部材に当てることにより、こて部材を高速で加熱することができ、こて部材は常時安定した高温（半田の溶融温度）に維持でき、全体として、半田付けの作業時間を短縮することができる。また、高温の燃焼ガス炎により、こて部材を容易に高温にすることができる簡易な構造であり、こて部材の温度制御を容易とすることができる。そして、半田付け部品の品質が安定して優れる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１〜図４に於て、本発明に係る半田付け装置を示す。この半田付け装置は、例えば電子機器の生産ラインに設置されて、基板33や電子部品32を有するワーク30の複数の端子部31…に対して、半田付けを行なう装置である。
この半田付け装置は、貫孔部２を有するノズル状こて部材１と、こて部材１を内部から加熱するように貫孔部２内に向って燃焼ガス炎Ｆを噴出させる噴出ノズル５と、を備えている。
こて部材１と噴出ノズル５とは、例えば、ロボットアーム20に取り付けられており、ロボットアーム20の動きに伴って一体的に移動するように構成されている。このロボットアーム20により、こて部材１及び噴出ノズル５は、（図示省略の搬送手段にて搬送される）ワーク30の端子部31にこて部材１の貫孔部２を合わせるようにして、移動制御される。また、こて部材１と噴出ノズル５とは、図示省略の距離調節手段にて矢印Ｇ方向に接近離間自在に構成されている。

次に、ノズル状こて部材１及び噴出ノズル５について詳しく述べる。
こて部材１は、導伝性に優れた金属製であり、耐熱材で形成された保持部材21にて、保持されている。また、こて部材１は、基端から先端（上端から下端）に向って順に、大径筒部７と、大径筒部７に連設されると共に先端側へ縮径するテーパ筒部８と、テーパ筒部８に連設されると共に小径の先端筒部３と、を有している。そして、これら大径筒部７，テーパ筒部８，先端筒部３の内周面によって、貫孔部２が形成されている。半田付けを行なうとき、この貫孔部２の（先端筒部３の位置における）内周面には、端子部31の先端部分が接触するようにするのが好ましい。
また、大径筒部７には、外鍔部12が形成されている。

ここで、こて部材１の先端筒部３には、切欠部４が形成されている。この切欠部４は、貫孔部２の内周面に半田Ｓを接触させつつ伝導熱にて溶融させるように半田Ｓを貫孔部２に挿入させるためのものである。切欠部４は、図３に示すように、こて部材１が先端筒部３の横断面視に於て略Ｃ字状となるように、形成されている。また、半田Ｓには、糸半田が使用され、図示省略の半田供給手段にて、切欠部４から貫孔部２内に挿入されるように構成されている。この半田Ｓが貫孔部２の内周面に接触する位置は、貫孔部２内周面に接触する端子部31の先端部分よりも基端側（上側）の位置となるように構成されている。
なお、半田供給手段は、ロボットアーム20に取り付けられたこて部材１と噴出ノズル５との動きに合わせて移動するように構成されている。

噴出ノズル５は、その外径がこて部材１の貫孔部２よりも小さく形成されている。また、噴出ノズル５の先端は、こて部材１に対して所定距離Ｈだけ離間している。この距離Ｈは、上述した図示省略の距離調節手段にて調節自在となっている。
また、噴出ノズル５は、燃焼ガス供給部11と接続されており、燃焼ガス供給部11から燃焼ガスの供給を受けている。この燃焼ガスは、水を電気分解して生成された水素と酸素から成る混合ガスが使用されている。この水素と酸素から成る混合ガスは、クリーンでかつ他の燃焼ガス（例えばアセチレン）よりも高温（例えば2200℃〜2600℃）にすることができるという利点がある。

また、噴出ノズル５から貫孔部２内に向って噴出させる燃焼ガス炎Ｆは、噴出ノズル５の先端から貫孔部２のテーパ状内周面２ａの位置まで延びるように構成されている。これにより、この燃焼ガス炎Ｆは、噴出ノズル５から噴出されると瞬時に、こて部材１の先端筒部３付近を重点的に加熱することができるようになっている。
また、噴出する燃焼ガス炎Ｆによって、こて部材１周辺の空気Ａは、貫孔部２の基端側開口部９から貫孔部２内に巻き込まれて貫孔部２を通過し、燃焼ガス炎Ｆの熱により熱風Ｗとなって貫孔部２の先端側開口部10から噴出されるように構成されている。
なお、燃焼ガス炎Ｆは、貫孔部２の内周面に接触するワーク30の端子部31及び半田Ｓに対して、直接的に当たることがないように構成されている。

図５及び図６に於て、本発明に係る半田付け装置のノズル状こて部材の他の実施の形態を示す。
このこて部材１は、図２のものと比較して、熱伝導抑制窓部６が大径筒部７からテーパ筒部８に渡って設けられている点が、相違している。この熱伝導抑制窓部６は、図６に示すように、熱伝導抑制窓部６が存在する位置でこて部材１を切断した横断面視に於て、中心角度等ピッチで４つ形成されている。この複数の熱伝導抑制窓部６…によって、熱伝導抑制窓部６…が存在しない場合と比較して、テーパ筒部８及び大径筒部７の体積を減少させている。その結果、先端筒部３から基端側（上側）への熱伝導によって先端筒部３の温度が低下するのを抑制可能な構造となっている。

次に、図１及び図２を参照して、上述した半田付け装置を用いた半田付け方法について説明する。
本発明に係る半田付け方法は、まず、図示省略の搬送手段にて搬送されてきたワーク30の端子部31に、ノズル状こて部材１の貫孔部２を合わせるように、ロボットアーム20を（水平方向に）移動させる。そして、こて部材１の貫孔部２内にワーク30の端子部31の先端部分が挿入状となるように、ロボットアーム20を（上下方向に）移動させると共に、貫孔部２内周面に端子部31の先端部分を接触させる。
次に、貫孔部２を有するノズル状こて部材１の貫孔部２内に向って燃焼ガス炎Ｆを噴出させ、貫孔部２内の燃焼ガス炎Ｆにて、こて部材１を内部から加熱する。これにより、貫孔部２の内周面に接触したワーク30の端子部31の先端部分は、こて部材１からの伝導熱にて加熱される。また、ワーク30の端子部31の基端部分は、貫孔部２の先端側開口部から噴出される熱風Ｗにより加熱される。

次に、ノズル状こて部材１の先端筒部３に設けられた切欠部４から半田Ｓを貫孔部２内に挿入して、半田Ｓを貫孔部２の内周面に接触させつつ伝導熱にて溶融させる。この際、切欠部４から貫孔部２内に挿入される半田Ｓは、貫孔部２内周面に接触する端子部31の先端部分よりも上側（基端側）の位置で、貫孔部２の内周面に接触する。そして、溶融した半田Ｓは、端子部31に沿ってこて部材１からワーク30側へ流れて、端子部31の基端部分に付着する。
ワーク30の一つの端子部31への半田付けが終了すると、他の端子部31に、こて部材１の貫孔部２を合わせるように、ロボットアーム20を移動させ、上述した半田付けを行なう。これを繰り返す。ワーク30のすべての端子部31への半田付けが終了すると、そのワーク30は別の工程へ移動させ、別のワーク30の半田付けを行なう。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、燃焼ガスは、酸素と水素との混合ガスから成るものに限るのではなく、他の種類のガスを利用するも自由である。
また、半田Ｓは、糸半田を用いたものに限るのではなく、別の種類の半田を使用してもよい。

以上のように本発明に係る半田付け方法は、貫孔部２を有するノズル状こて部材１の貫孔部２内に向って燃焼ガス炎Ｆを噴出させ、貫孔部２内の燃焼ガス炎Ｆにてこて部材１を内部から加熱して半田Ｓを伝導熱にて溶融させるので、高温の燃焼ガス炎Ｆ（の先端部分）にて、こて部材１のうち半田Ｓを接触させる部位を重点的に加熱することができる。これにより、こて部材１を高速で加熱することができるので、一の半田付け作業後に温度が低下したこて部材１を再加熱する場合に、半田Ｓの溶融温度への復帰時間を短縮させることができる。その結果、全体として、半田付けの作業時間を短縮することができる。また、高温の燃焼ガス炎Ｆにより、こて部材１の温度変動を抑制することができ、こて部材１を安定させ得る。
また、高温の燃焼ガス炎により、こて部材１を高温にすることができるので、（鉛入り半田と比較して融点が高い）鉛レスの半田に、十分対応することができる。
また、燃焼ガス炎Ｆにより貫孔部２を通過する空気を加熱して、貫孔部２からワーク30へ向って熱風Ｗを噴出させることができる。これにより、ワーク30の端子部31の温度を上昇させて、半田付性を向上させることができる。その結果、半田付け部品の品質が安定して優れる。

また、ノズル状こて部材１の先端筒部３に設けられた切欠部４から半田Ｓを貫孔部２内に挿入して、半田Ｓを貫孔部２の内周面に接触させつつ溶融させるので、半田Ｓが他の部分に付着したり、熱風Ｗによる熱影響を他の部分に及ぼしたりすることなく、より確実に、目的の端子部31の半田付けを行なうことができる。

また、本発明に係る半田付け装置は、貫孔部２を有するノズル状こて部材１と、こて部材１を内部から加熱するように貫孔部２内に向って燃焼ガス炎Ｆを噴出させる噴出ノズル５と、を備え、さらに、貫孔部２の内周面に半田Ｓを接触させつつ伝導熱にて溶融させるように半田Ｓを貫孔部２に挿入させるためにこて部材１の先端筒部３に形成した切欠部４を備えるので、高温の燃焼ガス炎Ｆ（の先端部分）にて、こて部材１のうち半田Ｓを接触させる部位を重点的に加熱することができる。これにより、こて部材１を高速で加熱することができるので、一の半田付け作業後に温度が低下したこて部材１を再加熱する場合に、半田Ｓの溶融温度への復帰時間を短縮させることができる。その結果、全体として、半田付けの作業時間を短縮することができる。また、高温の燃焼ガス炎Ｆにより、こて部材１の温度変動を抑制することができ、こて部材１を安定させ得る。
また、高温の燃焼ガス炎Ｆにより、こて部材１を高温にすることができるので、（鉛入り半田と比較して融点が高い）鉛レスの半田に、十分対応することができる。
また、燃焼ガス炎Ｆにより貫孔部２を通過する空気を加熱して、貫孔部２からワーク30へ向って熱風Ｗを噴出させることができる。これにより、ワーク30の端子部31の温度を上昇させて、半田付性を向上させることができる。その結果、半田付け部品の品質が安定して優れる。

また、高温の燃焼ガス炎Ｆにより、こて部材を容易に高温にすることができる簡易な構造であり、こて部材の温度制御を容易とすることができる。
また、燃焼ガス炎Ｆにより貫孔部２を通過する空気を加熱して、貫孔部２からワーク30へ向って熱風Ｗを噴出させることができる。これにより、ワーク30の端子部31の温度を上昇させて、半田付性を向上させることができる。その結果、半田付け部品の品質が安定して優れる。
また、こて部材１の先端筒部３に切欠部４を備えるので、半田Ｓが他の部分に付着したり、熱風Ｗによる熱影響を他の部分に及ぼしたりすることなく、より確実に、目的の端子部31の半田付けを行なうことができる。

また、ノズル状こて部材１と噴出ノズル５とを、接近離間自在に構成することによって、燃焼ガス炎Ｆによる、こて部材１への加熱量を容易に変更することができる。これにより、こて部材１の温度制御を容易とすることができる。

本発明の実施の一形態に係る半田付け装置を示す概略正面図である。一部破断要部拡大正面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。ワークの電子部品を示す斜視図である。他の実施の形態を示すノズル状こて部材の斜視図である。図５のＣ−Ｃ線断面図である。

１ノズル状こて部材
２貫孔部
２ａテーパ状内周面
３先端筒部
４切欠部
５噴出ノズル
７大径筒部
８テーパ筒部
９基端側開口部
10 先端側開口部
Ｆ燃焼ガス炎
Ｓ半田
Ａ空気
Ｗ熱風
30 ワーク
31 端子部

Claims

先端側へ縮径するテーパ状内周面（２ａ）を有する貫孔部（２）を形成したノズル状こて部材（１）の該貫孔部（２）内に向って燃焼ガス炎（Ｆ）を噴出させ、該燃焼ガス炎（Ｆ）を上記テーパ状内周面（２ａ）の位置まで延ばして該こて部材（１）の内部から先端筒部（３）付近を重点的に加熱し、上記噴出する燃焼ガス炎（Ｆ）によって、上記こて部材（１）周辺の空気（Ａ）を、上記貫孔部（２）の基端側開口部（９）から上記貫孔部（２）内に巻き込んで、上記貫孔部（２）を通過させ、上記燃焼ガス炎（Ｆ）の熱により熱風（Ｗ）として上記貫孔部（２）の先端側開口部（10）から噴出し、
半田付け対象物としてのワーク（30）の端子部（31）の先端部分が上記貫孔部（２）内に挿入状となるように上記こて部材（１）を移動させ、上記端子部（31）の先端部分を、上記貫孔部（２）の内周面に接触させて伝導熱にて加熱すると共に、上記先端筒部（３）が非接触状の上記端子部（31）の基端部分を、上記熱風（Ｗ）により加熱し、
上記ノズル状こて部材（１）の上記先端筒部（３）の横断面形状を略Ｃ字状となるように切欠かれた切欠部（４）から、半田（Ｓ）を上記貫孔部（２）内に挿入して、該半田（Ｓ）を該貫孔部（２）の内周面に接触させつつ伝導熱にて溶融させ、該溶融した半田（Ｓ）を上記端子部（31）の先端部分の上方位置から該端子部（31）に沿って流して、上記端子部（31）の基端部分に上記半田（Ｓ）を付着することを特徴とする半田付け方法。
先端側へ縮径するテーパ状内周面（２ａ）を有する貫孔部（２）を形成したノズル状こて部材（１）と、該こて部材（１）を内部から加熱するように該貫孔部（２）内に向って燃焼ガス炎（Ｆ）を噴出させる噴出ノズル（５）と、を接近離間自在に備え、
該こて部材（１）は、基端から先端に向って順に、大径筒部（７）と、該大径筒部（７）に連設されると共に先端側へ縮径するテーパ筒部（８）と、該テーパ筒部（８）に連設されると共に小径の先端筒部（３）と、を有し、上記大径筒部（７）と上記テーパ筒部（８）と上記先端筒部（３）の内周面によって、基端側開口部（９）から先端側開口部（10）にかけて連通すると共に中間位置の上記テーパ状内周面（２ａ）にて縮径する上記貫孔部（２）が形成され、
上記燃焼ガス炎（Ｆ）が、上記噴出ノズル（５）の先端から上記テーパ状内周面（２ａ）の位置まで延びるように構成され、かつ、上記噴出する燃焼ガス炎（Ｆ）によって、上記こて部材（１）周辺の空気（Ａ）が、上記貫孔部（２）の基端側開口部（９）から該貫孔部（２）内に巻き込まれて該貫孔部（２）を通過し、上記燃焼ガス炎（Ｆ）の熱により熱風（Ｗ）として上記貫孔部（２）の先端側開口部（10）から噴出されるように構成し、
さらに、上記こて部材（１）の先端筒部（３）には、該貫孔部（２）の内周面に半田（Ｓ）を接触させつつ伝導熱にて溶融させるように該半田（Ｓ）を該貫孔部（２）に挿入させるための切欠部（４）が、上記先端筒部（３）の先端周縁部を切欠いて横断面形状が略Ｃ字状となるように形成され、
半田付け対象物としてのワーク（30）の端子部（31）の先端部分が上記貫孔部（２）内に挿入状として該貫孔部（２）の内周面に接触した際に、上記切欠部（４）から貫孔部（２）内に挿入された半田（Ｓ）が、上記端子部（31）の先端部分よりも基端側の位置で上記貫孔部（２）の内周面に接触するように構成されていることを特徴とする半田付け装置。