JP5252733B2

JP5252733B2 - 被覆線接合装置および被覆線接合方法

Info

Publication number: JP5252733B2
Application number: JP2009171687A
Authority: JP
Inventors: 厚伊藤
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: JP2011028923A

Description

本発明は、被覆線で形成される電子部品、特に小型モータやマイクロホンなどのコイルの端末をプリント配線板上の端子に接合するのに好適な被覆線接合装置とこの接合装置を用いた被覆線接合方法に関するものである。

従来このような被覆線の接合方法としては、熱圧着装置を用いた瞬間加熱によるリフロソルダリング法が用いられている（例えば、特許文献１）。
図６は、このような装置の熱圧着部の構成要素を示す図であり、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高抵抗材料によって板状に形成された加熱チップ（ヒータチップともいう。）２と、この加熱チップ２の先端部に接続された熱電対３とを備えている。
加熱チップ２は厚さが０．８ｍｍ程度で、パルスヒート方式によって加熱される。パルスヒート方式は、パルス状の大電流を流し、この時発生するジュール熱を利用する加熱方式である。

被覆線６は直径が数１０μｍ〜１ｍｍで、芯線８の表面がウレタン樹脂等の絶縁皮膜（被覆ともいう。）９によって被覆されている。被覆線６を熱圧着するには、回路基板（プリント配線板ともいう。）４に形成されているランド部等の被接合部５（端子ともいう）に予め半田層７をめっき等によって形成しておき、その上に接合すべき被覆線６を載置する。
しかる後、加熱チップ２の先端を被覆線６に接触させてパルス状の大電流を１００ｍｓ〜数１００ｍｓの間隔で流すと、加熱チップ２はジュール熱により加熱され、絶縁皮膜９および半田７を溶融し、被接合部５と被覆線６の芯線８を熱圧着する。

また、本願出願人が接合装置の販売用に配布しているカタログ（特許文献２に引用）には被覆線の接合方法として、被接合部上に載置した被覆線を被覆線側からヒータチップで加圧・加熱し、このヒータチップの対向する位置から溶接電極を被接合部に押し当て、ヒータチップの加圧・加熱により被覆線の被覆を溶融剥離し、この溶接電極と前記ヒータチップとの間に被接合部と被覆線の被覆を剥離後の芯線とを介して溶接電流を流す技術が記載されている。

特開２０００−１０１２２９号公報（従来技術）特開２００４−１６７５７０号公報（従来技術）

しかしながら、特許文献１記載の従来技術ではヒータチップから伝わる熱が被覆線の被覆を溶融剥離するためのエネルギになるばかりでなく、溶融剥離後の芯線を被接合部へ接合するためのエネルギにもなっている。このため、被覆線芯線の線径が太くなると、芯線の線材内に逃げる熱量が増えるので線径によらずにヒータチップを常に一定の温度にしておくと接合面が接合界面温度まで昇温できないから接合面で必要な接合強度が得られないという問題が生じる。

そして、芯線の線材内に逃げる熱量を勘案して接合界面温度まで昇温させようとするとヒータチップの温度を高く設定しなければならないのでヒータチップそのものや温度センサとしてヒータチップに取り付けられる熱電対の寿命が短くなるという問題が生じる。

また、この問題ばかりでなく、ヒータチップのみが熱源であるため、被覆線の接合面である端子側でも十分な昇温が得られないことから接合面で必要な接合強度が得られないという問題も生じている。

一方、特許文献２記載の従来技術では上記のような問題は生じない。
しかしながら、［技術分野］の項に記載したような被覆線の接合方法としては次のような欠点があった。
（１）被接合部がプリント配線板上に形成された端子であるため、溶接電極とヒータチップとの間に絶縁物が介在するので溶接電流を流すことができず、被覆を溶融剥離できても芯線を被接合部に接合できない。
（２）たとえ、溶接電極をヒータチップと同じ側にし、プリント配線板上に形成された端子を押圧しつつヒータチップとの間に溶接電流を流せるようにしても溶接電極が１つでは接合部が偏り接合の信頼性が低い。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、２つの溶接電極とヒータチップを用いてインダイレクト方式を採用した被覆線接合装置を提供することを第１の目的とし、この接合装置を用いる被覆線接合方法を提供することを第２の目的とする。

請求項１に記載した発明になる被覆線接合装置は、被覆線をプリント配線板上に形成された被接合部に接合する被覆線接合装置であって、前記被覆線の被覆を溶融剥離する加熱電流を流すヒータチップと、前記被接合部と被覆剥離後の被覆線の芯線とを介して前記ヒータチップとの間に溶接電流を流す２つの溶接電極と、前記ヒータチップの位置測定手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載した発明になる被覆線接合装置は、請求項１に記載の２つの溶接電極に替えて、前記被接合部に接触する側が二股に分かれている１つの溶接電極を備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載した発明になる被覆線接合装置は、請求項１に記載した２つの溶接電極の間隔設定が前記被覆線に接触しない範囲で前記被複線を挟み込む幅であることを特徴とするものである。

請求項４に記載した発明になる被覆線接合装置は、１つの溶接電極の二股の間隔設定が前記被覆線に接触しない範囲で前記被複線を挟み込む幅であることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明になる被覆線接合方法は、被覆線をプリント配線板上に形成された被接合部に接合する被覆線の接合方法であって、次の工程を含むことを特徴とするものである。
ａ）前記被複線にヒータチップを当接してこのヒータチップに電流を流して加熱することによる前記被複線の被覆を溶融剥離する工程
ｂ）前記ヒータチップによる前記被複線の被覆の溶融剥離時にヒータチップの位置を測定し、予め定められた位置を超えたときに前記溶接電流通電許可を指令する工程
ｃ）前記被複線を挟み込んで被接合部に溶接電極を当接すると共に、前記被接合部上に載置された被覆線の被覆溶融剥離後の芯線部に前記ヒータチップを当接し、前記被接合部と前記芯線部を介して前記溶接電極と前記ヒータチップとの間に溶接電流を流す工程。

請求項１〜４記載の発明によれば、被覆線の被覆の溶融剥離するためにヒータチップだけに流す電流と溶融剥離後の芯線と被接合部とを接合するために溶接電極とヒータチップとの間に前記芯線と被接合部とを介して流す電流とをそれぞれ別に制御することとしているので、前記芯線と被接合部とも接合界面温度に到達するだけのジュール熱が得られるから接合信頼性の高い被覆線接合装置を提供することができる。

また、被覆溶融剥離後の芯線をヒータチップで当接し、２つの溶接電極のそれぞれの先端を被覆線に接する程度の間隔で被接合部に当接して、前記のように電流を流して芯線を被接合部へ接合させるので、ナゲットが芯線と被接合部の当接面に均一に形成されるからこの点からも接合信頼性の高い被覆線接合装置を提供することができる。また、１つの溶接電極を用いた場合でも先端をほぼ被覆線の幅で挟み込むように電極の先端部を二股状にしてもこの効果が得られる。

そして、ヒータチップの加熱により被覆線の被覆の溶融剥離状態をヒータチップの位置変動を検出し、被覆線の被覆の厚さに応じて予め決められた位置変動（変位）があったときに被覆の剥離が完了したとして溶接電流を流すこととしているので、ヒータチップへの電流と溶接電流とを同時に流して溶接電流を監視しながら被覆の剥離を判定し、溶接電流を必要な大きさに制御する方法と比較して制御が簡単になるから、低コストの被覆線接合装置を提供することができる。

請求項６記載の発明によれば、被覆線の被覆の溶融剥離するためにヒータチップだけに流す電流工程と溶融剥離後の芯線と被接合部とを接合するために溶接電極とヒータチップとの間に前記芯線と被接合部とを介して流す電流工程とに分けて被覆線を被接合部へ接合することとしたので、前記芯線と被接合部とも接合界面温度に到達するだけのジュール熱が得られるから接合信頼性の高い被覆線接合方法を提供することができる。

また、前記芯線と被接合部との接合工程で溶接電極の被接合部への当接部を被覆線を挟む形で２箇所としたので、ナゲットが前記芯線と被接合部との当接面全体に形成することができるからこの点からも接合信頼性の高い被覆線接合方法を提供することができる。

請求項７記載の発明によれば、ヒータチップの位置を測定し、この位置が予め定められた位置を超えたか否か判定する工程を追加し、この判定で既定の位置を超えたときに被覆の溶融剥離が完了したとして、その後溶接電流を流す工程に移行することとしたのでヒータチップの加熱電流と溶接電流とを共に流しておくことがなくなるから低コストの被覆線接合方法を提供することができる。

本発明になる被覆線接合装置の一実施形態の要部模式図である。本発明になる被覆線接合方法の一実施形態を示すフローチャートで、その前半部である。本発明になる被覆線接合方法の一実施形態を示すフローチャートで、その後半部である。本発明になる被覆線接合方法を用いた被覆線接合過程の内、特定の工程を模式的に示す図である。被覆線の芯線を接合する工程における溶接電流の流れを模式的に示す図である。従来の被覆線接合方法を説明する図である。

次に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明になる被覆線接合装置の一実施形態の要部模式図である。図２、３は、本発明になる被覆線接合方法の一実施形態を示すフローチャートで、図２はその前半部、図３はその後半部である。図４は、本発明になる被覆線接合方法を用いた被覆線接合過程の内、特定の工程を模式的に示す図で、図５は、図４の内、特に被覆線の芯線を接合する工程における溶接電流の流れを模式的に示す図である。

図１、４および５において、１は被覆線の接合を実行するときの作業台、２は被覆線の被覆を溶融剥離する「加熱電極」となると共に被覆線の芯線を被接合部へ接合するときの「溶接電極」ともなるヒータチップである。

「加熱電極」となるときは両端の通電部２ｂ、２ｃに加熱電流３３ｉを流す。そして、被覆線の芯線の被接合部への「溶接電極」となるときには溶接電極１１、１２の先端を端子５に当接し、溶接電極１１、１２を「通電電極」として機能させる。

一方ヒータチップ２の先端部を被覆剥離後の芯線８に当接し、「溶接電極」として機能させる。こうして、溶接電極（「通電電極」）１１、１２の通電部１１ａ、１２ａから端子５と芯線８を介してヒータチップ（「溶接電極」）２の通電部２ｂへ溶接電流３１ｉを流す。なお、通電部２ｂに替えて通電部２ｃへ溶接電流３１ｉを流してもよいことはもちろんである。また、従来例と同じ物には同一符号を付している。

４は被覆線を接合する端子５が形成されているプリント配線板、６は被覆線、８はその芯線、９はその被覆である。

２１はこの被覆線接合装置の全体を制御するものであるが、本発明については次の制御を実行する。図示しない位置合わせ手段と昇降手段とを制御して、ヒータチップ２を被覆線６の所定の位置に、溶接電極１１、１２を被覆線６を挟み込む所定の位置に位置合わせすると共にヒータチップ２と溶接電極１１、１２とを昇降する。また、このときヒータチップ２の被覆線６への押圧の程度を変位検出部４１でヒータチップ２の位置変化として捉え、この検出情報を用いる。

また、第１溶接電源３３を制御してヒータチップ２に加熱電流３３ｉを流す。そして、第２溶接電源を制御して溶接電極１１、１２とヒータチップ２との間に端子５と被覆線６の芯線８とを介して溶接電流３１ｉを流す。

次に、図１〜５を用いて予め被覆を剥離されていない被覆線のプリント配線板の端子への接合方法について工程順に説明する。なお、被覆線の接合動作はすべて制御部２１からの制御によるものであるので特に制御部２１の制御によることは明記しない。

［準備］
まず、準備段階として図示しない搬送手段を用いて作業台１の上にプリント配線板４を端子５が形成された面を上側にして載置する（図２のＳ２０１）。そして、このプリント配線板４上に形成された端子５上に溶接する被覆線を予め被覆を剥離することなく位置合わせして載置する（図２のＳ２０２）。なお、この搬送手段と位置合わせ手段とはそれぞれ公知の搬送手段、位置合わせ手段を用いることができる。

［被覆線の被覆の剥離］
次に、ヒータチップ２を所定の位置に位置合わせしながら、被覆線６上への下降を開始する（図２のＳ２０３）。この下降は変位検出部４１で検出されており、下降を続ける間にヒータチップ２の先端が第１所定位置に到達する（図２のＳ２０４のＹＥＳ、図４の（ａ））。

ここで、ヒータチップ２を下降させるだけでなく、第１溶接電源３３からヒータチップ２に加熱電流３３ｉを流し、加熱を開始する（図２のＳ２０５、図１、図４の（ｂ））。加熱電流３３ｉを流すことでヒータチップ２にジュール熱を発生させ、この熱でヒータチップ２の先端部が押圧している被覆線６の被覆９を溶融剥離するためである。

前記のようにこの加熱時もヒータチップ２が下降を続けていることで、ヒータチップ２は被覆線６を押圧しているので、ヒータチップ２の先端が当接している部分の被覆９は溶融剥離し、芯線８が露出してくる（図４の（ｂ））。図４の（ｂ）において、２ａは加熱電流３３ｉによる被覆９の溶融剥離するジュール熱の発生部を示している。

このヒータチップ２の位置変動は変位検出部４１で検出されており、被覆が溶融剥離し、ほぼ芯線８の直径に等しい幅分の変位である第２所定位置にヒータチップ２が到達する（図２のＳ２０６でＹＥＳ）と被覆９の溶融剥離が完了したものとしてパルスヒート２への加熱電流３３ｉを流すのを停止し、パルスヒータ２の加熱を終了する（図２のＳ２０７）。このようにして、被覆線の被覆の溶融剥離が完了する。

［被覆溶融剥離部の芯線の端子への接合］
以上のようにして被覆を溶融剥離した後は、ヒータチップ２はそのままの位置を保持する。被覆を溶融する時にはヒータチップ２は「加熱電極」として動作するが、被覆溶融剥離部の芯線８を端子５に接合する時には「溶接電極」として動作させるためである。

次に溶接電極１１、１２を所定の位置に位置合わせしながら、被覆線６を両側から挟み込むように下降を開始する（図３のＳ２０８）。この下降も図示しない荷重検出部で溶接電極１１、１２が端子５を押圧する力を測定しており、所定の押圧力に到達するまで下降を継続する（図３のＳ２０９のＹＥＳ）。

ここで、第２溶接電源３１から溶接電極１１、１２（通電部１１ａ、１２ａ）、端子５、被覆溶融剥離後の芯線８、そしてヒータチップ２（通電部２ａ）の順に予備通電を行う（図３のＳ２１０）。この予備通電は、接合箇所となる端子５と芯線８の当接部位を予熱するばかりでなく、この部分の被覆が十分に剥離されており実際に溶接電流を流せるようになっているか否か確認するためでもある。

この所定の電流値で所定の時間予備通電が行われた後、実際に溶接するために必要十分な溶接電流３１ｉを第２溶接電源３１から前記の順に流す（図３のＳ２１１）。このとき溶接電極１１、１２は「通電電極」として動作し、ヒータチップ２が「溶接電極」として動作し、ヒータチップ２によって当接させられている芯線８と端子５との間でジュール熱が発生し、この熱によりこの部分で芯線８と端子５とが接合される（図４の（ｃ）、図５）。図４の（ｃ）において、８５はこのとき形成されたナゲットである。

こうして芯線８と端子５との間で接合がなされるが、溶接電流３１ｉを流さなくなってからも、この接合部分は余熱により押圧力がなくなると離れる可能性があるので所定の時間押圧力を維持し（図３のＳ２１２）、その後ヒータチップ２を上昇させ（図３のＳ２１３）させ、溶接電極１１、１２を上昇させる（図３のＳ２１４）。

このようにして、被覆を予め除去することなく被覆線をプリント配線板上に形成された端子に接合することができる。

以上の実施の形態では溶接電源を２つ用いているが、１つの溶接電源を用いても加熱電流と溶接電流との流路を切り替えるような回路構成を採用することで１つの溶接電源を用いて本発明を実現することができる。

また、以上の実施の形態ではヒータチップ下降の後に溶接電極下降を実行することとしているが、ヒータチップ下降と溶接電極下降とを同じタイミングで実行しても本発明を実現することができる。

１作業台
２ヒータチップ
４プリント配線板
５端子
６被覆線
８芯線
９被覆
１１、１２溶接電極
２１制御部
３１第２溶接電源
３３第１溶接電源
４１変位検出部

Claims

被覆線をプリント配線板上に形成された被接合部に接合する被覆線の接合装置であって、前記被覆線の被覆を溶融剥離する加熱電流を流すヒータチップと、前記被接合部と被覆剥離後の被覆線の芯線とを介して前記ヒータチップとの間に溶接電流を流す２つの溶接電極と、前記ヒータチップの位置測定手段を備えたことを特徴とする被覆線の接合装置。
前記２つの溶接電極に替えて、前記被接合部に接触する側が二股に分かれている１つの溶接電極を備えたことを特徴とする請求項１記載の被覆線の接合装置。
請求項１記載の２つの溶接電極の間隔設定は前記被覆線に接触しない範囲で前記被複線を挟み込む幅であることを特徴とする請求項１記載の被覆線の接合装置。
請求項２記載の１つの溶接電極の二股の間隔設定は前記被覆線に接触しない範囲で前記被複線を挟み込む幅であることを特徴とする請求項１記載の被覆線の接合装置。
被覆線をプリント配線板上に形成された被接合部に接合する被覆線の接合方法であって、次の工程を含むことを特徴とする被覆線の接合方法。ａ）前記被複線にヒータチップを当接してこのヒータチップに電流を流して加熱することによる前記被複線の被覆を溶融剥離する工程ｂ）前記ヒータチップによる前記被複線の被覆の溶融剥離時にヒータチップの位置を測定し、予め定められた位置を超えたときに前記溶接電流通電許可を指令する工程ｃ）前記被複線を挟み込んで被接合部に溶接電極を当接すると共に、前記被接合部上に載置された被覆線の被覆溶融剥離後の芯線部に前記ヒータチップを当接し、前記被接合部と前記芯線部を介して前記溶接電極と前記ヒータチップとの間に溶接電流を流す工程。