JP5322230B2 - ばね加圧式接合装置 - Google Patents

Description

この発明は、被接合物にばねを介して加圧力を加えつつ加熱して接合するばね加圧式接合装置に関するものである。

従来より、プリント配線基板に電子部品等を接合するリフローはんだ付け装置、プラスチック部品の熱圧着装置、スポット溶接などの溶接装置が公知である。またレーザ光により溶接するレーザスポット溶接装置もある。

この種の接合装置では、エアシリンダなどのアクチュエータの加圧力をばねを介して接合ヘッドに伝え、ばねが所定量圧縮された状態（設定加圧力となる状態）をマイクロスイッチなどで検出し、加熱電流や溶接電流を供給する。

特開２００９−１９５９３６

特開２００７−１７３５２２

特開平７−３２１７７

特許文献１，２，３には、基台部に保持したアクチュエータにより、昇降部を昇降させる一方、この昇降部に上下動自在に保持した押圧シャフト（ロッド）を下向きに加圧力設定用ばね（コイルばね）で加圧しておくものが示されている。ここに昇降部はアクチュエータの前方に突出するように配設され、昇降部の上端（すなわちコイルばね収容筒の上端）に加圧力設定用ばねの加圧力設定部（手動のツマミ、ダイヤル）を設けていた。

なお特許文献１，３ではアクチュエータとして足踏みペダルによる踏力を利用し、特許文献２ではモータを用いている。

図４は出願人の製品である溶接ヘッド（型式ＮＡ−７２）の構造を示す側断面図である。この従来例はアクチュエータとしてエアシリンダ１を用い、このエアシリンダ１のピストン軸２内に押圧シャフト３を上下スライド自在に保持し、このピストン軸２に内装したコイルばね４の下端で押圧シャフト３を押し下げる一方、コイルばね４の上端をピストン軸２の上端に設けた加圧力調整機構５により支持したものである。

なお図４において、６は基台部（図示せず）に固定した本体部であり、この本体部６にエアシリンダ１のシリンダ７が固定されている。ピストン８に固定されたピストン軸２は、このシリンダ７とシリンダキャップ９を貫通して上下動する。

加圧力調整機構５は、ピストン軸２の上端から上下動可能でかつ回転を規制されたナット部材１０と、このナット部材１０に上方から螺入する送りねじ１１とを持ち、この送りねじ１１の上端に加圧力設定部となるダイヤル１２が固定されている。従ってこのダイヤル１２の回転によりナット部材１０を上下動させることによって、ピストン軸２が押圧シャフト３に対する加圧力を調整することができる。

１３は押圧力シャフト３の下端に固定された接合ヘッドである。１４は加圧力検出手段であり、接合ヘッド１３のピストン軸２に対する変位（すなわちばね４の圧縮量）を検出する。すなわち本体部６をピストン軸２と平行に貫通するロッド１５の下端が接合ヘッド１３に固定され、ロッド１５の上端の変位をピストン軸２に固定されたマイクロスイッチ１６によって検出するものである。

特許文献１，２，３のものは、昇降部の上端（コイルばねを収容する筒の上端）にばね加圧力調整機構を設けているため、昇降用アクチュエータを昇降部あるいはコイルばね収容筒の後方に配設する必要が生じ、全体が大型化して設置場所の専有面積が増える。またアクチュエータによる下向きの加圧位置と、接合ヘッドによる接合位置（ワークに接触する位置）とが前後に大きく離れる（オフセット量が増大する）ので、加圧力が大きい場合（例えば、大きい加圧を必要とする機構部品や太い撚り線等の溶接の場合）にアクチュエータと接合ヘッドを繋ぐ腕に大きい曲げ方向の力が加わり構造上不利になるという問題も生じる。

また図４に示したものによれば、アクチュエータ１のピストン軸２と押圧シャフト３が同軸に配置されるので前記した特許文献１〜３のような問題は無い。しかしピストン軸２の構造が特殊で複雑になるため、高価になると共に、定期的に必要になるピストン８のシール交換作業が非常に面倒で作業性が悪いという問題もある。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、装置全体の小型化、設置占有面積の減少を可能にし、加圧力の増大に適し、またアクチュエータの構造を簡単にしてそのシール交換などのメンテナンス性を向上させ、汎用アクチュエータの使用も可能にすることができるばね加圧式接合装置を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、基台部に対して昇降自在に保持した接合ヘッドを、加圧力設定用コイルばねを介して下向きに加圧するばね加圧式接合装置において、前記基台部に設けた共通のスライドレール８８に保持されてそれぞれ独立に上下スライド可能な上下一対のスライドブロックと、これらスライドブロックにそれぞれ固定され前記コイルばねと同軸上でスライドする最大離隔間隔が設定された上下一対のばねケース半体と、これらばねケース半体の間に収容された加圧力設定用コイルばねと、前記基台部に固定され上のばねケース半体を前記加圧力設定用コイルばねと同軸に下向きに加圧する昇降用アクチュエータと、一方のばねケース半体に設けた加圧力設定部により前記コイルばねのばね力を設定する加圧力調整機構と、を備えることを特徴とする加圧式接合装置、により達成される。

アクチュエータの下方に加圧力設定用ばねを配設し、アクチュエータの加圧出力が加圧力設定用コイルばねを介して接合ヘッドを加圧するようにしたので、アクチュエータは接合ヘッドの上方に配置でき、装置全体の小型化が図れ、その設置面積を減少させることができる。またアクチュエータの加圧位置と接合ヘッドの接合位置とのオフセット量が小さくなり、特に加圧力が大きい場合に構造上有利である。

さらにアクチュエータは、出力軸を同軸構造にするなどの特別な構造にする必要が無いため、そのメンテナンス性が良く、汎用のものを用いることも可能で大幅なコストダウンが可能になる。

本発明の一実施例を示す側断面図 同じく正断面図 同じく一部省いた正面図 従来装置を示す側断面図

接合ヘッドのワーク加圧端をアクチュエータとコイルばねの中心軸線上に配設すれば、アクチュエータの加圧力とワーク加圧反力とが同一直線上に位置しオフセット量が０になることになる（請求項２）。従って特に加圧力が大きい場合に構造上有利である。

アクチュエータを基台部に保持する一方、加圧力設定用ばね（コイルばね）は基台部に対して上下スライド可能に保持した上下一対のばねケース半体の間に収容し、上下のばねケース半体にそれぞれアクチュエータ出力軸下端および接合ヘッドを固定すれば、下のばねケース半体自身を押圧シャフト（押圧ロッド）として利用でき、部品点数の減少が図れる（請求項３）。

一方のばねケース半体には、加圧力設定用ばねのばね座を上下に変位させる加圧力調整機構を設ければ、接合ヘッドの加圧力を調整することができ、接合条件の細かい設定が可能になり、便利である。

ここに用いる加圧力調整機構は、ばね座に当接するナットブロックを送りねじで上下動させる構造とし、この送りねじの回転量を加圧力設定部で設定できるようにすることができる（請求項４）。例えば、送りねじに傘歯車を介して噛合する水平設定軸を設け、この設定軸の一端をばねケース半体に設けた開口に臨ませて外から回動可能とすることができる（請求項５）。

図１〜３において、符号５０は基台部であり、水平なワーク保持台５２と、その後部から上方へ起立する支柱部５４とを一体化したものである。この支柱部５４の前面には、上部を略逆Ｌ字状に折曲した保持部５６が固定されている。保持部５６の上部は、ワーク保持台５２に保持したワーク５８の上方に延出している。

保持部５６の上部にはアクチュエータとしてのエアシリンダ６０が固定されている。このエアシリンダ６０は出力軸であるピストン軸６２を垂直にしてシリンダ６４を保持部５６の上面に固定したものである。ピストン軸６２は保持部５６に設けた開口６６から下方に突出している。なおこのピストン軸６２の中心軸線６８は垂直であり前記ワーク５８を通る。

ピストン軸６２の上端はシリンダ６４から上方へ突出し、ここにストローク設定ダイヤル７０が螺合している。このダイヤル７０はピストン軸６２の押下ストロークを設定する。シリンダ６４内は、ピストン軸６２に固定したピストン７２により上空気室と下空気室に区画され、各空気室にはエア流入口７４，７６を通してエアポンプ（図示せず）の空気圧が供給されまた排出される。

エアシリンダ６０の下方には、中心軸線６８と同軸に加圧力設定用ばねであるコイルばね７８が配設される。８０，８２はこのコイルばね７８を収容する上下一対のばねケース半体である。これらのばねケース半体８０，８２は、前記保持部５６の前面に上下動自在かつ後記する間隙Ａを空けて保持されている。すなわちこれらばねケース半体８０，８２の後面に固定したスライドブロック８４，８６が、保持部５６に固定したスライドレール８８に上下動自在に保持されている。なお前記ストローク設定ダイヤル７０は、ピストン軸６２が上のケース半体８０を押し下げた時にピストン軸６２の最大下降量を設定する。

上下のばねケース半体８０，８２には、コイルばね７８の収容室９０，９２が互いに同軸かつ対向して開口するように形成されている。上のばねケース半体８０の上部には前記ピストン軸６２の下端が固定されている。下の収容室９２の底にはばね座９４が、上の収容室９０内にはばね座９６が上下スライド可能に収容され、これらばね座９４，９６の間にコイルばね７８が縮装される。

上のばね座９６の上面には、ナットブロック９８の下面が当接する。ここにナットブロック９８は収容室９０内で回転が規制されつつ上下動可能である。すなわちこのナットブロック９８の外周には、上のばねケース半体８０に形成した上下に長い窓１００（図３）に係入する突起１０２が突設され、この突起１０２が窓１００に当たって回転が規制される。また窓１００の上下寸法は突起１０２より長く形成され、ナットブロック９８は上下動可能である。

ナットブロック９８には送りねじ１０４が上方から螺入している。この送りねじ１０４は、上のばねケース半体８０に取付けたスラスト軸受１０６により上下動を規制されつつ回転する。送りねじ１０４の上端付近には加圧力調整機構１０８が配設されている。

この加圧力調整機構１０８は、送りねじ１０４の上方で水平に横断する水平な設定軸１１０と、これら送りねじ１０４と設定軸１１０とに固定された傘歯車からなるマイタギヤ１１２とを備える。水平設定軸１１０の一端に設けた六角穴付きヘッド１１４は、上のばねケース半体８０の正面に設けた円形の開口１１６に臨み、このヘッド１１４を外側からアレンキードライバー（六角ドライバ）で回転することによって送りねじ１０４を回転し、ナットブロック９８を上下させることができる。この結果上のばね座９６を上下させてコイルばね７８の圧縮量、すなわちばね力を調節することができる。

なおナットブロック９８の突起１０２と、窓１００とには目盛が付され、ナットブロック９８の位置によってコイルばね７８の加圧力を確認できるようにしている。

図２，３で１１８，１１８は上ばねケース半体の下部に固定したかぎ型のストッパであり、上下ばねケース半体８０，８２の最大離隔時に下のばねケース半体８２の左右側面に形成した段部１２０，１２０に係合して、間隙Ａを得るものである。上下のばねケース半体８０，８２の正面側には、両者の相対位置変化、すなわち間隙Ａの変化を検出する光センサからなる位置検出器１２２が取付けられている。

下のばねケース半体８２の下端にはシャンク１２４を介してヒータチップ１２６が固定されている。ヒータチップ１２６は電気抵抗材を幅広で略Ｕ字状に形成したものであり、給電端子（図示せず）から供給されるパルス電流によって発熱する。

次にこの実施例の動作を説明する。まずワーク５８をヒータチップ１２６の下方に位置決めする。ワーク５８に対応した加圧力を設定するため、ストローク設定ダイヤル７０と加圧力調整機構１０８の水平設定軸１１０を調整する。すなわち上のばねケース半体８０の最大下降量をダイヤル７０で設定する一方、コイルばね７８の圧縮圧力（予圧力）を設定軸１１０の回動により設定する。

作動開始スイッチのオン作動により、エアシリンダ６０の上の空気室にエアポンプ（エアタンク）からエアが供給されるとピストン軸６２が下降する。このためストッパ１１８で係合している上下のばねケース半体８０，８２は一体となって下降し、ヒータチップ１２６がワーク５８を押圧する。エアシリンダ６０による押圧力が上昇すると下のばねケース半体８２がワーク５８により下降が規制される一方、上のばねケース半体８０だけがコイルばね７８を圧縮しつつ下降する。この下降量が一定の設定量になることを位置検出器１２２が検出すると、制御回路（図示せず）はヒータチップ１２６に電流を供給し、ヒータチップ１２６を発熱させる。この結果ワーク５８の接合が行われる。

制御回路はヒータチップ１２６に流す電流の変化を監視し、所定条件を満たす状態で電流を遮断する。そして制御回路は、エアシリンダ６０のピストン軸６２を上昇させ、上下のばねケース半体８０，８２を上昇させて接合動作を終了し、次のワークの接合に備える。

５０ 基台部
５８ ワーク
６０ エアシリンダ（アクチュエータ）
６２ ピストン軸
６８ 中心軸線
７２ ピストン
７８ コイルばね（加圧力設定用ばね）
８０ 上のばねケース半体
８２ 下のばねケース半体
９４，９６ ばね座
９８ ナットブロック
１０４ 送りねじ
１０８ 加圧力調整機構
１１０ 水平設定軸
１１２ マイタギヤ（傘歯車）
１１６ 開口
１２６ ヒータチップ

Claims (5)

1. 基台部に対して昇降自在に保持した接合ヘッドを、加圧力設定用コイルばねを介して下向きに加圧するばね加圧式接合装置において、
   前記基台部に設けた共通のスライドレールに保持されてそれぞれ独立に上下スライド可能な上下一対のスライドブロックと、
   これらスライドブロックにそれぞれ固定され最大離隔間隔が設定された上下一対のばねケース半体と、
   これらばねケース半体の間に収容された加圧力設定用コイルばねと、
   前記基台部に固定され上のばねケース半体を下向きに加圧する昇降用アクチュエータと、
   一方のばねケース半体に設けた加圧力設定部により前記コイルばねのばね力を設定する加圧力調整機構と、
   を備えることを特徴とする加圧式接合装置。
2. 接合ヘッドのワーク加圧端は、昇降用アクチュエータおよび前記加圧力設定用コイルばねの中心軸線上に配設されている請求項１のばね加圧式接合装置。
3. 前記上のばねケース半体が前記昇降用アクチュエータの出力軸下端に固定され、前記下のばねケース半体に接合ヘッドが固定されている請求項１または２のばね加圧式接合装置。
4. 前記加圧力調整機構は、一方のばねケース半体に回転可能に保持されかつ上下動を規制された送りねじと、この送りねじに螺合しこのばねケース半体に上下動可能に保持されかつ回転が規制されてばね座に当接したナットブロックと、このケース半体に設けた開口に臨み外部からからばね力の調節を可能にする加圧力設定部とを備える請求項３の加圧式接合装置。
5. 加圧力設定部は、ばねケース半体に保持され送りねじに傘歯車を介して噛合する水平な設定軸を備え、前記設定軸の軸端はばねケース半体に設けた開口に臨んで外部から回動可能とした請求項４のばね加圧式接合装置。

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