JP6138324B1 - 半田付け装置、半田付け方法、プリント基板の製造方法、および製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け不良を防止する。【解決手段】基板の孔に通された電子部品に繋がる端子Ｔを前記孔のまわりの前記基板のランドＲに半田付けする半田付け装置１であって、前記端子Ｔが通された前記孔のまわりの前記ランドＲに当接または近接させる筒状のノズル２４と、前記ノズル２４の内側へ半田片２ａを供給する半田片供給手段と、前記半田片２ａを加熱溶融する加熱手段と、前記ランドＲと前記ノズル２４との近接離間方向の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、を備え、前記ノズル２４の内側に、溶融前の前記半田片２ａの前記端子Ｔ側の端部が前記端子Ｔの先端に当接する当接位置からこれ以上前記ランドＲ側へ溶融前の前記半田片２ａが移動しないように規制する当接位置規制手段を備えた。【選択図】図５

Description

この発明は、例えば、基板の孔に通された電子部品に繋がる端子を孔のまわりの基板のランドに半田付けする半田付け装置、半田付け方法、プリント基板の製造方法、および製品の製造方法に関する。

従来、プリント基板に電子部品を機械的に半田付けする半田付け装置が提供されている。この半田付け装置には、半田の液面にプリント基板を接触させて半田付けするフロー半田付け法や、予めパターンに合わせてクリーム半田を基板に印刷しておきクリーム半田に熱を加えて溶かすことで半田付けするリフロー半田付け法等、様々な方式が提案されている。

ここで、出願人は、円筒形の半田ごてを用い、この半田ごて内にプリント基板のスルーホールに挿通された電子部品のピンを挿入し、内部で半田を溶かして半田付けする方式の半田付け装置を開発し、提供している（特許文献１参照）。

そして、半田ごての温度、半田ごての位置、半田ごての荷重および半田の供給量について、装置の起動時や運用中など所定のタイミイングで確認することにより、半田付けの信頼性や確実性の更なる向上を図っている（特許文献２参照）。

しかしながら、半田付けが大量に行われている作業現場では、バラツキにより半田付け不良が発生することがあった。

特開２０１３−１２０８６９号公報 特開２０１５−１１５４２７号公報

この発明は、上述の問題に鑑みて、半田付け不良を防止することを目的とする。

この発明は、端子と当該端子に電気的に接続される接続対象とを半田付けする半田付け装置であって、前記端子の少なくとも先端を挿入または近接する筒状のノズルと、前記ノズルの内側へ半田片を供給する半田片供給手段と、前記半田片を加熱溶融する加熱手段と、前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、前記ノズル内に供給された溶融前の前記半田片の前記端子側の端部を前記端子に当接させ、当該溶融前の半田片を前記接続対象に接触させずに前記ノズル内に留めるように規制する当接位置規制手段を備え、前記当接位置規制手段は、前記端子の側面との間隔が溶融前の前記半田片の最小幅より短く形成された前記ノズルの内壁、または、溶融前の前記半田片を前記当接位置に所定の姿勢で案内し且つ案内方向に垂直な方向への前記半田片の移動範囲を規制する案内部、により構成された半田付け装置であることを特徴とする。

この発明により、半田付け不良を防止することができる半田付け装置、半田付け方法、プリント基板の製造方法、および製品の製造方法を提供できる。

半田付け装置の右側面図。 半田付け装置の外観構成の説明図。 ノズルユニットとヒータユニットの構成を示す拡大断面図。 半田付け装置の駆動系および制御系の構成を示すブロック図。 ノズルの各部分の機能を模式的に説明する図。 半田付け時のノズル内の半田片の変形及び動作を模式的に示した図。 実施例２のノズルの説明図。 実施例３のノズルの説明図。 実施例４のノズルの説明図。

以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１および図２は、半田付け装置１の外観構成の説明図であり、図１は右側面図、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）はヘッド部３の外装を一部省略して示す平面図である。

図１に示すように、半田付け装置１は、半田付け対象であるプリント基板Ｐのスルーホールに半田付けを行うノズル２４（半田ごて）を有するヘッド部３と、ヘッド部３およびノズル２４をフローティング状態にするエアーサスペンションユニット５と、エアーサスペンションユニット５およびノズル２４を半田付け対象に近接／離間させる方向（図１の上下方向）に移動させる近接離間方向移動ユニット６と、近接離間方向移動ユニット６およびノズル２４をプリント基板Ｐが搬送される搬送方向（図１の奥行方向，図２（Ａ）の左右方向）に移動させる搬送方向移動ユニット７と、搬送方向移動ユニット７およびノズル２４を搬送方向移動ユニット７の搬送幅方向（図１の左右方向，図２（Ａ）の前後方向）に移動させる搬送幅方向移動ユニット８と、を有している。

エアーサスペンションユニット５の上部には、リールに巻かれた糸半田２が設けられている。この糸半田２は、φ０．３〜φ２．０ｍｍを用いることができ、φ０．６〜φ１．６ｍｍのものを用いることが好ましい。

ヘッド部３の下部には、ノズル２４を備えたノズルユニット２０が設けられている。

搬送幅方向移動ユニット８の上面は、プリント基板Ｐを搬送する搬送路９の上面とほぼ同じ高さに構成されている。

ヘッド部３の可動範囲は、搬送幅方向移動ユニット８の上方に位置する待機位置（図１に示すＰ１の位置）と、プリント基板Ｐに対して半田付けを行う半田付け領域Ｅ１，Ｅ２（図２（Ｂ）のＥ１，Ｅ２で囲まれる領域）とになる。ヘッド部３は、これらの待機位置、及び半田付け領域のどの位置であっても近接離間方向移動ユニット６によって移動される。

この構成により、半田付け装置１は、待機時にはノズルユニット２０を待機ポジションＰ１の高さおよび位置に待機しておき、半田付け工程を実行するときは半田付け領域Ｅ１，Ｅ２内で待機ポジションＰ１よりも低い（半田付け対象に近い）半田付けポジションＰ２の高さにて半田付けを行う。

図３は、ノズルユニット２０とヒータユニット３０の構成を示す拡大断面図である。ノズルユニット２０付近は、ヒータユニット３０を着脱するヒータユニット装着ユニット４０、糸半田２（図１参照）を加熱するヒータユニット３０、およびノズル２４を備えたノズルユニット２０で構成される。

ノズルユニット２０は、半田ごてとなるノズル２４と、ノズル２４をヒータユニット３０に装着および脱着するためのノズルホルダ２１（着脱手段，ノズルユニット固定手段）を有している。

ノズル２４は、円筒形で中央に円柱形の孔２６を備えている。この穴２６は、端子Ｔを挿入する先端側２５ａから半田片２ａを供給する基部側２５ｂまで連通している。また、ノズル２４は、半田付けを行う先端部位近傍に孔２６と外部を接続する側孔２３を備えている。この側孔２３により、ノズル２４内で発生するヒュームを外部へ排出することができる。

ノズル２４の基部側（図示上部側）には、ノズル２４の外周を包み込むと共に固定用のネジ溝２１ａ（雌ネジ）を内面に備えたノズルホルダ２１が設けられている。このノズルホルダ２１は、回り止め部２２によってノズル２４に対して相対回転しないようにノズル２４に固定されている。ノズルホルダ２１のネジ溝２１ａは、ヒータユニット３０のネジ溝３５ａ（雄ネジ）に螺合して固定される。ノズルホルダ２１の内側とノズル２４の外側の間には、筒状のヒータ３６が挿入される円筒形の空間２１ｂが設けられている。この空間２１ｂは、ノズル２４の基部から中央よりも少し先端側まで設けられている。

ヒータユニット３０は、基部側（図示上部側）を装着側として先端側（図示下部側）を略円筒形に形成したヒータホルダ３５と、ヒータホルダ３５の内側に設けられた円筒形のヒータ３６（加熱手段）と、ヒータ３６の内側に設けられた円筒形の半田導入筒３４とを有している。
ヒータ３６は、軸対称に形成されることが好ましく、内部のノズル２４を周囲から略均等に加熱する構成であることがより好ましく、この実施例では円筒形に形成されている。また、ヒータ３６はセラミックで形成されており、内部に発熱用のコイル３６ａ（図５参照）が設けられている。
半田導入筒３４は、ヒータ３６の内部に挿入されたノズル２４の基部に先端が当接し、半田導入筒３４内の孔３４ａがノズル２４の孔２６と連通する。

これにより、上方から供給される切断済みの糸半田２（図１参照）が、孔３４ａおよび孔２６を通過し、ヒータ３６で加熱されたノズル２４により加熱溶融される。

ヒータホルダ３５の基部側（図示上部側）には、接続側面（図示上面）から突出する位置決めピン３１と、接続側面に配置された磁石３３ａと、コネクタ３２とが設けられている。

磁石３３ａは、脱着用ノブ３３（着脱手段，ヒータユニット固定手段）に固定されており、バネ３３ｂによって装着ユニット４０側に付勢されている。この磁石３３ａが装着ユニット４０の金属板４５に磁力で吸着することで、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に固定される。そして、ヒータユニット３０を取り外すとき、着脱用エアシリンダ６５（図４参照）によって脱着用ノブ３３を半田導入方向（図示下方）に引くことで磁石３３ａが金属板４５から離間して磁力による吸着力が弱まり、ヒータユニット３０の脱着を行う。

コネクタ３２は、装着ユニット４０のコネクトピン４１に接続され、ヒータ電源線および温度センサ線を通じてヒータ３６及び温度センサ６４（図４参照）に電力供給を可能にする。

位置決めピン３１は、装着ユニット４０の装着面側（図示下面側）に穿設された位置決めブッシュ４２に挿入され、装着ユニット４０とヒータユニット３０の相対位置を位置決めする。これにより、装着ユニット４０の半田導入孔４３とヒータユニット３０の孔３４ａを連結し、切断済みの糸半田２（図１参照）をスムーズに供給できるようにしている。

装着ユニット４０は、ヒータユニット３０の取り付け方向に貫通する半田導入孔４３が設けられており、接続面側（図示下面側）に金属板４５が設けられている。また、装着ユニット４０の接続面側（図示下面側）には、制御部６１（制御手段，図４参照）に繋がるコネクトピン４１、位置決めブッシュ４２、およびヒータユニット密着確認センサ４４が設けられている。

ヒータユニット密着確認センサ４４は、近接センサ等の適宜のセンサで構成され、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に密着しているか否かを検出する。

図４は、半田付け装置１の駆動系および制御系の構成を示すブロック図である。半田付け装置１は、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）に固定されて搬送路９（図１参照）へ向かって真っすぐ伸びるＹ方向の搬送ガイド７ｆと、ステッピングモータ等の駆動機構部７ｅにより搬送ガイド７ｆに沿って移動する搬送ガイド７ｃが設けられている。この駆動機構部７ｅおよび搬送ガイド７ｆは、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）内に収納されている。搬送ガイド７ｃは、搬送路９の搬送方向（Ｘ方向）へ向かって真っすぐ伸びている。

Ｘ方向の搬送ガイド７ｃの上部には、搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向に移動する移動体７ａと、この移動体７ａを搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向へ移動させるステッピングモータ等で構成された駆動機構部７ｂが設けられている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、および搬送ガイド７ｃは、搬送方向移動ユニット７（図１参照）内に収納されている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、搬送ガイド７ｃ、駆動機構部７ｅ、および搬送ガイド７ｆは、作業させたい任意の位置へノズル２４を移動させるノズル位置移動手段として機能する。

移動体７ａには、ノズル２４がスルーホールに近接／離間する方向に伸びるＺ方向の搬送ガイド５ｃが設けられている。この搬送ガイド５ｃには、Ｚ方向に移動するヘッド固定部５ａ、およびステッピングモータ等で構成される駆動機構部５ｂが設けられている。ヘッド固定部５ａ、駆動機構部５ｂ、および搬送ガイド５ｃは、ノズル２４を半田付け対象に近接／離間させる方向へ移動させる近接離間方向移動手段として機能し、近接離間方向移動ユニット６（図１参照）内に収納されている。

このように構成されたＹ方向の搬送ガイド７ｆとＸ方向の搬送ガイド７ｃ、および駆動機構部７ｂ，７ｅがノズル位置移動手段として機能することにより、ノズル２４の位置を半田付けする任意の位置へ移動させることができる。また、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂが近接離間方向移動手段として機能することにより、移動させた位置でノズル２４を近接方向へ移動させてノズル２４の孔２６内に半田付けするピンを挿通しノズル２４の先端をスルーホールに当接させ、半田付け後に離間させることができる。また、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂにより、ノズルステーション１３で交換用のノズルユニット２０またはヒータユニット３０に近接する方向へ移動させ、ノズルユニット２０またはヒータユニット３０を交換した後に離間させることができる。

ヘッド固定部５ａには、フローティングユニット５１が設けられている。このフローティングユニット５１は、エアーサスペンションユニット５（図１）内に設けられ、供給されたエアによってノズルユニット２０を持ち上げ、プリント基板Ｐに対するフローティングユニット５１（ノズル２４が含まれる）の相対的な重みを軽くするものである。例えば、通常の加重を１００とするとフローティングユニット５１の加重が１０％となるようにするなど、適宜の構成とすることができる。

ヘッド部３は、フローティングユニット５１に固定され、糸半田２（図１参照）を挿通する糸半田供給路５２と、糸半田供給路５２内の糸半田をローラで挟み込んで送り出す糸半田送り出し機構部５３（半田供給手段）が設けられ、底部にヒータユニット３０を備えている。

ヒータユニット３０の上部には、孔５５ａに挿入された糸半田２（図１参照）を回転によりカットする回転カッター５５と、回転カッター５５を回転させるステッピングモータ等の回転機構部５４を備えている。円盤状の回転カッター５５の厚みと同じ長さの孔５５ａは、必要な糸半田２の長さと同じ長さの孔に形成されている。この孔５５ａの長さ及びカットした半田片２ａの長さは、１〜３０ｍｍとすることができ、２〜１５ｍｍとすることが好ましい。糸半田送り出し機構部５３によって必要量の糸半田２が孔５５ａに挿入された状態で回転カッター５５が回転すると、糸半田２が孔５５ａの挿入長さにカットされるとともに、それまで糸半田供給路５２と連通していた孔５５ａが移動して半田導入筒３４内の孔３４ａと連通する。この連通した状態で、カットされた糸半田２を押し込みロッド５９により半田導入筒３４内へ強制落下させる。

また、これらの構成要素を駆動するべく、各要素は制御部６１によって制御される。制御部６１には、駆動機構部５ｂ、駆動機構部７ｂ、駆動機構部７ｅ、フローティングユニット５１、糸半田送り出し機構部５３、回転機構部５４、ヒータユニット密着確認センサ４４、温度センサ６４、着脱用エアシリンダ６５、カメラ６７、及び記憶部６８が接続されている。

カメラ６７は、半田付け対象となるプリント基板のスルーホールおよびピンの位置等を確認して位置決めする際、および、半田付アカメが発生した場合等の半田付け異常を検出する際等に用いられる。

記憶部６８は、プリント基板等の半田付け対象ワークの画像と、この半田付け対象ワークに使用するツール（ノズル２４、ノズルユニット２０、若しくはヒータユニット３０）を関連づけた半田付け対象ワーク別ツールデータ、現在装着しているツールの種類、現在装着しているツールの使用回数および使用時間等のデータを記憶している。

＜半田付け対象＞
図５は、プリント基板Ｐに電子部品Ｃを半田付けするノズル２４近傍を模式的に示す端面図である。

プリント基板Ｐには、スルーホールＨが形成されており、当該スルーホールＨの周りにランドＲ（接続対象）が設けられている。ランドＲは、プリント基板Ｐの表面側（図５では下面側）のリング状のランド表面部Ｒｆと、裏面側（図５では上面側）のリング状のランド裏面部Ｒｂと、当該スルーホールＨの内周面の円筒状のランド内周部Ｒｈとが、導電性の薄膜で一体として形成されている。

当該プリント基板ＰのスルーホールＨには、プリント基板Ｐの表面側から裏面側（図５では下面側から上面側）に向けて、スルーホールＨの中心軸に沿って、電子部品Ｃの端子Ｔが挿入されている。この端子Ｔのプリント基板Ｐからの突き出し長さは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下とすることがより好ましい。

＜ノズル＞
ノズル２４は、円筒状で、材質にはセラミックが用いられている。

ノズル２４の後端側（基部側２５ｂ）には、ノズル２４を同心円状に外周側から取り囲むようにしてヒータ３６が設けられている。ヒータ３６には、電力容量が８０あるいは１３５ワットのセラミックヒータが用いられている。そして、当該ヒータ３６により、ノズル２４は外周側から加熱される。

ノズル２４は、主に機能面から以下の３つの部位に分けることができる。

すなわち、ノズル２４は、端子Ｔを挿入するノズル先端部の挿入部２４ａと、ノズル中央部で半田片２ａを溶融する溶融部２４ｂと、当該半田片２ａを溶融部に案内するノズル後端部の案内部２４ｃとに分けることができる。

また、溶融部２４ｂは、ノズル２４の内壁２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な断面の最小幅が内径Ｓ２であり、案内部２４ｃは、ノズル２４の内壁２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な断面の最小幅が内径Ｓ３である。

尚、溶融前の半田片２ａの最小幅の外径はＤ１であり、最大幅の外径はＤ２である。この実施例では、糸半田を切断した半田片２ａを用いているため、最小幅の外径Ｄ１と最大幅の外径Ｄ２が同一となっている。そして、溶融前の半田片２ａは、溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂが端子Ｔの先端Ｔｓに当接する位置である当接位置ＡＰに留まる構成となっている。なお、溶融前の半田片２ａは円柱形をしているが、これに限らず楕円柱形、多角柱形、または楕円球形など、ノズル２４の孔２６を通過できる太さ（孔２６の通過方向直交平面での太さ）で、かつその太さよりも長さ（孔２６の通過方向の長さ）が長い適宜の形状とすることができる。

＜挿入部＞
ノズル２４の挿入部２４ａは、ノズル２４の先端２４ｄから電子部品Ｃの端子Ｔの先端Ｔｓと同位置までの周りから端子Ｔを取り囲んでいる部位を指す。

挿入部２４ａのノズル２４は、肉厚一定の円柱形状に形成されており、その中心軸が端子Ｔに沿うように配置されている。そして、ノズル２４の先端面２４ｄは、中心軸に対して直角な平面となる平坦な形状に形成され、プリント基板Ｐの裏面側のランドＲｂの表面と平行に当接している。このため、ノズル２４に伝えられたヒータ３６からの熱は、先端面２４ｄを介して熱伝導により、裏面側のランドＲｂに伝熱され、ランドＲ全体を加熱する。

端子Ｔを周りから取り囲んでいる挿入部２４ａは、高温となったノズル２４が輻射する遠赤外線の輻射熱伝達により、端子Ｔを加熱する。

また、ノズル２４の後端側から先端側に向けてノズル２４内に空気供給手段（図示せず）により空気供給路３９（図３参照）を通じて空気が導入されている。導入された空気は、ヒータ３６で加熱されたノズル２４の内側を通過することにより温められ、熱風となって、ノズル２４の内側の他、スルーホールＨの内側を対流する。そして、当該対流する熱風は、対流熱伝達により、当該熱風に接触する端子Ｔ、裏面側のランドＲｂの一部、及びスルーホールＨに面するランドＲｈを加熱する。

以上のように、挿入部２４ａは、熱伝導、輻射熱伝達、及び対流熱伝達の３つの伝熱を利用して、プリント基板ＰのランドＲと電子部品Ｃの端子Ｔを加熱している。このため、熱効率がよく、省エネにもなっている。

また、当該加熱がノズル２４内で行われているため、外乱の影響を受けにくくなっている。

さらに、ノズル２４の挿入部２４ａは、端子Ｔの側面Ｔｗと当該側面Ｔｗに対向するノズル２４の内壁２５の先端側２５ａ（端子近傍領域）との間隔Ｓ１が溶融前の半田片２ａの最小幅である外径Ｄ１より短く形成されている。このため、溶融前の半田片２ａは、溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部が端子Ｔの先端Ｔｓに当接して留まっている当接位置ＡＰからこれ以上ランドＲ側へ移動しないように規制されている。すなわち、先端側２５ａの内壁２５は、ノズル２４内に供給された溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂを前記端子Ｔの先端Ｔｓに当接させる当接位置規制手段として機能する。

＜溶融部＞
ノズル２４の溶融部２４ｂは、ノズル２４内に挿入した端子Ｔの先端Ｔｓの位置から、この先端Ｔｓに接触する半田片２ａが存在している位置まで、すなわち、半田付けする半田片２ａが端子Ｔの先端Ｔｓに接触した状態における半田片２ａを取り囲んでいる部位を指す。

溶融部２４ｂのノズル２４は、肉厚一定の円柱形状に形成されており、その中心軸が挿入部２４ａの中心軸と一致するように構成されている。

溶融部２４ｂのノズル２４の内壁２５は、この内壁２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な断面の最小幅である内径Ｓ２が、当接位置ＡＰで溶融し質量変化せずに真球状に変形したと仮定した場合の当該真球状の半田片２ａの大円の直径（糸半田溶融球形の直径）より小さい大きさに形成されている。
なお、挿入部２４ａおよび溶融部２４ｂは、内壁２５の内径Ｓ２が同じ内径で連続するように形成されており、その内径Ｓ２は、上述したように糸半田溶融球形の直径以下で、かつ、スルーホールＨの直径以上（より好ましくはスルーホールＨの直径＋０．１ｍｍ以上）に形成されている。

＜案内部＞
ノズル２４の案内部２４ｃは、溶融部２４ｂよりも基部側２５ｂに設けられている内壁２５を指す。
案内部２４ｃのノズル２４は、肉厚一定の円柱形状に形成されており、その中心軸が溶融部２４ｂの中心軸と一致するように構成されており、供給される半田片２ａを溶融部２４ｂ内へ案内する。

案内部２４ｃのノズル２４の内壁２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅である内径Ｓ３は、溶融前の半田片２ａの最大幅である外径Ｄ２より大きく形成されている。

半田片２ａは、案内部２４ｃ内の通過中にノズル２４からの伝熱により予熱される。一方、半田片２ａの案内部２４ｃ内の通過がスムーズで短時間のため、半田片２ａが変形したり、溶融したりして、半田片２ａの溶融部２４ｂへの案内に支障をきたす恐れはない。

＜半田付けの動作＞
図６（Ａ）の端面図に示すように、半田付けの母材として、ランドＲが形成されたプリント基板Ｐに、当該プリント基板ＰのスルーホールＨにプリント基板Ｐの表面側から裏面側（図６では下面側から上面側）に向けて電子部品Ｃの端子Ｔが挿入されたものが準備されている。

制御部６１は、Ｙ方向の搬送ガイド７ｆとＸ方向の搬送ガイド７ｃ、および駆動機構部７ｂ，７ｅにより、ノズル２４の位置をＸＹ平面上で移動させて半田付けするランドＲに対向させる。このときの位置は、プリント基板Ｐの裏面側のランドＲｂの中心とノズル２４の中心がほぼ一致する位置とする、または、端子Ｔの先端中心とノズル２４の中心がほぼ一致する位置とする。

制御部６１は、駆動機構部５ｂにより搬送ガイド５ｃに沿ってフローティング状態のヘッド部３をランドＲとの近接方向へ移動させて、ノズル２４の先端面２４ｄをプリント基板Ｐの裏面側のランドＲｂの表面に当接させる。これにより、ノズル２４の挿入部２４ａの内側に端子Ｔの先端Ｔｓが挿入された状態となる。

このとき、端子Ｔはノズル２４の内壁２５から等距離だけ離れており、端子Ｔとノズル２４が非接触で離間した状態が保たれている。これにより、ノズル２４から端子Ｔに直接熱が伝達されることを防止しており、端子Ｔは、輻射熱伝達および対流熱伝達により徐々に加熱される。一方で、プリント基板ＰのランドＲは、接触するノズル２４からの直接の熱伝導と、対流熱伝達による伝熱で急速に加熱される。

この状態で、制御部６１は、回転カッター５５により糸半田２をカットして半田片２ａを得、この糸半田２ａを半田導入筒３４内の孔３４ａを通過させてノズル２４内に供給する。上方から落下するように供給された半田片２ａは、案内部２４ｃを通過中に予熱され、端部２ｂが端子Ｔの先端Ｔｓに当接して当接位置ＡＰで停止し、位置が規制される。

当接位置ＡＰに案内された溶融前の半田片２ａは、端子Ｔと反対側の端部などの少なくとも一部が、ヒータ３６の近くに位置して挿入部２４ａより高温となっている溶融部２４ｂの内壁２５に当接する。このため、当接位置ＡＰにある溶融前の半田片２ａは、溶融部２４ｂのノズル２４の内壁２５に当接した半田片２ａの一端部、両端部、又は側部を介した熱伝導により溶融される。なお、この半田片２ａの溶融のとき、ノズル２４と接触しての直接熱伝導に加えて、溶融部２４ｂのノズル２４からの輻射熱伝達、および、ノズル２４内を対流する熱風による対流熱伝達などの間接熱伝導も行われる。

半田片２ａは、溶融すると表面張力により丸まって略球状になろうとするが、溶融部２４ｂのノズル２４の内壁２５と端子Ｔの先端に規制されるため真球になれず、図６（Ｂ）の端面図に示すように、端子Ｔの先端Ｔｓに接触している状態で太く短い形状に変形する。この形状は、短い円柱の両端が球面になった形状となっている。

こうして溶融すると、矢印Ｙ１に示すように、ノズル２４から半田片２ａに熱が伝わり、さらに、矢印Ｙ２に示すように、半田片２ａから端子Ｔに熱が伝わることで、端子Ｔは以前にも増して急速に加熱される。この加熱中、溶融した半田片２ａは端子Ｔに接触した状態、すなわち端子Ｔの上に載った状態で半田片供給方向（下方向）へ移動せずに停止している。尚、半田片２ａが溶融するのは、２１７℃以上である。

図６（Ｃ）の端面図に示すように、溶融した半田片２ａを介して適正温度にまで端子Ｔが加熱されると、溶融した半田片２ａは、ぬれ始め、端子Ｔの先端Ｔｓから端子Ｔの側面Ｔｗを伝って流れ出す。ここで、溶融しはじめてから流れ出す前の半田片２ａは、位置が停止したままで熱の影響等によって形状が変化し続けていても良い。そして、端子Ｔの側面Ｔｗを伝って流れ出した溶融した半田片２ａは、裏面側のランドＲｂに広がり、さらに、毛細管現象により、端子Ｔの側面ＴｗとスルーホールＨに面するランドＲｈとの隙間にも流入する。そして、表面側のランドＲｆにも広がっていく。

その後、制御部６１は、駆動機構部５ｂにより搬送ガイド５ｃに沿ってフローティング状態のヘッド部３をランドＲとの離間する方向へ移動させ、ノズル２４の先端面２４ｄをプリント基板Ｐの裏面側のランドＲｂの表面から離隔する。これにより、ランドＲ、端子Ｔ、及び溶融した半田片２ａは急速に冷却され、溶融した半田片２ａが固化して半田付け動作は終了する。

溶融した半田片２ａのこのような動きにより、端子ＴはランドＲに確実に半田付けされる。こうして半田付けされた半田の仕上がり外観は美しく、バックフィレット形状ＢＦも綺麗に形成される。

以上の構成及び動作により、精度の良い半田付けを実現でき、半田付け不良を防止することができる。

ノズル２４の挿入部２４ａは、端子Ｔの側面Ｔｗと当該側面Ｔｗに対向するノズル２４の内壁２５との間隔Ｓ１が溶融前の半田片２ａの最小幅である外径Ｄ１より短くなっている。このため、溶融前の半田片２ａは、当接位置ＡＰからこれ以上ランドＲ側へ移動しないように規制されている。すなわち、ノズル２４の挿入部２４ａ内に溶融前の半田片２ａが入り込めないようになっている。これにより、ノズル２４の挿入部２４ａ内で一様に加熱されているランドＲと端子Ｔに対する、溶融前の半田片２ａが入り込むことによって生じ得る不均一な伝熱を防止できる。その結果、綺麗なフィレット形状が形成されないで不完全な半田付けになることの防止ができる。

当接位置ＡＰで溶融した半田片２ａは、溶融部２４ｂのノズル２４の内壁２５と端子Ｔの端部Ｔｓに規制されるため、太く短い形状に変形させられる。このため、溶融した半田片２ａを介して、端子Ｔにノズル２４からの直接の熱伝導による伝熱を新たに加えることができ、端子Ｔを急速に加熱することができる。これにより、半田のぬれ性が向上し、バックフィレット形状ＢＦが再現性よく綺麗に形成できる。また、熱容量が大きく、熱引きの大きなパワーデバイス等においても、端子Ｔの温度を適正温度にまで容易に昇温することができるようになるため、熱容量の大きな電子部品の半田付け不良を防止できる。

また、端子Ｔに直接的に伝熱するのは半田片２ａのみであることにより、半田片２ａが十分溶融した後に端子Ｔが十分加熱される構成となり、意図せずに半田が流れ出すことを防止できる。すなわち、半田片２ａが溶融するよりも端子Ｔの温度上昇が早かった場合、半田片２ａの溶融途中に半田が部分的に流れ出して不適切な半田付けになる可能性がある。これに対して、先に半田片２ａを十分に溶融して留めておき（工程１）、その後に端子Ｔを十分に加熱し（工程２）、それから半田が流れ出す（工程３）という順序を確実に実現することで、良好な半田付けを安定して実行することができる。

また、先にランドＲをノズル２４で直接的に加熱しているため、半田が流れ出す時点ではランドＲが十分に加熱されている。これにより、ランドＲに対しても良好な半田付けを安定して実行することができる。

図７は、実施例２のノズル１２４近傍を模式的に示す端面図による説明図である。
図７（Ａ）の端面図に示すように、ノズル１２４は、孔１２６を案内部１２４ｃが狭く、溶融部１２４ｂおよび挿入部１２４ａが広い形状に形成されている。案内部１２３ｃの内壁１２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅である内径Ｓ３は、溶融前の半田片２ａの最大幅である外径Ｄ２よりわずかに大きく形成されている。

溶融部１２４ｂのノズル１２４の内壁１２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅である内径Ｓ２は、当接位置ＡＰで溶融し質量変更せずに真球状に変形したと仮定した場合の当該真球状の半田片２ａの大円の直径より小さく形成されている。

溶融部１２４ｂと案内部１２４ｃが切り替わる位置から孔１２６内に挿入された端子Ｔの先端Ｔｓまでの距離Ｌ１は、半田片２ａの長さよりも短く形成されている。この距離Ｌ１は、半田片２ａが端子Ｔの先端Ｔｓに当接した状態で、案内部１２３ｃの孔１２６内に残っている部位によって半田片２ａが傾き変更できる範囲が規制され、その規制範囲内で最大に傾いても半田片２ａの端部２ｂが端子Ｔの先端Ｔｓに接触する構成となっている。従って、案内部１２３ｃの内壁１２５は、ノズル１２４内に供給された溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂを前記端子Ｔの先端Ｔｓに当接させる当接位置規制手段として機能する。

また、ノズル１２４は、溶融部１２４ｂと案内部１２４ｃの軸心が一致するように構成されている。

以上の構成により、案内部１２４ｃに供給された半田片２ａは、案内部１２４ｃのノズル１２４の内壁１２５に沿った姿勢で案内部１２４ｃを通過し、当該姿勢のまま、溶融部１２４ｂの当接位置ＡＰに案内される。そして、当接位置ＡＰに案内された半田片２ａは、移動範囲および角度変動範囲が規制され、先端側の端部２ｂが端子Ｔの端部Ｔｓに当接し、後端部が溶融部１２４ｂに隣接する案内部１２４ｃのノズル１２４の内壁１２５に当接するようになる。これにより、当該後端部は、案内方向に垂直な方向への移動が規制されるため、半田片２ａの当該姿勢は、当接位置ＡＰにおいてもこのまま維持される。

また、半田片２ａは、案内部１２４ｃのノズル１２４の内壁１２５に沿った姿勢で案内部１２４ｃを通過し、当該姿勢のまま、溶融部１２４ｂに案内されるため、ノズル１２４と端子Ｔとが左右方向に多少位置ズレしていた場合でも、当接位置ＡＰに配置することができる。

溶融前の半田片２ａの後端部は、溶融部１２４ｂに隣接する案内部１２４ｃのノズル１２４の内壁１２５に当接しているため、主としてノズル１２４からの熱伝導による伝熱を受ける。一方、溶融前の半田片２ａの先端部は、輻射熱伝達と対流熱伝達による伝熱を受ける。このため、半田片２ａの後端部は先端部より急速に加熱され、半田片２ａは、後端部側から先端部側に向けて徐々に溶融する。

当接位置ＡＰにおける半田片２ａの溶融する様は、このように常に一定で、再現性がよい。そのため、溶融時の半田片２ａの形状変化のバラツキに起因した半田付け不良の発生を抑制することができる。

図７（Ｂ）の端面図に示すように、当接位置ＡＰで溶融した半田片２ａは、溶融部１２４ｂのノズル１２４の内壁１２５と端子Ｔの先端に加えて、案内部１２４ｃのノズル１２４の内壁１２５にも一部規制されて、形状が変化する。これにより、溶融した半田片２ａは、表面積のより広いノズル１２４の内壁１２５からの熱伝導による伝熱を受けられる。そして、この伝熱された熱は、端子Ｔに伝えられ、当該端子Ｔを一層急速に加熱することができる。このため、熱引きの大きな熱容量の大きい電子部品の半田付け不良の防止に好適である。

この実施例２のノズル１２４を用いた場合も、実施例１と同一の作用効果を奏することができる。

図８は、実施例３のノズル２２４近傍を模式的に示す端面図による説明図である。
図８（Ａ）の端面図に示すように、ノズル２２４は、実施例１のノズル２４と同一の構成とし、半田片２０２ａを太く構成してもよい。この場合、半田片２０２ａは、ノズル２２４の溶融部２２４ｂの内壁２２５に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅である内径Ｓ２より一回り小さい程度の太さにすると良い。
この場合、溶融部２２４ｂの内壁２２５は、ノズル２２４内に供給された溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂを前記端子Ｔの先端Ｔｓに当接させる当接位置規制手段として機能する。

以上の構成により、案内部２２４ｃに供給された半田片２０２ａは、案内部２２４ｃのノズル２２４の内壁２２５に沿った姿勢で案内部２２４ｃを通過し、当該姿勢のまま、溶融部２２４ｂに案内される。そして、ノズル２２４と端子Ｔとが左右方向に大きく位置ズレした場合においても、半田片２０２ａの端子Ｔ側の端部の一部は端子Ｔの先端に必ず当接するため、溶融部２２４ｂに案内された半田片２０２ａを、当接位置ＡＰに確実に配置することができる。

また、当接位置ＡＰに案内された半田片２０２ａは、先端が端子Ｔの先端に当接し、周部が溶融部２２４ｂのノズル２２４の内壁２２５に当接または近接する。このため、当接位置ＡＰの半田片２０２ａは、案内方向だけでなく案内方向に垂直な方向への移動についても規制される。

そして、溶融前の半田片２０２ａの周部は、溶融部２２４ｂのノズル２２４の内壁２２５に当接または近接しているため、ノズル２２４からの熱伝導及び輻射熱伝達による伝熱を強く受けるようになる。

このため、当接位置ＡＰの半田片２０２ａは、周部から中心部に向かって徐々に溶融し、その溶融する様は、常に一定で、再現性がよい。これにより、溶融時の半田片２０２ａの形状変化のバラツキに起因した半田付け不良の発生を抑制することができる。

図８（Ｂ）の端面図に示すように、ここでも、当接位置ＡＰで溶融した半田片２０２ａは、溶融部２２４ｂのノズル２２４の内壁２２５と端子Ｔの先端に規制され、太く短い形状に変形させられる。そして、溶融した半田片２０２ａは、ノズル２２４の内壁２２５からの熱伝導による伝熱を受け、端子Ｔに伝える。これにより、端子Ｔを急速に加熱することができる。

この実施例３のノズル２２４を用いた場合も、実施例１と同一の作用効果を奏することができる。

図９は、実施例４のノズル３２４近傍を模式的に示す端面図であり、図９（Ａ）は溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂが端子Ｔの先端Ｔｓに当接した状態の端面図、図９（Ｂ）は半田片２ａが溶融した状態の端面図を示す。
ノズル３２４は、案内部３２４ｃのノズル３２４の内壁３２５が、筒状で、溶融部３２４ｂに隣接する部分が溶融部３２４ｂに向かって縮径する錐台状に形成されている。
この場合、実施例１と同様に、溶融部３２３ｃの内壁３２５は、ノズル３２４内に供給された溶融前の半田片２ａの端子Ｔ側の端部２ｂを前記端子Ｔの先端Ｔｓに当接させる当接位置規制手段として機能する。

以上の構成により、案内部３２４ｃと半田片２ａとの隙間を広く確保して、半田片２ａをスムーズに移動できるようにしつつ、縮径する錐台状の部分を半田片２ａが通過する時に、案内部３２４ｃ通過時に生じていた半田片２ａの姿勢の乱れを修正することができる。そして、当接位置ＡＰに所定の姿勢で再現性良く半田片２ａを案内できる。そのため、その後の半田付け動作におけるバラツキが低減でき、半田付け不良の発生を抑制できる。

この実施例４のノズル３２４を用いた場合も、実施例１と同一の作用効果を奏することができる。

尚、本願発明と実施形態の対応において、
半田片供給手段は、回転カッター５５と半田導入筒３４と押し込みロッド５９とに対応し、
加熱手段は、ヒータ３６に対応し、
相対距離変化手段は、近接離間方向移動ユニット６に対応し、
半田片の最小幅は外形Ｄ１に対応し、
溶融部のノズルの内壁に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅は内径Ｓ２に対応し、
するが、この発明は本実施形態に限られず他の様々な実施形態とすることができる。

例えば、接続対象をランドＲとすることに限らず、端子Ｔに巻き付けられたコイルの端部（図示省略）とするなど、端子Ｔと電気的に接続される適宜の対象とすることができる。この場合、上述した各実施例のようにランドＲにノズル２４の先端Ｔｓを当接させる構造とはならないが、ノズル２４の先端側２５ａの内側に半田片２ａの先端Ｔｓを挿入した状態で半田付けできる。この場合も上述した各実施例と同様の作用効果を奏することができると共に、端子Ｔとコイル端部を半田片２ａによって半田付けして電気信号が流れるようにできる。

また、ノズル２４の挿入部２４ａを無くし、ノズル２４の先端部分が溶融部２４ｂとなる構成とすることもなし得る。この場合、端子Ｔの先端Ｔｓをノズル２４の先端側２５ａの中心位置に近接させ、この状態で半田片２ａを供給し、この半田片２ａを溶融して略球状に変形させると良い。この場合も、溶融した半田片２ａから端子Ｔに熱が伝達され、溶融した半田片２ａが端子Ｔを伝って端子Ｔと接続対象（ランドＲまたはコイル端部）を半田付けすることができる。なお、上述した各実施例の方が、ノズル２４に端子Ｔの先端Ｔｓを挿入することで、端子Ｔに輻射熱を与える等の効果を得られるため、好ましい実施例である。

この発明は、生産設備で半田付けを実行するような産業に利用することができる。

１…半田付け装置
２ａ…半田片
６…近接離間方向移動ユニット
２０…ノズルユニット
２４…ノズル
３０…ヒータユニット
３４…半田導入筒
３６…ヒータ
５５…回転カッター
５９…押し込みロッド
１２４ｃ…案内部
Ｄ１…外形
Ｒ…ランド
Ｓ１…間隔
Ｓ２…内径
Ｔ…端子
Ｔｓ…先端

Claims (7)

1. 端子と当該端子に電気的に接続される接続対象とを半田付けする半田付け装置であって、
   前記端子の少なくとも先端を挿入または近接する筒状のノズルと、
   前記ノズルの内側へ半田片を供給する半田片供給手段と、
   前記半田片を加熱溶融する加熱手段と、
   前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、
   前記ノズル内に供給された溶融前の前記半田片の前記端子側の端部を前記端子に当接させ、当該溶融前の半田片を前記接続対象に接触させずに前記ノズル内に留めるように規制する当接位置規制手段を備え、
   前記当接位置規制手段は、
   前記端子の側面との間隔が溶融前の前記半田片の最小幅より短く形成された前記ノズルの内壁、
   または、
   溶融前の前記半田片を前記当接位置に所定の姿勢で案内し且つ案内方向に垂直な方向への前記半田片の移動範囲を規制する案内部、
   により構成された
   半田付け装置。
2. 端子と当該端子に電気的に接続される接続対象とを半田付けする半田付け装置であって、
   前記端子の少なくとも先端を挿入または近接する筒状のノズルと、
   前記ノズルの内側へ半田片を供給する半田片供給手段と、
   前記半田片を加熱溶融する加熱手段と、
   前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、
   前記ノズル内に供給された溶融前の前記半田片の前記端子側の端部を前記端子の先端に当接させ、当該溶融前の半田片を前記接続対象に接触させずに前記ノズル内で前記半田片の前記端子側の端部が前記端子の先端に当接する当接位置に留めるように規制する当接位置規制手段とを備えた
   半田付け装置。
3. 前記加熱手段は、前記端子の先端に当接した前記半田片に前記ノズルを介して熱伝達させる位置に設けられ、溶融前の前記半田片を前記当接位置で溶融させ太く短い形状に変形させる構成である
   請求項１または２記載の半田付け装置。
4. 前記ノズルは、前記端子の先端に当接した当接位置で溶融して略球状となるべき前記半田片が前記ノズルの内壁と当接する筒状の溶融部を有し、
   前記溶融部の前記ノズルの内壁に囲まれた空間の中心軸に垂直な端面の最小幅は、前記当接位置で前記半田片を溶融し１つの真球状に変形したと仮定した場合の当該真球の直径より小さい
   請求項１、２または３記載の半田付け装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の半田付け装置を用いて、
   前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる前記相対距離変化手段により前記ノズルに前記端子の少なくとも先端を挿入または近接し、
   前記ノズルの内側に前記半田片供給手段により半田片を供給し、
   供給された溶融前の前記半田片の端部を当接位置規制手段により前記端子に当接させ、
   当該当接によって前記端子側へ溶融前の前記半田片が移動しないように規制して前記加熱手段により前記半田片を加熱溶融する
   半田付け方法。
6. 請求項１から４のいずれか１つに記載の半田付け装置を用いて、
   前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる前記相対距離変化手段により前記ノズルに前記端子の少なくとも先端を挿入または近接し、
   前記ノズルの内側に前記半田片供給手段により半田片を供給し、
   供給された溶融前の前記半田片の前記端子側の端部を当接位置規制手段により前記端子に当接させ、
   当該当接によって前記端子側へ溶融前の前記半田片が移動しないように規制して前記加熱手段により前記半田片を加熱溶融し、
   前記溶融した半田片により前記電子部品の端子をプリント基板のランドに半田付けする
   プリント基板の製造方法。
7. 請求項１から４のいずれか１つに記載の半田付け装置を用いて、
   前記端子と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させる前記相対距離変化手段により前記ノズルに前記端子の少なくとも先端を挿入または近接し、
   前記ノズルの内側に前記半田片供給手段により半田片を供給し、
   供給された溶融前の前記半田片の前記端子側の端部を当接位置規制手段により前記端子に当接させ、
   当該当接によって前記端子側へ溶融前の前記半田片が移動しないように規制して前記加熱手段により前記半田片を加熱溶融し、
   前記溶融した半田片により前記端子と前記接続対象を半田付けする
   製品の製造方法。
   

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