JP6563885B2 - 半田ごて温度測定システム及び半田ごて温度測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、半田付け装置の半田ごての温度を測定する半田ごて温度測定システム及び半田ごて温度測定方法に関する。

従来、プリント基板のランドに電子部品の端子を半田付けする、あるいはコイル端を端子に半田付けするなど、様々な半田付けが行われている。このような半田付けを行う半田付け装置は、加熱した半田ごてにより半田を溶融させて半田付けする。

このような半田付けにおける半田ごての温度を測定する温度測定装置が提案されている（特許文献１参照）。この温度測定装置は、はんだごてのこて先と接触させるはんだを収容する窪みを有する金属薄膜と、前記窪みの裏側に設けた赤外線放射材と、この赤外線放射材から放射される赤外線が入射する赤外線センサとを備え、前記赤外線に基づいて前記はんだごてのこて先の温度を測定するものである。

ここで、出願人は、筒状の半田ごてを用い、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等の端子を挿入し、内部で半田を溶融させ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２参照）。

このような半田付け装置は、半田ごてが筒状であることから、温度を精度よく測定することが難しい。
このため、上述のような温度測定装置を用いても、半田ごての温度を精度よく測定することができないという課題があった。

特開平１０−３２５７５６号公報 特開２０１３−１２０８６９号公報

この発明は、上述の課題に鑑みて、筒状の半田ごての温度を精度よく測定できる半田ごて温度測定システム及び半田ごて温度測定方法を提供することを目的とする。

この発明は、筒状の半田ごてを加熱手段で加熱して前記半田ごて内で半田付けする半田付け装置の前記半田ごての温度を測定する半田ごて温度測定システムであって、温度センサを用いて温度センサ周辺温度を測定する温度測定手段と、前記半田ごて内部に気体を導入して当該半田ごての先端から当該気体が抜けるように当該気体を流動させる気体導入手段とを備え、前記温度測定手段は、前記加熱手段により加熱された前記半田ごての内部の少なくとも一部を通過した前記気体の温度を前記温度センサにより測定する構成であり、前記半田ごてと前記温度センサとの相対位置を変化させる移動手段と、前記気体が前記半田ごて内部を流動する流動方向に見て前記半田ごて内部の所定の測定位置に前記温度センサが位置するように、前記移動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記移動手段を制御して前記流動方向に直交する平面上での前記温度センサの位置を変化させ、取得した温度のうち予め定められた条件に合致する温度であった位置を前記平面上の測定位置に定める平面上測定位置決定処理を実行する半田ごて温度測定システムであることを特徴とする。

この発明により、筒状の半田ごての温度を精度よく測定できる。

半田ごて温度測定システムの右側面図。 半田ごて温度測定システムの外観構成の説明図。 ヘッド部、ヒータユニット、およびノズルユニットの構成を示す拡大縦断面図。 ヒータユニット、ノズルユニット、および温度測定装置の一部の構成を示す拡大縦断面図。 温度測定装置上部とノズル先端部とを一部断面にして説明する説明図。 温度測定時の動作を示すフローチャート。

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、半田ごて温度測定システムＡの外観構成の説明図であり、図１は半田ごて温度測定システムＡの右側面図、図２（Ａ）は半田ごて温度測定システムの正面図、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、半田ごて温度測定システムＡは、半田付け装置１と、この半田付け装置１に設けられた温度測定装置１３０により構成されている。
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してランドと端子を接続するノズル２４（筒状の半田ごて）を装着したヘッド部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をステッピングモータ等の駆動手段によって半田付け対象に当接／離間（若しくは近接／離間）させる当接離間方向（図１の上下方向）に移動させる当接離間方向移動ユニット６（移動手段）と、当接離間方向移動ユニット６およびノズル２４をステッピングモータ等の駆動手段によってプリント基板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（移動手段）と、搬送方向移動ユニット７およびノズル２４をステッピングモータ等の駆動手段によって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（移動手段）と、ノズル２４の温度測定を行う温度測定装置１３０とを有している。このように、搬送方向移動ユニット７と搬送幅方向移動ユニット８によりＸＹ平面上でＸＹ方向にノズル２４を移動させ、当接離間方向移動ユニット６によりＸＹ平面に直交するＺ方向にノズル２４を移動させることで、３次元の移動を実現している。

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の上面および温度測定装置１３０の上面とほぼ同じ高さになるように構成されている。

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、ノズル２４の温度測定を行う温度測定位置（温度測定装置１３０の上方位置）となる。ヘッド部３は、これらの待機位置、半田付け領域、および温度測定位置のどの位置であっても当接離間方向移動ユニット６によって当接／離間させる方向に移動できる。

この構成により、半田付け装置１は、ノズル２４を、待機時には、待機ポジションＰ１（図１参照）の高さおよび位置に収納しておき、半田付け動作時には、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（図１参照）の高さに保持して半田付けを行い、また、ノズル２４の温度測定時には、領域Ｅ１，Ｅ２の外（温度測定装置１３０の上面の一部領域Ｅ１１，Ｅ１２）で温度測定装置１３０の上面近傍の温度測定ポジションＰ３（後述の図５参照）の高さに保持して温度測定を実行する。

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。
また、半田付け装置１の近傍には、表示入力装置１０が設けられている。この表示入力装置１０は、ディスプレイとこれに重ねて設けられたタッチパネルにより構成されており、当接離間方向移動ユニット６と搬送方向移動ユニット７と搬送幅方向移動ユニット８の手動制御を受け付けてノズル２４の位置を任意の位置に移動させる、あるいは設定温度等の適宜の情報の入力を受け付けて入力された情報を記憶するなど、適宜の操作入力を受け付ける。

図３はノズルユニット２０とヒータユニット３０が設けられたヘッド部３の拡大縦断面図であり、図４はノズル２４近傍の拡大縦断面図である。
図３に示すように、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７ｄ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２４ａ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。

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には、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、底部には、ヒータユニット３０と、その下方に配置されたノズル２４を備えたノズルユニット２０とが設けられている。

ヒータユニット３０の上方には、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。

半田付け動作時には、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。これにより、糸半田２は孔５５ａの挿入長さにカットされる。そして、それまで糸半田供給路５２と連通していた孔５５ａは移動して半田導入筒３４の孔３４ａと連通する。この孔５５ａと孔３４ａとが連通した状態で、押し込みロッド５９を孔５５ａに挿入すると、孔５５ａ内のカットされた糸半田２は半田導入筒３４の孔３４ａへと強制的に押し込まれて落下する。この際、孔５５ａに挿入された押し込みロッド５９（閉塞手段）は、半田導入筒３４の孔３４ａを上方から塞ぐ蓋の役目を果たすことにもなる。

また、これらの構成要素を駆動するべく、各要素は制御部１６３によって制御される。制御部１６３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、ノズル着脱用ステッピングモータ６６、カメラ６７、及び記憶部１６４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１６４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。なお、これ以降、ツールと記載するときは、ノズル２４、ノズルユニット２０、およびヒータユニット３０のいずれかを指す。

図４は、ヒータユニット３０、ノズルユニット２０、および熱電対１４５（温度センサ）を備えた温度測定装置１３０を正面から見た一部断面正面拡大図である。

ヒータユニット３０は、半田供給方向である鉛直方向の孔を有する円筒形の半田導入筒３４を内部に備え、この半田導入筒３４の下方に配置された半田ごてとなるノズル２４と半田導入筒３４を囲む円筒形のヒータ３６を備えている。

半田導入筒３４の基部側の側壁の一部には、開口部３４ｂが設けられている。この開口部３４ｂには、空気、窒素ガス等の気体を半田導入筒３４内に導入する気体導入路３９の一端が接続されている。気体導入路３９の他端はガス配管３９ａを介して当該気体を供給する高圧ガスボンベ１６５（気体導入手段）に接続されている。ガス配管３９ａの途中にはマスフローコントローラ３９ｂ（流量制御手段）が設置され、ガス配管３９ａ内を流動する気体の流量制御を行う。これにより、ヒータユニット３０内の半田導入筒３４を一定速度で一定量の気体が通り、ヒータユニット３０によって温められた気体がノズル２４内を通過する。

ノズルユニット２０は、ヒータユニット３０の下部に設けられ、円筒形に形成されたセラミック製のノズル２４と、このノズル２４をヒータユニット３０に取り付けるノズルホルダ２１とを有している、ノズルホルダ２１は、ノズル２４の先端部分を露出させた状態で、ノズル２４の半田供給方向（鉛直方向）の孔２４ａが半田導入筒３４の孔３４ａに連通するように、ノズル２４をヒータユニット３０に固定する。また、ノズルホルダ２１は、ノズル２４に加えてヒータ３６の外側も被覆し、ヒータ３６が露出するのを防止している。

半田付け動作時には、ノズル２４は、ヒータユニット３０により加熱される。半田付け装置１は、半田導入筒３４の孔３４ａに落下したカットされた糸半田２を、孔３４ａに連通するノズル２４の孔２４ａに供給し、この半田をノズル２４内で溶融してノズル２４の先端に接触しているスルーホールに半田付けして、この半田によってランドと端子を電気的に接続することができる（図１に示すＰ２参照）。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、温度測定装置１３０の上部と、測定待機時のノズル２４の先端部とを一部断面にして説明する説明図である。

温度測定装置１３０は、半田付け動作時にノズル２４がスルーホールに対して当接／離間する半田付け動作方向に長い円柱形の内部空間１３６を有する筐体１３５と、この筐体１３５のノズル２４側の端部に取り付けられる略リング状のカバー１３１を有している。

筐体１３５の内部空間１３６には、棒状の熱電対１４５（温度センサ）が半田付け動作方向（当接／離間方向）に平行に設けられている。この実施例では、熱電対１４５は、先端露出型のＫタイプを使用している。

熱電対１４５は、先端１４６がカバー１３１の中心位置より上方に突出して配置されている。なお、このように熱電対１４５の先端１４６が筐体１３５から上方へ突出する構成とするに限らず、先端１３６がカバー１３１の中心位置など内部空間１３６内に位置する構成としてもよい。

熱電対１４５の線経は、φ１ｍｍ以下が好ましく、φ０．５ｍｍ程度とする事が好適である。この実施例ではφ０．５ｍｍに構成されている。熱電対１４５の温接点となる先端１４６は球形に形成され露出している。このように熱電対１４５に細い線を用いることで、熱容量を小さくして熱ロスを抑制することができる。また、先端露出型のため応答速度が速いという利点がある。また、細い線を用いて形成された先端１４６は、外径がノズル２４の孔２４ａよりも十分に小さく、ノズル２４の孔２４ａ内部に容易に侵入することができる。

温度測定装置１３０は、図１に示すように、半田付け装置１内に設けられた温調器１６２（温度測定手段）に接続されている。この温調器１６２は、温度測定装置１３０から受け取る信号を温度データに変換し、変換された温度データは制御部１６３（温度取得手段）が取得する。

制御部１６３は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）、および信号やデータを外部から取得、あるいは外部に出力するＩ／Ｏポートを備え、制御、演算処理を行うコンピュータ制御装置が用いられる。

制御部１６３は、取得した温度データを基に測定した温度を表示入力装置１０に表示させると共に、当該温度データを記憶部１６４に記憶させる。
高圧ガスボンベ１６５は、ノズル２４の内部にガスを導入してノズル２４の先端からガスを抜けさせる。

図６は、温度測定時に制御部１６３が制御する動作を示すフローチャートである。この温度測定を実行する前の作業として、温度設定を実施する測定待機位置（初期位置）を設定する初期設定を行う。

＜初期設定＞
まず、制御部１６３は、使用するノズル２４がノズルホルダ２１によりヒータユニット３０に取り付けられることを許容する（ステップＳ１）。使用されるノズル２４は、標準ノズルや専用ノズル等、半田付け装置１の使用者若しくは初期設定作業者が適宜決定する。

制御部１６３は、ヒータ３６の加熱を開始する（ステップＳ２）。このとき、予め設定された温度（例えば半田溶融温度など）に加熱すると良い。
制御部１６３は、図１に示した半田付け装置１の当接離間方向移動ユニット６、搬送方向移動ユニット７、および搬送幅方向移動ユニット８を初期設定作業者の手動操作に応じて制御してノズル２４をＸＹＺの三次元方向に移動させ、温度測定開始時におけるノズル２４の測定待機位置（ノズル２４と温度測定装置１３０の相対位置）を決定する（ステップＳ３）。この測定待機位置は、ノズル２４の先端の中心から近接離間方向に少し離れた位置に温度測定装置１３０の熱電対１４５の先端１４６が位置するようにする、あるいはノズル２４の先端から近接離間方向に少し離れた位置でノズル２４の孔２４ａの外周近傍の位置に先端１４６が位置するようにするなど、適宜の位置とすることができる。この処理は、ＸＹＺ座標の目視合わせおよび座標入力の処理となる。

そして、制御部１６３は、初期設定作業者による測定２としてのＺ値の入力を表示入力装置１０により受け付け（ステップＳ４）、初期設定作業者による表示入力装置１０での目標温度の入力を受け付けて記憶部１６４に記憶する（ステップＳ５）。この目標温度は、例えば４５０℃とするなど、半田片を溶融して半田付けするためのノズル２４の温度として適切な適宜の温度に設定することができる。また、ステップＳ２でのヒータ３６の加熱温度と目標温度が異なる場合、この目標温度に合わせてヒータ３６の加熱温度を変更すると良い。

＜温度測定＞
＜事前準備＞
表示入力装置１０に表示しているＸＹＺ計測ボタンが押下されると（ステップＳ６）、制御部１６３は、高圧ガスボンベ１６５を制御し、気体導入路３９を通じて半田導入筒３４内へ空気、窒素ガス等の気体を導入する（ステップＳ７）。
このとき、制御部１６３は、半田導入筒３４内へ導入する気体の流量を、気体導入路３９に接続されたガス配管３９ａの途中に設置されたマスフローコントローラ３９ｂ（流量制御手段）により制御する。

またこのとき、制御部１６３は、半田導入筒３４の孔３４ａに連通する孔５５ａに押し込みロッド５９（閉塞手段）が挿入されるように制御し、ノズル２４の基端部の孔２４ａに連通する半田導入筒３４の孔３４ａを上方から塞ぐ。なお、この押し込みロッド５９による閉塞を実施しない構成としてもよい。

これにより、開口部３４ｂから半田導入筒３４内へ導入された気体は、半田導入筒３４の孔３４ａの下方に連通するノズル２４の孔２４ａを基部側から先端（図４の下端）に向けて流動する。そして、半田導入筒３４内およびノズル２４内を流動する間に温められ、ノズル２４の先端にまで達した気体は、流れ方向および流速を保持した状態でノズル２４外に放出される。この状態は、温度測定がすべて終了するまで保持される。なお、押し込みロッド５９による閉塞を実行しない場合は、ノズル２４の先端（下端）と半田導入筒３４の他端（上端）の両方から気体が抜ける。

ここで、半田導入筒３４内へ導入する気体の流量は、１．０〜２．０リットル／分が好ましく、１．５リットル／分が好適である。この半田導入筒３４内へ導入する気体の流量は、ノズル２４を過度に冷却することなく、半田導入筒３４内およびノズル２４内を層流となって気体が流動すると同時に、ノズル２４の孔２４ａの先端で外気が巻き込まれにくいように設定されている。

制御部１６３は、各駆動手段によってノズル２４を当接／離間させる方向、搬送方向、および搬送幅方向の３次元に移動させる当接離間方向移動ユニット６（移動手段）、搬送方向移動ユニット７（移動手段）、および搬送幅方向移動ユニット８（移動手段）を制御し、ノズル２４を温度測定装置１３０上方の測定待機位置（図５（Ａ）（Ｂ）参照）に移動する（ステップＳ８）。

ここで、温度測定に際して、外気の巻き込みの影響が小さく気流が安定しているノズル２４の孔２４ａの先端近傍で温度測定を行うために、ノズル２４の先端面２４ｃで囲まれた開口２４ｄと先端１４６との間隔（外部間隔）が０．５〜１．５ｍｍとなる位置にまでノズル２４を移動するのが好ましく、当該間隔が１．０ｍｍとなる位置にノズル２４を移動するのが好適である。
なお、ステップＳ１〜Ｓ６における入力および表示は、表示入力装置１０により実行する。

＜前測定＞
ノズル２４の温度測定をするとき、制御部１６３は、ヒータ３６（図４参照）（加熱手段）に供給する電力を制御し、設定温度として設定された半田付けに適した目標温度にノズル２４（半田ごて）を加熱する。半田付け実施途中で温度測定する場合は、ヒータ３６による加熱を継続しておけばよく、半田付けを実施していないときに温度測定のみをするときは、ヒータ３６を加熱して十分に加熱してから次の動作を進める。

図５（Ａ）のノズル２４近傍の縦断正面図、および図５（Ｃ）のノズル近傍の横断平面図に示すように、制御部１６３は、ノズル２４の先端２４ｃが熱電対１４５の先端１４６に（図５（Ａ）の上下方向に）接近した位置で前測定を実行する。

制御部１６３は、ノズル温度初期測定位置の割り出し方法として、搬送方向移動ユニット７と搬送幅方向移動ユニット８とを制御し、外部間隔を一定に保持した状態で、ノズルセンター位置を求める為、ノズル２４をＸ軸・Ｙ軸方向に各々第一ピッチ（例えば０．１６ｍｍ）ずつずらすことにより１番高い温度位置を割り出す。

すなわち、制御部１６３は、Ｘ方向に第一ピッチだけノズル２４を移動させ（ステップＳ９）、熱電対１４５により温度を測定し（ステップＳ１０）、温度分布の中心を測定できているか検証し、測定できていれば次に進み（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、測定できていなければ（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ９に処理を戻して繰り返す。この第一ピッチは、１ｍｍ以下とすることができ、０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．１６ｍｍとすることが好適である。

同様に、制御部１６３は、Ｙ方向に第一ピッチだけノズル２４を移動させ（ステップＳ１２）、熱電対１４５により温度を測定し（ステップＳ１３）、温度分布の中心を測定できているか検証し、測定できていれば次に進み（ステップＳ１４：ＹＥＳ）測定できていなければ（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１２に処理を戻して繰り返す。

制御部１６３は、ノズル２４の測定２位置にＺ方向へ移動させる（ステップＳ１５）。すなわち、制御部１６３は、図５（Ｂ）に示すようにＺ方向（ノズル２４の軸心方向）にノズル２４を移動し、ノズル２４の開口２４ｄから孔２４ａの内側へ所定距離だけ熱電対１４５の先端１４６を挿入した内部測定位置にノズル２４と熱電対１４５の相対位置を配置する。

ここで、ノズル２４のＺ方向位置は、１番高い温度位置（ノズルセンター位置）からＺ軸をノズル２４の先端面２４ｃの位置より内部（図示上方）に２ｍｍの位置に熱電対１４５の先端１４６が来るように下げる。

制御部１６３は、その位置より再度ノズル２４をＸ軸・Ｙ軸方向に各々０．０４ｍｍずつずらすことにより１番高い温度位置を割り出し温度測定精度を上げる。
すなわち、制御部１６３は、Ｘ方向に第二ピッチだけノズル２４を移動させ（ステップＳ１６）、熱電対１４５により温度を測定し（ステップＳ１７）、温度分布の中心を測定できているか検証し、測定できていなければ（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１６に処理を戻して繰り返す。この第二ピッチは、１ｍｍ以下とすることができ、０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．０４ｍｍとすることが好適である。

同様に、制御部１６３は、Ｙ方向に第二ピッチだけノズル２４を移動させ（ステップＳ１９）、熱電対１４５により温度を測定し（ステップＳ２０）、温度分布の中心を測定できているか検証し（ステップＳ２１）、測定できていなければ（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ステップＳ１９に処理を戻して繰り返す。

測定した温度が温度分布中心であれば（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、制御部１６３は、測定した温度と目標温度の差が所定値以内か否かを判定する（ステップＳ２２）。

所定値以内でなければ（ステップＳ２２：Ｔ＜０ ｏｒ Ｔ＞１）、制御部１６３は、ノズル２４をＺ方向（当接離間方向）に第三ピッチだけ移動させる（ステップＳ２３）。この第三ピッチは、１ｍｍ以下とすることができ、０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．０４ｍｍとすることができる。また、移動の方向としては、ステップＳ２２においてＴ＜０であればノズル２４を下げて熱電対１４５をノズル２４内により深く挿入する方向とし、Ｔ＞１であればノズル２４を挙げて熱電対１４５をノズル２４内から出す方向（挿入量を浅くする方向）とする、あるいはその逆とするなど、適宜の方向に定めておくことができる。

そして、制御部１６３は、温度測定を実施し（ステップＳ２４）、ステップＳ２２に処理を戻す。このステップＳ２２〜Ｓ２４により、目標温度に対して測定温度が１℃以内になるように調整することができる。

ステップＳ２２において所定値以内であれば（ステップＳ２２：０≦Ｔ≦１）、制御部１６３は、位置を確定して処理を終了する（ステップＳ２５）。この確定した位置がノズル２４内の中心位置となる。

以上を持ってノズル温度初期測定位置の割り出を終了とする。次回からの温度測定は、上記で決められたＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の座標位置へ移動しノズル温度を測定する。

以上の動作により、制御部１６３は、ノズル２４の外部の半田付け動作方向に見て開口２４ｄに対向する外部仮想面上の複数の点（外部測定位置）に先端１４６が順次位置するように、ノズル２４を（図５（Ａ）の前後方向および左右方向に）移動して各位置の前測定を実施できる。こうして制御部１６３は、外部仮想面上における図５（Ｃ）に示すＸ方向２０１およびＹ方向２０２の格子状の各点で温度を測定できる。なお、このＸ方向２０１とＹ方向２０２の移動範囲は、ノズル２４の内面に熱電対１４５が接触しない範囲に設定されている。これにより、熱電対１４５がノズル２４に接触して測定誤差が出ることを防止している。

なお、先端１４６が外部仮想面上の各点に位置した際に、熱電対１４５により測定された測定データは、その都度、温度測定装置１３０から温調器１６２（温度測定手段）に送信され、その後、温調器１６２で温度データに変換され、制御部１６３（温度取得手段）に送信される。こうして、制御部１６３は、ノズル２４の外部温度の温度データ（実測温度）を取得する。

また、制御部１６３（演算手段）は、取得したノズル２４の外部温度の温度データに基づいて、所定条件に合致する位置を本測定におけるＸＹ方向のノズル位置として設定することができる。この所定条件は、最高温度を示す外部仮想面上の最高温度点とする、あるいは、目標温度から前測定での各点の測定温度を減算し、差が最も小さい点とするなど、適宜の条件とすることができる。これにより、安定して温度測定できるＸＹ方向の位置にノズル２４と熱電対１４５の相対位置を設定できる。

このように熱電対１４５の先端１４６がノズル２４の内部測定位置に位置した後、所定の時間（保持時間）その状態が保持される。ここで、当該安定保持時間は約１０秒に設定されている。

ここで、半田付け動作時には、ノズル２４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端子（ピン）を挿入し、端子に当接する半田をノズル２４内部で溶融させて半田付けを行っている。すなわち、溶融前の半田は、ノズル２４の開口２４ｄから端子の長さ分だけ奥に入った位置で加熱されている。よって、本測定時におけるノズル２４内部での内部測定位置の決定に当たっては、使用する端子の長さおよび溶融前の半田の長さ（例えば、２．０〜１５．０ｍｍ）を考慮した上で、その都度決定する。もっとも、多くの場合、温度測定に際して、ノズル２４の先端面２４ｃで囲まれた開口２４ｄと先端１４６との間隔（内部間隔）が１．０〜３．０ｍｍとなる位置にまでノズル２４を移動するのが好ましく、当該間隔が２．０ｍｍとなる位置にノズル２４を移動するのが好適である。

＜本測定＞
図６（Ｂ）に示すように、制御部１６３は、通常計測ボタンが押下される等して本測定開始の信号を受け取ると（ステップＳ３１）、熱電対１４５により内部測定位置で温度測定する本測定を実行する（ステップＳ３２）。測定データは、温度測定装置１３０から温調器１６２（温度測定手段）に送信される。そして、送信された測定データは、温調器１６２で温度データに変換された後、制御部１６３（温度取得手段）に送信される。
この本測定は、半田付け装置１による半田付けを実行する稼働前に行っている場合であれば、ステップＳ３１の後にヒータ３６の加熱を開始し送風を実行してから温度測定（ステップＳ３２）を実施すればよく、半田付け装置１による半田付けを連続実行している途中で定期点検として実施する場合であれば、ヒータ３６が加熱されているのでそのまま加熱を継続し、送風もそのままと（若しくは送風量が違うか送風していなければ温度測定用の送風量に切り替え）として温度測定（ステップＳ３２）を実施すればよい。

こうして、制御部１６３は、ノズル２４の内部温度の温度データ（実測温度）を取得する。このとき、制御部１６３は、受信信号を温度に変換する演算処理を実行する。

制御部１６３は、測定したノズル２４の内部温度を表示入力装置１０に表示させると共に、内部温度の温度データを記憶部１６４に記憶させるノズル温度出力処理を実行する。
制御部１６３は、高圧ガスボンベ１６５を制御し、空気、窒素ガス等の気体の導入を停止し、温度測定処理を終了する。

以上の構成および動作により、筒状のノズル２４内の少なくとも一部を通過した気体の温度を測定し、ノズル２４の先端２４ｃの温度を短時間で精度良く測定することができる。すなわち、例えばノズル２４に熱電対１４５を接触させて温度測定する場合、円筒形のノズル２４の部位における温度差等により、ノズル２４の全体的な温度を精度よく測定することができず、不安定な測定結果となる。

これに対して、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、ノズル２４の孔２４ａ内を通過してきた気体、すなわちノズル２４内全体で温められた温風の温度を熱電対１４５により測定するため、ノズル２４に接触して温度測定する場合のように接触部位の違いによる温度のずれを防止することができる。

ノズル２４内の少なくとも一部とは、ノズル２４の基部側、中央部、先端部など適宜の部位とすることができ、ノズル２４内全体とすることができる。これにより、少なくともノズル２４内の一部を通過してノズル２４の温度の影響を受けた気体の温度を測定できる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、気体を溜めることなく流動させつづけ、流動する気体の温度を測定するため、安定した温度測定を実現できる。すなわち、例えばノズル２４の先端から気体が抜け出ずにたまっている場合、たまった気体の温度が徐々に上昇してしまう。しかし、流動させ続ける気体を測定することによって、このような温度上昇が発生せず、安定した温度測定を実現できる。実際に実験したところ、この気体の温度とノズル２４の温度（若しくはヒータ３６の温度）は相関がとれており、目標温度に向けて正常動作をしている状態のノズル２４を測定すると、ほぼ目標温度を取得できる。

また、本測定の位置を上記温風の通過方向でノズル２４ａの先端２４ｃの近傍位置とすることで、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、ノズル２４内で十分に温められた温風を測定でき、効率よく温度測定できる。さらに、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、前測定によりＸＹＺの３次元上における最適条件の位置、例えば最高温度の位置若しくは目標温度との差が最も少ない位置を定め、高精度に測定することができる。すなわち、温風の最高温部が孔２４ａの中心ではなく偏っているような場合でも、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、最高温部の温度を測定できるために、ノズル２４の加熱状況が部位によって異なっていてもノズル２４全体の温度（平均温度または最高温度など）を精度よく測定できる。

また、通常はノズル２４の孔２４ａの中心（軸心）が最も高温であり、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、この最も高温となっている中心位置を探ることを前測定により短時間で精度よく実施することができる。
また、ノズル２４内で測定する為、外乱の影響を受けない為最高温度位置を確実に測定できる

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、前測定において、外気の巻き込みの影響が小さく気流が安定しているノズル２４の先端近傍で温度測定を行うため、ノズル２４の外部温度の温度データ（実測温度）として、高い精度で、かつ、高い再現性の温度データを測定できる。したがって、この温度データ（実測温度）に基づいて、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、好適な内部測定位置を正確に決定できる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、送風して温度測定している間、ヒータ３６により加熱し続けていることにより、送風によってノズル２４の温度が低下していくことがなく、安定した温度で測定することができる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、半田付け作業時に、溶融前の半田が加熱され現に溶融するノズル２４内部の内部測定位置に熱電対１４５の先端１４６を配置できるため、溶融前の半田に付与されている熱量を正確に把握することができる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、ノズル２４の孔２４ａ内で乱流の発生を抑制して気体の流れを安定させることができ、内部測定位置に配置された先端１４６が測定する実測温度も安定し、ばらつきを少なくすることができる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、測定に用いる熱電対１４５の先端１４６が細い線により小さく形成されているため、熱電対１４５を内部測定位置等に正確にピンポイントで配置することができる。また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、このように先端１４６が細い線により小さく形成されているため、応答速度が速く、温度測定に要する待ち時間を短くでき、測定時間を短縮できる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、ステッピングモータ等の駆動手段を備えた移動手段を、コンピュータ制御装置を用いた制御部１６３が制御して、ノズル２４を移動させることにより、熱電対１４５の先端１４６を外部測定位置あるいは内部測定位置に配置している。このため、人が手動で測定する場合に繰り返し精度が±５℃程度であったことに比べて、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、繰り返し精度が±１℃以内と高い再現性を実現できる。しかも、先端１４６の内部測定位置等への配置精度を人手で行うよりも高くできる上に、短時間での配置が可能である。その上、人の手を介在せずに済むため、加熱されているノズル２４等に人の手が接触してしまうことを防止できる。

また、半田付け装置１は、人の手を介さずとも温度測定装置３０によりノズル２４の温度を自動測定できるため、半田付けを行っているラインを停止させることなく温度測定を実行できる。このため、半田付け処理をするラインの稼働中にリアルタイムにノズル２４の温度状態を測定でき、ヒュームの付着状態やノズル２４の欠損等を診断してノズル２４の交換時期をアラームで報知するといったことが可能となる。

また、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、半田付け作業時と同様に、制御部１６３の制御の下で温度測定を自動で行うため、半田付け作業からの移行に際して、段取り替え等を特に必要とせず、装置稼働率の低下を抑制できる。具体的には、人による測定の場合、手作業による測定時間２０秒と、半田付け装置１を停止させる時間３０秒が必要なため５０秒を要するが、本発明の半田ごて温度測定システムＡは１５秒で温度測定を完了させることができる。

こうして精度よく測定したノズル２４の先端２４ｃの温度を利用して、半田付け装置１の連続稼働によってノズル２４内に半田やフラックスが付着してノズル２４の温度上昇が妨げられるようになっている場合や、何らかの原因によってノズル２４の先端２４ｃの温度が下がってきている（あるいは熱しすぎている）状況を把握し、その状況に応じて適切な対策を実行することができる。これによって、半田付け装置１による半田付けの連続運転時間を長時間化し、かつ、適切な時点でノズル２４のクリーニングやノズル２４の交換等を実施できるため、半田付け装置１の稼働率を向上させることができる。

このように、本発明の半田ごて温度測定システムＡは、ノズル２４の先端２４ｃの温度を短時間で精度よく測定できることにより、ノズル交換若しくはノズル清掃の必要な時期を精度よく判定でき、またヒータによる加熱温度を状況に応じて適宜に調整でき、半田不良をゼロに近づけることができ、しかも連続運転期間をできる限り長くすることができる。

なお、この発明は、上述した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、ＸＹ方向の位置は、前測定で最高温度の位置または目標温度との差が最も小さい位置とするのではなく、孔２４ａの中心位置としてもよい。この場合、上述した実施例１よりも多少精度が落ちる可能性があるが、それでもノズル２４に熱電対１４５を接触させて温度測定するよりも精度のよい温度測定を実現できる。

また、ノズル２４内に導入する気体は、高圧ガスボンベ１６５のガスに限らず、周辺から取り込んだ空気としても良い。また、このようにノズル２４に供給する気体は、周辺の雰囲気温度のままでそのまま導入する、あるいは適宜のヒータやクーラによって所定温度に調整してから導入するなど、適宜の構成とすることができる。温度調整されていない気体を導入する場合は、導入前の気体の温度によって本測定を実施する測定時間を調整する、あるいは導入する気体の流速を調整してもよい。

また、半田付け装置１に挿着するノズル２４の種類を変更した際に、外部仮想面上でＸ方向２０１およびＹ方向２０２に前測定する範囲、および本測定時に孔２４ａ内に熱電対１４５を挿入する距離を変更できるように構成してもよい。この場合、多様なノズルの種類に応じて適切な温度測定を実行できる。

また、前測定の範囲はノズル２４の孔２４ａの範囲よりも広くしておき、本測定用のＸＹ方向の位置は熱電対１４５が孔２４ａ内に収まりノズル２４の内壁に接触しない位置となるように設定してもよい。この場合、万一最適な条件のＸＹ方向の位置に熱電対１４５を配置するとノズル２４の内壁に接触するか孔２４ａ内に挿入できないような場合には、測定エラーとする、あるいは、熱電対１４５が孔２４ａ内に入ってかつノズル２４に接触しない範囲で当該位置にＸＹ平面上で最も近い位置とする等、適宜の構成とすることができる。

また、本測定で測定した温度に応じて、ヒータ温度を校正するように構成してもよい。この場合、次のようにヒータ温度構成処理を行うと良い。

＜ヒータ温度校正＞
＜温度比較＞
制御部１６３は、上述の＜温度測定＞により取得したノズル２４の内部温度の温度データ（実測温度）と、目標温度とを比較する。

＜設定温度変更＞
実測温度と目標温度との温度差が１℃以上の場合には、制御部１６３は、設定温度から当該温度差を差し引いた温度を新たな設定温度として設定し直した上で、ヒータ３６（図４参照）（加熱手段）に供給する電力を制御し、ノズル２４（半田ごて）を加熱する。
この状態で、制御部１６３は、上述の＜本測定＞を実行する。

制御部１６３は、実測温度と目標温度との温度差が１℃未満になるまで、＜本測定＞、＜温度比較＞、および＜設定温度変更＞の一連の工程を繰り返させる。

実測温度と目標温度との温度差が１℃未満になった時点で、＜ヒータ温度校正＞は終了する。

このように構成することで、＜ヒータ温度校正＞も、＜温度測定＞と同様に、制御部１６３の制御の下、半田付け装置１が自動で行うため、段取り替え等が不要であり、装置稼働率の低下を抑制できる。

また、＜ヒータ温度校正＞は、形状あるいは熱容量の異なる新たなノズル２４に交換した際に特に有用で、当該交換後のヒータ温度の校正を迅速、且つ的確に実施することができる。

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。

２４…ノズル
２４ａ…孔
１３０…温度測定装置
１４５…熱電対
１４６…先端

Claims (3)

1. 筒状の半田ごてを加熱手段で加熱して前記半田ごて内で半田付けする半田付け装置の前記半田ごての温度を測定する半田ごて温度測定システムであって、
   温度センサを用いて温度センサ周辺温度を測定する温度測定手段と、
   前記半田ごて内部に気体を導入して当該半田ごての先端から当該気体が抜けるように当該気体を流動させる気体導入手段とを備え、
   前記温度測定手段は、前記加熱手段により加熱された前記半田ごての内部の少なくとも一部を通過した前記気体の温度を前記温度センサにより測定する構成であり、
   前記半田ごてと前記温度センサとの相対位置を変化させる移動手段と、
   前記気体が前記半田ごて内部を流動する流動方向に見て前記半田ごて内部の所定の測定位置に前記温度センサが位置するように、前記移動手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記移動手段を制御して前記流動方向に直交する平面上での前記温度センサの位置を変化させ、取得した温度のうち予め定められた条件に合致する温度であった位置を前記平面上の測定位置に定める平面上測定位置決定処理を実行する
   半田ごて温度測定システム。
2. 前記制御手段は、
   前記平面上測定位置決定処理により定めた前記平面上の測定位置で、かつ、前記半田ごての先端から前記流動方向へ所定距離の流動方向測定位置となる三次元位置を本測定位置と定め、
   前記移動手段によって前記半田ごてと前記温度センサの相対位置を前記本測定位置に位置させてから前記温度測定手段による本温度測定を実施し、
   前記本温度測定により測定した本温度を出力する構成である
   請求項１記載の半田ごて温度測定システム。
3. 筒状の半田ごてを加熱手段で加熱して前記半田ごて内で半田付けする半田付け装置の前記半田ごての温度を測定する半田ごて温度測定方法であって、
   温度センサを用いて温度センサ周辺温度を測定する温度測定手段と、
   前記半田ごて内部に気体を導入して当該半田ごての先端から当該気体が抜けるように当該気体を流動させる気体導入手段が備えられ、
   前記温度測定手段は、前記加熱手段により加熱された前記半田ごての内部の少なくとも一部を通過した前記気体の温度を前記温度センサにより測定するものであり、
   前記半田ごてと前記温度センサとの相対位置を変化させる移動手段と、
   前記気体が前記半田ごて内部を流動する流動方向に見て前記半田ごて内部の所定の測定位置に前記温度センサが位置するように、前記移動手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記移動手段を制御して前記流動方向に直交する平面上での前記温度センサの位置を変化させ、各位置での温度を前記温度測定手段により取得する準備測定処理と、
   取得した温度のうち予め定められた条件に合致する温度であった位置を前記平面上の測定位置に定める平面上測定位置決定処理とを実行する
   半田ごて温度測定方法。
   

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