JP6759348B2 - 対基板作業機、および挿入方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リードを有するリード部品を基板に装着する対基板作業機、およびリードを有するリード部品を基板に挿入するための挿入方法に関するものである。
基板に形成された貫通孔にリードが挿入され、そのリードにはんだ付けされることで、リード部品が基板に装着される。下記特許文献には、貫通孔に挿入されたリードに向かって、溶融はんだが噴流されることで、リードに溶融はんだを塗布し、リード部品を基板にはんだ付けする技術が記載されている。
国際公開第2014/045370号 特開2012−028712号公報
上記特許文献に記載の技術によれば、リード部品の基板へのはんだ付けを行うことが可能である。しかしながら、リードへの溶融はんだの塗布時に、リード部品の位置ズレが生じる虞がある。また、溶融はんだの塗布時だけでなく、溶融はんだの塗布が終了した後も、溶融はんだの硬化時に、表面張力などにより、リード部品の位置ズレが生じる虞がある。このように、リード部品の位置ズレが生じると、リード部品の装着精度が低下し、基板の品質が低下する。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、リード部品の装着精度を高くすることである。
上記課題を解決するために、本発明に記載の対基板作業機は、リードを有するリード部品を保持するとともに、基板に形成された貫通孔に前記リードを挿入させる保持装置と、前記貫通孔に挿入された前記リードに溶融はんだを塗布する塗布装置と、前記塗布装置が有する噴流装置移動装置と、制御装置とを備え、前記制御装置が、前記保持装置によって、前記貫通孔に前記リードを挿入する挿入部と、前記保持装置に保持された状態の前記リード部品の前記リードに、前記塗布装置により溶融はんだを塗布する塗布部と、前記塗布装置による前記リードへの塗布が終了した後も継続して前記リード部品が前記保持装置に保持されるように設定された設定時間が経過した後に、前記保持装置による前記リード部品の保持を解除する保持解除部とを有し、前記設定時間が、前記保持装置により保持されるリード部品の種類毎に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、リード部品の装着精度を高くすることが可能となる。
部品実装機を示す斜視図である。 部品装着装置を示す斜視図である。 はんだ付け装置を示す斜視図である。 制御装置を示すブロック図である。 回路基材の貫通孔に挿入されているリードに向かって溶融はんだが噴流されている状態を示す概略図である。 リードへの溶融はんだの噴流が終了した後も、リード部品が吸着ノズルによって保持されている状態を示す概略図である。
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。
<部品実装機の構成>
図1に、部品実装機10を示す。部品実装機10は、回路基材12に対する部品の実装作業を実行するための装置である。部品実装機10は、装置本体20、基材搬送保持装置22、部品装着装置24、マークカメラ26、パーツカメラ28、部品供給装置30、ばら部品供給装置32、はんだ付け装置(図3参照)36、制御装置(図4参照)38を備えている。なお、回路基材12として、回路基板、三次元構造の基材等が挙げられ、回路基板として、プリント配線板、プリント回路板等が挙げられる。
装置本体20は、フレーム部40と、そのフレーム部40に上架されたビーム部42とによって構成されている。基材搬送保持装置22は、フレーム部40の前後方向の中央に配設されており、搬送装置50とクランプ装置52とを有している。搬送装置50は、回路基材12を搬送する装置であり、クランプ装置52は、回路基材12を保持する装置である。これにより、基材搬送保持装置22は、回路基材12を搬送するとともに、所定の位置において、回路基材12を保持する。なお、以下の説明において、回路基材12の搬送方向をX方向と称し、その方向に直角な水平の方向をY方向と称し、鉛直方向をZ方向と称する。つまり、部品実装機10の幅方向は、X方向であり、前後方向は、Y方向である。
部品装着装置24は、ビーム部42に配設されており、2台の作業ヘッド60,62と作業ヘッド移動装置64とを有している。各作業ヘッド60,62の下端面には、図2に示すように、吸着ノズル66が設けられており、その吸着ノズル66によって部品を吸着保持する。また、作業ヘッド移動装置64は、X方向移動装置68とY方向移動装置70とZ方向移動装置72とを有している。そして、X方向移動装置68とY方向移動装置70とによって、2台の作業ヘッド60,62は、一体的にフレーム部40上の任意の位置に移動させられる。また、各作業ヘッド60,62は、スライダ74,76に着脱可能に装着されており、Z方向移動装置72は、スライダ74,76を個別に上下方向に移動させる。つまり、作業ヘッド60,62は、Z方向移動装置72によって、個別に上下方向に移動させられる。
マークカメラ26は、下方を向いた状態でスライダ74に取り付けられており、作業ヘッド60とともに、X方向,Y方向およびZ方向に移動させられる。これにより、マークカメラ26は、フレーム部40上の任意の位置を撮像する。パーツカメラ28は、図1に示すように、フレーム部40上の基材搬送保持装置22と部品供給装置30との間に、上を向いた状態で配設されている。これにより、パーツカメラ28は、作業ヘッド60,62の吸着ノズル66に把持された部品を撮像する。
部品供給装置30は、フレーム部40の前後方向での一方側の端部に配設されている。部品供給装置30は、トレイ型部品供給装置78とフィーダ型部品供給装置(図4参照)80とを有している。トレイ型部品供給装置78は、トレイ上に載置された状態の部品を供給する装置である。フィーダ型部品供給装置80は、テープフィーダ、スティックフィーダ(図示省略)によって部品を供給する装置である。
ばら部品供給装置32は、フレーム部40の前後方向での他方側の端部に配設されている。ばら部品供給装置32は、ばらばらに散在された状態の複数の部品を整列させて、整列させた状態で部品を供給する装置である。つまり、任意の姿勢の複数の部品を、所定の姿勢に整列させて、所定の姿勢の部品を供給する装置である。なお、部品供給装置30および、ばら部品供給装置32によって供給される部品として、電子回路部品,パワーモジュールの構成部品等が挙げられる。また、電子回路部品には、リードを有する部品,リードを有さない部品等が有る。
はんだ付け装置36は、搬送装置50の下方に配設されており、図3に示すように、噴流装置100と噴流装置移動装置102とを有している。噴流装置100は、はんだ漕106と、噴流ノズル108と、ノズルカバー110とを含む。はんだ漕106は、概して直方体形状をなし、内部に溶融はんだが貯留されている。噴流ノズル108は、はんだ漕106の上面に立設されている。そして、ポンプ(図示省略)の作動により、はんだ漕106から溶融はんだが汲み上げられ、噴流ノズル108の上端部から上方に向かって、溶融はんだが噴流する。また、ノズルカバー110は、概して、円筒状をなし、噴流ノズル108を囲うように、はんだ漕106の上面に配設されている。そして、噴流ノズル108の上端部から噴流された溶融はんだが、噴流ノズル108の外周面とノズルカバー110の内周面との間を通って、はんだ漕106の内部に還流する。
噴流装置移動装置102は、スライダ112と、X方向移動装置114と、Y方向移動装置116と、Z方向移動装置118とを有している。スライダ112は、概して板状をなし、スライダ112の上面には、噴流装置100が配設されている。また、X方向移動装置114は、搬送装置50による回路基材12の搬送方向、つまり、X方向に、スライダ112を移動させ、Y方向移動装置116は、スライダ112をY方向に移動させる。さらに、Z方向移動装置118は、スライダ112を、Z方向、つまり、上下方向に移動させる。これにより、噴流装置100は、搬送装置50の下方において、噴流装置移動装置102の作動により、任意の位置に移動する。
また、制御装置38は、図4に示すように、コントローラ152、複数の駆動回路154、画像処理装置156を備えている。複数の駆動回路154は、上記搬送装置50、クランプ装置52、作業ヘッド60,62、作業ヘッド移動装置64、トレイ型部品供給装置78、フィーダ型部品供給装置80、ばら部品供給装置32、噴流装置100、噴流装置移動装置102に接続されている。コントローラ152は、CPU,ROM,RAM等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路154に接続されている。これにより、基材搬送保持装置22、部品装着装置24等の作動が、コントローラ152によって制御される。また、コントローラ152は、画像処理装置156にも接続されている。画像処理装置156は、マークカメラ26およびパーツカメラ28によって得られた画像データを処理するものであり、コントローラ152は、画像データから各種情報を取得する。
<部品実装機の作動>
部品実装機10では、上述した構成によって、基材搬送保持装置22に保持された回路基材12に対して部品の装着作業が行われる。部品実装機10では、種々の部品を回路基材12に装着することが可能であるが、リードを有する部品(以下、「リード部品」と略して記載する場合がある)を回路基材12に装着する場合について、以下に説明する。
具体的には、回路基材12が、作業位置まで搬送され、その位置において、クランプ装置52によって保持される。次に、マークカメラ26が、回路基材12の上方に移動し、回路基材12を撮像する。これにより、回路基材12の保持位置等に関する情報が得られる。また、部品供給装置30若しくは、ばら部品供給装置32が、所定の供給位置において、リード部品を供給する。そして、作業ヘッド60,62の何れかが、部品の供給位置の上方に移動し、吸着ノズル66によって部品を保持する。なお、リード部品140は、図5に示すように、部品本体部142と、部品本体部142の底面から延び出す2本のリード144とによって構成されている。そして、リード部品140は、吸着ノズル66によって部品本体部142の底面と反対側の面において吸着保持される。
続いて、リード部品140を保持した作業ヘッド60,62が、パーツカメラ28の上方に移動し、パーツカメラ28によって、吸着ノズル66に保持されたリード部品140が撮像される。これにより、部品の保持位置等に関する情報が得られる。続いて、リード部品140を保持した作業ヘッド60,62が、回路基材12の上方に移動し、回路基材12の保持位置の誤差,部品の保持位置の誤差等を補正する。そして、吸着ノズル66により吸着保持されたリード部品140のリード144が、回路基材12に形成された貫通孔148に挿入される。
なお、リード144の挿入量は、リード部品140の種類毎に設定されている。具体的には、例えば、リード部品140の部品本体部142の底面が回路基材12の上面に接触するまで、リード144が貫通孔148に挿入される場合、リード部品140の部品本体部142の底面と回路基材12の上面とが離間した状態で維持されるように、リード144が貫通孔148に挿入される場合等、リード部品140の種類毎にリード144の挿入量が設定されている。ちなみに、本説明では、リード部品140の部品本体部142の底面と回路基材12の上面とが離間した状態で維持されるように、リード144が貫通孔148に挿入される場合、つまり、リード部品140の部品本体部142が回路基材12から浮いた状態で、リード144が貫通孔148に挿入される場合について説明する。
また、回路基材12の貫通孔148に、リード144が挿入される際には、貫通孔148の下方に、噴流装置100が移動している。そして、吸着ノズル66により保持された状態のリード部品140のリード144に向かって、溶融はんだが、噴流装置100によって噴流され、リード144に溶融はんだが塗布される。詳しくは、吸着ノズル66により吸着保持されたリード部品140のリード144が、回路基材12に形成された貫通孔148に挿入される際に、貫通孔148の下方に位置している噴流装置100が上方に移動し、貫通孔148に挿入されたリード144の先端部に、噴流装置100の噴流ノズル108が接近する。この際の噴流ノズル108の接近速度、つまり、噴流装置100の上昇速度V(mm/sec)は、予め設定されている。
なお、貫通孔148の下方に位置する噴流装置100では、噴流ノズル108の先端部から溶融はんだが噴流されている。このため、噴流装置100が所定の高さまで上昇すると、図5に示すように、噴流ノズル108の先端部から噴流されている溶融はんだ150が、リード144の先端部に塗布される。つまり、吸着ノズル66により吸着保持された状態のリード部品140のリード144に向かって、噴流ノズル108から溶融はんだ150が噴流され、リード144の先端部及び、回路基材12の貫通孔に溶融はんだ150が塗布される。なお、噴流装置100の上昇は、噴流装置100が所定の高さまで上昇した時点で停止し、噴流装置100は、その高さで維持される。
また、噴流ノズル108によるリード144への溶融はんだ150の塗布時間T(sec)が予め設定されている。このため、噴流ノズル108によるリード144への溶融はんだ150の塗布が開始してからの経過時間、つまり、噴流装置100が所定の高さまで上昇してからの経過時間が、タイマにより計測される。そして、タイマによる経過時間が塗布時間T(sec)となったタイミングで、噴流装置100が下降される。なお、噴流装置100が下降する際にも、噴流ノズル108から溶融はんだ150の噴流は継続して行われている。これにより、溶融はんだを噴流する噴流ノズル108がリード144から離間し、リード144への溶融はんだ150の塗布が終了する。なお、溶融はんだ150の塗布終了時に噴流ノズル108がリード144から離間する速度、つまり、噴流装置100の下降速度V(mm/sec)も予め設定されている。
なお、溶融はんだ150の塗布時間T1,噴流装置100の上昇速度V1,噴流装置100の下降速度Vは、溶融はんだが塗布されるリード部品140の種類毎、具体的には、リード部品140の大きさ,形状,熱容量,放熱比、リード144の長さ,径等に応じて、設定されている。これにより、リード部品140の種類に応じた量の溶融はんだを、リード144に塗布することが可能となる。
また、リード144への溶融はんだ150の塗布が終了した後も、リード部品140が吸着ノズル66によって保持されるように、保持時間T(sec)が予め設定されている。このため、リード144への溶融はんだ150の塗布が終了してからの経過時間、つまり、噴流装置100の下降が開始してからの経過時間がタイマにより計測される。そして、タイマによる経過時間が保持時間T(sec)となったタイミングで、吸着ノズル66によるリード部品140の保持が解除される。つまり、図6に示すように、リード144への溶融はんだ150の塗布が終了した後も、リード部品140は、所定の時間、吸着ノズル66によって保持される。
なお、保持時間T(sec)は、溶融はんだ150の塗布が終了してから、溶融はんだが硬化すると想定される時間として、設定されており、溶融はんだが塗布されるリード部品140の種類毎、具体的には、リード部品140の大きさ,形状,熱容量,放熱比、リード144の長さ,径等に応じて、設定されている。さらに言えば、リード144の貫通孔148への挿入量、リード部品140の装着姿勢、リード部品140の装着位置、要求されるリード部品140の装着精度等にも応じて、保持時間T(sec)は設定されている。このように、保持時間T(sec)が設定されることで、リード144への溶融はんだ150の塗布が終了した後に、溶融はんだ150が硬化するまで、リード部品140は吸着ノズル66によって保持される。
以上の作業により、部品本体部142が回路基材12から浮いた状態でリード部品140が回路基材12に装着され、装着されたリード部品140が、回路基材12にはんだ付けされる。これにより、貫通孔148に挿入されたリード144および、回路基材12のリード144が挿入された箇所に溶融はんだが塗布されることで、リード144と回路基材12とが電気的に接続され、電気回路が形成される。
このように、部品実装機10には、装着作業を実行する部品装着装置24と、はんだ付け作業を実行するはんだ付け装置36とが設けられている。このため、1台の部品実装機10において、回路基材12にリード部品140を装着し、そのリード部品140を回路基材12にはんだ付けすることが可能である。また、吸着ノズル66により保持された状態のリード部品140に、溶融はんだを塗布するとともに、塗布の完了したリード部品140を継続して吸着ノズル66により保持することで、リード部品140を装着予定位置に高精度ではんだ付けすることが可能となる。
一方、従来では、部品装着装置24を備えた装着作業機と、はんだ付け装置を備えたはんだ付け作業機とによって、装着作業とはんだ付け作業とが行われていた。このため、回路基材12にリード部品140を装着し、装着されたリード部品140を回路基材12にはんだ付けするためには、少なくとも2台の作業機が必要であった。また、はんだ付け作業機において、はんだ付け装置36によるはんだ付け作業が行われると、溶融はんだの噴流により、回路基材12に装着されたリード部品140が浮き上がる虞がある。また、リード144が挿入される貫通孔148の内径は、通常、リード144の外径より大きいため、溶融はんだの噴流により、貫通孔148の内部でリード144が位置ズレを生じる虞がある。さらに言えば、溶融はんだの噴流時だけでなく、溶融はんだの噴流が終了し、溶融はんだが硬化する際に表面張力などによって、リード部品140の浮き上がり、リード部品140の位置ズレ等が生じる虞もある。このように、リード部品140の浮き上がり、リード部品140の位置ズレ等が生じると、リード部品140の装着精度が低下し、回路基材12の品質が低下する。このため、従来の作業機では、リード部品140の浮き上がり、リード部品140の位置ズレ等を抑制するべく、リード部品140を回路基材12に装着した後に、治具などによって、リード144が貫通孔148に挿入された状態のリード部品140を固定する必要があった。つまり、装着作業とはんだ付け作業との間に、回路基材12に装着されたリード部品140を固定するための作業が行われていた。
しかしながら、部品実装機10では、上述したように、1台の作業機において、回路基材12にリード部品140を装着し、そのリード部品140を回路基材12にはんだ付けすることが可能である。これにより、作業機の台数を減らすことが可能となり、コストを削減するとともに、作業機の配設スペースを小さくすることが可能なる。また、作業機間で回路基材12を搬送する必要が無くなるため、作業時間を短縮することが可能となる。
さらに、部品実装機10では、吸着ノズル66によって保持された状態のリード部品140に対して、溶融はんだが塗布される。このため、溶融はんだの噴流によるリード部品140の浮き上がり、リード部品140の位置ズレ等が生じる虞がない。さらに言えば、リード144への溶融はんだの塗布が終了した後も、リード部品140が吸着ノズル66によって、所定時間、継続して保持される。このため、溶融はんだの硬化によるリード部品140の浮き上がり、リード部品140の位置ズレ等が生じる虞がない。これにより、リード部品140を回路基材12に装着した後に、治具などによるリード部品140の固定作業を行わなくても、高精度にリード部品140を回路基材12にはんだ付けすることが可能となる。
また、制御装置38のコントローラ152は、図4に示すように、挿入部160と、塗布部162と、保持解除部164とを有している。挿入部160は、リード部品140を貫通孔148に挿入するための機能部である。塗布部162は、貫通孔148に挿入されたリード144に溶融はんだを塗布するための機能部である。保持解除部164は、溶融はんだの塗布が終了してから保持時間T(sec)が経過した後に、吸着ノズル66によるリード部品140の保持を解除するための機能部である。
ちなみに、上記実施例において、部品実装機10は、対基板作業機の一例である。部品装着装置24は、保持装置の一例である。はんだ付け装置36は、塗布装置の一例である。制御装置38は、制御装置の一例である。挿入部160は、挿入部の一例である。塗布部162は、塗布部の一例である。保持解除部164は、保持解除部の一例である。また、挿入部160によって処理される工程は、挿入工程の一例である。塗布部162によって処理される工程は、塗布工程の一例である。保持解除部164によって処理される工程は、保持解除工程の一例である。
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、はんだ付け作業時に、溶融はんだがリード144に向かって噴流されているが、種々の手法により溶融はんだをリード144に塗布することが可能である。具体的には、例えば、貯留された溶融はんだにリード144を浸漬してもよく、溶融はんだが含浸された部材をリード144に接触させてもよい。
また、上記実施例では、回路基材12の上方からリード部品140が挿入され、回路基材12の下方から溶融はんだが塗布されているが、回路基材12の下方からリード部品140が挿入され、回路基材12の上方から溶融はんだが塗布されてもよい。ちなみに、回路基材12の上方から溶融はんだが塗布される際には、溶融はんだが、リード144に滴下されてもよい。
また、上記実施例では、部品本体部142が回路基材12から浮いた状態でリード部品140が回路基材12に装着されているが、部品本体部142が回路基材12に接触した状態でリード部品140が回路基材12に装着されてもよい。このように装着されたリード部品140であっても、溶融はんだが硬化する際に、表面張力などによりリード部品140が位置ズレを生じる虞があるため、溶融はんだの塗布終了後も継続してリード部品140が吸着ノズル66により保持される効果が充分に発揮される。
また、上記実施例では、溶融はんだの塗布が終了してから、タイマによる時間計測が開始されているが、種々のタイミングから、タイマによる時間計測を開始してもよい。例えば、溶融はんだの塗布が開始してから、タイマによる時間計測が開始されてもよい。ただし、溶融はんだの塗布が開始してから、タイマによる時間計測が開始される場合には、保持時間T(sec)は、溶融はんだの塗布が終了した後も継続してリード部品140が吸着ノズル66により保持されるように設定される。つまり、保持時間T(sec)は塗布時間T(sec)より長い時間に設定される。
また、上記実施例では、貫通部として、貫通孔148が採用されているが、回路基材12を上下方向に貫いていればよく、切欠きなども含む。
10:部品実装機(対基板作業機) 24:部品装着装置(保持装置) 36:はんだ付け装置(塗布装置) 38:制御装置 160:挿入部 162:塗布部 164:保持解除部

Claims (3)

  1. リードを有するリード部品を保持するとともに、基板に形成された貫通部に前記リードを挿入させる保持装置と、
    前記貫通部に挿入された前記リードに溶融はんだを塗布する塗布装置と、
    前記塗布装置が有する噴流装置移動装置と、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置が、
    前記保持装置によって、前記貫通部に前記リードを挿入する挿入部と、
    前記保持装置に保持された状態の前記リード部品の前記リードに、前記塗布装置により溶融はんだを塗布する塗布部と、
    前記塗布装置による前記リードへの塗布が終了した後も継続して前記リード部品が前記保持装置に保持されるように設定時間を設け、
    前記設定時間が経過した後に、前記保持装置による前記リード部品の保持を解除する保持解除部と
    を有する対基板作業機であって、
    前記設定時間が、
    前記保持装置により保持されるリード部品の種類毎に設定されている対基板作業機
  2. 前記保持解除部が、
    前記塗布装置による前記リードへの塗布が終了してから前記設定時間が経過した後に、前記保持装置による前記リード部品の保持を解除する請求項1に記載の対基板作業機。
  3. リードを有するリード部品を保持するとともに、基板に形成された貫通部に前記リードを挿入させる保持装置と、前記貫通部に挿入された前記リードに溶融はんだを塗布する塗布装置と、前記塗布装置が有する噴流装置移動装置とを備えた対基板作業機において、前記リード部品を基板に挿入する挿入方法において、
    前記保持装置によって、前記貫通部に前記リードを挿入する挿入工程と、
    前記保持装置に保持された状態の前記リード部品の前記リードに、前記塗布装置により溶融はんだを塗布する塗布工程と、
    前記塗布装置による前記リードへの塗布が終了した後も継続して前記リード部品が前記保持装置に保持されるように設定時間を設け、
    前記設定時間経過後に、前記保持装置による前記リード部品の保持を解除する保持解除工程と
    を含み、
    前記設定時間が、
    前記保持装置により保持されるリード部品の種類毎に設定されている挿入方法。
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