JP7209319B2 - はんだ付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動はんだ付け装置（ロボット）を使用して各種電子部品をプリント配線基板等に自動的にはんだ付けするはんだ付け装置に関するものである。

従来から、ＩＣやＬＳＩといった各種電子部品をプリント配線基板等に自動的にはんだ付けするはんだ付け装置が知られている。特許文献１には、はんだ鏝を備えたはんだ付けヘッドと、はんだ付けヘッドを制御する制御装置（はんだ付けコントローラ）とを有するはんだ付け装置が開示されている。このはんだ付け装置は、前記はんだ鏝に、鏝先を加熱するヒーターと、温度センサーとが内蔵されており、この温度センサーで取得された鏝先温度に関する信号が前記はんだ付けコントローラへと伝送され、該信号に基づき、該コントローラで前記ヒーターを制御するように構成されている。

ところで、この種のはんだ付け装置の温度センサーとしては、例えば特許文献２に示すはんだ鏝のように、アナログ信号形式の温度信号を出力する熱電対が用いられているが、アナログ信号は外乱の影響を受けやすく、温度センサーからコントローラまでの配線距離が長いと、温度ドリフト（取得温度のバラつき）や電磁ノイズの影響が大きくなる。そのため、コントローラで読み取られる鏝先の温度と実際の鏝先温度との間で誤差が生じ、鏝先の温度制御を精度良く行うことができない。

特開２００９－０２１３２６号公報 特開２０１２－１２１０４３号公報

はんだ鏝の鏝先の温度を測定する温度センサーと、鏝先の温度を制御するコントローラとを備えたはんだ付け装置において、温度センサーで取得される温度信号を正確にコントローラへと伝送することで、鏝先の温度制御を精度良く行うことができるはんだ付け装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明によれば、 はんだ鏝、及び、はんだ供給ノズルを有するはんだ付けヘッドと、該はんだ付けヘッドが取り付けられてはんだ付けのために変位するはんだ付けアームと、前記はんだ鏝に内蔵されて該はんだ鏝の鏝先を加熱するヒーターと、前記はんだ鏝に内蔵されて前記鏝先の温度を検出する温度センサーと、はんだ付け装置全体を制御するコントローラとを有し、前記ヒーターは、はんだ鏝の外部に配設された前記コントローラに給電線を介して接続され、前記温度センサーは、前記コントローラに信号伝送機構を介して接続され、前記信号伝送機構は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有する信号中継器と、前記温度センサーと該信号中継器とを結ぶアナログ線と、該信号中継器と前記コントローラとを結ぶデジタル線とを有し、前記信号中継器は、前記はんだ鏝の外部のはんだ付け時に該はんだ鏝と一体となって変位する位置に配置されていて、前記アナログ線の長さは前記デジタル線の長さよりも短いことを特徴とするはんだ付け装置が提供される。

本発明において好ましくは、前記信号中継器が、前記はんだ付けアームに取り付けられていることである。

また、前記給電線は、前記信号中継器を介して前記ヒーターと前記コントローラとを結んでいることが好ましく、この場合、前記信号中継器には、前記給電線の一部をなす中継給電線が設けられ、前記コントローラにそれぞれ一端を接続された一次側給電線及びデジタル線の他端が、共通の一次側電気コネクタを介して前記中継給電線の一次側端子及び前記Ａ／Ｄ変換部のデジタル端子に接続され、前記ヒーターに一端を接続された二次側給電線の他端及び前記温度センサーに一端を接続されたアナログ線の他端が、共通の二次側電気コネクタを介して前記中継給電線の二次側端子及び前記Ａ／Ｄ変換部のアナログ端子に接続されていることが好ましい。

本発明のはんだ付け装置は、鏝先温度測定用の温度センサーと、鏝先の温度を制御するコントローラとの間に信号伝送機構が設けられていて、この信号伝送機構は、Ａ／Ｄ変換部を備えた信号中継器と、温度センサーと信号中継器との間を結ぶアナログ線と、信号中継器とコントローラとの間をデジタル線とから成り、アナログ線の長さがデジタル線の長さよりも短い。よって、該はんだ付け装置によれば、外乱の影響を受けやすいアナログ信号形式の温度信号が短いアナログ線を通じて信号中継器に送られると共に、該信号中継器でデジタル信号に変換されてコントローラへと伝送されることから、温度センサーからコントローラまでの距離が遠い場合でも、該温度センサーから出力される温度信号が正確にコントローラに送られ、鏝先の温度制御を精度よく行うことができる。

本発明に係るはんだ付け装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の側面図である。 信号伝送機構の信号中継器を示す拡大図である。 前記信号伝送機構を概略的に示すブロック図である。

図１－図４は本発明に係るはんだ付け装置の一実施形態を示すものである。このはんだ付け装置１は、はんだ鏝２及び該はんだ鏝２の鏝先２ａに線状はんだを供給するはんだ供給ノズル３を備えたはんだ付けヘッド４と、該はんだ付けヘッド４が取り付けられたはんだ付けアーム８と、プリント配線基板等のはんだ付け対象物を載置するテーブル５と、前記はんだ付けアーム８とテーブル５とを、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の３軸方向と前記はんだ付けアーム８の回転軸であるＲ軸回りとに相対的に変移自在なるように支持する機体６と、はんだ付けの合間に前記鏝先２ａに付着した残存はんだを除去する鏝先クリーナー２０と、はんだ付け装置１全体を制御するコントローラ７とを備えている。

前記機体６は、基台１１と、該基台１１の後端部から立ち上がった左右の支柱１２，１２と、該左右の支柱１２，１２の上端間を水平方向（Ｘ軸方向）に延びるアームガイド１３と、このアームガイド１３に沿ってＸ軸方向に移動自在のアームホルダー１４と、このアームホルダー１４に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動自在かつＲ軸の回りに回転自在なるように支持された前記はんだ付けアーム８とを有している。また、前記基台１１の上面には前後方向（Ｙ軸方向）に延びるガイドレール１５が設けられていて、該ガイドレール１５上に、前記テーブル５がＹ軸方向に移動自在に支持されている。

前記はんだ鏝２は、鏝取付部１９に、前記はんだ付けアーム８の回転軸線であるＲ軸に対して傾斜した姿勢で取り付けられ、該鏝取付部１９、及び該鏝取付部１９が取り付けられた中継ボックス１６を介して、前記はんだ付けアーム８に取り付けられており、該はんだ鏝２の先端に前記鏝先２ａが形成されている。

前記鏝取付部１９は、前記はんだ鏝２を、傾斜角度を調整可能なるように支持すると共に、複数のはんだ付け部位を順次はんだ付けする際に、該鏝取付部１９に組み込まれた不図示のエアシリンダによって前記はんだ鏝２を小ストロークで昇降させるもので、複数の部品を組み合わせて形成されているが、その構成自体は公知であるので、その具体的な説明は省略する。

一方、前記中継ボックス１６は、前記はんだ付けヘッド４を前記コントローラ７及び圧縮空気源に不図示の配線及び配管により接続するため、中継端子や電磁弁あるいはエアシリンダ等の電気機器及び流体圧機器を内部に収容したもので、前記はんだ付けアーム８に、該はんだ付けアーム８と一体となって変位するように固定されている。

また、前記はんだ鏝２には、前記鏝先２ａを加熱するためのヒーター９と、該鏝先２ａの温度を測定するための温度センサー１０とが内蔵され、前記ヒーター９とコントローラ７とが、電力供給用の給電線Ｗ（図４参照）を介して接続され、前記温度センサー１０とコントローラ７とが、信号電送機構３０を介して接続されている。
前記温度センサー１０としては、２つの異種金属線の先端同士を接合してその接合点を測温接点とした熱電対が使用され、この熱電対によりアナログ信号として測定された温度信号が、前記信号電送機構３０でデジタル信号に変換されて前記コントローラ７に送られるように構成されているが、その詳細については後で述べることとする。

前記はんだ供給ノズル３は、前記中継ボックス１６に取り付けられたはんだ供給装置２５にチューブ１７を介して接続されている。このはんだ供給装置２５は、プーリー１８に巻いた線状はんだを所要量ずつ鏝先２ａに向けて送るためのもので、前記コントローラ７からはんだの供給タイミングや供給量等の制御指令を受けると、その制御指令に応じて、該プーリー１８に巻かれた線状はんだが、前記チューブ１７を通じてはんだ供給ノズル３から前記鏝先２ａに供給されるようになっている。

前記鏝先クリーナー２０は、前記基台１１の上面に設けられていて、前記Ｙ軸方向に移動するテーブル５に接触しない位置に配置されている。鏝先クリーナー２０は、矩形箱状のケーシング２１と、先端の噴射口から圧縮エアを噴射するエアノズル２３とを有し、このエアノズル２３の噴射口がケーシング２１に設けられた開口２２を通じて該ケーシング２１内に配されている。鏝先２ａに付着した残存はんだを除去する場合には、鏝先２ａがケーシング２１の上方に位置するようにはんだ付けヘッド４が駆動され、それからはんだ付けアーム８が伸長することで該鏝先２ａが開口２２に挿入されて、ケーシング２１内に配された該鏝先２ａに向けて圧縮エアが噴射される。

前記コントローラ７は、前記鏝先２ａの温度制御を含む前記はんだ付け装置１全体の制御を行うもので、前記基台１１の内部に格納されている。このコントローラ７には、自動はんだ付けに必要な作業のプログラムや計算式等が予め記憶されている。はんだ付けを行うときは、コントローラ７に対して、前記鏝先２ａの加熱目標温度、複数のはんだ付け部位に対するはんだ付けを行う順番等の条件を設定する。この場合、基台１１の前面に設けられた操作パネル１１ａを操作して前記条件を設定するか、ＬＡＮポート１１ｂやＣＯＭポート１１ｃにＰＣ等の外部端末を接続しこの外部端末を通じて設定することができる。そして、動作開始スイッチを押すことで、前記ヒーター９により鏝先２ａが加熱されると共に、はんだ付けアーム８に取り付けられた前記はんだ鏝２がはんだ付け部位に向かって移動してはんだ付けが自動的に行われる。はんだ付け作業中、前記コントローラ７により、温度センサー１０によって測定された温度信号に基づいて、鏝先２ａが前記加熱目標温度となるようにヒーター９が制御されるように構成されている。

図４に示すように、前記信号伝送機構３０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３２を有する矩形箱状の信号中継器３１と、温度センサー１０とこのＡ／Ｄ変換部３２とを接続する２本のアナログ線３７ａ，３７ｂと、前記コントローラ７と前記Ａ／Ｄ変換部３２とを接続する２本のデジタル線３８ａ，３８ｂとを有している。前記アナログ線３７ａ，３７ｂは、温度センサー１０から延びるリード線と同様の材質、例えば一方がクロメル線、他方がアルメル線で形成されている。また、前記デジタル線３８ａ，３８ｂは、一方のデジタル線３８ａがデータ通信用の信号線であり、他方のデジタル線３８ｂが接地用の信号線である。

また、前記ヒーター９とコントローラ７とは、前記給電線Ｗにより前記信号中継器３１を介して電気的に接続されている。
具体的に、前記信号中継器３１には、前記給電線Ｗの一部をなす第１中継給電線３３ａ及び第２中継給電線３３ｂが設けられていて、前記コントローラ７に接続された非接地側（電圧側）の一次側給電線４２ａ及び接地側の一次側給電線４２ｂと、前記ヒーター９に接続された非接地側の二次側給電線４３ａ及び接地側の二次側給電線４３ｂとが、前記第１中継給電線３３ａ及び第２中継給電線３３ｂを介して相互に接続されている。

これにより、ヒーター９を発熱させるために必要な電力は、前記コントローラ７から一次側給電線４２ａ，４２ｂを通じて信号中継器３１へと伝送され、該信号中継器３１の第１及び第２中継給電線３３ａ，３３ｂを経由したのち、二次側給電線４３ａ，４３ｂを通じて前記ヒーター９へと供給される。

前記コントローラ７、ヒーター９、及び温度センサー１０と、前記信号中継器３１との電気接続を容易にするため、前記信号中継器３１の側面には、凹形をした一次側電気コネクタ３４及び二次側電気コネクタ３５が設けられている。

前記一次側電気コネクタ３４は、前記第１及び第２中継給電線３３ａ，３３ｂの一次側端子３４ａ，３４ｂ、及び、前記Ａ／Ｄ変換部３２のデジタル端子３４ｃ，３４ｄを有しており、前記二次側電気コネクタ３５は、前記第１及び第２中継給電線３３ａ，３３ｂの二次側端子３５ａ，３５ｂ、及び、前記Ａ／Ｄ変換部３２のアナログ端子３５ｃ，３５ｄを有している。

一方、前記デジタル線３８ａ，３８ｂと一次側給電線４２ａ，４２ｂとは、一本の一次側伝送ケーブル４０に纏めて収容され、該一次側伝送ケーブル４０の先端に、前記デジタル線３８ａ，３８ｂ及び一次側給電線４２ａ，４２ｂに導通する端子を備えた凸形の一次側電気コネクタ５０が設けられており、また、前記アナログ線３７ａ，３７ｂと二次側給電線４３ａ，４３ｂとは、二次側伝送ケーブル４１に纏めて収容され、該二次側伝送ケーブル４１の先端に、前記アナログ線３７ａ，３７ｂ及び二次側給電線４３ａ，４３ｂに導通する端子を備えた凸形の二次側電気コネクタ５１が設けられている。

そして、前記一次側伝送ケーブル４０の先端の一次側電気コネクタ５０を前記信号中継器３１の一次側電気コネクタ３４に接続すると共に、前記二次側伝送ケーブル４１の先端の二次側電気コネクタ５１を前記信号中継器３１の二次側電気コネクタ３５に接続することにより、前記デジタル線３８ａ，３８ｂ及び一次側給電線４２ａ，４２ｂが、共通の一次側電気コネクタ３４，５０を介して前記第１及び第２中継給電線３３ａ，３３ｂの一次側端子３４ａ，３４ｂ及び前記Ａ／Ｄ変換部３２のデジタル端子３４ｃ，３４ｄに接続されると共に、前記アナログ線３７ａ，３７ｂ及び二次側給電線４３ａ，４３ｂが、共通の二次側電気コネクタ３５，５１を介して前記第１及び第２中継給電線３３ａ，３３ｂの二次側端子３５ａ，３５ｂ及び前記Ａ／Ｄ変換部３２のアナログ端子３５ｃ，３５ｄに接続されている。

前記一次側伝送ケーブル４０の他端（基端）は、前記アームホルダー１４に設けられた不図示の接続端子に接続されることにより、該接続端子から配線ダクト５２を通じて前記コントローラ７まで延びるケーブルを介して該コントローラ７に接続されている。
また、前記二次側伝送ケーブル４１の他端（基端）は、前記はんだ鏝２を支持する鏝取付部１９に設けられた接続端子１９ａに接続され、該接続端子１９ａを介して、前記アナログ線３７ａ，３７ｂは前記温度センサー１０に接続され、前記二次側給電線４３ａ，４３ｂは前記ヒーター９に接続されている。

前記アナログ線３７ａ，３７ｂは、温度信号にノイズを含ませないようにするという観点からできるだけ短くすることが好ましく、これに対して前記デジタル線３８ａ，３８ｂは、デジタル信号を伝送することによってノイズが含まれる心配がないため、前記アナログ線３７ａ，３７ｂより長くても構わない。このため、前記信号中継器３１は、できるだけ前記はんだ鏝２に近い位置に配置することが望ましい。

そこで、本実施形態においては、前記信号中継器３１を、はんだ付けアーム８に固定された前記中継ボックス１６の上面に取り付けており、これにより、該信号中継器３１と前記はんだ鏝２とが、はんだ付け時に互いに近接した位置で相互に一体となって変位できるように構成されている。

このように、前記信号中継器３１がはんだ鏝２に近い位置に取り付けられていることにより、前記アナログ線３７ａ，３７ｂの長さは短くて足り、また、前記はんだ付けアーム８がＸ軸方向及びＺ軸方向に移動したり、Ｒ軸周りに回転した場合でも、該信号中継器３１とはんだ鏝２との距離が変わらず一定である。
この結果、前記はんだ鏝２に内蔵された温度センサー１０からの温度信号は、短いアナログ線３７ａ，３７ｂを通じて前記信号中継器３１に送られたあと、デジタル信号に変換されて前記コントローラ７に伝送されるため、温度ドリフトや電磁ノイズ等の影響を受けにくく、正確な温度測定を行うことができる。

なお、複数のはんだ付け部位を順次はんだ付けする際、はんだ鏝２が小ストロークで昇降するが、そのストローク分の変化を吸収し得る程度の余裕を前記アナログ線３７ａ，３７ｂに持たせてあることは当然である。また、上記はんだ鏝２の昇降による僅かな測定誤差が生じる場合には、前記コントローラ７でその誤差を補正することができる。

なお、本実施形態では、前記信号中継器３１が、はんだ付けアーム８に固定された前記中継ボックス１６の上面に取り付けられているが、該信号中継器３１は、はんだ付けアーム８に直接取り付けても良く、あるいは、前記はんだ鏝２と一体に変位するその他の部位に取り付けても良い。
また、前記コントローラ７は、基台１１の内部に格納されているが、機体６の外部に配置されていても良い。

さらに、前記実施形態のはんだ付け装置は、門型フレーム状を成す卓上型のはんだ付け装置１であるが、本発明は、多軸型のはんだ付け装置にも適用することができる。この場合にも、前記信号中継器３１は、はんだ鏝が取り付けられているはんだ付けアームに取り付けて、該信号中継器３１とはんだ鏝とを一体に変位させるように構成される。

１ はんだ付け装置
２ はんだ鏝
２ａ 鏝先
７ コントローラ
８ はんだ付けアーム
９ ヒーター
１０ 温度センサー
３０ 信号伝送機構
３１ 信号中継器
３２ Ａ／Ｄ変換部
３３ａ，３３ｂ 中継給電線
３４ 凹形の一次側電気コネクタ
３４ａ，３４ｂ 一次側端子
３４ｃ，３４ｄ デジタル端子
３５ 凹形の二次側電気コネクタ
３５ａ，３５ｂ 二次側端子
３５ｃ，３５ｄ アナログ端子
３７ａ，３７ｂ アナログ線
３８ａ，３８ｂ デジタル線
４２ａ，４２ｂ 一次側給電線
４３ａ，４３ｂ 二次側給電線
５０ 凸形の一次側電気コネクタ
５１ 凸形の二次側電気コネクタ
Ｗ 給電線

Claims (4)

1. はんだ鏝、及び、はんだ供給ノズルを有するはんだ付けヘッドと、該はんだ付けヘッドが取り付けられてはんだ付けのために変位するはんだ付けアームと、前記はんだ鏝に内蔵されて該はんだ鏝の鏝先を加熱するヒーターと、前記はんだ鏝に内蔵されて前記鏝先の温度を検出する温度センサーと、はんだ付け装置全体を制御するコントローラとを有し、
   前記ヒーターは、はんだ鏝の外部に配設された前記コントローラに給電線を介して接続され、
   前記温度センサーは、前記コントローラに信号伝送機構を介して接続され、
   前記信号伝送機構は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有する信号中継器と、前記温度センサーと該信号中継器とを結ぶアナログ線と、該信号中継器と前記コントローラとを結ぶデジタル線とを有し、前記信号中継器は、前記はんだ鏝の外部のはんだ付け時に該はんだ鏝と一体となって変位する位置に配置されていて、前記アナログ線の長さは前記デジタル線の長さよりも短い、
   ことを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記信号中継器は、前記はんだ付けアームに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記給電線は、前記信号中継器を介して前記ヒーターと前記コントローラとを結んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ付け装置。
4. 前記信号中継器には、前記給電線の一部をなす中継給電線が設けられ、
   前記コントローラにそれぞれ一端を接続された一次側給電線及びデジタル線の他端が、共通の一次側電気コネクタを介して前記中継給電線の一次側端子及び前記Ａ／Ｄ変換部のデジタル端子に接続され、
   前記ヒーターに一端を接続された二次側給電線の他端及び前記温度センサーに一端を接続されたアナログ線の他端が、共通の二次側電気コネクタを介して前記中継給電線の二次側端子及び前記Ａ／Ｄ変換部のアナログ端子に接続されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け装置。

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