JP7249215B2 - はんだ付け装置およびはんだ付け装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、はんだ付け装置およびはんだ付け装置の制御方法に関する。

従来、溶融はんだを噴流ノズルへ圧送して噴流ノズルの先端に設けられたパレットを介してプリント基板に対し電子部品をはんだ付けするはんだ付け装置がある。

また、かかるはんだ付け装置では、噴流ノズルの先端を突出させた状態ではんだ槽を覆う固定式のカバーを備え、カバー内部を不活性ガスで満たすことでカバー内部を低酸素環境にすることにより、はんだの酸化を抑える技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２６７７８５号公報

しかしながら、従来技術は、噴流ノズルの先端がカバーで覆われていない状態で固定されるため、噴流ノズルの先端は、常に大気環境下に置かれることになり、噴流したはんだの酸化が促進することとなる。このため、噴流後のはんだをはんだ槽で回収して繰り返し使用する場合、はんだ槽に貯蔵されたはんだの酸化が促進するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、はんだの酸化を抑えることができるはんだ付け装置およびはんだ付け装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るはんだ付け装置は、噴流ノズルと、カバーとを備える。前記噴流ノズルは、溶融したはんだを噴流する。前記カバーは、内部に不活性ガスが充填され、前記噴流ノズルに対応した位置に孔部を有する。前記カバーは、塗布対象に対して前記はんだを塗布する塗布期間においては、前記噴流ノズルが前記孔部から突出し、前記塗布期間以外の待機期間においては、前記噴流ノズルを前記内部に収容する。

本発明によれば、はんだの酸化を抑えることができる。

図１は、実施形態に係るはんだ付け装置の制御方法の概要を示す図である。 図２は、実施形態に係るはんだ付け装置の構成を示す図である。 図３は、実施形態に係るはんだ付け装置の動作工程を示す図である。 図４は、実施形態に係るはんだ付け装置の動作工程を示す図である。 図５は、実施形態に係るはんだ付け装置の動作工程を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るはんだ付け装置およびはんだ付け装置の制御方法を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて、実施形態に係るはんだ付け装置の制御方法の概要について説明する。図１は、実施形態に係るはんだ付け装置の制御方法の概要を示す図である。なお、図１では、はんだ付け装置を模式的な断面で示している。

図１に示すように、実施形態に係るはんだ付け装置１は、はんだ槽１０と、ケーシング部１１と、噴流ノズル１２と、カバー１３とを備える。

はんだ槽１０は、溶融はんだ２０を貯蔵する。はんだ槽１０は、例えば、図示しないヒータを備え、かかるヒータの熱によって、はんだ槽１０内のはんだを加熱して溶融はんだ２０にするとともに、溶融はんだ２０の温度をはんだ付けに適した温度に維持する。

ケーシング部１１は、はんだ槽１０内に設けられる。ケーシング部１１は、図示しないポンプによって、図１の白抜き矢印で示すように、底面に設けられた吸い込み孔１１ａからはんだ槽１０の溶融はんだ２０を吸い上げ、吸い上げた溶融はんだ２０を噴流ノズル１２へ圧送する。

噴流ノズル１２は、ケーシング部１１から圧送された溶融はんだ２０を鉛直上方へ向けて噴流する。これにより、噴流ノズル１２から噴流された溶融はんだ２０は、塗布対象であるプリント基板１００の各接続箇所に塗布されて、はんだ付けされる。

また、噴流ノズル１２は、図示しない２層の管構造になっている。そして、２層のうち、内側の層は、ケーシング部１１から圧送されてきた溶融はんだ２０が通る層であり、外側の層は、プリント基板１００に付着しなかった溶融はんだ２０を回収してはんだ槽１０へ戻すための層である。

カバー１３は、はんだ槽１０を覆うことで、はんだ槽１０に貯蔵された溶融はんだ２０の酸化を防ぐ保護部材である。カバー１３の内部１３０は、例えば、窒素等の不活性ガスが充填される。

これにより、はんだ槽１０における溶融はんだ２０の液面が低酸素環境となるため、はんだ槽１０に貯蔵された溶融はんだ２０の酸化を防ぐことができる。なお、カバー１３は、噴流ノズル１２に対応した位置に孔部１３ａを有しており、かかる孔部１３ａから噴流ノズル１２を突出させるが、かかる点については後述する。

ここで、従来のカバーは、固定式であり、噴流ノズルの先端が突出した状態ではんだ槽を覆って固定されていた。このため、噴流ノズルの先端は、常に大気環境下に置かれることになり、噴流したはんだの酸化が促進する。

従って、従来は、例えば、噴流後のはんだをはんだ槽で回収して繰り返し使用する場合、はんだ槽に貯蔵されたはんだの酸化が促進するおそれがあった。

そこで、実施形態に係るはんだ付け装置１では、カバー１３を可動式とした。

具体的には、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法では、塗布対象であるプリント基板１００に対して溶融はんだ２０を塗布する塗布期間においては、噴流ノズル１２が孔部１３ａから突出し、塗布期間以外の待機期間においては、噴流ノズル１２を内部１３０に収容する。

図１を例にして、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法について詳細に説明する。図１の上段では、待機期間におけるカバー１３の位置を示しており、図１の下段では、塗布期間におけるカバー１３の位置を示している。

なお、塗布期間の始期（待機期間の終期）は、プリント基板１００が溶融はんだ２０を塗布可能な位置に搬送されたタイミングであり、塗布期間の終期（待機期間の始期）は、溶融はんだ２０が塗布されたプリント基板１００が搬送されるタイミングである。

図１の上段に示すように、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法では、待機期間においては、噴流ノズル１２全体をカバー１３の内部１３０に収容する。なお、待機期間においては、カバー１３の内部１３０は、不活性ガスにより陽圧状態が保たれている。これにより、噴流ノズル１２の先端が不活性ガスに覆われて低酸素状態となる。

そして、図１の下段に示すように、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法では、塗布期間においては、カバー１３が鉛直下方に移動し、噴流ノズル１２の先端が孔部１３ａから突出する。そして、カバー１３から突出した状態の噴流ノズル１２から噴流した溶融はんだ２０がプリント基板１００に塗布される。

このように、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法では、塗布期間に限って噴流ノズル１２を突出させ、待機期間においては、噴流ノズル１２を内部１３０に収容することで、噴流ノズル１２の先端が大気環境下に置かれる期間を最小限に抑える。従って、実施形態に係るはんだ付け装置１の制御方法では、はんだの酸化を抑えることができる。

なお、詳細は後述するが、プリント基板１００は、パレット（搬送体の一例）の内部に収容された状態で搬送されており、塗布期間においては、パレットの内部と、カバー１３の内部１３０とは、孔部１３ａを介して連結される。

従って、カバー１３から突出した噴流ノズル１２の先端は、パレットの内部に位置して低酸素状態が保たれるため、塗布期間においても溶融はんだ２０の酸化を最小限に抑えることができる。

次に、図２を用いて、実施形態に係るはんだ付け装置１の構成について詳細に説明する。図２は、実施形態に係るはんだ付け装置１の構成を示す図である。

図２に示すように、実施形態に係るはんだ付け装置１は、はんだ槽１０と、ケーシング部１１と、噴流ノズル１２と、カバー１３と、制御装置１４と、エアシリンダ１５とを備える。

エアシリンダ１５は、カバー１３を支持する支持部１５１と、カバー１３の昇降位置（高さ位置）を検出する検出部１５２とを備える。検出部１５２は、カバー１３の上昇位置および下降位置を検出して制御装置１４へ通知する。

なお、検出部１５２は、エアシリンダ１５のピストン位置を検出するセンサを用いることができる。これにより、カバー１３の昇降位置を検出するセンサを別途設ける必要がないため、コストを抑えることができる。

また、エアシリンダ１５は、カバー１３を付勢させる付勢部である。具体的には、エアシリンダ１５は、塗布期間において、パレットとカバー１３とが当接した場合に、パレットに対してカバー１３を付勢させ、その付勢力（空気圧）の強弱によってカバー１３を昇降させる。

また、カバー１３の付勢力に関わるエアシリンダ１５の空気圧は、制御装置１４によって制御される。なお、エアシリンダ１５によるカバー１３の昇降動作の詳細については後述する。

このように、カバー１３の昇降動作を行うためにエアシリンダ１５を用いることで、例えば、経年劣化が生じてカバー１３の付勢力が変化した場合であっても、空気圧を調整することで、かかる経年劣化の影響を補正することができる。

なお、エアシリンダ１５は、付勢部の一例である。例えば、エアシリンダ１５に代えて、または、エアシリンダ１５と併用してスプリング（ばね部材）を用いてもよい。

制御装置１４は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、データフラッシュ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、各機能を実行する。

また、制御装置１４は、一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、ＲＡＭやデータフラッシュは、上述した制御方法に係る制御処理を実行するためのプログラム等の各種プログラムの情報等を記憶することができる。なお、制御装置１４は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

制御装置１４は、カバー１３の内部１３０への不活性ガスの供給量を制御する。具体的には、制御装置１４は、不活性ガスを供給する流路に設けられた図示しないレギュレータを制御することによって、不活性ガスの空気圧を調整して供給量を制御する。なお、不活性ガスの供給制御の詳細については図３以降で後述する。

また、制御装置１４は、エアシリンダ１５の動作を制御してカバー１３を昇降移動させる。具体的には、制御装置１４は、カバー１３を下降させるための下降用エア配管と、カバー１３を上昇させるための上昇用エア配管とがエアシリンダ１５に接続される。

例えば、制御装置１４は、カバー１３に対するパレットの押圧力よりも小さい空気圧の空気を下降用エア配管を通してエアシリンダ１５へ供給する。これにより、カバー１３のパレットに対する付勢力（反力）は、パレットの押圧力よりも小さくなるため、カバー１３は、パレットに押圧されて下降する。

また、制御装置１４は、カバー１３に対するパレットの押圧力よりも大きい空気圧の空気を上昇用エア配管を通してエアシリンダ１５へ供給する。これにより、カバー１３のパレットに対する付勢力（反力）は、パレットの押圧力よりも大きくなるため、カバー１３は、パレットを押圧して上昇する。

より具体的には、制御装置１４は、上昇用エア配管に図示しない圧力センサおよび電空レギュレータを備える。この場合、制御装置１４は、電空レギュレータを制御して空気圧を制御するとともに、電空レギュレータから出力される空気の空気圧を圧力センサでモニタし、目標の空気圧となるように電空レギュレータをフィードバック制御する。

次に、図３～図５を用いて、実施形態に係るはんだ付け装置１の動作工程について説明する。図３～図５は、実施形態に係るはんだ付け装置１の動作工程を示す図である。以下、図３～図５に示す第１工程から第６工程までの動作工程を順に説明する。

（第１工程）
まず、図３の上段に示す第１工程では、プリント基板１００を収容するパレット２００は、搬送途中であり、溶融はんだ２０を塗布可能な位置に到達していない。すなわち、第１工程は、はんだ付け装置１にとって待機期間である。この場合、はんだ付け装置１は、カバー１３を上昇位置にすることで、噴流ノズル１２を内部１３０に収容する。

また、第１工程において、はんだ付け装置１の制御装置１４は、カバー１３の内部１３０が陽圧状態となるような供給量で不活性ガスを供給する。つまり、カバー１３は、待機期間においては、不活性ガスにより内部１３０が陽圧状態である。

これにより、カバー１３の孔部１３ａからの空気の流入を抑えることができる。また、カバー１３の内部１３０を陽圧状態とすることで、孔部１３ａに複雑な開閉機構を設けず開放状態とできるため、カバー１３のコストを抑えることができる。

（第２工程）
第２工程に移行する。図３の下段に示すように、第２工程では、パレット２００の底面とカバー１３の天面とが当接する、すなわち、パレット２００は、溶融はんだ２０を塗布可能な位置に到達する。

つまり、第２工程において、はんだ付け装置１は、待機期間から塗布期間へ移行する。なお、第２工程では、パレット２００の孔部２００ａと、カバー１３の孔部１３ａとが連結することで、パレット２００の内部と、カバー１３の内部とが１つの連結した空間となる。

そして、第２工程において、制御装置１４は、カバー１３に対するパレット２００の押圧力よりも小さい空気圧の空気をエアシリンダ１５へ供給する。これにより、カバー１３のパレットに対する付勢力（反力）は、パレットの押圧力よりも小さくなるため、カバー１３は、パレット２００に押圧されて下降を開始する。また、エアシリンダ１５の空気圧により、カバー１３はパレット２００に対して付勢しているため、カバー１３は、パレット２００に当接した状態を維持して下降する。このように、カバー１３がパレット２００に対して付勢することで、カバー１３およびパレット２００に充填された不活性ガスが逃げることを防止できる。

また、第２工程において、制御装置１４は、カバー１３の内部１３０への不活性ガスの供給量を第１工程時よりも少なくする。すなわち、制御装置１４は、塗布期間における不活性ガスの供給量を、待機期間における供給量よりも少なくする。

これにより、後段の第３工程および第４工程においてはんだ付け時の温度低下を防ぐことができ、かつ、噴流ノズル１２から溶融はんだ２０が噴流しにくくなることを防ぐことができる。

（第３工程）
第３工程に移行する。図４の上段に示すように、第３工程では、カバー１３は、パレット２００の押圧によって下降位置まで下降し、下降を停止する。なお、第３工程は、はんだ付け装置１にとって塗布期間である。

第２工程から第３工程にかけて、カバー１３が下降するに従って、噴流ノズル１２の先端が孔部１３ａから突出するとともに、孔部２００ａを通ってパレット２００の内部に挿入される。また、カバー１３の孔部１３ａおよびパレット２００の孔部２００ａの孔径は、噴流ノズル１２の外径よりも大きくなるように設計されている。これにより、噴流ノズル１２がカバー１３から突出した場合に、噴流ノズル１２とカバー１３とが当接しないため、カバー１３の内部１３０が密閉状態とならず、パレット２００およびカバー１３を容易に下降させることができる。また、カバー１３および噴流ノズル１２の隙間から、不活性ガスをカバー１３からパレット２００へ流入させることができる。

また、第２工程から第３工程にかけて、カバー１３の内部１３０に充填された不活性ガスがパレット２００の内部に流入する。また、パレット２００の上面には、図示しない通気孔が設けられており、不活性ガスがパレット２００の内部に流入するのに伴って、酸素を含んだ空気が通気孔から外部へ押し出される。これにより、パレット２００の内部の空気が外部へ放出されて不活性ガスで置換されるためパレット２００の内部が低酸素状態となる。

すなわち、塗布期間においても、噴流ノズル１２の先端は、低酸素状態が保たれるため、噴流する溶融はんだ２０の酸化を抑えることができる。また、パレット２００の内部が低酸素状態となることで、プリント基板１００の部品面側のはんだ上がりを良好にできる。また、パレット２００の上面に設けられた通気孔により、パレット２００の内部およびカバー１３の内部１３０が密閉状態とならないため、パレット２００およびカバー１３を容易に下方へ移動でき、また、はんだ塗布後等においてパレット２００とカバー１３とを容易に離脱させることができる。

（第４工程）
第４工程に移行する。図４の下段に示すように、第４工程では、カバー１３は、下降位置で固定され、プリント基板１００へのはんだ付けが行われる。なお、第４工程は、はんだ付け装置１にとって塗布期間である。

（第５工程）
第５工程に移行する。図５の上段に示すように、第５工程では、プリント基板１００へのはんだ付けが終了し、パレット２００およびカバー１３が上昇を開始する。すなわち、第５工程において、はんだ付け装置１は、塗布期間から待機期間へ移行する。

第５工程において、制御装置１４は、カバー１３に対するパレットの押圧力よりも大きい空気圧の空気をエアシリンダ１５へ供給する。これにより、カバー１３のパレットに対する付勢力（反力）は、パレットの押圧力よりも大きくなるため、カバー１３は、パレットを押圧して上昇を開始する。

また、パレット２００の内部は不活性ガスが充填されているため、低酸素状態を保ったまま、カバー１３が上昇してはんだ切りを行うことができる。従って、はんだ表面張力よりもはんだの粘性が小さくなるため、ツララやブリッジの発生を抑えることができる。

（第６工程）
第６工程に移行する。図５の下段に示すように、第６工程では、カバー１３は、上昇位置まで上昇後、上昇を停止する。具体的にｈ、カバー１３は、噴流ノズル１２を内部１３０に収容した状態で上昇を停止する。

すなわち、カバー１３は、第６工程である待機期間においては、噴流ノズル１２が内部１３０に収容されるまで上昇する。そして、パレット２００は、カバー１３が上昇を停止後、カバー１３から離れて他の場所へ搬送を開始する。

また、制御装置１４は、カバー１３が上昇を停止後、パレット２００がカバー１３から離れるタイミングで、カバー１３の内部１３０への不活性ガスの供給量を増加する。具体的には、制御装置１４は、第１工程時における供給量に戻す。これにより、カバー１３の内部１３０が陽圧状態で保たれる。

このように、第１工程から第６工程を経てプリント基板１００にはんだ付けが行われる。

上述してきたように、実施形態に係るはんだ付け装置１は、噴流ノズル１２と、カバー１３とを備える。噴流ノズル１２は、溶融したはんだ（溶融はんだ２０）を噴流する。カバー１３は、内部１３０に不活性ガスが充填され、噴流ノズル１２に対応した位置に孔部１３ａを有する。カバー１３は、塗布対象（プリント基板１００）に対して溶融はんだ２０を塗布する塗布期間おいては、噴流ノズル１２が孔部１３ａから突出し、塗布期間以外の待機期間においては、噴流ノズル１２を内部１３０に収容する。これにより、溶融はんだ２０の酸化を抑えることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ はんだ付け装置
１０ はんだ槽
１１ ケーシング部
１２ 噴流ノズル
１３ カバー
１４ 制御装置
１５ エアシリンダ
２０ 溶融はんだ
１００ プリント基板
２００ パレット

Claims (6)

1. 溶融したはんだを噴流する噴流ノズルと、
   内部に不活性ガスが充填され、前記噴流ノズルに対応した位置に孔部を有するカバーと、
   を備え、
   前記カバーは、
   塗布対象に対して前記はんだを塗布する塗布期間においては、前記噴流ノズルが前記孔部から突出し、前記塗布対象を内部に収容する搬送体と当接するとともに、前記搬送体の内部と前記カバーの内部とが連結し、前記塗布期間以外の待機期間においては、前記噴流ノズルを前記内部に収容すること
   を特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記カバーを付勢させる付勢部を備え、
   前記カバーは、
   前記塗布期間においては、前記搬送体の押圧によって移動し、
   前記付勢部は、
   前記カバーが前記搬送体の押圧によって移動した場合に、前記カバーを前記搬送体に対して付勢させること
   を特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記付勢部は、
   エアシリンダであること
   を特徴とする請求項２に記載のはんだ付け装置。
4. 前記カバーの内部への前記不活性ガスの供給量を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記塗布期間における前記不活性ガスの供給量を、前記待機期間における前記不活性ガスの供給量よりも少なくすること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のはんだ付け装置。
5. 前記カバーは、
   前記待機期間においては、前記不活性ガスにより内部が陽圧状態であること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載のはんだ付け装置。
6. 溶融したはんだを噴流する噴流ノズルと、
   内部に不活性ガスが充填され、前記噴流ノズルに対応した位置に孔部を有するカバーとを備えるはんだ付け装置の制御方法であって、
   塗布対象に対して前記はんだを塗布する塗布期間においては、前記噴流ノズルを前記カバーの孔部から突出させ、前記塗布対象を内部に収容する搬送体と前記カバーとを当接させるとともに、前記搬送体の内部と前記カバーの内部とを連結させ、前記塗布期間以外の待機期間においては、前記噴流ノズルを前記内部に収容する制御工程
   を含むことを特徴とするはんだ付け装置の制御方法。

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