JP7286372B2 - 半田付け装置、および半田付け装置用ノズル - Google Patents

Description

この発明は、例えば、プリント基板やモータ等の適宜の製品における第１導体（端子、ランド、リード線等）と第２導体（端子、ランド、リード線等）を半田付けする半田付け装置、および半田付け方法に関する。

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、半田ごてとして円筒形のノズルを用い、このノズル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、ノズルの温度、ノズルの位置、ノズル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、大量生産が行われる現代では、様々な形状を有する半田付け対象に対して、さらに短時間で半田付けすることが望まれている。

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、短時間で半田付けできる半田付け装置と半田付け方法、および様々な半田付け対象に半田付けできる半田付け装置用ノズルと半田付け装置用ノズルの製造方法を提供し、利用者の満足度を向上させることを目的とする。

この発明は、第１導体と第２導体とを溶融半田によって半田付けする半田付け装置であって、半田片を通過させる半田片供給通路を有するノズルと、前記第１導体と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させて前記第１導体と前記ノズルを近接または当接させる相対距離変化手段と、前記半田片を前記ノズルの前記半田片供給通路に供給する半田片供給手段と、前記ノズルの前記半田片供給通路内の前記半田片を加熱して溶融させる加熱手段とを備え、前記半田片供給通路は、前記半田片供給通路の幅方向の複数方向に複数配置されている半田付け装置であることを特徴とする。

この発明により、短時間で半田付けできる半田付け装置と半田付け方法、および様々な半田付け対象に半田付けできる半田付け装置用ノズルと半田付け装置用ノズルの製造方法を提供できる。

半田付け装置の右側面図。 半田付け装置の正面図。 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。 糸半田切断機構部の構成を説明する説明図。 半田片の切断からノズルへの供給までの動作の説明図。 ノズルとヒータの構成の説明図。 ノズル及び糸半田切断機構部を模式的に示した説明図。 半田片の切断からノズルへの供給までの動作手順を示すフロー図。

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は正面図である。

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６０（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６０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６０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（相対距離変化手段）と、近接離間方向移動ユニット６およびノズル６０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６０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６０が設けられ、ノズル６０にはヒータ５１（加熱手段）が接続されている。
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１のＥ１と図２の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６０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、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（搬送幅方向，図２の奥行方向）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Ｙ方向の搬送ガイド７ｆに沿って移動するＸ方向（搬送方向，図２の左右方向）の搬送ガイド７ｃが設けられている。この駆動機構部７ｅおよびＹ方向の搬送ガイド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。Ｘ方向の搬送ガイド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、Ｘ方向の搬送ガイド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Ｘ方向の搬送ガイド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Ｘ方向の搬送ガイド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、Ｘ方向の搬送ガイド７ｃ、駆動機構部７ｅ、およびＹ方向の搬送ガイド７ｆは、作業させたい任意の位置へノズル６０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６０がスルーホールに近接／離間する方向に伸びるＺ方向（高さ方向）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６０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６０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６０を近接方向へ移動させてノズル６０の孔（後述の半田片誘導通路６３）内に半田付けするピンを挿通しノズル６０の先端をスルーホールに当接させる等の半田付け位置にて半田付け対象に当接または近接させ、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（図示省略）で交換用のノズル６０またはヒータ５１に近接する方向へ移動させ、ノズル６０またはヒータ５１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１５が設けられている。このフローティングユニット１５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６０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１５（ノズル６０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１５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１５に固定され、糸半田２（図１参照）を挿通する糸半田供給ガイド１６と、糸半田供給ガイド１６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１７が設けられ、底部に糸半田切断機構部４０を備えている。この糸半田切断機構部４０は、平面視直交する複数方向、換言すればいわゆるＸＹ方向に駆動可能な２つのステッピングモータ等により構成される平面移動機構部１９（半田片収納体移動手段）により移動可能に構成されており、糸半田供給ガイド１６に供給されてきた糸半田２ａ（図１参照）を平面移動機構部１９の制御に従って切断する。ここで、本実施形態では上にも示した通り、この平面移動機構部１９が、本発明に係る半田片収納体移動手段に相当する。

また、これらの構成要素を駆動するべく、各要素は制御部２１によって制御される。制御部２１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１５、糸半田送り出し機構部１７、平面移動機構部１９、ヒータユニット密着確認センサ２２、温度センサ２３、着脱用エアシリンダ２４、カメラ２５、及び記憶部２６が接続されている。

カメラ２５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２６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６０、若しくはヒータ５１）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。

図４は、糸半田切断機構部４０の構成を説明する説明図であり、図４（Ａ）は糸半田切断機構部４０の分解斜視図、図４（Ｂ）は糸半田切断機構部４０の縦断面図を示す。

糸半田切断機構部４０は、下方へ繰り出されてきた糸半田２ａを通過させる通路を有する糸半田供給ガイド１６と、切断した半田片２ｂを複数収納する半田片収納体４４と、半田片収納体４４を移動させる平面移動機構部１９（図３参照）により構成されている。また、半田片収納体４４には、収納された半田片２ｂの貯留／放出を制御するシャッタ３６と、シャッタ３６を付勢する付勢体３５（付勢手段）とが設けられている。また、半田片収納体４４とは分離して、シャッタ３６を解放操作するシャッタ操作部４９（シャッタ移動規制体）が設けられている。なお、半田片収納体４４と、平面移動機構部１９と、シャッタ３６と、シャッタ操作部４９は、半田片２ｂをノズル６０の孔（後述の半田片誘導通路６３）に供給する半田片供給手段として機能する。このように、この平面移動機構部１９は、半田片収納体４４を半田片収納部４５に半田片２ｂを収容する方向と直交する平面上の二方向（ＸＹ方向）へ移動させるＸＹ移動ステージである。

糸半田供給ガイド１６は、金属部材によって円筒形に形成されており、内側の孔（通路）に糸半田２ａを長手方向へ通過させる。また、糸半田供給ガイド１６は、糸半田２ａの通過方向と直角の方向（糸半田２ａの半径方向）へは移動しないように固定されている。

付勢体３５は、適宜のバネで構成することができ、この実施例では金属製の鶴巻ばねにて構成されている。

シャッタ３６は、Ｌ字型に屈曲させた金属板により構成されており、Ｌ字の底面部が水平状態（近接離間方向に垂直な状態）の貯留／放出制御板部３８であり、Ｌ字の鉛直面部が付勢体３５に押圧される押圧操作部３７である。貯留／放出制御板部３８は、複数の解放孔３８ａ（貫通孔または貫通溝）が設けられている。この実施例では解放孔３８ａは都合８つ設けられている。この解放孔３８ａの隣接部分（解放孔３８ａと解放孔３８ａの間部分を含む）は、半田片２ｂの落下を防止する閉鎖部として機能する。なお、シャッタ３６に複数の解放孔３８ａを設けているが、これに限らず、複数の解放溝を設けて、シャッタ３６の貯留／放出制御板部３８が平面視櫛状に見える構成としてもよい。この場合も同じ機能を確保できる。すなわち本実施形態では、半田片収納部４５に収容された半田片２ｂを収容している収容状態と半田片２ｂをノズル６０の半田片供給通路６３へ供給する解放状態に切り替える、本発明に係る貯留／放出制御板部３８を有している。

半田片収納体４４は、横長の立方体形状のブロック部４３の下面に当該ブロック部４３の短手方向の幅よりも幅広で長手方向に同じ長さのガイド部４８が一体形成されている。ガイド部４８には、長手方向に貫通するシャッタ挿入孔４７が設けられている。このシャッタ挿入孔４７は、高さと幅がシャッタ３６の貯留／放出制御板部３８の高さと幅よりわずかに大きく形成され、シャッタ３６がブレなくスムーズに長手方向へスライド移動できるように構成されている。ブロック部４３とガイド部４８には、上下方向（近接離間方向）に貫通する半田片収納部４５が複数設けられている。この実施形態では上述の通り都合８つ設けられており、シャッタ３６の解放孔３８ａと同じ大きさで同じ間隔で設けられている。
換言すれば、本実施形態に係る半田片収納体４４の半田片収納部４５は、本実施形態では、少なくともノズル６０の半田片供給通路６３と同じ位置で同じ数が設けられている。これらの複数の半田片収納部４５は、すべて同じ太さで同じ長さの一直線状の孔であり、互いに平行に形成されている。

なお、シャッタ３６の解放孔３８ａは、半田片収納部４５よりも大きく形成されてもよい。これにより、確実に開放状態のときに半田片２ｂを落下させることができる。また、半田片収納部４５は、孔によって形成されているが、これに限らず、複数部材で周囲を囲まれて半田片２ｂを囲み内に収容できる囲み形状とするなど、半田片２ｂを落下可能に収納する適宜の形状とすることができる。

半田片収納体４４の長手方向の一端上部には、半田片収納体４４の長手方向に長いガイド板４２の一端が連結されている。ガイド板４２の他端には、ネジ止め用の孔４１が設けられ、係止板３２がネジ３１によって孔４１にネジ止めされている。

係止板３２は、上部にネジ４１を挿通するネジ孔３３が設けられている。係止板３２のネジ孔３３より下方部分には、シャッタ３６の押圧操作部３７に対向する押圧対抗面３４が設けられている。この押圧対抗面３４に付勢体３５の一端が当接し、シャッタ３６の押圧操作部３７に付勢体３５の他端が当接することで、押圧対抗面３４から押圧操作部３７までの距離よりも長く伸びた状態が通常状態である付勢体３５は、押圧対抗面３４と押圧操作部３７が離れる方向へ付勢する。これによって、シャッタ３６は、押圧操作部３７が半田片収納体４４の一端面に当接した状態に維持される。このとき、図４（Ｂ）に示すように、半田片収納体４４の半田片収納部４５とシャッタ３６の解放孔３８ａは位置がずれており、半田片収納体４４の半田片収納部４５がシャッタ３６の貯留／放出制御板部３８で閉じられた状態となっている。従って、半田片収納部４５に存在する半田片２ｂは、シャッタ３６の貯留／放出制御板部３８によって下方へ落下しないように貯留されている。すなわち本実施形態に係る貯留／放出制御板部３８は、半田片収納部４５に収容された半田片２ｂを収容している収容状態と半田片２ｂをノズル６０の半田片供給通路６３へ供給する解放状態に切り替える本発明に係る収容／解放切替部に相当する。

半田片収納体４４のガイド板４２と反対側には、半田片収納体４４から離間した位置に半田片収納体４４とは独立してシャッタ操作部４９が設けられている。このシャッタ操作部４９は、シャッタ３６の貯留／放出制御板部３８の押圧操作部３７とは逆側の端面に対向して配置されている。従って、平面移動機構部１９（図３参照）の駆動によって半田片収納体４４がシャッタ３６と共にシャッタ操作部４９側へ移動されていくと、シャッタ３６の端面がシャッタ操作部４９に当接する。そして、平面移動機構部１９（図３参照）の駆動によって半田片収納体４４がさらに移動されると、シャッタ操作部４９によってシャッタ３６がそれ以上移動しないために半田片収納体４４とシャッタ３６の相対位置が変化していき、半田片収納体４４の半田片収納部４５とシャッタ３６の解放孔３８ａの位置が同じ位置になって解放状態となり、半田片２ｂが下方へ落下する。

半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６は、互いの対向面が当接して配置され、供給される糸半田２ａの半径方向すなわちＸＹ方向の何れの方向へも相対的に移動できるように構成されている。この実施では、糸半田供給ガイド１６が固定され、半田片収納体４４が糸半田２ａの半径方向すなわちＸＹ方向のうち任意の方向へスライド移動できる。従って、糸半田供給ガイド１６から繰り出された糸半田２ａの一部が半田片収納体４４の半田片収納部４５に供給されている状態で、半田片収納体４４を糸半田２ａの半径方向すなわちＸＹ方向のうち任意の方向に移動させると、糸半田２ａは、半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６の相対移動によって半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６の互いの当接面で切断される。従って、半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６が半田片２ｂを切断する半田片切断手段となる。切断された半田片２ｂは、半田片収納体４４の半田片収納部４５に収納される。

また、半田片収納体４４の上面と糸半田供給ガイド１６の下面、シャッタ３６の貯留／放出制御板部３８は、全て半田片収納体４４の移動方向と平行（特にこの実施例では水平方向）に構成されている。また、半田片収納部４５の長手方向（半田片通過方向）とノズル６０の半田片誘導通路６３（半田片供給通路，図５（Ｄ）参照）の長手方向（半田片通過方向）は、全て半田片収納体４４の移動方向と垂直（特にこの実施例では鉛直方向）に構成されている。

図５は、半田片収納体４４によって糸半田２ａを切断して半田片２ｂを複数貯留し、その後にシャッタ３６を開状態にして複数の半田片２ｂを落下させる動作を断面図により説明する説明図である。この動作は、制御部２１（図３参照）が糸半田送り出し機構部１７および平面移動機構部１９の駆動を制御して実行される。

図５（Ａ）の断面図に示すように、平面移動機構部１９（図３参照）の駆動によって、半田片収納体４４は、シャッタ操作部４９に最も近い半田片収納部４５が糸半田供給ガイド１６の下方位置で一直線に連通する状態で停止する。この状態で、巻かれていた糸半田２（図１参照）の先端側から引き出されて棒状となっている糸半田２ａが糸半田送り出し機構部１７（図３参照）によって送り出され、図５（Ｂ）に示すように糸半田２ａの先端が半田片収納部４５内に収納される。そして、半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６の対向面部（接触面部）から糸半田２ａの先端までの長さが必要な半田片２ｂの長さとなる状態まで糸半田２ａを繰り出すと、糸半田送り出し機構部１７（図３参照）は糸半田２ａの供給（繰り出し）を停止する。

この状態で平面移動機構部１９（図３参照）の駆動によって、半田片収納体４４をスライド移動させると、半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６の対向面部（接触面部）によって糸半田２ａが切断されて半田片２ｂとなり、図５（Ｃ）に示すように半田片２ｂが半田片収納部４５に収納（貯留）される。図５（Ｃ）は、この切断を半田片収納部４５の数だけ（必要な数だけ）繰り返して切断完了した状態を示している。このときの半田片収納体４４をスライド移動させる距離は、隣接する半田片収納部４５の互いの中心間の距離と同一である。したがって、糸半田供給ガイド１６の直下には、その前に対応していた半田片収納部４５の隣の半田片収納部４５が位置することとなる。

平面移動機構部１９（図３参照）の駆動によって半田片収納体４４をスライド移動させると、図５（Ｄ）に示すようにシャッタ３６の先端がシャッタ操作部４９に当接して押圧され、付勢体３５が縮み、半田片収納体４４の半田片収納部４５とシャッタ３６の解放孔３８ａが全て連通して複数の半田片２ｂが一斉に落下して下方へ供給される。すなわち平面移動機構部１９は、半田片収納体４４を半田片収納部４５に半田片２ｂを収容する方向と直交する平面上の二方向へ移動させる半田片収納体移動手段に相当する。なお、半田片２ｂを落下させる際に、図示省略する押し込みロッドを全ての半田片収納部４５に上方から下方へ挿入し、半田片２ｂを下方へ押し出して、強制的に半田片２ｂを下方のノズル６０（図３参照）に供給する構成としてもよい。

図６は、ノズル６０とヒータ５１の構成を説明する説明図であり、図６（Ａ）は分解斜視図、図６（Ｂ）は斜視図、図６（Ｃ）は縦断面図を示す。図７は、ノズル６０、半田片収納体４４及び糸半田供給ガイド１６の相対的な配置を模式的に示した平面図である。そして図８は、制御部２１が平面移動機構部１９を制御することにより半田片収納体４４をＸＹ方向に動作させる手順を示すフロー図である。
ノズル６０は、複数の第１部材６１と第２部材６５とを重ね合わせて（当接させて）形成されている。第１部材６１と第２部材６５は、いずれもセラミックにより形成されている。
すなわち本実施形態に係るノズル６０は、図６及び図７に示すように、複数の半田片供給通路６３を、通路幅方向の平面上で複数方向にそれぞれ形成された構成をなすようにした。これらの複数の半田片供給通路６３は、すべて同じ太さで同じ長さの一直線状の孔であり、互いに平行に形成されている。

第１部材６１は、一部材として一体形成された直方体形状の一面（第２部材６５との対向面６１ａ）に鉛直方向（近接離間方向）に一直線の半田片誘導路６３ａ（溝）が単数或いは複数平行に形成されている。また、第１部材６１は、半田片誘導路６３ａが設けられた面の隣となる側面に、固定溝６２が設けられている。

第２部材６５は、外形が第１部材６１と対称となる形状で同じ大きさの直方体に形成されている。すなわち、第１部材６１と当接する面の大きさおよび形状が同じようになるように形成されている。また、第２部材６５は、第１部材６１との対向面の隣となる側面に、固定溝６６が設けられている。この固定溝６６の位置および深さは。第１部材６１の固定溝６２と同一に形成されている。

第２部材６５は、第１部材６１との対向面に近い位置で、複数の半田片誘導路６３ａが並べられた並び方向に貫通するヒータ用貫通孔６７が設けられている。このヒータ用貫通孔６７には、ヒータ５１の加熱部５２が挿入される。図示の例では、ヒータ用貫通孔６７の両端の開口から２つのヒータ５１の各加熱部５２がそれぞれ挿入されている。２つの加熱部５２は、全ての半田片誘導通路６３（図７参照）に対応させて配置されている。これにより、全ての半田片誘導通路６３に対してほぼ同一の加熱を行うことができ、半田片誘導通路６３毎に半田片誘導通路６３の壁面温度や半田片２ｂの溶融速度に差が出ないようにしている。

また、第２部材６５は、第１部材６１との対向面と反対側の面の中央に孔６８が設けられ、この孔６８に熱電対５７が挿入されている。熱電対５７は、温度センサ２３（図３参照）として機能し、ノズル６０の温度を測定する。

これらがすべて組み合わせされると、図６（Ｂ）に示すように、複数（三つ）の第１部材６１と第２部材６５の対向面同士が隙間なく当接され、第１部材６１の半田片誘導路６３ａ（図６（Ａ）参照）と、第１部材６１、第２部材６５の対向面６５ａのうち半田片誘導路６３ａと対向している対向部分とで半田片２ｂを端子Ｔに当接させる位置まで誘導する半田片誘導通路６３が形成される。この半田片誘導通路６３は、鉛直方向（近接離間方向）に一直線で、かつ、通路幅方向の平面上で複数方向にそれぞれ配置されている。

各半田片誘導通路６３（および半田片誘導路６３ａ）は、半田片収納体４４（図５参照）の半田片収納部４５と同じ大きさで同じ間隔に形成されている。

従って、図５（Ｄ）に示したように一斉に（ほぼ同時に）落下する半田片２ｂは、その下方位置にて半田片収納部４５と半田片誘導通路６３が連通するように配置されたノズル６０の半田片誘導通路６３に、図６（Ｃ）に示すように一斉に（ほぼ同時に）供給される。

半田付けをするとき、ノズル６０は、下端がプリント基板ＰのランドＲに接触する位置まで下げられており、この位置にて上述した半田片２ｂの供給を受ける。このとき、半田片２ｂは、プリント基板Ｐの電子部品Ｃの端子Ｔの先端（若しくは半田片誘導通路６３の半田片誘導方向（図６（Ｃ）の下方）に対して最も凸となる端部（図６（Ｃ）の上端））に接触して停止する。図示の例では端子Ｔの上に半田片２ｂが乗った状態で停止する。

そして、ノズル６０の半田片誘導通路６３に供給された半田片２ｂは、ヒータ５１の加熱部５２からの熱をうけて溶融する。このとき、加熱部５２の熱が半田片２ｂから端子Ｔに伝達され、この伝達熱によって端子Ｔも徐々に加熱されていく。また、ランドＲについては、ノズル６０から直接熱を受け、端子Ｔよりも先に加熱されている。

そうして、半田片２ｂが溶融温度に達すると、半田片２ｂが溶融するが、まだ端子Ｔの上に略球状となって載った状態となる。この間も端子Ｔを伝達熱で加熱する。そして、さらに端子Ｔの加熱が進むと、半田片２ｂが溶融した複数（４つ）の溶融半田が端子Ｔに沿って流れ出し、複数の端子Ｔ（第２導体）とランドＲ（第１導体）を一斉に（同時に）半付けして電気的に接続する。その後、ノズル６０を上方へ移動させて離間させ、溶融半田が冷えて固化することで、複数箇所の半田付けが一斉に（同時に）完了する。
この半田付けの動作について、以下に詳細に説明する。

＜半田付けの動作＞
図６（Ｃ）の断面図に示すように、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のスルーホールにプリント基板Ｐの表面側から裏面側（図６（Ｃ）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。

＜位置合わせ工程＞
制御部２１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６０の複数の半田片誘導通路６３の位置をＸＹ平面上で移動させて半田付けする複数のランド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Ｒの中心と半田片誘導通路６３の中心がほぼ一致する位置とする、または、端子Ｔの先端中心と半田片誘導通路６３の中心がほぼ一致する位置とする。

＜半田片切断収納工程＞
制御部２１は、糸半田送り出し機構部１７によって半田片収納体４４内の１つの半田片収納部４５に糸半田２ａを必要長さまで供給し、平面移動機構部１９を駆動させて半田片収納体４４を移動させ、糸半田切断機構部４０（糸半田切断手段）により糸半田２ａを切断して半田片２ｂを得て半田片収納部４５に収納する。このとき、シャッタ３６は閉鎖状態となっているため、半田片収納部４５から半田片２ｂが落下することは無い。この動作を繰り返すことで、全ての半田片収納部４５に１つずつ必要長さの半田片２ｂを収納する。なお、この半田片切断収納工程は、前記ノズル近接工程よりも前に実行する、あるいは、ノズル近接工程と並行して実行するなど、適宜のタイミングとすることができる。
当該半田片切断工程では、平面移動機構部１９をＸＹ方向に適宜移動させることにより、複数の半田片収納部４５に対し一つの糸半田２ａから効率よく半田片２ｂを供給し得るようにしている。平面移動機構部１９による当該糸半田切断部４０の具体的な動作については、後に詳述する。

＜ノズル近接工程＞
制御部２１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６０の先端面（図示下端面）をプリント基板Ｐの裏面側のランドＲの表面に当接させる。これにより、ノズル６０の半田片誘導通路６３の内側に端子Ｔの先端が挿入された状態となる。

このとき、端子Ｔはノズル６０の半田片誘導通路６３の内壁から等距離だけ離れており、端子Ｔとノズル６０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６０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６０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。

＜半田片供給工程＞
制御部２１は、平面移動機構部１９を駆動させて半田片収納体４４をさらに移動させ、シャッタ３６がシャッタ操作部４９に当接して押圧されるまで移動させる。これにより、シャッタ３６の複数の解放孔３８ａが複数の半田片収納部４５とそれぞれ連通し、複数の半田片２ｂが一斉に落下し、ノズル６０の複数の半田片誘導通路６３に１つずつ供給される。上方から落下するように供給された半田片２ｂは、半田片誘導通路６３を通過中に予熱され、端部が端子Ｔに当接して当接位置で停止し、位置および落下が規制される。このとき、半田片誘導通路６３の内壁は、半田片２ｂが端子Ｔの先端の上で垂直または斜めに立っている状態から落下しないように規制する落下規制部として機能する。

＜溶融工程＞
当接位置に案内された溶融前の半田片２ｂは、その位置から落下することなく、端子Ｔと反対側の端部などの少なくとも一部が、ヒータ５１の加熱部５２の近くに位置して半田片誘導通路６３の内壁に当接する。このため、当接位置にある溶融前の複数の半田片２ｂは、半田片誘導通路６３の内壁に当接した半田片２ｂの一端部、両端部、又は側部を介した熱伝導により一斉に溶融される。なお、この半田片２ｂの溶融のとき、ノズル６０と接触しての直接熱伝導に加えて、ノズル６０からの輻射熱伝達、および、ノズル６０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。

複数の半田片２ｂは、溶融すると表面張力によりそれぞれ丸まって略球状になろうとするが、ノズル６０の半田片誘導通路６３の内壁と端子Ｔの先端に規制されるため真球になれず、端子Ｔの先端に接触している状態（端子Ｔの上に載っている状態）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、ノズル６０から複数の半田片２ｂに熱が伝わり、さらに、複数の半田片２ｂから複数の端子Ｔにそれぞれ熱が伝わることで、複数の端子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２ｂ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２ｂが溶融するのは、２１７℃以上である。

溶融した半田片２ｂを介して適正温度にまで端子Ｔが加熱されると、溶融した複数の半田片２ｂは、ぬれ始め、端子Ｔの先端から端子Ｔの側面を伝って一斉に流れ出す。ここで、溶融しはじめてから流れ出す前の半田片２ｂ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の側面を伝って流れ出した溶融した半田片２ｂは、裏面側のランドＲに広がり、さらに、毛細管現象により、端子Ｔの側面とスルーホールに面するランドＲとの隙間にも流入する。そして、表面側のランドＲにも広がっていく。

＜ノズル離間工程＞
その後、制御部２１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６０の先端面をプリント基板Ｐの裏面側のランドＲ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２ｂは急速に冷却され、溶融した半田片２ｂが固化して半田付け動作は終了する。

溶融した半田片２ｂのこのような動きにより、複数の端子Ｔは複数のランドＲにそれぞれ確実に半田付けされる。こうして一斉に（ほぼ同時に）半田付けされた複数箇所の半田の仕上がり外観は美しく、バックフィレット形状も綺麗に形成される。

しかして本実施形態では、図７に示すように、半田片供給通路６３は、通路幅方向の平面上で複数方向にそれぞれ形成された構成をなす。加えて本実施形態では、図８に示すように、制御部２１による平面移動機構部１９への制御により、半田片切断収納工程において、単一の糸半田２ａを備えながら上述のような複数の半田片供給通路６３へ一斉に半田片２ｂを効率よく供給することを可能としている。以下、半田片切断収納工程における動作について詳述する。

ステップＳ１では、制御部２１は、任意の半田片収納部４５を平面視糸半田供給ガイド１６に平面視一致するよう位置決めし、しかる後、上述の通り当該半田片収納部４５が有する列に沿って糸半田２ａを切断して半田片２ｂを供給していく処理を行う。

ステップＳ２では、制御部２１は、同じ列に未だ半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５が有るか否かの判定を行う処理を行う。当該ステップＳ２にて半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５があった場合は、ステップＳ１へ移行する。このようにステップＳ１を一列の半田片収納部４５の数だけ繰り返し、一列の半田片収納部４５に対して同方向（一方向）に半田片収納体４４を移動させて糸半田２ａの切断をしていく。当該ステップＳ２にて半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５が無くなった場合は、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、制御部２１は、違う列に位置する半田片収納部４５に未だ半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５が有るか否かの判定を行う処理を行う。当該ステップＳ３にて半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５の列が他に無かった場合は、処理を終了する。
当該ステップＳ３にて半田片２ｂが供給されていない半田片収納部４５の列があった場合は、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、制御部２１は、半田片２ｂが供給されていない他の列に半田片２ｂが供給し得るよう半田片収納体４４を移動させる処理を行う。そしてしかる後、上記ステップＳ１へ移行する。このように列を変更したとき、その前の列と同方向に切断していくこともできるが、逆方向に切断することが好ましい。逆方向に切断していくことで、半田片収容体４４を移動させる時間を短縮できる。

このようにして本実施形態では、平面移動機構部１９を制御２１によって好適に制御することでステップＳ１～ステップＳ４を経て、通路幅方向の平面上で複数方向にそれぞれ形成された構成をなす半田片供給通路６３と同じ位置で同じ数が設けられている半田片収納部４５へ、順次半田片２ｂを供給することができる。

以上の構成及び動作により、本実施形態によれば、ノズル６０に設けた半田片供給通路６３を通路幅方向の平面上で複数方向にそれぞれ形成することにより、された構成をなすことにより、１つずつではなく、一直線だけでもない、面での複数の半田付けが可能となる。具体的には、このように複数の半田片誘導通路６３を有するノズル６０を用いることで、複数の端子Ｔ（半田付け箇所）に一斉に（同時に）半田付けをし、短時間で多数の半田付けを完了させることができる。上述した実施形態では、８つの半田片２ｂを順次切断し、一斉に８ヶ所の半田付けを実施できるため、１か所ずつ半田付けするよりも非常に短時間で半田付け完了できる。
その結果、従来の構成に比べて大幅なタクト短縮（時間短縮）が実現できる。

しかも本実施形態によれば、ノズル６０自体の平面視の面積が大きくなることによりノズル６０の熱容量が大きくなることで、基板への予熱効果が見込め、半田付け時間も従来よりも短縮させることができる。その結果、例えばパワーデバイス等の熱引きが大きなパターンへの半田付けであっても好適に行うことが可能となっている。

また本実施形態によれば、半田片収納体４４の半田片収納部４５を、少なくともノズル６０の半田片供給通路６３と同じ位置で同じ数が設けられている構成としているので、より正確且つ迅速な半田付けが可能となっている。

さらに本実施形態によれば、平面移動機構部１９を半田片収納体４４を半田片収納部４５に半田片２ｂを収容する方向と直交する平面上の二方向へ移動させる半田片収納体移動手段として機能させることで、単一の糸半田２ａのみを有する構成であっても複数方向に複数設けられたノズル６０の半田片供給通路６３に対して一斉に半田片２ｂを供給すべく半田片収納体４４の半田片収納部４５へ正確に安定して半田片２ｂを供給することを実現している。

特に、第１部材６１と第２部材６５の分割式のノズル６０としたことにより、半田片誘導通路６３となる半田片誘導路６３ａを長さや幅や深さにかかわらず容易に形成することができる。しかしながら本発明においては、分割式のノズル６０のみならず、一体に形成されたノズルを適用することを否定するものではない。

なお、この発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な実施形態とすることができる。本実施形態のように、半田片収納体４４の半田片収納部４５とシャッタ３６の解放孔３８ａとノズル６０の半田片誘導通路６３は、列を更に増やす構成とすることができる。これにより、半田付け対象の配置間隔に合わせて一斉に半田付けができる。

また、ノズル６０の形状と半田片誘導通路６３の数や形状は半田付け対象に合わせて様々構成とすることができ、これに合わせて半田片収納体４４の半田片収納部４５とシャッタ３６の形状を形成することで、様々な半田付け対象に対して複数箇所に一斉に半田付けすることができる。

また、半田片収納体４４は、一面に一直線の溝を複数平行に配置した２つの部材を互いの溝が対向するように合わせて、この溝が半田片収納部４５を形成するように構成してもよい。この場合、２つの部材の対向面は当接していることが好ましいが、半田片２ｂの厚みよりも小さい隙間だけ離間させて構成してもよい。この場合も半田片２ｂを半田片収納部４５に収納し、シャッタ３６を動作させて半田片２ｂを一斉に落下させることができる。

また、ノズル６０の半田片誘導通路６３は、断面四角の孔としたが、断面正方形、断面長方形、断面円形、断面楕円形、断面半円形など、適宜の形状の孔とすることができる。この場合、第１部材６１と第２部材６５の両方に半田片誘導路６３ａを設けて重ね合わせたときにこれらの適宜の形状の孔となるように構成してもよい。

また、ノズル６０の各半田片誘導通路６３から第１部材６１と第２部材６５の一方または両方に水平方向に伸びる側孔をそれぞれ設け、半田付け時に半田片誘導通路６３内で発生するヒュームを外部へ排出する構成としてもよい。この場合、この側孔は、半田片誘導通路６３内で端子Ｔに当接する半田片２ｂの上端よりも上方に設けることが好ましい。これにより、半田ボールやフラックス等が側孔からノズル６０の外へ飛散することを防止できる。

また、半田付け対象である第１導体と第２導体は、プリント基板Ｐの端子ＴとランドＲに限らず、例えば、モータの端子とリード線とする、プリント基板の配線上に寝かした状態で置いた端子と当該配線とする、など、適宜の半田付け対象とすることができる。これらの場合も同様にノズルを第１導体に近接または当接させた状態で第１導体と第２導体を半田付けして電気的に接続することができる。

また、上記実施形態では半田片収納体４４の半田片収納部４５へ半田片２ｂを供給する順序を、ＸＹ何れかの方向に沿った列に沿って順次供給していく手順を一例として説明したが勿論、制御部２１による平面移動機構部１９への制御により、半田片収納体４４の外周から中心へ向けて半田片２ｂを供給する態様や、その逆の手順にて半田片２ｂを供給する態様としてもよい。また、任意の一の半田片収納部４５から順次最も近接した他の半田片収納部４５へ半田片２ｂを供給する態様など、種々の態様をとることができる。これらの場合、上記図８のフロー図とは異なるフロー（手順）となることは言うまでもない。

また、ステップＳ２で半田片収納部４５が無くなった場合とは、一列全ての半田片収納部４５への収納が完了して次の半田片収納部４５が無くなった場合とすることもできるが、これに限らない。具体的には、最後の半田片収納部４５に糸半田２ａを収納した後、平面移動機構部１９による半田片収納体４４の移動方向を、それまでの方向（一列に切断してきた方向）と別の方向（例えば次に供給する半田片収納部４５が存在する方向）へ変更し、ステップＳ４にてこの別の方向への移動をすることで糸半田２ａを切断して半田片２ａとしてもよい。この場合、平面移動機構部１９による半田片収納体４４の移動時間を最小限にし、かつ、各半田片収納部４５へ半田片２ｂを供給することができ、糸半田２ａを切断して全ての半田片収納部４５へ半田片２ｂの供給するために要する時間を最小限にすることができる。

また、糸半田切断機構部４０は、制御部２１の制御によって、半田片収納体４４を移動させることによって糸半田２ａを切断する動作を、ＸＹ平面上の２以上の方向で実行できるように構成することが好ましい。これにより、制御部２１の制御によって様々な方向へ移動させて切断することができるため、糸半田２ａを挿通している半田片収納部４５（糸半田供給ガイド１６と対向している半田片収納部４５）から最も近い半田片収納部４５の方向へ向けて半田片収納体４４を移動させ、この移動動作によって半田片収納部４５と糸半田供給ガイド１６の接触面（若しくは近接面）にて糸半田２ａが切断されて半田片２ｂとして半田片収納部４５に収容され、次の半田片収納部４５に半田片収納部４５を対向させて糸半田２ａを供給し、また次の近い半田片収納部４５と糸半田供給ガイド１６を対向させる方向へ移動して糸半田２ａを切断して半田年２ｂを半田片収納部４５に収容するという一連の動作を最短時間で完了することができる。

また、図３に示した糸半田供給ガイド１６をＹ方向に複数配置し、各糸半田供給ガイド１６に１つずつ糸半田送り出し機構部１７および糸半田２（図１参照）を備えて、制御部２１の制御に従って指定された１または複数の糸半田２を一括して繰り出す構成としてもよい。この場合、図４（Ａ）に示した半田片収納体４４にＸＹ方向に設けられた半田片収納部４５に対して、Ｘ方向に一列に並んだ半田片収納部４５の列がＹ方向に何列あるかに合わせて、この列数と同じ数の糸半田供給ガイド１６を備えると良い。そして、平面移動機構部１９による半田片収納体４４の移動は、Ｘ方向のみの移動とし、一方向への移動によって複数の糸半田２を一括して切断する構成とすると良い。すなわち、半田片収納体４４がＸ方向へ移動されてある段（ここで、段とは、Ｘ方向の位置の違いを指す）の半田片収納部４５が糸半田供給ガイド１６に対向する状態で、その段の半田片収納部４５に対して糸半田２を一括供給することで、同じ段にあるＹ方向に複数並んでいる半田片収納部４５に糸半田２を供給できる。この状態で半田片収納体４４をＸ方向へ移動させることによって、その段にある複数の半田片収納部４５にそれぞれ糸半田２を一括供給できる。このように構成することで、半田片収納体４４の移動方向を一方向としつつ、ＸＹ方向に複数設けられた半田片収納部４５に糸半田２を供給でき、ノズル６０にＸＹ方向に複数設けられた半田片誘導路６３ａに一斉に糸半田２を供給できる。

また、平面移動機構部１９による半田片収納体４４の移動は、Ｘ方向のみの移動とし、半田片収納体４４と糸半田供給ガイド１６の間にシリンダーにてＹ方向へ移動する切断冶具を備えてもよい。この切断冶具は、円筒形状など、半田片収納部４５と同程度の大きさの孔を有する冶具であればよく、孔の軸方向が糸半田供給ガイド１６の孔の軸方向および半田片収納体４４の半田片収納部４５（孔）の軸方向と同方向となる構成にすると良い。これにより、半田片収納体４４の半田片収納部４５のある１つの段を切断冶具と対応させる位置で、糸半田供給ガイド１６から供給される糸半田２を切断冶具の孔内に挿入し、この状態でシリンダを駆動して切断冶具をＹ方向へ移動させて糸半田２を切断して半田片２ａとし、さらに切断冶具を半田片収納部４５の上部まで移動させて半田片２ａを半田片収納部４５へ供給する。そうして、シリンダー駆動により切断冶具を戻して再度糸半田２を切断し、同じ段の違う位置の半田片収納部４５へ半田片２ａを供給する動作を繰り返す。これにより、１段の半田片収納部４５への半田片２ａの供給が完了すると、半田片収納体４４をＸ方向へ移動して次の段にセットし、その段の半田片収納部４５へ半田片２ａを供給していく上述の動作を繰り返す。このように構成することで、切断冶具の一方向（Ｙ方向）への移動によって半田片２ａを複数の半田片収納部４５にＹ方向へ供給する動作を、半田片収納体４４を別の方向（Ｘ方向）へ移動して各段で繰り返すことができ、ＸＹ方向に複数設けられた半田片収納部４５に半田片２ａを供給できる。そして、ノズル６０にＸＹ方向に複数設けられた半田片誘導路６３ａに一斉に糸半田２を供給できる。

また、上述した実施例において、Ｘ方向を搬送方向（図２の左右方向）とし、Ｙ方向を搬送幅方向（図２の奥行方向）としたが、これに限らず、Ｘ方向を搬送幅方向としＹ方向を搬送方向とするなど、適宜の構成とすることができる。これにより、半田片収納体４４の駆動方向や制御など様々な形態をとることができる。

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。

１…半田付け装置
２ｂ…半田片
６…近接離間方向移動ユニット
１６…糸半田供給ガイド
１７…糸半田送り出し機構部
４０…半田片供給手段
４４…半田片収納体
４５…半田片収納部
５１…ヒータ
５２，２５２…加熱部
６０…ノズル
６３…半田片誘導通路
６３ａ…半田片誘導路
Ｒ…ランド
Ｔ…端子

Claims (5)

1. 第１導体と第２導体とを溶融半田によって半田付けする半田付け装置であって、
   半田片を通過させる半田片供給通路を有するノズルと、
   前記第１導体と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させて前記第１導体と前記ノズルを近接または当接させる相対距離変化手段と、
   前記半田片を前記ノズルの前記半田片供給通路に供給する半田片供給手段と、
   前記ノズルの前記半田片供給通路内の前記半田片を加熱して溶融させる加熱手段とを備え、
   前記半田片供給通路は、
   前記半田片供給通路の幅方向の複数方向に複数配置されている
   半田付け装置。
2. 糸半田を先端から送り出す糸半田送り出し機構部と、
   前記糸半田送り出し手段より下流側で送り出された前記糸半田を挿通する糸半田供給ガイドとを備え、
   前記糸半田供給ガイドの先端は、送り出した前記糸半田の突出部分を切断して半田片とする切断部を有し、
   前記半田片供給手段は、
   前記糸半田供給ガイドより送り出されて切断された半田片を収容する半田片収納部を複数有する半田片収納体と、
   前記半田片収納部に収容された前記半田片を収容している収容状態と前記半田片を前記ノズルの前記半田片供給通路へ供給する解放状態に切り替える収容／解放切替部とを有し、
   前記半田片収納体の前記半田片収納部は、少なくとも前記ノズルの前記半田片供給通路と同じ位置で同じ数が設けられている
   請求項１記載の半田付け装置。
3. 前記半田片収納体を前記半田片収納部に前記半田片を収容する方向と直交する平面上の二方向へ移動させる半田片収納体移動手段を備えた
   請求項２記載の半田付け装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の半田付け装置を用い、
   前記相対距離変化手段により前記第１導体と前記ノズルとの近接離間方向の相対距離を変化させて前記第１導体と前記ノズルを近接または当接させ
   前記半田片供給手段により複数の前記半田片を前記ノズルの複数の前記半田片供給通路に一斉に供給し、
   前記加熱手段により前記ノズルの前記半田片供給通路内の前記半田片を加熱して溶融させ、
   前記第１導体と前記第２導体を前記半田片が溶融した溶融半田により半田付けする
   半田付け方法。
5. 請求項１から３のいずれか１つに記載の半田付け装置に用いる半田付け装置用ノズルであって、
   前記半田片供給通路を前記半田片供給通路の幅方向の複数方向に複数配置した
   半田付け装置用ノズル。
   

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