JP7382638B2 - 半田付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、半田片を加熱溶融する半田付け装置に関するものである。

近年、各種機器のほとんどには電子部品を実装したプリント回路基板が搭載されている。このプリント回路基板の作製過程において、各種の電子部品をプリント配線板の配線パターン（ランド）に接合する処理等のため半田付け作業がなされる。また半田付け作業を機械的に実現させるため半田付け装置が各種提案されすでに使用されているものもある。

例えば半田付け装置の一つとして、半田片（半田層内部にフラックスの層が設けられた糸半田を切断したもの）を、円筒状の鏝先の軸方向に貫通した半田孔内に供給し、半田孔内で半田片を立てた姿勢で加熱して、溶融した半田を下方へ供給して半田付けを行うものがある。

特開平０９－１０８８２６号公報 特開２０１１－０５６５８１号公報 特開２００９－１９５９３８号公報

上記のように半田片を半田孔内に立てた姿勢で加熱すると、半田片の外周部と半田孔の内壁とが接触して半田片が加熱され、比較的融点の低いフラックスが半田片の内部から流出し始める。このフラックスが半田片の上端或いは側面から適切に流出すれば、半田孔の内壁と半田片の間には濡れ性に優れたフラックスが適切に介在することになり、半田孔の内壁と半田片との接触性が向上して鏝先から半田片へ十分に熱が伝わり半田片が適切に加熱溶融される。

一方で、図１２（ａ）に示すように、半田孔５５内に供給された半田片Ｗｈが電子部品Ｅｐのピン端子Ｐ上に半田孔５５の内壁に接触することなく自立する現象が発生率は低いものの発生することがあった。このように半田片Ｗｈがピン端子Ｐ上に自立すると、鏝先５ｄからの半田片Ｗｈへ直接熱が伝わらず半田片Ｗｈの昇温に通常よりも時間がかかる。また半田片ＷｈがフラックスＦＬの溶融温度（おおよそ１００℃）に達すると、同図（ｂ）に示すように、半田片Ｗｈの外周部の溶融温度の高い半田材（錫合金）が溶融する以前に溶融温度の低いフラックスが溶融を開始し、半田片Ｗｈの下端からフラックスＦＬが流出し、流出したフラックスＦＬはピン端子Ｐを伝って流下してしまい半田孔５５の内壁と半田片Ｗｈの間にフラックスＦＬが介在しなくなり、フラックスによる半田片Ｗｈの表面の酸化膜の除去ができなく、また半田孔５５と半田片Ｗｈとの熱伝達量が極めて少なくなる。さらにランドＬｄへもフラックスＦＬは流れ広がらない。

その結果、所定時間内に半田片Ｗｈが十分に溶融加熱されずに、同図（ｃ）に示すように、ピン端子Ｐ上に溶融変形した半田が球状で留まることがあった。あるいはまた、半田片Ｗｈが加熱溶融しても、同図（ｄ）に示すように、溶融した半田がピン端子Ｐを伝って流れ落ちてしまい、溶融半田がランドＬｄに流れ広がらないことがあった。

本発明はこのような従来問題に鑑みなされたものであり、半田孔内に供給された半田片がより確実に加熱溶融され、ピン端子とランドとを確実に半田付けることができる装置の提供を目的とする。

前記目的を達成する本発明に係る半田付け装置は、電子部品の部品本体から外方に突出したピン端子をプリント基板のスルーホールに挿通して前記スルーホールの外周縁及び内壁に形成されたランドに前記ピン端子を半田付けする装置であって、略筒形状で軸方向に貫通した半田孔を有し加熱可能な鏝先と、フラックスを有する半田片を前記半田孔内へ供給する半田片供給手段と、前記鏝先を加熱する加熱手段と、前記半田孔内に前記ピン端子が位置し、前記半田孔の軸中心が前記ピン端子の軸中心からずれている半田付け位置と、前記半田孔内に前記ピン端子が位置していない離隔位置とに、前記鏝先を前記プリント基板に対して相対的に移動させる移動手段と、前記半田片供給手段及び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、前記半田片が前記半田孔内へ供給される前に、前記鏝先が前記半田付け位置になるように前記プリント基板に対する前記鏝先の相対的移動を制御して、前記ピン端子の外周面と前記半田孔の内周面との間を前記半田片が通過可能として、前記半田孔に供給された半田片が前記ランドに必ず接触するようにしたことを特徴とする。

前記構成の半田付け装置において、前記半田孔はその下端部に半径方向外方に拡大した拡大部を有し、前記拡大部の前記鏝先の下端からの軸方向長さが、前記ピン端子の前記プリント基板の表面からの突出長さよりも長く、前記半田付け位置は、少なくとも前記ピン端子の軸中心が前記拡大部内にある位置である構成としてもよい。

また前記構成の半田付け装置において、下面視において前記拡大部は前記半田孔の外周全体から半径方向外方に拡大したものであってもよい。さらには、前記拡大部は前記半田孔と同心円状であってもよい。

また前記構成の半田付け装置において、下面視において前記拡大部が前記半田孔の外周の一部から半径方向外方に拡大したものであってもよい。

また前記構成の半田付け装置において、前記半田孔の軸方向に垂直な断面形状が略長方形状であって、前記半田孔の断面形状の短手方向長さが前記ピン端子の外径以上であり、前記半田孔の断面形状の長手方向長さが前記ピン端子の外径と半田片の外径の和より長いものであってもよい。

本発明に係る半田付け装置によれば、半田孔内に供給された半田片はより確実に加熱溶融され、電子部品のピン端子とプリント基板のランドとが正常に半田付けされる。

また、本発明に係る半田付け装置では、半田片から流れ出たフラックスがランド上に広がって、ランドの表面の異物や酸化膜が取り除かれ、鏝先からランドへの伝熱が促進される。この結果、熱容量の大きいプリント基板であっても効率的に加熱することが可能となる。

そしてまた、フラックスによって溶融半田の表面張力が低下しきれいなフィレットが形成される。

本発明の実施形態にかかる半田付け装置ＡＰの一例の斜視図である。 装置本体Ａ１の内部構造を示す斜視図である。 図２に示す装置本体Ａ１の概略垂直断面図である。 図２に示す装置本体Ａ１に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。 鏝先５ａとプリント基板Ｂｄの部分垂直断面図である。 鏝先５ａの下面図である。 半田付け装置ＡＰによる半田付けの動作工程図である。 半田付け装置ＡＰによる半田付けの動作工程図である。 本発明で使用可能な他の鏝先５ｂとプリント基板Ｂｄの部分垂直断面図である。 鏝先５ｂの下面図である。 本発明で使用可能な鏝先５ｃの上面図及び垂直断面図である。 従来の半田付け装置における不具合を説明する部分垂直断面図である。

本発明に係る半田付け装置について図に基づき説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

第１実施形態
（半田付け装置の全体構成）
図１は、半田付け装置ＡＰによってプリント基板Ｂｄに電子部品Ｅｐを半田付けする場合の斜視図である。治具Ｇｊに固定されたプリント基板Ｂｄには４つのスルーホールＴｈが形成されており、各スルーホールＴｈの内周面及び周縁にはランドＬｄが形成されている。そして、この４つのスルーホールＴｈの各々には、プリント基板Ｂｄの裏面側に配置された電子部品Ｅｐから延出した４つのピン端子Ｐが下から上方向に挿通され、プリント基板Ｂｄの上面からピン端子Ｐの先端が突出した状態となっている。

一方、本発明に係る半田付け装置ＡＰは、多関節アームＡｍを有する移動手段としてのマニピュレーターＭＬと、マニピュレーターＭＬの先端に取り付けられた装置本体Ａ１と、マニピュレーターＭＬ及び装置本体Ａ１の動作を制御する制御装置Ｃｏｎｔとを備える。マニピュレーターＭＬは基台Ｂｓ上に設置され、多関節アームＡｍは複数の関節部の各々において回転可能とされている。制御手段Ｃｏｎｔは、マニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの回転動作を制御して、装置本体Ａ１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の所望位置に移動させる。また制御手段Ｃｏｎｔは、後述する装置本体Ａ１のカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６及びヒーターユニット（加熱手段）４の動作を制御する。なお、本実施形態ではカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６が半田片供給手段を構成する。

半田付け装置ＡＰによって半田付けを行う場合、装置本体Ａ１が、マニピュレーターＭＬによってＸ方向及びＹ方向に移動されてプリント基板ＢｄのランドＬｄに対する位置決めが行われる。そして、装置本体Ａ１がＺ方向に移動されることで、鏝先５ａの先端がランドＬｄに接触する。以下説明する実施形態ではこの半田付け装置ＡＰを用いて、プリント基板Ｂｄの上面から突出したピン端子Ｐを装置本体Ａ１の鏝先５ａの半田孔５１（図３に図示）内に位置させ、鏝先５ａの半田孔５１に供給される半田片Ｗｈを溶融させてピン端子ＰとランドＬｄとを半田付けする。なお、本実施形態では、装置本体Ａ１を移動させているが、装置本体Ａ１を固定しプリント基板Ｂｄを移動させる、あるいは装置本体Ａ１とプリント基板Ｂｄの両者を移動させるようにしても構わない。

（装置本体Ａ１）
図２に装置本体Ａ１の斜視図を示し、図３に図２に示す半田付け装置の垂直断面図、図４は図２に示す半田付け装置に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。なお、図２では、筐体の一部を切断し、装置本体Ａ１の内部を表示するようにしている。

図２に示すように、装置本体Ａ１は、装置ユニットＵと、装置ユニットＵをＺ方向の所定距離範囲で移動可能に支持する支持部材ＳＰと、装置ユニットＵと支持部材ＳＰを覆うカバーＣ（図２の波線）とを有する。

支持部材ＳＰは、四角形状のＹＺ平面を有しＸ方向に所定の厚みを有する板状の基部Ｍｆと、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＹ方向中央部にＹ方向に所定幅を有しＸ方向に突出しＺ方向に連続するガイドレールＭｇと、ガイドレールＭｇにＺ方向に移動可能に取り付けられたブロックＭｂとを備える。

基部ＭｆのＺ方向上端部はマニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの先端に取り付けられる。ブロックＭｂには装置ユニットＵの壁体１１がＺ方向の略全域にわたって取り付けられている。すなわち、装置ユニットＵはブロックＭｂに固定され、ブロックＭｂと一体となってＺ方向に移動可能とされている。また、ブロックＭｂのＹ方向の一方側面の下端部には移動規制ピン９１が側面から外方に向かって垂直に突出して設けられている。

一方、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＺ方向下部のＹ方向端部位置には、直方体形状の上ストッパー部９３と下ストッパー部９４とがＺ方向に所定距離隔てて対向するように設けられている。

ブロックＭｂの一方側面に設けられた移動規制ピン９１は、基部Ｍｆの上ストッパー部９３と下ストッパー部９４との間の領域に位置し、初期状態のときすなわち鏝先５ａが配線基板Ｂｄに当接していない状態のときは、装置ユニットＵ及びブロックＭｂの自重によって移動規制ピン９１は下ストッパー部９４に当接した状態となっている。換言すると、移動規制ピン９１が下ストッパー部９４に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向下方への移動が規制される。他方、鏝先５ａが配線基板Ｂｄに当接して装置ユニットＵがＺ方向上方に移動した場合には、移動規制ピン９１が上ストッパー部９３に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向上方向への移動が規制される。

（装置ユニットＵ）
装置ユニットＵは、支持部１、カッターユニット２、駆動機構３、ヒーターユニット４、鏝先５ａ、半田送り機構６を備えている。

支持部１は、立設された平板状の壁体１１を備えている。なお、以下の説明では、便宜上、図２に示すように、壁体１１に沿う水平方向をＸ方向、壁体１１と垂直な水平方向をＹ方向、壁体１１に沿う鉛直方向をＺ方向とする。例えば、図２に示すように、壁体１１はＺＸ平面を有している。

支持部１は、壁体１１と、保持部１２と、摺動ガイド１３と、ヒーターユニット固定部１４とを備える。壁体１１は、鉛直方向に立設された平板状の壁体である。壁体１１は、装置本体Ａ１の支持部材としての役割を果たしている。保持部１２は、壁体１１のＺ方向の下端部より上方にずれた位置に固定されている。保持部１２は、駆動機構３の後述するエアシリンダー３１を保持する。ヒーターユニット固定部１４は、ヒーターユニット４の固定を行う部材であり、壁体１１のＺ方向の端部（下端部）に設けられている。

摺動ガイド１３は、壁体１１のＺ方向の下端部の近傍に、固定されている。摺動ガイド１３は、カッターユニット２の後述するカッター下刃２２と共に、壁体１１と固定されており、カッターユニット２の後述するカッター上刃２１をＸ方向に摺動可能にガイドする。

摺動ガイド１３は、Ｙ方向に対向して対をなす部材である。摺動ガイド１３は、一対の壁部１３１と、抜止部１３２とを有している。壁部１３１は、Ｘ方向に延びる平板状の部材である。一方の壁部１３１は、壁体１１と接触して配されており、壁体１１と反対側の面は、カッター下端２２と接触している。また、他方の壁部１３１は、カッター下刃２２の側面と接触している。つまり、一対の壁部１３１は、カッター下刃２２をＹ方向の両側から挟んでいる。そして、一対の壁部１３１及びカッター下刃２２は、ねじ等の締結具で壁体１１に共締めされて、固定される。

抜止部１３２は、一対の壁部１３１のそれぞれに設けられている。一対の壁部１３１は、カッター下刃２２のＺ方向上面よりもＺ方向に延びており、一対の壁部１３１のＺ方向の上端部から、それぞれ、他方に向かって延びている。すなわち、摺動ガイド１３は、一対の抜止部１３２を備えている。そして一対の抜止部１３２それぞれのＹ方向の先端は、接触しない、換言すると、摺動ガイド１３には上部に開口を有している。カッター上刃２１は、カッター下刃２２の上面と、抜止部１３２との間に少なくとも一部は配される。これにより、カッター上刃２１は、Ｘ方向にガイドされるとともに、Ｚ方向に抜け止めされる。

カッターユニット２は、半田送り機構６によって送られた糸半田Ｗを所定長さの半田片Ｗｈに切断する切断具である。カッターユニット２は、カッター上刃２１と、カッター下刃２２と、プッシャーピン２３とを備えている。

上述のとおり、カッター下刃２２は摺動ガイド１３とともに壁体１１に固定される。図３に示すように、カッター下刃２２は、下刃孔２２１と、ガス流入孔２２２とを備えている。下刃孔２２１は、カッター下刃２２をＺ方向に貫通する貫通孔であり、カッター上刃２１の後述する上刃孔２１１を貫通した糸半田Ｗが挿入される。下刃孔２２１の上端の辺縁部は切刃状に形成されている。上刃孔２１１と下刃孔２２１とを用いて、糸半田Ｗを所定長さの半田片Ｗｈに切断する。切断された半田片Ｗｈは、自重によって又はプッシャーピン２３に押されて、下刃孔２２１の内部を下方に落下する。下刃孔２２１は、ヒーターユニット４の後述する半田供給孔４２２を介して、鏝先５ａの後述する半田孔５１と連通している。下刃孔２２１の内部を落下した半田片Ｗｈは、半田供給孔４２２に達した後、半田孔５１に落下する。

ガス流入孔２２２は、カッター下刃２２の外側面と下刃孔２２１とを連通する孔である。不図示のガス供給源から供給されるガスはガス流入孔２２２に流入する。そして、ガスは、下刃孔２２１、半田供給孔４２２を通過して、半田孔５１に到達する。なお、ガスとは、半田を加熱して溶融するときに半田の酸化を抑制するために用いられるものである。すなわち、溶融した半田と酸素との接触を抑制するためのガスである。ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素等を挙げることができる。本実施形態の半田付け装置ＡＰでは、窒素ガスを供給するものとして説明する。

カッター上刃２１は、上述したとおり、カッター下刃２２のＺ方向上面上に配される。カッター上刃２１は、摺動ガイド１３によって摺動時に摺動方向がＸ方向になるようガイドされるとともにＺ方向に抜け止めされる。すなわち、カッター上刃２１は、カッター下刃２２のＺ方向の上面上をＸ方向に摺動する。なお、カッター上刃２１は、駆動機構３によって摺動される。

カッター上刃２１は、上刃孔２１１と、ピン孔２１２とを備えている。上刃孔２１１は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である、上刃孔２１１には、半田送り機構６から送られた糸半田Ｗが挿入される。上刃孔２１１の下端の辺縁部は切刃状に形成されている。ピン孔２１２は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である。ピン孔２１２には、プッシャーピン２３の後述するロッド部２３１が、摺動可能に挿入される。

プッシャーピン２３は、ロッド部２３１と、ヘッド部２３２と、バネ２３３とを有する。ロッド部２３１は、円柱状の部材であり、ピン孔２１２に摺動可能に挿入される。また、プッシャーピン２３がＺ方向下に移動することで、ロッド部２３の先端が、ピン孔２１２から突出する。ヘッド部２３２はロッド部２３１の軸方向の上端に連結される。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２の内径よりも大きい外径を有する円板形状である。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２に挿入されない。すなわち、ヘッド部２３２は、ロッド部２３１のピン孔２１２内への移動を制限する、いわゆる、ストッパーとしての役割を果たす。

バネ２３３は、ロッド部２３１の径方向外側を囲む圧縮コイルばねである。バネ２３３は、Ｚ方向下端部がカッター上刃２１の上面と接触し、Ｚ方向上端部がヘッド部２３２の下面と接触する。すなわち、バネ２３３は、カッター上刃２１の上面から反力を受け、ヘッド部２３２をＺ方向上に押す。これにより、ヘッド部２３２と連結されたロッド部２３１は、Ｚ方向上方に持ち上げられ、ロッド部２３１の下端が、ピン孔２１２の下端から突出しないように維持される。なお、ロッド部２３１のＺ方向下端部には、ピン孔２１２からの抜けを抑制する抜け止め（不図示）が設けられている。

プッシャーピン２３は、カッター上刃２１とカッター下刃２２で切断されて下刃孔２２１に残った半田片Ｗｈを下方に押す。そして、プッシャーピン２３は、ばね２３３の弾性力によって、常に上方に、すなわち、カッター下刃２２と反対側に押し上げられている。つまり、ロッド部２３１は、ヘッド部２３２が押されたときに、ピン孔２１２のＺ方向下端部から下に突出する。そして、ヘッド部２３２は、駆動機構３の後述するカム部材３３に押される。

カッター上刃２１において、上刃孔２１１とピン孔２１２とはＸ方向に並んで設けられている。カッター上刃２１は、Ｘ方向に摺動することで、上刃孔２１１と下刃孔２２１とが上下に重なる位置、又は、ピン孔２１２と下刃孔２２１とが上下に重なる位置に移動する。なお、カッター上刃２１は、一方の摺動端部まで摺動したときに上刃孔２１１と下刃孔２２１とが重なり、他方の摺動端部まで摺動したときにピン孔２１２と下刃孔２２１とが重なるように、摺動してもよい。

そして、上刃孔２１１と下刃孔２２１とがＺ方向に重なっている状態で、半田送り機構６から糸半田Ｗが送られると、上刃孔２１１を通過した糸半田Ｗが、下刃孔２２１に挿入される。上述のとおり、上刃孔２１１の下端の辺縁部が切刃状に形成されているとともに、下刃孔２２１の上端の辺縁部も切刃状に形成されている。そして、カッター上刃２１の下面は、カッター下刃２２の上面と接触している。そのため、下刃孔２２１に糸半田Ｗが挿入されている状態で、カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、上刃孔２１１および下刃孔２２１それぞれの切刃によって糸半田Ｗが切断される。

カッター上刃２１は、カム部材３３によってＸ方向に摺動される。そのため、カッター上刃２１及びプッシャーピン２３は、カム部材３３と同期している。カム部材３３は、ピン孔２１２が下刃孔２２１とＺ方向に重なったときに、ヘッド部２３２を押す。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときには、プッシャーピン２３のロッド部２３１の先端は、ピン孔２１２に収容されている。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときに、ロッド部２３１の先端とカッター下刃２２の上面とが接触するのを抑制し、ロッド部２３１の先端及び（又は）カッター下刃２２の変形、破損等が抑制される。

カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、下刃孔２１１とピン孔２１２とがＺ方向に重なる。ピン孔２１２が下刃孔２１１と重なっている状態で、ヘッド部２３２はカム部材３３に押される。これにより、プッシャーピン２３が、Ｚ方向下に移動する。プッシャーピン２３がピン孔２１２からＺ方向下方に突出すると、プッシャーピン２３の一部が下刃孔２１１に挿入される。下刃孔２１１の入り口に糸半田を切断した後述の半田片が残っている場合、プッシャーピン２３の先端が半田片を押して、半田片は落下する。

図２、図３に示すように、駆動機構３は、エアシリンダー３１と、ピストンロッド３２と、カム部材３３と、スライダー部３４と、ガイド軸３５とを有する。エアシリンダー３１は保持部１２に保持される。エアシリンダー３１は、有底円筒状である。エアシリンダー３１の内部には、ピストンロッド３２が収容されており、外部から供給される空気の圧力でピストンロッド３２を摺動駆動（伸縮）させる。エアシリンダー３１とピストンロッド３２とが駆動機構３のアクチュエーターを構成している。ピストンロッド３２は、エアシリンダー３１の内部に配されるとともに、一部が常にエアシリンダー３１の軸方向の一方の端部（ここでは、Ｚ方向の下端部）から、突出している。エアシリンダー３１は、ピストンロッド３２が突出する面がカッターユニット２に向くように、すなわち、Ｚ方向下に向くように、保持部１２に保持される。

ピストンロッド３２は、保持部１２に設けられた貫通孔（不図示）を貫通している。ピストンロッド３２は、ガイド軸３５と平行に設けられており、ガイド軸３５に沿って直線的に往復動する。ピストンロッド３２の先端部は、カム部材３３に固定されており、ピストンロッド３２の伸縮によって、カム部材３３がＺ方向に摺動する。カム部材３３の摺動は、ガイド軸３５によってガイドされている。

図３に示すように、ガイド軸３５は、下端部がカッター下刃２２に設けられた凹穴に嵌合されており、カッター下刃２２にねじ３５１でねじ止め固定されている。また、ガイド軸３５の上部は、保持部１２に設けられた孔を貫通しており、ピン３５２によって移動が規制されている。つまり、ガイド軸３５はねじ３５１によってカッター下刃２２と、ピン３５２によって保持部１２と固定されている。

なお、本実施形態において、ガイド軸３５は、ねじ３５１及びピン３５２によって固定されているが、これに限定されるものではなく、例えば、圧入、溶接等の固定方法で固定されるものであってもよい。また、本実施形態において、ガイド軸３５として円柱状の部材としているが、これに限定されるものではなく、断面多角形状や楕円等を利用してもよい。

図３、図４に示すように、カム部材３３は、矩形状の部材であり、長辺の一部を矩形状に切り欠いた凹部３３０と、カム部材３３に連結し、ガイド軸３５が貫通する貫通孔を備えた円筒形状の支持部３３１とを備えている。凹部３３０には、スライダー部３４が（Ｘ方向及びＺ方向に）摺動可能に配置される。また、支持部３３１はガイド軸３５と平行に延びる形状を有しており、カム部材３３のがたつきを抑制するために設けられている。つまり、カム部材３３がある程度厚みを有し、がたつきが発生しにくい構成の場合、円筒形状の部分を省略し、貫通孔だけで支持部３３１を構成してもよい。

そして、カム部材３３は、凹部３３０の中間部分に設けられて中心軸がガイド軸３５と直交する円柱状のピン３３２と、凹部３３０と隣接してプッシャーピン２３を押すピン押し部３３３と、支持部３３１内部に配置された軸受３３４とを備えている。ピン３３２は、スライダー部３４に設けられた後述するカム溝３４０に挿入される。また、軸受３３４は、ガイド軸３５に外嵌し、カム部材３３ががたつかないように、円滑に摺動させる部材である。

図３、図４に示すように、スライダー部３４は、長方形状の板状の部材であり、カッター上刃２１と一体的に形成されている。スライダー部３４は、板厚方向に貫通するとともに長手方向に延びるカム溝３４０を備えている。カム溝３４０は、ガイド軸３５と平行に延びる第１溝部３４１を上側に、同じくガイド軸３５と平行に延びる第２溝部３４２を下側に設けている。そして、第１溝部３４１と第２溝部３４２とは、Ｘ方向にずれて設けられており、カム溝３４０は第１溝部３４１と第２溝部３４２とを接続する接続溝部３４３を備えている。

カム溝３４０には、カム部材３３のピン３３２が挿入されており、カム部材３３がガイド軸３５に沿って移動することで、ピン３３２がカム溝３４０の内面を摺動する。ピン３３２がカム溝３４０の接続溝部３４３に位置するとき、接続溝部３４３の内面を押す。これにより、スライダー部３４及びスライダー部３４に一体的に形成されたカッター上刃２１がカム部材３３の摺動方向（Ｚ方向）と交差する方向（Ｘ方向）に移動（カッター下刃２２に対して摺動）する。

なお、本実施形態では、カム部材３３にピン３３２、スライド部３４にカム溝３４０を備えた構成を挙げて説明しているが、実際には、カム部材にカム溝、スライド部にピンを備えた構成であってもよい。

本実施形態では、駆動機構３のアクチュエーターとして空気圧を用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、空気以外の流体（例えば、作動油）を用いるもの（油圧）であってもよい。また、流体を用いるものに限定されるものではなく、モーターやソレノイド等の電力を用いるものであってもよい。本実施形態では、１つのアクチュエーターと、カム及びカム溝を用いて、カッター上刃２１の摺動とプッシャーピン２３の押下を行っているが、これに限定されない。例えば、カッター上刃２１の摺動と、プッシャーピン２３の押下とを行うように、アクチュエーターを複数個（２個）備えていてもよい。

図２、図３に示すように、半田送り機構６は、糸半田Ｗを供給する。半田送り機構６は、一対の送りローラ６１と、ガイド管６２とを備えている。一対の送りローラ６１は、支持壁１１に回転可能に取り付けられている。一対の送りローラ６１は、糸半田Ｗの側面を挟んで回転することで、糸半田を下方に送る。なお、一対の送りローラ６１は、互いに他方に向かって付勢されており、その付勢力で糸半田Ｗを挟む。送りローラ６１の回転角度（回転数）によって、送り出した糸半田Ｗの長さが測定（決定）されている。

ガイド管６２は、弾性変形可能な管体であり、上端は、送りローラ６１の糸半田Ｗが送り出される部分に近接して配置されている。また、ガイド管６２の下端は、カッター上刃２１の上刃孔２１１と連通するように設けられている。なお、ガイド管６２の下端はカッター上刃２１の摺動に追従して移動するものであり、ガイド管６２はカッター上刃２１が摺動する範囲で過剰に引っ張られたり、突っ張ったりしない長さ、および、形状を有している。

ヒーターユニット４は、半田片Ｗｈを加熱し、溶融させるための加熱装置であり、図３に示すように、壁体２２の下端部に設けられたヒーターユニット固定部１４に固定されている。ヒーターユニット４は、ヒーター４１と、ヒーターブロック４２とを備える。ヒーター４１は、通電により発熱する。ヒーター４１は、ここでは、円筒形状のヒーターブロック４２の外周面に巻き回された電熱線を有する。

ヒーターブロック４２は円筒形状を有しており、軸方向の端部に鏝先５ａを取り付けるための断面円形状の凹部４２１と、凹部４２１の底部の中心部から反対側に貫通した半田供給孔４２２とを備えている。ヒーターブロック４２は、半田供給孔４２２と下刃孔２２１とが連通するように、カッター下刃２２に接触して設けられている。ヒーターブロック４２をこのように設けることで、半田片Ｗｈは、下刃孔２２１から半田供給孔４２２に移動する。

（鏝先）
鏝先５ａは、円筒形状の部材であり、中央部分に軸方向に貫通した断面円形の半田孔５１を備えている。鏝先５ａは、ヒーターブロック４２の凹部４２１に挿入され、図示を省略した部材によって抜け止めがなされている。また、鏝先５ａの半田孔５１は、ヒーターブロック４２の半田供給孔４２２と連通しており、半田供給孔４２２から半田片Ｗｈが送られる。

図５に鏝先５ａの下部及びプリント基板Ｂｄの部分垂直断面図を示し、図６に鏝先５ａの下面図を示す。前述のように鏝先５ａは円筒形状で軸方向に貫通した半径ｒの半田孔５１を有する。当然ながら半田孔５１の直径は半田片Ｗｈの外径ｄ（図８に図示）よりも大きい。半田片Ｗｈの外径ｄは、通常、０．６ｍｍ～１．２ｍｍの範囲である。そして半田孔５１は下端部において半径方向外方に半田孔５１と同心円状に拡大した拡大部５１０を有する。また鏝先５ａは、拡大部５１０よりも上方に半田孔５１と外周面とを連通するリリース孔５３を有する。リリース孔５３は、溶融した半田によって半田孔５１の下端開口がせき止められた場合に、不図示のガス供給部から供給される窒素ガスや気化したフラックスなどを鏝先５ａの外に逃がす役割を果たす。

図５に示すように、半田孔５１の拡大部５１０の半径Ｒと半田孔５１の半径ｒとの差は、ピン端子Ｐの直径Ｄよりも大きく設定されている。また、拡大部５１０の鏝先５ａ下端からの軸方向長さＭは、ピン端子Ｐのプリント基板Ｂｄからの突出長さＳよりも長く設定されている。これにより、鏝先５ａが半田付け位置にあるときに、ピン端子Ｐの全体が拡大部５１０内に位置することが可能となる。つまり、鏝先５ａの上方から半田孔５１を通して下方を見たときにピン端子Ｐを見えない位置とすることが可能となる。ピン端子Ｐがこのような位置にあると、後述するように、半田片Ｗｈが半田孔５１に供給されると、ピン端子Ｐはピン端子Ｐに接触することなくプリント基板ＢｄのランドＬｄまで落下しランドＬｄに必ず当接するようになる。

鏝先５ａは、ヒーター４１からの熱が伝達されており、その熱で半田片Ｗｈを溶融させる。そのため、鏝先５ａは、高い熱伝導率を有する材料、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミ等のセラミックやタングステン等の金属で形成されている。

なお、装置本体Ａ１において鏝先５ａは円筒形状のものとしているが、これに限定されるものではなく、断面多角形又は楕円形の筒形状のものを用いてもよい。半田付けを行うプリント基板Ｂｄ及び（又は）電子部品Ｅｐのピン端子Ｐの形状に合わせて異なる形状のものを用意するようにしてもよい。

（半田付け装置の動作）
次に、半田付け装置ＡＰの動作について説明する。図７及び図８に動作工程図を示す。まず図７（ａ）に示すように、制御手段Ｃｏｎｔが、マニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの回転動作を制御して、装置本体Ａ１の鏝先５ａを、鏝先５ａの軸中心Ｃ１がプリント基板Ｂｄから突出したピン端子Ｐの軸中心Ｃ２と同一線上で且つ上方向に離隔した位置（離隔位置）に移動させる。次いで図７（ｂ）に示すように、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して、鏝先５ａを下方に移動させて、鏝先５ａの下端をプリント基板ＢｄのランドＬｄに当接させ、鏝先５ａの半田孔５１内に電子部品Ｅｐのピン端子Ｐを位置させる。鏝先５ａには、ヒーター４１（図３に図示）からの熱が伝達されており、鏝先５ａが接触することでプリント基板ＢｄのランドＬｄが伝熱により加熱され（プレヒート）、電子部品Ｅｐのピン端子ＰもランドＬｄ及びプリント基板Ｂｄを経由した伝熱及び鏝先５ａからの輻射熱、さらには半田孔５１内の対流によって加熱される。

次いで、図７（ｃ）に示すように、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して、鏝先５ａの下端がプリント基板ＢｄのランドＬｄに接触した状態のままで鏝先５ａを右方向に移動させて、鏝先５ａの軸中心Ｃ１とピン端子Ｐの軸中心Ｃ２とがずれた位置となるようにする（半田付け位置）。鏝先５ａの右方向への移動距離は、半田孔５１に供給された半田片Ｗｈがピン端子Ｐに阻まれることなくプリント基板ＢｄのランドＬｄに落下できる距離であり、最大移動距離はピン端子Ｐの外周面が拡大部５１０の内壁と接触する距離である。半田片Ｗｈがプリント基板ＢｄのランドＬｄまで確実に落下するようにする観点からは、ピン端子Ｐの全体が拡大部５１０に位置するようにする、換言すると上面視において鏝先５ａの半田孔５１を通して下方にピン端子Ｐが見えない位置まで移動させるのが好ましい。より好ましくはピン端子Ｐが拡大部５１０の側壁に接触する位置まで移動させる。拡大部５１０の側壁にピン端子Ｐが接触するとピン端子Ｐが鏝先５ａからの伝熱によって直接加熱されるようになりピン端子Ｐの昇温速度が速くなる。なお、鏝先５ａの移動方向は右方向に限定されるものではなく、ランドＬｄ表面と同一面上であればいずれの方向でも構わない。

その後、図８（ａ）に示すように、鏝先５ａの半田孔５１内に半田片Ｗｈが供給される。このとき、ピン端子Ｐは半田孔５１の拡大部５１０に位置しているので、半田孔５１に供給された半田片Ｗｈはプリント基板ＢｄのランドＬｄまで落下する。なお、上面視において半田孔５１内にピン端子Ｐの一部が露出している場合であっても、従来の装置に比べてピン端子Ｐ上に半田片Ｗｈが自立する確率は格段に少なくなり、溶融した半田がピン端子Ｐ上に球状に留まるといった不具合は遙かに抑制される。

ランドＬｄ上に落下した半田片Ｗｈには鏝先５ａからランドＬｄを介して熱が伝わる。また半田片Ｗｈが半田孔５１の内壁にも接触している場合には鏝先５ａからも直接的に半田片Ｗｈに熱が伝わり、半田片Ｗｈは急速に加熱される。そして半田片Ｗｈの温度がフラックスＦＬの溶融温度に達すると、図８（ｂ）に示すように、フラックスＦＬが半田片Ｗｈから流出してランドＬｄに広がり、ランドＬｄの表面の異物や酸化膜を取り除く。これにより、溶融半田に対するランドＬｄの濡れ性が高くなる。また熱伝導率の低い酸化膜が取り除かれることによって鏝先５ａからランドＬｄへの伝熱が促進される。

そして、半田片Ｗｈの温度が半田の溶融温度（無鉛半田：２１７℃）に達すると、図８（ｃ）に示すように、半田片Ｗｈが溶融して、フラックスＦＬによって酸化膜が取り除かれたランドＬｄに濡れ広がる。また同時に、フラックスＦＬによって表面張力が低下した溶融半田は球状化することなくきれいなフィレットを形成する。

その後、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して鏝先５ａを上方に移動させる。これにより、溶融半田は外気によって冷却されて固化し、電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとプリント基板ＢｄのランドＬｄとが半田付けされる。半田付け装置ＡＰはこの一連の動作を繰り返して電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとプリント基板ＢｄのランドＬｄとの半田付けを順次行う。

以上説明した実施形態では、鏝先５ａをランドＬｄに接触させた後に、鏝先５ａの軸中心Ｃ１がピン端子Ｐの軸中心Ｃ２からずれるように鏝先５ａを移動させたが、鏝先５ａがランドＬｄに接触する前に、鏝先５ａの軸中心Ｃ１がピン端子Ｐの軸中心Ｃ２からずれた位置、すなわちピン端子Ｐの軸中心Ｃ２が鏝先５１の拡大部５１０内となるように鏝先５ａを位置させた後、鏝先５ａを下方に移動させてランドＬｄに接触させるようにしても構わない。
また、鏝先５ａをプリント基板Ｂｄに近接させた後、鏝先５ａを垂直にかつ水平に同時に駆動して斜めに移動させながら、プリント基板ＢｄのランドＬｄに接触させても良い。
また、鏝先５ａを上方に移動させるときに、鏝先５ａの中心をピン端子Ｐの中心に水平移動させた後に、上方に引き上げるようにしても良い。

このような鏝先５ａの制御手段Ｃｏｎｔによる移動制御は、予め入力設定された値に基づき行ってもよいし、接触センサーなど不図示の検知手段による検知信号に基づき行ってもよい。

また本実施形態ではプリント基板Ｂｄを固定し鏝先５ａを移動させていたが、鏝先５ａを固定しプリント基板Ｂｄを移動させてもよい。あるいはプリント基板Ｂｄ及び鏝先５ａの双方を移動させてもよい。

（第２実施形態）
図９及び図１０に本発明に係る半田付け装置に使用可能な鏝先の他の形態を示す。図９は鏝先５ｂ及びプリント基板Ｂｄの部分垂直断面図であり、図１０は鏝先５ｂの下面図である。

図９及び図１０に示す鏝先５ｂは円筒形状で軸方向に貫通した半径ｒの半田孔５１を有する点は第１実施形態の鏝先５ａと同じであるが、半田孔５１の下端部に形成されている拡大部５１１の形状が第１実施形態の鏝先５ａとは異なる。本実施形態における半田孔５１の拡大部５１１は、下面視において半田孔５１の外周の一部から半径方向外方に拡大したものである。具体的には図１０に示すように、拡大部５１１は略長方形状であって、短手方向長さがピン端子Ｐの直径（２ｒ）であり、長手方向長さＴ１はピン端子Ｐの外径Ｄよりも大きく設定されている。また、拡大部５１１の鏝先５ｂ下端からの軸方向長さＭは、ピン端子Ｐのプリント基板Ｂｄからの突出長さＳよりも長く設定されている。

制御手段Ｃｏｎｔは、鏝先５ｂが半田付け位置にあるときに、ピン端子Ｐの全体が拡大部５１１内に位置するように移動制御を行う。換言すると、鏝先５ｂの上方から半田孔５１を通して下方を見たときにピン端子Ｐが見えないように鏝先５ｂを移動制御する。鏝先５ｂとピン端子Ｐとがこのような位置関係にあると、半田片Ｗｈが半田孔５１に供給されたときにピン端子Ｐに接触することなくプリント基板ＢｄのランドＬｄまで落下しランドＬｄに必ず当接するようになる。これにより、第１実施形態の半田付け装置ＡＰと同様に、ランドＬｄ上に落下した半田片Ｗｈに鏝先５ｂからランドＬｄを介して熱が伝わり、半田片Ｗｈは急速に加熱されて、半田片Ｗｈの温度がフラックスＦＬの溶融温度に達すると、フラックスＦＬが半田片Ｗｈから流出してランドＬｄに広がり、ランドＬｄの表面の異物や酸化膜を取り除く。そして、半田片Ｗｈの温度が半田の溶融温度に達すると、半田片Ｗｈが溶融して、フラックスＦＬによって酸化膜が取り除かれたランドＬｄに濡れ広がり、同時にフラックスＦＬによって表面張力が低下した溶融半田は球状化することなくきれいなフィレットを形成する。

（第３実施形態）
図１１に本発明に係る半田付け装置に使用可能な鏝先の他の形態を示す。図１１（ａ）は鏝先５ｃの上面図であり、同図（ｂ）は鏝先５ｃの部分垂直断面図である。図１１に示す鏝先５ｃは円筒形状で軸方向に貫通した半田孔５２を有する。半田孔５２は、これまでの実施形態の鏝先と異なって拡大部を有さず、軸方向に垂直な断面形状が略長方形状で、対向する短辺が半円状となっている。半田孔５２の短手方向長さＴ２はピン端子Ｐの外径Ｄ及び半田片Ｗｈの外径ｄよりも大きく、半田孔５２の長手方向の長さＴ３はピン端子Ｐの外径Ｄと半田片Ｗｈの外径ｄの和よりも大きく設定されている。

制御手段Ｃｏｎｔは、鏝先５ｃが半田付け位置にあるときに、ピン端子Ｐの外周面と半田孔５２の内周面との間を半田片Ｗｈが通過可能となるように鏝先５ｃの移動制御を行う。これにより、半田孔５２に供給された半田片Ｗｈは、通常、ピン端子Ｐ上に自立することなく、ランドＬｄ上に落下する。そして、ランドＬｄ上に落下した半田片Ｗｈは鏝先５ｃからランドＬｄを介して伝わる熱などによって急速に加熱されて、まず溶融温度の低いフラックスＦＬが半田片Ｗｈから流出してランドＬｄに広がり、ランドＬｄの表面の異物や酸化膜を取り除く。次いで、半田片Ｗｈが溶融して、フラックスＦＬによって酸化膜が取り除かれたランドＬｄに濡れ広がり、同時にフラックスＦＬによって表面張力が低下した溶融半田は球状化することなくきれいなフィレットを形成する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

ＡＰ 半田付け装置
Ａ１ 装置本体
１１ 壁体
１２ 保持部
１３ 摺動ガイド
１４ ヒーターユニット固定部
１５ アクチュエーター保持部
１６ ばね保持部
２ カッターユニット
２１ カッター上刃
２１１ 上刃孔
２１２ ピン孔
２２ カッター下刃
２２１ 下刃孔
２３ プッシャーピン
２３１ ロッド部
２３２ ヘッド部
２３３ ばね
３ 駆動機構
３１ エアシリンダー
３２ ピストンロッド
３３ カム部材
３３０ 凹部
３３１ 支持孔
３３２ ピン
３３３ ピン押し部
３３４ 軸受
３４ スライダー部
３４０ カム溝
３４１ 第１溝部
３４２ 第２溝部
３４３ 接続溝部
３５ ガイド軸
４ ヒーターユニット
４１ ヒーター
４２ ヒーターブロック
４２１ 凹部
４２２ 半田供給孔
５ 鏝先
５１，５２ 半田孔
５１０，５１１ 拡大部
６ 半田送り機構
６１ａ、６１ｂ 送りローラ
６２ ガイド管
Ｂｄ プリント基板
Ｃ１ 鏝先の軸中心
Ｃ２ ピン端子の軸中心
ｄ 糸半田の外径
Ｄ ピン端子の外径
Ｅｐ 電子部品
ＦＬ フラックス
ＭＬ マニピュレーター
Ｌｄ ランド
Ｐ ピン端子
Ｔｈ スルーホール
Ｗ 糸半田
Ｗｈ 半田片

Claims (6)

1. 電子部品の部品本体から外方に突出したピン端子をプリント基板のスルーホールに挿通して前記スルーホールの外周縁及び内壁に形成されたランドに前記ピン端子を半田付けする半田付け装置であって、
   略筒形状で軸方向に貫通した半田孔を有し加熱可能な鏝先と、
   フラックスを有する半田片を前記半田孔内へ供給する半田片供給手段と、
   前記鏝先を加熱する加熱手段と、
   前記半田孔内に前記ピン端子が位置し、前記半田孔の軸中心が前記ピン端子の軸中心からずれた半田付け位置と、前記半田孔内に前記ピン端子が位置していない離隔位置とに、前記鏝先を前記プリント基板に対して相対的に移動させる移動手段と、
   前記半田片供給手段及び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、前記半田片が前記半田孔内へ供給される前に、前記鏝先が前記半田付け位置になるように前記プリント基板に対する前記鏝先の相対的移動を制御して、前記ピン端子の外周面と前記半田孔の内周面との間を前記半田片が通過可能として、前記半田孔に供給された半田片が前記ランドに必ず接触するようにしたことを特徴とする半田付け装置。
2. 前記半田孔はその下端部に半径方向外方に拡大した拡大部を有し、
   前記拡大部の前記鏝先の下端からの軸方向長さが、前記ピン端子の前記プリント基板の表面からの突出長さよりも長く、
   前記半田付け位置は、少なくとも前記ピン端子の軸中心が前記拡大部内にある位置である請求項１に記載の半田付け装置。
3. 下面視において前記拡大部は前記半田孔の外周全体から半径方向外方に拡大したものである請求項２に記載の半田付け装置。
4. 前記拡大部が前記半田孔と同心円状である請求項３に記載の半田付け装置。
5. 下面視において前記拡大部が前記半田孔の外周の一部から半径方向外方に拡大したものである請求項２に記載の半田付け装置。
6. 前記半田孔の軸方向に垂直な断面形状が略長方形状であって、前記半田孔の断面形状の短手方向長さが前記ピン端子の外径以上であり、前記半田孔の断面形状の長手方向長さが前記ピン端子の外径と半田片の外径の和より長い請求項１記載の半田付け装置。