JPH0373386B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板等の被半田部品の所定
箇所に自動的に半田付けを施す装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、多機能高性能なロボツトの出現により、
種々の工程が自動化されている。例えば第９図ａ
〜ｃに示す如く、高周波信号処理のための電子部
品が装備されたプリント基板４０と、磁気シール
ドを主目的とする仕切り板７１とを半田付けによ
つて接合する工程に於ても、ロボツトが利用され
ようとしている。

上記半田付け工程に於ては、先ず第９図ａに示
す如く、プリント基板７０の仕切り板７１との接
合部に予めコーテイングされている銅箔部７２の
上面に、半田ゴテ４のコテ先を圧接せしめ、プリ
ント基板７０側を一次加熱した後、コテ先上面に
半田６１を所定量供給すると共に、第９図ｂに示
す如く半田ゴテ４を平行移動せしめてコテ先を仕
切り板７１に圧接せしめ、仕切り板７１側を二次
加熱する。これによつて被半田付け部は充分に温
度が上昇し、溶融した半田は該被半田付け部に良
好な状態で融着し、第９図ｃに示す如く半田ゴテ
４を被半田付け部から離すことにより、半田付け
が完了する。

上記半田付け工程を実現する為、従来は複数の
関節を持つロボツトアームの端部に半田ゴテを固
定し、ロボツトの近傍の非可動部に配設された半
田送り機構から繰り出される半田線を半田ゴテの
コテ先へ供給していた（例えば日本マイクロコン
ピユータ(株)製マイクロソルダーUNI−511）。該
装置に於ては、姿勢及び位置が刻々変化する半田
ゴテのコテ先へ非可動の半田送り機構によつて半
田線を供給する為に、半田送り機構と半田ゴテと
を長いフレキシブルチユーブ等によつて連結し、
該チユーブによつて半田線を案内している。とこ
ろがフレキシブルチユーブは長く、然もロボツト
アームの移動に伴つて多様に屈曲するから、半田
線を送り出す為に大きな動力が必要となる問題が
あつた。又、半田ゴテが移動するたびに、半田ゴ
テと半田送り機構との間のフレキシブルチユーブ
の屈曲に基づいて、半田線の先端部がチユーブ開
口から出没移動するので、半田の供給量にばらつ
きが生じる問題があつた。

更に又、被半田付け部の位置にバラツキがある
と、コテ先の被半田付け部に対する位置にずれが
生じて、半田付け不良を招来する問題があつた。

〔目的〕

本発明の目的は、僅かな動力で確実に半田線を
コテ先へ所定量だけ供給出来、然も、被半田付け
部の位置に多少のバラツキがあつても良好な半田
付けが可能な自動半田付け装置を提供することで
ある。

〔構成〕

本発明に係る自動半田付け装置は、姿勢及び位
置制御が可能なロボツトアーム１０の端部に半田
ゴテ支持機構２及び半田送り機構３を設け、半田
ゴテ支持機構２によつて半田ゴテ４を支持し、半
田送り機構３は所定量の半田線を半田ゴテ４のコ
テ先４０へ向けて送り出すものである。

半田ゴテ支持機構２は、ロボツトアーム１０の
端部に固定された支持部材と、該支持部材上に半
田ゴテ４の基端部を弾性支持する弾性支持部２１
とを具え、該弾性支持部２１は、半田ゴテ４の軸
方向に弾性を有する軸方向弾性部Ａと、前記軸方
向とは直交する全ての半径方向に弾性を有する半
径方向弾性部Ｂとから構成される。

又、半田送り機構３は、前記支持部材上に対向
配備されて半田線を送り出す一対のローラ３１，
３２を具えると共に、両ローラ３１，３２から送
り出される半田線を半田ゴテ４のコテ先４０へ導
くべきフレキシブルチユーブ３３を具え、該フレ
キシブルチユーブ３３は、基端部が前記支持部材
上に支持されると共に、先端部が半田コテ４本体
に断熱部材を介して支持されている。

〔作用〕

半田ゴテ４は、ロボツトアーム１０の操作によ
つて、物品の所定の位置へ所定の姿勢で圧接せし
めることが可能であり、物品の被半田付け部は半
田ゴテの加熱によつて充分に温度が上昇する。こ
の際、被半田付け部の位置にバラツキがあつて
も、弾性支持部２１の軸方向弾性部Ａ及び半径方
向弾性部Ｂの弾性変形によつて、半田ゴテ４のコ
テ先４０は３次元方向に変位可能であり、これに
よつて前記バラツキが吸収され、コテ先４０は所
定の被半田付け部に圧接されることになる。

半田線６は、半田送り機構３から予め設定され
た適当量が送り出されて半田ゴテ４のコテ先４０
へ供給される。この際、半田送り機構３とコテ先
４０とは近接しているから、半田線６は略直線上
或は曲率の大きな円曲線に沿つて伸びるフレキシ
ブルチユーブ３３内をスムーズに移行せしめるこ
とが可能であり、移行の際に途中で折れ曲がるこ
とはない。半田ゴテ４がロボツトアーム１０に伴
つて移動しても、半田送り機構３は半田ゴテ４と
一体に移動し、該機構と半田ゴテとの間の半田線
６がアームの移動に伴つてフレキシブルチユーブ
内を移動することはないから、該機構３から送り
出された長さ分の半田線が正確にコテ先へ供給さ
れる。尚、前記コテ先４０の弾性変位に伴つて、
フレキシブルチユーブ３３が僅かに変形し、該フ
レキシブルチユーブの出口は常にコテ先４０へ向
けられる。

半田線６は先端部がコテ先に接触して溶融し、
充分に加熱された被半田付け部に融着する。

その後、半田ゴテ４を被半田付け部から離脱せ
しめて半田付けを完了する。

〔特有の効果〕

本発明に係る自動半田付け装置は、前述の如く
半田線をコテ先へ確実に供給出来、然も供給量を
正確にコントロールすることが可能である。又、
半田送り機構からコテ先までの半田の移行距離は
短かいから、半田線をコテ先へ供給するのに必要
な動力は僅かである。然も、被半田付け部の位置
のバラツキに拘らず、常に良好な半田付けが可能
である。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る自動半田付け装置を５
軸制御が可能な多関節ロボツト１に装備して、被
半田部品７に半田付けを施している状況を示して
いる。

ロボツト１は図中に矢印で示す如く５つの回転
関節を具え、最先端のアーム１０の位置及び姿勢
を正確に制御することが可能である。

前記アーム１０の端部には、半田ゴテ支持機構
２を介して、半田ゴテ４を装備し、該支持機構に
は半田送り機構３が併設されている。

半田線６は、ロボツト１の上方に配設された半
田供給装置６０から繰り出され、半田送り機構３
を経て半田ゴテ４のコテ先４０へ供給される。

被半田部品７は第９図ａ〜ｃに示す電子部品で
あつて、第１図に示す如く搬送装置５によつてロ
ボツトアーム１０の可動範囲内へ順次搬送され、
位置決め治具５１によつて所定の位置に固定され
る。搬送装置５は、支持部材５３にセラミツクス
ペーサ５４を介して支持されたレール５２上の被
半田部品７を、チエーン（図示省略）によつて駆
動するものであり、電子部品７が上記固定位置ま
で搬送されたとき、これを検知する位置検出装置
５０を具えている。

又、被半田部品７の固定位置近傍には、被半田
付け部及びその周辺に熱風を送る補助加熱器８，
８が配備され、半田ゴテ４の熱が被半田部品７を
経て搬送装置５へ逃げるのを防いでいる。該補助
加熱器８は、被半田付け部の温度を所定値に保つ
べく、レール５２に添設された温度センサー（図
示省略）からの信号をフイードバツク信号とする
温度コントローラ８０を具えている（第７図参
照）。

又、ロボツト１の近傍には、第１図に示す如く
一対の円筒状回転スポンジを内蔵したコテ先クリ
ーナ１３が配備されている。

半田ゴテ支持機構２及び半田送り機構３の詳細
構造を第２図乃至第５図に示す。

半田ゴテ支持機構２は第２図に示す如く、基端
部をロボツトアーム１０に固定され先端部に２本
のアーム２０ａ，２０ａを突設した支持板２０
に、後述する弾性支持部２１を介して半田ゴテ４
を支持し、半田ゴテ４に軸方向及び半径方向の弾
性を付与して構成される。

半田ゴテ４は、コテ先４０を突設し電気抵抗線
式セラミツクヒータ４１を内蔵したコテ本体４３
の基端部に、断熱資材により形成された筒状の保
持部４４を嵌めて形成されている。コテ先４０
は、本体４３に着脱可能に嵌まつており、種々の
被半田部品に対して最適な形成のものを装備する
ことが出来る。又、前記保持部４４には、コテ先
４０の温度を測定するべくコテ本体４３に添設さ
れた温度センサー（図示省略）からの信号を増幅
する為の信号増幅部４９が装備されている。該増
幅部４９の出力信号は、コテ先４０の温度を所定
値に保つべくPID制御を行なう温度コントローラ
４２（第７図参照）に接続されている。

上記半田ゴテ４を支持板２０に装着する為の弾
性支持部２１は、第３図及び第４図に示す軸方向
弾性部Ａと、第３図及び第５図に示す半径方向弾
性部Ｂとから構成される。軸方向弾性部Ａは、第
４図に示す如く支持板２０の背面に固定され半田
ゴテ軸方向に伸びる２本の案内軸２２，２２と、
支持板２０の両アーム２０ａ，２０ａの間へ若干
の遊びを設けて配設され基端部を半田ゴテ４の保
持部４４に固定し、先端部を前記両案内軸２２，
２２へ僅かな遊びを設けて嵌めたＬ字状の摺動部
材２４と、案内軸２２，２２に嵌まり摺動部材を
コテ先４０側へ付勢する第１スプリング２３，２
３とからなる。一方、半径方向弾性部Ｂは第５図
に示す如く、支持板２０のアーム２０ａ，２０ａ
に一体に架設された側板２５と、半田ゴテ４の本
体上方及び下方に離間して配設され基端を夫々前
記側板２５に固定した一対のシヤフト２５ａ，２
５ａと、両シヤフトの先端に摺動可能に嵌まる押
圧板２６と、両シヤフトに嵌まり該押圧板２６を
半田ゴテ４に圧接せしめる一対の第２スプリング
２７，２７と、前記側板２５に斜めに貫通し軸心
が半田ゴテ４の中心に向かう一対の押圧ピン２
８，２８と、該押圧ピンに嵌まりピン先端部を半
田ゴテ４に圧接せしめる一対の第３スプリング２
９，２９とから構成される。

上記構成により、半田ゴテ４は軸方向及び半径
方向に遊びを設けた状態で支持板２０に保持さ
れ、複数のスプリングによつて突出方向に付勢さ
れると共に、突出端に於ては軸心に直交する面上
での可動範囲内の略中心位置に弾性支持されるこ
とになる。

一方、半田送り機構３は第３図に示す如く支持
板２０の背面に固定されたモータ３０と、第２図
に示す如く支持板２０の正面側に配設され前記モ
ータ３０によつて回転駆動される原動ローラ３１
と、該原動ローラに対向して配備された従動ロー
ラ３２とからなる駆動部を具えている。モータ３
０としてはシンクロナスモータ、ステツピングモ
ータ等の回転角度の制御が可能なものが使用出来
る。従動ローラ３２は取付板３９に枢支され、該
取付板３９は支持板２０に突設された２本のガイ
ドピン３７，３７に摺動可能に嵌まつている。ガ
イドピン３７，３７には夫々バネ３６，３６が嵌
まり、ピン先端部に螺合するストツパー３８，３
８によつて上端部を係止されて、取付板３９を上
方に付勢している。原動ローラ３１の周面にはロ
ーレツト加工が施され、従動ローラ３２の原動ロ
ーラに対する圧着力によつて両ローラ間に半田線
６が確実に挾持される。又、ストツパー３８，３
８の位置調整によつて、径の異なる半田線に対し
ても最適の挾持力を作用させることが出来る。

又、半田送り機構３は第２図に示す如く、半田
供給装置６０から繰り出される半田線６を原動ロ
ーラ３１と従動ローラ３２との間へ導き、両ロー
ラから送り出される半田線６をコテ先４０へ確実
に案内する為の案内部を具えている。該案内部
は、原動ローラ３１及び従動ローラ３２の前後に
３つの保持金具３５を配設して支持板２０の上端
面に固定し、該金具によつて内径が半田線より僅
かに大きな直管状のパイプ片３４，３４を挾接
し、支持板２０先端側のパイプ片３４にはフレキ
シブルチユーブ３３が接続されている。該チユー
ブは大なる曲率で円曲してコテ先４０の近傍へ伸
び、先端部を後述する固定具４５によつて半田ゴ
テ４の本体４３に係止されている。半田線６のコ
テ先４０に対する入射角は、フレキシブルチユー
ブの先端部を僅かに変形せしめることにより、微
調整が可能である。

前記固定具４５は、第２図に示す如くコテ本体
４３に嵌まつた固定金具４７に、セラミツクスペ
ーサ４６，４６を介してホルダー４８をビス止め
してなり、該ホルダー４８には前記フレキシブル
チユーブ３３が貫通保持されている。セラミツク
スペーサ４６は半田ゴテ４の熱がフレキシブルチ
ユーブ３３へ伝わるのを防止するものである。従
つて該チユーブ内で半田が溶融することはない。
又、支持板２０基端側のパイプ片３４にもフレキ
シブルチユーブ３３が接続され、半田供給装置６
０からの半田線６を該パイプ片３４へスムーズに
導く。

更に支持板２０には、上部案内部に保持された
半田線６に対向して、半田切れ検出装置９３が装
備されている。

半田供給装置６０の詳細構造を第６図に示す。
ロボツト１の上方に配設された支持部材６３に、
一対の挾持板６４，６４を固定し、該挾持板間に
シヤフト６４ａ及び２本のピン６９，６９を枢支
して、該シヤフト６４ａに半田リール６２を一体
回転可能に嵌めると共に、ロツクネジ６５によつ
て軸方向の移動を拘束する。一方の挾持板６４に
は前記シヤフト６４ａと一体回転するラチエツト
歯車６６が枢支されると共に、該歯車の上方には
ラチエツトレバー６７が基端部を挾持板６４に枢
支され、先端部はバネ６８によつて下方に付勢さ
れている。ラチエツトレバー６７は、前記ラチエ
ツト歯車６６の周面に一定のピツチで刻設された
溝に係合するラチエツト爪６７ａを具え、バネ６
８の付勢によつて該歯車６６を逆転不能に軟係止
している。半田線６は半田リール６２から２本の
ピン６９，６９の間を通して引き出される。

第７図は、上記自動半田付け装置の制御システ
ムの構成を示している。ロボツト１は、テイーチ
ングボツクス１２の操作によつてソフトウエアの
書き替えが可能なロボツトコントローラ１１によ
つて動作がコントロールされる。該コントローラ
１１はパラレルインターフエース９１及び９２を
介して、本装置全体の統括制御を司どるシステム
コントローラ９に接続されている。一方搬送装置
５、補助加熱器８の温度コントローラ８０及び位
置検出装置５０はパラレルインターフエース９２
及び９０を介して前記システムコントローラ９と
接続されている。又、半田送り機構３及び半田ゴ
テ４の温度コントローラ４２はパラレルインター
フエース９２からの信号によつて制御される。

第８図は上記制御システムによつて自動半田付
け装置が実行する作動シーケンスを示し、以下第
１図乃至第６図に示す本装置の作用効果を該シー
ケンスに沿つて説明する。

搬送機構５が起動して、第１図に示す如く被半
田部品７がレール５２上を搬送されて所定の位置
に来ると、位置検出装置５０がこれを検知し、搬
送機構５を停止せしめると共に、位置決め治具５
１を作動させて被半田部品７に正確な位置決めを
施す。

その直後、システムコントローラ９からロボツ
ト１へ起動指令が発せられる。ロボツト１は予め
設定されたシーケンスに従つて半田ゴテ４を移動
せしめ、第９図ａに示す如く被半田部品７を一次
加熱すると同時に、半田送り機構３のモータ３０
に一定時間通電して半田線６を送り出し、所定量
の半田６１をコテ先４０へ供給した後、第９図ｂ
に示す如く被半田部品７を二次加熱する。

この際、半田ゴテ４は第９図ａ及びｂに示す状
態に於て、第４図に示す第１スプリング２３，２
３が収縮して軸方向に移動すると共に、第５図に
示す第２及び第３スプリング２７，２９の収縮或
は伸展により、半田ゴテ軸心を通る垂直前にて半
田ゴテ基端側を中心として上方に揺動し、コテ先
４０は上記各スピリングの付勢により被半田部品
７に充分な圧力で押し付けられる。従つて、被半
田部品７に於ける被半田付け部の位置に多少のバ
ラツキがあつても、半田ゴテ４の弾性可動範囲内
で、コテ先４０と被半田付け部との相対的な位置
誤差は吸収され、半田付けは適切に行なわれる。
従来の半田付けロボツトには半田ゴテに軸方向の
みの弾性を付与したものがあるが、半径方向の弾
性がない為、上記位置誤差の吸収能力が不充分で
あり、半田付け不良の原因となつていた。

半田線６は、原動ローラ３１及び従動ローラ３
２による駆動と、パイプ片３４及びフレキシブル
チユーブ３３による案内によつて、所定の長さ分
がコテ先４０の上面へ供給され、コテ先による加
熱によつて溶融し、第９図ｃに示す如く被半田付
け部へ融着する。又、半田線６は第６図に示す半
田供給装置６０の半田リール６２からラチエツト
機構の動作により一定の力で引き出され、リール
５２が逆転することはない。従つて、ロボツトア
ーム１０が激しく動いてもリール５２に巻装され
た半田線６がばらけて、半田ゴテとの間でたるむ
ことは無い。

半田６１が融着した後、第９図ｃに示す如く半
田ゴテ４を被半田部品７から離脱せしめて、待機
位置或は次の半田付け位置まで移動させる。この
際半田ゴテ４は、第１乃至第３スプリング２３，
２７，２９の作用により、再び元の位置及び姿勢
に復帰する。

コテ先のクリーニングは、何回かの半田付け作
業に１回の割合で実行する様プログラムされてお
り、コテ先４０を第１図に示すクリーナ１３の一
対のスポンジローラ間に挿入することにより行な
われる。尚、スポンジローラには水を含ませて、
スポンジの焼損を防いでいる。

１個の被半田部品７の半田付け作業が終了すれ
ば、搬送装置５を駆動して次の被半田部品に対し
て同じ操作を繰り返す。

上記自動半田付け装置に於ては、半田送り機構
３がコテ先４０に近接して配備されているので、
半田線６の供給が確実であるばかりでなく、半田
リール６２に半田線６が無くなつてリールを取り
替える際、該機構からコテ先までの使用不可能な
半田線は僅かで済み、経済的である。

又、本装置に於ては半田線６をコテ先４０へ導
く為のフレキシブルチユーブ３３が、半田ゴテ４
とは熱的に遮断されているので、比較的大径の半
田線を使用して、半田線の供給速度を遅くして
も、半田線６がチユーブ内に保持されている間に
半田線の温度が溶融温度まで上昇することはな
い。従つて半田線の直径を自由に選定することが
出来る。

又、半田ゴテ４の信号増幅部４９は、コテ本体
４３に近接して装備されているので、該増幅部と
温度センサーとの間の接続ケーブルは短かく、従
つてコントローラに対するノイズが少ない。

又、補助加熱器８は被半田部品７及び搬送装置
５の必要箇所だけを加熱し、レール５２はセラミ
ツクスペーサ５４により熱遮断されているので、
他の部品に熱的な悪影響を与えたり、作業環境が
高温となることはない。

更に第７図に示す本装置の制御システムは、制
御対象となる各装置ごとにコントローラを装備
し、該コントローラによつて夫々の動作を個別制
御すると共に、システムコントローラ９によつて
上記コントローラ間の信号調整を行なつているの
で、ソフトウエアの変更が容易であり、汎用性も
高い。

尚、本発明に係る自動半田付け装置は第９図に
示す如き角部の半田付けのみならず、例えばプリ
ント基板上に植立されたコンデンサー等の脚を基
板の銅箔部に半田付けする際にも使用出来るのは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動半田付け装置を用いて電
子部品の半田付けを行なつている状況を示す斜面
図、第２図は本装置の構造を示す斜面図、第３図
は本装置を背面側から見た図、第４図は第３図
−線に沿う部分断面図、第５図は第３図−
線に沿う部分断面図、第６図は半田供給装置の分
解斜面図、第７図は制御システムの構成を示すブ
ロツク図、第８図は作動シーケンスを示すフロー
チヤート、第９図ａ，ｂ，ｃは半田付け工程を示
す断面図である。 １……ロボツト、１０……ロボツトアーム、２
……半田ゴテ支持機構、２１……弾性支持部、３
……半田送り機構、３１……原動ローラ、３２…
…従動ローラ、４……半田ゴテ、４０……コテ
先、５……搬送装置、６……半田線、７……被半
田部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 姿勢及び位置制御が可能なロボツトアーム１
   ０の端部に半田ゴテ支持機構２及び半田送り機構
   ３を設け、半田ゴテ支持機構２によつて半田ゴテ
   ４を支持し、半田送り機構３は所定量の半田線を
   半田ゴテ４のコテ先４０へ向けて送り出す自動半
   田付け装置において、半田ゴテ支持機構２は、ロ
   ボツトアーム１０の端部に固定された支持部材
   と、該支持部材上に半田ゴテ４の基端部を弾性支
   持する弾性支持部２１とを具え、該弾性支持部２
   １は、半田ゴテ４の軸方向に弾性を有する軸方向
   弾性部Ａと、前記軸方向とは直交する全ての半径
   方向に弾性を有する半径方向弾性部Ｂとから構成
   され、半田送り機構３は、前記支持部材上に対向
   配備されて半田線を送り出す一対のローラ３１，
   ３２を具えると共に、両ローラ３１，３２から送
   り出される半田線を半田ゴテ４のコテ先４０へ導
   くべきフレキシブルチユーブ３３を具え、該フレ
   キシブルチユーブ３３は、基端部が前記支持部材
   上に支持されると共に、先端部が半田コテ４本体
   に断熱部材を介して支持されていることを特徴と
   する自動半田付け装置。