JPS60244468A - 自動半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ットの出現により、種々のＬ
程が自動化されている。例えば第９図（ａ）〜（Ｃ）に
示す如（、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（資））と、磁気シールドを主目的とす
る仕切り板佇υとを半田付けによって接合するＬ程に於
ても、ロボットが利用されようとしている。

上記半田付けＬ程に於ては、先ず第９図（ａ）に示す如
く、プリント基板（４）の仕切り板（７１）との接合部
に予めコーティングさｎている銅箔部■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（至）
側を一次加熱した後、コテ先上面に半田ｔ６１）を所定
量供給すると共に、第９図（ｂｌに示す如く半田ゴテ（
４）を手行移動せしめてコテ先を仕切り板ｆｆ１）に圧
接せしめ、仕切り板（７１）側を二次加熱する。これに
よって被半田付は部は充分に温度が上昇し、溶融した半
田は該被半田付は部に良好な状態で融着し、第９図（Ｃ
）に示す如（半田ゴテ（４）を被半田付は部から離すこ
とをこより、半田付けが完了する。

上記半田付は工程を実現する為、従来は複数の関節を持
つロボットアームの端部に半田ゴテを固定し、ロボット
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ュータ■製マイクロソルダーＵＮ
Ｉ　−４５１１）。

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って半田線を供給
する為に、半田送り機構と半田ゴテとを長いフレキシブ
ルチューブ等によって連結し、該チューブによって半田
線を案内している。ところがフレキシブルチューブは長
く、然もロボットアームの移動に伴って多様に屈曲する
から、半田線を送り出す為に大きな動力が必要となる問
題があった。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ューブの屈曲に
基づいて、半田線の先端部がチュ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っ
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
供給出来、然も供給量を正確にコントロール出来る自動
半田付は装置を提供することである。

〔構　成〕

本発明の構成は、ロボットアーム（１０）の端部に、夫
々半田ゴテ支持機構（２）及び半田送り機構（３）を一
体に設け、該支持機構によって半田ゴテ（４）を支持し
、半田送り機構（３）は所定量の半田線（６）を半田ゴ
テのコテ先（４０）へ向けて送り出すことを特徴とする
。

〔作　用〕

半田ゴテ（４）は、ロボットアーム（１０）の操作によ
って、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、物品の被半田付は部は半田ゴテの加熱
によって充分に温度が上昇する。

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（勘へ
供給される。この際、半田送り機構（３）とコテ先ｆ４
０）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上を・案内して移行せしめること
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）がロボットアームσωに伴って移動し
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
の移動に伴って屈曲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（ａへ
供給される。

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は部に融着する。

その後、半田ゴテ（４）を被半田付は部から離脱せしめ
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は装置は、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。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る自動半田付は装置を５軸制御が
可能な多関節ロボット（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。

ロボット（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、ロボット（１）の上方に配設された半
田供給装置ω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（４Ｂへ供給される。

被半田部品（７）は第９図（ａｌ〜（Ｃ）に示す電子部
品であって、第１図に示す如く搬送装置（５）によって
ロボットアーム叫の可動範囲内へ順次搬送され、位置決
め治具（５１）によって所定の位置に固定される。

ｍ　送袋ｆａ　Ｆ５）は、支持部材（５３）にセラミッ
クスペーサ（財）を介して支持されたレールＭ上の被半
田部品（７）を、チェーン（図示省略）によって駆動す
るものであり、電子部品（７）が上記固定位置まで搬送
さｎたとき、これを検知する位置検出装置■を具えてい
る。

又、被半田部品（７）の固定位置近傍には、被半田付は
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、被半田付は部の温度を所定値に保つべく
、レール協に添設された温度センサー（図示省略）から
の信号をフィードバック信号とする温度コントローラ（
澗を具えている（第７図参照）。

又、ロボット（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図乃至第り図に示す。

半田ゴテ支持機構（２）は第２図に示す如（、基端部を
ロボットアーム（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（割に、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（４■を突設し電気抵抗線式
セラミックヒータ（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（
４４Ｊを嵌めて形成されている。コテ先（４０）は、本
体（機に着脱可能に嵌まっており、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（４４１には、コテ先（価の温度を測定
すルヘクコテ本体（側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（倫の温度を所定値に保っぺ（ＰＩＤ制御を行なう温
度コントローラ（４２１（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（
支持板画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（ツリと、支持板（４）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（４４１に固定し、先端部を
前記両案内軸＠（支）へ僅かな遊びを設けて嵌めたＬ字
状の摺動部材（至）と、案内軸＠＠に嵌まり摺動部材を
コテ先（仰側へ付勢する第１スプリング■（２３）とか
らなる。−万、半径方向弾性部Ｂは第５図に示す如く、
支持板■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内に固定し
た一対のシャフト（２５ａ）　（２５ａ）と、両シャフ
トの先端に摺動可能に嵌まる押圧板（４）と、両シャフ
トに嵌まり該押圧板（イ）を半田ゴテ（４）に圧接せし
める一対の第２スプリング＠（５）と、前記側板（５）
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＠■と、該押圧ビ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＠
（支）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（４）に保持され、複数の
スプリングによっ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（
４）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■の正面側に配設され前記モータ（刻によ
っ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（支）とからなる駆
動部を具えている。モータ（３０）としてはシンクロナ
スモータ、ステッ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（支）は取付板（支
）に枢支され、該取付板（支）は支持板（４）に突設さ
れた２本のガイドピン（（資）（支）に摺動可能に嵌ま
っている。ガイドピン（支）（支）には夫々びネ（３６
１（３６１が嵌まり、ビン先端部に螺合するストッパー
（（財）（支））によって上端部を係止されて、取付板
（支））を下方に付勢している。原動ローラ（３１）の
局面にはローレット加りが施され、従動ローラ□□□の
原動ローラに対する圧着力によって両ローラ間に半田線
（６）が確実に挾持される。又、ストッパー１３８）（
３８１の位置調整によって、径の異なる半田線に対して
も最適の挟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Ｉから繰り出される半田線（６）を原動ローラ（３
１１と従動ローラ国との間へ導き、両ローラから送り出
される半田線（６）をコテ先（仰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（３υ及
び従動ローラ■の前後に３つの保持金具（至）を配設し
そ支持板■の上端面に固定し、該金具によって内径が半
田線より僅かに大きな直管状のパイプ片（３４Ｈ３４１
を挾接し、支持板例先端側のパイプ片（至）にはフレキ
シブルチューブ（３３）が接続されている。該チーーブ
は大なる曲率で円曲してコテ先（４０１の近傍へ伸び、
先端部を後述する固定具（ａによって半田ゴテ（４）の
本体關に係止されている。半田線（６）のコテ先（仰に
対する入射角は、フレキシブルチュ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（４
３に嵌まった固定金具（４ηに、セラミックスペーサ（
４６）則）を介してホルダー（４８ｇをビス止めしてな
り、該ホルダー（晒には前記フレキシブルチューブ（３
３）が貫通保持されている。セラミックスペーサ（ａは
半田ゴテ（４）の熱がフレキシブルチューブ（３３）へ
伝わるのを防止するものである。従って該チューブ内で
半田が溶融することはない。又、支持板（４）基端側の
パイプ片（財）にもフレキシブルチューブ国が接続され
、半田供給装置用からの半田線（６）を該パイプ片（（
資）へスムーズに導く。

更に支持板■には、上記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
ット（１）の上方に配設された支持部材間に、一対の挟
持板（６４１＋（６）を固定し、該挾持板間にシャフト
（６４ａ）及び２本のピン（＠（（至）を枢支して、該
シャフト（６４ａ）に半田リール（面を一体回転可能に
嵌めると共に、ロックネジ（６５）によって軸方向の移
動を拘束する。一方の挟持板（６４１には前記シャツ）
　（６４ａ）と一体回転するラチェット歯車（（ト）が
枢支されると共に、該歯車の上方にはラチェットレバー
（（資）が基端部を挾持板（財）に枢支され、先端部は
バネ霞によって下方に付勢されている。ラチェットレバ
ー（資）は、前記ラチェット歯車（６６）の周面に一定
のピッチで刻設された溝に係合するラチェツト爪（６７
ａ）を具え、バネ（６８１の付勢によって該歯車−を逆
転不能に軟係止している。半田線（６）は半田リールＭ
から２本のピン（＠（＠の間を通して引き出される。

第７図は、上記自動半田付は装置の制御システムの構成
を示している。ロボット（１）は、ティーチングボック
ス（１２）の操作によってソフトウェアの書き替えが可
能なロボットコントローラ（１１１によって動作がコン
トロールされる。該コントローラ（１１１はパラレルイ
ンターフェース（９１）及び（９１１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（澗及び位置検出装置団はパラレ
ルインターフェース（□□□及び■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（４
２はパラレルインターフェース画からの信号によって制
御される。

第８図は上記制御システムによって自動半田付は装置が
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って説明す
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）がレール印上を搬送されて所定の位置に来ると
、位置検出装置唾がこれを検知し、搬送機構（５）を停
止せしめると共に、位置決め治具（５１）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）からロボット（
１）へ起動指令が発せられる。ロボット（１）は予め設
定されたシーケンスに従って半田ゴテ（４）を移動せし
め、第９図（ａ）に示す如（被半田部品（７）を−次加
熱すると同時に、半田送り機構（３）のモータ（工に一
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（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ｔａ＋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）　
ｉｌ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＠囚の収縮或は伸展により、半
田ゴテ軸心を通る垂直面にて半田ゴテ基端側を中心とし
て上方に揺動し、コテ先（軸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
。従って、被半田部品（７）に於ける被半田付は部の位
置に多少のバラツキがあっても、半田ゴテ（４）の弾性
可動範囲内で、コテ先（４０）と被半田付は部との相対
的な位置誤差は吸収され、半田付けは適切に行なわれる
。従来の半田付はロボッ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、半田付は不
良の原因となっていた。

半田線（６）は、原動ローラ１３１）及び従動ローラ（
３２）による駆動と、パイプ片（至）及びフレキシブル
チューブ（３３）による案内によって、所定の長さ分が
コテ先（仰の上面へ供給され、コテ先による加熱によっ
て溶融し、第９図ＩＣ）　ｌこ示す如く被半田付は部へ
融着する。又、半田線（６）は第６図に示す半田供給装
置画の半田リール（（至）からラチェット機構の動作を
こより一定の力で引き出され、リール団が逆転すること
はない。従って、ロボットアーム（１０）が激しく動い
てもリール印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［６１１が融着した後、第９図ｔｃ＋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は位置まで移動させる。この際半
田ゴテ（４）は、第１乃至第３スプリング圀）＠（支）
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、何回かの半田付は作業に１回
の割合で実行する様プログラムされており、コテ先（４
０）を第１図に示すクリーナｆ１３）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）の半田付は作業が終了すれば、
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。

上記自動半田付は装置１こ於ては、半田送り機構。

（３）がコテ先（４ω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Ｍに半田線（６）が無くなっ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
（為のフレキシブルチューブ（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）がチュ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。従って半田線の直径
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
（■　ｌ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、従ってコン
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■はセラミック
スペーサ（財）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
ラによっ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）によって上記コントローラ間の信号
調整を行なっているので、ソフトウェアの変更が容易で
あり、汎用性も高い。

尚、本発明に係る自動半、田付は装置は第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は装置を用いて電子部品の
半田付けを行なっ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■−ｙ線に沿う部分断面図、第
５図は第３図Ｖ−Ｖ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
示すブロック図、第８図は作動シーケンスを示すフロー
チャート、第９図（ａ）　（ｂｌ　（Ｃ）は半田付けＬ
程を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　姿勢及び位置制御が可能なロボットアーム叫の端部
   に、夫々半田ゴテ支持機構（２）及び半田送り機構（３
   ）を一体に設け、該支持機構によって半田ゴテ（４）を
   支持し、半田送り機構は所定量の半田線を半田ゴテのコ
   テ先へ向けて送り出す自動半田付は装置。 ■　半田送り機構（３）は、モータ田によって駆動され
   る原動ローラＣ１１）と、従動ローラ鍮とを対向配備し
   たものであって、半田線（６）は−ローラｔ３ｕｔ３２
   ）に挟持され、モータ■の駆動制御により適当量がコテ
   先（４１へ供給される特許請求の範囲第１項に記載の自
   動半田付は装置。 ■　半田ゴテ支持機構（２）は、半田ゴテ（４）を軸方
   向及び半径方向の一定の範囲内で移動可能に保持すると
   共に、複数のスプリングによって半田ゴテを弾性支持し
   てなる特許請求の範囲第１項又は第２項の何れかに記載
   の自動半田付は装置。