(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融はんだを上方に向けて噴流させる１次噴流はんだ槽および２次噴流はんだ槽と、
対向して配置された一対の爪を有し、当該爪を接近および離間する方向に移動して、爪の接近による基板の挟持および爪の離間による基板の挟持開放を行うチャック機構と、   前記チャック機構にて基板を挟持した状態で、基板を前記１次噴流はんだ槽から前記２次噴流はんだ槽に搬送するとともに、はんだ噴流に基板の被処理面の一部を接触させながら該基板を搬送する搬送手段と、
を備えた噴流はんだ付装置であって、
前記チャック機構における一対の爪の挟持力の伝達系にバネ手段を介在させるとともに、前記基板の搬送方向と交差する辺を前記一対の爪に挟持させることを特徴とする噴流はんだ付装置。
【請求項２】
請求項１に記載の噴流はんだ付装置において、
距離センサにより一対の爪により基板を挟持したときのバネ手段の付勢力をチェックするようにしたことを特徴とする噴流はんだ付装置。
【請求項３】
請求項２に記載の噴流はんだ付装置において、
一対の爪により基板を挟持したときの距離センサによるバネ手段の付勢力が所定の範囲から外れると、動作を停止するようにしたことを特徴とする噴流はんだ付装置。
【請求項４】
請求項１に記載の噴流はんだ付装置において、
前記チャック機構を搬送するロボットアームにより基板の搬送を行うようにしたことを特徴とする噴流はんだ付装置。
【請求項５】
溶融はんだを上方に向けて噴流させる噴流はんだ槽と、
対向して配置された一対の爪を有し、当該爪を接近および離間する方向に移動して、爪の接近による基板の挟持および爪の離間による基板の挟持開放を行うチャック機構と、  前記チャック機構にて基板を挟持した状態で、基板を前記噴流はんだ槽に搬送してはんだ噴流に基板を接触させる搬送手段と、
を備えた噴流はんだ付装置であって、
前記チャック機構における一対の爪の挟持力の伝達系に、前記基板の被処理面に対して水平方向に付勢されるバネ手段を介在させ、該バネ手段を、前記一対の爪を接近させる方向に付勢する第１のバネ手段と、前記爪に挟持される基板の膨張に伴って縮み変形する第２のバネ手段とから構成したことを特徴とする噴流はんだ付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、噴流はんだ付装置に係り、詳しくは、電子部品等を搭載した基板をはんだ噴流に接触させて電子部品等をはんだ付けするための噴流はんだ付装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、プリント基板に代表されるように電子部品５０を実装した回路基板５１において、電子部品５０をはんだ付けする際に、噴流はんだ付装置が用いられている。この噴流はんだ付装置は、電子部品５０を搭載したプリント基板５１を噴流はんだ槽に搬送してはんだ噴流に接触させることによりはんだ付けを行うものである。
【０００３】
従来の噴流はんだ付装置は、図７に示すように、基板５１をチェーンコンベア５２にてプリヒータ５３、１次噴流はんだ槽５４、２次噴流はんだ槽５５の順で搬送し、プリヒータ５３の上方を基板５１が通過する際に、はんだ付けの前に基板５１を加熱し、基板５１の反りによるはんだ付け品質の低下を防止する。また、１次噴流はんだ槽５４において１次はんだ噴流に基板５１の被処理面を接触させながら搬送することにより基板５１の被処理面にはんだが付着し、２次噴流はんだ槽５５において２次はんだ噴流に基板５１の被処理面を浸漬させながら搬送することにより基板５１に付着したはんだを整形するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に基板５１ははんだに浸漬した際、はんだの熱により膨張する。この基板５１は、図８に示すように、チャック用爪５６，５７で拘束されており自由に膨張することができず、反り等の変形を起こす。この基板５１の変形は、基板５１上の各部でのはんだ付け条件を変化させるため、はんだ付け品質の低下を招く。
【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、基板がはんだ噴流に接触した際の熱による基板変形を抑制して、はんだ付け品質を向上することができる噴流はんだ付装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、チャック機構における一対の爪の挟持力の伝達系にバネ手段を介在させるとともに、１次噴流はんだ槽から２次噴流はんだ槽に搬送される基板の搬送方向と交差する辺を前記一対の爪に挟持させたことを特徴としている。よって、基板がはんだ噴流に接触して、熱により基板が膨張する場合であれ、一対の爪の挟持力の伝達系に設けたバネ手段により基板の膨張が許容される。その結果、基板がはんだ噴流に接触した際の熱による基板変形を抑制して、はんだ付け品質を向上することができることとなる。
【０００７】
ここで、請求項２に記載のように、距離センサにより一対の爪により基板を挟持したときのバネ手段の付勢力をチェックするようすると、実用上好ましいものになる。
【０００８】
また、請求項３に記載のように、一対の爪により基板を挟持したときの距離センサによるバネ手段の付勢力が所定の範囲から外れると、動作を停止するようすると、実用上好ましいものになる。
【０００９】
さらに、請求項４に記載のように、チャック機構を搬送するロボットアームにより基板の搬送を行うようにすると、実用上好ましいものになる。
請求項５に記載の発明は、チャック機構における一対の爪の挟持力の伝達系に、基板の被処理面に対して水平方向に付勢されるバネ手段を介在させたことを特徴としている。よって、基板がはんだ噴流に接触して、熱により基板が膨張する場合であれ、一対の爪の挟持力の伝達系に設けたバネ手段により基板の膨張が許容される。その結果、基板がはんだ噴流に接触した際の熱による基板変形を抑制して、はんだ付け品質を向上することができることとなる。
特に、請求項５に記載のように、一対の爪を接近させる方向に付勢する第１のバネ手段と、爪に挟持される基板の膨張に伴って縮み変形する第２のバネ手段とによって上記バネ手段を構成するようにすると、実用上好ましいものになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施の形態における噴流はんだ付装置の斜視図を示す。床面にはロボット１が設置され、ロボット１はアーム２を有し、その先端部にはチャック機構３が設けられている。このチャック機構３によりプリント基板４が把持できる。ロボットアーム２は、関節機構等による回転・伸縮等の動きにより、チャック機構３を所望の位置に所望の向きで搬送する。このロボットアーム２によりチャック機構３（即ち、基板４）の搬送手段を構成している。つまり、図７のコンベア５２に代わる基板の搬送手段として本例ではロボットアームを使用している。
【００１１】
図１において、ロボット１の周りの床面には、プリヒータ５と１次噴流はんだ槽６と２次噴流はんだ槽７が配置されている。１次および２次噴流はんだ槽６，７においては、図２に示すように、溶融はんだを上方に向けて噴流させている。そして、ロボットアーム２の動作により、図２に示すように、チャック機構３にて基板４を挟持した状態で、基板４を噴流はんだ槽６，７に搬送してはんだ噴流に基板４を接触させるようになっている。
【００１２】
図３には、ロボットアーム２の先端に設けられるチャック機構３の縦断面図を示す。チャック機構３は、対向して配置された一対の爪１７，２６を有し、チャック用アクチュエータとしてのモータ１２により爪１７，２６を接近および離間する方向に移動して、爪１７，２６の接近によるプリント基板４の挟持および爪１７，２６の離間によるプリント基板４の挟持開放を行うことができるようになっている。つまり、第１の爪１７は四角形をなすプリント基板４の１つの辺を保持し、第２の爪２６は第１の爪１７による挟持対象となる辺とは対向する辺を保持する。
【００１３】
チャック機構３に関し詳しくは、メインフレーム１０がロボットアーム２に取り付けられている。メインフレーム１０は平行板部１０ａ，１０ｂを備え、平行板部１０ａ，１０ｂには第１の爪用フレーム１１が水平方向にスライド可能に支持されている。第１の爪用フレーム１１にはチャック爪開閉用モータ１２が固定され、モータ１２の出力軸には送りネジ１３が固定され、この送りネジ１３はメインフレーム１０に形成したネジ孔１４に螺着されている。そして、モータ１２の出力軸を正方向に回転することにより第１の爪用フレーム１１が図中Ｙ１方向に移動し、モータ１２の出力軸を逆方向に回転することにより第１の爪用フレーム１１が図中Ｙ２方向に移動する。チャック爪開閉用モータ１２として、本例ではＡＣサーボモータを用いている。
【００１４】
なお、第１の爪用フレーム１１にはガイドレール１５が設けられるとともにメインフレーム１０にはガイドブロック１６が設けられ、第１の爪用フレーム１１はガイドレール１５とガイドブロック１６にて案内されながら移動する。
【００１５】
第１の爪用フレーム１１の先端部には第１の爪１７が着脱可能に支持されている。詳しくは、第１の爪１７にはガイドピン１８が突設され、このガイドピン１８が第１の爪用フレーム１１の先端のガイド孔１９に嵌入されている。また、第１の爪用フレーム１１の先端部にはフック２０が軸２１により回動可能に支持され、バネ２２により図中Ｚ１方向に付勢されている。このフック２０の爪２０ａが第１の爪１７の側面の凹部２３に嵌合して第１の爪１７が第１の爪用フレーム１１から脱落しないようになっている。
【００１６】
メインフレーム１０における平行板部１０ａ，１０ｂの間には第２の爪用フレーム２４が配置され、第２の爪用フレーム２４は平行板部１０ａ，１０ｂの間に架設されたシャフト２５により水平方向に移動可能に支持されている。第２の爪用フレーム２４の先端部には第２の爪２６が着脱可能に支持されている。詳しくは、第２の爪２６にはガイドピン２７が突設され、このガイドピン２７が第２の爪用フレーム２４の先端のガイド孔２８に嵌入されている。また、第２の爪用フレーム２４の先端部にはフック２９が軸３０により回動可能に支持され、バネ３１により図中Ｚ２方向に付勢されている。このフック２９の爪２９ａが第２の爪２６の側面の凹部３２に嵌合して第２の爪２６が第２の爪用フレーム２４から脱落しないようになっている。
【００１７】
また、メインフレーム１０の平行板部１０ａ，１０ｂの間において、平行板部１０ｂと第２の爪用フレーム２４との間には圧縮コイルバネ３３が配置され、このバネ３３により第２の爪用フレーム２４が図中Ｗ１方向に付勢されている。
【００１８】
一方、第１の爪１７は断面形状がＬ字状をなし、先端部には凹部３４が形成されている。同様に、第２の爪２６は断面形状がＬ字状をなし、先端部には凹部３５が形成され、第１の爪１７の凹部３４と対向している。そして、図４に示すように、第１の爪１７の凹部３４と第２の爪２６の凹部３５との間にプリント基板４を挟むことができるようになっている。また、第１の爪１７の凹部３４と第２の爪２６の凹部３５との間にプリント基板４を挟んだ状態において、第２の爪用フレーム２４とメインフレームの平行板部１０ａの間には隙間３６が形成される。
【００１９】
つまり、本装置においては、プリント基板４の実際の幅寸法よりも若干狭い（例えば２ｍｍ狭い）寸法を目標値として爪１７，２６の間に基板４を挟み込み、所定の隙間３６を形成する。より具体的に例示するならば、例えば基板の幅寸法（単位はｍｍ）をｄとするならば、（ｄ−２）ｍｍで図３の爪間隔を設定し、図４の状態で２ｍｍの隙間３６を作る。
【００２０】
このように、図５の概念図で示すごとく、チャック機構３における一対の爪１７，２６の挟持力の伝達系に、バネ手段としての圧縮コイルバネ３３が介在された構成となっている。
【００２１】
図３において、第２の爪用フレーム２４の上面にはＬ字形取付け部材３７が固定され、この取付け部材３７に距離センサ３８が取付けられている。距離センサ３８により同センサ３８からメインフレームの平行板部１０ｂまでの距離Ｌが測定される。この距離Ｌはフレーム２４と平行板部１０ｂとの間隔に対応する値であり、基板４を爪１７，２６により挟持した時における圧縮コイルバネ３３の圧縮状態、つまり、バネ３３の付勢力を求めていることになる。よって、図４のように爪１７，２６にて基板４を挟持したとき、爪１７，２６の凹部３４，３５に異物噛み込みがあると、フレーム２４と平行板部１０ｂとの間隔は噛み込み分だけ狭くなり、センサ３８による測定値Ｌは所定値（閾値）より小さくなる。よって、バネ３３が適正な付勢力を生じる圧縮状態よりも更に圧縮された状態となり、適正な付勢力でないことが分かる。
【００２２】
このように、距離センサ３８により一対の爪１７，２６により基板４を挟持したときの圧縮コイルバネ３３の付勢力がチェックできるようになっている。
また、チャック機構の爪１７，２６にてプリント基板４を把持した時に（図４の状態で）、図４の距離センサ３８による距離Ｌが閾値より小さいと、爪１７，２６のチャック面（凹部３４，３５）に異物噛み込みがありバネ３３の付勢力が適正でないとして、機械が停止するとともに警報を行うようになっている。つまり、一対の爪１７，２６により基板４を挟持したときの距離センサ３８による圧縮コイルバネ３３の付勢力が所定の範囲から外れると、動作が停止する。このようにして、バネ３３の付勢力が適正値となった状態でのみ基板４の挟持が行われる。
【００２３】
次に、このように構成した噴流はんだ付装置の作用を説明する。
まず、ロボット１はアーム２の先端のチャック機構３を、プリント基板４の仮置き場に搬送して図４に示すように、チャック機構３のモータ１２により爪１７，２６にてプリント基板４を挟持する。このプリント基板４は、図６に示すように電子部品等が搭載され、電極部等に，はんだ付けを行う被はんだ付物である。
【００２４】
そして、ロボットアーム２の動作により、プリント基板４を図１のプリヒータ５の上まで搬送してプリント基板４の予備加熱を行う。その後、ロボットアーム２の動作により、プリント基板４を図２に示すように、１次噴流はんだ槽６のはんだ噴流に浸漬する。この１次噴流はんだ槽６において１次はんだ噴流に基板４の被処理面を接触させながら搬送することにより基板４の被処理面にはんだが付着する。
【００２５】
その後、ロボットアーム２の動作により、プリント基板４を図１の２次噴流はんだ槽７のはんだ噴流に浸漬する。この２次噴流はんだ槽７において２次はんだ噴流に基板４の被処理面を浸漬させながら搬送することにより基板４に付着したはんだが整形される。
【００２６】
この１次噴流はんだ槽６および２次噴流はんだ槽７においてプリント基板４をはんだ噴流に接触させる際に、プリント基板４が熱膨張する。この熱膨張による基板４の面方向への変形力が図４の圧縮コイルバネ３３による付勢力を上回ると、爪２６が図４中、右側に移動する。また、プリント基板４をはんだ噴流から引き上げ、基板４が冷却されると基板４は収縮する。このとき、バネ３３の付勢力により爪２６もその分だけ、図４中、左側に移動し、爪１７，２６の間隔が狭くなる。
【００２７】
このように、図７に示す従来方式においては、基板５１がはんだ噴流に接触する時に基板５１に熱膨張力が加わった際に横方向へ延びることができず図８のように基板５１が下方に変形してしまった。つまり、プリント基板５１は、はんだ噴流の熱により膨張するため、従来のコンベア搬送によるはんだ付け装置では、基板５１が変形しはんだ不良が発生する。
【００２８】
本装置では、基板４はロボットアーム２に取り付けられたチャック機構３により把持され、図５に示す概念図のように、チャック機構３にはバネ３３が挿入され、横方向へ伸びる余裕（遊び）を有する。このため、はんだ付け時の基板の変形を抑制することができる。つまり、本方式では、チャック機構３にバネ３３を付加し、熱により基板４が膨張した場合、バネ３３により基板４の熱膨張力を逃がして、基板４の変形を回避できる。このように、チャック爪１７，２６の可動範囲内で膨張スペースを確保でき、基板４の変形を抑えることができる。
【００２９】
このように本実施形態は下記の特徴を有する。
（イ）チャック機構３における一対の爪１７，２６の挟持力の伝達系に圧縮コイルバネ３３を介在させたので、プリント基板４がはんだ噴流に接触した際に、熱により基板４が膨張しようとするが、このとき、圧縮コイルバネ３３によりプリント基板４の膨張が許容される。その結果、基板４がはんだ噴流に接触した際の熱による基板変形を抑制して、はんだ付け品質を向上することができる。
【００３０】
なお、バネ手段として圧縮コイルバネ３３を用いたが、バネ手段としては弾性があり、応力歪みを受けたりエネルギーを蓄えることができる機械要素であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における噴流はんだ付装置の斜視図。
【図２】噴流はんだ付装置の正面図。
【図３】チャック機構の縦断面図。
【図４】基板を挟持した時のチャック機構の縦断面図。
【図５】基板を挟持した時の概念図。
【図６】基板を示す図。
【図７】従来の噴流はんだ付装置の斜視図。
【図８】基板を示す図。
【符号の説明】
２…アーム、３…チャック機構、４…プリント基板、６…１次噴流はんだ槽、、７…２次噴流はんだ槽、１２…モータ、１７…第１の爪、２４…第２の爪用フレーム、２６…第２の爪。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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