(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体化処理された半田ボールの集合体の中から異形粒子を分別する２種以上の分別手段を準備し、予め定められた半田ボール仕様に基づいて使用する２種以上の分別手段を選択し、選択された分別手段のそれぞれに前記集合体を１回以上供給して異形粒子を除去する半田ボールの分別方法であって、前記分別手段には、重力を利用して異形粒子の分別を行う第１の分別手段、及び第１の分別手段により異形粒子が分別された半田ボールの集合体の中からセンサを用いて異形粒子を検出し排除する第２の分別手段が含まれることを特徴とする半田ボールの分別方法。
【請求項２】
前記第１の分別手段は、傾斜板に供給された半田ボールを、所定幅内を移動するように規制しながらほぼ全数を下端部まで落下させるとともに、下端部から所定距離内に落下した半田ボールを連球として分離する機能を有する請求項１記載の半田ボールの分別方法。
【請求項３】
前記第２の分別手段は、半田ボールの大きさに合せて形成したボール受容部に装入された半田ボールに対し、光学式センサを用い連球判定基準に基づき連球かどうかを判定するとともに、該判定情報をもとに連球を排除する機能を有する請求項１記載の半田ボールの分別方法。
【請求項４】
球体化処理された半田ボールの集合体の中から異形粒子を分別する分別装置であって、重力を利用して異径粒子の分別を行う第１の分別手段とセンサを用いて異形粒子を検出し排除する第２の分別手段とを備え、
前記第１の分別手段は、一定の方向に傾斜して配設されてなる傾斜板と、前記傾斜板の傾斜方向に沿い前記傾斜板の一面に形成された溝状又は突起状をなす仕切部とを有し、
前記第２の分別手段は、前記半田ボールを装入可能な有底孔状のボール受容部と、前記ボール受容部の開口端から突出した前記異形粒子の突出部分を検出する検出手段とを有することを特徴とする半田ボールの分別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田ボールの集合体からダブルボールなどの異形粒子を分別する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半田ボールは、一般に、所定組成の金属又は合金を溶解する溶解工程、溶湯を気中または溶媒中に吐出して冷却し球状の粒子とする球体化工程、及び所定サイズの粒子を分別する分級工程を経て製造される。上記の球体化工程において、単独の粒子（単球）以外に単球が複数個連なった連球と称される異形粒子が発生することがあるが、分級工程で篩を用いる場合は、ほぼ同径の単球が結合した連球を、かなりの精度で除去することができる。しかし、例えば直径の異なった単球が結合した連球（以下、異径連球と呼ぶ）の中には、篩を通り抜けてしまうものもあるため、分級後に連球を分別する工程を設けることが行われている。
【０００３】
連球を分別する方法としては、平板状斜面を用いた斜面転がしと呼ばれる方法（公知例１）が多用されている。これは、単球は斜面に沿って真っ直ぐに転がり落ちるのに対し、連球は斜面を左右に振れながら落下する現象を利用し、斜面の幅を調整して、単球を斜面の下部に落下させ、連球を斜面の左右に振分けて分別するものである。
また、特開平１１−３１９７２２号（公知例２）には、異径連球を分離できるようにした装置が提案されている。これは、単球と連球の混合した粒子を傾斜面に供給するための供給装置と、粒子を落下させるための傾斜面と、傾斜面から転がり落ちてくる単球を回収する回収部から構成され、供給部と傾斜面との間又は傾斜面の途中に粒子の落下方向と平行な溝を持つ構造部を設けたことを特徴としたものである。即ち、異径連球が溝を通過する際に、結合した単球の中心を連ねて形成される連球の中心軸が落下方向に一致するようになり、小球が溝と大球との間でくさびとして作用し、回転落下が停止することを利用するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
公知例１の方法は、平坦な斜面を利用した簡便な設備で分別を行うため、製造コストの点では有利であるが、分別の信頼性及び歩留まりが低いという問題がある。即ち、連球であっても、ほぼ同径の単球が結合した連球が中心軸を傾斜方向に直交するように回転した場合や、連球の一方が極端に小さくて単球に近い場合は、単球と同じように斜面に沿って転がり落ちるため、斜面下部に配設した単球収納部の中に入ってしまうという問題がある。また、斜面に大量の粒子を供給すると、単球に押されて斜面の下部に達して単球収納部の中に入ってしまう連球が増加してさらに信頼性が低下する。また逆に、単球同士が衝突して左右に落下し、連球と見なされてしまう単球が増加し、その割合は供給量の約１０％にも達することがある。
【０００５】
また、公知例２の装置で分別する場合、連球を溝途中で確実に停止させて分離するためには、溝の傾斜角度、形状、寸法、面粗さなどを、選別する単球の仕様に応じて予め設定しておく必要がある。しかし、実際の製造ラインで発生する種々の異径寸法の連球に対して適用できるようにすることは、極めて困難である。即ち、異径連球と言っても、小球と大球とが同程度の直径を有するような連球から、小球が極端に小さくて単球と区別できないようなものまで種々あり、各々回転落下の形態が異なる。このため、略同径の単球が結合した連球の中には中心軸が落下方向に一致してもくさび作用が働かないものや、また単球と見なせるような連球の中には大球のみが回転するものなど、連球の中には溝途中で停止せずにそのまま落下してしまうものがあり、やはり信頼性に問題がある。また、溝途中に停止した連球を排除するためには、連球が停止した時に分離装置を停止させなければならないが、連球が停止していることを検知することができないため、短い間隔で定期的に運転を中断して、連球が停止しているか否かを確認しなければならず、処理能力の点でも問題がある。
【０００６】
上述したように、傾斜を利用して分離する分別方法は、処理能力を高めることが難しい上、ある程度の連球混入は避けられないこと、さらに連球の分別精度に傾斜面の性状が大きく影響するため分別対象となる半田ボールの大きさが限られてくることなどの理由で、限られた仕様の半田ボールには適用することはできるが、連球の混入が皆無に近いような厳しい仕様の半田ボールには適用することができない。
従って本発明は、単球と連球が混在する半田ボールの中から、異形粒子を高精度で分別することができる方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、球体化処理された半田ボールの集合体の中から異形粒子を分別する２種以上の分別手段を準備し、予め定められた半田ボール仕様に基づいて使用する２種以上の分別手段を選択し、選択された分別手段のそれぞれに前記集合体を１回以上供給して異形粒子を除去する半田ボールの分別方法であって、前記分別手段には、重力を利用して異形粒子の分別を行う第１の分別手段、及び第１の分別手段により異形粒子が分別された半田ボールの集合体の中からセンサを用いて異形粒子を検出し排除する第２の分別手段が含まれることを特徴とするものである。
また、本発明における前記第１の分別手段としては、傾斜板に供給された半田ボールを、所定幅内を移動するように規制しながらほぼ全数を下端部まで落下させるとともに、下端部から所定距離内に落下した半田ボールを連球として分離する機能を有するものが好ましい。
また、本発明における前記第２の分別手段としては、半田ボールの大きさに合せて形成したボール受容部に装入された半田ボールに対し、光学式センサを用い連球判定基準に基づき連球かどうかを判定するとともに、該判定情報をもとに連球を排除する機能を有するものが好ましい。
本発明は、球体化処理された半田ボールの集合体の中から異形粒子を分別する分別装置であって、重力を利用して異径粒子の分別を行う第１の分別手段とセンサを用いて異形粒子を検出し排除する第２の分別手段とを備え、前記第１の分別手段は、一定の方向に傾斜して配設されてなる傾斜板と、前記傾斜板の傾斜方向に沿い前記傾斜板の一面に形成された溝状又は突起状をなす仕切部とを有し、前記第２の分別手段は、前記半田ボールを装入可能な有底孔状のボール受容部と、前記ボール受容部の開口端から突出した前記異形粒子の突出部分を検出する検出手段とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の対象となる半田ボール（以下ボールと略す）は、所定組成を有する金属（例えばＳｎ合金）を溶解し、得られた溶湯を気体（溶媒）中に吐出して冷却する球体化処理を行なって、例えば直径３０〜７００μｍの球状粒子に形成される。ボールを球体化する方法としては、溶湯をノズルから吐出して冷却し球体化する、アトマイズ法、均一液滴法など公知の方式を用いることができる。
【０００９】
上記のように製造されたボールの中から異形粒子を分別する工程においては、まず、ユーザなどボール使用先から要求されるボールの仕様、例えばボールの直径、数量、連球の程度、連球混入率などを考慮して適切な分別手段を選定する。例えば、直径が５００μｍの単球１億個の中に、単球に直径がその０．５倍以上であるような小球が結合した連球は１個以内という許容連球混入率であれば、重力を利用した分別手段を採用し、それ以下の許容連球混入率が要求される場合は連球検出方式による分別手段を採用する。また、重力による分別手段で処理した後、連球検出方式による分別手段で処理したり、あるいは重力による分別手段を２度通すことも可能である。このように、本発明では、単一の分別手段のみで連球を分別する以外に、複数種の分別手段を併用してもよいし、あるいは単一の分別手段を２回以上通してもよい。
【００１０】
本発明で使用する分別手段を図面により説明する。
図１は落下式分別装置１００の一例を示す概略構成図である。図面上において、１０１は傾斜板、１０５はボール収納容器、１０４は不良品収納容器である。傾斜板１０１の表面には、複数の整流部１０３が、傾斜方向に沿って平行に複数形成されている。整流部１０３は、傾斜板１０１上部から供給されたボール１が、ほぼ傾斜に沿って落下するように左右方向を規制するもので、平板面１０２上に所定のピッチｐで形成された溝（突起でもよい）などの仕切部１０８と、平板面１０２の左右両側に設けられた壁１０７とで構成されている。以下、仕切部１０８として溝を形成した例で説明する。溝１０８は、内部に入ったボール１が飛出し難く、単球が２個結合した連球２であればその中心軸がほぼ傾斜に沿うように姿勢変換できるような寸法をもち、かつ例えばＶ字状、Ｕ字状、円弧状又は台形状の断面形状とする。また、傾斜板１０１の表面は、ボール１がスムースに転がったり滑り落ちるように、できるだけ平滑に仕上げておくことが望ましい。
【００１１】
上記の落下式分別装置１００は、傾斜板１０１の表面を転がり難い連球２が、その中心軸が略傾斜方向に向いた状態であっても、できるだけ傾斜板１０１の下端部まで落下するようにするために、次のように構成されている。傾斜板１０１は、転がり難い連球２が表面を滑り落ちるように、滑り摩擦係数λ以上となるような角度θ、即ちｔａｎθ＞λになるように配設する。しかし、滑り摩擦係数λは、ボール１の直径、材質、形状や、平板面１０２及び溝１０８の表面粗さ、材質、溝形状などによって異なるので、図１の装置に、手動或いは自動で傾斜角度調整が行えるような角度調節手段（図示せず）を設けることが好ましい。また、傾斜板１０１の裏面に加振機１０６を設けて、傾斜方向に沿った振動が傾斜板１０１に付与できるようにすると、滑り摩擦係数λを低下させることができるので望ましい。
【００１２】
次に、上記落下式分別装置１００の分別動作について説明する。
傾斜板１０１は、中心軸が傾斜方向に向いた連球でも滑落するような角度に調整する。傾斜角度θを４５°以上とすれば、滑り摩擦係数上からは全ての連球２は滑落することになる。ただし、ボールが跳ねたり、連球の滑り速度が速すぎて分別精度が低下する恐れがある場合には、傾斜角度θは１０°〜３０°程度とし、加振機１０６を作動させる。次いで、分別すべきボール１を、傾斜板１０１の上方から幅方向にほぼ均一に供給する。ボール１の集合体中の単球３は、斜面を回転して傾斜板１０１の下端部から勢い良く飛出し、不良品収納容器１０４を飛び越してボール収納容器１０５内に落下する。しかし、連球２であっても、その中心軸が傾斜方向に直交するような姿勢のものや、小球が小さい異径連球など、傾斜板１０１のほぼ全長にわたって回転落下したものは、単球３と同様に加速されるのでボール収納容器１０５に入ってしまう。
【００１３】
一方、中心軸が傾斜方向に向いて回転しない連球２は滑って落下するので、回転落下する単球３に比べ落下速度が遅く、不良品収納容器１０４内に落下することになる。しかし、ボール１の供給量が多いと、滑落する連球２の上方から単球３が次々と回転して衝突してくるため、連球２は押されて一緒にボール収納容器１０５に入ってしまうことがある。しかし、本落下式分別装置１００では、押されたり、中心軸が斜めに向いたりして斜めに移動した連球２は、直ぐに溝１０８内に落下して溝内を滑り落ちる。溝１０８内にも単球３は入り込むが、平面板１０２上におけるほどの多数の単球３で押されることはないので、飛出し速度は遅く、不良品収納容器１０４内に落下する。
【００１４】
従って、図１の落下式分別装置１００は、単球中へのある程度の連球の混入は避けられないが、ボール収納容器１０５に入ってしまう連球量は、ほぼ溝内に入った連球分だけ少なくなり、公知例１に比べると分別精度が大幅に向上する。しかも、ボール１を傾斜板１０１の幅全域に供給することができるので大量に処理することができる。また、連球２を落下させながら連続的に分離・分別するため、公知例２に比べて高い処理能力を有する。
【００１５】
次に、検出式分別装置２００について説明する。
図２は、検出式分別装置２００の一例を示す概略構成図である。ボール１が装入される装着部２０１は、略円筒状の貫通穴２０３が形成されたシート状の穿孔部材２０２と、外周面が平滑なドラム状の支持部材２０４とを有し、支持部材２０４の外周全長に穿孔部材２０２が着脱自在に貼り付けられ、貫通穴２０３と支持部材２０４の表面とでボール受容部２０９が形成される。ドラム状の支持部材２０４は、中心軸が水平になるように軸受けで支持され、モータ等の駆動手段に接続されている。従って、装着部２０１は水平な軸回りに矢印方向に連続して回転することができる。
【００１６】
図３に穿孔部材２０２の平面図を、図４に、単球３が装着部２０１のボール受容部２０９に装入された状態の断面図を示す。穿孔部材２０２は、金属、樹脂、ゴムなどの材料を用いることができ、貫通穴２０３はエッチング、レーザ加工、或いは切削加工などの手段により、例えば千鳥状、格子状など規則的な配列パターンになるように形成するとよい。ボール受容部２０９は、分別対象のボール１（単球３）が装入された時、縦横方向にほとんど隙間がないように形成する。即ち、図４に示すように、穿孔部材２０２の厚さＴと貫通穴２０３の直径Ｄは、理論的には分別対象となるボール１の公称直径（基準値）ｄとほぼ同一寸法にすればよいが、貫通穴２０３の直径Ｄはボール１が入り易いように、公称直径ｄよりやや大きな寸法とすることが望ましい。また、分別対象となるボールの大きさが変っても速やかに分別できるようにするために、対象のボール１の大きさに応じて複数種の穿孔部材２０２を準備しておくことが望ましい。
【００１７】
装着部２０１の回転方向からみて頂部Ａの上流には、ボール１を装着部２０１に供給するために供給手段２０６が配設されている。供給手段２０６としては、例えば振動式パーツフィーダを使用することができ、その場合にはパーツフィーダに連なるシュート２１０を、貫通穴２０３が形成されている幅Ｗ（図３参照）を包含する範囲にわたって、その先端部が穿孔部材２０２の表面にほぼ接するように配設し、穿孔部材２０２との間でボール１を貯留できるようにする。シュート２１０の先端は、ボール受容部２０９が斜め上方に開口した位置（例えば頂部Ａから約４５°〜６０°程度手前）に位置決めされるとともに、貫通穴２０３は上記のような寸法を有するので、シュート２１０から供給されたボール１は、支持部材２０４の回転に伴い貯留部に順次現出してくるボール受容部２０９内に適宜入り込んでいく。ボール受容部２０９に入ったボール１は、頂部Ａ方向へと移動していくが、頂部Ａ付近に達した時は貫通穴２０３の軸心は垂直となるので、ボール１は確実にボール受容部２０９の底面に当接する。従って、所定寸法の単球３であれば、ボール或いはボール受容部底面にゴミが付着しているような異常の場合を除いては、穿孔部材２０２の表面から突出することはない。
【００１８】
検知手段２０５は、装着部２０１の頂部Ａにおける穿孔部材２０２の表面部を検査エリアとするように配設され、穿孔部材２０２の表面から突出した部分を検知する。検知手段２０５としては、ＣＣＤカメラ、ラインセンサ、あるいはレーザなど光学式のものが好ましく、穿孔部材２０２の幅方向にわたって検査できるように、照明手段（図示せず）をセットし、頂部Ａにおける円周方向接線の延長線上に光軸が形成されるように配設する。従って、穿孔部材２０２の表面から突出した部分が検知された場合、幅方向に形成された各貫通穴２０３と対応させることができる。
【００１９】
検知は公知の方法で行うことができる。例えば、穿孔部材２０２の表面は直線状となっているので、それより突出した光遮蔽部分の高さや面積などを計算し、所定の閾値以上の場合、突出部が存在すると判定することで行う。なお、装着部２０１の軸方向に光軸を向けて検査するようにしてもよい。この場合は、検査エリアを狭くすることができるので、高精度かつ短時間で検知することができる。ただし、軸方向には直列に多数の貫通穴２０３が形成されているので、突出部分を検知しても、その突出部分と貫通穴２０３との対応を取ることは難しい。
【００２０】
前述したように、ボール受容部２０９に装入されたボール１が単球３であれば、ボール１は穿孔部材２０２の表面にはみ出さない。図５に示すように、ボール１が連球２であれば、ほとんどの場合その一部が穿孔部材２０２の表面にはみ出し、検知手段２０５で検知することができるが、異径連球２１については、小球２１ａのサイズが小さいと、姿勢によっては貫通穴２０３との隙間に丁度小球２１ａが収まって、穿孔部材２０２の表面にはみ出さないことがある。図５の左側のボール受容部２０９は、このような異径連球２１が装入された状態を示す。
【００２１】
図５において、貫通穴２０３の直径Ｄを対象のボール１の直径ｄとほぼ同一とすると、小球２１ａの直径は幾何計算によって求めることができ、大球２１ｂの直径ｄの約０．１７倍となる。即ち、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．１７倍以下の異径連球２１は、ボール受容部２０９に装着された時の姿勢によっては、異径連球２１の一部が穿孔部材２０２の表面から突出せず、検知手段２０５で検知できない場合がある。従って、ボール１の直径のバラツキや検知手段２０５の検出精度を考慮すると、この装置で信頼性の高い検出が行える異径連球２１の寸法は、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．２倍以上あるものであるが、小球２１ａの直径が大球２１ｂの直径の０．２倍以下の異径連球２１は、実際の使用においてはほとんど問題ないと考えられている。
【００２２】
次に、検出式分別装置２００における連球分別動作について説明する。
装着部２０１を連続回転させることにより、連球を検知するための頂部Ａの上流部Ｂで、適量のボール１が穿孔部材２０２の表面に向けて供給され、各ボール１は次々にボール受容部２０９に入り込んでいく。装着部２０１の頂部Ａでは、検知手段２０５により、ボール１が穿孔部材２０２の表面から突出した部分があるか否かが検査される。検知手段２０５が何も検知しない場合は、検査エリアにあるボール１は、単球３か或いは異径連球２１であっても小球２１ａが問題ない小ささであることになる。検知手段２０５により穿孔部材２０２の表面から突出した部分があることが検知された場合は、この部分は同径連球又は許容値より大きい小球２１ａを含む異径連球２１の一部であり、排除すべき不良品が検知されたことになるとともに、その位置も知ることができる。
【００２３】
排除すべき不良品があると判定されると、検知手段２０５からは不良品検知信号が出力されるようにしておき、この信号を利用して不良品を除去すればよい。例えば、頂部Ａの下流の所定位置Ｃに不良品除去手段２０７を設け、装着部２０１の回転速度に応じて作動させることにより自動的に不良品を除去する。不良品除去手段２０７としては、吸着ハンドを備えたロボットなどの公知の手段を用いることができ、装着部２０１表面の幅方向における不良品の位置情報が入力されれば、不良品だけを取除くようにすることができる。不良品除去手段２０７で除去されずに穿孔部材２０２に残留したボール１は良品であり、装着部２０１の底部Ｄの下方付近に設けられた良品収容部２０８に落下し、回収される。
【００２４】
上述したように、検出式分別装置２００は、連続的にセンサで単球から突出した部分を検出し、このような突出部分を有するボールを排除するので、ボール受容部寸法と検知手段の検出精度で予め決まる限界直径以上の大きさをもつ小球を含む連球であれば、確実にかつ効率良く分別することができる。また、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部（例えば分別手段）を種々の形態に変更することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１種類又は２種類以上の異形粒子分別手段を準備しておき、半田ボールの仕様に応じた分別手段を選定し、１種類の分別手段を複数回使用するか、あるいは２種類以上の分別手段を組合わせて使用するので、従来の分別方式に比べて、単球の集合体中に異形粒子が混在する比率を低くすることができ、高品質の半田ボールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる落下式分別装置の一例を示す斜視図
【図２】本発明で用いる検出式分別装置の一例を示す正面図
【図３】図２の検出式分別装置に用いる穿孔部材の平面図
【図４】図２の検出式分別装置の装着部に半田ボールが装入された状態を示す図
【図５】図２検出式分別装置の装着部に異径連球が装入された状態を示す図
【符号の説明】
１・・半田ボール、  ２・・連球、  ３・・単球、  ２１・・異径連球、
２１ａ・・小球、  ２１ｂ・・大球、  １００・・落下式分別装置、
１０１・・傾斜板、  １０２・・平板面、  １０３・・整流部、
１０４・・不良品収容容器、  １０５・・ボール収容容器、  １０８・・溝、
１０６・・加振機、  ２００・・検出式分別装置、  ２０１・・装着部、
２０２・・穿孔部材、  ２０３・・貫通穴、  ２０４・・支持部材、
２０５・・検知手段、 ２０９・・ボール受容部、
【図１】
0003654433.tif 000002
【図２】
0003654433.tif 000003
【図３】
0003654433.tif 000004
【図４】
0003654433.tif 000005
【図５】
0003654433.tif 000006