(57)【要約】【課題】  プリント基板を保持したパレット装置を移動させて、プリント基板への半田付けを行う半田付け装置において、半田不良の少ない半田切り方法、及びこの方法に用いるパレット装置を提供する。【解決手段】  半田切り方法は、パレット装置１と共に基板７を溶融半田８２に浸漬させた後、パレット装置を浸漬位置に残置しつつプリント基板のみを溶融半田の液面から傾斜離脱させる。この方法に用いるパレット装置は、該パレット装置に保持したプリント基板のみを液面に対して傾斜させつつ上昇させる傾斜機構４を備える。傾斜機構は、パレット装置に保持されたプリント基板の一端側裏面と係合する係合枠５と、係合枠を昇降させる上下動手段６と、から構成する。上下動手段は爪部をもって係合枠の引掛部を引き上げ、プリント基板を基板支持部３から傾斜離脱させる構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パレット装置にプリント基板を保持し、該パレット装置の移動によってプリント基板への半田付けを行う半田付け装置の半田切り方法において、
パレット装置と共にプリント基板を溶融半田に浸漬させた後、パレット装置を残置してプリント基板を傾けながらプリント基板のみを前記溶融半田の液面から離脱させることを特徴とする半田付け装置の半田切り方法。
【請求項２】
前記液面からの離脱が、
プリント基板の一端側を上昇させることによって行うことを特徴とする請求項１記載の半田付け装置の半田切り方法。
【請求項３】
上記請求項１、又は２記載の半田切り方法に用いるパレット装置であって、
該パレット装置に保持したプリント基板を溶融半田の液面に対して傾斜させる傾斜機構を備えたことを特徴とするパレット装置。
【請求項４】
前記傾斜機構が、
パレット装置に保持されたプリント基板の一端側と係合する係合枠と、
該係合枠を昇降させる上下動手段と、
から成ることを特徴とする請求項３記載のパレット装置。
【請求項５】
上下動手段が、
パレット装置に配置した駆動源と、
該駆動源が作用するレバーと、
該レバーと前記係合枠を連係する連係部材と、
から成ることを特徴とする請求項４記載のパレット装置。
【請求項６】
係合枠が、
プリント基板の一端側と係合する係合部と、
該係合部からプリント基板の両側縁に沿って反係合部側に延長させたアームと、
から成ることを特徴とする請求項４、又は５記載のパレット装置。
【請求項７】
アームが、
反係合部側の先端部においてパレット装置に対して回動自在に結合していることを特徴とする請求項６記載のパレット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電子部品を実装したプリント基板への半田付け処理の技術分野に属し、特に半田付け部位を溶融半田に浸漬させて行う半田付け装置の半田切り方法及びこれに用いるパレット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を実装するプリント基板を溶融半田に浸漬させて半田付けを行う装置（フロー式半田付け装置）においては、溶融半田の液面からのプリント基板を離脱（通称、「半田切り」）させる際に、プリント基板を液面に対して傾斜させながら離脱（以下、「傾斜離脱」と称する。）させる手法を採っている。しかし、かかる手法や従来の装置構成では、鉛フリー半田を用いた場合に、その溶融温度が高いことや濡れ性の低下から、従来の含鉛半田に比べて半田不良（半田ショートや半田ブリッジなど）が発生しやすく問題化していた。これに対処するため、種々の工夫が凝らされた多種多様な装置が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
また、実装した電子部品の被半田付け部位に対応させた開口部を形成したパレット装置の上面側にプリント基板を載置して保持し、このパレット装置と共に搬送して溶融半田に浸漬させ、上記開口部を介して半田付けを行う装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。このパレット装置のプリント基板の載置面は、プリント基板の半田付け部位以外に半田が付着することを防止するマスキングとして機能し、融点の高い鉛フリー半田の熱履歴による他の電子部品への損傷（銅食いやリフトオフ、半田ブリッジ、等）を回避するため、通常一般的に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−２１５０９２号公報（第２―４頁、第１図）
【特許文献２】特開２００４−２２８２４７号公報（第４−８頁、第３図）
【特許文献３】特開２００７−１０９９５９号公報（第３−６頁、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献で開示されているプリント基板をパレット装置に保持すると共に、これをパレット装置と共に一体的に傾斜させて溶融半田の液面から離脱させる方法には、以下の問題があった。
【０００６】
すなわち、従来のパレット装置は、耐熱性を向上させるためにプリント基板に比べて厚みや平面寸法が大きくなり、全体の占有容積も大きいものであった。そのため、溶融半田に浸漬させた場合の排水容積が大きくなり、半田液面からの離脱時には急激な液面下降が発生して、半田不良を招いていた。
【０００７】
この半田不良の発生をできるだけ少なくするためには、パレット装置の引上げ速度を遅くすることが考えられるが、溶融温度が含鉛半田より数十度以上も高い鉛フリー半田では、例えば、熱履歴の変動による銅食われや濡れ性の悪さによる半田ショートや半田ブリッジ等の半田不良の頻度が高まるという課題があった。また、サイクルタイム（半田付け処理時間）の遅延による生産効率の低下も無視できない課題となっていた。
【０００８】
上記課題に加え、溶融半田を半田槽内に配置したノズルから噴流させてプリント基板へ浸漬させるフロー式半田付け装置では、パレット装置の開口に入り込んだ多くの溶融半田が傾斜離脱に伴って引きずられて上昇した後に急激に落下する現象によって半田不良が頻発するおそれがあった。
【０００９】
そこで、本願発明は上記課題の解決を図るために、プリント基板を保持したパレット装置を移動させて、プリント基板への半田付けを行う半田付け装置において、鉛フリー半田の特性を考慮してより半田不良の少ない半田切り方法を提供すると共に、この方法に用いるパレット装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、本願にかかる第１の発明として半田付け装置における半田切り方法を提供する。本願発明の構成は、以下の通りである。
【００１１】
本願第１発明は、パレット装置にプリント基板（以下、「基板」と略称する。）を保持し、該パレット装置の移動によって基板への半田付けを行う半田付け装置の半田切り方法において、パレット装置と共に基板を溶融半田に浸漬させた後、パレット装置を前記浸漬位置に残置しつつ基板のみを傾けながら前記溶融半田の液面から離脱させることを特徴としている。
【００１２】
この基板の溶融半田の液面（以下、「液面」と略称。）からの離脱は、基板の一端側を上昇させる傾斜離脱としたことを特徴としている。より具体的には、基板の一端側を上位に移動させて、一端側からの漸次に液面から引き離すようにしている。別言すると、略水平な液面の全面と接触させた状態の基板を、その一端側を持ち上げ、引き上げ、又は押し上げ等によって上位に移動させることにより、基板面の一端側から液面との接触を漸次に引き離して行く手法である。この結果、当初の基板は下面の全面が液面と接触しているため略水平であるが、次第に基板下面と液面との挟み角が大きくなるように、基板の一端側を移動させて液面から引き離して行く方法である。この過程での基板は、漸次に増加する傾斜角を持つこととなる。
【００１３】
次に、上記の半田切り方法を実現するためのパレット装置を本願にかかる第２の発明として提供する。本願発明の構成は、以下のとおりである。
本願第２発明は、基板を保持したパレット装置を移動させて、基板への半田付けを行う半田付け装置におけるパレット装置において、該パレット装置に保持した基板を液面に対して傾斜させる傾斜機構を備えたことを特徴としている。なお、半田付け装置には、パレット装置を半田槽の上位の所定位置まで移動させる搬送機構、及びこれと連携して所定位置でパレット装置を半田槽の液面に向かって昇降させる昇降機構を備えている。なお、これら搬送機構及び昇降機構の構成については、公知の一般的な機構を適用すれば良いため詳細な説明と図面の掲載については省略する。
【００１４】
傾斜機構は、パレット装置に保持された基板の一端側と係合する係合枠と、該係合枠を昇降させる上下動手段と、から構成している。ここで、係合枠は、基板の一端側と係合する係合部と、係合部から基板の両側縁に沿って反係合部側に延長させたアームとから構成している。また、上下動手段は、パレット装置に配置した駆動源が作用するレバーと、該レバーと前記係合枠を連係する連係部材と、から構成している。
【００１５】
係合枠は、アームの反係合部側の先端部においてパレット装置に対して回動自在、例えば、ピン、軸受、等を配設して結合しても良い。これにより、係合枠を昇降させた時に、これに係合する基板が結合部を回転軸として傾斜すると共に、その傾斜動作も円滑となる。
【００１６】
上下動手段の連係部材は、レバーと係合枠との連係によって構成しており、駆動力の伝達を円滑にするために、両者の間に案内手段を設けている。案内手段は、例えば、溝、案内板、スライドガイド、等が好適である。これにより、駆動力の伝達が円滑になり、係合枠の駆動源による動作や速度制御も容易となる。
【００１７】
また、上下動手段の駆動源は、サーボモータ、ステッピングモータ等、回転速度や回転位置が制御できるものを採用することが好適であるが、２ポジションを往復する空圧や油圧の直動アクチュエータを採用しても良い。また、上記駆動源の伝達はレバーに限定されるものではなく、適宜にリンク機構、歯車、ラックアンドピニオン、ベルト、等の伝達手段を採用するようにしても良い。
【００１８】
本願発明の傾斜機構は、係合枠を介して基板の一端側を上下動させる構成であるが、係合枠を省略して、例えば、基板に上下動手段と直接的に係合する治具を予め配設したり、又は特定形状の開口を形成して、これらに上下動手段を係合させて行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明にかかる半田付け装置の半田切り方法は、上記の方法を採るために、以下の効果を奏する。
【００２０】
まず、基板をパレット装置に保持したまま半田槽の溶融半田に浸漬させるため、パレット装置のパレット部分が本来有するマスキング性及び耐熱性のメリットを享受できる。
【００２１】
次に、基板をパレット装置に保持した状態の浸漬位置において、パレット装置を停止させて、パレット装置を残置しつつ基板のみを液面から離脱（又は傾斜離脱）させることが可能である。このため、パレット装置と一体的に傾斜離脱させていた従来方法や装置と比べ、半田不良の発生が抑制される。これは、基板を占有容積の大きいパレット装置と一体的に溶融半田から分離した場合の液面の急激な変化が無いためである。
【００２２】
また、急激な液面変動がないため、基板の離脱速度の制御の自由度が増して半田不良のさらなる減少と共にサイクルタイムの短縮も図ることができる。
【００２３】
かかる効果は、濡れ性が低下した鉛フリー半田を用いる場合の半田付け品質の向上及び安定化に寄与し、基板の半田付けコスト削減への貢献も顕著なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】パレット装置と半田槽を示す一部切り欠き外観斜視図である。
【図２】パレット装置の組立斜視図である。
【図３】パレット装置の上下動手段を示す斜視図である。
【図４】パレット装置での基板の傾斜状態を示す外観斜視図である。
【図５】パレット装置における半田切りを示す動作説明図である。
【図６】パレット装置の変更例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本願発明にかかる半田付け装置の半田切り方法及びこれに用いるパレット装置の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の記載においては、説明の都合上、第２の発明としているパレット装置の発明を先に説明した後に、第１の発明としている半田切り方法の発明について説明することとする。
【００２６】
図１はパレット装置と半田槽を示す一部切り欠き外観斜視図であり、図２はパレット装置の組立斜視図であり、図３はパレット装置の上下動手段を示す斜視図であり、図４はパレット装置での基板の傾斜状態を示す外観斜視図であり、図５はパレット装置における半田切りを示す動作説明図である。
【００２７】
本実施形態例にかかるパレット装置１は、溶融半田８２を貯留する半田槽８と、この半田槽８の上方側に基板７を保持したパレット装置１を水平移動（矢印Ｘ）させる搬送機構（図示省略）と、半田槽８の上方位置から溶融半田８２若しくは槽内に設置した噴流ノズル８１から噴流させた溶融半田８２の液面に向かって昇降（矢印Ｙ）させる昇降機構（図示省略）とによって移動制御を行っている。
なお、かかる機構自体は公知の一般的な技術を用いているため、本明細書では詳細な説明と図面とを省略する。
【００２８】
上記半田槽８は、上方開放した矩形容器であって、その内部に溶融半田８２を貯留すると共に、該槽内には基板７の水平投影面積より大きい開口形を持って上方へ開放させたノズル８１を配置している。なお、パレット装置１の下部が浸漬可能であれば、上記ノズル８１を省略した静止型半田槽としても良い。
【００２９】
次に、発明の主眼であるパレット装置１について説明する。パレット装置１は、フレーム２、基板保持部３、及び傾斜機構４、を主要構成要素としている。該パレット装置１は、基板７を保持すると共に他の機構と連携して基板７の搬送及び昇降によって溶融半田８２へ浸漬させて基板７への半田付けを行うものである。
【００３０】
パレット装置１を全体の支持基体となるフレーム２は、金属、樹脂等の硬質柱材又は角パイプを矩形枠状に連結して成り、上述した搬送機構及び昇降機構が連係又は付設されている。
【００３１】
該フレーム２の枠の内側の１対向部には、肉厚板状の懸架プレート２１をそれぞれに固定し、かつこの対向配置した各懸架プレート２１、２１からは下方に垂下状に延びる２本の懸架アーム２２、２２をそれぞれ所定間隔で配設している。
【００３２】
基板保持部３は、上記懸架アーム２２により支持され、基板７を載置して保持する載置面３２と、該載置面３２の外周囲を保形する外枠３１により形成している。外枠３１の前記懸架アーム２２、２２の対向方向の外側には、フランジ３１ａを形成している。このフランジ３１ａには、上記フレーム２の懸架アーム２２の下端部が係合している。
【００３３】
上記載置面３２には、保持対象の基板７の外形に適合させる位置決め溝３２ａを形成している。この位置決め溝３２ａは、基板７が載置すると共に嵌合し、載置時の位置決め性及び位置再現性を確保するものである。位置決め溝３２ａの内側には、矩形状の貫通口３２ｂを３箇所形成している。貫通口３２ｂは溶融半田８２を基板７の被半田付け部位に誘導し易いように下方幅広の断面形となっている。
【００３４】
また、載置面３２には、位置決め溝３２ａと一部重畳すると共に、長手側が位置決め溝３２ａより長い帯状の逃げ溝３２ｃを、外枠３１の一辺側の辺に沿わして形成している。この逃げ溝３２ｃは、位置決め溝３２ａより深く形成しており、後述する係合枠５の係合部５１を収める空間を確保するものである。
【００３５】
さらに、逃げ溝３２ｃと対向側の外枠３１の２箇所には、外枠３１の上面から載置面３２に向かって連続するクランク状の抑え板３３を配設している。この抑え板３３は、載置面側の一部が位置決め溝３２ａに嵌合した基板７の端部上面に張り出し、基板７の位置決め溝３２ａからの浮き上がりやずれを防止している。
【００３６】
なお、上記貫通口３２ｂは、基板７の電子部品７１のリード７２の位置、すなわち、基板７の裏面側の被半田付け部位に適合させて形成するものである。そのため、これを形成した載置面３２は、半田付け対象となる基板７の仕様によって適宜に交換変更されるものである。
【００３７】
載置面３２に保持された基板７は、傾斜機構４によりその一端側が上昇して載置面３２に対する挟み角を大きくしながら、傾斜して行くこととなる。この傾斜機構４は、係合枠５と、上下動手段６とから構成している。
【００３８】
まず、係合枠５は、基板保持部３の外枠３１の内側に納まるように配置している。該係合枠５は、帯板状の係合部５１を基体としてその両端部から一方側にかつ前記外枠の内側に沿って平行な２本の回動アーム５２、５２、を形成し、その外観は平面視に略コ字状を呈している。さらに、係合部５１は、基板保持部３の逃げ溝３２ｃの内部に適合して全体が収まる大きさの板体であり、位置決め溝３２ａに嵌合した基板７の一辺側の裏面一部と係合している。なお、逃げ溝３２ｃは、基板７の位置決め溝３２ａより一辺のみが長い帯状を成し、係合部５１が収まった場合に係合部５１の上面は基板裏面とは接触しない深さに形成している。
【００３９】
各回動アーム５２は、係合部５１の両端から一方側に平行に形成しており、その先端側は基板保持部３の外枠３１の側面に配置するピン５３により回動自在に軸支持している。また、回動アーム間の離隔距離は、位置決め溝３２ａの寸法を超えるように設定され、回動アーム５２は基板７の一辺の寸法より長い寸法を有して基板７の両側縁に沿って対向するように位置する。
【００４０】
係合枠５の係合部５１には、引掛部５４を配設している。この引掛部５４は、係合部５１の一方側に偏った位置であって、回動アーム５２とは反対側に突出するように配設されている。引掛部５４は、側面視において上方凸のコ字状を成し、基板保持部３の外枠３１とは干渉しない程度の隙間を維持しつつ、その断面外形に倣って基板保持部３の外側に突出すると共に、外側水平に延設するつば部５４ａを形成している。
【００４１】
上記引掛部５４には、上下動手段６が係合している。この上下動手段６は、図３に示すように、前記つば部５４ａに係合する連係部材６１と、この連係部材６１に駆動源となるモータ６３の作動力を伝達するレバー６２と、から構成している。
【００４２】
この連係部材６１は、爪部６１ａと、爪部６１ａを上方に誘導するレール６１ｂ及びガイド６１ｄ、とから構成している。爪部６１ａは、下部側が係合枠５のつば部５４ａに係合する凹部を有し、上部側をガイド６１ｄにより上方に直動案内されるレール６１ｂに固定する構成である。ガイド６１ｄは、フレーム２の懸架プレート２１の側面部に固定されている。
【００４３】
レール６１ｂの（図面上において）上端部の基板保持部３と反対側（図３において右方向）には、カムフォローとして機能するローラ６１ｃを水平突出状にかつ回転自在に取り付けている。該ローラ６１ｃの周側下面はレバー６２の一方端側の上面と倣い接触している。
【００４４】
レバー６２は、略く字状を成し、屈曲部においてフレーム２の懸架プレート２１の側面部に固定した軸受部６２ａを介して回動自在に軸支持している。また、ローラ６１ｃと接触する反対側の端部にはカムフォロア６２ｂを取り付けている。該カムフォロア６２ｂは、駆動源となるモータ６３の出力軸に取り付けたカム６３ａの下面と倣い接触している。該モータ６３からは、所定の回転角を範囲とする往復回転運動（揺動運動）として駆動力を供給している。なお、モータ６３のタイプとしては、回転速度と回転角度が制御できるサーボモータを採用しているが、角度制御のみのステッピングモータとしても良い。
【００４５】
次に、上記構成のパレット装置１を用いて行う半田付け装置の半田切り方法を詳細に説明する。
【００４６】
基板７は、パレット装置１に保持されて図示しない搬送機構によって半田槽８の上方位置に搬送され、図示しない昇降機構によって半田槽８の溶融半田８２の液面へ水平降下して、基板７の裏面を溶融半田８２に浸漬させる。この浸漬により、貫通口３２ｂから露出した基板７の被半田付け部位に溶融半田８２が接触して、リード７２の半田付けが行われる。
【００４７】
上記半田付け処理を行った後、パレット装置１を静置させた状態で傾斜機構４の上下動手段６を作動させて引掛部５４を介して係合枠５の引き上げを行う。図３に基づき、上下動手段６の作用を詳細に説明すると、最初にモータ６３が起動してカム６３ａを図面上の反時計回り（矢印ｒ）に回動させる。これに連動してレバー６２のカムフォロア６２ｂが押し下げられ、連係したレバー６２が作動して他端側のローラ６１ｃを上方に押し上げる。ローラ６１ｃを配置したレール６１ｂは、ガイド６１ｄに案内されてスムーズに上方に移動（矢印ａ）し、レール６１ｂの下端部に配置した爪部６１ａを上方に引き上げる。
【００４８】
爪部６１ａが引き上げられると、図４及び図５に示すように、これに係合枠５の引掛部５４のつば部５４ａが係合して、係合枠５の一端側を回動アーム５２のピン５３を回転軸とする回転運動により上方に引き上げることとなる。係合枠５の引上げ移動は、これと一部が係合した基板７と共に一体的に傾斜しつつ上昇することとなる。これに連れて基板７は溶融半田８２の液面から離脱することとなる（矢印ｐ）。なお、この時、係合枠５のピン側に位置する基板７は位置決め溝３２ａや抑え板３３により、大きな位置ズレが生じることはない。
【００４９】
上記の係合枠５の引き上げにより、基板７の被半田付け部位が溶融半田８２の液面からも傾斜離脱することとなり、半田切りが実施される。そして、占有容積が小さい基板７のみが傾斜離脱するため、溶融半田８２の液面が激しく上下動することはなく良好な半田切りが実施されることとなる。また、この引き上げ時の離脱速度はモータ６３により適宜な速度に制御している。
【００５０】
かかる基板７の離脱状態を維持しつつ、半田付け装置の昇降機構によってパレット装置１の全体を上昇させて基板保持部３を溶融半田８２の液面から分離した後、モータ６３を上記とは逆回転させ、上下動手段６を傾斜枠５及び基板７の自重により引き下げて係合枠５及び基板７を押し下げ、基板７を載置面３２の位置決め面３２ａに当接状態とさせる。その後、パレット装置１は搬送機構により半田付け装置の外部に搬出されることとなる。
［他の実施形態の可能性］
【００５１】
上記実施例においては、パレット装置１の基板７の傾斜離脱を、駆動源をモータ６３とすると共に、動力の伝達をレバー６２の回動を利用するレバー機構で行っているが、この構成に限定するものではない。
【００５２】
すなわち、爪部６１ａを上方に引き上げ可能であれば、駆動源を空圧や油圧を利用する直動アクチュエータで構成して直接的に爪部６１ａを昇降させても良い。また、伝達機構もリンク、ギアの組み合わせ、ラックアンドピニオン、ベルト、ボールネジ等の適宜な既存技術をもって構成するようにしても良い。
【００５３】
さらに、上記実施例のパレット装置１は、１枚の基板７を保持及び傾斜離脱させる構成であるが、基板７の被半田付け部位は多様である。このため、他品種に対応できる手段として、例えば、図６に示すように、２枚の基板７を並列させて構成したパレット装置９に変更することも可能である。この場合、フレーム２の拡張と、新たな基板保持部３、係合枠５、及び上下動手段６の追加が必要であるが、同じ構成要素を追加するために開発等のイニシャルコストの削減も図れる。さらに、図面上、上下動手段６の配設側とは反対側（矢印Ｚ側）に基板保持部３を追加した基板７の４枚対応、６枚対応とする設計変更も容易である。
【符号の説明】
【００５４】
１  パレット装置
２  フレーム
２１  懸架プレート
２２  懸架アーム
３  基板保持部
３１  外枠
３１ａ  フランジ
３２  載置面
３２ａ  位置決め溝
３２ｂ  貫通口
３２ｃ  逃げ溝
３３  抑え板
４  傾斜機構
５  係合枠
５１  係合部
５２  回動アーム
５３  ピン
５４  引掛部
５４ａ  つば部
６  上下動手段
６１  連係部材
６１ａ  爪部
６１ｂ  レール
６１ｃ  ローラ
６１ｄ  ガイド
６２  レバー
６２ａ  軸受部
６２ｂ  カムフォロア
６３  モータ
６３ａ  カム
７  基板
７１  電子部品
７２  リード
８  半田槽
８１  ノズル
８２  溶融半田
９  パレット装置（変形例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011082328.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011082328.tif 000007
【図６】
2011082328.tif 000008