(57)【要約】【課題】細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法において、金属細線を高精度かつ容易に被接合物の接合部上に接合することができるようにする。【解決手段】細線接合機構として、金属細線を被接合物の接合部に半田付けするヒータツール５０であって、金属細線を挟持可能に設けられた電熱体からなる細線把持部２ａと、細線把持部２ａを挟持方向に開閉させるヒータチップ開閉機構３０と、細線把持部２ａを発熱せしめる装置制御部４とを備えるようにし、このヒータツール５０を被接合物に対して相対移動する移動機構とともに、細線接合装置を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属細線を被接合物の接合部に半田付けする細線接合機構であって、
前記金属細線を挟持可能に設けられた電熱体からなる把持部と、
該把持部を挟持方向に開閉させる開閉手段と、
前記把持部を発熱せしめる給電手段とを備えることを特徴とする細線接合機構。
【請求項２】
前記把持部は、前記金属細線を前記接合部側に押圧する押え部を備えることを特徴とする請求項１に記載の細線接合機構。
【請求項３】
前記把持部は、弾性ヒンジにより回動可能に支持された一対の把持アームからなり、
前記開閉手段は、前記一対の把持アームを、挟持方向に付勢する状態と、付勢解除する状態とを選択的に切り替えることにより、前記把持部の開閉を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の細線接合機構。
【請求項４】
前記開閉手段は、
回動ヒンジによって回動可能に支持され、一端で前記把持部近傍を押圧可能に設けられた押圧レバーと、
該押圧レバーを、前記回動ヒンジを回動中心として回動せしめるアクチュエータとを備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の細線接合機構。
【請求項５】
前記被接合物を載置する載置台と、
請求項１〜４のいずれかに記載の細線接合機構と、
該細線接合機構を前記載置台に載置された被接合物の接合部上に相対移動する移動機構とを備えることを特徴とする細線接合装置。
【請求項６】
金属細線を、半田が配置された被接合物の接合部に半田付けする細線接合方法であって、
前記金属細線の接合する部分を挟持する工程と、
挟持された金属細線を前記被接合物の接合部上に相対移動する工程と、
前記接合部上に移動した前記金属細線を挟持状態で、前記接合部に押し付け、前記金属細線および前記接合部を加熱して、前記接合部上の半田を溶融させる工程と、
前記溶融された半田が凝固した後に、前記金属細線の把持を解除する工程とを備えることを特徴とする細線接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法に関する。例えば、回路基板のランド等の接合部に金属細線をリフロー半田付けによって接合する細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器、医療機器等の小型化、高機能化が急速に進んでおり、デバイスの高密度実装において、回路基板を修正、修復するために、被覆細線を用いて配線作業を行うための細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法が知られている。
このような細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法として、例えば、特許文献１には、先端部に細線を抑え伝熱する、中央部に細線の外径と同じ径の円弧状の底部を有する抑え溝の他に、抑え溝の中央部にこれと直交して略同じ深さの半田上がり溝を備えるように構成したヒータチップと、このヒータチップを折り返した加熱導体部の折り返し先端に備えるヒータヘッドを用いリフロー半田付けを行う細線接合方法等が記載されている。
また例えば、特許文献２には、微細なピッチの半田付け、特に０．３ｍｍピッチ以下のリード部品の補修布線作業に適するはんだ接続方法、はんだ溶接用ヒータチップ、およびはんだ接続装置が記載されている。このはんだ接続方法では、ヒータチップ先端において、粒状のはんだを加熱して溶融させ、ヒータチップ先端に保持するはんだ溶融ステップと、溶融したはんだを保持するヒータチップ先端を、接続位置に固定された接続対象部材の接続部位に接触させ、接続部位に、溶融したはんだを付着させるはんだ付着ステップと、ヒータチップの先端を接続部位から移動させるヒータチップ移動ステップとを順次行う。
【特許文献１】特開平５−５５７３９号公報
【特許文献２】特開平８−１７４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法には、以下のような問題があった。
このような配線作業に用いられる線材は、近年の回路基板の高密度化に伴い、ますます細くなる傾向にある。例えば、芯線の直径が０．１ｍｍ以下の被覆線が用いられることも多く、配線ピッチも狭ピッチ化が進んでいる。
このような配線作業に用いられる微細な被覆細線は、剛性が極端に低く、容易に変形し易いものとなっている。また、微細同軸線の場合、ケーブルの外部導体、内部絶縁体等ケーブルの構成によるくせや曲がりがあり、変形している場合がある。また、このくせや曲がりはケーブル自体の復元力のため、変形の修正が難しくなっている。特に、被覆を剥離した導体部分は変形し易い。
このような変形しやすい微細被覆細線や微細同軸線は、従来の技術では、半田付けに手間がかかり、また良好な位置決め精度が得られないという問題がある。
特許文献１に記載の技術では、抑え溝の底部で細線を抑えた状態でリフロー半田付けできるものの、細線が変形すると、抑え溝に配置できなくなり、細線の正確な位置決めが困難となるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、フィンガによって線材を把持して、線材を接続位置に配置し、溶融したはんだを滴下してヒータチップで押えてはんだ付けを行う。そのため、線材が変形していると、フィンガを一定位置で押えるだけでは、接続位置に線材を配置することができなくなり、変形状態に合わせて線材の先端位置を接続位置に位置合わせする必要があり、手間のかかる作業となってしまうという問題がある。また、線材が接続位置の上側に変形していると、ヒータチップで押下する過程で横方向にすべって位置ずれを起こしやすいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金属細線を高精度かつ容易に被接合物の接合部上に接合することができる細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、金属細線を被接合物の接合部に半田付けする細線接合機構であって、前記金属細線を挟持可能に設けられた電熱体からなる把持部と、該把持部を挟持方向に開閉させる開閉手段と、前記把持部を発熱せしめる給電手段とを備える構成とする。
この発明によれば、開閉手段によって、把持部に金属細線を挟持せしめ、給電手段によって、その挟持状態で把持部を発熱せしめることができるので、金属細線の位置が把持部によって固定した状態で、接合部上で半田を溶融させてリフロー半田付けを行うことができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の細線接合機構において、前記把持部は、前記金属細線を前記接合部側に押圧する押え部を備える構成とする。
この発明によれば、把持部が押え部を備えるので、金属細線が接合部側に押圧された状態で半田付けを行うことができ、金属細線の浮きなどによる接合不良を確実に防止することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の細線接合機構において、前記把持部は、弾性ヒンジにより回動可能に支持された一対の把持アームからなり、前記開閉手段は、前記一対の把持アームを、挟持方向に付勢する状態と、付勢解除する状態とを選択的に切り替えることにより、前記把持部の開閉を行う構成とする。
この発明によれば、把持部が弾性ヒンジにより回動可能に支持された一対の把持アームからなるため、開閉手段は、付勢と付勢解除を行うことで、開閉を行うことができ、開閉量を制御する場合に比べて簡素な構成とすることができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の細線接合機構において、前記開閉手段は、回動ヒンジによって回動可能に支持され、一端で前記把持部近傍を押圧可能に設けられた押圧レバーと、該押圧レバーを、前記回動ヒンジを回動中心として回動せしめるアクチュエータとを備えてなる構成とする。
この発明によれば、開閉手段が、アクチュエータを用いた押圧レバーの回動動作を行うので、押圧レバーをテコとして作用させることができる。また、アクチュエータを把持部近傍から離した配置とすることができるので、把持された金属配線の近傍の把持部の構成を小型化することができ、高密度の半田付けが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、細線接合装置において、前記被接合物を載置する載置台と、請求項１〜４のいずれかに記載の細線接合機構と、該細線接合機構を前記載置台に載置された被接合物の接合部上に相対移動する移動機構とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の細線接合機構を用いるので、請求項１〜４のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
また、移動機構により、細線接合機構を載置台に載置された被接合物の接合部上に移動できるので、金属細線を被接合物から離れた位置で、細線接合機構により把持し、把持状態のままで接合部上に移動して半田付けを行うことができるので、金属細線が搬送途中に変形することがなく、安定して半田付けを行うことができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、金属細線を、半田が載せられた被接合物の接合部に半田付けする細線接合方法であって、前記金属細線の接合部を把持する工程と、把持された金属細線を前記被接合物の接合部上に相対移動する工程と、前記接合部上に移動した前記金属細線を把持された状態で、前記接合部に押し付け、前記金属細線および前記接合部を加熱して、前記接合部上の半田を溶融させる工程と、前記溶融された半田が凝固した後に、前記金属細線の把持を解除する工程とを備える方法とする。
この発明によれば、請求項５に記載の細線接合装置を用いて細線接合を行う方法となっているので、請求項５に記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の細線接合機構、それを用いた細線接合装置および方法によれば、金属細線を把持部で位置固定した状態で、接合部上で半田を溶融させてリフロー半田付けを行うことができるので、金属細線を高精度かつ容易に被接合物の接合部上に接合することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１３】
本発明の実施形態に係る細線接合機構およびそれを用いた細線接合装置にについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る細線接合機構を用いた細線接合装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る細線接合機構を示す模式的な斜視図である。図３は、図２のＡ視側面図である。図４は、図２のＢ視側面図である。図５は、本発明の実施形態に係る細線接合機構の把持部の概略構成を示す斜視図である。図６（ａ）は、図５のＣ部の部分拡大図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ視側面図である。図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る細線接合機構に用いることができる他の把持部の部分拡大図、およびそのＥ視側面図である。
なお、各図面に示すＸＹＺ座標系は、相対的な方向を参照する便宜のために設定したもので、水平面がＸＹ平面、鉛直上方向がＺ軸正方向に設定されており、それぞれの方向は各図共通である。
【００１４】
本実施形態の細線接合装置１００は、例えば、絶縁被覆付き細線のリフロー接合、絶縁被覆を剥離した被覆細線の半田付け、回路基板へのＩＣリード等のリフロソルダリング等に好適に用いることができる接合装置である。
細線接合装置１００の概略構成は、図１に示すように、ベース１０１、載置台１０２、移動機構１５０、ヒータツール５０（細線接合機構）、および装置制御部４（図４参照）からなる。なお、図１では簡素化のため、装置制御部４の図示は省略している。
【００１５】
ベース１０１は、装置の基台であり、ベース１０１上に、載置台１０２と４本の支柱１０５が設けられている。
載置台１０２は、被接合物であるプリント基板１０３を水平に載置するものである。
プリント基板１０３は、上面側に複数のランド部１０４（接合部）が形成されている。
ランド部１０４は、本実施形態では、リフロー半田付けを行うため、予め所定量の半田が配置されている。
ランド部１０４に接合される金属細線は、本実施形態では、例えば、芯線の直径が０．１ｍｍ以下程度の金属細線１２０ａであり、外周部が樹脂で被覆された被覆細線１２０の先端部において、樹脂被覆が除去されたものである。
ただし、芯線の直径は、この範囲に限定されるものではなく、０．１ｍｍより太い場合に適用してもよい。
また、金属細線は、このような被覆細線１２０の芯線に限定されるものではなく、例えば、芯線、内部絶縁体、外部導体（シールド線）、および外部導体を被覆する外部被覆で構成された同軸線の芯線や外部導体などであってもよい。
【００１６】
移動機構１５０は、ヒータツール５０とプリント基板１０３とを相対移動するもので、ベース１０１上に立設された複数の支柱１０５によってプリント基板１０３の上方に支持されている。
本実施形態では、移動機構１５０は、載置台１０２上に固定されたプリント基板１０３に対して、ヒータツール５０を水平方向（ＸＹ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）の３軸方向に移動する機構を採用している。
また、本実施形態では、移動機構１５０は、直線移動機構であるガイドレールとスライダの組合せからなる。すなわち、水平方向の一方向である図示Ｘ方向に沿って図示Ｙ方向に離間して延ばされたガイドレール１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ支柱１０５上に配置され、ガイドレール１０６ａ、１０６ｂ上にスライダ１０７ａ、１０７ｂが設けられている。そして、スライダ１０７ａ、１０７ｂ上にＸ方向と直交する図示Ｙ方向に沿って、ガイドレール１０８が架設され、ガイドレール１０８はスライダ１０７ａ、１０７ｂによってＸ方向に沿って移動できるようになっている。
ガイドレール１０８上には、スライダ１０９が設けられ、スライダ１０９上には、鉛直方向である図示Ｚ方向に沿ってガイドレール１１０が延ばされている。そして、このガイドレール１１０上にスライダ１１１が設けられている。このため、ガイドレール１１０は、スライダ１０９によって、図示Ｙ方向に移動できるようになっており、スライダ１１１は、ガイドレール１１０に沿って図示Ｚ方向に移動できるようになっている。
そしてスライダ１１１において、ＹＺ平面に平行な取付面に対して、円筒状の高さ調整筒５１ａを介挿させた状態で、ネジ５１によってヒータツール５０が固定されている。
【００１７】
スライダ１０７ａ、１０７ｂ、１０９、１１１の駆動手段は、適宜の駆動手段を採用することができる。例えば、ボールネジなどを用いた直動機構や、リニアモータを用いた直動機構などを採用することができる。
そして、移動機構１５０は、特に図示しないが、後述する装置制御部４に接続され、３軸方向の移動量を制御できるようになっている。
【００１８】
ヒータツール５０の概略構成は、図２〜５に示すように、ヒータチップ２、およびヒータチップ２の下端側を開閉させるためのヒータチップ開閉機構３０（開閉手段）からなる。
【００１９】
ヒータチップ２は、被覆細線１２０の先端に露出された金属細線１２０ａをＹ方向から、ヒータチップ２の下端側の細線把持部２ａにより挟持可能に設けられたもので、本実施形態では、半田で接合されない電熱体から構成される。電熱体の材質としては、例えば、モリブデン、タングステン等の高抵抗材料を採用することができる。
ヒータチップ２の形状は、挟持方向に直交する方向から見ると、図３に示すように、上部に設けられた取付部２ｄから、下方に略一定距離のスリット２ｂを形成するように二股に延ばされて略コ字状とされたＶ字アーム部２Ａ、２Ｂ（把持アーム）を有している。
Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂと取付部２ｄとは、弾性変形可能な２つのヒンジ部２ｃ（弾性ヒンジ）を介して接続されている。これにより、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂは、ヒンジ部２ｃから離れた位置で、それぞれＹ軸負方向、Ｙ軸正方向から付勢されると、ヒンジ部２ｃを中心としてＹＺ平面内で、それぞれ図示反時計回り、図示時計回りに回動して、スリット２ｂの下端側が狭まり、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの下端にそれぞれ挟持方向に対向して設けられた細線把持部２ａ（把持部）が互いに近接し、それらの間で金属細線１２０ａを挟持できるようになっている。また、付勢が解除されると復元力が働いて、逆方向に回動して中立状態の位置に復帰するようになっている。これにより、スリット２ｂの幅が元に戻る。
【００２０】
なお、細線把持部２ａは、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの幅、厚さに比べて小幅、薄肉に形成されている。これにより、細線把持部２ａの断面積が小さくなって電気抵抗が高くなり、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂに比べて細線把持部２ａでの発熱量が多くなる。
また、このように細線把持部２ａを小型化することで、プリント基板１０３上で細線把持部２ａが占めるスペースを低減することができ、高密度の半田付けに対応することが可能となる。
【００２１】
一方、ヒータチップ２の形状を挟持方向から見ると、図４に示すように、Ｘ方向に電気絶縁体からなるヒータチップ固定部６を挟んで離間された２つの取付部２ｄが、水平方向（Ｘ方向）に延ばされ、ネジ５２によって、それぞれＸ方向に対向する端部側でヒータチップ固定部６に固定されている。このため、取付部２ｄには、図５に示すように、ネジ５２を挿通させるための取付孔２ｈがそれぞれ設けられている。
ヒータチップ固定部６は、本実施形態では、電気絶縁体として、耐熱性、断熱性に優れるセラミックス、例えばアルミナを採用している。これによりヒータチップ２をヒータチップ開閉機構３０に対して電気絶縁するとともに、ヒータチップ開閉機構３０に対するヒータチップ２の発熱の影響を低減している。
【００２２】
各取付部２ｄの下端側には、それぞれヒンジ部２ｃを介して、略Ｖ字状とされたＶ字アーム部２Ａ（Ｖ字アーム部２Ｂも同形状）が延ばされている。
Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの上端側近傍の取付部２ｄには、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂに給電して発熱させるための給電接続部２ｅ、２ｆが設けられている。給電接続部２ｅ、２ｆは、図２に示すようにそれぞれ装置制御部４と電気的に接続されている。
ヒンジ部２ｃ、Ｖ字アーム部２Ａ、２ＢのＶ字状部分の断面寸法は、給電時の発熱部が細線把持部２ａ近傍に集中するように、細線把持部２ａに比べて十分低抵抗となるような断面積に設定されている。
【００２３】
細線把持部２ａは、挟持方向から見ると、Ｖ字アーム部２Ａ、２ＢのＶ字状の頂点の下端部において、金属細線１２０ａの外周側面を半田付けに必要な長さにわたって挟持できる幅寸法を備えている。
細線把持部２ａの近傍のＶ字アーム部２Ａの谷部の側面には、細線把持部２ａの近傍の温度を計測するため温度センサである熱電対１２が設けられている。熱電対１２は、装置制御部４に電気的に接続されており、熱電対１２の出力から装置制御部４によって温度が計測され、後述する加熱制御に利用できるようになっている。
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、細線把持部２ａ上には、対向する他方の細線把持部２ａに向かって、Ｙ方向に沿って延ばされた押圧ピン２ｇがそれぞれ立設されており、各押圧ピン２ｇの対向側の細線把持部２ａには、押圧ピン２ｇを貫通させる貫通孔２ｉが設けられている。
各押圧ピン２ｇは、金属細線１２０ａの外周側面を挟持したときに、金属細線１２０ａの高さ方向の位置を規制し、半田付け時の金属細線１２０ａの高さを一定に保つためのもので、押圧ピン２ｇの下側の外表面が、細線把持部２ａの下端面から所定高さになるように配置されている。
本実施形態では、この所定高さは、挟持する金属細線１２０ａの直径と同程度またはわずかに小さい高さとされている。このため、押圧ピン２ｇは、金属細線１２０ａをランド部１０４側に押圧する押え部を構成している。
押圧ピン２ｇの材質は、耐熱性を有し、半田付けされない材質であれば、適宜の材質を採用することができる。例えば、モリブデン、タングステンなどを採用することができる。
【００２４】
ここで、押圧ピン２ｇを貫通孔２ｉに挿通する構成としたのは一例であって、押圧ピン２ｇの先端が、金属細線１２０ａの押圧時にＺ方向にずれないように位置規制できれば、他の形状であってもよい。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔２ｉに代えて、細線把持部２ａのＸ方向の側面に開口するＵ溝２ｊを設けた構成としてもよい。
【００２５】
ヒータチップ開閉機構３０は、押圧レバー部材３とアクチュエータ５とからなる。
押圧レバー部材３は、図３、４に示すように、挟持方向から見ると一定の板厚を有し、挟持方向に直交する方向から見ると、支持取付部３ａ、レバー部３Ａ、３Ｂ（押圧レバー）、および対向する位置の２つのアクチュエータ取付部３ｄが、支点ヒンジ部３ｃ、ヒンジ部３ｅによって接続された板状部材である。
押圧レバー部材３は、板部材に、放電加工やレーザ切断加工等により、外形および内部を板厚方向に貫通する除去加工や打ち抜き加工を施したり、金型を用いて成形加工を施したりすることで製作することが可能な形状となっている。
【００２６】
支持取付部３ａは、ヒータチップ開閉機構３０をスライダ１１１に固定するための部分を備え、また下方側の支点ヒンジ部３ｃを介して接続されるレバー部３Ａ、３Ｂをそれぞれ支点ヒンジ部３ｃで回動支持するための部分であり、図３に示すように、水平方向の両端部の下端側に凸部が延ばされた下側に開口する門型形状を有する。そして、門型の中央部には、凹部が形成され、この凹部内には、Ｘ方向（紙面垂直方向）に延在する状態でヒータチップ固定部６が固定されている。
【００２７】
レバー部３Ａは、図３に示すように、上方側の側面と上面が支持取付部３ａの凸部の内面と略平行であり、支持取付部３ａの下方側で支持取付部３ａの凸部の略下端からヒータチップ２のＶ字アーム部２Ａの側面に向かって屈曲する形状を有する。そして、支持取付部３ａの左側の凸部の下端の内側部において、弾性変形可能な支点ヒンジ部３ｃ（回動ヒンジ）を介して、支持取付部３ａと接続されている。
レバー部３Ａの上端部のＶ字アーム部２Ａ側の側方には、アクチュエータ取付部３ｄが、弾性変形可能なヒンジ部３ｅを介して接続されている。
レバー部３Ａの下端側には、Ｖ字アーム部２Ａの側面に向かって突出し、Ｖ字アーム部２Ａと当接可能な押圧部３ｆが形成されている。
レバー部３Ｂは、レバー部３Ａを支持取付部３ａのＹ方向の中心面に対して面対称にした形状を有しており、レバー部３Ｂの押圧部３ｆは、Ｖ字アーム部２Ｂの側面を押圧するようになっている。レバー部３Ｂの他の構成は容易に理解されるので説明は省略する。
【００２８】
押圧レバー部材３の材質は、支点ヒンジ部３ｃ、ヒンジ部３ｅを一体に形成できる弾性変形可能な材質であって、少なくとも押圧部３ｆが、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの発熱に対する耐熱性を有する電気絶縁体で構成される限り、特に限定されない。
本実施形態では、押圧レバー部材３をステンレス鋼材によって一体に形成し、押圧部３ｆのみをセラミックコーティングにより耐熱・絶縁処理を施している。ただし、押圧部３ｆのみをセラミックス（アルミナ等）で形成し、他の部分を異なる材質で形成してもよい。
【００２９】
アクチュエータ５は、装置制御部４に電気的に接続され、装置制御部４からの制御信号に応じて、Ｙ方向に伸縮する部材であり、Ｙ方向の両端部がレバー部３Ａ、３Ｂに接続された各アクチュエータ取付部３ｄに接合されている。
本実施形態では、アクチュエータ５として圧電素子を採用している。
【００３０】
このように、ヒータチップ開閉機構３０のレバー部３Ａ（３Ｂ）は、ヒンジ部３ｅを力点、支点ヒンジ部３ｃを支点、押圧部３ｆを作用点とするテコを構成している。本実施形態では、アクチュエータ５の伸縮量を押圧部３ｆに拡大して伝達するため、支点ヒンジ部３ｃからヒンジ部３ｅまでの長さに比べて、支点ヒンジ部３ｃから押圧部３ｆまでの長さが長い設定としている。このテコ比は、アクチュエータ５の伸縮量と必要な開閉ストロークの関係に応じて適宜設定することができる。
このようにテコを用いることにより、アクチュエータ５の伸縮量、ヒータチップ開閉機構３０の開閉量、把持荷重を、適宜設定することができる。
【００３１】
また、ヒータチップ開閉機構３０は、アクチュエータ５とヒータチップ２との間に、押圧レバー部材３を介することにより、ヒータチップ２の発熱がアクチュエータ５に伝達しにくくする作用効果を有しており、これにより、耐熱性が低いアクチュエータの利用も可能となっている。
【００３２】
また、本実施形態では、アクチュエータ５が、押圧部３ｆと離れた位置に配置されているので、押圧部３ｆを、細線把持部２ａの近傍に配置したとしても、開閉のため適宜のストローク範囲を必要とするアクチュエータ５を細線把持部２ａから離した位置に配置することができる。そのため、アクチュエータ５が細線把持部２ａの近傍のスペースを占有することがないため、高密度な半田付け作業を行うことが可能となる。
【００３３】
装置制御部４は、細線接合装置１００の装置動作を制御するもので、装置構成としては、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、外部記憶装置などを備えるコンピュータや適宜のハードウェアなどからなる。
装置制御部４が行う制御動作としては、少なくとも、移動機構１５０の３軸方向の移動量を制御して、プリント基板１０３に対するヒータツール５０の相対移動を行わせる移動制御と、アクチュエータ５の伸縮量を制御してヒータチップ開閉機構３０を駆動し、細線把持部２ａの開閉を行って、金属細線１２０ａの把持、把持解除を行わせる制御と、ヒータチップ２に給電する電流を制御し、細線把持部２ａにおける発熱量を制御する加熱制御とが可能となっている。したがって、装置制御部４は、電熱体である把持部を発熱せしめる給電手段を構成している。
本実施形態では、加熱制御は、熱電対１２で検出した温度情報に基づき、周知のパルスヒート法により発熱量を制御することで行っている。すなわち、熱電対１２からの信号によって、装置制御部４内のパルスヒート電源から給電接続部２ｅ、２ｆに給電される電流をフィードバック制御することで、ヒータチップ２の温度制御を行っている。
【００３４】
次に、細線接合装置１００の動作について説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る細線接合装置において半田を溶融させる様子を示す工程説明図である。
【００３５】
細線接合装置１００によって金属細線１２０ａをプリント基板１０３のランド部１０４に半田付けする細線接合工程は、金属細線の接合する部分を細線把持部２ａで挟持する工程と、挟持された金属細線を被接合物の接合部上に相対移動する工程と、接合部上に移動した金属細線を挟持状態で、前記接合部に押し付け、金属細線および接合部を加熱して、接合部上の半田を溶融させる工程と、溶融された半田が凝固した後に、金属細線の把持を解除する工程とを備えている。
まず、細線接合工程の開始に先立って、ランド部１０４上に半田１３０を配置したプリント基板１０３を載置台１０２上に載置する。また、被覆細線１２０は、例えばストリッパーなどにより、接合する先端の絶縁被覆を剥離し、金属細線１２０ａを露出させた状態で、移動機構１５０の可動範囲内に設置された不図示の格納場所に配置しておく。
【００３６】
まず、装置制御部４により、移動機構１５０を駆動して、ヒータツール５０を被覆細線１２０の格納場所に移動し、ヒータツール５０によって接合する被覆細線１２０の金属細線１２０ａを把持する。
この動作は、ヒータチップ開閉機構３０によって、ヒータチップ２を開状態とし、細線把持部２ａ間の隙間を金属細線１２０ａの直径より広い状態として、金属細線１２０ａを押圧ピン２ｇにより上方から押え、その状態で、ヒータチップ開閉機構３０によりヒータチップ２を閉状態として、細線把持部２ａ間で金属細線１２０ａを挟持することにより行う。
【００３７】
ヒータチップ２の開状態と、閉状態とは、装置制御部４により、アクチュエータ５の伸縮量を可変することで切り替える。
ヒータチップ２の開状態は、アクチュエータ５をＹ方向に縮小することにより、レバー部３Ａ、３Ｂをそれぞれが接続された支点ヒンジ部３ｃを中心として、それぞれ図３の時計回り、反時計回りに回動し、対向する押圧部３ｆの離間距離を拡大することで実現される。この場合、各押圧部３ｆは、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂから離間し、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂへの付勢が解除される。したがって、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂが変形していた場合は、復元力が作用し、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂは、中立位置に戻り、対向する細線把持部２ａ同士の距離が金属細線１２０ａの直径に比べて十分広い状態となる。
ヒータチップ２の閉状態は、アクチュエータ５をＹ方向に伸長することにより、レバー部３Ａ、３Ｂをそれぞれが接続された支点ヒンジ部３ｃを中心として、それぞれ図３の反時計回り、時計回りに回動し、対向する押圧部３ｆの離間距離を縮小することで実現される。この場合、各押圧部３ｆは、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの側面を押圧し外側から付勢するので、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂを、それぞれが接続されたヒンジ部２ｃを中心として、それぞれ反時計回り、時計回りに回動される。したがって、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの間のスリット２ｂは、細線把持部２ａ側ほど狭くなり、金属細線１２０ａを側面から挟持して把持することができる。
このとき、本実施形態では、金属細線１２０ａの上面は、押圧ピン２ｇによって位置規制されているため、金属細線１２０ａの下面は、少なくとも押圧ピン２ｇの直下において、細線把持部２ａの下面と同位置もしくはわずかに下方に飛び出た状態とされる。
【００３８】
次に、金属細線１２０ａを細線把持部２ａで挟持した状態で、移動機構１５０を駆動し、接合を行うランド部１０４の上方に、ヒータツール５０を移動する。
そして、移動機構１５０を駆動して、細線把持部２ａまたは金属細線１２０ａの下面が、ランド部１０４の半田１３０上に当接するまでヒータツール５０を下降させる（図８参照）。
このとき、例えばランド部１０４上で、半田１３０が盛り上がって曲面を構成していても、金属細線１２０ａは、細線把持部２ａに挟持されてＸＹ方向の位置が一定の状態で押圧されるから、半田１３０上を滑って押圧位置が変化するといった不具合を防止することができる。
【００３９】
次に、細線把持部２ａまたは金属細線１２０ａの下面を半田１３０に押し付けた状態で、ヒータチップ２にパルス状に給電し、熱電対１２の出力に応じて、細線把持部２ａを半田１３０の融点を超える温度に加熱する。これにより、半田１３０が溶融する。このとき、細線把持部２ａは、平板形状であるため、溶融した半田は金属細線１２０ａの周囲に回り込んで、金属細線１２０ａを覆うことができる。本実施形態では、押え部を構成する押圧ピン２ｇが、Ｘ方向に離間して配置されているため、金属細線１２０ａの上方に広がった溶融半田は、隣接する押圧ピン２ｇの間のスペースを移動し、各細線把持部２ａ間で金属細線１２０ａの上面側を略覆う状態となる。
そして、半田１３０が十分に溶融し、金属細線１２０ａの外周部に回り込んだ状態で加熱を停止する。
次に、半田１３０が放熱して、凝固するのを待って、ヒータチップ２を開状態とし、細線把持部２ａによる金属細線１２０ａの把持を解除する。以上で、金属細線１２０ａのリフロー半田付けが完了する。
そして、移動機構１５０を駆動して、ヒータツール５０を移動し、必要であれば、上記を繰り返して、他の被覆細線１２０の他のランド部１０４への半田付けを行う。
【００４０】
このように細線接合装置１００によれば、発熱体でもあるヒータチップ２の細線把持部２ａによって金属細線１２０ａを把持して、接合部まで移動し、その把持状態を維持して、リフロー半田付けを行うことができる。このため、金属細線１２０ａが移動中に変形することもなく、仮に把持される以前に変形したとしても、細線把持部２ａや押圧ピン２ｇによって変形状態が矯正され、接合部上に正確に押し付けられた状態で、加熱され、接合が行われる。したがって、接合位置のずれや接合不良などを防止し、正確な接合を行うことができる。また、金属細線１２０ａの取り扱いが容易となるので、金属細線１２０ａの線径が細くなっても、容易かつ効率的な接合を行うことができる。
【００４１】
次に、本実施形態の細線接合機構の変形例について説明する。
図９は、本発明の実施形態の変形例に係る細線接合機構を示す模式的な斜視図である。図１０は、図９のＦ視側面図である。図１１は、図９のＧ視側面図である。
【００４２】
本変形例のヒータツール５１（細線接合機構）は、図９に示すように、上記実施形態のヒータツール５０において、ヒータチップ開閉機構３０に代えて、ヒータチップ開閉機構７０（開閉手段）を備えるものであり、ヒータツール５０に代えて、細線接合装置１００に用いることができるものである。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
ヒータチップ開閉機構７０は、押圧レバー部材７と一対のアクチュエータ５Ａ、５Ｂとからなる。
押圧レバー部材７は、図１０、１１に示すように、挟持方向から見ると一定の板厚を有し、挟持方向に直交する方向から見ると、支持取付部７ａ、レバー部７Ａ、７Ｂ（押圧レバー）、および対称な位置の２つのアクチュエータ取付部７ｄの主要部が、支点ヒンジ部７ｃ（回動ヒンジ）、ヒンジ部７ｅによって接続された板状部材である。
すなわち、押圧レバー部材７も、上記実施形態の押圧レバー部材３と同様に、板部材に、放電加工やレーザ切断加工等により、外形および内部を板厚方向に貫通する除去加工や打ち抜き加工を施したり、金型を用いて成形加工を施したりすることで製作することが可能な形状となっている。
【００４４】
支持取付部７ａは、ヒータチップ開閉機構７０をスライダ１１１に固定するための部分を備え、また下面側に突出した一対の凸部７ｈの各内側の支点ヒンジ７ｃを介して接続されるレバー部７Ａ、７Ｂをそれぞれ支点ヒンジ部７ｃで回動支持するための部分であり、図１０に示すように、下面側に、２つの凸部７ｈが、押圧レバー部材７のＹ方向の中心軸に対称に設けられ、各凸部７ｈのＹ方向外側にＸＹ平面に平行なアクチュエータ取付面７ｇが設けられ、各凸部７ｈのＹ方向内側が下側に開口する門型形状を有する。そして、門型の中央部には、凹部が形成され、この凹部内にはＸ方向（紙面垂直方向）に延在する状態でヒータチップ固定部６が固定されている。
【００４５】
レバー部７Ａは、図１０に示すように、凸部７ｈとＶ字アーム部２Ａとの間にあってＺ方向に延びるレバー７ｉと、レバー７ｉの中間部からアクチュエータ取付面７ｇの下方までＹ軸負方向に延びるアーム７ｊとからなる略Ｔ字状の部材である。
そして、凸部７ｈのＹ軸正方向側（内側）の中間部に設けられた弾性変形可能な支点ヒンジ部７ｃを介して、レバー７ｉの上端部の外側が接続されている。また、アーム７ｊの先端側には、アクチュエータ取付面７ｇの対向位置にアクチュエータ取付部７ｄが弾性変形可能なヒンジ部７ｅを介して接続されている。
レバー７ｉの下端側には、Ｖ字アーム部２Ａの側面に向かって突出し、Ｖ字アーム部２Ａと当接可能な押圧部７ｆが形成されている。
レバー部７Ｂは、レバー部７Ａを支持取付部７ａのＹ方向の中心面に対して面対称にした形状を有しており、レバー部７Ｂの押圧部７ｆは、Ｖ字アーム部２Ｂの側面を押圧するようになっている。レバー部７Ｂの他の構成は容易に理解されるので説明は省略する。
【００４６】
押圧レバー部材７の材質は、支点ヒンジ部７ｃ、ヒンジ部７ｅを一体に形成できる弾性変形可能な材質であって、少なくとも押圧部７ｆが、Ｖ字アーム部２Ａ、２Ｂの発熱に対する耐熱性を有する電気絶縁体で構成される限り、押圧レバー部材３と同様に、特に限定されない。
【００４７】
アクチュエータ５Ａ、５Ｂは、装置制御部４に電気的に接続され、装置制御部４からの制御信号に応じてＺ方向に伸縮する部材であり、Ｚ方向の一端がそれぞれレバー部７Ａ、７Ｂに接続された各アクチュエータ取付部７ｄに接合され、Ｚ方向の他端が支持取付部７ａの各アクチュエータ取付面７ｇに接合されている。
本変形例では、アクチュエータ５Ａ、５Ｂとして、上記実施形態のアクチュエータ５と同様の圧電素子を採用している。
【００４８】
このように、ヒータチップ開閉機構７０のレバー部７Ａ（７Ｂ）は、ヒンジ部７ｅを力点、支点ヒンジ部７ｃを支点、押圧部７ｆを作用点とするＴ字状のテコを構成している。本変形例では、アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）の伸縮量を押圧部３ｆに拡大して伝達するため、支点ヒンジ部７ｃからヒンジ部７ｅまでの長さに比べて、支点ヒンジ部７ｃから押圧部７ｆまでの長さが長い設定としている。このテコ比は、アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）の伸縮量と必要な開閉ストロークの関係に応じて適宜設定することができる。
【００４９】
以上に述べたように、本変形例のヒータツール５１は、上記実施形態においてテコとして作用する押圧レバーの形状の変形例であり、上記実施形態の細線接合装置１００において、ヒータツール５０と代えて用いることで、上記実施形態と同様の細線接合工程を行うことができる。例えば、構成の違いに応じて、本変形例では、ヒータチップ開閉機構７０を動作させるために、装置制御部４がアクチュエータ５Ａ、５Ｂの伸縮量をそれぞれ制御する必要があるが、装置制御部４から両者に同一の制御信号を送出することで、上記実施形態と同様の開閉制御を行うことができる。
【００５０】
なお、上記の説明では、移動機構として、被接合物を載置台上に固定して、細線接合機構を３軸方向に移動する場合の例で説明したが、被接合物と細線接合機構とは相対移動できればよく、例えば、金属細線と被接合物とを水平ステージに載置し、細線接合機構を鉛直方向に移動するＺステージに固定することで、３軸方向の相対移動を実現してもよい。
【００５１】
また、上記の説明では、押え部として、対向する把持部間を貫通する押圧ピン２ｇを用いた場合の例で説明したが、挟持された金属細線１２０ａの上面の位置規制ができれば、対向する把持部間の間に突出する突起部あるいは段部からなる構成としてもよい。図１２（ａ）、（ｂ）にそのような変形を施した例を示す。
本例は、図１２（ａ）に示すように、上記実施形態の押圧ピン２ｇに代えて、複数の段状部２ｋが、各細線把持部２ａの対向面にそれぞれ設けられたものである。段状部２ｋの形状は、挟持方向（Ｙ方向）の高さが金属細線１２０ａの直径よりやや小さい矩形形状であり、下面の位置は、押圧ピン２ｇの下面と同様の高さに設定されている。そして、図１２（ｂ）に示すように、各段状部２ｋは、Ｘ方向に位置がずらされており、開閉時に互いにぶつからないようになっている。このような構成により、金属細線１２０ａのＺ方向の位置を規制した状態で、開閉動作を行うことができる。
【００５２】
また、上記の説明では、押圧ピン２ｇのＺ方向の位置が、金属細線１２０ａを接合部に対して確実に押圧するような位置関係に設定されることで、押圧ピン２ｇが押え部を構成する例で説明したが、ランド部１０４上で溶融された半田１３０が、金属細線１２０ａを覆うことができれば、ランド部１０４に金属細線１２０ａが直接接触していなくても良好に接合することができる。そのため、押圧ピン２ｇは、金属細線１２０ａのＺ方向の高さを規制する位置規制部材として用いる構成でもよい。この場合、押圧ピン２ｇの下面の高さは、金属細線１２０ａの直径よりやや高い位置とすることができる。
【００５３】
また、上記の説明では、細線接合が、リフロー半田付けの場合で説明したが、細線接合は、把持部の加熱時に半田が接合部に供給されていればよく、リフロー半田付けに限定されない。また、半田の供給は、固体での供給でもよいし、溶融状態での供給でもよい。
【００５４】
また、上記の説明では、把持アームの開閉手段として、一対の把持アームを一対の押圧レバーによってそれぞれ付勢または付勢解除を行うようにした例で説明したが、一対の把持アームの一方のみが回動可能であって、他方が固定されている構成でもよい。この場合、押圧レバーは、一方の把持アームのみを付勢または付勢解除する１つの押圧レバーであってもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、金属細線を把持する把持部が把持アームからなり、把持アーム自体が発熱体である場合の例で説明したが、発熱体である把持部が、発熱体でないアーム部材の先端に形成された構成としてもよい。この場合、開閉手段は、発熱体でないアーム部材を付勢することが可能となり、耐熱性が低い材質で構成することも可能となる。
【００５６】
また、上記の説明では、アクチュエータとして圧電効果を用いた圧電素子を用いた場合の例で説明したが、電磁力や流体圧などを用いたアクチュエータを用いてもよい。
【００５７】
また、上記の説明では、開閉手段にテコを用いた場合の例で説明したが、他の機械的な機構、例えば、リンク機構などを用いることもできる。また、アクチュエータによって必要な把持荷重、開閉量が得られる場合には、アクチュエータの伸縮量を把持部に直接的に伝達する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る細線接合機構を用いた細線接合装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る細線接合機構を示す模式的な斜視図である。
【図３】図３は、図２のＡ視側面図である。
【図４】図２のＢ視側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る細線接合機構の把持部の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５のＣ部の部分拡大図、およびこの部分拡大図におけるＤ視側面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る細線接合機構に用いることができる他の把持部の部分拡大図、およびそのＥ視側面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る細線接合装置において半田を溶融させる様子を示す工程説明図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る細線接合機構を示す模式的な斜視図である。
【図１０】図９のＦ視側面図である。
【図１１】図９のＧ視側面図である。
【図１２】本発明の実施形態の細線接合機構の押え部の形状の他の例を示す正面図およびそのＨ視裏面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２  ヒータチップ
２Ａ、２Ｂ  Ｖ字アーム部（把持アーム）
２ａ  細線把持部（把持部）
２ｃ  ヒンジ部（弾性ヒンジ）
２ｅ、２ｆ  給電接続部
２ｇ  押圧ピン（押え部）
３、７  押圧レバー部材
３Ａ、３Ｂ、７Ａ、７Ｂ  レバー部（押圧レバー）
３ｃ、７ｃ  支点ヒンジ部（回動ヒンジ）
３ｅ、７ｅ  ヒンジ部
３ｆ、７ｆ  押圧部
４  装置制御部（給電手段）
５、５Ａ、５Ｂ  アクチュエータ
６  ヒータチップ固定部
１２  熱電対
３０、７０  ヒータチップ開閉機構（開閉手段）
５０、５１  ヒータツール（細線接合機構）
１００  細線接合装置
１０２  載置台
１０３  プリント基板（被接合物）
１０４  ランド部（接合部）
１２０  被覆細線
１２０a  金属細線
１３０  半田
１５０  移動機構
【図１】
2008300543.tif 000003
【図２】
2008300543.tif 000004
【図３】
2008300543.tif 000005
【図４】
2008300543.tif 000006
【図５】
2008300543.tif 000007
【図６】
2008300543.tif 000008
【図７】
2008300543.tif 000009
【図８】
2008300543.tif 000010
【図９】
2008300543.tif 000011
【図１０】
2008300543.tif 000012
【図１１】
2008300543.tif 000013
【図１２】
2008300543.tif 000014