(57)【要約】【課題】電気部品における複数の取付足と回路基板における複数の取付部との半田による橋絡阻止を図る。【解決手段】電気部品５４の取付足と回路基板５２の取付部とを湯口３の半田の液面から引き抜く場合、傾斜機構１５の搭載台１７が水平から斜めになるに伴い、上側に位置する取付足や取付部が湯口３の半田の液面から引き抜かれても、下側に位置する取付足および取付部が湯口３の半田の液面に浸されているので、湯口３の溶融された半田の液面から先に引き抜かれた上側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田が湯口３の溶融された半田の液面に浸されている下側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田に引き寄せられて橋絡することがないように切断される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内で溶融された半田の液面を槽上面の湯口に浮上させるとともに湯口から槽内に沈降させる半田槽と、湯口の挿入可能な上下方向に貫通する逃孔を有する昇降台を昇降する昇降機構と、半田付対象部品の半田付面を露出させる開口を有する搭載台を斜めの半田切姿勢と水平な半田付姿勢とに姿勢変更する傾斜機構と、搭載台に半田付対象部品を受け渡したり搭載台から半田付対象部品を受け取ったりする搬送機構とを備えたことを特徴とする半田付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の複数の貫通孔に電気部品の金属からなる複数の取付足を個別に挿入した半田付対象部品において、電気部品における複数の取付足と複数の貫通孔周りにおける回路基板の板面に設けられた金属製の取付部とを半田で結合することで、電気部品の回路基板への挿入実装を完成させる半田付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気部品の回路基板への挿入実装を完成させる半田付装置は周知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半田付装置は、図１０および図１１に示す半田付対象部品５１における回路基板５２の複数の貫通孔５３に挿入された電気部品５４の金属製からなる複数のリード（端子）のような取付足５５と当該取付足５５の挿入された複数の貫通孔５３周りにおける回路基板５２の板面に設けられた金属製のランドと呼ばれる箔状の取付部５６とを半田槽の湯口における溶融された半田の液面に対し垂直方向で挿入したり引き抜いたりする構造である。このため、図１２に示すように、複数の取付足５５と複数の取付部５６とが湯口３の溶融された半田の液面Ａから上方に垂直に引き抜かれるのに伴い、溶融された半田が湯口３から上方に移動する取付足５５および取付部５６に引き連れられ、当該半田の引き連れが発生すると、複数の取付足５５と複数の取付部５６とが半田で橋絡（ブリッジ）されることがあるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は電気部品における複数の取付足と回路基板における複数の取付部との半田による橋絡を阻止することができる半田付装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、槽内で溶融された半田の液面を槽上面の湯口に浮上させるとともに湯口から槽内に沈降させる半田槽と、湯口の挿入可能な上下方向に貫通する逃孔を有する昇降台を昇降する昇降機構と、半田付対象部品の半田付面を露出させる開口を有する搭載台を斜めの半田切姿勢と水平な半田付姿勢とに姿勢変更する傾斜機構と、搭載台に半田付対象部品を受け渡したり搭載台から半田付対象部品を受け取ったりする搬送機構とを備えたことによって、電気部品における複数の取付足と回路基板における複数の取付部とが湯口の溶融された半田の液面から引き抜かれる場合、傾斜機構における搭載台が水平から斜めになるに伴い、搭載台の斜めとなる上側に位置する取付足および取付部が湯口の溶融された半田の液面から引き抜かれても、搭載台の斜めとなる下側に位置する取付足および取付部が湯口の溶融された半田の液面に浸されている形態となるので、湯口の溶融された半田の液面から先に引き抜かれた上側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田が湯口の溶融された半田の液面に浸されている下側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田に引き寄せられる。よって、上側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田が下側に位置する取付足および取付部に付着した溶融状態の半田と橋絡することがないように切断された後に表面張力で半球形となって固化して取付足と取付部とを固定的に結合することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１から図９は一実施形態であって、図１は半田付装置を分解した外観を示し、図２から図９は半田付装置の動作を示す。図１を参照し、半田付装置について説明する。半田付装置は土台としての装置本体１に半田槽２、昇降機構５、傾斜機構１５および搬送機構３５を備える。装置本体１は複数の骨格部材を建物の軸組構造のように組み合わせた枠構造になっている。半田槽２は装置本体１の内部空間下部に配置されるように装置本体１に固定的に取り付けられており、槽内に設けられた図外の撹拌翼の回転によって槽内で溶融された半田の液面を槽上面の湯口３に浮上させるとともに湯口３から槽内に沈降させる噴流式である。具体的には、撹拌翼が図外のモーターのような撹拌駆動源で高速で回転されると、溶融された半田が槽内で湯口３に向かう勢いの強い流れを発生し、溶融された半田の液面が湯口３に浮上する。撹拌翼が低速に回転されると、槽内における溶融された半田の流れの勢いが弱くなり、溶融された半田の液面が湯口３から槽内に沈降する。
【０００７】
昇降機構５は半田槽２の上方に配置されるように装置本体１に設けられたエアシリンダーのような昇降駆動源６を備える。昇降駆動源６におけるピストンロッドのような昇降出力体７には昇降台８が固定的に取り付けられる。昇降台８は内側に湯口３の挿入可能な上下方向に貫通する逃孔９を有する額縁状になっている。昇降台８が昇降駆動源６による昇降出力体７の動作でガイド機構１０を介して半田槽２の湯口３に対して垂直方向に昇降する。ガイド機構１０は実際には昇降台８の四隅に対して設けられていて湯口３に対する昇降台８の平行な昇降を適切に維持する形態となっているが、図１では図の明確さを表現することから昇降出力体７の近くに図示してある。そして、昇降台８が上昇すると、逃孔９が湯口３よりも上方に逃げた後、昇降台８が上昇限度位置に停止する。上昇限度位置から昇降台８が下降すると、逃孔９が湯口３の周りを囲むように湯口３を挿入させた後、昇降台８が下降限度位置に停止する。逃孔９は少なくとも湯口３を非接触に挿入し得る大きさであればよいが、本実施形態では搬送機構３５の半田付対象部品５１を支持するチャックアーム４５を逃げる大きさである。
【０００８】
傾斜機構１５は昇降台８の上に固定的に取り付けられた傾斜駆動源としてのステップモーター（ステッピングモーター）１６と、ステップモーター１６の回転で斜めの半田切姿勢と水平な半田付姿勢とに姿勢変更される搭載台１７とを備える。搭載台１７は内側に半田付対象部品５１の半田付面（電気部品５４の取付足５５と回路基板５２の取付部５６）を露出させる開口１８を有する額縁状になっている。開口１８は少なくとも半田付対象部品５１の半田付面を露出させる大きさであればよいが、本実施形態では半田付対象部品５１における回路基板５２を位置決め搭載するとともに搬送機構３５のチャックアーム４５を逃げる大きさである。具体的には、開口１８は回路基板５２よりも大きな左右幅（横幅）と回路基板５２よりも小さな前後幅（奥行）とを有する方形である。開口１８の前後縁部には半田付対象部品５１における回路基板５２の前後縁部を収容する凹状の収納部１９が形成される。収納部１９は回路基板５２の前後縁における端面を向き合って受け止める縦面と回路基板５２の前後縁における下面を向き合って受け止める横面とを備える。搭載台１７の前部（チャックアーム４５の搬送方向と直交する方向の前側に位置する部分）は昇降台８に軸受機構２０で回転可能に取り付けられる。搭載台１７の後部は傾斜駆動源の出力体であるモーター軸２１にカム機構２２で連結される。
【０００９】
カム機構２２はステップモーター１６のモーター軸２１と一緒に回転するようにモーター軸２１に連結されたカム軸２３を備える。カム軸２３は搭載台１７に回転可能に支持される。カム軸２３にはカムアーム２４がカム軸２３と一緒に回転するように取り付けられる。カムアーム２４の先端部にはローラーの格好をしたカム２５が回転可能に取り付けられる。カム２５の周面上には搭載台１７の前部から前方に連接された棒状のカムフォロア２６が接触する。カム軸２３周りにおける昇降台８にはカム軸２３の回転位置を検出する複数の非接触形の位置検出器２７；２８が設けられる。一方の位置検出器２７がカムアーム２４を検出した信号を図外のモーター制御部に出力すると、モーター制御部が搭載台１７の水平な半田付姿勢と判断してステップモーター１６を回転停止する。
【００１０】
他方の位置検出器２８がカム軸２３に固定的に設けられた被検出体２９を検出した信号をモーター制御部に出力すると、モーター制御部が搭載台１７の斜めな半田切姿勢と判断してステップモーター１６を回転停止した後に所定停止時間の経過後にステップモーター１６を再び回転する。所定停止時間は半田の切れおよび凝固が完成する時間としてモーター制御部に設定される。具体的には、ステップモーター１６によりカム機構２２のカム軸２３が一方の位置検出器２７によるカムアーム２４の検出位置と他方の位置検出器２８による被検出体２９の検出位置とに間欠回転運動することで、搭載台１７が軸受機構２０を回転中心として水平な半田付姿勢と片屋根のような斜めの格好となる斜めの半田切姿勢とに姿勢変更される。
【００１１】
搬送機構３５は半田槽２、昇降台８および搭載台１７よりも上方に位置するように装置本体１に組み付けられたエアシリンダーのような搬送駆動源３６を備える。搬送駆動源３６におけるピストンロッドのような搬送駆動体３７にはチャック基部４０が固定的に取り付けられる。チャック基部４０が搬送駆動源３６による搬送駆動体３７の動作でカイド機構３８を介して半田槽２の湯口３と平行な矢印Ｘ１で示す方向および逆方向となる横方向に直線的に往復移動する。カイド機構３８のチャック基部４０を貫通して両側に突出した端部は装置本体１に固定的に取り付けられる。チャック基部４０にはチャック可動部４１がチャック基部４０に取り付けられたエアシリンダーのようなチャック昇降駆動源４２で昇降し得るように組み付けられる。チャック可動部４１にはエアシリンダーのようなアーム開閉駆動源４３が固定的に取り付けられる。
【００１２】
アーム開閉駆動源４３のシリンダーロッドのようなアーム開閉出力体４４には左右一対のチャックアーム４５が固定的に取り付けられる。チャックアーム４５はアーム開閉出力体４４の左右横方向へのアーム開閉駆動源４３に対する伸縮動作で図外のガイド機構を介して半田付対象部品５１の回路基板５２を支持したり解放したりするように動く。チャックアーム４５における先端部の互いに向き合う内面に半田付対象部品５１における回路基板５２の左右縁部を嵌め込む横溝４６を備える。そして、左右一対のチャックアーム４５が互いに近づく方向に移動すると、回路基板５２の左右縁部が横溝４６に嵌め込まれて、チャックアーム４５が回路基板５２を支持する。その状態において、左右一対のチャックアーム４５が互いに離れる方向に移動すると、回路基板５２の左右縁部が横溝４６から離脱されてチャックアーム４５が回路基板５２の支持を解放する。
【００１３】
搭載台１７の軸受機構２０よりも前部には電気部品支持機構６１が設けられる。電気部品支持機構６１は搭載台１７の前部に軸受機構６２で回転可能に取り付けられた機構アーム６３を備える。機構アーム６３は搭載台１７の軸受機構２０と干渉しないように開口１８の方向に延長した形態であって、搭載台１７に設けられた回転駆動源としてのエアシリンダー６４で搭載台１７に対して上方で近づいたり離れたりするように例えば９０度程度の回転運動範囲で回転する。具体的には、機構アーム６３に一緒に回転するように固定された軸受機構６２の軸から径方向一側に突出したレバーがエアシリンダー６４のピストンロッドに連結されており、エアシリンダー６４のピストンロッドが伸縮することで、機構アーム６３が軸受機構６２の軸とレバーとを介して軸受機構６２を回転中心として上記９０度程度の回転運動範囲で回転する。機構アーム６３が図示のように搭載台１７から真上に起立した退避位置に停止することよって、電気部品支持機構６１が搬送機構３５のチャックアーム４５や半田付対象部品５１と干渉しないようになっている。機構アーム６３の先端部には開閉駆動源としてのエアシリンダー６５で開閉される左右一対のホルダーアーム６６を備える。ホルダーアーム６６が互いに近づくように閉じることによって電気部品５４を支持し、ホルダーアーム６６が互いに離れるように開くことによって電気部品５４の支持を解放する。
【００１４】
図２から図８を参照し、本実施形態の動作について説明する。図２に示すように、機構アーム６３が搭載台１７から真上に起立した位置に停止している状態において、昇降台８が半田槽２の湯口３よりも上方に離れた上昇限度位置に停止し、搭載台１７が昇降台８に最も近づいた水平な半田付姿勢に停止し、回路基板５２の複数の貫通孔５３に電気部品５４の金属からなる複数の取付足５５を個別に挿入した半田付対象部品５１がチャックアーム４５で支持されて前工程から搬送機構３５で昇降台８の真上に図１の矢印Ｘ１で示す方向に搬入されてきて停止すると、昇降台８の真上から搬送機構３５で矢印Ｘ１方向に搬出される。搬送機構３５におけるチャックアーム４５が水平な半田付姿勢の搭載台１７に向けて下降し、回路基板５２が搭載台１７の収納部１９の真上に非接触に最接近した位置で、チャックアーム４５の下降が停止する。
【００１５】
チャックアーム４５で支持された半田付対象部品５１は図９に示すように電気部品５４の金属製からなる複数のリード（端子）のような取付足５５が回路基板５２の複数の貫通孔５３に個別に挿入され、最も外側の取付足５５から突出した図１０に示す突起５７が回路基板５２の貫通孔５３周りの上面に接触し、電気部品５４のボディが回路基板５２から所定寸法だけ離れて浮上支持された形態である。次に、チャックアーム４５が互いに離れる方向に移動することによって、チャックアーム４５から解放された半田付対象部品５１が水平に落下し、回路基板５２の前後縁部が搭載台１７の収納部１９に収容される。この回路基板５２の収納部１９への収容によって、回路基板５２が搭載台１７に位置決め搭載される。この搭載台１７の開口１８から下方に向いて露出した半田付対象部品５１の半田付面（電気部品５４の取付足５５と回路基板５２の取付部５６）は半田槽２の湯口３と平行となる。
【００１６】
その後、図３に示すように、エアシリンダー６４によって機構アーム６３が搭載台１７に近づく方向に回転する。この場合、ホルダーアーム６６は開いている。そして、機構アーム６３が左右のチャックアーム４５の間を通過しつつ搭載台１７に近づく過程において、開放中のおける左右のホルダーアーム６６の間に取り込まれた後、機構アーム６３が図示のように搭載台１７と平行となる矯正位置に停止すると、エアシリンダー６５によってホルダーアーム６６が閉じて電気部品５４を両側から挟む格好で支持する。このホルダーアーム６６による支持によって、図２の取付足５５が回路基板５２の貫通孔５３に挿入されたまま、電気部品５４が回路基板５２の板面と垂直状に起立した自立姿勢に矯正される。このように回路基板５２に対する挿入姿勢が矯正された電気部品５４における取付足５５の突出した底面は回路基板５２の板面と平行になっている。しかも、ホルダーアーム６６を開閉する開閉駆動源としてエアシリンダー６５が使用されているので、エアシリンダー６５が電気部品５４を支持する場合の衝撃がエアシリンダー６５の内部の圧縮流体である空気で吸収され、ホルダーアーム６６が電気部品５４を適切に支持することができる。
【００１７】
前記のように電気部品５４が電気部品支持機構６１で支持された後、図４に示すように、昇降台８が上記水平を維持するように半田槽２の上面に向けて水平に下降して下降限度位置に停止すると、湯口３を囲む周壁が昇降台８の逃口に下方から挿入されて搭載台１７上の半田付対象部品５１の半田付面と接触するかまたは非接触で最接近する。この非接触での最接近は図５に示す湯口３に浮上する溶融された半田の液面Ａがその表面張力で漏出しない格好である。このように昇降台８が下降限度位置に停止した後、図９に示すように、半田槽２の湯口３に槽内で溶融された半田の液面Ａが浮上してくる。そして、当該液面Ａの浮上によって、液面Ａを構成する溶融された半田が半田付対象部品５１の半田付面における電気部品５４の取付足５５と回路基板５２の取付部５６を下方から内部に浸すように取り込む。この浸されによって、溶融された半田が電気部品５４の取付足５５と回路基板５２の取付部５６とに付着して取付足５５と取付部５６とを結合する。
【００１８】
引続き、図６に示すように、前記浸されから所定時間の経過後に、傾斜機構１５のステップモーター１６が回転を開始すると、搭載台１７が軸受機構２０を回転中心として水平な半田付姿勢から斜めの半田切姿勢に姿勢変更される。そして、図１の他方の位置検出器２８が被検出体２９を検出すると、ステップモーター１６の回転が停止し、搭載台１７が斜めの半田切姿勢に維持される。このように搭載台１７が水平な半田付姿勢から斜めの半田切姿勢に姿勢変更されて停止する過程において、電気部品５４の取付足５５と回路基板５２の取付部５６とが半田槽２の湯口３における溶融された半田から斜めに引き抜かれる。この複数の取付足５５と複数の取付部５６とが溶融された半田の液面Ａから上方に斜めに引き抜かれるのに伴い、溶融された半田が湯口３から斜め上方に移動する取付足５５および取付部５６に斜めに引き連れられた後に、溶融された半田が取付足５５および取付部５６の側と湯口３の側とで複数の取付足５５と複数の取付部５６とが半田で橋絡することがないように切断される。この切断された取付足５５および取付部５６の側に付着して溶融された半田は図７に示すように表面張力で半球形となって固化して取付足５５と取付部５６とを固定的に結合する。上記切断された湯口３の側の溶融された半田は湯口３の溶融された半田に取り込まれる。
【００１９】
その後、または、上記搭載台１７の水平な半田付姿勢から斜めの半田切姿勢への姿勢変更開始後に、図８に示すように、昇降台８が下降限度位置から上昇して上昇限度位置に停止する。前記図３から図８までの工程において、図３以外では図示を省略したが、電気部品支持機構６１による電気部品５４の支持は継続している。それから、傾斜機構１５のステップモーター１６が回転を開始し、搭載台１７が軸受機構２０を回転中心として斜めの半田切姿勢から水平な半田付姿勢に姿勢変更され、上記ステップモーター１６の回転が停止する。このステップモーター１６の回転が停止した形態は図３と同じである。その後、ホルダーアーム６６が開き、電気部品支持機構６１による電気部品５４の支持が解放され、機構アーム６３が矯正位置から退避位置に回転して停止する一方、チャックアーム４５が半田付対象部品５１を解放した下降限度位置で互いに近づく方向に移動することによって、半田付対象部品５１における回路基板５２の左右縁部がチャックアーム４５の横溝に取り込まれ、チャックアーム４５が半田付けの完了した半田付対象部品５１を支持した後に上昇して上昇限度位置に停止する。その後、チャックアーム４５に支持された半田付けの完了した半田付対象部品５１が搬送機構３５で昇降台８の真上から次工程に矢印Ｘ１方向に搬出される。
【００２０】
本実施形態によれば、半田切れについて考察すると、図９に示すように、電気部品５４における複数の取付足５５と回路基板５２における複数の取付部５６とを湯口３の溶融された半田の液面Ａから引き抜く場合、傾斜機構１５における搭載台１７が水平から斜めになるに伴い、搭載台１７の斜めとなる上側に位置する取付足５５および取付部５６が湯口３の溶融された半田の液面Ａから引き抜かれても、搭載台１７の斜めとなる下側に位置する取付足５５および取付部５６が湯口３の溶融された半田の液面Ａに浸されている形態となる。このような形態によって、湯口３の溶融された半田の液面Ａから先に引き抜かれた上側に位置する取付足５５および取付部５６に付着した溶融状態の半田が湯口３の溶融された半田の液面Ａに浸されている下側に位置する取付足５５および取付部５６に付着した溶融状態の半田に引き寄せられる。このため、上側に位置する取付足５５および取付部５６に付着した溶融状態の半田が下側に位置する取付足５５および取付部５６に付着した溶融状態の半田と橋絡することがないように切断された後に表面張力で半球形となって固化して取付足５５と取付部５６とを固定的に結合する。
【００２１】
また、電気部品５４が回路基板５２に半田付けされる開始から半田の凝固が完成するまで、電気部品支持機構６１で電気部品５４の姿勢を矯正した状態で支持しているので、電気部品５４が回路基板５２の板面と垂直状に起立した一様の自立姿勢で回路基板５２に半田付けされ、品質信頼性を向上することができる。
【００２２】
搬送機構３５で前工程から搭載台１７に供給される半田付対象部品５１は当該前工程において半田付対象部品の半田付面への半田の付着が良好となるように加熱されていることから、回路基板５２が反っていることがある。このようなことから、収納部１９の深さを回路基板５２の板厚よりも深く形成すれば、チャックアーム４５から水平に落下する回路基板５２の前後縁部が収納部１９に適切に位置決めされつつ搭載することができる。収納部１９に回路基板５２を位置決めする場合、本実施形態のように収納部１９の縦面と回路基板５２の前後縁部の端面との接触する程度に近づいた向かい合わせで行うようにする代わりに、収納部１９の縦面と回路基板５２の前後縁部の端面との隙間を大きく形成し、収納部１９の横面に図示していない複数の位置決め突起を設け、当該位置決め突起に回路基板５２に上下方向に貫通形成されている図示していない複数の取付孔を上記回路基板５２のチャックアーム４５からの落下に伴い上方から個別に挿入することによって、複数の位置決め突起と複数の取付孔との嵌め合いで搭載台１７に回路基板５２を位置決め搭載することも可能である。
【００２３】
この場合、搭載台１７から収納部１９を削除し、開口１８周りの削除した収納部１９に相当する搭載台１７の上面に位置決め突起を設ければ、搭載台１７が収納部１９を設ける必要のない簡素な形態となる。位置決め突起の高さが回路基板５２の板厚よりも高ければ、上記回路基板５２に反りがあっても、位置決め突起と取付孔との嵌め合いが確保でき、回路基板５２の位置決めが最良となる。位置決め突起の先端部が下方から上方に行くにしたがって徐々に細くなる錐形に形成されれば、位置決め突起と取付孔との出会いがしらの嵌め合いが確実となる。取付孔として位置決め突起との嵌め合いのための専用として回路基板５２に形成してもよいが、製品として回路基板５２を格納する容器に取り付ける場合の取付孔を利用すれば、位置合わせのために回路基板５２の電気部品の実装面積を狭くすることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の半田付装置を示す分解斜視図。
【図２】同実施形態の動作を示す模式図。
【図３】同実施形態の動作を示す模式図。
【図４】同実施形態の動作を示す模式図。
【図５】同実施形態の動作を示す模式図。
【図６】同実施形態の動作を示す模式図。
【図７】同実施形態の動作を示す模式図。
【図８】同実施形態の動作を示す模式図。
【図９】同実施形態の動作を示す模式図。
【図１０】従来例を示す分解斜視図。
【図１１】従来例を示す断面図。
【図１２】従来の半田橋絡の発生を示す模式図。
【符号の説明】
１　装置本体
２　半田槽
５　昇降機構
１５　傾斜機構
３５　搬送機構
５１　半田付対象部品
５２　回路基板
５３　貫通孔
５４　電気部品
５５　取付足
５６　取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004071683.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004071683.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004071683.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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