(57)【要約】【課題】微細部品の自動半田付けにおいても、適量（微量）な半田量で半田付けを行うことができ、適正なフィレット形状を得ることが可能な自動半田付け装置を提供する。【解決手段】先端に半田ゴテ１１および糸半田送り装置１２を設置したアームを備えた垂直多関節型ロボット１３による自動半田付け装置１０において、半田ゴテ１１により部品およびランドに半田付けを行う際に、アームの先端に設置された半田ゴテ１１を部品およびランドに接触させたまま移動（回転）させるよう垂直多関節型ロボット１３の動きを制御する接触機構制御部を備え、半田ゴテ１１の表面に溜まった半田を積極的に部品およびランドに接触させるようにしたので、微細部品の自動半田付けにおいても、少ない適量（微量）の半田で半田付けを行うことができ、理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に半田ゴテおよび糸半田送り装置を設置したアームを備えた垂直多関節型ロボットによる自動半田付け装置において、
前記半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際に、前記アームの先端に設置された前記半田ゴテを前記部品およびランドに接触させたまま移動させるよう前記垂直多関節型ロボットの動きを制御する接触機構制御部を備えた
ことを特徴とする自動半田付け装置。
【請求項２】
前記接触機構制御部は、前記半田ゴテを前記半田ゴテの中心軸を中心として回転させるよう前記垂直多関節型ロボットの動きを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の自動半田付け装置。
【請求項３】
前記接触機構制御部は、前記半田ゴテを前記部品およびランドに沿って直線運動させるよう前記垂直多関節型ロボットの動きを制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動半田付け装置。
【請求項４】
前記半田ゴテは、先端部分が半周のみメッキ処理されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の自動半田付け装置。
【請求項５】
前記アームの先端に設置された前記半田ゴテの位置決めを行う際に、
前記半田ゴテを挟み込む２つの半球形状の保持具と、当該保持具ごと前記半田ゴテを固定する固定部品と、前記半田ゴテの先端位置が決定したら完全に固定する固定ねじとを備えた半田ゴテ固定治具を用いる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の自動半田付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットを使用して各種電子部品をプリント配線基板等に自動的に半田付けする自動半田付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動半田付け装置において、半田付け中の半田ゴテと糸半田の相対位置は一定である。半田ゴテは、しばらく使用すると酸化等で半田が濡れ広がり難くなり、溶融した半田はその場で溜まりとなる（図１（ａ）参照）ため部品やランドに流れない。
したがって、部品、ランドに半田を濡れ広がらせるには、半田ゴテの表面に溜まった半田が部品、ランドに接触できるくらい多量の糸半田を供給する必要がある（図１（ｂ）参照）。
【０００３】
しかし、この場合、半田付けの外観（以下、「フィレット形状」と呼ぶ）は、ぼってりとした形状（図２参照）となり、理想とされる裾野が広がった形状（図３参照）とは程遠く、内部欠陥等を見落とすおそれがある。
そこで、微細部品の自動半田付けにおいて、糸半田を適量（微量）供給して半田付けを行うことを目的として、糸半田の供給量を高精度に送る糸半田自動供給方法が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４２７６９号公報
【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、例えば特許文献１のような従来の糸半田供給方法を用いたとしても、溶融した半田の流れを制御することは難しく、結果的に部品に残る半田の量を安定させることは困難である、という課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、微細部品の自動半田付けにおいても、適量（微量）な半田量で半田付けを行うことができ、適正なフィレット形状を得ることが可能な自動半田付け装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明は、先端に半田ゴテおよび糸半田送り装置を設置したアームを備えた垂直多関節型ロボットによる自動半田付け装置において、前記半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際に、前記アームの先端に設置された前記半田ゴテを前記部品およびランドに接触させたまま移動させるよう前記垂直多関節型ロボットの動きを制御する接触機構制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、半田ゴテを部品およびランドに接触させたまま移動させるよう接触機構（垂直多関節型ロボット）の動きを制御することにより、半田ゴテの表面に溜まった半田を積極的に部品およびランドに接触させるようにしたので、微細部品の自動半田付けにおいても、少ない適量（微量）の半田で半田付けを行うことができ、理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図である。
【図２】多量の糸半田を供給して半田付けした場合のぼってりとしたフィレット形状を側面から見た図である。
【図３】適量の半田による理想的なフィレット形状を側面から見た図である。
【図４】実施の形態１の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図の一例である。
【図５】実施の形態１における自動半田付け装置の構成を示す外観概略図である。
【図６】実施の形態１における自動半田付け装置の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図７】実施の形態１の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図の別の例である。
【図８】一般的な半田ゴテの先端部分を示す図である。
【図９】実施の形態２における半田ゴテの先端部分を示す図である。
【図１０】半田ゴテの位置決めを行う装置の一例を示す図である。
【図１１】半田ゴテの先端形状と先端合わせ治具の形状の例を示す図である。
【図１２】半田ゴテの位置決めを行う装置の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、従来の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図である。図１（ａ）は、半田ゴテ１が酸化等で半田５が濡れ広がり難くなり、溶融した半田５が半田ゴテ１の表面に濡れ広がらずにその場で溜まりになっている状態を示している。そして、図１（ｂ）は、部品３およびランド４に半田５を濡れ広がらせるために、図１（ａ）のように溜まった半田５が部品３およびランド４に接触できるくらい多量の糸半田２を供給した状態を示している。
【００１１】
図２は、図１（ｂ）のように多量の糸半田２を供給して半田付けした場合のフィレット形状を側面から見た図である。従来の自動半田付け装置では、多量に供給した半田５が半田ゴテ１の表面に徐々に溜まっていって、部品３およびランド４に接触するのを待って半田付けを行っていたので、図２に示すようにぼってりとしたフィレット形状になってしまっていた。
このようにぼってりとしたフィレット形状になってしまうと、外観からは半田付けが正常に行われたのかどうかを判断することが難しく、内部欠陥等を見落とすおそれがある。
理想的なフィレット形状としては、図３に示すように、適量（微量）の半田５による裾野が広がったような形状である。
【００１２】
図４は、この発明の実施の形態１の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図の一例である。図４（ａ）は、図１（ａ）と同様に、半田ゴテ１１が酸化等で半田５が濡れ広がり難くなり、溶融した半田５が半田ゴテ１１の表面に濡れ広がらずにその場で溜まりになっている状態を示している。なお、図４（ａ）に示す半田５の量は、図１（ａ）に示す半田５の量よりもさらに少ない適量（微量）である。
【００１３】
そして、図４（ｂ）は、部品３およびランド４に半田５を濡れ広がらせるために、図４（ａ）の状態から、半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま、半田ゴテ表面の半田溜まりが部品３およびランド４に接触するよう、半田ゴテ１１の中心軸を中心として半田ゴテ１１を回転させる動作を行っている状態を示す図である。このように半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま回転させた結果、半田ゴテ１１に付いたまま溜まりになっていた半田５を、部品３およびランド４に接触させて濡れ広がらせることができる。
【００１４】
ここで、半田ゴテ１１を回転させる機構について説明する。
図５は、この発明の実施の形態１における自動半田付け装置の構成を示す外観概略図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の要部拡大図である。
この自動半田付け装置１０は、半田ゴテ１１と、糸半田送り装置１２と、接触機構１３を備えている。接触機構１３は、６軸の垂直多関節型ロボットであり、そのアームの先端に半田ゴテ１１が設置されている。具体的には、半田ゴテ１１は、接触機構（垂直多関節型ロボット）１３のアームの先端に取り付けられた取付板１４に固定されており、糸半田送り装置１２もまた同じ取付板１４に固定されている。
【００１５】
図６は、この発明の実施の形態１における自動半田付け装置の内部構成を示す機能ブロック図である。
自動半田付け装置１０は、内部に制御部２０を内蔵している。この制御部２０は、半田ゴテ１１の温度制御を行う半田ゴテ温度制御部２１、糸半田送り装置１２からの糸半田の供給量を制御する糸半田送り制御部２２、半田ゴテ１１を移動させるよう接触機構（垂直多関節型ロボット）１３の動きを制御する接触機構制御部２３を備えている。
【００１６】
そして、接触機構制御部２３が接触機構（垂直多関節型ロボット）１３を制御することにより半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま回転させ、半田ゴテ１１にできた溶融半田５を強制的に部品３およびランド４に接触させて濡れ広がらせる。
これにより、微細部品の自動半田付けにおいても、適量（微量）の半田５で半田付けが行えるため、図３に示すような理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。
【００１７】
なお、半田ゴテ１１が設置された取付板１４にはバネ（図示せず）が設けられており、このバネにより半田ゴテ１１と部品３およびランド４との接触状態を保ちながら、半田ゴテ１１を回転させるよう接触機構（垂直多関節型ロボット）１３を制御するものである。
【００１８】
また、ここまでは接触機構制御部２３が半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま移動させる手段として、半田ゴテ１１を回転させる場合を例に説明したが、半田ゴテ１１にできた溶融半田５を部品３およびランド４に接触させることができる動きであれば、回転運動に限らない。
図７は、この発明の実施の形態１の自動半田付け装置において、半田ゴテにより部品およびランドに半田付けを行う際の、半田ゴテ、糸半田、半田の関係を示す概略図の別の例である。
【００１９】
図７（ａ）は、供給する半田が微量であるために半田ゴテ１１の位置を固定したままでは端の方まで半田５が濡れ広がらないような状態を示している。そして、図７（ｂ）は、部品３およびランド４に半田５を濡れ広がらせるために、半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま、部品３およびランド４に沿って半田ゴテ１１を直線運動させている状態を示す図である。
【００２０】
従来であれば、部品３およびランド４に半田５が十分に濡れ広がるように糸半田の供給量を多くしていたため適正なフィレット形状にはならなかったが、図７に示すように半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま直線運動させた結果、半田ゴテ１１に付いたまま溜まりになっていた半田５を、部品３およびランド４に接触させて濡れ広がらせることができる。なお、図７（ａ）に示す半田５の量は、図４（ａ）と同じく図１（ａ）に示す半田５の量よりもさらに少ない適量（微量）である。
【００２１】
また、接触機構制御部２３が半田ゴテ１１を部品３およびランド４に接触させたまま移動させる手段として、図４，図５に示すように半田ゴテ１１を回転させる制御と、図７に示すように半田ゴテ１１を直線運動させる制御とを組み合わせることにより、部品３およびランド４に端の方までしっかり、かつ、少ない適量（微量）の半田５の量で半田５を濡れ広げることが可能となる。
すなわち、半田ゴテ１１の移動のさせ方としては、回転、直線、回転および直線など、部品３およびランド４の形状により、適するものを採用して制御すればよい。
【００２２】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、半田ゴテを部品およびランドに接触させたまま移動させるよう接触機構（垂直多関節型ロボット）の動きを制御することにより、半田ゴテの表面に溜まった半田を積極的に部品およびランドに接触させるようにしたので、微細部品の自動半田付けにおいても、少ない適量（微量）の半田で半田付けを行うことができ、図３に示すような理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
この実施の形態２における自動半田付け装置は、構成としては図５，図６に示す実施の形態１における自動半田付け装置１０とほぼ同じであるが、半田ゴテの先端部分の半田メッキ範囲が、実施の形態１とは異なるものである。なお、実施の形態１で説明したものと同様の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図８は、実施の形態１においても使用している一般的な半田ゴテの先端部分を示す図であり、図９は、この発明の実施の形態２における半田ゴテの先端部分を示す図である。
【００２４】
図８（ａ）および図９（ａ）は、それぞれの半田ゴテの半田メッキ範囲を示している。図８（ａ）に示す半田ゴテ１１のうち斜線部１１ａが、一般的な半田メッキ範囲を示しており、半田ゴテ１１の先端部分が全周にわたってメッキ処理されている。そして、この半田メッキ範囲１１ａにおいて半田５が濡れるようになっている。
一方、図９（ａ）に示す半田ゴテ３１のうち斜線部３１ａが、この発明の実施の形態２における半田メッキ範囲を示しており、半田ゴテ３１の先端部分が半周のみメッキ処理されている。この半田ゴテ３１は、図８に示す半田ゴテ１１に比べると、半田５が濡れる面積が少なくなっている。
【００２５】
また、図８（ｂ）および図９（ｂ）は、それぞれの半田ゴテに同じ量の半田を供給した
場合の状態を示している。図８（ｂ）と図９（ｂ）とを比較すると、図９（ｂ）の方は半田メッキ範囲３１ａを狭くしたことにより、同じ半田量でも半田ゴテの表面から出っ張る半田の量が増加していることがわかる。この結果、図９に示す半田ゴテ３１によると、溶融した半田５をより部品３やランド４に接触させやすくなる。
【００２６】
このように半田ゴテ３１の先端部分を半周だけメッキ処理して半田メッキ範囲３１ａを狭くすることにより、溶融した半田５が半田ゴテ３１の表面で溜まりとなる際には必ず半田メッキ範囲３１ａ部分においてとどまることになる。これにより、実施の形態１に示したように半田ゴテを部品３およびランド４に接触させたまま移動（回転や直線運動など）させる場合に、部品３およびランド４に半田メッキ範囲３１ａ部分が向くように制御すれば、より少ない適量（微量）の半田５で半田付けを行うことができる。
【００２７】
この際、半田ゴテ３１の位置決めが、品質に大きく影響してくる。
通常、例えば部品３およびランド４に対する半田ゴテ３１の接触位置がバラつくと、部品３およびランド４を十分に加熱できずに、半田５が部品３およびランド４に流れないなどの不良につながる。また、糸半田送り装置１２から糸半田２を供給する際の半田供給位置に対する半田ゴテ３１の位置がバラつくと、溶けた半田５の流れ方が変わり、部品３やランド４に半田５が流れていかないといった現象が発生する。さらに、半田ゴテ３１は繰り返し使用すると表面の酸化や銅食われなどの劣化により定期的に新品に交換する必要があるため、半田ゴテ１つ１つの形状のバラつきによって交換前後で品質が悪化するなどの問題が生じる。
【００２８】
そこで、半田ゴテ３１と部品３およびランド４の接触位置のバラつきや、半田ゴテ３１と半田供給位置のバラつきをなくすため、この実施の形態２における自動半田付け装置では、図５に示すのと同様に、接触機構（垂直多関節型ロボット）１３のアームの先端に取り付けられた半田ゴテ３１について、図１０に示すように、半田ゴテ固定治具４０および先端合わせ治具５０を用いて、位置決めを行うものとする。
図１０（ａ）は、半田ゴテ３１の中心軸を通り、取付板１４に対して垂直な平面で切った場合の断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
半田ゴテ固定治具４０は、図１０に示すように半田ゴテ３１を２つの半球形状をした保持具４１で挟み込み、さらに、この保持具４１ごと半田ゴテ３１を固定部品４２で挟み込んで固定する構造である。そして、半田ゴテ３１の先端を先端合わせ治具５０に突き当てて位置を決定したら、固定ねじ４３により完全に固定する。この際、保持具４１が半球形状（球面）であるため、固定ねじ４３により完全に固定されるまでは、Ｘ，Ｙ，Ｚ周りの回転方向に自由度があり、半田ゴテ３１の先端を自由にどの方向にも微調整することが可能である。そして、この状態で先端合わせ治具５０に突き当てて位置決めした後に完全に固定することにより、半田ゴテ３１の先端位置のバラつきをなくすことができる。
【００３０】
ここで、半田ゴテ３１の先端の形状によって、先端合わせ治具５０の形状は最適化される必要がある。
例えば、図１１（ａ）に示すように、半田ゴテ３１の先端が先細で球面形状である場合には、向きを気にする必要がないため、丸穴５１ａが施された先端合わせ治具５０ａを使用し、その丸穴５１ａに半田ゴテ３１の先端を突き当てるだけでよいが、図１１（ｂ）に示すように、先端が先細で二面取りされた形状（以下、「Ｄ型形状」と呼ぶ）である場合には、回転方向もあわせる必要があるため、角穴５１ｂが施された先端合わせ治具５０ｂを使用し、その角穴５１ｂに半田ゴテ３１の先端を突き当てて位置を合わせる必要がある。
【００３１】
この際、半田ゴテ３１は図９に示すように、先端部分を半周だけメッキ処理した半田メッキ範囲３１ａを有するものであるため、この半田メッキ範囲３１ａがどちら側を向いているかということも考慮して位置決めを行うことにより、品質が高く、かつ、より少ない適量（微量）の半田５で半田付けを行うことができる。
なお、半田ゴテ３１の位置決め方法としては、図１０および図１１に示した先端合わせ治具５０以外に、例えば図１２に示すように、カメラ画像により行う方法なども考えられる。
【００３２】
図１２（ａ）は、図１０（ａ）における先端合わせ治具５０の代わりに透明板６０を備え、透明板６０を通して半田ゴテ３１の先端を正面から撮影するカメラ７０を設置した図である。
この方法では、半田ゴテの先端をガラスなどの透明板６０に突き当てて長さ方向の位置を決めた後、透明板６０を通してカメラ７０によりカメラ映像を見ながら、半田ゴテ先端の二次元平面の位置合わせを行う。
【００３３】
図１２（ｂ）は、カメラ７０により撮影したカメラ画像の一例を示す図である。例えば、半田ゴテ先端の形状がＤ型形状である場合に、カメラ画像７１には、半田ゴテ先端の位置決めすべき範囲を破線で示した角型のガイド表示７２が表示されている。このカメラ画像７１を見ながら、半田ゴテ３１の先端がガイド表示７２に重なるように位置決めを行なえばよい。
これにより、異なる先端形状の半田ゴテ３１を多数使用している作業現場においては、先端形状ごとに先端合わせ治具を用意する必要がなく、先端形状の種類に応じてガイド表示を変化させるだけで位置決めを行うことができる。
【００３４】
このように、例えば半田ゴテ先端の種類が固定されているような作業現場においては、図１０および図１１に示した先端合わせ治具５０を用いる方法が適しており、複数の種類の半田ゴテを使用するような作業現場においては、図１２に示したカメラ画像を用いる方法が適している。すなわち、半田ゴテの位置決め方法としては、正確に位置決めを行うことができるものであればどのような方法であっても構わず、用途に応じて当業者が適宜選択すればよいものである。
【００３５】
そして、これらいずれの方法であっても、半田ゴテの位置決めを行った状態で、前述の半田ゴテ固定治具４０により半田ゴテを完全に固定することにより、例えば半田ゴテを新品に交換したり別の種類の半田ゴテに交換した場合であっても先端位置のバラつきをなくすことができるので、半田付けの品質も良好に保つことができ、図３に示すような理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。
【００３６】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、半田ゴテを部品およびランドに接触させたまま移動させるよう接触機構（垂直多関節型ロボット）の動きを制御することにより、半田ゴテの表面に溜まった半田を積極的に部品およびランドに接触させる際に、半田ゴテの先端部分の半周のみにメッキ処理を施して半田ゴテの表面に半田が溜まる範囲を半分にしたので、実施の形態１と同様の効果に加え、さらに少ない適量（微量）の半田で半田付けを行うことができ、図３に示すような理想的で適正なフィレット形状をより簡単に得ることができる。
【００３７】
また、接触機構（垂直多関節型ロボット）のアームの先端に設置された半田ゴテの位置決めを行う際に、半田ゴテを挟み込む２つの半球形状の保持具と、当該保持具ごと半田ゴテを固定する固定部品と、半田ゴテの先端位置が決定したら完全に固定する固定ねじとを備えた半田ゴテ固定治具を用いるようにしたので、例えば半田ゴテを新品に交換したり別の種類の半田ゴテに交換した場合であっても、半田ゴテの先端位置のバラつきをなくすことができるので、半田付けの品質も良好に保つことができ、図３に示すような理想的で適正なフィレット形状を得ることができる。
【００３８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１１，３１  半田ゴテ
２  糸半田
３  部品
４  ランド
５  半田
１０  自動半田付け装置
１１ａ，３１ａ  半田ゴテ（１１，３１）の半田メッキ範囲
１２  糸半田送り装置
１３  接触機構（垂直多関節型ロボット）
１４  取付板
２０  制御部
２１  半田ゴテ温度制御部
２２  糸半田送り制御部
２３  接触機構制御部
４０  半田ゴテ固定治具
４１  保持具
４２  固定部品
４３  固定ねじ
５０，５０ａ，５０ｂ  先端合わせ治具
５１ａ，５１ｂ  先端合わせ治具に設けられた穴
６０  透明板
７０  カメラ
７１  カメラ画像
７２  ガイド表示
【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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【図９】
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【図１０】
2013191675.tif 000012
【図１１】
2013191675.tif 000013
【図１２】
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