(57)【要約】【課題】ワークが導電性を有する処理液に浸漬される浸漬長を高精度に制御・管理することで、高精度の浸漬長でワーク浸漬処理加工を行う。【解決手段】ワーク浸漬処理加工方法は、導電性を有する処理液５に浸漬するワーク７をワーク昇降駆動装置９に装着し、前記ワーク昇降駆動装置９で前記ワーク７を昇降することにより、前記ワーク７を処理液槽３の前記処理液５に浸漬する際に、前記処理液槽３の処理液面を検知する液面検知部１１を前記ワーク７の下降動作に伴って下降せしめて前記液面検知部１１で処理液面を検知し、この液面検知部１１の検知信号に基づいて前記ワーク昇降駆動装置９による下降動作を制御することで、前記ワーク７の下端側が処理液５に浸漬される浸漬長を制御することを特徴とする。【選択図】図１
2009208130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する処理液に浸漬するワークをワーク昇降駆動装置に装着し、前記ワーク昇降駆動装置で前記ワークを昇降することにより、前記ワークを処理液槽の前記処理液に浸漬する際に、
前記処理液槽の処理液面を検知する液面検知部を前記ワークの下降動作に伴って下降せしめて前記液面検知部で処理液面を検知し、この液面検知部の検知信号に基づいて前記ワーク昇降駆動装置による下降動作を制御することで、前記ワークの下端側が処理液に浸漬される浸漬長を制御することを特徴とするワーク浸漬処理加工方法。
【請求項２】
前記処理液が半田液であり、前記処理液槽が前記半田液を貯留する半田液槽であり、この半田液槽の半田液に前記ワークの下端側を浸漬することを特徴とする請求項１記載のワーク浸漬処理加工方法。
【請求項３】
前記液面検知部が、前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であることを特徴とする請求項１又は２記載のワーク浸漬処理加工方法。
【請求項４】
前記液面検知部が、導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる導体の電極棒であることを特徴とする請求項１又は２記載のワーク浸漬処理加工方法。
【請求項５】
導電性を有する処理液に浸漬するワークを装着し、かつ、処理液槽に貯留した前記処理液に浸漬すべく前記ワークを昇降するワーク昇降駆動装置と、このワーク昇降駆動装置による前記ワークの昇降動作に伴って昇降して前記処理液槽の処理液面を検知する液面検知部と、この液面検知部の検知信号に基づいて前記ワークの下端から浸漬長の距離を下降せしめるよう前記ワーク昇降駆動装置の昇降動作を制御する制御装置と、を備えていることを特徴とするワーク浸漬処理加工装置。
【請求項６】
前記処理液が半田液であり、前記処理液槽が前記半田液を貯留する半田液槽であることを特徴とする請求項５記載のワーク浸漬処理加工装置。
【請求項７】
前記液面検知部が、前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であることを特徴とする請求項５又は６記載のワーク浸漬処理加工装置。
【請求項８】
前記液面検知部が、導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる電極棒であることを特徴とする請求項５又は６記載のワーク浸漬処理加工装置。
【請求項９】
導電性を有する処理液を貯留する処理液槽の処理液面に接触したときに、前記処理液面を検知する液面検知センサであって、この液面検知センサが前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であることを特徴とする液面検知センサ。
【請求項１０】
導電性を有する処理液を貯留する処理液槽の処理液面に接触したときに、前記処理液面を検知する液面検知センサであって、この液面検知センサが導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる電極棒であることを特徴とする液面検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワーク浸漬処理加工方法及びその装置、並びに前記ワーク浸漬処理加工装置で使用される液面検知センサに関し、特に、ワーク浸漬処理加工方法としての例えばディップ式半田付け方法においてワークの半田付け長（浸漬長）の管理を行う際に、ワークが半田液に浸漬される半田付け長を高精度に制御するワーク浸漬処理加工方法及びその装置、並びに前記ワーク浸漬処理加工装置で使用される液面検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディップ式半田付け方法においては、ワークの半田付け長（浸漬長）の管理は、半田液面高さを管理し、機械で一定の深さだけ浸漬するという手法が用いられてきた。
【０００３】
図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、従来の半田付け加工装置１０１は、例えば半田槽１０３内の半田液１０５の水平液面位が所望の適性液面以下であるか否かを検出するための電極棒１０７を備えた半田液面位検出装置１０９が用いられている。この半田液面位検出装置１０９は制御装置１１１に接続されている。
【０００４】
つまり、予め前記電極棒１０７が所望の適性液面位に設定されて半田槽１０３に取り付けられており、半田液１０５が減少して所望の適性液面以下になる時は、半田液面が前記電極棒１０７から離れたことを半田液面位検出装置１０９で検知し、この検知信号により制御装置１１１から図示しない半田供給装置に指令が与えられることで、新たな半田が図示しない半田供給装置により半田供給源から半田槽１０３内へ供給・補充される。
【０００５】
一方、半田が供給されたために半田液１０５の水平液面位が設定した適性液面の高さになると、半田液面が前記電極棒１０７に接触するので、電極棒１０７に通電して検知信号が制御装置１１１に送られることで、この検知信号により制御装置１１１から指令が半田供給装置に与えられ、半田の供給が停止する。
【０００６】
以上のように、半田液１０５の水平液面位が常時所望の適性液面に管理される。このように半田液面が管理されている状態のもとで、図５（Ａ）に示されているようにワーク１１３がワーク昇降駆動装置１１５の昇降駆動される可動部１１７に備えたワークセット部１１９に装着される。
【０００７】
次いで、図５（Ｂ）に示されているように前記ワーク昇降駆動装置１１５により前記ワーク１１３が下降されて半田槽１０３の半田液１０５に浸漬されて半田付け加工が行われる。このとき、制御装置１１１から指令が与えられてワーク昇降駆動装置１１５によりワーク１１３を所望の深さだけ浸漬することで、ワーク１１３の半田付け長が管理される。
【０００８】
その後、図５（Ｃ）に示されているように前記ワーク昇降駆動装置１１５により前記ワーク１１３が上昇されて半田槽１０３の半田液１０５から引き上げられる。
【０００９】
上記と同様の方法は、例えば、特許文献１に示されている。なお、特許文献１では、電極棒１０７が半田槽１０３に固定されており、ワーク昇降駆動装置１１５や半田供給装置などを駆動するロボット動作は、制御装置１１１において単一プログラムにて管理されている。
【特許文献１】特開平４−９２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来の半田付け長（浸漬長）の管理方法では、要求される半田付け長が微細なものになった場合は対応が困難であった。すなわち、半田液面位検出装置１０９に備えた電極棒１０７は半田槽１０３に固定されており、半田液面が設定高さ以下又は以上かの検知はできるが、半田液面高さに応じたワーク１１３の半田付け長の管理はできないものであった。
【００１１】
より詳しく説明すると、半田液面管理精度は半田の補充精度に依存しているが、半田液面高さの管理精度が低いので、ワーク１１３の浸漬長の管理精度が低くなるという問題である。すなわち、半田液面が設定高さよりも少なかった場合は、制御装置１１１により自動的に、あるいは手動にて半田を補充することになるが、この半田の補充精度が低いものである。例えば、半田液面高さの管理精度は０．１〜１ｍｍ程度が限界であった。そのために、たとえワーク１１３が予め設定した半田液面位から所望の深さだけ浸漬されたとしても、高精度の半田付け長の管理を行うことには限界があった。
【００１２】
この発明は、ワーク浸漬処理加工方法として、例えば、ワークが半田液に浸漬される半田付け長（浸漬長）を高精度に制御・管理することで、高精度の半田付け長（浸漬長）で半田付け加工を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、この発明のワーク浸漬処理加工方法は、導電性を有する処理液に浸漬するワークをワーク昇降駆動装置に装着し、前記ワーク昇降駆動装置で前記ワークを昇降することにより、前記ワークを処理液槽の前記処理液に浸漬する際に、
前記処理液槽の処理液面を検知する液面検知部を前記ワークの下降動作に伴って下降せしめて前記液面検知部で処理液面を検知し、この液面検知部の検知信号に基づいて前記ワーク昇降駆動装置による下降動作を制御することで、前記ワークの下端側が処理液に浸漬される浸漬長を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明のワーク浸漬処理加工方法は、前記ワーク浸漬処理加工方法において、前記処理液が半田液であり、前記処理液槽が前記半田液を貯留する半田液槽であり、この半田液槽の半田液に前記ワークの下端側を浸漬することが好ましい。
【００１５】
また、この発明のワーク浸漬処理加工方法は、前記ワーク浸漬処理加工方法において、前記液面検知部が、前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であることが好ましい。
【００１６】
また、この発明のワーク浸漬処理加工方法は、前記ワーク浸漬処理加工方法において、前記液面検知部が、導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる導体の電極棒であることが好ましい。
【００１７】
この発明のワーク浸漬処理加工装置は、導電性を有する処理液に浸漬するワークを装着し、かつ、処理液槽に貯留した前記処理液に浸漬すべく前記ワークを昇降するワーク昇降駆動装置と、このワーク昇降駆動装置による前記ワークの昇降動作に伴って昇降して前記処理液槽の処理液面を検知する液面検知部と、この液面検知部の検知信号に基づいて前記ワークの下端から浸漬長の距離を下降せしめるよう前記ワーク昇降駆動装置の昇降動作を制御する制御装置と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、この発明のワーク浸漬処理加工装置は、前記ワーク浸漬処理加工装置において、前記処理液が半田液であり、前記処理液槽が前記半田液を貯留する半田液槽であることが好ましい。
【００１９】
また、この発明のワーク浸漬処理加工装置は、前記ワーク浸漬処理加工装置において、前記液面検知部が、前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であることが好ましい。
【００２０】
また、この発明のワーク浸漬処理加工装置は、前記ワーク浸漬処理加工装置において、前記液面検知部が、導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる電極棒であることが好ましい。
【００２１】
この発明の液面検知センサは、導電性を有する処理液を貯留する処理液槽の処理液面に接触したときに、前記処理液面を検知する液面検知センサであって、この液面検知センサが前記処理液中での拡散速度が小さいＴｉ、Ｎｉ、Ｐｔなどの導体金属からなる電極棒であることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明の液面検知センサは、導電性を有する処理液を貯留する処理液槽の処理液面に接触したときに、前記処理液面を検知する液面検知センサであって、この液面検知センサが導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒からなる電極棒であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明のワーク浸漬処理加工方法及びその装置によれば、液面検知部はワーク昇降駆動装置によるワークの昇降動作に伴って昇降するので、浸漬処理加工毎にその都度、液面検知部で処理液面を検知することができる。したがって、処理液面の変動に左右されず、浸漬処理加工毎に検知した処理液面位に基づいてワークを浸漬長だけ浸漬することができる。その理由で、要求される微細な浸漬長の制御・管理を高精度に行うことができ、ワークの浸漬長の精度を向上させることができる。
【００２４】
また、処理液槽に処理液を補充する方法が規制されないので、処理液槽の処理液の日常管理の簡易化を図ることができる。
【００２５】
この発明の液面検知センサによれば、前記処理液中での拡散速度が小さい導体金属からなる電極棒であるので、電極棒が安定した検知状態を得ることができる。
【００２６】
この発明の液面検知センサによれば、アルミナ棒の表面に導電性酸化物が塗布されている電極棒であるので、強い腐食性、浸食性を有する溶液中に精度良く、電極棒の端末を浸漬することが可能となるので、電極棒がより一層安定した検知状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１を参照するに、この実施の形態に係るワーク浸漬処理加工装置としての例えば半田付け加工装置１は、処理液槽としての例えば半田槽３に、溶融した状態で貯留した導電性を有する処理液としての例えば半田液５の液面との電気的導通を利用した液面検知方法を利用し、各半田付け加工毎に半田液面を検知してからワーク７が半田液５に浸漬される半田付け長（浸漬長）を管理する方法である。
【００２９】
すなわち、半田付け加工装置１は、半田付けを行うワーク７を装着し、かつ前記ワーク７を前記半田槽３の半田液５に浸漬すべく昇降するワーク昇降駆動装置９が設けられている。さらに、前記ワーク昇降駆動装置９には前記ワーク７の昇降動作に伴って昇降駆動する液面検知部（液面検知センサ）としての例えば電極棒１１を備えた半田液面位検出装置１３が設けられている。前記電極棒１１は、その先端で半田槽３内の半田液５の液面を検知するものである。
【００３０】
また、上記のワーク昇降駆動装置９にはワーク７を装着するワークセット部１５がＺ軸方向に昇降駆動する可動部１７に備えられている。この実施の形態では電極棒１１を備えた半田液面位検出装置１３が前記可動部１７に固定されているので、必然的にワーク７の昇降動作と全く同じ昇降動作となる。
【００３１】
また、前記可動部１７を昇降駆動するワーク昇降駆動装置９並びに半田液面位検出装置１３はそれぞれ制御装置１９に接続されている。
【００３２】
なお、上述したように電極棒１１がワーク昇降駆動装置９に直接的に取り付けられていることは、半田付け加工装置１が簡単な構成となる点で望ましいが、電極棒１１がワーク昇降駆動装置９とは別の昇降駆動装置で昇降駆動され、かつ、前記ワーク昇降駆動装置９によるワーク７の昇降動作に同期する構成であっても良い。
【００３３】
また、この実施の形態では、液面検知センサとしての例えば電極棒１１は、半田浴中での拡散速度が小さいＴｉ、Ｎｉ、Ｐｔなどの導体金属で構成されていることが、電極棒が安定した検知状態を得ることができるという点で望ましい。さらに、上記の電極棒１１は導電性酸化物を表面に塗布したアルミナ棒で構成されていることが望ましい。前記導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタンを挙げることができる。このように、導電性酸化物がアルミナ棒の表面に塗布されることで、電極棒１１の端末を強い腐食性、浸食性を有する溶液中に精度良く浸漬することが可能となるので、電極棒１１がより一層安定した検知状態を得ることができる。
【００３４】
図２を参照するに、制御装置１９は、中央処理装置としてのＣＰＵ２１が備えられており、このＣＰＵ２１には、種々のデータやプログラム等を入力するキーボードやタッチパネルなどの入力装置２３と、ＣＲＴや液晶などの表示装置２５と、入力装置２３から入力されたプログラムや種々の検知データなどを記憶するメモリ２７が備えられている。
【００３５】
さらに、前記ＣＰＵ２１には、前記電極棒１１で検知した検知信号に基づいて半田液面高さ座標（Ｚ軸座標）を計算し、前記電極棒１１の先端とワーク７の先端のＺ軸方向の差に基づいてワーク７の先端のＺ軸座標を計算し、ワーク７の先端が半田液５に浸漬される浸漬開始点を計算する演算装置２９と、前記可動部１７を前記浸漬開始点から予め設定した所望の半田付け長（浸漬長）だけ下降せしめる指令を前記ワーク昇降駆動装置９に与える指令部３１が接続されている。
【００３６】
上記構成により、図３（Ａ）に示されているように、まず、半田付け対象のワーク７がワーク昇降駆動装置９のワークセット部１５に装着される。次いで、制御装置１９の指令で前記ワーク昇降駆動装置９の図示しない昇降駆動部が駆動し、可動部１７が下降する。このとき、可動部１７の下降動作、つまりワーク７の下降動作に伴って電極棒１１も下降し、図３（Ｂ）に示されているように電極棒１１の先端が半田液５の液面に接触する。この電極棒１１の液面接触時に通電して発生する液面検知信号が制御装置１９に送られる。
【００３７】
すると、制御装置１９では、演算装置２９により、前記電極棒１１で検知した検知信号に基づいて半田液面高さ座標（Ｚ軸座標）が計算される。さらに、前記電極棒１１の先端とワーク７の先端のＺ軸方向の差が予め分かっているので、この差のデータに基づいてワーク７の先端のＺ軸座標が計算される。可動部１７の下降動作位置はＺ軸座標でリアルタイムに分かるので、ワーク７の先端が半田液５に浸漬される浸漬開始点は瞬時に計算される。つまり、下降されるワーク７の先端のＺ軸座標が半田液面高さ座標（Ｚ軸座標）に一致した時が、浸漬開始点となる。
【００３８】
次いで、制御装置１９の指令部３１からワーク昇降駆動装置９に対して可動部１７を前記浸漬開始点から予め設定した所望の半田付け長（浸漬長）だけ下降せしめる指令が与えられることで、図３（Ｃ）に示されているように、前記ワーク７は所望の浸漬長だけが半田液５に浸漬されることとなる。その後、図３（Ｄ）に示されているように、前記ワーク昇降駆動装置９により可動部１７が上昇することで、前記ワーク７及び電極棒１１が上昇して半田槽３の半田液５から引き上げられる。
【００３９】
次に、この実施の形態の半田付け加工装置１における半田液面検知精度を確認するために、ワーク昇降駆動装置９に該当するものとしてステッピングモータを用いたロボットを用いて、このロボットのロボットヘッド部（可動部１７に該当する箇所）に電極棒１１と電極端子を取り付け、前記ロボットの可動範囲内に半田槽３を設置した。前述したこの実施の形態の半田付け加工方法にて実際に精度確認試験を行った。
【００４０】
ロボットは、電極棒１１の電極端子に微弱電流を流しながら、前記ロボットヘッド部（可動部１７）を半田槽３の上方から下降させるのであり、電極端子の先端が半田液面に接触して導通した時点で、ロボットシーケンサ（制御装置１９に該当する箇所）から高速で一定距離だけ下降した後に、ロボット停止命令が出るように、予めプログラムしておく。
【００４１】
実際の試験では、電極端子が半田液面に接触するまで下降させて、ロボットが停止した位置、つまり目標の浸漬長分を下降した後の停止位置を変位センサにて測定した。この試験を繰り返すことで、その繰り返し精度を算出した。
【００４２】
なお、この試験で使用したロボットの仕様としては、Ｚ軸停止繰り返し精度が１μｍであり、Ｚ軸下降速度が１m/secであり、ロボットシーケンサの基本命令処理時間は２５nsec（ナノ秒）である。
【００４３】
これにより、ロボットシーケンサ内部の信号の遅れによる停止位置のばらつきは２５ｎｍ（０．０２５μｍ）と考えられるので、これは無視してよいレベルであるといえる。また、試験装置自体のＺ軸停止繰り返し精度も、上述したように約１μｍであり、これも無視してもよいレベルであると考えられる。
【００４４】
上記の試験装置による試験結果は、表１に示されている通りである。
【表１】
2009208130.tif 000003
【００４５】
表１から分かるように、３５回の試験数による繰り返し試験において、浸漬位置の停止精度は最大値（ｍａｘ）が０．２３６ｍｍで、最小値（ｍｉｎ）が０．２００ｍｍであり、ばらつき（標準偏差関数ＳＴＤＥＶによる）が９μｍであるという結果となった。
【００４６】
ここで、本試験では、図４に示されているように、半田液面の揺れが２０〜３０μｍ程度であった。これは、半田槽３と試験装置が両者を支持する架台を通じて振動を伝える構造となっているためである。つまり、装置の本試験結果のｍａｘ−ｍｉｎ＝３６μｍの結果は、半田液面の揺れによるばらつきを含んだ結果となっている。このことから、この実施の形態の半田付け加工方法を用いた場合は、前述した要因を含めて考慮した場合でも、ワーク７の浸漬長の管理精度は４０μｍ以下を達成しており、高精度のディップ半田付けを実現していることが分かる。
【００４７】
以上のことから、この実施の形態の半田付け加工装置１においては、電極棒１１はワーク７を装着する可動部１７の昇降動作に伴って昇降するので、半田付け加工毎にその都度、半田液面を検知することが可能となる。その結果、半田加工が行われるにつれて半田液５が減少したり、これを補充するために半田を供給したり、あるいは、半田液面が揺れにより高さが変動したりして、たとえ半田液面位が変化しても、半田付け加工毎にその都度に検知した半田液面の高さに基づいてワーク７を半田付け長（浸漬長）だけ浸漬することができる。
【００４８】
したがって、従来のように予め設定した半田液面高さに維持する半田液面管理を行う必要がなく、つまり、半田液面位の精度に依存することなく、ワーク７の浸漬長の精度は制御装置１９によるロボットシーケンサの精度に依存することになる。可動部１７の昇降動作などのロボット動作はロボットシーケンサにて管理しており、このロボットシーケンサの精度は高精度であるので、高精度のワーク７の浸漬長を得ることができる。
【００４９】
つまり、半田付け浸漬長の精度が向上し、要求される微細なワーク７の半田付け長の管理を行うことができる。ちなみに、従来における半田液面の管理精度は０．１〜１ｍｍ程度が限界であったが、前述したようにこの実施の形態における半田付け浸漬長精度は４０μｍ以下である。数十μｍ単位での浸漬長管理が可能となった。
【００５０】
また、上述したように、ワーク７の浸漬長の精度が半田液面位の精度に依存することがないので、半田槽３に半田を補充する方法が規制されないので、半田槽３の半田液５の日常管理の簡易化を図ることになる。
【００５１】
なお、この実施の形態では、ディップ式の半田付け加工方法及びその装置について説明したが、導電性を有する処理液としては半田液５に限らず、他の導電性の液体に、ワーク７をディップ式で浸漬する際の浸漬長管理にも適用することができる。
【００５２】
例えば、ワーク７がコイルであり、このコイルの被覆除去の際に用いる導電性の液体がＮａＯＨ溶液である場合は、コイルをＮａＯＨ溶液に浸漬する浸漬長の管理に応用することができる。さらに、例を挙げるとすれば、電子部品に対して予備半田付けを行う際の浸漬長管理に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施の形態の半田付け加工装置を示す概略的な説明図である。
【図２】制御装置の構成ブロック図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１の半田付け加工装置を用いて半田付け加工を行う工程の状態説明図である。
【図４】半田付け加工装置の動作と液面揺れを示すグラフである。
【図５】従来の半田付け加工装置を用いて半田付け加工を行う工程の状態説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  半田付け加工装置（ワーク浸漬処理加工装置）
３  半田槽（処理液槽）
５  半田液（導電性を有する処理液）
７  ワーク
９  ワーク昇降駆動装置
１１  電極棒（液面検知部；液面検知センサ）
１３  半田液面位検出装置
１５  ワークセット部
１７  可動部
１９  制御装置
２９  演算装置
３１  指令部
【図１】
2009208130.tif 000004
【図２】
2009208130.tif 000005
【図３】
2009208130.tif 000006
【図４】
2009208130.tif 000007
【図５】
2009208130.tif 000008