特開 2023-113208 鏝先およびそれを備えた半田付け装置、鏝先の状態判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113208

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】鏝先およびそれを備えた半田付け装置、鏝先の状態判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 3/02 20060101AFI20230808BHJP

   B23K 3/06 20060101ALI20230808BHJP

   B23K 31/02 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

B23K3/02 G

B23K3/02 R

B23K3/06 K

B23K31/02 310B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015391

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】314000280

【氏名又は名称】株式会社アンド

(74)【代理人】

【識別番号】100111811

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】海老澤 満男

(57)【要約】

【課題】溶融半田から発生するヒュームを迅速に外部に排出でき、且つ排出されたヒュームがプリント回路基板上の周囲の電子部品に当たるのを抑制することができ、さらに溶融した半田が排気孔から外部に流出することのない鏝先を提供する。
【解決手段】鏝先５ａは、ヒーターユニット４を有する装置本体Ａ１に着脱可能に取り付けられる鏝先であって、柱状の本体部５０と、前記本体部５０の軸線方向に貫通し、半田片Ｗｈが供給される半田孔５１と、一端が前記半田孔５１の内周面に開口し、他端が前記本体部５０の外周面に開口する排気孔５３ａとを有し、前記半田孔５１は、前記半田片Ｗｈが溶融する溶融領域Ｄを有し、前記排気孔５３ａの内周面側の開口５４は、前記溶融領域Ｄに位置し、前記排気孔５３ａの外周面側の開口５５は、前記排気孔５３ａの内周面側の開口５４よりも上側に位置している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源を有する装置本体に着脱可能に取り付けられる鏝先であって、
柱状の本体部と、
前記本体部の軸線方向に貫通し、半田片が供給される半田孔と、
一端が前記半田孔の内周面に開口し、他端が前記本体部の外周面に開口する排気孔とを有し、
前記半田孔は、前記半田片が溶融する溶融領域を有し、
前記排気孔の内周面側の開口は、前記溶融領域に位置し、
前記排気孔の外周面側の開口は、前記排気孔の内周面側の開口よりも上側に位置している
ことを特徴とする鏝先。

【請求項2】

前記排気孔が傾斜部を有している請求項１に記載の鏝先。

【請求項3】

前記傾斜部の前記本体部の軸線とのなす角度が１０°以上８５°以下の範囲である請求項２記載の鏝先。

【請求項4】

前記請求項１～３いずれかに記載の鏝先と、
前記鏝先が着脱可能に取り付けられる装置本体と、
を有し、
前記装置本体は、
前記鏝先を加熱する熱源と、
前記半田孔に半田片を供給する半田片供給部と、
を備えていることを特徴とする半田付け装置。

【請求項5】

前記装置本体は、
ガスを供給するガス供給源と、
前記ガス供給源と前記半田孔とを連通し、前記ガス供給源からのガスを前記半田孔に供給するガス供給部と、
前記半田孔内を流れるガスの圧力を測定する測定部と、
をさらに備えている請求項４に記載の半田付け装置。

【請求項6】

前記請求項５に記載の半田付け装置の鏝先状態を判定する鏝先の状態判定方法であって、
前記半田孔を流れるガスの流量が一定で、
前記半田孔内を流れるガスの圧力を測定するとともに、測定した圧力と予め備えられた基準値又はテーブルと比較して、鏝先の状態を判定することを特徴とする鏝先の状態判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は鏝先およびそれを備えた半田付け装置、鏝先の状態判定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、多くの機器には電子部品を実装したプリント回路基板（以下、単に「基板」と記すことがある）が搭載されている。基板の形成工程においては、リード線を基板上の配線パターンに接合するための半田付け処理が行われる。

【0003】

半田付け処理を効率良く行うことの出来る装置として、本発明者は、筒状の鏝先に形成された半田孔内に半田片を供給し、鏝先の熱によってその半田片を溶融させる半田付け装置を提案した（特許文献１など）。

【0004】

このような半田付け装置の鏝先には、実用上、半田片が加熱溶融される際に半田片から発生するヒューム（気化したフラックス）を半田孔から外部に排出する、半田孔の内周面と鏝先の外周面とを連通する排気孔（リリース孔）が形成されている。

【0005】

また、本出願人は、排気孔が形成された鏝先において、半田孔内に供給される窒素などの不活性ガスの総流量を一定として半田孔内を流れるガスの圧力の変化に基づいて鏝先の状態を判定する方法を提案した（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５１８４３５９号公報

【特許文献2】特開２０１９－１６６５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

これまでの鏝先に形成されていた排気孔は、半田片供給方向に対して垂直に形成されていた。また排気孔の上下方向の形成位置は、ヒュームを効率的に外部に排出する観点から、半田孔に供給された半田片に近い位置、換言すると基板の表面に近い位置とされていた。一方、基板には多くの電子部品が密集して配置されており、基板上の半田付け対象である電子部品の周囲にも他の電子部品が配置されている。

【0008】

このような状況下で、半田片が加熱溶融された際に発生するヒュームが鏝先に形成された排気孔から外部に排出されると、ヒュームが周りの電子部品に当たって悪影響を及ぼすおそれがある。また、排気孔の形成位置によっては溶融した半田が排気孔から外部に流出するおそれもある。

【0009】

一方、排気孔の上下方向の形成位置を基板表面から離れた位置、すなわち鏝先の半田片供給方向の上流側（上下方向上側）にすれば、鏝先の排気孔から排出されたヒュームが周りの電子部品に当たることは少なくなると考えられるが、ヒュームの半田孔から排出が迅速に行われないおそれがある。また鏝先の状態変化に伴う半田孔内の圧力変化の検出速度が遅く、あるいは圧力の変化量が少なくなり、鏝先の状態判定精度が低下するおそれがある。

【0010】

そこで本発明の目的は、溶融する際に半田片から発生するヒュームを迅速に外部に排出でき、且つ排出されたヒュームが基板上の周囲の電子部品に当たるのを抑制することができ、さらに溶融した半田が排気孔から外部に流出することのない鏝先を提供することにある。

【0011】

また本発明の目的は、鏝先から排出されたヒュームが基板上の電子部品に当たるのを抑制できる半田付け装置を提供することにある。

【0012】

そしてまた本発明の目的は、鏝先の状態を迅速かつ精度よく判定することができる鏝先の状態判定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記目的を達成する本発明に係る鏝先は、熱源を有する装置本体に着脱可能に取り付けられる鏝先であって、柱状の本体部と、前記本体部の軸線方向に貫通し、半田片が供給される半田孔と、一端が前記半田孔の内周面に開口し、他端が前記本体部の外周面に開口する排気孔とを有し、前記半田孔は前記半田片が溶融する溶融領域を有し、前記排気孔の内周面側の開口は前記溶融領域に位置し、前記排気孔の外周面側の開口は内周面側の開口よりも上側に位置していることを特徴とする。

【0014】

前記構成の鏝先において、前記排気孔が傾斜部を有しているのが好ましい。前記傾斜部の前記本体部の軸線とのなす角度は１０°以上８５°以下の範囲であるのが好ましい。

【0015】

前記目的を達成する本発明に係る半田付け装置は、前記のいずれかに記載の鏝先と、前記鏝先が着脱可能に取り付けられる装置本体とを有し、前記装置本体は、前記鏝先を加熱する熱源と、前記半田孔に半田片を供給する半田片供給部とを備えていることを特徴とする。

【0016】

前記構成の半田付け装置において、前記装置本体は、ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給源と前記半田孔とを連通し、前記ガス供給源からのガスを前記半田孔に供給するガス供給部と、前記半田孔内を流れるガスの圧力を測定する測定部とをさらに備えているのが好ましい。

【0017】

前記目的を達成する本発明に係る鏝先の状態判定方法は、前記に記載の半田付け装置の鏝先状態を判定する鏝先の状態判定方法であって、前記半田孔を流れるガスの流量が一定で、前記半田孔内を流れるガスの圧力を測定するとともに、測定した圧力と予め備えられた基準値又はテーブルと比較して、鏝先の状態を判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明の鏝先によれば、溶融した半田片から発生するヒュームを迅速に外部に排出でき、且つ排出されたヒュームが基板上の周囲の電子部品に当たるのを抑制することができる。また溶融した半田が排気孔から外部に流出するのを防止できる。

【0019】

また本発明の半田付け装置によれば、鏝先から排出されたヒュームが基板上の電子部品に当たるのを抑制できる。

【0020】

そしてまた本発明の鏝先の状態判定方法によれば、鏝先の状態を迅速かつ精度よく判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る鏝先の一実施形態を示す垂直断面図である。

【図2】図１の鏝先５ａの下部の垂直断面図である。

【図3】排気孔の他の形態を示す鏝先の部分垂直断面図である。

【図4】鏝先の他の実施形態を示す垂直断面図である。

【図5】本発明に係る半田付け装置ＡＰの一実施形態を示す斜視図である。

【図6】装置本体Ａ１の内部構造を示す斜視図である。

【図7】図６に示す装置本体Ａ１の概略垂直断面図である。

【図8】図６に示す装置本体Ａ１に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。

【図9】鏝先が基準状態のときの部分垂直断面図である。

【図10】鏝先が鏝先接触状態のときの部分垂直断面図である。

【図11】鏝先が半田片投入状態のときの部分垂直断面図である。

【図12】鏝先が半田片溶融状態のときの部分垂直断面図である。

【図13】鏝先が半田片流出状態のときの部分垂直断面図である。

【図14】鏝先が離間状態のときの部分垂直断面図である。

【図15】半田付け装置が半田付け処理を１回行うときの半田孔内の圧力の変化を示す図である。

【図16】汚れた半田孔内に半田片Ｗｈが投入された状態図である。

【図17】ランドとピン端子との半田付け状態を判定する場合の状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る鏝先およびそれを用いた半田付け装置、鏝先の状態判定方法について図に基づき説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。また、本明細書における「上下方向」は図１に示す上下方向をいい、「上下方向」は重力方向における上下方向を意味するものとする。

【0023】

（鏝先）
図１に、本発明に係る鏝先の一実施形態を示す、中心軸線Ｃ１を含む垂直断面図を示す。また、図２に、図１の鏝先の下端が基板の表面に当接し、半田孔内に半田片が供給された状態の下部拡大垂直断面図を示す。

【0024】

図１に示す鏝先５ａは、円柱状の本体部５０と、本体部５０の中心軸線Ｃ１を共通の中心軸線とする上下方向に貫通した半田孔５１と、半田孔５１の内周面と本体部５０の外周面とに開口５４，５５を有する排気孔５３ａとを有する。半田孔５１の下部には段部を経て拡径部５１０が設けられている。この拡径部５１０は、基板ＣＢの表面から突出したピン端子Ｐを半田孔５１内に挿入しやすくする等の観点から設けられている。なお、拡径部５１０は鏝先５ａの下端に向かって半径方向外方に連続して拡径した形状であっても構わない。

【0025】

排気孔５３ａの開口５５は、開口５４よりも上下方向上側に位置し、排気孔５３ａは中心軸線Ｃ１に対して所定角度θを有して全体が傾斜している（全体が傾斜部）。傾斜角度θに特に限定はなく、鏝先５ａの大きさや形状、半田付け対象である基板ＣＢ上の電子部品の大きさ（高さ）や形状などから適宜決定すればよい。通常、排気孔５３ａの傾斜部の角度θは１０°以上８５°以下の範囲が好ましく、４５°以上８０°以下の範囲がより好ましい。

【0026】

また、排気孔５３ａの開口５４は、半田孔５１における溶融領域Ｄ（図２に図示）に位置している。ここで溶融領域Ｄは、半田孔５１に供給された半田片Ｗｈが溶融し得る領域である。本実施形態における溶融領域Ｄは、基板ＣＢの表面から突出したピン端子Ｐの先端部に当接して半田孔５１内に立った半田片Ｗｈの上端から下端までの領域である。排気孔５３ａの軸線に対して垂直な断面の形状や大きさに特に限定はなく、半田片Ｗｈの体積や本体部５０の厚みなどから適宜決定すればよい。

【0027】

鏝先５ａの上部には、半田孔５１と外周面とを連通する圧力測定用孔５２が設けられている。圧力測定用孔５２は、半田孔５１内の圧力を測定するための孔である。図７に示すように、鏝先５ａが装置本体Ａ１のヒーターブロック４２の凹部４２１に装着されると、圧力測定用孔５２の外側開口は、凹部４２１の内周面と外周面とを連通する貫通孔４２３に接続する。貫通孔４２３の外周面側開口には圧力測定用配管８の一方端が接続されており、圧力測定用孔５２は圧力測定用配管８に貫通孔４２３を介して接続する。なお、圧力測定用孔５２に圧力測定用配管８が直接接続する形態であっても構わないが、装置本体Ａ１への鏝先５ａの着脱の際に圧力測定用配管８の鏝先５ａから取り外しが不要になる点で、圧力測定用孔５２が圧力測定用配管８に貫通孔４２３を介して間接的に接続する形態が好ましい。圧力測定用孔５２の内径は、半田孔５１の内径よりも小さく設定される。すなわち、圧力測定用孔５２は、半田孔５１に比べて流路抵抗が大きくされる。圧力測定用孔５２は、排気孔５３ａよりも上方に形成される。これにより、ヒュームによる圧力測定用孔５４の汚染の低減が図れる。

【0028】

（排気孔の他の形態）
図３に、鏝先の本体部に形成される排気孔の他の形態を示す。図３（ａ）に示す排気孔５３ｂは傾斜角度の異なる２つの傾斜部５３１、５３２から構成される。傾斜部５３１の角度θ_１は傾斜部５３２の角度θ_２よりも大きく、排気孔５３ｂは半田孔５１の内周面から半径方向外方に向かって上方に緩やかに傾斜した後、急角度で傾斜している。このような排気孔５３ｂは、隣設する電子部品にヒュームがかからないように可能な限り上方に向けてヒュームを排出したい場合などに形成され得る。

【0029】

図３（ｂ）に示す排気孔５３ｃは、傾斜部５３３と水平部５３４とから構成される。このような構成の排気孔５３ｃは、排気孔５３ｃからのヒュームの排出方向を、可能な限り水平にしたい場合などに形成され得る。

【0030】

図３（ｃ）に示す排気孔５３ｄは、２つの水平部５３５，５３６と１つの接続部５３７とをから構成され、水平部５３５の半径方向外側端と水平部５３６の半径方向内側端とが垂直な接続部５３７で接続された構造を有する。接続部５３７は、垂直である場合の外、鏝先５ｄの半径方向外方に向かって上方に傾斜していても構わない。

【0031】

（他の鏝先）
図４に、本発明に係る鏝先の他の実施形態を示す。図４（ａ）に示す鏝先５ｅは、図１に示した鏝先５ａと基本構造は同じで、本体部５０に２つの排気孔５３ａが設けられている点が異なる。２つの排気孔５３が本体部５０に設けられていることによって、ヒュームなどの半田孔５１からの排出が迅速に行われるようになる。なお、本体部５０に形成する排気孔５３ａの個数は３つ以上であっても構わない。また、複数個の排気孔５３ａの各々の形成位置は本発明の構成を満たす範囲において上下方向および周方向のいずれであっても構わない。

【0032】

図４（ｂ）に示す鏝先５ｆは、図１に示した鏝先５ａと同様に、円柱状の本体部５０と、本体部５０の中心軸線Ｃ１を中心として上下方向に貫通した半田孔５１と、半田孔５１の内周面と本体部５０の外周面とに開口５４，５５を有する排気孔５３ａとを有する。一方、図１に示した鏝先５ａと異なって、半田孔５１の下部に拡径部５１０が設けられておらず、また本体部５０の上部に半田孔５１の内周面と本体部５０の外周面とに開口を有するガス解放孔５９が設けられている。

【0033】

図１に示した鏝先５ａが拡径部５１０を設けていたのは、主として、基板ＣＢから突出したピン端子Ｐと基板ＣＢとの半田付けする際の、半田孔５１へのピン端子Ｐの挿入裕度を大きくするためからであったところ、基板ＣＢ上のパッド（平面電極）と電子部品の端子とを接続する場合などは半田孔５１の下部の拡径部５１０は特段必要ではなく、図４（ｂ）の鏝先５ｆに示すような拡径部５１０を有さないものであってもよい。

【0034】

後述する半田付け装置ＡＰでは、溶融半田の酸化抑制などの観点から窒素ガスなどの不活性ガスが半田孔に供給されている。このような半田付け装置ＡＰでは、半田孔５１内で加熱溶融された半田が半田孔５１および排気孔５３ａを完全に塞いでしまうと半田孔５１の内圧が著しく高くなるおそれがある。そこで、鏝先５ｅでは、ガス解放孔５９を設けて半田孔５１の内圧が著しく高くならないようにしている。なお、ガス解放孔５９の内径は、半田孔５１の内径よりも小さく設定される。すなわち、ガス解放孔５９は、半田孔５１に比べて流路抵抗を大きくされる。なお、通常は、半田孔５１内で加熱溶融された半田片Ｗｈが半田孔５１および排気孔５３ａを完全に塞いだ場合でも、溶融半田は短時間で流下し半田孔５１および排気孔５３ａの少なくとも一方は溶融半田による閉塞が解除されるので、ガス解放孔５９が設けられていなくても問題ない。

【0035】

（半田付け装置の全体構成）
本発明に係る鏝先５ａが用いられる半田付け装置について以下説明する。図５は、鏝先５ａを用いて半田付けを行う半田付け装置ＡＰの斜視図である。半田付け装置ＡＰが基板ＣＢに電子部品Ｅｐを半田付けする場合である。治具Ｇｊに固定された基板ＣＢには４つのスルーホールＴｈが形成されており、各スルーホールＴｈの内周面及び周縁にはランドＬｄが形成されている。そして、この４つのスルーホールＴｈの各々には、基板ＣＢの裏面側に配置された電子部品Ｅｐから延出した４つのピン端子Ｐが下から上方向に挿通され、基板ＣＢの上面からピン端子Ｐの先端が突出した状態となっている。

【0036】

一方、半田付け装置ＡＰは、多関節アームＡｍを有する移動手段としてのマニピュレーターＭＬと、マニピュレーターＭＬの先端に取り付けられた装置本体Ａ１と、マニピュレーターＭＬ及び装置本体Ａ１の動作を制御する制御装置Ｃｏｎｔとを備える。マニピュレーターＭＬは基台Ｂｓ上に設置され、多関節アームＡｍは複数の関節部の各々において回転可能とされている。制御手段Ｃｏｎｔは、マニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの回転動作を制御して、装置本体Ａ１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の所望位置に移動させる。また制御手段Ｃｏｎｔは、図６に示す装置本体Ａ１のカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６及びヒーターユニット（熱源）４の動作を制御する。なお、本実施形態ではカッターユニット２、駆動機構３、半田送り機構６が半田片供給手段を構成する。

【0037】

半田付け装置ＡＰによって半田付けを行う場合、装置本体Ａ１が、マニピュレーターＭＬによってＸ方向及びＹ方向に移動されて基板ＣＢのランドＬｄに対する位置決めが行われる。そして、装置本体Ａ１がＺ方向に移動されることで、鏝先５ａの先端が基板ＣＢに接触する。以下説明する実施形態ではこの半田付け装置ＡＰを用いて、基板ＣＢの上面から突出したピン端子Ｐを装置本体Ａ１の鏝先５ａの半田孔５１内に位置させ、鏝先５ａの半田孔５１に供給される半田片Ｗｈを溶融させてピン端子ＰとランドＬｄとを半田付けする。なお、本実施形態では、装置本体Ａ１を移動させているが、装置本体Ａ１を固定し基板ＣＢを移動させる、あるいは装置本体Ａ１と基板ＣＢの両者を移動させるようにしても構わない。

【0038】

このような鏝先５の制御手段Ｃｏｎｔによる移動制御は、予め入力設定された値に基づき行ってもよいし、接触センサーなど不図示の検知手段による検知信号に基づき行ってもよい。

【0039】

（装置本体Ａ１）
図６に装置本体Ａ１の斜視図を示し、図７に図６に示す装置本体Ａ１の垂直断面図、図８は図６に示す装置本体Ａ１に設けられた駆動機構の一部の分解斜視図である。なお、図６では、筐体の一部を切断し、装置本体Ａ１の内部を表示するようにしている。

【0040】

図６に示すように、装置本体Ａ１は、装置ユニットＵと、装置ユニットＵをＺ方向の所定距離範囲で移動可能に支持する支持部材ＳＰと、装置ユニットＵと支持部材ＳＰを覆うカバーＣ（図６の破線）とを有する。

【0041】

支持部材ＳＰは、四角形状のＹＺ平面を有しＸ方向に所定の厚みを有する板状の基部Ｍｆと、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＹ方向中央部にＹ方向に所定幅を有しＸ方向に突出しＺ方向に連続するガイドレールＭｇと、ガイドレールＭｇにＺ方向に移動可能に取り付けられたブロックＭｂとを備える。

【0042】

基部ＭｆのＺ方向上端部はマニピュレーターＭＬの多関節アームＡｍの先端に取り付けられる。ブロックＭｂには装置ユニットＵの壁体１１がＺ方向の略全域にわたって取り付けられている。すなわち、装置ユニットＵはブロックＭｂに固定され、ブロックＭｂと一体となってＺ方向に移動可能とされている。また、ブロックＭｂのＹ方向の一方側面の下端部には移動規制ピン９１が側面から外方に向かって垂直に突出して設けられている。

【0043】

一方、基部ＭｆのＸ方向一方側面のＺ方向下部のＹ方向端部位置には、直方体形状の上ストッパー部９３と下ストッパー部９４とがＺ方向に所定距離隔てて対向するように設けられている。

【0044】

ブロックＭｂの一方側面に設けられた移動規制ピン９１は、基部Ｍｆの上ストッパー部９３と下ストッパー部９４との間の領域に位置し、初期状態のときすなわち鏝先５ａが基板ＣＢに当接していない状態のときは、装置ユニットＵ及びブロックＭｂの自重によって移動規制ピン９１は下ストッパー部９４に当接した状態となっている。換言すると、移動規制ピン９１が下ストッパー部９４に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向下方への移動が規制される。他方、鏝先５ａが基板ＣＢに当接して装置ユニットＵがＺ方向上方に移動した場合には、移動規制ピン９１が上ストッパー部９３に当接することで、装置ユニットＵのＺ方向上方向への移動が規制される。

【0045】

（装置ユニットＵ）
装置ユニットＵは、支持部１、カッターユニット２、駆動機構３、ヒーターユニット４、鏝先５、半田送り機構６を備えている。

【0046】

支持部１は、立設された平板状の壁体１１を備えている。なお、以下の説明では、便宜上、図６に示すように、壁体１１に沿う水平方向をＸ方向、壁体１１と垂直な水平方向をＹ方向、壁体１１に沿う鉛直方向をＺ方向とする。例えば、図６に示すように、壁体１１はＺＸ平面を有している。

【0047】

支持部１は、壁体１１と、保持部１２と、摺動ガイド１３と、ヒーターユニット固定部１４とを備える。壁体１１は、鉛直方向に立設された平板状の壁体である。壁体１１は、装置本体Ａ１の支持部材としての役割を果たしている。保持部１２は、壁体１１のＺ方向の下端部より上方にずれた位置に固定されている。保持部１２は、駆動機構３の後述するエアシリンダー３１を保持する。ヒーターユニット固定部１４は、ヒーターユニット４の固定を行う部材であり、壁体１１のＺ方向の端部（下端部）に設けられている。

【0048】

摺動ガイド１３は、壁体１１のＺ方向の下端部の近傍に、固定されている。摺動ガイド１３は、カッターユニット２の後述するカッター下刃２２と共に、壁体１１と固定されており、カッターユニット２の後述するカッター上刃２１をＸ方向に摺動可能にガイドする。

【0049】

摺動ガイド１３は、Ｙ方向に対向して対をなす部材である。摺動ガイド１３は、一対の壁部１３１と、抜止部１３２とを有している。壁部１３１は、Ｘ方向に延びる平板状の部材である。一方の壁部１３１は、壁体１１と接触して配されており、壁体１１と反対側の面は、カッター下端２２と接触している。また、他方の壁部１３１は、カッター下刃２２の側面と接触している。つまり、一対の壁部１３１は、カッター下刃２２をＹ方向の両側から挟んでいる。そして、一対の壁部１３１及びカッター下刃２２は、ねじ等の締結具で壁体１１に共締めされて、固定される。

【0050】

抜止部１３２は、一対の壁部１３１のそれぞれに設けられている。一対の壁部１３１は、カッター下刃２２のＺ方向上面よりもＺ方向に延びており、一対の壁部１３１のＺ方向の上端部から、それぞれ、他方に向かって延びている。すなわち、摺動ガイド１３は、一対の抜止部１３２を備えている。そして一対の抜止部１３２それぞれのＹ方向の先端は、接触しない、換言すると、摺動ガイド１３には上部に開口を有している。カッター上刃２１は、カッター下刃２２の上面と、抜止部１３２との間に少なくとも一部は配される。これにより、カッター上刃２１は、Ｘ方向にガイドされるとともに、Ｚ方向に抜け止めされる。

【0051】

カッターユニット２は、半田送り機構６によって送られた糸半田Ｗを所定長さの半田片Ｗｈに切断する切断具である。カッターユニット２は、カッター上刃２１と、カッター下刃２２と、プッシャーピン２３とを備えている。

【0052】

上述のとおり、カッター下刃２２は摺動ガイド１３とともに壁体１１に固定される。図７に示すように、カッター下刃２２は、下刃孔２２１と、ガス流入孔２２２とを備えている。下刃孔２２１は、カッター下刃２２をＺ方向に貫通する貫通孔であり、カッター上刃２１の後述する上刃孔２１１を貫通した糸半田Ｗが挿入される。下刃孔２２１の上端の辺縁部は切刃状に形成されている。上刃孔２１１と下刃孔２２１とを用いて、糸半田Ｗを所定長さの半田片Ｗｈに切断する。切断された半田片Ｗｈは、自重によって又はプッシャーピン２３に押されて、下刃孔２２１の内部を下方に落下する。下刃孔２２１は、ヒーターユニット４の後述する半田供給孔４２２を介して、鏝先５の後述する半田孔５１と連通している。下刃孔２２１の内部を落下した半田片Ｗｈは、半田供給孔４２２に達した後、半田孔５１に落下する。

【0053】

ガス流入孔２２２は、カッター下刃２２の外側面と下刃孔２２１とを連通する孔である。ガス供給源ＧＳから供給されるガスはガス流入孔２２２に流入する。そして、ガスは、下刃孔２２１、半田供給孔４２２を通過して、半田孔５１に到達する。なお、ガスとは、半田を加熱して溶融するときに半田の酸化を抑制するために用いられるものである。すなわち、溶融した半田と酸素との接触を抑制するためのガスである。ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素等を挙げることができる。本実施形態の半田付け装置ＡＰでは、窒素ガスを供給するものとして説明する。

【0054】

カッター上刃２１は、上述したとおり、カッター下刃２２のＺ方向上面上に配される。カッター上刃２１は、摺動ガイド１３によって摺動時に摺動方向がＸ方向になるようガイドされるとともにＺ方向に抜け止めされる。すなわち、カッター上刃２１は、カッター下刃２２のＺ方向の上面上をＸ方向に摺動する。なお、カッター上刃２１は、駆動機構３によって摺動される。

【0055】

カッター上刃２１は、上刃孔２１１と、ピン孔２１２とを備えている。上刃孔２１１は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である、上刃孔２１１には、半田送り機構６から送られた糸半田Ｗが挿入される。上刃孔２１１の下端の辺縁部は切刃状に形成されている。ピン孔２１２は、カッター上刃２１をＺ方向に貫通する貫通孔である。ピン孔２１２には、プッシャーピン２３の後述するロッド部２３１が、摺動可能に挿入される。

【0056】

プッシャーピン２３は、ロッド部２３１と、ヘッド部２３２と、バネ２３３とを有する。ロッド部２３１は、円柱状の部材であり、ピン孔２１２に摺動可能に挿入される。また、プッシャーピン２３がＺ方向下に移動することで、ロッド部２３の先端が、ピン孔２１２から突出する。ヘッド部２３２はロッド部２３１の軸方向の上端に連結される。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２の内径よりも大きい外径を有する円板形状である。ヘッド部２３２は、ピン孔２１２に挿入されない。すなわち、ヘッド部２３２は、ロッド部２３１のピン孔２１２内への移動を制限する、いわゆる、ストッパーとしての役割を果たす。

【0057】

バネ２３３は、ロッド部２３１の径方向外側を囲む圧縮コイルばねである。バネ２３３は、Ｚ方向下端部がカッター上刃２１の上面と接触し、Ｚ方向上端部がヘッド部２３２の下面と接触する。すなわち、バネ２３３は、カッター上刃２１の上面から反力を受け、ヘッド部２３２をＺ方向上に押す。これにより、ヘッド部２３２と連結されたロッド部２３１は、Ｚ方向上方に持ち上げられ、ロッド部２３１の下端が、ピン孔２１２の下端から突出しないように維持される。なお、ロッド部２３１のＺ方向下端部には、ピン孔２１２からの抜けを抑制する抜け止め（不図示）が設けられている。

【0058】

プッシャーピン２３は、カッター上刃２１とカッター下刃２２で切断されて下刃孔２２１に残った半田片Ｗｈを下方に押す。そして、プッシャーピン２３は、ばね２３３の弾性力によって、常に上方に、すなわち、カッター下刃２２と反対側に押し上げられている。つまり、ロッド部２３１は、ヘッド部２３２が押されたときに、ピン孔２１２のＺ方向下端部から下に突出する。そして、ヘッド部２３２は、駆動機構３の後述するカム部材３３に押される。

【0059】

カッター上刃２１において、上刃孔２１１とピン孔２１２とはＸ方向に並んで設けられている。カッター上刃２１は、Ｘ方向に摺動することで、上刃孔２１１と下刃孔２２１とが上下に重なる位置、又は、ピン孔２１２と下刃孔２２１とが上下に重なる位置に移動する。なお、カッター上刃２１は、一方の摺動端部まで摺動したときに上刃孔２１１と下刃孔２２１とが重なり、他方の摺動端部まで摺動したときにピン孔２１２と下刃孔２２１とが重なるように、摺動してもよい。

【0060】

そして、上刃孔２１１と下刃孔２２１とがＺ方向に重なっている状態で、半田送り機構６から糸半田Ｗが送られると、上刃孔２１１を通過した糸半田Ｗが、下刃孔２２１に挿入される。上述のとおり、上刃孔２１１の下端の辺縁部が切刃状に形成されているとともに、下刃孔２２１の上端の辺縁部も切刃状に形成されている。そして、カッター上刃２１の下面は、カッター下刃２２の上面と接触している。そのため、下刃孔２２１に糸半田Ｗが挿入されている状態で、カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、上刃孔２１１および下刃孔２２１それぞれの切刃によって糸半田Ｗが切断される。

【0061】

カッター上刃２１は、カム部材３３によってＸ方向に摺動される。そのため、カッター上刃２１及びプッシャーピン２３は、カム部材３３と同期している。カム部材３３は、ピン孔２１２が下刃孔２２１とＺ方向に重なったときに、ヘッド部２３２を押す。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときには、プッシャーピン２３のロッド部２３１の先端は、ピン孔２１２に収容されている。そのため、カッター上刃２１がＸ方向に摺動するときに、ロッド部２３１の先端とカッター下刃２２の上面とが接触するのを抑制し、ロッド部２３１の先端及び（又は）カッター下刃２２の変形、破損等が抑制される。

【0062】

カッター上刃２１がＸ方向に摺動することで、下刃孔２１１とピン孔２１２とがＺ方向に重なる。ピン孔２１２が下刃孔２１１と重なっている状態で、ヘッド部２３２はカム部材３３に押される。これにより、プッシャーピン２３が、Ｚ方向下に移動する。プッシャーピン２３がピン孔２１２からＺ方向下方に突出すると、プッシャーピン２３の一部が下刃孔２１１に挿入される。下刃孔２１１の入り口に糸半田Ｗを切断した後述の半田片Ｗｈが残っている場合、プッシャーピン２３の先端が半田片Ｗｈを押して、半田片Ｗｈは落下する。

【0063】

図６、図７に示すように、駆動機構３は、エアシリンダー３１と、ピストンロッド３２と、カム部材３３と、スライダー部３４と、ガイド軸３５とを有する。エアシリンダー３１は保持部１２に保持される。エアシリンダー３１は、有底円筒状である。エアシリンダー３１の内部には、ピストンロッド３２が収容されており、外部から供給される空気の圧力でピストンロッド３２を摺動駆動（伸縮）させる。エアシリンダー３１とピストンロッド３２とが駆動機構３のアクチュエーターを構成している。ピストンロッド３２は、エアシリンダー３１の内部に配されるとともに、一部が常にエアシリンダー３１の軸方向の一方の端部（ここでは、Ｚ方向の下端部）から、突出している。エアシリンダー３１は、ピストンロッド３２が突出する面がカッターユニット２に向くように、すなわち、Ｚ方向下に向くように、保持部１２に保持される。

【0064】

ピストンロッド３２は、保持部１２に設けられた貫通孔（不図示）を貫通している。ピストンロッド３２は、ガイド軸３５と平行に設けられており、ガイド軸３５に沿って直線的に往復動する。ピストンロッド３２の先端部は、カム部材３３に固定されており、ピストンロッド３２の伸縮によって、カム部材３３がＺ方向に摺動する。カム部材３３の摺動は、ガイド軸３５によってガイドされている。

【0065】

図７に示すように、ガイド軸３５は、下端部がカッター下刃２２に設けられた凹穴に嵌合されており、カッター下刃２２にねじ３５１でねじ止め固定されている。また、ガイド軸３５の上部は、保持部１２に設けられた孔を貫通しており、ピン３５２によって移動が規制されている。つまり、ガイド軸３５はねじ３５１によってカッター下刃２２と、ピン３５２によって保持部１２と固定されている。

【0066】

なお、本実施形態において、ガイド軸３５は、ねじ３５１及びピン３５２によって固定されているが、これに限定されるものではなく、例えば、圧入、溶接等の固定方法で固定されるものであってもよい。また、本実施形態において、ガイド軸３５として円柱状の部材としているが、これに限定されるものではなく、断面多角形状や楕円等を利用してもよい。

【0067】

図７、図８に示すように、カム部材３３は、矩形状の部材であり、長辺の一部を矩形状に切り欠いた凹部３３０と、カム部材３３に連結し、ガイド軸３５が貫通する貫通孔を備えた円筒形状の支持部３３１とを備えている。凹部３３０には、スライダー部３４が（Ｘ方向及びＺ方向に）摺動可能に配置される。また、支持部３３１はガイド軸３５と平行に延びる形状を有しており、カム部材３３のがたつきを抑制するために設けられている。つまり、カム部材３３がある程度厚みを有し、がたつきが発生しにくい構成の場合、円筒形状の部分を省略し、貫通孔だけで支持部３３１を構成してもよい。

【0068】

そして、カム部材３３は、凹部３３０の中間部分に設けられて中心軸線がガイド軸３５と直交する円柱状のピン３３２と、凹部３３０と隣接してプッシャーピン２３を押すピン押し部３３３と、支持部３３１内部に配置された軸受３３４とを備えている。ピン３３２は、スライダー部３４に設けられた後述するカム溝３４０に挿入される。また、軸受３３４は、ガイド軸３５に外嵌し、カム部材３３ががたつかないように、円滑に摺動させる部材である。

【0069】

図７、図８に示すように、スライダー部３４は、長方形状の板状の部材であり、カッター上刃２１と一体的に形成されている。スライダー部３４は、板厚方向に貫通するとともに長手方向に延びるカム溝３４０を備えている。カム溝３４０は、ガイド軸３５と平行に延びる第１溝部３４１を上側に、同じくガイド軸３５と平行に延びる第２溝部３４２を下側に設けている。そして、第１溝部３４１と第２溝部３４２とは、Ｘ方向にずれて設けられており、カム溝３４０は第１溝部３４１と第２溝部３４２とを接続する接続溝部３４３を備えている。

【0070】

カム溝３４０には、カム部材３３のピン３３２が挿入されており、カム部材３３がガイド軸３５に沿って移動することで、ピン３３２がカム溝３４０の内面を摺動する。ピン３３２がカム溝３４０の接続溝部３４３に位置するとき、接続溝部３４３の内面を押す。これにより、スライダー部３４及びスライダー部３４に一体的に形成されたカッター上刃２１がカム部材３３の摺動方向（Ｚ方向）と交差する方向（Ｘ方向）に移動（カッター下刃２２に対して摺動）する。

【0071】

なお、本実施形態では、カム部材３３にピン３３２、スライド部３４にカム溝３４０を備えた構成を挙げて説明しているが、実際には、カム部材にカム溝、スライド部にピンを備えた構成であってもよい。

【0072】

本実施形態では、駆動機構３のアクチュエーターとして空気圧を用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、空気以外の流体（例えば、作動油）を用いるもの（油圧）であってもよい。また、流体を用いるものに限定されるものではなく、モーターやソレノイド等の電力を用いるものであってもよい。本実施形態では、１つのアクチュエーターと、カム及びカム溝を用いて、カッター上刃２１の摺動とプッシャーピン２３の押下を行っているが、これに限定されない。例えば、カッター上刃２１の摺動と、プッシャーピン２３の押下とを行うように、アクチュエーターを複数個（２個）備えていてもよい。

【0073】

図６、図７に示すように、半田送り機構６は、糸半田Ｗを供給する。半田送り機構６は、一対の送りローラ６１と、ガイド管６２とを備えている。一対の送りローラ６１は、支持壁１１に回転可能に取り付けられている。一対の送りローラ６１は、糸半田Ｗの側面を挟んで回転することで、糸半田Ｗを下方に送る。なお、一対の送りローラ６１は、互いに他方に向かって付勢されており、その付勢力で糸半田Ｗを挟む。送りローラ６１の回転角度（回転数）によって、送り出した糸半田Ｗの長さが測定（決定）されている。

【0074】

ガイド管６２は、弾性変形可能な管体であり、上端は、送りローラ６１の糸半田Ｗが送り出される部分に近接して配置されている。また、ガイド管６２の下端は、カッター上刃２１の上刃孔２１１と連通するように設けられている。なお、ガイド管６２の下端はカッター上刃２１の摺動に追従して移動するものであり、ガイド管６２はカッター上刃２１が摺動する範囲で過剰に引っ張られたり、突っ張ったりしない長さ、および、形状を有している。

【0075】

ヒーターユニット４は、半田片Ｗｈを加熱し、溶融させるための熱源であり、図７に示すように、壁体２２の下端部に設けられたヒーターユニット固定部１４に固定されている。ヒーターユニット４は、ヒーター４１と、ヒーターブロック４２とを備える。ヒーター４１は、通電により発熱する。ヒーター４１は、ここでは、円筒形状のヒーターブロック４２の外周面に巻き回された電熱線を有する。

【0076】

ヒーターブロック４２は円筒形状を有しており、軸方向の端部に鏝先５ａを取り付けるための断面円形状の凹部４２１と、凹部４２１の底部の中心部から反対側に貫通した半田供給孔４２２と、凹部４２１の内周面と外周面とを連通する貫通孔４２３とを備えている。ヒーターブロック４２は、半田供給孔４２２と下刃孔２２１とが連通するように、カッター下刃２２に接触して設けられている。ヒーターブロック４２をこのように設けることで、半田片Ｗｈは、下刃孔２２１から半田供給孔４２２に移動する。

【0077】

鏝先５ａは、ヒーターブロック４２の凹部４２１に挿入され、図示を省略した部材によって抜け止めがなされている。また、鏝先５ａの半田孔５１は、ヒーターブロック４２の半田供給孔４２１と連通しており、半田供給孔４２１から半田片Ｗｈが送られる。また、鏝先５ａがヒーターブロック４２の凹部４２１に挿入されると、鏝先５ａの圧力測定用孔５２が凹部４２１の貫通孔４２３に接続する。貫通孔４２３の外周面側開口には圧力測定用配管８の一方端が接続されており、半田孔５１の内圧は圧力測定用孔５２、貫通孔４２３，圧力測定用配管８を介して圧力測定部７５で測定される。

【0078】

鏝先５ａは、ヒーター４１からの熱が伝達されており、その熱で半田片Ｗｈを溶融させる。そのため、鏝先５ａは、高い熱伝導率を有する材料、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミ等のセラミックやタングステン等の金属で形成されている。装置ユニットＵにおいて、鏝先５ａは円筒形状のものとしているが、これに限定されるものではなく、断面多角形又は楕円形の筒形状のものを用いてもよい。半田付けを行う基板ＣＢ及び（又は）電子部品Ｅｐのピン端子Ｐの形状に合わせて異なる形状のものを用意するようにしてもよい。

【0079】

ガス供給部７は、装置ユニットＵの外部に設けられたガス供給源ＧＳから供給されるガスを装置ユニットＵに供給する。ガスとして、上述した、不活性ガスを用いることで半田の酸化を防止することが可能である。図７に示すように、ガス供給部７は、配管７０と、第１調整部７１と第１計測部７２とを有する。配管７０は、ガス供給源ＧＳからの窒素ガスをガス流入孔２２２に流入させる配管である。なお、図７では、便宜上、配管７０を線図で示しているが、実際にはガスである窒素ガスが漏れない管体（例えば、樹脂管）である。

【0080】

第１調整部７１は、流量制御弁を含む構成であり、配管７０を流れる窒素ガスの流量を調整している。第１計測部７２は配管７０を流れる窒素ガスの流量を計測する。すなわち、第１計測部７２は、第１調整部７１から吐出される窒素ガスの流量を計測している。そして、第１計測部７２は、計測した窒素ガスの流量が予め決められた流量となるように、第１調整部７１に対して、第１調整部７１を制御する制御信号を送信している。すなわち、ガス供給部７は、第１調整部７１と第１計測部７２を用いて、フィードバック制御を行っており、ガス供給源ＧＳから半田孔５１に供給される窒素ガスの流量を一定に制御している。なお、第１計測部７２の計測結果に基づいて、作業者が手動で第１調整部７１を操作して窒素ガスの流量を調整してもよい。また、なんらかの異常により計測した流量が予め決めた基準値と異なる又は予め設定した範囲から外れる場合には、制御手段Ｃｏｎｔは、異常が発生している旨の警報及び（又は）半田付け装置の運転の停止を行ってもよい。

【0081】

鏝先５ａに形成された圧力測定用孔５２の外側開口には圧力測定用配管８の一方端が接続されている。そして圧力測定用配管８の他方端には圧力測定部７５が接続されている。圧力測定部７５は、半田孔５１の内部の圧力を測定し、その測定結果を制御手段Ｃｏｎｔに送信する。そして、後述するように、制御手段Ｃｏｎｔは、半田孔５１の内部の圧力及び／又は圧力変化に基づいて鏝先の状態を判定する。すなわち、制御手段Ｃｏｎｔは、鏝先の状態を判定する状態判定部としての役割を果たす。また、制御手段Ｃｏｎｔは、判定した鏝先の状態に基づいて、半田付け装置ＡＰの制御を行ってもよい。半田付け装置ＡＰの制御としては、例えば、装置本体Ａ１の基板ＣＢへの接近離間、糸半田Ｗの切断、鏝先５ａの加熱等を含む。

【0082】

（半田付け装置の動作）
次に、半田付け装置ＡＰの動作について説明する。図９に示すように、制御手段Ｃｏｎｔ（図５に図示）が、マニピュレーターＭＬ（図５に図示）の多関節アームＡｍ（図５に図示）の回転動作を制御して、装置本体Ａ１の鏝先５ａを、鏝先５ａの中心軸線が基板ＣＢから突出したピン端子Ｐの中心軸線と同一線上で且つ上方向に離隔した位置（離隔位置）に移動させる。

【0083】

次いで、図１０に示すように、制御手段ＣｏｎｔはマニピュレーターＭＬを制御して、鏝先５ａを下方に移動させて、鏝先５ａの下面を基板ＣＢのソルダーレジストＳＲに当接させ、鏝先５ａの半田孔５１内に電子部品Ｅｐのピン端子Ｐを位置させる。鏝先５ａには、ヒーター４１（図７に図示）からの熱が伝達されており、鏝先５ａが接触することで基板ＣＢのソルダーレジストＳＲを介してランドＬｄが伝熱により加熱され（プレヒート）、電子部品Ｅｐのピン端子ＰもソルダーレジストＳＲ、ランドＬｄ及び基板ＣＢを経由した伝熱及び鏝先５ａからの輻射熱、さらには半田孔５１内の対流によって加熱される。

【0084】

そして図１１に示すように、カッターユニット２によって糸半田Ｗから所定長さに切断された半田片Ｗｈが鏝先５ａの半田孔５１に供給される。半田片Ｗｈは半田孔５１を落下し、半田片Ｗｈの下端がピン端子Ｐの先端に当接し、半田片Ｗｈの上端は半田孔５１の内周面に接触した状態で停止する。前述のように鏝先５ａには、ヒーター４１（図７に図示）からの熱が伝達されており、半田片Ｗｈは半田孔５１との接触部分からの伝熱によって加熱される。また同時に、半田片Ｗｈは、半田孔５１の内周面からの輻射および半田孔５１内の対流によって加熱される。
半田片Ｗｈがフラックスの溶融温度以上に加熱されるとフラックスが溶融する。そして、溶融したフラックスが高温の鏝先５ａの内壁に接触すると、フラックスの一部が気化してヒュームが発生する。発生したヒュームは排気孔５３ａから鏝先５ａの外に排出される。

【0085】

次いで、図１２に示すように、半田片Ｗｈの温度が半田の溶融温度に達すると、半田片Ｗｈは溶融して溶融半田ＭＳとなり、半田孔５１の内周面による制約で球形になれない状態でピン端子Ｐ上に一時的に留まる。なお、ピン端子Ｐが半田の溶融温度以上に加熱されていた場合は溶融半田ＭＳはピン端子Ｐ上に留まることなく流下する。

【0086】

そして、ピン端子Ｐが半田の溶融温度以上に加熱されると、図１３に示すように、溶融半田ＭＳは拡径部５１０に流下する。さらに溶融半田ＭＳの一部はスルーホールＴｈ内を流下する。溶融半田ＭＳの一部は基板ＣＢの下面側に到達してバックフィレットを形成する。

【0087】

次いで、図１４に示すように、鏝先５ａが基板ＣＢから上方に離間することで溶融半田ＭＳが外気によって冷却固化され、ランドＬｄとピン端子Ｐとの間に半田の円錐形状のフィレット（およびバックフィレット）が形成され、ランドＬｄとピン端子Ｐとが半田付けされる。半田付け装置ＡＰはこの一連の動作を繰り返して電子部品Ｅｐのピン端子Ｐと基板ＣＢのランドＬｄとの半田付けを順次行う。

【0088】

（鏝先の状態判定方法）
次に、鏝先５ａの半田孔５１内の圧力に基づいて鏝先の状態を判定する判定方法について説明する。なお、図７に示すガス供給部７において、ガス流入孔２２２に流入した窒素ガスは、すべて、鏝先５ａの半田孔５１に流入するものとする。例えば、ガス流入孔２２２は、下刃孔２２１と連通しており、下刃孔２２１は、カッター下刃２２をＺ方向上下に貫通している。窒素ガスが供給されている状態において、窒素ガスは、下刃案２２１のＺ方向上端から抜けないように、密閉されるものとする。

【0089】

なお、鏝先５ａの半田孔５１内を流れる窒素ガスは、ガス供給源ＧＳからのガスを第１調整部７１で調整することで流量が調整される。第１調整部７１に備えられている流量制御弁は、配管内部の圧力にかかわらず窒素ガスを設定した流量で流し続ける。すなわち、ガス供給部７は、流量一定とする流量制御を行う。

【0090】

装置本体Ａ１において、例えば、半田片Ｗｈが半田孔５１に供給された場合、半田孔５１の軸と直交する断面の一部を半田片Ｗｈが占める。そのため、半田孔５１の窒素ガスが流れる部分の流路面積が小さくなり、窒素ガスが流れにくくなる、すなわち、流路抵抗が大きくなる。そして、半田孔５１の流路抵抗が大きくなると半田孔５１内の圧力Ｐが上昇する。つまり、鏝先５ａの状態が変化することで半田孔５１内の圧力Ｐが変動する。制御手段Ｃｏｎｔは、この圧力Ｐ、或いは、圧力Ｐの変化に基づいて、鏝先５ａの状態を判定する。例えば、制御手段Ｃｏｎｔは、圧力Ｐの変化とその変化の原因とを関連付けた情報を予め記憶している。制御手段Ｃｏｎｔは、算出した圧力Ｐの変化に基づいて、その原因、すなわち、鏝先５ａの状況を判定する。

【0091】

以下に、鏝先５ａの各状態における半田孔５１内の圧力Ｐについて、図１５を参照して説明する。図１５は、半田付け装置ＡＰで半田付け作業を１回行うときの半田孔５１内の圧力Ｐの変化を示す図である。

【0092】

本実施形態では、鏝先５ａの状態として、基準状態、鏝先接触状態、半田片投入状態、半田片溶融状態、半田片流出状態、鏝先離間状態の６個の状態を挙げて説明する。半田付け装置ＡＰでは、１回の半田付け時に上記各状態に順に変化する。

【0093】

（ａ）基準状態
図９に示したように、装置本体Ａ１では、半田付けを行う前段階（例えば、鏝先５ａをプレヒートするあるいは半田付けを行う基板ＣＢを変更する等）において、鏝先５ａは、基板ＣＢから離している。鏝先５ａが基板ＣＢから離れている状態を基準状態とする。すなわち、半田孔５１は下端開口が大気に開放されている。また、本実施形態では、装置本体Ａ１が基準状態のときに、ヒーターユニット４を駆動して鏝先５ａを加熱する。基準状態において、ガス供給源ＧＳから窒素ガスの供給が開始されると、ガス供給部７に窒素ガスが供給される。上述のとおりガス供給部７は、第１調整部７１で窒素ガスを流量Ｑに調整している。

【0094】

装置本体Ａ１が基準状態のとき、半田孔５１の下端開口は大気に開放されている。そのため、ガス供給部７から半田孔５１に窒素ガスが供給されても、半田孔５１内の圧力Ｐは一定である。基準状態における半田孔５１内の圧力Ｐを圧力Ｐａとする。基準状態において、鏝先５ａは、半田孔５１の下端開口が大気開放されているため、排気孔５３ａから外部に流れる窒素ガスは少量である。

【0095】

（ｂ）鏝先接触状態
図１０に示したように、半田付け装置ＡＰは、半田付けを行うため、基準状態の後に鏝先５ａを基板ＣＢのソルダーレジストＳＲに接触させる。鏝先５ａがソルダーレジストＳＲに接触すると、鏝先５ａの半田孔５１の下端開口がソルダーレジストＳＲおよびランドＬｄによって一部塞がれる。半田孔５１を通過した窒素ガスは、ピン端子Ｐが挿入されたスルーホールＴｈから外部に流出する。

【0096】

ピン端子Ｐが挿入されたスルーホールＴｈの窒素ガスが抜ける部分の流路面積は、半田孔５１の中心軸線Ｃ１と直交する断面積よりも小さい。このため、鏝先５ａが接触状態のとき、半田孔５１内の流路抵抗は基準状態よりも大きくなり、鏝先接触状態における半田孔５１内の窒素ガスの圧力Ｐｂは基準状態の圧力Ｐａよりも高くなる。

【0097】

（ｃ）半田片投入状態
図１１に示したように、ランドＬｄが適切な温度まで昇温された後に、半田片Ｗｈが半田孔５１に投入される。半田片Ｗｈは、半田孔５１に挿入されているピン端子Ｐに接触して、半田孔５１の内部で停止する。半田片Ｗｈが半田孔５１の途中で停止することで、半田孔５１の窒素ガスが通過する流路面積は小さくなる。これにより、半田片投入状態のときには、鏝先接触状態のときに比べて、半田孔５１内の流路抵抗が大きくなる。そして、半田片投入状態のときの半田孔５１内の圧力Ｐｃは、鏝先接触状態の圧力Ｐｂよりも高くなる。また、本発明では、排気孔５３ａの内周面側の開口５４が半田片Ｗｈの溶融領域に形成されているので、半田片Ｗｈによって開口５４の一部が塞がれて排気孔５３ａから鏝先５ａの外へ流れ出る窒素ガスは鏝先接触状態のときと同じまたはそれ以下となる。

【0098】

（ｄ）半田片溶融状態
図１２に示したように、半田孔５１に投入された半田片Ｗｈが鏝先５ａによって加熱されて溶融されると、溶融半田ＭＳによって半田孔５１および排気孔５３ａは塞がれる。これにより、半田孔５１の下端開口および排気孔５３ａから窒素ガスが外部に流出しない。その結果、半田片Ｗｈが溶融すると、半田孔５１内の窒素ガスの圧力Ｐｄは半田片投入状態の圧力Ｐｃよりも高くなる。

【0099】

なお、前述のように、排気孔５３ａは鏝先５ａの半径方向外方に向かって上方に傾斜しているので、溶融半田ＭＳが排気孔５３ａから鏝先５ａの外に流出することはない。

【0100】

（ｅ）半田片流出状態
図１３に示したように、溶融半田ＭＳがピン端子Ｐの先端部から流下すると、半田孔５１の下端開口は、ランドＬｄ及びスルーホールＴｈを塞いだ溶融半田ＭＳによって塞がれる。一方、排気孔５３ａは開放される。これにより、窒素ガスは半田孔５１の下端開口からは外部に流出しないが、排気孔５３ａから鏝先５ａの外に排気される。なお、排気孔５３ａは半田孔５１よりも内径が小さく流路抵抗が大きい。この結果として、半田孔５１内の窒素ガスの圧力Ｐｅは、半田片溶融状態の圧力Ｐｄよりも小さく、且つ半田片投入状態の圧力Ｐｃよりも大きくなる。なお、鏝先５ａは、常にヒーターユニット４によって加熱されているため、溶融半田ＭＳは、すべて鏝先５ａの外部、すなわち、ランドＬｄと電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとに流出する。

【0101】

（ｆ）鏝先離間状態
図１４に示したように、電子部品Ｅｐのピン端子ＰとランドＬｄとの半田付けが終了すると、鏝先５ａはランドＬｄから離間する。半田片流出状態において、溶融半田ＭＳは全量又は略全量が半田孔５１の外部に流出する。そのため、半田孔５１は、半田付け前の状態、すなわち、基準状態と同じ状態に戻る。これにより、半田孔５１内の窒素ガスの圧力Ｐｆは基準状態と同じ圧力Ｐａと略同じとなる。

【0102】

上述のとおり、半田孔５１内の圧力Ｐａ～Ｐｅは、各状態によって異なる値になる。制御手段Ｃｏｎｔは、予め圧力Ｐａ～Ｐｅの基準となる値をデータベースとして記憶しておき、圧力測定部７５から取得した半田孔５１内の圧力Ｐのデータと比較することで、現在の鏝先の状態を判定することができる。

【0103】

なお、半田片Ｗｈ（溶融半田ＭＳ）の体積が大きく、半田片流出状態においても排気孔５３ａが溶融半田ＭＳによって封鎖される場合には、半田片溶融状態の半田孔５１内の圧力Ｐｄと半田片流出状態の半田孔５１内の圧力Ｐｅとがほぼ同じになることがあり得る。この場合には、半田孔５１内の圧力から状態の判定が困難となる。そこで、制御手段Ｃｏｎｔは、半田孔５１内の圧力Ｐの時間変化も考慮して、鏝先の状態を検出してもよい。例えば、第２計測部７５が半田孔５１内の圧力Ｐｄを検出してから所定時間経過したことによって、制御手段Ｃｏｎｔは、鏝先５ａが半田片溶融状態から半田片流出状態に変化したと判断してもよい。

【0104】

装置本体Ａ１では、鏝先５ａの状態が、基準状態、鏝先接触状態、半田片投入状態、半田片溶融状態、半田片流出状態、鏝先離間状態の順に変化する。そして、各状態での半田孔５１内の圧力Ｐは、図１５に示すグラフに示すようになる。図１５は、半田付け装置ＡＰが半田付けを１回行うときの半田孔５１内の圧力Ｐの変化を示している。図１５では、縦軸が圧力Ｐ、横軸が時間である。なお、図１５に示す圧力値Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅ及びＰｆは基準値である。

【0105】

図１５において、第１領域Ａｒ１は鏝先５ａが基準状態のときであり、第１領域Ａｒ１において、半田孔５１内の圧力が圧力Ｐａとなっている。第２領域Ａｒ２は、鏝先が鏝先接触状態であり、鏝先が基準状態から鏝先接触状態に変わると鏝先５のランドＬｄへの接触によって圧力Ｐａから圧力Ｐｂに急激に高くなる。

【0106】

また図１５における、第３領域Ａｒ３は鏝先が半田片投入状態を示しており、半田孔５１への半田片Ｗｈの投入よって半田孔５１および排気孔５３ａの流路の一部が塞がれて流路抵抗が増加して、圧力Ｐｂから圧力Ｐｃへは急激に高くなる。

【0107】

第４領域Ａｒ４は、鏝先５ａが半田片溶融状態を示しており、半田孔５１および排気孔５３ａは半田片Ｗｈの溶融によって塞がれるので、その流路抵抗は増加する。半田片Ｗｈの溶融は、まず、フラックスが比較的ゆっくり溶融し、その後半田は急激に溶融する。圧力Ｐｃから圧力Ｐｄへは、最初ゆっくり高くなり、一定の変化ののち急激に高くなる。すなわち、第３領域Ａｒ３から第４領域Ａｒ４への変化は最初ゆっくりで、その後急激に高くなる。

【0108】

第５領域Ａｒ５は、鏝先５ａが半田片流出状態を示しており、半田孔５１の下端開口は溶融半田ＭＳによって閉塞されるが、排気孔５３ａは開放されるので、半田片流出状態の圧力Ｐｅは、半田片溶融状態の圧力Ｐｄよりも低くなる。

【0109】

そして、鏝先５ａがランドＬｄから離間すると、溶融半田ＭＳは全量又は略全量が半田孔５１の外部に流出しているため、半田孔５１は、半田付け前の状態、すなわち、基準状態と同じ状態に戻り、半田孔５１内の窒素ガスの圧力Ｐｆは基準状態と同じ圧力Ｐａと略同じとなる。

【0110】

以上のとおり、半田孔５１内の圧力Ｐは、その値だけでなく、状態が変化するときの圧力Ｐの変化の割合（急激に変化する又はゆっくり変化する）にも特徴を有する。

【0111】

半田付けの工程が正常に行われているかの判定は、次のように行われる。まず、予め各半田付け状態における半田孔５１内の圧力Ｐの基準値の範囲を設定する。そして、各半田付け状態における基準値の範囲と計測された半田孔５１内の圧力Ｐとの比較によって判定を行う。例えば、半田片投入状態における判定について説明する。まず、半田片投入状態であるＡｒ３の時間帯において基準値の上限値Ｐｘ１、下限値Ｐｙ１を設定する。上限値Ｐｘ１、下限値Ｐｙ１は、それぞれ、Ｐｘ１＝Ｐｃ＋ｘ１及びＰｙ１＝Ｐｃ－ｙ１（ｘ１、ｙ１は正の数）で表される値である。そして、半田付け工程においてＡｒ３の時間帯に計測された半田孔５１内の圧力Ｐが上限値Ｐｘ１から下限値Ｐｙ１の間の範囲から逸脱したとき、制御手段Ｃｏｎｔは、半田付け工程に異常があったとして警報あるいは運転の停止を行ってもよい。なお、ｘ１、ｙ１の一方が０であってもよい。

【0112】

また、前述のｘ１やｙ１よりも小さな値であるｘ２やｙ２を用いて、第２上限値Ｐｘ２＝Ｐｃ＋ｘ２及び第２下限値Ｐｙ２＝Ｐｃ－ｙ２を設定し、Ａｒ３の時間帯に計測された半田孔５１内の圧力Ｐが第２上限値Ｐｘ２から第２下限値Ｐｙ２の範囲外に逸脱した場合に、制御手段Ｃｏｎｔは、作業者に注意を報知することもできる。なお、ｘ２、ｙ２の一方が０であってもよい。以上の説明では、第１上限値及び第１下限値を用いて警報或いは運転の停止を行う１段階のもの又は第２上限値及び第２下限値をさらに用いて注意、基準値を用いて警報或いは運転の停止を行う２段階のものを挙げているが、これらは一例であり、さらに多くの基準値を用いて、注意或いは警報を２段階以上で行ってもよい。また、半田片投入状態以外の状態のときにも同様に基準値の範囲が設けられており、基準値の範囲と測定された分岐流量とを比較することで、半田付けの工程が正常に行われているか判定する。

【0113】

また、時間と圧力に関係なく、半田が溶融もしくは流出すれば半田孔５１内の圧力Ｐは最大値まで増加する。制御手段Ｃｏｎｔは、半田孔５１内の圧力Ｐのピーク値（ここでは、圧力Ｐｄ）付近の値を検出したときに、半田の溶融が行われたと判定することもできる。

【0114】

（汚れ状態の判定）
制御手段Ｃｏｎｔにおいて、予め圧力Ｐａ～Ｐｅの基準となる値をデータベースとして記憶しておき、圧力測定部７５から取得した半田孔５１内の圧力Ｐのデータと比較することで、半田孔５１の汚れ状態を判定することもできる。あるいはまた、制御手段Ｃｏｎｔにおいて、鏝先５と基板ＣＢとは非接触状態、鏝先５と基板ＣＢとの接触、鏝先５への半田片Ｗｈの投入、加熱溶融、鏝先５からの溶融半田の流出、鏝先５の基板ＣＢからの離間といった一連の半田付け工程における半田孔５１内の窒素ガスの圧力の基準となる経時変化をデータベースとして記憶しておき、圧力測定部７５から取得した半田孔５１内の圧力Ｐの経時変化と比較することで半田孔５１の汚れ状態を判定することも可能である。

【0115】

第３領域Ａｒ３すなわち半田孔５１への半田片Ｗｈの投入段階において半田孔５１の汚れ状態を判定する場合を例に説明する。図１６に、半田片Ｗｈが半田孔５１へ投入された状態図を示す。図１１示すような半田孔５１が汚れていない初期状態では半田孔５１内の圧力はＰｃである。一方、図１６に示すような半田孔５１や排気孔５３ａの内周壁にドロスなどの付着物が付着している状態では、半田孔５１および排気孔５３ａの窒素ガスが通過する流路面積が小さくなっているところ、半田片Ｗｈが投入されることによって流路面積はさらに小さくなるため、半田孔５１内の圧力は初期状態の圧力Ｐｃよりも高い圧力Ｐｃ’となる（図１５の破線）。制御手段Ｃｏｎｔは、初期状態における圧力Ｐｃを予め記憶しておき、測定された半田孔５１内の圧力と圧力Ｐｃとを比較して半田孔の汚れ状態を判定することが可能となる。

【0116】

（イモ半田の判定）
またさらに、鏝先５ａの以上のような状態の変化の外、基板ＣＢのランドＬｄと電子部品Ｅｐのピン端子Ｐとの半田付け状態を判定することも可能である。例えば図１７（ａ）に示すように、ランドＬｄとピン端子Ｐが正常に半田付けされた場合には半田は円錐形状となる。一方、予備加熱が不十分な場合などには図１７（ｂ）に示すように半田が盛り上がった状態となる（イモ半田）。

【0117】

そこで、制御手段Ｃｏｎｔが半田の溶融が行われたと判定した後、鏝先５ａとソルダーレジストＳＲとの接触が検知された初期位置から距離ＧだけソルダーレジストＳＲから鏝先５ａを離間させ、半田孔５１内の圧力Ｐの変化によって半田付け状態を判定する。すなわち、鏝先５ａをソルダーレジストＳＲから距離Ｇだけ離間させ所定時間保持して半田孔５１内の圧力Ｐを測定する。図１７（ａ）に示すように半田付けが正常になされていた場合には、鏝先５ａをソルダーレジストＳＲから距離Ｇ離すことによって円錐状の半田と鏝先５の半田孔５１内周面との間に隙間が生じ、その隙間から半田孔５１内の窒素ガスが外部に流出するので、半田孔５１内の圧力Ｐは急激に減少して圧力Ｐａと同じか略同じとなる。

【0118】

これに対して図１７（ｂ）に示すようにイモ半田が形成されていた場合には、鏝先５ａをソルダーレジストＳＲから距離Ｇ離してもドーム状に盛り上がった半田と鏝先５ａの半田孔５１内周面とは依然として接触しているか、隙間があったとしても僅かであるため、半田孔５１内の圧力Ｐは減少しないか、減少しても微量である。したがって、このような半田孔５１内の圧力Ｐの変化を測定することによって半田付け状態が判断可能となる。

【0119】

なお、鏝先５ａとソルダーレジストＳＲとの離間距離Ｇは、半田付けが正常な場合には半田と半田孔５１の内周面とが接触せず、イモ半田が形成された場合には半田と半田孔５１の内周面とが接触する距離であって、供給される半田片Ｗｈの体積や半田孔５１の形状などを考慮し、また予備実験などに基づいて適宜決定すればよい。離間距離Ｇは通常０．２ｍｍ～２ｍｍの範囲である。また、鏝先５ａとソルダーレジストＳＲとを距離Ｇまで離間させる際の鏝先５ａの離間速度に特に限定はないが、圧力Ｐの測定精度などの観点からは０．１ｍｍ／ｓｅｃ～１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲が好ましい。より好ましくは０．２ｍｍ／ｓｅｃ～２ｍｍ／ｓｅｃの範囲である。また、鏝先５ａを離間距離Ｇで保持する時間は０．１ｓｅｃ～２ｓｅｃの範囲が好ましい。

【0120】

このような異常判定をも行うためには、制御手段Ｃｏｎｔは、予め、図１５に示すような、半田付け１回における分岐流量の時間変化を示すテーブルを記憶しておき、圧力測定部７５からの分岐流量のデータを時系列に並べて、挙動及び値を比較することで鏝先の状態を判定するようにする。このような判定方法を用いることで、鏝先の状態をより正確に判定することができる。

【0121】

本実施形態では、装置本体Ａ１が半田付けを行うときにとり得る状態として、（ａ）基準状態、（ｂ）鏝先接触状態、（ｃ）半田片投入状態、（ｄ）半田片溶融状態、（ｅ）半田片流出状態、（ｆ）鏝先離間状態の６つの状態を挙げているが、これ以外の状態を判定するようにしてもよい。

【0122】

（第１変形例）
上述した実施形態では、半田片Ｗｈの太さ及び長さが一定である場合で説明している。しかしながら、糸半田Ｗの送りには、ばらつきが生じる場合がある。また、半田付けを行う面積が大きい等によって、半田片Ｗｈの形、大きさを意図的に変更する場合もある。このような場合、制御手段Ｃｏｎｔは、鏝先接触状態の圧力Ｐｂから圧力Ｐが変動したときの変動の大きさ、変動の挙動に基づいて、投入された半田片Ｗｈの形状、大きさ等を判定してもよい。なお、異なる大きさ、形状の半田片を投入する可能性がある場合、制御手段Ｃｏｎｔは、各大きさ、形状の半田片Ｗｈごとに、各状態における半田孔５１内の圧力Ｐの基準値及び（又は）その時間変化を示すテーブルをデータベースとして備えていることが好ましい。

【0123】

（第２変形例）
上述の実施形態では、鏝先５ａが半田を溶融できる高温の状態にある場合で説明している。しかしながら、ヒーター４１の故障等によって鏝先５ａが半田を溶融するために設定された正常温度範囲内から外れる場合もあり得る。鏝先５ａを通過する窒素ガスは、鏝先５ａの温度によって、膨張する程度や粘度が異なるため、流路抵抗も増減し、その結果、窒素ガスの圧力も変化する。例えば、鏝先５ａの温度が低下すると窒素ガスの体積は減少し、粘度も低くなるので半田孔５１における窒素ガスの圧力は低下する。このことを利用して、制御手段Ｃｏｎｔは、半田孔５１を大気に開放している状態、すなわち、鏝先５ａが基準状態のときの圧力Ｐａを記憶しておき、記憶している圧力Ｐａと計測した圧力Ｐとに基づいて、鏝先５ａの温度を判定することが可能である。

【0124】

また、供給されるガスの種類が、窒素と空気或いは酸素との混合ガスのように変化した場合も、流路抵抗が変化するため、半田孔５１内の圧力Ｐに差異が生じる。このことを利用して、制御手段Ｃｏｎｔは、半田孔５１を大気に開放している状態、すなわち、鏝先５ａが基準状態のときの圧力Ｐａを記憶しておき、記憶している圧力Ｐａと計測した圧力Ｐとに基づいて、供給されているガスが窒素ガス（供給されるべきガス）であるか否か判定できる。これにより、制御手段Ｃｏｎｔは、例えば、ガス配管接続の誤りを検出することが可能である。

【0125】

第１変形例および第２変形例の動作は、例えば、一定の周期ごとに行うものとすることができる。一定の周期とは、例えば、時間で管理してもよいし、半田付け回数で管理してもよい。また、半田付け装置ＡＰの電源投入直後及び工程終了時に行うようにしてもよい。また、ランダムなタイミングで行うようにしてもよい。

【0126】

以上説明した半田付け装置及び半田付け方法の実施形態はその一例を示したものであり、本発明の効果を阻害しない範囲において種々の変形等は可能である。

【産業上の利用可能性】

【0127】

本発明に係る鏝先は、溶融半田から発生するヒュームを迅速に外部に排出でき、且つ排出されたヒュームが基板上の電子部品に当たるのを抑制することができる。また溶融した半田の排気孔から外部への流出を防止できる。

【符号の説明】

【0128】

ＡＰ 半田付け装置
Ａ１ 装置本体
４ ヒーターユニット（熱源）
４１ ヒーター
４２ ヒーターブロック
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 鏝先
５０ 本体部
５１ 半田孔
５２ 圧力測定用孔
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 排気孔
５４ 排気孔の内周面側の開口
５５ 排気孔の外周面側の開口
５９ ガス解放孔
５１０ 拡径部
６ 半田送り機構
７ ガス供給部
７５ 圧力測定部
ＣＢ プリント回路基板
Ｃ１ 鏝先の本体部の中心軸線
Ｃｏｎｔ 制御手段
Ｄ 半田片の溶融領域
Ｅｐ 電子部品
ＧＳ ガス供給源
ＭＳ 溶融半田
Ｌｄ ランド
Ｐ ピン端子
ＳＲ ソルダーレジスト
Ｔｈ スルーホール
Ｗ 糸半田
Ｗｈ 半田片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】