試行錯誤な日々: ホットプレートを改造してリフローマシンを作る方法

プリント基板の実装を行うために、リフローマシンを自作しました。
試行錯誤の成果を共有します。

ヒーターを使いますので、改造や試行錯誤はご自身の責任で気をつけて行ってください。

使ったもの

リフローマシンの材料です。
合計6160円でした。

ホットプレート
1490円
amazonで売っていた最も安いものを利用しました。
熱電対プローブ
400円
下記のアンプモジュールと組み合わせて使います。
熱電対アンプモジュール
1620円
ホットプレートより高いですが、240℃付近の温度測定に必要でした。
Arduino NANO
350円
中国製の安いものを利用しました。
ブレッドボード
200円
回路づくりに利用しました。
スイッチングＡＣアダプター 12V1A
650円
リレーの動作に12Vが必要でした。
ブレッドボード用ＤＣジャックＤＩＰ化キット
100円
ACアダプタとブレッドボードの接続に利用しました。
スーパー３端子レギュレータ 5V500mA
350円
12Vから5Vを作り、アンプモジュールとArduinoの電源に利用しました。
大電流大型リレーモジュールキット
520円
ホットプレートのON OFFに利用しました。
ピンソケット
80円
利便性向上のため、リレーモジュールに付けました。
ジャンパワイヤ
400円
回路の配線に利用しました。

使った道具

作成に利用した道具を紹介します。

ハンダゴテ
電子部品の組み立てとリフロー中の部品の位置調整に利用しました。
ドライバー
電子部品の取り付けと、ホットプレートの分解に利用しました。
ホットプレートのネジが硬いので、大きくて回しやすい+ドライバーがあると便利です。
テスター
レギュレータによって12Vから5Vが作られているかの確認に利用しました。
ラジオペンチ
リフロー中の部品の位置調整とリフロー後の基盤の移動に利用しました。
フラックス
酸化した基盤の金属面を綺麗にするのに使いました。

全体像

下記の順に説明します。

熱電対の設置
ホットプレートの電源の改造
回路作成
プログラム作成
リフローの実施
余談

熱電対の設置

動作温度を制限するために、熱電対をホットプレートに取り付けて温度を計測できるようにします。

まず、熱電対のアンプモジュールを組み立てます。

今回利用するアンプモジュールとプローブのコネクタは合っていないため、プローブのコネクタを分解します。

細いプレートの付いているワイヤーが+です。
自分は見分けがつくように+側を赤く塗りました。

+と-のワイヤーを丸めて、アンプモジュールに接続します。

熱電対を取り付けるために、ホットプレートを分解します。

金属のカバーを外したら、シースヒーターとサーモスタットが出てきます。
このホットプレートは190℃が最高温度として売られているため、このサーモスタットは190℃で動作するものと推測できます。
リフローのためには240℃位に加熱したいため、このサーモスタットは外します。

サーモスタットを外したネジに熱電対プローブの先端を取り付けます。

ホットプレートの電源の改造

リレーでホットプレートの電源を操作する仕組みを作ります。

まず、リレーモジュールを組み立てます。
信号線を取り付けやすくするために、自分は信号側をピンソケットにしました。

ホットプレートのスイッチを外して、ケーブルをリレーに接続します。
信号が来た時だけ通電して欲しいので、COMとN.O（normaly open）に接続します。

リレーでON OFFの制御が出来るようになりました。

回路作成

このような回路を作りました。

実際に組むとこうなりました。

省スペース化のため、熱電対アンプモジュールの下も配線しています。

プログラムの作成

熱電対モジュールのライブラリとサンプルプログラムがあったので、それらを利用してプログラムを作成しました。

Arduino IDEのライブラリマネージャを開きます。
日本語版: スケッチ -> ライブラリをインクルード -> ライブラリを管理
English: Sketch -> Include Library -> Manage Libraries

ライブラリマネージャで「Adafruit MAX31855 library」をインストールしてください。

ホットプレートの温度が240℃を超えたらOFFにするプログラムを作りました。

citcuit_heater

#include <SPI.h>
#include "Adafruit_MAX31855.h"

#define DO   3
#define CS   4
#define CLK  5
#define RELAY_PIN 6
Adafruit_MAX31855 thermocouple(CLK, CS, DO);

void setup() {
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
 
  Serial.println("start circuit_heater");
  delay(500);
}

void loop() {
  Serial.print("Internal Temp = ");
  Serial.println(thermocouple.readInternal());

  double c = thermocouple.readCelsius();
  if (isnan(c)) {
    Serial.println("Something wrong with thermocouple!");
  } else {
    Serial.print("C = ");
    Serial.println(c);
  }

  if ( c > 240 ) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
    Serial.println("heater off");
  } else {
    digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
    Serial.println("heater on");
  }

   delay(1000);
}

熱電対の測定値が240℃になった時に、リレーが動作してホットプレートがOFFになれば成功です。

リフローの実施

半田の山で部品がうまく置けなかったり、ヤニが着いて部品がハンダに付かなかったりするので、クリームはんだの利用をお勧めします。
クリームはんだをお持ちの方はこちらのサイトが参考になると思いますので、宜しければご覧ください。

Arduinoとホットプレートを使ったリフロー装置(1号機)の製作(3)

クリームはんだがないので、ハンダゴテでハンダを盛りました。