JP2006016496A - リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の洗浄剤、及び洗浄廃液の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の高性能な洗浄剤（ロジン系フラックスの分解・揮発成分に由来する樹脂状物質の除去効率が高く、またラジエーター部品の変質等を起こさない）を提供すること、および環境負荷を与えることなく簡易かつ効率的に当該洗浄廃液を処理する方法を提供することを。
【解決手段】 珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウムを有効成分とする水溶液からなる、リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の洗浄剤を用いる。また、当該洗浄剤で前記ラジエーターを洗浄した際に生ずる洗浄廃液に、酸または無機酸塩を添加することにより、当該廃液中の樹脂状物質を沈殿させることを特徴とする洗浄廃液の処理方法を用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の洗浄剤に関し、より詳細には、当該ラジエーターの内部やその周壁に付着した樹脂状物質（後述）を、効率よく洗浄・除去し得る洗浄剤に関する。また本発明は、当該洗浄剤で当該ラジエーターを洗浄した際に生ずる洗浄廃液の処理方法に関する。

電子機器のハンダ付けに用いられるハンダ合金としては、従来から鉛含有合金が一般的であったが、環境配慮の要請を受け、現在では鉛を一切含まないハンダ合金（以下、「鉛フリーハンダ合金」という）へ置換されつつある。かかる鉛フリーハンダ合金のハンダ付け温度は従来の鉛含有ハンダと比べて３０〜４０℃程度高く、リフロー式の自動ハンダ付け装置における溶融温度は２６０〜２８０℃程度の高温にも達するので、当該炉内ではハンダ付け部の空気酸化を防止するために窒素ガスを循環させている。しかし、当該高温下では当該窒素ガス中にハンダペースト中のロジン系フラックス成分が分解・揮発したものが次第に蓄積されてゆき、リフロー炉の内壁やリフロー処理される電子機器を汚染する原因となっている。

そのためリフロー炉内にラジエーターを配設して当該窒素ガス流を冷却し、前記揮発物質を捕獲する設計がなされている。しかし、ラジエーターには粘稠な樹脂状物質が付着・堆積するため頻繁にラジエーターを取り外して清掃する必要があり、ハンダ付けの生産性の低下を招いている。

そこで、従来から当該ラジエーターの汚染を防止する方法が数多く提案されており、例えば特許文献１にはハンダ付け装置に窒素ガス流に含まれる前記揮発成分を回収する器具を設置する方法が知られている。しかし、この方法ではハンダ付け装置の複雑化や設備費の高騰を招いてしまい、必ずしも最適な手段とはいえない。

そのため現時点において従来のリフロー炉を簡易かつ安価に運転するにはラジエーターを効率よく洗浄する他ないが、手作業では効率が著しく劣るため、洗浄剤の選別が肝要となる。しかし当該ラジエーター洗浄に適した洗浄剤は知られていない。例えば特許文献２に記載のロジン系フラックスの洗浄に用いられるノンハロゲン系のグリコールエーテル系洗浄液の転用が考えられるが、洗浄性は十分でない。また、樹脂状物質を分解除去する目的で強アルカリ物質（苛性ソーダ等）を洗浄剤に用いることも考えられるが、このものはｐＨが高いため取り扱い難い上、ラジエーターの部品、特に冷却フィンのようなアルミニウム材質部材の腐食・変質を来すという弊害を齎す。

また上記手段でラジエーターを洗浄したとしても、次に洗浄廃液の処理が不可欠となる。なぜなら、当該廃液にはロジン系フラックスの分解・揮発成分に由来する樹脂状物質が多量に含まれているため、そのまま系外に排出すると水質汚染等を引き起こすからである。そこで当該廃液を濾過システム等により処理しなければならないが、設備面や維持管理面などにおいて多額の処理コストが必要とされるので、簡易かつ効率的に当該廃液を処理しうる方法の開発が切望されている。

特開平６-４５７５１号公報 特公平７-２３４７９号公報

本発明は、リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の高性能な洗浄剤（ロジン系フラックスの分解・揮発成分に由来する樹脂状物質の除去効率が高く、またラジエーター部品の変質等を起こさない）を提供すること、および環境負荷を与えることなく簡易かつ効率的に当該洗浄廃液を処理する方法を提供することを目的とする。

本出願人は、当該洗浄剤の開発にあたり、まず当該樹脂状物質の分析を行った。その結果、この物質は、ハンダ付けに用いられるロジン系フラックス中の主成分であるロジン類（例えばアビエチン酸）から、当該カルボキシル基が脱離してなる化合物（以下、「脱炭酸ロジン」という）が主成分であることを、ＩＲ分析により推定した。脱炭酸ロジンはロジン類と比較して、低分子量の炭化水素であり、低極性で揮発性が高まることから、ラジエーターに付着しやすくなると考えられる。また、前記樹脂状物質を構成する脱炭酸ロジン以外の残部には、フラックスの活性剤成分である揮発性の有機酸（グルタル酸、アジピン酸、マロン酸等）やアミン化合物、更には沸点１３０〜２８０℃程度のジエチレングリコールアルキルエーテル等の溶剤成分が含まれることも分析確認した。

本発明者は当該知見に基づき、前記樹脂状物質に含有されるグルタル酸やアジピン酸等の有機酸をアルカリ物質で鹸化すれば、該樹脂状物質をラジエーターから効率よく除去し得るとの着想を得るとともに、ラジエーター部材を腐食しない物質を選定することが重要であると認識し、最適なアルカリ物質につき鋭意検討した。

更に本発明者は、これらアルカリ物質を含有する水溶液を用いてラジエーターを洗浄した後に生ずる廃液の処理方法につき、環境負荷、作業性、価格などの観点から鋭意検討した結果、廃液中に分散する樹脂状物質の乳化バランスを低下させて沈降分離させることが有効であるとの着想を得た。

本発明は上記の知見や着想に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウムを有効成分とする水溶液からなる、リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の洗浄剤に関する。また本発明は、当該洗浄剤で前記ラジエーターを洗浄した際に生ずる洗浄廃液に、酸または無機酸塩を添加することにより、当該廃液中の樹脂状物質を沈殿させることを特徴とする洗浄廃液の処理方法に関する。

本発明の洗浄剤によれば、リフロー式自動ハンダ付け装置に配設されたラジエーターから付着物（ロジン系フラックスの分解・揮発成分に由来する樹脂状物質）を効率よく除去でき、しかもラジエーター部材を変質等させることなく簡易に洗浄できる。更に、本発明の廃液処理方法によれば洗浄廃液中に分散している樹脂状物質を容易に沈殿させることができるので、低コストかつ簡便に、しかも環境への負荷が少ない方法で廃液を処理することができる。また、廃液を分離して得られる水層を回収し、これに本発明に係る洗浄剤の有効成分を添加することにより、新たな洗浄剤を調製できるため、系外に排出する廃液量や環境負荷を大幅に低減できる。

本発明に係る洗浄剤は、珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウム水溶液を主成分とするものである。当該珪酸ナトリウムは、一般式：Ｎａ_２Ｏ・_ｎＳｉＯ_２・_ｘＨ_２Ｏ（式中、ｎは０．４〜３．６程度の整数を、ｘは１以上の整数を表す）で示される。ｎが１より大きいものは液状の珪酸ナトリウムとして、１より小さいものは結晶性の珪酸ナトリウムとして入手できる。市販品としては、ｎが２．１〜３．２程度の液状の珪酸ナトリウム、０．９〜１．１程度のメタ珪酸ナトリウム、０．６〜０．８程度のセスキ珪酸ナトリウム、０．４５〜０．５５程度のオルソ珪酸ナトリウムなどが入手容易である。これらの中でも、ラジエーター部材（アルミニウム製の冷却フィン等）に対する腐食・変色が殆ど生じないという理由から、メタ珪酸ナトリウムが好ましい。また当該リン酸ナトリウムとしては、市販のものを特に限定なく使用でき、例えばリン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、これらの無水物、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム等が例示される。これらの中でも、前記の腐食・変色が殆ど生じないという理由から、トリポリリン酸ナトリウムが好ましい。なお、本発明において、前記珪酸ナトリウムとリン酸ナトリウムは任意の割合で併用できる。

珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウムの水溶液が良好な効果を奏する理由は、ラジエーターに付着した樹脂状物質に含有される揮発性の有機酸（グルタル酸、アジピン酸、マロン酸等）が、メタ珪酸ナトリウム等によってアルカリ鹸化されることにより、前記の脱炭酸ロジンが洗浄剤中にうまく乳化分散するためと思料される。

本発明に係る洗浄剤は、前記メタ珪酸ナトリウムおよび／またはトリポリリン酸ナトリウムを水（市水、イオン交換水、純水等）に０．０１〜２０重量％程度、好ましくは０．０５〜５重量％溶解させてなるものである。なお、洗浄剤のｐＨは通常８．５〜１１．５程度である。かかる数値範囲を逸脱すると洗浄効果が不十分となる傾向にある。

尚、本発明に係る洗浄剤に少量の苛性ソーダと各種公知の防錆剤を添加することにより、洗浄剤のｐＨを長期間、適度に高く保つことができ、洗浄剤の寿命を延ばすことができる。なお、苛性ソーダはラジエーター部材を腐食しやすいので本来は不適であるが、防錆剤を併用することによってこの弊害を除去できる。用いる防腐剤としては、例えば千代田ケミカル（株）製のチオライトＴ−６８７ＰＳ（商品名）を例示できる。

次に、本発明に係る洗浄廃液の処理方法について説明する。当該処理方法の対象となるラジエーターの洗浄後に生じる廃液は、一般に黄土色〜茶色の不透明な外観を呈しており、洗浄剤を含む水層にロジン系フラックスの分解・揮発成分に由来する樹脂状物質が乳化分散したものである。当該処理方法は、この洗浄廃液に酸または無機酸塩（以下、分離剤ということがある）を添加し、樹脂状物質を沈降分離させるものである。

酸としては各種公知の無機酸および／または有機酸を用いることができる。無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸、シュウ酸からなる群より選ばれる少なくとも１つが挙げられ、また有機酸としては蟻酸、酢酸、シュウ酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸、りんご酸、酒石酸、フタル酸、マレイン酸、安息香酸、ｏ−フマル酸からなる群より選ばれる少なくとも１つが挙げられる。無機酸の中では、沈殿の生成速度が大きく、しかも上澄み液がクリアーとなることから硫酸が好ましい。また、有機酸の中では、同様の理由から、シュウ酸、安息香酸、アジピン酸が好ましく、特に安息香酸が好ましい。酸性物質は通常１〜１０％程度の水溶液として実用に供され、廃液中の固形分に対して２０〜１００重量％程度となる量が用いられる。尚、前記有機酸はＮ−メチルピロリドンのような溶剤に溶かして、洗浄廃液に添加しても良い。

また、無機酸塩としては前記した無機酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩が用いられ、特にナトリウム塩、カルシウム塩が沈殿生成速度、上澄み液の透明度の点から好ましい。具体的には塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウムなどが挙げられる。無機酸塩の使用量は、前記樹脂状物質（固形分）に対して２０〜１００％程度である。通常は粉末のまま、あるいは飽和水溶液として洗浄廃液に添加される。

酸または無機酸塩の添加により廃液中の樹脂状物質等が沈殿するのは、乳化剤として作用する珪酸ナトリウム／リン酸ナトリウムを中和あるいは酸性側に調整することにより、その乳化作用が低減するためであると思われる。また、珪酸ナトリウム等と結合したグルタル酸等の弱酸が添加する酸等と置換することにより、同様に系の乳化バランスが低下するためであると思われる。

具体的な処理方法としては、容器に入った洗浄廃液に、所定量の前記酸または無機酸塩を添加し、手動もしくは自動により数分間攪拌した後、または超音波洗浄に供した後、通常１時間〜２日以上静置することにより行う。かかる操作により洗浄廃液が、下段から樹脂状物質と洗浄剤の有効成分とからなる固形層（沈殿物質層）、そして洗浄剤を含有する水層（上澄み液層）とに分離する。この際、デカンター、コアレッサー等のフィルターや遠心分離機を使用すれば、より短時間で分離可能である。分離した後は、沈殿層を回収して焼却等の廃棄処分を行うことができる。また水層を回収して、これに新たに珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウムを添加すれば、当該水層を洗浄液としてリサイクルできるため、廃水の排出に伴う環境負荷を低減できる。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

調製例１
純水９９．０部にメタ珪酸ナトリウム９水和物（和光純薬工業（株）製）を１．０部溶解し、洗浄剤を調製した。

調製例２〜５
実施例１においてメタ珪酸ナトリウムを表１のように変更した他は同様に洗浄剤を調製した。

※ トリポリリン酸ナトリウム：和光純薬工業（株）製
※ パインアルファＳＴ−１００Ｎ：荒川化学工業（株）製、エチレングリコール系洗浄剤の商品名
※ ｐＨは、調製例１〜４については１０％濃度での測定値

（洗浄条件）
被洗浄物Ａ：ラジエーター部材（ＳＵＳ３０４材質製パイプの切断品（１０ｍｍ（直径）×７０ｍｍ（長さ））に、ロジン系フラックス昇華物に由来する樹脂状物質を０．２ｇ付着させたもの
使用洗浄剤：調製例１〜５で得られた洗浄剤を８０℃に加温して洗浄に供する。
洗浄方法：被洗浄物Ａを各洗浄剤に浸漬し、卓上超音波発生器（本多電子（株）製；２８ＫＨｚ、１００Ｗ）を用いて１０分間洗浄した後、自然乾燥した。結果を表２に示す。

（洗浄剤がアルミニウム部品に与える影響）
被洗浄物Ｂ：アルミニウム材質の冷却フィン片（１５ｍｍ（幅）×５０ｍｍ（長さ））に、ロジン系フラックス昇華物に由来する樹脂状物質を０．２ｇ付着させたもの
使用洗浄剤：調製例１〜５で得られた各洗浄剤（液温８０℃）
洗浄方法：被洗浄物Ｂを各洗浄剤に１５時間浸漬して、外観の変化を目視確認した。結果を表２に示す。

（洗浄廃液の処理）
洗浄廃液：実施例１の洗浄を行った後の廃液（固形分約１０％に調整）。
分離剤：表３に示す。
処理方法：洗浄廃液に分離剤（３重量％溶液）をそれぞれ別々に添加・混合し、２４時間静置した時の当該廃液の外観を目視観察し、以下の基準で評価した。

◎…上澄み層と沈殿物層とに明瞭に分離し、かつ上澄み液は透明である。
○…上澄み層と沈殿物層とに明瞭に分離するが、上澄み液はやや不透明である。
△…境界はやや不明瞭であるが上澄み層と沈殿物層とが分離する。上澄み液はやや不透明である。沈殿物層はケーク状である。
×…上澄み層と沈殿物層が殆ど分離しない。

Claims (7)

1. 珪酸ナトリウムおよび／またはリン酸ナトリウムを有効成分とする水溶液からなる、リフローハンダ付け装置に配設されたラジエーター用の洗浄剤。
2. 珪酸ナトリウムがメタ珪酸ナトリウムであり、リン酸ナトリウムがトリポリリン酸ナトリウムである請求項１に記載の洗浄剤。
3. 請求項１または２に記載の洗浄剤で前記ラジエーターを洗浄した際に生ずる洗浄廃液に、酸または無機酸塩を添加することにより、当該廃液中の樹脂状物質を沈殿させることを特徴とする洗浄廃液の処理方法。
4. 酸が無機酸および／または有機酸である請求項３に記載の処理方法。
5. 無機酸塩が、無機酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩である請求項２に記載の処理方法。
6. 無機酸が硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項３に記載の処理方法。
7. 有機酸が蟻酸、酢酸、シュウ酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸、りんご酸、酒石酸、フタル酸、マレイン酸、安息香酸、ｏ−フマル酸からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項３に記載の処理方法。