JP2006114555A - 噴流はんだ槽 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のインペラポンプは、噴流頂部が一定とならない不均衡な噴流が起こり、またＳｎ主成分の鉛フリーはんだのよう鉄合金と合金化しやすいものでは食われが激しかった。文献上ではスクリューポンプを用いた噴流はんだ槽も提案されているが、やはり不均衡な噴流や食われを起こすものであった。
【解決手段】本発明の噴流はんだ槽は、スクリューポンプを収納するケーシングからスクリューポンプを５〜１０mm突出しており、しかも噴流はんだ槽本体が横方に架設された仕切板で上下に分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板のはんだ付け用自動はんだ付け装置に設置する噴流はんだ槽に関する。

一般にプリント基板のはんだ付けは自動はんだ付け装置で行う。この自動はんだ付け装置とは、装置本体内にフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機、等のはんだ付けのための処理装置が設置されているものである。また、これらの処理装置上を一対の搬送レールが架設されており、該搬送レールには無端の搬送チェーンが回動するように設置されている。プリント基板は、相対向する搬送チェーンに取り付けられた多数の爪により搬送され、フラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽ではんだの付着、冷却機で冷却が行われて、はんだ付けがなされる。

自動はんだ付け装置に使用する噴流はんだ槽には、荒れた波を噴流する一次噴流ノズルと穏やかな噴流を行う二次噴流ノズルが設置されている。一次噴流ノズルから噴流する溶融はんだは、荒れているためプリント基板のスルーホールやチップ部品の隅部によく侵入して未はんだをなくす。しかしながら荒れた波は、はんだ付け部に付着したときにツララやブリッジというはんだ付け不良となる。

そこで一次噴流ノズルでのはんだ付けで発生したこれらのはんだ付け不良は、二次噴流ノズルで修正するようになっている。この二次噴流ノズルからは穏やかな溶融はんだが噴流し、一次噴流ノズルでのはんだ付けで付着したはんだを再溶融する。このとき二次噴流ノズルから噴流する溶融はんだは、ツララやブリッジ等も再溶融するため、これらのはんだ付け不良をなくすとともに、多量に付着したはんだを少なくしてはんだを均一に付着させるようにする。

噴流はんだ槽において、未はんだをなくしたり、溶融はんだを均一に付着させたりするには、噴流ポンプの特性によって大きく影響される。

噴流はんだ槽に用いられる噴流ポンプとしては、インペラポンプが主流となっている。インペラポンプを用いた噴流はんだ槽を簡単に説明する。図６はインペラポンプを用いた噴流はんだ槽の一次噴流ノズルの部分で切断した断面図、図７は要部を一部破断した斜視図である。インペラポンプを用いた噴流はんだ槽は、噴流はんだ槽３０内にダクト３１が必ず設置されている。ダクト３１には上方に立設したノズル口３２が形成されており、該ノズル口に噴流ノズル３３が取り付けられている。図６、７に示す噴流ノズルは一次噴流ノズルであり、噴流口には多数の穴３４…が穿設されていて、溶融はんだが穴３４…から噴流するときに凹凸の荒れた波を形成し、この荒れた波がスルーホールやチップ部品の隅部に侵入して未はんだをなくす。

噴流ノズル３３の内部には、多数の穴３５…を穿設した整流板３６が架設されている。整流板はダクト内で乱流となった溶融はんだの流れを整流化させるものであり、インペラポンプを用いた噴流はんだ槽では必須の構成部品である。またダクト３１の端部には、インペラポンプ３７の収納部３８が形成されている。該収納部はインペラポンプの直径よりも少し大径で略3/4の円弧となっている。

インペラポンプ３７には、軸３９が固定されており、軸の上端にはプーリー４０が取り付けられ、該プーリーはモーター４１のプーリー４２とベルト４３で連動している。

インペラポンプとは、軸の周囲に多数の板状の羽根が放射状に固定されたもので、今日の噴流はんだ槽で最も多く採用されている噴流ポンプである。このインペラポンプは、軸が回転したときに板状の羽根間に存在している溶融はんだを板状の羽根が回転する勢いで外方に飛ばすことにより溶融はんだを送り出すものである。従って、インペラポンプを使用する場合は、ダクトが必ず必要であった。つまりインペラポンプでは、羽根間にある溶融はんだを飛ばして噴流ノズル方向に流動させるには、インペラポンプから噴流ノズルまで達するガイドが必要であり、このガイドとなるものがダクトである。

インペラポンプを用いた噴流はんだ槽では、必ずダクトが必要であるが、使用中にダクトに穴が開くことがあった。この原因は、はんだ中のＳｎがダクトを形成するステンレスと合金化するからである。つまり従来のＳｎ−Ｐｂはんだは、Ｓｎの含有量が６０％前後であり、Ｓｎがステンレスと合金化することはほとんどなかった。しかしながらＳｎ−Ｐｂはんだは鉛公害の問題から使用が規制されるようになってきており、最近では鉛を全く含まない鉛フリーはんだが用いられるようになってきた。鉛フリーはんだは、Ｓｎを主成分としているため、ステンレスと合金化しやすく、ステンレスが溶融はんだ中に溶け出して穴を開けるという「食われ」が起きる。この食われは、溶融はんだが勢いよく当たったり、溶融はんだが擦れる部分で起きやすく、特にダクトの屈曲部やインペラポンプの羽根の部分で顕著に発生する。このようにインペラポンプは、食われに問題があるものの、構造が簡単で安価に製造できるため、今日、噴流はんだ槽では最も多く採用されている噴流ポンプである。

前述のように噴流はんだ槽に用いる噴流ポンプとしては、インペラポンプが主流となっているが、文献上ではスクリューポンプも提案されている。（参照：特許文献１〜３）このスクリューポンプとは、軸の周囲に複数の螺旋状の羽根が取り付けられたものである。
実開昭48-55025号公報 実公昭53-34345号公報 特開昭62-259665号公報

スクリューポンプは古くから各分野で使用されているポンプであり、螺旋状の羽根は詰まりを起こさない構造であるため、粒状物や半固形物等の移送に適したものである。前述のように文献上ではスクリューポンプを噴流はんだ槽に用いることが提案されているが、実際には噴流はんだ槽に用いられたことはない。その理由は、文献に記されたスクリューポンプ使用の噴流はんだ槽は、溶融はんだが噴流ノズルから噴流するときに、噴流頂部が一定とならない不均衡な噴流となるからである。また文献上のスクリューポンプを用いた噴流はんだ槽は必ずダクトを用いており、ダクトの屈曲部で食われが起こるからでもある。つまり噴流はんだ槽のダクトには、溶融はんだをガイドするための屈曲部が形成されており、溶融はんだがダクトの屈曲部に勢いよく当たると、この屈曲部を擦することにより合金化して、食われ現象が起こってしまう。本発明は、不均衡噴流とならず、しかも食われの原因となるダクトを必要としない噴流はんだ槽を提供することにある。

本発明者らは、スクリューポンプ使用の噴流はんだ槽において、不均衡噴流や食われ等の問題を起こす原因について鋭意検討を重ねた結果、ケーシングから突出するスクリューポンプの長さが適切でないことが判明した。そこで本発明者らは、該長さを適切にすれば問題が発生しないことを見いだして本発明を完成させた。

噴流はんだ槽では、理想的には溶融はんだが勢いよく流動するのではなく、静圧で移動するようになるのが望ましい。この静圧とは、パスカルの原理のように液体の一部に圧力をかけたときに、その圧力が液体を伝播して他の部分で液体が動くというものである。噴流はんだ槽で、溶融はんだが静圧状態で噴流ノズルから噴流すれば、溶融はんだをガイドするダクトは必要なくなり、また溶融はんだが勢いよく流動しないため食われも発生しなくなる。

本発明は、噴流ポンプに螺旋状のスクリューポンプを用いた噴流はんだ槽において、噴流はんだ槽が横方に架設された仕切板で上室と下室に分離されており、該仕切板にはスクリューポンプを収納するケーシングが取り付けられているとともに、スクリューポンプはケーシングの下部から下方に５〜１０mm突出していることを特徴とする噴流はんだ槽である。

噴流はんだ槽で不均衡な噴流となるのは、溶融はんだがダクト内で流動の分布ができるからである。つまり溶融はんだがダクト内で流動すると、ダクトの屈曲部に当たったところは、ダクトにガイドされて流速が早くなり、その早い流速のまま上方に流動して噴流ノズルから噴流するため、流速の早くなった部分では噴流高さが他よりも高くなってしまうものである。その結果、噴流頂部が一定高さとならず、プリント基板に対して均一な接触ができなくなって、はんだ付け不良となる。また溶融はんだがダクトの屈曲部に勢いよく当たると、ここで溶融はんだがダクトの材料と合金化して食われを起こすようになる。噴流はんだ槽では、溶融はんだの一カ所に圧力がかかったときに、その圧力が他の部分に伝播するという静圧状態で溶融はんだを送るようにすれば、不均衡な噴流や食われは起こらなくなる。

本発明の噴流はんだ槽は、溶融はんだが静圧状態で移動するため、不均衡な噴流とならない。その結果、ダクトを設置する必要がなくなり、またダクトを使用しないことは、当然、屈曲部も存在しないため、従来の噴流はんだ槽のようにダクトの屈曲部で発生していた食われも起こさない。従って、本発明の噴流はんだ槽は、安全性、信頼性に優れたものである。

本発明者らは、スクリューポンプを用いた噴流はんだ槽において、溶融はんだを静圧状態で送るようにするためにはスクリューポンプをケーシングから５〜１０mm突出させればよいことを見いだしたものである。該突出が５mmよりも小さいと、溶融はんだにかかる圧力が弱いため、噴流ノズルから噴流する溶融はんだを高くすることができない。しかるに該突出が１０mmを超えると、溶融はんだを乱すようになってしまい、噴流ノズルから噴流する高さが一定とならなくなる。

本発明では、噴流の不均衡や食われの原因となるダクトを用いてなく、噴流はんだ槽を単に上室と下室に分ける横方の仕切板を用いている。また一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとは、溶融はんだにかける圧力が違うため、下室を一次側と二次側に分ける縦方仕切板を用いている。

以下、図面に基づいて本発明の噴流はんだ槽を説明する。図１は本発明噴流はんだ槽の要部拡大断面図、図２は本発明噴流はんだ槽の要部を一部破断した拡大斜視図、図３は本発明噴流はんだ槽の平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は本発明噴流はんだ槽の破断斜視図である。

図３、４に示すように、噴流はんだ槽１は、無蓋の箱状で内部にはんだ２が入れられており、該はんだは図示しない電熱ヒーターで溶融され、所定の温度に保たれている。噴流はんだ槽１内には、一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４が設置されている。一次噴流ノズル３の噴流口には多数の噴出穴５…が穿設されており、ここから噴流する溶融はんだは、凹凸のある荒れた波となる。この荒れた波は、プリント基板のスルーホールやチップ部品の隅部に侵入して未はんだをなくすものである。しかしながら荒れた波は、ツララやブリッジ等のはんだ付け不良を発生させてしまう。そこで、これらのはんだ付け不良を二次噴流ノズルから流出する溶融はんだで修正する。二次噴流ノズル４は、噴流口が広く、また障害物がないため、穏やかな噴流状態となる。この穏やかに流出する溶融はんだにツララやブリッジが形成されたプリント基板を接触させると、ツララやブリッジが再溶融して修正されれるとともに、不必要に大量に付着したはんだを取り去って適正量にする。

噴流はんだ槽１内の下部には仕切板６が横方に架設されている。該仕切板には、ノズル口７が立設されており、該ノズル口には噴流ノズルが取り付けられている。また仕切板６には、噴流ポンプ８が設置されている。噴流ポンプ８は、軸９、軸受筒１０、ケーシング１１、スクリューポンプ１２から構成されている。

軸９は、上端にプーリー１３が取り付けられており、該プーリーは噴流はんだ槽１の外部に設置されたモーター１４のプーリー１５とベルト１６で連動するようになっている。また軸９の下端にはスクリューポンプ１２が取り付けられている。

軸受筒１０は、中空の円筒状であり、上部と下部に軸を挿通できる穴１７、１８が穿設されている。下部の穴１８は、軸９の回転を妨げず、しかも溶融はんだを容易に侵入させない大きさとなっている。軸受筒１０の下部にはフランジ１９が形成されており、四カ所に穴２０…が穿設されている。

ケーシング１１は、中央に大きな穴２１があいており、上部にフランジ２２が形成されている。フランジ２２には前述軸受筒１０のフランジ１９の穴２０…と一致したところに穴…２３が穿設されている。軸受筒１０とケーシング１１とは、四本の支柱２４…で連結されている。

噴流はんだ槽１の内部は横方に架設された仕切板６で上室Uと下室Dに分離されており、また下室Uは縦方に立設された仕切板２５で一次側Fと二次側Sに分離されている。噴流ポンプや噴流ノズルは、それぞれ一次側Fと二次側Sに設置されており、噴流ポンプの回転速度を調整することにより、一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４から噴流する溶融はんだを適切な高さにすることができる。本発明の噴流はんだ槽は、下室を一次側と二次側に分離しただけで、食われや不均衡噴流の原因となるダクトを用いていない。

スクリューポンプ１２は、軸９に取り付けられており、該軸の下部の周囲に複数枚（４枚）の螺旋状の羽根２６…が取り付けられている。スクリューポンプ１２はケーシング１１の穴２１内に収納されている。スクリューポンプ１２が取り付けられた軸９は、ケーシング１１の下方から挿入し、軸受筒１０の下部の穴１８と上部の穴１７を挿通して上方に突出させる。スクリューポンプはケーシング内での上下の位置が重要であるため、軸９は軸にリング２７を固定して位置決めを行う。

スクリューポンプ１２は、ケーシング１１から下方へ５〜１０mm突出している。この突出Ｔが５〜１０mmになっていないと、溶融はんだを静圧状態で噴流ノズルから噴流させることができなくなり、不均衡な噴流となってしまう。

本発明の噴流はんだ槽において、ケーシングからのスクリューポンプの突出を５〜１０mmにしたものでは、不均衡な噴流が全く起こらず、また噴流ノズル内にステンレス製の平板を置いたところ、該平板に対して動かす力が働いていないことから、溶融はんだは静圧状態となっていることが分かった。一方、ケーシングからのスクリューポンプの突出が３mmと少なかったり、逆に１０mmと多すぎたりした噴流はんだ槽では、噴流ノズルから噴流する溶融はんだが不均衡であり、プリント基板に対して均一に接触しないことが分かった。また本発明の噴流はんだ槽では、長期間の使用においても、食われが発生しなかったが、インペラポンプを使用した噴流はんだ槽では長期間の使用で食われが発生していた。

本発明の噴流はんだ槽は、食われの多い鉛フリーはんだを用いた場合に優れた効果を奏するものであるが、鉛フリーはんだ以外のＳｎ−Ｐｂはんだを用いた場合にも、同様に優れた効果を奏するものである。

本発明噴流はんだ槽の要部拡大断面図である。 本発明噴流はんだ槽の要部を一部破断した拡大斜視図である。 本発明噴流はんだ槽の平面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である 本発明噴流はんだ槽の破断斜視図である。 インペラポンプを用いた噴流はんだ槽の断面図である。 インペラポンプを用いた噴流はんだ槽の要部を一部破断した斜視図である。

符号の説明

８ 噴流ポンプ
９ 軸
１０ 軸受筒
１１ ケーシング
１２ スクリューポンプ
２４ 支柱
２６ 牡ネジ

Claims (2)

1. 噴流ポンプに螺旋状のスクリューポンプを用いた噴流はんだ槽において、噴流はんだ槽が横方に架設された仕切板で上室と下室に分離されており、該仕切板にはスクリューポンプを収納するケーシングが取り付けられているとともに、スクリューポンプはケーシングの下部から下方に５〜１０mm突出していることを特徴とする噴流はんだ槽。
2. 横方仕切板で分離された下室は、さらに一次側と二次側が縦方の仕切板で分離されていることを特徴とする請求項１記載の噴流はんだ槽。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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