JP2008294142A - 半田付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴流式の半田付け装置において、装置の大型化、複雑化、メンテナンス性の低下なく、酸化物の発生を抑制すること。
【解決手段】一次噴流９、二次噴流１０の溶融半田３への落ち込み領域９ａ、１０ａに向けて窒素吹出ノズル１１、１２、１３から窒素ガスを吹き付け、また領域１７にも窒素吹出ノズル１４から窒素ガスを吹き付ける。落ち込みで発生する気泡内の内外が窒素リッチになるので酸化を効率よく抑制できる。気泡が漂い集まる領域１７の雰囲気も窒素リッチになるので気泡の外面での酸化を抑制できる。窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４を半田槽２に取り付けるだけで済み、大型化、複雑化せず、メンテナンス性を悪化させない。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田付け装置の技術分野に属する。

プリント基板にマウントされたデバイスをはんだ付けする装置として、溶融半田を貯留する半田槽と、半田槽内に配置されたインペラと、インペラを回転駆動するモータと、インペラの回転に伴って押送される溶融半田を誘導するダクトと、ダクトによって誘導されてきた溶融半田を上向きに噴出させて半田噴流を形成する噴流ノズルとを備える半田付け装置が知られている。

この種の半田付け装置を稼働させるとドロスが発生する。ドロスが増えると噴流状態が不安定となったり、ドロスがプリント基板に付着して不良品になったりするため、適宜に半田槽からドロスを取り出していた。

このドロスは溶融半田と酸化物が混じり合ったものであるが、鉛フリー半田はスズと銀を主たる成分とするので、ドロスをそのまま廃棄するのはコストの面で好ましくなく、通常はドロスを半田と酸化物とに分離して、酸化物を廃棄し半田は半田槽に戻している。

そのようにしても酸化物として廃棄される分だけは歩留まりが低下するし、ドロスを半田槽から取り出して処理するために半田付け装置の稼働を一時的に停止するのも作業効率を低下させる原因となる。

そうした事情から、溶融半田の酸化を防止するための技術が求められており、既に提案されてもいる。例えば特開平９−２３７９６４号公報（特許文献１）には、半田槽の上方に取り付けたカバーにて溶融半田の液面からプリント基板の搬送域が含まれる部分を遮蔽して、その遮蔽された空間内に窒素ガスを噴出することで、酸化を防ぐ技術が開示されている。
特開平９−２３７９６４号公報

しかし、特許文献１のように半田槽にカバーを取り付けて、その内部に窒素ガスを噴出する構造であると、装置が大型化、複雑化し、またメンテナンス時にはカバーや付属の部品を着脱しなければならず、メンテナンス性も良くないという問題があった。

［発明の背景］
溶融半田の酸化は、当然ながら溶融半田が空気中の酸素と反応することに起因している。

特許文献１に代表される従来技術では、噴流部分等の溶融半田が接触する雰囲気を低酸素化することにより酸化物の発生を抑制している。
しかしながら、発明者が研究したところによれば、半田噴流が前記貯留されている溶融半田に落ち込む領域（いわば「滝壺」部分）において、溶融半田が周囲の空気を巻き込んで小さな気泡を形成して泡状になることで表面積が格段に増加し、泡の表面からの酸化と泡内の空気（酸素）による酸化とが並行的に進行すると考えられる。従って、この滝壺での酸素との接触を効率よく低減できれば、酸化物の発生を抑制できる。本発明は、この技術思想に基づくものである。
［発明の構成及び効果］
請求項１記載の半田付け装置は、
溶融半田を貯留する半田槽と、前記半田槽内に配置されたインペラと、該インペラを回転駆動するモータと、前記インペラの回転に伴って押送される溶融半田を誘導するダクトと、前記ダクトによって誘導されてきた溶融半田を上向きに噴出させて半田噴流を形成する噴流ノズルとを備える半田付け装置において、
前記噴流ノズルによって形成された半田噴流が前記貯留されている溶融半田に落ち込む領域に向けて窒素ガスを吹き付ける落込部窒素吹き出し手段を備えたことを特徴とする。

噴流ノズルによって形成された半田噴流が半田槽に貯留されている溶融半田に落ち込む領域に向けて窒素ガスを吹き付けると、上述した気泡内の気体は窒素リッチ（酸素リーン）になるので、気泡の内面での酸化を効率よく抑制できる。また、気泡の外面が接触する気体も窒素リッチであるから、外面の酸化も抑制できる。その結果、酸化物の発生を抑制でき、廃棄による歩留まりの低下も少なくなる。また、酸化物の発生低下に伴ってドロスの発生量も低下するから、ドロスを取り出して処理するための作業頻度も低下し、それにより生産性が向上する。

しかも、半田噴流が溶融半田に落ち込む領域（滝壺）に向けて窒素ガスを吹き付けるための部品（例えばノズル）を半田槽に取り付けるだけで済むので、装置が大型化したり、複雑化したりすることはない。また、前記のノズル等をメンテナンス時に着脱するとしても簡単であり、メンテナンス性を悪化させない。

ところで、半田噴流が溶融半田に落ち込んだ際に形成された気泡は、しばらくは消滅せず、インペラによる押送に由来する半田槽内での溶融半田の循環経路に乗って移動し、多くはインペラの上方、すなわちインペラのシャフトが溶融半田の液面を貫通している付近に漂い集まる。従って、この部分の雰囲気を窒素リッチにすれば、漂流している気泡の外面での酸化をさらに抑制できる。

請求項２記載の半田付け装置は、請求項１記載の半田付け装置において、前記インペラのシャフトが貫通している部分が含まれる溶融半田の液面に向けて窒素ガスを吹き付ける噴流外部窒素吹き出し手段を備えたことを特徴とするので、上述の効果が得られる。

また、請求項３記載の半田付け装置は、請求項１記載の半田付け装置において、前記インペラのシャフトが貫通している部分が含まれる溶融半田の液面の上方を覆うカバーと、 前記液面と前記カバーとの間に形成される空間に窒素ガスを吹き込むカバー部窒素吹き込み手段とを備えたことを特徴とするので、上述の効果が得られる。

なお、請求項３の構成であると、半密閉状の空間に窒素ガスを吹き込むので、請求項２の半田付け装置より以上の酸化抑制効果を期待できる。

次に、本発明の実施例等により発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は下記の実施例等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまに実施できることは言うまでもない。
［実施例１］
図１に示すように、本実施例の半田付け装置１は、箱形の半田槽２を備えている。
半田槽２にはヒータ（図示略）が付属しており、このヒータによって半田を溶融させ、また半田槽２内に貯留されている溶融半田３の溶融状態を維持する。

半田槽２には、一次噴流ノズル４と二次噴流ノズル５との２つの噴流ノズルが設置されており、それらの上方にはプリント基板を搬送するための一対のレール６が平行状に配されている。

一次噴流ノズル４及び二次噴流ノズル５の基部は溶融半田を誘導するためのダクト（図示略）と接続されており、そのダクト内には２つのインペラ（図示略）が配されている。
各インペラのシャフト７は、半田槽２の上方に配された噴流モータ８に接続されており、噴流モータ８を回転させるとシャフト７の端部に取り付けられた上記のインペラが回転する。すると、ダクト内の溶融半田がインペラによって押送され、ダクトから一次噴流ノズル４及び二次噴流ノズル５に送られ、これらの上端から上向きに噴出して半田噴流を形成する。また、押送される量に見合った溶融半田がダクト内に流入する。つまり、半田槽２内において、溶融半田がダクト（インペラ）〜一次噴流ノズル４及び二次噴流ノズル５〜ダクト（インペラ）と循環することになる。

周知のように、一次噴流ノズル４による一次噴流９は溶融半田をプリント基板に付着させ、二次噴流ノズル５による二次噴流１０は余剰の溶融半田をプリント基板から離脱させる。

なお、以上の構成は公知である。
この半田付け装置１において新規な点は、半田槽２の両長辺に沿って２本の窒素吹出ノズル１１、１２が、半田槽２の１短辺に沿って１本の窒素吹出ノズル１３が、シャフト７と一次噴流ノズル４及び二次噴流ノズル５との間には窒素吹出ノズル１３と平行状に窒素吹出ノズル１４が、それぞれ配置されている点である。

窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４は、ステンレス管の先端を閉じ、他端には窒素供給ホースと接続するためのコネクタ１５を取り付け、ステンレス管の側面に多数の吹き出し口を設けた構成である。コネクタ１５が窒素供給ホースを介して窒素ガス供給源（窒素発生器、窒素ボンベ等）に接続されて窒素ガスを供給すると、窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４の吹き出し口から窒素ガスが吹き出す。

窒素吹出ノズル１１の吹き出し口の多くは、一次噴流９が溶融半田３に落ち込む領域（落ち込み領域９ａ）を向いており、これらから吹き出された窒素ガスは落ち込み領域９ａに吹き付けられる。また、落ち込み領域９ａから外れた部分では溶融半田３の液面に吹き付けられる。

窒素吹出ノズル１２の吹き出し口の多くは、二次噴流１０が溶融半田３に落ち込む領域（落ち込み領域１０ａ）を向いており、これらから吹き出された窒素ガスは落ち込み領域１０ａに吹き付けられる。また、落ち込み領域１０ａから外れた部分では溶融半田３の液面に吹き付けられる。

窒素吹出ノズル１３の吹き出し口の多くは、一次噴流９及び二次噴流１０が一次噴流ノズル４及び二次噴流ノズル５の短辺部から溶融半田３に落ち込む領域（落ち込み領域１６）を向いており、これらから吹き出された窒素ガスは落ち込み領域１６に吹き付けられる。

一方、窒素吹出ノズル１４の吹き出し口は、シャフト７が溶融半田３の液面を貫通している付近を向いており、これらから吹き出された窒素ガスは、シャフト７が貫通している位置が含まれる領域（領域１７）にて溶融半田３の液面に吹き付けられる。

なお、窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４は、図示しない金属製のクランプを介して半田槽２の周縁部２ａにボルト止め等の取付手段にて着脱可能に固定されており、これを緩めれば容易に取り外せる。

この半田付け装置１を稼働させると、一次噴流ノズル４によって一次噴流９が形成され、二次噴流ノズル５によって二次噴流１０が形成され、それぞれの噴流が貯留されている溶融半田３に落ち込む。

窒素吹出ノズル１１は一次噴流９の落ち込み領域９ａに向けて、窒素吹出ノズル１２は二次噴流１０の落ち込み領域１０ａに向けて、窒素吹出ノズル１３は一次噴流９及び二次噴流１０の短辺側の落ち込み領域１６に向けて、それぞれ窒素ガスを吹き付ける。

落ち込み領域９ａ、１０ａ、１６においては、落ち込んだ溶融半田が周囲の空気を巻き込んで小さな気泡を形成して泡状になるが、吹き付けられる窒素ガスにより、上記の気泡内の気体は窒素リッチ（酸素リーン）になるので、気泡の内面での酸化を効率よく抑制できる。当然ながら気泡の外面が接触する気体も窒素リッチであるから、外面の酸化も抑制できる。

また、落ち込み領域９ａ、１０ａ、１６において形成された気泡は、しばらくは消滅せず、インペラによる押送に由来する半田槽２内での溶融半田３の循環経路に乗って移動し、多くはインペラの上方、すなわちインペラのシャフト７が溶融半田３の液面を貫通している付近の領域１７に漂い集まる。そして、窒素吹出ノズル１４及び窒素吹出ノズル１１、１２の一部は、この領域１７に向けて窒素ガスを吹き付けるので、領域１７の雰囲気が窒素リッチになり、漂流している気泡の外面での酸化をさらに抑制できる。

さらに、窒素吹出ノズル１１、１２は、落ち込み領域９ａ、１０ａから外れた部分では溶融半田３の液面に窒素ガスを吹き付けるので、これによって溶融半田３の液面及び漂流している気泡の外面での酸化を抑制できる。

こうした窒素ガスの吹きつけにより、酸化物の発生を抑制でき、酸化物の廃棄による歩留まりの低下も少なくなる。また、酸化物の発生低下に伴ってドロスの発生量も低下するから、ドロスを取り出して処理するための作業頻度も低下し、それにより生産性が向上する。

しかも、窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４を半田槽２に取り付けるだけで済むので、装置が大型化したり、複雑化したりすることはない。また、窒素吹出ノズル１１、１２、１３、１４はボルト止め等で取り付けられているだけであるから、これらをメンテナンス時に着脱するのも簡単であり、メンテナンス性を悪化させない。
［比較実験１］
実施例１の半田付け装置１を稼働させてプリント基板の半田付けを行い、窒素ガスの吹き付けを行ったときと行わなかったときとで、酸化物の発生量を比較する実験を行った。
（１）実験条件
半田槽：東京生産技術株式会社 ＴＷ−３５０Ｌ
半田：ソルダーコート ＬＬＳ２１９Ａ−Ｂ１８（鉛フリー）
窒素供給：窒素発生器
窒素吐出量１：４０Ｌ／ｍｉｎ（窒素吹出ノズル１１、１２の合計） 酸素濃度１７２００ｐｐｍ、吐出圧力：２００ｋｐａ
窒素吐出量２：２２Ｌ／ｍｉｎ（窒素吹出ノズル１３、１４の合計） 酸素濃度６２００ｐｐｍ、吐出圧力：２００ｋｐａ
（２）実験方法
半田槽を清掃してドロスを取り除いた後、プリント基板を流して通常通りの半田付けを行い、６０分毎に落ち込み領域９ａ、１０ａ及び領域１７の酸素濃度を測定する。半田付け作業の終了後に半田槽のドロスを回収し、半田ドロス分離機にて半田かす（酸化物）を分離し、その重量を測定する。
（３）結果

表１に示すとおり、窒素ガスの吹き付けを行うと、これを行わなかった場合と比較して半田かす（酸化物）の発生が抑制されることが確認できた。

なお酸素濃度は、窒素ガスの吹きつけを実施した場合、運転中を通じて、落ち込み領域９ａ付近で約１７％、落ち込み領域１０ａ付近で約１７％、領域１７では約１８％であった。
［実施例２］
インペラのシャフトが貫通している部分が含まれる溶融半田の液面の上方を覆うカバーを備えた例を実施例２として説明する。なお、多くの部分が実施例１と共通であるから、それらには実施例１と同符号を使用して説明を省略する。

図２に示すように、本実施例の半田付け装置２０では、領域１７の上方をステンレス製のカバー２１ａ、２１ｂにて覆ってある。カバー２１ａ、２１ｂはシャフト７を挟んで２分割してあるので、着脱は容易である。また、カバー２１ｂには垂下部２１ｃが設けられていて、この垂下部２１ｃは溶融半田３の内部に達している。従って、半田槽２の壁面とカバー２１ａ、２１ｂによって、領域１７の上方に閉じた空間２３が形成されている。

そして、カバー２１ａには１箇所、カバー２１ｂには２箇所のノズル穴が設けられ、各ノズル穴を貫通して窒素吹出ノズル２４が配されている。これら窒素吹出ノズル２４から空間２３内に窒素ガスを吹き込むことができる。

なお、窒素吹出ノズル１１、１２の吹き出し口は、カバー２１ａ、２１ｂと重なる部分には設けられてはいない。また、窒素吹出ノズル１４は装備されていない。
この半田付け装置２０においても、窒素吹出ノズル１１、１２、１３による窒素ガス吹き付けの効果は実施例１と同様である。

一方、カバー２１ａ、２１ｂにて空間２３を形成し、その空間２３内に３本の窒素吹出ノズル２４から窒素ガスを吹き込むので、落ち込み領域９ａ、１０ａ、１６において形成された気泡が漂い集まってくる空間２３内の雰囲気を窒素リッチにでき、漂流している気泡の外面での酸化を効果的に抑制できる。

こうした窒素ガスの吹きつけ、吹き込みにより、酸化物の発生を抑制でき、酸化物の廃棄による歩留まりの低下も少なくなる。また、酸化物の発生低下に伴ってドロスの発生量も低下するから、ドロスを取り出して処理するための作業頻度も低下し、それにより生産性が向上する。

しかも、窒素吹出ノズル１１、１２、１３を半田槽２に取り付け、またカバー２１ａ、２１ｂ及び窒素吹出ノズル２４を取り付けるだけで済むので、装置が大型化したり、複雑化したりすることはない。また、窒素吹出ノズル１１、１２、１３はボルト止め等で取り付けられているだけであり、カバー２１ａ、２１ｂ及び窒素吹出ノズル２４も同様であるから、これらをメンテナンス時に着脱するのも簡単であり、メンテナンス性を悪化させない。
［比較実験２］
実施例２の半田付け装置２０を稼働させて、比較実験１と同様に窒素ガスの吹き付けを行ったときと行わなかったときとで、酸化物の発生量を比較する実験を行った。
（１）実験条件
半田槽：東京生産技術株式会社 ＴＷ−３５０Ｌ
半田：ソルダーコート ＬＬＳ２１９Ａ−Ｂ１８（鉛フリー）
窒素供給：窒素発生器
窒素吐出量１：３０Ｌ／ｍｉｎ（窒素吹出ノズル１１、１２の合計） 酸素濃度１１０００ｐｐｍ、吐出圧力２００ｋｐａ
窒素吐出量２：２２Ｌ／ｍｉｎ（窒素吹出ノズル１３、２４の合計） 酸素濃度９５００ｐｐｍ、吐出圧力２００ｋｐａ
（２）実験方法
半田槽を清掃してドロスを取り除いた後、４時間連続稼働（但し、プリント基板は流さず半田付けは実施しない。）。４時間の稼働後に半田槽のドロスを回収し、半田ドロス分離機にて半田かす（酸化物）を分離し、その重量を測定する。
（３）結果

表２に示すとおり、窒素ガスの吹き付けを行うと、これを行わなかった場合と比較して半田かす（酸化物）の発生が抑制されることが確認できた。

実施例１の半田付け装置の構成の説明図（ａは平面図、ｂは正面図、ｃは側面図）である。 実施例２の半田付け装置の構成の説明図（ａは平面図、ｂは正面図、ｃは側面図）である。

符号の説明

１・・・半田付け装置、
２・・・半田槽、
２ａ・・・周縁部、
３・・・溶融半田、
４・・・一次噴流ノズル、
５・・・二次噴流ノズル、
７・・・シャフト、
８・・・噴流モータ、
９・・・一次噴流、
９ａ・・・落ち込み領域、
１０・・・二次噴流、
１０ａ・・・落ち込み領域、
１１、１２、１３、１４・・・窒素吹出ノズル、
１６・・・落ち込み領域、
１７・・・領域、
２０・・・半田付け装置、
２１ａ、２１ｂ・・・カバー、
２３・・・空間、
２４・・・窒素吹出ノズル。

Claims (3)

1. 溶融半田を貯留する半田槽と、前記半田槽内に配置されたインペラと、該インペラを回転駆動するモータと、前記インペラの回転に伴って押送される溶融半田を誘導するダクトと、前記ダクトによって誘導されてきた溶融半田を上向きに噴出させて半田噴流を形成する噴流ノズルとを備える半田付け装置において、
   前記噴流ノズルによって形成された半田噴流が前記貯留されている溶融半田に落ち込む領域に向けて窒素ガスを吹き付ける落込部窒素吹き出し手段を備えたことを特徴とする半田付け装置。
2. 請求項１記載の半田付け装置において、
   前記インペラのシャフトが貫通している部分が含まれる溶融半田の液面に向けて窒素ガスを吹き付ける噴流外部窒素吹き出し手段を備えたことを特徴とする半田付け装置。
3. 請求項１記載の半田付け装置において、
   前記インペラのシャフトが貫通している部分が含まれる溶融半田の液面の上方を覆うカバーと、
   前記液面と前記カバーとの間に形成される空間に窒素ガスを吹き込むカバー部窒素吹き込み手段と
   を備えたことを特徴とする半田付け装置。

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