JP2014030853A - はんだ槽及びはんだ槽に収容されたはんだの加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ槽のはんだ槽本体に収容されたはんだをできるだけ均一に加熱して溶融することができるはんだ槽及び加熱方法を提供する。
【解決手段】はんだ４を収容するはんだ槽本体２と、はんだ槽本体２の底面の外面及び側面の外面に装着されてはんだ４を加熱するための加熱部材３とを備えるはんだ槽１である。加熱部材３はステンレス鋼からなる熱拡散板９と発熱抵抗体１１を埋設した断熱体１０とからなるとともに、はんだ槽本体２に対して熱拡散板９、断熱体１０の順に配され、熱拡散板９は、はんだ槽本体２の底面の外面及び側面の外面に直接当接して装着され、断熱体１０は三次元網目構造を有する多孔質体からなるとともに熱拡散板９に当接する側の表面から所定の深さに形成された溝部を有し、該溝部内に発熱抵抗体１１が熱拡散板９から離間して埋設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだ槽及びはんだ槽に収容されたはんだの加熱方法に関し、具体的には、はんだ槽本体に収容されたはんだを加熱して溶融するためのはんだ槽及び加熱方法に関するものである。

周知のように、はんだ槽を用いて例えばプリント基板のはんだ付けを行う場合には、はんだの温度管理を厳格に行うために、はんだ槽のはんだ槽本体が加熱される。

例えば特許文献１の段落番号０００５及び第７図には、はんだ槽の内部に通された金属のパイプにヒーターを埋め込んだシーズヒーターを用いて、はんだ槽に収容されたはんだを加熱する発明が開示されているが、はんだ槽本体の加熱は、シーズヒーター等をはんだ槽本体の外面に固定することにより行われることが多い。ヒーターをはんだ槽本体の外面に固定して加熱する方法は、溶融はんだ中に直接投げ込む形態の投込ヒーターよりもはんだの浸食によりヒーターが傷む心配がなく、寿命が長くなり経済的だからである。

特許文献２には、はんだ交換時にはんだを再融解しなくとも交換できるように、はんだ槽本体の内壁をはんだのぬれ性が悪い物質である窒化アルミニウムで覆ったはんだ槽本体の外面にヒーターを装着し、このヒーターの外面を断熱材が覆う発明が開示され、また、特許文献３〜５にも、はんだ槽本体を囲むようにヒーターを配置する発明が開示されている。

特開２００３−１３６２３３号公報 実開平６−４１９６５号公報 実開平５−１８７５６号公報 特開平３−２５４３６２号公報 特開昭５２−１２７４４９号公報 特開２００５−７４０５号公報

しかし、ヒーターをはんだ槽本体の外面に固定して加熱する特許文献２〜５により開示された発明では、ヒーターに接している部分のはんだ槽本体の外面は、強く加熱されて温度が上昇するものの、このヒーターから離れた部分のはんだ槽本体の外面は、余り温度が上昇せず、はんだ槽本体の温度がバラツキやすく、はんだ槽本体に収容されたはんだの温度も部分的にばらつき易い。はんだの温度がばらつくと、はんだ槽本体の内部に設置される噴流ノズルから流出するはんだの温度が変動し易く、はんだ不良を生じ易い。

従来のＳｎ−Ｐｂ系のはんだでは、ヒーターによる加熱によりはんだの温度が多少程度ばらついても、はんだ合金の溶融温度が１８３℃であるのに対して溶融はんだの設定温度が通常２４５℃前後と、約６０℃程度の余裕があったため、さほど問題にはならなかった。

しかし、鉛フリーはんだでは、溶融温度が約２２０℃であるのに対してはんだの設定温度は２５０℃前後と約３０℃程度しかないため、従来のＳｎ−Ｐｂ系のはんだの余裕の半分である。このため、鉛フリーはんだでは、ヒーターによる加熱によりはんだの温度がばらつくと、ブリッジや未はんだの原因となりやすいという課題がある。

さらに、特許文献２〜５により開示された発明では、ヒーターを設置された付近のはんだ槽本体が局部的に加熱されて部分的に熱膨張するため、はんだ槽本体の寿命が短くなるとともに、加熱のための熱がはんだ槽本体の外面から空気中に放散し、運転コストが嵩むという課題もある。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、はんだ槽のはんだ槽本体に収容されたはんだをできるだけ均一に加熱して溶融することができるはんだ槽及び加熱方法を提供することを目的とする。

本発明者等は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、（ａ）はんだ槽本体をヒーターにより直接加熱するのではなく、ヒーターによりはんだ槽本体の底面の外面及び側面の外面に当接して装着されるステンレス鋼からなる熱拡散板を加熱し、この熱拡散板からの熱伝導によりはんだ槽本体を加熱すること、及び（ｂ）この熱拡散板の加熱は、熱拡散板に当接して装着される発泡セラミックスからなる断熱体の内部に熱拡散板から離間して埋設される発熱抵抗体により行うことにより、はんだ槽のはんだ槽本体に収容されたはんだをできるだけ均一に加熱して溶融することができることを知見して、本発明を完成した。

本発明は、収容されるはんだの液面レベルよりも下方に位置する入口と該液面レベルよりも上方に位置する出口とを有するはんだ送り室、及び、入口からはんだ送り室の内部へはんだを送るポンプを、内部に備えるはんだ槽本体と、このはんだ槽本体の底面の外面及び側面の外面に装着されてはんだを加熱するための加熱部材とを備えるはんだ槽であって、加熱部材がステンレス鋼からなる熱拡散板と発熱抵抗体を埋設した断熱体とからなるとともに、はんだ槽本体に対して熱拡散板、断熱体の順に配され、熱拡散板は、はんだ槽本体の底面の外面及び側面の外面に直接当接して装着され、断熱体は三次元網目構造を有する多孔質体からなるとともに熱拡散板に当接する側の表面から所定の深さに形成された溝部を有し、該溝部内に前記発熱抵抗体が前記熱拡散板から離間して埋設されることを特徴とするはんだ槽である。

この本発明に係るはんだ槽では、はんだが鉛フリーはんだである。

別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係るはんだ槽を用い、発熱抵抗体の発熱により熱拡散板を加熱し、この熱拡散板からの熱伝導により、はんだ槽本体を略均一に加熱することを特徴とするはんだ槽に収容されたはんだの加熱方法である。

本発明により、はんだ槽のはんだ槽本体に収容されたはんだをできるだけ均一に加熱して溶融することができるようになる。このため、ブリッジや未はんだといったはんだ不良の発生やはんだ槽本体の寿命の低下を抑制できるとともに、運転コストの上昇を抑制できる。

図１は、本発明に係るはんだ槽の構成を示す説明図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は底面図である。 図２は、発熱抵抗体１１の埋設状況の一例を示す三面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すａ−ａ’断面、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すｂ−ｂ’断面をそれぞれ示す図である。 図３は、本発明に係るはんだ槽１を所定期間使用した後に、はんだ槽本体２から取外した熱拡散板９の表面の状態を示す図であり、図３（ａ）は、熱拡散板９のはんだ槽本体２に接触している側の面の状態、図３（ｂ）は、熱拡散板９の発熱抵抗体１１側の面の状態をそれぞれ示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るはんだ槽１の構成を示す説明図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は底面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明に係るはんだ槽１は、はんだ槽本体２と、加熱部材３とを備えるので、これらについて順次説明する。

[はんだ槽本体２]
はんだ槽本体２は、はんだ４を収容するための上向きに開口する四角形の容器であり、この種のはんだ槽本体として周知慣用のものであればよい。例えば、ステンレス鋼により構成されること、さらにはその内面を窒化処理することが、はんだによる食われを防止するためには望ましい。

はんだ槽本体２の内部には、図１（ａ）に示すように略Ｌ型の断面を有するはんだ送り室５とポンプ６とが配置される。
はんだ送り室５は、その長手方向（図面左右方向）の左方に入口５ａを有するとともに右方に出口５ｂを有する。入口５ａは、はんだ槽本体２に収容されるはんだ４の液面レベルＬよりも下方に位置するように設けられる。また、出口５ｂは、この液面レベルよりも上方に位置するように設けられる。出口５ｂは、いわゆる噴流ノズルをなしており、図１（ａ）に示すようにここから溶融はんだが上方へ向けて噴流し、出口５ｂの上方を搬送されるプリント基板（図示しない）のはんだ付けを行う。

ポンプ６は、ケーシング６ｄ内に配置される。ポンプ６の回転軸６ａは、はんだ槽本体２の上方まで延設されており、駆動モータ６ｂを有する駆動源６ｃにより回転駆動される。これにより、ポンプ６は駆動回転し、はんだ槽本体２の内部に収容されたはんだ４を、入口５ａからはんだ送り室５の内部へ送り、出口５ｂから噴流させる。ポンプ６としては、送るはんだの脈動を抑制するために、螺旋羽根を有するスクリューポンプを用いることが望ましく、特に４枚の螺旋羽根を有するスクリューポンプを用いることが、定速回転時の脈動抑制のみならず、回転数変更時の迅速な収束性を有することから望ましい。一実施例として図１ではスクリューポンプを用いた場合を示しているが、ケーシング５内でスクリューを回転させるので、はんだはスクリューの外側に流出することなくケーシング６ｄの貫通方向に沿って送り込まれ、その結果、パスカルの原理によってはんだ送り室５内にかかる圧はどの位置でも同じになるので、出口から流出するはんだに波がほとんど出来ない。本発明に係るはんだ槽は、本例に示すスクリューポンプを用いるはんだ槽や、本例以外の図示しないインペラポンプ及びダクトを用いるはんだ槽などはんだの噴流方法に拘わらず適用できるものである。

はんだ槽本体２の底面の外面には補強のためのリブ７が設けられているとともに、はんだ槽本体２の上下及び左右には支持プレート８が設けられており、はんだ槽本体２を覆う熱拡散板９、発熱抵抗体１１を内包する断熱体１０を支持プレート８，８間でロッド８ａにより固定している。

［加熱部材３］
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、加熱部材３は、はんだ槽本体２の底面の外面、及び側面の外面に装着されて、はんだ槽本体２に収容されるはんだ４を加熱するためのものである。

加熱部材３は、熱拡散板９と、断熱体１０と、発熱抵抗体１１とにより構成される。
熱拡散板９は、はんだ槽本体２の底面の外面及び側面の外面に、発熱抵抗体１１を内包する断熱体１０とともに支持プレート８，８間でロッド８ａによりはんだ槽本体２に装着されたり、また、熱拡散板９のみを図示しない掛止や締結さらに溶接等の適宜手段によりはんだ槽本体２に当接して装着される板材であり、ステンレス鋼からなる。熱拡散板９は、後述するように、発熱抵抗体１１からの熱を吸収してその全域に均一化して、当接するはんだ槽本体２の底面及び側面を加熱するためのものであり、板厚は５〜１０ｍｍであることが望ましいが、発熱抵抗体１１の発熱容量などに応じて適宜変更してもよいものである。

また、熱拡散板９は、はんだ槽本体２の底面の全面及び側面の全面に装着する必要は必ずしもなく、Ｓｎ−Ｐｂ系のはんだの場合には上述したように温度管理幅が大きいので、収容されるはんだの略液面レベルＬよりも下の所定の位置から下方に向けて装着するようにしてもよい。しかし、鉛フリーはんだでの場合には上述したように温度管理幅が小さいので、収容されるはんだの略液面レベルＬよりも少なくとも下側全域に相当する外面に装着することが望ましい。

熱拡散板９は、はんだ槽本体２と同じ材料により構成されることにより、温度ムラが発生し難い。そこで、本発明では、熱拡散板２を、はんだ槽本体２の材料として多用されるステンレス鋼製として、熱拡散板９とはんだ槽本体２との間に発生する温度ムラを解消している。なお、この熱拡散板９は、発熱する発熱抵抗体１１に近接して配置されるので、局部的に膨張するといった熱損傷を受け易いが、はんだ槽本体２に比べて安価であるから、損傷した場合には、この熱拡散板９を交換するだけでだけで済むため、交換に要する費用や工数が少なくて済む。

この熱拡散板９の外面に当接して、断熱体１０が装着される。断熱体１０は、発泡セラミックスからなる。発泡セラミックスとは、アルミナを基本材質とする、発泡ポリウレタンのような三次元網目構造の多孔質体である。

後述するように、この断熱体１０により発熱抵抗体１１を覆うため、発熱抵抗体１１からの熱が熱拡散板９に効率よく伝播されるのでコストを低下することができるとともに、運転作業者がはんだ槽本体２の断熱体１０に触れても火傷のおそれもなく、安全性も高い。

この断熱体１０の内部には、発熱抵抗体１１が埋設される。図２は、発熱抵抗体１１の埋設状況の一例を示す三面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すａ−ａ’断面、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すｂ−ｂ’断面をそれぞれ示している。
発熱抵抗体１１は、通電することによりジュール熱を発生して発熱するものであり、本実施の形態ではニクロム線を用いた。

図２に示すように、発熱抵抗体１１は、発泡セラミックスからなる断熱体１０の熱拡散板９に当接する側の表面から所定深さで形成された溝部１０ａの内部に収容されることにより断熱体１０に埋設される。

さらに、発熱抵抗体１１は、溝部１０ａの深さが発熱抵抗体１１の外径よりも５〜１０ｍｍ程度深く設けられていることから、熱拡散板９には直接接触しない離間状態で、断熱体１１に埋設される。この離間量は、熱拡散板９の板厚や、発熱抵抗体１１の熱容量に応じて適宜変更しても良いものである。

本発明に係るはんだ槽１は、以上のように構成される。この本発明に係るはんだ槽１を用い、発熱抵抗体１１に通電して発熱抵抗体１１の発熱により熱拡散板９を加熱し、この熱拡散板９からの熱伝導により、はんだ槽本体２を加熱すると、上述した特許文献２〜５により開示された発明のように発熱抵抗体１１がはんだ槽本体に直接に点接触又は線接触に近い状態で接触してはんだ槽本体を加熱していたものに比較して、（ａ）発熱抵抗体１１により加熱されるとともにはんだ槽本体２に面接触する熱拡散板９により加熱されること、（ｂ）発熱抵抗体１１が発生する熱が多孔質体である断熱体１０の内部に均一に行き渡って断熱体１０内をムラなく昇温し、断熱体１０が面接触する熱拡散板９をムラなく加熱すること、及び（ｃ）発熱抵抗体１１が熱拡散板９に接触せずに離間して配置されていることの３つが相まって、熱の分散むらが抑制され、はんだ槽本体２における熱拡散板９の装着部分を、極めてムラなく均一な温度に加熱することができるようになる。

本発明に係るはんだ槽１を所定期間使用した後に、はんだ槽本体２から取外した熱拡散板９の表面の状態を示したのが図３であり、図３（ａ）は、熱拡散板９のはんだ槽本体２に接触している側の面の状態を示し、図３（ｂ）は、熱拡散板９の発熱抵抗体１１側の面の状態を示したものである。図示のように、発熱抵抗体１１側の面では、発熱抵抗体１１を構成するニクロム線に沿った加熱跡が見受けられる（図３（ｂ））。一方、はんだ槽本体２に接触している側の面では、拡散された加熱跡が見受けられる（図３（ａ））。

このようにして、本発明によれば、発熱抵抗体１１とはんだ槽本体２の間に熱拡散板を介在させることにより、はんだ槽１のはんだ槽本体２に収容されたはんだ４をできるだけ均一に加熱して溶融することができるようになる。このため、ブリッジや未はんだといったはんだ不良の発生やはんだ槽本体の寿命の低下を抑制できるとともに、運転コストの上昇を抑制できる。

１ はんだ槽
２ はんだ槽本体
３ 加熱部材
４ はんだ
５ はんだ送り室
５ａ 入口
５ｂ 出口
６ ポンプ
６ａ 回転軸
６ｂ 駆動モータ
６ｃ 駆動源
６ｄ ケーシング
７ リブ
８ 支持プレート
８ａ ロッド
９ 熱拡散板
１０ 断熱体
１０ａ 溝部
１１ 発熱抵抗体

Claims (3)

1. 収容されるはんだの液面レベルよりも下方に位置する入口と該液面レベルよりも上方に位置する出口とを有するはんだ送り室、及び、前記入口から前記はんだ送り室の内部へはんだを送るポンプを、内部に備えるはんだ槽本体と、該はんだ槽本体の底面の外面及び側面の外面に装着されて前記はんだを加熱するための加熱部材とを備えるはんだ槽であって、
   前記加熱部材はステンレス鋼からなる熱拡散板と発熱抵抗体を埋設した断熱体とからなるとともに、はんだ槽本体に対して熱拡散板、断熱体の順に配され、
   前記熱拡散板は、前記はんだ槽本体の底面の外面及び前記側面の外面に直接当接して装着され、前記断熱体は三次元網目構造を有する多孔質体からなるとともに前記熱拡散板に当接する側の表面から所定の深さに形成された溝部を有し、該溝部内に前記発熱抵抗体が前記熱拡散板から離間して埋設されることを特徴とするはんだ槽。
2. 前記はんだは鉛フリーはんだである請求項１に記載されたはんだ槽。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたはんだ槽を用い、前記発熱抵抗体の発熱により前記熱拡散板を加熱し、該熱拡散板からの熱拡散により、前記はんだ槽本体を略均一に加熱することを特徴とするはんだ槽に収容されたはんだの加熱方法。