JP2018069252A - ダイレクトヒートはんだ付けパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスの掃除が容易で、かつ半田片の溶融温度へ迅速に上昇させることが可能なダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供する。【解決手段】半田片が落下可能な内径を有する筒状のパイプ１０と、パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する筒状のコア２０と、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを有し、胴体部の内径はコアの外径よりも大きく、先端部の内径は、コアの外径よりも小さくパイプの外径よりわずかに大きいスリーブ３０と、保持手段とを備え、パイプは熱伝導性が良く、パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなり、コアは、熱伝導性が良い材料からなり、少なくとも下端部付近に半田片を溶融するための発熱体を有し、少なくともパイプは、保持手段に対して着脱可能であり、パイプがコアに挿入され、コアがスリーブに挿入され、パイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係が保持手段によって保持される。【選択図】図１

Description

本発明は、切り取られた糸半田を溶融して半田付けを行う装置に装着されるダイレクトヒートはんだ付けパイプに関する。

従来から、糸半田を切り取るカッターユニットと、切り取られた糸半田が落下可能な内径を有し、軸方向に貫通しており両端が開口した筒と、切り取られた半田片を筒の先端部で溶融させるための加熱手段とを備える、半田付け装置が知られている（特許文献１参照）。この半田付け装置では、切り取られた半田片は筒の上方の貫通口から筒の先端部まで落下し、そしてその先端部において加熱手段によって加熱されて溶融され、筒の下方の貫通口から筒内に入れられている被半田付け部が半田付けされる。

特許第５１８４３５９号公報

ところで、従来の半田付け装置では、半田付け時に発生したフラックス酸化物が装置に付着し、かかるフラックス酸化物の付着量が所定量を超えた状態で半田付けを継続すると、半田付けの質が低下してしまうためフラックス酸化物を除去することが必要である。しかし、かかるフラックス酸化物を除去することは容易ではないため、除去に時間がかかり、生産性の低下を招いていた。

また、筒の内周面に付着したフラックス酸化物を除去しても、筒の内周面の劣化は避けられず、内周面が劣化すれば半田付けの質が低下するため、半田ごて全体を交換する必要が生じる。ヒーター部を含む半田ごては比較的高価であることから、継続使用可能なヒーター部等を含めて交換することになるため無駄が多く、交換時のコストが増加するという問題があった。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、半田付け装置に装着されるダイレクトヒートはんだ付けパイプであって、フラックス酸化物の除去が容易、またフラックス酸化物によって劣化した部材のみの交換が可能で、かつ半田片を迅速に溶融温度まで上昇させることが可能な、ダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によるダイレクトヒートはんだ付けパイプは、パイプと、コアと、スリーブと、保持手段と、を備える。後述するようにスリーブと保持手段とが一体化して、スリーブが保持手段の機能を兼ねてもよい。
パイプは筒状であって、軸方向に貫通し、半田片が落下可能な内径を有する。
コアも筒状であって、軸方向に貫通し、パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する。
スリーブは、軸方向に貫通し、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを少なくとも有する。胴体部の内径はコアの外径よりも大きい。先端部の内径は、コアの外径よりも小さく、パイプの外径よりわずかに大きい。つまり、スリーブの先端部に、パイプを挿入することは可能であるが、コアを挿入することはできない。
保持手段は、パイプがコアに挿入され、かつコアがスリーブに挿入された状態で、パイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係を保持する。

パイプは熱伝導性が良く、パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなる。
コアは熱伝導性が良い材料からなる。コアは少なくとも下端部付近に半田片を溶融するための発熱体を有する。

少なくともパイプは、保持手段に対して着脱可能である。
パイプがコアに挿入され、かつコアがスリーブに挿入され、かつパイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係が保持手段によって保持されたとき、パイプ、コア、及びスリーブは以下のような状態となる。
パイプの外周面とコアの内周面との間には、隙間がほとんど無い。「隙間がほとんど無い」とは、外周面と内周面との一部又は全部が密に接している状態を含む。以下においても同様である。
パイプの下端部付近において、パイプの外周面とスリーブの内周面との間には、隙間がほとんど無い。

パイプは保持手段から着脱可能であるから、パイプの内周面が汚れた際に、保持手段からパイプを外してパイプの内周面を掃除することが容易である。
また、パイプの内周面の汚れが除去できない場合や内周面の劣化が進んでしまった場合は、コアやスリーブはそのまま使用を継続し、パイプのみ新しいものに交換することができる。

コアの内周面とパイプの外周面との間には隙間がほとんど無い。このため、コアが有する発熱体から発生させられた熱は効率よくパイプに伝わる。
コアとパイプとはスリーブに挿入され、スリーブに包囲されているため熱が逃げにくい。このため、発熱体が発熱していない状態のときでも、パイプの温度は低下しにくい。つまり、発熱体の発熱が停止され、パイプの温度が半田片を溶融することができない温度まで低下した後に、発熱体の発熱が再開されたときに、パイプの温度が半田片を溶融することができる温度に再び上昇するまでの時間が短い。

本発明によれば、半田片を溶融する際にフラックスによって汚染される部品の掃除が容易で、かつ当該部品のみの交換が可能で、さらに当該部品の温度が低下しにくく、当該部品を所定温度へ迅速に上昇させることが可能なダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供することが可能となる。

第１の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの断面図である。 半田付け装置にダイレクトヒートはんだ付けパイプを装着した状態を示す斜視図である。 第１の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第２の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第３の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第４の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第５の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。

以下、本発明を適用したダイレクトヒートはんだ付けパイプ及び半田付け装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、第１の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの断面図である。図１に示すように、第１の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプ１００は、パイプ１０、コア２０、スリーブ３０、保持手段としての取付けガイド４０を含んで構成されている。
パイプ１０は取付けガイド４０、コア２０及びスリーブ３０を貫通可能である。取付けガイド４０にはネジ穴４１があり、取付けガイド４０に挿入されたパイプ１０は、ネジ（図示せず）によって取付けガイド４０に固定される。着脱可能に保持する方法としてネジ止めが例示されるが、着脱可能に保持することができればネジ止めに限定されない。

コア２０とスリーブ３０とはその一部が取付けガイド４０に挿入され、収納されるが、取付けガイド４０を貫通しない。
パイプ１０、スリーブ３０、及び取付けガイド４０は、モリブデン鋼、ＳＵＳ（ステンレス鋼）など熱伝導率に優れる材料からなる。
コア２０は、アルミナなど電気絶縁性、耐熱性に優れる酸化物系セラミックスなどからなる。

＜パイプ、コア＞
パイプ１０は筒状であり、その内径Ｄ１０１及び外径Ｄ１０２は位置によらずそれぞれ略一定である。
コア２０も筒状であり、その内径Ｄ２０１及び外径Ｄ２０２は位置によらずそれぞれ略一定である。

＜スリーブ＞
スリーブ３０は筒状の胴体部３１と円錐台筒状の先端部３２とからなる。
スリーブ３０の胴体部３１の内径Ｄ３１１及び外径Ｄ３１２は位置によらずそれぞれ略一定である。
スリーブ３０の先端部３２の外形は円錐台形である。円錐台形とは、円錐を、底面に平行な平面で切り、小円錐の部分を除いた立体図形である。
スリーブ３０の先端部３２の内部には円柱状の空間がある。スリーブ３０の先端部３２の内部空間の内径Ｄ３２１は位置によらず略一定である。

＜スリーブの胴体部と先端部との関係＞
図１に示すスリーブ３０の先端部３２の外径は、胴体部側は胴体部の外径Ｄ３１２と等しく、先端に向かうに従って徐々に小さくなっている。つまり、スリーブ３０の胴体部の外径Ｄ３１２と先端部３２の外径とは連続的に変化している。
ただし、スリーブ３０の胴体部の外径Ｄ３１２と先端部３２の外径とは不連続的に（階段状に）変化してもよい。

スリーブ３０の胴体部の内径Ｄ３１１はスリーブ３０の先端部３２の内径Ｄ３２１よりも大きい。
図１に示す先端部３２の内部は、
パイプ１０の外径Ｄ１０２と略等しい内径Ｄ３２１を有する円柱状の空洞部分と、
胴体部３１の内周面と先端部３２の内周面とをつなぐ空洞部分、つまり胴体部の内径Ｄ３１１から先端部３２の内径Ｄ３２１へと徐々に変化する空洞部分と
からなる。
なお、胴体部の内径Ｄ３１１から先端部３２の内径Ｄ３２１へと徐々に変化する空洞部分は無くてもよい。つまり、胴体部の内径Ｄ３１１が一定の領域の下端と、先端部３２の内径Ｄ３２１が一定の領域の上端との高さ方向の位置が略同じであってもよい。

＜パイプの外径と、コアの内径と、スリーブ先端部の内径との関係＞
パイプ１０の外径Ｄ１０２は、コア２０の内径Ｄ２０１とスリーブ３０の先端部３２の内径Ｄ３２１と略等しい。このため、パイプ１０は、コア２０の全体とスリーブ３０の全体とに挿入可能である。パイプ１０の外周面とコア２０の内周面との間、及びパイプ１０の外周面とスリーブ３０の先端部３２の内周面との間には、隙間がほとんど無い。例えば、パイプ１０の外径Ｄ１０２が３．０ｍｍ、コア２０の内径Ｄ２０１が３．２ｍｍである。この場合に、パイプ１０をコア２０に挿入すると、パイプ１０の外周面とコア２０の内周面との隙間の平均は０．１ｍｍとなる。

＜コアの外径と、スリーブ胴体部の内径と、スリーブ先端部の内径との関係＞
コア２０の外径Ｄ２０２は、スリーブ３０の胴体部３１の内径Ｄ３１１よりも０．５ｍｍ〜４．０ｍｍほど小さい。このため、コア２０はスリーブ３０の胴体部３１に挿入可能であり、かつコア２０の外周面とスリーブ３０の胴体部３１の内周面との間には０．２５ｍｍ〜２．０ｍｍの隙間が存在する。例えば、コア２０の外径Ｄ２０２は、スリーブ３０の胴体部３１の内径Ｄ３１１よりも０．５ｍｍ小さい。この場合に、コア２０をスリーブ３０に挿入すると、コア２０の外周面とスリーブ３０の内周面との隙間の平均は０．２５ｍｍとなる。

コア２０の外径Ｄ２０２は、スリーブ３０の先端部３２の内径Ｄ３２１よりも大きい。このため、コア２０をスリーブ３０の先端部３２に挿入することはできない。よって、取付けガイド４０がコア２０を直接保持しなくても、取付けガイド４０がスリーブ３０を保持していれば、コア２０が落下することはない。

コア２０の下端部付近には、発熱体（例えば、アルミナヒーター、カンタル線など。図示せず）及び温度検出素子（例えば熱電対。図示せず）が存在する。発熱体はコア２０の外周面に巻かれていて、絶縁性を有する接着剤によってコア２０の外周面に接着されていてもよく、またコアに内蔵されていてもよい。
発熱体及び温度検出素子は、ヒーター電源線（図示せず）及び熱電対線（図示せず）などを内蔵するチューブ（図示せず）を介して電源（図示せず）や制御部（図示せず）に接続される。図１に示す穴４２はこのようなチューブを通すための穴である。

パイプ１０がコア２０に挿入され、かつコア２０がスリーブ３０に挿入され、かつパイプ１０とコア２０とスリーブ３０との相対的な位置関係が取付けガイド４０によって保持されたとき、パイプ１０の下端面とスリーブ３０の下端面とは略面一でもよく、またパイプ１０の下端面がスリーブ３０の下端面よりも下方（パイプ１０の下端面が突き出ている状態）でもよい。

図２は、ダイレクトヒートはんだ付けパイプを半田付け装置に装着した状態を示す斜視図である。
図２に示すように、半田付け装置２００は、糸半田２１０と、糸半田送りローラ２２０と、糸半田カッター部２３０と、糸半田カッター動力部２４０と、糸半田切れセンサー２５０と、導入パイプ２６０と、ダイレクトヒートはんだ付けパイプ１００とを有する。

糸半田２１０は、糸半田送りローラ２２０によって糸半田カッター部２３０へと送られる。糸半田送りローラ２２０は、糸半田の先端が、糸半田カッター部２３０のカッターよりも所定の長さだけ下の位置に来ると、糸半田の送りを停止する。そして、糸半田カッター部２３０が、糸半田カッター動力部２４０によって動かされて、所定の長さの糸半田が切り落とされる。

図３はパイプ１０の中に切り落とされた所定の長さの糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、（ａ）は半田溶融前、（ｂ）は半田溶融後を示す。
ピン３３３が、配線基板３３１のランド３３２に挿入され、さらにパイプ１０に挿入されている。
切り落とされた半田片３３４は、パイプ１０内を落下する。
そして、図３（ａ）に示すように、半田片３３４の下端がピン３３３の上端より下となる位置で止まる。半田片３３４の下端がランド３３２に接する位置まで半田片３３４が落下する場合もある。
半田片３３４は、図示しない発熱体によって加熱される。
そして、図３（ｂ）に示すように、溶融半田３３５となってランド３３２とピン３３３とを半田付けする。このとき、パイプ１０の下端面がランド３３２に接している又は近接していれば、ランド３３２も半田片３３４とともに加熱され、温度が上昇する。

半田付けが継続される場合は、配線基板３３１とパイプ１０とのＺ方向の相対的な位置が変化し、半田付け後のピン３３３がパイプ１０の先端よりも下方に移動される。そして、配線基板３３１とパイプ１０とのＸ−Ｙ方向の相対的な位置が変化し、半田付け前の別のピンがパイプ１０の先端の下方に移動される。次に、配線基板３３１とパイプ１０とのＺ方向の相対的な位置が変化し、半田付け前の別のピンがパイプ１０に挿入される。

半田付け前のピンがパイプ１０に挿入された後、又は挿入のための移動がなされている間に、糸半田送りローラ２２０が回転して、糸半田が送られて、糸半田の先端が再び糸半田カッター部２３０のカッターよりも所定の長さだけ下方に来る。そして、糸半田カッター部２３０によって所定の長さの糸半田がパイプ１０の中に切り落とされて再び半田付けが行われる。このようにして半田付けが繰り返される。

糸半田切れセンサー２５０は、例えば糸半田の後端の通過を検知したら、所定の信号を制御部（図示せず）に送る。制御部は所定の信号を受信したら、制御用モニター（図示せず）に警告メッセージを表示するなどして、半田付け装置の操作者に糸半田がなくなりそうであることを通知する。

取付けガイド４０には導入パイプ用の穴４２が設けられていて、導入パイプ２６０が装着される。導入パイプ２６０が装着されると導入パイプ２６０内のヒーター電源線（図示せず）、熱電対線（図示せず）が、コア２０が有するヒーター（図示せず）、熱電対（図示せず）に電気的に接続される。
窒素ガスなどの不活性ガスが、パイプ１０の上端開口部から図示しないチューブによってパイプ１０の中に導入される。かかる不活性ガスは、導入時のガス圧によって半田片を、発熱体によって溶融可能な位置まで確実に落下させるためのものであるとともに、パイプ１０内を半田片の溶融に適した不活性ガス雰囲気にするためのものである。

温度検出素子はコア２０の下端付近の温度を測定する。測定された温度に基づいてヒーター電源線に供給する電流値又は電圧値を調節することによってコア２０の温度を制御し、コア２０の温度を制御することによってパイプ１０の温度を制御する。

半田付けはパイプ１０内で行われるため、溶融半田やフラックスが周囲に飛散することはなく、しかも溶融半田が均等にピンの周囲に回り込む。また、パイプ１０の内周面が半田に対して濡れにくい材料で形成されているので、パイプ１０の内周面に対する半田の付着量が少なく、パイプ１０の詰まりを抑制できる。その結果、供給される半田の定量性が維持されるとともに、接合後の外観がきれいに仕上がる。

また、パイプ１０は取付けガイド４０から容易に取り外し可能であるから、パイプ１０の内周面にフラックスが付着したら、パイプ１０を取り外して内周面を掃除することが容易にできる。
さらに、パイプ１０の内周面の劣化が進み、フラックスが内周面に付着しやすくなるなどしてきたら、パイプ１０のみを交換することが可能であり、コア２０に設けられている発熱体や温度検出素子や、スリーブ３０などを交換する必要がない。このため省資源、経済性の観点からも好ましい。

また、コア２０の周囲にスリーブ３０を被せることによって放熱を抑制している。具体的には、コア２０の外周面とスリーブ３０の内周面との間の空間の上方は取付けガイド４０によって覆われている。また、その空間の下方は、パイプ１０の外周面とコア２０の外周面とスリーブ３０の内周面とによって閉じられている。このため発熱体から発生された熱はコア２０の外周面からコア２０の内周面、パイプ１０の外周面及びパイプ１０の内周面を経て半田片３３４に効率よく伝わり、半田片３３４を溶融し溶融半田３３５へと変化させる。

その後、通電が停止されても、発熱体の周囲のスリーブ３０が放熱を抑制しているため、通電停止中の温度低下が少ない。このため、半田付け後のピンがパイプ１０から抜かれ、半田付け前のピンがパイプ１０に新たに挿入され、半田片が切り落とされて、通電が再開されてから、切り落とされた半田片が所定の温度に到達させられるまでの時間が短い。

図４は、第２の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。
第１の実施形態と比べて第２の実施形態ではコア２０が長く、発熱体（図示せず）及び温度検出素子（図示せず）がより下方に配置されるため、切り落とされた半田片のより近くで、発熱体が発熱し、かつ温度が検出される。このため、より迅速かつ正確な温度制御が可能となる。

図５は、第３の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。
第３の実施形態ではスリーブと取付けガイドとが一体化され、スリーブ５０が保持手段を兼ねている。
スリーブ５０は、軸方向に貫通し、筒状の胴体部５１と円錐台筒状の先端部５２とそれ以外の部分５３とを有する。胴体部５１の内径はコア５２０の外径よりも大きく、先端部５２の内径は、コア５２０の外径よりも小さくパイプ１０の外径よりわずかに大きい。
スリーブ５０は、スリーブのネジ穴５４とコアのネジ穴５２１とを貫通するネジ（図示せず）を用いて、パイプ１０をネジ止めすることによって、パイプ１０がコア５２０に挿入され、かつコア５２０がスリーブ５０に挿入された状態で、パイプ１０とコア５２０とスリーブ５０との相対的な位置関係を保持する。

パイプ１０の外周面とコア５２０の内周面との間には、隙間がほとんど無い。
パイプ１０の下端部付近において、パイプ１０の外周面とスリーブ５０の内周面との間には、隙間がほとんど無い。

前記のように、本発明にかかる半田付け装置では、ダイレクトヒートはんだ付けパイプのパイプが着脱可能であるため、腐食等によってパイプが消耗した場合に、パイプのみを交換してコアを継続使用することができるため、ダイレクトヒートはんだ付けパイプ全体を交換する場合に比べてコスト低減が可能となる。

発熱体を有するコアの内周面とパイプの外周面との間に隙間がほとんど無いため、発熱体の通電状態において、コアからパイプへ熱が伝わりやすい。
また、コアの下端部付近に、温度を検出する温度検出素子が設けられている場合、温度検出素子近辺の温度と相関のあるパイプ内の下端部付近の温度を検出することができ、温度検出素子の検出結果に基づいて発熱体に供給する電流値あるいは電圧値を調整し、切り落とされた半田片付近が設定された温度となるように制御を行うことができる。

図６は、第４の実施形態における糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、（ａ）は半田溶融前、（ｂ）は半田溶融後を示す。
モーター６１の端子６２が、パイプ１０に挿入されている。端子６２にはリード芯線６３がからげられ（巻きつけられ）ている。
切り落とされた半田片３３４は、パイプ１０内を落下する。
図６（ａ）に示すように、半田片３３４は下端付近で止まり、図示しない発熱体によって加熱される。
図６（ｂ）に示すように、半田片３３４は溶融半田３３５となって端子６２とリード芯線６３とを半田付けする。

図７は、第５の実施形態における糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、（ａ）は半田溶融前、（ｂ）は半田溶融後を示す。
ヒューズソケット７２のプラグイン端子７１が、パイプ１０に挿入されている。
切り落とされた半田片３３４は、パイプ１０内を落下する。
図７（ａ）に示すように、半田片３３４は下端付近で止まり、図示しない発熱体によって加熱される。
図７（ｂ）に示すように、半田片３３４は溶融半田３３５となって端子７１とランド７３とを半田付けする。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
すなわち、熱伝導率が高く、かつ半田に濡れにくく、かつ最も内側に配置されるパイプが交換可能であり、
熱伝導率が高く、かつパイプを包囲し、かつパイプと密に接するコアが発熱体を有し、
パイプとコアを包囲するスリーブがパイプとコアの温度低下を抑制しうる、
という条件を満たすものであれば、各部材の材質、形状やサイズ、各部材を保持する保持手段を変更してもよい。

１０ パイプ
２０ コア
３０ スリーブ
３１ スリーブ胴体部
３２ スリーブ先端部
４０ 取付けガイド
２００ 半田付け装置
２２０ 糸半田送りローラ
２３０ 糸半田カッター部
２４０ 糸半田カッター動力部
２５０ 糸半田切れセンサー

Claims (3)

1. 軸方向に貫通し、半田片が落下可能な内径を有する筒状のパイプと、
   軸方向に貫通し、前記パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する筒状のコアと、
   軸方向に貫通し、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを少なくとも有し、前記胴体部の内径は前記コアの外径よりも大きく、前記先端部の内径は、前記コアの外径よりも小さく前記パイプの外径よりわずかに大きいスリーブと、
   前記パイプが前記コアに挿入され、かつ前記コアが前記スリーブに挿入された状態で、前記パイプと前記コアと前記スリーブとの相対的な位置関係を保持する保持手段と、
   を備え、
   前記パイプは熱伝導性が良く、前記パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなり、
   前記コアは、熱伝導性が良い材料からなり、少なくとも下端部付近に前記半田片を溶融するための発熱体を有し、
   少なくとも前記パイプは、前記保持手段に対して着脱可能であり、
   前記パイプが前記コアに挿入され、かつ前記コアが前記スリーブに挿入され、かつ前記パイプと前記コアと前記スリーブとの相対的な位置関係が前記保持手段によって保持されたとき、
   前記パイプの外周面と前記コアの内周面との間には、隙間がほとんど無く、
   前記パイプの下端部付近において、前記パイプの外周面と前記スリーブの内周面との間には、隙間がほとんど無い、
   ことを特徴とするダイレクトヒートはんだ付けパイプ。
2. 前記コア及び前記スリーブも、前記保持手段に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のダイレクトヒートはんだ付けパイプ。
3. 前記パイプと前記スリーブはモリブデン鋼からなり、前記コアはアルミナからなり、
   前記発熱体は前記コアに内蔵され、
   前記発熱体の下端部付近に温度を検出する温度検出素子が内蔵されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイレクトヒートはんだ付けパイプ。
   
   

Images