JP2875211B2 - 半田付け用超音波ホーン - Google Patents

半田付け用超音波ホーン

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JP2875211B2 JP8170083A JP17008396A JP2875211B2 JP 2875211 B2 JP2875211 B2 JP 2875211B2 JP 8170083 A JP8170083 A JP 8170083A JP 17008396 A JP17008396 A JP 17008396A JP 2875211 B2 JP2875211 B2 JP 2875211B2
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    • B23K3/00Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/06Solder feeding devices; Solder melting pans
    • B23K3/0646Solder baths
    • B23K3/0653Solder baths with wave generating means, e.g. nozzles, jets, fountains
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molten Solder (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半田槽の内部で加
熱溶融された半田の液面より下位で半田槽に超音波振動
を発生する振動子に連結したホーン本体を貫通装着し、
このホーン本体により前記半田に超音波振動を作用させ
て、ワークに半田を付ける半田付け用超音波ホーンに関
する。
【0002】
【従来の技術】半田槽の内部で加熱溶融された半田に、
超音波振動を作用させることにより、半田付け対象品で
あるワークの被半田付け部分にフラックスを塗布しない
で、ワークに半田を付ける超音波振動半田付けは知られ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波半田
付けにおいて、半田に超音波振動を作用させる部品であ
る超音波ホーンを半田の液面より下位で半田槽に貫通装
着し、超音波ホーンと溶融された半田に浸したワークと
を対向させることで、超音波振動を超音波ホーンから半
田を通してワークに最適に作用させることが試みられて
いるが、超音波ホーンに対向するワークの半田付け面積
が広くなるのに伴い、ワークに作用させる超音波ホーン
の超音波振動作用面積も広くなると、当該超音波振動作
用面積での振動振幅が超音波ホーンに取り付けた振動子
より遠くなるに従って徐々に弱くなり、ワークに半田が
均一な厚さで付かない傾向がある。ところで、図7に示
すように、半田付け以外の接合やその他の超音波振動を
利用した加工に用いられる超音波ホーン10のホーン本
体10aにスロット10b,10c,10d,10eを
形成することで、振動振幅の状態を良くすることは知ら
れている。図7のa図は超音波ホーン10の平面図であ
って、超音波ホーン10はホーン本体10aの一端面の
中心に図外の振動子又はブースタを結合するためのねじ
孔10fを有し、ねじ孔10fより左右に等間隔で振り
分けられた複数のスロット10bを備えている。図7の
b〜d図はスロットの各種形態を示す断面図であって、
b図ではスロット10cがホーン本体10aの表裏に貫
通しており、c図ではスロット10dがホーン本体10
aの表裏よりざぐり加工されてねじ孔10fと対応する
中間部で閉鎖され、d図ではスロット10eがホーン本
体10aの裏面よりざぐり加工されてホーン本体10a
の表面で閉鎖されている。この図7に示した一般的なス
ロット10b〜10eが入った超音波ホーン10を半田
の液面より下位で半田槽に貫通装着すると、スロット1
0b〜10eが半田槽の内部と外部とに通じるために、
半田槽の内部で溶融された半田がスロット10b〜10
eを通って外部に流れ出てしまうことから、にわかに採
用しがたいものである。
【0004】そこで、この発明は半田が半田槽から外部
に漏れるのを阻止すると共に、振動振幅の状態を良くす
ることができる半田付け用超音波ホーンを提供しようと
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の半田槽の内部
で加熱溶融された半田の液面より下位で半田槽に超音波
振動を発生する振動子に連結したホーン本体を貫通装着
し、このホーン本体により前記半田に超音波振動を作用
させて、ワークに半田を付ける半田付け用超音波ホーン
は、ホーン本体の振動振幅が最小のノーダルポイントで
ホーン本体の全外周より外側にホーン本体を半田槽に取
り付ける支持部を突設すると共に、この支持部を境とし
て前後に分割されたスロットをホーン本体に形成したこ
とを特徴としている。この請求項1の構成によれば、支
持部を境として前後に分割されたスロットの間に位置す
る隔壁が支持部に対応して存在することにより、超音波
ホーンを半田の液面より下位で半田槽に貫通装着して
も、溶融された半田の存在する側のスロットが隔壁で半
田槽の外部より遮断され、又、半田の存在しない側のス
ロットが隔壁で半田槽の内部より遮断されて、半田槽の
内部で溶融された半田がスロットを通って外部に流れ出
る不都合を解消できると共に、前後に分割されたスロッ
トで、超音波ホーンの振動振幅の状態を良くして、ワー
クに半田を均一な厚さに付けることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1〜3は第1実施形態を示して
いる。先ず、図1において、超音波ホーン1はチタン等
のような合金からなる長方形又は方形等のような四角形
のホーン本体1aを有している。この実施形態の場合、
横長な形状に描いたホーン本体1aは一点鎖線で示す短
手方向Lを超音波振動の伝達方向として定め、短手方向
Lが1つの最大振動振幅点f1から次の1つの最大振動
振幅点f3までの共振周波数の1/2波長の長さを有し
ている。ホーン本体1aは短手方向Lで相対峙する1組
の端面における一端面の中心に連結用のねじ孔1bを形
成してある。前記2つの最大振動振幅点f1,f2間に
位置する最小振動振幅点f2で、ホーン本体1aの全外
周面には取り付け用の帯状の支持部1cを外側に向けて
環状に突設してある。支持部1cを境として前後に分割
された複数のスロット1d,1eがホーン本体1aに形
成されている。図1中の符号Aはねじ孔1bに近い内側
のスロット1d,1d間の中心間隔とねじ孔1bに近い
内側のスロット1e,1e間の中心間隔とを示し、Bは
ホーン本体1aの長手方向の横幅を示し、Cはスロット
1d,1eとホーン本体1aの短手方向の端面までの寸
法を示し、Eは各スロット1d,1eの横幅を示し、D
はホーン本体1aの長手方向に隣接する各スロット1
d,1e間の間隔及び最外部のスロット1d,1eとホ
ーン本体1aの長手方向の端面までの間隔を示し、Fは
支持部1cからホーン本体1aの長手方向の端面までの
間隔を示している。
【0007】図2〜3において、超音波ホーン1を半田
槽3に取り付けるには、図外の超音波発生器から供給さ
れた電力により所定周波数の縦波の超音波振動を発生し
て出力する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する
圧電素子又は磁歪素子等からなる電気音響変換器又は電
気振動変換器である振動子2を、超音波ホーン1に形成
されたねじ孔1bと、振動子2に形成された図外のねじ
孔と、これらのねじ孔1b及び図外のねじ孔に嵌合する
図外の無頭ねじとで結合する。
【0008】又、半田付け作業に際して半田槽3の内部
に加熱溶融される半田4の液面4aより下位で、半田槽
3に貫通孔3aをホーン本体1aの前半部より大きくか
つ支持部1cの外径より小さい四角形を呈するように形
成してある。貫通孔3aの周囲における半田槽3の外側
面には凹部3bを貫通孔3aを囲む四角形を呈すように
形成してある。凹部3bに嫌半田性材料により凹部3b
と略合同な四角形に形成されたシール部材5を収納する
か、又は、シール部材5をホーン本体1aの前半部に外
嵌装着して支持部1cに沿わせて配置した後に、ホーン
本体1aの前半部を半田槽3の外部より貫通孔3aに挿
入して半田槽3の内部に突出させる。
【0009】一方、超音波ホーン1を半田槽3に固定す
るブラケット6は、前記半田槽3の貫通孔3aと同形の
貫通孔6aと、前記半田槽3の凹部3bと同形の凹部6
bが形成された四角形を呈している。ブラケット6の凹
部3bに前記シール部材5と同様な材料及び形状からな
るシール部材7を収納するか、又は、シール部材7をホ
ーン本体1aの後半部に外嵌装着して支持部1cに沿わ
せて配置した後に、ブラケット6に形成された複数の貫
通孔6cより半田槽3の凹部3bの周囲に形成された複
数のねじ孔3cにボルト8を締結する。これにより、支
持部1cが半田槽3とブラケット6との間でシール部材
5,7を介して半田漏れを阻止し、振動子2の連結され
た超音波ホーン1が半田槽3に貫通装着される。
【0010】この実施形態の構造によれば、超音波ホー
ン1が半田槽3に取り付けられた状態において、半田槽
3の内部に半田4を入れて、半田槽3の内部に設けた図
外のヒータを発熱動作させて、半田槽3内の半田4を溶
融させた後に、半田槽3の内部に設けた図外のポンプを
駆動して半田4を半田槽3の内部で還流させ、その還流
される半田4が半田槽3の内部に突出した超音波ホーン
1の前半部を覆い、図外のワークを半田4に浸すと共に
超音波ホーン1と対向配置する一方、振動子2への電力
供給で超音波ホーン1を超音波振動で共振させることに
より、ワークに半田4を付ける。
【0011】この半田付け作業に際し、超音波ホーン1
の支持部1cを境として前後に分割されたスロット1
d,1eの間に位置する隔壁1fが支持部1cに対応し
て存在するので、超音波ホーン1を半田4の液面4aよ
り下位で半田槽3に貫通装着しても、溶融された半田4
の存在する側のスロット1dが隔壁1fで半田槽3の外
部より遮断され、又、半田の存在しない側のスロット1
eが隔壁1fで半田槽3の内部より遮断されており、半
田槽3の内部で溶融された半田4がスロット1d,1e
を通って外部に流れ出る不都合を解消できると共に、前
後に分割されたスロット1d,1eで、超音波ホーン1
の振動振幅の状態を良くして、ワークに半田4を均一な
厚さに付けることができる。
【0012】図4は第2実施形態を示し、超音波ホーン
1のホーン本体1aに、支持部1cを境として分割され
たスロット1d,1eを、ねじ孔1bを中心として左右
に2列に配置した合計4個形成しても、ホーン本体1a
の左右方向の横幅にもよるが、同様の作用効果がある。
【0013】図5は第3実施形態を示し、ねじ孔1bに
近い内側のスロット1d−1、1e−1の振動伝達方向
の長さGと、ねじ孔1bより遠い外側のスロット1d−
2,1e−2の振動伝達方向の長さとを、異なる寸法に
設定すれば、超音波ホーン1の振動振幅を、ワークの形
状や大きさに合わせてワークが接合し易い状態にするこ
ともできる。この実施形態の場合、G<Hとなる寸法に
設定されている。
【0014】図6は第4実施形態を示し、前後に分割さ
れたスロット1d,1eを支持部1cの下にまで潜り込
ませて形成して、隔壁1fの厚さを肉薄に形成すれば、
分割したスロット1d,1eをあたかも分割されていな
いスロットに近似した状態に動作させて、超音波ホーン
1の振動振幅の状態を一層良くすることができる。
【0015】尚、図1、図4、図5中の符号Wは超音波
ホーン1の共振による超音波振動の瞬間的な変位(振動
振幅)を示す波形、Zは振動振幅の基準線(ゼロライ
ン)である。
【0016】又、図1、図3、図4、図5中の符号Xは
超音波ホーン1の振動方向を示している。
【0017】前記実施形態では超音波ホーン1を振動子
2に直接結合した場合を図示して説明したが、図示は省
略するけれども、超音波ホーン1にブースターを無頭ね
じとねじ孔とにより同軸に結合し、ブースターに振動子
2を無頭ねじとねじ孔とにより振動子2を同軸に結合す
るというように、超音波ホーン1を振動子2にブースタ
ーを介して結合しても同様の効果がある。この場合、ブ
ースターの個数は単数でも複数でも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態を示す斜視図。
【図2】 同実施形態の超音波ホーンを半田槽に取り付
けた斜視図。
【図3】 図2のA−A線に沿う断面図。
【図4】 第2実施形態を示す平面図。
【図5】 第3実施形態を示す平面図。
【図6】 第4実施形態を示し、a図は断面図、b図は
平面図。
【図7】 従来のスロット入り超音波ホーンを示し、a
図は平面図、b〜d図はa図のA−A線に沿う断面図。
【符号の説明】
1 超音波ホーン 1a ホーン本体 1b ねじ孔 1c 支持部 1d,1e スロット 2 振動子 3 半田槽 4 半田 4a 半田の液面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−68943(JP,A) 特公 平3−18949(JP,B2) 特公 平4−22421(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 1/08 B06B 1/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半田槽の内部で加熱溶融された半田の液
    面より下位で半田槽に超音波振動を発生する振動子に連
    結したホーン本体を貫通装着し、このホーン本体により
    前記半田に超音波振動を作用させて、ワークに半田を付
    ける半田付け用超音波ホーンにおいて、ホーン本体の振
    動振幅が最小のノーダルポイントでホーン本体の全外周
    より外側にホーン本体を半田槽に取り付ける支持部を突
    設すると共に、この支持部を境として前後に分割された
    スロットをホーン本体に形成したことを特徴とする半田
    付け用超音波ホーン。
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