JP3704158B2

JP3704158B2 - ろう付け装置

Info

Publication number: JP3704158B2
Application number: JP54204597A
Authority: JP
Inventors: 二紀増田; 純一小野崎; 浩司斉藤
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: EP0849023A4; US6050473A; KR19990036241A; EP0849023B1; EP0849023A1; WO1997047423A1; DE69711568T2; KR100504403B1; DE69711568D1

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導ポンプを用いたろう付け装置に関する。
【従来の技術】
図７は、従来の噴流式はんだ付け装置の全体構成を示し、装置カバー11のワーク搬入口12からワーク搬出口13にわたって、はんだ付けされる部品実装基板などのワークを搬送するためのワーク搬送コンベヤ14を設ける。
このコンベヤ14に沿って、発泡させたフラックスをワークに塗布するフラクサ15と、ワークを予加熱するプリヒータ16と、噴流ノズルより噴流させた溶融はんだによりワークにはんだ付けを行うはんだ槽17と、はんだ付け後のワークを冷却するファン18とを、順次配列する。
はんだ槽17内には一次噴流ノズル21aおよび二次噴流ノズル21bを設ける。一次噴流ノズル21aの上端開口部には多数の噴流孔を有する噴流板22を設ける。一次噴流ノズル21aは、噴流板22の噴流孔から不規則に噴出される多数の小さな一次噴流波Ｗ1によりチップ部品の電極部などの隅々まで溶融はんだを供給し、また、二次噴流ノズル21bは静かな二次噴流波Ｗ2によりはんだ付け部の整形を行う。
図８に示されるように、はんだ槽17は、噴流ノズル21a，21bのノズル本体21の下側開口に圧送ダクト23を嵌入し、この圧送ダクト23の端部にポンプインペラ24を設ける。このポンプインペラ24に対して吸込口25とモータ駆動機構26とを設ける。
そして、ポンプインペラ24の回転により吸込口25から吸込まれた溶融はんだは、圧送ダクト23を経てノズル本体21に圧送され、ノズル本体21から噴流する噴流波となって、コンベヤ14の搬送爪27により挟持されて搬送される部品実装基板などのワークＰの下面にはんだ付けを行う。噴流波の大部分は、そのまま、はんだ槽17内の溶融はんだ面28に戻り、ポンプインペラ24の吸込口25に循環する。
一方、特公昭５１−４２５９０号公報、特公平２−３１６２８号公報、特公平３−６０５８１号公報、実公昭６３−１７５７２号公報などには、電磁ポンプを用いたろう付け装置が開示されている。この電磁ポンプには、直流式と交流式とがある。
直流式の電磁ポンプは、錫などの導電性ろう材の移動通路と垂直に磁界を加え、かつ移動通路および磁界の両方に対し垂直方向に直流電流を供給することにより、移動通路内の導電性ろう材に推力を発生させるものである。
交流式の電磁ポンプは、導電性ろう材の移動通路に沿って平面的に誘導コイルを配列し、これらの誘導コイルに位相のずれた交流電流を供給することにより、導電性ろう材の移動通路内に移動磁界を生じさせ、移動通路内の導電性ろう材に電磁誘導による起電力を生じさせ、ろう材の起電力による電流が移動磁界の磁束の中で流れることにより、ろう材に推力を発生させるようにした電磁誘導ポンプである。
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータ駆動機構により回転させたポンプインペラより溶融はんだを圧送して噴流させる形式の噴流式はんだ付け装置は、構造的にはんだ槽の小形化に限界があり、はんだ量を現状以下に抑えることは困難である。
すなわち、図８に示されるようにモータ駆動機構26からノズル本体21にわたって、ワークＰの進行方向と直交するワーク幅方向に十分な幅寸法を確保する必要があるし、また、はんだ酸化物がポンプインペラ24の回転部に巻込まれないように、はんだ槽17を深くする必要があり、これにより全体としてはんだ槽17の容量が増加する。
さらに、図８に示されるようにポンプインペラ24の下側の吸込口25から吸込んだ溶融はんだを圧送ダクト23によりワーク幅方向に移送しながら上方に吐出させるので、ワーク幅方向に波高が不均一になり易い問題がある。
一方、従来の電磁ポンプによりろう材を圧送して噴流させる形式のろう付け装置は、上記の噴流式はんだ付け装置に比べれば、ろう材量を減少させることが可能であるが、電磁ポンプの性能上、吐出口をワークの幅方向に拡大することが容易でない。
また、この従来の電磁ポンプ式のろう付け装置は、ワーク搬送方向に場所をとる構造であるため、複数台をワークの幅方向に併設して、幅寸法の大きなワークに対応することも困難であった。
すなわち、単に従来の電磁ポンプ式ろう付け装置をワーク幅方向に２台併設した場合は、装置の表面積が２倍に増加して、場所をとるだけでなく、ろう材量も２倍必要となる。
特に、最近は、環境保護規制により鉛の含まれていないろう材（鉛フリーはんだと呼ばれている）を用いる要求が高まりつつあるが、この鉛フリーはんだは、通常の錫−鉛はんだよりも３〜１０倍も高価な材料（インジウムなど）であるため、可能な限りろう材量を低減する必要がある。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、先ず、幅寸法の大きなワークに対応し得る噴流波を形成できる電磁ポンプ式のろう付け装置を提供することを目的とし、さらに、ろう材量を減少することができる電磁ポンプ式のろう付け装置を提供することを別の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明のろう付け装置は、縦方向に設けられた板状の縦板部を有しろう材を収容する槽体と、前記槽体の前記縦板部に沿ってワークの進行方向に対し交差する方向に配置され前記槽体内のろう材を上方へ噴流させてワークをろう付けする複数の電磁誘導ポンプとを具備し、各々の電磁誘導ポンプは、前記縦板部の外側に密着された一次鉄心と、この一次鉄心に巻回された誘導コイルと、前記縦板部の内側に平行に配置された二次鉄心と、前記縦板部と前記二次鉄心との間に設けられたろう材上昇間隙とを具備し、前記一次鉄心および前記二次鉄心は、複数の電磁誘導ポンプにそれぞれ個別に設けられ、前記誘導コイルは、前記複数の一次鉄心にわたって共通に設けられたものである。
このことにより、ワークの進行方向に対し交差する方向に配置した複数の電磁誘導ポンプにて、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波を確保できる。さらに、誘導コイルの巻回された一次鉄心を槽体の縦板部より外側に配置して、誘導コイルなどのメンテナンスを外側から容易に行うことができる。その上、共通の誘導コイルにより、一側の電磁誘導ポンプと他側の電磁誘導ポンプとをバランス良く連動できる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図１乃至図４を参照しながら説明する。
図３に示されるように、錫、インジウムなどの導電性のろう材32を収容する一つの槽体33を設ける。この槽体33は、底板部34と、ワーク搬入側およびワーク搬出側の下側に位置する縦板部35，36とワーク搬送方向に向って左右部に位置する図示されない縦板部とによりポンプ槽部37を形成するとともに、ワーク搬入側およびワーク搬出側の上側に位置する水平板部38，39と、縦板部41，42と、上縁部43，44と、ワーク搬送方向に向って左右部に位置する図示されない縦板部とにより噴流波形成槽45を形成する。前記各縦板部は、縦方向に設けられた板状の部材である。
この一つの槽体33におけるワーク搬入側の縦板部35に沿って、第１の電磁誘導ポンプ46を上下方向に設け、前記槽体33におけるワーク搬出側の縦板部36に沿って、第２の電磁誘導ポンプ47を上下方向に設ける。
第１の電磁誘導ポンプ46および第２の電磁誘導ポンプ47は、槽体33におけるワーク搬入側およびワーク搬出側の各縦板部35，36の外側面に、誘導コイル51の巻回された一次鉄心52を、縦板部35，36に密着させてそれぞれ配置し、各縦板部35，36の内側に、ろう材上昇間隙53を介して二次鉄心54をそれぞれ平行に配置したものである。
ワーク搬入側およびワーク搬出側の一次鉄心52は、多数の薄いＥ形鉄板を幅方向（図３紙面に対し垂直方向）に積層して形成したＥ形鉄心52Eを、両側の縦板部35，36に向って開口された多数の凹溝55を相互に向い合わせるようにして上下方向に配列し、その各凹溝55間に誘導コイル51を巻回している。
個々のＥ形鉄心52Eは、一次鉄心側の電磁誘導の効率低下を防止するために、一次鉄心押付機構81により槽体33の外側面に押圧され密着されている。
この一次鉄心押付機構81は、槽体33の上下部に取付板82を一体に設け、これらの取付板82間にネジ83によりバネ受板84を一体に設け、このバネ受板84と個々の各Ｅ形鉄心52Eとの間に圧縮コイルスプリングなどのバネ部材85をそれぞれ設けたものである。
二次鉄心54は、多数の薄いＩ形鉄板を軸方向（図３紙面に対し垂直方向）に積層して形成したＩ形鉄心であり、その下端部に吸込口56を形成する斜面部57を設け、上端部にノズル取付台部58，59を一体に設け、取付台部59の付け根部分に上方に向って開口した吐出口61を形成している。
さらに、平板状に形成された二次鉄心54と各縦板部35，36との間に、スペーサ62（図４）を介在させることにより、図３に示されるような、ろう材上昇間隙53を形成する。
また、図３または図４に示されるように、二次鉄心側の電磁誘導の効率低下を防止するために、二次鉄心押付機構86によりスペーサ62に二次鉄心54を全長にわたって押圧して密着させている。
この二次鉄心押付機構86は、縦板部35，36にスペーサ62、取付板87およびバネ受板88を順次溶接付けして一体に取付け、スペーサ62とバネ受板88との間に、二次鉄心54およびこの二次鉄心54に一体的に取付けられた圧縮コイルバネ、板バネなどのバネ89を上方より挿入したものである。
このように、前記スペーサ62およびバネ受板88は槽体33の縦板部35，36に溶接付けするが、二次鉄心54は、バネ89とともにスペーサ62とバネ受板88との間に上方から挿入し、そして、この二次鉄心54のノズル取付台部59を槽体33の水平板部38に係合することにより、槽体33の内部に着脱自在に取付ける。
すなわち、二次鉄心54は、メンテナンスなどの必要なときに上方へ引抜くことができる取付構造となっている。
図３において、一つの槽体33のポンプ槽部37の中央部に、第１の電磁誘導ポンプ46と第２の電磁誘導ポンプ47との中間部に位置する、ろう材32を溶融するための複数のヒータ65を上下方向に配置する。このヒータ65は幅方向（図３紙面に対し垂直方向）に長尺のシーズヒータである。
また、第１の電磁誘導ポンプ46および第２の電磁誘導ポンプ47の上部に、ろう材32を噴流させる第１のノズル66および第２のノズル67をそれぞれ設ける。
すなわち、ワーク搬入側の二次鉄心54の上端部に一体に設けられたノズル取付台部58，59に第１のノズル66を取付け、また、ワーク搬出側の二次鉄心54の上端部に一体に設けられたノズル取付台部58，59に第２のノズル67を取付ける。
第１のノズル66は、上端の開口71に多数の噴流孔が穿設された噴流板72を取付け、この噴流板72によって、突起状に噴流して不規則に運動する多数の一次噴流波Ｗ1を形成する。
第２のノズル67は、ワークＰの搬送方向と対向する方向に折曲された方向付板73と、この方向付板73の先端からワークＰの搬送方向と対向する方向に突設されたほう方向付フィン74と、反対側に取付けられた逆Ｕ次形断面の案内板75とにより、ワークＰの搬送方向と対向する方向の滑らかな二次噴流波Ｗ2を形成する。
次に、槽体33のワーク搬入側の縦板部35に沿って上下方向に設けられた第１の電磁誘導ポンプ46は、図１に示されるように、ワークＰの進行方向に対して交差する方向（直交するワーク幅方向）に配置した左右２組の電磁誘導ポンプ46a，46bからなり、また、槽体33のワーク搬出側の縦板部36に沿って上下方向に設けられた第２の電磁誘導ポンプ47は、図１に示されるように、ワーク幅方向に配置した左右２組の電磁誘導ポンプ47a，47bからなる。
これらの第１の電磁誘導ポンプ46および第２の電磁誘導ポンプ47は、図４に示されるように、一側の一次鉄心52aおよび二次鉄心54aと、他側の一次鉄心52bおよび二次鉄心54bとを個別に形成するが、一側の一次鉄心52aから他側の一次鉄心52bにわたって共通の誘導コイル51を用いる。
この共通の誘導コイル51により、ワーク搬入側における一側の電磁誘導ポンプ46aと他側の電磁誘導ポンプ46bとを、また、ワーク搬出側における一側の電磁誘導ポンプ47aと他側の電磁誘導ポンプ47bとをそれぞれ連動する。
さらに、ろう材上昇間隙53は、図２または図４に示されるように、ワーク幅方向に配置した左右２組のろう材上昇間隙53a，53bからなり、また、吐出口61は、図１または図２に示されるように、ワーク幅方向に配置した左右２組の吐出口61a，61bからなる。
この吐出口61a，61bの開口縁は、４辺部ともに上方に向かって拡大するように形成されているから、溶融ろう材が断面積の小さなろう材上昇間隙53a，53bから断面積の大きなノズル66または67に移行する際に、４方へ円滑にかつ均等に拡大することができる。
一方、図１または図２に示されるように、ワーク搬入側の第１のノズル66は、ワーク搬入側の左右２組の吐出口61a，61bを囲むように一つ設ける。同様に、第２のノズル67は、ワーク搬出側の左右２組の吐出口61a，61bを囲むように一つ設ける。
そして、これらのノズル66または67の深さは、溶融ろう材の圧力を均等化する機能を持っており、ノズル66または67から噴流する噴流波の波高を、ワーク幅方向の全体にわたって均一にすることができる。
このようにして、ワーク幅方向に配置した左右２組の電磁誘導ポンプ46a，46bまたは電磁誘導ポンプ47a，47bにより、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波を確保する。
次に、この図１乃至図４に示された実施形態の作用を説明する。
第１および第２の電磁誘導ポンプ46，47は、ろう材上昇間隙53に沿って上下方向に配列した誘導コイル51に３相交流などの位相のずれた交流電流を供給することにより、ろう材上昇間隙53内に移動磁界を生じさせ、ろう材上昇間隙53内の導電性ろう材32に電磁誘導による起電力を生じさせ、ろう材32の起電力による電流が移動磁界の中で流れることにより、ろう材32に上方への推力を作用させ、ろう材を上昇移動させる。
これにより、共通のヒータ65により溶融したろう材32は、各々の電磁誘導ポンプ46，47によりそれぞれの吸込口56から吸込まれ、槽体33のワーク搬入側およびワーク搬出側の縦板部35，36に沿ってろう材上昇間隙53を上昇し、それぞれの吐出口61から吐出し、第１のノズル66および第２のノズル67より一次噴流波Ｗ1および二次噴流波Ｗ2として噴流し、各噴流波に搬入され搬出されたワークＰの基板面実装部品を基板面にろう付けした後、噴流波形成槽部45に落下し、ポンプ槽部37に循環する。
ろう材上昇間隙53は、上方へ直線的に形成されており曲っていないため、また、ワークＰの進行方向に対して直交するワーク幅方向の左右部に２組の電磁誘導ポンプ46a，46bまたは47a，47bのろう材上昇間隙53a，53bを併設して、左右の吐出口61a，61bを共通のノズル66または67で囲む構造としたので、ワーク幅方向に十分な広がりのある、またノズルの全幅にわたって波高分布の均一な一次噴流波Ｗ1または二次噴流波Ｗ2が得られる。このため、一つの吐出口61aだけでは対応できなかった幅寸法の大きなワークＰにも容易に対応できる。
突起状の不規則に運動する一次噴流波Ｗ1は、高密度実装基板の微小部品間隙にも確実に侵入して、全てのろう付け部にて良好な濡れ性を確保し、また、基板進行方向と対向する方向へ流出する円弧状に成形された滑らかな二次噴流波Ｗ2は、過剰なろう付け整形して、所謂ブリッジやつららなどのろう付け不良を防止する。
第１のノズル66および第２のノズル67は、二次鉄心54とともに槽体33から取外して、ノズル66，67自体のメンテナンスや、電磁誘導ポンプ46，47のろう材上昇間隙53の清掃などを行うことができる。
すなわち、第１のノズル66または第２のノズル67とともに二次鉄心54を上方へ引抜くことにより、二次鉄心54の吸込口56から吐出口61に至るろう材上昇間隙53を分解できるから、特に吸込口56に目詰りしていた酸化物などを簡単に除去でき、メンテナンスを容易に行える。
底板部34の近傍に位置する吸込口56は、酸化物などが浮遊するろう材32の表面より十分な深さにあるため、吸込口56への酸化物などの巻込みが生じにくい利点を有しているが、仮に、この吸込口56に酸化物などが詰まった場合でも、上記分解により酸化物などを簡単に除去することができる。
さらに、誘導コイル51に供給する３相交流電流の位相を逆転させることにより、ろう材上昇間隙53内のろう材32を下方へ逆転駆動することができるので、下部の吸込口56に詰った酸化物などを逆噴射するろう材の逆洗作用によって極めて容易に除去することもできる。
次に、図５は、本発明に係るろう付け装置の他の実施形態を示し、図３に示された実施形態と異なる他の一次鉄心押付機構81aおよび二次鉄心押付機構86aを備えている。なお、図３に示された実施形態と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
一次鉄心押付機構81aは、槽体33の縦板部35，36の上下部に取付板82を一体に設け、これらの取付板82間にネジ83によりネジ螺合板84aを一体に設け、このネジ螺合板84aに螺入したネジ85aの先端により各Ｅ形鉄心52Eの背面を個々に押圧し、各Ｅ形鉄心52Eの脚部先端を槽体33の縦板部35，36に密着させるようにしたものである。
二次鉄心押付機構86aは、二次鉄心54にへ字形に形成された板バネ89aの上端部をネジ止めし、この二次鉄心54および板バネ89aをスペーサ62（図４）とバネ受板88との間に挿入したものである。このへ字形の板バネ89aは、二次鉄心54をメンテナンス時に上方へ引抜いたり下方へ挿入する場合に接触相手部材に対し摺動しやすい形状である。
なお、前記各々の実施形態において、ろう材上昇間隙53は、図示された各実施形態では鉛直に形成されているが、鉛直に近い状態であれば多少は傾斜していてもよい。
次に、図１に示された実施形態は、ワークＰの進行方向に対して直交するワーク幅方向に、ワーク搬入側の複数の電磁誘導ポンプ46a，46bおよびワーク搬出側の複数の電磁誘導ポンプ47a，47bをそれぞれ配置した例であるが、本発明は、この形態に限定されるものではない。
例えば、図６に示されるように、槽体33をワークの進行方向に対し斜めに交差する方向に設置することにより、ワーク搬入側の複数の電磁誘導ポンプ46a，46bおよびワーク搬出側の複数の電磁誘導ポンプ47a，47bが、槽体33のワーク搬入側の縦板部35およびワーク搬出側の縦板部36に沿って、ワークＰの進行方向に対し斜めに交差する方向にそれぞれ配置されたものも、本発明に含まれる。
また、本発明は、槽体33内に第１のノズル66および第２のノズル67の一方のみを設置する場合にも適用される。そのような場合は、槽体33におけるワーク搬入側の縦板部35またはワーク搬出側の縦板部36のいずれか一方に沿って複数の電磁誘導ポンプ46，47を配置すると良い。
以上のように、ワークの進行方向と交差する方向に複数の電磁誘導ポンプ46a，46bまたは複数の電磁誘導ポンプ47a，47bを配置したから、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波Ｗ1，Ｗ2を確保できる。すなわち、各種のワーク幅の変更に自由に対応できるとともに、幅寸法の大きなワークＰでも、その全幅にわたって均一なろう付けを行うことができる。
また、一つの槽体33のワーク搬入側およびワーク搬出側の縦板部35，36に第１の電磁誘導ポンプ46および第２の電磁誘導ポンプ47をそれぞれ設けたから、両側の縦板部35，36間を接近させて槽体33内をコンパクトに形成でき、すなわち、スペースに無駄の少ない槽体33を形成でき、各ポンプ46，47で個別の槽体を使用する場合より、槽体内のろう材量を減少させることができ、特に鉛の含まれていない高価なろう材を用いる場合に適している。
さらに、槽体33の縦板部35，36の外側に誘導コイル51の巻回された一次鉄心52を配置したから、誘導コイル51などのメンテナンスを外側から容易に行うことができる。
その上、共通の誘導コイル51により一側の電磁誘導ポンプ46aまたは47aと、他側の電磁誘導ポンプ46bまたは47bとをバランス良く連動させて、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波を容易に確保できる。
なお、本発明の利用は、プリント配線基板に高密度に表面実装されたチップ部品などを、鉛の含まれていないろう材によりろう付けする場合のみに限られるものではなく、鉛の含まれているはんだ材により基板と部品とをはんだ付けする場合にも適用できる。
【発明の効果】
本発明によれば、ワークの進行方向と交差する方向に複数の電磁誘導ポンプを配置したから、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波を確保できる。すなわち、各種のワーク幅の変更に自由に対応できるとともに、幅寸法の大きなワークでも、その全幅にわたって均一なろう付けを行うことができる。さらに、槽体の縦板部の外側に誘導コイルの巻回された一次鉄心を配置したから、誘導コイルなどのメンテナンスを外側から容易に行うことができる。その上、共通の誘導コイルにより一側の電磁誘導ポンプと他側の電磁誘導ポンプとをバランス良く連動させて、ワーク幅方向に十分な波幅でかつ均一な波高の噴流波を容易に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るろう付け装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明に係るろう付け装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るろう付け装置のさらに別の実施形態を示す平面図である。
【図７】従来の噴流式はんだ付け装置を示す概略図である。
【図８】従来の噴流式はんだ付け装置におけるはんだ槽の断面図である。
【符号の説明】
32 ろう材
33 槽体
35，36 縦板部
46 第１の電磁誘導ポンプ
47 第２の電磁誘導ポンプ
51 誘導コイル
52 一次鉄心
53 ろう材上昇間隙
54 二次鉄心
Ｐワーク

Claims

縦方向に設けられた板状の縦板部を有しろう材を収容する槽体と、
前記槽体の前記縦板部に沿ってワークの進行方向に対し交差する方向に配置され前記槽体内のろう材を上方へ噴流させてワークをろう付けする複数の電磁誘導ポンプとを具備し、
各々の電磁誘導ポンプは、
前記縦板部の外側に密着された一次鉄心と、
この一次鉄心に巻回された誘導コイルと、
前記縦板部の内側に平行に配置された二次鉄心と、
前記縦板部と前記二次鉄心との間に設けられたろう材上昇間隙とを具備し、
前記一次鉄心および前記二次鉄心は、複数の電磁誘導ポンプにそれぞれ個別に設けられ、
前記誘導コイルは、前記複数の一次鉄心にわたって共通に設けられた
ことを特徴とするろう付け装置。