JP3867511B2 - 部分半田付け装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分半田付け装置にかかり、特に、窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給しながらプリント基板の所定箇所に備えられた電子部品の半田付けを局所的に行う部分半田付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリント基板の所定箇所に配置される個々の電子部品を、局所的に半田付けする部分半田付けが行われている。これは、例えば、噴流式又はリフロー式の半田付け装置によりプリント配線板の全面に対する一括式半田付けを完了した後の工程で、比較的大型の電子部品を後付けするような場合である。かかる場合には、すでに半田付けした部位が後付け用の溶融半田に浸されることを防止するためである。
【０００３】
図７乃至図１１を参照して、従来例における部分半田付け装置を説明する。図７は、当該装置の概略を示す斜視図であり、図８は、当該装置の構成を示す断面図である。図９は、その動作を示す説明図である。図１０は、当該装置の変形例の概略を示す斜視図であり、図１１は、その動作を示す説明図である。
【０００４】
図７乃至図８に示す従来例における部分半田付け装置は、溶融半田Ａを収容する上面が開口された四角形状の槽体１１０と、半田付け対象のプリント基板Ｂを保持すると共に搬送する基板搬送手段（図示せず）と、プリント基板Ｂの所定箇所に溶融半田Ａを噴流する半田ノズル１３１を槽体の開口面に有する半田噴流手段１３０と、当該装置自体の動作を制御する制御部（図示せず）とを備えている。
【０００５】
そして、基板搬送手段は、１枚のプリント基板Ｂを保持する基板ホルダ１２１と、各基板ホルダ１２１を駆動する駆動機構（図示せず）等とにより構成されている。また、半田噴流手段１３０は、上述した槽体の開口面上に設けられている半田ノズル１３１と、溶融半田Ａに浸されて配設されるフィン１３２と、このフィン１３２を回転駆動するモータ１３３とにより構成されている。さらに、半田ノズル１３１には、その上部に溶融半田Ａが噴流される噴流口１３１ａが形成されている。
【０００６】
上記の従来例における動作を、図８、あるいは、図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。まず、モータ１３３が駆動することによりフィン１３２が回転し、溶融半田Ａが矢印Ｌ１のように流れる。すなわち、溶融半田Ａは、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａから押し出され、所定量の半田が噴流される。ここで、かかる噴流状態は、図８又は図９（ａ）に示すように、噴流口１３１ａから表面張力により所定量上方に盛り上がった状態である。
【０００７】
続いて、基板ホルダ１２１が駆動することにより、当該基板ホルダ１２１に保持され電子部品Ｂａが挿入されたプリント基板Ｂが下降される（図９（ａ）、（ｂ）、矢印Ｌ２参照）。そして、噴流されている溶融半田Ａにプリント基板Ｂの半田付け箇所が接触し、当該箇所に所定量の半田が付着する（図９（ｂ））。その後、図９（ｃ）、矢印Ｌ３に示すように、プリント基板Ｂが引き上げられる。このようにして、適量の半田Ａａにより電子部品Ｂａがプリント基板Ａに半田付けされる。
【０００８】
しかし、かかる場合には、鉛フリー半田は、酸化しやすいため、酸化された半田くず等が基板Ｂに付着することが多いという問題が生じていた。特に、融点が高く、酸化し易い鉛フリー半田（例えばＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）の半田付けにおいて顕著である。具体的には、半田が酸化しやすいため、基板引き上げ時の半田の切れが悪くなり、半田が隣のパターンにくっついてしまう半田ブリッジやツララ等の半田不良が多く発生し、さらに、濡れ広がりが悪く、スルーホールの半田上がりが悪くなるという不都合が生じていた。
【０００９】
そして、これらを改善すべく、窒素（Ｎ２）ガスを供給して当該窒素ガスの雰囲気下において半田付けを行う装置が用いられている。図１０に従来例における部分半田付け装置の変形例を示す。この図に示す部分半田付け装置は、図７に示す装置が備える構成要素に加えて、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ近傍から窒素ガスＣを吐出するガスノズル１４１を有する窒素ガス供給手段１４０を備えている。これにより、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ付近の酸素濃度を低下させ、溶融半田Ａの酸化を抑制し、半田不良の発生を抑制しようとするものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、以下のような不都合があった。
第１に、窒素（Ｎ２）ガスの供給により半田付け部分の低酸素濃度化されるが、かかる場合に半田の濡れ広がり具合は改善されるものの、半田付け部の半田温度が不規則に低下するため、やはり上述したように半田ブリッジ、ツララ等の半田付け不良が発生するという不都合も生じる。
【００１１】
第２に、小さな半田ボールＡｂがプリント基板Ｂへ付着するという不都合が生じる。これは、図１１に示すように、半田ノズル１３１に対して降下（図１１（ａ））された基板Ｂを上昇させる際に、半田付けされる箇所の窒素ガス（符号Ｃ）による低酸素化により、半田の切れが良すぎるため半田がはじけ飛び（図１１（ｂ））、これにより半田ボールＡｂが基板Ｂに付着する（図１１（ｃ））というものである。
【００１２】
第３に、プリント基板Ｂに半田くずが付着するという不都合が生じる。これは、半田付けが行われた後には、図１１（ｄ）に示すように、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ付近、すなわち、ノズル先端部には当該噴流口１３１ａから溢れた半田Ａｃが付着するため、その後、当該噴流口１３１ａに基板Ｂが降下してくることにより（図１０（ｅ））、当該基板Ｂの裏面（噴流口１３１ａと当接する面）に、半田付けを望まない箇所に半田くずＡｃとして半田が付着する（図１１（ｆ）というものである。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に、半田付け不良を抑制すると共に、プリント基板への余分な半田の付着を抑制することができる部分半田付け装置を提供することをその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、溶融半田を収容する上面が開口された槽体と、半田付け対象のプリント基板を保持すると共に当該プリント基板を槽体上部に搬送する基板搬送手段と、プリント基板に対する溶融半田を噴流する半田ノズルを槽体の開口面に有する半田噴流手段と、この半田ノズルの噴流口近傍から窒素ガスを吐出するガスノズルを有する窒素ガス供給手段と、当該装置自体の動作を制御する制御部とを備え、前記ガスノズル内部が、前記槽体内の溶融半田の液面に通ずるよう、前記ガスノズルの所定箇所に熱伝達口を設け、前記制御部が、前記半田噴流手段の動作を制御して前記プリント基板に対する前記溶融半田の噴流を行う前に実行する機能として、前記半田ノズルの噴流口から前記溶融半田を所定量噴流させる前噴流機能と、この前噴流機能の実行後に前記半田ノズルの噴流口付近の前記溶融半田の液面を当該噴流口よりも下方に下げる液面引き下げ機能とを備えたという構成を採っている（請求項１）。
【００１５】
このような構成にすることにより、ガスノズルの熱伝達口から溶融された高温状態の半田の熱が窒素ガスに伝達し、当該ガスノズルを通過する窒素ガスが加熱される。その後、この高温化された窒素ガスが半田ノズル付近、すなわち、半田付けが行われる箇所に供給される。従って、窒素ガスにより半田付けを行う箇所の雰囲気を低酸素化しつつ、当該雰囲気の高温化を図ることにより、半田の温度の低下を抑制することができ、半田付け不良の抑制を図ることができる。
【００２１】
しかも、半田付け用の溶融半田の噴流が行われる前に、半田ノズルの噴流口から溢れるよう溶融半田が噴流される。このとき、半田ノズルの先端部に付着している半田のかす等が噴流口から溢れる半田にて押し流される。続いて、半田ノズルの噴流口よりも当該ノズル内の半田の液面が下げられる。このとき、先の噴流にて半田ノズルの先端部に付着した半田は、溶融半田の表面張力によりノズル内部に引き込まれる。その後、半田の通常の噴流が行われ、基板が降下されることにより、半田付けが行われる。
【００２２】
従って、半田ノズルの先端部に半田のかす等が付着されることが抑制されるため、当該ノズル先端部から基板に半田かすが付着するという当該基板に余分な半田の付着が抑制され、基板の品質の向上を図ることができる。
【００２３】
また、制御部が、半田噴流手段の動作を制御してプリント基板に対する溶融半田の噴流を行った後に実行する機能として、基板搬送手段の動作を制御してプリント基板を半田ノズルに対して上方に引き上げる基板引き上げ機能と、この基板引き上げ機能の実行時に窒素ガス供給手段の動作を制御して窒素ガスの供給を停止する窒素ガス供給停止機能とを備えると望ましい（請求項２）。
【００２４】
これにより、基板が半田ノズルの噴流口付近にまで降下されて半田付けがされた後に、当該基板が引き上げられる際に、窒素ガスの供給が停止される。従って、当該基板引き上げ時の雰囲気は、酸素濃度が増加し、そして、当該溶融半田は適度に酸化されてその表面に酸化膜が形成される。その結果、基板の上昇に伴う半田の飛び散りが抑制され、当該基板への半田ボールの付着を抑制でき、基板の品質の向上を図ることができる。
【００２５】
また、基板搬送手段の槽体の内底面に対向する側の所定箇所に、当該槽体の内底面方向に向かって突出する突出部材を設け、この突出部材の長さを、基板搬送手段が槽体の開口面に対して平行に移動する際に当該突出部材の先端部が半田ノズルの噴流口に当接する長さに形成すると望ましい（請求項３）。
【００２６】
これにより、基板搬送手段が槽体の開口面上を移動する際に、当該基板搬送手段に設けられた突出部材が半田ノズルの先端部に当接する。従って、突出部材にて、半田ノズルの噴流口付近の溶融半田に形成された酸化膜等が掻き取られるため、その後の半田付けにおける半田不良の抑制を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施形態〉
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における装置の構成を示す斜視図である。図２は、その断面図である。
【００３０】
本実施形態における部分半田付け装置は、溶融半田Ａを収容する上面が開口された槽体１と、半田付け対象のプリント基板Ｂを保持すると共に当該プリント基板Ｂを槽体１上部に搬送する基板搬送手段（図示せず）と、プリント基板Ｂに対する溶融半田Ａを噴流する半田ノズル３１を槽体１の開口面に有する半田噴流手段３と、この半田ノズル３１の噴流口３１ａ近傍から窒素ガスＣを吐出するガスノズル４１を有する窒素ガス供給手段４と、当該装置自体の動作を制御する制御部（図示せず）とを備えている。
以下、これを詳述する。
【００３１】
（槽体）
槽体１は、加熱されて溶融した半田Ａを収容する容器である。従って、この槽体１には、図１に示すように、その上面に開口面を有していて、所定の深さの断面コ字状の半田収容凹部１１が形成されている。また、この半田収容凹部１１には、後述する半田ノズル３１を槽体１の開口面付近に支持するノズル支持壁１２が、槽体１内底面から上方に向かって開口面付近にまで突出して備えられている。このノズル支持壁１２は、半田収容凹部１１の内部でさらに溶融半田Ａを囲うよう形成されている。すなわち、半田収容凹部１１の内部には、さらに、ノズル支持壁１２により略正方形の囲いが形成されている。
【００３２】
さらに、槽体１の内底面の所定箇所には、後述するフィン３２が収容される内部が空洞の箱体であるフィンボックス１３が形成されている。このフィンボックス１３は、上記ノズル支持壁１２の所定箇所を所定の一面として形成されている。そして、このノズル支持壁１２でもあるフィンボックス１３の一面には、貫通孔が形成されている。また、これに伴い、フィンボックス１３の他の一面にも貫通孔が形成されている。これにより、フィン３２が回転駆動することにより、図２の矢印Ａ１に示すように、他の一面の貫通孔からフィンボックス１３内に溶融半田Ａが流入し、ノズル支持壁１２でもある一面の貫通孔から当該ボックス１３内の溶融半田Ａが押し出されて、半田ノズル３１の下部に流出する。
【００３３】
（基板搬送手段）
基板搬送手段（図示せず）は、プリント基板Ｂの半田付け箇所が後述する半田ノズル３１の位置に対応するよう、当該基板Ｂを搬送するものである。この基板搬送手段は、プリント基板Ｂを保持する基板ホルダ２１と、この基板ホルダ２１を搬送する搬送機構（図示せず）と、当該搬送機構を駆動する駆動機構（図示せず）などにより構成されている。これにより、基板ホルダ２１に保持されたプリント基板Ｂは、後述するように、槽体１上を開口面に沿って平面移動、あるいは、開口面に対して垂直移動できるようになっている。
【００３４】
また、上記基板ホルダ２１の所定箇所には、当該槽体１の内底面方向に向かって突出する突出部材２２が設けられている。具体的には、この突出部材２２は、槽体１の内底面に対向する側、すなわち、基板ホルダ２１の下面側（プリント基板Ｂの下面側）であって、プリント基板Ｂの搬送される方向の先端側に備えられている。従って、図２においては、基板ホルダ２１が当該図２の右側に搬送されるようになっている。
【００３５】
この突出部材２２は、さらに、その長さが、基板ホルダ２１が槽体１の上部を移動する際に（図２でいう左右方向）、当該突出部材２２の先端部が半田ノズル３１の先端部（噴流口３１ａ）に当接する長さに形成されている。但し、この突出部材２２の長さは、当該半田ノズル３１に当接する長さよりも短く形成されていてもよい。かかる場合には、半田ノズル３１の噴流口３１ａから表面張力によって盛り上がる溶融半田Ａの表面に当接する程度の長さであればよい。
【００３６】
（半田噴流手段）
半田噴流手段３は、上述した溶融半田Ａをプリント基板Ｂの半田付け箇所に噴流する半田ノズル３１と、この半田ノズル３１の噴流口３１ａに溶融半田Ａを押し出すフィン３２と、このフィン３２を回転駆動するモータ３３とにより構成されている。
【００３７】
モータ３３は、上述した槽体１の所定箇所に備えられていて、このモータ３３から所定の軸部材等を介して回転力が付勢されてフィン３２が回転する。フィン３２は、上述したように槽体１のフィンボックス１３内に格納されている（図２参照）。
【００３８】
半田ノズル３１は、上述したノズル支持壁１２の上部に支持されて、槽体１の開口面付近に配設される。この半田ノズル３１は、ノズル支持壁１２にて囲まれた箇所の上部を覆う板状の部材にて形成されている。そして、この所定箇所に当該板状部材から上方に突出した断面長方形の中空の柱が形成されていて、上端が溶融半田Ａの噴流口３１ａとなっている。すなわち、噴流口３１ａは、半田ノズル３１の下面側、すなわち、溶融半田Ａに通ずるよう形成されている。また、この噴流口３１ａは、プリント基板Ｂに部分的に半田付けされる電子部品Ｂａに対応して、複数形成されている。ここで、半田ノズル３１の噴流口３１ａは、上記の形状に限定されるものではない。
【００３９】
（窒素ガス供給手段）
窒素ガス供給手段４は、プリント基板Ｂの半田付けを行う箇所に窒素（Ｎ２）ガスＣを供給し、当該半田付け箇所の雰囲気を低酸素化するものである。この窒素ガス供給手段４は、ガスノズル４１と、配管４２と、ガス弁４３などにより、構成されている。
【００４０】
ガスノズル４１は、上述した半田ノズル３１の板状の箇所のさらに上部を覆う板状の部材にて形成されている。そして、このガスノズル４１の外周には、半田ノズル３１の外周を覆い、かつ、槽体１内の溶融半田Ａに浸るよう当該槽体１の内底面方向に突出する突出壁（ヒートスカート）４１ｂが設けられている。すなわち、ガスノズル４１は、半田ノズル３１より一回り大きく、当該半田ノズル３１の上部に覆い被さる蓋状の部材である。
【００４１】
そして、このガスノズル４１は、半田ノズル３１の上部に、当該半田ノズル３１に対して所定の間隔を設けて配設されている。この各ノズル３１，４１間に形成された間隙（以下、ガス流入部４４という）には、配管４４等を介して流入してきた窒素ガスＣが流れるようになっている。ここで、本実施形態では、各ノズル３１，４１の間隙であるガス流入部４４を、ガスノズル４１の内部として見ることとする。
【００４２】
また、ヒートスカート４１ｂは、半田ノズル３１の外周から所定の間隔を設けて形成されているため、ガス流入部４４は、半田ノズル３１の外周付近にて槽体１内の溶融半田Ａの液面に通じるようになっている（熱伝達口４５）。従って、この熱伝達口４５から溶融半田Ａの熱が窒素ガスＣに伝達するようになっている。
【００４３】
ここで、本実施形態においては、上記窒素ガスＣがガスノズル４１と半田ノズル３１との間隙（ガス流入部４４）を流れるため、当該間隙が溶融半田Ａの液面に通ずるよう、各ノズル３１，４１を形成することにより熱伝達口４５を形成したが、必ずしも上記のような形状に限定されない。例えば、ガスノズル４１が上底及び下底を有する構造であって、その内部を窒素ガスＣが流れる場合には、当該ガスノズル４１の下底の所定箇所に溶融半田Ａに通ずる所定の大きさの孔から成る切除部（熱伝達口４５）を形成することで、上述と同様に作用する。すなわち、ガスノズル４１の所定箇所に形成される切除部は、上述したヒートスカート４１ｂと半田ノズル３１の外縁との間に形成された熱伝達口４５と同様の機能を有する。
【００４４】
また、ガスノズル４１の上面であって、ヒートスカート４１ｂの上部付近には、ガス流入部４４内の窒素ガスＣを一時的に留める所定の容量を有するヒートボックス４１ｃが形成されている。このヒートボックス４１ｃは、ガスノズル４１の上面が凸状に突出していて、その内部が空洞となっている。そして、本実施形態においては、ヒートボックス４１ｃは、略正方形状のガスノズル４１の辺に沿って配設され、その形状は直方体に形成されている。このヒートボックス４１ｃは、図１を参照すると２つ設けられているが、この数量に限定されるものではなく、さらに、上記形状に限定されるものではない。
【００４５】
また、このヒートボックス４１ｃの側面の上側に、配管４２が接続されていて、当該接続箇所から窒素ガスＣが当該ボックス４１ｃに流入される。そして、後述するガス吹出口４１ａに通ずる通路が、ヒートボックス４１ｃの下側に形成されている。このため、配管４２から流入方向とガス吹出口４１ａへの流出方向が同一直線上にないため、当該窒素ガスＣがスムーズにガス吹出口４１ａに流れることが抑制されるため、ヒートボックス４１ｃに留まりやすくなる。従って、より窒素ガスＣの高温化を図ることができる。
【００４６】
さらに、ガスノズル４１の上面の所定箇所には、半田ノズル３１の噴流口３１ａに対応してガス吹出口４１ａが形成されている。このガス吹出口４１ａは、半田ノズル３１の噴流口３１ａとほぼ同一の形状にて形成されており、当該噴流口３１ａよりも一回り大きく形成されている。従って、溶融半田Ａの噴流口３１ａの外周にガス吹出口４１ａが形成されている。
【００４７】
これにより、まず、図示しない窒素ガス供給源から矢印Ａ３に示すように窒素ガスＣが、ガス弁４３が開くことにより配管４２を通り（矢印Ａ４）、ヒートボックス４１ｃへと流入する。このとき、ヒートボックス４１ｃ近傍には、ガス流入部４４が溶融半田Ａに通ずる熱伝達口４５が形成されていて、さらに、この熱伝達口４５はヒートスカート４１ｂにより外気からは遮られている。従って、ヒートボックス４１ｃ内に一時的に留められた窒素ガスＣには、熱伝達口４５からの高温である溶融半田Ａの熱が伝達し、当該窒素ガスＣは高温化される。その後、さらに窒素ガスＣが供給されることにより、ガス吹出口４１ａから窒素ガスＣが排出される。
【００４８】
（制御部）
制御部（図示せず）は、所定の演算処理能力を有するＣＰＵにより形成されていて、上述した基板搬送手段、半田噴流手段、窒素ガス供給手段等の動作を制御するものである。従って、上記各手段等は、制御部からの電気的信号に基づいて作動するよう構成されている。
【００４９】
（動作）
次に、第１の実施形態における動作について、図２乃至図３を参照して説明する。図３は、本実施形態における基板搬送手段（基板ホルダ２１）の動作を示す説明図である。
【００５０】
まず、基板搬送手段である基板ホルダ２１に、電子部品Ｂａが挿入されたプリント基板Ｂが保持され、当該基板Ｂが図３（ａ）の位置に待機される。続いて、オペレータからの操作等に基づいて制御部より発せられる半田付けスタート信号により、ガス弁４３が開き、窒素ガスＣが配管４２を通る。そして、窒素ガスＣは、ヒートボックス４１ｃを介してガス吹出口４１ａから吐出される。このとき、上述したように、ガス吹出口４１ａから吹き出される窒素ガスＣは、高温化されている。また、当該ガスの流量は、１分当たり３０リットルであるため、窒素ガスＣは、ガス吹出口４１ａ、すなわち、半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近に漂う程度の量である。従って、当該半田ノズル３１の噴流口３１ａの雰囲気は、高温、かつ、低酸素状態となり、半田の酸化、あるいは、温度低下による半田付け不良を抑制することができる。
【００５１】
続いて、図３（ｂ）の矢印Ａ６に示すように（図３の右方向）基板ホルダ２１が移動する。これに伴い、基板ホルダ２１に設けられた突出部材（半田酸化膜除去ワイパ）２２の先端部が、半田ノズル３１の上端部、すなわち、噴流口３１ａ付近を移動する。このとき、半田ノズル３１の噴流口３１ａには、溶融半田Ａが表面張力により盛り上がっているため、当該溶融半田Ａの表面に酸化膜が形成されている場合が生じる。従って、上記突出部材２２は溶融半田Ａの酸化膜を掻き取りつつ移動されることとなる。その後、基板ホルダ２１は、図３（ｃ）に示すよう、部分半田付けを行う電子部品Ｂａの位置に半田ノズル３１の噴流口３１ａが対応する位置に来るまで移動する。
【００５２】
続いて、モータ３１が駆動すると共にフィン３２が回転し、溶融半田Ａが図２の矢印Ａ７に示すように、噴流口３１ａより噴流される。このとき、噴流口３１ａ付近には、溶融半田Ａが盛り上がった状態になっている。続いて、図３（ｄ）に示すように、基板ホルダ２１が降下する。これにより、プリント基板Ｂの半田付け箇所が噴流口３１ａに当接することとなり、当該半田付け箇所に溶融半田Ａが付着する。そして、基板ホルダ２１の降下時には、プリント基板Ｂの下降と共に半田付け箇所が大気と遮断されていくので、半田付け箇所の酸素濃度は急激に低下される。従って、上述したように、低酸素状態で電子部品Ｂａとプリント基板Ｂは半田付けされる。
【００５３】
続いて、基板ホルダ２１が上昇することにより、所定量の半田が電子部品Ｂａと基板Ｂとに付着され、半田付けが終了する。
【００５４】
このようにすることにより、窒素（Ｎ２）ガスが溶融半田Ａの酸化を抑制するため、半田の濡れ広がりが良くなり、スルーホール基板の半田上がりが改善される。
【００５５】
〈第２の実施形態〉
以下、本発明の第２の実施形態を、図４乃至図６を参照して説明する。図４は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。図５は、本実施形態における半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近の動作を説明する説明図である。図６は、本実施形態における噴流口３１ａの形状を示す斜視図である。
【００５６】
（構成）
第２の実施形態における部分半田付け装置は、上述した第１の実施形態における装置と、ほぼ同一の構成要素を備えている。そして、当該実施形態では、さらに、制御部（図示せず）が、以下のような機能を備えている。
【００５７】
すなわち、本実施形態における制御部は、半田噴流手段３の動作を制御してプリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流を行う前に実行する機能として、半田ノズル３１の噴流口３１ａから溶融半田Ａを所定量噴流させる前噴流機能と、この前噴流機能の実行後に半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの液面を当該噴流口３１ａよりも下方に下げる液面引き下げ機能とを備えている。また、半田噴流手段３の動作を制御してプリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流を行った後に実行する機能として、基板搬送手段の動作を制御してプリント基板Ｂを半田ノズル３１に対して上方に引き上げる基板引き上げ機能と、この基板引き上げ機能の実行時に窒素ガス供給手段４の動作を制御して窒素ガスＣの供給を停止する窒素ガス供給停止機能とを備えている。
【００５８】
前噴流機能は、半田ノズル３１の噴流口３１ａから、溶融半田Ａが溢れる程度に、モータ３３の回転等を制御して当該溶融半田Ａを噴流する。この前噴流機能により、これ以前に行われた噴流や半田付けにおいて噴流口３１ａの上端部に付着した半田を、溢れ出る溶融半田Ａにて押し流すことができる。すなわち、噴流口３１ａに付着している酸化された半田のかすを槽体１内に押し流す。
【００５９】
液面引き下げ機能は、上記前噴射機能作動後に、一旦、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの液面を、当該噴流口３１ａ上端部よりも低く引き下げる。これは、フィン３２を上述した噴流動作時の回転に対して逆回転させることにより行う。この液面引き下げ機能により、噴流口３１ａの上端部に付着している半田は、液面が引き下げられる溶融半田に引っ張られて、半田ノズル３１の内部に引き込まれる。これにより、噴流口３１ａの上端部に半田のかす等が付着することが抑制される。
【００６０】
基板引き上げ機能は、プリント基板Ｂを半田ノズル３１に対して降下させ、半田付けを行った後に、当該プリント基板Ｂを半田ノズル３１から引き離すよう引き上げる。
【００６１】
窒素ガス供給停止機能は、上記基板引き上げ機能にてプリント基板Ｂを半田ノズル３１から引き離す際に、すなわち、溶融半田Ａに半田付け箇所が浸っている状態から引き上げる際に、窒素ガスＣの供給を停止する。窒素ガスＣの供給の停止は、ガス弁４３を閉めることにより行う。この窒素ガス供給停止機能は、プリント基板Ｂが引き上げられる前に行われる。但し、この機能は、プリント基板Ｂが引き上げられる前に実行されることに限定されない。当該プリント基板Ｂが引き上げられると同時に実行されてもよい。そして、この機能により、プリント基板Ｂが引き上げられる際の半田付け箇所の雰囲気は、窒素ガスＣ供給時よりも酸素濃度が高くなる。従って、溶融半田Ａの表面に酸化膜が形成されやすくなり、基板引き上げ時に半田がはじけ飛ぶことが抑制される。
【００６２】
また、本実施形態においては、図６に示すように、半田ノズル３１の噴流口３１ａの上端部であって、当該噴流口３１ａを形成する一辺に、所定の凹部３１ｂが形成されている。この凹部３１ｂは、当該上端部から所定の深さを有している。そして、この凹部３１ｂからは、矢印Ａ２１に示すように溶融半田Ａが流れるようになっている。
【００６３】
（動作）
次に、第２の実施形態における動作を説明する。
【００６４】
まず、第１の実施形態と同様に、基板ホルダ２１に保持された半田付け対象であるプリント基板Ｂが、図３（ａ）の位置に待機される。続いて、半田付けスタート信号により、モータ３３が駆動し、フィン３２が回転し、そして、溶融半田Ａが半田ノズル３１の噴流口３１ａから噴流される（ステップＳ１、前噴流工程）。このときの噴流量は、半田ノズル３１の噴流口３１ａから溶融半田Ａが溢れる程度の強めの噴流である（図５（ａ）参照、矢印Ａ１１）。すなわち、この噴流は、前噴流機能による噴流である。従って、この噴流により、噴流口３１ａの上端部に付着している半田のかす等が、噴流される溶融半田Ａにて押し流される。
【００６５】
続いて、上記モータ３３の回転と前後して、ガス弁４３が開き、窒素ガスＣが配管４２を通り、ヒートボックス４１ｃを介してガス吹出ロ４１ａより高温化された当該窒素ガスＣが供給され始める（ステップＳ２、窒素ガス供給工程）。
【００６６】
続いて、第１に実施形態において述べたように、基板ホルダ２１が移動することにより、当該基板ホルダ２１に設けられた半田酸化膜除去ワイパ２２によって、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの表面に形成される酸化膜が掻き取られる。
【００６７】
その後、フィン３２が逆回転し、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａが半田ノズル３１内部に吸い寄せられ（図５（ｂ）参照、矢印Ａ１２）、当該噴流口３１ａの液面が低下される（ステップＳ３、液面引き下げ工程）。これにより、上記前噴流工程にて噴流口３１ａ上端部に移動された溶融半田Ａは、半田ノズル３１内部に吸い寄せられる半田と共に、吸い寄せられる。従って、噴流口３１ａの上端部に半田が付着されることが抑制され、プリント基板Ｂへの余分な半田の付着が抑制される。
【００６８】
続いて、プリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流が行われる（ステップＳ４、半田噴流工程）。この噴流は、半田ノズル３１の縁、すなわち、噴流口３１ａの上端部に半田がのらない程度とする（図５（ｃ）参照、矢印Ａ１３）。但し、噴流口３１ａに形成された凹部３１ｂからは溶融半田Ａが流れ出る程度の噴流である。この凹部３１ｂから半田を流すことで、複数ある噴流口３１ａのそれぞれから噴流する半田の温度の均一化を図ることができる。
【００６９】
続いて、第１の実施形態と同様に、プリント基板Ｂの位置が半田ノズル３１付近にまで下降され（矢印Ａ１４）、低酸素の雰囲気にて半田付けが行われる（ステップＳ５、基板移動工程、図５（ｄ）参照）。
【００７０】
続いて、ガス弁４３が閉じられ、窒素ガスＣの供給が停止される（ステップＳ６、窒素ガス供給停止工程）。そして、その後、基板Ｂが引き上げられる（ステップＳ７、基板引き上げ工程、図５（ｅ）参照、矢印Ａ１５）。これにより、基板引き上げ時の噴流口３１ａの雰囲気の酸素濃度が上昇する。従って、従来技術においては、半田の濡れ広がりを改善するために低酸素濃度化にて基板Ｂを引き上げていたので、半田の切れが良くなり過ぎて半田がはじけて半田ボールが発生し、基板に付着するという問題が生じていたが、かかる制御により、半田表面にわずかな酸化膜が生成され、半田の表面張力が低下し半田のはじけが減少し、基板への半田ボール付着の抑制を図ることができる。但し、この状態でも大気より酸素濃度は低いため、半田ブリッジ、ツララは防止される。このとき、窒素ガスＣの止めるタイミングは、制御部のタイマー機能により制御される。そして、そのタイミング等は、あらかじめ実験等から定められて、当該制御部に設定されている。さらに、これにより、窒素ガスＣの消費量も減少をも図ることができる。
【００７１】
このようにすることにより、噴流口３１ａの上端部に半田かす等の付着が抑制されるため、当該噴流口３１に当接する基板Ｂに当該半田かす等の付着が抑制される。さらに、高温化された窒素ガスＣの雰囲気下にて半田付けを行うことができるため、上述したように半田不良を抑制しつつ、基板Ｂを半田から引き離す際に酸素濃度を高めることにより、半田が飛び散ることを抑制し、当該基板Ｂに半田ボール等の付着の軽減を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、窒素ガスを吐出するガスノズルに溶融半田の液面に通ずる熱伝達口を形成したので、この熱伝達口から溶融半田の熱が窒素ガスに伝達し、当該熱により高温化された窒素ガスが半田付けを行う箇所に吐出されるため、低酸素、かつ、高温状態である雰囲気下にて半田付けを行うことができ、溶融半田の酸化、及び、温度低下を抑制し、半田不良の発生を抑制することができる、という従来にない優れた効果を有する。
【００７３】
このとき、窒素ガスを加熱する加熱装置等を設ける必要がなく、単純な構成にて上述のように窒素ガスを高温化することができるため、当該装置の複雑化を抑制でき、低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、半田ノズルからの溶融半田の噴流量制御を行った場合には、半田ノズルの縁への半田くずの付着が抑制され、半田付けを行うべく半田ノズルに当接するプリント基板への半田くずの付着を抑制することができる、という優れた効果を有する。
【００７７】
さらに、半田付けを行っているプリント基板を半田ノズルから引き離す際に、窒素ガスの供給を停止した場合には、半田付け箇所の酸素濃度が上昇し、適度な酸素濃度となるため、当該基板を引き離す際に溶融半田が飛び散ることが抑制され、当該基板への半田ボールの付着を抑制することができると共に、窒素ガスの消費量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における装置全体の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に開示した装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態における動作を説明する説明図であり、図３（ａ）〜図３（ｅ）は、その各動作の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第２の実施形態における半田ノズルの噴流口付近の動作を説明する説明図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、その各動作の状態を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態における半田ノズルの噴流口の形状を示す斜視図である。
【図７】従来例における部分半田付け装置の概略を示す斜視図である。
【図８】図７に開示した従来例における装置の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に開示した従来例における装置の動作を示す説明図であり、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、各段階における半田ノズル付近の様子を示す断面図である。
【図１０】従来例における部分半田付け装置の変形例の概略を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に開示した従来例における装置の動作を示す説明図であり、図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は、各段階における半田ノズル付近の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 槽体
３ 半田噴流手段
４ 窒素ガス供給手段
１１ 半田収容凹部
１２ ノズル支持壁
２１ 基板ホルダ
２２ 突出部材（半田酸化膜除去ワイパ）
３１ 半田ノズル
４１ ガスノズル
４４ ガス流入部
４５ 熱伝達口
３１ａ 噴流口
４１ａ ガス吹出口
４１ｂ 突出壁（ヒートスカート）
４１ｃ ヒートボックス
Ａ 溶融半田
Ｂ プリント基板
Ｃ 窒素（Ｎ２）ガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分半田付け装置にかかり、特に、窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給しながらプリント基板の所定箇所に備えられた電子部品の半田付けを局所的に行う部分半田付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリント基板の所定箇所に配置される個々の電子部品を、局所的に半田付けする部分半田付けが行われている。これは、例えば、噴流式又はリフロー式の半田付け装置によりプリント配線板の全面に対する一括式半田付けを完了した後の工程で、比較的大型の電子部品を後付けするような場合である。かかる場合には、すでに半田付けした部位が後付け用の溶融半田に浸されることを防止するためである。
【０００３】
図７乃至図１１を参照して、従来例における部分半田付け装置を説明する。図７は、当該装置の概略を示す斜視図であり、図８は、当該装置の構成を示す断面図である。図９は、その動作を示す説明図である。図１０は、当該装置の変形例の概略を示す斜視図であり、図１１は、その動作を示す説明図である。
【０００４】
図７乃至図８に示す従来例における部分半田付け装置は、溶融半田Ａを収容する上面が開口された四角形状の槽体１１０と、半田付け対象のプリント基板Ｂを保持すると共に搬送する基板搬送手段（図示せず）と、プリント基板Ｂの所定箇所に溶融半田Ａを噴流する半田ノズル１３１を槽体の開口面に有する半田噴流手段１３０と、当該装置自体の動作を制御する制御部（図示せず）とを備えている。
【０００５】
そして、基板搬送手段は、１枚のプリント基板Ｂを保持する基板ホルダ１２１と、各基板ホルダ１２１を駆動する駆動機構（図示せず）等とにより構成されている。また、半田噴流手段１３０は、上述した槽体の開口面上に設けられている半田ノズル１３１と、溶融半田Ａに浸されて配設されるフィン１３２と、このフィン１３２を回転駆動するモータ１３３とにより構成されている。さらに、半田ノズル１３１には、その上部に溶融半田Ａが噴流される噴流口１３１ａが形成されている。
【０００６】
上記の従来例における動作を、図８、あるいは、図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。まず、モータ１３３が駆動することによりフィン１３２が回転し、溶融半田Ａが矢印Ｌ１のように流れる。すなわち、溶融半田Ａは、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａから押し出され、所定量の半田が噴流される。ここで、かかる噴流状態は、図８又は図９（ａ）に示すように、噴流口１３１ａから表面張力により所定量上方に盛り上がった状態である。
【０００７】
続いて、基板ホルダ１２１が駆動することにより、当該基板ホルダ１２１に保持され電子部品Ｂａが挿入されたプリント基板Ｂが下降される（図９（ａ）、（ｂ）、矢印Ｌ２参照）。そして、噴流されている溶融半田Ａにプリント基板Ｂの半田付け箇所が接触し、当該箇所に所定量の半田が付着する（図９（ｂ））。その後、図９（ｃ）、矢印Ｌ３に示すように、プリント基板Ｂが引き上げられる。このようにして、適量の半田Ａａにより電子部品Ｂａがプリント基板Ａに半田付けされる。
【０００８】
しかし、かかる場合には、鉛フリー半田は、酸化しやすいため、酸化された半田くず等が基板Ｂに付着することが多いという問題が生じていた。特に、融点が高く、酸化し易い鉛フリー半田（例えばＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）の半田付けにおいて顕著である。具体的には、半田が酸化しやすいため、基板引き上げ時の半田の切れが悪くなり、半田が隣のパターンにくっついてしまう半田ブリッジやツララ等の半田不良が多く発生し、さらに、濡れ広がりが悪く、スルーホールの半田上がりが悪くなるという不都合が生じていた。
【０００９】
そして、これらを改善すべく、窒素（Ｎ２）ガスを供給して当該窒素ガスの雰囲気下において半田付けを行う装置が用いられている。図１０に従来例における部分半田付け装置の変形例を示す。この図に示す部分半田付け装置は、図７に示す装置が備える構成要素に加えて、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ近傍から窒素ガスＣを吐出するガスノズル１４１を有する窒素ガス供給手段１４０を備えている。これにより、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ付近の酸素濃度を低下させ、溶融半田Ａの酸化を抑制し、半田不良の発生を抑制しようとするものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、以下のような不都合があった。
第１に、窒素（Ｎ２）ガスの供給により半田付け部分の低酸素濃度化されるが、かかる場合に半田の濡れ広がり具合は改善されるものの、半田付け部の半田温度が不規則に低下するため、やはり上述したように半田ブリッジ、ツララ等の半田付け不良が発生するという不都合も生じる。
【００１１】
第２に、小さな半田ボールＡｂがプリント基板Ｂへ付着するという不都合が生じる。これは、図１１に示すように、半田ノズル１３１に対して降下（図１１（ａ））された基板Ｂを上昇させる際に、半田付けされる箇所の窒素ガス（符号Ｃ）による低酸素化により、半田の切れが良すぎるため半田がはじけ飛び（図１１（ｂ））、これにより半田ボールＡｂが基板Ｂに付着する（図１１（ｃ））というものである。
【００１２】
第３に、プリント基板Ｂに半田くずが付着するという不都合が生じる。これは、半田付けが行われた後には、図１１（ｄ）に示すように、半田ノズル１３１の噴流口１３１ａ付近、すなわち、ノズル先端部には当該噴流口１３１ａから溢れた半田Ａｃが付着するため、その後、当該噴流口１３１ａに基板Ｂが降下してくることにより（図１０（ｅ））、当該基板Ｂの裏面（噴流口１３１ａと当接する面）に、半田付けを望まない箇所に半田くずＡｃとして半田が付着する（図１１（ｆ）というものである。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に、半田付け不良を抑制すると共に、プリント基板への余分な半田の付着を抑制することができる部分半田付け装置を提供することをその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、溶融半田を収容する上面が開口された槽体と、半田付け対象のプリント基板を保持すると共に当該プリント基板を槽体上部に搬送する基板搬送手段と、プリント基板に対する溶融半田を噴流する半田ノズルを槽体の開口面に有する半田噴流手段と、この半田ノズルの噴流口近傍から窒素ガスを吐出するガスノズルを有する窒素ガス供給手段と、当該装置自体の動作を制御する制御部とを備え、前記ガスノズル内部が、前記槽体内の溶融半田の液面に通ずるよう、前記ガスノズルの所定箇所に熱伝達口を設け、前記制御部が、前記半田噴流手段の動作を制御して前記プリント基板に対する前記溶融半田の噴流を行う前に実行する機能として、前記半田ノズルの噴流口から前記溶融半田を所定量噴流させる前噴流機能と、この前噴流機能の実行後に前記半田ノズルの噴流口付近の前記溶融半田の液面を当該噴流口よりも下方に下げる液面引き下げ機能とを備えたという構成を採っている（請求項１）。
【００１５】
このような構成にすることにより、ガスノズルの熱伝達口から溶融された高温状態の半田の熱が窒素ガスに伝達し、当該ガスノズルを通過する窒素ガスが加熱される。その後、この高温化された窒素ガスが半田ノズル付近、すなわち、半田付けが行われる箇所に供給される。従って、窒素ガスにより半田付けを行う箇所の雰囲気を低酸素化しつつ、当該雰囲気の高温化を図ることにより、半田の温度の低下を抑制することができ、半田付け不良の抑制を図ることができる。
【００２１】
しかも、半田付け用の溶融半田の噴流が行われる前に、半田ノズルの噴流口から溢れるよう溶融半田が噴流される。このとき、半田ノズルの先端部に付着している半田のかす等が噴流口から溢れる半田にて押し流される。続いて、半田ノズルの噴流口よりも当該ノズル内の半田の液面が下げられる。このとき、先の噴流にて半田ノズルの先端部に付着した半田は、溶融半田の表面張力によりノズル内部に引き込まれる。その後、半田の通常の噴流が行われ、基板が降下されることにより、半田付けが行われる。
【００２２】
従って、半田ノズルの先端部に半田のかす等が付着されることが抑制されるため、当該ノズル先端部から基板に半田かすが付着するという当該基板に余分な半田の付着が抑制され、基板の品質の向上を図ることができる。
【００２３】
また、制御部が、半田噴流手段の動作を制御してプリント基板に対する溶融半田の噴流を行った後に実行する機能として、基板搬送手段の動作を制御してプリント基板を半田ノズルに対して上方に引き上げる基板引き上げ機能と、この基板引き上げ機能の実行時に窒素ガス供給手段の動作を制御して窒素ガスの供給を停止する窒素ガス供給停止機能とを備えると望ましい（請求項２）。
【００２４】
これにより、基板が半田ノズルの噴流口付近にまで降下されて半田付けがされた後に、当該基板が引き上げられる際に、窒素ガスの供給が停止される。従って、当該基板引き上げ時の雰囲気は、酸素濃度が増加し、そして、当該溶融半田は適度に酸化されてその表面に酸化膜が形成される。その結果、基板の上昇に伴う半田の飛び散りが抑制され、当該基板への半田ボールの付着を抑制でき、基板の品質の向上を図ることができる。
【００２５】
また、基板搬送手段の槽体の内底面に対向する側の所定箇所に、当該槽体の内底面方向に向かって突出する突出部材を設け、この突出部材の長さを、基板搬送手段が槽体の開口面に対して平行に移動する際に当該突出部材の先端部が半田ノズルの噴流口に当接する長さに形成すると望ましい（請求項３）。
【００２６】
これにより、基板搬送手段が槽体の開口面上を移動する際に、当該基板搬送手段に設けられた突出部材が半田ノズルの先端部に当接する。従って、突出部材にて、半田ノズルの噴流口付近の溶融半田に形成された酸化膜等が掻き取られるため、その後の半田付けにおける半田不良の抑制を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施形態〉
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における装置の構成を示す斜視図である。図２は、その断面図である。
【００３０】
本実施形態における部分半田付け装置は、溶融半田Ａを収容する上面が開口された槽体１と、半田付け対象のプリント基板Ｂを保持すると共に当該プリント基板Ｂを槽体１上部に搬送する基板搬送手段（図示せず）と、プリント基板Ｂに対する溶融半田Ａを噴流する半田ノズル３１を槽体１の開口面に有する半田噴流手段３と、この半田ノズル３１の噴流口３１ａ近傍から窒素ガスＣを吐出するガスノズル４１を有する窒素ガス供給手段４と、当該装置自体の動作を制御する制御部（図示せず）とを備えている。
以下、これを詳述する。
【００３１】
（槽体）
槽体１は、加熱されて溶融した半田Ａを収容する容器である。従って、この槽体１には、図１に示すように、その上面に開口面を有していて、所定の深さの断面コ字状の半田収容凹部１１が形成されている。また、この半田収容凹部１１には、後述する半田ノズル３１を槽体１の開口面付近に支持するノズル支持壁１２が、槽体１内底面から上方に向かって開口面付近にまで突出して備えられている。このノズル支持壁１２は、半田収容凹部１１の内部でさらに溶融半田Ａを囲うよう形成されている。すなわち、半田収容凹部１１の内部には、さらに、ノズル支持壁１２により略正方形の囲いが形成されている。
【００３２】
さらに、槽体１の内底面の所定箇所には、後述するフィン３２が収容される内部が空洞の箱体であるフィンボックス１３が形成されている。このフィンボックス１３は、上記ノズル支持壁１２の所定箇所を所定の一面として形成されている。そして、このノズル支持壁１２でもあるフィンボックス１３の一面には、貫通孔が形成されている。また、これに伴い、フィンボックス１３の他の一面にも貫通孔が形成されている。これにより、フィン３２が回転駆動することにより、図２の矢印Ａ１に示すように、他の一面の貫通孔からフィンボックス１３内に溶融半田Ａが流入し、ノズル支持壁１２でもある一面の貫通孔から当該ボックス１３内の溶融半田Ａが押し出されて、半田ノズル３１の下部に流出する。
【００３３】
（基板搬送手段）
基板搬送手段（図示せず）は、プリント基板Ｂの半田付け箇所が後述する半田ノズル３１の位置に対応するよう、当該基板Ｂを搬送するものである。この基板搬送手段は、プリント基板Ｂを保持する基板ホルダ２１と、この基板ホルダ２１を搬送する搬送機構（図示せず）と、当該搬送機構を駆動する駆動機構（図示せず）などにより構成されている。これにより、基板ホルダ２１に保持されたプリント基板Ｂは、後述するように、槽体１上を開口面に沿って平面移動、あるいは、開口面に対して垂直移動できるようになっている。
【００３４】
また、上記基板ホルダ２１の所定箇所には、当該槽体１の内底面方向に向かって突出する突出部材２２が設けられている。具体的には、この突出部材２２は、槽体１の内底面に対向する側、すなわち、基板ホルダ２１の下面側（プリント基板Ｂの下面側）であって、プリント基板Ｂの搬送される方向の先端側に備えられている。従って、図２においては、基板ホルダ２１が当該図２の右側に搬送されるようになっている。
【００３５】
この突出部材２２は、さらに、その長さが、基板ホルダ２１が槽体１の上部を移動する際に（図２でいう左右方向）、当該突出部材２２の先端部が半田ノズル３１の先端部（噴流口３１ａ）に当接する長さに形成されている。但し、この突出部材２２の長さは、当該半田ノズル３１に当接する長さよりも短く形成されていてもよい。かかる場合には、半田ノズル３１の噴流口３１ａから表面張力によって盛り上がる溶融半田Ａの表面に当接する程度の長さであればよい。
【００３６】
（半田噴流手段）
半田噴流手段３は、上述した溶融半田Ａをプリント基板Ｂの半田付け箇所に噴流する半田ノズル３１と、この半田ノズル３１の噴流口３１ａに溶融半田Ａを押し出すフィン３２と、このフィン３２を回転駆動するモータ３３とにより構成されている。
【００３７】
モータ３３は、上述した槽体１の所定箇所に備えられていて、このモータ３３から所定の軸部材等を介して回転力が付勢されてフィン３２が回転する。フィン３２は、上述したように槽体１のフィンボックス１３内に格納されている（図２参照）。
【００３８】
半田ノズル３１は、上述したノズル支持壁１２の上部に支持されて、槽体１の開口面付近に配設される。この半田ノズル３１は、ノズル支持壁１２にて囲まれた箇所の上部を覆う板状の部材にて形成されている。そして、この所定箇所に当該板状部材から上方に突出した断面長方形の中空の柱が形成されていて、上端が溶融半田Ａの噴流口３１ａとなっている。すなわち、噴流口３１ａは、半田ノズル３１の下面側、すなわち、溶融半田Ａに通ずるよう形成されている。また、この噴流口３１ａは、プリント基板Ｂに部分的に半田付けされる電子部品Ｂａに対応して、複数形成されている。ここで、半田ノズル３１の噴流口３１ａは、上記の形状に限定されるものではない。
【００３９】
（窒素ガス供給手段）
窒素ガス供給手段４は、プリント基板Ｂの半田付けを行う箇所に窒素（Ｎ２）ガスＣを供給し、当該半田付け箇所の雰囲気を低酸素化するものである。この窒素ガス供給手段４は、ガスノズル４１と、配管４２と、ガス弁４３などにより、構成されている。
【００４０】
ガスノズル４１は、上述した半田ノズル３１の板状の箇所のさらに上部を覆う板状の部材にて形成されている。そして、このガスノズル４１の外周には、半田ノズル３１の外周を覆い、かつ、槽体１内の溶融半田Ａに浸るよう当該槽体１の内底面方向に突出する突出壁（ヒートスカート）４１ｂが設けられている。すなわち、ガスノズル４１は、半田ノズル３１より一回り大きく、当該半田ノズル３１の上部に覆い被さる蓋状の部材である。
【００４１】
そして、このガスノズル４１は、半田ノズル３１の上部に、当該半田ノズル３１に対して所定の間隔を設けて配設されている。この各ノズル３１，４１間に形成された間隙（以下、ガス流入部４４という）には、配管４４等を介して流入してきた窒素ガスＣが流れるようになっている。ここで、本実施形態では、各ノズル３１，４１の間隙であるガス流入部４４を、ガスノズル４１の内部として見ることとする。
【００４２】
また、ヒートスカート４１ｂは、半田ノズル３１の外周から所定の間隔を設けて形成されているため、ガス流入部４４は、半田ノズル３１の外周付近にて槽体１内の溶融半田Ａの液面に通じるようになっている（熱伝達口４５）。従って、この熱伝達口４５から溶融半田Ａの熱が窒素ガスＣに伝達するようになっている。
【００４３】
ここで、本実施形態においては、上記窒素ガスＣがガスノズル４１と半田ノズル３１との間隙（ガス流入部４４）を流れるため、当該間隙が溶融半田Ａの液面に通ずるよう、各ノズル３１，４１を形成することにより熱伝達口４５を形成したが、必ずしも上記のような形状に限定されない。例えば、ガスノズル４１が上底及び下底を有する構造であって、その内部を窒素ガスＣが流れる場合には、当該ガスノズル４１の下底の所定箇所に溶融半田Ａに通ずる所定の大きさの孔から成る切除部（熱伝達口４５）を形成することで、上述と同様に作用する。すなわち、ガスノズル４１の所定箇所に形成される切除部は、上述したヒートスカート４１ｂと半田ノズル３１の外縁との間に形成された熱伝達口４５と同様の機能を有する。
【００４４】
また、ガスノズル４１の上面であって、ヒートスカート４１ｂの上部付近には、ガス流入部４４内の窒素ガスＣを一時的に留める所定の容量を有するヒートボックス４１ｃが形成されている。このヒートボックス４１ｃは、ガスノズル４１の上面が凸状に突出していて、その内部が空洞となっている。そして、本実施形態においては、ヒートボックス４１ｃは、略正方形状のガスノズル４１の辺に沿って配設され、その形状は直方体に形成されている。このヒートボックス４１ｃは、図１を参照すると２つ設けられているが、この数量に限定されるものではなく、さらに、上記形状に限定されるものではない。
【００４５】
また、このヒートボックス４１ｃの側面の上側に、配管４２が接続されていて、当該接続箇所から窒素ガスＣが当該ボックス４１ｃに流入される。そして、後述するガス吹出口４１ａに通ずる通路が、ヒートボックス４１ｃの下側に形成されている。このため、配管４２から流入方向とガス吹出口４１ａへの流出方向が同一直線上にないため、当該窒素ガスＣがスムーズにガス吹出口４１ａに流れることが抑制されるため、ヒートボックス４１ｃに留まりやすくなる。従って、より窒素ガスＣの高温化を図ることができる。
【００４６】
さらに、ガスノズル４１の上面の所定箇所には、半田ノズル３１の噴流口３１ａに対応してガス吹出口４１ａが形成されている。このガス吹出口４１ａは、半田ノズル３１の噴流口３１ａとほぼ同一の形状にて形成されており、当該噴流口３１ａよりも一回り大きく形成されている。従って、溶融半田Ａの噴流口３１ａの外周にガス吹出口４１ａが形成されている。
【００４７】
これにより、まず、図示しない窒素ガス供給源から矢印Ａ３に示すように窒素ガスＣが、ガス弁４３が開くことにより配管４２を通り（矢印Ａ４）、ヒートボックス４１ｃへと流入する。このとき、ヒートボックス４１ｃ近傍には、ガス流入部４４が溶融半田Ａに通ずる熱伝達口４５が形成されていて、さらに、この熱伝達口４５はヒートスカート４１ｂにより外気からは遮られている。従って、ヒートボックス４１ｃ内に一時的に留められた窒素ガスＣには、熱伝達口４５からの高温である溶融半田Ａの熱が伝達し、当該窒素ガスＣは高温化される。その後、さらに窒素ガスＣが供給されることにより、ガス吹出口４１ａから窒素ガスＣが排出される。
【００４８】
（制御部）
制御部（図示せず）は、所定の演算処理能力を有するＣＰＵにより形成されていて、上述した基板搬送手段、半田噴流手段、窒素ガス供給手段等の動作を制御するものである。従って、上記各手段等は、制御部からの電気的信号に基づいて作動するよう構成されている。
【００４９】
（動作）
次に、第１の実施形態における動作について、図２乃至図３を参照して説明する。図３は、本実施形態における基板搬送手段（基板ホルダ２１）の動作を示す説明図である。
【００５０】
まず、基板搬送手段である基板ホルダ２１に、電子部品Ｂａが挿入されたプリント基板Ｂが保持され、当該基板Ｂが図３（ａ）の位置に待機される。続いて、オペレータからの操作等に基づいて制御部より発せられる半田付けスタート信号により、ガス弁４３が開き、窒素ガスＣが配管４２を通る。そして、窒素ガスＣは、ヒートボックス４１ｃを介してガス吹出口４１ａから吐出される。このとき、上述したように、ガス吹出口４１ａから吹き出される窒素ガスＣは、高温化されている。また、当該ガスの流量は、１分当たり３０リットルであるため、窒素ガスＣは、ガス吹出口４１ａ、すなわち、半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近に漂う程度の量である。従って、当該半田ノズル３１の噴流口３１ａの雰囲気は、高温、かつ、低酸素状態となり、半田の酸化、あるいは、温度低下による半田付け不良を抑制することができる。
【００５１】
続いて、図３（ｂ）の矢印Ａ６に示すように（図３の右方向）基板ホルダ２１が移動する。これに伴い、基板ホルダ２１に設けられた突出部材（半田酸化膜除去ワイパ）２２の先端部が、半田ノズル３１の上端部、すなわち、噴流口３１ａ付近を移動する。このとき、半田ノズル３１の噴流口３１ａには、溶融半田Ａが表面張力により盛り上がっているため、当該溶融半田Ａの表面に酸化膜が形成されている場合が生じる。従って、上記突出部材２２は溶融半田Ａの酸化膜を掻き取りつつ移動されることとなる。その後、基板ホルダ２１は、図３（ｃ）に示すよう、部分半田付けを行う電子部品Ｂａの位置に半田ノズル３１の噴流口３１ａが対応する位置に来るまで移動する。
【００５２】
続いて、モータ３１が駆動すると共にフィン３２が回転し、溶融半田Ａが図２の矢印Ａ７に示すように、噴流口３１ａより噴流される。このとき、噴流口３１ａ付近には、溶融半田Ａが盛り上がった状態になっている。続いて、図３（ｄ）に示すように、基板ホルダ２１が降下する。これにより、プリント基板Ｂの半田付け箇所が噴流口３１ａに当接することとなり、当該半田付け箇所に溶融半田Ａが付着する。そして、基板ホルダ２１の降下時には、プリント基板Ｂの下降と共に半田付け箇所が大気と遮断されていくので、半田付け箇所の酸素濃度は急激に低下される。従って、上述したように、低酸素状態で電子部品Ｂａとプリント基板Ｂは半田付けされる。
【００５３】
続いて、基板ホルダ２１が上昇することにより、所定量の半田が電子部品Ｂａと基板Ｂとに付着され、半田付けが終了する。
【００５４】
このようにすることにより、窒素（Ｎ２）ガスが溶融半田Ａの酸化を抑制するため、半田の濡れ広がりが良くなり、スルーホール基板の半田上がりが改善される。
【００５５】
〈第２の実施形態〉
以下、本発明の第２の実施形態を、図４乃至図６を参照して説明する。図４は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。図５は、本実施形態における半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近の動作を説明する説明図である。図６は、本実施形態における噴流口３１ａの形状を示す斜視図である。
【００５６】
（構成）
第２の実施形態における部分半田付け装置は、上述した第１の実施形態における装置と、ほぼ同一の構成要素を備えている。そして、当該実施形態では、さらに、制御部（図示せず）が、以下のような機能を備えている。
【００５７】
すなわち、本実施形態における制御部は、半田噴流手段３の動作を制御してプリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流を行う前に実行する機能として、半田ノズル３１の噴流口３１ａから溶融半田Ａを所定量噴流させる前噴流機能と、この前噴流機能の実行後に半田ノズル３１の噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの液面を当該噴流口３１ａよりも下方に下げる液面引き下げ機能とを備えている。また、半田噴流手段３の動作を制御してプリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流を行った後に実行する機能として、基板搬送手段の動作を制御してプリント基板Ｂを半田ノズル３１に対して上方に引き上げる基板引き上げ機能と、この基板引き上げ機能の実行時に窒素ガス供給手段４の動作を制御して窒素ガスＣの供給を停止する窒素ガス供給停止機能とを備えている。
【００５８】
前噴流機能は、半田ノズル３１の噴流口３１ａから、溶融半田Ａが溢れる程度に、モータ３３の回転等を制御して当該溶融半田Ａを噴流する。この前噴流機能により、これ以前に行われた噴流や半田付けにおいて噴流口３１ａの上端部に付着した半田を、溢れ出る溶融半田Ａにて押し流すことができる。すなわち、噴流口３１ａに付着している酸化された半田のかすを槽体１内に押し流す。
【００５９】
液面引き下げ機能は、上記前噴射機能作動後に、一旦、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの液面を、当該噴流口３１ａ上端部よりも低く引き下げる。これは、フィン３２を上述した噴流動作時の回転に対して逆回転させることにより行う。この液面引き下げ機能により、噴流口３１ａの上端部に付着している半田は、液面が引き下げられる溶融半田に引っ張られて、半田ノズル３１の内部に引き込まれる。これにより、噴流口３１ａの上端部に半田のかす等が付着することが抑制される。
【００６０】
基板引き上げ機能は、プリント基板Ｂを半田ノズル３１に対して降下させ、半田付けを行った後に、当該プリント基板Ｂを半田ノズル３１から引き離すよう引き上げる。
【００６１】
窒素ガス供給停止機能は、上記基板引き上げ機能にてプリント基板Ｂを半田ノズル３１から引き離す際に、すなわち、溶融半田Ａに半田付け箇所が浸っている状態から引き上げる際に、窒素ガスＣの供給を停止する。窒素ガスＣの供給の停止は、ガス弁４３を閉めることにより行う。この窒素ガス供給停止機能は、プリント基板Ｂが引き上げられる前に行われる。但し、この機能は、プリント基板Ｂが引き上げられる前に実行されることに限定されない。当該プリント基板Ｂが引き上げられると同時に実行されてもよい。そして、この機能により、プリント基板Ｂが引き上げられる際の半田付け箇所の雰囲気は、窒素ガスＣ供給時よりも酸素濃度が高くなる。従って、溶融半田Ａの表面に酸化膜が形成されやすくなり、基板引き上げ時に半田がはじけ飛ぶことが抑制される。
【００６２】
また、本実施形態においては、図６に示すように、半田ノズル３１の噴流口３１ａの上端部であって、当該噴流口３１ａを形成する一辺に、所定の凹部３１ｂが形成されている。この凹部３１ｂは、当該上端部から所定の深さを有している。そして、この凹部３１ｂからは、矢印Ａ２１に示すように溶融半田Ａが流れるようになっている。
【００６３】
（動作）
次に、第２の実施形態における動作を説明する。
【００６４】
まず、第１の実施形態と同様に、基板ホルダ２１に保持された半田付け対象であるプリント基板Ｂが、図３（ａ）の位置に待機される。続いて、半田付けスタート信号により、モータ３３が駆動し、フィン３２が回転し、そして、溶融半田Ａが半田ノズル３１の噴流口３１ａから噴流される（ステップＳ１、前噴流工程）。このときの噴流量は、半田ノズル３１の噴流口３１ａから溶融半田Ａが溢れる程度の強めの噴流である（図５（ａ）参照、矢印Ａ１１）。すなわち、この噴流は、前噴流機能による噴流である。従って、この噴流により、噴流口３１ａの上端部に付着している半田のかす等が、噴流される溶融半田Ａにて押し流される。
【００６５】
続いて、上記モータ３３の回転と前後して、ガス弁４３が開き、窒素ガスＣが配管４２を通り、ヒートボックス４１ｃを介してガス吹出ロ４１ａより高温化された当該窒素ガスＣが供給され始める（ステップＳ２、窒素ガス供給工程）。
【００６６】
続いて、第１に実施形態において述べたように、基板ホルダ２１が移動することにより、当該基板ホルダ２１に設けられた半田酸化膜除去ワイパ２２によって、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａの表面に形成される酸化膜が掻き取られる。
【００６７】
その後、フィン３２が逆回転し、噴流口３１ａ付近の溶融半田Ａが半田ノズル３１内部に吸い寄せられ（図５（ｂ）参照、矢印Ａ１２）、当該噴流口３１ａの液面が低下される（ステップＳ３、液面引き下げ工程）。これにより、上記前噴流工程にて噴流口３１ａ上端部に移動された溶融半田Ａは、半田ノズル３１内部に吸い寄せられる半田と共に、吸い寄せられる。従って、噴流口３１ａの上端部に半田が付着されることが抑制され、プリント基板Ｂへの余分な半田の付着が抑制される。
【００６８】
続いて、プリント基板Ｂに対する溶融半田Ａの噴流が行われる（ステップＳ４、半田噴流工程）。この噴流は、半田ノズル３１の縁、すなわち、噴流口３１ａの上端部に半田がのらない程度とする（図５（ｃ）参照、矢印Ａ１３）。但し、噴流口３１ａに形成された凹部３１ｂからは溶融半田Ａが流れ出る程度の噴流である。この凹部３１ｂから半田を流すことで、複数ある噴流口３１ａのそれぞれから噴流する半田の温度の均一化を図ることができる。
【００６９】
続いて、第１の実施形態と同様に、プリント基板Ｂの位置が半田ノズル３１付近にまで下降され（矢印Ａ１４）、低酸素の雰囲気にて半田付けが行われる（ステップＳ５、基板移動工程、図５（ｄ）参照）。
【００７０】
続いて、ガス弁４３が閉じられ、窒素ガスＣの供給が停止される（ステップＳ６、窒素ガス供給停止工程）。そして、その後、基板Ｂが引き上げられる（ステップＳ７、基板引き上げ工程、図５（ｅ）参照、矢印Ａ１５）。これにより、基板引き上げ時の噴流口３１ａの雰囲気の酸素濃度が上昇する。従って、従来技術においては、半田の濡れ広がりを改善するために低酸素濃度化にて基板Ｂを引き上げていたので、半田の切れが良くなり過ぎて半田がはじけて半田ボールが発生し、基板に付着するという問題が生じていたが、かかる制御により、半田表面にわずかな酸化膜が生成され、半田の表面張力が低下し半田のはじけが減少し、基板への半田ボール付着の抑制を図ることができる。但し、この状態でも大気より酸素濃度は低いため、半田ブリッジ、ツララは防止される。このとき、窒素ガスＣの止めるタイミングは、制御部のタイマー機能により制御される。そして、そのタイミング等は、あらかじめ実験等から定められて、当該制御部に設定されている。さらに、これにより、窒素ガスＣの消費量も減少をも図ることができる。
【００７１】
このようにすることにより、噴流口３１ａの上端部に半田かす等の付着が抑制されるため、当該噴流口３１に当接する基板Ｂに当該半田かす等の付着が抑制される。さらに、高温化された窒素ガスＣの雰囲気下にて半田付けを行うことができるため、上述したように半田不良を抑制しつつ、基板Ｂを半田から引き離す際に酸素濃度を高めることにより、半田が飛び散ることを抑制し、当該基板Ｂに半田ボール等の付着の軽減を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、窒素ガスを吐出するガスノズルに溶融半田の液面に通ずる熱伝達口を形成したので、この熱伝達口から溶融半田の熱が窒素ガスに伝達し、当該熱により高温化された窒素ガスが半田付けを行う箇所に吐出されるため、低酸素、かつ、高温状態である雰囲気下にて半田付けを行うことができ、溶融半田の酸化、及び、温度低下を抑制し、半田不良の発生を抑制することができる、という従来にない優れた効果を有する。
【００７３】
このとき、窒素ガスを加熱する加熱装置等を設ける必要がなく、単純な構成にて上述のように窒素ガスを高温化することができるため、当該装置の複雑化を抑制でき、低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、半田ノズルからの溶融半田の噴流量制御を行った場合には、半田ノズルの縁への半田くずの付着が抑制され、半田付けを行うべく半田ノズルに当接するプリント基板への半田くずの付着を抑制することができる、という優れた効果を有する。
【００７７】
さらに、半田付けを行っているプリント基板を半田ノズルから引き離す際に、窒素ガスの供給を停止した場合には、半田付け箇所の酸素濃度が上昇し、適度な酸素濃度となるため、当該基板を引き離す際に溶融半田が飛び散ることが抑制され、当該基板への半田ボールの付着を抑制することができると共に、窒素ガスの消費量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における装置全体の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に開示した装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態における動作を説明する説明図であり、図３（ａ）〜図３（ｅ）は、その各動作の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第２の実施形態における半田ノズルの噴流口付近の動作を説明する説明図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、その各動作の状態を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態における半田ノズルの噴流口の形状を示す斜視図である。
【図７】従来例における部分半田付け装置の概略を示す斜視図である。
【図８】図７に開示した従来例における装置の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に開示した従来例における装置の動作を示す説明図であり、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、各段階における半田ノズル付近の様子を示す断面図である。
【図１０】従来例における部分半田付け装置の変形例の概略を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に開示した従来例における装置の動作を示す説明図であり、図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は、各段階における半田ノズル付近の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 槽体
３ 半田噴流手段
４ 窒素ガス供給手段
１１ 半田収容凹部
１２ ノズル支持壁
２１ 基板ホルダ
２２ 突出部材（半田酸化膜除去ワイパ）
３１ 半田ノズル
４１ ガスノズル
４４ ガス流入部
４５ 熱伝達口
３１ａ 噴流口
４１ａ ガス吹出口
４１ｂ 突出壁（ヒートスカート）
４１ｃ ヒートボックス
Ａ 溶融半田
Ｂ プリント基板
Ｃ 窒素（Ｎ２）ガス
Claims (3)
- 溶融半田を収容する上面が開口された槽体と、半田付け対象のプリント基板を保持すると共に当該プリント基板を前記槽体上部に搬送する基板搬送手段と、前記プリント基板に対して前記溶融半田を噴流する半田ノズルを前記槽体の開口面に有する半田噴流手段と、この半田ノズルの噴流口近傍から窒素ガスを吐出するガスノズルを有する窒素ガス供給手段と、当該装置自体の動作を制御する制御部とを備えた部分半田付け装置において、
前記ガスノズル内部が、前記槽体内の溶融半田の液面に通ずるよう、前記ガスノズルの所定箇所に熱伝達口を設け、
前記制御部が、前記半田噴流手段の動作を制御して前記プリント基板に対する前記溶融半田の噴流を行う前に実行する機能として、前記半田ノズルの噴流口から前記溶融半田を所定量噴流させる前噴流機能と、この前噴流機能の実行後に前記半田ノズルの噴流口付近の前記溶融半田の液面を当該噴流口よりも下方に下げる液面引き下げ機能とを備えたことを特徴とする部分半田付け装置。 - 前記制御部が、前記半田噴流手段の動作を制御して前記プリント基板に対する前記溶融半田の噴流を行った後に実行する機能として、前記基板搬送手段の動作を制御して前記プリント基板を前記半田ノズルに対して上方に引き上げる基板引き上げ機能と、この基板引き上げ機能の実行時に前記窒素ガス供給手段の動作を制御して窒素ガスの供給を停止する窒素ガス供給停止機能とを備えたことを特徴とする請求項１記載の部分半田付け装置。
- 前記基板搬送手段の前記槽体の内底面に対向する側の所定箇所に、当該槽体の内底面方向に向かって突出する突出部材を設け、この突出部材の長さを、前記基板搬送手段が前記槽体の開口面に対して平行に移動する際に当該突出部材の先端部が前記半田ノズルの噴流口に当接する長さに形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の部分半田付け装置。
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