JP4297920B2 - 半田槽の攪拌機構 - Google Patents

Description

本願発明は、プリント基板半田付け装置の開放型の半田槽を撹拌する撹拌機構に関し、特に、静止型半田槽の溶融半田の撹拌を行う半田槽の撹拌機構に関する。

プリント基板に電子部品（ＳＭＴ（Surface Mount Technology）部品）を実装する技術には、ソルダーペーストをプリント基板に塗布して電子部品を配置し、全体を加熱してソルダーペーストを溶融させることにより半田付けするリフロー半田付け技術が、近年の主流である。一方、リフロー処理後にリードを介して特定の電子部品を実装する基板仕様もあり、この場合は、プリント基板を溶融半田に浸漬（接触又はディップ）させるフロー半田付け技術を用いている。

かかるフロー半田付け技術としては、大きく分けて２つの形態がある。
一つは、噴流型半田槽を用いた半田付け装置である。これは、加熱溶融させて液状とした溶融半田を貯留させた半田槽に、強制的な送流手段によって噴流（例えば、ノズル噴出や越流）を発生させ（「噴流型半田槽」）、この噴流にプリント基板の反実装面の所定部位を接触させて行う装置である。このような半田付け装置は、種々開示されている。例えば、特許文献１に示す装置は、溶融半田の湯口を備えた半田槽にプリント基板を近接させる昇降機構と搬送機構を備え、プリント基板を湯口から引き離す時に、半田ショートを防ぐためにプリント基板の傾斜離脱（ピールバック）を行う傾斜離脱機構を備えたことを特徴としている。

もう一つは、静止型半田槽を用いた半田付け装置である。これは、溶融半田の液面を静止させた状態の半田槽（「静止型半田槽」）に、プリント基板を浸漬させて行う装置である。この静止型半田槽では、溶融半田の液温を均一にするために、適宜に溶融半田を攪拌する必要があった。このような静止型半田槽を用いた装置としては、特許文献２に「ハンダ温度補正付静止式ハンダ槽」が開示されている。
特開２００４−０７１６８３号公報（第３−７頁、第１図） 特開２００２−１２００６２号公報（第１―２頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に示す半田付け装置は、溶融半田の噴流状態を維持するために常にフィン等を稼動させておく必要があった。このため、稼動コストが嵩むだけでなく、空気接触が多くなって酸化物が多く発生すると共に噴流による「脈動」が発生して、電子部品のリードとプリント基板とに半田ショート等の不具合が生じ、例え、溶融半田からの離脱に傾斜離脱機構を用いても一定割合の不良率があり、その低下は困難であった。

また、昨今は、環境への配慮から鉛フリー半田が用いられるようになってきている。この鉛フリー半田は鉛含有半田に比べて流動性が悪く、噴流型半田槽においては、溶融半田液内の熱交換効率が低下して、浸漬したプリント基板の反実装面の銅パターンが浸食される所謂「銅喰われ現象」が発生し易いものとなっていた。

一方、特許文献２に示す半田槽は、上記の噴流型半田槽の特有の短所がある程度解消され、さらに静止型半田槽の短所である溶融半田の液温の「ばらつき」を均一化する攪拌を実現している。しかし、その構成は、静止型半田槽に内部を攪拌する「ハンダ温度補正器」を配置、つまり、単に立設させた板体をシリンダー等で直動させる機構を配置する構成であると推測できるが、この補正器の具体的形状や溶融半田の攪拌作用を具体化する記載が一切なく不明確なものであった。

そこで、本願発明は、噴流型半田槽における不良率低下が困難である課題を解決することを目的に為されたものであり、噴流型半田槽の短所の無い静止型半田槽において、槽内の溶融半田の温度を効率的に均一化する新規かつ具体的な構成を有する半田槽の攪拌機構を提供する。

上記の課題を解決するために、本願発明にかかる半田槽の攪拌機構（以下、「本機構」と略称する。）は、以下のように構成している。

すなわち、半田槽（６）に貯留させた溶融半田（６１）の液面に対し立設状態をもって液中内に配設した板体を、該液面に沿って平行移動させることにより溶融半田（６１）を撹拌する撹拌機構（１）であって、上記板体を、下端側の両端を軸支持すると共に、上端側を移動に従って移動方向に対し後方へ傾斜するように揺動自在に支持した攪拌板（２）としたことを特徴としている。攪拌板（２）の幅方向に半田槽（６）の幅方向に対して所定角度を持たせた場合、攪拌板（２）によって溶融半田（６１）が角度付与方向に押し出され、通常、矩形状である半田槽（６）のすべての内側壁（６３）に衝突することとなり、溶融半田（６１）の流動状態は角度付与が無い場合と比較すると複雑化し、攪拌効果が向上することとなる。

上記の攪拌板（２）の全体の幅は、半田槽内の任意の辺より若干短い寸法とすると共に、対向側の辺側に移動するようにして溶融半田（６１）を攪拌することが好ましいものである。攪拌板（２）は、上述したように１枚でも良く、多数枚を水平又は垂直方向に並列状態を成し、例えば互いに所定の離隔距離をもって配置するようにしても良い。

攪拌板（２）の上端側は、本機構（１）の移動に従って移動方向に対し後方へ傾斜するが、この傾斜状態は、上述のように、攪拌板（２）の下端側を軸支持し、上端側を揺動自在に支持することにより実現している。この構成により、攪拌板（２）を溶融半田（６１）の液中内で移動させれば、その移動に従って溶融半田（６１）の抵抗が攪拌板（２）の略全面に作用することとなり、攪拌板（２）の上端側が常に進行方向とは逆、すなわち、後方に傾斜することとなる。攪拌板（２）の傾斜は半田槽内で下方の高温領域（６１Ｈ）の溶融半田（６１）を上方へ誘導することとなる。

さらに、攪拌板（２）に溶融半田（６１）が流通可能な開孔（２３）を多数個開設したことを特徴としている。この開孔（２３）は、攪拌板（２）の後方傾斜によって半田槽（６）の上方の低温領域（６１Ｌ）の溶融半田（６１）を通過させて下方に誘導すると共に、攪拌板（２）の全面に作用する溶融半田（６１）の負荷を軽減して移動をスムーズにしている。

攪拌板（２）の上端付近の溶融半田（６１）の液面下には、攪拌板（２）の立設方向にその上端辺から所定の離隔距離を持って平行状態をなす棒状体（３）を配設する共に、この棒状体（３）の両端側を連結板（４）によって攪拌板（２）と一体的に保持しても良い。この棒状体（３）は、攪拌板（２）と共に移動すると共に、攪拌板（２）により上方に押し上げられた溶融半田（６１）の攪拌流を強制的にその周囲に沿わすように変向させることが可能であり、溶融半田（６１）の攪拌流に所謂「乱流」を発生させることになる。なお、この棒状体（３）は、略平行状態をもって複数配設するようにしても良い。

また、本機構（１）の上記構成の攪拌板（２）及び棒状体（３）は、これらの溶融半田（６１）の液中における平行移動によって、溶融半田（６１）の液面上に撹拌流が隆起する液面下の深さ位置に配設されたことを特徴としている。この隆起部（６４）は、攪拌板（２）及び棒状体（３）の液面からの深さ位置の設定に加え、移動速度の設定によって実現可能である。溶融半田（６１）の液面上の隆起作用により、例えば、静止型半田槽においても、噴流型半田槽の長所である所謂「スルーホールアップ性」等の効果を得ることができる。

なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解をため図面符号を参考に付記したものであり、この図面上の形態に限定して解釈するものではない。

本機構は、上記の構成であるため、以下の効果を奏することとなる。
すなわち、立設状に配設した攪拌板が幅方向と所定角度を有し、さらには移動方向に対して後方に傾斜しつつ溶融半田の液中内を移動するため、高温領域となる半田槽下方の溶融半田を上方に押し上げ、低温領域となる半田槽上方の溶融半田との攪拌が可能となる。これにより、半田槽全体の溶融半田の液温が均一化されると共に、液中内の熱交換効率が上昇して所謂「銅喰われ現象」等が減小する効果を有する。

また、攪拌板には溶融半田が流通可能な適宜な数の開孔を開設しているため、上記の押し上げ作用に加えて半田槽上方に滞留する低温領域の溶融半田を開孔を介して下方に誘導でき、攪拌による液温均一化の効果がより向上する上、攪拌板の移動をよりスムーズにして攪拌時間の短縮が図れる効果も発揮する。

また、攪拌板の上方に棒状体を配置し、攪拌板と連動させて移動させているため、攪拌板によって上方に押し上げられた溶融半田がさらに棒状体の周囲に衝突して変向流を発生させて乱流状態をなし、より効率的な攪拌状態を得ることが可能となる。また、棒状体は溶融半田の液面を隆起させるため、静止型半田槽に本機構を配置した場合でもプリント基板の浸漬のタイミングを調整すれば、噴流式の半田付け装置と同等の効果、例えば、電子部品のスルーホールの内周壁も半田付けする所謂「スルーホールアップ性」を可能とする効果を得ることができる。

以上より、本機構は、静止型半田槽に配置した場合には、噴流型半田槽に対して静止型半田槽が有する長所、すなわち、酸化物の発生が殆ど発生しない、脈動による液面変動が小さい、溶融半田の容量が多い、等を承継しつつ、溶融半田の液温が半田槽の領域で「ばらつき均一化しない」という静止型半田槽の特有の短所を解消する顕著な効果を発揮する。

以下に、本機構の最良の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本機構の外観の概略を示す一部切り欠き斜視図であり、図２は本機構の要部を拡大して示す一部切り欠き斜視図であり、図３は半田槽の溶融半田の液温状態を示す説明図であり、図４は本機構の作用を示す説明図である。

本機構１は、図１に示すように、内部に貯留する溶融半田６１をヒータ６２により加温する矩形状の静止型半田槽６（以下、「半田槽」と略称する。）への配置を想定した攪拌機構である。なお、本機構１を配置する半田槽６を有する半田付け装置は、通常、半田槽６の上方に電子部品７１を載置したプリント基板７を搬送すると共に溶融半田６１の液面まで適宜に昇降させるプリント基板用の搬送機構（図示省略）を配設している。

本機構１は、半田槽６に貯留する溶融半田６１の液中に立設状態で配設する攪拌板２と、攪拌板２の上端付近にその幅方向に沿って配置する棒状体３と、攪拌板２及び棒状体３を両端側から一体的に保持する連結板４と、から主に構成している。また、上記の各連結板４、４は、本機構１を半田槽内で平行又は所定角度をもって移動可能とする専用の搬送手段５に固定している。この搬送手段５は、本実施例では、所定の駆動源（図示省略）により、チェーン駆動、ベルト駆動する構成であり、搬送手段５の一方側の搬送速度に差を付ければ、半田槽内において攪拌板２及び棒状体３の幅方向に所定角度を付与することが可能となる。なお、本実施例では、搬送手段５の両側速度を略同速に設定しているため、角度付与はない設定としている。

本機構１の攪拌板２は、硬質材から矩形帯状に形成した板体であり、少なくとも半田槽６の一方の対向する内側壁６３の間に配置可能な幅と、貯留する溶融半田内に収まる高さ寸法を有している。この攪拌板２の下端辺の両端には側方に延出する回動軸２１を配設しており、上端辺の両端には側方に延出する揺動ピン２２を配設している。

また、攪拌板２の側面には、開孔２３を多数個開設している。この開孔２３は、溶融半田６１が流通可能な大きさであり、本実施例では合計２５個の開孔２３を上下２列に分けて開設している。

攪拌板２の上方には、硬質材から丸棒に形成した棒状体３を配設している。この棒状体３は、攪拌板２に沿うように、つまり所定の離隔距離をもって平行状態をなすように配置している。棒状体３の直径は攪拌板２の略１／３〜１／２程度とし、その配設位置は棒状体３の中心軸と攪拌板２の上端からの距離が攪拌板２の高さ寸法の略１／２程度となるように設定している。

上記構成の攪拌板２及び棒状体３は、これらの両端側に配置した連結板４によって挟み込むように一体的に保持されている。連結板４は、攪拌板２の回動軸２１を回動自在に、揺動ピン２２を前記の回動軸２１を中心として円弧状に形成した揺動孔４１をもって揺動自在に支持している。このため、攪拌板２は連結板４に対して回動軸２１を軸中心として上端側が揺動することとなる（矢印ｐ）。また、各連結板４、４は上部において接続板４２を介して搬送手段５と接続しており、溶融半田内において攪拌板２及び棒状体３を共にその幅方向と直交する方向への平行移動を可能としている（矢印Ｍ）。

なお、本機構１における攪拌板２及び棒状体３の溶融半田６１の液面下での配置位置は、棒状体３の移動による攪拌流によって液面上に波のように隆起する隆起部６４が発生する位置となるように設定している。

次に、上記構成の本機構１の作用について説明する。
始めに、半田槽内における溶融半田６１の液温状態の説明をする。半田槽内の溶融半田６１は、通常、ヒータ６２が半田槽６の底面又は側面に配置される関係から、図３に示すように、下方及び側方は液温が高い高温領域６１Ｈであり、上方及び中央部付近は液温が低い低温領域６１Ｌである。また、部分的に自然対流現象（矢印Ｃ）が発生するため、半田槽内の全体の溶融半田６１は液温は均一化せず、つまり、「ばらつき」がある。プリント基板７はその専用搬送機構が半田槽６と干渉を回避することから中央部付近が浸漬領域となり、溶融半田６１の液温のばらつきは半田付け作用を不安定にし、不良品発生の原因となる。

本機構１は、特にプリント基板７の浸漬領域である低温領域６１Ｌの溶融半田６１を以下の作用により攪拌し、液温の「ばらつき」の均一化を実現している。
すなわち、半田槽内に配設された本機構１は、プリント基板７の浸漬時又は搬送前後において、半田槽内の一方側内側壁６３の近傍から他方側内側壁６３の近傍へ平行移動する（矢印Ｍ）。

この時、本機構１の攪拌板２は、図４に示すように、移動方向に対して溶融半田６１の抵抗により上端側が後方に傾斜することとなる（矢印ｐ）。この攪拌板２の傾斜は、下方の高温領域６１Ｈの溶融半田６１を上方に押し上げると共に（矢印ａ）、側面に開設した開孔２３から低温領域６１Ｌの溶融半田６１を下方に誘導する（矢印ｂ）。

また、攪拌板２の上方に配置した棒状体３は、攪拌板２の傾斜によって押し上げられた高温領域６１Ｈの溶融半田６１を進行方向の後方側の側面に沿わせるよう変向して上方に送り出す一方（矢印ｃ）、前方からの低温領域６１Ｌの溶融半田６１を上方および後方側の側面を迂回させつつ下方に送り出し（矢印ｄ）、言わば、攪拌流の乱流状態を発生させて溶融半田６１を攪拌している。

さらに、棒状体３の液面下の配置位置を上述したように、その移動によって攪拌流が液面上に隆起部６４を形成するため、本機構１の移動をプリント基板７の浸漬時に行えば、溶融半田６１の上方への圧力（矢印ｅ）が増して電子部品内のスルーホールの内周壁まで半田付けが可能となり、所謂「スルーホールアップ性」の機能を有することとなる。この性質により、本機構１を配設した半田付け装置は、噴流型半田槽を有する半田付け装置特有の「スルーホールアップ性」の効果が期待できることとなる。

加えて、搬送手段５の両側速度に差を付ける等により、本機構１を半田槽内に対してその幅方向に適宜に角度を付与した場合には、溶融半田６１の攪拌流が半田槽６の４方向の内側壁６３の反射により複雑化することとなり、半田槽周縁部の高温領域６１Ｈと中央部付近の低温領域６１Ｌの攪拌がより効率化する。
［他の実施形態の可能性］

上記の実施例では、攪拌板２を一枚の板体としているが、図５（Ａ）に示すように、複数枚を並列にかつ離隔距離をもって並べ、横に連結した攪拌板８Ａに構成することも可能である。また、図５（Ｂ）に示すように、開孔２３の開設と同等の効果を得るために網体又は格子体（例えば、グレーチング）を採用する攪拌板８Ｂに構成することも可能である。

加えて、棒状体３の配置に関しても、本実施例のように１本の配置に限定するものでなく、複数本の配置でも可能であり、例えば、図５（Ｃ）に示すように、平行状態をもって２本の棒状体３、３を配置するようにしても良い。

本機構の外観の概略を示す一部切り欠き斜視図である。 本機構の要部を拡大して示す一部切り欠き斜視図である。 半田槽の溶融半田の液温状態を示す説明図である 本機構の作用を示す説明図である。 他の実施形態例の攪拌板を示す斜視図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。

符号の説明

１ 本機構
２ 攪拌板
２１ 回動軸
２２ 揺動ピン
２３ 開孔
３ 棒状体
４ 連結板
４１ 揺動孔
４２ 接続板
５ 搬送手段
６ 半田槽
６１ 溶融半田
６１Ｈ 高温領域
６１Ｌ 低温領域
６２ ヒータ
６３ 内側壁
６４ 隆起部
７ プリント基板
７１ 電子部品
８Ａ 攪拌板（並列型）
８Ｂ 攪拌板（グレーチング型）

Claims (5)

1. 半田槽（６）に貯留させた溶融半田（６１）の液面に対し立設状態をもって液中内に配設した板体を、該液面に沿って平行移動させることにより溶融半田（６１）を撹拌する撹拌機構（１）であって、
   上記板体を、下端側の両端を軸支持すると共に、上端側を移動に従って移動方向に対し後方へ傾斜するように揺動自在に支持した攪拌板（２）としたことを特徴とする半田槽の撹拌機構。
2. 攪拌板（２）に溶融半田（６１）が流通可能な開孔（２３）を多数個開設したことを特徴とする請求項１記載の半田槽の撹拌機構。
3. 攪拌板（２）の立設方向の液面下であって、その上端辺から所定の離隔距離を持って平行状態をなす棒状体（３）を配設すると共に、該棒状体（３）の両端側を連結板（４）によって攪拌板（２）と一体的に保持したことを特徴とする請求項１、又は２記載の半田槽の撹拌機構。
4. 溶融半田（６１）の液中における攪拌板（２）の平行移動によって、液面上に撹拌流が隆起する液面下の深さ位置に攪拌板（２）を配設したことを特徴とする請求項１、又は２記載の半田槽の撹拌機構。
5. 溶融半田（６１）の液中における攪拌板（２）と棒状体（３）との一体的な平行移動によって、液面上に撹拌流が隆起する液面下の深さ位置に攪拌板（２）及び棒状体（３）を配設したことを特徴とする請求項３記載の半田槽の撹拌機構。

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