JP4605222B2 - 噴流はんだ槽 - Google Patents

Description

本発明は、溶融はんだを噴流させ、噴流した溶融はんだにプリント基板を接触させてプリント基板にはんだを付着させる噴流はんだ槽に関する。

一般にテレビ、ビデオ等の家庭用電気製品に組み込むプリント基板のはんだ付けは、大量生産に適したフロー法で行っている。フロー法とは、自動はんだ付け装置ではんだ付けするものである。フロー法で用いる自動はんだ付け装置にはフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機、等の処理装置が設置されており、これらの処理装置上に搬送用コンベアが設置されている。プリント基板は、搬送用コンベアで保持されて前記処理装置上を走行しながら、フラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽ではんだの付着、冷却機で冷却されてはんだ付けが行われる。

プリント基板のはんだ付けでは、それぞれの処理装置で適正な処理が行われないとはんだ付け不良が発生してしまう。特に噴流はんだ槽では、はんだの酸化物（以下、単に酸化物という）がプリント基板に付着することによる問題を起こすことがあった。つまりプリント基板に酸化物が付着すると、プリント基板自体の見栄えが悪くなって商品価値が下がるばかりでなく、隣接したはんだ付け部間に付着すると絶縁抵抗の低下や短絡の原因となって電気製品の機能を全く阻害するようになる。そのため噴流はんだ槽では、プリント基板に酸化物を付着させてはならないとされている。

噴流はんだ槽でプリント基板のはんだ付けを行ったときに、プリント基板に酸化物が付着する原因は、酸化物が噴流ポンプに吸い込まれて噴流ノズルから噴流する溶融はんだとともに噴流してプリント基板に付着するからである。これをさらに詳細に説明すると、噴流はんだ槽では噴流ノズルから常に清浄な状態の溶融はんだが噴流するが、このとき溶融はんだは空気中の酸素と結合して酸化物となる。酸化物は溶融はんだよりも比重が小さいため、噴流ノズルの周辺に浮遊している。このように酸化物が単に浮遊しているだけでは、酸化物が下方の噴流ポンプに吸い込まれることはない。なぜならば噴流ポンプは噴流はんだ槽の下方に設置されており、しかも多くの噴流はんだ槽では噴流ポンプの吸い込み口が下向きとなっていて、比重の軽い酸化物が吸い込み口まで沈み込まないからである。しかしながら溶融はんだの液面に浮遊している酸化物が下方に設置された噴流ポンプに吸い込まれて、それが噴流ノズルから出てプリント基板に付着してしまうことがある。その理由は、噴流はんだ槽では、溶融はんだが噴流ノズルから噴流した後に、溶融はんだ中に落下して深く沈むが、このときに表面に浮遊している酸化物を巻き込んで酸化物を下方に深く沈めてしまい、その酸化物が溶融はんだとともに噴流ポンプに吸い込まれて噴流ノズルから噴流するからである。

従来より噴流はんだ槽において、酸化物がプリント基板に付着しないようにした噴流はんだ槽は多数提案されていた。本願出願人が実開平7-42324号（特許文献１）で提案した噴流はんだ槽は、噴流ノズルの側面に樋を設置し、噴流ポンプと反対側に貯留槽を形成し、該貯留槽と槽本体間に網、または多孔板の仕切り板を設置したものである。特許文献１の噴流はんだ槽では、噴流ノズルから出た溶融はんだが本体の溶融はんだ中に落下せず、樋で受け止められるため酸化物が溶融はんだ中に沈むようなことがない。またこの噴流はんだ槽は、樋で受けた噴流後の溶融はんだを貯留槽に流し、しかも貯留槽と噴流ポンプ側間に金網や多孔板等で形成された仕切り板が設置されているため、該仕切り板で酸化物が漉し取られるようになっている。

また同様本願出願人が提案した実開平6-23663号（特許文献２）は、貯留槽と槽本体内に金網や多孔板等からなる仕切り板を設置するとともに、貯留槽にさらに網や多孔板のカゴを設置したものである。この噴流はんだ槽は、貯留槽内に溜まった酸化物をカゴと仕切り板で漉し取って溶融はんだだけを通過させる。そしてカゴで漉し取られた酸化物が貯留槽に溜まったならば、カゴを噴流はんだ槽外に出して酸化物を廃棄するようにしたものである。

また実開昭58-76375号（特許文献３）は、上部が溶融はんだの液面上に突出し、下部が連通した板状の仕切り板を本体に設けて噴流ノズルと噴流ポンプ設置間を区画した噴流はんだ槽である。特許文献３の噴流はんだ槽は、噴流ノズル周辺で発生した酸化物が溶融はんだの液面上を浮遊して噴流ポンプ側に移動するのを仕切り板で阻止しようとしたものである。

実開平7-42324号公報 実開平6-23663号公報 実開昭58-76375号公報

ところで特許文献１の噴流はんだ槽、つまり噴流ノズルの側面に樋を設置し、貯留槽と槽本体間に金網や多孔板からなる仕切り板を設置した噴流はんだ槽は、該仕切り板が酸化物の移動を阻止するため、酸化物が噴流ポンプに吸い込まれることはない。しかしながら、仕切り板を設置した噴流はんだ槽では、仕切り板に酸化物が付着し、それが堆積すると仕切り板から離れて噴流ポンプに吸い込まれてしまう。そこで仕切り板に付着した酸化物を定期的に除去しなければならなかった。しかしながら仕切り板からの酸化物の除去作業は多大な手間がかかるばかりでなく、酸化物の除去を完全に行うことができなかった。つまり仕切り板設置の噴流はんだ槽は、仕切り板が溶融はんだ中に設置されているため、酸化物の除去は手探り状態で行わなければならないからである。ここでの酸化物の除去作業は、溶融はんだの液面上から長尺のヘラを挿入し、該ヘラで仕切り板を擦って仕切り板の表面に付着した酸化物を擦り取らなければならないものであるが、溶融はんだの中は上方から見えないため酸化物を完全に除去することが困難であり、しかも除去作業中に溶融はんだがヘラで飛ばされて作業者に当たるという非常に危険な作業を行わなければならなかった。

また特許文献２では、貯留槽に金網や多孔板で作ったカゴを没入しておき、貯留槽上に浮かんだ酸化物をカゴで漉し取った後、カゴを噴流はんだ槽の外に出して所定の廃棄用容器に酸化物を廃棄する。このときカゴの表面に付着している酸化物を除去するために、カゴを廃棄用容器にぶつけたり、カゴに衝撃を与えたり、さらにはカゴの表面をヘラで掻き取ったりして酸化物を除去するようにしていた。しかしながらカゴを外に出したときにカゴや酸化物が冷やされるため、カゴの金網や多孔板に絡みついた酸化物が固まってしまい、衝撃や擦り取りでは容易に除去できない。また特許文献２の噴流はんだ槽も特許文献１と同様に仕切り板に酸化物が付着するため、これを定期的に除去しなければならず、やはり多大な手間と危険をともなうものであった。

さらに特許文献３の噴流はんだ槽では、溶融はんだの液面に板状の仕切り板を設けてあるため、溶融はんだの液面上で浮遊している酸化物は該仕切り板に遮られて噴流ポンプ方向に移動しない。しかしながら、この噴流はんだ槽では、溶融はんだが噴流ノズルから噴流して落下するときに噴流ノズル周辺にある酸化物を巻き込んで沈めてしまい、それが噴流ポンプに吸い込まれる。さらにこの噴流はんだ槽では、溶融はんだの液面に酸化物が多量に溜まると、酸化物が噴流はんだ槽から溢れ出て外方にこぼれることがあった。酸化物が噴流はんだ槽からこぼれると、自動はんだ付け装置の配線や作業場の床を焦がしたり、こぼれ落ちて跳ね飛んだ酸化物が作業者に当たって火傷を負わしたりする問題が発生するものであった。

本発明者らは、貯留槽と槽本体間に金網や多孔板のような仕切り板を設置すると、たしかに酸化物は該仕切り板により漉し取られて噴流ポンプ側に移動しないが、仕切り板には酸化物が付着し、その除去に多大な手間と危険が伴うことから、仕切り板を設置しなくとも酸化物が噴流ポンプ側に移動しないようにする手段について鋭意検討を行った。その結果、溶融はんだが噴流ノズルから流れ落ちたときに、流れ落ちたところの溶融はんだ中に緩衝物があると、流れ落ちた溶融はんだは該緩衝物よりも下方に沈み込まなくなり、その結果、流れ落ちる溶融はんだ中に酸化物が混入されていても酸化物は下方に沈まず、噴流ポンプに吸い込まれなくなることを見い出して本発明を完成した。

本発明は、本体内に噴流ノズルと噴流ポンプが設置された噴流はんだ槽において、噴流ポンプ設置箇所と反対側となるところの本体端部に酸化物溜りが設けられており、また噴流ノズルの側面にはポンプ側を堰き止めた樋が取り付けられていて、しかも樋の出口にある酸化物溜りには多孔板が溶融はんだの液面下に没するようにして設置されており、該多孔板の一端は噴流ノズルまたは本体に回動自在に取り付けられているとともに、多孔板の他端には溶融はんだの液面上に突出したレバーが取り付けられていることを特徴とする噴流はんだ槽である。

本発明の噴流はんだ槽は、噴流ノズルの側面に樋が設置されており、噴流ノズルから噴流後の溶融はんだは樋の中に落下して噴流ノズル周辺の溶融はんだ中には直接落下しないため、噴流時に酸化した酸化物は噴流ノズル周辺で漂うことがない。従って、本発明の噴流はんだ槽では、溶融はんだが噴流ノズルから噴流して勢いよく落下しても、落下は樋の中であり、噴流ノズル周辺で酸化物を下方に深く沈み込ますようなことがなく、当然下方に設置されたポンプに吸い込まれることもない。

また本発明の噴流はんだ槽は、噴流ノズルの側面に設置した樋のポンプ側を堰止めしてあるため、酸化物を混入した噴流後の溶融はんだは全てポンプ設置位置よりも遠い酸化溜りに流入し、例え酸化溜りで酸化物が深く沈んでもポンプに吸い込まれることはない。該樋は酸化溜り側を低くした傾斜を付しておくと、酸化物は樋内に滞ることなく酸化物溜りへ流入する。

さらにまた本発明の噴流はんだ槽は、酸化溜りとなる溶融はんだ中に多孔板が設置されているため、樋から酸化溜りの中に流入した酸化物混入の溶融はんだは、流入の勢いが多孔板で緩衝されて溶融はんだは勢いがなくなる。その結果、酸化物は多孔板よりも下方に沈み込まなくなり、ポンプにも吸い込まれなくなる。

そしてまた本発明の噴流はんだ槽は、多孔板が本体または噴流ノズルに回動自在に設置されている。多孔板に酸化物が付着しても多孔板を溶融はんだ中で上下方向に往復動させるだけで、多孔板に付着した酸化物は多孔板から簡単に除去できる。除去した酸化物は溶融はんだ上に浮遊するので、それを集めることにより取り除ける。このように本発明の噴流はんだ槽では、多孔板に付着した酸化物の除去作業が簡単に行えるばかりでなく、溶融はんだが跳ね飛ぶ危険性も皆無となる。

本発明の噴流はんだ槽における多孔板の設置位置、即ち溶融はんだの液面からの設置位置は10〜200mmが適している。多孔板の設置位置が溶融はんだの液面から10mmよりも浅いと、樋から流れ落ちた溶融はんだが多孔板で跳ね返されて酸化物を発生させてしまうし、また樋から流れ落ちた勢いのある溶融はんだが勢いのある状態で多孔板の穴を通過して、酸化物とともに下方に沈み込んで噴流ポンプに吸い込まれてしまう。一方、多孔板の設置位置が溶融はんだの液面から200mmよりも深いところとなると、樋から流れ落ちた溶融はんだが多孔板に達する前に噴流ポンプ側に移動して酸化物が噴流ポンプに吸い込まれるようになる。

また本発明の噴流はんだ槽に設置する多孔板の穴径は2〜10mmである。多孔板の穴径が２mmよりも小さいと、酸化物が付着しやすくなって直ぐに目詰まりしてしまう。しかるに該穴径が10mmよりも大きいと樋から勢いよく流れ落ちた溶融はんだが勢いの付いた状態で穴を通過して深く沈むようになり、酸化物も深く沈んで噴流ポンプに吸い込まれてしまう。

以下図面に基づいて本発明の噴流はんだ槽を説明する。図１は本発明噴流はんだ槽を一部破断した斜視図、図２は二次噴流ノズルの樋の部分で切断した正面断面図、図３は酸化溜りの部分で切断した側面断面図、図４は側面断面図から見た酸化物の流れを説明する図である。

噴流はんだ槽１の本体２は無蓋の箱状であり、本体内部には図示しないプリント基板の進行方向（矢印A)順に一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４（一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを総合して単に噴流ノズルということもある）が設置されており、また本体内には溶融はんだ５が入れられている。本体内に入れられた溶融はんだ５は、やはり図示しない電熱ヒーターで溶融状態を保つとともに、所定の温度に保たれている。一次噴流ノズル３上部には多数の噴出孔６・・・が穿設されているが、これは噴流する溶融はんだを荒れた状態にしてプリント基板のスルーホールや電子部品の隅部に溶融はんだを侵入させるためである。一次噴流ノズルから噴流する溶融はんだは、凹凸のある荒れた状態となっているため、はんだ付け部にツララやブリッジ等の不良を発生させてしまう。そこで、これらの不良を二次噴流ノズルから噴流する穏やかな溶融はんだで修正する。二次噴流ノズル４は、噴流口が広くなっており、該噴流口にはプリント基板の進入側に湾曲したフロントフォーマー７が取り付けられ、プリント基板の退出側に広い平面となったリヤフォーマー８が取り付けられているため、ここを流れ出る溶融はんだは穏やかな状態となり、一次噴流ノズルのはんだ付けで発生したツララやブリッジを修正する。また一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４の両端には、噴流ノズルから噴流した溶融はんだを横方に流出させないためにサイドプレート９、１０、１１が取り付けられている。

一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４は、それぞれダクト１２、１３の上部に取り付けられている。これらのダクト１２、１３の端部には噴流ポンプ１４が設置されており、噴流ポンプの下部となるところのダクト１３には吸い込み口１５が穿設されている。噴流ポンプ１４の上部中央には軸１６が固定されており、該軸はダクト１２、１３の天井面を挿通して上部が溶融はんだ５の液面上まで突出している。軸１６の上端には図示しないプーリーが取り付けられており、該プーリーはやはり図示しないモーターと連動している。本体２は、噴流ポンプ１４を設置した側と反対側となるところが酸化溜り１７となっている。

一次噴流ノズル３の両側には樋１８、１９が取り付けられており、二次噴流ノズル４の両側には樋１９、２０が取り付けられている。樋１９は、一次噴流ノズル３と二次噴流ノズル４に共通した樋である。これらの樋は、酸化溜り１７方に低くなった傾斜が付されており、傾斜の高い端部はサイドプレート１１で堰止めされている。これらの樋１８、１９、２０の出口２１・・は酸化溜り１７に位置している。

酸化溜り１７には樋１８、１９、２０の出口２１・・よりも下方となるところの溶融はんだ中に多孔板２２が回動自在に設置されている。該多孔板には多数の穴２３・・・が穿設されている。多孔板２２の設置状態は、多孔板の一端に丸棒２４を固定し、該丸棒が本体２の内側側壁に固定された保持片２５、２５に回動自在に取り付けられているものである。また多孔板２２の他端にはレバー２６が立設されている。レバー２６は上部が本体２よりも上方となるところで本体２の外部方向に屈曲しており、矢印Xのように持ち上げると、多孔板２２は図３の一点鎖線のように回動するようになっている。

次に上記構成の本発明噴流はんだ槽における溶融はんだの噴流状態について説明する。図示しないモーターを駆動させると、該モーターと連動している軸１６が回転し、該軸を固定した噴流ポンプ１４が回転する。すると噴流ポンプ１４はダクト１３の下部にある溶融はんだ５をダクト１３の吸い込み口１５からダクト内に吸い込んで図２の矢印のようにダクト１３の奥方に送り込む。ダクト１３の奥方に送り込まれた溶融はんだは流動方向を上方に変え、ダクト１３の上部に設置された噴流ノズル３、４から噴流する。このとき図示はしていないが、一次噴流ノズル３では、多数の噴出孔６・・・から溶融はんだが噴流するため凹凸のある荒れた噴流となり、二次噴流ノズルでは広い噴流口から噴流するため穏やかな噴流となる。噴流ノズルから噴流した溶融はんだは、空気と接触して酸化物が形成され、噴流後の溶融はんだ中に混入する。

噴流ノズルの側面には樋１８、１９、２０が取り付けられているため、噴流ノズルから噴流した溶融はんだは、これらの樋の中に落下し、樋の傾斜に沿って酸化溜り１７へと流れ込む。酸化溜り１７へ流れ込んだ酸化物混入の溶融はんだは、樋１８、１９、２０から流れ込む勢いで酸化溜りの溶融はんだ中に沈んでいく。しかしながら酸化溜り１７の中程には多孔板２２が設置されているため、下方に沈み込んでいく溶融はんだは、該多孔板で勢いが緩衝されて勢いがなくなる。すると溶融はんだの下方へ沈む勢いがなくなることから、溶融はんだ中に混入していた比重の軽い酸化物は上方へ浮き上がる。従って、樋から酸化溜りへ流入した溶融はんだは、酸化物が上方に浮き上がって、溶融はんだだけが多孔板２２の多数の穴２３・・・を通過してダクト１３の下部へ流動し、ダクトの吸い込み口１５からダクト内に吸い込まれる。このとき多孔板では、下方へ沈む溶融はんだの勢いを緩衝するとともに酸化物を漉し取っている。ダクト１３内に吸い込まれた溶融はんだ中には酸化物が混入してなく、当然噴流ノズルから噴流する溶融はんだ中にも酸化物が混入されていないため、噴流する溶融はんだに接触してはんだ付けされるプリント基板には酸化物が付着しない。

このようにして酸化物混入の溶融はんだが多孔板２２で緩衝されるとともに、酸化物が多孔板２２の多数の穴２３で漉し取られるため、噴流はんだ槽を長時間稼動させると、図４に示すように多孔板２２には酸化物２７が付着し、それが堆積するようになる。多孔板２２に酸化物が大量に堆積すると、多孔板の穴２３・・・を塞いで溶融はんだの通過を妨げるようになるばかりでなく、溶融はんだとともに酸化物がダクト１３の下方に流動して吸い込み口１５からダクト内に吸い込まれてしまう。

そこで噴流はんだ槽では、多孔板２２に付着した酸化物を定期的に除去しなければならない。多孔板に付着した酸化物の除去は、図３の矢印Xのようにレバー２６を上げたり下げたりする。すると多孔板２２が図３の一点鎖線のように一端が大きく上下動するため、多孔板２２に付着していた酸化物は、溶融はんだに擦られて多孔板２２から離れ、上方に浮き上がる。このようにして上方に浮き上がった酸化物は、柄杓や網等で掬い取って所定の廃棄容器に捨てる。この酸化物除去作業で多孔板の一端を上下動するときには、溶融はんだ中で上下動させ、溶融はんだの液面から上方に出さないようにする。多孔板を溶融はんだの液面から上方に出すと、多孔板を下げたときに溶融はんだを跳ね飛ばす危険があるからである。

本発明の噴流はんだ槽として、酸化溜りの溶融はんだ液面から105ｍｍのところに直径3ｍｍの穴が多数穿設された多孔板を設置し、また噴流ノズルの両側には2度の傾斜が付された樋を設置した。そして本体内には、従来のPb-Snはんだよりも酸化の激しいSn-3Ag-0.5Cuの鉛フリーはんだを投入してプリント基板のはんだ付けを行った。そしてはんだ付け作業中は、4時間毎に多孔板に取り付けたレバーを上下動させて多孔板に付着した酸化物の除去を行った。その結果、本発明の噴流はんだ槽におけるはんだ付け作業では、酸化物が付着したプリント基板は皆無であった。一方、樋や多孔板が設置されていない従来の噴流はんだ槽で上記と同様にはんだ付けを行ったところ、はんだ付け面に酸化物が付着したプリント基板が多数見られた。

本発明噴流はんだ槽を一部破断した斜視図 二次噴流ノズルの樋の部分で切断した正面断面図 酸化溜りの部分で切断した側面断面図 側面断面図から見た酸化物の流れを説明する図

符号の説明

１ 噴流はんだ槽
２ 本体
３ 一次噴流ノズル
４ 二次噴流ノズル
５ 溶融はんだ
１８、１９、２０ 樋
２１ 樋の出口
２２ 多孔板
２６ レバー

噴流はんだ槽に使われていた従来のはんだは、錫・鉛合金であったが、鉛の使用が規制されるようになってきたことから、近時は錫主成分の鉛フリーはんだが使用されるようになってきている。ところが鉛フリーはんだは、酸化しやすい錫を主成分とし、しかも融点が高いことから従来の錫・鉛合金よりも酸化物の発生が多い。本発明の噴流はんだ槽は、噴流ノズルからの酸化物の流出がほとんどないため、鉛フリーはんだを用いた場合、特に優れた効果を奏するものである。

Claims (4)

1. 本体内に噴流ノズルと噴流ポンプが設置された噴流はんだ槽において、噴流ポンプ設置箇所と反対側となるところの本体端部に酸化物溜りが設けられており、また噴流ノズルの側面にはポンプ側を堰き止めた樋が取り付けられていて、しかも酸化物溜りには多孔板が溶融はんだの液面下に没するようにして設置されており、該多孔板の一端は噴流ノズルまたは本体に回動自在に取り付けられているとともに、多孔板の他端には溶融はんだの液面上に突出したレバーが取り付けられていることを特徴とする噴流はんだ槽。
2. 前記樋は、酸化物溜り側を低くした傾斜が付されていることを特徴とする請求項１記載の噴流はんだ槽。
3. 前記多孔板は、溶融はんだの液面から10〜200mmに設置されていることを特徴とする請求項１記載の噴流はんだ槽。
4. 前記多孔板の穴径は、2〜10mmであることを特徴とする請求項１記載の噴流はんだ槽。

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