JP5884058B2 - 半田付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板などに溶融半田を噴き付けて半田付けする噴流式の半田付け装置に関する。

プリント配線板に挿入されたリード付きの電子部品のリードを、プリント配線板のランドに半田付けする方法がある。この半田付け方法としては、溶融半田を対象箇所に噴き付けて半田付けするフロー半田付け方法が用いられている。

この種の半田付け装置は、特許文献１，特許文献２などに記載されたものが知られている。特許文献１に記載された半田付け装置は、噴き付けられた溶融半田が重力による自由落下によって半田付け対象箇所より離れる際の角度や流速を調節して、ブリッジ現象やつらら現象を低減している。ブリッジ現象とは、リード同士が半田によって電気的に導通してしまうことを指す。つらら現象とは、リードから半田が垂れ下がった状態で固化した状態のことを言う。

図１２は特許文献１の半田付け装置を示す。

溶融半田１０１は、半田槽１０２において所定の温度に加熱され溶融状態で蓄えられている。この溶融半田１０１は、圧送装置とダクトにより、ノズル本体１０３に送られる。

ノズル本体１０３から噴出した溶融半田１０１は、プリント配線板１０４のランド部１０５と電子部品１０６のリード部１０７に接触し、ランド部１０５とリード部１０７間の半田付けを行う。この時、プリント配線板１０４は、矢印Ｆで示された移動方向に搬送されており、プリント配線板１０４が溶融半田に対して移動することでプリント配線板１０４の全面が半田付けされる。

この際に、半田付けに使用されなかった余分な溶融半田１０１は、後方整流板１０８を通って流れ落ちる溶融半田１０９となり、半田槽１０２に戻る。後方整流板１０８は基端部が軸１０８ａによって枢支されている。調整ネジ１１１を調整することで、調整ネジ１１１が軸１１０ａの回りに回動して後方整流板１０８の先端を昇降させる。特許文献１では、流れ落ちる溶融半田１０９の流速と、プリント配線板１０４の搬送速度の相対速度がゼロになるように、後方整流板１０８の傾きを調整ネジ１１１によって調整することで、ブリッジ現象やつらら現象を低減している。

特許文献２に記載された半田付け装置では、プリント配線板１０４に吹き付けた溶融半田を、強制的に吸い込むことによって、ブリッジ現象やつらら現象を低減している。

図１３は特許文献２の半田付け装置を示す。

ポンプ２０１より圧送された溶融半田１０１は、ノズル本体２０３によってプリント配線板１０４に向かって吹き上げられる。また、ノズル本体部２０３内では、ベンチュリー形成板２０２によって、ベンチュリー形成板２０２の上面を通過した後に後方噴流案内板２０６により案内されてベンチュリー部２０５に向かう流れと、ベンチュリー形成板２０２の下面を通過してベンチュリー部２０５に向かう流れに分けられる。プリント配線板１０４のリード部１０７に付いた余分な溶融半田１０１は、重量による自由落下だけでなく、ベンチュリー流路２０４から流れ落ちる溶融半田１０９と合流して吸引されることで、流速を上げることができる。そのため、特許文献２では、リード部１０７からの余分な溶融半田１０１を吸い取る力を上げて、ブリッジ現象やつらら現象を低減している。

特許第２７５７３８９号公報 特許第３６２８４９０号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、リード部１０７に付いた余分な半田を取ることはできない。また、特許文献２の構成では、ノズル本体部２０３内にベンチュリー形成板２０２を設けることが必要で、ノズルの構造が複雑になる。

本発明は、ブリッジ現象やつらら現象を低減でき、しかも構成が簡易な半田付け装置を提供することを目的とする。

本発明の半田付け装置は、溶融半田を収納する半田槽と、前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、取り付けられた前記半田引寄せ部材における前記噴流ノズルの移動後方側の前記噴流ノズル外部の表面は、前記噴流ノズルの噴流方向に対して１５°以上の傾斜角度を有する、ことを特徴とする。
また、本発明の半田付け装置は、溶融半田を収納する半田槽と、前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、前記半田引寄せ部材が平板状の部材で構成され、前記半田引寄せ部材の一端が前記噴流ノズルの噴出口に突出している、ことを特徴とする。
また、本発明の半田付け装置は、溶融半田を収納する半田槽と、前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、前記噴流ノズルの噴流方向において、前記噴流ノズルの端面位置の高さが、前記半田引寄せ部材の端面位置の高さより０．３〜０．７ｍｍ高い、ことを特徴とする。

本発明によれば、半田付け対象箇所から半田が離れる際の力を増やすことができ、ブリッジ現象やつらら現象を低減できる。

本発明の実施の形態１における半田付け装置の断面図 本実施の形態１の噴流ノズル付近の詳細図 （ａ）本実施の形態１の噴射ノズルの分解斜視図、（ｂ）本実施の形態１の半田引寄せ部材の分解斜視図、（ｃ）本実施の形態１の噴流ノズルの先端部の拡大図、（ｄ）本実施の形態１の半田付け装置の噴流ノズルの平面図 本実施の形態１における半田付けの軌跡を示す図 本発明の実施の形態２の半田付け装置の噴流ノズルの先端部の拡大図 本発明の実施の形態３の半田付け装置の噴流ノズルの先端部の拡大図 本発明の実施の形態４の半田付け装置の噴流ノズルの先端部の拡大図 本発明の実施の形態５の半田付け装置の噴流ノズルの先端部の拡大図 （ａ）本発明の実施の形態６の半田付け装置の噴流ノズルの平面図、（ｂ）本実施の形態６の半田付け装置の断面図 （ａ）本実施の形態６の半田付け装置の動作例の第一説明図、（ｂ）本実施の形態６の半田付け装置の動作例の第二説明図 （ａ）本実施の形態６のフードの斜視図、（ｂ）本実施の形態６のフードの平面図 特許文献１に記載された半田付け装置を示す図 特許文献２に記載された半田付け装置を示す図

以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略する。

（実施の形態１）
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１の半田付け装置について説明する。これらの図においては、図中にＸＹＺ軸を図示して図の対応関係を明確にしている。

図１において、半田槽１０２に溜められた溶融半田１０１は、圧送装置を構成するプロペラ駆動モータ３０５とプロペラ３０１によって加圧されて供給ダクト３０２を通り、この供給ダクト３０２の先端に取りつけられた噴流ノズル３０３に送られる。そして、溶融半田１０１は、噴流ノズル３０３の開口から噴出する。噴流ノズル３０３から噴出した溶融半田１０１は、プリント配線板１０４の半田付け箇所を半田付けして、余分な溶融半田１０１が半田槽１０２に戻る。

プロペラ駆動モータ３０５の回転動作を、チェーン３０６とシャフト３０７を介して伝えることで、プロペラ３０１は回転駆動する。シャフト３０７は、不活性ガス３０８が供給される供給口３０９を備えている。供給口３０９に供給された不活性ガス３０８は、シャフト３０７に沿って溶融半田１０１の上面に供給されてシャフト３０７を冷却する。溶融半田１０１の上面に供給された不活性ガス３０８は、このシャフト３０７を回転自在に支持しているベアリング（図示せず）の劣化を防ぐと共に、溶融半田１０１上面の酸化物の発生も抑制する。不活性ガス３０８としては、ガスの純度９９．９％未満では、酸化物の抑制効果が低い。そのため、本実施の形態１では、純度９９．９％以上の窒素ガス（Ｎ２）を用いている。

半田槽１０２の上面開口は、供給ダクト３０２が突出する部分を除いて蓋３００によって閉塞されている。供給ダクト３０２の半田槽１０２から突出した部分の外周には、通路３０４を空けて加熱部３１１が設けられている。加熱部３１１はヒータ３１０を内蔵している。外部から加熱部３１１の下部に供給された不活性ガス３０８は、ヒータ３１０で暖められて、加熱部３１１の上部の内側に形成された開口２９９から加熱された不活性ガス３１２となって噴流ノズル３０３の周囲に放出される。図２に示すように、不活性ガス３１２は噴流ノズル３０３を取り囲んでいるフード３１３Ａによって吹き出しの向きをガイドされながら、プリント配線板１０４に向かって放出されて、噴流ノズル３０３から噴出される溶融半田１０１の酸化を抑制している。

なお、フロー半田付けにおいては、半田温度の維持と、酸化物発生を抑制することが非常に大切である。そこで、不活性ガスを加熱部３１１によって加熱してから供給することによって噴流ノズル３０３の温度低下を少なくし、溶融半田１０１への酸化物の混入を抑制する機能を実現している。具体的には、本実施の形態１では、不活性ガス３１２の温度が半田槽１０２を加熱している温度未満では温度低下を防げないので、不活性ガス３１２の温度を半田槽１０２の加熱温度以上に設定している。

図２に示すように、本実施の形態１の半田付け装置では、噴流ノズル３０３から噴出した溶融半田１０１により、プリント配線板１０４のランド部１０５と電子部品１０６のリード部１０７との半田付けを行う。この際、プリント配線板１０４は、半田付けと同時に、噴流ノズル３０３に対して矢印Ｆの方向（プリント配線板の搬送方向）に搬送されている。

噴流ノズル３０３の噴出口６０１には、図３（ａ）に示すように切り欠き３０３Ａが形成されている。この切り欠き３０３Ａは、プリント配線板１０４の搬送方向の先に設けられている。すなわち、プリント配線板１０４の搬送を、プリント配線板１０４に対して噴流ノズル３０３が相対的に移動していると考えると、切り欠き３０３Ａは、噴流ノズル３０３の移動後方に形成されている。

そして、この噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａには、半田引寄せ部材４０２が着脱自在に取り付けられる。半田引寄せ部材４０２は、噴流ノズル３０３の表面の材質よりも溶融半田の濡れ性が良好な材料で形成されている。ここで、溶融半田の濡れ性が良好であるということは、溶融半田が濡れ易く、広がり易いことを表している。そのため、図３（ａ）に示す本実施の形態１の構造では、噴流ノズル３０３よりも半田引寄せ部材４０２の方が溶融半田が流れ易いことを示す。その結果、溶融半田は、半田引寄せ部材４０２に引き寄せられる。また、噴流ノズル３０３がステンレス鋼（ＳＵＳ３１６など）の場合の半田引寄せ部材４０２の具体的な一例として、鉄成分を９９％以上含む純鉄等の素材を用いることができる。なお、鉄成分を９９％以上含む純鉄等の半田引寄せ部材４０２は、噴流ノズル３０３が、チタンの場合又はステンレス鋼の表面に窒化処理した場合にも、用いることができる。

本実施の形態１の構造では、噴流ノズル３０３よりも半田引寄せ部材４０２に溶融半田が引き寄せられるので、半田引寄せ部材４０２だけを交換することで、噴流ノズル３０３の耐久時間を長くすることができる。

ここで、図３（ｃ）に、本実施の形態１の噴流ノズルの先端部の拡大図を示す。図３（ｃ）に示すように、本実施の形態１では、鉛直方向である溶融半田の噴流方向に対する半田引寄せ部材４０２の傾斜角度θ１を、θ１＝１５°としている。この傾斜角度θ１は、溶融半田が、半田引寄せ部材４０２を流れ易く、かつ、溢れ難くなる角度である。なお、傾斜による溶融半田の流れ易さを考えるとθ１は１５°以上が望ましいが、θ１は少なくとも０°より大きければ流れ易くなると考えられる。また、一般的な半田付け装置の構成では、この傾斜角度θ１が３０°より大きくなると、噴流ノズル３０３の断面積が大きくなるため、装置が大きくなる可能性がある。そのため、本実施の形態１においては、傾斜角度θ１を、０°＜θ１≦３０°（さらに望ましくは、１５°≦θ１≦３０°）とした。

半田引寄せ部材４０２の下部には、噴流ノズル３０３を両側から抱くようにアーム４０２Ａを形成している。半田引寄せ部材４０２の上部には、噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａに係合する折り曲げ部４０２Ｂを形成している。半田引寄せ部材４０２は、図３（ａ）に仮想線で示すように、折り曲げ部４０２Ｂを噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａに係合させると共に、半田引寄せ部材４０２のアーム４０２Ａに穿設された孔４０２Ｃをボルト５０２によって、噴流ノズル３０３のねじ孔５０１にねじ留めして取り付けられている。このように、折り曲げ部４０２Ｂを噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａに係合させる構造は、交換の容易化と交換後の性能維持を実現している。

なお、図３（ａ）（ｂ）は、交換の容易化のための一例として開示したものであって、本発明の目的を満たす場合は、半田引寄せ部材を、図３（ａ）（ｂ）に示す以外の形態としても良い。例えば、本実施の形態１では、折り曲げ部４０２Ｂを噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａに係合させる構造により、半田引寄せ部材４０２の取り付け位置の再現性を実現しているが、半田引寄せ部材４０２を噴流ノズル３０３の一部に基準位置を設け、その基準位置に位置あわせ後、ネジで留める構造としても良い。

噴流ノズル３０３の取り付けの向きは、切り欠き３０３Ａがプリント配線板１０４の搬送方向Ｆの下手側に向くように取り付けられている。噴流ノズル３０３から吹き出した溶融半田１０１は、図２に示すようにプリント配線板１０４の裏面に接触して半田付けに使用され、残ったほとんどの溶融半田１０１は、噴流ノズル３０３と半田引寄せ部材４０２との隙間から半田引寄せ部材４０２の上を流下して半田槽１０２に戻る。

ここで、半田引寄せ部材４０２の作用を詳しく説明する。

プリント配線板１０４の裏面に接触して半田槽１０２に戻る溶融半田１０１は、重力による影響を受けて下方向に流れる力が生じている。半田付け対象物の表面積が大きい場合はリード部１０７およびランド部１０５の熱容量が大きいため、溶融半田１０１が下に落ち難くなる。そのため、半田付け対象物の表面積が大きい場合は、ブリッジ現象，つらら現象を起こしやすくなる。

そこで、本実施の形態１では、噴流ノズル３０３の搬送方向Ｆの下手側の切り欠き３０３Ａに、半田引寄せ部材４０２を設けている。噴流ノズル３０３の表面の材質よりも溶融半田の濡れ性が良好な材料で形成されている半田引寄せ部材４０２を準備し、切り欠き３０３Ａにこの半田引寄せ部材４０２を設けている。これによって、図２に示すように濡れ易い半田引寄せ部材４０２上を流れ落ちる溶融半田１０１には、重力に加えて、半田引寄せ部材４０２からの表面張力が加わる。そのため、リード部１０７及びランド部１０５からの余分な溶融半田１０１を、重力による落下力よりも大きな力で強制的に流下させて取り去ることができる。よって、半田付け対象物の表面積が広く、かつリード部１０７およびランド部１０５の熱容量が大きい場合であっても、半田引寄せ部材４０２が設けられていない場合に比べてブリッジ現象，つらら現象の発生を防止できる。

半田引寄せ部材４０２と噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａについて、具体的に説明する。

Ｘ軸から見た噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａが四角形であれば、１辺もしくは２辺の全部もしくは一部を切り欠くことによって、溶融半田の流れが一定になる効果がある。また、噴流ノズル３０３の吹き出し口の全周囲長に対して１／２長さを越えて切り欠くと、溶融半田１０１の流れが不安定になる。また、切り欠き長さを短くしすぎても、溶融半田１０１の流れが不安定になる。本実施の形態１では、図３（ｄ）に示すように、噴流ノズル３０３の断面において、Ｘ軸方向の長さＬｘ＝５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さＬｙ＝１８ｍｍとしているため、溶融半田１０１の流れを安定化させるには、切り欠き長さＬｃは３ｍｍ以上必要である。なお、この切り欠き長さＬｃは、噴流ノズルの断面の大きさによって、適宜設計される。

また、本実施の形態１の噴流ノズル３０３では、切り欠き３０３Ａの切り欠き高さＨは、噴出口の面より、０．５ｍｍ下げると溶融半田１０１の流れが一定になった。この切り欠き高さＨは、噴流ノズルからの溶融半田の噴出高さによって望ましい値が変化するが、０．３ｍｍ以上かつ０．７ｍｍ以下が望ましい。一方、一般的な噴流ノズルでは、高さ方向の切り欠き深さが深すぎると、溶融半田１０１がプリント配線板１０４に届かなくなる。そのため、噴流ノズル３０３の切り欠き高さＨは、５ｍｍ以下である必要がある。

本実施の形態１では、噴流ノズル３０３の噴出口６０１の形状を、図３（ｄ）に示すように、角を面取りした四角形としている。そして、噴出口６０１の長辺の１辺のみに高さ方向に０．５ｍｍ下げた四角形の切り欠き３０３Ａを形成している。噴流ノズル３０３の噴出口６０１の形状としては、図３（ｄ）に示す角を面取りした四角形以外に、丸形状、四角形状が考えられる。しかしながら、丸形状の噴出口では、溶融半田の吐出面積が小さくなるので、効率が悪くなる。また、四角形状では噴出口の角からの溶融半田が流れ難くなる可能性がある。そのため、本実施の形態１では、図３（ｄ）に示すように、角を面取りした四角形状とした。しかしながら、これらを考慮しておけば、噴出口の形状として、丸形状、四角形状のものを用いることも可能であると考えられる。

以上説明した半田引寄せ部材４０２の配置について、具体的に実験を行って、効果を検証した。以下、その実験について説明する。

本実施の形態１においては、半田付けに一般的に使用される半田として、溶融した２６０℃のＳｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕの鉛フリー半田を用い、純度９９．９％以上の窒素ガス雰囲気において実験を行なった。具体的には、重力方向に対し約３０度に傾けた様々な金属板上に溶融半田を流す試験を行った。試験の方法としては、溶融半田の流れが金属板の面に沿って流れているか、溶融半田の流れが金属板の面に沿わずに流れるかで、その金属板の濡れ性の評価を行った。なお、発明者らは、溶融半田の流れが金属板の面に沿わずに流れるのは、溶融半田の表面張力による影響だと考えているため、表面張力が極端に異なる溶融半田では、異なる結果になることも考えられる。さらに、この金属板上に溶融半田を長時間流すことで、金属板の面の消耗状態を確認し、その消耗性の評価を行った。

その結果、金属板がニッケル、銅、純鉄（純度９９．９％）、ＳＰＣＣ（鉄成分９９％以上）の場合は、流し始めの初期状態で金属板の面に沿って流れ、さらにその状態が維持されることが分った。また、金属板がチタン、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６の場合は、流し始めの初期状態から金属板の面に沿って流れないことが確認できた。すなわち、溶融半田の流れの安定化という観点からは、半田引寄せ部材４０２に、ニッケル、銅、純鉄（純度９９．９％）、ＳＰＣＣ（鉄成分９９％以上）を用いることが望ましいことが分かった。

また、消耗性の面では、金属板がニッケルと銅の場合は、０．３ｍｍ厚みの板が５分以内に溶けてしまうのに対し、金属板が純鉄とＳＰＣＣの場合は、１時間放置しても、溶けてしまうことはなかった。すなわち、半田引寄せ部材４０２の消耗性の観点からは、純鉄とＳＰＣＣが望ましいことが分かった。

本実施の形態１では、半田引寄せ部材４０２の材料として、材料としての入手性も考慮してＳＰＣＣを使用した。さらに、半田引寄せ部材４０２にＳＰＣＣを使用した場合は、そのままでは、初期状態の濡れ性を発揮しにくい。そのため、本実施の形態１においては、ＳＰＣＣの半田引寄せ部材４０２に半田メッキを施すことで濡れ性を実現している。なお、噴流ノズル３０３としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６など）、またはステンレス鋼の表面に窒化処理したもの、またはチタンで作成したものを用いている。

本実施の形態１で用いたＳＰＣＣは冷間圧延鋼板であり、炭素０．１５％以下、マンガン０．６％以下、リン０．１％以下、硫黄０．０５％以下で鉄分９９．１％以上の化学成分の材料である。これらの化学成分については、ＪＩＳ規格で示されているものである。

なお、濡れ性の良いニッケルや銅を用いても、短時間では、同様の効果を得ることが可能ではある。しかしながら、あまりにも半田引寄せ部材４０２が濡れ易いと、溶融半田１０１に半田引寄せ部材４０２が溶けてしまい、性能を長期間維持することができないと考えられる。そのため、ニッケルや銅は、本実施の形態１の半田引寄せ部材４０２には、不向きであると考えられる。

次に、加熱部３１１で加熱された不活性ガス３１２の作用を説明する。

外部から供給された不活性ガス３０８は、加熱部３１１のヒータ３１０で加熱されて不活性ガス３１２となる。そして、加熱された不活性ガス３１２は、噴流ノズル３０３の周囲の通路３０４の中を上側に向かって吹き出される。上側に向かって吹き出された不活性ガス３１２は、フード３１３Ａのフード肩部４０３により、噴流ノズル３０３の先端付近だけでなく、プリント配線板１０４の接合対象部位付近にも集められる。プリント配線板１０４の接合対象部位付近に集められた不活性ガス３１２は、半田付け前にプリント配線板１０４を事前に加熱する機能を実現することができる。

ヒータ３１０での加熱温度としては、半田槽１０２を加熱している温度未満では、温度低下を防げない。そのため、ヒータ３１０での加熱温度は半田槽１０２の加熱温度以上を設定しているが、加熱温度を高くし過ぎると、プリント配線板１０４への熱ダメージが顕著になる。よって、ヒータ３１０の加熱温度は、半田槽の加熱温度より大きく、４００℃以下に設定されることが望ましい。本実施の形態１においては、半田槽１０２の加熱温度を２６０℃とし、ヒータ３１０での不活性ガスの加熱温度を３００℃としている。

また、加熱された不活性ガス３１２は、リード部１０７およびランド部１０５からの余分な溶融半田１０１が流れる部位の酸化と温度低下を防ぎ、粘度を増加させずに、半田を切れやすくする機能を実現している。さらに、加熱された不活性ガス３１２は、半田引寄せ部材４０２および半田引寄せ部材４０２上の溶融半田１０１の酸化を防ぎ、表面張力を維持する機能を実現することができる。

以上の構成によると、リード部１０７およびランド部１０５からの余分な溶融半田１０１を、重力落下力以上に強制的に取り去るだけでなく、余分な溶融半田１０１が流れる部位の、酸化と温度低下を防ぎ、粘度を増加させずに、半田を切れやすくする機能を実現することができる。それに加えて、半田引寄せ部材４０２の表面張力を維持する機能を実現し、ブリッジ現象や、つらら現象の抑制とその効果を維持する機能を実現することができる。

また、長期間使用しなかった場合に、半田引寄せ部材４０２の表面に酸化物が発生する場合があるが、その場合、プリント配線板１０４の半田付け対象部の活性化に使用するフラックス溶剤を用いて、半田引寄せ部材４０２の表面の酸化物を除去すれば、濡れ性を回復できる。

上記の説明では、半田引寄せ部材４０２の形状として、図３（ａ）に示した平面形状の板を例に挙げて説明したが、それ以外の形状として、図３（ｂ）に示すように半田引寄せ部材４０２の表面にフィン５０４を設けることも有効である。このフィン５０４により溶融半田との接触面積が増えて表面張力により引く力が大きくなり、溶融半田を引き寄せる性能が向上すると考えられる。このフィン５０４は、半田引寄せ部材４０２と同じ材質または溶融半田の濡れ性が良好な材質を用いることが望ましい。なお、このフィン５０４の形状として、波型の形状を用いたり、鎖形状を並べて配置することで、溶融半田との接触面積を、さらに増大させることで、さらに、半田を引き寄せる効果が高くなると考えられる。

このような本実施の形態１の半田付け装置を用いた半田付けのフローについて、図４を用いて説明する。

図４は、ランド１０５が複数連続して並んだプリント配線板１０４において、噴流ノズル３０３の動きを簡素化してまとめたものである。なお、本実施の形態１においては、プリント配線板１０４を搬送することで、相対的に噴流ノズル３０３を移動させているが、図４では、説明を簡単にするために、噴流ノズル３０３が移動しているものとして説明している。図４において、Ａ−ＡＡ、Ｂ−ＢＢ、Ｃ−ＣＣ、Ｄ−ＤＤが、噴流ノズル３０３の移動の軌跡である。それぞれ示すように、噴流ノズル３０３の噴出口は、移動方向に垂直な方向が長辺となっている。

（実施の形態２）
図５は、図１〜図３の半田付け装置において、図３（ｃ）に示す噴流ノズル３０３の先端部を変更した、実施の形態２の半田付け装置のノズルの先端部である。なお、ノズルの先端部以外は、図１〜図３の半田付け装置と同様であるため、説明を省略している。

図５に示す実施の形態２のノズルは、半田引寄せ部材４０２を使用しないノズルである。この噴流ノズル１００１は、図５の図示右側の形状が、図１〜図３で説明した半田引寄せ部材４０２と同様の傾斜形状であり、その上に、銅メッキ１００２を施したものである。この銅メッキ１００２は、噴流ノズル１００１の鉛直上側の面と、傾斜面をメッキしている。

本実施の形態２の噴流ノズル１００１は、半田引き寄せ部である銅メッキ１００２が消耗した場合の交換性は悪いが、傾斜形状をノズルと一体部材で形成できるため、ノズルの噴出口に対する傾斜形状の位置が安定する。

（実施の形態３）
図６（ａ）（ｂ）は、図１〜図３の半田付け装置において、図３（ｃ）に示す噴流ノズル３０３の先端部を変更した、実施の形態３の半田付け装置のノズルの先端部である。なお、ノズルの先端部以外は、図１〜図３の半田付け装置と同様であるため、説明を省略している。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線Ｅに囲まれた領域を拡大した図である。

図６（ａ）（ｂ）に示す実施の形態３のノズルは、半田引寄せ部材４０２とは異なる半田引寄せ部材１１０２を用いたノズルである。この半田引寄せ部材１１０２は、その先端が平板状になっている。そのため、噴流ノズル１１０１には、この半田引寄せ部材１１０２を固定するための引っ掛け機構（図示せず）を形成している。

なお、この実施の形態３のノズルでは、半田引寄せ部材１１０２の先端の表面１１０２ａが、溶融半田によって汚れてしまう。そのため、この実施の形態３のノズルでは、少なくとも半田引寄せ部材１１０２の表面１１０２ａに、例えば、コーティング材などでコーティングしておく等の表面処理を施しておく必要がある。

さらに、この実施の形態３のノズルでは、ノズル壁面１１０１ｂから半田引寄せ部材１１０２を突出させ、部材面１１０２ｂを構成している。このように半田引寄せ部材１１０２をノズル開口部に突出させて構成することで、ノズルの吐出口の面積は小さくなってしまうが、半田引寄せ部材１１０２とノズル壁面１１０１ｂとの間に溶融半田が回りこんで流れ込むのを防ぐことができる。よって、前述の半田引寄せ部材４０２よりも加工が容易な半田引寄せ部材１１０２を用いて、本実施の形態３の半田付け装置を実現することができる。

（実施の形態４）
図７は、図１〜図３の半田付け装置において、図３（ｃ）に示す噴流ノズル３０３の先端部を変更した、実施の形態４の半田付け装置のノズルの先端部である。なお、ノズルの先端部以外は、図１〜図３の半田付け装置と同様であるため、説明を省略している。

図７に示す実施の形態４のノズルは、噴流ノズル１２０１に、半田引寄せ部材１２０２を固定するための窪み１２０３を設けたノズルである。噴流ノズル１２０１に窪み１２０３を設けることで、半田引寄せ部材１２０２を安定的に固定できると共に、噴流ノズル１２０１の壁面と半田引寄せ部材１２０２とを平面とすることができ、溶融半田の流れが安定する。

しかしながら、本実施の形態４の構造では、噴流ノズル１２０１および半田引寄せ部材１２０２の形状が複雑であるため、その加工が困難である。

（実施の形態５）
図８は、図１〜図３の半田付け装置において、図３（ｃ）に示す噴流ノズル３０３の先端部を変更した、実施の形態５の半田付け装置のノズルの先端部である。なお、ノズルの先端部以外は、図１〜図３の半田付け装置と同様であるため、説明を省略している。

図８に示す実施の形態５のノズルは、半田引寄せ部材４０２に代えて、角度θ２、θ３の２段階の傾斜が設けられた半田引寄せ部材１３０２を用いていることである。図８に示すように、ノズルの先端側の角度θ２よりもノズルの根元側の角度θ３を小さくする（θ２＞θ３）ことで、半田引寄せ部材１３０２上を流れる溶融半田の流れを安定化させることができる。

（実施の形態６）
図９〜図１１を用いて、本発明の実施の形態６の半田付け装置を説明する。

本実施の形態６は、噴流ノズル３０３の噴出口６０１が、半田付け対象物であるプリント配線板１０４の縦もしくは横方向の長さの短い方よりも小さいような局所半田付けを実施する場合に適した半田付け装置である。本実施の形態６の半田付け装置は、前述の実施の形態１とは次の点が異なっている。

・ 半田槽１０２がＸ方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向に移動自在に制御されている。

・ 噴流ノズル３０３が自身の軸心回りに回動自在に制御されている。

・ フード３１３Ｂの内周と噴流ノズル３０３の外周の間の吹き出し口が狭い。

なお、半田付け位置に搬送されたプリント配線板１０４は、例えばプリント配線板１０４の全面の半田付けが完了するまで停止している。

半田槽１０２は次のように据え付けられている。

本実施の形態６の半田付け装置では、図９（ｂ）に示すように、間隔を空けて平行に敷設されたレール７０１，７０２と、Ｙテーブル７０３と、Ｙテーブル７０３の上に配置されたＸテーブル７０４と、Ｘテーブル７０４の上に配置されたＺテーブル７０５と、が設けられている。Ｙテーブル７０３は、レール７０１，７０２の間に掛け渡されて、レール７０１，７０２の長手方向（Ｙ方向）に走行駆動するものである。Ｘテーブル７０４は、レール７０１，７０２の長手方向（Ｙ方向）とは交差する方向（Ｘ方向）に走行駆動するものである。Ｚテーブル７０５は、昇降方向（Ｚ方向）に駆動するものである。半田槽１０２は、Ｚテーブル７０５の上に設置されている。Ｙテーブル７０３，Ｘテーブル７０４，Ｚテーブル７０５は、半田槽１０２を水平面内で移動させると共に、半田付け対象物との距離を可変する昇降方向に移動させる移動手段である。このＹテーブル７０３，Ｘテーブル７０４，Ｚテーブル７０５を運転することによって、プリント配線板１０４の任意の位置に搬送し、噴流ノズル３０３の位置決めができる。なお、図９（ｂ）では、プリント配線板１０４のみ斜視図として図示している。

さらに、この実施の形態６の噴流ノズル３０３は、供給ダクト３０２と同軸で供給ダクト３０２に対して回転自在に連結されている。噴流ノズル３０３に形成された連結部７０６の外周には、回転ベース６０４に連結されている。回転ベース６０４は噴流ノズル３０３と同軸で、加熱部３１１に回転自在に取り付けられている。回転ベース６０４にはフード３１３Ｂが取り付けられている。

噴流ノズル３０３をその周方向に回動させて位置決めする回転手段は、次のように構成されている。

回転ベース６０４は、回転ギヤ６０３ａ，６０３ｂを介して回転モータ６０２の出力軸に連結されており、回転モータ６０２の運転によって供給ダクト３０２の軸心回りの噴流ノズル３０３の回転角度を任意の角度に位置決めできる。フード３１３Ｂは回転ベース６０４に取り付けられている。

ここで、噴流ノズル３０３は、供給ダクト３０２より、柔らかい（剛性が低い）材料を用いている。これは、本実施の形態６の構成では、回転ベース６０４による回転機構が存在しているため、噴流ノズル３０３と供給ダクト３０２とが、お互いに擦れるためである。

Ｙテーブル７０３，Ｘテーブル７０４，Ｚテーブル７０５、回転モータ６０２、プロペラ駆動モータ３０５は、制御装置６０５によって運転制御されている。制御装置６０５は、作業工程が登録されている半田付け作業計画Ｐを参照して、各々半田付け対象物に応じて適切な位置への噴流ノズル３０３の移動と位置決め、プロペラ回転数の制御を行う。よって、リード部１０７のリード方向が様々である接合部に対して、ブリッジ現象、つらら現象の低減を図った半田付けを実現できる。

制御装置６０５の構成の一部を更に具体的に説明する。

噴流ノズル３０３に半田引寄せ部材４０２を取り付けているが、半田引寄せ部材４０２の表面を流れる溶融半田１０１の表面積に対して、半田付け対象部分の表面積が非常に大きい場合、実施の形態１の場合のように単純に流し続けているだけでは、余分な溶融半田を引ききれない場合も発生する。このような場合には、制御装置６０５が半田付け作業計画Ｐに従って、噴流ノズル３０３から流れる溶融半田１０１の流量を落とし、半田引寄せ部材４０２の表面を流れる量を減らすことと、噴流ノズル３０３の内部へ溶融半田１０１が重力影響により落ちる力を加えることで、余分な半田を引く力を増やすように運転する。

図１０（ａ）の場合は、電子部品１０６のリード部１０７の途中を半田付けしている図である。このような半田付け個所については、制御装置６０５が、Ｘテーブル７０４のみ、Ｙテーブル７０３のみ、もしくはＸテーブル７０４とＹテーブル７０３によって半田槽１０２を動かして噴流ノズル３０３が図示された方向（矢印Ｇ方向）に移動しながら、リード部１０７の半田付けを行う。

図１０（ｂ）は、半田付け対象となるリード部１０７のリード最終部８０１がグランドパターン等で熱容量が大きく、単純に横に引いただけでは、リード最終部８０１の付近にブリッジが発生する場合に、リード最終部８０１を噴流ノズル３０３の中心位置８０２が通り過ぎたタイミングに、噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａにだけ溶融半田１０１が流れる程度の回転数になるように、制御装置６０５がプロペラ駆動モータ３０５の回転数を低下させる。リード最終部８０１を噴流ノズル３０３の中心位置８０２が通り、プロペラ駆動モータ３０５の回転数を変更するまでの距離は、今回は１ｍｍと設定しているが、プロペラ駆動モータ３０５の回転数を変更するまでの距離は、対象物であるリード部１０７の長さと噴流ノズル３０３の噴出口６０１の短軸方向の長さに応じて設定される。プロペラ駆動モータ３０５の回転数を変更する距離は、０ｍｍ以上（リード最終部８０１を噴流ノズル３０３の中心位置８０２が到着したとき）が望ましく、噴流ノズル３０３の噴出口６０１の短軸方向の長さが５ｍｍである場合、プロペラ駆動モータ３０５の回転数を変更する距離は、溶融半田１０１がまだリード部１０７に残っている５ｍｍ以下に設定するのが望ましい。

この動作を行うことで、半田付け対象箇所にあった余分な溶融半田が、噴流ノズル３０３の外側と、内側の両者の重力と表面張力により、余分な溶融半田が下に引かれ、ブリッジ現象をより確実に抑制できる。

更に、対象となる電子部品１０６のリード部１０７の最後ではなく、リード部１０７の途中にグランドパターンがあった場合においては、以下に列挙のように、リードの途中で噴流低下を行い、余分は半田を引き剥がすように制御装置６０５によって運転制御して、ブリッジ現象を抑制することも効果的である。

・ 半田付け速度での横移動
・ 対象となるグランドパターン位置を過ぎての噴流低下
・ 次の噴流位置への同一のＺ高さでの高速移動
・ 次の噴流位置での噴流開始
・ 半田付け速度での横移動
・ 最終位置での噴流低下
図１１（ａ）にフード３１３Ｂの斜視図、図１１（ｂ）にフード３１３Ｂの平面図を示す。

加熱された不活性ガス３１２を噴流ノズル３０３付近に流す場合、噴流ノズル３０３の外周とこの噴流ノズル３０３の外周を取り囲むフード内筒２０７との間に形成されるフード口９０１は、狭い方が噴流ノズル３０３の先端付近における不活性ガス３１２の濃度低下を抑えることが可能である。しかしながら、フード口９０１を狭くし過ぎると、噴流ノズル３０３から噴出した溶融半田１０１がフード内筒２０７の外側へ零れてしまう。

そこで、フード内筒２０７の外側へ零れた溶融半田１０１を半田槽１０２へ戻すために、フード内筒２０７の一部を切り欠いて返流口２０８ａ，２０８ｂを形成し、さらに、フード内筒２０７とフード３１３Ｂのフード外筒２０９との間に、返流口２０８ａに向かって傾斜した第１斜面２１０ａを形成し、返流口２０８ｂに向かって傾斜した第２斜面２１０ｂを形成している。図１１（ｂ）では第１，第２斜面２１０ａ，２１０ｂの表面の傾きを示すために仮想線で等高線を記入している。その傾きは、第１斜面２１０ａと第２斜面２１０ｂとの接続個所２１０ｃ，２１０ｄを除いて外周側よりも内周側が低くなるように傾斜しており、返流口２０８ａ，２０８ｂの付近が最も低い。

このように構成したため、フード口９０１を狭くして噴流ノズル３０３の先端付近における不活性ガス３１２の濃度低下を抑えた場合に、噴流ノズル３０３から噴出した溶融半田１０１がフード内筒２０７の外側へ零れても、零れた半田は第１，第２斜面２１０ａ，２１０ｂによって確実に受け止められて、矢印９０４で表すように返流口２０８ａ，２０８ｂに向かって流下して、半田槽１０２に回収できる。

噴流ノズル３０３の噴出口６０１の長軸、短軸方向の長さは、対象となるプリント配線板１０４の半田付け箇所と対象形状により任意に決定している。但し、噴出口６０１の開口面積が、４ｍｍ^２以下、短軸方向の長さが２ｍｍ以下であると、溶融半田１０１が流れにくい状態となり、長軸方向の長さが長すぎると局所半田付けの機能を実現できなくなるので、長軸方向の長さは２５ｍｍ以下が望ましい。上記範囲内であれば、開口部の形状、長軸、短軸方向の長さは問わない。噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａの形状、大きさは、実施の形態１に記載した範囲が望ましく、今回は、長軸方向の１８ｍｍ深さ０．５ｍｍの四角形に切り欠いた構造を用いており、この切り欠き３０３Ａに半田引寄せ部材４０２が取り付けられている。

また、フード３１３Ｂはピン９０５によって回転ベース６０４に係止されており、噴流ノズル３０３の回動と一体にフード３１３Ｂも回動するので、噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａとフード口９０１の位置が、噴流ノズル３０３の回転位置にかかわらず一定である。

具体的には、フード３１３Ｂのフード口９０１の直径を２５ｍｍとし、フード内筒２０７と噴流ノズル３０３との最小隙間２１１を２．５ｍｍに設定している。隙間が小さすぎると、溶融半田１０１が、フード３１３Ｂ上に零れる量が多くなるだけでなく、不活性ガス３１２が噴流ノズル３０３の先端部に届かなくなるので、フード内筒２０７と噴流ノズル３０３との最小隙間２１１は１ｍｍ以上が望ましい。噴流ノズル３０３とプリント配線板１０４との間における不活性ガス３１２の濃度低下を防ぐためには、フード内筒２０７と噴流ノズル３０３との最小隙間を４ｍｍ以下にすることが望ましい。

また、フード内筒２０７に形成された返流口２０８ａ，２０８ｂの幅は、８ｍｍ以上ないと溶融半田１０１が流れ込みにくく、噴流ノズル３０３の噴出口６０１の長軸方向の長さ以上あると濃度低下を防ぐ効果を発揮できない。そこで、図１１（ｂ）に示すように、噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａが設けられていない奥側に位置する返流口２０８ｂの幅を１０ｍｍに設定し、噴流ノズル３０３の切り欠き３０３Ａが設けられている手前側の返流口２０８ａの幅は、噴出口６０１の長軸方向の長さの１８ｍｍ以下の１６ｍｍの幅に設定している。

このように片側にだけ切り欠き３０３Ａが形成された一方向流れの噴流ノズル３０３の位置，方向を制御装置６０５によって適切に制御することによって、一部分のみを半田付けをしたいプリント配線板１０４や、様々な方向を向いた複数列リードを有する電子部品を有するプリント配線板１０４に対して、リード部１０７およびランド部１０５からの余分な溶融半田１０１を、重力落下力以上に強制的に取り去るだけでなく、余分な溶融半田１０１が流れる部位の、酸化と温度低下を防ぎ、粘度を増加させずに、半田を切れやすくする機能と、半田引寄せ部材４０２の表面張力を維持する機能を実現し、ブリッジ現象や、つらら現象の抑制とその効果を維持する機能を実現できる。

なお、実施の形態６では半田槽１０２を水平面内（Ｘ−Ｙ方向）で移動させるとともに半田付け対象物との距離を可変する昇降方向（Ｚ方向）に移動させる移動手段と、噴流ノズル３０３をその周方向に回動させて位置決めする回転手段の両方を備えていたが、半田付け作業計画Ｐに基づいて、半田槽１０２を水平面内（Ｘ−Ｙ方向）で移動させるとともに半田付け対象物との距離を可変する昇降方向（Ｚ方向）に移動させる移動手段と、噴流ノズル３０３をその周方向に回動させて位置決めする回転手段の何れかを制御装置６０５が運転制御することによっても、従来に比べて半田付の品質向上に有効である。

なお、実施の形態６では半田付け位置に到着したプリント配線板１０４は、全面の半田付けが完了するまで停止しているとして説明したが、必ずしも停止している必要はなく、定速で連続搬送または間欠的に停止と搬送を行っても実施できる。

本発明は、各種の電子機器の量産化に寄与することができる。

Claims (13)

1. 溶融半田を収納する半田槽と、
   前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、
   前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、
   前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、
   取り付けられた前記半田引寄せ部材における前記噴流ノズルの移動後方側の前記噴流ノズル外部の表面は、前記噴流ノズルの噴流方向に対して１５°以上の傾斜角度を有する、
   半田付け装置。
2. 溶融半田を収納する半田槽と、
   前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、
   前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、
   前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、
   前記半田引寄せ部材が平板状の部材で構成され、前記半田引寄せ部材の一端が前記噴流ノズルの噴出口に突出している、
   半田付け装置。
3. 溶融半田を収納する半田槽と、
   前記半田槽内から供給された溶融半田を噴出する噴流ノズルと、
   前記噴流ノズルの噴出口に、前記噴流ノズルの外壁に沿って取り付けられた半田引寄せ部材と、を備え、
   前記半田引寄せ部材の表面は、前記噴流ノズルの表面よりも濡れ性の良い材料で構成され、
   前記噴流ノズルの噴流方向において、前記噴流ノズルの端面位置の高さが、前記半田引寄せ部材の端面位置の高さより０．３〜０．７ｍｍ高い、
   半田付け装置。
4. 前記半田引寄せ部材は、前記噴流ノズルの外表面に着脱自在に取り付けられた、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半田付け装置。
5. 前記噴流ノズルが、ステンレス鋼、ステンレス鋼の表面に窒化処理したもの、チタンのいずれかで構成され、
   前記噴流ノズルの外壁の一部にのみ取り付けられた前記半田引寄せ部材が、純度９９％以上の鉄材で構成された、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半田付け装置。
6. 前記半田引寄せ部材の鉄材の表面に半田メッキを施した、
   請求項５記載の半田付け装置。
7. 前記噴流ノズルの噴出口に切り欠きを設け、前記切り欠きを覆うとともに前記切り欠きに接触するように前記半田引寄せ部材が取り付けられた、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半田付け装置。
8. 前記切り欠きが、前記噴流ノズルの相対的な移動方向における移動後方に設けられた、
   請求項７記載の半田付け装置。
9. 前記半田引寄せ部材が、前記噴流ノズルの表面にコーティングされたメッキである、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半田付け装置。
10. 前記噴流ノズルをその周方向に回動させて位置決めする回転手段を備えた、
    請求項１〜請求項９のいずれかに記載の半田付け装置。
11. 前記噴流ノズルの周囲から吐出する不活性ガスを半田付け対象に向かうようガイドするフードを設けた、
    請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の半田付け装置。
12. 前記フードに、前記噴流ノズルの外周との間に不活性ガスが通過する隙間を空けて前記噴流ノズルを取り囲むフード内筒と、前記フード内筒の外周を取り囲むフード外筒と、前記フード内筒に設けられた前記半田槽へ戻る溶融半田が通過する返流口と、を設けた、
    請求項１１記載の半田付け装置。
13. 前記フードに、前記フード内筒と前記フード外筒との間に形成され前記フード内筒から零れた溶融半田をキャッチして前記返流口へ導く斜面を設けた、
    請求項１２記載の半田付け装置。

Images