JP6140350B1 - ダイレクトヒートはんだ付けパイプ - Google Patents

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Abstract

【課題】フラックスの掃除が容易で、かつ半田片の溶融温度へ迅速に上昇させることが可能なダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供する。【解決手段】半田片が落下可能な内径を有する筒状のパイプ10と、パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する筒状のコア20と、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを有し、胴体部の内径はコアの外径よりも大きく、先端部の内径は、コアの外径よりも小さくパイプの外径よりわずかに大きいスリーブ30と、保持手段とを備え、パイプは熱伝導性が良く、パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなり、コアは、熱伝導性が良い材料からなり、少なくとも下端部付近に半田片を溶融するための発熱体を有し、少なくともパイプは、保持手段に対して着脱可能であり、パイプがコアに挿入され、コアがスリーブに挿入され、パイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係が保持手段によって保持される。【選択図】図1

Description

本発明は、切り取られた糸半田を溶融して半田付けを行う装置に装着されるダイレクトヒートはんだ付けパイプに関する。
従来から、糸半田を切り取るカッターユニットと、切り取られた糸半田が落下可能な内径を有し、軸方向に貫通しており両端が開口した筒と、切り取られた半田片を筒の先端部で溶融させるための加熱手段とを備える、半田付け装置が知られている(特許文献1参照)。この半田付け装置では、切り取られた半田片は筒の上方の貫通口から筒の先端部まで落下し、そしてその先端部において加熱手段によって加熱されて溶融され、筒の下方の貫通口から筒内に入れられている被半田付け部が半田付けされる。
特許第5184359号公報
ところで、従来の半田付け装置では、半田付け時に発生したフラックス酸化物が装置に付着し、かかるフラックス酸化物の付着量が所定量を超えた状態で半田付けを継続すると、半田付けの質が低下してしまうためフラックス酸化物を除去することが必要である。しかし、かかるフラックス酸化物を除去することは容易ではないため、除去に時間がかかり、生産性の低下を招いていた。
また、筒の内周面に付着したフラックス酸化物を除去しても、筒の内周面の劣化は避けられず、内周面が劣化すれば半田付けの質が低下するため、半田ごて全体を交換する必要が生じる。ヒーター部を含む半田ごては比較的高価であることから、継続使用可能なヒーター部等を含めて交換することになるため無駄が多く、交換時のコストが増加するという問題があった。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、半田付け装置に装着されるダイレクトヒートはんだ付けパイプであって、フラックス酸化物の除去が容易、またフラックス酸化物によって劣化した部材のみの交換が可能で、かつ半田片を迅速に溶融温度まで上昇させることが可能な、ダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によるダイレクトヒートはんだ付けパイプは、パイプと、コアと、スリーブと、保持手段と、を備える。後述するようにスリーブと保持手段とが一体化して、スリーブが保持手段の機能を兼ねてもよい。
パイプは筒状であって、軸方向に貫通し、半田片が落下可能な内径を有する。
コアも筒状であって、軸方向に貫通し、パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する。
スリーブは、軸方向に貫通し、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを少なくとも有する。胴体部の内径はコアの外径よりも大きい。先端部の内径は、コアの外径よりも小さく、パイプの外径よりわずかに大きい。つまり、スリーブの先端部に、パイプを挿入することは可能であるが、コアを挿入することはできない。
保持手段は、パイプがコアに挿入され、かつコアがスリーブに挿入された状態で、パイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係を保持する。
パイプは熱伝導性が良く、パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなる。
コアは熱伝導性が良い材料からなる。コアは少なくとも下端部付近に半田片を溶融するための発熱体を有する。
少なくともパイプは、保持手段に対して着脱可能である。
パイプがコアに挿入され、かつコアがスリーブに挿入され、かつパイプとコアとスリーブとの相対的な位置関係が保持手段によって保持されたとき、パイプ、コア、及びスリーブは以下のような状態となる。
パイプの外周面とコアの内周面との間には、隙間がほとんど無い。「隙間がほとんど無い」とは、外周面と内周面との一部又は全部が密に接している状態を含む。以下においても同様である。
パイプの下端部付近において、パイプの外周面とスリーブの内周面との間には、隙間がほとんど無い。
パイプは保持手段から着脱可能であるから、パイプの内周面が汚れた際に、保持手段からパイプを外してパイプの内周面を掃除することが容易である。
また、パイプの内周面の汚れが除去できない場合や内周面の劣化が進んでしまった場合は、コアやスリーブはそのまま使用を継続し、パイプのみ新しいものに交換することができる。
コアの内周面とパイプの外周面との間には隙間がほとんど無い。このため、コアが有する発熱体から発生させられた熱は効率よくパイプに伝わる。
コアとパイプとはスリーブに挿入され、スリーブに包囲されているため熱が逃げにくい。このため、発熱体が発熱していない状態のときでも、パイプの温度は低下しにくい。つまり、発熱体の発熱が停止され、パイプの温度が半田片を溶融することができない温度まで低下した後に、発熱体の発熱が再開されたときに、パイプの温度が半田片を溶融することができる温度に再び上昇するまでの時間が短い。
本発明によれば、半田片を溶融する際にフラックスによって汚染される部品の掃除が容易で、かつ当該部品のみの交換が可能で、さらに当該部品の温度が低下しにくく、当該部品を所定温度へ迅速に上昇させることが可能なダイレクトヒートはんだ付けパイプを提供することが可能となる。
第1の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの断面図である。 半田付け装置にダイレクトヒートはんだ付けパイプを装着した状態を示す斜視図である。 第1の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第2の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第3の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第4の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。 第5の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。
以下、本発明を適用したダイレクトヒートはんだ付けパイプ及び半田付け装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は、第1の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの断面図である。図1に示すように、第1の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプ100は、パイプ10、コア20、スリーブ30、保持手段としての取付けガイド40を含んで構成されている。
パイプ10は取付けガイド40、コア20及びスリーブ30を貫通可能である。取付けガイド40にはネジ穴41があり、取付けガイド40に挿入されたパイプ10は、ネジ(図示せず)によって取付けガイド40に固定される。着脱可能に保持する方法としてネジ止めが例示されるが、着脱可能に保持することができればネジ止めに限定されない。
コア20とスリーブ30とはその一部が取付けガイド40に挿入され、収納されるが、取付けガイド40を貫通しない。
パイプ10、スリーブ30、及び取付けガイド40は、モリブデン鋼、SUS(ステンレス鋼)など熱伝導率に優れる材料からなる。
コア20は、アルミナなど電気絶縁性、耐熱性に優れる酸化物系セラミックスなどからなる。
<パイプ、コア>
パイプ10は筒状であり、その内径D101及び外径D102は位置によらずそれぞれ略一定である。
コア20も筒状であり、その内径D201及び外径D202は位置によらずそれぞれ略一定である。
<スリーブ>
スリーブ30は筒状の胴体部31と円錐台筒状の先端部32とからなる。
スリーブ30の胴体部31の内径D311及び外径D312は位置によらずそれぞれ略一定である。
スリーブ30の先端部32の外形は円錐台形である。円錐台形とは、円錐を、底面に平行な平面で切り、小円錐の部分を除いた立体図形である。
スリーブ30の先端部32の内部には円柱状の空間がある。スリーブ30の先端部32の内部空間の内径D321は位置によらず略一定である。
<スリーブの胴体部と先端部との関係>
図1に示すスリーブ30の先端部32の外径は、胴体部側は胴体部の外径D312と等しく、先端に向かうに従って徐々に小さくなっている。つまり、スリーブ30の胴体部の外径D312と先端部32の外径とは連続的に変化している。
ただし、スリーブ30の胴体部の外径D312と先端部32の外径とは不連続的に(階段状に)変化してもよい。
スリーブ30の胴体部の内径D311はスリーブ30の先端部32の内径D321よりも大きい。
図1に示す先端部32の内部は、
パイプ10の外径D102と略等しい内径D321を有する円柱状の空洞部分と、
胴体部31の内周面と先端部32の内周面とをつなぐ空洞部分、つまり胴体部の内径D311から先端部32の内径D321へと徐々に変化する空洞部分と
からなる。
なお、胴体部の内径D311から先端部32の内径D321へと徐々に変化する空洞部分は無くてもよい。つまり、胴体部の内径D311が一定の領域の下端と、先端部32の内径D321が一定の領域の上端との高さ方向の位置が略同じであってもよい。
<パイプの外径と、コアの内径と、スリーブ先端部の内径との関係>
パイプ10の外径D102は、コア20の内径D201とスリーブ30の先端部32の内径D321と略等しい。このため、パイプ10は、コア20の全体とスリーブ30の全体とに挿入可能である。パイプ10の外周面とコア20の内周面との間、及びパイプ10の外周面とスリーブ30の先端部32の内周面との間には、隙間がほとんど無い。例えば、パイプ10の外径D102が3.0mm、コア20の内径D201が3.2mmである。この場合に、パイプ10をコア20に挿入すると、パイプ10の外周面とコア20の内周面との隙間の平均は0.1mmとなる。
<コアの外径と、スリーブ胴体部の内径と、スリーブ先端部の内径との関係>
コア20の外径D202は、スリーブ30の胴体部31の内径D311よりも0.5mm〜4.0mmほど小さい。このため、コア20はスリーブ30の胴体部31に挿入可能であり、かつコア20の外周面とスリーブ30の胴体部31の内周面との間には0.25mm〜2.0mmの隙間が存在する。例えば、コア20の外径D202は、スリーブ30の胴体部31の内径D311よりも0.5mm小さい。この場合に、コア20をスリーブ30に挿入すると、コア20の外周面とスリーブ30の内周面との隙間の平均は0.25mmとなる。
コア20の外径D202は、スリーブ30の先端部32の内径D321よりも大きい。このため、コア20をスリーブ30の先端部32に挿入することはできない。よって、取付けガイド40がコア20を直接保持しなくても、取付けガイド40がスリーブ30を保持していれば、コア20が落下することはない。
コア20の下端部付近には、発熱体(例えば、アルミナヒーター、カンタル線など。図示せず)及び温度検出素子(例えば熱電対。図示せず)が存在する。発熱体はコア20の外周面に巻かれていて、絶縁性を有する接着剤によってコア20の外周面に接着されていてもよく、またコアに内蔵されていてもよい。
発熱体及び温度検出素子は、ヒーター電源線(図示せず)及び熱電対線(図示せず)などを内蔵するチューブ(図示せず)を介して電源(図示せず)や制御部(図示せず)に接続される。図1に示す穴42はこのようなチューブを通すための穴である。
パイプ10がコア20に挿入され、かつコア20がスリーブ30に挿入され、かつパイプ10とコア20とスリーブ30との相対的な位置関係が取付けガイド40によって保持されたとき、パイプ10の下端面とスリーブ30の下端面とは略面一でもよく、またパイプ10の下端面がスリーブ30の下端面よりも下方(パイプ10の下端面が突き出ている状態)でもよい。
図2は、ダイレクトヒートはんだ付けパイプを半田付け装置に装着した状態を示す斜視図である。
図2に示すように、半田付け装置200は、糸半田210と、糸半田送りローラ220と、糸半田カッター部230と、糸半田カッター動力部240と、糸半田切れセンサー250と、導入パイプ260と、ダイレクトヒートはんだ付けパイプ100とを有する。
糸半田210は、糸半田送りローラ220によって糸半田カッター部230へと送られる。糸半田送りローラ220は、糸半田の先端が、糸半田カッター部230のカッターよりも所定の長さだけ下の位置に来ると、糸半田の送りを停止する。そして、糸半田カッター部230が、糸半田カッター動力部240によって動かされて、所定の長さの糸半田が切り落とされる。
図3はパイプ10の中に切り落とされた所定の長さの糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、(a)は半田溶融前、(b)は半田溶融後を示す。
ピン333が、配線基板331のランド332に挿入され、さらにパイプ10に挿入されている。
切り落とされた半田片334は、パイプ10内を落下する。
そして、図3(a)に示すように、半田片334の下端がピン333の上端より下となる位置で止まる。半田片334の下端がランド332に接する位置まで半田片334が落下する場合もある。
半田片334は、図示しない発熱体によって加熱される。
そして、図3(b)に示すように、溶融半田335となってランド332とピン333とを半田付けする。このとき、パイプ10の下端面がランド332に接している又は近接していれば、ランド332も半田片334とともに加熱され、温度が上昇する。
半田付けが継続される場合は、配線基板331とパイプ10とのZ方向の相対的な位置が変化し、半田付け後のピン333がパイプ10の先端よりも下方に移動される。そして、配線基板331とパイプ10とのX−Y方向の相対的な位置が変化し、半田付け前の別のピンがパイプ10の先端の下方に移動される。次に、配線基板331とパイプ10とのZ方向の相対的な位置が変化し、半田付け前の別のピンがパイプ10に挿入される。
半田付け前のピンがパイプ10に挿入された後、又は挿入のための移動がなされている間に、糸半田送りローラ220が回転して、糸半田が送られて、糸半田の先端が再び糸半田カッター部230のカッターよりも所定の長さだけ下方に来る。そして、糸半田カッター部230によって所定の長さの糸半田がパイプ10の中に切り落とされて再び半田付けが行われる。このようにして半田付けが繰り返される。
糸半田切れセンサー250は、例えば糸半田の後端の通過を検知したら、所定の信号を制御部(図示せず)に送る。制御部は所定の信号を受信したら、制御用モニター(図示せず)に警告メッセージを表示するなどして、半田付け装置の操作者に糸半田がなくなりそうであることを通知する。
取付けガイド40には導入パイプ用の穴42が設けられていて、導入パイプ260が装着される。導入パイプ260が装着されると導入パイプ260内のヒーター電源線(図示せず)、熱電対線(図示せず)が、コア20が有するヒーター(図示せず)、熱電対(図示せず)に電気的に接続される。
窒素ガスなどの不活性ガスが、パイプ10の上端開口部から図示しないチューブによってパイプ10の中に導入される。かかる不活性ガスは、導入時のガス圧によって半田片を、発熱体によって溶融可能な位置まで確実に落下させるためのものであるとともに、パイプ10内を半田片の溶融に適した不活性ガス雰囲気にするためのものである。
温度検出素子はコア20の下端付近の温度を測定する。測定された温度に基づいてヒーター電源線に供給する電流値又は電圧値を調節することによってコア20の温度を制御し、コア20の温度を制御することによってパイプ10の温度を制御する。
半田付けはパイプ10内で行われるため、溶融半田やフラックスが周囲に飛散することはなく、しかも溶融半田が均等にピンの周囲に回り込む。また、パイプ10の内周面が半田に対して濡れにくい材料で形成されているので、パイプ10の内周面に対する半田の付着量が少なく、パイプ10の詰まりを抑制できる。その結果、供給される半田の定量性が維持されるとともに、接合後の外観がきれいに仕上がる。
また、パイプ10は取付けガイド40から容易に取り外し可能であるから、パイプ10の内周面にフラックスが付着したら、パイプ10を取り外して内周面を掃除することが容易にできる。
さらに、パイプ10の内周面の劣化が進み、フラックスが内周面に付着しやすくなるなどしてきたら、パイプ10のみを交換することが可能であり、コア20に設けられている発熱体や温度検出素子や、スリーブ30などを交換する必要がない。このため省資源、経済性の観点からも好ましい。
また、コア20の周囲にスリーブ30を被せることによって放熱を抑制している。具体的には、コア20の外周面とスリーブ30の内周面との間の空間の上方は取付けガイド40によって覆われている。また、その空間の下方は、パイプ10の外周面とコア20の外周面とスリーブ30の内周面とによって閉じられている。このため発熱体から発生された熱はコア20の外周面からコア20の内周面、パイプ10の外周面及びパイプ10の内周面を経て半田片334に効率よく伝わり、半田片334を溶融し溶融半田335へと変化させる。
その後、通電が停止されても、発熱体の周囲のスリーブ30が放熱を抑制しているため、通電停止中の温度低下が少ない。このため、半田付け後のピンがパイプ10から抜かれ、半田付け前のピンがパイプ10に新たに挿入され、半田片が切り落とされて、通電が再開されてから、切り落とされた半田片が所定の温度に到達させられるまでの時間が短い。
図4は、第2の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。
第1の実施形態と比べて第2の実施形態ではコア20が長く、発熱体(図示せず)及び温度検出素子(図示せず)がより下方に配置されるため、切り落とされた半田片のより近くで、発熱体が発熱し、かつ温度が検出される。このため、より迅速かつ正確な温度制御が可能となる。
図5は、第3の実施形態のダイレクトヒートはんだ付けパイプの使用状態を示す断面図である。
第3の実施形態ではスリーブと取付けガイドとが一体化され、スリーブ50が保持手段を兼ねている。
スリーブ50は、軸方向に貫通し、筒状の胴体部51と円錐台筒状の先端部52とそれ以外の部分53とを有する。胴体部51の内径はコア520の外径よりも大きく、先端部52の内径は、コア520の外径よりも小さくパイプ10の外径よりわずかに大きい。
スリーブ50は、スリーブのネジ穴54とコアのネジ穴521とを貫通するネジ(図示せず)を用いて、パイプ10をネジ止めすることによって、パイプ10がコア520に挿入され、かつコア520がスリーブ50に挿入された状態で、パイプ10とコア520とスリーブ50との相対的な位置関係を保持する。
パイプ10の外周面とコア520の内周面との間には、隙間がほとんど無い。
パイプ10の下端部付近において、パイプ10の外周面とスリーブ50の内周面との間には、隙間がほとんど無い。
前記のように、本発明にかかる半田付け装置では、ダイレクトヒートはんだ付けパイプのパイプが着脱可能であるため、腐食等によってパイプが消耗した場合に、パイプのみを交換してコアを継続使用することができるため、ダイレクトヒートはんだ付けパイプ全体を交換する場合に比べてコスト低減が可能となる。
発熱体を有するコアの内周面とパイプの外周面との間に隙間がほとんど無いため、発熱体の通電状態において、コアからパイプへ熱が伝わりやすい。
また、コアの下端部付近に、温度を検出する温度検出素子が設けられている場合、温度検出素子近辺の温度と相関のあるパイプ内の下端部付近の温度を検出することができ、温度検出素子の検出結果に基づいて発熱体に供給する電流値あるいは電圧値を調整し、切り落とされた半田片付近が設定された温度となるように制御を行うことができる。
図6は、第4の実施形態における糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、(a)は半田溶融前、(b)は半田溶融後を示す。
モーター61の端子62が、パイプ10に挿入されている。端子62にはリード芯線63がからげられ(巻きつけられ)ている。
切り落とされた半田片334は、パイプ10内を落下する。
図6(a)に示すように、半田片334は下端付近で止まり、図示しない発熱体によって加熱される。
図6(b)に示すように、半田片334は溶融半田335となって端子62とリード芯線63とを半田付けする。
図7は、第5の実施形態における糸半田の溶融前後の状態を説明するための図であり、(a)は半田溶融前、(b)は半田溶融後を示す。
ヒューズソケット72のプラグイン端子71が、パイプ10に挿入されている。
切り落とされた半田片334は、パイプ10内を落下する。
図7(a)に示すように、半田片334は下端付近で止まり、図示しない発熱体によって加熱される。
図7(b)に示すように、半田片334は溶融半田335となって端子71とランド73とを半田付けする。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
すなわち、熱伝導率が高く、かつ半田に濡れにくく、かつ最も内側に配置されるパイプが交換可能であり、
熱伝導率が高く、かつパイプを包囲し、かつパイプと密に接するコアが発熱体を有し、
パイプとコアを包囲するスリーブがパイプとコアの温度低下を抑制しうる、
という条件を満たすものであれば、各部材の材質、形状やサイズ、各部材を保持する保持手段を変更してもよい。
10 パイプ
20 コア
30 スリーブ
31 スリーブ胴体部
32 スリーブ先端部
40 取付けガイド
200 半田付け装置
220 糸半田送りローラ
230 糸半田カッター部
240 糸半田カッター動力部
250 糸半田切れセンサー

Claims (3)

  1. 軸方向に貫通し、半田片が落下可能な内径を有する筒状のパイプと、
    軸方向に貫通し、前記パイプの外径よりわずかに大きい内径を有する筒状のコアと、
    軸方向に貫通し、筒状の胴体部と円錐台筒状の先端部とを少なくとも有し、前記胴体部の内径は前記コアの外径よりも大きく、前記先端部の内径は、前記コアの外径よりも小さく前記パイプの外径よりわずかに大きいスリーブと、
    前記パイプが前記コアに挿入され、かつ前記コアが前記スリーブに挿入された状態で、前記パイプと前記コアと前記スリーブとの相対的な位置関係を保持する保持手段と、
    を備え、
    前記パイプは熱伝導性が良く、前記パイプの内周面は半田との濡れ性が悪い材料からなり、
    前記コアは、熱伝導性が良い材料からなり、少なくとも下端部付近に前記半田片を溶融するための発熱体を有し、
    少なくとも前記パイプは、前記保持手段に対して着脱可能であり、
    前記パイプが前記コアに挿入され、かつ前記コアが前記スリーブに挿入され、かつ前記パイプと前記コアと前記スリーブとの相対的な位置関係が前記保持手段によって保持されたとき、
    前記パイプの外周面と前記コアの内周面との間には、隙間がほとんど無く、
    前記パイプの下端部付近において、
    前記パイプは、前記スリーブによって包囲されており、前記パイプの下端面と前記スリーブの下端面とは略面一であり、
    前記パイプの外周面と前記スリーブの内周面との間には、隙間がほとんど無い、
    ことを特徴とするダイレクトヒートはんだ付けパイプ。
  2. 前記コア及び前記スリーブも、前記保持手段に対して着脱可能であることを特徴とする請求項1に記載のダイレクトヒートはんだ付けパイプ。
  3. 前記パイプと前記スリーブはモリブデン鋼からなり、前記コアはアルミナからなり、
    前記発熱体は前記コアに内蔵され、
    前記発熱体の下端部付近に温度を検出する温度検出素子が内蔵されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のダイレクトヒートはんだ付けパイプ。

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