JP7096563B2 - 卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法 - Google Patents

Description

本発明は小ロット生産に好適な卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法に関する。

プリント基板等への電子部品の実装用として、小ロット生産に好適な卓上半田付け装置があり、本出願人は先にプリヒート付き卓上半田付け装置を提案している。

特許第５４９６９６８号公報

特許文献１のプリヒート付き卓上半田付け装置は、ヒータ加熱された溶融半田を溶融維持できるよう、半田槽本体の壁部表面が保温部材で覆われるが、その壁部表面を被う保温部材で、該壁部表面が一流路壁面になる流路を設ける。そして、流路の入口側にファンを設けて、該ファンで流路内へ供給したエアが、半田槽からの熱で熱風となって、保持台で支えられた基板の下面に吹付ける構成である。可搬タイプにして、新たな熱源機器を設置することなく、従来、困難視されてきたプリヒートを比較的低コストで実現し、最近の鉛フリーや水性フラックスにも対応できるなど、品質安定,生産性向上に優れものになっている。

しかし、特許文献１のプリヒート付き卓上半田付け装置は、流路確保のために装置容量が大きくなり、ファン等も別途要する問題があった。

また、特許文献１の半田付け装置は、噴流ノズルの吐出口から溶融半田が噴流する状態にして、該溶融半田の液面へ向けて基板を速やかに下降させて半田付けを行っている。特許文献１に限らず、従来の半田付け装置は、例えば特開2002-305372号公報の段落００５２でも、「…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の半田付け箇所に溶融半田Ａが付着する」とある。
しかるに、小ロット生産用卓上半田付け装置であっても、一度に複数の製品が仕上がるようにして生産性を高めたい場合があるが、そうすると半田付けに支障をきたした。
複数の基板をマスク治具にセットして、溶融半田の液面へ向けて基板を速やかに下降させて半田付けを行うのであるが、基板の数が増えるのに伴って溶融半田の液面が大きくなり、その分、液面と基板裏面との間の空気が抜けきらず、図１２のようにスルーホール周りに空気溜まりＥが残ってしまい、半田付けの品質不良が発生した。

本発明は、上記問題を解決するもので、プリヒート用の流路確保やファン等の設備なしで、プリヒートを可能にし、しかも半田付け品質を良好に保って、複数の基板の半田付けを一度に実現できる卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、ケーシング内にヒータで加熱した溶融半田を収容する半田槽が設けられ、且つ該溶融半田をポンプで循環させ、該半田槽の上方に突出する噴流ノズルの吐出口から噴流する溶融半田に、マスク治具を介して保持枠に支えられた基板のスルーホールが浸かる下端位置と該噴流する溶融半田から上方へ離れた上端位置との間で該保持枠を昇降させる昇降機構を備え、且つ前記吐出口の開口面積が噴流ノズル基端部の開口面積よりも広くなっており、さらに前記保持枠上に設けたフレームに本体固定部を取付け、可動部先端を盤状体に固着して進退動可能にし、該可動部の進出により、前記スルーホールにリードを挿入して前記基板上に載る電子部品を覆うケース上面に当てた該盤状体を下方に向けて押圧する押圧手段を設けた卓上半田付け装置を用い、前記昇降機構、前記ポンプ、及び該押圧手段を起動させて、該押圧手段で、該盤状体が前記ケースを下方へ向けて押圧すると同時に又は該押圧後に、前記基板が下降して前記下端位置に到達し、プリヒート設定時間を経過させた後に、噴流ノズル内を上昇していた溶融半田を前記吐出口から噴流させて、前記基板に載る電子部品のリードを挿入した前記スルーホールが該溶融半田に半田付け所要時間浸かった後、直ちに前記ポンプを停止し、該停止により前記噴流ノズルに在る前記溶融半田の半田液面を下降させることを特徴とする卓上半田付け装置を用いた半田付け方法にある。請求項２の発明たる卓上半田付け装置を用いた半田付け方法は、請求項１で、盤状体を貫通する流路が形成され、該流路の一端側入口孔に圧縮エア供給用の導管を接続し、他端側出口孔が該盤状体の下面側に露出するようにして、該導管へのエア供給により前記ケースへエアを吹付ける空冷手段を設け、前記昇降機構、前記ポンプ、前記押圧手段、及び該空冷手段を起動させて、前記半田付け所要時間の経過と同時又は直前から、前記ケースへの該エアの吹付けを行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明の要旨は、ケーシング内にヒータで加熱した溶融半田を貯留する半田槽が設けられ、且つ該溶融半田をポンプで循環させ、該半田槽の上方に突出する噴流ノズルの吐出口から噴流する溶融半田に、マスク治具を介して保持枠に支えられた基板のスルーホールが浸かる下端位置と該噴流する溶融半田から上方へ離れた上端位置との間で該保持枠を昇降させる昇降機構を備える卓上半田付け装置において、基端部の開口面積よりも前記吐出口の開口面積が広い前記噴流ノズルと、前記保持枠上に設けたフレームに本体固定部を取付け、可動部先端を盤状体に固着して進退動可能にし、該可動部の進出により、前記スルーホールにリードを挿入して基板上に載る電子部品を覆うケース上面に当てた該盤状体を下方に向けて押圧する押圧手段と、起動スイッチオンによって、前記昇降機構、前記ポンプ、及び該押圧手段が起動して、押圧手段の該盤状体で該ケースを下方へ向けて押圧すると同時に又は該押圧後に前記基板を下降させる信号を伝え、前記基板が下降して前記下端位置に到達し、プリヒート設定時間が経過後に、前記ポンプによる液面上昇中の溶融半田が前記吐出口から噴流して、該溶融半田に前記スルーホールが半田付け所要時間浸かった時点で、直ちに前記ポンプを停止させる制御手段と、を具備することを特徴とする卓上半田付け装置にある。請求項４の発明たる卓上半田付け装置は、請求項３で、盤状体を貫通する流路が形成され、該流路の一端側入口孔に圧縮エア供給用の導管を接続し、他端側出口孔が該盤状体の下面側に露出するようにして、前記ケースへエアを吹付ける空冷手段を設け、前記制御手段が、前記起動スイッチオンによって、前記昇降機構、前記ポンプ、前記押圧手段及び該空冷手段が起動して、前記半田付け所要時間の経過と同時又はその直前から該エアの吹付けを行う信号を伝えることを特徴とする。

請求項１,３のごとく、基板が下降して下端位置に到達後、噴流ノズル内を上昇していた溶融半田を前記吐出口から噴流させて、リードを挿入したスルーホールが溶融半田に浸
かって半田付けが行なわれると、溶融半田の液面上昇が遅いので、スルーホールの隙間からそこに存在していた空気を押し去りつつ噴流半田がスルーホールへ入り込み、良好な半田付けを行う。基板が下端位置に静止状態で、溶融半田液面が噴流ノズル内を上昇して吐出口から噴流すると、溶融半田液面の上昇速度が遅いので、溶融半田液面と基板下面,保持枠下面との間に挟まれた空気が図８のように上手く抜けきって、溶融半田がスルーホールへスムーズに入り込むことができる(図９)。半田付け終了後、基板を上昇させれば、リード,スルーホール周りに良好なフィレットを形成できる。

本発明の卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法は、特段の機器を付加することなくプリヒートができるのにとどまらず、卓上装置にあって、これまでと殆ど変らない時間で複数の基板の半田付けが一度にでき、しかも良好なフィレットを形成できるなど、品質向上,生産性向上、さらに装置の低コスト化等に優れた効果を発揮する。

本発明の卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法の一形態で、その概略断面図である。 図１のII-II線断面図である。 図１のIII-III線断面図で、保持枠が上端位置にある概略正面断面図である。 マスク治具に電子部品を載せた基板をセットする説明断面図である。 図４のマスク治具に電子部品付き基板をセットした後の要部断面図である。 保持枠が下端位置にある卓上半田付け装置の概略正面である。 図６の後に吐出口から溶融半田が噴流する説明断面図である。 図６の状態から溶融半田がマスク治具下面に達する直前の基板周りの部分拡大図である。 図８の状態から時間経過し、溶融半田にスルーホールが浸かった基板周りの部分拡大図である。 半田付け終了後、ポンプを停止して半田液面が下降し始めた段階の説明断面図である。 半田付け終了後、基板上昇中にある基板周りの部分拡大図 半田付けの不具合を示す参考対比図である。 スタート時の制御手段が信号を伝える卓上半田付け装置の概略説明図である。 制御手段のフローチャート図である。

以下、本発明に係る卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法について詳述する。
図１～図１４は本発明の卓上半田付け装置(以下、単に「半田付け装置」ともいう。) 及びこれを用いた半田付け方法の一形態で、図１はその側面断面図、図２は図１のII-II線断面図、図３は図１のIII-III線断面図、図４はマスク治具に電子部品が載る基板をセットする断面図、図５は図４の要部断面図、図６は保持枠が下端位置にある断面図、図７は吐出口から溶融半田が噴流する断面図、図８は溶融半田がマスク治具下面に達する直前の基板周りの拡大図、図９は溶融半田にスルーホールが浸かった基板周りの拡大図、図１０はポンプを停止して半田液面が下降する断面図、図１１は半田付け終了後、基板上昇中にある基板周りの拡大図、図１２は半田付けの不具合を示す対比図、図１３は制御手段の信号伝達の説明図、図１４は制御手段のフローチャート図を示す。尚、図面を判り易くするため、発明要部を強調図示し、また本発明に直接関係しない構成部分や部材等は省略する。

（１）半田付け装置
半田付け装置は、半田槽１と噴流ノズル２とヒータＨＴとポンプ３１と昇降機構４と押圧手段７と空冷手段８と制御手段ＣＲとを具備する(図１)。
ケーシング９内にヒータＨＴで加熱した溶融半田Ｍを貯溜する半田槽１が設けられる。該溶融半田Ｍをポンプ３１で循環させ、該半田槽１の上方に突出する噴流ノズル２の吐出口２２から噴流する溶融半田Ｍに、昇降機構４によって、その保持枠４５で支えられた基板５２のスルーホール５２０が、浸かる図７の下端位置と該噴流する溶融半田Ｍから離れた図３の上端位置との間で昇降する。本発明の半田付け装置は、起動スイッチの前に作業者が通常立って作業する図１の側面断面図で、紙面右方を前方,前側、紙面左方を後方,後側、紙面上方を上方、紙面手前方向を左方、紙面奥方を右方、紙面左右横方向の線を含む紙面垂直面方向を水平方向という。

ケーシング９は、図１,図２に示すような平面視矩形の箱形容器である。水平配設される底板９０は、前立板９１寄りに半田槽１が配され、該半田槽１と後立板９２との間にスペースを確保して、該スペースにポンプ３１の駆動用モータ３２が配される大きさとする。前立板９１,後立板９２,両側立板９３,９４で底板９０の周縁を囲って半田槽１,モータ３２等を収容する。後立板９２は高くし、その上縁で屈曲させて前方に上板９５を延設し、さらに該上板９５はその先で下降傾斜してモータ３２を被う。該上板９５からポンプ３１の上方をカバーするポンプカバー９７が設けられる。一方、前立板９１は上方部が後方傾斜して傾板部分となり、該傾板部分の上縁から水平鍔が後方に張り出す。前立板９１の該水平鍔とポンプカバー９７の間を上面開口部とし、該開口部に半田槽１の噴流ノズル２が配される。

半田槽１はケーシング９内にヒータＨＴで加熱した溶融半田Ｍを収容する容器である。溶融半田Ｍを貯める槽本体を備え、さらに槽本体内の溶融半田Ｍをポンプ３１で循環させ、この循環する溶融半田Ｍを吐出口２２から噴流させるよう、横長筒部１５と縦筒部１６とを備える。槽本体は板状の底部１０,前壁部１１,後壁部１２,両側壁部１３,１４からなる上面開口の方形箱容器とする。
角筒からなる横長筒部１５は横置きされ、その一端側筒口を後壁部１２で塞いで、ここから該底部１０,両側壁部１３,１４と平行にして他端側筒口が前壁部１１近くまで配される。他端側筒口を蓋１５ｄで塞ぎ、該蓋１５ｄ寄り横長筒部１５の上面に吐出側口１５ｂを設ける。また後壁部１２寄り横長筒部１５の下面に吸込み側口１５ａを設け、さらに該吸込み側口１５ａの上方に在る横長筒部１５の上面にポンプ用孔１５ｃを設ける。縦筒部１６も角筒からなり、下端側開口部内に前記吐出側口１５ｂを配して、該縦筒部１６が横長筒部１５上に立設する。

噴流ノズル２は、基端部２１の開口面積２１０よりも上方側吐出口２２の開口面積２２０を広く設定した筒状体である(図３)。噴流ノズル２は、前記縦筒部１６の上端部分に下方側接続部となる基端部２１を重ね合わせて取付け、半田槽１の上方に向け突出するように設けられる。
本実施形態は、基端部２１を方形筒部とする一方、先端の吐出口２２に向けて図３のように装置左右方向に口を大きく広げて、該吐出口２２を横長矩形とする。吐出口２２の開口面積２２０が広くなり、マスク治具５１に一度に四個(複数)の基板５２をセットできる。そして、前記ポンプ用孔１５ｃにポンプ３１の支軸を挿通させ、支軸先端部に取着したインペラ３１ａを横長筒部１５内に配して、ポンプ３１の作動により、吸込み側口１５ａから吸込んだ溶融半田Ｍを、図１の矢印のごとく横長筒部１５内,吐出側口１５ｂ,縦筒部１６内を経て噴流ノズル２の吐出口２２から溶融半田Ｍを噴流させ、四個の基板５２に対し同時に半田付け可能とする(図７)。

ヒータＨＴは半田槽１内の溶融半田Ｍを加温して溶融維持する熱源で、ここでは、図３のごとく半田槽１内の底部１０寄り紙面垂直方向に二本配設する。
ポンプ３１は既述のごとく半田槽１内の溶融半田Ｍを循環させるもので、本実施形態は、半田槽１内の後壁部１２寄りにポンプ３１を設置し、該ポンプ３１を駆動するモータ３２を半田槽１外で、ケーシング９内の後立板９２寄りに設置する。モータ３２に固着したプーリ３４とポンプ３１に固着したプーリ３３とにベルト３５で巻回し、モータ３２の回転で、横長筒部１５内に配されたポンプ３１のインペラ３１ａを回転させ、噴流ノズル２の吐出口２２から溶融半田Ｍを噴流させる。

昇降機構４は、アクチュエータたる第一シリンダ４１と保持枠４５とを備える。ケーシング９内の両側壁部１３,１４近くにエアシリンダで構成した第一シリンダ４１のシリンダ本体がそれぞれ取付け固定される。両第一シリンダ４１が起立し、シリンダ本体から上方へ向けて伸びる第一ロッド４２の先端に、水平配設される保持枠４５を固定し、該保持枠４５を昇降させる昇降機構４とする(図２,図３)。ケーシング９がつくる前記上面開口部上で、該上面開口部よりも外形が若干小さめの保持枠４５が上下動する(図１,図２)。
かくして、ポンプ３１が作動中で、第一ロッド４２が後退すると、吐出口２２から噴流する溶融半田Ｍに、マスク治具５１を介して保持枠４５に支えられた基板５２のスルーホール５２０が浸かる下端位置に配される(図７)。一方、第一ロッド４２が進出すると、基板５２のスルーホール５２０は、噴流する溶融半田Ｍから上方に離れた図１,図３のような上端位置に配される。

押圧手段７は、マスク治具５１を介して保持枠４５に支えられる基板５２にあって、スルーホール５２０にリード５３１を挿入した基板５２上に載る電子部品５３を覆うケース５４の上面にあてがう盤状体６３に接続し、該盤状体６３をケース上面５４ａに当ててその下のマスク治具５１に向け押圧する装置である。半田付け過程で、ケース５４をマスク治具５１に安定させ、さらにマスク治具５１を保持枠４５へ安定保持させる装置になっている。
詳しくは、図２,図３のごとく保持枠４５上の左右部位で、計四本の支柱６１が立設し、各支柱６１の上端にフレームを構成する矩形天板６２が固着される。天板６２が吐出口２２の上方で該吐出口２２を跨ぐようにして、保持枠４５上に支柱６１と天板６２とからなる櫓体が起立する。天板６２上に押圧手段７たるエアシリンダに係る第二シリンダ７１の本体固定部が取着され、その可動部となる第二ロッド７２が天板６２に設けた通孔を貫通して該天板６２の下方へ突出する。突出する第二ロッド７２の先端に前記盤状体６３を固着し、盤状体６３が下側盤面を水平にして、第二ロッド７２の進退動(伸縮)によって上下動する。第二ロッド７２を伸長させると、盤状体６３は、その下面６３ｂが四個(複数)のケース上面５４ａに当接し、ケース５４に下方側のマスク治具５１へ押さえるエアシリンダの押圧力が加わる。

空冷手段８は、前記盤状体６３に貫通流路８１が形成され、該流路８１の一端側入口孔８２が圧縮エア供給用の導管８３に接続し、他端側出口孔８０が該盤状体６３の下面側に複数露出して、該導管８３へのエア供給により、出口孔８０からエアが吹き出す装置である。基板５２上に載る電子部品５３を覆うケース５４へエアを吹付ける。
ここでは、下側厚板の中央部に設けた流路８１用溝の溝底に下面へ貫通する他端側出口孔８０を複数形成し、また該溝から右側端面へ貫通する一端側入口孔８２を形成する。そして、該溝を上側蓋板で蓋をして一体化させ、該溝が流路８１となった図１３ごとくの盤状体６３とする。入口孔８２に弁８３１を介在させて圧縮エア供給用の導管８３を接続し、弁８３１を開にすると、エアが図１０の矢印のごとく入口孔８２,流路８１を通って出口孔８０から各ケース５４へ吹付ける。

制御手段ＣＲは、起動スイッチオンによって、昇降機構４及びポンプ３１が起動し、保持枠４５,基板５２が下降して下端位置に達し、そして、プリヒート設定時間経過後に、ポンプ３１による液面上昇中の溶融半田Ｍが吐出口２２から噴流し、さらにこの噴流する溶融半田Ｍにスルーホール５２０が半田付け所要時間浸かった時点で、ポンプ３１を停止させるコントローラである(図１３)。本実施形態の制御手段ＣＲは、押圧手段７,空冷手段８も備わり、起動スイッチオンによって、昇降機構４、ポンプ３１、押圧手段７及び空冷手段８が起動して、押圧手段７が盤状体６３でケース５４を下方へ向けて押圧すると同時に又は該押圧後に、保持枠４５を下降させる第一ロッド４２が図３の状態から収縮する信号を伝える。また空冷手段８を設けて、半田付け所要時間の経過と同時又はその直前からケース５４へエア吹付けを行う信号を伝える。制御手段ＣＲによって、図１４に定められた順序にしたがって各ステップを逐次進める。

本制御手段ＣＲは、電子回路,電子タイマー,センサ等から構成され、図１４の一連動作をプログラムしておき、プログラム通りに動かすシーケンス制御を採用している。
具体的には、図３の初期状態から図１３,図１４のように起動スイッチＳ２のオンでスタートする。押圧手段７の信号入力(ステップ１０１)とポンプオン（ステップ１０３）の状態になる。また略同時に昇降機構４の信号入力（ステップ１０２）により第一ロッド４２が収縮し、基板５２が下降する。
まず、第二ロッド７２が伸長し、押圧手段７の盤状体６３でケース５４を下方へ向けて押圧する。これと同時に又は該押圧後に前記基板５２を下降させる信号、すなわち第一ロッド４２を収縮させる信号が伝わる。

第二ロッド７２の伸長や第一ロッド４２の収縮は、エアシリンダによる動作で瞬時に行われる。第二ロッド７２の伸長によって盤状体６３がケース５４を上から押さえて、該ケース５４がマスク治具５１上,基板５２上に安定維持される。第一ロッド４２の収縮は下降速度Ｖ４が速く(図３)、保持枠４５,基板５２が半田槽１近くの下端位置へ速やかに到達する。一方、ポンプオンで、モータ回転によりポンプ３１が作動し、溶融半田Ｍの液面Ｍ１が縦筒部１６,噴流ノズル２内を上昇するが、溶融半田Ｍの比重が重いので上昇速度Ｖ１は遅い。溶融半田Ｍが吐出口２２に到達するのに少し時間がかかる。
下端位置に先に到達した基板５２は、半田槽１からの熱を近くで受け、また溶融半田Ｍの液面Ｍ１が噴流ノズル２内を上昇し下から近づいてくる過程で、基板５２に載る電子部品５３のリード５３１,フラックスがプリヒートされる。この下端位置でプリヒートが行われている基板５２へ、溶融半田Ｍが図６の矢印のごとく下から近づいていく。プリヒートの設定時間が完了する時点を、吐出口２２から溶融半田Ｍが噴流するタイミングにする。本実施形態は、遅延回路を組み込んでプリヒート設定時間を設け、この設定時間経過直後に、吐出口２２からの溶融半田Ｍの噴流が始まるようにし、また後述する溶融半田Ｍにスルーホール５２０が半田付け所要時間浸かった時点で、直ちにポンプ３１を停止させる制御手段ＣＲとする。尚、プリヒート設定時間,半田付け所要時間は、予め半田付けする基板５２,電子部品５３等の種類によって適宜調整される。

吐出口２２からの溶融半田Ｍの噴流開始に伴い、該溶融半田Ｍにスルーホール５２０が浸かり、スルーホール５２０に挿入したリード５３１への半田付けスップが進行する。基板５２,電子部品５３に適正な所要時間(3～5秒)をかけて半田付けが行われる(図７)。

そして、溶融半田Ｍにスルーホール５２０が半田付け所要時間浸かった時点で、直ちにポンプオフにする(ステップ１０５)。ポンプ３１の停止により、吐出口２２から噴流していた溶融半田Ｍの噴流が止まり、溶融半田液面Ｍ１が下降する(図９)。該液面Ｍ１が噴流ノズル２の下方地点まで下がっていく。
尚、溶融半田Ｍにスルーホール５２０が浸かる半田付け所要時間の経過と同時又はその直前から空冷手段８のエア吹付けを行う信号を伝え、ケース５４へエアを吹付けるとより好ましくなる。ケース５４を冷却保護できるからである。ここでは、半田付け所要時間が経過する直前からエアの吹付けを行う信号を伝え、圧縮エアが導管８３,エア流路８１を通って、出口孔８０からケース５４へ吹付けられる。半田付けスップの終了直前に、空冷手段８の信号入力(ステップ１０４)により、弁８３１を開にして、エア吹付けを行ってから前記ポンプオフ(ステップ１０５)へと進む。

前記ポンプ３１の停止と略同時又は少し遅れて、収縮状態にあった第一ロッド４２が伸長して、基板５２が上端位置へ到達する。到達後、昇降機構４の信号切(ステップ１０６)になり、続いて、伸長状態にあった第二ロッド７２が収縮し、盤状体６３がケース５４から上方へ離れ、図３の初期位置に戻る。そして、押圧手段７の信号切(ステップ１０７)になる。これを受けて、空冷手段８の信号切(ステップ１０８)になり、半田付けが終了する。電子部品５３の基板下面５２ｂ側に覗くリード５３１に所望の半田付けが行われた図１１の実装基板製品に仕上がっている。リード５３１と半田が馴染んで、良好なフィレットＦが形成される。
符号７３は天板６２に設けた孔,ボス穴に挿通して、第二ロッド７２と平行になるようにして基端を盤状体６３に固着したガイド軸を示す。

（２）半田付け装置を用いた半田付け方法
前記半田付け装置を用いて、例えば次のようにして半田付け方法が行われる。半田装置は、既述のごとく、槽内にヒータＨＴで加熱した溶融半田Ｍを収容する半田槽１が設けられ、且つ該溶融半田Ｍをポンプ３１で循環させ、該半田槽１の上方に突出する噴流ノズル２の吐出口２２から溶融半田Ｍを噴流させる。そして、この噴流する溶融半田Ｍに、マスク治具５１を介して保持枠４５に支えられた基板５２のスルーホール５２０が浸かる下端位置と該噴流する溶融半田Ｍから離れた上端位置との間で該保持枠４５を昇降させる昇降機構４を備え、且つ吐出口２２の開口面積２２０を噴流ノズル基端部２１の開口面積２１０よりも広くした装置である。

本半田付け方法は、予め電源スイッチＳ１をオンにし、ヒータＨＴによって半田槽１に溶融半田Ｍが貯留され、且つ図３の初期状態とする。
また、前処理として、図５のケース５４で覆った電子部品５３搭載の基板５２(以下、単に「被半田付け物」ともいう。)のマスク治具５１へのセットと、フラックス塗布をする。図４のごとく、スルーホール５２０にリード５３１を挿入して電子部品５３を載せた基板５２を、マスク治具５１に四個(複数)セットする。尚、本発明のリード５３１にはピンを含む。電子部品５３を簡略図示するが、電子部品５３を載せた基板５２はケース５４で覆われており、本実施形態はこれが被半田付け物になる。本半田付けを終えると、本発明の制御手段ＣＲとして組み込んでいるソリッドステート・リレー(ＳＳＲ)の製品になる。
次いで、被半田付け物がセットされたマスク治具５１を、図示しないフラックス塗布装置(特許第5421955号)の上面開口上に置いて、フラックス塗布する。該塗布装置を用いて、スルーホール５２０から覗くリード５３１等の必要箇所にフラックス塗布を行う。続いて、フラックス塗布完了の被半田付け物が載ったマスク治具５１を、保持枠４５にセットして図３の状態にする。

その後、作業者が起動スイッチＳ２を押し、制御手段ＣＲ,昇降機構４等によって経時的動作を加えて、基板５２に載せた電子部品５３への本半田付けを行う。その動作工程と作用を以下に説明する。
まず、起動スイッチＳ２を入れ、昇降機構４及びポンプ３１を起動させる。エアシリンダの第一ロッド４２が収縮し、基板５２が速やかに下降して下端位置に到達する(図６)。下端位置に到達すると、電子部品５３,基板５２が半田槽１から溶融半田Ｍの熱を受けるので、フラックスが活性化していく。
プリヒートの設定時間の終了までこの状態を保つ。設定終了時間が近づくにつれ噴流ノズル２内を、図６の矢印速度で上昇してくる溶融半田Ｍからの熱量も受け、フラックスの活性化が進む。そして、フラックス活性化完了とする設定時間が経過した後(ここでは直後)、噴流ノズル２内を上昇してきた溶融半田Ｍを吐出口２２から噴流させる(図７)。溶融半田Ｍの一部が吐出口２２からオーバーフロー受皿１８へ流れ出る。

上述の吐出口２２へ達した溶融半田Ｍの上昇噴流によって、基板５２に載る電子部品５３のリード５３１を挿入したスルーホール５２０が該溶融半田Ｍに浸かり、半田付けが始まる。溶融半田Ｍが上昇する噴流アップ方式になるので、基板下面５２ｂと溶融半田Ｍの液面Ｍ１間に在る空気ｕやスルーホール５２０内の空気ｕをうまく追い出す(図８)。よって、良好な半田付けが開始する。この開始時点から半田付け完了までの所要時間（3～5秒程度）が経過するまで、基板５２に載る電子部品５３のリード５３１を挿入したスルーホール５２０を溶融半田Ｍに浸けて、半田付けが行なわれる。

その後、リード５３１を挿入したスルーホール５２０が溶融半田Ｍに半田付け所要時間浸かった時点に到達後、直ちにポンプ３１を停止する。ポンプ停止により、吐出口２２に在る溶融半田Ｍの半田液面Ｍ１が下降する(図１０)。吐出口２２の広い開口面積２２０を占めていた噴流ノズル２の半田液面Ｍ１が下降し、最終的に図３のごとく噴流ノズル２の基端部２１又はその下方位置にまで半田液面Ｍ１が下がる。半田液面Ｍ１が下がることにより、広い面積を占める吐出口２２にて溶融半田Ｍが噴流状態で空気に触れて、酸化膜ができる不具合は大きく軽減される。

また、前記ポンプ３１の停止と略同時に、昇降機構４に係る第一シリンダ４１の収縮状態にあった第一ロッド４２を伸長させる。第一ロッド４２の伸長により、前記基板５２が上昇する。上端位置へ到達したところで、昇降機構４の信号を切って、一連の半田付け工程が終了する。

本実施形態は、さらにより良好な半田付けを行うべく、既述の押圧手段７と空冷手段８を設けている。
押圧手段７を設けて、起動スイッチオンにより、昇降機構４、ポンプ３１、及び押圧手段７を起動させる。該押圧手段７に係る第二シリンダ７１の第二ロッド７２が進出して、盤状体６３がケース５４を下方へ向けて押圧すると同時に又は押圧後に、昇降機構４の第一ロッド４２が収縮し、基板５２が下降する(図３)。押圧手段７への圧縮エアの供給により、第二ロッド７２が進出して盤状体６３がケース５４を押さえる(図６)。エア圧を受けた盤状体６３がケース５４を上面５４ａから押さえるので、マスク治具５１に載置セットされたケース５４,電子部品５３付き基板５２が位置ずれを起こさず、また不安定にならない。ケース５４,基板５２等は、その後の半田付けに伴う上下動の動きにも安定維持される。
盤状体６３がケース５４を下方へ向けて押圧する状態は、半田付けが終了し、さらに第一ロッド４２の伸長で、基板５２が上昇して上端位置へ達し、昇降機構４の信号切になるが、この時点まで継続させる。この後、押圧手段７の第二ロッド７２を収縮させ、図３の初期状態にして押圧手段７の信号切とする。

また、空冷手段８を設けて、起動スイッチオンにより、昇降機構４、ポンプ３１、押圧手段７、及び空冷手段８を起動させる。半田付け所要時間の経過と同時又は直前から該空冷手段８のエア吹付けが行なわれる。プリヒート,半田付け工程では半田槽１からの熱、さらに噴流ノズル吐出口２２の溶融半田Ｍとの接触,近接による熱を受けて、ケース５４及び該ケース５４内の電子部品５３が温度上昇するが、空冷手段８のエア吹付けによって、ケース５４等を冷却し、品質を安定保持する。本実施形態は、半田付け所要時間が経過する直前から、弁８３１を開にしてエアの吹付けを行う。圧縮エアを導管８３,エア流路８１を経由して出口孔８０からエアをケース５４へ吹付ける。ここでは、ケース５４が樹脂製で十分な耐熱性を有しておらず、半田付けによる製品歩留まりを低下させる問題があったが、エアの吹付けによってこの問題を見事解決し、品質維持に貢献している。
本実施形態の空冷手段８によるケース５４へのエア吹付けは、半田付け所要時間が経過する直前から開始するが、ポンプオフ１０５のステップ後でも続いている(図１０)。エア吹付け終了は、前記押圧手段７の第二ロッド７２を収縮させて図３の初期状態にして押圧手段７の信号切の後、空冷手段８の信号切を伝えて、エアの吹付けを止めて終了する。その後、半田付けを終えた所望の実装基板５２が作業者によって取り出されることになる。
後は、上記一連動作の１サイクルを繰り返して、本発明の半田付けが次々と行われる。他の構成は（１）の半田付け装置で述べた内容と同様で、その説明を省く。（１）と同一符号は同一又は相当部分を示す。

（３）効果
このように構成した卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法は、特許文献１のようなプリヒート用の流路確保やファン等の設備なしにて、プリヒートができるので、装置コストを安くできる。また、プリヒート用の流路確保を不要とするので、ケーシング９の外形が同じであっても、半田槽１,噴流ノズル２を大きくでき、装置の能力アップにつながる。これにとどまらず、下端位置に停止させた基板５２に向けて溶融半田液面Ｍ１が上昇する噴流アップ方式により、半田付け品質を良好に保って、しかも複数の基板５２の半田付けを一度に実現できるなど、品質向上,生産性向上に優れた効果を発揮する。

請求項１,３のごとく、基板５２が下端位置に到達し、プリヒート設定時間を経過させた後、噴流ノズル２内を上昇していた溶融半田Ｍを吐出口２２から噴流させて半田付けすると、下端位置にある基板５２が半田槽１の熱を受け、且つ半田液面Ｍ１が噴流ノズル２内を上昇してくる間にも溶融半田Ｍから熱を受けるので、プリヒートに必要な熱量が十分得られる。よって、特許文献１のようなプリヒート用の流路確保やファン等の設備をなしにできる。現在、製品出荷している特許文献１と比べ、装置容量のコンパクト化,低コスト化を実現する。

ところで、卓上半田付け装置においては、第一シリンダ４１等の昇降機構４による基板５２を下降させて下端位置へ到達する時間に比べ、溶融半田Ｍは比重大にして、ポンプ作動後、溶融半田Ｍの液面Ｍ１が噴流ノズル２の吐出口２２まで上昇するのに時間がかかる。しかるに、本発明は、昇降機構４,ポンプ３１を略同時に起動させ、溶融半田Ｍの酸化膜生成防止のために当初下げておいた液面Ｍ１が、縦筒部１６,噴流ノズル２を上昇し、吐出口２２から噴流して半田付けをスタートさせるまで時間を有効活用する。昇降機構４,ポンプ３１を同時スタートさせて、基板５２を先に下端位置に到達させ、必要なプリヒート設定時間を確保する。溶融半田の酸化膜生成を極力回避するだけでなく、プリヒート用の時間を別途要しない優れものの発明になっている。制御手段ＣＲに組込まれるタイマーでの時間調整もなしかあっても僅かで済む。

また、基端部２１の開口面積２１０よりも吐出口２２の開口面積２２０が広い噴流ノズル２を備えるので、一度に複数の製品(実施形態では四個の製品)が仕上がるようにして生産性を高めることができる。
特許文献１等の従来技術は、基端部２１の開口面積２１０よりも吐出口２２の開口面積２２０が広い噴流ノズル２を用いようとしても、支障をきたす。吐出口２２から溶融半田Ｍを噴流状態にして、溶融半田Ｍの液面Ｍ１へ基板５２を急降下させて半田付けを行う従来方法では、マスク治具下面５１ｂ,基板下面５２ｂの急下降に伴う風圧で、噴流する溶融半田液面Ｍ１が押されてしまい、半田付け不良になる場合がある。また基板５２と溶融半田Ｍの液面Ｍ１との間にある空気が抜けきらず、さらにスルーホール５２０に空気溜まりＥができて、歩留りが低下する問題がある。加えて、一度に複数の製品が仕上がるようにすると、吐出口２２の溶融半田液面Ｍ１が大きくなり、半田液面Ｍ１と基板下面５２ｂとの間の空気が一層抜けなくなる。基板５２をゆっくりと下降させて半田付けを行えば、歩留りを向上させることができるが、ゆっくりと下降させる分、タクト時間が長くなり生産性を低下させる新たな問題を招く。
一方、本発明は溶融半田の比重が大であり、溶融半田液面Ｍ１の速度が遅く、縦筒部１６,噴流ノズル２をゆっくり上昇するので、吐出口２２の開口面積２２０を広くしても、基板下面５２ｂに溶融半田Ｍが付着するまでに、溶融半田液面Ｍ１とマスク治具５１,スルーホール５２０間の空気が綺麗に抜けきる。下端位置に停止させたマスク治具５１,基板５２に、ゆっくりと噴流する溶融半田Ｍが上昇し、マスク治具下面５１ｂ側で凹んでいる基板下面５２ｂ,スルーホール５２０に、噴流半田を効果的に噴流注入できる。卓上半田付け装置において、これまで発生していた半田付けの品質不良を一挙に解決する。

加えて、吐出口２２から溶融半田Ｍが噴流する状態にして、該溶融半田Ｍの液面Ｍ１へ向けて基板５２を下降させて半田付けを行う特許文献１等の従来法は、溶融半田Ｍの噴流液面Ｍ１が上がった状態を保って空気に触れているので、酸化膜ができ易くなる。吐出口２２の開口面積２２０を広くすれば、酸化膜がその分、増加し品質低下を招く。
ちなみに、吐出口２２の広い開口面積を回避すべく、半田槽１の縦筒部１６から吐出口２２を被半田付け物の個数に合わせて分岐させた開口面積小の吐出口２２を複数有する噴流ノズル２を立てることも考えられる。しかし、溶融半田Ｍを噴流させたまま、従来技術のように半田付けを行うと、溶融半田Ｍの噴流液面Ｍ１が空気に触れる量は減るものの、分岐させた開口面積小の噴流ノズル２は、容量が小さくなって、噴流ノズル２の上下方向に溶融半田Ｍの温度勾配ができる。半田付け不良が増える新たな問題が発生する。

一方、本発明は溶融半田Ｍにスルーホール５２０が半田付け所要時間(3～5秒ほど)浸かった時点で、直ちにポンプ３１を停止させるので、停止に伴って、吐出口２２で広い面積を占めて噴流していた溶融半田Ｍは、噴流を止め且つ半田液面Ｍ１が下降するので、空気に触れる溶融半田Ｍの噴流液面Ｍ１が消え、前記酸化膜ができ難くなる。噴流が止まって静止した溶融半田液面Ｍ１の面積も、吐出側に比べてずっと小さい基端部２１側の面積となり、空気との接触面積自体も減るので、酸化膜防止に極めて好都合となる。

本発明は、上述のごとく半田付けの一回ごと、ポンプオンにして溶融半田Ｍの液面Ｍ１を上昇させ、吐出口２２からの溶融半田Ｍの噴流を開始して3～5秒間の半田付けを行い、そして半田付け終了後、ポンプオフにして半田液面Ｍ１を下げる構成である。しかるに、この動作時間が半田付けの処理能力を落とすことにはならない。溶融半田Ｍの液面上昇に時間がかかるが、本発明のプリヒートは、昇降機構４や押圧手段７の上下動だけでなく、溶融半田Ｍの液面上昇過程に要する時間帯が必要であり、相応の時間を要するからである。また溶融半田Ｍの液面下降では、第一ロッド４２の伸長動作だけでなく、半田付けが終了した製品の取出し、さらに次の半田付け用の被半田付け物のマスク治具５１へのセット、フラックス塗布用の時間が必要であり、溶融半田Ｍの液面下降の時間をはるかに超えるからである。溶融半田Ｍの液面Ｍ１を都度、上昇させまた下降させるに要する時間が半田付けの処理能力を低下させることはない。溶融半田Ｍの液面Ｍ１を都度、上昇させ下降させることが、逆に、溶融半田Ｍの酸化膜防止に極めて有益であり、品質向上に威力を発揮する。

また、請求項１,３のごとく押圧手段７をさらに設け、押圧手段７の盤状体６３でケース５４を下方へ向けて押圧すると、基板５２を覆うケース５４が半田付け過程で昇降機構４により上下動してもケース５４を安定して押圧保持するので、半田付けの品質向上に役立つ。

加えて、請求項２,４のごとく盤状体６３を活用した空冷手段８を設けて、半田付け所要時間の経過と同時又はその直前からケース５４へエア吹付けを行うと、耐熱性が十分でない樹脂製ケース５４の場合でも、該ケース５４を冷却するので、ケース５４の品質保持に貢献する。ケース５４が熱損傷を受けて不良品となるのを一挙に解決する。本発明が完成するまで、本半田付け製品を手作業で行っており、時にケース５４を半田ゴテで傷めることがあったが、歩留り向上,品質向上だけでなく、格段の生産性向上に寄与する。また電子部品５３等も冷却されるので、品質安定維持に役立つ。空冷手段８としての流路８１,入口孔８２,出口孔８０等の主構成要素が盤状体６３に組込まれるので、空冷手段８の機器を低コストで作製できる。
このように本卓上半田付け装置及びこれを用いた半田付け方法は、上述した数々の優れた効果を発揮し、多大な効を奏する。

尚、本発明においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。半田槽１,噴流ノズル２,ポンプ３１,昇降機構４,盤状体６３,押圧手段７,空冷手段８,制御手段ＣＲ等の形状,大きさ,個数,材料,材質等は用途に合わせて適宜選択できる。

１ 半田槽
２ 噴流ノズル
２１ 基端部
２２ 吐出口
３１ ポンプ
４ 昇降機構
４５ 保持枠
５１ マスク治具
５２ 基板
５２０ スルーホール
５３ 電子部品
５３１ リード
６３ 盤状体
７ 押圧手段
８ 空冷手段
９ ケーシング
ＨＴ ヒータ
Ｍ 溶融半田
Ｍ１ 半田液面（液面）

Claims (4)

1. ケーシング内にヒータで加熱した溶融半田を収容する半田槽が設けられ、且つ該溶融半田をポンプで循環させ、該半田槽の上方に突出する噴流ノズルの吐出口から噴流する溶融半田に、マスク治具を介して保持枠に支えられた基板のスルーホールが浸かる下端位置と該噴流する溶融半田から上方へ離れた上端位置との間で該保持枠を昇降させる昇降機構を備え、且つ前記吐出口の開口面積が噴流ノズル基端部の開口面積よりも広くなっており、さらに前記保持枠上に設けたフレームに本体固定部を取付け、可動部先端を盤状体に固着して進退動可能にし、該可動部の進出により、前記スルーホールにリードを挿入して前記基板上に載る電子部品を覆うケース上面に当てた該盤状体を下方に向けて押圧する押圧手段を設けた卓上半田付け装置を用い、
   前記昇降機構、前記ポンプ、及び該押圧手段を起動させて、該押圧手段で、該盤状体が前記ケースを下方へ向けて押圧すると同時に又は該押圧後に、前記基板が下降して前記下端位置に到達し、プリヒート設定時間を経過させた後に、噴流ノズル内を上昇していた溶融半田を前記吐出口から噴流させて、前記基板に載る電子部品のリードを挿入した前記スルーホールが該溶融半田に半田付け所要時間浸かった後、直ちに前記ポンプを停止し、該停止により前記噴流ノズルに在る前記溶融半田の半田液面を下降させることを特徴とする卓上半田付け装置を用いた半田付け方法。
2. 前記盤状体を貫通する流路が形成され、該流路の一端側入口孔に圧縮エア供給用の導管を接続し、他端側出口孔が該盤状体の下面側に露出するようにして、該導管へのエア供給により前記ケースへエアを吹付ける空冷手段を設け、前記昇降機構、前記ポンプ、前記押圧手段、及び該空冷手段を起動させて、前記半田付け所要時間の経過と同時又は直前から、前記ケースへの該エアの吹付けを行う請求項１記載の卓上半田付け装置を用いた半田付け方法。
3. ケーシング内にヒータで加熱した溶融半田を貯留する半田槽が設けられ、且つ該溶融半田をポンプで循環させ、該半田槽の上方に突出する噴流ノズルの吐出口から噴流する溶融半田に、マスク治具を介して保持枠に支えられた基板のスルーホールが浸かる下端位置と該噴流する溶融半田から上方へ離れた上端位置との間で該保持枠を昇降させる昇降機構を備える卓上半田付け装置において、
   基端部の開口面積よりも前記吐出口の開口面積が広い前記噴流ノズルと、
   前記保持枠上に設けたフレームに本体固定部を取付け、可動部先端を盤状体に固着して進退動可能にし、該可動部の進出により、前記スルーホールにリードを挿入して基板上に載る電子部品を覆うケース上面に当てた該盤状体を下方に向けて押圧する押圧手段と、
   起動スイッチオンによって、前記昇降機構、前記ポンプ、及び該押圧手段が起動して、押圧手段の該盤状体で該ケースを下方へ向けて押圧すると同時に又は該押圧後に前記基板を下降させる信号を伝え、前記基板が下降して前記下端位置に到達し、プリヒート設定時間が経過後に、前記ポンプによる液面上昇中の溶融半田が前記吐出口から噴流して、該溶融半田に前記スルーホールが半田付け所要時間浸かった時点で、直ちに前記ポンプを停止させる制御手段と、を具備することを特徴とする卓上半田付け装置。
4. 前記盤状体を貫通する流路が形成され、該流路の一端側入口孔に圧縮エア供給用の導管を接続し、他端側出口孔が該盤状体の下面側に露出するようにして、前記ケースへエアを吹付ける空冷手段を設け、前記制御手段が、前記起動スイッチオンによって、前記昇降機構、前記ポンプ、前記押圧手段及び該空冷手段が起動して、前記半田付け所要時間の経過と同時又はその直前から該エアの吹付けを行う信号を伝える請求項３記載の卓上半田付け装置。

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