JP2010274286A - はんだ用ノズル及び噴流はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルのはんだ噴流の揺らぎを抑制し、複数点のはんだ付けを同時に良好に行うことができるはんだ用ノズル及び噴流はんだ付け装置を提供すること。
【解決手段】ノズル１の中心には、軸中心に沿って、溶融したはんだをノズル１の基端側から先端側に供給する内部流路が形成されている。この内部流路は、先端側にて、２つの円柱形状の流路（ノズル孔）１３、１５に分かれている。２つのノズル孔１３、１５は円形であり、両ノズル孔１３、１５を分離するように隔壁１７が設けられている。このノズル１は、ノズル先端より溶融したはんだを噴出させて、所定のはんだ付け箇所に対するはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置２３に用いられる。このノズル１を用いることにより、１回のスポット的なはんだ付けによって、一度に複数の部品のはんだ付けが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリント基板に対してはんだを噴流させて、局所的（スポット的）にはんだ付けを行うことができるはんだ用ノズル及び噴流はんだ付け装置に関する。

従来より、ノズルの噴出孔（ノズル孔）よりはんだを上方に噴流させ、ノズルの上方に配置したプリント基板等のはんだ付けを行う箇所（はんだ付け箇所）に、スポット的にはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置が知られている。

この種の装置については、例えば下記(1)〜(4)に示す様な各種の技術が開示されている。
(1)プリント基板のはんだ付け箇所の下方に、網目フィルタを有するノズルを配置し、ノズルからハンダを上方に噴出する噴流式局所はんだ付け装置（特許文献１参照）。

(2)はんだ貯留体に複数のノズルを配置するとともに、ノズルの下部の透孔の面積を規定することにより、ノズルから上方に噴出するハンダの量を調節してハンダの凹凸を制御するはんだ付け装置（特許文献２参照）。

(3)ノズルを備えたはんだ機をリニアアクチュエータに取り付け、ＸＹＺ方向の移動を制御することによりはんだ付けを行うはんだ付け装置（特許文献３参照）。
(4)ノズルの噴出孔を、プリント基板の搬送方向に対して長くなる長孔形状としたスポットはんだ付け装置（特許文献４参照）。

特開２０００−２２３８２７号公報 特開２００７−２２２９００号公報 特開２００５−１６７１４２号公報 特開２００７−１３４６０９号公報

ところで、上述した特許文献１〜３等の噴流はんだ付け装置によって、複数点のはんだ付け箇所を同時にはんだ付けする場合には、図８（ａ）に示す様に、ノズルの口径を大きくして対応することが考えられるが、その口径内に既にはんだ付けされた他の実装部品があると、他の実装部品にもはんだの熱が加わることにより、他の実装部品が離脱する恐れがある。また、この問題を回避するために、各部品の配置の間隔を大きくする等の対策をとると、基板サイズが大きくなってしまう。

一方、同時にはんだ付けを行わない場合には、ノズル口径を小さくすることができ、実装範囲もはんだ付け箇所に近づけることができるが、一点ずつの実装になるため、はんだ付けに時間がかかる（ピースタイムがかかる）という問題がある。

これらの課題に対して、前記特許文献４の技術では、前記図８（ａ）に示す様に、ノズルの噴射口（ノズル孔）の開口形状をプリント基板等の搬送方向に対して長い長穴形状とすることで、はんだ付け工程の時間を短くしようとしているが、それだけでは十分ではない。

つまり、ノズル孔が長穴形状の場合には、はんだ付けの際の装置の振動や、はんだ付け後のワークとの離れ具合などによっては、噴流頂点が安定しないことがあり、この現象はノズル孔の開口面積が大きくなるほど発生し易くなるという問題がある。

このはんだ噴流の偏りが安定して同一箇所に現れるならば、何らかの対応が可能であるが、図８（ｂ）に示す様に、実際にははんだ噴流の偏りは安定せず、よって、はんだ噴流の頂点の位置や高さも安定しないので、はんだ付けの安定性に欠けるという問題がある。その結果、はんだ付けの際に、バックフィレットの生成が阻害されたり、近接部品へのはんだのはみ出しが発生することがある。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、ノズルのはんだ噴流の揺らぎを抑制し、複数点のはんだ付けを同時に良好に行うことができるはんだ用ノズル及び噴流はんだ付け装置を提供することを目的とする。

（１）請求項１の発明は、溶融したはんだを噴出可能なノズル孔を備えたはんだ用ノズルにおいて、複数の前記ノズル孔をノズルの先端側に設けるとともに、該複数のノズル孔を一定方向に１列に配列したことを特徴とする。

本発明では、ノズルの先端側に、一定方向に１列に配列された複数のノズル孔を備えているので、複数のノズル孔から噴出したはんだが合流して一つのはんだ噴流となる際に、はんだ噴流の偏りを抑制でき、はんだ噴流の頂点の位置や高さが安定する。

即ち、本発明は、噴出したはんだが合流して一つのはんだ噴流を形成可能な複数のノズル孔を備えており、隣り合うノズル孔から噴出したはんだ噴流同士が干渉しつつ合流することにより、一体化したはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、はんだ付けを安定して行うことができる。その結果、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けする場合でも、バックフィレットの生成を好適に行うことができ、近接部品へのはんだのはみ出しを防止することができる。

つまり、本発明によれば、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けするために、はんだ噴流を大きくする場合でも、従来の様なはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、効率よく且つ良質なはんだ付けを行うことができる。

また、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けせず、各々１箇所ずつはんだ付けする場合は、無駄にノズル径が大きいものより、はんだ付け箇所の大きさに合わせた小径のノズルを使用できる。しかし、はんだ付けの対象となるプリント基板等の部材が熱引きの良い材料や形状からなるときには、熱を十分に伝導するために、はんだのディップ時にノズル位置を静止させなければならず、ノズルを移動させながら連続ではんだ付けを行う工程には適用できない。

それに対して、本発明では、ノズルの先端側に、一定方向に１列に配列された複数のノズル孔を備えているので、はんだ付けの対象となる部材が、熱引きの良い材料や形状からなる場合であっても、ノズルを当該一定方向に沿って移動させながら連続ではんだ付けを行うことができる。

なお、隣り合う各ノズル孔の形状（開口形状や流路の形状）としては、同じ形状（従って開口側から見た場合、線対称の形状）のものが好適である。
（２）請求項２の発明は、隣接する前記ノズル孔同士を、該ノズル孔の内径の１０％以下の隔壁により分離したことを特徴とする。

本発明では、ノズル孔を分離する隔壁の厚みを、ノズル孔の内径の１０％以下にすること、即ち、ノズル孔同士を近接して配置することにより、隣り合うノズル孔から噴出したはんだ噴流同士が好適に干渉しつつ合流するので、より安定したはんだ噴流を実現することができる。

ここでノズル孔の内径とは、ノズル孔の断面が円形である場合には円の直径であり、円形でない場合には、同じ面積の円形に換算した場合の直径である。
（３）請求項３の発明は、溶融したはんだを噴出可能なノズル孔を備えたはんだ用ノズルにおいて、ノズルの先端側に前記ノズル孔を設けるとともに、該ノズル孔の開口形状を、隣接した開口部同士が該開口部の内径よりも幅が狭い連通部で一体化された形状としたことを特徴とする。

本発明では、ノズルの先端側に、隣接する開口部同士が連通部を介して一体化したノズル孔を備えているので、前記請求項１の発明と同様に、はんだ噴流の偏りを抑制でき、はんだ噴流の頂点の位置や高さが安定する。

即ち、本発明により、隣り合う開口部から噴出したはんだ噴流同士が干渉しつつ合流することにより、一体化したはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、はんだ付けを安定して行うことができる。その結果、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けする場合でも、バックフィレットの生成を好適に行うことができ、近接部品へのはんだのはみ出しを防止することができる。

つまり、本発明によれば、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けするために、はんだ噴流を大きくする場合でも、従来の様なはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、効率よく且つ良質なはんだ付けを行うことができる。

また、本発明では、ノズルの先端側に、隣接する開口部同士が連通部を介して一体化したノズル孔を備えているので、はんだ付けの対象となる部材が、熱引きの良い材料や形状からなる場合であっても、ノズルを開口部が並ぶ方向に移動させながら連続ではんだ付けを行うことができる。

ここで、開口部の内径よりも幅が狭いとは、連通部の寸法（連通する流路部分の最小寸法）が、開口部の最大径（円形の場合には直径）より小さいことを意味する。
つまり、連通部の寸法（平面寸法）は、あまり大きすぎて隣接する開口部が中央にくびれの無い１つの長円のようになると、はんだ噴流の安定化の効果が低下するので、例えば開口部の直径の８％以下の寸法（隣接する開口部の中心を繋ぐ線に対して垂直の寸法）が好適である。

なお、隣接する各開口部の形状（開口形状や流路の形状）としては、同じ形状（従って開口側から見た場合、線対称の形状）のものが好適である。
（４）請求項４の発明は、前記ノズル孔の開口形状が、長円の長手方向における中央部がくびれた形状であることを特徴とする。

本発明により、好適にはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、効率よく且つ良質なはんだ付けを行うことができる。
なお、長円の長手方向における中央部がくびれた形状（まゆ形状）としては、例えば左右一対の円孔の外周が重なり、この重なり部分が連通部となった形状が挙げられる。

（５）請求項５の発明は、前記ノズルの先端側に凹部を備えるとともに、該凹部の底面に前記ノズル孔が開口することを特徴とする。
本発明では、ノズルの先端側に凹部を備えているので、一層はんだ噴流のゆらぎを抑制する整流作用を有するとともに、電子部品のリードがランダムに突き出していても干渉することがなく、はんだ付けを実施できるという利点がある。

（６）請求項６の発明は、前記ノズル孔を含む前記ノズルの先端面の形状が、長円形状であることを特徴とする。
本発明は、ノズルの先端面の形状を例示したものである。この形状であれば、所定方向に複数のはんだ箇所を、一度のディップにより好適にはんだ付けすることができる。

（７）請求項７の発明（噴流はんだ付け装置）は、前記請求項１〜６のいずれかに記載のはんだ用ノズルを備えるとともに、前記はんだ用ノズルに対して溶融したはんだを供給する装置本体を備えたことを特徴とする。

本発明では、装置本体からノズルにはんだを供給し、ノズル先端からはんだを噴出することにより、プリント基板等のワークに対して、はんだ付け作業を効率良く行うことができる。

実施例１のはんだ用ノズルの斜視図である。 （ａ）実施例１のはんだ用ノズルの平面図、（ｂ）はんだ用ノズルの正面図、（ｃ）はんだ用ノズルの側面図である。 （ａ）はんだ用ノズルのＡ−Ａ断面図、（ｂ）はんだ用ノズルのＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はんだ用ノズルのＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はんだ用ノズルのＤ−Ｄ断面図、（ｅ）はんだ用ノズルのＥ−Ｅ断面図である。 噴射はんだ付け装置を示す説明図である。 はんだが噴出する状態を示す説明図である。 はんだ付けの状態を示す説明図である。 （ａ）実施例２のはんだ用ノズルの平面図、（ｂ）そのＦ−Ｆ断面図である。 従来技術の説明図である。

以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。

ａ）まず、本実施例のはんだ用ノズルについて説明する。
本実施例のはんだ用ノズルは、ノズル先端より溶融したはんだを噴出させて、プリント基板等のはんだ付け箇所に対するはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置に用いられるノズルであり、このはんだ用ノズルを用いることにより、１回のスポット的なはんだ付け（ディップ）によって、一度に複数の部品のはんだ付けが可能である。

以下、詳細に説明する。
図１及び図２に示す様に、本実施例のはんだ用ノズル（以下単にノズルと称する）１は、テーパ状で扁平な先端部３と先端部３の基端側（図１下方）から伸びる円柱状の基端部５とが一体に形成された長尺の管状の金属部材であり、基端部５の外周面にはネジ山７が形成されている。

図３に示す様に、ノズル１の中心には、軸中心に沿って、溶融したはんだをノズル１の基端側（図３（ａ）下方）から先端側（図３（ａ）上方）に供給する内部流路１１が形成されている。

この内部流路１１は、基端側は円柱形状であるが、途中から扁平な円柱形状（長円形状）となり、更に先端側にて、２つの円柱形状の流路（ノズル孔）１３、１５に分かれている。

前記図２（ａ）に示す様に、２つのノズル孔１３、１５は例えば直径４ｍｍの円形であり、両ノズル孔１３、１５を分離するように、ノズル孔１３、１５の直径の１０％以下の厚み（例えば最薄部分の厚み０．４ｍｍ）の隔壁１７が設けられている。

なお、前記図２（ｂ）に示す様に、隔壁１７の高さＨ１としては、ノズル１の先端部３内の内部流路の高さＨ２の０．３〜０．９倍程度（例えば０．５倍程度）を採用できる。
また、前記図１に示す様に、ノズル１の先端部には、両ノズル孔１３、１５及び隔壁１７を囲む様に、隔壁１７の先端面より先端側に例えば１ｍｍ程度の高さで突出する厚みが約１ｍｍの長円形状の外壁１９が形成されている。詳しくは、外壁１９の平面形状は、長方形の長手方向の両端がノズル孔１３、１５の内壁に沿って湾曲するように半円となった形状である。従って、この外壁１９により、ノズル１の先端側には深さ１ｍｍ程度の凹部２１が形成されている。

なお、上述したノズル１は、例えば純鉄からなる棒状の金属部材を鋳造により製造し、その部材に対して外周側を加工する切削加工や内部流路１１を形成するドリル加工などを行うことにより製造できる。

ｂ）次に、本実施例のノズル１を取り付けた噴射はんだ付け装置について説明する。
図４に示す様に、噴射はんだ付け装置２３は、溶融したはんだを収容する（図示しないヒータを有する）容器２５と、はんだを噴射するためのポンプ２７を有する噴射装置２９とを備えている。なお、容器２５と噴射装置２９とにより装置本体３０が構成されている。

前記噴射装置２９には、Ｌ字状のパイプ３１が取り付けられており、その垂直方向に伸びるパイプ３１の先端に、ノズル１が固定されている。
そして、噴射はんだ付け装置２３上方に、はんだ付けの対象となるプリント基板３３が配置される。

この噴射はんだ付け装置２３の作動中には、噴射装置２９からノズル１にはんだが供給されるので、図５に示す様に、ノズル１の先端から（即ちノズル孔１３、１５から）溶融したはんだが上方に噴出する。

詳しくは、各ノズル孔１３、１５から噴出したはんだは、凹部２１内で互いに干渉しつつ合流して一体となり、ノズル１の先端面より盛り上がるように上方に山状に噴出し、その後ノズル１の外周に沿って流れ落ちる。

なお、実際のはんだ付けの際には、一体化したはんだ噴流の頂点の高さは、隔壁１７の上面より３．５ｍｍ以上であった。また、隔壁１７の上方におけるはんだ噴流の高さは全体的に隔壁１７の上面より３．５ｍｍ以上であり、隔壁１７の上方でははんだ噴流に凹みは見られなかった。

ｃ）次に、噴射はんだ付け装置２３を用いたはんだ付けの動作について、詳細に説明する。
図６に示す様に、ノズル１の上方には、プリント基板３３が水平に配置されており、このプリント基板３３の上面には（はんだ付け前の）電子部品３５を載置されている。従って、電子部品３５のリード３７は、プリント基板３３を上方から下方に貫いて伸びた状態である。

はんだ付けを行う箇所（はんだ付け箇所）は、各リード３７がプリント基板３３を貫通する部分であるので、ここでは、例えば３本のリード３７を一度にはんだ付けする場合を例に挙げて説明する。

具体的には、３本のリード３７のはんだ付けを１度にスポット的に行う場合には、ノズル１の先端面に対してプリント基板３３を平行に配置し、３本のリード３７の先端が、凹部２１内に位置するようにする。

なお、凹部２１の深さは、ノズル１の外壁１９の先端面とプリント基板３３の下面との間隔Ｄ１と、リード出寸法（プリント基板３３からリード３７の先端が突出する寸法Ｄ２）と噴流安定度とのバランスによるが、例えば上記の様に１ｍｍ程度が好適である。

これにより、ノズル１の先端から噴射されたはんだが、３本のリード３７のプリント基板３３の貫通部分に付着するので、１回のディップにより複数箇所（ここでは３箇所）のはんだ付けを同時に行うことができる。

従って、プリント基板３３のはんだ付け箇所をはんだの噴出部分に接触させる動作を、ロボット等の自動機械に記憶させておけば、１度に複数箇所をはんだ付けする動作を、連続して行うことができる。

ｃ）この様に、本実施例では、ノズル１の先端側に、一定方向に配列された２個の近接したノズル孔１３、１５を備えているので、隣接するはんだ孔１３、１５から噴出するはんだ噴流が干渉しつつ合流する。よって、合流し一体化したはんだ噴流の偏りを抑制でき、はんだ噴流の頂点の位置や高さが安定する。即ち、本実施例により、はんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、はんだ付けを安定して行うことができる。その結果、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けする場合でも、バックフィレットの生成を好適に行うことができ、近接部品へのはんだのはみ出しを防止することができる。

つまり、本実施例によれば、複数のはんだ箇所を一度にはんだ付けするために、はんだ噴流を大きくする場合でも、従来の様なはんだ噴流の揺らぎを抑制できるので、効率よく且つ良質なはんだ付けを行うことができる。

また、本実施例では、はんだ付けの対象となる部材が、熱引きの良い材料や形状からなる場合であっても、ノズル１を移動させながら連続ではんだ付けを行うことができる。
更に、本実施例では、ノズル１の先端側に凹部２１を備えているので、一層はんだ噴流のゆらぎを抑制する整流作用を有するとともに、電子部品のリードがランダムに突き出していても干渉することがなく、はんだ付けを実施できるという利点がある。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。
まず、本実施例では、ノズル孔の形状が前記実施例１と異なるので、主に異なる点を説明する。

図７に示す様に、本実施例のノズル４１は、前記実施例１と同様に、テーパ状で扁平な先端部４３と円柱状の基端部４５とを備えるとともに、ノズル４１の軸中心に沿って、内部流路４７を備えている。

この内部流路４７は、基端側は円柱形状であるが、途中から（軸方向に垂直の）断面がまゆ形状（長穴の中央部がくびれた形状）となって１つのノズル孔４９となっている。
詳しくは、このノズル孔４９は、隣接する例えば直径４ｍｍの円柱形状の開口部５１、５３が一体となった形状である。即ち、左右の円形の開口部５１、５３の外周が重なっており（例えば外周の１２．５％以下の範囲内で重なっており）、この重なり部分（連通部）５７にて連通して一体の孔となった形状である。よって、本実施例のノズル４９には、両開口部５１、５３の間に、実施例１のような隔壁はなく連通している。

また、図７において、開口部５１、５３の中心の点は、各開口部５１、５３を流れるはんだの流れの中心を示している。つまり、本実施例では、両開口部５１、５３を、上方に向かって噴出するはんだの流れが互いに干渉しあって一体化し、安定したはんだの噴流が形成されると推定される。

なお、連通部５７の寸法（平面寸法）は、あまり大きすぎて左右の開口部５１、５３が中央にくびれの無い１つの長円のようになると、はんだ噴流の安定化の効果が低下するので、例えば開口部５１、５３の直径の８％以下の寸法（左右の開口部５１、５３の中心を繋ぐ線に対して垂直の寸法）が好適である。

従って、本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、本実施例においても、ノズル４１の先端側に、前記実施例１と同様な凹部５５が形成されているが、凹部５５を省略することも可能である。

また、本発明は、前記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
例えば前記実施例１、２では、２個のノズル孔又は開口部を備えたノズルを例に挙げたが、ノズルの先端側に、３個以上のノズル孔又は開口部を設けてもよい。

１、４１…ノズル
３、１５、４９…ノズル孔
１７…隔壁
２１、５５…凹部
２３…噴流はんだ付け装置
３０…装置本体
５１、５３…開口部
５７…連通部

Claims (7)

1. 溶融したはんだを噴出可能なノズル孔を備えたはんだ用ノズルにおいて、
   複数の前記ノズル孔をノズルの先端側に設けるとともに、該複数のノズル孔を一定方向に１列に配列したことを特徴とするはんだ用ノズル。
2. 隣接する前記ノズル孔同士を、該ノズル孔の内径の１０％以下の隔壁により分離したことを特徴とする請求項１に記載のはんだ用ノズル。
3. 溶融したはんだを噴出可能なノズル孔を備えたはんだ用ノズルにおいて、
   ノズルの先端側に前記ノズル孔を設けるとともに、該ノズル孔の開口形状を、隣接した開口部同士が該開口部の内径よりも幅が狭い連通部で一体化された形状としたことを特徴とするはんだ用ノズル。
4. 前記ノズル孔の開口形状が、長円の長手方向における中央部がくびれた形状であることを特徴とする請求項３に記載のはんだ用ノズル。
5. 前記ノズルの先端側に凹部を備えるとともに、該凹部の底面に前記ノズル孔が開口することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のはんだ用ノズル。
6. 前記ノズル孔を含む前記ノズルの先端面の形状が、長円形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のはんだ用ノズル。
7. 前記請求項１〜６のいずれかに記載のはんだ用ノズルを備えるとともに、前記はんだ用ノズルに対して溶融したはんだを供給する装置本体を備えたことを特徴とする噴流はんだ付け装置。

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