JP4636085B2 - 噴流はんだ槽 - Google Patents

Description

本発明は、溶融はんだを噴流させてプリント基板のはんだ付けを行う噴流はんだ槽に関する。

一般にテレビ、ビデオのような家電製品に組み込むプリント基板のはんだ付けは大量に、しかも安価に生産しなければならないため、フロー法で行う。フロー法は、一度の操作でプリント基板全面のはんだ付けができるため、他のはんだ付けに比べて大量生産に優れたはんだ付け方法である。フロー法ではんだ付けを行う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を無端のコンベアが走行している。自動はんだ付け装置でプリント基板のはんだ付けを行う場合、コンベアでプリント基板を搬送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、冷却機で冷却を行うことによりなされる。自動はんだ付け装置に設置された各処理装置は、通常の使い方であれば長年月使用可能であるが、噴流はんだ槽だけは他の処理装置に比べて寿命が短い。その理由は、噴流はんだ槽が食われるからである。

この「食われ」とは、噴流はんだ槽を構成する部分が溶融はんだにより部分的に欠損を起こしてしまうことである。噴流はんだ槽で食われが発生すると、本体では穴が開いて高温となった溶融はんだが外部にこぼれ出るようになる。噴流はんだ槽からこぼれ出た溶融はんだは、自動はんだ付け装置の配線部分や作業場の床を焦がすばかりでなく、はんだ付け作業を行っていた作業者に火傷を負わすという大変な危険な状態になる。そのため噴流はんだ槽では、食われを起こさないような手段を講じている。その最も有効な手段は噴流はんだ槽を構成する部分にステンレスを用いることである。ステンレスは、表面にクロムやニッケルの強固な酸化膜が形成されているため、ステンレスの金属部分とを直接接することがない。従って、ステンレスは、溶融はんだがステンレスと合金化しにくく、それだけ食われが少ない。

しかしながらステンレスでも食われを起こすことがある。ステンレスが食われるのは、表面の強固な酸化膜がなくなって、清浄なステンレスの金属部分が露出したときである。つまり何らかの原因でステンレス表面の酸化膜が局部的になくなると、ステンレス中のFeと溶融はんだ中のSnが合金化する。そしてこの合金化したFeSnは融点が下がるため、溶融はんだ中に溶け込み、これがさらに周囲や内部に広がって、ついにはステンレスに穴が開いてしまうものである。

噴流はんだ槽のステンレスで表面の酸化膜が局部的になくなる原因は、噴流はんだ槽では溶融はんだが勢いよく流れ、その勢いよく流れる溶融はんだがステンレスを擦ってステンレス表面の酸化膜を物理的に剥がし取ってしまうからである。そのため噴流はんだ槽では、溶融はんだが勢いよく流れる部分に食われが多く発生する。食われの激しい部分は、溶融はんだの流れの速い部分であるポンプの周辺、特にポンプを設置したダクト下部の本体底面となるところである。

ここで図３を参照しながら従来の噴流はんだ槽について説明する。図３は従来の噴流はんだ槽の正面断面図である。噴流はんだ槽１の本体は無蓋箱状であり、全体がステンレスで形成されている。本体２内には溶融はんだ３が入れられており、図示しない電熱ヒーターで溶融状態にし、所定の温度に保たれている。また本体２内には一次噴流ノズル４と二次噴流ノズル（図示せず）が設置されている。一次噴流ノズル４には多数の噴出孔５・・・が穿設されている。

一次噴流ノズル４はダクト６と接続されており、ダクト上部には多数の穴７・・・が穿設された整流板８が設置されている。またダクト６の端部には、多数の羽根９・・・を放射状に取り付けたインペラポンプ１０が設置されている。インペラポンプ１０の上部中心には軸１１が固定されており、該軸の上端には図示しないスプロケットが取り付けられ、該スプロケットはやはり図示しないモーターと連動している。インペラポンプ１０が設置されたダクト６の下部には流入口１２が穿設されている。流入口１２は、インペラポンプ１０の放射状に取り付けられた羽根９の直径よりも僅かに小径となっている。

次に上記従来の噴流はんだ槽における溶融はんだの流動状態について説明する。先ず、図示しないモーターを駆動させて、やはり図示しないスプロケットを回転させ、さらにスプロケットに固定された軸１１を回転させると、軸１１が固定されたインペラポンプ１０が回転する。このときインペラポンプの多数の羽根９・・・間にある溶融はんだが羽根９の回転の勢いで跳ね飛ばされてダクト６の中を横方に送られる。このときダクト６の中を横方に送られた溶融はんだは、横方の流れが流動方向を上方に変えて上方となるため、溶融はんだは乱流となっている。この乱流となった溶融はんだは、整流板８の多数の穴７を通過して整流化される。そして整流板８で整流となった溶融はんだは、一次噴流ノズル４の多数の噴出孔５から噴出する。多数の噴出孔５・・・から噴出した溶融はんだは、多数の凹凸状となり、プリント基板が該凹凸状の溶融はんだに接触してはんだ付けがなされる。凹凸状の溶融はんだは、スルーホールや電子部品の隅部によく侵入するため、未はんだをなくすものである。しかしながら凹凸状の噴流は、隣接したはんだ付け部間にブリッジを形成させ、またリードの先端にツララを形成させるため、これらを図示しない二次噴流ノズルから噴流する穏やかな噴流で修正する。

ここで上記構造を有する従来の噴流はんだ槽で、本体底面に穴があく状態について説明する。インペラポンプ１０が回転し、インペラポンプの多数の羽根９・・・間にある溶融はんだが回転する羽根の勢いで跳ね飛ばされてダクト６の中の方に送られる。するとインペラポンプ１０はダクト６の流入口１２からダクト下部にある溶融はんだ３を羽根９間に吸い込む。このときインペラポンプ１０が回転しているため、この回転が流入口１２の下部にある溶融はんだをも回転さて渦流Tを起こさせる。そのため流入口１２の下方に位置する本体２の底面１３上で溶融はんだが渦流Tとなり、この渦流Tが本体２の底面１３を擦るようになる。その結果、底面１３のステンレスを被っていた酸化皮膜が除去されて正常な金属部分が露出し、ステンレスのFeとはんだ中のSnが合金化する。そしてこの合金化が進行して食われKとなり、ついには底面１３に穴が開いてしまうものである。

噴流はんだ槽における食われの原因は、はんだ中のSnとはんだ付け温度、即ち噴流はんだ槽内での溶融はんだの温度も関係している。つまり噴流はんだ槽では、噴流はんだ槽で使用するはんだ中のSn含有量が多いほど発生しやすくなるが、これは前述のようにステンレスのFeは、はんだ中のSnと合金化して食われとなるものであり、Snの含有量が多いほど、Feとの合金化が進行するからである。また噴流はんだ槽内での溶融はんだの温度が高いほど、食われが発生しやすくなるが、これはFeとSnの合金化が促進されるばかりでなく、この合金化したものが、高温となった溶融はんだ中に溶け込みやすくなるからである。

従来、プリント基板のはんだ付けに用いられていたはんだは、Pb-63Sn合金のはんだであった。該はんだは、Sn含有量が約６割、噴流はんだ槽中のはんだの温度が２２０〜２４０℃であり、このSn含有量とはんだの温度ではステンレスに対して食われを発生させにくいものであった。しかしながら従来のＰｂ−Ｓｎはんだは、Ｐｂが含まれているため、その使用が規制されるようになってきた。つまりPbは人体に蓄積されると悪影響を及ぼすとして近時ではＰｂを全く含まない「鉛フリーはんだ」が使用されるようになってきた。該鉛フリーはんだとは、Ｓｎ主成分（９５質量％以上）とし、これにＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐ等を適宜添加したものである。Ｓｎ主成分の鉛フリーはんだは、融点が２２０℃以上のものが多く、はんだ付け温度、即ち噴流はんだ槽内の溶融はんだの温度も必然的に高くせざるを得ず、一般には２５０〜２６０℃となっている。つまり鉛フリーはんだは、Ｓｎ含有量が多いうえに、さらに噴流はんだ槽内のはんだの温度も高いことから、鉛フリーはんだを用いた噴流はんだ槽では食われが多く発生していた。

従来のＰｂ−６３Ｓｎはんだに使用していた噴流はんだ槽も、近時の鉛フリーはんだを使用する噴流はんだ槽も構造や材質については、ほとんど変わらないものであり、該噴流はんだ槽で鉛フリーはんだを使用すると、Ｐｂ−Ｓｎはんだでは発生しなかった食われが発生してしまうものであった。鉛フリーはんだを用いて食われの激しい部分は、前述のようにポンプを設置したダクト下部の本体底面となるところである。本体底面が食われで穴があくと、噴流はんだ槽内の溶融はんだが全てこぼれ出て非常に危険難状態となる。本発明は、鉛フリーはんだを用いてもダクト下部の本体底面が食われにくいという噴流はんだ槽を提供することにある。

噴流はんだ槽において、ダクトの流入口下部にある本体底面に食われが発生しやすくなる原因がダクトの流入口下部における渦流の発生によるものであることから、本発明者はダクト下部の流入口で発生した渦流を本体底面に影響を及ぼさないようにすれば、本体底面が食われなくなることに着目して本発明を完成させた。

本発明は、本体内にダクトが設置されており、該ダクトの端部にポンプが設置され、しかも該ポンプの下部に流入口が穿設された噴流はんだ槽において、流入口下部で発生する渦流を本体底面に影響させない遮蔽部材が流入口と本体底面間に取り付けられているとともに、この遮蔽部材が、流入口の直径よりも大径の円形を有する板材であ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、ポンプ下部の流入口の下方に遮蔽部材を設置したため、遮蔽部材上で渦流が発生しても、該渦流が本体底面まで影響せず、その結果、本体底面は溶融はんだの渦流で擦られることがない。従って、本発明の噴流はんだ槽は、本体底面が溶融はんだに擦られることがなくなることから食われが発生せず、長期間にわたって安全にはんだ付け作業を行うことができるという従来の噴流はんだ槽にはない優れた効果を奏するものである。

本発明の噴流はんだ槽は、ダクトの流入口と本体底面間に遮蔽部材を設置したものであり、遮蔽部材の設置はダクトに設置してもよく、或いは本体底面に設置してもよい。

本発明の噴流はんだ槽に設置する遮蔽部材は、遮蔽部材が食われてもよい場合は、本体底面と同一材料、即ちステンレスを用いる。しかるに遮蔽部材を食われにくくする場合は、多少高価であるが溶融はんだが全く付着しないチタニウムやジルコニウムを用いる。またステンレスを用いて食われ防止を図るのであれば、ステンレス表面にフッ素樹脂のようなコーティングを施したり、ステンレス表面に窒化処理を施したりしてもよい。さらにまた溶融はんだが付着しない材料としては、セラミック、耐熱性樹脂のような非金属材料を用いることもできる。

本発明の噴流はんだ槽に用いる遮蔽部材は、流入口下部で発生する渦流を本体底面まで影響させないようにするものであれば如何なる形状のものでもよい。遮蔽部材の形状は、平らな板、網、パンチングプレート、円筒状等が採用可能である。

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の正面断面図、図２は要部の斜視図である。

本発明の噴流はんだ槽は、前述従来の噴流はんだ槽と同一部分は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

インペラポンプ１０が設置されたダクト６の下部には流入口１２が穿設されており、該流入口と本体２の底面１３間に遮蔽部材１４が設置されている。該遮蔽部材は、流入口１２の直径よりも大径の円形である。遮蔽部材１４はダクト６の下部に固定した複数の吊設棒１５・・・の下部に設置されている。

上記構造を有する本発明の噴流はんだ槽では、インペラポンプ１０が回転して、その回転に伴って流入口１２の下部にある溶融はんだに渦流Tが発生しても、渦流は遮蔽部材１４の上で発生し、本体底面１３に影響を及ぼさない。従って、遮蔽部材がステンレスで作られている場合は、渦流が遮蔽部材を擦ってステンレス表面の酸化物を除去し、正常な金属部分を露出させて遮蔽部材が食われて穴が開いたり周辺が削られたりするという所謂「犠牲」となる。このように遮蔽部材が食われた状態で長期間そのままの状態にしておくと、遮蔽部材がほとんど消失してしまい、遮蔽部材としての効果がなくなってしまう。そこで適時、遮蔽部材を点検して消失が大きくなったときには交換が必要であるが、遮蔽部材のためだけに点検を行うことはない。即ち噴流はんだ槽では、長期間使用するうちに、はんだの酸化物が本体壁面、ダクト壁面、整流板等に付着し、これが使用時に剥がれてプリント基板に付着することがある。そのため噴流はんだ槽では、一定期間経過毎に定期的に酸化物の清掃を行っている。この定期的な酸化物の清掃時に遮蔽部材の点検を行えばよい。

本発明噴流はんだ槽の正面断面図 本発明の要部の斜視図 従来の噴流はんだ槽の正面断面図

符号の説明

１ 噴流はんだ槽
２ 本体
３ 溶融はんだ
４ 一次噴流ノズル
６ ダクト
１０ インペラポンプ
１２ 流入口
１３ 本体底面
１４ 遮蔽部材

産業上の利用分野

本発明の実施例では、一次噴流ノズルを設置した噴流はんだ槽で説明したが、本発明は二次噴流においても適用できるものである。

Claims (4)

1. 本体内にダクトが設置されており、該ダクトの端部にポンプが設置され、しかも該ポンプの下部に流入口が穿設された噴流はんだ槽において、流入口下部で発生する渦流を本体底面に影響させない遮蔽部材が流入口と本体底面間に取り付けられているとともに、該遮蔽部材は、前記流入口の直径よりも大径の円形を有する板材であることを特徴とする噴流はんだ槽。
2. 前記遮蔽部材は、ダクトの下部であって前記流入口の周囲に固定された複数の吊設棒を介して取り付けら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. 前記遮蔽部材は、本体の底面に取り付けら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. 前記遮蔽部材は、チタニウム、ジルコニウム、或いは非金属のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１〜３記載の噴流はんだ槽。

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