JP4941329B2 - フローはんだ付け装置 - Google Patents

Description

本発明はとくに鉛フリーでのフローはんだ付けを行う場合に適したフローはんだ付け装置に関するものである。

電子部品としてのコネクタの端子を基板（プリント配線基板）にはんだ付けするためのフローはんだ付け装置を例にとって背景技術を説明する。

このフローはんだ付け装置においては、図５に示すようにコネクタ１が搭載された基板２を搬送コンベア３によって一定方向（図では二重線矢印で示すように左から右）に移動させながら、図示しないフラックス塗布部、プレヒータ、はんだ槽４の順で通過させてフラックス塗布、予備加熱、はんだ付けの各処理を自動的に行う。

はんだ付け処理は、基板裏側のはんだ付け面をはんだ槽４に浸け、槽内の溶融はんだＳを付着させることによって行う。

この際、コネクタ１ははんだ槽４の高熱の影響を受ける。とくに、鉛フリーでのフローはんだ付けでは、鉛を成分に含む共晶はんだを用いる場合と比較して、はんだの融点が高いことからはんだ付け温度が高くなり、コネクタ１に加わる熱も遥かに高くなる。

また、はんだ上がりが悪い場合には、はんだ付け性を上げるべくフロー時間の延長等の対策がとられるため、コネクタ１の熱負荷がさらに増える。

ここで、コネクタ１は、図６にも示すように基板２に結合される複数のコネクタ端子５…を台座となる合成樹脂製のハウジング６に組み込んで構成される。このため、熱に弱いハウジング６がはんだ付け中の高熱によって図６二点鎖線で示すように変形するという問題が生じていた。

因みに、鉛フリーでのフローはんだ付けにおいて、基板２としてＦＲ−４と呼ばれる材質（ガラス繊維布をエポキシ樹脂で固めたもの）を用いた場合、はんだ付け中の基板温度はその融点（３００℃を少し超える温度）よりもかなり低い２００℃Ｃ前後であるため、基板２の熱負荷はとくに意識する必要がない。

これに対し、ハウジング６の融点は基板２よりも低い温度（ナイロン６を用いた場合で２２５℃）であり、ガラス転移点（同、４７℃）を超えると軟らかくなるため、はんだ付け中に加熱されることで変形が発生し易い。

この問題は、コネクタ１に限らず、合成樹脂製のハウジングを含む電子部品をフローはんだ付け（とくに鉛フリーでのフローはんだ付け）する場合全般にあった。

この点の対策として、はんだ付け工程で電子部品を冷却することが考えられ、関連する技術として特許文献１,２に記載されたものが公知である。

これら公知技術においては、はんだ付け内部の固形化を促進することを目的として、はんだ槽通過中の基板に冷却ガスを吹き付ける構成をとっている。
特開２００１−３５２１６２号公報 特開２００６−２６１４１７号公報

しかし、いずれの公知技術も、「はんだ付け部分」の温度を下げることを目的に、電子部品と基板の両者、つまり被搬送物全体を冷却する構成をとっているため、基本的に、コネクタハウジングに絞った冷却効率は低くなり、ハウジングの熱変形を防止することが困難となって製品として必要な品質を保てなくなる。

かといって、全体の冷却性能を上げてハウジングを熱変形しない温度まで冷却するとなると、今度ははんだ付け部分が低温化し過ぎて肝腎のはんだ付け性が悪くなるため、採用できない。

結局、とり得る策は、ハウジングの熱変形を極力抑えるという観点から、はんだ付けの温度と時間を設定し、あるいは基板のパターン設計や部品配置を決めるにとどまる。

このため、ハウジングの熱変形防止効果に限界がある上に、設計の自由度と最適化が阻害され、はんだ付けの品質も低くなる。

そこで本発明は、ハウジングの冷却効率を高めてその熱変形防止効果を上げることができるフローはんだ付け装置を提供するものである。

請求項１の発明は、合成樹脂製のハウジング及びこのハウジング内に組み込まれた端子を備えた電子部品と、この電子部品のハウジングがその表側に位置するとともに端子がその裏側に突出するように当該電子部品が搭載された基板とを一定方向に一体に移動させる搬送手段と、鉛フリーはんだが溶融した状態の溶融はんだを収容し、上記搬送手段により搬送される基板裏側のはんだ付け面に上記溶融はんだを付着させることが可能な位置に設けられたはんだ槽とを備え、上記はんだ付け面に上記溶融はんだを付着させることにより上記端子のはんだ付けを行うように構成された鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置において、フローはんだ付けされる電子部品の上記ハウジングのみを目標として、かつ、上記搬送手段の搬送方向に沿って上記ハウジングに追従して冷却風を噴射するブロアーが設けられたものである。

また、この請求項１の発明のブロアーは、はんだ付け開始前からはんだ付け中、さらにはんだ付け終了後までに亘り、ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、ブロアーは、一定位置で回動して風向を変えることにより、ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１の構成において、ブロアーは、ハウジング移動方向にハウジングと同期して移動することにより、ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたものである。

本発明によると、ブロアーによる冷却風を、ハウジングのみを目標として、かつ、ハウジングに追従して噴射することによってハウジングのみを冷却するため、基板を含めた被搬送物全体を冷却する場合と比較して、ハウジングの冷却効率を格段に高めることができる。

これにより、ハウジングの熱変形を防止し、製品として求められる品質を確保することができる。

また、ハウジングの熱変形を気にする必要がなくなるため、はんだ付けに必要な温度と時間の設定、パターン設計や部品配置に関する自由度を高め、最適化を図ることができる。

ここで、ブロアーによるハウジングの冷却は、ハウジングが最も高熱を受ける、はんだ槽通過中のみに行うように構成してもよいが、請求項１の発明のように、その前後を含めた、はんだ付け開始前からはんだ付け終了後までに亘って行う構成をとれば、予冷却及び後冷却を合わせた高い冷却効果が得られ、ハウジングの変形防止効果を一層高めることができる。

一方、ブロアーによる冷却風をハウジングに追従して噴射させる手段として、請求項２の発明のようにブロアーを一定位置で回動させて風向を変える構成をとれば、冷却風をハウジングに追従させるための駆動機構が簡単かつコンパクトですみ、設備コストが安くなる。

これに対し、請求項３の発明のようにブロアーそのものをハウジングに同期して移動させる構成をとれば、ブロアーの冷却風噴射口とハウジングの距離を常に一定に保つことができるため、冷却効率の点で好ましい。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。

図１,２に第１実施形態、図３に第２実施形態をそれぞれ示す。両実施形態では、背景技術の説明に合わせて、コネクタの端子を基板にフローはんだ付けする場合を例にとっている。

このフローはんだ付け装置の基本的構成、すなわち、
（Ｉ） コネクタ１が搭載された基板２を搬送コンベア３によって一定方向に移動させながら、図示しないフラックス塗布部、プレヒータ、はんだ槽４の順で通過させてフラックス塗布、予備加熱、はんだ付けの各処理を自動的に行うように構成されている点、
（ＩＩ） はんだ付け処理は、基板裏側のはんだ付け面をはんだ槽４に浸け、槽内の溶融はんだＳを付着させることによって行うように構成されている点、
（ＩＩＩ） コネクタ１は、基板２に結合される複数のコネクタ端子５…を合成樹脂（たとえば前記ナイロン６）製のハウジング６内に組み込んで構成される点
は図５,６に示す従来技術と同じである。

両実施形態にかかるフローはんだ付け装置においては、共通の構成として、コネクタ１のハウジング６の移動径路の上方に冷却手段としてのブロアー７が設けられ、このブロアー７から、ハウジング６のみを目標として、かつ、ハウジング６に追従して冷却風を噴射させることによってハウジング６のみを冷却するように構成されている。

ここで、ブロアー７による冷却風をハウジング６に追従させる手段として、第１実施形態においてはブロアー７が一定位置でハウジング移動径路と直交する水平軸まわりに回動可能に支持され、このブロアー７が、図示しないブロアー回動機構により、はんだ付け開始からはんだ付け終了後までに亘り、ハウジング６に追従して回動するように構成されている。

より詳しくは、ハウジング６が、図１中の一点鎖線で示すはんだ付け開始の少し前の位置（以下、はんだ付け前位置という）に到達した時点から、同実線で示すはんだ中の位置（以下、はんだ中位置という）、さらに同二点鎖線で示すはんだ終了少し後の位置（以下、はんだ後位置という）に達するまでの間、ブロアー７がハウジング６の移動とともに首振り回動して冷却風の風向が変わる。

このブロアー７は、ケーシング９と、このケーシング９内で図示しない電動機等によって回転駆動されるファン８と、このファン８の回転によって発生した冷却風（通常は常温の空気流）をハウジング６に向けて噴射する筒状の噴射ノズル１０とによって構成され、はんだ槽４のほぼ真上の位置に取付けられている。

噴射ノズル１０の噴射口(下端開口)は、ハウジング６のみに冷却風が当たる、いいかえればハウジング６以外の部分（基板２及びはんだ付け部分）には冷却風が当たらないように、ハウジング６の平面形状と平面サイズに見合う形状及びサイズに設定されている。

また、冷却風の風量及び風速は、ハウジング６が吹き飛んだり浮き上がったりしないで、ハウジング６をその融点（ナイロン６の場合で２２５℃）以下、望ましくはガラス転移点（同、４７℃）以下まで冷却できることを基準として設定される。

なお、ブロアー回動機構は、たとえば電動機の回転力を減速機で減速してブロアー７に回動力として伝える構成のものを用いることができる。

また、ブロアー７の回動とファン８の回転の制御、すなわち、図１一点鎖線で示すブロアー位置を原位置として、
（イ） ハウジング６がはんだ付け前位置に到達したときに、ブロアー７の回動及びファン８の回転を開始させ、
（ロ） ハウジング６がはんだ付け後位置に達したとき（ブロアー７が図１二点鎖線の位置まで回動したとき）に、ブロアー７の回動とファン８の回転を停止させ、
（ハ） この後、ブロアー７を原位置に向けて逆回動させて停止させる
という制御は、たとえばハウジング６の移動径路中での各位置とフロア７の向きをセンサで検出し、このセンサからの信号に基づいて行うことができる。

あるいは、センサとタイマーを組み合わせ、これらの信号に基づいて上記のように制御することもできる。

このように、ブロアー７による冷却風を、ハウジング６のみを目標として、かつ、ハウジング６に追従して噴射させることによってハウジング６のみを冷却するため、基板２を含めた被搬送物全体を冷却する場合と比較して、ハウジング６の冷却効率を格段に高めることができる。

これにより、ハウジング６の熱変形を防止し、製品として求められる品質を確保することができる。

また、ハウジング６の熱変形を気にする必要がなくなるため、はんだ付けに必要な温度と時間の設定、パターン設計や部品配置に関する自由度を高め、最適化を図ることができる。

とくにこの第１実施形態の場合、ハウジング６を、はんだ付け中だけでなく、はんだ付け前位置からはんだ付け後位置までに亘って冷却するため、予冷却及び後冷却を合わせた高い冷却効果が得られ、ハウジング６の変形防止効果を一層高めることができる。

一方、ブロアー７を一定位置で回動させて風向を変えることにより、ブロアー７による冷却風をハウジング６に追従させるため、この追従のための駆動機構が簡単かつコンパクトですみ、設備コストが安くなる。

次に、図３に示す第２実施形態においては、冷却風をハウジング６に追従させる手段として、ブロアー７がハウジング６の移動方向に直線移動可能に支持され、はんだ付け開始前からはんだ付け終了後（ハウジング６のはんだ付け前位置からはんだ付け後位置）までの間に亘り、ブロアー７全体が、図示しないブロアー移動機構によりハウジング６に同期して直線移動するように構成されている。

なお、図ではブロアー７がハウジング６の真上に位置する（噴射ノズル１０が真下を向く）状態で移動する場合を例示しているが、ブロアー７がハウジング６に対してその移動方向のやや後側に傾いて位置し、冷却風が斜め後方から当たる状態、またはブロアー７がやや前側に傾いて位置し、冷却風が斜め前方から当たる状態で移動するように構成してもよい。

また、ブロアー７を直線移動させる機構としては、たとえばブロアー７に設けたローラをレール内で転動させる機構や、フロア７を吊持したワイヤを巻取り／巻戻し駆動する機構等を用いることができる。

さらに、ブロアー７の移動／停止／原位置への復帰移動、及びファン８の回転／回転停止は、第１実施形態と同様に、センサ等からの信号に基づいて制御することができる。

この第２実施形態によっても、ハウジング６のみを効率良く冷却してその変形を防止できるという、第１実施形態と同じ基本的効果が得られる。

とくに、ブロアー７そのものを移動させるこの第２実施形態によると、ブロアー７の冷却風噴射口（噴射ノズル１０）とハウジング６の距離を常に一定に保つことができるため、冷却効率の点でより好ましいものとなる。

他の実施形態
（１） 上記第１、第２両実施形態を組み合わせた実施形態として、図４に示すように、ブロアー７を、はんだ付け開始前と終了後の一定区間（たとえば開始前の前半と終了後の後半）で回動させ、残りの区間は直線移動させるように構成してもよい。

こうすれば、ブロアー７の噴射ノズル１０をハウジング６の全移動区間でハウジング６に接近させて冷却効率を上げながら、ブロアー７の直線移動距離を短縮できる等のメリットがある。

（２） ブロアー７による冷却風をハウジング６に追従させる他の手段として、ブロアー７を位置固定する一方、噴射ノズル１０を、はんだ付け前、はんだ付け中、はんだ付け後の各ハウジング位置に跨って長く形成し、同ノズル１０に設けた複数のシャッターを順次開閉させるにより、ハウジング６に追従して冷却風の噴射領域を変える構成をとってもよい。

（３） ハウジング６の冷却は、通常、上記各実施形態のようにはんだ付け前、はんだ付け中、はんだ付け後の各ハウジング位置に亘って行うが、十分なハウジング冷却効果を確保できることを条件として、はんだ付け中のみに行うようにしてもよい。

（４） 本発明は、コネクタ用のフローはんだ付け装置に限らず、合成樹脂製のハウジングを備えた電子部品と基板とをフローはんだ付けする装置に広く適用することができる。

本発明の第１実施形態にかかるフローはんだ付け装置の概略構成を示す図である。 図１の一部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるフローはんだ付け装置の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態にかかるフローはんだ付け装置の概略構成を示す図である。 従来のフローはんだ付け装置の概略構成を示す図である。 図５の一部拡大断面図である。

符号の説明

１ 電子部品としてのコネクタ
２ 基板
３ 搬送コンベア
４ はんだ槽
５ コネクタ端子
６ ハウジング
７ 回動または直線移動するブロアー
１０ ブロアーの噴射ノズル

Claims (3)

1. 合成樹脂製のハウジング及びこのハウジング内に組み込まれた端子を備えた電子部品と、この電子部品のハウジングがその表側に位置するとともに端子がその裏側に突出するように当該電子部品が搭載された基板とを一定方向に一体に移動させる搬送手段と、鉛フリーはんだが溶融した状態の溶融はんだを収容し、上記搬送手段により搬送される基板裏側のはんだ付け面に上記溶融はんだを付着させることが可能な位置に設けられたはんだ槽とを備え、上記はんだ付け面に上記溶融はんだを付着させることにより上記端子のはんだ付けを行うように構成された鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置において、
   フローはんだ付けされる電子部品の上記ハウジングのみを目標として、かつ、上記搬送手段の搬送方向に沿って上記ハウジングに追従して冷却風を噴射するブロアーが設けられ、このブロアーは、はんだ付け開始前からはんだ付け中、さらにはんだ付け終了後までに亘り、上記ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたことを特徴とするフローはんだ付け装置。
2. ブロアーは、一定位置で回動して風向を変えることにより、ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のフローはんだ付け装置。
3. ブロアーは、ハウジング移動方向にハウジングと同期して移動することにより、ハウジングに追従して冷却風を噴射するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のフローはんだ付け装置。
   

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