JP5867645B1 - ノズル先端部材、ノズル、はんだ付け装置、基板装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先端部が径方向外側に張り出していないノズルと比較し、はんだブリッジが発生するノズルの基板に対する移動速度を高速化する。【解決手段】ノズル本体８２の先端部８３に装着されたアタッチメント１００は、吐出口８４の外縁面を構成し基端部８０Ｂ側（下方側）に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面１１０と、この上部傾斜面１１０の外縁部から基端部Ｂ側（下方側）に繋がる周面を構成し基端部側（下方側）に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面１２０と、を有する形状となっている。【選択図】図４

Description

本発明は、ノズル先端部材、ノズル、はんだ付け装置、及び基板装置の製造方法に関する。

特許文献１には、被はんだ付け体のはんだ付け部位に対向して位置決めされ、はんだ付け部位に溶融はんだをスポット噴流してはんだ付け処理するはんだ噴流ノズルに関する技術が開示されている。この先行技術では、はんだ溜り凹部内に溜めた所定量の溶融はんだを、はんだ槽内で生成した噴射圧により被はんだ付け部材のはんだ付け部位にスポット噴流することを特徴としている。

特開２００８−１０９０３４号公報

基板のスルーホールに端子が挿入された電子部品をはんだ付けする方法として、ポイントフローはんだ付けが知られている。ポイントフローはんだ付けは、溶融はんだを吐出させるノズルを基板に対して基板背面に沿って相対移動させて、電子部品をはんだ付けする方法である。

ポイントフローはんだ付けは、ノズルの基板に対する相対移動速度を高速にすると、端子間がはんだにより電気的に繋がるはんだブリッジが多数発生するので、ノズルの基板に対する相対移動速度は低速に設定される。

本発明は、先端部が吐出口の外縁面を構成する上部傾斜面と該上部傾斜面の外縁部から繋がる周面を構成する下部傾斜面とを備えていないノズルと比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズルの基板に対する相対移動速度を高速化することが目的である。

請求項１のノズルは、先端部に形成され、溶融はんだが吐出する吐出口の外縁面を構成し、基端部側に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面と、該上部傾斜面の外縁部から該基端部側に繋がる周面を構成し、該基端部側に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面と、を備えている。

請求項２のノズルは、前記上部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度は、４０°以上で８５°以下に設定されている。

請求項３のノズルは、前記下部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度は、前記上部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度以下に設定されている。

請求項４のノズルは、前記上部傾斜面及び前記下部傾斜面を有するノズル先端部材と、
前記ノズル先端部材が着脱可能に装着されるノズル本体と、備えている。

請求項５のはんだ付け装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のノズルと、前記ノズルの基端部が固定され、前記ノズルの前記吐出口から吐出した溶融はんだを回収して貯留すると共に、貯留する溶融はんだを前記ノズルの前記吐出口から吐出させる本体部と、基板の背面に沿って、前記ノズルの前記先端部を前記基板に対して相対移動させる移動装置と、を備えている。

請求項６に記載のはんだ付け装置は、前記基板の背面を支持する下側部材と、前記基板の上面側に配置される上側部材と、前記上側部材に設けられ、前記基板の上面に当たり、前記下側部材とで前記基板を把持する把持部と、前記上側部材に対して上下方向に移動可能に設けられ、前記基板上に配置された電子部品を上側から押す押付部と、を備えている。

請求項７に記載のはんだ付け装置は、前記押付部から突出する突出部であって、前記上側部材に形成された上下方向に貫通する貫通孔に挿入された前記突出部と、前記突出部が前記上側部材の上面から予め定めた突出量よりも突出すると検知する検知手段と、を備えている。

請求項８に記載のはんだ付け装置は、前記ノズルの前記基端部側の周囲から前記先端部側に向かって溶融はんだの酸化を抑制する気体を噴出する噴出手段と、前記ノズルに対して相対移動し、前記ノズルの周囲を上側から覆い、前記気体を前記ノズルの前記先端部の周囲に案内する蓋部材と、備えている。

請求項９に記載のはんだ付け装置は、前記蓋部材は、下端部が前記ノズルの前記上部傾斜面の前記外縁部よりも下側に位置するように設けられている。

請求項１０に記載のはんだ付け装置は、前記ノズルの前記吐出口から吐出された溶融はんだの前記吐出口からの吐出高さを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記吐出高さが予め定められた範囲になるように、前記ノズルの前記吐出口から吐出する溶融はんだの吐出量を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１１の基板装置の製造方法は、請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載のはんだ付け装置を用いて、前記基板の表面側からスルーホールに電子部品の端子が挿入された前記基板の背面に沿って、前記吐出口から溶融はんだを吐出させながら前記ノズルを前記基板に対して相対移動し、前記端子を前記基板にはんだ付けする。

請求項１２に記載のノズル先端部材は、溶融はんだが吐出するノズル本体に着脱可能に装着され、溶融はんだが吐出する吐出口の外縁面を構成し、前記ノズル本体の基端部側に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面と、該上部傾斜面の外縁部から該基端部側に繋がる周面を構成し、該基端部側に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面と、を備えている。

請求項１３に記載のノズル先端部材は、前記上部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度は、４０°以上で８５°以下に設定されている。

請求項１４に記載のノズル先端部材は、前記下部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度は、前記上部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度以下に設定されている。

請求項１に記載の発明によれば、先端部が吐出口の外縁面を構成する上部傾斜面と該上部傾斜面の外縁部から繋がる周面を構成する下部傾斜面とを備えていないノズルと比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズルの基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、上部傾斜面のノズルの軸方向に対する角度が４０°より大きい又は８５°未満に設定されている場合と比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズルの基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、下部傾斜面のノズルの軸方向に対する角度が上部傾斜面のノズルの軸方向に対する角度よりも大きい場合と比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズルの基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

請求項４の記載の発明によれば、上部傾斜面及び下部傾斜面を有するノズル先端部材がノズル本体に対して着脱しない場合と比較し、ランニングコストを抑制することができる。

請求項５に記載の発明によれば、先端部が吐出口の外縁面を構成する上部傾斜面と該上部傾斜面の外縁部から繋がる周面を構成する下部傾斜面とを備えていないノズルが設けられている場合と比較し、はんだ付けの速度を上げることができる。

請求項６に記載の発明によれば、下側部材とで基板を把持する把持部と電子部品を上側から押す押付部とを備えていない場合と比較し、基板の反り及び電子部品の浮きを抑制することができる。

請求項７に記載の発明によれば、電子部品の実装不良を検知することができる。

請求項８に記載の発明によれば、溶融はんだの酸化を抑制する気体をノズルの先端部の周囲に案内する蓋部材を備えていない場合と比較し、ノズルの先端部の溶融はんだの酸化を抑制することができる。

請求項９に記載の発明によれば、蓋部材の下端部がノズルの上部傾斜面の外縁部よりも上側に位置する場合と比較し、ノズルの先端部の溶融はんだの酸化を抑制することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、溶融はんだの吐出高さが予め定められた範囲になるように吐出量を制御しない場合と比較し、はんだ付け品質が向上する。

請求項１１に記載の発明によれば、先端部が吐出口の外縁面を構成する上部傾斜面と該上部傾斜面の外縁部から繋がる周面を構成する下部傾斜面とを備えていないノズルが設けられている場合と比較し、はんだ付けの速度を上げることができる。

請求項１２に記載の発明によれば、吐出口の外縁面を構成する上部傾斜面と該上部傾斜面の外縁部から繋がる周面を構成する下部傾斜面とを備えていない場合と比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズルの基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

請求項１３に記載の発明によれば、上部傾斜面のノズル本体の軸方向に対する角度が４０°より大きい又は８５°未満に設定されている場合と比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズル本体の基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、下部傾斜面のノズル本体の軸方向に対する角度が上部傾斜面のノズル本体の軸方向に対する角度よりも大きい場合と比較し、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズル本体の基板に対する相対移動速度を高速化することができる。

第一実施形態のはんだ付け装置の概略構成図である。 ポイントフローはんだ付け方式の説明図である。 （Ａ）は溶融はんだを吐出しながらノズルを移動してはんだ付け行っている状態を示す図であり、（Ｂ）は基板の背面とノズルとの間の溶融はんだが背面から離れる直前を示す図であり、（Ｃ）はノズルが電子部品の端部のリードを過ぎて背面から離れた状態を示す図である。 ノズル本体の先端部にアタッチメントが装着されたノズルを示す斜視図である。 （Ａ）はアタッチメントが装着されたノズルの正面図であり、（Ｂ）は平面図である。 はんだカーテン幅の最大値と上部角度との関係を示すグラフである。 はんだカーテン幅の最大値及び最小値と上部角度との関係を示すグラフである。 ノズル本体の先端部にアタッチメントが装着されたノズルを示す斜視図である。 はんだ離脱幅と上部角度との関係を示すグラフである。 先端部にワッシャーを装着して溶融はんだを吐出しはんだ付けした際のノズル本体の位置が、（Ａ）は背面におけるリードがない面での図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は（Ａ）からリードがある面に移動した状態の図であり、（Ｄ）は（Ｃ）からリードがない面に移動した状態の図である。 一括フローはんだ付け方式のはんだ付け装置ではんだ付けを行っている状態の模式図である。 第二実施形態のはんだ付け装置の概略構成図である。 （Ａ）は第二実施形態のはんだ付け装置の押付部及び検知装置の部位の断面を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は電子部品が実装不良の状態の断面図である。 第二実施形態のはんだ付け装置の溶融はんだの吐出高さを検出する検出装置の概略構成図である。 第二実施形態のはんだ付け装置の蓋部材でノズルを覆った状態の気体の流れを説明する説明図である。 第二実施形態のはんだ付け装置でのはんだ付け工程を（Ａ）〜（Ｇ）へと順番に示す工程図の（Ａ）〜（Ｃ）である。 第二実施形態のはんだ付け装置でのはんだ付け工程を（Ａ）〜（Ｇ）へと順番に示す工程図の（Ｄ）及び（Ｅ）である。 第二実施形態のはんだ付け装置でのはんだ付け工程を（Ａ）〜（Ｇ）へと順番に示す工程図の（Ｆ）及び（Ｇ）である。 蓋部材でノズルを覆わない比較例であり、（Ａ）はノズル本体にアタッチメントを装着していない場合の図１５に対応する説明図であり、（Ｂ）はアタッチメントを装着した場合の図１５に対応する説明図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態のはんだ付け装置について説明する。

＜全体構成＞
まず、第一実施形態のはんだ付け装置１０（以下、「装置１０」という。）の全体構成について説明する。なお、装置１０は、後述するノズル８０以外は、公知の装置構造と同様である。

図１に示す装置１０は、所謂ポイントフローはんだ付け方式の装置である。具体的には、装置１０は、図３（Ａ）に示す電子部品６０（以下、「部品６０」という。）のリード（端子）６２をスルーホール５２に挿入させたプリント基板５０（以下、「基板５０」という。）の背面５０Ｂに、図２及び図３に示すように、吐出口８４から溶融はんだＪを吐出させたノズル８０（図４も参照）を近づける。そして、ノズル８０の吐出口８４から溶融はんだＪ（図１及び図３参照）を吐出させながら、ノズル８０を基板５０の背面５２Ｂに沿って移動させることで、リード６２と基板５０とをはんだ付けする。

なお、図３では図が煩雑になるのを避けるためスルーホール５２は三つのみ図示している。また、図２はノズル８０の移動を示す説明図であり、矢印Ｓ１及び矢印Ｓ２は、ノズル８０の軌跡を表している。この図２は、一つのノズル８０の移動を図示しているが、説明を判り易くするため、移動するノズル８０を複数実線で図示している。また、部品６０は図示していない。

図１に示すように、装置１０は、本体部１２と、基板５０を保持する保持部１４と、本体部１２をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる駆動部１６と、を有している。なお、図１における上下方向がＺ方向であり、左右方向がＸ方向であり、紙面に直交する方向がＹ方向である。

本体部１２は、ノズル８０の吐出口８４から吐出した溶融はんだＪを回収して貯留槽２２で貯留すると共に、貯留する溶融はんだＪをノズル８０の吐出口８４から吐出させる機能を有する。なお、図１における矢印Ｍは溶融はんだＪの流れを表している。

そして、駆動部１６が本体部１２を保持部１４（基板５０）に対して、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させることで、前述したように、ノズル８０が基板５０の背面５０Ｂに対して接離すると共に背面５０Ｂに沿って移動する。ここで、「接離」とは、基板５０のスルーホール５２に挿入された部品６０におけるリード６２の先端（下端）にノズル８０が接触せず、かつリード６２に溶融はんだＪが接触するようにノズル８０を基板５０に接近させること、またはリード６２の先端に溶融はんだＪが接触しないように基板５０からノズル８０を十分離すことをいう。

＜ノズル＞
次に、ノズル８０の構造について説明する。

図４及び図５（Ａ）に示すように、ノズル８０は、先端部８３が縮径されたノズル本体８２と、ノズル本体８２の先端部８３に装着されたアタッチメント１００と、を有する構造となっている。アタッチメント１００には貫通孔１０２が形成され、この貫通孔１０２にノズル本体８２の先端部８３が挿入される。また、ノズル本体８２の先端部８３の開口は、溶融はんだＪが吐出する吐出口８４となっている。

図４及び図５（Ａ）に示すように、ノズル本体８２の先端部８３に装着されるノズル先端部材の一例としてのアタッチメント１００は、上部傾斜面１１０と下部傾斜面１２０とが形成され、ノズル本体８２よりも径方向外側に張り出した形状とされている。上部傾斜面１１０は、吐出口８４の外縁面を構成し、基端部８０Ｂ側（鉛直方向下側（図１参照））に向かうに従って径方向外側に傾斜している。下部傾斜面１２０は、上部傾斜面１１０の外縁部から基端部８０Ｂ側（鉛直方向下側（図１参照））に繋がる周面を構成し、基端部８０Ｂ側に向かうに従って径方向内側に傾斜している。

別言すると、アタッチメント１００の上部側は上側（吐出口８４側）に向かって縮径され、下部側は下側（基端部８０Ｂ側）に向かって縮径されている。

図５（Ａ）に示すように、貫通孔１０２は、ノズル本体８２の先端部８３と同様に吐出口８４（鉛直方向上側）に向かって縮径されている。なお、本実施形態では、ノズル本体８２の先端部８３における周壁８３Ａのノズル８０の軸方向Ｇに対しする角度γは、７．１３°に設定されている。また、吐出口８４の内径Ｌ２は１１．６ｍｍに設定されている。また、ノズル本体８２の外径Ｌ３は、１５．２３ｍｍに設定されている。

アタッチメント１００の上部傾斜面１１０は、ノズル８０の軸方向Ｇに対する角度αが４０°以上かつ８５°以下に設定されている。なお、本実施形態では、角度αは４０°に設定されている。特に、角度αを４０°以上５０°以下とした場合は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、リード６２により引っ張られた溶融はんだＪ（後述する「はんだカーテン」）の下端部がアタッチメント１００のエッジ部１３０と直接接続され、リード６２により引っ張られた溶融はんだＪが下部傾斜面１２０に沿ってスムーズに流れ落ちる。換言すると、角度αが４０°以上５０°以下である場合は、リード６２により引っ張られた溶融はんだＪの下端部と下部傾斜面１２０が直線状に接続される。このため、角度αが４０°以上５０°以下である場合は、溶融はんだＪの淀みの発生が抑制されるので、はんだブリッジの発生をさらに抑制することができる。

下部傾斜面１２０は、ノズル８０の軸方向Ｇに対する角度βが、上部傾斜面１１０のノズル８０の軸方向Ｇに対する角度α以下に設定されている。なお、本実施形態では、角度βは１５°に設定されている。

また、アタッチメント１００の上部傾斜面１１０と下部傾斜面１２０とで形成される角部１１９における外径Ｌ１は、φ１８ｍｍ又はφ２２ｍｍである。

＜作用＞
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１に示す装置１０は、図２及び図３に示すように、部品６０のリード６２をスルーホール５２に挿入させた基板５０の背面５０Ｂに、ノズル８０を近接させ、かつノズル８０の吐出口８４から溶融はんだＪを吐出させながら、ノズル８０を基板５０の背面５２Ｂに沿って移動させることで、リード６２と基板５０とをはんだ付けする。

また、図２、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、ノズル８０が部品６０における移動方向Ｓ１側の端部のリード６２まで移動すると、ノズル８０を基板５０の背面５０Ｂから離して、はんだ付けを終了する。

図４及び図５に示すように、ノズル８０は、ノズル本体８２の先端部８３にアタッチメント１００が装着されている。アタッチメント１００は吐出口８４の外縁面を構成し基端部８０Ｂ側（下方側）に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面１１０と、この上部傾斜面１１０の外縁部から基端部８０Ｂ側（下方側）に繋がる周面を構成し基端部８０Ｂ側（下方側）に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面１２０と、を有する形状となっている。

このような形状のアタッチメント１００を装着することで、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２のみの場合（先端部が径方向外側に張り出していないノズルの場合）と比較し、ノズル８０と基板５０の背面５０Ｂとの間の溶融はんだＪが、連続してスムーズに流れ落ちるので、リード６２間が繋がるはんだブリッジが発生しにくい傾向にある。

したがって、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２のみの場合と比較し、はんだブリッジが発生しないノズル８０の基板５０に対する移動速度が高速化する。つまり、ノズル８０の基板５０に対する移動速度を高速化することができる。なお、「はんだブリッジが発生しない」とは、はんだブリッジの発生率が０．１％以下のことをいう。

更に、上部傾斜面１１０は、ノズル８０の軸方向Ｇに対する角度αが４０°以上かつ８５°以下に設定されている（本実施形態では角度αは４０°）。また、下部傾斜面１２０は、ノズル８０の軸方向Ｇに対する角度βが、上部傾斜面１１０のノズル８０の軸方向Ｇに対する角度α以下に設定されている（本実施形態では、角度βは１５°）。

よって、ノズル８０と基板５０の背面５０Ｂとの間の溶融はんだＪが、更に連続してスムーズに流れ落ちるので、リード６２間が繋がるブリッジが更に発生しにくくなる傾向にある。したがって、ノズル８０の基板５０に対する移動速度を更に高速化することができる。

また、ノズル８０の基板５０に対する移動速度を高速化することができるので、部品６０のリード６２と基板５０とのはんだ付けの速度が高速化する。

ここで、ポイントフローによるはんだ付けは、ノズル先端部に付着し成長する酸化膜（ドロス）の影響で、はんだ付け性能が悪化することが分かっている。このため、ノズルは、定期的にメンテナンスが必要とされている。メンテナンスは、ノズル先端部からの酸化膜の除去、ノズル先端部への酸化防止のためのプリフラックスの塗布、ノズル交換などが例示できる。

そして、本実施形態では、はんだ付け性能に影響を与えるノズル先端部はアタッチメント１００である。よって、メンテナンスは、アタッチメント１００のみの交換も採用できる。メンテナンスとしてアタッチメント１００の交換を採用した場合は、アタッチメント１００が安価であるため、ノズル８０全体を交換する場合と比較し、ランニングコストを低減できる。また、アタッチメント１００の上部傾斜面１００は酸化膜が成長し難いため、メンテナンスとしてアタッチメント１００へのプリフラックスの塗布を採用した場合は、プリフラックスの使用量（ランニングコスト）を低減できる。

〔アタッチメントの上部傾斜面の角度αの予備検討〕
図１０は、ノズル本体８２の先端部８３に、φ２５−Ｈ５のワッシャー５００を装着した場合の溶融はんだＪの挙動を示している。

図１０（Ａ）に示すように、基板５０の背面５０Ｂにおけるリード６２がない面での溶融はんだＪの噴流角度Ｒ１は約２７°であった。

図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示すように、ノズル本体８２を移動し、リード６２がはんだ付けされている状態での溶融はんだＪの噴流角度Ｒ２及びＲ３は約４２°であった。

図１０（Ｃ）に示すように、ノズル本体８２を移動し、溶融はんだＪがリード６２から離脱する際の噴流角度Ｒ４は再び約２７°となった。

また、図１１に示すように、本実施形態の装置１０とは別方式である一括フローはんだ付け方式の装置６００において、基板５０の傾斜角度Ｒ５が５°の場合、はんだブリッジが発生しない（発生率０．１％以下）ことが確認された。

以上の予備検討の結果から、適切な溶融はんだＪの噴流角度は、５°〜５０°程度であると考えられた。そして、噴流角度が５°〜５０は、ノズル８０の軸方向Ｇ（図５参照）に対しては８５°〜４０°となるので、アタッチメント１００の上部傾斜面１１０の角度αを４０°以上８５°以下に設定した。

なお、本検討に用いたはんだは、Ｍ２４ＣＹ（千住金属社製Ｓｎ０．７ＣｕＮｉ）である。

〔アタッチメントの上部傾斜面の角度αと溶融はんだＪの挙動との関係〕
つぎに、アタッチメント１００における上部傾斜面１１０の角度αと、ノズル８０と基板５０の背面５０Ｂとの間の溶融はんだＪの挙動との関係、具体的には角度αと図３（Ａ）に示すはんだカーテン幅Ｋ１及び図３（Ｂ）に示すはんだ離脱幅Ｋ２と、の関係を調べた。ここで、溶融はんだＪを吐出しつつノズル８０を基板５０に対して相対的に移動させた場合、ノズル８０から吐出した溶融はんだＪの一部は、基板５０の背面５０Ｂから突出したリード６２に引っ張られる。本発明では、リード６２に引っ張られた一部の溶融はんだＪとノズル８０から吐出される溶融はんだＪが繋がったカーテン状の部分を「はんだカーテン」という。

なお、図３（Ａ）に示すように、はんだカーテン幅Ｋ１は、ノズル８０と基板５０の背面５０Ｂとの間の溶融はんだＪにおける基板５０側の端部と吐出口８４の端部とのノズル８０の移動方向Ｓ１に沿った長さである。また、はんだカーテン角度ωは、はんだカーテンの傾斜面Ｊ１の基板５０に対する角度である。

また、図３（Ｂ）に示すように、はんだ離脱幅Ｋ２は、ノズル８０が基板５０の背面５０Ｂから離れる（図３（Ｃ）参照）直前の、溶融はんだＪの基板５０の背面５０Ｂ側の幅である。

なお、アタッチメント１００は、外径Ｌがφ１８ｍｍと外径φ２２ｍｍとの二つを用いた。アタッチメント１００の下部角度βは、１５°とした。はんだは、Ｍ２４ＣＹ（千住金属社製Ｓｎ０．７ＣｕＮｉ）を使用した。ノズル８０の移動速度は、７ｍｍ／秒とした。

また、比較例として、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２のみでも同様に実施した。

なお、このはんだ付けの実験において、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２の場合は、はんだブリッジが発生したが、アタッチメント１００を装着すると、いずれにおいても、はんだブリッジは発生しなかった。

また、部品６０が装着された基板５０の背面５０Ｂを、ノズル８０の移動方向に四つのエリアに区分けして、それぞれのエリアで、はんだカーテン幅Ｋ１及びはんだ離脱幅Ｋ２の測定を行った。

（カーテン幅Ｋ１の最大値と上部角度αとの関係）
図６のグラフは、カーテン幅Ｋ１の最大値と上部角度αとの関係を示している。なお、カーテン幅Ｋ１の最大値とは、四つのエリアのカーテン幅Ｋ１のうちの最大の値である（ばらつきの上限値）。また、図中のＡＬＬは、吐出口８４がφ１８ｍｍとφ２２ｍｍと両方の結果の平均である。

なお、カーテン幅Ｋ１が短いほど、はんだ切れが良く、はんだブリッジが発生しにくいと考えられる。

この図６のグラフから、アタッチメント１００を装着することで、カーテン幅Ｋ１の最大値は短くなっている。よって、アタッチメント１００を装着することで、カーテン幅Ｋ１の最大値を縮小する効果が認められる、つまり、はんだブリッジを発生にくくする効果が認められる。

また、はんだカーテン幅Ｋ１の最大値は、アタッチメント１００の上部角度αが５０°以上で８５°以下の範囲内では、角度αが小さくなるほど小さくなる。更に、上部角度α５０°でカーテン幅Ｋ１の最大値が最も小さくなった。よって、カーテン幅Ｋ１の最大値を小さくする観点からは、アタッチメント１００の上部角度αは５０°が好ましい。

また、アタッチメント１００の外径Ｌ１の違いによる差（φ１８ｍｍとφ２２ｍｍとの差）は小さい。

（カーテン幅Ｋ１の最大値と最小値との差（ばらつき）と上部角度αとの関係）
図７のグラフは、カーテン幅Ｋ１の最大値及び最小値と上部角度αとの関係を示している。なおカーテン幅Ｋ１の最大値及び最小値とは、四つのエリアのカーテン幅Ｋ１の最大値と最小値である。つまり、はんだカーテン幅Ｋ１の最大値と最小値との差が小さいほど、ばらつきが小さく、溶融はんだＪの挙動が安定していることを表している。

この図７のグラフからアタッチメント１００を装着することで、カーテン幅Ｋ１の最大値と最大値との幅が小さくなっている。よって、アタッチメント１００を装着することで、カーテン幅Ｋ１が安定する効果が認められる、つまり溶融はんだＪの挙動が安定する効果が認められる。

また、アタッチメント１００の上部角度が７０°以上で最大幅と最小幅の差、すなわちばらつきが最も小さくなり、上部角度が７０°未満の場合は徐々にその差、すなわちばらつきが大きくなる。

（はんだ離脱幅Ｋ２と上部角度αとの関係）
はんだ離脱幅Ｋ２が短いほど、はんだ切れがよく、はんだブリッジが発生しにくいと考えられる。

図９に示すように、アタッチメント１００の上部角度αが５０°以上６０°以下の場合にはんだ離脱幅Ｋ２が短くなる。

〔アタッチメントの下部傾斜面の角度βと溶融はんだＪの挙動との関係〕

図１０に示すφ２５−Ｈ５のワッシャー５００を、ノズル本体８２の先端部８３に装着した場合、溶融はんだＪは脈動が発生し、連続してスムーズに流れ落ちない。

これに対して、ノズル本体８２の先端部８３に、本実施形態のアタッチメント１００を装着することで、脈動が少なくなり、連続してスムーズに流れ落ちるようになった。

しかし、アタッチメント１００の下部傾斜面１２０の角度βを９０°以上にすると、脈動が発生し、連続してスムーズに流れ落ちなくなる。

また、下部傾斜面１２０の角度βが上部傾斜面１１０の角度αよりも大きくなるように設定すると、脈動がより減少し、より連続してスムーズに流れ落ちるようになった。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態のはんだ付け装置について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜全体構成＞
図１２に示すように、はんだ付け装置１１（以下、「装置１１」という。）は、本体部２１２と、基板５０を保持する保持部２００と、本体部１２をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる駆動部１６と、制御装置９０と、を有している。

本体部２１２は、ノズル８０の吐出口８４から吐出した溶融はんだＪを回収して貯留槽２２で貯留すると共に、貯留する溶融はんだＪをノズル８０の吐出口８４から吐出させる吐出装置９２を有している。また、制御装置９０は、装置１１全体を制御する。また、基板５０は、ベルト状の搬送部材２０９に載せられて搬送される。

（クランプ装置）
図１２示すように、保持部２００は、クランプ装置２１０を有している。クランプ装置２１０は、基板５０の背面５０Ｂを支持する板状の下側部材２２０と、基板５０の上面５０Ａ側に配置される板状の上側部材２３０と、を有している。

なお、クランプ装置２１０は、図示していない駆動装置によって、下側部材２２０及び上側部材２３０が、それぞれ上下方向に独立して移動するように構成されている。

下側部材２２０には、複数の各部品６０のリード６２に対応する位置に孔部２２２が形成されている。

一方、上側部材２３０には、基板５０の上面５０Ａに当たり下側部材２２０とで基板５０を挟んで把持する複数の把持部２３２が突出している。

更に、上側部材２３０には、上側部材２３０に対して上下方向に移動可能な複数の押付部２４０が設けられている。押付部２４０は、コイルばねなどの弾性部材２４２によって、基板５０の上面５０Ａに配置された部品６０を上側から下側に向けて押し付けるように構成されている。なお、押付部２４０は、図示していないストッパーで予め定めた位置よりも下側に移動しないように止められる。換言すると、押付部２４０は、ストッパーにより上側部材２３０から外れることがない。

これら複数の押付部２４０及び弾性部材２４２は、複数の各部品６０に対応する位置にそれぞれ設けられている。また、弾性部材２４２の押し付け力（弾性力）は、各部品６０の大きさや形状等によって適宜設定される。

図１３（Ａ）に示すように、押付部２４０には、上側部材２３０に形成された上下方向に貫通する貫通孔２３４から上側に突出する突出部２４４が形成されている。また、上側部材２３０の上面２３０Ａには、検知装置２５０が設けられている。

検知装置２５０は、発光素子２５２と受光素子２５４とが対向して配置された構造とされているセンサであって、フォトインタラプタが例示できる。検知装置２５０は、図１３（Ｂ）に示すように、突出部２４４が上側部材２３０の上面２３０Ａから予め定めた突出量よりも突出すると検知し、検知結果を制御装置９０（図１２）に送る。なお、検知装置２５０は、図１３以外の図では省略し、図示していない。

なお、押付部２４０は、突出部２４４が上側部材２３０の貫通孔２３４に挿入されることで上下方向にのみ移動するように規制される。

また、上側部材２３０の把持部２３２、押付部２４０及び弾性部材２４２は、着脱可能とされている。つまり、把持部２３２及び押付部２３２は、基板５０にはんだ付けする各部品６０の位置及び種類に応じて、把持部２３２の位置及び押付部２４０のＺ方向の高さが予め適宜設定されて、上側部材２３０に装着される。また、弾性部材２４２は、その弾性力が部品６０毎に予め適宜設定されて上側部材２３０に装着される。

把持部２３２、押付部２４０及び弾性部材２４２を着脱可能にする構造は、どのようなものであってもよい。本実施形態では、把持部２３２及び押付部２４０を、上側部材２３０に予め形成した孔にはめ込み（圧入）、又は予め形成したネジ穴にネジ部を締め込むことによって固定する構造となっている。また、本実施形態の把持部２３２及び押付部２４０はピン形状とされ、上側部材２３０はガラスエポキシ樹脂製のパレットで構成されている。

（検出装置）
装置１１の本体部２１２には、図１４に示すように、ノズル８０の吐出口８４から吐出する溶融はんだＪの吐出高さＪＡを検出する検出装置２６０が設けられている。検出装置２６０は、発光部２６２と受光部２６４とが対向して配置された構造とされている。

検出装置２６０で検出された吐出高さＪＡの検出結果は、制御装置９０（図１参照）に送られる。制御装置９０は、検出結果に基づいて溶融はんだＪの吐出高さＪＡが予め定めた範囲になるように溶融はんだＪを吐出させる吐出装置９２を制御している。

具体的には、制御装置９０は、検出した溶融はんだＪの吐出高さＪＡが予め定められた範囲よりも低い場合は、溶融はんだＪの吐出量を上げ、逆に溶融はんだＪの吐出高さＪＡが予め定められた範囲よりも高い場合は、溶融はんだＪの吐出量を下げる。

なお、検出装置２６０は、図１４以外の図では省略し、図示していない。

（蓋部材）
図１２に示すように、本体部２１２には、溶融はんだＪの酸化を抑制する気体Ｎ（本実施形態では窒素ガス、図１５参照）を噴出する噴出装置９６が設けられている。

噴出装置９６は、図１５に示すように、ノズル８０が突出する先細形状の筒状のカバー部９４とノズル８０との隙間から（ノズル８０の基端部８０Ｂ側の周囲から）先端部側に向かって気体Ｎが噴出するように構成されている。なお、図１５の矢印Ｎが気体の流れを表している。

また、装置１１には、蓋部材２７０が設けられている。蓋部材２７０は、下方側が開口する断面逆Ｕ字形状とされ、はんだ付け作業が休止中で待機位置に移動したノズル８０のアタッチメント１００の周囲を上側から覆うように構成されている。

また、蓋部材２７０は、ノズル８０を上側から覆った状態では、下端部２７０Ａがノズル８０のアタッチメント１００の上部傾斜面１１０の外縁部、すなわち角部１１９の下側に位置するように設けられている。なお、本実施形態では、蓋部材２７０の下端部２７０Ａは、カバー部９４に接触するように設けられている。

本実施形態では、ノズル８０が待機位置に移動後、図示しない駆動装置によって蓋部材２７０が下降し、ノズル８０を覆う構造となっている。なお、ノズル８０が待機位置に移動後、ノズル８０が上昇して装置１１などに固定された蓋部材２７０がノズル８０を覆う構成でもよいし、ノズル８０及び蓋部材２７０が共に移動して蓋部材２７０がノズル８０を覆う構成であってもよい。

＜作用＞
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１６（Ａ）に示すように、装置１１は、部品６０のリード６２をスルーホール５２（図１３（Ａ）を参照）に挿入した基板５０をベルト状の搬送部材２０９で、上側部材２３０と下側部材２２０との間に搬送する。

次に、図１６（Ｂ）に示すように、装置１１は、下側部材２２０を上昇させる。そうすると、下側部材２２０における各部品６０に対応する位置に形成された孔部２２２から、基板５０のスルーホール５２（図１３（Ａ））からリード６２が突出した状態の背面５０Ｂが露出する。

図１６（Ｃ）に示すように、装置１１は、上側部材２３０を下降させる。これにより、把持部２３２が、基板５０の上面５０Ａに当たり、把持部２３２と下側部材２２０とで基板５０を把持する。このように把持することで、基板５０の反りが矯正される。

また、図１３（Ａ）に示すように、各部品６０をそれぞれ対応する押付部２４０が上側から基板５０に押し付ける。これにより各部品６０の浮きが抑制される。

ここで、図１３（Ｂ）に示すように、仮に部品６０のリード６２がスルーホール５２に挿入されていなかった場合、押付部２４０が下降しないので、突出部２４４が上側部材２３０の上面２３０Ａから予め定めた突出量よりも突出した状態となる。そして、この状態の突出部２４４を検知装置２５０が検知することで、制御装置９０（図１２参照）は部品６０の実装不良、すなわちリード６２がスルーホール５２に挿入されていないと判断する。この場合、制御装置９０は、例えば、図示していない制御パネルに警告を出し、はんだ付け工程を中断する。

全ての部品６０のリード６２がスルーホール５２に挿入されていた場合、図１６（Ｄ）に示すように、装置１１は、ノズル８０を近接させ、かつノズル８０の吐出口８４から溶融はんだＪ（図３参照）を吐出させながら、ノズル８０を基板５０の背面５２Ｂに沿って移動させる。そうすることで、リード６２と基板５０は、はんだ付けされる。なお、この動作は、図２及び図３を用いて説明した第一実施形態の装置１０の動作と同様である。また、図１６（Ｄ）では溶融はんだＪの図示を省略している。

ここで、前述したように上側部材２３０の把持部２３２がプリント基板５０の上面５０Ａに当たり、把持部２３２と下側部材２２０とでプリント基板５０を把持しているので、プリント基板５０の反りが矯正されている。更に、各部品６０を押付部２４０で上側から基板５０に押し付けているので、各部品６０の浮きが抑制されている。

したがって、基板５０の反り及び部品６０の浮きに起因する、はんだ付け品質の低下が抑制される。

また、図１４に示すように、検出装置２６０で検出された吐出高さＪＡの検出結果は、制御装置９０に送られる。制御装置９０は、当該検出結果に基づいて溶融はんだＪの吐出高さＪＡが予め定めた範囲に収まるように吐出装置９２（図１２参照）を制御する。よって、はんだ吐出高さＪＡ不良（予め定めた範囲外）に起因する、はんだ付け品質の低下の発生が抑制される。

はんだ付け作業が終了すると、装置１１は、図１６（Ｅ）に示すように、上側部材２３０を上昇したのち、図１６（Ｆ）に示すように下側部材２２０を下降し、基板５０の把持を解除する。そして、装置１１は、図１６（Ｇ）に示すように、基板５０を送り出す。

その後、制御装置９０は、ノズル８０を待機位置に移動させる。

この待機位置では、図１５に示すように、蓋部材２７０が下降し、蓋部材２７０がノズル８０を覆う。そして、噴出装置９６（図１２参照）がノズル８０の基端部８０Ｂ（図１２参照）側の周囲から先端部のアタッチメント１００側に向かって溶融はんだＪの酸化を抑制する気体Ｎ（本実施形態では窒素ガス）を噴出する。噴出した気体Ｎは蓋部材２７０の中に充満し、溶融はんだＪの酸化膜の発生が抑制されると共に、酸化膜によるはんだ付け品質の低下が抑制される。

ここで、蓋部材２７０でノズルを覆わない比較例について説明する。

図１７（Ａ）に示すように、アタッチメント１００が装着されていないノズル本体８２のみの場合は、ノズル本体８２の先端部が先細形状であるので、気体Ｎがはんだ表面に沿って流れやすい。つまり、気体Ｎは、溶融はんだＪの上端部であっても接触し易い。

しかし、図１７（Ｂ）に示すように、ノズル本体８２に径向外側に張り出したアタッチメント１００を装着した場合は、上部傾斜面１１０上に気体Ｎが廻り込みにくいので、上部傾斜面１１０上の溶融はんだＪに気体Ｎが接触しにくい。

これに対して、本実施形態では、噴出した気体Ｎは蓋部材２７０の中に充満し拡散しないので、気体Ｎが溶融はんだＪに高濃度で接触する。更に、径向外側に張り出したアタッチメント１００を装着しても上部傾斜面１１０上の溶融はんだＪに気体Ｎが高濃度で接触する。よって、蓋部材２７０でノズル８０を覆わない場合と比較し、溶融はんだＪの酸化膜の発生が抑制される。

なお、前述の説明では省略したが、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、アタッチメント１００を装着することで、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２のみの場合（先端部が径方向外側に張り出していないノズルの場合）と比較し、ノズル８０と基板５０の背面５０Ｂとの間の溶融はんだＪが、連続してスムーズに流れ落ちるので、リード６２間が繋がるはんだブリッジが発生しにくい傾向にある。

したがって、装置１１は、アタッチメント１００を装着していないノズル本体８２のみの場合と比較して、はんだブリッジの発生を抑制しつつノズル８０の基板５０に対する移動速度を高速化することができる。

また、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、メンテナンスは、ノズル本体８２に着脱自在なアタッチメント１００のみの交換を採用することができる。この場合は、ノズル８０全体を交換する場合と比較し、ランニングコストが低減できる。また、アタッチメント１００に塗布する酸化防止のためのプリフラックスの使用量を削減することも可能である。

＜その他＞
尚、本発明は、上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、ノズル本体８２の先端部８３に別部材のアタッチメント１００を装着することでノズル８０の先端部を径方向外側に張り出した形状にしたが、これに限定されない。アタッチメント１００とノズル本体８２とが一体であってもよい。つまり、ノズル８０の先端部の外形形状をアタッチメント１００が装着された形状としてもよい。

また、上記実施形態におけるアタッチメント１００の形状は、アタッチメント１００の軸Ｇに垂直な断面が円形であるものを示したが、これに限定されない。

例えば、アタッチメントは、軸Ｇに垂直な断面が矩形である図８に示す形状であっても良い。図８に示したノズル３８０のアタッチメント３００は、上部傾斜面３１０と下部傾斜面３２０とが形成され、ノズル本体８２よりも径方向外側に張り出した形状とされている。上部傾斜面３１０は、吐出口８４の外縁面を構成し、基端部８０Ｂ側（鉛直方向下側（図１参照））に向かうに従って径方向外側に傾斜している。下部傾斜面３２０は、上部傾斜面３１０の外縁部から基端部８０Ｂ側（鉛直方向下側（図１参照））に繋がる周面を構成し、基端部８０Ｂ側に向かうに従って径方向内側に傾斜している。なお、アタッチメント３００は、外側の形状のみアタッチメント１００と異なり、内側（貫通孔１０２（図５（Ａ）参照）及び吐出口８４はアタッチメント１００と同じである。

また、上記実施形態では、固定された基板５０の背面５０Ｂにノズル８０を沿って移動させたが、これに限定されない。ノズル８０を固定して基板５０を移動させてもよいし、ノズル８０と基板５０との両方を移動させてもよい。

また、上記第二実施形態では、上側部材２３０の複数の押付部２４０及び弾性部材２４２は、複数の各部品６０に対応する位置にそれぞれ設けられていたが、これに限定されない。

一つの押付部２４０が複数の部品６０を押し付ける構成であってもよい。また、この場合、一つの押付部２４０に対して複数の弾性部材で押し付け力（弾性力）を付与してもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０ はんだ付け装置
１１ はんだ付け装置
１２ 本体部
１６ 駆動部（移動装置の一例）
５０ プリント基板（基板の一例）
５０Ａ 表面
５０Ｂ 背面
５２ スルーホール
６０ 電子部品
６２ リード
８０ ノズル
８０Ｂ 基端部
８２ ノズル本体
８４ 吐出口
９０ 制御装置（制御手段の一例）
９６ 噴出装置（噴出手段の一例）
１００ アタッチメント（ノズル先端部材の一例）
１１０ 上部傾斜面
１２０ 下部傾斜面
２２０ 下側部材
２３０ 上側部材
２３２ 把持部
２３４ 貫通孔
２４０ 押付部
２４４ 突出部
２５０ 検知装置（検知手段の一例）
２６０ 検出装置（検出手段の一例）
２７０ 蓋部材
２７０Ａ 下端部
Ｊ 溶融はんだ
Ｎ 気体

Claims (14)

1. 先端部に形成され、溶融はんだが吐出する吐出口の外縁面を構成し、基端部側に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面と、
   該上部傾斜面の外縁部から該基端部側に繋がる周面を構成し、該基端部側に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面と、
   を備えるノズル。
2. 前記上部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度は、４０°以上で８５°以下に設定されている請求項１に記載のノズル。
3. 前記下部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度は、前記上部傾斜面の前記ノズルの軸方向に対する角度以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載のノズル。
4. 前記上部傾斜面及び前記下部傾斜面を有するノズル先端部材と、
   前記ノズル先端部材が着脱可能に装着されるノズル本体と、
   を備える請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のノズルと、
   前記ノズルの基端部が固定され、前記ノズルの前記吐出口から吐出した溶融はんだを回収して貯留すると共に、貯留する溶融はんだを前記ノズルの前記吐出口から吐出させる本体部と、
   基板の背面に沿って、前記ノズルの前記先端部を前記基板に対して相対移動させる移動装置と、
   を備えたはんだ付け装置。
6. 前記基板の背面を支持する下側部材と、
   前記基板の上面側に配置される上側部材と、
   前記上側部材に設けられ、前記基板の上面に当たり、前記下側部材とで前記基板を把持する把持部と、
   前記上側部材に対して上下方向に移動可能に設けられ、前記基板上に配置された電子部品を上側から押す押付部と、
   を備える請求項５に記載のはんだ付け装置。
7. 前記押付部から突出する突出部であって、前記上側部材に形成された上下方向に貫通する貫通孔に挿入された前記突出部と、
   前記突出部が前記上側部材の上面から予め定めた突出量よりも突出すると検知する検知手段と、
   を備える請求項６に記載のはんだ付け装置。
8. 前記ノズルの前記基端部側の周囲から前記先端部側に向かって溶融はんだの酸化を抑制する気体を噴出する噴出手段と、
   前記ノズルに対して相対移動し、前記ノズルの周囲を上側から覆い、前記気体を前記ノズルの前記先端部の周囲に案内する蓋部材と、
   を備える、
   請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
9. 前記蓋部材は、下端部が前記ノズルの前記上部傾斜面の前記外縁部よりも下側に位置するように設けられている、
   請求項８に記載のはんだ付け装置。
10. 前記ノズルの前記吐出口から吐出された溶融はんだの前記吐出口からの吐出高さを検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて、前記吐出高さが予め定められた範囲になるように、前記ノズルの前記吐出口から吐出する溶融はんだの吐出量を制御する制御手段と、
    を備える請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
11. 請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載のはんだ付け装置を用いて、前記基板の表面側からスルーホールに電子部品の端子が挿入された前記基板の背面に沿って、前記吐出口から溶融はんだを吐出させながら前記ノズルを前記基板に対して相対移動し、前記端子を前記基板にはんだ付けする基板装置の製造方法。
12. 溶融はんだが吐出するノズル本体に着脱可能に装着され、
    溶融はんだが吐出する吐出口の外縁面を構成し、前記ノズル本体の基端部側に向かうに従って径方向外側に傾斜する上部傾斜面と、
    該上部傾斜面の外縁部から該基端部側に繋がる周面を構成し、該基端部側に向かうに従って径方向内側に傾斜する下部傾斜面と、
    を備えるノズル先端部材。
13. 前記上部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度は、４０°以上で８５°以下に設定されている請求項１２に記載のノズル先端部材。
14. 前記下部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度は、前記上部傾斜面の前記ノズル本体の軸方向に対する角度以下に設定されている請求項１２又は請求項１３に記載のノズル先端部材。

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