【発明の詳細な説明】
発明の名称
はんだ付け装置
発明の背景
本発明は、はんだ付け装置に関する。更に詳しくは、本発明は、個々の部品を
プリント回路基板にはんだ付けするためのはんだ付け装置に関する。
先行技術のはんだ付け装置はロボットアームに取り付けられたはんだごてから
なる。同アームは、はんだごてのビットを接合部を作るのに適した位置まで移動
させるために操作される。はんだ付けワイヤがピンチローラを通してはんだごて
のビットに供給される。この先行技術のシステムは多くの欠点を有している。は
んだごてのビットは清浄に保たれねばならず、同ビットのための洗浄ステーショ
ンが設けられている。理想的には、ビットは各接合部が作られる前に洗浄すべき
である。しかしながら、ビットを作業位置から洗浄位置に移動させ、洗浄し、作
業部位まで戻すにはかなりの時間がかかる。従って、これは大きな時間の浪費を
もたらすこととなるため、各接合部を作る前毎にビットを洗浄することは不可能
であり、結果的に接合部の品質が低下する。
例えば、プリント回路基板にピンをはんだ付けする場合、ビットがプリント回
路基板とピンの両方に接触すれば、良好な接合部が常に形成される。しかしなが
ら、ビットがピンのみ又はプリント回路基板のみに接触する場合は、不良な接合
部が出来上がる。従って、ビットは極めて正確に位置決めされねばならず、これ
は困難である。
更なる不利な点としては、接合部を形成するためにかかる時間が比較的長いと
いう点である。はんだ付けする部品がビットにより一旦加熱されると、冷たく硬
いはんだがあてられ、これにより部品が冷却される。そのため、接合がなされる
前に部品を再加熱するとともに、はんだを溶融させなけらばならない。その上、
はんだ付けワイヤはその長さに沿って溶け上がる傾向があるため、正確な量のは
んだを供給することは難しい。
US-A-4 651 916は、はんだ槽、ノズル、及びはんだをノズルにポンプで送るた
めのポンプを有するはんだ付け装置を開示している。この先行技術のはんだ付け
装置は、事実上、ウェーブはんだ付け技術を用いて小さな部品をはんだ付けする
のに有用である。しかしながら、流動するはんだにより、特にはんだの流量の変
動により、同装置はプリント回路基板上での極めて繊細なはんだ付け作業には適
していない。
GB-A-1 297 138は、溶融はんだの入ったシリンダーを有するはんだ付け装置を
開示している。同シリンダーは上端が流路を設けたピストンで閉鎖されている。
はんだ付けするプリント回路基板がピストンに当接すると、ピストンが押し戻さ
れ、はんだが部品に向けて流路内を通って押し出される。この装置はウェーブは
んだ付け装置の変形であり、極めて繊細なはんだ付け作業用に設計されたもので
はない。問題点としては、ピストンにより移動するはんだの量がピストンの動き
に左右され、そのピストンの動きがはんだ付けされる部品の位置決めにより左右
されるため、部品に送られるはんだの量が精密に制御されないという点である。
もう一つの問題点は、かじりきずが又は酸化されたはんだの累積がピストンとシ
リンダーとの間に発生し、同装置を停止させてしまうことである。
発明の説明
本発明の第一の態様によれば、ノズルと、同ノズルを通して所定量の溶融した
はんだをポンプで送る容積式ポンプとを備えてなるはんだ付け装置が提供される
。
本発明は、またノズルと、同ノズルの端部において所定サイズの溶融はんだの
雫を形成する手段とを有ずるはんだ付け装置を提供する。
プリント回路基板上の正確な領域に溶融はんだを送るために小径ノズルを用い
ることができる。はんだ自体がはんだ付けする接合部を加熱することができ、接
合部に供給されるはんだの量が制御できる。特に、実質的に静止状態で溶融はん
だのボール又は雫がノズル出口に形成され、次いで接合部がはんだの雫に接触さ
せられる。
本発明は、更に、溶融はんだを収容し、ノズルを有する容器と、同容器の作業
容量(working volume)を減らして所定量のはんだをノズルを通して容器から排出
するための手段とを備えてなるはんだ付け装置を提供する。
このはんだ付け装置では、容器から排出されるはんだの量は、容器の作業容量
の減少分においてのみ左右され、これは正確に制御できる。これにより、後続の
はんだ付け操作において同一量のはんだを排出することができる。例えば、酸化
したはんだの累積によるノズルの部分的な詰まりは、容器の作業容量が減少され
ているため、排出されるはんだの量に影響を及ぼさない。
本発明は、更に、溶融はんだが収容されノズルを有する容器と、所定量のはん
だをノズルを通して容器から排出するために容器の作業容量を減少させる手段と
を備えてなり、はんだと接触する相対的な摺動面を有しないはんだ付け装置を提
供する。好適には、同容器ははんだを排出するために変形する可撓性壁部を有し
ている。
本発明のはんだ付け装置は、接合部を加熱すると共に容器の作業容量を増加さ
せて、溶融はんだを容器内に吸引することによってはんだ落とし装置としても使
用できることを意図している。
接合部がはんだ付けされるとき、用いられるはんだの量は接合部に左右され、
明らかに同一の接合部の間で変化することもある。例えば、前回のはんだ付けさ
れた接合部により使われたはんだの量に左右されるため、一定量のはんだをノズ
ルの先端を通して押し出しても所定サイズのボールができるとは限らない。好適
な実施態様では、同はんだ付け装置は、更にノズルから排出されるはんだボール
の嵩又は高さを感知するセンサーを備えている。はんだボールの実際の嵩又は高
さを監視してもよく、或いははんだボールは所定の基準サイズに設定することが
でき、更には特定の接合部に適合すように(大きく又は小さく)調整される。特
に好適な実施態様では、容器の作業容量を減らす手段は、前記センサーからの出
力信号に基づいて制御される。これにより容器から排出されるはんだの量を更に
正確に制御することができる。
好適な実施態様では、センサーは発光体と検出器とを備えた光学センサーであ
る。前記発光体は、ノズルから排出されるはんだから反射された光を感知する検
出器と一体であってもよい。
好適には、同はんだ付け装置は、更にノズルを加熱するノズルヒータを備えて
なる。容器内のはんだはその溶融点より僅かに高く保たれ、これにより同装置に
より消費される電力を減少させ、はんだの腐食作用も減少させる。はんだが容器
から排出される際に、はんだの温度はノズルヒータにより適当なはんだ付け温度
にまで上昇する。
更に好適な実施態様では、ノズル出口の周りに窒素等の不活性ガスの流れを作
ってはんだの酸化を防ぐフロー手段が設けられる。特に好適な実施態様では、同
ガスは加熱され、そのため、はんだ付けされる部位の予熱に使用できる。
更に好適な実施態様では、溶剤がガスにより運ばれる。これによりはんだ付け
作業を行う前にプリント回路基板を溶かす必要性がなくなる。
ノズルの先端に形成される溶融はんだのボールには、ポンプの作業容量が漸減
するにもかかわらずサイズが急激に大きくなる傾向があることが分かっている。
これは表面張力又は表皮効果によると考えられる。好適な実施態様では、ノズル
の振動手段が設けられている。ノズルの振動は、ノズルからポンプで供給され/
排出された溶融はんだに伝達される。これにより、ポンプが作動すると、はんだ
のボールが急激に大きくなるという上記傾向が減少させることが分かっている。
特に好適な実施態様では、ノズルは先端にはんだのボールを形成するように上
方を向いており、プリント回路基板が前記はんだのボールに接触させられる。
本発明は添付図面を参照して以下に詳述される。:−
図面の簡単な説明
図1は本発明のはんだ付け装置の好適な実施例の断面図である。
図2は図1の装置のノズル部分の拡大図である。
実施例の説明
図1に示すはんだ付け装置は、溶融はんだ3の容器として働き、ベローズが圧
縮されたときに容積式ポンプを構成するベローズチャンバ2を有している。同ベ
ロースチャンバ2は、上部鋳物部6及び下部閉鎖部材8によりその両端部が閉塞
された円筒状ベローズ4により形成される。上部鋳物部6は、チャンバ2内では
んだ3を溶融させるためのヒータ(図示せず)及び温度センサー(図示せず)が
設けられたフィンガー状凹部10を有している。
ベローズ4、上部鋳物部6及び下部閉鎖部材8はステンレス鋼製である。ベロ
ーズ4は厚さ0.2mm〜0.5mmのステンレス鋼からなる。ベローズの材料
が薄くなればなるほど、ベローズは圧縮され易くなる。ベローズの代表的な径は
10cmである。
図1がベローズチャンバを示しているが、このはんだ容器は他の方法で構成す
ることもできる。例えば、容器は全体的に剛性を有しており、弾性的な隔膜から
なる一つの壁部を有するようにすることもできる。かかる他の適当な材料として
、例えばチタンがベローズ4及び閉鎖部材6,8に使用することができる。
上部鋳物部6には出口孔12が設けられている。ノズル組立体14が上部鋳物
部6の頂部に脱着自在に取付けられており、出口孔12を通して排出された溶融
はんだ3を受ける。
図2を参照して、ノズル組立体14を更に詳細に説明する。ノズル取付部16
は上記鋳物部6の上記出口孔12に固定される下端18を有しており、同取付部
の内腔20は前記出口孔12と整合している。
ノズル22は前記ノズル取付部16の上端24にねじ込まれる。ノズル22の
フランジ26は、同フランジ26と前記ノズル取付部16の上端24との間の定
位置に熱電対温度センサー28を保持すくと共に、ノズル取付部16の周りの定
位置に円筒状ヒータ28を固定している。
前記熱電対28は前記筒状ヒータ28を制御するためノズル取付部16とノズ
ル22の温度を監視する。
第二フランジ30は、後述するようにノズル22を振動させるための振動ロッ
ド34に取り付けられたカラー32を支持する。
ノズル取付部16及びノズル22は、加熱された窒素ガスをノズル22の先端
36に送ると共に、同ノズル先端36から排出される余剰な溶融はんだを回収す
る管路として機能するステンレス鋼ジャケット34により囲まれている。
ジャケット34は、例えば(図示せぬ)ネジにより上部鋳物部6に取り付けら
れた基部38を有している。内部円筒40は基部38から上方へ突出し、ヒータ
28を囲んで、ヒータ28と円筒40との間に円筒状の通路42を形成している
。前記円筒40の基端部には窒素ガスを前記通路42内に供給する入口44が設
け
られており、窒素ガスは前記通路42内において円筒状ヒータ28により加熱さ
れる。前記ガスは前記入口44に送られる前に予熱されてもよい。外部円筒46
は内部円筒40を囲んでおり、断熱のためのジャケットを形成している。円錐状
キャップ48が両円筒40,46の頂部上に配設されており、同キャップは、ノ
ズル22を上端において囲むと共にノズル端36の僅かに手前で終わっているシ
リンダー50に向けて上向きに細くなっている。
ノズル22の上端52は円筒形であり、ノズル先端36が先細となって上端に
おいて薄肉の縁部を形成している。上記シリンダー50の上端は先細の先端部分
36の底部と同一高さにあり、ノズル22の外側と間隔をあけて配され、窒素ガ
スの通路を形成する。
上記キャップ48の外側の周りには、その下端において樋54が形成され、貯
留部58に繋がるドレインを形成する切欠56を有している。
光学センサー60が模式的に示されている。同センサー60は、後述するよう
に、ノズル先端36の上に形成されたはんだボール62に光を向けて、反射して
戻る光の量を検出する。反射光の量ははんだボール62のサイズに左右され、従
ってセンサー60はボールのサイズを指示する。センサー60は空気圧シリンダ
ー(図示せぬ)により2つの位置60′,60″の間を移動可能とされている。
上方位置60′ではセンサーは上方から計測のためにボールに向けられ、下方の
待機位置60″ではセンサー60はノズル先端36の高さ以下である。
図1を再度参照して、ベローズ4を圧縮及び伸長させるための機構を説明する
。
支持フランジ68が、上部鋳物部6に取り付けられ、垂直スタッド72により
基材70に固定されている。
下部閉鎖部材8は、流路78内を垂直方向に摺動するピン76により回転に逆
らって保持されているナット74上に載置されている。ナット74はプーリ82
と組み合わされたリードねじ80上に取り付けられ、正逆ステップモータ84及
び歯付きプーリベルト86により回動される。こうして、モータ84はナット7
4の垂直方向の動きを制御して、ナット74が持ち上げられるにつれてベローズ
4を圧縮し、ナットが降下するとベローズ4をその弾性で伸長させる。
基準スイッチ88は、ナット74が所定の高さにあることを示す信号を出す。
以下に更に詳しく説明するように、はんだ接合部を作るには、下部閉鎖部材8
を上部鋳物部6に向けて付勢してベローズ4を圧縮することによりはんだボール
62が形成され、次いでプリント回路基板にはんだ付けされる部品のリード線が
はんだボール62に当接させられるように、プリント回路基板が位置決めがなさ
れる。プリント回路基板が先ずノズル端20の近傍上方の位置に置かれ、そして
続いてはんだボール18が実質的に形成されるということが分かるであろう。
図1及び2の実施例の操作を以下に説明する。
ベローズチャンバ2内のはんだ3は、凹部10内の(図示せぬ)ヒータにより
溶融点の僅かに上まで加熱される。筒状ヒータ28が作動してノズル取付部16
及びノズル22内のはんだをはんだ付け温度まで持っていく。これはベローズヒ
ータによる電力消費を減少させると共に、ベローズチャンバ2内の溶融はんだの
腐食作用を減少させて(はんだは温度が上がると腐食性が高まる)、ベローズの
耐用期間を長くする。例えば、60/40 Sn/Pbはんだでは、適当なはんだ付け温度
は290度前後であり、一方その溶融点は200度前後である。
ボール62は、上方位置60′にある光学センサー60をもってによりサイズ
を監視することにより所定のサイズとされる。ベローズ2を圧縮するようにモー
タ84が作動し、ノズル22を通してはんだを搾り出してボール62を形成する
。センサーが必要なサイズに達したことを指示すると、モータ84が停止してセ
ンサー60が待機位置60″まで下方へ引き戻される。次いでプリント回路基板
又ははんだ付けされるべき接合部を有する他の物品は降ろされ、接合部がはんだ
ボール62に接触する。特に、プリント回路基板の下側を通って突出するリード
がはんだボール62内に浸され、ボールはリード周辺のプリントされた回路トラ
ックと接触する。
同リードが下方を向いている場合はノズル端36に侵入させてもよい。しかし
ながら、これは必須なものではなく、リードがリードとプリント回路基板上の対
応する肉盛部との間の接合領域の近傍にあるはんだボールと接触できるだけの充
分な間隙があれば、垂直に対して角度をなすリードもはんだ付けすることができ
る。また、はんだボールがリード及び肉盛部の双方に接触させるということも必
須ではない。溶融はんだは僅かな距離リードを走り上がり接合部を形成する。し
かしがなら、高品質の接合部は、はんだボールがリード及び肉盛部の双方に接触
させることとより確実に形成される。
加熱された窒素ガスの流れはシリンダー50によってノズル端36の周りに供
給される。これにより接合部が予熱され、接合部への熱衝撃が軽減する。「非清
浄」(“no-clean”)溶剤が使用された場合にも予熱は必要である。
接合部は好適には溶剤スステーションにおいて、例えばスプレー溶剤を用いて
予め溶剤を付与しておく。しかしながら、溶剤は加熱された窒素ガスの流れによ
って運ばれるかもしれない。往々にして溶剤の種類は顧客の仕様により決められ
、これは溶剤を付与するための固有の手順を必要とするかもしれない。多種多様
な溶剤を使用できることが分かっている。適当な溶剤の例としては、英国サリー
のアルファ金属有限会社(Alpha Hetals Limited)による水ベースの溶剤NR30
0がある。
不活性窒素ガスは、ノズル端における酸化又はドロス形成を抑制する働きもあ
り、ボール表面における酸化を阻止しボールの表面張力を減少させることにより
、均一で再生可能なはんだボールサイズの形成に寄与するとも信じられている。
ノズル22を振動させると、ボール62の形成が大きく助長されることが分かっ
ている。これはカラー32によりノズル22に連結されたアーム34に取り付け
られたソレノイドタイプのバイブレータにより達成される。この振動により、ベ
ローズ4が圧縮された際に、必要以上にボールのサイズが突然増したり「跳ね上
がったり」する傾向が減少する。振動周波数は好適には約100Hz以上であり、
好ましくは200Hz以上である。
一つの実施例では、ノズル22は2.5mmの外径及び2mmの内径を有し、
ノズル先端36の頂縁はポイントとなっている。
様々なノズルのサイズを用いることができる。好適には、プリント回路基板の
下側にある接合部への接近を容易にし、はんだによる架橋を防いで小さなはんだ
ボールを形成させるように、ノズル外径は小径(約4mmより小さく)に保たれ
る。
原則的にボールのサイズはベローズ4の圧縮量により、従ってモータ84の回
転により決めることができる。はんだ接合部は必要な量のはんだを「取る」であ
ろうし、これは同様の接合であっても接合部ごとに明らかに変わるであろう。こ
うして、一つの方法において、前記ボールはセンサー60によるサイズの監視に
よって基準サイズとされ、そして更にモータ84を駆動(或いは逆転に)させて
ボールを所要のサイズにする。
現在の好適な方法では、相対的なボールのサイズを指し示すセンサー60から
のアナログ出力を監視することによりボールサイズが「計測され」、上記システ
ムは特定サイズのボールを形成するためにプログラムされ得る。
大き過ぎるボール62が形成された場合、またはんだ作業の開始時である場合
には、ボール62はノズル端から落ちる程大きくなるまで急速に大きくされる。
シリンダー50がノズル端部52に充分近いと、ボールはそれらの間の間隙を渡
って転がり、樋54内に回収されて貯留部58へと排出される。シリンダー50
はノズル先端36の頂縁部から下方へ5mm以内の間隔をあけて配され、ノズル
端部52の周囲には3mmより小さい間隙が設けられている。間隙が約4mmよ
り小さい場合には、無用の前記はんだボールは殆どが間隙を飛び越えることが分
かっており、約3mm又はそれより小さい間隙であればそれが確実になされる。
好ましくは同間隙は0.5mmと1.0mmの間である。
貯留領域の基部38と上部鋳物部6との間には不要なはんだをベローズ内に流
し戻し、ベローズチャンバ2に充填するための(図示せぬ)プラグ差込口が設け
られている。ベローズを充填するには、モータ84を逆転させて、ナット74を
スイッチ88により示される基準位置まで下げる。プラグを外して新しいはんだ
と廃棄物のはんだをベローズ2内に導入し、凹部10内のヒータが作動してはん
だを溶融させる。ベローズチャンバ2が充填されると、プラグを戻し、モータ8
4を作動させてベローズを圧縮し、ノズル16,22を通してシステムから空気
を排出する。
はんだ付けされた接合部がノズル端から離れる際に、ノズル22内のはんだの
高さははずむ傾向があることが知られている。この傾向は、ベローズチャンバ2
内に空気が閉じ込められていないことが確実であれば、軽減又はなくすことがで
きる。このことから、ベローズの壁部の設計は重要である。ベローズの折り畳ま
れた壁部90は、ベローズが充填される際に空気が折り畳み部内に閉じ込められ
るのを防ぐために、実質的に平坦であるべきである。
全体的に生産ラインをセットアップ及び/又はプログラムする際には、特定の
部品の接合部用のボール62に必要なサイズは試行錯誤と前述のセンサー60か
らの関連する出力とにより決められる。これによって、サイズが生産時において
再生できる。
プリント回路基板は水平面内を移動させるためXYZプラットフォーム上で動
かされ、接合部をスプレー溶剤付与部の上方に位置決めし、続いてノズル先端3
6の上方に位置決めして、プリント回路基板をノズル向けて下方へ垂直に移動さ
せる。
XYZプラットフォームは、各接合部に溶剤を付与するためにスプレーノズル
の上に順次位置決めされるように基板を移動させ、次いで溶剤が付与された接合
部をはんだ付けノズル22へと移動させるようにプログラムされている。基板用
に一旦プログラムがセットされると、複数の基板が連続して自動的に溶剤付与/
はんだ付けされるようにできる。
プリント回路基板の垂直方向の動きは、上昇位置60′にあるときの光学セン
サー60との間に間隙を持たせると共に、ボール62が形成された状態で、基板
にはんだ付けされるリードが形成済みのはんだボールに侵入するようにプリント
回路基板を降ろすように調整され、はんだボール62は基板上の肉盛部、即ちリ
ードの周辺の錫をかぶせた領域に接触する。
基板の透孔をはんだ付けするには、基板をはんだボール62に接触するように
下げる。必要ならば、透孔がはんだ付けされる間に追加のはんだを送り込むられ
ることもできる。しかしながら、更にはんだを孔内に送り込むことを必要とする
ことなく、一般的に孔自体がノズルから充分なはんだを取り込むことがわかって
いる。
図示された実施例では、ノズル先端36は尖った縁部となるように面取りされ
ている。ノズル22の先端36は平坦でもよく、その場合は一定長のチューブを
直角に切ることで巧く形成される。ノズル先端36は凹陥溝部を形成するような
形状としてもよい。
ノズル22は取り外されて、異なるはんだ付けに適用するために異なるサイズ
の他のノズルと交換することができるようにされている。ノズル22は好ましく
は溶融はんだにより濡れない材料から形成される。ノズルに使用できる材料の例
としては、チタン又はステンレス鋼が挙げられる。
光学センサー60としては適当な如何なる従来のセンサーも使用できる。例え
ば、IMOカタログの218−9ページに示された参照番号E3S−X3の「光
ファイバー光電」ユニットを使用することができる。
これに代わる実施例では、別体の検出器及び光源を用いてもよい。しかしなが
ら、プリント回路基板がノズル先端36へ加工するため、プリント回路基板上の
部品が光源と検出器との間の光の通路を遮断することがより発生しやすい。その
上、プリント回路基板により検出器に反射する迷光があるかもしれない。従って
、センサーの出力は、はんだボール62の大きさにおける変化と同様にプリント
回路基板の動きによっても影響を受ける。
本装置をプリント回路基板からはんだを除去するはんだ落とし装置として用い
ることも可能である。はんだ付け接合部が加熱され、ベローズチャンバ2の作業
容量を増加させてはんだをノズル22内に吸引する。Description: Title of the invention Soldering device Background of the invention The present invention relates to a soldering device. More specifically, the present invention relates to a soldering device for soldering individual components to printed circuit boards. Prior art soldering equipment consists of a soldering iron attached to a robot arm. The arm is operated to move the bit of the soldering iron to a position suitable for making the joint. Soldering wires are fed to the bits of the soldering iron through pinch rollers. This prior art system has many drawbacks. The bit of the soldering iron must be kept clean and a cleaning station for the bit is provided. Ideally, the bit should be cleaned before each joint is made. However, it takes a considerable time to move the bit from the working position to the cleaning position, clean it, and return it to the working site. It is therefore not possible to clean the bit before each joint is made, as this is a significant waste of time, resulting in poor joint quality. For example, when soldering a pin to a printed circuit board, a good joint is always formed if the bit contacts both the printed circuit board and the pin. However, if the bit contacts only the pins or only the printed circuit board, a bad joint is created. Therefore, the bits must be positioned very accurately, which is difficult. A further disadvantage is that the time taken to form the joint is relatively long. Once the parts to be soldered are heated by the bit, a cold, hard solder is applied, which cools the parts. Therefore, the components must be reheated and the solder must be melted before the bond is made. In addition, soldering wires tend to melt along their length, making it difficult to deliver the correct amount of solder. US-A-4 651 916 discloses a soldering device having a solder bath, a nozzle and a pump for pumping solder to the nozzle. This prior art soldering machine is useful in effect for soldering small parts using wave soldering techniques. However, due to the flowing solder, in particular due to fluctuations in the solder flow rate, the device is not suitable for very delicate soldering operations on printed circuit boards. GB-A-1 297 138 discloses a soldering device having a cylinder containing molten solder. The cylinder has an upper end closed by a piston provided with a flow path. When the printed circuit board to be soldered comes into contact with the piston, the piston is pushed back and solder is forced through the flow path towards the component. This device is a variation of the wave soldering device and is not designed for extremely delicate soldering operations. The problem is that the amount of solder that is moved by the piston depends on the movement of the piston, and the movement of the piston depends on the positioning of the parts to be soldered, so the amount of solder sent to the parts is not precisely controlled. That is the point. Another problem is that galling or build-up of oxidised solder occurs between the piston and cylinder, shutting down the device. DESCRIPTION OF THE INVENTION According to a first aspect of the present invention there is provided a soldering apparatus comprising a nozzle and a positive displacement pump for pumping a quantity of molten solder through the nozzle. The present invention also provides a soldering apparatus having a nozzle and means for forming a droplet of molten solder of a predetermined size at the end of the nozzle. A small diameter nozzle can be used to deliver the molten solder to the correct area on the printed circuit board. The solder itself can heat the joint to be soldered and the amount of solder supplied to the joint can be controlled. In particular, a ball or drop of molten solder is formed at the nozzle exit in a substantially stationary state and then the joint is contacted with the drop of solder. The present invention further comprises a container containing molten solder and having a nozzle, and means for discharging a predetermined amount of solder from the container through a nozzle by reducing the working volume of the container. An attachment device is provided. In this soldering device, the amount of solder expelled from the container depends only on the reduction of the working capacity of the container, which can be controlled precisely. This allows the same amount of solder to be expelled in subsequent soldering operations. For example, partial nozzle clogging due to the accumulation of oxidized solder does not affect the amount of solder dispensed due to the reduced working capacity of the container. The present invention further comprises a container having a nozzle in which molten solder is contained, and means for reducing the working capacity of the container to expel a predetermined amount of solder from the container through the nozzle, and the relative contact with the solder. Provided is a soldering device having no smooth sliding surface. Preferably, the container has a flexible wall that deforms to expel solder. The soldering device of the present invention is intended to be used as a desoldering device by heating the joint and increasing the working capacity of the container so as to suck the molten solder into the container. When a joint is soldered, the amount of solder used depends on the joint and can even vary between apparently identical joints. For example, because the amount of solder used by the previously soldered joint depends on the amount of solder used, even if a certain amount of solder is extruded through the tip of the nozzle, a ball of a predetermined size is not always formed. In a preferred embodiment, the soldering device further comprises a sensor for sensing the bulk or height of the solder balls ejected from the nozzle. The actual bulk or height of the solder balls may be monitored, or the solder balls may be set to a given reference size and adjusted (larger or smaller) to fit a particular joint. . In a particularly preferred embodiment, the means for reducing the working volume of the container are controlled based on the output signal from the sensor. This makes it possible to control the amount of solder discharged from the container more accurately. In the preferred embodiment, the sensor is an optical sensor with a light emitter and a detector. The light emitter may be integral with a detector that senses light reflected from the solder ejected from the nozzle. Preferably, the soldering apparatus further comprises a nozzle heater for heating the nozzle. The solder in the container is kept slightly above its melting point, which reduces the power consumed by the device and also reduces the corrosive effect of the solder. When the solder is discharged from the container, the temperature of the solder is raised to an appropriate soldering temperature by the nozzle heater. In a further preferred embodiment, flow means are provided around the nozzle outlet to create a flow of an inert gas such as nitrogen to prevent solder oxidation. In a particularly preferred embodiment, the gas is heated so that it can be used to preheat the parts to be soldered. In a more preferred embodiment, the solvent is gas-borne. This eliminates the need to melt the printed circuit board before performing the soldering operation. It has been found that the molten solder balls formed at the tip of the nozzle tend to increase in size rapidly despite the gradual decrease in pump working capacity. This is believed to be due to surface tension or skin effect. In a preferred embodiment, nozzle vibrating means are provided. The vibration of the nozzle is transmitted to the molten solder pumped / discharged from the nozzle. It has been found that this reduces the above tendency for the solder balls to grow rapidly when the pump is activated. In a particularly preferred embodiment, the nozzle is oriented upward to form a solder ball at the tip, and the printed circuit board is brought into contact with the solder ball. The present invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings. Brief Description of the Drawings Figure 1 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the soldering apparatus of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the nozzle portion of the apparatus shown in FIG. Description of the Embodiments The soldering device shown in FIG. 1 has a bellows chamber 2 which acts as a container for the molten solder 3 and constitutes a positive displacement pump when the bellows are compressed. The bellows chamber 2 is formed by a cylindrical bellows 4 whose both ends are closed by an upper casting part 6 and a lower closing member 8. The upper casting 6 has a finger-shaped recess 10 provided with a heater (not shown) and a temperature sensor (not shown) for melting the solder 3 in the chamber 2. The bellows 4, the upper casting 6 and the lower closing member 8 are made of stainless steel. The bellows 4 is made of stainless steel having a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm. The thinner the material of the bellows, the easier it is to compress. The typical diameter of the bellows is 10 cm. Although FIG. 1 shows a bellows chamber, the solder container can be constructed in other ways. For example, the container may be generally rigid and have one wall of elastic diaphragm. As such other suitable material, for example titanium may be used for the bellows 4 and the closure members 6,8. An outlet hole 12 is provided in the upper casting part 6. A nozzle assembly 14 is removably attached to the top of the upper casting 6 and receives the molten solder 3 discharged through the outlet holes 12. The nozzle assembly 14 will be described in more detail with reference to FIG. The nozzle mounting portion 16 has a lower end 18 fixed to the outlet hole 12 of the casting 6, and the inner cavity 20 of the mounting portion is aligned with the outlet hole 12. The nozzle 22 is screwed into the upper end 24 of the nozzle mounting portion 16. The flange 26 of the nozzle 22 holds the thermocouple temperature sensor 28 in a fixed position between the flange 26 and the upper end 24 of the nozzle mounting portion 16, and also has a cylindrical heater 28 in a fixed position around the nozzle mounting portion 16. Is fixed. The thermocouple 28 monitors the temperatures of the nozzle mounting portion 16 and the nozzle 22 in order to control the tubular heater 28. The second flange 30 supports a collar 32 attached to a vibrating rod 34 for vibrating the nozzle 22 as described below. The nozzle mounting portion 16 and the nozzle 22 are surrounded by a stainless steel jacket 34 that functions as a conduit for sending heated nitrogen gas to the tip 36 of the nozzle 22 and collecting excess molten solder discharged from the nozzle tip 36. Has been. The jacket 34 has a base 38 that is attached to the upper casting 6 by screws (not shown), for example. The inner cylinder 40 projects upward from the base 38, surrounds the heater 28, and forms a cylindrical passage 42 between the heater 28 and the cylinder 40. An inlet 44 for supplying nitrogen gas into the passage 42 is provided at the base end of the cylinder 40, and the nitrogen gas is heated by the cylindrical heater 28 in the passage 42. The gas may be preheated before being sent to the inlet 44. The outer cylinder 46 surrounds the inner cylinder 40 and forms a jacket for heat insulation. A conical cap 48 is disposed on the top of both cylinders 40, 46, which caps the nozzle 22 at the upper end and tapers upwardly toward a cylinder 50 ending slightly before the nozzle end 36. Has become. The upper end 52 of the nozzle 22 is cylindrical, and the nozzle tip 36 is tapered to form a thin edge at the upper end. The upper end of the cylinder 50 is flush with the bottom of the tapered tip portion 36 and is spaced from the outside of the nozzle 22 to form a passage for nitrogen gas. A gutter 54 is formed at the lower end around the outside of the cap 48, and has a notch 56 that forms a drain connected to the reservoir 58. The optical sensor 60 is shown schematically. As will be described later, the sensor 60 directs light to the solder balls 62 formed on the nozzle tips 36, and detects the amount of light reflected and returned. The amount of reflected light depends on the size of the solder ball 62, and thus the sensor 60 indicates the size of the ball. The sensor 60 is movable between two positions 60 ', 60 "by means of a pneumatic cylinder (not shown). In the upper position 60' the sensor is aimed at the ball for measurement from above and waits below. At position 60 ″, the sensor 60 is below the height of the nozzle tip 36. The mechanism for compressing and expanding the bellows 4 will be described with reference to FIG. 1 again. A support flange 68 is attached to the upper casting 6 and is secured to the substrate 70 by vertical studs 72. The lower closure member 8 is mounted on a nut 74 that is held against rotation by a pin 76 that slides vertically in a flow passage 78. The nut 74 is mounted on the lead screw 80 combined with the pulley 82, and is rotated by the forward / reverse step motor 84 and the toothed pulley belt 86. Thus, the motor 84 controls the vertical movement of the nut 74, compressing the bellows 4 as the nut 74 is lifted and causing the bellows 4 to elastically expand as the nut descends. Reference switch 88 provides a signal indicating that nut 74 is at a predetermined height. As will be described in more detail below, to make a solder joint, the lower closure member 8 is biased toward the upper casting 6 to compress the bellows 4 to form the solder ball 62, which is then printed circuit board. The printed circuit board is positioned so that the lead wires of the components to be soldered to the board are brought into contact with the solder balls 62. It will be appreciated that the printed circuit board is first placed in a position above and adjacent to the nozzle end 20, and subsequently the solder balls 18 are substantially formed. The operation of the embodiment of FIGS. 1 and 2 is described below. The solder 3 in the bellows chamber 2 is heated to slightly above the melting point by a heater (not shown) in the recess 10. The cylindrical heater 28 operates to bring the solder in the nozzle mounting portion 16 and the nozzle 22 to the soldering temperature. This reduces the power consumption by the bellows heater and reduces the corrosive effect of the molten solder in the bellows chamber 2 (solder becomes more corrosive as the temperature rises), extending the useful life of the bellows. For example, for 60/40 Sn / Pb solder, a suitable soldering temperature is around 290 degrees, while its melting point is around 200 degrees. The ball 62 is sized by monitoring the size with the optical sensor 60 in the upper position 60 '. Motor 84 operates to compress bellows 2 and squeezes the solder through nozzle 22 to form balls 62. When the sensor indicates that it has reached the required size, the motor 84 is stopped and the sensor 60 is pulled back down to the standby position 60 ". The printed circuit board or other article having the joint to be soldered is then removed. When unloaded, the joints contact the solder balls 62. In particular, the leads protruding through the underside of the printed circuit board are dipped into the solder balls 62, which contacts the printed circuit tracks around the leads. If the lead is pointing downwards, it may enter the nozzle end 36. However, this is not essential and the lead may be a junction area between the lead and the corresponding build-up on the printed circuit board. Leads at an angle to the vertical can also be soldered, provided there is sufficient clearance to contact the solder balls in the vicinity of. It is also not necessary for the solder balls to contact both the leads and the build-up, as the molten solder will run a short distance up the leads and form a joint, but a good quality joint will The ball is more reliably formed by contacting both the lead and the overburden.The heated stream of nitrogen gas is supplied around the nozzle end 36 by the cylinder 50. This preheats the joint, Reduces thermal shock to the joint, pre-heating is required even when “no-clean” solvents are used. The joint is preferably pre-solvented in a solvent station, for example using a spray solvent. However, the solvent may be carried by the heated stream of nitrogen gas. Often, the solvent type is dictated by the customer's specifications, which may require unique procedures for applying the solvent. It has been found that a wide variety of solvents can be used. An example of a suitable solvent is the water-based solvent NR300 from Alpha Hetals Limited, Surrey, UK. The inert nitrogen gas also has a function of suppressing the oxidation or dross formation at the nozzle end, and by preventing the oxidation on the ball surface and reducing the surface tension of the ball, it contributes to the formation of a uniform and reproducible solder ball size. Is also believed. It has been found that vibrating the nozzle 22 greatly facilitates the formation of balls 62. This is accomplished by a solenoid type vibrator attached to an arm 34 that is connected to the nozzle 22 by a collar 32. This vibration reduces the tendency for the ball to suddenly increase in size or "bounce up" more than necessary when the bellows 4 is compressed. The vibration frequency is preferably about 100 Hz or higher, preferably 200 Hz or higher. In one embodiment, the nozzle 22 has an outer diameter of 2.5 mm and an inner diameter of 2 mm, with the top edge of the nozzle tip 36 being a point. Various nozzle sizes can be used. Preferably, the nozzle outer diameter is kept small (less than about 4 mm) to facilitate access to the underside of the printed circuit board and prevent solder bridging to form small solder balls. Be done. In principle, the size of the ball can be determined by the amount of compression of the bellows 4, and thus the rotation of the motor 84. The solder joint will "take up" the required amount of solder, and this will obviously change from joint to joint for similar joints. Thus, in one method, the ball is sized by monitoring the size by sensor 60 and then motor 84 is driven (or reversed) to bring the ball to the required size. In the presently preferred method, the ball size is "measured" by monitoring the analog output from sensor 60, which indicates the relative ball size, and the system can be programmed to form a particular size ball. If too large a ball 62 is formed, or at the beginning of a dribbling operation, the ball 62 is rapidly enlarged until it becomes large enough to fall from the nozzle end. When the cylinder 50 is sufficiently close to the nozzle end 52, the balls roll across the gap between them and are collected in the gutter 54 and discharged to the reservoir 58. The cylinder 50 is arranged at a distance of 5 mm or less downward from the top edge of the nozzle tip 36, and a gap smaller than 3 mm is provided around the nozzle end 52. It has been found that most of the useless solder balls jump over the gap when the gap is less than about 4 mm, and a gap of about 3 mm or less is guaranteed. Preferably the gap is between 0.5 mm and 1.0 mm. A plug insertion port (not shown) is provided between the base portion 38 of the storage region and the upper casting portion 6 so as to allow unnecessary solder to flow back into the bellows and fill the bellows chamber 2. To fill the bellows, the motor 84 is reversed and the nut 74 is lowered to the reference position indicated by switch 88. The plug is removed, and new solder and waste solder are introduced into the bellows 2, and the heater in the recess 10 is activated to melt the solder. Once the bellows chamber 2 is filled, the plug is replaced and the motor 84 is activated to compress the bellows and expel air from the system through the nozzles 16,22. It is known that the height of the solder in the nozzle 22 tends to bounce as the soldered joint moves away from the nozzle end. This tendency can be reduced or eliminated if it is ensured that air is not trapped in the bellows chamber 2. For this reason, the design of the bellows wall is important. The folded wall 90 of the bellows should be substantially flat to prevent air from being trapped within the fold when the bellows is filled. When setting up and / or programming the overall production line, the required size of the ball 62 for the joint of a particular component is determined by trial and error and the associated output from the sensor 60 described above. This allows the size to be regenerated during production. The printed circuit board is moved on an XYZ platform to move in a horizontal plane, positioning the joint above the spray solvent applicator and then above the nozzle tip 36 to direct the printed circuit board toward the nozzle. Move vertically down. The XYZ platform is programmed to move the substrate so that it is sequentially positioned over the spray nozzle to apply solvent to each joint, and then move the solvent applied joint to the soldering nozzle 22. Has been done. Once the program is set for the boards, multiple boards can be automatically solvent-applied / soldered in succession. The vertical movement of the printed circuit board creates a gap between it and the optical sensor 60 when it is in the raised position 60 ', and with the balls 62 formed, the leads to be soldered to the board are already formed. Aligned to lower the printed circuit board so that it penetrates into the solder balls, the solder balls 62 make contact with the build-up on the board, the tinned area around the leads. To solder through holes in the board, the board is lowered into contact with solder balls 62. If desired, additional solder can be pumped in while the vias are soldered. However, it has been found that the holes themselves generally take up sufficient solder from the nozzle without the need to further feed solder into the holes. In the illustrated embodiment, the nozzle tip 36 is chamfered to provide a sharp edge. The tip 36 of the nozzle 22 may be flat, in which case it is conveniently formed by cutting a length of tube at a right angle. The nozzle tip 36 may be shaped so as to form a concave groove portion. Nozzle 22 has been removed so that it can be replaced with another nozzle of a different size for different soldering applications. The nozzle 22 is preferably formed from a material that is not wetted by the molten solder. Examples of materials that can be used for the nozzle include titanium or stainless steel. As optical sensor 60, any suitable conventional sensor can be used. For example, a "fiber optic optoelectronic" unit with reference number E3S-X3 shown on page 218-9 of the IMO catalog can be used. In alternative embodiments, separate detectors and light sources may be used. However, because the printed circuit board is machined into the nozzle tip 36, it is more likely that a component on the printed circuit board will block the light path between the light source and the detector. Moreover, there may be stray light reflected by the printed circuit board to the detector. Therefore, the output of the sensor is affected by movement of the printed circuit board as well as changes in the size of the solder balls 62. The device can also be used as a desoldering device for removing solder from a printed circuit board. The soldered joint is heated, increasing the working capacity of the bellows chamber 2 and drawing solder into the nozzle 22.
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年3月25日
【補正内容】補正請求項:
1.ノズル(16,22)と、該ノズルを通して溶融はんだをポンプで送るため
の容積式ポンブ(4,74,80,84)とを備えてなり、所定量のはんだを前
記ノズル(22)にポンプで送るための手段が設けられてなることを特徴とする
はんだ付け装置。
2.ノズル(16,22)と、該ノズル(22)の端部に所定サイズの溶融はん
だの雫(62)を形成する手段(4,10,60,74,80,84)とを有し
てなるはんだ付け装置。
3.溶融はんだ(3)が収容され且つノズル(16,22)を有する容器(4)
を備えてなり、前記手段(74,80,84)が所定量のはんだ(3)をノズル
(22)を通して容器(4)から排出するために容器(4)の作業容量を減少さ
せることを特徴とするはんだ付け装置。
4.溶融はんだが収容され且つノズル(22)を有する容器(2)と、はんだを
ノズル(22)を通して容器(2)から排出するために容器(2)の作業容量を
減少させる手段(74,80,84)とを備えてなり、はんだど接触する相対的
な摺動面を有しないはんだ付け装置。
5.前記容器(4)ははんだ(3)を排出するために変形する可撓性壁部を有し
てなることを特徴とする請求項3記載のはんだ付け装置。
6.センサー(60)がノズル(16,22)から排出されるはんだの量を感知
することを特徴とする上記いずれかの請求項に記載のはんだ付け装置。
7.センサーがノズル(16,22)から排出されるはんだのボールの高さを感
知することを特徴とする請求項1,3及び5のいずれか記載のはんだ付け装置。
8.容器(2)の前記作業容量を減少させる手段(74,80,84)がセンサ
ー(60)からの出力信号に基づいて制御されることを特徴とする請求項6又は
7記載のはんだ付け装置。
9.前記センサー(60)は発光体と検出器を備えてなる光学センサーであるこ
とを特徴とする請求項6、7又は8記載のはんだ付け装置。
10.前記発光体は検出器と一体であり、同検出器はノズル(22)の先端のはん
だから反射する光を検出することを特徴とする請求項9記載のはんだ付け装置。
11.ノズルヒータ(28)が前記ノズル(22)を加熱することを特徴とする上
記いずれかの請求項に記載のはんだ付け装置。
12.前記ノズル(16,22)の出口(36)が尖った縁部となるように面取り
されてなることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載のはんだ付け装置。
13.フロー手段(42)がノズル(16,22)から排出されるはんだ(62)
に窒素ガスの流れを向けることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載された
はんだ付け装置。
14.前記フロー手段(42)は窒素ガスを加熱するのに適してなることを特徴と
する請求項13記載のはんだ付け装置。
15.前記ノズル(16,22)はシリンダー(40)により囲まれ、前記窒素ガ
スは前記ノズル(16,22)及びシリンダー(40)の間に供給されることを
特徴とする請求項13又は14記載のはんだ付け装置。
16.前記フロー手段(42)は前記窒素ガスに溶剤を導入するのに適してなるこ
とを特徴とする請求項13,14又は15記載のはんだ付け装置。
17.更にノズルの振動手段(34)を備えてなる上記いずれかの請求項に記載の
はんだ付け装置。
18.ノズル(16,22)と、該ノズル(16,22)を通して溶融はんだをポ
ンプで送る手段(2,60,74,80,84)とを備えてなり、前記ポンプ手
段(2,60,74.80,84)はノズル端(36)にはんだのボールを形成
するのに適しており、はんだのボールの大きさを検出する検出手段(60)が設
けられ、同検出手段ははんだボール(62)がサイズを変えるとき、はんだボー
ル(62)から反射される光の量の変化を検出する検出器を有することを特徴と
するはんだ付け装置。
19.ノズル(16,22)と、該ノズル(16,22)を通して溶融はんだをポ
ンプで送る手段とを備えてなり、前記ポンプ手段(2,60,74,80,84
)は、ノズル先端(36)にはんだ(62)のボールを形成するのに適しており
、はんだ(62)のボールがノズル端(36)に形成されるときノズル端(36
)を振動させる前記振動手段(34)が設けられてなることを特徴とするはんだ
付け装置。
20.バイブレータ(34)が直接ノズル(22)に配設されてなる請求項19記
載のはんだ付け装置。[Procedure of amendment] Patent Law Article 184-8 [Submission date] March 25, 1996 [Amendment content] Claims for amendment: 1. A nozzle (16,22) and a positive displacement pump (4,74,80,84) for pumping the molten solder through the nozzle are provided, and a predetermined amount of solder is pumped to the nozzle (22). A soldering device comprising means for feeding. 2. It comprises a nozzle (16, 22) and means (4, 10, 60, 74, 80, 84) for forming a droplet (62) of molten solder of a predetermined size at the end of the nozzle (22). Soldering equipment. 3. A container (4) containing molten solder (3) and having nozzles (16, 22), said means (74, 80, 84) for supplying a predetermined amount of solder (3) through the nozzle (22). A soldering device, characterized in that the working capacity of the container (4) is reduced in order to discharge it from (4). 4. A container (2) containing molten solder and having a nozzle (22), and means (74,80,) for reducing the working capacity of the container (2) for discharging solder from the container (2) through the nozzle (22). 84) and without a relative sliding surface for soldering contact. 5. The soldering device according to claim 3, wherein the container (4) has a flexible wall portion that is deformed to discharge the solder (3). 6. A soldering device according to any of the preceding claims, characterized in that the sensor (60) senses the amount of solder ejected from the nozzle (16, 22). 7. A soldering device according to any of claims 1, 3 and 5, characterized in that the sensor senses the height of the balls of solder ejected from the nozzles (16, 22). 8. 8. Soldering device according to claim 6 or 7, characterized in that the means (74, 80, 84) for reducing the working capacity of the container (2) are controlled on the basis of an output signal from a sensor (60). 9. 9. Soldering device according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the sensor (60) is an optical sensor comprising a light emitter and a detector. Ten. 10. The soldering device according to claim 9, wherein the light emitter is integrated with a detector, and the detector detects the light reflected from the solder at the tip of the nozzle (22). 11. A soldering device according to any of the preceding claims, characterized in that a nozzle heater (28) heats the nozzle (22). 12. The soldering device according to any one of the preceding claims, characterized in that the outlet (36) of the nozzle (16, 22) is chamfered to have a sharp edge. 13. A soldering device according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow means (42) directs a stream of nitrogen gas towards the solder (62) discharged from the nozzle (16, 22). 14. 14. Soldering device according to claim 13, characterized in that the flow means (42) are adapted to heat nitrogen gas. 15. 15. The nozzle (16, 22) is surrounded by a cylinder (40), and the nitrogen gas is supplied between the nozzle (16, 22) and the cylinder (40). Soldering equipment. 16. 16. Soldering device according to claim 13, 14 or 15, characterized in that the flow means (42) are adapted to introduce a solvent into the nitrogen gas. 17. A soldering device according to any one of the preceding claims, further comprising nozzle vibrating means (34). 18. It comprises a nozzle (16, 22) and means (2, 60, 74, 80, 84) for pumping the molten solder through the nozzle (16, 22), said pump means (2, 60, 74. 80, 84) are suitable for forming solder balls at the nozzle end (36), and a detection means (60) for detecting the size of the solder balls is provided, and the detection means is the solder ball (62). A soldering device having a detector for detecting a change in the amount of light reflected from the solder ball (62) when the size changes. 19. It comprises a nozzle (16, 22) and means for pumping the molten solder through the nozzle (16, 22), the pump means (2, 60, 74, 80, 84) being the nozzle tip (36). Suitable for forming balls of solder (62), said vibrating means (34) being provided for vibrating the nozzle end (36) when the balls of solder (62) are formed at the nozzle end (36). A soldering device characterized in that 20. 20. The soldering device according to claim 19, wherein the vibrator (34) is arranged directly on the nozzle (22).
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(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
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TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ),AM,
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N,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE
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(72)発明者 スクワイアー,ニール クリストファー
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A,チェルムズフォード,マルシャム ド
ライブ 169
(72)発明者 トームズ,マイケル
イギリス国,エセックス州 SS9 5X
P,リー−オン−シー,イーストウッド,
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