特開 2024-162881 噴流式はんだ付け装置に用いる凸状ノズルプレートの表面処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162881

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】噴流式はんだ付け装置に用いる凸状ノズルプレートの表面処理方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/08 20060101AFI20241114BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

B23K1/08 320Z

H05K3/34 506K

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078843

(22)【出願日】2023-05-11

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000205270

【氏名又は名称】大阪アサヒ化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003085

【氏名又は名称】弁理士法人森特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長田 和真

(72)【発明者】

【氏名】光岡 輝男

【テーマコード（参考）】

4E080

5E319

【Ｆターム（参考）】

4E080AA01

4E080AB03

4E080CA02

4E080CA20

5E319AC01

5E319CC24

5E319CD35

5E319GG20

(57)【要約】

【課題】複数の噴出孔が配列された凸状ノズルプレートを有する噴流式はんだ付け装置において、酸化カス重量の低減を実現できる噴流式はんだ付け装置を提供する。
【解決手段】溶融させたはんだの噴流を基板に接触させてはんだ付けを行う噴流式はんだ付け装置であって、中空の胴部であるノズル本体１１の上部の開口を覆うように配置された凸状ノズルプレート１４を有するノズルを備えており、凸状ノズルプレート１４は、プレート状部材に複数の噴出孔１６が配列されており、噴出孔１６は、プレート状部材に対して凸になった円筒状フランジ１５の内側に形成されており、前記凸状ノズルプレート１４は、電解研磨で表面処理されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融させたはんだの噴流を基板に接触させてはんだ付けを行う噴流式はんだ付け装置であって、
中空の胴部であるノズル本体の上部の開口を覆うように配置された凸状ノズルプレートを有するノズルを備えており、
前記凸状ノズルプレートは、プレート状部材に複数の噴出孔が配列されており、
前記噴出孔は、プレート状部材に対して凸になった円筒状フランジの内側に形成されており、
前記凸状ノズルプレートは、電解研磨で表面処理されていることを特徴とする噴流式はんだ付け装置。

【請求項2】

前記凸状ノズルプレートは、前記ノズル本体に対して着脱可能である請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融させたはんだの噴流を基板に接触させてはんだ付けを行う噴流式はんだ付け装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、噴流式はんだ付け装置を用いた、はんだ付け作業の自動化が行われていた。噴流式はんだ付け装置は、はんだ槽内に設けられた噴流ダクトから溶融状態のはんだをノズルから噴流させる装置である。装置内において、ノズルから噴流したはんだを、搬送中のプリント基板等の対象物に接触させることにより、はんだ付けが実施される。

【0003】

噴流式はんだ付け装置においては、溶融はんだの酸化防止が課題になっており、特許文献１においては、はんだ槽本体、ノズル及びポンプを、低摩擦係数面を有する耐熱被膜によりコーティングして、溶解はんだの流れに対する抵抗を少なくすることにより、溶解はんだの酸化防止に有利になるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭６１－２０５６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１記載の噴流式はんだ付け装置において、ノズルは中空の胴部で構成されており、胴部の上部の開口がはんだの噴出口であり、ノズルにおけるコーティングの対象部位は胴部の内周面に留まっていた。すなわち、特許文献１に記載の噴流式はんだ付け装置は、ノズル上部に複数の噴出孔が配列された構成ではなく、特許文献１に記載の技術は、あくまでもノズル上部に至るまでの流路について、溶解はんだの流れに対する抵抗を少なくする技術に留まっていた。

【0006】

本発明は、前記のような従来の技術に鑑み、複数の噴出孔が配列された凸状ノズルプレートを有する噴流式はんだ付け装置において、酸化カス重量の低減を実現できる噴流式はんだ付け装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明の噴流式はんだ付け装置は、溶融させたはんだの噴流を基板に接触させてはんだ付けを行う噴流式はんだ付け装置であって、中空の胴部であるノズル本体の上部の開口を覆うように配置された凸状ノズルプレートを有するノズルを備えており、前記凸状ノズルプレートは、プレート状部材に複数の噴出孔が配列されており、前記噴出孔は、プレート状部材に対して凸になった円筒状フランジの内側に形成されており、前記凸状ノズルプレートは、電解研磨で表面処理されていることを特徴とする。

【0008】

本発明の噴流式はんだ付け装置においては、前記凸状ノズルプレートは、前記ノズル本体に対して着脱可能であることが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の噴流式はんだ付け装置によれば、電解研磨無しの凸状ノズルプレートを用いた比較例に比べて大幅な酸化カス重量の低減が実現できる。また、凸状ノズルプレートをノズル本体に対して着脱可能とした好ましい構成によれば、再度の電解研磨による再利用が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る噴流式はんだ付け装置の要部を示す断面図。

【図2】図１に示した噴流式はんだ付け装置のプリント配線基板の搬送方向における要部を示す断面図。

【図3】本発明の一実施形態に係る凸状ノズルプレートの斜視図。

【図4】本発明の一実施形態において、凸状ノズルプレート近傍の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る噴流式はんだ付け装置１の要部を示す断面図である。噴流式はんだ付け装置１は、はんだ付けの対象物であるプリント配線基板３０の裏面に溶融させたはんだの噴流を接触させてはんだ付けを行う装置である。複数のプリント配線基板３０が搬送コンベア３１（図２参照）で、一つずつ搬送されながら、プリント配線基板３０にはんだ付けが順次実施される。

【0012】

図１ではプリント配線基板３０は、紙面の裏面側から紙面の表面側に向けて搬送される。図２は、プリント配線基板３０の搬送方向における噴流式はんだ付け装置１の要部を示す断面図である。図２において、図示の便宜のため、搬送コンベア３１は、１本の２点鎖線で簡略化して図示している。搬送コンベア３１は傾斜しており、下流側が低く、上流側が高くなっている。プリント配線基板３０は、下流側から上流側に向けて搬送される（矢印ａ方向）。

【0013】

以下、図１及び図２を参照しながら、噴流式はんだ付け装置１の構造について説明する。図１において、はんだ槽２の内側に、第１ダクト３が配置され、第１ダクト３の上部に１次ノズル１０が配置されている。図２において、１次ノズル１０は、中空の胴部であるノズル本体１１と、ノズル本体１１の上部の開口を覆うように配置された凸状ノズルプレート１４で主要部を構成している。凸状ノズルプレート１４の詳細は後に説明する。

【0014】

図１において、第１ダクト３の端部にはインペラ５が配置されている。インペラ５はプーリ６の回転により回転する回転軸７と一体に回転する。プーリ６は、プーリ６に掛け合わされたベルト（図示せず）がモータ（図示せず）で駆動されて回転する。

【0015】

インペラ５の回転により、図１の矢印で示したように、第１ダクト３内の溶融はんだは、１次ノズル１０のノズル本体１１に送られ、ノズル本体１１内で溶融はんだは上昇する。上昇した溶融はんだは、凸状ノズルプレート１４の孔から噴流となって噴出してプリント配線基板３０に接触する。

【0016】

図２に示したように、プリント配線基板３０の搬送方向（矢印ａ方向）においては、１次ノズル１０の上流側に２次ノズル２０が配置されている。１次ノズル１０のノズル本体１１には、フロントプレート１２及びバックプレート１３が固定されており、両プレート１２、１３に架け渡すように、凸状ノズルプレート１４が配置されている。

【0017】

２次ノズル２０は、中空の胴部であるノズル本体２１の下流側にフロントウェーブガイド２２が固定され、ノズル本体２１の上流側にセンタープレート２３及びバックプレート２４が固定されて主要部を構成している。２次ノズル２０の上部はサイドプレート２５で壁面を形成している。

【0018】

図２の状態では、プリント配線基板３０は、１次ノズル１０の上部にあり、凸状ノズルプレート１４からの溶融はんだの噴流により、はんだ付けが実施される。プリント配線基板３０に接触した溶融はんだは、フロントプレート１２及びバックプレート１３に沿って、はんだ槽２内に還流する。

【0019】

１次ノズル１０の上部にあるプリント配線基板３０が上流側に搬送されると（矢印ａ方向）、２次ノズル２０からのはんだの噴流により、２回目のはんだ付けが実施される。プリント配線基板３０に接触した溶融はんだは、フロントウェーブガイド２２、センタープレート２３及びバックプレート２４沿って、はんだ槽２内に還流する。

【0020】

２次ノズル２０への溶融はんだ供給は、１次ノズル１０側と同様である。２次ノズル２０側にも、１次ノズル１０側に設けたインペラ５及びインペラ５の回転機構と同様の機構を専用に設けている。２次ノズル２０の下部の第２ダクト８には、図１に示した第１ダクト３と同様に、インペラ５が配置されており、インペラ５の回転により、第２ダクト８内の溶融はんだが２次ノズル２０のノズル本体２１に送られる。インペラ５の回転機構についても、第１ダクト１０側と同様である。

【0021】

図３に、凸状ノズルプレート１４の斜視図を示している。図４に、凸状ノズルプレート１４近傍の断面図を示している。図３において、凸状ノズルプレート１４は、プレート状部材に、所定ピッチで複数の噴出孔１６が配列されている。噴出孔１６は、プレート状部材に対して凸になった円筒状フランジ１５の内側に形成されている。円筒状フランジ１５の形成方法は特に限定はなく、バーリング加工により形成してもよく、切削加工により形成してもよい。

【0022】

図４において、凸状ノズルプレート１４は、図３のＡＡ線における断面図を示している。図４の矢印で示したように、ノズル本体１１内を上昇した溶融はんだは、凸状ノズルプレート１４の噴出孔１６から噴流となって噴出する。

【0023】

噴流式はんだ付け装置においては、黒色粉状の酸化物である酸化カスが発生する。酸化カスは、はんだ付けには寄与しないため、酸化カスが発生すると、その量だけ、はんだ付けに使用できるはんだの量が減少する。このため、はんだ槽２内に投入したはんだの全てを、はんだ付けに使用することはできず、酸化カスの発生分が損失となる。したがって、酸化カスの発生量が多いと、はんだの損失量も多くなり、これに加えて、除去作業の負担も増大する。

【0024】

また、酸化カスの発生量が多いと、はんだ付け不良が生じ易くなる。この一因として、凸状ノズルプレート１４の孔に酸化カスが付着して、はんだの噴流の流れが阻害されることが挙げられる。

【0025】

本願発明者らは、酸化カスの低減に取り組み、各種試験を繰り返した結果、凸状ノズルプレート１４に電解研磨を行うと、酸化カスの低減に有利な効果を発揮することを見出した。以下、試験過程について説明する。

【0026】

表１に比較例及び実施例を示している。比較例及び実施例の基本構成は図１及び図２に示した噴流式はんだ付け装置１と同様である。比較例及び実施例に係る噴流式はんだ付け装置１は同一機種であり、凸状ノズルプレート１４の電解研磨の有無を除き、1次ノズル１０及び２次ノズル２０の構造は同一である。

【表1】

【0027】

実施例は、1次ノズル１０の凸状ノズルプレート１４（材料はステンレス：ＳＵＳ３１６Ｌ）に電解研磨で表面処理を行っており、1次ノズル１０の他の構成部品には表面処理を行っていない。電解研磨は、研磨対象物をプラス側とし、マイナス側である対極との間に電解液を介して直流電流を流し、研磨対象物の表面を溶解させて研磨する表面処理である。比較例は凸状ノズルプレート１４の構造及び材料は同じであるが、電解研磨は行っていない。また、実施例及び比較例共に、２次ノズル２０の構成部品には、表面処理は行っていない。

【0028】

以下便宜のため、比較例については比較例１といい、実施例については試験条件の違いにより実施例１、２という。下記表２は、実施例１及び比較例１を、それぞれ８時間運転したときの試験結果をしている。噴流回転数は、インペラ５（図１）を駆動するモータ（図示せず）の周波数である。はんだ温度は２５５℃（後記の実施例２も同じ）であり、試験条件を統一させるため、１次ノズル１０側及び２次ノズル２０側の両方において、実施例１及び比較例１の波高を同じ１０ｍｍにした。

【表2】

【0029】

表２に示したように、比較例１では、酸化カス重量が３．３０ｋｇ／８時間であったのに対して、実施例１では、１．７０ｋｇ／８時間にまで減少した。この場合、実施例１の比較例１に対する減少量は１．６ｋｇであり、減少率は４８．５％となり、実施例１は比較例１に比べて、大幅な酸化カス重量の低減が実現できた。

【0030】

表３は表２に示した比較例１及び実施例１に、実施例２を追加したものである。実施例１及び比較例１は波高を同じ１０ｍｍに統一しているが、実施例２は噴流回転数を、比較例１と同じ４０．００Ｈｚに統一したものである。

【表3】

【0031】

表３において、比較例１と実施例２を比較すると、両者は噴流回転数が同一でありながら、実施例２は比較例１よりも波高が高くなっている。すなわち、実施例２において、比較例１と同一波高にするには、噴流回転数を下げればよい。より具体的には、実施例１は比較例１と同一波高でありながら、実施例１は比較例１よりも噴流回転数が低くなっている。

【0032】

したがって、電解研磨有りの凸状ノズルプレート１４を使用することにより、噴流回転数を低くして必要な波高を確保することができる。噴流回転数を低下させると、酸化カス重量が低減することは知られている。このため、噴流回転数を低くして必要な波高を確保できることは、表２において、実施例１が比較例１よりも酸化カス重量が低減する一因となっている。また、噴流回転数を低下させると、はんだの吐出形状が安定するため、噴流回転数を低くして必要な波高を確保できることは、はんだ付けの品質面においても有利になる。

【0033】

以上によれば、本願発明者らは、噴流式はんだ付け装置１において、電解研磨で表面処理を行った凸状ノズルプレート１４を用いることにより、大幅な酸化カス重量の低減を実現した。この効果が得られる理由は、必ずしも明確ではないが、電解研磨は表面粗さを小さくする表面処理であること、電解研磨を行ったのは、はんだ流路全体ではなく凸状ノズルプレート１４に限定されることから、噴出孔１６近傍の表面粗さが小さくなったことが一因であると推測される。

【0034】

具体的には、噴出孔１６は、はんだの流れの断面積が小さくなり、流れに抵抗を生じさせる部分であることから、この部分の表面粗さを小さくすることは、はんだの流れの安定化に直接的に寄与し、酸化カス重量の低減にも寄与しているものと推測される。このことは、表３において、実施例２は比較例１と噴流回転数が同一でありながら、実施例２は比較例１よりも波高が高くなっていることからも推測可能である。

【0035】

また、図３、４に示したように、円筒状フランジ１５の上部に端面１７が形成される。電解研磨により端面１７についても、表面粗さが小さくなっているので、端面１７に酸化カスが付着しにくくなる。この場合、噴出孔１６は酸化カスで塞がれにくくなり、噴出孔１６における安定したはんだの流れが維持されることになる。このことも、酸化カス重量の低減に寄与しているものと推測される。

【0036】

一方、凸状ノズルプレート１４の表面粗さを小さくするだけであれば、物理研磨やコーティングによっても可能であるが、これらは、処理や施工が大掛かりになり、メンテナンスも容易でない。特に、物理研磨により円筒状フランジ１５の内面及び外面を研磨することは、著しい作業負担になる。本発明のように電解研磨であれば、処理が容易であり、劣化した場合の再利用も可能になる。より具体的には、凸状ノズルプレート１４を再度電解研磨を行うだけで、再利用が可能になる。この場合、図４において、凸状ノズルプレート１４を１次ノズル本体１１に対して着脱可能な構成にしておけば、取り外した凸状ノズルプレート１４について電解研磨を行えばよく、再利用が容易になる。

【0037】

また、実施例１において、電解研磨を行ったのは、はんだ流路全体ではなく凸状ノズルプレート１４に限定されるにもかかわらず、前記のとおり実施例１は、大幅な酸化カス重量の低減を実現した。このため、はんだ流路を構成する部品、例えば図３に示したダクト３やノズル本体１１にも、電解研磨を行うことにより、より一層の酸化カス重量の低減が期待できる。

【0038】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、前記実施形態は一例であり、適宜変更したものであってもよい。例えば、図３、図４において、凸状ノズルプレート１４は、１次ノズル本体１１とは別の部品としているが、１次ノズル本体１１と一体に成形したものであってもよい。

【符号の説明】

【0039】

１ 噴流式はんだ付け装置
２ はんだ槽
３ 第１ダクト
８ 第２ダクト
１０ １次ノズル
１１ １次ノズル本体
１４ 凸状ノズルプレート
１５ 円筒状フランジ
１６ 噴出孔
２０ ２次ノズル
２１ ２次ノズル本体
３０ プリント配線基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融させたはんだの噴流を基板に接触させてはんだ付けを行う噴流式はんだ付け装置に用いる凸状ノズルプレートの表面処理方法であって、
前記凸状ノズルプレートは、中空の胴部であるノズル本体の上部の開口を覆うように配置された凸状ノズルプレートを有しており、かつプレート状部材に複数の噴出孔が配列されており、
前記噴出孔は、プレート状部材に対して凸になった円筒状フランジの内側に形成されており、
前記凸状ノズルプレートについて、物理研磨を行うことなく、電解研磨で表面処理を行うことを特徴とする噴流式はんだ付け装置に用いる凸状ノズルプレートの表面処理方法。

【請求項2】

前記凸状ノズルプレートは、前記ノズル本体に対して着脱可能である請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置に用いる凸状ノズルプレートの表面処理方法。