JP5941282B2 - はんだ槽 - Google Patents

Description

本開示は、はんだ槽に関する。

プリント基板のはんだ付けには、溶融されたはんだを収容したはんだ槽上でプリント基板を浸す方式のフローはんだ付けが広く用いられている。しかしながら、はんだ槽には、継続的に使用されている間にはんだによる侵食が生じる。近年、普及が進む鉛フリーはんだの場合、従来のすず鉛共晶はんだに比して、種々の原因によって、ステンレスのはんだ槽の侵食が進みやすい問題があった。侵食の発生時点を遅らせたり、侵食の進行速度を下げる対策がとられている。しかしながら、根本的な対策は、未だ見いだされていない。

はんだ槽が侵食されてはんだが外部に流出することを防止するために、内槽と外槽との二重の構造のはんだ槽が使用される。このようなはんだ槽において、はんだの漏れを検出するために、本出願人は、特許文献１に記載のはんだ漏れ検知装置を提案している。特許文献１に記載のはんだ槽は、溶融はんだが貯留される導電性の内部槽と、所定の間隔を持って内部槽の外側に設けられた導電性の外部槽とを有する。内部槽と外部槽の間に所定の間隔を形成する電気絶縁性を有する電気絶縁体部が配される。そして、内部槽と外部槽間の導電性が漏れたはんだによって変化することを検出する漏れ検出部が設けられる。

特開２０１０−９９６７６号公報

特許文献１では、内槽と外槽とが漏れたはんだによって短絡されることを検出している。したがって、内槽および外槽が導電性を有する金属材料で形成されている場合、両方の間に絶縁部材によって絶縁することが必要である。絶縁部材として、比較的安価なガラス繊維を使用すると、数百キログラムになる重量の内槽を外槽に対して強固に支持することが難しく、安定性が悪い問題があった。一方、碍子、セラミックス等の強固な絶縁部材を使用すれば、比較的安定に内槽を支持することができる。しかしながら、碍子、セラミックス等は、取り扱いが難しい材料であり、コストも高い問題があった。

したがって、本開示の目的は、はんだのもれを検出でき、内槽を外槽に対して強固に支持することができるはんだ槽を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本開示は、溶融はんだを収容する導電性部材の内槽と、
金属製の部材によって内槽を所定の間隙でもって保持する導電性部材の外槽と、
外槽側から間隙に突出する検出電極と、
検出電極と外槽の内面との間を電気的に絶縁する絶縁部材と、
内槽および外槽の少なくとも一方と、検出電極との導通を検知する検知部と
を備えるはんだ槽である。

本開示によれば、内槽および外槽の少なくとも一方と、検出電極との導通によってはんだ漏れを検出するので、内槽を金属部材によって外槽に支持することができる。

本開示によるはんだ槽の断面模式図である。 本開示によるはんだ槽本体の断面図である。 本開示によるはんだ槽の内槽と外槽とを固定する固定部材を説明するための部分組み立て図である。 本開示によるはんだ槽の検出電極の一例の拡大断面図である。 本開示によるはんだ槽の検知部を説明する略線図である。

以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

「はんだ槽の構成」
本開示の一実施の形態について説明する。図１は、本開示の一実施の形態によるはんだ槽を有するはんだ付装置１の断面模式図である。はんだ付装置１は、はんだ槽２と、基板搬送部（図示せず）と、投げ込みヒーター（図１では省略）と、ポンプ３と、検知部４とを有している。

はんだ槽２は、内槽１１および外槽１６の二重構造を有する。内槽１１は、溶融はんだ５を収容している。溶融はんだ５は、内槽１１の上部近くまで収容され、溶融はんだ液面５ａを示している。

内槽１１の内部には、ダクト１２、噴流ダクト１３、および噴出ノズル１４が設けられている。ダクト１２と、噴流ダクト１３と、噴出ノズル１４とがつながり、一体構造を形成している。その一体構造は、内槽１１の底面近くから溶融はんだ液面５ａ近くまでを貫通する溶融はんだ５の流路である。その一体構造は、横から見てほぼＬ字型の形状となっている。ダクト１２は、溶融はんだ液面５ａと平行方向に延びている。ダクト１２は底面に開孔１２ａを有している。噴流ダクト１３は、ダクト１２とは垂直方向に延びている。噴流ダクト１３が垂直方向に延びるその上に噴出ノズル１４は設けられている。

溶融はんだ５の流れを作り出すポンプ３は、図示せぬモータと、シャフト３１と、インペラ３２を有している。インペラ３２はダクト１２内に配されている。モータの回転は、シャフト３１を通してインペラ３２に伝わり、溶融はんだ５が流れる運動エネルギに変換される。インペラ３２が回転すると、図中の矢印で示される溶融はんだの流れＦ１が生じ、ダクトの開孔１２ａからダクト１２内に溶融はんだ５が導入される。ダクト１２内に導入された溶融はんだ５は溶融はんだの流れＦ２となってダクト１２に沿って水平方向に進む。噴流ダクト１３によって、鉛直方向の溶融はんだの流れＦ３となった溶融はんだ５は、さらに、溶融はんだの流れＦ４と進み、噴出ノズル１４から噴出される。噴出された溶融はんだ５は、噴流はんだ液面５ｂを形成する。図示せぬ基板搬送部によって搬送されるワーク（基板）Ｗは、噴出された溶融はんだ５と接触し、はんだ付けが行われる。その後、溶融はんだ５は、溶融はんだの流れＦ５、およびＦ６となって噴流ダクト１３の外部に流れ落ち、内槽２に滞留する。

溶融はんだ５を収容する内槽１１は金属部材によって形成されている。内槽１１は、所定の間隙１５を有して外槽１６に対して金属部材の固定部材（図示を省略）によって保持されている。内槽１１は、耐食性が良好な金属例えばチタンからなる。外槽１６は、金属例えばステンレスからなる。なお、チタンなどの耐食性の高い金属で槽の表面処理を行っても良い。内槽１１に対してドレイン（図示を省略）が設けられ、内槽１１の溶融はんだ５を抜き取ることが可能とされている。間隙１５には、電気絶縁性を有する断熱材を充填しても良い。外槽１６には、内槽１１から漏れ出した溶融はんだ５を検知する検知部４が少なくとも１箇所に設けられている。検知部４は、適宜、複数箇所に設けられる。好適には、インペラ３２が設置され、溶融はんだ５の流れの速い箇所などの内槽１１の腐食が生じやすい付近に検知部４が設けられる。検知部４の詳細については後述する。

図２は、本開示の一実施の形態によるはんだ槽２の断面を示す。なお、図２は、図１の断面からは水平方向に９０度はんだ槽２を回転した断面である。はんだ槽２の外槽１６は、さらに周囲を側板１７で覆われている。外槽１６と側板１７との間には断熱材１８が埋め込まれ、溶融はんだ５の保温性を高めている。

内槽１１の底面近くにはヒーター１９が設けられている。このヒーター１９は、いわゆる投げ込み式と呼ばれるものである。ヒーター１９は、チタンやステンレスなど金属製のパイプ材の内部に、絶縁粉末（ＭｇＯ：酸化マグネシウム、マグネシアなど）を介して、発熱線（ニクロム線など）が封入される構成となっている。ヒーター１９の周囲は、溶融はんだ５の温度が高くなるため、その付近の内槽２は、腐食が生じやすい箇所の一つである。したがって、ヒーター１９の付近にも検知部４が好適に設けられる。

「固定部材」
内槽１１の底面の下側と、外槽１６の底面の上側との間には固定部材２０が設けられている。固定部材２０は金属製である。固定部材２０によって、内槽１１と、外槽１６とが固定され、はんだ槽２が強固に支持される。

図３に示すように、はんだ付装置１の内槽１１が固定部材２０によって外槽１６に固定される。内槽１１の底面には、外槽１６と対向する方向に突出する脚部２１が設けられている。脚部２１は、内槽１１と例えば溶接によって固着されている。脚部２１には、外槽１６側から内槽１１の方向にねじ穴２２が加工されている。外槽１６には、ねじ穴２２に対応して開口２３が設けられている。そして、内槽１１と、外槽１６とが金属製のボルト２４によって接合される。ボルト２４は、外槽１６の開口２３を貫通し、内槽１１のねじ穴２２入り込み、内槽１１と、外槽１６とを締め付け固定する。この固定部材２０は、はんだ槽２の底面の複数箇所に設けられている。

金属製の固定部材２０が用いられることによって、内槽１１を外槽１６に強固に支持することができる。内槽１１は、高温、且つ重量物である溶融はんだ５を支える必要がある。さらに、固定部材２０の全てに金属部材を用いることによって、碍子、セラミックス等を使用するのと比較して固定部材２０のコストを低くすることができる。

「検知部」
次に、検知部４について図４および図５を参照して詳細に説明する。検知部４は、外槽１６の一部に設けられた検知器と、検知器に接続される電気回路部とを有している。

検知部４の検知器は、ボス４０と、絶縁ブッシュ４１と、検知棒４２と、端子４３とを有している。外槽１６の底面には、間隙１５とは反対（鉛直下）方向に突出するようにボス４０が設けられている。ボス４０は金属製である。ボス４０は、外槽１６と例えば溶接によって固着されている。ボス４０には、鉛直方向に貫通する孔が形成されている。その孔にはねじ山が切られている。

ねじ山が切られたボス４０の孔には絶縁ブッシュ４１が下側からねじ込まれて嵌合している。絶縁ブッシュ４１には、電気的な絶縁部材（不導体）が用いられる。絶縁ブッシュ４１は、ねじ込まれたその先端面が、外槽１６の間隙１５側の表面とほぼ同一の高さとなるように形成されている。絶縁ブッシュ４１は、上述のように、先端側が、ボス４０の孔と嵌合する径を有しているのに対し、基部側が、より大の径を有している。すなわち、絶縁ブッシュ４１を横から見ると、その形態はほぼ逆Ｔ字型である。このような形態によって、絶縁ブッシュ４１がボス４０の孔にねじ込まれると、その基部がストッパとなる。絶縁ブッシュ４１にもまた、鉛直方向に貫通する孔が形成されている。その孔にもねじ山が切られている。

ねじ山が切られた絶縁ブッシュ４１の孔には検出電極としての検知棒４２が下側からねじ込まれて嵌合している。検知棒４２には、電気伝導体（導体）が用いられる。検知棒４２は、ねじ込まれたその先端面が、絶縁ブッシュ４１の先端面（外槽１６の内面）よりも突出するように形成されている。内槽１１および外槽１６の間隙１５の幅は、可及的に狭くされる。好ましくは、間隙１５の幅が１０ｍｍ程度とされる。検知棒４２は、外槽１６および内槽１１とは電気的に絶縁されている。検知棒４２には、例えば金属製のボルトが好適に用いられる。ここでは、ボルトをねじ込む形態を例示したものの、例えばねじを切らずに導体の押しピンを用いるような形態などにしても良い。

検知棒４２には端子４３が接続される。端子４３には、例えば圧着端子が用いられる。図中においては、端子４３はまだ、検知棒４２に接続されていない状態が示されている。この状態から、端子４３の先端は、検知棒４２の頭部とねじ部との間でねじ止めされる。

このようにして設けられた検知部４の検知器は、互いの部材が嵌合して、間隙１５と外部との間における物質の移動を遮断している。なお、検知部４は、間隙１５内例えば外槽１６の底面の複数箇所に設けるようにしても良い。さらには、検知棒４２を取り去ると、間隙１５が絶縁ブッシュ４１の孔を通じて外とつながる。この孔を通じて間隙１５内のはんだを外に取り出すようにしても良い。

次に、図５を参照して電気回路側の構成を説明する。検知部４の電気回路は、スイッチ４４と、電線４５、４７、および４９と、直流の電源４６と、ランプ４８とを有している。上述した端子４３から延びる電線はスイッチ４４の一端に接続されている。スイッチ４４の他端は、電線４５によって電源４６に接続されている。電源４６の他端は、電線４７によってランプ４８に接続されている。ランプ４８の他端は電線４９によって外槽１５に接続されている。なお、電線４９の接続先は内槽１１としても良い。本開示の一実施の形態では、内槽１１および外槽１６間が導電性の固定部材２０によって結合されているので、接続先を内槽１１および外槽１６の一方としても、実質的には、両方との接続が確保されることになる。このように接続された電気回路ではんだ漏れを検知する際には、スイッチ４４が閉状態にセットされる。

上述した構成において、はんだ漏れが発生すると、内槽１１または外槽１５と検知棒４２とが漏れたはんだによって短絡され、ランプ４８に電流が流れる。したがって、ランプ４８は、はんだ漏れ検出時に報知の点灯をする。ランプ４８には、例えばＬＥＤや豆電球が用いられる。はんだ漏れ報知としては、例示した光による報知に限らず、ブザー、スピーカ等の音による報知であっても良い。また、用途に応じてトランジスタ、アンプ等を用いた増幅回路、比較回路を電気回路に組み込んでも良い。

「変形例」
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、外槽１６の底部を高さ方向に傾斜させ、傾斜の低い側に検出器を設けるようにして、検出感度を高めても良い。上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

１ はんだ付装置
２ はんだ槽
４ 検知部
５ 溶融はんだ
１１ 内槽
１５ 間隙
１６ 外槽
１９ ヒーター
２０ 固定部材
４０ ボス
４１ 絶縁ブッシュ
４２ 検知棒
４３ 端子
４８ ランプ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 溶融はんだを収容する導電性部材の内槽と、
   金属製の部材によって前記内槽を所定の間隙でもって保持する導電性部材の外槽と、
   前記外槽側から前記間隙に突出する検出電極と、
   前記検出電極と前記外槽の内面との間を電気的に絶縁する絶縁部材と、
   前記内槽および前記外槽の少なくとも一方と、前記検出電極との導通を検知する検知部と
   を備えるはんだ槽。
2. 前記絶縁部材に対して前記検出電極が挿入離脱自在とされ、
   前記検出電極が離脱された後の前記絶縁部材の孔を通じて前記間隙が外とつながるようになされた請求項１に記載のはんだ槽。
3. 前記絶縁部材が前記外槽の内面とほぼ同一の高さに形成された請求項１又は２に記載のはんだ槽。
4. 前記外槽の底部が高さ方向に傾斜され、前記検出電極が前記外槽の低い側に設けられた請求項１乃至３の何れかに記載のはんだ槽。

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