(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の鏝（４）の先側に、振動子（３）からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先（８）を備え、鏝先（８）の外周側にヒーター（９）を設け、超音波振動するとともにヒーター（９）によって加熱された鏝先（８）の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先（８）の先端部とヒーター設置箇所（８ａ）との間には、鏝先（８）外周面から側方に突出して鏝先（８）におけるヒーター（９）側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り（１２）を形成し、該仕切り（１２）を、鏝先（８）の外周面から垂直に突出するリング部（１１）のみから構成した超音波ロウ付装置。
【請求項２】
柱状の鏝（４）の先側に、振動子（３）からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先（８）を備え、鏝先（８）の外周側にヒーター（９）を設け、超音波振動するとともにヒーター（９）によって加熱された鏝先（８）の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先（８）の先端部とヒーター設置箇所（８ａ）との間には、鏝先（８）外周面から側方に突出して鏝先（８）におけるヒーター（９）側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り（１２）を形成し、該仕切り（１２）を、鏝先（８）の外周面から突出するリング部（１１）のみから構成し、該リング部（１１）を、鏝先（８）の基端側に向かって該鏝先（８）の外周面から離間するように傾斜した漏斗状に形成した超音波ロウ付装置。
【請求項３】
柱状の鏝（４）の先側に、振動子（３）からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先（８）を備え、鏝先（８）の外周側にヒーター（９）を設け、超音波振動するとともにヒーター（９）によって加熱された鏝先（８）の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先（８）の先端部とヒーター設置箇所（８ａ）との間には、鏝先（８）外周面から側方に突出して鏝先（８）におけるヒーター（９）側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り（１２）を形成し、該仕切り（１２）は、鏝先（８）の外周面から突出するリング部（１１）と、前記ヒーター（９）の周囲を囲繞してカバーするように該リング部（１１）から鏝先（８）の基端側に延設された筒状部（１６）とから構成され、筒状部（１６）の内周と、ヒーター（９）との間には、全周に亘り、クリアランスが形成された超音波ロウ付装置。
【請求項４】
前記クリアランスに断熱シート（１８）を介挿した請求項３に記載の超音波ロウ付装置。
【請求項５】
筒状部（１６）の固有振動数が鏝先（８）に伝えられる超音波振動の振動数と略一致するように筒状部（１６）の長さ（Ｌ）を設定した請求項３又は４の何れかに記載の超音波ロウ付装置。
【請求項６】
前記仕切り（１２）と、鏝先（８）とを滑らかに連接するＲ面（１３）を形成した請求項１乃至５の何れかに記載の超音波ロウ付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波半田付け等に用いられる超音波ロウ付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱状の鏝の先側に鏝先を備え、鏝先にヒーターを設け、ヒーターによって加熱された鏝先の先端部によって、ロウ付けを行うロウ付装置が従来公知であるが、通常のロウ付装置では、ガラスやセラミックス等へロウ付け、具体的にはガラスやセラミックス等へのリード線の半田付け作業を行うことが難しいという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、鏝先の外周側にコイル状の電熱線を巻きつけてヒーターを構成し、振動子からの超音波振動を鏝先に伝える特許文献１に示す超音波ロウ付装置が公知になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記文献の超音波ロウ付装置は、超音波振動の特性によって、通常では困難なガラスやセラミックス等へのロウ付けを容易に行うことが可能になる一方で、溶融した半田、半田の酸化物等が、鏝先の超音波振動によって飛散等し、ヒーターと鏝先の間や、コイル状の電熱線間に付着し、この付着物によって種々の弊害が発生する場合がある。
【０００６】
ちなみに、上記種々の弊害としては、例えば、付着物が次以降のロウ付け作業時に製品に混入して製品の質が低下するという弊害や、付着物が超音波振動の妨げになるという弊害があり、これらの弊害を防止するため、鏝先の付着物を除去して清掃する等のメンテナンスを定期的に行う必要があり、作業効率が低下する。
本発明は、上記課題を解決し、鏝先へのロウ等の付着を防止して、超音波振動を併用した質の高いロウ付け作業を効率的且つ持続的に行うことが可能な超音波ロウ付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】
上記目的を達成するため本発明の超音波ロウ付装置は、第１に、柱状の鏝４の先側に、振動子３からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先８を備え、鏝先８の外周側にヒーター９を設け、超音波振動するとともにヒーター９によって加熱された鏝先８の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先８の先端部とヒーター設置箇所８ａとの間には、鏝先８外周面から側方に突出して鏝先８におけるヒーター９側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り１２を形成し、該仕切り１２を、鏝先８の外周面から垂直に突出するリング部１１のみから構成したことを特徴としている。
【０００８】
第２に、柱状の鏝４の先側に、振動子３からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先８を備え、鏝先８の外周側にヒーター９を設け、超音波振動するとともにヒーター９によって加熱された鏝先８の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先８の先端部とヒーター設置箇所８ａとの間には、鏝先８外周面から側方に突出して鏝先８におけるヒーター９側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り１２を形成し、該仕切り１２を、鏝先８の外周面から突出するリング部１１のみから構成し、該リング部１１を、鏝先８の基端側に向かって該鏝先８の外周面から離間するように傾斜した漏斗状に形成したことを特徴としている。
【０００９】
第３に、柱状の鏝４の先側に、振動子３からの振動が伝えられて超音波振動する鏝先８を備え、鏝先８の外周側にヒーター９を設け、超音波振動するとともにヒーター９によって加熱された鏝先８の先端部によってロウ付けを行う超音波ロウ付装置において、鏝先８の先端部とヒーター設置箇所８ａとの間には、鏝先８外周面から側方に突出して鏝先８におけるヒーター９側と先端部とを隔てる隔壁である仕切り１２を形成し、該仕切り１２は、鏝先８の外周面から突出するリング部１１と、前記ヒーター９の周囲を囲繞してカバーするように該リング部１１から鏝先８の基端側に延設された筒状部１６とから構成され、筒状部１６の内周と、ヒーター９との間には、全周に亘り、クリアランスが形成されたことを特徴としている。
【００１０】
第４に、前記クリアランスに断熱シート１８を介挿したことを特徴としている。
【００１１】
第５に、筒状部１６の固有振動数が鏝先８に伝えられる超音波振動の振動数と略一致するように筒状部１６の長さＬを設定したことを特徴としている。
【００１２】
第６に、前記仕切り１２と、鏝先８とを滑らかに連接するＲ面１３を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように構成される本発明の超音波ロウ付装置によれば、鏝先の先端部とヒーター設置箇所との間に鏝先外周面から側方に突出する仕切りを形成することにより、鏝先におけるヒーター側と先端部とが仕切りにより隔てられ、鏝先のヒーター側へのロウやロウの酸化物等の付着が防止されるため、鏝先のヒーター側にロウやロウの酸化物が付着することによる種々の弊害が防止され、超音波振動を併用した質の高いロウ付け作業を効率的且つ持続的に行うことが可能になるという効果がある。
【００１４】
また、前記仕切りが鏝先の外周面を囲うリング部を有し、該リング部を、鏝先の基端側に向かって鏝先の外周面から離間するように傾斜した漏斗状に形成することにより、鏝先外周のヒーター側の少なくとも一部が仕切りでカバーされるため、鏝先のヒーター側へのロウやロウの酸化物等の付着をより効率的に防止できるという効果がある。
【００１５】
また、前記仕切りが、鏝先の外周面を囲うリング部と、ヒーターを覆うように該リング部から鏝先の基端側に延設された筒状部を備えることにより、鏝先からの放熱が抑制されて効率良く鏝先を加熱できる他、鏝先のヒーター側へのロウやロウの酸化物等の付着をより効率的に防止できるという効果がある。
【００１６】
さらに、筒状部の固有振動数が鏝先に伝えられる超音波振動の振動数と略一致するように筒状部の長さを設定することより、体積が比較的大きい仕切りを、少ないエネルギーにより、高速振動させることが可能になり、また、鏝先への取付け強度をある程度高くすることも可能になるという効果がある。
【００１７】
また、筒状部の内周面とヒーターとの間に断熱シートを介挿することにより、鏝先からの放熱を、さらに抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した超音波半田付装置の構成を示す要部側面図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は図１の鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態に関する鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態に関する鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。
【図５】筒状部の長さと消費電力の関係を示す特性グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図示する例に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した超音波半田付装置の構成を示す要部側面図である。図示する超音波半田付装置１は、超音波発振器２と、超音波発振器２によって超音波振動される上下方向の円柱状の振動子３と、上下方向に延びる円柱状に形成されて振動子３側の振動が伝えられる鏝４と、を備えている。ちなみに、振動子３は、鏝４の軸心Ｓ上に配置されている。
【００２０】
上記振動子３は、ボルト締めランジュバン圧電振動子であり、ピエゾ等からなる電歪素子６を有し、超音波発振器２で発生させた高周波電力によって超音波振動するように構成されている。また、振動子３は、鏝４の基端である上端に一体的に接合され、鏝４に超音波振動を伝えるように構成されている。
【００２１】
上記鏝４は、振動子３よりも径が小さい円柱状に成形されて該鏝４の基部及び中途部を構成する杆７と、杆７から下方に突出形成されて杆７より径の大きい上下方向の円柱状部材であって鏝４の先部を構成する鏝先８と、を備えており、これらは上記軸心Ｓと同一軸心となる。これにくわえて、杵７の振動子３との接合箇所及び鏝先８との接合箇所は、それぞれ滑らかに接合されるようにＲ面７ａ，７ｂが形成されている。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ）は図１の鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。図１及び２に示すように、鏝先８の下部である先部は、鏝先８突出方向に向かって径が小さくなるテーパー状に形成される一方で、鏝先８の円柱状の基部及び中途部には、コイル状の電熱線が巻き付けられてヒーター９を構成している。すなわち、円柱状をなす鏝先８上部及び中途部がヒーター置箇所８ａとなり、漏斗状をなす鏝先８の先部がロウ付け部８ｂとなる。
【００２３】
鏝先８の外周におけるヒーター設置箇所８ａとロウ付け部８ｂとの境界部には、この環状の境界部の周囲全体を囲うように、鏝先８外周面から外側方に向かってフランジ状のリング部１１が突出形成されている。
【００２４】
このリング部１１は、鏝先８の外周面から垂直方向に突出して上記ヒーター設置箇所８ａとロウ付け部８ｂとを隔てる隔壁として機能する仕切り１２となり、鏝先８の先端で溶融されたロウの一種である半田等が、鏝先８の超音波振動によって飛散等し、ヒーター設置箇所８ａに付着することを防止している。
【００２５】
また、仕切り１２と鏝先８とは溶接等により接合されるが、この仕切り１２と鏝先８との接合部にはＲ面１３が形成され、仕切り１２と鏝先８とは滑らかに連接されている他、仕切り１２の突出側端部である先端部１２ａもＲ面が形成されて丸みを帯びており、尖った箇所が少なくなるように鏝３が構成されている。
【００２６】
上記構成の超音波半田付装置１は、超音波発振器２によって振動子２を超音波振動させ、この振動が杆７を介して鏝先８に伝えられ、ヒーター９によって加熱された鏝先８が超音波振動される。
【００２７】
そして、例えば、超音波振動され且つ加熱された鏝先８の先端部を、半田コーティングされたリード線等に接触させ、該リード線をガラスやセラミックス等に押し当てることにより、リード線にコーティングされた半田を溶融させ、リード線のガラスやセラミックス等へのロウ付け作業を行う。この際、上述の仕切り１２によって、鏝先８のヒーター側に飛散等した半田が付着することが防止される。
【００２８】
なお、本超音波半田付装置１では、振動を増幅させるホーンが省かれて構成となっており、これによって、仕切り１２が設けられた鏝先８を必要以上に振幅させることを防止し、不要な電力消費を抑制している。
【００２９】
次に、図３に基づき、本発明の別実施形態について上述の例と異なる構成を説明する。
図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態に関する鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。図示する例では、フランジ状のリング部１１が、鏝先８の先端側から基端側に向かって鏝先８の外周面から離間するように傾斜形成された漏斗状に形成されており、この漏斗状のリング部１１によって、より効率的にヒーター設置箇所８ａへの半田の付着を防止できる。
【００３０】
次に、図４及び５に基づき、本発明の別実施形態について上述の例と異なる構成を説明する。
図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態に関する鏝先の構成を示す平断面図及び側断面図である。図示する例では、リング部１１の突出端側から鏝４の基端側に向かって延びてヒーター設置箇所８ａ及びヒーター９の周囲全体を覆う筒状部１６が、軸心を鏝４の軸心Ｓと一致させた状態で、設けられており、この筒状部１６とリング部１１とにより、上述の仕切り１２を構成している。すなわち、筒状部１６の上側は開放され、下側はリング部１１によって閉塞されている。
【００３１】
この筒状部１６とリング部１１との接続部は、内面側と外面側の両方にＲ面１７が形成され、滑らかに両者は連接されており、この筒状部１６の上端部となる開放端部が仕切り１２の先端部１２ａとなり、この先端部１２ａは上述の例と同様に丸みを帯びた形成に成形されている。
【００３２】
この筒状部１６は、ヒーター９の周囲を囲繞してカバーしているため、ヒーター９からの放熱量が少なくなり、より少ない電力で鏝先８を加熱することが可能になる。また、ヒーター９及びヒーター設置箇所８ａの全体が筒状部１６及びリング部１１によって覆われるため、これらの箇所への半田等の付着もより効率的に防止できる。
【００３３】
なお、方形状の断熱シート１８の一対の対向辺を接合して筒状に形成し、この筒状の断熱シート１８を、筒状部１６の内周面とヒーター９との間に介挿してもよい。この場合には、ヒーター設置箇所８ａ及びヒーター９の周囲が、断熱シート１８及び筒状部１６によって二重に覆われ、ヒーター９からの放熱量がさらに少なくなり、より効率的に鏝先８を加熱できる。
【００３４】
また、このように鏝先８の大部分を覆う筒状部１６は、上述の例と比べて、サイズも大きく高重量になるため、通常であれば、鏝先８側への取付強度を高くしないと、スムーズに鏝先８を超音波振動させることができないが、この超音波半田付装置１では、筒状部１６を共振させることにより、この課題に対応している。
【００３５】
すなわち、筒状部１６の固有振動数が超音波振動の振動数と概ね一致するように、筒状部１６の長さＬが設定されている。具体的に設定すべき長さＬは次の式により算出される。次式において、Ｖは超音波の速度になり、ｆは発生させる超音波の振動数である超音波振動周波数になり、ｎは任意の自然数になる。そして、
【００３６】
【数１】
0005465483.tif 000002
【００３７】
例えば、速度Ｖを５０００ｍ／ｓとし、超音波振動周波数を６０ｋＨｚとし、ｎを１とすると、筒状部１６の長さＬは、約４１．５ｍｍとなる。図５は、筒状部の長さと消費電力の関係を示す特性グラフであり、同図に示すように、長さＬを３６ｍｍとした場合、長さＬを４１ｍｍとした場合、長さＬを４５ｍｍとした場合のそれぞれについてインピーダンスを測定すると、長さＬを上記４１．５ｍｍに最も近い４１．０ｍｍに設置した際のインピーダンスが最小となり、この際に最小電力で、鏝４等を振動させることが可能になる。このようにして、超音波振動させる際の必要エネルギーを低く抑えることが可能になる。
【００３８】
なお、図４には鏝先８の全体形状が略円柱状の例を示したが、鏝先８の全体形状は、これに限定されるものでは無く、鏝先８を、全体形状が先端側に向かって径が小さくなる円錐状や漏斗状に形成した場合、鏝先８のテーパー面に沿うように鏝先８の基端側に向かって径が大きくなる漏斗状に筒状部１６を形成してもよい。また、図４に示す例では、図１，２に示す水平なリング部１１に筒状部１６を形成しているが、図３に示す傾斜したリング部１１に筒状部１６を一体的に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
４  鏝
８  鏝先
８ａ  ヒーター設置箇所
９  ヒーター
１１  リング部
１２  仕切り（隔壁部）
１３  Ｒ面
１６  筒状部
１８  断熱シート
Ｌ  長さ
【図１】
0005465483.tif 000003
【図２】
0005465483.tif 000004
【図３】
0005465483.tif 000005
【図４】
0005465483.tif 000006
【図５】
0005465483.tif 000007