(57)【要約】【課題】溶融した半田等の溶融金属を、吐出対象物に所定量吐出する溶融金属吐出装置を提供する。【解決手段】溶融金属吐出装置は、シリンダ５１と、シリンダ５１内に設置されたピストン５２とを備え、シリンダ５１は、当該シリンダ５１の下方を構成し、溶融金属１を貯留する貯留部５１ｂと、当該シリンダ５１の上方を構成し、ピストン５２が摺動する摺動部５１ａとで形成され、ピストン５２の摺動により、貯留部５１ｂ内と貯留部５１ｂ外とを連通する流路であるノズル６３から、貯留部５１ｂ内の溶融金属１を、吐出対象物に吐出するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を吐出対象物に吐出する溶融金属吐出装置において、
シリンダと、
前記シリンダ内に設置されたピストンとを備え、
前記シリンダは、当該シリンダの下方を構成し、前記溶融金属を貯留する貯留部と、当該シリンダの上方を構成し、前記ピストンが摺動する摺動部とで形成され、
前記ピストンの摺動により、前記貯留部内と前記貯留部外とを連通する流路であるノズルから、前記貯留部内の前記溶融金属を、前記吐出対象物に吐出する溶融金属吐出装置。
【請求項２】
前記摺動部内の容積は、前記貯留部内の容積より小さくなるように構成された請求項１に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項３】
前記ピストンの摺動部内での移動量を制限する制御部を備え、当該制御部により前記ピストンの摺動範囲の容積の総和が、前記貯留部内の容積より小さくなるように前記移動量が制御される請求項１に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項４】
前記ピストンの外周と前記シリンダの内壁との間の空隙を防ぐ環状シールを備えた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項５】
前記シリンダは、前記摺動部と前記貯留部とに分割され、
前記摺動部と前記貯留部との間に、シリンダシールを備えた請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項６】
前記摺動部の外周を覆う第１外殻と、前記貯留部の外周を覆う第２外殻とを備えた請求項５に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項７】
前記第１外殻と前記第２外殻との間に、断熱材を備えた請求項６に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項８】
前記第１外殻と前記第２外殻との間に、隙間が形成されるようにスペーサを備えた請求項６又は請求項７に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項９】
前記摺動部を冷却する冷却機構部を備えた請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の溶融金属吐出装置。
【請求項１０】
前記冷却機構部は、チラー流路または放熱板の少なくともいずれか一方にて構成された請求項９に記載の溶融金属吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶融した半田等の溶融金属を、吐出対象物に所定量吐出する際に用いられる溶融金属吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子部品を回路基板に実装する生産工程において、回路基板に溶融した半田等の溶融金属を吐出するために、溶融金属吐出装置は主に用いられてきた。
電子部品とは主に、半導体素子、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）のようなＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等である。
このほか、溶融金属吐出装置は、金属と金属、セラミック基板とベース基板とを接合するためにも用いられている。
【０００３】
回路基板の生産工程においては、高い生産効率が求められるため、メンテナンス等に時間を要して生産効率を下げないために、複雑でない構造の溶融金属吐出装置が求められている。
例えば特許文献１には、溶融金属を保持する筒状のシリンダと、シリンダの一端に設けられ溶融金属を吐出するノズルと、シリンダ内を摺動し、シリンダ内に貯留される溶融金属をノズルから吐出させる柱状体のピストンと、シリンダとピストンとの間に設けられて、ピストンとシリンダ内壁との間を埋める環状シールとから構成される溶融金属吐出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７８６３９  （第３頁〜第５頁、  段落［０００９］〜［００１８］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の技術では、溶融金属を貯留しているシリンダ内をピストンが摺動するために、シリンダの内壁に付着した溶融金属が、ピストンの外周と擦れ合うことで塵状の異物が発生し、この異物が溶融金属に混入することで、溶融金属の接合における信頼性を低下させる可能性があった。
更に、ピストンに付着した溶融金属が環状シールにも付着して、環状シールとピストンとの擦れ合いによっても、塵状の異物が同様に発生する可能性があった。
【０００６】
更に、ピストンの摺動により環状シールがシリンダの下方に押し下げられた際には、シリンダ内壁に付着した溶融金属が、一時的に環状シールの位置より上方になり、外部大気に曝されることで、シリンダ内壁に付着したまま酸化物となり、環状シールが引き上げられる際に、この酸化物は環状シールに噛みこまれて、シリンダ内壁より剥がれ落ち、溶融金属に混入して、溶融金属の接合における信頼性を低下させる可能性もあった。
【０００７】
更に、このような塵状の異物や酸化物等が、ピストンの摺動により、ピストンやシリンダの内壁や環状シールと擦れ合って、ピストンやシリンダの内壁や環状シールを傷つけて、溶融金属吐出装置の寿命を縮める可能性もあった。
更に、環状シールの劣化によりシール性が悪化すると、溶融金属の吐出量が不安定化するという課題もあった。
【０００８】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、シリンダ内の塵状の異物や酸化物の発生を防止し、高寿命で、高い信頼性を備えた溶融金属吐出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る溶融金属吐出装置は、
溶融金属を吐出対象物に吐出する溶融金属吐出装置において、
シリンダと、
シリンダ内に設置されたピストンとを備え、
シリンダは、当該シリンダの下方を構成し、溶融金属を貯留する貯留部と、当該シリンダの上方を構成し、ピストンが摺動する摺動部とで形成され、
ピストンの摺動により、貯留部内と貯留部外とを連通する流路であるノズルから、貯留部内の溶融金属を、吐出対象物に吐出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る溶融金属吐出装置は、
シリンダと、
シリンダ内に設置されたピストンとを備え、
シリンダは、当該シリンダの下方を構成し、溶融金属を貯留する貯留部と、当該シリンダの上方を構成し、ピストンが摺動する摺動部とで形成され、
ピストンの摺動により、貯留部内と貯留部外とを連通する流路であるノズルから、貯留部内の溶融金属を、吐出対象物に吐出するものなので、シリンダ内で塵状の異物や酸化物が発生することなく、高寿命で、高い信頼性を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る溶融金属吐出装置の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る溶融金属吐出装置の吐出ユニットと溶融金属槽との構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る溶融金属吐出装置の吐出ユニットと溶融金属槽との構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る溶融金属吐出装置の吐出ユニットと溶融金属槽との構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る溶融金属吐出装置１００について、図を用いて説明する。
図１は、溶融金属吐出装置１００の構成を示す断面図である。
溶融金属吐出装置１００は、回路基板等の吐出対象物（以降、ワーク２と称す）に、溶融した半田等のロウ付け材料である溶融金属１を吐出する装置である。
【００１３】
溶融金属吐出装置１００は、作業室である雰囲気室６を備えており、この雰囲気室６内に、ワーク２を載置するワークステージ３と、溶融金属１が貯留された溶融金属槽５とを備える。
更に、雰囲気室６の上部を塞ぐ可動蓋８と、可動蓋８に設けられた蓋穴９と、蓋穴９を通して設置された吐出ユニット５０と、雰囲気室６内に窒素等の環境制御用のガスを導入するためのガス導入口７とを備える。
【００１４】
溶融金属槽５には、金属槽ヒータ１０が取り付けられており、溶融金属１を加熱して、溶融状態で保持している。
ワークステージ３は、ワークステージヒータ４により加熱されている。
【００１５】
雰囲気室６は、上記に示したガスが、ガス導入口７から導入され、酸素濃度を低く（例えば５０ｐｐｍ以下）保たれている。
このような構成とすることで、低酸素状態で保たれた雰囲気室６内で半田付け作業を行うことができるため、半田が酸素に触れて酸化することを防ぐことができる。
蓋穴９の内壁と吐出ユニット５０の外周との間には、吐出ユニット５０が上下方向に移動可能な程度の隙間（ｓ）が設けられているが、ガス導入口７からガスを大量に挿入するため、雰囲気室６内のガスがこの隙間（ｓ）から外部に流出することはあっても、雰囲気室６の外側の大気が、この隙間（ｓ）から雰囲気室６内に流入することはない。
【００１６】
可動蓋８は、図示しない機構部により、水平方向に移動可能である。
吐出ユニット５０は、図示しない機構部により、上下方向に移動可能であると共に、可動蓋８と共に水平方向に対しても移動可能である。
【００１７】
図２は、吐出ユニット５０の構成を示す断面図である。
吐出ユニット５０は、シリンダ５１と、シリンダ５１内に設置されたピストン５２と、ピストン５２の外周とシリンダ５１の内壁との間に設置された環状シール５３とを備えている。
シリンダ５１は、シリンダ５１の上方を構成し、ピストンが摺動する部位である摺動部５１ａと、シリンダ５１の下方を構成し、溶融金属１を貯留する部位である貯留部５１ｂとで形成されている。
【００１８】
摺動部５１ａは、ピストン５２が円滑に摺動するように、滑らかに研がれた内壁を有しており、その外周を覆う第１外殻であるフランジ６０に取り付けられている。
貯留部５１ｂは、ガラス等の耐熱性の材料で形成されており、貯留部５１ｂの外周を覆う第２外殻であるシリンダスリーブ６１に取り付けられている。
【００１９】
シリンダスリーブ６１には、ヒータ６２が取り付けられており、シリンダスリーブ６１を介して貯留部５１ｂを加熱して、貯留部５１ｂ内の溶融金属１を高温状態に保温可能な構造となっている。これにより、溶融金属１の温度が融点以下にまで低下して凝固することを防止している。
貯留部５１ｂの下方には、貯留部５１ｂ内と貯留部５１ｂ外とを連通する流路であるノズル６３が取り付けられている。
【００２０】
以上のように構成された溶融金属吐出装置１００は、以下のように使用される。
まず、図示しない設置機構により、ワーク２を作業台であるワークステージ３上に載置する。
次に、吐出ユニット５０を溶融金属槽５の直上まで移動させる。
次に、吐出ユニット５０を下降させて、ノズル６３が、溶融金属槽５内に貯留された溶融金属１の液面以下になるように配置する。
【００２１】
次に、ピストン５２を引き上げる。
このように、ノズル６３を溶融金属槽５内の溶融金属１に浸した状態で、ピストン５２を引き上げると、ピストン５２が摺動部５１ａ内で移動した容積量分だけ、溶融金属槽５内の溶融金属１を貯留部５１ｂ内に吸入することができる。
【００２２】
次に、吐出ユニット５０を上昇させて、溶融金属槽５の上方に配置させる。
次に、吐出ユニット５０をワーク２の吐出位置まで移動させる。
次に、吐出ユニット５０を下降させて、ノズル６３がワーク２の吐出位置に対して一定の高さになるように配置する。
【００２３】
最後に、ピストン５２を押し下げると、ピストン５２が摺動部５１ａ内で移動した容積量分だけ、貯留部５１ｂ内の溶融金属１が、ノズル６３からワーク２に対して吐出される。
ワーク２に吐出点が複数個所存在する場合は、上記の動作を複数回実施する。
【００２４】
上記のような溶融金属の吐出、吸入工程において、ピストン５２をシリンダ５１内で上下に摺動させても、シリンダ５１は、ピストン５２が摺動する範囲と、溶融金属１を貯留する貯留部５１ｂとに分けて構成されているので、ピストン５２が貯留部５１ｂ内で摺動することがない。
このため、ピストン５２や環状シール５３が、溶融金属１と接触することがない。
これにより、ピストン５２と環状シール５３とが溶融金属１と擦れることによる異物の発生を防止することができる。
【００２５】
また、環状シール５３が、貯留部５１ｂ内にまで押し下げられることがないため、貯留部５１ｂの内壁に付着した溶融金属が、環状シール５３の上方に位置して外部大気に曝されることを防止することができる。
これにより、貯留部５１ｂの内壁に付着した溶融金属が酸化して、酸化物になることを防止することができ、異物や酸化物が溶融金属１に混入することを防止することができる。
【００２６】
図１で示す本実施の形態の溶融金属吐出装置１００は、シリンダ５１を、摺動部５１ａと貯留部５１ｂとに一旦分割した後に、互いを連結している。
このような構成としていることで得られる効果を以下にて説明する。
貯留部５１ｂの外周を覆うシリンダスリーブ６１は、上述のように溶融金属１を保温するためのヒータ６２が備えられており、更に、貯留部５１ｂ内には熱せられた溶融金属１が多量に保持されているため、貯留部５１ｂは非常に高温になる。
この貯留部５１ｂの熱が摺動部５１ａに伝導すると、摺動部５１ａの内壁も非常に高温になり、高温状態の摺動部５１ａ内で摺動するピストン５２や環状シール５３の劣化が懸念される。
【００２７】
そこで、シリンダ５１の摺動部５１ａと貯留部５１ｂとを分割し、その間に断熱性部材を配置することによって、摺動部５１ａへの熱の伝導を抑制している。
具体的には、摺動部５１ａと貯留部５１ｂとの分割面には、気密性を高めると共に熱伝導性の低いシリンダシール７２を設置し、フランジ６０とシリンダスリーブ６１との間には、例えば多孔質セラミックス等の材質で形成された断熱材７０を配置している。
このような構造とすることで、貯留部５１ｂから摺動部５１ａへの熱の流入を制限することができる。
【００２８】
シリンダシール７２や断熱材７０を介して、摺動部５１ａに流入する熱も考えられることから、フランジ６０に摺動部５１ａを冷却するための冷却機構部を設置している。
本実施の形態では、この冷却機構部として、冷却用の媒体が流れるチラー流路７１を備えている。
チラー流路７１は、熱交換器（図示せず）等に接続されており、熱交換器から冷却用の媒体が流入される構造となっている。
こうして、摺動部５１ａを一定の温度以下になるように冷却することができる。
【００２９】
こうして、摺動部５１ａが高温になることに起因するピストン５２と環状シール５３の劣化を防ぐことができるほか、摺動部５１ａの温度を一定の温度以下に制御することができるので、特殊な耐熱性の材料等で形成された高価なピストン５２や環状シール５３を用いる必要がなく、コスト削減効果を得ることができる。  
【００３０】
また特に環状シール５３は、メンテナンス時の交換部品であるので、劣化速度が遅くなることで交換周期を長くすることができ、装置管理費やメンテナンス運用費用を抑えることでき、その効果は大きい。
例えば、摺動部５１ａの温度を２００度以下になるように制御すれば、環状シール５３の材料としては、一般的な高温用のＯ−リングの材料であるシリコーンゴムやフッ素ゴムが使用できるようになる。
また、１００度以下に制御すれば、より一般的なニトリルゴムが使用可能になり、優れたコスト削減効果を得ることができる。
【００３１】
一方、シリンダシール７２も、貯留部５１ｂからの熱を受けるため高い耐熱性能が求められるが、環状シール５３と異なり、シリンダシール７２は摺動することが無いので、劣化速度が遅い。
このため、交換頻度も低いため、高価な耐熱性部材を用いたとしてもメンテナンス費用への影響は軽微である。
【００３２】
更に、本実施の形態では、図２で示すａの径をｂの径より小さくすることで、摺動部５１ａの容積を、貯留部５１ｂの容積より小さくなるように構成している。
このような構成とすることで、ピストン５２が摺動する範囲の容積の総和が、貯留部５１ｂの容積より小さくなるために、溶融金属１を吐出、吸入する際に、溶融金属１が摺動部５１ａ内に浸入することがない。
これにより、溶融金属１が、ピストン５２と環状シール５３とに接触することを防止することができる。
尚、上記のように、摺動部５１ａと貯留部５１ｂの容積比を調節する以外にも、ピストン５２の移動量を制限する制御部（図示せず）を備えることで、ピストン５２が摺動する範囲の容積の総和が、貯留部５１ｂの容積以下になるように制御しても、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
尚、図１において、摺動部５１ａはフランジ６０と一体成形されているように表現しているが、それぞれを別々に形成してから、互いを結合する構成としても同様の機能を得ることができる。
同様に、図１では、シリンダスリーブ６１とヒータ６２とが一体成形されているように表現しているが、それぞれを別々に形成してから、互いを結合する構成としても同様の機能を得ることができる。
【００３４】
上記のように構成された本実施の形態の溶融金属吐出装置１００によると、シリンダ５１は、ピストン５２が摺動する摺動部５１ａと、溶融金属１を貯留する貯留部５１ｂとに分けて構成されているので、ピストン５２及び環状シール５３が、溶融金属１と摺れ合うことがないため、異物の発生を防止することができる。
更に、貯留部５１ｂの内壁に付着した溶融金属１が、外部大気に曝されて酸化することを防止することができる。
これにより、異物や酸化物が溶融金属１に混入することを防止することができ、半田付け等の接合性に関する信頼性を向上させることができる。
【００３５】
更に、摺動部５１ａが高温にならない構造を備えているので、特殊な耐熱性の材料等で形成された高価なピストン５２や環状シール５３を用いる必要がなく、またピストン５２や環状シール５３の劣化を防止することができるので、優れたコスト低減効果が得られる。
このように、環状シール５３の劣化を防ぐことにより、長期間シール性を保つ事ができるため、吐出量を長期間安定して得えることができ、装置の稼働性を向上させて、生産性を向上させることが可能である。
【００３６】
更に、摺動部５１ａと貯留部５１ｂを分けたことで、ピストン５２の摺動範囲を大きく構成して、溶融金属の一度の吸い込み量を多くすることが容易になるため、ワーク２に多数の吐出ポイントがある場合において、貯留部５１ｂ内の溶融金属１の量が不足することが少なくなる。
これにより、ワーク２と溶融金属槽５内との間の吐出ユニット５０の往復動作の回数を少なくすることができ、更に生産性を向上させることが可能であり、高寿命で、高信頼性を備えた溶融金属吐出装置を提供することができる。
【００３７】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。
図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図３は、溶融金属吐出装置の構成を示す断面図である。
実施の形態１との主な違いは、摺動部５１ａの冷却機構部として、チラー流路７１の代わりに放熱板２７３を備えた点である。
これにより、チラー流路７１に比べて、構造を簡素にすることができるため、コストを低減することが可能になる。
また図１に示したように、吐出ユニット５０の上部は、雰囲気室６の外側に配置されているため、放熱板２７３の熱は、外気に放出される構造となっている。
尚、外気の自然対流が少なく放熱量が低い場合には、ファン等（図示せず）を設置して、強制的な空気の対流を起こして冷却させることも可能である。
【００３８】
上記のように構成された本実施の形態の溶融金属吐出装置によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、簡易な構造で高い冷却効果を得ることができる。
これにより使用部材に関するコストを削減出来るほか、メンテナンスに関する作業を単純化できるため、装置管理費やメンテナンス運用費用を抑えることでき、高寿命で、高信頼性を備えた溶融金属吐出装置を提供することができる。
【００３９】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。
図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図４は、溶融金属吐出装置の構成を示す断面図である。
実施の形態１との主な違いは、フランジ６０とシリンダスリーブ６１との間に断熱材７０を備える代わりに、スペーサ３７４を設置することで、フランジ６０とシリンダスリーブ６１との間に隙間３７５を形成した点である。
【００４０】
フランジ６０とシリンダスリーブ６１との間に隙間３７５を形成することで、フランジ６０とシリンダスリーブ６１の接触面積を減らし、熱の伝導を抑制している。
スペーサ３７４の形状としては、例えばリング形状のものを用いてもよいし、他には、リング形状のものよりも隙間３７５の気体の流動が期待できる、例えば下駄歯状のスペーサ３７４を用いても、同様の効果を得ることができる。
更に、スペーサ３７４を、多孔質セラミックス等の断熱材料を用いて製作すれば、より優れた断熱性能を得ることができる。
【００４１】
上記のように構成された本実施の形態の溶融金属吐出装置によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、フランジ６０とシリンダスリーブ６１との接触面積を小さくしているので、貯留部５１ｂの熱が、摺動部５１ａに伝導することを防止できる。
これにより、更に高い断熱効果を得ることが可能になり、高寿命で、高信頼性を備えた溶融金属吐出装置を提供することができる。
【００４２】
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  溶融金属、５０  吐出ユニット、５１  シリンダ、５１ａ  摺動部、
５１ｂ  貯留部、５２  ピストン、５３  環状シール、６０  フランジ、
６１  シリンダスリーブ、６３  ノズル、７０  断熱材、７１  チラー流路、
７２  シリンダシール、２７３  放熱板、３７４  スペーサ、３７５  隙間、
１００  溶融金属吐出装置。
【図１】
2014004567.tif 000003
【図２】
2014004567.tif 000004
【図３】
2014004567.tif 000005
【図４】
2014004567.tif 000006