(57)【要約】【課題】鉛フリーハンダの不純物である砒素（As）がステンレス鋼材を腐食することを防ぐ。【解決手段】鉛フリーハンダ８に腐食性を有する金属材料（SUS材）で構成された鉛フリーハンダ使用装置において、当該鉛フリーハンダに腐食性を有する金属材料の表面にニッケル層１１を設けたことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛フリーハンダに腐食性を有する金属材料で構成された鉛フリーハンダ使用装置において、当該鉛フリーハンダに腐食性を有する金属材料の表面にニッケル層を設けたことを特徴とする鉛フリーハンダ使用装置。
【請求項２】
上記鉛フリーハンダに腐食性を有する金属材料がステンレス鋼材であることを特徴とする請求項１記載の鉛フリーハンダ使用装置。
【請求項３】
前記鉛フリーハンダに接触する金属材料の表面に設けたニッケル層をニッケルメッキにより形成したことを特徴とする請求項１記載の鉛フリーハンダを使用する装置。
【請求項４】
前記鉛フリーハンダに接触する金属材料の表面に設けたニッケル層をニッケル薄膜により形成したことを特徴とする請求項１記載の鉛フリーハンダを使用する装置。
【請求項５】
鉛フリーハンダ使用装置の構成部品として電磁誘導ポンプを用い、この電磁誘導ポンプが構成する環状ダクトの表面にニッケル層を形成したことを特徴とする鉛フリーハンダ使用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンダ槽のようなハンダを使用する装置に係り、特に鉛フリーハンダに対して腐食性を有する金属材料で構成されたハンダ使用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハンダ使用装置として、電子部品を搭載したプリント配線板等の板状の被ハンダ付けワークを低酸素濃度の不活性ガス雰囲気のチャンバー中で溶融ハンダの噴流波に接触させてハンダ付けを行うようにした、ハンダ付け噴流波生成装置およびハンダ付け装置がある（例えば、特許文献１および２参照方）。
【０００３】
このハンダ付け噴流波生成装置に使用されるハンダは、鉛ハンダ（Sn-37Pb で約37％が鉛で63％程が錫）が使用されていたが、近年、鉛による環境汚染が問題視されるようになり、鉛ハンダを鉛フリーハンダ（90％以上が錫）に置換して使用するようになってきた。この鉛フリーハンダは、鉛ハンダに対して錫の含有量が60％から90％以上に増加している。
【０００４】
ハンダ付け噴流波生成装置には、溶融ハンダを電磁誘導で導くリニア誘導モータの原理を応用した電磁ポンプが使用されるが、この電磁ポンプが使用され始めた頃は、溶融ハンダを収容するハンダ槽および溶融ハンダを導く電磁ポンプの環状ダクトの構成材料にステンレス鋼材（SUS材）を用いていた。
【特許文献１】特開２００３−２０５３６３号広報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２３０５３８号広報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電磁ポンプを使用し始めた当時はハンダ槽内や電磁ポンプにステンレス鋼材を使用しても特にステンレス鋼材への侵食について報告はされていないが、ハンダを鉛ハンダから鉛フリーハンダに切替えてからは、鉛フリーハンダを長期間使用した場合、ハンダに強くあたる（接触する）ステンレス鋼材の表面がハンダによって侵食される現象が確認されるようになってきた。しかし、鉛フリーハンダによってステンレス鋼材の表面が侵食される原因は良く分からなかった。
【０００６】
そこで本発明は鉛フリーハンダを使用する装置において、鉛フリーハンダに接触する面を耐腐食性を持たせるようにしたハンダを使用した機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、鉛フリーハンダによって侵食されたステンレス鋼材を詳細に分析して調べた結果、以下述べるように侵食される原因を確認することができた。  
図１は鉛フリーハンダによって侵食されたステンレス鋼材表面減肉部の拡大写真である。
【０００８】
写真（ａ）はある減肉部全体の断面写真であり、写真（ｂ）は（ａ）の四角で囲んだ部分の拡大写真である。この写真から分かるように、ステンレス鋼材の侵食部にはハンダが付着した部分「ハンダ層」と、ステンレス鋼材の部分の「鉄心基材部」と、その両者の間に溶損状態になって層状になった「層状部」が生じている。  
これら「ハンダ層」、「鉄心基材部」および「層状部」の３箇所の部分をそれぞれ分析した成分結果が図２である。
【０００９】
ハンダ層、鉄心基材（SUS）では予想通りハンダおよび基材部の成分が検出されているが、一方侵食が進んでいる層状部では、ハンダ部分やSUS基材部には認められない砒素（As）が検出された。このような現象は他の鉛フリーハンダで侵食された部分でも同様に確認された。
【００１０】
砒素により侵食が進行する理由について、Sn、As、およびSUSの主要構成要素間の３元系状態図を解析した結果、鉛フリーハンダでのステンレス鋼材の侵食には砒素（As）が大きく関係していることが確認された。この砒素（As）はハンダ内に不純物として含まれたもので、それが蓄積したものと推定される。
【００１１】
次に、砒素により侵食が進行する理由を図３、図４および図５に示したハンダ使用装置運転時の温度における金属の３元状態図によって説明する。３元系状態図は３種の金属の組み合わせによる固体、液体の状態を示す。各頂点がその成分100％を示す。２成分の場合は三角形の辺上を移動して頂点からの距離（正確には距離の反数（100−距離）がその成分の含有量を表す。３成分の場合は三角形の中の点で表され、その点から各辺と並行に引いた線と三角形の辺との交点が各成分の含有量を示している。そしてある点（組成）が決まったときの固体化液体化を示している。
【００１２】
図３は錫（Sn）、砒素（As）、鉄（Fe）の３元状態図を示す。  
この図では図の上部（錫が多い時に）で砒素（As）があれば鉄（Fe）が溶解状態であることが分かる。言い換えれば濃度の高い範囲約90％の錫（Sn）と、砒素（As）と、鉄（Fe）（図中Ａ点付近）があるとそれらは溶解してしまい、液体状態であることが分かる。またこの図では錫（Sn）の成分が75％以下であると固体のままで溶解しないことを示している。
【００１３】
図４は錫（Sn）、砒素（As）、クロム（Cr）の３元状態図を示す。  
この場合も同様に、錫が多い場合にはクロム（Cr）が溶解している。この図はSUS表面でハンダの錫（Sn）が多い場所で砒素（As）が存在するとステンレス鋼材の中のクロム（Cr）は溶解してしまうことを示している。
【００１４】
図５は錫（Sn）、砒素（As）、ニッケル（Ni）の３元状態図を示す。  
図５ではニッケル（Ni）、錫（Sn）、砒素（As）の何れの組成でも合金は溶解しないことを示している。
【００１５】
したがって、ステンレス鋼材の表面にニッケル（Ni）が存在すると、錫（Sn）と砒素（As）の濃度の高いところでニッケル（Ni）と錫（Sn）と砒素（As）が合金化する。この合金は液化しないためステンレス鋼材の表面に硬化してとどまりステンレス鋼材を保護することになる。そしてステンレス鋼材内の鉄（Fe）、ニッケル（Ni）の析出を防ぐので、その結果ステンレス鋼材の表面を保護することになる。
【００１６】
以上の結果をまとめると以下のようになる。  
（i）ステンレス鋼材の侵食面には、ハンダの不純物である砒素（As）が濃縮している。
（ii）鉛フリーハンダでSnが多くなっている。  
（iii）３元状態図から判断すると、砒素（As）＋錫（Sn）＋鉄（Fe）またはクロム（Cr）の合金で錫（Sn）と砒素（As）の濃度が高いと鉄（Fe）やクロム（Cr）が析出し合金は溶解する。  
（iv）同様に、３元状態図から判断すると、砒素（As）＋錫（Sn）＋ニッケル（Ni）の合金でSn が多くてもその合金は溶解しないでとどまり、ステンレス鋼材表面を保護する。
（ｖ）以上の結果、ステンレス鋼材の表面にニッケル（Ni）層を施すことにより、ステンレス鋼材を侵食から防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
鉛フリーハンダ使用装置において、鉛フリーハンダに対して侵食性を示す金属材料にニッケル層を設けるようにしたので、金属材料表面が鉛フリーハンダに強く触れても侵食することがなくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明における鉛フリーハンダ使用装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図６は、鉛フリーハンダ使用装置の一例として、ハンダ付け噴射波を形成する電磁ポンプ構成例を示す。  
１はリニア誘導モータの原理を応用した電磁ポンプであり、ステンレス鋼材の内側ダクト２および外側ダクト３による２重円筒状の環状ダクト４を構成している。そして内側ダクト２の内部には図示しないが内部鉄心を組み込んで密封している。
【００２０】
外側ダクト３の外周部には櫛形に形成した外側鉄心５を円周方向に等間隔に複数個配置し、更にこの複数個の櫛形の外側鉄心５のスロットに環状コイル６を収納するように構成している。そしてこの環状コイル６および外側鉄心５の外側全体をフレーム７で囲繞して密封することによって、環状コイル６や外側鉄心５内に鉛フリーハンダ８が入り込むことを防止している。
【００２１】
このように構成した電磁ポンプ１において、前記環状コイル６を励磁することにより紙面上の下方から上方に向かう移動磁界を発生させる。この移動磁界により溶融状態の鉛フリーハンダ８は下部のハンダ吸込口９から環状ダクト４内に吸込まれ、上方に向かって移動し吐出口１０から吐出され、噴流波となって図示しない不活性ガスの充満したハンダ付けチャンバー内に供給される。ここでハンダ付けが行われる。
【００２２】
上述した電磁ポンプ１は狭い空間の環状ダクト４内において鉛フリーハンダ８の流速が速いうえに、鉛フリーハンダ８中に不純物として含まれる砒素が層状部に蓄積すると、環状ダクト４の内面すなわち内側ダクト２の外表面または外側ダクト３の内表面に侵食が生じることがある。
【００２３】
このため、本実施例は図７で拡大して示すように、環状ダクト４を構成する内側ダクト２および外側ダクト３の表面にニッケル（Ni）層１１を形成するようにした。  
この結果、図４で説明したようにように、ステンレス鋼材で構成した環状ダクト４の表面を鉛フリーハンダによる侵食から防ぐことができる。
【００２４】
なお、以上述べた実施例は、環状ダクト４を構成する内側ダクト２および外側ダクト３の双方の表面にニッケル（Ni）層１１を形成するようにしたが、ニッケル（Ni）層１１は、内側ダクト２の外表面のみ形成しても良い。また、環状ダクト４だけではなく、これ以外の例えばフレーム７等までニッケル層の範囲を拡大しても良い。
【００２５】
本発明のニッケル層はメッキによって容易に形成されるが、ニッケルメッキの代わりに、ニッケルの薄膜を張りつけるようにしても良く、要は鉛フリーハンダにあたる部分（接触する部分）にニッケル層を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ステンレス鋼材の鉛フリーハンダによる侵食を示す拡大写真。
【図２】ハンダ層、鉄心基材部および層状部の各部の成分結果を示す図。
【図３】金属三元図（Sn-Fe-As ）。
【図４】金属三元図（Sn-Cr-As ）。
【図５】金属三元図（Sn-Ni-As ）。
【図６】本発明の実施例による電磁ポンプ。
【図７】図６の一部拡大図。
【符号の説明】
【００２７】
１…電磁ポンプ、２…内側ダクト、３…外側ダクト、４…環状ダクト、５…外側鉄心、６…環状コイル、７…フレーム、８…ハンダ、９…吸込口、１０…吐出口、１１…ニッケル層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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