(57)【要約】【課題】作業環境悪化の抑止及び作業性の向上を実現することができる超音波はんだ付け装置及びエナメル被覆電線のはんだ被覆方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る超音波はんだ付け装置１は、先端部が放射状のスリット４１により分割されたチップ４と、そのチップ４に与える超音波振動を発生させる振動子２とを備える。これにより、ガスを発生させず、また、エナメル被覆電線の断線を生じさせずに、エナメル被覆電線の被覆除去と共にはんだ被覆を行うことが可能となる。したがって、作業環境悪化の抑止及び作業性の向上を実現することができる。【選択図】図１
2017209704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、
前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子と、
を備えることを特徴とする超音波はんだ付け装置。
【請求項２】
前記先端部は、前記超音波振動による縦振動をひねり運動に変換して揺動する複数の揺動体により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項３】
前記先端部を内蔵し、前記スリットに供給する溶融はんだを貯留するはんだ槽をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項４】
前記はんだ槽に設けられ、発熱するヒータをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項５】
先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子とを備える超音波はんだ付け装置を用いて、エナメル被覆電線の被膜を除去し、その被膜が除去された金属線の部分をはんだにより被覆するエナメル被覆電線のはんだ被覆方法であって、
前記スリットに溶融はんだを供給する工程と、
前記スリットにエナメル被覆電線の一部を挿入する工程と、
前記振動子から前記チップに超音波振動を与える工程と、
前記工程の全てを実行した後、前記スリットから前記エナメル被覆電線の一部を取り出す工程と、
を有することを特徴とするエナメル被覆電線のはんだ被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波はんだ付け装置及びエナメル被覆電線のはんだ被覆方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エナメル被覆電線は、例えば、各種の電機機器のコイル用電線として広く用いられている。このエナメル被覆電線は、単層又は複数層のエナメル膜により金属線を被覆することによって構成されている。通常、エナメル被覆電線は、ポリエステルやポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂を含む絶縁塗料を金属線に塗布して焼き付けることによって形成される。
【０００３】
このエナメル被覆電線の被覆除去においては、被覆用樹脂が例えばポリエステルやポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂である場合、３８０℃以上の温度でフラックスを併用し、ディップ槽などで被膜であるエナメル膜を溶解する。ところが、その作業が高温作業になることやフラックスからガスが発生することなどから、作業環境が悪化してしまう。また、特殊な溶剤を用いて被覆除去を行うことも可能であるが、これもガスが発生するため、作業環境が悪化してしまう。
【０００４】
一方、被覆用樹脂がポリイミドなどの熱硬化性樹脂の場合には、熱でエナメル膜を溶かすことが困難であるため、専用のサンドペーパーや回転刃などによってエナメル膜を物理的に除去する。ところが、金属線が数百μｍ以下と細くなると、断線が生じることがあるため、作業性が低下してしまう。また、超音波式ウェルダを応用してエナメル膜を破壊する実験が行われているが、この技術は実用に至っておらず、金属線が数百μｍ（例えば０．３ｍｍ）以下と細くなると、断線が生じるため、やはり作業性が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８７９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、作業環境悪化の抑止及び作業性の向上を実現することができる超音波はんだ付け装置及びエナメル被覆電線のはんだ被覆方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る超音波はんだ付け装置は、先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る超音波はんだ付け装置は、請求項１に記載の超音波はんだ付け装置において、前記先端部は、前記超音波振動による縦振動をひねり運動に変換して揺動する複数の揺動体により構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る超音波はんだ付け装置は、請求項１又は請求項２に記載の超音波はんだ付け装置において、前記先端部を内蔵し、前記スリットに供給する溶融はんだを貯留するはんだ槽をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る超音波はんだ付け装置は、請求項３に記載の超音波はんだ付け装置において、前記はんだ槽に設けられ、発熱するヒータをさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係るエナメル被覆電線のはんだ被覆方法は、先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子とを備える超音波はんだ付け装置を用いて、エナメル被覆電線の被膜を除去し、その被膜が除去された金属線の部分をはんだにより被覆するエナメル被覆電線のはんだ被覆方法であって、前記スリットに溶融はんだを供給する工程と、前記スリットにエナメル被覆電線の一部を挿入する工程と、前記振動子から前記チップに超音波振動を与える工程と、前記工程の全てを実行した後、前記スリットから前記エナメル被覆電線の一部を取り出す工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、作業環境悪化の抑止及び作業性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け装置の概略構成を示す全体図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け装置の先端部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け装置の先端部の運動を説明するための第１の説明図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け装置の先端部の運動を説明するための第２の説明図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け工程を説明するための説明図（断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（基本構成）
図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る超音波はんだ付け装置１は、振動子２と、ホーン３と、チップ（ｔｉｐ）４と、はんだ槽５と、ヒータ６と、はんだ供給部７と、電圧印加部８とを備えている。
【００１６】
振動子２は、超音波振動を発生させ、その超音波振動をホーン３に与える。この振動子２は、電圧印加部８に電気的に接続されており、電圧印加部８による電力印加に応じて超音波振動を発生させる。
【００１７】
ホーン３は、振動子２に連結されており、振動子２により与えられた超音波振動を増幅してチップ４に伝達する。
【００１８】
チップ４は、ホーン３に連結されており、ホーン３により伝達された超音波振動によって振動する。このチップ４は、例えば、金属製の部材であり、ホーン３に対して着脱可能に形成されている。
【００１９】
図２に示すように、チップ４の先端部は、スリット４１がチップ４の先端面に放射状に入れられて分割されている。これにより、チップ４の先端部は放射状のスリット４１によって分割され、複数の揺動体４２により構成されることになる。例えば、図２においては、チップ４の先端部は６つに分割されており、６つの揺動体４２により構成されている。また、放射状のスリット４１は、その中央部分にエナメル被覆電線が挿入されることが可能に形成されている。つまり、チップ４の先端面の中央には、エナメル被覆電線が挿入される穴４１ａが形成されている。
【００２０】
図１に戻り、はんだ槽５は、チップ４の先端部を内蔵するようにチップ４の先端側に設けられている。すなわち、はんだ槽５は、チップ４がはんだ槽５の底部を貫通し、そのチップ４の先端部（各揺動体４２）がはんだ槽５の内部に位置するように、チップ４の先端側に設けられている。このはんだ槽５としては、例えば、はんだツボを用いることが可能である。
【００２１】
ヒータ６は、はんだ槽５の外周に設けられている。このヒータ６は、例えば、ヒータ線がはんだ槽５の外周に巻かれて形成されている。ヒータ６は、電圧印加部８に電気的に接続されており、電圧印加部８による電力印加に応じて発熱し、はんだ槽５を加熱する。なお、ヒータ６の図示は、図２から図４において省略されている。
【００２２】
はんだ供給部７は、はんだ槽５の内部にはんだを供給することが可能に設けられている。このはんだ供給部７は、例えば、ボビンからはんだ槽５の内部にはんだを供給する。このため、はんだ槽５内にはんだを自動供給し、はんだ量を一定に維持することができる。なお、超音波はんだ付け工程では、はんだ槽５内には溶融はんだがあらかじめ貯留されており、はんだ供給部７からはんだ槽５内に供給されたはんだは、はんだ槽５内の溶融はんだに触れて加熱され、そのはんだ槽５内で溶融されることになる。
【００２３】
電圧印加部８は、振動子２及びヒータ６に所定電圧を印加する。この所定電圧は振動子２及びヒータ６ごとに設定されている。振動子２の所定電圧は、振動子２が所望の超音波周波数で振動するように設定されている。また、ヒータ６の所定電圧は、ヒータ６の温度が所定温度、すなわち、はんだ槽５の温度が所望のはんだ溶融温度以上となるように設定されている。なお、これらの所定電圧は、所望の超音波振動数や所望のはんだ溶融温度などに応じて、適宜変更される。
【００２４】
（チップの先端部の運動）
次に、前述のチップ４の先端部の運動（動き）について説明する。
【００２５】
チップ４に超音波振動が与えられると、チップ４の先端部（各揺動体４２）はある範囲で縦振動する。つまり、チップ４の先端部は、伸びる方向と縮む方向に振動することになる。チップ４の先端部が伸びる方向に移動しているとき、振動方向が伸びる方向から縮む方向に切り替わると、チップ４の先端部に慣性力が作用する。この慣性力に応じた応力によって、図３に示すように、チップ４の先端部の各揺動体４２は、それぞれひねり運動をして揺動する。また、チップ４の先端部が縮む方向に移動しているとき、振動方向が縮む方向から伸びる方向に切り替わると、前述と同様、チップ４の先端部に慣性力が作用する。この慣性力に応じた応力によって、図４に示すように、チップ４の先端部の各揺動体４２は、それぞれひねり運動をして揺動する。このように、各揺動体４２は、超音波振動による縦振動をそれぞれひねり運動に変換して揺動することになる。
【００２６】
したがって、図５に示すように、はんだ槽５が溶融はんだにより満たされてチップ４の先端部のスリット４１に溶融はんだが供給された状態で、その先端部の穴４１ａにエナメル被覆電線Ａ１の一部が挿入されてチップ４に超音波振動が与えられると、そのエナメル被覆電線Ａ１の被膜（エナメル膜）は、キャビテーション、さらに、各揺動体４２のひねり運動による揺動によって除去される。詳述すると、被膜はキャビテーションにより破壊され、その破壊された被膜が各揺動体４２のひねり運動による揺動によって除去される。このとき、キャビテーションにより破壊された被膜は、揺動する各揺動体４２との接触、あるいは、揺動する各揺動体４２による振動や溶融はんだの流動などによって除去される。そして、その被膜が除去された箇所の金属線に溶融はんだが付着し、エナメル被覆電線Ａ１の一部がはんだにより被覆される。このようにして、エナメル被覆電線Ａ１の被覆除去と共にはんだ被覆を行うことが可能となる。
【００２７】
（超音波はんだ付け工程）
次に、前述の超音波はんだ付け装置１を用いて、エナメル被覆電線Ａ１にはんだを被覆する超音波はんだ付け工程（超音波はんだ被覆工程）について説明する。なお、はんだとしては、例えば、錫を主成分とするはんだ組成物（はんだ合金）が用いられる。
【００２８】
図５に示すように、チップ４の先端部に位置するはんだ槽５には、溶融はんだがあらかじめ貯留されている。このはんだ槽５内の溶融はんだは、ヒータ６により温度が所定温度以上に上昇したはんだ槽５によって加熱されているため、溶融状態を維持している。はんだ槽５内の溶融はんだは、チップ４の先端部のスリット４１内にも入り込んでいる。これにより、溶融はんだがスリット４１内に供給された状態になっている。なお、はんだは、所定時間ごとに、はんだ供給部７によってはんだ槽５に供給されており、はんだ槽５内の溶融はんだ量は一定に保たれている。
【００２９】
次いで、溶融はんだがチップ４の先端部のスリット４１内に供給された状態で、チップ４の先端部の穴４１ａにエナメル被覆電線Ａ１の一部が例えば利用者によって挿入され、その状態のままエナメル被覆電線Ａ１が保持される。そして、エナメル被覆電線Ａ１の一部がチップ４の先端部の穴４１ａに挿入された状態で、超音波振動が振動子２によりホーン３を介してチップ４に与えられる。これに応じて、チップ４が超音波振動すると、挿入されたエナメル被覆電線Ａ１の一部の被覆は、前述のようなキャビテーション及び各揺動体４２のひねり運動による揺動によって除去される。この被膜が除去された箇所の金属線に溶融はんだが付着し、エナメル被覆電線Ａ１の一部がはんだにより被覆される。その後、はんだにより被覆されたエナメル被覆電線Ａ１の一部が、チップ４の先端部の穴４１ａから例えば利用者によって取り出されると、その部分を被覆する溶融はんだは冷えて固まる。
【００３０】
この超音波はんだ付け工程によれば、チップ４の先端部は、縦振動の伝達に応じて、伸び縮みの動きをするが、放射状のスリット４１が開閉する動きをするため、その開閉時に各揺動体４２がひねり運動をして揺動することになる。このとき、エナメル被覆電線Ａ１の一部の被膜がキャビテーションにより破壊され、その破壊された被膜がひねり運動による揺動によって確実に除去される。この被膜が除去された箇所の金属線に溶融はんだが付着し、エナメル被覆電線Ａ１の一部がはんだにより被覆される。このように、溶融はんだ中のチップ４に超音波振動を与えることによって、キャビテーション効果とひねり効果により、エナメル被覆電線Ａ１の被覆除去と共にはんだ被覆を行うことができる。
【００３１】
ここで、前述の超音波はんだ付け工程は、チップ４の先端部のスリット４１に溶融はんだを供給するはんだ供給工程と、そのスリット４１にエナメル被覆電線Ａ１の一部を挿入する電線挿入工程と、振動子２からチップ４に超音波振動を与える振動付与工程と、スリット４１からエナメル被覆電線Ａ１の一部を取り出す電線取り出し工程とを有することになる。なお、電線取り出し工程は、はんだ供給工程、電線挿入工程及び振動付与工程の全てが行われた後に実行される。一方、はんだ供給工程、電線挿入工程及び振動付与工程の実行順序は特に限定されるものではなく、実行順序は必要に応じて入れ換えられても良く、あるいは、各工程のいずれか又は全てが同時に行われても良い。
【００３２】
ただし、例えば、スリット４１にエナメル被覆電線Ａ１の一部を挿入することを容易にするためには、チップ４の先端部の各揺動体４２がひねり運動をして揺動する前に、スリット４１にエナメル被覆電線Ａ１の一部を挿入した方が良く、振動付与工程の前に電線挿入工程を行うことが望ましい。また、キャビテーションを確実に発生させるためには、チップ４が超音波振動する前に、チップ４の先端部のスリット４１にあらかじめ溶融はんだを供給した方が良く、振動付与工程の前にはんだ供給工程を行うことが望ましい。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施の一形態によれば、チップ４の先端面に放射状にスリット４１が形成され、チップ４の先端部は放射状のスリット４１により分割されている。これにより、チップ４の先端部は複数の揺動体４２によって構成されることになる。チップ４の先端部のスリット４１に溶融はんだが供給された状態で、その先端部の穴４１ａにエナメル被覆電線Ａ１の一部が挿入されてチップ４に超音波振動が加えられると、キャビテーションが発生し、さらに、チップ４の先端部、すなわち各揺動体４２はそれぞれひねり運動をして揺動する。このとき、エナメル被覆電線Ａ１の一部の被膜がキャビテーションにより破壊され、その破壊された被膜が各揺動体４２のひねり運動による揺動によって確実に除去される。そして、エナメル被覆電線Ａ１における被膜が除去された箇所の金属線に溶融はんだが付着し、エナメル被覆電線Ａ１の一部がはんだにより被覆される。
【００３４】
このようにして、ガスを発生させず、また、エナメル被覆電線Ａ１の断線を生じさせずに、エナメル被覆電線Ａ１の被覆除去と共にはんだ被覆を行うことが可能となる。これにより、作業環境悪化の抑止及び作業性の向上を実現することができる。通常、エナメル被覆除去工程及びはんだ被覆工程（コーティング工程）は別工程となるが、前述のように本発明の実施の一形態によれば、それらの工程を同時に行うことが可能となるので、作業性（作業効率）を向上させることができる。
【００３５】
また、チップ４はホーン３に対して着脱可能に形成されている。これにより、はんだ槽５ごとチップ４を交換することが可能となる。このため、使用するはんだの種類ごとにチップ４やはんだ槽５を取り換えたり、あるいは、チップ４やはんだ槽５のメンテナンスをしたりすることが容易となるので、超音波はんだ付け装置１の利便性を向上させることができる。
【００３６】
（他の実施形態）
前述の実施の一形態では、チップ４の先端部の分割数（揺動体４２の数）を６つにしているが、これに限るものではなく、例えば、少なくとも２つ以上にすれば良く、３つや４つなどにしても良い。つまり、チップ４の先端部の分割数の数は、特に限定されるものではなく、また、偶数や奇数に限定されるものではない。
【００３７】
また、前述の実施の一形態では、隣接する各揺動体４２の離間間隔、すなわちスリット４１の幅は一定になっているが、これに限るものではなく、一定でなくても良い。すなわち、少なくともチップ４の先端部の穴４１ａにエナメル被覆電線Ａ１の一部を挿入することが可能であり、さらに、各揺動体４２がそれぞれひねり運動をして揺動することが可能であれば、スリット４１の幅や形状などは、特に限定されるものではない。
【００３８】
また、前述の実施の一形態では、チップ４の先端面は平面になっているが（図１及び図２参照）、これに限るものではなく、例えば、平面でなくても良く、湾曲したり、突出したりしても良い。
【００３９】
また、前述の実施の一形態では、はんだ槽５を加熱する手段として、ヒータ６を用いているが、これに限るものではなく、例えば、熱量を大きくするため、誘導加熱によりはんだ槽５を加熱することも可能である。また、はんだ槽５に対するヒータ６の設置位置も適宜変更することが可能である。
【００４０】
また、前述の実施の一形態では、はんだを溶融するため、ヒータ６によりはんだ槽５を加熱しているが、これに限るものではなく、例えば、ヒータなどの加熱器によりチップ４の先端部を加熱するようにしても良く、さらに、このチップ４の加熱及びはんだ槽５の加熱の両方を用いるようにしても良い。
【００４１】
また、前述の実施の一形態では、はんだ槽５に未溶融のはんだを供給しているが、これに限るものではなく、例えば、あらかじめはんだを溶融しておき、その溶融はんだをはんだ槽５に供給するようにしても良く、また、チップ４のスリット４１に直接供給するようにしても良い。
【００４２】
なお、本発明は、前述の実施形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１      超音波はんだ付け装置
２      振動子
３      ホーン
４      チップ
５      はんだ槽
６      ヒータ
７      はんだ供給部
８      電圧印加部
４１    スリット
４１ａ  穴
４２    揺動体
Ａ１    エナメル被覆電線
【図１】
2017209704.tif 000003
【図２】
2017209704.tif 000004
【図３】
2017209704.tif 000005
【図４】
2017209704.tif 000006
【図５】
2017209704.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月15日(2017.6.15)
【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】
先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、
前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子と、
を備えることを特徴とする超音波はんだ付け装置。
【請求項２】
前記先端部は、揺動する複数の揺動体により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項３】
前記先端部を内蔵し、前記スリットに供給する溶融はんだを貯留するはんだ槽をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項４】
前記はんだ槽に設けられ、発熱するヒータをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項５】
先端部が放射状のスリットにより分割されたチップと、前記チップに与える超音波振動を発生させる振動子とを備える超音波はんだ付け装置を用いて、エナメル被覆電線の被膜を除去し、その被膜が除去された金属線の部分をはんだにより被覆するエナメル被覆電線のはんだ被覆方法であって、
前記スリットに溶融はんだを供給する工程と、
前記スリットにエナメル被覆電線の一部を挿入する工程と、
前記振動子から前記チップに超音波振動を与える工程と、
前記工程の全てを実行した後、前記スリットから前記エナメル被覆電線の一部を取り出す工程と、
を有することを特徴とするエナメル被覆電線のはんだ被覆方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の請求項２に係る超音波はんだ付け装置は、請求項１に記載の超音波はんだ付け装置において、前記先端部は、揺動する複数の揺動体により構成されていることを特徴とする。