JP4301088B2 - ハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は，金属部材同士をハンダ付けあるいはロウ付けによって接合するためのハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法に関する。さらに詳細には，アルミ合金製の部材の接合面にハンダを塗布するハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法に関するものである。

アルミ合金製の金属部材では，その表面に酸化アルミニウムの強固な不動態皮膜が形成されるため，そのままでは一般的なハンダ付けは難しい。それに対して従来より，超音波振動を利用したハンダ塗布方法が考案されている。この技術では，溶融ハンダ中に浅く振動板を浸漬させるか，振動板で溶融ハンダをすくうかして，振動板上に薄く溶融ハンダが載った状態とする。そして，その上にアルミ合金部材の接合面を載せて，振動板を超音波ホーン等によって振動させるのである。このようにすれば，振動板の振動によりハンダ液にキャビテーションを起こして酸化膜を破壊し，接合面にハンダ材を塗布することができる。なお，本明細書では，特に必要がない限り，ハンダとロウ（鑞）とを区別せず両者を含めてハンダと称する。

このような，アルミ合金部材の接合方法では，より適切なハンダ層を接合面に形成するための種々の考案がなされている（例えば，特許文献１参照。）。この文献に記載の方法では，振動板に突起を形成し，その突起上に接合面を載置することにしている。これによって，接合面のうち突起上の部分が他の部分より侵食されるので，その部分にハンダを溜めることができ，接合強度が向上されているというものである。
特開２００１−２２５１６３号公報（第３−４頁，第４図）

しかしながら，前記した従来の接合方法では，アルミ合金部材の接合面の中央部が振動によって侵食される。そして，侵食されたアルミ合金部材の成分がハンダ中に混入することとなるため，ハンダの成分がいくらか変化するおそれがあった。特に，振動板をハンダ液中に浅く浸漬させた状態とし，接合する部材をとり変えて次々にハンダ塗布を行う場合には，この混入したアルミ成分が振動板上に次第に溜まるおそれがある。その場合には，部材に塗布されるハンダ液の特性が次第に変化してしまい，接合強度が低下するという問題点があった。

本発明は，前記した従来の接合方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，複数の部材に次々にハンダ塗布する場合でも，良好な接合強度が得られるハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明のハンダ塗布装置は，対象物の対象面にハンダ層を形成するハンダ塗布装置であって，溶融ハンダを収容する浴槽と，浴槽内のハンダを加熱する加熱装置と，浴槽内の溶融ハンダに部分的に浸るとともに，溶融ハンダに浸っている部分が対象物の対象面と対面する振動部材と，振動部材を振動させる振動装置とを有し，振動部材のうち溶融ハンダに浸る部分に，表裏面間を貫通する貫通穴が形成されており，貫通穴が，振動装置により振動部材を振動させたときに定常波振動の節目部となる箇所に形成されているものである。

本発明のハンダ塗布装置によれば，浴槽内に溶融ハンダが収容され，振動部材は，その溶融ハンダに浸っている部分が対象物の対象面と対面される。このようにして，振動部材が振動装置によって振動されるので，振動部材と対象物の対象面との間の溶融ハンダにキャビテーションを起こして，対象面の酸化膜を破壊する。従って，対象物がアルミ合金部材であっても，その対象面にハンダを塗布することができる。さらに，本発明では，振動部材のうち溶融ハンダに浸る部分に，表裏面間を貫通する貫通穴が形成されているので，その貫通穴を介して振動部材の上下の溶融ハンダが混合される。従って，複数の対象物に続けてハンダ塗布を行った場合でも，対象物から溶出した成分が振動部材上の溶融ハンダ中に溜まることはなく，溶融ハンダ全体とよく混合されて特性の変化は緩和される。これにより，特性が顕著に変化した溶融ハンダが対象物の対象面に対面されるおそれはないので，複数の部材に次々にハンダ塗布する場合でも，良好な接合強度が得られる。

さらに本発明では，振動部材の貫通穴は，対象物の対象面と対面する範囲内に形成されていることが望ましい。
このようにすれば，振動部材の上下の溶融ハンダが，対象物の対象面と対面する範囲で特によく混合されるので，次々にハンダ塗布を行っても，特性が顕著に変化した溶融ハンダが対象物に対面するおそれはない。また，この範囲は，対象物が侵食されることによってハンダに混入される対象物の成分が，他の部分よりも多いと考えられるため，特によく混合することが望まれる箇所である。

また，本発明のハンダ塗布方法は，対象物の対象面にハンダ層を形成するハンダ塗布方法であって，溶融ハンダ内で，対象物の対象面と，表裏面間を貫通する貫通穴が形成されている振動部材とを対面させ，その状態で振動部材を振動させ，振動部材として，貫通穴が定常波振動の節目部となる箇所に形成されているものを用いるものである。

本発明のハンダ塗布方法によれば，対象物の対象面にハンダを塗布することによって，振動部材上の溶融ハンダに対象物の成分が混入した場合でも，貫通穴を介して振動部材の上下の溶融ハンダが混合される。従って，特性が顕著に変化した溶融ハンダが対象物の対象面に対面されるおそれはないので，複数の部材に次々にハンダ塗布する場合でも，良好な接合強度が得られる。

さらに本発明では，振動部材として，対象物の対象面と対面する範囲内に貫通穴が形成されているものを用いることが望ましい。
このようにすれば，振動部材の上下の溶融ハンダが，対象物の対象面と対面する範囲で特によく混合されるので，次々にハンダ塗布を行っても，特性が顕著に変化した溶融ハンダが対象物に対面するおそれはない。

本発明のハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法によれば，複数の部材に次々にハンダ塗布する場合でも，良好な接合強度が得られる。また，長尺状の部材に連続してハンダを塗布する場合にも同様に，良好な接合強度が得られる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，アルミ合金等の金属部材を接合するために，その接合面にハンダを塗布するハンダ塗布装置に本発明の接合方法を適用したものである。

本形態のハンダ塗布装置１は，図１に示すように，ハンダ溶融槽１１と，そのハンダ溶融槽１１内を高温に保つためのヒータ１２とを備えている。ハンダ溶融槽１１の槽内には，ハンダ１３が収容される。また，振動板１４は，階段状に曲げられたＳＵＳ等の金属板であり，その下段部がハンダ１３のごく浅い位置に浸漬される。振動板１４の上段部には，超音波発振器１５に接続された超音波ホーン１６が取り付けられている。さらに，このハンダ塗布装置１では，図２に示すように，振動板１４の下段部に複数の貫通孔１７が設けられている。

このハンダ塗布装置１によってハンダを塗布されるワーク２１は，アルミ合金部材等の金属部材である。ワーク２１は，図１に示すように，ハンダを塗布する接合面をハンダ１３中にごく浅く浸漬した状態で水平に保持される。さらに言えば，ワーク２１の接合面は，振動板１４の下段部の上側で，振動板１４の下段部上面にごく近接した深さ位置に配置される。図１では，ワーク２１が，２本のワーク固定棒２２によって貫通されて，それらの接合面が水平に保持されている例を示している。ワーク２１がアルミ合金部材である場合には，ハンダ１３としては亜鉛アルミ系または亜鉛アルミ銅系のハンダを用いることが好ましい。

このハンダ塗布装置１では，超音波発振器１５を駆動して超音波ホーン１６を振動させることにより，振動板１４全体を振動させることができる。貫通孔１７の形成されていない振動板１４において，各部での振動の様子を解析したところ，図３に示すように，格子状に振幅の大きい山谷部（図中黒丸）が配置される定常波振動となることが分かった。さらにそれらの間には，振幅のごく小さい節目部（図中白丸）が配置される。例えば，図３のＡ−Ａ断面では，図４に示すように，５箇所の山谷部（Ｐ１〜Ｐ５）と４箇所の節目部（Ｑ１〜Ｑ４）ができている。なお，図３に示したのは，振動板１４の振動モードの一例である。実際の振動モードは，振動板１４の形状等の種々の要因によって異なるものとなる。例えば，六方配置等となることもある。

そこで，貫通孔１７の大きさや個数，配置等は，接合するワーク２１や振動板１４の大きさ等に応じて，適宜選択する。望ましくは，貫通孔１７は，振動板１４の振動の各節目部に設ける。このようにすれば，貫通孔１７を設けても，振動板１４の振動に影響を与えにくいからである。また，全ての節目部に貫通孔１７を設けても良いが，図２に示すように，所定の箇所のみに設けても良い。例えば，ワーク２１と相対する範囲のみに設けるようにしても良い。また，この貫通孔１７は，それぞれ直径１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の円あるいは多角形の孔が好ましい。

このように貫通孔１７を設けた振動板１４をハンダ１３中で振動させると，図５に示すように，振動によって貫通孔１７をハンダ１３が通り抜ける。従って，振動板１４の上のハンダ１３と周囲のハンダ１３とが混合される。ここで，貫通孔１７の径が１ｍｍより小さいと，ハンダ１３が貫通孔１７をあまり通り抜けられないので効果が小さい。また，貫通孔１７の径が１０ｍｍより大きいと，振動板１４の振動が安定しなくなるおそれがある。あるいは，振動板１４の振動によるワーク２１の酸化膜の破壊が不十分なものとなるおそれがある。これらから，貫通孔１７の径は１〜１０ｍｍの範囲内が好ましい。

次に，このハンダ塗布装置１によるハンダ塗布方法について説明する。このハンダ塗布装置１では，まず，ハンダ溶融槽１１にハンダ１３を入れ，ヒータ１２によって加熱する。そして，ハンダ溶融槽１１内をハンダ１３の融点＋２０℃程度に保つ。一般に，このハンダ１３の融点が高いものをロウ付け，低いものをハンダ付けと呼んで区別することがあるが，このハンダ塗布装置１は，そのいずれにも適用可能である。

そして，溶融したハンダ１３中に振動板１４の下段部を浸漬する。さらに，振動板１４の下段部の上にワーク２１をセットし，超音波発振器１５を駆動して振動板１４を振動させる。ここで，山谷部は振動板１４の振幅が大きく，ワーク２１の接合面に対するキャビテーションのエネルギーが大きい。従って，ワーク２１の表面のうち山谷部に相対する箇所では，酸化膜が容易に破壊され，ワーク２１の素材とハンダ１３とが金属接触する。その一方，節目部では，振動板１４の振幅が小さいことから，ワーク２１の接合面に対するキャビテーションのエネルギーも小さく，酸化膜が破壊されにくい。すなわち，振動板１４の定常波振動により，キャビテーションのエネルギーを山谷部に集中させ，局所的に酸化膜を破壊しているのである。

これにより，ワーク２１の接合面に効率的にハンダ１３が塗布される。所定時間の振動によってハンダ１３が塗布されたワーク２１はハンダ溶融槽１１から引き上げられる。さらに，次のワーク２１が振動板１４の上にセットされ，再び振動板１４が振動されてハンダ１３が塗布される。

このとき，貫通孔１７を貫通して振動板１４上のハンダ１３とハンダ溶融槽１１中のハンダ１３とが混合される。従って，振動板１４の振動によって，ワーク２１の接合面からアルミが溶けだして，振動板１４上に溜まることはない。すなわち，振動板１４上にあるハンダ１３の特性が大きく変化するおそれはない。

このハンダ塗布装置１によるハンダ塗布方法は，次のような用途に適用できる。例えば，シリンダヘッドとシリンダブロックとの接合では，シリンダヘッドとシリンダブロックとそれぞれの接合面に，ハンダ塗布装置１によってハンダ１３を塗布する。その後，両接合面を予熱して合わせ加圧する。あるいは，シリンダブロックにシリンダライナーを接合する場合にはシリンダライナーの接合面に，ハンダ塗布装置１でハンダ１３を塗布する。そのシリンダライナーを予熱して，ダイカスト金型にセットし，シリンダブロックを鋳ぐるみ鋳造する。

以上詳細に説明したように，本形態のハンダ塗布装置１によれば，振動板１４に貫通孔１７が設けられているので，振動板１４上のハンダ１３が貫通孔１７を通り抜けて周囲のものと混じる。従って，超音波発振器１５によって振動板１４を振動させることにより，振動板１４上に常時高純度のハンダ１３が供給される。これにより，複数のワーク２１に次々にハンダ１３を塗布する場合でも，接合強度を良好に保つことができる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では，ワーク２１をワーク固定棒２２で保持するとしたが，接合面を適切な位置に保持できればその保持方法はこれに限るものではない。例えば，ロボットハンドや吸着装置等によって保持することもできる。

本形態のハンダ塗布装置を示す概略構成図である。 振動板を示す斜視図である。 振動板の振動状態を示す説明図である。 振動板の振動状態を示す説明図である。 本形態のハンダ塗布装置によるハンダ塗布状況を示す説明図である。

符号の説明

１ ハンダ塗布装置
１１ ハンダ溶融槽（浴槽）
１２ ヒータ（加熱装置）
１３ ハンダ
１４ 振動板（振動部材）
１５ 超音波発振器（振動装置）
１６ 超音波ホーン（振動装置）
１７ 貫通孔（貫通穴）
２１ ワーク（対象物）

Claims (4)

1. 対象物の対象面にハンダ層を形成するハンダ塗布装置において，
   溶融ハンダを収容する浴槽と，
   前記浴槽内のハンダを加熱する加熱装置と，
   前記浴槽内の溶融ハンダに部分的に浸るとともに，溶融ハンダに浸っている部分が対象物の対象面と対面する振動部材と，
   前記振動部材を振動させる振動装置とを有し，
   前記振動部材のうち溶融ハンダに浸る部分に，表裏面間を貫通する貫通穴が形成されており，
   前記貫通穴が，前記振動装置により前記振動部材を振動させたときに定常波振動の節目部となる箇所に形成されていることを特徴とするハンダ塗布装置。
2. 請求項１に記載するハンダ塗布装置において，
   前記振動部材の貫通穴は，対象物の対象面と対面する範囲内に形成されていることを特徴とするハンダ塗布装置。
3. 対象物の対象面にハンダ層を形成するハンダ塗布方法において，
   溶融ハンダ内で，対象物の対象面と，表裏面間を貫通する貫通穴が形成されている振動部材とを対面させ，
   その状態で前記振動部材を振動させ，
   前記振動部材として，貫通穴が定常波振動の節目部となる箇所に形成されているものを用いることを特徴とするハンダ塗布方法。
4. 請求項３に記載するハンダ塗布方法において，
   前記振動部材として，対象物の対象面と対面する範囲内に貫通穴が形成されているものを用いることを特徴とするハンダ塗布方法。

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