はんだ分離装置
【課題】使用済みのクリームはんだからはんだを分離することができるはんだ分離装置を提供する。
【解決手段】溶剤を主成分とするフラックス、及び金属材料からなるはんだ粒を含有するクリームはんだを加熱手段によって加熱してクリームはんだの溶融液１０２を得ながら、溶融液１０２をフラックスとはんだとの比重差により、溶融フラックスからなる上層１０２ａと、溶融はんだからなる下層１０２ｂとに分離する溶融槽１０と、上層１０２ａ中の溶融フラックスを溶融槽１０外へ移送するためにタンク１１の所定の高さ位置に接続されたフラックス移送管６０と、下層１０２ｂ中の溶融はんだを溶融槽１０外へ移送するためにタンク１１の底に接続されたはんだ移送管７０とを設けた。かかる構成を具備するはんだ分離装置により、クリームはんだ中からはんだを分離することができた。
【解決手段】溶剤を主成分とするフラックス、及び金属材料からなるはんだ粒を含有するクリームはんだを加熱手段によって加熱してクリームはんだの溶融液１０２を得ながら、溶融液１０２をフラックスとはんだとの比重差により、溶融フラックスからなる上層１０２ａと、溶融はんだからなる下層１０２ｂとに分離する溶融槽１０と、上層１０２ａ中の溶融フラックスを溶融槽１０外へ移送するためにタンク１１の所定の高さ位置に接続されたフラックス移送管６０と、下層１０２ｂ中の溶融はんだを溶融槽１０外へ移送するためにタンク１１の底に接続されたはんだ移送管７０とを設けた。かかる構成を具備するはんだ分離装置により、クリームはんだ中からはんだを分離することができた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリームはんだや糸はんだなどのはんだ材からはんだを分離するはんだ分離装置に関するものである。また、金属材料と非金属材料とが混合された混合物から金属材料を分離する金属分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マスク版による印刷法（例えば特許文献１に記載のもの）を利用して電子部品を配線基板の表面上に実装する表面実装技術が知られている。かかる表面実装技術では、まず、マスク版を用いて配線基板上にクリームはんだのパターンを印刷し、そのパターンの上に各種の電子部品をマウントする。そして、配線基板を電子部品とともにリフロー炉に投入してクリームはんだ中のはんだを溶融させることで、配線基板の電極パッドと、電子部品の底面の電極パッドとを接合する。
【０００３】
このような表面実装技術では、クリームはんだ中に含まれるフラックスの主成分である溶剤の揮発性が高いことから、印刷工程での使用に伴ってクリームはんだの粘性が徐々に高くなる。そして、その粘性の高まりとともに、マスク版の微小貫通孔からのはんだ抜け性が低下して印刷不良を引き起こし易くなっていく。このため、容器から取り出された後のクリームはんだは、数時間〜数十時間といったごく短時間で寿命となり、その間に使い切れなかった分は処理業者に引き取られて処分される。
【０００４】
低コスト化の観点からすれば、クリームはんだを使い切れる量だけ容器から取り出して使用することが望ましいが、マスク版の表面に十分量のクリームはんだを載せておかないと印刷不良を引き起こしてしまう。このため、クリームはんだを無駄なく使い切ることは非常に困難であり、処分しなければならなくなるものがどうしても発生してしまう。少量多品種生産に対応したオンデマンド受注では、マスク版やクリームはんだの仕様（はんだ粒の粒径など）の切換が早くなることから、処分せざるを得ないクリームはんだの量が多くなり易い。
【０００５】
一方、はんだ付けロボットに用いられる糸はんだは、糸状のはんだ材の中にフラックスを内包しており、このフラックスが劣化すると、はんだが基板両面で弾かれてはんだ付け不良を引き起こす。このため、糸はんだも、１〜３年程度で寿命を迎えることになり、その間に使用されなかった分は処分されることになる。更には、ロボットで使用可能な寸法未満の破棄短線が発生し、これはロボットに使用することができないため、たとえ寿命を迎えていなくても処分されることになる。
【０００６】
工場から処理業者に引き取られた使用済みのクリームはんだや糸はんだは、焼却によって非金属成分が除去された後、電気分解等によって銀、銅、スズ、鉛などといった具合に金属の種類毎に分離精製されてリサイクルされるのが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１２−７９６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、溶剤の揮発によって粘性を高めてしまったクリームはんだ、フラックスの劣化によって寿命を迎えてしまった糸はんだ、あるいは上述の破棄短線であっても、その中のはんだ成分については、フラックスから分離して所定の形状に固めることで、はんだ資源として有効利用することが可能である。にもかかわらず、はんだ資源として利用しないままに処理業者によるリサイクルに回してしまうと、地球全体の物質循環系におけるエネルギー消費量を増大させてしまう。
【０００９】
また、上述のような表面実装技術又ははんだ付けロボットによる実装技術に加えて、フローはんだ装置を用いる電子部品の実装も並行して行う工場では、これら装置にセットするためのはんだ棒（はんだのインゴット）が、クリームはんだや糸はんだとは別に必要になる。そして、はんだ棒は、使用済みのクリームはんだや糸はんだに含まれるはんだを利用して製造することが可能である。しかしながら、前述のような工場においては、使用済みのクリームはんだや糸はんだを処理業者に引き取ってもらう一方で、はんだ棒を購入するという運用がなされていた。使用済みのクリームはんだや糸はんだからはんだ棒を得るためには、クリームはんだや糸はんだからはんだを分離する必要があるが、それを可能にする装置がないために、クリームはんだや糸はんだの状態で処分せざるを得なかったからである。
【００１０】
これまで、使用済みのクリームはんだや糸はんだに含まれるはんだを有効利用しないままに処分してしまうことによる問題について説明してきた。しかし、金属材料と非金属材料とが混合された混合物中に含まれる金属材料を有効利用しないままに処分すれば、同様の問題が発生し得る。
【００１１】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、はんだ材からはんだを分離することができるはんだ分離装置を提供することである。また、金属材料と非金属材料との混合物から金属材料を分離することができる金属分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、溶剤を主成分とするフラックスと、金属材料であるはんだとを含有するはんだ材を加熱手段によって加熱してはんだ材の溶融液を得ながら、該溶融液をフラックスとはんだとの比重差によって溶融フラックスからなる上層と溶融はんだからなる下層とに分離する溶融槽と、該上層中の溶融フラックス及び該下層中の溶融はんだの何れか一方を該溶融槽外へ移送する移送手段とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のはんだ分離装置において、上記溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続されたフラックス移送管を用いて上記上層中の溶融フラックスを該溶融槽外に移送する第１移送手段と、上記下層中の溶融はんだを該溶融槽外に移送するために該溶融槽の底に接続されたはんだ移送管、及び該はんだ移送管内における溶融はんだの流通を必要に応じて阻止する流通阻止手段を有する第２移送手段とを、上記移送手段として用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２のはんだ分離装置において、上記フラックス移送管を加熱する第１管加熱手段と、上記はんだ移送管を加熱する第２管加熱手段と、上記溶融槽の加熱手段、該第１管加熱手段、該第２管加熱手段による加熱温度をそれぞれ個別に制御する温度制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液に対して該液位調整部材を上下移動させる移動機構とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、駆動源からの駆動伝達によって該液位調整部材を上下移動させる移動機構と、該界面検知手段による検知結果に基づいて該駆動源による移動機構の駆動を制御する駆動制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、非金属材料と金属材料とが混合された混合物を加熱手段によって加熱して該混合物の溶融液を得ながら、該溶融液を非金属材料と金属材料との比重差によって溶融非金属材料からなる上層と溶融金属材料からなる下層とに分離する溶融槽と、該上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、該溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該上層中の溶融非金属材料を移送するために該溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続された移送管とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至６の発明においては、溶融槽内で溶融せしめたはんだ材中の成分を比重差によって溶融フラックスと溶融はんだとに分離した後、分離後の溶融フラックス及び溶融はんだのうちの少なくとも何れか一方を移送手段によって溶融槽外に移送することで、クリームはんだや糸はんだなどのはんだ材からはんだを分離することができる。
特に、請求項２の発明においては、流通阻止手段によって溶融槽内からはんだ移送管への液の流通を阻止した状態で、はんだ材を溶融槽内で溶融せしめて溶融液を得た後、比重差によって上層と下層とに分離する。そして、上層中の溶融フラックスについては、溶融槽の所定の高さに接続されたフラックス移送管内に流入させて溶融槽外に移送する。また、下層中の溶融はんだについては、溶融槽の底に接続されたはんだ移送管内に流入させて溶融槽外に移送する。かかる構成では、溶融槽の溶融液中に移送管を投入することなく、溶融フラックスや溶融はんだを溶融槽外に移送することができる。
また特に、請求項３の発明においては、フラックス移送管を第１管加熱手段によって加熱して、移送中の溶融フラックスからフラックス移送管への熱伝導を抑えることで、フラックス移送管内での溶融フラックスの放熱による凝固を回避することができる。更には、はんだ移送管を第２管加熱手段によって加熱することで、はんだ移送管内での溶融はんだの放熱による凝固を回避することもできる。
また特に、請求項４乃至６の発明においては、溶融液に液位調整部材を沈めることで、溶融液中における上層と下層との界面の高さに調整する。これにより、溶融槽に投入するはんだ材の量が一定でなくても、上層と下層との界面を所定の高さに調整することができる。
また特に、請求項４の発明においては、溶融液に対して液位調整部材を沈めたり引き上げたりという操作を手作業によらず、移送機構によって容易に行うことができる。
また特に、請求項５又は６の発明においては、液位調整部材の溶融液中への沈降に伴って徐々に上昇していく上層と下層との界面を、界面検知手段によって所定の高さ位置で検知することで、界面を所定の高さに容易に調整することができる。
また特に、請求項６の発明においては、界面検知手段による検知結果に基づいて移動機構の駆動源を停止する制御を行うことで、溶融液における下層と上層との界面の高さレベルを自動で調整することができる。
請求項７の発明においては、金属材料と非金属材料との混合物を溶融槽内で溶融せしめて溶融液を得ながら、溶融液中の成分を比重差によって溶融非金属からなる上層と溶融金属からなる下層とに分離した後、液位調整部材の沈降によって溶融液の液位を引き上げて両層の界面を移送管の高さ付近まで上昇させることで、溶融液中から溶融非金属を除去する。これにより、金属材料と非金属材料との混合物から金属材料を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した金属分離装置として、使用済みのクリームはんだや糸はんだからはんだを分離するはんだ分離装置の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るはんだ分離装置を示す斜視図である。同図において、はんだ分離装置は、４つの車輪１ａを具備する架台１、溶融槽１０、マニプレータ２０、フラックスタンク３０、はんだ受皿となるインゴットトレイ４０、排気ブロワ５０、複数の配管などを備えている。
【００１５】
図示しない支持手段によって架台１の表面よりも高いレベルに位置するように支持される溶融槽１０の直下には、架台１の表面上に載置されたインゴットトレイ４０が位置している。溶融槽１０の側方では、溶融フラックスを受け入れて貯留するためのフラックスタンク３０が架台１の表面上に置かれている。
【００１６】
また、溶融槽１０の後方には、マニプレータ２０が配設されている。このマニプレータ２０は、架台１の表面上に立設せしめられた支柱２１、この支柱２１を軸にして水平方向に９０［°］の角度で回動自在に支持されたアーム２２などを有している。更には、このアーム２２の回動軸とは反対側の端部において鉛直方向に延在するように保持された駆動棒２３、これを上下移動せしめるか、あるいは下方に向けて伸縮せしめるかするための駆動機構２４、これの駆動源たる駆動モータ２５、駆動棒２３の先端に固定された液位調整部材２６なども有している。なお、駆動機構２４は、産業ロボットのマニプレータに広く用いられている周知の技術により、駆動棒２３を上下移動又は伸縮せしめるものである。
【００１７】
マニプレータ２０は、支柱２１を中心にして液位調整部材２５を溶融槽１０の真上から９０［°］ずらした座標に位置させるアーム２２の回動位置を、ホームポジションとしている。また、液位調整部材２５を溶解槽１０の真上に位置させるアーム２２の回動位置を駆動ポジションとしており、アーム２２がこの駆動ポジションにセットされると、図示しない駆動ポジションセンサがそれを検知する。そして、駆動ポジションセンサによってアーム２２が駆動ポジションにあることが検知されているときに駆動機構２４を駆動することで、駆動棒２３を上下移動又は伸縮させる。この上下移動又は伸縮により、駆動棒２３の先端に固定された液位調整部材２６が溶解槽１０の真上において上下移動して、溶解槽１０内に投入されたり、溶解槽１０から引き出されたりする。なお、アーム２２の回動は作業者によって手動で行われるが、自動で行うようにしてもよい。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るはんだ分離装置を示す概略構成図である。同図におて、溶解槽１０は、ステンレス等の高融点金属からなる筒状のタンク１１、これの外周に巻き付けられた加熱手段としての溶解用帯ヒータ、タンク１１の内周面によって上下方向にスライド移動可能に保持される遮蔽板１３などを有している。また、タンク１１を溶解用帯ヒータとともに覆うように装着された図示しない断熱材も有している。溶融用帯ヒータは、タンク１１の下部に巻き付けられた溶融用下部帯ヒータ１２ａと、タンク１１の中部に巻き付けられた溶融用中部帯ヒータ１２ｂと、タンク１１の上部に巻き付けられた溶融用上部帯ヒータ１２ｃとからなる。これら溶解用帯ヒータの熱を、タンク１１を介してタンク１１内の図示しないクリームはんだに伝達することで、クリームはんだを溶融加熱する仕組みになっている。なお、帯ヒータの巻き付け密度については、「溶解用下部帯ヒータ１２ａ＞溶解用中部帯ヒータ１２ｂ＞溶解用上部ヒータ１２ｃ」という関係になるように、上部、中部、下部で巻き付け密度を異ならせている。
【００１９】
断熱材とタンク１１との間には、周知の技術によって温度を検知する図示しない温度センサが、タンク１１の下部、中部、上部にそれぞれ配設されており、温度制御手段たる溶融温度制御回路１４に検知結果を出力する。溶融温度制御回路１４は、それら温度センサからの出力信号に基づいて溶解用下部帯ヒータ１２ａ、溶融用中部帯ヒータ１２ｂ、溶融用上部帯ヒータ１２ｃに対する電源供給をそれぞれ個別にオンオフ制御する。これにより、タンク１１内における下部の温度を２３０［℃］程度に維持する。また、タンク１１内における中部の温度を１４０［℃］程度に維持する。また、タンク１１内における上部の温度を７０［℃］程度に維持する。
【００２０】
上述したように、溶融フラックス中には、溶剤の他に樹脂が含まれており、これは過剰に熱すると焦げとなってタンク１１内面に固着したり、溶融はんだ中に混入したりする。はんだの融点は２１０［℃］程度であるが、この温度で長時間加熱してしまうと樹脂焦げを確実に発生させてしまう。この一方で、クリームはんだ中のはんだについては、２１０［℃］以上の温度で加熱し続ける必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係るはんだ分離装置では、上述したように、加熱温度をタンク１１の下部から上部に向けて２３０［℃］、１４０［℃］、７０［℃］と段階的に低くするようになっている。これにより、クリームはんだ中のはんだを確実に溶融せしめながら、フラックスを過剰に加熱してしまうことによるフラックス樹脂成分の焦げの発生を抑えることができる。具体的には、本はんだ分離装置では、タンク１１における上部、中部、下部の何れについても、フラックスの融点よりも高い温度に加熱する。このため、クリームはんだがタンク１１内のどこに存在していても、その中のフラックスを溶融させることができる。フラックスが溶融すると、はんだは溶融しているか否かにかかわらず、比重差によって溶融フラックス中で沈降し始める。そして、加熱開始からしばらくすると、タンク１１の下部まで沈降し、そこで融点よりも高い温度で加熱されて確実に溶融する。一方、タンクの上部では、加熱温度がフラックスの融点よりも若干高めという比較的低い値（７０℃）に設定されているので、過剰な加熱によるフラックス樹脂成分の焦げの発生が回避される。但し、タンクの中部では、加熱温度をはんだの融点よりも遙かに低く設定してしまうと、中部と下部との境界付近ではんだの加熱不足を発生させるおそれがある。そこで、本はんだ分離装置では、中部における加熱温度を上部と下部との中間的な値に設定している。これにより、前述の境界付近におけるはんだの溶融不良を抑えつつ、フラックス樹脂成分の焦げの発生を抑えることができる。
【００２２】
溶融用帯ヒータ（１２ａ，ｂ，ｃ）による加熱温度を検知させるための温度センサに対しては、ヒータの温度ではなく、タンク１１の温度を検知させるようになっている。
【００２３】
タンク１１の内部では、第１電極９０、第２電極９１及び第３電極９２が、タンク１１との絶縁状態を維持しつつ、タンク内周面に沿って所定のピッチで並ぶように固定されている。これら３つの電極は、図３に示すように、タンク１１の円柱方向において、１２０［°］ずつ位相ずれした位置に固定されている。そして、前述した微調整により、それぞれ後述するオーバーフロー開口の下端レベルよりもほんの少しだけ低い位置で液面を検知するように固定されている。
【００２４】
第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２には、それぞれ図示しない電線がタンク外部から接続されている。これら電線は、それぞれの電極と、後述する液位検知回路９３とを電気接続するものである。そして、３つの電極や液位検知回路９３は後述する界面検知手段たる界面検知センサの一部を構成している。
【００２５】
先に示した図２において、溶融槽１０のタンク１１に対しては、鉛直方向における所定の高さ位置に金属製のフラックス移送管６０が接続されており、その接続部の開口を上述のオーバーフロー開口としてタンク内側に向けている。フラックス移送管６０の途中には、第１ボール弁６１がユニオン接続されており、これの開閉動作によってフラックス移送管６０内の液の流通が許容されたり阻止されたりする。また、フラックス移送管６０や金属製の第１ボール弁６１の外周面には、第１管加熱手段としての第１管用帯ヒータ６２が巻かれており、フラックス移送管６０や第１ボール弁６１を加熱する。第１管用帯ヒータ６２の上には、更に、図示しない断熱材が巻かれている。この断熱材と、フラックス移送管６０との間には図示しない温度センサが配設されており、温度検知信号を第１管加熱温度制御回路６７に出力する。第１管加熱温度制御回路６７は、温度センサからの出力信号に基づいて第１管用帯ヒータ６２に対する電源供給をオンオフ制御することで、フラックス移送管６０に対する加熱温度を制御する。この加熱温度は例えば７０［℃］程度である。
【００２６】
フラックス移送管６０のタンク１１側とは反対側の端部には、耐熱性フレキシブルホースからなる移送ホース６３が接続されており、これの先端側はフラックスタンク３０に連結されている。フラックスタンク３０には、移送ホース６３の他、タンク内に空気を取り入れるためのベント管６４や、後述するフラックス返送管６５なども接続されている。
【００２７】
溶融槽１０のタンク１１の底部にはテーパーが形成されており、その先端には金属製のはんだ移送管７０がその開口をタンク内側に向けるように接続されている。はんだ移送管７０の途中には、流通阻止手段としての第２ボール弁７１がユニオン接続されており、その開閉動作によってはんだ移送管６０内における液の流通を停止させたり、許容したりする。また、はんだ移送管７０や第２ボール弁７１の外周面には、第２管加熱手段としての第２管用帯ヒータ７２が巻かれており、はんだ移送管７０や第２ボール弁７１を加熱する。第２管用帯ヒータ７２の上には、更に、図示しない断熱材が巻かれている。この断熱材と、はんだ移送管７０との間には図示しない温度センサが配設されており、温度検知信号を第２管加熱温度制御回路７３に出力する。第２管加熱温度制御回路７３は、温度センサからの出力信号に基づいて第２管用帯ヒータ７２に対する電源供給をオンオフ制御することで、はんだ移送管７０に対する加熱温度を制御する。この加熱温度は、溶融槽に対する加熱温度と同等で、例えば２３０［℃］である。
【００２８】
一般的なボール弁は、液体流入口側や液体流出側に固定されたフランジによって管材とフランジ接続するタイプのものが主流である。しかしながら、本はんだ分離装置のようにボール弁を加熱する必要がある場合、フランジタイプのものでは、フランジが放熱板として機能してしまうため、管材との接続部における加熱温度の不足による溶融はんだや溶融フラックスの再凝固を起こすおそれがある。そこで、本はんだ分離装置では、第１ボール弁６１や第２ボール弁７１として、
管材から大きく羽根出すことのないユニオンによって管材と接続するユニオン接続タイプのものを用いている。これにより、移送管内における溶融はんだや溶融フラックスの過剰な加熱を防止しつつ、ボール弁と管材との接続部における溶融はんだや溶融フラックスの再凝固の発生を抑えることができる。
【００２９】
溶融槽１０のタンク１１の上端付近には、排気管８０が接続されており、これのタンク１１とは反対側は、第１バタフライ弁８１を介して排気ブロワ５０に連結されている。
【００３０】
タンク１１内に配設された第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２は、それぞれ液位検知回路９３に対して個別に電気接続されている。この液位検知回路９３は、３つの電極とともに界面検知センサを構成するものであり、アドミタンスの変化に基づいてタンク１１内における溶融液の上層と下層との界面を検知する。そして、界面検知信号をＣＰＵやＲＯＭ等から構成される制御部９４に出力する。
【００３１】
制御部９４は、駆動ポジションセンサ２７によってアーム２２が上述の駆動ポジションにあることが検知されているときに、作業者によって図示しない降下開始ボタンが押下されると、駆動モータ２５の駆動を開始する。これにより、溶解槽１０の真上に位置している液位調整部材２６を降下させて溶融槽１０のタンク１１内に進入させるのであるが、界面検知センサからの検知信号を受信した時点で駆動モータ２５を停止させる。また、作業者によって図示しない上昇開始ボタンが押下されると、駆動棒２３を所定の高さ位置まで上昇させるか、あるいは所定の長さまで収縮せしめるまで、駆動モータ２５を逆回転駆動する。これにより、タンク１１内に進入していた液位調整部材２６が上昇してタンク１１内から引き上げられる。
【００３２】
タンク１１は、使用済みのクリームはんだから５［ｋｇ］程度のはんだを分離するのに適した大きさになっており、例えば、直径１００［ｍｍ］、高さ３００［ｍｍ］程度のステンレス管からなる。
【００３３】
本実施形態に係るはんだ分離装置によってクリームはんだからはんだを分離するには、まず、図４に示すように、ヘラ状のスクレーパー１００を用いて、使用済みのクリームはんだ１０１をタンク１１内に投入する。この際、液位調整部材（２６）と干渉しないように液タンク１１の開口を橋渡しするように設けられたすり切り棒１６にスクレーパー１００を擦り付けることで、スクレーパー１００の表面に粘着しているクリームはんだ１０１を容易に掻き取ることができる。なお、使用済みのクリームはんだ１０１は、本実施形態に係るはんだ分離装置が設置されている工場内において、印刷用のマスク版の表面から回収されたものである。日々発生する使用済みのクリームはんだを回収容器内にストックしておき、ある程度まとまった量になった時点で、本実施形態に係るはんだ分離装置によって処理する。
【００３４】
タンク１１の内周面における上端付近には、庇部材１５が図示しない液位調整部材（２６）の移動軌跡に干渉しないように突設せしめられており、排気管８０の開口を覆い隠している。これにより、タンク１１に投入したクリームはんだ１０１を排気管８０内に付着させるといった事態の発生が回避されている。
【００３５】
タンク１１の内周面にて、鉛直方向にスライド移動可能に保持される遮蔽板１３が上方から下方に向けて押し込まれた状態のときには、図示のようにフラックス移送管６０のオーバーフロー開口が遮蔽板１３によって塞がれる。これにより、タンク１１内に投入したクリームはんだ１０１をフラックス移送管６０の内壁に付着させることによる分離後のフラックスへのはんだの混入を回避することができる。
【００３６】
タンク１１内へのクリームはんだ１０１の投入が終わったら、先に図２に示した溶融温度制御回路１４による加熱温度制御を開始して、タンク１１内のクリームはんだを加熱する。この加熱からしばらくすると、クリームはんだ１０１の全域に熱伝導が行き渡り、まず、クリームはんだ中のフラックスが溶融する。そして、溶融フラックス中にはんだの固まりが存在する状態になる。このはんだの固まりは、その後の更なる加熱によって昇温せしめられると、やがて溶融して溶融はんだとなる。
【００３７】
クリームはんだは、周知のように、溶剤を主成分とするフラックスと、はんだ粒とが混合されたものであるが、常温ではフラックスがペースト状になっている。これは、フラックスが純粋な溶剤だけからなるものでなく、樹脂材料を含有しているからである。ある程度の温度まで加熱されると、ペースト状であったフラックスが液状になる。本明細書では、この液状のフラックスを溶融フラックスと称している。
【００３８】
タンク１１内では、溶融はんだが溶融フラックスとの比重差によって沈降して、タンク１１の下部に集まっていく。これにより、図５に示すように、タンク内において、溶融フラックスからなる上層１０２ａと、溶融はんだからなる下層１０２ｂとに分離した溶融液１０２が得られる。
【００３９】
上層１０２ａと下層１０２ｂとの分離が終わったら、図５に示したように、タンク１１の内周面から遮蔽板１３を引き上げて撤去するとともに、第１ボール弁６１を開弁する。これにより、上層１０２ａを構成する溶融フラックスのうち、フラックス移送管６０のオーバーフロー開口以上のレベルに位置するものを、フラックス移動間６０に通してフラックスタンク（３０）に移送する。但し、このようにして上層１０２ａ中の溶融フラックスを移送しても、図６に示すように、オーバーフロー開口よりも下の領域に溶融フラックスからなる上層１０２ａが残される。
【００４０】
そこで、図示しない駆動機構を駆動制御して、窒化処理を施したステンレス等の金属からなる液位調整部材２６をタンク１１内に向けて降下させる。この際、上述した制御部（９４）は、初めのうちは比較的高速で液位調整部材２６を降下させていき、溶融液１０２に接触させるタイミングよりも前に、下降速度を落とす。
【００４１】
液位調整部材１６がタンク内１１の溶融液１０２に沈み始めると、溶融液１０２の液位が上昇して、図７に示すように、溶融液１０２の上層１０２の上部がフラックス移送管６０のオーバーフロー開口よりも上にくる。そして、上層１０２中の溶融フラックスがフラックス移送管６０内に流れ込み、自然流下によって図示しないフラックスタンク３０内に移送される。
【００４２】
その後、液位調整部材１６が溶融液１０２に沈降していくのに従って、図８に示すように、上層１０２ａ中の溶融フラックスが上側からフラックス移送管６０内に順次飲み込まれていく。そして、やがて図上層１０２ａが殆ど姿を消して、上層１０２ａと下層１０２ｂとの界面がオーバーフロー開口の付近まで上昇してくる（図９）。すると、先に図２に示した第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２の下端がそれぞれ上層１０２ａの溶融はんだに接触し初めて、それら電極間に電流が生じ始める。
【００４３】
液位検知回路９３は、第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２のうち、少なくとも何れか２つの間におけるアドミタンスが急激に変化したことを検知すると、界面検知信号を制御部９４に出力する。この界面検知信号を受信した制御部９４は駆動モータ２５を速やかに停止させる。これにより、図９に示した上層１０２ａと下層１０２ｂとの界面がオーバーフロー開口のレベルにほぼ達した時点で、液位調整部材２６の下降が停止する。その後、作業者が上昇開始ボタンを押下すると、駆動モータ２５の逆転によって液位調整部材２６が溶融はんだからなる下層１０２ｂから引き上げられる。なお、少なくとも何れか２つの電極間でアドミタンスが急激に変化したことに基づいて駆動モータ２５を停止させるＯＲ回路に代えて、全ての電極間でアドミタンスが急激に変化したことに基づいて駆動モータ２５を停止させるＡＮＤ回路を採用してもよい。
【００４４】
液位調整部材２６に付着していた溶融はんだがタンク１１内に十分に落ちきったことを見計らって、図１０に示すように、はんだ移動管７０の第２ボール弁７１を開いて、タンク１１内の溶融はんだをインゴットトレイ４０内に自然流下させる。そして、インゴットトレイ４０内に流し込んだ溶融はんだを自然放熱によって固化させた後、インゴットトレイ４０内から取り出すことで、きれいに成型されたはんだ棒を得ることができる。これをそのままフローはんだ装置に投入するだけで、フローはんだ装置内でのはんだの噴流を得ることができる。
【００４５】
以上、本実施形態に係るはんだ分離装置においては、使用済みのクリームはんだからはんだを分離して、はんだ棒に加工し直すことで、はんだ資源をはんだとして使用しないままリサイクルに回してしまうことによる地球全体の物質循環系におけるエネルギー消費量の増大を抑えることができる。また、使用済みのクリームはんだの処分費支出によるコストアップを回避したり、はんだ棒の購入量を低減して低コスト化を実現したりすることもできる。特に、地球環境保護の観点から、安価な「鉛含有はんだ」よりも、高価な「無鉛はんだ」が多く用いられるようになってきた近年においては、高価な無鉛のはんだ棒の購入量を減らすことで、コスト削減量を非常に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態に係るはんだ分離装置を示す斜視図。
【図２】同はんだ分離装置を示す概略構成図。
【図３】同はんだ分離装置のタンクを上方から示す平面図。
【図４】使用済みのクリームはんだが投入されている溶融槽のタンクを示す模式図。
【図５】上層と下層とに分離した溶融液を収容する同タンクを示す模式図。
【図６】液位調整部材が投入され始めた状態の同タンクを示す模式図。
【図７】同溶融液に同液位調整部材が沈み始めた状態の同タンクを示す模式図。
【図８】下層中の溶融フラックスの移送がある程度まで進行した状態の同タンクを示す模式図。
【図９】溶融フラックスの移送が完了する直前の同タンクを示す模式図。
【図１０】溶融はんだを移送している最中の同タンクを示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１０：溶融槽
１２：溶解用帯ヒータ（加熱手段）
１４：溶融温度制御回路（温度制御手段）
２４：駆動機構（移動機構）
２５：駆動モータ（駆動源）
２６：液位調整部材
６０：フラックス移送管
６１：第１管加熱温度制御回路（温度制御手段）
６２：第１管用帯ヒータ（第１管加熱手段）
７０：はんだ移送管
７１：第２ボール弁（流通阻止手段）
７２：第２管用帯ヒータ（第２管加熱手段）
７３：第２管加熱温度制御回路（温度制御手段）
９０：第１電極（界面検知手段の一部）
９１：第２電極（界面検知手段の一部）
９２：第３電極（界面検知手段の一部）
９３：界面検知回路
９４：制御部（駆動制御手段）
１０１：クリームはんだ
１０２：溶融液
１０２ａ：上層
１０２ｂ：下層
1
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリームはんだや糸はんだなどのはんだ材からはんだを分離するはんだ分離装置に関するものである。また、金属材料と非金属材料とが混合された混合物から金属材料を分離する金属分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マスク版による印刷法（例えば特許文献１に記載のもの）を利用して電子部品を配線基板の表面上に実装する表面実装技術が知られている。かかる表面実装技術では、まず、マスク版を用いて配線基板上にクリームはんだのパターンを印刷し、そのパターンの上に各種の電子部品をマウントする。そして、配線基板を電子部品とともにリフロー炉に投入してクリームはんだ中のはんだを溶融させることで、配線基板の電極パッドと、電子部品の底面の電極パッドとを接合する。
【０００３】
このような表面実装技術では、クリームはんだ中に含まれるフラックスの主成分である溶剤の揮発性が高いことから、印刷工程での使用に伴ってクリームはんだの粘性が徐々に高くなる。そして、その粘性の高まりとともに、マスク版の微小貫通孔からのはんだ抜け性が低下して印刷不良を引き起こし易くなっていく。このため、容器から取り出された後のクリームはんだは、数時間〜数十時間といったごく短時間で寿命となり、その間に使い切れなかった分は処理業者に引き取られて処分される。
【０００４】
低コスト化の観点からすれば、クリームはんだを使い切れる量だけ容器から取り出して使用することが望ましいが、マスク版の表面に十分量のクリームはんだを載せておかないと印刷不良を引き起こしてしまう。このため、クリームはんだを無駄なく使い切ることは非常に困難であり、処分しなければならなくなるものがどうしても発生してしまう。少量多品種生産に対応したオンデマンド受注では、マスク版やクリームはんだの仕様（はんだ粒の粒径など）の切換が早くなることから、処分せざるを得ないクリームはんだの量が多くなり易い。
【０００５】
一方、はんだ付けロボットに用いられる糸はんだは、糸状のはんだ材の中にフラックスを内包しており、このフラックスが劣化すると、はんだが基板両面で弾かれてはんだ付け不良を引き起こす。このため、糸はんだも、１〜３年程度で寿命を迎えることになり、その間に使用されなかった分は処分されることになる。更には、ロボットで使用可能な寸法未満の破棄短線が発生し、これはロボットに使用することができないため、たとえ寿命を迎えていなくても処分されることになる。
【０００６】
工場から処理業者に引き取られた使用済みのクリームはんだや糸はんだは、焼却によって非金属成分が除去された後、電気分解等によって銀、銅、スズ、鉛などといった具合に金属の種類毎に分離精製されてリサイクルされるのが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１２−７９６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、溶剤の揮発によって粘性を高めてしまったクリームはんだ、フラックスの劣化によって寿命を迎えてしまった糸はんだ、あるいは上述の破棄短線であっても、その中のはんだ成分については、フラックスから分離して所定の形状に固めることで、はんだ資源として有効利用することが可能である。にもかかわらず、はんだ資源として利用しないままに処理業者によるリサイクルに回してしまうと、地球全体の物質循環系におけるエネルギー消費量を増大させてしまう。
【０００９】
また、上述のような表面実装技術又ははんだ付けロボットによる実装技術に加えて、フローはんだ装置を用いる電子部品の実装も並行して行う工場では、これら装置にセットするためのはんだ棒（はんだのインゴット）が、クリームはんだや糸はんだとは別に必要になる。そして、はんだ棒は、使用済みのクリームはんだや糸はんだに含まれるはんだを利用して製造することが可能である。しかしながら、前述のような工場においては、使用済みのクリームはんだや糸はんだを処理業者に引き取ってもらう一方で、はんだ棒を購入するという運用がなされていた。使用済みのクリームはんだや糸はんだからはんだ棒を得るためには、クリームはんだや糸はんだからはんだを分離する必要があるが、それを可能にする装置がないために、クリームはんだや糸はんだの状態で処分せざるを得なかったからである。
【００１０】
これまで、使用済みのクリームはんだや糸はんだに含まれるはんだを有効利用しないままに処分してしまうことによる問題について説明してきた。しかし、金属材料と非金属材料とが混合された混合物中に含まれる金属材料を有効利用しないままに処分すれば、同様の問題が発生し得る。
【００１１】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、はんだ材からはんだを分離することができるはんだ分離装置を提供することである。また、金属材料と非金属材料との混合物から金属材料を分離することができる金属分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、溶剤を主成分とするフラックスと、金属材料であるはんだとを含有するはんだ材を加熱手段によって加熱してはんだ材の溶融液を得ながら、該溶融液をフラックスとはんだとの比重差によって溶融フラックスからなる上層と溶融はんだからなる下層とに分離する溶融槽と、該上層中の溶融フラックス及び該下層中の溶融はんだの何れか一方を該溶融槽外へ移送する移送手段とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のはんだ分離装置において、上記溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続されたフラックス移送管を用いて上記上層中の溶融フラックスを該溶融槽外に移送する第１移送手段と、上記下層中の溶融はんだを該溶融槽外に移送するために該溶融槽の底に接続されたはんだ移送管、及び該はんだ移送管内における溶融はんだの流通を必要に応じて阻止する流通阻止手段を有する第２移送手段とを、上記移送手段として用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２のはんだ分離装置において、上記フラックス移送管を加熱する第１管加熱手段と、上記はんだ移送管を加熱する第２管加熱手段と、上記溶融槽の加熱手段、該第１管加熱手段、該第２管加熱手段による加熱温度をそれぞれ個別に制御する温度制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液に対して該液位調整部材を上下移動させる移動機構とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、駆動源からの駆動伝達によって該液位調整部材を上下移動させる移動機構と、該界面検知手段による検知結果に基づいて該駆動源による移動機構の駆動を制御する駆動制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、非金属材料と金属材料とが混合された混合物を加熱手段によって加熱して該混合物の溶融液を得ながら、該溶融液を非金属材料と金属材料との比重差によって溶融非金属材料からなる上層と溶融金属材料からなる下層とに分離する溶融槽と、該上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、該溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該上層中の溶融非金属材料を移送するために該溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続された移送管とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至６の発明においては、溶融槽内で溶融せしめたはんだ材中の成分を比重差によって溶融フラックスと溶融はんだとに分離した後、分離後の溶融フラックス及び溶融はんだのうちの少なくとも何れか一方を移送手段によって溶融槽外に移送することで、クリームはんだや糸はんだなどのはんだ材からはんだを分離することができる。
特に、請求項２の発明においては、流通阻止手段によって溶融槽内からはんだ移送管への液の流通を阻止した状態で、はんだ材を溶融槽内で溶融せしめて溶融液を得た後、比重差によって上層と下層とに分離する。そして、上層中の溶融フラックスについては、溶融槽の所定の高さに接続されたフラックス移送管内に流入させて溶融槽外に移送する。また、下層中の溶融はんだについては、溶融槽の底に接続されたはんだ移送管内に流入させて溶融槽外に移送する。かかる構成では、溶融槽の溶融液中に移送管を投入することなく、溶融フラックスや溶融はんだを溶融槽外に移送することができる。
また特に、請求項３の発明においては、フラックス移送管を第１管加熱手段によって加熱して、移送中の溶融フラックスからフラックス移送管への熱伝導を抑えることで、フラックス移送管内での溶融フラックスの放熱による凝固を回避することができる。更には、はんだ移送管を第２管加熱手段によって加熱することで、はんだ移送管内での溶融はんだの放熱による凝固を回避することもできる。
また特に、請求項４乃至６の発明においては、溶融液に液位調整部材を沈めることで、溶融液中における上層と下層との界面の高さに調整する。これにより、溶融槽に投入するはんだ材の量が一定でなくても、上層と下層との界面を所定の高さに調整することができる。
また特に、請求項４の発明においては、溶融液に対して液位調整部材を沈めたり引き上げたりという操作を手作業によらず、移送機構によって容易に行うことができる。
また特に、請求項５又は６の発明においては、液位調整部材の溶融液中への沈降に伴って徐々に上昇していく上層と下層との界面を、界面検知手段によって所定の高さ位置で検知することで、界面を所定の高さに容易に調整することができる。
また特に、請求項６の発明においては、界面検知手段による検知結果に基づいて移動機構の駆動源を停止する制御を行うことで、溶融液における下層と上層との界面の高さレベルを自動で調整することができる。
請求項７の発明においては、金属材料と非金属材料との混合物を溶融槽内で溶融せしめて溶融液を得ながら、溶融液中の成分を比重差によって溶融非金属からなる上層と溶融金属からなる下層とに分離した後、液位調整部材の沈降によって溶融液の液位を引き上げて両層の界面を移送管の高さ付近まで上昇させることで、溶融液中から溶融非金属を除去する。これにより、金属材料と非金属材料との混合物から金属材料を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した金属分離装置として、使用済みのクリームはんだや糸はんだからはんだを分離するはんだ分離装置の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るはんだ分離装置を示す斜視図である。同図において、はんだ分離装置は、４つの車輪１ａを具備する架台１、溶融槽１０、マニプレータ２０、フラックスタンク３０、はんだ受皿となるインゴットトレイ４０、排気ブロワ５０、複数の配管などを備えている。
【００１５】
図示しない支持手段によって架台１の表面よりも高いレベルに位置するように支持される溶融槽１０の直下には、架台１の表面上に載置されたインゴットトレイ４０が位置している。溶融槽１０の側方では、溶融フラックスを受け入れて貯留するためのフラックスタンク３０が架台１の表面上に置かれている。
【００１６】
また、溶融槽１０の後方には、マニプレータ２０が配設されている。このマニプレータ２０は、架台１の表面上に立設せしめられた支柱２１、この支柱２１を軸にして水平方向に９０［°］の角度で回動自在に支持されたアーム２２などを有している。更には、このアーム２２の回動軸とは反対側の端部において鉛直方向に延在するように保持された駆動棒２３、これを上下移動せしめるか、あるいは下方に向けて伸縮せしめるかするための駆動機構２４、これの駆動源たる駆動モータ２５、駆動棒２３の先端に固定された液位調整部材２６なども有している。なお、駆動機構２４は、産業ロボットのマニプレータに広く用いられている周知の技術により、駆動棒２３を上下移動又は伸縮せしめるものである。
【００１７】
マニプレータ２０は、支柱２１を中心にして液位調整部材２５を溶融槽１０の真上から９０［°］ずらした座標に位置させるアーム２２の回動位置を、ホームポジションとしている。また、液位調整部材２５を溶解槽１０の真上に位置させるアーム２２の回動位置を駆動ポジションとしており、アーム２２がこの駆動ポジションにセットされると、図示しない駆動ポジションセンサがそれを検知する。そして、駆動ポジションセンサによってアーム２２が駆動ポジションにあることが検知されているときに駆動機構２４を駆動することで、駆動棒２３を上下移動又は伸縮させる。この上下移動又は伸縮により、駆動棒２３の先端に固定された液位調整部材２６が溶解槽１０の真上において上下移動して、溶解槽１０内に投入されたり、溶解槽１０から引き出されたりする。なお、アーム２２の回動は作業者によって手動で行われるが、自動で行うようにしてもよい。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るはんだ分離装置を示す概略構成図である。同図におて、溶解槽１０は、ステンレス等の高融点金属からなる筒状のタンク１１、これの外周に巻き付けられた加熱手段としての溶解用帯ヒータ、タンク１１の内周面によって上下方向にスライド移動可能に保持される遮蔽板１３などを有している。また、タンク１１を溶解用帯ヒータとともに覆うように装着された図示しない断熱材も有している。溶融用帯ヒータは、タンク１１の下部に巻き付けられた溶融用下部帯ヒータ１２ａと、タンク１１の中部に巻き付けられた溶融用中部帯ヒータ１２ｂと、タンク１１の上部に巻き付けられた溶融用上部帯ヒータ１２ｃとからなる。これら溶解用帯ヒータの熱を、タンク１１を介してタンク１１内の図示しないクリームはんだに伝達することで、クリームはんだを溶融加熱する仕組みになっている。なお、帯ヒータの巻き付け密度については、「溶解用下部帯ヒータ１２ａ＞溶解用中部帯ヒータ１２ｂ＞溶解用上部ヒータ１２ｃ」という関係になるように、上部、中部、下部で巻き付け密度を異ならせている。
【００１９】
断熱材とタンク１１との間には、周知の技術によって温度を検知する図示しない温度センサが、タンク１１の下部、中部、上部にそれぞれ配設されており、温度制御手段たる溶融温度制御回路１４に検知結果を出力する。溶融温度制御回路１４は、それら温度センサからの出力信号に基づいて溶解用下部帯ヒータ１２ａ、溶融用中部帯ヒータ１２ｂ、溶融用上部帯ヒータ１２ｃに対する電源供給をそれぞれ個別にオンオフ制御する。これにより、タンク１１内における下部の温度を２３０［℃］程度に維持する。また、タンク１１内における中部の温度を１４０［℃］程度に維持する。また、タンク１１内における上部の温度を７０［℃］程度に維持する。
【００２０】
上述したように、溶融フラックス中には、溶剤の他に樹脂が含まれており、これは過剰に熱すると焦げとなってタンク１１内面に固着したり、溶融はんだ中に混入したりする。はんだの融点は２１０［℃］程度であるが、この温度で長時間加熱してしまうと樹脂焦げを確実に発生させてしまう。この一方で、クリームはんだ中のはんだについては、２１０［℃］以上の温度で加熱し続ける必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係るはんだ分離装置では、上述したように、加熱温度をタンク１１の下部から上部に向けて２３０［℃］、１４０［℃］、７０［℃］と段階的に低くするようになっている。これにより、クリームはんだ中のはんだを確実に溶融せしめながら、フラックスを過剰に加熱してしまうことによるフラックス樹脂成分の焦げの発生を抑えることができる。具体的には、本はんだ分離装置では、タンク１１における上部、中部、下部の何れについても、フラックスの融点よりも高い温度に加熱する。このため、クリームはんだがタンク１１内のどこに存在していても、その中のフラックスを溶融させることができる。フラックスが溶融すると、はんだは溶融しているか否かにかかわらず、比重差によって溶融フラックス中で沈降し始める。そして、加熱開始からしばらくすると、タンク１１の下部まで沈降し、そこで融点よりも高い温度で加熱されて確実に溶融する。一方、タンクの上部では、加熱温度がフラックスの融点よりも若干高めという比較的低い値（７０℃）に設定されているので、過剰な加熱によるフラックス樹脂成分の焦げの発生が回避される。但し、タンクの中部では、加熱温度をはんだの融点よりも遙かに低く設定してしまうと、中部と下部との境界付近ではんだの加熱不足を発生させるおそれがある。そこで、本はんだ分離装置では、中部における加熱温度を上部と下部との中間的な値に設定している。これにより、前述の境界付近におけるはんだの溶融不良を抑えつつ、フラックス樹脂成分の焦げの発生を抑えることができる。
【００２２】
溶融用帯ヒータ（１２ａ，ｂ，ｃ）による加熱温度を検知させるための温度センサに対しては、ヒータの温度ではなく、タンク１１の温度を検知させるようになっている。
【００２３】
タンク１１の内部では、第１電極９０、第２電極９１及び第３電極９２が、タンク１１との絶縁状態を維持しつつ、タンク内周面に沿って所定のピッチで並ぶように固定されている。これら３つの電極は、図３に示すように、タンク１１の円柱方向において、１２０［°］ずつ位相ずれした位置に固定されている。そして、前述した微調整により、それぞれ後述するオーバーフロー開口の下端レベルよりもほんの少しだけ低い位置で液面を検知するように固定されている。
【００２４】
第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２には、それぞれ図示しない電線がタンク外部から接続されている。これら電線は、それぞれの電極と、後述する液位検知回路９３とを電気接続するものである。そして、３つの電極や液位検知回路９３は後述する界面検知手段たる界面検知センサの一部を構成している。
【００２５】
先に示した図２において、溶融槽１０のタンク１１に対しては、鉛直方向における所定の高さ位置に金属製のフラックス移送管６０が接続されており、その接続部の開口を上述のオーバーフロー開口としてタンク内側に向けている。フラックス移送管６０の途中には、第１ボール弁６１がユニオン接続されており、これの開閉動作によってフラックス移送管６０内の液の流通が許容されたり阻止されたりする。また、フラックス移送管６０や金属製の第１ボール弁６１の外周面には、第１管加熱手段としての第１管用帯ヒータ６２が巻かれており、フラックス移送管６０や第１ボール弁６１を加熱する。第１管用帯ヒータ６２の上には、更に、図示しない断熱材が巻かれている。この断熱材と、フラックス移送管６０との間には図示しない温度センサが配設されており、温度検知信号を第１管加熱温度制御回路６７に出力する。第１管加熱温度制御回路６７は、温度センサからの出力信号に基づいて第１管用帯ヒータ６２に対する電源供給をオンオフ制御することで、フラックス移送管６０に対する加熱温度を制御する。この加熱温度は例えば７０［℃］程度である。
【００２６】
フラックス移送管６０のタンク１１側とは反対側の端部には、耐熱性フレキシブルホースからなる移送ホース６３が接続されており、これの先端側はフラックスタンク３０に連結されている。フラックスタンク３０には、移送ホース６３の他、タンク内に空気を取り入れるためのベント管６４や、後述するフラックス返送管６５なども接続されている。
【００２７】
溶融槽１０のタンク１１の底部にはテーパーが形成されており、その先端には金属製のはんだ移送管７０がその開口をタンク内側に向けるように接続されている。はんだ移送管７０の途中には、流通阻止手段としての第２ボール弁７１がユニオン接続されており、その開閉動作によってはんだ移送管６０内における液の流通を停止させたり、許容したりする。また、はんだ移送管７０や第２ボール弁７１の外周面には、第２管加熱手段としての第２管用帯ヒータ７２が巻かれており、はんだ移送管７０や第２ボール弁７１を加熱する。第２管用帯ヒータ７２の上には、更に、図示しない断熱材が巻かれている。この断熱材と、はんだ移送管７０との間には図示しない温度センサが配設されており、温度検知信号を第２管加熱温度制御回路７３に出力する。第２管加熱温度制御回路７３は、温度センサからの出力信号に基づいて第２管用帯ヒータ７２に対する電源供給をオンオフ制御することで、はんだ移送管７０に対する加熱温度を制御する。この加熱温度は、溶融槽に対する加熱温度と同等で、例えば２３０［℃］である。
【００２８】
一般的なボール弁は、液体流入口側や液体流出側に固定されたフランジによって管材とフランジ接続するタイプのものが主流である。しかしながら、本はんだ分離装置のようにボール弁を加熱する必要がある場合、フランジタイプのものでは、フランジが放熱板として機能してしまうため、管材との接続部における加熱温度の不足による溶融はんだや溶融フラックスの再凝固を起こすおそれがある。そこで、本はんだ分離装置では、第１ボール弁６１や第２ボール弁７１として、
管材から大きく羽根出すことのないユニオンによって管材と接続するユニオン接続タイプのものを用いている。これにより、移送管内における溶融はんだや溶融フラックスの過剰な加熱を防止しつつ、ボール弁と管材との接続部における溶融はんだや溶融フラックスの再凝固の発生を抑えることができる。
【００２９】
溶融槽１０のタンク１１の上端付近には、排気管８０が接続されており、これのタンク１１とは反対側は、第１バタフライ弁８１を介して排気ブロワ５０に連結されている。
【００３０】
タンク１１内に配設された第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２は、それぞれ液位検知回路９３に対して個別に電気接続されている。この液位検知回路９３は、３つの電極とともに界面検知センサを構成するものであり、アドミタンスの変化に基づいてタンク１１内における溶融液の上層と下層との界面を検知する。そして、界面検知信号をＣＰＵやＲＯＭ等から構成される制御部９４に出力する。
【００３１】
制御部９４は、駆動ポジションセンサ２７によってアーム２２が上述の駆動ポジションにあることが検知されているときに、作業者によって図示しない降下開始ボタンが押下されると、駆動モータ２５の駆動を開始する。これにより、溶解槽１０の真上に位置している液位調整部材２６を降下させて溶融槽１０のタンク１１内に進入させるのであるが、界面検知センサからの検知信号を受信した時点で駆動モータ２５を停止させる。また、作業者によって図示しない上昇開始ボタンが押下されると、駆動棒２３を所定の高さ位置まで上昇させるか、あるいは所定の長さまで収縮せしめるまで、駆動モータ２５を逆回転駆動する。これにより、タンク１１内に進入していた液位調整部材２６が上昇してタンク１１内から引き上げられる。
【００３２】
タンク１１は、使用済みのクリームはんだから５［ｋｇ］程度のはんだを分離するのに適した大きさになっており、例えば、直径１００［ｍｍ］、高さ３００［ｍｍ］程度のステンレス管からなる。
【００３３】
本実施形態に係るはんだ分離装置によってクリームはんだからはんだを分離するには、まず、図４に示すように、ヘラ状のスクレーパー１００を用いて、使用済みのクリームはんだ１０１をタンク１１内に投入する。この際、液位調整部材（２６）と干渉しないように液タンク１１の開口を橋渡しするように設けられたすり切り棒１６にスクレーパー１００を擦り付けることで、スクレーパー１００の表面に粘着しているクリームはんだ１０１を容易に掻き取ることができる。なお、使用済みのクリームはんだ１０１は、本実施形態に係るはんだ分離装置が設置されている工場内において、印刷用のマスク版の表面から回収されたものである。日々発生する使用済みのクリームはんだを回収容器内にストックしておき、ある程度まとまった量になった時点で、本実施形態に係るはんだ分離装置によって処理する。
【００３４】
タンク１１の内周面における上端付近には、庇部材１５が図示しない液位調整部材（２６）の移動軌跡に干渉しないように突設せしめられており、排気管８０の開口を覆い隠している。これにより、タンク１１に投入したクリームはんだ１０１を排気管８０内に付着させるといった事態の発生が回避されている。
【００３５】
タンク１１の内周面にて、鉛直方向にスライド移動可能に保持される遮蔽板１３が上方から下方に向けて押し込まれた状態のときには、図示のようにフラックス移送管６０のオーバーフロー開口が遮蔽板１３によって塞がれる。これにより、タンク１１内に投入したクリームはんだ１０１をフラックス移送管６０の内壁に付着させることによる分離後のフラックスへのはんだの混入を回避することができる。
【００３６】
タンク１１内へのクリームはんだ１０１の投入が終わったら、先に図２に示した溶融温度制御回路１４による加熱温度制御を開始して、タンク１１内のクリームはんだを加熱する。この加熱からしばらくすると、クリームはんだ１０１の全域に熱伝導が行き渡り、まず、クリームはんだ中のフラックスが溶融する。そして、溶融フラックス中にはんだの固まりが存在する状態になる。このはんだの固まりは、その後の更なる加熱によって昇温せしめられると、やがて溶融して溶融はんだとなる。
【００３７】
クリームはんだは、周知のように、溶剤を主成分とするフラックスと、はんだ粒とが混合されたものであるが、常温ではフラックスがペースト状になっている。これは、フラックスが純粋な溶剤だけからなるものでなく、樹脂材料を含有しているからである。ある程度の温度まで加熱されると、ペースト状であったフラックスが液状になる。本明細書では、この液状のフラックスを溶融フラックスと称している。
【００３８】
タンク１１内では、溶融はんだが溶融フラックスとの比重差によって沈降して、タンク１１の下部に集まっていく。これにより、図５に示すように、タンク内において、溶融フラックスからなる上層１０２ａと、溶融はんだからなる下層１０２ｂとに分離した溶融液１０２が得られる。
【００３９】
上層１０２ａと下層１０２ｂとの分離が終わったら、図５に示したように、タンク１１の内周面から遮蔽板１３を引き上げて撤去するとともに、第１ボール弁６１を開弁する。これにより、上層１０２ａを構成する溶融フラックスのうち、フラックス移送管６０のオーバーフロー開口以上のレベルに位置するものを、フラックス移動間６０に通してフラックスタンク（３０）に移送する。但し、このようにして上層１０２ａ中の溶融フラックスを移送しても、図６に示すように、オーバーフロー開口よりも下の領域に溶融フラックスからなる上層１０２ａが残される。
【００４０】
そこで、図示しない駆動機構を駆動制御して、窒化処理を施したステンレス等の金属からなる液位調整部材２６をタンク１１内に向けて降下させる。この際、上述した制御部（９４）は、初めのうちは比較的高速で液位調整部材２６を降下させていき、溶融液１０２に接触させるタイミングよりも前に、下降速度を落とす。
【００４１】
液位調整部材１６がタンク内１１の溶融液１０２に沈み始めると、溶融液１０２の液位が上昇して、図７に示すように、溶融液１０２の上層１０２の上部がフラックス移送管６０のオーバーフロー開口よりも上にくる。そして、上層１０２中の溶融フラックスがフラックス移送管６０内に流れ込み、自然流下によって図示しないフラックスタンク３０内に移送される。
【００４２】
その後、液位調整部材１６が溶融液１０２に沈降していくのに従って、図８に示すように、上層１０２ａ中の溶融フラックスが上側からフラックス移送管６０内に順次飲み込まれていく。そして、やがて図上層１０２ａが殆ど姿を消して、上層１０２ａと下層１０２ｂとの界面がオーバーフロー開口の付近まで上昇してくる（図９）。すると、先に図２に示した第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２の下端がそれぞれ上層１０２ａの溶融はんだに接触し初めて、それら電極間に電流が生じ始める。
【００４３】
液位検知回路９３は、第１電極９０、第２電極９１、第３電極９２のうち、少なくとも何れか２つの間におけるアドミタンスが急激に変化したことを検知すると、界面検知信号を制御部９４に出力する。この界面検知信号を受信した制御部９４は駆動モータ２５を速やかに停止させる。これにより、図９に示した上層１０２ａと下層１０２ｂとの界面がオーバーフロー開口のレベルにほぼ達した時点で、液位調整部材２６の下降が停止する。その後、作業者が上昇開始ボタンを押下すると、駆動モータ２５の逆転によって液位調整部材２６が溶融はんだからなる下層１０２ｂから引き上げられる。なお、少なくとも何れか２つの電極間でアドミタンスが急激に変化したことに基づいて駆動モータ２５を停止させるＯＲ回路に代えて、全ての電極間でアドミタンスが急激に変化したことに基づいて駆動モータ２５を停止させるＡＮＤ回路を採用してもよい。
【００４４】
液位調整部材２６に付着していた溶融はんだがタンク１１内に十分に落ちきったことを見計らって、図１０に示すように、はんだ移動管７０の第２ボール弁７１を開いて、タンク１１内の溶融はんだをインゴットトレイ４０内に自然流下させる。そして、インゴットトレイ４０内に流し込んだ溶融はんだを自然放熱によって固化させた後、インゴットトレイ４０内から取り出すことで、きれいに成型されたはんだ棒を得ることができる。これをそのままフローはんだ装置に投入するだけで、フローはんだ装置内でのはんだの噴流を得ることができる。
【００４５】
以上、本実施形態に係るはんだ分離装置においては、使用済みのクリームはんだからはんだを分離して、はんだ棒に加工し直すことで、はんだ資源をはんだとして使用しないままリサイクルに回してしまうことによる地球全体の物質循環系におけるエネルギー消費量の増大を抑えることができる。また、使用済みのクリームはんだの処分費支出によるコストアップを回避したり、はんだ棒の購入量を低減して低コスト化を実現したりすることもできる。特に、地球環境保護の観点から、安価な「鉛含有はんだ」よりも、高価な「無鉛はんだ」が多く用いられるようになってきた近年においては、高価な無鉛のはんだ棒の購入量を減らすことで、コスト削減量を非常に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態に係るはんだ分離装置を示す斜視図。
【図２】同はんだ分離装置を示す概略構成図。
【図３】同はんだ分離装置のタンクを上方から示す平面図。
【図４】使用済みのクリームはんだが投入されている溶融槽のタンクを示す模式図。
【図５】上層と下層とに分離した溶融液を収容する同タンクを示す模式図。
【図６】液位調整部材が投入され始めた状態の同タンクを示す模式図。
【図７】同溶融液に同液位調整部材が沈み始めた状態の同タンクを示す模式図。
【図８】下層中の溶融フラックスの移送がある程度まで進行した状態の同タンクを示す模式図。
【図９】溶融フラックスの移送が完了する直前の同タンクを示す模式図。
【図１０】溶融はんだを移送している最中の同タンクを示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１０：溶融槽
１２：溶解用帯ヒータ（加熱手段）
１４：溶融温度制御回路（温度制御手段）
２４：駆動機構（移動機構）
２５：駆動モータ（駆動源）
２６：液位調整部材
６０：フラックス移送管
６１：第１管加熱温度制御回路（温度制御手段）
６２：第１管用帯ヒータ（第１管加熱手段）
７０：はんだ移送管
７１：第２ボール弁（流通阻止手段）
７２：第２管用帯ヒータ（第２管加熱手段）
７３：第２管加熱温度制御回路（温度制御手段）
９０：第１電極（界面検知手段の一部）
９１：第２電極（界面検知手段の一部）
９２：第３電極（界面検知手段の一部）
９３：界面検知回路
９４：制御部（駆動制御手段）
１０１：クリームはんだ
１０２：溶融液
１０２ａ：上層
１０２ｂ：下層
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶剤を主成分とするフラックスと、金属材料であるはんだとを含有するはんだ材を加熱手段によって加熱してはんだ材の溶融液を得ながら、該溶融液をフラックスとはんだとの比重差によって溶融フラックスからなる上層と溶融はんだからなる下層とに分離する溶融槽と、該上層中の溶融フラックス及び該下層中の溶融はんだの何れか一方を該溶融槽外へ移送する移送手段とを備えることを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項２】
請求項１のはんだ分離装置において、
上記溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続されたフラックス移送管を用いて上記上層中の溶融フラックスを該溶融槽外に移送する第１移送手段と、
上記下層中の溶融はんだを該溶融槽外に移送するために該溶融槽の底に接続されたはんだ移送管、及び該はんだ移送管内における溶融はんだの流通を必要に応じて阻止する流通阻止手段を有する第２移送手段とを、
上記移送手段として用いたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項３】
請求項２のはんだ分離装置において、
上記フラックス移送管を加熱する第１管加熱手段と、上記はんだ移送管を加熱する第２管加熱手段と、上記溶融槽の加熱手段、該第１管加熱手段、該第２管加熱手段による加熱温度をそれぞれ個別に制御する温度制御手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液に対して該液位調整部材を上下移動させる移動機構とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、駆動源からの駆動伝達によって該液位調整部材を上下移動させる移動機構と、該界面検知手段による検知結果に基づいて該駆動源による移動機構の駆動を制御する駆動制御手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項７】
非金属材料と金属材料とが混合された混合物を加熱手段によって加熱して該混合物の溶融液を得ながら、該溶融液を非金属材料と金属材料との比重差によって溶融非金属材料からなる上層と溶融金属材料からなる下層とに分離する溶融槽と、該上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、該溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該上層中の溶融非金属材料を移送するために該溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続された移送管とを備えることを特徴とする金属分離装置。
【請求項１】
溶剤を主成分とするフラックスと、金属材料であるはんだとを含有するはんだ材を加熱手段によって加熱してはんだ材の溶融液を得ながら、該溶融液をフラックスとはんだとの比重差によって溶融フラックスからなる上層と溶融はんだからなる下層とに分離する溶融槽と、該上層中の溶融フラックス及び該下層中の溶融はんだの何れか一方を該溶融槽外へ移送する移送手段とを備えることを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項２】
請求項１のはんだ分離装置において、
上記溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続されたフラックス移送管を用いて上記上層中の溶融フラックスを該溶融槽外に移送する第１移送手段と、
上記下層中の溶融はんだを該溶融槽外に移送するために該溶融槽の底に接続されたはんだ移送管、及び該はんだ移送管内における溶融はんだの流通を必要に応じて阻止する流通阻止手段を有する第２移送手段とを、
上記移送手段として用いたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項３】
請求項２のはんだ分離装置において、
上記フラックス移送管を加熱する第１管加熱手段と、上記はんだ移送管を加熱する第２管加熱手段と、上記溶融槽の加熱手段、該第１管加熱手段、該第２管加熱手段による加熱温度をそれぞれ個別に制御する温度制御手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液に対して該液位調整部材を上下移動させる移動機構とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れかのはんだ分離装置において、
上記溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該溶融液中における上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、駆動源からの駆動伝達によって該液位調整部材を上下移動させる移動機構と、該界面検知手段による検知結果に基づいて該駆動源による移動機構の駆動を制御する駆動制御手段とを設けたことを特徴とするはんだ分離装置。
【請求項７】
非金属材料と金属材料とが混合された混合物を加熱手段によって加熱して該混合物の溶融液を得ながら、該溶融液を非金属材料と金属材料との比重差によって溶融非金属材料からなる上層と溶融金属材料からなる下層とに分離する溶融槽と、該上層と下層との界面を検知する界面検知手段と、該溶融液に沈められたり該溶融液から引き上げられたりすることで該溶融液の鉛直方向における液位を調整する液位調整部材と、該上層中の溶融非金属材料を移送するために該溶融槽の鉛直方向における所定の高さに接続された移送管とを備えることを特徴とする金属分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２８０６１６（Ｐ２００８−２８０６１６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６４０５２（Ｐ２００８−１６４０５２）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【分割の表示】特願２００６−４５１７５（Ｐ２００６−４５１７５）の分割
【原出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（５９３１２８１７２）リコーマイクロエレクトロニクス株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【分割の表示】特願２００６−４５１７５（Ｐ２００６−４５１７５）の分割
【原出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（５９３１２８１７２）リコーマイクロエレクトロニクス株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
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