JP2005313216A

JP2005313216A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2005313216A
Application number: JP2004136086A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sakurai; 靖男櫻井
Original assignee: Pioneer FA Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer FA Corp
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】被加熱体を均一に加熱することができる加熱装置を提供すること。
【解決手段】回路基板１０１を保持する搬送チェーン１３１と、保持された回路基板１０１に対して加熱気体を送出する送風機１４０と、保持された回路基板１０１に対して音波又は超音波を放出する噴き出しノズル板１５０とを備えるようにリフロー炉を構成する。
【選択図】図２

Description

本願は、被加熱体を加熱する加熱装置の技術分野に属する。

従来、この種の加熱装置の一例として、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）などの電子部品を回路基板に溶接（リフローハンダ付け）する、所謂、リフロー炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、従来のリフロー炉は、被加熱体の一例としての回路基板を加熱するための加熱室が形成された加熱ユニットを備えている。加熱室には、回路基板を搬送するための搬送路が形成され、送風機によって加熱気体が供給されている。
特開２００１−３４５５５０号公報（第４頁、第４図）

しかしながら、上述した従来のリフロー炉は、加熱気体が供給されたときに回路基板を均一に加熱することができないという事情があった。

また、上述した従来のリフロー炉は、ハンダの接合面が酸化することによりハンダのヌレ性が悪化するという事情があった。

そこで、本願は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例として、被加熱体を均一に加熱することができる加熱装置を提供することを目的とする。

また、本願は、その課題の一例として、リフローハンダ付けに適用した場合に、ハンダのヌレ性を改善することができる加熱装置を提供することを目的とする。

また、本願は、その課題の一例として、加熱気体として不活性ガスを使用した場合に、不活性ガスの消費量を削減することができる加熱装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の加熱装置は、被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して加熱気体を送出する送出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする構成を有している。

また、請求項２に記載の加熱装置は、被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して赤外線を射出する射出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする構成を有している。

また、請求項３に記載の加熱装置は、被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して加熱気体を送出する送出手段と、前記保持された被加熱体に対して赤外線を射出する射出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする構成を有している。

発明を実施するための形態の一例

以下、本願を実施するための形態として、請求項１から請求項７に記載の加熱装置があり、その一例について、図面を用いて説明する。なお、以下説明する実施形態は、本願に係る加熱装置を、例えば、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）などの電子部品を回路基板に溶接（リフローハンダ付け）する、所謂、リフロー炉に適用した場合の実施形態を示している。

まず、本実施形態におけるリフロー炉の構成について、図１及び図２を用いて説明する。なお、図１は、本実施形態におけるリフロー炉の側面図であり、図２は、図１に示したリフロー炉のＩ−Ｉ矢視断面図である。

本実施形態におけるリフロー炉１００は、図１に示すように、直方体状に形成されたハウジング１１０と、ハウジング１１０に収容された複数（例えば８組）の加熱ユニット１２０と、加熱ユニット１２０に沿って延在する搬送ユニット１３０とを備えている。

加熱ユニット１２０は、上部ヒータ１２１と下部ヒータ１２２とによって構成され、上部ヒータ１２１と下部ヒータ１２２との間には、被加熱体の一例としての回路基板１０１を加熱するための加熱室１２３が形成されている。

上部ヒータ１２１は、図２に示すように、送出手段の一例としての送風機１４０と、放出手段の一例としての噴き出しノズル板１５０と、複数（例えば５本）のヒータ１６０と、外隔壁１６１及び内隔壁１６２とを有している。

送風機１４０は、不活性ガスなどの気体を矢示方向に送風することにより、ヒータ１６０によって加熱された気体（以下、加熱気体という。）を回路基板１０１に対して送出するようになっている。具体的には、送風機１４０は、内隔壁１６２の上部に設けられたファン１４１と、シャフト１４２を介してファン１４１を回転駆動するモータ１４３とを有している。

噴き出しノズル板１５０は、送風機１４０によって送出された加熱気体を矢示方向に整流し、当該整流された加熱気体を加熱室１２３に吐出するようになっている。このために、噴き出しノズル板１５０には、複数（例えば２６０個）の噴き出しノズル１５１が形成されている。この噴き出しノズル板１５０の構成については下述する。

外隔壁１６１と内隔壁１６２との間には、加熱室１２３に吐出された加熱気体を矢示方向に送還するための送還路１６３が形成されている。そして、送風機１４０によって送出された加熱気体は、送還路１６３を介して送風機１４０に循環するようになっている。

なお、本実施形態における上部ヒータ１２１及び下部ヒータ１２２は、同様に構成された機器が上下対称に設けられたものであるので、上述した上部ヒータ１２１の説明を援用することにより下部ヒータ１２２の説明を省略する。

搬送ユニット１３０は、図２に示すように、回路基板１０１を保持する保持手段の一例としての搬送チェーン１３１、１３２と、搬送チェーン１３１、１３２を案内するガイドレール１３３、１３４と、ガイドレール１３３、１３４を支持する支持プレート１３５、１３６と、搬送チェーン１３１、１３２を駆動する図示しないスプロケット、モータなどの駆動機構とを有している。

次に、本実施形態における噴き出しノズル板の構成について、図３を用いて説明する。なお、図３は、本実施形態における噴き出しノズル板の拡大断面図である。

本実施形態における噴き出しノズル板１５０は、図３（ａ）に示すように、第１の板材１５２と、第２の板材１５３と、第３の板材１５４とによって構成され、第１の板材１５２と第２の板材１５３との間に第３の板材１５４が接合されることにより板状に形成されている。

噴き出しノズル１５１は、加熱気体が通過する方向１０５に沿って開口面積が変化するように構成され、具体的には、加熱気体を導入する第１の小径部１５５と、加熱気体を導出する第２の小径部１５６と、第１の小径部１５５と第２の小径部１５６との間に設けられた大径部１５７とを有している。そして、送風機１４０によって送出された加熱気体は、第１の小径部１５５から導入され、大径部１５７を通過し、第２の小径部１５６から導出されることにより、所定態様に整流されるようになっている。なお、加熱気体が所定態様に整流されたときには、音波又は超音波を発生するようになっている。

第１の小径部１５５は、第１の板材１５２に形成された、例えば、円柱状の開口である。なお、本実施形態では、第１の小径部１５５は、円柱状の開口であるが、これに限らず、図３（ｂ）に示すように、円錐状の開口であってもよい。即ち、第１の小径部１５５は、大径部１５７より開口面積が小さく構成されていればよく、何れの形状を呈してもよい。

第２の小径部１５６は、第２の板材１５３に形成された、例えば、円柱状の開口である。なお、本実施形態では、第２の小径部１５６は、円柱状の開口であるが、これに限らず、図３（ｂ）に示すように、円錐状の開口であってもよい。即ち、第２の小径部１５６は、大径部１５７より開口面積が小さく構成されていればよく、何れの形状を呈してもよい。

大径部１５７は、第３の板材１５４に形成された、例えば、円柱状の開口である。なお、本実施形態では、大径部１５７は、円柱状の開口であるが、これに限らず、図３（ｃ）に示すように、円錐状の開口であってもよい。即ち、大径部１５７は、第１の小径部１５５及び第２の小径部１５６より開口面積が大きく構成されていればよく、何れの形状を呈してもよい。また、本実施形態では、大径部１５７は、円柱状の開口であるが、これに限らず、図３（ｄ）に示すように、第１の小径部１５５と第２の小径部１５６との間に大径部１５７のかわりに隙間が形成されてもよい。

次に、本実施形態におけるリフロー炉の作用について、図１から図４を用いて説明する。なお、図４は、本実施形態における回路基板の拡大断面図である。

本実施形態におけるリフロー炉１００は、図１に示すように、搬送ユニット１３０が回路基板１０１を搬送するとともに、加熱ユニット１２０が回路基板１０１を加熱する。このときに、図２に示すように、噴き出しノズル板１５０は、送風機１４０によって送出された加熱気体を矢示方向に整流し、当該整流された加熱気体を加熱室１２３に吐出する。具体的には、図３（ａ）に示すように、送風機１４０によって送出された加熱気体は、第１の小径部１５５から導入され、大径部１５７を通過し、第２の小径部１５６から導出されることにより、所定態様に整流される。そして、加熱気体が所定態様に整流されたときには、音波又は超音波を発生する。これにより、図４に示すように、回路基板１０１と電子部品１０２との間に介在するハンダ１０３は、ペースト状態（図４（ａ）参照）から溶融状態（図４（ｂ）参照）に変化する。そして、ハンダ１０３が固化することにより、電子部品１０２が回路基板１０１に溶接される。

以上説明したように、本実施形態では、リフロー炉１００は、回路基板１０１を保持する搬送チェーン１３１、１３２と、保持された回路基板１０１に対して加熱気体を送出する送風機１４０と、保持された回路基板１０１に対して音波又は超音波を放出する噴き出しノズル板１５０とを備えることを特徴とする構成を有している。

この構成により、本実施形態では、送風機１４０によって送出された加熱気体が、第１の小径部１５５から導入され、大径部１５７を通過し、第２の小径部１５６から導出されることにより音波又は超音波が発生するので、回路基板１０１を均一に加熱することができる。また、ハンダ１０３のフラックスが活性化され、ハンダの接合面のサビ、汚れなどが排除されるので、ハンダ１０３のヌレ性を向上させることができる。この効果には、上述した音波又は超音波による振動が影響しているものと考えられる。

なお、本実施形態では、加熱気体を送出することにより回路基板を加熱しているが、これに限らず、赤外線を射出することにより回路基板を加熱してもよく、加熱気体を送出するとともに赤外線を射出することにより回路基板を加熱してもよい。

また、本実施形態では、噴き出しノズル板１５０は、噴き出しノズル１５１に両端開放管共振笛を有することを特徴とする構成を有している。

この構成により、本実施形態では、音波又は超音波の発生源として笛を使用するので、装置の構成を簡単にすることができ、装置の製造を容易にすることができる。また、第１の板材１５２と第２の板材１５３との間隔を調整することによって音波又は超音波の周波数を変更することができる。

なお、本実施形態では、噴き出しノズル１５１に両端開放管共振笛を有しているが、これに限らず、図５に示すように、噴き出しノズル１５１に片閉管共振笛を有してもよい。これにより、閉管の深さを調整することによって音波又は超音波の周波数を変更することができる。

また、本実施形態では、噴き出しノズル１５１に両端開放管共振笛を有しているが、これに限らず、図６に示すように、噴き出しノズル１５１又は当該噴き出しノズル１５１の周辺にサイレン１５８を有してもよい。これにより、サイレン１５８の回転数を調整することによって音波又は超音波の周波数を変更することができる。

また、本実施形態では、噴き出しノズル１５１に両端開放管共振笛を有しているが、これに限らず、図７に示すように、噴き出しノズル１５１又は当該噴き出しノズル１５１の周辺に圧電素子、磁気歪素子、電気歪素子などの振動子１５９を有してもよい。これにより、振動子１５９の周波数を調整することによって音波又は超音波の周波数を変更することができる。

なお、本実施形態では、本願に係る加熱装置をリフロー炉に適用しているが、これに限らず、各種の加熱装置に適用することにより、各種の被加熱体を均一に加熱することが可能になる。

本願の一実施形態におけるリフロー炉の側面図である。図１に示したリフロー炉のＩ−Ｉ矢視断面図である。本願の一実施形態における噴き出しノズル板の断面図である。本願の一実施形態における回路基板の断面図である。本願の一実施形態における噴き出しノズル板の断面図である。本願の一実施形態における噴き出しノズル板の斜視図である。本願の一実施形態における噴き出しノズル板の斜視図である。

符号の説明

１００リフロー炉
１０１回路基板
１０２電子部品
１０３ハンダ
１１０ハウジング
１２０加熱ユニット
１２１上部ヒータ
１２２下部ヒータ
１２３加熱室
１３０搬送ユニット
１３１、１３２搬送チェーン
１３３、１３４ガイドレール
１３５、１３６支持プレート
１４０送風機
１４１ファン
１４２シャフト
１４３モータ
１５０噴き出しノズル板
１５１噴き出しノズル
１５２第１の板材
１５３第２の板材
１５４第３の板材
１５５第１の小径部
１５６第２の小径部
１５７大径部
１５８サイレン
１５９振動子
１６０ヒータ
１６１外隔壁
１６２内隔壁
１６３送還路

Claims

被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して加熱気体を送出する送出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする加熱装置。
被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して赤外線を射出する射出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする加熱装置。
被加熱体を保持する保持手段と、前記保持された被加熱体に対して加熱気体を送出する送出手段と、前記保持された被加熱体に対して赤外線を射出する射出手段と、前記保持された被加熱体に対して音波又は超音波を放出する放出手段とを備えることを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記放出手段は、噴き出しノズルに両端開放管共振笛を有することを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記放出手段は、噴き出しノズルに片閉管共振笛を有することを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記放出手段は、噴き出しノズル又は当該噴き出しノズルの周辺にサイレンを有することを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の加熱装置において、
前記放出手段は、噴き出しノズル又は当該噴き出しノズルの周辺に圧電素子、磁気歪素子、電気歪素子などの振動子を有することを特徴とする加熱装置。