JP2011120991A

JP2011120991A - 硬化装置

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Publication number: JP2011120991A
Application number: JP2009279859A
Authority: JP
Inventors: Akira Itami; 亮伊丹
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】コーティング材を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができ、しかも設置スペースを削減できる硬化装置を提供する。
【解決手段】コーティング材６を塗布した基板組立体１を順次搬送する一続きの搬送路１４と、この搬送路１４中に設けられ、コーティング材６を硬化させる硬化槽１１とを備えた硬化装置において、搬送路１４は、硬化槽１１内でコーティング材６を塗布した基板組立体１を上昇させる上昇路２４と、コーティング材６を塗布した基板組立体１を下降させる下降路２５とをそれぞれ備えている。これにより、コーティング材６を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができ、また縦方向の搬送を実現して、設置スペースを削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばコンフォーマルコーティング材の硬化用として使用される硬化装置に関する。

従来、電子機器の組立ラインにおいては、回路基板に各種部品を搭載してなる基板組立体に対して、保護用のコーティング材を一様に塗布し、その基板組立体を硬化槽に投入して、コーティング材を短時間に熱硬化させる手法が採られている。ここでの硬化槽は、一般的に単独で動作するスタンドアローンタイプのものが知られており、また半田付け時に用いるリフロー炉のような、基板組立体を一個ずつ流して生産するインラインタイプのものも知られている。

インラインタイプの硬化槽を含む硬化装置は、例えば特許文献１に開示されており、ここではペレット付機に設けられた接着剤塗布部から、前記硬化槽に相当するキュア装置内のバッファ部に、ペレットとリードフレームによる基板組立体が順次取り込まれ、バッファ部からキュア部に搬送された基板組立体に対して、送風口から加熱されたドライエアーや不活性ガスを送風することにより、基板組立体に付着した接着剤を短時間に硬化させ、硬化後の基板組立体を完成品搬送部から完成品収納部に送り出すようになっている。

特開平７−３２６７０３号公報

しかし、スタンドアローンタイプの硬化槽では、その前後の工程がバッチ生産となり、コーティング材を硬化させた後に多くの仕掛り品が発生する。したがって、硬化後の仕掛り品を管理するのが非常に困難になり、硬化後の仕掛り品ができるだけ早く次工程に流れるように、作業者の残業や休日稼動に伴うコストの上昇を強いられていた。

また、リフロー炉のようなインラインタイプの硬化槽では、基板組立体を一個ずつ投入し、一個ずつ排出することができ、コーティング材を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができるが、平面上に基板組立体を搬送しながらコーティング材を硬化させるために、設置スペースを多く必要とすると共に高価になり、限られた生産環境下では実施が困難であった。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、コーティング材を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができ、しかも設置スペースを削減できる硬化装置を提供することを目的とする。

本発明の硬化装置は、上記目的を達成するために、コーティング材を塗布した組立体を順次搬送する搬送路と、この搬送路中に設けられ、前記コーティング材を硬化させる硬化槽とを備えた硬化装置において、前記搬送路は、前記硬化槽内で前記コーティング材を塗布した組立体を上昇させる上昇路と、前記コーティング材を塗布した下降させる下降路とをそれぞれ備えたことを特徴とする。

また、前記硬化槽は、内部を第１の温度に保つ第１の槽と、内部を前記第１の温度よりも高い第２の温度に保つ第２の槽とを備え、前記第１の槽内に前記上昇路が配置されると共に、前記第２の槽内に前記下降路が配置される。

この場合、前記第１の温度は前記硬化槽の外部の温度であるのが好ましい。

さらに、前記第１の槽および前記第２の槽の内部に、上部から下部へ向けて強制的な空気の流通路を形成するのが好ましい。

請求項１の発明によれば、コーティング材を塗布した組立体を搬送路に投入すれば、後は一続きの搬送路によって、各々の組立体が順次硬化槽を通過して搬送され、硬化槽によってコーティング材を短時間に硬化させることができる。そのため、インラインタイプの硬化装置としての利点をそのまま生かし、バッチ生産から一個流しの生産が可能になり、コーティング材を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができる。さらに硬化槽内の搬送路は、上昇路と下降路によって、組立体を平面方向にではなく縦方向に搬送しながら、そこで塗布したコーティング材を硬化させることができるので、設置スペースを大幅に削減できる。

請求項２の発明によれば、硬化槽内において、コーティング材を塗布した組立体を上昇させながら、第１の温度でコーティング材を硬化させ、さらにコーティング材を塗布した組立体を下降させながら、第１の温度よりも高い第２の温度でコーティング材を硬化させることができ、コーティング材の温度条件に合わせてコーティング材を短時間に硬化させることが可能になる。

請求項３の発明によれば、第１の槽はその内部を外気温と同じ状態に保てばよく、第１の槽における温度管理を簡素化しつつ、コーティング材を短時間に硬化させることが可能になる。

請求項４の発明によれば、第１の槽と第２の槽の上部から下部に向けて空気が流れるので、各槽内において空気が循環し、各槽内における温度バラつきを抑えることが可能になる。

本発明の一実施例における硬化装置を説明するための図である。同上、硬化槽およびその周辺の正面図である。同上、硬化工程の一連の手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。

図１は、硬化装置の全体構成を示す図である。同図において、１は電子機器の基板組立体で、これは例えば回路基板２に電子部品や機構部品などの部品３を搭載して構成される。本実施例においては、電源装置の電力伝送部や制御部が基板組立体１として構成されるが、他の電子機器の機能部として基板組立体１を構成してもよい。また、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁体に導電性の配線パターンを形成した回路基板２に代わり、所望のパターン形状を有する導電性のリードフレームを用いてもよい。

４は、一乃至複数の基板組立体１を露出した状態で保持する矩形枠状のフレームである。このフレーム４は、様々な形状の基板組立体１に合わせて複数種のものが用意されている（図中の符号４ａ，４ｂ）が、硬化工程を含む生産ラインの汎用性を高めるために、共通の外形形状を有する。これにより、異なる形状の基板組立体１であっても、そのまま硬化装置の生産ラインに基板組立体１を流すことができる。

５は、基板組立体１の表面にコーティング材６を一様に塗布するコーティング機としてのコーティングマシンである。コーティングマシン５は、基板組立体１を保持したフレーム４を所定の位置に載せるテーブル７と、基板組立体１に対向して設けられたノズル８と、フレーム４およびノズル８の周囲を囲む透明性のカバー９と、により構成され、図示しない操作部を操作することにより、ノズル８から基板組立体１の表面にコーティング材６を一様に吹付ける塗布工程（硬化前工程）が行われるようになっている。なお、コーティング材６は、回路基板２と部品３からなる基板組立体１以外の、あらゆる形態の組立体に塗布可能である。

１１は、前記基板組立体１に塗布されたコーティング材６を熱で硬化させるインラインタイプの硬化槽である。当該硬化槽１１は、各々独立して温度プロファイルを設定できる第１および第２の温度槽として、常温槽１２と高温槽１３をそれぞれ備えている。これらの常温槽１２と高温槽１３は、内部を視認できる透明な板材で外郭を囲んでいるが、板材として好ましいのは安価なアクリル板である。また、これらの常温槽１２および高温槽１３には、前記塗布工程後の基板組立体１を、パレット４に保持した状態で順に搬送する一続きの搬送路１４が設けられる。搬送路１４の起点には、前記塗布工程後の基板組立体１を投入する投入部１５が設けられると共に、搬送路１４の終点には、常温槽１２と高温槽１３を順に通過した硬化工程後の基板組立体１を搬出する搬出部１６が設けられる。

ここで別な図２も参照しながら、硬化槽１１に関してより詳しい構造を説明する。前記投入部１５は、塗布工程後の基板組立体１を保持するパレット４を移動可能に支える一対のコンベア２１により構成され、基板組立体１付きのパレット４をコンベア２１に沿って常温槽１２の下部に順次送り出す送り出し機構２２が投入部１５に付設される。

一方、常温槽１２内において、前記搬送路１４は常温槽１２の下部から上部に向けて、基板組立体１付きのパレット４を移動させる上昇路２４を形成すると共に、高温槽１３内において、高温槽１３の上部から下部に向けて、基板組立体１付きのパレット４を移動させる下降路２５を形成しており、上昇路２４の最上端に達した基板組立体１付きのパレット４を、下降路２５の最上端に順次送り出す別な送り出し機構２６が硬化槽１１に付設される。

本実施例における上昇路２４は、図示しない一対の駆動側スプロケットと一対の従動側スプロケットとの間に、各々一対の無端状コンベアチェーン２７，２７を巻き掛け、そのチェーン２７，２７間に基板組立体１付きのパレット４を支える複数の支持体２８を一定間隔で取り付けて構成される。同様に下降路２５も、図示しない一対の駆動側スプロケットと一対の従動側スプロケットとの間に、各々一対の無端状コンベアチェーン２９，２９を巻き掛け、支持体２８と同じ一定間隔で、そのチェーン２９，２９間に基板組立体１付きのパレット４を支える複数の支持体３０を取り付けて構成される。

前記常温槽１２は、その上部から下部へ向けて強制的な空気の流通路３１を形成するために、空気の取入口であるダクト３２と、常温槽１２内の空気を外部に排出する送風ファン３３が設けられ、ダクト３２の端部には、常温槽１２内に取り込まれる空気の温度を調節する加熱手段としてのヒータ３４が設けられる。同様に高温槽１３も、その上部から下部へ向けて強制的な空気の流通路３５を形成するために、空気の投入口であるダクト３６と、高温槽１３内の空気を外部に排出する送風ファン３７が設けられ、ダクト３６の端部には、高温槽１３内に取り込まれる空気の温度を調節する加熱手段としてのヒータ３８が設けられる。但しヒータ３４は、第１の温度槽を常温層１２として使用する限り必要ではない。

前記搬出部１６は、硬化槽１１を通過した基板組立体１を保持するパレット４を移動可能に支える一対のコンベア３９により構成され、基板組立体１付きのパレット４を高温槽１３の下部からコンベア２１に沿って順次送り出す送り出し機構４０が搬出部１６に付設される。

図２に示すように、硬化槽１１の前面には、常温槽１２と高温槽１３に共通した操作部４１が設けられる。この操作部４１からの操作信号は、硬化槽１１の下部に設けた制御部４２に取り込まれ、制御部４２は、その操作信号で定めた設定値に基づいて、搬送路１４における基板組立体１の搬送量や、常温槽１２および高温槽１３の内部温度および湿度や、流通路３１，３５における空気の流速および流量などを監視制御する。

前述のように、常温槽１２と高温槽１３に基板組立体１を縦方向に昇降移動させる搬送路１４が設けられている関係で、本実施例における硬化装置の本体部（硬化槽１１，投入部１５および搬出部１６）の幅×奥行き×高さの各寸法は、２ｍ×１ｍ×２ｍである。従来のリフロー炉のような横方向に搬送するインラインタイプの硬化装置では、幅×奥行きの各寸法が４ｍ×１．５ｍとなっており、同じインラインタイプでありながら、設置に必要なスペースを６ｍ^２から２ｍ^２に削減できる。

次に、上記硬化装置を用いた生産ラインの処理手順を、図３のフローチャートに基づき説明する。ステップＳ１において、図示しないリフロー炉などを通して、回路基板２に部品３を半田付け接続してなる基板組立体１が搬送されてくると、作業者はそれらの基板組立体１を、対応する形状のフレーム４に装着する。これ以降、基板組立体１は、硬化槽１１によるコーティング材６の熱硬化が完了するまで、同一のフレーム４に支持されることになる。

次のステップＳ２では、コーティングマシン５によるコーティング材６の塗布が行なわれる。具体的には、コーティングマシン５のカバー９を開けて、基板組立体１付きのフレーム４をテーブル７の所定位置に載せ、再びカバー９を閉じて、図示しない操作部の開始スイッチを操作する。これにより、基板組立体１の表面に対向するノズル８から基板組立体１の表面に未硬化のコーティング材６が吹付けられる。コーティング材６は、基板組立体１の防湿，防塵，防塩用に設けられるもので、その材料成分や塗布の厚さに応じた硬化特性を有する。本実施例では、常温で第１の時間である１０分を経過させた後、６０℃に加熱した状態で第２の時間である１０分を経過させることが、推奨するコーティング材６の硬化条件となっている。コーティング材６を高温の雰囲気中に置くことで、硬化時間を短くすることができるが、特に常温で一定時間放置した後に高温にする理由は、コーティング材６に気泡や塗りムラが発生するのを防ぐためである。

コーティング材６を塗布した基板組立体１は、直ちにフレーム４に装着された状態でカバー９を開けたコーティングマシン５から取り出され、ステップＳ３でフレーム４が一つずつ投入部１５に投入される。制御部４２は、一定時間（例えば１分）毎に送り出し機構２２を動作させると共に、チェーン２７，２７を回転動作させており、投入部１５のコンベア２１に支持された基板組立体１付きのフレーム４は、一定時間に達すると自動的に常温槽１２の下部に送り出され、そこで上昇路２４の最下端に移動してきた空状態の支持体２８に載せられる。したがって、ステップＳ３の手順では、コーティング材６を塗布した直後の基板組立体１を、フレーム４と共に空いている投入部１５に投入することで、基板組立体１付きのフレーム４が一定時間毎に常温槽１２内に取り込まれる。

常温槽１２内に搬送された基板組立体１付きのフレーム４は、次のステップＳ４で常温の雰囲気下に晒され、コーティング材６が常温で硬化される。常温槽１２内に設けられた上昇路２４に沿って、基板組立体１は所定の時間（例えば、前記推奨硬化条件と同じ１０分）をかけて常温槽１２の下部から上部に移動する。前述したように、チェーン２７，２７は一定時間毎に回転動作することから、当該一定時間に達すると、支持体２８に載せたフレーム４と基板組立体１は一定量上昇し、そこで次の一定時間となるまで停止する動作を繰り返す。

常温槽１２の内部は、制御部４２によってヒータ３４をオフにし続け、且つ常温槽１２の上部から下部に向けて空気の流通路３１が形成されるので、常温槽１２の内部で空気が循環して、どの部位においても外気温と同じ一定の温度に保たれており、徐々にコーティング材６の硬化が促進される。そして、上昇路２４の最上端に達した基板組立体１付きのパレット４は、前記一定時間が経過した時点で、送り出し機構２６により常温槽１２から高温槽１３に押し出され、高温槽１３内の下降路２５の最上端に移動してきた空状態の支持体３０に載せられる。

続くステップＳ５では、基板組立体１付きのフレーム４が、高温槽１３内において外気温よりも高い例えば６０℃の雰囲気下に晒され、コーティング材６が高温で硬化される。制御部４２は、一定時間（例えば１分）毎に送り出し機構２６を動作させると共に、高温槽１３内の下降路２５を形成するチェーン２９，２９を回転動作させており、パレット４に載せられた基板組立体１は、下降路２５に沿って所定の時間（例えば、前記推奨硬化条件と同じ１０分）をかけて高温槽１３の上部から下部に移動する。ここでもチェーン２９，２９は一定時間毎に回転動作することから、当該一定時間に達すると、支持体３０に載せたフレーム４と基板組立体１は一定量下降し、そこで次の一定時間となるまで停止する動作を繰り返す。

高温槽１３の内部は、制御部４２の温度管理によって、ヒータ３８が通断電制御され、且つ高温槽１３の上部から下部に向けて空気の流通路３５が形成されており、高温槽１３の内部で空気が循環して、高温槽１３の内部のどの部位においても外気温よりも高い一定の温度に保たれている。これにより、コーティング材６を硬化させる際に気泡や塗りムラの発生を効果的に抑制できる。

こうして、下降路２５の最下端に達した基板組立体１付きのパレット４は、前記一定時間が経過した時点で、送り出し機構４０により高温槽１３から外部の搬出部１６に排出され、空状態のコンベア３９に支持され、作業者によってその都度取り出される（ステップＳ６）。

なお、本実施例における硬化装置では、基板組立体１の片面ずつコーティング材６を塗布および硬化させることができるが、基板組立体１の両面に対してコーティング材６を塗布および硬化させるには、ステップＳ１〜ステップＳ６の各手順を、基板組立体１の表面と裏面に対し繰り返し行なえばよい。この場合、一度硬化したコーティング材６は、再び硬化槽１１を通過しても性質が変わることはない。また本実施例では、一台の硬化槽１１に対して一つの操作部４１と制御部４２を設けているが、生産ラインの効率を上げるために、複数の硬化槽１１に対して共通の操作部４１と制御部４２を設け、これらの操作部４１と制御部４２とにより各硬化槽１１の動作を一元的に集中管理してもよい。

以上のように本実施例によれば、コーティング材６を塗布した組立体としての基板組立体１を順次搬送する一続きの搬送路１４と、この搬送路１４中に設けられ、コーティング材６を硬化させる硬化槽１１とを備えた硬化装置において、搬送路１４は、硬化槽１１内でコーティング材６を塗布した基板組立体１を上昇させる上昇路２４と、コーティング材６を塗布した基板組立体１を下降させる下降路２５とをそれぞれ備えている。

このようにすると、コーティング材６を塗布した基板組立体１を搬送路１４に投入すれれば、後は一続きの搬送路１４によって、各々の基板組立体１が順次硬化槽１１を通過して搬送され、硬化槽１１によってコーティング材６を短時間に硬化させることができる。そのため、インラインタイプの硬化装置としての利点をそのまま生かし、バッチ生産から一個流しの生産が可能になり、コーティング材６を硬化させた後の仕掛り品をなくすことができる。例えば、１ロット当り１００台の基板組立体１を生産ラインに流す場合、バッチ生産ではコーティング材６の硬化後に１００台の仕掛り品が生じるが、本実施例における硬化装置では仕掛り品を５台程度に減らすことができる。また、硬化後の仕掛り品がなくなれば、作業者の残業や休日稼動に伴うコストの上昇も解消でき、生産リードタイムを短縮できる。

さらに、硬化槽１１内の搬送路１４は、上昇路２４と下降路２５によって、基板組立体１を平面方向にではなく、縦（垂直）方向に搬送しながら、そこで塗布したコーティング材６を硬化させることができるので、硬化装置としての設置スペースを大幅に削減することができる。

また、本実施例の硬化槽１１は、その内部を第１の温度に保つ第１の槽としての常温槽１２と、その内部を第１の温度よりも高い第２の温度に保つ第２の槽としての高温槽１３とを備え、常温槽１２内に上昇路２４が配置されると共に、高温槽１３内に下降路２５が配置される。

こうすると、硬化槽１１内において、コーティング材６を塗布した基板組立体１を上昇させながら、第１の温度でコーティング材６を硬化させ、さらにコーティング材６を塗布した基板組立体１を下降させながら、第１の温度よりも高い第２の温度でコーティング材６を硬化させることができ、コーティング材６の温度条件に合わせてコーティング材６を短時間に硬化させることが可能になる。

さらに、常温槽１２で維持する前記第１の温度が硬化槽１１の外部の温度であれば、常温槽１２はその内部を外気温と同じ状態に保てばよく、常温槽１２における温度管理を簡素化しつつ、コーティング材６を短時間に硬化させることが可能になる。

本実施例では、常温槽１２および高温槽１３の内部に、それぞれ上部から下部へ向けて強制的な空気の流通路３１，３５を形成している。

こうすると、常温槽１２および高温槽１３の上部から下部に向けて空気が流れるので、これらの常温槽１２および高温槽１３の内部において空気が循環し、常温槽１２および高温槽１３内における温度バラつきを抑えることが可能になる。

なお本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。搬送路１４の機構構成などは実施例中のものに限定されることはなく、例えば常温槽１２に下降路２５を設け、高温槽１３に上昇路２４を設けてもよい。また、コーティング材６の推奨硬化条件に合わせて、硬化槽１１内の温度プロファイルや、搬送路１４における基板組立体１の搬送量を適宜可変してもよいことは勿論である。

１基板組立体（組立体）
６コーティング材
１１硬化槽
１２常温槽（第１の槽）
１３高温槽（第２の槽）
１４搬送路
２４上昇路
２５下降路

Claims

コーティング材を塗布した組立体を順次搬送する一続きの搬送路と、この搬送路中に設けられ、前記コーティング材を硬化させる硬化槽とを備えた硬化装置において、
前記搬送路は、前記硬化槽内で前記コーティング材を塗布した組立体を上昇させる上昇路と、前記コーティング材を塗布した組立体を下降させる下降路とをそれぞれ備えたことを特徴とする硬化装置。
前記硬化槽は、内部を第１の温度に保つ第１の槽と、内部を前記第１の温度よりも高い第２の温度に保つ第２の槽とを備え、
前記第１の槽内に前記上昇路が配置されると共に、前記第２の槽内に前記下降路が配置されることを特徴とする請求項１記載の硬化装置。
前記第１の温度は前記硬化槽の外部の温度であることを特徴とする請求項２記載の硬化装置。
前記第１の槽および前記第２の槽の内部に、上部から下部へ向けて強制的な空気の流通路を形成したことを特徴とする請求項２または３記載の硬化装置。