JP2016024071A - 高速加熱試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる高速加熱試験装置を提供する。【解決手段】高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物としての回路基板Ｇに加熱を行うことで、加熱処理対象物の加熱試験を行う高速加熱試験装置であり、回路基板Ｇを収容する加熱処理空間ＳＰを有する本体部２と、本体部２に取り付けられて、加熱処理空間ＳＰを加熱する炉内加熱用ヒータ１０と、本体部２に取り付けられて、加熱処理空間ＳＰを急激に加熱するカーボンヒータ２０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、加熱処理対象物を高速（急激）に加熱するための高速加熱試験装置に関する。

通常、対象物を加熱するヒータとしては、一般的にセラミックヒータやランプヒータ等が用いられる。この種の加熱装置は、特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の遠赤外線加熱試験装置は、載置台に載せた加熱処理対象物に遠赤外線を照射して加熱処理する放射体を備え、加熱処理する際に、その加熱処理対象物を種々の加熱条件下で試験するために、放射体の発熱温度を変更したり、被加熱試験物に対する遠赤外線の照射時間を変更するようになっている。

実開昭６３−６９３８９号公報

ところが、特許文献１に記載されている遠赤外線加熱試験装置では、加熱処理対象物を急激には加熱することが難しく、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる高速加熱試験装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１に記載の高速加熱試験装置は、加熱処理対象物に加熱を行うことで、前記加熱処理対象物の加熱試験を行う高速加熱試験装置であって、前記加熱処理対象物を収容する加熱処理空間を有する本体部と、前記本体部に取り付けられて、前記加熱処理空間を加熱する炉内加熱用ヒータと、前記本体部に取り付けられて、前記加熱処理空間を急激に加熱するカーボンヒータと、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の高速加熱試験装置では、加熱処理空間を加熱する炉内加熱用ヒータに併せて、加熱処理空間を急激に加熱するカーボンヒータを備えているので、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる。

請求項２に記載の高速加熱試験装置では、前記カーボンヒータが発生する熱を、前記加熱処理空間内の前記加熱処理対象物へ反射する反射部材を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の高速加熱試験装置では、カーボンヒータが発生する熱は、反射部材を用いて加熱処理対象物へ付与できることから、カーボンヒータは加熱処理対象物を高速で加熱できる。

請求項３に記載の高速加熱試験装置は、前記加熱処理空間内の空気を循環させるファンを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の高速加熱試験装置では、ファンは、加熱処理空間内の空気を循環させることができるので、熱風循環炉である加熱処理空間内の温度変動が少なく、温度均一性を必要とする高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

請求項４に記載の高速加熱試験装置は、前記加熱処理空間内の温度を検知する第１温度センサと、前記加熱処理空間内における前記加熱処理対象物の近傍の温度を検知する第２温度センサと、を有することを特徴とする。

請求項４に記載の高速加熱試験装置では、第１温度センサは加熱処理空間内の温度を検知することで、加熱処理空間内の温度の管理ができ、第２温度センサは加熱処理対象物の近傍の温度を検知することで、加熱処理対象を高速で加熱をする際の温度の管理ができる。

本発明によれば、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる高速加熱試験装置を提供できる。

本発明の高速加熱試験装置の第１実施形態を示す平面図である。 図１に示す高速加熱試験装置を矢印Ｍ方向から見た断面を有する正面図である。 図１に示す高速加熱試験装置を矢印Ｎ方向から見た断面を有する右側面図である。 高速加熱試験装置の制御部と各要素との電気接続例を示すブロック図である。 本発明の高速加熱試験装置の第２実施形態を示すブロック図である。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態(以下、実施形態と称する)を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の高速加熱試験装置の好ましい第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１に示す高速加熱試験装置を矢印Ｍ方向から見た断面を有する正面図であり、図３は、図１に示す高速加熱試験装置を矢印Ｎ方向から見た断面を有する右側面図である。

図１から図３に示す高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物（加熱対象試料ともいう）を急激に加熱することにより、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を、高速で行うことができる。この高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、熱風循環炉である加熱処理空間ＳＰ内の温度変動が少なく、温度均一性を必要とする高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

高速加熱試験装置１は、例えば一方の空間と他方の空間を仕切る壁に配置されて、一方の空間から他方の空間へ対象物を移動できるパスボックス式の乾燥炉として用いることができる。第１実施形態の高速加熱試験装置１は、大気圧化で高速加熱が可能な大気圧炉である。

図１から図３に示すこの高速加熱試験装置１は、耐熱性を有する金属により作られた装置であり、本体部２と、開閉蓋部３を有している。本体部２は、上面部２Ａ、底面部２Ｂ、左側面部２Ｃ、右側面部２Ｄ、背面部２Ｅ、そして前面部２Ｆを有する直方体形状の箱部材であり、本体部２の内部は、直方体形状の加熱処理空間ＳＰである。

図２と図３に示すように、底面部２Ｂの四隅位置には、本体部２の支持用の脚部材２Ｇが設けられている。前面部２Ｆには、矩形の開口部２Ｈが設けられている。開閉蓋部３が、この開口部２Ｈを閉鎖可能になっている。図１に示すように、開閉蓋部３の一端部３Ａは、ヒンジ部材４を用いて、左側面部２Ｃの前端部分に対して取り付けられており、開閉蓋部３は、ＲＲ方向に開閉可能である。開閉蓋部３の他端部３Ｂには、図３に示すように開閉ハンドル５が設けられている。

これにより、使用者は、図１に示す開閉ハンドル５を回すことで、開閉蓋部３と右側面部２Ｄとの締結を外して、開閉蓋部３を、ヒンジ部材４を中心にしてＲＲ方向に開けることにより、使用者は、加熱処理対象物を、この開口部２Ｈを通じて本体部２内の加熱処理空間ＳＰ内に挿入できる。また、使用者は、加熱処理空間ＳＰ内から開口部２Ｈを通じて処理後の加熱処理対象物を取り出すことができる。

図２に示すように、本体部２の前面部２Ｆの上部には、操作パネル部２Ｋが設けられており、この操作パネル部２Ｋには、電源ボタン２Ｐ、計器類２Ｒ、操作ボタン２Ｌ、温度調節器２Ｍ、ブレーカ２Ｎ等が配置されている。

次に、上述した本体部２内の加熱処理空間ＳＰの構造例を、図１から図３を参照して説明する。

図３と図１に示すように、本体部２内の加熱処理空間ＳＰには、複数の炉内加熱ヒータ１０と、２つの炉内循環用ファン１１と、第１温度センサとしての炉内温度調節用温度センサ１２と、複数の反射板１３と、試料台１４と、複数のカーボンヒータ２０と、第２温度センサとしてのカーボンヒータ温度調節用温度センサ１６と、風案内部材１７が配置されている。また、図３に示すように、背面部２Ｅには、２つの炉内循環用モータ１５が並べて配置されている。

図３に示すように、複数の炉内加熱ヒータ１０は、背面部２Ｅの内側の位置に固定されており、各炉内加熱ヒータ１０は、加熱処理空間ＳＰ内において開閉蓋部３側に向けて突出して設けられている。しかも、各炉内加熱ヒータ１０は、各炉内循環用モータ１５の出力軸１５Ａの周囲に配置されている。

炉内加熱ヒータ１０は、本体部２内の加熱処理空間ＳＰの全体を、時間をかけてゆっくりと加熱するために配置されており、例えばセラミックヒータやグラスウールヒータ等を用いることができる。炉内加熱ヒータ１０は、加熱処理空間ＳＰを、緩やかに時間をかけて、例えば１時間〜２時間をかけて、所定の温度に加熱することができる。

図１と図３に示すように、２つの炉内循環用モータ１５の出力軸１５Ａは、加熱処理空間ＳＰ内において開閉蓋部３側に向けて突出して設けられており、出力軸１５Ａの先端部には、炉内循環用ファン１１が取り付けられている。これにより、炉内循環用モータ１５の出力軸１５Ａとともに炉内循環用ファン１１が回転することにより、炉内循環用ファン１１は、加熱処理空間ＳＰ内の高温の空気を循環させることができる。このため、加熱処理空間ＳＰ内の高温の空気の温度均一性を確保できる。

図３に示す炉内温度調節用温度センサ１２は、加熱処理空間ＳＰ内において、炉内循環用ファン１１や炉内加熱ヒータ１０よりも上部に配置され、加熱処理空間ＳＰ内の全体的な高温の空気の温度を測定する第１温度センサである。

図２と図３に示すように、試料台１４は、加熱処理空間ＳＰ内において底面部２Ｂの内面２Ｓに置かれている。この試料台１４の上には、加熱処理対象物として、各種の部品、例えば複数枚の回路基板Ｇが立てた状態で置けるようになっている。高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理する際に回路基板Ｇを急激に加熱することで、熱による回路基板Ｇの劣化や特性や、接着剤等の劣化や特性を試験することができる。

図３に示すように、各反射板１３は、加熱処理空間ＳＰ内において上面部２Ａの内面２Ｗに固定されている。反射板１３は、断面半円形状に形成されており、反射板１３の中央位置には、カーボンヒータ２０が配置されている。このカーボンヒータ２０は、図２に示すように、加熱処理空間ＳＰのほぼ全域にわたって配置されている。

これにより、カーボンヒータ２０が発生する熱は、反射板１３により反射して加熱処理空間ＳＰ内の加熱処理対象物である複数枚の回路基板Ｇに放射されることにより、加熱処理空間ＳＰの空気と、加熱処理空間ＳＰ内の複数枚の回路基板Ｇを急激に加熱することができるようになっている。

図３に示すカーボンヒータ温度調節用温度センサ１６は、加熱処理空間ＳＰ内に配置される加熱処理対象物としての複数枚の回路基板Ｇの近傍に適宜設置することができる第２温度センサである。これにより、カーボンヒータ温度調節用温度センサ１６は、加熱処理対象物を高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理する際の加熱処理対象物の温度を検知して、その検知した温度信号に基づいて、カーボンヒータ２０による加熱温度を調節するのに用いることができる。

図１と図３に示す風案内部材１７は、炉内循環用ファン１１が発生する炉内循環風を、図１に示す送風方向ＦＦに沿って（開閉蓋部３方向に向けて）分散して均等に送るために設けられている。これにより、加熱処理対象物としての複数枚の回路基板Ｇの加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、加熱処理空間ＳＰ内（炉内）の温度変動が少なくして、高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

上述したカーボンヒータ２０は、通電時の発熱量が、通常のセラミックヒータやランプヒータ等の発熱量に比べて大きくでき、急激に上げることができるので、加熱処理空間ＳＰにおいて、炉内加熱ヒータ１０と併せて用いられ、加熱処理空間ＳＰ内の加熱処理対象物である複数枚の回路基板Ｇを高速（急激）に加熱することで、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、高速加熱ストレスの付与処理や高速乾燥処理を行うことができる。

ここで、図２と図３に示すカーボンヒータ２０について説明する。

カーボンヒータ２０は、遠赤外線カーボンヒータであり、遠赤外線カーボンヒータの中でも、高効率で高速応答性を実現したピュアタンヒータ（商品名）を採用できる。このピュアタンヒータは、炭素純度９９．８％の繊維状の薄板を特殊な技術でカーボンフィラメントに加工して、アルゴンガス等の不活性ガスとともに石英ガラス管内に封入することで構成されたヒータである。

カーボンヒータ２０としてのピュアタンヒータは、次のような利点を有する。ピュアタンヒータの素材としては繊維質材を用いているので、焼結タイプよりも弾力があり、曲げ強度に強い。ピュアタンヒータの発熱体は、純度の高い炭素質であるために、フィラメントの抵抗値が長期にわたり安定し、消費電力の変化が少ない。発熱体（フィラメント）は、電源投入から数秒から１０秒でフルパワーに立ち上がり、予熱の必要が無く待機時間を大幅に短縮できる。カーボンヒータ２０は、電源投入から数秒〜１０秒で、高速（急激、急速）に加熱することができる。ピュアタンヒータの発熱体は、平角状薄板であり発熱面積が大きく均一なために、熱放射特性が安定しており、加熱効率のアップが図れる。カーボン薄板のスリットの入れ方で抵抗値の調整が可能であるので、消費電力の融通性が広がり、発熱体の温度分布を自由に設定できる。光による赤外線・輻射加熱のために、加熱処理空間ＳＰ内（炉内）の空気を汚さない。

このカーボンヒータ２０は、炉内加熱ヒータ１０と併せて、熱風循環炉である加熱処理空間ＳＰ内において用いられているので、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、炉内の温度変動が少なく、加熱処理対象物に対する高速加熱ストレスの付与処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

図４は、高速加熱試験装置１の制御部１００と、各要素との電気接続例を示すブロック図である。

図４に示すように、制御部１００は、炉内加熱ヒータ１０と、炉内温度調節用温度センサ１２と、カーボンヒータ２０と、カーボンヒータ温度調節用温度センサ１６と、炉内循環用モータ１５に電気的に接続されている。制御部１００は、炉内加熱ヒータ１０と、カーボンヒータ２０にそれぞれ通電することで発熱させる。制御部１００は、炉内温度調節用温度センサ１２から、加熱処理空間ＳＰ内の温度信号Ｓ１を得ることで、炉内加熱ヒータ１０に対する通電を制御して、加熱処理空間ＳＰ内の温度を調節する。

また、制御部１００は、カーボンヒータ温度調節用温度センサ１６から、加熱処理対象物を高速加熱ストレス処理や乾燥処理する際の加熱処理対象物の付近の温度を検知して得られる温度信号Ｓ２に基づいて、カーボンヒータ２０への通電量を調節して、カーボンヒータ２０による加熱処理対象物の急速加熱温度を調節する。

次に、図１から図３を参照して、高速加熱試験装置１により、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速（急激）に行う動作を説明する。

使用者は、図１に示す開閉ハンドル５を回転操作して、開閉蓋部３を開けて、加熱処理対象物として例えば複数枚の回路基板Ｇを、加熱処理空間ＳＰ内の試料台１４の上に配置し、開閉ハンドル５を回転操作して開閉蓋部３を閉じる。

使用者が、図２に示す電源ボタン２Ｐを押すと、図４に示す制御部１００は、複数の炉内加熱ヒータ１０と、複数のカーボンヒータ２０と、炉内循環用モータ１５に通電する。このため、複数の炉内加熱ヒータ１０は、加熱処理空間ＳＰの全体を緩やかに予め定めた温度まで加熱する。炉内加熱ヒータ１０の加熱に併せて、複数のカーボンヒータ２０は、加熱処理空間ＳＰ内を急激に、予め定めたより高温度まで加熱する。複数のカーボンヒータ２０が発生する熱は、反射板１４により反射されて加熱処理空間ＳＰ内に放射されることにより、加熱処理空間ＳＰの空気と、加熱処理空間ＳＰ内の回路基板Ｇを高速（急激）に加熱する。

しかも、炉内循環用モータ１５は、２つの炉内循環用ファン１１を回転させるので、炉内循環用ファン１１は、図１と図３に示す風案内部材１７を通じて、加熱処理空間ＳＰ内の空気を、炉内循環風として、図１に示す送風方向ＦＦに沿って（開閉蓋部３方向に向けて）送ることができる。このため、加熱処理空間ＳＰ内の温度の均一性を確保することができる。

このように、複数の炉内加熱ヒータ１０は、加熱処理空間ＳＰの全体を加熱するとともに、複数のカーボンヒータ２０を併用することで、複数のカーボンヒータ２０は、加熱処理空間ＳＰ内の加熱処理対象物である複数枚の回路基板Ｇを高速（急激）に加熱することができる。

複数のカーボンヒータ２０が発生する熱は、反射板１４により反射されて加熱処理空間ＳＰ内に放射されることにより、加熱処理空間ＳＰ内の複数枚の回路基板Ｇを高速（急激）に加熱できるので、加熱処理対象物である例えば回路基板Ｇの加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、回路基板Ｇに対して加熱ストレスを与えることができる。高速加熱試験装置１の加熱処理空間ＳＰ内の温度変動が少なくして、高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

上述したように、高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物に対して高速で熱をかけて加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、加熱処理空間ＳＰ内の温度変動が少なく、温度均一性を必要とする高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる。
［第２実施形態］
図５は、本発明の高速加熱試験装置の第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態の高速加熱試験装置１は、真空圧化で高速加熱が可能な真空炉である。

図５に示すように、高速加熱試験装置１の制御部１００は、真空ポンプのような真空吸引部５０に接続されている。この真空吸引部５０は、制御部１００の指令により動作することにより、図５に示す高速加熱試験装置１の本体部２の加熱処理空間ＳＰ内の空気を吸引して真空状態にすることができる。

すなわち、高速加熱試験装置１は、加熱処理空間ＳＰを真空状態にして、熱処理対象物である例えば回路基板Ｇの加熱特性評価や乾燥処理等を行うための真空炉として用いることができる。この場合には、高速加熱試験装置１の本体部２と開閉蓋部３には、真空状態を保持できるように気密部材を装着している。

第２実施形態の高速加熱試験装置１では、第１実施形態の高速加熱試験装置１の場合と同様に、複数の炉内加熱ヒータ１０は、加熱処理空間ＳＰの全体を加熱するとともに、複数のカーボンヒータ２０を併用することで、複数のカーボンヒータ２０は、加熱処理空間ＳＰ内の複数枚の回路基板を高速（急激）に加熱することができる。第２実施形態の高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物に対して高速で熱をかけて加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を行う際に、加熱処理空間ＳＰ内の温度変動が少なく、温度均一性を必要とする高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。

上述したように、本発明の実施形態の高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物に高速で加熱を行うことで、加熱処理対象物の加熱試験を行う高速加熱試験装置であって、加熱処理対象物を収容する加熱処理空間を有する本体部と、本体部に取り付けられて、加熱処理空間を加熱する炉内加熱用ヒータと、本体部に取り付けられて、加熱処理空間を急激に加熱するカーボンヒータと、を備える。

これにより、加熱処理空間を加熱する炉内加熱用ヒータに併せて、加熱処理空間を急激に加熱するカーボンヒータを備えているので、カーボンヒータは加熱処理対象物を高速で加熱できるので、加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる。

また、高速加熱試験装置１では、カーボンヒータが発生する熱を、加熱処理空間内の加熱処理対象物へ反射する反射部材を備える。これにより、カーボンヒータが発生する熱は、反射部材を用いて加熱処理対象物へ付与できることから、カーボンヒータは加熱処理対象物を高速で加熱できる。

高速加熱試験装置１は、加熱処理空間内の空気を循環させるファンを備える。これにより、ファンは、加熱処理空間内の空気を循環させることができるので、熱風循環炉である加熱処理空間内の温度変動が少なく、温度均一性を必要とする高速加熱ストレス処理や高速乾燥処理を、温度均一性を保ちながら行うことができる。高速加熱試験装置１は、加熱処理対象物に対して急激に加熱をして加熱処理対象物の加熱特性評価や乾燥処理等を高速に行うことができる。

高速加熱試験装置１は、加熱処理空間内の温度を検知する第１温度センサと、加熱処理空間内における加熱処理対象物の近傍の温度を検知する第２温度センサと、を有する。これにより、第１温度センサは加熱処理空間内の温度を検知することで、加熱処理空間内の温度の管理ができ、第２温度センサは加熱処理対象物の近傍の温度を検知することで、加熱処理対象を高速で加熱をする際の温度の管理ができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、各実施形態は一例であり、特許請求の範囲に記載される発明の範囲は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更できるものである。

熱処理対象物としての回路基板Ｇは、一例であり、種々のものを熱処理対象物とすることができる。

１ 高速加熱試験装置
２ 本体部
３ 開閉蓋部
５ 開閉ハンドル
１０ 炉内加熱用ヒータ
１１ 炉内循環用ファン
１２ 炉内温度調節用温度センサ（第１温度センサ）
１３ 反射板
１４ 試料台
１５ 炉内循環用モータ
１６ カーボンヒータ温度調節用温度センサ（第２温度センサ）
１７ 風案内部材
２０ カーボンヒータ
Ｇ 回路基板（加熱処理対象物の一例）
ＳＰ 加熱処理空間

Claims (4)

1. 加熱処理対象物に加熱をすることで、前記加熱処理対象物の加熱試験を行う高速加熱試験装置であって、
   前記加熱処理対象物を収容する加熱処理空間を有する本体部と、
   前記本体部に取り付けられて、前記加熱処理空間を加熱する炉内加熱用ヒータと、
   前記本体部に取り付けられて、前記加熱処理空間を急激に加熱するカーボンヒータと、
   を備えることを特徴とする高速加熱試験装置。
2. 前記カーボンヒータが発生する熱を、前記加熱処理空間内の前記加熱処理対象物へ反射する反射部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の高速加熱試験装置。
3. 前記加熱処理空間内の空気を循環させるファンを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の高速加熱試験装置。
4. 前記加熱処理空間内の温度を検知する第１温度センサと、
   前記加熱処理空間内における前記加熱処理対象物の近傍の温度を検知する第２温度センサと、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高速加熱試験装置。

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