JP2019079607A - 加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの搬入・搬出が容易で、ワークを目標温度に保つことが容易な加熱処理装置を提供する。【解決手段】加熱処理装置は、ワーク２００を載置するレール１００ａ，１００ｂと、直線型加熱ヒータ１０１と、直線型加熱ヒータ１０１を収容するハウジング１０４と、ハウジング１０４がレール１００ａ，１００ｂの上方に位置するように支持する支持部材１０８ａ，１０８ｂを備える。支持部材１０８ａ，１０８ｂは、直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱を受ける側に反射部となる壁面１０６ａ，１０６ｂを有し、ハウジング１０４とレール１００ａ，１００ｂとを機械的および熱的に結合する。加熱処理装置の電力制御部は、温度センサによって測定されたワーク２００の温度と予め設定された目標温度とに基づいて、直線型加熱ヒータ１０１に供給する電力を制御する。【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品等のワークを加熱する加熱処理装置に関するものである。

各種の電子部品などのワークを例えば電子機器又は基板に熱接着するための直線型加熱ヒータを有し、この加熱ヒータからのエネルギ強度を均等に調整して出力せしめることにより複数のワークを均等な加熱条件下で同時に熱接着するようにした直線型熱接着装置が考案されており、その代表的な構成が特許文献１に開示されている。図７は特許文献１に開示された直線型熱接着装置の略図的説明図である。

特許文献１に開示された直線型熱接着装置では、ヒータホルダ１に固定設置された直線型ハロゲンヒータである加熱ヒータ１２の上方に、加熱ヒータ１２を覆うように光量調整チャンバ１４が設置されている。この光量調整チャンバ１４には、天井部に、熱接着される対象である複数のワークを嵌合保持するための複数の開口４３〜４５が設けられており、各開口４３，４４，４５から加熱ヒータ１２の上部空間まで光量調整板１７〜２０に囲まれた通路４０〜４２，５３〜５５が形成されている。加熱ヒータ１２からの放射熱は、これら通路４０〜４２，５３〜５５を光量調整板１７〜２０の内壁面を反射しながらワークの下面へと伝わって、ワークを加熱するようになっている。そして、各光量調整板１７〜２０の角度や各通路４０〜４２，５３〜５５の断面積を調整することで、各ワークの下面に伝わる放射熱が均等になるように計られている。

しかしながら、特許文献１に開示された直線型熱接着装置には以下の問題点があった。
（１）ワークが光量調整チャンバ１４の天井の開口４３〜４５に装着されるため、加熱ヒータ１２からの放射熱を受けるワーク下面以外のワーク表面は光量調整チャンバ１４の外部の外気に晒されることになるので、外気温度の影響を受けてしまい、ワークを目標温度に保つことが難しい。
（２）大量のワークを１台の熱接着装置を使って処理する場合、処理済みのワークを光量調整チャンバ１４の天井の開口４３〜４５から取り外して、新たなワークを開口４３〜４５に装着しなければならず、ワークの搬入・搬出作業が煩わしい。

特開２００８−２２６７６１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ワークの搬入・搬出が容易で、ワークを目標温度に保つことが容易な加熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の加熱処理装置は、加熱対象のワークを載置するレールと、前記ワークの上方空間に配置された直線型加熱ヒータと、前記直線型加熱ヒータの延伸方向に沿って配置され、前記直線型加熱ヒータからの放射熱の反射部となる第１の壁面を有し、この第１の壁面で囲まれた第１の空間内に前記直線型加熱ヒータを収容するハウジングと、前記レール上のワークを囲むように前記延伸方向に沿って配置され、前記ハウジングが前記レールの上方に位置するように支持する支持部材と、前記ワークの温度を測定する温度センサと、この温度センサによって測定されたワークの温度と予め設定された目標温度とに基づいて、前記直線型加熱ヒータに供給する電力を制御する電力制御部とを備え、前記支持部材は、前記直線型加熱ヒータからの放射熱を受ける側にこの放射熱の反射部となる第２の壁面を有し、この第２の壁面と前記ハウジングと前記レールとにより前記ワークを収容する第２の空間を形成し、前記ハウジングと前記レールとを機械的および熱的に結合することを特徴とするものである。

また、本発明の加熱処理装置の１構成例において、前記温度センサは、前記レールに装着され、前記電力制御部は、前記温度センサによって測定されたレールの温度を前記ワークの温度として取得することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱処理装置の１構成例において、前記ワークは、前記レール上を摺動可能なトレイの上に載置され、前記温度センサは、前記トレイに装着され、前記電力制御部は、前記温度センサによって測定されたトレイの温度を前記ワークの温度として取得することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱処理装置の１構成例において、前記ハウジングの第１の壁面は、前記延伸方向と垂直な断面が半楕円の形状で、前記直線型加熱ヒータは、前記半楕円の焦点に位置するように配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱処理装置の１構成例は、前記第２の空間内に前記直線型加熱ヒータの延伸方向に沿って配置され、前記第２の壁面と向かい合う、前記直線型加熱ヒータからの放射熱の反射部となる第３の壁面を有する反射部材をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱処理装置の１構成例において、前記ワークは、前記レールの一方の側から前記第２の空間内に搬入され、前記レールの他方の側から搬出されることを特徴とするものである。

本発明によれば、レールと直線型加熱ヒータとハウジングと支持部材と温度センサと電力制御部とを設けることにより、ワークの搬入・搬出が容易で、ワークを目標温度に保つことが容易な加熱処理装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施例に係る加熱処理装置の斜視図である。 図２は、本発明の実施例に係る加熱処理装置の断面図である。 図３は、本発明の実施例に係る加熱処理装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施例に係る加熱処理装置のコントローラと電力調整器の動作を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の実施例におけるワークの温度変化の１例を示す図である。 図６は、本発明の実施例に係る加熱処理装置のコントローラを実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。 図７は、従来の直線型熱接着装置の略図的説明図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る加熱処理装置の斜視図、図２は図１の加熱処理装置をＸＺ平面で切断した断面図である。なお、図１では、記載を容易にするため、後述する支持部材を片側のみ記載し、またワークとワークを載せるトレイについても片側のみ記載している。

加熱処理装置は、加熱対象の電子部品等のワーク２００を載置するステンレス等の金属からなるレール１００ａ，１００ｂと、ワーク２００の上方空間に配置される直線型ランプヒータからなる直線型加熱ヒータ１０１と、直線型加熱ヒータ１０１の延伸方向（Ｙ方向）に沿って配置され、直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱の反射部となる内壁面１０２（第１の壁面）を有し、この内壁面１０２で囲まれた空間１０３（第１の空間）内に直線型加熱ヒータ１０１を収容するステンレス等の金属からなるハウジング１０４と、ハウジング１０４を冷却するための金属製のヒートシンク１０５と、レール１００ａ，１００ｂ上のワーク２００を囲むようにＹ方向に沿って配置され、ハウジング１０４がレール１００ａ，１００ｂの上方に位置するように支持し、ハウジング１０４とレール１００ａ，１００ｂとを機械的および熱的に結合するステンレス等の金属からなる支持部材１０８ａ，１０８ｂと、Ｙ方向に沿って配置され、空間１０７側の壁面１０９ａ，１０９ｂ（第３の壁面）が直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱の反射部となるように、レール１００ａと１００ｂの間に配置されたステンレス等の金属からなる反射部材１１０とを備えている。

次に、本実施例の加熱処理装置の構成について詳細に説明する。レール１００ａは、Ｙ方向に沿って平行に配置された２本の棒状の部材１００ａ−１，１００ａ−２からなる。同様に、レール１００ｂは、Ｙ方向に沿って平行に配置された２本の棒状の部材１００ｂ−１，１００ｂ−２からなる。

このような２列のレール１００ａ，１００ｂの上にワーク２００が載置される。図１、図２の例では、ステンレス等の金属からなるトレイ２０１の上に複数（図１の例では５個）のワーク２００が載置され、このトレイ２０１がレール１００ａ，１００ｂの上に載置されるようになっている。トレイ２０１は、レール１００ａ，１００ｂの上を滑り、Ｙ方向に移動できるようになっている。

なお、本実施例では、例えば数ｍｍ角程度の微小なワーク２００を想定しているため、トレイ２０１を介してワーク２００をレール１００ａ，１００ｂ上に載置しているが、ワーク２００を直接レール１００ａ，１００ｂ上に載置してもよいことは言うまでもない。

上記のとおり、直線型加熱ヒータ１０１は、ハウジング１０４の内壁面１０２で囲まれた空間１０３内に収容される。ハウジング１０４の内壁面１０２は、Ｙ方向と垂直な断面が略半楕円の形状を有する。直線型加熱ヒータ１０１は、Ｙ方向の両端がハウジング１０４に固定される。また、この固定部分を介して電源（不図示）から直線型加熱ヒータ１０１に電力が供給され、直線型加熱ヒータ１０１が発熱するようになっている。また、直線型加熱ヒータ１０１は、半楕円の内壁面１０２の一方の焦点に位置するように固定される。

支持部材１０８ａ，１０８ｂは、直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱を受ける側の平面状の壁面１０６ａ，１０６ｂ（第２の壁面）がワーク２００の高さ方向（Ｚ方向）に対して傾きを有するように、下部がレール１００ａ，１００ｂに固定され、上部がハウジング１０４に固定されている。これにより、ハウジング１０４は、ワーク２００の上方に位置するように支持される。また、ハウジング１０４と支持部材１０８ａ，１０８ｂとレール１００ａ，１００ｂとによって囲まれた空間１０７（第２の空間）が形成される。この空間１０７内にワーク２００が収容される。壁面１０６ａ，１０６ｂの傾きは、ワーク２００の目標温度に応じて適宜設定される。

上記のとおり、直線型加熱ヒータ１０１がハウジング１０４の半楕円の内壁面１０２の一方の焦点に位置するように固定されるので、直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱は前記半楕円の他方の焦点に集まるようにハウジング１０４の内壁面１０２によって反射される。

この半楕円の他方の焦点付近には、Ｙ方向と垂直な断面が上に凸の逆Ｖ字形の反射部材１１０が配置されている。反射部材１１０は、下部がレール１００ａ，１００ｂに固定されている。反射部材１１０のワーク２００側の平面状の壁面１０９ａ，１０９ｂは、Ｚ方向に対して傾きを有し、支持部材１０８ａ，１０８ｂの壁面１０６ａ，１０６ｂと向かい合うようになっている。壁面１０９ａ，１０９ｂの傾きは、ワーク２００の目標温度に応じて適宜設定される。

直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱は、この反射部材１１０の壁面１０９ａ，１０９ｂによって反射され、この壁面１０９ａ，１０９ｂと向かい合う支持部材１０８ａ，１０８ｂの壁面１０６ａ，１０６ｂによって再び反射される。こうして、反射部材１１０の壁面１０９ａ，１０９ｂと支持部材１０８ａ，１０８ｂの壁面１０６ａ，１０６ｂとの間で多重反射を繰り返すことにより、直線型加熱ヒータ１０１からの放射熱がワーク２００に伝わるようになっている。

本実施例では、一度に加熱処理できるワーク２００の量を増やすためと、ワーク２００に与える熱量を適切に設定するため、レール１００ａ，１００ｂを２列設けている。そして、本実施例では、直線型加熱ヒータ１０１とワーク２００との距離、直線型加熱ヒータ１０１に供給する電力、壁面１０６ａ，１０６ｂ，１０９ａ，１０９ｂの傾き、ハウジング１０４の内壁面１０２の反射率、および壁面１０６ａ，１０６ｂ，１０９ａ，１０９ｂの反射率等を適宜設定することにより、各ワーク２００に伝わる放射熱が均等になるように設計することができ、ワーク２００を目標温度に保つことができる。

また、本実施例では、放射およびハウジング１０４からの熱伝導によって支持部材１０８ａ，１０８ｂに与えられた熱は、支持部材１０８ａ，１０８ｂ中を伝わる熱伝導によりレール１００ａ，１００ｂに移動し、トレイ２０１を介してワーク２００に伝わる。したがって、本実施例では、放射によって加熱されるワーク２００の上側と反対側の下側を、レール１００ａ，１００ｂからの熱伝導によって加熱することができ、外気による影響を抑えることができるので、ワーク２００を目標温度に保つことができる。

未処理のワーク２００が載置されたトレイ２０１は、例えば図１の右側から空間１０７内のレール１００ａ，１００ｂ上に搬入される。個々のワーク２００は、それぞれ複数の部品からなり、これら複数の部品間に加熱硬化型の接着剤が予め塗布されている。このワーク２００を加熱することにより、接着剤が硬化し、複数の部品が接着される。加熱処理済みのワーク２００が載置されたトレイ２０１は、レール１００ａ，１００ｂ上をＹ方向に移動し、空間１０７内から例えば図１の左側へ搬出される。

以上の構造により、本実施例では、ワーク２００の搬入・搬出が容易で、ワーク２００を目標温度に保つことが容易な加熱処理装置を実現することができるが、レール１００ａ，１００ｂからの熱伝導によってワーク２００を加熱するようにしたため、直線型加熱ヒータ１０１に供給する電力を常に一定にした場合、ワーク２００の温度が許容可能な目標温度の範囲を逸脱して、高くなり過ぎる可能性がある。そこで、本実施例では、ワーク２００の温度をより精密に制御する構成を導入する。

図３は本実施例の加熱処理装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。本実施例では、レール１００ａ，１００ｂのうちどちらか一方に温度センサ３００を取り付け、この温度センサ３００が測定するレール１００ａ，１００ｂの温度をワーク２００の温度として取得する。ここでは、レール１００ｂの最も温度が高い位置に温度センサ３００を取り付けている。

このように温度センサ３００をレール１００ｂ側に１箇所だけ設置すると、レール１００ａ上に載置されたワーク２００の温度を取得することはできないが、各ワーク２００の温度が均等になるように、図１、図２で説明した構造を設計・製造しておくことにより、レール１００ａ上に載置されたワーク２００の温度とレール１００ｂ上に載置されたワーク２００の温度とを略等しくすることができる。これにより、温度センサ３００を１箇所のみ設置した場合でも、レール１００ａ，１００ｂ上に載置された各ワーク２００の温度を目標温度に制御することが可能となる。

コントローラ３０１と電力調整器３０２とは電力制御部３０４を構成している。コントローラ３０１は、温度センサ３００によって測定されたワーク２００の温度と予め設定された目標温度とが一致するように制御出力値（操作量）を出力する。
電力調整器３０２は、電源３０３から直線型加熱ヒータ１０１に供給される電流を、コントローラ３０１からの制御出力値に応じて調整することにより、直線型加熱ヒータ１０１に供給する電力を制御する。

図４はコントローラ３０１と電力調整器３０２の動作を説明するフローチャートである。コントローラ３０１は、ワーク２００の温度制御の開始時に、制御出力値の初期値を出力する（図４ステップＳ１）。電力調整器３０２は、制御出力値の初期値に応じた電流を直線型加熱ヒータ１０１に出力する（図４ステップＳ２）。

次に、コントローラ３０１は、温度センサ３００によって測定されたワーク２００の温度測定値ＰＶを取得する（図４ステップＳ３）。コントローラ３０１は、取得した温度測定値ＰＶと予め設定された目標温度ＳＰ（許容可能な最高温度）とを比較し（図４ステップＳ４）、温度測定値ＰＶが目標温度ＳＰ以上の場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、温度を下げることを指令する制御出力値を出力する（図４ステップＳ５）。この制御出力値に応じて、電力調整器３０２は、直線型加熱ヒータ１０１に出力する電流を所定幅だけ減らす（図４ステップＳ６）。
コントローラ３０１と電力調整器３０２とは、ワーク２００の温度制御が終了するまで、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を制御周期毎に実行する。

図５はワーク２００の温度変化の１例を示す図である。本実施例では、図５の例のようにワーク２００の温度が目標温度ＳＰに達した時点で、直線型加熱ヒータ１０１に供給する電流を減らすことにより、ワーク２００の温度を目標温度ＳＰ（許容可能な最高温度）以下に制御することができる。

なお、本実施例では、温度測定値ＰＶが目標温度ＳＰ以上の場合についてのみ説明しているが、例えば温度測定値ＰＶが目標温度ＳＰよりも低く、目標温度ＳＰと温度測定値ＰＶとの偏差ＳＰ−ＰＶが一定値以上の場合に、コントローラ３０１が、温度を上げることを指令する制御出力値を出力し、この制御出力値に応じて、電力調整器３０２が、直線型加熱ヒータ１０１に出力する電流を所定幅だけ増やすようにしてもよい。
また、コントローラ３０１は、温度測定値ＰＶと目標温度ＳＰとが一致するように制御出力値（操作量）を演算してもよい。このような制御演算のアルゴリズムとしては例えばＰＩＤがある。

また、本実施例では、ワーク２００やトレイ２０１に温度センサを取り付けることが不可能な場合を想定しているため、レール１００ｂに温度センサ３００を取り付けているが、ワーク２００に温度センサを取り付けることが可能で、温度センサの測定値を取得することが可能な場合には、この温度センサの測定値を上記のＰＶとして使用すればよい。また、ワーク２００自身が元来温度センサを搭載していて、この温度センサの測定値を取得することが可能な場合には、ワーク２００の温度センサの測定値をそのまま上記のＰＶとして使用すればよい。

また、ワーク２００を載せる金属製のトレイ２０１に温度センサを取り付けることが可能で、この温度センサの測定値を取得することが可能な場合には、トレイ２０１の温度をワーク２００の温度として取得してもよい。この場合、例えばトレイ２０１の温度センサと電気的に接続された接点を、周囲のトレイ２０１と電気的に絶縁された状態でトレイ２０１の下面に設けると共に、コントローラ３０１と電気的に接続された接点を、周囲のレール１００ｂと電気的に絶縁された状態でレール１００ｂ上面の所定の位置（例えばレール１００ｂの最も温度が高い位置）に設ける。これにより、ワーク２００を載せたトレイ２０１がレール１００ｂ上の所定の位置に到達すると、トレイ２０１側の接点とレール１００ｂ側の接点とが接触することで、トレイ２０１の温度センサの測定値を取得することができる。

また、図１、図２では図示していないが、未処理のワーク２００が載置されたトレイ２０１を例えば図１の右側から空間１０７内のレール１００ａ，１００ｂ上に自動的に搬入する搬入装置と、レール１００ａ，１００ｂ上の、ワーク２００が載置されたトレイ２０１をＹ方向に自動的に移動させる搬送装置と、加熱処理済みのワーク２００が載置されたトレイ２０１を空間１０７内から例えば図１の左側へ自動的に搬出する搬出装置とを、加熱処理装置に設けるようにしてもよい。

本実施例で説明したコントローラ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図６に示す。コンピュータは、ＣＰＵ３１０と、記憶装置３１１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）３１２とを備えている。Ｉ／Ｆ３１２には、温度センサ３００と電力調整器３０２が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の温度制御を実現させるためのプログラムは記憶装置３１１に格納される。ＣＰＵ３１０は、記憶装置３１１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、加熱処理装置に適用することができる。

１００ａ，１００ｂ…レール、１０１…直線型加熱ヒータ、１０４…ハウジング、１０５…ヒートシンク、１０８ａ，１０８ｂ…支持部材、１１０…反射部材、２００…ワーク、２０１…トレイ、３００…温度センサ、３０１…コントローラ、３０２…電力調整器、３０３…電源、３０４…電力制御部。

Claims (6)

1. 加熱対象のワークを載置するレールと、
   前記ワークの上方空間に配置された直線型加熱ヒータと、
   前記直線型加熱ヒータの延伸方向に沿って配置され、前記直線型加熱ヒータからの放射熱の反射部となる第１の壁面を有し、この第１の壁面で囲まれた第１の空間内に前記直線型加熱ヒータを収容するハウジングと、
   前記レール上のワークを囲むように前記延伸方向に沿って配置され、前記ハウジングが前記レールの上方に位置するように支持する支持部材と、
   前記ワークの温度を測定する温度センサと、
   この温度センサによって測定されたワークの温度と予め設定された目標温度とに基づいて、前記直線型加熱ヒータに供給する電力を制御する電力制御部とを備え、
   前記支持部材は、前記直線型加熱ヒータからの放射熱を受ける側にこの放射熱の反射部となる第２の壁面を有し、この第２の壁面と前記ハウジングと前記レールとにより前記ワークを収容する第２の空間を形成し、前記ハウジングと前記レールとを機械的および熱的に結合することを特徴とする加熱処理装置。
2. 請求項１記載の加熱処理装置において、
   前記温度センサは、前記レールに装着され、
   前記電力制御部は、前記温度センサによって測定されたレールの温度を前記ワークの温度として取得することを特徴とする加熱処理装置。
3. 請求項１記載の加熱処理装置において、
   前記ワークは、前記レール上を摺動可能なトレイの上に載置され、
   前記温度センサは、前記トレイに装着され、
   前記電力制御部は、前記温度センサによって測定されたトレイの温度を前記ワークの温度として取得することを特徴とする加熱処理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加熱処理装置において、
   前記ハウジングの第１の壁面は、前記延伸方向と垂直な断面が半楕円の形状で、
   前記直線型加熱ヒータは、前記半楕円の焦点に位置するように配置されることを特徴とする加熱処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱処理装置において、
   前記第２の空間内に前記直線型加熱ヒータの延伸方向に沿って配置され、前記第２の壁面と向かい合う、前記直線型加熱ヒータからの放射熱の反射部となる第３の壁面を有する反射部材をさらに備えることを特徴とする加熱処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加熱処理装置において、
   前記ワークは、前記レールの一方の側から前記第２の空間内に搬入され、前記レールの他方の側から搬出されることを特徴とする加熱処理装置。

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