JP3495205B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱ワーク、例
えばプリント配線板に赤外線を照射するとともに、熱風
を吹き付けて加熱を行う加熱装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】被加熱ワークはその材質や色調等により
赤外線吸収率や熱風から被加熱ワークへの熱伝導率が異
なり、種々の材質や色調等からなる被加熱ワークを均一
に加熱するためには、赤外線照射と熱風吹き付けとを併
用するとよいことが知られている。 【０００３】例えば、被加熱ワークとして多様な電子部
品を搭載したプリント配線板の被はんだ付け部を一括し
てリフローはんだ付けを行う場合には、各電子部品ごと
に材質や色調が異なるために、これらを均一に加熱して
はんだ付け性を向上させるため赤外線加熱と熱風加熱と
が併用されている。 【０００４】図７は、従来の「リフロー半田付け装置」
の要部を示す断面図で、実公平３−１５２５４号公報か
らの抜粋である。 【０００５】すなわち、この図において、１はプリント
配線板、２は機体（炉体）の一部を示す。３はハウジン
グ、４は搬送コンベア、５は断面が「コ」の字状の整流
枠で、これらの整流枠５を配列して各整流枠５間にそれ
ぞれスリット状のノズル６を形成し、この整流枠５内に
遠赤外線ヒータ７を配設した構成である。そして、モー
タ８に駆動されたファン９から送風された雰囲気はフィ
ンヒータ１０によって加熱された後に前記のスリット状
のノズル６から吹き出し、搬送コンベア４で搬送される
プリント配線板１に吹き付けられる。また、各整流枠内
５に設けたそれぞれの遠赤外線ヒータ７から放射された
遠赤外線も併せてプリント配線板１に照射される。 【０００６】これにより、プリント配線板１に赤外線の
照射と熱風の吹き付けが併せて行われるようになる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術においては、スリット状のノズル６から吹き出す熱風
がプリント配線板１の一部の領域、すなわちノズル６の
下部に位置する部分にのみ集中して速い流速で吹き付け
られ、その他の部分には非常に低速の熱風しか吹き付け
られない。そのため、プリント配線板１の加熱プロファ
イルを測定すると、加熱温度にリップル、すなわち小刻
みな温度変動（脈動）を生じてプリント配線板１の温度
が不安定に上昇する問題がある。 【０００８】すなわち、赤外線ヒータ７から放射される
赤外線は広範囲に放射されるのに対して、熱風はスリッ
ト状のノズル６の下方方向にのみ吹き出し、スリット状
のノズル６の下部をプリント配線板１が通過する時にの
み熱風による温度上昇が現れるからである。 【０００９】本発明の目的は、赤外線加熱と熱風加熱と
を併用する場合においても、熱風を被加熱ワークに均一
に吹き付けることができるようにするとともに、赤外線
加熱の効率を一層向上させた加熱装置を実現することに
ある。 【００１０】ヒータ表面に伝熱性のセメントを塗布した
棒状の赤外線ヒータユニットを複数個整列して配置し、
前記各赤外線ヒータユニットの間に雰囲気の流れ方向に
前記雰囲気の流路が狭まるスリット状のノズル部とこの
スリット状のノズル部に連設して前記雰囲気の流れ方向
に前記雰囲気の流路が広まるスリット状のホーン部とを
形成して雰囲気を加熱する流路にすると共に前記スリッ
ト状のノズル部とスリット状のホーン部とにケーシング
を施したものである。これにより、ノズル部から吹き出
す熱風をホーン部で放散させ、スリット状のノズル部の
幅に規定されない広い範囲に熱風が吹き出すようにな
る。また、棒状の赤外線各ヒータユニットからは赤外線
が広範囲に照射され、被加熱ワークにむらなく熱風を吹
き付けながら赤外線を照射することができるようにな
る。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明は、次のような形態におい
て実施することができる。 【００１２】赤外線の照射と併せて被加熱ワークに熱風
を吹き付けて加熱を行う加熱装置であって、ヒータ表面
に伝熱性のセメントを塗布した棒状の赤外線ヒータユニ
ットを複数個整列して配置し、前記各赤外線ヒータユニ
ットの間に雰囲気の流れ方向に前記雰囲気の流路が狭ま
るスリット状のノズル部とこのスリット状のノズル部に
連設して前記雰囲気の流れ方向に前記雰囲気の流路が広
まるスリット状のホーン部とを形成して雰囲気を加熱す
る流路にすると共に前記スリット状のノズル部とスリッ
ト状のホーン部とにケーシングを施したものである。 【００１３】これにより、ノズル部から吹き出す熱風が
ホーン部で放散し、ノズルのスリット幅に制限されない
広い範囲に熱風を吹き出すことができる。また、棒状の
赤外線ヒータユニットからは赤外線が広範囲に放射され
る。 【００１４】 【００１５】具体的に説明する。伝熱性のセメントは硬
化性を示す無機材料からなるものであり、その成分とし
ては珪酸ナトリウムおよびグラファイト類からなるもの
が知られている。そして、その自己硬化性によりヒータ
形状を自由に形成することが極めて容易であり、熱伝導
率も大きくヒータの温度変化に対する温度変化の応答性
も極めて優れている。さらに、その成分のグラファイト
類は加熱されると広い波長範囲に亘って豊富な赤外線を
放射する極めて良好な赤外線放射材料で、層の厚い伝熱
性のセメントからは極めて多量の遠赤外線を放射する。 【００１６】そして、スリット状のノズル部とスリット
状のホーン部にケーシングを施すことにより、伝熱性の
セメントから放射される遠赤外線は、ノズル部およびホ
ーン部から吹き出す雰囲気、すなわち、熱風の吹き出し
方向、つまり被加熱ワーク側へ効率よく放射されるよう
になる。 【００１７】これにより、スリット状のノズル部のスリ
ット幅に規定されない広い範囲に熱風を吹き出し、棒状
の赤外線ヒータユニットからは広い波長範囲に亘る多量
の遠赤外線を放射し、被加熱ワークを赤外線と熱風を併
せたことによりむらなく効率よく加熱することができる
ようになる。 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【実施例】次に、本発明による加熱装置の具体例を実施
例で説明する。 【００２１】〈加熱装置を構成するヒータアレイ〉図１
は、本発明の一実施例を示す斜視図で、加熱装置を構成
する棒状の赤外線ヒータユニット（以下、単にヒータユ
ニットという）１１の構成とその配列構造を示す。すな
わち、ヒータユニット１１を整列して配置し、これらの
各ヒータユニット１１間においてスリット状のノズル部
１２とスリット状のホーン部１３を構成させる構造であ
る。 【００２２】ヒータユニット１１は、シーズヒータ１４
の表面に伝熱性のセメント１５を塗布して硬化させたも
のであり、その形状は図１に示すようにヒータユニット
１１の上方側と側方側には頂角１６によって横断面が五
角形状になるように構成してある。 【００２３】本発明者は、既出願の特願平８−１４７２
１号において説明したように、伝熱性のセメントにより
ヒータを構成することにより、優れた加熱特性と製造の
容易性が得られる技術を開発した。 【００２４】すなわち、伝熱性のセメント１５は硬化性
を示す無機材料からなるものであり、その成分としては
珪酸ナトリウム３２％およびグラファイト類６８％から
なるものが知られている。また、その熱伝導率は７〜１
２ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、シーズヒータの外装と
して使用されているステンレスの熱伝導率１４ｋｃａｌ
／ｍｈ℃の１／２以上の値で金属材料と同程度である。 【００２５】そして、伝熱性のセメント１５は、その自
己硬化性によりヒータ形状を自由に形成することが極め
て容易であり、熱伝導率も大きくてヒータの温度変化に
対する温度変化の応答性も極めて優れている（ちなみ
に、遠赤外線放射材料であるセラミックスの熱伝導率
は、その材料にもよるが１ｋｃａｌ／ｍｈ℃前後の値で
あり小さい）。そして、その成分のグラファイト類は遠
赤外線放射セラミックス材料に優るとも劣らない極めて
良好な遠赤外線放射材料で、層の厚い伝熱性のセメント
１５は極めて多量の遠赤外線を放射する。 【００２６】すなわち、このヒータユニット１１により
極めて良好に遠赤外線を放射させることができる。ちな
みに、本実施例では、先に説明した伝熱性のセメント１
５の他に、アルミナを１：１の割合で混合して用いてい
る。これにより、さらにアルミナ自体が備える遠赤外線
放射特性（放射波長スペクトル上の特性）を付加し、総
合放射特性を被加熱ワークの赤外線吸収率に合わせるよ
うに、さらなる考慮を付加している。 【００２７】また、図１にも示すように、ヒータユニッ
ト１１には伝熱性のセメント１５を塗布するとともに、
熱風の流入流路、すなわちスリット状のノズル部１２と
流出経路、すなわちスリット状のホーン部１３とにケー
シング１７を施し、図中の下方側の面、すなわち、ケー
シング１７を施していない下方側の面、つまり、赤外線
放射面１８からは効率よく遠赤外線を放射させることが
できるように構成している。そしてこの整列して配置し
たヒータユニット１１から放射される遠赤外線は、図１
では図示されないプリント配線板等の被加熱ワークに均
一に照射される。 【００２８】また、このケーシング１７は、ヒータユニ
ット１１の機械的強度を向上させ、伝熱性のセメント１
５の保持性を向上させることにも貢献している。 【００２９】なお、赤外線放射面１８を二点鎖線で示す
ように円弧状放射面１８Ａに形成することにより、赤外
線の放射範囲が一層広くなって広い範囲に一層均一に赤
外線を放射し、広い面積の被加熱ワーク例えばプリント
配線板等を一層均一に加熱することができるようにな
る。 【００３０】そして、雰囲気の流れ、すなわち熱風はノ
ズル部１２から吹き出す際にホーン部１３で放散され、
ノズル部１２のスリット幅に規定されない広い範囲に熱
風が吹き出し、図示しない被加熱ワークに均一に吹き付
けられるようになる。 【００３１】図２は、図１のヒータユニット１１をパネ
ル状に構成したヒータアレイの全容を示す斜視図で、ヒ
ータユニット１１をアレイ状に整列して配置したもので
ある。 【００３２】ヒータアレイ２１は、アレイフレーム２２
にシーズヒータ１４を挿通保持させるヒータ挿通孔２３
を設けてある。また各ヒータユニット１１を構成するケ
ーシング１７は当初からアレイフレーム２２に溶接等に
より固定してあり、スリット状のノズル部１２とスリッ
ト状のホーン部１３とがヒータユニット１１のケーシン
グ１７間において形成されている。そして、ヒータ挿通
孔２３にシーズヒータ１４を挿通した後に伝熱性のセメ
ント１５をケーシング１７内に充填し、その後自己硬化
させて構成したものである。 【００３３】また、アレイフレーム２２の図中の上方
側、すなわち、熱風雰囲気が流入する側には多数の孔２
５を設けた整流板２４を設けてある。すなわち、この整
流板２４により熱風雰囲気の流れをヒータアレイ２１全
体に対して均一化するように構成したものである。 【００３４】このように構成することにより、先に説明
したようにパネル状に構成したヒータアレイ２１の図中
に示す下方側に配置させる被加熱ワーク（図示せず）に
豊富な遠赤外線を均一に照射するとともに熱風も均一に
吹き付けられ、遠赤外線と熱風を同時併用した加熱を行
うことができるようになる。 【００３５】〈赤外線ヒータユニットのその他の形状〉
図３は、図１のヒータユニット１１の他の形状を示す斜
視図である。 【００３６】図１および図２においては、ヒータユニッ
ト１１は五角柱の棒状の形状であったが、図３に例示す
るような形状でもよい。 【００３７】すなわち、各棒状の赤外線ヒータユニット
（以下、単にヒータユニットという）３１の頂角１６と
の間にスリット状のノズル部１２とスリット状のホーン
部１３とが形成されるように構成している。図中の上
方、すなわち熱風が流入する側の頂角１６は、各スリッ
ト状のノズル部１２に熱風を導くためのものであり、雰
囲気の流動抵抗を少なくするように構成している。 【００３８】この例では、ヒータユニット３１には頂角
１６が１つしかないが、ホーン部１３を曲面で構成して
その熱風放散作用を良好にすることができる。 【００３９】なお、赤外線放射面１８を、図１と同様に
円弧状の放射面１８Ａに形成することにより、赤外線の
放射範囲を一層広くすることができるので、同様に一層
均一に赤外線を放射することができるようになる。 【００４０】図４（ａ），（ｂ）は、図１のヒータユニ
ット１１のさらに他の形状を示す正面図である。図４
（ａ）はヒータユニットを正面から見た形状が円形の場
合、図４（ｂ）は同じく長円形の場合を示す。 【００４１】図４（ａ）においては、棒状の赤外線ヒー
タユニット３２には図３に示す頂角１６がなく、正面か
ら見て円形に形成した場合を示し、図４（ｂ）において
も棒状の赤外線ヒータユニット３３には図３に示す頂角
１６がなく、正面から見て長円形に形成した場合を示
し、いずれの場合も赤外線放射面１８にはケーシング１
７を施すことなく形成する。また、赤外線放射面１８は
二点鎖線で示すように円弧状放射面１８Ａに形成しても
よい。 【００４２】なお、その他作用については図３の場合と
同一である。 【００４３】〈リフローはんだ付け装置としての構成〉
図５は、図２のヒータアレイ２１を使用した加熱装置の
一例としてリフローはんだ付け装置を示す側断面図であ
る。リフローはんだ付け装置は、電子部品を搭載したプ
リント配線板１等をはんだ付けする際に使用する加熱装
置であり、プリント配線板１の被はんだ付け部に予めは
んだを供給しておき、プリント配線板１を赤外線や熱風
等により加熱してそのはんだを溶融させ、電子部品をプ
リント配線板１にはんだ付けする装置である。 【００４４】図５のリフローはんだ付け装置の例では、
プリント配線板１を保持して矢印Ａ方向に搬送する搬送
コンベア４７に沿って炉体４１を設けてあり、炉体４１
内は昇温部４２が１室および均温部４３が１室からなる
予備加熱部４４と、リフロー部４５の１室を連設して構
成した加熱装置４６である。なお、搬送コンベア４７と
しては、図示はされないが平行２条の搬送チェーンのピ
ン上にプリント配線板１の側端部を載置して保持・搬送
する構成であり、一般的に使用されているものである。 【００４５】そして、昇温部４２の昇温部加熱室４８お
よび均温部４３の均温部加熱室４９には、搬送コンベア
４７を挟んで上下にそれぞれパネルヒータ５０を各２枚
ずつ配設してあり、搬送コンベア４７で搬送されるプリ
ント配線板１の上方側の面と下方側の面とを独立して加
熱できるように構成してある。なお、このパネルヒータ
５０による加熱は主として赤外線による加熱が行われ
る。 【００４６】続いてリフロー部４５のリフロー部加熱室
５１は、熱風循環方式の加熱室構造であり、ブロワ５２
によって供給された雰囲気、すなわち熱風は熱風加熱室
５３のヒータ５４により予め定めた所定の温度に加熱さ
れ、吹出口５５からヒータアレイ２１内へ吹き出してヒ
ータユニット１１を通りプリント配線板１に吹き付けら
れる。そして、プリント配線板１に吹き付けられた熱風
は、吸込口５６から還流路５７を通ってブロワ５２に吸
引され再び熱風加熱室５３へ供給され循環する。なお、
このリフロー部加熱室５１の構造は、搬送コンベア４７
の上方側と下方側とも同一である。 【００４７】そして、図２に例示したヒータアレイ２１
はこのリフロー部加熱室５１の吹出口５５に設けてあ
り、熱風はスリット状のノズル部１２からスリット状の
ホーン部１３を通して放射状に吹き出し、プリント配線
板１に均一に吹き付けられる。また、ヒータユニット１
１から放射される遠赤外線も、プリント配線板１に均一
に照射される。 【００４８】その結果、搬送されているプリント配線板
１を赤外線と熱風とにより同時に併せて加熱することが
できるようになり、プリント配線板１を加熱温度の脈動
がなく安定・均一に所望の加熱プロファイルで加熱する
ことができるようになる。 【００４９】すなわち、搬入口５８から搬入され、予備
加熱部４４でパネルヒータ５０により均一に加熱された
プリント配線板１を、リフロー部４５において赤外線と
熱風を均一に作用させて加熱し、はんだを均一に溶融さ
せることができるようになる。その後、プリント配線板
１は搬出口５９から搬出される。 【００５０】なお、図示はしないが、予備加熱部４４の
各パネルヒータ５０はその表面に温度センサを設けてあ
り、その温度検出結果によりパネルヒータ５０に印加す
る電力を調節・制御してパネルヒータ５０の表面温度を
所望の温度に調節する温度制御装置（図示せず）を備え
ている。 【００５１】また、リフロー部４５のヒータアレイ２１
のヒータユニット１１の表面にも温度センサ６１を設け
てあり、同様に温度制御装置（図示せず）によりヒータ
ユニット１１の表面温度を所望の温度に調節し、かつ制
御できるように構成してある。さらに熱風の吹出口５５
には熱風温度を検出する温度センサ６２を設けてあり、
熱風加熱室５３のヒータ５４に印加する電力を調節・制
御してこの熱風温度を所望の温度に調節する温度制御装
置（図示せず）を備えている。 【００５２】図６も、同様に加熱装置としてのリフロー
はんだ付け装置を示す側断面図で、図５と同一符号は同
一部分を示す。 【００５３】このリフローはんだ付け装置は、予備加熱
部４４の昇温部４２の昇温部加熱室４８および均温部４
３の均温部加熱室４９とリフロー部４５のリフロー部加
熱室５１のそれぞれが同様の構造の加熱室を構成してお
り、図４のように雰囲気加熱専用のヒータ５４、すなわ
ち熱風の温度を直接的に制御する目的のヒータは備えて
いない。 【００５４】すなわち、モータ７１によって駆動された
ファン７２から供給した雰囲気を図２に例示するヒータ
アレイ２１から吹き出させ、その吹き出させた雰囲気を
搬送コンベア４７で搬送されるプリント配線板１に吹き
付け、その後、炉体４１とヒータアレイ２１の間の雰囲
気還流路７３を通ってファンに雰囲気を循環させる構造
である。この雰囲気はヒータアレイ２１によって加熱さ
れているので、熱風となっている。なお、この例では、
ヒータアレイ２１にファン７２を臨ませるためのフード
部７４を設けている。 【００５５】他方、ヒータアレイ２１のヒータユニット
１１からは遠赤外線が放射され、搬送コンベア４２で搬
送されるプリント配線板１に均一に照射される。 【００５６】すなわち、ヒータアレイ２１によって照射
される赤外線によりプリント配線板１を加熱するととも
に、加熱室の雰囲気を循環させつつプリント配線板１に
吹き付け加熱する構成である。 【００５７】なお、このリフローはんだ付け装置も、図
５に示す装置と同様に搬送コンベア４７を挟んでその上
下をそれぞれ同様に構成し、プリント配線板１の上方側
の面と下方側の面とを独立して加熱することができるよ
うに構成している。 【００５８】もちろん、プリント配線板１の一方の面の
みを加熱すればよいのであれば、搬送コンベア４７の上
方側もしくは下方側のいずれかにヒータアレイ２１を配
設した構成とすればよい。 【００５９】以上のように、本発明の加熱装置では熱風
と赤外線を併せて均一にプリント配線板１に作用させ、
加熱プロファイルに脈動等の変動を生じない安定した加
熱が行えるようになるとともに、プリント配線板１の材
質や色調に依らず均一で安定した加熱が可能となる。 【００６０】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、次のよう
な効果がある。 【００６１】すなわち、スリット状のノズルという形状
に規定されずに広い範囲に熱風を吹き出させ、特に板状
の被加熱ワーク、例えばプリント配線板を赤外線と熱風
を併せたことにより安定・均一に加熱することができる
ようになり、被加熱ワークの加熱を精度よく行うことが
できるようになる。例えば、数百にもおよぶ被はんだ付
け部を脈動（リップル）のない安定したプロファイルで
加熱し、均一なはんだ付けを行うことができるようにな
る。その結果、高品質で安定した製品の製造が可能にな
る。 【００６２】また、広い波長範囲に亘って豊富な赤外線
エネルギーが放射され、所望のヒータ形状を容易に形成
することができることと併せて、一層優れた効率のよい
加熱性を得ることができるようになる。 【００６３】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。 【図２】図１の棒状の赤外線ヒータユニットをパネル状
に構成したヒータアレイの全容を示す斜視図である。 【図３】図１の棒状の赤外線ヒータユニットの他の形状
を示す斜視図である。 【図４】棒状の赤外線ヒータユニットのさらに他の形状
を示す正面図で、図４（ａ）は棒状の赤外線ヒータユニ
ットを正面から見た形状が円形の場合、図４（ｂ）は同
じく長円形の場合を示す。 【図５】図２のヒータアレイを使用した加熱装置の一例
としてリフローはんだ付け装置を示す側断面図である。 【図６】加熱装置としてのリフローはんだ付け装置を示
す側断面図である。 【図７】従来のリフロー半田付け装置の要部を示す断面
図である。 【符号の説明】 １ プリント配線板 １１ 棒状の赤外線ヒータユニット １２ ノズル部 １３ ホーン部 １４ シーズヒータ １５ 伝熱性のセメント １６ 頂角 １７ ケーシング １８ 赤外線放射面 １８Ａ 円弧状放射面 ２１ ヒータアレイ ２２ アレイフレーム ２４ 整流板 ２５ 孔 ３１ 棒状の赤外線ヒータユニット ３２ 棒状の赤外線ヒータユニット ３３ 棒状の赤外線ヒータユニット ４１ 炉体 ４２ 昇温部 ４３ 均温部 ４４ 予備加熱部 ４５ リフロー部 ４６ 加熱装置 ４７ 搬送コンベア ５１ リフロー部加熱室 ５２ ブロワ ５３ 熱風加熱室 ５４ ヒータ ５５ 吹出口 ５６ 吸込口 ５７ 還流路

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 赤外線の照射と併せて被加熱ワークに熱
   風を吹き付けて加熱を行う加熱装置であって、ヒータ表面に伝熱性のセメントを塗布した 棒状の赤外線
   ヒータユニットを複数個整列して配置し、前記各赤外線
   ヒータユニットの間に雰囲気の流れ方向に前記雰囲気の
   流路が狭まるスリット状のノズル部とこのスリット状の
   ノズル部に連設して前記雰囲気の流れ方向に前記雰囲気
   の流路が広まるスリット状のホーン部とを形成して雰囲
   気を加熱する流路にすると共に前記スリット状のノズル
   部とスリット状のホーン部とにケーシングを施したもの
   であること、 を特徴とする加熱装置。