JP4393576B1 - 電気機器の分解方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被接合部材よりも低い融点を有する接合材料によって基板上に固定された部品を基板から分離する電気機器の分解方法を、基板及び基板上に固定された部品を接合材料の融点以上の温度を有する過熱蒸気に曝して接合材料を溶融させ、部品を基板から分離するようにする。
【選択図】図1
Description
また、特許文献3には、高沸点の熱媒体として、沸化炭化水素(沸点215℃)やシリコーンオイル(沸点250℃)の蒸気や、加熱液体を使用する方法が記載されている。
また、高沸点の熱媒体を加熱し、その媒体(液体)中に基板を浸したり、それらの飽和蒸気の凝縮潜熱を加熱に利用しているため、加熱利用濃度の領域に限界がある。
さらに、手動または機械的に分離する場合、種々の形状の部品等に切断力、引き剥がし力などの機械的な力を与えて基材から取り外すため、自動化が難しく非常に作業性が低い。
一方、溶融回収を行う場合、回収しようとする金属が混合されるため、溶融した後の分離作業に多くの手間がかかり、分離回収効率が低い。また、回収対象材料以外の材料も溶融する必要があるため、不要物の溶解に多くのエネルギを使ってしまう。
また、熱を使う方法では、樹脂等が燃焼したりコンデンサからの絶縁油等の酸化により有毒ガスが発生する場合があり、さらに分離回収した金属等の酸化変質の問題があり好ましくない。
請求項1に記載の発明は、融点以上に加熱することによって溶融する接合材料によって基板上に固定された部品を前記基板から分離する電気機器の分解方法であって、前記部品は前記基板上に樹脂系材料によって固定され、100℃以下の前記基板を過熱水蒸気が導入される容器中に収容し、前記接合材料を、少なくとも前記部品の加熱箇所において実質的に大気圧であるとともに、前記接合材料の融点以上でありかつ前記樹脂系材料の軟化点以上の温度である過熱水蒸気を用いて加熱することを特徴とする。
過熱蒸気の顕熱のみ、又は、顕熱と凝縮潜熱を利用するため、凝縮潜熱のみを利用する場合よりも、より高温領域に加熱できる。なお、過熱水蒸気を得る手段は、本発明の過熱水蒸気発生手段に限らない。
上記した電気機器の分解装置は、前記過熱蒸気は過熱水蒸気であることを特徴とする。
上記した電気機器の分解装置は、前記加熱容器部の近傍に、前記基板を加振する加振手段が備えられていることを特徴とする。
上記した電気機器の分解装置は、前記加熱容器部内に、予熱ヒータが設置されていることを特徴とする。
上記した電気機器の分解装置は、前記加熱容器部の、前記基板が導入される入口、及び、該基板が搬出される出口に、前記加熱容器部への外気の漏入を防止するエアカーテンが設けられていることを特徴とする。
上記した電気機器の分解装置は、前記加熱容器部内に、過熱蒸気回収手段が設けられていることを特徴とする。
(1)例えばハンダ、ロウ等の接合材料の融点以上の温度を有する過熱蒸気でこの接合材料を溶融させることによって、電子部品、電気品、配線等の部品は、基板から容易に剥離可能な状態となり、電気機器を容易に分解することができる。
(2)部品が例えばワニス等の樹脂系材料によって固められている場合であっても、過熱蒸気で樹脂系材料を加熱し軟化させることによって、部品を容易に剥離することができる。
(3)過熱蒸気によって空気を追い出し、高温かつ低酸素の還元雰囲気とすることによって、樹脂の燃焼(酸化)や炭化による有害ガスの発生を抑制できる。
(4)過熱蒸気として過熱水蒸気を用いることによって、ワークが100℃以下の状態では539kcal/kgの潜熱を加熱に用いることができるため、例えば加熱空気の熱風を用いる場合よりも短時間でワークを昇温することができ、高速処理が可能である。さらに、装置から漏れた場合も有毒ではなく、また、不燃性であるため、高い安全性が得られる。
(5)ワークを過熱蒸気に曝しつつ基板を加振することによって、容易に剥離可能となった部品を重力で落下させて回収することができる。
分解装置は、ボイラ1、過熱蒸気発生装置2、シャワーヘッド3、コンベア4、バイブレータ5、加熱容器6等を備えて構成されている。
分解装置によって分解されるワーク(電気機器)は、例えばプリント基板である基板7、及び、この基板7にハンダ付けされ、さらにワニスで固められた素子8を有して構成される。
そして、バイブレータ5によってコンベア4及び回収容器9を介してワークを加振すると、素子8が基板7から分離して素子8は重力落下し、回収容器9に収容される。
図2は、過熱蒸気発生装置2の一部断面を含む側面図である。図3は、図2のIII―III部断面図である。
過熱蒸気発生装置2の外観は、飽和水蒸気供給管10が接続された供給側端板30と器体本体20と過熱水蒸気排出管70が接続された排出側端板40から構成される。過熱蒸気発生装置2の内部には、隔管50が配置され、過熱水蒸気排出管70を隔管50の閉端部近傍まで伸ばして流体流路を形成した上で、流体を効率よく加熱するために隔管50の内側で過熱水蒸気排出管70の外側にシーズヒータ60が配設される。過熱蒸気発生装置2の内部の蒸気の流れ方向を、図中に矢印で示す。
供給側端板30及び排出側端板40は、それぞれ平板状の円盤であって、その外周縁部が器体本体20の内周面と接する状態で嵌め込まれ、溶接等によって固定されている。
供給側端板30及び排出側端板40の中央部には、それぞれ飽和水蒸気供給管10及び過熱水蒸気排出管70が挿入され固定される開口31,41が形成されている。
隔管50は、本発明にいう第2の筒状体として機能する。
また、隔管50の端部52には、遮熱板110が設けられている。遮熱板110は、端板54の外表面(飽和水蒸気供給管10側の面)との間に空隙を有して配置された平板状の部材である。遮熱板110は、例えばステンレス鋼によって隔管50よりもわずかに径が大きい円盤状に形成されている。遮熱板110は、端板54と平行に配置されるとともに、後述する複数の支柱113で端板54から浮かせた状態で隔管50に固定されている。
遮熱板110は、1対のプレート111、112を層状に重ねた二重構造となっており、支柱113により隔管50に支持されている。
プレート111は、円盤状に形成され、隔管50の端板54と間隔を隔てて対向し、この端板54と平行に配置されている。プレート111の外周縁部には、隔管50と反対側(供給端板30側)に立ち上げられた立上部111aが形成されている。また、プレート111には、支柱113が挿入される開口111bが形成されている。
プレート112は、円盤状に形成され、プレート111の隔管50とは反対側の面部と間隔を隔てて対向し、プレート111と平行に配置されている。プレート112の外周縁部は、プレート111の立上部111aの突端部と溶接等によって接合されている。これによって、プレート111,112は、中空の円盤状の構造を形成する。
支柱113は、隔管50の端板54とプレート111とにわたして設けられた軸状の部材である。支柱113は、遮熱板110の周方向にほぼ等間隔に分散して、例えば3本が設けられる。支柱113の遮熱板110側の端部には円盤状のフランジ113aが固定される。このフランジ113aは、遮熱板110の内部(プレート111と112の間)に収容され、プレート111のプレート112側の面に固定されている。支柱113の隔管50側の端部は、端板54と例えば溶接等によって固定されている。
この過熱水蒸気排出管70は、本発明にいう第3の筒状体、及び、排出管路として機能する。
シーズヒータ60の発熱部61は、過熱水蒸気排出管70の外周面から突き出して設けられたサポート100によって支持されている。
過熱水蒸気排出管70の外表面上軸方向に付設されたサポート100によってシーズヒータ60の耐振性を確保し、シーズヒータ60と過熱水蒸気排出管70及び隔管50の損傷事故を防ぎ、さらに連通する過熱水蒸気排出管70内を流れる過熱水蒸気への伝熱効率を付与された耐振及び加熱構造である。
(1)ハンダの融点以上の温度を有する過熱蒸気でこのハンダを溶融させることによって、素子8は基板7から容易に剥離可能な状態となり、ワークを容易に分解することができる。
(2)素子8がハンダ付け等に加えて、さらにワニスによって固められている場合であっても、過熱蒸気でワニスを加熱し軟化、溶融させることによって、素子8を容易に剥離することができる。
(3)過熱蒸気によって加熱容器6内の空気を追い出し、高温かつ低酸素の雰囲気とすることによって、ワニス等の炭化による有害ガスの発生を抑制できる。
(4)過熱蒸気として過熱水蒸気を用いることによって、ワークが100℃以下の状態では539kcal/kgの潜熱を加熱に用いることができるため、例えば加熱空気の熱風を用いる場合よりも短時間でワークを昇温することができ、高速処理が可能である。
(5)ワークを過熱蒸気に曝しつつワークを載せたコンベア4をバイブレータ5で加振することによって、素子8を回収容器9内に落下させて回収することができる。
この例の分解装置200は、ワークが収容されて加熱される加熱容器部(ローダ部)210と、過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置250と、同装置で発生した過熱蒸気を加熱容器部210の内部に導入するシャワーヘッド260と、加熱容器部210内でワークを搬送する搬送手段(コンベア)270と、を主に備える。
ホルダ300は、底板310と、カバー(図示されず)とを有する。底板310は、平面形状が長方形の内板320と外板330との二重の構造である。外板330の幅は、内板320よりもやや広い。外板330の左右の縁には、側板331が立ち上がっており、両側板331の上端部332は、内板320の上方に張り出すように内側に折り曲げられている。内板320は、外板330の側板331の上端部332からバネ335によって吊り下げられて弾性支持されている。バネ335は、図8(a)に示すように、底板310の四隅近傍において、外板330の側板331の上端部332と、内板320とを貫通して延びるピン336に外嵌されている。このような構成により、内板320は外板330に対して、バネ335により弾性支持されている。
さらに、外板330の一面には、多数のスリット345が開けられている。スリット345の位置は、内板320のスリット323に対して、横方向にずれて配置されている。
ローダ機構500は、ローラコンベア203で搬送されたホルダ300を、チェーンコンベア270に受け渡すものである。図9に示すように、ローラコンベア203は、チェーンコンベア270の上流端に向かって下方に傾斜するように配置されている。ローダ機構500は、ローラコンベア203の両側の下流端に配置されており、リンクアーム510と、このリンクアーム510に連結するガイドアーム520とで構成される。
短アーム515ほぼ中央付近には、同アーム515から直立するストッパ片516が延びている。リンクアーム510は、ストッパ片516がローラコンベア203の搬送面から上方に突き出す上位置(図10の実線で示す)と、同面の下方に退避する下位置(図10の想像線で示す)との間を回動する。
ホルダ300がローラコンベア203で自重によって搬送されてくると、ホルダ300の前面がストッパ片516に当たり、ストッパ片516を前方に押す。すると、リンクアーム510は、ウェイト512に付勢力に抗して反時計方向に回動し始める。ここで、短アーム515とガイドアーム520とを連結するピン521にはワイヤ525により適宜な大きさの下方への付勢力がかけられているので、リンクアーム510はなめらかに回動する。これにより、ストッパ片516は搬送面から下方に退避し、ガイドアーム520は水平位置に回動する。すると、ホルダ300は、ストッパ片516から外れて前進し、図10の想像線で示すように、ガイド399の先端541がガイドアーム520に支持される。
まず、過熱蒸気発生装置250で過熱蒸気を発生させる。一例として、過熱蒸気の温度は約280℃であり、圧力は大気圧(約0.1MPA)である。発生した過熱蒸気は、シャワーヘッド260から処理室216内に噴射される。その結果、処理室216内は、空気が追い出されて過熱蒸気が充満し、高温かつ低酸素状態の雰囲気とされている。ここで、過熱蒸気の温度は、放熱ロスの影響により約270℃程度に低下する。また、大気解放されるため圧力は実質的に大気圧(約0.1MPA)と等しい。処理室216内の酸素濃度は、空気の約1/20程度と極めて低い。
なお、処理室216は、過熱蒸気発生装置250の起動前に予熱ヒータ223により加温されている。これにより、過熱蒸気発生装置250の起動温度条件を整えるとともに、運転時の装置表面からの放熱ロスを補っている。
さらに、運転終了後は、加熱容器部210内で発生した凝縮ドレンが排水口227から回収される。このドレンはボイラ253に送られて、再利用される。
まず、図11のグラフを参照して、処理室内の温度と、ワークの分離収率との関係を説明する。グラフの縦軸は分離収率(%)を示し、横軸は処理室内の温度(℃)を示す。分離収率とは、全部品数に対する分離された部品数の割合である。
接合材料であるハンダの溶融点は最高で約240℃であるため、温度が250℃以上の場合の分離収率を求めた。グラフに示すように、温度が250℃付近では、分離収率は70〜75%であるが、温度が270℃以上では、90%以上の高い分離収率を得られた。
この結果、最適温度条件は270℃と設定できる。
グラフに示すように、加熱時間が3分の場合は、分離収率は88%程度であるが、4分以上の場合は、90%程度にやや上昇している。
この結果、最適加熱時間は5分とした。
グラフに示すように、蒸気流量が6kg/hでは分離収率は80%程度であるが、8kg/h以上では、90%程度となる。
この結果、蒸気流量は8kg/hとした。
グラフに示すように、酸素濃度は0.5〜1.4%であり、非常に低い。このため加熱対象物(ワーク)に対する酸化作用や対象物の燃焼性を大幅に低減できると考えられる。
図15は、最適運転条件下での実験結果を示す表である。
最適運転条件(温度:270℃、加熱時間:5分、蒸気流量:8kg/h)で4回実験を行った結果、分離収率は89〜92%という高い結果が得られた。
(1)過熱蒸気発生装置の最適運転条件を求めた結果、90%程度の高い分離収率を得ることができる。
(2)大気圧下において接合部材の溶融に必要な約280℃程度の高温での処理が可能であるため、耐高圧対策が不要であり、安全性が高い。また、過熱蒸気の温度範囲を広い範囲で自由に設定できるため、溶融温度範囲を広くとれるので、一般に使用されている接合材料のほとんどを溶融できる。
(3)加熱手段として、高沸点熱媒体や有機溶剤を使用せず、大気圧の過熱水蒸気を使用するため、安全性が高いとともに環境問題が生じず、ランニングコストも安い。
(4)過熱蒸気によって空気を排除し、酸素濃度が空気の約1/20程度の低酸素濃度雰囲気下で処理するので、部品や樹脂系接合部材の熱分解に伴う有機ガスの発生を抑制できる。
(6)加熱容器部内に予冷室を設けて、ワークをある程度冷却してから搬出するので、匂いの発生や、加熱されたワークに触れてやけどする等の事故を防ぐことができる。
(7)廃過熱蒸気を吸引するヘッダを設けたので、廃過熱蒸気を再利用できる。
(8)凝縮ドレンを回収して再利用しているので、環境面において安全である。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)実施形態では、分解対象となる電気機器は例えばハンダ付け及びワニスによって各種部品が実装されたプリント基板であるが、本発明の分解対象となる電気機器はこれに限定されない。
(2)実施形態の分解装置は、ワークをコンベアで搬送しながら過熱蒸気を吹き付けているが、本発明はこれに限らず、バッジ式処理を行うものにも適用することができる。
(3)実施形態の過熱蒸気発生装置は、例えば、器体本体、隔管、過熱水蒸気排出管からなる3重管構造を有しているが、本発明はこれに限らず、4重以上の多重管構造を有する過熱蒸気発生装置も適用することができる。この場合、第1の筒状体を他の筒状体の内部に挿入したり、また、第3の筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成とすることができる。この場合、気体流路は2パス以上の構成となる。また、本発明において、このような多重管を有するもの以外の過熱蒸気発生装置を用いてもよい。
(4)実施形態の過熱蒸気発生装置は、加熱手段として例えばシーズヒータを適用しているが、加熱手段はこれに限定されず、例えばIH等のシーズヒータ以外の加熱手段を用いるようにしてもよい。
(5)実施形態において、ハンダ等を溶融させる蒸気は例えば水蒸気であったが、本発明はこれに特に限定されず、他の物質からなる過熱蒸気を用いて電気機器の分解を行うようにしてもよい。
3 シャワーヘッド 4 コンベア
5 バイブレータ 6 加熱容器
7 基板 8 素子
9 回収容器
10 飽和水蒸気供給管 11 端部
20 器体本体 21,22 端部
23 扁平部 24,25 突出部
30 供給側端板 31 開口
40 排出側端板 41 開口
50 隔管 51 ステー
52,53 端部 54 端板
60 シーズヒータ 61 発熱部
70 過熱水蒸気排出管 71 先端部
100 サポート 110 遮熱板
S1 外空間 S2 内空間
200 電気機器の分解装置
210 加熱容器部 203 ローラコンベア
205 ローラコンベア 211 入口
212 出口 215 予熱室
216 処理室 217 予冷室
221、225、226 吸引ヘッダ 223 予熱ヒータ
227 排水口 231、241 排気ヘッダ
232、242 吸気ヘッダ 233、243 加熱器
234、244 送風器
250 過熱蒸気発生装置 251 エジェクタ
253 ボイラ 255 過熱蒸気供給管
257 温度センサ 258 制御器
260 シャワーヘッド 261 本体部
262 過熱蒸気導入管 263 蒸気排出口
270 チェーンコンベア 271 アタッチメント
272 ピン 275 スプロケット
276 駆動ローラ
290 衝撃付与手段(ブロック)
300 ホルダ 310 底板
320 内板 321 グリップ
323 スリット 330 外板
331 側板 332 上端部
335 バネ 336 ピン
339 ガイド 341 前端
343 ローラ 345 スリット
500 ローダ機構 510 リンクアーム
511 長アーム 515 短アーム
512 カウンタウェイト 516 ストッパ片
520 ガイドアーム 521 ピン
525 ワイヤ
Claims (3)
- 融点以上に加熱することによって溶融する接合材料によって基板上に固定された部品を前記基板から分離する電気機器の分解方法であって、
前記部品は前記基板上に樹脂系材料によって固定され、
100℃以下の前記基板を過熱水蒸気が導入される容器中に収容し、
前記接合材料を、少なくとも前記部品の加熱箇所において実質的に大気圧であるとともに、前記接合材料の融点以上でありかつ前記樹脂系材料の軟化点以上の温度である過熱水蒸気を用いて加熱することを特徴とする電気機器の分解方法。 - 前記過熱水蒸気によって前記基板及び前記部品の周囲を低酸素雰囲気に保った状態で処理すること
を特徴とする請求項1に記載の電気機器の分解方法。 - 前記基板及び該基板上に固定された部品を過熱水蒸気に曝す際に、前記基板を加振すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気機器の分解方法。
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