JP5233903B2

JP5233903B2 - はんだ付け用雰囲気ガス測定装置

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Publication number: JP5233903B2
Application number: JP2009188652A
Authority: JP
Inventors: 真人西川; 康太菊池; 利彦六辻; 忠義太田代
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-08-17
Also published as: CN101995450A; CN101995450B; JP2011038976A

Description

本発明は、はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスの酸素濃度を測定するはんだ付け用雰囲気ガス測定装置に関するものである。

従来、リフロー式またはフロー式はんだ付け装置は、窒素ガス等の投入により大気よりも酸素濃度を低下させた雰囲気ガスで満たされたチャンバ内ではんだ付けを行っている。これは、チャンバ内の酸素濃度が高くなると、フラックスの松脂成分が炭化したり、はんだ付けするパターンや溶融はんだが酸化したりしてはんだ付け不良を招くおそれがあるからである。

チャンバ内の雰囲気ガスが所定の低酸素濃度に保たれているか否かを監視するために、チャンバ内の雰囲気ガスを酸素濃度分析用ガス（サンプリングガス）として吸引して酸素濃度計に取込み、その酸素濃度を測定するようにしている。

はんだ付けにおける雰囲気ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計には、ジルコニア式の酸素濃度計が用いられることが多い。図３に示すジルコニア式の酸素濃度計７は、検出センサ７ａ、ポンプ７ｂ、演算部７ｃ、流量計７ｄ、ラインフィルター７ｅ、接続部７ｆ及び排出部７ｇを備えている。接続部７ｆには、サンプリングガスを送る配管チューブが接続される。ポンプ７ｂはラインフィルター７ｅを介して接続部７ｆに接続され、サンプリングガスを取り込んで検出センサ７ａに向けて送り込む。ラインフィルター７ｅは、サンプリングガスの湿気などを取り除く。流量計７ｄはポンプ７ｂに接続され、酸素濃度計７内を流れるサンプリングガスの流量を計測する。

検出センサ７ａは流量計７ｄに接続され、サンプリングガスに含まれる酸素の濃度を検出する。例えば、検出センサ７ａは、濃度を検出するジルコニアセラミックを備える。検出センサ７ａのジルコニアセラミックは、７００℃〜８００℃に加熱された状態で酸素イオンが移動し易くなる。検出センサ７ａは一端が閉じた筒形状であり、検出センサ７ａの内壁側を大気に接触させ、検出センサ７ａの外壁側にはサンプリングガスを導く。検出センサ７ａは、大気とサンプリングガスのように酸素濃度の異なるガスに接触したときに酸素濃度の高い側から低い側にマイナス電荷をもつ酸素イオンが移動する。これにより、電位差が生じて大気の酸素濃度を基準にしたセル電圧を発生して演算部７ｃに出力する。演算部７ｃは、このセル電圧を計ることによりサンプリングガスの酸素濃度を計測し、酸素濃度値を外部の制御端末などに出力する。なお、検出センサ７ａ内を通過したサンプリングガスは排出部７ｇから外部へ排出される。

上述したようにジルコニア式の酸素濃度計７は７００℃〜８００℃の高温下で機能するために、はんだ付けラインで発生した可燃性ガス（アルコール等）がサンプリングガスに含まれていると、検出センサ７ａ内で可燃性ガスと酸素とが反応してしまい、酸素濃度計が極端に低い酸素濃度を表示する狂いが生ずる。

この場合、サンプリングガスを活性炭フィルタに通して、この活性炭フィルタにより可燃性ガスを吸着除去した上で酸素濃度計７に取り込む。これにより、検出センサ７ａ内で酸素が可燃性ガスと反応しないので正確な酸素濃度を検出できる。

活性炭フィルタは吸着できる可燃性ガス量に限界があり、例えばサンプリングガス中のアルコール濃度が高かったり長時間運転したりすると、吸着量が飽和して酸素濃度計７への可燃性ガスの漏出が起こる。この場合、上述した酸化反応が発生して濃度表示に狂いが生じる問題がある。

この問題に対処するために、特許文献１には、はんだ付け用雰囲気ガスフィルタ再生方法が開示されている。この雰囲気ガスフィルタ再生方法によれば、はんだ付け処理を実施していないときにフィルタ再生用ガスをヒータにより加熱し、この加熱されたフィルタ再生用ガスを一定時間だけ活性炭フィルタ内を通過させている。これにより、フィルタ再生用ガスにより吸着物質を取り除き、除去効率が低下した活性炭フィルタを再生することができる。

特許第３３７７２２９号

ところで、従来例に係る特許文献１によれば、はんだ付け装置のチャンバ内からのサンプリングガスが活性炭フィルタを経て酸素濃度計に至る濃度測定用経路と、活性炭フィルタに再生用ガスを通過させて局所排気ダクトへ排出する再生用経路との２つの経路を有している。

はんだ付け装置を停止して濃度測定用経路から再生用経路に切り替えた場合、再生用ガスを活性炭フィルタに通過させて局所排気ダクトへ排出する。このとき、酸素濃度計は稼動しているが活性炭フィルタを介して酸素濃度計へ送られるサンプリングガスは停止している。酸素濃度計は、活性炭フィルタを再生する場合であっても一般的に常時稼動している。これは、酸素濃度計のスイッチを入れ忘れることを防止したり、酸素濃度計が湿気により腐食することを防止したりすることが主な理由である。

このように酸素濃度計は常時稼動しているので、濃度測定用経路から再生用経路に切り替えた場合であっても、酸素濃度計の内部に設けられたポンプ７ｂ（図３参照）によりサンプリングガスを取り込もうとする。再生用経路に切り替えた場合には再生用ガスを活性炭フィルタに通過させて局所排気ダクトへ排出するので、サンプリングガスを活性炭フィルタに通過させて酸素濃度計７に送ることは停止されている。このため、酸素濃度計７のポンプ７ｂは吸引するサンプリングガスが無いにもかかわらず吸引し続けてポンプ７ｂに負荷がかかる問題がある。

そこで、本発明は上述した課題を解決したものであって、フィルタを再生する際に酸素濃度計に送る雰囲気ガスを停止しても、酸素濃度計に負荷を与えることなく酸素濃度計を稼動した状態を維持できるようにしたはんだ付け用雰囲気ガス測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係るはんだ付け用雰囲気ガス測定装置は、はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスに含まれる酸素の濃度を測定する酸素濃度計と、前記雰囲気ガスがフィルタを経て前記酸素濃度計に至る濃度測定用配管系と、前記フィルタに再生用ガスを通過させる再生用配管系と、前記酸素濃度計に空転用ガスを通過させる空転用配管系と、前記濃度測定用配管系の経路から前記再生用配管系及び前記空転用配管系の経路に切り替える切替手段とを備え、前記酸素濃度計はガスを吸引するポンプを有し、前記ポンプは、前記切替手段に接続された配管チューブから前記空転用ガス又は前記雰囲気ガスを吸引するものである。

本発明において、濃度測定用配管系は、はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスがフィルタを経て酸素濃度計に至る経路を構成する。酸素濃度計はガスを吸引するポンプを有して雰囲気ガスに含まれる酸素の濃度を測定する。再生用配管系は、フィルタに再生用ガスを通過させる経路を構成する。空転用配管系は、酸素濃度計に空転用ガスを通過させる経路を構成する。切替手段は、濃度測定用配管系の経路から再生用配管系及び空転用配管系の経路に切り替える。酸素濃度計のポンプは、切替手段に接続された配管チューブから空転用ガス又は雰囲気ガスを吸引する。これにより、フィルタを再生する際に酸素濃度計に送る雰囲気ガスを停止しても、酸素濃度計に空転用ガスを送ることができる。従って、負荷をかけずに酸素濃度計を稼動した状態を維持できる。

本発明に係るはんだ付け用雰囲気ガス測定装置によれば、雰囲気ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計に対して空転用ガスを通過させる空転用配管系を備え、濃度測定用配管系の経路から再生用配管系及び空転用配管系の経路に切り替える切替手段に配管チューブが接続され、酸素濃度計のポンプが当該配管チューブから空転用ガス又は雰囲気ガスを吸引するものである。

この構成によって、フィルタを再生する際に酸素濃度計に送る雰囲気ガスを停止しても、酸素濃度計に空転用ガスを送ることができる。これにより、負荷をかけずに酸素濃度計を稼動した状態を維持できる。酸素濃度計に空転用ガスを送り込むことができるので、酸素濃度計が湿気により腐食することを防止できる。さらに空転用ガスを送り続けることでクリーニング効果を得ることができる。また、酸素濃度計を稼動し続けることができるので酸素濃度計の電源スイッチの入れ忘れを防止することができる。

はんだ付け用雰囲気ガス測定装置１００の構成例を示す図である。はんだ付け用雰囲気ガス測定装置１００におけるフィルタ再生時の動作例を示す図である。ジルコニア式の酸素濃度計７の構成例を示す図である。

続いて、図面を参照しながら本発明に係るはんだ付け用雰囲気ガス測定装置を実施するための形態について説明する。本発明は、サンプリングガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計に対して空転用ガスを通過させる空転用配管系を備えることで、活性炭フィルタを再生する際に酸素濃度計に送るサンプリングガスを停止しても、酸素濃度計に負荷を与えることなく酸素濃度計を稼動した状態を維持できるようにするものである。

図１に示すはんだ付け用雰囲気ガス測定装置１００は、濃度測定用配管系３０、再生用配管系４０及び空転用配管系５０を備えている。濃度測定用配管系３０は、不図示のはんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスが可燃性ガス吸着用のフィルタなどを経て酸素濃度計に至る経路を構成する。この例で、濃度測定用配管系３０は、サンプリングフィルタユニット６０、電磁三方弁５，６、配管チューブ１３，１４，１５から構成されている。

サンプリングフィルタユニット６０は、継手１を介して不図示のはんだ付け装置に接続され、はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた低酸素濃度の雰囲気ガス（サンプリングガス）から不純物を取り除く。例えば、サンプリングフィルタユニット６０は、エアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４を備えている。エアフィルタ２は、サンプリングガスに含まれるフラックスヒュームを取り除く。ミストフィルタ３は、サンプリングガスに含まれる水分を取り除く。活性炭フィルタ４は可燃性ガス吸着用のフィルタの一例であり、サンプリングガスに含まれる可燃性ガス（アルコール等）を取り除く。このようなサンプリングフィルタユニット６０によりフラックスヒューム、水分及び可燃性ガスが取り除かれたサンプリングガスは、配管チューブ１３〜１５や電磁三方弁５，６を介してジルコニア式の酸素濃度計７に送られる。この例で、図３に示すジルコニア式の酸素濃度計７は、ガスを吸引するポンプ７ｂを備え、ポンプ７ｂに接続部７ｆを介して接続された配管チューブ１５からサンプリングガス又は空転用ガスを吸引する。例えばポンプ７ｂは、配管チューブ１５からサンプリングガスを取り込んで検出センサ７ａに向けて送り込む。検出センサ７ａは、サンプリングガス中に含まれる酸素の濃度を計測し、酸素濃度値を外部の制御端末などに出力する。

電磁三方弁５は切替手段の一例であり、濃度測定用配管系３０の経路から再生用配管系４０の経路に切り替えると共に、再生用配管系４０の経路から濃度測定用配管系３０の経路に切り替える。この例で、電磁三方弁５は、配管チューブ１３を介してサンプリングフィルタユニット６０に接続され、また酸素濃度計７に導く配管チューブ１４に接続され、さらに局所排気ダクトにガスを送る配管チューブ１６に接続されている。例えば、電磁三方弁５は制御部７０から制御信号を入力して濃度測定用配管系３０に経路を切り替える場合には配管チューブ１４に経路を切り替える。これにより、サンプリングフィルタユニット６０を通過して配管チューブ１３を介して送られたサンプリングガスは、配管チューブ１４などを介して酸素濃度計７に送られる。また、電磁三方弁５は再生用配管系４０に経路を切り替える場合には配管チューブ１６に経路を切り替える。これにより、サンプリングフィルタユニット６０を通過して配管チューブ１３を介して送られた再生用ガスは、配管チューブ１６を介して局所排気ダクトに送られる。

電磁三方弁６は切替手段の一例であり、濃度測定用配管系３０の経路から空転用配管系５０の経路に切り替えると共に、空転用配管系５０の経路から濃度測定用配管系３０の経路に切り替える。この例で、電磁三方弁６は、配管チューブ１４を介して電磁三方弁５に接続され、また外気を取り込むための配管チューブ１７に接続され、さらに配管チューブ１５を介して酸素濃度計７に接続されている。電磁三方弁６は制御部７０から制御信号を入力して濃度測定用配管系３０に経路を切り替える場合には配管チューブ１４に経路を切り替える。これにより、配管チューブ１４を介して送られたサンプリングガスは、配管チューブ１５を介して酸素濃度計７に送られる。電磁三方弁６は空転用配管系５０に経路を切り替える場合には配管チューブ１７に経路を切り替える。これにより、ミストフィルタ８を通過して配管チューブ１７を介して送られた空転用ガス（外気）は、配管チューブ１５を介して酸素濃度計７に送られる。

再生用配管系４０は、可燃性ガス吸着用のフィルタに再生用ガスを通過させる経路を構成する。この例で、再生用配管系４０は、カプラ９、レギュレータ１０、スピコン（スピードコントローラ）１１、電磁弁１２、継手１、サンプリングフィルタユニット６０、電磁三方弁５及び配管チューブ１３，１６，１８〜２１から構成されている。

カプラ９の一端には、例えば工場エアー（再生用ガス）を送る配管チューブが接続される。カプラ９の他端には配管チューブ１８を介してレギュレータ１０が接続され、レギュレータ１０には配管チューブ１９を介してスピコン１１が接続されている。レギュレータ１０及びスピコン１１は、再生用ガスの流量を調整する。

電磁弁１２は、配管チューブ２０を介してスピコン１１に接続され、また配管チューブ２１及び継手１を介してサンプリングフィルタユニット６０に接続されている。電磁弁１２は制御部７０から制御信号を入力して切替弁を開閉し、スピコン１１などにより流量が調整された再生用ガスの経路を配管チューブ２１に切り替える。これにより、再生用ガスは配管チューブ２１などを介してサンプリングフィルタユニット６０に送られる。

サンプリングフィルタユニット６０に送られた再生用ガスは、エアフィルタ２に吸着したフラックスヒューム、ミストフィルタ３に吸着した水分および活性炭フィルタ４に吸着した可燃性ガスを取り除いて配管チューブ１３，１６などを経て局所排気ダクトへ排出される。これにより、エアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４を再生（リフレッシュ）することができる。

空転用配管系５０は、酸素濃度計７に空転用ガスを通過させる経路を構成する。この例で、空転用配管系５０は、ミストフィルタ８、電磁三方弁６及び配管チューブ１５，１７，２２から構成されている。ミストフィルタ８は配管チューブ１７，２２に接続され、配管チューブ２２から取り込んだ空転用ガス（外気）の水分などを吸着して配管チューブ１７に送る。配管チューブ１７に送られた空転用ガスは、電磁三方弁６、配管チューブ１５を介して酸素濃度計７に送られる。これにより、酸素濃度計７に送るサンプリングガスを停止した場合に、酸素濃度計７の内部に設けられたポンプ７ｂ（図３参照）により空転用ガスを取り込むことができるので、負荷をかけずに酸素濃度計７を稼動した状態を維持できる。また、酸素濃度計７に空転用ガスを送り込むことができるので、酸素濃度計７が湿気により腐食することを防止できる。さらに空転用ガスを送り続けることでクリーニング効果を得ることができる。また、酸素濃度計７を稼動し続けることができるので酸素濃度計７の電源スイッチの入れ忘れを防止することができる。

続いて、はんだ付け用雰囲気ガス測定装置１００の動作について説明する。先ず、サンプリングフィルタユニット６０を再生する動作について説明する。図２は、フィルタ再生時の動作例を示す図である。図２に示す制御部７０は、電磁三方弁５および電磁弁１２を制御して濃度測定用配管系３０から再生用配管系４０に経路を切り替えると共に、電磁三方弁６を制御して濃度測定用配管系３０から空転用配管系５０に切り替える。

例えば、制御部７０は、電磁三方弁５の経路を配管チューブ１６側へ切り替えるように制御する。このとき、配管チューブ１４などを介して酸素濃度計７に送られるサンプリングガスは停止される。また、制御部７０は、電磁弁１２の切替弁を開くように制御する。これにより、カプラ９から送り込まれた再生用ガス（工場エアー）は、レギュレータ１０及びスピコン１１により流量を調整され、矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に示すように電磁弁１２、継手１を介してサンプリングフィルタユニット６０に送り込まれる。サンプリングフィルタユニット６０に送られた再生用ガスは、矢印Ｐ３に示すように、エアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４を通過する。このとき、再生用ガスは、エアフィルタ２に吸着したフラックスヒューム、ミストフィルタ３に吸着した水分および活性炭フィルタ４に吸着した可燃性ガスなどの不純物を取り除く。この不純物を取り除いた再生用ガスは、矢印Ｐ４，Ｐ５に示すように配管チューブ１３、電磁三方弁５、配管チューブ１６を経て局所排気ダクトへ排出される。これにより、エアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４を再生（リフレッシュ）することができる。

また、制御部７０は、電磁三方弁６の経路を配管チューブ１７側へ切り替えるように制御する。これにより、配管チューブ２２から吸い込まれた空転用ガス（外気）は、矢印Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に示すように、ミストフィルタ８を通過して配管チューブ１７に送られ、さらに電磁三方弁６、配管チューブ１５を介して酸素濃度計７に送られる。従って、酸素濃度計７に送るサンプリングガスを停止した場合に、酸素濃度計７の内部に設けられたポンプ７ｂにより空転用ガスを取り込むことができるので、負荷をかけずに酸素濃度計７を稼動した状態を維持できる。

上述したエアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４の再生（リフレッシュ）処理を行う時間は、２０分〜６０分程度である。この再生処理が終了した後でも、酸素濃度計７は空転用ガスを取り込んで稼動し続ける。

続いて、サンプリングガスの酸素濃度を測定する場合の動作について説明する。この場合、図１に示す制御部７０は、電磁三方弁５を制御して再生用配管系４０から濃度測定用配管系３０に切り替えると共に、電磁三方弁６を制御して空転用配管系５０から濃度測定用配管系３０に切り替える。

例えば、制御部７０は、電磁三方弁５の経路を配管チューブ１６から配管チューブ１４側へ切り替えると共に、電磁三方弁６の経路を配管チューブ１７から配管チューブ１４側へ切り替えるように制御する。また、制御部７０は、電磁弁１２の切替弁を閉じるように制御する。これにより、不図示のチャンバから送られるサンプリングガスは、図１の矢印Ｒ１に示すようにエアフィルタ２、ミストフィルタ３及び活性炭フィルタ４を通過する。さらに各フィルタを通過して不純物が取り除かれたサンプリングガスは、矢印Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に示すように配管チューブ１３〜１５、電磁三方弁５，６を介して酸素濃度計７に送られて酸素濃度が計測される。

このように、本発明に係るはんだ付け用雰囲気ガス測定装置１００によれば、サンプリングガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計７に対して空転用ガスを通過させる空転用配管系５０を備えるものである。

この構成によって、活性炭フィルタ４などを再生する際に酸素濃度計７に送るサンプリングガスを停止しても、酸素濃度計７に空転用ガスを送ることができる。これにより、負荷をかけずに酸素濃度計７を稼動した状態を維持できる。酸素濃度計７に空転用ガスを送り込むことができるので、酸素濃度計７が湿気により腐食することを防止できる。さらに空転用ガスを送り続けることでクリーニング効果を得ることができる。また、酸素濃度計７を稼動し続けることができるので酸素濃度計の電源スイッチの入れ忘れを防止することができる。

なお、切替手段として電磁三方弁５，６を用いたが、これに限らず手動式の切替弁を用いてもよい。さらに、空転用ガス（外気）や工場エア（再生用ガス）は、それぞれ文字通りの空気に限定されるものではなく、窒素ガスなどの不活性ガスなど適宜選択可能である。

本発明は、はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスの酸素濃度を測定するはんだ付け用雰囲気ガス測定装置に適用して極めて好適である。

４・・・可燃性ガス吸着用のフィルタ、５・・・電磁三方弁（切替手段）、６・・・電磁三方弁（切替手段）、７・・・酸素濃度計、７ｂ・・・ポンプ、３０・・・濃度測定用配管系、４０・・・再生用配管系、５０・・・空転用配管系、１００・・・はんだ付け用雰囲気ガス測定装置

Claims

はんだ付け装置のチャンバ内に満たされた雰囲気ガスに含まれる酸素の濃度を測定する酸素濃度計と、
前記雰囲気ガスがフィルタを経て前記酸素濃度計に至る濃度測定用配管系と、
前記フィルタに再生用ガスを通過させる再生用配管系と、
前記酸素濃度計に空転用ガスを通過させる空転用配管系と、
前記濃度測定用配管系の経路から前記再生用配管系及び前記空転用配管系の経路に切り替える切替手段とを備え、
前記酸素濃度計はガスを吸引するポンプを有し、
前記ポンプは、前記切替手段に接続された配管チューブから前記空転用ガス又は前記雰囲気ガスを吸引することを特徴とするはんだ付け用雰囲気ガス測定装置。
前記フィルタは可燃性ガス吸着用のフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け用雰囲気ガス測定装置。
前記切替手段は、前記再生用配管系及び前記空転用配管系の経路から前記濃度測定用配管系の経路に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け用雰囲気ガス測定装置。