JPH09280739A - 窒素ガス雰囲気加熱炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒素ガス雰囲気加熱炉を高酸素濃度で運転す
る場合に、窒素ガスの供給流量を安定限界流量より少な
くした状態で、炉内酸素濃度を安定させること。 【解決手段】 窒素ガスの供給流量が安定限界流量を下
回るときにのみ、炉内に供給する窒素ガスに空気を添加
する空気添加システム３３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板に
電子部品を半田付けにより実装する場合などに使用され
る窒素ガス雰囲気加熱炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板に電子部品を半田付けに
より実装する場合には、プリント配線板のパッド上にク
リーム半田を塗布し、その上に電子部品を搭載したもの
を、加熱炉（リフロー炉）に通し、クリーム半田を溶融
させてパッドと部品リードの半田付けを行う。このと
き、加熱炉内には窒素ガスを供給し、炉内を低酸素濃度
に保って、プリント配線板や電子部品などの酸化を防止
している。

【０００３】従来の窒素ガス雰囲気加熱炉を図３に示
す。この加熱炉は、内部に面状ヒーター１１やファン
（図示せず）などが設置された加熱炉本体１３と、入口
通路１５と、出口通路１７とを備えており、その中を被
加熱物品１９（電子部品を搭載したプリント配線板な
ど）がチェーンコンベア２１に支持された状態で走行す
るようになっている。炉内には、加圧窒素ガス源２３か
ら、流量調節弁２５、噴出管２７を経て窒素ガスが供給
される。窒素ガスの供給流量は、外部からの空気の流入
を防止するため、入口通路１５および出口通路１７から
常に窒素ガスが外部へ流出するように調節される。

【０００４】シール性を向上し、窒素ガスが外部に流出
する量を少なくするため（窒素ガスの消費量を少なくす
るため）、入口通路１５および出口通路１７の上下に
は、被加熱物品１９の走行方向に所定の間隔をおいて多
数のシール板２９が設置されている。これにより入口通
路１５および出口通路１７を通って流れ出す窒素ガスに
抵抗を与え、窒素ガスの消費量を少なくしている。

【０００５】なお図３の例では、窒素ガス噴出管２７を
出口通路１７内に設置したが、窒素ガス噴出管１７は加
熱炉本体１３内に設置される場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】同じ種類の被加熱物品
を加熱するときは、炉内の酸素濃度をほぼ一定に保つこ
とが要求される。要求される炉内の酸素濃度は、クリー
ム半田中に含まれるフラックスの活性力、固形分量など
によって異なり、およそ１００〜１０００ｐｐｍの範囲
にある。このように窒素ガス雰囲気加熱炉は、炉内を比
較的低酸素濃度にして運転する場合、比較的高酸素濃度
にして運転する場合、その中間の酸素濃度で運転する場
合があるので、そのいずれの場合にも対応できるように
する必要がある。

【０００７】外部から炉内に流入する空気を利用する
と、炉内の酸素濃度は供給する窒素ガスの流量によって
調節できる。すなわち、窒素ガスの供給流量を多くすれ
ば炉内の酸素濃度は低くなり、窒素ガスの供給流量を少
なくすれば炉内の酸素濃度は高くなる。例えば出願人の
旧型の加熱炉では、炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍに保
つためには１７０リットル／分の窒素ガスを供給する必
要があるが、１０００ｐｐｍに保つ場合は１２０リット
ル／分の窒素ガスを供給すればよい。窒素ガスの供給流
量が多い場合も少ない場合も、被加熱物品などと共に炉
内に入り込む空気の量はほぼ同じである。これをグラフ
で示すと図４（ａ）のようになる。

【０００８】一方、ある酸素濃度を維持するために必要
な窒素ガスの供給流量は、入口通路および出口通路のシ
ール性能によって異なる。入口通路および出口通路のシ
ール性が高ければ、被加熱物品などと共に炉内に入り込
む空気の量が少なくなるため、窒素ガス供給流量を少な
くしても所望の酸素濃度を維持することができる。例え
ば入口通路および出口通路のシール性を向上させた出願
人の新型の加熱炉では、炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍ
に保つために必要な窒素ガス供給流量は１００リットル
／分であり、１０００ｐｐｍに保つために必要な窒素ガ
ス供給流量は６０リットル／分である。炉内に入り込む
空気の量は旧型の加熱炉より大幅に少なくなる。これを
グラフで示すと図４（ｂ）のようになる。

【０００９】このように入口通路および出口通路のシー
ル性を向上させれば、窒素ガスの使用量が少なくて済
み、ランニングコストの低減を図ることができる。しか
しながら窒素ガスの供給流量が少なくなり過ぎると次の
ような問題が生じる。すなわち、窒素ガスの供給流量が
少なくなり過ぎると、入口通路から被加熱物品が外部空
気を多量に巻き込みながら入ってきた時、あるいは炉外
の空気の流れの影響で流入空気量が極端に減った時のよ
うな外乱に対して、炉内の酸素濃度が非常に不安定にな
るという問題がある。前述した窒素ガス供給流量のみで
炉内酸素濃度を調整するタイプの従来の加熱炉では、こ
のような外乱に対して炉内の酸素濃度を安定に保つた
め、窒素ガスの供給流量が炉内酸素濃度を安定に保てる
限界のガス供給流量（安定限界流量）を下回らないよう
にする必要がある。安定限界流量は加熱炉のタイプやサ
イズによって異なるが、出願人の加熱炉の場合は、例え
ば約８０リットル／分程度である（図４の破線のレベ
ル）。

【００１０】このため窒素ガス供給流量のみで炉内酸素
濃度を調整するタイプの従来の加熱炉では、通路のシー
ル性向上によるランニングコスト低減を十分に図ること
ができない。すなわち、高酸素濃度で運転するときで
も、外乱に対して酸素濃度が不安定にならない量の窒素
ガスを供給することとし、その分、通路のシール性を低
くしていた。シール性を高めることにより窒素ガスの供
給流量を減らしても目標とする酸素濃度が得られること
が分かっているにもかかわらず、酸素濃度を安定させる
ために意図的にシール性を低くし、窒素ガスの供給流量
を増やして、常時安定限界流量以上に保つことは、窒素
ガスの消費量を増やすことになり、不経済である。

【００１１】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑
み、高酸素濃度で運転する場合でも窒素ガスの供給流量
を安定限界流量より少なくでき、しかも酸素濃度を安定
させることができる窒素ガス雰囲気加熱炉を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、炉内に窒素ガスを供給し、供給された窒素ガ
スを被加熱物品の入口通路と出口通路から流出させるこ
とにより炉内を窒素ガス雰囲気に保つと共に、炉内に供
給する窒素ガスの流量によって炉内の酸素濃度を所望の
濃度に保つようにした窒素ガス雰囲気加熱炉において、
窒素ガスの供給流量が安定限界流量（以下、炉内酸素濃
度を安定に保てる限界の全ガス供給流量の意味で用い
る）を下回るときにのみ、炉内に供給する窒素ガスに空
気又は酸素を添加する添加システムを設けたことを特徴
とする。

【００１３】このような構成にすると、窒素ガスの供給
流量が安定限界流量を下回る場合には、窒素ガスに空気
又は酸素が添加されるので、供給されるガスの総量が増
加すると共に、酸素濃度の高い低純度の窒素ガスが供給
されることになる。このため窒素ガスの供給流量を増や
さなくても外乱に対し酸素濃度を安定に保つことができ
る。窒素ガスの供給流量が安定限界流量を下回るという
ことは、目標とする酸素濃度が高い場合であるので、空
気を添加して窒素ガスの純度を下げても差し支えない。
また窒素ガスの供給流量が安定限界流量以上である場合
には、空気を添加しない高純度の窒素ガスが供給される
ので、窒素ガスの供給流量は酸素濃度の見合った流量で
よく、窒素ガスの消費量が少なくて済む。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔実施形態１〕図１は本発明の一実施形態を示す。図１
において、先に説明した図３と同一部分には同一符号を
付してある。この加熱炉が図３の加熱炉と異なる点は、
加圧窒素ガス源２３と流量調節弁２５の間に圧力調整弁
３１を設置したことと、圧力調整弁３１と流量調節弁２
５の間に、空気添加システム３３を接続したことであ
る。空気添加システム３３は、加圧空気源３５と、減圧
弁３７と、絞り弁３９と、逆止弁４１とから構成され
る。

【００１５】圧力調整弁３１は炉内へ供給する窒素ガス
の圧力を例えば０〜０．４ＭＰａの範囲で調整するもの
である。圧力調整弁３１の２次側圧力（Ａ点）と窒素ガ
ス供給流量との間には図２に示すようにほぼ比例関係が
ある。加熱炉については酸素濃度を安定に保つことので
きる窒素ガスの限界流量を予め実験により求め、それを
下回らない圧力を図２から求める。ここでは例えば安定
限界流量が８０リットル／分で、その流量を保つための
圧力が０．２ＭＰａであるとする。この圧力を空気添加
システム３３の減圧弁３７に設定する。すなわち減圧弁
３７の２次側圧力（Ｂ点）は０．２ＭＰａに保たれる。

【００１６】このようにしておくと、例えば加熱炉を高
酸素濃度で運転するため、圧力調整弁３１により窒素ガ
スの供給圧力が０．２ＭＰａ以下に設定された場合に
は、Ａ点とＢ点の差圧により空気が添加されることにな
る。空気の添加量は絞り弁３９により決定される。その
結果、供給されるガスの総量が増加すると共に、酸素濃
度の高い低純度の窒素ガスが供給されるため、窒素ガス
の供給流量を増やさなくても外乱に対し酸素濃度を安定
に保つことができる。

【００１７】また圧力調整弁３１により窒素ガスの供給
圧力が０．２ＭＰａ以上に設定された場合（目標とする
酸素濃度が低い場合）には、逆止弁４１が閉じるので、
空気が添加されなくなり、窒素ガスのみが供給されるこ
とになる。

【００１８】〔その他の実施形態〕実施形態１では、窒
素ガスの供給圧力に応じて空気が添加される構成とした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば窒
素ガスの供給流量を検出し、それに応じて空気が添加さ
れるようにすることもできる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
熱炉が高酸素濃度で運転される場合は、窒素ガスの供給
流量が安定限界流量を下回ると空気又は酸素が添加さ
れ、供給されるガスの総量が増加すると共に、酸素濃度
の高い窒素ガスが供給されるので、窒素ガスの供給流量
を増やすことなく酸素濃度を安定に保つことができる。
また加熱炉が低酸素濃度で運転される場合は、空気を添
加しない高純度の窒素ガスを酸素濃度に見合った流量
（安定限界流量以上）で供給されるため、酸素濃度が安
定し、窒素ガスの消費量が少なくて済む。したがって高
酸素濃度でも低酸素濃度でも酸素濃度の安定性を維持し
た上で、加熱炉のシール性向上、窒素ガスの消費量低減
を実現でき、ランニングコストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る窒素ガス雰囲気加熱炉の一実施
形態を示す説明図。

【図２】 窒素ガス雰囲気加熱炉における窒素ガス供給
圧力と窒素ガス流量の関係を示すグラフ。

【図３】 従来の窒素ガス雰囲気加熱炉を示す説明図。

【図４】 加熱炉内の酸素濃度と窒素ガス供給流量との
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１３：加熱炉本体 １５：入口通路 １７：出口通路 １９：被加熱物品 ２１：チェーンコンベア ２３：加圧窒素ガス源 ２５：流量調節弁 ２７：窒素ガス噴出管 ２９：シール板 ３１：圧力調整弁 ３３：空気添加システム ３５：加圧空気源 ３７：減圧弁 ３９：絞り弁 ４１：逆止弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内に窒素ガスを供給し、供給された窒素
   ガスを被加熱物品の入口通路（１５）と出口通路（１
   ７）から流出させることにより炉内を窒素ガス雰囲気に
   保つと共に、炉内に供給する窒素ガスの流量によって炉
   内の酸素濃度を所望の濃度に保つようにした窒素ガス雰
   囲気加熱炉において、窒素ガスの供給流量が炉内酸素濃
   度を安定に保てる限界の流量を下回るときにのみ、炉内
   に供給する窒素ガスに空気又は酸素を添加する添加シス
   テム（３３）を設けたことを特徴とする窒素ガス雰囲気
   加熱炉。
2. 【請求項２】被加熱物品の入口通路（１５）および出口
   通路（１７）の上下には、被加熱物品の走行方向に所定
   の間隔をおいて炉外に流出する窒素ガスに抵抗を与える
   多数のシール板（２９）が設置されていることを特徴と
   する請求項１記載の窒素ガス雰囲気加熱炉。