WO2023188841A1 - 搬送加熱装置 - Google Patents

Abstract

被加熱物に温度のむらが生じることを防止する。複数の加熱炉が配列され、加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、加熱装置に対して被加熱物を搬入する搬送コンベアを有し、加熱炉のそれぞれは上部炉体及び下部炉体で構成され、上部炉体及び下部炉体のそれぞれに設けられたファンと、上部炉体及び下部炉体のそれぞれに設けられた加圧室と、加圧室内に設けられ、ファンから熱風が吹きつけられる整流板を備え、整流板がファンの外周より外側のみに設けられている搬送加熱装置である。

Description

搬送加熱装置

　本発明は、例えばリフロー装置に対して適用される搬送加熱装置に関する。

　リフロー装置は、搬送チェーンによって被加熱物としてのワーク例えばプリント回路基板が供給されるリフロー炉を備えている。リフロー炉は、例えば、搬入口から搬出口に至る搬送経路に沿って、複数のゾーンに対応する複数の加熱炉が順に配置された構成とされている。複数のゾーンは、加熱ゾーン、冷却ゾーンなどの役割を有する。

　加熱ゾーンでは、ワークに対して熱風が吹きつけられることによって、はんだ組成物内のはんだを溶融させてプリント配線基板の電極と電子部品とがはんだ付けされる。リフロー装置では、加熱時の温度を所望の温度プロファイルにしたがって制御することによって、所望のはんだ付けがなされる。すなわち、最初の区間が加熱によって温度が上昇する昇温部とされ、次の区間がほぼ一定温度のプリヒート（予熱）部とされ、次の区間がリフロー（本加熱）部とされ、最後の区間が冷却部とされる。

　例えば特許文献１には、気体の吐出，回収の対流は、回収口に近いほど活発で回収口から離れるほど停滞し、この結果、吐出面のほぼ中央部の下方に相対的に加熱温度の高い領域が出現してしまい、被加熱物における半田付け精度にむらが生じてしまう問題を解決することが記載されている。特許文献１では、吐出面の被加熱物の送り方向のほぼ中央部と被加熱物の幅方向のほぼ中央部とに十字形となる回収口を開口した構成としている。また、回収口と加熱された気体を吐出させるブロアとの間にブロアに向けて拡開した錐形のシュラウドを設け、回収口から回収された気体が錐形のシュラウドに旋回するように案内されてブロアに吸引される構成としている。シュラウドの内部に螺旋形のヒータが内蔵されている。かかる特許文献１では、回収口から回収された気体が錐形のシュラウドに旋回するように案内されてブロアに吸引され、シュラウドの内部を旋回して通過する際に旋回の長い過程でヒータによって加熱される構成としている。

特開２００５－７２４２３号公報

　しかしながら、かかる特許文献１に記載の構成は、吐出面の吐出口に近接して回収口を設ける構成を改善するものであり、吐出面（吹き出しパネル）の周囲に回収口を設ける構成に対しては適用できないものであった。

　したがって、本発明の目的は、吹き出しパネルの周囲に回収口を有する構成に対して適用され、被加熱物の温度にむらが生じないようにできる搬送加熱装置を提供することにある。

　本発明は、複数の加熱炉が配列され、加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、加熱装置に対して被加熱物を搬入する搬送コンベアを有し、
　加熱炉のそれぞれは上部炉体及び下部炉体で構成され、
　上部炉体及び下部炉体のそれぞれに設けられたファンと、
　上部炉体及び下部炉体のそれぞれに設けられた加圧室と、
　加圧室内に設けられ、ファンから熱風が吹きつけられる整流板を備え、
　整流板がファンの外周より外側のみに設けられている
搬送加熱装置である。

　少なくとも一つの実施形態によれば、整流板がファンの外周より外側のみに設けられているので、被加熱物に対する風圧のばらつきを減少させ、被加熱物の温度のむらを減少させることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明を適用できる従来のリフロー装置の概略を示す略線図である。 図２は、リフロー時の温度プロファイルの例を示すグラフである。 図３は、本発明の一実施形態の説明に用いるリフロー装置の断面図である。 図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。 図５は、図４のＢ－Ｂ断面図である。 図６は、本発明の一実施形態の生産時の動作説明に用いる断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の品種切り替え時の動作説明に用いる断面図である。 図８Ａ，図８Ｂ及び図８Ｃは、整流板の複数の例を示す平面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、整流板のさらに複数の例を示す平面図である。

　　以下、本発明を実施形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
　＜１．リフロー装置の一例＞
　＜２．一実施形態＞
　＜３．変形例＞
　　なお、以下に説明する一実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限定されないものとする。

　＜１．リフロー装置の一例＞
　　図１は、本発明を適用できる従来のリフロー装置の概略的構成を示す。プリント配線基板の両面に表面実装用電子部品が搭載されたワークが搬送コンベヤの上に置かれ、搬入口１０１からリフロー装置の加熱装置内に搬入される。搬送コンベヤが所定速度で矢印方向（図１に向かって左から右方向）へワークを搬送し、ワークが搬出口１０２から取り出される。搬送コンベアの搬送方向が水平方向とされている。

　　加熱装置は、搬入口１０１から搬出口１０２に至る搬送経路に沿って、複数の加熱炉が配列され、加熱炉によってワークに対して熱風（熱せられた雰囲気ガス）を吹きつけるように構成されている。複数の加熱炉（ゾーンと称する）がインライン状に配列されている。入口側から７個のゾーンＺ１～Ｚ７が加熱ゾーンであり、出口側の２個のゾーンＺ８及びＺ９が冷却ゾーンである。冷却ゾーンＺ８及びＺ９に関連して強制冷却ユニット１０３が設けられている。加熱ゾーンＺ１～Ｚ７のそれぞれは、それぞれ送風機、ヒータ、吹き出しパネルなどを含む上部炉体及び下部炉体を有する。なお、このゾーン数は、一例であり、異なる数のゾーンを有する構成としてもよい。

　　上述した複数のゾーンＺ１～Ｚ９がリフロー時の温度プロファイルにしたがってワークの温度を制御する。図２に温度プロファイルの一例の概略を示す。横軸が時間であり、縦軸がワーク例えば電子部品が実装されたプリント回路基板の表面温度である。最初の区間が加熱によって温度が上昇する昇温部Ｒ１であり、次の区間がほぼ一定温度のプリヒート（予熱）部Ｒ２であり、次の区間がリフロー（本加熱）部Ｒ３であり、最後の区間が冷却部Ｒ４である。

　　昇温部Ｒ１は、常温からプリヒート部Ｒ２（例えば１５０℃～１７０℃）まで基板を加熱する期間である。プリヒート部Ｒ２は、例えば等温加熱を行い、フラックスを活性化し、電極、はんだ粉の表面の酸化膜を除去し、また、プリント配線板の加熱ムラをなくすための期間である。リフロー部Ｒ３（例えばピーク温度で２２０℃～２４０℃）は、はんだが溶融し、接合が完成する期間である。リフロー部Ｒ３では、はんだの溶融温度を超える温度まで昇温が必要とされる。リフロー部Ｒ３は、プリヒート部Ｒ２を経過していても、温度上昇のムラが存在するので、はんだの溶融温度を超える温度までの加熱が必要とされる。最後の冷却部Ｒ４は、急速にプリント回路基板を冷却し、はんだ組成を形成する期間である。なお、無鉛はんだの場合では、リフロー部Ｒ３における温度は、より高温（例えば２４０℃～２６０℃）となる。

　　図２において、曲線１は、鉛フリーはんだの温度プロファイルの一例を示す。Ｓｎ－Ｐｂ共晶はんだの場合の温度プロファイルの一例は、曲線２で示すものとなる。鉛フリーはんだの融点は、共晶はんだの融点より高いので、プリヒート部Ｒ２及びリフロー部Ｒ３における設定温度が共晶はんだに比して高いものとされている。

　　図１に示すリフロー装置では、図２における昇温部Ｒ１の温度制御を、主としてゾーンＺ１及びＺ２が受け持つ。プリヒート部Ｒ２の温度制御は、主としてゾーンＺ３、Ｚ４及びＺ５が受け持つ。リフロー部Ｒ３の温度制御は、ゾーンＺ６及びＺ７が受け持つ。冷却部Ｒ４の温度制御は、ゾーンＺ８及びゾーンＺ９が受け持つ。上述した複数の炉体間（ゾーン間）には、隙間が存在する。

　＜２．一実施形態＞
　　図３は、複数のゾーンからなる加熱装置の一部の断面図であり、図４は、図３のＡ－Ａ線断面図であり、図５は、図４のＢ－Ｂ線断面図である。ワークＷの搬送方向（図３の矢印方向）に沿って加熱ゾーンに含まれるゾーンＺｎが示されている。リフロー装置の加熱ゾーンＺ１～Ｚ７の上部炉体及び下部炉体は、図３、図４及び図５に示す構成と同様の構成とされている。

　　各ゾーンには、上部炉体及び下部炉体が対向して設けられ、上部炉体と下部炉体との対向間隙内で、プリント配線基板の片面又は両面に表面実装用電子部品が搭載されたワークＷが搬送コンベア１ａ，１ｂによって搬送される。上部炉体内及び下部炉体内は、雰囲気ガスである例えば窒素（Ｎ２）ガスが充満している。上部炉体は、ワークＷに対して下方に熱風（熱せられた雰囲気ガス）を噴出してワークＷを加熱し、下部炉体は、ワークＷに対して上方に熱風を噴出してワークＷを加熱する。なお、熱風と共に赤外線を照射しても良い。

　　上部炉体は、モータ２により回転されるファン（回転羽根）３が加圧室４内に配置され、加圧室４から整流板１２及び吹き出しパネル５を通じて下方に熱風が吹き出される。吹き出しパネル５は、加圧室４の開口を覆うように設けられた多数の孔が形成された矩形の金属板である。整流板１２は、加圧室４内においてファン３と吹き出しパネル５の間に配置され、ワークＷに対する風圧のワークＷ面上のむらを防止し、ワークＷ面上の温度のむらを防止する。ファン３は、遠心ファン（例えばターボファン）である。ファン３の負圧側にヒータ６が配置されている。これらのファン３、吹き出しパネル５及びヒータ６が炉壁７で囲まれた炉体内に配置されている。

　　さらに、炉壁７と所定の間隔で対向して空気層壁８が設けられ、炉壁７及び空気層壁８の間に上部断熱空気層としての上部空気層９が形成される。上部空気層９には、図４に示すように、導入口１０及び排出口１１が取り付けられている。図示しないが、導入口１０に対してゾーンごとに設けられたファンから配管を通じてエアが供給され、導出口１１からファンに対して配管を通じてエアが導出される。このエアの経路中にバルブ等の制御手段が設けられ、上部空気層９に対してエアが供給／供給停止とされている。なお、複数ゾーンに共通のファン及び配管を設けてもよい。

　　下部炉体は、上部炉体と同様に、炉壁１７で囲まれた炉体内に、モータ１２により回転されるファン（回転羽根）１３、整流板２２、吹き出しパネル１５及びヒータ１６が配置されている。ファン１３の負圧側にヒータ１６が配置されている。ファン１３及び整流板２２は、加圧室１４内に配置される。整流板２２及び吹き出しパネル１５を通じて上方に熱風が吹き出される。吹き出しパネル１５は、加圧室１４の開口を覆うように設けられた多数の孔が形成された金属板である。整流板２２は、ファン１３と吹き出しパネル１５の間に配置され、ワークＷに対する風圧のワークＷ面上のむらを防止し、ワークＷ面上の温度のむらを防止する。ファン１３は、遠心ファン（例えばターボファン）である。

　　整流板１２及び整流板２２は、同様の形状を有している。図５は、整流板（斜線を付して表す。以下同様）２２の一例を示す。上部炉体及び下部炉体は、矩形の吹き出しパネル５及び吹き出しパネル１５が対向するように設けられている。整流板２２は、多数の孔が形成された金属板の中央に矩形例えば正方形の開口が形成されたものである。この開口は、その一辺の長さがファン１３の直径よりやや大とされている。すなわち、整流板２２がファン１３の外周より外側のみに設けられている。整流板１２も整流板２２と同様の形状とされている。なお、整流板１２及び整流板２２は、冷却ゾーンにも設けてもよい。なお、整流板１２及び整流板２２は、１枚の板に開口を形成する構成に限らず、２枚以上の部分を貼り合わせた構成でもよい。

　　さらに、炉壁１７と所定の間隔で対向して空気層壁１８が設けられ、炉壁１７及び空気層壁１８の間に下部断熱空気層としての下部空気層１９が形成される。下部空気層１９には、図４に示すように、導入口２０及び排出口２１が取り付けられている。図示しないが、導入口２０に対してゾーンごとに設けられたファンから配管を通じてエアが供給され、導出口２１からファンに対して配管を通じてエアが導出される。このエアの経路中にバルブ等の制御手段が設けられ、下部空気層１９に対してエアが供給／供給停止とされている。なお、複数ゾーンに共通のファン及び配管を設けてもよい。

　　上部空気層９及び下部空気層１９はリフローを行うための炉の内部空間とは隔離された構成とされている。したがって、上部空気層９及び下部空気層１９に対して導入する媒体としてエアを使用することができる。なお、導入する媒体の種類としては、エア以外の気体（例えば窒素ガス）又は液体（例えば水）を使用してもよい。

　　本発明の一実施形態の動作について説明する。図６は、ワークＷを流してリフローを行う生産時の動作を示している。図６は、図４と対応する図面である。生産時には、ヒータ６，１６により加熱された雰囲気がファン３、１３により整流板１２，２２及び吹き出しパネル５，１５を通じてワークＷに対して吹きつけられる。整流板１２，２２の開口及び開口の周囲のパネル部の孔を雰囲気が通過する。そして、ワークに吹きつけられた熱風が吹き出しパネル５，１５の周囲に形成された加圧室４，１４と炉壁７，１７の間の空間を通ってファン３、１３の負圧側に戻り、ファン３、１３に雰囲気が吸い込まれて吹き出される。生産時では、上部空気層９及び下部空気層１９に対するエアの供給及び排出が停止されている。

　　図７は、ワークの種類の変更、プロファイルの変更などの品種切り替え時の動作を示す。品種切り替え時には、上部空気層９及び下部空気層１９の全てに対するエアの供給及び排出が行われる。この処理によって品種切り替えに要する時間を短縮化することができ、生産効率を向上できる。

　　図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ及び図９Ａ，図９Ｂを参照して整流板の形状の変形例について説明する。簡単のため、下部炉体の整流板について説明するが、上部炉体の整流板も同様の形状を有している。但し、上部炉体の整流板と下部炉体の整流板を異なる形状としてもよい。

　　図８Ａに示す整流板２２Ａは、ファン１３と同心円状の開口が中央に形成されたものである。整流板２２Ａがファン１３の外周より外側のみに設けられている。図８Ｂに示す整流板２２Ｂは、ファン１３の外周より外側に位置し、搬送方向に延びる帯状のものである。２枚の整流板２２Ｂが平行に設けられている。図８Ｃに示す整流板２２Ｃは、ファン１３の外周より外側で、搬送方向と直交する方向に延びる帯状のものである。２枚の整流板２２Ｃが平行に設けられている。

　　図９Ａに示す整流板２２Ｄは、整流板２２Ｂと同様に、ファン１３の外周より外側に位置し、搬送方向に延びる帯状のものである。整流板２２Ｂと異なる点は、加圧室１４の搬送方向と平行する２面の内側との間に隙間が設けられている点である。さらに、図９Ｂに示す整流板２２Ｅのように、整流板２２Ｄより幅が狭い形状としてもよい。なお、図示する形状以外の整流板を使用してもよい。

　　上述した本発明の一実施形態において、例えば上部炉体、下部炉体共に同様の構成である整流板２２Ｂを設けた構成と、整流板を全面に設けた構成に関して、ワーク例えば所定の厚みのステンレス板上の温度を測定した結果、温度のムラを減少できることが確認できた。リフローのピーク温度を２４０℃に設定した場合、整流板２２Ｂを通過する雰囲気の風圧のバラツキが減少し、ワーク上の最高温度と最低温度の差が従来技術では、５．９℃であったのが、本発明の一実施形態では、２．５℃に改善することができた。

　＜３．変形例＞
　　以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばファンが背面から雰囲気を吸い込む構成に限らず、前面から雰囲気を吸い込む構成としてもよい。また、本発明は、プリント回路基板に限らず、フレキシブル回路基板、リジッド回路基板とフレキシブル回路基板とを貼り合わせた回路基板、これらを組み合わせたリジッドフレキ回路基板のリフローに対しても適用できる。さらに、リフロー装置に限らず、樹脂の硬化のための加熱装置等に対しても適用できる。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

　Ｚｎ・・・ゾーン、１０１・・・搬入口、１０２・・・搬出口
　１０３・・・強制冷却ユニット、１ａ，１ｂ・・・搬送コンベア
　３，１３・・・ファン、６，１６・・・ヒータ、７，１７・・・炉壁
　８，１８・・・空気層壁、９・・・上部空気層、１２，２２・・・整流板
　１９・・・下部空気層

Claims (7)

1. 　複数の加熱炉が配列され、前記加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、前記加熱装置に対して被加熱物を搬入する搬送コンベアを有し、
   　前記加熱炉のそれぞれは上部炉体及び下部炉体で構成され、
   　前記上部炉体及び前記下部炉体のそれぞれに設けられたファンと、
   　前記上部炉体及び前記下部炉体のそれぞれに設けられた加圧室と、
   　前記加圧室内に設けられ、前記ファンから熱風が吹きつけられる整流板を備え、
   　前記整流板が前記ファンの外周より外側のみに設けられている
   搬送加熱装置。
2. 　被加熱物に吹きつけられた熱風が前記加圧室と炉壁の間の空間を通って前記ファンの負圧側に戻るようになされた請求項１に記載の搬送加熱装置。
3. 　前記ファンの負圧側にヒータが配置されている請求項１又は２に記載の搬送加熱装置。
4. 　前記ファンが遠心ファンである請求項１又は２に記載の搬送加熱装置。
5. 　前記ファンが遠心ファンである請求項３に記載の搬送加熱装置。
6. 　前記上部炉体及び前記下部炉体の炉壁と対向して空気層壁が設けられ、前記炉壁及び前記空気層壁の間に上部空気層及び下部空気層が形成された請求項１又は２に記載の搬送加熱装置。
7. 　前記上部炉体及び前記下部炉体の炉壁と対向して空気層壁が設けられ、前記炉壁及び前記空気層壁の間に上部空気層及び下部空気層が形成された請求項３に記載の搬送加熱装置。

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