JP2011528171A - 加工製品用熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明の加工製品用熱処理装置は、特に電気及び電子部品を実装したプリント基板などの加工製品の熱処理装置であって、加熱装置または冷却装置を有する少なくとも１つの加熱ゾーンまたは冷却ゾーンが形成または配置されたプロセスチャンバ（１）を備え、加工製品が加熱または冷却されながら前記加熱ゾーンまたは冷却ゾーンを通過するように搬送部に沿って搬送される加工製品用熱処理装置において、流入開口部（１８）から前記加熱ゾーンまたは冷却ゾーン内に加圧ガス状流体を導入可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る加工製品の熱処理装置に関する。

現状の最新技術水準におけるリフローはんだ付け装置によって知られているように、加熱ゾーンまたは冷却ゾーンを有したいくつかのプロセスチャンバが連続的に配列され、これらプロセスチャンバが、加熱によってそれぞれ設定された温度に達するようになっており、具体的には、余熱ゾーン、リフローゾーン及び冷却ゾーンが、はんだ付けを行おうとする処理対象物、即ちプリント基板を様々な温度に晒す目的で設けられる。はんだ付けの対象物に加熱装置の熱を供給するため、対流を利用し、適度に調整された空気が対象物を通過するように送風装置を用いることは一般的に行われている。プリント基板への熱伝達は、実質的にプロセスチャンバ内におけるガスの温度と流量とに依存する。このような対流機構に用いられる送風モータは、熱伝達率を制御可能とするために回転数の調整が行われる。送風装置を用いた気流の生成は、非常に複雑な技術を必要とする可能性があり、特に高い流速を必要とする場合には、このようなシステムの効率に対して問題が生じるおそれがある。

現状の最新技術水準において知られているはんだ付け装置の付加的加熱モジュールは、中波長から長波長の赤外線放射装置を備えている。このような予備加熱モジュールは、放射伝熱を利用して対象物の加熱を行う。このような加熱モジュールの欠点は、エネルギの伝達効率にある。

また、特許文献１には、はんだ付けの対象物が搬送面に沿って加熱ゾーンを通過するように搬送されるリフローはんだ付け装置が開示されている。搬送面の上方には、処理対象物の幅と実質的に一致する大きさの溝孔状の開口及び溝状断面の通路を有したノズルが設けられている。噴射されたプロセスガスは、ノズル開口から離間した位置にあるディフレクタの表面を通過して拡がるようになっている。

独国実用新案出願公開第２０２０３５９９号明細書

このような装置では、プロセスガスが対象物に必要な量の熱を供給する役割を担っている。このような手法においては、プロセスチャンバ内に非常に多くの量のプロセスガスを導入しなければならないという問題が生じる。

このような現状の技術を勘案し、本発明の目的は、現状の技術において生じる問題点を解消し、より効率的な熱伝達を可能とする加工製品用熱処理装置を提供することにある。

本発明によれば、上記目的は、請求項１に示される装置によって達成される。
また、本発明の好ましい態様は従属請求項の主題である。

まず第１に、それ自体は公知であるが、特に電気または電子部品などを実装したプリント基板などの加工製品の熱処理装置は、加熱装置または冷却装置を有する少なくとも１つの加熱ゾーンまたは冷却ゾーンが形成または配置されたプロセスチャンバを備えている。このとき、加工製品が加熱または冷却されながら上記ゾーンを通過するように、搬送部に沿って加工製品を搬送することが可能となる。このような装置は、冷却モジュールと加熱モジュールとを連続的に配置可能なモジュール構造を備えているのが好ましい。このようにして、様々な冷却ゾーンまたは加熱ゾーンに沿って搬送される加工製品に対し、搬送に従って冷却または加熱を行うことが可能となる。様々なモジュール内の温度は、温度センサまたはパイロメータで計測可能であり、従って制御することが可能である。

本発明によれば、流入開口部から、加圧ガス状流体を加熱ゾーンまたは冷却ゾーン内に導入することが可能である。この過程においてガス状流体は、プロセスチャンバの体積に比べて小さな体積流量の状態で、流入開口部から高い流速をもって送風され、流入開口部の領域において、プロセスチャンバ内の雰囲気を引き連れて流動する。こうして生じる大きく且つ特に強力な旋回流により付加的な対流熱伝達が行われ、加熱装置または冷却装置と処理対象物との間での放射伝熱による熱伝達が増強される。従って、このような装置では、ガスの導入により対流を利用して熱伝達量を増大させ、熱伝達効率を向上することができる。この点に関し、最も簡易な態様では、流入開口部からプロセスチャンバ内に導入するガス状流体を、圧縮空気、または不活性ガスもしくはその他の一般的なプロセスガスで構成することができる。体積流量が小さいことから、ガス状流体の温度は重要な要素とはならない。従って、圧縮空気のリザーバから供給される予熱されない圧縮空気を用いることが可能となる。ガス状流体は、単にプロセスチャンバ内に含まれる気体の動きを定めるためにのみ用いられる。

流入開口部は、加圧流体供給源に接続された少なくとも１つの導管部に設けられているのが好ましい。この流入開口部は、ノズルの形に形成されて、流入開口部の開度に対応した形態の流動を生成するようにしてもよい。加圧流体供給源について具体的には、コンプレッサを用いて加圧を行ってもよいし、圧縮ガスボンベを加圧流体供給源に接続したり、利用可能な圧縮空気供給網に加圧流体供給源を接続したりしてもよい。

別の好ましい具体的態様によれば、流入開口部は、加圧流体供給源に接続された中空チャンバの少なくとも１つの壁に設けられている。この場合、中空チャンバは、中空チャンバの壁に設けられた流入開口部を介し、プロセスチャンバ内の任意の場所の全てにガス状流体を供給することができるよう、プロセスチャンバ内の任意の位置に配置することが可能である。但し、別の態様では、流入開口部を有する壁がプロセスチャンバの外壁の一部を形成している。

導管部の配置は基本的に任意であるが、導入するガス状流体の搬送先であるプロセスチャンバの位置に実質的に依存する。好ましい態様によれば、特に搬送部にガス状流体の流動を集中させるため、複数の導管部がプロセスチャンバ内に設けられ、搬送部に対して実質的に平行に延設されている。ここで、導管部は前後及びまたは横に並べて配置することが可能である。

別の好ましい具体的態様によれば、複数の導管部が加工製品の搬送方向を実質的に横切るように、或いは導管部が加工製品の搬送方向に対して斜めに配置される。
この場合、搬送される加工製品には、異なる導管部から様々なタイプのガス状流体を、例えばプロセスチャンバにおける異なる領域において供給することが可能となる。

導管部における流入開口部の配置も基本的に任意である。従って、例えば導管部に統計的に分布するように流入開口部を配置してもよい。但し、本発明の別の具体的態様によれば、均一な流動配分を確保することにより均一な対流を得るため、流入開口部が直線的に連なって導管部に配置される。

これに代えて、例えば流入開口部を横に並べて配置してもよいし、互いに位置を斜めにずらして配置するようにしてもよい。この結果、より広範囲な流動特性を実現することが可能となり、より大きな体積のガス状流体の流動によって、プロセスチャンバの多くの部分にガス状流体を到達させることが可能となる。

隣り合う導管部間の距離は、１０ｍｍ〜１００ｍｍとするのが好ましく、この場合、より大きな体積のガス状流体の流動が生成されると同時に、十分な量の放射熱を導管部の間で放射することが可能となる。このため、例えば導管部が平行に配置される。
また、熱処理対象の加工製品からの導管部の距離は、２０ｍｍ〜５０ｍｍであるのが好ましい。

別の態様によれば、導管部の相互間の距離、及びまたは処理対象の加工製品からの距離を可変として導管部が配置される。例えば、このような構成は、手動により作動する調整装置、またはプロセスチャンバ内の雰囲気温度などのプロセス変数に応じて付加的に制御もしくは調整可能なモータ駆動の調整装置を用いて実現することができる。

別の好ましい態様によれば、導管部がその長手方向軸線周りに回転可能に配置される。この場合、ガス状流体の流動方向を簡単に調整することが可能となる。

流入開口部の径は、流動経路、ガス状流体の圧力、及び流入開口部の相互間の距離を特に考慮して定められる。この径は、２ｍｍ〜０．０１ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜０．０５ｍｍとするのが好ましい。これにより、ガス消費量を低減すると共に、流入するガス状流体の体積流量をプロセスチャンバの体積に対して十分小さくすることが可能となる。流入するガス状流体は、プロセスチャンバ内の雰囲気を引き連れて流動することが可能であり、それにより加工製品に向けて比較的大きなガス流動を引き起こすることができる。上述のような小さな径とすることにより、ガス消費量を低減しながら、流入するガス状流体の流速を高めることができる。このような過程において、ガス状流体の流動は、プロセスチャンバ内に熱を導入するものではなく、プロセスチャンバ内の加熱されたプロセスガス雰囲気から加工製品への熱伝達を補助するだけである。従って、放射伝熱に加え、対流熱伝達を行うことが可能となる。

隣り合う流入開口部の相互間の距離は５ｍｍ〜１００ｍｍとするのが好ましい。

別の好ましい具体的態様によれば、プロセスチャンバと加圧流体供給源との圧力差は、１ｂａｒ〜５０ｂａｒとなっている。従って、強力な旋回及び処理対象の加工製品への大量の効果的な流動、並びにそれに伴う大きな対流エネルギ伝達のもととなる、流入開口部からプロセスチャンバ内への高い流速のガス流動を発生させることが可能となる。更に、このような圧力範囲の設定により、流入の奥行きを拡大すると共に変化させることが可能となる。

加熱装置または冷却装置の形式は、本発明の本質とは関連しない。但し、具体的態様によれば、加熱装置または冷却装置は、少なくとも１つのパネルヒーティング部またはパネルクーリング部を有しており、導管部は、加工製品とパネルヒーティング部またはパネルクーリング部との間に配置されている。このとき、最も簡易な態様においては、プロセスチャンバの壁の領域がパネルヒーティング部として機能し、外部から加熱されるか、或いは赤外線発熱素子が設けられる。

別の態様によれば、加熱装置または冷却装置が、少なくとも１つの棒状または筒状の発熱素子または冷却素子を備えている。最も簡易な態様の場合、過熱蒸気、温水または冷媒が内部を流動するパイプをこれらの素子とすることができる。このとき、発熱素子または冷却素子は、隣り合う導管部の間、導管部と処理対象の加工製品との間、或いは導管部とプロセスチャンバの壁との間に配置してもよい。

上下に横並びに配置された導管部を有すると共に、発熱素子または冷却素子を有したプロセスチャンバを示す図である。 上下に横並びに配置された導管部を有すると共に、発熱素子または冷却素子を有し、搬送面に対してこれら導管部、並びに発熱素子または冷却素子の距離を可変としたプロセスチャンバを示す図である。 上下に横並びに配置された導管部を有すると共に、発熱素子または冷却素子を有し、発熱素子がリフレクタを用いて部分的に遮蔽されているプロセスチャンバを示す図である。 パネルヒーティング部を有し、いくつかの流入開口部が設けられたプロセスチャンバを示す図である。 ２つの流入開口部を有した導管部の断面図である。 １つの流入開口部を有した導管部の断面図である。 導管部と、加熱装置または冷却装置とからなる吹出口装置を備えたモジュールを示す図である。 図７に示すモジュールの、導管部と、加熱装置または冷却装置とからなる吹出口装置を示す断面図である。 搬送部の搬送方向に沿って設けられる導管部の配置を示す図である。 搬送部の搬送方向に直交して設けられる導管部の配置を示す図である。 搬送部に沿って設けられる、複数の導管式吹出口装置、及び加熱素子または冷却素子の配置を示す図である。

以下、好ましい実施形態のみを例示した図面を参照し、本発明についてより詳細に説明する。

図１に示すプロセスチャンバ１は搬送ユニット２が中央を横切っており、この搬送ユニット２は、第１チャンバ開口部２からプロセスチャンバ１内に入った後、第２チャンバ開口部４から外に出るようになっている。プロセスチャンバ１では、導管部５からガス流６がチャンバ中心軸線に向けて流出するようになっており、この導管部５がプロセスチャンバ１内の上下に互いに対向するようにして設けられている。導管部５に対し、発熱素子７が１つずつ交互に配置されて設けられており、この発熱素子７から、プロセスチャンバ１の中央部に向けて均一に熱放射８が生じるようになっている。図中、この熱放射８は曲線状の矢印により示されている。このようにして発熱素子７と導管部５とを交互に配置することにより、処理対象物への熱伝達効率を向上させることができる。この処理対象物は、搬送ユニット２を用い、搬送部に沿ってプロセスチャンバ１を通過するように搬送され、このときガス流６により加熱されるようになっている。このガス流６は、プロセスチャンバ１内で発熱素子７或いは発熱素子７によって加熱された面と接触することにより、加熱された状態にある。

図２は、搬送ユニット２の搬送部に対して位置を可変とした発熱素子７及び流入開口部５の配置を示している。これによりプロセスチャンバ１では、搬送ユニット２が第１チャンバ開口部３から第２チャンバ開口部４に移動するときに、最初の区域では、流入開口部５及び発熱素子７が搬送部に接近した第１位置９にある一方、他の区域では、流入開口部５及び発熱素子７が搬送部に対してより離間した位置となる第２位置１０にある。また、導管部５の間隔が第１間隔１１及び第２間隔１２となっていることからわかるように、発熱素子７と導管部５との横方向間隔も変更可能となっている。

図３は、熱放射８を得る別の手法を示している。この場合、搬送ユニット２が第１チャンバ開口部３から第２チャンバ開口部４へと移動するプロセスチャンバ１において、発熱素子７が導管部５と隣り合って交互に配置されている。更に、反射部材１３が発熱素子７と搬送ユニット２の搬送部との間に位置するように設けられることにより、発熱素子７から発せられた熱放射８が側方に偏向されるようになっている。この結果、より大量の熱放射８が、導管部５及び導管部５に設けられた流入開口部に直接的に達することが可能となる。このようにして、ガス流６を効果的に加熱することが可能となり、受け取った熱を搬送ユニット２及び搬送ユニット２上の処理対象物に移動させることができる。

図４は、流動を可変にしたガス流６の加熱の例を示している。このような目的のため、プロセスチャンバ１の壁面には、搬送ユニット２の搬送部の搬送方向と平行にパネルヒーティング部１４が設けられている。このパネルヒーティング部１４は、プロセスチャンバ１内に均一に熱を放射するようになっている。流入開口部５は、パネルヒーティング部１４から放射された熱を搬送ユニット２に移動させるべく、パネルヒーティング部１４の前方に設けられている。導管部５からのガス流６の噴射は、第１部分噴流１５と第２部分噴流１６とに分割されるようになっており、これにより更に広範囲なガス流の分配、及びそれに伴う更に大量の流動を実現することが可能となる。

図５は、流入開口部１８と、これに隣接して設けられたもう１つの流入開口部１９とを有する導管部５の断面を示している。この場合、ガス流は第１部分噴流１５と第２部分噴流１６とに分割される。このように２つに分割された噴流を得るための構造は、例えば図４にも示されている。外径２０及び内径２１は、導管部の明確な特性要素となるものであり、ガス圧が一定に定められている場合、これらの特性要素により、流速または流動の形態を調整することが可能である。

図６は、流入開口部１８のみを有した導管部５の断面を示しており、この導管部５では第１部分噴流１７のみが生成される。このような構成は、特定の場所に流動を生成する場合に有効である。

図７は、加圧流体供給源２２が、５つの導管部５からなる導管式吹出口装置に接続されたモジュールを示している。各導管部５からはガス状流体が流出するようになっている。更に、発熱素子７として発熱コイルが示されており、この発熱コイルが導管式吹出口装置の全域にわたり設けられている。加圧流体供給源２２により、このモジュールにおいて、それぞれの導管部５の流体圧力を均一にすることが可能となる。

図８は、図７に示すモジュールの断面図であって、第１部分噴流１５及び第２部分噴流１６が導管部５から流出し、発熱素子７が放射した熱で加熱されるようになっている。更に、モジュールには、熱を効率的に導管部５に移動させるための反射部材１３が設けられている。

図９及び図１０は、搬送ユニット２の搬送部の搬送方向２３に対する導管部５の配置を示す図である。図９は、搬送ユニット２の搬送部の搬送方向２３に対して平行な導管部５の配置を示している。これにより、流入開口部５の配置は、搬送部の搬送方向２３を直角に横切るようになる。

図１１は、図７に示すような加熱モジュールまたは冷却モジュールが数台隣り合って配置されたはんだ付け装置の構成を示す図である。このような構成において、プロセスチャンバ１は、導管部５と加熱コイルの形式の発熱素子７とで構成される導管式吹出口装置をそれぞれが有した８台のモジュールを備えている。これらのモジュールは接続部材２４を介して加圧流体供給源に接続することが可能であると共に、接続部材２５を介して加熱装置に接続することが可能となっている。

なお、本発明の実現は、図１〜図１１に示した具体的な実施形態に限定されるものではなく、様々な変形を行うことも可能である。特に、発熱素子及び冷却素子の配置のほか、搬送ユニットの配置及びプロセスチャンバの外形は、例示した装置とは異なるものであってもよい。

以上のように、本発明は、熱放射に加え、加熱された流体の流動により熱伝達量が増大するので、はんだ付け装置における熱伝達効率を改善に大きく貢献するものである。

１ プロセスチャンバ
２ 搬送ユニット
３ 第１チャンバ開口部
４ 第２チャンバ開口部
５ 導管部
６ ガス流
７ 発熱素子
８ 熱放射
９ 第１位置
１０ 第２位置
１１ 第１間隔
１２ 第２間隔
１３ 反射部材
１４ パネルヒーティング部
１５ 第１部分噴流
１６ 第２部分噴流
１７ 単一噴流
１８ 流入開口部
１９ 流入開口部
２０ 外径
２１ 内径
２２ 加圧流体供給源
２３ 搬送方向
２４ 加圧流体供給源用接続部材
２５ 加熱装置用接続部材

Claims (17)

1. 特に電気及び電子部品を実装したプリント基板などの加工製品の熱処理装置であって、加熱装置または冷却装置を有する少なくとも１つの加熱ゾーンまたは冷却ゾーンが形成または配置されたプロセスチャンバ（１）を備え、加工製品が加熱または冷却されながら前記加熱ゾーンまたは冷却ゾーンを通過するように搬送部に沿って搬送される加工製品用熱処理装置において、
   流入開口部（１８）から前記加熱ゾーンまたは冷却ゾーン内に加圧ガス状流体を導入可能であることと特徴とする加工製品用熱処理装置。
2. 前記流入開口部（１８）は、加圧流体供給源（２２）に接続された少なくとも１つの導管部（５）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加工製品用熱処理装置。
3. 前記流入開口部（１８）は、加圧流体供給源（２２）に接続された中空チャンバの少なくとも１つの壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加工製品用熱処理装置。
4. 前記壁は、前記プロセスチャンバ（１）の外壁の一部を形成することを特徴とする請求項３に記載の加工製品用熱処理装置。
5. 複数の前記導管部（５）が前記プロセスチャンバ（１）内に配設され、前記加工製品の搬送方向（２３）に実質的に平行に延設されていることを特徴とする請求項２に記載の加工製品用熱処理装置。
6. 複数の前記導管部（５）が前記プロセスチャンバ（１）内に配設され、前記加工製品の搬送方向（２３）を実質的に横切るように、或いは前記加工製品の搬送方向（２３）に対して斜めに延設されていることを特徴とする請求項２に記載の加工製品用熱処理装置。
7. 前記流入開口部（１８）は、直線的に連なると共に互いに間隔をおいて前記導管部（５）に配設されていることを特徴とする請求項２、５または６に記載の加工製品用熱処理装置。
8. 前記流入開口部（１８）は、前記導管部（５）に並べて配設され、互いに位置を斜めにずらして配置されていることを特徴とする請求項２及び５〜７のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
9. 隣り合う前記導管部（５）の相互間の距離は、１０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
10. 処理対象の加工製品から前記導管部（５）までの距離は、２０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
11. 前記導管部（５）は、隣り合う前記導管部（５）との距離、及びまたは処理対象の加工製品からの距離が可変であることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
12. 前記導管部（５）は、その長手方向軸線周りに回転可能であることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
13. 前記流入開口部（１８）の径は、２ｍｍ〜０．０１ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜０．０５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
14. 隣り合う前記流入開口部（１８）の相互間の距離は５ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
15. 前記プロセスチャンバ（１）と前記加圧流体供給源（２２）との間の圧力差は１ｂａｒ〜５０ｂａｒであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
16. 前記加熱装置または冷却装置は、少なくとも１つのパネルヒーティング部またはパネルクーリング部（１４）を有し、当該パネルヒーティング部またはパネルクーリング部（１４）は、前記導管部（５）に対して処理対象の加工製品とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。
17. 前記加熱装置または冷却装置は、少なくとも１つの棒状または筒状の発熱素子または冷却素子（７）を有し、当該発熱素子または冷却素子（７）は前記導管部（５）に対して処理対象の加工製品とは反対側、前記導管部（５）と前記加工製品との間、または隣り合う導管部（５）の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の加工製品用熱処理装置。

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