JP2004163020A

JP2004163020A - 加熱炉

Info

Publication number: JP2004163020A
Application number: JP2002330429A
Authority: JP
Inventors: Hajime Aomi; 元青海
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】炉内の構造や制御方法を複雑化することなく処理品の部分的な温度差を充分抑制できる加熱炉を提供する。
【解決手段】処理品Ｗを炉内の搬送装置２で搬送しながら加熱する加熱炉において、搬送される処理品Ｗの両側にサイドヒーター４を搬送方向に沿って設置した構成の加熱炉とする。サイドヒーター４としてシーズヒーターを使用し、その発熱部を炉内の予熱昇温領域と本加熱昇温領域に位置させ、処理品の部分的な温度差を充分抑制する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱炉に関し、例えば電子部品を実装した基板等を加熱して半田付けを行うリフロー炉等として好適に使用される加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な遠赤外線加熱方式のリフロー炉は、図５に示すように、電子部品が実装された基板などの処理品Ｗを炉内で搬送しながら、上下の遠赤外線ヒーターＨ，Ｈで該処理品Ｗを加熱し、半田をリフローさせて電子部品を半田付けするものである。このリフロー炉の内部は、処理品Ｗを半田のリフロー温度より低い温度まで予め加熱する予熱領域と、半田のリフロー温度以上に加熱する本加熱領域とに分かれており、処理品Ｗが本加熱領域において高温に加熱される時間を短くして電子部品の熱破壊等を防止しているが、後述するように、処理品Ｗを全体に均一な温度に加熱し難いため、部分的に予熱不足や半田付け不良を生じる恐れがあった。
【０００３】
一方、炉内に配置した温度センサを用いて、ヒーターでは制御しきれない基板の端部や高熱容量の電子部品の加熱温度を予測し、この加熱温度に過不足がある場合には、加熱補助装置によって部分的に加熱または冷却を行い、適正な加熱温度に制御するようにしたリフロー炉も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１９５８２号公報（第２−３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すように上下の遠赤外線ヒーターＨ，Ｈで処理品Ｗを加熱する上記の一般的なリフロー炉では、処理品Ｗに部分的な温度差が生じ、ヒーターＨ，Ｈの中央部に対応する処理品ＷのＢ点部分（中央部分）の温度よりも、ヒーターＨ，Ｈの両端部に対応する処理品ＷのＡ点部分（両端部分）の温度の方が低くなるため、このＡ点部分で加熱不足や半田付け不良を生じる恐れがあった。このような処理品Ｗの部分的な温度差は、リフロー炉の予熱領域のうちの最初の昇温領域（予熱昇温領域）と本加熱昇温領域（リフロー領域）において特に大きくなる。
【０００６】
この温度差の問題は、従来の熱風循環加熱方式のリフロー炉や、遠赤外線加熱方式と熱風循環加熱方式を併用したリフロー炉においても、処理品の両端部の熱が搬送装置に奪われる等の理由から、多少とも生じるものである。
【０００７】
これに対し、特許文献１のリフロー炉は、電子部品を実装した基板の端部の加熱温度を温度センサで予測し、加熱補助装置により部分的に加熱または冷却を行って適正な加熱温度に制御するため、上記の温度差の問題をある程度は解決できる。けれども、加熱補助装置として、高温空気を供給する第一パイプ、低温空気を供給する第二パイプ、流量調整バルブなどを組み合わせた複雑な補助加熱ノズルユニットをリフロー炉に組み込む必要があり、しかも、温度センサの測定温度から基板端部の加熱温度を予測して適正な設定温度と比較しながら、流量調整バルブを計算された時間と流量分だけ開閉して高温空気又は低温空気を供給することにより温度制御を行うため、リフロー炉の内部構造や制御方法が複雑化するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の問題に対処すべくなされたもので、その目的とするところは、炉内の構造や制御方法を複雑化することなく簡易な補助加熱手段を付設するだけで処理品の部分的な温度差を充分抑制することができる加熱炉を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、処理品を炉内の搬送装置で搬送しながら加熱する加熱炉において、搬送される処理品の両側にサイドヒーターを搬送方向に沿って設置したことを特徴とするものである。
【００１０】
このような本発明の加熱炉は、処理品の両端部をサイドヒーターで補助的に加熱することにより、処理品の両端部と中央部との温度差を大幅に抑制することができる。従って、本発明の加熱炉をリフロー炉として使用すれば、処理品の両端部の加熱不足や半田付け不良の心配を解消することができる。
【００１１】
本発明の加熱炉においては、サイドヒーターとしてシーズヒーターを使用することが好ましい。このシーズヒーターは細いパイプ状のヒーターであるから、搬送される処理品の両側に該ヒーターを搬送方向に沿って簡単に取付けることができ、このようにシーズヒーターを取付けても嵩張ったり邪魔になったりすることがなく、炉内の構造や制御方法が複雑化することもない。
【００１２】
本発明の加熱炉においては、シーズヒーターの発熱部を炉内の予熱昇温領域と本加熱昇温領域に位置させることが好ましい。既述したように、炉内の予熱昇温領域や本加熱昇温領域は処理品の部分的な温度差が大きくなる領域であるから、この領域にシーズヒーターの発熱部を位置させると、処理品の部分的な温度差を効率良く抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の加熱炉は炉内の搬送装置の上下に、処理品を加熱する遠赤外線ヒーターを設置したものであることが好ましい。このような遠赤外線加熱方式の加熱炉にサイドヒーターを組み込むと、熱風循環加熱方式の加熱炉や併用方式の加熱炉にサイドヒーターを組み込むよりも、処理品の部分的な温度差の抑制効果が顕著になるので、特に有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００１５】
図１は本発明の加熱炉の一実施形態を示す一部破断側面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図、図３はシーズヒーターを取付けた炉内の搬送装置を示す部分斜視図、図４はシーズヒーターの断面図である。
【００１６】
この実施形態の加熱炉は遠赤外線加熱方式のリフロー炉１を例示したもので、図１に示すように、その炉内には処理品Ｗ（例えば電子部品を実装したプリント基板等）をリフロー炉１の入口１ａから出口のシューター１ｂに向かって搬送する搬送装置２が設けられている。
【００１７】
この搬送装置２は、図２、図３に示すように、左右一対の搬送用チェーン２ａ，２ａと、このチェーン２ａ，２ａを摺動自在に支持する左右一対の溝型レール２ｂ，２ｂとを備えたもので、チェーン２ａ，２ａの各素子には、処理品Ｗの両端部を支持する支持ピン２ｃ，２ｃが内側に向かって突設されている。このチェーン２ａ，２ａはいずれも、図１に示すように、リフロー炉１の入口１ａ付近のスプロケット２ｄ、出口付近のスプロケット２ｅ、駆動用のスプロケット２ｆ、ガイド用のスプロケット２ｇ，２ｈに巻き掛けられており、モーターＭで駆動用のスプロケット２ｆを起動させると、各チェーン２ａが矢印で示すように回動し、その支持ピン２ｃに載置された処理品Ｗが入口１ａから出口のシューター１ｂまで搬送されるようになっている。
【００１８】
また、この搬送装置２は、図２に示すように、片側の搬送用チェーン２ａと溝型レール２ｂを搬送方向と直交する方向（左右方向）に移動させることによって幅調節ができるため、幅調節の可能な範囲内であれば処理品Ｗの幅寸法が大きくても小さくても搬送できるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、炉内の搬送装置２の上下には、遠赤外線ヒーター３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設置されている。入口１ａ側の遠赤外線ヒーター３ａは、処理品Ｗを予熱してリフロー温度より低い温度まで昇温させる予熱昇温用ヒーターであり、その隣りの遠赤外線ヒーター３ｂ，３ｃは、予熱された処理品Ｗの温度を保つ予熱保温用ヒーターである。そして、炉内中央の遠赤外線ヒーター３ｄは、予熱された処理品Ｗをリフロー温度以上に加熱して半田付けを行う本加熱昇温用ヒーターである。
【００２０】
炉内の遠赤外線ヒーター３ａ，３ｂ，３ｃが設置された領域は予熱領域であって、そのうち、遠赤外線ヒーター３ａが設置された領域は予熱昇温領域であり、遠赤外線ヒーター３ｂ，３ｃが設置された領域は予熱保温領域である。そして、炉内の遠赤外線ヒーター３ｄが設置された領域は、本加熱昇温領域（リフロー領域）であり、この本加熱昇温領域よりも出口側の領域は冷却領域であって、冷却装置（不図示）が組み込まれている。
【００２１】
図２、図３に示すように、搬送装置２によって搬送される処理品Ｗの両側には、サイドヒーターとして合計８本の細いパイプ状のシーズヒーター４が搬送方向に沿って設けられている。即ち、これらのシーズヒーター４は、搬送装置２の左右の溝型レール２ｂ，２ｂのそれぞれの上面に取付金具（不図示）を用いて前後に２本ずつ計４本取付けられると共に、左右の溝型レール２ｂ，２ｂのそれぞれの内側面にも取付金具（不図示）を用いて前後に２本ずつ計４本取付けられており、これらの溝型レール上面のシーズヒーター４と溝型レール内側面のシーズヒーター４によって処理品Ｗの両端部が表側も裏側も加熱されるようになっている。このように細いパイプ状のシーズヒーター４を搬送装置２の溝型レール２ｂ，２ｂに取付けても、嵩張ったり邪魔になったりすることがなく、炉内の構造が複雑化することもない。
【００２２】
このシーズヒーター４は、図４に示すように、金属製の鞘管４ａの内部に線状の抵抗発熱体４ｂを挿通して絶縁材４ｃを充填した、外径が５〜２５ｍｍ程度の細いパイプ状のヒーターであって、抵抗発熱体４ｂはシーズヒーターの発熱部４ｄのみに挿通されており、非発熱部には発熱体４ｂに代えて電気抵抗の小さな導線が挿通されている。そして、このシーズヒーター４の発熱部４ｄが前述の予熱昇温領域（遠赤外線ヒーター３ａが設置されている領域）と本加熱昇温領域（遠赤外線ヒーター３ｄが設置されている領域）にそれぞれ位置するように、搬送装置２の左右の溝型レール２ｂ，２ｂに沿ってシーズヒーター４が４本ずつ合計８本取付けられている。各シーズヒーター４には熱電対（不図示）が取付けられており、その発熱部４ｄの温度を測定して各シーズヒーター４を個別制御できるようになっている。
【００２３】
以上のような構成のリフロー炉１において、その入口１ａから処理品Ｗ（電子部品を実装したプリント基板等）を搬送装置２に供給して一定の速度で搬送すると、処理品Ｗは予熱昇温領域の遠赤外線ヒーター３ａ，３ａの間を通過するときに該ヒーター３ａ，３ａによって加熱されると共に、左右両側のシーズヒーター４の発熱部４ｄにより補助的に加熱されて、リフロー温度より低い所定の予熱温度まで急激に温度が上昇する。このとき、シーズヒーター４の発熱部４ｄによる補助加熱がなければ、処理品Ｗの中央部と両端部の間に約３０℃の温度差が生じるが、このリフロー炉１では、両側のシーズヒーター４の発熱部４ｄによって処理品Ｗの両端部を補助的に加熱するため、温度差を１０℃以内に抑制することができる。
【００２４】
予熱された処理品Ｗは、保温用の遠赤外線ヒーター３ｂ，３ｃによって所定の予熱温度に保温されたまま本加熱昇温領域（リフロー領域）まで搬送され、遠赤外線ヒーター３ｄ，３ｄによって加熱されると共に、左右両側のシーズヒーター４の発熱部４ｄにより補助的に加熱されて、半田のリフロー温度以上の設定温度まで急激に昇温し、処理品Ｗの電子部品の半田付けが行われる。このとき、シーズヒーター４の発熱部４ｄによる補助加熱がなければ、処理品Ｗの中央部と両端部の間に約２０℃の温度差が生じるが、このリフロー炉１では、両側のシーズヒーター４の発熱部４ｄによって処理品Ｗの両端部を補助的に加熱するため、温度差を６℃以内に抑制することができる。従って、処理品Ｗの端部の加熱不足や半田付け不良の心配が解消され、同一処理品Ｗにおける部分的な品質のバラツキをなくすことができる。
【００２５】
半田付けされた処理品Ｗは冷却領域に搬送されて冷却され、リフロー炉１の出口のシューター１ｂから取り出されて次の工程に移送される。
【００２６】
また、このリフロー炉１は、前述したように処理品Ｗの幅寸法が小さい場合でも搬送装置２の幅寸法を縮小して搬送しながら加熱処理できるものであるが、このように搬送装置２の幅を縮小して処理品Ｗを搬送すると、図２に示すように、処理品Ｗが遠赤外線ヒーター３ｄ，３ｄの片側（図２では左側）に偏った部分を通過することになるため、処理品Ｗの中央部と両端部に温度差が生じるだけでなく、処理品Ｗの両端部間にも温度差が生じ、遠赤外線ヒーター３ｄ，３ｄの中央に近い方の処理品Ｗの端部（図２では右側の端部）の温度が反対側の端部の温度よりも高くなる。しかし、このように処理品Ｗの両端部間に温度差が生じる場合であっても、このリフロー炉１は、既述したようにそれぞれのシーズヒーター４を個別制御できるので、処理品Ｗの温度が低い方の端部を加熱するシーズヒーター４（図２では左側のシーズヒーター４）の温度を上げたり、温度が高い方の端部を加熱するシーズヒーター４（図２では右側のシーズヒーター４）の温度を下げたりすることによって、処理品Ｗの両端部をほぼ均等な温度に加熱することができる。
【００２７】
以上、代表的な実施形態として遠赤外線加熱方式のリフロー炉を挙げて本発明の加熱炉を説明したが、本発明は、他の波長域を用いた輻射加熱方式や熱風循環加熱方式のリフロー炉その他の加熱炉、更にはこれらのいずれかの方式を併用した併用方式のリフロー炉その他の加熱炉などにも適用可能である。また、サイドヒーターとして、シーズヒーター以外のコンパクトな抵抗発熱ヒーターや遠赤外線ヒーターなどを取付けても勿論よい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の加熱炉は、処理品の両端部をサイドヒーターで補助的に加熱することにより、処理品の両端部と中央部との温度差を充分抑制することができるので、例えばリフロー炉とする場合には、処理品の両端部の加熱不足や半田付け不良の心配を解消することができ、同一処理品における部分的な品質のバラツキをなくすことができるといった効果を奏する。そして、サイドヒーターとしてシーズヒーターを使用したものは、処理品の両側に搬送方向に沿って該ヒーターを簡単に取付けることができ、このように取付けても嵩張ったり邪魔になったりすることがなく、炉内の構造や制御方法が複雑化することもないといった効果を奏し、更に、シーズヒーターをその発熱部が炉内の予熱昇温領域と本加熱昇温領域に位置するように取付けたものは、処理品の部分的な温度差を効率良く抑制できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉の一実施形態を示す一部破断側面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図である。
【図３】シーズヒーターを取付けた炉内の搬送装置を示す部分斜視図である。
【図４】シーズヒーターの断面図である。
【図５】従来の遠赤外線加熱方式の加熱炉の要部説明図である。
【符号の説明】
１リフロー炉（加熱炉）
２炉内の搬送装置
２ａ搬送用チェーン
２ｂ溝型レール
２ｃ支持ピン
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ遠赤外線ヒーター
４シーズヒーター（サイドヒーター）
４ｄ発熱部
Ｗ処理品

Claims

処理品を炉内の搬送装置で搬送しながら加熱する加熱炉において、搬送される処理品の両側にサイドヒーターを搬送方向に沿って設置したことを特徴とする加熱炉。
サイドヒーターがシーズヒーターである請求項１に記載の加熱炉。
シーズヒーターの発熱部が炉内の予熱昇温領域と本加熱昇温領域に位置している請求項２に記載の加熱炉。
炉内の搬送装置の上下に、処理品を加熱する遠赤外線ヒーターが設置されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加熱炉。