JP2021032489A - 加熱炉及び搬送加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定温度が高い場合も、シール部材の劣化を防止する。【解決手段】上部炉体及び下部炉体の接合部間に設けられた断熱シール部材と、上部炉体若しくは下部炉体の一方の側面から外方に向かって突出する押圧部材と、上部炉体若しくは下部炉体の他方の側面から外方に向かって突出する支持部材と、押圧部材の押圧面及び支持部材の支持面の間に設けられた気密性シール部材とを備え、押圧部材の押圧面及び支持部材の支持面の少なくとも一方の高さが可変される構成としたことを特徴とする加熱炉である。【選択図】図５

Description

本発明は、例えばリフロー装置に適用される加熱炉及び搬送加熱装置に関する。

電子部品又はプリント配線基板に対して、予めはんだ組成物を供給しておき、リフロー炉の中に基板を搬送コンベヤで搬送するリフロー装置が使用されている。リフロー装置の炉体が上下に分割され、上部炉体と下部炉体が開閉自在の構成とされている。メインテナンス作業時には、上部炉体及び下部炉体間が開かれ、通常のリフロー動作時には、上部炉体及び下部炉体間が閉じている。従来から上部炉体及び下部炉体間の気密性を保つためにパッキンが使用されている。例えば特許文献１には、高熱による気密性シール部材の劣化を防止するために、断熱性シール部材を使用することが記載されている。

また、特許文献２には、はんだの溶融時に発生するフラックスヒュームガスを含む炉内空気がパッキンに直接接触することを防止できる構成のリフロー炉が記載されている。

特許第３３８０５９７号公報 特許第４２７１２９９号公報

例えば、パワー半導体等の実装において、高出力対応に伴い、半導体素子自身の発熱量が増大しており、その影響ではんだ接合部が再溶融することを考慮し、高融点のはんだ材料（高温はんだ）が使用されつつある。高温はんだの融点は、３００℃以上となるものがある。したがって、リフロー時にも従来以上にリフロー設定温度を高くする必要がある。したがって、特許文献１のように上下炉体の接合部に、断熱性シール部材及び気密性シール部材を配置する構成では、従来から使用されているＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の鉛フリーはんだリフロープロファイルに対しては影響しないが、例えば３００℃以上の融点を有する高温はんだでのリフローを行う場合は、耐熱温度又はそれ以上の温度まで気密性シール部材の温度が上昇し、気密性シール部材が劣化する可能性がある。特許文献２の構成の場合には、断熱性シール部材が設けられておらず、また、炉内の熱が金属板を通じて伝達され、パッキンが劣化するおそれがあった。

したがって、本発明の目的は、高熱によってシール部材が劣化することを確実に防止することができる加熱炉及び搬送加熱装置を提供することにある。

本発明は、上部炉体及び下部炉体の接合部間に設けられた断熱シール部材と、
上部炉体若しくは下部炉体の一方の側面から外方に向かって突出する押圧部材と、
上部炉体若しくは下部炉体の他方の側面から外方に向かって突出する支持部材と、
押圧部材の押圧面及び支持部材の支持面の間に設けられた気密性シール部材とを備え、
押圧部材の押圧面及び支持部材の支持面の少なくとも一方の高さが可変される構成としたことを特徴とする加熱炉である。
また、本発明は、加熱部と冷却部を有し、上述した加熱炉を加熱部に対して設けるようにした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、炉体から離れた箇所で気密性シール部材が押圧されるので、高温のために気密性シール部材が劣化することを防止することができる。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、リフロー装置の一つの加熱ゾーンの構成の一例を示す断面図である。本発明の第１の実施形態の構成を示す略線図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態の部分斜視図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態の部分断面図である。

以下、本技術の実施形態等について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定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的構成を示す。図１では、説明の便宜上リフロー炉外に配置されるフラックス回収装置の図示が省略されている。プリント回路基板の両面に表面実装用電子部品が搭載された被加熱物が搬送コンベヤの上に置かれ、搬入口１１からリフロー装置の炉体内に搬入される。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）へ被加熱物を搬送し、被加熱物が搬出口１２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。

搬入口１１から搬出口１２に至る搬送経路に沿って、リフロー炉が例えば９個のゾーンＺ１からＺ９に順次分割され、これらのゾーンＺ１〜Ｚ９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１４が設けられている。

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被加熱物の温度を制御する。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、縦軸が被加熱物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、次の区間が温度のほぼ一定のプリヒート（予熱）部Ｒ２であり、次の区間が本加熱部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°Ｃ〜１７０°Ｃ）まで基板を加熱する期間である。プリヒート部Ｒ２は、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、プリント回路基板の加熱ムラをなくすための期間である。本加熱部Ｒ３（例えばピーク温度で２２０°Ｃ〜２４０°Ｃ）は、はんだが溶融し、接合が完成する期間である。本加熱部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。本加熱部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。

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を示す。Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだの場合の温度プロファイルは、曲線２で示すものとなる。鉛フリーはんだの融点は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだの融点より高いので、プリヒート部Ｒ２における設定温度がＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに比して高いものとされている。さらに、高温はんだを使用する場合には、本加熱部Ｒ３におけるピーク温度が例えば３００℃以上となるように設定される。

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。本加熱部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。

加熱ゾーンＺ１〜Ｚ７のそれぞれは、それぞれ送風機を含む上部炉体１５及び下部炉体３５を有する。例えばゾーンＺ１の上部炉体１５及び下部炉体３５から搬送される被加熱物に対して熱風が吹きつけられる。

図３を参照して加熱炉の一例について説明する。例えばゾーンＺ６を搬送方向に対して直交する面で切断した場合の断面が図３に示されている。上部炉体１５と下部炉体３５との対向間隙内で、プリント回路基板の両面に表面実装用電子部品が搭載された被加熱物（以下、ワークという）Ｗが搬送コンベヤ３１上に置かれて搬送される。上部炉体１５内及び下部炉体３５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１５及び下部炉体３５は、ワークＷに対して熱風（熱せられた雰囲気ガス）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１５は、例えばターボファンの構成の送風機１６と、送風機１６からの風を分散させて炉体内の温度分布の均一化を図るために対向して配置された導風板１７ａ，１７ｂと、ヒータ線を複数回折り返して構成したヒータ１８と、熱風が通過する多数の小孔を有する加熱パネル（蓄熱部材）１９とを有し、加熱パネル１９の小孔を通過した熱風がワークＷに対して上側から吹きつけられる。加熱パネル１９は、例えばアルミニウムの金属板に多数の小孔が形成されたものである。

下部炉体３５も上述した上部炉体１５と同様の構成を有する。すなわち、例えばターボファンの構成の送風機２６と、送風機２６からの風を分散させて炉体内の温度分布の均一化を図るために対向して配置された導風板２７ａ，２７ｂと、ヒータ線を複数回折り返して構成したヒータ２８と、熱風が通過する多数の小孔を有する加熱パネル（蓄熱部材）２９とを有する。加熱パネル２９の小孔を通過した熱風がワークＷに対して下側から吹きつけられる。

上部炉体１５に対して、フラックス回収装置４１が設けられる。フラックス回収装置４１は、例えば外板４０で囲まれた空間内で上部炉体１５の背面側に設置される。下部炉体３５に対して、フラックス回収装置６１が設けられる。フラックス回収装置６１は、例えば外板で囲まれた空間内で下部炉体３５の背面側に設置される。フラックス回収装置４１は、上部炉体１５から導出された雰囲気ガスを冷却させる冷却部４２と、冷却によって液化されたフラックスを回収する回収容器４３とからなる。同様に、フラックス回収装置６１は、下部炉体３５から導出された雰囲気ガスを冷却させる冷却部６２と、冷却によって液化されたフラックスを回収する回収容器６３とからなる。

送風機１６によって熱風が循環する経路中に雰囲気ガスをフラックス回収装置４１に導出するための導出口としての穴５２が設けられる。穴５２は、炉内において圧力が高い箇所に設けられる。圧力が低い箇所には、フラックス回収装置４１からのガスを上部炉体１５内に導入するための導入口としての穴５３が設けられる。これらの穴５２及び５３は、実際には、接続用管５４及び５５のそれぞれの一端側の開口に対応している。接続用管５４及び５５のそれぞれとフラックス回収装置４１の接続用管とが図示を省略したホースによって接続されている。下部炉体３５においても、炉内において圧力が高い箇所に設けられた穴から雰囲気ガスがフラックス回収装置６１に導出され、フラックス回収装置６１からのフラックス成分が減少したガスが炉内において圧力が低い箇所に設けられた穴から導入される。このようにフラックス回収装置４１及び６１を含む循環手段が設けられる。

なお、フラックス回収装置４１及び６１は、リフロー装置の各ゾーンの中で雰囲気ガスの汚れが大きいゾーンに設けられる。但し、リフロー装置の全ゾーンにフラックス回収装置４１及び６１を配置しても良い。

冷却ゾーンＺ８、Ｚ９は、加熱ゾーンと異なり、ヒータ１８及び２８を有しない構成とされ、上下に設けられている送風機によって冷却用気体（Ｎ２ガス等の不活性ガス又はエアー）が冷却パネルを介してワークＷに吹きつけられる構成とされている。冷却パネルは、アルミニウム等の金属板に多数の小孔が形成されたものである。

上述した上部炉体１５は、メインテナンス作業などのために外板４０と共に、固定の下部炉体３５に対して開閉自在とされている。すなわち、図３において、丸で囲んで示すように、上部炉体１５の両側の壁（ハウジング）の下端面と下部炉体３５の両側の壁（ハウジング）の上端面が対向する接合部Ｐ，Ｑは、分離可能とされている。炉内雰囲気が外部に漏れないように、この接合部Ｐ，Ｑにシール構造が設けられる。本発明は、このシール構造に関するものである。

本発明の一実施形態について、図４Ａ及び図４Ｂ、並びに図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図４Ａ及び図５Ａは、上部炉体１５及び下部炉体３５の間が離れている状態を示し、図４Ｂ及び図５Ｂは、上部炉体１５及び下部炉体３５の間が接している状態を示す。これらの図は、例えば図３の当接部分Ｐの構成を示す。他方の当接部分Ｑの構成も図示しないが、同様のものである。

上部炉体１５の側壁７１の端面と下部炉体３５の側壁７２の端面が対向して接合部が形成される。上部炉体１５及び下部炉体３５は、上述したように、その内部に搬送コンベア３１が通り、送風機１６，２６、ヒータ１８，２８などが収納される空間を有している。搬送コンベア３１の搬送方向を側壁７１及び７２の水平方向と称する。側壁７１及び７２のそれぞれの内側面７３及び７４が高温となる面である。

側壁７２の端面上に、内側面７４から外側面７６に向かって順に断熱シール部材としてのパッキン７７及びパッキン７８が配置されている。断熱シール部材としては例えばガラス繊維を網組みしたパッキンが使用される。一実施形態では、２本のパッキンを設けているが、１本のパッキンでもよく、３本以上のパッキンでもよい。側壁７２の端面とほぼ同じ高さの支持面を形成する支持部材としての下側支持板８１が外側面７６に対して取り付けられ、この支持面上に気密性シール部材としてのパッキン７９が配される。気密性シール部材としては例えばフッ素ゴムなどを使用したパッキンが使用される。このパッキン７９は例えばリップ付きパッキンを配しても良い。下側支持板８１は、直交する２面を有する断面Ｌ状の構成としてもよい。これらのパッキン７７，７８及びリップ付パッキン７９は、耐熱性のコーキング材８２で固定されている。パッキン７７及び７８の間に必要に応じてストッパ（二点鎖線で示す）８０を設けてもよい。

なお、本実施例では、リップ付きパッキン７９としているが、パッキン７９として、リップ構造を有さない通常のパッキンでも良い。一例として、上述したシール構造は、上部炉体１５及び下部炉体３５の側壁７１及び７２の端面が対向する箇所に設けられている。

パッキン７７及び７８は、断面が円形で側壁７２の水平方向に互いに平行して延長するものである。リップ付パッキン７９は、断面が楕円状とされ、パッキン７７及び７８と平行に配置されている。パッキン７７及び７８は、リップ付パッキン７９と比較して耐熱性に優れたものである。一方、リップ付パッキン７９は、パッキン７７及び７８と比較して耐熱性では劣るが、シール機能に優れたものである。

側壁７１の端面には、シート状の断熱材８３が貼り付けられている。上部炉体１５と閉じられると，図４Ｂ及び図５Ｂに示すように，パッキン７７及び７８は、断熱材８３によって上から押しつぶされる。断熱材８３の押圧面とほぼ同じ高さの押圧面を有する押圧部材としての上側ブラケット８４が外側面７５に対して断熱材８５を介して取り付けられている。断熱材８５は、断熱効果を有していると共に、上側ブラケット８４の取り付け部材として必要な機械的強度を有している。上側ブラケット８４は、直交する２面を有する断面Ｌ状であり、一方の面が外側面７５に対してネジなどで固定されている。

上側ブラケット８４は、側壁７１の水平方向に沿って延長されていると共に、所定の長さで分割されている。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、例えば一つの加熱ゾーンに対して二つの上側ブラケット８４が設けられている。上側ブラケット８４は、側壁７１に対して高さ方向及び長手方向の両方向で位置が調整可能とされている。例えば上側ブラケット８４をネジ止めする場合に、上側ブラケット８４に形成されているネジ穴がネジの径より大きなものとされている。リフロー動作時に上部炉体１５が熱膨張するのに対応して水平方向の位置が調整可能とされている。例えば加熱炉を動作させて熱膨張状態の上部炉体１５の側壁７１に対して上側ブラケット８４を固定するようになされる。側壁７１は、冷却により収縮するが、上側ブラケット８４の長さは、比較的短い（例えば１５０mm）ので、収縮により上側ブラケット８４の取り付けに支障が生じることがない。

また、リップ付パッキン７９は、下側支持板８１と上側ブラケット８４の押圧面によって押しつぶされることによって、シール効果を発揮するようになされている。押圧時の圧力が不十分であると、シール効果が不十分となり、また，押圧時の圧力が過大であると、リップ付パッキン７９に損傷が生じるおそれがある。上側ブラケット８４の高さが調整可能とされているので、リップ付パッキン７９に対する圧力を適正なものとすることができる。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の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。例えば上述した説明では、上部炉体に取り付けられた上側ブラケットの高さ位置及び水平方向の位置を調整可能としているが、下側の下側支持板の支持面の高さ位置及び水平方向の位置を調整可能としてもよい。また、本発明によるシール構造は、最も高温となる本加熱部のゾーンの上部炉体及び下部炉体の側壁の対向位置に設け、他の加熱部ゾーンに関しては、従来の構成のシール構造を設けるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料およ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、材料および数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、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。

１１・・・搬入口、１２・・・搬出口、１５・・・上部炉体、３１・・・搬送コンベヤ、３５・・・下部炉体、７１，７２・・・側壁、７５，７６・・・外側面、
７７，７８・・・パッキン、７９・・・リップ付パッキン、８１・・・下側支持板、
８３・・・断熱材、８４・・・上側ブラケット、８５・・・断熱材

Claims (6)

1. 上部炉体及び下部炉体の接合部間に設けられた断熱シール部材と、
   前記上部炉体若しくは前記下部炉体の一方の側面から外方に向かって突出する押圧部材と、
   前記上部炉体若しくは下部炉体の他方の側面から外方に向かって突出する支持部材と、
   前記押圧部材の押圧面及び前記支持部材の支持面の間に設けられた気密性シール部材とを備え、
   前記押圧部材の押圧面及び前記支持部材の支持面の少なくとも一方の高さが可変される構成としたことを特徴とする加熱炉。
2. 前記上部炉体に前記押圧部材が設けられ、前記下部炉体に前記支持部材が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の加熱炉。
3. 前記押圧部材の押圧面及び前記支持部材の支持面の少なくとも一方の水平方向の位置が可変される構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱炉。
4. 前記上部炉体若しくは前記下部炉体の一方の側面と前記押圧部材の間に断熱材が介在されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱炉。
5. 加熱部と冷却部を有し、請求項１に記載の加熱炉を前記加熱部に対して設けるようにした搬送加熱装置。
6. 請求項１に記載の加熱炉を前記加熱部の本加熱部に対して設けるようにした請求項５に記載の搬送加熱装置。

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