JP6322746B1 - ワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャリアガス不要で比較的大流量の気化対象液体を気化させる気化装置、ワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法を提供する。【解決手段】気化装置１は、気化対象液体Ｆｑよりも所定の比で熱容量が大きい蓄熱体１１を含む気化部１０と、気化部１０に熱を供給する熱供給器２０とを備え、所定の比は、気化対象液体Ｆｑを蓄熱体流路１２に流して気化対象液体Ｆｑを予定した割合で気化させたときに必要な熱量が蓄熱体１１から気化対象液体Ｆｑに伝達されたときに蓄熱体１１の温度低下があらかじめ決められた範囲内となる熱容量の比である。ワーク処理装置１００は、気化装置１と、チャンバ５と、チャンバ５の内部を負圧にする真空ポンプ６とを備える。処理済ワークの製造方法は、チャンバ５内にワークＷを搬入し、気化装置１で生成された処理ガスＦｇをチャンバ５内に供給し、チャンバ５内の処理ガスＦｇの雰囲気下でワークＷに所定の処理を施す。【選択図】図１
Description
本発明は気化装置、ワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法に関し、特にキャリアガスが不要で比較的大きな流量の気化対象液体を気化させることが可能な気化装置、ワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法に関する。
フラックスを使用せずに半田接合を行う半田付け装置として、被接合部材の金属表面の酸化物をギ酸等の還元剤を用いて還元して半田接合を行うものがある。被接合部材にギ酸ガスを供給するために、ギ酸液（気化対象液体）を気化させる手段として、ギ酸液が貯留されているバブリングタンクに窒素等のキャリアガスを導入すると、バブリングタンク内のギ酸液内に供給されたキャリアガスはギ酸液の液面の上方に向かって上昇して行き、このとき、ギ酸液が気体となってキャリアガスに混入することで、ギ酸ガスを生成するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載された気化手段では、キャリアガスが必要となり、気化できる気化対象液体の流量も少量である。
本発明は上述の課題に鑑み、キャリアガスが不要で比較的大きな流量の気化対象液体を気化させることが可能な気化装置、この気化装置を備えるワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る気化装置は、例えば図１に示すように、気化対象液体Ｆｑよりも所定の比で熱容量が大きい蓄熱体１１を含んで構成された気化部１０と；気化部１０に熱を供給する熱供給器２０とを備え；蓄熱体１１は、気化対象液体Ｆｑが流れる流路である蓄熱体流路１２が内部に形成されて構成され；所定の比は、気化対象液体Ｆｑを蓄熱体流路１２に流して気化対象液体Ｆｑを予定した割合で気化させたときに必要な熱量が蓄熱体１１から気化対象液体Ｆｑに伝達されたときに蓄熱体１１の温度低下があらかじめ決められた範囲内となる熱容量の比である。
このように構成すると、蓄熱体に蓄えられた熱で気化対象液体を気化させるので、蓄熱体流路を流れる気化対象液体に対して熱供給器の熱供給能力を超える熱量を与えることが可能になって、キャリアガスを用いることなく気化対象液体を気化させることができ、比較的大きな流量の気化対象液体を気化させることが可能になる。
上記目的を達成するために、本発明の第２の態様に係る気化装置は、例えば図１を参照して示すと、金属のブロックで形成された蓄熱体１１を含んで構成された気化部１０と；気化部１０に熱を供給する熱供給器２０とを備え；蓄熱体１１は、ブロックを穿孔することにより、気化対象液体Ｆｑが流れる流路である蓄熱体流路１２が内部に形成されて構成されている。
このように構成すると、蓄熱体に蓄えられた熱で気化対象液体を気化させたときに、蓄熱体流路を流れる気化対象液体に対して熱供給器の熱供給能力を超える熱量を与えることが可能になって、キャリアガスを用いることなく気化対象液体を気化させることができ、比較的大きな流量の気化対象液体を気化させることが可能になる。
また、本発明の第３の態様に係る気化装置は、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る気化装置１において、熱供給器２０は、蓄熱体１１に埋設された埋設ヒータ２１を含んで構成されている。
このように構成すると、蓄熱体を外側から加熱する場合に比べて蓄熱体流路の近くに熱を供給することができ、気化対象液体の気化によって温度が低下し得る部分に速やかに熱を供給することができる。
また、本発明の第４の態様に係る気化装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る気化装置１において、気化部１０は、気化対象液体Ｆｑが流れる流路を形成する部材１５であって蓄熱体１１よりも熱容量が小さい低熱容量流路形成部材１５を、気化対象液体Ｆｑの流れ方向で蓄熱体１１の下流側に含んで構成され；熱供給器２０は、低熱容量流路形成部材１５を加熱する下流側ヒータ２５を含んで構成されている。
このように構成すると、比較的液体分が少なくなっている蓄熱体の下流側において、気化対象液体の加熱量の調整が行いやすくなるため、気化対象液体の完全気化を効率よく行うことが可能になる。
また、本発明の第５の態様に係る気化装置は、例えば図２（Ａ）に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る気化装置において、蓄熱体流路１２が曲部を含んで形成されている。
このように構成すると、気化対象液体が曲部において一時的に滞留することとなって、気化効率を向上させることができる。
また、本発明の第５の態様に係るワーク処理装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る気化装置１と；内部でワークＷの処理が行われるチャンバ５であって、気化装置１における気化対象液体Ｆｑが流れる流路とチャンバ５の内部とが連通した状態で外部に対して気密にすることが可能に構成されたチャンバ５と；チャンバ５の内部を負圧にする真空ポンプ６とを備える。
このように構成すると、チャンバ内を介して気化装置における気化対象液体が流れる流路を負圧にすることで、気化対象液体の気化を促進させることができる。
また、本発明の第６の態様に係る処理済ワークの製造方法は、例えば図１及び図３を参照して示すと、上記本発明の第５の態様に係るワーク処理装置１００を用いて処理されたワークＷを製造する方法であって；チャンバ５の内部にワークＷを搬入する搬入工程（Ｓ２）と；気化装置１において気化対象液体Ｆｑが気化されて生成された処理ガスＦｇを、チャンバ５内に供給する処理ガス供給工程（Ｓ５）と；チャンバ５内において、処理ガスＦｇの雰囲気下で、ワークＷに所定の処理を施すワーク処理工程（Ｓ６）とを備える。
このように構成すると、キャリアガスを用いることなくワークを適切に処理することができる。
本発明によれば、蓄熱体に蓄えられた熱で気化対象液体を気化させるので、蓄熱体流路を流れる気化対象液体に対して熱供給器の熱供給能力を超える熱量を与えることが可能になって、キャリアガスを用いることなく気化対象液体を気化させることができ、比較的大きな流量の気化対象液体を気化させることが可能になる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係るワーク処理装置１００を説明する。図１は、ワーク処理装置１００の概略構成図である。ワーク処理装置１００は、本発明の実施の形態に係る気化装置１と、ワークＷの処理が行われるチャンバ５と、真空ポンプ６と、制御装置９とを備えている。ワークＷは、本実施の形態では、板状の基板であり、金属部分を有する上面に半田（不図示）が載置されている。ワークＷの処理は、本実施の形態では、上面に載置された半田を加熱溶融させて半田付けを行うことである。
ワークＷの処理を行うに際し、フラックスを使用せずに、ワークＷの表面の金属部分の酸化物をカルボン酸ガスで還元して半田接合を行うため、本実施の形態では、チャンバ５内をカルボン酸ガスの一種であるギ酸ガスの雰囲気にする。ギ酸は、一般に、保管のしやすさから液体の状態で貯留され、必要に応じて気化したうえでチャンバ５内に供給される。液体の状態で保管されているギ酸液を気化させてギ酸ガスとするには、従来は、気化効率を向上させると共に気化されたギ酸ガスを搬送するために不活性ガス等のキャリアガスを用いており、キャリアガスを用いることによってギ酸ガスの濃度が低下すると共に生成されるギ酸ガスの流量も少なくなってしまっていた。本実施の形態に係る気化装置１及びワーク処理装置１００は、この不都合を解消するものである。
気化装置１は、気化対象液体としてのギ酸液Ｆｑを気化させる気化部１０と、気化部１０に熱を供給する熱供給器２０と、制御部３０とを備えている。気化部１０は、ブロック１１と、下流パイプ１５とを有している。熱供給器２０は、ブロック１１に熱を供給する埋設ヒータ２１と、下流パイプ１５に熱を供給するリボンヒータ２５とを有している。気化部１０を構成するブロック１１及び下流パイプ１５は、ギ酸液Ｆｑの流路が形成されており、ギ酸液Ｆｑの流れ方向で見てブロック１１の下流側に下流パイプ１５が配置されている。気化部１０では、ブロック１１においてギ酸液Ｆｑの大部分又はすべてを気化させるが、たとえ気化せずに液が残ることがあっても、下流パイプ１５において残りのギ酸液Ｆｑが気化して、全体として投入されたギ酸液Ｆｑのすべてがギ酸ガスＦｇになるように構成されている。
ブロック１１は、導入されたギ酸液Ｆｑ（気化対象液体）を気化させるのに必要な熱量をギ酸液Ｆｑに与えることができる材料で形成されている。本実施の形態では、熱容量及び取り扱う気化対象液体（ギ酸液Ｆｑ）の種類を考慮して、ＳＵＳ３１６や、ニッケル基にモリブデンやクロムを多く加えた合金が用いられている。ブロック１１は、蓄熱性を有しており、蓄熱体の一形態である。また、ブロック１１は、本実施の形態では、加工容易性及び収まりのよさ（小型化）の観点から、基本形状が直方体状となっている。ブロック１１は、基本形状の直方体の内部に、ギ酸液Ｆｑが通るブロック流路１２と、埋設ヒータ２１が設置される空間が形成されている。ブロック流路１２は、蓄熱体流路に相当する。
図２（Ａ）はブロック１１の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるIIＢ−IIＢ断面図である。ブロック１１には、本実施の形態では、直線状のブロック流路１２が３本、直線状の埋設ヒータ２１が４本設けられている。各ブロック流路１２及び各埋設ヒータ２１は、同じ高さで相互に平行に配設されている。また、ブロック流路１２と埋設ヒータ２１とが水平方向に見て交互になるように、各ブロック流路１２が、隣り合う埋設ヒータ２１の間に配設されている。このように、本実施の形態では、ブロック流路１２に沿って埋設ヒータが配置されている。ブロック流路１２と埋設ヒータ２１との間隔は、埋設ヒータ２１における発熱が、ブロック流路１２を流れるギ酸液Ｆｑへのブロック１１からの熱伝達を阻害しない距離に設定されており、典型的にはブロック流路１２を流れるギ酸液Ｆｑがブロック１１に蓄えられた熱で安定的に加熱される間隔である。
３本のブロック流路１２のうちの両側のブロック流路１２の、一方にはブロック１１の上面に開口する流入口１２ａが形成され、他方にはブロック１１の下面に開口する流出口１２ｂが形成されている。流入口１２ａは、ブロック流路１２の長手方向の一端に連通しており、流出口１２ｂは、ブロック流路１２の長手方向の流入口１２ａとは反対側の端部に連通している。流入口１２ａに連通するブロック流路１２と中央に配設されたブロック流路１２とは、流入口１２ａの反対側において曲部を構成する連絡流路１２ｃで連通している。流出口１２ｂに連通するブロック流路１２と中央に配設されたブロック流路１２とは、流出口１２ｂの反対側において曲部を構成する連絡流路１２ｃで連通している。このように、３本の直線状のブロック流路１２が、曲部を構成する２つの連通流路１２ｃで接続されていることで、全体として１本のブロック流路１２が形成されている。この構成により、ギ酸液Ｆｑ（及び途中で気化したギ酸ガスＦｇ）は、流入口１２ａから流入し、ブロック流路１２を流れて流出口１２ｂから流出するようになっている。ブロック流路１２に曲部が含まれることで、ギ酸液Ｆｑを一時的に曲部に滞留させて気化効率を向上させることができる。他方、ブロック流路１２の曲部はギ酸液Ｆｑの流動抵抗を増加させるので、曲部の数及び曲率は、気化効率と流動抵抗とブロック１１のサイズとのバランスを考慮して決定するとよい。ブロック流路１２は、例えば断面が円形の場合は直径８〜１０ｍｍ程度に形成することができる。ブロック流路１２の断面形状は、楕円や多角形でもよい。
３本のブロック流路１２のそれぞれは、ブロック１１の流入口１２ａ側の側面１１ａあるいは流出口１２ｂ側の側面１１ｂから、ドリルで水平に穿孔することで形成することができる。３本のブロック流路１２のうちの両側のブロック流路１２のそれぞれと中央のブロック流路１２とを連通するブロック流路１２は、側面１１ａ（及び側面１１ｂ）に垂直な２つの側面１１ｃ、１１ｄの一方又は両方からドリルで水平に穿孔することで形成することができる。上述の穿孔を行うと、形成されたブロック流路１２が各側面１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに開口してしまうこととなるが、ブロック流路１２としない孔は溶接等で埋めればよい。このようにすると、継ぎ手を用いることなく決められた体積において比較的長くブロック流路１２を形成することができる。埋設ヒータ２１を挿入する孔は、側面１１ａあるいは側面１１ｂからドリルで水平に穿孔することで形成することができる。なお、埋設ヒータ２１を挿入する複数の孔同士は連通させなくてよいため、各埋設ヒータ２１を挿入する孔は、埋設ヒータ２１に合わせて適切に形成するとよい。
流入口１２ａから流出口１２ｂまでの一連のブロック流路１２は、曲部を含んだ所定の長さに形成されている。ここで、所定の長さは、曲部を構成する連絡流路１２ｃの形状及び数を考慮しつつ（曲部で気化効率を向上させた分だけ長さを短くできる）、予定した量のギ酸液Ｆｑを流したときに、流したギ酸液Ｆｑに対して予定した割合で気化させることができる熱量を与えることができる長さである。ギ酸液Ｆｑの予定した量は、典型的には１回のワークＷの処理に用いられる量であり、例えば、タイマーや流量計を用いて所定の間隔で１回あたりに流れるギ酸液Ｆｑの量が定まれば、１回あたりのそのギ酸液Ｆｑの熱容量が定まる。また、ブロック１１でギ酸液Ｆｑを気化させる予定した割合は、本実施の形態では、導入した予定した量のギ酸ガスＦｇから下流パイプ１５で気化させる分を差し引いた割合である。予定した割合として、例えば９０〜９５％とすることができる。このような、予定した量のギ酸液Ｆｑを予定した割合で気化させるブロック１１の機能に鑑み、ブロック１１は、予定した量のギ酸液Ｆｑよりも所定の比で熱容量が大きくなるように形成されている。ここで、所定の比は、予定した量のギ酸液Ｆｑをブロック流路１２に流して、ギ酸液Ｆｑを予定した割合で気化させたときに必要な熱量がブロック１１からギ酸液Ｆｑに伝達されたときに、ブロック１１の温度低下があらかじめ決められた範囲内となる熱容量の比である。また、あらかじめ決められた範囲は、次に新たな予定された量のギ酸液Ｆｑが流入してくるまでにブロック１１の温度が回復することで、ギ酸液Ｆｑの気化を継続できる範囲である。
埋設ヒータ２１は、本実施の形態では、電気エネルギーを入力し、ジュール熱によって発熱する電気ヒータが用いられている。埋設ヒータ２１は、上述のようにブロック１１に埋設されており、ブロック１１を加熱することができるように構成されている。埋設ヒータ２１は、ブロック１１を加熱してブロック１１に熱を蓄えることにより、間接的にブロック流路１２内を流れるギ酸液Ｆｑを加熱するように構成されている。なお、図２では、埋設ヒータ２１を等間隔に配列した例を示しているが、ブロック流路１２の中でもギ酸液Ｆｑの比率が高い上流部付近に、より多くの熱を与えるために埋設ヒータ２１の数を増やして配置してもよい。埋設ヒータ２１は、制御部３０（図１参照）によって出力が制御される電源（不図示）に電気的に接続されている。
再び図１に戻って気化装置１の構成の説明を続ける。下流パイプ１５は、典型的にはブロック１１と同じ材料で形成されたパイプが用いられるが、取り扱う気化対象液体（ギ酸液Ｆｑ）の種類に適合する他の材料で形成されたパイプが用いられてもよい。下流パイプ１５は、肉厚ではない汎用の管が用いられており、ブロック１１よりも熱容量が小さく、低熱容量流路形成部材に相当する。下流パイプ１５は、一端がブロック１１の流出口１２ｂに接続され、他端がチャンバ５に接続されている。下流パイプ１５の外周には、リボンヒータ２５が巻かれている。リボンヒータ２５は、下流パイプ１５に熱を供給するものであり、下流側ヒータに相当する。リボンヒータ２５は、薄帯状に形成された長尺のヒータであり、電気エネルギーを入力し、ジュール熱によって発熱するように構成されている。なお、図１では、説明の便宜上、下流パイプ１５を確認することができるように、リボンヒータ２５の一部を切り欠いて示しているが、実際は下流パイプ１５の外面全体がリボンヒータ２５で覆われている。リボンヒータ２５が巻かれた下流パイプ１５では、リボンヒータ２５の出力の変化が、下流パイプ１５を流れるギ酸液Ｆｑとギ酸ガスＦｇとの混合流体のエンタルピの変化に直接影響を及ぼすように構成されている。リボンヒータ２５が巻かれた下流パイプ１５は、ブロック１１で気化されなかったギ酸液Ｆｑのすべてを気化させることができる長さに形成されている。なお、下流パイプ１５においても、ブロック流路１２と同様、曲部を有すると、ギ酸液Ｆｑの気化効率の向上に寄与することとなり、下流パイプ１５の必要長さを短縮し得る。リボンヒータ２５は、制御部３０によって出力が制御される電源（不図示）に電気的に接続されている。リボンヒータ２５が巻かれた下流パイプ１５をブロック１１の下流側に設けることで、ブロック１１の負荷が小さくなり、ブロック１１の大きさを小さくすることが可能となって、コストダウンを図ることができる。なお、ブロック１０、リボンヒータ２５が巻かれた下流パイプ１５は、断熱材で覆うとよい。
引き続き図１を参照して、気化装置１以外のワーク処理装置１００の構成を説明する。チャンバ５は、内部を密閉することができるように構成されている。チャンバ５は、典型的には直方体状に形成されている。チャンバ５は、ワークＷの出し入れを行うことができる開口５ｈが側面に形成されていると共に、開口５ｈを開け閉めすることができるシャッタ５ｓが設けられている。チャンバ５内には、ワークＷを載せる載置台５ｐが設けられている。載置台５ｐは、ワークＷを加熱する加熱器が内蔵されている。また、チャンバ５には、気化装置１で生成されたギ酸ガスＦｇを導入する導入口５ｃと、チャンバ５内の流体を排出する排気口５ｅとが形成されている。本実施の形態では、導入口５ｃがチャンバ５の上部に形成され、排気口５ｅがチャンバ５の開口５ｈとは反対側の側面に形成されているが、他の部位に形成されていてもよい。導入口５ｃには、下流パイプ１５が接続されている。チャンバ５は、気化装置１の下流パイプ１５及びブロック流路１２（ギ酸液Ｆｑ及びギ酸ガスＦｇが流れる流路）とチャンバ５の内部とが連通した状態で、外部に対して気密にすることができるように構成されている。本実施の形態では、導入口５ｃからチャンバ５内に供給されるギ酸ガスＦｇが、ワークＷの処理に用いられる処理ガスとなる。排気口５ｅには、真空配管７が接続されている。
真空ポンプ６は、真空配管７に配設されている。真空配管７は、チャンバ５内の流体をチャンバ５の外に導く流路を形成するものである。真空ポンプ６は、チャンバ５内の流体を、真空配管７を介してチャンバ５の外に排出するように構成されている。ワーク処理装置１００は、真空ポンプ６を作動させることにより、チャンバ５内を負圧（大気圧よりも低い圧力）にすることができるように構成されている。
また、ワーク処理装置１００は、気化装置１の上流側に、マスフローコントローラ８（以下「ＭＦＣ８」という。）が設けられており、ギ酸液ＦｑがＭＦＣ８を通過した後に気化装置１に流入するように構成されている。ＭＦＣ８が設けられていることにより、気化装置１に流入するギ酸液Ｆｑの質量流量を制御することができるようになっている。また、ＭＦＣ８の上流には開閉弁４が設けられており、気化装置１へのギ酸液Ｆｑの導入及び停止を切り替えることができるようになっている。
制御装置９は、ワーク処理装置１００の動作を制御する機器である。制御装置９は、気化装置１の制御部３０と有線又は無線で電気的に接続されており、制御信号を送信することで埋設ヒータ２１及びリボンヒータ２５の出力を調節することができるように構成されている。また、制御装置９は、真空ポンプ６と有線又は無線で電気的に接続されており、制御信号を送信することで真空ポンプ６の発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置９は、ＭＦＣ８と有線又は無線で電気的に接続されており、制御信号を送信することでＭＦＣ８を通過するギ酸液Ｆｑの流量（ひいては気化装置１に導入されるギ酸液Ｆｑの流量）を調節することができるように構成されている。また、制御装置９は、開閉弁４と有線又は無線で電気的に接続されており、制御信号を送信することで開閉弁４の開閉を切り替えることができるように構成されている。なお、制御装置９と気化装置１の制御部３０とは、説明の都合上、分離した構成が隣接して配置されているように図示しているが、物理的に分離して配置されていてもよく、渾然一体に構成されて両者の機能を兼ねる１つの装置として構成されていてもよい。
引き続き図３を参照して、本発明の実施の形態に係る処理済ワークの製造方法を説明する。図３は、処理済ワークの製造過程を示すフローチャートである。以下、これまで説明したワーク処理装置１００（図１参照）を用いた処理済ワークの製造方法を説明する。以下のワーク処理装置１００を用いた処理済ワークの製造方法の説明は、ワーク処理装置１００及びこれに含まれる気化装置１の作用の説明を兼ねている。以下の説明において、ワーク処理装置１００の構成に言及しているときは、適宜図１及び図２を参照することとする。
ワークＷを処理するのに際し、まず、制御部３０は、埋設ヒータ２１を作動させ、ブロック１１を加熱する（Ｓ１）。最初にブロック１１を加熱するのは、ブロック１１の熱容量が大きく、常温の場合はギ酸液Ｆｑを気化させるのに必要な温度（概ね１００〜１５０度）まで上昇するのにある程度の時間を要するからである。なお、ブロック１１の加熱に要する時間は、加熱を開始した際のブロック１１の温度に応じて変動する。ギ酸液Ｆｑを気化させることができる程度にブロック１１が加熱されたら、チャンバ５のシャッタ５ｓを開け、上面に半田（不図示）が載置されたワークＷを、チャンバ５の内部に搬入する（搬入工程：Ｓ２）。チャンバ５の内部にワークＷを搬入したら、ワークＷを載置台５ｐに載せ、シャッタ５ｓを閉じて、制御装置９は真空ポンプ６を所定の時間作動させる（Ｓ３）。真空ポンプ６を作動させることにより、チャンバ５の内部並びにブロック流路１２及び下流パイプ１５の内部が負圧になる。真空ポンプ６を作動させる所定の時間は、チャンバ５内等があらかじめ意図した真空度になるのに要する時間である。あらかじめ意図した真空度は、この後導入するギ酸液Ｆｑの気化を促進させるのに適した真空度であり、例えば５０〜５０００Ｐａ（絶対圧）程度である。
真空ポンプ６を所定の時間作動させたら、制御装置９は、ギ酸液Ｆｑを気化装置１に導入する（Ｓ４）。ギ酸液Ｆｑを気化装置１に導入するには、制御装置９が開閉弁４を開ける。すると、ギ酸液Ｆｑが貯留されている箇所（不図示）の元圧によりギ酸液Ｆｑが開閉弁４を通過する。制御装置９は、予定した量のギ酸液Ｆｑが通過したら開閉弁４を閉じる。このようにして、予定した量のギ酸液Ｆｑが気化装置１に向かって流れる。開閉弁４を通過したギ酸液Ｆｑは、ＭＦＣ８を通過する際に適切な流量調節が行われたうえで、気化装置１に導入される。
気化装置１に導入されたギ酸液Ｆｑは、負圧になっているチャンバ５内に向かって、まず、ブロック流路１２を流れる。ギ酸液Ｆｑは、ブロック流路１２を流れる過程で、あらかじめ蓄熱されていたブロック１１から受熱してエンタルピが上昇し、下流側に進むに連れて徐々に気化量が増加してギ酸ガスＦｇの割合が増加していく。このとき、チャンバ５内と連通しているブロック流路１２内も負圧になっているため、ギ酸液Ｆｑの気化が促進される。また、ギ酸液Ｆｑがブロック流路１２を流れる過程で曲部を通過する際に、ギ酸液Ｆｑが一時的に曲部に滞留してブロック１１から集中的に受熱するので、曲部においてギ酸液Ｆｑの気化効率が向上する。また、ブロック流路１２に流入したギ酸液Ｆｑは、より圧力が低いチャンバ５に向かって自ら流れる際にブロック１１からの受熱で気化するので、キャリアガスを用いることなくギ酸液Ｆｑを気化させることができる。つまり、チャンバ５内を負圧にすることは、キャリアガスを不要にすることに寄与する。また、ブロック流路１２を流れるギ酸液Ｆｑは、あらかじめブロック１１に蓄えられていた熱を利用して気化されるので、ギ酸液Ｆｑの気化に必要な熱量が不足することを回避することができる。なお、埋設ヒータ２１による発熱は継続しているので、ギ酸液Ｆｑに奪われたブロック１１の熱は、次にギ酸液Ｆｑがブロック１１に導入されるまでに回復する。ブロック１１に導入されたギ酸液Ｆｑは、ブロック流路１２の終点である流出口１２ｂに到達して下流パイプ１５に流入する頃には、予定した割合が気化してギ酸ガスＦｇとなっている。したがって、下流パイプ１５には、ギ酸ガスＦｇとギ酸液Ｆｑとの混合流体が流入することとなる。
制御部３０は、ギ酸ガスＦｇとギ酸液Ｆｑとの混合流体が下流パイプ１５に流入するまでに、ギ酸液Ｆｑを気化させることができる程度に下流パイプ１５を加熱するべくリボンヒータ２５における発熱を開始しておく。下流パイプ１５に流入したギ酸ガスＦｇとギ酸液Ｆｑとの混合流体は、下流パイプ１５を流れる過程でリボンヒータ２５から受熱してエンタルピが上昇し、下流側に進むに連れて徐々に気化量が増加してギ酸ガスＦｇの割合が増加していく。このとき、チャンバ５内と連通している下流パイプ１５内も負圧になっているため、ギ酸液Ｆｑの気化が促進される。下流パイプ１５を流れるギ酸ガスＦｇとギ酸液Ｆｑとの混合流体は、残っていたギ酸液Ｆｑが、下流パイプ１５の終点（導入口５ｃ）に到達するまでにすべてが気化してギ酸ガスＦｇとなる。このようにして、気化装置１では、導入されたギ酸液Ｆｑのすべてがギ酸ガスＦｇとなる。ギ酸液Ｆｑが気化装置１に導入されてから下流パイプ１５の終点にギ酸ガスＦｇが到達するまでにかかる時間は、概ね数秒である。
気化装置１で生成されたギ酸ガスＦｇは、チャンバ５内に供給される（処理ガス供給工程：Ｓ５）。ギ酸ガスＦｇが供給されることで、チャンバ５はギ酸ガスＦｇの雰囲気となる。チャンバ５内をギ酸ガスＦｇの雰囲気とすることで、ワークＷの金属部分の表面に形成されている酸化膜を、ギ酸で還元して除去することができる。なお、チャンバ５内に供給されるギ酸ガスＦｇにはキャリアガスが混合されていないので、ギ酸濃度の低下が回避され、キャリアガスが用いられる場合に比べて酸化膜の還元に要する時間を短縮することができる。チャンバ５内にギ酸ガスＦｇが充満したら、制御装置９は、載置台５ｐの加熱器を作動させてワークＷを加熱することでワークＷの処理を行う（ワーク処理工程：Ｓ６）。ここでのワークＷの処理は、前述の通り、ワークＷの上面に載置された半田を加熱溶融させて半田付けを行うことである。ワークＷの処理が完了したら、制御装置９は、ワークＷの加熱を停止して、チャンバ５内のギ酸ガスＦｇをチャンバ５の外に排出する（Ｓ７）。チャンバ５内のギ酸ガスＦｇは、真空ポンプ６の作動により、真空配管７を介して排出される。なお、チャンバ５内からのギ酸ガスＦｇの排出と同時に、チャンバ５内に窒素等の不活性ガスを導入し、チャンバ５内のギ酸ガスＦｇを不活性ガスに置換することとしてもよい。チャンバ５内からギ酸ガスＦｇを排出したら、シャッタ５ｓを開けてワークＷをチャンバ５から取り出す（Ｓ８）。このようにして、処理済のワークＷが製造される。１つの処理済ワークＷが製造されたら、上述の要領で次のワークＷの処理に向けたフローを開始する。ワークＷの処理間隔（ギ酸液Ｆｑを気化装置１に導入する間隔）は、例えば３分程度とすることができる。つまり、本実施の形態に係るワーク処理装置１００では、ワークＷの処理は３分程度のサイクルで行われ、そのサイクルの中でギ酸液Ｆｑは数秒間供給され、ギ酸液Ｆｑが流れていない間にブロック１１に熱が蓄えられ、その蓄えられた熱を次のサイクルでギ酸液Ｆｑの加熱に使うことができる。換言すれば、気化装置１へのギ酸液Ｆｑの導入は間欠的（例えば３分程度の間隔）に行われ、チャンバ５内へのギ酸ガスＦｇの供給も間欠的に行われることとなる。なお、シャッタ５ｓの開閉は、手動で行うこととしてもよく、制御装置９に作動させることとしてもよい。
以上で説明したように、本実施の形態に係る気化装置１によれば、ブロック１１に導入したギ酸液Ｆｑをブロック１１に蓄えられた熱で気化させるので、キャリアガスを用いることなく比較的大きな流量（例えば５ｇ／秒程度以上）のギ酸液Ｆｑを気化させることができる。また、ブロック１１において導入したギ酸液Ｆｑのうちの予定した割合を気化させて、ブロック１１で気化されなかったギ酸液Ｆｑはリボンヒータ２５から受熱する下流パイプ１５で気化させることとしたので、ブロック１１の大型化を抑制しつつ下流パイプ１５においてギ酸液Ｆｑの加熱量の調整が行いやすくなり、ギ酸液Ｆｑの完全気化を効率よく行うことができる。また、本実施の形態に係るワーク処理装置１００によれば、気化装置１の下流側に配置されたチャンバ５の内部を負圧にすることで、チャンバ５内に連通する下流パイプ１５内及びブロック流路１２をも負圧にすることができ、気化装置１におけるギ酸ガスＦｇの気化を促進させることができる。
以上の説明では、気化部１０がブロック１１と下流パイプ１５とを有するとしたが、下流パイプ１５を省略してブロック１１のみで構成されていてもよい。この場合、ブロック１１において導入したギ酸液Ｆｑを気化させる予定した割合は１００％となる。あるいは、気化部１０がブロック１１と下流パイプ１５とを有することとしつつ、ブロック１１において導入したギ酸液Ｆｑをすべて気化させて（予定した割合は１００％）、下流パイプ１５においてギ酸ガスＦｇの温度制御を行うこととしてもよい。
以上の説明では、直方体状のブロック１１を穿孔してブロック流路１２（蓄熱体流路）を形成することとしたが、蓄熱体流路が形成されたパイプ（この場合、曲部に曲率半径の小さい継手を用いると連続したパイプを曲げて形成する場合よりもパイプ間隔を小さくして密に配置することができる）の周囲に、パイプよりも融点が低い金属を充填して形成してもよい。つまり、蓄熱体流路が形成されたパイプを金属で覆うことでブロック流路１２を有するブロック１１が形成されていてもよい。例えば、パイプの材質が銅の場合は鉛、あるいは半田、ステンレスであれば鉛等の他、鋳鉄でもよい。このように構成すると、ブロック１１に穿孔するよりも、気化対象液体の流路の製造が容易となる。
以上の説明では、ブロック１１に対する熱供給器が、ブロック流路１２に沿って埋設された埋設ヒータ２１であるとしたが、埋設ヒータ２１は、ブロック流路１２に沿うことに代えて、又はブロック流路１２に沿うことと共に、平面視あるいは側面視においてブロック流路１２に交差（直交あるいは７５度や６０度等の所定の角度で交差）するようにブロック１１に埋設されていてもよい。あるいは、ブロック１１に対する熱供給器は、ブロック１１に埋設されることに代えて、又はブロック１１に埋設されることと共に、ブロック１１の外側を覆うように設けられていてもよい。
以上の説明では、気化対象液体がギ酸液であるとしたが、水等のギ酸液以外の液体であってもよい。気化対象液体を水とした場合は、小型で流量調整しやすい気化装置となる。なお、ブロック流路１２（及び下流パイプ１５が設けられる場合は下流パイプ１５内の流路）を負圧とした場合は気化を促進させることができるが、大気圧下においてブロック１１に対する熱供給器から供給される熱（及び下流パイプ１５に対する熱供給器から供給される熱）で気化対象液体を気化させることができる場合は、負圧にしなくてもよい。
以上の説明では、本発明の実施の形態に係る気化装置、ワーク処理装置及び処理済ワークの製造方法を、一例として図１から図３を用いて説明したが、各部の構成、構造、数、配置、形状、材質などに関しては、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択的に採用したものも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に包含される。
１ 気化装置
５ チャンバ
６ 真空ポンプ
１０ 気化部
１１ ブロック
１２ ブロック流路
１５ 下流パイプ
２０ 熱供給器
２１ 埋設ヒータ
２５ リボンヒータ
１００ ワーク処理装置
Ｆｑ ギ酸液
Ｗ ワーク
５ チャンバ
６ 真空ポンプ
１０ 気化部
１１ ブロック
１２ ブロック流路
１５ 下流パイプ
２０ 熱供給器
２１ 埋設ヒータ
２５ リボンヒータ
１００ ワーク処理装置
Ｆｑ ギ酸液
Ｗ ワーク
Claims (6)
- カルボン酸の気化対象液体よりも所定の比で熱容量が大きい蓄熱体を含んで構成された気化部と、
前記気化部に熱を供給する熱供給器と、を有する気化装置と；
内部でワークの処理が行われるチャンバであって、前記気化装置における前記気化対象液体が流れる流路と前記チャンバの内部とが連通した状態で外部に対して気密にすることが可能に構成されたチャンバと；
前記チャンバの内部及び前記気化対象液体が流れる流路の内部を負圧にする真空ポンプとを備え；
前記蓄熱体は、前記気化対象液体が流れる流路である蓄熱体流路が内部に形成されて構成され；
前記所定の比は、前記気化対象液体を前記蓄熱体流路に流して前記気化対象液体を予定した割合で気化させたときに必要な熱量が前記蓄熱体から前記気化対象液体に伝達されたときに前記蓄熱体の温度低下があらかじめ決められた範囲内となる熱容量の比である；
ワーク処理装置。 - 金属のブロックで形成された蓄熱体であって、一体に形成された前記ブロックを穿孔することによりカルボン酸の気化対象液体が流れる流路である蓄熱体流路が内部に形成されて構成された蓄熱体を含んで構成された気化部と、
前記気化部に熱を供給する熱供給器と、を有する気化装置と；
内部でワークの処理が行われるチャンバであって、前記気化装置における前記気化対象液体が流れる流路と前記チャンバの内部とが連通した状態で外部に対して気密にすることが可能に構成されたチャンバと；
前記チャンバの内部及び前記気化対象液体が流れる流路の内部を負圧にする真空ポンプとを備える；
ワーク処理装置。 - 前記熱供給器は、前記蓄熱体に埋設された埋設ヒータを含んで構成された；
請求項１又は請求項２に記載のワーク処理装置。 - 前記気化部は、前記気化対象液体が流れる流路を形成する部材であって前記蓄熱体よりも熱容量が小さい低熱容量流路形成部材を、前記気化対象液体の流れ方向で前記蓄熱体の下流側に含んで構成され；
前記熱供給器は、前記低熱容量流路形成部材を加熱する下流側ヒータを含んで構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のワーク処理装置。 - 前記蓄熱体流路が曲部を含んで形成された；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のワーク処理装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のワーク処理装置を用いて処理されたワークを製造する方法であって；
前記チャンバの内部に前記ワークを搬入する搬入工程と；
前記気化装置において前記気化対象液体が気化されて生成された処理ガスを、前記チャンバ内に供給する処理ガス供給工程と；
前記チャンバ内において、前記処理ガスの雰囲気下で、前記ワークに所定の処理を施すワーク処理工程とを備える；
処理済ワークの製造方法。
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