(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、この発明を実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<1.リフロー装置の構成>
<2.変形例>
なお、以下に説明する一実施の形態はこの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、この発明の範囲は以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【0011】
<1.リフロー装置の構成>
図1は、この発明を適用できる従来のリフロー装置101の概略的構成を示す。リフロー装置101は、炉体102と、被加熱体例えば両面に表面実装用電子部品が搭載されたプリント基板(以下、ワークWと称する)または立体形状を有する3次元成形回路部品M(
図3に示す)等を炉体102内を通過させる搬送コンベア103と、搬送コンベア103の移動経路を規定する回転体105a、105b、105c、105d、フード106および制御部(図示せず)を備える。
【0012】
炉体102は、下部炉体111および上部炉体112によって被加熱体を上下から加熱し、加熱後に冷却するためのものである。搬送コンベア103は、シングル搬送の場合は搬送方向に延びる一つの搬送コンベアであり、デュアル搬送の場合は搬送方向に平行して配されている二つの搬送コンベアである。搬送コンベア103が特許請求の範囲における搬送装置に相当するものである。例えば、搬送コンベア103としてローラチェーンが使用されている。
【0013】
リフロー装置101は下部全体を覆う下部筐体104と上部全体を覆うフード106を備える。下部筐体104上にフード106が載置され、炉体102の全体が下部筐体104上にフード106によって囲まれて閉空間が形成されている。フード106は、フードフレームに対して金属板(外板)を貼り付けた構成を有する。
【0014】
被加熱体(
図1においてはワークW)は、搬入口107から炉体102内に搬入された後、搬送コンベア103によって所定速度で矢印方向(
図1に向かって左から右方向)へ搬送され、最終的に搬出口108から取り出される。図示しないが、搬入口107の前段には被加熱体を搬入するための搬入装置が設けられ、搬出口108の後段には被加熱体を外部へ送り出すための搬出装置が配置されている。
【0015】
搬入口107から搬出口108に至る搬送経路に沿って、炉体102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。搬入口107側から7個のゾーンZ1〜Z7が加熱ゾーンであり、搬出口108側の2個のゾーンZ8およびZ9が冷却ゾーンである。冷却ゾーンZ8およびZ9に関連して強制冷却ユニット(図示せず)が設けられている。なお、ゾーン数は、一例であって、他の個数のゾーンを備えても良い。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体の温度を制御する。加熱ゾーンZ1〜Z7のそれぞれは、それぞれ送風機を含む下部炉体111および上部炉体112を有する。
【0016】
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、次の区間は温度がほぼ一定のプリヒート(予熱)部R2であり、次の区間がリフロー(リフロー)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、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、被加熱体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。最後の冷却部R4は、急速にプリント基板を冷却し、はんだ組成を形成する期間である。なお、無鉛ハンダの場合では、リフロー部における温度は、より高温(例えば240℃〜260℃)となる。
【0017】
かかる構成のリフロー装置101では、昇温部R1の温度制御を主としてゾーンZ1および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およびZ5が受け持つ。リフロー部R3の温度制御は、ゾーンZ6およびZ7が受け持つ。冷却部R4の温度制御は、ゾーンZ8およびゾーンZ9が受け持つ。
【0018】
制御部は、リフロー装置101に接続されたパーソナルコンピュータでもよいし、リフロー装置101内に設けられたCPU(Central Processing Unit)、メモリ、ハードディスクドライブ等から構成されてもよい。詳しくは後述するが、制御部は昇降機構170による上部炉体112の昇降動作、閉塞部材160の膨張および収縮、その他リフロー装置101の各部および全体の制御を行なうものである。
【0019】
本実施の形態においては、上述したリフロー装置101において、炉体102の上部炉体112が昇降可能に構成されていることにより、リフロー装置101の状態を変化させることができる。リフロー装置101の状態を変化させることにより、高さが異なる様々な種類の被加熱体の処理を行なうことが可能となる。
【0020】
図2は、加熱ゾーンの一つのゾーンを搬送方向と直交する面で切断した場合の断面を搬入口側から見た断面図である。
図2に示す状態では下部炉体111と上部炉体112の対向間隙内で、被加熱体の一例としての薄い平板状のワークWが搬送コンベア103上に置かれて搬送される。下部炉体111は上方に向けて開口する矩形の箱体として構成されている。上部炉体112は下方に向けて開口する矩形の箱体として構成されている。
【0021】
本実施の形態においては下部炉体111が請求項3における第1炉体に相当し、上部炉体112が請求項3における第2炉体に相当する。上部炉体112は下部炉体111に対して開口面積が大きく構成されている。これにより、下部炉体111の側面と上部炉体112の側面とが重なり、上部炉体112が下部炉体111に対して覆い被さるように設けられている。上方に位置する上部炉体112の開口面積を大きくし、上部炉体112が下部炉体111に対して覆い被さるようにすることにより、炉体内にゴミなどが侵入することを防ぐことができる。
【0022】
下部炉体111に当接する上部炉体112の端面には、耐熱性を有するパッキング121が設けられている。上部炉体112の上面に逆円錐状の突起131が形成され、突起131が嵌合する孔141がフード106のフレームに設けられている。突起131は、上部炉体112がフード106に作用する接触部である。
【0023】
下部炉体111および上部炉体112により形成される空間内は、雰囲気ガスである例えば窒素(N
2)ガスが充満している。なお、雰囲気ガスは窒素(N
2)ガスに代えて大気ガスであってもよい。下部炉体111および上部炉体112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。下部炉体111には例えばターボファンの構成の送風機と、ヒータと、熱風が通過する多数の小孔を有するパネル(蓄熱部材)からなる下部加熱ユニット151が設けられている。また、上部炉体112には例えばターボファンの構成の送風機と、ヒータと、熱風が通過する多数の小孔を有するパネル(蓄熱部材)からなる上部加熱ユニット152が設けられている。なお、この発明では下部炉体111および上部炉体112の一方にのみ加熱ユニットを設けるように構成することも可能である。
【0024】
下部炉体111と上部炉体112との隙間に介在するように閉塞部材160が設けられている。閉塞部材160は例えば耐熱性のゴムなどの弾性体で構成されたチューブ状の部材である。閉塞部材160は輪状に構成され、下部炉体111外周面全面と上部炉体112の内周面全面に接触するように設けられている。閉塞部材160は気体注入装置(図示せず)などに接続され、窒素などの不活性ガス、空気などの気体を注入して膨張させることにより下部炉体111と上部炉体112との隙間を閉塞する。これにより、下部炉体111と上部炉体112で構成される炉体102内の雰囲気を一定の状態に保つことができる。
【0025】
閉塞部材160はリフロー装置101が稼働してない場合および上部炉体112の昇降動作中には内部の気体が抜かれて収縮した状態となる。これにより、摩擦などにより上部炉体112の昇降動作やメインテナンスを妨げることがない。
【0026】
リフロー装置101は上部炉体112を昇降させるための昇降機構170を備える。昇降機構170は、ブラケット171、モータ(図示せず)、スクリュー軸172、回転伝達機構部173とから構成されている。昇降機構170は上部炉体112とフード106とを下部筐体104の底面に対して平行状態を維持したまま昇降させることができる。
【0027】
昇降機構170による上部炉体112の昇降動作は制御部により制御される。上部炉体112は制御部の制御のもと、昇降機構170により被加熱体の高さに応じて昇降されて任意の位置で停止することができる。また、リフロー装置101の使用者が昇降機構170または制御部を操作して上部炉体112を任意の位置まで昇降させて停止させるようにしてもよい。さらに、昇降機構170が自身の制御機能を備え、昇降機構170が被加熱体の高さに応じた位置まで上部炉体112を昇降させるようにしてもよい。
【0028】
ブラケット171は、炉体102の上部炉体112の両側面にそれぞれ固定されている。上部炉体112に対してそのワークW搬入側から等距離の位置に2個のブラケット171が取り付けられ、そのワーク搬出側から等距離の位置に2個のブラケット(図示せず)が取り付けられる。すなわち、上部炉体112の4隅の近傍にブラケット171が取り付けられている。ブラケット171は、内部にスクリュー軸172が噛み合うことができるように雌ネジ状の穴が形成され、上部炉体112の側面に固定されている。
【0029】
昇降機構170は単一の駆動手段としてのモータを備える。モータの回転は図示しない制御部によって制御される。炉体102はリフロー動作時に非動作時に比較して数ミリ程度熱膨張する。この炉体102の熱膨張によってブラケット171の位置が変化する。この変化を吸収するために、ブラケット171と昇降機構170の取付箇所において、ブラケット171の水平板がスライド可能に構成するとよい。
【0030】
リフロー装置101はブラケット171と同じ数のスクリュー軸172を備え、スクリュー軸172はブラケット171内に挿通するように設けられている。スクリュー軸172の表面はブラケット171内の雌ネジ状の穴と噛み合うための雄ネジ状に構成されている。なお、ブラケット内が雄ネジ状であり、スクリュー軸172の表面が雌ネジ状であってもよい。
【0031】
回転伝達機構部173はモータおよびスクリュー軸172に接続されており、モータの駆動力をスクリュー軸172に伝達するためものである。なお、モータおよび回転伝達機構部173は下部炉体111の下側例えばリフロー装置101の底部に設置される。下部炉体111から離れるほどリフロー時の炉体の熱の影響を受けにくいので、モータおよび回転伝達機構部173が熱で故障するおそれを低くできる。
【0032】
回転伝達機構部173によってモータの回転がスクリュー軸172に伝達される。モータの回転が回転伝達機構部173に伝達され、回転伝達機構部173の回転がスクリュー軸172に伝達され、スクリュー軸172が回転することによりブラケット171を介して上部炉体112が昇降する。回転伝達機構部173には全てのスクリュー軸172が接続されているので、回転伝達機構部173に同期して左右のスクリュー軸172が回転する。これにより上部炉体112を下部筐体104の底面に対する平行状態を維持して昇降させることができる。
【0033】
スクリュー軸172とブラケット171の噛み合わせの構造は、セルフロック機能を有し、スクリュー軸172の回転が静止した時の上部炉体112の位置が保持される。したがって、モータおよび回転伝達機構部173にブレーキ機構を設ける必要がない。ブレーキ機構を設けないので例えば停電時にはハンドル(図示せず)を回転することによって、スクリュー軸172を回転させて上部炉体112が昇降させることができる。
【0034】
図2の状態は、
図3および
図4に示す状態と比較して上部炉体112が下降した状態であり、突起131が孔141と嵌合していない。下部筐体104上にフード106が載置されており、下部炉体111上にパッキング121を介在させて上部炉体112が載置されている。
【0035】
下部炉体111内に設けられた下部加熱ユニット151により搬送コンベア103によって搬送されるワークWに対して
図2中矢印に示すように下側から熱風が吹きつけられる。また、上部炉体112内に設けられた上部加熱ユニット152によりワークWに対して
図2中矢印に示すように上側から熱風が吹きつけられる。リフロー装置101における加熱処理においては上部加熱ユニット152と加熱対象であるワークWとは加熱効率の観点から可能な限り接近させたほうがよい。上部炉体112が昇降可能であることにより、上部加熱ユニット152を最適な位置に配置してワークWの加熱を行なうことができる。
【0036】
次にリフロー装置101の状態の遷移について説明する。
図3は
図2の状態と比較して上部炉体112が上昇している状態を示す図である。
図3は、加熱ゾーンの一つのゾーンを搬送方向と直交する面で切断した場合の断面を搬入口側から見た断面図である。
図3においては、下部炉体111と上部炉体112の対向間隙内で被加熱体の一例としての3次元成形回路部品Mが搬送コンベア103上に置かれて搬送される。
図3の状態においても、下部炉体111の側面と上部炉体112の側面とが重なり、上部炉体112が下部炉体111に対して覆い被さるように設けられている。
【0037】
図3の状態においては、昇降機構170により上部炉体112が上昇し、下部炉体111と上部炉体112間の空間が
図2の状態に比べて広くなっている。これによって、ワークWよりも高さを有する被加熱体、例えば、3次元成形回路部品Mを搬送コンベア103上で搬送することが可能となる。
【0038】
図3の状態においては、上部炉体112が上昇することにより上部炉体112の上面の逆円錐状の突起131がフード106の孔141にそれぞれ嵌合している。
【0039】
図2の状態から
図3の状態へ遷移させるには、まず、閉塞部材160を収縮させて上部炉体112を昇降可能な状態にする。そして、昇降機構170によって上部炉体112を上昇させる。そして、上部炉体112の移動量が所定量になると孔141に突起131が嵌合する。
【0040】
この状態において、下部炉体111と上部炉体112との間の空間が広がり、搬送コンベア103上に3次元成形回路部品Mを載置することが可能となる。
図3の状態においては例えば少なくとも高さが約150mmの3次元成形回路部品Mの加熱を可能とするように上部炉体112を上昇させるとよい。ただし、150mmという高さはあくまで例示であり、被加熱体の高さは一定の値に限られるものではない。
【0041】
昇降機構170により上部炉体112の上昇が完了すると、閉塞部材160に気体を注入して閉塞部材160を膨張させる。これにより下部炉体111と上部炉体112との隙間を閉塞することにより雰囲気ガスが下部炉体111と上部炉体112により形成される空間から漏れるのを防ぎ、その空間内の雰囲気を一定の状態に保ち続けることができる。
【0042】
そして、下部炉体111内に設けられた下部加熱ユニット151により3次元成形回路部品Mに対して
図3中矢印に示すように下側から熱風が吹きつけられる。また、上部炉体112内に設けられた上部加熱ユニット152により3次元成形回路部品Mに対して
図3中矢印に示すように上側から熱風が吹きつけられる。
【0043】
リフロー装置101における加熱処理においては、上部加熱ユニット152と加熱対象である3次元成形回路部品Mとは加熱効率の観点から可能な限り接近させたほうがよい。上部炉体112が昇降可能であることにより、上部加熱ユニット152を最適な位置に配置して3次元成形回路部品Mの加熱を行なうことができる。
【0044】
図4はメインテナンス時のリフロー装置101を示す図である。
図4は、加熱ゾーンの一つのゾーンを搬送方向と直交する面で切断した場合の断面を搬入口側から見た断面図である。
【0045】
メインテナンス時には、昇降機構170によって
図3の状態よりもさらに上方に上部炉体112を上昇させ、上部炉体112でフード106を押し上げることにより
図4に示す状態となる。このメインテナンス状態においては、下部炉体111および上部炉体112間に炉体102の延長方向に沿って形成された第1の開口201と、下部筐体104とフード106との間に炉体102の延長方向に沿って形成された第2の開口211が形成される。
【0046】
第1の開口201を通じて炉体102内の雰囲気が外に排出され、炉体102内の温度を迅速に降下させることができる。さらに、下部筐体104およびフード106間に炉体102の搬送方向に沿った両側にメインテナンス用の第2の開口211が形成される。この第2の開口211を通じてフラックス除去等のメインテナンス作業を行なうことができる。
【0047】
以上、本実施の形態によれば、上部炉体112を昇降させることにより、様々な形状を有する被加熱体に対して被加熱体の高さに応じてフレキシブルに対応可能となり、様々な種類の被加熱体の処理を行なうことができる。上述した実施の形態では被加熱体としてワークWと3次元成形回路部品Mとを例示したが、被加熱体はそれらに限られるものではない。どのような高さを有する被加熱体に対しても本発明は適用可能であり、被加熱体の高さに応じて上部炉体112を昇降させて、最適な状態で加熱処理を行なうことができる。
【0048】
<2.変形例>
以上、本開示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、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、複数の昇降機構170間の回転伝達機構としては軸以外にチェーンを使用するようにしてもよい。また、昇降機構170の個数は、上述した実施の形態以外の数を設けてもよい。また、本発明はリフロー装置101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。
【0049】
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、本開示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。
【0050】
実施の形態では上部炉体112の開口面積が下部炉体111の開口面積よりも大きく構成されているが、下部炉体111の開口面積を上部炉体112の開口面積よりも大きくしてもよい。
【0051】
また、実施の形態は上部炉体112を昇降可能に構成したが、下部炉体111を昇降可能に構成してもよい。さらに、下部炉体111と上部炉体112の両方を昇降可能に構成してもよい。
【0052】
下部炉体111と上部炉体112間に介在するパッキング121は
図2などの実施の形態に示す位置に限られず
図5に示すような位置に設けてもよい。下部炉体111と上部炉体112間に介在して緩衝材として機能するし、上部炉体112を安定させることができる位置であればどこに設けてもよい。
【0053】
閉塞部材160は気体の他に液体を注入して膨張させてもよい。また、閉塞部材160はゴムなどの弾性体で構成されたチューブ状の部材に限られず、リップパッキン、駆動する蓋体、膜状体など、下部炉体111と上部炉体112との隙間を閉塞し、下部炉体111と上部炉体112との間の空間の一定の状態に保つことができるものであればどのようなものを用いてもよい。
【0054】
下部炉体111および/または上部炉体112を昇降させることができれば、昇降機構170は実施形態に記載したものに限られずどのような構成であってもよい。
【0055】
実施の形態で上述した
図2の状態、
図3の状態に限られず、使用者がコンピュータなど用いてリフロー装置101を制御することにより任意の高さに上部炉体112を昇降させることができるように構成してもよい。
【0056】
3次元成形回路部品Mの高さをセンサなどで検出し、その検出結果に基づいて制御部などが上部炉体112の昇降具合を決定することにより、様々な高さのワークWや3次元成形回路部品Mなどの被加熱体に対応できるようにしてもよい。また、その検出結果に基づいて上部炉体112の上昇具合を決定し、コンピュータなどの制御により自動で上部炉体112を上昇させるようにしてもよい。