(57)【要約】【課題】はんだ付け装置のように多数の工程を有して構成されたはんだ付けシステムにおいて、その消費電力やシステム起動時のピーク電力を大幅に削減し、エネルギー使用の無駄がないはんだ付けシステムを実現すること。【解決手段】被はんだ付けワークの予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの予備加熱工程に備えた構成とする。【選択図】図１
2010012476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被はんだ付けワークの予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、
ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの予備加熱工程に備えたこと、
を特徴とするはんだ付けシステム。
【請求項２】
被はんだ付けワークの第１の予備加熱工程とフラックス塗布工程と第２の予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、
ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの第１の予備加熱工程または第２の予備加熱工程の何れかに備えたこと、
を特徴とするはんだ付けシステム。
【請求項３】
被はんだ付けワークの被はんだ付け部に予め供給されたはんだを熱雰囲気中で加熱して溶融させることではんだ付けを行うはんだ付けシステムであって予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、
ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかに備えたこと、
を特徴とするはんだ付けシステム。
【請求項４】
被はんだ付けワークの被はんだ付け部に予め供給されたはんだを熱雰囲気中で加熱して溶融させることではんだ付けを行うはんだ付けシステムであって予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、
ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかに備え、さらに少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかには電気ヒータを備えたこと、
を特徴とするはんだ付けシステム。
【請求項５】
被はんだ付けワークの予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有すると共に少なくとも前記予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかの工程に不活性ガスまたは不活性ガスと大気とを併せて供給するはんだ付けシステムにおいて、
ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を加熱源として前記不活性ガスまたは不活性ガスと大気とを併せて加熱する供給ガス加熱手段を備えたこと、
を特徴とするはんだ付けシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被はんだ付けワーク例えばプリント配線板に電子部品をはんだ付け実装するためのはんだ付けシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板への電子部品のはんだ付け実装は、大別して被はんだ付け部に溶融はんだを供給するフローはんだ付け方法と、被はんだ付け部に予め供給しておいたはんだ（例えば、クリームはんだ）を溶融させるリフローはんだ付け方法とがある。
【０００３】
何れのはんだ付け方法もはんだを溶融させて被はんだ付け部に金属間化合物を形成する（はんだの「濡れ」を形成する）ことによって行われる。したがって、はんだ付け実装でははんだを溶融させる加熱プロセスが必ず存在する。
【０００４】
また、このはんだ付け実装は、工程の順に予備加熱工程，はんだ付け工程，冷却工程から構成することが通常である。なお、フローはんだ付け方法では、予備加熱工程の前にフラックス塗布工程を設けることが行われる。そして、各工程はそれぞれ詳細な役割を有しているが、基本となる役割は次のようになる。
【０００５】
フラックス塗布工程は、フローはんだ付け方法において被はんだ付け部にフラックスを塗布し、後段の予備加熱工程やはんだ付け工程ではんだ付けを促進させるために設けられる。
【０００６】
予備加熱工程はプリント配線板と電子部品とをはんだ付け温度よりも幾分低い温度まで加熱しておいて、次のはんだ付け工程で発生するヒートショックを緩和する役割を有している。また、被はんだ付け部に供給されたフラックスやクリームはんだ中のフラックスを、前置的に活性化させる役割も有している。
【０００７】
はんだ付け工程では被はんだ付け部に溶融はんだを供給するか予め供給しておいたはんだを溶融させ、はんだ付けが行われる。そのため、被はんだ付け部のみならずプリント配線板や電子部品は各工程中において最も高い温度まで加熱される。なお、このはんだ付け工程においてはフラックスが全面的に活性化し、はんだ付けを促進させる。
【０００８】
冷却工程は、被はんだ付け部に供給された溶融状態のはんだの温度低下を促進させ、なるべく速い速度で凝固させると共に凝固後の温度低下を促進させ、はんだ付け強度の向上を図る。はんだの温度低下を促進させることによって、はんだ成分の偏析やはんだ組織の粗大化さらに巣等々の発生を抑制することができるのではんだ付け強度が向上する。
【０００９】
このように、はんだ付け実装の主役は加熱手段であり、通常はその制御性の良さから電気ヒータを加熱手段としてはんだ付け実装が行われ、大量の電力を消費する。また、はんだ付け装置やはんだ付けシステムが起動する際には、多量のはんだを溶融させたり、加熱炉を予め決めた所定の温度まで加熱する必用があるため、巨大なピーク電力を消費し、その電力は通常運転時の３〜５倍にも達する。ちなみに、プリント配線板への電子部品のはんだ付け実装では、通常２５０℃程度の温度まで加熱される。
【００１０】
そこで、特許文献１では、はんだ付け装置を起動する際に各部に複数存在するヒータに一斉に電力供給を行って起動するのではなく、時間的に間隔をおいて順番に各ヒータへの電力供給を開始して、ピーク電力が大きくならないようにした技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献２では、はんだ付けを行う際に発生するヒートショックを緩和するために、温度勾配を形成した不活性液体（例えば、３Ｍ社の商品名「フロリナート」）中で「被はんだ付け部材を浸漬移動」させる技術が開示されている。そして、不活性液体の加熱手段や冷却手段としてヒートポンプを使用することが開示されている。
【特許文献１】特開平７−２１２０２７号公報
【特許文献２】特開昭６１−２３４５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年になり、温暖化ガスの大気中への放出量を削減することが世界的課題として現れ、その１つの具体的な施策として消費電力量の大規模な削減が求められている。
【００１３】
しかし、特許文献１の技術では、ピーク電力を小さくすることはできても消費電力量そのものを小さくすることはできない。しかも、はんだ付け装置の起動時間が長くなる短所も有している。
【００１４】
また、特許文献２の技術では、はんだ付け環境を形成する１つの槽内の不活性液体中において高温部と低温部とを設ける必用がある。そのため、この高温部から低温部への巨大な熱量移動を生じ、極めて加熱効率が悪くなる。なお、不活性液体の加熱や冷却にヒートポンプを使用しているものの、加熱用ヒートポンプと冷却用ヒートポンプとがそれぞれ独立して設けられているので、ヒートポンプからの放出熱量（加熱熱量または冷却熱量）も有効に利用されていない。
【００１５】
本発明は、はんだ付け装置のように多数の工程を有して構成されたはんだ付けシステムにおいて、その消費電力やシステム起動時のピーク電力を大幅に削減し、エネルギー使用の無駄がないはんだ付けシステムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、はんだ付けシステムの冷却工程で放出される熱量を予備加熱工程やはんだ付け工程へ還流させて再利用できるように構成したところに特徴がある。
【００１７】
（１）本発明に係る第１の発明は、被はんだ付けワークの予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの予備加熱工程に備えるように構成したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によって、はんだ付け工程で高温となった被はんだ付けワークは、冷却工程に設けた冷却用熱交換手段により目的とする冷却速度すなわち速い速度で冷却され、その際に被はんだ付けワークから奪われた熱量はヒートポンプで加熱用熱交換手段に還流されて予備加熱工程で被はんだ付けワークの加熱に再利用される。したがって、廃棄されるエネルギーが少なくなり、はんだ付けシステムの消費電力を大幅に少なくすることができるようになる。しかも、ヒートポンプのＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）は３〜４程度であり、加熱効率は極めて良好である。
【００１９】
（２）本発明に係る第２の発明は、被はんだ付けワークの第１の予備加熱工程とフラックス塗布工程と第２の予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの第１の予備加熱工程または第２の予備加熱工程の何れかに備えるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
上記第１の発明と同様に、上記構成によって、冷却工程で被はんだ付けワークから奪われた熱量はヒートポンプで加熱用熱交換手段に還流されて第１の予備加熱工程または第２の予備加熱工程で被はんだ付けワークの加熱に再利用される。これはＣＯＰの高いヒートポンプで行われるので加熱効率は極めて高く、はんだ付けシステムの消費電力を大幅に小さくできる。
【００２１】
（３）本発明に係る第３の発明は、被はんだ付けワークの被はんだ付け部に予め供給されたはんだを熱雰囲気中で加熱して溶融させることではんだ付けを行うはんだ付けシステムであって予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかに備えるように構成したことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によって、このはんだ付けシステムにおいても、上記第１、第２の発明と同様に、冷却工程で被はんだ付けワークから奪われた熱量はヒートポンプで加熱用熱交換手段に還流されて予備加熱工程またははんだ付け工程の雰囲気加熱ひいては被はんだ付けワークの加熱に利用される。
【００２３】
これはＣＯＰの高いヒートポンプで行われるので加熱効率は極めて高く、はんだ付けシステムの消費電力を大幅に小さくできる。
【００２４】
（４）本発明に係る第４の発明は、被はんだ付けワークの被はんだ付け部に予め供給されたはんだを熱雰囲気中で加熱して溶融させることではんだ付けを行うはんだ付けシステムであって予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかに備え、さらに少なくとも前記はんだ付けシステムの予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかには電気ヒータを備えるように構成したことを特徴とする。
【００２５】
この発明は、上記第３の発明の構成にさらに電気ヒータを併用するように構成したはんだ付けシステムである。併用する電気ヒータは予備加熱工程またははんだ付け工程に設けられる。なお、予備加熱工程およびはんだ付け工程のそれぞれに設けてもよい。
【００２６】
この構成によれば、上記第３の発明と同様にはんだ付けシステムの消費電力を大幅に小さくできる。そして、併用される電気ヒータにより微細な雰囲気温度調節を行うことが可能となる。
【００２７】
また、はんだ付けシステムを起動させる際にはＣＯＰの高いヒートポンプにより行い、はんだ付けシステム各部の温度が運転状態に到達したらヒータによる運転に移行させれば、はんだ付けシステムを起動させる際のピーク電力を大幅に低減（ＣＯＰが３〜４なら1/3〜1/4に低減）できるようになる。
【００２８】
（５）本発明に係る第５の発明は、被はんだ付けワークの予備加熱工程とはんだ付け工程と冷却工程とを有すると共に少なくとも前記予備加熱工程またははんだ付け工程の何れかの工程に不活性ガスまたは不活性ガスと大気とを併せて供給するはんだ付けシステムにおいて、ヒートポンプに冷却用熱交換手段と加熱用熱交換手段とを設けて前記冷却用熱交換手段から吸熱した熱エネルギーを前記加熱用熱交換手段を通して放出する構成とし、前記冷却用熱交換手段を前記はんだ付けシステムの冷却工程に備えると共に前記加熱用熱交換手段を加熱源として前記不活性ガスまたは不活性ガスと大気とを併せて加熱する供給ガス加熱手段を備えるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、冷却工程で被はんだ付けワークから奪われた熱量はヒートポンプで加熱用熱交換手段に還流されて供給ガス加熱手段により不活性ガスや大気を加熱し、この加熱された不活性ガスや大気を予備加熱工程やはんだ付け工程に供給できるようになる。
【００３０】
したがって、常温の不活性ガスや大気を供給した際に発生する予備加熱工程やはんだ付け工程における加熱電力量の増大を生じることが殆ど無く、消費電力の増大を解消することができるようになる。しかも、予備加熱工程やはんだ付け工程の温度に外乱を与え難くなるので、これらの工程において安定した温度パラメータを維持することができるようになって、はんだ付け実装品質を向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、冷却工程で被はんだ付けワークから得た熱エネルギーを予備加熱工程やはんだ付け工程さらにはこれらの工程に供給される不活性ガスや大気に還流させて再利用することが可能となり、しかもＣＯＰの高いヒートポンプによりこれを行うので、はんだ付けシステムの運転時電力消費や起動時のピーク電力消費を大幅に削減することが可能であり、エネルギー使用の無駄がないはんだ付けシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明のはんだ付けシステムの実施形態例を説明する。
【００３３】
〔第１実施形態〕
図１は、フローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの例を説明する図で、被はんだ付けワークの搬送コンベアは一点鎖線で省略して図示し、この搬送コンベア（搬送方向は矢印Ａ方向）に沿って配置される各装置をシンボル図で描いてある。なお、被はんだ付けワークははんだ付けするべき電子部品を搭載したプリント配線板である。
【００３４】
本実施形態は、予備加熱工程とはんだ付け工程および冷却工程から成る通常のはんだ付けシステムの前段に、フラックス塗布工程を設けたシステム例である。すなわち、このはんだ付けシステム例は、工程順に第１の予備加熱工程１１，フラックス塗布工程１２，第２の予備加熱工程１３，はんだ付け工程１５，冷却工程１６から構成されている。
【００３５】
そして、第１の予備加熱工程１１と第２の予備加熱工程１３にはヒートポンプ１０３に接続された加熱用熱交換手段１１１，１２１を設け、冷却工程１６にはヒートポンプ１０３に接続された冷却用熱交換手段１３１を設けてある。
【００３６】
なお、第１の予備加熱工程１１に設けた加熱用熱交換手段１１１と第２の予備加熱工程１３に設けた加熱用熱交換手段１２１とは、ヒートポンプ１０３内で切り換え可能で、両方の加熱用熱交換手段を一緒に作動させることも可能である。また、図示はしないが、加熱用熱交換手段と冷却用熱交換手段には温度センサを設けてあり、ヒートポンプ内の温度制御手段によりそれぞれの温度を予め決めた所定の温度に制御する構成である。
【００３７】
一方で、加熱用熱交換手段と冷却用熱交換手段にはファン１１２，１２２，１３２を設けてあり、予備加熱工程では熱風を、冷却工程では冷風をプリント配線板１０２に吹きつける構成である。さらに、第２の予備加熱工程１３に設けた加熱用熱交換手段１２１の後段には電気ヒータ１２３とファン１２４による加熱手段も併せて設けてあり、加熱プロファイルの高温域における制御性を高めている。なお、この電気ヒータ１２３には、図示はしないが温度センサと温度制御手段を設けてあり、その表面温度を調節できるように構成してある。
【００３８】
はんだ付け工程１５は、プリント配線板１０２の被はんだ付け面（図の下方側の面）に溶融はんだ１２６の噴流波１２９を接触させ、この接触によりプリント配線板１０２の被はんだ付け部に溶融はんだ１２６を供給してはんだ付けを行う構成である。
【００３９】
そして、この噴流波１２９は、はんだ槽１２５内の溶融はんだ１２６をポンプ１２７により吹き口体１２８へ送給して形成する構成であり、はんだ槽１２５には図示しないヒータおよび温度センサそして温度制御手段を設けてはんだを溶融状態の予め決めた所定の温度に維持するように構成してある。
【００４０】
フラックス塗布工程１２は、フラックスを霧化して塗布する噴霧式フラックス塗布装置を設けてあり、フラックス供給装置１１３から送給されるフラックスを噴霧ノズル１１４から噴霧してプリント配線板１０２の被はんだ付け面に塗着させて塗布する構成である。そして、プリント配線板１０２に塗着しなかったフラックスは、排気ファン１１５により吸引され、フード１１６に案内されつつフィルタ１１７で捕集される。
【００４１】
被はんだ付けワークであるプリント配線板１０２を搬送する搬送コンベアは、第１の予備加熱工程１１およびフラックス塗布工程１２を受け持つ搬送コンベア１０１ａと、第２の予備加熱工程１３およびはんだ付け工程１５そして冷却工程１６を受け持つ搬送コンベア１０１ｂとに分かれている。なお、はんだ付け工程１５においては、プリント配線板１０２を仰角方向（角度約３〜５°）に搬送することが行われているが、図１では水平搬送の例を示している。
【００４２】
一般的には、第１の予備加熱工程１１およびフラックス塗布工程１２とを１つの筐体に納め、また、第２の予備加熱工程１３とはんだ付け工程１５そして冷却工程１６とを１つの筐体に納め、それぞれをフラックス塗布装置とはんだ付け装置として別々に設置し、はんだ付けシステムを構成する場合が多い。
【００４３】
次に本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００４４】
電子部品を搭載したプリント配線板１０２は、先ず第１の予備加熱工程１１で加熱用熱交換手段１１１から供給される熱風で加熱され、続いて噴霧ノズル１１４から噴霧されるフラックスが塗布される。なお、水を主な溶媒とするＶＯＣフリーフラックス（ＶＯＣ：Volatile  Organic  Compounds）を噴霧して塗布する場合には、プリント配線板１０２を予め加熱しておくことで塗着フラックスの広がりを向上させることができる。
【００４５】
続いて、プリント配線板１０２は第２の予備加熱工程１３へ搬送され、加熱用熱交換手段１２１から供給される熱風で加熱されてフラックスの溶媒の蒸発が促進され、併せてフラックスの前置的活性化が行われる。
【００４６】
ＶＯＣフリーフラックスの場合は水を主な溶媒としているため、熱風による乾燥によって乾燥速度を速めることができる。乾燥を主目的とする予備加熱温度は５０℃〜８０℃程度が好適で、あまり高い温度にすると電子部品やプリント配線板への熱ストレスを増大させる。そして、必用に応じて電気ヒータ１２３およびファン１２４による予備加熱が併せて行われ、目的とする加熱プロファイルを形成して次のはんだ付け工程１５へ搬送される。
【００４７】
はんだ付け工程１５では、プリント配線板１０２の被はんだ付け面すなわち図の下方側の面と溶融はんだ１２６の噴流波１２９とを接触させ、被はんだ付け部に溶融はんだ１２６を供給してはんだ付けが行われる。
【００４８】
続いて、プリント配線板１０２は冷却工程１６へ搬送され、冷却用熱交換手段１３１から供給される冷風で冷却が促進され、プリント配線板１０２や電子部品そして最も重要な被はんだ付け部に供給されたはんだの温度を速やかに降下させ、一連のはんだ付け作業が終了する。
【００４９】
ヒートポンプ１０３は、冷却工程１６でプリント配線板１０２を冷却する際に得た熱エネルギーを加熱用熱交換手段へ還流させ、第１の予備加熱工程１１や第２の予備加熱工程１３でプリント配線板１０２の加熱やフラックスの乾燥のための加熱エネルギーとして再利用される。そのため、冷却工程１６での熱エネルギーの回収効率を向上させるために、冷却工程１６を搬入口と搬出口とを有するチャンバ構造として、雰囲気循環式の冷却工程を構成してもよい。
【００５０】
もちろん、第１の予備加熱工程１１や第２の予備加熱工程１３における加熱効率を高めるために、同様に予備加熱工程を搬入口と搬出口とを有するチャンバ構造として、雰囲気循環式の予備加熱工程を構成してもよい。そうすることで、はんだ付けシステム全体で見たエネルギーの循環効率が高まり、エネルギー損失を少なくすることができるようになる。
【００５１】
通常のヒートポンプのＣＯＰは通常３〜４程度あるので、冷却工程をチャンバ構造にしなくてもプリント配線板からの他に大気中からも熱エネルギーを獲得して、電気ヒータを用いる場合よりも３〜４倍の電力効率でプリント配線板の予備加熱を行うことができるようになる。
【００５２】
その結果、はんだ付けシステム全体の電力消費量が大幅に小さくなり、ひいては温暖化ガスの大気中への放出を削減することができるようになる。また、低コストでプリント配線板のはんだ付け実装を行うことができるようになる。
【００５３】
なお、ＣＯＰが３〜４で出力温度が１５０℃〜３００℃の高温出力型ヒートポンプを用いることにより、はんだ槽内のはんだ加熱もヒートポンプで行うことが可能となり、はんだ付け温度が２５０℃程度のはんだ付け実装の加熱の全てをヒートポンプによって行うこともできる。
【００５４】
はんだ槽に加熱用熱交換手段を設ける場合には、はんだ槽内に設けて直接加熱方式に構成してもよいし、はんだ槽の外側壁面に設けて間接加熱方式に構成してもよい。この場合には、冷却工程から得る熱エネルギーだけでは不足するので、大気からも併せて熱エネルギーを吸収するように構成する。例えば、冷却工程に設ける冷却用熱交換手段の他に、大気から熱エネルギーを吸収する熱交換手段を併せて設けるように構成する（図１中の破線で描いた熱交換手段を参照）。
【００５５】
ちなみに、図１における第１の予備加熱工程が不要なはんだ付けシステムもあるが、その場合には当該工程に設けられる加熱用熱交換手段は不要である。
【００５６】
〔第２実施形態〕
図２は、リフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第１の例を説明する図で、システムを搬送コンベアに沿って縦に切断してその切断面を見た側断面図である。そして、被はんだ付けワークの搬送コンベア（搬送方向は矢印Ａ方向）は一点鎖線で省略して図示してあり、ヒートポンプはシンボル図で描いてある。
【００５７】
本実施形態のシステムは、搬送コンベア２０１に沿って加熱炉２１０内を３室に分割して設け、続いて冷却室２２０を設けた例である。そして、予備加熱工程２４を２室の加熱室で構成し、続くはんだ付け工程２５を１室の加熱室で構成し、さらに冷却工程２６を１室の冷却室で構成している。なお、このシステム例は、図の上方側のみに加熱手段や冷却手段を有する例を示しているが、搬送コンベアを中心にして上下対称に加熱手段や冷却手段を設ける構成としてもよい。
【００５８】
各加熱室と冷却室は循環流路形成板２１３により雰囲気循環流路が形成され、モータによって駆動されるファン２１２により各加熱室の雰囲気を循環させる構成である。そして、この循環の過程で被はんだ付けワークであるプリント配線板２０２に雰囲気が吹きつけられる。
【００５９】
そして、予備加熱工程２４にはヒートポンプ２０３に接続された加熱用熱交換手段２１１ａ，ｂを設け、冷却工程２６にはヒートポンプ２０３に接続された冷却用熱交換手段２２１を設けてある。なお、前記第１実施形態のシステム例の場合と同様に、冷却工程２６から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には、大気からも併せて熱エネルギーを得るように構成する。例えば、冷却工程２６に設ける冷却用熱交換手段２２１の他に大気から熱エネルギーを吸収する熱交換手段２０４を併せて設けて構成する。２０５は送風ファンである。
【００６０】
さらに、図示しないが、加熱用熱交換手段と冷却用熱交換手段には温度センサを設けてあり、ヒートポンプ内の温度制御手段によりそれぞれの温度を予め決めた所定の温度に制御する構成である。
【００６１】
一方で、はんだ付け工程２５には電気ヒータ２１４を設けてあり、温度センサ２１５と図示しない温度制御手段により、予め決めた所定温度の雰囲気が形成される。
【００６２】
次に本実施形態のシステム例の作動を説明する。
【００６３】
電子部品を搭載しその被はんだ付け部に予めはんだを供給しておいたプリント配線板２０２は、先ず予備加熱工程２４で加熱用熱交換手段２１１ａ，ｂによって加熱された雰囲気から熱量供給を受けて加熱され、各室の雰囲気温度の設定により目的とする温度プロファイルではんだ付け温度よりも幾分低い温度まで加熱される。
【００６４】
これにより、クリームはんだ中のフラックス等のように予め被はんだ付け部に供給されたフラックスを前置的に活性化させると共に、後段のはんだ付け工程において発生するプリント配線板や電子部品のヒートショックを緩和する。
【００６５】
続いて、プリント配線板２０２ははんだ付け工程２５へ搬送され、その被はんだ付け部に予め供給したはんだを溶融温度以上に加熱し、この溶融したはんだによりはんだ付けが行われる。
【００６６】
その後、プリント配線板２０２は冷却工程２６へ搬送され、冷却用熱交換手段２２１から供給される冷風で冷却が促進され、プリント配線板２０２や電子部品そして最も重要な被はんだ付け部に供給されたはんだの温度を速やかに降下させ、一連のはんだ付け作業が終了する。
【００６７】
ヒートポンプ２０３は、冷却工程２６でプリント配線板２０２を冷却する際に得た熱エネルギーを加熱用熱交換手段２１１ａ，ｂへ還流させ、予備加熱工程２４でプリント配線板２０２を加熱するための加熱エネルギーとして再利用されるので、はんだ付けシステムとしての熱エネルギー利用効率を高めることができるようになる。なお、冷却工程２６から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には熱交換手段２０４とファン２０５によって大気からも併せて熱エネルギーを吸収し、予備加熱工程２４でプリント配線板２０２を加熱するための加熱エネルギーとして再利用される。
【００６８】
通常のヒートポンプのCOPは通常３〜４程度あるので、電気ヒータを用いる場合よりも３〜４倍の電力効率でプリント配線板の予備加熱を行うことができるようになる。
【００６９】
その結果、はんだ付けシステム全体の電力消費量が大幅に小さくなり、ひいては温暖化ガスの大気中への放出を削減することができるようになる。また、低コストでプリント配線板のはんだ付け実装を行うことができるようになる。
【００７０】
〔第３実施形態〕
図３は、リフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第２の例を説明する図で、システムを搬送コンベアに沿って縦に切断してその切断面を見た側断面図である。そして、被はんだ付けワークの搬送コンベア（搬送方向は矢印Ａ方向）は一点鎖線で省略して図示してあり、ヒートポンプはシンボル図で描いてある。
【００７１】
本実施形態のこのシステム例は、搬送コンベア３０１に沿って加熱炉３１０内を３室に分割して設け、続いて冷却室を２室設けた例である。そして、予備加熱工程３４を２室の加熱室で構成し、続くはんだ付け工程３５を１室の加熱室で構成し、さらに冷却工程３６を第１冷却室３２０ａと第２冷却室３２０ｂの２室の冷却室で構成している。なお、このシステム例は、図の上方側のみに加熱手段や冷却手段を有する例を示しているが、搬送コンベアを中心にして上下対称に加熱手段や冷却手段を設ける構成としてもよい。
【００７２】
このように、予備加熱工程３４やはんだ付け工程３５のように加熱炉３１０を複数の加熱室で構成するだけではなく、冷却工程３６も複数の冷却室で構成すれば、加熱プロファイルの可変調節範囲のみならず冷却プロファイルの可変調節範囲も広まり、プリント配線板３０２の温度プロファイルの制御性が格段に向上する。
【００７３】
第２実施形態のシステムと同様に、各加熱室と各冷却室は循環流路形成板３１３により雰囲気循環流路が形成され、各加熱室や各冷却室の雰囲気をファン３１２により循環させる過程でプリント配線板３０２に雰囲気を吹きつける構成である。
【００７４】
そして、はんだ付け工程３５の加熱用熱交換手段３１４と第１冷却室３２０ａの冷却用熱交換手段３２１ａとが対になって高温出力型ヒートポンプ３０６に接続され、予備加熱工程３４の加熱用熱交換手段３１１ａ，ｂと第２冷却室３２０ｂの冷却用熱交換手段３２１ｂとが対になって先程とは別のヒートポンプ３０３に接続される構成である。
【００７５】
なお、冷却工程３６から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には、大気からも併せて熱エネルギーを吸収するように構成する。例えば、冷却工程３６に設ける冷却用熱交換手段３２１ａ，ｂの他に大気から熱エネルギーを吸収する熱交換手段３０４，３０７を併せて設けて構成する。３０５，３０８は送風ファンである。
【００７６】
もちろん、加熱用熱交換手段と冷却用熱交換手段には温度センサを設けてあり、ヒートポンプ内の温度制御手段によりそれぞれの温度を予め決めた所定の温度に制御する構成である。
【００７７】
次にこのシステム例の作動を説明する。
【００７８】
このシステム例が第２実施形態のシステム例と相違するのは、はんだ付け工程３５における加熱がヒートポンプ３０６に接続される加熱用熱交換手段３１４を加熱源として行われる点と、プリント配線板３０２の冷却が第１冷却室３２０ａと第２冷却室３２０ｂの２段によって行われる点である。
【００７９】
ヒートポンプ３０６により、最も高温の状態に至ったプリント配線板３０２が有する熱エネルギーは第１冷却室３２０ａで吸収してはんだ付け工程３５へ還流させ、続いて第２冷却室３２０ｂで吸収した熱エネルギーは予備加熱工程３４へ還流させて再利用される。したがって、はんだ付けシステムとしての熱エネルギーの利用効率を高めることができるようになる。なお、冷却工程３６から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には大気からも併せて熱エネルギーを吸収し、予備加熱工程３４やはんだ付け工程３５でプリント配線板３０２を加熱するための加熱エネルギーとして再利用される。
【００８０】
今日では、高温出力型ヒートポンプであってもＣＯＰの値として３〜４程度が得られるので、電気ヒータを用いる場合よりも３〜４倍の電力効率でプリント配線板の加熱を行うことが可能であり、はんだ付け工程においてはんだを溶融させるための高効率加熱源として利用できる。
【００８１】
その結果、はんだ付けシステム全体の電力消費量は大幅に小さくなり、ひいては温暖化ガスの大気中への放出を削減することができるようになる。また、低コストでプリント配線板のはんだ付け実装を行うことができるようになる。
【００８２】
〔第４実施形態〕
図４は、リフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第３の例を説明する図で、システムを搬送コンベアに沿って縦に切断してその切断面を見た側断面図である。そして、被はんだ付けワークの搬送コンベア（搬送方向は矢印Ａ方向）は一点鎖線で省略して図示してあり、ヒートポンプおよび制御系はシンボル図で描いてある。
【００８３】
本実施形態のシステムは、搬送コンベア４０１に沿って加熱炉４１０内を３室に分割して設け、続いて冷却室４２０を設けた例である。そして、予備加熱工程４４を２室の加熱室で構成し、続くはんだ付け工程４５を１室の加熱室で構成し、さらに冷却工程４６を１室の冷却室で構成している。なお、このシステム例は、図の上方側のみに加熱手段や冷却手段を有する例を示しているが、搬送コンベアを中心にして上下対称に加熱手段や冷却手段を設ける構成としてもよい。
【００８４】
第２実施形態および第３実施形態のシステム例と同様に、各加熱室と各冷却室は循環流路形成板４１３により雰囲気循環流路が形成され、ファン４１２により各加熱室の雰囲気を循環させる過程でプリント配線板４０２に雰囲気を吹きつける構成である。
【００８５】
そして、予備加熱工程４４とはんだ付け工程４５にはヒートポンプ４０３に接続された加熱用熱交換手段４１１ａ，ｂ、４１６を設け、冷却工程４６にはヒートポンプ４０３に接続された冷却用熱交換手段４２１を設けてある。なお、前記第１実施形態のシステム例の場合と同様に、冷却工程から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には、大気からも併せて熱エネルギーを吸収するように構成する。例えば、冷却工程４６に設ける冷却用熱交換手段４２１の他に大気から熱エネルギーを吸収する熱交換手段４０４を併せて設けて構成する。４０５は送風ファンである。
【００８６】
さらに、予備加熱工程４４とはんだ付け工程４５には電気ヒータ４１４ａ，ｂ、４１７も設けてあり、温度センサ４１５ａ，ｂ、４１８の検出信号Ts1,Ts2,Ts3を温度制御装置４０９が参照し、電気ヒータへの供給電力Ph1,Ph2,Ph3を制御して予め決めた所定温度の雰囲気を形成することができるように構成してある。
【００８７】
制御装置４０６はコンピュータシステムで構成してあり、キーボード等の指示操作部４０７とＬＣＤ等の表示部４０８とを備えている。また、その出力ポートから通信信号Spでヒートポンプの作動状態（加熱温度や冷却温度）を制御することが可能であり、通信信号Shで電気ヒータによる加熱温度を制御することが可能である。
【００８８】
すなわち、このシステム例では、ヒートポンプ４０３による加熱および冷却と電気ヒータ４１４ａ，ｂ、４１７による加熱を併用したり切り換えたりすることが可能であり、はんだ付けシステムの運転状態に合わせて最適な作動状態を選択することが可能に構成してある。
【００８９】
次にこのシステム例の作動を説明する。
【００９０】
このシステム例が第２実施形態および第３実施形態のシステム例と相違するのは、全ての加熱室にヒートポンプに接続された加熱用熱交換手段と電気ヒータとを備えている点である。
【００９１】
予備加熱工程４４とはんだ付け工程４５とによってプリント配線板４０２に与えられた熱エネルギーを、ヒートポンプ４０３によって冷却工程４６で吸収して予備加熱工程４４とはんだ付け工程４５へ還流させて再利用される。また、電気ヒータによる加熱も併せて行われ、雰囲気からの熱伝導による加熱の他に電気ヒータから放射される赤外線によっても加熱が行われる。
【００９２】
したがって、プリント配線板４０２の微細な加熱制御を行うことが可能になると同時に、はんだ付けシステムとしての熱エネルギーの利用効率が高めることができるようになる。なお、冷却工程から得る熱エネルギーだけでは不足する場合には熱交換手段４０４等によって大気からも併せて熱エネルギーを吸収し、予備加熱工程やはんだ付け工程でプリント配線板を加熱するための加熱エネルギーとして再利用される。
【００９３】
このように、ＣＯＰの高いヒートポンプによりはんだ付けシステム全体の電力消費量は大幅に小さくすることが可能になり、ひいては温暖化ガスの大気中への放出を削減することができるようになる。また、低コストでプリント配線板のはんだ付け実装を行うことができるようになる。
【００９４】
一方で、はんだ付けシステムが起動する際にのみヒートポンプによる加熱を行うことも可能である。例えば、加熱炉内雰囲気温度が１００℃〜１５０℃程度に上昇するまではヒートポンプによって加熱を行い、それ以上の温度に加熱する場合に該当する加熱室のみを電気ヒータによる加熱に切り換えるはんだ付けシステムの起動方法である。
【００９５】
このような起動方法を採用すれば、はんだ付けシステムの起動の際に必用となる電力消費をヒートポンプＣＯＰ値分の１（１／COP値）にすることが可能になり、従来は通常運転時の３〜５倍必用であった起動時の消費電力を通常運転時の１〜１．３倍程度の小さい値にすることが可能になる。
【００９６】
〔第５実施形態〕
図５は、リフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第４の例を説明する図で、システムを搬送コンベアに沿って縦に切断してその切断面を見た側断面図である。被はんだ付けワークの搬送コンベア（搬送方向は矢印Ａ方向）は一点鎖線で省略して図示してあり、ヒートポンプはシンボル図で描いてある。
【００９７】
このシステム例は、冷却工程５６で得た熱エネルギーを加熱炉５１０の加熱室内（予備加熱工程５４とはんだ付け工程５５）へ供給される不活性ガスや大気の加熱に利用するように構成した例であり、各加熱室と冷却室５２０は循環流路形成板５１３により雰囲気循環流路が形成され、ファン５１２により各加熱室の雰囲気を循環させる過程でプリント配線板５０２に雰囲気を吹きつける構成である。なお、各加熱室の雰囲気加熱は電気ヒータ５１１によって行われる。
【００９８】
加熱室に不活性ガスを供給する目的は、加熱室内を低酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしてリフローはんだ付けを行うためであり、大気を併せて供給する目的は、不活性ガス供給流量との比率を調節することで加熱室内の酸素濃度を調節するためである。
【００９９】
一般的に、加熱室への単位時間当たりの不活性ガス供給流量を極端に少なくすると、加熱室内における酸素濃度が不安定に変動する所謂ハンチングを生じる。そのため、大気を併せて供給して不活性ガス供給流量との比率を調節することで不活性ガス供給流量と大気供給流量の和を一定の流量に維持し、安定した酸素濃度を維持させている。
【０１００】
一方で、加熱室内への不活性ガスや大気の供給は、予め決めた所定の温度の雰囲気を維持する必用のあるリフローはんだ付け方法においては、温度制御上の外乱として作用する。すなわち、室温（約２５℃）程度の不活性ガスや大気が１８０℃や２３０℃程度の加熱室内雰囲気中に供給されることによって、温度の異なる気体が混ざり合う過程を通して均一な温度の雰囲気を形成するのであるから、この混ざり合う過程が外乱として作用するのである。つまり、加熱室内への不活性ガスや大気の供給は、安定かつ均一な温度の雰囲気が必用なリフローはんだ付けにおいては、存在してはならない事項である。
【０１０１】
そこで、冷却工程で得られる熱エネルギーを加熱室へ供給する不活性ガスと大気を加熱するための熱エネルギーとして利用するために、冷却工程５６にはヒートポンプ５０３に接続された冷却用熱交換手段５２１を設け、供給ガス加熱室５０５に加熱用熱交換手段５０４を設けた構成としている。
【０１０２】
次にこのシステム例の作動を説明する。
【０１０３】
被はんだ付けワークであるプリント配線板５０２は、搬送コンベア５０１によりＡ方向へ搬送され、予備加熱工程５４とはんだ付け工程５５とによりはんだ付けが行われる。続いて、はんだ付け工程５５で最高温度に加熱されたプリント配線板５０２は冷却工程５６へと搬送され、ここで冷却されると共にそのプリント配線板５０２が有していた熱エネルギーが冷却用熱交換手段５２１を介してヒートポンプ５０３によって汲み上げられ、加熱用熱交換手段５０４へと還流される。
【０１０４】
加熱用熱交換手段５０４は供給ガス加熱室５０５に設けてあり、この加熱用熱交換手段５０４と不活性ガス供給パイプ５０６ａおよび大気供給パイプ５０６ｂとが熱的に結合されていて、この不活性ガス供給パイプ５０６ａを流れる不活性ガスと大気供給パイプ５０６ｂを流れる大気とがヒートポンプ５０３によって還流された熱エネルギーによって加熱されてから加熱室へ供給される。
【０１０５】
したがって、加熱室内において発生する温度的な外乱は極めて小さくなり、安定した温度の雰囲気を形成することができるようになる。また、不活性ガスや大気を加熱してから加熱室へ供給するので、加熱室内雰囲気を加熱するために必用な電力消費の増大を生じることが殆どない。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明のはんだ付けシステムは、電子部品をプリント配線板にはんだ付け実装する際に、高効率の加熱源を有するシステムとして利用できる。したがって、省エネルギーで温暖化ガスの放出を削減できるようになり、電子産業に対して大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施形態であるフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの例を説明する図。
【図２】本発明の第２の実施形態であるリフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第１の例を説明する図。
【図３】本発明の第３の実施形態であるリフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第２の例を説明する図。
【図４】本発明の第４の実施形態であるリフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第３の例を説明する図。
【図５】本発明の第５の実施形態であるリフローはんだ付け方法を用いるはんだ付けシステムの第４の例を説明する図。
【符号の説明】
【０１０８】
１１，１３，２４，３４，４４，５４  予備加熱工程
１２  フラックス塗布工程
１５，２５，３５，４５，５５  はんだ付け工程
１６，２６，３６，４６，５６  冷却工程
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１  搬送コンベア
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２  プリント配線板
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３  ヒートポンプ
３０６  高温出力型ヒートポンプ
１１１，１２１，２１１，３１１，３１４，４１１，４１６，５０４  加熱用熱交換手段
１１２，１１５，１２２，１２４，１３２，２０５，３０５，３０８，４０５  ファン
１１３  フラックス供給装置
１１４  噴霧ノズル
１１６  フード
１１７  フィルタ
１２３，２１４，４１４，４１７，５１１  ヒータ
１２５  はんだ槽
１２６  溶融はんだ
１２７  ポンプ
１２８  吹き口体
１２９  噴流波
１３１，２２１，３２１，４２１，５２１  冷却用熱交換手段
２０４，３０４，３０７，４０４  熱交換手段
２１０，３１０，４１０，５１０  加熱炉
２１２，３１２，４１２，５１２  ファン
２１３，３１３，４１３，５１３  循環流路形成板
２１５，４１５，４１８  温度センサ
２２０，３２０，４２０，５２０  冷却室
５０５  供給ガス加熱室
５０６  供給パイプ
【図１】
2010012476.tif 000003
【図２】
2010012476.tif 000004
【図３】
2010012476.tif 000005
【図４】
2010012476.tif 000006
【図５】
2010012476.tif 000007