(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミ合金のような反射率の高い表面状態を有する金属でも所定の短時間内で材料表面全体にわたり、比較的高温度まで所定の狭い温度差の範囲内で均一に加熱することのできる熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉を提供する。【解決手段】熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉を、被処理品Ｗを載せて加熱炉内を通過させるメッシュベルトコンベア２と、加熱炉内に配置されるシーズヒータ５と、加熱炉内に配置したシロッコファン６と、該シロッコファン６を介して前記メッシュベルトコンベア２の上側近傍に多数の熱風吹き出し口を設けた熱風吹き出し部材８と、前記メッシュベルトコンベア２の上側と下側に配置される近赤外線ランプヒータ９、１０と、で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理品を載せて加熱炉内を通過させるメッシュベルトコンベアと、加熱炉内に配置されるシーズヒータと、加熱炉の上部に配置したシロッコファンと、該シロッコファンより下側に位置させ、該シロッコファンを介して前記メッシュベルトコンベアの上側近傍に多数の熱風吹き出し用開口部を設けた熱風吹き出し部と、前記メッシュベルトコンベアの上側に配置される近赤外線ランプヒータ及びコンベアベルトの下側近傍に配置した近赤外線ランプヒータと、を備えて成ることを特徴とする熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉
【請求項２】
被処理品を載せて加熱炉内を通過させるメッシュベルトコンベアと、加熱炉内に配置されるシーズヒータと、加熱炉の上部に配置したシロッコファンと、該シロッコファンを介して該シロッコファンより下側に位置させ、前記メッシュベルトコンベアの上側近傍に多数の熱風吹き出し口を設けた熱風吹き出し部と、前記メッシュベルトコンベアの上側に配置される近赤外線ランプヒータ及びメッシュベルトコンベアの下側近傍に配置した近赤外線ランプヒータと、を備え、これらシーズヒータ配置空間とシロッコファン配置空間と熱風吹き出し部と上側の近赤外線ランプヒータ及びコンベアベルトを挟んで下側の近赤外線ランプヒータを経た下側空間から前記シーズヒータ空間へ続く閉鎖加熱空間を形成したことを特徴とする熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉。
【請求項３】
熱風の温度を温度センサで計測して温度調節計でシースヒータの出力をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉。
【請求項４】
シロッコファンは、インバータによって回転数を制御されるモータ駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射率の高い表面状態を有し、かつ表面積の割合が高い材料、例えばアルミニウム或いはアルミニウム合金等の金属板を所定の短時間でかつ比較的高い温度（例えば５００℃以上）まで、材料表面全体にわたり、所定の狭い温度範囲内で均一に加熱することの可能な熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉に関する。
【０００２】
通常、配線基板（プリント基板或いは回路基板と同意）に電子部品を電気的に接続する（はんだ付けする）装置として加熱炉が用いられる。その具体例として、熱風による配線基板への伝熱量と赤外線による配線基板への伝熱量とを独立して正確・容易に制御できるようにすることによって、均一加熱であり最適な加熱プロファイルを実現でき、あらゆる配線基板に対して高品質なはんだ付けを可能とする加熱炉が提案されている。この加熱炉は、搬送コンベアで搬送される配線基板を加熱する雰囲気を、遠心送風機で循環させて雰囲気加熱用ヒータで加熱し、循環送風量を調節するとともに雰囲気の温度を雰囲気温度測定用センサで検出して対流伝熱量を制御し、配線基板を加熱する赤外線ヒータの温度を表面温度測定用センサで検出して輻射伝熱量を制御する構成としたことを特徴としている（特許文献１）。
【０００３】
また、外気を流入させずに雰囲気ガスを冷却して、回路基板上の電子部品の温度を耐熱温度より低い温度に抑えつつ、回路基板上の半田の温度を溶融温度より高い温度に加熱して、半田付けを可能とするリフロー炉が提案されている。このリフロー炉は、雰囲気ガスが充填されたシール構造のシェル内で、上面に電子部品が搭載された回路基板を加熱するリフロー装置であって、シェル内の回路基板より下側に設置された赤外線ヒータと、シェル内の回路基板より上側に設置され、雰囲気ガスをシェル内で循環させる循環ファンと、循環する雰囲気ガスを回路基板の上面に吹き付けるための吹出ノズルを備えた吹出パネルとを備えた熱風吹付機構と、シェル内に外気を流入させることなく循環する雰囲気ガスを冷却する冷却機構と、を備えたリフロー炉である（特許文献２）。
【０００４】
更に、従来の炉本体内の底部に送風機を配置し、炉本体の上部を扉体として開閉する場合の種々の問題点を解決し、また炉本体内の換気を熱風循環系のファンにより行えるリフロー装置として、炉本体の背面側に熱風循環用のシロッコファンを設け、前面側に加熱室を配置し、下部にヒータユニットを配置して、熱風循環系を設け、加熱室を経て基板の搬送コンベヤを設け炉本体の前面側に扉体を開閉自在に設け、前記シロッコファンの回転軸の周囲に吸気孔を設け、該シロッコファンの吐出側に排気孔を設けた構成のものが知られている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１９５５５２号
【特許文献２】特開２００５−７９４６６
【特許文献３】特開平１０−０７１４５６４号
【０００６】
ところで、アルミ合金等の新たな熱処理プロセスの開発の必要性や高温状態での金属物性を分析・調査するする場合、特に急速に目的温度に昇温させ且つ金属表面を均一に短時間で目的の一定温度とする必要があるとき、いかにしてこれを実現するか問題となる。アルミニウムは純アルミニウムでも融点が６６０℃と低いのでその合金の融点となるともっと低い温度となる。さらに、５７０℃程度の温度に短期間で昇温する場合、従来技術では想定されていない温度であり、限界に近い温度である。従って急速加熱で、かつ厳格な均熱性が要求されるのもそのためであるが、かかる急速な均一加熱状態を実現する手法は知られていない。また、アルミ合金の高温熱処理として良く知られているものとして、溶体化処理というものがある。これは５００〜５４０℃で行うのが一般的である。
【０００７】
上記する比較的高い温度まて材料表面全体にわたり、所定の狭い温度差の範囲内で均一に加熱することは、赤外線加熱のみでいろいろと試行してみたが不可能であった。すなわち、上記した従来の加熱炉（リフロー炉）は、回路基板と電子部品とを接続する加熱炉として用いられ、回路基板の回路上に搭載される半導体デバイスのチップや其の他の電子部品を電気的に接続するためハンダ付けする加熱炉である。これらの加熱炉では予熱後に数秒間約２４０℃程度の温度に昇温させてハンダを溶融させ、その直後に急冷するすることによりハンダ付けを行うものであり、加熱炉を用いて５００℃以上に被処理品を短時間で急速に均一加熱する場合、連続加熱炉を用いてこれを実施したという例がなく、その具体的構成や方法は知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、アルミ合金のような反射率の高い表面状態を有する金属でも所定の短時間内で材料表面全体にわたり、比較的高温度まで所定の狭い温度差の範囲内で均一に加熱することのできる熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉が、被処理品を載せて加熱炉内を通過させるメッシュベルトコンベアと、加熱炉内に配置されるシーズヒータと、加熱炉の上部に配置したシロッコファンと、該シロッコファンより下側に位置させ、該シロッコファンを介して前記メッシュベルトコンベアの上側近傍に多数の熱風吹き出し用開口部を設けた熱風吹き出し部と、前記メッシュベルトコンベアの上側に配置される近赤外線ランプヒータ及びコンベアベルトの下側近傍に配置した近赤外線ランプヒータと、を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２の発明は、熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉が、被処理品を載せて加熱炉内を通過させるメッシュベルトコンベアと、加熱炉内に配置されるシーズヒータと、加熱炉の上部に配置したシロッコファンと、該シロッコファンを介して該シロッコファンより下側に位置させ、前記メッシュベルトコンベアの上側近傍に多数の熱風吹き出し口を設けた熱風吹き出し部と、前記メッシュベルトコンベアの上側に配置される近赤外線ランプヒータ及びメッシュベルトコンベアの下側近傍に配置した近赤外線ランプヒータと、を備え、これらシーズヒータ配置空間とシロッコファン配置空間と熱風吹き出し部と上側の近赤外線ランプヒータ及びコンベアベルトを挟んで下側の近赤外線ランプヒータを経た下側空間から前記シーズヒータ空間へ続く閉鎖加熱空間を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項３の発明は、上記請求項１又は請求項２の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉が、熱風の温度を温度センサで計測して温度調節計でシースヒータの出力をＰＩＤ制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、上記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱風循環・近赤外加熱併用式連続炉が、シロッコファンは、インバータによって回転数を制御されるモータ駆動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、従来困難とされた比較的高温状態への急速な加熱と反射率の高い表面状態を有し、かつ表面積の割合が高い材料、例えばアルミニウム或いはアルミニウム合金等の金属板を所定の短時間でかつ比較的高い温度（例えば５００℃以上）まで、材料表面全体にわたり、所定の狭い温度範囲内で均一に加熱することの可能な熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉を提供することができる。特に、６００℃近い温度への急速加熱と誤差の少ない温度差で均一な加熱状態を維持することができる。そしてシーズヒータの出力を制御することにより炉内温度の安定化を図ることができる。また、シロッコファンのインバータ制御により熱風の風量を可変制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉の構成を示す図であり、図２は図１のＰ矢視図である。
【００１５】
１は加熱炉である。２はメッシュベルトコンベアであり、多数の小孔が設けてあり風通しが良くしてあるものを用いるのが良い。５はシーズヒータであり、空気を加熱して，次のシロッコファン６方向へ加熱空気を流通させる。該シロッコファン６は、加熱炉１の上部空間に配置され、モータ７によって駆動される。８は、熱風吹き出し部材であって、メッシュベルトコンベア２の上部近傍にその吹き出し口８ａ，８ａ，・・（吹き出し用開口部８ａ，８ａ，・・とする）が設けてある。前記メッシュベルトコンベア２の上側近傍、すなわち前記吹き出し用開口部８ａ，８ａ，・・とほぼ同じ高さ位置であって、熱風吹き出し開口部８ａではない位置には近赤外線ランプヒータ９が水平に配置されると共に，該メッシュベルトコンベア２の下側近傍にも近赤外線ランプヒータ１０が水平に配置されている。本発明の実施例では図に示すように、近赤外線ランプヒータ９、１０は１ゾーン当たり５本をメッシュベルトコンベア２の上下に計１０本設置し、被処理品Ｗを加熱するようにしてある。
【００１６】
図３（Ａ）は前記熱風吹き出し部材８の平面図であり、図３（Ｂ）はその正面図である。前記熱風吹き出し部材８は、前記上側近傍の近赤外線ランプヒータ９の周囲に配置されている。該熱風吹き出し部材８には多数の熱風吹き出し口用の開口部８ａ，８ａ，・・が設けられ、前記加熱炉１内の上部空間の熱風がこれら熱風吹き出し口用の開口部８ａ，８ａ，・・から処理品Ｗに吹き付けるように構成してある。
【００１７】
以上のような構成から判るように、シーズヒータ５の配置された空間２０とシロッコファン６の配置された空間２１、熱風吹き出し部材８の上側の空間２２と熱風吹き出し部材８を通過した近赤外線ランプヒータ９、１０の配置された空間２３とこれらの近赤外線ランプヒータ９、１０を通過して元のシーズヒータ５へ通じる空間２４は閉鎖加熱空間を形成する。そして、前記加熱炉１の内部は、仕切板１１，１２，１３によって風の通路２０、２１、２２が形成され、前記シロッコファン５によって発生した熱風の流れは矢印のように循環・流通する。
【００１８】
以上の構成から成るこの熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉では、図４に示すように、シロッコファン（循環ファン）６を駆動すると、被処理品Ｗは、前記熱風吹き出し部材８に形成された熱風吹き出し口用の開口部８ａ，８ａ，・・から通過する熱風と同時にメッシュベルトコンベア２の上下に設置された近赤外線ランプヒータ９，９，・・、１０，１０，・・による輻射熱によって加熱されることになる。すなわち、被処理品Ｗは、熱風と輻射熱との二重の加熱手段により加熱されることとなる。以上のような構成により、被処理品Ｗは、シーズヒータ５とシロッコファン６からの熱風が吹き付けられ、その熱風がメッシュベルトコンベア２を通過して、再びシーズヒータ５の設置された空間を通過し、シロッコファン６の設置された通路空間２０へ流通し、この流れが繰り返される一方、メッシュベルトコンベア２の上部と下部に設置された近赤外線ランプヒータ９，９，・・１０，１０，・・の輻射熱によって更に加熱される。
【００１９】
図４において、１５は制御用熱電対であってシーズヒータ５を制御するためのものであり、この熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉では、加熱炉１内の温度の制御方式は、近赤外線ランプヒータ９，１０を常時一定出力とし、熱風の加熱源であるシーズヒータの出力を制御する方式として、炉内温度の安定化を図っている。
【実施例】
【００２０】
実施例は以下のような方法により行った（図５参照）。
メッシュベルトコンベア２上に載せた被処理品Ｗは、コンベア駆動モータ４を駆動して加熱炉１に導入される。１６と１７は外気を遮断しまた熱気の流出を防止するカーテンである。加熱炉１内では第１ゾーンから第２ゾーン、そして第３ゾーンへと搬送され、その間にシーズヒータ５からの熱風をシロッコファン６で流通させ、前記熱風吹き出し部材８に形成された熱風吹き出し口用の開口部８ａ，８ａ，・・から風（熱風）が通過し、被処理品Ｗに吹き付けられる。近赤外線ランプヒータ９，１０はメッシュベルトコンベア２の上下に配置される。すなわち、被処理品Ｗは、シーズヒータ５の熱をシロッコファン６を介して熱風により加熱すると共に、近赤外線ランプヒータ９、１０の輻射熱により同時加熱されることとなる。加熱部は５６０ｍｍの長さで１ブロックとなっており、５６０ｍｍのブロックが３ブロックで構成されており、入口と出口側には炉口断熱材が設置されている。なお、該シロッコファン６はインバータによって回転数を制御されたモータ７によって運転され、インバータの周波数によって熱風の風量を可変することができる。熱風は被処理品Ｗの上方から下向きに噴射し、熱風を当てることにより被処理品Ｗを加熱する。熱風吹き出し口部材８の開口部（吹き出し口８ａ，８ａ，・・）は、１ゾーン当たり幅方向１２列×長さ方向６列の計７２箇所の角孔とすることにより噴き出す熱風を整流して風速の均一化を図っている。
【００２１】
加熱炉１内の温度は温度制御することができる。すなわち、熱電対１５で熱風の温度を測定し、温度調節計でシーズヒータ５の出力をＰＩＤ制御する。温度設定は、３つあるゾーン毎に行うことができる。最高設定温度は７００℃とした。近赤外線ランプヒータ９、１０は出力を手動設定することにより、常時一定出力で使用する。設定値は出力設定器（温度調節計）にて行う。出力設定は各ゾーン毎に行うことができる。
【００２２】
図５（Ａ）は、実際に本発明の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉で被処理物Ｗを加熱した場合の試験結果を示すグラフであり、図５（Ｂ）は加熱炉１の内部の第１ゾーン〜第３ゾーンまでのメッシュベルトコンベア２の移動状況を示す図である。すなわち、被処理品Ｗの加熱状況は、図５（Ｂ）に示すメッシュベルトコンベア２の進行状況により図５（Ａ）に示すような温度状況となる。本試験では、ピーク温度は５７０℃とし、温度精度を±５℃、被処理物の在炉時間を９０秒以内、被処理物Ｗを２×４００×４００（ｍｍ）のアルミ板とした。ほぼ満足のいく結果が得られた。以上説明したように、熱風と輻射熱との組み合わせで実施することにより上記課題を達成することが出来ることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉の構成を示す図である。
【図２】図１のＰ矢視図である。
【図３】図３（Ａ）は前記熱風吹き出し部材７の平面図であり、図３（Ｂ）はその正面図である。
【図４】本発明の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉における被処理品の加熱時の熱風の流れを示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、実際に本発明の熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉で被処理品を加熱した場合の試験結果を示すグラフであり、図５（Ｂ）は加熱炉の内部の第１ゾーン〜第３ゾーンまでのメッシュベルトコンベアの移動状況を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    加熱炉
２    メッシュベルトコンベア
３    ベルト駆動ローラ
４    モータ
５    シーズヒータ
６    シロッコファン
７    モータ
８    熱風吹き出し部材
８ａ  吹き出し口
９、１０  近赤外線ランプヒータ
１５  熱電対（温度センサ）
１１，１２，１３  仕切板
２０、２１、２２  風の通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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