(57)【要約】【課題】より小型化することが可能で、特に多品種少量生産に適したリフロー炉を得る。【解決手段】搬入口４から導入したワークＷをプレヒートゾーンＺ１、リフローゾーンＺ２、および冷却ゾーンＺ３を経由して搬出口５へ搬送するコンベア３と、当該コンベア３によるワークＷの搬送を制御するコンベアコントローラ１３と、を備え、当該コンベアコントローラ１３によってワークＷが各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３に留まる期間を制御することによりワークＷの受熱量を制御するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを予熱するプレヒートゾーン、ワークを本加熱するリフローゾーン、およびワークを冷却する冷却ゾーンを備えるリフロー炉において、
搬入口から導入したワークを前記プレヒートゾーン、リフローゾーン、および冷却ゾーンを経由して当該搬入口とは別個に設けられた搬出口へ搬送する搬送機構と、
前記搬送機構によるワークの搬送を制御する搬送制御手段と、
を備え、
前記搬送制御手段によってワークが各ゾーンに留まる期間を制御することによりワークの受熱量を制御するようにしたことを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
前記搬送制御手段は、各ゾーン内でワークを搬送方向に往復動させることを特徴とする請求項１に記載のリフロー炉。
【請求項３】
各ゾーンに設けたファンの送風量を制御する送風量制御手段を備え、当該送風量制御手段によって各ゾーン内でのワークの温度プロファイルを制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱体（ワーク）を炉内に搬入して加熱し、接着剤の硬化や半田付け等を行うリフロー炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリフロー炉は、ワークを予熱するプレヒートゾーン、ワークを本加熱するリフローゾーン、およびワークを冷却する冷却ゾーンを備え、これらプレヒートゾーン、リフローゾーン、および冷却ゾーンをワークの搬入口からそれらの順に配置するとともに、搬入口から反対側の搬出口までワークを一定速度で搬送するコンベアを設けて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２７７９０５号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のリフロー炉は、複数若しくは多数のワークを連続してコンベアに流して順次処理するのが一般的であり、その処理を効率良く行うべくプレヒートゾーンやリフローゾーンをそれぞれ複数の加熱ユニットで構成するとともに、冷却ゾーンも複数の冷却ユニットで構成するようになっている。
【０００４】
具体的には、加熱ユニットは、ヒータおよびそのヒータの熱をワークに当てるファンを備えて構成され、プレヒートゾーンでは複数基（例えば５〜６基）の加熱ユニットを連続して結合することにより構成するとともに、リフローゾーンでは例えば２基の加熱ユニットを結合して構成するようになっている。また、冷却ユニットは、冷却装置にファンを組み合わせて構成され、その冷却ユニットを例えば２基結合して冷却ゾーンを構成するようになっている。
【０００５】
したがって、リフロー炉は全体的にワークの搬送方向に長くなって大型化される上、電気代等の経費も嵩んでしまうという問題があった。
【０００６】
さらに、多品種のワークをリフロー処理する場合には、本来、ワーク毎に最適な加熱ユニットの組み合わせ数や長さが異なるのに対し、一つのリフロー炉によってこれら多品種のワークの処理を行おうとすると、加熱ユニットの組み合わせ数や長さを最大に設定する必要が生じてしまう。さらに、加熱ユニットの組み合わせ数や長さが大きいと、設定温度を品種に応じた温度に変更して安定するのに時間がかかり、生産効率が低くなってしまうという問題も生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、より小型化することが可能で、特に多品種少量生産に適したリフロー炉を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明にあっては、ワークを予熱するプレヒートゾーン、ワークを本加熱するリフローゾーン、およびワークを冷却する冷却ゾーンを備えるリフロー炉において、搬入口から導入したワークを上記プレヒートゾーン、リフローゾーン、および冷却ゾーンを経由して当該搬入口とは別個に設けられた搬出口へ搬送する搬送機構と、上記搬送機構によるワークの搬送を制御する搬送制御手段と、を備え、上記搬送制御手段によってワークが各ゾーンに留まる期間を制御することによりワークの受熱量を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、上記搬送制御手段は、各ゾーン内でワークを搬送方向に往復動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、各ゾーンに設けたファンの送風量を制御する送風量制御手段を備え、当該送風量制御手段によって各ゾーン内でのワークの温度プロファイルを制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、ワークが各ゾーンに留まる期間によってワークの受熱量を制御することができるため、各ゾーンを搬送方向に長く確保する必要がなく、リフロー炉を全体的に小型化することができる。したがって、並行して動作させておくユニット数を減らすことができて、リフロー炉の消費電力を低減することができる。
【００１２】
よって、所謂セル生産などの多品種少量生産に対しても小型化が可能となり、処理するワークの品種を変える場合にも、各ゾーンの温度設定を変更することなく、各ゾーンにおけるワークＷの滞留時間を変更することで対応することができるため、各ゾーンの温度を安定的に維持することができる上、温度の設定変更に伴う生産性の低下を抑制できるという利点もある。
【００１３】
請求項２の発明によれば、ワークを各ゾーン内で往復動させることで、ゾーン内の場所による温度差等に起因する処理むらを抑制することができ、ワークのより均一な処理が可能となる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、送風量制御手段によってワークの温度プロファイルをより緻密に制御することができるようになる分、製品の特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）図１は、ワーク搬送方向に沿って切断したリフロー炉の断面図、図２は、ワーク搬送方向直角に切断した加熱ユニットの断面図、図３は、作業者と各ゾーンとの関係を概略的に示す平面図、図４は、各ゾーンの通過時間と各ゾーンで設定される温度との関係をグラフで示す説明図である。
【００１７】
本実施形態にかかるリフロー炉１は、図１に示すように、ハウジングとなる炉体２の内部に、ワークＷを予熱するプレヒートゾーンＺ１と、ワークＷを本加熱するリフローゾーンＺ２と、ワークＷを冷却する冷却ゾーンＺ３と、を配置して構成される。被処理体としてのワークＷは、例えば、プリント基板上に半田付けや接着剤等で各種電子部品が実装される部品実装基板等であり、リフロー炉１内では、ワークＷの半田付けや接着剤の硬化処理等が行われる。
【００１８】
炉体２にはワークＷの搬入口４が設けられ、この搬入口４に近い順にプレヒートゾーンＺ１、リフローゾーンＺ２、冷却ゾーンＺ３が配置されており、さらにその先に搬出口５が配置されている。すなわち、搬入口４と搬出口５とは、ゾーンＺ１〜Ｚ３を挟んで相互に対向する位置に配置されている。
【００１９】
そして、搬入口４から搬出口５に亘り、搬送機構としてのコンベア３が設けられている。ワークＷは、コンベア３に装着した搬送パレット６に載置され、プレヒートゾーンＺ１、リフローゾーンＺ２および冷却ゾーンＺ３へと順次搬送される。
【００２０】
プレヒートゾーンＺ１およびリフローゾーンＺ２は、それぞれ１基の加熱ユニット１０，１１で構成されるとともに、冷却ゾーンＺ３も、１基の冷却ユニット１２で構成される。
【００２１】
プレヒートゾーンＺ１の加熱ユニット１０は、図２に示すように、コンベア３を挟んで上方に配置される上部加熱ユニット１０Ａと、下方に配置される下部加熱ユニット１０Ｂとで構成され、それら上部加熱ユニット１０Ａおよび下部加熱ユニット１０Ｂは、それぞれヒータ１０Ａａ，１０Ｂａと、それらヒータ１０Ａａ，１０Ｂａの熱をノズル１０Ａｂ，１０Ｂｂを介してワークＷに上下から吹き付けるファン１０Ａｃ，１０Ｂｃとを備え、それぞれのファン１０Ａｃ，１０Ｂｃはモータ１０Ａｄ，１０Ｂｄによって駆動される。
【００２２】
このとき、コンベア３および搬送パレット６は、ワークＷを搭載しながら、上下からの風を極力遮ることのない構造とするのが好適であり、一例として、コンベア３をチェーンやメッシュベルトとし、搬送パレット６もメッシュ構造とすることができる。
【００２３】
また、リフローゾーンＺ２の加熱ユニット１１は、図１に示すように、加熱ユニット１０と同様に、上部加熱ユニット１１Ａと下部加熱ユニット１１Ｂとで構成され、それぞれには図外のヒータと、ノズル１１Ａｂ，１１Ｂｂと、ファン１１Ａｃ，１１Ｂｃとを備えて構成され、それぞれのファン１１Ａｃ，１１Ｂｃは図外のモータで駆動される。
【００２４】
さらに、冷却ユニット１２は、図１に示すように、図外の冷却装置で発生した低温の冷却風をワークＷに送風するファン１２ａを備えて構成されており、その冷却ユニット１２はコンベア３の上方のみに配置されている。
【００２５】
ここで、本実施形態では、コンベア３によってワークＷを搬送する際、搬入口４から導入したワークＷをプレヒートゾーンＺ１からリフローゾーンＺ２を経由して冷却ゾーンＺ３へと搬送し、さらに搬出口５に搬送して、当該搬出口５から処理が完了したワークＷを取り出すようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、コンベア３によってワークＷをリフローゾーンＺ２およびプレヒートゾーンＺ１内に留める期間（時間）を制御し、各ゾーンＺ２，Ｚ１でワークＷが受熱する熱量を制御している。
【００２７】
すなわち、コンベア３は、搬送制御手段としてのコンベアコントローラ１３から出力される指令信号に基づいて制御され、コンベアモータ３ａの回転速度および回転方向（正逆回転）によって、ワークＷの搬送位置や、搬送速度、搬送方向等を制御できるようになっている。具体的には、ワークＷをコンベア３の搬送方向に往復動させたり、停止させたり、あるいは搬送速度を変化させることにより、ワークＷの受熱量を適宜に制御することができる。また、ファンの風量によっても、受熱量を制御することが可能である。
【００２８】
さらに、冷却ゾーンＺ３にあっても、プレヒートゾーンＺ１およびリフローゾーンＺ２と同様に、その冷却ゾーンＺ３内に留める期間（時間）を制御し、当該冷却ゾーンＺ３でワークＷが放熱する熱量を制御している。すなわち、冷却ゾーンＺ３でも、ワークＷをコンベア３の搬送方向に往復動させたり、停止させたり、あるいは搬送速度を変化させることにより、ワークＷの放熱量を適宜に制御することができる。また、ファンの風量によっても、放熱量を制御することが可能である。
【００２９】
したがって、本実施形態では、図３に示すように、作業者Ｍが搬入口４からリフロー炉１内に投入したワークＷを、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３内で一時的に待機状態とし、その待機中に図中矢印で示すようにコンベア３を往復動させてワークＷ全体に温度を均一化させるとともに、所望の温度まで到達させるようになっている。
【００３０】
このように各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３でワークＷの温度制御することにより、図４に示すようなワークＷの温度プロファイルを実現できるようになっており、プレヒートゾーンＺ１ではワークＷを予熱温度Ｔ１（例えば、１４０゜〜２１０゜）まで上昇させた後、リフローゾーンＺ２では半田の溶融温度Ｔ２（例えば、２００゜〜２６０゜）まで上昇させる。その後、冷却ゾーンＺ３によって略常温近くまでワークＷを冷却することになる。
【００３１】
このとき、ワークＷの受熱量を制御すべく、ワークＷの大きさや形状に応じてその往復動作回数、往復動作量（往復区間長）、搬送速度等が決定される。また、コンベア３の往復動は自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。
【００３２】
なお、図４に示すグラフ（温度プロファイル）では、横軸は時間、縦軸は温度を示しており、さらに横軸の１目盛りは、約２０ｓｅｃとしてある。すなわち、ワークＷがプレヒートゾーンＺ１の加熱ユニット１０で予熱される時間（予熱区域）は１００ｓｅｃ、リフローゾーンＺ２の加熱ユニット１１で本加熱される時間（リフロー区域）は４０ｓｅｃ、そして、冷却ゾーンＺ３の冷却ユニット１２で冷却される時間（冷却区域）は２０ｓｅｃとなっている。しかし、かかる温度プロファイルはあくまで一例に過ぎず、ワークＷの種類や大きさ、ならびに、溶融や硬化の対象となる半田や接着剤等の種別や量等に応じて、適宜に設定される。
【００３３】
以上の本実施形態にかかるリフロー炉１によれば、コンベアコントローラ１３によってコンベア３によるワークＷの搬送を制御することにより、ワークＷが各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３に留まる期間（時間）によってワークＷの受熱量を制御することができるので、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３のユニット数を増やして搬送方向に長く確保する必要がなく、リフロー炉１を全体的に小型化することができる。したがって、並行して動作させておくユニット数を減らすことができて、リフロー炉１の消費電力を低減することができる。
【００３４】
よって、所謂セル生産などの多品種少量生産に対しても小型化が可能となり、処理するワークＷの品種を変える場合にも、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の温度設定を変更することなく、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３におけるワークＷの滞留時間を変更することで対応することができるため、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の温度を安定的に維持することができる上、温度の設定変更に伴う生産性の低下を抑制できるという効果が得られる。
【００３５】
そして、本実施形態によれば、少数のワークＷに対して熱処理を行う場合に、ワークＷを１つづつ投入して比較的簡単に処理することができるため、ワークＷに対する処理経費を低減できるとともに、リフロー炉１の設置スペースを小さくすることができる。すなわち、本実施形態にかかるリフロー炉１は、多品種少量生産用途に極めて好適である。
【００３６】
また、本実施形態によれば、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３が処理順に配置されるため、より円滑な処理が可能となる。すなわち、コンベア３の動作量を小さくして、ワークＷに対する加速度変化を小さく抑えることができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、ワークＷを各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３内で適宜に往復動させることで、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３内の場所による温度差や風量差等に起因する処理むらを抑制することができ、ワークＷのより均一な処理が可能となる。
【００３８】
さらに、このワークＷの往復動に関しては、搬送速度を緩加速・緩減速させ、ワークＷや溶融した半田等に極力加速度を与えないようにするのが好適である。
【００３９】
また、特に、冷却ゾーンＺ３においてもワークＷを往復動させることで、ゾーンＺ３内の場所による温度差や風量差等に起因する処理むらを抑制することができ、ワークＷのより均一な処理が可能となる。
【００４０】
また、上記第１実施形態の変形例として、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３に設けたファン、つまり、加熱ユニット１０のファン１０Ａｃ，１０Ｂｃおよび加熱ユニット１１のファン１１Ａｃ，１１Ｂｃ、さらには冷却ユニット１２のファン１２ａの送風量を変化させることによって、より緻密な温度プロファイルを設定することができる。このファン１０Ａｃ，１０Ｂｃ、１１Ａｃ，１１Ｂｃ，１２ａの送風量制御は、例えば、モータの回転数を制御することによって具現化することができる。
【００４１】
このように、ファン１０Ａｃ，１０Ｂｃ、１１Ａｃ，１１Ｂｃ，１２ａの送風量を制御することにより、ワークＷに応じた温度プロファイルの設定が可能となる。一例として、図５に示すように、リフローゾーンＺ２でファン１１Ａｃ，１１Ｂｃの送風量制御を行った場合には、プレヒートゾーンＺ１からリフローゾーンＺ２に移行した場合の温度の立ち上がりＲ１（上昇速度）をより直線的（線形的）にすることができる。
【００４２】
そして、かかる送風量制御による受熱量制御は、上述したワークＷの往復動による受熱量制御と併せて行うのがより一層効果的である。
【００４３】
（第２実施形態）図６は、ワーク搬送方向に沿って切断したリフロー炉の断面図、図７は、各ゾーンの通過時間と各ゾーンで設定される温度との関係をグラフで示す説明図である。なお、本実施形態にかかるリフロー炉１Ａは、上記第１実施形態と同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００４４】
本実施形態にかかるリフロー炉１Ａは、基本的に第１実施形態のリフロー炉１と同様の構成を備えている。すなわち、図６に示すように、炉体２の内部に、搬入口４に近い順にプレヒートゾーンＺ１、リフローゾーンＺ２、冷却ゾーンＺ３が配置され、搬入口４からゾーンＺ１〜Ｚ３を挟んで反対側の搬出口５にかけて、搬送機構としてのコンベア３が設けられている。
【００４５】
ただし、本実施形態では、プレヒートゾーンＺ１を、第１実施形態に示した加熱ユニット１０に更に別の加熱ユニット２０を追加して、計２基の加熱ユニット１０，２０によって構成してある。なお、各ユニット１０，２０，１１，１２自体は、それぞれ第１実施形態と同様の構成となる。
【００４６】
加熱ユニット２０は、加熱ユニット１０とリフローゾーンＺ２の加熱ユニット１１との間に配置され、加熱ユニット１０で予熱したワークＷを加熱ユニット１１に送る前にさらに予熱するようになっている。
【００４７】
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、図７に示すように、加熱ユニット１０による予熱区域（１）と加熱ユニット１１によるリフロー区域との間に、加熱ユニット２０による予熱区域（２）が介在することになり、プレヒートゾーンＺ１からリフローゾーンＺ２へと移行する際の温度の立ち上がりＲ２が滑らかになる。
【００４８】
もちろん、本実施形態にあっても、コンベア３によるワークＷの搬送方向を逆送および順送して往復動させたり、ファンの送風量を制御したりして、各ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３でワークＷの受熱量を制御するのが好適である。
【００４９】
以上、本発明を上記第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、本発明はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変形した他の実施形態を各種採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態でワーク搬送方向に沿って切断したリフロー炉の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態でワーク搬送方向直角に切断した加熱ユニットの断面図。
【図３】本発明の第１実施形態で作業者と各ゾーンとの関係を概略的に示す平面図。
【図４】本発明の第１実施形態で各ゾーンの通過時間と各ゾーンで設定される温度との関係をグラフで示す説明図。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例で各ゾーンの通過時間と各ゾーンで設定される温度との関係をグラフで示す説明図。
【図６】本発明の第２実施形態でワーク搬送方向に沿って切断したリフロー炉の断面図。
【図７】本発明の第２実施形態で各ゾーンの通過時間と各ゾーンで設定される温度との関係をグラフで示す説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１，１Ａ  リフロー炉
３  コンベア（搬送機構）
４  搬入口
５  搬出口
１０，１１，２０  加熱ユニット
１０Ａｃ，１０Ｂｃ，１１Ａｃ，１１Ｂｃ，１２ａ  ファン
１２  冷却ユニット
１３  コンベアコントローラ（搬送制御手段）
Ｚ１  プレヒートゾーン
Ｚ２  リフローゾーン
Ｚ３  冷却ゾーン
Ｗ  ワーク
【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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【図６】
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【図７】
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