JP2003200261A - 加熱ユニットおよび静止型リフロー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 加熱温度条件に厳しい制限が加えられる場合
においても、所期の加熱処理を確実に行うことができる
加熱ユニットおよび静止型リフロー装置の提供。 【解決手段】 加熱ユニットは、複数の発熱体要素が縦
横に並んで配設されてなり、発熱体要素２１の各々は、
抵抗発熱線よりなる金属コイル２２Ａの内部に変形防止
用ロッド部材２５が挿入されてなるセグメント部の複数
が、各々の金属コイルの軸を含む平面に沿って互いに離
間して並ぶよう配設されたコイル状発熱体と、この発熱
体の支持用の支持部材とにより構成され、各々のセグメ
ント部においては、通常の状態において、金属コイルと
ロッド部材とが互いに実質上非密接とされており、発熱
体要素の各々が互いに独立して設定された発熱量で作動
される。リフロー装置は、上記加熱ユニットを介して熱
風を供給する熱風供給手段を備え、熱放射と、熱風によ
る対流熱伝達とにより被加熱部材を加熱するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱ユニットおよ
び静止型リフロー装置に関し、詳しくは、例えば、プリ
ント回路基板に対して実装部品の接続処理を行うに際し
て、プリント回路基板上に配置された実装部品に係る接
続用溶接部材を加熱溶融させるために使用される加熱ユ
ニットおよびこの加熱ユニットを備えた静止型リフロー
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、例えばプリント回路基板に各種の
能動素子または受動素子などの実装部品を装着する実装
プロセスにおいては、対象となるすべての実装部品をプ
リント回路基板上に一括して接続処理するために各種の
リフロー装置が利用されており、接続用溶接部材を介し
て実装部品が配置された状態のプリント回路基板を含む
被加熱部材が、適宜の加熱手段によって均一に加熱され
るよう、設定された温度プロファイルに従って温度条件
が制御された状態で加熱処理が行われている。ここに、
リフロー装置における加熱方式としては、例えば、遠赤
外線ヒータなどによる熱放射を利用する方式、熱せられ
た空気を対流させることによる対流熱伝達を利用する方
式などがある。

【０００３】このような実装プロセスにおいては、熱容
量の大きさが大幅に異なる種々の寸法の実装部品を同一
のプリント回路基板上に装着することが求められる場合
も少なくなく、このような場合には、それぞれの実装部
品に係る接続用溶接部材を溶融させるために必要な熱量
が異るので、実装部品の耐熱温度との関係から、より精
密な温度プロファイルに従って加熱処理が行われること
が要求される。

【０００４】また、近年においては、環境保全上の観点
から、鉛が含有されていない無鉛系のはんだ合金（以
下、「鉛フリーはんだ」という。）を使用することが求
められている。しかし、鉛フリーはんだは、従来の鉛系
のはんだ合金に比して融点が例えば２０〜３０℃程度も
高いものであるため、接続用溶接部材を確実に溶融させ
るためには長時間加熱する必要があり、耐熱限界を超え
てしまう実装部品が生ずる場合も多くなりやすい。

【０００５】このような要請に対して、本発明者らは、
被加熱部材を静止させたままの状態で加熱処理を行う静
止型リフロー装置を提案している（特開２００１−１６
８５１７号公報、特開２００１−２３７５３８号公報参
照。）。このような静止型リフロー装置によれば、被加
熱部材の移動に伴う温度分布の擾乱が生じることがない
ので、被加熱部材のすべての被加熱個所を、その個所に
適正な温度で加熱することができ、しかも、例えば少量
他品種の被加熱部材の処理を行う場合などにおいても有
用である、とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、実装プ
ロセスにおいては、実装部品の耐熱温度との関係から、
より精密な温度プロファイルに従って加熱処理を行うこ
とが必要であり、例えば被加熱部材を５℃／秒のような
高速の昇温速度で加熱することが求められる場合や、被
加熱部材の温度分布における温度差が５℃以下となるよ
う、高い均一性が求められる場合など、加熱温度条件に
厳しい制限が加えられる場合がある。

【０００７】而して、上記のような静止型リフロー装置
においては、加熱手段として、複数の棒状のランプが並
んで配置されてなる熱輻射式の加熱手段が使用されてい
るが、このような加熱手段では、被加熱回路基板におけ
る温度変化の応答性が低く、被加熱部材を急速に加熱す
ることが困難であり、しかも微妙な温度制御が困難であ
るなどの問題が生じ、所期の温度プロファイルに従って
加熱処理することが困難になる場合がある。

【０００８】本発明は、以上のような事情に基づいて本
発明者らが鋭意研究を重ねた結果なされたものであっ
て、その目的は、被加熱部材を急速に加熱することがで
き、従って、加熱温度条件に厳しい制限が加えられる場
合においても、被加熱部材を確実に適正な温度分布をも
った状態に加熱することができ、被加熱部材について所
期の加熱処理を確実に行うことができる加熱ユニットお
よび静止型リフロー装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱ユニット
は、加熱処理すべき被加熱部材の全体をカバーする加熱
領域が形成されるよう、複数の発熱体要素が縦横に並ん
で配設されてなり、発熱体要素の各々は、抵抗発熱線が
巻回されてなる金属コイルの内部に当該金属コイルの変
形防止用ロッド部材が挿入されてなるセグメント部の複
数が、各々の金属コイルの軸を含む平面に沿って互いに
離間して並ぶよう配設されてなるコイル状発熱体と、こ
のコイル状発熱体を支持するための支持部材とにより構
成されてなり、各々のセグメント部においては、金属コ
イルが発熱していない通常の状態において、金属コイル
と変形防止用ロッド部材とが互いに実質上非密接な状態
とされており、前記金属コイルの軸を含む平面の各々が
被加熱部材と実質的に平行に伸びるよう配置され、発熱
体要素の各々が互いに独立して設定された発熱量で作動
されることを特徴とする。

【００１０】本発明の加熱ユニットにおいては、変形防
止用ロッド部材の各々は、その形状がパイプ状のもので
あることが好ましく、また、透光性を有するものである
ことが好ましい。

【００１１】本発明の静止型リフロー装置は、加熱室
と、この加熱室内に静止した状態で配置される被加熱部
材の上方位置に当該被加熱部材に対向して配置された、
加熱処理すべき被加熱部材の全体をカバーする加熱領域
が形成されるよう、複数の発熱体要素が縦横に並んで配
設されてなる加熱ユニットと、この加熱ユニットを介し
て熱風を加熱室内に供給する熱風供給手段とを備えてな
り、加熱ユニットは、発熱体要素の各々が、抵抗発熱線
が巻回されてなる金属コイルの内部に当該金属コイルの
変形防止用ロッド部材が挿入されてなるセグメント部の
複数が、各々の金属コイルの軸を含む平面に沿って互い
に離間して並ぶよう配設されてなるコイル状発熱体と、
このコイル状発熱体を支持するための支持部材とにより
構成されてなり、各々のセグメント部においては、金属
コイルが発熱していない通常の状態において、金属コイ
ルと変形防止用ロッド部材とが互いに実質上非密接な状
態とされており、前記金属コイルの軸を含む平面の各々
が被加熱部材と実質的に平行に伸びる状態で配置され、
発熱体要素の各々が互いに独立して設定された発熱量で
作動されるものであることを特徴とする。

【００１２】本発明の静止型リフロー装置においては、
加熱ユニットにおいては、選択された一の発熱体要素に
ついて設定された発熱量を基準として、他の発熱体要素
の発熱量が相対的に決定される構成とすることができ、
この場合には、基準となる発熱体要素についての発熱量
は、被加熱部材における当該発熱体要素に係る発熱領域
に対応した個所に設けられた温度検知手段により検知さ
れた温度データに基づいて設定されることが好ましい。

【００１３】また、本発明の静止型リフロー装置におい
ては、被加熱部材をその下面より加熱する熱輻射式の下
面側加熱手段が設けられており、下面側加熱手段は、被
加熱部材の全体をカバーする加熱領域が形成されるよ
う、複数の面状ヒーター要素が被加熱部材と実質的に平
行となる状態で縦横に並んで配設されて構成されてお
り、当該面状ヒーター要素の各々が互いに独立して設定
された発熱量で作動されるものを用いることができる。

【００１４】さらに、本発明の静止型リフロー装置にお
いては、熱風を加熱室内に供給するための風路が加熱室
を囲むよう形成されており、この風路と加熱室とを連通
させる風入口用開口の上方には、被加熱部材の全面に実
質的に均一に熱風を指向させる整風手段が設けられた構
成とされていることが好ましい。

【００１５】

【作用】上記構成の加熱ユニットによれば、基本的に、
加熱ユニットを構成する発熱体要素の各々が互いに独立
して設定された発熱量で作動されると共に、当該加熱ユ
ニットを介して熱風が加熱室内に供給されることによ
り、被加熱部材の全体を適正な分布をもった温度状態で
確実に加熱することができる。しかも、加熱ユニットを
構成する発熱体要素の各々は、コイル状発熱体とこれを
支持するための支持部材および変形防止用部材のみによ
り構成されていると共に、変形防止用ロッド部材が金属
コイルに対して非密接な状態とされていることにより、
発熱体要素の各々を熱損失が小さいものとして構成する
ことができるので、加熱ユニットを極めて高い発熱効率
を有するものとすることができ、従って、加熱ユニット
により得られる熱エネルギーを、熱風に対する熱供給お
よび被加熱部材に対する熱放射に高い効率で利用するこ
とができ、被加熱部材を急速に加熱することができる。

【００１６】また、コイル状発熱体を構成するセグメン
ト部の各々においては、変形防止用ロッド部材が金属コ
イルの内部に挿入された構成であることにより、金属コ
イルが赤熱して金属コイルそれ自体が高温になった場合
であっても、金属コイルが垂下して変形することが確実
に防止され、しかも、変形防止用ロッド部材は熱容量が
小さいものであるので、金属コイルが赤熱して変形防止
用ロッド部材に接触した場合であっても、大きな熱損失
が生ずることがなく、従って、所期の発熱状態を確実に
得ることができる。

【００１７】このような加熱ユニットを備えてなる静止
型リフロー装置によれば、加熱温度条件に厳しい制限が
加えられる加熱処理、例えば大型の実装部品と小型の実
装部品とを共に含む実装部品群を一括して接続処理する
場合、鉛フリーはんだよりなる接続用溶接部材を用いて
接続処理する場合など、より精密な温度制御または実装
部品の耐熱性の観点から急速な被加熱部材の昇温特性が
要求される場合や、あるいは少量他品種の被加熱部材の
処理を行う場合などに対しても、被加熱部材について所
定の加熱処理を確実に行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照して説明する。図１は、本発明の静止型リフロー装置
の一実施例に係る構成の概略を示す正面図、図２は、図
１に示す静止型リフロー装置の側面図である。この静止
型リフロー装置１０は、加熱室区画壁１１Ａにより区画
された略箱状の加熱室１１を備え、この加熱室１１に
は、その上壁に風入口用開口１２が形成されていると共
に、下壁に風出口用開口１３が形成されている。そし
て、加熱室１１を囲むよう風路区画壁１５Ａが設けられ
ており、加熱室区画壁１１Ａと風路区画壁１５Ａとの間
に、風入口用開口１２を介して加熱室１１の内部空間と
連通する風路１５が形成されていると共に、下部室区画
壁１６Ａにより区画された、風路１５と連通する箱状の
下部室１６が風出口用開口１３の下方位置に形成されて
おり、これにより、循環用風路が形成されている。

【００１９】図２に示されているように、例えば実装部
品が配置されたプリント回路基板を含む全体が板状の被
加熱部材１８を支持するための支持部材１７が、加熱室
１１に進入および退出自在に設けられており、この支持
部材１７によって被加熱部材１８が加熱室１１内におい
て静止した状態で支持される構成とされている。

【００２０】この静止型リフロー装置１０においては、
加熱室１１の内部空間を含む循環用風路内を循環される
熱風による対流熱伝達と、後述する被加熱部材１８に対
向して配設された加熱手段による熱放射とを利用して被
加熱部材１８を加熱する加熱方式が採用されている。

【００２１】具体的に説明すると、加熱室１１内におい
て、支持部材１７によって支持された被加熱部材１８の
上方位置には、複数の発熱体要素よりなる加熱ユニット
２０が、被加熱部材１８に対向して被加熱部材１８の上
面と平行に伸びるよう設けられている。この加熱ユニッ
ト２０は、例えば、加熱ユニット保持機構（図示せず）
により、被加熱部材１８に対する加熱ユニット２０の離
間距離が可変となる状態で支持されており、加熱ユニッ
ト保持機構としては、後述する各々の発熱体要素２１を
保持する保持部材と、この保持部材が螺合された、加熱
室１１の両端部において上下方向に伸びるボール軸より
なる位置可変機構とにより構成されたものを用いること
ができる。

【００２２】図３は、加熱ユニットの一例における構成
の概略を示す平面図、図４は、加熱ユニットを構成する
発熱体要素の構成の概略を示す上面図、図５は、図４に
おいて矢印Ｘ方向から見た発熱体要素の側面図、図６
は、金属コイルと変形防止用ロッド部材との関係を示す
拡大断面図、図７は、図４のＡ−Ａ断面における一部を
示す拡大断面図である。この加熱ユニット２０は、複
数、例えば前後方向（図１における紙面に対して垂直な
方向）に５個、幅方向（図１において左右方向）に６
個、合計３０個の発熱体要素２１が、後述する金属コイ
ル２２Ａの軸を含む平面の各々が被加熱部材１８の上面
と実質的に平行に伸びる状態で同一平面上に縦横に並ん
で配設されて構成されており、これにより、被加熱部材
１８の全体をカバーする加熱領域が形成されている。

【００２３】図４および図５に示されているように、加
熱ユニット２０を構成する発熱体要素２１の各々は、例
えばニクロム線などの抵抗発熱線が巻回されてなる金属
コイル２２Ａの内部に当該金属コイル２２Ａの変形防止
用ロッド部材２５が挿入されてなるセグメント部２２Ｂ
の複数例えば５つが、各々の金属コイル２２Ａの軸を含
む平面に沿って互いに離間して並ぶよう配設されてなる
コイル状発熱体２２と、このコイル状発熱体２２を支持
するための支持部材とにより構成されている。

【００２４】具体的には、変形防止用ロッド部材２５の
両端部が、例えばマイカなどの絶縁材料よりなる、互い
に対向する２つの支持板２３，２３により挟持されて保
持されていると共に、金属コイル２２Ａの両端部が、支
持板２３，２３を貫通する状態とされて変形防止用ロッ
ド部材２５と共通の支持板２３，２３により変形防止用
ロッド部材２５とは別個に支持されており、金属コイル
２２Ａの各々は、金属コイルそれ自身の自重によって変
形することなしに形状を保持（自己保形性）した状態と
されている。これにより、各々のセグメント部２２Ｂに
おいては、図６に示されているように、金属コイル２２
Ａが発熱していない通常の状態において、変形防止用ロ
ッド部材２５の表面が金属コイル２２Ａに対して非密接
な状態とされている。

【００２５】そして、各々の金属コイル２２Ａは、支持
板２３，２３の外面において互いに直列に接続されてお
り、図４において発熱体要素２１の最も左側に位置され
るセグメント部の一端および最も右側に位置されるセグ
メント部の他端のそれぞれが電極２８Ａ，２８Ｂとして
構成され、電源より動作電流を供給するための給電用部
材（図示せず）が接続されている。

【００２６】変形防止用ロッド部材２５は、耐熱性を有
する絶縁性部材よりなり、透光性を有するものであるこ
とが好ましい。このような部材としては、例えば石英ガ
ラスなどが挙げられる。また、変形防止用ロッド部材２
５は、その形状がパイプ状のものであることが好まし
く、例えば肉厚が０．５〜１．０ｍｍであることが好ま
しい。

【００２７】加熱ユニット２０は、発熱体要素２１の各
々が予め設定された温度プロファイルに基づいて設定さ
れた発熱量で作動されるよう制御されるものであり、発
熱体要素２１の各々を駆動するための制御回路として
は、例えばアクティブマトリックス制御回路を用いるこ
とができる。ここに、温度プロファイルは、例えば、実
際に加熱処理が行われるべき被加熱部材、または温度デ
ータを取得するための模擬的な被加熱部材のいずれかに
ついて実際に加熱処理をすることにより設定されたもの
である。

【００２８】具体的には、複数の発熱体要素２１のうち
から選択された一の発熱体要素、例えば図３において
は、上から３段目の、左から３列目または４列目に位置
される発熱体要素（以下、「基準発熱体要素」とい
う。）について設定された発熱量を基準として、他の発
熱体要素の発熱量が相対的に決定される。そして、各々
の発熱体要素２１についての設定条件に基づいて、例え
ば各々の発熱体要素２１に対する単位時間当たりの電流
の供給時間が制御されることにより、加熱ユニット２０
が設定された発熱量分布となる状態で作動される。基準
発熱体要素についての発熱量は、例えば被加熱部材１８
における当該基準発熱体要素に係る加熱領域に対応した
個所に設けられた温度検知手段によって検知される温度
データに基づいて設定される。

【００２９】基準発熱体要素以外の他の発熱体要素の各
々を設定された発熱量で作動させるためには、例えば周
波数制御が利用される。具体的な一例としては、適宜の
周波数の交流電流の整数Ｎ波分を制御の単位時間とする
とき、１単位時間のうちのＸ波分に相当する時間だけＯ
Ｎ状態とし、これに続く（Ｎ−Ｘ）波に相当する時間を
ＯＦＦ状態とすることにより、電流制御を行えばよい。
従って、交流電流の周波数を利用して、例えば基準発熱
体要素の設定発熱量に対してある発熱体要素を８０％の
発熱量に設定するためには、基準発熱体要素に供給され
る波数の８／１０に相当する波数分の交流電流を通電さ
せればよい。

【００３０】そして、このような設定操作をすべての発
熱体要素２１について行うことにより、加熱ユニット２
０を適正な発熱量分布で作動する状態に設定することが
でき、被加熱部材１８におけるすべての被加熱個所を、
その個所に要求される温度に加熱することができる。

【００３１】この静止型リフロー装置１０においては、
加熱室１１内における、被加熱部材１８の下方位置に、
被加熱部材１８の下面を下方から加熱する熱輻射式の下
面側加熱手段３０が設けられている。この実施例におけ
る下面側加熱手段３０は、各々、例えばセラミックヒー
ターよりなる面状ヒーター要素３１の複数（前後方向に
２個、幅方向に３個、合計６個）が、被加熱部材１８と
実質的に平行となる状態で縦横に並んで配設されて構成
されており、これにより、被加熱部材１８の全体をカバ
ーする加熱領域が形成されている。

【００３２】下面側加熱手段３０は、面状ヒーター要素
３１の各々が予め設定された温度プロファイルに基づい
て設定された発熱量で作動されるよう制御されるもので
あり、各々の面状ヒーター要素３１の発熱量は、加熱ユ
ニット２０における各々の発熱体要素２１の発熱量と同
様に設定することができる。

【００３３】この静止型リフロー装置１０においては、
被加熱部材１８を加熱処理するための熱風を加熱室１１
内に供給する熱風供給手段が設けられており、この熱風
供給手段は、基本的には、加熱室１１の下面の風出口用
開口１３と対向するよう吸い込み口が位置する状態で下
部室１６内に設置された、例えばシロッコファンなどの
遠心送風機よりなる循環ファン３５と、下部室１６と風
路１５とを連通させる連通口に近接する部分の各々に配
設された、例えばコイルヒーターよりなる予熱ヒーター
３６，３６とにより構成されているが、後述するよう
に、加熱ユニット２０により得られる熱エネルギーが加
熱ユニット２０を流過する熱風に対して伝播されること
から、加熱ユニット２０も熱風供給手段の構成要素に含
まれる。

【００３４】加熱室１１の上方に位置される、風入口用
開口１２に対向する風路区画壁１５Ａには、予熱ヒータ
ー３６，３６により熱せられた空気の流れ方向（風向
き）を調整するための整風手段３７が設けられており、
この整風手段３７は、例えば、各々、先端が下方に傾斜
する整風面を有する複数の整流板３７Ａが、加熱室１１
の幅方向における中心位置に対して対称となるよう均一
に分散された状態で配置されて構成されており、各々の
整流板３７Ａは中央側に位置されるものほど、下方に長
い形態を有するものとされている。

【００３５】そして、例えば中央に位置される一の整流
板の内面に設けられた温度検知手段により熱風の温度が
計測されて、予熱ヒーター３６，３６の発熱状態が制御
機構（図示せず）によって管理される構成とされてい
る。

【００３６】図１において、４０は、下部室１５の内部
空間と大気とを連通させる強制排気路であり、適宜の排
気ダンパー（図示せず）が駆動されることにより、大気
に開放される構成とされている。また、図２において、
４５は、静止型リフロー装置１０の外匣の前面中央部に
おける被加熱部材１８が支持されるレベル位置に形成さ
れた、加熱室１１内の状態、例えばはんだ付け状態を視
認するための視認用窓であり、これにより加熱室１１の
内部を作業者が随時観察することが可能な構成とされて
いる。

【００３７】以上において、静止型リフロー装置１０に
おける数値例を示すと、加熱ユニット２０を構成する発
熱体要素２１の各々は、その大きさが縦５０〜１００ｍ
ｍ、横５０〜１００ｍｍであり、発熱量が１００〜３０
０Ｗ（加熱ユニット２０全体の発熱量が３〜９ｋＷ）、
発熱温度が４００〜１０００℃、被加熱部材１８を加熱
する昇温速度が１〜５℃／ｓｅｃである。下面側加熱手
段３０を構成する面状ヒーター要素３１の各々は、その
大きさが縦１００〜１５０ｍｍ、横１００〜１５０ｍｍ
であり、発熱量が２００〜４００Ｗ（下面側加熱手段３
０全体の発熱量が１．２〜２．４ｋＷ）、発熱温度が１
００〜５００℃である。また、循環ファン３５の風量
は、２〜１０ｍ³ ／ｍｉｎ、予熱ヒーター３６，３６の
発熱量が２〜１０ｋＷ、加熱室１１内に供給される熱風
の温度が２００〜３５０℃である。

【００３８】上記の静止型リフロー装置１０の動作につ
いて説明すると、加熱室２０内における所定の位置に、
支持部材１７により支持されて静止した状態で配置され
た被加熱部材２２は、加熱ユニット２０、具体的には、
各々の発熱体要素におけるスリット部２７を流過されて
加熱室１１に供給される熱風による対流熱伝達（図１に
おいて、二点鎖線で示されている矢印）により全体的に
加熱されると共に、下面側加熱手段３０による熱放射お
よび加熱ユニット２０による熱放射（図１において、破
線で示されている矢印）によって、いわば追加的に加熱
され、これにより、設定された温度プロファイルに従っ
て加熱される。

【００３９】具体的には、加熱ユニット２０を構成する
発熱体要素２１の各々に、基準発熱体要素の発熱量およ
びこの基準発熱体要素の発熱量に対して相対的に設定さ
れた他の発熱体要素の発熱量に応じた動作電流が供給さ
れ、各々の発熱体要素２１におけるコイル状発熱体２２
が赤熱して、各々の発熱体要素２１が互いに異なる発熱
状態に制御された状態で作動され、これにより、加熱ユ
ニット２０は、所定の発熱量分布を有する状態とされ
る。

【００４０】一方、送風量が制御された状態で循環ファ
ン３５が作動されることにより、加熱室１１内の空気が
循環ファン３５によって吸引されて、下部室１６におい
て吐出される。そして、循環ファン３５より吐出された
空気は、発熱量が制御された状態で作動された予熱ヒー
ター３６，３６により加熱されて風路１５内を上方に向
かって流れ、整風手段３７によって、加熱室１１の上方
位置において、発熱体要素２１の各々において隣接する
セグメント部２２Ａ間に形成されたスリット部２７の各
々に指向されて、被加熱部材１８の全面に実質的に均一
な風量の熱風が供給される状態に整流される。

【００４１】そして、加熱ユニット２０を構成する発熱
体要素２１の各々において、スリット部２７を流過する
熱風に対して、発熱体要素２１による熱エネルギーが対
流熱伝達によって受熱され、熱風が所定の温度まで加熱
された状態において、加熱室１１内に供給され、これに
より、被加熱部材１８が熱風による対流熱伝達により加
熱される。

【００４２】また、下面側加熱手段３０についても、基
準面状ヒーター要素の発熱量およびこの基準面状ヒータ
ー要素の発熱量に対して相対的に設定された他の面状ヒ
ーター要素の発熱量に応じた動作電流が供給され、各々
の面状ヒーター要素３１が互いに異なる発熱状態に制御
された状態で作動され、これにより、所定の発熱量分布
を有する状態とされる。そして、加熱ユニット２０によ
る熱エネルギーのうち、熱風に対する熱供給に利用され
るもの以外の全部が被加熱部材１８に対して放射される
と共に、下面側加熱手段３０による熱エネルギーが被加
熱部材１８に対して放射されることにより、被加熱部材
１８が所定の発熱量分布をもった状態で、いわば追加的
に加熱される。

【００４３】而して、上記の静止型リフロー装置１０に
よれば、基本的に、加熱ユニット２０を構成する発熱体
要素２１の各々が互いに独立して設定された発熱量で作
動されると共に、当該加熱ユニット２０を介して熱風が
加熱室１１内に供給されることにより、加熱ユニット２
０の発熱量分布をきわめて精密に設定することができる
ので、加熱処理時において、被加熱部材１８上のそれぞ
れの実装部品に係る接続用溶接部材を溶融するために必
要な熱量に差があっても、被加熱部材１８の全体を適正
な分布をもった温度状態で確実に加熱することができ、
被加熱部材１８のすべての被加熱個所をその個所に適正
な温度で加熱することができる。

【００４４】しかも、加熱ユニット２０を構成する発熱
体要素２１の各々は、コイル状発熱体２２とこれを支持
するための支持板２３，２３および変形防止用ロッド部
材２５のみにより構成されていると共に、変形防止用ロ
ッド部材２５が金属コイル２２Ａに対して非密接な状態
とされており、熱伝導によるコイル状発熱体２２の熱損
失の原因となり得る部材が支持板２３，２３と変形防止
用ロッド部材２５のみであることにより、各々の発熱体
要素２１を熱損失が極めて小さいものとして構成するこ
とができるので、加熱ユニット２０を極めて高い発熱効
率を有するものとすることができ、従って、加熱ユニッ
ト２０により得られる熱エネルギーを、加熱室２０内に
供給される熱風に対する熱供給および被加熱部材１８に
対する熱放射に高い効率で利用することができ、被加熱
部材１８を急速に加熱することができる。

【００４５】以上において、コイル状発熱体２２とこれ
を支持するための支持部材（支持板）のみにより構成さ
れた発熱体要素であれば、本発明に係る発熱体要素２１
に比して例えば２０％程度高い発熱効率が得られるが、
このような構成のものでは、金属コイルが赤熱して金属
コイルそれ自体が高温となったときに、「ダレ」や「ア
バレ」など変形が生じて、所期の発熱状態を確実に得る
ことができない。しかし、本発明では、変形防止用ロッ
ド部材２５が金属コイル２２Ａに挿入された構成とする
ことにより、金属コイル２２Ａそれ自体が高温例えば１
０００℃以上となった場合であっても、金属コイル２２
Ａが変形することを確実に防止することができ、しか
も、発熱体要素２１を熱損失が小さいものとして構成す
ることができ、その結果、後述する実験例からも明らか
なように、コイル状発熱体２２より発生する熱エネルギ
ーを高い利用率で熱風に伝播することができ、発熱体素
子２１の各々より受熱して所定の温度に加熱された熱風
による対流熱伝達によって被加熱部材１８を加熱するこ
とができることに加え、残りの熱エネルギーが被加熱部
材１８に放射されることによっても、被加熱部材１８を
加熱することができ、被加熱部材１８について所定の加
熱処理を確実に行うことができる。

【００４６】従って、加熱温度条件に厳しい制限が加え
られる加熱処理、例えば大型の実装部品と小型の実装部
品とを共に含む実装部品群を一括して接続処理する場
合、鉛フリーはんだよりなる接続用溶接部材を用いて接
続処理する場合など、より精密な温度制御や実装部品の
耐熱性の観点から急速な被加熱部材１８の昇温特性が要
求される場合や、あるいは少量他品種の被加熱部材の処
理を行う場合などに対しても、被加熱部材１８について
所期の加熱処理を確実に行うことができる。

【００４７】支持ロッド２５の形状がパイプ状であるこ
とにより、コイル状発熱体２２に対して十分な変形防止
機能を有しながら、熱容量を小さい状態とすることがで
きるので、変形防止用ロッド部材２５を配設したことに
伴って不可避的に生ずる発熱体要素２１の熱損失を小さ
いものとすることができ、発熱体要素２１における所期
の発熱状態を確実に実現することができる。

【００４８】また、変形防止用ロッド部材２５が透光性
を有するものであることにより、コイル状発熱体２２が
赤熱して発熱状態とされたときに、金属コイル２２Ａに
おける変形防止用ロッド部材２５を挟んで被加熱部材１
８の反対側に位置される部分より放射された赤外線の一
部が変形防止用ロッド部材２５を透過するので、コイル
状発熱体２２より放射される熱エネルギーを一層高い効
率で被加熱部材１８に伝播することができる。

【００４９】加熱ユニット２０において、基準発熱体要
素について設定された発熱量を基準として、他の発熱体
要素についての発熱量が相対的に決定されることによ
り、各々の発熱体要素２１の発熱量の設定を個々に行う
必要なしに、加熱ユニット２０を適正な分布をもった発
熱状態とすることができ、しかも加熱ユニット２０全体
の温度管理が容易となる。この場合において、基準発熱
体要素についての発熱量が、被加熱部材１８における当
該発熱体要素に係る加熱領域に対応した個所に設けられ
た温度検知手段により検知された温度データに基づいて
設定されることにより、加熱処理時における被加熱部材
１８の実際の温度状態に即した発熱量制御を行うことが
できるので、加熱ユニット２０の発熱量分布をきわめて
正確に設定することができる。

【００５０】下面側加熱手段３０を構成する面状ヒータ
ー要素３１の各々が互いに独立して設定された発熱量で
作動されることにより、下面側加熱手段２０の発熱量分
布をきわめて精密に設定することができ、被加熱部材１
８の全体を適正な分布をもった温度状態で確実に加熱す
ることができる。

【００５１】また、加熱室１１の上方に位置される、風
入口用開口１２に対向する風路区画壁１５Ａに、発熱体
要素２１におけるスリット部２７の各々に熱風を指向さ
せる整風手段３７が設けられた構成であることにより、
当該スリット部２７を流過する熱風が実質的に均一な風
量に整流される。既述のように、本発明の静止型リフロ
ー装置１０においては、被加熱部材１８は、加熱ユニッ
ト２０を含む熱風供給手段により加熱室１１に供給され
る熱風による対流熱伝達と、下面側加熱手段３０および
加熱ユニット２０による熱放射とにより加熱されるが、
熱放射によって伝播される熱エネルギーより、対流熱伝
達によって伝播される熱エネルギーの方が大きいため、
熱風が均一な風量分布で加熱室１１内に供給されること
により、被加熱部材１８の全体を実質的に均一に加熱す
ることができ、さらに加熱ユニット２０および下面側加
熱手段３０による熱放射によって追加的に加熱すること
により、被加熱部材１８の全体を適正な分布をもった温
度状態で確実に加熱することができる。

【００５２】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではな
く、種々の変更を加えることが可能である。 （１）加熱ユニットを構成する発熱体要素の数、配置方
法、各々の発熱体要素におけるセグメント部の数、およ
びその他の構成要件は、目的に応じて適宜変更すること
ができる。 （２）コイル状発熱体は、一つの金属コイルが前後方向
に折り返されて複数のセグメント部が形成されてなるも
のであってもよい。 （３）加熱ユニットにおいて、各々の発熱体要素の発熱
量を設定するために選択される基準となる発熱体要素
は、被加熱部材における実装部品の配置パターンなどに
応じて選定することができるが、実際上は、加熱ユニッ
トの中央に配置される発熱体要素が選定されることが好
ましい。

【００５３】＜実験例＞以下、本発明の加熱ユニットお
よび静止型リフロー装置による作用効果を確認するため
に行った実験例について説明する。

【００５４】〔被加熱部材〕複数の種々の大きさの実装
部品が、各々、Ｓｎ−２Ａｇ−０．７５Ｃｕ−３Ｂｉは
んだ合金（鉛フリーはんだ）よりなる接続用溶接部材を
介して、縦１６０ｍｍ、横２３０ｍｍ、高さ１．６ｍｍ
の基板上に配置された状態の試験用回路基板を被加熱部
材として用いた。使用した実装部品は、縦３０ｍｍ、横
３０ｍｍのものが２個、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍのもの
が３個、縦１５ｍｍ、横５ｍｍのものが２０個、これら
より大きさの小さいものが１００個以上である。

【００５５】〔温度プロファイル〕上記の試験用回路基
板について実際に加熱処理を行った結果、試験用回路基
板のすべての被加熱個所を均一に加熱するための適正な
温度プロファイルとして、図８に示すような温度プロフ
ァイルが取得された。この温度プロファイルは、３℃／
ｓｅｃの昇温速度で１６０℃（プリヒート温度Ｔ１）ま
で昇温した後（ａ１で示される昇温工程）、１６０℃で
９０秒間保持し（ａ２で示される保持工程）、これによ
り、試験用回路基板を予備加熱する予備加熱工程Ａと、
４℃／ｓｅｃの昇温速度で２５０℃（本加熱ピーク温度
Ｔ２）まで昇温し（ｂ１で示される昇温工程）、２３０
℃以上の温度で３０秒間保持し（ｂ２で示される保持工
程）、これにより、試験用回路基板を本加熱する本加熱
工程Ｂとを有するものである。

【００５６】＜実験例１＞図１に示す構成に従って、図
４に示す複数の発熱体要素よりなる加熱ユニットを備え
た静止型リフロー装置を製造した。加熱ユニット（２
０）は、前後方向に５個、幅方向に６個、合計３０個の
発熱体要素（２１）が縦横に並んで格子状に配設されて
構成されてなり、各々の発熱体要素（２１）におけるコ
イル状発熱体（２２）は、各々、線径が０．４ｍｍのニ
クロム線が１．３ｍｍのコイルピッチで巻回されてなる
金属コイル（２２Ａ）５本が直列に接続されたものより
なり、金属コイル（２２Ａ）の内径寸法が５．９ｍｍ、
合成抵抗が４０．５Ωのものである。支持ロッド（２
５）は、石英ガラスよりなる、長さが５２ｍｍ、外径寸
法が５．５ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍのパイプ状のもので
ある。支持板（２３）は、マイカよりなる板状のもので
ある。この加熱ユニット（２０）における発熱体要素
（２１）の各々に、最大動作電流値に対して５０％の動
作電流を供給して加熱ユニット（２０）を作動させて、
発熱量を測定したところ、４９０Ｗであり、発熱温度が
８００℃に至るまでに要する時間は０．４秒であった。

【００５７】温度プロファイルを取得するための加熱処
理の結果から明らかにされた、試験用回路基板において
必要とされる熱量が最も大きい個所および最も小さい個
所の各々に温度検知手段を配置した状態において、設定
された温度プロファイル（図８）に基づいて、上記の試
験用回路基板について加熱処理を行った。この温度プロ
ファイルを実現するために、加熱条件を以下のように設
定した。

【００５８】加熱ユニット（２０）は、発熱体要素（２
１）の各々の発熱量を、図９において斜線で示す発熱体
要素の発熱量を基準としてそれぞれ設定し、図９に示す
ような発熱量分布で作動させた。下面側加熱手段（３
０）は、面状ヒーター要素（３１）の各々の発熱量を、
図１０において斜線で示す発熱体要素の発熱量を基準と
してそれぞれ設定し、図１０に示すような発熱量分布で
作動させた。循環ファン（３５）の送風量および予熱ヒ
ーター（３６）の発熱量は、図８の温度プロファイルに
おけるａ１、ａ２、ｂ１およびｂ２の各工程について、
下記表１に示す条件に設定した。

【００５９】

【表１】

【００６０】加熱処理時における、試験用回路基板上の
２個所の温度差は、最大でも２．７℃であり、基板と実
装部品とのはんだ付け部を確認したところ、いずれの実
装部品に係るはんだ付け部も良好であり、また、熱によ
る実装部品の破損も見られなかった。この結果より、実
験例１に係る本発明の静止型リフロー装置によれば、被
加熱部材の全体を適正な分布をもった温度状態で加熱す
ることができ、所定の加熱処理を確実に行うことができ
ることが確認された。

【００６１】＜比較実験例１＞実験例１における加熱ユ
ニットと同じ大きさの加熱領域を有する、複数の棒状の
ランプが並んで配設されなる加熱手段（以下、「ランプ
ユニット」という。）を、加熱ユニットの代わりに用い
たことの他は、実験例１と同様の構成の比較実験用の静
止型リフロー装置を製造した。ランプユニットは、９本
の棒状の遠赤外線ヒーターランプが、各々前後方向に伸
び、互いに幅方向に等間隔に離間して配設されてなるも
のである。このランプユニットにおける最大発熱量を測
定したところ、３．６ｋＷであり、ヒーターランプを構
成するバルブの表面温度が５００℃に至るまでに要する
時間は５秒であった。

【００６２】実験例１で用いたものと同一の試験用回路
基板について加熱処理を行うに際して、下面側加熱手段
の発熱量分布、循環ファンの送風量および予熱ヒーター
の発熱量を実験例１と同一の温度条件に設定した状態に
おいて、ランプユニットの発熱状態を調整したところ、
当該試験用回路基板について設定された最適な温度プロ
ファイルを実現することができなかった。然るに、最適
な温度プロファイルに類似した温度プロファイルに従っ
て発熱状態が制御された状態において、ランプユニット
を作動させて試験用回路基板について加熱処理を行った
ところ、試験用回路基板の２個所の温度差は、最大で２
３℃もあり、基板と実装部品とのはんだ付け部において
は、接続用溶接部材の溶融が不十分で濡れ不良が生じて
いる個所や、熱により破損している個所があることが確
認された。

【００６３】

【発明の効果】本発明の加熱ユニットによれば、基本的
に、加熱ユニットを構成する発熱体要素の各々が互いに
独立して設定された発熱量で作動されると共に、当該加
熱ユニットを介して熱風が加熱室内に供給されることに
より、被加熱部材の全体を適正な分布をもった温度状態
で確実に加熱することができる。しかも、加熱ユニット
を構成する発熱体要素の各々は、コイル状発熱体とこれ
を支持するための支持部材および変形防止用部材のみに
より構成されていると共に、変形防止用ロッド部材が金
属コイルに対して非密接な状態とされていることによ
り、発熱体要素の各々を熱損失が小さいものとして構成
することができるので、加熱ユニットを極めて高い発熱
効率を有するものとすることができ、従って、加熱ユニ
ットにより得られる熱エネルギーを、熱風に対する熱供
給および被加熱部材に対する熱放射に高い効率で利用す
ることができ、被加熱部材を急速に加熱することができ
る。

【００６４】また、コイル状発熱体を構成するセグメン
ト部の各々においては、変形防止用ロッド部材が金属コ
イルの内部に挿入された構成であることにより、金属コ
イルが赤熱して金属コイルそれ自体が高温になった場合
であっても、金属コイルが垂下など変形することが確実
に防止され、しかも、変形防止用ロッド部材は熱容量が
小さいものであるので、金属コイルが赤熱して変形防止
用ロッド部材に接触した場合であっても、大きな熱損失
が生ずることがなく、従って、所期の発熱状態を確実に
得ることができる。

【００６５】本発明の静止型リフロー装置によれば、上
記のような加熱ユニットが備えられているので、加熱温
度条件に厳しい制限が加えられる加熱処理、例えば大型
の実装部品と小型の実装部品とを共に含む実装部品群を
一括して接続処理する場合、鉛フリーはんだよりなる接
続用溶接部材を用いて接続処理する場合など、より精密
な温度制御または実装部品の耐熱性の観点から急速な被
加熱部材の昇温特性が要求される場合や、あるいは少量
他品種の被加熱部材の処理を行う場合などに対しても、
被加熱部材について所定の加熱処理を確実に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静止型リフロー装置の一例における構
成の概略を示す正面図である。

【図２】図１に示す静止型リフロー装置の側面図であ
る。

【図３】加熱ユニットの一例における構成の概略を示す
平面図である。

【図４】加熱ユニットを構成する発熱体要素の構成の概
略を示す上面図である。

【図５】図４において矢印Ｘ方向から見た発熱体要素の
側面図である。

【図６】金属コイルと変形防止用ロッド部材との関係を
示す拡大断面図である。

【図７】図４のＡ−Ａ断面における一部を示す拡大断面
図である。

【図８】被加熱部材を加熱するための温度プロファイル
の一例を示す説明図である。

【図９】図８に示す温度プロファイルを実現するため
の、加熱ユニットの発熱量分布を示す説明図である。

【図１０】図８に示す温度プロファイルを実現するため
の、下面側加熱手段の発熱量分布を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 静止型リフロー装置 １１ 加熱室 １１Ａ 加熱室区画壁 １２ 風入口用開口 １３ 風出口用開口 １５ 風路 １５Ａ 風路区画壁 １６ 下部室 １６Ａ 下部室区画壁 １７ 支持部材 １８ 被加熱部材 ２０ 加熱ユニット ２１ 発熱体要素 ２２ コイル状発熱体 ２２Ａ 金属コイル ２２Ｂ セグメント部 ２３ 支持板 ２５ 変形防止用ロッド部材 ２７ スリット部 ２８Ａ、２８Ｂ 電極 ３０ 下面側加熱手段 ３１ 面状ヒーター要素 ３５ 循環ファン ３６ 予熱ヒーター ３７ 整風手段 ３７Ａ 整流板 ４０ 強制排気路 ４５ 視認用窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｋ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱処理すべき被加熱部材の全体をカバ
   ーする加熱領域が形成されるよう、複数の発熱体要素が
   縦横に並んで配設されてなり、 発熱体要素の各々は、抵抗発熱線が巻回されてなる金属
   コイルの内部に当該金属コイルの変形防止用ロッド部材
   が挿入されてなるセグメント部の複数が、各々の金属コ
   イルの軸を含む平面に沿って互いに離間して並ぶよう配
   設されてなるコイル状発熱体と、このコイル状発熱体を
   支持するための支持部材とにより構成されてなり、各々
   のセグメント部においては、金属コイルが発熱していな
   い通常の状態において、金属コイルと変形防止用ロッド
   部材とが互いに実質上非密接な状態とされており、 前記金属コイルの軸を含む平面の各々が被加熱部材と実
   質的に平行に伸びるよう配置され、発熱体要素の各々が
   互いに独立して設定された発熱量で作動されることを特
   徴とする加熱ユニット。
2. 【請求項２】 変形防止用ロッド部材の各々は、その形
   状がパイプ状のものであることを特徴とする請求項１に
   記載の加熱ユニット。
3. 【請求項３】 変形防止用ロッド部材の各々は、透光性
   を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の加熱ユニット。
4. 【請求項４】 加熱室と、この加熱室内に静止した状態
   で配置される被加熱部材の上方位置に当該被加熱部材に
   対向して配置された、加熱処理すべき被加熱部材の全体
   をカバーする加熱領域が形成されるよう、複数の発熱体
   要素が縦横に並んで配設されてなる加熱ユニットと、こ
   の加熱ユニットを介して熱風を加熱室内に供給する熱風
   供給手段とを備えてなり、 加熱ユニットは、発熱体要素の各々が、抵抗発熱線が巻
   回されてなる金属コイルの内部に当該金属コイルの変形
   防止用ロッド部材が挿入されてなるセグメント部の複数
   が、各々の金属コイルの軸を含む平面に沿って互いに離
   間して並ぶよう配設されてなるコイル状発熱体と、この
   コイル状発熱体を支持するための支持部材とにより構成
   されてなり、各々のセグメント部においては、金属コイ
   ルが発熱していない通常の状態において、金属コイルと
   変形防止用ロッド部材とが互いに実質上非密接な状態と
   されており、 前記金属コイルの軸を含む平面の各々が被加熱部材と実
   質的に平行に伸びる状態で配置され、発熱体要素の各々
   が互いに独立して設定された発熱量で作動されるもので
   あることを特徴とする静止型リフロー装置。
5. 【請求項５】 加熱ユニットにおいては、選択された一
   の発熱体要素について設定された発熱量を基準として、
   他の発熱体要素の発熱量が相対的に決定されることを特
   徴とする請求項４に記載の静止型リフロー装置。
6. 【請求項６】 基準となる発熱体要素についての発熱量
   は、被加熱部材における当該発熱体要素に係る加熱領域
   に対応した個所に設けられた温度検知手段により検知さ
   れた温度データに基づいて設定されることを特徴とする
   請求項５に記載の静止型リフロー装置。
7. 【請求項７】 加熱室内には、被加熱部材をその下面よ
   り加熱する熱輻射式の下面側加熱手段が設けられてお
   り、 下面側加熱手段は、被加熱部材の全体をカバーする加熱
   領域が形成されるよう、複数の面状ヒーター要素が被加
   熱部材と実質的に平行となる状態で縦横に並んで配設さ
   れて構成されており、当該面状ヒーター要素の各々が互
   いに独立して設定された発熱量で作動されるものである
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記
   載の静止型リフロー装置。
8. 【請求項８】 熱風を加熱室内に供給するための風路が
   加熱室を囲むよう形成されており、この風路と加熱室と
   を連通させる風入口用開口の上方には、被加熱部材の全
   面に実質的に均一に熱風を指向させる整風手段が設けら
   れていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいず
   れかに記載の静止型リフロー装置。