JPS623875A

JPS623875A - 蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置

Info

Publication number: JPS623875A
Application number: JP14304785A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Miyake; 栄一三宅
Original assignee: San Ei Giken Inc
Current assignee: San Ei Giken Inc
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置に関するも
のである。ここで、溶着とは、ある種の物品に半田付、
ろう付、融着等の溶着作業を行なうことを意味するもの
である。

従来の技術半田付されるべき物品が多数あり、これらを同時に半田
付する方法として、たとえば、リフロー半田付方法が知
られている。これは、たとえば第５図に示すように、半
田小片または半田ペースト１を、互いに半田付されるべ
き第１の物品２と第２の物品３との間に介在させておき
、これら物品２．３と一緒に加熱して、半田付を行なお
うとするものである。半田小片または半田ペースト１が
溶融して接合に寄与している状態にある半田層が「１ａ
」で示されている。

第５図に示すような半田付を実施する際、その加熱方式
として、最も典型的には、熱風やオイルバス等が使用さ
れていた。これに対して、近年、加熱のための熱源を蒸
気の凝縮熱から得ようとする方式が、普及し始めている
。

この方法は、蒸気の凝縮熱を利用するため、その加熱熱
爵は大きく、短時間に物品を昇温さ才得ること、また、
一定の温度でかつ均一な温度分布をもって加熱できる、
などの特徴がある。

第６図を参照して、従来用いられていた蒸気の凝縮熱を
利用する溶着装置について説明する。槽４の下部に液５
を入れ、ヒータ６により加熱し蒸気７を発生させる。蒸
気７のロスを防ぐために、槽４の上部に、蒸気７を凝縮
させるための冷却コイル８を設ける。この槽４に、上方
より溶着されるべき物品９を下降させ、蒸気７中に入れ
ると、物品９に蒸気が凝縮する。この凝縮熱によって物
品９は加熱され溶着される。

第６図に示ずような蒸気による溶着装置は、たとえば、
特公昭５３−４０９３４号公報、特公昭５４−１４０６
６号公報および特公昭５７−２２４３５号公報に開示さ
れている。このような溶着装置によって半田付を行なう
場合、液５としては、一般的な半田の溶融点以上の沸点
を有する、たとえばスリーエム社製の「フロリナートＦ
Ｃ−７０Ｊ（商品名）が用いられる。たとえば、第６図
において、物品９が適当な電子部品であり、これらを支
える板１０がプリント回路基板であるとすれば、半田ペ
ーストとともに仮位置決めされた電子部品９を載せたプ
リント回路基板１０を、槽４内に搬入すると、加熱され
た蒸気７中で半田は溶融され、プリント回路基板１０に
電子部品９を半田付することができる。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上述したような従来装置には、次のよう
な問題点があった。

（１）半田付を行なう場合には、フラックスを使用する
ため、液５中にフラックスが混入し、ヒータ６に７ラツ
クスが焼付き、熱伝導が悪化する。

また、槽４が汚れる。

（２）蒸気の凝縮熱利用による加熱では、急速に物品９
および１０が昇温するため、ヒートショックにより、物
品９，１０が破損するおそれがある。ヒートショックを
和げるため、従来より予備加熱を行なっていたが、その
方法として、熱風加熱、赤外線ヒータ加熱等が行なわれ
ていた。これら予備加熱を採用するとき、フラックスに
よる予備加熱装置の汚染、同装置の大きさが大きい、等
の欠点があった。また、溶着槽の汚染は避けられなかっ
た。

そこで、この発明は、上述したような問題点を解決し得
る、蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置を提供しようとする
ものである。

問題点を解決するための手段上述の技術的課題を解決するために、この発明の溶着装
置では、基本的に、溶着されるべき物品を、まず予備加
熱し、次いで溶着可能温度まで加熱することにより、物
品を溶着する、といった２段階の加熱ステップを採用し
ている。より詳細には、前記予備加熱を行なう予備加熱
槽と前記溶着可能温度にまで加熱する溶着加熱槽とを別
々に備えている。さらに、この溶着装置は、予備加熱槽
内の比較的下部に溶着可能温度より低い沸点を持つ第１
の蒸気の雰囲気を作り出す手段と、溶着加熱槽内の比較
的下部に溶着可能温度以上の沸点を持つ第２の蒸気の雰
囲気を作り出す手段とを備えている。また、予備加熱槽
と溶着加熱槽とには、溶着されるべき物品の出し入れを
行なうための口が上方にそれぞれ形成され、かつ各口付
近には第１または第２の蒸気を凝縮液化させて飛散を防
止するための冷却器をそれぞれ備えている。

作用溶着されるべき物品は、まず、予備加熱槽で予熱される
。このとき、物品に付着している余分なフラックスは、
第１の蒸気が凝縮液化されることにより、洗い落すこと
ができる。予備加熱された物品は、次に、溶着加熱槽内
に搬入される。ここで、物品は予備加熱されているので
ヒートショックを和げられ、溶着可能温度にまで第２の
蒸気の凝縮熱により加熱され、所望の溶着が達成される
。

実施例第１図には、この発明の一実施例の溶着装置が概略的に
示されている。この溶着装置は、予備加熱を行なう予備
加熱槽１１と、溶着可能温度にまで加熱する溶着加熱槽
１２とを別々に備えている。

これら予備加熱槽１１および溶着加熱槽１２は、共に、
第６図に示した従来の槽４と実質的に同様の機械的構造
を有している。すなわち、予備加熱槽１１および溶着加
熱槽１２は、それぞれ、各上方には、溶着されるべき物
品の出し入れを行なうための口１４．１５が形成され、
かつ各日付近には、冷却器としての冷却コイル１６．１
７が設けられている。また、予備加熱槽１１および溶着
加熱槽１２の下部には、それぞれ、第１のヒータ１８お
よび第２のヒータ１９が設シブられる。

予備加熱槽１１には、溶着可能温度より低い沸点を持つ
第１の液体２０が収容され、溶着加熱］ｌツ１２には、
溶着可能温度以上の沸点を持つ第２の液体２１が収容さ
れる。第１の液体２ｏが第１のヒータゴ８により加熱さ
れて蒸発することにより、飽和した第１の蒸気２２の雰
囲気が予備加熱槽１１の比較的下部に形成される。第２
の液体２１が第２のヒータ１９により加熱されて蒸発し
たとぎ、飽和した第２の蒸気２３の雰囲気が、溶着加熱
槽１２の比較的下部に形成される。なお、第１の液体２
０としては、たとえば［フロン１１３Ｊ（商品名）が用
いられ、第２の液体２１としては、前に述べたような「
フロリナー）−ＦＣ−７０Ｊを用いることができる。第
１および第２の蒸気２２゜２３は、比重が空気より高く
、毒性が低く、化学的に安定なものが好ましい。

ところで、第２の液体２１として用いられる「フロリナ
ートＦＣ−７０Ｊは、第１の液体２０として用いられる
「フロン１１３」に比べて格段に高価であることが知ら
れている。したがって、このような高価な第２の液体２
１を大気中へ飛散させることは、経済的に重大な問題を
招く。冷却コイル１７は、このような飛散を防止する働
きをするが、さらに厳重な防止のために、特に溶着加熱
４ｆｆ１２には、口１５を閉じるＭ２４を設けるのが好
ましい。蓋２４は、好ましくは、第２図に示すように構
成される。

第２図を参照して、蓋２４は、蓋部分２４ａ。

２４ｂに分割され、それぞれ、矢印２５ａ、２５ｂに示
す方向に移動可能に設けられる。それぞれの蓋部分２４
８．２４ｂは、エアシリンダ２６ａ。

２６ｂによって駆動される。これら蓋部分２４ａ。

２４ｂは、第１図に示した物品１３が口１５を通過する
ときにだけ、第２図に示すような開いた状態となり、そ
れ以外は、閉じた状態となるように、自動的に制御され
る。なお、各蓋部分２４ａ、２４ｂに形成された切欠２
７ａ、２７ｂは、溶着加熱槽１２内に物品１３が位置し
た状態で蓋部分２４ａ　、２４ｂが閉じられた場合、物
品１３を吊下げる吊下部材２８（第１図）が蓋２４を貫
通することを許容するものである。

また、溶着加熱槽１２の比較的上部には、排気口２つが
設けられることが好ましい。この排気口２つによって第
２の蒸気２３の漏れ出そうとする分を吸引し、ガス吸着
剤を介して排気すれば、溶着加熱槽１２内部の圧力が上
昇せず、ざらに、第２の蒸気２３の逃げをわずかに留め
ることができる。

次に、第１図を参照して、物品１３に半田付を行なう手
順について説明する。

物品１３は、その一部のみを図示した移送機構３０から
吊下部材２８を介して保持された状態で、矢印３１〜３
３で示す方向に移送される。

まず、物品１３は、予備加熱槽１１の上方に置かれ、こ
こから、予備加熱槽１１内の第１の蒸気２２の雰囲気中
に移送される。ここで、物品１３は、第１の蒸気２２の
凝縮熱により予備加熱されると同時に、物品１３に塗布
されたフラックスの余分なものが洗い落される。適当な
時間の経過後、物品１３は、再び、予備加熱槽１１の上
方に上昇される。

次に、物品１３は、溶着加熱槽１２の真上の位置に移動
し、ここから、溶着加熱槽１２内の第２の蒸気２３の雰
囲気中に下降される。この位置で、物品１３は、第２の
蒸気２３の凝縮熱により、溶着可能温度以上に加熱され
、溶着作業が達成される。なお、予備加熱槽１１の内部
から溶着加熱槽１２の内部にまで搬送される時間は、短
いため、物品１３の温度降下はわずかである。

上述した物品１３の移送経路において、予備加熱槽１１
または溶着加熱槽１２から引上げる途中、第１図にＡお
よびＢでそれぞれ示す位置で、物品１３を一時的に停止
させることが好ましい。このようにすれば、これらの位
置Ａ、Ｂで、物品１３上で凝縮した液体を蒸発させるこ
とができ、発生した蒸気を冷却コイル１６．１７で凝縮
させることができるので、各液体２０．２１の消耗をよ
り少なくすることができる。

溶着加熱槽１２内で半田付を終えた物品１３は、溶着加
熱槽１２から引上げられ、適当に冷却される。この冷却
は、たとえば常温または冷却された空気を物品１３に吹
き付けることにより達成されることもできるが、好まし
くは、予備加熱槽１１と同一構造の冷却槽を用いて冷却
することもできる。この冷却槽では、たとえば沸点６０
℃程度の液体が用いられ、ヒータにより加熱されること
により、沸点の比較的低い蒸気の雰囲気が作り出される
。このような蒸気中に、半田付を終えたばかりの物品を
入れることにより、物品は、緩かに冷却される。また、
蒸気が一部凝縮して物品上に付着した液体は、物品の洗
浄に対しても有効である。

なお、冷却の効率を考えると、液体中に物品を浸けるの
が有効であるが、敢えて蒸気中で冷却するのは、物品が
液体中で急冷されることにより、大きなヒートショック
を受け、クラックを生じるおそれがあり、また、液体中
で完全に冷却された物品に付着する液体をさらに乾燥さ
れる工程が必要になってくるからである。蒸気中で冷却
すれば、このような乾燥工程は必要でない。

第３図および第４図は、第１図に示したような原理を用
いながら、予備加熱、溶着加熱、および冷却の３工程を
自動的に行なうためのシステムの一例を示すもので、第
３図は上面図、第４図は平面図を示している。なお、第
１図に示した部分に相当の部分は、同様の参照番号を付
して示す。

予備加熱槽１１、溶着槽１２および冷却槽３４は、この
順序で、作業台３５上に周方向に並べられる。溶着され
るべき物品１３は、それぞれ、前述の吊下部材２８のよ
うな物品保持器３６を介して、物品移送装置３７によっ
て保持されかつ移送される。物品移送装置３７は、支柱
３８を備え、さらに、この支柱３８を中心として矢印３
９方向に一体に間欠的に回転されるたとえば６本のアー
ム４０を備える。各アーム４０の先端には、それぞれ、
エアシリンダ４１が設（プられ、このエアシリンダ４１
によって、物品１３を保持する物品保持器３６が垂直方
向に昇降されることができる。

これらエアシリンダ４１は、すべて同時に関連の物品保
持器３６を昇降さぼることも、それぞれ他のものに対し
て個別に物品保持器３６を昇降させることもできる。

第３図によく示されているように、物品移送装置３７は
、６つのステーションを備えている。これらステーショ
ンのうち、予備加熱槽１１、溶着加熱槽１２または冷却
槽３４が位置していない３つのステーションは、物品１
３を取付レプまたは取外すためのステーションとして用
いられる。

第３図および第４図に示したシステムにおいて、物品移
送装置３７によって、物品１３は、水平方向および垂直
方向に移送されながら、予備加熱、溶着加熱および冷却
の各工程に付される。このとき、垂直方向移送機構とし
てのエアシリンダ４１の駆動を個別に制御できるように
構成ずれば、予備加熱時間、溶着加熱時間および冷却時
間が各々別々に設定でき、物品１３に対する溶着作業に
最も適した条件を設定することができる。すなわち、物
品１３に対する溶着作業での最も適した熱的条件を選ぶ
ことができる。

また、第３図および第４図に示した自動的なシステムを
用いれば、溶着に必要な各工程を連続的に実施できるの
で、生産性の向上を期待することができる。

以上、この発明を、図示された実施例に関連して説明し
たが、さらに他の実施例もこの発明の範囲内において可
能である。

たとえば、予備加熱槽１１および溶着加熱槽１２の内部
に設けられたヒータ１８．１９は、これに代えて、多槽
の外側に設けられる板状ヒータなどを用いてもよい。

また、第１および第２の液体２０．２１が、直接、予備
加熱槽１１および溶着加熱槽１２に収容され、ここで、
加熱されて、第１および第２の蒸気２２．２３が作り出
されたが、これに代えて、液体を別の場所で加熱し、そ
の飽和蒸気のみを予備加熱槽および溶着加熱槽に導入し
、凝縮液化した液体を再び加熱できるように循環させて
もよい。

また、第１図では、溶着されるべき物品１３として、板
状のものとその上に置かれるチップ状のものが図示され
ている。これは、たとえば、セラミックからなる配線基
板上にチップ状の電子部品が置かれた状態であると理解
することもできるが、板状の物品保持台の上にそれ自身
溶着されるべき部分を有する物品が載せられているとも
理解できる。したがって、板状の物品保持台は、たとえ
ば筒状のものに置換えることもできる。

さらに、第１図に示した吊下部材２８や、第４図に示し
た物品保持器３６は、ワイヤのような形態で示したが、
これは、チェーンなどに置換えることも、剛性のあるロ
ッドに置換えることもできる。特に、ロッドにより吊下
部材２８や物品保持器３６を構成した場合、物品１３の
ふらつきがなくなり、第３図および第４図に示したシス
テムのように、アーム４０が回転されて遠心力が働いた
としても、物品１３は、常に一定の半径上に留まり、適
正に多槽１１．１２．３４に対して出し入れすることが
できる。

発明の効果以上のように、この発明によれば、゛別々の予備加熱槽
と溶着加熱槽とを用いるため、余分なフラックスは予備
加熱槽の段階で洗い落される。したがって、特に高温に
維持される溶着加熱槽での７ラツクスの落下がなくなり
、フラックスがヒータに焼付き熱伝導を悪化させたり槽
を汚したりすることが防止される。

また、上述のことは、溶着加熱槽において用いられる液
体の汚れも防止する効果がある。特に、溶着加熱槽にお
いて用いられる液体が、予備加熱槽において用いられる
液体より高価であるとき、このような高価な液体に汚れ
を生じさせることは好ましくない。したがって、このよ
うに、この発明によれば、溶着加熱槽においてより高価
な液体を有利に用いることができる。

また、この発明によれば、溶着されるべぎ物品に対して
、予備加熱と溶着加熱との２段階の加熱が実施されるの
で、物品が急速に昇温され、ヒートショックにより破損
されることが防止される。

なお、冷却槽を備える実施例によれば、予備加熱、余分
なフラックスの除去、溶着、冷却、洗浄の５工程を１つ
の装置で行なえる、すなわら半田付作業に必要な工程を
すべて１つの装置で行なうことができる。従来のこれら
を別々の装置で行なう場合に比べて、装置はコンパクト
になり、非常に生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例としての溶着装置の概要
を示す正面図である。第２図は、第１図の溶着加熱槽１
２に適用される好ましい蓋２４の取付態様を示す上面図
である。第３図は、この発明による溶着装置を用いて構
成した自動的に溶着を行なうシステムを示す上面図であ
り、第４図は、同じく正面図である。第５図は、従来か
ら用いられているリフロー半田付方法を図解したもので
ある。第６図は、この発明の従来技術とくＩる溶着装置
を概略的に示す正面図である。図において、１１は予備加熱槽、１２は溶着加熱槽、１
３は物品、１４．１５は口、１６．１７は冷却コイル（
冷却器）、１８は第１のヒータ、１９は第２のヒータ、
２０は第１の液体、２１は第２の液体、２２は第１の蒸
気、２３は第２の蒸気、２４は蓋、２８は吊下部材（物
品保持器）、３０は移送機構、３４は冷却槽、３６は物
品保持°器、３７は物品移送装置、４１はエアシリンダ
である。（ほか２名）晃２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶着されるべき物品を、まず予備加熱し、次いで
溶着可能な温度にまで加熱することにより、物品を溶着
する溶着装置であつて、前記予備加熱を行なう予備加熱槽と前記溶着可能温度に
まで加熱する溶着加熱槽とを別々に備え、さらに前記予備加熱槽内の比較的下部に前記溶着可能温度より
低い沸点を持つ第１の蒸気の雰囲気を作り出す手段と、前記溶着加熱槽内の比較的下部に前記溶着可能温度以上
の沸点を持つ第２の蒸気の雰囲気を作り出す手段と、を備え、前記予備加熱槽と前記溶着加熱槽とには、前記物品の出
し入れを行なうための口が上方にそれぞれ形成され、か
つ各口付近には前記第１または第２の蒸気を凝縮液化さ
せて飛散を防止するための冷却器をそれぞれ備えたこと
を特徴とする、蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置。
（２）前記第１の蒸気となる第１の液体が前記予備加熱
槽内に収容され、前記第１の蒸気の雰囲気を作り出す手
段は、前記第１の液体を加熱して蒸発させるための第１
のヒータを備え、前記第２の蒸気となる第２の液体が前記溶着加熱槽内に
収容され、前記第２の蒸気の雰囲気を作り出す手段は、
前記第２の液体を加熱して蒸発させるための第２のヒー
タを備える、特許請求の範囲第１項記載の蒸気の凝縮熱
を用いた溶着装置。
（３）前記溶着加熱槽を出た物品を徐冷するための冷却
槽をさらに備える、特許請求の範囲第１項または第２項
記載の蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置。
（４）前記冷却槽は、その内部に、前記第２の蒸気より
低い沸点を有する第３の蒸気の雰囲気を形成している、
特許請求の範囲第３項記載の蒸気の凝縮熱を用いた溶着
装置。
（５）前記予備加熱槽、前記溶着加熱槽および前記冷却
槽はこの順序で並べられ、物品を予備加熱槽、溶着加熱
槽および冷却槽の順に移送する物品移送装置をさらに備
える、特許請求の範囲第３項または第４項記載の蒸気の
凝縮熱を用いた溶着装置。
（６）前記物品移送装置は、物品をそれぞれ保持する複
数の物品保持器と、複数の物品保持器を同時に水平方向
に移送する水平方向移送機構と、各物品保持器を他のも
のに対して個別に垂直方向に移送することができる垂直
方向移送機構とを備える、特許請求の範囲第５項記載の
蒸気の凝縮熱を用いた溶着装置。
（７）前記溶着加熱槽の口には、物品の出し入れ時以外
には閉じられる蓋が設けられる、特許請求の範囲第１項
ないし第６項のいずれかに記載の蒸気の凝縮熱を用いた
溶着装置。