JP6028607B2 - フラックスヒューム回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品などをプリント基板にリフロー半田付けするリフロー炉などにおいて、リフロー半田付け時に発生するフラックスヒューム等を回収する回収装置に関する。

リフロー半田付けは、ペースト状のクリーム半田（粉末状の半田金属粒子を松脂および高級アルコール等を主成分としたフラックスと混ぜ合わせたもの）を、プリント基板に形成されている電極部に印刷・塗布し、電子部品を載せた基板を、リフロー炉に投入し半田を溶融するものである。リフロー炉内は、搬送方向に沿って予熱、加熱、冷却の複数ゾーン、例えば６〜１１のゾーンに分けられ、図１１に示すような一例としての加熱プロファイルになるように、各ゾーンは適正な温度加熱を基板に対して行うよう個別に温度設定がなされている。予熱工程，加熱工程を経てプリント基板上のクリーム半田は熱で溶融される。このとき、フラックス成分は、予熱工程では主に高級アルコール等の溶剤成分、リフロー加熱工程では松脂などの樹脂固形分がそれぞれ分解，蒸発気化されるが、これがフラックスヒュームとなる。

炉中で発生したフラックスヒュームは、そのまま放置すると炉内に充満し、雰囲気より低い温度の炉壁部分にて凝縮・付着し、リフロー加熱中のプリント基板に垂れるなどのトラブルを生じる。従来、図１にみられるようなリフロー炉のフラックスヒューム回収は、予熱ゾーン部及び冷却ゾーンに配置されている。発生するフラックスヒュームの回収機構６として冷却やフィルタによる回収を行ったとしても、回収装置に到達する前に炉壁および回収装置への経路途中のダクト内に凝縮・付着するなどのトラブルが発生する。特に、予熱ゾーン部では、加熱されたフラックスヒュームが循環する機構となっているが、設備停止時には冷却されながら循環するため、配管や炉壁へのフラックスヒューム付着が顕著であった。また冷却ゾーンでの回収においても当該ゾーン内に入ることでフラックスヒュームの温度が低下してしまい、冷却部の炉壁に付着することが多い。そのため、回収装置以外の部位の清掃が必要となり、生産数量が多量になると頻繁に分解清掃しなければならず、稼働率の低下が問題であった。

特許文献１には、フラックスヒュームの発生が最も多い唯一のゾーン、すなわち、リフロー部７において、そこの雰囲気を形成するガスを吸込口筺１８から配管部１９を介して捕集装置２０に吸引するものが開示されている。しかしながら、設備停止時には配管や炉壁へのフラックスヒューム付着の懸念があり、フラックスヒュームの十分な捕集はできず、上記従来技術と同様の問題が生じていた。

特開平７−２１２０３１号公報

本発明は、上記問題に鑑み、フラックスヒュームが冷却凝固付着するリフロー炉の立ち下げ時に新たな回収機構を設けることで炉内への付着を防止し、清掃頻度を低減させるフラックスヒューム回収装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、リフロー炉の立ち下げ時に、リフロー炉内で発生したフラックスヒュームを回収するフラックスヒューム回収装置（１０）であって、前記リフロー炉は、加熱ゾーンと冷却ゾーンとからなる複数のゾーンに分かれており、該複数のゾーンの一方の端部は、加熱ゾーン、他方の端部は、冷却ゾーンであり、前記フラックスヒューム回収装置（１０）が、前記リフロー炉の被処理対象物（１）の搬送入口（１９）に、着脱自在に設置される吸引ダクト部（１７）と、前記リフロー炉の被処理対象物（１）の搬送出口（２０）に、着脱自在に設置される送風ダクト部（１８）と、前記リフロー炉の立ち下げ時に、前記搬送入口（１９）を封止して設置された前記吸引ダクト部（１７）を通じて、前記リフロー炉内の雰囲気ガスを前記フラックスヒューム回収装置（１０）へ吸引させる送風機（１１）と、吸引された前記雰囲気ガスが流入するフラックスヒューム捕集部（４）であって、該フラックスヒューム捕集部内において、前記雰囲気ガスを凝固点温度以下に冷却して、析出したフラックスヒュームを捕集する、フラックスヒューム捕集部（４）とを具備し、前記吸引ダクト部（１７）の端部は、前記複数のゾーンの一方の端部の加熱ゾーンの中まで挿入されて設置され、前記送風ダクト部の端部（１８）は、前記複数のゾーンの他方の端部の冷却ゾーンの中まで挿入されて設置され、前記吸引ダクト部（１７）と前記送風ダクト部（１８）には、ヒータ兼断熱材が使用された、フラックスヒューム回収装置である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

従来技術のリフロー炉のフラックスヒューム回収を示す説明図である。 第１実施形態の通常作動時の説明図である。 第１実施形態のリフロー炉の立ち下げ時のフラックスヒューム回収を示す説明図である。 第１実施形態の各ゾーンのエアと窒素混合ガスの吹き出しパネルの平面図である。 第１実施形態の各ゾーンのエアと窒素混合ガスの吹き出しパネルの部分正面断面図である。 第１実施形態の各ゾーンのエアと窒素混合ガスの吹き出しの説明図である。 第１実施形態の回収ユニットの説明図である。 第２実施形態の回収ユニットの説明図である。 第３実施形態の回収ユニットの説明図である。 第４実施形態の回収ユニットの説明図である。 第５実施形態の回収ユニットの説明図である。 第６実施形態の回収ユニットの説明図である。 加熱プロファイルの一例である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術と各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。

(第１実施形態）
図２を参照すると、第１実施形態のリフロー炉は、第１〜第９ゾーンに分かれており、第１〜第７ゾーンは加熱ゾーンであり、第８、９ゾーンは冷却ゾーンとなっている。リフロー炉のゾーン数、加熱・冷却の区分けはこれに限定されるものでなく、本実施形態は他のゾーン数の場合にも適用可能である。このリフロー炉は連続炉であり、被処理対象物としての半田付けプリント基板１は、ベルトチェーンにより、トンネル状のリフロー炉内を連続的にコンベア搬送されて行く。搬送手段は、コンベア搬送に限らず、両側の搬送レール上に基板１を載置して、プッシャーや搬送ハンドなどで押出・引張搬送しても良い。本発明は、一例として、エンジンＥＣＵ、メータ等の電子基板のリフロー半田付け工程への適用を可能とする。また、本発明は、このようなリフロー炉に限らず、フローディップ装置などの各種熱処理炉及び雰囲気炉にも適用可能である。

予熱・加熱の各ゾーンには、基板１を上下から加熱するように、上下にヒータ９が設置されている。図１１の温度プロファイルに見られるように、通常半田の融点以上にする前に、昇温を休止して一定温度に収束させ、プリント基板１に搭載されている電子部品の均熱性が保てるようにする。このために、予熱ゾーンとして第１〜第５ゾーンが必要となっている。プリント基板１は、リフロー炉の予備加熱ゾーンで１００〜２００℃の予備加熱温度に加熱保持し、その後、ピーク温度まで急速に昇温させる。

従来技術と同様に、フラックス回収ユニット６が、予熱ゾーンの入口である第１ゾーン、及び、冷却ゾーンである第８、９ゾーンに配置されている。外気が混入する第１ゾーンでは配管や炉壁へのヒューム付着が顕著であり、第８、９ゾーンの冷却ゾーンでは、ゾーン内に入ることでヒュームの温度が低下してしまい、冷却部の炉壁に付着することが多い。炉中で半田付けのために熱せられたフラックスは気化し、気化したフラックスは凝固点以下になると析出する。そのため、炉内で冷たい部位（入口と、出口側の冷却ゾーン）への付着が多くなり、その部位にフラックス回収ユニット６が設置されている。

フラックス回収ユニット６は、各種フィルタを通過させ、冷却凝縮してフラックス液滴として回収ボックスに収集するものである。しかし、図１と同様に、本実施形態でも各ゾーン内では雰囲気ガスが、ゾーン内毎に循環している。このため、リフロー炉の立ち下げ時においては、加熱ゾーンなどリフロー炉全体のフラックスは回収ボックスに到達する前に炉壁に付着してしまうため、回収することはできない。

本実施形態では、図３における吸引ダクト部１７を、リフロー炉の立ち下げ時に限って、リフロー炉の搬送入口１９に封止挿入する。同時に、送風ダクト１８を搬送出口２０に封止挿入して、搬送出口２０から送風してもよい。フラックスヒューム回収ユニット６に到達しないフラックスヒュームを、別系統のフラックスヒューム回収装置１０をアドオンすることで回収率を向上させ、清掃頻度を低減することができる。この点の詳細は再度後述する。

本実施形態では、リフロー炉の各ゾーンに、窒素ガス（Ｎ２）がエアー（ＡＩＲ）と混合部１５で混合されて、配管１６から分岐管を経てリフロー炉の各ゾーンに上下から供給される。なお、各ゾーンの下側からも配管１６によって、窒素ガス雰囲気が供給される点は図示を省略した。供給された窒素ガス雰囲気(図４Ｃの矢印Ａ）は、図４Ａ〜Ｃに詳細に示されているように、吹き出しパネル８−３に設けられた、吹き出しノズル８−１から各ゾーン内に吹き出される。吹き出しパネル８−３は、回収プレート８−４と二重構造になっており、各ゾーン内を循環した窒素ガス雰囲気は、回収プレート８−４に設けられたスリット８−２から矢印Ｂ方向に吸い込まれ、最終的には回収される。なお、図２、３にみられる符号８は、吹き出しパネル８−３と回収プレート８−４の二重構造を省略した形で８−１〜８−４を表示している。図４Ａ、Ｂに示すように、吹き出しノズル８−１の吹き出し口には、吹き出し温度調整用の熱電対８−５が設置されている。

雰囲気炉から外部に排ガスの流出をさせないように、リフロー炉全体がケーシング７で覆われている。ケーシング内の排ガスは、炉の入口と出口位置に、ケーシング７と連結した排ガスダクト１４、１４’が設置されている。搬送入口１９と搬送出口２０には、炉外に排ガスが放出されないように、局所的に負圧でケーシング内部に排ガスを吸引している。これらの排ガスは、排ガスダクト１４、１４’を経て、所定の排ガス処理がなされる処理施設に送り出される。

次に、本実施形態のフラックスヒューム回収装置１０と、送風機１２について説明する。フラックスヒューム回収装置１０は、吸引ダクト部１７と、それを通じてリフロー炉内の雰囲気ガスをフラックスヒューム回収装置１０へ吸引させる送風機１１と、吸引された雰囲気ガスが流入するフラックスヒューム捕集部４から構成されている。具体的には、図５に示すように、フラックスヒューム捕集部４は、熱交換器３とフィルタ２から構成されている。熱交換器３としては、車両用のヒータコアなどを転用すればよい。ヒータコアを循環した冷却水は、チラー５(図３）で排熱する。熱交換器３の上流から流入した雰囲気ガスは、ヒュームの析出温度が約１００℃のため、熱交換器で１２０℃程度まで温度を低下させ、熱交換器３−フィルタ２間で温度が１００℃以下になるように設計する。以下、析出温度としての１００℃は一例として例示するものであり、材料によって異なる。

析出したヒュームは、フィルタ２にて回収する。熱交換器にて均一に冷却されない場合は、液滴が生じる可能性があるため、パン２５にて回収する。送風機１１は、送風ファン２２と駆動モータ２１からなる。フィルタ２を通過してヒュームが除去された排ガスは、バイパス通路１３を経て、排ガスダクト１４に連結して排出処理する。熱交換器としては、ヒータコアなどに限定させることなく一般的な熱交換器であれば語義に含まれる。また、冷凍サイクルを使用して冷却することも可能である。

リフロー炉の立ち下げ時には、着脱自在の吸引ダクト部１７を、搬送入口１９に挿入封止して設置する。基板１を通常時にリフロー半田付けする場合には、搬送の邪魔になるので、吸引ダクト部１７を搬送入口１９から取り外しておく。この作業は手動で行えばよく、自動化も可能である。

リフロー炉の基板の搬送出口に、送風ダクト１８を挿入封止して設置すれば、より強力に、リフロー炉内の雰囲気ガスを、フラックスヒューム回収装置１０へ送り込むことができ、フラックスヒューム回収装置１０の回収率を向上させることができる。リフロー炉の立ち下げ時には、着脱自在の送風ダクト部１８を、搬送出口２０に挿入封止して設置する。基板１を通常時にリフロー半田付けする場合には、搬出の邪魔になるので、送風ダクト部１８を搬送出口２０から取り外しておく。この作業は手動で行えばよく、自動化も可能である。送風ダクト部１８を通じて、リフロー炉内の雰囲気ガスをフラックスヒューム回収装置１０へ送風させる送風機１２が、送風ダクト部１８に連結している。フラックスヒューム回収装置１０とリフロー炉との接続配管部（吸引ダクト１７、送風ダクト１８）は周囲を２５０℃（この２５０℃は一例としての例示である。要は析出温度以上にすればよい。）に過熱されたヒータ兼断熱材を用いることで、接続配管部へのヒューム付着を抑制することが可能である。

これまでの従来技術では、リフロー炉の立ち下げ時（設備停止時）には、気化したフラックスヒュームはゾーン毎に循環した状態で冷却されるため、回収ボックスに到達することなく、配管や炉壁へのヒューム付着が顕著であった。これに対して、本実施形態では、配管や炉壁へのヒューム付着を低減させるために、気化したフラックスヒュームが析出温度以下になる前に別系統のフラックス回収装置１０にて吸引もしくは送風回収する点に特徴がある。本実施形態は、リフロー炉の立ち下げ時（設備停止時）に、別系統のフラックスヒューム回収装置１０をアドオンして、しかも、ヒューム付着避けるように、加熱ゾーンの高温を利用して、フラックスヒューム回収装置１０へ送り出すところに効果を有するものである。これにより、回収率を向上させ、清掃頻度を低減することができる。また、ヒューム付着エリアを縮小化することで、清掃時間の短縮・稼働率の向上を実現させることができる。

リフロー炉立ち下げ時とは、昼休憩等の製品を生産していないタイミングなどもこれに含まれるものである。フラックスヒューム回収装置１０の送風機１１と、搬送出口２０から送風する送風機１２は、どちらか一方又は併用して使用する(併用の場合効果増大)。風の流れは、どちらか一方を使用した場合でも併用した場合でも、出口側から入口側に向かって流れるようにする。

リフロー炉の立ち下げ時の作業手順を簡単に述べる。リフロー炉から、搬入された基板１が全て搬出されたことを確認したら、リフロー炉のヒータ９の電源をＯＦＦにする。同時に、送風機１１、１２のスイッチＯＮにし、さらにフラックスヒューム回収装置１０の熱交換器などの冷却装置が作動するようにする。これにより、ヒューム回収開始し、約３０分程度経過後に、送風機１１、１２のスイッチをＯＦＦにして、フラックスヒューム回収装置１０全体をＯＦＦにする。基板１のリフロー半田付けを再開する場合には、搬入・搬出の邪魔になるので、吸引ダクト１９、送風ダクト部１８を搬送出入口１９、２０から取り外しておく。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態を示すもので、熱交換器３の下流であって、かつ、フィルタ２の上流において、冷風Ｃを混合した場合の実施形態である。冷風としては、常温の大気が使用できるときにはこれを使用し、その他、ボルテックス原理を用いた、強制冷却構造（市販のボルテテックスチューブなど）を用いても良い。その他、フィルタ２の手前で温度を１００℃にコントロールするために、任意の手段を利用すればよい。熱交換器３を使用せず、ボルテックス効果を利用した冷風挿入機構だけで、１００℃にコントロールしてもよい。もしくは、熱交換器２と冷風挿入機構を併用し温度コントロールしても良い。析出温度は材料毎に異なるため、この１００℃は一例にすぎない。

（第３〜７実施形態）
図７は、第３実施形態を示すもので、熱交換器３とフィルタ３との経路を所定距離（Ｌ）に延長して、前記経路における自然放熱でさらに冷却した実施形態である。フィルタ２の間には、さらにフィルタ２９が挿入されている。図８は、第４実施形態を示すもので、熱交換器３とフィルタ３の間には放熱器３０（ヒートシンク）が設置されている実施形態である。通路外部に露出した放熱部は、ファン３１で冷却している。

図９は、第５実施形態を示すもので、フラックスヒューム捕集部４において、水槽２８内で吸引された雰囲気ガスをバブリングさせることでフラックスヒュームを固化させる実施形態である。この場合には、熱交換器やフィルタが不要である。

図１０は、第６実施形態を示すもので、フラックスヒューム捕集部４において、モノリス担体ＤＰＦを使用した実施形態である。析出固着してガスが通過しなくなる前に、モノリス担体ＤＰＦは交換する。交換頻度を下げるために、上記第１〜４実施形態と組み合わせてもよい。モノリス担体ＤＰＦにヒームが蓄積してきたら、ヒュームは４００℃程度で熱分解するため燃焼分解させればよい。ただし、設備内で行うのではなく一旦取り外して処置する。

図示してはいないが、第７実施形態として、フラックスヒューム捕集部４において、水蒸気でフラックスヒュームを捕捉させてもよい。この場合には、フィルタ３の代わりに、ミストガスとして水蒸気を流すことで、水蒸気でヒュームをトラップさせ、その水を回収するようにする。

１ 基板、被処理対象物
２ フィルタ
３ 熱交換器
４ フラックスヒューム捕集部
１０ フラックスヒューム回収装置
１１、１２ 送風機
１７ 吸引ダクト部
１８ 送風ダクト

Claims (9)

1. リフロー炉の立ち下げ時に、リフロー炉内で発生したフラックスヒュームを回収するフラックスヒューム回収装置（１０）であって、
   前記リフロー炉は、加熱ゾーンと冷却ゾーンとからなる複数のゾーンに分かれており、
   該複数のゾーンの一方の端部は、加熱ゾーン、他方の端部は、冷却ゾーンであり、
   前記フラックスヒューム回収装置（１０）が、
   前記リフロー炉の被処理対象物（１）の搬送入口（１９）に、着脱自在に設置される吸引ダクト部（１７）と、前記リフロー炉の被処理対象物（１）の搬送出口（２０）に、着脱自在に設置される送風ダクト部（１８）と、
   前記リフロー炉の立ち下げ時に、前記搬送入口（１９）を封止して設置された前記吸引ダクト部（１７）を通じて、前記リフロー炉内の雰囲気ガスを前記フラックスヒューム回収装置（１０）へ吸引させる送風機（１１）と、
   吸引された前記雰囲気ガスが流入するフラックスヒューム捕集部（４）であって、該フラックスヒューム捕集部内において、前記雰囲気ガスを凝固点温度以下に冷却して、析出したフラックスヒュームを捕集する、フラックスヒューム捕集部（４）と
   を具備し、
   前記吸引ダクト部（１７）の端部は、前記複数のゾーンの一方の端部の加熱ゾーンの中まで挿入されて設置され、前記送風ダクト部の端部（１８）は、前記複数のゾーンの他方の端部の冷却ゾーンの中まで挿入されて設置され、前記吸引ダクト部（１７）と前記送風ダクト部（１８）には、ヒータ兼断熱材が使用された、
   フラックスヒューム回収装置。
2. 前記リフロー炉の被処理対象物の搬送出口（２０）に着脱自在に設置される送風ダクト（１８）と、
   前記リフロー炉の立ち下げ時に、前記搬送出口（２０）を封止して設置された前記送風ダクト部（１８）を通じて、前記リフロー炉内の雰囲気ガスを前記フラックスヒューム回収装置へ送風させる送風機（１２）をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のフラックスヒューム回収装置。
3. 前記フラックスヒューム捕集部（４）が、前記雰囲気ガスを凝固点温度以下に冷却する熱交換器（３）と、析出したフラックスヒュームを捕集するフィルタ（２）を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載のフラックスヒューム回収装置。
4. 前記熱交換器の下流であって、かつ、前記フィルタの上流において、吸引された前記雰囲気ガスに冷風（Ｃ）を混合した請求項３に記載のフラックスヒューム回収装置。
5. 前記熱交換器と前記フィルタとの経路を所定距離（Ｌ）に延長して、前記経路における自然放熱でさらに冷却したことを特徴とする請求項３に記載のフラックスヒューム回収装置。
6. 前記フィルタには放熱器（３０）が設置されていることを特徴とする請求項３に記載のフラックスヒューム回収装置。
7. 前記フラックスヒューム捕集部において、水槽（２８）内で吸引された前記雰囲気ガスをバブリングさせることでフラックスヒュームを固化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のフラックスヒューム回収装置。
8. 前記フラックスヒューム捕集部が、モノリス担体（ＤＰＦ）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフラックスヒューム回収装置。
9. 前記フラックスヒューム捕集部において、水蒸気でフラックスヒュームを捕捉させたことを特徴とする請求項１又は２に記載のフラックスヒューム回収装置。

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