一括局所加熱装置
【課題】 誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、被加熱対象の全体に対して均一な加熱を可能とする一括局所加熱装置を提供する。
【解決手段】 被加熱対象であるプリント配線基板１を設置する平面を有する筒状のサセプタ６と、筒状サセプタ内に設置され、かつ、被加熱対象より長い直線部３ｃを持ち、かつ、それが前記サセプタの平面部６ａと平行である誘導コイル３と、温度検出部４と、前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段５とを備える。
【解決手段】 被加熱対象であるプリント配線基板１を設置する平面を有する筒状のサセプタ６と、筒状サセプタ内に設置され、かつ、被加熱対象より長い直線部３ｃを持ち、かつ、それが前記サセプタの平面部６ａと平行である誘導コイル３と、温度検出部４と、前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板等の被加熱対象（被加熱物）を加熱及び半田付けする際に用いる一括局所加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線基板等の被加熱物を加熱及び半田付けの際に用いる加熱装置として、熱風式リフローなどが、一般的に採用されている。また、電子部品は小さく薄くなり、耐熱性の無い部品が増加してきている。しかし、熱風式リフローなどの加熱装置は、一括加熱方式を基本としている為、被加熱物に対し全て同じ加熱を実施する。したがって、耐熱性の無い電子部品は熱によるダメージを受ける。よって、耐熱性の異なる被加熱物をそれぞれに対して最適に加熱及び半田付けすることは、現在の一括加熱方式の装置では困難である。
【０００３】
このような弱耐熱部品としては、例えばモバイル機器用小型カメラモジュールなどが挙げられる。
【０００４】
これに対して、部品側で対応する方法として、コネクタによる実装（特許文献１を参照）などが提案されている。しかしながら、問題点として、コネクタ、あるいは、ケーブルとコネクタとの両方を準備しなければならず、部品点数が増えるといった課題がある。また、コネクタを基板に実装した後に、カメラモジュールを組み込む工程が必要となり、組立の効率化が充分であるとは言えずコストアップ要因となる、などの課題もある。
【０００５】
そのため、弱耐熱部品の実装に対して実装側で工夫する方法として、誘導加熱を用いた方法が提案されている。従来例（特許文献２を参照）では、図１０に示すように、プリント配線基板１１１が設置されて搬送経路に沿って所定の速度で連続搬送されるパレット（本パレットは、基板の支持台と誘導加熱により温まり支持されている基板を加熱するヒーターの役割を兼ねている。以下、同パレットを平面サセプタ１１２と称する。）と、誘導コイル１１３と、温度検出手段１１４と、前記温度検出手段１１４の検出温度に応じて前記コイル１１３に供給する交流電流を調節しながら平面サセプタ１１２の加熱量を制御する制御手段１１５とを備える。
【０００６】
前記従来例の動作は、プリント配線基板１１１の設置に先立って、平面サセプタ１１２の表面温度が温度検出手段１１４で検出される状態において、制御手段１１５によりコイル１１３に交流電流が流され、それにより平面サセプタ１１２が電磁誘導加熱され、プリヒート温度近傍の所定の温度に制御される。その後に、プリント配線基板１１１がステージ上に設置され、所定のプリヒート温度に達するまでプリヒートされる。
【０００７】
その後の本加熱工程で、平面サセプタ１１２の表面温度が温度検出手段１１４で検出される状態において、制御手段１１５によりコイル１１３に交流電流が流されて、平面サセプタ１１２が所定の本加熱温度に加熱され、それにより昇温されたプリント配線基板１１１上の半田１１１ｂが溶融する。本加熱温度が所定時間だけ保たれた後、ステージからプリント配線基板１１１が搬出される。搬出後に、プリント配線基板１１１上の半田１１１ｂが冷えて固まることにより、部品１１１ａがプリント配線基板１１１に固着される。
【０００８】
このような一連の動作により、弱耐熱部品の実装を可能としている。
【０００９】
また、サセプタ全体の温度を均一にするため、トンネル状にコイルを巻き、その内側に平面サセプタを通すなどの工夫が、特許文献３で行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３７９９６１５号公報
【特許文献２】特許第４２８２５０１号公報
【特許文献３】特開２００７−３６１１０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献２の従来の誘導加熱による構成では、誘導電流を流す部分（サセプタ）が平面状のため、誘導電流が流れない箇所ができる。その箇所の温度が上がらないため、結果として加熱部に温度の不均一が生じ、均一な温度での半田付けができない、という課題がある。
【００１２】
これに関して、少し詳しく原因を述べる。誘導電流は電流なので、キルヒホッフの法則に従い一周して元の箇所に戻らないといけない。平面サセプタに周回する電流の流路を隙間なく取ろうとすると、必ず相反する方向の電流が隣り合う箇所が発生する。その箇所は、電流同士が打ち消しあって電流の流れない状況となり、その部分が昇温しないためである。
【００１３】
この問題を解決して均熱化した例として特許文献３が挙げられる。本例では、誘導電流を平面サセプタの上面から下面へ一周させることにより、均熱性を実現している。しかしながら、誘導コイルの巻き線内を基板が通過することになり、基板本体にも磁場がかかるため、基板上にも誘導電流が流れてしまい、電子部品への影響が懸念されるという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、被加熱対象の全体に対して均一な加熱を可能とする一括局所加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１６】
本発明の１つの態様によれば、被加熱対象であるプリント配線基板を載置する平面部を有する筒状のサセプタと、
前記筒状サセプタ内に配置され、かつ、前記被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部が前記サセプタの前記平面部と平行である誘導コイルと、
前記被加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする一括局所加熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の一括局所加熱装置によれば、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、誘導コイルが被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部がサセプタの平面部と平行であるため、コイルの直線部から発生する磁界はサセプタの平面部において一様になり、被加熱対象が載置される平面部で一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタの温度が均一となる。
【００１８】
また、サセプタの発熱量は、サセプタ自体又は加熱対象の一例であるプリント配線基板の温度を温度検出部で検出しつつ制御手段で容易に温度調節できるので、半田付け接合部付近を所望の昇温条件に保ちながら、耐熱性の低い部品の搭載時には、その昇温を仕様限界以下に確実に抑えることができ、加熱の必要な部分のみ効率良く加熱することができる。
【００１９】
また、プリント配線基板などの加熱対象に電磁誘導加熱可能な加熱物を接触配置するので、耐熱性の低い部品を搭載したプリント配線基板に対しても、不必要な熱ストレスを与えることなく、部品との接合部を効率良く加熱することが可能であり、生産品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態における一括局所加熱装置の概略斜視図
【図２Ａ】図１の一括局所加熱装置の平面図
【図２Ｂ】図１の一括局所加熱装置の正面図
【図２Ｃ】図１の一括局所加熱装置の右側面図
【図３Ａ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの平面図（解析モデル図）
【図３Ｂ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図（解析モデル図）
【図３Ｃ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの正面図（解析モデル図）
【図４】第１実施形態の実施例（解析結果１）の図
【図５Ａ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの平面図（解析モデル図）
【図５Ｂ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図（解析モデル図）
【図５Ｃ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの正面図（解析モデル図）
【図６】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析結果の図
【図７Ａ】サセプタ−誘導コイル間の距離を変更した場合の電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの平面図
【図７Ｂ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの正面図
【図７Ｃ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの斜視図
【図７Ｄ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図
【図８】サセプタ−誘導コイル間の距離を変更した場合の電磁界解析結果の図
【図９Ａ】本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置の平面図
【図９Ｂ】本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置の正面図
【図９Ｃ】本発明の第２実施形態の変形例における一括局所加熱装置の正面図
【図１０】従来例の一括局所加熱装置の図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態における一括局所加熱装置を示す。
【００２２】
一括局所加熱装置は、四角筒状のサセプタ（誘導電流を流す部分）６と、誘導コイル３と、温度検出部の一例としての温度計測器４と、制御手段（制御部）５とを備えて構成している。
【００２３】
四角筒状のサセプタ６は、加熱対象の一例としての基板１より広い平面部６ａを有している。そして、サセプタ６の平面部６ａには、回路部品１ａと半田材１ｂを載せた半田付け前の基板１（以下、回路部品１ａと半田材１ｂとプリント配線基板１を含め全体を、加熱対象の一例として、ワークＷと称する。）を設置する。
【００２４】
誘導コイル３は、サセプタ６内に設置され、かつ、サセプタ６の平面部６ａと平行に配置されかつワークＷの１辺より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃが前記サセプタ６の平面部６ａと平行となっている。誘導コイル３には、交流電源３３から交流電力が付与される。
【００２５】
温度計測器４は、基板１の温度を計測する。
【００２６】
制御手段５は、温度計測器４からの情報を基に交流電源３３を制御して、誘導コイル３に与える交流電力を制御する。
【００２７】
図１に示すように、サセプタ６の平面部６ａの大きさ（長さ及び幅）は、ワークＷの大きさ（長さ及び幅）よりも大きく形成されている。また、誘導コイル３の直線部３ｃの長さは、ワークＷの長さよりも長く形成されている。また、筒状サセプタ６の内側の空間は、誘導コイル３を配置するのに十分な大きさに形成されている。サセプタ６は、磁性材料（例えば、鉄など）で作られており、誘導コイル３は導体材料（例えば、銅など）で作られている。
【００２８】
前記構成の一括局所加熱装置は、以下のように動作する。
【００２９】
まず、ワークＷを筒状サセプタ６の上に載せる。
【００３０】
その後、制御手段５は、交流電源３３を介して誘導コイル３に交流電流を通電する。誘導コイル３は通電された交流電流によって交流磁場を発生する。この交流磁場の誘導作用によってサセプタ６に誘導電流が流れ、その電流によりサセプタ６が加熱される。すると、サセプタ６の上部に載せられた基板１上のそれぞれの半田材１ｂが加熱溶融される。
【００３１】
その後、半田材１ｂがそれぞれ加熱溶融すると、制御手段５は交流電源３３を介して交流電流の通電を停止する。交流電流の通電を停止するタイミングは、温度センサ４で一定温度になった後に、一定時間経過した後、半田が溶けたと考えて停止させる。
【００３２】
停止後、加熱溶融した半田材１ｂは温度が下がり、ワークＷ上の回路部品１ａと基板１とを半田材１ｂで固着する。即ち、半田付けされる。温度計測器４は、ワークＷの温度を検出し、温度計測器４での検出情報を制御手段５に出力する。制御手段５は、温度計測器４からの検出情報を基に、ワークＷが過度に加熱されないように、交流電源３３を介して誘導コイル３に通電する交流電流を制御する。
【００３３】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに、図１の三面図、すなわち、平面図、正面図、右側面図をそれぞれ示す。プリント配線基板１はサセプタ６上に載せられている。プリント配線基板１の上には、半田材１ｂを介して、半導体素子又はコンデンサ又は抵抗器などの回路部品１ａが載せられている。
【００３４】
回路部品１ａは、その回路構成によってプリント配線基板１の様々な位置に配置される。回路部品１ａの配置に応じて、回路部品１ａをプリント配線基板１に半田付けするための半田材１ｂも様々な位置に配置される。
【００３５】
誘導コイル３は、サセプタ６の四角筒状の面に沿った方向（図１の矢印Ｘの方向）に従ってループ状に巻かれている。また、そのループは、サセプタ６が筒状の穴をなす方向（図１の矢印Ｙの方向）にほぼ一定間隔で複数ターン形成され、コイル全体としてスパイラル状に巻かれている。このように誘導コイル３とサセプタ６を形成して配置する事により、誘導コイル３により、サセプタ６に発生する誘導電流は、四角筒を構成する面に沿って一様に流れ、従来例の様に電流同士が打ち消しあうような箇所は発生しない。
【００３６】
また、前述の通り、このコイル３が、ワークＷの１辺より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃとサセプタ６の平面部６ａとを互いに平行に配置している。このような構成のため、コイル３の直線部３ｃから発生する磁界はサセプタ６の平面部６ａにおいて一様になり、ワークＷが載置される平面部６ａで一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタ６の温度が均一となる。そのサセプタ温度は、サセプタ６の平面部６ａ上に載ったワークＷに均一に作用する。その結果、ワークＷの一例であるプリント配線基板１の様々な位置に配置された半田材１ｂを均一に加熱溶融することができる。
【００３７】
なお、サセプタ６は、全体が同一材質でかつ同一厚みである必要はなく、例えば、半田付けに使用するサセプタ６の平面部６ａ以外を厚くする構成、抵抗の小さい材料を使う構成、又は、磁性の小さい材料を使う構成、などの種々の構成をとれば、半田付けに寄与しない面からの放熱を減らすことができ、結果として、一括局所加熱装置の消費エネルギーを減らす事も可能となる。
【００３８】
＜実施例１＞
第１実施形態における、筒状サセプタ６と誘導コイル３の実施例を、三次元電磁界解析の結果により示す。三次元電磁界解析は、ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ（ｖｅｒ １１．０）（アンシス・ジャパン株式会社）を用いた。
【００３９】
まず、誘導コイル３によりサセプタ６に発生する誘導加熱作用が均一になることを、詳細に説明する。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｃは、図１の誘導コイル３とサセプタを取り出したモデルである。
【００４１】
筒状サセプタ６は、長方形の板を４枚、筒状に組み合わせた形状をしている。半田付け対象の基板１であるワークＷを載せる面を平面部６ａとする。誘導コイル３は、サセプタ６の筒状の面に沿った方向に従ってループ状に巻かれている。そのコイル３は、サセプタ６の平面部６ａと平行な直線部３ｃを持つ。また、そのコイル３は、ほぼ一定間隔でスパイラル状に巻かれている。また、誘導コイル３の両端である３ａ，３ｂから、交流電源３３を介して交流電力が与えられる。
【００４２】
この実施例では、サセプタ６の寸法は、外形が長辺４８４ｍｍ×短辺２４２ｍｍ×厚み７４ｍｍ、各筒壁の厚みが１ｍｍで、短辺方向に穴が開いている筒状の形状をしており、材質は鉄である。誘導コイル３は、Φ６ｍｍの線を、４１０ｍｍの長さの２本の直線部３ｃを、平行に４０ｍｍ離し、その間を円弧でつないでループ状にし、それをスパイラル状にピッチ８ｍｍで２５ターン巻いている構成である。誘導コイル３の材質は銅である。
【００４３】
サセプタ６とコイル３の位置関係は、サセプタ６の平面部６ａとコイル３の直線部３ｂとが平行で、かつ、その導体間の距離が１０ｍｍになるように配置されている。
【００４４】
また、誘導コイル３の両端３ａ、３ｂはサセプタ６外に引き出し、交流電源３３を介して交流電力を与えている。
【００４５】
図３Ａに、交流電源３３を介して誘導コイル３に印加された交流電流の、ある瞬間における方向を実線の矢印で示す。図３Ｃにおいて、誘導コイル３の上側直線部３ｃ−１には紙面左から紙面右へ電流が流れている。また、下側直線部３ｃ−２には紙面右側から紙面左側へ電流が流れている。
【００４６】
本電流により磁界が発生する。その磁界は、図３Ｂの左側に位置するコイル３の線全体を囲むようにして左回りの向きに磁束１００ａが発生する。また、図３Ｂの右側に位置する誘導コイル線の全体を囲むようにして右回りの向きに磁束１００ｂが発生する。
【００４７】
誘導コイル３を取り囲むように配置されているサセプタ６においては、交流磁場によって誘導コイル３が発生する磁束密度が変化すると、電磁誘導作用によって誘導電流が発生する。その向きは、磁束密度の増減を打ち消すように磁束を発生させる向きとなる。
例えば誘導コイル３が発生する磁束１００ａ、１００ｂが増加する場合は、図３Ａに示すような誘導電流１０１が発生する。
【００４８】
言い換えると、図３Ａに示すように、サセプタ６には、コイル３に沿って、筒状の長手方向１０１に誘導電流が流れる事となる。
【００４９】
このとき、誘導コイル３の直線部３ｂの全体から発生する磁場は、スパイラル状に巻かれたピッチが一様であり、かつ、流れる電流値が同一であり、かつ、電流の方向が揃っているため、サセプタ６の平面部６ａと平行な面に対して均一な磁界を発生する。このため、サセプタ６の平面部６ａは、誘導コイル３の直線部３ｂから均一に磁場の影響を受けるため、均一な誘導電流１０１が発生し、その結果、均一な誘導加熱作用が得られる事となる。
【００５０】
図４に、サセプタ６の平面部６ａの誘導電流密度分布を、図３Ａ〜図３Ｃの前記実施例での解析で求めた結果を示す。
【００５１】
この図４は、電流密度値を、０から同平面部６ａの誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で区分けしている。半田付け工程で一般に必要と言われる温度±１０％の領域が、図４の中央の白い部分であり、サセプタ６の全体の面積に対して約６０％と広い均一温度領域が確保できた。
【００５２】
また、図４は誘導電流密度の分布であり、サセプタ６の熱伝導効果により、一層の均熱面積向上の効果が得られる。
【００５３】
次に、第１実施形態の比較例として、サセプタ６の形状が筒状ではなく、１枚板状であるサセプタ２の場合には、誘導加熱効果が得られない実例を紹介する。 図５Ａ〜図５Ｃに比較例のモデルを示す。
【００５４】
サセプタ２は、その外形が長辺４８４ｍｍ×短辺２４２ｍｍ、厚みが１ｍｍ、の一枚板形状である。サセプタ２の材質は実施例１（図３Ａ〜図３Ｃ）と同じく鉄である。また、誘導コイル３の形状及び材質は、共に実施例１と同様である。言い換えると、実施例１の構成と位置関係をほぼ踏襲して、サセプタを、筒状からワークＷを設置する平面部６ａのみを残した一枚板形状に変更した形である。
【００５５】
図６に、サセプタ２の平面２ａの誘導電流密度分布を、電磁界解析で求めた結果を示す。
【００５６】
この図６は、実施例１と同じく、電流密度値を、０から同平面部２ａの誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で区分けしている。
【００５７】
本結果から見られるとおり、電流は端部に集中して均熱化効果が得られない。また、サセプタ２の中央部の誘導電流値も、実施例１と比較して、１０分の１程度であり、効率も大変悪い。この原因は、サセプタ２が一枚板状であるため、誘導電流の流れる回路（流路）が形成されず、誘導電流が流れないためである。
【００５８】
次に、サセプタ２と誘導コイル３の距離又はコイルピッチにより、均一化が妨げられる場合もある例も紹介する。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｄに前記例のモデルを示す。
【００６０】
誘導コイル１３は、単純化のため１ターンとした。誘導コイル１３の直線部１３ｃ＝１００ｍｍ、直線部１３ｃの間隔４５ｍｍとし、直線部１３ｃ間を円弧状につないだ形状とし、材質を銅とした。サセプタ１６は筒の厚み１ｍｍの鉄とした。また、サセプタ１６の平面部１６ａを、長辺１７０ｍｍ×短辺４０ｍｍの大きさとし、誘導コイル１３との距離を２．５ｍｍから２．５ｍｍピッチ毎に１２．５ｍｍまで変化させ、誘導電流分布を求めた。
【００６１】
図８に、サセプタ１６の平面部１６ａの誘導電流密度分布を、電磁界解析で求めた結果を示す。前記実施例１と同じく、電流密度値を、０から同平面の誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で塗り分けた。すなわち、図８の（ａ）はサセプタ１６の平面部１６ａと誘導コイル１３との距離が２．５ｍｍ、（ｂ）は距離が５．０ｍｍ、（ｃ）は距離が７．５ｍｍ、（ｄ）は距離が１０．０ｍｍ、（ｅ）は距離が１２．５ｍｍとする場合の結果である。
【００６２】
また、各分布図を比較するための目安として、図８に、各分布図内に同寸の四角を点線で書き込んだ。縦幅は誘導コイル１３の直線部１３ｃの長さと合わせており、横幅は直線部１３ｃ間のピッチの目安として１０ｍｍにしてある。
【００６３】
本図８に表れているとおり、サセプタ１６とコイル１３の間隔が近かったり遠かったりする場合に、誘導電流が一様な面積が減少する。また、サセプタ−コイル間の距離が５〜１１ｍｍ、より好ましくは７．５〜１０ｍｍが、均熱性の高い領域である。これより、第１実施形態にかかる装置でも、サセプタ６の平面部６ａとコイル３の直線部３ｃとの間の距離が５〜１１ｍｍ、より好ましくは７．５〜１０ｍｍが、均熱性の高い領域となることがわかる。
【００６４】
本発明の第１実施形態にかかる一括局所加熱装置によれば、誘導電流を利用してプリント配線基板１等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、誘導コイル３が被加熱対象より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃがサセプタ６の平面部６ａと平行であるため、コイル３の直線部３ｃから発生する磁界はサセプタ６の平面部６ａにおいて一様になり、被加熱対象の一例であるプリント配線基板１が載置される平面部６ａで一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタ６の温度が均一となる。
【００６５】
また、サセプタ６の発熱量は、サセプタ自体又は加熱対象の一例であるプリント配線基板１の温度を温度計測器４で検出しつつ制御手段５で容易に温度調節できるので、半田付け接合部付近を所望の昇温条件に保ちながら、耐熱性の低い部品の搭載時には、その昇温を仕様限界以下に確実に抑えることができ、加熱の必要な部分のみ効率良く加熱することができる。
【００６６】
また、プリント配線基板１などの加熱対象に電磁誘導加熱可能な加熱物を接触配置するので、耐熱性の低い部品を搭載したプリント配線基板１に対しても、不必要な熱ストレスを与えることなく、部品との接合部を効率良く加熱することが可能であり、生産品質の向上を図ることができる。
【００６７】
＜第２実施形態＞
図９Ａ及び図９Ｂに、本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置を示す。図９Ａにおいて、温度計測器４は、正確にはワークＷに重なって図示すべきではあるが、図の複雑化を避けるため、位置をずらせて図示している。
【００６８】
第２実施形態にかかる一括局所加熱装置は、第１実施形態と同じ構成の部分として、回路部品１ａと半田材１ｂを載せ半田付け前の基板１を載せる筒状サセプタ６（以下、サセプタと称する）と、サセプタ６の内側に巻かれた誘導コイル３と、基板の温度を計測する温度計測器４と、これらを制御する制御手段５とを備えている。
【００６９】
さらに、第２実施形態にかかる一括局所加熱装置では、第１実施形態に加えた部分として、前工程からサセプタ６を搬送及び停留する機能を持つ第１コンベア（以下、前コンベア７と称する）と、サセプタ６を保持し誘導コイル３に導く第２コンベア、言い換えれば、可動コンベア（以下、可動コンベア８と称する。）と、再び、サセプタ６を停留及び次工程へ搬送する機能を持つ第３コンベア（以下、後コンベア９と称する）とを備えて構成されている。前コンベア７と可動コンベア８と後コンベア９とは、それぞれ、制御手段５で動作制御されるとともに、前工程及び後工程からの情報が制御手段５に入力される。
【００７０】
可動コンベア８は、制御手段５の制御の基に、移動装置５０で、２つのポジションＡ，Ｂ間を移動する。そのポジションは、前及び後コンベア７，９とサセプタ６の受け渡しを行うポジション（以下、受渡しポジションと称する）Ａと、誘導コイル３のあるポジション（以下、加熱ポジションと称する）Ｂの２つを含む。
【００７１】
前記構成によれば、まず、サセプタ６の平面部６ａに基板１を載せ、基板１の半田付け部に半田材料１ｂを供給し、半田付けする部品１ａをその上に載せる前工程を行う。
【００７２】
その後、前コンベア７により、基板１を載せたサセプタ６が一括局所加熱装置内に搬送される。同サセプタ６は、そのサセプタ６上の基板１よりも前に処理すべき基板１、すなわち、先に可動コンベア８上に載置されていた基板１が可動コンベア８を通り、後コンベア９に搬送されるまで、前コンベア７上に停留される。
【００７３】
前の基板１が、受渡しポジションＡに停留する可動コンベア８上から、後コンベア９に搬送された後に、前コンベア７上のサセプタ６を、受渡しポジションＡに停留する可動コンベア８に移載する。
【００７４】
次に、可動コンベア８が、受渡しポジションＡから加熱ポジションＢに、可動コンベア８の幅方向に移動装置で移動し、加熱ポジションＢで、サセプタ６内に誘導コイル３を収める。
【００７５】
次に、第１実施形態の手順に従い、誘導コイル３で加熱して半田付けを行い、完了後、再び、可動コンベア８が加熱ポジションＢから受渡しポジションＡに移動する。このとき、サセプタ６内から誘導コイル３が抜き出される。
【００７６】
次に、受渡しポジションＢにて、サセプタ６を可動コンベア８から後コンベア９移載し、可動コンベア８は次のサセプタ６が前コンベア７から来るまで待機する。後コンベア９は、後工程が空くまでサセプタ６を停留させ、後工程が空いた後、後工程に搬出する。
【００７７】
本第２実施形態の構成を採ることにより、プリント配線基板１と部品１ａが半田１ｂにより固着し強度的に安定するまで、サセプタ６上からのプリント配線基板１の移載が無いため、安定した半田付けが可能となる。
【００７８】
なお、ここまでの動作事例は、予備加熱〜本加熱〜冷却までの全温度プロセスを加熱ポジションで行なっていたが、図９Ｃに示したように、前コンベア７上に新たな誘導コイル３あるいはランプあるいはホットエアー口３Ｈあるいはそのうち複数の手段を設けることにより、前コンベア７で予備加熱を行い、可動コンベア８で本加熱を行うことにより、温度プロセスを並行して行う事も可能である。この場合、各ポジションで、温度プロセスを並行して進めることができ、装置全体としてタクト短縮を行う事が可能となる。
【００７９】
あるいは、後コンベア９上に新たな誘導コイル３あるいはランプあるいは冷却エアー口あるいはそのうち複数の手段を設けることにより、同じく温度プロセスを並行して行う事も可能である。この場合も、各ポジションで、温度プロセスを並行して進めることができ、装置全体としてタクト短縮を行う事が可能となる。
【００８０】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかる一括局所加熱装置は、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、被加熱対象の全体に対して均一な加熱を可能とし、プリント配線基板等の被加熱対象（被加熱物）を加熱及び半田付けする場合等に有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１ プリント配線基板
１ａ 部品
１ｂ 半田材
２ 平面サセプタ
３ 誘導コイル
３ａ 誘導コイル端
３ｂ 誘導コイル端
３ｃ 誘導コイル直線部
４ 温度計測器（温度検出部）
５ 制御手段
６ 筒状サセプタ
６ａ 平面部
７ 前コンベア
８ 可動コンベア
９ 後コンベア
３３ 交流電源
５０ 移動装置
Ａ 受渡しポジション
Ｂ 加熱ポジション
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板等の被加熱対象（被加熱物）を加熱及び半田付けする際に用いる一括局所加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線基板等の被加熱物を加熱及び半田付けの際に用いる加熱装置として、熱風式リフローなどが、一般的に採用されている。また、電子部品は小さく薄くなり、耐熱性の無い部品が増加してきている。しかし、熱風式リフローなどの加熱装置は、一括加熱方式を基本としている為、被加熱物に対し全て同じ加熱を実施する。したがって、耐熱性の無い電子部品は熱によるダメージを受ける。よって、耐熱性の異なる被加熱物をそれぞれに対して最適に加熱及び半田付けすることは、現在の一括加熱方式の装置では困難である。
【０００３】
このような弱耐熱部品としては、例えばモバイル機器用小型カメラモジュールなどが挙げられる。
【０００４】
これに対して、部品側で対応する方法として、コネクタによる実装（特許文献１を参照）などが提案されている。しかしながら、問題点として、コネクタ、あるいは、ケーブルとコネクタとの両方を準備しなければならず、部品点数が増えるといった課題がある。また、コネクタを基板に実装した後に、カメラモジュールを組み込む工程が必要となり、組立の効率化が充分であるとは言えずコストアップ要因となる、などの課題もある。
【０００５】
そのため、弱耐熱部品の実装に対して実装側で工夫する方法として、誘導加熱を用いた方法が提案されている。従来例（特許文献２を参照）では、図１０に示すように、プリント配線基板１１１が設置されて搬送経路に沿って所定の速度で連続搬送されるパレット（本パレットは、基板の支持台と誘導加熱により温まり支持されている基板を加熱するヒーターの役割を兼ねている。以下、同パレットを平面サセプタ１１２と称する。）と、誘導コイル１１３と、温度検出手段１１４と、前記温度検出手段１１４の検出温度に応じて前記コイル１１３に供給する交流電流を調節しながら平面サセプタ１１２の加熱量を制御する制御手段１１５とを備える。
【０００６】
前記従来例の動作は、プリント配線基板１１１の設置に先立って、平面サセプタ１１２の表面温度が温度検出手段１１４で検出される状態において、制御手段１１５によりコイル１１３に交流電流が流され、それにより平面サセプタ１１２が電磁誘導加熱され、プリヒート温度近傍の所定の温度に制御される。その後に、プリント配線基板１１１がステージ上に設置され、所定のプリヒート温度に達するまでプリヒートされる。
【０００７】
その後の本加熱工程で、平面サセプタ１１２の表面温度が温度検出手段１１４で検出される状態において、制御手段１１５によりコイル１１３に交流電流が流されて、平面サセプタ１１２が所定の本加熱温度に加熱され、それにより昇温されたプリント配線基板１１１上の半田１１１ｂが溶融する。本加熱温度が所定時間だけ保たれた後、ステージからプリント配線基板１１１が搬出される。搬出後に、プリント配線基板１１１上の半田１１１ｂが冷えて固まることにより、部品１１１ａがプリント配線基板１１１に固着される。
【０００８】
このような一連の動作により、弱耐熱部品の実装を可能としている。
【０００９】
また、サセプタ全体の温度を均一にするため、トンネル状にコイルを巻き、その内側に平面サセプタを通すなどの工夫が、特許文献３で行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３７９９６１５号公報
【特許文献２】特許第４２８２５０１号公報
【特許文献３】特開２００７−３６１１０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献２の従来の誘導加熱による構成では、誘導電流を流す部分（サセプタ）が平面状のため、誘導電流が流れない箇所ができる。その箇所の温度が上がらないため、結果として加熱部に温度の不均一が生じ、均一な温度での半田付けができない、という課題がある。
【００１２】
これに関して、少し詳しく原因を述べる。誘導電流は電流なので、キルヒホッフの法則に従い一周して元の箇所に戻らないといけない。平面サセプタに周回する電流の流路を隙間なく取ろうとすると、必ず相反する方向の電流が隣り合う箇所が発生する。その箇所は、電流同士が打ち消しあって電流の流れない状況となり、その部分が昇温しないためである。
【００１３】
この問題を解決して均熱化した例として特許文献３が挙げられる。本例では、誘導電流を平面サセプタの上面から下面へ一周させることにより、均熱性を実現している。しかしながら、誘導コイルの巻き線内を基板が通過することになり、基板本体にも磁場がかかるため、基板上にも誘導電流が流れてしまい、電子部品への影響が懸念されるという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、被加熱対象の全体に対して均一な加熱を可能とする一括局所加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１６】
本発明の１つの態様によれば、被加熱対象であるプリント配線基板を載置する平面部を有する筒状のサセプタと、
前記筒状サセプタ内に配置され、かつ、前記被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部が前記サセプタの前記平面部と平行である誘導コイルと、
前記被加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする一括局所加熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の一括局所加熱装置によれば、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、誘導コイルが被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部がサセプタの平面部と平行であるため、コイルの直線部から発生する磁界はサセプタの平面部において一様になり、被加熱対象が載置される平面部で一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタの温度が均一となる。
【００１８】
また、サセプタの発熱量は、サセプタ自体又は加熱対象の一例であるプリント配線基板の温度を温度検出部で検出しつつ制御手段で容易に温度調節できるので、半田付け接合部付近を所望の昇温条件に保ちながら、耐熱性の低い部品の搭載時には、その昇温を仕様限界以下に確実に抑えることができ、加熱の必要な部分のみ効率良く加熱することができる。
【００１９】
また、プリント配線基板などの加熱対象に電磁誘導加熱可能な加熱物を接触配置するので、耐熱性の低い部品を搭載したプリント配線基板に対しても、不必要な熱ストレスを与えることなく、部品との接合部を効率良く加熱することが可能であり、生産品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態における一括局所加熱装置の概略斜視図
【図２Ａ】図１の一括局所加熱装置の平面図
【図２Ｂ】図１の一括局所加熱装置の正面図
【図２Ｃ】図１の一括局所加熱装置の右側面図
【図３Ａ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの平面図（解析モデル図）
【図３Ｂ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図（解析モデル図）
【図３Ｃ】第１実施形態の実施例にかかるサセプタと誘導コイルとの正面図（解析モデル図）
【図４】第１実施形態の実施例（解析結果１）の図
【図５Ａ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの平面図（解析モデル図）
【図５Ｂ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図（解析モデル図）
【図５Ｃ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの正面図（解析モデル図）
【図６】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析結果の図
【図７Ａ】サセプタ−誘導コイル間の距離を変更した場合の電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの平面図
【図７Ｂ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの正面図
【図７Ｃ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの斜視図
【図７Ｄ】比較例としての板形状サセプタの電磁界解析モデルにかかるサセプタと誘導コイルとの右側面図
【図８】サセプタ−誘導コイル間の距離を変更した場合の電磁界解析結果の図
【図９Ａ】本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置の平面図
【図９Ｂ】本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置の正面図
【図９Ｃ】本発明の第２実施形態の変形例における一括局所加熱装置の正面図
【図１０】従来例の一括局所加熱装置の図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態における一括局所加熱装置を示す。
【００２２】
一括局所加熱装置は、四角筒状のサセプタ（誘導電流を流す部分）６と、誘導コイル３と、温度検出部の一例としての温度計測器４と、制御手段（制御部）５とを備えて構成している。
【００２３】
四角筒状のサセプタ６は、加熱対象の一例としての基板１より広い平面部６ａを有している。そして、サセプタ６の平面部６ａには、回路部品１ａと半田材１ｂを載せた半田付け前の基板１（以下、回路部品１ａと半田材１ｂとプリント配線基板１を含め全体を、加熱対象の一例として、ワークＷと称する。）を設置する。
【００２４】
誘導コイル３は、サセプタ６内に設置され、かつ、サセプタ６の平面部６ａと平行に配置されかつワークＷの１辺より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃが前記サセプタ６の平面部６ａと平行となっている。誘導コイル３には、交流電源３３から交流電力が付与される。
【００２５】
温度計測器４は、基板１の温度を計測する。
【００２６】
制御手段５は、温度計測器４からの情報を基に交流電源３３を制御して、誘導コイル３に与える交流電力を制御する。
【００２７】
図１に示すように、サセプタ６の平面部６ａの大きさ（長さ及び幅）は、ワークＷの大きさ（長さ及び幅）よりも大きく形成されている。また、誘導コイル３の直線部３ｃの長さは、ワークＷの長さよりも長く形成されている。また、筒状サセプタ６の内側の空間は、誘導コイル３を配置するのに十分な大きさに形成されている。サセプタ６は、磁性材料（例えば、鉄など）で作られており、誘導コイル３は導体材料（例えば、銅など）で作られている。
【００２８】
前記構成の一括局所加熱装置は、以下のように動作する。
【００２９】
まず、ワークＷを筒状サセプタ６の上に載せる。
【００３０】
その後、制御手段５は、交流電源３３を介して誘導コイル３に交流電流を通電する。誘導コイル３は通電された交流電流によって交流磁場を発生する。この交流磁場の誘導作用によってサセプタ６に誘導電流が流れ、その電流によりサセプタ６が加熱される。すると、サセプタ６の上部に載せられた基板１上のそれぞれの半田材１ｂが加熱溶融される。
【００３１】
その後、半田材１ｂがそれぞれ加熱溶融すると、制御手段５は交流電源３３を介して交流電流の通電を停止する。交流電流の通電を停止するタイミングは、温度センサ４で一定温度になった後に、一定時間経過した後、半田が溶けたと考えて停止させる。
【００３２】
停止後、加熱溶融した半田材１ｂは温度が下がり、ワークＷ上の回路部品１ａと基板１とを半田材１ｂで固着する。即ち、半田付けされる。温度計測器４は、ワークＷの温度を検出し、温度計測器４での検出情報を制御手段５に出力する。制御手段５は、温度計測器４からの検出情報を基に、ワークＷが過度に加熱されないように、交流電源３３を介して誘導コイル３に通電する交流電流を制御する。
【００３３】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに、図１の三面図、すなわち、平面図、正面図、右側面図をそれぞれ示す。プリント配線基板１はサセプタ６上に載せられている。プリント配線基板１の上には、半田材１ｂを介して、半導体素子又はコンデンサ又は抵抗器などの回路部品１ａが載せられている。
【００３４】
回路部品１ａは、その回路構成によってプリント配線基板１の様々な位置に配置される。回路部品１ａの配置に応じて、回路部品１ａをプリント配線基板１に半田付けするための半田材１ｂも様々な位置に配置される。
【００３５】
誘導コイル３は、サセプタ６の四角筒状の面に沿った方向（図１の矢印Ｘの方向）に従ってループ状に巻かれている。また、そのループは、サセプタ６が筒状の穴をなす方向（図１の矢印Ｙの方向）にほぼ一定間隔で複数ターン形成され、コイル全体としてスパイラル状に巻かれている。このように誘導コイル３とサセプタ６を形成して配置する事により、誘導コイル３により、サセプタ６に発生する誘導電流は、四角筒を構成する面に沿って一様に流れ、従来例の様に電流同士が打ち消しあうような箇所は発生しない。
【００３６】
また、前述の通り、このコイル３が、ワークＷの１辺より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃとサセプタ６の平面部６ａとを互いに平行に配置している。このような構成のため、コイル３の直線部３ｃから発生する磁界はサセプタ６の平面部６ａにおいて一様になり、ワークＷが載置される平面部６ａで一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタ６の温度が均一となる。そのサセプタ温度は、サセプタ６の平面部６ａ上に載ったワークＷに均一に作用する。その結果、ワークＷの一例であるプリント配線基板１の様々な位置に配置された半田材１ｂを均一に加熱溶融することができる。
【００３７】
なお、サセプタ６は、全体が同一材質でかつ同一厚みである必要はなく、例えば、半田付けに使用するサセプタ６の平面部６ａ以外を厚くする構成、抵抗の小さい材料を使う構成、又は、磁性の小さい材料を使う構成、などの種々の構成をとれば、半田付けに寄与しない面からの放熱を減らすことができ、結果として、一括局所加熱装置の消費エネルギーを減らす事も可能となる。
【００３８】
＜実施例１＞
第１実施形態における、筒状サセプタ６と誘導コイル３の実施例を、三次元電磁界解析の結果により示す。三次元電磁界解析は、ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ（ｖｅｒ １１．０）（アンシス・ジャパン株式会社）を用いた。
【００３９】
まず、誘導コイル３によりサセプタ６に発生する誘導加熱作用が均一になることを、詳細に説明する。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｃは、図１の誘導コイル３とサセプタを取り出したモデルである。
【００４１】
筒状サセプタ６は、長方形の板を４枚、筒状に組み合わせた形状をしている。半田付け対象の基板１であるワークＷを載せる面を平面部６ａとする。誘導コイル３は、サセプタ６の筒状の面に沿った方向に従ってループ状に巻かれている。そのコイル３は、サセプタ６の平面部６ａと平行な直線部３ｃを持つ。また、そのコイル３は、ほぼ一定間隔でスパイラル状に巻かれている。また、誘導コイル３の両端である３ａ，３ｂから、交流電源３３を介して交流電力が与えられる。
【００４２】
この実施例では、サセプタ６の寸法は、外形が長辺４８４ｍｍ×短辺２４２ｍｍ×厚み７４ｍｍ、各筒壁の厚みが１ｍｍで、短辺方向に穴が開いている筒状の形状をしており、材質は鉄である。誘導コイル３は、Φ６ｍｍの線を、４１０ｍｍの長さの２本の直線部３ｃを、平行に４０ｍｍ離し、その間を円弧でつないでループ状にし、それをスパイラル状にピッチ８ｍｍで２５ターン巻いている構成である。誘導コイル３の材質は銅である。
【００４３】
サセプタ６とコイル３の位置関係は、サセプタ６の平面部６ａとコイル３の直線部３ｂとが平行で、かつ、その導体間の距離が１０ｍｍになるように配置されている。
【００４４】
また、誘導コイル３の両端３ａ、３ｂはサセプタ６外に引き出し、交流電源３３を介して交流電力を与えている。
【００４５】
図３Ａに、交流電源３３を介して誘導コイル３に印加された交流電流の、ある瞬間における方向を実線の矢印で示す。図３Ｃにおいて、誘導コイル３の上側直線部３ｃ−１には紙面左から紙面右へ電流が流れている。また、下側直線部３ｃ−２には紙面右側から紙面左側へ電流が流れている。
【００４６】
本電流により磁界が発生する。その磁界は、図３Ｂの左側に位置するコイル３の線全体を囲むようにして左回りの向きに磁束１００ａが発生する。また、図３Ｂの右側に位置する誘導コイル線の全体を囲むようにして右回りの向きに磁束１００ｂが発生する。
【００４７】
誘導コイル３を取り囲むように配置されているサセプタ６においては、交流磁場によって誘導コイル３が発生する磁束密度が変化すると、電磁誘導作用によって誘導電流が発生する。その向きは、磁束密度の増減を打ち消すように磁束を発生させる向きとなる。
例えば誘導コイル３が発生する磁束１００ａ、１００ｂが増加する場合は、図３Ａに示すような誘導電流１０１が発生する。
【００４８】
言い換えると、図３Ａに示すように、サセプタ６には、コイル３に沿って、筒状の長手方向１０１に誘導電流が流れる事となる。
【００４９】
このとき、誘導コイル３の直線部３ｂの全体から発生する磁場は、スパイラル状に巻かれたピッチが一様であり、かつ、流れる電流値が同一であり、かつ、電流の方向が揃っているため、サセプタ６の平面部６ａと平行な面に対して均一な磁界を発生する。このため、サセプタ６の平面部６ａは、誘導コイル３の直線部３ｂから均一に磁場の影響を受けるため、均一な誘導電流１０１が発生し、その結果、均一な誘導加熱作用が得られる事となる。
【００５０】
図４に、サセプタ６の平面部６ａの誘導電流密度分布を、図３Ａ〜図３Ｃの前記実施例での解析で求めた結果を示す。
【００５１】
この図４は、電流密度値を、０から同平面部６ａの誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で区分けしている。半田付け工程で一般に必要と言われる温度±１０％の領域が、図４の中央の白い部分であり、サセプタ６の全体の面積に対して約６０％と広い均一温度領域が確保できた。
【００５２】
また、図４は誘導電流密度の分布であり、サセプタ６の熱伝導効果により、一層の均熱面積向上の効果が得られる。
【００５３】
次に、第１実施形態の比較例として、サセプタ６の形状が筒状ではなく、１枚板状であるサセプタ２の場合には、誘導加熱効果が得られない実例を紹介する。 図５Ａ〜図５Ｃに比較例のモデルを示す。
【００５４】
サセプタ２は、その外形が長辺４８４ｍｍ×短辺２４２ｍｍ、厚みが１ｍｍ、の一枚板形状である。サセプタ２の材質は実施例１（図３Ａ〜図３Ｃ）と同じく鉄である。また、誘導コイル３の形状及び材質は、共に実施例１と同様である。言い換えると、実施例１の構成と位置関係をほぼ踏襲して、サセプタを、筒状からワークＷを設置する平面部６ａのみを残した一枚板形状に変更した形である。
【００５５】
図６に、サセプタ２の平面２ａの誘導電流密度分布を、電磁界解析で求めた結果を示す。
【００５６】
この図６は、実施例１と同じく、電流密度値を、０から同平面部２ａの誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で区分けしている。
【００５７】
本結果から見られるとおり、電流は端部に集中して均熱化効果が得られない。また、サセプタ２の中央部の誘導電流値も、実施例１と比較して、１０分の１程度であり、効率も大変悪い。この原因は、サセプタ２が一枚板状であるため、誘導電流の流れる回路（流路）が形成されず、誘導電流が流れないためである。
【００５８】
次に、サセプタ２と誘導コイル３の距離又はコイルピッチにより、均一化が妨げられる場合もある例も紹介する。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｄに前記例のモデルを示す。
【００６０】
誘導コイル１３は、単純化のため１ターンとした。誘導コイル１３の直線部１３ｃ＝１００ｍｍ、直線部１３ｃの間隔４５ｍｍとし、直線部１３ｃ間を円弧状につないだ形状とし、材質を銅とした。サセプタ１６は筒の厚み１ｍｍの鉄とした。また、サセプタ１６の平面部１６ａを、長辺１７０ｍｍ×短辺４０ｍｍの大きさとし、誘導コイル１３との距離を２．５ｍｍから２．５ｍｍピッチ毎に１２．５ｍｍまで変化させ、誘導電流分布を求めた。
【００６１】
図８に、サセプタ１６の平面部１６ａの誘導電流密度分布を、電磁界解析で求めた結果を示す。前記実施例１と同じく、電流密度値を、０から同平面の誘導電流密度の最大値まで、２０％毎に５段階で塗り分けた。すなわち、図８の（ａ）はサセプタ１６の平面部１６ａと誘導コイル１３との距離が２．５ｍｍ、（ｂ）は距離が５．０ｍｍ、（ｃ）は距離が７．５ｍｍ、（ｄ）は距離が１０．０ｍｍ、（ｅ）は距離が１２．５ｍｍとする場合の結果である。
【００６２】
また、各分布図を比較するための目安として、図８に、各分布図内に同寸の四角を点線で書き込んだ。縦幅は誘導コイル１３の直線部１３ｃの長さと合わせており、横幅は直線部１３ｃ間のピッチの目安として１０ｍｍにしてある。
【００６３】
本図８に表れているとおり、サセプタ１６とコイル１３の間隔が近かったり遠かったりする場合に、誘導電流が一様な面積が減少する。また、サセプタ−コイル間の距離が５〜１１ｍｍ、より好ましくは７．５〜１０ｍｍが、均熱性の高い領域である。これより、第１実施形態にかかる装置でも、サセプタ６の平面部６ａとコイル３の直線部３ｃとの間の距離が５〜１１ｍｍ、より好ましくは７．５〜１０ｍｍが、均熱性の高い領域となることがわかる。
【００６４】
本発明の第１実施形態にかかる一括局所加熱装置によれば、誘導電流を利用してプリント配線基板１等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、誘導コイル３が被加熱対象より長い直線部３ｃを持ち、かつ、その直線部３ｃがサセプタ６の平面部６ａと平行であるため、コイル３の直線部３ｃから発生する磁界はサセプタ６の平面部６ａにおいて一様になり、被加熱対象の一例であるプリント配線基板１が載置される平面部６ａで一様の誘導電流が流れることになる。それに従い、誘導電流により発生する熱も均一となり、サセプタ６の温度が均一となる。
【００６５】
また、サセプタ６の発熱量は、サセプタ自体又は加熱対象の一例であるプリント配線基板１の温度を温度計測器４で検出しつつ制御手段５で容易に温度調節できるので、半田付け接合部付近を所望の昇温条件に保ちながら、耐熱性の低い部品の搭載時には、その昇温を仕様限界以下に確実に抑えることができ、加熱の必要な部分のみ効率良く加熱することができる。
【００６６】
また、プリント配線基板１などの加熱対象に電磁誘導加熱可能な加熱物を接触配置するので、耐熱性の低い部品を搭載したプリント配線基板１に対しても、不必要な熱ストレスを与えることなく、部品との接合部を効率良く加熱することが可能であり、生産品質の向上を図ることができる。
【００６７】
＜第２実施形態＞
図９Ａ及び図９Ｂに、本発明の第２実施形態における一括局所加熱装置を示す。図９Ａにおいて、温度計測器４は、正確にはワークＷに重なって図示すべきではあるが、図の複雑化を避けるため、位置をずらせて図示している。
【００６８】
第２実施形態にかかる一括局所加熱装置は、第１実施形態と同じ構成の部分として、回路部品１ａと半田材１ｂを載せ半田付け前の基板１を載せる筒状サセプタ６（以下、サセプタと称する）と、サセプタ６の内側に巻かれた誘導コイル３と、基板の温度を計測する温度計測器４と、これらを制御する制御手段５とを備えている。
【００６９】
さらに、第２実施形態にかかる一括局所加熱装置では、第１実施形態に加えた部分として、前工程からサセプタ６を搬送及び停留する機能を持つ第１コンベア（以下、前コンベア７と称する）と、サセプタ６を保持し誘導コイル３に導く第２コンベア、言い換えれば、可動コンベア（以下、可動コンベア８と称する。）と、再び、サセプタ６を停留及び次工程へ搬送する機能を持つ第３コンベア（以下、後コンベア９と称する）とを備えて構成されている。前コンベア７と可動コンベア８と後コンベア９とは、それぞれ、制御手段５で動作制御されるとともに、前工程及び後工程からの情報が制御手段５に入力される。
【００７０】
可動コンベア８は、制御手段５の制御の基に、移動装置５０で、２つのポジションＡ，Ｂ間を移動する。そのポジションは、前及び後コンベア７，９とサセプタ６の受け渡しを行うポジション（以下、受渡しポジションと称する）Ａと、誘導コイル３のあるポジション（以下、加熱ポジションと称する）Ｂの２つを含む。
【００７１】
前記構成によれば、まず、サセプタ６の平面部６ａに基板１を載せ、基板１の半田付け部に半田材料１ｂを供給し、半田付けする部品１ａをその上に載せる前工程を行う。
【００７２】
その後、前コンベア７により、基板１を載せたサセプタ６が一括局所加熱装置内に搬送される。同サセプタ６は、そのサセプタ６上の基板１よりも前に処理すべき基板１、すなわち、先に可動コンベア８上に載置されていた基板１が可動コンベア８を通り、後コンベア９に搬送されるまで、前コンベア７上に停留される。
【００７３】
前の基板１が、受渡しポジションＡに停留する可動コンベア８上から、後コンベア９に搬送された後に、前コンベア７上のサセプタ６を、受渡しポジションＡに停留する可動コンベア８に移載する。
【００７４】
次に、可動コンベア８が、受渡しポジションＡから加熱ポジションＢに、可動コンベア８の幅方向に移動装置で移動し、加熱ポジションＢで、サセプタ６内に誘導コイル３を収める。
【００７５】
次に、第１実施形態の手順に従い、誘導コイル３で加熱して半田付けを行い、完了後、再び、可動コンベア８が加熱ポジションＢから受渡しポジションＡに移動する。このとき、サセプタ６内から誘導コイル３が抜き出される。
【００７６】
次に、受渡しポジションＢにて、サセプタ６を可動コンベア８から後コンベア９移載し、可動コンベア８は次のサセプタ６が前コンベア７から来るまで待機する。後コンベア９は、後工程が空くまでサセプタ６を停留させ、後工程が空いた後、後工程に搬出する。
【００７７】
本第２実施形態の構成を採ることにより、プリント配線基板１と部品１ａが半田１ｂにより固着し強度的に安定するまで、サセプタ６上からのプリント配線基板１の移載が無いため、安定した半田付けが可能となる。
【００７８】
なお、ここまでの動作事例は、予備加熱〜本加熱〜冷却までの全温度プロセスを加熱ポジションで行なっていたが、図９Ｃに示したように、前コンベア７上に新たな誘導コイル３あるいはランプあるいはホットエアー口３Ｈあるいはそのうち複数の手段を設けることにより、前コンベア７で予備加熱を行い、可動コンベア８で本加熱を行うことにより、温度プロセスを並行して行う事も可能である。この場合、各ポジションで、温度プロセスを並行して進めることができ、装置全体としてタクト短縮を行う事が可能となる。
【００７９】
あるいは、後コンベア９上に新たな誘導コイル３あるいはランプあるいは冷却エアー口あるいはそのうち複数の手段を設けることにより、同じく温度プロセスを並行して行う事も可能である。この場合も、各ポジションで、温度プロセスを並行して進めることができ、装置全体としてタクト短縮を行う事が可能となる。
【００８０】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかる一括局所加熱装置は、誘導電流を利用してプリント配線基板等の被加熱対象を加熱して半田付けを行う際、被加熱対象の全体に対して均一な加熱を可能とし、プリント配線基板等の被加熱対象（被加熱物）を加熱及び半田付けする場合等に有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１ プリント配線基板
１ａ 部品
１ｂ 半田材
２ 平面サセプタ
３ 誘導コイル
３ａ 誘導コイル端
３ｂ 誘導コイル端
３ｃ 誘導コイル直線部
４ 温度計測器（温度検出部）
５ 制御手段
６ 筒状サセプタ
６ａ 平面部
７ 前コンベア
８ 可動コンベア
９ 後コンベア
３３ 交流電源
５０ 移動装置
Ａ 受渡しポジション
Ｂ 加熱ポジション
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱対象であるプリント配線基板を載置する平面部を有する筒状のサセプタと、
前記筒状サセプタ内に配置され、かつ、前記被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部が前記サセプタの前記平面部と平行である誘導コイルと、
前記被加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする一括局所加熱装置。
【請求項２】
前記筒状サセプタの前記プリント配線基板を載置する前記平面部と、前記誘導コイルの前記直線部との距離が、５〜１１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の一括局所加熱装置。
【請求項１】
被加熱対象であるプリント配線基板を載置する平面部を有する筒状のサセプタと、
前記筒状サセプタ内に配置され、かつ、前記被加熱対象より長い直線部を持ち、かつ、その直線部が前記サセプタの前記平面部と平行である誘導コイルと、
前記被加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出温度に応じて前記コイルに供給する交流電流を調節しながら前記サセプタの加熱量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする一括局所加熱装置。
【請求項２】
前記筒状サセプタの前記プリント配線基板を載置する前記平面部と、前記誘導コイルの前記直線部との距離が、５〜１１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の一括局所加熱装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４３９５５（Ｐ２０１２−２４３９５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２６８７（Ｐ２０１１−１１２６８７）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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