JP4097864B2

JP4097864B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP4097864B2
Application number: JP32170999A
Authority: JP
Inventors: 昌久徳本
Original assignee: Kyushu Nissho KK
Current assignee: Kyushu Nissho KK
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2001143854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装部品用接着剤の熱印加、ボンディング後の熱処理、クリーム半田リフローあるいは高熱動作試験用加熱などに使用されるブロック状の加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加熱装置は、耐熱性に優れたステンレス鋼などで形成されたブロック体の内部に、熱源となる加熱ヒータが挿入された構造であり、この加熱ヒータを発熱させてブロック体全体を加熱することによって、ブロック体の加熱面に接触させた被加熱物を加熱する。
【０００３】
ところが、従来の加熱装置において、ブロック体を形成するステンレス鋼は耐熱性に優れている反面、熱伝導率が低いので、ブロック体内に挿入された加熱ヒータで加熱した場合、加熱面の温度分布が不均一となりがちである。このため、加熱面に接触させた被加熱物をむらなく均一に加熱することができず、様々な製品不良の原因となっていた。
【０００４】
これに対処するため、図８に示すような加熱装置９０が開発されている。加熱装置９０は、加熱ヒータ９２を内蔵するステンレス鋼製のブロック体９１の内部に、ブロック体９１よりも熱伝導率の高い棒状熱伝導体９３が挿入された構造である。
【０００５】
このような構造とすることにより、ブロック体９１の熱伝導率が低くても、加熱ヒータ９２からの熱を受ける棒状熱伝導体９３が高い熱伝導率を有することから、加熱面９４に対する熱伝導量が均等化され、加熱面９４の温度分布の均一化を図ることができる。したがって、この加熱装置９０を用いることにより、被加熱物の均一加熱が可能となり、また、従来の加熱装置と同等の耐久性を維持することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す加熱装置９０は、加熱面９４に対する熱伝導量を均等化するために、ブロック体９１に形成された貫通孔９５に棒状熱伝導体９３が挿入されている。しかし、この棒状熱伝導体９３の外周面と貫通孔９５の内周面とを完全に密着させることは困難で、棒状熱伝導体９３と貫通孔９５との間には部分的な隙間が生じており、このため、加熱面９４の温度分布にむらが生じているのが実情である。
【０００７】
これを防止する手段として、棒状熱伝導体９３と貫通孔９５との間にサーマルグリスなどの熱伝達剤を介在させることもあるが、時間の経過に伴ってサーマルグリスが徐々に変質し熱伝達性が低下していくので、長期間にわたって均一加熱性を維持することができない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、均一加熱性および耐久性に優れた加熱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】
前記課題を解決するため、本発明の加熱装置は、被加熱物に接触させて加熱する耐熱性ブロック体と、この耐熱性ブロック体を加熱する加熱手段と、耐熱性ブロック体に形成された貫通孔とを備え、この貫通孔内に貫通孔の長さより短い複数の熱伝導素材を順次挿入および加圧変形させて貫通孔を満たす熱伝導体を形成したことを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすることにより、熱伝導素材の加圧変形で形成された熱伝導体の外周面が貫通孔の内周面に隙間なく密着した状態となり、加熱手段から受けた熱が熱伝導体を経由して耐熱性ブロック体全体に均等に伝わり加熱面の温度分布にむらがなくなるため、被加熱物を均一に加熱することができる。また、熱劣化や経年変化のおそれのあるサーマルグリスなどの熱伝達剤が不要となるので、耐久性も優れている。
【００１１】
なお、耐熱性ブロック体の材質としては、ステンレス鋼、耐熱鋼、鋳鋼、電熱用合金あるいは耐蝕耐熱合金などが好適であるが、耐久性が高く、熱膨張率が低い点においてステンレス鋼が最適である。
【００１２】
ここで、前記熱伝導素材の外径を、（貫通孔の内径）−（０．０５〜０．３ｍｍ）とすることが望ましい。この範囲の外径とすることにより、比較的少ない加圧力で熱伝導素材を貫通孔の内周面に完全に密着させることが可能となる。
【００１３】
前記熱伝導素材の外径と長さとの比率は、１：２〜１：５とすることが望ましい。この範囲の比率とすることにより、熱伝導素材を長さ方向に加圧したときに生じる収縮を、熱伝導素材の外径方向の膨張へと効率的に変換させることが可能となるため、熱伝導体を短時間で効率よく形成することができる。
【００１４】
前記貫通孔の端部に、貫通孔より内径が大きい拡径部を形成し、熱伝導素材を拡径部に挿入および加圧変形させて貫通孔内の熱伝導体と一体化させることにより、大気中に露出して放熱量の多い、耐熱性ブロック体の端面付近への熱伝導量を増大させることが可能となるので、耐熱性ブロック体の端面付近の温度低下を防止することができる。
【００１５】
また前記拡径部の開口端を耐熱性ブロック体と同材質の封止部材で閉塞することにより、拡径部に位置する熱伝導体自体からの放熱を抑制することが可能となるので、耐熱性ブロック体の端面付近の温度低下を防止することができる。
【００１６】
前記熱伝導素材の材質としては、金、銀、銅、アルミニウムのいずれかまたはこれらのうちの１以上を含有する合金を用いることができる。これらの素材を用いることにより、貫通孔に挿入後の変形性、貫通孔の内周面との密着性が良好となり、耐熱性ブロック体より熱伝導率の高い熱伝導体を形成することができる。なお、耐熱性ブロック体がステンレス鋼製である場合、熱膨張率の差が小さい銅が好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は実施の形態である加熱装置を示す断面斜視図、図２は前記加熱装置の一部切欠側面図である。
【００１８】
本実施形態の加熱装置１０は、被加熱物に接触させる加熱面１１を有するステンレス鋼製の耐熱性ブロック体１２と、この耐熱性ブロック体１２を加熱するために内蔵された２本の加熱ヒータ１３と、耐熱性ブロック体１２に形成された２つの貫通孔１４とを備え、貫通孔１４内には、複数の熱伝導素材１５ａによって構成された熱伝導体１５が内蔵されている。
【００１９】
貫通孔１４の両端部には、貫通孔１４より内径が大きい拡径部１６がそれぞれ形成され、これらの拡径部１６には熱伝導体１５と一体化した熱伝導素材１５ｂが配置されている。また、拡径部１６の開口端は、耐熱性ブロック体１２と同材質のステンレス鋼製の封止部材１７によって閉塞されている。
【００２０】
ここで、図３、図４を参照して、貫通孔１４内の熱伝導体１５を形成する手順について説明する。図３に示すように、一方の拡径部１６を下にして耐熱性ブロック体１２を基礎面１８の上に立てる。このとき、下方の拡径部１６は閉塞器具１９で塞いでおく。そして、上方の拡径部１６から熱伝導素材１５ａを貫通孔１４内に投入した後、貫通孔１４に挿入した加圧器具２０によって熱伝導素材１５ａを下方へ加圧すると、熱伝導素材１５ａは加圧方向に収縮するとともに貫通孔１４の内周面に密着するまで膨張するので、熱伝導素材１５ａは貫通孔１４内に固定される。
【００２１】
次に、加圧器具２０を貫通孔１４から引き出し、次の熱伝導素材１５ａを貫通孔１４内に投入した後、再び加圧器具２０を貫通孔１４に挿入して、熱伝導素材１５ａを加圧変形させる。以下、熱伝導素材１５ａが貫通孔１４の上端に達するまでこのような作業を繰り返すと、各熱伝導素材１５ａは、図４（ａ）の状態から同図（ｂ）に状態へと変形して、下に位置する熱伝導素材１５ａおよび貫通孔１４の内周面に密着し、最終的には貫通孔１４を満たす一体化した熱伝導体１５が形成される。
【００２２】
これにより、熱伝導素材１５ａの加圧変形で形成された熱伝導体１５の外周面が貫通孔１４の内周面に隙間なく密着した状態となり、加熱ヒータ１３から受けた熱が熱伝導体１５を経由して耐熱性ブロック体１２全体に均等に伝わるようになるため、加熱面１１の温度分布にむらがなくなり、被加熱物を均一に加熱することができる。また、熱劣化や経年変化のおそれのあるサーマルグリスなどの熱伝達剤が一切不要であるため、耐久性も優れている。
【００２３】
また、貫通孔１４内に熱伝導体１５が形成された後、拡径部１６に熱伝導素材１５ｂを挿入、加圧変形させて熱伝導体１５と一体化させるとともに、拡径部１６の開口端にステンレス鋼製の封止部材１７を嵌入させることによって閉塞している。
【００２４】
したがって、大気中に露出して放熱量の多い、耐熱性ブロック体１２の端面付近への熱伝導量が増大し、また、封止部材１７によって、拡径部１６に位置する熱伝導体１５自体からの放熱が抑制されるので、耐熱性ブロック体１２の端面付近の温度低下を防止することができ、加熱面１１の温度分布の均一化に寄与することができるる。
【００２５】
次に、図５、図６を参照して、加熱装置１０を構成する各部分の寸法比率について説明する。加熱装置１０の全長をＬ、熱伝導素材１５ａの外径をＤ_０、熱伝導素材１５ａの長さをｌ_０、貫通孔の内径をＤ_１、加圧変形後の熱伝導素材１５ａの長さをｌ_１、拡径部１６の内径をＤ_２、拡径部１６の深さをｌ_２とすると、
Ｄ_０：ｌ_０＝１：２〜１：５
Ｄ_０＝Ｄ_１−（０．０５〜０．３）ｍｍ
ｌ_１＝ｌ_０×（０．８５〜０．９９）
５≦ｌ_２≦Ｌ／１０ｍｍ
Ｄ_２＞Ｄ_１×（１．０〜１．５）
としている。
【００２６】
また、図６に示すように、耐熱性ブロック体１２の中央部において、加熱ヒータ１３の直径をＤ_３、加熱面１１と熱伝導体１５との距離をｈ_１、加熱ヒータ１３と熱伝導体１５との距離をｈ_２、熱伝導体１５間の距離をｗ_１とすると、
ｈ_２≧Ｄ_１／２＋Ｄ_３／２＋３ｍｍ
Ｄ_１／２＋２≦ｈ_１≦Ｄ_１／２＋６ｍｍ
Ｄ_１＋２≦ｗ_１≦Ｄ_１×２ｍｍ
としている。
【００２７】
また、熱伝導素材１５ａを形成する材質として、ステンレス鋼製の耐熱性ブロック体１２よりも熱伝導性が高く、且つ、耐熱性ブロック体１２と熱膨張率の差が小さい銅を用いているため、加圧変形によって貫通孔１４の内周面への密着性に優れた熱伝導体１５を形成することができ、長期間使用しても、熱膨張率の差によって熱伝導体１５の外周と貫通孔１４の内周面との間に隙間が発生することもない。
【００２８】
本実施形態の加熱装置１０においては、耐熱性ブロック体１２に２本の加熱ヒータ１３を内蔵させ、２つの貫通孔１４に熱伝導素材１５ａを挿入および加圧変形させて熱伝導体１５を形成しているが、本発明はこれに限定するものではないので、被加熱物の形状や加熱温度などの諸条件に応じて、例えば、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、耐熱性ブロック体２１，２２，２３，２４の断面形状、加熱ヒータ２５，２６，２７，２８の直径、内蔵位置や内蔵本数、熱伝導体２９，３０，３１，３２の位置や本数などを任意に設定することができる。
【００２９】
図７（ａ）〜（ｄ）は被加熱物の形状や大きさなどに合致するように、加熱面３４，３５，３６，３７が形成されているが、熱伝導体２９，３０，３１，３２はそれぞれ複数の熱伝導素材（図示せず）を貫通孔３８，３９，４０，４１に挿入および加圧変形させて形成したものであるため、いずれにおいても、加熱装置１０と同等の機能、効果を発揮し、被加熱物を均一加熱することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００３１】
（１）被加熱物に接触させて加熱する耐熱性ブロック体と、耐熱性ブロック体を加熱する加熱手段と、耐熱性ブロック体に形成された貫通孔とを備え、この貫通孔内に貫通孔の長さより短い複数の熱伝導素材を順次挿入および加圧変形させて貫通孔を満たす熱伝導体を形成することにより、熱伝導素材の加圧変形で形成された熱伝導体の外周面が貫通孔の内周面に隙間なく密着した状態となり、加熱手段から受けた熱が熱伝導体を経由して耐熱性ブロック体全体に均等に伝わり加熱面の温度分布にむらがなくなるため、被加熱物を均一に加熱することができる。また、熱劣化や経年変化のおそれのあるサーマルグリスなどの熱伝達剤が一切不要となるので、耐久性も優れている。
【００３２】
（２）前記熱伝導素材の外径を、（貫通孔の内径）−（０．０５〜０．３ｍｍ）とすることにより、比較的少ない加圧力で熱伝導素材を貫通孔の内周面に完全に密着させることが可能となる。
【００３３】
（３）前記熱伝導素材の外径と長さとの比率を１：２〜１：５とすることにより、熱伝導素材を長さ方向に加圧したときに生じる収縮を、熱伝導素材の外径方向の膨張へと効率的に変換させることが可能となるため、熱伝導体を短時間で、効率的に形成することができる。
【００３４】
（４）前記貫通孔の端部に、貫通孔より内径が大きい拡径部を形成し、熱伝導素材を拡径部に挿入および加圧変形させて貫通孔内の熱伝導体と一体化させることにより、大気中に露出して放熱量の多い、耐熱性ブロック体の端面付近への熱伝導量を増大させることが可能となるので、耐熱性ブロック体の端面付近の温度低下を防止することができる。
【００３５】
（５）前記拡径部の開口端を耐熱性ブロック体と同材質の封止部材で閉塞することにより、拡径部に位置する熱伝導体自体からの放熱を抑制することが可能となるので、耐熱性ブロック体の端面付近の温度低下を防止することができる。
【００３６】
（６）前記熱伝導素材の材質を、金、銀、銅、アルミニウムのいずれかまたはこれらのうちの１以上を含有する合金とすることにより、貫通孔に挿入後の変形性、貫通孔の内周面との密着性が良好となり、耐熱性ブロック体より熱伝導率の高い熱伝導体を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態である加熱装置を示す断面斜視図である。
【図２】図１の加熱装置の一部切欠側面図である。
【図３】図１の加熱装置の製作工程を示す一部切欠側面図である。
【図４】図１の加熱装置の製作工程を示す説明図である。
【図５】図１の加熱装置の各部分の寸法比率の説明図である。
【図６】図１の加熱装置の各部分の寸法比率の説明図である。
【図７】他の実施形態である加熱装置を示す斜視図である。
【図８】従来の加熱装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０加熱装置
１１加熱面
１２，２１，２２，２３，２４耐熱性ブロック体
１３，２５，２６，２７，２８加熱ヒータ
１４，３８，３９，４０，４１貫通孔
１５，２９，３０，３１，３２熱伝導体
１５ａ，１５ｂ熱伝導素材
１６拡径部
１７封止部材
１８基礎面
１９閉塞器具
２０加圧器具
３４，３５，３６，３７加熱面

Claims

被加熱物に接触させて加熱する耐熱性ブロック体と、前記耐熱性ブロック体を加熱する加熱手段と、前記耐熱性ブロック体に形成された貫通孔とを備え、前記貫通孔内に貫通孔の長さより短い複数の熱伝導素材を順次挿入および加圧変形させて前記貫通孔を満たす熱伝導体を形成したことを特徴とする加熱装置。
前記熱伝導素材の外径が、（貫通孔の内径）−（０．０５〜０．３ｍｍ）である請求項１記載の加熱装置。
前記熱伝導素材の外径と長さとの比率が１：２〜１：５である請求項１または２記載の加熱装置。
前記貫通孔の端部に、前記貫通孔より内径が大きい拡径部を形成し、前記熱伝導素材を前記拡径部に挿入および加圧変形させて前記熱伝導体と一体化させた請求項１〜３のいずれかに記載の加熱装置。
前記拡径部の開口端を前記耐熱性ブロック体と同材質の封止部材で閉塞した請求項４記載の加熱装置。
前記熱伝導素材の材質が金、銀、銅、アルミニウムのいずれかまたはこれらのうちの１以上を含有する合金である請求項１〜５のいずれかに記載の加熱装置。