JP2008116080A - 熱風ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱ロスを少なくして必要な消費電力量を減少させ、しかも周囲の精密機器や精密部品に対する熱影響を少なくできるようにした熱風ヒータを提供する。
【解決手段】 ケース(11)内に配置されたヒータ手段(14)と、ヒータ手段の外側に設けられ、径方向に多重に積層された通路構造をなし、気体を最外側の通路(20A)から最内側の通路(20C)に向けて流通させることによりヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させる気体流通手段(20A,20B,20C)と、昇温された気体を前方に吐出するノズル手段(18)とを設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は熱風ヒータに関し、特に熱ロスを少なくして必要な消費電力量を減少させ、しかも周囲の精密機器や精密部品に対する熱影響を少なくできるようにした熱風ヒータに関する。

例えば、超精密機器の製造工程において電子部品や基板をプリヒートし半田付けを行い半田を除去する際に、クリーンな熱エネルギー源が要求されている。

従来、ステンレスパイプのカットリッチヒータや素焼きの絶縁物にニクロム線を巻回したニクロム線ヒータやステンレスパイプのカットリッチヒータをチャンバー内にレイアウトし、チャンバー内にエアーや不活性ガスを流してヒータで加熱し、熱風を発生させるようにした熱風ヒータが提案されていたが（特許文献１、特許文献２）、何回か使用すると、ニクロム線やステンレス鋼の粉状の熱酸化物が発生し、熱風に粉状の異物が含まれて作業の仕上がりに悪影響を与えるおそれがあった。

他方、本件出願人は、チャンバー内にヒータホルダを内蔵し、ヒータホルダには複数の挿通穴を同心円上において相互にほぼ平行にかつ長手方向に延びて両端を開口して穿設し、ヒータホルダの挿入穴にはセラミック製のヒータ手段を挿通して保持し、ヒータ手段を個別に通電制御可能に構成する一方、ヒータ手段には気体の流通通路を長手方向に延びて設け、チャンバーの先端側にノズル取付部を形成し、ノズル取付部には任意形状のノズルを着脱可能に取付け、もってヒータ出力を容易に調整でき、これにより気体温度、気体流量、気体圧力も自動調節できるようにした熱風ヒータを開発し出願するに至った（特許文献３）。

特開平０８−１８９７０６号公報 特開２００２−１１７９６３号公報 特開２００２−１３４９０４号公報

しかし、特許文献３記載の熱風ヒータではその構造上、ヒータの熱がチャンバーの周囲に逃げやすく、周囲の精密機器や精密部品への影響が懸念され、又熱ロスに起因して気体を所定の温度に加熱するためには大きな電流をヒータに通電する必要があり、消費電力が大きくなるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、熱ロスを少なくして必要な消費電力量を減少させ、しかも周囲の精密機器や精密部品に対する熱影響を少なくできるようにした熱風ヒータを提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る熱風ヒータは、ケース内に配置されたヒータ手段と、該ヒータ手段とケースとの間に設けられ、径方向に多重に積層された通路構造をなし、気体を最外側の通路から最内側の通路に向けて流通させることにより上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させる気体流通手段と、上記昇温された気体を前方に吐出するノズル手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の特徴の１つはヒータ手段の外側に多重積層した通路構造の気体流通手段を設け、気体を最外側の通路から最内側の通路に向けて順次流通させ、その間にヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させるようにした点にある。

これにより、ヒータ手段の熱のほとんどが気体の加熱に使われ、ケースの外側に逃げる熱は少なくなる。その結果、ヒータ手段をそれほど高温に発熱させなくとも、気体を十分に加熱できるので、消費電力を少なくでき、又周囲への熱の逃げを少なくできるので、周囲への熱の影響を少なくできる。

ここで、気体流通手段は例えば繰り返し矩形状に折り返した形状の複数本のパイプをヒータ手段の廻りに周方向に並べかつパイプの直線状部分をヒータ手段の長手方向に沿わせてレイアウトして多重積層の通路構造を構成してもよい。また、パイプをヒータ手段に長手方向に沿って延ばして折り返し再びヒータ手段に長手方向に沿って延ばして折り返しこの構造をヒータ手段に全周にわたって繰り返しこの構造をヒータ手段の廻りに多段に繰り返して多重積層の通路構造を構成してもよく、さらにはパイプをヒータ手段の廻りに巻回しこれをヒータ手段の長手方向に沿って繰り返しこの構造をヒータ手段の廻りに多段に繰り返して多重積層の通路構造を構成してもよい。

しかし、この気体流通手段の多重積層の通路構造は上述のようにパイプを用いて構成すると、製造が煩雑になるおそれがあることから、筒体を用いたチャンバーを形成することによって多重積層の通路構造を構成するのがよい。

即ち、本発明によれば、内部に気体が供給されるケースと、該ケース内に配置されたヒータ手段と、該ヒータ手段とケースとの間に設けられ、１つの筒体又は同心多重の複数の筒体によって仕切られたチャンバー構造をなし、上記ケース内に導入された気体を複数の各チャンバー内を上記ケースの中心軸線方向にかつ最外側のチャンバーから最内側のチャンバーに順次流通させることにより上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させる気体流通手段と、昇温された気体を前方に吐出するノズル手段と、を備えたことを特徴とする。

気体流通通路の多重積層の通路構造を筒体を用いたチャンバーによって構成すると、パイプを用いて構成する場合に比して製造が簡単である。さらには、チャンバー内における気体の流通抵抗が小さく、しかも気体とチャンバー壁面との接触面積がパイプの場合に比して大きいので、ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を効率よく昇温させることができる。本件発明者らの試験によれば、上述の多重チャンバー構造の場合には消費電力量３００Ｗ／ｈのものが、特許文献３記載の方式の５００Ｗ／ｈの熱風ヒータとほぼ同性能を呈示し、省エネルギーの熱風ヒータであることが確認された。

上述のように、本発明の特徴の１つがヒータ手段の外側に多重積層の通路構造（チャンバー構造）を有する気体流通手段を設けるようにした点にあるので、ヒータ手段の構造は特に限定されず、例えば１本のセラミックヒータを用い、これをケースの中心に配置するようにしてもよいが、例えば棒状をなす複数本のセラミックヒータを筒状にレイアウトしあるいは筒状のヒータを採用すると、ヒータ内側においても気体の加熱を行うことができる。

即ち、ヒータ手段を筒状となし、ヒータ手段の内部は導入された気体をヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって昇温又は保温する気体流通手段に構成するのが好ましい。

さらに、ヒータ手段を筒状となし又は棒状をなす複数のヒータ手段を筒状に配列し、ヒータ手段の内側には１つの筒体又は同心多重の複数の筒体によってチャンバー構造に仕切られることにより、導入された気体をヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって昇温又は保温する気体流通手段を構成し、最内側のチャンバーの先端には昇温された気体を前方に吐出するノズル手段を設け、ヒータ手段内に導入された気体を気体流通手段のチャンバー内を上記ケースの中心軸線方向にかつ外側のチャンバーから最内側のチャンバーに順次流通させることによりヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体が昇温され保温させるように構成することもできる。

上述のように気体は効率よく加熱されて昇温されるので、温度センサーを設けて温度コントロールを行うのがよいが、吐出温度を精度よく検出するのが望ましい。そこで、ヒータ手段内の気体流通手段の最内側チャンバーの出口近傍の中心に温度センサーを配置するのがよい。

また、本発明の目的の１つがクリーンな熱エネルギー源を提供することであるので、ヒータ手段の高熱による粉状の酸化物などの異物が発生し難い材料を用いるのが好ましい。そこで、気体流通手段の筒体やノズル手段をインコネル（例えば、インコネル６００）やセラミックスを用いて製作するのがよい。

気体は特に限定されず、エアーや二酸化炭素ガスなどを用いることができるが、電子部品や基板のプリヒート、半田付けや半田の除去などに適用する場合には電子部品などを酸化させないように、窒素ガスなどの不活性ガスを用いるのがよい。

ノズル手段は熱風を吐出できればよく、任意に形状を採用できる。例えば、ヒータ手段内の気体流通手段の筒体と一体に形成したものでもよく、又筒体やケースに固定したものでもよい。

ノズル手段は単に気体流通手段の終端からの高温の熱風を吐出するようにしてもよいが、高温の熱風が目標に達するまでの飛散や温度低下を少なくする上で、高温の熱風の周囲に低温の熱風を吐出する構造とするのがよい。

即ち、ノズル手段が気体流通手段の終端からの高温の気体を吐出する主ノズルと、気体流通手段の途中から取り出され高温の気体よりも低温の気体を高温の気体の廻りに吐出する補助ノズルとから構成するのがよい。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図３は本発明に係る熱風ヒータの好ましい実施形態を示す。図において、熱風ヒータ１０は円筒状をなすステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０３製のケース１１を有し、ケース１１にはアルミニウム合金系のホルダー１０Ａが取付けられ、又ケース１１の後端面には不活性ガスの供給ホース２２Ａが接続されるプラグ２２が取付けられ、ケース１１内には後端から不活性ガスが供給されるようになっている。

ケース１１内には棒状をなす複数本のセラミックヒータ１４がケース１１の中心線を中心とした円筒状に配置され、セラミックヒータ１４は酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃製のベース１６、２１によってケース１１に保持され、セラミックヒータ１４には通電線が接続されている。

このセラミックヒータ１４の外側には２つの筒体１２、１３が同心多重にレイアウトされ、ベース１６及びステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０３製のノズルベース１７Ａによって保持され、筒体１２、１３は例えばインコネル６００を用いて製作され、これによってセラミックヒータ１４の外側にはケース１１の径方向に多重に積層された通路構造をなす気体流通チャンバー（気体流通手段）２０Ａ〜２０Ｃが構成されている。

また、筒状に配列されたセラミックヒータ１４の内側には筒体１５がケース１１と同心にレイアウトされ、筒体１５はノズルベース１７Ａに結合されて保持され、筒体１５は例えばインコネル６００を用いて製作され、これによってセラミックヒータ１４の内側にはケース１１の径方向に二重に積層された通路構造をなす気体流通チャンバー（気体流通手段）２０Ｄ、２０Ｅが構成されている。

筒体１５の先端には主ノズル１８が一体的に形成され、ノズルベース１７Ａには補助ノズル１７が主ノズル１８を取り囲むように形成され、補助ノズル１７は流通口１７Ｂによってチャンバー２０Ｃに連通されている。

また、筒体１５内には温度センサー１９が設けられ、温度センサー１９は蓄熱体であるインコネル６００製の棒材内に内蔵されてベース１６、２１によってケース１１に保持され、温度センサー１９には信号線が接続され、信号線及びセラミックヒータ１４の通電線はケーブル２３にまとめられてケース１１の後端から取り出され、制御機器３０に接続され、制御機器３０にも不活性ガスの供給ホース２２Ａが接続され、制御機器３０には外部から不活性ガスが供給されている。

熱風を発生させる場合、制御機器３０によってセラミックヒータ１４に通電して発熱させるとともに、ケース１１内に不活性ガスを供給する。ケース１１内に導入された不活性ガスは最外側の気体流通チャンバー２０Ａ内に導入され、気体流通チャンバー２０Ａ内を前方に流れ、流通口１２Ａを通り、内側に隣接する気体流通チャンバー２０Ｂ内に導入され、気体流通チャンバー２０Ｂを後方に流れ、気体流通チャンバー２０Ｃの後端の流通口から気体流通チャンバー２０Ｃ内に導入される。

気体流通チャンバー２０Ｃ内に導入された不活性ガスは気体流通チャンバー２０Ｃ内を前方に流れ、気体流通チャンバー２０Ｄの前端の流通口から気体流通チャンバー２０Ｄ内に導入され、気体流通チャンバー２０Ｄ内を後方に流れ、気体流通チャンバー２０Ｅの後端の流通口から気体流通チャンバー２０Ｅ内に導入され、気体流通チャンバー２０Ｄ内を前方に流れて主ノズル１８から前方に吐出される。

不活性ガスが気体流通チャンバー２０Ａ〜２０Ｅを流通する間に、不活性ガスはセラミックヒータ１４の伝熱又は輻射熱を受けて次第に昇温され、所定の高温度となって前方に吐出されることとなる。

また、気体流通チャンバー２０Ｃ内を前方に流れてきた不活性ガスの一部は流通口１７Ｂから補助ノズル１７内に導入され、主ノズル１８から吐出された高温の不活性ガスよりも低温のままで高温の不活性ガスの周囲に吐出され、これによって高温の不活性ガスの飛散や温度低下が抑制される。

主ノズル１８から吐出される不活性ガスの温度は温度センサー１９によって検知され、制御機器３０に送られ、主ノズル１８から吐出される不活性ガスが設定温度となるようにセラミックヒータ１４の通電が制御される。

また、本例ではセラミックヒータ１４の通電系及び温度センサー１９の信号系がケース１１内に導入された高温となっていない不活性ガス雰囲気内にレイアウトされ、しかもこれらの通電系や信号系には冷たい不活性ガスが吹き付けられるので、セラミックヒータ１４の通電系及び温度センサー１９の信号系が熱の影響を受けるのが少なく、耐久性を保証できる。

本発明に係る熱風ヒータの好ましい実施形態を示す概略斜視図である。 上記実施形態における断面構成を示す図である。 上記実施形態における要部の構造を示す図である。

符号の説明

１０ 熱風ヒータ
１１ ケース
１２、１３、１５ 筒体
１４ セラミックヒータ
１７ 補助ノズル
１８ 主ノズル
２０Ａ〜２０Ｅ 気体流通チャンバー（気体流通手段）
１９ 温度センサー

Claims (8)

1. ケース内に配置されたヒータ手段と、
   該ヒータ手段とケースとの間に設けられ、径方向に多重に積層された通路構造をなし、気体を最外側の通路から最内側の通路に向けて流通させることにより上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させる気体流通手段と、
   上記昇温された気体を前方に吐出するノズル手段と、
   を備えたことを特徴とする熱風ヒータ。
2. 内部に気体が供給されるケースと、
   該ケース内に配置されたヒータ手段と、
   該ヒータ手段とケースとの間に設けられ、１つの筒体又は同心多重の複数の筒体によって仕切られたチャンバー構造をなし、上記ケース内に導入された気体を複数の各チャンバー内に上記ケースの中心軸線方向にかつ最外側のチャンバーから最内側のチャンバーに順次流通させることにより上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体を次第に昇温させる気体流通手段と、
   昇温された気体を前方に吐出するノズル手段と、
   を備えたことを特徴とする熱風ヒータ。
3. 上記ヒータ手段が筒状をなし、上記ヒータ手段の内部は導入された気体を上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって昇温又は保温する気体流通手段となっている請求項１又は２記載の熱風ヒータ。
4. 上記ヒータ手段が筒状をなし又は棒状をなす複数の上記ヒータ手段が筒状に配列され、上記ヒータ手段の内側には１つの筒体又は同心多重の複数の筒体によってチャンバー構造に仕切られることにより、導入された気体を上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって昇温又は保温する気体流通手段が構成され、最内側のチャンバーの先端には昇温された気体を前方に吐出するノズル手段が設けられており、
   上記ヒータ手段内に導入された気体が上記気体流通手段のチャンバー内を上記ケースの中心軸線方向にかつ外側のチャンバーから最内側のチャンバーに順次流通させることにより上記ヒータ手段の伝熱又は輻射熱によって気体が昇温され保温されるようになっている請求項１又は２記載の熱風ヒータ。
5. 上記ノズル手段が上記気体流通手段の終端からの高温の気体を吐出する主ノズルと、上記気体流通手段の途中から取り出され上記高温の気体よりも低温の気体を上記高温の気体の廻りに吐出する補助ノズルとから構成されている請求項１又は２記載の熱風ヒータ。
6. 上記ヒータ手段内の気体流通手段の最内側チャンバーの出口近傍の中心には温度センサーが配置されている請求項４記載の熱風ヒータ。
7. 上記気体流通手段の筒体がインコネル又はセラミックスを用いて製作されている請求項２又は４記載の熱風ヒータ。
8. 上記ノズル手段がインコネル又はセラミックスを用いて製作されている請求項１又は２記載の熱風ヒータ。

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