JP2015210065A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化を図るとともに、消費電力量の低減化を図ること。
【解決手段】装置本体１０の内部に載置された対象物１に熱処理を行う熱処理装置において、対象物１の周囲を覆う態様で配設されることにより対象物１を略密閉された空間に位置させるカバー体３０と、対象物１との間に断熱板１１が介在した状態で装置本体１０の内部に配設され、かつ駆動する場合に対象物１を載置する発熱体２０を誘導加熱により加熱して対象物１を間接的に加熱する誘導加熱コイル４０と、カバー体３０により形成される空間に不活性ガスを供給して空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、熱処理指令が与えられた場合には、誘導加熱コイル４０を駆動させて対象物１の加熱処理を行う一方、対象物１の加熱処理が行われた場合には、誘導加熱コイル４０を駆動停止にさせて雰囲気調整手段による不活性ガスの供給を増大させて対象物１の冷却処理を行う制御部７０を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理装置に関し、より詳細には、装置本体の内部に載置された対象物に対して例えばろう付け等の熱処理を行う熱処理装置に関するものである。

従来、対象物に対して例えばろう付け等の熱処理を行う熱処理装置として、対象物である金属製品をいずれも略真空状態である第１加熱室、第２加熱室、第１冷却室及び第２冷却室に搬送手段で順次搬送するように構成されたものが知られている。

このような熱処理装置においては、第１加熱室で誘導加熱により対象物をろう材の融点近くまで加熱し、その後に第２加熱室に搬送してこの第２加熱室にてヒータ等が内部空気を加熱することで対象物をろう付け温度まで加熱している。そして、熱処理装置においては、このようにして加熱した対象物を第１冷却室及び第２冷却室の順に搬送させて、それぞれの室にて冷却するようにして所望のろう付け製品が製造されることとなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１１５４１３号公報

ところが、上述した熱処理装置では、対象物である金属製品を第１加熱室、第２加熱室、第１冷却室及び第２冷却室の複数の略真空状態となる室に搬送手段で搬送する必要があったので、複数の室が必要になるとともに搬送手段も必要となり、これにより装置全体の大型化を招来するものであった。また第２加熱室では、ヒータ等が内部空気を加熱することで対象物を加熱するようにしていたので、対象物が搬送される前から第２加熱室の内部空気を十分に加熱する必要があり、保温時の消費電力量も十分に大きいものであった。

尚、上記特許文献１においては、第１加熱室と第２加熱室とが一体化された熱処理装置も提案されているが、第１加熱室と第２加熱室とを一体化させてもこれら加熱室で加熱された対象物を第１冷却室及び第２冷却室に搬送手段で搬送することから装置全体の大型化を招来する問題は依然として残っている。また、第１加熱室と第２加熱室とが一体化されても、一体化された加熱室の前半部分で誘導加熱による加熱を行い、該加熱室の後半部分でヒータによる加熱を行うことから、依然として保温時の消費電力量も十分に大きいものであった。

本発明は、上記実情に鑑みて、装置全体の小型化を図るとともに、消費電力量の低減化を図ることができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る熱処理装置は、装置本体の内部に載置された対象物に対して熱処理を行う熱処理装置において、前記対象物の周囲を覆う態様で配設されることにより、該対象物を略密閉された空間に位置させるカバー体と、前記対象物との間に断熱部材が介在した状態で前記装置本体の内部に配設され、かつ駆動する場合に前記対象物を誘導加熱により直接的に加熱、あるいは前記対象物を載置する発熱体を誘導加熱により加熱して該対象物を間接的に加熱する誘導加熱手段と、前記カバー体により形成される前記空間に不活性ガスを供給して該空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、熱処理指令が与えられた場合には、前記誘導加熱手段を駆動させて前記対象物の加熱処理を行う一方、前記対象物の加熱処理が行われた場合には、前記誘導加熱手段を駆動停止にさせて前記雰囲気調整手段による不活性ガスの供給を増大させて前記対象物の冷却処理を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記熱処理装置において、前記対象物の加熱処理及び冷却処理が行われている場合に、前記誘導加熱手段に対して空気を送出して該誘導加熱手段を冷却する送風手段を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記熱処理装置において、前記カバー体は、断熱性材料から形成されて成ることを特徴とする。

また本発明は、上記熱処理装置において、前記制御手段は、前記熱処理指令が与えられた場合、前記雰囲気調整手段による不活性ガスの供給により前記空間の酸素濃度が予め決められた閾値以下となるときに前記誘導加熱手段を駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、熱処理指令が与えられた場合に、誘導加熱手段を駆動させて対象物を加熱処理し、この加熱処理の終了後に誘導加熱手段を駆動停止にさせてカバー体により形成された空間に対する不活性ガスの供給量を増大させて対象物を冷却処理するようにしているので、従来のように加熱室から冷却室へ対象物を搬送する搬送手段を必要とせず、装置全体を小型化させることができる。しかも、誘導加熱により対象物を加熱しているので、従来のようにヒータ等で内部空気を予備的に加熱することを必要とせず、結果的に保温時における消費電力量を低減させることができる。従って、装置全体の小型化を図るとともに、消費電力量の低減化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である熱処理装置を模式的に示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態である熱処理装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態である熱処理装置を構成する制御部が実施する処理内容を示すフローチャートである。 図４は、図３に示した雰囲気調整処理の処理内容を示すフローチャートである。 図５は、図３に示した加熱処理の処理内容を示すフローチャートである。 図６は、図３に示した冷却処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である熱処理装置を模式的に示す模式図であり、図２は、本発明の実施の形態である熱処理装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。ここで例示する熱処理装置は、装置本体１０、発熱体２０、カバー体３０、誘導加熱コイル４０及びファン５０を備えて構成されている。

装置本体１０は、断熱板１１、脚部１２及び箱体１３を備えて構成されている。断熱板１１（１１ａ及び１１ｂ）は、複数（図示の例では２つ）あり、それぞれセラミックス等から形成されて矩形状の板状体である。これら断熱板１１は、スペーサ１１ｃを介在させた状態で互いが離隔した状態で積層されている。つまり、２つの断熱板１１の間には、間隙１１ｄが形成されている。

脚部１２は、複数（例えば４つ）設けられており、それぞれが下側の断熱板１１ｂの４つの頂部の下面より下方に延在する態様で設けられている。

箱体１３は、下面が開口した直方状を成すものである。このような箱体１３は、前面、後面、左側面及び右側面の各下端部が上側の断熱板１１ａの各縁端部の上面に載置されることで、上側の断熱板１１ａの上方域を覆う外壁を構成している。

発熱体２０は、円板状の形態を成すものである。この発熱体２０は、例えば黒鉛、グラファイト等の電気抵抗率が１０−５オーダーの材料から形成されるものである。このような発熱体２０は、上側の断熱板１１ａにおける中央域の上面に載置されている。かかる発熱体２０は、自身の上面に熱処理の対象となる対象物（例えば銅や銀等）１を載置させるものである。

カバー体３０は、断熱性材料から形成されるもので、例えば半球状の形態を成すものである。このようなカバー体３０は、自身の開口部が上側の断熱板１１ａに閉塞される態様で、該上側の断熱板１１ａに載置されることにより、発熱体２０及び対象物１の周囲を覆う態様で配設されている。これにより、対象物１及び発熱体２０は、略密閉された空間に位置することとなる。かかるカバー体３０の内面は、反射面を構成している。

このようなカバー体３０には、図示せぬ給気口及び排気口が形成されている。給気口は、給気ライン２１に連通している。給気ライン２１は、箱体１３に設けられた第１貫通孔（図示せず）を貫通する態様で設けられており、図示せぬボンベ等に封入された窒素ガス等の不活性ガスをカバー体３０が形成する空間に供給するためのものである。この給気ライン２１の途中にはバルブ２２が設けられている。バルブ２２は、後述する制御部７０からの指令により開度が調整されるもので、閉成する場合には、不活性ガスの通過を規制する一方、開成する場合には、不活性ガスの通過を許容するものである。

排気口は、排気ライン２３に連通している。排気ライン２３は、箱体１３に設けられた第２貫通孔（図示せず）を貫通する態様で設けられている。この排気ライン２３は、排気口から流入したガスを外部に排出するためのものである。

誘導加熱コイル４０は、下側の断熱板１１ｂよりも下方側に配設されている。より詳細に説明すると次のようになる。装置本体１０を構成する脚部１２のうち前後一対の関係となる脚部１２間には、左右一対となる支持部材４１が架設されている。これら支持部材４１は、それぞれ上方に向けて突出する態様で延在する上延部４２を有している。誘導加熱コイル４０は、渦巻形状に巻かれており、これら上延部４２の先端部に支持される態様で配設されている。

このような誘導加熱コイル４０は、電気的に接続される電力変換装置４３より特定の周波数の電圧が印加される場合に、発熱体２０を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段である。ここで、電力変換装置４３は、いわゆるインバータ回路を内蔵するものであり、商用電源４４から与えられる交流を特定の周波数の交流として誘導加熱コイル４０に与えるものである。

ファン５０は、誘導加熱コイル４０の下方側において、上記左右一対の支持部材４１を跨る態様で配設されている。このファン５０は、制御部７０からの指令により駆動するものであり、駆動する場合に、誘導加熱コイル４０に対して空気を送出する送風手段である。

このような熱処理装置は、上記構成の他、入力手段６１、酸素濃度検出センサ６２、温度検出センサ６３及び制御部７０を備えている。

入力手段６１は、例えばリモコンのテンキーやキーボード、あるいはタッチパネル式画面等のようなもので、熱処理装置を利用する作業者が各種指令等を入力するための操作入力部である。

酸素濃度検出センサ６２は、カバー体３０の内面の所定箇所に配設されている。この酸素濃度検出センサ６２は、カバー体３０が配設される場合に、該カバー体３０により形成される空間の酸素濃度を検出するものである。この酸素濃度検出センサ６２で検出した酸素濃度は、酸素濃度信号として制御部７０に出力されることとなる。

温度検出センサ６３は、発熱体２０の表面の所定箇所に配設されている。この温度検出センサ６３は、発熱体２０の温度を検出するものである。この温度検出センサ６３で検出した温度は、温度信号として制御部７０に出力されることとなる。

制御部７０は、メモリ８０に記憶されたプログラムやデータに従って熱処理装置の動作、すなわち熱処理を統括的に制御するもので、入力処理部７１、比較部７２、バルブ駆動処理部７３、インバータ駆動処理部７４、ファン駆動処理部７５を備えている。ここでメモリ８０には、種々の情報が記憶されており、本実施の形態において特徴的なものとして基準濃度情報、目標温度情報が記憶されている。基準濃度情報は、後述する熱処理において閾値となる基準濃度（例えば１００ｐｐｍ）が含まれる情報である。目標温度情報は、後述する熱処理において目標値となる目標温度が含まれる情報である。

入力処理部７１は、入力手段６１や各種センサ等からの指令や信号等を入力処理するものである。比較部７２は、入力処理部７１を通じて入力処理した検出濃度とメモリ８０から読み出した基準濃度とを比較、並びに入力処理部７１を通じて入力処理した検出温度とメモリ８０から読み出した目標温度とを比較処理するものである。

バルブ駆動処理部７３は、バルブ２２に対して指令を与えて、バルブ２２を開成、閉成、並びに開度の増減を行うものである。

インバータ駆動処理部７４は、電力変換装置４３に対して指令を与えて、電力変換装置４３を駆動、あるいは駆動停止にさせるものである。また、インバータ駆動処理部７４は、電力変換装置４３に対して指令を与えることにより、電力変換装置４３の出力を増減させて誘導加熱コイル４０に印加する電圧の周波数を増減させるものである。

ファン駆動処理部７５は、ファン５０に対して指令を与えることにより、ファン５０を駆動、駆動停止にさせるものである。

以上のような構成を有する熱処理装置では、発熱体２０の上に対象物１が載置された後にカバー体３０が配設されることにより略密閉された空間が形成され、そして、給気ライン２１及び排気ライン２３が配設された後に箱体１３が配置されることで、次のような熱処理を行うことができる。

図３は、本発明の実施の形態である熱処理装置を構成する制御部が実施する処理内容を示すフローチャートである。

制御部７０は、利用者である作業者が入力手段６１を通じて熱処理指令を入力する入力待ちとなっている（ステップＳ１００）。そして、作業者が入力手段６１を通じて熱処理指令を入力することで、入力処理部７１を通じて熱処理指令を入力した場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、制御部７０は、雰囲気調整処理を実施する（ステップＳ２００）。

図４は、図３に示した雰囲気調整処理の処理内容を示すフローチャートである。

この雰囲気調整処理において制御部７０は、バルブ駆動処理部７３を通じてバルブ２２に対して開指令を与えてバルブ２２を開成させる（ステップＳ２０１）。このようにバルブ２２を開成させた制御部７０は、入力処理部７１を通じての酸素濃度信号の入力待ち（ステップＳ２０２）、すなわち酸素濃度検出センサ６２による酸素濃度検出待ちとなる。

入力処理部７１を通じて酸素濃度信号を入力した場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、制御部７０は、比較部７２を通じてメモリ８０より基準濃度情報を読み出し、酸素濃度信号に含まれる検出濃度が基準濃度情報に含まれる基準濃度（１００ｐｐｍ）以下であるか否かを比較する（ステップＳ２０３）。

検出濃度が基準濃度以下の場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、制御部７０は、バルブ駆動処理部７３を通じてバルブ２２に対して開度を減少させる旨の指令を与えることでバルブ２２の開度を減少させ（ステップＳ２０４）、その後に手順をリターンさせて今回の雰囲気調整処理を終了する。ここで、ステップＳ２０４でのバルブ２２に対する開度の減少であるが、開度は減少させても依然としてバルブ２２が開成した状態となるようにしている。

このような雰囲気調整処理によれば、カバー体３０により略密閉される空間の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に調整することができる。

一方、検出濃度が基準濃度を上回る場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、制御部７０は、バルブ駆動処理部７３を通じてバルブ２２に対して開度を増大させる旨の指令を与えることでバルブ２２の開度を増大させ（ステップＳ２０５）、その後に上記ステップＳ２０２に戻る。つまり、検出濃度が基準濃度以下となるまでステップＳ２０２、ステップＳ２０３及びステップＳ２０５の処理を繰り返す。

このようにして雰囲気調整処理を実施した制御部７０は、加熱処理を実施する（ステップＳ３００）。

図５は、図３に示した加熱処理の処理内容を示すフローチャートである。

この加熱処理において制御部７０は、インバータ駆動処理部７４を通じて電力変換装置４３に対して駆動指令を与えて電力変換装置４３を駆動させるとともに、ファン駆動処理部７５を通じてファン５０に対して駆動指令を与えてファン５０を駆動させる（ステップＳ３０１，ステップＳ３０２）。

これによれば、特定の周波数の電圧が誘導加熱コイル４０に印加されることとなり、発熱体２０が誘導加熱コイル４０により誘導加熱される。このように発熱体２０が加熱されると、発熱体２０に載置された対象物１を発熱体２０より直接、カバー体３０により形成される密閉空間の内部雰囲気を通じて、あるいはカバー体３０の内面に反射して熱が伝わることで対象物１が加熱されることとなる。そして、ファン５０を駆動させることにより、空気を誘導加熱コイル４０に送出することができ、誘導加熱コイル４０が必要以上に高温となってしまうことを抑制することができる。

このように電力変換装置４３及びファン５０を駆動させた制御部７０は、内蔵する時計により予め設定された所定時間が経過するまで温調制御処理を行う（ステップＳ３０３〜ステップＳ３０７）。

この温調制御処理において制御部７０は、入力処理部７１を通じて温度信号を入力した場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、比較部７２を通じてメモリ８０より目標温度情報を読み出し、温度信号に含まれる検出温度が目標温度情報に含まれる目標温度以上であるか否かを比較する（ステップＳ３０４）。

制御部７０は、検出温度が目標温度以上の場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）には、インバータ駆動処理部７４を通じて電力変換装置４３に対して出力を減少させる旨の指令を与えることで誘導加熱コイル４０に印加する周波数を減少させる（ステップＳ３０５）一方、検出温度が目標温度未満の場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）には、インバータ駆動処理部７４を通じて電力変換装置４３に対して出力を増大させる旨の指令を与えることで誘導加熱コイル４０に印加する周波数を増大させる（ステップＳ３０６）。

制御部７０は、このような温調制御処理を所定時間が経過するまで行い、所定時間が経過した場合（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、インバータ駆動処理部７４を通じて電力変換装置４３に対して駆動停止指令を与えて電力変換装置４３を駆動停止にさせ（ステップＳ３０８）、その後に手順をリターンさせて今回の加熱処理を終了する。

このような加熱処理によれば、発熱体２０を目標温度に一致するよう誘導加熱することで対象物１を加熱処理することができる。また、この加熱処理中は、次の冷却処理に比べて不活性ガスの供給量を減少させることで、カバー体３０により形成される空間の温度が必要以上に低下することを防止する。

このようにして加熱処理を実施した制御部７０は、冷却処理を実施する（ステップＳ４００）。

図６は、図３に示した冷却処理の処理内容を示すフローチャートである。

この冷却処理において制御部７０は、バルブ駆動処理部７３を通じてバルブ２２に対して開度を増大する旨の指令を与えてバルブ２２の開度を増大させる（ステップＳ４０１）。

これによれば、カバー体３０が形成する空間に供給される不活性ガスの量を増大させることができ、かかる不活性ガスにより対象物１を徐々に冷却することができる。また、対象物１を冷却している際にもファン５０の駆動を継続させているので、空気を誘導加熱コイル４０に送出することを継続し、対象物１の熱が誘導加熱コイル４０に伝達して必要以上に高温となってしまうことを抑制することができる。

このようにしてバルブ２２の開度を増大させた制御部７０は、内蔵する時計を通じて予め設定された所定時間が経過するか否かを確認する（ステップＳ４０２）。このステップＳ４０２における所定時間は、対象物１を不活性ガスにより常温にまで冷却するのに必要十分な時間であり、予め実験的に求められて設定されている。

所定時間が経過した場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、制御部７０は、バルブ駆動処理部７３を通じてバルブ２２に対して閉指令を与えてバルブ２２を閉成させるとともに（ステップＳ４０３）、ファン駆動処理部７５を通じてファン５０に対して駆動停止指令を与えてファン５０を駆動停止にさせ（ステップＳ４０４）、その後に手順をリターンさせて今回の冷却処理を終了する。

このような冷却処理によれば、不活性ガスを供給することで対象物１を常温まで冷却することができる。

そして、このような冷却処理を実施した制御部７０は、今回の熱処理指令に基づく処理を終了する。これにより、作業者は、箱体１３を上側の断熱板１１ａから離脱させるとともに、カバー体３０を取り外すことにより、対象物１が熱処理されて製造された所望のろう付け製品を取り出すことができる。

このように本実施の形態である熱処理装置においては、給気ライン２１及びバルブ２２が、カバー体３０により形成される空間に不活性ガスを供給して該空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段を構成している。

以上説明したように、本発明の実施の形態である熱処理装置によれば、熱処理指令が与えられた場合に、カバー体３０により形成される空間に不活性ガスを供給して該空間の雰囲気を調整した後に誘導加熱コイル４０に特定の周波数の電圧を印加させて発熱体２０を誘導加熱により加熱して対象物１を間接的に加熱処理し、この加熱処理の終了後に誘導加熱コイル４０への電圧の印加を停止して上記空間に対する不活性ガスの供給量を増大させて対象物１を冷却処理するようにしているので、従来のように加熱室から冷却室へ対象物１を搬送する搬送手段を必要とせず、装置全体を小型化させることができる。しかも、誘導加熱により発熱体２０を加熱して対象物１を間接的に加熱しているので、従来のようにヒータ等で内部空気を予備的に加熱することを必要とせず、結果的に保温時における消費電力量を低減させることができる。更に、誘導加熱による加熱処理中は冷却処理中よりも不活性ガスの供給量を減少させることで、カバー体３０により形成される空間の温度が必要以上に低下することを防止することができる。従って、装置全体の小型化を図るとともに、消費電力量の低減化を図ることができる。

上記熱処理装置によれば、対象物１の加熱処理及び冷却処理が行われている場合に、ファン５０が駆動して誘導加熱コイル４０に対して空気を送出するので、誘導加熱コイル４０が必要以上に高温になってしまうことを抑制することができる。

上記熱処理装置によれば、カバー体３０が断熱性材料から形成されているので、カバー体３０を配設することにより形成される空間内の熱がカバー体３０を通じて外部に放出されてしまう割合を低減させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、誘導加熱コイル４０により発熱体２０を誘導加熱により加熱して対象物１を間接的に加熱していたが、これは熱処理の対象物として例えば銅を銀ろう付けする場合等のように誘導加熱しづらい材質の場合に特に有効である。本発明においては、対象物が鉄等のように誘導加熱により加熱されやすい材質のものであれば、発熱体を用いずに誘導加熱手段により対象物を誘導加熱により直接加熱するようにしてもよい。

１ 対象物
１０ 装置本体
１１ 断熱板
２０ 発熱体
２２ バルブ
３０ カバー体
４０ 誘導加熱コイル
４３ 電力変換装置
５０ ファン
６２ 酸素濃度検出センサ
６３ 温度検出センサ
７０ 制御部
７１ 入力処理部
７２ 比較部
７３ バルブ駆動処理部
７４ インバータ駆動処理部
７５ ファン駆動処理部
８０ メモリ

Claims (4)

1. 装置本体の内部に載置された対象物に対して熱処理を行う熱処理装置において、
   前記対象物の周囲を覆う態様で配設されることにより、該対象物を略密閉された空間に位置させるカバー体と、
   前記対象物との間に断熱部材が介在した状態で前記装置本体の内部に配設され、かつ駆動する場合に前記対象物を誘導加熱により直接的に加熱、あるいは前記対象物を載置する発熱体を誘導加熱により加熱して該対象物を間接的に加熱する誘導加熱手段と、
   前記カバー体により形成される前記空間に不活性ガスを供給して該空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、
   熱処理指令が与えられた場合には、前記誘導加熱手段を駆動させて前記対象物の加熱処理を行う一方、前記対象物の加熱処理が行われた場合には、前記誘導加熱手段を駆動停止にさせて前記雰囲気調整手段による不活性ガスの供給を増大させて前記対象物の冷却処理を行う制御手段と
   を備えたことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記対象物の加熱処理及び冷却処理が行われている場合に、前記誘導加熱手段に対して空気を送出して該誘導加熱手段を冷却する送風手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記カバー体は、断熱性材料から形成されて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記制御手段は、前記熱処理指令が与えられた場合、前記雰囲気調整手段による不活性ガスの供給により前記空間の酸素濃度が予め決められた閾値以下となるときに前記誘導加熱手段を駆動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの熱処理装置。

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