JP2016129116A - 熱風ヒータコントロールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも安価であり、かつ、ワークに対して供給される熱量をより一定化することができる熱風ヒータコントロールシステムを提供する。【解決手段】気体の供給口と吹出し口を両端に有する筒状のケーシング内に、電力の供給により発熱する発熱体を有するヒータ２と、前記発熱体に供給する電力を設定する電力設定器３と、気体供給源から供給される気体の流量を調節して前記ヒータの前記供給口に導く流量調節器４と、前記吹出し口から吹き出される気体の温度に関し所望の温度を設定する温度設定器５と、前記吹出し口から吹き出される気体の温度を検出する熱風温度センサー６と、を備え、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記流量調節器を制御して前記供給口に供給する気体流量を変化させる制御部７を備えている熱風ヒータコントロールシステム。【選択図】図１

Description

本発明は、熱風ヒータコントロールシステムに関する。

従来、熱風ヒータとして種々の形態のものが知られているが、その一つとして、コイル状電熱線からなる発熱体を通電加熱することにより加熱を行う熱風ヒータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような熱風ヒータは、図４の概略構成断面図に示すように、コイル状電熱線からなる発熱体１００と、当該発熱体１００の内部空間に挿入される絶縁性材料からなる芯材１０１と、芯材１０１に発熱体をセットすることにより構成される構造物を被覆する管状のガラス管１０２等とを備えている。芯材１０１は中空状に形成されており、発熱体１００の端部に接続する導線を芯材内部に配置できるように構成されている。また、このような構成のヒータの一方端には、空気供給源が接続されており、供給された空気を加熱してヒータの吹出し口から熱風を吹き出すことができるように構成されている。

特開２０００−２００６７１号公報

上述の熱風ヒータにおいては、吹き出される空気流量を正確に一定に保つために、空気供給源とヒータとの間にマスフローコントローラが配設されている。また、吹き出される熱風の温度を一定に保つために吹出し口に熱風温度センサーを設けると共に、当該温度センサーによる検出温度に基づいてヒータ内部の発熱体に供給される電力をコントロールし、発熱体の発熱温度が制御されている。

しかしながら、このような構成の熱風ヒータコントロールシステムにおいて使用されるマスフローコントローラは高価であることから、熱風ヒータコントロールシステム全体も高価なものとなり、更なる低価格化が望まれているという問題があった。

また、熱風ヒータコントロールシステムにおいては、吹出される熱風の温度管理のために熱風温度センサーが必要であるが、当該熱風温度センサーによる検出温度と実際の温度との誤差が大きいという問題がある。この問題は、吹出し口から流出する熱風の流れの状態が一定でないことに起因して発生する問題であり、吹き出される熱風の正確な平均温度を検出することが実質的に困難であった。従来の熱風ヒータコントロールシステムは、このような熱風温度センサーの検出温度に基づいて、ヒータ内部の発熱体に供給される電力をコントロールし、発熱体の発熱温度を制御するものであることから、熱風ヒータから吹き出されワークに付与される熱量が大きくばらつき、ワークに対する加熱能力が一定とならないという問題があった。

本発明は、このような要求を満たすべくなされたものであって、従来よりも安価であり、かつ、ワークに対して供給される熱量をより一定化することができる熱風ヒータコントロールシステムを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、気体の供給口と吹出し口を両端に有する筒状のケーシング内に、電力の供給により発熱する発熱体を有するヒータと、前記発熱体に供給する電力を設定する電力設定器と、気体供給源から供給される気体の流量を調節して前記ヒータの前記供給口に導く流量調節器と、前記吹出し口から吹き出される気体の温度に関し所望の温度を設定する温度設定器と、前記吹出し口から吹き出される気体の温度を検出する熱風温度センサーと、を備え、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記流量調節器を制御して前記供給口に供給する気体流量を変化させる制御部を備えている熱風ヒータコントロールシステムにより達成される。

また、熱風ヒータコントロールシステムにおいて、前記流量調節器は、バルブ開度を変更するモータを有するニードルバルブであり、前記制御部は、前記モータを駆動させることによって前記ニードルバルブのバルブ開度を変化させることにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記ニードルバルブが前記供給口に供給する気体流量を変化させるように構成することができる。

また、前記流量調節器は、バルブ開度を変更可能な電磁弁であり、前記制御部は、前記電磁弁のバルブ開度を変化させることにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記電磁弁が前記供給口に供給する気体流量を変化させるように構成することができる。

また、前記流量調節器は、電磁弁であり、単位時間当たりに複数回の全開及び全閉を繰り返しながら気体供給源から供給される気体を前記供給口に供給しており、前記制御部は、前記電磁弁における全閉状態の時間を変更することにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記電磁弁が前記供給口に供給する気体流量を変化させるように構成することができる。

また、前記電力設定器は、一定の電力を前記発熱体に供給するように構成することが好ましい。また、前記熱風温度センサーは、所定時間内において検出した温度の平均値を検出温度として出力することが好ましい。

本発明によれば、従来よりも安価であり、かつ、ワークに対して供給される熱量をより一定化することができる熱風ヒータコントロールシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る熱風ヒータコントロールシステムの概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る熱風ヒータコントロールシステムが有するヒータの概略構成断面図である。 図２に示すヒータにおける芯材に設けられる規制部材の正面図である。 従来の熱風ヒータの概略構成断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる熱風ヒータコントロールシステムの概略構成を示すブロック図であり、図２は、熱風ヒータコントロールシステム１が有するヒータ２の概略構成断面図である。本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１は、熱風を吹き出してワークを加熱するシステムであり、例えば、はんだ付けやろう付け、その他の加熱処理に供されるものである。この熱風ヒータコントロールシステム１は、図１に示すように、ヒータ２と、電力設定器３と、流量調節器４と、温度設定器５と、熱風温度センサー６と、制御部７とを備えている。

ヒータ２は、気体の供給口と吹出し口を両端に有する筒状のケーシング２３内に、電力の供給により発熱する発熱体２１を有する。より具体的には、図２に示すように、略円柱形状の棒状の芯材２２と、芯材２２の外周面上に配置される発熱体２１と、中空筒状のケーシング２３と、固定具２４とを有している。芯材２２及び発熱体２１により構成される構造物は、ケーシング２３内に配置され、固定具２４によって、ケーシング２３の一方端２３ａにおいて当該ケーシング２３に固定される。

芯材２２は、内部が中空となる管体状に構成されており、絶縁材料から形成されている。この芯材２２を形成する材料としては、例えば、アルミナ(Al2O3) 等のセラミック材料を挙げることができる。また、この芯材２２には、コイル状電熱線からなる発熱体２１が外周に配置されることになるが、かかる発熱体２１の位置決め行う規制部材２５を設けるのが好ましい。規制部材２５は、芯材２２の両端部に配置され、各規制部材２５の間に発熱体２１が配置されるように構成される。規制部材２５は、図３に示すように、金属材料から形成したリング状部材２５ａの軸部にコイル状部材２５ｂの中空軸部を挿通させることにより、コイル状部材２５ｂがリング状部材２５ａを被覆するように構成されている（リング状部材２５ａの軸部の表面をコイル状部材２５ｂが被覆するように構成されている）。コイル状部材２５ｂで被覆されたリング状部材２５ａにより芯材２２の外周部を挟み込むことにより、規制部材２５を芯材２２に設置する。また、コイル状部材２５ｂにおける互いに隣接する線材間には、図２に示すように、隙間が形成されるように構成されている。

発熱体２１は、コイル状電熱線により構成されており、当該コイル状電熱線としては、例えばニクロム線の表面に、薄い絶縁被膜を形成した線材を利用することができる。この電熱線としては、例えば、その直径が０．１５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲のものを採用することが好ましい。なお、ニクロム線の代わりに、コイル状電熱線からなる発熱体２１として従来から使用されている電熱線（例えば、タングステン線、カンタル線等）を利用することができる。また、電熱線表面に形成される絶縁被膜は、例えばアルミナ等のセラミックス材料により形成されている。

この発熱体２１（コイル状電熱線）の両端部には、外部の電源装置に接続する導線がそれぞれ接続している。当該発熱体２１の一方の端部に接続する導線は、上述の芯材２２の内部に通され、発熱体２１の他方の端部側に引き廻され、外部の電源装置に接続できるように構成されている。

また、ケーシング２３は、芯材２２と当該芯材２２の外周を被覆するように配設された発熱体２１とからなる構造物を更に被覆するための部材である。このケーシング２３としては、例えば、石英ガラス管や、セラミックス管、金属管、石英ガラス管の外周を金属管で被覆した複合管等、種々の管体を使用することができる。本実施形態においては、ケーシング２３として、石英ガラス管２３１の外周を金属管２３２で被覆した複合管を用いている。

ここで、芯材２２及び発熱体２１により構成される構造物をケーシング２３内に設置するための固定具２４が配設されるケーシング２３の一方端２３ａには、ケーシング２３の内外を連通する連通部が形成されており、固定具２４及び連通部を介して、気体供給源から供給される気体が、ケーシング２３内を通過して、ケーシング２３の他方端２３ｂから吹き出されるように構成されている。つまり、連通部が気体の供給口として機能し、ケーシング２３の他方の端部２３ａが気体の吹出し口として機能する。そして、気体の供給口から導入された空気は、ケーシング２３内部に導かれ、ケーシング２３内部に配置される発熱体２１によって加熱され、ケーシング２３の他方の端部２３ｂ（吹き出し口）から加熱された状態となって吹き出すこととなる。なお、芯材２２に配置される規制部材２５は、上述のように、互いに隣接する線材間に隙間が形成されるコイル状部材２５ｂの中空軸部にリング状部材２５ａを挿入するようにして構成されているため、ケーシング２３の内部に導かれた空気が、コイル状部材２５ｂを構成する互いに隣接する線材間の隙間を通過して流れるため、空気がケーシング２３内部で詰まることなくスムーズに流れることができる。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１が備える電力設定器３は、電源装置とヒータ２（発熱体２１）との間に配設される機器であり、発熱体２１に供給する電力を設定する機器である。この電力設定器３には、発熱体２１に供給する電力量を調節する調節部が設けられている。使用者はこの調節部を適宜操作することにより発熱体２１に供給する電力量を所望の値に設定することができ、電力設定器３は、設定された一定の電力を発熱体２１に供給する。なお、電力設定器３を電源装置内に組み込んで構成してもよい。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１が備える流量調節器４は、気体供給源から供給される気体の流量を調節してヒータ２の供給口に導く機能を有する機器であり、例えば、電気信号の入力によりバルブ開度を変更することができる弁体を使用することができる。好ましくは、バルブ開度を変更するモータを有するニードルバルブや、バルブ開度が変更可能な電磁弁を使用することができる。なお、流量調節器４における流量調節は、後述の制御部７の作動により行われるように構成されている。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１が備える温度設定器５は、ヒータ２の吹出し口から吹き出される気体の温度に関して、例えば、７００℃、８００℃、９００℃といった使用者が所望する温度条件を設定することができる機器である。なお、温度設定器５において設定された設定温度情報は、後述の制御部７に出力できるように構成されている。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１が備える熱風温度センサー６は、ヒータ２の吹出し口から吹き出される気体の温度を検出するためのセンサーであり、ヒータ２の吹出し口近傍に設置することが好ましい。この熱風温度センサー６は、所定時間内において検出した温度の平均値を検出温度として出力するように構成されることが好ましい。また、熱風温度センサー６は、単数でも複数でもよいが、複数配設する場合には、発熱体２１の中央部及び端部付近の温度を計測できるように配設することが好ましい。なお、熱風温度センサー６によって検出された検出温度情報は、後述の制御部７に出力できるように構成されている。また、複数の熱風温度センサー６を備える場合には、各熱風温度センサー６の検出温度の平均値を制御部７に出力するように構成することが好ましい。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１が備える制御部７は、流量調節器４、温度設定器５、及び、熱風温度センサー６に電気的に接続しており、熱風温度センサー６の検出温度が温度設定器５において設定された設定温度となるように、流量調節器４を制御して、ヒータ２の供給口に供給する気体流量を変化させる機能を有する機器である。例えば、流量調節器４としてバルブ開度を変更するモータを有するニードルバルブを採用する場合には、制御部７は、モータを駆動させることによってニードルバルブのバルブ開度を変化させることにより、熱風温度センサー６の検出温度が温度設定器５において設定された設定温度となるように、ニードルバルブがヒータ２の供給口に供給する気体流量を変化させる。また、流量調節器４としてバルブ開度を変更可能な電磁弁を採用する場合には、制御部７は、電磁弁のバルブ開度を変化させることにより、熱風温度センサー６の検出温度が温度設定器５において設定された設定温度となるように、ニードルバルブがヒータ２の供給口に供給する気体流量を変化させる。

制御部７の具体的構成としては、設定温度記憶部と、演算部と、制御信号出力部とを備えるものを好ましく例示することができる。設定温度記憶部は、温度設定器５において使用者が設定した設定温度（ヒータ２から吹き出させる熱風の設定温度）を記憶する機能を有しており、演算部は、設定温度記憶部において記憶された設定温度と、熱風温度センサー６が検出した検出温度との温度差を演算する機能を有している。制御信号出力部は、演算部にて算出した温度差が０となるように流量調節器４におけるバルブ開度を変化させる電気信号を流量調節器４に出力する機能を有している。このような制御部７は、例えば、熱風温度センサー６が検出した検出温度が設定温度よりも低い場合には、流量調節器４のバルブを閉じる方向に作動させる制御信号を流量調節器４に出力し、流量調節器４を介してヒータ２に供給される気体流量を減じる作動を行わせる。逆に、熱風温度センサー６が検出した検出温度が設定温度よりも高い場合には、流量調節器４のバルブを開ける方向に作動させる制御信号を流量調節器４に出力し、流量調節器４を介してヒータ２に供給される気体流量を増加させる作動を行わせる。

ここで、制御部７は、図１に示すように独立して構成してもよいが、上述の流量調節器４内に組み込まれるように構成してもよい。或いは、温度設定器５内に組み込まれるように構成してもよい。

本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１は、上述のように、ヒータ２における発熱体２１に一定の電力を供給するように構成し、そして、ヒータ２から吹き出される熱風の温度制御を、流量調節器４に対して行うように構成されている。つまり、従来のように、一定の気体流量をヒータ２内部に供給しつつ、ヒータ２が有する発熱体２１に供給される電力を変動させて発熱体２１の発熱温度を制御する方式とは異なり、ヒータ２が有する発熱体２１に供給される電力を一定とした上で、ヒータ２に供給される気体流量を変動させることにより吹き出される熱風の温度制御を行う方式である。このような方式によれば、ヒータ２から吹き出されワークに付与される熱量を一定とすることが可能となる。より具体的に説明すると、従来の熱風ヒータコントロールシステム１の場合では、一定の気体流量がヒータ２内部に供給され、熱風温度センサー６の検出温度に基づいて発熱体２１に供給される電力を変動させる方式であるから、発熱体２１に供給される電力の変動に伴って、発熱体２１が発する熱量もダイレクトに変動し、その結果、発熱体２１からケーシング２３内を通過する気体に移動する熱量も大きく変動することとなる。これに対して、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１の場合では、ヒータ２が有する発熱体２１に供給される電力を一定としているため、発熱体２１が発する熱量は常に一定であり、その結果、発熱体２１からケーシング２３内を通過する気体に移動する熱量を略一定に維持することができ、ワークに対する加熱能力を効果的に一定とすることが可能となる。

また、吹出し口から流出する熱風の流れの状態が一定でないこと等に起因して熱風温度センサー６の検出温度に、実際の温度との間に誤差が生じている場合であっても、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１においては、ヒータ２が有する発熱体２１に供給される電力を一定としているため、ワークに対して供給される熱風が有する熱量には変化が生じず、ワークに対する加熱能力にばらつきが生じることがない。

また、本発明に係る熱風ヒータコントロールシステム１においては、気体流量を正確に計測し流量制御を行う高価なマスフローコントローラを要しないため、熱風ヒータコントロールシステム１の低価格化も実現することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、流量調節器４として、全開及び全閉のみの作動を行うＯＮ−ＯＦＦ電磁弁を採用し、単位時間当たりに複数回の全開及び全閉を繰り返しながら気体供給源から供給される気体をヒータ２における供給口に供給するように構成してもよい。例えば、１秒あたりに数十〜数百回の全開及び全閉を繰り返しながら気体供給源から供給される気体をヒータ２における供給口に供給するように構成してもよい。このようなＯＮ−ＯＦＦ電磁弁を流量調節器４として採用する場合、制御部７は、電磁弁における全閉状態の時間（期間）を変更することにより、熱風温度センサー６の検出温度が温度設定器５において設定された設定温度となるように、ＯＮ−ＯＦＦ電磁弁がヒータ２における供給口に供給する気体流量を変化させるように構成する。例えば、熱風温度センサー６が検出した検出温度が設定温度よりも低い場合には、電磁弁における全閉状態の時間を長くさせる制御信号を電磁弁に出力し、電磁弁を介してヒータ２に供給される気体流量を減じる作動を行わせる。逆に、熱風温度センサー６が検出した検出温度が設定温度よりも高い場合には、電磁弁における全閉状態の時間を短くさせる制御信号を電磁弁に出力し、電磁弁を介してヒータ２に供給される気体流量を増加させる作動を行わせる。

このような構成を採用する場合であっても、上述の効果と同様な効果を得ることができる上、以下のような更なる効果を発揮することができる。すなわち、ＯＮ−ＯＦＦ電磁弁は、単位時間当たりに複数回の全開及び全閉を繰り返しながら、気体供給源から供給される気体をヒータ２における供給口に供給するため、ヒータ２のケーシング２３内に導かれた気体は、脈動してケーシング２３内を通過することとなる。この気体流れの脈動によって、ケーシング２３内を通過する気体には様々な渦や複雑な流れが形成され、気体のミキシング効果が向上し、発熱体２１から気体への熱伝達率が大幅に増加することとなる。この結果、発熱体２１からケーシング２３内の気体への熱移動をより一層効率よく行うことができ、発熱体２１の温度と、ヒータ２から吹き出される熱風の温度との温度差を小さくすることが可能となる。これにより、より高い温度を吹き出すことができる熱風ヒータ２を得ることが可能となる。つまり、仮に、気体流れに脈動流れを利用しない場合に、発熱体２１の使用温度限界を１２００℃とし、当該１２００℃で８００℃の熱風が形成されるとすると、気体流れに脈動流れを利用する場合には、例えば、発熱体２１の温度が１０００℃で８００℃の熱風を形成することができるようになり、発熱体２１の温度を更に２００℃上昇させて使用することができる。このように発熱体２１の温度として２００℃の余裕が生まれるため、この発熱体２１の温度のプラス２００℃分に相当する温度分だけ熱風温度を上昇させることが可能となる。また、気体流れに脈動流れを利用して、発熱体２１の温度が１０００℃で８００℃の熱風を形成して使用する場合には、発熱体２１の温度を１２００℃とする場合よりも、発熱体２１に供給する電力量を低減することが可能となり、更には、発熱体２１の素材やケーシング２３の素材として、高温強度の低い素材を使用することが可能となり、ヒータ２の低価格化を図ることが可能となる。

１ 熱風ヒータコントロールシステム
２ ヒータ
２１ 発熱体
２２ 芯材
２３ ケーシング
２３ａ ケーシングの一方端（気体の供給口）
２３ｂ ケーシングの他方（気体の吹き出し口）
３ 電力設定器
４ 流量調節器
５ 温度設定器
６ 熱風温度センサー
７ 制御部

Claims (6)

1. 気体の供給口と吹出し口を両端に有する筒状のケーシング内に、電力の供給により発熱する発熱体を有するヒータと、
   前記発熱体に供給する電力を設定する電力設定器と、
   気体供給源から供給される気体の流量を調節して前記ヒータの前記供給口に導く流量調節器と、
   前記吹出し口から吹き出される気体の温度に関し所望の温度を設定する温度設定器と、
   前記吹出し口から吹き出される気体の温度を検出する熱風温度センサーと、を備え、
   前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記流量調節器を制御して前記供給口に供給する気体流量を変化させる制御部を備えている熱風ヒータコントロールシステム。
2. 前記流量調節器は、バルブ開度を変更するモータを有するニードルバルブであり、
   前記制御部は、前記モータを駆動させることによって前記ニードルバルブのバルブ開度を変化させることにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記ニードルバルブが前記供給口に供給する気体流量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の熱風ヒータコントロールシステム。
3. 前記流量調節器は、バルブ開度を変更可能な電磁弁であり、
   前記制御部は、前記電磁弁のバルブ開度を変化させることにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記電磁弁が前記供給口に供給する気体流量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の熱風ヒータコントロールシステム。
4. 前記流量調節器は、電磁弁であり、単位時間当たりに複数回の全開及び全閉を繰り返しながら気体供給源から供給される気体を前記供給口に供給しており、
   前記制御部は、前記電磁弁における全閉状態の時間を変更することにより、前記熱風温度センサーの検出温度が前記温度設定器において設定された設定温度となるように、前記電磁弁が前記供給口に供給する気体流量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の熱風ヒータコントロールシステム。
5. 前記電力設定器は、一定の電力を前記発熱体に供給するように構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱風ヒータコントロールシステム。
6. 前記熱風温度センサーは、所定時間内において検出した温度の平均値を検出温度として出力することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱風ヒータコントロールシステム。