JP7070100B2

JP7070100B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP7070100B2
Application number: JP2018103953A
Authority: JP
Inventors: 晋治倉野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: JP2019207839A

Description

本発明は、加熱を要する加熱対象部を一部に有する被処理物を加熱する加熱装置に関する。

従来、量産工程で用いられ、加熱を要する加熱対象部を一部に有する被処理物を加熱する加熱装置が知られている。例えば特許文献１に開示された加熱装置は、熱硬化性接着剤が塗布された被処理物を加熱し、接着剤を固化させる。

特許第３２７９７２０号公報

従来の加熱装置では一般に被処理物を恒温槽に入れて全体加熱する。そのため、被処理物全体の容積に対して加熱対象部の割合が小さい製品では特に、加熱不要部まで加熱することによるエネルギーロスが大きくなる。また、量産工程において、例えば接着剤の加熱硬化工程後、冷却してから次の工程に移る必要がある場合、加熱工程及び冷却工程の両方のリードタイムが長くなり、生産効率が低下するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、エネルギーロスを低減し、被処理物の加熱及び冷却時間を短縮する加熱装置を提供することにある。

本発明は、被処理物であるモータ（８０）の本体部（８１）に樹脂製のカバー（９０）を熱硬化性接着剤で接着する工程において、本体部の外周に沿って熱硬化性接着剤が塗布された接着剤塗布部（８８）を加熱対象部として加熱する加熱装置である。この加熱装置は、ヒートブロック（２０）と、保持部（７）と、断熱材（６１、６２、６３）と、を備え、加熱対象部を局部的に加熱可能である。

ヒートブロックは、温調器（５）に接続されたヒータ（３）及び温度センサ（４）が設けられ、温調器により所定の設定温度に温調される。保持部（７）は、加熱対象部がヒートブロックと所定のクリアランスを介して対向するように被処理物を保持する。断熱材は、加熱対象部に対向する部分以外のヒートブロックを被覆する。

本発明の加熱装置は、加熱対象部がヒートブロックに対向するように被処理物を保持した状態で加熱対象部を局所的に加熱する。したがって、恒温槽で全体加熱する従来技術に比べ、加熱不要部まで加熱することによるエネルギーロスを低減することができる。また、全体の加熱及び冷却時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。

また、加熱装置は、断熱材を備えることにより、ヒートブロックの熱が加熱不要部や基台へ伝わることを抑制し、エネルギーロスをより低減することができる。

一実施形態の加熱装置の構成図。（ａ）図１のＩＩａ－ＩＩａ線断面模式図、（ｂ）ヒートブロックの正面図。被処理物の一例である機電一体型モータの模式図。一実施形態の加熱装置での昇温データ。恒温槽で被処理物を全体加熱する比較例の図。比較例での昇温データ。

以下、加熱装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の加熱装置は、被処理物に塗布された熱硬化性接着剤を硬化させる接着工程において、「加熱対象部」としての接着剤塗布部を常温から１００℃程度まで加熱する装置である。ここで、被処理物全体のうち接着剤塗布部以外は加熱の必要が無い部位である。すなわち、この被処理物は、加熱が必要な加熱対象部を、全部ではなく一部に有することを前提とする。

図１、図２に示すように、加熱装置１０は、ヒートブロック２０、断熱材６１、６２、６３及び保持部７を備える。図１の例では、ワークすなわち「被処理物」として機電一体型モータ８０が加熱処理される。機電一体型モータ８０は、カバー９０側の端部近くの外周に沿って、「加熱対象部」としての接着剤塗布部８８を有している。図２（ａ）に示すように、接着剤塗布部８８は、円の一方側が矩形に接続された形状を呈している。

ヒートブロック２０は、鉄や銅等の熱伝導性金属により形成され、温調器５に接続されたヒータ３及び温度センサ４が設けられる。ヒータ３は、例えばカートリッジヒータ等の電気ヒータが用いられ、温度センサ４は、例えばＫ熱電対又はＪ熱電対等が用いられる。ヒートブロック２０は、例えばＰＩＤ制御式の温調器５により所定の設定温度に温調される。

なお、図２（ａ）に示すように、本実施形態では、温調用温度センサ４に加え、安全用温度センサ４１が設けられる。万一、温調用温度センサ４が外れたり短絡したりすると、ヒータ３が実温度と関係なく無制限に昇温するおそれがある。そこで、安全用温度センサ４１でヒートブロック２０の実温度をモニタし、例えば検出温度が所定の温度閾値を超えたら温調器５の出力を強制遮断することで、過剰な昇温が防止される。

図２（ｂ）に示すように、ヒートブロック２０は、機電一体型モータ８０のカバー９０側の端部を収容する収容部２１、２２が形成されている。下側の収容部２２は上側の収容部２１よりも内壁が一回り小さく形成されており、境界となる水平方向の段差部が接着剤塗布部８８に対向する対向部２８を構成する。

断熱材６１、６２、６３は、それぞれヒートブロック２０の上面、下面及び外周側面に設けられ、加熱対象部８８に対向する部分以外のヒートブロック２０を被覆する。これにより、ヒートブロック２０の熱が加熱不要部や基台へ伝わることを抑制し、エネルギーロスをより低減することができる。本実施形態では、「断熱材」として平板状の断熱板が用いられているが、布状又はシート状の断熱材が用いられてもよい。

保持部７は、接着剤塗布部８８がヒートブロック２０の対向部２８と所定のクリアランスΔを介して対向するように機電一体型モータ８０を保持する。図１の例では、基準高さＨ０からフロントフレーム８３の端面までの高さＨを調節するように機電一体型モータ８０が保持されることで、クリアランスΔが所定の間隔に設定される。また、クリアランスΔは、平面方向の側面同士の間でも調整される。したがって、ヒートブロック２０から接着剤塗布部８８への伝熱量が適切に調整される。

ここで、被処理物の一例である機電一体型モータ８０について図３等を参照して説明する。このモータ８０は、車両の電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）において操舵アシストトルクを出力するモータであり、ステータ及びロータを含む機械的な三相ブラシレスモータ部と、パワー基板及び制御基板を含む電気制御部とが一体に構成されている。この種の機電一体型のモータは、特開２０１７－５１３８号公報等に開示されている。

図３において、モータ本体部８１の軸方向両端には、出力軸８７側のフロントフレーム８３、及び、カバー９０側のリアフレーム８４が設けられており、複数のスルーホールボルト５４で連結されている。リアフレーム８４側には、図２（ａ）に破線で示すように、基板９５が設けられる。基板９５は、モータ端子９６を介してモータ本体部８１のステータに巻回された三相巻線に接続されている。また、図３に破線で示すコネクタ８９には、バッテリからの電力線やトルクセンサからの信号線等が入力される。

なお、コネクタ８９や基板９５は、接着工程の説明には直接関係の無い部分であるため破線で示す。ただし、図２（ａ）に後述する接着剤塗布部８８の温度測定箇所を示すにあたり、便宜上、図の左側を「コネクタ側」、図の右側を「反コネクタ側」という。

機電一体型モータ８０の製造工程では、モータ本体部８１の組立後、基板９５に電気配線され、最後に、基板９５を覆うための樹脂製のカバー９０が、モータ本体部８１のリアフレーム８４側の端面に熱硬化性接着剤を用いて接着される。このとき、接着剤を硬化させるために加熱が必要な接着剤塗布部８８は、機電一体型モータ８０全体の容積に対してごく一部に過ぎない。

本実施形態では、機電一体型モータ８０の接着工程において熱硬化性接着剤を塗布後、図１のように、保持部７によりカバー９０側を下に向けて機電一体型モータ８０を保持する。そして、接着剤塗布部８８がヒートブロック２０の対向部２８に所定のクリアランスΔを介して対向するように、機電一体型モータ８０のカバー９０側端部を、温調器５で所定温度に温調されたヒートブロック２０に近づける。この状態で時間が経過すると、接着剤塗布部８８は常温から硬化温度まで加熱される。一方、接着剤塗布部８８以外の加熱不要な部位は、積極的には加熱されない。

次に本実施形態の作用効果について比較例と対比しつつ説明する。図５に示すように、比較例の加熱装置は、恒温槽内に置かれた被処理物を全体加熱する。例えば、被処理物である機電一体型モータ８０は、モータ本体部８１との間に接着剤が塗布されたカバー９０側を上にして熱風循環加熱式炉内に置かれる。炉内では、加熱された空気が循環した雰囲気中で被処理物全体が均熱加熱される。

図６に、比較例での昇温データを示す。温度測定箇所である接着部１、接着部２、リアフレーム及びステータの位置は図５に参照される。３０分の常温硬化後、２５分温度上昇し、続いて２０分硬化する。接着部１、２の温度は約１００～１１０℃まで上昇する。また、本来加熱が不要なリアフレーム及びステータも約９５℃まで上昇する。加熱を中止した後１０５分以上冷却され、トータル１８０分以上を要する。

このように恒温槽で全体加熱する比較例では、接着部以外の本来加熱が不要な部位まで加熱することによるエネルギーロスが大きくなる。また、加熱工程及び冷却工程の両方のリードタイムが長くなり、生産効率が低下するという問題がある。

これに対し図４に、本実施形態の加熱装置１０を用いた場合の昇温データを示す。温度測定箇所である接着部＜１＞～＜８＞は図２（ａ）に参照され、リアフレーム及びカバー中央は図３に参照される。ヒートブロック２０の設定温度は１２０℃である。

常温から加熱開始後、各部の温度は約２５分間上昇する。接着部については、コネクタ側両角の接着部＜１＞、＜３＞の昇温が最も速く、反コネクタ側の接着部＜６＞、＜７＞、＜８＞が最も遅い。加熱開始後２５分時点での各接着部の温度ばらつきは９４±１１℃であり、下限値７８℃以上かつ上限値１２０℃以下の範囲に入っている。また、加熱不要部であるカバー中央は最高温度が約６０℃、リアフレームは最高温度が約５３℃に抑えられている。

このように本実施形態では、加熱対象部８８の形状に合わせてヒートブロック２０の対向部２８を形成し、加熱が必要な部位のみを局部加熱することで、他の部位の昇温を抑制し、エネルギーロスを低減することができる。また、全体の加熱及び冷却時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。

さらに、基板９５に搭載される電子素子等は、耐熱温度以上の高温環境下に晒されると寿命に影響するおそれがある。本実施形態では、接着剤塗布部８８以外の部位を可及的に昇温させないため、電子素子の品質管理面からも好適である。

また、ヒートブロック２０の対向部２８と被処理物とのクリアランスΔを保持部７により調整することで、熱容量の不均一な被処理物に対しても均熱加熱が可能となる。具体的には、熱容量が相対的に大きい部位ではクリアランスを相対的に狭くし、熱容量が想定的に小さい部位ではクリアランスを相対的に広くするとよい。

（その他の実施形態）
（１）上記実施形態のヒートブロックは熱的な領域が単一であり、１ゾーンの温調器で一つの設定温度に制御される。その他の実施形態では、ヒートブロックをそれぞれヒータ及び温度センサが設けられた複数のブロックに分割し、複数ゾーンの温調器で各ブロックの設定温度を変更してもよい。これにより、被処理物の異なる部位毎に到達温度や昇温速度を調整することができる。この構成では、各ブロックの境界部での接触による熱伝導を抑制するために、断熱材を介在させたり空隙を設けたりしてもよい。

（２）本発明の加熱装置を用いて被処理物の「加熱対象部」を局部加熱する工程は、熱硬化性接着剤を硬化させる接着工程に限らず、熱膨張差を利用した焼き嵌め工程や、加熱による化学変化を利用した表面皮膜形成工程等にも適用可能である。例えば焼き嵌め工程では軸が挿入される嵌合孔の内壁が「加熱対象部」となる。本発明の加熱装置を用いることで、嵌合孔の周辺部を加熱せず、嵌合孔のみを局部的に加熱することができる。

（３）本発明の加熱装置は、機電一体型モータに限らず、どのような製品に適用されてもよい。特に、被処理物全体の容積に対して加熱対象部の割合が小さい製品や、加熱対象部以外を加熱することによる弊害がある製品には有効である。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０・・・加熱装置、
２０・・・ヒートブロック、
３・・・ヒータ、４・・・温度センサ、５・・・温調器、
６１、６２、６３・・・断熱材、
７・・・保持部、
８０・・・機電一体型モータ（被処理物）、
８８・・・接着剤塗布部（加熱対象部）。

Claims

被処理物であるモータ（８０）の本体部（８１）に樹脂製のカバー（９０）を熱硬化性接着剤で接着する工程において、前記本体部の外周に沿って前記熱硬化性接着剤が塗布された接着剤塗布部（８８）を加熱対象部として加熱する加熱装置であって、
温調器（５）に接続されたヒータ（３）及び温度センサ（４）が設けられ、前記温調器により所定の設定温度に温調されるヒートブロック（２０）と、
前記加熱対象部が前記ヒートブロックと所定のクリアランスを介して対向するように前記被処理物を保持する保持部（７）と、
前記加熱対象部に対向する部分以外の前記ヒートブロックを被覆する断熱材（６１、６２、６３）と、
を備え、
前記加熱対象部を局部的に加熱可能である加熱装置。
前記保持部は、前記被処理物の前記加熱対象部と前記ヒートブロックとのクリアランスを調整可能に、前記被処理物を保持する請求項１に記載の加熱装置。