(57)【要約】【課題】  加熱室の中のワークを均一に加熱できる加熱装置を提供する。【解決手段】  ワーク１０を、熱風５により加熱するための加熱室１１と、加熱室１１に対し、往方向の流路１３および復方向の流路１４により接続された駆動室２１と、この駆動室２１の内部で往復動する揺動板２４と、流路１３および１４で空気を再加熱するヒータ３１とを有する加熱装置２を提供する。この加熱装置２は、加熱室１１に供給される熱風５の向きが交換されるので、ワーク１０に対して均等に熱風５を供給でき、均等に加熱できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室内の対象物を、流体を介して加熱する際に、前記加熱室内の前記流体を往復動させ、往方向および復方向のいずれにおいても、加熱された前記流体を前記加熱室に供給する加熱工程を有する加熱方法。
【請求項２】
対象物を、流体を介して加熱するための加熱室と、
前記加熱室内の前記流体を往復動する流体駆動手段と、
往方向の前記流体および復方向の前記流体を加熱する流体加熱手段とを有する加熱装置。
【請求項３】
請求項２において、前記流体駆動手段は、前記加熱室に対し、前記往方向の流路および前記復方向の流路により接続された駆動室と、前記駆動室の内部で往復動する駆動体とを備えている、加熱装置。
【請求項４】
請求項３において、前記駆動体は、前記駆動室の内部で旋回する、加熱装置。
【請求項５】
請求項３において、前記流体駆動手段は、前記駆動室の内部で、反対方向に同期して往復動する複数の駆動体を備えており、前記往方向の流路および前記復方向の流路の一方が、前記駆動室に対し、前記複数の駆動体が動く範囲のほぼ中心に接続され、他方が、前記動く範囲の両端に接続されている、加熱装置。
【請求項６】
請求項３において、前記流体加熱手段は、前記駆動室の前記流体を加熱する、加熱装置。
【請求項７】
請求項３において、前記流体加熱手段は、前記往方向の流路および前記復方向の流路の前記流体を加熱する、加熱装置。
【請求項８】
請求項３において、前記加熱室の長辺方向の両側に沿って、前記往方向の流路および前記復方向の流路は接続され、前記加熱室の短辺方向に前記流体を往復動する、加熱装置。
【請求項９】
請求項３において、前記加熱室の向かい合った位置に、前記往方向の流路および前記復方向の流路が接続されている、加熱装置。
【請求項１０】
請求項３において、前記加熱室が前記駆動室の下方に配置され、前記加熱室に前記対象物を下方から挿入できる、加熱装置。
【請求項１１】
請求項３において、前記駆動体が往復動する周波数は１〜１０Ｈｚである、加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物を加熱する方法および加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物（ワーク）を加熱する炉あるいは加熱装置は、様々なタイプがあり、多種多様な目的で利用されている。例えば、リフロー炉においては、チューブとヘッダをロウ付けするために、接合部分にロウを塗ったワークがリフロー炉の中でロウの溶融温度以上に加熱され、ロウ付けが行なわれる。また、竹を熱風により加熱して炭を製造する炭製造装置もその１つである。特開平１１−１５８４７１号公報には、炭製造装置として、加熱した空気を供給し、炉内を加熱するタイプが開示されている。この炭製造装置においては、熱風循環ダクトにより、炉内の下部から熱風を回収し、バーナーで加熱して炉の上部に供給している。
【特許文献１】特開平１１−１５８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
炉内の高温の空気の一部あるいは全部を、炉の一方からファンにより吸引し、ヒータにより再加熱し、炉の他方から供給する、循環方式の加熱装置は、炉内の高温の空気を再加熱して利用するので熱効率が高く、さらに、高温の空気を所定の方向に循環させる循環ダクトおよびファンにより循環システムを構築できるので構造もシンプルになる。しかしながら、循環方式では、炉内に少なからず温度分布が発生する。すなわち、熱風が供給される側（供給側）の温度が高く、熱風を吸引する側（吸引側または排気側）の温度が相対的に低くなる。したがって、炉内に入れられたワークにも温度差が発生する。ワークが小さなものであれば、ワーク全体としての温度差はすくないかもしれない。しかしながら、長いワーク、単体のサイズが大きなワーク、数の多いワークなどであると、供給側の温度が高く、排気側の温度が低くなる。したがって、均一に加熱する必要のあるワークや、温度管理の精度が要求されるワークについては、加熱炉の内部で向きを変えたり、加熱炉から出し入れして向きを変えたりする必要がある。したがって、そのための構造が複雑になったり、加熱作業に手間と時間がかかる。
【０００４】
さらに、ラジエータを製造する場合、リフロー炉を用いて、複数のチューブを細長のヘッダにロウ付けにより接合するが、チューブおよびそれに付随したフィンには撥水性または親和性のコーティングが施されているので、チューブが組み付けられたヘッダの部分だけを加熱したいという要望がある。したがって、細長いヘッダ部分だけを加熱するような細長い加熱装置は有用であるが、細長い加熱装置において、長手方向の温度を一定に保持することは非常に難しい。特に、循環方式であると、循環効率から考えれば、長手方向の一方の端から熱風を供給して、他方の端から排気したいが、長手方向の温度差は非常に大きくなり、排気側の温度をリフローに十分な温度にしようとすると、吸気側の温度は非常に高くなり、チューブのコーティングに悪影響を及ぼす。排気側がリフローに十分な温度に達しなければ、ロウ付けできないことは言うまでもない。循環方向を短辺方向にすることは可能である。しかしながら、長手方向に均等に熱風を分散させる必要があり、そのためのダクト施設が必要になる。また、長手方向に温度が均等になったとしても、短辺方向の温度差が発生することは避けられない。したがって、供給側はロウ付けでき、排気側がロウ付けできないといった状態が発生する可能性はある。
【０００５】
そこで、本発明においては、熱効率が高く、構造も簡易であり、さらに、加熱室内の温度分布を無くすことができる、あるいは温度分布を抑制できる加熱方法および加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明においては、循環方式ではなく、レシプロ（往復動）方式の加熱方法および加熱装置を提供する。すなわち、本発明の加熱方法は、加熱室内の対象物を、流体を介して加熱する際に、加熱室内の流体を往復動させ、往方向および復方向のいずれにおいても、加熱された流体を加熱室に供給する加熱工程を有する。流体は空気が一般的であるが、他の気体、あるいは液体などであっても良い。
【０００７】
本発明の加熱方法では、加熱室に対して、加熱された流体を、往方向および復方向の両側から交互に供給する。したがって、熱風の供給側と排気側とが、都度、入れ替わるので、供給側と排気側との温度差は発生しない。このため、加熱室内に温度差が発生するのを防ぎ、適当な周期で流体を往復動させることにより、加熱室内の温度差をほぼ無くすことができる。ファンの送風方向を変えたり、ダクト切り替えを行なって、加熱室の流体を往復動させることは可能である。しかしながら、加熱室内の流体を往復動させる簡易な方法は、ピストンのような手段を用いて駆動室内の容積を変える、容積変動型の駆動手段を用いることである。そして、この容積変動型の駆動方法であると、ファンのようにモータで一方向に回転駆動される駆動体ではなく、揺動したり、往復動する駆動体を用いるので、駆動体を加熱室の長手方向に沿って分散配置することは極めて容易となる。したがって、細長い加熱室の長手方向および短辺方向のいずれにも温度差の少ない状態でワークを加熱できる加熱装置を提供できる。
【０００８】
すなわち、本発明の加熱装置は、対象物を、流体を介して加熱するための加熱室と、加熱室内の流体を往復動させる流体駆動手段と、往方向の流体および復方向の流体を加熱する流体加熱手段とを有する。流体駆動手段は、加熱室に対し、往方向の流路および復方向の流路により接続された駆動室と、駆動室の内部で往復動する駆動体とを備えていることが望ましい。往方向の流路と、復方向の流路とのそれぞれに独立した流体駆動手段、例えば、ピストンのような駆動室および駆動体を接続し、駆動体の動作を同期させることにより加熱室内の流体を往復動させることができる。しかしながら、流体駆動手段の数が増えて構造が複雑になり、また、駆動体の一方向しか流体の動きに寄与しないので、差圧が発生し、効率は悪く、駆動体同士の動きを同期させる手段も必要になる。これに対し、駆動室に往方向と復方向の流路を接続し、その間で駆動体を往復動させることにより、駆動体の両方向で流体を動かすことができ、差圧も小さくなり、同期させる必要もなくなるので、簡易な構成で効率の良い加熱装置を提供できる。
【０００９】
駆動手段は、シリンダを駆動室とし、その中を往復動するピストンを駆動体とするものであっても良い。駆動室の内部で駆動体が旋回するものは、モータなどの回転型の動力源の動きを往復動に変換し易く、駆動体の一部が往復動しないので振動も小さく、好ましい。また、駆動室の内部で、複数の駆動体を反対方向に同期して往復動する駆動手段は、駆動体の往復動による振動をキャンセルすることができるので、振動および騒音が少なくなり、好ましい。反対方向に往復動する複数の駆動体を備えた加熱装置においては、往方向の流路および復方向の流路の一方を、流体駆動室の、複数の駆動体が動く範囲のほぼ中心に接続し、他方を、複数の駆動体が動く範囲の両端に接続することにより、加熱室内の流体を往復動できる。
【００１０】
駆動室の内部の流体を加熱することにより、往方向および復方向のいずれも加熱された流体を加熱室に供給できる。往方向の流路および復方向の流路の流体を加熱しても良い。流体は、流路を通り駆動室に入り、さらに同じ流路を通って加熱室に供給される。したがって、加熱室から排気された流体は流路で少なくとも２回加熱した後に加熱室に供給されるので、ヒータなどの加熱手段との接触回数が多く、効率よく流体を加熱できる。
【００１１】
細長い加熱室においては、加熱室の長辺方向の両側に沿って、往方向の流路および復方向の流路を接続し、加熱室の短辺方向に流体を往復動することが望ましい。長辺方向の温度差も、短辺方向の温度差も抑制できる。また、加熱室の向かい合った位置に、往方向の流路および復方向の流路を接続した、対称的な配置は、加熱室の温度差の発生を抑制するために好適である。
【００１２】
さらに、加熱室を駆動室の下方に配置することにより、加熱室に対象物を下方から挿入でき、例えば、ラジエータのヘッダのような部分を部分的に加熱室に入れて加熱することが容易となる。
【００１３】
駆動体が往復動する周波数は１〜１０Ｈｚが望ましい。対象物を昇温するためにはある程度の風速が必要であり、周期を１Ｈｚ以上とすることにより昇温に必要な風速を得ることができる。その一方で、熱交換器を加熱する場合のように加熱して異なる部材を接合するような場合は風速が速すぎると、接合される前に組み付けた部材が動いてしまう可能性がある。したがって、周期を１０Ｈｚ以下とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明の加熱方法では、加熱室にレシプロ方式で加熱用の流体を供給する。このため、排気側と吸気側とがその都度入れ替わり、加熱室内の温度分布の発生を抑制できる。したがって、長いワークや、サイズの大きなワークや、数の多いワークを加熱室内に設置して加熱することにより、これらのワークを高い精度で均等に加熱することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１に、本発明の加熱装置１の概念的な構成を示してある。この加熱装置１は、加熱する対象物（ワーク）１０を入れる加熱室１１と、加熱室１１の内部の流体（空気）５を往方向５ａと復方向５ｂに動かすための流体駆動手段２０と、往方向の空気５ａおよび復方向の空気５ｂを加熱する流体加熱手段３０とを有する。したがって、加熱室１１においては、ワーク１０が往復動する熱風５ａおよび５ｂにより加熱される。加熱装置１は、さらに、加熱室１１と流体駆動手段２０とを接続する、往方向の流路１３と、復方向の流路１４とを備えている。流体駆動手段２０は、これらの流路１３および１４により接続された駆動室２１と、駆動室２１の内部で往復動する駆動体２２とを備えており、駆動体２２が駆動室２１の内部で本図の左右方向に揺動あるいは振動することにより、流体を往復方向５ａおよび５ｂに駆動する。
【００１６】
加熱装置１は、流体加熱手段３０として電気ヒータ３１を採用し、駆動室２１の周囲にヒータ３１を設置している。したがって、空気５は、駆動室２１で加熱され、往方向の流路１３と、復方向の流路１４とから、交互に加熱室１１に供給される。ヒータ３１は、破線で示すように、往方向の流路１３と、復方向の流路１４とに設置することも可能である。この場合、往方向の流路１３および復方向の流路１４により、加熱室１１から駆動室２１に吸気（排気）された空気５がヒータ３１により加熱され、往方向の流路１３および復方向の流路１４により、駆動室２１から加熱室１１に供給される空気５がヒータ３１により、再び加熱される。
【００１７】
この加熱装置１においては、駆動室２１の内部で駆動体２２を一定の周期で往復動させることにより、加熱室１１に対して空気５を往復動させ、さらに、往方向５ａおよび復方向５ｂのいずれにおいても、加熱された流体５を加熱室１１に供給する加熱工程を有する加熱方法を採用している。したがって、加熱室１１には、往方向５ａと、復方向５ｂとの双方から、交互に熱風５が供給される。このため、加熱室１１は、熱風５の供給側と排気側とが都度、入れ替わり、供給側と排気側の温度差は発生せず、加熱室１１の内部の条件が均一になる。したがって、加熱室１１の内部に設置されたワーク１０は全体が同じ温度に加熱される。さらに、加熱室１１の内部に設置されたワーク１０には、往方向５ａと、復方向５ｂとの双方から、交互に熱風５が当たる。したがって、ワーク１０と熱風５との接触による熱伝達も両側で均等に行なわれ、ほぼ同じ速度で温度が上昇する。このため、ワーク１０を加熱する途中においても温度差による歪みが発生したりすることは少ない。したがって、ワーク１０を加熱室１１において、ロウ付けするときに、加熱途上の熱変形によって接合部が外れたりすることもなく、ワーク１０の全体の温度が上昇する。このため、ロウ付け部分の歩留まりが高く、品質の良い製品を製造できる。
【００１８】
また、この往復動型の加熱装置１においては、加熱室１１、流体駆動室２１、および２つの流路１３、１４により形成される空間を、空気５が往復動し、加熱室１１の外側である流路１３および１４で再加熱された空気５が加熱室１１に供給される。このため、加熱室１１から排気された熱を廃棄せずに利用するので、熱効率の点からは、加熱室１１の空気を一方向に循環する循環型の加熱装置と同等に高い。したがって、シンプルな構造で、加熱室内の温度分布の発生が抑制された加熱装置を提供できる。
【００１９】
図２に、ラジエータのヘッダをロウ付けするための加熱装置２の概略を示してある。この加熱装置２は、基本的な構成は、上述した加熱装置１と同じであり、ワーク１０を挿入可能な加熱室１１と、空気を往復動させるための流体駆動手段２０と、流体駆動手段２０の駆動室２１と加熱室１１とを結ぶ往方向の流路１３および復方向の流路１４とを備えている。加熱室１１は、ワーク１０であるラジエータのヘッダを挿入できるように、図面上の前後方向（長手方向）Ａに長く、駆動室２１も、加熱室１１の上部に前後方向Ａに長い形状となっている。また、駆動室２１と加熱室１１とをコ字またはＣ字型の流路で結ぶ往方向の流路１３および復方向の流路１４は、駆動室２１と加熱室１１に沿って前後方向Ａに長く、内部に流体加熱手段３０となる電熱ヒータ３１が配置されている。したがって、熱風５は、流体駆動手段２０により図面上の左右の短辺方向Ｂに往復動され、熱風５は加熱室１１に対し短辺方向Ｂに供給および排気される。
【００２０】
この加熱装置２は、床からある程度の高さに保持された台座４の上に設置されており、加熱室１１は、台座４の下方に向いて開いた挿入口１９を備えている。したがって、台座４の下側から対象物であるラジエータの上部１０を加熱室１１に入れて加熱することができる。このワーク１０は、複数のチューブ１０ａとヘッダ１０ｂとが仮組された状態で加熱室１１に挿入され、接合部のロウを加熱炉１１の内部で加熱することによりチューブ１０ａとヘッダ１０ｂとを接合する。したがって、加熱装置２はリフロー炉として機能する。また、ロウ付けする必要のあるヘッダ１０ｂとチューブ１０ａとの接合部分だけを加熱室１１に入れて加熱することができるので、チューブ１０ａの表面処理に影響を与えることなく、ロウ付けすることができる。また、加熱室１１の挿入口１９を塞ぐことが望ましい場合は、チューブ１０ａにより繋がった上側のフィンに断熱処理をして挿入口１９に当てて、加熱室１１を密閉することも可能である。
【００２１】
本例の流体駆動手段２０は、駆動室２１の内部で、上部２３ａを支点として下部２３ｂを左右方向Ｂに往復振動させる揺動板２４を駆動体として備えている。この揺動板２４は、駆動室２１の長手方向Ａに沿って長く延びており、駆動室２１の外部に設けられたモータ２７により、左右に所定の周期で旋回される。この揺動板２４の揺動による駆動室２１の容積変化により、左右の流路１３および１４を介して加熱室１１の空気５は左右に往復動する。揺動板２４は長手方向Ａに延びているので、加熱室１１の内部の空気５には、長手方向Ａにはほぼ均等に圧力が作用し、長手方向Ａの全体にわたり、空気５が同じ状態で短辺方向Ｂに往復動する。
【００２２】
したがって、図１を参照して説明したように、加熱室１１には、往方向５ａおよび復方向５ｂに交互に熱風５が供給され、往復方向Ｂに温度分布が生ずるのを防止できる。そして、この加熱装置２においては、長手方向Ａは熱風５が均等な状態で加熱室１１に供給および排気される。したがって、細長い加熱室１１の長手方向Ａにおいても温度分布が生ずるのを防止できる。このため、細長いワーク１０を短い方向も、長い方向も均等に加熱することが可能となり、過剰な熱負荷を与えずに、ロウを溶かし、ヘッダ１０ｂとチューブ１０ａとをロウ付けできる。
【００２３】
この加熱装置２においては、前後方向Ａに長い揺動板２４を一定の周期で揺動させることにより、前後方向Ａに長い加熱室１１に対して空気５を短辺方向Ｂに往復動させ、さらに、往方向５ａおよび復方向５ｂのいずれにおいても、加熱された流体５を加熱室１１に供給する加熱工程を有する加熱方法を採用している。したがって、前後方向Ａに長い加熱室１１の内部に設置された、前後方向Ａに長いワーク１０に対して、長手方向Ａおよび短辺方向Ｂに、熱風５を均等な割合で供給することが可能となり、長いワークを均等な条件で加熱することができる。このため、複数の接続箇所のロウ付けの品質を一定にでき、耐久性の高い熱交換器を製造できる。加熱室１１の内部においてワーク１０を所望の温度まで短時間で昇温させることを考慮すれば、空気５の風速は高いことが望ましい。したがって、揺動板２４を往復動する周波数は１Ｈｚ以上とすることが望ましい。一方、空気５の風速が高すぎると、ロウ付けのロウが溶融した状態でチューブ１０ａおよびヘッダ１０ｂの位置関係が動き、それらの組み立て精度が低下する可能性がある。このため、揺動板２４を往復動する周波数は１０Ｈｚ以下とすることが望ましい。
【００２４】
図３に、本発明の異なる加熱装置３の概略構成を示してある。図２に示した加熱装置２は、空気５を往復動するための駆動体として、揺動板２４を採用している。揺動板２４は、一方の端２３ａを中心に旋回するタイプなので、図１に示したピストンタイプの駆動体２２に対して振動および騒音が小さい。しかしながら、揺動板２４の慣性モーメントにより、加熱装置２の全体は振動し、騒音も発生しやすい。揺動板２４を長手方向Ａに幾つかに分断して、逆方向に旋回することにより慣性モーメントをキャンセルして振動および騒音を抑えることができる。しかしながら、加熱室１１の内部で空気が往復動する方向の異なる領域が存在するので、境界領域では乱流が発生し、温度分布が発生する要因となる。そこで、図３に示した加熱装置３においては、駆動室２１に２枚の揺動板２４ａおよび２４ｂを設け、これらを反対方向に同期して旋回して、慣性モーメントをキャンセルすることにより振動の発生を防止している。
【００２５】
さらに、加熱装置３は、復方向の流路１４を、駆動室２１の揺動板２４ａおよび２４ｂが動く範囲の中心２１ｘに接続し、往方向の流路１３は２つの流路１３ｘおよび１３ｙに分割し、駆動室２１の両側２１ａおよび２１ｂ、すなわち、揺動板２４ａおよび２４ｂが動く範囲の外側に接続している。これにより、２枚の揺動板２４ａおよび２４ｂが反対方向に同期して旋回することにより容積変化に基づく吸気および排気により、加熱室１１には左右方向Ｂに往復動する空気５の流れを作ることができる。そして、加熱室１１の外側の流路１３および１４に配置されたヒータ３１で空気５を再加熱することにより、加熱室１１に挿入されたワーク１０を均等に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る加熱装置の機能の概要を示す図である。
【図２】本発明に係る加熱装置の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る加熱装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、３    加熱装置
５    流体
１０    対象物
１１    加熱室
１３    往方向の流路
１４    復方向の流路
２０    流体駆動手段
２１    駆動室
２２、２４    駆動体
３０    流体加熱手段
【図１】
2006153310.tif 000003
【図２】
2006153310.tif 000004
【図３】
2006153310.tif 000005