(57)【要約】【課題】サイズや質量の異なる被加熱物を混在させた状態でも、遠赤外線源からの照射時間は一定としたまま、一括して同一温度に加熱することができる遠赤外線を利用した加熱方法及び装置を提供すること。【解決手段】  遠赤外線源から放射される遠赤外線を体積や質量の異なる複数の被加熱物品のそれぞれに同時に照射するにおいて、各被加熱物品のそれぞれの前面に、開口を有するマスク部材を介在させて、各々の被加熱物品に対する照射面積を制限すると共に、マスク部材の開口の面積を、当該被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算して得られた値に設定し、それにより、体積や質量の異なる複数の被加熱物品を一括して同一温度に昇温し得るようにする。【選択図】図１４
2006196295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠赤外線源から放射される遠赤外線をマスク部材の開口により照射面積を制限して被加熱物品に照射する、ことを特徴とする遠赤外線による加熱方法。
【請求項２】
遠赤外線源から放射される遠赤外線を体積や質量の異なる複数の被加熱物品のそれぞれに同時に照射するにおいて、
各被加熱物品のそれぞれの前面に、開口を有するマスク部材を介在させて、各々の被加熱物品に対する照射面積を制限すると共に、マスク部材の開口の面積を、当該被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算して得られた値に設定し、
それにより、体積や質量の異なる複数の被加熱物品を一括して同一温度に昇温し得るようにした、ことを特徴とする遠赤外線による加熱方法。
【請求項３】
被加熱物品が、封止用の熱硬化性樹脂が注入された電子部品である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠赤外線による加熱方法。
【請求項４】
電子部品が、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着し、内部の空隙に一次注型樹脂としてエポキシ樹脂を注入してなる近接センサの中間製品である、ことを特徴とする請求項３に記載の遠赤外線による加熱方法。
【請求項５】
被加熱物品を同時に複数個だけ保持するための複数の物品保持用冶具を有する搬送用ホルダと、
搬送用ホルダの各物品保持用冶具に対してその下方から遠赤外線を照射するための下部遠赤外線源と、
搬送用ホルダの各物品保持用冶具には、体積や質量の異なる複数種の被加熱物品のそれぞれに対応する種別数分の嵌合凹部が設けられ、かつ各嵌合凹部の底部には所定の開口面積となるように１若しくは２以上の開口が明けられており、さらに
各嵌合凹部の底面面積とそれに明けられた開口の開口面積との比は、当該嵌合凹部に受入られた被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算した値に設定されており、
それにより、各物品保持用冶具に保持された被加熱物品を一括して同一温度に昇温できるようにした、ことを特徴とする遠赤外線による加熱装置。
【請求項６】
各物品保持用冶具に設けられる複数の嵌合凹部は互いにその一部が重なり合っており、かつそれらの境界には隔壁が形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の遠赤外線による加熱装置。
【請求項７】
物品保持用冶具の材質としては金属が使用され、それにより下部遠赤外線源から照射される遠赤外線が反射される、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の遠赤外線による加熱装置。
【請求項８】
金属がＳＵＳ等の重金属とされ、それにより空気を介して伝わる熱による物品保持用冶具の加熱が抑制される、ことを特徴とする請求項７に記載の遠赤外線による加熱装置。
【請求項９】
被加熱物品が、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着したのち、内部の空隙に一次注型樹脂を注入してなる近接センサの中間製品である、ことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の遠赤外線による加熱装置。
【請求項１０】
一次注型樹脂がエポキシ樹脂である、ことを特徴とする請求項９に記載の遠赤外線による加熱装置。
【請求項１１】
体積や質量の異なる複数種の被加熱物品を下方からの遠赤外線照射により規定温度に昇温させるための物品保持用冶具であって、
素材としてＳＵＳ等の重金属を使用してなる本体と、
本体の上面側にあって、複数種の被加熱物品のそれぞれに対応する種別数分の嵌合凹部と、
各嵌合凹部の底部にあって、上下方向へ連通する開口と、を有し、かつ
種別数分の嵌合凹部は、互いにその一部が重合するように密に隣接して配置されると共に、互いの境界には薄肉の壁部が形成されており、
さらに各嵌合凹部の底面面積とそれに明けられた開口の開口面積との比は、当該嵌合凹部に受入られた被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算した値に設定されており、
それにより、各物品保持用冶具に保持された被加熱物品を一括して同一温度に昇温できるようにした、ことを特徴とする物品保持用冶具。
【請求項１２】
被加熱物品が、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着したのち、それらの隙間に封止用樹脂を注入してなる近接センサの中間製品である、ことを特徴とする請求項１１に記載の物品保持用冶具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遠赤外線による加熱方法及び装置に係り、特に、体積や質量の異なる複数の被加熱物品を、遠赤外線源（ヒータ等）の出力や照射時間を変更することなく、同一照射時間で同一温度に一括して加熱する場合等の用途に好適な遠赤外線による加熱方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に、主要部分をモジュール化することにより、各部分別に選択された最適モジュールを組み合わせるだけで、迅速かつ低コストに顧客の要求仕様に応えることができるようにした新規な近接センサを提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような近接センサの全体構成が図２０に、同断面図が図２１に示されている。図従１に示されるように、この近接センサ１００は、検出端モジュールＳＭＪ（詳細は後述）と、接続部材モジュールＣＭＪ（詳細は後述）と、出力回路モジュールＯＭＪ（詳細は後述）とに集約化されている。
【０００４】
検出端モジュール（ＳＭＪ）について説明する。検出端モジュール（ＳＭＪ）は、樹脂製スプール３に巻き付けられた検知コイル４と、検知コイル４が装着されるフェライトコア５と、検知コイル４及びフェライトコア５を収容する樹脂製のコイルケース１と、検知コイル４を共振要素とする発振回路を含む検知回路が搭載された検知回路基板６とを含んでいる。
【０００５】
検知コイル４と検知回路基板６との接続は、検知コイル４側のコイル端子ピン３９，４０を、検知回路基板６側の接続用パッド６１，６２に半田付けすることで行われる。検知コイル４が巻き付けられたスプール３と、フェライトコア５と、検知回路基板６とを一体化した組立体は、樹脂製の有底円筒状コイルケース１内に収容され、その後コイルケース１内には１次注型樹脂（例えば、エポキシ樹脂等）が充填される。
【０００６】
尚、符号２で示されるものは、コイルケース１の先端部外周に嵌め込まれたリング状マスク導体であり、先に本出願人により提案されたように、このマスク導体２の存在によって、検出端モジュール（ＳＭＪ）の特性が外殻ケース１３の有無や材質の相違にかかわらず一定であるように自己完結される。
【０００７】
次に、接続部材モジュール（ＣＭＪ）について説明する。接続部材モジュール（ＣＭＪ）は、フィルム状配線基板であるハーネス７で構成される。ハーネス７上には平行に複数本の配線パターンがその長手方向に沿って形成されている。ハーネス７はその中間部分をＶ型に折りたたんだ状態にあり、様々な長さの外殻ケース１３への対応を容易としている。
【０００８】
次に、出力回路モジュール（ＯＭＪ）について説明する。出力回路モジュール（ＯＭＪ）は、出力回路ＩＣ９、発光ダイオード１０等が搭載された出力回路基板８を中心として構成される。出力回路基板８の後端部１２には、端子パッド１１ａ，１１ｂが設けられている。
【０００９】
以上述べた検出端モジュール（コイルケース１、マスク導体２、スプール３、検知コイル４、フェライトコア５、検知回路基板６を含む）と、出力回路モジュール（出力回路基板８を含む）とは、接続部材モジュール（ハーネス７を含む）を介して互いに接続され、両端が開放された円筒状の外殻ケース１３に収容される。
【００１０】
このとき外殻ケース１３の先端部開口は、コイルケース１が圧入されて塞がれる。また、外殻ケース１３の後端部開口は、エンドプラグ１５で塞がれる。エンドプラグ１５の後端部には、出力回路基板８の後端部１２が突出されるスリット１６と、２次注型樹脂の注入に使用される注入口１７と、樹脂注入の際に内部空気が排出される排気口１８とが設けられ、またその後端部外周にはコードプロテクタ２０を構成する樹脂との融着を促進するためのヒダ部１９が形成される。
【００１１】
外殻ケース１３内に検出端モジュール（ＳＭＪ）、接続部材モジュール（ＣＭＪ）、出力回路モジュール（ＯＭＪ）を収容し、外殻ケース１３の後部開口をエンドプラグ１５で塞いだ後、エンドプラグ１５の注入口１７から加圧溶融樹脂を注入することによって、外殻ケース１３内の隙間に２次注型樹脂を充填して外部からの水や油の侵入を封止する。
【００１２】
しかるのち、エンドプラグ１５のスリット１６から突出する出力回路基板８の後端部１２の端子パッド１１ａ，１１ｂに、電気コード２１を半田付けし、続いて所定の成形型に導入することによって、コードプロテクタ２０をインサート成形する。これにより、コード固定型の近接センサが完成する。
【００１３】
こうして出来上がった近接センサの縦断面図が図従２に概略的に示されている。同図において、２７は１次注型樹脂、２８は検出回路基板６を封止するための封止樹脂、２９は外殻ケース１３内の隙間を封止する２次注型樹脂である。また、２１は電気コード、２２は外皮、２３，２４は芯線、２５，２６は導体である。このように、完成品である近接センサの外殻ケース１３の内部には、１次注型樹脂２７及び２次注型樹脂２９が満たされている。
【００１４】
ところで、この種の円柱型近接センサには、その円筒状外殻ケース１の外径により、Ｍ８（外径８ｍｍ）、Ｍ１２（外径１２ｍｍ）、Ｍ１８（外径１８ｍｍ）、Ｍ３０（外径３０ｍｍ）と言ったように、様々なサイズ規格のものが存在する。
【００１５】
コイルケース１内に注入された一次注型樹脂２７を硬化させるためには、熱風炉加熱や遠赤外線加熱等の加熱手段が考えられる。従来、高温雰囲気の循環経路に配置された雰囲気加熱用ヒータと、ワークに対向する位置に配置された赤外線加熱用ヒータと、この赤外線加熱用ヒータにおけるワークとは反対側の近傍に配置され赤外線加熱用ヒータに対する上流側からの雰囲気流れの当たりを防止する防風体とを具備したリフロー半田付け装置は知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】国際公開第０２／０７５７６３号パンフレット
【特許文献２】特開平６−３４４１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
昨今、この種の近接センサの業界においては、顧客の注文に迅速に応える一方、在庫を少なくしてコストダウンを図るために、多品種かつ少量の受注生産を行いたいとする要望が強く存在する。
【００１７】
多品種かつ少量の受注生産を実現するためには、上述した溶融樹脂の硬化工程においても、様々なサイズ（例えば、Ｍ８，Ｍ１２，Ｍ１８，Ｍ３０等）を有する検出端モジュールを単位個数（例えば、１０個）だけ混在させた状態で同一加熱処理ラインに流しつつ、それらを一括してほぼ同時に硬化させねばならない。
【００１８】
ここで、サイズが異なると言うことは、内部に注入される樹脂の量も異なることを意味するから、当然にサイズの異なる検出端モジュール同士では熱容量にも差が生ずる。そのため、単に一括して遠赤外線を照射しただけでは、個々に異なる昇温プロファイルを呈するから、それら様々なサイズの混在する複数個の検出端モジュールを、同一照射時間で同一温度に加熱したいとする目的を達することはできない。
【００１９】
この発明は、上述の技術的背景に着目してなされたものであり、その目的とするところは、例えば上述の近接センサの製造プロセスのように、サイズや質量の異なる被加熱物を混在させた状態でも、遠赤外線源からの照射時間は一定としたまま、一括して同一温度に加熱することができる遠赤外線を利用した加熱方法及び装置を提供することにある。
【００２０】
この発明の他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の加熱方法は、遠赤外線源から放射される遠赤外線をマスク部材の開口により照射面積を制限して被加熱物品に照射する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
このような構成によれば、マスク部材の開口面積を適切に設定して遠赤外線を照射することにより、遠赤外線源の出力強度を制御せずとも、被加熱物に対して所望の熱量を供給できるから、必要とする熱量から逆算して開口面積を決定することにより、被加熱物の温度を、遠赤外線源の強度に拘わらず、適切に制御することができる。
【００２３】
別の一面から見た本発明の加熱方法は、遠赤外線源から放射される遠赤外線を体積や質量の異なる複数の被加熱物品のそれぞれに同時に照射するにおいて、各被加熱物品のそれぞれの前面に、開口を有するマスク部材を介在させて、各々の被加熱物品に対する照射面積を制限すると共に、マスク部材の開口の面積を、当該被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算して得られた値に設定し、それにより、体積や質量の異なる複数の被加熱物品を一括して同一温度に昇温し得るようにした、ことを特徴とするものである。
【００２４】
このような構成によれば、共通の遠赤外線源から放射される遠赤外線により体積や質量の異なる被加熱物を一括して加熱する場合であっても、個々の被加熱物の前面に介在させたマスク部材の開口面積を適宜に設定することにより、個々の被加熱物に対する遠赤外線の照射面積を最適化して供給熱量を調整できるから、必要とする熱量から逆算して開口面積を決定することにより、被加熱物の温度を同時にかつ同一温度に加熱することが可能となる。
【００２５】
本発明の加熱方法は、様々な被加熱物に応用できるが、特に、被加熱物品が、封止用の熱硬化性樹脂が注入された電子部品である場合には、好適なものとなる。特に、電子部品としては、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着し、内部の空隙に一次注型樹脂としてエポキシ樹脂を注入してなる近接センサの中間製品を挙げることができる。
【００２６】
本発明の加熱装置は、被加熱物品を同時に複数個だけ保持するための複数の物品保持用冶具を有する搬送用ホルダと、搬送用ホルダの各物品保持用冶具に対してその下方から遠赤外線を照射するための下部遠赤外線源と、を含んでいる。
【００２７】
搬送用ホルダの各物品保持用冶具には、体積や質量の異なる複数種の被加熱物品のそれぞれに対応する種別数分の嵌合凹部が設けられ、かつ各嵌合凹部の底部には所定の開口面積となるように１若しくは２以上の開口が明けられており、さらに各嵌合凹部の底面面積とそれに明けられた開口の開口面積との比は、当該嵌合凹部に受入られた被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算した値に設定されており、それにより、各物品保持用冶具に保持された被加熱物品を一括して同一温度に昇温できるようにした、ことを特徴とするものである。
【００２８】
このような構成によれば、体積や質量の異なる複数種の被加熱物品を同時に加熱する場合には、搬送用ホルダの各物品保持用冶具の各種別の嵌合凹部に該当する被加熱物をセットすれば、嵌合凹部の底部開口から遠赤外線が照射されることにより、各種別の被加熱物に対して適切な熱量が供給されて、予め規定された照射時間が経過した時点では、体積や質量に拘わらず、全ての被加熱物は同一温度にまで加熱される。これにより、異種混在加熱ラインの構築が可能となる。
【００２９】
好ましい実施の形態においては、各物品保持用冶具に設けられる複数の嵌合凹部は互いにその一部が重なり合っており、かつそれらの境界には隔壁が形成されている。このような構成によれば、遠赤外線源として放射面積の狭いものを使用できる一方、各物品補冶具については、小型化を実現することができる。
【００３０】
このとき、物品保持用冶具の材質として金属を使用すれば、下部遠赤外線源から照射される遠赤外線が物品保持用冶具の底面で反射されることで、物品保持用冶具それ自体が加熱されることによる被加熱物への影響を排除することができる。
【００３１】
また、金属としてＳＵＳ等の重金属を使用すれば、空気を介して伝わる熱による物品保持用冶具の加熱が抑制される、物品保持用冶具それ自体が加熱されることによる被加熱物への影響を一層排除することができる。
【００３２】
本発明装置は種々の被加熱物に応用できる。好ましい適用例としては、被加熱物品として、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着したのち、内部の空隙に一次注型樹脂を注入してなる近接センサの中間製品を挙げることができる。このとき、一次注型樹脂としてはエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００３３】
別の一面から見た本発明は、体積や質量の異なる複数種の被加熱物品を下方からの遠赤外線照射により規定温度に昇温させるための物品保持用冶具として把握することもできる。
【００３４】
この物品保持用冶具は、素材としてＳＵＳ等の重金属を使用してなる本体と、本体の上面側にあって、複数種の被加熱物品のそれぞれに対応する種別数分の嵌合凹部と、各嵌合凹部の底部にあって、上下方向へ連通する開口と、を有する。
【００３５】
この物品保持用冶具には、種別数分の嵌合凹部は、互いにその一部が重合するように密に隣接して配置されると共に、互いの境界には薄肉の壁部が形成されており、さらに各嵌合凹部の底面面積とそれに明けられた開口の開口面積との比は、当該嵌合凹部に受入られた被加熱物品を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算した値に設定されており、それにより、各物品保持用冶具に保持された被加熱物品を一括して同一温度に昇温できるようにした、ことを特徴とするものである。
【００３６】
このとき、被加熱物品が、有底円筒状ケース内に検知コイル組立体を装着したのち、それらの隙間に一次中継樹脂を注入してなる近接センサの中間製品であってもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、マスク部材の開口面積を適切に設定して遠赤外線を照射することにより、遠赤外線源の出力強度を制御せずとも、被加熱物に対して所望の熱量を供給できるから、必要とする熱量から逆算して開口面積を決定することにより、被加熱物の温度を、遠赤外線源の強度に拘わらず、適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
従来、遠赤外線による加熱は体積、質量の小さいものほど加熱が早く、体積、質量の大きいものは加熱が遅くなるのは常識とされていた。しかし、現在開発中である近接スイッチ用樹脂過熱炉においては、生産効率の向上と混流ラインを目的としているため、Ｍ８サイズ〜Ｍ３０サイズという体積も質量も異なるワークを同じ時間で同じ温度まで加熱することを必要とされていた。
【００３９】
本発明者等は、このＭ８サイズ〜Ｍ３０サイズのワークを同じ時間で同じ温度まで加熱するという課題について、治具の開口率を制御することで遠赤外線のワークへの照射を制御し、Ｍ８サイズ〜Ｍ３０サイズのワークを同じ時間で同じ温度まで加熱するという、従来では不可能だったことを可能とした。
【００４０】
樹脂遠赤外線加熱硬化のメカニズムは、遠赤外線という光が加熱対象（ワーク）表面で熱変換することで、加熱されるものである。その加熱のエネルギーはワークとヒータの温度差の約４乗に比例する。
【００４１】
以下に、Ｍ８サイズ〜Ｍ３０サイズという体積も質量も異なるワークを同じ時間で同じ温度まで加熱するために行ったシミュレーション方法の改良について述べる。具体的には、従来までの方式の課題と新たな概念に基づいた、新加熱方式とそのシミュレーションモデル、ならびにシミュレーション結果、およびシミュレーションモデルに基づいた実測結果について述べる。
【００４２】
［従来の加熱方式と課題と仮説］
遠赤外線による加熱は遠赤外線ヒータを熱源と考え、図１に示すようにワークＺを治具Ｊにて支え、上下方向あるいは左右方向より加熱を行う方法が一般的に採られている。尚、図において、Ｈ１は上面ヒータ、Ｈ２は下面ヒータ、Ｊは治具、Ｚはワークである。
【００４３】
図１において、ワークＺに伝わるエネルギーを考えると、そのエネルギーは２種類あり、その一つは、遠赤外線によるエネルギーで、これは、上面ヒータＨ１と下面ヒータＨ２から受けるものである。もう一方は遠赤外線の吸収によって暖められた空気による熱伝導であると考えられる。
【００４４】
従来では、上記で示したエネルギーの関係はわかっておらず、その結果、体積も質量も異なるワークを同じ時間で同じ温度まで加熱することは不可能であった。
【００４５】
したがって、これらのエネルギーの関係と制御方法がわかれば、サイズ違いのワークの温度上昇を均一化できると推測できる。
【００４６】
［本発明の加熱方式とシミュレーションモデル］
［本発明の加熱方式の概念］
ワークＺの温度上昇は遠赤外線の照射による直接効果と遠赤外線が空気を暖めて、その熱がワークに伝わる間接効果に分けられる。
【００４７】
そこで、まず、直接効果について考える。遠赤外線は熱ではなく、光の一種であることを考慮すると、図１の状態において、治具Ｊが金属であれば、遠赤外線の波長から金属で反射し、ほぼワークに到達しないと考えられる（図２参照）。これは、治具の開口面積を最適化することで、遠赤外線がワークに照射される量を制御し、温度上昇を制御できることを示している。したがって、本発明の加熱方式では治具の開口面積を最適化することで、遠赤外線ヒータからワークが受け取るエネルギーを制御し、サイズの異なるワークの温度の均一化を行う。
【００４８】
次に、間接効果について述べる。これは、遠赤外線の吸収によって暖められた空気による熱伝導であり、空気の流れによるものなので、具体量を把握することは極めて困難である。また、これは治具、ワーク両方を暖めることになり、治具の熱はワークに伝わる、という伝導経路も複雑である。したがって、できるだけ間接効果を遮断する必要がある。
【００４９】
以上より、新加熱方式およびそのシミュレーションモデルは図３のような概念となる。図３に示す概念のシミュレーションモデルの完成には、ワークの治具の開口面積比率による直接効果の制御と間接効果を遮断する方法および、それらによる温度均一化の関係式の解明が必要となる。
【００５０】
［開口面積比率と温度上昇の均一化］
まず、直接効果の制御である、治具の開口面積比率による遠赤外線ヒータの受光エネルギー量と温度上昇と均一化について考える。このとき図４のようにパラメータを置き、ワークの温度上昇について考える。
【００５１】
まず、図４の状態において、ワークＺは上面ヒータＨ１と下面ヒータＨ２とからエネルギーを受け取ることになるので、ワークＺの上面、下面からヒータまでの距離をそれぞれｄ1，ｄ2とすると、単位時間あたりに、ワークＺの上面、下面でワークが受け取るエネルギーのエネルギー密度は、ヒータのエネルギー密度は一様であるとすると、
【数１】
2006196295.tif 000003
となる。ここでＱ1，Ｑ2は上面ヒータ、下面ヒータの熱量でありワークとヒータの温度差の４乗に比例する。
【００５２】
次にワークの温度上昇について考える。下面ヒータＨ２からのエネルギーは治具Ｚの開口面積によって制御される。また上面ヒータＨ１のエネルギーは回り込みが無いとすると、ワークＺは底面積と上面の面積が等しい円筒形であるので、ワークの底面積の分だけ受け取ることになる。下面ヒータＨ２からワークＺが受け取るエネルギーは、
【数２】
2006196295.tif 000004
と表され、上面ヒータＨ１からワークＺが受け取るエネルギーは、
【数３】
2006196295.tif 000005
と表される。ここで、Ａは治具の開口面積比、Ｓはワークの底面積である。したがって、単位時間あたりにワークＺが受け取るエネルギーは
Ｅtotal＝ＡＳＥ2＋ＳＥ1                    ・・・（５）
となる。したがって、単位時間における、ワークの温度変化はワークの質量をＭとすると、
【数４】
2006196295.tif 000006
となる。ここでΔＴは単位時間あたりにおけるワークの温度上昇量、Δｔは単位時間を表す。
【００５３】
さらに式（６）を用いて、サイズ違いのワークの温度均一化について考える。
Ｍ８〜Ｍ３０の治具の開口面積比率、質量、底面積をそれぞれＡ1〜Ａ4、Ｍ1〜Ｍ4、Ｓ1〜Ｓ4と置くと、式（６）より、Ｍ８〜Ｍ３０の単位時間あたりにおけるワークＺの温度上昇量は、
【数５】
2006196295.tif 000007
となる。式（７）〜式（１０）を等しくできるＡが存在すれば、Ｍ８〜Ｍ３０の温度上昇を均一化できる。
【００５４】
上記を計算すると、
【数６】
2006196295.tif 000008
を解けばよい。ここで、Ｅ1，Ｅ2はそれぞれ上面、下面ヒータのエネルギーであり、このエネルギー比はヒータ絶対温度の４乗とワーク絶対温度の４乗の差によってそれぞれ決定する（表１参照）。
【表１】
2006196295.tif 000009
【００５５】
また、Ｍ８〜Ｍ３０の質量、底面積はＭ８を１とすると、それぞれ表２のとおりである。表２の値を式（１１）に代入して解くと、表３の開口面積比率となる。
【表２】
2006196295.tif 000010
【表３】
2006196295.tif 000011
【００５６】
表３より、式（７）〜式（１０）を等しくみたすＡが存在するため、治具Ｚの開口面積比率を制御することで温度の均一化を図ることができる。また、治具Ｚの開口面積比率は実際の治具ではＭ３０で７０％程度しか開口が確保できないため、Ｍ３０の開口面積比率を７０％とすると、表３よりＭ８：１７％、Ｍ１２：２７％、Ｍ１８：４２％のとき温度の均一化ができると考えられる。
【００５７】
［間接効果の影響と対策］
次に、間接効果の影響について述べる。間接効果とは、遠赤外線によって暖められた空気が物体を暖める現象である。図３の場合、暖められた治具Ｊ、ワークＺ両方を暖め、治具Ｊの熱はワークＺに伝わる、という伝導経路も複雑であり、具体量を把握することは困難である。したがって、できるだけ間接効果を遮断する方法を採る方法を考える。
【００５８】
一般的に暖められた空気により、暖められる物体の昇温は、
【数７】
2006196295.tif 000012
で表される。ここでＭは物体の質量、Ｗは比熱、ｈは熱伝導率、Ｓは物体の表面積、Ｔw，Ｔhはそれぞれ物体の温度であり、空気の温度である。ここで、式（１２）を見てみると、表面積の大きさによって温度の上昇が大きくなることがわかる。ここで、直接効果による温度上昇の少ない金属製の治具は、その表面積の大きさによって間接効果による温度上昇を引き起こすことになる。さらに、治具によって周りの空気の流れを遮断されているワークに比べ、間接効果による温度上昇ははるかに大きいと考えられる。したがって、治具の間接効果の影響を遮断する必要がある。
【００５９】
再度、式（１２）に戻ると、式（１２）は質量、比熱の大きい物質は間接効果による温度上昇がしにくい傾向を示している。したがって、治具の間接効果を遮断するためにはできるだけ質量（密度）が大きく、かつ比熱の大きい材料（例えばＳＵＳなど）で治具を作ればよいことが分かる。
【００６０】
なお、質量、比熱の小さい（熱を伝えやすい）アルミ製の治具と、質量が大きく、かつ比熱の大きいＳＵＳ製の治具を同じ遠赤外線ヒータ条件のもとで加熱した結果を図５に示す。図５より、質量、比熱の大きいＳＵＳの治具は、温度が上昇しにくく、間接効果を遮断する力が大きいことは一目瞭然である。
【００６１】
［本発明の加熱方式のシミュレーションによる結果］
先に述べたシミュレーションモデルをもとにＭ８，Ｍ３０を想定したシミュレーションを行った。モデルを図６に示し、治具の物性値を表４、加熱条件を表５、開口率を表６に示す。またシミュレーション結果を図７に示す。
【表４】
2006196295.tif 000013
【表５】
2006196295.tif 000014
【表６】
2006196295.tif 000015
【００６２】
開口率を先の理論に従って表６のようにすると、図７のシミュレーションによると、Ｍ３０，Ｍ８とも内部まで同一時間でほぼ同一温度まで昇温できることが分かる。
【００６３】
［実測結果］
表４〜表６の条件でワークを実際に加熱した。実測値を図８に示す。またシミュレーションとの対比を図９，図１０に示す。
【００６４】
［まとめ］
（１）治具の開口率を先の理論により計算し、設定することで、サイズ違いのワークＺを同じ時間で、同じ温度まで昇温できることが図８より分かる。
【００６５】
（２）図９，１０より、治具の開口率によって制御されたエネルギー量をシミュレーションへ導入することが可能であり、かつそれによるワークＺの昇温予測も実測値と大幅な違いはなかった。
【００６６】
（３）図９においてＭ３０のシミュレーション結果と実測値が約１０℃程度ずれているが、これは周囲空気との対流により熱が奪われたためであり、Ｍ３０の表面積が大きいために発生したと考えられる。上記の根拠として表面積が小さく、周囲空気との対流が発生しにくいＭ８においてはシミュレーションと実測値との違いはほぼ０であることが挙げられる。
【００６７】
（４）以上より、下面ヒータ（治具の開口を通ってワークＺエネルギーを与えるヒータ）Ｈ２の温度が上面ヒータＨ１に比べ、十分に高い（エネルギーが大きい）場合は、先の理論が成立すると考えてよく、サイズ違いのワークＺを同じ時間で、同じ温度まで昇温する手法として成立したのではないかと考える。
【００６８】
［近接センサの検出端モジュールへの応用例］
以下に、図２０及び図２１を参照して先に説明した近接センサの検出端モジュール（ＳＭＪ）についての応用例について説明する。この応用例においては、コイルケース１内に一次注型樹脂（エポキシ樹脂）２７が注入され、これを加熱硬化させるものである。検出端モジュール（ＳＭＪ）の加熱に使用する搬送用ホルダと物品保持用冶具との関係を示す斜視図が図１１に示されている。
【００６９】
同図に示されるように、この加熱装置は、被加熱物品である検出端モジュール（ＳＭＪ）を同時に複数個だけ保持するための複数の物品保持用冶具１００を有する搬送用ホルダ２００と、搬送用ホルダ２００の各物品保持用冶具１００に対してその下方から遠赤外線を照射するための下部遠赤外線源（図示省略するが先の例における下面ヒータＨ２に相当）と、搬送用ホルダ２００の各物品保持用冶具１００に対してその上方から遠赤外線を照射するための上部遠赤外線源（図示省略するが先の例における下面ヒータＨ１に相当）と、を含んでいる。
【００７０】
なお、図示例では、２０１は左側フレーム、２０２は右側フレーム、２０３はスペーサピン、２０４は仕切突部であり、隣接する仕切突部２０４，２０４の間に冶具収容部２０５が形成される。
【００７１】
物品保持用冶具の斜視図が図１２に、物品保持用冶具と開口部とのレイアウト図が図１４にそれぞれ示されている。それらの図に示されるように、搬送用ホルダ２００の各物品保持用冶具１００には、体積や質量の異なる複数種の被加熱物品（Ｍ８，Ｍ１２，Ｍ１８，Ｍ３０のＳＭＪ）のそれぞれに対応する種別数分の嵌合凹部（第１の凹部１０２、第２の凹部１０３、第３の凹部１０４、第４の凹部１０５）が設けられ、かつ各嵌合凹部の底部には所定の開口面積となるように１若しくは２以上の開口（Ａ部〜Ｐ部）が明けられており、さらに種別数分の嵌合凹部（１０２〜１０５）は、互いにその一部が重合するように密に隣接して配置されると共に、互いの境界には薄肉の壁部（第１の円形壁部１０６、第２の円形壁部１０７、第３の円形壁部１０８）が形成されている。
【００７２】
各嵌合凹部（１０２〜１０５）の底面面積とそれに明けられた開口（Ａ部〜Ｐ部）の開口面積との比は、当該嵌合凹部に受入られた被加熱物品（Ｍ８，Ｍ１２，Ｍ１８，Ｍ３０のＳＭＪ）を規定温度に昇温するに必要な熱量から逆算した値に設定されており、それにより、各物品保持用冶具に保持された被加熱物品を一括して同一温度に昇温できるようになされている。
【００７３】
殊に、この例にあっては、各物品保持用冶具１００に設けられる複数の嵌合凹部（１０２〜１０５）は互いにその一部が重なり合っており、かつそれらの境界には隔壁（第１の円形壁部１０６、第２の円形壁部１０７、第３の円形壁部１０８）が形成されているため、物品保持用冶具１００全体の体積を小型化できるとともに、遠赤外線源として放射面積の小さなものを使用することも可能となる。
【００７４】
加えて、この例にあっては、本体１０１の素材として重金属であるステンレス（ＳＵＳ）が使用されているため、下面ヒータからの遠赤外線を反射して本体１０１の余分な加熱を抑制すると共に、周囲空気が加熱されても本体１０１自体は暖まり難くなり、その面からも余分な加熱を抑制することができる。
【００７５】
図１４に示されるように、ステンレス製の物品保持用冶具１００の本体１０１には、第１乃至第４からなる嵌合凹部１０２〜１０５が設けられている。ここで、第１の嵌合凹部１０２はＭ８タイプ、第２の嵌合凹部１０３はＭ１２タイプ、第３の嵌合凹部１０４はＭ１８タイプ、第４の嵌合凹部１０５はＭ３０タイプの検出端モジュール（ＳＭＪ）に対応するものである。
【００７６】
第１の嵌合凹部１０２の底部には、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部からなる４個の開口が形成されている。第２の嵌合凹部１０３の底部には、Ｉ部、Ｊ部、Ｋ部、Ｌ部からなる４個の開口が形成されている。第３の嵌合凹部１０４の底部には、Ｍ部、Ｎ部、Ｏ部、Ｐ部からなる４個の開口が形成されている。第４の嵌合凹部１０５には、図から明らかなように、第１、第２、第３の嵌合凹部の前部又は一部が含まれることとなるため、その底部には、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部からなる４個の開口と、Ｉ部、Ｊ部、Ｋ部、Ｌ部からなる４個の開口と、Ｍ部、Ｎ部からなる２個の開口と、Ｅ部、Ｆ部、Ｇ部、Ｈ部からなる４個の開口とで、計１４個の開口が存在することとなる。
【００７７】
図１５に示されるように、Ｍ８サイズの検出端モジュール（ＳＭＪ）が第１の嵌合凹部１０２に収容されると、この検出端モジュール（ＳＭＪ）の底面は、４個の開口（Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部）を介して、下面ヒータからの遠赤外線が照射される。このとき、開口部の総面積（開口部面積）は、図に記載のように、開口部面積＝Ａ部＋Ｂ部＋Ｃ部＋Ｄ部となり、開口率は、図に記載のように、開口率＝開口部面積／底面面積となる。
【００７８】
図１６に示されるように、Ｍ１２サイズの検出端モジュール（ＳＭＪ）が第２の嵌合凹部１０３に収容されると、この検出端モジュール（ＳＭＪ）の底面は、４個の開口（Ｉ部、Ｊ部、Ｋ部、Ｌ部）を介して、下面ヒータからの遠赤外線が照射される。このとき、開口部の総面積（開口部面積）は、図に記載のように、開口部面積＝Ｉ部＋Ｊ部＋Ｋ部＋Ｌ部となり、開口率は、図に記載のように、開口率＝開口部面積／底面面積となる。
【００７９】
図１７に示されるように、Ｍ１８サイズの検出端モジュール（ＳＭＪ）が第３の嵌合凹部１０４に収容されると、この検出端モジュール（ＳＭＪ）の底面は、４個の開口（Ｍ部、Ｎ部、Ｏ部、Ｐ部）を介して、下面ヒータからの遠赤外線が照射される。このとき、開口部の総面積（開口部面積）は、図に記載のように、開口部面積＝Ｍ部＋Ｎ部＋Ｏ部＋Ｐ部となり、開口率は、図に記載のように、開口率＝開口部面積／底面面積となる。
【００８０】
図１８に示されるように、Ｍ３０サイズの検出端モジュール（ＳＭＪ）が第４の嵌合凹部１０４に収容されると、この検出端モジュール（ＳＭＪ）の底面は、１０個の開口（Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｍ部、Ｎ部、Ｏ部、Ｐ部）を介して、下面ヒータからの遠赤外線が照射される。このとき、開口部の総面積（開口部面積）は、図に記載のように、開口部面積＝Ａ部＋Ｂ部＋Ｃ部＋Ｄ部＋Ｉ部＋Ｊ部＋Ｋ部＋Ｌ部＋Ｍ部＋Ｎ部＋Ｅ部＋Ｆ部＋Ｇ部＋Ｈ部となり、開口率は、図に記載のように、開口率＝開口部面積／底面面積となる。
【００８１】
本発明が適用された加熱硬化のための生産設備の一例が図１３に示されている。同図に示されるように、この生産設備３００は、仮硬化ステーション３０１と本硬化炉３０２とを含んでいる。そして、本発明は仮硬化ステーション３０１における加熱処理に適用されている。
【００８２】
ここで、仮硬化ステーションにおける仮硬化とは、図２０及び図２１にて説明した検出端モジュール（ＳＭＪ）は、一次注型樹脂２７注入した時点においては、コイルケース１内のインサート部品が不安定であるためこれを仮固定する工程を意味している。従来、この仮固定には、複雑な専用の押さえ冶具が各サイズ毎に必要であり、また従来の加熱工程では仮硬化工程と本硬化工程という区分けがなかったため、熱風炉等の加熱炉に押さえ冶具を長時間付けたまま装入することで、自動ライン化が困難とされていたが、今回新たに開発された加熱工程では、仮硬化工程と本硬化工程という区分けを設けると共に、仮硬化工程を多種混在ラインで同時一括加熱できるため、押さえ冶具も構造が簡単となり、自動ライン化が容易に実現できたものである。
【００８３】
仮硬化工程における昇温プロファイルとヒータ制御態様の説明図が図１９に示されている。本発明の遠赤外線加熱によれば、各嵌合凹部１０２〜１０５内の開口率を適切に設計することで、下面ヒータの出力を任意に設計できる。図１９の例では、仮硬化工程の全体を、７５０°Ｃで３分間加熱する第１段加熱と４００°Ｃで１０分加熱する第２段加熱とからなる２段制御としたことにより、インサート部品の仮固定時間短縮により製品精度が高まること、高温加熱時間が短いことから電子部品に与える熱的影響が緩和されること、等の効果が得られた。なお、同一の加熱を一段制御で実現しようとすれば。５５０°Ｃで１３分加熱することが必要となり、仮固定に要する時間が長くなり、電子部品に与える熱的影響も大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、マスク部材の開口面積を適切に設定して遠赤外線を照射することにより、遠赤外線源の出力強度を制御せずとも、被加熱物に対して所望の熱量を供給できるから、必要とする熱量から逆算して開口面積を決定することにより、被加熱物の温度を、遠赤外線源の強度に拘わらず、適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来の加熱方法を説明するための図である。
【図２】遠赤外線のワークへの照射を説明するための図である。
【図３】本発明の加熱方式の概念を説明するための図である。
【図４】各種のパラメータとモデルを説明するための図である。
【図５】冶具の温度上昇結果を説明するためのグラフである。
【図６】シミュレーションモデルを説明するための図である。
【図７】Ｍ８，Ｍ３０のシミュレーション結果を説明するためのグラフである。
【図８】実測値（表２〜４の条件で加熱）を説明するためのグラフである。
【図９】実測値とシミュレーション値の比較（Ｍ３０）を説明するためのグラフである。
【図１０】実測値とシミュレーション値の比較（Ｍ８）を説明するためのグラフである。
【図１１】搬送用ホルダと物品保持用冶具との関係を示す斜視図である。
【図１２】物品保持用冶具の斜視図である。
【図１３】本発明が適用された生産設備の斜視図である。
【図１４】物品保持用冶具と開口部とのレイアウト図である。
【図１５】Ｍ８サイズの近接センサ部品の適用例を示す図である。
【図１６】Ｍ１２サイズの近接センサ部品の適用例を示す図である。
【図１７】Ｍ１８サイズの近接センサ部品の適用例を示す図である。
【図１８】Ｍ３０サイズの近接センサ部品の適用例を示す図である。
【図１９】昇温プロファイルとヒータの制御態様の説明図である。
【図２０】近接センサの分解斜視図である。
【図２１】近接センサの縦断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  コイルケース
２  マスク部材
３  コイルスプール
４  コイル
５  フェライトコア
６  検知回路基板
２７  一次注型樹脂（エポキシ樹脂）
２８  封止樹脂
１００  物品保持用冶具（マスク部材）
１０１  冶具本体
１０２  第１の凹部（嵌合凹部）
１０３  第２の凹部（嵌合凹部）
１０４  第３の凹部（嵌合凹部）
１０５  第４の凹部（嵌合凹部）
１０６，１０７，１０８  隔壁
２００  搬送用ホルダ
２０１  左側支持フレーム
２０２  右側支持フレーム
２０３  スペーサピン
２０４  仕切突部
２０５  冶具収容部
３００  生産設備
３０１  仮硬化ステーション
３０２  本硬化炉
Ａ部〜Ｐ部  開口
Ｈ１  上面ヒータ
Ｈ２  下面ヒータ
Ｚ  加熱対象となるワーク
Ｊ  冶具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006196295.tif 000030
【図１６】
2006196295.tif 000031
【図１７】
2006196295.tif 000032
【図１８】
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【図１９】
2006196295.tif 000034
【図２０】
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【図２１】
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