(57)【要約】【課題】種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することを可能とし、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る可動式加熱システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる可動式加熱システム１００、２００の代表的な構成は、電磁誘導により被加熱体１４０を加熱させる誘導加熱手段１１０と、誘導加熱手段１１０が備えられたロボットアーム１２０と、誘導加熱手段１１０を被加熱体１４０に沿わせるようにロボットアーム１２０を移動させる制御部１５０とを有し、制御部１５０は、誘導加熱手段１１０の出力、この誘導加熱手段１１０による加熱時間、またはロボットアーム１２０を移動させる移動速度の少なくとも１つを制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段が備えられたロボットアームと、
前記誘導加熱手段を前記被加熱体に沿わせるように前記ロボットアームを移動させる制御部とを有し、
前記制御部は、前記誘導加熱手段の出力、該誘導加熱手段による加熱時間、または前記ロボットアームを移動させる移動速度の少なくとも１つを制御することを特徴とする可動式加熱システム。
【請求項２】
前記誘導加熱手段は、複数の誘導加熱コイルを配列して構築されることを特徴とする請求項１に記載の可動式加熱システム。
【請求項３】
前記複数の誘導加熱コイルは、加熱面が被加熱体に対向するように各々の形状や大きさが異なることを特徴とする請求項２に記載の可動式加熱システム。
【請求項４】
前記誘導加熱手段と共に、赤外線加熱手段、マイクロ波加熱手段もしくは抵抗加熱手段のいずれか１つまたは複数をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可動式加熱システム。
【請求項５】
前記誘導加熱手段に対して前記被加熱体を動かすことが可能な被加熱体可動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の可動式加熱システム。
【請求項６】
前記被加熱体の温度を測定する温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサが測定した温度に基づき、前記出力、前記加熱時間、または前記移動速度の少なくとも１つをフィードバック制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の可動式加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段を移動可能な可動式加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、誘導加熱技術は、家庭用調理器具に留まらず、製造現場での熱処理利用（焼き入れ、焼きなまし）、塗装工程の乾燥用途など産業目的でも利用されている（非特許文献１参照）。その一方で、誘導加熱（IH:Induction Heating,以下ＩＨと称する）には、被加熱体（製品）までの距離、または被加熱体の形状もしくは材質等によって加熱効果が変わってしまう特性がある。
【０００３】
現状では、事前に被加熱体ごとにＩＨコイルの形状や加熱出力、印加周波数を検討し、適用可否を判断している。一般に被加熱体の変更ごとにＩＨコイルを交換、調整する必要があるため、ＩＨ技術の多品種生産への適用は困難であった。また、形状が複雑な被加熱体に対しその曲折に沿うようにＩＨコイルの形状を設計することが難しいため、かかる被加熱体へのＩＨ技術の適用も困難であった。
【０００４】
特許文献１では、産業用ロボットを用いてＩＨコイルまたは被加熱体のいずれか一方あるいは双方を移動させることにより、常に双方の間を加熱に適正な距離に保持する技術を開示している。これにより、加熱対象領域が如何なる形状であっても適正に高周波誘導加熱を行うことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４３５４４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Jou-lo”、タクボエンジニアリング株式会社、[online]、［平成22年2月9日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.takubo.co.jp/j/column/archives/2007/20071219_2.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の技術では確かに双方の間を加熱に適正な距離に保持することが可能だが、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することは不可能である。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することを可能とし、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る可動式加熱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明にかかる可動式加熱システムの代表的な構成は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段と、誘導加熱手段が備えられたロボットアームと、誘導加熱手段を被加熱体に沿わせるようにロボットアームを移動させる制御部とを有し、制御部は、誘導加熱手段の出力、この誘導加熱手段による加熱時間、またはロボットアームを移動させる移動速度の少なくとも１つを制御することを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、誘導加熱手段をロボットアームと結合することにより可動式とし、制御部が誘導加熱手段の出力や加熱時間、ロボットアームを移動させる移動速度を制御するように構成したため、被加熱体が如何なる形状であっても好適に加熱させることができる。
【００１１】
上記誘導加熱手段は、複数の誘導加熱コイルを配列して構築されるとよい。これにより、各々の誘導加熱手段の出力を制御部が制御し、被加熱体の加熱程度のより細かな調整が可能となる。
【００１２】
上記複数の誘導加熱コイルは、加熱面が被加熱体に対向するように各々の形状や大きさが異なるとよい。具体的には、誘導加熱手段を一般的な円状コイルとしてではなく被加熱体に即して四角形状あるいは３次元形状として構築することができる。これにより、被加熱体を均一に加熱させることが可能である。
【００１３】
上記誘導加熱手段と共に、赤外線加熱手段、マイクロ波加熱手段もしくは抵抗加熱手段のいずれか１つまたは複数をさらに備えるとよい。かかる構成によれば、各々の加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することができる。これにより、多品種生産においてもそれぞれに好適に対応することが可能となる。
【００１４】
上記誘導加熱手段に対して被加熱体を動かすことが可能な被加熱体可動機構をさらに備えるとよい。これにより、被加熱体側の移動により加熱程度を調整することが可能となる。
【００１５】
上記被加熱体の温度を測定する温度センサをさらに備え、制御部は、温度センサが測定した温度に基づき、上記出力、加熱時間、または移動速度の少なくとも１つをフィードバック制御するとよい。かかる構成によれば、温度センサによって被加熱体の加熱の程度を検知しながら、被加熱体を加熱させることができる。よって、被加熱体の形状や材質を問わず一律な（均質な）加熱効果を奏することができる。これより、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することを可能とし、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る可動式加熱システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態にかかる可動式加熱システムについて説明する図である。
【図２】誘導加熱手段について説明する図である。
【図３】３次元距離センサを例示する図である。
【図４】第２実施形態にかかる可動式加熱システムについて説明する図である。
【図５】第３実施形態にかかる可動式加熱システムについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
[第１実施形態]
図１は、第１実施形態にかかる可動式加熱システム１００について説明する図である。図１に示すように、可動式加熱システム１００は、例えば被加熱体１４０の乾燥用途に利用される。被加熱体１４０は、被加熱体可動機構としての搬送装置１４２によって搬送され、可動式加熱システム１００を通過する間に乾燥させられる。搬送装置１４２は、可動式加熱システム１００（誘導加熱手段１１０）に対して被加熱体１４０を動かすことができ、相対的な位置関係を修正可能である。
【００２０】
可動式加熱システム１００は、ロボットアーム１２０（産業ロボット）の先端部１２２ｄに備えられた誘導加熱手段１１０を用い、温度センサ１３０により被加熱体１４０の加熱の程度を検知しながら加熱させる。かかる加熱の制御は、制御部１５０によって実施される。
【００２１】
ロボットアーム１２０は、基部１２０ａ並びに連結部１２０ｂ、第２連結部１２０ｃにて回動可能であり、制御部１５０の指令に基づき誘導加熱手段１１０を被加熱体１４０に沿わせるように正確に移動させる。
【００２２】
図２は、誘導加熱手段１１０について説明する図である。誘導加熱手段１１０は、加熱面が被加熱体１４０に対向するように複数のコイルを配列して構築される。なお、誘導加熱手段１１０は、被加熱体１４０よりも小さい（被加熱体１４０の加熱すべき面積が、誘導加熱手段１１０による有効な加熱面積よりも大きい）ことを想定している。
【００２３】
例えば図２（ａ）に示すように、誘導加熱手段１１０は、複数のＩＨコイル１１０ａの集合体であるアレイコイルとして構築される。一般に、ＩＨコイル１１０ａは円状だが、このように複数のＩＨコイル１１０ａを配列することで、全体として任意の形状（ここでは四角形状）の加熱面を構築することができる。
【００２４】
また、例えば図２（ｂ）に示すように、誘導加熱手段１１０は、円状のＩＨコイル１１０ｂと四角形状のＩＨコイル１１０ｃを同心上に配置して構築してもよい。
【００２５】
すなわち、誘導加熱手段１１０は、形状や大きさが様々な複数のＩＨコイルを組み合わせ、種々の被加熱体１４０に見合った形状に形成される。これにより、被加熱体１４０を均一に加熱させることが可能である。
【００２６】
なお、図２（ｃ）に示すように、誘導加熱手段１１０としてのＩＨコイルをプリントパターンで形成してもよい。これにより、ＩＨコイルのばらつきの低減を図ることが可能である。
【００２７】
温度センサ１３０は、３次元サーモカメラ（サーモグラフィ）であって、撮影領域の熱線（赤外線）の強度から、被加熱体１４０の温度分布を３次元で検知する。被加熱体１４０の測定データは、信号として制御部１５０に伝送される。
【００２８】
３次元距離センサ１３２は、被加熱体１４０との距離を３次元で測定する計器である。３次元距離センサ１３２の測定データは、信号として制御部１５０に伝送される。
【００２９】
図３は、３次元距離センサ１３２を例示する図である。図３に例示するように、３次元距離センサ１３２は、例えば光ファイバー１３２ａからレーザーを照射し、反射波を取得して、レーザーの位相差から対象Ｘまでの距離を測定する。
【００３０】
高周波電源部１１２は、インバータおよびインバータからの高周波電流を誘導加熱手段１１０に印加する回路を含んでいる。高周波電源部１１２は、制御部１５０からの制御を受けて、誘導加熱手段１１０を構成する各々のＩＨコイルに高周波電流を印加する。
【００３１】
制御部１５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりシステム全体を管理および制御する。また、記憶部１５２に格納されたプログラムを実行し、ロボットアーム１２０を適正に移動させる。
【００３２】
また、制御部１５０は、３次元距離センサ１３２からの伝送信号をリアルタイムで処理し、被加熱体１４０までの距離に基づきロボットアーム１２０をフィードバック制御する。すなわち、ロボットアーム１２０（誘導加熱手段１１０）の被加熱体１４０への接触を回避し、被加熱体１４０を好適に加熱させるように適正な距離を保って誘導加熱手段１１０を移動させる。
【００３３】
記憶部１５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、システムで利用されるプログラム（ロボットアーム１２０の動作シーケンス）や各種データ、温度センサ１３０が検知した温度分布などを記憶する。
【００３４】
なお、可動式加熱システム１００が、３次元距離センサ１３２を有さない場合には、ロボットアーム１２０の動作シーケンスに被加熱体１４０の形状を考慮した移動座標データが入力され、記憶部１５２に記憶されるとよい。
【００３５】
表示部１５４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、システムで実行中のプログラム等を管理者（作業者）に対し表示する。可動式加熱システム１００が不図示のネットワーク通信部を備え、ネットワークを介して外部から取得した情報を管理者に表示可能にしてもよい。
【００３６】
操作部１５６は、マウスやキーボード、タッチパネル等から構成され、管理者の操作入力を受け付ける。操作部１５６からの操作により、記憶部１５２に記憶されたデータの書換または追加が可能である。
【００３７】
上記構成において、制御部１５０は、温度センサ１３０から伝送された温度分布の測定データを、記憶部１５２に記憶する。そして、温度分布を積算して、被加熱体１４０の各部の加熱量（加熱量の分布）を算出することができる。
【００３８】
これより、制御部１５０は、被加熱体１４０の加熱の程度に基づいて、ロボットアーム１２０をフィードバック制御する。すなわち、誘導加熱手段１１０の出力を制御したり、誘導加熱手段１１０による加熱時間を調整したり、ロボットアーム１２０を移動させる移動速度を調整したりする。
【００３９】
具体的には、基本的な動作として、制御部１５０は、一定の幅ごとに、被加熱体１４０の幅方向に誘導加熱手段１１０（温度センサ１３０）を走査させる（スキャンライン）。このとき、例えば被加熱体１４０の裏面にリブが立っていたり、厚みが部分的に厚くなっていると、その部分だけ熱容量が大きくなっているために温度が上がりにくい。また、誘導加熱手段１１０の大きさに比べて細かい凹凸があったり、被加熱体１４０に突起物がある場合など、誘導加熱手段１１０が被加熱体１４０に近づけない場合がある。そのようなときには検知温度が所望の温度に上昇しない。また、被加熱体１４０の形状や材料によっては、局部的に被加熱体１４０が所望の温度を超えてしまう場合もありうる。そこで、検知温度に応じて局所的に誘導加熱手段１１０の出力を調節することができる。これにより、被加熱体１４０の形状、材質、大きさ等に関係なく、また加熱時間やロボットアーム１２０の移動速度を必ずしも調整せずとも一律な加熱効果を奏することができる。
【００４０】
しかし、換言すれば、誘導加熱手段１１０の出力が一定であっても、加熱時間やロボットアーム１２０の移動速度を調整することで一律な加熱効果を奏することが可能である。本実施形態では、上記の出力制御に加え、制御部１５０が加熱時間、移動速度の調整も行うことで、さらなる精度の向上を図る。
【００４１】
すなわち、加熱時間、移動速度ともに、温度センサ１３０で検知した温度分布を積算し、熱処理に足りるだけの熱量が与えられるように設定する。誘導加熱手段１１０を走査させる幅（間隔）は、基本的には誘導加熱手段１１０の幅であるが、これも積算された温度分布に基づいて動的に設定することができる。例えば伝熱性がよい被加熱体１４０の場合は走査幅を広くすることができ、伝熱性の低い被加熱体１４０の場合は走査幅が重なるように設定することもできる。これにより、被加熱体１４０に対し小さな誘導加熱手段１１０を用いても、高精度で確実に被加熱体１４０を乾燥させることができる。
【００４２】
以上、上述した可動式加熱システム１００によれば、目的温度でロボットアーム１２０を動的制御するので、被加熱体１４０に対し一律な加熱効果を奏することが可能である。これより、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。
【００４３】
[第２実施形態]
図４は、第２実施形態にかかる可動式加熱システム２００について説明する図である。
特に図４（ａ）は可動式加熱システム２００の外観図であり、図４（ｂ）はロボットアーム１２０、２２０先端の加熱手段の拡大図である。
【００４４】
第２実施形態にかかる可動式加熱システム２００の第１実施形態との差異は、ロボットアーム２２０およびその先端部２２０ｄに備えられる加熱手段である。すなわち、第２実施形態は、ロボットアーム１２０の誘導加熱手段１１０に、ロボットアーム２２０の加熱手段を併用して被加熱体１４０を加熱させるいわゆるハイブリッド方式である。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、ロボットアーム２２０の先端部２２０ｄには、赤外線で被加熱体１４０を加熱する赤外線加熱手段２２２、マイクロ波で被加熱体１４０を加熱するマイクロ波加熱手段２２４、または抵抗加熱で被加熱体１４０を加熱する抵抗加熱手段２２６が備えられる。
【００４６】
誘導加熱手段１１０は、ＩＨコイルに高周波の電流を流し、被加熱体１４０に磁場を印加して渦電流を生じさせることにより被加熱体１４０を直接加熱させる方式である。これより、被加熱体１４０は、内側から加熱されやすい。
【００４７】
一方、例えば赤外線加熱手段２２２は、赤外線を照射して被加熱体１４０を加熱する。そのため、被加熱体１４０は、通常外側から加熱される。このように性質の異なる加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することで、多品種生産に対する良好な応答性を確保することができる。
【００４８】
図４（ｂ）に示すように、可動式加熱システム２００は上述した制御部１５０等を備え、ロボットアーム１２０の誘導加熱手段１１０やロボットアーム２２０の他の加熱手段（ここでは、赤外線加熱手段２２２）を被加熱体１４０に沿わせるように移動させる。
【００４９】
図４（ａ）および（ｂ）では、便宜上、高周波電源部１１２、制御部１５０、記憶部１５２、表示部１５４、操作部１５６の図示を省略しているが、可動式加熱システム２００は第１実施形態と同様にこれらの要素を有するものとする。
【００５０】
なお、第２実施形態では２つのロボットアーム１２０、２２０を有したが、３つ以上ロボットアームを備えてシステムを構築してもよい。当然ながら、誘導加熱手段１１０を備えるロボットアーム１２０を複数備えてもよい。この場合において、高周波電源部１１２を共通化し、複数のロボットアーム１２０の誘導加熱手段１１０に対して１つのインバータから高周波電流を印加してもよい。
【００５１】
[第３実施形態]
図５は、第３実施形態にかかる可動式加熱システム３００について説明する図である。可動式加熱システム３００では、第２実施形態とは異なり、１つのロボットアーム１２０の先端に複数の加熱手段を備える。ここでは、ロボットアーム１２０の先端部１２０ｄに誘導加熱手段１１０と赤外線加熱手段２２２が設けられている。
【００５２】
上述したようにロボットアーム１２０は、基部１２０ａ並びに連結部１２０ｂ、第２連結部１２０ｃにて回動可能であり、先端部１２０ｄの角度（向き、方向）を任意に変更することができる。そのため、制御部１５０から支持された姿勢で、誘導加熱手段１１０もしくは赤外線加熱手段２２２またはその双方を用いて、被加熱体１４０を最適に加熱させることができる。
【００５３】
すなわち、第２実施形態と同様に、性質の異なる加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することが可能であり、多品種生産に対する良好な応答性を確保することができる。例えば、乾燥工程においては、赤外線加熱手段２２２によって表面を先に乾燥させた上で、誘導加熱手段１１０によって母材を加熱して内部から乾燥させることができる。また塗料の特性によっては、先に母材を加熱してもよい。なお、図５では記載を省略しているが、可動式加熱システム３００においても、図１に示した可動式加熱システム１００と同様に高周波電源部１１２、制御部１５０、記憶部１５２、表示部１５４、操作部１５６などを備えている。
【００５４】
以上、上述した構成によれば、ＩＨ技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。これより、他熱源（ＩＨ以外の熱源）による熱風乾燥が主流の乾燥工程において、電気加熱の市場の拡大に寄与し、大幅な需要開拓を実現可能とする技術を提供することができる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。例えば上記では、可動式加熱システム１００、２００、３００を乾燥工程に利用するものとして例示したが、当然ながら焼き入れ等の熱処理にも利用することができる。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段を移動可能な可動式加熱システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００、２００、３００…可動式加熱システム、１１０…誘導加熱手段、１１０ａ〜１１０ｃ…ＩＨコイル、１１０ｄ、２２０ｄ…先端部、１１２…高周波電源部、１２０、２２０…ロボットアーム、１２０ａ…基部、１２０ｂ…連結部、１２０ｃ…第２連結部、１３０…温度センサ、１３２…３次元距離センサ、１３２ａ…光ファイバー、１４０…被加熱体、１４２…搬送装置、１５０…制御部、１５２…記憶部、１５４…表示部、１５６…操作部、２２２…赤外線加熱手段、２２４…マイクロ波加熱手段、２２６…抵抗加熱手段
【図１】
2011198730.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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