(57)【要約】【課題】簡易な構成で金属部分および非金属部分を加熱することのできる加熱装置を提供する。【解決手段】加熱装置１０は、金属パイプ１４で構成されるコイル１６と、コイル１６に交流電流Ｉを印加するインバータ１８と、金属パイプ１４の一方から流体を供給する流体源２０と、プリント基板１２の温度を計測する温度検出手段２２と、温度検出手段２２から得られるプリント基板１２の温度に基づいて、コイル１６に供給する交流電流Ｉおよび金属パイプ１４に供給する流体の流量Ｑの少なくとも一方を調整する制御部２４とを備える。加熱装置１０では、コイル１６が発生する磁束Φによりプリント基板１２を加熱するとともに、金属パイプ１４の他方であるノズル３４から噴出する流体によりプリント基板１２を加熱する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を加熱する加熱装置であって、
金属パイプで構成されるコイルと、
前記コイルに交流電流を印加する電源と、
前記金属パイプの一方から流体を供給する流体源と、
を備え、
前記コイルが発生する磁束により前記被加熱物を加熱するとともに、前記金属パイプの他方である噴出口から噴出する流体により前記被加熱物を加熱することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、
前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記コイルに供給する交流電流を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、
前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記金属パイプに供給する流体の流量を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、
前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記コイルと前記被加熱物との隙間を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記コイルに供給する交流電流および前記金属パイプに供給する流体の流量を調整する制御部を備え、
前記制御部は、前記被加熱物の条件により、前記金属パイプに流体を供給しながら前記コイルに対する交流電流を停止させることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記流体は、不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記金属パイプの一端は前記流体源に対して直接接続され、または可撓性パイプを介して接続され、
前記電源と前記コイルとは導線によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記被加熱物はプリント基板であり、
前記コイルは複数設けられ、前記噴出口は前記プリント基板を指向していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記噴出口は、前記プリント基板の樹脂部分を指向していることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱ではコイルによって発生する磁束の中に被加熱物である金属などの導電性材料を配置することにより、電磁誘導による渦電流を発生させて加熱することができ、非接触、高速かつ高効率の加熱が可能である。誘導加熱は、例えばプリント基板のハンダ付け工程における予熱に用いられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−４７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プリント基板は電気回路を形成する銅板などの金属部分と、非金属の絶縁体である樹脂部分とを含んでいる。プリント基板の予熱においては、含浸している水分を排出する目的等により金属部分と樹脂部分の両方をバランスよく加熱することが望ましい。
【０００５】
しかしながら誘導加熱では渦電流を利用することから金属部分を加熱することは可能であっても、絶縁体を加熱することは困難である。そのためプリント基板における樹脂部分を加熱するためには誘導加熱とは別の加熱手段を設ける必要があり、システムが煩雑となる。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で金属部分および非金属部分を加熱することのできる加熱装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置は、被加熱物を加熱する加熱装置であって、金属パイプで構成されるコイルと、前記コイルに交流電流を印加する電源と、前記金属パイプの一方から流体を供給する流体源と、を備え、前記コイルが発生する磁束により前記被加熱物を加熱するとともに、前記金属パイプの他方である噴出口から噴出する流体により前記被加熱物を加熱することを特徴とする。このような加熱装置では、コイルが金属部分の加熱手段と樹脂部分の加熱手段とを兼ねており、簡易な構成で金属部分および非金属部分を加熱することができる。
【０００８】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記コイルに供給する交流電流を調整する制御部と、を備えてもよい。
【０００９】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記金属パイプに供給する流体の流量を調整する制御部と、を備えてもよい。
【００１０】
前記被加熱物の温度を計測する温度検出手段と、前記温度検出手段から得られる前記被加熱物の温度に基づいて、前記コイルと前記被加熱物との隙間を調整する制御部と、を備えてもよい。
【００１１】
前記コイルに供給する交流電流および前記金属パイプに供給する流体の流量を調整する制御部を備え、前記制御部は、前記被加熱物の条件により、前記金属パイプに流体を供給しながら前記コイルに対する交流電流を停止させてもよい。
【００１２】
前記流体は、不活性ガスであってもよい。
【００１３】
前記金属パイプの一端は前記流体源に対して直接接続され、または可撓性パイプを介して接続され、前記電源と前記コイルとは導線によって電気的に接続されていてもよい。
【００１４】
前記被加熱物はプリント基板であり、前記コイルは複数設けられ、前記噴出口は前記プリント基板を指向していてもよい。
【００１５】
前記噴出口は、前記プリント基板の樹脂部分を指向していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる加熱装置では、コイルが発生する磁束による磁気的作用と、該コイルが噴出する流体の作用との相互作用により被加熱物を加熱することができる。すなわち、コイルが金属部分の加熱手段と樹脂部分の加熱手段とを兼ねており、簡易な構成で金属部分および非金属部分を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる加熱装置の模式側面図である。
【図２】図２は、加熱装置の模式底面図である。
【図３】図３は、加熱装置一部抜粋ブロック図である。
【図４】図４は、加熱装置の設計段階における加熱能力の調整方法を示すグラフであり、（ａ）はコイルの長さによる加熱能力を示す図であり、（ｂ）はコイルの巻き数による加熱能力を示す図であり、（ｃ）はコイルの材料抵抗率による加熱能力を示す図である。
【図５】図５は、コイルと被加熱物であるプリント基板との距離の変化による加熱装置の加熱能力を示すグラフである。
【図６】図６は、流体源から供給されてノズルから噴出される流体の状態による加熱装置の加熱能力を示すグラフであり、（ａ）は流量の変化による加熱装置の加熱能力を示す図であり、（ｂ）は流体比熱による加熱装置の加熱能力を示す図である。
【図７】図７は、コイルに対する出力電流による加熱装置の加熱能力を示すグラフである。
【図８】図８は、変形例にかかる加熱装置の模式側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる加熱装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態にかかる加熱装置１０の模式側面図である。図２は加熱装置１０の模式底面図である。
【００２０】
図１に示すように、加熱装置１０は、被加熱物であるプリント基板１２を加熱する装置である。加熱装置１０は、例えばプリント基板１２をハンダ付けする工程における予熱に用いられる。プリント基板１２は電気回路を形成する銅板などの金属部分１２ａ（図３参照）と、非金属の絶縁体である樹脂部分１２ｂ（図３参照）とを含んでいる。
【００２１】
加熱装置１０は、金属パイプ１４で構成される複数のコイル１６と、各コイル１６に高周波の交流電流を印加するインバータ（電源）１８と、金属パイプ１４の一方から流体を供給する流体源２０とを備える。金属パイプ１４は、例えば銅材やステンレス材で構成される。コイル１６はプリント基板１２の下方に設けられている。コイル１６は金属パイプ１４が円筒螺旋形状に巻回されることによって形成されている。コイル１６の円筒は、その中心軸がプリント基板１２の下面に対してほぼ直交するような向きとなっている。
【００２２】
図１では、各コイル１６はインバータ１８に対して直列に接続されているが、並列接続または直列部と並列部とが混在する回路としてもよい。また、各コイル１６に対する電圧の印加方向は同じに示しているが、一部のコイル１６に対して逆方向に印加してもよい。さらに、各コイル１６の螺旋方向は同じに示しているが、一部のコイル１６については逆向きにしてもよい。プリント基板１２は図１における矢印のように、左側から右側に向かって搬送され、加熱装置１０における所定位置にセットされて加熱される。プリント基板１２は加熱装置１０内で搬送されながら加熱されてもよい。図１では、側面から見てコイル１６はプリント基板１２の長さに応じた個数だけ設けられているがこれに限らず、コイル１６の個数は搬送方向に関してさらに多く設けてもよいし、少なく設定してもよい。
【００２３】
コイル１６の長さはＨとする。コイル１６とプリント基板１２との隙間はＧとする。図示を省略するが、加熱装置１０にはコイル１６またはプリント基板１２を昇降させて隙間Ｇを調整する昇降機構が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、コイル１６は搬送方向に直行する方向については列ごとに互い違いに設けられている。これにより、プリント基板１２に対する加熱ムラを防止することができる。コイル１６は、例えば升目状に配置されていてもよい。
【００２５】
図３は、加熱装置１０一部抜粋ブロック図である。図３では、煩雑とならないように複数のコイル１６のうち代表的に１つだけを示している。
【００２６】
図３に示すように、加熱装置１０は、プリント基板１２の温度を計測する温度検出手段２２と、温度検出手段２２から得られるプリント基板１２の温度に基づいて、インバータ１８および流体源２０を制御する制御部２４とを備える。温度検出手段２２は、例えば非接触温度計である。制御部２４は温度調節計として作用し、インバータ１８を制御することによりコイル１６に供給する交流電流Ｉを調整可能であるとともに、金属パイプ１４に供給する流体の流量Ｑを調整可能である。制御部２４は、交流電流Ｉおよび流量Ｑの少なくとも一方を調整可能な構成であるとよい。これによりプリント基板１２の温度制御が簡便かつ高精度に行うことができる。制御部２４は上記の昇降機構を制御可能である。制御部２４の作用については後述する。
【００２７】
流体源２０はコンプレッサ２０ａと、減圧弁２０ｂとを備える。コンプレッサ２０ａは流体を圧縮する。減圧弁２０ｂはコンプレッサ２０ａで圧縮された流体を制御部２４の作用下に減圧する。減圧弁２０ｂは手動調整型であってもよい。
【００２８】
加熱装置１０で適用される流体は気体であり、具体的には空気である。ただし、空気以外にも、例えば窒素などの不活性ガスを用いてもよい。不活性ガスによればプリント基板１２の金属部分の腐食を防止することができる。また、設計条件によっては、加熱装置１０における流体源２０から供給される流体は液体としてもよい。この場合コンプレッサ２０ａに変えてポンプを用いるとよい。
【００２９】
金属パイプ１４は、樹脂の可撓性パイプ２６とともに管路２８を構成している。可撓性パイプ２６は一端が減圧弁２０ｂに接続され、他端が接手３０を介して金属パイプ１４に接続されている。可撓性パイプ２６によれば流体源２０とコイル１６との相対的位置の自由度が得られる。可撓性パイプ２６は絶縁体であって、各コイル１６間を電気的に絶縁することができ、例えば図１のように電気的な直列接続が可能になる。加熱装置１０では、金属パイプ１４の一端は流体源２０に対して可撓性パイプ２６を介して接続されているが、設計条件によっては直接接続してもよい。
【００３０】
金属パイプ１４の両端には端子１４ａが設けられている。金属パイプ１４とインバータ１８とは一対の導線３２によって接続されている。導線３２の一旦は端子１４ａに接続されている。このようにインバータ１８とコイル１６とは導線３２によって電気的に接続されている。導線３２は、例えばリッツ線である。
【００３１】
金属パイプ１４の他端には上方のプリント基板１２を指向するノズル（噴出口）３４が設けられている。ノズル３４は、向きを調整可能であるとともに異なる種類に交換可能である。条件によってはノズル３４を省略してもよい。
【００３２】
このように構成される加熱装置１０では、まず搬送されてきたプリント基板１２を所定位置にセットする。そして、流体源２０から管路２８に流体を供給する。さらに、インバータ１８によりコイル１６に対して交流電流Ｉを供給する。インバータ１８から供給する交流電流Ｉによりコイル１６は磁束Φを発生させる。磁束Φは誘導加熱の作用によってプリント基板１２の金属部分１２ａに渦電流を発生させて加熱することができる。
【００３３】
ところで、コイル１６は磁束Φを発生させるとともに自身の抵抗によって銅損を生じて発熱する。加熱装置１０では、流体源２０から供給される流体がコイル１６で発生する銅損による熱を吸収して昇温し、ノズル３４から噴出されてプリント基板１２に当たることにより樹脂部分１２ｂを加熱することができる。
【００３４】
さらにまた、制御部２４は温度検出手段２２によりプリント基板１２の温度を計測し、該温度に基づいてインバータ１８および減圧弁２０ｂを制御する。プリント基板１２が所定温度に達したらプリント基板１２が加熱装置１０から排出されるまで所定温度を保持し、排出後に加熱を終了する。制御部２４は、インバータ１８および減圧弁２０ｂをそれぞれ温度偏差に基づく制御（例えば比例制御）をしてもよいし、単純にオンオフ制御してもよい。
【００３５】
加熱装置１０ではコイル１６による磁気的作用と流体的作用の相互作用によりプリント基板１２を加熱することができる。また、換言すれば加熱装置１０では、コイル１６が金属部分１２ａの加熱手段と樹脂部分１２ｂの加熱手段とを兼ねていることから、構造が簡易である。加熱装置１０は廉価な部品により構成可能である。
【００３６】
コイル１６は流体源２０から供給される流体によって冷却されることから過剰過熱されることがなく、交流電流Ｉの許容電流値が大きくなる。コイル１６で発生する廃熱は、流体によって回収されてノズル３４から適切な方向に噴出することができ、エネルギー効率がよい。ノズル３４から噴出する流体は、途中に蓄熱体などがなく直接的にプリント基板１２に当たるため、温度制御性がよい。プリント基板１２は金属部分１２ａと樹脂部分１２ｂとがバランスよく加熱されるため、プリント基板に反りや割れが発生するのを抑制することができる。また、バランスよく加熱されることでプリント基板内の水分の排出、フラックス活性化に適した温度に自在に温度調節され、はんだ付けの品質も向上させることができる。
【００３７】
ところでプリント基板１２は、製造工程の条件によっては加熱後に冷却させる場合がある。その場合、加熱装置１０では、制御部２４が金属パイプ１４に流体を供給しながらコイル１６に対する交流電流Ｉを停止させる。そうすると、磁束Φが発生しなくなるとともに銅損による廃熱もなくなるが、流体源２０からの流体供給を継続して行うと、該流体はコイル１６の通過時に昇温することがなく低温のままプリント基板１２に当たり、該プリント基板１２を冷却することができる。このように、加熱装置１０は冷却装置としても利用可能である。
【００３８】
加熱装置１０では磁気的作用および流体的作用によってプリント基板１２を加熱するが、プリント基板１２の種類や仕様によっては磁気的作用および流体的作用をそれぞれ調整することができる。以下に加熱装置１０によってプリント基板１２を加熱する各種調整手段について説明する。
【００３９】
図４は、加熱装置１０の設計段階における加熱能力の調整方法を示すグラフであり、（ａ）はコイル１６の長さＨ（図１参照）による加熱能力を示す図であり、（ｂ）はコイル１６の巻き数による加熱能力を示す図であり、（ｃ）はコイル１６の材料抵抗率による加熱能力を示す図である。図４〜図７において太線のラインＬ１は、流体的作用による加熱能力を示しており、具体的にはノズル３４から噴出する流体の温度を示す。同様に細線のラインＬ２は磁気的作用による加熱能力を示しており、具体的にはコイル１６で発生する磁束Φの強さを示す。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、コイル１６の長さＨが大きくなるに従って、流体的作用によるＬ１は比例的に増大し、磁気的作用によるＬ２は比例的に減少する。ここで、コイル１６の素線である金属パイプ１４の長さおよびその他のパラメータは一定であるものとする。以下のグラフについても、横軸量以外のパラメータは一定であるものとする。
【００４１】
図４（ｂ）に示すように、コイル１６の巻き数が大きくなるに従って、流体的作用によるＬ１は比例的に増大し、磁気的作用によるＬ２は二乗に比例して増大する。
【００４２】
図４（ｃ）に示すように、コイル１６の材料抵抗率が大きくなるに従って、流体的作用によるＬ１は比例的に増大し、磁気的作用によるＬ２は一定となる。
【００４３】
図５は、コイル１６と被加熱物であるプリント基板１２との距離、すなわち上記の隙間Ｇ（図１参照）の変化による加熱装置１０の加熱能力を示すグラフである。図５に示すように、隙間Ｇが大きくなるに従って磁気的作用によるＬ２は反比例的に減少する。隙間Ｇが大きくなるに従って流体的作用によるＬ１は、Ｌ２と逆の傾向を示して増大するがその増加率は次第に小さくなる。上記のとおり隙間Ｇは制御部２４が調整機構を制御することによって調整可能である。
【００４４】
図６は、流体源２０から供給されてノズル３４から噴出される流体の状態による加熱装置１０の加熱能力を示すグラフであり、（ａ）は流量Ｑの変化による加熱装置１０の加熱能力を示す図であり、（ｂ）は流体比熱による加熱装置１０の加熱能力を示す図である。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、流量Ｑが大きくなるに従って流体的作用によるＬ１は比例的に減少し、磁気的作用によるＬ２は一定となる。上記のとおり流量Ｑは減圧弁２０ｂを制御部２４が制御することによって調整可能である。
【００４６】
図６（ｂ）に示すように、流体比熱が大きくなるに従って流体的作用によるＬ１は比例的に減少し、磁気的作用によるＬ２は一定となる。
【００４７】
図７は、コイル１６に対する出力電流、すなわち上記の交流電流Ｉによる加熱装置１０の加熱能力を示すグラフである。図７に示すように、交流電流Ｉが大きくなるに従って流体的作用によるＬ１および磁気的作用によるＬ２のそれぞれが二乗に比例して増大する。上記のとおり、交流電流Ｉはインバータ１８を制御部２４が制御することによって調整可能である。
【００４８】
このように、加熱装置１０では設計段階だけでなく実働時においても流体的作用による加熱能力と磁気的作用による加熱能力とを調整することができる。例えば、プリント基板１２において金属部分１２ａが樹脂部分１２ｂよりも相当に多く含まれている場合や、金属部分１２ａを重点的に加熱したい場合には、相対的に磁気的作用を強めるとよい。逆に、樹脂部分１２ｂが金属部分１２ａよりも相当に多く含まれている場合や、樹脂部分１２ｂを重点的に加熱したい場合には、相対的に流体的作用を強めるとよい。上記のグラフにおける横軸パラメータについては独立的に調整するだけでなく、複数のパラメータを協働的に調整してもよいし、温度検出手段２２による計測温度と連動させてもよい。
【００４９】
上記の各コイル１６は下端部から供給された流体が上端部からノズル３４を介して噴出される構成としたが、図８の変形例にかかる加熱装置１０Ａにおけるコイル１６ａように、状端部から供給された流体が下端から上方に導かれた後にノズル３４を介して噴出されるようにしてもよい。加熱装置１０，１０Ａによって加熱される被加熱物はプリント基板１２に限らず、金属部分と非金属部分とを含む被加熱物に対して好適かつ汎用に利用可能である。
【００５０】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，１０Ａ  加熱装置
１２  プリント基板（被加熱物）
１２ａ  金属部分
１２ｂ  樹脂部分（非金属部分）
１４  金属パイプ
１６，１６ａ  コイル
１８  インバータ（電源）
２０  流体源
２０ａ  コンプレッサ
２０ｂ  減圧弁
２２  温度検出手段
２４  制御部
２６  可撓性パイプ
２８  管路
３２  導線
３４  ノズル
【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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