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  ・ホットエアーヒーター（小型熱風ヒーター）の使い方


  1. 製品の概要   7. 熱風ヒーターの寿命 
  2. 熱風ヒーターの使用について（机上評価版）   8. 簡易な構成による使用方法
  3. 圧縮空気を供給する   9. コンプレッサーを使う場合
  4. 電圧を加える   10. 低圧のロータリーブロアを使う場合
  　a)電圧の調整方法いついて   11. 温度調節器を使う場合
  　b)温度調節器を使う場合   12. 電磁弁でエアーをON/OFFさせる場合
  5. 加熱対象物に熱風を吹き付ける    
  6. 機種選定のための計算方法
     




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１. 製品の概要

熱風加熱である標準モデルSAHシリーズやクリーンモデルCLHシリーズなどの熱風ヒーターは外部からエアー等の圧縮気体（0.05〜0.5気圧程度）を供給し、それを電気加熱して吹き出すヒーターです。
熱風ヒーター、熱風発生器、ノンフレーム（無炎）トーチなどとも呼ばれます。
下図はSAHシリーズの基本構造図です。各種の形状，サイズの品種がありますが、基本構造はほとんど同じです。




標準モデルSAHシリーズは発熱体と加熱気体が直接接触します。
外径はコンパクトですが高密度発熱体により、その表面積は非常に大きく、加熱気体温度と発熱体温度の差は300℃程度と非常に熱伝達効率が良いものになっています。そのため通過気体を約900℃まで加熱できます。

クリーンモデルCLHシリーズは発熱体もセンサーも石英ガラスのカプセルに密封されています。そのため発熱体やセンサーは加熱気体と直接接することはないので、これらから発生する酸化物などの塵が加熱気体に混入しません。
ただし発熱体が石英カプセルを通して通過気体を加熱する方式なので、熱伝達効率はSAHタイプより劣ります。そのため最高熱風温度は約500℃です。
この発熱体は酸化雰囲気で使用する必要がありますが、カプセル内には上記「耐熱ゴム管」を通して呼吸作用により外気が供給されます。カ
プセル内部気体の熱膨張による圧力上昇もこのゴム管を通して逃がしています。
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2. 熱風ヒーターの使用について（机上評価版）



上図の圧縮気体源としては0.5気圧（50 kPa）程度以上の圧力が適しています。
これ以下の圧力だと設定条件に制約が出来る場合があり、十分な気体流量が流せない事もあります。
大部分の用途では20kPa 程度で十分と考えられ、もっと低い圧力でも使える場合もありますが、少なくとも5kPa（0.05気圧）以上を確保してください。
多翼ファン（シロッコファン）等の使用はお薦めしません。
20kPaであれば安価な電磁ブロアでも対応は可能と思われ、ロータリーブロアならば50kPa程度、コンプレッサーなら500kPa以上まで対応できると思われます。

熱風ヒーターを使用する場合の操作手順ですが、基本的には以下の（1) 〜（3)のようになります。　　

　(1) 圧縮気体を供給する　　　　　　　　　
　(2) 必要な熱風温度になるように電圧を加える
　(3) 加熱対象物にノズルを向け加熱する　
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3. 圧縮空気を供給する

気体の種類と使用可否は下記の通りです。これらの気体以外の場合は別途、ご相談下さい。

■気体別使用可否
気体の種類 使用 備　考

空気、酸素

オイルミスト、水などを多少に含まないこと。

窒素、
アルゴン

不活性ガスは全て使用可能です。但し、空気での使用に比べ、寿命は短くなる傾向にあります。

水素

600℃以上で空気中に出た時点で発火します。
CLHタイプの場合にはご使用いただけます。

水蒸気

発熱体に水滴が付着すると漏電、断線します。
CLHタイプの場合にはご使用いただけます。

都市ガス、
ＬＰＧ

熱分解し、発熱体に炭素が付着します。

※熱風ヒーターに使用している電熱線は酸化性雰囲気で、最も耐久性があります。
※SAHタイプは電熱線が気体と直接接触しますので、熱伝達効率が高く、高温（約900℃）が得られます。
※CLHタイプは電熱線と気体が接触しません。そのため扱う気体の制約は少なくなりますが、少し大きなサイズとなり、熱風温度も500℃程度までです。

・必要とする圧力や流量
必要とする圧力は、流そうとする流量やガスの種類，熱風ヒーターのノズルサイズや構造などにより異なりますが、5〜50kPa（0.05〜0.5kg/cm^2）程度の範囲になります。
この必要圧力以上が供給できる圧縮気体源としては、エアーであればコンプレッサや電磁ブロアやロータリーブロアなどです。必要とする流量は加熱対象や目的により異なります。
最も標準的な熱風ヒーターであるSAHシリーズの100V/350Wタイプを例に取れば、単純に加熱すればよいのであれば 20〜50L/min程度.の流量範囲で使用することを推奨します。
高温熱風が必要であれば約 15〜20 L/min で定格電圧近く(100 V) を加えます。
更に高温が必要な場合は流量を更に絞り（数L/min）、電圧もそれに応じて下げて使います。
風圧により対象物が吹き飛ばされたりする場合には、やや大きめのノズルを持った機種を選択し、数〜十数 L/min の低流量で、電圧も絞って使用します。はんだ付けには1点はんだの場合、φ4〜φ6のノズルを使い、5〜10L/min の気体を供給し、50〜80%の電圧を供給（熱風温度約600℃）して使うことを推奨します。
吹き飛ばされないようにする方法として熱風ヒーターを2本使い、それを１ヵ所に向けてV字型配置で使うと、その合流部分に無風に近い状態ができ、吹き飛ばされる事が少なくなります。はんだ付けにはこの方法も使われています。　
ICのはんだ付けやはんだ外し（リワーク、リペア）などには、専用形状のノズルを使うと効率的です。標準品で対応できない場合、専用の熱風ヒーターを特注いただくか、先端がネジタイプの熱風ヒーターを使用し、ノズルのみを最適設計し、使用する方法があります。
熱風ヒーターSAHシリーズは定格電圧を加えた状態でエアーが停止すると短時間で焼損します。
経験的にこのトラブルが最も多くなっており、フロースイッチや圧力スイッチでインターロックし、50℃程度まで下がってから供給エアーを停止してください。

前述はSAHシリーズタイプの例ですが、CLHシリーズはSAHシリーズよりも必要圧力は低めになります。（5kPa程度）

・安定した流量を得るには
流量を安定させることが熱風温度を安定させ、加熱のバラツキを減少させます。
また作業の再現性を高めるためには流量の値を管理する必要があり、圧力調整器や流量計の使用を推奨します。
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4. 電圧を加える

圧縮気体を供給したら、ノズルから正常に気体が吹き出している事を確認し、必要とする熱風温度に達するまで電圧を加えていきます。この時、熱風温度が完全に安定するまで数十秒間を要しますので、必要以上の熱風温度にならないよう、時間遅れを考慮して下さい。

※温度を上げ過ぎて焼損させないための注意事項
熱風温度センサー組込型の熱風ヒーターの場合は、熱風温度が800℃を超えないように管理すれば安全です。（機種によってはmax900℃のタイプもございます。）
ただし、800℃では寿命が制限されますので、長寿命を期待する場合700℃以下での使用を推奨します。
発熱体の温度が1200℃を超えると短時間でも危険となります。熱風温度センサが組み込まれていない熱風ヒーターの場合、高温限界付近で使われる場合には必ず発熱体温度を監視する必要があります。温度測定の方法はパイロメーターなどの非接触測定法が適しています。
熱風温度の最高値は発熱体の終端付近での値であり、ノズルの種類によってはノズルで冷却され、ノズル出口では低い値を示す事があるためです。
また、熱風は空気中に放出されると、空気を巻き込んで急激にその温度を下げます。したがって熱風温度はどのような場合でも、どのような測定方法でも最高温度（800℃）が得られるというわけではありません。
ノズル出口で測定した値を最高温度になるように電圧を加えると発熱体が過熱して溶断する事もありますのでご注意ください。
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a）電圧の調整方法について

電圧はライン電源から直接接続してもかまいません。この時は常に 15〜20 L/min以上（350wタイプの場合）の気体を事前に流す状態してください。一般的には、印加電圧を調整して使用されます。電圧の調整には電圧調整器を使用します。電圧調整器には大まかに言って２種類あり、１つは捲線式（商品名はボルトスライダやスライダックなど）であり、もう１つは半導体式（商品名はSCRやバリタップ等）です。
捲線式の利点は堅牢であることと供給電圧以上まで昇圧できることにあります。
捲線式は電源電圧の0〜130%まで調整できます。これに対し半導体式（SCRやトライアックによる制御）は調整範囲が0〜95％程度です。
半導体式の利点は軽量で、大電力では安価なこと、自動制御しやすいことにあります。
高精度で温度制御したい場合、一般的には温度センサー付きの熱風ヒーターを使い、それを温調器と電力コントローラを使って一定温度になるように熱風ヒーターをコントロールします。
半導体式の電圧調整器は通常は位相制御によって実効電圧を変化させていますが、多くの温調器などは半導体リレー（SSR）によるON/OFFでヒーターを制御しています。
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b）温度調節器を使う場合

温度センサー付きの熱風ヒーターを使い、温調器で熱風温度のコントロールをされる場合には下記のような注意が必要です。　　　　　　　　
1) エアー流量が極端に少なくなった場合、発熱体の温度が高いにもかかわらず熱風温度が低く測定されるので、その値を信じているとヒーターが焼け切れます。温調器を使われる場合には必ず最低限必要なエアー流量（数L/min.程度)が確保できるように配慮してください。（フロースイッチにより監視するなど）
　　　　　　　　　　　
2) 熱風ヒーターは発熱体の応答速度が極めて早いので、通常の電気炉の制御などとは違った配慮が必要です。
※単純なON/OFFによる制御は使用を避けてください。
※サイクル制御は場合によっては可です。
サイクル制御は、サイクルタイムが１秒間以上でしか設定できない温調器はヒーターの応答が早く使えない可能性があります。いわば、ヒーターが通電非通電の点滅状態に陥ります。
熱風ヒーターの発熱体は激しい温度変化があると著しく寿命が低下しますので寿命が1/100以下になる可能性もあります。
　　　　　　　　
どうしても１秒間周期でサイクル制御を行われる場合には、制御量を少なくし、温調器の制御周期内のON状態が十分に長くなり、OFF状態がほとんどゼロになるような条件、場合によっては電圧調整器も追加することで、発熱体の温度変化もほとんど無くなります。
最近の調節器ではこのサイクルタイムを設定できるものもありますので、0.5秒間以下、推奨は0.3秒以下にてご使用されることをお薦めします。

※最も好ましいのは電圧位相制御（SCR，トライアックなどによる位相制御など）ですが、サイクル制御で制御周期0.3秒間であれば、ほぼ遜色ありません。
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5. 加熱対象物に熱風を吹き付ける

ノズルから吹き出した熱風は、周囲の空気を巻き込んで急速に温度を下げます。少しでも高温度が必要であれば、ノズル先端に加熱対象物をできるだけ近づけて下さい。
なお、周囲の空気を巻き込むのを防ぐようなフード類を設けると温度低下を緩和する事ができます。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
無酸化加熱の為にN2（窒素）ガスなどを使っても、通常の方法では周囲の空気を巻き込んでしまうため、酸化を完全に防ぐ事はできません。これについてもフードなどで周囲の空気を巻き込まないような工夫をすれば、ある程度の無酸化加熱は可能になります。
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6. 機種選定のための計算方法

熱風ヒーターから吹き出す熱風温度をＴ [℃] 、この時のエアー流量をＦ[L/min.]、熱風ヒーターの消費電力をＰ[w] とすると、
　　　　　
　Ｔ ≒ 50 x Ｐ / Ｆ　　[℃] 　　・・・　熱風温度を求める式

　Ｐ ≒ 0.02 x Ｆ x Ｔ　［w］ 　・・・　必要電力を求める式

　Ｆ ≒ 50 x P / T　 [L/min] 　 ・・・　加熱できるエアー流量を求める式
　
上式より流量Ｆを増やせば熱風温度Ｔは下がり、Ｆを減らせば熱風温度が上ります。ただし、熱風温度が800℃（製品により900℃タイプもあり。）を超えると過熱状態となり断線しますので、必ず800℃（９００℃）以下になるように設定してください。

Ｆが決められている場合には目的の熱風温度Ｔにするためにヒーター消費電力Ｐを変える必要があります。
Ｐが選定した熱風ヒーターの定格電力よりも大きいものが必要な場合には熱風ヒーターの機種選定を変更して、もっと大出力の機種を選ぶ必要があります。
Ｐが選定した熱風ヒーターの定格電力よりも小さい場合には、供給電圧を下げる事で対応できます。
電圧をコントロールする方法については前述の通りです。

※上記の計算式では熱効率を無視しているため、実際には熱ロスを考える必要があります。通常は熱効率が80％〜90％程度ですが、エアー温度が高く低流量の場合ほど熱ロスが大きくなり、熱効率が低下しますので、低流量の場合には50％〜60％の熱効率になることもあります。逆に大流量の場合には熱効率が90％以上になります。
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7. 熱風ヒーターの寿命

目安として、発熱体の最高温度から下記グラフより発熱体寿命を推定できます。
また、発熱体温度は熱風温度より約300℃ほど高い値になりますので、熱風温度から発熱体温度を推定します。
ただし、流量によってこの温度差は異なります。
熱風温度800℃であれば発熱体温度は約1100℃で寿命は控えめにみて約1000時間、熱風温度700℃以下であれば発熱体温度が1000℃以下となり寿命値は無限大に近づき、寿命は考慮しなくてよい、という事になります。
ただしこの考え方は一般的な見解ですので個々のご使用条件、環境、エアーに含まれる不純物に影響を受けます。
制御が不安定な場合も寿命を縮める要因となります。

■発熱体温度と寿命について



熱風温度に対して発熱体温度は約300℃程度高い値になります。
したがって、

　熱風温度850℃　→　発熱体 1150 ℃　→　上図より　300 時間程度の寿命
　熱風温度800℃　→　発熱体 1100 ℃　→　上図より　1000〜2000時間の寿命
　熱風温度700℃　→　発熱体 1000 ℃　→　上図より　半永久的寿命
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8. 簡易な構成による使用方法

簡易的な使用方法として、電源（定格電圧）を熱風ヒーターに直接接続可能です。
ただしその場合にも最低流量のエアーは流してください。無風状態の場合、十数秒以内にヒーターが焼損します。



■電源ライン直接接続での使用例

最低流量Ｆmin.は下式を目安にしてください。

　Ｆmin.＝0.05×電力 　 [L/min]　　

例えば100ｖ-350ｗのヒーターに100ｖを加えた場合の最低流量はＦmin. ＝ 0.05 × 350 ≒ 18 ［L/min］

上図のように流量計も温度計もない場合は、熱風ヒーターの限界に近い高温域でのご使用は避けてください。
最初は十分に大きな流量を流しておき、通電開始後30秒間程度待って温度が安定してから「流量調整バルブ」を絞っていき、熱風ヒーターの発熱体の先端部 1/3程度が暗く赤熱する程度(熱風温度は約600℃)まででご使用ください。
それ以上の高温(エアー流量を減らす方向の操作)で使われる場合には以降の方法(温度測定付き)でご使用ください。
エアーに水や油が含まれていますと流量計や熱風ヒーターに悪影響します。必ず油と水分を除去したエアーを使用してください。
流量調節、温度制御も一体となった専用コントローラもございます。別途、お問い合わせください。
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9. コンプレッサーを使う場合



■コンプレッサーエアー使用での一般的な使用例

一般的にはエアーの流量を確認するために流量計をご使用ください。流量計は上図のようなフロート式が多く使われています。この流量計は圧力により指示値が違ってきますので、指定圧力で使う必要があります。
フロート式以外ではデジタル式の流量計（マスフローメータ）などもあります。
上図の場合、出来れば指定圧力が200kPa（2kg/cm^2)程度 の流量計を使い、圧力調整器で常にその圧力が加わるように調整します。流量は図の様に流量計の出口側に設けた流量調整バルブにより調節します。
熱風温度は監視した方が作業の再現性確保、ヒーターのオーバーヒート防止などに有用です。その場合には当社、熱風ヒーターの温度センサー付きの機種をご選定ください。
エアーに水や油が含まれていますと流量計や熱風ヒーターに悪影響します。必ず油と水分を除去したエアーを使用してください。
流量調節、温度制御も一体となった専用コントローラもございます。別途、お問い合わせください。
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10. 低圧のローターリーブロアを使う場合



■低圧エアー源使用での一般的な使用例

エアー源が電磁ブロアやロータリーブロアなど50kPa 程度しか得られない場合には圧力調整器は使えません。
この場合には上図の様に流量調整バルブは流量計の前に配置するか、省略します。流量計は圧力指定のないもの、常圧で使用するタイプを選定ください。
この方式は、できれば流量調整バルブを省略してエアー源そのものをコントロールして流量調整する方が望ましいといえます。
流量調整は電磁ブロアの場合は供給電圧のコントロールで、ロータリーブロアのようにモーターを使ったブロアはインバータを使用します。
流量調整バルブをあまり絞り込むとエアー源の圧力が高くなるので、エアー源のブロアに悪影響が出る場合があります。（電磁ブロア等には一般的にコンプレッサーのような圧力スイッチは付いていませんので、エアー吹出口を塞ぐと異常に圧力が上昇します。）またバルブで絞ると、その出入り口間で圧力差が発生し、バルブ通過時に気体が断熱膨張で温度が低下し、結露して水滴が発生しやすくなりますのでご注意ください。
エアー源そのもので流量調節できない場合で流量を大きく絞り込む必要がある場合には、下図のように解放バルブを設けて不要なエアーをパージできるようにしてください。




■補足説明図　エアー開放バルブを設ける例
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11. 温度調節器を使う場合



センサ付きの熱風ヒーターを使用し、それに温度調節器と電力コントローラを組み合わせると常に一定温度にコントロールされた熱風が得られます。
流量調整可能な圧縮気体源は前記した[図-3]〜[図-5]の様な構成、或いはマスフローコントローラを使う方法もあります。
流量を変化させても一定温度の熱風が得られるので、例えば待機時は流量を少なくして消費電力を抑えるという運用も可能になります。
ただし、エアー流量をゼロにしてしまうと熱風ヒーターのセンサーが機能しないために熱風ヒーターに大電力が加わり続け、十数秒間以内に焼損することがあります。
必ず最低限の流量は常に流しておくようにコントロールしてください。
この流量は標準的な10シリーズで３L/min.程度、15シリーズで６L/min.程度です。　

上図はSCR電力コントローラを使う方式ですが、ＳＳＲ（無接点リレー）を使う方式もあります。この場合には温度調節器をサイクル制御型（制御周期0.5秒間以下）のものに変え、1秒間に2回以上のON/OFFを繰り返してON時間とOFF時間の比で電力をコントロールします。

エアーに水や油が含まれていますと熱風ヒーターに悪影響します。必ず油と水分を除去したエアーを使用してください。

流量制御、温度制御も一体となった専用コントローラもございます。別途、お問い合わせください。
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12. 電磁弁でエアーをON/OFFする場合




電磁弁でエアーをON/OFFさせる場合には、上図の様に電磁弁と並列に流量調整バルブ（Ｌ調整）を設け、電磁弁がOFFのときでも最低流量が確保されるようにしてください。
また電磁弁は流量調整バルブ（Ｈ調整）の上流に設けてください。
これが逆になりますと電磁弁をONした瞬間に高いエアー圧が熱風ヒーターに加わり、ヒーターに悪影響を及ぼす可能性があります。

上図の構成の場合、電磁弁がOFFの間、熱風温度はONの時と同じで流量のみが低下して待機状態になります。電磁弁がONになると素早く所定の温度の熱風が得られます。
ONにした時、高速の立上りを求めない場合、電磁弁がOFFの間、ヒーターへの供給電力もOFFしてください。
ご使用条件によっては電磁弁をOFFにした後に発熱部の熱がヒーターの根元側（エアー入口側）に伝わり、リード線などの温度が限界以上に上昇してしまう場合があります。
この熱の逆流を防ぐためにはヒーターへの電力供給をOFFした後、少しの時間、エアーを流してください。

エアーに水や油が含まれていますと流量計や熱風ヒーターに悪影響します。必ず油と水分を除去したエアーを使用してください。
流量調整、温度制御も一体となった専用コントローラもございます。別途、お問い合わせください。
 

 
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