用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱頭，更詳細(xì)而言，涉及一種用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭。特別是涉及一種用于對(duì)供應(yīng)的金屬材料進(jìn)行局部加熱并以熔融的狀態(tài)供應(yīng)的感應(yīng)加熱頭。本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭能夠應(yīng)用于釬焊、金屬熔接、金屬材料的3D打印等多樣的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，包括用于電連接于高頻電源的感應(yīng)加熱線圈和磁芯。所述磁芯為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供借助于所述感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁束的路徑，且具備用于向中空的內(nèi)部供應(yīng)金屬材料的入口部和用于排出供應(yīng)的金屬材料的出口部。本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭具備感應(yīng)加熱線圈和磁芯，能夠使用于感應(yīng)加熱的磁束集束，按需要使金屬材料準(zhǔn)確熔融并供應(yīng)。
【專利說明】
用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱頭，更詳細(xì)而言，涉及一種用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭。特別是涉及一種用于對(duì)供應(yīng)的金屬材料進(jìn)行局部加熱并以熔融的狀態(tài)供應(yīng)的感應(yīng)加熱頭。本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭能夠應(yīng)用于釬焊、金屬熔接、金屬材料的3D打印等多樣的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今電子制品大部分為了在印刷電路板(Printed Circuit Board，以下簡稱PCB)上電連接電子部件并機(jī)械固定而進(jìn)行釬焊。作為把電子部件釬焊于PCB的方法，有在把焊絲(solder wire)供應(yīng)到釬焊位置的同時(shí)加熱使得熔融而進(jìn)行釬焊的方法(以下簡稱焊絲釬焊)、在電子部件的端子與PCB的焊盤之間涂布焊膏(solder paste)并加熱使得恪融而進(jìn)行釬焊的方法(以下簡稱焊膏釬焊)。
[0003]另一方面，在制造電子制品時(shí)使用的釬料合金(solderalloys)的恪融溫度大致為190°C — 300°C范圍。進(jìn)行釬焊時(shí)，釬料合金被加熱到熔融溫度以上，因而釬焊的電子部件與PCB被加熱到通常的使用額定溫度以上的高溫。特別是在以作為焊膏釬焊方法之一的回流焊工藝(reflow soldering process)或波焊工藝(wave soldering process)進(jìn)行奸焊的情況下，部件與PCB均被加熱到釬料合金的熔融溫度以上。在焊絲釬焊方法中，與烙鐵接觸的電子部件和PCB的部分，也被局部加熱到釬料合金的熔融溫度以上。
[0004]因此，電子部件制造得具有高出需要的額定溫度，以便即使暴露于釬焊工序中的高溫也能安全運(yùn)轉(zhuǎn)，這使電子部件的制造成本上升。另外，在釬焊工序中加熱到高溫的電子部件因熱沖擊(thermal shock)而破損。特別是回流焊工藝使電解電容器或半導(dǎo)體封裝件發(fā)生裂紋，使多層PCB的強(qiáng)度降低或在導(dǎo)通孔(via hole)周邊發(fā)生裂紋。
[0005]用于解決如上所述的以往釬焊方法的問題，特別是波焊工藝或回流焊工藝的問題的感應(yīng)加熱釬焊裝置，在美國專利US 6，188，052B1(發(fā)明名稱，基質(zhì)感應(yīng)焊接設(shè)備和裝置(MATRIX-1NDUCT1N SOLDERING APPARATUS AND DEVICE))中公開。所述專利中公開的裝置具備以矩陣形態(tài)配置的多個(gè)感應(yīng)單元(induct1n cells)和切換裝置。切換裝置構(gòu)成得向各個(gè)感應(yīng)單元供應(yīng)電源，局部地熔融安裝于PCB的電子部件的端子與涂布于PCB焊盤之間的釬料合金而執(zhí)行釬焊。但是，在所述專利文獻(xiàn)中公開的感應(yīng)加熱釬焊裝置，難以作為對(duì)表面貼裝于PCB的電子部件進(jìn)行釬焊的裝置(surface mounting device)而應(yīng)用于焊絲釬焊方式的釬焊。特別是無法提出用于向由感應(yīng)線圈形成的磁場(chǎng)供應(yīng)焊絲的具體方法或裝置。
[0006]另一方面，已知有能夠利用感應(yīng)加熱方式局部地加熱電子部件的端子和PCB的焊盤并以非接觸方式進(jìn)行焊絲釬焊的感應(yīng)加熱釬焊裝置。德國FRISCH公司正在制造和銷售焊絲釬焊方式的感應(yīng)加熱釬焊裝置，在主頁(http: //www.frisch-gmbh.de/)中公開了釬焊裝置的實(shí)施例。圖1是與所述主頁中公開的內(nèi)容類似的感應(yīng)加熱釬焊裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖1所示的感應(yīng)加熱釬焊裝置具備感應(yīng)加熱線圈10與連接于感應(yīng)加熱線圈10的兩端的高頻電源20。感應(yīng)加熱線圈10的端部1a纏繞成一側(cè)開放的開路形態(tài)，折彎成L字形態(tài)。如圖1所示，使感應(yīng)加熱線圈10的端部接近在PCB40的部件插入孔中插入的部件41的端子41a附近，使焊絲接近感應(yīng)加熱線圈10的端部1a附近，使焊絲30熔融并執(zhí)行釬焊。如果高頻電流流入感應(yīng)加熱線圈10，則形成根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象而變化的磁場(chǎng)，如果導(dǎo)體被放入變化的磁場(chǎng)，則發(fā)生感應(yīng)電流并加熱，熔點(diǎn)低的焊絲熔融并釬焊被加熱的PCB焊盤與電子部件端子。
[0007]但是，如圖1所示的以往的感應(yīng)加熱釬焊裝置存在如下問題。首先，作為無法使借助于感應(yīng)線圈而形成的磁場(chǎng)集中于要加熱的局部區(qū)域的構(gòu)成，由于被加熱的部分寬闊，會(huì)對(duì)周邊的部件造成損傷。圖2用等高線(isoline)表示了由圖1所示感應(yīng)加熱釬焊裝置而加熱的范圍的能量分布。如圖2所示，在線圈1的端部1 a周邊，加熱區(qū)域a — g寬闊地分布，除焊絲30之外，也加熱放置于線圈10的端部1a周邊的電子部件而引起損傷。另外，從要借助于感應(yīng)線圈而加熱的焊絲端部遠(yuǎn)離的部分首先熔融，以焊絲端部未熔融的狀態(tài)掉落，還會(huì)發(fā)生釬焊不良。圖3表示了由圖1所示感應(yīng)加熱釬焊裝置加熱的焊絲的溫度分布。如圖3所示，當(dāng)要利用以往的感應(yīng)加熱釬焊裝置，使釬焊所需量的焊絲30熔融而加熱時(shí)，從焊絲30的端部30a隔開既定距離的部分30b被加熱到高于端部的溫度。因此，當(dāng)要使釬焊所需的焊絲30的端部30a熔融時(shí)，在遠(yuǎn)離端部的位置30c首先熔融，供應(yīng)過度量的焊絲，或在焊絲的端部30a熔融之前，端部的最高溫度部分30b首先熔融，在端部30a未熔融的狀態(tài)下脫落，導(dǎo)致焊接不良。另外，為了釬焊而供應(yīng)的焊絲如果配置于感應(yīng)線圈附近，則被感應(yīng)線圈加熱，發(fā)生熱變形，難以準(zhǔn)確地位于釬焊部位。另外，當(dāng)為了避免感應(yīng)線圈造成的焊絲不必要部分的加熱而使焊絲相對(duì)于線圈更多地傾斜并供應(yīng)時(shí)，焊絲或焊絲供應(yīng)機(jī)構(gòu)與部件等發(fā)生干涉，存在感應(yīng)加熱釬焊裝置的柔軟性下降的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)課題
[0009]最近，隨著電子部件小型化的進(jìn)行，電子部件的引腳漸漸變細(xì)，同時(shí)，引腳之間的間隔也漸漸變窄。為了在不發(fā)生加熱導(dǎo)致的損傷的情況下穩(wěn)定地釬焊如此小型化的電子部件，要求開發(fā)一種能夠以非接觸方式只對(duì)釬焊的電子部件的端子和PCB的焊盤及釬料合金進(jìn)行局部加熱的新釬焊裝置。
[0010]特別是當(dāng)需要以焊絲釬焊方式對(duì)極小型電子部件進(jìn)行釬焊時(shí)，以往利用烙鐵的直接接觸方式的釬焊裝置發(fā)生釬焊不良或因暴露于高溫的部件的損傷而導(dǎo)致的制品不良，因而難以應(yīng)用。最近提出了利用激光，以非接觸方式進(jìn)行釬焊的裝置。激光釬焊裝置是向焊絲和電子部件的引腳及PCB的焊盤照射激光進(jìn)行釬焊的裝置。但是，利用激光的釬焊裝置存在的缺點(diǎn)是，在釬焊時(shí)，由于與外部的干擾，如果超出激光釬焊部位而照射到電子部件或PCB，貝IJ使電子部件或PCB損傷。另外，如圖1所示的以往感應(yīng)加熱釬焊裝置如前面說明所示，存在難以只對(duì)PCB的釬焊位置和焊絲的端部進(jìn)行局部加熱，無法把焊絲供應(yīng)到準(zhǔn)確的釬焊位置等缺點(diǎn)。
[0011]另一方面，要求一種用于熔融金屬材料并供應(yīng)到所需位置的裝置。例如，當(dāng)修理特定部分因長時(shí)間使用而磨損的模具時(shí)，如果開發(fā)一種能夠向磨損的部分供應(yīng)熔融金屬材料的裝置，則可以把昂貴的模具廉價(jià)地復(fù)原為原來的形狀加以使用。另外，當(dāng)諸如橋梁的大型鐵結(jié)構(gòu)物發(fā)生裂紋時(shí)，或?yàn)榱藨?yīng)對(duì)負(fù)載的變更而需要加強(qiáng)時(shí)，如果開發(fā)一種能夠在現(xiàn)場(chǎng)熔融金屬材料并進(jìn)行焊接的裝置，則可以以低廉的費(fèi)用，容易地修理或加強(qiáng)大型鐵結(jié)構(gòu)物。另夕卜，要求一種能夠取代利用塑料材料的3D打印機(jī)，而是利用金屬材料容易、低廉地制造部件或制品的金屬3D打印機(jī)。特別是最近，能夠廉價(jià)、容易地制造難以大量生產(chǎn)的復(fù)雜形狀的金屬部件的裝置的必要正在增大。
[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種新結(jié)構(gòu)的感應(yīng)加熱頭，不僅是如上所述的感應(yīng)加熱釬焊裝置的問題，而且能夠解決對(duì)用于熔融并供應(yīng)金屬材料的裝置的要求。特別是，本發(fā)明的目的在于提供一種感應(yīng)加熱頭，構(gòu)成得能夠使借助于感應(yīng)線圈而形成的磁場(chǎng)集中于要加熱的材料的局部區(qū)域。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種感應(yīng)加熱頭，構(gòu)成得當(dāng)金屬材料以金屬絲形態(tài)供應(yīng)時(shí)，只對(duì)供應(yīng)的金屬絲的端部進(jìn)行加熱。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種感應(yīng)加熱頭，能夠準(zhǔn)確容易地按所需量把熔融金屬材料供應(yīng)到規(guī)定位置。
[0013]課題解決方案
[0014]本發(fā)明的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，包括用于電連接于高頻電源的感應(yīng)加熱線圈和磁芯。所述磁芯為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供借助于所述感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁束的路徑，且具備用于向中空的內(nèi)部供應(yīng)金屬材料的入口部和用于排出供應(yīng)的金屬材料的出口部。
[0015]所述感應(yīng)加熱線圈可以把傳導(dǎo)性線材纏繞成螺旋形(螺線管形態(tài))而形成，或把傳導(dǎo)性板材纏繞成圓形而形成。把傳導(dǎo)性材料纏繞成螺旋形或圓形形成的感應(yīng)加熱線圈，在中心部形成中空的磁束通路。如果向感應(yīng)加熱線圈接入高頻電源，則形成以閉合曲線連接感應(yīng)加熱線圈的中心部與感應(yīng)加熱線圈外部并隨高頻電源的頻率而變換方向的磁力線。另外，位于由電磁感應(yīng)現(xiàn)象而變換方向的磁力線而形成的磁場(chǎng)內(nèi)部的導(dǎo)體被加熱。
[0016]所述磁芯由磁性體形成，提供借助于感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁場(chǎng)的通路，使得磁束不穿過插入于磁芯的中空的金屬材料，防止位于磁芯中空的金屬材料被加熱。磁芯還可以使用強(qiáng)磁性體，但優(yōu)選使用諸如鐵氧體磁芯的對(duì)氧化物或金屬粉末進(jìn)行成型的壓粉磁芯等軟磁性體磁芯，使得不會(huì)因高溫而被加熱。所述磁芯的出口部構(gòu)成得使磁束穿過通過出口部排出的金屬材料，對(duì)從磁芯的中空排出的金屬加熱而進(jìn)行熔融。因此，當(dāng)金屬材料連續(xù)供應(yīng)時(shí)，位于磁芯內(nèi)部的金屬材料不被感應(yīng)電流加熱，而從在磁芯的出口部被加熱的金屬材料傳導(dǎo)熱并被加熱。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施中使用的金屬材料，例如可以使用鐵或鐵合金、銅或銅合金、鉛或鉛的合金、鋁或鋁合金等。供應(yīng)的金屬材料的形態(tài)根據(jù)用途，可以使用多樣的形態(tài)。例如，可以以金屬絲形態(tài)供應(yīng)或以粉末形態(tài)供應(yīng)。另外，即使在以金屬絲形態(tài)供應(yīng)的情況下，也可以有細(xì)絲形態(tài)或把多條金屬絲捻在一起的形態(tài)等多樣的形態(tài)。即使在為粉末的情況下，顆粒的形狀可以為球形或圓柱形狀、薄片形狀等多樣的形狀。
[0018]在一些實(shí)施例中，磁芯還可以配置于感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部或鄰接感應(yīng)加熱線圈外部地配置。當(dāng)在感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部配置磁芯時(shí)，感應(yīng)加熱線圈可以使用纏繞線材形成的螺線管形態(tài)的感應(yīng)加熱線圈，或把板材形成中空地纏繞成之字形形態(tài)而形成的感應(yīng)加熱線圈。形成有中空的感應(yīng)加熱線圈使磁束集中于要釬焊的位置，提高磁束密度，插入于感應(yīng)加熱線圈的中空的磁芯限制金屬材料的加熱范圍，使得可以與需要量相應(yīng)地熔融、供應(yīng)，同時(shí)，可以使得磁束集中穿過供應(yīng)熔融的金屬材料的位置，對(duì)熔融金屬附著的部位局部加熱。
[0019]在一些實(shí)施例中，插入于感應(yīng)加熱線圈的中空的磁芯使用長于所述感應(yīng)加熱線圈的長度者，以便對(duì)從磁芯的中空排出的金屬材料加熱、熔融;磁芯的出口部配置得從感應(yīng)加熱線圈的端部稍稍露出。
[0020]當(dāng)磁芯的出口部為相對(duì)于筒形狀的磁芯的中心線呈直角截?cái)嗟膯渭兊钠矫嫘螤顣r(shí)，通過磁芯的出口部截?cái)嗝娑鴱拇判境龅酵獠炕驈耐獠窟M(jìn)入磁芯的磁力線，成為朝磁芯的中心線凸出地折彎的曲線形態(tài)。因此，通過磁芯的出口部中空排出的金屬材料與穿過磁芯的磁力線交鏈，感應(yīng)加熱金屬材料。在一些實(shí)施例中，磁芯的出口部可以使得磁芯中空的內(nèi)周面的內(nèi)徑沿長度方向，越向端部越增加，在出口部內(nèi)周面形成錐形面。當(dāng)磁力線通過磁芯出口部的錐形面而穿過磁芯時(shí)，與磁力線通過呈直角截?cái)嗟某隹诓康慕財(cái)嗝娑┻^磁芯的情形相比，使更多的磁力線與通過出口部的中空而排出的金屬材料交鏈。在一些實(shí)施例中，磁芯的出口部可以構(gòu)成得沿半徑方向向內(nèi)側(cè)延長。如果出口部向內(nèi)側(cè)延長并使得與通過磁芯的出口部排出的金屬材料的外周面相向，那么，通過出口部而出到外部或從外部進(jìn)入磁芯的磁力線的大部分，與通過出口部排出的金屬材料交鏈，可以更有效地加熱金屬材料。
[0021]在一些實(shí)施例中，使得磁芯的入口部沿半徑方向向外側(cè)延長，使得通過磁芯的入口部而供應(yīng)到磁芯的中空的金屬材料，與借助于感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁力線不交鏈，從而可以使得通過磁芯的入口部供應(yīng)的金屬材料在入口部不被加熱。在一些實(shí)施例中，使得磁芯的入口部的外周面的直徑沿長度方向，越向端部越減小，可以在入口部的外周面形成錐形面。當(dāng)磁力線通過入口部的錐形面而穿過磁芯時(shí)，使借助于感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁力線與通過入口部而插入到磁芯的中空的金屬材料不交鏈，使得通過入口部供應(yīng)的金屬材料不被加熱。
[0022]在一些實(shí)施例中，磁芯可以配置于纏繞線材而形成的螺線管形態(tài)的感應(yīng)加熱線圈或纏繞板材而形成的形態(tài)的感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部。如果把磁芯配置于在感應(yīng)加熱線圈的中心部形成的中空的磁束通路，則可以緊湊地制作感應(yīng)加熱頭。另外，本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭可以還包括磁束引導(dǎo)芯，其用于用作借助于感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)并在線圈外側(cè)形成的磁力線的通路。磁束引導(dǎo)芯為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，可以設(shè)置得使感應(yīng)加熱線圈的至少一部分插入于磁束引導(dǎo)芯的中空。磁束引導(dǎo)芯切斷周邊的部件受到借助于感應(yīng)加熱線圈而在感應(yīng)加熱線圈的外側(cè)感應(yīng)的磁力線影響。
[0023]在一些實(shí)施例中，可以把由磁性體構(gòu)成的內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯插入于感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部的磁束通路，把磁芯設(shè)置于感應(yīng)加熱線圈的外側(cè)，構(gòu)成感應(yīng)加熱頭。優(yōu)選把磁芯的出口部與內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯的端部鄰接地配置，使得通過出口部排出的金屬材料與穿過磁芯和內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯的更多的磁力線交鏈。內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯可以以中空或?qū)嵭耐残螤顦?gòu)成。另外，優(yōu)選磁芯及內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯均由軟磁性體形成。
[0024]本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭可以在多樣的裝置中使用。例如，在設(shè)置于釬焊裝置使用的情況下，可以把以金屬絲形態(tài)形成的鉛或鉛合金用作要熔融的金屬材料。在設(shè)置于3D打印機(jī)使用的情況下，可以把鐵或鐵合金、銅或銅合金、鋁或鋁合金等用作要熔融的金屬材料。優(yōu)選金屬材料以金屬絲形態(tài)供應(yīng)。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，提供能夠應(yīng)用于多樣技術(shù)領(lǐng)域的新形態(tài)的感應(yīng)加熱頭。本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭具備感應(yīng)加熱線圈和磁芯，能夠使用于感應(yīng)加熱的磁束集束，按需要使金屬材料準(zhǔn)確熔融并供應(yīng)。特別是能夠以非接觸方式局部地加熱熔融金屬將供應(yīng)并層疊的部分，能夠使得供應(yīng)的熔融金屬更堅(jiān)固地附著。另外，能夠?qū)θ廴诮饘賹盈B的部分進(jìn)行局部加熱，能夠使在被加工物的周邊被寬闊地加熱的情況下發(fā)生的對(duì)被加工物的熱影響實(shí)現(xiàn)最小化。
【附圖說明】
[0027]圖1是以往的感應(yīng)加熱釬焊裝置的概略圖。
[0028]圖2是概略地表示圖1所示感應(yīng)加熱釬焊裝置中感應(yīng)加熱范圍的說明圖。
[0029]圖3是表示利用圖1所示感應(yīng)加熱釬焊裝置對(duì)焊絲進(jìn)行感應(yīng)加熱時(shí)的焊絲端部的溫度分布的說明圖。
[0030]圖4是應(yīng)用了本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)加熱釬焊裝置的概略圖。
[0031]圖5是表示在把本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭應(yīng)用于感應(yīng)加熱釬焊裝置的實(shí)施例中，磁芯插入于感應(yīng)加熱線圈的狀態(tài)的剖視圖。
[0032]圖6是說明在圖5的感應(yīng)加熱釬焊裝置中焊絲與電子部件端子的局部加熱的概略圖。
[0033]圖7(a)_(e)是表示磁芯的入口部與出口部的多種實(shí)施例的概略圖。
[0034]圖8是表示圖4所示感應(yīng)加熱釬焊裝置的另一使用方法的說明圖。
[0035]圖9是應(yīng)用了本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的另一實(shí)施例的感應(yīng)加熱釬焊裝置的概略圖。
[0036]圖10是本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的又一實(shí)施例的概略圖。
[0037]圖11是本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的又一實(shí)施例的概略圖。
[0038]圖12是本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的又一實(shí)施例的概略剖視圖。
[0039]圖13是本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的又一實(shí)施例的概略圖。
[0040 ]圖14是表示圖13所示感應(yīng)加熱頭的另一使用方法的說明圖。
[0041]圖15是表示本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的另一使用方法的說明圖。
[0042]圖16是應(yīng)用本發(fā)明感應(yīng)加熱頭的一個(gè)實(shí)施例的3D打印機(jī)的概略圖。
[0043]圖17是應(yīng)用于圖16的3D打印機(jī)的感應(yīng)加熱頭的詳細(xì)圖。
[0044]圖18是應(yīng)用于圖16的3D打印機(jī)的感應(yīng)加熱頭的另一實(shí)施例的詳細(xì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0046]圖4所示的實(shí)施例是用于對(duì)焊絲130的端部進(jìn)行感應(yīng)加熱并釬焊的裝置。感應(yīng)加熱釬焊裝置包括高頻電源供應(yīng)單元120和感應(yīng)加熱頭100。感應(yīng)加熱頭100包括電連接于高頻電源的感應(yīng)加熱線圈110和磁芯150。感應(yīng)加熱線圈110為把諸如銅的傳導(dǎo)性線材纏繞成螺旋形而形成的螺線管形態(tài)，在中心部形成中空的磁束通路。磁芯150為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供借助于感應(yīng)加熱線圈110而感應(yīng)的磁束的路徑，插入于感應(yīng)加熱線圈110的中心部。另外，作為用于熔融并向磁芯150的中空供應(yīng)的金屬材料，插入焊絲130。雖然圖中未示出，但可以還包括用于把焊絲供應(yīng)到磁芯150的中空的焊絲供應(yīng)手段。
[0047]如果參照?qǐng)D5，如果向感應(yīng)加熱頭100的感應(yīng)加熱線圈110接入高頻電源，則形成以閉合曲線連接感應(yīng)加熱線圈110的螺線管中心部與外部的磁力線180，磁力線180隨著高頻電源的頻率而變換方向。經(jīng)過感應(yīng)加熱線圈110的中心部的磁力線180穿過在中心部插入的磁芯150，磁芯150由磁性體構(gòu)成，穿過磁芯150的磁力線180被集中，磁通密度提高。磁芯150具備用于向中空的一端供應(yīng)焊絲130的入口部150a和用于供焊絲排出的出口部150b。位于一般由電磁感應(yīng)現(xiàn)象而變換方向的磁力線所形成的磁場(chǎng)內(nèi)部的導(dǎo)體被加熱。但是，由于借助于磁芯150而在磁芯150的中空形成磁場(chǎng)屏蔽區(qū)域160，磁力線不穿過，因而插入于磁芯150的中空的諸如焊絲130的金屬材料不被加熱。如果參照?qǐng)D5，穿過磁芯150而從出口部150b排出的焊絲130，在磁芯150的出口部150b與磁束交鏈。因此，只有借助于從磁芯150的中空排出的焊絲130的端部因電磁感應(yīng)現(xiàn)象而加熱。即，磁芯150使得只有通過磁芯150的出口部150b排出的焊絲130的端部130a被加熱、熔融。
[0048]參照?qǐng)D6，對(duì)焊絲130的端部130a被加熱的原理進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖6所示，當(dāng)穿過磁芯150內(nèi)部的磁力線180通過磁芯的出口部150b而出來或進(jìn)入磁芯150時(shí)，借助于磁場(chǎng)要在空間均勻分布的現(xiàn)象，磁力線180成為向磁芯的中心線凸出地彎曲的曲線形態(tài)。因此，穿過磁芯150的出口部150b而露出的焊絲130的端部130a與穿過磁芯的磁力線180交鏈，只有焊絲的端部130a被加熱。此時(shí)，穿過焊絲130的端部130a的磁力線181 —183中的一部分，在穿過被加工物，即穿過要進(jìn)行釬焊的電子部件141的端子141a和安裝于印刷電路板140的金屬焊盤154的同時(shí)進(jìn)行加熱。
[0049]如果參照?qǐng)D5，插入于感應(yīng)加熱線圈110的中空的磁芯150長度，使用長于感應(yīng)加熱線圈110的長度者。另外，磁芯150的出口部150b鄰近螺線管形狀的感應(yīng)加熱線圈110的下側(cè)端部配置，配置得從感應(yīng)加熱線圈110的端部稍稍露出。即，磁芯150的入口部150a配置得比出口部150a從感應(yīng)加熱線圈110超出更多。因此，在入口部150a附近，磁力線的密度降低，與插入到磁芯150的入口部150a的焊絲130交鏈的磁力線稀薄，在入口部150a，使得插入的焊絲130幾乎不被加熱。因此，使得只有從感應(yīng)加熱頭100的磁芯150的中空通過出口部150b排出的焊絲130的端部被加熱熔融，通過磁芯150的入口部150a插入的焊絲130幾乎不被加熱。
[0050]根據(jù)本發(fā)明，磁加熱頭100的磁芯150使借助于感應(yīng)加熱線圈110而感應(yīng)的磁束集中于要釬焊的位置，使磁通密度提高，同時(shí)，形成屏蔽區(qū)域160，使得磁力線不穿過從磁芯150中空內(nèi)部通過的金屬材料，使得磁力線穿過通過磁芯150的出口部150b排出的金屬材料。即，磁芯150把金屬材料的加熱范圍限制為露出磁芯150的出口部150b的部分，可以只按照需要熔融的量使得露出于出口部150b并熔融、供應(yīng)。另外，磁芯150發(fā)揮引導(dǎo)功能，以便對(duì)以金屬絲形態(tài)供應(yīng)的金屬材料的露出端部之外部分進(jìn)行支撐，使諸如焊絲130的以金屬絲形態(tài)供應(yīng)的金屬材料準(zhǔn)確供應(yīng)到被加工物的加工位置。另外，不僅是熔融的金屬材料，本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭還可以對(duì)用于供熔融的金屬材料附著的被加工物進(jìn)行局部加熱，使因被加工物的熱產(chǎn)生的影響實(shí)現(xiàn)最小化。特別是當(dāng)把本發(fā)明的頭用于釬焊裝置時(shí)，同時(shí)對(duì)通過磁芯150的出口部150b排出的焊絲130的端部與焊絲進(jìn)行釬焊的部位進(jìn)行局部加熱，使得能夠進(jìn)行精密的釬焊。
[0051]雖然圖中未示出，但為了防止感應(yīng)加熱頭100的感應(yīng)加熱線圈110過熱，還可以以諸如銅的金屬管構(gòu)成感應(yīng)加熱線圈，構(gòu)成得使冷卻水在管的內(nèi)部流動(dòng)。另外，在感應(yīng)加熱頭的使用中，只有在感應(yīng)加熱頭進(jìn)行作業(yè)期間，才使電流流過感應(yīng)加熱線圈，在頭或加工物為了下個(gè)作業(yè)而移動(dòng)期間，切斷流入感應(yīng)加熱線圈的電流，能夠防止感應(yīng)加熱頭的感應(yīng)加熱線圈過熱，節(jié)省能量。
[0052]圖7(a)_(d)圖示了入口部和出口部形狀變形的多樣實(shí)施例的磁芯。圖7(a)所示的實(shí)施例，如圖5所示實(shí)施例的磁芯150的出口部一樣，出口部150b的形狀成為相對(duì)于筒形狀的磁芯150中心線呈直角截?cái)嗟膯渭兊钠矫嫘螤睿判?50的入口部150a構(gòu)成得向半徑方向外側(cè)延長，能夠提供磁束的路徑。圖7 (b)所示的磁芯150在入口部150a-l的外周面形成有錐形面，使得沿中心軸線，越向末端，外周面的直徑越減小。當(dāng)磁力線從磁芯150的錐形化的外周面出來或磁力線進(jìn)入錐形化的外周面時(shí)，磁力線具有要在空間中均勻地形成最短路徑的閉合曲線的傾向，如圖所示，幾乎不發(fā)生與焊絲130交鏈的磁力線。圖7(c)所示的磁芯150不同于圖7(b)所示者，在磁芯150的出口部150b的中空的內(nèi)周面形成有錐形面，使得沿中心軸線，越向末端，內(nèi)周面的直徑越增加。當(dāng)磁力線從圖7(c)所示的磁芯150的錐形面出來或磁力線進(jìn)入錐形面時(shí)，磁力線具有要在空間中均一地形成最終路徑的閉合曲線的傾向，如圖所示，使得更多的磁力線與焊絲130交鏈。圖7(d)所示的磁芯150形成有從出口部150b中空的內(nèi)周面向中心軸線凸出延長的部分。與圖7(c)類似，使得更多的磁力線與焊絲130交鏈。圖7(e)所示的磁芯，出口部150b-3外周面的直徑越向末端越減小，在外周面形成有錐形面。與在圖7(a)所示的磁芯150的出口部150b的磁力線分布相比，在圖7(e)所示的磁芯150的出口部150b-3的磁力線分布集中，因而更多的磁力線與焊絲130交鏈，能夠提高加熱效果。圖7所示的磁芯150的入口部和出口部的形狀可以根據(jù)需要而分別選擇性地應(yīng)用。磁芯150雖然還可以使用強(qiáng)磁性體，但優(yōu)選使用諸如鐵氧體磁芯的對(duì)氧化物或金屬粉末成型的壓粉磁芯等軟磁性體磁芯，使得不會(huì)因高溫而被加熱。特別是壓粉磁芯，是使微粉狀的磁性材料固著成絕緣性結(jié)合體，因而適合于高頻。另外，壓粉磁芯的磁性粉末成為近于球形的模樣，因而消磁力大，因此，雖然對(duì)于廣泛磁場(chǎng)的相對(duì)磁導(dǎo)率小，但具有針對(duì)磁場(chǎng)的相對(duì)磁導(dǎo)率的值不變的特征。
[0053]圖8是表示圖4所示感應(yīng)加熱釬焊裝置的另一使用方法的說明圖。如圖所示，還可以相對(duì)于設(shè)置了電子部件141的PCB140，傾斜地配置感應(yīng)加熱頭100并使用。另外，如果傾斜地配置感應(yīng)加熱頭100并使用，那么，不僅是如圖所示安裝于PCB140的孔的電子部件，雖然未圖示，但電線或接頭等部件也可以釬焊，借助于表面貼裝而安裝的電子部件的引腳線也可以釬焊。另外，在本實(shí)施例中，向磁芯150供應(yīng)焊絲130的裝置雖然未圖示，但也可以進(jìn)一步包括。就用于把諸如鉛的金屬材料供應(yīng)到磁芯的入口部的供應(yīng)手段而言，例如可以把纏繞成卷形態(tài)的焊絲(solder wire)連續(xù)供應(yīng)到磁芯，或把錫球(solder ball)一個(gè)一個(gè)地供應(yīng)到磁芯的中空。另外，可以進(jìn)一步包括用于使感應(yīng)加熱頭100相對(duì)于被加工物移動(dòng)到適當(dāng)位置的移送機(jī)構(gòu)或用于使感應(yīng)加熱線圈110冷卻的冷卻裝置等。
[0054]圖9是本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭100’的另一實(shí)施例的概略圖。圖9所示的感應(yīng)加熱頭100’與圖4所示的感應(yīng)加熱頭100的不同之處在于，還包括磁束引導(dǎo)芯190，其用于提供借助于感應(yīng)加熱線圈110而感應(yīng)并在線圈外側(cè)形成的磁力線180的路徑。磁束引導(dǎo)芯190為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，感應(yīng)加熱線圈110插入于中空部分。另外，磁芯150的入口部150a向半徑方向延長。磁束引導(dǎo)芯190切斷釬焊裝置周邊的部件受到在感應(yīng)加熱線圈110外側(cè)感應(yīng)的磁力線的影響。
[0055]圖10是本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭200的又一實(shí)施例的概略圖。本實(shí)施例的感應(yīng)加熱頭200與圖4所示的感應(yīng)加熱頭100的不同之處在于，感應(yīng)加熱線圈210把諸如銅板的導(dǎo)電性板材形成中空地纏繞，形成感應(yīng)加熱線圈，在內(nèi)部配置磁芯250ο如圖所示，感應(yīng)加熱線圈250把板材以圓形纏繞成之字形形態(tài)(從剖面觀察時(shí)，把板材向順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向交替纏繞)形成，在中央部形成有用于供磁芯250插入的中空。在感應(yīng)加熱線圈210的上部，構(gòu)成有用于連接電源的內(nèi)側(cè)連接部214及外側(cè)連接部212。另外，與磁芯250的入口部側(cè)對(duì)應(yīng)的感應(yīng)加熱線圈250的下部以圓錐形狀形成，可以使焊絲容易接近要加熱并供應(yīng)的部位(例如，電子部件的引腳)。
[0056]圖11是本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭200’的又一實(shí)施例的概略圖。圖11所示的實(shí)施例200 ’與圖10所示實(shí)施例的感應(yīng)加熱頭200的不同之處在于，把導(dǎo)電性板材纏繞成圓錐形態(tài)，形成中空地構(gòu)成感應(yīng)加熱線圈210-1。
[0057]圖12是應(yīng)用本發(fā)明又一實(shí)施例的感應(yīng)加熱頭300的感應(yīng)加熱釬焊裝置的概略圖。在圖12中，感應(yīng)加熱頭300電連接于高頻電源供應(yīng)單元320并接受供應(yīng)電源。感應(yīng)加熱頭300包括感應(yīng)加熱線圈310、磁芯350、插入于感應(yīng)加熱線圈的中空的內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352。感應(yīng)加熱線圈310為把諸如銅的傳導(dǎo)性線材纏繞成螺旋形形成的螺線管形態(tài)，在中心部形成有中空的磁束通路。磁芯350為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供借助于感應(yīng)加熱線圈110而感應(yīng)的磁束的路徑，與感應(yīng)加熱線圈310相鄰地配置。用于釬焊的焊絲330通過磁芯350的中空進(jìn)行供應(yīng)。另外，磁芯350的入口部350a為了提供磁束的路徑而具備向鄰接的內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352延長的延長部。在實(shí)施例中，內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352為筒形狀，但也可以由中空的筒形狀構(gòu)成。在以中空的筒形狀構(gòu)成的情況下，也可以向內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352的中空供應(yīng)焊絲，對(duì)從中空排出的金屬材料加熱、熔融。另外，優(yōu)選磁芯350及內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352均由軟磁性體形成，使得不因高溫而被加熱。進(jìn)行釬焊時(shí)，如果向感應(yīng)加熱線圈310接入高頻電源，則通過與內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352的端部鄰接配置的磁芯350的出口部350b而露出的焊絲330的端部，與穿過磁芯250和內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯352的磁力線交鏈，被加熱、熔融。
[0058]在圖13中圖示了本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭400的又一實(shí)施例。圖13的實(shí)施例與圖12的實(shí)施例的不同之處在于，把傳導(dǎo)性板材纏繞形成感應(yīng)加熱線圈410。圖13所示實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，可以緊湊地制作感應(yīng)加熱頭400，當(dāng)應(yīng)用于釬焊裝置時(shí)，可以局部加熱狹窄的區(qū)域并進(jìn)行釬焊。圖14作為表示圖13所示感應(yīng)加熱頭的另一使用方法的說明圖，如果傾斜地設(shè)置在釬焊裝置中應(yīng)用的磁芯450，則可以在避免與周圍設(shè)置的電子部件的干涉的同時(shí)有效進(jìn)行釬焊。
[0059]圖15圖示了使用本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭100來熔融錫球135形態(tài)的金屬材料并供應(yīng)的狀態(tài)。差異在于，在應(yīng)用圖4所示感應(yīng)加熱頭100的裝置中，取代焊絲130，把錫球135插入磁芯150的中空并供應(yīng)。錫球135也可以事先預(yù)熱并供應(yīng)。如圖所示，穿過磁芯150的出口部150b的錫球135，與鉛屏蔽磁芯150的磁力線交鏈并被加熱、熔融，掉落于釬焊位置。
[0060]圖16圖示了應(yīng)用本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭500的3D打印機(jī)1000的一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的3D打印機(jī)1000包括:感應(yīng)加熱頭500、用于向感應(yīng)加熱頭500供應(yīng)高頻電源的電源供應(yīng)單元520、用于向感應(yīng)加熱頭500供應(yīng)金屬絲形態(tài)的金屬材料530的材料供應(yīng)單元600、用于與材料供應(yīng)單元600的材料供應(yīng)速度相應(yīng)地供應(yīng)電源的統(tǒng)合控制單元660。
[0061]感應(yīng)加熱頭500包括感應(yīng)加熱線圈510和插入設(shè)置于感應(yīng)加熱線圈510的中空部分的中空磁芯550。感應(yīng)加熱頭500可以使用圖4或圖10所示實(shí)施例的頭。
[0062]材料供應(yīng)單元600設(shè)置于框架610，包括供金屬絲530纏繞的線軸640、連接于線軸的軸以便使線軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)650。另外，在框架上設(shè)置有用于引導(dǎo)從線軸640放出的金屬絲530的引導(dǎo)構(gòu)件615、用于按既定速度供應(yīng)穿過了引導(dǎo)構(gòu)件615的金屬絲530的導(dǎo)棍620和進(jìn)料輥630。金屬絲夾于導(dǎo)輥620與進(jìn)料輥630之間進(jìn)行供應(yīng)。在進(jìn)料輥630的外周面形成有齒，以便金屬絲不打滑。另外，雖然圖中未示出，但設(shè)置有用于使進(jìn)料輥旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。統(tǒng)合控制單元660控制進(jìn)料輥630的旋轉(zhuǎn)，控制用于3D打印的金屬絲的供應(yīng)速度。在一些實(shí)施例中，當(dāng)可以只以進(jìn)料輥630供應(yīng)金屬絲時(shí)，還可以省略線軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)650。
[0063]在一些實(shí)施例中，當(dāng)熔融金屬絲形態(tài)的金屬材料，制造任意形狀的3D部件或制品時(shí)，與金屬絲截面形狀為圓形者相比，如果使用四邊形形狀的金屬絲材料，則可以使借助于3D打印機(jī)而制造的制品的表面粗糖度減小，提尚3D打印制品的品質(zhì)。
[0064]圖17作為感應(yīng)加熱線圈510的立體圖，感應(yīng)加熱線圈510是把管纏繞成螺旋形制成。使得通過感應(yīng)加熱線圈510的入口 511供應(yīng)的冷卻水通過出口 512排出，能夠防止感應(yīng)加熱線圈510過熱。雖然圖中未示出，但3D打印機(jī)可以另行具備用于冷卻感應(yīng)加熱線圈510的冷卻水供應(yīng)單元。圖18作為感應(yīng)加熱線圈510另一實(shí)施例的立體圖，是把截面為四邊形狀的管纏繞成螺旋形形成。如果使用截面為四邊形狀的管，則與使用截面為圓形的管時(shí)相比，磁束發(fā)生面積增加，能夠提高感應(yīng)加熱的效率。
[0065]前面說明的本發(fā)明的實(shí)施例并非限定本發(fā)明，應(yīng)理解為是示例性的，本發(fā)明的感應(yīng)加熱頭可以變形為多樣的形態(tài)。在權(quán)利要求項(xiàng)中記載的范圍及與其同等的范圍內(nèi)變形為多樣形態(tài)的感應(yīng)加熱頭，可以視為本發(fā)明的具體實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于，包括: 感應(yīng)加熱線圈，其用于電連接于高頻電源； 磁芯，其為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供借助于所述感應(yīng)加熱線圈而感應(yīng)的磁束的路徑，且具備用于向中空的內(nèi)部供應(yīng)金屬材料的入口部和用于排出供應(yīng)的金屬材料的出口部； 所述磁芯的出口部構(gòu)成為使磁束通過由出口部排出的金屬材料，對(duì)從所述磁芯排出的金屬材料進(jìn)行加熱并熔融。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的長度長于所述感應(yīng)加熱線圈，插入設(shè)置于感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部， 磁芯的出口部配置成鄰接所述感應(yīng)加熱線圈的一端部，且從感應(yīng)加熱線圈露出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述感應(yīng)加熱線圈把傳導(dǎo)性線材纏繞成螺旋形而形成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述感應(yīng)加熱線圈把傳導(dǎo)性板材纏繞成圓形而形成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的出口部以內(nèi)徑沿長度方向越向端部越增加的方式被錐形化。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的出口部以外徑沿長度方向越向端部越減小的方式被錐形化。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的出口部沿半徑方向向內(nèi)側(cè)延長。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的入口部沿半徑方向向外側(cè)延長， 所述用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭還包括線圈外部磁束引導(dǎo)芯，其為由磁性體構(gòu)成的中空的筒形狀，用于提供由所述感應(yīng)加熱線圈感應(yīng)的磁束的路徑，供所述感應(yīng)加熱線圈的至少一部分插入設(shè)置于中空部分。9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任意一項(xiàng)所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯由軟磁性體構(gòu)成。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述軟磁性體磁芯為壓粉磁芯。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 還包括線圈內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯，其為由磁性體構(gòu)成的筒形狀，用于提供由所述感應(yīng)加熱線圈感應(yīng)的磁束的路徑，插入設(shè)置于所述感應(yīng)加熱線圈的內(nèi)部， 所述磁芯的出口配置成鄰接所述線圈內(nèi)部磁束引導(dǎo)芯的端部。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述感應(yīng)加熱線圈把傳導(dǎo)性線材纏繞成螺旋形而形成。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述感應(yīng)加熱線圈把傳導(dǎo)性板材纏繞成圓形而形成。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的出口部以內(nèi)徑沿長度方向越向端部越增加的方式被錐形化。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述磁芯的入口部具備沿半徑方向向外側(cè)延長的入口磁束引導(dǎo)部。16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任意一項(xiàng)所述的用于熔融并供應(yīng)金屬材料的感應(yīng)加熱頭，其特征在于， 所述屏蔽釬焊芯由軟磁性體構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B23K3/06GK105873710SQ201480060801
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年8月13日
【發(fā)明人】樸善淳, 李海龍, 金榮道
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社達(dá)文希斯