JP2003279259A - 加熱炉およびその運転開始方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータ立上げ時間を短縮できる加熱炉の運転
開始方法を提供する。 【解決手段】 （Ｔ１）炉体内のワーク搬送経路より下
方に位置する下方のヒータに対し必要とする最大電力Ａ
の通電をして、下方のヒータを発熱させる。このとき、
ワーク搬送経路より上方に位置する上方のヒータへの通
電は、停止する。（Ｔ２）通電時間または測定温度を切
換パラメータとして、下方のヒータへの通電を停止する
とともに、上方のヒータに対し必要とする最大電力Ａの
通電をして発熱させる。（Ｔ３）通電時間または測定温
度を切換パラメータとして、下方のヒータに対し必要と
する範囲で極力大きな電力の通電をして発熱させる。こ
のとき、上方のヒータへの通電を停止する。（Ｔ４）通
電時間または測定温度が、設定した調整時間または調整
温度に到達した場合は、下方のヒータおよび上方のヒー
タの両方に、一定の範囲内の小電力を同時に通電し、同
時加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉体内のワーク搬
送経路より上下一方および他方にヒータを配置した加熱
炉およびその運転開始方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−２１２０２７号公報には、リ
フロー装置のヒータ立上げ方法が示されている。すなわ
ち、図５（ａ）に示されるように、炉体１を貫通して電
子部品搭載基板Ｗを搬送するコンベア２が配設され、こ
のコンベア２より上側にて炉体１内に複数のヒータ３，
４，５およびこれらのヒータ３，４，５からそれぞれ熱
風を生じさせるファン６が配設され、また、コンベア２
より下側にて炉体１内にヒータ７が配設されたリフロー
装置において、図５（ｂ）および（ｃ）に示されるよう
に、各ヒータ３，４，５，７を立上げるに当り、各ヒー
タ３，４，５，７の立上げ時間をずらすことにより、こ
れらのヒータ３，４，５，７の平均電流ｉ3，ｉ4，ｉ
5，ｉ7の合計電流（Ｚ＝ｉ3＋ｉ4＋ｉ5＋ｉ7）を規定電
流ｉmaxより低く押えて、電源のダウンを回避するよう
にしたヒータ立上げ方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来のヒータ立上
げ方法は、電源のダウンを確実に回避できる効果が得ら
れるものの、図５（ｃ）に示されるように、例えばヒー
タ立上げ運転開始直後においては、ヒータ３の平均電流
ｉ3と規定電流ｉmaxとの間に、平均電流ｉ3の２倍近い
余裕ｉaがあり、あるいはヒータ３，４の合計電流（ｉ3
＋ｉ4）と規定電流ｉmaxとの間に、合計電流（ｉ3＋ｉ
4）に近い余裕ｉbがあり、要するに、ヒータ立上げ運転
の前半においては、ヒータに通電される電流と規定電流
ｉmaxとの間に余裕があり過ぎて、電源のダウン回避を
重視し過ぎるあまり、ヒータ立上げに時間を要する問題
がある。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ヒータ立上げ時間を短縮できる加熱炉およびその
運転開始方法を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、炉体と、炉体内でワークを搬送するコンベアと、
コンベアによるワーク搬送経路より上下一方に位置する
一方のヒータおよび上下他方に位置する他方のヒータ
と、一方のヒータへの必要とする最大電力の通電と他方
のヒータへの必要とする最大電力の通電とを交互に切換
えながら両方のヒータを立上げ運転するコントローラと
を具備した加熱炉であり、コントローラにより一方のヒ
ータへの通電と他方のヒータへの通電とを交互に切換え
ながら、一方のヒータおよび他方のヒータの両方に対し
て、必要とする最大電力で通電をするため、両方のヒー
タを効率良く立上げ運転でき、従来よりヒータ立上げ時
間を短縮できるとともに、最大電力により炉外の大気よ
りの外乱に影響され難い立上げ運転が可能の加熱炉を提
供できる。

【０００６】請求項２に記載された発明は、炉体内のワ
ーク搬送経路より上下一方に位置する一方のヒータに対
し必要とする最大電力の通電をして一方のヒータを発熱
させるとともに、上下他方に位置する他方のヒータへの
通電を停止し、通電時間を切換パラメータとして、一方
のヒータへの通電を停止するとともに、他方のヒータに
対し必要とする最大電力の通電をして他方のヒータを発
熱させ、これらの一方のヒータへの通電と他方のヒータ
への通電とを交互に切換えながら両方のヒータを立上げ
運転する加熱炉の運転開始方法であり、一方のヒータお
よび他方のヒータの両方に対して、必要とする最大電力
で通電を開始できるため、両方のヒータを効率良く立上
げ運転でき、従来よりヒータ立上げ時間を短縮できると
ともに、最大電力により炉外の大気よりの外乱に影響さ
れ難い立上げ運転が可能である。特に、通電時間を切換
パラメータとして、一方のヒータへの通電と他方のヒー
タへの通電とを切換えるので、冗長で効率の悪い通電時
間を切捨てて、短時間のうちに効率の良い立上げ運転が
可能である。

【０００７】請求項３に記載された発明は、炉体内のワ
ーク搬送経路より上下一方に位置する一方のヒータに対
し必要とする最大電力の通電をして一方のヒータを発熱
させるとともに、上下他方に位置する他方のヒータへの
通電を停止し、測定温度を切換パラメータとして、一方
のヒータへの通電を停止するとともに、他方のヒータに
対し必要とする最大電力の通電をして他方のヒータを発
熱させ、これらの一方のヒータへの通電と他方のヒータ
への通電とを交互に切換えながら両方のヒータを立上げ
運転する加熱炉の運転開始方法であり、一方のヒータお
よび他方のヒータの両方に対して、必要とする最大電力
で通電を開始できるため、両方のヒータを効率良く立上
げ運転でき、従来よりヒータ立上げ時間を短縮できると
ともに、最大電力により炉外の大気よりの外乱に影響さ
れ難い立上げ運転が可能である。特に、測定温度を切換
パラメータとして、一方のヒータへの通電と他方のヒー
タへの通電とを切換えるので、昇温勾配の大きい、効率
の良い昇温特性部分のみを利用して、短時間のうちに効
率の良い立上げ運転が可能である。

【０００８】請求項４に記載された発明は、請求項２ま
たは３記載の加熱炉の運転開始方法におけるヒータ立上
げ運転の最終工程では、一方のヒータおよび他方のヒー
タの両方に同時に通電する加熱炉の運転開始方法であ
り、ヒータ立上げ運転の最終時に、両方のヒータに通電
することで、炉体内のワーク搬送経路より上下一方の雰
囲気と上下他方の雰囲気とを等しい温度条件に、または
異なる所定の温度条件に調整することが容易にできる。

【０００９】請求項５に記載された発明は、請求項２乃
至４のいずれか記載の加熱炉の運転開始方法において、
ワークを予加熱するプリヒータと、ワークのソルダペー
ストをリフローするリフローヒータとを立上げ運転する
加熱炉の運転開始方法であり、炉体内のワーク搬送経路
より上下一方に位置する一方のプリヒータおよびリフロ
ーヒータと、上下他方に位置する他方のプリヒータおよ
びリフローヒータの両方に対して、必要とする最大電力
で通電を開始できるため、両方のプリヒータおよびリフ
ローヒータを効率良く立上げ運転でき、従来よりリフロ
ーはんだ付け用加熱炉のヒータ立上げ時間を短縮でき
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１乃至図４に示
された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】図２は、リフローはんだ付け用の加熱炉の
一例を示し、炉体11内に、ソルダペーストを介し電子部
品を搭載したプリント配線基板（以下、この電子部品搭
載基板を「ワークＷ」という）を搬送するコンベア12が
配設されている。

【００１２】このコンベア12によるワーク搬送経路に沿
って、炉体11内のワーク搬送経路より上下一方（下方）
に位置する一方のプリヒータ13およびリフローヒータ14
（以下、一方のプリヒータ13およびリフローヒータ14を
「一方のヒータ13，14」という）と、上下他方（上方）
に位置する他方のプリヒータ15およびリフローヒータ16
（以下、他方のプリヒータ15およびリフローヒータ16を
「他方のヒータ15，16」という）とが、それぞれ配列さ
れている。

【００１３】プリヒータ13，15は、ワークＷを徐々に昇
温させるように予加熱し、リフローヒータ14，16は、ワ
ークＷに塗布されたソルダペーストをリフロー（溶融）
できる温度まで加熱する。

【００１４】一方のヒータ13，14および他方のヒータ1
5，16には、ファン17，18がそれぞれ対向して設置さ
れ、これらの一方のヒータ13，14およびファン17によ
り、また、他方のヒータ15，16およびファン18により、
それぞれ熱風発生手段が構成されている。

【００１５】これらの熱風発生手段により発生した熱風
は、リフローはんだ付け運転を開始するに当って、炉体
11内の雰囲気温度を立上げ、リフローはんだ付け運転中
は、炉体11内の雰囲気温度を所定のプリヒート温度また
はリフロー温度に保つ働きがある。

【００１６】次に、図３は、加熱炉の温度制御系の一例
を示し、そのコントローラとしてのヒータ用コントロー
ラ21は、電源22から供給される電力を制御（切換制御お
よび電力制御）して、一方のヒータ13，14および他方の
ヒータ15，16に分配するものである。

【００１７】このヒータ用コントローラ21は、一方のヒ
ータ13，14に対し必要とする最大電力の通電をして一方
のヒータ13，14を発熱させるとともに、他方のヒータ1
5，16への通電を停止し、通電時間を切換パラメータと
して、または、測定温度を切換パラメータとして、一方
のヒータ13，14への通電を停止するとともに、他方のヒ
ータ15，16に対し必要とする最大電力の通電をして他方
のヒータ15，16を発熱させ、これらの一方のヒータ13，
14への通電と他方のヒータ15，16への通電とを交互に切
換えながら両方のヒータを立上げ運転する機能がある。

【００１８】通電時間を切換パラメータとして一方のヒ
ータ13，14への通電と他方のヒータ15，16への通電とを
切換える場合は、ヒータ用コントローラ21に接続された
時間設定部23により設定された設定時間と、コントロー
ラ内タイマでカウントする通電時間とを比較して、この
通電時間が設定時間に到達した時点で切換える。

【００１９】また、測定温度を切換パラメータとして一
方のヒータ13，14への通電と他方のヒータ15，16への通
電とを切換える場合は、ヒータ用コントローラ21に接続
された温度設定部24により設定された設定温度と、炉体
11内のワーク搬送経路より下方に配設された熱電対など
の温度センサ25，26および上方に配設された熱電対など
の温度センサ27，28によりそれぞれ測定された炉体内雰
囲気の測定温度とを比較して、炉体内雰囲気の測定温度
が設定温度に到達した時点で切換える。

【００２０】なお、時間設定部23および温度設定部24
は、プリヒータ13，15の立上げ運転で使う設定時間およ
び設定温度と、リフローヒータ14，16の立上げ運転で使
う設定時間および設定温度とを、それぞれ設定する。

【００２１】次に、図４は、ヒータ用コントローラ21に
よるヒータ切換制御の手順を示す。なお、この図４中の
丸数字は、ステップ番号である。

【００２２】（ステップ１）一方のヒータ13，14に対し
必要とする最大電力の通電をして一方のヒータ13，14を
発熱させるとともに、他方のヒータ15，16への通電は停
止させる。

【００２３】（ステップ２）通電時間が、設定時間に到
達したか否か、または、測定温度が、設定温度に到達し
たか否かを判断し、到達するまで、ステップ１を継続す
る。

【００２４】（ステップ３）ステップ２で設定時間また
は設定温度に到達した場合は、一方のヒータ13，14およ
び他方のヒータ15，16を小電力で同時加熱できるほどの
調整時間または調整温度に到達したか否かを判断する。

【００２５】（ステップ４）ステップ３で調整時間また
は調整温度に到達していない場合は、ステップ１とは逆
に、一方のヒータ13，14への通電を停止するとともに、
他方のヒータ15，16に対し必要とする最大電力の通電を
して他方のヒータ15，16を発熱させる。

【００２６】（ステップ５）通電時間が、設定時間に到
達したか否か、または、測定温度が、設定温度に到達し
たか否かを判断し、到達するまで、ステップ４を継続す
る。

【００２７】（ステップ６）ステップ５で設定時間また
は設定温度に到達した場合は、一方のヒータ13，14およ
び他方のヒータ15，16を小電力で同時加熱できるほどの
調整時間または調整温度に到達したか否かを判断する。

【００２８】ステップ６で調整時間または調整温度に到
達していない場合は、ステップ１に戻って、通電時間を
切換パラメータとして、または、測定温度を切換パラメ
ータとして、一方のヒータ13，14への通電と他方のヒー
タ15，16への通電とを交互に切換えながら、両方のヒー
タを立上げ運転する（ステップ１〜６）。

【００２９】（ステップ７）ステップ３またはステップ
６で調整時間または調整温度に到達した場合は、ヒータ
立上げ運転の最終工程に入り、一方のヒータ13，14およ
び他方のヒータ15，16の両方に同時に小電力を通電し
て、一方のヒータ13，14および他方のヒータ15，16を小
電力で同時加熱する。

【００３０】（ステップ８）通電時間が、設定時間に到
達したか否か、または、測定温度が、設定温度に到達し
たか否かを判断し、到達するまで、ステップ７を継続す
る。

【００３１】ステップ８で設定時間または設定温度に到
達した場合は、ヒータ立上げ運転が終了するので、コン
ベア12にワークＷを供給して、ワークＷをリフローはん
だ付けする本運転に入る。

【００３２】なお、プリヒータ13，15の立上げ運転で使
う設定時間および設定温度と、リフローヒータ14，16の
立上げ運転で使う設定時間および設定温度とが異なるこ
とは、言うまでもない。

【００３３】次に、図１に基づき、加熱炉の運転開始方
法の一例を説明する。なお、ここでは、一方のヒータ1
3，14を、ワーク搬送経路より下方のヒータ13，14と呼
び、他方のヒータ15，16を、ワーク搬送経路より上方の
ヒータ15，16と呼ぶ。

【００３４】（Ｔ１）下方のヒータ13，14に対し必要と
する最大電力Ａの通電をして、下方のヒータ13，14を発
熱させるとともに、このとき、上方のヒータ15，16への
通電を停止する。

【００３５】これにより、ワークＷは、実線で示された
下面温度が急上昇し、破線で示された上面温度は緩やか
に上昇する。

【００３６】（Ｔ２）通電時間を切換パラメータとし
て、または、測定温度を切換パラメータとして、下方の
ヒータ13，14への通電を停止するとともに、上方のヒー
タ15，16に対し必要とする最大電力Ａの通電をして、上
方のヒータ15，16を発熱させる。

【００３７】これにより、ワークＷは、上面温度が急上
昇し、下面温度は僅かに上昇する。

【００３８】（Ｔ３）通電時間を切換パラメータとし
て、または、測定温度を切換パラメータとして、下方の
ヒータ13，14に対し必要とする範囲で極力大きな電力の
通電をして、下方のヒータ13，14を発熱させるととも
に、上方のヒータ15，16への通電を停止する。

【００３９】これにより、ワークＷは、下面温度が急上
昇し、上面温度は僅かに上昇する。

【００４０】（Ｔ４）最後に、通電時間または測定温度
が、設定された調整時間または調整温度に到達した場合
は、ヒータ立上げ運転の最終工程に入り、下方のヒータ
13，14および上方のヒータ15，16の両方に、一定の範囲
内の小電力を同時に通電し、この小電力で同時加熱す
る。

【００４１】この場合、下方のヒータ13，14より上方の
ヒータ15，16に対しやや大きな電力を供給すれば、最終
的にワーク搬送経路より下方の雰囲気と上方の雰囲気と
を等しい温度条件に調整することができる。また、基板
条件によっては、ワーク搬送経路より下方の雰囲気と上
方の雰囲気とを異なる所定の温度条件に調整することも
可能である。

【００４２】このように、下方のヒータ13，14および上
方のヒータ15，16の両方に対して、必要とする最大電力
Ａで通電を開始できるため、両方のヒータ13，14および
15，16を効率良く立上げ運転でき、従来よりリフローは
んだ付け用加熱炉のヒータ立上げ時間を短縮できるとと
もに、最大電力Ａにより、炉外の大気よりの外乱、例え
ば冷気の侵入などに影響され難い立上げ運転が可能であ
る。

【００４３】その際に、通電時間を切換パラメータとし
て、下方のヒータ13，14への通電と上方のヒータ15，16
への通電とを切換えると、冗長で効率の悪い通電時間を
切捨てて、短時間のうちに効率の良い立上げ運転が可能
である。

【００４４】一方、測定温度を切換パラメータとして、
下方のヒータ13，14への通電と上方のヒータ15，16への
通電とを切換えると、昇温勾配の大きい、効率の良い昇
温特性部分のみを利用して、短時間のうちに効率の良い
立上げ運転が可能である。

【００４５】そして、ヒータ立上げ運転の最終時に、両
方のヒータ13，14および15，16に通電することで、炉体
11内のワーク搬送経路より上下一方の雰囲気と上下他方
の雰囲気とを等しい温度条件に、または異なる所定の温
度条件に調整することが容易にできる。

【００４６】なお、この加熱炉の運転開始方法は、リフ
ローはんだ付け用の加熱炉だけに限定されるものではな
く、例えば、基板上に熱硬化性樹脂を介し部品を接着す
る場合の加熱炉などにも適用できる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、コントロ
ーラにより、一方のヒータへの通電と他方のヒータへの
通電とを交互に切換えながら、一方のヒータおよび他方
のヒータの両方に対して、必要とする最大電力で通電を
するため、両方のヒータを効率良く立上げ運転でき、従
来よりヒータ立上げ時間を短縮できるとともに、最大電
力により炉外の大気よりの外乱に影響され難い立上げ運
転が可能の加熱炉を提供できる。

【００４８】請求項２記載の発明によれば、一方のヒー
タおよび他方のヒータの両方に対して、必要とする最大
電力で通電を開始できるため、両方のヒータを効率良く
立上げ運転でき、従来よりヒータ立上げ時間を短縮でき
るとともに、最大電力により炉外の大気よりの外乱に影
響され難い立上げ運転が可能である。特に、通電時間を
切換パラメータとして、一方のヒータへの通電と他方の
ヒータへの通電とを切換えるので、冗長で効率の悪い通
電時間を切捨てて、短時間のうちに効率の良い立上げ運
転が可能である。

【００４９】請求項３記載の発明によれば、一方のヒー
タおよび他方のヒータの両方に対して、必要とする最大
電力で通電を開始できるため、両方のヒータを効率良く
立上げ運転でき、従来よりヒータ立上げ時間を短縮でき
るとともに、最大電力により炉外の大気よりの外乱に影
響され難い立上げ運転が可能である。特に、測定温度を
切換パラメータとして、一方のヒータへの通電と他方の
ヒータへの通電とを切換えるので、昇温勾配の大きい、
効率の良い昇温特性部分のみを利用して、短時間のうち
に効率の良い立上げ運転が可能である。

【００５０】請求項４記載の発明によれば、ヒータ立上
げ運転の最終時に、両方のヒータに通電することで、炉
体内のワーク搬送経路より上下一方の雰囲気と上下他方
の雰囲気とを等しい温度条件に、または異なる所定の温
度条件に調整することが容易にできる。

【００５１】請求項５記載の発明によれば、炉体内のワ
ーク搬送経路より上下一方に位置する一方のプリヒータ
およびリフローヒータと、上下他方に位置する他方のプ
リヒータおよびリフローヒータの両方に対して、必要と
する最大電力で通電を開始できるため、両方のプリヒー
タおよびリフローヒータを効率良く立上げ運転でき、従
来よりリフローはんだ付け用加熱炉のヒータ立上げ時間
を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明に係る加熱炉の運転開始方法
を示す時間とヒータ供給電力との関係を示す図であり、
（ｂ）は、その時間と基板温度との関係を示す図であ
る。

【図２】本発明に係る加熱炉の概略を示す断面図であ
る。

【図３】本発明に係る加熱炉のヒータ制御回路を示すブ
ロック図である。

【図４】本発明に係る加熱炉のヒータ切換制御を示すフ
ローチャートである。

【図５】（ａ）は、従来のヒータ立上げ方法に係るリフ
ロー装置の断面図、（ｂ）は、その加熱条件の設定用表
示例を示す図、（ｃ）は、その時間とヒータへの供給電
流との関係を示す図である。

【符号の説明】

Ｗ ワーク 11 炉体 12 コンベア 13，14 一方のヒータ 15，16 他方のヒータ 13，15 プリヒータ 14，16 リフローヒータ 21 コントローラとしてのヒータ用コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/00 ３５０ Ｈ０５Ｂ 3/00 ３５０ Ｆターム(参考） 3K058 AA01 BA19 CA16 CB02 CB12 GA06 4K050 AA01 BA17 CD08 EA04 EA07 4K056 AA09 AA14 BB06 CA18 FA04 4K063 AA05 AA09 AA12 BA12 CA01 CA06 DA32 FA01 FA29

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体と、 炉体内でワークを搬送するコンベアと、 コンベアによるワーク搬送経路より上下一方に位置する
   一方のヒータおよび上下他方に位置する他方のヒータ
   と、 一方のヒータへの必要とする最大電力の通電と他方のヒ
   ータへの必要とする最大電力の通電とを交互に切換えな
   がら両方のヒータを立上げ運転するコントローラとを具
   備したことを特徴とする加熱炉。
2. 【請求項２】 炉体内のワーク搬送経路より上下一方に
   位置する一方のヒータに対し必要とする最大電力の通電
   をして一方のヒータを発熱させるとともに、上下他方に
   位置する他方のヒータへの通電を停止し、 通電時間を切換パラメータとして、一方のヒータへの通
   電を停止するとともに、他方のヒータに対し必要とする
   最大電力の通電をして他方のヒータを発熱させ、 これらの一方のヒータへの通電と他方のヒータへの通電
   とを交互に切換えながら両方のヒータを立上げ運転する
   ことを特徴とする加熱炉の運転開始方法。
3. 【請求項３】 炉体内のワーク搬送経路より上下一方に
   位置する一方のヒータに対し必要とする最大電力の通電
   をして一方のヒータを発熱させるとともに、上下他方に
   位置する他方のヒータへの通電を停止し、 測定温度を切換パラメータとして、一方のヒータへの通
   電を停止するとともに、他方のヒータに対し必要とする
   最大電力の通電をして他方のヒータを発熱させ、 これらの一方のヒータへの通電と他方のヒータへの通電
   とを交互に切換えながら両方のヒータを立上げ運転する
   ことを特徴とする加熱炉の運転開始方法。
4. 【請求項４】 ヒータ立上げ運転の最終工程では、一方
   のヒータおよび他方のヒータの両方に同時に通電するこ
   とを特徴とする請求項２または３記載の加熱炉の運転開
   始方法。
5. 【請求項５】 ワークを予加熱するプリヒータと、ワー
   クのソルダペーストをリフローするリフローヒータとを
   立上げ運転することを特徴とする請求項２乃至４のいず
   れか記載の加熱炉の運転開始方法。