JP2007078307A

JP2007078307A - 加熱装置の制御方法

Info

Publication number: JP2007078307A
Application number: JP2005269820A
Authority: JP
Inventors: Takahito Yamaguchi; 崇仁山口; Kiyoshi Douyu; 清志堂囿
Original assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Current assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: HK1097322A1; US20070082311A1; CN1932704B; JP4758716B2; CN1932704A

Abstract

【課題】限られた消費電力で加熱装置を効果的に立上げることができる加熱装置の制御方法を提供する。
【解決手段】（ステップ５）各ゾーンの温度偏差に、各ゾーンごとに設定した固有の熱容量係数Ｋ1を掛ける演算により、加熱優先度を決定する。（ステップ６）隣接ゾーンとの隣接温度偏差に、隣接関係により設定した隣接係数Ｋ2を掛ける演算により、補助的に、ゾーンの加熱優先度を決定する。（ステップ７）加熱優先度の最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番を決定し、加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーンとを含むように複数のゾーンを組み合わせて１組のグループを作成するとともに、残ったゾーンの中から同様に複数のゾーンを組み合わせてグループを順次作成する。（ステップ８）これらの各々のグループ内で、ヒータの消費電力を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフロー炉、加熱硬化炉などとして用いられる加熱装置の制御方法に関する。

リフロー炉などの加熱装置の制御方法において、装置立上げ時に炉内に設けられた複数のヒータに一斉に最大電力を供給すると、短時間のうちに加熱装置を立上げることができるものの、装置立上げ時の消費電力が工場電力設備の制限を上回り、電力障害を起こすおそれがある。

そこで、ヒータの立上げ時間を事前に実験によって測定しておき、ヒータの温度上昇とともに各ヒータの消費電流が減少し、一定値以下となるような時間を制御部に記憶させておき、その時間間隔をもって立上げ時間をずらしながら各ヒータを順に立上げるようにするヒータ立上げ方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第２８８５０４７号公報（第２−３頁、図５）

このように、各ヒータを予め実験で求めた時間毎に順に立上げるようにする加熱装置の制御方法でも、実験で想定されなかった環境の変化があると、始めに立上げられるヒータの立上げが完了せず、その消費電流が未だ大きい状態で、次のヒータに電力供給をはじめるおそれがあり、この場合は電力障害を起こすおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、限られた消費電力で加熱装置を効果的に立上げることができる加熱装置の制御方法を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、ワークを搬送するコンベヤに沿って配置された炉体内の複数のゾーンにそれぞれ設けられたヒータを立上げる加熱装置の制御方法において、加熱優先度の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせて複数のグループを作成し、各々のグループ内でのヒータの消費電力を制限する加熱装置の制御方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の加熱装置の制御方法におけるグループの作成が、加熱優先度の最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番を決定し、加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせるとともに、残ったゾーンの中から加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせることを繰り返すことでなされる制御方法である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の加熱装置の制御方法における加熱優先度が、各ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差により決定される制御方法である。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の加熱装置の制御方法における加熱優先度が、各ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差に、各ゾーンごとに設定された熱容量係数を掛ける演算により決定される制御方法である。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の加熱装置の制御方法における熱容量係数を、ワークを炉体内に搬入する入口および炉体内から搬出する出口に近いゾーンほど大きく設定するとともに、炉体の中央部に近いゾーンほど小さく設定した制御方法である。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の加熱装置の制御方法における熱容量係数を、コンベヤの上部に形成されたゾーンより下部に形成されたゾーンを大きく設定した制御方法である。

請求項７記載の発明は、請求項４乃至６のいずれか記載の加熱装置の制御方法における加熱優先度が、隣接する左右上下のゾーン間の隣接関係により設定された隣接係数による演算により決定される制御方法である。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか記載の加熱装置の制御方法におけるグループの作成が、ゾーン内の温度変化および時間の経過の少なくとも一方により自動的に変更される制御方法である。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか記載の加熱装置の制御方法におけるヒータの消費電力の制限が、グループ内の複数のゾーンにおいてヒータを排他的にオン／オフ制御することでなされる制御方法である。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか記載の加熱装置の制御方法におけるヒータの消費電力の制限が、グループ内の複数のゾーンにおいてヒータの出力を合計で１００％に制御することでなされる制御方法である。

請求項１記載の発明によれば、加熱優先度の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせて作成したグループ内でヒータの消費電力を制限するので、限られた消費電力を有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

請求項２記載の発明によれば、加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせるとともに、残ったゾーンの中から同様の２つ以上のゾーンの組み合わせを繰り返すので、各グループごとに効率の良いゾーンの組み合わせを作成することができ、各グループ内でヒータの消費電力を制限するので、限られた消費電力を最大限に有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

請求項３記載の発明によれば、各ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差により加熱優先度を決定するので、温度偏差の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせることで、限られた消費電力を有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

請求項４記載の発明によれば、各ゾーンの温度偏差に熱容量係数を掛けることで、各ゾーンが有する固有の熱容量、すなわち加熱し易さおよび加熱し難さを加味しながら、加熱優先度の順番と、この順番に基づくゾーンの組み合わせを正確に決定できる。

請求項５記載の発明によれば、熱容量係数を、炉体の入口および出口に近いゾーンほど大きく設定するとともに、炉体の中央部に近いゾーンほど小さく設定したので、炉体の入口および出口から外部へ漏れる加熱雰囲気により温度上昇し難いゾーンに対して、適切な加熱優先度を決定できる。

請求項６記載の発明によれば、熱容量係数を、コンベヤの上部のゾーンより下部のゾーンを大きく設定したので、下部から上部に上昇する加熱雰囲気により温度上昇し難い下部のゾーンに対して、適切な加熱優先度を決定できる。

請求項７記載の発明によれば、温度偏差に熱容量係数により各ゾーンが有する固有の熱容量を加味するとともに、さらに隣接係数により左右上下のゾーン間の隣接関係を加味しながら、加熱優先度の順番と、この順番に基づくゾーンの組み合わせをより正確に決定できる。

請求項８記載の発明によれば、立上げ運転中のゾーン内の温度変化および時間の経過の少なくとも一方により、複数のゾーンの組み合わせが自動的に変更されるので、立上げ開始時から本加熱運転に入るまでの立上げ運転中での状況の変化、環境の変化にも効率良く対応でき、立上げ運転に要する時間を短縮できる。

請求項９記載の発明によれば、組み合わされた複数のヒータを排他的にオン／オフ制御することで、ヒータのデジタル制御において消費電力を効率良く制限できる。

請求項１０記載の発明によれば、グループ内の複数のゾーンにおいてヒータの出力を合計で１００％に制御することで、ヒータのアナログ制御において消費電力を効率良く制限できる。

以下、本発明を図１乃至図５に示された実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図２は、リフローはんだ付け用の加熱装置を示し、炉体11内を貫通するように、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）を搬送するコンベヤ12が配設されている。このコンベヤ12は、炉体11の入口11aからワークＷを炉体11内に搬入し、炉体11内を搬送し、炉体11内から出口11bを経てワークＷを搬出する。

炉体11内には、入口11aと出口11bとの間に、隔壁により区画形成された複数のゾーン１，２，３，４，５，６，７が、コンベヤ12に沿って配置されている。これらのゾーン１，２，３，４，５，６，７は、コンベヤ12より上部に形成されたゾーン１(H)，２(H)，３(H)，４(H)，５(H)，６(H)，７(H)と、コンベヤ12より下部に形成されたゾーン１(L)，２(L)，３(L)，４(L)，５(L)，６(L)，７(L)とに分かれている。ゾーン１(H)〜５(H)，１(L)〜５(L)は、プリヒート用ゾーンであり、ゾーン６(H)，７(H)，６(L)，７(L)は、リフロー用ゾーンである。

これらの各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)には、各ゾーン内雰囲気を循環させるためのファン13と、各ゾーン内雰囲気を加熱するためのヒータ14と、各ゾーン内雰囲気温度を検出するための温度センサ15とが、それぞれ設置されている。

それぞれのヒータ14および温度センサ15は、各ゾーン内雰囲気温度を監視しながら各ヒータ14への供給電力を制御するコントローラ16に接続されている。このコントローラ16は、本加熱運転を開始するに当って、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)内の雰囲気温度を立上げるための立上げ運転を制御し、本加熱運転中は、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)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ように制御する。

コントローラ19が各ヒータ14を制御する制御方式としては、温度センサ15からの温度情報に基づきスイッチング回路を制御して、ヒータオンデューティ比（＝オン時間／スイッチング周期）を制御するパルス幅変調方式（いわゆるＰＷＭ方式）や、スイッチング周波数変調方式（いわゆるＰＦＭ方式）などが適する。

このように、それぞれのヒータ14により加熱される複数のゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)を有する加熱装置を立上げる際のコントローラ16による制御方法を、図１に示されたフローチャートを参照しながら説明する。なお、この図１において、丸数字は、制御手順を示すステップ番号を表わす。

（ステップ１）
各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)内のヒータ14の結線が３相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）のうちのどの相かを割り当て、相間のバランスをとる。

（ステップ２）
各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)ごとに設定温度（設定値）ＳＶ１H，ＳＶ１L、……ＳＶ７H，ＳＶ７Lを決定する。

（ステップ３）
各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)ごとに現在温度（現在値）ＰＶ１H，ＰＶ１L、……ＰＶ７H，ＰＶ７Lを測定する。

（ステップ４）
各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)ごとに設定温度と現在温度との温度偏差（設定値−現在値）Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lを演算する。

Ｚ１H＝ＳＶ１H−ＰＶ１H
Ｚ１L＝ＳＶ１L−ＰＶ１L
・
・
・
Ｚ７H＝ＳＶ７H−ＰＶ７H
Ｚ７L＝ＳＶ７L−ＰＶ７L
これらの各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lが最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番により、加熱優先度の最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番を決定しても良い。

しかしながら、この実施の形態では、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)が固有の熱容量を有していることを考慮して、次のステップ５で加熱優先度の順番を決定する。

（ステップ５）
各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)は、同一の熱エネルギを与えられても炉体11の中央部に近いほど温度上昇し易く、炉体11の入口11aおよび出口11bに近いゾーンほど、炉体11の中央部のゾーンより温度上昇し難く、熱容量が大きい。また、コンベヤ12の上部のゾーン１(H)〜７(H)より下部のゾーン１(L)〜７(L)の方が温度上昇し難いので、熱容量が大きい。これらを考慮して、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)が有する固有の熱容量を事前にマトリクス化して熱容量係数Ｋ1を設定する。

すなわち、熱容量係数Ｋ1は、下記の表１に示されるように、入口11aおよび出口11bに近いゾーンほど大きく設定するとともに、炉体11の中央部に近いゾーンほど小さく設定し、また、上部のゾーン１(H)〜７(H)より下部のゾーン１(L)〜７(L)を大きく設定する。

そして、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lに、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)ごとに設定された固有の熱容量係数Ｋ1を掛ける演算により、加熱優先度を決定する。掛算の数値が大きいほど、加熱優先度が大きい。

ステップ２、３、４、５の演算例を下記の表２に示す。この表２中の丸数字は、ステップ番号と対応する。

（ステップ６）
ステップ５により加熱優先度を決定することが困難な場合、例えば掛算の数値が同一値または近似値などの場合は、隣接する左右上下のゾーン間の隣接温度偏差に、隣接関係により設定された隣接係数Ｋ2を掛ける演算により、補助的に、ゾーンの加熱優先度を決定する。

すなわち、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の設定温度と現在温度との温度偏差（設定値−現在値）Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lと、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)に隣接する隣接ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差Ｚ０H，Ｚ０L、Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７L、Ｚ８H，Ｚ８Lとを演算し、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lと隣接ゾーンの温度偏差Ｚ０H，Ｚ０L、Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７L、Ｚ８H，Ｚ８Lとの誤差である隣接温度偏差に、隣接関係により設定された隣接係数Ｋ2（例えば左右間はＫ2＝０．５、上下間はＫ2＝０．８）を掛け、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)における隣接関係ごとの掛算の総和Ｙ１H，Ｙ１L、……Ｙ７H，Ｙ７Lを、下記の式に示されるように演算することにより、加熱優先度を決定する。

なお、Ｚ０H，Ｚ０Lは、炉体11の入口11a側の外部ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差であり、Ｚ８H，Ｚ８Lは、炉体11の出口11b側の外部ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差であり、これらのＺ０H，Ｚ０L，Ｚ８H，Ｚ８Lは存在しないゾーンのため、仮想の値を代入する。

Ｙ１H＝(Ｚ０H−Ｚ１H)×0.5＋(Ｚ２H−Ｚ１H)×0.5＋(Ｚ１L−Ｚ１H)×0.8
Ｙ１L＝(Ｚ０L−Ｚ１L)×0.5＋(Ｚ２L−Ｚ１L)×0.5＋(Ｚ１H−Ｚ１L)×0.8
・
・
・
Ｙ７H＝(Ｚ６H−Ｚ７H)×0.5＋(Ｚ８H−Ｚ７H)×0.5＋(Ｚ７L−Ｚ７H)×0.8
Ｙ７L＝(Ｚ６L−Ｚ７L)×0.5＋(Ｚ８L−Ｚ７L)×0.5＋(Ｚ７H−Ｚ７L)×0.8
このように、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の温度偏差と隣接ゾーンの温度偏差との誤差である隣接温度偏差に隣接係数Ｋ2を掛けることで、該当ゾーンのみでなく、隣接ゾーンとの相互影響を加味しながら、加熱優先度の順番と、この順番に基づくゾーンの組み合わせを正確に決定できる。

（ステップ７）
ステップ５、６の演算により、加熱優先度の最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番を決定し、加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーンとを組み合わせて１組のグループを作成するとともに、残ったゾーンの中から加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーンとを順次組み合わせてグループを作成してゆく。組み合わせ結果の例を下記の表３に示す。加熱優先度の大きい方をマスター（優先側）とし、小さい方をスレーブ（非優先側）として２つのゾーンを１グループとする。

（ステップ８）
これらの各組み合わせのグループ内で、２つのヒータ14，14に対するオン出力の時間比率を分配することで、ヒータの消費電力を制限する。例えば、表３に示されたゾーン７(L)，５(H)で組み合わされたヒータ14，14を排他的にオン／オフ制御することで、ヒータの消費電力を制限する。

この排他的なオン／オフ制御は、組み合わされたグループのヒータ14，14をそれぞれに一定周期（例えば２秒間）で通電されるパルスにより温度制御する制御方式において、組み合わされたゾーン７(L)，５(H)のヒータ14，14間でオンの重複を避けるように、すなわち同時にパルスを発信しないようにタイムスライスさせる。

例えば、図３に示されるようにゾーン７(L)のヒータ14を1.5／２秒間オンにするときは、ゾーン５(H)のヒータ14を同秒間オフに制御するとともに、ゾーン７(L)のヒータ14を0.5／２秒間オフにするときは、ゾーン５(H)のヒータ14を同秒間オンに制御することで、常に１組のヒータ14，14が足して所定電力になるように効率良く運転する。

組み合わされた１グループ内でヒータ14，14に分配されたオン出力の時間比率は、加熱優先度の比率に応じて組み合わせグループごとに決定する。例えば、ゾーン２(L)，４(L)の組み合わせグループでは、加熱優先度の比率が１に近いので、それらのヒータ14，14に分配されるオン出力の時間比率も１に近くなるように自動制御する。

なお、グループの作成は、加熱優先度の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせて行なうが、１つのグループは、２つのゾーンの組み合わせに限定されず、３つ以上のゾーンを組み合わせてグループを作成しても良い。

例えば、３つのゾーンでグループを作成する例を説明すると、表３と同様に、加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーンとを順次組み合わせてグループを作成し、各グループのマスター＋スレーブの加熱優先度（表２の上部演算結果および下部演算結果）の合計を演算し、その合計の最小の２グループに含まれる４つのゾーンを、加熱優先度の大きいものから、すなわち、ゾーン１(H) 、ゾーン２(L) 、ゾーン４(L)、ゾーン３(L)の順番により、残ったグループで加熱優先度の合計の小さいグループから順に割り当てることで、下記の表４に示された１グループに３つのゾーンを含む組み合わせを作る。

図４は、上記のようにして、加熱優先度の最大のゾーンと、最小のゾーンと、中間のゾーンとの３つのゾーンを組み合わせて１つのグループを作成した場合であり、加熱優先度の最大のゾーンでは上段位置に示されるように、加熱優先度の最小のゾーンでは中段位置に示されるように、加熱優先度の中間のゾーンでは下段位置に示されるように、３つのゾーンにおけるヒータ14，14，14のオン／オフ波形が制御される。

さらに、複数のゾーンを組み合わせてグループを作成する際は、加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーンとを含む２つ以上のゾーンの組み合わせだけでなく、加熱優先度の最大のゾーンと最小に近いゾーン（例えばステップ５の熱容量係数Ｋ1による演算結果では最小ではないが最小に近いゾーンであって、ステップ６の隣接係数Ｋ2による演算結果では最小となるゾーン）とを含む２つ以上のゾーンの組み合わせ、または加熱優先度の最大に近いゾーン（例えばステップ５の熱容量係数Ｋ1による演算結果では最大ではないが最大に近いゾーンであって、ステップ６の隣接係数Ｋ2による演算結果では最大となるゾーン）と最小のゾーンとを含む２つ以上のゾーンの組み合わせ、または加熱優先度の最大に近いゾーンと最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンの組み合わせにしても良い。

また、ヒータの消費電力の制限は、上記のようにグループ内の複数のゾーンにおいてヒータを排他的にオン／オフ制御するデジタル制御方式に限定されず、グループ内の複数のゾーンにおいてヒータへの出力量を合計で１００％に制御し、この制限範囲内でヒータへの出力量を時間および温度によって変化させることで、各々のグループ内でのヒータの消費電力を制限するアナログ制御方式にしても良い。

具体的に説明すると、図４に示されるデジタル制御方式をアナログ制御方式にする場合は、加熱優先度の最大のゾーンではグループに割当てられた電力の例えば６０％、加熱優先度の最小のゾーンではグループに割当てられた電力の例えば１０％、加熱優先度の中間のゾーンではグループに割当てられた電力の例えば３０％が消費されるように制御すると良い。

図５は、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の平均的な時間・温度特性および時間・消費電力特性を示し、この図５に実線で示されるように各ゾーンのヒータに設定温度と現在温度との温度偏差に応じた電力をそれぞれ供給する通常立上げ時の消費電力Ｗ1よりも、図５に粗い点線および細かい点線で示されるようにステップ７で組み合わされた複数のゾーンのヒータをステップ８の制御方式で立上げたときの消費電力Ｗ2の方が、ヒータ消費電力が少なくて済む。

さらに、ステップ７による複数のゾーン組み合わせは、ヒータ立上げ運転の開始直前にコントローラ16が演算したステップ７によるゾーンの組み合わせを固定した場合（図５に示される細かい点線）と、ヒータ立上げ運転中に、各ゾーンの温度が所定値以上変化するごとに、および所定時間ごとに、コントローラ16が自動的に図１に示されたフローチャートの演算をし直して、加熱優先度の順番が変化したときは、その変化に応じてステップ７のゾーンの組み合わせを自動的に変更する場合（図５に示される粗い点線）とがあり、これらを比較すると、ゾーン内の温度変化および時間の経過の少なくとも一方によりゾーンの組み合わせを自動的に変更する場合（粗い点線）の立上げ完了までの所要時間Ｔ2は、ゾーンの組み合わせを固定した場合（細かい点線）の立上げ完了までの所要時間Ｔ3よりも短縮できることが分かる。

すなわち、通常のヒータ立上げ運転をした場合は、短い時間で立上げ運転を完了できるが、立上げ時の消費電力が大きくなり、また、ゾーン組み合わせ固定で立上げ運転をした場合は、立上げ時の消費電力が小さくなり、さらに、ゾーン組み合わせ可変で立上げ運転をした場合は、立上げ時の消費電力が小さく、かつ立上げ運転に要する時間も短くなる。

次に、この実施の形態の効果を説明する。

加熱優先度の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせて作成したグループ内でヒータの消費電力を制限するので、限られた消費電力を有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせるとともに、残ったゾーンの中から同様の２つ以上のゾーンの組み合わせを繰り返すので、各グループごとに効率の良いゾーンの組み合わせを作成することができ、各グループ内でヒータの消費電力を制限するので、限られた消費電力を最大限に有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

例えば、ステップ５、６で決定された加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーン７(L)，５(H)を組み合わせるとともに、残ったゾーンの中から加熱優先度の最大のゾーンと最小のゾーン７(H)，３(H)、さらに６(L)，４(H)、さらに６(H)，２(H)、さらに１(L)，５(L)、さらに１(H)，３(L)、さらに２(L)，４(L)を順次組み合わせることにより、熱量を多く必要とするゾーンと少なくて済むゾーンとを自動的に探し出して、加熱するのに効率の良いゾーンの組み合わせを作成することができ、これらの組み合わせの中でヒータ14，14の消費電力を制限するので、限られた消費電力を最大限に有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の設定温度ＳＶ１H，ＳＶ１L、……ＳＶ７H，ＳＶ７Lと、現在温度ＰＶ１H，ＰＶ１L、……ＰＶ７H，ＰＶ７Lとの温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lにより加熱優先度を決定するので、温度偏差の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせることで、限られた消費電力を有効利用して加熱装置を効果的に立上げることができる。

各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の設定温度ＳＶ１H，ＳＶ１L、……ＳＶ７H，ＳＶ７Lと、現在温度ＰＶ１H，ＰＶ１L、……ＰＶ７H，ＰＶ７Lとの温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lに熱容量係数Ｋ1を掛けることで、各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)が有する固有の熱容量、すなわち加熱し易さおよび加熱し難さを加味しながら、加熱優先度の順番と、この順番に基づくゾーンの組み合わせを正確に決定できる。

熱容量係数Ｋ1を、炉体11の入口11aおよび出口11bに近いゾーンほど大きく設定するとともに、炉体11の中央部に近いゾーンほど小さく設定したので、炉体11の入口11aおよび出口11bから外部へ漏れる加熱雰囲気により温度上昇し難いゾーンに対して、適切な加熱優先度を決定できる。

熱容量係数Ｋ1を、コンベヤ12の上部のゾーン１(H)〜７(H)より下部のゾーン１(L)〜７(L)を大きく設定したので、下部から上部に上昇する加熱雰囲気により温度上昇し難い下部のゾーン１(L)〜７(L)に対して、適切な加熱優先度を決定できる。

温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lに熱容量係数Ｋ1により各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)が有する固有の熱容量を加味するとともに、さらに各ゾーン１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L)の温度偏差Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７Lと、隣接ゾーンの温度偏差Ｚ０H，Ｚ０L、Ｚ１H，Ｚ１L、……Ｚ７H，Ｚ７L、Ｚ８H，Ｚ８Lとの誤差である隣接温度偏差に、隣接係数Ｋ2を掛けることで、該当ゾーンのみでなく、隣接ゾーンとの相互影響を加味しながら、加熱優先度の順番と、この順番に基づくゾーンの組み合わせを正確に決定できる。

図３および図４に示されるように、組み合わされた複数のヒータを排他的にオン／オフ制御することで、ヒータのデジタル制御において消費電力を効率良く制限できる。その際、複数のヒータをそれぞれに一定周期中のパルスにて温度コントロールする制御方式において、組み合わされた複数のヒータ間で同時にオンとなる重複を避けるようにタイムスライスさせることで、これらのヒータの消費電力を容易に制限できる。

図５に粗い点線で示されるように、立上げ運転中のゾーン内の温度変化および時間の経過の少なくとも一方により、複数のゾーンの組み合わせが自動的に変更されると、立上げ開始時から本加熱運転に入るまでの立上げ運転中での状況の変化、環境の変化にも効率良く対応でき、立上げ運転に要する時間を短縮できる。すなわち、比較的短時間に効果的な炉体11の昇温を行なうことができる。

また、グループ内の複数のゾーンにおいてヒータの出力を合計で１００％に制御することで、ヒータのアナログ制御において消費電力を効率良く制限できる。

本発明は、リフロー式はんだ付け用のリフロー炉、熱硬化性樹脂の加熱硬化炉などの加熱装置の制御方法として利用可能である。

本発明にかかる加熱装置の制御方法の一実施の形態を示すフローチャートである。同上加熱装置の概要図である。同上加熱装置の制御方法の具体例を示すヒータのオン／オフ制御タイムチャートである。同上加熱装置の制御方法の他の具体例を示すヒータのオン／オフ制御タイムチャートである。同上加熱装置の制御方法による時間・温度特性および時間・消費電力特性を示す特性図である。

符号の説明

Ｗワーク
１(H)〜７(H)，１(L)〜７(L) ゾーン
11 炉体
11a 入口
11b 出口
12 コンベヤ
14 ヒータ
Ｋ1 熱容量係数
Ｋ2 隣接係数

Claims

ワークを搬送するコンベヤに沿って配置された炉体内の複数のゾーンにそれぞれ設けられたヒータを立上げる加熱装置の制御方法において、
加熱優先度の大きなゾーンと小さなゾーンとを含む複数のゾーンを組み合わせて複数のグループを作成し、
各々のグループ内でのヒータの消費電力を制限する
ことを特徴とする加熱装置の制御方法。
グループの作成は、
加熱優先度の最大のゾーンから最小のゾーンまでの順番を決定し、
加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせるとともに、残ったゾーンの中から加熱優先度の最大のゾーンまたは最大に近いゾーンと最小のゾーンまたは最小に近いゾーンとを含む２つ以上のゾーンを組み合わせることを繰り返す
ことを特徴とする請求項１記載の加熱装置の制御方法。
加熱優先度は、
各ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差により決定される
ことを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置の制御方法。
加熱優先度は、
各ゾーンの設定温度と現在温度との温度偏差に、各ゾーンごとに設定された熱容量係数を掛ける演算により決定される
ことを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置の制御方法。
熱容量係数は、
ワークを炉体内に搬入する入口および炉体内から搬出する出口に近いゾーンほど大きく設定するとともに、炉体の中央部に近いゾーンほど小さく設定した
ことを特徴とする請求項４記載の加熱装置の制御方法。
熱容量係数は、
コンベヤの上部に形成されたゾーンより下部に形成されたゾーンを大きく設定した
ことを特徴とする請求項４または５記載の加熱装置の制御方法。
加熱優先度は、
隣接する左右上下のゾーン間の隣接関係により設定された隣接係数による演算により決定される
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか記載の加熱装置の制御方法。
グループの作成は、
ゾーン内の温度変化および時間の経過の少なくとも一方により自動的に変更される
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の加熱装置の制御方法。
ヒータの消費電力の制限は、
グループ内の複数のゾーンにおいてヒータを排他的にオン／オフ制御する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の加熱装置の制御方法。
ヒータの消費電力の制限は、
グループ内の複数のゾーンにおいてヒータの出力を合計で１００％に制御する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の加熱装置の制御方法。