(57)【要約】【課題】最大供給電力を越える電力量が電源設備から加熱ユニットへ供給される事態を回避できるようにすると共に、過電流を原因とするケーブルの焼損や、ブレーカーの不本意な断動作等を無くすことができるようにする。【解決手段】炉体内に設けられた複数のヒーターユニット３、炉体１の目標加熱温度を設定する操作部５４と、各々のゾーンにおける現在の温度を測定する温度センサー８と、現在の温度と目標加熱温度との差分を基準にしてヒーターユニット３を出力制御する制御装置５０とを備え、炉体内のヒーターユニット３の出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、温度センサー８から得られる温度測定情報と、操作部５４から得られる温度設定情報とに基づいてヒーターユニット３に供給する電力をゾーン毎に制御するものである。【選択図】      図１
2010286179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体と、
前記炉体の内部において複数のゾーンに区分して配設され、かつ、所定の電源設備に接続されて当該炉体内の温度を上昇するように加熱する複数の加熱ユニットと、
前記炉体の目標加熱温度を設定する操作部と、
前記操作部によって目標加熱温度が設定された前記炉体の各々の前記ゾーンにおける現在の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された現在の温度と前記目標加熱温度との差分を基準にして前記加熱ユニットを出力制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、前記温度測定部から得られる温度測定情報と、前記操作部から得られる温度設定情報とに基づいて前記加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御することを特徴とする電気炉。
【請求項２】
前記ゾーン毎に前記炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予め求めた出力対温度特性情報を記憶する不揮発性の記憶部を備え、
前記制御部は、
前記炉体を目標加熱温度に立ち上げる時に、
前記記憶部から当該ゾーン毎に出力対温度特性情報を読み出し、
前記出力対温度特性情報に基づいて前記加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御することを特徴とする請求項１に記載の電気炉。
【請求項３】
前記加熱ユニットに印加する電圧を一定として、フルパワー時に前記加熱ユニットに流す電流に対して、限定パワー時に前記加熱ユニットに流す電流の割合を百分率で示した値を当該加熱ユニットの出力率としたとき、
前記制御部は、
前記炉体を目標加熱温度に立ち上げるとき、
前記ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて加熱ユニットの出力率を計算し、
前記ゾーン毎に求められた全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和と、前記電源設備から許容される最大供給電力に対する加熱ユニットの出力率の総和の上限値を百分率で示した％ヒーター最大総合出力とを比較し、
前記全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が、前記％ヒーター最大総合出力を越える場合は、
前記加熱ユニットの出力率の総和が、当該％ヒーター最大総合出力未満になるように前記ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて加熱ユニットの出力率を再計算し、
前記全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が、前記％ヒーター最大総合出力以下となる場合は、前記ゾーン毎に求められた出力率で、当該加熱ユニットに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の電気炉。
【請求項４】
少なくとも、炉体内において複数のゾーンに区分されて配設され、当該炉体内の温度を上昇するように加熱する複数の加熱ユニットと、前記加熱ユニットの出力を制御する制御部とを備えた電気炉の制御方法において、
前記制御部が、
前記炉体内に取り付けられた前記加熱ユニットのゾーン毎に前記炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予め求めて出力対温度特性情報を作成するステップと、
作成された前記出力対温度特性情報を前記炉体の立ち上げ時に参照して、複数のゾーンに区分された前記加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御するステップとを実行することを特徴とする電気炉の制御方法。
【請求項５】
前記出力対温度特性情報を作成する際に、
前記加熱ユニットに印加する電圧を一定として、フルパワー時に前記加熱ユニットに流す電流に対して、限定パワー時に前記加熱ユニットに流す電流の割合を百分率で示した値を当該加熱ユニットの出力率としたとき、
前記炉体を目標加熱温度に立ち上げ時に、
前記制御部が、
前記ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて加熱ユニットの出力率を計算するステップと、
前記ゾーン毎に求められた全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和と、前記電源設備から許容される最大供給電力に対する加熱ユニットの出力率の総和の上限値を百分率で示した％ヒーター最大総合出力とを比較するステップと、
前記全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が、前記％ヒーター最大総合出力を越える場合は、前記加熱ユニットの出力率の総和が当該％ヒーター最大総合出力未満になるように前記ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて加熱ユニットの出力率を再計算するステップと、
前記全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が前記％ヒーター最大総合出力以下となる場合は、前記ゾーン毎に求められた出力率で当該加熱ユニットに電力を供給するステップとを実行することを特徴とする請求項４に記載の電気炉の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板上に、はんだの粉末にフラックスを加えたソルダペーストを印刷し、その上に電子部品を載せて熱を加え、はんだを溶融して、プリント基板と電子部品とをはんだ付けをするリフロー炉及びその立ち上げ方法に適用可能な電気炉及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プリント基板と電子部品をソルダペーストではんだ付けする場合、リフロー炉が使用される場合が多い。リフロー炉は、トンネル状となっており、入り口方向から出口方向に向かって順次、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンを有して構成されている。トンネル内には、入り口方向から出口方向に向かって搬送装置が走行している。該搬送装置は、ソルダペーストが塗布され、該塗布部に電子部品が搭載されたプリント基板を予備加熱ゾーンから冷却ゾーンに向けて搬送する。搬送装置で搬送されるプリント基板は、先ず予備加熱ゾーンで予備加熱され、次いで本加熱ゾーンで本加熱され、そして冷却ゾーンで冷却されてはんだ付けがなされる。
【０００３】
リフロー炉は、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンに設置された多数の電熱ヒーターが、それぞれ電源に接続されており、電熱ヒーターと電源間にはスイッチが設置されている。そして多数の電熱ヒーターの近傍には、各電熱ヒーターの近傍の温度を検知する温度センサーが設置されており、該温度センサーは前述スイッチに接続されている。
【０００４】
従来のリフロー炉では、リフロー炉の立ち上げ時に、全ての電熱ヒーターに通電して電熱ヒーターを一度に発熱状態にする。そして各電熱ヒーターの近傍の温度が設定温度に達したならば、その温度を温度センサーが感知し、スイッチに信号として送る。温度センサーからの信号を受けたスイッチは、電熱ヒーターへの通電を停止して電熱ヒーターがそれ以上に昇温しないようにする。
【０００５】
その後、電熱ヒーターへの通電を停止したことで、電熱ヒーターの近傍の温度が設定温度よりも下がると、それをまた温度センサーが感知して、その信号をスイッチに送り、スイッチは電熱ヒーターに通電するようにして電熱ヒーター周囲を設定温度に戻す。このようにして電熱ヒーター近傍は、或る温度範囲をもって設定温度に保たれる。従って、従来のリフロー炉は、立ち上げ初期は全ての電熱ヒーターに電流が流れるため大電流となるが、それぞれの電熱ヒーター近傍が設定温度になるとスイッチが電熱ヒーターへの通電をＯＮ−ＯＦＦして、リフロー炉全体の電流量は、立ち上げ初期よりも少なく、立ち上げ初期の略５０％程度で推移する。
【０００６】
一般にリフロー炉の予備加熱温度は、６３Ｓｎ−Ｐｂ（融点：１８３℃）のソルダペーストが塗布されたプリント基板場合、約１５０℃であり、鉛フリーはんだ、例えばＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２１７℃）のソルダペーストが塗布されたプリント基板の場合、約１６０℃である。ソルダペーストが塗布されたプリント基板を予備加熱するのは、ソルダペーストの飛散と電子部品の熱損傷を防ぐためである。
【０００７】
つまり、ソルダペーストは溶剤を含むフラックスと粉末はんだとからなるものであるため、ソルダペーストがはんだの溶融温度以上の本加熱温度で急に加熱されると、ボイドの発生原因となる。また電子部品を高温に急加熱すると、ヒートショックで電子部品の機能が劣化するため、予備加熱では電子部品を徐々に加熱して本加熱ゾーンでの高温に対するヒートショックを緩和するようにする。
【０００８】
リフロー炉の本加熱ゾーンでは、プリント基板をソルダペースト中の粉末はんだの融点以上に加熱して粉末はんだを溶融させることにより、はんだ付け部にはんだを付着させる。本加熱は、ソルダペーストの粉末はんだが６３Ｓｎ−Ｐｂである場合、ピーク温度が約２３０℃であり、粉末はんだが前述鉛フリーはんだの場合、ピーク温度が約２３５℃である。
【０００９】
従って、リフロー炉では、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの温度が所定の温度、即ち予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンに設置された多数の電熱ヒーター近傍が設定温度になっていないと、はんだ付け不良や電子部品の熱損傷等という不都合を生じさせる原因となる。そのためリフロー炉ではんだ付けを行う場合、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンは、必ず所定の温度になっていなければならない。
【００１０】
リフロー炉における加熱は、電熱ヒーターの輻射熱だけのものと、熱風だけのもの、或いは輻射熱と熱風を併用したもの等がある。輻射熱は当然電熱ヒーターを使用しているが、熱風も必ず電熱ヒーターを使用している。つまり熱風を用いたリフロー炉は、熱風を発生する箱内に電熱ヒーターが設置され、該電熱ヒーターの発熱で加熱された気体をファンで吹き出させてプリント基板に当て、プリント基板を加熱するようになっている。
【００１１】
従来のリフロー炉における立ち上げ方法は、輻射熱だけのものに限らず熱風のものも立ち上げ初期から、電熱ヒーターには通常使用時の電流、即ち電熱ヒーターの発熱効率が１００％発揮できる最適な電流を流していた。例えば、一つの電熱ヒーターの発熱に最適な電流が１５Ａであれば、立ち上げ初期から電熱ヒーターに１５Ａの電流を流して、電熱ヒーターの発熱効率を最大限に活用していたものである。
【００１２】
図５は従来例に係るリフロー炉の通電制御例を示すグラフ図である（特許文献２）。縦軸はヒーター電流％Ｉ［％］であり、横軸は通電時間ｔ［ｈ］である。図５に示すグラフのＬとＭ１の線は、従来のリフロー炉の立ち上げ時における一カ所の電熱ヒーターの通電状態を説明したものである。従来のリフロー炉の立ち上げ時には、電熱ヒーターに通常使用時の１００％の電流Ｌを連続して流し、或る時間αが経過すると、電熱ヒーター近傍設定温度になる。すると、この温度電熱ヒーター近傍に設置された温度センサーが検知し、スイッチに信号を送る。
【００１３】
スイッチは、この信号により電熱ヒーターへの通電を停止する。その後、通電停止により電熱ヒーター近傍の温度が設定温度よりも下がると、それを温度センサーが検知し、スイッチに信号を送り、スイッチは電熱ヒーターに通電する。このようにリフロー炉では、電熱ヒーター近傍が設定温度になると電熱ヒーターへのＯＮ−ＯＦＦが行われ、断続的な電流Ｍ１となって設定温度が保たれる。
【００１４】
ところで、リフロー炉では、ソルダペーストを加熱溶融したときに、ソルダペーストのフラックスがフュームとなり、それがリフロー炉を構成する金属に付着して結露し、やがてそれが大量に堆積する。するとソルダペーストのフラックス中に含まれているハロゲン化物のような活性剤が金属部分を腐食させるようになる。そこでトンネルを構成するマッフル、プリント基板を搬送する搬送装置、電熱ヒーターを収納する箱、等は、フラックスが付着しても腐食しにくいステンレスで構成されている。
【００１５】
しかしながらステンレスは、熱伝導が悪く、しかもリフロー炉は安全構造にしてあるため、マッフルは板厚が厚く、搬送装置のレールが太くなっていて、トンネル内全体を加熱するためには大きい熱量が必要となる。それ故、リフロー炉では、立ち上げ時に冷えたトンネル内を所定の温度に昇温させるために電熱ヒーターは、電力量の大きいものを使用しなければならない。リフロー炉の各ゾーンに設置されたそれぞれの電熱ヒーターの容量は、前述のようにせいぜい１５Ａ程度である。この電熱ヒーターは、小さいリフロー炉でも６個、大きいリフロー炉では１６個以上というように多数設置されている。従って、リフロー炉の立ち上げ時に、全ての電熱ヒーターに一度に通電すると、２４０Ａ以上の大電流が流れるようになる。
【００１６】
一般に、家庭用電気製品や通信機器を製造する工場では、消費電力の大きな装置が配置されていないため、工場内に導入する電気は大電流を流すような設備が設置されておらず、また太いケーブルも配備されていない。このような工場で大電流が必要なリフロー炉を立ち上げると、配電盤のブレーカーが落ちたり、ケーブルが発熱したりしてしまう。
【００１７】
この種のリフロー炉の問題を解決するための技術として、特許文献１には、リフロー装置のヒーター立上げ方法が開示されている。このリフロー装置のヒーター立上げ方法によれば、炉体内に複数のヒーターが配設されたリフロー装置を立上げるにあたり、各ヒーターの立上げ時間をずらすようになされる。つまり、リフロー炉の立ち上げ時、全ての電熱ヒーターを一度に通電せず、一定時間経過毎に順次各ゾーンの電熱ヒーターに通電をしていく。このようにヒーターを立ち上げると、各ヒーターに流す平均電流の合計を少なくして、規定電流が少ない工場などにおいても、電源のダウンという事態を回避できる。大電流を使用できない工場におけるリフロー炉の立ち上げ時の不都合を解消できるというものである。
【００１８】
また、特許文献２には、本出願人が先に出願したリフロー炉が開示されている。このリフロー炉によれば、複数の電熱ヒーター、温度センサー、温度調節器及び電力調整器を備える。電熱ヒーターはリフロー炉の予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンとに設置され、電力調整器に接続される。温度センサーは各々の電熱ヒーターの近傍に設置されて温度を検知する。温度調節器は温度センサーに接続され、温度センサーから出力される各々の電熱ヒーターの近傍の温度情報を入力して温度調整情報を電力調整器に出力する。
【００１９】
これを前提にして、電力調整器が温度調整情報を入力して複数の電熱ヒーターに流す電流を０〜１００％に可変設定する。例えば、リフロー炉の立ち上げ時に全ての電熱ヒーターに、リフロー炉の通常使用の電流に対して２０〜８０％の電流を連続して流し、それぞれの電熱ヒーター近傍の温度が所定の設定温度に達したならばそれぞれ電熱ヒーターにリフロー炉の通常使用と同一の電流を流すとともに通電のＯＮ−ＯＦＦを行って設定温度を維持する。このようにリフロー炉を構成すると、リフロー炉の立ち上げ時に大電流を流さないため、大電流使用設備のない工場であても、配電盤のブレーカーが落ちたり、リフロー炉まで這わす配線ケーブルが焼け焦げたりするような問題をおこすことがないというものである。
【００２０】
更に、特許文献３には加熱装置の制御方法が開示されている。この加熱装置の制御方法によれば、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ーを立上げる場合に、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ーの消費電力を制限するようになされる。このように加熱装置を制御すると、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というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平  ０７−２１２０２７号公報（第２頁  図１）
【特許文献２】特開２００５−１２５３４０号公報（第６頁  図１）
【特許文献３】特開２００７−０７８３０７号公報（第５頁  図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、特許文献１〜３に見られるようなリフロー炉によれば、次のような問題がある。
【００２３】
ｉ．プリント基板を規定の予備加熱温度と規定の本加熱温度で加熱しただけでは、部分的に温度が低くて、ソルダペーストが溶けなかったり、部分的に温度が高すぎて電子部品を熱損傷させてしまったりすることがある。これはリフロー炉の加熱状態がプリント基板の温度プロファイルに適合していないからである。ここに温度プロファイルとは、プリント基板をリフロー炉で加熱したときのプリント基板の各部分における温度上昇と加熱時間をグラフ化したものいう。
【００２４】
プリント基板の状態、例えば、基板の材質、基板の厚き、基板の大きさ、電子部品の実装密度、電子部品の大きき等によって、それに適した温度プロファイルを描くような加熱条件に設定しなければならない。該温度プロファイルは、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンに設置された全ての電熱ヒーターの設定温度を決めて作られる。
【００２５】
例えば、前日使用したソルダペーストの粉末はんだが６３Ｓｎ−Ｐｂであり、翌日のソルダペーストの粉末はんだがＳｎ主成分の鉛フリーはんだである場合は、当然温度プロファイルを変えなければならない。この温度プロファイルの変更は、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンに設置された電熱ヒーターの設定温度を変えることにより行う。しかしながら特許文献１の立ち上げ方法は、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンに設置された全ての電熱ヒーターの設定温度が前日と変わった場合には、その都度、それぞれの電熱ヒーターヘの通電時間を測らなければならないという手間がかかるものであった。
【００２６】
つまり、特許文献１では、それぞれの電熱ヒーターがその設定温度になるまでの時間が分からないため、各電熱ヒーターの設定温度が変わった場合、事前にこの時間を測っておかなければならない。そして、実際にリフロー炉の立ち上げを行う場合、事前に測っておいた時間まで加熱してから次の電熱ヒーターに通電するようにしていた。従って、特許文献１の立ち上げ方法は、はんだの種類やプリント基板の条件が変わる度に、それに適した温度プロファイルとなるよう全ての電熱ヒーターがその設定温度になるまでの時間を測らなければならないという手間がかかるものであった。
【００２７】
ii．特許文献２の立ち上げ方法は、全ての電熱ヒーターヘの通電時に電流を少なくしても、各電熱ヒーターは設定温度まで昇温させることができることを利用した優れたものであるが、規定の電力量で対応するので、それぞれのプロファイルに応じて決めることができないので、消費電力を無駄に消費することがある。
【００２８】
iii．特許文献３の加熱装置の制御方法においても、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った複数のグループの通電量が大きく異なるときは問題が発生しないが、組み合わせた各ゾーンの通電量に大きな相違がないときは、この方法でも全体の使用電力量が思ったよりも小さくならない。
【００２９】
そこで、本発明はこのような課題を解決したものであって、最大供給電力を越える電力量が電源設備から加熱ユニットへ供給される事態を回避できるようにすると共に、過電流を原因とするケーブルの焼損や、ブレーカーの不本意な断動作等を無くすことができるようにした電気炉及びその制御方法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】
【００３０】
本発明者は、各加熱ユニットごとに通電量とヒーター材料で決められる温度安定化が計られるポイントが有ること、加熱ユニットごとの温度安定化が計られるポイントを計数化して各ユニットの出力率の値とすることで、リフロー炉の立ち上げ時に大電流を必要としないで立ち上げが可能なことを見い出し、本発明を完成させた。
【００３１】
本発明に係る電気炉は、炉体と、前記炉体の内部において複数のゾーンに区分して配設され、かつ、所定の電源設備に接続されて当該炉体内の温度を上昇するように加熱する複数の加熱ユニットと、前記炉体の目標加熱温度を設定する操作部と、前記操作部によって目標加熱温度が設定された前記炉体の各々の前記ゾーンにおける現在の温度を測定する温度測定部と、前記温度測定部によって測定された現在の温度と前記目標加熱温度との差分を基準にして前記加熱ユニットを出力制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、前記温度測定部から得られる温度測定情報と、前記操作部から得られる温度設定情報とに基づいて前記加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明に係る電気炉によれば、複数の加熱ユニットは、炉体内において複数のゾーンに区分して配設され、かつ、所定の電源設備に接続されて当該炉体内の温度を上昇するように加熱する。温度測定部は、各々のゾーンにおける現在の温度を測定する。操作部は、温度測定部によって測定された現在の温度に対する炉体の目標加熱温度を入力する。制御部は、電源設備に接続されて加熱ユニットを出力制御する。これを前提にして、制御部は、炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、温度測定部から得られる温度測定情報と、操作部から得られる温度設定情報とに基づいて加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御するようになる。
【００３３】
例えば、加熱ユニットに印加する電圧を一定として、フルパワー時に加熱ユニットに流す電流に対して、限定パワー時に加熱ユニットに流す電流の割合を百分率で示した値を当該加熱ユニットの出力率としたとき、制御部は、炉体を目標加熱温度に立ち上げるとき、ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて加熱ユニットの出力率を求め、ゾーン毎に求められた全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和と、電源設備から許容される最大供給電力に対する加熱ユニットの出力率の総和の上限値を百分率で示した％ヒーター最大総合出力とを比較し、全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が、％ヒーター最大総合出力を越える場合は、各加熱ユニットの出力率の総和が、％ヒーター最大総合出力未満になるようにゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて各加熱ユニットの出力率を再度、求め、全ゾーンの加熱ユニットの出力率の総和が、％ヒーター最大総合出力以下となる場合は、ゾーン毎に求められた出力率で、当該加熱ユニットに電力を供給する。
【００３４】
従って、複数のゾーンに区分された加熱ユニットをゾーン毎に出力対温度特性情報に倣って、しかも、電源設備から許容される最大供給電力の範囲内で、炉内を一定温度に立ち上げることができる。これにより、最大供給電力を越える電力量が電源設備から加熱ユニットへ供給される事態を回避できるので、電力用のケーブル及び配電用のブレーカーを保護できるようになる。過電流を原因とするケーブルの焼損や、ブレーカーの不本意な断動作等を無くすことができる。
【００３５】
本発明に係る電気炉の制御方法は、少なくとも、炉体内において複数のゾーンに区分されて配設され、当該炉体内の温度を上昇するように加熱する複数の加熱ユニットと、前記炉体内に取り付けられた前記加熱ユニットの出力を制御する制御部とを備えた電気炉の制御方法において、前記制御部が、前記炉体内に取り付けられた前記加熱ユニットのゾーン毎に前記炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予め求めて出力対温度特性情報を作成するステップと、作成された前記出力対温度特性情報を前記炉体の立ち上げ時に参照して、複数のゾーンに区分された前記加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御するステップとを実行することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る電気炉及びその制御方法によれば、制御部は、炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、温度測定部から得られる温度測定情報と、操作部から得られる温度設定情報とに基づいて加熱ユニットに供給する電力をゾーン毎に制御するようになる。
【００３７】
この構成によって、複数のゾーンに区分された加熱ユニットをゾーン毎に出力対温度特性情報に倣って、しかも、電源設備から許容される最大供給電力の最も短い時間の範囲内で、炉内を目標加熱温度に立ち上げることができる。これにより、最大供給電力を越える電力量が電源設備から加熱ユニットへ供給される事態を回避できるので、電力用のケーブル及び配電用のブレーカーを保護できるようになる。過電流を原因とするケーブルの焼損や、ブレーカーの不本意な断動作等を無くすことができる。
【００３８】
さらに、消費電力の最大の使用を避けられるので、契約した電力量の中で最も効率良く電気炉を立ち上げることが可能であり、使用する電力量を削減できる。
【００３９】
こればかりでなく、前日と相違するはんだのソルダペーストを用いたり、プリント基板の種類が変わったりした場合、それぞれの電熱ヒーターの設定温度を決めておくだけで、それらに適したプロファイルを描けるという安全性と合理性に優れたはんだ付け作業が行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る実施例としてのリフロー炉１００の構成例を示す断面図である。
【図２】電熱ヒーターＪＸ等の配線例及びその制御装置５０の構成例を示すブロック図である。
【図３】リフロー炉１００の立ち上げ時の制御例（メインルーチン）を示すフローチャートである。
【図４】リフロー炉１００の立ち上げ時の制御例（サブルーチン）を示すフローチャートである。
【図５】従来例に係るリフロー炉の立ち上げ時の通電制御例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
現在、顧客工場の契約電力の削減を目的に、リフロー装置に省エネモードシステムが搭載されている。この省エネモードシステムによれば、最大電力を抑制するシステムであって、ヒーター立ち上げ時に、全ヒーターが同時に入電しないように制御される。
【００４２】
このような技術背景にあって、本発明によれば、省エネモードシステムに加え、ヒーター立ち上げ時のヒーター入電効率最適化制御を実行することで、リフロー装置のヒーター入電制御をヒーター設定温度に対して変動させ、ヒーターの立ち上げ時間の短縮化を図っている。
【００４３】
この発明では、リフロー炉の立ち上げ時に大電流を流さないため、大電流使用設備のない工場であっても、配電盤のブレーカーが落ちたり、リフロー炉まで這わす配線ケーブルが焼け焦げたりするような問題をおこすことがないばかりでなく、前日と相違するはんだのソルダペーストを用いたリプリント基板の種類が変わったりした場合、それぞれの電熱ヒーターの目標加熱温度ＳＶを決めておくだけで、それらに適したプロファイルを描けるという安全性と合理性に優れたはんだ付け作業が行えるようになる。
【００４４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る電気炉及びその制御方法について説明する。図１に示すリフロー炉１００は電気炉の一例を構成し、プリント基板１２上に、はんだの粉末にフラックスを加えたはんだペーストを印刷し、その上に電子部品を載せて熱を加え、はんだを溶融して、プリント基板１２と電子部品とをはんだ付けをするものである。
【００４５】
リフロー炉１００は、炉体１及び制御装置５０を備えて構成される。炉体１は、断熱性を有して所定の形状に構成されており、その内部には細長いトンネル２が設けられている。トンネル２の内部は、プリント基板１２を搬入する側から順に予備加熱ゾーン２１、本加熱ゾーン２２及び冷却ゾーン２３の３つに加熱領域が区分け（画定）されている。予備加熱ゾーン２１は更に２つのゾーンに加熱領域が区分け（画定）されている。予備加熱ゾーン２１の２つのゾーンをプリント基板１２を搬入する側から順に、以下でＸゾーン、Ｙゾーンという。上述の本加熱ゾーン２２は以下でＺゾーンという。
【００４６】
予備加熱ゾーン２１と本加熱ゾーン２２の上下部には、加熱ユニットの一例を構成する熱風吹き出し型のヒーターユニット３が設置されており、所定の電源設備に接続されて炉体１内の温度を上昇するように加熱する。本加熱ゾーン２２に隣接した冷却ゾーン２３の上下部には、冷却機４，４が設置されている。トンネル２の内部には、搬送装置５が矢印Ａ’のように予備加熱ゾーン方向から冷却ゾーン方向に向かって走行するようになっている。
【００４７】
この実施例では、説明を分かり易くするため、便宜上、予備加熱ゾーン２１から本加熱ゾーン２２に向かって、順次、トンネル２の上下部にヒーターユニット３を各々一対ずつ設置したＸゾーン、Ｙゾーン、Ｚゾーンのように３つの加熱ゾーンを設けたリフロー炉１００の例を示しているが、実際のリフロー炉では、大きいリフロー炉となると８つの加熱ゾーン以上を有したものもある。
【００４８】
各々のヒーターユニット３には、吸い込み口６が設けられており、該吸い込み口６の両側に多数の孔部が穿設された吹き出し口７，７が形成されている。吸い込み口６の中には電熱ヒーターが配設されている。ここではＸ，Ｙ，Ｚそれぞれのゾーンに設置された一対の電熱ヒーターを後の説明に便宜なように、Ｘゾーンの上部の電熱ヒーターをＪＸ、Ｘゾーンの下部の電熱ヒーターをＫＸ、Ｙゾーンの上部の電熱ヒーターをＪＹ、Ｙゾーンの下部の電熱ヒーターをＫＹ、Ｚゾーンの上部の電熱ヒーターをＪＺ、Ｚゾーンの下部の電熱ヒーターをＫＺとする。これらの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの近傍には温度測定部の一例を構成する温度センサー８が設置されている。各々の温度センサー８は、各々のゾーンにおける現在の温度を測定して制御装置５０に温度測定信号Ｓ８を出力する。
【００４９】
また、電熱ヒーター上部又は下部にはファン９が設置されており、該ファンはヒーターユニット３の外部に置かれたモーター１０と連動している。従って、ヒーターユニット３では、モーター１０を稼働させると、ファン９が回転し、両側の吹き出し口７から気体を吹き出して、中央の吸い込み口６から吸い込むようになる。吸い込み口６から吸い込まれた気体は、電熱ヒーターＪＸ等で加熱されて、再度、吹き出し口７，７から吹き出し、搬送装置５で搬送されるプリント基板１２を加熱するようになる。
【００５０】
続いて、図２を参照して、炉体１内の電熱ヒーターＪＸ等の配線例及びそれらを個別に制御する制御装置５０の構成例について説明する。図２に示す６本の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺは、各々が電力調整器Ｄを介して三相の電源１１に接続される。
【００５１】
この例では、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸと、Ｙゾーンの電熱ヒーターＪＹとがデルタ接続されている。また、Ｙゾーンの電熱ヒーターＫＹとＺゾーンの電熱ヒーターＪＺ，ＫＺとがデルタ接続されている。電源１１から導出されたケーブルＵ，Ｖ間には、電熱ヒーターＪＹ，ＫＺが接続され、ケーブルＶ，Ｗ間には、電熱ヒーターＪＺ，ＫＸが接続され、ケーブルＷ，Ｕ間には、電熱ヒーターＪＸ，ＫＹが各々接続される。
【００５２】
電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの各々に接続された電力調整器Ｄは、当該電熱ヒーターＪＸ等に流入する電流量を０〜１００％の範囲において可変調整する機能を有している。電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの近傍には温度センサー８が設置され、各々の温度センサー８は、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれのゾーンにおける現在の温度ＰＶを測定して温度調整用の制御装置５０（制御部）に逐次、温度測定信号Ｓ８を出力する。
【００５３】
上述の電力調整器Ｄは各々が制御装置５０に接続され、当該制御装置５０からの電力制御信号Ｓ５２を入力して電熱ヒーターＪＸ等に流れる電流を適宜な電流量に設定する機能の他に、電熱ヒーターＪＸ等に流れる電流の通電をＯＮ／ＯＦＦしたりする。
【００５４】
電力調整器Ｄには温度調整用の制御装置５０が接続される。制御装置５０は、データバス５１、入出力ポート（以下Ｉ／Ｏポート５２という）、メモリ部５３、操作部５４、ＣＰＵ５５及び電源部５６を備えて構成される。制御装置５０は電源１１に接続されて電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺを個別に出力制御する。電源部５６は、電源１１又は図示しない単相の電源に接続され、Ｉ／Ｏポート５２、メモリ部５３、操作部５４及びＣＰＵ５５に制御用の低電圧を供給する。
【００５５】
データバス５１には、Ｉ／Ｏポート５２、メモリ部５３及びＣＰＵ５５が接続される。Ｉ／Ｏポート５２には操作部５４が接続される。操作部５４は、温度センサー８によって測定された現在の温度ＰＶに対して、炉体１の目標加熱温度ＳＶを設定する際に操作される。操作部５４は目標加熱温度ＳＶの入力の他、％ヒーター最大総合出力（以下％Ｐmaxという）を設定する際に操作される。ここに％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxは、電源設備から当該リフロー炉に許容される最大供給電力に対する全ゾーンに係るヒーター合計出力の上限値を百分率で示したものをいう。
【００５６】
Ｉ／Ｏポート５２には操作部５４の他に、電熱ヒーターＪＸ等の近傍に設置された温度センサー８が接続される。温度センサー８はＩ／Ｏポート５２に接続され、当該ゾーンの温度を検出して温度測定信号Ｓ８をＩ／Ｏポート５２に出力する。Ｉ／Ｏポート５２はアナログ・デジタル変換機能を有しており、温度測定信号Ｓ８をアナログ・デジタル変換した後の温度測定データがＣＰＵ５５に出力される。
【００５７】
メモリ部５３は記憶部の一例を構成し、ゾーン毎に炉体１内の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力と炉内温度上昇との関係を予め求めた出力対温度特性情報を記憶する。メモリ部５３には、ワーク用のＲＡＭ、不揮発性のＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等が使用される。メモリ部５３には、出力対温度特性情報の他に温度センサー８から得られた現在の温度ＰＶを示す温度測定データが記憶される。
【００５８】
ＣＰＵ５５は、炉体１内の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、温度センサー８から得られる温度測定情報と、操作部５４から得られる温度設定情報とに基づいて電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに供給する電力をゾーン毎に制御する。例えば、ＣＰＵ５５は、炉体１を目標加熱温度ＳＶに立ち上げるとき、メモリ部５３から当該ゾーン毎に出力対温度特性情報を読み出し、この出力対温度特性情報に基づいて電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに供給する電力をゾーン毎に制御する。
【００５９】
この例で、電熱ヒーターＪＸ等に印加する電圧を一定として、フルパワー（出力１００％）時に電熱ヒーターＪＸに流す電流に対して、限定パワー時に電熱ヒーターＪＸに流す電流の割合を百分率で示した値を当該電熱ヒーターＪＸの出力率％ＰＤ（以下で出力電力率ともいう）としたとき、ＣＰＵ５５は、炉体１を目標加熱温度ＳＶに立ち上げる。このとき、ＣＰＵ５５は、ゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて電熱ヒーターＪＸ等の出力率％ＰＤを求め、ゾーン毎に求められた全てのＸ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの各々の出力率％ＰＤの総和Σ％ＰＤと、電源設備から許容される最大供給電力に対する全ゾーンに係るヒーター合計出力の上限値を百分率で示した％Ｐmaxとを比較する。
【００６０】
全てのＸ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤの総和Σ％ＰＤが、％Ｐmaxを越える場合は、電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤの総和Σ％ＰＤが％Ｐmax未満になるようにＸ，Ｙ，Ｚゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤを再計算し、全てのＸ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤの総和Σ％ＰＤが、％Ｐmax以下となる場合は、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン毎に求められた出力率％ＰＤで、当該電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに電力を供給するようになされる。
【００６１】
続いて、図３及び図４を参照して、リフロー炉１００の立ち上げ時の制御方法について説明する。この例では、ＣＰＵ５５が、炉体１内に取り付けられた電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ、電熱ヒーターＫＸ，ＫＹ，ＫＺのゾーン毎に炉体１内の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ、電熱ヒーターＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力と炉内温度上昇との関係を予め求めて出力対温度特性情報を作成し、ここで作成された出力対温度特性情報がメモリ部５３に格納されている。ＣＰＵ５５は、少なくとも、炉体１内において、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの３つに区分されて配設され、当該炉体１内の温度を上昇するように加熱する６本の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺと、これらの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺをＸ，Ｙ，Ｚゾーン毎に出力を制御する制御装置５０とを備えたリフロー炉１００を工場の契約電力以内で立ち上げる場合を前提とする。この制御例では、％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxが４００％の場合であって、ヒーターの総本数が６である場合を例に挙げる。
【００６２】
これらを制御条件にして、炉体１を目標加熱温度ＳＶに立ち上げるとき、図３に示すステップＳＴ１でＣＰＵ５５は、％ヒーター最大総合出力％Ｐmax及び、目標加熱温度ＳＶ℃を入力する。
【００６３】
％ヒーター最大総合出力％Ｐmax及び目標加熱温度ＳＶは、ユーザが操作部５４を操作してＣＰＵ５５に設定する。例えば仮にＸ，Ｙ，Ｚゾーンの上部ヒーターを例にすれば、％ヒーター最大総合出力を％Ｐmax＝４００％に設定し、目標加熱温度をＸゾーンはＳＶ＝１８０℃、ＹゾーンもＳＶ＝１８０℃、ＺゾーンはＳＶ＝２４０を設定する。次に、ステップＳＴ２でＣＰＵ５５はＸ，Ｙ，Ｚゾーンの各々の現在の温度ＰＶを取得する。このとき、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの各々の温度センサー８は、当該ゾーンにおける現在の温度を測定して温度測定信号Ｓ８をＩ／Ｏポート５２に出力する。Ｘゾーンの上部及び下部の温度センサー８は、例えば、１３０℃を示す温度測定信号Ｓ８をＩ／Ｏポート５２に出力する。Ｉ／Ｏポート５２は、温度測定信号Ｓ８をアナログ・デジタル変換した後の温度測定データをＣＰＵ５５に出力する。Ｙゾーンの上部及び下部の温度センサー８は、例えば、１３０℃を示す温度測定信号Ｓ８をＩ／Ｏポート５２に出力する。Ｉ／Ｏポート５２は、温度測定信号Ｓ８をアナログ・デジタル変換した後の温度測定データをＣＰＵ５５に出力する。Ｚゾーンの上部及び下部の温度センサー８は、例えば、１２５℃を示す温度測定信号Ｓ８をＩ／Ｏポート５２に出力する。Ｉ／Ｏポート５２は、温度測定信号Ｓ８をアナログ・デジタル変換した後の温度測定データをＣＰＵ５５に出力する。
【００６４】
その後、ステップＳＴ３で、ＣＰＵ５５は、先に作成された出力対温度特性情報を参照して、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン毎に出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて電熱ヒーターＪＸ，ＫＸ、電熱ヒーターＪＹ，ＫＹ、電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの各々の出力率％ＰＤを計算する。例えば、図４に示すサブルーチンをコールする。
【００６５】
まず、図４に示すステップＳＴ３１でＣＰＵ５５は、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン上下ヒーター毎に目標加熱温度ＳＶと現在の温度ＰＶとの差分温度Ｄε［℃］を（１）式、すなわち、
差分温度Ｄε＝目標加熱温度ＳＶ−現在の温度ＰＶ・・・・・（１）
により算出する。
【００６６】
上述した例によれば、Ｘゾーンの差分温度Ｄεは、（１８０−１３０）℃＝５０℃であり、Ｙゾーンの差分温度Ｄεも、（１８０−１３０）℃＝５０℃である。Ｚゾーンの差分温度Ｄεは、（２４０−１２５）℃＝１１５℃である。
【００６７】
次に、ステップＳＴ３２でＣＰＵ５５は、（１）式により得られた差分温度Ｄεを昇温特性定数Ａを使用して補正後の差分温度Ｄε’を（２）式、すなわち、
差分温度Ｄε’＝Ａ×Ｄε＝Ａ×（ＳＶ−ＰＶ）・・・・・・（２）
により算出する。ここに昇温特性定数Ａとは、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン毎に電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの配置環境に対応した出力対温度特性情報から求めた定数をいう。昇温特性定数Ａは、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺへの供給電力を同一に設定し、一定時間後の温度を測定する検証を２回以上行って、出力対温度特性情報を作成する。その際の縦軸はヒーター温度［℃］である。横軸はヒーター出力［％］である。
【００６８】
ここで得られたデータから、各個ヒーター出力＝１００％時に最低温度となっているＸ又はＹ又はＺゾーンを抽出し、抽出された当該ゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸ又は電熱ヒーターＪＹ，ＫＹ又は電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力を「１」として、このゾーンの出力＝「１」に対する他のゾーンの電熱ヒーターの出力の割合を０＜Ａ＜１の範囲で昇温特性定数Ａを表現したものである。この昇温特性定数Ａは、最も立ち上がりの遅い加熱ゾーンに昇温時間（歩調）を合わせるための定数でもある。
【００６９】
上述した例によれば、Ｚゾーンの差分温度Ｄεが１１５℃で、最も立ち上がりの遅い加熱ゾーンとして予想される。Ｘゾーンの昇温特性定数Ａを例えば、０．９とし、Ｙゾーンの昇温特性定数Ａを例えば、０．８とすると、Ｘゾーンの補正後の差分温度Ｄε’は、０．９×（１８０−１３０）℃＝４５．０℃であり、Ｙゾーンの補正後の差分温度Ｄε’は、０．８×（１８０−１３０）℃＝４０．０℃である。Ｚゾーンの差分温度Ｄεは、１×（２４０−１２５）℃＝１１５℃のままである。
【００７０】
次に、ステップＳＴ３３でＣＰＵ５５は目標加熱温度をＳＶとし、各々のゾーンの電熱ヒーターの出力と一定時間当たりの温度上昇率を表す傾き定数をＢ（以下出力傾き定数Ｂという）とし、炉体１を目標加熱温度ＳＶに到達させるために最低限必要とする電熱ヒーターＪＸ等に供給するベース供給電力であって、目標加熱温度ＳＶに対応する電熱ヒーターＪＸ等のヒーター出力を％Ｐｂとし、ヒーター入電率が０％時の到達雰囲気の温度ＰＶを定数（以下ベース温度定数Ｃという）としたとき、ヒーター出力％Ｐｂを各ゾーン毎に（３）式、すなわち、
％Ｐｂ＝（ＳＶ−Ｃ）×Ｂ                      ・・・・・（３）
により算出する。ここでヒーター入電率が０％にも拘らず現在温度が上昇することを示すベース温度定数Ｃを規定しているのは、各ゾーンのファンによる空気摩擦での温度上昇が存在する為である。ここで％Ｐｂはその特性上、０％以上、１００％以下の値となる。上述の（３）式が意味するところは、設定温度まで温度を上昇させる為に最低限必要とするヒーターへの供給電力を、ベース温度定数Ｃを基準にして設定温度とベース温度定数Ｃの差分値に出力傾き定数Ｂをかけることにより算出し、これを百分率で表したものである。
【００７１】
出力傾き定数Ｂは、ヒーター温度［℃］対ヒーター出力［％］の特性情報から得られる定数であり、当該ゾーンの設置環境に対応した電熱ヒーターＪＸ等の昇温能力を示す定数である。
【００７２】
出力傾き定数Ｂは、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺにおける目標加熱温度ＳＶを同一にして、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに電力を供給し、現在の温度ＰＶが目標加熱温度ＳＶに移行して安定した状態のＸ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺにおける供給電力を測定して、電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力特性を作成する。その際の縦軸は電熱ヒーターＪＸ等のベース出力％Ｐｂである。横軸は目標加熱温度ＳＶである。
【００７３】
ヒーター温度［℃］対ヒーター出力［％］の特性情報は、ほぼ一次関数（ｙ＝ａｘ＋ｂ）により得られるので、出力傾き定数Ｂは、縦軸の２点間のベース出力％Ｐｂの差分と、横軸の２点間の目標加熱温度ＳＶの差分から求めるとよい。
【００７４】
このように求めると、例えば、Ｘゾーンの出力傾き定数Ｂが１／４［％／℃］なる値として、Ｙゾーンの出力傾き定数Ｂが１／５［％／℃］として、Ｚゾーンの出力傾き定数Ｂが３／１０［％／℃］として得られる。
【００７５】
なお、ベース温度定数Ｃは、ベース出力％Ｐｂ対目標加熱温度ＳＶの特性情報から得られるヒーター出力が％Ｐｂ＝０％である状態のＸ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの現在の温度ＰＶ（ゾーン内雰囲気温度）とする。
【００７６】
例えば、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸのベース出力％Ｐｂ対目標加熱温度ＳＶの特性において、ヒーター出力が％Ｐｂ＝０％のとき、現在の温度がＰＶ＝８０℃であるならば、ベース温度定数Ｃは８０℃となる。同様にして、Ｙゾーンの電熱ヒーターＪＹ，ＫＹのベース出力％Ｐｂ対目標加熱温度ＳＶの特性において、ヒーター出力が％Ｐｂ＝０％のとき、現在の温度がＰＶ＝１０５℃であるならば、ベース温度定数Ｃは１０５℃となる。Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＺ，ＫＺのベース出力％Ｐｂ対目標加熱温度ＳＶの特性において、ヒーター出力が％Ｐｂ＝０％のとき、現在の温度がＰＶ＝９０℃であるならば、ベース温度定数Ｃは９０℃となる。
【００７７】
上述した例によれば、目標加熱温度ＳＶが１８０℃の場合である。Ｘゾーンの出力傾き定数Ｂを１／４とし、そのベース温度定数Ｃ＝８０℃とし、目標加熱温度ＳＶをＳＶ＝１８０℃とすると、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸのベース出力％Ｐｂは、（３）式より、
％Ｐｂ＝１／４×（ＳＶ−８０℃）
％Ｐｂ＝１／４×（１８０℃−８０℃）
＝２５％
となる。同様にして、Ｙゾーンの出力傾き定数Ｂを１／５とし、ベース温度定数ＣをＣ＝１０５℃とし、目標加熱温度ＳＶをＳＶ＝１８０℃とすると、Ｙゾーンの電熱ヒーターＪＹ，ＫＹのベース出力％Ｐｂは、（３）式より、
％Ｐｂ＝１／５×（ＳＶ−１０５℃）      
％Ｐｂ＝１／５×（１８０℃−１０５℃）      
＝１５％
となる。同様にして、Ｚゾーンの出力傾き定数Ｂを３／１０とし、ベース温度定数ＣをＣ＝９０℃とし、目標加熱温度ＳＶをＳＶ＝１８０℃とすると、Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＺ，ＫＺのベース出力％Ｐｂは、（３）式より、
％Ｐｂ＝３／１０×（ＳＶ−９０℃）      
％Ｐｂ＝３／１０×（２４０℃−９０℃）      
＝４５％
となる。
【００７８】
ステップＳＴ３４でＣＰＵ５５は、当該ゾーンの電熱ヒーターＪＸ等の出力率％ＰＤを計算するために、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン毎に求められた電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの補正後の差分温度Ｄjｘ，Ｄjｙ，Ｄjｚ、Ｄkｘ，Ｄkｙ，Ｄkｚ及び、電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺのベース出力％Ｐｂの各々を合計して、ΣＤ及びΣ％Ｐｂを算出する。
【００７９】
上述した例によれば、Ｘゾーンの補正後の差分温度Ｄｘが４５．０℃、Ｙゾーンの補正後の差分温度Ｄｙが４０．０℃、及び、Ｚゾーンの補正後の差分温度Ｄｚが１１５℃である。ここでは仮に各ゾーンの上下ヒーターは共に同特性、同設定温度、同現在温度であると仮定する。
補正後の差分温度Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚの合計は、（４）式、すなわち、
ΣＤ＝Ｄjｘ＋Ｄjｙ＋Ｄjｚ＋Ｄkｘ＋Ｄkｙ＋Ｄkｚ    ・・・・・（４）
＝４５．０＋４０．０＋１１５．０＋４５．０＋４０．０＋１１５．０
＝４００．０［℃］
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００８０】
また、Ｘゾーンの上部ヒーター出力を％Ｐｂｊｘとし、Ｙゾーンの上部ヒーター出力を％Ｐｂｊｙとし、Ｚゾーンの上部ヒーター出力を％Ｐｂｊｚとしたとき、Ｘゾーンの上部ヒーター出力％Ｐｂｊｘが２５．０％、Ｙゾーンの上部ヒーター出力％Ｐｂｊｙが１５．０％及びＺゾーンの上部ヒーター出力％Ｐｂｊｚが４５．０％である。
【００８１】
従って、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンのヒーター出力％Ｐｂの合計は、（３）式によって得られた値を加算する（５）式、すなわち、
Σ％Ｐｂ＝％Ｐｂjｘ＋％Ｐｂjｙ＋％Ｐｂjｚ＋％Ｐｂkｘ＋％Ｐｂkｙ＋％Ｐｂkｚ
・・・・・（５）
＝２５．０％＋１５．０％＋４５．０％＋２５．０％＋１５．０％＋４５．０％   
＝１７０．０％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００８２】
次に、ステップＳＴ３５でＣＰＵ５５は、上述の（４）式及び（５）式によって算出された値を用いて、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーン毎に電熱ヒーターＪＸ，ＫＸ、電熱ヒーターＪＹ，ＫＹ、電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力率％ＰＤを（６）式、すなわち、
％ＰＤ＝｛Ｄ×（％Ｐmax−Σ％Ｐｂ）／ΣＤ｝＋％Ｐｂ  ・・・・・（６）
により算出する。
【００８３】
ここで、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸの出力率を％ＰＤｘとすると、％ＰＤｘは、（７）式、すなわち、
％ＰＤｘ＝｛Ｄｘ×（％Ｐmax−Σ％Ｐｂ）／ΣＤ｝＋％Ｐｂｘ  ・・・・・（７）
により算出される。
【００８４】
上述の（７）式の第１項目は、目標加熱温度ＳＶに対応した電熱ヒーターＪＸ，ＫＸ等のヒーター出力％Ｐｂを、％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxを基準にしてヒーター出力％Ｐｂを増減する調整項であり、第２項目はＸゾーンのヒーター出力％Ｐｂで、電源１１から供給される計算上のベース供給電力Ｐｂである。ここで上述の制御条件より％Ｐmaxを４００％とする。
【００８５】
従って、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸの出力率％ＰＤｘは、
％ＰＤｘ＝｛４５．０×（４００−１７０）／４００．０｝
＋２５．０％
＝｛４５．０×（２３０）／４００．０｝＋２５．０％
＝（２５．９）＋２５．０％
＝５０．９％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００８６】
同様にして、Ｙゾーンの電熱ヒーターＪＹ，ＫＹの出力率％ＰＤｙは、
％ＰＤｙ＝｛４０．０×（４００−１７０）／４００．０｝
＋１５．０％
＝｛４０．０×（２３０）／４００．０｝＋１５．０％
＝（２３．０）＋１５．０％
＝３８．０％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００８７】
同様にして、Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力率％ＰＤｚは、
％ＰＤｚ＝｛１１５×（４００−１７０）／４００．０｝
＋４５．０％
＝｛１１５×（２３０）／４００．０｝＋４５．０％
＝（６６．１）＋４５．０％
＝１１１．１％
がＣＰＵ５５によって算出される。そして、メインルーチンのステップＳＴ３にリターンした後、ステップＳＴ４に移行する。
【００８８】
ステップＳＴ４で、ＣＰＵ５５はサブルーチンで算出した各ゾーンの電熱ヒーターの出力率％ＰＤと、出力率上限値（判別基準値）１００％とを比較して、出力率上限値１００％を超えた出力率％ＰＤの電熱ヒーターが１個でも有るか否かを判別する。出力率％ＰＤが１００％を超えた電気ヒーターの総数が０個の場合（無い場合）は、ステップＳＴ８に移行する。出力率上限値１００％を超えた出力率％ＰＤの電熱ヒーターが１個でも有る場合は、ステップＳＴ５に移行する。
【００８９】
ステップＳＴ５で、ＣＰＵ５５は、出力率上限値１００％を超えた出力率％ＰＤの電熱ヒーターの個数をｍとして、当該個数ｍを検出する。ここで、％ヒーター最大総合出力を％Ｐmaxとし、その補正演算用の％ヒーター最大総合出力を％Ｐmax’とし、出力率％ＰＤが出力率上限値１００％を超えた電熱ヒーターの個数をｍとしたとき、％Ｐmax’を（８）式、すなわち、
％Ｐmax’＝％Ｐmax−（ｍ×１００％）            ・・・・・（８）
により算出する。
【００９０】
上述の例では、Ｚゾーンの２個の電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力率％ＰＤｚが１００％を超えているので、（８）式に、ｍ＝２個を代入して、補正演算用の％ヒーター最大総合出力を％Ｐmax’を算出する。ここで、前述のステップＳＴ３で算出された値と、再度、ステップＳＴ３で計算処理される値とを区別し判りやすい表現にするため、再計算処理した値に「’」を付け表現する。
【００９１】
よって、ここで（８）式で求められる補正演算用の％ヒーター最大総合出力％Ｐmax’は、
％Ｐmax ’＝ ４００．０％−（２×１００％）
＝ ２００．０％
となる。
【００９２】
以降、％ヒーター最大総合出力を％Ｐmax’を再度、％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxに代入してステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ６でＣＰＵ５５は、％ＰＤが１００％を超えている電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力率％ＰＤについて、１００％を設定する。その後、ステップＳＴ７に移行して、ＣＰＵ５５は、％ＰＤが１００％である電熱ヒーター、この例では、電熱ヒーターＪＺ，ＫＺを除いた状態で再算出処理をするべく、ステップＳＴ３に戻る。ここで、ＣＰＵ５５は、全ての電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの内、出力率％ＰＤがヒーター出力上限率１００％を超えていない電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＫＸ，ＫＹのみ、％Ｐmax’の再算出処理を実行する。
【００９３】
上述のステップＳＴ５〜ＳＴ７が意味する所は、（６）式において過剰な出力率％ＰＤが算出された電熱ヒーター、この例では、電熱ヒーターＪＺ，ＫＺの出力率％ＰＤｚについて、その過剰分の出力率％ＰＤｚを、他の出力率％ＰＤｘ，ＰＤｙが過剰に算出されていない電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＫＸ，ＫＹの出力率％ＰＤｘ，％ＰＤｙに加算し、出力率％ＰＤｚを分配する事を目的とする。
【００９４】
上述の例では、出力率％ＰＤｚがヒーター出力上限率１００％を超えていない電熱ヒーターＪＸ、ＫＸ、ＪＹ、ＫＹについて、ステップＳＴ３で再計算処理を行う。
【００９５】
すなわち、図４のサブルーチンをコールして、ステップＳＴ３４の（４）式の変形式（４）’に従って、差分温度合計ΣＤ’を求めると、
ΣＤ’＝Ｄjｘ＋Ｄjｙ＋Ｄkｘ＋Ｄkｙ              ・・・・・（４）’
＝４５．０＋４０．０＋４５．０＋４０．０
＝１７０［℃］
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００９６】
さらに（５）式に従い、再度、ヒーター出力％Ｐｂ’の合計を求めると、
Σ％Ｐｂ’＝％ＰｂjＸ＋％ＰｂｋＸ＋％ＰｂjＹ＋％ＰｂｋＸ
＝２５．０％＋１５．０％＋２５．０％＋１５．０％
＝８０．０％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００９７】
次に、（６）式に従い、Ｘゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＫＸの出力率％ＰＤｘ’を求める。
【００９８】
％ＰＤｘ’＝｛Ｄｘ×（％Ｐmax−Σ％Ｐｂ）／ΣＤ’｝＋％Ｐｂｘ
＝｛４５．０％×（２００．０％−８０．０％）／１７０｝
＋２５．０％
＝（４５．０／１７０）×（１２０．０）＋２５．０％
＝（０．２６５）×１２０．０＋２５．０
＝ ５６．８％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【００９９】
Ｙゾーンの電熱ヒーターＪＹ，ＫＹの出力率％ＰＤｙ’は、
％ＰＤｙ’＝Ｄｙ×（％Ｐmax−Σ％Ｐｂ）／ΣＤ’｝＋％Ｐｂｙ
＝｛４０．０％×（２００．０％−８０．０％）／１７０｝
＋１５．０
＝４３．２％
がＣＰＵ５５によって算出される。
【０１００】
その後、ＣＰＵ５５はステップＳＴ４で、再計算処理によって得られた各ゾーンの電熱ヒーターの出力率％ＰＤと、出力率上限値（判別基準値）１００％とを比較して、出力率％ＰＤが出力率上限値１００％を超えた電熱ヒーターが０個となった場合は、ステップＳＴ８に移行する。なお、ステップＳＴ３の再計算処理は、出力率上限値１００％を超える出力率％ＰＤの電熱ヒーターが検出されなくなるまで繰り返される。上述の場合、出力率％ＰＤが１００％を超えたヒーター総数が０個となったので、ステップＳＴ８に移行する。
【０１０１】
因みにΣ％ＰＤ’は、４００％となって、％ヒーター最大総合出力％Ｐmax＝４００％に収まっている。その後、ステップＳＴ８で、ＣＰＵ５５は、（６）式によって得られた％ＰＤｘ’＝５６．８％をＸゾーンの電力調整器Ｄに設定し、％ＰＤｙ’＝４３．２％をＹゾーンの電力調整器Ｄに設定し、％ＰＤｚ＝１００．０％をＺゾーンの電力調整器Ｄに設定する。
【０１０２】
上述した例では、所定の電源設備に接続され、炉体１内において、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンに区分して配設された電熱ヒーターＪＸ，ＫＸが再計算処理に基づく、％ＰＤｘ’＝５６．８％に基づいてＸゾーン内の温度を上昇するように加熱する。同様にして、電熱ヒーターＪＹ，ＫＹが％ＰＤｙ’＝４３．２％に基づいてＹゾーン内の温度を上昇するように加熱する。
【０１０３】
電熱ヒーターＪＺ，ＫＺが％ＰＤｚ’＝１００．０％に基づいてＺゾーン内の温度を上昇するように加熱する。これにより、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの３つに区分された電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ、ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに供給する電力をゾーン毎に制御できるようになり、炉体１内のＸゾーンの目標加熱温度ＳＶ＝１８０℃、Ｙゾーンの目標加熱温度ＳＶ＝１８０℃、Ｚゾーンの目標加熱温度ＳＶ＝２４０℃に効率良く、短時間に立ち上がるようになる。
【０１０４】
このように、本発明に係るリフロー炉１００及びその制御方法によれば、ＣＰＵ５５は、炉体１内の電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺ出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーン毎に求めた出力対温度特性情報と、温度センサー８から得られる温度測定情報と、操作部５４から得られる温度設定情報とに基づいて電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに供給する電力に関して％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxを越えない範囲内でゾーン毎に制御するようになる。
【０１０５】
従って、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの３つに区分された電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺをＸ，Ｙ，Ｚゾーン毎に出力対温度特性情報に倣って、しかも、電源設備から許容される最大供給電力の範囲内で、炉内を目標加熱温度に立ち上げることができる。これにより、％ヒーター最大総合出力Ｐmaxを越える電力量が電源設備から電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺへ供給される事態を回避できるので、電力用のケーブル及び配電用のブレーカーを保護できるようになる。過電流を原因とするケーブルの焼損や、ブレーカーの不本意な断動作等を無くすことができる。
【０１０６】
上述の実施例では、％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxが４００％の場合について説明したが、電源設備に余裕が無い場合は、例えば、％Ｐmaxが２５０％、２００％，１５０％，１００％の場合についても、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤのΣ％ＰＤが％Ｐmax以下となる再計算した電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤで、当該Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの温度を上昇するように加熱できるようになる。
【０１０７】
なお、電源設備に余裕が有る場合は、出力対温度特性情報と当該ゾーンの温度測定情報とに基づいて求めた電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤで当該Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの温度を上昇するように加熱できるようになる。
【０１０８】
因みに、電力割り当て率をα（α＜１）とし、当該工場の最大契約電力をＷmaxしたとき、Ｗmaxに対して事前にリフロー炉での最大許容電力Ｐａ＝（１−α）Ｗmaxが割り振られる場合は、％ヒーター最大総合出力％Ｐmax＝（１−α）Ｗmax×最大ヒーター数を用いて、電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺに供給する電力に関して％ヒーター最大総合出力％Ｐmaxを越えない範囲内でゾーン毎に制御してもよい。
【０１０９】
例えば、最大ヒーター数が「３」で、αが０．１，０，２，０，３，０．４の場合、最大許容電力Ｐａは９０％，８０％，７０％，６０％となり、％Ｐmaxは、２７０％、２４０％，２１０％，１８０％となる。この場合についても、Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤのΣ％ＰＤが％Ｐmax以下となる再計算した電熱ヒーターＪＸ，ＪＹ，ＪＺ，ＫＸ，ＫＹ，ＫＺの出力率％ＰＤで、当該Ｘ，Ｙ，Ｚゾーンの温度を上昇するように加熱できるようになる。
【０１１０】
このように本発明方式の立ち上げ制御方法を採ることで、リフロー装置の最大電力を低減でき、かつ、最も短時間に効率良くヒーターを立ち上げることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、プリント基板上に、はんだの粉末にフラックスを加えたはんだペーストを印刷し、その上に電子部品を載せて熱を加え、はんだを溶融して、プリント基板と電子部品とをはんだ付けをする赤外線リフロー炉や、熱風リフロー炉以外にも高沸点の溶剤を用いたベーパーリフロー炉等の電気炉にも適用して極めて好適である。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 炉体
２ トンネル
３ ヒーターユニット（加熱ユニット）
４ 冷却機
５  搬送装置
８ 温度センサー
５０  制御装置
５１  データバス
５２  Ｉ／Ｏポート部
５３  メモリ部
５４  操作部
５５ ＣＰＵ
ＪＸ，ＫＸ  Ｘゾーンの電熱ヒーター
ＪＹ，ＫＹ  Ｙゾーンの電熱ヒーター
ＪＺ，ＫＺ  Ｚゾーンの電熱ヒーター
１００  リフロー炉
【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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