(57)【要約】  複数の温度制御ゾーン１１１〜１１４のそれぞれの目標温度が設定される目標温度設定部１３３と、マスターゾーンを当該マスターゾーンの測定温度と目標温度設定部１３３に設定された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出し、スレーブゾーンを当該スレーブゾーンの測定温度とマスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出する温度制御部１３１と、複数の温度制御ゾーン１１１〜１１４の内、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の温度制御ゾーンをスレーブゾーンに設定するマスター・スレーブ設定部１３２と、を備えることにより、マスターゾーンを自動的に設定する。
2019186869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の温度制御ゾーンのそれぞれの目標温度が設定される目標温度設定部と、
マスターゾーンを当該マスターゾーンの測定温度と前記目標温度設定部に設定された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出し、スレーブゾーンを当該スレーブゾーンの測定温度と前記マスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出する温度制御部と、
を備えることにより、前記複数の温度制御ゾーンの昇温完了時間を同期させる温度制御装置であって、
前記複数の温度制御ゾーンの内、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の温度制御ゾーンをスレーブゾーンに設定するマスター・スレーブ設定部を備えることを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記マスター・スレーブ設定部におけるマスターゾーン及びスレーブゾーンの設定処理を、前記複数の温度制御ゾーンの何れかが所定温度上昇する毎、若しくは所定時間毎に行うことを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記マスター・スレーブ設定部におけるマスターゾーン及びスレーブゾーンの設定処理において、マスターゾーンの目標温度と測定温度の差分よりも、目標温度と測定温度の差分が所定値以上大きいスレーブゾーンがあった場合に、これをマスターゾーンとして設定することを特徴とする請求項２に記載の温度制御装置。
【請求項４】
複数の温度制御ゾーンのそれぞれの目標温度が設定され、マスターゾーンを当該マスターゾーンの測定温度と前記設定された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出し、スレーブゾーンを当該スレーブゾーンの測定温度と前記マスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出することで、複数の温度制御ゾーンの昇温完了時間を同期させる温度制御方法であって、
前記複数の温度制御ゾーンの内、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の温度制御ゾーンをスレーブゾーンに設定することを特徴とする温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇温の同期制御が行われる温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の温度制御ゾーンを有するリフロー炉や熱処理装置などでは、各々の温度制御ゾーンにおける熱容量等の特性に合わせてヒータを設計しているが、実際の温度制御では、各々の温度制御ゾーンが目標温度に到達する時刻にバラツキが生じてしまうことが多い。
早くに目標温度に到達した温度制御ゾーンでは、他の温度制御ゾーンが目標温度に到達するまで目標温度を維持する必要があり、無駄な電力を消費する等の問題を生じる。
このような問題に対し、特許文献１には、複数の温度制御ゾーンの昇温完了時刻を同期させることができるようにするため、目標温度に到達するまでの時間が最も遅い温度制御ゾーン（マスター区間）の測定値到達率を用いて、他の温度制御ゾーン（スレーブ区間）の補正した温度目標値を算出する温度制御方法が開示されている。
また、特許文献２には、マスター区間とスレーブ区間を自動設定できる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５０９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−８９４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、複数の温度制御ゾーンの目標温度が異なる場合でも昇温完了時刻を同期させることができ、非常に有用であるが、マスター区間やスレーブ区間を設定する（マスター区間として最適な温度制御ゾーンの選択）ための処理や手間がかかるものであった。
これに対し、特許文献２によれば、マスター区間として最適な温度制御ゾーンが自動的に更新されていくため、特許文献１における「マスター区間に最適な温度制御ゾーンの選択ための処理や手間」を省略することができる。
しかしながら、特許文献２の方法は“目標温度到達率”に基づいてマスター区間を決定するものであるため、温度制御開始時においては、適当なマスター区間を自動設定することができないという問題があった。
即ち、特許文献２における“目標温度到達率”は、初期状態から目標温度に至るまでの達成率であるため、温度制御開始時においては何れの温度制御ゾーンにおいても“目標温度到達率＝ゼロ”であり、マスター区間として適当な温度制御ゾーンを自動判別することができないものである。【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、複数の温度制御ゾーンの昇温完了時刻を同期させるために、設定された目標温度に基づいてフィードバック制御されるマスターゾーンと、当該マスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度に基づいてフィードバック制御されるスレーブゾーンを有する温度制御において、当該マスターゾーンとスレーブゾーンの設定を自動的に行うことができる温度制御装置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】
【０００６】
（構成１）
複数の温度制御ゾーンのそれぞれの目標温度が設定される目標温度設定部と、マスターゾーンを当該マスターゾーンの測定温度と前記目標温度設定部に設定された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出し、スレーブゾーンを当該スレーブゾーンの測定温度と前記マスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出する温度制御部と、を備えることにより、前記複数の温度制御ゾーンの昇温完了時間を同期させる温度制御装置であって、前記複数の温度制御ゾーンの内、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の温度制御ゾーンをスレーブゾーンに設定するマスター・スレーブ設定部を備えることを特徴とする温度制御装置。【０００７】
（構成２）
前記マスター・スレーブ設定部におけるマスターゾーン及びスレーブゾーンの設定処理を、前記複数の温度制御ゾーンの何れかが所定温度上昇する毎、若しくは所定時間毎に行うことを特徴とする構成１に記載の温度制御装置。【０００８】
（構成３）
前記マスター・スレーブ設定部におけるマスターゾーン及びスレーブゾーンの設定処理において、マスターゾーンの目標温度と測定温度の差分よりも、目標温度と測定温度の差分が所定値以上大きいスレーブゾーンがあった場合に、これをマスターゾーンとして設定することを特徴とする構成２に記載の温度制御装置。【０００９】
（構成４）
複数の温度制御ゾーンのそれぞれの目標温度が設定され、マスターゾーンを当該マスターゾーンの測定温度と前記設定された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出し、スレーブゾーンを当該スレーブゾーンの測定温度と前記マスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度とに基づいてフィードバック制御する操作量を算出することで、複数の温度制御ゾーンの昇温完了時間を同期させる温度制御方法であって、前記複数の温度制御ゾーンの内、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の温度制御ゾーンをスレーブゾーンに設定することを特徴とする温度制御方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の温度制御装置によれば、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、これをマスターゾーンに設定するものであるため、温度制御開始時を含め、適当なマスターゾーンを自動的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施形態のリフロー炉の構成の概略を示すブロック図
【図２】実施形態のリフロー炉（温度制御装置）における本発明に関する処理の概略を示すフローチャート
【図３】実施形態における昇温状態の概念を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。なお、従来の装置と同様の構成や同様の処理内容となるものについては、説明を省略若しくは簡略化する。
【００１３】
図１は、本発明に係る実施形態のリフロー炉の構成の概略を示すブロック図である。
本実施形態のリフロー炉１は、プリント基板ＰＣＢのはんだ付けを行うものであり、複数の加熱ゾーン（温度制御ゾーン）１１１〜１１４を有しており、各加熱ゾーン１１１〜１１４には、ヒータ（特に図示せず）と温度センサ１２１〜１２４が備えられている。
リフロー炉１は、各加熱ゾーン１１１〜１１４の温度制御を行うための温度制御装置１３を備えており、温度センサ１２１〜１２４から得られる各加熱ゾーン１１１〜１１４の測定温度を使用したフィードバック制御が行われるものである。なお、本発明においては、フィードバック制御について特定の制御方法に限定されるものではなく、ＰＩＤ制御等の、各種の制御方法を用いることができる。
【００１４】
温度制御装置１３は、各加熱ゾーン１１１〜１１４の昇温完了時刻を同期させるために、加熱ゾーン１１１〜１１４の内の１つをマスターゾーン、それ以外をスレーブゾーンとするマスター・スレーブ方式にて、各加熱ゾーンをフィードバック制御するものである。
“マスター・スレーブ方式”とは、例えば、目標温度に到達するまでの時間が最も遅い加熱ゾーンをマスターゾーン、それ以外の加熱ゾーンをスレーブゾーンとし、マスターゾーンについては、当該マスターゾーンの測定温度ＰＶｍと設定された目標温度ＳＶｍとに基づいて操作量ＭＶｍを算出してフィードバック制御を行い、各スレーブゾーンについては、当該スレーブゾーンの測定温度ＰＶｓとマスターゾーンの昇温に追従するように算出された目標温度ＳＶｓ´（当該ゾーンの目標温度として設定された目標温度ＳＶｓとは別のもの）とに基づいて操作量ＭＶｓを算出してフィードバック制御を行うものである。
具体的には、例えば特許文献１に記載されているような制御方法であるが、本発明はマスターゾーンとスレーブゾーンの設定に関するものであり、マスターゾーンとスレーブゾーンが決定された後における、マスター・スレーブ方式の温度制御方法については、特許文献１に示されるものの他、各種の制御方法を用いることができる。
【００１５】
温度制御装置１３は、マスター・スレーブ方式にて各加熱ゾーンをフィードバック制御させるための各操作量ＭＶを算出する温度制御部１３１と、マスターゾーンとスレーブゾーンの設定を行うマスター・スレーブ設定部１３２と、各加熱ゾーン１１１〜１１４のそれぞれの目標温度が設定される目標温度設定部１３３と、温度制御部１３１によって算出された操作量ＭＶに基づいて各ヒータを駆動する出力部１３４と、各温度センサ１２１〜１２４からの信号に基づいて各加熱ゾーン１１１〜１１４の温度を測定する温度測定部１３５と、を備えている。
【００１６】
マスター・スレーブ設定部１３２は、各加熱ゾーン１１１〜１１４の内、目標温度ＳＶ（目標温度設定部１３３に設定されている各加熱ゾーン１１１〜１１４の目標温度）と測定温度ＰＶの差分が最も大きな加熱ゾーンを判別し、当該差分が最も大きな加熱ゾーンをマスターゾーンに設定し、それ以外の加熱ゾーンをスレーブゾーンに設定するものである。
これにより、温度制御開始時を含め、適当なマスターゾーンを自動的に設定することができるものである。
【００１７】
次に、上記構成を有するリフロー炉１（温度制御装置１３）の処理動作について、図２を参照しつつ説明する。図２は、リフロー炉１（温度制御装置１３）における、本発明に関する処理の概略を示すフローチャートである。
温度制御が開始されると、先ず各加熱ゾーン１１１〜１１４の各目標温度ＳＶ１〜４と各測定温度ＰＶ１〜４の差分を算出する（ステップ２０１）。目標温度ＳＶ１〜４は、目標温度設定部１３３に設定されている値であり、測定温度ＰＶ１〜４は、各温度センサ１２１〜１２４からの信号に基づいて得られる値である。
【００１８】
続くステップ２０２では、マスターゾーンが設定済みであるか否かの判別処理を行う。ここでは温度制御開始直後のマスターゾーンが設定されていない段階であるため、ステップ２０２の判別はＮＯとなり、ステップ２０３へと移行する。
ステップ２０３では、ステップ２０１で算出された各加熱ゾーン１１１〜１１４の目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分を比較し、もっとも大きな差分となっている加熱ゾーンをマスターゾーンとして設定し、それ以外をスレーブゾーンに設定する処理を行う。なお、目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が最大のものが複数あった場合には、該当する加熱ゾーンの中から１つを選択する。当該選択は、あらかじめ設定されている優先順位に従うもの、例えば、各加熱ゾーンに割り当てられているＩＤの若い順で決定するものや、ランダムに選択するもの等、任意の方法であってよい。
【００１９】
各加熱ゾーン１１１〜１１４について、マスター・スレーブの設定がされた後は、マスター・スレーブ方式にて、各加熱ゾーンの温度制御を開始する（ステップ２０４）。当該制御は、前述のごとく、特許文献１に記載の方法の他、任意の制御方法とすることができる。
【００２０】
ステップ２０４に続く（温度制御を開始後の）ステップ２０５〜２０６のループ処理では、マスターゾーンの温度の監視（ステップ２０５）と、制御終了であるかの判別（ステップ２０６）を行う。
制御終了は、あらかじめの設定に基づく終了や、ユーザからの指示に基づく終了等であり、これに該当する場合には、処理を終了する（ステップ２０６：Ｙｅｓ→ｅｎｄ）。
マスターゾーンの温度の監視は、マスターゾーンが１℃上昇したことを検知するものであり、マスターゾーンが１℃上昇した場合には、ステップ２０１へと戻る（ステップ２０５：Ｙｅｓ→ステップ２０１）。
【００２１】
ステップ２０１の処理は上述と同様であるが、ステップ２０２における判別では、マスターが設定済みであるため、ステップ２０７へと移行する処理となる（ステップ２０２：Ｙｅｓ→ステップ２０７）。
ステップ２０７では、マスターゾーンの目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分よりも、測定温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が１℃以上大きい加熱ゾーンがあるか否かを判別する。
マスターゾーンの目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分より１℃以上大きな差分を有する加熱ゾーンがあった場合には、当該加熱ゾーンを新たなマスターゾーンとして設定し、従前のマスターゾーンをスレーブゾーンとする処理を行う（ステップ２０７：Ｙｅｓ→ステップ２０８）。一方、マスターゾーンの目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分より１℃以上大きな差分を有する加熱ゾーンが無かった場合には、マスターゾーンの更新を行わない（ステップ２０８をスキップ）。
なお、マスターゾーンの目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分より１℃以上大きな差分を有する加熱ゾーンが複数あった場合には、その中で目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が最大のものを選択する。さらに目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が最大のものが複数あった場合には、この中から１つを選択する。当該選択は、あらかじめ設定されている優先順位に従うもの、例えば、各加熱ゾーンに割り当てられているＩＤの若い順で決定するものや、ランダムに選択するもの等、任意の方法であってよい。
【００２２】
ステップ２０７〜２０８のマスターゾーンの更新処理の終了後は、ステップ２０４へと移行し、以降は上記説明の処理を繰り返す。
これにより、マスターゾーンが１℃上昇する度に、マスターゾーンの更新（自動設定）が行われることになる。
【００２３】
図３は、リフロー炉１（温度制御装置１３）における、昇温の推移の一例を説明する説明図である。ここでは簡単化のため、加熱ゾーン１、２の２つにしている。また、加熱ゾーン１、２の目標温度が同じであるものを例としている。
温度制御開始直後においては、加熱ゾーン２の方が温度が低いため、目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が大きく、従って、加熱ゾーン２がマスターゾーンとして設定され、加熱ゾーン１はスレーブゾーンとして設定される（図２ステップ２０１〜２０３）。
その後、加熱ゾーン２（マスター）の方が温度上昇が早く、加熱ゾーン１（スレーブ）よりも温度が高くなり、その結果、目標温度ＳＶと測定温度ＰＶの差分が、加熱ゾーン１（スレーブ）の方が１℃以上大きくなった場合、その段階で、加熱ゾーン１がマスターゾーンとなり、加熱ゾーン２がスレーブゾーンとなるものである（図２ステップ２０７〜２０８）。
【００２４】
以上のごとく、本実施形態のリフロー炉１（温度制御装置１３）によれば、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンを判別し、これをマスターゾーンに設定するものであるため、温度制御開始時を含め、適当なマスターゾーンを自動的に設定することができる。
マスターゾーンは、“目標温度に到達するまでの時間が最も遅い温度制御ゾーン”とすることが好適であるが、温度制御開始時においてはこれを自動的に正確に判断することはできない。そこで、本実施形態のリフロー炉１（温度制御装置１３）においては、目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーンをマスターゾーンに自動設定するものである。“目標温度と測定温度の差分が最も大きな温度制御ゾーン”が“目標温度に到達するまでの時間が最も遅い温度制御ゾーン”であるとは限らないが、目標温度と測定温度の差分が大きいということは、目標温度に到達するまでの時間がかかるということであり、一定の妥当性をもって、適当なマスターゾーンを自動的に設定することができるものである。
【００２５】
また、本実施形態のリフロー炉１（温度制御装置１３）によれば、マスターゾーンが１℃上昇する度に、マスターゾーンの更新を行うものであるため、温度制御開始時におけるマスターゾーンの設定が最適でなかったような場合においても、昇温が進むに従い、マスターゾーンの設定の最適化が図られるものである。
なお、本実施形態では、マスターゾーンが１℃上昇する度に、マスターゾーンの更新を行うものを例としているが、監視温度を１℃上昇に限るというものではなく、設計思想に応じて適宜定めた所定値を用いるものであってよい。監視対象をマスターゾーン以外の任意の温度制御ゾーンとしてもよい。また、マスターゾーン等の温度制御ゾーンの温度を監視するのではなく、所定のタイミングで（例えば所定時間毎に）マスターゾーンの更新を行うものであってもよい。
【００２６】
また、本実施形態のリフロー炉１（温度制御装置１３）によれば、マスターゾーンの目標温度と測定温度の差分よりも、目標温度と測定温度の差分が１℃以上大きいスレーブゾーンがあった場合に、これをマスターゾーンとして更新するようにしているため、頻繁にマスターゾーンの更新が行われることによる効率の低下を抑止することができる。
なお、本実施形態では、マスターゾーンの目標温度と測定温度の差分よりも、１℃以上大きい差分を有するスレーブゾーンがあった場合に、更新処理をするものを例としているが、差分を１℃に限るというものではなく、設計思想に応じて適宜定めた所定値を用いるものであってよい。
【００２７】
なお、本実施形態では、リフロー炉を例としているが、本発明の温度制御装置や温度制御方法は、リフロー炉に限らず、複数の温度制御ゾーンを有する装置やシステムに対して利用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１．．．リフロー炉
１１１〜１１４．．．加熱ゾーン（温度制御ゾーン）
１２１〜１２４．．．温度センサ
１３．．．温度制御装置
１３１．．．温度制御部
１３２．．．マスター・スレーブ設定部
１３３．．．目標温度設定部
１３４．．．出力部
１３５．．．温度測定部
【図１】
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【図２】
2019186869.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
2019186869.tif 000006
2019186869.tif 000007