(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して制御対象の温度を予め定められた設定温度になるよう制御する温度制御装置において、制御対象の温度を検出する温度センサと、その検出温度と前記設定温度とを比較し、検出温度の設定温度に対する温度差を検出する温度比較部と、その温度差が正側に大きくなるに伴いヒータの通電率が低くなるようにその通電率を調節するヒータの通電率調節部と、これにより調節された新通電率と設定温度における設定通電率とを比較し、新通電率の設定通電率に対する通電率差を検出する通電率比較部と、その通電率差が負側にシフトして、新通電率が設定通電率より低くなったとき、冷却用ファンを駆動して制御対象を冷却するファン駆動制御手段とを備えたことを特徴とする温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して、プラスチック押出機のシリンダ、リフロー半田付け用加熱炉における熱風等の制御対象の温度を制御する温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の温度制御装置としては、例えば、図４に示すものが使用されている。これはプラスチック押出機１のシリンダ２（制御対象）の温度を制御する装置であり、シリンダ２の温度を熱電対からなる温度センサ３により検出し、これを３位置制御による温度調節部４に入力し、シリンダ２の温度が予め定められた設定温度になるようヒータ５への供給電力を制御するようにしている。そしてヒータに５よりシリンダ２を加熱し、プラスチック６を溶融軟化させ、これをスクリュー７の回転で押出機ヘッド（図示せず）側へ移送されて押し出すことができるようにしている。
【０００３】
この際、プラスチック６は移送の過程でスクリュー７との回転摩擦により発熱し、シリンダ２の温度がヒータ制御だけでは温度制御が不能になる恐れがあるので、冷却用ファン８（ファン以外の送風機を含む）を前記温度調節部４からの指令で駆動して冷風をシリンダ２に吹き付け、シリンダ２が過熱することがないようにし、ヒータ５の通電による加熱と冷却用ファン８の駆動による冷却を併用して、プラスチック押出機１のシリンダ２の温度を制御する構成になっている。
【０００４】
図５はリフロー半田付け用加熱炉９の概要を示すものである。この炉９は、加熱室１０内にパネルヒータ１１、棒状のヒータ１２、不活性ガスを還流させる還流ファン１３等を設置して構成され、該炉内に不活性ガスを満たし、加熱室１０内に電子部品を搭載した回路基板１４を搬入して、パネルヒータ１１による輻射加熱と、棒状のヒータ１２及び還流ファン１３により生じる熱風の対流加熱との併用により、回路基板１４を半田付け温度に加熱するように構成されている。
【０００５】
更に、この炉９において使用される前記熱風（制御対象）の温度制御装置は、還流ファン１３から吐出される熱風の温度を熱電対からなる温度センサ１５により検出し、これを温度調節部１６に入力し、熱風の温度が予め定められた設定温度になるように、前記ヒータ１２の通電率を変えて、熱風の温度を制御するようにしている。この際、熱風温度は前記パネルヒータ１１からの温度の影響を受けるので、パネルヒータ１１との温度制御のバランスが崩れると、熱風の温度が上昇して制御不能になるケースがある。このため、熱風の温度を高くなり過ぎた場合、冷却用ファン１７を駆動して冷風を熱風の還流流路に吹き付け、熱風の温度が上がり過ぎないようにし、ヒータ１２の通電による加熱と冷却用ファン１７の駆動による冷却を併用して、炉内を還流する熱風の温度を制御する構成になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す温度制御装置では、３位置制御による温度調節部４を用いて制御対象であるシリンダ２の温度が設定温度になるよう、冷却用ファン８を常時駆動させなければならないので、装置構造が複雑になる問題があった。
【０００７】
また、図５に示す温度制御装置は、温度調節部１６でヒータ１２の通電率を変えると共に、制御対象である熱風の温度が上がり過ぎたときに、冷却用ファン１７を駆動するようにしているが、冷却用ファン１７の駆動を開始するときの熱風の温度を予め設定する必要があり、この設定に手間がかかるほか、温度設定に熟練を要し、その温度設定を誤ると、制御不能になる恐れがあり、温度制御の操作性及び信頼性が劣るという問題があった。
これは、前記したプラスチック押出機１のシリンダ２やリフロー半田付け用加熱炉９の熱風以外の制御対象について、ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して温度を制御する装置にも該当する問題であった。
【０００８】
本発明は前記の課題を解決し、操作性及び信頼性に優れ、装置構造が簡単で安価に得られる温度制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の温度制御装置は、ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して制御対象の温度を予め定められた設定温度になるよう制御するものにおいて、制御対象の温度を検出する温度センサと、その検出温度と前記設定温度とを比較し、検出温度の設定温度に対する温度差を検出する温度比較部と、その温度差が正側に大きくなるに伴いヒータの通電率が低くなるようにその通電率を調節するヒータの通電率調節部と、これにより調節された新通電率と設定温度における設定通電率とを比較し、新通電率の設定通電率に対する通電率差を検出する通電率比較部と、その通電率差が負側にシフトして、新通電率が設定通電率より低くなったとき、冷却用ファンを駆動して制御対象を冷却するファン駆動制御手段とを備えた構成になっている。
【００１０】
このような構成により、ヒータの通電率調節部で調節された新通電率が設定通電率より低くなったとき、冷却用ファンを駆動して制御対象を冷却するから、冷却用ファンの駆動を開始するときの熱風の温度を予め設定する必要がなくなり、手間が省けるほか、運転者（オペレータ）が温度設定に習熟する必要もなく、温度設定を誤るというミスを犯す恐れもなくなり、温度制御の操作性及び信頼性を向上させることができる。
また、制御対象の温度が設定温度よりも大きく上昇してからではなく、設定温度より少し上昇し始めた比較的初期の段階から、早めに温度制御を行うので、温度制御を迅速、容易に、且つ、精度よく行うことが可能になる。
また、制御装置も特別な部品、回路を設計、製作して組み立てる必要がなく、構造が簡単になり、安価に得ることができる。
更に、冷却用ファンを常時駆動させて制御対象の温度を制御する必要がなくなり、電力消費量を節減することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面により詳細に説明する。図１に示す温度制御装置は、例えば、リフロー半田付け用加熱炉の熱風の温度制御に適用したものであり、従来の技術で説明したものと同一構成、機能を有するものには、同一符号を付してある。
【００１２】
前記リフロー半田付け用加熱炉９は、加熱室１０内にパネルヒータ１１、棒状のヒータ１２、不活性ガスを還流させる還流ファン１３等を設置して構成され、該炉内に窒素ガス等の不活性ガスを満たし、加熱室１０内に電子部品を搭載した回路基板１４を搬入して、パネルヒータ１１による輻射加熱と、棒状のヒータ１２及び還流ファン１３により生じる熱風の対流加熱との併用により、回路基板１４を半田付け温度に加熱するように構成されている。
【００１３】
この加熱炉９で使用される前記熱風（制御対象）の温度制御装置は、前記棒状のヒータ１２の通電による炉内雰囲気（不活性ガス）の加熱（熱風発生）と、冷却用ファン１７（ファン以外の送風機を含む）の駆動による熱風の冷却を併用して熱風（制御対象）の温度を予め定められた設定温度になるよう制御するものである。
【００１４】
更に詳細に説明すると、還流ファン１３の熱風吐出側には、例えば熱電対からなる温度センサ１５が設けられ、還流ファン１３から吐出される熱風の温度を検出するようになっている。１８は温度センサ１５で検出された前記熱風の検出温度と温度設定部１９で予め設定された設定温度とを比較し、検出温度の設定温度に対する温度差を検出する温度比較部である。
【００１５】
２０はこの温度差に応じて前記ヒータ１２の通電率を調節するヒータの通電率調節部であり、図２に示すように、検出温度の設定温度に対する温度差が負（−）のときは、ヒータの通電率が設定温度における設定通電率より高くなり、該温度差が正（＋）のときは、ヒータの通電率が設定温度における設定通電率より低くなり、且つ、該温度差が正側に大きくなるに伴い、ヒータの通電率が半比例して低くなるように、温度差と通電率に関するプログラムが内蔵されている。そして、前記温度差が正側に大きくなるに伴いヒータ１２の通電率が低くなるようにその通電率を調節するようになっている。
なお、この通電率調節部２０により調節された新通電率の信号は半導体スイッチ（ＳＳＣ）２１に入って該スイッチ２１が動作（スイッチＯＮ）し、ヒータ通電制御手段２２により該通電率に応じた電力がヒータ１２に供給され、ヒータ１２が所定温度に加熱される。
【００１６】
２３は通電率調節部２０により調節された新通電率と設定温度における設定通電率とを比較し、新通電率の設定通電率に対する通電率差を検出する通電率比較部、２４はその通電率差が負側にシフトして、新通電率が設定通電率より低くなったとき、冷却用ファン１７を駆動して前記熱風を冷却するファン駆動制御手段である。本実施形態の温度制御装置は上記のような構成になっている。
【００１７】
次に、本実施形態の温度制御装置の作動について図３の流れ図に従って説明する。先ず、最初に温度設定部１９で前記加熱炉９内を還流する熱風の設定温度（例えば２００℃）を予め設定する。また、ヒータ１２の通電率を設定温度（例えば２００℃）における設定通電率（例えば５０％）に予め設定しておく。
【００１８】
このような各設定操作を行った後、半導体スイッチ２１をＯＮし、ヒータ通電制御手段２２により、ヒータ１２に設定通電率で電力を供給してヒータ１２を通電すると共に、還流ファン１３を駆動して炉内に充満させた不活性ガスを加熱して熱風を発生させ、加熱室１０内に搬入された前記回路基板１４の対流加熱を開始する。なお、詳細な説明は省略するが、回路基板１４にはパネルヒータ１１による輻射加熱も併用され、別の手段で温度制御されている。
【００１９】
次に熱風による炉内の対流加熱が開始すると同時に、その熱風の温度制御が行われる。即ち、この熱風の温度は温度センサ１５で検出される。そして、その検出温度は温度比較部１８で設定温度と比較され、検出温度に対する設定温度の温度差が検出される。そして、その温度差に応じてヒータ１２の通電率が通電率調節部２０で調節される。
【００２０】
即ち、熱風の温度が設定温度よりも低くなると、その温度差が負になるため、通電率が設定通電率よりも高くなり、また、熱風の温度が設定温度よりも高くなると、その温度差が正になるため、通電率が設定通電率よりも低くなるように通電率が調節される。そして、調節された新通電率に基づき、ヒータ通電制御手段２２により、ヒータ１２に供給される電力の供給・停止時間比率、強弱時間比率、最大許容供給電力に対する実使用電力の割合等の通電容量が調節され、ヒータ１２の加熱温度が変化して熱風の温度が制御される。
【００２１】
換言すると、熱風の温度が設定温度よりも低くなると、通電率が設定通電率よりも高くなるので、ヒータ１２の通電時間が増え、熱風の温度が上昇し設定温度に近づく。熱風の温度が設定温度よりも高くなると、通電率が設定通電率よりも低くなるので、ヒータ１２の通電時間が減少し、熱風温度が下降し設定温度に近づく。
【００２２】
一方、このようなヒータ１２の通電率調節と共に、通電率調節部２０で調節された新通電率は、通電率比較部２３で設定通電率と比較され、新通電率の設定通電率に対する通電率差が検出される。そして、その通電率差が正の場合には、冷却用ファン１７は駆動されず停止している。また、ヒータ１２の通電率が高く調節される。これより、熱風の温度を効率よく速やかに上昇させて、設定温度に近づけることが可能になる。
【００２３】
更に、その通電率差が負側にシフトして新通電率が設定通電率より低くなったときには、ファン駆動制御手段２４が作動して冷却用ファン１７が駆動を開始すると共に、ヒータ１２の通電率が低く調節される。このように熱風の温度が設定温度より少し上昇し始めた比較的早い段階から、早めに冷却用ファン１７による熱風の冷却が行われるので、熱風の温度制御を迅速、容易に、且つ、精度よく行うことが可能になる。
【００２４】
本実施形態の温度制御装置はリフロー半田付け用加熱炉における熱風の温度制御に適用した場合について説明したが、ゴム、プラスチック押出機におけるシリンダその他の制御対象について、ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して行う温度制御にも適用できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヒータの通電による加熱と冷却用ファンの駆動による冷却を併用して制御対象の温度を予め定められた設定温度になるよう制御するものにおいて、制御対象の温度を検出する温度センサと、その検出温度と前記設定温度とを比較し、検出温度の設定温度に対する温度差を検出する温度比較部と、その温度差が正側に大きくなるに伴いヒータの通電率が低くなるようにその通電率を調節するヒータの通電率調節部と、これにより調節された新通電率と設定温度における設定通電率とを比較し、新通電率の設定通電率に対する通電率差を検出する通電率比較部と、その通電率差が負側にシフトして、新通電率が設定通電率より低くなったとき、冷却用ファンを駆動して制御対象を冷却するファン駆動制御手段とを備えて構成されるので、冷却用ファンの駆動を開始するときの熱風の温度を予め設定する必要がなく、手間が省けるほか、温度制御の操作性及び信頼性を向上させることができる。
また、制御対象の温度が設定温度より少し上昇し始めた段階から、早めに温度制御を行うので、温度制御を迅速、容易に、且つ、精度よく行うことが可能になる。
また、制御装置も特別な部品、回路を必要としないので、構造が簡単になり、安価に得ることができる。
更に、冷却用ファンを常時駆動させて制御対象の温度を制御する必要がなくなり、電力消費量を節減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す温度制御装置で、リフロー半田付け用加熱炉の熱風の温度制御に適用した構成図である。
【図２】図１の温度制御装置において、熱風の検出温度の設定温度に対する温度差とヒータの通電率との関係を示すグラフである。
【図３】図１の温度制御装置の作動に関する流れ図である。
【図４】従来の温度制御装置として、プラスチック押出機のシリンダの温度制御に適用した例を示す構成図である。
【図５】従来の温度制御装置として、リフロー半田付け用加熱炉の熱風の温度制御に適用した例を示す構成図である。
【符号の説明】
９      リフロー半田付け用加熱炉
１０    加熱室
１１    パネルヒータ
１２    棒状のヒータ
１３    還流ファン
１４    回路基板
１５    温度センサ
１７    冷却用ファン
１８    温度比較部
１９    温度設定部
２０    ヒータの通電率調節部
２１    半導体スイッチ
２２    ヒータ通電制御手段
２３    通電率比較部
２４    ファン駆動制御用手段
【図１】
0004435394.tif 000002
【図２】
0004435394.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004435394.tif 000005
【図５】
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