JP4685992B2 - はんだ付け装置及びはんだ付け方法並びにはんだ付け用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、処理のための複数のゾーン内にはんだ対象物を移送しつつはんだ付けを行うはんだ付け装置及びはんだ付け方法並びにはんだ付け用プログラムに関する。

処理のための複数のゾーン内にはんだ対象物を移送しつつはんだ付けを行う方式が採用されている。この種のはんだ付けを行うには、はんだ対象物である基板の位置と、その位置での基板の温度を検出し、それらの検出情報に基づいて基板を加熱する温度を制御する必要がある。

特許文献１には、基板が所定の位置に到達したことを基板到達センサで検出し、前記所定の位置に到達した基板の温度を温度センサーで検出し、前記温度センサに同期させて、基板をヒータで加熱する技術、いわゆるフィードバック制御の技術が開示されている。

特許文献２には、基板の初期温度のデータに基づいて、所望の温度プロファイルが得られるようにヒータの温度を制御する技術が開示されている。

特許文献３には、基板が炉内に搬入される時点から基板の温度測定を実質的に開始し、コンベアの動作量に同期して作動するパルスカウンタからの信号により炉内における基板位置との関係で温度センサによる基板の温度を測定する技術が開示されている。

特許文献４には、基板の位置情報から炉内の気流を予測して、ガスの流れを制御する技術が開示されている。

特開平１−１４７２８１号公報 特開平４−３７１３６５号公報 特開平９−７４２７０号公報 特開２０００−２７７９０５号公報

基板温度センサの信号によりヒータの出力量をフィードバック制御する際、炉内の温度は基板の搬入に伴って、基板の熱量分だけ急激に低下する。しかしながら、特許文献１では、炉内の温度が急激に低下した後、炉内の温度を制御する場合、基板が炉の熱量の一部を奪うことを考慮に入れていないため、炉内温度の高低の変化の度合いが大きくなり、そのため、基板に搭載された耐熱性が弱い部品では、炉内の温度変化によって破壊される場合がある。また、特許文献１では、炉内を加熱する時期が遅れることとなる。

特許文献２では、特許文献１と同様に温度制御を行っているが、特許文献２では、基板の温度のデータに基づいて、所望の温度プロファイルが得られるようにヒータの温度を制御している点で特許文献１と相違している。

しかし、特許文献２では、特許文献１と同様に、炉内に搬入された時点での炉内の温度を調整していないため、炉内温度の急激な変化を抑えるには限界がある。

特許文献３では、コンベアの動作量に同期して出力されるパルスカウンタからの信号で炉内の基板位置との関係で基板の温度測定を行うことは可能であるが、基板が炉内に搬入された時点での炉内温度に、前もって求めた基板の熱量を加味した温度制御をすることは不可能である。

特許文献４では、基板の位置情報を、基板の投入と炉内での基板搬送動作とから演算しているが、基板が炉内に搬入された時点での炉内温度に、前もって求めた基板の熱量を加味した、温度制御をすることは不可能である。

本発明の目的は、炉内に搬入されるはんだ対象物の熱量を加味して、温度制御を行うはんだ付け装置及びはんだ付け方法並びにはんだ付け用プログラムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るはんだ付け装置は、相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出する位置算出部と、
前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出する熱量算出部と、
前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御する温度管理部とを有すること特徴とするものである。

すなわち、本発明は、フィードバック制御を行う前に、対象ゾーンの熱量を算出される熱量に基づいて調整することで対象ゾーンの温度制御を行う、いわゆるフィードフォワード制御を行うことで、対象ゾーン内での急激な温度の変化を抑えるものである。

以上の説明では、本発明をハードウエアとしてのはんだ付け装置として構築したが、本発明をはんだ付け方法として構築してもよいものである。さらには、本発明をハンダ付け装置に装備したコンピュータを駆動制御することではんだ付け装置としての機能を実行させるソフトウエアとしてのはんだ付け用プログラムとして構築してもよいものである。

本発明をはんだ付け方法として構築した場合、本発明に係るはんだ付け方法は、相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出し、
前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出し、
前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御する構成として構築する。

また、本発明に係るはんだ付け用プログラムは、はんだ付け装置に装備したコンピュータに、
相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出する機能と、
前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出する機能と、
前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御する機能とを実行させる構成として構築する。

本発明によれば、被加熱物を熱処理する対象ゾーンの温度制御での初期温度に、被加熱物の熱量を加味して、対象ゾーンの温度制御を行うため、対象ゾーンの温度の安定性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

先ず、実施形態と特許文献１及び２に開示された技術との相違点を明確にする。はんだ付け装置では図１に示すように、相互に連通した複数のゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎが配置される。複数のゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎが、１つの炉内に相互に仕切られて設けられている、或いは各ゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎが個別独立した炉でそれぞれ構成されていてもよいものである。なお、各ゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎが個別独立した炉で構成されている場合、隣接する炉相互の接続箇所が大気から隔離され、炉内の温度が大気温度に左右されないように構成することが望ましいものである。また、相互に連通した複数のゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎの個数は図示したものに限定されるものではなく、処理内容に応じて個数は変動するものであり、２以上のゾーンを組み合わせた構成であれば、いずれのものであってもよい。以下の説明では、被加熱物３としてはんだ対象物を用いた場合を例にとって説明する。

相互に連通したゾーン１_１，１_２，１_３，・・・１_ｎには、コンベア２が配置されている。コンベア２は、はんだ対象物３を搭載して、その搭載したはんだ対象物３を各ゾーン１_１，１_２，１_３，・・・１_ｎに順次移送する。コンベア２は、一連に連結したコンベア、或いは個々に分離され、はんだ対象物３を移し替えることで、複数のゾーン１_１，１_２，１_３，・・・１_ｎ内に順次移送する構成のコンベアであってもよい。コンベア２は、無端状チェーン或いは無端状ベルトなどから構成されているが、これに限られるものではない。要は、コンベア２としては、はんだ対象物３を搭載してゾーン１_１、１_２、１_３、・・・１_ｎ内に順次移送できる構成のものであれば、いずれのものであってもよい。また、最初にはんだ対象物３が搬入されるゾーン１_１には、その入口にはんだ対象物３の搬入を検出するセンサＳが取り付けられている。なお、センサＳには、はんだ対象物３の長さ方向（はんだ対象物３の搬送方向での長さ寸法）を計測する機能を付加されている。また、コンベア２で搬送する被加熱物としてはんだ対象物３を用いたが、これに限られるものではない。被加熱物としては、ゾーン内で熱処理されるものであれば、はんだ対象物３以外のものであってもよいものである

図１において、内部の温度を制御する必要があるゾーンを対象ゾーン１_２とし、対象ゾーン１_２には、前段に位置する前ゾーン１_１を通してはんだ対象物３が搬入されるものとする。また、図２において、時間Ｔ１からＴ３の範囲において、実線で示す温度プロファイルＰ１は従来例に係る温度プロファイルを示しており、点線で示す温度プロファイルＰ２は本発明の実施形態に係る温度プロファイルを示している。

図２及び図３に示すように、特許文献１及び２と、本発明の実施形態とは、はんだ対象物３が前ゾーン１_１から対象ゾーン１_２に搬入される時点がＴ１であり、このはんだ対象物３の搬入時点は共通している。しかし、対象ゾーン１_２へのはんだ対象物３の搬入を検出することで温度制御を開始した後にヒータなどの調温器７から出力値が出力される時点がＴ３であり、この出力値が出力される時点は、本発明の実施形態と異なる。

図２及び図３から明らかなように、従来例の温度プロファイルＰ１では、温度制御を開始する時点Ｔ１と、調温器７からの出力値が出力される時点Ｔ３との間には、タイムラグＴ２が存在する。タイムラグＴ２を短縮するには限界がある。何故ならば、温度制御を行うために、はんだ対象物３の位置情報、はんだ対象物の温度測定などに要する時間に加えて、それらの情報に基づいて温度制御量を算出することでヒータを駆動するまでに要する時間が必要であり、しかも、調温器７及び各種の測定機器の応答性などを考慮すると、タイムラグＴ２が生じてしまうためである。したがって、タイムラグＴ２を前提として対象ゾーン１_２内の温度制御を行う必要がある。

特許文献１及び２の温度制御では図２に実線で示す温度プロファイルＰ１のように、タイムラグＴ２後に調温器７から出力値Ｏ１が出力されるため、タイムラグＴ２の期間中に、対象ゾーン１_２内の温度が搬入されたはんだ対象物３で奪われ、図３に示すように対象ゾーン１_２内の温度Ｕ１が急激に低下する。急激に低下した対象ゾーン１_２内の温度Ｕ１を初期温度として温度制御を行うと、急激に低下した温度を処理温度Ｕ２まで回復させるために大量の熱量を必要とする。大量の熱量を付加することで温度制御を行うと、対象ゾーン１_２内の温度は処理温度Ｕ２を超えて異常な温度Ｕ３まで上昇する。

したがって、特許文献１及び２では、対象ゾーン１_２内での最低温度Ｕ１と最高温度Ｕ３との変化の範囲が極めて高く、はんだ対象物３が急激な温度変化の雰囲気に曝されることとなる。このように、対象ゾーン１_２内での温度変化が急激に引き起こされると、はんだ付けに影響を与えてしまうこととなる。また、はんだ対象物３が耐熱性に弱い部品である場合には、大きな温度変化で破壊される場合もある。

しかし、特許文献２では、基板により炉内温度が下がることを考慮しておらず、さらには炉内を加熱するタイミングを考慮していない。特許文献２では、特許文献１と同様に、タイムラグＴ２の期間中において、炉内に搬入された時点での炉内の初期温度を基板の熱量で調整するものではなく、調温器７からの出力値が出力される時点Ｔ３において、調温器７から出力される出力値Ｏ１をはんだ対象物３の熱量に基づいて調整するものである。

したがって、特許文献２では特許文献１と同様に、タイムラグＴ２後に調温器７から図２に実線で示す温度プロファイルＰ１のように、調温器７から出力値Ｏ１が出力されるため、タイムラグＴ２の期間中に、対象ゾーン１_２内の温度が搬入されたはんだ対象物３で奪われ、図３に実線で示すように、対象ゾーン１_２内の温度Ｕ１が急激に低下する。特許文献２において、前もって求めたはんだ対象物３の熱量を参照したとしても、急激に低下した温度を処理温度Ｕ２まで回復させるために大量の熱量を必要とする。大量の熱量を付加することで温度制御を行うと、対象ゾーン１_２内の温度は処理温度Ｕ２を超えて異常な温度Ｕ３まで上昇するものであり、前もって求めたはんだ対象物３の熱量を参照したとして、大量の熱量を付加する初期の最低温度が異常に低いものであれば、異常な最高温度Ｕ３を低下させる程度は微々たるものである。したがって、以上で説明した問題を解決するには至らないものである。

本発明の実施形態は図２に点線で示す温度プロファイルＰ２のように、はんだ対象物３の熱量を算出し、温度制御の開始時での対象ゾーン１_２の熱量をはんだ対象物３の熱量に基づいて調整し、その調整後の熱量に基づいた調温器７からの出力値Ｏ２を出力することを特徴とするものである。

以下の説明では、温度制御の開始時を図２のＴ１、すなわち、はんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入される際、温度制御の開始時での対象ゾーン１_２の熱量をはんだ対象物３の熱量に基づいて調整し、その調整後の熱量に基づいて調温器７からの出力値Ｏ２を出力することを前提として説明する。なお、対象ゾーン１_２の熱量をはんだ対象物３の熱量に基づいて調整を開始する時点は、対象ゾーン１_２へのはんだ対象物３の搬入時点に限られるものではない。

図１において、処理するためのゾーン、すなわちリフローによるはんだ付け処理を行うゾーン（以下、対象ゾーンという）をゾーン１_２とし、対象ゾーン１_２の前段に位置するゾーン１_１を前ゾーン１_１として説明する。はんだ対象物３はコンベア３に搭載されて、前ゾーン１_１を通して対象ゾーン１_２に搬入される。

実施形態に係るはんだ付け装置は図１に示すように、位置算出部４と、熱量算出部５と、温度管理部６と、を有している。

位置算出部４は、相互に連通した処理のための複数のゾーン１_１，１_２，１_３，・・・１_ｎ内にはんだ対象物３を順次移送するコンベア２の動作情報に基づいて、はんだ対象物３の位置を算出する。位置算出部４は、特許文献３に示されるように、コンベアの動作量に同期してパルスカウンタから発信されるパルス数をカウントすることで、ゾーン１_１，１_２，１_３，・・・１_ｎ内におけるはんだ対象物３の位置を計測する。なお、位置計測部４は、特許文献３に記載された方式以外の方式、例えば各ゾーンに設置した位置センサではんだ対象物３の位置を算出するようにしてもよいものである。

熱量算出部５は、ゾーンに搬入される前記はんだ対象物の熱量を算出する。具体的に説明すると、熱量算出部５は、はんだ対象物３の熱量を、はんだ対象物３が搬入される対象ゾーン１_２と対象ゾーン１_２の前段に位置する前ゾーン１_１との温度差と、はんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）と、対象ゾーン１_２の熱量を調整するための閾値となる係数との積に基づいて算出する。

以下、式を用いて具体的に説明する。前ゾーン１_１及び対象ゾーン１_２内をコンベア２を中心として上下に分け、対象ゾーン１_２内の上部１_２ａでの温度設定値をＸ、前ゾーン１_１内の上部１_１ａでの温度設定値をＸ´、対象ゾーン１_２の下部１_２ｂでの温度設定値をＸ´´とする。

熱量算出部５は図４に示すように、記憶しているコンベア２の最大幅寸法Ｌ_maxと、熱量算出時におけるコンベア２で搬送されるはんだ対象物３の幅寸法Ｌとの幅寸法比を式（１）で求める。幅寸法Ｌ_maxと幅寸法Ｌとの幅寸法比は、対象ゾーン１_１に対するはんだ対象物３の大きさの割合を示している。
Ｌ／Ｌ_max （１）

図４において、コンベア２の最大幅寸法Ｌ_maxとはんだ対象物３の幅寸法Ｌとが一致する場合、すなわち、コンベア２の幅が固定されている場合、はんだ対象物３の幅寸法比Ｌ／Ｌ_maxは”１”となる。また、コンベア２の幅寸法がはんだ対象物３の幅寸法に応じて調整可能である場合、はんだ対象物３の幅寸法比は、Ｌ／Ｌ_maxとして表される。なお、以上の説明では、はんだ対象物３の幅寸法比を、コンベア２の幅寸法を基準として設定したが、これに限られるものではない。はんだ対象物３の幅寸法比を、コンベア２の幅寸法に代えて、対象ゾーン１_２がはんだ対象物３を受け入れる搬入口の幅寸法を基準として設定してもよい。この場合、対象ゾーン１_２の搬入口の最大幅寸法Ｌ_maxとはんだ対象物３の幅寸法Ｌとが一致する場合、すなわち対象ゾーン１_２の搬入口の幅が固定されている場合、はんだ対象物３の幅寸法比Ｌ／Ｌ_maxは”１”となる。また、対象ゾーン１_２の搬入口の幅寸法がはんだ対象物３の幅寸法に応じて調整可能である場合、はんだ対象物３の幅寸法比は、Ｌ／Ｌ_maxとして表される。なお、以下の説明では、はんだ対象物３の幅寸法比を、対象ゾーン１_２の搬入口の幅寸法（以下、対象ゾーン１_２の幅寸法という）を規準として表す場合について説明する。

熱量算出部５は、前ゾーン１_１と対象ゾーン１_２との温度差を正の偏差として算出する。そして、熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より大きいか、等しい場合、すなわち、Ｘ≧Ｘ´である場合、
温度差Ａ＝Ｘ−Ｘ´ （２）
を求める。

熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より小さい場合、すなわち、Ｘ＜Ｘ´である場合、
温度差Ａ＝０ （３）
とする。

次に、熱量算出部５は、対象ゾーン１_２内の上部１_２ａでの温度設定値Ｘと、対象ゾーン１_２内の下部１_２ｂでの温度設定値Ｘ´´の温度差を正の偏差として算出する。対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、対象ゾーン１ _２ に対する前ゾーン１ _１ の下部１ _１ｂ での温度設定値Ｘ´´より大きいか、等しい場合、すなわち、Ｘ≧Ｘ´´である場合、
温度差Ａ´＝Ｘ−Ｘ´´ （４）
を求める。

次に、熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の熱量を調整するための閾値となる係数Ｂを求める。係数Ｂを求めるにあたっては、対象ゾーン１_２内の上部１_２ａでの温度設定値Ｘと、対象ゾーン１_２に対する前ゾーン１_１の下部１_１ｂでの温度設定値Ｘ´´との差（温度差Ａ´＝Ｘ−Ｘ´´）が３０℃以上の温度差である場合、その温度差Ａ´を無視する。なお、前記規準となる３０℃は一例であって、はんだ対象物３の種類によって適宜変更してもよいものである。

具体的に説明すると、熱量算出部５は、温度差Ａ´が−３０℃より大きく３０℃より小さい場合、すなわち、|Ａ´｜＜３０の場合、
係数Ｂ＝（Ａ´＋３０）／６０ （５）
を求める。

熱量算出部５は、温度差Ａ´が３０℃より大きいか、等しい場合、すなわち、Ａ´´≧３０の場合、
係数Ｂ＝１．０ （６）
とする。

熱量算出部５は、温度差Ａ´が−３０℃より小さいか、等しい場合、すなわち、Ａ´≦−３０の場合、
係数Ｂ＝０ （７）
とする。

熱量算出部５は、はんだ対象物３の熱量を、はんだ対象物３が搬入される対象ゾーン１_２と対象ゾーン１_２の前段に位置する前ゾーン１_１との温度差Ａと、対象ゾーン１_１の幅に対するはんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）と、対象ゾーン１_２の熱量を調整するための閾値となる係数Ｂとの積である式（８）に基づいて算出する。
はんだ対象物３の熱量ＭＶ´＝Ａ×Ｂ×（Ｌ／Ｌ_max） （８）

温度管理部６は、対象ゾーン１_２の熱量を熱量算出部５で算出されるはんだ対象物３の熱量に基づいて調整することで、対象ゾーン１_２内の温度制御を行う。さらに、温度管理部６は、図２に点線で示す温度プロファイルＰ２での時間Ｔ４が経過した時点、すなわち、はんだ対象物３の先端部が炉に搬入したことをセンサＳの検出信号に基づいて検出した時点からはんだ対象物３の後端部を検出する時点までを検出する時間検出部９を備えている。

次に、図２を用いて温度管理部６の機能を詳細に説明する。位置算出部４が、位置情報に基づいてはんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入されたことを算出すると、温度管理部６は、図２に点線で示す温度プロファイルＰ２における対象ゾーン１_２内の温度制御の開始時点Ｔ１付近、すなわちはんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入される際、対象ゾーン１ _２ の幅寸法Ｌに応じて求めた出力量ＭＶに、熱量算出部５で算出したはんだ対象物３の熱量ＭＶ´を加算した出力値（式（９））Ｏ２を目標値として、調温器７から出力させることで、対象ゾーン１_２の温度を制御する。対象ゾーン１_２内の温度制御を行う場合、時間Ｔ２があるため、調温器７からの出力値Ｏ２が出力される時期を、対象ゾーン１_２内の温度制御の開始時点Ｔ１の直前に設定してもよいものである。要は、調温器７からの出力値Ｏ２が出力される時期は、対象ゾーン１_２内の温度制御の開始時点Ｔ１の直前を含む、はんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入される際に設定されていればよいものである。
出力値＝ＭＶ＋ＭＶ´ （９）

温度管理部６は、図２に点線で示す温度プロファイルＰ２における時間Ｔ４が経過したとき、熱量算出部５での算出されるはんだ対象物３の熱量ＭＶ´を出力量ＭＶに加算せずに、式１０に示す出力値で対象ゾーン１_２内での温度を制御する。はんだ対象物３は、対象ゾーン１_２内に搬入されると、対象ゾーン１_２内の熱を奪って保有するため、時間Ｔ２の期間が経過した後、はんだ対象物３の熱量ＭＶ´を加算せずとも、対象ゾーン１_２での温度変化に影響を与える割合が減少する。
出力値＝ＭＶ （１０）

以上の実施形態では、ハードウエアとしてのはんだ付け装置として構築したが、これに限られるものではない。ソフトウエアとしてのはんだ付け用プログラムとしての実施形態として構築してもよいものである。はんだ付け用プログラムとしての実施形態では、はんだ付け装置に装備したコンピュータに、相互に連通した処理のための複数のゾーン内にはんだ対象物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記はんだ対象物の位置を算出する機能（位置算出部）と、前記はんだ対象物の熱量を算出する機能（熱量算出部）と、算出された前記はんだ対象物の位置情報を受けて、前記対象ゾーンの熱量を前記算出されるはんだ対象物の熱量に基づいて調整することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する機能（温度管理部）と、を実行させる構成として構築する。

次に、実施形態に係るはんだ付け装置を用いてはんだ付け方法を実施する場合を図２，図３，図５及び図６に基づいて説明する。

対象ゾーン１_２の前段に位置する前ゾーン１_１内を通過するはんだ対象物３の位置が位置算出部４で算出される(図５のステップＳ１)。熱量算出部５は、はんだ対象物３が前ゾーン１_１から対象ゾーン１_２に搬入される直前に位置に達した時点、或いは対象ゾーン１_２に搬入された時点での位置情報を位置算出部４から受けると、はんだ対象物３が搬入される対象ゾーン１_２と前ゾーン１_１との温度差Ａと、はんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）と、対象ゾーン１_２の熱量を調整するための閾値となる係数Ｂとの積（式（９））で、はんだ対象物３の熱量を算出する（図５のステップＳ２）。

具体的に説明すると、先ず熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より大きいか、等しい場合、すなわち、Ｘ≧Ｘ´であるか、或いは対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より小さい場合、すなわち、Ｘ＜Ｘ´であるかを判断する（図５のステップＳ３）。

熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より大きいか、等しい場合、すなわち、Ｘ≧Ｘ´である場合、式（２）で示される温度差Ａ＝Ｘ−Ｘ´を求める（図５のステップＳ３）。

熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、前ゾーン１_１の上部１_１ａでの温度設定値Ｘ´より小さい場合、すなわち、Ｘ＜Ｘ´である場合、式（３）で示すように、温度差Ａ＝０とする（図５のステップＳ３）。

次に、熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の上部１_２ａでの温度設定値Ｘが、対象ゾーン１_２の下部１_２ｂでの温度設定値Ｘ´´より大きいか、等しい場合、すなわち、Ｘ≧Ｘ´´である場合、式（４）で表される温度差Ａ´＝Ｘ−Ｘ´´を求める（図５のステップＳ４）。

次に、熱量算出部５は、対象ゾーン１_２の熱量を調整するための閾値となる係数Ｂを求める（図５のステップＳ５）。

熱量算出部５は、温度差Ａ´が３０より小さい場合、すなわち、｜Ａ´｜＜３０の場合、式（５）で表される係数Ｂ＝（Ａ´＋３０）／６０を求める。そして、熱量算出部５は、求めた係数Ｂ＝（Ａ´＋３０）／６０と、温度差Ａと、対象ゾーン１_１の幅に対するはんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）との積（式（８））に基づいて、はんだ対象物３の熱量を算出する（図５のステップＳ７）。

熱量算出部５は、温度差Ａ´が３０より大きいか、等しい場合、すなわち、Ａ´≧３０の場合、式（６）での係数Ｂ＝１．０に設定する。そして、熱量算出部５は、求めた係数Ｂ＝１と、温度差Ａと、対象ゾーン１_２の幅に対するはんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）との積（式（８））に基づいて、対象ゾーン１_２の幅に対するはんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）に応じた熱量を算出する（図５のステップＳ８）。
とする。

熱量算出部５は、温度差Ａ´が−３０より小さいか、等しい場合、すなわち、Ａ´≦−３０の場合、式（７）での係数Ｂ＝０に設定する。

温度管理部６は、図５のステップＳ７及びＳ８において熱量算出部５で算出されるはんだ対象物３の熱量と、位置算出部４からのはんだ対象物３の位置情報とを受けて、対象ゾーン１_２内の温度をフィードフォワード制御する。以下の説明では、温度管理部６は、ＰＩＤ（Proortinal Integral Derivatetive；ＰＩＤ）制御のうち、Ｐ制御（比例制御）を行うことで、対象ゾーン１_２内の温度をフィードフォワード制御を行う場合について説明する。

温度管理部６は、対象ゾーン１_２へ供給するための熱量を入力値、前記入力値に基づいて制御された対象ゾーン１_２内での熱量を出力値とし、目標値として、対象ゾーン１２の熱量に熱量算出部５で算出される熱量を加算した熱量を設定し、前記入力値を前記出力値と前記目標値との偏差の一次関数として制御することで、対象ゾーン１２内の温度を制御する。以下、具体的に説明する。

すなわち、温度管理部６は、位置算出部４が算出する位置情報に基づいてはんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入されたことを検出すると、図２に点線で示す温度プロファイルＰ２における対象ーン１_２のフィードフォワード制御の開始時点Ｔ１付近、すなわち、はんだ対象物３が対象ゾーン１_２に搬入される際、対象ゾーン１_２の幅に対するはんだ対象物３の幅寸法比（Ｌ／Ｌ_max）に応じて求めた出力量ＭＶに、熱量算出部５で算出したはんだ対象物３の熱量ＭＶ´を加算した出力値（式（９））Ｏ２をＰ制御の目標値として設定する。

次に、温度管理部６は図６（ａ）に示すように、温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃから出力される検出信号に基づいて、対象ゾーン１_２へ供給するための入力値としての熱量を、出力値としての対象ゾーン１_２の熱量と前記目標値である熱量値との偏差の一次関数として制御することで、対象ゾーン１_２内の温度を制御（フィードフォワード制御）を行う（図５のステップＳ９）。図６（ａ）に示すように、Ｐ（比例帯定数）＝出力値ＭＶ´に設定する。
出力値＝ＭＶ＋ＭＶ´ （９）

温度管理部６は、図２に点線で示すプロファイルＰ４における時間Ｔ４が経過した時点（閾値時間が経過したことを認識した時点）を時間検出部９からの出力値に基づいて認識したとき（図５のステップＳ１０）、熱量算出部５での算出されるはんだ対象物３の熱量ＭＶ´を出力量ＭＶに加算せずに、式１０に示す出力値で対象ゾーン１_２内での温度をフィードバック制御することで、図３に示すように対象ゾーン１_２内の温度をはんだ付け温度に最適な処理温度Ｕ２に安定させる（図５のステップＳ１１）。
出力値＝ＭＶ （１０）

実施形態によれば、対象ゾーン内の温度制御での初期温度に、対象ゾーン内に搬入されるはんだ対象物の熱量を加味して、温度制御を行うため、対象ゾーンの温度の安定性を向上させることができる。

実施形態によれば、対象ゾーン内の温度を制御する際に、はんだ対象物が搬入される前の対象ゾーンの熱量に熱量算出部で算出した熱量を加算した温度を初期温度として温度制御を開始するため、図３に点線で示すように対象ゾーン内での最低温度Ｕ４と最高温度Ｕ５との変化の範囲が極めて小さく抑えることができる。

実施形態によれば、図３に点線で示すように対象ゾーン内での最低温度Ｕ４と最高温度Ｕ５との変化の範囲が極めて小さく抑えることができ、はんだ対象物３が急激な温度変化の雰囲気に曝されることを回避できる。したがって、はんだ付けを良好な環境で行うことができるばかりでなく、はんだ対象物が耐熱性に弱い部品である場合であっても、温度変化による破壊から保護することができる。

実施形態によれば、対象ゾーン内の温度を制御する際に、はんだ対象物が搬入される前の対象ゾーンの熱量に熱量算出部で算出した熱量を加算した温度を初期温度として温度制御を開始するため、図３に点線で示すように対象ゾーン内での最低温度Ｕ４が処理温度Ｕ２に対して低下する度合いが極めて低く、図３に点線で示すように対象ゾーンの温度制御を行う際に生じるオーバシュート現象を短期間内で抑制できる。したがって、はんだ付け対象物に無理な負荷を与えることを避けることができる。

実施形態によれば、対象ゾーン内の温度を制御する際に、はんだ対象物が搬入される前の対象ゾーンの熱量に熱量算出部で算出した熱量を加算した温度を初期温度として温度制御を開始するため、はんだ対象物の容量の大小に拘わらず、対象ゾーン内での温度の安定性が向上するため、熱量の大きいはんだ対象物に対しても対象ゾーン内の温度を安定させることができる。

実施形態によれば、はんだ対象物が搬入される対象ゾーンと対象ゾーンの前段に位置する前ゾーンとの温度差と、はんだ対象物の搬入量と、対象ゾーンの熱量を調整するための閾値となる係数との積で、はんだ対象物の熱量を算出することにより、対象ゾーン内に搬入されるはんだ対象物の熱量を正確に算出することができる。

以上説明した実施形態では、温度管理部６は図６（ａ）に示すように、対象ゾーン１_２へ供給するための熱量を入力値、前記入力値に基づいて制御された対象ゾーン１_２内での熱量を出力値とし、目標値として、対象ゾーン１_２の熱量に熱量算出部５で算出される熱量を加算した熱量を設定し、前記入力値を前記出力値と前記目標値（ＭＶ＋ＭＶ´）との偏差の一次関数として制御することで、対象ゾーン１_２内の温度を制御する、いわゆるＰ制御を行う場合について説明したが、これに限られるものではない。

温度管理部６は図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示すＰ制御（一次関数での制御）に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の積分に比例して前記入力値を積分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、すなわちＰＩ制御を行うことで、対象ゾーン１_２内の温度をフィードバック制御するようにしてもよいものである。図６（ｂ）に示すＰＩ制御の場合、対象ゾーン１_２の熱量に熱量算出部５で算出される熱量を加算した熱量をフィードフォワード制御の目標値として設定することは同様であるが、フィードバック制御の開始時点での出力値を前記目標値の１／２に設定し、前記目標値と前記出力値との偏差の積分に比例して前記入力値を積分動作で変化させる制御を併用することで、前記目標値の熱量（ＭＶ＋ＭＶ´）まで温度制御する。図６（ｂ）では、積分時間をｉに設定している。

或いは温度管理部６は図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）に示す一次関数での制御（Ｐ制御）、及び前記積分動作での制御（Ｉ制御）に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の微分に比例して前記入力値を微分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する（ＰＩＤ制御）にしてもよいものである。図６（ｃ）に示すように、ＰＩＤ制御では、微分時間ｄでの微分動作により前記入力値が急峻に立ち上がり、時間の経過と共に曲線を描いて徐々に変化する。

また、熱量算出部５は、ゾーン１_１が対象ゾーンの場合、対象ゾーン１_１の前に仮想ゾーンを仮想し、その仮想ゾーンの設定温度を３０℃又は加熱装置の外温度（常温・常圧の下で２５℃）に設定することで、はんだ対象物３の熱量を算出するようにしてもよいものである。また、熱量算出部５は被加熱物３の容量を算出する際に、温度差の閾値として３０℃または−３０℃を設定したが、この温度に限定されるものではなく、想定される被加熱物３の容量に応じて種々変更する。

本発明によれば、はんだ対象物の熱量の大小に拘わらず、対象ゾーン内での温度を安定させてはんだ付けを行うことができる。

本発明の実施形態に係るはんだ付け装置を示す構成図である。 実施形態と従来技術とにおける温度プロファイルを示す特性図である。 実施形態と従来技術とにおける対象ゾーン内での温度変化状態を示す特性図である。 はんだ対象物の搬入量を算出する状態を模式化して示す斜視図である。 実施形態におけるはんだ付け方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態におけるフィードフォワード制御を説明する図である。

１_１〜１_ｎ ゾーン
２ コンベア
３ はんだ対象物
４ 位置算出部
５ 熱量算出部
６ 温度管理部

Claims (12)

1. 相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出する位置算出部と、
   前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出する熱量算出部と、
   前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御する温度管理部とを有することを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記温度管理部は、前記対象ゾーンへ供給するための熱量を入力値、前記入力値に基づいて制御された前記対象ゾーン内での熱量を出力値とし、目標値として、前記対象ゾーン内の熱量に前記熱量算出部で算出される熱量を加算した熱量を設定し、前記入力値を前記出力値と前記目標値との偏差の一次関数として制御することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記温度管理部は、前記一次関数での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の積分に比例して前記入力値を積分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項２に記載のはんだ付け装置。
4. 前記温度管理部は、前記一次関数での制御、及び前記積分動作での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の微分に比例して前記入力値を微分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項３に記載のはんだ付け装置。
5. 相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出し、
   前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出し、
   前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御することを特徴とするはんだ付け方法。
6. 前記対象ゾーン内へ供給するための熱量を入力値、前記入力値に基づいて制御された前記対象ゾーン内での熱量を出力値とし、目標値として、前記対象ゾーン内の熱量に前記熱量算出部で算出される熱量を加算した熱量を設定し、前記入力値を前記出力値と前記目標値との偏差の一次関数として制御することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項５に記載のはんだ付け方法。
7. 前記一次関数での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の積分に比例して前記入力値を積分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項５に記載のはんだ付け方法。
8. 前記一次関数での制御、及び前記積分動作での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の微分に比例して前記入力値を微分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する、請求項７に記載のはんだ付け方法。
9. はんだ付け装置に装備したコンピュータに、
   相互に連通した熱処理のための複数のゾーン内に被加熱物を順次移送するコンベアの動作情報に基づいて、前記被加熱物の位置を算出する機能と、
   前記被加熱物が搬入される対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が、当該対象ゾーンの前段に位置する前ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値より大きいか、等しい場合に、前記温度設定値の温度差Ａを求め、前記対象ゾーン内の前記コンベアより上部での温度設定値が前記前ゾーン内の前記コンベアより下部での温度設定値より大きいか、等しい場合、前記温度設定値の温度差Ａ´を求め、前記温度差Ａ´の絶対値が規準温度より小さい場合であって、前記温度差Ａ´が規準温度よりも大きいか、等しい場合、前記対象ゾーン内の熱量を調整するための閾値となる係数を１．０とし、前記温度差Ａ´が規準温度よりも小さいか、等しい場合、前記係数を０とし、前記温度差Ａと、前記係数と、前記対象ゾーンの被加熱物を受け入れる搬入口の幅寸法或いは前記コンベアの幅寸法に対する被加熱物の幅寸法比との積により、前記被加熱物の熱量を算出する機能と、
   前記対象ゾーンの幅寸法に応じて求めた前記対象ゾーン内の熱量に、前記熱量算出部が算出した被加熱物の熱量を加算することにより、前記被加熱物が搬入される際における前記対象ゾーン内の温度を制御する機能とを実行させることを特徴とするはんだ付け用プログラム。
10. 前記コンピュータに、
    前記対象ゾーン内へ供給するための熱量を入力値、前記入力値に基づいて制御された前記対象ゾーン内での熱量を出力値とし、目標値として、前記対象ゾーン内の熱量に前記熱量算出部で算出される熱量を加算した熱量を設定し、前記入力値を前記出力値と前記目標値との偏差の一次関数として制御することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する機能を実行させる、請求項９に記載のはんだ付け用プログラム。
11. 前記コンピュータに、
    前記一次関数での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の積分に比例して前記入力値を積分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する機能を実行させる、請求項９に記載のはんだ付け用プログラム。
12. 前記コンピュータに、
    前記一次関数での制御、及び前記積分動作での制御に加えて、前記目標値と前記出力値との偏差の微分に比例して前記入力値を微分動作で変化させる制御を併用することで、前記対象ゾーン内の温度を制御する機能を実行させる、請求項９に記載のはんだ付け用プログラム。

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