JP5360182B2 - 樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂封止装置、特に、金型ヒータ電源の制御を行う樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法に関する。

従来、加熱することにより樹脂を成形する装置において、成形を中断した場合の加熱部の温度制御として、例えば特許文献１には、成形中断時の加熱筒の温度を制御する方法が記載されている。この方法では、加熱筒の設定温度を第１設定値と、第１設定値よりも低い第２設定値との間で切り替えることで、成形の再開時には自動的に元の成型時の温度に戻し、樹脂の可塑化を促進している。

特開平０８−１３２５０１号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、加熱筒の設定温度が第２設定値よりも低くなることがないので、電力の消費量を十分に節約できないという問題があった。

一方、樹脂封止装置においては、多品種少量生産であれば、生産状態と待機状態とを頻繁に繰り返すことが多い。また、大量生産の場合においても、材料待ちなどで長時間の待機状態（数時間レベル）を繰り返すことがある。

この場合は、待機状態の時間により、作業者の判断で金型および基板予熱部のヒータ電源をオンの状態のまま待機状態を維持することがあった。また、金型および基板予熱部のヒータ電源をオフにした後、生産開始時間までに昇温を完了するように温度調整する金型ヒータについてはタイマー設定をおこない、基板予熱部ヒータについては所定時間前に作業者が制御盤内の電源ブレーカーを操作することで電源をオンすることもあった。

しかし、前述の方法では、作業者によってヒータ電力削減量や生産再開時間にバラツキが生じる問題があった。

本発明は、前記課題を解決するため、待機時の消費電力、特に、金型ヒータの消費電力を削減できる樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法を提供することを課題とする。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
金型ヒータを有する金型と、前記金型に基板を供給する材料供給ユニットと、前記材料供給ユニットの基板を前記金型に搬入すると共に、前記金型から成形された基板を搬出する搬送ユニットと、生産を中断中の前記金型の待機時間中に、前記金型ヒータをオフにした後、前記待機時間の経過前に前記金型が所定温度に達するように前記金型ヒータをオンする制御手段とを備えた樹脂封止装置において、
前記制御手段は、生産を中断中の前記金型の待機時間から前記金型の昇温時間を差し引いた前記金型ヒータの加熱待機時間の経過後に、前記金型ヒータをオンするものである。

本発明によれば、制御手段が自動的に金型ヒータのオンまたはオフを制御するので、作業者によるバラツキを防止すると共に、待機時間中にオフされた金型ヒータの消費電力を抑制できる。また、待機時間の経過前に所定の温度まで金型が昇温しているので、待機時間の経過後すぐに、金型は通常の成形を行うことができる。

前記基板を金型に搬入する前に予熱する基板予熱部ヒータを備え、
前記制御手段は、前記金型ヒータと共に前記基板予熱部ヒータを同時にオンまたはオフしてもよい。
これにより、より一層、待機時の消費電力を抑制できる樹脂封止装置が得られるという効果がある。

前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が早いほど、長くなってもよい。一方、前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が遅いほど、短くなってもよい。
以上により、より最適な金型ヒータのオンオフ制御を行うことができる。

本発明に係る樹脂封止装置の概略平面図。 図１の操作モニターの拡大正面図。 金型ヒータ制御機構、基板予熱部ヒータ制御機構および電力管理モニター機構のブロック図。 本発明の待機時における金型ヒータ電源制御および基板予熱部ヒータ電源制御のフローチャート。 金型ヒータの電源オン／オフ時の時刻と金型の温度の関係を示すグラフ。 実施例１の待機時間が２時間から４時間における省エネモードが有る場合の消費電力削減率を計算値と実測値とで示す。 実施例１の待機時間が２時間から４時間、および１２時間と２４時間における省エネモードが有る場合の消費電力削減率を計算値で示す。 実施例２の省エネモード有りの場合の金型の稼働率に対する金型ヒータの消費電力を示すグラフ図。 （Ａ）は比較例の待機時における金型ヒータ制御のフローチャート、（Ｂ）は比較例の待機時における基板加熱部ヒータ制御のフローチャート。 比較例の省エネモード無しの場合の金型の稼働率に対する金型ヒータの消費電力を示すグラフ図。

以下、本発明に係る実施形態を図１ないし図７に従って説明する。

図１は、本実施形態に係る樹脂封止装置１の概略平面図を示す。この樹脂封止装置１は、大略、材料供給ユニット１０、プレスユニット２１、成形品収納ユニット３０、搬送ユニット３６、および操作モニター４５を備えた構成である。

材料供給ユニット１０は、複数の基板３を積載して搬送する基板供給部１１と、搬送路１２を介して前記基板供給部１１から搬送された基板３を整列させた後、位置決めする基板整列部１３と、供給されたタブレットを整列状態で保持するタブレットホルダ１４とを備えている。

プレスユニット２１は、上金型と下金型とからなる金型２２をそれぞれ有する第１プレスユニット２１ないし第４プレスユニット２１で構成されている。前記金型２２は、金型ヒータ制御機構２５によりオンまたはオフの制御がなされる金型ヒータ２３で加熱される。

成形品収納ユニット３０は、ディゲータ部３１、ピックアップ部３２、成形品収納部３３を備える。ディゲータ部３１は、成形後の半製品５から不要樹脂を分離して成形品４とする。ピックアップ部３２は、成形品４をディゲータ部３１から成形品収納部３３へと搬送する。成形品収納部３３では、成形品４が一枚ずつ段積みにて回収される。

搬送ユニット３６は、図１に示すように、インローダ装置３７及びアンローダ装置３８を備える。インローダ装置３７は、材料供給ユニット１０で基板３とタブレット７を把持し、プレスユニット２１の金型２２内へと供給する。アンローダ装置３８は、第１〜第４プレスユニット２１で得られた半製品５を把持し、成形品収納ユニット３０のディゲータ部３１へと搬送する。アンローダ装置３８には、金型２２に位置決めする前の基板３を加熱する基板予熱部４０が一体に取り付けられている。基板予熱部４０は、基板予熱制御機構４４によりオンまたはオフの制御がなされる基板予熱部ヒータ４１で加熱される。

操作モニター４５は、例えば図２に示すように、設定時間として待機時間を入力するなど、タッチパネル式のモニターであり、操作モニターとしてだけではなく装置の状態などを表示する表示器としても使用される。

操作モニター４５は、図３に示すように、パソコン５１に接続されている。このパソコン５１は、電力管理モニター機構５０を構成するハブ５２および通信ケーブル５３を介して、シーケンサ５４に接続されている。電力管理モニター機構５０では、後述する金型ヒータ電源２４および基板予熱部ヒータ電源４２に接続された電流センサー５６は、電力計５８に接続されており、電力計５８は信号変換器５７およびハブ５２を介してパソコン５１に接続されている。電流センサー５６で測定された電流値は、電力計５８に送信し、電力計５８で電力量に変換されパソコン５１に信号を送信する。また、パソコン５１はハブ５２を介してシーケンサ５４に信号を送信する。

シーケンサ５４は、金型ヒータ制御機構２５と基板予熱制御機構４４とに接続されている。金型ヒータ制御機構２５と基板予熱制御機構４４とはそれぞれ、金型ヒータ２３と基板予熱部ヒータ４１とをシーケンサ５４によるシーケンサ制御によって作動させる。また、シーケンサ５４は、パソコン５１に記録された数値データにより、これら金型ヒータ２３と基板予熱部ヒータ４１とを作動させる。従って、パソコン５１およびシーケンサ５４が、本発明の省エネ機能を実行する制御手段を構成している。

金型ヒータ２３は、電磁接触器６１およびソリッドステ−トリレー（ＳＳＲ）６２を介して、金型ヒータ電源２４に接続されている。同様に、基板予熱部ヒータ４１は、電磁接触器６１およびソリッドステ−トリレー（ＳＳＲ）６２を介して、基板予熱部ヒータ電源４２に接続されている。この基板予熱部ヒータ電源４２はメイン電源４３に接続されている。また、電磁接触器６１はシーケンサ５４に接続され制御されている。電流センサー５６は、金型ヒータ電源２４および基板予熱部電源４２と電磁接触器６１の間に設置され、電力計５８に接続されている。ソリッドステ−トリレー６２および温度センサー６４は温度調整器６３に接続されている。

次に、樹脂封止装置１の動作について説明する。
まず、図１に示すように、基板供給部１１から基板３を１枚ずつ排出し、搬送路１２を介して基板整列部１３まで搬送する。この基板整列部１３は回転することにより、搬送された基板３を金型上の配置と同様に整列させる。そして、インローダ装置３７を材料供給ユニット１０側に移動させ、基板整列部１３上に整列された基板３を把持する。そして、インローダ装置３７が、基板予熱部４０まで移動し、基板３を載置する。この基板３は基板予熱部４０により、金型２２で加圧される前に加熱される。次に、インローダ装置３７が加熱された基板予熱部４０上の基板３を把持すると共に、タブレットホルダ１４に保持されているタブレット７を把持した後、所定のプレスユニット２１の直前位置まで移動する。そして、把持した基板３とタブレット７とを、金型ヒータ２３により所定温度まで昇温しておいた金型２２に載置すると、金型２２が閉じ、基板３を狭持し、成形する。成形が終われば金型２２が開放し、金型２２から離型された半製品５は、アンローダ装置３８により成形品収納ユニット３０に搬送される。成形品収納ユニット３０では、アンローダ装置３８により搬送された半製品５がディゲータ部３１に載置された後、不要樹脂を分離して成形品４を得る。切離した不要樹脂は廃棄する。そして、成形品収納部３３に成形品４を１枚ずつ積み立てる。

前述した樹脂封止装置１の動作中、例えば材料待ちなどで、プレスユニット２１の金型２２を生産状態から待機状態に移行し、長時間、停止させることが必要になる場合がある。この場合、作業者が、操作モニター４５の画面を図２の画面に切り替え、モード時間の設定時間欄に次の生産までの待機時間を入力する。「金型保温」、「エコモードＯＮ」、「エコモードＯＦＦ」は、各プレス部毎に設定可能となっているので適宜設定を行う。

樹脂封止装置１において、金型２２を生産状態から待機状態に移行し、更に生産状態まで復帰させる場合の、金型ヒータ２３および基板予熱部ヒータ４１のオンオフ制御について、図４のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ステップＳ１で、作業者が、操作モニター４５の金型保温ボタンをオンし、金型２２を保温位置に移動させる。ステップＳ２で、作業者は、待機時間を操作モニター４５に設定入力する。これと同時に、ステップＳ３では、本発明に係る省エネモードがオンになり起動する。ステップＳ４では、省エネ機能が、入力された待機時間から省エネ効果を自動判断する。省エネ効果が無いと判断した場合は、ステップＳ１２に進み、待機時間終了まで金型ヒータ電源２４はオン状態を維持する。一方、省エネ効果が有ると判断した場合は、ステップＳ５に進む。このステップＳ５では、省エネ機能により自動で電磁接触器６１をオフにして、金型ヒータ電源２４から金型ヒータ２３への電源供給を遮断する。同時に、ステップＳ６で、省エネ機能により自動で電磁接触器６１をオフにして、基板予熱部ヒータ電源４２から基板予熱部ヒータ４１への電源供給を遮断する。

そして、ステップＳ７で、操作モニター４５に生産スケジュールの変更の有無が入力されたか否かを検出し、変更があればステップＳ１３に進む。このステップＳ１３では、作業者が、待機時間を変更するか、あるいは省エネモードを終了するかを選択する。待機時間を変更する場合には、ステップＳ１４に進み、作業者が操作モニター４５に待機時間の設定変更を入力する。省エネモードを終了する場合には、ステップＳ１５に進み、作業者が操作モニター４５に省エネモードオフを入力する。そして、ステップＳ１６では、省エネモードをオフにされたことにより、シーケンサ５４が電磁接触器６１をオンにして、金型ヒータ電源２４から金型ヒータ２３への電源が供給され、同時にステップＳ１７で、電磁接触器６１をオンにして、金型予熱部ヒータ電源４２から基板予熱部ヒータ４１への電源を供給する。そして、ステップＳ１１に進み、金型２２の昇温を完了する。

ステップＳ７で、生産スケジュールの変更が無ければ、ステップＳ８に進み、金型ヒータ２３の加熱待機時間、すなわち、金型ヒータ２３の所定の電源オン時間が経過したが否かを判別する。電源オン時間に到達していなければステップＳ７に戻り、待機する。電源オン時間に到達していれば、ステップＳ９に進み、省エネ機能により電磁接触器６１をオンにして、金型ヒータ電源２４から金型ヒータ２３への電源が供給される。ステップＳ１０では、待機時間終了の所定時間前に電磁接触器６１をオンにして、金型予熱部ヒータ電源４２から基板予熱部ヒータ４１への電源を供給する。そして、ステップＳ１１で金型２２の所定温度まで昇温が完了し、ステップＳ１２で待機時間が完了し、設備は使用可能な状態となる。

以上のように、省エネ機能が自動的に金型ヒータ２３のオンまたはオフを制御するので、作業者によるバラツキを防止できると共に、待機時間中に金型ヒータ２３をオフし、待機時の消費電力を抑制できる。また、待機時間の経過前に金型２２が昇温しているので、待機時間の経過後すぐに、金型２２は通常の加熱および成形を行うことができる。更に、金型ヒータ２３と共に基板予熱部ヒータ４１をオンまたはオフしているので、より一層、待機時の消費電力を抑制できる。

ここで、ステップＳ８における金型ヒータ２３の電源オン時間の算出について、図５を参照しながら説明する。
曲線Ａは、降温状態、すなわち生産可能な状態にある金型２２が、金型ヒータ電源２４をオフされた場合における、金型２２の温度の低下を示す。曲線Ｂは、金型ヒータ電源２４をオフにした後、金型ヒータ電源２４をオンにした場合の金型２２の昇温変化を示す。棒線Ｃは、金型ヒータ電源２４をオンにしてから１時間毎の消費電力量を示す。

また、図中、ＴＭ１は昇温状態からの金型２２の温度降下時間、ＴＭ２は冷温状態からの金型２２の温度上昇時間、ＴＭＰ１はＴＭ１間の降下温度、ＴＭＰ２はＴＭ２間の昇温温度、ＰＷ１はＴＭ１間の金型ヒータ２３の消費電力、ＰＷ２はＴＭ２間の金型ヒータ２３の消費電力を示す。

金型ヒータ２３の電源オフ時間を算出するために必要な以下の３つの条件について説明する。
条件１として、待機時間ＴＭ＝ＴＭ１＋ＴＭ２であることを確認する。すなわち、待機時間はＴＭ１とＴＭ２との組合せである。
条件２として、ＴＭＰ１＜ＴＭＰ２、またはＴＭＰ１＝ＴＭＰ２を満たすことを確認する。すなわち、条件１が成り立つＴＭ１とＴＭ２との組合せの中で、ＴＭＰ１とＴＭＰ２とを比較する。具体的には、ＴＭ１を組合せの最大値から段階的に下げていき、最初にＴＭＰ２の方がＴＭＰ１より大きくなる組合せを確認する。これは、確実に、待機時間の経過前に金型を昇温するためである。
条件３として、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量ＰＷ＞ＰＷ１＋ＰＷ２を満たすことを確認する。条件１、条件２が成り立つ条件で、ＰＷとＰＷ１＋ＰＷ２とを比較する。すなわち、金型ヒータ電源オフ時間の消費電力量ＰＷ１および金型ヒータ電源オンにした後の消費電力量ＰＷ２の合計と、ＰＷ１＋ＰＷ２（ＴＭ１＋ＴＭ２）に相当する時間の金型ヒータ電源オン状態の消費電力量ＰＷとを比較し、金型ヒータ電源オン状態の消費電力より小さいことを確認する。

前記３つの条件において、待機時間（ＴＭ）が４時間、単位時間を１時間とした場合の最適な金型ヒータの電源オン時間を具体的に検討する。
候補１として、ＴＭ１＝３時間、ＴＭ２＝１時間とした場合を検討する。このとき、条件１を満たすが、図５から、ＴＭＰ１＝９０℃、ＴＭＰ２＝５０℃となり、条件２を満たさない。よって、候補として不適である。
候補２として、ＴＭ１＝２時間、ＴＭ２＝２時間とした場合を検討する。このとき、条件１を満たし、かつ、図５から、ＴＭＰ１＝７０℃、ＴＭＰ２＝８０℃となり、条件２を満たす。そして、条件３を検討すると、待機時間（ＴＭ）中、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量ＰＷ（図１０のＳ部分内の状態）より、省電力機能を使用したＰＷ１＋ＰＷ２（図５の枠内の合計）の方が少ないので成立する。
候補３として、ＴＭ１＝１時間、ＴＭ２＝３時間とした場合を検討する。このとき、条件１を満たし、かつ、図５から、ＴＭＰ１＝３５℃、ＴＭＰ２＝１５０℃となり、条件２を満たす。そして、条件３を検討すると、待機時間（ＴＭ）中、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量ＰＷ（図１０のＳ部分内の状態）より、省電力機能を使用したＰＷ１＋ＰＷ２の方が少ないので成立する。

候補１ないし候補３の中で、条件１ないし条件３が成立するのは候補２および候補３である。これら候補２と候補３とを比較すると、候補３の方がＴＭ３の配分が長く、候補２よりも金型ヒータ電源オン状態が長いため、省電力効果は、候補２の方が大きいと考えられる。従って、ＴＭ＝４時間の場合、ＴＭ１とＴＭ２の最適な配分は候補２となり、金型ヒータ２３の電源オフ時間は２時間となる。なお、今回の例は、１時間単位でシミュレーションしているが、実際には１０分単位でデータベースを作成し、また、図から読み取るのではなく数値化されているデータベースから算出してもよい。

本願発明者らは、本発明に係る樹脂封止装置１について、省エネ効果を確認するための実測を行った。

＜実施例１＞
図６に、設定時間、すなわち待機時間を２時間、３時間および４時間と設定した場合に、省エネモードが有るときの消費電力削減率を、計算値および実測値で示す。この図６から、計算値と実測値とは略同一の値となり、計算値の信頼性が高いことが分かった。

従って、計算値を用いて省エネ効果を確認することにする。図７に、待機時間を２時間から４時間および１２時間と２４時間と設定した場合に、省エネモードが無いときの消費電力に対する省エネモードが有るときの消費電力の削減率を、計算値で示す。
この計算値によれば、待機時間が長くなるほど消費電力の削減率が高くなり、より一層の省エネ効果を得ることが分かった。

＜実施例２＞
同様に、省エネ効果を確認するために、図８に、省エネモード有りの場合の金型２２の稼働率に対する金型ヒータ２３の消費電力を計算した。
図８において、内部が空白の棒グラフは、本装置１において金型ヒータ２３の加熱以外で使用された電力を示す。内部にハッチングがなされた棒グラフは、本装置１において金型ヒータ２３を加熱するために使用された電力を示す。また、丸印は個々の金型２２の稼働率を示す。本計算結果によれば、金型２２の稼働率が０％となる待機時間中の金型２２の消費電力量が削減されていることが分かった。

＜比較例＞
図９（Ａ）に、本発明と比較するため、省エネモードが無い場合に一般的に行われる金型ヒータ制御のフローチャートを示す。
ステップＳ１０１では、作業者が、手動で金型を保温位置に移動操作する。ステップＳ１０２では、作業者が、待機時間の長短を判断する。待機時間が短い場合には、金型ヒータの電源をオンのままで待機状態を維持し、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では待機時間が終了し、設備が使用可能な状態になる。一方、待機時間が長い場合には、ステップＳ１０３に進み、作業者が金型ヒータの電源をオフする。そして、ステップＳ１０４では、作業者が生産開始時刻に合わせて、金型ヒータの電源オン時刻をタイマー入力する。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で入力した設定時刻に到達したのかをタイマーで監視し、未到達の場合は待機する。到達した場合は、ステップＳ１０６に進み、タイマーが自動で金型ヒータの電源をオンする。ステップＳ１０７で、金型の昇温が完了し、ステップＳ１０８で待機時間が終了となり、生産可能な状態になる。

図９（Ｂ）に、本発明と比較するため、省エネモードが無い場合に一般的に行われる基板予熱部ヒータ制御のフローチャートを示す。
ステップＳ２０１では、作業者が、待機時間の長短を判断する。待機時間が短い場合には、基板予熱部ヒータの電源をオンのままで待機状態を維持し、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では待機時間が終了し、設備が使用可能な状態になる。一方、待機時間が長い場合には、ステップＳ２０２に進み、作業者が基板予熱部ヒータの電源をオフする。ステップＳ２０３では、作業者が基板予熱部ヒータの電源オン時刻を監視し、未到達の場合は待機する。到達した場合は、ステップＳ２０４に進み、作業者が手動で基板予熱部ヒータの電源をオンする。そして、ステップＳ２０５で、基板予熱部の昇温が完了し、ステップＳ２０６で待機時間が終了となり、生産可能な状態になる。

前述した比較例の中で、ステップＳ１０２において作業者が、待機時間は短いと判断した場合の消費電力を確認する実測を行った。この実測結果を図１０に示す。図１０において、内部が空白の棒グラフは、この装置において金型ヒータ以外で使用された１時間あたりの電力を示す。内部にハッチングがされた棒グラフは、この装置において金型ヒータで使用された１時間あたりの電力を示す。また、丸印は金型の稼働率を示す。
本実測結果によれば、金型の稼働率が０％となる待機時を示すＳ部分の時間帯においても、金型ヒータで毎時２ｋｗｈの電力が多く消費されていることが分かった。

従って、図８と図１０とから明らかなように、本発明によれば、金型ヒータの消費電力を確実に削減できることが分かった。

１ 樹脂封止装置
３ 基板
１０ 材料供給ユニット
２２ 金型
２３ 金型ヒータ
４０ 基板予熱部
４１ 基板予熱部ヒータ
５１ パソコン（制御手段）
５４ シーケンサ（制御手段）

Claims (4)

1. 金型ヒータを有する金型と、前記金型に基板を供給する材料供給ユニットと、前記材料供給ユニットの基板を前記金型に搬入すると共に、前記金型から成形された基板を搬出する搬送ユニットと、生産を中断中の前記金型の待機時間中に、前記金型ヒータをオフにした後、前記待機時間の経過前に前記金型が所定温度に達すように前記金型ヒータをオンする制御手段とを備えた樹脂封止装置において、
   前記制御手段は、生産を中断中の前記金型の待機時間から前記金型の昇温時間を差し引いた前記金型ヒータの加熱待機時間の経過後に、前記金型ヒータをオンすることを特徴とする樹脂封止装置。
2. 前記基板を金型に搬入する前に予熱する基板予熱部ヒータを備え、
   前記制御手段は、前記金型ヒータと共に前記基板予熱部ヒータを同時にオンまたはオフすることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止装置。
3. 前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が早いほど、長くなることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂封止装置の制御方法。
4. 前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が遅いほど、短くなることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂封止装置の制御方法。

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