JP2005166327A

JP2005166327A - 温度調節器

Info

Publication number: JP2005166327A
Application number: JP2003401142A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Ueda; 法弘上田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】アナログ出力タイプの温度調節器において、ヒータの断線検知を可能にする。
【解決手段】
温度調節器２から出力される制御出力としての電流出力に応じて、電力調整器５では、交流電源３の位相を制御してヒータ４の通電量を制御する温度制御システムにおいて、温度調節器２は、電流センサ６で検出されるヒータ４の電流値を、制御出力値１００％に対応する電流値に変換し、ヒータ断線の有無を判定するための設定値と比較し、設定値を下回ったときには、断線と判定して警報動作などを行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度調節器に関し、更に詳しくは、連続的な電流出力のようなアナログの制御出力を、ＳＳＲや電力調整器などの電力操作器に出力するアナログ出力タイプの温度調節器に関する。

近年の温度制御では、品質向上のために高精度化や高速化が望まれている。そのため、電力調整器を使用して半サイクル毎に出力量（電力量）を変化させる位相制御が増えている（例えば、特許文献1参照）。

かかる温度制御では、アナログ出力タイプの温度調節器から制御出力として、例えば、４〜２０ｍＡの電流出力が電力調整器に与えられ、電力調整器では、この電流出力に応じて、ヒータに印加される交流電力の位相角（点弧角）を半サイクル毎に制御してヒータの通電量を制御している。
特開２０００−７５９３６号公報

一般に、制御対象を加熱するヒータは、複数本、例えば、３本のヒータが並列に接続されて用いられており、いずれかのヒータが断線したときには、直ちにそれを検知して素早くヒータを交換するなどの適宜の措置をとる必要がある。

このため、オンオフパルスを制御出力としてリレー等に出力し、リレーを介してヒータの通電量を制御するデジタル出力タイプの温度調節器においては、オンオフパルスがオンしている期間、すなわち、制御出力値の１００％に相当する期間におけるヒータの通電電流を電流センサで検出して設定値と比較することによって、ヒータの断線を検知するようにしている。

しかしながら、アナログ出力タイプの温度調節器では、アナログの制御出力値に応じて、電力調整器でヒータに印加される電力の位相が、半サイクル毎に制御されるために、デジタル出力タイプの温度調節器のようにオン期間が長く継続せず、このため、ヒータの通電電流を検出してヒータの断線を検出するのが困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、ヒータの断線を検知することが可能なアナログ出力タイプの温度調節器を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明は、アナログの制御出力を電力操作器に出力して制御対象を加熱するヒータの通電を制御する温度調節器において、電流センサで検出される前記ヒータの電流値および前記制御出力値に基づいて、前記ヒータの断線を検知する断線検知手段を備えている。

ここで、アナログの制御出力とは、連続的な制御出力（操作信号）をいい、例えば、電流出力をいう。

本発明によると、電流センサで検出されるヒータの電流値と、アナログの制御出力値とに基づいて、ヒータの断線を検知するので、アナログ出力タイプの温度調節器において、ヒータの断線検知が可能となる。

本発明の一実施態様においては、前記ヒータは、並列接続された複数のヒータからなるものである。

この実施態様によると、複数のヒータのいずれかが断線したときには、電流センサで検出される電流値が変化するので、それに基づいて、断線を検知することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記断線検知手段は、前記制御出力値に基づいて、前記電流センサで検出される前記電流値を、予め定めた制御出力値に対応する電流値に変換する変換部と、該変換部で変換された電流値と設定値とを比較して断線の有無を判定する比較部とを備えている。

ここで、設定値とは、断線の有無の判定の閾値となる値をいい、使用するヒータなどの条件に応じて設定してもよいし、あるいは。複数の設定値を予め準備して条件に応じた設定値を選択するようにしてもよい。

この実施態様によると、電流センサで検出されるヒータの電流値を、予め定めた制御出力値、例えば、１００％の制御出力値に対応する電流値に変換し、この変換した電流値と設定値、例えば、前記１００％の制御出力値に対応する設定値とを比較して断線の有無を判定するので、制御出力値に応じてヒータの電流値が変化しても、常に予め定めた制御出力値に対応する電流値に変換されて断線の有無が判定されることになる。

本発明の他の実施態様においては、前記断線検知手段は、前記電流センサで検出される前記電流値と設定値とを比較して断線の有無を判定する比較部と、前記制御出力値に基づいて、該制御出力値に応じた前記設定値を算出する演算部とを備えている。

この実施態様によると、ヒータの電流値と設定値とを比較して断線の有無の判定するための前記設定値を、制御出力値に応じて算出するので、例えば、制御出力値が１００％の設定値を用いて、制御出力値が５０％のときの設定値を算出したり、制御出力が８０％のときの設定値を算出するといったことが可能となり、これによって、制御出力値に応じてヒータの電流値が変化しても、その制御出力値に応じた設定値を用いて断線の有無が判定されることになる。

本発明の一実施態様においては、前記断線検知手段は、前記電流センサの出力を整流平滑する整流平滑回路と、整流平滑回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とを備えている。

この実施態様によると、ヒータの電流を検出する電流センサの出力を整流平滑し、Ａ／Ｄ変換するので、半サイクル毎に位相制御されるヒータの通電量を、制御出力値に応じたデジタル値に変換してヒータの断線を検知することができる。

本発明の他の実施態様においては、前記電力操作器が、位相制御方式の電力調整器であり、前記アナログの制御出力が、前記電力調整器に対する電流出力である。

この実施態様によると、位相制御方式の電力調整器に対して、電流出力を与えるアナログ出力タイプの温度調節器において、ヒータの断線を検知できることになる。

本発明の更に他の実施態様においては、前記アナログの制御出力と、オンオフパルスのデジタルの制御出力とを、切換え出力可能である。

この実施態様によると、アナログの制御出力とデジタルの制御出力とを切換えることができる、いわゆるマルチ出力タイプの温度調節器において、アナログの制御出力時におけるヒータの断線の検知が可能となる。

以上のように本発明によれば、電流センサで検出されるヒータの電流値と、アナログの制御出力値とに基づいて、ヒータの断線を検知するので、アナログ出力タイプの温度調節器において、ヒータの断線検知が可能となる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の温度調節器を備える温度制御システムの構成図である。

この実施の形態の温度制御システムは、熱電対等の温度センサ１からの検出温度に基づいて、図示しない制御対象の温度が目標温度になるように、アナログの制御出力である４〜２０ｍＡの電流出力を与えるアナログ出力タイプの温度調節器２と、この温度調節器２からの電流出力に基づいて、交流電源３の位相を制御して制御対象を加熱する複数、この実施の形態では、並列接続された３本のヒータ４の通電量を制御する電力調整器５とを備えている。

この実施の形態の温度調節器２は、上述のように、連続的な電流出力を、制御出力として電力調整器５に与えるアナログ出力タイプの温度調節器であり、かかるアナログ出力タイプの温度調節器において、ヒータ４の断線を検知できるように次のように構成している。

すなわち、この実施の形態の温度調節器２には、３本のヒータ４に流れる電流を検出する変流器ＣＴを用いた電流センサ６の検出出力が与えられており、温度調節器２は、この電流センサ６で検出されたヒータ４の電流値と、電力調整器５に対する制御出力値とに基づいて、ヒータ４の断線を検知する断線検知手段を備えている。

図２は、この断線検知手段の構成を示すブロック図であり、図３は、各部の信号波形図である。

この実施の形態の断線検知手段７は、例えば、５０％の制御出力値に対応する図３（ａ）に示される電流センサ６の出力を、全波整流する全波整流回路８と、この全波整流回路８の図３（ｂ）に示される出力を平滑する平滑回路９と、この平滑回路９の図３（ｃ）に示される出力を、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１０と、このＡ／Ｄ変換回路１０の出力に基づいて、後述のように断線の有無を判定するとともに、上述の温度センサ１からの検出温度と目標温度との偏差に基づいて、偏差がなくなるように制御出力を与える制御部としてのＣＰＵ１１とを備えている。

このＣＰＵ１１は、後述のように検出したヒータの電流値を図示しない表示部に表示するとともに、断線が検知されたときには、エラー表示などの適宜の警報動作を行うものである。

電流センサ６によって検出される図３（ａ）に示されるヒータ４の通電電流は、ＣＰＵ１１から出力される制御出力値、例えば、５０％、８０％といった制御出力値に応じて、交流の半サイクル毎に変化するので、全波整流回路８および平滑回路９で整流平滑された出力、すなわち、ヒータ４の電流値は、制御出力値に応じて変化することになる。

そこで、この実施の形態では、ＣＰＵ１１において、制御出力値に応じて変化するヒータ４の電流値を、予め定めた制御出力値に対応する電流値に変換し、この変換した電流値と設定値とを比較してヒータの断線の有無を判定するようにしている。すなわち、ＣＰＵ１１は、制御出力値に基づいて、電流センサ６で検出される電流値を、予め定めた制御出力値に対応する電流値に変換する変換部としての機能を有するとともに、変換された電流値と設定値とを比較して断線の有無を判定する比較部としての機能を備えている。

この実施の形態では、予め定めた制御出力値を１００％としており、電流センサ６で検出された電流値を、そのときの制御出力値を用いて１００％の制御出力値に対応する電流値に変換するものである。

例えば、電流センサ６で検出されたヒータ４の電流値が、１０Ａであって、そのときの制御出力値が５０％であったとすると、１００％の制御出力値に対応する電流値を２０Ａとするものである。

すなわち、この実施の形態では、電流センサ６によって検出されるヒータの電流値ＣＴ０を、そのときの制御出力値ＯＵＴに基づいて、１００％の制御出力値に対応する電流値ＣＴ１に次式に従って変換するものである。

ＣＴ１＝（ＣＴ０／ＯＵＴ）×１００
例えば、電流センサ６で検出されたヒータ４の電流値が、１０Ａであって、そのときの制御出力値が８０％であったとすると、１００％の制御出力値に対応する電流値ＣＴ１は、上記式より１２．５Ａとなる。

このようにして変換された電流値と、断線の有無を判定する閾値となる設定値とを比較し、設定値を下回ったときには、断線であると判定して、エラー表示などの適宜の警報動作を行うものである。

この実施の形態では、上述のように、３本のヒータ４が並列に接続されているので、例えば、いずれのヒータ４も断線していない正常な状態における１００％の制御出力値に対応する電流値よりも小さく、かつ、前記電流値の２／３倍よりも大きな電流値を、設定値としている。

この実施の形態では、電流センサ６で検出されたヒータ４の電流値を、１００％の制御出力値に対応する電流値に変換し、制御出力値１００％に対応する設定値と比較して断線の有無を判定したけれども、本発明の他の実施の形態として、電流センサ６で検出されたヒータ４の電流値を変換することなく、例えば、１００％の制御出力値に対応する設定値から、ヒータ４の電流値が検出されたときの制御出力値に対応する設定値を換算算出し、この算出した設定値とヒータ電流値とを比較して断線の有無を判定してもよい。例えば、ヒータ４の電流値が制御出力値が５０％のときの電流値であるときには、１００％の制御出力値に対応する設定値を、１／２倍して制御出力値５０％に対応する設定値を算出し、この算出された設定値とヒータ電流値とを比較するのである。

以上のようにしてヒータ４の通電量を電力調整器５を介して位相制御するアナログ出力タイプの温度調節器２において、ヒータ４の断線を検知することが可能となるので、例えば、セラミックヒータを用いて１秒間に１００〜３００℃の昇温を行うとともに、±１℃といった高精度の温度制御が要求される半導体製造装置、特に、フリップチップボンダなどの温度制御に好適である。

また、この実施の形態の温度調節器２は、例えば、切換え操作によって、オンオフパルスを制御出力として出力するデジタル出力タイプとして使用することもできる。この場合には、例えば、図４に示されるように、温度調節器２は、温度センサ１で検出される制御対象の温度が目標温度になるようにオンオフパルスをリレー１２に出力し、ヒータ４の通電量をオンオフ制御するものである。

このように温度調節器２は、アナログ出力およびデジタル出力を兼用できる、いわゆる、マルチ出力タイプの温度調節器である。

このオンオフパルスを制御出力とするデジタル出力の場合には、従来例と同様に、図５（ａ）に示される電流センサ６の出力を、図５（ｂ）に示されるように全波整流し、更に、図５（ｃ）に示されるように平滑し、この平滑出力を、オンパルスを出力しているオン期間において、サンプリングしてＡ／Ｄ変換して設定値と比較して断線の有無を判定するものである。

図６は、この実施の形態の温度調節器２の断線検知の動作説明に供するフローチャートである。

先ず、オンオフパルス出力（デジタル出力）であるか電流出力（アナログ出力）のいずれであるかを判断し（ステップｎ１）、オンオフパルス出力であるときには、従来のデジタル出力タイプの温度調節器と同様に、出力がオンしている期間に、上述のように整流平滑されたデータをサンプリングしてＡ／Ｄ変換して読み取り（ステップｎ２）、電流値に変換するとともに、変換したヒータ電流値を表示し（ステップｎ３）、このヒータ電流値と、ヒータ断線の閾値である設定値とを比較し（ステップｎ４）、ヒータの電流値が小さいときには、ヒータ断線が発生したとしてエラー表示などの適宜の警報動作を行い（ステップｎ５）、小さくないときには、ヒータ４は正常である判定する（ステップｎ９）。

ステップｎ１において、電流出力であると判断されたときには、上述のように整流平滑されたデータをサンプリングしてＡ／Ｄ変換して読み取り（ステップｎ６）、電力調整器５がリニアな特性でない場合には、リニアになるようにスケーリングを行い（ステップｎ７）、上述の式に従って制御出力１００％に対応する値に変換し（ステップｎ８）、電流値にして（ステップｎ３）設定値と比較し（ステップｎ４）、電流値が小さいときには、ヒータ断線が発生したとしてエラー表示などの適宜の警報動作を行い（ステップｎ５）、小さくないときには、ヒータ４は正常である判定する（ステップn９）。

以上のようにしてアナログ出力タイプとしてもデジタル出力タイプとしてもヒータ４の断線を検知することができる。

この実施の形態では、ステップｎ３で電流値に変換する前に、ステップｎ８において、制御出力値１００％に対応する値に変換したけれども、他の実施の形態として、電流値に変換した後に、制御出力値１００％に対応する電流値に変換してもよいのは勿論である。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、電流センサ６の出力を全波整流したけれども、半波整流でもよい。

上述の実施の形態では、ヒータ４の本数は３本であったけれども、ヒータの本数は任意である。

本発明は、温度調節器として有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの構成図である。図１の温度調節器の断線検知手段のブロック図である。図２の各部の信号波形図である。図１の温度調節器をデジタル出力タイプとして使用した場合の構成図である。図５の断線検知を説明するための信号波形図である。図１の動作説明に供するフローチャートである。

符号の説明

１温度センサ２温度調節器
３交流電源４ヒータ
５電力調整器６電流センサ
７断線検知手段８全波整流回路
９平滑回路１０Ａ／Ｄ変換回路

Claims

アナログの制御出力を電力操作器に出力して制御対象を加熱するヒータの通電を制御する温度調節器において、
電流センサで検出される前記ヒータの電流値および前記制御出力値に基づいて、前記ヒータの断線を検知する断線検知手段を備えることを特徴とする温度調節器。
前記ヒータは、並列接続された複数のヒータからなる請求項１記載の温度調節器。
前記断線検知手段は、前記制御出力値に基づいて、前記電流センサで検出される前記電流値を、予め定めた制御出力値に対応する電流値に変換する変換部と、該変換部で変換された電流値と設定値とを比較して断線の有無を判定する比較部とを備える請求項１または２記載の温度調節器。
前記断線検知手段は、前記電流センサで検出される前記電流値と設定値とを比較して断線の有無を判定する比較部と、前記制御出力値に基づいて、該制御出力値に応じた前記設定値を算出する演算部とを備える請求項１または２記載の温度調節器。
前記断線検知手段は、前記電流センサの出力を整流平滑する整流平滑回路と、整流平滑回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とを備える請求項１〜４のいずれかに記載の温度調節器。
前記電力操作器が、位相制御方式の電力調整器であり、前記アナログの制御出力が、前記電力調整器に対する電流出力である請求項１〜５のいずれかに記載の温度調節器。
前記アナログの制御出力と、オンオフパルスのデジタルの制御出力とを、切換え出力可能である請求項１〜６のいずれかに記載の温度調節器。