熱式流量センサおよび負圧吸着装置
【課題】幅広い範囲の流量領域において、高い精度で判定を行う。
【解決手段】発熱素子および発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有する流量センサの出力を用いて空気の流量を算出する流量算出部１３１と、流量センサの出力を増幅することで、空気の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部１３２と、増幅部１３２による増幅率を変更する増幅率変更回路と、増幅部１３２の基準電圧をシフトすることで、空気の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、外部からの信号に応じて第１のスイッチおよび第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御するスイッチ制御部１３３と、を備える。
【解決手段】発熱素子および発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有する流量センサの出力を用いて空気の流量を算出する流量算出部１３１と、流量センサの出力を増幅することで、空気の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部１３２と、増幅部１３２による増幅率を変更する増幅率変更回路と、増幅部１３２の基準電圧をシフトすることで、空気の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、外部からの信号に応じて第１のスイッチおよび第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御するスイッチ制御部１３３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱式流量センサおよび負圧吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品などの小型の部品をプリント配線基板上に搬送する場合、吸着ノズルに部品を吸着させて搬送する負圧吸着装置が用いられる。負圧吸着装置では、エジェクタや真空ポンプなどの負圧発生装置で発生した負圧を用いて吸着ノズルの空気吸込口から空気を吸引することにより、吸着ノズルに部品を吸着させる。負圧吸着装置では、部品の吸着／開放が正常に行われていることを知らせるために、吸着確認センサを設けている。下記特許文献１には、部品の吸着の有無を確認するための吸着確認センサとして熱式流量センサを用い、流量の多少に基づき部品の吸着／開放を判定する負圧吸着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
負圧吸着装置には、吸着対象となる部品の大きさに合わせてノズルの口径を変更するものがある。このような負圧吸着装置では、例えば、口径の小さなノズルでの部品吸着の有無を判定する場合には、比較的低い流量を用いて判定することになり、口径の大きなノズルの装着状態の正否を判定する場合には、比較的高い流量を用いて判定することになる。つまり、ノズルの口径を変更する負圧吸着装置で各種の判定を行う場合には、幅広い範囲の流量を用いることになる。
【０００５】
ところが、熱式流量センサの流量に対する出力電圧により表される出力特性はリニアではなく、例えば、低流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが大きいのに対し、高流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さくなる。この場合に、例えば口径の大きなノズルの装着状態の正否を判定しようとすると、高流量領域の流量を用いて判定することになるため、低流量領域の流量を用いて判定する場合に比べて精度良く判定することができない。
【０００６】
そこで本発明は、幅広い範囲の流量領域において、高い精度で判定を行うことができる熱式流量センサおよび負圧吸着装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、を備える。
【０００８】
かかる構成により、増幅部による増幅率を変更することで、センサの検出値の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを変更させることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【０００９】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、を備える。
【００１０】
かかる構成により、増幅部の基準電圧をシフトすることで、流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００１１】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の測定流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、を備える。
【００１２】
かかる構成により、増幅部による増幅率を変更することで、センサの検出値の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを変更させることができ、増幅部の基準電圧をシフトすることで、流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明にかかる負圧吸着装置は、上記流熱式流量センサと、負圧発生装置で発生した負圧を利用して部品を吸着する吸着ノズルと、を備え、前記熱式流量センサは、前記吸着ノズルから吸い込まれる空気の流量を計測する。
【００１４】
かかる構成を採用することで、負圧吸着装置で流量を用いて行い得る各種の判定を、当該判定で用いる流量に対する出力電圧の変化の度合いを十分に拡大した後の出力に基づいて判定させることが可能となる。
【００１５】
上記熱式流量センサにおいて、前記測定流量または外部からの信号に応じて、前記増幅率および前記基準電圧のシフト操作をそれぞれ制御する制御部をさらに備えることとしてもよい。また、上記熱式流量センサにおいて、前記増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、前記出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、をさらに備え、前記制御部は、前記測定流量または前記外部からの信号に応じて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、幅広い範囲の流量領域において、高い精度で判定を行うことができる熱式流量センサおよび負圧吸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における負圧吸着装置の外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示す吸着確認センサの分解斜視図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【図４】図３に示す流量センサの斜視図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線矢視方向断面図である。
【図６】図２に示す制御回路の機能構成図であり
【図７】図２に示す制御回路の回路構成図である。
【図８】図１に示す吸着確認センサの出力特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載では、同一または類似の部分を同一または類似の符号で表す。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明と照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１９】
図１は本発明の実施形態における負圧吸着装置の外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。負圧吸着装置は、例えば、プリント配線基板にチップ部品を実装するためのマウンタ装置に搭載することができる。以下においては、複数の吸着ノズルが直線上に配置されたモジュラー式（ＸＹ式）マウンタ装置に搭載した負圧吸着装置について説明するが、本発明は複数の吸着ノズルが円周上に配置されたロータリー式マウンタ装置にも同様に適用することができる。
【００２０】
図１に示す負圧吸着装置は、吸着確認センサ１と、ノズル部３を含む吸着ノズル２と、空気吸引通路４Ａ〜４Ｃと、バルブ５と、配管６と、負圧発生装置７と、ヘッドユニット９とを有する。負圧発生装置７としては、例えば、エジェクタや真空ポンプ等を用いることができる。
【００２１】
ヘッドユニット９の底部には、５つの吸着ノズル２が等間隔で着脱自在に取り付けられている。ヘッドユニット９は、吸着ノズル２の先端にあるノズル部３の昇降動作や、ノズル部３の上下方向を軸とする回転動作を制御する。
【００２２】
各吸着ノズル２は、空気吸引通路４Ａ、吸着確認センサ１、空気吸引通路４Ｂ、バルブ５および空気吸引通路４Ｃを介して配管６にそれぞれ接続されている。各吸着ノズル２は、負圧発生装置７で発生した負圧を利用して部品を吸着する。
【００２３】
本実施形態における負圧吸着装置は、吸着対象となる部品の大きさに合わせてノズル部３を交換することができる。本実施形態では、以下において、口径の異なる大小２種類のノズル部３を交換して使用する場合について説明する。
【００２４】
バルブ５は、吸着ノズル２への負圧／大気圧の供給を制御して部品の吸着／開放を制御する。吸着確認センサ１は、本発明の熱式流量センサの一例である。吸着確認センサ１は、吸着ノズル２から吸い込まれる空気の流量に基づいて、例えば吸着ノズル２での部品吸着の有無等を判定する。
【００２５】
図２および図３を参照して、吸着確認センサ１について説明する。図２は、吸着確認センサ１の分解斜視図であり、図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【００２６】
吸着確認センサ１は、全体として直方体をなしており、プラスチック樹脂製の成型品からなるケース１４内に、空気が流れる流路１５が形成され、その流路１５を流れる空気の流量を計測する流量センサ１２が流路１５内に配置されている。
【００２７】
流量センサ１２は、熱式センサであり、基板１１に実装されている。流量センサ１２が実装されている基板１１の反対側の面には、制御回路１３が実装されている。制御回路１３は、流量センサ１２を制御して流路１５内の空気流量を測定し、例えば吸着ノズル２での部品吸着の有無等を示す電気信号を出力する。
【００２８】
図４は、流量センサ１２の斜視図であり、図５は、図４に示すＶ−Ｖ線矢視方向断面図である。図４および図５に示すように、流量センサ１２は、キャビティ２６が設けられた基板２０と、基板２０上にキャビティ２６を覆うように配置された絶縁膜２５と、絶縁膜２５に設けられた発熱素子としての発熱抵抗体２１と、発熱抵抗体２１より上流側（図４，図５において左側）に設けられた温度検出素子としての上流側測温抵抗素子２２と、発熱抵抗体２１より下流側（図４，図５において右側）に設けられた温度検出素子としての下流側測温抵抗素子２３と、上流側測温抵抗素子２２より上流側に設けられた温度センサ２４と、を有する。
【００２９】
絶縁膜２５のキャビティ２６を覆う部分は、熱容量が小さく、基板２０に対して断熱性を有するダイヤフラムを構成する。温度センサ２４は、流路１５に流入してきた空気の温度を測定する。発熱抵抗体２１は、キャビティ２６を覆う絶縁膜２５の中心に配置されており、駆動回路（不図示）から付与される電力によって発熱する。発熱抵抗体２１は、温度センサ２４が計測した空気の温度よりも一定温度高くなるように加熱される。上流側測温抵抗素子２２は、発熱抵抗体２１より上流側の温度を検出するために用いられる。下流側測温抵抗素子２３は、発熱抵抗体２１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００３０】
ここで、図３に示す流路１５中の空気が静止（停止）している場合には、図４および図５に示す発熱抵抗体２１によって加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、流路１５中の空気が上流から下流に流れている場合には、発熱抵抗体２１によって加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子２２の温度よりも、下流側測温抵抗素子２３の温度の方が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗との間に差が生じる。
【００３１】
下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差は、流路１５を流れる空気の流量と相関関係がある。それゆえに、下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差から、流路１５を流れる空気の流量を算出することができる。また、流路１５中の空気が下流から上流に流れる場合であっても、同様に、上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗との差から、流路１５を流れる空気の流量を算出することができる。
【００３２】
図４および図５に示す基板２０の材料としては、シリコン(Ｓｉ)などが使用可能である。絶縁膜２５の材料としては、酸化ケイ素(ＳｉＯ2)などが使用可能である。キャビティ２６は、異方性エッチングなどにより形成される。また発熱抵抗体２１、上流側測温抵抗素子２２、下流側測温抵抗素子２３および温度センサ２４の各材料には白金(Ｐｔ)などが使用可能であり、リソグラフィ法などにより形成可能である。
【００３３】
図６および図７を参照して、制御回路１３について説明する。図６は、制御回路１３の機能構成図であり、図７は、制御回路１３の回路構成図である。
【００３４】
制御回路１３は、機能的には、例えば図６に示すように、流量算出部１３１と、増幅部１３２と、スイッチ制御部１３３と、判定部１３４とを有し、物理的には、例えば図７に示すように、ブリッジ回路Ｂと、インスツルメンテーションアンプＡと、出力シフト回路Ｓと、ＣＰＵ（不図示）と、メモリ（不図示）とを含んで構成される。
【００３５】
図７に示すブリッジ回路Ｂは、上流側測温抵抗素子２２、下流側測温抵抗素子２３および抵抗Ｒ３，Ｒ４を含む。インスツルメンテーションアンプＡは、三つのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３と、６つの抵抗Ｒ５〜Ｒ１０と、増幅率変更回路ＡＲとを含む。増幅率変更回路ＡＲは、インスツルメンテーションアンプＡの増幅率を増加させる抵抗Ｒ１と、増幅率変更回路ＡＲをオン／オフするスイッチＳＷ１と、を含む。出力シフト回路Ｓは、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧を低下させる抵抗Ｒ２と、出力シフト回路Ｓをオン／オフするスイッチＳＷ２と、を含む。インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧は、所定電圧ＶＢを抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とで分圧した電圧となる。
【００３６】
図６に示す流量算出部１３１は、発熱抵抗体２１を発熱させたときの上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の各電気抵抗（温度）に基づいて、空気の流量を算出する。具体的に、流量算出部１３１は、下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差をブリッジ回路Ｂで検出し、空気の熱伝導率などの物性値に基づいて空気の流量（質量流量）を算出する。流量算出部１３１は、所定の検出間隔ごとに流量センサ１２を駆動して空気の流量を算出する。
【００３７】
増幅部１３２は、ブリッジ回路Ｂで検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプＡで増幅する。
【００３８】
スイッチ制御部１３３は、外部からの信号に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する。スイッチ制御部１３３がスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えると、増幅率変更回路ＡＲが接続状態となり、インスツルメンテーションアンプＡでの増幅率が増加する。スイッチ制御部１３３がスイッチＳＷ２をオフからオンに切り替えると、出力シフト回路Ｓが接続状態となり、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧が低下する。
【００３９】
外部からの信号としては、例えば、小型ノズル装着時の部品の吸着の有無を判定する際に用いる比較的低い流量領域である低流量領域の流量（例えば、０Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ）に対する出力を要求する低流量判定要求信号や、大型ノズルの装着状態の正否を判定する際に用いる比較的高い流量領域である高流量領域の流量（例えば、５Ｌ／ｍｉｎ〜６Ｌ／ｍｉｎ）に対する出力を要求する高流量判定要求信号等がある。
【００４０】
スイッチ制御部１３３は、低流量判定要求信号を受信した場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたまま、スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替える。スイッチ制御部１３３は、高流量判定要求信号を受信した場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオフからオンにそれぞれ切り替える。
【００４１】
判定部１３４は、インスツルメンテーションアンプＡの出力に基づいて、流量を用いて行い得る各種の判定を行う。各種の判定としては、例えば、部品の吸着の有無判定やノズルの装着状態の正否判定等が該当する。以下に、判定部１３４による判定について具体的に説明する。
【００４２】
本実施形態における負圧吸着装置では、小型のノズル部３を装着した場合には、部品吸着時の空気流量は略０Ｌ／ｍｉｎとなり、部品開放時の空気流量は略１Ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、判定部１３４は、小型のノズル部３を装着した時に部品の吸着の有無を判定する場合には、低流量領域に該当する０〜１Ｌ／ｍｉｎの流量に対応する出力電圧に基づいて判定する。つまり、出力電圧が０Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、部品が吸着していると判定し、その旨を示す電気信号を出力する。一方、出力電圧が１Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、部品が吸着していないと判定し、その旨を示す電気信号を出力する。
【００４３】
また、本実施形態における負圧吸着装置では、大型のノズル部３を装着した場合には、ノズル部３が正常に装着している時の空気流量は略５Ｌ／ｍｉｎとなり、ノズル部３が正常に装着していない時の空気流量は略６Ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、判定部１３４は、大型のノズル部３を装着した時にノズル部３の装着状態の正否を判定する場合には、高流量領域に該当する５〜６Ｌ／ｍｉｎの流量に対応する出力電圧に基づいて判定する。つまり、出力電圧が５Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、ノズル部３が正常に装着していると判定し、その旨を示す電気信号を出力する。一方、出力電圧が６Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、ノズル部３が正常に装着していないと判定し、その旨を示す電気信号を出力する。
【００４４】
上述のように構成される負圧吸着装置は、例えば、以下のように動作する。
【００４５】
最初に、バルブ５が負圧発生装置７側に切り替えられると、負圧発生装置７で発生する負圧を利用して、ノズル部３の空気吸込口から空気を吸い込む。これにより、空気吸引通路４Ａを介して吸着確認センサ１に空気が流入し、吸着確認センサ１は、空気の流量を計測する。吸着確認センサ１を通過した空気は、空気吸引通路４Ｂ、バルブ５、空気吸引通路４Ｃ、配管６を介して負圧発生装置７に到達する。その結果、ノズル部３の空気吸込口の真下に位置する部品がノズル部３の先端に吸着される。
【００４６】
続いて、バルブ５が大気圧側に切り替えられると、空気の吸い込みを停止する。その結果、ノズル部３の先端に吸着されていた部品が開放される。
【００４７】
ノズル部３の先端に部品が吸着している吸着状態では、部品によりノズル部３の空気吸込口の開口面積が狭められるため、吸い込まれる空気量が減少し、吸着確認センサ１の出力は低い出力電圧となる。一方、ノズル部３の先端に部品が吸着していない開放状態では、ノズル部３の空気吸込口から比較的多くの空気が吸い込まれるため、吸着確認センサ１の出力は高い出力電圧となる。
【００４８】
図８を参照して、吸着確認センサ１における流量に対する出力電圧の出力特性について説明する。点線Ｇ０は、負圧吸着装置で利用可能な全流量領域をカバーする吸着確認センサ１の出力特性を示す。この出力特性Ｇ０は、低流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが比較的大きいのに対し、高流量領域に移るにしたがって流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さくなる。このような特性は、一般的な熱式センサに共通する特徴である。
【００４９】
このような出力特性Ｇ０に基づいて出力電圧を出力すると、高流量領域での流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さいため、大型のノズル部３の装着状態を高精度で判定するためには、高分解能の判定装置が必要となる。そこで、本実施形態では、低流量領域用の出力特性Ｇ１と高流量領域用の出力特性Ｇ２とを、判定に用いる流量に応じて切り替えることで、高分解能の判定装置を用いることなく、各種の判定を可能とした。
【００５０】
低流量領域用の出力特性Ｇ１は、出力特性Ｇ０の増幅率を増加させることで得られる出力特性である。具体的には、図７に示すスイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにすることで、低流量領域用の出力特性Ｇ１が得られる。
【００５１】
高流量領域用の出力特性Ｇ１は、出力特性Ｇ０の増幅率をさらに増加させ、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧を低電圧側にシフトすることで得られる出力特性である。具体的には、図７に示すスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をそれぞれオンにすることで、高流量領域用の出力特性Ｇ２が得られる。
【００５２】
このように、各種の判定に用いる流量に応じて出力特性を切り替えることで、低流量領域および高流量領域の双方で流量に対する出力電圧の変化の度合いを大きくすることができ、判定精度を向上させることができる。
【００５３】
具体的には、例えば、小型のノズル部３装着時に部品の吸着の有無を判定する場合には、低流量領域用の出力特性Ｇ１に基づいて出力した出力電圧を用いて判定する。図８に示すように、出力特性Ｇ１を用いることで、低流量領域に該当する０Ｌ／ｍｉｎと１Ｌ／ｍｉｎとの間の出力電圧差が、出力特性Ｇ０を用いた場合に比べて大きくなることがわかる。
【００５４】
また、例えば、大型のノズル部３装着時にノズル部の装着の正否を判定する場合には、高流量領域用の出力特性Ｇ２に基づいて出力した出力電圧を用いて判定する。図８に示すように、出力特性Ｇ２を用いることで、高流量領域に該当する５Ｌ／ｍｉｎと６Ｌ／ｍｉｎとの間の出力電圧差が、出力特性Ｇ０を用いた場合に比べて大きくなることがわかる。
【００５５】
上述したように、本実施形態における負圧吸着装置によれば、スイッチＳＷ１をオンにすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させることができ、スイッチＳＷ２をオンにすることで、空気流量に対する出力電圧により表される出力特性を低電圧側にシフトさせることができる。それゆえに、各種の判定に用いる空気流量の領域に応じて、その領域に属する空気流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００５６】
具体的には、外部からの信号が高流量判定要求信号である場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のそれぞれオンにすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させ、出力特性を低電圧側にシフトさせることができるため、高流量領域の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることができる。
【００５７】
また、外部からの信号が低流量判定要求信号である場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたままスイッチＳＷ１をオンすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させることができるため、低流量領域の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることができる。
【００５８】
[変形例]
本発明を、上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす記述および図面は、この発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態や運用技術等が明らかになるはずである。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、小型のノズル部３を装着して部品吸着の有無を判定する際に、低流量領域用の出力特性Ｇ１を用いているが、これに限定されず、例えば、出力特性Ｇ０をそのまま用いることとしてもよい。これは、熱式センサである流量センサ１２の出力特性Ｇ０（流量に対する出力電圧）の変化の度合いが低流量領域において大きいという特性をそのまま利用できるためである。この場合には、図７に示すスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をそれぞれオフにすることで、出力特性Ｇ０を得ることができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、２種類の出力特性Ｇ１、Ｇ２を切り替えて一つの出力電圧を出力しているが、これに限定されない。例えば、出力特性Ｇ１に基づいて出力電圧を出力し、それとは別に、出力特性Ｇ２に基づいて出力電圧を出力することとしてもよい。この場合に、図６に示す制御回路１３は、増幅部１３２の替わりに、出力特性Ｇ１に基づいて出力電圧を出力する増幅部と、出力特性Ｇ２に基づいて出力電圧を出力する増幅シフト部とを備え、スイッチ制御部１３３を省略することとすればよい。
【００６１】
増幅部および増幅シフト部について具体的に説明する。増幅部は、ブリッジ回路で検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプで増幅することで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる。増幅シフト部は、ブリッジ回路で検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプで増幅することで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させるとともに、インスツルメンテーションアンプが用いる基準電圧を低電圧側にシフトすることで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧により表される出力特性を低電圧側にシフトさせる。
【００６２】
このように構成することで、各種の判定を行う際に、判定に用いる流量に対する出力電圧の変化の度合いが大きい方の出力を用いて判定を行うことが可能となる。
【００６３】
また、上述した実施形態におけるスイッチ制御部１３３は、外部からの信号に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御しているが、これに限定されない。例えば、スイッチ制御部１３３は、流量算出部１３１によって算出された空気の流量（測定流量）に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御することとしてもよい。具体的には、スイッチ制御部１３３は、測定流量が低流量領域に属すると判定した場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたまま、スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替える。スイッチ制御部１３３は、測定流量が高流量領域に属すると判定した場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオフからオンにそれぞれ切り替える。
【００６４】
また、上述した実施形態における制御回路１３は、増幅率変更回路ＡＲおよび出力シフト回路Ｂの双方を備えているが、これに限定されない。例えば、制御回路１３は、少なくとも増幅率変更回路ＡＲおよび出力シフト回路Ｂのいずれか一方を備えることとしてもよい。
【００６５】
最後に、上述した実施形態では、本発明に係る熱式流量センサを、負圧吸着装置の吸着確認センサに適用した場合について説明しているが、これに限定されない。本発明に係る熱式流量センサは、流体の流量に基づいて判定を行う種々の装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…吸着確認センサ、２…吸着ノズル、３…ノズル部、４Ａ〜４Ｃ…空気吸引通路、５…バルブ、６…配管、７…負圧発生装置、９…ヘッドユニット、１１…基板、１２…流量センサ、１３…制御回路、１４…ケース、１５…流路、２０…基板、２１…発熱抵抗体、２２…上流側測温抵抗素子、２３…下流側測温抵抗素子、２４…温度センサ、２５…絶縁膜、２６…キャビティ、１３１…流量算出部、１３２…増幅部、１３３…スイッチ制御部、１３４…判定部、Ａ…インスツルメンテーションアンプ、ＡＲ…増幅率変更回路、Ｂ…ブリッジ回路、Ｓ…出力シフト回路、ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱式流量センサおよび負圧吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品などの小型の部品をプリント配線基板上に搬送する場合、吸着ノズルに部品を吸着させて搬送する負圧吸着装置が用いられる。負圧吸着装置では、エジェクタや真空ポンプなどの負圧発生装置で発生した負圧を用いて吸着ノズルの空気吸込口から空気を吸引することにより、吸着ノズルに部品を吸着させる。負圧吸着装置では、部品の吸着／開放が正常に行われていることを知らせるために、吸着確認センサを設けている。下記特許文献１には、部品の吸着の有無を確認するための吸着確認センサとして熱式流量センサを用い、流量の多少に基づき部品の吸着／開放を判定する負圧吸着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
負圧吸着装置には、吸着対象となる部品の大きさに合わせてノズルの口径を変更するものがある。このような負圧吸着装置では、例えば、口径の小さなノズルでの部品吸着の有無を判定する場合には、比較的低い流量を用いて判定することになり、口径の大きなノズルの装着状態の正否を判定する場合には、比較的高い流量を用いて判定することになる。つまり、ノズルの口径を変更する負圧吸着装置で各種の判定を行う場合には、幅広い範囲の流量を用いることになる。
【０００５】
ところが、熱式流量センサの流量に対する出力電圧により表される出力特性はリニアではなく、例えば、低流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが大きいのに対し、高流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さくなる。この場合に、例えば口径の大きなノズルの装着状態の正否を判定しようとすると、高流量領域の流量を用いて判定することになるため、低流量領域の流量を用いて判定する場合に比べて精度良く判定することができない。
【０００６】
そこで本発明は、幅広い範囲の流量領域において、高い精度で判定を行うことができる熱式流量センサおよび負圧吸着装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、を備える。
【０００８】
かかる構成により、増幅部による増幅率を変更することで、センサの検出値の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを変更させることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【０００９】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、を備える。
【００１０】
かかる構成により、増幅部の基準電圧をシフトすることで、流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００１１】
本発明にかかる熱式流量センサは、駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の測定流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、を備える。
【００１２】
かかる構成により、増幅部による増幅率を変更することで、センサの検出値の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを変更させることができ、増幅部の基準電圧をシフトすることで、流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせることができる。それゆえに、流量を用いて行い得る各種の判定に用いる流量に応じて、その流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明にかかる負圧吸着装置は、上記流熱式流量センサと、負圧発生装置で発生した負圧を利用して部品を吸着する吸着ノズルと、を備え、前記熱式流量センサは、前記吸着ノズルから吸い込まれる空気の流量を計測する。
【００１４】
かかる構成を採用することで、負圧吸着装置で流量を用いて行い得る各種の判定を、当該判定で用いる流量に対する出力電圧の変化の度合いを十分に拡大した後の出力に基づいて判定させることが可能となる。
【００１５】
上記熱式流量センサにおいて、前記測定流量または外部からの信号に応じて、前記増幅率および前記基準電圧のシフト操作をそれぞれ制御する制御部をさらに備えることとしてもよい。また、上記熱式流量センサにおいて、前記増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、前記出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、をさらに備え、前記制御部は、前記測定流量または前記外部からの信号に応じて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、幅広い範囲の流量領域において、高い精度で判定を行うことができる熱式流量センサおよび負圧吸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における負圧吸着装置の外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示す吸着確認センサの分解斜視図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【図４】図３に示す流量センサの斜視図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線矢視方向断面図である。
【図６】図２に示す制御回路の機能構成図であり
【図７】図２に示す制御回路の回路構成図である。
【図８】図１に示す吸着確認センサの出力特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載では、同一または類似の部分を同一または類似の符号で表す。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明と照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１９】
図１は本発明の実施形態における負圧吸着装置の外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。負圧吸着装置は、例えば、プリント配線基板にチップ部品を実装するためのマウンタ装置に搭載することができる。以下においては、複数の吸着ノズルが直線上に配置されたモジュラー式（ＸＹ式）マウンタ装置に搭載した負圧吸着装置について説明するが、本発明は複数の吸着ノズルが円周上に配置されたロータリー式マウンタ装置にも同様に適用することができる。
【００２０】
図１に示す負圧吸着装置は、吸着確認センサ１と、ノズル部３を含む吸着ノズル２と、空気吸引通路４Ａ〜４Ｃと、バルブ５と、配管６と、負圧発生装置７と、ヘッドユニット９とを有する。負圧発生装置７としては、例えば、エジェクタや真空ポンプ等を用いることができる。
【００２１】
ヘッドユニット９の底部には、５つの吸着ノズル２が等間隔で着脱自在に取り付けられている。ヘッドユニット９は、吸着ノズル２の先端にあるノズル部３の昇降動作や、ノズル部３の上下方向を軸とする回転動作を制御する。
【００２２】
各吸着ノズル２は、空気吸引通路４Ａ、吸着確認センサ１、空気吸引通路４Ｂ、バルブ５および空気吸引通路４Ｃを介して配管６にそれぞれ接続されている。各吸着ノズル２は、負圧発生装置７で発生した負圧を利用して部品を吸着する。
【００２３】
本実施形態における負圧吸着装置は、吸着対象となる部品の大きさに合わせてノズル部３を交換することができる。本実施形態では、以下において、口径の異なる大小２種類のノズル部３を交換して使用する場合について説明する。
【００２４】
バルブ５は、吸着ノズル２への負圧／大気圧の供給を制御して部品の吸着／開放を制御する。吸着確認センサ１は、本発明の熱式流量センサの一例である。吸着確認センサ１は、吸着ノズル２から吸い込まれる空気の流量に基づいて、例えば吸着ノズル２での部品吸着の有無等を判定する。
【００２５】
図２および図３を参照して、吸着確認センサ１について説明する。図２は、吸着確認センサ１の分解斜視図であり、図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
【００２６】
吸着確認センサ１は、全体として直方体をなしており、プラスチック樹脂製の成型品からなるケース１４内に、空気が流れる流路１５が形成され、その流路１５を流れる空気の流量を計測する流量センサ１２が流路１５内に配置されている。
【００２７】
流量センサ１２は、熱式センサであり、基板１１に実装されている。流量センサ１２が実装されている基板１１の反対側の面には、制御回路１３が実装されている。制御回路１３は、流量センサ１２を制御して流路１５内の空気流量を測定し、例えば吸着ノズル２での部品吸着の有無等を示す電気信号を出力する。
【００２８】
図４は、流量センサ１２の斜視図であり、図５は、図４に示すＶ−Ｖ線矢視方向断面図である。図４および図５に示すように、流量センサ１２は、キャビティ２６が設けられた基板２０と、基板２０上にキャビティ２６を覆うように配置された絶縁膜２５と、絶縁膜２５に設けられた発熱素子としての発熱抵抗体２１と、発熱抵抗体２１より上流側（図４，図５において左側）に設けられた温度検出素子としての上流側測温抵抗素子２２と、発熱抵抗体２１より下流側（図４，図５において右側）に設けられた温度検出素子としての下流側測温抵抗素子２３と、上流側測温抵抗素子２２より上流側に設けられた温度センサ２４と、を有する。
【００２９】
絶縁膜２５のキャビティ２６を覆う部分は、熱容量が小さく、基板２０に対して断熱性を有するダイヤフラムを構成する。温度センサ２４は、流路１５に流入してきた空気の温度を測定する。発熱抵抗体２１は、キャビティ２６を覆う絶縁膜２５の中心に配置されており、駆動回路（不図示）から付与される電力によって発熱する。発熱抵抗体２１は、温度センサ２４が計測した空気の温度よりも一定温度高くなるように加熱される。上流側測温抵抗素子２２は、発熱抵抗体２１より上流側の温度を検出するために用いられる。下流側測温抵抗素子２３は、発熱抵抗体２１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００３０】
ここで、図３に示す流路１５中の空気が静止（停止）している場合には、図４および図５に示す発熱抵抗体２１によって加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、流路１５中の空気が上流から下流に流れている場合には、発熱抵抗体２１によって加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子２２の温度よりも、下流側測温抵抗素子２３の温度の方が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗との間に差が生じる。
【００３１】
下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差は、流路１５を流れる空気の流量と相関関係がある。それゆえに、下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差から、流路１５を流れる空気の流量を算出することができる。また、流路１５中の空気が下流から上流に流れる場合であっても、同様に、上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗との差から、流路１５を流れる空気の流量を算出することができる。
【００３２】
図４および図５に示す基板２０の材料としては、シリコン(Ｓｉ)などが使用可能である。絶縁膜２５の材料としては、酸化ケイ素(ＳｉＯ2)などが使用可能である。キャビティ２６は、異方性エッチングなどにより形成される。また発熱抵抗体２１、上流側測温抵抗素子２２、下流側測温抵抗素子２３および温度センサ２４の各材料には白金(Ｐｔ)などが使用可能であり、リソグラフィ法などにより形成可能である。
【００３３】
図６および図７を参照して、制御回路１３について説明する。図６は、制御回路１３の機能構成図であり、図７は、制御回路１３の回路構成図である。
【００３４】
制御回路１３は、機能的には、例えば図６に示すように、流量算出部１３１と、増幅部１３２と、スイッチ制御部１３３と、判定部１３４とを有し、物理的には、例えば図７に示すように、ブリッジ回路Ｂと、インスツルメンテーションアンプＡと、出力シフト回路Ｓと、ＣＰＵ（不図示）と、メモリ（不図示）とを含んで構成される。
【００３５】
図７に示すブリッジ回路Ｂは、上流側測温抵抗素子２２、下流側測温抵抗素子２３および抵抗Ｒ３，Ｒ４を含む。インスツルメンテーションアンプＡは、三つのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３と、６つの抵抗Ｒ５〜Ｒ１０と、増幅率変更回路ＡＲとを含む。増幅率変更回路ＡＲは、インスツルメンテーションアンプＡの増幅率を増加させる抵抗Ｒ１と、増幅率変更回路ＡＲをオン／オフするスイッチＳＷ１と、を含む。出力シフト回路Ｓは、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧を低下させる抵抗Ｒ２と、出力シフト回路Ｓをオン／オフするスイッチＳＷ２と、を含む。インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧は、所定電圧ＶＢを抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とで分圧した電圧となる。
【００３６】
図６に示す流量算出部１３１は、発熱抵抗体２１を発熱させたときの上流側測温抵抗素子２２および下流側測温抵抗素子２３の各電気抵抗（温度）に基づいて、空気の流量を算出する。具体的に、流量算出部１３１は、下流側測温抵抗素子２３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子２２の電気抵抗との差をブリッジ回路Ｂで検出し、空気の熱伝導率などの物性値に基づいて空気の流量（質量流量）を算出する。流量算出部１３１は、所定の検出間隔ごとに流量センサ１２を駆動して空気の流量を算出する。
【００３７】
増幅部１３２は、ブリッジ回路Ｂで検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプＡで増幅する。
【００３８】
スイッチ制御部１３３は、外部からの信号に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する。スイッチ制御部１３３がスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えると、増幅率変更回路ＡＲが接続状態となり、インスツルメンテーションアンプＡでの増幅率が増加する。スイッチ制御部１３３がスイッチＳＷ２をオフからオンに切り替えると、出力シフト回路Ｓが接続状態となり、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧が低下する。
【００３９】
外部からの信号としては、例えば、小型ノズル装着時の部品の吸着の有無を判定する際に用いる比較的低い流量領域である低流量領域の流量（例えば、０Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ）に対する出力を要求する低流量判定要求信号や、大型ノズルの装着状態の正否を判定する際に用いる比較的高い流量領域である高流量領域の流量（例えば、５Ｌ／ｍｉｎ〜６Ｌ／ｍｉｎ）に対する出力を要求する高流量判定要求信号等がある。
【００４０】
スイッチ制御部１３３は、低流量判定要求信号を受信した場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたまま、スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替える。スイッチ制御部１３３は、高流量判定要求信号を受信した場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオフからオンにそれぞれ切り替える。
【００４１】
判定部１３４は、インスツルメンテーションアンプＡの出力に基づいて、流量を用いて行い得る各種の判定を行う。各種の判定としては、例えば、部品の吸着の有無判定やノズルの装着状態の正否判定等が該当する。以下に、判定部１３４による判定について具体的に説明する。
【００４２】
本実施形態における負圧吸着装置では、小型のノズル部３を装着した場合には、部品吸着時の空気流量は略０Ｌ／ｍｉｎとなり、部品開放時の空気流量は略１Ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、判定部１３４は、小型のノズル部３を装着した時に部品の吸着の有無を判定する場合には、低流量領域に該当する０〜１Ｌ／ｍｉｎの流量に対応する出力電圧に基づいて判定する。つまり、出力電圧が０Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、部品が吸着していると判定し、その旨を示す電気信号を出力する。一方、出力電圧が１Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、部品が吸着していないと判定し、その旨を示す電気信号を出力する。
【００４３】
また、本実施形態における負圧吸着装置では、大型のノズル部３を装着した場合には、ノズル部３が正常に装着している時の空気流量は略５Ｌ／ｍｉｎとなり、ノズル部３が正常に装着していない時の空気流量は略６Ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、判定部１３４は、大型のノズル部３を装着した時にノズル部３の装着状態の正否を判定する場合には、高流量領域に該当する５〜６Ｌ／ｍｉｎの流量に対応する出力電圧に基づいて判定する。つまり、出力電圧が５Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、ノズル部３が正常に装着していると判定し、その旨を示す電気信号を出力する。一方、出力電圧が６Ｌ／ｍｉｎに対応する値である場合、判定部１３４は、ノズル部３が正常に装着していないと判定し、その旨を示す電気信号を出力する。
【００４４】
上述のように構成される負圧吸着装置は、例えば、以下のように動作する。
【００４５】
最初に、バルブ５が負圧発生装置７側に切り替えられると、負圧発生装置７で発生する負圧を利用して、ノズル部３の空気吸込口から空気を吸い込む。これにより、空気吸引通路４Ａを介して吸着確認センサ１に空気が流入し、吸着確認センサ１は、空気の流量を計測する。吸着確認センサ１を通過した空気は、空気吸引通路４Ｂ、バルブ５、空気吸引通路４Ｃ、配管６を介して負圧発生装置７に到達する。その結果、ノズル部３の空気吸込口の真下に位置する部品がノズル部３の先端に吸着される。
【００４６】
続いて、バルブ５が大気圧側に切り替えられると、空気の吸い込みを停止する。その結果、ノズル部３の先端に吸着されていた部品が開放される。
【００４７】
ノズル部３の先端に部品が吸着している吸着状態では、部品によりノズル部３の空気吸込口の開口面積が狭められるため、吸い込まれる空気量が減少し、吸着確認センサ１の出力は低い出力電圧となる。一方、ノズル部３の先端に部品が吸着していない開放状態では、ノズル部３の空気吸込口から比較的多くの空気が吸い込まれるため、吸着確認センサ１の出力は高い出力電圧となる。
【００４８】
図８を参照して、吸着確認センサ１における流量に対する出力電圧の出力特性について説明する。点線Ｇ０は、負圧吸着装置で利用可能な全流量領域をカバーする吸着確認センサ１の出力特性を示す。この出力特性Ｇ０は、低流量領域では流量に対する出力電圧の変化の度合いが比較的大きいのに対し、高流量領域に移るにしたがって流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さくなる。このような特性は、一般的な熱式センサに共通する特徴である。
【００４９】
このような出力特性Ｇ０に基づいて出力電圧を出力すると、高流量領域での流量に対する出力電圧の変化の度合いが小さいため、大型のノズル部３の装着状態を高精度で判定するためには、高分解能の判定装置が必要となる。そこで、本実施形態では、低流量領域用の出力特性Ｇ１と高流量領域用の出力特性Ｇ２とを、判定に用いる流量に応じて切り替えることで、高分解能の判定装置を用いることなく、各種の判定を可能とした。
【００５０】
低流量領域用の出力特性Ｇ１は、出力特性Ｇ０の増幅率を増加させることで得られる出力特性である。具体的には、図７に示すスイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにすることで、低流量領域用の出力特性Ｇ１が得られる。
【００５１】
高流量領域用の出力特性Ｇ１は、出力特性Ｇ０の増幅率をさらに増加させ、インスツルメンテーションアンプＡが用いる基準電圧を低電圧側にシフトすることで得られる出力特性である。具体的には、図７に示すスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をそれぞれオンにすることで、高流量領域用の出力特性Ｇ２が得られる。
【００５２】
このように、各種の判定に用いる流量に応じて出力特性を切り替えることで、低流量領域および高流量領域の双方で流量に対する出力電圧の変化の度合いを大きくすることができ、判定精度を向上させることができる。
【００５３】
具体的には、例えば、小型のノズル部３装着時に部品の吸着の有無を判定する場合には、低流量領域用の出力特性Ｇ１に基づいて出力した出力電圧を用いて判定する。図８に示すように、出力特性Ｇ１を用いることで、低流量領域に該当する０Ｌ／ｍｉｎと１Ｌ／ｍｉｎとの間の出力電圧差が、出力特性Ｇ０を用いた場合に比べて大きくなることがわかる。
【００５４】
また、例えば、大型のノズル部３装着時にノズル部の装着の正否を判定する場合には、高流量領域用の出力特性Ｇ２に基づいて出力した出力電圧を用いて判定する。図８に示すように、出力特性Ｇ２を用いることで、高流量領域に該当する５Ｌ／ｍｉｎと６Ｌ／ｍｉｎとの間の出力電圧差が、出力特性Ｇ０を用いた場合に比べて大きくなることがわかる。
【００５５】
上述したように、本実施形態における負圧吸着装置によれば、スイッチＳＷ１をオンにすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させることができ、スイッチＳＷ２をオンにすることで、空気流量に対する出力電圧により表される出力特性を低電圧側にシフトさせることができる。それゆえに、各種の判定に用いる空気流量の領域に応じて、その領域に属する空気流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることが可能となる。
【００５６】
具体的には、外部からの信号が高流量判定要求信号である場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のそれぞれオンにすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させ、出力特性を低電圧側にシフトさせることができるため、高流量領域の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることができる。
【００５７】
また、外部からの信号が低流量判定要求信号である場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたままスイッチＳＷ１をオンすることで、空気流量に対する出力電圧の変化の度合いをさらに拡大させることができるため、低流量領域の流量に対する出力電圧の変化の度合いを拡大させることができる。
【００５８】
[変形例]
本発明を、上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす記述および図面は、この発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態や運用技術等が明らかになるはずである。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、小型のノズル部３を装着して部品吸着の有無を判定する際に、低流量領域用の出力特性Ｇ１を用いているが、これに限定されず、例えば、出力特性Ｇ０をそのまま用いることとしてもよい。これは、熱式センサである流量センサ１２の出力特性Ｇ０（流量に対する出力電圧）の変化の度合いが低流量領域において大きいという特性をそのまま利用できるためである。この場合には、図７に示すスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をそれぞれオフにすることで、出力特性Ｇ０を得ることができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、２種類の出力特性Ｇ１、Ｇ２を切り替えて一つの出力電圧を出力しているが、これに限定されない。例えば、出力特性Ｇ１に基づいて出力電圧を出力し、それとは別に、出力特性Ｇ２に基づいて出力電圧を出力することとしてもよい。この場合に、図６に示す制御回路１３は、増幅部１３２の替わりに、出力特性Ｇ１に基づいて出力電圧を出力する増幅部と、出力特性Ｇ２に基づいて出力電圧を出力する増幅シフト部とを備え、スイッチ制御部１３３を省略することとすればよい。
【００６１】
増幅部および増幅シフト部について具体的に説明する。増幅部は、ブリッジ回路で検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプで増幅することで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる。増幅シフト部は、ブリッジ回路で検出された電気抵抗の差をインスツルメンテーションアンプで増幅することで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させるとともに、インスツルメンテーションアンプが用いる基準電圧を低電圧側にシフトすることで、ブリッジ回路で検出された各電気抵抗の変化に対応する出力電圧により表される出力特性を低電圧側にシフトさせる。
【００６２】
このように構成することで、各種の判定を行う際に、判定に用いる流量に対する出力電圧の変化の度合いが大きい方の出力を用いて判定を行うことが可能となる。
【００６３】
また、上述した実施形態におけるスイッチ制御部１３３は、外部からの信号に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御しているが、これに限定されない。例えば、スイッチ制御部１３３は、流量算出部１３１によって算出された空気の流量（測定流量）に応じてスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御することとしてもよい。具体的には、スイッチ制御部１３３は、測定流量が低流量領域に属すると判定した場合には、スイッチＳＷ２をオフにしたまま、スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替える。スイッチ制御部１３３は、測定流量が高流量領域に属すると判定した場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオフからオンにそれぞれ切り替える。
【００６４】
また、上述した実施形態における制御回路１３は、増幅率変更回路ＡＲおよび出力シフト回路Ｂの双方を備えているが、これに限定されない。例えば、制御回路１３は、少なくとも増幅率変更回路ＡＲおよび出力シフト回路Ｂのいずれか一方を備えることとしてもよい。
【００６５】
最後に、上述した実施形態では、本発明に係る熱式流量センサを、負圧吸着装置の吸着確認センサに適用した場合について説明しているが、これに限定されない。本発明に係る熱式流量センサは、流体の流量に基づいて判定を行う種々の装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…吸着確認センサ、２…吸着ノズル、３…ノズル部、４Ａ〜４Ｃ…空気吸引通路、５…バルブ、６…配管、７…負圧発生装置、９…ヘッドユニット、１１…基板、１２…流量センサ、１３…制御回路、１４…ケース、１５…流路、２０…基板、２１…発熱抵抗体、２２…上流側測温抵抗素子、２３…下流側測温抵抗素子、２４…温度センサ、２５…絶縁膜、２６…キャビティ、１３１…流量算出部、１３２…増幅部、１３３…スイッチ制御部、１３４…判定部、Ａ…インスツルメンテーションアンプ、ＡＲ…増幅率変更回路、Ｂ…ブリッジ回路、Ｓ…出力シフト回路、ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項３】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、
前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の測定流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項４】
前記測定流量または外部からの信号に応じて、前記増幅率および前記基準電圧のシフト操作をそれぞれ制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の熱式流量センサ。
【請求項５】
前記増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、
前記出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、をさらに備え、
前記制御部は、前記測定流量または前記外部からの信号に応じて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御することを特徴とする請求項４記載の熱式流量センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱式流量センサと、
負圧発生装置で発生した負圧を利用して部品を吸着する吸着ノズルと、を備え、
前記熱式流量センサは、前記吸着ノズルから吸い込まれる空気の流量を計測することを特徴とする負圧吸着装置。
【請求項１】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項３】
駆動回路から付与される電力によって発熱する発熱素子および当該発熱素子の両側に設けられる一対の温度検出素子を有するセンサと、
前記温度検出素子の各電気抵抗の変化に対応する出力電圧の変化の度合いを拡大させる増幅部と、
前記増幅部による増幅率を変更する増幅率変更回路と、
前記増幅部の基準電圧をシフトすることで、前記温度検出素子の各電気抵抗から求まる流体の測定流量に対する出力電圧により表される出力特性をシフトさせる出力シフト回路と、
を備えることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項４】
前記測定流量または外部からの信号に応じて、前記増幅率および前記基準電圧のシフト操作をそれぞれ制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の熱式流量センサ。
【請求項５】
前記増幅率変更回路をオン／オフする第１のスイッチと、
前記出力シフト回路をオン／オフする第２のスイッチと、をさらに備え、
前記制御部は、前記測定流量または前記外部からの信号に応じて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオン／オフをそれぞれ制御することを特徴とする請求項４記載の熱式流量センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱式流量センサと、
負圧発生装置で発生した負圧を利用して部品を吸着する吸着ノズルと、を備え、
前記熱式流量センサは、前記吸着ノズルから吸い込まれる空気の流量を計測することを特徴とする負圧吸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０３１８０（Ｐ２０１１−２０３１８０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２３３７（Ｐ２０１０−７２３３７）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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