JP2007003154A - 恒温器 - Google Patents

Abstract

【課題】一定恒温液体供給装置を用いて温度制御を行うに際して、設定温度との温度差を最小限度に抑えることを可能とする恒温器を提供すること。
【解決手段】内部を密閉空間にした外筒（２）と、該外筒（２）における一端部近傍に形成した供給口（２０１）と、前記外筒（２）における他端部近傍に形成した放出口（２０２）と、該外筒（２）内に挿装された、内部に加熱器（４）が組み込まれた内筒（３）と、該内筒（３）の外周側に螺旋状に周設した整流手段（５）と、を備えたことを特徴としており、これにより、外筒内に供給された空圧及び液媒体は、仕切板に導きながら内筒の外周側を渦巻き状になって放出口まで導かれつつその過程で攪拌され、空圧及び液媒体の全体が満遍なく内筒に接触し、空圧及び液媒体の全体が均一に設定温度まで恒温化するため、装置等の超精密な温度コントロールを行うことが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、超精密切削、研削加工機、半導体製造、液晶製造、ナノテクノロジーの分野、超精密加工等において装置内の温度を適温まで上昇させるために用いられる恒温器に係り、より詳しくは、高精度な温度コントロールを可能とした恒温器に関する。

周知の通り、金型及び、半導体や液晶の製造、ワークの超精密加工においては、また、ナノテクノロジー等の分野においては、製品の品質を均一にするために、装置内等の温度管理が不可欠である。

即ち、半導体製造等の工程においては、パターンの形成、レーザーによる加工等熱付加の工程が不可欠であるが、その一方、ワークは温度変化により伸縮等の熱変異を起こしてしまうために、温度変化によるワークの加工精度のバラつき等を防止するためにも装置内各部の温度管理は重要となっている。

そして、一般的にこれらの分野における温度管理は、所望する設定温度にした空圧及び液媒体を装置内に供給することにより行われ、この液媒体を設定温度まで上昇するために恒温器が用いられている。

ここで、図３は、従来の恒温器３１の構造を説明するための一部断面図であり、従来の恒温器３１では、その内部が密閉空間とされた外筒３２を備えており、この外筒３２には、空圧及び液媒体の供給口３２０１と放出口３２０２とが形成されている。

次に、前記外筒３２内には、前記外筒３２の内壁との間に隙間が形成されるような配置で内筒３３が挿装されており、この内筒３３内には、例えば電気式とした加熱器３４が挿装されている。そして、この加熱器３４によって、外筒３２内に供給された空圧及び液媒体を恒温可能としている。即ち、外筒３２内に空圧及び液媒体を供給しつつこの供給した空圧及び液媒体を放出口３１０２より放出する過程において、この空圧及び液媒体を加熱器３４により恒温化し、これにより設定温度とした空圧及び液媒体を装置に供給可能としている。

ところで、近年の技術の飛躍的な進歩により、超精密切削、研削加工機、半導体や液晶製造の分野や、超精密加工分野、あるいはナノテクノロジーの分野においては、より精密な温度コントロールが要求されてきているが、前述した従来の恒温器では、超精密な温度コントロールを行うことが困難であるという問題点が指摘されている。

即ち、前述したように、従来の恒温器３１では、空圧及び液媒体の供給口３２０１と放出口３２０２が形成された外筒３２内に単に内筒３３を挿装した構造とされており、圧力によって外筒３２内に空圧及び液媒体を供給しつつ放出する方法を採用しているために、図３において矢印で示しているように、外筒３２内に供給された空圧及び液媒体は、ポンプ等による圧力も手伝って直線的に放出口３２０２に向かってしまう。そうすると、供給口３２０１から放出口３２０２に向かう空圧及び液媒体には、内筒３３に接しながら放出口３２０２に向かう流れの部分と、外筒３２の内壁に接しながら放出口３２０２に向かう流れの部分の二つの流れが出来てしまう。そして、内筒３３に接しながら放出口３２０２に向かう流れは内筒３３内の加熱器３４により昇温されるが、外筒３２の内壁に接しながら放出口３２０２に向かう流れは加熱器４による昇温が十分に行われないため、この二つの流れは異なった温度となってしまい、その結果、放出口３２０２から放出される空圧及び液媒体の温度が均一でなくなってしまう。具体的には、本発明者の実験によると、設定温度を２０度に設定して毎分１０〜２０リットルの水を供給した場合において、最大温度と最小温度との差は、設定温度に対して±約１／１０度となっていた。

このように、従来の恒温器では、空圧及び液媒体を均一に恒温化させることが困難であったために、装置内各部の高精度な温度コントロールを行うことができないという問題点が指摘されていた。

そこで、本発明は、装置内各部の温度制御を行うに際して、設定温度との温度差を最小限度に抑えることを可能とする恒温器を提供することを課題としている。

本発明の恒温器は、内部を密閉空間にした外筒と、該外筒における一端部近傍に形成した供給口と、前記外筒における他端部近傍に形成した放出口と、該外筒内に挿装された、内部に加熱器が組み込まれた内筒と、該内筒の外周側に螺旋状に周設した整流手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明の恒温器では、内筒の外周側に螺旋状に整流手段を周設し、この整流手段によって内筒と外筒間の隙間を仕切っているため、供給口から外筒内に供給された空圧及び液媒体は、直線的に放出口に向かうことが無く、整流手段に沿って内筒の外周を渦巻き状に流れながら放出口に向かっていくとともに、その過程で攪拌されるため、むら無く内筒に接触しつつ放出口より放出される。

従って、本発明によれば、放出口より放出されてくる空圧及び液媒体の温度を均一にすることが可能となり、設定温度との温度差を最小限度に抑えて、高精度な温度コントロールを行うことが可能となる。

本発明の恒温器では、内部を密閉空間にした外筒を有しており、この外筒の一端部近傍には、外筒内に空圧及び液媒体を供給するための供給口が形成されており、他端部近傍には、外筒内に供給された空圧及び液媒体を放出するための放出口が形成されている。

また、外筒内には内筒が挿装されており、この内筒内には、例えば電気式等の加熱器が組み込まれている。そして、内筒の外周には、螺旋状とした整流手段が周設されている。

ここで、前記整流手段としては、板状の仕切板や、パイプ等が考えられ、これらによれば、容易に内筒の外周に整流手段を周設することが可能となる。

本発明の恒温器の実施例について図面を参照して説明すると、図１は本実施例の恒温器の構成を説明するための断面図であり、長手方向に沿った断面を示している。

そして、図において１が本実施例の恒温器であり、本実施例における恒温器１は、筒状とした外筒を有している。即ち、図において２が外筒であり、本実施例においてこの外筒２は、内部を密閉空間にしているとともに、基端部側には供給口２０１が形成され、また先端側には放出口２０２が形成されており、供給口２０１から外筒２の内部に、空圧及び液媒体を供給しつつ、この供給した空圧及び液媒体を放出口２０２より外部に放出可能としている。

なお、図において６は断熱材であり、本実施例の恒温器１では、外筒２を断熱材６によって被覆している。

次に、前記外筒２の内部には、加熱器を組み込んだ内筒が挿装されている。即ち、図において３が内筒であり、この内筒３は、これを前記外筒２内に挿装した際に外筒２の内壁と内筒３の外壁との間に空間が形成される外周径としており、また、これを外筒２内に挿装した際に、その先端部が前記外筒２内の先端よりもわずかに後退する程度の長さとしている。

そして、この内筒３内には、加熱器４が組み込まれており、本実施例においてこの加熱器４は電気式の加熱器とし、この加熱器４は、図示しないリード線によって電源に接続可能としている。そのために、加熱器４に電源を供給している状態において、供給口２０１より外筒２内に空圧及び液媒体を供給しつつこの供給した空圧及び液媒体を放出口２０２より放出することで、空圧及び液媒体の温度を上げることが可能となる。

次に、図において５は整流手段であり、本実施例の恒温器１においては、前記内筒３の外周側に整流手段５を螺旋状に周設している。

ここで、前記整流手段５について説明すると、本実施例においては、前記整流手段５として仕切板を用いている。即ち、前記外筒２と内筒３との間の寸法とほぼ同等の幅寸法を有する長尺の板状の仕切板５を用いて、この仕切板５を、その長手方向に沿った一方の縁側が前記内筒３の外周に接触する形態において、内筒３の外周に螺旋状に周設している。

このように、本実施例の恒温器１では、内筒３の外周に、仕切板５を螺旋状に周設しているために、供給口２０１より外筒２内に供給された空圧及び液媒体は、供給口２０１から放出口２０２までを直線的に流れることがなく、仕切板５に導かれながら、内筒３の外周側を渦巻き状に流れていくとともに、その過程で攪拌されていく。そのために、空圧及び液媒体の全体が満遍なく内筒３に接触して恒温化されることになり、これにより、放出口２０２より放出される空圧及び液媒体の温度はムラの無い温度となる。

なお、外筒２及び内筒３の内径等の寸法は特に限定されず、所望する空圧及び液媒体の流量等に応じて適宜設定するとよい。また、内筒３の外周に周設している仕切板５間の寸法（図におけるＰ）も特に限定されず、空圧及び液媒体の流量や所望する温度に応じて適宜設定するとよい。例えば、比較的高温の空圧及び液媒体にすることを欲する場合には仕切板５間の寸法（図におけるＰ）を短くし、一方、比較的低温の空圧及び液媒体にすることを欲する場合には仕切板５間の寸法（図におけるＰ）を長くするとよい。

また、前述の説明では、整流手段として仕切板５を用いた場合を説明したが、必ずしも仕切板を用いる必要はなく、供給口２０１より外筒２内に供給された空圧及び液媒体を渦巻き状に放出口２０２まで導くことが可能であればよく、例えば、内筒３の外周側にパイプを螺旋状に周設してもよい。

次に、このように構成される本実施例の恒温器１の作用を説明すると、供給口２０１より外筒２の内部に供給された空圧及び液媒体は、外筒２内を流れて放出口２０２より放出される過程で、加熱器４により設定温度まで恒温化される。

そしてこのとき、本実施例の恒温器１では、内筒３の外周に螺旋状に仕切板５を周設しているために、供給口２０１より外筒２内に供給された空圧及び液媒体は、図において矢印で示すように、仕切板５に導かれながら内筒３の外周側を渦巻き状になって放出口２０２まで流れていきつつ、その過程で攪拌されていく。そしてこれにより、空圧及び液媒体の全体が満遍なく内筒３に接触し、空圧及び液媒体の全体が均一に設定温度まで恒温化する。なお、本発明者の実験によると、設定温度を２０度に設定して毎分１０〜２０リットルの水を供給した場合において、最大温度と最小温度との差は設定温度に対して約±１／１００度となり、設定温度に対して約±１／１０度となった前述した従来の恒温器による実験結果よりもはるかに少ない温度差を得ることができた。

次に、本実施例の恒温器１を用いた温度制御の具体的な例を説明すると、本実施例の恒温器１を用いて、超精密切削、研削加工機、半導体製造装置、液晶製造装置、その他の装置等の温度制御を行う場合には、本実施の恒温器を一定恒温液体供給装置（以下「チーリングユニット」という。）に組み込み、あるいはチーリングユニットに連結して行う。

即ち、図２は、本実施例の恒温器１を備えたチーリングユニットを説明するためのブロック図である。そして、図において点線で示した部分１１がチーリングユニットであり、また、図において１７は、このチーリングユニット１１により温度制御を行うための装置であり、この装置１７としては、前述したように、超精密切削、研削加工機、半導体製造装置、液晶製造装置、超精密加工装置等、超精密温度コントロールを必要とする各種装置が含まれる。

そして、前記チーリングユニット１１は、水、不凍液等の液媒体が循環する循環ライン１２ａ、１２ｂを有しており、この循環ライン１２ａ、１２ｂが前記装置１７に連結される。

また、前記循環ラインは、装置１７へ液媒体を供給するための復路側ライン１２ａと、装置１７から戻る往路側ライン１２ｂとにより構成されており、往路側ライン１２ａの反装置側には熱交換器１３が連結され、装置１７を通過することで温度が上昇された液媒体の温度を熱交換器１３において冷却可能としている。

なお、熱交換器１３の構成は従来から用いられているチーリングユニットにおける熱交換器と同様であり、ステンレス等により形成された隔壁１３０１によって第１室と第２室とに分断しており、第１室に前記液媒体を通過させ、第２室には、冷凍機ユニット１４によって冷却させた冷媒を配管１４０１によって循環させている。そして、これにより、液媒体は、第１室を通過する過程で冷媒によって冷却可能としている。

次に、復路側循環ライン１２ｂは、その先端側が装置１７に連結されるとともに、基端側は前記熱交換器１３に連結されており、装置１７及び熱交換器１３間には、熱交換器１３側から順番に、ブラインタンク１５、ポンプ１６、及び恒温器１が介在されている。

そして、熱交換器１３により冷却された液媒体は、一旦ブラインタンク１５内に貯留され、その後、ポンプ１６により恒温器１に供給され、恒温器１内で設定温度まで恒温化された後に装置１７に供給される。即ち、装置内等の温度を一定に保つために用いられるチーリングユニットでは、液体を一旦冷却した後に恒温器１によって適温まで恒温化するために、ヒーターに比較して制御が困難である冷凍機によって液体の温度を下降調整する場合と異なり、より確実な温度制御が可能となる。

そして、そのときに、前述したように、本実施例の恒温器１では、空圧及び液媒体をムラ無く恒温化させることができるために、装置等の超精密な温度コントロールを行うことが可能となる。

本発明の恒温器では、外筒内に供給された空圧及び液媒体を渦巻き状にして放出口まで導き、これにより空圧及び液媒体をムラ無く均等に設定温度まで恒温可能としているために、空圧及び液媒体による温度制御の全般に適用可能である。

本発明の恒温器の実施例を説明するための断面図である。 本発明の恒温器の実施例を用いた温度制御を説明するためのブロック図である。 従来の恒温器を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 恒温器
２ 外筒
２０１ 供給口
２０２ 放出口
３ 内筒
４ 加熱器
５ 整流手段（仕切板）
１１ チーリングユニット
１２ 循環ライン
１２ａ 往路側循環ライン
１２ｂ 復路側循環ライン
１３ 熱交換器
１３０１ 隔壁
１３０２ 第１室
１３０３ 第２室
１４ 冷凍機ユニット
１４０１ 冷媒循環用配管
１５ ブラインタンク
１６ ポンプ
１７ 装置

Claims (3)

1. 内部を密閉空間にした外筒（２）と、
   該外筒（２）における一端部近傍に形成した供給口（２０１）と、
   前記外筒（２）における他端部近傍に形成した放出口（２０２）と、
   該外筒（２）内に挿装された、内部に加熱器（４）が組み込まれた内筒（３）と、
   該内筒（３）の外周側に螺旋状に周設した整流手段（５）と、を備えたことを特徴とする恒温器。
2. 前記整流手段（５）を板状の仕切板により構成したことを特徴とする請求項１に記載の恒温器。
3. 前記整流手段（５）をパイプにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の恒温器。

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