JP2020051716A - 定温水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定温水供給装置を小型化する。【解決手段】定温水供給装置１では、出口１９から加工装置５に水が流出している場合、水供給源３から流入された水と循環配管２１内の既存の水との混合水が、ポンプ２３によって加速され、水温調整手段２５によって予め設定された温度に調整されて、加工装置５に供給される。これにより、加工装置５に流出される水の温度を、適切に調整することができる。また、定温水供給装置１は、タンクを備える必要がないため、容易に小型化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、定温水供給装置に関する。

ウェーハを切削ブレードで切削加工する切削装置では、所定の温度に調整された切削水を用いて、切削ブレードを冷却するとともに、切削屑を除去している。切削水を所定の温度に調整して切削装置に供給する定温水供給装置は、たとえば、特許文献１〜３に開示されている。

特開２００７−１２７３４３号公報 特開２０１７−２１５０６３号公報 特開２０１７−１５６０１７号公報

特許文献１〜３に開示された定温水供給装置では、工場設備（水供給源）から供給される水（純水）を、一旦タンクに貯める。そして、タンクからポンプアップされた水を、その温度を設定温度に温調してから、切削ブレードの加工点に供給している。タンクには、工場設備から供給される水の温度が変化した場合に、水温変化を緩和するという役目があるので、タンクの容積は、ある程度大きく設計される。このため、定温水供給装置を小型化することが困難である。

本発明の目的は、定温水供給装置全体を小型化することにより、より多くの切削装置および定温水供給装置を工場内に設置できるようにすることにある。

本発明の定温水供給装置（本定温水供給装置）は、水供給源からの水を定温に調整して加工装置へ供給する定温水供給装置であって、該水供給源からの水を流入させる入口と、該加工装置に水を流出させる出口と、該入口と該出口との間で水を循環させる循環配管と、該循環配管に配設されるポンプと、該ポンプの後に配設され、該循環配管内の水の温度を調整する水温調整手段と、該水温調整手段から出た該循環配管内の水の温度を測定する水温計と、該水温計によって測定された水温が予め設定された温度になるよう該水温調整手段を制御する制御手段と、を備え、該加工装置によって使用される量の水が該出口から流出したら、該出口から流出した水の量と同じ量の水が、該水供給源から該入口を介して流入され、該水供給源から流入された水と該循環配管内の既存の水とを該ポンプの前で混合したのち、混合した水を該ポンプによって加速し、加速された水を、該水温調整手段で予め設定された温度に調整して、該加工装置に供給する。

本定温水供給装置は、該循環配管を流れる水の量を一定にする流量調整手段をさらに備えてもよい。

本定温水供給装置では、水供給源から流入された水と循環配管内の既存の水との混合水が、水温調整手段によって予め設定された温度に調整されて、加工装置に供給される。すなわち、水温調整手段によって温度調整される混合水の一部が、循環配管内の既存の水であり、すでに循環配管内で循環され、少なくとも一度は水温調整手段によって温度調整されている。したがって、水供給源から供給されたばかりの水のみを温度調整する場合に比べて、水供給源から供給される水の温度が変化しても、加工装置に供給する水の温度を適切に調整することが容易である。

また、本定温水供給装置は、水温調整のためのタンクを備える必要がないため、容易に小型化することができる。したがって、より多くの加工装置および本定温水供給装置を工場内に設置することができる。

本定温水供給装置は、該循環配管を流れる水の量を一定にする流量調整手段をさらに備えることにより、出口から加工装置に流入される水の量が不足すること、および、循環配管内の水量が多くなりすぎることを抑制することができる。

一実施形態にかかる定温水供給装置の構成を示すブロック図である。 他の実施形態にかかる定温水供給装置の構成を示すブロック図である。

〔実施形態１〕
図１に示すように、本実施形態にかかる定温水供給装置１は、工場設備４の水供給源３からの水を、定温に調整して加工装置５に供給する。定温水供給装置１は、通常、工場設備４および加工装置５とともに、工場内に設置される。

加工装置５は、外部から供給された加工水および／または冷却水（以下、加工水等）を使用して加工を実施する装置である。加工装置５としては、たとえば、半導体ウェーハなどの被加工物を切削ブレードによって切削加工する切削装置、および、被加工物を研削ホイールによって研削加工する研削装置が挙げられる。
なお、加工水等の温度は、加工精度に影響が生じにくいように、加工装置５による加工に適切な所定温度に調整されることが好ましい。

まず、定温水供給装置１の構成について説明する。
図１に示すように、定温水供給装置１は、各種の部材を備えた筐体１１、および、筐体１１内の部材を制御する制御手段１３を含んでいる。筐体１１には、水供給源３に接続された入口１５、入口１５の下流側に配された循環部１７、および、循環部１７の下流側で加工装置５に接続された出口１９が備えられている。

入口１５は、水供給源３からの水を定温水供給装置１に流入させる。出口１９は、定温水供給装置１から加工装置５に水を流出させる。
循環部１７は、入口１５および出口１９に接続された循環配管２１、循環配管２１に配されたポンプ２３、ポンプ２３の下流に配された水温調整手段２５、および、水温調整手段２５の下流に配された水温計２７を含んでいる。

循環配管２１は、入口１５とポンプ２３との間に設けられた合流器３１、および、水温計２７と出口１９との間に設けられた分流器３３を含んでいる。循環配管２１は、さらに、合流器３１および分流器３３によって互いに接続された、第１配管３５および第２配管３７を含んでいる。
第１配管３５は、合流器３１と分流器３３との間を、ポンプ２３等を介してつないでいる。第２配管３７は、合流器３１と分流器３３とを直結する。

合流器３１は、ポンプ２３の上流側に設けられている。合流器３１には、入口１５から延びる入口配管１６、第１配管３５および第２配管３７が接続されている。合流器３１では、入口１５および入口配管１６を介して水供給源３から流入された水と、循環配管２１内の既存の水である第２配管３７内の水とが混合される。合流器３１おいて混合された水は、第１配管３５に流れる。

分流器３３は、水温計２７の下流側に設けられている。分流器３３には、第１配管３５、第２配管３７、および、出口１９に向かって延びる出口配管２０が接続されている。分流器３３では、第１配管３５内の水流が、出口配管２０および出口１９を介して加工装置５に向かう水流と、第２配管３７内の水流とに分岐される。

ポンプ２３は、合流器３１の下流側における第１配管３５上に配置されている。ポンプ２３は、たとえばターボ型ポンプであり、特に、過流ポンプを用いる事で循環回路の圧力変動に瞬時に対応することができ、循環回路の圧力を一定に保ち、加工装置が必要とする流量を送水することができる。ポンプ２３が回転することにより合流器３１の下流側の水を吸い込んで加速（エネルギーを付与）し、水温調整手段２５側に吐出する。ポンプ２３の回転数が高くなると、ポンプ２３による水の吸い込み量が多くなり、水がより大きく加速される。

水温調整手段２５は、第１配管３５におけるポンプ２３の下流側に配設されており、循環配管２１内の水の温度を調整する。水温調整手段２５は、本実施形態では、ポンプ２３から吐出された第１配管３５内の水を、その温度を調整して吐出するように構成されている。そして、図１に示すように、水温調整手段２５は、第１配管３５内の水を冷却する冷却手段４１、および、第１配管３５内の水を加熱する加温手段４３を備えている。

水温計２７は、第１配管３５における水温調整手段２５の下流側に配設されており、水温調整手段２５から吐出された循環配管２１内の水の温度を測定する。
制御手段１３は、水温計２７によって測定された水温が、加工装置５による加工に適切な予め設定された所定温度になるように、水温調整手段２５を制御する。

次に、定温水供給装置１の動作について説明する。
入口１５は、水供給源３に対して開放されている。したがって、定温水供給装置１内の水量が減って、定温水供給装置１内の水圧（循環配管２１内の水圧）が低下して入口１５の水圧が下がると、水供給源３から入口１５に水が流入する。

また、出口１９に接続されている加工装置５は、被加工物に対する加工の際に、必要に応じて、加工水等を出口１９から取り出す。このため、出口１９から加工装置５に水が流出するか否かは、加工装置５の動作状況に応じて決定される。

本実施形態では、加工装置５内には、出口１９に接続された図示しないバルブが設けられている。加工装置５による加工が開始されると、このバルブが開放されて、出口１９から加工装置５に水が流出する。

加工装置５による加工がなされていない場合、加工装置のバルブは閉じられたままである。このため、出口１９から加工装置５には水は流出しない。この場合、定温水供給装置１内の水量は実質的に変化しないので、水供給源３から入口１５への水の流入もない。

また、本実施形態では、循環配管２１内の水がポンプ２３に吸い込まれて加速されることにより、循環配管２１内には、第１配管３５と第２配管３７とを循環する水流、すなわち、第１配管３５→分流器３３→第２配管３７→合流器３１→第１配管３５…のように循環する水流が発生している。

したがって、合流器３１を通過した第１配管３５内の水は、ポンプ２３によって吸い込まれて吐出され、水温調整手段２５および水温計２７を通過し、分流器３３を介して第２配管３７に入る。ポンプ２３によって発生している水流により、第２配管３７内の水は、合流器３１を介して第１配管３５に入り、ポンプ２３に吸い込まれる。

一方、加工装置５による加工が開始されると、加工装置の図示しないバルブが開放される。上記したように、循環配管２１における第１配管３５の水は、ポンプ２３に吸い込まれて加速され、水温調整手段２５および水温計２７を通過して、分流器３３に向かう。加工装置５のバルブが開放されると、分流器３３に到達した水の一部が、出口１９を介して、加工装置５に流出する。

また、本実施形態では、循環配管２１には、ポンプ２３によって、第１配管３５から第２配管３７への水流が発生している。このため、第１配管３５を流れている水の残りの部分は、分流器３３を介して第２配管３７に流出する。

本実施形態では、分流器３３から出口１９を介して加工装置５に流出する水の量と、分流器３３から水温調整手段２５に向かう水の量とが実質的に等しくなるように、出口１９のサイズおよびポンプ２３の能力が設計されている。加工装置５に流出する水の量は、たとえば、毎分１５リットルである。そして、同量の水が、分流器３３から第２配管３７に流れる。つまり、ポンプ２３の送水量は、毎分３０リットルである。

また、加工装置５が水を必要としていない状態から水を必要とする状態に変化した瞬間、加工装置５への水の流出により、定温水供給装置１内の水量が瞬間的に減少し、循環配管２１内の水圧が下がるので、水供給源３から入口１５に水が流入する。水供給源３から入口１５に流入する水の量は、加工装置５に流出する水の量と実質的に等しく、たとえば、毎分１５リットルである。

分流器３３を介して第２配管３７に流れ込んだ水は、循環配管２１内の既存の水、すなわち、少なくとも一度は、ポンプ２３によって加速されて、水温調整手段２５によって温度調整された水である。この水と、水供給源３から入口１５に流入した水とが、合流器３１において合流し、ポンプ２３に吸い込まれて加速され、分流器３３に向かう。

また、出口１９から加工装置５に水が流出されているか否かによらず、水温計２７は、水温調整手段２５から吐出された水の温度を計測している。そして、制御手段１３は、水温調整手段２５によって計測された水温が所定温度になるよう、水温調整手段２５を制御する。

すなわち、制御手段１３は、計測された水温が所定温度よりも低い場合には、水温調整手段２５の加温手段４３を制御して、水温調整手段２５に流入した水を加熱して、水温調整手段２５から吐出する。一方、制御手段１３は、計測された水温が所定温度よりも高い場合には、水温調整手段２５の冷却手段４１を制御して、水温調整手段２５に流入した水を冷却して、水温調整手段２５から吐出する。さらに、制御手段１３は、計測された水温が所定温度と実質的に等しい場合には、加熱および冷却を実施することなく、水温調整手段２５からそのまま吐出する。

以上のように、定温水供給装置１では、出口１９から加工装置５に水が流出している場合、水供給源３から流入された水と循環配管２１内の既存の水との混合水が、ポンプ２３によって加速され、水温調整手段２５によって予め設定された温度に調整されて、加工装置５に供給される。これにより、加工装置５に流出される水の温度を、適切に調整することができる。

すなわち、定温水供給装置１では、水温調整手段２５によって温度調整される混合水の一部が、循環配管２１内の既存の水であり、すでに循環配管２１内で循環され、少なくとも一度は水温調整手段２５によって温度調整されている。したがって、水供給源３から供給されたばかりの水のみを温度調整する場合に比べて、水供給源３から供給される水の温度が変化しても、水供給源３から供給される水に、少なくとも一度は水温調整手段２５によって予め設定された温度に温度調整された水を混合することで、混合水の温度が予め設定された温度に近づけられることで加工装置５に供給する水の温度を適切に調整することが容易である。

また、定温水供給装置１は、水温調整のためのタンクを備える必要がないため、容易に小型化することができる。したがって、より多くの加工装置５および定温水供給装置１を、工場内に設置することができる。

〔実施形態２〕
図２に示すように、本実施形態にかかる定温水供給装置２は、図１に示した定温水供給装置１の構成に加えて、流量調整手段５１および圧力計５３をさらに備えている。
なお、本実施形態では、図１に示した定温水供給装置１の部材と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

圧力計５３は、分流器３３と出口１９との間の出口配管２０に配されており、この部分の水圧を計測する。

流量調整手段５１は、インバータを有しており、循環配管２１内を流れる水の量を一定にする。このために、流量調整手段５１は、圧力計５３によって計測される水圧が所定値となるように、ポンプ２３の回転数を制御する。

すなわち、上記したように、ポンプ２３の回転数が高くなると、ポンプ２３による水の吸い込み量が多くなり、水がより大きく加速される。このため、水供給源３から入口１５への水の流入が促進され、循環配管２１内の流量が増えて、循環配管２１内の水圧が上がる。
流量調整手段５１は、このような関係を利用して、圧力計５３の計測値に基づいて、ポンプ２３の回転数を制御する。

このような構成を有する定温水供給装置２では、流量調整手段５１は、圧力計５３によって計測される水圧を監視する。加工装置５による加工が実施されており、出口１９から加工装置５に、一時的に多くの水が流出したとする。この場合、循環配管２１内の水量が減少するので、圧力計５３によって計測される水圧が所定値よりも低くなる。
この場合、流量調整手段５１は、圧力計５３によって計測される水圧が所定値に戻るように、ポンプ２３の回転数を一時的に上げて、水供給源３から入口１５への水の流入を促進し、循環配管２１内の流量を増やす。

一方、出口１９から加工装置５に流出する水が一時的に減少するなどの理由により、循環配管２１内の水量が増える可能性もあり、このときには、圧力計５３によって計測される水圧が、所定値よりも高くなる。
この場合、流量調整手段５１は、圧力計５３によって計測される水圧が所定値に戻るように、ポンプ２３の回転数を一時的に下げて、水供給源３から入口１５への水の流入を抑制し、循環配管２１内の流量を減らす。

以上のように、本実施形態にかかる定温水供給装置２では、循環配管２１内の水圧に基づいてポンプ２３の回転数を制御することにより、循環配管２１内の水量を一定にすることができる。このため、出口１９から加工装置５に流入される水の量が不足すること、および、循環配管２１内の水量が多くなりすぎることを抑制することができる。

なお、定温水供給装置２に、循環配管２１内の水を外部に排出するための排出弁を備えてもよい。この場合、流量調整手段５１は、圧力計５３によって計測される水圧が所定値を超えた場合に、この水圧が所定値に戻るまで、排出弁を制御して循環配管２１内の水を外部に放出するように構成されていてもよい。

１，２：定温水供給装置、３：水供給源、５：加工装置
１３：制御手段、１５：入口、１７：循環部、１９：出口、
２１：循環配管、２３：ポンプ、２５：水温調整手段、２７：水温計、
３１：合流器、３３：分流器、３５：第１配管、３７：第２配管、
４１：冷却手段、４３：加温手段、
５１：流量調整手段、５３：圧力計

Claims (2)

1. 水供給源からの水を定温に調整して加工装置へ供給する定温水供給装置であって、
   該水供給源からの水を流入させる入口と、
   該加工装置に水を流出させる出口と、
   該入口と該出口との間で水を循環させる循環配管と、
   該循環配管に配設されるポンプと、
   該ポンプの後に配設され、該循環配管内の水の温度を調整する水温調整手段と、
   該水温調整手段から出た該循環配管内の水の温度を測定する水温計と、
   該水温計によって測定された水の温度が予め設定された温度になるよう該水温調整手段を制御する制御手段と、を備え、
   該加工装置によって使用される量の水が該出口から流出したら、該出口から流出した水の量と同じ量の水が、該水供給源から該入口を介して流入され、
   該水供給源から流入された水と該循環配管内の既存の水とを該ポンプの前で混合したのち、混合した水を該ポンプによって加速し、加速された水を、該水温調整手段で予め設定された温度に調整して、該加工装置に供給する、
   定温水供給装置。
2. 該循環配管を流れる水の量を一定にする流量調整手段をさらに備える、
   請求項１記載の定温水供給装置。

Images