JP2023160459A - 温度制御装置 - Google Patents

温度制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023160459A
JP2023160459A JP2022070857A JP2022070857A JP2023160459A JP 2023160459 A JP2023160459 A JP 2023160459A JP 2022070857 A JP2022070857 A JP 2022070857A JP 2022070857 A JP2022070857 A JP 2022070857A JP 2023160459 A JP2023160459 A JP 2023160459A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
temperature control
fluid
valve
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022070857A
Other languages
English (en)
Inventor
蹊男 高山
Michio Takayama
勇 佐々木
Isamu Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinwa Controls Co Ltd
Original Assignee
Shinwa Controls Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinwa Controls Co Ltd filed Critical Shinwa Controls Co Ltd
Priority to JP2022070857A priority Critical patent/JP2023160459A/ja
Priority to PCT/JP2023/015437 priority patent/WO2023204203A1/ja
Priority to TW112114493A priority patent/TW202409340A/zh
Publication of JP2023160459A publication Critical patent/JP2023160459A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2015—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate the substrate being of crystalline semiconductor material, e.g. lattice adaptation, heteroepitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段の検出結果に基づいて供給手段における温度調整能力を制御する制御手段を備えない場合に比較して、温度制御対象に供給する温度制御用流体の温度を高い精度で制御することが可能な温度制御装置を提供する。【解決手段】温度制御装置１００は、温度制御用流体１０１を予め定められた温度に調整して供給する流体供給部１０４と、流体供給部から温度制御用流体が供給される温度制御対象である温調対象装置１０２側に配置され、温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段１０５と、検出手段の検出結果に基づいて、流体供給部における温度調整能力を制御する制御装置３００と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御装置に関する。
従来、温度制御装置に関する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２等に開示されたものが既に提案されている。
特許文献１は、内部に部材流路が設けられた被温度調整部材と、第１温度調整媒体の温度を第１温度に制御する第１温度制御部と、第２温度調整媒体の温度を前記第１温度とは異なる第２温度に制御する第２温度制御部と、前記部材流路と前記第１温度制御部とで前記第１温度調整媒体が流れる第１流路と、前記部材流路と前記第２温度制御部とで前記第２温度調整媒体が流れる第２流路と、前記部材流路を経由せず、前記第１温度制御部を前記第１温度調整媒体が流れる第３流路と、前記部材流路を経由せず、前記第２温度制御部を前記第２温度調整媒体が流れる第４流路と、前記第１流路と前記第３流路の分岐部に設けられた第１三方弁と、前記第２流路と前記第４流路の分岐部に設けられた第２三方弁と、前記第１流路と前記第２流路の分岐部に設けられた第３三方弁と、を備えるように構成したものである。
特許文献２は、プラズマ処理装置の処理容器内に配置され、基板を載置する載置台の内部に設けられた流路に供給される熱媒体を、前記基板に対するエッチング処理を行う場合に第１温度制御部から供給される第１の温度の前記熱媒体から、前記基板を前記処理容器から搬出した後に、前記載置台の上部に設けられた静電チャックに付着した反応生成物を除去するクリーニング処理を行う場合に第２温度制御部から供給される第２の温度の前記熱媒体に切り替える切り替え工程と、前記処理容器内にクリーニングガスの供給を開始し、プラズマを着火する着火工程と、前記流路の出口側における前記熱媒体の温度に基づいて、前記熱媒体の温度変化の傾きを算出する傾き算出工程と、前記流路の出口側における前記熱媒体の温度が、予め定めた設定値よりも低い第３の温度に安定するまで、前記第２温度制御部を制御する第１制御工程と、前記流路の出口側における前記熱媒体の温度が前記設定値となるように、前記第２温度制御部を制御する第２制御工程と、を有するように構成したものである。
特開２０２０－１０７６８４ 特開２０２１－１４５０９５
本発明は、温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段の検出結果に基づいて供給手段における温度調整能力を制御する制御手段を備えない場合に比較して、温度制御対象に供給する温度制御用流体の温度を高い精度で制御することが可能な温度制御装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載された発明は、温度制御用流体を予め定められた温度に調整して供給する供給手段と、
前記供給手段から前記温度制御用流体が供給される温度制御対象側に配置され、前記温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記供給手段における温度調整能力を制御する制御手段と、
を備えた温度制御装置である。
請求項２に記載された発明は、前記検出手段は、
前記供給手段から前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せず前記供給手段へ帰還させる前記温度制御用流体に分配する第１の流量制御用三方弁と、
前記第１の流量制御用三方弁によって前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の温度を検知する第１の温度検知手段と、
前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体の温度を検知する第２の温度検知手段と、
を備える請求項１に記載の温度制御装置である。
請求項３に記載された発明は、前記供給手段は、低温側の予め定められた第１の温度に調整された低温側流体を供給する第１の供給手段と、高温側の予め定められた第２の温度に調整された高温側流体を供給する第２の供給手段と、
を備え、
前記検知手段は、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体の流量を制御しつつ混合し前記温度制御用流体として前記温度制御対象に供給する第２の流量制御用三方弁と、
前記温度制御対象を流通した前記温度制御用流体を前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に流量を制御しつつ分配する第３の流量制御用三方弁と、
前記第２の流量制御用三方弁によって前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の温度を検知する第３の温度検知手段と、
前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体の温度を検知する第４の温度検知手段と、
を備える請求項１に記載の温度制御装置である。
請求項４に記載された発明は、前記制御手段は、前記供給手段において前記温度制御用流体の温度を熱交換器を介して調整する熱交換媒体の流量を増減させることにより前記供給手段における温度調整能力を制御する請求項１乃至３のいずれかに記載の温度制御装置である。
請求項５に記載された発明は、前記制御手段は、前記第１の流量制御用三方弁の分配情報のうち、前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の流量と、前記第１及び第２の温度検知手段の検知結果に基づいて前記温度制御対象の熱負荷を算出する請求項２に記載の温度制御装置である。
請求項６に記載された発明は、前記制御手段は、前記温度制御対象の熱負荷の算出結果Ｈ１に基づいて以下の演算式によって前記供給手段における温度調整能力Ｆ１を制御する請求項５に記載の温度制御装置である。
Ｆ１＝((Ｈ１―ｂ)／ａ）0.5
請求項７に記載された発明は、前記制御手段は、前記供給手段における冷凍機を駆動する駆動源の回転数を制御する請求項６に記載の温度制御装置である。
請求項８に記載された発明は、前記制御手段は、前記第１の流量制御用三方弁における分配比率を制御する請求項１に記載の温度制御装置である。
請求項９に記載された発明は、前記供給手段は、当該供給手段から前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せずに帰還させる前記温度制御用流体に分配する第４の流量制御用三方弁を備える請求項１に記載の温度制御装置である。
請求項１０に記載された発明は、前記制御手段は、前記第４の流量制御用三方弁に流入する前記温度制御用流体の流量が一定値となるよう制御する請求項９に記載の温度制御装置である。
請求項１１に記載された発明は、前記供給手段は、
前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクに貯蔵された前記温度制御用流体を冷却する冷却手段と、
を備える請求項１に記載の温度制御装置である。
請求項１２に記載された発明は、前記第１の流量制御用三方弁は、
前記温度制御用流体が流入する流入口と、前記流入口から流入する前記温度制御用流体を前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せず前記供給手段へ帰還させる前記温度制御用流体とに分配する第１及び第２の弁口を有する請求項２に記載の温度制御装置である。
本発明によれば、温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段の検出結果に基づいて供給手段における温度調整能力を制御する制御手段を備えない場合に比較して、温度制御対象に供給する温度制御用流体の温度を高い精度で制御することが可能な温度制御装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）の冷凍装置を示す回路構成図である。 プラズマ処理装置を示す断面構成図である。 本発明の実施の形態１に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）の動作を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）の動作を示す特性図である。 従来のチラー装置の動作を示す特性図である。 本発明の実施の形態２に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）を示す概略構成図である。 チラー装置の温度特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）の動作を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る温度制御装置としての恒温維持装置（チラー装置）の動作を示す概略構成図である。 流量制御用三方弁の切替特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す正面図、同右側面図及びアクチュエータ部の底面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す図１２（ｂ）のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す図１２（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す要部の断面斜視図である。 バルブシートを示す構成図である。 バルブシートと弁軸との関係を示す構成図である。 オムニシールを示す構成図である。 オムニシールの装着状態を示す断面図である。 オムニシールの変形例を示す構成図である。 ウェーブワッシャーを示す構成図である。 調整リングを示す斜視構成図である。 弁軸の動作を示す構成図である。 弁軸を示す構成図である。 弁軸の動作を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブの動作を示す断面構成図である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[実施の形態１]
＜チラー装置の概略構成＞
図１は本発明の実施の形態１に係る温度制御装置の一例としての恒温維持装置（チラー装置）を示す概略構成図である。
このチラー装置１００は、例えば、後述するようにプラズマエッチング処理などを伴う半導体製造装置等に使用され、温度制御対象（ワーク）Ｗの一例としての半導体ウエハ等の温度を一定温度に維持するよう制御するものである。
チラー装置１００は、図１に示すように、大別して、温度制御用流体１０１を予め定められた温度に調整して温度制御対象の一例としての温調対象装置１０２に供給配管１０３を介して供給する供給手段の一例としての流体供給部１０４と、チラー装置１００の外部であって、流体供給部１０４によって温度制御用流体１０１が供給される温調対象装置１０２側において当該温調対象装置１０２の直前に配置され、温調対象装置１０２の熱負荷を検出する検出手段１０５と、検出手段１０５の検出結果に基づいて流体供給部１０４における温度調整能力を制御する制御手段の一例としての制御装置３００とを備えている。
流体供給部１０４は、温度制御用流体１０１を貯蔵する貯蔵タンク１０６と、貯蔵タンク１０６から温度制御用流体１０１を供給する供給ポンプ１０７と、供給ポンプ１０７によって供給される温度制御用流体１０１を制御装置３００によって指示された温度に冷却する冷凍装置１０８とを備えている。
検出手段１０５は、チラー装置１００から温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１と温調対象装置１０２に供給せず貯蔵タンク１０６に帰還配管１１２を介して帰還させる温度制御用流体１０１に分配する第１の流量制御用三方弁１０９と、温調対象装置１０２に供給される直前の温度制御用流体１０１の温度を検知する第１の温度検知手段の一例としての第１の温度センサ１１０と、温調対象装置１０２から流出した直後の温度制御用流体１０１の温度を検知する第２の温度検知手段の一例としての第２の温度センサ１１１とを備えている。第１の流量制御用三方弁１０９の帰還用の流出部は、第１のバイパス配管１２５を介して帰還配管１１２に接続されている。
検出手段１０５は、温調対象装置１０２の熱負荷を検出するものである。第１の流量制御用三方弁１０９は、当該第１の流量制御用三方弁１０９に流入する温度制御用流体１０１のうち、温調対象装置１０２に供給される温度制御用流体１０１の割合（分配比）を決定している。したがって、第１の流量制御用三方弁１０９に流入する温度制御用流体１０１の流量が既知であれば、温調対象装置１０２に供給される温度制御用流体１０１の流量が求まる。また、第１の温度センサ１１０によって検知される温調対象装置１０２に供給される直前の温度制御用流体１０１の温度（Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）と、第２の温度センサ１１１によって検知される温調対象装置１０２から流出した直後の温度制御用流体１０１の温度（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１）との差分を算出することにより、温度制御用流体１０１が温調対象装置１０２を通過することに伴う温度変化ΔＴ＝（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１－Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）が求まる。その結果、第１の流量制御用三方弁１０９に流入する温度制御用流体１０１の流量と、当該第１の流量制御用三方弁１０９における温度制御用流体１０１の分配比と、第１及び第２の温度センサ１１０，１１１によって検知される温度制御用流体１０１の温度差に基づいて、温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１が次の演算式（１）に基づいて検出（算出）される。
Ｈ１＝ｍ・ｃ・ΔＴ （１）
ここで、ｍは温度制御用流体１０１の質量流量（Ｋｇ／ｈ）、すなわち温度制御用流体１０１の単位時間当たりの流量に比重を乗算したものであり、cは温度制御用流体１０１の比熱（Ｋｗ／Ｋｇ／℃）である。
仮に、温調対象装置１０２に供給される直前の温度制御用流体１０１の温度（Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）と、温調対象装置１０２から流出した直後の温度制御用流体１０１の温度（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１）が等しい場合は、温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１はゼロということになる。
一方、温調対象装置１０２に供給される直前の温度制御用流体１０１の温度（Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）と、温調対象装置１０２から流出した直後の温度制御用流体１０１の温度（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１）との温度差（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１－Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）が大きな値となり、及び／又は温度制御用流体１０１の流量Ｑ１が多い場合は、温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１が大きいことになる。
さらに、貯蔵タンク１０６に温度制御用流体１０１が帰還配管１１２を介して帰還する直前の流入部には、温度制御用流体１０１の温度を検知する第３の温度検知手段の一例としての第３の温度センサ１１３が配置されている。
また、貯蔵タンク１０６から供給ポンプ１０７によって温度制御用流体１０１を冷凍装置１０８に供給する配管１２４には、貯蔵タンク１０６から供給される温度制御用流体１０１の温度を検知する第４の温度検知手段の一例としての第４の温度センサ１１４が配置されている。
冷凍装置１０８から温度制御用流体１０１が流出する供給配管１０３の最上流部には、冷凍装置１０８から流出した直後の温度制御用流体１０１の温度を検知する第５の温度検知手段の一例としての第５の温度センサ１１５と、冷凍装置１０８から流出する温度制御用流体１０１の流量を検知する第１の流量検知手段の一例としての第１の流量センサ１１６が配置されている。
流体供給部１０４は、その内部に、冷凍装置１０８によって冷却された温度制御用流体１０１を温調対象装置１０２に向けて供給する温度制御用流体１０１と温調対象装置１０２に向けて供給せず貯蔵タンク１０６に帰還配管１１２を介して帰還させる温度制御用流体１０１に分配する第２の流量制御用三方弁１１７を備えている。第２の流量制御用三方弁１１７の温調対象装置１０２に向けた流出側には、流体供給部１０４から供給される温度制御用流体１０１の流量を検知する第２の流量検知手段の一例としての第２の流量センサ１１８が配置されている。第２の流量制御用三方弁１１７の帰還用の流出部は、第２のバイパス配管１２６を介して帰還配管１１２に接続されている。
供給ポンプ１０７は、第１のインバータモータ１１９によって駆動される。また、冷凍装置１０８は、第２のインバータモータ１２３によって駆動される。第１及び第２のインバータモータ１１９，１２３は、それぞれ図示しない駆動回路により駆動され、制御装置３００によって回転数などが制御される。第１及び第２のインバータモータ１１９，１２３は、当該第１及び第２のインバータモータ１１９，１２３に供給される交流電力の周波数を変化させることによって回転数が制御される。
冷凍装置１０８は、図２に示されるように、冷媒のガスを電動式圧縮機１３１により圧縮して高圧ガスとして吐出側の凝縮器１３２へ送り、凝縮器１３２では高圧ガスを凝縮して減圧機構の膨張弁１３３を経由して減圧させてから蒸発器１３４へ送り、蒸発器１３４では減圧された低圧ガスを蒸発させて電動式圧縮機１３１の吸入側に吸い込ませることで再び圧縮を繰り返す回路構成となっている。
冷凍装置１０８は、蒸発器１３４に設けられた熱交換器によって温度制御用流体１０１を冷却する。電動式圧縮機１３１は、第２のインバータモータ１２３によって駆動される。冷凍装置１０８は、第２のインバータモータ１２３の回転数を増加させることにより、凝縮器１３２における冷媒の凝縮効果が高まり、蒸発器１３４における冷媒の気化作用が上昇して冷却能力が向上する。
第１の流量制御用三方弁１０９は、例えば、第１の温度センサ１１０の検知温度（Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）と第２の温度センサ１１１の検知温度（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１）の差分（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１－Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）に応じて温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１の分配比を増減させるよう制御装置３００によって切り替えられる構成とすることが可能である。
具体的には、第１の流量制御用三方弁１０９は、第２の温度センサ１１の検知温度（Ｒｅｔ Ｔｅｍｐ１）が第１の温度センサ１１０の検知温度（Ｓｕｐ Ｔｅｍｐ１）より高い場合は、温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１の流量を増加させるように切り替えられる。
温調対象装置１０２は、流体供給部１０４によって予め定められた温度に調整された温度制御用流体１０１が連続して流れる温度制御用流路１３５（図３参照）を内部に有している。
なお、温度制御用流体１０１として使用される熱媒体（ブライン）としては、例えば、圧力が０～１ＭＰａ、－８５～＋１２０℃程度の温度範囲において、オプテオン（登録商標）（三井・ケマーズフロロプロダクツ社製）やノベック（登録商標）（３Ｍ社製）等のフッ素系不活性液体などが使用される。
制御装置３００は、チラー装置１００の全体の動作を統括的に制御するものである。制御装置３００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、あるいはこれらＣＰＵやＲＯＭ等を接続するバスなどを備えている。制御装置３００には、第１乃至第５の温度センサ１１０，１１１，１１３，１１４，１１５や、第１及び第３の流量センサ１１６，１１８等からの検知信号が入力されている。また、制御装置３００は、図示しないＲＯＭに予め記憶されたプログラムに基づいて所要の演算処理や第１及び第２の流量制御用三方弁の１０９，１１７の開度（分配比）を制御するよう構成されている。
＜プラズマ処理装置の構成＞
チラー装置１００が適用される半導体製造装置としては、プラズマ処理を伴うプラズマ処理装置２００を挙げることができる。
プラズマ処理装置２００は、図３に示すように、真空容器（チャンバ）２０１を備えている。真空容器（チャンバ）２０１の内部には、温度制御対象である半導体ウエハＷを静電的に吸着した状態で保持する温度制御対象の一例としての静電チャック１３６（ＥＳＣ : Electro Static Chuck）を備えている。静電チャック１３６の内部には、チラー装置１００から供給される温度制御用流体１０１が流れる温度制御用流路１３５が連続して設けられている。また、プラズマ処理装置２００は、静電チャック１３６と兼用され、蓋部に結合された下部電極（カソード電極）２０２と、当該下部電極２０２に対向して配置されると共に、蓋部を一体的に有する上部電極（アノード電極）２０３とを備えている。なお、温度制御対象としては、下部電極（カソード電極）２０２のみならず、上部電極（アノード電極）２０３を含んでも良い。
また、真空容器２０１には、エッチング用の活性ガス（反応性ガス）を導入するためのガス吸入口２０１ａが開口されている。上部電極２０３は、外方に延びた蓋部を介して接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。また、下部電極２０２は、外方に延びた蓋部を介して高周波（ＲＦ）発振器２０４及びブロッキングコンデンサ２０５に接続されている。高周波（ＲＦ）発振器２０４の一端は、接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。さらに、真空容器２０１には、ガス吸入口２０１ａと対向する壁に設けられた窓部の外側に、エッチング用のプラズマを生成させてプラズマ処理によるエッチングが行われるときの発光状態を監視する発光検出器２０６が設けられている。
半導体ウエハＷのエッチングに使用されるプラズマは、極短時間に高温となる特性を有しており、半導体ウエハＷを静電的に吸着した状態で保持する静電チャック１３６は、プラズマ処理の進行に伴って温度が急激に上昇する傾向にある。
プラズマ処理により活性ガスが電離された状態では、活性ガスのプラスイオンがカソード電極としての下部電極２０２側に位置する温度制御対象Ｗへ引き寄せられてエッチングに供される。プラズマ処理により活性ガスが電離されて発生する電子は、多様な振る舞いをする。電子は、温度制御対象Ｗへ向かうものの他、上部電極２０３を通して接地電位へ流れるものや、相当部分が下部電極２０２を通してブロッキングコンデンサ２０５に蓄えられる。
チラー装置１００によって温度が制御される温度制御対象Ｗとしては、例えば、３次元ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ等の半導体素子やフラットパネルデイスプレイ（ＦＰＤ）、あるいは太陽電池などが挙げられる。
＜チラー装置の基本的な動作＞
チラー装置１００は、基本的に次のように動作する。
チラー装置１００は、例えば、温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１の温度を例えば－３０℃等の予め定められた温度と等しくなるよう制御する。ここで、流体供給部１０４が供給する温度制御用流体１０１の温度は、例えば、温調制御対象の温度が処理の進行に伴って上昇することを考慮して０℃より低い予め定められた温度である－３０℃程度に設定されるのが望ましい。なお、温度制御用流体１０１の温度は、－３０℃程度に限定されるものではなく、これより高い温度であっても低い温度であっても良いことは勿論である。
チラー装置１００は、図４に示すように、温調対象装置１０２の温度を－３０℃程度に制御する場合、第１の流量制御用三方弁１０９の開度を例えば５０％に設定し、供給配管１０３を介して温調対象装置１０２に流入する温度制御用流体１０１と、流体供給部１０４に帰還させる温度制御用流体１０１とを等しい量に制御する。
また、チラー装置１００は、第２の流量制御用三方弁１１７の開度を例えば１００％に設定し、冷凍装置１０８から供給される温度制御用流体１０１のすべてを第１の流量制御用三方弁１０９に流入させる。
その結果、温調対象装置１０２の温度制御用流路１２４には、流体供給部１０４から温度が予め定められた温度である－３０℃に調整された温度制御用流体１０１のうち、５０％の温度制御用流体１０１が供給され、温調対象装置１０２の温度は、流体供給部１０４から供給される温度制御用流体１０１の温度である－３０℃に制御される。
制御装置３００は、第２の流量センサ１１８によって検知された第１の流量制御用三方弁１０９に供給される温度制御用流体１０１の流量に基づいて、第１の流量制御用三方弁１０９の開度情報に応じて温調対象装置１０２へ供給される温度制御用流体１０１の流量Ｑ１と、チラー装置１００側へ戻る温度制御用流体１０１の流量Ｑ２を算出する。
次に、制御装置３００は、温調対象装置１０２へ供給される温度制御用流体１０１の流量Ｑ１と、第１及び第２の温度センサ１１０，１１１の検知結果に基づいて、温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１を演算式（１）に基づいて算出する。
Ｈ１＝ｍ・ｃ・Δｔ （１）
制御装置３００は、検出手段１０５によって検出された温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１に基づいて演算式（２）により冷凍装置１０８の第２のインバータモータ１２３の回転数を決定する周波数Ｆ１を制御する。
Ｆ１＝((Ｈ１－ｂ)／ａ）0.5 （２）
いま、温調対象装置１０２としてのプラズマ処理装置２００において、半導体ウエハＷのプラズマ処理によるエッチング工程が開始されると、図５に示すように、半導体ウエハＷを静電的に吸着した状態で保持する静電チャック１２５から流出し、第２の温度センサ１１１によって検知される温度制御用流体１０１の温度Ｔ２が急激に上昇する。
すると、制御装置３００は、上述した式（１）に基づいて温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１を算出し、図５に示すように、算出された急激に上昇する熱負荷Ｈ１に対応して冷凍装置１０８の第２のインバータモータ１２３の回転数を決定する交流電力の周波数Ｆ１を直ちに急激に増加させるよう制御する。
そのため、制御装置３００は、第１及び第２の温度センサ１１０，１１１によって温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１の急激な上昇を検知すると、直ちに冷凍装置１０８の第２のインバータモータ１２３の回転数を大幅に増加させて冷却能力を増大させることができる。
その結果、温調対象装置１０２を通過して急激に温度が上昇した温度制御用流体１０１は、貯蔵タンク１０６を通過した後、冷却能力が予め増大された冷凍装置１０８によって効率良く冷却されて、予め定められた温度である－３０℃に略等しい温度の温度制御用流体１０１として温調対象装置１０２に供給される。
同時に、制御装置３００は、必要に応じて、第１の流量制御用三方弁１０９の分配比を制御して、温調対象装置１０２に供給される温度制御用流体１０１の流量を増加させる。
このように、本実施の形態１に係るチラー装置１００によれば、温調対象装置１０２の熱負荷を検出する検出手段１０５の検出結果に基づいて流体供給部１０４における温度調整能力（冷却能力）を制御する制御装置３００を備えない場合に比較して、温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１の温度を高い精度で制御することが可能となる。
比較例
これに対して、従来は、図６に示すように、貯蔵タンク１０６の上流側に配置された温度センサ１１３によって温度制御用流体１０１の温度Ｔ４の上昇を検知してから、比例制御によって冷凍装置１０８の第２のインバータモータ１２３の回転数を決定する周波数Ｆ１を制御しているため、プラズマ処理装置２００における半導体ウエハＷのプラズマ処理によるエッチング工程が開始されると、温調対象装置１０２に供給される温度制御用流体１０１の温度Ｔ１がオーバーシュートにより上昇してしまい、温調対象装置１０２のワークＷの温度が上昇してしまい加工精度が低下するなど、温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体１０１の温度を高い精度で制御することが困難であった。
[実施の形態２]
図７は本発明の実施の形態２に係る温度制御装置の一例としての恒温維持装置（チラー装置）を示す概略構成図である。
前記実施の形態１に係るチラー装置１００は、温度制御用流体１０１として温度設定が１種類の温度制御用流体のみを用いた場合について説明したが、本実施の形態２に係るチラー装置１００では、温度制御用流体として、低温側の予め定められた第１の温度に調整された低温側流体と、高温側の予め定められた第２の温度に調整された高温側流体の２種類の温度制御用流体を用いるように構成されている。
すなわち、本実施の形態２に係るチラー装置１００は、図７に示されるように、低温側の予め定められた一定の温度に調整された低温側流体を供給する第１の供給手段の一例としての低温側流体供給部１０４－１と、高温側の予め定められた一定の温度に調整された高温側流体を供給する第２の供給手段の一例としての高温側流体供給部１０４－２とを備える。低温側流体供給部１０４－１から供給される低温側流体１０１－１と、高温側流体供給部１０４－２から供給される高温側流体１０１－２は、第３の流量制御用三方弁１０９－１を介して混合比が調整された状態で混合され、供給配管１０３によって温度制御用流体として温度制御対象（ワーク）Ｗを保持する静電チャック（ＥＳＣ）等からなる温度制御対象の一例としての温調対象装置１０２に送られる。
温調対象装置１０２は、低温側流体と高温側流体が所要の混合比で混合されて所要の温度に調整された温度制御用流体が流れる温度制御用流路１３５（図３参照）を内部に有している。温度制御用流路１３５の流出側には、温度制御用流路１３５を流通した温度制御用流体を還流配管１１２を介して低温側流体供給部１０４－１と高温側流体供給部１０４－２とに所要の比率（分配比）で分配する第４の流量制御用三方弁１０９－２を備えている。
低温側流体供給部１０４－１は、当該低温側流体供給部１０４－１から低温側の混合配管１０３－１を介して第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給される低温側流体のうち、第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給されない低温側流体を低温側流体供給部１０４－１に還流する第３のバイパス配管１２６－１を備えている。低温側流体供給部１０４－１の供給側には、温度制御用流路１３５を流通して第４の流量制御用三方弁１０９－２により低温側の分配配管１１２－１を介して低温側流体供給部１０４－１へ分配される温度制御用流体と、低温側流体供給部１０４－１から第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給されず第１のバイパス配管１２６－１を介して低温側流体供給部１０４－１に還流する低温側流体との流量を制御する第５の流量制御用三方弁１１７－１が設けられている。
一方、高温側流体供給部１０４－２は、当該高温側流体供給部１０４－２から高温側の混合配管１０３－２を介して第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給される高温側流体のうち、第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給されない高温側流体を高温側流体供給部１０４－２に還流する第４のバイパス配管１２６－２を備えている。高温側流体供給部１０４－２の供給側には、温度制御用流路１３５を流通して第４の流量制御用三方弁１０９－２により高温側の分配配管１１２－２を介して高温側流体供給部１０４－２へ分配される温度制御用流体と、高温側流体供給部１０４－２から第３の流量制御用三方弁１０９－２へ供給されず第２のバイパス配管１２６―２を介して高温側流体供給部１０４－２に還流する高温側流体との流量を制御する第６の流量制御用三方弁１１７－２が設けられている。なお、低温側流体及び高温側流体としては、同一の熱媒体（ブライン）が用いられる。
低温側流体供給部１０４－１は、図７に示すように、ブラインを低温側の予め定められた一定の温度に調整する冷却側のブライン温調回路１４１を備えている。冷却側のブライン温調回路１４１には、低温側の循環配管１４２を介して蒸発器１３４の二次側が接続されている。蒸発器１３４の一次側には、当該蒸発器１３４の二次側を流れるブラインを所要の温度に冷却する冷凍機回路１４３が接続されている。冷凍機回路１４３は、凝縮器１３２によって凝縮された熱媒体を膨張させて蒸発器１３４の一次側に送ることで蒸発器１３４の二次側を流れるブラインを所要の温度に冷却する。また、冷凍機回路１４３を流れるブラインは、凝縮器１３２によって凝縮される。凝縮器１３２には、冷却水配管１４４を介して外部冷却水１４５が供給される。
また、高温側流体供給部１０４－２は、ブラインを高温側の予め定められた一定の温度に調整する加温側のブライン温調回路１４６を備えている。加温側のブライン温調回路１４６は、図示しないヒータ等の加熱手段を有している。加温側のブライン温調回路１４６には、高温側の循環配管１４７を介して熱交換器１４８が接続されている。加温側のブライン温調回路１４６と熱交換器１４８との間には、加温側のブライン温調回路１４６から熱交換器１４８へと流れる熱媒体を加温側のブライン温調回路１４７へとバイパスさせる第５のバイパス配管１４９が接続されている。また、第５のバイパス配管１４９の流出側には、熱交換器１４８に供給する温度制御用流体の流量と、熱交換器１４８をバイパスして加温側のブライン温調回路１４６に還流させる温度制御用流体の流量とを制御する第７の流量制御用三方弁１５１が介在されている。熱交換器１４８には、冷却水配管１４４を介して外部冷却水１４５が供給される。熱交換器１４８は、ブラインを冷却する。第７の流量制御用三方弁１５１は、例えば、高温側の循環配管１４７を流れる高温側流体の温度が予め定められた閾値以下の場合に、当該高温側の循環配管１４７を流れる高温側流体の一部又は全部を加温側のブライン温調回路１４６に直接還流させるように開度を調節する。
＜チラー装置の基本的な動作＞
チラー装置１００は、基本的に次のように動作する。
チラー装置１００は、図８に示すように、例えば、温調対象装置１０２に供給する温度制御用流体の温度を－３０℃、－１０℃、１０℃、５０℃というように複数段階にわたりステップ状に変化するよう制御する。ここで、低温側流体供給部１０４－１が供給する低温側流体の温度は、例えば、複数段階の制御温度のうち最も温度が低い－３０℃に等しい温度に設定される。また、高温側流体供給部１０４－２が供給する高温側流体の温度は、例えば、複数段階の制御温度のうち最も温度が高い約５０℃に等しい温度に設定される。但し、本実施の形態では、低温側流体及び高温側流体の温度が複数段階の制御温度のうち最も低い温度及び最も高い温度に限定されるものではなく、複数段階の制御温度のうち最も低い温度及び最も高い温度より低い温度など、任意の温度に設定しても良いことは勿論である。
チラー装置１００は、図９に示すように、複数段階の制御温度のうち最も低い温度である－３０℃に制御する場合、第３の流量制御用三方弁１０９－１に高温側の混合配管１０３－２を介して流入する高温側流体を遮断して高温側流体の流量をゼロにするとともに、第３の流量制御用三方弁１０９－１に低温側の混合配管１０３－１を介して流入する低温側流体を開放して低温側流体の流量を１００％とする。また、チラー装置１００は、第４の流量制御用三方弁１０９－２から高温側流体供給部１０４－２へ高温側の分配配管１１２－２を介して分配する高温側流体を遮断して高温側流体への分配量をゼロにするとともに、第４の流量制御用三方弁１０９－２から低温側流体供給部１０４－１へ低温側の分配配管１１２－１を介して分配する低温側流体を開放して低温側流体の分配量を１００％とする。これに伴い、チラー装置１００は、第６の流量制御用三方弁１１７－２によって高温側流体供給部１０４－２へ第２のバイパス配管１２３－２を介して還流する高温側流体を開放して高温側流体供給部１０４－２から供給される高温側流体のすべてを高温側流体供給部１０４－２へ還流させる。また、チラー装置１００は、第５の流量制御用三方弁１１７－１によって低温側流体供給部１０４－１へ第１のバイパス配管１２３－１を介して還流する低温側流体の流量を５０%にして低温側流体供給部１０４－１から供給される低温側流体の流量の５０％を第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給する。
その結果、温調対象装置１０２の温度制御用流路１３５には、低温側流体供給部１０４－１から温度－３０℃に調整された温度制御用流体が供給され、温調対象装置１０２の温度は、低温側流体のみからなる温度制御用流体の温度である－３０℃に制御される。
また、チラー装置１００は、図１０に示すように、複数段階の制御温度のうち最も高い温度である５０℃に制御する場合、第３の流量制御用三方弁１０９－１に高温側の混合配管１０３－２を介して流入する高温側流体を開放して高温側流体の流量を１００％にするとともに、第３の流量制御用三方弁１０９－１に低温側の混合配管１０３－１を介して流入する低温側流体を遮断して低温側流体の流量をゼロとする。また、チラー装置１００は、第４の流量制御用三方弁１０９－２から高温側流体供給部１０４－２へ高温側の分配配管１１２－２を介して分配する高温側流体を開放して高温側流体への分配量を１００％にするとともに、第４の流量制御用三方弁１０９－２から低温側流体供給部１０４－１へ低温側の分配配管１１２－１を介して分配する低温側流体を遮断して低温側流体への分配量をゼロとする。これに伴い、チラー装置１００は、第４の流量制御用三方弁１０９－２によって高温側流体供給部１０４－２へ高温側の分配配管１１２－２を介して還流する高温側流体を遮断して高温側流体供給部１０４－２から供給される高温側流体のすべてを第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給する。また、チラー装置１００は、第５の流量制御用三方弁１１７－１によって低温側流体供給部１０４－１へ第１のバイパス配管１２３―１を介して還流する低温側流体を開放して低温側流体供給部１０４－１から供給される低温側流体のすべてを低温側流体供給部１０４－１へと還流させる。さらに、チラー装置１００は、第６の流量制御用三方弁１１７－２によって高温側流体供給部１０４－２へ第２のバイパス配管１２３―２を介して還流する低温側流体の流量を５０％にして高温側流体供給部１０４－２から供給される高温側流体の５０％を高温側流体供給部１０４－２へと還流させる。
その結果、温調対象装置１０２の温度制御用流路１３５には、高温側流体供給部１０４－２から温度５０℃に調整された温度制御用流体が供給され、温調対象装置１０２の温度は、高温側流体のみからなる温度制御用流体の温度である５０℃に制御される。
さらに、チラー装置１００は、図８に示すように、複数段階の制御温度のうち中間温度である－１０℃又は１０℃に制御する場合、温調対象装置１０２の目標とする中間温度に応じて第３の流量制御用三方弁１０９－１の開度を調節し、低温側流体供給部１０４－１から低温側の混合配管１０３－１を介して供給される低温側流体と高温側流体供給部１０４－２から高温側の混合配管１０３－２を介して供給される高温側流体との混合比を所要の値に制御する。チラー装置１００からは、第３の流量制御用三方弁１０９－１の開度に応じて混合された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が温調対象装置１０２の温度制御用流路１３５に供給される。また、チラー装置１００は、第４の流量制御用三方弁１０９－２の開度を調節し、第３の流量制御用三方弁１０９－１で混合される低温側流体と高温側流体との混合比に応じて、低温側流体供給部１０４－１と高温側流体供給部１０４－２に分配する低温側流体と高温側流体との分配比を制御する。
第４の流量制御用三方弁１０９－２は、例えば、第３の流量制御用三方弁１０９－１における低温側流体と高温側流体との混合比が４：６である場合、低温側流体と高温側流体との分配比が同じ４：６となるように開度を制御して温度制御用流体を低温側流体供給部１０４－１と高温側流体供給部１０４－２に分配する。
これに伴い、チラー装置１００は、第６の流量制御用三方弁１１７－２によって高温側流体供給部１０４－２へ第２のバイパス配管１２３－２を介して還流する高温側流体の流量を制御して高温側流体供給部１０４－２から第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給する高温側流体の残りを高温側流体供給部１０４－２へ還流させる。同様に、チラー装置１００は、第５の流量制御用三方弁１１７－１によって低温側流体供給部１０４－１へ第１のバイパス配管１２３－１を介して還流する低温側流体の流量を制御して低温側流体供給部１０４－１から第３の流量制御用三方弁１０９－１へ供給する低温側流体の残りを低温側流体供給部１０４－１へと還流させる。
上記の例では、第６の流量制御用三方弁１１７－２は、例えば、第３の流量制御用三方弁１０９－１における低温側流体と高温側流体との混合比が４：６である場合、高温側流体供給部１０４－２へ第２のバイパス配管１２３－２を介して還流する高温側流体と、第４の流量制御用三方弁１０９－２によって高温側流体供給部１０４－２へ分配される温度制御用流体の割合（流量比）を４：６に制御する。
同様に、上記の例では、第５の流量制御用三方弁１１７－１は、例えば、第３の流量制御用三方弁１０９－１における低温側流体と高温側流体との混合比が４：６である場合、低温側流体供給部１０４－１へ第１のバイパス配管１２３－１を介して還流する低温側流体と、第４の流量制御用三方弁１０９－２によって低温側流体供給部１０４－１へ分配される温度制御用流体の割合（流量比）を６：４に制御する。
その結果、温調対象装置１０２の温度制御用流路１３５には、低温側流体供給部１０４－１から供給される低温側流体と、高温側流体供給部１０４－２から供給される高温側流体が第３の流量制御用三方弁１０９－１の開度に応じて混合された温度制御用流体が供給され、温調対象装置１０２は、低温側流体と高温側流体の混合比に応じて決定される温度制御用流体の温度と等しい温度に制御される。
そのとき、制御装置３００は、温調対象装置１０２へ第３及び第４の流量制御用三方弁１０９－１、１０９－２を介して供給される温度制御用流体１０１－１，１０１－２の流量Ｑと、第１及び第２の温度センサ１１０，１１１の検知結果に基づいて、温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ２を演算式（３）に基づいて算出する。
Ｈ２＝（ｍ１＋ｍ２）・ｃ・Δｔ （３）
ここで、第３及び第４の流量制御用三方弁１０９－１、１０９－２は、図１１に示すように、流体の分配比が概略リニアな特性を有している。そのため、温度制御用流体１０１－１，１０１－２の流量Ｑmは、第３の流量制御用三方弁１０９－１の開度をｘ（１≧ｘ≧０）とすると、一方の流体の流量は、Ｑｍｘとなり、他方の流体の流量は、Ｑｍ（１－ｘ）となる。なお、添え字mは１又は２である。
制御装置３００は、検出手段１０５によって検出された温調対象装置１０２の熱負荷Ｈ１に基づいて演算式（４）により冷凍装置１０８の第２のインバータモータ１２０の回転数を決める周波数Ｆ２を制御する。
Ｆ２＝((Ｈ２－ｂ)／ａ）0.5 （４）
＜第１乃至第７の流量制御用三方弁の構成＞
チラー装置１００は、上述したように、第１乃至第７の流量制御用三方弁１０９，１１１７，１０９－１，１０９－２，１１７－１，１１７－２，１５１を備えている。第１乃至第７の流量制御用三方弁１０９，１１１７，１０９－１，１０９－２，１１７－１，１１７－２，１５１は、配置に応じて流入口と流出口の関係が逆の関係になるなど異なる以外、基本的に同様に構成されている。ここでは、混合手段としての第１の流量制御用三方弁１０９として用いられる三方弁型モータバルブについて代表して説明する。
図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す正面図、同左側面図及び同底面図、図１３は図１２（ｂ）のＡ－Ａ線断面図、図１４は図１２（ａ）のＢ－Ｂ線断面図、図１５は三方弁型モータバルブの要部を示す断面斜視図である。
三方弁型モータバルブ１は、回転型３方向弁として構成されている。三方弁型モータバルブ１は、図１２に示すように、大別して、下部に配置されたバルブ部２と、上部に配置されたアクチュエータ部３と、バルブ部２とアクチュエータ部３の間に配置されたシール部４及びカップリング部５から構成されている。
バルブ部２は、図１３乃至図１５に示すように、ＳＵＳ等の金属により略直方体状に形成されたバルブ本体６を備えている。バルブ本体６には、図１３及び図１４に示すように、その一方の側面（図示例では、左側面）に流体が流出する第１の流出口７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した流通口の一例である断面矩形状の第１の弁口９がそれぞれ設けられている。
本実施の形態１では、第１の流出口７及び第１の弁口９をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第１の弁口９を形成する第１の弁口形成部材の一例である第１のバルブシート７０と、第１の流出口７を形成する第１の流路形成部材１５をバルブ本体６に装着することにより、第１の流出口７及び第１の弁口９を設けている。
第１のバルブシート７０は、図１６に示すように、バルブ本体６の外側に配置される円筒形状に形成された円筒部７１と、バルブ本体６の内側へ向けて先端の外径が小さくなるよう先細り形状に形成されたテーパー部７２を一体的に備えている。第１のバルブシート７０のテーパー部７２の内部には、矩形状（本実施の形態１では、正方形状）の断面を有する角柱形状の第１の弁口９が形成されている。また、第１のバルブシート７０の円筒部７１の内部には、後述するように、第１の流出口７を形成する第１の流路形成部材１５の一端部が密封（封止）された状態で挿入されるよう構成されている。
第１のバルブシート７０の材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂が用いられる。また、第１のバルブシート７０の材料としては、例えば、所謂“スーパーエンジニアリングプラスチック”を用いることが可能である。スーパーエンジニアリングプラスチックは、通常のエンジニアリングプラスチックを上回る耐熱性や高温時の機械的強度を有するものである。スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはこれらの複合材料などが挙げられる。また、第１のバルブシート７０の材料としては、例えば、エンズィンガージャパン株式会社製の切削加工用ＰＥＥＫ樹脂素材である「ＴＥＣＡＰＥＥＫ」（登録商標）、特に１０％ＰＴＦＥを配合して摺動性に優れた「ＴＥＣＡＰＥＥＫ ＴＦ １０ ｂｌｕｅ」（商品名）なども使用可能である。
バルブ本体６には、図１４及び図１５に示されるように、第１のバルブシート７０の外形状に対応し当該バルブシート７０と相似形状の凹所７５が切削加工等により形成されている。凹所７５は、第１のバルブシート７０の円筒部７１に対応した円筒部７５ａと、テーパー部７２に対応したテーパー部７５ｂとを備えている。バルブ本体６の円筒部７５ａは、第１のバルブシート７０の円筒部７１より長さが長く設定されている。バルブ本体６の円筒部７５ａは、後述するように、第１の圧力作用部９４の一部を形成している。第１のバルブシート７０は、バルブ本体６の凹所７５に対して弁体としての弁軸３４に接離する方向に移動可能に装着される。
第１のバルブシート７０は、バルブ本体６の凹所７５に装着された状態で、第１のバルブシート７０の外周面とバルブ本体６の凹所７５の内周面との間には、微小な間隙が形成されている。弁座８の内部に流入した流体は、第１のバルブシート７０の外周の領域に微小な間隙を介して漏れて流入可能となっている。また、第１のバルブシート７０の外周の領域へと漏れた流体は、当該第１のバルブシート７０の円筒部７１の外側に位置する空間からなる第１の圧力作用部９４へと導入される。この第１の圧力作用部９４は、流体の圧力を第１のバルブシート７０の弁軸３４と反対側の面７０ａに作用させるものである。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９を介して流出する流体の他、後述するように、第２の弁口１８を介して流出する流体である。第１の圧力作用部９４は、第１の流出口７との間が第１の流路形成部材１５によって密封された状態で区画されている。
弁座８の内部に配置された弁軸３４に作用する流体の圧力は、弁軸３４の開閉度による流体の流量に依存する。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９と第２の弁口１８を介して弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙にも流れ込む（漏れ入る）。したがって、第１のバルブシート７０に対応した第１の圧力作用部９４には、第１の弁口９から流出する流体以外に、弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙に流れ込んだ第２の弁口１８から流出する流体も流れ込む（漏れ入る）。
第１のバルブシート７０のテーパー部７２の先端には、図１６（ｂ）に示すように、バルブ本体６に形成された円柱形状の弁座８に対応した円柱形状の曲面の一部を成す平面円弧形状の間隙縮小部の一例としての凹部７４が設けられている。凹部７４の曲率半径Ｒは、弁座８の曲率半径又は弁軸３４の曲率半径と略等しい値に設定される。バルブ本体６の弁座８は、当該弁座８の内部で回転する弁軸３４の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面との間に僅かな間隙を形成している。第１のバルブシート７０の凹部７４は、図１７に示すように、当該第１のバルブシート７０をバルブ本体６に装着した状態でバルブ本体６の弁座８より弁軸３４側に突出するように装着されるか、又は弁軸３４の外周面に接触するように装着される。その結果、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する部材としてのバルブ本体６の弁座８の内面との間隙Ｇは、第１のバルブシート７０の凹部７４が突出した分だけ弁座８の他の部分に比較して部分的に縮小された値となる。このように、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１は、弁軸３４と弁座８の内面との間隙Ｇ２より狭い（小さい）所要の値（Ｇ１＜Ｇ２）に設定されている。なお、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１は、バルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触した状態、つまり間隙無しの状態(間隙Ｇ１＝０)であっても良い。
ただし、第１のバルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触する場合は、弁軸３４を回転駆動する際に凹部７４の接触抵抗によって弁軸３４の駆動トルクが上昇する虞れがある。そのため、第１のバルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触する程度は、弁軸３４の回転トルクを考慮して調整される。すなわち、弁軸３４の駆動トルクが増加しないか、増加してもその増加量が小さく、弁軸３４の回転に支障がない程度に調整される。
第１の流路形成部材１５は、図１４及び図１５に示すように、ＳＵＳ等の金属、あるいはポリイミド（ＰＩ）樹脂等の合成樹脂によって円筒形状に形成されている。第１の流路形成部材１５は、第１のバルブシート７０の位置変動にかかわらず、第１の弁口９に連通した第１の流出口７を内部に形成している。第１の流路形成部材１５は、第１のバルブシート７０側に位置する約１／２の部分が相対的に薄肉円筒形状の薄肉円筒部１５ａとして形成されている。また、第１の流路形成部材１５は、第１のバルブシート７０と反対側に位置する約１／２の部分が薄肉の円筒形状の部分に比べて厚肉な円筒形状の厚肉円筒部１５ｂとして形成されている。第１の流路形成部材１５の内面は、円筒形状に貫通している。第１の流路形成部材１５の外周には、薄肉円筒部１５ａと厚肉円筒部１５ｂの間に、半径方向外方へ向けて比較的厚肉に形成された環状のフランジ部１５ｃが設けられている。フランジ部１５ｃの外周端は、凹所７５の内周面に移動可能に接触するよう配置されている。
第１のバルブシート７０の円筒部７１と第１の流路形成部材１５の薄肉円筒部１５ａとの間は、図１６に示すように、金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる第１の封止手段の一例としてのオムニシール１２０によって密封（封止）されている。第１のバルブシート７０の円筒部７１における内周面には、図１６に示すように、バルブ本体６の外側に位置する端部にオムニシール１２０を収容する段差部７３が設けられている。
オムニシール１２０は、図１８に示すように、第１のバルブシート７０の円筒部７１における内周面に全周にわたり配置される環状（リング状）の部材である。オムニシール１２０は、断面略Ｕ字形状のステンレス等の金属からなるバネ部材１２１と、バネ部材１２１によって開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の合成樹脂からなるシール部材１２２から構成されている。バネ部材１２１は、ステンレス等の金属によって断面略Ｕ字形状に形成されている。バネ部材１２１は、長手方向に沿って一定の間隔でスリットや溝を設けたり肉厚を適宜設定することにより弾性率が調整されている。シール部材１２２は、図１８及び図１９に示すように、封止する第１のバルブシート７０の円筒部７１に設けられた段差部７３と第１の流路形成部材１５の薄肉円筒部１５ａとの間に位置するよう封止する方向に沿って配置される基端部１２２ａと、基端部１２２ａの両端から封止する２つの部材の周面に沿った同一方向（第１のバルブシート７０の軸方向に沿った外側）へ向けて互いに対向するよう平行に配置された２つのリップ部１２２ｂ，１２２ｃを備えている。２つのリップ部１２２ｂ，１２２ｃの先端は、第１のバルブシート７０の軸方向に沿った外側へ向けて開口されている。オムニシール１２０の開口部は、第１の圧力作用部９４に向かって開口されており、当該第１の圧力作用部９４の圧力を受ける。一方のリップ部１２２ｂの先端には、図１８（ｂ）に示すように、バネ部材１２１の肉厚に相当する厚さで内側へ突出し、バネ部材１２１の離脱を防止する突出部１２２ｄが設けられている。リップ部１２２ｂ，１２２ｃの先端部１２２ｂ’，１２２ｃ’は、その外周面が中間から先端へ向けて半径方向外方へ向けて突出する円弧状に湾曲した湾曲形状に形成されている。リップ部１２２ｂ，１２２ｃの先端部１２２ｂ’，１２２ｃ’は、第１のバルブシート７０の内周面と第１の流路形成部材１５の外周面に密着して密封度を高めている。
なお、オムニシール１２０のバネ部材１２１は、断面略Ｕ字形状に形成されたものに限定されるものではなく、図２０に示すように、帯状の金属を断面円形又は断面楕円形の螺旋状に形成したものであっても良い。
オムニシール１２０は、流体の圧力が作用しないか又は流体の圧力が相対的に低いときは、バネ部材１２１の弾性復元力によって第１のバルブシート７０と第１の流路形成部材１５の間隙を密封する。一方、オムニシール１２０は、流体の圧力が相対的に高いときは、バネ部材１２１の弾性復元力及び流体の圧力によって第１のバルブシート７０と第１の流路形成部材１５の間隙を密封する。したがって、バルブ本体６の内周面と第１のバルブシート７０の外周面との間隙から第１の圧力作用部９４に流体が流入した場合においても、当該流体は、オムニシール１２０によって封止されて第１のバルブシート７０と第１の流路形成部材１５の間隙から第１の流路形成部材１５の内部に流入することはない。
オムニシール１２０は、金属製のバネ部材１２１と合成樹脂製のシール部材１２２の組み合わせからなる。金属製のバネ部材１２１は勿論のこと、シール部材１２２を構成する合成樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、耐熱性に優れており、低温では－８５℃程度、高温では２６０℃程度の温度において長時間の使用に耐えることが可能となっている。
第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａは、図１３及び図１４に示すように、第１の圧力作用部９４によって流体の圧力を受ける領域（受圧面）である。
本実施の形態１では、第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａにオムニシール１２０を装着するための段差部７３が設けられている。そのため、第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａは、段差部７３が設けられている分だけ第１の圧力作用部９４から流体の全圧力を受け難い構造となっている。
そこで、本実施の形態１では、図１３及び図１４に示すように、第１の圧力作用部９４から流体の圧力を第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａに効果的に作用させるよう、第１のバルブシート７０の段差部７３を含めて当該第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａを覆うことによって閉塞する環状の第１の受圧プレート７６が設けられている。つまり、受圧プレート７６は、第１のバルブシート７０の円筒部７１の端面７０ａに接触するとともに、段差部７３を閉塞するよう配置されている。第１の受圧プレート７６は、第１のバルブシート７０と同一の材料によって形成される。また、第１の受圧プレート７６の半径方向に沿った外周端面とバルブ本体６の凹所７５との間には、流体が第１の圧力作用部９４に漏れ入ることが可能となるよう微小な間隙が設定されている。
一方、第１の流路形成部材１５の他端部である厚肉円筒部１５ｂの端部は、バルブ本体６の内周面との間が、金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる第２の封止手段の一例としての第２のオムニシール１３０によって密封（封止）されている。バルブ本体６の内周面には、図１６に示すように、凹所７５の円筒部７５ａの軸方向に沿った外側の端部に、当該凹所７５の円筒部７５ａより僅かに外径が大きいオムニシール１３０を装着するための円筒部７５ｃが短く形成されている。円筒部７５ｃの長さは、第２のオムニシール１３０より長く設定されている。
そして、バルブ本体６の円筒部７５ｃと第１の流路形成部材１５の厚肉円筒部１５ｂとの間隙は、第２のオムニシール１３０によって密封（封止）されている。第２のオムニシール１３０は、第１の圧力作用部９４へ向けて開口されている。つまり、第２のオムニシール１３０は、その開口部が第１の圧力作用部９４から流体の圧力を受けるよう配置されている。なお、第２のオムニシール１３０は、第１のオムニシール１２０より外径が大きいものの、基本的に、第１のオムニシール１２０と同様に構成されている。
第１のバルブシート７０の円筒部７１の軸方向に沿った外側には、当該第１のバルブシート７０が弁軸３４に対して接離する方向に変位するのを許容しつつ、当該第１のバルブシート７０を弁軸３４に対して接離する方向に弾性変形する弾性部材の一例としての第１のウェーブワッシャー（波状ワッシャー）１６が設けられている。第１のウェーブワッシャー１６は、図２１に示すように、ステンレスや鉄、あるいは燐青銅などからなり、正面に投影した形状が所要の幅を有する円環状に形成されている。また、第１のウェーブワッシャー１６は、側面形状がウェーブ状（波状）に形成されており、その厚さ方向に沿って弾性変形が可能となっている。第１のウェーブワッシャー１６の弾性率は、厚さや材質、あるいは波の数等によって決定される。第１のウェーブワッシャー１６は、第１の圧力作用部９４に収容されている。
さらに、第１のウェーブワッシャー１６の外側には、当該第１のウェーブワッシャー１６を介して弁軸３４と第１のバルブシート７０の凹部７４との間隙Ｇ１を調整する環状の調整部材の一例である第１の調整リング７７が配置される。第１の調整リング７７は、図２２に示すように、ＳＵＳ等の金属又は耐熱性を有するポリイミド（ＰＩ）樹脂等の合成樹脂によって外周面に雄ネジ７７ａが形成された相対的に長さが短く設定された円筒形状の部材からなる。第１の調整リング７７の外側の端面には、当該第１の調整リング７７をバルブ本体６に設けられた雌ネジ部７８に締め付けて装着する際に、締付量を調整するための図示しない治具を係止して当該第１の調整リング７７を回転させるための凹溝７７ｂが１８０度対向する位置にそれぞれ設けられている。
バルブ本体６には、図１４に示すように、第１の調整リング７７を装着するための第１の雌ネジ部７８が設けられている。バルブ本体６の開口端部には、第１の調整リング７７の外径と略等しい外径を有する短い円筒部７９が設けられている。また、バルブ本体６の第１の雌ネジ部７８と円筒部７５ｃとの間には、第１の雌ネジ部７８を所要の長さにわたって加工することが可能となるよう、当該第１の雌ネジ部７８より内径が大きい加工用円筒部７５ｄが短く設けられている。
第１の調整リング７７は、バルブ本体６の雌ネジ部７８に対する締め込み量を調整することにより、当該第１の調整リング７７が第１のウェーブワッシャー１６を介して第１のバルブシート７０を内側に向けて押動する量（距離）を調整するものである。第１の調整リング７０の締め込み量を増加させると、第１のバルブシート７０は、図１６に示すように、第１の調整リング７７によって第１のウェーブワッシャー１６及び第１の受圧プレート７６を介して押され、凹部７４が弁座８の内周面から突出して弁軸３４に近接する方向に変位し、当該凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１が減少する。また、第１の調整リング７７の締め込み量を予め少ない量に設定すると、第１のバルブシート７０は、第１の調整リング７７によって押動される距離が減少し、弁軸３４から離間した位置に配置され、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１が相対的に増大する。第１の調整リング７７の雄ネジ７７ａ及びバルブ本体６の雌ネジ部７８は、そのピッチが小さく設定されており、第１のバルブシート７０の突出量を微調整可能に構成されている。
また、バルブ本体６の一側面には、図１３に示すように、流体を流出させる図示しない配管等を接続するため接続部材の一例としての第１のフランジ部材１０が４本の六角穴付きボルト１１により取り付けられている。図１２中、符号１１ａは、六角穴付きボルト１１が締結されるネジ孔を示している。第１のフランジ部材１０は、バルブ本体６と同様にＳＵＳ等の金属により形成される。第１のフランジ部材１０は、バルブ本体６の側面形状と略同一の側面矩形状に形成されたフランジ部１２と、フランジ部１２の内側面に円筒形状に短く突設された挿入部１３と、フランジ部１２の外側面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部１４とを有している。第１のフランジ部材１０のフランジ部１２とバルブ本体６との間は、図２に示すように、オーシール１３ａによって密封されている。第１のフランジ部材１０のフランジ部１２の内周面には、オーシール１３ａを収容する凹溝１３ｂが設けられている。配管接続部１４の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。なお、配管接続部１４の形状は、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、第１の流出口７から流体を流出可能なものであれば良い。
ここで、オーシール１３ａは、断面円形状又は断面楕円形状の螺旋状に形成されたステンレス等からなるバネ部材の外側をテフロン（登録商標）ＦＥＰ（四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンの共重合体）等からなる弾性変形可能な合成樹脂で完全に被覆したＯリング形状のシール部材である。オーシール１３ａは、－８５℃程度の低温においても密封性を維持することが可能となっている。
バルブ本体６には、図１３に示すように、その他方の側面（図中、右側面）に流体が流出する第２の流出口１７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した流通口の一例である断面矩形状の第２の弁口１８がそれぞれ設けられている。
本実施の形態１では、第２の流出口１７及び第２の弁口１８をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第２の弁口１８を形成した弁口形成部材の一例としての第２のバルブシート８０と、第２の流出口１７を形成した第２の流路形成部材２５とをバルブ本体６に装着することにより、第２の流出口１７及び第２の弁口１８を設けている。
第２のバルブシート８０は、図１６に括弧付きの符号で示すように、第１のバルブシート７０と同様に構成されている。すなわち、第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の外側に配置される円筒形状に形成された円筒部８１と、バルブ本体６の内側へ向けて外径が小さくなるように形成されたテーパー部８２を一体的に備えている。第２のバルブシート８０のテーパー部８２の内部には、矩形状（本実施の形態１では、正方形状）の断面を有する角柱形状の第２の弁口１８が形成されている。また、第２のバルブシート８０の円筒部８１の内部には、第２の流出口１７を形成する第２の流路形成部材２５の一端部が密封された状態で挿入されるよう配置されている。
バルブ本体６には、図１４に示されるように、第２のバルブシート８０の外形状に対応し当該バルブシート８０と相似形状の凹所８５が切削加工等により形成されている。凹所８５は、第２のバルブシート８０の円筒部８１に対応した円筒部８５ａと、テーパー部８２に対応したテーパー部８５ｂとを備えている。バルブ本体６の円筒部８５ａは、第２のバルブシート８０の円筒部８１より長さが長く設定されている。バルブ本体６の円筒部８５ａは、後述するように、第２の圧力作用部９６を形成している。第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の凹所８５に対して弁体としての弁軸３４に接離する方向に移動可能に装着される。
第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の凹所８５に装着された状態で、第２のバルブシート８０とバルブ本体６の凹所８５との間には、微小な間隙が形成されている。弁座８の内部に流入した流体は、微小な間隙を介して第２のバルブシート８０の外周の領域に流入可能となっている。また、第２のバルブシート８０の外周の領域へと流入した流体は、当該第２のバルブシート８０の円筒部８１の外側に位置する空間からなる第２の圧力作用部９６へと導入される。この第２の圧力作用部９６は、流体の圧力を第２のバルブシート８０の弁軸３４と反対側の面８０ａに作用させるものである。弁座８の内部に流入する流体は、第２の弁口１８を介して流出する流体の他、第１の弁口９を介して流出する流体がある。第２の圧力作用部９８は、第２の流出口１７との間が第２の流路形成部材２５によって密封された状態で区画されている。
弁座８の内部に配置された弁軸３４に作用する流体の圧力は、弁軸３４の開閉度による流体の流量に依存する。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９と第２の弁口１８を介して弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙にも流れ込む（漏れ入る）。したがって、第２のバルブシート８０に対応した第２の圧力作用部９６には、第２の弁口１８から流出する流体以外に、弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙に流れ込んだ第１の弁口９から流出する流体も流入する。なお、第２のバルブシート８０は、第１のバルブシート７０と同じ材料により形成されている。
第２のバルブシート８０のテーパー部８２の先端には、図１６（ｂ）に示すように、バルブ本体６に形成された円柱形状の弁座８に対応した円柱形状の曲面の一部を成す平面円弧形状の間隙縮小部の一例としての凹部８４が設けられている。凹部８４の曲率半径Ｒは、弁座８の曲率半径又は弁軸３４の曲率半径と略等しい値に設定される。バルブ本体６の弁座８は、後述するように、当該弁座８の内部で回転する弁軸３４の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面との間に僅かな間隙を形成している。第２のバルブシート８０の凹部８４は、当該第２のバルブシート８０をバルブ本体６に装着した状態でバルブ本体６の弁座８より弁軸３４側に突出するように装着されるか、又は弁軸３４の外周面に接触するように装着される。その結果、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する部材としてのバルブ本体６の弁座８の内面との間隙Ｇは、第２のバルブシート８０の凹部８４が突出した分だけ弁座８の他の部分に比較して部分的に縮小された値に設定される。このように、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３は、弁軸３４と弁座８の内面との間隙Ｇ２より狭い（小さい）所要の値（Ｇ３＜Ｇ２）に設定されている。なお、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３は、バルブシート８０の凹部８４が弁軸３４に接触した状態、つまり間隙無しの状態(間隙Ｇ３＝０)であっても良い。
ただし、第２のバルブシート８０の凹部８４が弁軸３４に接触する場合には、弁軸３４を回転駆動する際に凹部８４の接触抵抗によって弁軸３４の駆動トルクが上昇する虞れがある。そのため、第２のバルブシート７０の凹部８４が弁軸３４に接触する程度は、初期的に、弁軸３４の回転トルクを考慮して調整される。すなわち、弁軸３４の駆動トルクが増加しないか、増加してもその増加量が小さく、弁軸３４の回転に支障がない程度に調整される。
第２の流路形成部材２５は、図１５に示すように、ＳＵＳ等の金属、あるいはポリイミド（ＰＩ）樹脂等の合成樹脂によって円筒形状に形成されている。第２の流路形成部材２５は、第２のバルブシート８０の位置変動にかかわらず、第２の弁口１８に連通した第２の流出口１７を内部に形成している。第２の流路形成部材２５は、第２のバルブシート８０側に位置する約１／２の部分が相対的に薄肉円筒形状の薄肉円筒部２５ａとして形成されている。また、第２の流路形成部材２５は、第２のバルブシート８０と反対側に位置する約１／２の部分が薄肉の円筒形状の部分に比べて厚肉な円筒形状の厚肉円筒部２５ｂとして形成されている。第２の流路形成部材２５の内面は、円筒形状に貫通している。第２の流路形成部材２５の外周には、薄肉円筒部２５ａと厚肉円筒部２５ｂの間に、半径方向外方へ向けて比較的厚肉に形成された環状のフランジ部２５ｃが設けられている。フランジ部２５ｃの外周端は、凹所８５の内周面に移動可能に接触するよう配置されている。
第２のバルブシート８０の円筒部８１と第２の流路形成部材２５の薄肉円筒部２５ａとの間は、図１３に示すように、金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる第１の封止手段の一例としての第１のオムニシール１４０によって密封（封止）されている。第２のバルブシート８０の円筒部８１における内周面には、図１６に示すように、バルブ本体６の外側に位置する端部に第１のオムニシール１４０を収容する段差部８３が設けられている。
第１のオムニシール１４０は、図１８に示すように、第１のオムニシール１２０と同様に構成されている。第１のオムニシール１４０は、バネ部材１４１とシール部材１４２を有する。第１のオムニシール１４０は、流体の圧力が作用しないか又は流体の圧力が相対的に低いときは、バネ部材１４１の弾性復元力によって第２のバルブシート８０と第２の流路形成部材２５の間隙を密封する。一方、第１のオムニシール１４０は、流体の圧力が相対的に高いときは、バネ部材１４１の弾性復元力及び流体の圧力によって第２のバルブシート８０と第２の流路形成部材２５の間隙を密封する。したがって、バルブ本体６の内周面と第２のバルブシート８０の外周面との間隙から第２の圧力作用部９６に流体が流入した場合においても、当該流体は、第１のオムニシール１４０によって封止されて第２のバルブシート８０と第２の流路形成部材２５の間隙から第２の流路形成部材２５の内部に流入することはない。
第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａは、図１３及び図１４に示すように、第２の圧力作用部９６によって流体の圧力を受ける領域（受圧面）である。
本実施の形態１では、第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａに第１のオムニシール１４０を装着するための段差部８３が設けられている。そのため、第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａは、段差部８３が設けられている分だけ第２の圧力作用部９６から流体の圧力の全圧力を受け難い構造となっている。
そこで、本実施の形態１では、図１３及び図１４に示すように、第２の圧力作用部９６から流体の圧力を第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａに効果的に作用させるよう、第２のバルブシート８０の段差部８３を含めて当該第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａを覆うことによって閉塞する環状の第１の受圧プレート８６が設けられている。つまり、受圧プレート８６は、第２のバルブシート８０の円筒部８１の端面８０ａに接触するとともに、段差部８３を閉塞するよう配置されている。第２の受圧プレート８６は、第２のバルブシート８０と同一の材料によって形成される。また、第２の受圧プレート８６の半径方向に沿った外周端面とバルブ本体６の凹所８５との間には、流体が第２の圧力作用部９６に漏れ入ることが可能となるよう微小な間隙が設定されている。
一方、第２の流路形成部材２５の他端部である厚肉円筒部２５ｂの端部は、バルブ本体６の内周面との間が、金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる第２の封止手段の一例としての第２のオムニシール１５０によって密封（封止）されている。バルブ本体６の内周面には、図１６に示すように、凹所８５の円筒部８５ａの軸方向に沿った外側の端部に、当該凹所８５の円筒部８５ａより僅かに外径が大きい第２のオムニシール１５０を装着するための円筒部８５ｃが短く形成されている。円筒部８５ｃの長さは、第２のオムニシール１５０より長く設定されている。
そして、バルブ本体６の円筒部８５ｃと第２の流路形成部材２５の厚肉円筒部２５ｂとの間隙は、第２のオムニシール１５０によって密封（封止）されている。第２のオムニシール１５０は、第２の圧力作用部９６へ向けて開口されている。つまり、第２のオムニシール１５０は、その開口部が第２の圧力作用部９６から流体の圧力を受けるよう配置されている。なお、第２のオムニシール１５０は、第１のオムニシール１４０より外径が大きいものの、基本的に、第１のオムニシール１４０と同様に構成されている。
第２のバルブシート８０の円筒部８１の外側には、当該第２のバルブシート８０が弁軸３４に対して接離する方向に変位するのを許容しつつ、当該第２のバルブシート８０を弁軸３４に対して接触する方向に押動する弾性部材の一例としての第２のウェーブワッシャー（波形ワッシャー）２６が設けられている。第２のウェーブワッシャー２６は、図２１に示すように、ステンレスや鉄、あるいは燐青銅などからなり、正面に投影した形状が所要の幅を有する円環状に形成されている。また、第２のウェーブワッシャー２６は、側面形状がウェーブ状（波状）に形成されており、その厚さ方向に沿って弾性変形が可能となっている。第２のウェーブワッシャー２６の弾性率は、厚さや材質、あるいは波の数等によって決定される。第２のウェーブワッシャー２６としては、第１のウェーブワッシャー１６と同一のものが使用される。
さらに、第２のウェーブワッシャー２６の外側には、当該第２のウェーブワッシャー２６を介して弁軸３４と第２のバルブシート８０の凹部８４との間隙Ｇ３を調整する調整部材の一例としての第２の調整リング８７が配置される。第２の調整リング８７は、図２２に示すように、耐熱性を有する合成樹脂又は金属によって外周面に雄ネジ８７ａが形成された相対的に長さが短く設定された円筒形状の部材からなる。第２の調整リング８７の外側の端面には、当該第２の調整リング８７をバルブ本体６に設けられた雌ネジ部８８に締め付けて装着する際に、締付量を調整するための図示しない治具を係止して当該第２の調整リング８７を回転させるための凹溝８７ｂが１８０度対向する位置にそれぞれ設けられている。
バルブ本体６には、図１５に示すように、第２の調整リング８７を装着するための第２の雌ネジ部８８が設けられている。バルブ本体６の開口端部には、第２の調整リング８７の外径と略等しい外径を有する短い円筒部８９が設けられている。また、バルブ本体６の第２の雌ネジ部８８と円筒部８５ｃとの間には、第２の雌ネジ部８８を所要の長さにわたって加工することが可能となるよう、当該第２の雌ネジ部８８より内径が大きい加工用円筒部８５ｄが短く設けられている。
第２の調整リング８７は、バルブ本体６の雌ネジ部８８に対する締め込み量を調整することにより、当該第２の調整リング８７７が第２のウェーブワッシャー２６を介して第２のバルブシート８０を内側に向けて押動する量（距離）を調整するものである。第２の調整リング８７の締め込み量を増加させると、第２のバルブシート８０は、図１７に示すように、第２の調整リング８７によって第２のウェーブワッシャー２６を介して押され、凹部８４が弁座８の内周面から突出して弁軸３４に近接する方向に変位し、当該凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３が減少する。また、第２の調整リング８７の締め込み量を予め少ない量に設定すると、第２のバルブシート８０は、第２の調整リング８７によって押動される距離が減少し、弁軸３４から離間した位置に配置され、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３が相対的に増大する。第２の調整リング８７の雄ネジ８７ａ及びバルブ本体６の雌ネジ部８８は、そのピッチが小さく設定されており、第２のバルブシート８０の突出量を微調整可能に構成されている。
バルブ本体６の他方の側面には、図１３に示すように、流体を流出させる図示しない配管を接続するため接続部材の一例としての第２のフランジ部材１９が４本の六角穴付きボルト２０により取り付けられている。第２のフランジ部材１９は、第１のフランジ部材１０と同様にＳＵＳ等の金属により形成される。第２のフランジ部材１９は、バルブ本体６の側面形状と同一の側面矩形状に形成されたフランジ部２１と、フランジ部２１の内側面に円筒形状に突設された挿入部２２と、フランジ部２１の外側面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部２３とを有している。第２のフランジ部材１９のフランジ部２１とバルブ本体６との間は、図１３に示すように、オーシール２１ａによって密封されている。第２のフランジ部材１９のフランジ部２１の内周面には、オーシール２１ａを収容する環状の凹溝２１ｂが設けられている。配管接続部２３の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や、直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。なお、配管接続部２３の形状は、配管接続部１４と同様、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、第２の流出口１７から流体を流出可能なものであれば良い。
ここで、流体（ブライン）としては、例えば、圧力が０～１ＭＰａ、－８５～＋１２０℃程度の温度範囲において適応可能なオプテオン（登録商標）（三井・ケマーズフロロプロダクツ社製）やノベック（登録商標）（３Ｍ社製）等のフッ素系不活性液体などが使用される。
また、バルブ本体６には、図１３に示すように、その下端面に流体が流入する第３の弁口として断面円形状の流入口２６が開口されている。バルブ本体６の下端面には、流体を流入させる図示しない配管を接続するため接続部材の一例としての第３のフランジ部材２７が４本の六角穴付きボルト２８により取り付けられている。流入口２６の下端部には、第３のフランジ部材２７を装着するため流入口２６より内径が大きい円筒部２６ａが開口されている。第３のフランジ部材２７は、底面矩形状に形成されたフランジ部２９と、フランジ部２９の内側面に円筒形状に短く突設された挿入部３０（図１３参照）と、フランジ部２９の外側面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部３１とを有している。第３のフランジ部材２７のフランジ部２９とバルブ本体６との間は、図１３に示すように、オーシール２９ａによって密封されている。第３のフランジ部材２７のフランジ部２９の内周面には、オーシール２９ａを収容する凹溝２９ｂが設けられている。配管接続部３１の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。なお、配管接続部３１の形状は、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、流入口２６から流体を流入可能なものであれば良い。
バルブ本体６の中央には、図１４に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０を装着することによって断面矩形状の第１の弁口９及び断面矩形状の第２の弁口１８が設けられる弁座８を備えている。弁座８は、後述する弁体の外形状に対応した円柱形状に形成された空所からなる。また、弁座８の一部は、第１及び第２のバルブシート７０，８０によって形成されている。円柱形状に形成された弁座８は、バルブ本体６の上端面に貫通した状態で設けられる。バルブ本体６に設けられる第１の弁口９及び第２の弁口１８は、図２３に示すように、円柱形状に形成された弁座８の中心軸（回転軸）Ｃに対して軸対称に配置されている。更に説明すると、第１の弁口９及び第２の弁口１８は、円柱形状に形成された弁座８に対して直交するように配置されており、第１の弁口９の一方の端縁は、中心軸Ｃを介して第２の弁口１８の他方の端縁と対向する位置（１８０度異なる位置）に開口されている。また、第１の弁口９の他方の端縁は、中心軸Ｃを介して第２の弁口１８の一方の端縁と対向する位置（１８０度異なる位置）に開口されている。なお、図２３では、便宜上、弁座８と弁軸３４との間隙は図示が省略されている。
また、第１の弁口９及び第２の弁口１８は、図１３に示すように、上記のごとく、バルブ本体６に第１及び第２のバルブシート７０，８０を装着することによって形成される断面正方形状等の断面矩形状に形成された開口部からなる。第１の弁口９及び第２の弁口１８は、その一辺の長さが第１の流出口７及び第２の流出口１７の直径より小さく設定されており、当該第１の流出口７及び第２の流出口１７に内接する断面矩形の角筒形状に形成されている。
弁体の一例としての弁軸３４は、図２４に示すように、ＳＵＳ等の金属により外形が略円柱形状に形成されている。弁軸３４は、大別して、弁体として機能する弁体部３５と、当該弁体部３５の上下にそれぞれ設けられて弁軸３４を回転自在に支持する上下の軸支部３６，３７と、上軸支部３６と同一の部分から構成されるシール部３８と、シール部３８の上部に設けられたカップリング部３９とを一体的に備えている。
上下の軸支部３６，３７は、弁体部３５より外径が小さく同一又は異なる直径を有するよう設定された円筒形状にそれぞれ形成されている。下軸支部３７は、図１５に示すように、バルブ本体６に設けられた弁座８の下端部に軸受部材としてのベアリング４１を介して回転可能に支持されている。弁座８の下部には、ベアリング４１を支持する環状の支持部４２が設けられている。ベアリング４１、支持部４２及び流入口２６は、略同一の内径に設定されており、弁体部３５の内部へと温度制御用流体が抵抗を殆ど生じることなく流入するよう構成されている。
また、弁体部３５は、図１３及び図２４（ｂ）に示すように、第１及び第２の弁口９，１８の開口高Ｈ１より高さが低い開口高Ｈ２を有する略半円筒形状の開口部４４が設けられた円筒形状に形成されている。弁体部３５の開口部４４が設けられた弁動作部４５は、予め定められた中心角α（例えば、１８０度）を有する半円筒形状（円筒形状の部分のうち、開口部４４を除いた略半円筒形状）に形成されている。弁動作部４５は、開口部４４の上下に位置する弁体部３５を含めて第１の弁口９を閉状態から開状態に切り替えると同時に、第２の弁口１８を逆方向の開状態から閉状態に切り替えるよう弁座８内に且つ弁座８の内周面に金属同士の齧りを防止するため微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されている。弁動作部４５の上下に配置された上下の弁軸部４６，４７は、図１３に示すように、弁動作部４５と同一の外径を有する円筒形状に形成されており、弁座８の内周面に微小な間隙を介して非接触状態にて回転自在となっている。弁動作部４５及び上下の弁軸部４６，４７の内部には、円柱形状の空所４８が下端部に向けて貫通した状態で設けられている。
また、弁動作部４５は、周方向（回転方向）に沿った両端面４５ａ，４５ｂがその中心軸Ｃと交差する（直交する）方向に沿った断面形状が平面形状に形成されている。更に説明すると、弁動作部４５は、図２４に示すように、周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が開口部４４に向けて平面形状に形成されている。両端部４５ａ，４５ｂの肉厚は、例えば、弁動作部４５の厚さＴと等しい値に設定される。
弁動作部４５は、周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が平面形状に限定されるものではなく、周方向（回転方向）に沿った両端面４５ａ，４５ｂが曲面形状に形成されても良い。
弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂは、図２５に示すように、弁軸３４が回転駆動されて第１及び第２の弁口９，１８を開閉する際に、流体の流れの中において、第１及び第２の弁口９，１８の周方向に沿った端部から突出する又は退避するように移動（回転）することで第１及び第２の弁口９，１８を開状態から閉状態あるいは閉状態から開状態へと移行させる。このとき、弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂは、弁軸３４の回転角度に対する第１及び第２の弁口９，１８の開口面積をリニア（直線状）に変化させるため、断面形状が平面形状に形成されていることが望ましい。
シール部４は、図１３に示すように、弁軸３４をバルブ本体６に対して回転可能となるよう液密状態に密封（封止）するものである。シール部４は、バルブ本体６と、弁軸３４と、バルブ本体６と弁軸３４との間に配置されて両者の間を液密状に封止する金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる封止手段の一例としてのオムニシール１６０，１７０と、弁軸３４を弁本体に対して回転可能に支持する軸受部材１８０とを備えている。
バルブ本体６の上端部には、図１３に示すように、弁軸３４を回転可能に支持するための円柱形状に形成された支持用凹部５１が設けられている。支持用凹部５１の上端には、テーパー部５１ａを介して内径が大きな円筒部５１ｂが形成されている。弁軸３４は、上述したように、上方の弁軸部４６が支持用凹部５１の下端部に軸受部材の一例としてのベアリング１８０及びオムニシール１６０，１７０を介して回転可能かつ液密状に支持されている。
カップリング部５は、図１２に示すように、シール部４が内蔵されたバルブ本体６とアクチュエータ部３との間に配置されている。カップリング部５は、弁軸３４と当該弁軸３４を一体に回転させる図示しない回転軸とを連結するためのものである。
カップリング部５は、図１３に示すように、シール部４とアクチュエータ部３の間に配置されたスペーサ部材５９と、スペーサ部材５９の上部に固定されたアダプタプレート６０と、スペーサ部材５９及びアダプタプレート６０の内部に貫通状態で形成された円柱形状の空間６１に収容され、弁軸３４と図示しない回転軸とを連結するカップリング部材６２とから構成されている。スペーサ部材５９は、ポリイミド（ＰＩ）樹脂等の合成樹脂によりバルブ本体６の一部と略同一の平面形状を有する比較的高さが高い角筒状に形成されている。スペーサ部材５９は、その下端に設けられたフランジ部５９ａがネジ５９ｂ止め等の手段によってバルブ本体６及びアダプタプレート６０の双方に固定される。また、アダプタプレート６０は、図１３（ｃ）に示すように、ＳＵＳ等の金属により平面多角形の板状に形成されている。アダプタプレート６０は、六角孔付きボルト６３によりアクチュエータ部３の基盤６４に固定した状態で取り付けられる。
弁軸３４の上端には、図２４（ａ）に示すように、水平方向に沿って貫通するように凹溝６５が設けられている。そして、弁軸３４は、カップリング部材６２に設けられた凸部６６を凹溝６５に嵌合することによりカップリング部材６２に連結固定されている。一方、カップリング部材６２の上端には、水平方向に沿って貫通するように凹溝６７が設けられている。図示しない回転軸は、カップリング部材６２に設けられた凹溝６７に図示しない凸部を嵌合することによりカップリング部材６２に連結固定される。スペーサ部材５９は、シール部４から液体が漏洩した際、液体がアクチュエータ部３に到達するのを阻止するオーシール１９０を上端部に備えている。
アクチュエータ部３は、図１２に示すように、平面矩形状に形成された基盤６４を備えている。基盤６４の上部には、ステッピングモータやエンコーダ等からなる駆動手段を内蔵した直方体形状の箱体として構成されたケーシング９０がビス９１止めにより装着されている。アクチュエータ部３の駆動手段は、制御信号に基づいて図示しない回転軸を所望の方向に所定の精度で回転可能なものであれば良く、その構成は限定されない。駆動手段は、ステッピングモータ及び当該ステッピングモータの回転駆動力をギア等の駆動力伝達手段を介して回転軸に伝達する駆動力伝達機構、並びに回転軸の回転角度を検出するエンコーダ等の角度センサにより構成される。
なお、図１２中、符号９２はステッピングモータ側ケーブルを、９３は角度センサ側ケーブルをそれぞれ示している。これらステッピングモータ側ケーブル９２及び角度センサ側ケーブル９３は、三方弁型モータバルブ１を制御する図示しない制御装置にそれぞれ接続される。
＜環境条件＞
本実施の形態１に係る三方弁型モータバルブ１は、上述したように、例えば、－８５～＋１２９０℃程度の温度、特に－８５℃程度の大幅に低い温度の流体に対して使用可能となるよう構成されている。そのため、三方弁型モータバルブ１を使用する周囲の環境条件は、－８５～＋１２９０℃程度の温度範囲に対応したものであることが望ましい。すなわち、三方弁型モータバルブ１は、－８５℃程度の流体を流した場合、弁本体４自体が－８５℃程度の流体と等しい温度となる。その結果、三方弁型モータバルブ１を使用する条件が空気中の水分である湿度を含む環境下では、空気中の水分が三方弁型モータバルブ１に付着して凍結し、三方弁型モータバルブ１に誤動作が生じる要因となると考えられる。
そこで、本実施の形態１では、三方弁型モータバルブ１を使用する環境条件として、窒素（Ｎ２－）ガスによって置換された環境下において、周囲湿度（相対湿度）が０．１０％以下、好ましくは０．０１％程度であることが望ましい。
＜三方弁型モータバルブの動作＞
本実施の形態１に係る三方弁型モータバルブ１では、－８５℃程度の低温の流体を流通させた場合、次のようにして流体の流量が制御される。
三方弁型モータバルブ１は、図１５に示すように、組立時又は使用する際の調整時に、第１及び第２のフランジ部材１０，１９がバルブ本体６から一旦取り外され、調整リング７７，８７が外部に露出した状態とされる。この状態で、図示しない治具を用いて調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を調整することにより、図１７に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０におけるバルブ本体６の弁座８に対する突出量を変化させる。調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を増加させた場合には、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４がバルブ本体６の弁座８の内周面から突出し、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が減少して、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面とが接触するに至る。一方、調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を減少させた場合には、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４がバルブ本体６の弁座８の内周面から突出する長さが減少し、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が増加する。
本実施の形態１では、例えば、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が１０μｍ未満に設定される。ただし、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１は、この値に限定されるものではなく、当該値より小さい値、例えば間隙Ｇ１＝０μｍ（接触状態）であっても良く、１０μｍ以上に設定しても良い。
三方弁型モータバルブ１は、図１３に示すように、第３のフランジ部材２７を介して流体が図示しない配管を介して流入し、第１のフランジ部材１０及び第２のフランジ部材１９を介して流体が図示しない配管を介して流出する。また、三方弁型モータバルブ１は、図２５（ａ）に示すように、例えば、動作を開始する前の初期状態において、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると同時に第２の弁口１８を開放（全開）した状態とされる。
三方弁型モータバルブ１は、図２５に示すように、アクチュエータ部３に設けられた図示しないステッピングモータを所定量だけ回転駆動させると、ステッピングモータの回転量に応じて図示しない回転軸が回転駆動される。三方弁型モータバルブ１は、回転軸が回転駆動されると、当該回転軸に連結固定された弁軸３４が回転軸の回転量（回転角）と同一の角度だけ回転する。弁軸３４の回転に伴って弁動作部４５が弁座８の内部において回転し、図２３（ａ）に示すように、弁動作部４５の周方向に沿った一端部４５ａが第１の弁口９を徐々に開放して、流入口２６から流入した流体が弁座８の内部に流入するとともに、第１のハウジング部材１０から第１の流出口７を介して流出する。
このとき、弁動作部４５の周方向に沿った他端部４５ｂは、図２５（ａ）に示すように、第２の弁口１８を開放しているため、流入口２７から流入した流体が弁座８の内部に流
入して弁軸３４の回転量に応じて分配されるととともに、第２のハウジング部材１９から第２の流出口１７を介して外部に流出する。
三方弁型モータバルブ１は、図２５（ａ）に示すように、弁軸３４が回転駆動されて弁動作部４５の周方向に沿った一端部４５ａが第１の弁口９を徐々に開放すると、弁座８並びに弁軸３４の内部を通って流体が第１及び第２の弁口９，１８を介して第１及び第２の流出口９，１８を介して外部に供給される。
また、三方弁型モータバルブ１は、弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂが断面曲面形状又は断面平面形状に形成されているため、弁軸３４の回転角度に対して第１及び第２の弁口９，１８の開口面積をリニア（直線状）に変化させることが可能となる。また、弁動作部４５の両端部４５ａ，４５ｂによって流量が規制される流体が層流に近い状態で流動すると考えられ、第１の弁口９及び第２の弁口１８の開口面積に応じて流体の分配比（流量）を精度良く制御することができる。
本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、上述したように、初期的に、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると同時に第２の弁口１８を開放（全開）した状態とされる。
このとき、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると、理想的には、流体の流量がゼロとなる筈である。
しかしながら、三方弁型モータバルブ１は、図１７に示すように、弁軸３４が弁座８の内周面に対して金属同士の齧りを防止するために、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されている。その結果、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間には、微小な間隙Ｇ２が形成されている。そのため、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）した場合であっても、流体の流量がゼロとならず、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に存在する微小な間隙Ｇ２を介して流体が少量ながら第２の弁口１８側へ流れ込もうとする。
ところで、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、図１７に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０に凹部７４，８４が設けられており、当該凹部７４，８４が弁座８の内周面から弁軸３４側に突出して、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間の間隙Ｇ１を部分的に縮小している。
したがって、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４が弁座８の内周面に対して金属同士の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されていても、流体が第１の弁口９から弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に存在する微小な間隙Ｇ２へ流れ込むことが、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間隙が部分的に縮小された領域である間隙Ｇ１により大幅に制限されて抑制される。
そのため、三方弁型モータバルブ１では、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する第１及び第２のバルブシート７０，８０との間隙を部分的に縮小するよう設けられた凹部７４，８４を備えない三方弁型モータバルブに比較して、当該三方弁型モータバルブ１の全閉時における流体の漏れを大幅に抑制することが可能となる。
望ましくは、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１は、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４を弁軸３４の外周面と接触させることにより、間隙Ｇ１，Ｇ２を大幅に縮小することができ、当該三方弁型モータバルブ１の全閉時における流体の漏れが大幅に抑制される。
また同様に、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第２の弁口１８を閉塞（全閉）とした場合にも、流体が第２の弁口１８を介して、他方の第１の弁口９側に漏れて流出するのを大幅に抑制することができる。
さらに、本実施の形態１では、図１４に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０の弁軸３４と反対側の面７０ａ，８０ａに、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して流体の圧力を作用させる第１及び第２の圧力作用部９４，９６が設けられている。そのため、三方弁型モータバルブ１は、図２３（ａ）に示すように、開度０％つまり第１の弁口９が全閉の付近、及び開度１００％つまり第１の弁口９が全開の付近において、第１及び第２の弁口９，１８が全閉に近づくと、当該第１及び第２の弁口９，１８から流出する流体の量が大幅に減少する。これに伴って、三方弁型モータバルブ１は、全閉状態に近づく弁口では、流出する流体の圧力が低下する。そのため、例えば開度０％つまり第１の弁口９が全閉のとき、流入口２６から圧力７００ＫＰａ程度の流体が流入し、略７００ＫＰａのまま第２の弁口１８から流出する。このとき、全閉に近い状態である第１の弁口９側は、出口側の圧力が例えば１００ＫＰａ程度まで低下する。その結果、第２の弁口１８と第１の弁口９との間に６００ＫＰａ程度の圧力差が生じることになる。
したがって、対策を講じない三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差によって弁軸３４が相対的に圧力の低い第１の弁口９側に移動（変位）し、弁軸３４がベアリング４１に片当たりした状態となる。そのため、弁軸３４を閉じる方向に回転駆動する際の駆動トルクが増大して、動作不良を生じる虞れがある。
これに対して、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、図２６に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０の弁軸３４と反対側の面に、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して漏れる流体の圧力を第１及び第２のバルブシート７０，８０に作用させる第１及び第２の圧力作用部９４，９６が設けられている。そのため、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差が生じる場合であっても、相対的に圧力が高い側の流体の圧力が弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との微小な間隙を介して第１及び第２の圧力作用部９４，９６に作用する。その結果、相対的に１００ＫＰａ程度と圧力が低い側の第１のバルブシート７０は、当該第１の圧力作用部９４に作用する相対的に圧力が１００ＫＰａ程度と高い側の流体の圧力によって、弁軸３４を適正な位置へと戻すように作用する。したがって、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差によって弁軸３４が相対的に圧力の低い第１の弁口９側に移動（変位）するのを防止乃至抑制し、弁軸３４がベアリング４１によって滑らかに支持された状態を維持することができ、弁軸３４を閉じる方向に回転駆動する際の駆動トルクが増大するのを防止乃至抑制することができる。
また、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第１の弁口９が全開の付近、つまり第２の弁口１８が全閉状態に近いときにも同様に動作し、弁軸３４を回転駆動する際の駆動トルクが増大するのを防止乃至抑制することができる。
本実施の形態１に係る三方弁型モータバルブ１は、流体（ブライン）として、例えば、圧力が０～１ＭＰａ、－８５～＋１２０℃程度の温度範囲において適応可能なオプテオン（登録商標）（三井・ケマーズフロロプロダクツ社製）やノベック（登録商標）（３Ｍ社製）等のフッ素系不活性液体などが使用される。
三方弁型モータバルブ１は、－８５℃程度の流体の流出量を切り替える場合、流体が流通する弁本体６自体が－８５℃程度の温度となる。
三方弁型モータバルブ１は、第1及び第２のバルブシート７０，８０と第1及び第２の流路形成部材１５，２５との間、及び第1及び第２の流路形成部材１５，２５とバルブ本体6との間を密封（封止）するため、第１及び第２のオムニシール１２０，１３０，１４０，１５０を使用している。また、第１及び第２のオムニシール１２０，１３０，１４０，１５０は、第１及び第２の圧力作用部９４，９６へ向けて開口するようそれぞれ配置されている。また、第１のオムニシール１２０は、金属製のバネ部材１２１と合成樹脂製のシール部材１２２の組み合わせからなる。金属製のバネ部材１２１は勿論のこと、シール部材１２２を構成する合成樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、耐熱性に優れており、低温では－８５℃程度、高温では２６０℃程度の温度において長時間の使用に耐えることが可能となっている。なお、他の第１及び第２のオムニシール１３０，１４０，１５０についても同様である。
そのため、本実施の形態１に係る三方弁型モータバルブ１は、第１及び第２の圧力作用部が、バルブ本体６に装着されて第１及び第２の流出口７，１７を形成する部材であって、金属製のバネ部材により開く方向に付勢された断面略Ｕ字形状の合成樹脂からなる封止手段により長手方向に沿った両端部がそれぞれ封止された第1及び第２の流路形成部材を有せず、第1及び第２のバルブシート７０，８０と第1及び第２の流路形成部材１５，２５との間、及び第1及び第２の流路形成部材１５，２５とバルブ本体6との間をＯリングによって封止した場合に比較して、－８５℃程度の低温の流体に対するシール性を向上させることが可能となる。
すなわち、第1及び第２のバルブシート７０，８０と第1及び第２の流路形成部材１５，２５との間、及び第1及び第２の流路形成部材１５，２５とバルブ本体6との間を、第１及び第２のオムニシール１２０，１３０，１４０，１５０を用いて封止することにより、－８５℃程度の低温の流体に対しても高いシール性を発揮することができる。また、第１及び第２のオムニシール１２０，１３０，１４０，１５０は、第1及び第２のバルブシート７０，８０と第1及び第２の流路形成部材１５，２５との間、及び第1及び第２の流路形成部材１５，２５とバルブ本体6との間において相対的に大きな接触面積を有しており、この点からも高いシール性を発揮することが可能となる。
温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段の検出結果に基づいて供給手段における温度調整能力を制御する制御手段を備えない場合に比較して、温度制御対象に供給する温度制御用流体の温度を高い精度で制御することが可能な温度制御装置を提供することができる。
１００…温度制御装置
１０１…温度制御用流体
１０２…温調対象装置
１０３…供給配管
１０４…流体供給部
１０５…検出手段
１０６…貯蔵タンク
１０９…第１の流量制御用三方弁
１１０…第１の温度センサ
１１１…第２の温度センサ
１１７…第２の流量制御用三方弁

Claims (12)

  1. 温度制御用流体を予め定められた温度に調整して供給する供給手段と、
    前記供給手段から前記温度制御用流体が供給される温度制御対象側に配置され、前記温度制御対象の熱負荷を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて前記供給手段における温度調整能力を制御する制御手段と、
    を備えた温度制御装置。
  2. 前記検出手段は、
    前記供給手段から前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せず前記供給手段へ帰還させる前記温度制御用流体に分配する第１の流量制御用三方弁と、
    前記第１の流量制御用三方弁によって前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の温度を検知する第１の温度検知手段と、
    前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体の温度を検知する第２の温度検知手段と、
    を備える請求項１に記載の温度制御装置。
  3. 前記供給手段は、低温側の予め定められた第１の温度に調整された低温側流体を供給する第１の供給手段と、高温側の予め定められた第２の温度に調整された高温側流体を供給する第２の供給手段と、
    を備え、
    前記検知手段は、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体の流量を制御しつつ混合し前記温度制御用流体として前記温度制御対象に供給する第２の流量制御用三方弁と、
    前記温度制御対象を流通した前記温度制御用流体を前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に流量を制御しつつ分配する第３の流量制御用三方弁と、
    前記第２の流量制御用三方弁によって前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の温度を検知する第３の温度検知手段と、
    前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体の温度を検知する第４の温度検知手段と、
    を備える請求項１に記載の温度制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記供給手段において前記温度制御用流体の温度を熱交換器を介して調整する熱交換媒体の流量を増減させることにより前記供給手段における温度調整能力を制御する請求項１乃至３のいずれかに記載の温度制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記第１の流量制御用三方弁の分配情報のうち、前記温度制御対象に供給される前記温度制御用流体の流量と、前記第１及び第２の温度検知手段の検知結果に基づいて前記温度制御対象の熱負荷を算出する請求項２に記載の温度制御装置。
  6. 前記制御手段は、前記温度制御対象の熱負荷の算出結果Ｈ１に基づいて以下の演算式によって前記供給手段における温度調整能力Ｆ１を制御する請求項５に記載の温度制御装置。
    Ｆ１＝((Ｈ１―ｂ)／ａ）0.5
  7. 前記制御手段は、前記供給手段における冷凍機を駆動する駆動源の回転数を制御する請求項６に記載の温度制御装置。
  8. 前記制御手段は、前記第１の流量制御用三方弁における分配比率を制御する請求項１に記載の温度制御装置。
  9. 前記供給手段は、当該供給手段から前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せずに帰還させる前記温度制御用流体に分配する第４の流量制御用三方弁を備える請求項１に記載の温度制御装置。
  10. 前記制御手段は、前記第４の流量制御用三方弁に流入する前記温度制御用流体の流量が一定値となるよう制御する請求項９に記載の温度制御装置。
  11. 前記供給手段は、
    前記温度制御対象から帰還する前記温度制御用流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
    前記貯蔵タンクに貯蔵された前記温度制御用流体を冷却する冷却手段と、
    を備える請求項１に記載の温度制御装置。
  12. 前記第１の流量制御用三方弁は、
    前記温度制御用流体が流入する流入口と、前記流入口から流入する前記温度制御用流体を前記温度制御対象に供給する前記温度制御用流体と前記温度制御対象に供給せず前記供給手段へ帰還させる前記温度制御用流体とに分配する第１及び第２の弁口を有する請求項２に記載の温度制御装置。
JP2022070857A 2022-04-22 2022-04-22 温度制御装置 Pending JP2023160459A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022070857A JP2023160459A (ja) 2022-04-22 2022-04-22 温度制御装置
PCT/JP2023/015437 WO2023204203A1 (ja) 2022-04-22 2023-04-18 温度制御装置
TW112114493A TW202409340A (zh) 2022-04-22 2023-04-19 溫度控制裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022070857A JP2023160459A (ja) 2022-04-22 2022-04-22 温度制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023160459A true JP2023160459A (ja) 2023-11-02

Family

ID=88419860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022070857A Pending JP2023160459A (ja) 2022-04-22 2022-04-22 温度制御装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2023160459A (ja)
TW (1) TW202409340A (ja)
WO (1) WO2023204203A1 (ja)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008292026A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Ats Japan Corp 恒温維持装置。
JP6104443B1 (ja) * 2016-08-26 2017-03-29 伸和コントロールズ株式会社 流量制御用三方弁及びこれを用いた温度制御装置
JP6823494B2 (ja) * 2017-02-24 2021-02-03 伸和コントロールズ株式会社 温度制御装置
JP2021046987A (ja) * 2019-09-20 2021-03-25 三浦工業株式会社 冷水製造システム

Also Published As

Publication number Publication date
TW202409340A (zh) 2024-03-01
WO2023204203A1 (ja) 2023-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11073309B2 (en) Temperature control device
TWI718259B (zh) 流量控制用三通閥以及使用其之溫度控制裝置
TWI756430B (zh) 流量控制用三通閥及使用其之溫度控制裝置
TWI794226B (zh) 流量控制閥及使用其之溫度控制裝置
WO2023204203A1 (ja) 温度制御装置
JP6963662B2 (ja) 流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置
JP6823494B2 (ja) 温度制御装置
WO2022118804A1 (ja) 流量制御用三方弁及び温度制御装置
JP2022174577A (ja) 流量制御弁及び温度制御装置
WO2023233969A1 (ja) 流量制御用三方弁及び温度制御装置
WO2022118805A1 (ja) 流量制御用三方弁及び温度制御装置
WO2022124128A1 (ja) 流量制御用三方弁及び温度制御装置
KR20220136546A (ko) 차량의 열관리 시스템용 통합 밸브 조립체 및 열관리 시스템