JP3507026B2 - ワーク温度制御装置 - Google Patents
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Description
される熱負荷が変更される恒温対象物としてのワークの
温度を、所定の温度に調整した熱媒体により、所定のワ
ーク設定温度に維持するワーク温度制御装置に関する。
スにおいては、温度制御を行うことが必須条件であるた
め、ワーク温度制御装置により、ワークの恒温状態を維
持している。ワーク温度制御装置のなかには、ブライン
供給装置を利用したものがあり、この種のブライン供給
装置は、液晶パネルなどの恒温対象物としてのワークが
配置される負荷回路に、温度調整した熱媒体つまりブラ
インを供給し、ワーク温度を設定温度に維持している。
従来では、負荷回路内のワーク温度や、負荷回路からブ
ライン供給装置に戻ってくるブラインの戻り温度をフィ
ードバックし、PID制御のようなフィードバック制御
により、負荷回路に供給されるブラインの供給温度の設
定値を変更する手法が広く採用されている。
なプロセスでは、当該プロセス側に設けられる外部熱源
から短時間に大きな熱負荷がワークに付与されたり、当
該熱負荷の付与が停止されたりする。このように外部熱
源から付与される熱負荷が変更される場合であっても、
ワーク温度を設定温度に維持する要請がある。
は、ワークに付与される熱負荷の変更が小さい場合に
は、熱量の変動に伴うワークの温度変化が小さいので、
十分な精度でワーク温度を設定温度に維持することがで
きる。
短時間に大きな熱負荷の変更がなされる場合には、ワー
クの温度変化にブライン供給温度の温度変化を追従させ
ることができず、その結果、ワークの温度にハンチング
が生じ、ワークを設定温度に調整する制御の安定性に欠
けるという不具合がある。
グ現象が生じにくく、ワークを設定温度に調整する制御
の安定性を高めたワーク温度制御装置を提供することを
目的とする。
る手段により達成される。
更される恒温対象物としてのワークの温度を、所定の温
度に調整した熱媒体により、所定のワーク設定温度に維
持するワーク温度制御装置において、前記ワークに供給
される前記熱媒体の供給温度を一定にしたまま前記熱負
荷が変更されたときの前記ワークの第1の温度変化曲線
を予め取得する取得部と、前記第1の温度変化曲線と前
記ワーク設定温度を基準に線対称をなすワークの仮想的
な第2の温度変化曲線を実現する熱媒体の供給温度変化
曲線を算出する算出部と、前記熱媒体の前記供給温度を
調整する調整部と、前記外部熱源から前記ワークに付与
される前記熱負荷が変更されたときに、前記算出手段で
算出した前記供給温度変化曲線に基づいて前記熱媒体の
前記供給温度が変化するように、前記調整部を制御する
制御部と、を有することを特徴とするワーク温度制御装
置。
却部と、前記冷却部により冷却された熱媒体の一部を前
記ワークに供給される熱媒体に混合する弁部材を含み、
前記制御部は、前記弁部材の作動を制御し、前記供給温
度変化曲線に基づいて前記熱媒体の前記供給温度を変化
させることを特徴とする上記(1)に記載のワーク温度
制御装置。
熱部を含み、前記制御部は、前記加熱部の作動を制御
し、前記供給温度変化曲線に基づいて前記熱媒体の前記
供給温度を変化させることを特徴とする上記(1)また
は(2)に記載のワーク温度制御装置。
前記ワークに供給される熱媒体の温度ムラを除去するバ
ッファタンクが配置されていることを特徴とする上記
(2)に記載のワーク温度制御装置。
を参照しつつ説明する。
用したブライン供給装置の一実施形態を示す構成図であ
る。
装置10は、恒温対象物としてのワークWが配置される
負荷回路20に接続されている。ブラインは、ブライン
供給装置10から負荷回路20に供給され、ワークWの
温度を調整した後に、ブライン供給装置10に再び戻さ
れる。ブライン供給装置10の作動は、コントローラ3
0により制御される。
イン、冷水、純水、冷媒などが用いられ、ワークWに応
じたブラインが選択される。ブラインを冷却する冷却源
を備える冷却部43は、ワークWの設定温度に応じて、
適宜選択される。本実施形態では、ワークWの設定温度
が比較的低温(例えば、40℃〜60℃)であるので、
冷却源として冷媒を使用し、冷却部43として冷凍機を
使用する。コントローラ30は、冷媒を吐出するコンプ
レッサの作動を制御する。なお、ワークWの設定温度が
比較的高温の場合には、冷却源として冷水を用いた冷却
部43を使用できる。この場合、コントローラ30は、
冷水の供給量を調整するバルブの開度を制御する。
0内で作り出されるブラインの温度帯から見て、比較的
低温のブラインが循環する低温ブライン循環系40と、
比較的高温のブラインが循環する高温ブライン循環系5
0と、の2系統を有する。
留するブラインタンク41と、ブラインを循環させる第
1ポンプ42と、冷凍機43から供給された冷媒とブラ
インとの間で熱交換を行って当該ブラインを冷却する熱
交換器44と、開閉弁45と、を含んでいる。これらの
構成機器が複数の配管46a〜46dによって接続さ
れ、比較的低温のブラインが循環する。ブラインタンク
41は、蓋がされて大気が流通しないが、圧力容器とし
ての規制を受けない、いわゆる半密封構造を有する。
環系40でブラインを循環させればよいため、その配置
位置は図示のようにブラインタンク41と熱交換器44
との間に限られるものではない。例えば熱交換器44の
出口側の配管46cに配置してもよい。
熱する電気ヒータ(加熱部に相当する)51と、ブライ
ンを循環させる第2ポンプ52と、負荷回路20にブラ
インを供給する供給ポート53と、負荷回路20を通過
したブラインが戻される戻りポート54と、を含んでい
る。これらの構成機器が複数の配管55a〜55eによ
って接続され、比較的高温のブラインが循環する。高温
ブライン循環系50は、配管55eから分岐する配管5
5fを介して、ブラインタンク41と接続されている。
このため、高温ブライン循環系50を循環するブライン
の一部をブラインタンク41に戻すこともできる。配管
55fには、ブラインタンク41に戻るブライン流量を
調整する開閉弁56が設けられている。
ず、ブラインを加熱する機能を有する限りにおいて適宜
選択できる。また、第2ポンプ52は、高温ブライン循
環系50でブラインを循環させればよいため、その配置
位置は図示のようにヒータ51で加熱されたブラインを
送り出す位置に限られるものではない。例えば、ヒータ
51の入口側の配管55aに配置してもよい。
中において、ブラインの流量を変化させない形態となっ
ている。このため、第2ポンプ52には、一定流量のブ
ラインを送り出すことが可能なタイプのポンプが使用さ
れる。但し、ブライン供給装置10に要求される種々の
スペックに応じるため、ブライン流量の設定値を変更で
きるポンプを使用してもよい。
環系50とは、供給手段60を介して接続されている。
供給手段60は、配管46cと配管55bとを接続し、
低温ブライン循環系40を循環するブラインをヒータ5
1の出口側に導く配管61と、当該配管61の途上に配
置される弁62(弁部材に相当する)とから構成されて
いる。本実施形態において、ワークWに供給するブライ
ンの温度を下げる場合には、低温ブライン循環系40を
循環するブラインが、供給手段60を介して、冷却する
のに必要なブライン量だけヒータ51の出口側に導かれ
る。
に応じて高温ブライン循環系50に導く形態では、ブラ
イン供給装置10に含まれるブラインの全量を冷却する
必要がないため、高温ブライン循環系50のブラインが
必要以上に冷却されることがない。このため、ヒータ5
1で再度加熱する際の、エネルギーロスを可及的に低減
でき、ブライン供給装置10を効率良く運転できる。
40と高温ブライン循環系50との間の連通をオン−オ
フする電磁弁62であるが、開度を調整自在な流量調整
弁を使用してもよい。
クWとの間に、バッファタンク57を備えている。バッ
ファタンク57は、低温ブライン循環系40から導かれ
る比較的低温のブラインとヒータ51から流出した比較
的高温のブラインとが合流した直後位置に配置され、低
温ブラインと高温ブラインとの混合を促進し、負荷回路
20に供給されるブラインの温度ムラを除去する機能を
有する。バッファタンク57の内容積は、前記機能を発
揮するのに十分な容積に設定されている。
せることなく独立してバッファタンク57に接続し、当
該バッファタンク57内で低温ブラインと高温ブライン
とを混合して前記温度ムラを除去するようにしてもよ
い。また、バッファタンク57内に、低温ブラインと高
温ブラインとの混合をさらに促進する邪魔板を設けても
よい。
いは恒温装置などに組み込まれる。例えば、負荷回路2
0は、液晶パネル用のガラス基板に薄膜を形成する成膜
装置に組み込まれる。この場合、ガラス基板がワークW
に相当する。
れる入口配管21と、ワークWが収納されるチャンバ2
2と、戻りポート54に接続される出口配管23と、を
有する。ワークWは、プレート24の上にマウントされ
ている。チャンバ22に供給されたブラインによりプレ
ート24が加熱/冷却され、ワーク温度が設定温度に調
整される。
荷を加えるプロセス側の外部熱源25が設けられてい
る。外部熱源25は、例えば、電気ヒータ26から構成
され、電源27から所定の電流・電圧が印加される。ワ
ークWは、電気ヒータ26で発生したジュール熱が加え
られて、温度が上昇する。なお、「プロセス側の外部熱
源25」とは、製造や検査などを行うときに、ワークW
に熱を加える機能を有する装置の総称であり、電気ヒー
タ26に限定されるものではない。
るブラインの現在の供給温度Pt1を検出する供給温度
センサ31が設けられている。負荷回路20には、ワー
ク温度Pt2を検出するワーク温度センサ32が設けら
れている。戻り配管55eには、負荷回路20から戻さ
れるブラインの戻り温度Pt3を検出する戻り温度セン
サ33が設けられている。さらに、ブラインの循環流量
Fを検出する流量センサ34も戻り配管55eに設けら
れている。各温度センサ31〜33は、測温抵抗体や熱
電対などから構成されている。プレート24の温度はワ
ーク温度Pt2にほぼ等しいことから、図示例では、プ
レート24の温度を測定することにより、ワーク温度P
t2を検出している。流量センサ34は、オリフィスを
用いた一般的な流量計と、測定値を電気信号に変換して
コントローラ30に出力する変換器などから構成され
る。
御するコントローラ30の構成を示すブロック図であ
る。
ーク温度センサ32、戻り温度センサ33および流量セ
ンサ34が接続され、ブライン供給温度Pt1、ワーク
温度Pt2、ブラインの戻り温度Pt3およびブライン
の循環流量Fの各検出信号が入力される。CPU39か
らは、冷凍機43、電気ヒータ51および電磁弁62に
対して、これらの作動を制御する制御信号が出力され
る。
OM36と、RAM37と、タイマ38とが接続され
る。設定部35は、例えばテンキーなどの入力装置から
構成され、ワークWの設定温度SV(R)を設定する。
ROM36には、ブライン供給温度を予測的に設定する
ためのプログラムの他、ブライン供給装置10の動作を
制御するのに必要な各種パラメータやプログラムなどが
記憶される。
27が接続され、電源27から電気ヒータ26への電力
供給に応じたオン、オフ信号や、電気ヒータ26に供給
した電力の出力値信号が入力される。CPU39は、こ
れらの信号に基づいて、電気ヒータ26からワークWに
付与される熱負荷が変更されたこと、ワークWに実際に
付与された熱量を検出する。
よび制御部として機能する。
用の説明に先立って、本発明によるワーク温度制御装置
の基本的動作原理を説明する。
の基本的動作原理の説明に供する説明図である。
付与される熱負荷が変更される恒温対象物としてのワー
クWの温度を、所定の温度に調整したブラインにより、
所定のワーク設定温度SV(R)に維持するものであ
り、まず、ワークWに供給されるブライン供給温度を一
定にしたままの状態で、外部熱源25からワークWに対
する熱負荷が変更されたときのワークWの第1の温度変
化曲線L1を予め取得する。
すように、時間t0において、ワークWに熱負荷を付与
していないオフ状態(熱負荷0%)から所定熱量の熱負
荷を付与したオン状態(熱負荷100%)への変更と、
これとは逆に、時間t1において、ワークWに所定熱量
の熱負荷を付与したオン状態(熱負荷100%)から熱
負荷の付与を停止したオフ状態(熱負荷0%)への変更
とがある。
ーク温度をワーク設定温度SV(R)に維持するために
所定温度に調整されていたブライン供給温度を一定にし
たままの状態で熱負荷の付与を開始するため、第1の温
度変化曲線L1は、時間の経過とともに温度が上昇し、
所定の温度で安定するようなカーブを呈する。
ライン供給温度を一定にしたままの状態で熱負荷の付与
を停止するため、第1の温度変化曲線L1は、時間の経
過とともに温度が下降し、ワーク設定温度SV(R)で
安定するようなカーブを呈する。
変化曲線L1とワーク設定温度SV(R)を基準に線対
称をなすワークWの仮想的な第2の温度変化曲線L2を
求める。次いで、ワーク温度制御装置は、求めた第2の
温度変化曲線L2を実現するブライン供給温度変化曲線
L3を算出する。
概念的に示される図3においては、第2の温度変化曲線
L2よりも低温側に示されるが、雰囲気の温度や設定温
度によっては、第2の温度変化曲線L2と一致したり、
高温側にシフトしたりすることもある。
ワークWに付与される熱負荷が変更されたことを検出す
ると、算出したブライン供給温度変化曲線L3に基づい
てブライン供給温度が変化するように、調整部を制御す
る。この調整部は、ブライン供給温度を調整するために
必要な手段の総称であり、冷凍機43、電気ヒータ5
1、ブラインの供給を制御する電磁弁62、流量調整弁
のような種々の弁部材、ポンプなどが含まれる。
設定する制御により、熱負荷の付与を開始する場合に
は、外部熱源25からワークWに付与される熱量とブラ
インがワークWから奪う熱量とをほぼ一致させることが
でき、熱負荷の付与を停止する場合には、ワークWから
放熱される熱量とブラインからワークWに付与する熱量
とをほぼ一致させることができる。このため、短時間に
大きな熱負荷の変更がなされる場合であっても、PID
制御のようなフィードバック制御に比べて、ワーク温度
にハンチング現象が生じにくく、ワークWの温度を一定
に制御でき、ワークWをワーク設定温度SV(R)に調
整する制御の安定性が高くなる。
負荷の熱量と、実際にワークWの温度を制御する際の熱
負荷の熱量とが相違する場合があるが、熱量の相違が第
1の温度変化曲線L1に与える影響は比例関係にあるこ
とが分かっている。このため、熱量の相違に応じて第1
の温度変化曲線L1を補正した後に、第2の温度変化曲
線L2およびブライン供給温度変化曲線L3を求めるこ
とにより、短時間に大きな熱負荷の変更がなされる場合
であっても、ワーク温度がハンチングすることなく、当
該ワークWの温度を一定に制御できる。なお、異なる熱
量ごとに第1の温度変化曲線L1を複数取得しておき、
これら複数の第1の温度変化曲線L1に基づいて、実際
にワークWの温度を制御する際の熱負荷の熱量に合致す
る第1の温度変化曲線L1を求めるようにしてもよい。
参照しつつ、実施形態の作用を説明する。また、図10
は、サンプリングモードにおけるワーク温度およびブラ
イン供給温度の変化例を概念的に示す図、図11(A)
は、ワークWに供給されるブライン供給温度Pt1を一
定にしたままの状態で、外部熱源25からワークWに対
する熱負荷が変更されたときのワーク温度Pt2の変化
例を概念的に示す図、図11(B)は、ワーク温度制御
モードにおけるワーク温度Pt2およびブライン供給温
度Pt1の変化例を概念的に示す図である。
ブライン供給温度を予測的に制御するのに必要なデータ
を取得するサンプリングモードと、通常の運転であるワ
ーク温度制御モードとがある。ブライン供給装置10を
設置した際には、サンプリングモードを実行する必要が
ある。このサンプリングモードでは、プロセス側の熱負
荷が0%のときのブライン供給設定温度SV(S)
[0]、および、プロセス側の熱負荷が100%のとき
のブライン供給設定温度SV(S)[100]を決定す
る。さらに、ワークWの第1の温度変化曲線L1(図3
参照)を取得する処理がなされる。第1の温度変化曲線
L1に基づき、ブライン供給温度を下げていく場合の時
定数T1、ブライン供給温度を上げていく場合の時定数
T2も決定される。
か、設定部35を構成する例えばテンキーなどの入力装
置による手動入力も可能であり、さらに、書き換えるこ
とも可能である。時定数T1、T2は、RAM37に記
憶される。また、プロセス側の条件(放熱や冷却など)
が変わらなければ、時定数T1と時定数T2とは一致す
る。
ブライン供給装置10の電源がオンされると(S10
0)、時定数T1、T2の手動入力を行うか否かを判断
し(S150)、手動入力を行う場合には(S150:
YES)、時定数T1、T2の入力を受け付ける(S1
51)。入力された時定数T1、T2は、RAM37に
記憶される。コントローラ30は、サンプリングモード
が選択されているか否か、ワーク温度制御モードが選択
されているか否かを判断し(S200、S300)、サ
ンプリングモードが選択されている場合にはステップS
201に進み、ワーク温度制御モードが選択されている
場合にはステップS301に進む。
ドが選択された場合、コントローラ30は、ユーザによ
るワーク設定温度SV(R)の入力を受け付け、ワーク
設定温度SV(R)がセットされ、運転スイッチがオン
されると(S201:YES)、第1ポンプ42および
第2ポンプ52を運転する(S202)。また、コント
ローラ30は、冷凍機43を運転し(S203)、SS
R(ソリッドステートリレー)などのスイッチング素子
をオン制御して電気ヒータ51の作動をオンし(S20
4)、図5のステップS211に進む。プロセス側の電
気ヒータ26はオフのままであり、ワークWへの熱負荷
は0%である。
42によりブラインタンク41から送り出されたブライ
ンが、熱交換器44において冷媒との間で熱交換を行っ
て冷却される。配管46(46a〜46dの総称)を介
して循環するブラインは、冷凍機43の作動に伴って比
較的低い温度になる。
タ51によりジュール熱が加えられたブラインが、第2
ポンプ52により送り出され、一定流量で負荷回路20
を流れる。配管55a〜55eおよび負荷回路20を介
して循環するブラインは、ヒータ51の作動に伴って比
較的高い温度になる。コントローラ30は、ブラインの
現在の供給温度Pt1、ワーク温度Pt2およびワーク
設定温度SV(R)に基づいて、電気ヒータ51の作動
をオンまたはオフする。
t1の上昇に伴い、ワーク温度Pt2も上昇する。
り、負荷回路20に供給されるブライン供給温度Pt1
を検出し、ワーク温度センサ32により、ワーク温度P
t2を検出し、戻り温度センサ33により、ブラインの
戻り温度Pt3を検出し、流量センサ34により、ブラ
インの実際の循環流量Fを検出する(S211)。
(R)とワーク温度Pt2との偏差dt=SV(R)−
Pt2を演算し(S212)、ブライン供給設定温度S
V(S)を、SV(S)=Pt1+dt=Pt1+(S
V(R)−Pt2)より、決定する(S213)。
給設定温度SV(S)に基づく制御出力値を電気ヒータ
51に出力し、当該電気ヒータ51の作動をオン・オフ
制御する。ブライン供給温度Pt1を下げる場合には、
コントローラ30は、電磁弁62を開閉し、必要な量の
ブラインを、配管61を介して、低温ブライン循環系4
0から高温ブライン循環系50に送り込む。
Pt2がワーク設定温度SV(R)に到達したか否かを
判断する(S214)。具体的には、SV(R)−Pt
2の絶対値が、許容誤差αより小さいか否かが判断され
る。許容誤差αは、例えば、0.1〜0.2℃である。
O)、処理はステップS211に戻り、コントローラ3
0は、上述した制御を繰り返す(S211〜S214:
NO)。
(R)に調整されている場合には(S214:YE
S)、そのときのブライン供給設定温度SV(S)が、
プロセス側の熱負荷が0%のときのブライン供給設定温
度SV(S)[0]と決定され(S215)、RAM3
7に記憶される。
1、T2が認識済みであるか否かを判断する(S21
6)。時定数T1、T2が既に手動入力されている場合
には、時定数T1、T2が認識済みであると判断され
(S216:YES)、処理はステップS218に進
む。一方、時定数T1、T2が手動入力されていない場
合には、時定数T1、T2が認識済みでないと判断され
(S216:NO)、時定数T1、T2の自動認識処理
(S217)が実行される。この時定数T1、T2の自
動認識処理(S217)については後述する。
度SV(S)[0]を決定した後の時間t0において、
プロセス側の熱負荷が100%のときのブライン供給設
定温度SV(S)[100]を決定すべく、プロセス側
電気ヒータ26をオンする。
信号を検出して熱負荷が加えられたことを検出し(S2
18:YES)、図6のステップS221に進む。
24では、ステップS211〜S214と同様の処理が
なされ、ワーク温度Pt2がワーク設定温度SV(R)
に調整されている場合には(S224:YES)、その
ときのブライン供給設定温度SV(S)が、プロセス側
の熱負荷が100%のときのブライン供給設定温度SV
(S)[100]と決定され(S225)、RAM37
に記憶される。
[0]とSV(S)[100]との差を、ΔSV(S)
としてセットし(S226)、RAM37に記憶する。
227:YES)、運転スイッチがオフされると(S2
28:YES)、サンプリングモード運転を終了し、処
理は図4のステップS200に戻る。
17))図7に示すように、ステップS215で決定し
たブライン供給設定温度SV(S)[0]をブライン供
給設定温度SV(S)にセットし(S231)、ブライ
ン供給温度Pt1を一定にしたままの状態で、プロセス
側電気ヒータ26をオンする(S232)。このように
プロセス側の熱負荷をオフからオンに変更した後、所定
の時間間隔でワーク温度Pt2をサンプリングし、図3
に示されるような第1の温度変化曲線L1の取得を開始
する。ワーク温度Pt2は、時間の経過とともに上昇す
る。
となり、ワーク温度Pt2が収束したと判断されると
(S233:YES)、取得した第1の温度変化曲線L
1に基づいて、ブライン供給温度を下げていく場合の時
定数T1を算出し、決定する(S234)。
したままの状態で、プロセス側電気ヒータ26をオフす
る(S235)。このようにプロセス側の熱負荷をオン
からオフに変更した後も、所定の時間間隔でワーク温度
Pt2をサンプリングし続け、図3に示されるような第
1の温度変化曲線L1の取得を継続する。ワーク温度P
t2は、時間の経過とともに下降する。
(R)に調整されたと判断されると(S236:YE
S)、取得した第1の温度変化曲線L1に基づいて、ブ
ライン供給温度を上げていく場合の時定数T2を算出
し、決定する(S237)。
得した時定数T1、T2に関するデータは、RAM37
に記憶される。
て、ワーク温度制御モードが選択された場合、コントロ
ーラ30は、運転スイッチがオンされると(S301:
YES)、ステップS202〜S204の処理と同様
に、第1ポンプ42および第2ポンプ52を運転し(S
302)、冷凍機43を運転し(S303)、電気ヒー
タ51の作動をオンする(S304)。
で、コントローラ30は、上述したステップS211〜
S214と同様の処理を行い、ワーク温度Pt2をワー
ク設定温度SV(R)に調整する。つまり、コントロー
ラ30は、SV(R)−Pt2の絶対値が許容誤差αよ
り小さくなるまで、ブライン供給温度Pt1、ワーク温
度Pt2およびワーク設定温度SV(R)に基づくブラ
イン供給設定温度SV(S)の決定、決定したブライン
供給設定温度SV(S)に基づく電気ヒータ51の作動
のオン・オフ制御および電磁弁62の開閉制御を繰り返
して、ワーク温度Pt2をワーク設定温度SV(R)に
調整する。
30は、外部熱源25によるワークWに対する熱負荷が
変更されたか否かを常時監視している。
側電気ヒータ26がオンされると、コントローラ30
は、電源27からのオン信号を検出して熱負荷の付与が
開始されたことを検出する(図8のS311:YE
S)。
ワークWへの蓄熱が始まるため、それに応じて、ブライ
ン供給温度を下げていく必要がある。そこで、コントロ
ーラ30は、SV(S)[0]、SV(S)[10
0]、ブライン供給温度を下げていく場合の時定数T1
より、ブライン供給設定温度SV(S)を演算する(S
312)。具体的には、下記の式より演算する。
{1−e(-t/T1)} ここに、SV(R):ワーク設定温度 ΔSV(S):SV(S)[0]−SV(S)[10
0] t:時間 T1:ブライン供給温度を下げていく場合の時定数 である。
7からの電力出力値信号に基づいて、ワークWに実際に
付与された熱量を検出している。そして、コントローラ
30は、第1の温度変化曲線L1を取得する際の熱負荷
の熱量と、検出した熱量とが相違する場合には、熱量の
相違に応じて第1の温度変化曲線L1を補正し、SV
(S)[100]を補正した後に、上記の演算を行う。
(S)は、基本的動作原理において説明したように、第
1の温度変化曲線L1とワーク設定温度SV(R)を基
準に線対称をなすワークWの仮想的な第2の温度変化曲
線L2を実現するブラインの供給温度変化曲線L3に基
づく温度となる。
給温度Pt1、ワーク温度Pt2、ブラインの戻り温度
Pt3、ブラインの実際の循環流量Fを検出し(S31
3)、ワーク温度Pt2がワーク設定温度SV(R)に
到達したか否かを判断する(S314)。具体的には、
SV(R)−Pt2の絶対値が、許容誤差αより小さい
か否かが判断される。
(R)に調整されている場合には(S314:YE
S)、ブライン供給設定温度SV(S)は補正されず、
そのときのブライン供給設定温度SV(S)が継続して
使用される(S315)。コントローラ30は、プロセ
ス側電気ヒータ26がオフされるまで(S319:YE
S)、上述した制御を繰り返し(S312〜S315、
S319:NO)、ブライン供給設定温度SV(S)に
基づく電気ヒータ51の作動のオン・オフ制御および電
磁弁62の開閉制御を継続する。
O)、ブライン供給設定温度SV(S)が補正される。
つまり、コントローラ30は、ワーク設定温度SV
(R)とワーク温度Pt2との偏差dt=SV(R)−
Pt2を演算し(S316)、SV(S)[100]+
dtを新たなSV(S)[100]にセットし(S31
7)、ΔSV(S)+dtを新たなΔSV(S)にセッ
トする(S318)。
タ26がオフされまで(S319:YES)、新たなΔ
SV(S)を用いてブライン供給設定温度SV(S)を
演算し直しつつ上述した制御を繰り返し(S312〜S
314:NO、S316〜S319:NO)、ブライン
供給設定温度SV(S)に基づく電気ヒータ51の作動
のオン・オフ制御および電磁弁62の開閉制御を継続す
る。
側電気ヒータ26がオフされると、コントローラ30
は、電源27からのオフ信号を検出して熱負荷の付与が
停止されたことを検出する(S319:YES)。処理
は図9のステップS321に進む。
ワークWからの放熱が始まるため、それに応じて、ブラ
イン供給温度を上げていく必要がある。そこで、コント
ローラ30は、SV(S)[0]、SV(S)[10
0]、ブライン供給温度を上げていく場合の時定数T2
より、ブライン供給設定温度SV(S)を演算する(S
321)。具体的には、下記の式より演算する。
(S))+ΔSV(S)×{1−e(-t/T2)} ここに、SV(R):ワーク設定温度 ΔSV(S):SV(S)[0]−SV(S)[10
0] t:時間 T2:ブライン供給温度を上げていく場合の時定数 である。
(S)は、基本的動作原理において説明したように、第
1の温度変化曲線L1とワーク設定温度SV(R)を基
準に線対称をなすワークWの仮想的な第2の温度変化曲
線L2を実現するブラインの供給温度変化曲線L3に基
づく温度となる。
給温度Pt1、ワーク温度Pt2、ブラインの戻り温度
Pt3、ブラインの実際の循環流量Fを検出し(S32
2)、ワーク温度Pt2がワーク設定温度SV(R)に
到達したか否かを判断する(S323)。具体的には、
SV(R)−Pt2の絶対値が、許容誤差αより小さい
か否かが判断される。
(R)に調整されている場合には(S323:YE
S)、ブライン供給設定温度SV(S)は補正されず、
そのときのブライン供給設定温度SV(S)が継続して
使用される(S324)。コントローラ30は、運転が
継続されている間は(S328:NO)、プロセス側電
気ヒータ26がオンされるまで(S329:YES)、
上述した制御を繰り返し(S321〜S324、S32
8:NO、S329:NO)、ブライン供給設定温度S
V(S)に基づく電気ヒータ51の作動のオン・オフ制
御および電磁弁62の開閉制御を継続する。
O)、ブライン供給設定温度SV(S)が補正される。
つまり、コントローラ30は、ワーク設定温度SV
(R)とワーク温度Pt2との偏差dt=SV(R)−
Pt2を演算し(S325)、SV(S)[0]+dt
を新たなSV(S)[0]にセットし(S326)、Δ
SV(S)+dtを新たなΔSV(S)にセットする
(S327)。
る間は(S328:NO)、プロセス側電気ヒータ26
がオンされるまで(S329:YES)、新たなΔSV
(S)を用いてブライン供給設定温度SV(S)を演算
し直しつつ上述した制御を繰り返し(S321〜S32
3:NO、S325〜S328:NO、S329:N
O)、ブライン供給設定温度SV(S)に基づく電気ヒ
ータ51の作動のオン・オフ制御および電磁弁62の開
閉制御を継続する。
O)、プロセス側電気ヒータ26がオンされると(S3
29:YES)、処理は図8のステップS312に進
み、ワークWへの熱負荷の付与が開始されたときの上述
した制御がなされる。
28:YES)、ワーク温度制御モード運転を終了し、
処理は図4のステップS200に戻る。
ば、ブライン供給温度を一定にしたままで、プロセス側
電気ヒータ26をオフからオンしたときのワークWの温
度上昇特性およびオンからオフしたときのワークWの温
度下降特性を記憶しているため、プロセス側電気ヒータ
26からワークWに付与される熱負荷が変更されるタイ
ミングに遅れることなく、つまり、熱負荷の付与の開始
や熱負荷の付与の停止を検出すると同時に、熱負荷の変
更に合致したブライン供給設定温度SV(S)を演算に
より求めることができる。このように、ワークWに付与
される熱負荷の変更に伴う温度変化がワークWに現れる
前に、ブライン供給設定温度SV(S)を予測的に設定
するため、ワーク温度Pt2とワーク設定温度SV
(R)との差が、PID制御のようなフィードバック制
御のときほど大きくならない。その結果、短時間に大き
な熱負荷の変更がなされる場合であっても、フィードバ
ック制御に比べて小さなハンチングでワークWの温度を
一定に制御でき、ワークWをワーク設定温度SV(R)
に調整する制御の安定性が格段に高くなる。
度SV(R)との間の小さなずれをフィードバックし、
両温度の差が許容誤差α以上の場合にはブライン供給設
定温度SV(S)を補正するようにしたため、ワークW
の温度制御を高精度に行うことができる。
置10は、図11(B)に示すように、付与される熱負
荷が変更されるワークWの温度変化に対する高速追従性
を実現でき、ワーク温度Pt2をより一層安定化させる
ことが可能となる。例えば、温度変化±0.5℃の高精
度に、ワークWの温度を制御できた。なお、熱負荷の変
更つまりプロセス側電気ヒータ26のオンオフは、例え
ば、5分ごとに切り換えられ、プロセス側電気ヒータ2
6による熱負荷の熱量は、例えば、500Wである。
温度Pt2は、ワークWをマウントしたプレート24の
温度をワーク温度センサ32により測定することにより
検出しているが、ワークWの現在温度の検出はこの場合
に限定されるものではない。例えば、ワーク温度センサ
32をワークWに直接接触させ、ワークW自体の現在温
度を検出してもよい。さらに、ワークWに接触するブラ
インの温度を測定して、ワークWの現在温度を検出して
もよい。
3に記載の発明によれば、熱負荷の変更に伴う温度変化
がワークに現れる前に、熱媒体の供給温度を予測的に調
整するため、ワーク温度とワーク設定温度との差が、P
ID制御のようなフィードバック制御のときほど大きく
ならない。その結果、短時間に大きな熱負荷の変更がな
される場合であっても、フィードバック制御に比べて小
さなハンチングでワークの温度を一定に制御でき、ワー
クを設定温度に調整する制御の安定性を高めることが可
能となる。
供給される熱媒体の温度ムラがバッファタンクにより除
去され、ワークの温度をより一定に制御することが可能
となる。
イン供給装置の一実施形態を示す構成図である。
ーラの構成を示すブロック図である。
作原理の説明に供する説明図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
よびブライン供給温度の変化例を概念的に示す図であ
る。
イン供給温度を一定にしたままの状態で、外部熱源から
ワークに対する熱負荷が変更されたときのワーク温度の
変化例を概念的に示す図、図11(B)は、ワーク温度
制御モードにおけるワーク温度およびブライン供給温度
の変化例を概念的に示す図である。
化曲線)
Claims (4)
- 【請求項1】 外部熱源(25)から付与される熱負荷
が変更される恒温対象物としてのワーク(W)の温度
を、所定の温度に調整した熱媒体により、所定のワーク
設定温度(SV(R))に維持するワーク温度制御装置
において、 前記ワーク(W)に供給される前記熱媒体の供給温度
(Pt1)を一定にしたまま前記熱負荷が変更されたと
きの前記ワーク(W)の第1の温度変化曲線(L1)を
予め取得する取得部(39)と、 前記第1の温度変化曲線(L1)と前記ワーク設定温度
(SV(R))を基準に線対称をなすワークの仮想的な
第2の温度変化曲線(L2)を実現する熱媒体の供給温
度変化曲線(L3)を算出する算出部(39)と、 前記熱媒体の前記供給温度(Pt1)を調整する調整部
(43、51、62)と、 前記外部熱源(25)から前記ワーク(W)に付与され
る前記熱負荷が変更されたときに、前記算出手段で算出
した前記供給温度変化曲線(L3)に基づいて前記熱媒
体の前記供給温度(Pt1)が変化するように、前記調
整部を制御する制御部(39)と、を有することを特徴
とするワーク温度制御装置。 - 【請求項2】 前記調整部は、熱媒体を冷却する冷却部
(43)と、前記冷却部により冷却された熱媒体の一部
を前記ワーク(W)に供給される熱媒体に混合する弁部
材(62)を含み、 前記制御部(39)は、前記弁部材(62)の作動を制
御し、前記供給温度変化曲線(L3)に基づいて前記熱
媒体の前記供給温度(Pt1)を変化させることを特徴
とする請求項1に記載のワーク温度制御装置。 - 【請求項3】 前記調整部は、熱媒体を加熱する加熱部
(51)を含み、 前記制御部(39)は、前記加熱部(51)の作動を制
御し、前記供給温度変化曲線(L3)に基づいて前記熱
媒体の前記供給温度(Pt1)を変化させることを特徴
とする請求項1または請求項2に記載のワーク温度制御
装置。 - 【請求項4】 前記弁部材(62)と前記ワーク(W)
との間に、前記ワーク(W)に供給される熱媒体の温度
ムラを除去するバッファタンク(57)が配置されてい
ることを特徴とする請求項2に記載のワーク温度制御装
置。
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