温調装置
【課題】エイジングによってチャンバーの温度を温調目標値までシフトする際に円滑な温調を実現する温調装置を構成する。
【解決手段】チャンバーの温度をエイジング制御によって温調目標値ＳＰ３までシフトする際に、制御開始時におけるチャンバーの温度を基準にして、シフト値Ｕだけ温調目標値ＳＰ３に近い目標値ＳＰを設定した状態でＶ時間だけ温調を行うことで温度変化率を取得する。次に、温度変化率が基準値Ｗ内にある場合には、この温度変化率を維持する標準温調制御を反復して行う。これとは逆に、温度変化率が想定を超える場合には、この温度変化率より小さい温度変化率を作り出すようにシフト値Ｕより小さい値の補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰを設定して補正温調制御を反復して行う。
【解決手段】チャンバーの温度をエイジング制御によって温調目標値ＳＰ３までシフトする際に、制御開始時におけるチャンバーの温度を基準にして、シフト値Ｕだけ温調目標値ＳＰ３に近い目標値ＳＰを設定した状態でＶ時間だけ温調を行うことで温度変化率を取得する。次に、温度変化率が基準値Ｗ内にある場合には、この温度変化率を維持する標準温調制御を反復して行う。これとは逆に、温度変化率が想定を超える場合には、この温度変化率より小さい温度変化率を作り出すようにシフト値Ｕより小さい値の補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰを設定して補正温調制御を反復して行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置に関し、詳しくは、クリーンルームの温調制御のように高精度の温調制御を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような温調装置として特許文献１と特許文献２が存在する。特許文献１には、冷媒が、圧縮機１４、凝縮器１５、電子膨張弁１７及び蒸発器１９を循環する冷凍サイクルを備えた精密温湿度制御装置が示されている。この特許文献１では、外気ＯＡを冷却する蒸発器１９の吹出側に再加熱器２０を設置しており、再加熱器２０では圧縮機１４からでたホットガスの一部で、蒸発器１９で冷却された空気を再加熱すると共に、その再加熱された空気を加湿器２１で加湿して温湿度制御された空調空気ＳＡとする。この制御時には、設定温度と空調空気ＳＡの温度に基づいて三方比例制御弁１６の分流比を制御する吹出温度制御部４０と、設定湿度と空調空気の湿度から加湿器２１での加湿量を制御する吹出湿度制御部４１と、その加湿器２１への制御出力と予め最小の加湿量となるように加湿出力設定値ＳＰ６とが入力され、これに基づいてインバータ装置２７の運転周波数、電子膨張弁１７の開度、凝縮器１５への冷却水量を制御する制御出力を作り出すための加湿出力制御部４５とを備えることで消費電力を低減している。
【０００３】
また、特許文献２には、特許文献１と共通する構成に加えて補助電気ヒータ５０を備えた精密温度制御が示されている。補助電気ヒータ５０は、蒸発器１９に空気を取り込む方向での上流側に配置され、外気温度と設定温度との偏差が大きい場合には、この補助電気ヒータ５０によって空気を加熱することにより、補助電気ヒータ５０と再加熱器２０とで加熱が行われ、外気温度と設定温度との偏差が大きく異なる状況でも良好に精密温度制御を行えるものにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０２０８８号公報 （段落番号〔００１８〕〜〔００４０〕、図３）
【特許文献２】特開２００４−１７００４４号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、メンテナンスを行った直後のように、チャンバーの温度が外気温と等しい状況等においてチャンバーの温調制御を開始する場合には、急激な温度変化を避けると共に、チャンバー内の蓄熱を完全に除去する目的から、一週間程度の期間を掛けてチャンバーの温度を徐々にシフトさせる制御を行うのが一般的である。このように時間を掛けて徐々に温調を行う操作をエイジングと称している。
【０００６】
このエイジングを行う場合には、チャンバーの温度を計測し、この計測値が単位時間内において大きく変動しないようにチャンバーの温度をフィードバックする温調制御を行うことが重要となる。この温調制御の１つの形態として、チャンバーの温調目標値と、エイジング開始時のチャンバーの温度との偏差を、例えば、１℃単位で分割することによって複数の制御目標値を設定し、温調目標値との差が大きい制御目標値から、差が小さい制御目標となるようにエイジングを行う際の制御目標を順次変更する形態で制御を行うことも考えられる。
【０００７】
しかしながら、このように制御目標を変更する形態で温調制御を行う場合でも、チャンバー内に設置された機器の熱容量によっては、比較的短時間のうちに制御目標に達することもあり、結果として急激な温度変化を招くことも考えられ、改善の余地があった。
【０００８】
本発明の目的は、エイジングによってチャンバーの温度を温調目標値まで円滑にシフトする温調装置を合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置であって、
前記チャンバーの内部温度と温調目標値との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エイジング制御において、前記チャンバー内の温度を計測するチャンバー温センサの計測値を基準にして設定値だけ前記温調目標値に近い値のエイジング制御の目標値を設定して温調制御を行い、この温調制御の開始時点と設定時間経過時点との前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求めると共に、
この温度変化率が基準値未満である場合には、この温度変化率を維持するように前記設定値に基づいて目標値が設定される標準温調ステップを実行し、この温度変化率が基準値を超える場合には、温度変化率が前記基準値未満となる目標値が新たに設定される補正温調ステップを実行する点にある。
【００１０】
この構成によると、エイジング制御を行う際には、エイジング制御の目標値に基づいて温調制御を行うことによってチャンバー内に設置された機器の熱容量を反映した温度変化率を求めることが可能となる。次に、温度変化率が基準値未満である場合には、急激な温度変化を招くものではないので、初期目標を設定した際に用いた設定値に基づいてエイジング制御の目標値を設定する形態で標準温調ステップを実行することにより、チャンバーの温度を温調目標値に近づけることが可能となる。また、温度変化率が基準値を超える場合には、急激な温度変化を招くので、初期目標を設定した際に用いた設定値より小さい値に基づいてエイジング制御の目標値を新たに設定して補正温調ステップを実行することにより、チャンバーの温度を温調目標値に近づけることが可能となる。その結果、エイジングによってチャンバーの温度を温調目標値まで円滑にシフトする温調装置が構成されたのである。
【００１１】
本発明は、前記チャンバー温センサの計測値と前記温調目標値との差が予め設定された閾値未満に達した後に、前記制御手段は、前記エイジング制御の目標値を設定して温調制御を開始すると共に、前記温度変化率を求める制御に移行しても良い。これによると、温度変化率を求める制御を実行するタイミングを、温調目標値との関係で適切に設定できる。
【００１２】
本発明は、前記制御手段は、１つの前記標準温調ステップにおける設定時間が経過したタイミングで、この標準温調ステップの開始時と設定時間経過後の前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求め、この温度変化率が基準値を超えていることを判定した場合には、この温度変化率に対応して補正値を設定すると共に、この補正値に基づいてエイジング制御の目標値を設定して前記補正温調ステップに移行しても良い。これによると標準温調ステップを設定時間実行した際にも、チャンバーの温度変化率が高い場合には、この温度変化率に対応して補正温調ステップに移行することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔温調装置の基本構成〕
図１、図２に示すように、恒温に維持されるべきクリーンルームで成るチャンバーＲを備えた施設の内部に、チャンバーＲの空気を吸引して温度調節を行った後にチャンバーＲに供給することにより空気を循環させてチャンバーＲの温度を目標とする温度（温調目標値・例えば、２３℃）に維持する制御を行う温調装置が構成されている。
【００１４】
前記チャンバーＲの内部には、精密な温度管理を必要とする半導体製造ライン等を構成する機器Ｂが設置されている。チャンバーＲの側壁１は温度管理のために断熱性の優れた壁材で形成され、天井壁２は空気循環のために空気の通過を許すメッシュやスリットを有した構造の壁材が使用され、平滑な床面３が形成されている。複数の側壁１の１つには温調制御系に空気を送り出す吸気開口１Ａが形成されている。尚、このチャンバーＲから空気を排出するための経路を床面３より下部に形成しても良く、この場合、床面３には空気が流通する多数の開口が形成される。
【００１５】
温調装置は、吸気開口１Ａから導入空間５を介して吸引した空気を冷却手段としての冷却部Ｃで冷却した後に第１加熱部Ｄで加熱すると共に、この第１加熱部Ｄで加熱された空気をダクト６を介してファン７に送り、次に、このファン７から送り出された空気を第２加熱部Ｅで加熱し、送風路８によってチャンバーＲの上部空間９に供給し、エアーフィルタ１０によって塵埃を除去し、チャンバーＲの天井壁２からチャンバーＲ内に供給する空気の循環系を備えている。尚、第１加熱部Ｄと第２加熱部Ｅとで本発明の加熱手段が構成されている。
【００１６】
この温調装置は、チャンバーＲ内に設置された機器Ｂの内部温度を計測するチャンバー温センサＴＳ３と、前記ファン７から送り出される空気の温度を計測する送風部温センサＴＳ１と、天井壁２からチャンバー内に供給される空気の温度を計測する吹出部温センサＴＳ２とを備えている。これらのセンサはサーミスタ等、空気温を電気信号として取得するものが使用されている。
【００１７】
また、温調装置は、主制御ユニットＨＲ３と、送風部温センサＴＳ１の計測値に基づいて第１加熱部Ｄを制御する第１制御ユニットＨＲ１と、吹出部温センサＴＳ２の計測値に基づいて第２加熱部Ｅを制御する第２制御ユニットＨＲ２とを備えている。
【００１８】
主制御ユニットＨＲ３、第１制御ユニットＨＲ１、第２制御ユニットＨＲ２は独立して制御対象に制御信号を出力して温調制御を行う機能を有するものであるが、夫々とも相互に情報のアクセスを行う信号系が形成されている。そして、主制御ユニットＨＲ３にセットされているプログラムの情報を第１制御ユニットＨＲ１と第２制御ユニットＨＲ２とに与えることで温調制御が行われる。この温調制御により、チャンバーＲの内部温度を温調目標値を基準にして±０．０５℃で範囲内に収める高い精度の温度管理を実現する。
【００１９】
〔温調系〕
冷却部Ｃは冷媒によって空気を冷却する冷凍サイクルを備えている。つまり、圧縮機１２で圧縮された冷媒は主流路Ｌｍに沿って配置された凝縮器１４、膨張弁１５に順次送られ、次に、冷却部Ｃを構成する蒸発器１６に送られ、この後、圧縮機１２に戻すように冷凍サイクルが構成されている。また、圧縮機１２で圧縮された冷媒の一部は、分岐流路Ｌｂに分流されて第１加熱部Ｄを構成する再加熱器１７に送られ、膨張弁１３を経て主流路Ｌｍの膨張弁１５と蒸発器１６との間に戻される。
【００２０】
尚、第１加熱部Ｄは電気ヒータによって空気を加熱するように構成しても良い。また、図１、図２では膨張弁１３、凝縮器１４、膨張弁１５を冷媒処理ユニットＦとして示している。
【００２１】
圧縮機１２は、冷媒を圧縮するポンプとして機能するものであり、この圧縮機１２を駆動する電動モータＭとして三相モータが使用されている。
【００２２】
膨張弁１３は、冷媒の膨張を許す機能を有するものであり、電磁弁等のアクチュエータの作動によって冷媒の流量を調節しており、さらに、主流路Ｌｍに対する分岐流路Ｌｂの冷媒の分流比の調節を電磁式に行う。
凝縮器１４は、圧縮された冷媒を冷却水や外気によって冷却して液化する熱交換系を備えている。膨張弁１５は液化した冷媒の膨張を許す機能を有するものであり、電磁弁等のアクチュエータの作動等によって冷媒の流量を調節可能に構成されている。
【００２３】
冷却部Ｃは、蒸発器１６において空気との接触面積を拡大する多数のフィンを備えた構造を有している。第１加熱部Ｄは、前述したように主流路Ｌｍに送られる冷媒の潜熱を空気に与えるように再加熱器１７において空気との接触面積を拡大する多数のフィンを備えた構造を有している。尚、冷却部Ｃは一般的な構成を示したものであり、冷却機能を有するものであれば、これ以外の構成のものを用いても良い。
【００２４】
ファン７は、電動モータで駆動されるシロッコファンが用いられている。第２加熱部Ｅは通電により発熱する電気ヒータ１８を備えている。
【００２５】
主制御ユニットＨＲ３は、電動モータＭを制御するためのモータ制御回路（図示せず）と、膨張弁１５を制御する弁制御回路（図示せず）とを備えると共に、チャンバーＲの温度を温調目標値に高精度で維持するための高精度温調制御部２１と、温調目標値とチャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値との偏差が規定値を超える状況においてエイジング制御を実現するエイジング制御部２２とを備えている。この高精度温調制御部２１とエイジング制御部２２とはソフトウエアによって構成されるものであるが、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせによって構成されるものでも良い。
【００２６】
エイジング制御部２２は、エイジング制御の初期の制御を行う初期制御モジュール２２ａと、エイジング制御時におけるチャンバーＲの温度変化率を取得する温度変化率取得モジュール２２ｂと、エイジング制御の目標値として予め想定した値を設定して温調制御を行う標準温調制御モジュール２２ｃと、エイジング制御の目標値として補正した値を設定して温調制御を行う補正温調制御モジュール２２ｄとで構成されている。エイジング制御部２２の制御形態については後述する。
【００２７】
第１制御ユニットＨＲ１は、送風部温センサＴＳ１の計測値に基づいて第１加熱部Ｄの温度制御を行うために、膨張弁１３を制御する弁制御回路（図示せず）を備えると共に、この第１加熱部Ｄの制御を実現するソフトウエアを備えている。
【００２８】
第２制御ユニットＨＲ２は、吹出部温センサＴＳ２の計測値に基づいて第２加熱部Ｅの温度制御を行うために、第２加熱部Ｅの電気ヒータ１８に供給する電力を制御する電力制御回路（図示せず）を備えると共に、この第２加熱部Ｅの制御を実現するソフトウエアを備えている。
【００２９】
本実施形態では、主制御ユニットＨＲ３、第１制御ユニットＨＲ１、第２制御ユニットＨＲ２夫々を併せて温調制御を実現する制御手段が構成されている。
【００３０】
〔制御形態〕
この温調装置では、チャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値ＰＶ３と、チャンバーＲにおける制御目標としての温調目標値ＳＰ３との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行うように制御手段の制御形態が設定され、この制御形態を図３のフローチャートのように示すことが可能である。また、このフローチャートと明細書中に用いる符号類の対応関係を図４に一覧化して示している。
【００３１】
以下に説明する温調制御とは、目標値（ＳＰ）を基準にして送風部温センサＴＳ１と吹出部温センサＴＳ２とで計測されるべき制御目標値を設定すると共に、これら送風部温センサＴＳ１と吹出部温センサＴＳ２との計測値をフィードバックする形態で、冷却部Ｃと、第１加熱部Ｄと、第２加熱部Ｅとを、これらに対応する主制御ユニットＨＲ３と、第１制御ユニットＨＲ１と、第２制御ユニットＨＲ２とが制御するものである。つまり、温調制御が実行されることにより、チャンバーＲに供給される空気の温度を調節してチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３が目標値ＳＰで平衡させる制御が可能となる。
【００３２】
尚、これらの制御において平衡させる制御の意味は、制御目標（目標値ＳＰ）とセンサの計測値（計測値ＰＶ３等）とが完全に一致させる制御を指すものではなく、制御目標を基準にして高温側と低温側とに設定された温度領域にセンサの計測値が含まれる状態となるように空気の温度を上昇又は下降させる制御を指す。また、平衡とは制御目標と計測値との偏差の絶対値が所定値未満に達する状態であると説明することも可能である。
【００３３】
この温調制御が開始されると、チャンバーＲにおける制御目標としての温調目標値ＳＰ３と、チャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値ＰＶ３とを取得すると共に、温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値を取得して規定値Ｓ℃と比較する。
【００３４】
この比較によって温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値が規定値Ｓ℃を超える場合には、チャンバーＲの温度を温調目標値ＳＰ３に向け設定時間を費やしてシフトさせるエイジング制御が行われる（エイジング制御部２２が実行する）。これとは逆に、温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値が規定値Ｓ℃未満である場合には、温調目標値ＳＰ３にチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３を平衡させる高精度温調制御が行われる（＃１０１、＃１１５ステップ・高精度温調制御部２１が実行する）。
【００３５】
エイジング制御では、エイジング制御の目標値ＳＰとしてチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３より所定値だけ温調目標値ＳＰ３に近い値を設定して温調制御が開始され、このエイジング制御の目標値ＳＰと、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との差の絶対値が閾値Ｔ℃未満に低減するまで温調制御を継続する（＃１０２、＃１０３ステップ）。この段階でのエイジング制御は、温度変化率を求めて制御する前の準備段階のエイジング制御である。
【００３６】
このエイジング制御の最初の温調制御は初期制御モジュール２２ａが実現する。また、エイジング制御の目標値ＳＰと、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との差の絶対値を取得し、この絶対値が閾値Ｔ℃未満に低減するまで温調制御が行われることで、第２加熱部Ｅから送風路８、上部空間９、エアーフィルタ１０を含む空気の供給系の温度を目標値ＳＰに近似する温度までシフトさせ、この空気の供給系の蓄熱を除去し、この空気の供給系の熱容量の制御に対する影響を低減することになる。
【００３７】
次に、目標値ＳＰを温調目標値ＳＰ３に対してシフト値Ｕ℃だけ近づけた目標値ＳＰを新たに設定した後に、Ｖ時間が経過するまで温調制御（標準温調ステップ）が実行される（＃１０４〜＃１０６ステップ）。
【００３８】
この標準温調ステップは、標準温調制御モジュール２２ｃが実現する。この標準温調ステップでは、標準温調ステップの開始時点におけるチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３と、標準温調ステップの終了時点（Ｖ時間経過時点）におけるチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３’との差の絶対値（温度変化率に対応する）を取得して基準値Ｗと比較される（＃１０７ステップ）。
【００３９】
この＃１０７ステップの処理は、温度変化率取得モジュール２２ｂが実現する。この比較によって、計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値が基準値Ｗ未満である場合には、温度変化率（温度勾配）が基準値Ｗより低い（温度のシフトが低速で行われている）ので、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する場合の除き（＃１０８ステップ）、＃１０４ステップから標準温調ステップの温調制御が再開される。
【００４０】
この標準温調ステップは、反復して行われるものであり、チャンバーＲの温度を６０分毎に０．２℃未満ずつシフトさせる温調制御を実現する。図４に示す如く、シフト値Ｕとして、１．０℃の値が与えられ、基準値Ｗとして０．２℃が与えられている場合には、標準温調ステップのループを５回以上反復することによりチャンバーＲの温度を１℃上昇させることができる。
【００４１】
このような理由から、＃１０４ステップでは、この標準温調ステップのループを通過する処理を５回以上反復した場合にエイジング制御の目標値ＳＰをシフト値Ｕ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように目標値ＳＰが更新される。
【００４２】
ちなみに、この＃１０４ステップにおいて目標値ＳＰをシフト値Ｕ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように、この目標値ＳＰを更新する処理としては、ループを通過する回数に基づいて行うものでなくても良く、例えば、ＰＶ３’の値と目標値ＳＰとの差が、設定された値未満まで近づいた時点で、目標値ＳＰを更新するように処理形態を設定しても良い。
【００４３】
そして、この標準温調ステップが反復して行われ、目標値ＳＰが更新されることにより、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する値に達したことが＃１０８ステップで判断された場合、具体的には、目標値ＳＰと温調目標値ＳＰ３との差の絶対値が基準値Ｙ℃未満に達した場合に高精度温調制御（＃１１３ステップ）に移行するのである。
【００４４】
前述とは逆に、計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値が基準値Ｗを超える場合には、温度変化が急速に行われることを意味するので、目標値ＳＰとして、先に設定されている目標値ＳＰに代えて、シフト値Ｕ℃が与えられる以前の目標値ＳＰに対して前記シフト値Ｕ℃より小さい値となる補正シフト値Ｘ℃だけ温調目標値に近い値の目標値ＳＰを設定した後に、Ｖ時間が経過するまで温調制御（補正温調ステップ）が実行される（＃１０９〜＃１１１ステップ）。
【００４５】
この補正温調ステップは、補正温調制御モジュール２２ｄが実行する。また、補正シフト値Ｘは、＃１０７ステップで取得した計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値に基づいて設定される。つまり、この絶対値は温度変化率（温度勾配）を示すものであり、この温度変化率はチャンバーＲの熱容量を反映している。このような理由から温度変化率が大きいほど、この温度変化率に反比例する補正シフト値Ｘとしてシフト値Ｕ℃より小さい値が与えられる。
【００４６】
また、補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰが設定された場合に、チャンバーＲの温度変化が抑制され、結果として、この補正温調ステップにおいてＶ時間が経過した後のチャンバーＲの温度と、この補正温調ステップの開始時のチャンバーＲの温度との差の絶対値が０．２℃を超えないように、この補正シフト値Ｘが設定される。
【００４７】
補正温調ステップにおいてＶ時間が経過した時点において、温調目標値ＳＰ３と目標値ＳＰとの差の絶対値が基準値Ｙ℃未満である場合には、この補正温調ステップを反復して行う（＃１１２ステップ）。
【００４８】
この補正温調ステップは、反復して行われるものであり、チャンバーＲの温度を６０分毎に、０．２℃未満の値だけシフトさせる温調制御を実現する。従って、＃１０９ステップでは前述した＃１０４ステップと同様に、補正温調ステップのループを通過する処理を設定回以上繰り返した場合にエイジング制御の目標値ＳＰを補正シフト値Ｘ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように、この目標値ＳＰの値を更新する。
【００４９】
そして、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する状況に達した場合、具体的には、目標値ＳＰと温調目標値ＳＰ３との差の絶対値が基準値Ｙ℃未満に達したことを＃１１２ステップで判断した場合に高精度温調制御に移行するのである。
【００５０】
高精度温調制御（＃１１３ステップ）では、送風部温センサＴＳ１の計測部位における送風部目標値ＳＰ１として、温調目標値ＳＰ３より僅かに低い温度が設定されると共に、送風部温センサＴＳ１の計測値ＰＶ１と送風部目標値ＳＰ１とを平衡させる制御が実行される。また、吹出部温センサＴＳ２の計測部位における吹出部目標値ＳＰ２として温調目標値ＳＰ３が設定されると共に、吹出部温センサＴＳ２の計測値ＰＶ２と吹出部目標値ＳＰ２とを平衡させる制御が実行される。更に、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位における温調目標値ＳＰ３が設定され、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３と温調目標値ＳＰ３とを平衡させる温調制御が実行され、この高精度温調制御はリセットされるまで継続される（＃１１４ステップ）。
【００５１】
〔制御の別実施形態〕
（ａ）前記温調制御において＃１０４〜＃１０７ステップのループでは、設定された値未満の温度変化率（温度勾配）を得るための制御を行うものであるため、エイジング制御の目標値ＳＰを設定する際のシフト値Ｕとして、例えば、０．２℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づく値を与えておき、この後、設定時間以上を費やして０．２℃だけシフトしたことを判断した場合に、＃１０４ステップの処理に戻り、この＃１０４ステップにおいて、エイジング制御の目標値ＳＰが０．２℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づく値を与えるように処理形態を設定しても良い。
【００５２】
つまり、＃１０４ステップを通過する場合には、必ずシフト値Ｕだけエイジング制御の目標値ＳＰを更新し、チャンバーＲの温度がシフト値Ｕだけシフトした場合に＃１０４ステップに戻るように制御のループを設定するのである。
【００５３】
このように制御形態を設定したものでは、＃１０４ステップにおいて設定される目標値ＳＰが、先に設定された目標値ＳＰより目標値ＳＰのシフト量が小さくなり、急激な温度変化を招くことがない。また、制御のループにおいて＃１０４ステップを通過する際には、必要とする温度のシフトが行われているので、精度の高い昇温が実現する。
【００５４】
尚、この別実施形態のように処理形態を設定した場合でも、この＃１０４〜＃１０７ステップのループにおいて温度変化率を取得し、このように取得した温度変化率が基準値Ｗを超える場合に、補正温度制御に移行する制御は必要とする。
【００５５】
（ｂ）前記温調制御において＃１０９〜＃１１２ステップのループにおいても、設定された値未満の温度変化率（温度勾配）を得るための制御を行うものである。従って、この制御においても、（ａ）の別実施形態と同様に、＃１０９ステップを通過する場合には必ず補正シフト値Ｘだけエイジング制御の目標値ＳＰを更新するように制御形態を設定しても良い。
【００５６】
（ｃ）温調制御の開始時において、チャンバーＲの内部温度と温調目標値ＳＰ３との偏差が規定値を超えていることが明らかである場合には、＃１０１ステップの処理に代えて、オペレータが人為的にスイッチを操作する等の操作によって、エイジング制御を開始するように処理形態を設定する。
【００５７】
（ｄ）高精度温調制御では、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位における温調目標値ＳＰ３は決まった値であるが、送風部温センサＴＳ１の計測部位における送風部目標値ＳＰ１、あるいは、吹出部温センサＴＳ２の計測部位における吹出部目標値ＳＰ２については、送風部目標値ＳＰ１が吹出部目標値ＳＰ２より低温であれば良く、効率的な制御を実現する値であれば任意の値を設定して良い。
【００５８】
〔実施例効果〕
このように、チャンバーＲの温度が外部の空気温度と等しい状態からチャンバーＲの温調を行う場合のように、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位の温調目標値ＳＰ３（チャンバーＲの目標温度）と、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との温度差が大きい状況からエイジング制御を行う際には、最初に初期制御モジュール２２ａの制御によって、チャンバーＲに温調のための空気を供給する系の温度を温調目標値ＳＰ３に近い値に設定されることにより、この後の温調制御において、この空気供給系の熱容量の作用を排除できる。
【００５９】
次に、標準温調制御モジュール２２ｃの制御により、エイジング制御の目標値ＳＰをシフト値Ｕに基づいて設定した状態でチャンバーＲの温度をシフトさせる標準温調制御ステップによって温調制御を行える。また、この標準温調ステップにおける温調時において温度変化率取得モジュール２２ｂの制御により温度変化率（温度勾配）を取得できる。
【００６０】
この温度変化率はチャンバーＲの熱容量を反映したものであるため、この温度変化率が所望の値未満である場合には、目標値ＳＰを更新しながら標準温調ステップを実行できる。これとは逆に、温度変化率が所望の値を超える場合には、補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰを新たに設定し、温度変化率を所望の値にする補正温調ステップを実行できる。この後、高精度温調制御に移行するので、チャンバーＲの急激な温度変化を抑制しながら緩速で温度のシフトを行い、チャンバーＲ内に設置された機器Ｂに悪影響を及ぼすことのない温調制御を実現するのである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】チャンバーと温調装置とを模式的に示す図
【図２】冷凍サイクルと制御構成とを示す図
【図３】温調制御のフローチャート
【図４】制御に使用される符号類を一覧化して示した図
【符号の説明】
【００６２】
Ｃ 冷却手段（冷却部）
Ｘ 補正値（補正シフト値）
Ｒ チャンバー
Ｔ 閾値
Ｗ 基準値
ＳＰ 目標値
ＳＰ３ 温調目標値
ＨＲ３ 制御手段（主制御ユニットＨＲ３）
ＴＳ２ 吹出部温センサ
ＴＳ３ チャンバー温センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置に関し、詳しくは、クリーンルームの温調制御のように高精度の温調制御を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような温調装置として特許文献１と特許文献２が存在する。特許文献１には、冷媒が、圧縮機１４、凝縮器１５、電子膨張弁１７及び蒸発器１９を循環する冷凍サイクルを備えた精密温湿度制御装置が示されている。この特許文献１では、外気ＯＡを冷却する蒸発器１９の吹出側に再加熱器２０を設置しており、再加熱器２０では圧縮機１４からでたホットガスの一部で、蒸発器１９で冷却された空気を再加熱すると共に、その再加熱された空気を加湿器２１で加湿して温湿度制御された空調空気ＳＡとする。この制御時には、設定温度と空調空気ＳＡの温度に基づいて三方比例制御弁１６の分流比を制御する吹出温度制御部４０と、設定湿度と空調空気の湿度から加湿器２１での加湿量を制御する吹出湿度制御部４１と、その加湿器２１への制御出力と予め最小の加湿量となるように加湿出力設定値ＳＰ６とが入力され、これに基づいてインバータ装置２７の運転周波数、電子膨張弁１７の開度、凝縮器１５への冷却水量を制御する制御出力を作り出すための加湿出力制御部４５とを備えることで消費電力を低減している。
【０００３】
また、特許文献２には、特許文献１と共通する構成に加えて補助電気ヒータ５０を備えた精密温度制御が示されている。補助電気ヒータ５０は、蒸発器１９に空気を取り込む方向での上流側に配置され、外気温度と設定温度との偏差が大きい場合には、この補助電気ヒータ５０によって空気を加熱することにより、補助電気ヒータ５０と再加熱器２０とで加熱が行われ、外気温度と設定温度との偏差が大きく異なる状況でも良好に精密温度制御を行えるものにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０２０８８号公報 （段落番号〔００１８〕〜〔００４０〕、図３）
【特許文献２】特開２００４−１７００４４号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、メンテナンスを行った直後のように、チャンバーの温度が外気温と等しい状況等においてチャンバーの温調制御を開始する場合には、急激な温度変化を避けると共に、チャンバー内の蓄熱を完全に除去する目的から、一週間程度の期間を掛けてチャンバーの温度を徐々にシフトさせる制御を行うのが一般的である。このように時間を掛けて徐々に温調を行う操作をエイジングと称している。
【０００６】
このエイジングを行う場合には、チャンバーの温度を計測し、この計測値が単位時間内において大きく変動しないようにチャンバーの温度をフィードバックする温調制御を行うことが重要となる。この温調制御の１つの形態として、チャンバーの温調目標値と、エイジング開始時のチャンバーの温度との偏差を、例えば、１℃単位で分割することによって複数の制御目標値を設定し、温調目標値との差が大きい制御目標値から、差が小さい制御目標となるようにエイジングを行う際の制御目標を順次変更する形態で制御を行うことも考えられる。
【０００７】
しかしながら、このように制御目標を変更する形態で温調制御を行う場合でも、チャンバー内に設置された機器の熱容量によっては、比較的短時間のうちに制御目標に達することもあり、結果として急激な温度変化を招くことも考えられ、改善の余地があった。
【０００８】
本発明の目的は、エイジングによってチャンバーの温度を温調目標値まで円滑にシフトする温調装置を合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置であって、
前記チャンバーの内部温度と温調目標値との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エイジング制御において、前記チャンバー内の温度を計測するチャンバー温センサの計測値を基準にして設定値だけ前記温調目標値に近い値のエイジング制御の目標値を設定して温調制御を行い、この温調制御の開始時点と設定時間経過時点との前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求めると共に、
この温度変化率が基準値未満である場合には、この温度変化率を維持するように前記設定値に基づいて目標値が設定される標準温調ステップを実行し、この温度変化率が基準値を超える場合には、温度変化率が前記基準値未満となる目標値が新たに設定される補正温調ステップを実行する点にある。
【００１０】
この構成によると、エイジング制御を行う際には、エイジング制御の目標値に基づいて温調制御を行うことによってチャンバー内に設置された機器の熱容量を反映した温度変化率を求めることが可能となる。次に、温度変化率が基準値未満である場合には、急激な温度変化を招くものではないので、初期目標を設定した際に用いた設定値に基づいてエイジング制御の目標値を設定する形態で標準温調ステップを実行することにより、チャンバーの温度を温調目標値に近づけることが可能となる。また、温度変化率が基準値を超える場合には、急激な温度変化を招くので、初期目標を設定した際に用いた設定値より小さい値に基づいてエイジング制御の目標値を新たに設定して補正温調ステップを実行することにより、チャンバーの温度を温調目標値に近づけることが可能となる。その結果、エイジングによってチャンバーの温度を温調目標値まで円滑にシフトする温調装置が構成されたのである。
【００１１】
本発明は、前記チャンバー温センサの計測値と前記温調目標値との差が予め設定された閾値未満に達した後に、前記制御手段は、前記エイジング制御の目標値を設定して温調制御を開始すると共に、前記温度変化率を求める制御に移行しても良い。これによると、温度変化率を求める制御を実行するタイミングを、温調目標値との関係で適切に設定できる。
【００１２】
本発明は、前記制御手段は、１つの前記標準温調ステップにおける設定時間が経過したタイミングで、この標準温調ステップの開始時と設定時間経過後の前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求め、この温度変化率が基準値を超えていることを判定した場合には、この温度変化率に対応して補正値を設定すると共に、この補正値に基づいてエイジング制御の目標値を設定して前記補正温調ステップに移行しても良い。これによると標準温調ステップを設定時間実行した際にも、チャンバーの温度変化率が高い場合には、この温度変化率に対応して補正温調ステップに移行することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔温調装置の基本構成〕
図１、図２に示すように、恒温に維持されるべきクリーンルームで成るチャンバーＲを備えた施設の内部に、チャンバーＲの空気を吸引して温度調節を行った後にチャンバーＲに供給することにより空気を循環させてチャンバーＲの温度を目標とする温度（温調目標値・例えば、２３℃）に維持する制御を行う温調装置が構成されている。
【００１４】
前記チャンバーＲの内部には、精密な温度管理を必要とする半導体製造ライン等を構成する機器Ｂが設置されている。チャンバーＲの側壁１は温度管理のために断熱性の優れた壁材で形成され、天井壁２は空気循環のために空気の通過を許すメッシュやスリットを有した構造の壁材が使用され、平滑な床面３が形成されている。複数の側壁１の１つには温調制御系に空気を送り出す吸気開口１Ａが形成されている。尚、このチャンバーＲから空気を排出するための経路を床面３より下部に形成しても良く、この場合、床面３には空気が流通する多数の開口が形成される。
【００１５】
温調装置は、吸気開口１Ａから導入空間５を介して吸引した空気を冷却手段としての冷却部Ｃで冷却した後に第１加熱部Ｄで加熱すると共に、この第１加熱部Ｄで加熱された空気をダクト６を介してファン７に送り、次に、このファン７から送り出された空気を第２加熱部Ｅで加熱し、送風路８によってチャンバーＲの上部空間９に供給し、エアーフィルタ１０によって塵埃を除去し、チャンバーＲの天井壁２からチャンバーＲ内に供給する空気の循環系を備えている。尚、第１加熱部Ｄと第２加熱部Ｅとで本発明の加熱手段が構成されている。
【００１６】
この温調装置は、チャンバーＲ内に設置された機器Ｂの内部温度を計測するチャンバー温センサＴＳ３と、前記ファン７から送り出される空気の温度を計測する送風部温センサＴＳ１と、天井壁２からチャンバー内に供給される空気の温度を計測する吹出部温センサＴＳ２とを備えている。これらのセンサはサーミスタ等、空気温を電気信号として取得するものが使用されている。
【００１７】
また、温調装置は、主制御ユニットＨＲ３と、送風部温センサＴＳ１の計測値に基づいて第１加熱部Ｄを制御する第１制御ユニットＨＲ１と、吹出部温センサＴＳ２の計測値に基づいて第２加熱部Ｅを制御する第２制御ユニットＨＲ２とを備えている。
【００１８】
主制御ユニットＨＲ３、第１制御ユニットＨＲ１、第２制御ユニットＨＲ２は独立して制御対象に制御信号を出力して温調制御を行う機能を有するものであるが、夫々とも相互に情報のアクセスを行う信号系が形成されている。そして、主制御ユニットＨＲ３にセットされているプログラムの情報を第１制御ユニットＨＲ１と第２制御ユニットＨＲ２とに与えることで温調制御が行われる。この温調制御により、チャンバーＲの内部温度を温調目標値を基準にして±０．０５℃で範囲内に収める高い精度の温度管理を実現する。
【００１９】
〔温調系〕
冷却部Ｃは冷媒によって空気を冷却する冷凍サイクルを備えている。つまり、圧縮機１２で圧縮された冷媒は主流路Ｌｍに沿って配置された凝縮器１４、膨張弁１５に順次送られ、次に、冷却部Ｃを構成する蒸発器１６に送られ、この後、圧縮機１２に戻すように冷凍サイクルが構成されている。また、圧縮機１２で圧縮された冷媒の一部は、分岐流路Ｌｂに分流されて第１加熱部Ｄを構成する再加熱器１７に送られ、膨張弁１３を経て主流路Ｌｍの膨張弁１５と蒸発器１６との間に戻される。
【００２０】
尚、第１加熱部Ｄは電気ヒータによって空気を加熱するように構成しても良い。また、図１、図２では膨張弁１３、凝縮器１４、膨張弁１５を冷媒処理ユニットＦとして示している。
【００２１】
圧縮機１２は、冷媒を圧縮するポンプとして機能するものであり、この圧縮機１２を駆動する電動モータＭとして三相モータが使用されている。
【００２２】
膨張弁１３は、冷媒の膨張を許す機能を有するものであり、電磁弁等のアクチュエータの作動によって冷媒の流量を調節しており、さらに、主流路Ｌｍに対する分岐流路Ｌｂの冷媒の分流比の調節を電磁式に行う。
凝縮器１４は、圧縮された冷媒を冷却水や外気によって冷却して液化する熱交換系を備えている。膨張弁１５は液化した冷媒の膨張を許す機能を有するものであり、電磁弁等のアクチュエータの作動等によって冷媒の流量を調節可能に構成されている。
【００２３】
冷却部Ｃは、蒸発器１６において空気との接触面積を拡大する多数のフィンを備えた構造を有している。第１加熱部Ｄは、前述したように主流路Ｌｍに送られる冷媒の潜熱を空気に与えるように再加熱器１７において空気との接触面積を拡大する多数のフィンを備えた構造を有している。尚、冷却部Ｃは一般的な構成を示したものであり、冷却機能を有するものであれば、これ以外の構成のものを用いても良い。
【００２４】
ファン７は、電動モータで駆動されるシロッコファンが用いられている。第２加熱部Ｅは通電により発熱する電気ヒータ１８を備えている。
【００２５】
主制御ユニットＨＲ３は、電動モータＭを制御するためのモータ制御回路（図示せず）と、膨張弁１５を制御する弁制御回路（図示せず）とを備えると共に、チャンバーＲの温度を温調目標値に高精度で維持するための高精度温調制御部２１と、温調目標値とチャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値との偏差が規定値を超える状況においてエイジング制御を実現するエイジング制御部２２とを備えている。この高精度温調制御部２１とエイジング制御部２２とはソフトウエアによって構成されるものであるが、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせによって構成されるものでも良い。
【００２６】
エイジング制御部２２は、エイジング制御の初期の制御を行う初期制御モジュール２２ａと、エイジング制御時におけるチャンバーＲの温度変化率を取得する温度変化率取得モジュール２２ｂと、エイジング制御の目標値として予め想定した値を設定して温調制御を行う標準温調制御モジュール２２ｃと、エイジング制御の目標値として補正した値を設定して温調制御を行う補正温調制御モジュール２２ｄとで構成されている。エイジング制御部２２の制御形態については後述する。
【００２７】
第１制御ユニットＨＲ１は、送風部温センサＴＳ１の計測値に基づいて第１加熱部Ｄの温度制御を行うために、膨張弁１３を制御する弁制御回路（図示せず）を備えると共に、この第１加熱部Ｄの制御を実現するソフトウエアを備えている。
【００２８】
第２制御ユニットＨＲ２は、吹出部温センサＴＳ２の計測値に基づいて第２加熱部Ｅの温度制御を行うために、第２加熱部Ｅの電気ヒータ１８に供給する電力を制御する電力制御回路（図示せず）を備えると共に、この第２加熱部Ｅの制御を実現するソフトウエアを備えている。
【００２９】
本実施形態では、主制御ユニットＨＲ３、第１制御ユニットＨＲ１、第２制御ユニットＨＲ２夫々を併せて温調制御を実現する制御手段が構成されている。
【００３０】
〔制御形態〕
この温調装置では、チャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値ＰＶ３と、チャンバーＲにおける制御目標としての温調目標値ＳＰ３との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行うように制御手段の制御形態が設定され、この制御形態を図３のフローチャートのように示すことが可能である。また、このフローチャートと明細書中に用いる符号類の対応関係を図４に一覧化して示している。
【００３１】
以下に説明する温調制御とは、目標値（ＳＰ）を基準にして送風部温センサＴＳ１と吹出部温センサＴＳ２とで計測されるべき制御目標値を設定すると共に、これら送風部温センサＴＳ１と吹出部温センサＴＳ２との計測値をフィードバックする形態で、冷却部Ｃと、第１加熱部Ｄと、第２加熱部Ｅとを、これらに対応する主制御ユニットＨＲ３と、第１制御ユニットＨＲ１と、第２制御ユニットＨＲ２とが制御するものである。つまり、温調制御が実行されることにより、チャンバーＲに供給される空気の温度を調節してチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３が目標値ＳＰで平衡させる制御が可能となる。
【００３２】
尚、これらの制御において平衡させる制御の意味は、制御目標（目標値ＳＰ）とセンサの計測値（計測値ＰＶ３等）とが完全に一致させる制御を指すものではなく、制御目標を基準にして高温側と低温側とに設定された温度領域にセンサの計測値が含まれる状態となるように空気の温度を上昇又は下降させる制御を指す。また、平衡とは制御目標と計測値との偏差の絶対値が所定値未満に達する状態であると説明することも可能である。
【００３３】
この温調制御が開始されると、チャンバーＲにおける制御目標としての温調目標値ＳＰ３と、チャンバー温センサＴＳ３で計測される計測値ＰＶ３とを取得すると共に、温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値を取得して規定値Ｓ℃と比較する。
【００３４】
この比較によって温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値が規定値Ｓ℃を超える場合には、チャンバーＲの温度を温調目標値ＳＰ３に向け設定時間を費やしてシフトさせるエイジング制御が行われる（エイジング制御部２２が実行する）。これとは逆に、温調目標値ＳＰ３と計測値ＰＶ３との偏差の絶対値が規定値Ｓ℃未満である場合には、温調目標値ＳＰ３にチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３を平衡させる高精度温調制御が行われる（＃１０１、＃１１５ステップ・高精度温調制御部２１が実行する）。
【００３５】
エイジング制御では、エイジング制御の目標値ＳＰとしてチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３より所定値だけ温調目標値ＳＰ３に近い値を設定して温調制御が開始され、このエイジング制御の目標値ＳＰと、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との差の絶対値が閾値Ｔ℃未満に低減するまで温調制御を継続する（＃１０２、＃１０３ステップ）。この段階でのエイジング制御は、温度変化率を求めて制御する前の準備段階のエイジング制御である。
【００３６】
このエイジング制御の最初の温調制御は初期制御モジュール２２ａが実現する。また、エイジング制御の目標値ＳＰと、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との差の絶対値を取得し、この絶対値が閾値Ｔ℃未満に低減するまで温調制御が行われることで、第２加熱部Ｅから送風路８、上部空間９、エアーフィルタ１０を含む空気の供給系の温度を目標値ＳＰに近似する温度までシフトさせ、この空気の供給系の蓄熱を除去し、この空気の供給系の熱容量の制御に対する影響を低減することになる。
【００３７】
次に、目標値ＳＰを温調目標値ＳＰ３に対してシフト値Ｕ℃だけ近づけた目標値ＳＰを新たに設定した後に、Ｖ時間が経過するまで温調制御（標準温調ステップ）が実行される（＃１０４〜＃１０６ステップ）。
【００３８】
この標準温調ステップは、標準温調制御モジュール２２ｃが実現する。この標準温調ステップでは、標準温調ステップの開始時点におけるチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３と、標準温調ステップの終了時点（Ｖ時間経過時点）におけるチャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３’との差の絶対値（温度変化率に対応する）を取得して基準値Ｗと比較される（＃１０７ステップ）。
【００３９】
この＃１０７ステップの処理は、温度変化率取得モジュール２２ｂが実現する。この比較によって、計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値が基準値Ｗ未満である場合には、温度変化率（温度勾配）が基準値Ｗより低い（温度のシフトが低速で行われている）ので、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する場合の除き（＃１０８ステップ）、＃１０４ステップから標準温調ステップの温調制御が再開される。
【００４０】
この標準温調ステップは、反復して行われるものであり、チャンバーＲの温度を６０分毎に０．２℃未満ずつシフトさせる温調制御を実現する。図４に示す如く、シフト値Ｕとして、１．０℃の値が与えられ、基準値Ｗとして０．２℃が与えられている場合には、標準温調ステップのループを５回以上反復することによりチャンバーＲの温度を１℃上昇させることができる。
【００４１】
このような理由から、＃１０４ステップでは、この標準温調ステップのループを通過する処理を５回以上反復した場合にエイジング制御の目標値ＳＰをシフト値Ｕ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように目標値ＳＰが更新される。
【００４２】
ちなみに、この＃１０４ステップにおいて目標値ＳＰをシフト値Ｕ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように、この目標値ＳＰを更新する処理としては、ループを通過する回数に基づいて行うものでなくても良く、例えば、ＰＶ３’の値と目標値ＳＰとの差が、設定された値未満まで近づいた時点で、目標値ＳＰを更新するように処理形態を設定しても良い。
【００４３】
そして、この標準温調ステップが反復して行われ、目標値ＳＰが更新されることにより、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する値に達したことが＃１０８ステップで判断された場合、具体的には、目標値ＳＰと温調目標値ＳＰ３との差の絶対値が基準値Ｙ℃未満に達した場合に高精度温調制御（＃１１３ステップ）に移行するのである。
【００４４】
前述とは逆に、計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値が基準値Ｗを超える場合には、温度変化が急速に行われることを意味するので、目標値ＳＰとして、先に設定されている目標値ＳＰに代えて、シフト値Ｕ℃が与えられる以前の目標値ＳＰに対して前記シフト値Ｕ℃より小さい値となる補正シフト値Ｘ℃だけ温調目標値に近い値の目標値ＳＰを設定した後に、Ｖ時間が経過するまで温調制御（補正温調ステップ）が実行される（＃１０９〜＃１１１ステップ）。
【００４５】
この補正温調ステップは、補正温調制御モジュール２２ｄが実行する。また、補正シフト値Ｘは、＃１０７ステップで取得した計測値ＰＶ３と計測値ＰＶ３’との差の絶対値に基づいて設定される。つまり、この絶対値は温度変化率（温度勾配）を示すものであり、この温度変化率はチャンバーＲの熱容量を反映している。このような理由から温度変化率が大きいほど、この温度変化率に反比例する補正シフト値Ｘとしてシフト値Ｕ℃より小さい値が与えられる。
【００４６】
また、補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰが設定された場合に、チャンバーＲの温度変化が抑制され、結果として、この補正温調ステップにおいてＶ時間が経過した後のチャンバーＲの温度と、この補正温調ステップの開始時のチャンバーＲの温度との差の絶対値が０．２℃を超えないように、この補正シフト値Ｘが設定される。
【００４７】
補正温調ステップにおいてＶ時間が経過した時点において、温調目標値ＳＰ３と目標値ＳＰとの差の絶対値が基準値Ｙ℃未満である場合には、この補正温調ステップを反復して行う（＃１１２ステップ）。
【００４８】
この補正温調ステップは、反復して行われるものであり、チャンバーＲの温度を６０分毎に、０．２℃未満の値だけシフトさせる温調制御を実現する。従って、＃１０９ステップでは前述した＃１０４ステップと同様に、補正温調ステップのループを通過する処理を設定回以上繰り返した場合にエイジング制御の目標値ＳＰを補正シフト値Ｘ℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づけるように、この目標値ＳＰの値を更新する。
【００４９】
そして、目標値ＳＰが温調目標値ＳＰ３に近似する状況に達した場合、具体的には、目標値ＳＰと温調目標値ＳＰ３との差の絶対値が基準値Ｙ℃未満に達したことを＃１１２ステップで判断した場合に高精度温調制御に移行するのである。
【００５０】
高精度温調制御（＃１１３ステップ）では、送風部温センサＴＳ１の計測部位における送風部目標値ＳＰ１として、温調目標値ＳＰ３より僅かに低い温度が設定されると共に、送風部温センサＴＳ１の計測値ＰＶ１と送風部目標値ＳＰ１とを平衡させる制御が実行される。また、吹出部温センサＴＳ２の計測部位における吹出部目標値ＳＰ２として温調目標値ＳＰ３が設定されると共に、吹出部温センサＴＳ２の計測値ＰＶ２と吹出部目標値ＳＰ２とを平衡させる制御が実行される。更に、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位における温調目標値ＳＰ３が設定され、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３と温調目標値ＳＰ３とを平衡させる温調制御が実行され、この高精度温調制御はリセットされるまで継続される（＃１１４ステップ）。
【００５１】
〔制御の別実施形態〕
（ａ）前記温調制御において＃１０４〜＃１０７ステップのループでは、設定された値未満の温度変化率（温度勾配）を得るための制御を行うものであるため、エイジング制御の目標値ＳＰを設定する際のシフト値Ｕとして、例えば、０．２℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づく値を与えておき、この後、設定時間以上を費やして０．２℃だけシフトしたことを判断した場合に、＃１０４ステップの処理に戻り、この＃１０４ステップにおいて、エイジング制御の目標値ＳＰが０．２℃だけ温調目標値ＳＰ３に近づく値を与えるように処理形態を設定しても良い。
【００５２】
つまり、＃１０４ステップを通過する場合には、必ずシフト値Ｕだけエイジング制御の目標値ＳＰを更新し、チャンバーＲの温度がシフト値Ｕだけシフトした場合に＃１０４ステップに戻るように制御のループを設定するのである。
【００５３】
このように制御形態を設定したものでは、＃１０４ステップにおいて設定される目標値ＳＰが、先に設定された目標値ＳＰより目標値ＳＰのシフト量が小さくなり、急激な温度変化を招くことがない。また、制御のループにおいて＃１０４ステップを通過する際には、必要とする温度のシフトが行われているので、精度の高い昇温が実現する。
【００５４】
尚、この別実施形態のように処理形態を設定した場合でも、この＃１０４〜＃１０７ステップのループにおいて温度変化率を取得し、このように取得した温度変化率が基準値Ｗを超える場合に、補正温度制御に移行する制御は必要とする。
【００５５】
（ｂ）前記温調制御において＃１０９〜＃１１２ステップのループにおいても、設定された値未満の温度変化率（温度勾配）を得るための制御を行うものである。従って、この制御においても、（ａ）の別実施形態と同様に、＃１０９ステップを通過する場合には必ず補正シフト値Ｘだけエイジング制御の目標値ＳＰを更新するように制御形態を設定しても良い。
【００５６】
（ｃ）温調制御の開始時において、チャンバーＲの内部温度と温調目標値ＳＰ３との偏差が規定値を超えていることが明らかである場合には、＃１０１ステップの処理に代えて、オペレータが人為的にスイッチを操作する等の操作によって、エイジング制御を開始するように処理形態を設定する。
【００５７】
（ｄ）高精度温調制御では、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位における温調目標値ＳＰ３は決まった値であるが、送風部温センサＴＳ１の計測部位における送風部目標値ＳＰ１、あるいは、吹出部温センサＴＳ２の計測部位における吹出部目標値ＳＰ２については、送風部目標値ＳＰ１が吹出部目標値ＳＰ２より低温であれば良く、効率的な制御を実現する値であれば任意の値を設定して良い。
【００５８】
〔実施例効果〕
このように、チャンバーＲの温度が外部の空気温度と等しい状態からチャンバーＲの温調を行う場合のように、チャンバー温センサＴＳ３の計測部位の温調目標値ＳＰ３（チャンバーＲの目標温度）と、チャンバー温センサＴＳ３の計測値ＰＶ３との温度差が大きい状況からエイジング制御を行う際には、最初に初期制御モジュール２２ａの制御によって、チャンバーＲに温調のための空気を供給する系の温度を温調目標値ＳＰ３に近い値に設定されることにより、この後の温調制御において、この空気供給系の熱容量の作用を排除できる。
【００５９】
次に、標準温調制御モジュール２２ｃの制御により、エイジング制御の目標値ＳＰをシフト値Ｕに基づいて設定した状態でチャンバーＲの温度をシフトさせる標準温調制御ステップによって温調制御を行える。また、この標準温調ステップにおける温調時において温度変化率取得モジュール２２ｂの制御により温度変化率（温度勾配）を取得できる。
【００６０】
この温度変化率はチャンバーＲの熱容量を反映したものであるため、この温度変化率が所望の値未満である場合には、目標値ＳＰを更新しながら標準温調ステップを実行できる。これとは逆に、温度変化率が所望の値を超える場合には、補正シフト値Ｘに基づいて目標値ＳＰを新たに設定し、温度変化率を所望の値にする補正温調ステップを実行できる。この後、高精度温調制御に移行するので、チャンバーＲの急激な温度変化を抑制しながら緩速で温度のシフトを行い、チャンバーＲ内に設置された機器Ｂに悪影響を及ぼすことのない温調制御を実現するのである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】チャンバーと温調装置とを模式的に示す図
【図２】冷凍サイクルと制御構成とを示す図
【図３】温調制御のフローチャート
【図４】制御に使用される符号類を一覧化して示した図
【符号の説明】
【００６２】
Ｃ 冷却手段（冷却部）
Ｘ 補正値（補正シフト値）
Ｒ チャンバー
Ｔ 閾値
Ｗ 基準値
ＳＰ 目標値
ＳＰ３ 温調目標値
ＨＲ３ 制御手段（主制御ユニットＨＲ３）
ＴＳ２ 吹出部温センサ
ＴＳ３ チャンバー温センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置であって、
前記チャンバーの内部温度と温調目標値との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エイジング制御において、前記チャンバー内の温度を計測するチャンバー温センサの計測値を基準にして設定値だけ前記温調目標値に近い値のエイジング制御の目標値を設定して温調制御を行い、この温調制御の開始時点と設定時間経過時点との前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求めると共に、
この温度変化率が基準値未満である場合には、この温度変化率を維持するように前記設定値に基づいて目標値が設定される標準温調ステップを実行し、この温度変化率が基準値を超える場合には、温度変化率が前記基準値未満となる目標値が新たに設定される補正温調ステップを実行する温調装置。
【請求項２】
前記チャンバー温センサの計測値と前記温調目標値との差が予め設定された閾値未満に達した後に、前記制御手段は、前記エイジング制御の目標値を設定して温調制御を開始すると共に、前記温度変化率を求める制御に移行する請求項１記載の温調装置。
【請求項３】
前記制御手段は、１つの前記標準温調ステップにおける設定時間が経過したタイミングで、この標準温調ステップの開始時と設定時間経過後の前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求め、この温度変化率が基準値を超えていることを判定した場合には、この温度変化率に対応して補正値を設定すると共に、この補正値に基づいてエイジング制御の目標値を設定して前記補正温調ステップに移行する請求項１又は２記載の温調装置。
【請求項１】
冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を行う冷凍サイクルによってチャンバーから取り込んだ空気を冷却する冷却手段と、加熱する加熱手段とを備え、温調後の空気を前記チャンバーに供給する温調装置であって、
前記チャンバーの内部温度と温調目標値との偏差が規定値を超える場合にエイジング制御を行い、前記偏差が規定値を超えない場合に高精度温調制御を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エイジング制御において、前記チャンバー内の温度を計測するチャンバー温センサの計測値を基準にして設定値だけ前記温調目標値に近い値のエイジング制御の目標値を設定して温調制御を行い、この温調制御の開始時点と設定時間経過時点との前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求めると共に、
この温度変化率が基準値未満である場合には、この温度変化率を維持するように前記設定値に基づいて目標値が設定される標準温調ステップを実行し、この温度変化率が基準値を超える場合には、温度変化率が前記基準値未満となる目標値が新たに設定される補正温調ステップを実行する温調装置。
【請求項２】
前記チャンバー温センサの計測値と前記温調目標値との差が予め設定された閾値未満に達した後に、前記制御手段は、前記エイジング制御の目標値を設定して温調制御を開始すると共に、前記温度変化率を求める制御に移行する請求項１記載の温調装置。
【請求項３】
前記制御手段は、１つの前記標準温調ステップにおける設定時間が経過したタイミングで、この標準温調ステップの開始時と設定時間経過後の前記チャンバー温センサの計測値から温度変化率を求め、この温度変化率が基準値を超えていることを判定した場合には、この温度変化率に対応して補正値を設定すると共に、この補正値に基づいてエイジング制御の目標値を設定して前記補正温調ステップに移行する請求項１又は２記載の温調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２３６４５１（Ｐ２００９−２３６４５１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８５９１０（Ｐ２００８−８５９１０）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００２２９０４７）日本スピンドル製造株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００２２９０４７）日本スピンドル製造株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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