JP7193972B2 - 混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合装置に関する。

切削ブレードでウェーハを切削する切削装置では、加工によって発熱する切削ブレードを冷却するとともに、加工で生じた加工屑をウェーハ上から除去するために、加工液を供給しつつ加工が遂行される。半導体デバイスにごく微量の不純物でも残留すると、その品質に重大な影響が生じるため、加工液として純水が使用される。

ところが、一般に、純水は、１０ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗値を有しており、非常に高い絶縁性をもつ。このため、純水の流動による摩擦によって、静電気が発生することがある。このような静電気は、回路素子の静電破壊、および、加工中の回路素子に切削屑等の微粒子が付着することの原因となりうる。

そこで、特許文献１および２に開示されている技術では、純水と二酸化炭素との混合液を加工液として用いることにより、加工液の比抵抗値を、例えば０．１～１ＭΩ・ｃｍ程度に落としている。

特開２０１２－１１０８１７号公報 特開２０１１－２４５４２５号公報

特許文献１および２に記載のような混合液を生成する混合装置は、スタティックミキサー（ミキシングタンク）を用いて、混合液中の二酸化炭素濃度が均一となるように、純水に二酸化炭素を混合させている。
このスタティックミキサーがあるため、混合装置の小型化が困難であるという課題がある。
本発明の目的は、混合装置を小型化することにある。

本発明の第１の態様にかかる混合装置（第１混合装置）は、純水と二酸化炭素とを混合させた混合液を供給する混合装置であって、純水供給源に接続された一端部を有する第１の配管と、二酸化炭素供給源から供給される二酸化炭素を用いて飽和炭酸水を生成する飽和炭酸水生成手段と、該飽和炭酸水生成手段によって生成された飽和炭酸水を、該第１の配管に注入する定量ポンプと、該第１の配管の他端部に接続され、該定量ポンプによって注入される飽和炭酸水と該純水供給源から供給される純水とを羽根の回転によって混合して、混合液として加工装置に向けて吐出する混合ポンプと、該混合ポンプから吐出される混合液の比抵抗値を測定する比抵抗計と、該比抵抗計によって測定された比抵抗値が予め設定した値になるように、該定量ポンプによる飽和炭酸水の注入量を制御する制御部と、を備え、該飽和炭酸水生成手段は、該混合ポンプから吐出される混合液の一部、あるいは、該純水供給源から供給される純水の一部に二酸化炭素を混合することにより、飽和炭酸水を生成する。

本発明の第２の態様にかかる混合装置（第２混合装置）は、純水と二酸化炭素とを混合させた混合液を供給する混合装置であって、純水供給源から純水を流入させる入口と、加工装置に混合液を流出させる出口と、該入口に接続された一端部を有する第１の配管と、該出口に接続された一端部を有する第２の配管と、二酸化炭素供給源から供給される二酸化炭素を用いて飽和炭酸水を生成する飽和炭酸水生成手段と、該飽和炭酸水生成手段によって生成された飽和炭酸水を該第１の配管に注入する定量ポンプと、該第１の配管の他端部および該第２の配管の他端部に接続され、該第１の配管内の流体を羽根の回転によって混合して、混合液として該第２の配管に吐出する混合ポンプと、該第１の配管に配設される第１の分岐部と、該第２の配管に配設される第２の分岐部と、該第１の分岐部と該第２の分岐部とに接続され、該混合ポンプから吐出される混合液を該第２の分岐部から該第１の分岐部に流す循環配管と、該第２の配管における該第２の分岐部と該出口との間に配設され、該出口から流出される混合液の流出量を検出する流量センサと、該出口から流出される混合液の流出量と該定量ポンプによって該第１の配管に注入される飽和炭酸水の量との関係を示すデータテーブルと、飽和炭酸水の注入量が、該流量センサによって検出された混合液の流出量に基づいて該データテーブルを参照して決定される量となるように、該定量ポンプを制御する第１の制御部と、を備え、該混合ポンプは、該定量ポンプによって注入される飽和炭酸水と該純水供給源から供給される純水と該循環配管を介して供給される混合液とを該羽根の回転によって混合して、混合液として該第２の配管に吐出するように構成されており、該飽和炭酸水生成手段は、該混合ポンプから吐出される混合液の一部、あるいは、該純水供給源から供給される純水の一部に二酸化炭素を混合することにより、飽和炭酸水を生成する。

また、第２混合装置は、該循環配管に配設され、混合液の比抵抗値を測定する第２の比抵抗計と、該第２の比抵抗計によって測定された比抵抗値が予め設定した値になるように、該定量ポンプによる飽和炭酸水の注入量を制御する第２の制御部と、をさらに備えてもよい。

また、第２混合装置は、該第２の配管における該混合ポンプと該第２の分岐部との間に配設され、混合液の温度を予め設定した設定温度に調整する温調手段をさらに備えてもよい。

第１混合装置では、混合ポンプが、純水供給源から供給される純水と定量ポンプによって注入される飽和炭酸水とを羽根の回転によって混合することによって、純水と飽和炭酸水との混合液を生成し、加工装置に向けて吐出する。したがって、第１混合装置は、大きなスタティックミキサーを備えることなく、混合液を生成し、加工装置に送ることができる。このため、第１混合装置を小型化することが可能となる。

また、第１混合装置では、制御部が、比抵抗計によって計測された比抵抗値が予め設定した値になるように、定量ポンプによる飽和炭酸水の注入量を制御する。これにより、第１混合装置は、混合液の比抵抗値を適切な値に設定することが容易である。

第２混合装置でも、第１混合装置と同様に、混合ポンプが、純水と飽和炭酸水とを羽根の回転によって混合するので、大きなスタティックミキサーを備えることなく、混合液を生成して加工装置に送ることができる。このため、第２混合装置を小型化することが可能となる。

また、第２混合装置では、第１の制御部が、定量ポンプから第１の配管への飽和炭酸水の注入量を、加工装置への混合液の流出量に基づいてデータテーブルを参照して決定される量となるように制御するので、混合液の比抵抗値を適切な値に設定することが容易である。

さらに、第２混合装置が第２の分岐部分と第１の分岐部とをつなぐ循環配管を有しているため、純水供給源から流入された純水と、定量ポンプからの飽和炭酸水と、循環配管からの混合液とが、混合ポンプによって混合されて混合液となり、加工装置に供給される。これにより、加工装置に流出される混合液の比抵抗値を、より適切に設定することができる。

すなわち、第２混合装置では、混合ポンプによって混合される水の一部が、循環配管を介して混合ポンプに供給された既存の混合液であり、少なくとも一度は、第１の制御部による比抵抗値の制御を受けている。したがって、純水供給源から供給されたばかりの純水および飽和炭酸水のみを混合して混合液を生成する場合に比べて、混合液の比抵抗値を安定させることができる。

また、第２混合装置が、循環配管中の混合液の比抵抗値を測定する第２の比抵抗計および第２の制御部を備える場合、第２の制御部が、計測された比抵抗値が所定値になるように、定量ポンプによる飽和炭酸水の注入量を制御するので、混合液の比抵抗値を適切な値に設定することが、より容易である。

さらに、第２混合装置が温調手段を有している場合、温調手段によって混合液の温度を適切に調整できるため、加工装置における加工精度を高めることができる。さらに、この構成では、温調手段によって温度調整される混合液の一部が、循環配管を介して混合ポンプに供給された既存の混合液であり、少なくとも一度は温調手段によって温度調整されている。したがって、純水供給源から供給されたばかりの純水および飽和炭酸水のみを含む混合液を温度調整する場合に比べて、純水供給源から供給される純水の温度が変化しても、加工装置に供給される混合液の温度を適切に調整することが容易である。

一実施形態にかかる混合装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した混合装置の変形例の構成を示すブロック図である。 他の実施形態にかかる混合装置の構成を示すブロック図である。 図３に示した混合装置に用いられるデータテーブルを示す図である。 図３に示した混合装置の変形例の構成を示すブロック図である。 図３に示した混合装置の他の変形例の構成を示すブロック図である。 図５に示した混合装置の変形例の構成を示すブロック図である。

〔実施形態１〕
図１に示すように、本実施形態にかかる混合装置１は、純水供給源３からの純水を用いて、純水と二酸化炭素との混合液を生成して加工装置５に供給する。混合装置１は、通常、純水供給源３および加工装置５とともに、工場内に設置される。

加工装置５は、混合装置１から供給された混合液を加工液および／または冷却液として用いて加工を実施する装置である。加工装置５としては、たとえば、半導体ウェーハなどの被加工物を切削ブレードによって切削加工する切削装置、および、被加工物を研削ホイールによって研削加工する研削装置を挙げることができる。

なお、加工装置５に供給される混合液は、加工時に摩擦による静電気が生じにくいように、所定濃度の二酸化炭素を含んでいることが好ましい。

まず、混合装置１の構成について説明する。
図１に示すように、混合装置１は、純水供給源３に接続された入口１５、入口１５の下流側に配された混合液生成部１６、混合液生成部１６の下流側で加工装置５に接続された出口１８、および、各種の部材を制御する制御部１３を備えている。

入口１５は、純水供給源３からの純水を混合装置１に流入させる。出口１８は、混合装置１から加工装置５に混合液を流出させる。

混合液生成部１６は、入口１５および出口１８に接続された配管部１９、および、配管部１９に配された混合ポンプ２３、流量センサ２４、比抵抗計２７および飽和炭酸水生成手段２９を含んでいる。

配管部１９は、純水供給源３と混合ポンプ２３との間の配管である第１の配管２１、第１の配管２１に設けられた合流器３１、混合ポンプ２３と出口１８との間の配管である第２の配管２２、および、第２の配管２２に設けられた分流器３３を含んでいる。第１の配管２１の一端部は、入口１５を介して純水供給源３に接続されており、第１の配管２１の他端部は、混合ポンプ２３の上流側（吸い込み側）に接続されている。第２の配管２２の一端部は、出口１８を介して加工装置５に接続されており、第２の配管２２の他端部は、混合ポンプ２３の下流側（吐出側）に接続されている。

さらに、配管部１９は、分流器３３と飽和炭酸水生成手段２９との間に接続された第３の配管３７、および、飽和炭酸水生成手段２９と合流器３１との間に接続された第４の配管３９を備えている。
飽和炭酸水生成手段２９は、二酸化炭素を用いて飽和炭酸水を生成し、第４の配管３９に吐出する。

合流器３１は、第１の配管２１における混合ポンプ２３の上流側に設けられている。合流器３１では、入口１５および第１の配管２１を介して純水供給源３から流入された純水と、第４の配管３９からの飽和炭酸水とが合流する。合流した純水および飽和炭酸水は、第１の配管２１を混合ポンプ２３に向かって流れる。

混合ポンプ２３は、第１の配管２１と第２の配管２２との間に配置されている。混合ポンプ２３は、羽根を回転させることにより、第１の配管２１に配置された合流器３１からの純水および飽和炭酸水を吸い込んで混合（たとえば撹拌混合）することによって、純水と飽和炭酸水との混合液を生成する。混合ポンプ２３は、生成した混合液を、加工装置５に向けて第２の配管２２に吐出する。混合ポンプ２３は、たとえばターボ型ポンプであり、特に、過流ポンプであることが好ましい。混合ポンプ２３として過流ポンプを用いることにより、第２の配管２２の圧力変動に瞬時に対応することができ、第２の配管２２の圧力を一定に保ち、加工装置５が必要とする流量の混合液を吐出することができる。

流量センサ２４は、第２の配管２２における混合ポンプ２３の下流側に配設されており、混合ポンプ２３からの混合液の吐出量を測定する。

分流器３３は、流量センサ２４の下流側に設けられている。分流器３３では、第２の配管２２内の混合液の水流が、比抵抗計２７および出口１８を介して加工装置５に向かう水流と、第３の配管３７内を飽和炭酸水生成手段２９に向かう水流とに分岐される。なお、飽和炭酸水生成手段２９に向かう混合液は比較的に少量であり、混合液の大部分は加工装置５に向かう。

比抵抗計２７は、混合ポンプ２３から吐出され、分流器３３および出口１８を介して加工装置５に向かう混合液の比抵抗値を測定する。

飽和炭酸水生成手段２９は、混合ポンプ２３から吐出されて第３の配管３７から供給される混合液に二酸化炭素を混合することによって飽和炭酸水を生成し、第４の配管３９に吐出する。

飽和炭酸水生成手段２９は、二酸化炭素供給源である二酸化炭素ボンベ４１、二酸化炭素ボンベ４１からの二酸化炭素（炭酸ガス）の供給量を制御するレギュレータ４３、第３の配管３７とレギュレータ４３とに接続された中空糸膜４５、および、中空糸膜４５と第４の配管３９とに接続された定量ポンプ４７を備えている。

中空糸膜４５には、レギュレータ４３を介して二酸化炭素が供給されるとともに、第３の配管３７を介して混合液が供給される。中空糸膜４５は、供給された二酸化炭素と混合液とを混ぜることによって、飽和炭酸水を生成する。

定量ポンプ４７は、たとえばダイヤフラム式ポンプであり、規定の量の液体を送ることができるように構成されている。定量ポンプ４７は、中空糸膜４５によって生成された飽和炭酸水を、第４の配管３９および合流器３１を介して、第１の配管２１に注入する。

制御部１３は、定量ポンプ４７によって第１の配管２１に注入される飽和炭酸水の量を制御する。すなわち、制御部１３は、比抵抗計２７によって測定された混合液の比抵抗値が予め設定された所定値になるように、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を制御する。

次に、混合装置１の動作について説明する。
混合装置１の入口１５は、純水供給源３に対して開放されている。したがって、混合装置１内の混合液量が減って、混合装置１内の水圧（配管部１９内の水圧）が低下して入口１５の水圧が下がると、純水供給源３から入口１５に純水が流入する。

また、出口１８に接続されている加工装置５は、被加工物に対する加工の際に、必要に応じて、混合液を出口１８から取り出す。このため、出口１８から加工装置５に混合液が流出するか否かは、加工装置５の動作状況に応じて決定される。

本実施形態では、加工装置５内には、出口１８に接続された図示しないバルブが設けられている。加工装置５による加工が開始されると、このバルブが開放されて、出口１８から加工装置５に混合液が流出する。

加工装置５による加工がなされていない場合、加工装置５のバルブは閉じられたままである。このため、出口１８から加工装置５には混合液は流出しない。この場合、混合装置１内の水圧は実質的に変化しないので、純水供給源３から入口１５への純水の流入もない。

一方、加工装置５による加工が開始されると、加工装置５の図示しないバルブが開放されるとともに、混合装置１の混合ポンプ２３が駆動される。これにより、混合ポンプ２３が、第１の配管２１の水および飽和炭酸水を吸い込んで、混合液として第２の配管２２に吐出する。混合液は、第２の配管２２および分流器３３等を介して、加工装置５に流出する。混合ポンプ２３から第２の配管２２に吐出される混合液の量は、たとえば、０～１５Ｌ／ｍｉｎである。混合ポンプ２３の駆動は、たとえば、制御部１３によって制御される。たとえば、制御部１３は、加工装置５のバルブが開放されたことを検知したときに、混合ポンプ２３の駆動を開始する。

また、混合ポンプ２３から吐出された混合液の一部は、分流器３３および第３の配管３７を介して、飽和炭酸水生成手段２９の中空糸膜４５に流れ込む。分流器３３から中空糸膜４５に流れ込む混合液の量は、たとえば、０～６０ｍＬ／ｍｉｎである。

中空糸膜４５に流れ込んだ混合液は、二酸化炭素ボンベ４１からレギュレータ４３を介して取り入れられた二酸化炭素と混合されて、飽和炭酸水となる。飽和炭酸水は、定量ポンプ４７によって、第４の配管３９および合流器３１を介して、第１の配管２１に注入される。

また、加工装置５が水を必要としていない状態から水を必要とする状態に変化した瞬間、加工装置５への混合液の流出により、混合装置１内の水圧が瞬間的に減少し、配管部１９内の水圧が下がるので、純水供給源３から入口１５に純水が流入する。純水供給源３から入口１５に流入する純水の量は、加工装置５に流出する混合液の量と実質的に等しい。入口１５からの純水は、第１の配管２１に流入して合流器３１を通過する。

第１の配管２１における合流器３１の下流側では、純水供給源３から流入された純水と、第４の配管３９からの飽和炭酸水とが、混合ポンプ２３によって混合されて、純水と飽和炭酸水との混合液となり、出口１８および加工装置５に向けて、第２の配管２２に吐出される。第２の配管２２への混合液の吐出量は、流量センサ２４によって計測される。

また、混合ポンプ２３から吐出された混合液の大部分は、流量センサ２４および分流器３３を介して出口１８に向かう。比抵抗計２７は、この混合液の比抵抗値を計測し、計測結果を制御部１３に伝達する。

そして、制御部１３は、比抵抗計２７によって計測された比抵抗値が所定値になるように、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を制御する。
すなわち、制御部１３は、比抵抗計２７によって計測された比抵抗値が所定値よりも低い場合には、定量ポンプ４７を制御して、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水の注入量を減らす。一方、制御部１３は、計測された比抵抗値が所定値よりも高い場合には、定量ポンプ４７を制御して、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水の注入量を増やす。さらに、制御部１３は、たとえば、計測された比抵抗値が所定値に近い許容範囲にある場合には、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水の注入量を維持する。

以上のように、混合装置１では、混合ポンプ２３が、純水供給源３から供給される純水と定量ポンプ４７によって注入される飽和炭酸水とを羽根の回転によって混合することによって、純水と飽和炭酸水との混合液を生成し、加工装置５に向けて第２の配管２２に吐出する。したがって、混合装置１では、大きなスタティックミキサーを備えることなく、混合液を生成し、加工装置５に送ることができる。このため、混合装置１を小型化することが可能となる。

また、混合装置１では、制御部１３が、比抵抗計２７によって計測された比抵抗値が所定値になるように、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を制御する。これにより、混合装置１では、混合液の比抵抗値を適切な値に設定することが容易である。

なお、混合装置１は、図１に示した分流器３３および第３の配管３７に代えて、図２に示すように、分流器３５および第５の配管３６を備える構成であってもよい。
分流器３５は、第１の配管２１における入口１５と合流器３１との間に設けられている。第５の配管３６は、分流器３５と中空糸膜４５との間に設けられている。

この構成では、純水供給源３から入口１５を介して第１の配管２１に流入される純水の大部分（たとえば０～１５Ｌ／ｍｉｎ）は、分流器３５を経て、第１の配管２１内を合流器３１に向かって流れる。一方、純水の一部（たとえば、０～６０ｍＬ／ｍｉｎ）は、分流器３５および第５の配管３６を介して、中空糸膜４５に供給される。

中空糸膜４５は、第５の配管３６から供給された純水と二酸化炭素ボンベ４１からレギュレータ４３を介して供給された二酸化炭素とを混合して、飽和炭酸水を生成する。そして、定量ポンプ４７が、生成された飽和炭酸水を、合流器３１を介して第１の配管２１に注入する。

このように、飽和炭酸水生成手段２９は、混合ポンプ２３から吐出される混合液の一部、あるいは、純水供給源３から供給される純水の一部に二酸化炭素を混合することにより、飽和炭酸水を生成することができる。

また、本実施形態では、飽和炭酸水生成手段２９が、二酸化炭素供給源である二酸化炭素ボンベ４１およびレギュレータ４３を備えているけれども、飽和炭酸水生成手段２９は、二酸化炭素供給源を備える必要はない。たとえば、飽和炭酸水生成手段２９の中空糸膜４５は、混合装置１の外部のＣＯ_２供給モジュールから二酸化炭素の供給を受けるように構成されていてもよい。

〔実施形態２〕
図３に示すように、本実施形態にかかる混合装置２は、図１に示した混合装置１の構成において、混合液生成部１６に代えて混合液生成部１７を備えているとともに、メモリ１４を新たに備えている。
なお、本実施形態では、図１および図２に示した混合装置１の部材と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

混合液生成部１７は、図１に示した混合液生成部１６の構成において、配管部１９、流量センサ２４および比抵抗計２７に代えて、配管部２０、流量センサ５３および２つの比抵抗計５１、５５を備えている。

配管部２０は、図１に示した配管部１９の構成において、第３の配管３７と第４の配管３９とに接続された循環配管３８を備えている。循環配管３８は、第３の配管３７、第４の配管３９および比抵抗計５１を介して、合流器３１と分流器３３とに接続されている。循環配管３８は、混合ポンプ２３から吐出される混合液の一部を、分流器３３から合流器３１に流す。この混合液は、第１の配管２１に流出される。
なお、本実施形態にかかる合流器３１は第１の分岐部の一例に相当し、分流器３３は第２の分岐部の一例に相当する。

混合ポンプ２３は、実施形態１と同様に、第１の配管２１内の流体を羽根の回転によって混合して、混合液として第２の配管２２に吐出する。本実施形態では、混合ポンプ２３は、純水供給源３から流入される純水と、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水と、循環配管３８からの混合液とを混合して、純水と飽和炭酸水とを含む混合液として第２の配管２２に吐出する。

混合液生成部１７の比抵抗計５１は、第３の配管３７における分流器３３の下流側に配置されており、第３の配管３７を流れる混合液の比抵抗値を測定する。
流量センサ５３は、第２の配管２２における分流器３３と出口１８との間に配設され、出口１８から加工装置５に流出される混合液の流出量を検出する。
比抵抗計５５は、第２の配管２２における流量センサ５３の下流側に配置されており、出口１８を介して加工装置５に流出される混合液の比抵抗値を測定する。比抵抗計５１は、第２の比抵抗計の一例に相当する。

メモリ１４は、出口１８から加工装置５に流出される混合液の流出量と、飽和炭酸水生成手段２９の定量ポンプ４７によって第１の配管２１に注入される飽和炭酸水の量との関係を示すデータテーブルＤＴ（図４参照）を記憶している。

図４に示すデータテーブルＤＴにおける「目標比抵抗値」は、加工装置５に流出される混合液の目標とする比抵抗値である。「流量センサの値（出口から流出する量）」は、流量センサ５３によって検出された、出口１８からの混合液の実際の流出量である。そして、「飽和炭酸水の注入量」は、目標とする混合液の比抵抗値および混合液の実際の流出量に応じた、第１の配管２１への飽和炭酸水の適切な注入量である。

なお、図４に示したデータテーブルＤＴ中の「飽和炭酸水の注入量」に記載されている「ｓｐｍ」という単位は、定量ポンプ４７の分解能、すなわち、１分あたりの定量ポンプ４７のストローク数（strokes per minute）を示す。

制御部１３は、本実施形態でも、定量ポンプ４７によって第１の配管２１に注入される飽和炭酸水の量を制御する。そして、本実施形態では、制御部１３は、まず、定量ポンプ４７から第１の配管２１への飽和炭酸水の注入量を、目標とする混合液の比抵抗値および流量センサ５３によって検出された混合液の流出量に基づいてデータテーブルＤＴを参照して決定される量となるように制御する。

その後、制御部１３は、比抵抗計５１および比抵抗計５５の少なくともいずれか一方から、混合液の実際の比抵抗値を取得する。そして、取得した比抵抗値が、目標とする比抵抗値となるように、適宜、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を調整する。
なお、本実施形態では、制御部１３は、第１の制御部および第２の制御部の一例に相当する。
また、目標とする混合液の比抵抗値は、ユーザによって制御部１３に入力されてもよいし、制御部１３にあらかじめ設定されていてもよい。
また、加工装置５に混合液を流出させているときは、比抵抗計５５で取得した比抵抗値が目標の比抵抗値になるように飽和炭酸水の注入量を調整させ、加工装置５に混合液を流出していないときは、比抵抗計５１で取得した比抵抗値が目標の比抵抗値になるように飽和炭酸水の注入量を調整させてもよい。
また、制御部１３は、流量センサ５３が検知した混合液の流出量によって、監視する比抵抗値を比抵抗計５１から取得するか比抵抗計５５から取得するかを切り換えてもよい。

次に、混合装置２の動作について説明する。
図３に示した混合装置２でも、図１に示した混合装置１と同様に、入口１５は、純水供給源３に対して開放されている。したがって、混合装置２内の混合液量が減って、混合装置２内の水圧（配管部２０内の水圧）が低下して入口１５の水圧が下がると、純水供給源３から入口１５に純水が流入する。

また、本実施形態でも、加工装置５内には、出口１８に接続された図示しないバルブが設けられている。加工装置５による加工が開始されると、このバルブが開放されて、出口１８から加工装置５に混合液が流出する。

加工装置５による加工がなされていない場合、加工装置５のバルブは閉じられているので、出口１８から加工装置５には混合液は流出しない。この場合、混合装置２内の水圧は実質的に変化しないので、純水供給源３から入口１５への純水の流入もない。

一方、加工装置５による加工が開始されると、加工装置５の図示しないバルブが開放されるとともに、混合装置２の混合ポンプ２３が駆動される。これにより、混合ポンプ２３が、第１の配管２１の流体を吸い込んで、混合液として第２の配管２２に吐出する。第２の配管２２に吐出された混合液は、分流器３３に向かう。分流器３３に到達した水の一部は、流量センサ５３、比抵抗計５５および出口１８を介して、加工装置５に流出する。

なお、混合ポンプ２３から第２の配管２２に吐出される混合液の量は、たとえば、１５～３０Ｌ／ｍｉｎである。また、分流器３３から出口１８に向かう混合液の量は、流量センサ５３によって計測され、たとえば、０～１５Ｌ／ｍｉｎである。

また、本実施形態では、第３の配管３７と第４の配管３９とが、循環配管３８によって接続されている。このため、配管部２０内には、混合ポンプ２３による混合液の吸い込みおよび吐出により、第１の配管２１→混合ポンプ２３→第２の配管２２→分流器３３→第３の配管３７（比抵抗計５１）→循環配管３８→第４の配管３９→合流器３１→第１の配管２１…のように循環する水流が発生する。

したがって、第２の配管２２を流れている混合液の一部は、分流器３３および第３の配管３７に流れ込む。第３の配管３７に流れ込んだ混合液の大部分は、循環配管３８に流出する。循環配管３８に流出する混合液の量は、たとえば、１５Ｌ／ｍｉｎである。第３の配管３７から循環配管３８に流出した混合液の比抵抗値は、比抵抗計５１によって計測される。循環配管３８に流出した混合液は、第４の配管３９および合流器３１を介して、第１の配管２１に入る。

また、分流器３３から第３の配管３７に流れ込んだ混合液の一部は、飽和炭酸水生成手段２９の中空糸膜４５に供給される。分流器３３から中空糸膜４５に供給される混合液の量は、たとえば、０～６０ｍＬ／ｍｉｎである。

中空糸膜４５に供給された混合液は、二酸化炭素ボンベ４１からレギュレータ４３を介して取り入れられた二酸化炭素と混合されて、飽和炭酸水となる。生成された飽和炭酸水は、定量ポンプ４７によって、第４の配管３９および合流器３１を介して、第１の配管２１に注入される。

また、加工装置５への水の流出により、混合装置２内の水圧が瞬間的に減少し、配管部２０内の水圧が下がるので、純水供給源３から入口１５に純水が流入する。入口１５からの純水は、第１の配管２１に流入して合流器３１を通過する。

第１の配管２１における合流器３１の下流側では、純水供給源３から流入された純水と、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水と、循環配管３８からの混合液とが、混合ポンプ２３によって混合されて、純水と飽和炭酸水とを含む混合液となり、第２の配管２２に吐出される。

制御部１３は、分流器３３から出口１８を介して加工装置５に流出する混合液の流出量を、流量センサ５３から取得する。そして、制御部１３は、メモリ１４に記憶されているデータテーブルＤＴを参照し、混合液の流出量および目標とする混合液の比抵抗値に応じた、第１の配管２１への飽和炭酸水の適切な注入量を特定する。さらに、制御部１３は、定量ポンプ４７から第１の配管２１への飽和炭酸水の注入量を、データテーブルＤＴを用いて特定された適切な注入量となるように制御する。

さらに、制御部１３は、比抵抗計５１および比抵抗計５５の少なくともいずれか一方から、混合液の実際の比抵抗値を取得する。そして、取得した比抵抗値が、目標とする比抵抗値と異なる場合には、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を調整する。

すなわち、制御部１３は、比抵抗計５１，５５によって計測された比抵抗値が目標値よりも低い場合には、定量ポンプ４７を制御して、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水の注入量を減らす。一方、制御部１３は、計測された比抵抗値が目標値よりも高い場合には、定量ポンプ４７を制御して、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水の注入量を増やす。

以上のように、混合装置２でも、実施形態１に示した混合装置１と同様に、混合ポンプ２３が、羽根を回転させることにより、純水供給源３から供給される純水と定量ポンプ４７によって注入される飽和炭酸水とを吸い込んで混合することによって、純水と飽和炭酸水とを含む混合液を生成し、加工装置５に向けて第２の配管２２に吐出する。したがって、混合装置２では、大きなスタティックミキサーを備えることなく、混合液を生成し、加工装置５に送ることができる。このため、混合装置２を小型化することが可能となる。

また、混合装置２では、制御部１３が、定量ポンプ４７から第１の配管２１への飽和炭酸水の注入量を、目標とする混合液の比抵抗値および加工装置５への混合液の流出量に基づいてデータテーブルＤＴを参照して決定される量となるように制御する。さらに、制御部１３は、比抵抗計５１、５５によって計測された比抵抗値が所定値になるように、定量ポンプ４７による飽和炭酸水の注入量を制御する。これにより、混合装置２では、混合液の比抵抗値を適切な値に設定することが、より容易である。

さらに、混合装置２では、分流器３３と合流器３１とをつなぐ循環配管３８を有している。このため、純水供給源３から流入された純水と、定量ポンプ４７からの飽和炭酸水と、循環配管３８からの混合液とが、混合ポンプ２３によって混合されて混合液となり、加工装置５に供給される。これにより、加工装置５に流出される混合液の比抵抗値を、より適切に設定することができる。

すなわち、混合装置２では、混合ポンプ２３によって混合される水の一部が、循環配管３８を介して混合ポンプ２３に供給された既存の混合液であり、すでに配管部２０内で循環され、少なくとも一度は、混合ポンプ２３によって混合されているとともに、制御部１３による比抵抗値の制御を受けている。したがって、純水供給源３から供給されたばかりの純水および飽和炭酸水のみを混合して混合液を生成する場合に比べて、純水および飽和炭酸水に、少なくとも一度は制御部１３によって目標とする比抵抗値を有するように調整された既存の混合液を混合することで、混合ポンプ２３による混合によって得られる混合液の比抵抗値を、目標とする比抵抗値に近づけられる。これにより、混合液の比抵抗値を安定させることができる。

なお、図５に示すように、混合装置２は、図２に示した構成と同様に、分流器３３および第３の配管３７に代えて、分流器３５および第５の配管３６を備えてもよい。この構成では、第３の配管３７は、循環配管３８に接続されている一方、中空糸膜４５には接続されていない。

分流器３５は、第１の配管２１における入口１５と合流器３１との間に設けられている。第５の配管３６は、分流器３５と中空糸膜４５との間に設けられている。

この構成では、純水供給源３から入口１５を介して第１の配管２１に流入される純水の大部分（たとえば０～１５Ｌ／ｍｉｎ）は、分流器３５を経て、第１の配管２１内を合流器３１に向かって流れる。また、純水の一部（たとえば、０～６０ｍＬ／ｍｉｎ）は、分流器３５および第５の配管３６を介して、中空糸膜４５に供給される。

中空糸膜４５は、第５の配管３６から供給された純水と二酸化炭素ボンベ４１からレギュレータ４３を介して供給された二酸化炭素とを混合して、飽和炭酸水を生成する。定量ポンプ４７は、生成された飽和炭酸水を、第４の配管３９および合流器３１を介して第１の配管２１に注入する。

このように、飽和炭酸水生成手段２９は、混合ポンプ２３から吐出される混合液の一部、あるいは、純水供給源３から供給される純水の一部に二酸化炭素を混合することにより、飽和炭酸水を生成することができる。

また、本実施形態では、制御部１３は、定量ポンプ４７から第１の配管２１への飽和炭酸水の注入量を、目標とする混合液の比抵抗値および検出された混合液の流出量に基づいてデータテーブルＤＴを参照して決定される量となるように制御する。これに関し、目標とする混合液の比抵抗値が一定である場合には、制御部１３は、定量ポンプ４７から第１の配管２１への飽和炭酸水の注入量を、流量センサ５３によって検出された混合液の流出量に基づいてデータテーブルＤＴを参照して決定される量となるように制御してもよい。

また、混合装置２は、図６および図７に示すような構成を有していてもよい。図６および図７に示した混合装置２は、それぞれ、図３および図５に示した構成において、第２の配管２２における混合ポンプ２３と分流器３３との間に、温調ユニット６１および水温計７１を備えた構成を有する。

温調ユニット６１は、第２の配管２２における混合ポンプ２３の下流側に配設されており、混合ポンプ２３から吐出された混合液を、その温度を予め設定した設定温度に調整して吐出する。温調ユニット６１は、混合液を冷却する冷却手段６３、および、混合液を加熱する加温手段６５を備えている。温調ユニット６１は、温調手段の一例に相当する。

水温計７１は、第２の配管２２における温調ユニット６１の下流側に配設されており、温調ユニット６１から吐出された混合液の温度を測定する。そして、制御部１３は、水温計７１によって測定された混合液の温度が、加工装置５による加工に適切な予め設定した設定温度になるように、温調ユニット６１を制御する。

すなわち、制御部１３は、計測された混合液の温度が設定温度よりも低い場合には、温調ユニット６１の加温手段６５を制御して、温調ユニット６１に流入した水を加熱して、温調ユニット６１から吐出する。一方、制御部１３は、計測された混合液の温度が設定温度よりも高い場合には、温調ユニット６１の冷却手段６３を制御して、温調ユニット６１に流入した水を冷却して、温調ユニット６１から吐出する。さらに、制御部１３は、計測された混合液の温度が設定温度に近い許容範囲にある場合には、加熱および冷却を実施することなく、温調ユニット６１からそのまま吐出する。

この構成では、温調ユニット６１によって混合液の温度を適切に調整できるため、加工装置５における加工精度を高めることができる。さらに、温調ユニット６１によって温度調整される混合液の一部が、循環配管３８を介して混合ポンプ２３に供給された既存の混合液であり、すでに配管部２０内で循環され、少なくとも一度は温調ユニット６１によって温度調整されている。したがって、純水供給源３から供給されたばかりの純水および飽和炭酸水のみを含む混合液を温度調整する場合に比べて、純水供給源３から供給される純水の温度が変化しても、純水および飽和炭酸水に、少なくとも一度は温調ユニット６１によって予め設定された設定温度に温度調整された既存の混合液を混合することで、加工装置５に供給される混合液の温度を、設定温度に近づけられる。これにより、加工装置５に供給される混合液の温度を適切に調整することが容易である。

なお、図６および図７に示した混合装置２では、温調ユニット６１は、制御部１３によって制御されることなく、自身での制御によって、混合液の温度を調整するように構成されていてもよい。

１，２：混合装置、３：純水供給源、５：加工装置、
１３：制御部、１４：メモリ、
１５：入口、１８：出口、１６，１７：混合液生成部、１９，２０：配管部、
２１：第１の配管、２２：第２の配管、３７：第３の配管、３９：第４の配管、
３６：第５の配管、３８：循環配管、３１：合流器、３３：分流器、３５：分流器、
２９：飽和炭酸水生成手段、４１：二酸化炭素ボンベ、４３：レギュレータ、
４５：中空糸膜、４７：定量ポンプ、
２３：混合ポンプ、２４：流量センサ、２７：比抵抗計、
５１：比抵抗計、５３：流量センサ、５５：比抵抗計、
６１：温調ユニット、６３：冷却手段、６５：加温手段、７１：水温計、
ＤＴ：データテーブル、

Claims (3)

1. 純水と二酸化炭素とを混合させた混合液を供給する混合装置であって、
   純水供給源から純水を流入させる入口と、
   加工装置に混合液を流出させる出口と、
   該入口に接続された一端部を有する第１の配管と、
   該出口に接続された一端部を有する第２の配管と、
   二酸化炭素供給源から供給される二酸化炭素を用いて飽和炭酸水を生成する飽和炭酸水生成手段と、
   該飽和炭酸水生成手段によって生成された飽和炭酸水を該第１の配管に注入する定量ポンプと、
   該第１の配管の他端部および該第２の配管の他端部に接続され、該第１の配管内の流体を羽根の回転によって混合して、混合液として該第２の配管に吐出する混合ポンプと、
   該第１の配管に配設される第１の分岐部と、
   該第２の配管に配設される第２の分岐部と、
   該第１の分岐部と該第２の分岐部とに接続され、該混合ポンプから吐出される混合液を該第２の分岐部から該第１の分岐部に流す循環配管と、
   該第２の配管における該第２の分岐部と該出口との間に配設され、該出口から流出される混合液の流出量を検出する流量センサと、
   該出口から流出される混合液の流出量と該定量ポンプによって該第１の配管に注入される飽和炭酸水の量との関係を示すデータテーブルと、
   飽和炭酸水の注入量が、該流量センサによって検出された混合液の流出量に基づいて該データテーブルを参照して決定される量となるように、該定量ポンプを制御する第１の制御部と、を備え、
   該混合ポンプは、該定量ポンプによって注入される飽和炭酸水と該純水供給源から供給される純水と該循環配管を介して供給される混合液とを該羽根の回転によって混合して、混合液として該第２の配管に吐出するように構成されており、
   該飽和炭酸水生成手段は、該混合ポンプから吐出される混合液の一部、あるいは、該純水供給源から供給される純水の一部に二酸化炭素を混合することにより、飽和炭酸水を生成する、
   混合装置。
2. 該循環配管に配設され、混合液の比抵抗値を測定する第２の比抵抗計と、
   該第２の比抵抗計によって測定された比抵抗値が予め設定した値になるように、該定量ポンプによる飽和炭酸水の注入量を制御する第２の制御部と、をさらに備える、
   請求項１記載の混合装置。
3. 該第２の配管における該混合ポンプと該第２の分岐部との間に配設され、混合液の温度を予め設定した設定温度に調整する温調手段をさらに備える、
   請求項２記載の混合装置。

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