(57)【要約】【課題】  平板状の被処理部材の周囲の雰囲気を良好な環境値に維持して、処理精度の向上を図ることのできる環境制御装置を得る。【解決手段】  処理機２１を収容するチャンバ２５の一側壁に、気体環境値調整機３１に接続する給気口２９と排気口２７とを装備すると共に、チャンバ２５内には、前記給気口２９から供給された気体を天井壁２５ａに沿って前記排気口２７側に誘導する内部仕切壁３７を装備し、前記内部仕切壁３７の出口端側に前記排気口２７に対向する吹き出し口４１を設けて、前記チャンバ２５内の平板状の被処理部材３３の周囲に平板状の層流気流を形成する。【選択図】        図１
2005037049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理機を収容するチャンバと、前記チャンバ内の雰囲気を前記チャンバの排気口から吸い出して所定の環境値に調整した後に前記チャンバの給気口からチャンバ内に戻す気体環境値調整機とを備え、前記チャンバ内の前記処理機によって処理される被処理部材の被処理面周囲の雰囲気を、所定の環境値に制御する環境制御装置であって、
前記チャンバは、処理機の上下、前後、左右の６方位に対応した天井壁、底壁、前後側壁、左右側壁によって処理機を収容する閉空間を画成し、
前記チャンバを構成している一側壁の上縁寄り位置に前記給気口を装備すると共に、同一側壁の前記給気口から所定距離下がった位置に前記排気口を装備し、
且つ、前記チャンバの天井壁に相対向する内側には、前記給気口から導入された気体を前記天井壁に沿って前記排気口の対向位置まで導く流路を内部仕切壁によって形成し、
前記内部仕切壁によって形成した流路の吹き出し口と前記排気口とは、前記チャンバの底壁と略平行な方向に設定したことを特徴とする環境制御装置。
【請求項２】
前記給気口から導入された気体を前記天井壁に沿って導く流路は、前記給気口から徐々に流路幅を広げたテーパ拡幅部を備え、最終的に流路幅が前記チャンバ内空間の全幅まで拡幅されていることを特徴とする請求項１に記載の環境制御装置。
【請求項３】
前記排気口の開口幅は、前記チャンバ内空間の全幅から徐々に縮幅されて、最終的に、前記気体環境値調整機に接続される所定幅になることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境制御装置。
【請求項４】
前記内部仕切壁による流路先端の吹き出し口の前方に、前記排気口に向かって気体を吹き出す流量調整用ファンを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の環境制御装置。
【請求項５】
前記流量調整用ファンには、前記チャンバ内の吹き出し口から吹き出される層流気流の幅を、前記処理機に設置された被処理部材の処理面の幅に略等しく調整する吹き出し制御ノズルを装備したことを特徴とする請求項４に記載の環境制御装置。
【請求項６】
前記流量調整用ファンとして、回転速度の調整によって流量の増減が可能な速度可変型のものを採用したことを特徴とする請求項４又は５に記載の環境制御装置。
【請求項７】
前記内部仕切壁に断熱材を使用したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の環境制御装置。
【請求項８】
前記気体環境値調整機の吐出口付近、前記内部仕切壁で画成された前記チャンバ内の流路内、前記処理機に設置された被処理部材の被処理面の手前に、それぞれ、環境値を検出する温度センサ、湿度センサ、風速センサを装備し、前記各センサの検出信号に基づいて、前記気体環境値調整機及び流量調整用ファンの動作を制御することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の環境制御装置。
【請求項９】
前記チャンバには、前記処理機の機体の一部を隔離収容する隣接チャンバを設け、該隣接チャンバには収容した機体の温度を調整する温度調整手段を装備したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の環境制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理機を収容したチャンバ内に気体環境値調整機によって調整した気体を循環させることで、処理機によって処理される被処理部材の被処理面周辺の雰囲気を所定の環境値に制御する環境制御装置に関し、特に、処理機が平板状の試料の表面に対して摩擦・摩耗試験等の物性試験を実施する物性試験機の場合に好適な環境制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスや液晶デバイス等の製造分野では、被処理部材に対する加工精度の向上や、不純物の混入防止による品質の向上を図るために、被処理部材に対して一定の処理をする処理機の周囲雰囲気の温度や湿度等の環境値を、一定に安定維持させることが重要課題となっている。
【０００３】
そこで、このような処理機の周囲雰囲気の環境値を一定に安定維持するための環境制御装置として、処理機を収容する閉空間を画成したチャンバと、チャンバ内の雰囲気をチャンバに形成された排気口から吸い出して所定の環境値に調整した後にチャンバに形成された給気口からチャンバ内に戻す気体環境値調整機とを備えた構成のものが各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２６６１６７号公報
【０００４】
上記特許文献１に記載の環境制御装置は、レチクルに形成されているパターンをレーザ露光によってウェハに転写する光学的処理機をチャンバ内に収容するもので、チャンバ内の雰囲気をクリーンに保つことと、光学的処理機の発熱部からの放熱がチャンバ内の雰囲気の温度分布に影響することを防止することを主目的としたものである。
そのため、チャンバ内雰囲気を気体環境値調整機に送るための排気口をチャンバの底壁の略全域に設定すると共に、気体環境値調整機によって温度等の環境値が調整された気体を受ける給気口をチャンバの天井壁の略全域に設定している。
これによって、気体環境値調整機からチャンバ内に供給される気体は、チャンバ内を天井壁から底壁に向かって流れる降下気流となって気体環境値調整機に戻る循環流となって、チャンバ内雰囲気を安定した状態に保持する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１の環境制御装置は、チャンバ内全域の気体を、天井壁から底壁に向けて動かすため、気体環境値調整機として、流量の大きなものを採用しなければならず、気体環境値調整機の大型化を招くという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献１の環境制御装置は、チャンバに収容する処理機として、放熱部分が隔離し易い光学的処理機を前提としていて、その結果、隔離した放熱部分に専用の排熱手段を装備することによって、処理機からの放熱による影響も回避し易い。
ところが、チャンバに収容する処理機が、例えば、平板状の試料の表面に突き立てたピンを試料表面上で回転摺動させて、試料表面の摩擦・摩耗試験を実施するピンオンディスク型の摩擦摩耗試験機等の場合は、放熱部を一括して隔離することが実際上は不可能で、処理機の各所の放熱部による局所的な昇温がチャンバ内で生じる。そして、上記の特許文献１の循環方式では、大量のチャンバ内雰囲気がゆっくりと排気口に向かう降下気流のため、局所的な昇温を速やかに解消することができず、局所的な昇温が試験精度の低下を招く虞があった。
【０００７】
また、平板状の試料表面が水平に位置決めされている場合は、上記特許文献１のように、チャンバ内に降下気流を形成する方式では、気流が試料表面に当たって拡散して、周囲の気体の流れを阻害するため、想定されている安定した降下気流が確保できず、その結果、温度等の環境値が適正値からずれて、試験精度の低下を招く虞もあった。
【０００８】
このような背景から、これまで、チャンバに収容する処理機が、上記摩擦摩耗試験機のように平板状の被処理部材の表面に対して所定の処理を実行する構成であることを前提として、図９及び図１０に示す環境制御装置が検討された。
これらの環境制御装置１０１，１０２は、処理機１を収容するチャンバ３の側壁に排気口５と給気口７とを装備すると共に、気体の温度や湿度等の環境値を調整可能な気体環境値調整機９の吐出口９ａ及び吸込口９ｂを給気口７及び排気口５に接続したもので、排気口５と給気口７の開口位置や開口面積等を適宜選定することで、処理機１が処理する平板状の被処理部材１１の周辺に重点的に温度等の環境値を調整した気体の層流気流を形成するようにしたものである。
【０００９】
図９に示した環境制御装置１０１の場合は、排気口５と給気口７を対向する側壁３ａ，３ｂに分けて装備している。これに対して、図１０に示した環境制御装置１０２の場合は、単一の側壁３ａの上下に排気口５と給気口７を装備している。
また、何れの環境制御装置１０１，１０２も、気体環境値調整機９の吐出口９ａとチャンバ３の給気口７との間、気体環境値調整機９の吸込口９ｂとチャンバ３の排気口５との間は、ダクト１５，１６で接続している。
【００１０】
これらの環境制御装置１０１，１０２は、チャンバ３内の全域ではなく、処理精度等への影響度が高い被処理部材１１の周辺の雰囲気のみを、重点的に循環させることになるため、特許文献１のような構成の場合と比較すると、気体環境値調整機９は、吐出流量を抑えた小型のものを採用することが可能になる。
また、想定通りの層流気流が形成できていれば、被処理部材１１の周辺は、気流によって、常時、環境値が調整された新鮮な気体に入れ替わるため、隔離等をせずとも機器の放熱による局所的な昇温等の影響を回避でき、局所的な昇温に起因した処理精度（試験精度）の低下を防止することもできる。
【００１１】
ところが、図９に示した対応では、チャンバ３の外周に長尺のダクト１６を架設しなければならず、チャンバ３の外周に露出する長尺のダクト１６のために、設定した温湿度に対して変化が大きくなり、更に、装置の外観（意匠性）が低下するという問題があった。また、ダクト１６には、通常、流路断面が単純な円形または四角形の配管材が使用され、配管材の口径がチャンバ３の水平方向の幅寸法（図では、紙面に直交する方向の寸法）に比して小さいため、被処理部材１１の幅寸法が大きい場合には、被処理部材１１の幅寸法の一部の範囲にしか、想定した層流気流を形成できず、層流気流の循環による効力を十分に発揮させることができないという問題もあった。
【００１２】
一方、図１０に示した対応では、チャンバ３の外周に取り付けるダクト１６が短尺で済み、露出する長尺のダクトによって装置の外観が損なわれることがない。しかし、ダクト１６からチャンバ３内に噴射された気流は、対向側壁でＵターンしてダクト１５に戻る流れとなるため、被処理部材１１の周囲に良好な層流気流を形成することが極めて難しくなり、層流気流の循環による効力は図９の対応よりも更に低減し、実用価値が乏しいという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体環境値調整機を小型化することができ、また、長尺のダクトの露出による装置外観の低下を防止することができ、しかも、平板状の被処理部材の周囲には、該被処理部材の幅寸法を包含する十分な幅の平板状の層流気流を安定形成することができて、処理機の局所的な放熱が処理精度に影響を与えることを防止して、安定した処理を継続させることのできる環境制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る環境制御装置は、請求項１に記載したように、処理機を収容するチャンバと、前記チャンバ内の雰囲気を前記チャンバの排気口から吸い出して所定の環境値に調整した後に前記チャンバの給気口からチャンバ内に戻す気体環境値調整機とを備え、前記チャンバ内の前記処理機によって処理される被処理部材の被処理面周囲の雰囲気を、所定の環境値に制御する環境制御装置であって、
前記チャンバは、処理機の上下、前後、左右の６方位に対応した天井壁、底壁、前後側壁、左右側壁によって処理機を収容する閉空間を画成し、
前記チャンバを構成している一側壁の上縁寄り位置に前記給気口を装備すると共に、同一側壁の前記給気口から所定距離下がった位置に前記排気口を装備し、
且つ、前記チャンバの天井壁に相対向する内側には、前記給気口から導入された気体を前記天井壁に沿って前記排気口の対向位置まで導く流路を内部仕切壁によって形成し、
前記内部仕切壁によって形成した流路の吹き出し口と前記排気口とは、前記チャンバの底壁と略平行な方向に設定したことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された環境制御装置においては、チャンバ内全域の気体を動かすのではなく、処理精度等への影響度が高い被処理部材の周辺の雰囲気のみを、被処理部材の周囲を流れる層流気流によって重点的に循環させることになるため、気体環境値調整機が循環させる気体の流量は少なく抑えることができ、気体環境値調整機として吐出流量を抑えた小型のものを採用することが可能になり、気体環境値調整機の小型化によって装置コストを抑えることが可能になる。
また、気体環境値調整機にダクトを介して接続されるチャンバ側の排気口及び給気口は、チャンバ上の一側壁に集約させているため、接続に使用するダクトは短尺に抑えることができ、設定した温湿度に対して変化は少なく、長尺のダクトの露出による装置外観の低下を防止することができる。
また、チャンバの給気口に供給される気体は、チャンバ内に装備した内部仕切壁によって画成される流路によって、排気口の対向位置に導くもので、チャンバ内の吹き出し口から排気口への経路を単純な直線経路にすることができるため、吹き出し口で層流状態を維持すれば、安定した層流気流を形成し易い。
更に、チャンバ内に内部仕切壁で形成する通路は、市販の配管材等を使用したダクトとは異なり、チャンバ内空間の全幅まで拡幅可能な偏平な流路を簡単に形成することができて、平板状の被処理部材の幅寸法に応じた十分な幅寸法を有した良好な平板状の層流気流を形成することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の環境制御装置において、更に、前記給気口から導入された気体を導く流路は、前記給気口から徐々に流路幅を広げたテーパ拡幅部を備え、最終的に流路幅が前記チャンバ内空間の全幅まで拡幅されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成された環境制御装置においては、気体環境値調整機からダクトを介してチャンバの給気口に供給される気流は、テーパ拡幅部によって徐々に流路幅を広げていくため、気流の急激な拡散に起因した層の剥離や渦の発生が抑えられ、安定した層流状態のままチャンバ内空間の全幅まで拡幅した平板状の層流気流を、吹き出し口から放射できる。
【００１８】
また、請求項３に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１又は２に記載の環境制御装置において、更に、前記排気口の開口幅は、前記チャンバ内空間の全幅から徐々に縮幅されて、最終的に、前記気体環境値調整機に接続される所定幅になることを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成された環境制御装置においては、排気口に吸引される気流は、徐々に流路幅を狭める縮流となるため、気流と流路壁との摩擦による圧損を抑えて、気体環境値調整機側の負荷を軽減することができ、また、圧損を抑えることによって、吸込気流の層流状態が破壊されることを抑えることもできる。
従って、小型の気体環境値調整機で、平板状の層流気流の安定供給を実現することができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の環境制御装置において、更に、前記内部仕切壁による流路先端の吹き出し口の前方に、前記排気口に向かって気体を吹き出す流量調整用ファンを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
このように構成された環境制御装置においては、チャンバ内の内部仕切壁による流路内での圧力損失や、流路の拡幅等で気流の速度が低減する場合に、流量調整用ファンによって低減した速度を補償して、気流速度、流量を確保することができ、平板状の被処理部材の周辺部の雰囲気の循環を安定させることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載の環境制御装置において、更に、前記流量調整用ファンには、前記チャンバ内の吹き出し口から吹き出される層流気流の幅を、前記処理機に設置された被処理部材の処理面の幅に略等しく調整する吹き出し幅調整ノズルを装備したことを特徴とするものである。
【００２３】
このように構成された環境制御装置においては、被処理部材の周囲の環境値を維持するためのチャンバ内の雰囲気の循環流量を、吹き出し幅調整ノズルによって、被処理部材の幅寸法に応じた必要最小限の範囲に規制することができ、これによって、気体環境値調整機の小型化を促進することができ、また、消費エネルギーの節約にもなる。
【００２４】
また、請求項６に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項４又は５に記載の環境制御装置において、更に、前記流量調整用ファンとして、回転速度の調整によって流量の増減が可能な速度可変型のものを採用したことを特徴とするものである。
【００２５】
このように構成された環境制御装置においては、チャンバ内に収容する処理機の変更や、被処理部材の変更、或いは処理条件の変更等が生じて、それに伴って、循環させる層流気流の流量の調整が必要になる場合、例えば、気体環境値調整機の作動条件の変更と、流量調整用ファンの速度調整によって、より柔軟な対応が可能になり、装置の汎用性が高まって、より多様な処理や試験に対応可能になる。
【００２６】
また、請求項７に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の環境制御装置において、更に、前記内部仕切壁に断熱材を使用したことを特徴とするものである。
【００２７】
このように構成された環境制御装置においては、チャンバ内の内部仕切壁による流路を気体が通過する際に、温度等の環境値の変動を抑えることができ、被処理部材に供給する循環気流の環境値を適正範囲に維持することが容易になり、処理機による処理精度の向上に繋がる。
【００２８】
また、請求項８に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の環境制御装置において、更に、前記気体環境値調整機の吐出口付近、前記内部仕切壁で画成された前記チャンバ内の流路内、前記処理機に設置された被処理部材の被処理面の手前に、環境値を検出する温度センサ、湿度センサ、風速センサの一組ずつを装備し、前記各センサの検出信号に基づいて、前記気体環境値調整機及び流量調整用ファンの動作を制御することを特徴とするものである。
【００２９】
このように構成された環境制御装置においては、処理機の発熱等で、チャンバ内の環境値が変動した場合に、その環境値の変動が各センサにより検出されて、速やかに気体環境値調整機や流量調整用ファンの動作制御にフィードバックされるため、良好な層流気流による被処理部材周辺の環境値の維持を自動化することができる。
【００３０】
また、請求項９に記載の環境制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の環境制御装置において、更に、前記チャンバには、前記処理機の機体の一部を隔離収容する隣接チャンバを設け、該隣接チャンバには収容した機体の温度を調整する温度調整手段を装備したことを特徴とするものである。
【００３１】
このように構成された環境制御装置においては、例えば、処理機の動力源である発熱部位等は、隣接チャンバ側に隔離した状態にし、隣接チャンバ側の温度調整手段でその発熱部の状態を制御することで、被処理部材周辺への影響を抑えることができ、具体的には、極端な温度変化に起因した結露の発生等を抑止して、高精度の処理を安定維持することが可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の環境制御装置は、チャンバ内全域の気体を動かすのではなく、処理精度等への影響度が高い被処理部材の周辺の雰囲気を、被処理部材の周囲を流れる層流気流によって重点的に循環させることになるため、気体環境値調整機が循環させる気体の流量は少なく抑えることができ、気体環境値調整機として吐出流量を抑えた小型のものを採用することが可能になり、気体環境値調整機の小型化によって装置コストを抑えることが可能になる。
【００３３】
また、気体環境値調整機にダクトを介して接続されるチャンバ側の排気口及び給気口は、チャンバ上の一側壁に集約させているため、接続に使用するダクトは短尺に抑えることができ、長尺のダクトの露出による装置外観の低下を防止することができる。
【００３４】
また、チャンバの給気口に供給される気体は、チャンバ内に装備した内部仕切壁によって画成される流路によって、排気口に対向する対向壁側に導くもので、チャンバ内の吹き出し口から排気口への経路を単純な直線経路にすることができるため、吹き出し口で層流状態を維持すれば、安定した層流気流を形成し易い。
【００３５】
更に、チャンバ内に内部仕切壁で形成する流路は、市販の配管材等を使用したダクトとは異なり、チャンバ内空間の全幅まで拡幅可能な偏平な流路を簡単に形成することができて、平板状の被処理部材の幅寸法に応じた十分な幅寸法を有した良好な平板状の層流気流を形成することができる。
【００３６】
従って、平板状の被処理部材の周囲には、該被処理部材の幅寸法を包含する十分な幅の平板状の層流気流を平板状の被処理部材に沿って安定形成することができて、処理機の局所的な放熱が処理精度に影響を与えることを防止して、安定した処理を継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施の形態に係る環境制御装置を詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る環境制御装置の第１の実施の形態を示したものである。
【００３９】
この第１の実施の形態の環境制御装置１１１は、処理機２１を収容する閉空間２３を画成したチャンバ２５と、チャンバ２５内の雰囲気をチャンバ２５の周壁に形成された排気口２７から吸い出して所定の環境値（温度，湿度などを指す）に調整した後にチャンバ２５の周壁に形成された給気口２９からチャンバ２５内に戻す気体環境値調整機３１とを備えて、チャンバ２５内の処理機２１によって処理される平板状の被処理部材３３の被処理面周囲の雰囲気を、所定の環境値に制御する。
【００４０】
本実施の形態の場合、処理機２１としては、ピンオンディスク型の摩擦摩耗試験機を想定しており、被処理部材３３は摩擦摩耗試験を実施する平板状の試料が該当する。摩擦摩耗試験機では、ピン２１ａを摩擦摺動させる被処理部材３３の周囲雰囲気を、試験機の発熱の影響を受けない一定の環境値に制御することで、試験精度を向上させることができる。被処理部材３３の周囲雰囲気の環境値の維持に、被処理部材３３の表面に平行な層流気流が必要とされる。
【００４１】
本実施の形態の場合、チャンバ２５は、処理機２１の上下、前後、左右の６方位に対応した天井壁２５ａ、底壁２５ｂ、前後側壁２５ｃ，２５ｄ、左右側壁２５ｅ，２５ｆによって処理機２１を収容する閉空間２３を画成している。
【００４２】
そして、チャンバ２５を構成している一側壁である右側壁２５ｆの上縁寄り位置に給気口２９を装備すると共に、同一側壁２５ｆの給気口２９から所定距離下がった位置に排気口２７を装備している。
【００４３】
また、チャンバ２５の天井壁２５ａの内側、及び排気口２７に相対向する対向側壁である左側壁２５ｅの内側には、給気口２９から導入された気体を天井壁２５ａ及び対向側壁２５ｅに沿って排気口２７の対向位置まで導く流路３５を内部仕切壁３７によって形成している。
【００４４】
内部仕切壁３７によって形成した流路３５を経た最終的な吹き出し口４１と排気口２７とは、チャンバ２５の底壁２５ｂに略平行な方向に設定している。このような吹き出し口４１及び排気口２７の開口形状の設定によって、吹き出し口４１から排気口２７に向かって流れる気流を、チャンバ２５の底壁２５ｂに平行な平板状の層流気流に整流する。
【００４５】
流路３５の給気口２９付近は、図１（ｃ）にも示すように、給気口２９から対向側壁２５ｅに向かって徐々に流路幅を広げたテーパ拡幅部３５ａを備え、最終的に流路幅がチャンバ内空間（即ち、処理機２１を収容している閉空間２３）の全幅まで拡幅されている。
【００４６】
また、対向側壁２５ｅの上部は、流路３５を流れる気流の方向変換時の衝突を緩和するために、傾斜壁４３に設定されている。そして、傾斜壁４３に対向する内部仕切壁３７の先端部３７ａは、流路３５の先端から流出する気流が拡散流とならないように、傾斜壁４３の間の間隔を徐々に僅かに狭めるように、傾斜が設定されている。
【００４７】
内部仕切壁３７の先端部３７ａにこのような傾斜を持たせると、図２に示すように先端部３７ａを垂直壁にした場合と比較すると、誘導した気流が乱流になりにくく、好ましい。
【００４８】
排気口２７の開口幅は、図１（ｄ）に示すように、チャンバ内空間の全幅から徐々に縮幅されて、最終的に、気体環境値調整機３１に接続される所定幅になる。
【００４９】
また、本実施の形態の場合、内部仕切壁３７による流路先端の吹き出し口４１の前方に、排気口２７に向かって平板状に吹き出される層流気流の速度を調整する流量調整用ファン４５を備えている。
【００５０】
この流量調整用ファン４５には、チャンバ２５内の吹き出し口４１から吹き出される平板状の層流気流の幅を、処理機２１に設置された被処理部材３３の処理面の幅に略等しく調整し、且つ、底壁２５ｂに平行な平板状気流として吹き出し方向を制御する吹き出し制御ノズル４７を装備している。
【００５１】
吹き出し制御ノズル４７及び排気口２７の高さ位置は、被処理部材３３の設置高さに略等しくなるように、設定されている。
【００５２】
このように吹き出し制御ノズル４７及び排気口２７の双方の高さを被処理部材３３の設置高さに揃えると、何れか一方或いは双方を被処理部材３３の高さからずらして装備した場合と比較して、被処理部材３３の周囲に被処理部材３３の表面に沿う安定した平板状の層流気流を維持し易くなる。
【００５３】
また、流量調整用ファン４５には、回転速度の調整によって流量の増減が可能な速度可変型のファンが採用されている。
【００５４】
本実施の形態の場合、内部仕切壁３７と、チャンバ２５の外壁（天井壁２５ａ、底壁２５ｂ、前後側壁２５ｃ，２５ｄ、左右側壁２５ｅ，２５ｆなど）は、いずれも、図３に示すように、グラスウール等の断熱材５１の両側を耐食性のあるステンレス板５２で挟んだ断熱材入り構造としている。
【００５５】
また、給気口２９に環境値を調整した気体を送る気体環境値調整機３１の吐出口付近Ｐ１、内部仕切壁３７で画成された流路３５内の適宜位置Ｐ２、処理機２１に設置された被処理部材３３の被処理面の手前位置Ｐ３に、それぞれ、環境値を検出するセンサ群４８が装備されている。
【００５６】
各センサ群４８は、温度センサ、湿度センサ、風速センサ等の複数種のセンサを搭載したものである。各センサは、気流の流れを阻害しない小型のプローブ状のものが望ましく、また、温度センサは検出誤差が±０．５℃程度、湿度センサは検出誤差が±２％程度、風速センサは検出誤差が±０．０５ｍ／ｓ程度以上の検出精度を持ったものを採用することが望ましい。
【００５７】
本実施の形態の環境制御装置１１１の場合、被処理部材３３の被処理面上の気流の環境値が一定に維持されるように、図示略の制御装置が、各センサの検出信号に基づいて、気体環境値調整機３１及び流量調整用ファン４５の動作を制御する。
【００５８】
気体環境値調整機３１は、加湿器と加熱器、冷却及び除湿を兼ね備えた冷却器、更なる除湿のための乾式除湿器、送風量を調整する送風機等を内蔵し、内蔵した各機器を組合せて運転することで、吸込口３１ａから吸入した気体を、所望の温度・湿度の気体に調整して、吐出口３１ｂから所定速度で送り出す。
【００５９】
なお、気体環境値調整機３１には、吸込気体に含まれる微細な異物（粉塵等）を除去するフィルタ手段を内蔵するようにしても良い。
【００６０】
以上の気体環境値調整機３１は、設定温度は−３０℃〜＋５０℃の範囲で±２℃、湿度は２０〜９５％ＲＨの範囲で±５％ＲＨの精度で調整可能である。
【００６１】
チャンバ２５の排気口２７と気体環境値調整機３１の吸込口３１ａとの間を接続するダクト５５、給気口２９と吐出口３１ｂとの間を接続するダクト５６は、圧力損失や、外気の影響による温度・湿度変化を抑えることから、できるだけ短尺に設定される。
【００６２】
以上に説明した第１の実施の形態の環境制御装置１１１では、チャンバ２５内全域の気体を動かすのではなく、処理精度等への影響度が高い被処理部材３３の周辺の雰囲気を、被処理部材３３の周囲を流れる層流気流によって重点的に循環させることになるため、気体環境値調整機３１が循環させる気体の流量は少なく抑えることができ、気体環境値調整機３１として吐出流量を抑えた小型のものを採用することが可能になり、気体環境値調整機３１の小型化によって装置コストを抑えることが可能になる。
【００６３】
また、気体環境値調整機３１にダクト５５，５６を介して接続されるチャンバ２５側の排気口２７及び給気口２９は、チャンバ２５上の一側壁に集約させているため、接続に使用するダクト５５，５６は短尺に抑えることができ、長尺のダクト５５，５６の露出による装置外観の低下を防止することができる。
【００６４】
また、チャンバ２５の給気口２９に供給される気体は、チャンバ２５内に装備した内部仕切壁３７によって画成される流路３５によって、排気口２７に対向する対向壁側に導くもので、チャンバ２５内の吹き出し口４１から排気口２７への経路を単純な直線経路にすることができるため、吹き出し口４１で層流状態を維持すれば、安定した層流気流を形成し易い。
【００６５】
更に、チャンバ２５内に内部仕切壁３７で形成する流路３５は、市販の配管材等を使用したダクトとは異なり、チャンバ内空間の全幅まで拡幅可能な偏平な流路３５を簡単に形成することができて、平板状の被処理部材３３の幅寸法に応じた十分な幅寸法を有した良好な平板状の層流気流を形成することができる。
【００６６】
従って、平板状の被処理部材３３の周囲には、該被処理部材３３の幅寸法を包含する十分な幅の平板状の層流気流を平板状の被処理部材３３に沿って安定形成することができて、処理機２１の局所的な放熱が処理精度に影響を与えることを防止して、安定した処理を継続させることができる。
【００６７】
そして、本実施の形態の場合、気体環境値調整機３１からダクト５６を介してチャンバ２５の給気口２９に供給される気流は、テーパ拡幅部３５ａによって徐々に流路幅を広げていくため、気流の急激な拡散に起因した層の剥離や渦の発生が抑えられ、安定した層流状態のままチャンバ内空間の全幅まで拡幅した平板状の層流気流を、吹き出し口４１から放射できる。
【００６８】
なお、図４に示すように、ダクト５６の水平方向の開口幅をｒ、チャンバ２５内の閉空間２３の水平方向の全幅をｄ、テーパ拡幅部３５ａの長さをＬ１、テーパ拡幅部３５ａの終端から被処理部材３３の処理部位までの距離をＬ２、テーパ拡幅部３５ａを通過前の気体の速度，圧力，温度をｖ０，ｐ０，Ｔ０、テーパ拡幅部３５ａを通過後の気体の速度，圧力，温度をｖ，ｐ，Ｔとすると、（ｄ／ｒ）の値毎に、Ｌ１とｖは図５に示すような相関を示すことが判明した。
【００６９】
また、Ｒを気体定数、γを比熱比（Ｃｐ／Ｃｖ）とすると、ｐに関しては、次の（１）式が成立する。
【００７０】
ｖ＝｛２γＲ／（γ−１）｝×｛１−（ｐ／ｐ０）γ／（γ−１）｝Ｔ０  ……（１）
これらの図４及び図５が示すように、被処理部材３３の周辺部に供給する平板状の層流気流の圧力と速度、ひいては温度及び湿度は、ｒ，ｄ，Ｌ１の長さを適宜に設定することで、多様に変化させることができる。但し、本願発明者の実験によれば、ｐ０＝５０〜２００Ｐａ、ｖ０＝０．５〜２ｍ／ｓの場合、ｄ＜３ｒの範囲では乱流が発生し易くなり、ｄ＞５ｒ以上では温度差や湿度差が大きくなる傾向が見られた。この結果、安定した平板状の層流気流を維持するためには、ｒ：ｄ：Ｌ１＝１：４：２〜４程度に設定することが望ましい。また、被処理部材３３周囲の温度変化や湿度変化を小さくするためには、Ｌ２ができるだけ短くなるように処理機２１の装備位置を設定することが望ましい。
【００７１】
なお、テーパ拡幅部３５ａの具体的な形状は、図示例に示した直線的傾斜面による拡幅形状に限らない。例えば、若干の湾曲を持たせたラッパ状やパラボナ状にすることも可能である。
【００７２】
また、本実施の形態では、排気口２７に吸引される気流は、閉空間２３の全幅から徐々に流路幅を狭める縮流となるため、気流と流路壁との摩擦による圧損を抑えて、気体環境値調整機３１側の負荷を軽減することができ、また、圧損を抑えることによって、吸込気流の層流状態が破壊されることを抑えることもできる。
【００７３】
従って、小型の気体環境値調整機３１で、平板状の層流気流の安定供給を実現することができる。
【００７４】
なお、この排気口２７の下流側のテーパ構造も、テーパ拡幅部３５ａの場合と同様に、直線的傾斜面による縮幅形状に限らない。例えば、若干の湾曲を持たせたラッパ状やパラボナ状にすることも可能である。
【００７５】
また、本実施の形態では、内部仕切壁３７による流路先端の吹き出し口４１の前方に、排気口２７に向かって平板状に吹き出される層流気流の速度を調整する流量調整用ファン４５を備えているため、チャンバ２５内の内部仕切壁３７による流路３５内での圧力損失や、流路３５の拡幅等で気流の速度が低減する場合に、流量調整用ファン４５によって低減した速度を補償して、最適な気流速度、流量を確保することができ、平板状の被処理部材３３の周辺部の雰囲気の循環を安定させることができる。
【００７６】
そして、本実施の形態の場合、流量調整用ファン４５には、チャンバ２５内の吹き出し口４１から吹き出される平板状の層流気流の幅を、処理機２１に設置された被処理部材３３の処理面の幅に略等しく調整する吹き出し制御ノズル４７を装備している。
【００７７】
従って、流量調整用ファン４５から吹き出される気流が過剰な幅を持つことがなく、平板状の被処理部材３３の周囲の環境値を維持するためのチャンバ２５内の雰囲気の循環流量を、吹き出し制御ノズル４７によって、平板状の被処理部材３３の幅寸法に応じた必要最小限の範囲に規制することができ、これによって、気体環境値調整機３１の小型化を促進することができ、また、消費エネルギーの節約にもなる。
【００７８】
本願発明者が、流量調整用ファン４５からの吹き出し幅を、被処理部材３３の処理面の幅の１／２、等倍、２倍に変更して、各吹き出し幅について、環境値の変化を測定した。
【００７９】
その実験は、処理機２１である摩擦摩耗試験機の回転数は３０００ｒｐｍでその際の発熱量が１ｋＷ、流量調整用ファン４５の回転数は一定として、設定環境値を３通りの条件に設定して、各吹き出し幅毎に、環境値の変化を測定した。
【００８０】
設定環境値は温度と湿度で、第１の環境設定条件は温度が１０℃で湿度が３０％ＲＨ、第２の環境設定条件は温度が２０℃で湿度が５８％ＲＨ、第３の環境設定条件は温度が３０℃で湿度が８０％ＲＨとした。
【００８１】
図６（ａ）は第１の環境設定条件の時の各吹き出し幅毎の環境値の変化を示し、図６（ｂ）は第２の環境設定条件の時の各吹き出し幅毎の環境値の変化を示し、図６（ｃ）は第３の環境設定条件の時の各吹き出し幅毎の環境値の変化を示している。
【００８２】
いずれの環境設定条件に対しても、流量調整用ファン４５からの吹き出し幅を被処理部材３３の処理面の幅に略等しくした時が、温度及び湿度の環境値の変化が一番小さくなり、上記実施の形態のような吹き出し幅の設定が正しいことが確認できた。
【００８３】
また、本実施の形態の場合、流量調整用ファン４５は、回転速度の調整によって流量の増減が可能な速度可変型のものを採用していて、例えばチャンバ２５内に収容する処理機２１の変更や、被処理部材３３の変更、或いは処理条件の変更等が生じて、それに伴って、循環させる層流気流の流量の調整が必要になる場合、例えば、気体環境値調整機３１の作動条件の変更と、流量調整用ファン４５の速度調整によって、より柔軟な対応が可能になり、装置の汎用性が高まって、より多様な処理や試験に対応可能になる。
【００８４】
また、本実施の形態の場合、チャンバ２５の外壁や内部仕切壁３７には、断熱材５１を使用していて、内部仕切壁３７による流路３５を気体が通過する際に、温度等の環境値の変動を抑えることができ、被処理部材３３に供給する循環気流の環境値を適正範囲に維持することが容易になり、処理機２１による処理精度の向上に繋がる。
【００８５】
なお、外気温とチャンバ２５内の設定温度の差が大きいと、その境界となるチャンバ２５の外壁の内面等で結露が発生し易くなり、特に、冬季にチャンバ２５内を高温多湿条件に設定すると、そのようは傾向が顕著になるが、本実施の形態の場合は、本実施の形態では、チャンバ２５の外壁にも断熱材５１を採用したことによって、チャンバ２５内への外気の影響を回避することができ、結露の発生を十分に抑止することができる。
【００８６】
本願発明者は、断熱材の効力を確認するため、内部仕切壁として、アルミ板に断熱材として厚さ１０ｍｍの硬質発泡ウレタン（熱伝導率λ＝０．０４）を貼り付けたもの、厚さ５ｍｍの硬質発泡ウレタン（熱伝導率λ＝０．０４）を貼り付けたもの、天然木材（λ＝０．１２）を貼り付けたもの、断熱材無しのものを試作し、上記実施の形態の内部仕切壁３７として使用して、環境値変化への影響を測定した。
【００８７】
その実験では、断熱材として厚さ１０ｍｍの硬質発泡ウレタンを装備したものが一番温度変化が小さく、本実施の形態における断熱材５１としては、少なくともこの程度の断熱性能を確保することが望ましい。
【００８８】
また、本実施の形態では、気体環境値調整機３１の吐出口付近、内部仕切壁３７で画成された流路３５内、処理機２１に設置された被処理部材３３の被処理面の手前等にセンサ群４８を装備していて、処理機２１の発熱等で、チャンバ２５内の環境値が変動した場合に、その環境値の変動が各センサ群４８に内蔵されたセンサにより検出されて、速やかに気体環境値調整機３１や流量調整用ファン４５の動作制御にフィードバックされるため、良好な層流気流による被処理部材３３周辺の環境値の維持を自動化することができる。
【００８９】
図８は、本発明に係る環境制御装置の第２の実施の形態の正面図を示したものである。
【００９０】
この第２の実施の形態の環境制御装置１１２は、第１の実施の形態に示したチャンバ２５の底壁２５ｂの下に、処理機２１の機体の一部２１ｂを隔離収容する隣接チャンバ６１を追加装備し、更に、隣接チャンバ６１には収容した機体２１ｂの温度を調整する温度調整手段６３を装備したことを特徴とするものである。
【００９１】
隣接チャンバ６１及び温度調整手段６３の追加以外は、第１の実施の形態で示した環境制御装置１１１と共通の構成であり、共通の構成については同番号を付して説明を省略する。
【００９２】
この第２の実施の形態の環境制御装置１１２においては、例えば、処理機２１の動力源である発熱部位等は、隣接チャンバ６１側に隔離した状態にし、隣接チャンバ６１側の温度調整手段６３でその発熱部の状態を制御することで、被処理部材３３周辺への影響を抑えることができ、具体的には、極端な温度変化に起因した結露の発生等を抑止して、結露による処理機の傷みや故障を防止して、高精度の処理を安定維持することが可能になる。
【００９３】
温度調整手段６３は、環境制御装置１１２の使用環境（使用条件）に応じて、加熱ヒータ又はクーラの何れかの機能を持たせる。
【００９４】
例えば、冬季に装置が使用される場合、外気によって処理機２１が冷えている状態から、稼働時の発熱によって急激に機体の周囲温度が上昇すると、結露が発生し、結露が機体を汚損する原因となる。そのような場合に、温度調整手段６３は保温ヒータとして機能させて、機体温度を一定以上に保温しておくことで、機体の急激な温度変化を防止して、結露の発生を防止することができる。
【００９５】
逆に、夏季の高温環境で使用する場合に、機体２１ｂが過昇温になる可能性がある場合は、冷却して、機体２１ｂの温度を一定以下に抑えることで、処理機２１の動作を安定化することも可能である。
【００９６】
なお、上記の各実施の形態は、処理機２１として、摩擦摩耗試験機を収容する場合を説明した。しかし、本発明に係る環境制御装置は、摩擦摩耗試験機以外にも、平板状の試料の表面に対して、試験や加工等を実施する各種の物性試験機、又は処理機を、チャンバ２５への収容対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る環境制御装置の第１の実施の形態の説明図で、（ａ）は正面からの概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図２】第１の実施の形態に対比する内部仕切壁の先端部の構造の説明図である。
【図３】図１の内部仕切壁等に使用される断熱構造を示す縦断面図である。
【図４】図１に示したテーパ拡幅部における寸法設定例の説明図である。
【図５】図１に示したテーパ拡幅部の各部の寸法比に応じた気流の速度及び圧力の測定図である。
【図６】図１に示した流量調整用ファンの吹き出し口幅を変化させた時の、環境値変化の測定図である。
【図７】断熱材の種類による環境値の変動差の測定図である。
【図８】本発明に係る環境制御装置の第２の実施の形態の概略正面図である。
【図９】従来の環境制御装置の改良例を示したもので、（ａ）は装置正面図、（ｂ）はチャンバへのダクトの接続形態を示した斜視図である。
【図１０】従来の環境制御装置の別の改良例を示したもので、（ａ）は装置正面図、（ｂ）はチャンバへのダクトの接続形態を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００９８】
２１  処理機
２３  閉空間
２５  チャンバ
２５ａ  天井壁
２５ｂ  底壁
２５ｃ，２５ｄ  側壁
２５ｅ，２５ｆ  側壁
２７  排気口
２９  給気口
３１  気体環境値調整機
３３  被処理部材
３５  流路
３５ａ  テーパ拡幅部
３７  内部仕切壁
４１  吹き出し口
４３  傾斜壁
４５  流量調整用ファン
４７  吹き出し制御ノズル
５１  断熱材
５５，５６  ダクト
６１  隣接チャンバ
６３  温度調整手段
１１１  環境制御装置
１１２  環境制御装置
【図１】
2005037049.tif 000003
【図２】
2005037049.tif 000004
【図３】
2005037049.tif 000005
【図４】
2005037049.tif 000006
【図５】
2005037049.tif 000007
【図６】
2005037049.tif 000008
【図７】
2005037049.tif 000009
【図８】
2005037049.tif 000010
【図９】
2005037049.tif 000011
【図１０】
2005037049.tif 000012