JP2001141300A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外管の外部に断熱材を配する必要性を無く
し、断熱材の加工に起因する装置のコストアップを防止
でき、装置形状を小型化できるようにする。 【解決手段】 流体加熱装置１００は、透明ガラスを用
いて内管２０と外管３０とを一体成型して構成される。
内管２０と外管３０間には流体の流路として機能する空
間ＳＰ１が形成される。内管２０内部には、ランプヒー
タ２０１が嵌入されている。外管３０は外壁３０１と内
壁３０２とに二重化された構造となっている。この二重
構造によって、外壁３０１と内壁３０２間には空間ＳＰ
２が形成される。空間ＳＰ２内の内壁３０２の上面には
光反射膜３０３が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプヒータが嵌
入された内管を外管内に配設し、外管と内管の間の空間
を通って流れる流体をランプヒータからの光照射により
加熱する流体加熱装置に関し、特に、外管の外部からの
熱の影響を抑える断熱構造及びランプヒータから外管の
外部への光放射を防止する遮光構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造ラインにおけるシリ
コンウェハの洗浄、液晶製造ラインにけるガラス基板の
洗浄等においては、加熱した超純水を利用して上記洗浄
を行っている。

【０００３】また、半導体の製造ラインにおいて、フォ
トリソグラフィーにより形成したレジストパターンをマ
スクとして半導体基板をエッチングし、該エッチングの
終了後、有機溶剤を用いてレジストを剥離する場合、こ
の剥離に使用する有機溶剤の温度を８０度近くまで加熱
している。

【０００４】このように、超純水や有機溶剤等の各種の
流体を加熱する流体加熱装置の一般的形態として、ハロ
ゲンランプ等のランプヒータを嵌入したガラス製の内管
を、同じガラス製の筐体（外管）内部に配設し、内管と
外管との間の空間を流路として流体を環流させつつラン
プヒータからの光照射により該流体を加熱するものが知
られている。

【０００５】この種の装置では、内管と外管が共にガラ
ス製のため、内管に嵌入されたランプヒータからの照射
光のうち、流体に吸収され難い可視光を中心とした光エ
ネルギーが外管を透過して外部に放射されてしまうた
め、遮光対策が必要であった。

【０００６】この種の従来装置において、上記遮光対策
として、外管の外側に反射材や断熱材を配する構造が一
般的であった。特に、外管の外側に断熱材を配する方法
は、遮光作用に加えて断熱作用も期待でき、外部への光
エネルギーの放射を防止しつつ、外部からの熱の影響を
少なくして効率の良い加熱制御を行えるというメリット
があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置によれば、外管の外側に断熱材を配する構造の場
合、外管の形状に合わせるために断熱素材を型成形した
り、型の抜き加工を行ったり、断熱材織物を縫製加工し
たり等の作業工程が必要となり、装置のコストアップを
招来すると共に、形状も大型化せざるを得ないという問
題点があった。

【０００８】特に、半導体製造プロセスなどに使用する
ものにあっては、断熱材の素材として、パーティクルが
発生しないものを選択しなければならず、更に高価なも
のとならざるを得なかった。

【０００９】本発明は上述の問題点を解消し、外管の外
部に断熱材を配する必要性を無くし、上記断熱材の型成
型、型抜き加工、縫製加工等に起因する装置のコストア
ップを防止できると共に、装置形状を小型化できる流体
加熱装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ランプヒータが嵌入された内管
を外管内に配設し、前記外管と前記内管の間の空間を通
って流れる流体を前記ランプヒータからの光照射により
加熱する流体加熱装置において、前記外管を二重構造と
したことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２の発明は、上記請求項１の
発明において、前記外管は、その一部または全部が二重
構造であることを特徴とする。

【００１２】また、請求項３の発明は、上記請求項１ま
たは２の発明において、前記外管は、前記二重構造によ
り形成される空間内が真空状態に保たれることを特徴と
する。

【００１３】また、請求項４の発明は、上記請求項１ま
たは２の発明において、前記外管は、前記二重構造によ
り形成される空間内に断熱材が装填されることを特徴と
する。

【００１４】また、請求項５の発明は、上記請求項１ま
たは２の発明において、前記外管は、前記二重構造によ
り形成される空間内が真空状態に保たれ、かつ当該空間
内に断熱材が装填されることを特徴とする。

【００１５】また、請求項６の発明は、上記請求項１ま
たは２の発明において、前記内管及び前記外管は透明ガ
ラス製の一体成型構造によって成り、前記外管は前記二
重構造により形成される空間内の少なくとも一方の面に
光反射膜が形成されることを特徴とする。

【００１６】また、請求項７の発明は、上記請求項１ま
たは２の発明において、前記外管はステンレス製の溶接
構造によって成り、前記流体と接する部分が研磨加工さ
れていることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施形態に係わる
流体加熱装置１００の概念断面構成を示す図である。こ
の流体加熱装置１００は、透明ガラス（石英ガラス等）
を用いて内管２０と外管３０とを一体成型して構成され
るものである。

【００１９】内管２０と外管３０はそれぞれ径の異なる
断面Ｕ字形の円筒中空容器部材から成るものであり、こ
れら両者の間には上記径差に応じた空間ＳＰ１が形成さ
れる。この空間ＰＳ１は、後述する有機溶剤等の流体の
流路として機能する。

【００２０】内管２０は、その一端（図の右方）が上記
一体化成型により塞がれると共に、他端（図の左方）が
開口されている。この内管２０の内部には、ランプヒー
タ２０１が嵌入されている。

【００２１】ランプヒータ２０１としては、例えば、図
２に示す如く、両端がセラミック部材で保持されるハロ
ゲンランプが用いられる。このランプヒータ２０１は、
内管２０の開口端より塞口端側へと押し込まれる形で内
管２０に嵌入される。嵌入された状態で、内管２０の開
口端からは、セラミック部材を通してランプヒータ２０
１の電源コード２１０が導出される。

【００２２】一方、外管３０は内管２０よりも大きな径
を持つ断面Ｕ字形の円筒中空容器部材から成り、周壁
（Ｕ字の側壁部分）及び頂壁（Ｕ字の底面部分）全体が
外壁３０１と内壁３０２とに二重化された構造となって
いる。この二重構造とする部分は、外管３０の全体に限
らず一部のみとしても良い。

【００２３】上記二重構造によって、外壁３０１と内壁
３０２間には、空間ＳＰ２が形成される。本実施形態に
おいて、上記二重構造による空間ＳＰ２の内部は真空状
態に保たれている。

【００２４】また、外管３０の二重構造による空間ＳＰ
２内では、内壁３０２の上面に光反射膜３０３が形成さ
れている。この光反射膜３０３は、例えば、金（Ａｕ）
やアルミニウム（Ａｌ）等で形成することができる。

【００２５】なお、この光反射膜３０３は、空間ＳＰ２
内部において、外壁３０１の上面に形成することもでき
るし、外壁３０１上面及び内壁３０２上面の双方に形成
することもできる。

【００２６】また、外管３０と内管２０との間には、外
管３０の頂壁とは反対側に一部突出する形で、流体入口
管３０４及び流体出口管３０５が設けられる。

【００２７】また、外壁３０１の外周面所定位置には突
出孔が形成され、該突出孔の内部に差圧センサ３０６が
設けられる。この差圧センサ３０６は、上記二重構造に
よる空間ＳＰ２内部の圧力と外気圧との圧力差を検出す
るものである。

【００２８】更に、この流体加熱装置１００の外管３０
の外部には、流体４１を収容する処理槽４０、流体４１
を流体入口管３０４，外管内部（ＳＰ１），流体出口管
３０５，フィルタ４３という経路で処理槽４０まで環流
させるポンプ４２、流体出口管３０５と処理槽４０の間
に介挿されるフィルタ４３、処理槽４０内の流体４１の
温度を検出する温度センサ４４、該温度センサ４４の検
出温度に基づきランプヒータ２０１への給電制御を行う
コントローラ４５が設けられる。

【００２９】この流体加熱装置１００は、例えば、半導
体処理プロセスにおいてレジストの剥離に用いるモノエ
タノールアミン等の有機溶剤を加熱する有機溶剤加熱装
置として使用されるものである。

【００３０】以下、図１における流体加熱装置１００を
有機溶剤加熱装置として用いることを前提としてその動
作を説明する。なお、この場合、処理槽４０内に収容さ
れる流体４１は有機溶剤である。

【００３１】この流体加熱装置１００において、ポンプ
４２は、処理槽４０に収容された有機溶剤４１を引き上
げて流体入口管３０４より外管３０の内部に流入させ、
該外管３０と内管２０の間の空間ＳＰ１を流路として有
機溶剤４１を環流させる。この環流過程で、内部の有機
溶剤４１は、流体出口管３０５から外管３０の外部配管
へと流出され、フィルタ４３を経て処理槽４０に戻され
る。

【００３２】フィルタ４３は、有機溶剤４１が循環して
いる間に、該有機溶剤４１に含まれた汚染物を取り除
き、処理槽４０にクリーンな有機溶剤４１を供給する。

【００３３】処理槽４０は、外管３０の内部で加熱され
たモノエタノールアミン等の有機溶剤４１を収容し、こ
れを剥離剤としてレジスト剥離を行う。

【００３４】上記有機溶剤４１の還流過程において、コ
ントローラ４５は、処理槽４０内に設けられる温度セン
サ４４の検出温度に基づきランプヒータ２０１の給電レ
ベル（近赤外線照射量）を調節し、上記有機溶剤４１を
目標温度（例えば、８０℃）に維持する。

【００３５】また、コントローラ４５は、差圧センサ３
０６の出力信号を基に上記二重構造空間ＳＰ２内部と外
気との圧力差を監視し、圧力差が規定値より小さくなっ
た場合（真空状態でなくなった場合）は、上述した有機
溶剤４１の還流及び温度制御の動作を停止すべく制御す
る。

【００３６】このように、第１の実施形態では、透明ガ
ラス素材を用いて内管と外管を一体成型し、外管を二重
構造にすると共に、該二重構造により形成される空間内
部に光反射膜を形成したため、上記光反射膜により、ラ
ンプヒータからの余計な光エネルギーが装置外部に漏れ
るのを防止できようになる。これにより、外管の外部に
遮光対策としての断熱材等の余計な構造を必要とせず、
装置の製造コストを低減でき、かつ形状の小型化にも寄
与できる。

【００３７】また、本実施形態では、外管の二重構造に
より断熱効果も保てるため、その意味においても外管の
外部に断熱材を配置する必要が無くなる。なお、上記実
施形態では、外管の二重構造により形成される空間を真
空状態にした例について述べたが、断熱効果を高めると
いう意味では、該空間内に断熱材を充填しても良く、あ
るいは該空間を真空状態にして更に断熱材を充填しても
良い。

【００３８】また、内管と外管をガラス製の一体化構造
とした場合には、二重外管の内側と外側で大きな温度差
が生じるため、熱膨張差によるストレスを逃げる構造に
する必要がある。図１に示した装置１００では、外管３
０のうちの、頂壁と反対側の部分をフリーとする（内管
２０の一端を開口状態にする）ことにより当該要件を達
成している。

【００３９】次に、第２の実施形態について述べる。

【００４０】図３は、本発明の第２の実施形態に係わる
流体加熱装置１００Ａの概念断面構成を示す図である。

【００４１】この流体加熱装置１００Ａにおいて、内管
５０は石英ガラス等の透明ガラス製のものであり、一端
（図の右方）が溶接により塞がれると共に、他端（図の
左方）が開口されている。

【００４２】この内管５０の内部には、例えばハロゲン
ランプ等のランプヒータ５０１（図１における２０１と
同等のもの）が嵌入されており、その開口端からはラン
プヒータ５０１の電源コード５１０が導出されている。

【００４３】これに対し、外管６０は、例えばＳＵＳ３
１６やＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス製の溶接構造によ
って実現される。

【００４４】外管６０は内管５０よりも大きな径を持つ
断面Ｕ字形の円筒中空容器部材から成り、周壁（Ｕ字の
側壁部分）及び頂壁（Ｕ字の底面部分）全体が外壁６０
１と内壁６０２とに二重化された構造となっている。

【００４５】なお、この二重構造とする部分は、第１の
実施形態と同様、外管６０の全体に限らず一部のみとし
ても良い。

【００４６】外管６０の頂壁の頂上部位には突出孔６０
３が設けられ、その内部には差圧センサ６０４が配設さ
れている。この差圧センサ６０４は、第１の実施形態
（図１参照）における差圧センサ３０６と同様の機能を
果たすものである。

【００４７】一方、外管６０の頂壁の反対側の端部は、
端材６０５により塞がれており、この端材６０５と上記
二重構造部分とで空間ＳＰ４を形成している。この空間
ＳＰ４内部は真空状態に保たれるている。

【００４８】なお、この空間ＳＰ４内部についても、第
１の実施形態と同様、該空間ＳＰ４内に断熱材を充填し
ても良く、あるいは該空間を真空状態にして更に断熱材
を充填しても良い。

【００４９】外管６０内部の内壁６０２の更に内側位置
には、流体入口管６０６及び流体出口管６０７が設けら
れる。流体入口管６０６及び流体出口管６０７は上記端
材６０５及び内壁６０２に対して溶接によって固着され
ている。

【００５０】更に、上記端材６０３に対しては、装置外
部（図の左方）からカバー部材７１が取り付けられる。
このカバー部材７１は、外管６０とは別体に用意された
ステンレス製の部材によって成り、流体入口管６０６、
流体出口管６０７及び内管５０をそれぞれ貫通可能な貫
通孔が設けられる。

【００５１】このカバー部材７１における端材６０５側
に臨む端面には、Ｏリング埋込溝７０１が設けられる。
また、このカバー部材７１における内管５０貫通用の貫
通孔７０２は、外管６０の内部寄りの側が内管５０より
わずかに大きい径を持ち、外管６０の外部寄りの側が当
該外管６０外部に向けて次第に径が大きくなるようすり
鉢形状に成型されている。

【００５２】上記カバー部材７１は、上記Ｏリング埋込
溝７０１にＯリング７０３をかませた状態で端材６０５
に対してビス等により固定される。この状態で、カバー
部材７１の貫通孔７０２に図の左方から内管５０を差し
込み、外管６０の内部方向へと嵌入させる。

【００５３】外管６０の内部（端材６０５の反対側）に
は、例えば、流体出口管６０７等から延設された内管保
持部材６０８が設けられ、貫通孔７０２より嵌入された
内管５０の先端部はこの内管保持部材６０８に対して衝
撃緩衝部材６０９を介して保持される。衝撃緩衝部材６
０９は例えばテフロン製部材から成る。

【００５４】上述の如く、内管５０を外管６０に嵌入し
た後、更に、カバー部材７１の貫通孔７０２のすり鉢形
状成型部分にＯリング７０４をかませた状態で内管移動
防止金具７２をビス等によりカバー部材７１上に固定す
る。

【００５５】これにより、外管６０の内部では、該外管
６０との間に空間ＳＰ３を保った状態で内管５０が固定
される。

【００５６】上記実装状態において、Ｏリング７０３は
ステンレス製の外管６０とカバー部材７１間のシール部
材として機能する。また、Ｏリング７０４は、石英ガラ
ス製の内管５０とステンレス製のカバー部材７１と間の
シール部材として機能する。Ｏリング７０３，７０４
は、上記衝撃緩衝部材６０９と同様、テフロン製部材に
よって構成することができる。

【００５７】第２の実施形態に係わる流体加熱装置１０
０Ａも、第１の実施形態の装置１００と同様の用途に供
することができる。

【００５８】従って、第２の実施形態においても、装置
１００Ａの外部に、第１の実施形態の装置１００と同
様、流体（有機溶剤）４１を収容する処理槽４０、有機
溶剤４１を流体入口管６０６，外管内部（ＳＰ３），流
体出口管６０７，フィルタ４３という経路で処理槽４０
まで環流させるポンプ４２、流体出口管６０７と処理槽
４０の間に介挿されるフィルタ４３、処理槽４０内の有
機溶剤４１の温度を検出する温度センサ４４、該温度セ
ンサ４４の検出温度に基づきランプヒータ５０１への給
電制御を行うコントローラ４５が設けられる（いずれも
図示せず）。

【００５９】この流体加熱装置１００Ａにおいて、ポン
プ４２により処理槽４０から引き上げられた有機溶剤４
１は流体入口管６０６より外管６０の内部に流入し、該
外管６０と内管５０の間の空間ＳＰ３を流路として環流
され、流体出口管６０７よりフィルタ４３を介して処理
槽４０へと戻される。

【００６０】この有機溶剤４１の還流過程において、コ
ントローラ４５は、処理槽４０内に設けられる温度セン
サ４４の検出温度に基づきランプヒータ５０１の給電レ
ベル（近赤外線照射量）を調節し、上記有機溶剤４１を
目標温度（例えば、８０℃）に維持する。

【００６１】また、コントローラ４５は、差圧センサ６
０４の出力信号を基に上記二重構造空間ＳＰ４内部と外
気との圧力差を監視し、圧力差が規定値より小さくなっ
た場合は、上述した有機溶剤４１の還流及び温度制御の
動作を停止すべく制御する。

【００６２】なお、図３においては、外管６０の内部に
て内管５０の一端を保持する機構として流体出口管６０
７等から延設した内管保持部材６０８を用いる例を挙げ
たが、この種の内管保持機構を外管６０に持たせるよう
にしても良い。

【００６３】図４は第２の実施形態に係わる内管保持機
構の他の実施例を示す図である。この実施例では、外管
６０における内壁６０２の空間ＳＰ３面側に内管保持部
材６１０を溶接により形成し、この内管保持部材６１０
にＯリング６１１を介して内管５０の先端部を保持させ
るようにしている。

【００６４】このように、第２の実施形態では、透明ガ
ラス製の内管を収容する外管をステンレス製の二重構造
としたため、外管を構成するステンレス素材そのものが
遮光作用を果たし、かつその二重構造が断熱作用を果た
すため、外管の外部に面倒な加工を経て断熱材を配する
必要が無く、装置のコスト低減と小型化が図れる。

【００６５】なお、本発明は上記第１及び第２の実施形
態に限られるものではなく、上述した主旨を逸脱しない
範囲内で種々の変形あるいは応用が可能なものである。
また、本発明は上記各実施形態で述べた有機溶剤加熱装
置に限らず、リコンウェハやガラス基板の洗浄に用いる
超純水をはじめとする各種の流体の加熱を担う装置全般
に適用できるものである。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ランプヒータが嵌入された内管を外管内に配設し、外管
と内管の間の空間を通って流れる流体をランプヒータか
らの光照射により加熱する流体加熱装置において、外管
を二重構造としたため、外管の二重構造による断熱作用
が確保されることにより、外管の外部に断熱材を配置す
る必要が無くなり、断熱材の型成型、型抜き加工、縫製
加工等に起因する装置のコストアップを防止でき、かつ
装置形状も小型化できる。

【００６７】また、本発明では、外管の二重構造により
形成される空間内を真空状態にしたり、断熱材を装填し
たり、あるいは真空状態にしたうえで断熱材を装填する
ようにしたため、より高い断熱効果が期待できる。

【００６８】また、本発明では、内管及び外管を透明ガ
ラス製の一体成型構造とした場合、外管の二重構造によ
り形成される空間内部の少なくとも一方の面に光反射膜
を形成するようにしたため、外管の外部に遮光作用も兼
ねた断熱材を配置する方法に頼ることなく、上記二重構
造による断熱作用と上記光反射膜による遮光作用を確保
でき、装置のコスト低減、形状の小型化に寄与できる。

【００６９】また、本発明において、外管をステンレス
製の溶接構造とした場合、外管を構成するステンレス素
材そのものが遮光作用を果たし、かつその二重構造が断
熱作用を果たすため、外管の外部に面倒な加工を経て断
熱材を配する必要が無く、装置のコスト低減と小型化が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる流体加熱装置の概念断
面構成図。

【図２】図１における内管及びその内部のランプヒータ
の構成を示す分解斜視図。

【図３】第２の実施形態に係わる流体加熱装置の概念断
面構成図。

【図４】第２の実施形態に係わる内管保持機構の他の実
施例を示す図。

【符号の説明】 １００ 流体加熱装置 ２０ 内管 ２０１ ランプヒータ ２１０ 電源コード ３０ 外管 ３０１ 外壁 ３０２ 内壁 ３０３ 光反射膜 ３０４ 流体入口管 ３０５ 流体出口管 ３０６ 差圧センサ ４０ 処理槽 ４１ 流体 ４２ ポンプ ４３ フィルタ ４４ 温度センサ ４５ コントローラ ＳＰ１ 内管・外管間空間 ＳＰ２ 二重構造空間 １００Ａ 流体加熱装置 ５０ 内管 ５０１ ランプヒータ ５１０ 電源コード ６０ 外管 ６０１ 外壁 ６０２ 内壁 ６０３ 突出孔 ６０４ 差圧センサ ６０５ 端材 ６０６ 流体入口管 ６０７ 流体出口管 ６０８，６１０ 内管保持部材 ６０９ 衝撃緩衝部材 ７１ カバー部材 ７０１ Ｏリング埋込溝 ７０２ 内管貫通孔 ６１１，７０３，７０４ Ｏリング ７２ 内管移動防止金具 ＳＰ３ 内管・外管間空間 ＳＰ４ 二重構造空間

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプヒータが嵌入された内管を外管内
   に配設し、前記外管と前記内管の間の空間を通って流れ
   る流体を前記ランプヒータからの光照射により加熱する
   流体加熱装置において、 前記外管を二重構造としたことを特徴とする流体加熱装
   置。
2. 【請求項２】 前記外管は、その一部または全部が二重
   構造であることを特徴とする請求項１記載の流体加熱装
   置。
3. 【請求項３】 前記外管は、前記二重構造により形成さ
   れる空間内が真空状態に保たれることを特徴とする請求
   項１または２記載の流体加熱装置。
4. 【請求項４】 前記外管は、前記二重構造により形成さ
   れる空間内に断熱材が装填されることを特徴とする請求
   項１または２記載の流体加熱装置。
5. 【請求項５】 前記外管は、前記二重構造により形成さ
   れる空間内が真空状態に保たれ、かつ当該空間内に断熱
   材が装填されることを特徴とする請求項１または２記載
   の流体加熱装置。
6. 【請求項６】 前記内管及び前記外管は透明ガラス製の
   一体成型構造によって成り、前記外管は前記二重構造に
   より形成される空間内の少なくとも一方の面に光反射膜
   が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の
   流体加熱装置。
7. 【請求項７】 前記外管はステンレス製の溶接構造によ
   って成り、前記流体と接する部分が研磨加工されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の流体加熱装
   置。