JPWO2012077209A1 - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

被加熱物に均等に熱を伝える加熱装置を提供する。加熱装置は、配管（９）を取り囲むブロック（５）およびベースプレート（６）と、ブロック（５）およびベースプレート（６）の外周を覆い第一断熱層（１１）を形成する第一断熱カバー（１）と、第一断熱カバー（１）の外周を覆い第二断熱層（１２）を形成する第二断熱カバー（２）とを備える。第一断熱カバー（１）は、ブロック（５）に固定されたブロック（５）側の第一断熱カバー（１ａ）と、ベースプレート（６）に固定されたベースプレート（６）側の第一断熱カバー（１ｂ）とを含む。第二断熱カバー（２）は、第一断熱カバー（１ａ）に固定されたブロック（５）側の第二断熱カバー（２ａ）と、第一断熱カバー（１ｂ）に固定されたベースプレート（６）側の第二断熱カバー（２ｂ）とを含む。加熱装置はさらに、第二断熱カバー（２ａ，２ｂ）を着脱可能に固定するパチン錠（８）を備える。

Description

本発明は、加熱装置に関し、特に、半導体製造装置に使用される配管などの、高精度の温度管理を必要とする被加熱物を加熱する、加熱装置に関する。

従来、半導体製造装置およびその他の製造装置などにおいて、流体を搬送するための配管の内壁に流体が凝固することを防ぐために、配管をヒータで加熱して配管内部を輸送される流体の温度を高精度に管理することがある。従来の配管用加熱装置は、たとえば、特開平１０−４７５８１号公報（特許文献１）および国際公開第２００９／０８１４６６号（特許文献２）に開示されている。

図１４は、従来の配管用加熱装置の一例を示す斜視図である。図１４に示す配管用加熱装置は、加熱される配管１０６を周回する均熱材１０５と、均熱材１０５を周回する発熱体１０３と、発熱体１０３を周回し外部への熱放散を遮断する断熱材１０２と、均熱材１０５、発熱体１０３および断熱材１０２からなる積層体を配管１０６に固定する外被覆材１０１と、を備える。外被覆材１０１の両端にはファスナー１０８が取り付けられている。均熱材１０５、断熱材１０２を切り割ったスリット１０７が設けられ、スリット１０７の対向側には、加熱装置の配管１０６への取付を容易にする溝１０４が形成されている。

図１５は、従来の配管用加熱装置の他の一例を示す断面図である。図１５に示す配管用加熱ヒータ１１１は、配管を囲むように装着されて当該配管に沿った多面体Ｒを形成するように構成された、複数のシェルにより構成される。隣接するシェルの端面同士は併せ面１１３ｃで当接し合う。シェルの外壁１１３ｂには、パチン錠１１８が配設される。パチン錠１１８は、隣接するシェルとの併せ面１１３ｃを超えて、外壁１１３ｂに配置されている。パチン錠１１８を施錠することにより、隣接するシェル同士が固定され、配管用加熱ヒータ１１１は配管の外周壁に装着される。

特開平１０−４７５８１号公報 国際公開第２００９／０８１４６６号

図１４に示す配管用加熱装置では、発熱体１０３と均熱材１０５との接触条件が異なることや、発熱体１０３自身の発熱分布によって、配管１０６に温度分布が発生する。そのため、配管１０６を均一に加熱することは困難であった。この配管１０６の温度分布を改善するため、均熱材１０５を厚肉化して、均熱材１０５の内面側の温度の均一性を向上させることが必要になるが、この場合、均熱材１０５の熱容量が増大してエネルギー消費量が増加するとともに、装置が大型化し、重量が増大する問題があった。

また図１４に示す配管用加熱装置では、配管１０６に均熱材１０５、発熱体１０３、断熱材１０２、外被覆材１０１を順に組み立てていく必要があり、作業に時間と労力がかかる。また、均熱材１０５が配管１０６に接触する部分において、熱伝導によって均熱材１０５から配管１０６への熱伝達量が増加する。均熱材１０５から配管１０６への熱伝達量が配管１０６の周方向でばらつくと、配管１０６の温度分布が乱れるので、均熱材１０５から配管１０６への熱伝達量ができるだけ一定になるように、均熱材１０５と配管１０６との接触条件を調整する必要がある。そのため、配管１０６を囲繞するように均熱材１０５を取り付ける際の微調整が必要となり、装置の組み立て性が低下、すなわち、組み立て時の工数が増加するともにコストが増大するという問題があった。

さらに図１４に示す方式では、断熱材１０２を使用しているために、断熱材１０２から発生する粉塵が周囲環境に飛散する可能性があり、クリーンルーム内で使用する半導体製造装置では特に室内の清浄度が低下する恐れがあった。

図１５に示す配管用加熱ヒータ１１１は、均熱材を使用せずに発熱体と配管との間の距離が一定となる構造を採用しているほか、パチン錠１１８を使用して着脱の作業性を向上させているが、依然として断熱材を使用しているために周辺環境の清浄度低下の問題が残っている。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、被加熱物全体を高精度に温度管理でき、着脱の作業性がよく、周囲環境を汚染しない加熱装置を提供することである。

本発明に係る加熱装置は、被加熱物を取り囲み被加熱物に熱を加える高熱伝導性の伝熱ブロックを備える。伝熱ブロックは被加熱物を囲う周方向に分割された第一伝熱ブロックと第二伝熱ブロックとを含み、第一伝熱ブロックと第二伝熱ブロックとは互いに面接触して設置される。加熱装置はさらに、発熱して伝熱ブロックに熱を加える加熱部と、伝熱ブロックの外周を覆って伝熱ブロックとの間に中空空間を形成するように配置された、内側カバーと、内側カバーの外周を覆って内側カバーとの間に中空空間を形成するように配置された、外側カバーと、を備える。内側カバーは、第一伝熱ブロックの外周を覆って第一伝熱ブロックに固定された第一内側カバーと、第二伝熱ブロックの外周を覆って第二伝熱ブロックに固定された第二内側カバーと、を含む。外側カバーは、第一内側カバーの外周を覆って第一内側カバーに固定された第一外側カバーと、第二内側カバーの外周を覆って第二内側カバーに固定された第二外側カバーと、を含む。加熱装置はさらに、第一外側カバーと第二外側カバーとを着脱可能に固定する固定手段を備える。

上記加熱装置において好ましくは、伝熱ブロックの少なくともいずれか一方の内部にヒートパイプが形成され、加熱部はヒートパイプを加熱する。

上記加熱装置において好ましくは、固定手段が第一外側カバーと第二外側カバーとを固定するとき、第一内側カバーと第二内側カバーとは隙間を隔てて対向し、第一外側カバーと第二外側カバーとは隙間を隔てて対向する。

上記加熱装置において好ましくは、内側カバーは、外側カバーの形成材料よりも表面の輻射率の小さい材料で形成されている。

上記加熱装置において好ましくは、内側カバーは、外側カバーの形成材料よりも熱伝導率の小さい材料で形成されている。

上記加熱装置において好ましくは、伝熱ブロックと内側カバーとは、固定ネジを使用して着脱可能に固定されており、固定ネジは、ステンレス、または、樹脂材料で形成されている。当該固定ネジは、皿ネジであってもよい。

上記加熱装置において好ましくは、内側カバーと外側カバーとは、固定ネジを使用して着脱可能に固定されており、固定ネジは、ステンレス、または、樹脂材料で形成されている。

上記加熱装置において好ましくは、外側カバーの外表面を被覆する膜状部を備え、膜状部は、外側カバーの形成材料よりも表面の輻射率の大きい材料で形成されている。

上記加熱装置において好ましくは、外側カバーの外表面に設けられた放熱フィンをさらに備える。

上記加熱装置において好ましくは、内側カバーと外側カバーとを一体に形成し、内側カバーと外側カバーとの間の中空空間を密閉空間とする。当該密閉空間は、真空にされてもよい。

本発明の加熱装置によると、被加熱物に均等に熱を伝えることができ、被加熱物全体を高精度に温度管理することができる。

実施の形態１の加熱装置の構成を示す部分断面図である。 図１中の矢印ＩＩ方向から見た加熱装置の側面図である。 図２中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う加熱装置の断面図である。 図２中に示すＩＶ−ＩＶ線に沿う加熱装置の断面図である。 実施の形態１のベースプレート内の熱伝達を模式的に示す断面図である。 図４に示す領域ＶＩ，ＶＩＩ付近の一例の拡大断面図である。 図４に示す領域ＶＩ，ＶＩＩ付近の他の例の拡大断面図である。 実施の形態２の加熱装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３の加熱装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４の加熱装置の構成を示す断面図である。 実施の形態５の加熱装置の構成を示す断面図である。 実施の形態６の加熱装置の構成を示す断面図である。 実施の形態７の加熱装置の構成を示す断面図である。 従来の配管用加熱装置の一例を示す斜視図である。 従来の配管用加熱装置の他の一例を示す断面図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の加熱装置の構成を示す部分断面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩ方向から見た加熱装置の側面図である。図３は、図２中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う加熱装置の断面図である。図４は、図２中に示すＩＶ−ＩＶ線に沿う加熱装置の断面図である。図１〜４を参照して、実施の形態１の加熱装置の構成の概略について説明する。

図１に示すように、本実施の形態の加熱装置は、半導体製造装置、または、食品もしくは薬品などのその他の製造装置において使用される流体を搬送するための配管９と、複数の配管９を連結する継手３３と、を取り囲んで配置される。加熱装置は、配管９および継手３３を均一に加熱して、配管９の内部を輸送される流体の温度を高精度に管理するために使用される。本実施の形態には、配管９および継手３３を被加熱物とする加熱装置が例示されるが、被加熱物は配管９および継手３３に限られない。加熱装置は、延在するダクト、または各種の機器などの、任意の被加熱物を加熱してもよい。

図３に示すように、本実施の形態の加熱装置は、被加熱物である配管９の周囲を取り囲むブロック５と、ブロック５の底面５ａにその上面６ａが接触したベースプレート６と、を備える。ブロック５とベースプレート６とは、配管９を取り囲み配管９に熱を加える伝熱ブロックを構成する。伝熱ブロックは、第一伝熱ブロックとしてのブロック５と、第二伝熱ブロックとしてのベースプレート６と、を含む。伝熱ブロックは、配管９を囲う周方向において、ブロック５とベースプレート６との二部材に分割されている。ブロック５の底面５ａは、平面状に形成されている。ベースプレート６の上面６ａは、平面状に形成されている。ブロック５とベースプレート６とは、底面５ａと上面６ａとにおいて、互いに面接触するように設置されている。

加熱装置はまた、ブロック５およびベースプレート６の外周を覆う内側カバーとしての第一断熱カバー１と、第一断熱カバー１の外周を覆う外側カバーとしての第二断熱カバー２と、を備える。第一断熱カバー１は、ブロック５の外周を覆う第一内側カバーとしてのブロック５側の第一断熱カバー１ａと、ベースプレート６の外周を覆う第二内側カバーとしてのベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂと、を含む。第二断熱カバー２は、ブロック５側の第一断熱カバー１ａの外周を覆う第一外側カバーとしてのブロック５側の第二断熱カバー２ａと、ベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂの外周を覆う第二外側カバーとしてのベースプレート６側の第二断熱カバー２ｂと、を含む。

ブロック５とブロック５側の第一断熱カバー１ａとは、固定ネジ３を使用して着脱可能に一体に固定されている。ブロック５側の第一断熱カバー１ａと第二断熱カバー２ａとは、固定ネジ４を使用して着脱可能に一体に固定されている。ブロック５と、ブロック５側の第一断熱カバー１ａと、ブロック５側の第二断熱カバー２ａとは、固定ネジ３，４で締結されて、一つのユニットを構成している。

ベースプレート６とベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂとは、固定ネジ３を使用して着脱可能に一体に固定されている。ベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂと第二断熱カバー２ｂとは、固定ネジ４を使用して着脱可能に一体に固定されている。ベースプレート６と、ベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂと、ベースプレート６側の第二断熱カバー２ｂとは、固定ネジ３，４で締結されて、一つのユニットを構成している。

第二断熱カバー２の外表面には、ブロック５側の第二断熱カバー２ａとベースプレート６側の第二断熱カバー２ｂとを着脱可能に固定する固定手段の一例としての、パチン錠８が取り付けられている。加熱装置の最外周側の第二断熱カバー２ａ，２ｂにパチン錠８を固定し、パチン錠８の開閉によって配管９の周囲への加熱装置の取り付けおよび取り外しを行なう。このようにすれば、加熱装置を容易に着脱することができるので、加熱装置を容易にメンテナンスすることができる。

ブロック５に形成された中空空間に配管９が配置された後に、ブロック５側のユニットとベースプレート６側のユニットとを連結固定することにより、配管９はブロック５側のユニットとベースプレート６側のユニットとの間に挟まれるように配置される。配管９は、ブロック５に形成された中空空間の内壁面に非接触であり、かつ、ベースプレート６の上面６ａに非接触であるように、配置されている。

図３に示すように、ブロック５に形成された中空空間は、底面５ａから窪むように形成されており、底面５ａに対し直交する方向に延びる互いに平行に配置された平面状の壁面と、一対の平面状の壁面同士を連結する断面円弧状の壁面と、を有する。配管９は、その外周面から上記断面円弧状の壁面までの距離が等しいように、ブロック５の中空空間内に配置されている。配管９の外周面から上記断面円弧状の壁面までの距離と、配管９の外周面からベースプレート６の上面６ａまでの距離と、が等しいように、ブロック５の中空空間は形成されている。この配置によって、配管９をその外周側から周方向全体に亘って均等に加熱することができ、配管９内を流通する流体の高精度の温度管理が可能になる。

ベースプレート６の内部には密閉された中空部が設けられており、この中空部は、真空排気され減圧された真空空間として形成されている。真空減圧された密閉空間である中空部に作動液７が適量注入され、中空部に作動液７を滞留させることで、ヒートパイプ１６を形成している。

ベースプレート６には、ヒートパイプ１６を加熱する加熱源としてのヒータ１５が設けられている。ヒータ１５は、任意の熱源を用いることができる。典型的には、たとえば電気ヒータ、熱媒循環式のヒータまたは誘導加熱式のヒータなどを適用することができる。加熱部の一例であるヒータ１５が発熱することにより、ベースプレート６に直接熱が加えられ、ベースプレート６を介してブロック５にも熱が加えられる。

図５は、実施の形態１のベースプレート６内の熱伝達を模式的に示す断面図である。ヒータ１５から配管９へ伝達される熱の流れについて、図３と図５とを用いて説明する。作動液７は、加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮する性質（凝縮性）を有する。ベースプレート６にヒータ１５が配置された高温部（図５中の左側）において、作動液７が加熱されて蒸気２２が発生する。発生した蒸気２２がベースプレート６に形成された中空部内を移動し、中空部内の相対的に温度の低い低温部の壁面において凝縮して潜熱を放出して、中空部を均温に加熱する。凝縮液は、重力により中空部の底面に滞留した作動液７へ還流する。この繰り返しで、高温部から低温部への熱輸送が行なわれる。

蒸気２２が放出した熱流２３は、図３に示すように、ベースプレート６の上面６ａから配管９を直接暖める熱流１７と、ベースプレート６からブロック５へ伝熱されブロック５の内部を経由して配管９を暖める熱流１８と、の２系統に分かれて、配管９を加熱する。ブロック５とベースプレート６の間に隙間が存在すると、空気断熱層として熱流１８の流れを阻害する要因となる。そのため、ブロック部の底面５ａとベースプレートの上面６ａとは、表面粗さをできる限り小さくするように、平面的に精度よく機械加工されている必要がある。

配管９を被覆するブロック５は、配管９を均温で加熱できるように、たとえばアルミニウムまたは銅などの金属材料に代表される、高熱伝導性の材料により形成されている。ブロック５をアルミニウム製とすると、ブロック５を軽量化でき、またブロック５の配管９に対向する面をアルマイト処理すれば輻射による熱伝達効率を向上できるので望ましい。またブロック５を銅製とすると、熱伝導率をより高くすることができる。

配管９を被覆するベースプレート６は、配管９を均温で加熱できるように、たとえばアルミニウムまたは銅などの金属材料に代表される、高熱伝導性の材料により形成されている。ベースプレート６をアルミニウム製とすると、ベースプレート６を軽量化でき、またベースプレート６の配管９に対向する面をアルマイト処理すれば輻射による熱伝達効率を向上できるので望ましい。またベースプレート６を銅製とすると、熱伝導率をより高くすることができ、またヒートパイプの作動液７として熱特性の良好な水を用いることができるのでさらに望ましい。

ヒータ１５は、ベースプレート６内のヒートパイプ１６を加熱するように、ベースプレート６と熱的に接触している。図３に示すように、ヒータ１５は、ベースプレート６の内部に埋め込まれている。ヒータ１５は、ベースプレート６と熱的に接触して、ベースプレート６を介してヒートパイプ１６に熱を伝えることができればよく、図３に示すようにベースプレート６の内部にヒータ１５が埋め込まれている構成のほか、ベースプレート６の外周面に接触していてもよい。ヒータ１５がヒートパイプ１６の任意の一箇所を加熱できれば、ヒートパイプ１６の全体を均一に加熱することができるので、ヒータ１５の配置は図３に示す位置に限られない。

ここで、「熱的に接触」とは、ベースプレート６とヒータ１５との間において、熱が直接的に伝達される、熱伝達効率が十分に高い状態とされていることをいう。これらの部材が相互に当接して、直接機械的に接触している場合に限られない。たとえば、ヒータ１５がベースプレート６とロウ付け、溶接などで一体化されている場合、また、熱伝導性の高い物質を中間に介在させて間接的に接触している場合をも、熱的に接触している状態に含むものとする。

本実施の形態の加熱装置では、配管９の温度分布を高精度に維持するため、また周囲への放熱量を小さくすることでエネルギー消費量を少なくするために、ブロック５およびベースプレート６の周囲に第一および第二の断熱カバー１，２が設けられている。

ブロック５およびベースプレート６と第一断熱カバー１との間に第一カラー１３を挿入し、第一断熱カバー１の外側から第一の固定ネジ３で固定することで、ブロック５およびベースプレート６と第一断熱カバー１とはある程度の距離を隔てて配置される。ブロック５およびベースプレート６と第一断熱カバー１とは非接触に配置され、典型的には、ブロック５およびベースプレート６の外周面と第一断熱カバー１とは平行に配置される。その結果、ブロック５およびベースプレート６と第一断熱カバー１との間に空隙が設けられ、中空空間である第一断熱層１１が形成される。

断熱材を使用せず、空気層を第一断熱層１１として機能させることにより、断熱材からの粉塵発生の問題を生じることなく、図３に示すブロック５およびベースプレート６から第一断熱カバー１への熱流１９を小さくできるので、ブロック５およびベースプレート６から第一断熱カバー１への熱伝達を抑制することができる。

第一断熱層１１の厚みを示す距離Ｌ１は、第一カラー１３の高さにより決定される。距離Ｌ１が小さすぎると、ブロック５およびベースプレート６から第一断熱カバー１への熱伝導量が増加し、第一断熱カバー１へ伝達される熱量が増加して、断熱効果が不十分になる。距離Ｌ１が大きすぎると、加熱装置のサイズが大きくなるほか、第一断熱層１１の中で空気の対流が発生する。第一断熱層１１内で空気が対流すると、対流熱伝達によってブロック５およびベースプレート６から第一断熱カバー１へ伝達される熱量が増加して、断熱効果が低下する。また第一断熱層１１内で対流が起きると、温度の高い空気が上方へ流れるので、加熱装置の上下方向の配置における温度差が発生する。

そのため距離Ｌ１は、第一断熱層１１内に対流が起きない程度に小さくする必要がある。一般的に隙間を１０ｍｍ以下にすることで対流が起きにくくくなると考えられており、距離Ｌ１を小さくすれば加熱装置のコンパクト化が達成できることも考慮すると、距離Ｌ１を３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲に設定するのが適当である。

ブロック５の熱は第一の固定ネジ３および第一カラー１３を経由して第一断熱カバー１に伝導する。このため、固定ネジ３および第一カラー１３の材質は、熱伝導率が小さいものが望ましい。第一カラー１３は、たとえば金属の中では比較的熱伝導率が小さいステンレスや、高温環境下でも耐えられるフッ素系の樹脂が適当である。固定ネジ３は機械的強度も要求されるので、たとえばステンレス、または、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）材などの高強度の耐熱性樹脂材料で形成されるのが適当である。

第一の固定ネジ３を経由して第一断熱カバー１へ伝導した熱は、第一断熱カバー１内を伝導して、第一断熱カバー１全体の温度を高くする。第一断熱カバー１の材質は熱伝導率が小さい方が望ましい。この場合、ブロック５またはベースプレート６から固定ネジ３を経由して伝達される熱による第一断熱カバー１の温度上昇を小さくし、固定ネジ３から第一断熱カバー１を経由して固定ネジ４へ熱が伝達されることを抑制して、断熱効果を高めることができる。第一断熱カバー１は、第二断熱カバー２の形成材料よりも熱伝導率の小さい材料で形成されていてもよい。

また、ブロック５から放射される輻射熱の第一断熱カバー１への伝熱量を小さくして第一断熱カバー１の温度上昇を抑制するために、第一断熱カバー１の内表面は輻射率が小さい方が望ましい。また第一断熱カバー１から第二断熱カバー２への輻射による伝熱量を小さくするために、第一断熱カバー１の外表面の輻射率も小さい方が望ましい。第一断熱カバー１は、第二断熱カバー２の形成材料よりも表面の輻射率の小さい材料で形成されていてもよい。たとえば、第一断熱カバー１の材質は、表面が研磨されたステンレスが適当である。

同様に、ブロック５の表面の輻射率も小さい方が望ましく、ブロックの５の表面も研磨されている方が望ましい。

第二断熱カバー２と第一断熱カバー１との間に第二カラー１４を挿入し、第二断熱カバー２の外側から第二の固定ネジ４で固定することで、第一断熱カバー１と第二断熱カバー２とはある程度の距離を隔てて配置される。第一断熱カバー１と第二断熱カバー２とは非接触に配置され、典型的には、第一断熱カバー１と第二断熱カバー２とは平行に配置される。その結果、第二断熱カバー２と第一断熱カバー１との間に空隙が設けられ、中空空間である第二断熱層１２が形成される。

断熱材を使用せず、空気層を第二断熱層１２として機能させることにより、断熱材からの粉塵発生の問題を生じることなく、図３に示す第一断熱カバー１から第二断熱カバー２への熱流２０を小さくできるので、第一断熱カバー１から第二断熱カバー２への熱伝達を抑制することができる。複数の断熱カバー１，２でブロック５およびベースプレート６を取り囲み、複数の中空の隙間を設けることにより、最外周側に配置される第二断熱カバー２へ伝達される熱量を低減し、第二断熱カバー２の温度上昇を抑制することができる。

第二断熱層１２の厚みを示す距離Ｌ２は、第二カラー１４の高さにより決定される。距離Ｌ２が小さすぎると断熱効果が不十分であり、大きすぎると装置サイズが大きくなるほか第二断熱層１２の中で空気の対流が発生し、断熱効果が低下する。距離Ｌ２も距離Ｌ１と同じく、３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲に設定するのが適当である。

また第一の固定ネジ３のネジ頭がナベネジの場合、固定ネジ３のネジ頭から第二断熱カバー２までの距離が他部より小さくなり、第二断熱層１２の厚みが不均一になる。固定ネジ３の配置位置において第二断熱層１２の厚みが相対的に小さいと、ネジ頭から第二断熱カバー２への熱伝導量が相対的に大きくなり、第一の固定ネジ３の直上の第二断熱カバー２に、第二断熱カバー２の一部が局所的に温度が高くなるホットスポットが生じる。これを防ぐために、第一の固定ネジ３として皿ネジを使用し、固定ネジ３のネジ頭が第二断熱層１２に突起しない構成とするのが望ましい。

第二の固定ネジ４および第二カラー１４の材質は、熱伝導率が小さいものが望ましい。この場合、固定ネジ４または第二カラー１４を介する熱伝導によって第二断熱カバー２へ伝達される熱量を小さくし、第二断熱カバー２の表面の固定ネジ４の周囲温度が部分的に高くなるのを抑制できる。たとえば第二カラー１４は、ステンレスや高温環境下でも耐えられるフッ素系の樹脂が適当である。固定ネジ４は機械的強度も要求されるので、たとえばステンレス、または、ＰＥＥＫ材などの高強度の耐熱性樹脂材料で形成されるのが適当である。

第二断熱カバー２は加熱装置の最外周部に配置され、人体が第二断熱カバー２に接触し得ることを考慮すると、第二断熱カバー２の表面温度は低い方が望ましい。図３に示す第二断熱カバー２から放射される熱流２１をより大きくし、第二断熱カバー２の表面から周囲への放熱を増加させて第二断熱カバー２の表面温度を低くするために、第二断熱カバー２の表面は輻射率が大きい方が望ましい。第二断熱カバー２は、第一断熱カバー１の形成材料よりも表面の輻射率の大きい材料で形成されていてもよい。または、第二断熱カバー２の形成材料よりも表面の輻射率の大きい材料で形成された、第二断熱カバー２の外表面を被覆する膜状部を形成してもよい。この膜状部は、たとえば黒色系のフッ素樹脂コーティングなど、輻射率の大きい塗料１０で第二断熱カバー２の表面を塗装して形成されてもよい。

なお、図２に示す第二断熱カバー２の表面に第二の固定ネジ４の周囲温度が部分的に高くなるホットスポットが生じないように、第二断熱カバー２は、たとえばアルミニウムまたは銅などの金属材料に代表される高熱伝導性の材料により形成されてもよい。第二断熱カバー２は、第一断熱カバー１の形成材料よりも熱伝導率の大きい材料で形成されていてもよい。

第二断熱カバー２を熱伝導率の大きい材料で形成することで、固定ネジ４を経由して第二断熱カバー２へ伝わった熱を一箇所に留めず、第二断熱カバー２の面方向（厚み方向に直交する方向）に広げることができ、第二断熱カバー２のより広い範囲から放熱できる。そのため、ホットスポットの形成を効果的に抑制でき、仮にホットスポットが形成されたとしても熱が面方向に分散し易いので、ホットスポットを自然に解消する性能を向上することができる。

図６は、図４に示す領域ＶＩ，ＶＩＩ付近の一例の拡大断面図である。パチン錠８を使用してブロック５とベースプレート６とを面接触させて一体に固定するとき、ブロック５側の第一および第二断熱カバー１ａ，２ａとベースプレート６側の第一および第二断熱カバー１ｂ，２ｂとが接触すると、ブロック５の底面５ａとベースプレート６の上面６ａとの間に隙間ができる。この結果、ベースプレート６からブロック５への熱流１８が阻害され、ブロック５の温度がベースプレート６の温度より低くなり、配管９を均一に加熱することができなくなる。

これを避けるために、ブロック５側の第一および第二断熱カバー１ａ，２ａとベースプレート６側の第一および第二断熱カバー１ｂ，２ｂとの端面の間に、それぞれ長さＬ３の隙間１ｃ，２ｃを設ける。パチン錠８がブロック５側の第二断熱カバー２ａとベースプレート６側の第二断熱カバー２ｂとを固定するとき、ブロック５側の第一断熱カバー１ａとベースプレート６側の第一断熱カバー１ｂとは、隙間１ｃを隔てて対向する。またブロック５側の第二断熱カバー２ａとベースプレート６側の第二断熱カバー２ｂとは、隙間２ｃを隔てて対向する。

このようにすれば、ブロック５とベースプレート６とを連結するときに、第一断熱カバー１または第二断熱カバー２の端部同士が当接して底面５ａと上面６ａとの面接触を阻害することを、回避することができる。したがって、底面５ａと上面６ａとを密着させ、ベースプレート６からブロック５への熱流１８を確保でき、配管９をその全周から加熱することができるので、配管９をより確実に均一に加熱することができる。

隙間１ｃ，２ｃの長さＬ３を大きくすると、周囲からの流入空気２４により、第一断熱層１１および第二断熱層１２の断熱性能が低下する。隙間１ｃ，２ｃの長さＬ３は、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ程度が適当である。

図７は、図４に示す領域ＶＩ，ＶＩＩ付近の他の例の拡大断面図である。図７に示す例では、第一断熱カバー１ａ，１ｂ間の隙間１ｃをベースプレート６側に設け、第二断熱カバー２ａ，２ｂ間の隙間２ｃをブロック５側に設けている。そのため、第一断熱カバー１ａ，１ｂ間の隙間１ｃと第二断熱カバー２ａ，２ｂ間の隙間２ｃとの位置をずらした、ラビリンス隙間が形成されている。このようにすれば、周囲から第一断熱層１１に流入してくる流入空気２４の流れを阻害できるので、流入空気２４の流量を少なくできる。したがって、流入空気２４によるブロック５の冷却効果が小さくなるため、より均一な温度で配管９を加熱することができる。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２の加熱装置の構成を示す断面図である。実施の形態２の加熱装置は、ブロック５が配管９を囲う周方向に二分割されている点で、実施の形態１とは異なっている。実施の形態１では、ブロック５、第一断熱カバー１ａおよび第二断熱カバー２ａが１つのユニットを構成した。図８に示すように、ブロック５が２つのユニットに構成されても、実施の形態１と同様に、配管９を均一に加熱する効果が得られる。

ブロック５が中心線ＣＬに沿って二分割されることで、配管９の構造が複雑な場合でもブロック５を容易に加工することができる。また、図８に示すＸ方向に干渉物があり、実施の形態１の構成ではブロック５を含むユニットを配管９の周囲に取り付けできないような場合にも、実施の形態２の構成であれば、配管９の周りに加熱装置を問題なく取り付けることが可能となる。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３の加熱装置の構成を示す断面図である。実施の形態３の加熱装置は、ブロック５とベースプレート６の間に熱伝導材２５を挟んだ点において、実施の形態２と異なる。ブロック５とベースプレート６の間に熱伝導材２５を挟むことでブロック５とベースプレート６の間の接触熱抵抗が小さくなり、熱流１８が効率よくブロック５からベースプレート６に流れる。その結果、ヒータ１５の消費電力をより少なくできる。

実施の形態１，２で説明した、ブロック５の底面５ａとベースプレート６の上面６ａとを面接触させる場合、ブロック５とベースプレート６との間に隙間を生じないためには、底面５ａと上面６ａとの表面粗さが小さいことが必要となる。そのため、底面５ａと上面６ａとを精度よく加工する必要があり、表面仕上げのための加工に要する工数が増大する。これに対し、熱伝導材２５を介在させてブロック５とベースプレート６とを接合すれば、底面５ａと上面６ａとの表面粗さがある程度大きくても、ベースプレート６からブロック５への熱伝達量を確保できる。そのため、ブロック５とベースプレート６との加工に要する工数を低減できるので、加熱装置の製造コストを低減することができる。

（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４の加熱装置の構成を示す断面図である。配管９を高温に維持するためにブロック５の温度が高い場合、実施の形態１の構成では、第二断熱カバー２の外表面の温度が高くなる可能性があり、この場合、加熱装置の断熱性能の向上が必要とされる。第二断熱層１２または第一断熱層１１の厚みを大きくすると、断熱層１１，１２内で対流が発生して断熱性能が低下するため、断熱層１１，１２の厚みを大きくすることはできない。

そこで、実施の形態４の加熱装置は、第二断熱カバー２の外周を覆う第三断熱カバー２６を備える。第二断熱カバー２と第三断熱カバー２６とは、第三の固定ネジ２７で一体に固定されている。第二断熱カバー２と第三断熱カバー２６との間に第三カラー２９を挿入し、第三断熱カバー２６の外側から第三の固定ネジ２７で固定することで、第二断熱カバー２と第三断熱カバー２６との間に第三断熱層２８が形成される。

このようにすれば、加熱装置は、第一断熱層１１および第二断熱層１２に加えて第三断熱層２８を有することになる。断熱層の層数を増加させ、ブロック５およびベースプレート６の外周面と第三断熱カバー２６との間の空気層の厚みを増加させることで、加熱装置の断熱性能を向上することができる。したがって、ブロック５およびベースプレート６から最も外側の第三断熱カバー２６まで伝達される熱量をより小さくでき、第三断熱カバー２６の外表面の温度を一層低くすることが可能となる。

（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５の加熱装置の構成を示す断面図である。第二断熱カバー２の表面温度を低くするために、実施の形態１では第二断熱カバー２の表面に輻射率の高い塗装を行なっていたが、実施の形態５では、第二断熱カバー２の外表面に多数の放熱フィン３０を取り付けている。

放熱フィン３０を設けることにより、第二断熱カバー２の外表面の放熱面積が増大し、第二断熱カバー２から外部へ熱が放散されやすくなる。したがって、ブロック５およびベースプレート６から第二断熱カバー２まで伝達された熱を、放熱フィン３０から外部へ一層効率よく放散することができ、第二断熱カバー２の外表面の温度を一層低くすることが可能となる。

（実施の形態６）
図１２は、実施の形態６の加熱装置の構成を示す断面図である。実施の形態１〜５では、第二カラー１４と第二の固定ネジ４とを使用して第一断熱カバー１と第二断熱カバー２とを固定することにより、第一断熱カバー１と第二断熱カバー２との間に第二断熱層１２を形成した。実施の形態６では、板金を折り曲げ加工することにより内側カバーと外側カバーとを一体に形成し、中空箱型の一体型断熱カバー３１が形成される。

一体型断熱カバー３１は、内側部３１ａと外側部３１ｂとを有する。内側部３１ａは伝熱ブロックの外周を覆って伝熱ブロックとの間に中空空間を形成する内側カバーに相当し、外側部３１ｂは内側部３１ａの外周を覆って内側部３１ａとの間に中空空間を形成する外側カバーに相当する。ブロック５およびベースプレート６と内側部３１ａとの間に第一断熱層１１が形成され、内側部３１ａと外側部３１ｂとの間に第二断熱層１２が形成される。一体型断熱カバー３１は、外側部３１ｂの端部を内側部３１ａ側に折り曲げて当該端部を内側部３１ａに当接させ、外側部３１ｂの端部と内側部３１ａとの当接する箇所を溶接などにより接合して一体化することで、箱型に形成される。これにより、内側部３１ａと外側部３１ｂとの間の中空の第二断熱層１２を、密閉空間とする。

このように断熱層を形成することにより、加熱装置を構成する部品点数を減少させることができる。固定ネジ４を使用して第一断熱カバー１と第二断熱カバー２とを固定する必要がなくなるので、加熱装置の組み立て時間を短縮でき、製造コストをより低減することができる。

（実施の形態７）
図１３は、実施の形態７の加熱装置の構成を示す断面図である。実施の形態７の加熱装置は、実施の形態６と同様の一体型断熱カバー３１を備えるが、一体型断熱カバー３１内の断熱層を真空引きして、内側部３１ａと外側部３１ｂとの間の密閉空間を真空にした真空空間３２を生成している点で、実施の形態６とは異なる。

このようにすれば、一体型断熱カバー３１の断熱性能を著しく向上させることができ、一体型断熱カバー３１の内側部３１ａから外側部３１ｂへの熱伝達をさらに抑制することができる。したがって、第二断熱カバー２の表面温度をさらに低くできることが期待できる。

図１２と比較して、図１３では真空空間３２の密閉性をより高める必要があるので、ブロック５およびベースプレート６と一体型断熱カバー３１との固定のための固定ネジ３を受ける座３４が、内側部３１ａの内面に形成されている。座３４を設けることで、内側部３１ａを貫通させて固定ネジ３を締結する必要がないため、固定ネジ３を受けるための貫通孔を経由する空気流れが発生して真空空間３２の真空度が低下することを回避できる。図１３に示す外側部３１ｂは平板を曲げ加工して形成されているが、真空空間３２と外部との圧力差によって外側部３１ｂの外表面に内向きの圧力が作用することを考慮して、たとえばリブなどの補強部材を外側部３１ｂの内周面または外周面に取り付けてもよい。

なお、これまでの実施の形態においては、第二断熱カバー２がパチン錠８を使用して連結固定される例について説明した。第二断熱カバー２の固定および取り外しを可能とする固定手段はパチン錠８に限られるものではなく、たとえば面ファスナを使用してもよく、またフランジと蝶ネジとを使用することも考えられる。但し、当該固定手段にある程度熱が伝わり温度が上昇することを考慮すると、金属製のパチン錠８が好適であると考えられる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の加熱装置は、たとえば半導体ウェハや液晶ガラス基板などに成膜対象物を成膜する際の反応ガスなど、高精度の温度管理を必要とする物質を搬送する流体搬送装置の配管系に熱を伝える加熱装置に、特に有利に適用され得る。

１，１ａ，１ｂ 第一断熱カバー、１ｃ，２ｃ 隙間、２，２ａ，２ｂ 第二断熱カバー、３，４，２７ 固定ネジ、５ ブロック、５ａ 底面、６ ベースプレート、６ａ 上面、７ 作動液、８ パチン錠、９ 配管、１０ 塗料、１１ 第一断熱層、１２ 第二断熱層、１３ 第一カラー、１４ 第二カラー、１５ ヒータ、１６ ヒートパイプ、１７，１８，１９，２０，２１，２３ 熱流、２２ 蒸気、２４ 流入空気、２５ 熱伝導材、２６ 第三断熱カバー、２８ 第三断熱層、２９ 第三カラー、３０ 放熱フィン、３１ 一体型断熱カバー、３１ａ 内側部、３１ｂ 外側部、３２ 真空空間、３３ 継手、３４ 座。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３の加熱装置の構成を示す断面図である。実施の形態３の加熱装置は、ブロック５とベースプレート６の間に熱伝導材２５を挟んだ点において、実施の形態２と異なる。ブロック５とベースプレート６の間に熱伝導材２５を挟むことでブロック５とベースプレート６の間の接触熱抵抗が小さくなり、熱流１８が効率よくベースプレート６からブロック５に流れる。その結果、ヒータ１５の消費電力をより少なくできる。

Claims (12)

1. 被加熱物（９）を取り囲み前記被加熱物（９）に熱を加える高熱伝導性の伝熱ブロック（５，６）を備え、前記伝熱ブロック（５，６）は前記被加熱物（９）を囲う周方向に分割された第一伝熱ブロック（５）と第二伝熱ブロック（６）とを含み、前記第一伝熱ブロック（５）と前記第二伝熱ブロック（６）とは互いに面接触して設置され、さらに、
   発熱して前記伝熱ブロック（５，６）に熱を加える加熱部（１５）と、
   前記伝熱ブロック（５，６）の外周を覆って前記伝熱ブロック（５，６）との間に中空空間（１１）を形成するように配置された、内側カバー（１）と、
   前記内側カバー（１）の外周を覆って前記内側カバー（１）との間に中空空間（１２）を形成するように配置された、外側カバー（２）と、を備え、
   前記内側カバー（１）は、前記第一伝熱ブロック（５）の外周を覆って前記第一伝熱ブロック（５）に固定された第一内側カバー（１ａ）と、前記第二伝熱ブロック（６）の外周を覆って前記第二伝熱ブロック（６）に固定された第二内側カバー（１ｂ）と、を含み、
   前記外側カバー（２）は、前記第一内側カバー（１ａ）の外周を覆って前記第一内側カバー（１ａ）に固定された第一外側カバー（２ａ）と、前記第二内側カバー（１ｂ）の外周を覆って前記第二内側カバー（１ｂ）に固定された第二外側カバー（２ｂ）と、を含み、さらに、
   前記第一外側カバー（２ａ）と前記第二外側カバー（２ｂ）とを着脱可能に固定する固定手段（８）を備える、加熱装置。
2. 前記伝熱ブロック（５，６）の少なくともいずれか一方の内部にヒートパイプ（１６）が形成され、前記加熱部（１５）は前記ヒートパイプ（１６）を加熱する、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
3. 前記固定手段（８）が前記第一外側カバー（２ａ）と前記第二外側カバー（２ｂ）とを固定するとき、前記第一内側カバー（１ａ）と前記第二内側カバー（１ｂ）とは隙間（１ｃ）を隔てて対向し、前記第一外側カバー（２ａ）と前記第二外側カバー（２ｂ）とは隙間（２ｃ）を隔てて対向する、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
4. 前記内側カバー（１）は、前記外側カバー（２）の形成材料よりも表面の輻射率の小さい材料で形成されている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
5. 前記内側カバー（１）は、前記外側カバー（２）の形成材料よりも熱伝導率の小さい材料で形成されている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
6. 前記伝熱ブロック（５，６）と前記内側カバー（１）とは、固定ネジ（３）を使用して着脱可能に固定されており、
   前記固定ネジ（３）は、ステンレス、または、樹脂材料で形成されている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
7. 前記固定ネジ（３）は皿ネジである、請求の範囲第６項に記載の加熱装置。
8. 前記内側カバー（１）と前記外側カバー（２）とは、固定ネジ（４）を使用して着脱可能に固定されており、
   前記固定ネジ（４）は、ステンレス、または、樹脂材料で形成されている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
9. 前記外側カバー（２）の外表面を被覆する膜状部（１０）を備え、
   前記膜状部（１０）は、前記外側カバー（２）の形成材料よりも表面の輻射率の大きい材料で形成されている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
10. 前記外側カバー（２）の外表面に設けられた放熱フィン（３０）をさらに備える、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
11. 前記内側カバー（１）と前記外側カバー（２）とを一体に形成し、前記内側カバー（１）と前記外側カバー（２）との間の中空空間（１２）を密閉空間とした、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
12. 前記密閉空間を真空にした、請求の範囲第１１項に記載の加熱装置。

Images