(57)【要約】【課題】熱板への伝熱効率を向上させ得るプレートヒータを提供する。【解決手段】線状の発熱抵抗部材２０を収容する溝１１が設けられた熱板１０を有するプレートヒータであって、上記熱板１０は概略矩形状であって、上記溝１１は、熱板１０の少なくとも外周に近い部分において、熱板１０の四隅に対応する部分に湾曲部１４が、熱板１０の辺に対応する部分に波形部１５が形成されており、この溝１１内に、この溝１１の形状に対応するように屈曲させた発熱抵抗部材２０がはめ込まれている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状の発熱抵抗部材を収容する溝が設けられた熱板を有するプレートヒータであって、
上記熱板は概略矩形状であって、上記溝は、該熱板の少なくとも外周に近い部分において、熱板の四隅に対応する部分を湾曲させるとともに、熱板の辺に対応する部分を平面視で波形に形成してあり、この溝内に、この溝の形状に対応するように屈曲させた発熱抵抗部材がはめ込まれていることを特徴とするプレートヒータ。
【請求項２】
前記熱板は、中心を含む中央ブロックと、中央ブロックの外側の内周ブロックと、内周ブロックから外周までの外周ブロックとに分けられて各ブロック毎に加熱制御され、前記溝は、上記内周ブロックおよび外周ブロックにおいて、熱板の四隅に対応する部分を湾曲させるとともに、熱板の辺に対応する部分を平面視で波形に形成してあることを特徴とする請求項１に記載のプレートヒータ。
【請求項３】
前記発熱抵抗部材が断面円形のものであって、前記溝の内奥部が上記発熱抵抗部材の半径に対応する寸法で円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプレートヒータ。
【請求項４】
前記発熱抵抗部材は、筒状部材の内部に発熱抵抗線が通されているとともに、発熱抵抗線と筒状部材との間に絶縁材が設けられた構成となっていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のプレートヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置或いは他の加熱装置に用いられるプレートヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プレート（熱板）に形成した溝内に線状の発熱抵抗部材を収容したプレートヒータは種々知られている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
図７は従来のプレートヒータの一例を示しており、このプレートヒータは、被加熱材を加熱する上面１０１とは反対側の下面１０２に、線状の発熱抵抗部材（図示せず）を収容する溝１０３が設けられた熱板１００を有している。
【０００４】
上記熱板１００における溝１０３は、図８（底面図）に一点鎖線（両端部は実線）で示すように、熱板１００の全域において概略渦巻き状に形成され、熱板中心部Ｏの近傍部分では略円形の渦巻き状に、その外側では略矩形の渦巻き状に形成されている。なお、外側を略矩形の渦巻き状とするのは、概略矩形状に形成された熱板１００の四隅まで均一に加熱するためである。
【０００５】
【特許文献１】
実公平７−２４７９６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１３９６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のプレートヒータにおいては、以下のような課題があった。即ち、加熱の際に線状の発熱抵抗部材が熱膨張により溝に沿って長手方向に延びる。このとき、略円形の渦巻き状をした溝部分では、発熱抵抗部材が長手方向に延びても溝側面での接触抵抗により拘束されるため支障がないものの、略矩形の渦巻き状をした溝部分では、熱板の四隅に対応して形成された湾曲部で発熱抵抗部材が拘束された状態となって、溝の直線部分において発熱抵抗部材が曲がって溝底から浮き上がり、熱板との接触面積の低下により熱板への伝熱効率が低下する。特に、上記半導体製造装置のような真空加熱雰囲気中にプレートヒータが配置される場合には、発熱抵抗部材の溝底からの浮き上がりに伴う接触面積の低下に加え、非接触部分での真空の断熱作用により、著しく熱板への伝熱効率が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解消するためになされたもので、熱板への伝熱効率を向上させ得るプレートヒータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のプレートヒータは、線状の発熱抵抗部材を収容する溝が設けられた熱板を有するプレートヒータであって、上記熱板は概略矩形状であって、上記溝は、該熱板の少なくとも外周に近い部分において、熱板の四隅に対応する部分を湾曲させるとともに、熱板の辺に対応する部分を平面視で波形に形成してあり、この溝内に、この溝の形状に対応するように屈曲させた発熱抵抗部材がはめ込まれていることを特徴とする。
【０００９】
このプレートヒータにあっては、線状の発熱抵抗部材を収容する溝が、熱板の少なくとも外周に近い部分では発熱抵抗部材の案内方向を変えるための湾曲部以外の箇所が波形状に形成されているので、加熱に伴う熱膨張により線状の発熱抵抗部材が、その長手方向に延びるだけでなく波形状の溝部分では振幅方向にも延びるので、溝の側面に接触し易くなって熱板との接触面積の低下を抑制することが可能となる。また、発熱抵抗部材が波形の振幅方向に延びて溝の側面に接触すると、溝側面との間の摩擦力により発熱抵抗部材の溝底からの浮き上がりが抑制され、これによっても熱板との接触面積の低下を抑制することが可能となる。更には、発熱抵抗部材が、溝の湾曲部だけでなく、波形の溝の山部分および谷部分（変曲点）で短距離毎に拘束されるようにできるので、湾曲部どうしの間における浮き上がり部分が複数に分割された状態となって、各々の浮き上がり程度を小さくすることが可能となり、これによっても熱板との接触面積の低下を抑制することができる。よって、熱板への伝熱効率を向上させ得るプレートヒータを提供することが可能となる。
【００１０】
本発明のプレートヒータにおいて、前記熱板は、中心を含む中央ブロックと、中央ブロックの外側の内周ブロックと、内周ブロックから外周までの外周ブロックとに分けられて各ブロック毎に加熱制御され、前記溝は、上記内周ブロックおよび外周ブロックにおいて、熱板の四隅に対応する部分を湾曲させるとともに、熱板の辺に対応する部分を平面視で波形に形成してある構成とすることができる。
【００１１】
この構成にあっては、熱板の外周に近い内周ブロックおよび外周ブロックが概略矩形の帯状であっても、これら両ブロックでの波形の溝と発熱抵抗部材との接触面積低下の抑制により加熱温度の制御性が向上する。このとき、中央ブロックには、波形の溝を形成してもよいが、発熱抵抗部材との接触面積の低下が起こり難い、半径が徐々に大きくなる略円形の渦巻き状をした溝を形成してもよく、このような形態であっても、熱板全体の均一加熱制御性を向上させ得る。
【００１２】
ここで、中央ブロックと内周ブロックとの境界及び内周ブロックと外周ブロックとの境界は、熱板の溝を塞ぐべく熱板に重ねるように設けられる蓋板と熱板との連結部材、例えばビス等を取付ける箇所などが相当する。
【００１３】
本発明のプレートヒータにおいて、前記発熱抵抗部材が断面円形のものであって、前記溝の内奥部が上記発熱抵抗部材の半径に対応する寸法で円弧状に形成されている構成とすることができる。
【００１４】
この構成にあっては、溝の内奥部が、発熱抵抗部材の半径に対応する寸法で円弧状に形成されているので、このことによっても溝と発熱抵抗部材との接触面積が増大され、熱板への伝熱効率を更に向上させ得る。
【００１５】
本発明のプレートヒータにおいて、前記発熱抵抗部材として、筒状部材の内部に発熱抵抗線が通されているとともに、発熱抵抗線と筒状部材との間に絶縁材が設けられているものを用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００１７】
図１は本実施形態に係るプレートヒータの全体構造を示す正面断面図であり、図２はそのプレートヒータに備わった熱板の溝形成側を示す底面図で、図３は溝の１断面部分を示す縦断面図である。また、図４は、熱板に設けられる発熱抵抗部材を示す断面図である。
【００１８】
このプレートヒータは、要部である熱板の以外の部分が公知のものと同様に構成されているものであり、その構成を簡単に説明する。
【００１９】
立設された管材１の上端に水平に取付けられたベース板２を有し、そのベース板２の上方に隙間４を設けて角プレート３が水平に設けられ、その角プレート３の上には、底面と側面を有し上面が開いたカバー５（内側の２つ）および反射部材６（外側の１つ）が更に設けられており、反射部材６の内部に、下面側に蓋板７が取付けられた熱板１０が配置されている。
【００２０】
上記熱板１０は、図２（底面図）に示すように、概略矩形状、本実施形態では四隅が切欠かれた方形状をしたもので、下面側（蓋板７側）に線状の発熱抵抗部材２０を収容する溝１１が形成されている。
【００２１】
上記発熱抵抗部材２０は、図４に示すように筒状部材２１の内部に、ニクロム線等の発熱抵抗線２２が通されているとともに、発熱抵抗線２２と筒状部材２１との間に、例えば酸化マグネシウム等の絶縁材２３が設けられているもので、本実施形態では以下のように構成されている。すなわち、絶縁材２３として発熱抵抗線挿通用の２つの貫通孔を有する棒状絶縁材２３ａと充填用の絶縁材２３ｂとを用い、筒状部材２１の内部に配した棒状絶縁材２３ａの貫通孔のそれぞれに発熱抵抗線２２を挿通させ、発熱抵抗線２２の棒状絶縁材２３ａから突出している部分を溶接する。このとき、その溶接部分２２ａは、筒状部材２１の内部に位置させる。そして、棒状絶縁材２３ａよりも外側に突出している筒状部材２１の端部２１ｂの内部に絶縁材２３ｂを充填して発熱抵抗線２２を電気的に絶縁するとともに端部２１ｂを溶接等により封止する。更に、各発熱抵抗線２２の溶接部分２２ａとは反対側の端部にリード線２５（図１参照）を溶接又は銀ロー付けにより取付けるとともに、その取付分２２ｂを覆うように筒状部材２１の他方の端部２１ａに防湿シールを施す。防湿シールは、端部２１ａに取付けられる枠体２６と、枠体２６の内部に収容される充填材２７とを有する。このような防湿シールと封止とが施されることにより、発熱抵抗部材２０は真空中またはガス、湿気等の雰囲気中において安全に使用することができるようになっている。上記リード線２５には所定の電圧が印加され、これにより発熱抵抗線２２が発熱する。なお、発熱抵抗部材２０は、上記材料のものに限らず、また後述するように本実施形態では４本用いている。
【００２２】
上記溝１１は、図２に示すように熱板１０の下面の全域において、平面視で概略渦巻き状に形成され、熱板中心部Ａの近傍部分では略円形の渦巻き部１２を、その外側では略矩形の渦巻き部１３を有するもので、略円形の渦巻き部１２の外端と略矩形の渦巻き部１３の内端とは連通連結されている。上記略円形の渦巻き部１２は、内端から徐々に半径を大きくした状態に形成されている。一方の略矩形の渦巻き部１３は、上記熱板１０の四隅に対応する部分には湾曲部１４が形成され、熱板１０の辺に対応する部分には波形部１５がそれぞれ形成されており、各湾曲部１４と各波形部１５とは相互に連通連結されて１本の溝となっている。また、溝１１は、その全域にわたり、上記発熱抵抗部材２０の半径とほぼ同一の曲率半径の円弧状、内奥部１１ａを有する（図３参照）。
【００２３】
かかる１本の溝１１には、複数の発熱抵抗部材２０が、この溝１１の形状に対応するように屈曲された状態ではめ込まれて収容されている。その収容状態は、本実施形態では、略円形の渦巻き部１２の内端Ｂ側に発熱抵抗部材２０ａ、略円形の渦巻き部１２の外端Ｃ側に発熱抵抗部材２０ｂ、略矩形の渦巻き部１３の内端Ｄ側に発熱抵抗部材２０ｃ、略矩形の渦巻き部１３の外端Ｅ側に発熱抵抗部材２０ｄ、合計４本が収容されている。
【００２４】
このように４本の発熱抵抗部材２０（２０ａ〜２０ｄ）を収容しているのは、各発熱抵抗部材２０に印加する電圧を調整することにより、略円形の渦巻き部１２が設けられた中央ブロックＦと、略矩形の渦巻き部１３の内端側Ｄが設けられた内周ブロックＧと、略矩形の渦巻き部１３の外端側Ｅが設けられた外周ブロックＨとを個別に温度制御を行って熱板１０の各部を均一に加熱するためである。ここで、中央ブロックＦは熱板１０の中心を含む部分で、内周ブロックＧは中央ブロックＦの外側の部分、外周ブロックＨは内周ブロックＦから外周までの部分であり、中央ブロックＦと内周ブロックＧとの境界及び内周ブロックＧと外周ブロックＨとの境界は、熱板１０の溝１１を塞ぐべく熱板１０に重ねて下側に設けられた蓋板７と熱板１０との連結部材、例えばビス３０等を取付ける箇所が相当する（図２参照）。当然のことながら、中央ブロックＦ、内周ブロックＧおよび外周ブロックＨの寸法は、熱板１０の大きさ、各ブロックに用いる発熱抵抗部材２０の仕様、例えば発熱抵抗線２２の本数、抵抗値などにより変更される。
【００２５】
このように構成された本実施形態のプレートヒータによる場合には、溝１１の略円形の渦巻き部１２には直線部分が当然無く、また略矩形の渦巻き部１３がその全長にわたり湾曲部１４および波形部１５で構成されていて、直線部分が存在しない。従って、図５に示すように、加熱に伴う熱膨張により線状の発熱抵抗部材２０が、その長手方向に延びるだけでなく波形部１５において波形の振幅方向Ｋにも延びる（より大きく撓む）ので、溝１１の側面に接触し易くなって熱板１０との接触面積の低下を抑制することが可能となる。また、発熱抵抗部材２０が波形の振幅方向に延びて溝１１の側面に接触すると、溝側面との間の摩擦力により発熱抵抗部材２０の溝底からの浮き上がりが抑制され、これによっても熱板１０との接触面積の低下を抑制することが可能となる。更には、発熱抵抗部材２０が、溝１１の湾曲部１４だけでなく、波形部１５における波形の山部分および谷部分（変曲点）で短距離毎に拘束されるようにできるので、湾曲部１４どうしの間における浮き上がり部分が複数に分割された状態となって、各々の浮き上がり程度を小さくすることが可能となり、これによっても熱板１０との接触面積の低下を抑制することができる。よって、熱板１０への伝熱効率を向上させ得るプレートヒータを提供することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態において、溝の内奥部が、発熱抵抗部材の半径に対応する寸法で円弧状に形成されているので、このことによっても溝と発熱抵抗部材との接触面積が増大され、熱板への伝熱効率を更に向上させ得る。
【００２７】
なお、上述した実施形態では波形部の形状を明言していないが、本発明における波形部の形状としては、正弦波形に限らず、共に角が丸みをもった三角波形、矩形波形或いは台形状の波形などとしても構わない。但し、発熱抵抗部材の熱膨張に伴う撓みを容易にするために、直線部分を有しない形状が好ましい。
【００２８】
また、上述した実施形態では熱板を３つのブロック（中央ブロックと内周ブロックと外周ブロック）に分け、各ブロックに１本または２本の発熱抵抗部材を収容しているが、本発明はこれに限らない。例えば、３つのブロックの各々に１本ずつ、或いは２本以上で同数の発熱抵抗部材を収容するようにしてもよく、或いは、ブロックを２以下または４以上に分けるようにしてもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態では内周ブロックと外周ブロックに波形部を有する略矩形の渦巻き部を形成しているが、本発明はこれに限らない。例えば、波形部を有する略矩形の渦巻き部を外周ブロックのみに、或いは中央ブロックと内周ブロックと外周ブロックの全域にわたり形成するようにしてもよい。要は、概略矩形状の熱板を均一に加熱するために熱板の四隅に対応する箇所に湾曲部を設けた、少なくとも熱板の外周に近い部分に、波形部を有する略矩形の渦巻き部を形成すればよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、リード線と接続させる発熱抵抗線の端部を筒状部材の片側に導出させているが、本発明はこれに限らない。例えば、図６に示すように、リード線と接続させる発熱抵抗線２２の端部を筒状部材２１の両側に導出させてもよい。なお、どちらのタイプであっても、筒状部材の内部に通す発熱抵抗線の本数は限定せず任意である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による場合には、線状の発熱抵抗部材を収容する溝の湾曲部どうしの間が波形状に形成され、発熱抵抗部材も波形になっているので、加熱に伴う熱膨張により線状の発熱抵抗部材が、その長手方向に延びるだけでなく波形の振幅方向にも延びるので、溝の側面に接触し易くなって熱板との接触面積の低下を抑制することが可能となる。また、発熱抵抗部材が波形の振幅方向に延びて溝の側面に接触すると、溝側面との間の摩擦力により発熱抵抗部材の溝底からの浮き上がりが抑制され、これによっても熱板との接触面積の低下を抑制することが可能となる。更には、発熱抵抗部材が、溝の湾曲部だけでなく、波形の溝の山部分および谷部分（変曲点）で短距離毎に拘束されるようにできるので、湾曲部どうしの間における浮き上がり部分が複数に分割された状態となって、各々の浮き上がり程度を小さくすることが可能となり、これによっても熱板との接触面積の低下を抑制することができる。よって、伝熱効率を向上させ得るプレートヒータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプレートヒータの全体構造を示す正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプレートヒータに備わった熱板の溝形成側を示す底面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るプレートヒータに備わった熱板の溝の１断面部分を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るプレートヒータに備わった熱板に設けられる発熱抵抗部材を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るプレートヒータに備わった熱板と発熱抵抗部材との接触内容を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るプレートヒータに備わった熱板に設けられる発熱抵抗部材の他の形態を示す断面図である。
【図７】従来のプレートヒータに備わった熱板を示す縦断面図である。
【図８】従来のプレートヒータに備わった熱板に設けられた溝と発熱抵抗部材の配置形態を示す底面図である。
【符号の説明】
１０  熱板
１１  溝
１１ａ  円弧状内奥部
１２  略円形の渦巻き部
１３  略矩形の渦巻き部
１４  湾曲部
１５  波形部
２０  発熱抵抗部材
２１  筒状部材
２２  発熱抵抗線
２３  絶縁材
Ｆ  中央ブロック
Ｇ  内周ブロック
Ｈ  外周ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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