JPH0722261U

JPH0722261U - 接触型均一加熱装置

Info

Publication number: JPH0722261U
Application number: JP5739693U
Authority: JP
Inventors: 建一大井
Original assignee: タバイエスペック株式会社
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2008-09-28
Also published as: JP2604988Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で、均一な温度分布を得る。【構成】ＬＣＤガラス基板１００を載せた加熱面１の
略全域に対応して設けられ密閉された空間部２と、その
下方の中心部に位置する液溜部２ａ内に入れられた熱媒
液３と、液溜部２ａ内の熱媒液３を加熱する電熱器４と
を備えている。空間部２内には、加熱面１と空間部２を
形成する底板５とにろう付け等で固定されたフィン６が
設けられ、内部はその温度に対応した熱媒液３の飽和気
体で満たされている。電熱器４には、電力源７から操作
端８を介して加熱用電流が送られ、温度センサ９及び温
度調節器１０で熱媒液２の蒸発量が制御される。【効果】加熱面から放散する熱量に変化が生じても、
加熱面の温度を極めて精度良く均一に保持することがで
きる。又、調整が不要で取り扱い性が良い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、被加熱物を加熱面上に載せてこれに接触させることにより加熱するための接触加熱装置に関する。

【０００２】例えば液晶ディスプレー（ＬＣＤ）の製造工程では、ガラス基板上への配向膜の形成や、パターン形成及び駆動デバイス形成のためのレジスト等は、材料をガラス基板上に塗布した後高温で乾燥・焼成することにより行われるが、これを熱風乾燥により行うと、表面が早く乾燥し、乾燥が遅れた内部に溶媒蒸気の気泡が残留し、品質不良が発生することがある。又風紋が残るという問題もある。このため、ＬＣＤガラス基板のベーキング装置としては、無風に近い状態で乾燥可能なように、加熱源としてホットプレートを用いている。又、半導体素子の製造において、その作動テストのうち高温下で行われるテストでは、素子を予めテスト温度まで予熱してテスト部に送るが、この予熱やテスト部における加熱のための半導体用高温ハンドラの熱源として、ホットプレートやヒートブロックが用いられる。本考案の接触加熱装置は、例えばこのようなホットプレートやヒートブロックに利用される。更に、料理用等の工業用途以外のホットプレート等にも利用されるものである。

【０００３】

【従来の技術】

ホットプレートやヒートブロック等の接触加熱装置としては、従来、アルミニウムやその合金等の熱伝導性の良い金属に発熱体として電熱器を取り付けて構成したものが用いられている。このものの電熱器取付け方法としては、薄型ヒータを金属板でサンドイッチ状に挟み込む機械的圧接方法や、金属中にシーズドヒータを鋳込む方法等が採られている。ホットプレートやヒートブロックの性能としては、表面の温度分布が最も重要な要素になるが、上記のような圧接方式のヒータでは、圧接状態にばらつきが生ずるため、全体を均一な容量の電熱器で加熱しても、良好な温度分布を得ることができない。又、このような接触加熱装置では、その中心部よりも周辺部で熱放散が大きいため、供給熱量が同じであば、それらの間で温度差を生ずる。

【０００４】このような問題を解決する接触加熱装置として、加熱区画を多数に分割し、それぞれの区画毎に分割された小容量の加熱器と温度センサとを設け、それぞれのセンサを区画と同数の温度調節器に接続し、区画毎に対応する加熱器を個別に温度制御する装置も採用されている。この装置では、多数個の温度調節器の温度設定値は原則的には同一であるが、温度分布を実測しつつ微調整される。又、全体を代表できる１区画を選定し、これに温度センサを取り付けて温度調節器に接続し、全区画を制御するようにした装置もある。この装置では、区画毎に設けられた加熱器の容量が個別の電圧調整や位相制御により変更可能になっていて、温度分布を実測しながらそれぞれの容量を調整し、温度分布が最良になるように容量を設定していた。

【０００５】しかしながら、このように多数の温度調整器や加熱器の容量調節器を設けると、装置が複雑になり多大の費用がかかると共に、温度分布の調整に長時間を要する。又、区画毎に加熱容量を調整しても、ホットプレートやヒートブロックの表面を流れる風の状態が変わったり、気温の変化により、調整時の温度分布が再現されない場合もある。そして、断線等により加熱器を交換すると、その度毎に温度分布を実測し、容量の再調整を必要とした。更に、断線や絶縁不良等の加熱器の故障の際、鋳込み型のものでは全体を交換しなければならず、多額の出費となった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は従来技術に於ける上記問題を解決し、簡単な構成で、特別な調整を必要とせず、又表面の風の状態や気温に変化があっても、高精度で均一な温度分布が得られる性能及び操作性の良い接触加熱装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は上記課題を解決するために、請求項１の考案は、被加熱物を加熱面上に載せてこれに接触させることにより加熱するための接触加熱装置において、前記加熱面の略全域に対応して設けられ熱媒液とその飽和気体とが入れられ密閉された空間部と、前記熱媒液を加熱する加熱手段と、を有することを特徴とし、請求項２の考案は、上記に加えて、前記加熱面は相当の広がりを持った平面であることを特徴とし、請求項３の考案は、請求項１の考案の特徴に加えて、前記加熱面は細長い面であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】

請求項１の考案によれば、密閉された空間部に熱媒液とその飽和気体が入れられているので、加熱手段により熱媒液を加熱すると、その温度が上昇すると同時に、その一部分が同じ温度で気化し、空間部内の圧力が上昇する。このような変化では、飽和温度及び飽和圧力の関係が維持される。気化した飽和気体は、直ちに空間部内に広がる。この空間部は、被加熱物が載せられる加熱面の略全域に対応して設けられているので、空間部内に充満した気体は、加熱面の略全域に熱を与える。この場合、この気体が飽和気体であるため、空間部内の壁面において凝縮することにより加熱面に熱を与えるので、熱伝達率が極めて良い。そして、飽和気体が凝縮する状態変化は一定温度の下に行われるから、飽和気体は一定温度下で大きな潜熱だけを加熱面に与えることになり、加熱面が一様に加熱されて一定温度になり、温度のばらつきが生じない。更に、加熱手段が熱媒液を蒸発させることにより、常に飽和気体が供給されるので、加熱面のうち例えば被加熱物が載せられた部分や周縁部で放熱が大きくなったとしても、その部分の熱吸収能力の増加により、その部分に対応する空間部では他の部分よりも多くの気体が供給されて液化し、熱供給量の必然的増加によって加熱面の部分的な温度降下が抑制される。即ち、空間部内の壁面では凝縮した液滴が落下し、必要に応じて順次継続的に自由に飽和気体が供給され、全体的に加熱面温度の均一性が維持される。例えば電熱線等による加熱では、供給熱量が一定であるため、このような作用は生じず、加熱面の周縁部等では温度が大幅に低下する。

【０００９】請求項２の考案によれば、加熱面が相当の広がりを持った平面であるため、接触加熱装置を例えばホットプレートとして使用することができる。ホットプレートを加熱する場合、例えば、電熱器等で一様に加熱し、且つ局部的な表面温度のばらつきを防止するために加熱面の下にヒートパイプを複数本並設するような構成も考えられるが、この構成では、ヒートパイプの有る部分とそれらの間の部分とで温度差が生じる。又、ヒートパイプが動作するときには、蒸発側及び凝縮側のそれぞれで吸熱及び放熱が起こるので、この間で或る程度の温度差が必要になり、表面にある程度の温度差が生ずることは避けられない。しかしながら、本考案では、加熱面に対応して空間部が設けられ、この空間部に自由に飽和気体が供給されるので、二次元的な広がりを持った加熱面であっても、どの方向にも温度差が発生せず、このような加熱面に対して特に本考案が効果的になる。

【００１０】請求項３の考案は加熱面が細長い場合を対象にしている。このような加熱面を持った接触加熱装置は、例えば半導体素子を加熱するヒートブロックとして用いられる。この場合、飽和気体が加熱面に熱を与えて凝縮すると、その液は加熱手段で再び加熱蒸発される位置まで戻される必要があるが、ヒートブロックの長さが特に長い場合には、水平な加熱面では液の戻りが悪くなり、熱輸送能力が若干低下する（１０〜３０％）。この問題は、低下分を予め見込んだ設計をするか、又は、加熱面を傾斜させることにより解消される。加熱面を傾斜させれば、被加熱物を自重で落下させつつ加熱できるという作用も生ずる。なお、加熱面が水平である場合には、半導体素子のような被加熱物は機械力で強制的に送られる。

【００１１】

【実施例】

図１は実施例の接触加熱装置としてのホットプレートの断面構造を示す。ホットプレートは、被加熱物として例えばＬＣＤガラス基板１００を加熱面１上に載せてこれに接触させることにより加熱する装置で、加熱面１の略全域に対応して設けられ密閉された空間部２と、その下方の中心部に位置する液溜部２ａ内に入れられた熱媒液３と、液溜部２ａの外部にこれに接触するように設けられ熱媒液３を加熱する加熱手段としての電熱器４とを備えている。

【００１２】空間部２内は、その温度に対応した熱媒液３の飽和気体で満たされている。本実施例では、加熱面１は平面状に形成されている。但し、これを凹面状にしたり傾斜面にすることも当然可能である。又、空間部２内には、加熱面１と空間部２を形成する底板５とにろう付け等で固定されたフィン６が全面的に設けられている（図１（ａ）では中間部分を省略している）。なおフィン６は、空間部２から加熱面１への熱伝達量を増大させるために拡張された伝熱面であると共に、内圧による加熱面１の変形を防止してその平面度を維持する強度メンバーにもなる。フィン６には、多数のフィン間における気体の流通を良くするために切欠き６ａが設けられている。

【００１３】接触加熱装置に使用することができる熱媒液３には非常に多くの種類があるが、何れを用いるかは、被加熱物に対応して定まる加熱面の温度範囲により選択される。例えば、負圧から１０〜１５ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力範囲で使用するとすれば、フロンＲ１１４、フロンＲ１１、フロンＲ１１３及び水は、それぞれ８０ °Ｃ、１１０°Ｃ、１４０°Ｃ及び２００°Ｃ程度の温度まで作動させることができる。ＬＣＤガラス基板の製造工程では、加熱面１の温度を８０〜１２０°Ｃ位にするのが適当であるから、熱媒液としては、例えばフロンＲ１１３や水等を使用できる。高温域の熱媒液としては、例えばナフタレンや金属ナトリウムのように、常温では固体で、温度が高くなると液化し、更に熱が加えられると気化するようなものも用いられる。ナフタレンは２００°Ｃ〜３５０°Ｃ程度の温度範囲で作動される。

【００１４】電熱器４には、電力源７から操作端８を介して加熱用電流が送られる。又本実施例では、温度センサ９及び温度調節器１０を設け、検出した加熱面１の温度を温度調節器１０内で設定値と比較し、偏差に応じた操作量を出力することにより、加熱面１の温度が操作端８で設定した希望の温度になるように、電源７から送られる電流を調整し、熱媒液３の蒸発量を制御するようにしている。温度センサ９は、加熱面の平面度を阻害しないように取り付けられる。なおホットプレートでは、その加熱面を除いた全周を図示しない断熱材で保温し、熱放散を減少させて電力量の低減を図っている。

【００１５】このホットプレートは次のように作動される。操作端８で加熱面１の温度を所望の温度に設定し、電力源７をオンにすると、電熱器４に電流が流され、液溜部２ａに溜められた熱媒液３が加熱され、その温度が上昇すると共にその気化量が多くなり、空間部２内の気体量が増加しその圧力及び温度が上昇する。この圧力と温度とは、熱媒液３の特性に基づく飽和圧力と飽和温度との関係を維持した状態で変化する。又、内部の気体が飽和温度の気体であるから、少しでも温度が下がると液化するので、空間部２内では何処でも気体の温度が同じである。そして、気体がフィン６の間及びその切欠き部６ａを通って空間部２内で広がり、フィン６及び断熱されていない加熱面１の裏面側に触れると、接触部で熱を奪われて凝縮液化する。このとき、接触部から加熱面１に凝縮の潜熱が与えられる。一方、液化した熱媒液の液滴は、伝熱面から落下するか又は流れ落ち、傾斜した底板５を伝って液溜部２ａ内に回収され、再び加熱・蒸発される。空間部内で同じ温度で同じ潜熱を持つ気体がこのような作用をなすので、加熱面１は全域で一様に加熱される。この場合、加熱面１の周縁部では放熱が大きいため、温度降下し易いが、温度降下すればこの部分の吸熱能力が増加するので、内部の気体の凝縮量が多くなる。その結果、周縁部でも中央部と同程度の温度が維持される。

【００１６】加熱面１の温度が設定温度になると、電熱器４へ送られる電流が少なくなり、熱媒液１の気化量が低下し、加熱面１は設定温度に維持される。この状態で被加熱体が加熱面に載せられると、この間で熱伝達が生じ、加熱面のその部分の温度が低下するが、この温度が設定温度になるように熱媒液１の蒸発量が増加し、温度が低下した部分への気体供給量が増加し、その部分の温度を上昇させる。このようにして、全体的に略均一な温度が維持される。従来のホットプレートでは、そのサイズが大きくなり設定温度が高くなるに従って温度のばらつきが増大し、その値が±５°Ｃ〜±１０°Ｃであったのに対し、本実施例のものでは、サイズや温度に関係なく、温度のばらつきを容易に±１°Ｃ〜±２°Ｃ程度にすることができた。

【００１７】なお以上では、ホットプレートが四角形である場合を示したが、円形等他の形状であってもよいことは言うまでもない。又、空間部２内にフィン６を設けたが、これを省略することもできる。更に、空間部２は、全体的に連通し加熱面１の略全域に対応して設けられればよく、例えば、一体的な板材の周囲から多数の傾斜した穴を穿孔した後、その外部への開口部を閉鎖するような方法により形成されてもよい。

【００１８】図２は、接触加熱装置の他の実施例としてヒートブロックの構造を示す。ヒートブロックは、被加熱物としての例えば半導体素子１０１を加熱面１上に整列配置して載せ、これを加熱面１に接触させることにより加熱する装置で、細長い加熱面１の略全域に対応して設けられ密閉された空間部２と、空間部２の下端部に位置する液溜部２ａ内に入れられた熱媒液３と、液溜部２ａの外部にこれと接触するように設けられ熱媒液３を加熱する加熱手段としての電熱器４とを備えている。

【００１９】空間部２は、本体部１１内を穿孔するか又はその中に管１２を挿入することにより形成されている。液溜部２ａは、管１２を曲げて本体部１１の外部に突出させ、その下部の管内に設けられている。熱媒液３としては、ホットプレートの場合と同様のものを使用できる。電熱器４には、図示しないが、図１のものと同様に、電力源、操作端、温度センサ及び温度調節器が設けられ、加熱面１が所望の温度になるように熱媒液３の蒸発量が制御される。この場合、温度センサは半導体素子１０１の搬送の障害にならない位置に取り付けられる。符号１０２は半導体素子１０１の搬送ガイドである。なお、加熱面１を、図２（ｂ）では溝形にしたが、図３に示す如く山形にしてもよい。

【００２０】このヒートブロックは次のように作動される。加熱面１の温度が所望の温度になるように図示しない制御系で制御しつつ電熱器４で液溜部２ａに溜められた熱媒液３を加熱すると、飽和気体が発生して管１２で形成された空間部２内に充満し、管１２の内壁に触れて液化し、このとき管１２に凝縮の潜熱を与えて加熱面１を加熱する。液化した熱媒液は、管壁から流れ落ち、管内に或る程度溜まると液溜部２ａ内に回収され、再び加熱・蒸発される。管内のどこでも同じ温度で同じ潜熱を持つ飽和気体がこのような作用をなすので、ホットプレートの場合と同様に、加熱面１は全域一様に加熱され、均一な温度になる。又、加熱面１の両端部や半導体素子１０１の載置された部分では放熱量が多くなるが、気体の凝縮量が多くなることにより温度降下が阻止され、全体的に均一な温度が維持される。その結果、従来のヒートブロックよりも、温度のばらつきが大幅に低減する。例えば本実施例のものでは、サイズや温度に関係なく、温度のばらつきを容易に±２°Ｃ程度にすることができた。

【００２１】図４は加熱面１を傾斜させた例を示す。このようにすれば、液化した熱媒液の戻りが良くなり、加熱面１の温度が一層均一化される。又、半導体素子１０１を滑らせて搬送させることも可能になる。

【００２２】図５はヒートブロックが多条型である場合の管１２の構成を示す。この場合には、それぞれの管１２をヘッダー管１３で連結し、ヘッダー管１３を包むように電熱器４を設けている。但し、電熱器４をヘッダー管１３の下に接触するように配設してもよい。このような構造にすれば、構造が簡素化されると共に、全ての管１２に同じ圧力・温度の飽和気体が供給されるので、多条のヒートブロックの全てを均一の温度にすることができる。

【００２３】

【考案の効果】

以上の如く本考案によれば、被加熱物の接触、中心部と周辺部との差、風の流れ、気温の変化等により、接触加熱装置の加熱面から放散する熱量に各種の変化が生じても、又その変化が急速であっても、飽和気体の潜熱という形で必要な所に必要な熱量が自然現象として即座に供給されることにより、加熱面の温度を極めて精度良く均一に保持することができる。又、加熱面に対応した空間部を設けると共に、熱媒液を加熱する加熱手段を設けるだけで接触加熱装置が形成されるので、その構造が簡単で製造も容易になる。従ってコストの低減が図られる。そして、従来の装置で必要とされた初期の温度調整や故障交換後の際調整等が一切不要になり、取り扱い性が極めて良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のホットプレートの構造を示し、（ａ）
は断面図で、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面に制御系の
説明を加えた図である。

【図２】実施例のヒートブロックの構造を示し、（ａ）
は断面図で、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

【図３】実施例のヒートブロックの加熱面部の他の構造
を示す断面図である。

【図４】他の実施例のヒートブロックの構造を示す断面
図である。

【図５】更に他の実施例のヒートブロックの管配置を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１加熱面２空間部３熱媒液４電熱器（加熱手段）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被加熱物を加熱面上に載せてこれに接触
させることにより加熱するための接触加熱装置におい
て、前記加熱面の略全域に対応して設けられ熱媒液とその飽
和気体とが入れられ密閉された空間部と、前記熱媒液を
加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする接触加
熱装置。
【請求項２】前記加熱面は相当の広がりを持った平面
であることを特徴とする請求項１に記載の接触加熱装
置。
【請求項３】前記加熱面は細長い面であることを特徴
とする請求項１に記載の接触加熱装置。