JP4030861B2 - 均熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば樹脂成型品、半導体ウエハ、液晶パネル等の被加工物を、加工される定盤上で均一に加熱あるいは冷却することができる均熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の均熱装置としては、放熱体の一方側を定盤内部に形成された流通路と連通させ、放熱体の他方側を定盤外方に放射状に延在させているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１‐３１４２２４号公報（第６頁，図１，図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の均熱装置は以上のように構成されているので、定盤の冷却時に、作動液の蒸気と冷却による凝縮液が流通路と連通するパイプの内部で対向して流れるため、冷却時の熱輸送量が大きくなると、蒸気の流速が高くなり、凝縮液の還流が阻害されてしまう。
このため放熱体の内部に凝縮液が滞留し、蒸気の凝縮面積が減少してしまうので、冷却機能が低下するという問題点があった。
又、還流液が少なくなり、液溜り部の液面が低下してしまうので、液面から加熱部が露出し、加熱面が局部過熱されることになり、定盤の均熱性が妨げられるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、定盤表面を均熱に保ちながら、冷却能力を高めることが出来るようにすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る均熱装置は、被加工物が載置される定盤内部に流通路が形成され、定盤を介して上記被加工物を加熱するものであって、一方側が定盤内部に形成された流通路と連通し、他方側が上記定盤外方に延在する放熱体を備えるとともに、この放熱体には液管が接続され、液管は定盤内部に形成された流通路に接続され、放熱体を蒸気管及び放熱フィンで構成し、放熱フィンの中心位置を蒸気管の中心位置より下側に位置するようにするとともに、放熱フィンの上端面が定盤の上表面よりも低位置になるように構成 し、更に蒸気管は下方に延長している放熱フィンを複数回貫通するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による均熱装置を示す平面断面図、図２は同じく側面断面図である。
図において、第１の板状部材１には、その下面に同心状に配置される複数の環状溝２が形成されており、又その上面には被加工物（図示せず）が載置される。
又、第２の板状部材３は、各環状溝２を覆うように、第１の板状部材１の下面に、例えばロウつけ等で接合されており、第２の板状部材３と、第１の板状部材１とにより定盤４を構成しており、環状溝２によって流通路５が形成される。
【０００８】
複数の液溜り部６は第２の板状部材３から下方に突出して形成され、定盤４内に設けられた流通路５と連通している。
液溜り部６内に貯留される作動液７は、熱源８によって直接加熱される。
放熱体９は、その一方側が定盤４内部に形成された流通路５と連通しており、又、その他方側が定盤４外方に延在しており、この放熱体９は、蒸気管１０と放熱フィン１１から構成されている。
蒸気管１０における放熱フィン１１からの出口部には、液管１２が接続されており、この液管１２は放熱体９の他方側からＵターンして液溜り部６に連通されており、これにより一つの密閉容器が構成される。
そして、これらの連通路の内部を真空排気した後に、所定量の作動液７を充填する。
【０００９】
次に動作について説明する。
上記のように構成された均熱装置において、定盤４に被加工物を載置して加熱を行なう場合は、液溜り部６内に貯留された作動液７中に浸漬された熱源８により、作動液７を直接加熱する。
加熱された作動液７は蒸発して気化し、流通路５を経て定盤４の全体に行き渡り、流通路５を形成する環状溝２の壁面で凝縮して潜熱を放出することにより、定盤４を加熱し、被加工物の加熱を行なう。
【００１０】
潜熱を放出して液化した作動液７は液溜り部６内に還流し、このような一連の動作を繰り返すことにより、定盤４上に載置される被加工物を均一に加熱することができる。
また、定盤４の温度を下げるために、薄板からなる冷却フィン１１を複数枚積層して構成された放熱体９を定盤４の外部に設け、その一方側において、定盤４内部に形成された流通路５と連通した蒸気管１０により、作動液７の蒸気１３を放熱体９側に導入する。そして放熱体９において、外部空気に放熱することにより、定盤４を均一温度に保ちながら降温させる。
【００１１】
また、放熱体９の先端側に液管１２を設け、放熱体９で凝縮液化した凝縮液１４を、定盤４の液溜り部６に還流させるようにしたので、定盤４からの蒸気１３と凝縮液１４はそれぞれ蒸気管１０及び液管１２の内部を一方向に流通するようになる。このように構成することにより、従来のように蒸気１３と凝縮液１４の流れが対向して、凝縮液１４の還流を妨げるようなことが無くなり、従来に比べて冷却効率を向上させることができる。
【００１２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による均熱装置を示す平面断面図、図４は同じく側面断面図である。
図において、蒸気管１０は放熱フィン１１の内部を貫通した後、同じ高さ位置においてＵターンし、再び放熱フィン１１の内部を貫通する。
その後、液溜り部６の高さ位置まで降下し、液管１２に接続され液溜り部６につながれている。
【００１３】
以上のように構成することにより、蒸気管１０の往復部分に放熱フィン１１を配置することができるため、実施の形態１に比べると、所要放熱面積をもたせるためのフィン１１の枚数を半減することができる。よって放熱体９の定盤４からの突出長さを減少させることができ、均熱装置全体の小形化を図ることができる。
【００１４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による均熱装置を示す側面断面図、図６はＡ方向から見た正面図である。
図において、均熱装置の基本的構成は実施の形態２の場合と同様であるが、本実施形態においては、実施の形態２に比べて放熱フィン１１の位置を下にずらした構造を採用している。
即ち、放熱フィン１１の中心位置は、蒸気管１０の中心位置よりも下側に位置するようにし、更に放熱フィン１１の上端面が、定盤４の上表面よりも低位置になるように構成しており、放熱フィン１１の下端面が下方のスペースに延長した形状となっている。
【００１５】
このようにすると、放熱フィン１１の上端面が定盤４の上表面より下方に配置できるため、この均熱装置を機械装置に収納することが容易となる。
又、蒸気管１０の下方のスペースに放熱フィン１１を延長させて構成することにより、放熱面積を大きく持たせることが出来る。これにより、放熱フィン１１の積み枚数を減少させることができ、放熱体９の定盤４からの突出長さをさらに減少させることが出来るので、装置の小形化を図ることが出来る。
【００１６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による均熱装置を示す平面断面図、図８は同じく側面断面図、図９は同じく正面図である。
図において、放熱フィン１１の形状は実施の形態３と同様であるが、本実施形態においては、蒸気管１０を放熱フィン１１の上部側において、一旦Ｕターンさせた後、更に放熱フィン１１の下段側において再度Ｕターンさせて、１回螺旋状に巻いた後、最後に蒸気管１０を液管１２に接続するようにしたものである。
【００１７】
実施の形態３では、蒸気管１０から放熱フィン１１の下方部分への伝熱が悪く、放熱フィン１１を有効に利用できない（フィン効率が低い）という問題があるが、図７〜図９のように構成することにより、下方に延長している放熱フィン１１にも蒸気管１０の熱を効率よく伝熱することが出来、冷却性能を向上させることが可能となる。
なお、上記説明では、放熱器９において、蒸気管１０が放熱器９の内部を、上段及び下段のそれぞれで１回ずつＵターンする場合について説明したが、蒸気管１０は放熱器９の内部を上段及び下段のそれぞれについて複数ターンする構造のものであってもかまわない。
即ち、この場合には、蒸気管１０は放熱フィン１１の上部側から下部側に向かって複数回螺旋状に蛇行しながら下降し、最後に液管１２に接続するものである。
【００１８】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５による均熱装置を示す平面断面図、図１１は同じく側面断面図である。
図において、放熱フィン１１の周囲にケーシング１５を設け、このケーシング１５には冷却ガス入り口１６と冷却ガス出口部１７が設けられている。
そして、冷却媒体となる冷却ガス１８が、この冷却ガス入り口部１６を経由して、放熱フィン１１を通過した後、冷却ガス出口部１７から放出される構造となっている。
【００１９】
このように、放熱フィン１１をケーシング１７で覆うことにより、冷却ガス１８が放熱フィン１１に沿って有効に流入し、放熱フィン１１からの熱を有効に冷却ガス１８に伝達することができ、ケーシング７がない場合に比べて、冷却ガス１８の無駄が無くなり、冷却能力を高めることが可能となる。
尚、図１０，図１１においては、実施の形態２の構成にケーシング７を設けた例について説明したが、実施の形態１，３，４の構成にケーシング７を設けてもよい。
【００２０】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による均熱装置を示す平面断面図、図１３は同じく側面断面図である。
図において、放熱フィン１１とケーシング１５との間の隙間には、第１の仕切り板１９及び第２の仕切り板２０が配置されている。そして、冷却ガス入り口部１６からケーシング１５の内部に導入される冷却ガス１８は、第１の仕切り板１９及び第２の仕切り板２０により、図１２の矢印で示すように、ケーシング１５内を蛇行して流れる。
【００２１】
このようにすることで、冷却ガス１８の流速を高め、冷却ガス１８と放熱フィン１１間の熱伝達率を高めることができ、冷却能力をより高めることが可能になる。
なお、上記構成においては、第１の仕切り板１９と第２の仕切り板２０を有するのものについて示したが、この仕切り板は２個に限定する必要は無く、冷却ガス１８の流動条件（Ｕターン、Ｗターンなど）に応じてケーシング１５内の仕切り板の数量並びに設置場所を適宜選定すればよい。
【００２２】
以上のように本実施形態によれば、放熱フィン１１の外周をケーシング１５で覆い、このケーシング１５の内部に冷却媒体を流入するようにし、ケーシング１５と放熱フィン１１との隙間部分に仕切り板１９，２０を設け、冷却媒体をケーシング１５の内部で蛇行して流通させるようにしたものである。
【００２３】
実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７による均熱装置の構成を示す平面断面図、図１５は同じく側面断面図である。
本実施形態においては、放熱体として、液冷ジャケット及びその内部に導入される冷却液を用いたものであり、図において、液冷ジャケット２１は定盤４から延在する蒸気管１０の周囲をとり囲むように構成されており、この液冷ジャケット２１内には、冷却媒体である冷却液２２が充填される。
【００２４】
実施の形態５，６におけるように、冷却ガスを用いて定盤４を冷却する場合には、蒸気管１０に放熱フィン１１を熱的に接合して、表面積を多くとる必要があったが、冷却液を冷媒とする場合には、冷却液と管壁間の熱伝達率が高いため、蒸気管１０の外周の放熱フィンを設ける必要がなく、冷却器をよりコンパクトに構成することが出来る。
【００２５】
又、本実施形態におけるように、放熱体として液冷ジャケット２１を使用した場合においても、実施の形態２で説明したように、蒸気管１０を液冷ジャケット２１の内部を貫通させた後、同じ高さ位置においてＵターンさせ、再び液冷ジャケット２１の内部を貫通させるようにしてもよい。
更に、実施の形態４で説明したように、蒸気管１０を液冷ジャケット２１内で蛇行させながら下降させるようにしてもよい。
又、実施の形態６で説明したように、液冷ジャケット２１内に仕切り板を設け、液冷ジャケット２１内を冷却液２２が蛇行して流れるようにしてもよい。
【００２６】
なお、上記実施の形態１〜７では、蒸気管１０と液管１２のパイプを同一径のもので構成した場合について説明したが、蒸気管１０の先端に接合される液管１２は蒸気管１０とは別のパイプで構成するようにしても良く、ループを構成するものであればよい。
また、上記の実施の形態１〜７では、放熱体９並びに液冷ジャケット２１を１ヶ所配置したものについて示したが、所要の冷却能力に応じて、これらを複数個設けるようにしてもよい。
更に、上記実施の形態１〜６では、放熱フィン１１が薄型プレート状に形成された場合について説明したが、放熱フィン１１はこの形状に限るものではなく、くし形状のヒートシンクなどを蒸気管１０に熱的に接合する方式であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る均熱装置によれば、被加工物が載置される定盤内部に流通路が形成され、定盤を介して上記被加工物を加熱するものであって、一方側が定盤内部に形成された流通路と連通し、他方側が上記定盤外方に延在する放熱体を備えるとともに、この放熱体には液管が接続され、液管は定盤内部に形成された流通路に接続され、放熱体を蒸気管及び放熱フィンで構成し、放熱フィンの中心位置を蒸気管の中心位置より下側に位置するようにするとともに、放熱フィンの上端面が定盤の上表面よりも低位置になるように構成し、更に蒸気管は下方に延長している放熱フィンを複数回貫通するようにしたので、被加工物を均一に加熱することができるとともに、冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による均熱装置を示す平面断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による均熱装置を示す側面断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による均熱装置を示す平面断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２による均熱装置を示す側面断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３による均熱装置を示す側面断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による均熱装置を示す正面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４による均熱装置を示す平面断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による均熱装置を示す側面断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による均熱装置を示す正面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５による均熱装置を示す平面断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による均熱装置を示す側面断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６による均熱装置を示す平面断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態６による均熱装置を示す側面断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態７による均熱装置を示す平面断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態７による均熱装置を示す側面断面図である。
【符号の説明】
４ 定盤、５ 流通路、９ 放熱体、１０ 蒸気管、１１ 放熱フィン、１２ 液管、１５ ケーシング、１９，２０ 仕切り板、２１ 液冷ジャケット。

Claims (3)

1. 被加工物が載置される定盤内部に流通路が形成され、上記定盤を介して上記被加工物を加熱する均熱装置において、一方側が上記定盤内部に形成された流通路と連通し、他方側が上記定盤外方に延在する放熱体を備えるとともに、この放熱体には液管が接続され、上記液管は上記定盤内部に形成された上記流通路に接続され、
   上記放熱体を蒸気管及び放熱フィンで構成し、
   上記放熱フィンの中心位置を上記蒸気管の中心位置より下側に位置するようにするとともに、上記放熱フィンの上端面が上記定盤の上表面よりも低位置になるように構成し、
   更に上記蒸気管は下方に延長している上記放熱フィンを複数回貫通することを特徴とする均熱装置。
2. 上記放熱フィンの外周をケーシングで覆い、このケーシングの内部に冷却媒体を流入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の均熱装置。
3. 上記ケーシングの内部に仕切り板を設けたことを特徴とする請求項２記載の均熱装置。

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