JP5536224B2 - 均熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、加熱処理対象物を均熱状態に加熱する均熱処理装置に関する。

加熱処理対象物を均熱状態に加熱処理する熱処理プレートに関する従来の技術は、たとえば、特開平９−３１４５６１号公報（特許文献１）または特開２００７−２９４６８８号公報（特許文献２）に開示されている。

図２０は、従来の熱処理プレートの一例の構成を示す斜視図である。図２０に示す均熱処理プレートは、プレート１０１の内部に形成された複数個の貫通穴１０２ａの両端を蓋１０７ａおよび１０７ｂで閉塞して密閉容器１０７を形成し、この密閉容器１０７の内部を真空排気後に所定量の作動液を封入し、プレート１０１の底面に伝熱ブロック１０４を介してヒータ１０６を熱的に接触させた構成を有する。

図２１は、従来の熱処理プレートの他の例の構成を示す平面図である。図２２は、従来の熱処理プレートの他の例の構成を示す側面図である。図２１および図２２に示す熱処理プレートは、プレート１２１の内部に形成された複数個の穴の内部にパイプ１２３を配置して、パイプ容器の蛇行回路を形成し、蛇行回路の一端となる入り口１４１が上部に、回路の他端となる出口１４２が下部にそれぞれ接続されて蛇行回路との間で単一の連通回路を形成する蒸発器１４３を有する。この単一の連通回路の内部を真空排気後に所定量の作動液１３１を封入し、蒸発器１４３の内部に装着されたヒータ１２６で作動液１３１を加熱する。

特開平９−３１４５６１号公報 特開２００７−２９４６８８号公報

上記のように、熱処理対象物を均一に加熱処理する均熱処理装置に関する各種の技術がこれまでに提案されている。しかしながら、均熱処理装置には、一層均一に対象物を加熱処理できることが求められており、加えて、装置の小型化もまた必要とされている。これらの点において、上記各文献に開示された従来の装置は必ずしも十分とはいえず、依然として改良の余地がある。

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、加熱処理対象物を均一に加熱することができ、装置の小型化を達成できる、均熱処理装置を提供することである。

本発明に係る均熱処理装置は、作動液を封入したヒートパイプ回路が内部に形成されたプレートと、作動液を加熱する加熱手段と、を備える。ヒートパイプ回路は、作動液が加熱され気化するヘッダ部と、作動液が気化した蒸気がプレートと熱交換して凝縮する、ヘッダ部から分枝する複数の枝部とを含む。加熱手段は、ヘッダ部の、加熱手段が作動液を加熱するときに作動液が接触する壁面側に設けられており、ヒータと、凹部が形成され凹部内にヒータを収容する伝熱ブロックと、ヒータを凹部内に保持するヒータ押さえ板とを含む。

上記均熱処理装置において好ましくは、プレートは、平面形状矩形状に形成されており、ヘッダ部は、プレートの一側面に沿って延び、枝部は一側面と対向するプレートの他の側面へ向かって延びるように設けられている。

上記均熱処理装置において好ましくは、複数の枝部は、互いに平行に配置されている。また好ましくは、ヒートパイプ回路は、枝部同士を連結する連結部をさらに含む。連結部は、ヘッダ部から延びる枝部の先端同士を連結してもよい。連結部は、複数設けられ、互いに平行に配置されていてもよい。

上記均熱処理装置において好ましくは、加熱手段は、ヒータ押さえ板と伝熱ブロックとを一体にプレートに固定する固定部材を含む。

上記均熱処理装置は、プレートと伝熱ブロックとの間に介在する熱伝導性の介在部材を備えてもよい。加熱手段は、伝熱ブロックとヒータ押さえ板との間に介在する熱伝導性の介在部材を備えてもよい。加熱手段は、伝熱ブロックとヒータ押さえ板との間に介在する断熱性の介在部材を備えてもよい。

上記均熱処理装置において好ましくは、ヒータ押さえ板には、凹部と対向する位置に、ヒータを収容する窪み部が形成されている。

上記均熱処理装置において好ましくは、作動液が加熱される部分の作動液が接触する壁面には、作動液の沸騰を促進する高性能沸騰面が形成されている。

上記均熱処理装置において好ましくは、加熱手段がプレートに熱的に接触する幅は、作動液が加熱される部分の作動液が接触する壁面の幅以下である。

本発明の均熱処理装置によると、加熱処理対象物を均一に加熱することができ、装置の小型化を達成することができる。

本発明の実施の形態１の均熱処理装置の平面図である。 図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う均熱処理装置の断面図である。 図１中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う均熱処理装置の断面図である。 加熱手段の構成の詳細を示す断面図である。 実施の形態１の均熱処理装置の第一の変形例を示す断面図である。 実施の形態１の均熱処理装置の第二の変形例を示す断面図である。 実施の形態１の均熱処理装置の第三の変形例を示す断面図である。 実施の形態２の均熱処理装置の断面図である。 実施の形態３の均熱処理装置の断面図である。 実施の形態３の均熱処理装置の変形例の断面図である。 実施の形態４の均熱処理装置の断面図である。 実施の形態５の均熱処理装置の断面図である。 実施の形態６の均熱処理装置の断面図である。 プレートの配置の他の例を示す断面図である。 プレートの配置の他の例を示す断面図である。 実施の形態７の均熱処理装置の平面図である。 実施の形態７の均熱処理装置の他の例の平面図である。 実施の形態７の均熱処理装置の他の例の平面図である。 実施の形態７の均熱処理装置の他の例の平面図である。 従来の熱処理プレートの一例の構成を示す斜視図である。 従来の熱処理プレートの他の例の構成を示す平面図である。 従来の熱処理プレートの他の例の構成を示す側面図である。

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、本発明の実施の形態１の均熱処理装置の平面図である。図２は、図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う均熱処理装置の断面図である。図１および図２に示すように、実施の形態１の均熱処理装置は、矩形板状のプレート１を備える。プレート１は、たとえば銅、アルミニウムなどに代表される、熱伝導率の大きい材料により形成されている。プレート１を形成する材料は、加熱処理対象物に要求される均熱性能によって、任意に選択することができる。

プレート１は、その平面形状が矩形状に形成されている。プレート１の一方の片面である表面１ａは、たとえば半導体製造用の有機材料などの加熱処理対象物を搭載し加熱可能なように、平坦に形成されている。プレート１の他方の片面である裏面１ｂには、加熱手段３が取り付けられている。

プレート１の内部には、図１に示すように、ヒートパイプ回路２が形成されている。ヒートパイプ回路２は、ヘッダ部２ｂと、ヘッダ部２ｂから分枝する複数の枝部２ａと、を含む。ヘッダ部２ｂは、平面形状矩形状に形成されたプレート１を平面視したときのプレート１の一側面を成す、側面１ｃに沿って延びるように配置されている。枝部２ａは、側面１ｃと対向するプレート１の他の側面を成す側面１ｄへ向かって、ヘッダ部２ｂから延びるように設けられている。複数の枝部２ａは、図１に示すように、互いに平行に配置されている。プレート１の側面１ｃ側において、複数の枝部２ａの各々は、ヘッダ部２ｂに連結している。なお、プレート１の内部の回路は、たとえば平面板と溝加工板とを接合することによって形成される。

ヒートパイプ回路２は、プレート１の内部に形成された内部空間３０が真空排気され、その後内部空間３０内に所定量の作動液が充填され封入されることにより、形成されている。作動液は、後述するように、加熱手段３により加熱される。

図３は、図１中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う均熱処理装置の断面図である。図２では、プレート１の側面１ｃから側面１ｄまで亘るヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂと枝部２ａとの全体を含む断面における均熱処理装置の断面図が示されている。これに対し、図３では、ヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂのみを含む断面における均熱処理装置の断面図が示されている。図３には、ヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂに作動液３１が充填され、断面が矩形状のヘッダ部２ｂの底面を成す蒸発面１２に作動液３１が接触している状態が図示されている。作動液３１は、ヘッダ部２ｂの内部において、プレート１の裏面１ｂ側のヘッダ部２ｂの壁面である蒸発面１２に接触している。

ヒートパイプ回路２の一部を成すヘッダ部２ｂと、加熱手段３とは、プレート１を介在させて配置されている。図３に示すように、ヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂは、幅ｌ_１を有する。加熱手段３がプレート１に熱的に接触する幅は、幅ｌ_０である。加熱手段３がプレート１に熱的に接触する幅ｌ_０は、蒸発面１２の幅ｌ_１以下としている。このようにヒートパイプ回路２と加熱手段３との寸法を規定することで、加熱手段３で発生した熱がヘッダ部２ｂ内の作動液３１により伝達されやすくなっている。

加熱手段３がプレート１に接触する幅ｌ_０がヘッダ部２ｂの蒸発面１２の幅ｌ_１よりも大きければ、加熱手段３からプレート１の裏面１ｂを経て表面１ａへ熱伝導により伝達される熱量が大きくなり、プレート１の表面１ａ上の側面１ｃ側と側面１ｄ側とにおいて温度が不均一になる可能性がある。加熱手段３で発生した熱を作動液３１へ伝達して、後述するように作動液３１の蒸発および凝縮によって枝部２ａの全体を均一に加熱することにより、プレート１の全体をより均一に加熱することができる。

加熱手段３がプレート１に接触する幅ｌ_０は、蒸発面１２の幅ｌ_１に対し、たとえば数ｍｍ程度小さくすればよい。最適な寸法は、プレート１の材質、（ヒートパイプ回路２を加工した後の）プレート１の肉厚、プレート１の厚み（すなわち表面１ａと裏面１ｂとの間隔）、および使用される温度領域などによって異なる。

図４は、加熱手段３の構成の詳細を示す断面図であり、図２中の側面１ｃ付近を拡大して示す図である。図４に示すように、加熱手段３は、ヒータ６と、伝熱ブロック４と、ヒータ押さえ板１０と、を含む。伝熱ブロック４には、ヒータ６を固定するための溝状の凹部４ａが形成されている。伝熱ブロック４に加工された溝部としての凹部４ａに、発熱することによりヒートパイプ回路２内の作動液３１に熱を供給する加熱部材の一例としてのヒータ６が組み込まれている。伝熱ブロック４は、凹部４ａ内にヒータ６を収容する収容部としての機能を有する。ヒータ６は、たとえば電気ヒータであってもよい。

伝熱ブロック４に形成された凹部４ａ内にヒータ６が嵌合され、凹部４ａの内部は、ヒータ６と伝熱材料５とによって封入されている。ヒータ６は、ヒータ押さえ板１０によって、伝熱ブロック４の凹部４ａ内に保持されている。ヒータ押さえ板１０は、ヒータ６を凹部４ａ内に保持する保持部材としての機能を有する。

伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０とでヒータ６を挟み込み、固定ボルト９で、ヒータ６とヒータ押さえ板１０とを圧着させながら、伝熱ブロック４をプレート１内のヘッダ部２ｂの直下の裏面１ｂに密着させて固定する。加熱手段３は、ヒータ押さえ板１０と伝熱ブロック４とを一体にプレート１に固定する固定部材としての固定ボルト９を含む。

伝熱ブロック４は、プレート１の片面である裏面１ｂの一部と熱的に接触しており、伝熱ブロック４内に保持されたヒータ６によって、プレート１の一部が加熱される。

以上の構成を備える均熱処理装置の動作について、図２および図４を参照して均熱処理装置内部の熱輸送原理を説明する。図２および図４の熱輸送原理図において、図中の熱流２１は加熱手段３からプレート１へ向かう熱の流れを示している。ヒータ６が通電されて発熱すると、その熱は伝熱材料５および伝熱ブロック４を介して、プレート１と伝熱ブロック４の接触面１４へ伝達される。熱はさらに、プレート１内部を経由して、プレート１内部のヘッダ部２ｂの底部の蒸発面１２へ伝達される。熱流２１によりプレート１内部のヘッダ部２ｂの底部が加熱されることにより、ヘッダ部２ｂの底部が作動液３１の蒸発面１２となる。

ヘッダ部２ｂ内の蒸発面１２において、プレート１の内部に充填されている作動液３１が加熱される。プレート１の内部は真空減圧状態にあるので、作動液３１が加熱されると、作動液３１はすみやかに蒸気化し、蒸気泡３２を発生する。蒸気泡３２は作動液３１中を上昇して、作動液３１の液面から、蒸気３３となって、プレート１内に形成されたヒートパイプ回路２内を側面１ｃ側から側面１ｄ面方向へ移動し、ヘッダ部２ｂから枝分かれして複数の枝部２ａの各々の内部へ流入する。

蒸気３３は、プレート１に形成された内部空間３０内を移動して、加熱手段３の取り付けられた裏面１ｂとは逆の表面１ａ側へ移動する。蒸気３３は、内部空間３０内を側面１ｃ側から側面１ｄ側へ移動しながら、ヒートパイプ回路２の枝部２ａ内の各部において凝縮液化して、枝部２ａと熱的に接触しているプレート１の部分に凝縮潜熱を放出する。このようにして蒸気３３は、プレート１に放熱することで凝縮し、凝縮液３４へと状態変化する。蒸気３３が側面１ｄへ向かって流れながら枝部２ａの全体において均等にプレート１へ熱が伝えられ、プレート１が蒸気３３から熱を吸収することにより、プレート１が均一温度で加熱される。

枝部２ａ内を流れる蒸気３３の圧力は、プレート１の側面１ｃ側が高く、側面１ｄ側へ向かうにつれて低くなるので、図２に示すように、枝部２ａ内の作動液３１の水位は、側面１ｃ側よりも側面１ｄ側の方が大きくなる。作動液３１は、水位の高低差により、側面１ｄ側から、もとの作動液３１が充填されている側面１ｃ側へ還流する。本実施の形態の均熱処理装置では、以上述べたヒータ６からプレート１への熱輸送が繰り返し行なわれる。

ヘッダ部２ｂは、作動液３１が加熱され気化する加熱部として機能する。枝部２ａは、作動液３１が気化した蒸気３３がプレート１と熱交換して凝縮する凝縮部として機能する。ヘッダ部２ｂは、ヘッダ部２ｂ内で発生した蒸気３３を複数の枝部２ａに分配する、蒸気分配ヘッダとしての機能を有する。ヘッダ部２ｂはまた、複数の枝部２ａ内で蒸気３３が凝縮液化した凝縮液３４が集合する、液体集合ヘッダとしての機能を有する。複数の枝部２ａの各々は、ヘッダ管状のヘッダ部２ｂに対し、ヘッダ部２ｂの延在方向に対し交差する（典型的には直交する）方向に延びる、横枝管状に形成されている。

以上説明した均熱処理装置によると、加熱手段３は、ヘッダ部２ｂの、加熱手段３が液体状の作動液３１を加熱するときに作動液３１が接触する壁面である蒸発面１２側に設けられている。プレート１と伝熱ブロック４が接触している接触面１４の直上に蒸発面１２があるため、ヒータ６からの熱のうちプレート１の表面１ａに直接的に伝熱する熱量は少ない。ヒータ６からの熱の大部分は、蒸発面１２で作動液３１を加熱するのに費やされる。ヒートパイプ回路２および加熱手段３が図３に規定される寸法を有することにより、ヒータ６が発生した熱のうち作動液３１に伝達される熱量が一層大きくなる。

そのため、ヒータ６の熱がプレート１に直接伝熱されることを抑制しながら、プレート１内の作動液３１を蒸発させ、作動液３１が気化した蒸気３３をプレート１内の各部に拡散させることができる。プレート１内のヘッダ部２ｂで作動液３１を蒸発させて蒸気３３を発生させ、枝部２ａで蒸気３３を凝縮させて、プレート１を加熱することができるので、プレート１の表面１ａの均熱性を向上することができる。したがって、プレート１の表面１ａ上に搭載された加熱処理対象物を均一に加熱することができる。

また、上記の均熱処理装置では、一つの加熱手段３でプレート１の全体を加熱することが可能であり、図２０の従来技術に示す方式のように複数のヒータは不要である。そのため、部品点数を低減できるので均熱処理装置の製造コストを低減できる。また、ヒータ６の発熱は作動液３１の蒸発現象によりすみやかにプレート１の各部に伝達されるので、ヒータ６の温度上昇が抑えられ、周囲へ発熱する熱量を低減できるので、必要なエネルギーを低減でき、均熱処理装置のランニングコストを低減することができる。加えて、プレート１の内部に蒸発面１２を設けているので、図２１，２２の従来技術のように蒸発部を別置きにする必要がない。したがって、均熱処理装置の小型化およびさらなる低コスト化を達成できるとともに、プレート１の熱容量を低減することができるので、熱応答性の高い均熱処理装置を得ることができる。

図５は、実施の形態１の均熱処理装置の第一の変形例を示す断面図である。図５に示す第一の変形例の均熱処理装置は、プレート１と伝熱ブロック４との間に介在する熱伝導性の介在部材７を備える点で、図４に示す構成と異なっている。図５に示すようにプレート１の裏面１ｂと伝熱ブロック４との間の接触面１４に熱伝導性の介在部材７を挟むと、プレート１の裏面１ｂと伝熱ブロック４との間の接触熱抵抗が小さくなる。

そのため、ヒータ６で発生した熱をプレート１を介してより効率よく作動液３１に伝達することができるので、均熱処理装置の熱応答性がより向上する。加えて、伝熱ブロック４およびヒータ押さえ板１０の表面から周囲へ放熱される放熱量が減少し、より熱効率の高い均熱処理装置を提供することができる。

図６は、実施の形態１の均熱処理装置の第二の変形例を示す断面図である。図６に示す第二の変形例の均熱処理装置は、加熱手段３が伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との間に介在する熱伝導性の介在部材８を備える点で、図５に示す構成と異なっている。ヒータ６で発生した熱は伝熱材料５を経由してヒータ押さえ板１０にも伝熱する。図６に示すように伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との間に熱伝導性の介在部材８を挟むと、ヒータ押さえ板１０と伝熱ブロック４間の熱抵抗が小さくなるため、点線矢印で示す熱流２２のように、ヒータ押さえ板１０から伝熱ブロック４へ熱を伝達しやすくなる。

そのため、ヒータ押さえ板１０に伝達された熱のうち周囲へ放熱して失われる熱量を低減し、ヒータ押さえ板１０から伝熱ブロック４への熱流２２を増大させることができるので、ヒータ６で発生した熱をさらに効率よく伝熱ブロック４へ伝達することができる。この結果、伝熱ブロック４からプレート１を経由して作動液３１へ伝達され作動液３１を加熱する熱が増加するため、さらに均熱処理装置の熱応答性を向上させることができる。

図７は、実施の形態１の均熱処理装置の第三の変形例を示す断面図である。図７に示す第三の変形例の均熱処理装置は、加熱手段３が伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との間に介在する断熱性の介在部材８ａを備える点で、図５に示す構成と異なっている。図６では伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との間に熱伝導性の介在部材８を挟む例について説明したが、逆に図７に示すように伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との間に断熱性の介在部材８ａを挟むと、ヒータ６からヒータ押さえ板１０へ流れる熱流の量を少なくすることが可能である。

そのため、ヒータ押さえ板１０から周囲への放熱量を減少させることができるので、ヒータ６で発生した熱をさらに効率よく伝熱ブロック４へ伝達することができる。この結果、伝熱ブロック４からプレート１を経由して作動液３１へ伝達され作動液３１を加熱する熱が増加するため、さらに均熱処理装置の熱応答性を向上させることができる。この場合、ヒータ押さえ板１０は、熱伝導率の低い材料により形成されてもよい。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２の均熱処理装置の断面図である。実施の形態２の均熱処理装置は、加熱手段３が伝熱ブロック４を備えていない点で、実施の形態１と異なっている。

つまり、実施の形態２の加熱手段３では、伝熱ブロック４を使用せず、ヒータ押さえ板１０にヒータ６を固定するための溝状の窪み部１０ａが形成されている。ヒータ押さえ板１０に加工された溝部としての窪み部１０ａに、ヒータ６が組み込まれている。ヒータ６は、ヒータ押さえ板１０に形成された窪み部１０ａ内に収納され、その周囲には伝熱材料５が配置されている。窪み部１０ａの内部は、ヒータ６と伝熱材料５とによって封入されている。

ヒータ押さえ板１０は、固定ボルト９で、プレート１内のヘッダ部２ｂの直下の裏面１ｂに直接密着させて固定されている。このように加熱手段３を構成すると、伝熱ブロック４を使用しないことにより均熱処理装置の部品点数が少なくなるので、均熱処理装置の低コスト化を達成することができる。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３の均熱処理装置の断面図である。実施の形態３の均熱処理装置は、ヒータ６を固定する場所を変更した点で、実施の形態１および実施の形態２と異なっている。具体的には、実施の形態１では、加熱手段３に含まれる伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０との両方が固定ボルト９を使用してプレート１に固定されており、伝熱ブロック４はプレート１から取り外すことができる構造であった。また、実施の形態２では、ヒータ押さえ板１０にヒータ６を固定するための溝状の窪み部１０ａにヒータ６が組み込まれている。これに対し、実施の形態３では、伝熱ブロック４とプレート１とは、ロウ付け、溶接などの方法で熱的に一体化されている。

実施の形態１，２では、ヒータ６を固定している部品（実施の形態１では伝熱ブロック４、実施の形態２ではヒータ押さえ板１０）とプレート１とは別の部材であり、ヒータ６を固定している部品とプレート１との間の接触面１４が完全に密着しないことによって接触熱抵抗が発生していた。伝熱ブロック４とプレート１との間に熱伝導性の介在部材７を配置した場合でも、接触熱抵抗は低減するものの、伝熱ブロック４とプレート１との間の熱抵抗を完全に無くすことは困難であった。これに対し、実施の形態３では、図９に示すように伝熱ブロック４とプレート１とを熱的に一体化することにより、伝熱ブロック４とプレート１の裏面１ｂとの間の熱抵抗を極めて小さくすることができる。

そのため、ヒータ６で発生し伝熱ブロック４へ伝達された熱が伝熱ブロック４とプレート１との間の接触面１４を経由してプレート１側へさらに伝達されるとき、熱エネルギーの一部が失われるのを抑制できる。その結果、伝熱ブロック４からプレート１を経由して作動液３１へ伝達され作動液３１を加熱する熱量が増加するため、均熱処理装置の熱応答性を一層向上させることができる。

図１０は、実施の形態３の均熱処理装置の変形例の断面図である。図９と図１０とを比較して、図１０に示す変形例では、ヒータ押さえ板１０の、凹部４ａと対向する位置に、ヒータ６を収容する窪み部１０ａが形成されている。ヒータ６は、伝熱ブロック４に形成された凹部４ａとヒータ押さえ板１０に形成された窪み部１０ａとの両方の内部に亘って配置されている。凹部４ａと窪み部１０ａとによって形成された空間の内部は、ヒータ６と伝熱材料５とによって封入されている。

図９を参照して説明した実施の形態３の均熱処理装置の、伝熱ブロック４とプレート１の裏面１ｂとの間の熱抵抗を低減できる効果は、伝熱ブロック４の大きさに依存しない。つまり、図１０に示すように、伝熱ブロック４のサイズを小さくし、ヒータ押さえ板１０のサイズを大きくしても、同様の効果を得ることができる。加えて、図１０に示す変形例では、伝熱ブロック４のサイズが小さくなることにより、プレート１を少し大きめの材料から伝熱ブロック４と一体で削りだして加工することが可能となる。したがって、均熱処理装置の製作時間を短縮でき、製造コストを低減することができる。

（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４の均熱処理装置の断面図である。実施の形態４の均熱処理装置は、実施の形態３の加熱手段３のヒータ押さえ板１０を伝熱ブロック４に金属的に接合して一体化した構造を有する。

実施の形態１〜３のように伝熱ブロック４とヒータ押さえ板１０とが熱的に一体化されない別の部材であると、ヒータ６でヒータ押さえ板１０へ伝達された熱が熱流２２のように伝熱ブロック４側へ伝達される際に、熱抵抗が発生する。実施の形態４では、ヒータ押さえ板１０を伝熱ブロック４に熱的に一体化させ、プレート１、伝熱ブロック４およびヒータ押さえ板１０の全体を熱的に一体化させている。

そのため、ヒータ６で発生した熱がプレート１へ伝達される経路での熱抵抗は、上述した実施の形態３よりもさらに小さくなる。その結果、伝熱ブロック４からプレート１を経由して作動液３１へ伝達され作動液３１を加熱する熱量が増加するため、均熱処理装置の熱応答性をさらに向上させることができる。

（実施の形態５）
図１２は、実施の形態５の均熱処理装置の断面図である。実施の形態５の均熱処理装置は、ヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂの、加熱手段３が設けられる側の壁面である蒸発面１２に、作動液３１の沸騰を促進する高性能沸騰面３９が形成されている点で、実施の形態４と異なっている。高性能沸騰面３９は、加熱手段３からプレート１への沸騰熱伝達による伝熱を促進するためのものである。

作動液３１の沸騰は、蒸発面１２において微小な気泡核を基点として成長した蒸気泡３２が蒸発面１２から離脱する現象である。作動液３１の沸騰を促進させるには、蒸発面１２を、その表面に多数の微小な凹みが形成され、微小な気泡核が発生し易い構造にすればよい。具体的には、高性能沸騰面３９は、金属粒子をプレート１の蒸発面１２に溶着させたものや、蒸発面１２に溝加工したものが考えられる。

このような高性能沸騰面３９を設けることにより、作動液３１が容易に沸騰して蒸気泡３２となり、蒸気３３の生成が促進される。実施の形態５の均熱処理装置では、実施の形態１〜４と比較して、作動液３１への伝熱量を増加させ、プレート１内の熱伝導により表面１ａまで伝達される熱量を低減できる。そのため、さらに効率よくヒータ６で発生した熱を蒸気３３の発生に利用できるので、均熱処理装置の熱応答性をさらに向上させることができる。

（実施の形態６）
図１３は、実施の形態６の均熱処理装置の断面図である。実施の形態１の説明においては、プレート１の内部に形成されたヒートパイプ回路２の枝部２ａの溝深さは、枝部２ａの延びる方向の全体に亘って同一として説明したが、このような構成に限られない。たとえば、図１３に示すようにプレート１の側面１ｃ側よりも側面１ｄ側の枝部２ａの溝深さをより小さくするように、ヒートパイプ回路２を形成してもよい。

このようにすれば、平板状のプレート１を水平に配置するとき、枝部２ａ内で蒸気３３が凝縮して発生した凝縮液３４は、傾斜している枝部２ａの底面を側面１ｄ側から側面１ｃ側へ向かって流れ易くなる。これにより、作動液３１を加熱するヘッダ部２ｂへ作動液３１を容易に戻すことができ、蒸発面１２の液枯れを防止してヒートパイプ回路２の効率を向上できる。また、必要とする作動液３１の量を低減することができるので、均熱処理装置の熱応答性をさらに向上させることができる。

実施の形態１〜６の説明においては、プレート１が水平状態に配置されている例について説明したが、プレート１の配置は水平状態に限られるものではない。図１４および図１５は、プレート１の配置の他の例を示す断面図である。図１４に示すように、プレート１は垂直に立てられた状態に配置されてもよく、また図１５に示すように、プレート１は傾斜した状態に配置されてもよい。

プレート１を垂直にした状態や傾斜した状態にしても、ヒートパイプ回路２のヘッダ部２ｂの、加熱手段３が作動液を加熱するときに作動液３１が接触している壁面側に、加熱手段３が配置されればよく、このようにすれば、上記と同様に、加熱手段３から作動液３１へ効率的に伝熱する効果を同様に得ることができる。プレート１の裏面１ｂ側へ加熱手段３を設ける構成に限られず、図１４および図１５に示すように配置された均熱処理装置では、プレート１の側面１ｃ側に加熱手段３を取り付けることも可能である。

水平、垂直および傾斜した状態のプレート１を任意に組み合わせることにより、本発明の均熱処理装置によって空間を囲繞したダクトまたは容器などを形成することができる。このようなダクトまたは容器の内部に加熱処理対象物を収容すれば、加熱処理対象物をより均一に加熱することができる。

（実施の形態７）
図１６は、実施の形態７の均熱処理装置の平面図である。実施の形態１の説明においては、プレート１の内部に形成されたヒートパイプ回路２が、ヘッダ部２ｂと、ヘッダ部２ｂに対し直交して延び互いに並行に加工された枝部２ａとを含む例について説明したが、このような構成に限られない。たとえばヒートパイプ回路２は、図１６に示すように、ヘッダ部２ｂから延びる枝部２ａ同士を連結する連結部２ｄをさらに含んでもよい。

このようにすれば、ヘッダ部２ｂで作動液３１が加熱され発生した蒸気３３の経路が増加するので、プレート１の表面１ａをより均一に加熱することができる。枝部２ａの先端同士を連結するように連結部２ｄを形成すれば、機械加工によりヒートパイプ回路２を形成する場合に、ループ状の経路を辿るように工具をプレート１に対して相対移動させて加工することができる。そのため、ヒートパイプ回路２を形成するためにプレート１を加工する加工時間を短縮することができ、均熱処理装置の製造コストをより低減することができる。

図１７〜１９は、実施の形態７の均熱処理装置の他の例の平面図である。図１７，１８に示す形状のヒートパイプ回路２を形成すれば、図１６の構成と同様に、蒸気３３の経路を増加させ、均熱処理装置の製造コストを低減できる効果を同様に得ることができる。図１９に示すように、連結部２ｄが複数設けられ、複数の連結部２ｄが互いに平行に配置されているような、升目状のヒートパイプ回路２を形成すれば、蒸気３３の経路をさらに増加させ、プレート１の表面１ａをさらに均一に加熱することができる。

また、図１７〜１９に示すような、プレート１の周囲の全体に沿ってヒートパイプ回路２が形成されている構成とすれば、プレート１の側面の全てにおいて蒸気３３による加熱が行なわれ、端部放熱による温度低下を小さくすることができる。したがって、図１または図１６に示すような、ヘッダ部２ｂから離れる側のプレート１の端部側にヒートパイプ回路２が一部設けられていない構成と比較して、プレート１の均熱性を一層向上させることができる。

以上のようにこの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。

この発明は、半導体製造用の有機材料などの加熱処理対象物を均熱状態に加熱する均熱処理装置に、特に有利に適用され得る。

１ プレート、１ａ 表面、１ｂ 裏面、１ｃ，１ｄ 側面、２ ヒートパイプ回路、２ａ 枝部、２ｂ ヘッダ部、２ｄ 連結部、３ 加熱手段、４ 伝熱ブロック、４ａ 凹部、５ 伝熱材料、６ ヒータ、７，８，８ａ 介在部材、９ 固定ボルト、１０ ヒータ押さえ板、１０ａ 窪み部、１２ 蒸発面、１４ 接触面、２１，２２ 熱流、３０ 内部空間、３１ 作動液、３２ 蒸気泡、３３ 蒸気、３４ 凝縮液、３９ 高性能沸騰面。

Claims (13)

1. 作動液を封入したヒートパイプ回路が内部に形成されたプレートと、
   前記作動液を加熱する加熱手段と、を備え、
   前記ヒートパイプ回路は、作動液が加熱され気化するヘッダ部と、前記作動液が気化した蒸気が前記プレートと熱交換して凝縮する、前記ヘッダ部から分枝する複数の枝部とを含み、
   前記加熱手段は、前記ヘッダ部の、前記加熱手段が前記作動液を加熱するときに前記作動液が接触する壁面側に設けられており、ヒータと、凹部が形成され前記凹部内に前記ヒータを収容する伝熱ブロックと、前記ヒータを前記凹部内に保持するヒータ押さえ板とを含む、均熱処理装置。
2. 前記プレートは、平面形状矩形状に形成されており、
   前記ヘッダ部は、前記プレートの一側面に沿って延び、前記枝部は前記一側面と対向する前記プレートの他の側面へ向かって延びるように設けられている、請求項１に記載の均熱処理装置。
3. 前記複数の枝部は、互いに平行に配置されている、請求項２に記載の均熱処理装置。
4. 前記ヒートパイプ回路は、前記枝部同士を連結する連結部をさらに含む、請求項２に記載の均熱処理装置。
5. 前記連結部は、前記ヘッダ部から延びる前記枝部の先端同士を連結する、請求項４に記載の均熱処理装置。
6. 前記連結部は、複数設けられ、互いに平行に配置されている、請求項４に記載の均熱処理装置。
7. 前記加熱手段は、前記ヒータ押さえ板と前記伝熱ブロックとを一体に前記プレートに固定する固定部材を含む、請求項１に記載の均熱処理装置。
8. 前記プレートと前記伝熱ブロックとの間に介在する熱伝導性の介在部材を備える、請求項１に記載の均熱処理装置。
9. 前記加熱手段は、前記伝熱ブロックと前記ヒータ押さえ板との間に介在する熱伝導性の介在部材を備える、請求項１に記載の均熱処理装置。
10. 前記加熱手段は、前記伝熱ブロックと前記ヒータ押さえ板との間に介在する断熱性の介在部材を備える、請求項１に記載の均熱処理装置。
11. 前記ヒータ押さえ板には、前記凹部と対向する位置に、前記ヒータを収容する窪み部が形成されている、請求項１に記載の均熱処理装置。
12. 前記壁面には、前記作動液の沸騰を促進する高性能沸騰面が形成されている、請求項１に記載の均熱処理装置。
13. 前記加熱手段が前記プレートに熱的に接触する幅は、前記壁面の幅以下である、請求項１に記載の均熱処理装置。

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