JP7468710B2

JP7468710B2 - ヒータ

Info

Publication number: JP7468710B2
Application number: JP2022577828A
Authority: JP
Inventors: 功一木村; 良平藤見; 克裕板倉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: US20240098847A1; KR20230130666A; WO2022162729A1; JPWO2022162729A1

Description

本開示は、ヒータに関する。

特許文献１は、載置台と、複数の発熱回路と、複数の端子部と、筒状支持部材とを備えるヒータを開示する。載置台における被加熱物の載置面は、二つ以上のゾーンに区分されている。複数の発熱回路は、ゾーンごとに載置台の内部に埋設されている。また、複数の発熱回路は、載置台の厚さ方向で異なる位置に層状に埋設されている。複数の端子部は、発熱回路の端部に電気的に接続されている。筒状支持部材は、複数の端子部を内部に収納している。

特開２０１７－１７４７１３号公報

本開示のヒータは、円板状の基材と、前記基材の内部に配置された複数の発熱体と、前記複数の発熱体の各々に接続された複数の端子と、前記基材に取り付けられた筒状部材とを備えるヒータであって、前記基材は、加熱対象が載置される第一面と、前記第一面に向かい合う第二面とを備え、前記複数の発熱体は、前記基材の中心を含む領域に配置された内側発熱体と、前記内側発熱体の外側に前記基材と同心状に配置された複数の外側発熱体とを備え、前記内側発熱体と前記複数の外側発熱体とは、前記基材の厚さ方向に間隔をあけて配置されており、前記内側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第一面側に位置する第一層に配置されており、前記複数の外側発熱体は、前記基材の厚さ方向で前記第一層に隣り合う第二層に配置された第一外側発熱体と、前記基材の厚さ方向で前記第二層よりも前記第二面側に位置する第三層に配置された第二外側発熱体とを備え、前記複数の端子は、前記基材の中心側から順に同心状に配置された第一端子と第二端子と第三端子とを備え、前記第一端子は、前記内側発熱体に接続されており、前記第二端子は、前記第二外側発熱体に接続されており、前記筒状部材は、前記ヒータを前記第一面側から平面視したときに前記複数の端子を囲むように前記第二面に取り付けられている。

図１は、実施形態のヒータの概略を示す説明図である。図２は、実施形態のヒータにおける複数の発熱体の位置関係を示す説明図である。図３は、実施形態のヒータにおける複数の端子の位置関係を示す説明図である。図４は、実施形態のヒータにおける発熱体と端子との位置関係を示す説明図である。図５は、実施形態のヒータにおける内側発熱体の回路パターンの一例を示す説明図である。図６は、実施形態のヒータにおける内側発熱体の回路パターンの別の一例を示す説明図である。図７は、比較例のヒータにおける発熱体と端子との位置関係を示す説明図である。図８は、比較例のヒータにおける内側発熱体の回路の一例を示す説明図である。図９は、変形例１のヒータにおける複数の発熱体の位置関係を示す説明図である。図１０は、変形例１のヒータにおける複数の端子の位置関係を示す説明図である。図１１は、変形例２のヒータにおける複数の発熱体の位置関係を示す説明図である。図１２は、変形例２のヒータにおける複数の端子の位置関係を示す説明図である。図１３は、変形例３のヒータにおける発熱体と端子との位置関係を示す説明図である。

［本開示が解決しようとする課題］
複数の発熱体が設けられたヒータは、各発熱体の両端部が基材の中心側の所定箇所に集約され、この所定箇所に各端子が接続されることが多い。基材の中心側には、端子及び端子につながる引出線を収納する筒状部材が接続されているからである。複数の発熱体が設けられたヒータは、基材の中心側に複数の端子が密集する。複数の端子が密集すると、各端子が基材の中心側に配置された内側発熱体に干渉し易い。例えば、内側発熱体が配置された層と外側発熱体が配置された層との間の層間距離が小さい場合、外側発熱体に接続された端子が内側発熱体に接触するおそれがある。他に、内側発熱体と外側発熱体に接続された端子とが近接すると、内側発熱体の熱が外側発熱体に接続された端子を伝って外部に逃げるおそれがある。

上記干渉を抑制するために、外側発熱体に接続された端子のうち、内側発熱体に干渉し得る端子を避けるように内側発熱体を配置することが考えられる。この場合、基材の中心側に内側発熱体を配置するスペースが十分に確保されず、基材の中心側の温度低下を生じさせるおそれがある。

本開示は、基材の中心側の温度低下を抑制できるヒータを提供することを目的の一つとする。

［本開示の効果］
本開示のヒータは、基材の中心側の温度低下を抑制できる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係るヒータは、円板状の基材と、前記基材の内部に配置された複数の発熱体と、前記複数の発熱体の各々に接続された複数の端子と、前記基材に取り付けられた筒状部材とを備えるヒータであって、前記基材は、加熱対象が載置される第一面と、前記第一面に向かい合う第二面とを備え、前記複数の発熱体は、前記基材の中心を含む領域に配置された内側発熱体と、前記内側発熱体の外側に前記基材と同心状に配置された複数の外側発熱体とを備え、前記内側発熱体と前記複数の外側発熱体とは、前記基材の厚さ方向に間隔をあけて配置されており、前記内側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第一面側に位置する第一層に配置されており、前記複数の外側発熱体は、前記基材の厚さ方向で前記第一層に隣り合う第二層に配置された第一外側発熱体と、前記基材の厚さ方向で前記第二層よりも前記第二面側に位置する第三層に配置された第二外側発熱体とを備え、前記複数の端子は、前記基材の中心側から順に同心状に配置された第一端子と第二端子と第三端子とを備え、前記第一端子は、前記内側発熱体に接続されており、前記第二端子は、前記第二外側発熱体に接続されており、前記筒状部材は、前記ヒータを前記第一面側から平面視したときに前記複数の端子を囲むように前記第二面に取り付けられている。

本開示のヒータは、基材の中心側に複数の端子が密集していたとしても、第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。複数の端子が中心側から順に同心状に配置されていると共に、第二端子が第二外側発熱体に接続されているからである。第二端子が第二外側発熱体に接続されている端子であることで、第二端子が第一外側発熱体に接続される端子である場合に比較して、内側発熱体と第二端子との間隔を大きくできる。第二外側発熱体が配置された第三層は、第一外側発熱体が配置された第二層よりも第一層から離れた位置にあるからである。上記間隔が大きいことで、第二端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。第二端子が内側発熱体に干渉しないことで、第二端子の位置を考慮することなく内側発熱体を所望の位置に配置できる。第三端子は、第二端子よりも中心から離れた位置にある。よって、第三端子における周方向の配置スペースを広く確保でき、ヒータを第一面側から平面視したとき、内側発熱体に重ならないように第三端子を配置し易い。そのため、第三端子の位置に起因して内側発熱体の位置が制限されることを抑制できる。第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉することを抑制できることで、基材の中心側に内側発熱体を十分に配置できる。以上より、本開示のヒータは、基材の中心側の温度低下を抑制できる。

ここで、端子が発熱体に干渉するとは、機械的要因、電気的要因、又は製造上の理由によって、発熱体の所望の位置に端子を配置できないことを言う。機械的要因としては、端子と発熱体とが接触することが挙げられる。電気的要因としては、端子と発熱体との間隔が小さくなることで、電気的絶縁性が確保できないことが挙げられる。製造上の理由としては、ヒータの構成部材を所望の位置に配置するための作業スペースが確保できないことが挙げられる。

（２）本開示のヒータの一例として、前記ヒータを前記第一面側から平面視したとき、前記内側発熱体の外周輪郭線は、前記基材の中心を中心として前記第三端子で構成される内接円の外側に位置する形態が挙げられる。

上記形態は、第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉し易い。本開示のヒータは、上述したように、第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。よって、本開示のヒータは、上記形態であっても、基材の中心側の温度低下を抑制できる。

（３）本開示のヒータの一例として、前記ヒータを前記第一面側から平面視したとき、前記内側発熱体の外周輪郭線は、前記筒状部材の内周輪郭線の外側に位置する形態が挙げられる。

上記形態は、第二端子及び第三端子が内側発熱体により干渉し易い。本開示のヒータは、上述したように、第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。よって、本開示のヒータは、上記形態であっても、基材の中心側の温度低下を抑制できる。

（４）本開示のヒータの一例として、前記複数の外側発熱体の少なくとも一つは、周方向に分割された複数の発熱体セグメントで構成されている形態が挙げられる。

内側発熱体の外側に基材と同心状に複数の外側発熱体が配置されていることで、複数の発熱体を基材の径方向に独立して温度制御することができる。上記形態は、更に各外側発熱体が複数の発熱体セグメントで構成されていることで、基材の径方向の温度制御に加えて、各外側発熱体を周方向に独立して温度制御することができる。よって、上記形態は、加熱対象を全面にわたって均一に加熱し易い。

（５）本開示のヒータの一例として、前記第二端子は、前記第二外側発熱体における前記第一面側の面から前記第一面に向かって突出した先端部を備え、前記先端部の突出方向の長さは、層間距離よりも小さく、前記層間距離は、前記第二外側発熱体における前記第一面側の面と、前記内側発熱体における前記第二面側の面との間の長さである形態が挙げられる。

上記形態は、第二端子が先端部を備えていたとしても、第二端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。

（６）上記（５）のヒータの一例として、前記層間距離は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である形態が挙げられる。

層間距離が１ｍｍ以上であることで、基材の厚さ方向に隣り合う発熱体同士の間隔を確保し易く、基材の内部に発熱体を構成し易い。層間距離が１５ｍｍ以下であることで、各発熱体の厚さを含む基材の厚さが大きくなることを抑制できる。層間距離が１５ｍｍ以下であることで、第二外側発熱体と内側発熱体との間の距離が大きくなることを抑制でき、ひいては第一面の温度制御を行い易い。層間距離が１５ｍｍ以下であっても、本開示のヒータは、第二端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。

（７）本開示のヒータの一例として、前記複数の発熱体の各々は、箔状体であり、前記複数の発熱体の各々の平均厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下である形態が挙げられる。

各発熱体が箔状体であることで、各発熱体における第一面側の面から第一面までの距離のばらつきを小さくでき、第一面を均一に加熱し易い。各発熱体の平均厚さが１μｍ以上であることで、基材の内部に発熱体を構成し易い。各発熱体の平均厚さが５００μｍ以下であることで、加熱対象を良好に加熱し易い。各発熱体の平均厚さが５００μｍ以下であると、接続される端子が発熱体を貫通し易い。例えば、上述したように、第二端子が第二外側発熱体から突出した先端部を備える。この場合であっても、本開示のヒータは、第二端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。

（８）本開示の一態様に係るヒータは、円板状の基材と、前記基材の内部に配置された複数の発熱体と、前記複数の発熱体の各々に接続された複数の端子と、前記基材に取り付けられた筒状部材とを備えるヒータであって、前記基材は、加熱対象が載置される第一面と、前記第一面に向かい合う第二面とを備え、前記複数の発熱体は、前記基材の中心を含む領域に配置された内側発熱体と、前記内側発熱体の外側に前記基材と同心状に配置された外側発熱体と、前記内側発熱体と前記外側発熱体との間に配置された中間発熱体とを備え、前記内側発熱体、前記外側発熱体、及び前記中間発熱体は、前記基材の厚さ方向に間隔をあけて配置されており、前記内側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第一面側に位置する第一層に配置されており、前記外側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第二面側に位置する第三層に配置されており、前記中間発熱体は、前記第一層と前記第三層との間に位置する第二層に配置されており、前記複数の端子は、前記基材の中心側から順に同心状に配置された第一端子と、第二端子と、第三端子とを備え、前記第一端子は、前記内側発熱体に接続されており、前記第二端子は、前記外側発熱体に接続されており、前記第三端子は、前記中間発熱体に接続されており、前記筒状部材は、前記ヒータを前記第一面側から平面視したときに前記複数の端子を囲むように前記第二面に取り付けられている。

本開示のヒータは、上記（１）のヒータと同様に、基材の中心側に複数の端子が密集していたとしても、第二端子及び第三端子が内側発熱体に干渉することを抑制できる。本開示のヒータは、第二端子及び第三端子の位置を考慮することなく内側発熱体を所望の位置に配置できる。具体的には、基材の中心側に内側発熱体を十分に配置できる。よって、本開示のヒータは、基材の中心側の温度低下を抑制できる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示のヒータの実施形態を、図面を参照して説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。

図１から図６を参照して、実施形態のヒータ１を説明する。ヒータ１は、基材２と、複数の発熱体３と、複数の端子６と、筒状部材７とを備える。基材２は、図示しない加熱対象が載置される第一面２ａと、第一面２ａに向かい合う第二面２ｂとを備える。以下の説明では、基材２の第一面２ａ側を「上」とし、第二面２ｂ側を「下」と表現することがある。図１は、複数の発熱体３と複数の端子６との位置関係を仮想断面で示した模式図である。そのため、図１に示す各発熱体３の形状や位置並びに各端子６の数と、図５や図６に示す各発熱体３の形状や位置並びに各端子６の数とは必ずしも合致しない。この点は、図７に示す各発熱体３の形状や位置並びに各端子６の数と図８に示す各発熱体３の形状や位置並びに各端子６の数との関係も同様である。図２は、基材２を第一面２ａ側から見た図である。図２では、説明の便宜上、複数の発熱体３の大まかな配置領域を三種類のハッチングで分けて示す。図３は、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したときの筒状部材７と複数の端子６との位置関係を示す図である。図３では、複数の端子６を三種類のハッチングで分けて示す。図３では、第一端子６１で構成される内接円、第二端子６２で構成される内接円、及び第三端子６３で構成される内接円をそれぞれ二点鎖線で示す。図４は、図１と同様に、ヒータ１の構成部材の位置関係を示す説明図である。図５及び図６は、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したときの筒状部材７と内側発熱体４と複数の端子６との位置関係を示す。図５及び図６では、分かり易いように、内側発熱体４にハッチングを付している。図５と図６とでは、内側発熱体４の回路パターンのみが異なる。各図では、分かり易いように、各発熱体３及び各端子６を誇張して示す。各図において、基材２の厚さや各発熱体３の厚さ等は模式的に示されたものであり、必ずしも実際の厚さに対応しているわけではない。基材２の厚さ及び各発熱体３の厚さは、各図の上下方向に沿った長さのことである。

＜全体構成＞
複数の発熱体３は、図１及び図４に示すように、基材２の内部に配置されている。複数の発熱体３は、内側発熱体４と複数の外側発熱体５とを備える。内側発熱体４は、基材２の中心を含む領域、図２に示す内側領域２０に配置されている。内側領域２０は、基材２の中心を中心とした円形状の領域である。内側領域２０は、基材２の直径の８０％以下の直径で構成される円形状の領域である。複数の外側発熱体５は、内側発熱体４の外側に基材２と同心状に配置されている。複数の外側発熱体５は、第一外側発熱体５１と第二外側発熱体５２とを備える。複数の外側発熱体５は、内側発熱体４の外側であって、基材２の中心と同心状の複数の環状領域に配置されている。この環状領域は、図２に示す第一外側領域２１及び第二外側領域２２である。第二外側領域２２は、第一外側領域２１の外側に位置する。内側発熱体４と複数の外側発熱体５とは、基材２の厚さ方向に間隔をあけて配置されている。複数の端子６は、図１及び図４に示すように、複数の発熱体３の各々に接続されている。筒状部材７は、図１に示すように、基材２に取り付けられている。

実施形態のヒータ１の特徴の一つは、図４に示すように、内側発熱体４が基材２内の第一層に配置されている点にある。第一層は、基材２の内部において各発熱体３が配置される層のうち、基材２の厚さ方向で最も第一面２ａ側に位置する層である。実施形態のヒータ１の別の特徴の一つは、図４に示すように、複数の端子６が基材２の中心側から順に同心状に配置された第一端子６１と第二端子６２と第三端子６３とを備え、第一端子６１が内側発熱体４に接続され、第二端子６２が第二外側発熱体５２に接続されている点にある。第一外側発熱体５１は、複数の外側発熱体５のうち、基材２の厚さ方向で第一層に隣り合う第二層に配置された発熱体である。第二外側発熱体５２は、複数の外側発熱体５のうち、基材２の厚さ方向で第二層よりも第二面２ｂ側に位置する第三層に配置された発熱体である。以下では、基材２、筒状部材７、発熱体３、及び端子６の各構成を詳細に説明する。

＜基材＞
基材２は円板である。基材２は、第一面２ａと第二面２ｂとを備える。第一面２ａと第二面２ｂとは互いに向かい合っている。第一面２ａには、図示しない加熱対象が載置される。加熱対象は、例えば半導体等のウエハである。第二面２ｂには、後述する筒状部材７が取り付けられている。第二面２ｂには、後述する複数の端子６が嵌め込まれる複数の穴が設けられている。基材２は、図１及び図４における各端子６の位置に、各端子６に対応した上記穴が設けられている。

基材２は、図２に示すように、同心状に複数の領域に区切られている。本例の基材２は、内側領域２０と、第一外側領域２１と、第二外側領域２２とに区切られている。図２では、分かり易いように、内側領域２０と、第一外側領域２１と、第二外側領域２２とに異なるハッチングを付している。内側領域２０は、基材２の中心を中心とした円形状の領域である。基材２の中心とは、平面視した基材２の輪郭で構成された円の中心のことである。内側領域２０の直径は、基材２の直径の８０％以下である。内側領域２０の直径が基材２の直径の８０％以下であることで、内側発熱体４の外側に複数の外側発熱体５を配置可能な面積を確保できる。内側領域２０の直径は、更に基材２の直径の５０％以下であることが挙げられる。内側領域２０の直径は、基材２の直径の１０％以上であることが挙げられる。内側発熱体４の直径が基材２の直径の１０％以上あることで、基材２の中心に内側発熱体４を配置可能な面積を確保できる。第一外側領域２１は、内側領域２０の外側に位置する環状の領域である。第二外側領域２２は、第一外側領域２１の外側に位置する環状の領域である。複数の領域に対応して、後述する複数の発熱体３が配置されている。

基材２の材質は、公知のセラミックスが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素等が挙げられる。基材２は、上記セラミックスと金属との複合材料で構成されていてもよい。金属としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等が挙げられる。基材２の材質は、本例ではセラミックスである。

＜筒状部材＞
筒状部材７は、図１に示すように、基材２を第二面２ｂ側から支持している。筒状部材７は、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したときに複数の端子６を囲むように第二面２ｂに取り付けられている。筒状部材７の形状は、特に限定されない。本例の筒状部材７は、円筒状部材である。筒状部材７は、基材２と同心状に配置されている。本例では、円筒状の筒状部材７の中心と、円板状の基材２の中心とが同軸となるように、基材２と筒状部材７とが接続されている。

筒状部材７の両端部は、外側に屈曲したフランジ部７１を備える。上端部のフランジ部７１と第二面２ｂとの間には、図示しないシール部材が配置されている。下端部のフランジ部７１とヒータ１の設置対象９との間にも、図示しないシール部材が配置されている。これらのシール部材によって、筒状部材７の内部はシールされている。ヒータ１が配置されるチャンバー内には、代表的には、腐食性ガスが充満される。筒状部材７の内部がシールされていることで、筒状部材７の内部に収納された各端子６や各端子６の引出線６５を腐食性ガスから隔離することができる。上端部のフランジ部７１と第二面２ｂとは、シール部材を介さずに直接接合されていてもよい。

筒状部材７の材質は、基材２の材質と同様に、公知のセラミックスが挙げられる。筒状部材７の材質と基材２の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

＜発熱体＞
複数の発熱体３の各々は、基材２を介して図示しない加熱対象を加熱する熱源である。各発熱体３の形状は、特に限定されない。ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、各発熱体３の外周輪郭線の形状は、一般的には円形である。複数の発熱体３は、基材２に設けられた複数の領域の各々に対応して配置されている。各発熱体３は、基材２及び筒状部材７と同心状に配置されている。よって、複数の発熱体３は、同心状に配置されている。ここでの同心状とは、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、各発熱体３の包絡円が共通する中心を有し、かつ各包絡円の直径が異なることを言う。この包絡円の中心は、基材２の中心と一致する。本明細書において、中心側とは包絡円の中心側のこと、外側とは中心から包絡円の径方向に離れる側のことを言う。

複数の発熱体３は、図１及び図４に示すように、一つの内側発熱体４と、複数の外側発熱体５とを備える。各外側発熱体５の包絡円の直径は、内側発熱体４の包絡円の直径よりも大きい。内側発熱体４の大部分は、図２に示す内側領域２０に配置されている。複数の外側発熱体５は、第一外側発熱体５１と第二外側発熱体５２とを備える。本例では、第一外側発熱体５１の大部分は、図２に示す第一外側領域２１に配置されている。本例では、第二外側発熱体５２の大部分は、図２に示す第二外側領域２２に配置されている。本例では、複数の発熱体３の各包絡円の直径は、内側発熱体４、第一外側発熱体５１、第二外側発熱体５２の順に大きくなっている。ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、各発熱体３は、各包絡円の径方向に部分的に重なって配置されていてもよいし、重なることなく間隔をあけて配置されていてもよい。本例では、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、各発熱体３は、互いに重なっている部分を備える。例えば、図１及び図４に示すように、内側発熱体４と第一外側発熱体５１とは互いに重なっている部分を備える。内側発熱体４と第二外側発熱体５２とは互いに重なっている部分を備える。第一外側発熱体５１と第二外側発熱体５２とは互いに重なっている部分を備える。

本例では、三つの発熱体３が配置されている。本例では、第二外側発熱体５２は、最も外側に配置された外側発熱体であり、第一外側発熱体５１は、内側発熱体４と第二外側発熱体５２との間に配置された中間発熱体である。

各発熱体３は、互いに独立して温度制御される。複数の発熱体３が同心状に配置されていることで、基材２が径方向に温度制御される。

各発熱体３は、図１及び図４に示すように、基材２の内部に配置されている。各発熱体３は、基材２の厚さ方向に間隔をあけて層状に配置されている。内側発熱体４は、基材２の厚さ方向で最も第一面２ａ側に位置する第一層に配置されている。内側発熱体４が第一層に配置されていることで、内側発熱体４と第二面２ｂとの間の長さを長く確保できる。また、内側発熱体４が第一層に配置されていることで、内側発熱体４が第一層以外の層に配置されている場合に比較して、外側発熱体５に接続された端子６の位置の影響を受け難く、内側発熱体４を基材２に配置し易い。

第一外側発熱体５１と第二外側発熱体５２とは、基材２の厚さ方向に特定の位置関係にある。第一外側発熱体５１は、基材２の厚さ方向で第一層に隣り合う第二層に配置されている。第二外側発熱体５２は、基材２の厚さ方向で第二層よりも第二面２ｂ側に位置する第三層に配置されている。第二外側発熱体５２は、第一外側発熱体５１よりも内側発熱体４から離れた位置に配置されている。

各発熱体３が配置された隣り合う層の間隔は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが挙げられる。上記間隔は、第一層と第二層との間隔、又は第二層と第三層との間隔のことである。第一層と第二層との間隔は、図４に示す層間距離Ｄ２である。層間距離Ｄ２は、内側発熱体４における第二面側の面４ｂと、第一外側発熱体５１における第一面側の面５１ａとの間の長さである。第二層と第三層との間隔は、図４に示す層間距離Ｄ１から層間距離Ｄ２と第一外側発熱体５１の厚さとを引いた長さである。層間距離Ｄ１は、内側発熱体４における第二面側の面４ｂと、第二外側発熱体５２における第一面側の面５２ａとの間の長さである。上記間隔が１ｍｍ以上であることで、基材２の内部に複数の発熱体３を基材２の厚さ方向に間隔をあけて層状に構成し易い。各発熱体３の製造方法は後述する。上記間隔が１５ｍｍ以下であることで、各発熱体３の厚さを含む基材２の厚さが過大となることを抑制できる。上記間隔が１５ｍｍ以下であることで、各発熱体３から第一面２ａまでの距離の差が過大となることを抑制でき、第一面２ａの温度制御を行い易い。上記間隔は、更に２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、特に３ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが挙げられる。基材２の厚さは、一般的に１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

各発熱体３は、帯状部を屈曲させて構成されることが挙げられる。帯状部の屈曲には、渦巻き状や蛇行状に屈曲することが挙げられる。帯状部の幅は、帯状部の長手方向に一様な幅であってもよいし、帯状部の長手方向の部位によって異なる幅であってもよい。帯状部の幅は、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したときの帯状部の長手方向と直交する方向の寸法である。帯状部の幅は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下、特に１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが挙げられる。各発熱体３は、帯状部よりも幅の広い所定形状の面状部を備えていてもよい。面状部は、帯状部と一連につながって配置される。面状部の形状は、例えば扇状や半円状等が挙げられる。帯状部及び面状部は、箔状体であることが好ましい。各発熱体３の回路パターンは、特に限定されない。各発熱体３の回路パターンは、加熱する温度や求められる温度分布に応じて適宜選択できる。

各発熱体３が箔状体である場合、各発熱体３の平均厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下であることが挙げられる。各発熱体３の平均厚さが１μｍ以上であることで、基材２の内部に発熱体３を構成し易い。各発熱体３の平均厚さが５００μｍ以下であることで、図示しない加熱対象を良好に加熱し易い。各発熱体３の平均厚さが５００μｍ以下であると、後述する端子６が発熱体３を貫通し易い。例えば、図４に示すように、第二端子６２が第二外側発熱体５２を貫通する。この場合であっても、本例のヒータ１であれば、後述するように、発熱体３を貫通した端子６が内側発熱体４に干渉することを抑制できる。各発熱体３の平均厚さは、更に５μｍ以上１００μｍ以下、特に１０μｍ以上５０μｍ以下であることが挙げられる。各発熱体３の平均厚さが５μｍ以上であると、各端子６との電気的接続を確保し易い。各発熱体３の平均厚さが１０μｍ以上であると、各発熱体３の機械的強度を確保し易い。各発熱体３の平均厚さは、発熱体３の長手方向の３箇所以上の測定点で測定した厚さの平均値である。

内側発熱体４は、図５及び図６に示すように、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、第三端子６３で構成される内接円の外側にまで位置することが挙げられる。即ち、内側発熱体４の外周輪郭線４ｃは、第三端子６３で構成される内接円の外側に位置することが挙げられる。特に、内側発熱体４の外周輪郭線４ｃは、筒状部材７の内周輪郭線７ｃの外側に位置することが挙げられる。図５及び図６に示す筒状部材７は、フランジ部７１以外の箇所である。本例の外周輪郭線４ｃは、内周輪郭線７ｃの外側に位置する。外周輪郭線４ｃは、内周輪郭線７ｃの内側であって、第三端子６３で構成される内接円の外側に位置していてもよい。

本例の内側発熱体４は、後述するように、基材２の中心側に十分な回路パターンが設定される。よって、本例の内側発熱体４は、基材２の中心を十分に加熱できる。

複数の外側発熱体５の少なくとも一つは、周方向に分割された複数の発熱体セグメントで構成されていることが挙げられる。本例では、基材２に設けられた第一外側領域２１は、図２に示すように、周方向に分割された複数の分割領域２１０を備える。本例の第一外側発熱体５１は、複数の分割領域２１０に対応して周方向に分割された複数の発熱体セグメント５１０で構成されている。図２では、各発熱体セグメント５１０の輪郭を仮想的に破線で示す。図９及び図１１も同様である。本例では、複数の発熱体セグメント５１０の個数は、三つである。複数の発熱体セグメント５１０の個数は、後述する変形例１のように二つでもよいし、変形例２のように四つでもよいし、五つ以上でもよい。第一外側発熱体５１が複数の発熱体セグメント５１０で構成されていることで、基材２が分割領域２１０ごとに独立して温度制御される。第一外側発熱体５１は、分割されていない一つの環状部材で構成されていてもよい。

本例では、基材２に設けられた第二外側領域２２は、図２に示すように、周方向に分割された複数の分割領域２２０を備える。本例の第二外側発熱体５２は、複数の分割領域２２０に対応して周方向に分割された複数の発熱体セグメント５２０で構成されている。図２では、各発熱体セグメント５２０の輪郭を仮想的に破線で示す。図９及び図１１も同様である。本例では、複数の発熱体セグメント５２０の個数は、三つである。複数の発熱体セグメント５２０の個数は、後述する変形例１のように二つでもよいし、変形例２のように四つでもよいし、五つ以上でもよい。第二外側発熱体５２が複数の発熱体セグメント５２０で構成されていることで、基材２が分割領域２２０ごとに独立して温度制御される。第二外側発熱体５２は、分割されていない一つの環状部材で構成されていてもよい。

第一外側発熱体５１及び第二外側発熱体５２のいずれもが複数の発熱体セグメントで構成されていることで、基材２の径方向の温度制御に加えて、基材２が周方向に温度制御される。

各発熱体３における後述する端子６との接続箇所は、図４に示すように、基材２の中心側に引き寄せられる。内側発熱体４における端子６との接続箇所は、基材２のほぼ中心に位置する。第一外側発熱体５１は、基材２の中心側にのびる引込部５１１を備える。この引込部５１１に端子６が接続される。第二外側発熱体５２は、基材２の中心側にのびる引込部５２１を備える。この引込部５２１に端子６が接続される。各引込部５１１、５２１は、接続される端子６の位置までのびている。

各発熱体３の材質は、加熱対象を所望の温度に加熱できる材質であれば特に限定されない。各発熱体３の材質は、抵抗加熱に好適な公知の金属が挙げられる。金属としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、銀、銀合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、クロム、及びクロム合金からなる群より選択される１種が挙げられる。ニッケル合金としては、例えば、ニクロムが挙げられる。

各発熱体３は、例えば、スクリーン印刷法とホットプレス接合法とを組み合わせて製造できる。本例の場合、以下の手順で製造できる。四枚のセラミックス基板と、各発熱体３を転写できるスクリーンマスクとを用意する。スクリーンマスクは、内側発熱体４、第一外側発熱体５１、及び第二外側発熱体５２の各回路パターンを作製可能なものを用いる。三枚のセラミックス基板の各々に、作製する回路パターンのスクリーンマスクを置く。発熱体３となるペーストをスクリーンマスクが載せられたセラミックス基板に塗布する。スキージを使用して発熱体３をセラミックス基板に転写する。発熱体３の転写後、スクリーンマスクを除去する。以上により、内側発熱体４が転写された第一基板と、第一外側発熱体５１が転写された第二基板と、第二外側発熱体５２が転写せれた第三基板とが得られる。第一基板、第二基板、第三基板、及び発熱体を転写していないセラミックス基板を順に重ね合わせてホットプレスで接合する。この接合によって、基材２の内部に各発熱体３が配置される。

各発熱体３の形態は特に問わない。例えば、上述したように、タングステン等の金属粉を含んだペーストをスクリーン印刷及び焼成して形成したものが挙げられる。銀ペースト及び銀にパラジウムを添加したペーストをスクリーン印刷に使用してもよい。他に、ステンレス鋼箔等の金属箔をパターニング加工したものが挙げられる。また、各発熱体３として、タングステンコイルやモリブデンコイルを用いることもできる。

＜端子＞
複数の端子６の各々は、接続された各発熱体３に電力を供給する。複数の端子６は、複数の発熱体３に対応して設けられている。本例の複数の端子６は、第一端子６１と、第二端子６２と、第三端子６３とを備える。第一端子６１、第二端子６２、及び第三端子６３は、図３に示すように、中心側から順に同心状に配置されている。複数の端子６が同心状に配置されているとは、各層に配置された各発熱体３に接続された一群の端子６が、各発熱体３の包絡円と同心の円周上に重なるように配置されていることを言う。第一端子６１による一群の端子、第二端子６２による一群の端子、及び第三端子６３による一群の端子の各々は、上記包絡円と同心の円周上に少なくとも重なる部分を有していればよく、各一群の端子６の中心が上記円周上からずれていてもよい。本例では、各一群の端子６の中心同士は、上記円周上に位置している。

第一端子６１は、図４に示すように、基材２のほぼ中心に位置する。第一端子６１は、内側発熱体４に接続されている。第二端子６２は、第二外側発熱体５２に接続されている。第二外側発熱体５２は、基材２の厚さ方向で第一層に隣り合う第二層よりも第二面２ｂ側に位置する第三層に配置された発熱体である。第三端子６３は、第一外側発熱体５１に接続されている。第一外側発熱体５１は、基材２の厚さ方向で第一層に隣り合う第二層に配置された発熱体である。

複数の端子６は、各発熱体３の数に対応して設けられている。複数の端子６の数は、通常偶数である。本例の内側発熱体４は、分割されておらず一つで構成されている。よって、第一端子６１の数は帯状部の両端に位置する二つである。本例の第二外側発熱体５２は、三つの発熱体セグメントで構成されている。よって、第二端子６２の数は六つである。六つの第二端子６２は、円周上に等間隔に配置されている。各第二端子６２は、第二外側発熱体５２の引込部５２１に接続されている。本例の第一外側発熱体５１は、三つの発熱体セグメントで構成されている。よって、第三端子６３の数は六つである。六つの第三端子６３は、円周上に等間隔に配置されている。各第三端子６３は、第一外側発熱体５１の引込部５１１に接続されている。

複数の端子６は、図３に示すように、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、筒状部材７の内側に位置することが挙げられる。複数の端子６は、基材２の中心側に密集している。本例の各端子６は、図１に示すように、基材２の第二面２ｂから筒状部材７の内側まで延びている。各端子６は、図１に示す引出線６５を介して図示しない外部電源に接続されている。各端子６の材質は、発熱体３の材質と同様の材質が挙げられる。引出線６５は導電性部材からなる。

本例の各端子６は、図４に示すように、各発熱体３を貫通している。本例の各端子６は、接続された発熱体３における第一面側の面から第一面２ａに向かって突出した先端部を備える。第一端子６１は、内側発熱体４における第一面側の面から第一面２ａに向かって突出した先端部６１０を備える。先端部６１０は、第一面２ａまで到達していない。

第二端子６２は、第二外側発熱体５２における第一面側の面５２ａから第一面２ａに向かって突出した先端部６２０を備える。先端部６２０の突出方向の長さＬ２は、内側発熱体４と第二外側発熱体５２との層間距離Ｄ１よりも小さい。層間距離Ｄ１は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、特に３ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが挙げられる。先端部６２０は、内側発熱体４に干渉していない。先端部６２０と内側発熱体４との間にはある程度大きな間隔を有する。

第三端子６３は、第一外側発熱体５１における第一面側の面から第一面２ａに向かって突出した先端部６３０を備える。先端部６３０は、内側発熱体４に近接しているが干渉していない。先端部６３０の直上には、図１及び図４に示すように、内側発熱体４は配置されない。先端部６３０は、先端部６２０よりも基材２の径方向の外側に位置する。そのため、隣り合う第三端子６３間のスペースは、隣り合う第二端子６２間のスペースに比較して余裕がある。よって、第三端子６３は、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、内側発熱体４に重ならないように配置し易い。

本例の各端子６の形状は、先端側が先細る円錐台状である。各端子６の形状が円錐台状であることで、外径が一様な円柱状の端子に比較して、各端子６と各発熱体３との接触面積が確保され易い。各端子６における円錐台状のテーパー部分が、各発熱体３に接触している。第二端子６２における円錐台状の一部が先端部６２０である。

各端子６の先端がネジ形状に形成されていてもよい。この場合、基材２には、各端子６が配置される位置に上記ネジ形状に対応したネジ穴が形成されている。各端子６のネジ形状と基材２のネジ穴とが嵌め合わされて、基材２に各端子６が固定される。

＜作用効果＞
実施形態１のヒータ１は、図４に示すように、第二端子６２が内側発熱体４に干渉することを抑制できる。第二端子６２が第二外側発熱体５２に接続されていることで、第二端子６２が第一外側発熱体５１に接続されている場合に比較して、図４に示す層間距離Ｄ１を大きく確保できるからである。第二端子６２が内側発熱体４に干渉しないことで、第二端子６２の位置を考慮することなく内側発熱体４を所望の位置に配置できる。例えば、図５に示すように、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、第二端子６２に重なるように内側発熱体４を配置することができる。他に、図６に示すように、第一端子６１と第二端子６２との間、及び第二端子６２と第三端子６３との間に位置するように内側発熱体４を配置することもできる。なお、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、第三端子６３を避けるように内側発熱体４を配置することが好ましい。第三端子６３は、図４に示すように、内側発熱体４に近接しているからである。内側発熱体４と第一外側発熱体５１との層間距離Ｄ２は、内側発熱体４と第二外側発熱体５２との層間距離Ｄ１よりも小さいからである。

比較例として、第二端子６２が第一外側発熱体５１に接続され、第三端子６３が第二外側発熱体５２に接続されている形態を図７に示す。この形態のヒータは、図８に示すように、ヒータ１を第一面２ａ側から平面視したとき、第二端子６２に重なるように内側発熱体４を配置することができず、基材２の中心側に内側発熱体４を十分に配置できない。第二端子６２は、図７に示すように、内側発熱体４に近接しているからである。内側発熱体４と第一外側発熱体５１との層間距離Ｄ２が、内側発熱体４と第二外側発熱体５２との層間距離Ｄ１よりも小さいからである。

本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。例えば、上述した実施形態において、以下の変更が可能である。

＜変形例１＞
基材２に設けられた第一外側領域２１は、図９に示すように、二つの分割領域２１０で構成されていてもよい。つまり、第一外側発熱体５１（図１、図４）を構成する複数の発熱体セグメント５１０の個数は、二つでもよい。この場合、第一外側発熱体５１（図１、図４）に接続された第三端子６３の数は、図１０に示すように四つである。また、基材２に設けられた第二外側領域２２は、図９に示すように、二つの分割領域２２０で構成されていてもよい。つまり、第二外側発熱体５２（図１、図４）を構成する複数の発熱体セグメント５２０の個数は、二つでもよい。この場合、第二外側発熱体５２（図１、図４）に接続された第二端子６２の数は、図１０に示すように四つである。変形例１の場合であっても、第二端子６２が内側発熱体４に干渉することを抑制でき、基材２の中心側に内側発熱体４を十分に配置できる。

＜変形例２＞
基材２に設けられた第一外側領域２１は、図１１に示すよう、四つの分割領域２１０で構成されていてもよい。つまり、第一外側発熱体５１（図１、図４）を構成する複数の発熱体セグメント５１０の個数は、四つでもよい。この場合、第一外側発熱体５１（図１、図４）に接続された第三端子６３の数は、図１２に示すように八つである。また、基材２に設けられた第二外側領域２２は、図１１に示すように、四つの分割領域２２０で構成されていてもよい。つまり、第二外側発熱体５２（図１、図４）を構成する複数の発熱体セグメント５２０の個数は、四つでもよい。この場合、第二外側発熱体５２（図１、図４）に接続された第二端子６２の数は、図１２に示すように八つである。変形例２の場合であっても、第二端子６２が内側発熱体４に干渉することを抑制でき、基材２の中心側に内側発熱体４を十分に配置できる。

＜変形例３＞
基材２の径方向における複数の外側発熱体５の位置関係として、図１３に示すように、第一外側発熱体５１が図２に示す第二外側領域２２に配置され、第二外側発熱体５２が図２に示す第一外側領域２１に配置されていてもよい。本例では、第一外側発熱体５１の外径は、第二外側発熱体５２の外径よりも大きい。この場合であっても、第二端子６２は、第三層に配置された第二外側発熱体５２に接続されている。第三端子６３は、第二層に配置された第一外側発熱体５１に接続されている。変形例３の場合であっても、第二端子６２が内側発熱体４に干渉することを抑制でき、基材２の中心側に内側発熱体４を十分に配置できる。

＜変形例４＞
複数の外側発熱体は、内側発熱体の外側に三つ以上設けられていてもよい。この場合でも、第二端子は、基材２の厚さ方向で第二層よりも第二面側に位置する第三層以降の層に配置された第二外側発熱体に接続されている。言い換えると、第二端子は、第二層に配置された第一外側発熱体以外の外側発熱体に接続されている。第二端子は、第一外側発熱体以外のいずれの外側発熱体に接続されていてもよい。

１ヒータ
２基材
２ａ第一面、２ｂ第二面
２０内側領域、２１第一外側領域、２１０分割領域
２２第二外側領域、２２０分割領域
Ｄ１、Ｄ２層間距離
３発熱体
４内側発熱体
４ｂ第二面側の面、４ｃ外周輪郭線
５外側発熱体
５１第一外側発熱体、５１０発熱体セグメント
５１ａ第一面側の面
５１１引込部
５２第二外側発熱体、５２０発熱体セグメント
５２ａ第一面側の面
５２１引込部
６端子
６１第一端子、６２第二端子、６３第三端子、６１０、６２０、６３０先端部
６５引出線
Ｌ２長さ
７筒状部材
７１フランジ部、７ｃ内周輪郭線
９設置対象

Claims

円板状の基材と、
前記基材の内部に配置された複数の発熱体と、
前記複数の発熱体の各々に接続された複数の端子と、
前記基材に取り付けられた筒状部材とを備えるヒータであって、
前記基材は、
加熱対象が載置される第一面と、
前記第一面に向かい合う第二面とを備え、
前記複数の発熱体は、
前記基材の中心を含む領域に配置された内側発熱体と、
前記内側発熱体の外側に前記基材と同心状に配置された複数の外側発熱体とを備え、
前記内側発熱体と前記複数の外側発熱体とは、前記基材の厚さ方向に間隔をあけて配置されており、
前記内側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第一面側に位置する第一層に配置されており、
前記複数の外側発熱体は、
前記基材の厚さ方向で前記第一層に隣り合う第二層に配置された第一外側発熱体と、
前記基材の厚さ方向で前記第二層よりも前記第二面側に位置する第三層に配置された第二外側発熱体とを備え、
前記複数の端子は、前記基材の中心側から順に同心状に配置された第一端子と第二端子と第三端子とを備え、
前記第一端子は、前記内側発熱体に接続されており、
前記第二端子は、前記第二外側発熱体に接続されており、
前記筒状部材は、前記ヒータを前記第一面側から平面視したときに前記複数の端子を囲むように前記第二面に取り付けられている、
ヒータ。
前記ヒータを前記第一面側から平面視したとき、前記内側発熱体の外周輪郭線は、前記基材の中心を中心として前記第三端子で構成される内接円の外側に位置する請求項１に記載のヒータ。
前記ヒータを前記第一面側から平面視したとき、前記内側発熱体の外周輪郭線は、前記筒状部材の内周輪郭線の外側に位置する請求項１又は請求項２に記載のヒータ。
前記複数の外側発熱体の少なくとも一つは、周方向に分割された複数の発熱体セグメントで構成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒータ。
前記第二端子は、前記第二外側発熱体における前記第一面側の面から前記第一面に向かって突出した先端部を備え、
前記先端部の突出方向の長さは、層間距離よりも小さく、
前記層間距離は、前記第二外側発熱体における前記第一面側の面と、前記内側発熱体における前記第二面側の面との間の長さである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒータ。
前記層間距離は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項５に記載のヒータ。
前記複数の発熱体の各々は、箔状体であり、
前記複数の発熱体の各々の平均厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒータ。
円板状の基材と、
前記基材の内部に配置された複数の発熱体と、
前記複数の発熱体の各々に接続された複数の端子と、
前記基材に取り付けられた筒状部材とを備えるヒータであって、
前記基材は、
加熱対象が載置される第一面と、
前記第一面に向かい合う第二面とを備え、
前記複数の発熱体は、
前記基材の中心を含む領域に配置された内側発熱体と、
前記内側発熱体の外側に前記基材と同心状に配置された外側発熱体と、
前記内側発熱体と前記外側発熱体との間に配置された中間発熱体とを備え、
前記内側発熱体、前記外側発熱体、及び前記中間発熱体は、前記基材の厚さ方向に間隔をあけて配置されており、
前記内側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第一面側に位置する第一層に配置されており、
前記外側発熱体は、前記基材の厚さ方向で最も前記第二面側に位置する第三層に配置されており、
前記中間発熱体は、前記第一層と前記第三層との間に位置する第二層に配置されており、
前記複数の端子は、前記基材の中心側から順に同心状に配置された第一端子と、第二端子と、第三端子とを備え、
前記第一端子は、前記内側発熱体に接続されており、
前記第二端子は、前記外側発熱体に接続されており、
前記第三端子は、前記中間発熱体に接続されており、
前記筒状部材は、前記ヒータを前記第一面側から平面視したときに前記複数の端子を囲むように前記第二面に取り付けられている、
ヒータ。