JP2005071947A - ホットプレートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、ヒータから熱板への伝熱が円滑に行われ、なお且つヒータの交換も比較的容易なホットプレートを得る。
【解決手段】 ホットプレートは、金属製の熱板１の表面に溝２を設け、この溝２の中に線状のヒータ３を埋め込んだものであって、ヒータ３を収納した溝２の中に、溝２とヒータ３との間の間隙を埋めるように金属材料６が充填されているものである。金属製の熱板１の表面に設けた溝２にヒータ３を収納すると共に、この溝２に変形可能な金属材料６ａ、６ｂを嵌め込み、この金属材料６ａ、６ｂが溝２の壁面とヒータ３との間の間隙を埋めるように同金属材料６ａ、６ｂを圧縮変形させて溝２の中に充填する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、金属製の熱板に溝を設け、この溝にシーズヒータ等の線状のヒータを埋め込んで固定したホットプレートに関し、特に、溝内でのヒータの固定手段を改良し、ヒータから熱板への伝熱を円滑に行い得るようにしたホットプレートに関する。

シーズヒータ等の線状のヒータを使用したホットプレートは、金属製の熱板の中にヒータを埋め込んだものである。熱板には、その表面の温度分布の均一性を確保するため、熱伝導良好な金属板が使用され、例えばステンレス板やアルミニウム板が使用される。このようなホットプレートは、例えば工業用には半導体基板の処理プロセスにおける加熱等のために使用される。

熱板にヒータを埋め込んだ形態としては、例えば熱板に溝を設け、この溝の中にヒータを収納し、さらにこの溝を閉じるため、熱板の溝を設けた表面に押え板を固定した構造が一般的である。他の形態としては、熱板の材料にアルミニウムやニッケルを使用し、型の中にヒータを配置した状態で熱板を鋳造し、ヒータを熱板の中に鋳込んだものがある。さらに他の形態として、熱板の材料にアルミニウムやニッケルを使用し、２枚の金属板の中にヒータをラミネートし、熱融着したものなどを挙げることが出来る。

前述のようなホットプレートにおいて、熱板の溝にヒータを収納する構造は、製造が簡単で、ヒータの交換等が容易であるため、必要なメンテナンスに容易に対応出来る利点がある。しかし他方において、ヒータと熱板の溝の壁面との間に間隙が生じ、この間隙が半導体処理プロセスにおける真空や減圧中では断熱層として機能することにより、ヒータから熱板への伝熱が円滑に行われないという欠点がある。

ヒータを熱板の中に鋳込んだものは、ヒータと熱板とが密着するため、ヒータから熱板への伝熱が円滑に行われ、熱応答性に優れる利点を有する。しかし他方において、熱板としてして使用出来る材料が鋳造可能なものに限られ、製造にも大掛かりな設備を必要とし、工程が複雑である。また、ヒータが熱板の中に完全に埋没され、熱板を破断しない限り、ヒータを取り出すことが出来ないため、ヒータの断線等に伴う交換が難しいという課題がある。

さらに、２枚の金属板の中にヒータを重ね合わせて、熱融着したものは、ヒータを鋳込んだものと同様に、ヒータと熱板とが密着するため、ヒータから熱板への伝熱が円滑に行われ、熱応答性に優れる利点を有する。しかし他方において、ヒータを鋳込んだものと同様に、熱板としてして使用出来る材料が限られ、製造工程も複雑である。また、ヒータの断線等に伴う交換が難しい。
特開２０００−６８０３７号公報

本発明では、前記従来のホットプレートの特に熱板にヒータを埋設する構造における課題に鑑み、製造が容易で、ヒータから熱板への伝熱が円滑に行われ、なお且つヒータの交換も比較的容易なホットプレートを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明によるホットプレートでは、熱板１の表面に設けた溝２にヒータ３を収納した状態で、その溝２の壁面とヒータ３との間隙を埋めるように金属材料６を充填した。また、このようなホットプレートを製造するため、熱板１の溝２の中にヒータ３を収納するのと前後して、溝２の中に変形可能な金属材料６ａ、６ｂを嵌め込み、この金属材料６ａ、６ｂを圧縮、変形させて、溝２の壁面とヒータ３との間隙を埋めるように金属材料６を充填するものである。

すなわち、本発明によるホットプレートは、金属製の熱板１の表面に溝２を設け、この溝２の中に線状のヒータ３を埋め込んだものであって、ヒータ３を収納した溝２の中に、溝２とヒータ３との間の間隙を埋めるように金属材料６が充填されているものである。溝２の中に充填された金属材料６は、例えば、発泡金属材料を圧縮、変形して充填されているものである。

このようなホットプレートを製造する方法は、金属製の熱板１の表面に溝２を設け、この溝２の中に線状のヒータ３を埋め込んでホットプレートを製造するに当たり、金属製の熱板１の表面の溝２にヒータ３を収納する工程と、この溝２に変形可能な金属材料６ａ、６ｂを嵌め込み、この金属材料６ａ、６ｂが溝２の壁面とヒータ３との間の間隙を埋めるように同金属材料６ａ、６ｂを圧縮変形させて溝２の中に充填する工程とを有する。

より具体的なホットプレートの製造方法を挙げると、金属製の熱板１の表面の溝２に一つの塑性変形可能な金属材料６ａを嵌め込む。その後ヒータ３を溝２に収納した後、この溝２に別の塑性変形可能な金属材料６ｂを嵌め込み、金属材料６ａ、６ｂが溝２の壁面とヒータ３との間の間隙を埋めるように前記双方の金属材料６ａ、６ｂを圧縮変形させて溝２の中に充填する。

このようなホットプレートでは、溝２の壁面とヒータ３との間隙を埋めるように金属材料６が充填されているので、ヒータ３で発生した熱が金属材料６を介して熱板１に伝熱されることになる。これにより、ヒータ３と熱板１との伝熱が円滑に行われ、熱応答性の良好なホットプレートが得られる。

さらに、このようなホットプレートを製造する前記の方法では、金属製の熱板１の表面の溝２にヒータ３を収納すると共に、この溝２に変形可能な金属材料６ａ、６ｂを嵌め込み、この金属材料６ａ、６ｂがヒータ３との間の間隙を埋めるように圧縮変形させて溝２の中に充填するので、簡単に金属材料６ａ、６ｂで溝２の壁面とヒータ３との間の間隙を埋めることが出来る。他方、ヒータ３の断線等に伴うヒータ３の交換時には、変形可能な金属材料６を塑性変形させて取り除き、ヒータ３を除去すれば容易に交換すべきヒータ３を除去出来る。その後、前述したのと同様に、熱板１の溝２へのヒータ３の収納と金属材料６の充填を行うことにより、ヒータ３の熱板１への再取付も容易に行える。

以上の説明の通り、本発明によれば、製造が容易で、ヒータ３から熱板１への伝熱が円滑に行われ、なお且つヒータ３の交換も比較的容易なホットプレートとその製造方法が得られる。具体的には、金属部材６を介してヒータ３から熱板１への伝熱が円滑に行われることにより熱応答性の向上に加え、ヒータ３及び金属材料６の熱板１の溝２への組込と分解が容易なため、組立、分解及び再組立が容易となる。

本発明では、熱板１の表面に設けた溝２にヒータ３を収納した状態で、その溝２の壁面とヒータ３との間隙を埋めるように金属材料６を充填することにより、製造やヒータの交換が比較的容易で、ヒータから熱板への伝熱も円滑に行われるようにしたものである。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。

図１は、本発明によるホットプレートの一実施例を示す平面図であり、図２は縦断側面図であり、図３はその要部拡大図である。
これらの図に示すように、ホットプレートは、熱板１の下面に溝２を設け、その中に線状のヒータ３を埋設したものである。例えば、熱板１はヒータ３の熱を均一に面方向に伝熱し、熱板１の表面を均一な温度にするためのものである。そのため、熱板１は熱伝導良好なステンレス等の金属からなり、図示の例では円板形である。また、熱板１の表面に基板等の加熱物を載せて加熱したとき、熱板１を形成する金属材料と加熱物とが反応しないように、熱板１の表面にはコーティングを施す。このようなコーティングは、耐熱性を有し、高温で化学的に安定していることが必要であり、例えばアルミナや窒化ホウ素等のセラミックコーティングが最適である。コーティングの膜厚は１００μｍ程度がよい。

溝２の中に収納されるヒータ３には、シーズヒータが使用される。このシーズヒータは、ステンレス等からなるチューブ状のシースの中にニッケル−クロム合金線やタングステン線等の耐熱導電線からなる抵抗発熱線を収納し、さらにシースの中にマグネシア粉末等の無機絶縁粉末を充填し、抵抗発熱線とシースとの間を絶縁したものである。

図３に示すように、熱板１の溝２は断面四角形であり、ヒータ３の径より深さ及び幅共にやや大きくとってある。この溝２に前記ヒータ３が埋め込まれ、さらに溝２とヒータ３との間の間隙を埋めるように金属材料６が充填されている。この金属材料６は、出来るだけ熱伝導率の高いもの、たとえばアルミニウム等を使用するが、他方において、溝２への充填のために変形が可能であることが条件となる。そのため、或る程度の変形を許容するための空孔を有する材料を使用し、この空孔を潰すことで圧縮、変形して溝２の中に充填する。空孔は熱伝導の妨げとなるが、圧縮、変形により空隙率は低下する。また、金属材料６が溝２とヒータ３との間の間隙をそのままにしておくより、金属材料６が溝２とヒータ３との間の間隙を埋める方が、全体として伝熱性が向上する。

図２に示すように、熱板１の溝２に埋め込まれたヒータ３の端末は、セラミック端子５を介してリード線に接続され、電源に接続される。なお図２では、片側のヒータ３の端末のみが示されているが、ヒータ３の両端末共に同様の接続がなされる。
溝２にヒータ３が埋め込まれ、さらに溝２とヒータ３との間の間隙を埋めるように金属材料６が充填された後、溝２の開口部を覆うように熱板１の下面に、熱板１と同じ径のカバープレート７が取り付けられる。図示の例では、このカバープレート７がネジ８により熱板１の下面に固定されている。ヒータ３の端末は、カバープレート７の中央の孔から導出される。

図４は、本発明によるホットプレートにおいて、熱板１の溝２にヒータ３を収納し、溝２とヒータ３との間の間隙を埋めるように金属材料６を充填する工程の一例を示す概略図である。溝２を有する熱板１の下面が上側になるように上下逆にした状態の図であり、溝２へヒータ３を収納し、金属材料６の充填する工程はこの状態で行われる。

まず、図４（ａ）に示すように、熱板１の下面に予め形成された溝２の底の約１／２程度の深さの部分に、変形可能な金属材料６ａを収納する。次に図４（ｂ）に示すように、溝２の中にヒータ３を収納し、上から加圧することで、図４（ｃ）に示すように、金属材料６ａを変形させながら、ヒータ３を所要の深さに収納する。その後、別の変形可能な金属材料６ｂを溝２の開口部に嵌め込み、上から加圧することで、金属材料６ｂを変形させながら溝２の中に充填する。これにより、金属材料６ａ、６ｂが圧縮、変形され、図３のように、一体となった金属材料６が溝２とヒータ３との間の間隙を埋める。

金属材料６ａ、６ｂとしては、或る程度の変形を許容するための空孔を有するアルミニウム等を使用し、その空孔を潰すことで圧縮、変形して溝２の中に充填する。空孔が潰されることで、金属材料６の空隙率は素材の状態の金属材料６ａ、６ｂより小さくなる。ヒータ３は、この金属材料６を介して熱板１に熱を伝達するため、効率的な熱の伝達が行える。
ヒータ３の寿命による断線等が起こったのに伴い、ヒータ３を交換する時は、金属材料６と共にヒータ３を熱板１の溝２から取りだし、その後溝２を清浄にした後、前述のようにしてヒータ３の収納と金属材料６ａ、６ｂの充填を行う。

本発明によるホットプレートの一実施例を示す平面図である。 同ホットプレートの縦断側面図である、 同ホットプレートの要部縦断側面図である。 同ホットプレートにおいて、熱板の溝にヒータを収納し、金属材料を充填する工程を示す溝部分の要部縦断側面図である。

符号の説明

１ 熱板
２ 溝
３ ヒータ
６ 金属材料
６ａ 金属材料
６ｂ 金属材料

Claims (4)

1. 金属製の熱板（１）の表面に溝（２）を設け、この溝（２）の中に線状のヒータ（３）を埋め込んだホットプレートにおいて、ヒータ（３）を収納した溝（２）の中に、溝（２）とヒータ（３）との間の間隙を埋めるように金属材料（６）が充填されていることを特徴とするホットプレート。
2. 溝（２）の中に充填された金属材料（６）が、発泡金属材料を圧縮、変形して充填されていることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
3. 金属製の熱板（１）の表面に溝（２）を設け、この溝（２）の中に線状のヒータ（３）を埋め込んでホットプレートを製造する方法において、金属製の熱板（１）の表面の溝（２）にヒータ（３）を収納する工程と、この溝（２）に変形可能な金属材料（６ａ）、（６ｂ）を嵌め込み、この金属材料（６ａ）、（６ｂ）が溝（２）の壁面とヒータ（３）との間の間隙を埋めるように同金属材料（６ａ）、（６ｂ）を圧縮変形させて溝（２）の中に充填する工程とを有することを特徴とするホットプレートの製造方法。
4. 金属製の熱板（１）の表面に溝（２）を設け、この溝（２）の中に線状のヒータ（３）を埋め込んでホットプレートを製造する方法において、金属製の熱板（１）の表面の溝（２）に一つの塑性変形可能な金属材料（６ａ）を嵌め込み、その後ヒータ（３）を溝（２）に収納した後、この溝（２）に別の塑性変形可能な金属材料（６ｂ）を嵌め込み、金属材料（６ａ）、（６ｂ）が溝（２）の壁面とヒータ（３）との間の間隙を埋めるように前記双方の金属材料（６ａ）、（６ｂ）を圧縮変形させて溝（２）の中に充填する工程とを有することを特徴とするホットプレートの製造方法。

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