JP2009105156A - 均熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の面内で高精度に均一な温度分布を保ちながら加熱・冷却が出来、薄形・軽量で昇降温時の熱応答性の高い均熱処理装置を得る。
【解決手段】同一平面内で等間隔に配置されるように成形された複数本の曲管2、複数本の曲管の上面および下面にそれぞれ熱的に接触する上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとにより構成されるプレート構造体1と、プレート構造体の外部下方に設置され、内部に作動液が充填される蒸発器3と、曲管の両端部がプレート構造体の外部に突出され、突出された曲管の入口側および出口側のそれぞれが蒸発器の上部側および下部側にそれぞれ接続されて各曲管と蒸発器による連通回路を形成している蒸気管5および液管6と、蒸発器に設けられ、作動液を加熱する加熱手段4とを備え、各曲管と蒸発器による連通回路は、内部を真空排気した後、所定量の作動液7を充填して封止する。
【選択図】図1
【解決手段】同一平面内で等間隔に配置されるように成形された複数本の曲管2、複数本の曲管の上面および下面にそれぞれ熱的に接触する上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとにより構成されるプレート構造体1と、プレート構造体の外部下方に設置され、内部に作動液が充填される蒸発器3と、曲管の両端部がプレート構造体の外部に突出され、突出された曲管の入口側および出口側のそれぞれが蒸発器の上部側および下部側にそれぞれ接続されて各曲管と蒸発器による連通回路を形成している蒸気管5および液管6と、蒸発器に設けられ、作動液を加熱する加熱手段4とを備え、各曲管と蒸発器による連通回路は、内部を真空排気した後、所定量の作動液7を充填して封止する。
【選択図】図1
Description
この発明は、例えば半導体ウエハや、液晶ガラス基板等を均一な温度で熱処理を行う均熱処理装置に関するものである。
半導体あるいは液晶表示装置の製造工程においては、基板の水分を除去するための乾燥工程、フォトレジストを塗布した後の塗布膜の乾燥工程、フォトレジスト膜に対して露光処理を施した後の加熱工程、現像処理を施した後の乾燥工程などの熱処理工程があり、これらの各工程において、基板の熱処理装置が用いられている。
このような基板の熱処理に用いられる従来の装置において、例えば特許文献1に示すものがある。図10に特許文献1の実施例を示す。図10(a)は平面図、図10(b)は断面図である。この熱処理装置は図10(b)に示すように、プレート21の下部にマイカヒータなどの発熱体24を貼り付け、プレート21の伝熱部分21aに穿孔した複数の孔に、単管状のヒートパイプ22を埋設したものであり、ヒートパイプ22は図10(a)に示すように、プレート21の平面内で複数本が並行に埋設されたものが記載されている。
この従来の熱処理装置においては、プレート21の底面側に埋め込まれた発熱体24の加熱により、プレート21は所定温度に加熱される。このプレート21はアルミニウムなどの伝熱性の良い材料で形成されているが、プレート21の表面上の温度分布を高精度に均一化するには、発熱体24の接着状況のばらつき、および発熱密度のばらつきなどの影響を少なくするために、発熱体24からプレート21の表面までの伝熱部分21aの寸法をある程度大きくとる必要がある。この伝熱部分21aにヒートパイプ22を埋め込み、ヒートパイプ22による均熱機能を利用して、この伝熱部分21aの寸法を小さくすることで、プレート21の熱容量を減少させて、プレート21の昇降温時の熱応答を向上させることを目的としたものである。
また、プレート21の外部にヒートパイプ22の端部を突出させ、この突出部に熱媒体を通過させる冷却媒体流路23を形成してプレート21を加熱あるいは冷却することも可能としている。
また、特許文献2に記載された均熱装置の実施例を図11に示す。この均熱装置は図11に示すように、プレート31の内部に形成した溝32と蒸発器33が連通する構造となっており、蒸発器33の内部の作動液37に浸漬された発熱体34により作動液37を蒸発させ、作動液37の蒸気をプレート31の溝32に拡散させてプレート31表面下で作動液37の蒸気を凝縮させることにより、プレート31の表面を高精度の均一温度に保つものである。
特許文献1に示す従来の熱処理装置は、ヒートパイプ22による均熱機能を利用しているものの、単管状のヒートパイプ22が単独で均熱動作を行うため、ヒートパイプ22間のプレート21の表面温度分布を改善することができないという問題点があった。
また、プレート21外部のヒートパイプ22突出部に熱媒体を通過させて加熱・冷却する場合、熱媒体は流れ方向に温度差が生じるため、プレート21の表面を均一温度に加熱・冷却できないという問題点があった。
また、特許文献2に示す均熱装置は、プレート31全体を中空構造としているので、使用温度における作動液37の蒸気圧に耐えるようにプレート31の容器材料の肉厚を十分に確保する必要があるためプレート31の熱容量が大きくなり、プレート31の昇降温時の熱応答性が改善できないという問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、基板の面内で高精度に均一な温度分布を保ちながら加熱・冷却が出来、薄形・軽量で昇降温時の熱応答性の高い均熱処理装置を得ることを目的とする。
この発明に係わる均熱処理装置は、同一平面内で等間隔に配置されるように成形された複数本の曲管、複数本の曲管の上面および下面にそれぞれ熱的に接合された上部プレート部材および下部プレート部材より構成されるプレート構造体と、プレート構造体の外部下方に設置され、内部に作動液が充填される蒸発器と、各曲管の両端部がプレート構造体の外部に突出され、突出された曲管の入口側および出口側のそれぞれが蒸発器の上部側および下部側にそれぞれ接続されて各曲管と蒸発器による連通回路を形成している蒸気管および液管と、蒸発器に設けられ、作動液を加熱する加熱手段とを備え、各曲管と蒸発器による連通回路は、内部を真空排気した後、所定量の作動液を充填して封止したものである。
この発明によれば、プレートの内部を通過する複数本の曲管の両端を蒸発器と接続することで連通回路を構成するようにしたので、蒸発器の内部作動液の加熱により発生する蒸気がプレート構造体の全面に同一圧力下でゆきわたり、同一温度で蒸気の凝縮が行われるため、プレート構造体の全面にわたって高精度に均熱加熱できる装置が得られる。また、プレート構造体の内部に配置される曲管はパイプ構造のため、内部の蒸気圧に対して強度が高く、薄肉化が可能であるとともに、曲管の上下に熱的に接続される上部プレート部材、下部プレート部材には蒸気の圧力が加わらないため、薄肉の低熱容量部材を使用することができる。これにより、プレート構造体としての熱容量を従来装置に比べて大幅に低減できるため、昇降温時の熱応答性を大きく改善できるとともに昇温時の熱エネルギーを最小にできるので省エネルギーのものが得られる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図1(a)及び図1(b)に基づいて説明する。
図1(a)はこの発明の実施の形態1における均熱処理装置を示す平面図、図1(b)はこの発明の実施の形態1における均熱処理装置を示す断面図である。図1(a)及び図1(b)において、1は円形平板状の上部プレート部材1a、円形平板状の下部プレート部材1bおよび複数本からなるU字状の曲管2より構成されるプレート構造体である。このプレート構造体1の内部には、U字状の曲管2が同一平面内で複数本略等間隔(等ピッチ)で配置され、複数本の曲管2は上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとの接触部において接着、ロウ付けあるいは溶接などにより熱的に接合されている。上記複数本の曲管2は、最内側に位置するU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が最も小さくなるように構成され、それから外側に行くに従ってU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が順次に大きくなるように構成され、最外側に位置するU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が最も大きくなるように構成されている。3はプレート構造体1の外部下方に設置された密閉構造の蒸発器、4はこの蒸発器3の内部に挿入されるヒータ(加熱手段)、5は蒸発器3の上部側および各曲管2の入口側部とを接続する複数の蒸気管、6は蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込むように延長されて蒸発器3の下部側および各曲管2の出口側部とを接続する複数の液管である。曲管2と蒸発器3はこのように接続されて曲管と蒸発器による連通回路が形成されている。また、この曲管2と蒸発器3による連通回路の内部は真空排気後に所定量の作動液7が充填されている。また、この実施の形態では蒸発器3に挿入されるヒータ4は、蒸発器3の内部に充填される作動液7に浸漬された構造のものとしている。
以下、この発明の実施の形態1を図1(a)及び図1(b)に基づいて説明する。
図1(a)はこの発明の実施の形態1における均熱処理装置を示す平面図、図1(b)はこの発明の実施の形態1における均熱処理装置を示す断面図である。図1(a)及び図1(b)において、1は円形平板状の上部プレート部材1a、円形平板状の下部プレート部材1bおよび複数本からなるU字状の曲管2より構成されるプレート構造体である。このプレート構造体1の内部には、U字状の曲管2が同一平面内で複数本略等間隔(等ピッチ)で配置され、複数本の曲管2は上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとの接触部において接着、ロウ付けあるいは溶接などにより熱的に接合されている。上記複数本の曲管2は、最内側に位置するU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が最も小さくなるように構成され、それから外側に行くに従ってU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が順次に大きくなるように構成され、最外側に位置するU字状の曲管の左右直管部間ピッチと先端曲げ半径が最も大きくなるように構成されている。3はプレート構造体1の外部下方に設置された密閉構造の蒸発器、4はこの蒸発器3の内部に挿入されるヒータ(加熱手段)、5は蒸発器3の上部側および各曲管2の入口側部とを接続する複数の蒸気管、6は蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込むように延長されて蒸発器3の下部側および各曲管2の出口側部とを接続する複数の液管である。曲管2と蒸発器3はこのように接続されて曲管と蒸発器による連通回路が形成されている。また、この曲管2と蒸発器3による連通回路の内部は真空排気後に所定量の作動液7が充填されている。また、この実施の形態では蒸発器3に挿入されるヒータ4は、蒸発器3の内部に充填される作動液7に浸漬された構造のものとしている。
次に動作について説明する。
上記のように構成された実施の形態1における均熱処理装置において、蒸発器3の内部に設置されたヒータ4の発熱により、作動液7は蒸発し、蒸気8となって、破線矢印に示すように、蒸発器3の上部に接続された複数の蒸気管5を経由してプレート構造体1の内部に設置された複数本の曲管2の内部に移動する。プレート構造体1の温度は蒸発器3の温度よりも低いため、蒸気8は複数本の曲管2の内面各部で凝縮するが、各曲管2が蒸発器3により連通回路化されているので、蒸気8の圧力は回路の全体にわたりほぼ一様となり、各曲管2の内面各部において等温で凝縮し、凝縮潜熱をプレート構造体1に放出してプレート構造体1を内部から一様に加熱する。蒸気8は各曲管2の内部で順次凝縮しながら、破線矢印に示すように各曲管2の入口から出口に向かって移動し、凝縮液9も各曲管2の内部で実線矢印に示すように蒸気8の流れ方向と同じ方向に移動する。凝縮液化した凝縮液9は、蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込んだ複数の液管6を経由して、蒸発器3の下部から内部に自然に還流する。なお、複数本の曲管2は、互いに隣接する曲管2を移動する作動液7(蒸気8および凝縮液9)の方向が互いに逆方向となるように配列されている。プレート構造体1の上面に位置する円形平板状の上部プレート部材1aには、被加熱物である基板(図示せず)が載置されており、プレート構造体1の表面から基板に放熱して基板を一様に加熱することができる。また、この構造では、作動液7の蒸気8の流れと凝縮液9の流れが同一方向となるので、プレート構造体1の内部に配置される曲管2が水平であっても凝縮液9の蒸発器3への還流がスムーズに行なわれる。このため、蒸気8と凝縮液9が対向して流れる単管状のヒートパイプ22を用いる従来の場合のように、液戻りのためにパイプを傾斜させる必要が無く、パイプが内蔵されるプレート構造体1の肉厚をパイプの傾斜分だけアップする必要がないので、プレート構造体1を薄形に構成することができる。また、プレート構造体1の内部に配置される曲管2はパイプ構造のため、内部の蒸気圧に対して強度が高く、薄肉化が可能であるとともに、曲管2の上下に熱的に接続される上部プレート部材1a、下部プレート部材1bには蒸気の圧力が加わらないため、上部プレート部材1a、下部プレート部材1bに薄肉部材を使用することが可能となる。これにより従来装置に比べて熱容量を大幅に低減でき、熱応答の高い均熱処理装置が得られるとともに、昇温時の加熱エネルギーを最小にできるので、装置の省エネ化が図れる。
上記のように構成された実施の形態1における均熱処理装置において、蒸発器3の内部に設置されたヒータ4の発熱により、作動液7は蒸発し、蒸気8となって、破線矢印に示すように、蒸発器3の上部に接続された複数の蒸気管5を経由してプレート構造体1の内部に設置された複数本の曲管2の内部に移動する。プレート構造体1の温度は蒸発器3の温度よりも低いため、蒸気8は複数本の曲管2の内面各部で凝縮するが、各曲管2が蒸発器3により連通回路化されているので、蒸気8の圧力は回路の全体にわたりほぼ一様となり、各曲管2の内面各部において等温で凝縮し、凝縮潜熱をプレート構造体1に放出してプレート構造体1を内部から一様に加熱する。蒸気8は各曲管2の内部で順次凝縮しながら、破線矢印に示すように各曲管2の入口から出口に向かって移動し、凝縮液9も各曲管2の内部で実線矢印に示すように蒸気8の流れ方向と同じ方向に移動する。凝縮液化した凝縮液9は、蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込んだ複数の液管6を経由して、蒸発器3の下部から内部に自然に還流する。なお、複数本の曲管2は、互いに隣接する曲管2を移動する作動液7(蒸気8および凝縮液9)の方向が互いに逆方向となるように配列されている。プレート構造体1の上面に位置する円形平板状の上部プレート部材1aには、被加熱物である基板(図示せず)が載置されており、プレート構造体1の表面から基板に放熱して基板を一様に加熱することができる。また、この構造では、作動液7の蒸気8の流れと凝縮液9の流れが同一方向となるので、プレート構造体1の内部に配置される曲管2が水平であっても凝縮液9の蒸発器3への還流がスムーズに行なわれる。このため、蒸気8と凝縮液9が対向して流れる単管状のヒートパイプ22を用いる従来の場合のように、液戻りのためにパイプを傾斜させる必要が無く、パイプが内蔵されるプレート構造体1の肉厚をパイプの傾斜分だけアップする必要がないので、プレート構造体1を薄形に構成することができる。また、プレート構造体1の内部に配置される曲管2はパイプ構造のため、内部の蒸気圧に対して強度が高く、薄肉化が可能であるとともに、曲管2の上下に熱的に接続される上部プレート部材1a、下部プレート部材1bには蒸気の圧力が加わらないため、上部プレート部材1a、下部プレート部材1bに薄肉部材を使用することが可能となる。これにより従来装置に比べて熱容量を大幅に低減でき、熱応答の高い均熱処理装置が得られるとともに、昇温時の加熱エネルギーを最小にできるので、装置の省エネ化が図れる。
実施の形態2.
図2(a)は図1(a)のプレート構造体の断面図であり、上記実施の形態1では、図2(a)に示すように、複数本の曲管2を円形平板状の上部プレート部材1aと円形平板状の下部プレート部材1bの間で挟み込み、円形平板状の上部プレート部材1aの周縁部全周にわたって形成した下向きの周側壁下端面を円形平板状の下部プレート部材1bの周縁部上面に突き合わせてプレート構造体1を構成する場合について示したが、この実施の形態2においては、図2(b)に示すように、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bとの間でかつ各曲管2相互間の中間位置にそれぞれ複数のステー部材10を設けてプレート構造体1を構成したものである。このように構成すると、プレート構造体1の剛性が大幅に向上するので、プレートの外部荷重に対する強度やハンドリング時の強度が向上するので強度の高い均熱処理装置が得られる。
図2(a)は図1(a)のプレート構造体の断面図であり、上記実施の形態1では、図2(a)に示すように、複数本の曲管2を円形平板状の上部プレート部材1aと円形平板状の下部プレート部材1bの間で挟み込み、円形平板状の上部プレート部材1aの周縁部全周にわたって形成した下向きの周側壁下端面を円形平板状の下部プレート部材1bの周縁部上面に突き合わせてプレート構造体1を構成する場合について示したが、この実施の形態2においては、図2(b)に示すように、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bとの間でかつ各曲管2相互間の中間位置にそれぞれ複数のステー部材10を設けてプレート構造体1を構成したものである。このように構成すると、プレート構造体1の剛性が大幅に向上するので、プレートの外部荷重に対する強度やハンドリング時の強度が向上するので強度の高い均熱処理装置が得られる。
実施の形態3.
また、上記実施の形態2では、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bとの間でかつ各曲管2相互間の中間位置に複数のステー部材10を設けてプレート構造体1を構成したものについて述べたが、この実施の形態3においては、図2(c)に示すように、上部プレート部材1aの下面に複数のステー部材10を一体的に形成するように加工し、上部プレート部材1aの下面と下部プレート部材1bの上面および曲管2の上下面を互いに接合してプレート構造体1を構成したものである。この場合、上記実施の形態2よりも加工部品点数が低減でき、経済的に優れた装置を得ることができるとともに、さらにプレート構造体1の剛性を向上させることができる。なお、上部プレート部材1aの下面にステー部材10を一体的に形成するように加工する代わりに、下部プレート部材1bの上面にステー部材10を一体的に形成するように加工しても良い。
また、上記実施の形態2では、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bとの間でかつ各曲管2相互間の中間位置に複数のステー部材10を設けてプレート構造体1を構成したものについて述べたが、この実施の形態3においては、図2(c)に示すように、上部プレート部材1aの下面に複数のステー部材10を一体的に形成するように加工し、上部プレート部材1aの下面と下部プレート部材1bの上面および曲管2の上下面を互いに接合してプレート構造体1を構成したものである。この場合、上記実施の形態2よりも加工部品点数が低減でき、経済的に優れた装置を得ることができるとともに、さらにプレート構造体1の剛性を向上させることができる。なお、上部プレート部材1aの下面にステー部材10を一体的に形成するように加工する代わりに、下部プレート部材1bの上面にステー部材10を一体的に形成するように加工しても良い。
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bおよび曲管2で形成される中空スペースを内部に有するプレート構造体1について述べたが、この実施の形態4においては、図2(d)に示すように、板厚が厚い上部プレート部材1aの下面に半円状の溝加工を施し、この上部プレート部材1aの溝部に下部開口部から曲管2を挿入し、板厚が薄い下部プレート部材1bを上記溝部の下部開口部のみを塞ぐように接着、溶接などにより上部プレート部材1aと一体接合してプレート構造体1を構成したものである。このように構成すると、プレート構造体1をさらに強固なものにすることができる。また、この場合、上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bにアルミ材などを用いると、曲管2からプレート部材1aおよび1bへの伝熱性に優れ、軽量で熱応答性の高いプレート構造体1を得ることができる。
上記実施の形態1〜3では、上部プレート部材1aと下部プレート部材1bおよび曲管2で形成される中空スペースを内部に有するプレート構造体1について述べたが、この実施の形態4においては、図2(d)に示すように、板厚が厚い上部プレート部材1aの下面に半円状の溝加工を施し、この上部プレート部材1aの溝部に下部開口部から曲管2を挿入し、板厚が薄い下部プレート部材1bを上記溝部の下部開口部のみを塞ぐように接着、溶接などにより上部プレート部材1aと一体接合してプレート構造体1を構成したものである。このように構成すると、プレート構造体1をさらに強固なものにすることができる。また、この場合、上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bにアルミ材などを用いると、曲管2からプレート部材1aおよび1bへの伝熱性に優れ、軽量で熱応答性の高いプレート構造体1を得ることができる。
実施の形態5.
図3(a)はこの発明の実施の形態5における均熱処理装置を示す平面図、図3(b)はこの発明の実施の形態5における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付している。
上記実施の形態1では、蒸発器3に挿入されるヒータ4が蒸発器3の内部の作動液7に浸漬された構造のものについて述べたが、この実施の形態5においては、図3に示すように、ヒータ4を蒸発器3の下部外表面に熱的に接触させるように構成したものである。このように構成すると、蒸発器3の両端にヒータ4を貫通させる必要がないため、蒸発器3の構造が簡素化でき、ヒータ4に平面状のヒータを使用することができるので、安価な均熱処理装置が得られる。また、ヒータ4に平面状の薄形ヒータを使用することで、蒸発器3の高さが低減できるので、均熱処理装置のコンパクト化を図ることができる。
図3(a)はこの発明の実施の形態5における均熱処理装置を示す平面図、図3(b)はこの発明の実施の形態5における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付している。
上記実施の形態1では、蒸発器3に挿入されるヒータ4が蒸発器3の内部の作動液7に浸漬された構造のものについて述べたが、この実施の形態5においては、図3に示すように、ヒータ4を蒸発器3の下部外表面に熱的に接触させるように構成したものである。このように構成すると、蒸発器3の両端にヒータ4を貫通させる必要がないため、蒸発器3の構造が簡素化でき、ヒータ4に平面状のヒータを使用することができるので、安価な均熱処理装置が得られる。また、ヒータ4に平面状の薄形ヒータを使用することで、蒸発器3の高さが低減できるので、均熱処理装置のコンパクト化を図ることができる。
実施の形態6.
図4(a)はこの発明の実施の形態6における均熱処理装置を示す平面図、図4(b)はこの発明の実施の形態6における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付している。
上記実施の形態1〜5では、液管6の戻り部分が蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込んで蒸発器3の下方部分に接続されて、凝縮液9が蒸発器3の内部に還流するようにしたものについて述べたが、この実施の形態6においては、図4に示すように、液管6を蒸発器3の上部壁を貫通させて蒸発器3の作動液7の液面下で開口するように配置したものである。このように構成すると、蒸発器3からの蒸気管5の立ち上がり部および液管6の戻り部を横一線上に配置できるので、構造が簡素化でき加工が容易になるとともに液管6の戻り部分が蒸発器4の後方にはみ出すことが無くなるので、均熱処理装置のコンパクト化がさらに図れるとともに、構造が簡素化できて低コスト化が図れる。なお、図4ではヒータ4を蒸発器3の底面外表面に熱的に接触する方式のものについて示しているが、ヒータの位置はこの図に限定するものではなく、作動液7を加熱するものであればよい。
図4(a)はこの発明の実施の形態6における均熱処理装置を示す平面図、図4(b)はこの発明の実施の形態6における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付している。
上記実施の形態1〜5では、液管6の戻り部分が蒸発器3の上方部を越えて外方部の下部まで回り込んで蒸発器3の下方部分に接続されて、凝縮液9が蒸発器3の内部に還流するようにしたものについて述べたが、この実施の形態6においては、図4に示すように、液管6を蒸発器3の上部壁を貫通させて蒸発器3の作動液7の液面下で開口するように配置したものである。このように構成すると、蒸発器3からの蒸気管5の立ち上がり部および液管6の戻り部を横一線上に配置できるので、構造が簡素化でき加工が容易になるとともに液管6の戻り部分が蒸発器4の後方にはみ出すことが無くなるので、均熱処理装置のコンパクト化がさらに図れるとともに、構造が簡素化できて低コスト化が図れる。なお、図4ではヒータ4を蒸発器3の底面外表面に熱的に接触する方式のものについて示しているが、ヒータの位置はこの図に限定するものではなく、作動液7を加熱するものであればよい。
実施の形態7.
なお、上記実施の形態1〜6では曲管2の断面が丸形のものについて示したが、図5(a)および図5(b)に示すように、曲管2の断面の底面をフラットにした略半円形断面のもの、あるいは図5(c)および図5(d)に示すように、略四角形断面のものとしてもよい。また、丸形断面の場合は図5(e)に示すように、パイプ内径部の凝縮液9による蒸気流の閉塞が生じ易いため、パイプ内径をある程度大きくする必要があり、プレート厚みを大きくする必要がある。しかしながら、図5(f)に示すように、パイプ断面の底面部をフラットにして底面部の両側に、図5(e)に示す曲率半径R1に比べて小さな曲率半径R2を形成するコーナ部2a、2bを設けると、毛管力により凝縮液9がこのコーナ部2a、2bに保持されるように働くので、パイプ断面全体が凝縮液9で閉塞される現象を防止することができ、パイプ断面を小さくしても作動液の蒸気通路が閉塞されることが無いため、円滑な熱輸送動作を行うことができる。
なお、上記実施の形態1〜6では曲管2の断面が丸形のものについて示したが、図5(a)および図5(b)に示すように、曲管2の断面の底面をフラットにした略半円形断面のもの、あるいは図5(c)および図5(d)に示すように、略四角形断面のものとしてもよい。また、丸形断面の場合は図5(e)に示すように、パイプ内径部の凝縮液9による蒸気流の閉塞が生じ易いため、パイプ内径をある程度大きくする必要があり、プレート厚みを大きくする必要がある。しかしながら、図5(f)に示すように、パイプ断面の底面部をフラットにして底面部の両側に、図5(e)に示す曲率半径R1に比べて小さな曲率半径R2を形成するコーナ部2a、2bを設けると、毛管力により凝縮液9がこのコーナ部2a、2bに保持されるように働くので、パイプ断面全体が凝縮液9で閉塞される現象を防止することができ、パイプ断面を小さくしても作動液の蒸気通路が閉塞されることが無いため、円滑な熱輸送動作を行うことができる。
また、曲管2の断面を半円形状あるいは四角形状にすることで、曲管2の高さが低減でき、プレート構造体1の全体厚みを下げることができる。これにより熱容量が低減できるので、プレートの昇降温時の熱応答性をさらに改善することができる。
実施の形態8.
図6(a)はこの発明の実施の形態8における均熱処理装置を示す平面図、図6(b)はこの発明の実施の形態8における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略している。
上記実施の形態1〜7では、プレートを加熱する場合のプレート構造に関するものについて説明したが、この実施の形態8においては、プレート構造体1に冷却機構を設けたものであり、図6は、曲管2と上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとで形成される複数の空間部11に冷却媒体16を流通させてプレート構造体1を冷却するものについて示しており、上記複数の空間部11は、曲管2と並行するように形成されている。冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた複数個の入口管12に並行分配され、曲管2と上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとで形成されるプレート構造体1の複数の空間部11をそれぞれ流通し、プレート構造体1から熱を奪い、プレート構造体1を冷却しながら下部プレート部材1bの下面の他側寄りに設けられた複数個の出口管13に至り、冷却媒体16の出口部15にて集約されて排出されるものについて示している。このように構成すると、プレート構造体1の内部に新たな流通路を設けることなく、プレート構造体1の内部を冷却媒体16により直接冷却することができるので有効な冷却方式が得られる。
図6(a)はこの発明の実施の形態8における均熱処理装置を示す平面図、図6(b)はこの発明の実施の形態8における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略している。
上記実施の形態1〜7では、プレートを加熱する場合のプレート構造に関するものについて説明したが、この実施の形態8においては、プレート構造体1に冷却機構を設けたものであり、図6は、曲管2と上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとで形成される複数の空間部11に冷却媒体16を流通させてプレート構造体1を冷却するものについて示しており、上記複数の空間部11は、曲管2と並行するように形成されている。冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた複数個の入口管12に並行分配され、曲管2と上部プレート部材1aおよび下部プレート部材1bとで形成されるプレート構造体1の複数の空間部11をそれぞれ流通し、プレート構造体1から熱を奪い、プレート構造体1を冷却しながら下部プレート部材1bの下面の他側寄りに設けられた複数個の出口管13に至り、冷却媒体16の出口部15にて集約されて排出されるものについて示している。このように構成すると、プレート構造体1の内部に新たな流通路を設けることなく、プレート構造体1の内部を冷却媒体16により直接冷却することができるので有効な冷却方式が得られる。
実施の形態9
図7(a)はこの発明の実施の形態9における均熱処理装置を示す平面図、図7(b)はこの発明の実施の形態9における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態8と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態9においては、図7に示すように、冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた2個の入口管12に分配され、プレート構造体1の空間部11に流通した後、下部プレート部材1bの下面の他側寄りに設けられた2個のヘッダ17を経由して、それぞれ隣の空間部11をリターンして入口管12の近傍に設けられた出口管13に到達し、冷却媒体16の入口部14近傍に設けられた冷却媒体16の出口部15に集約されて排出されるようにしたものである。このように構成すると、冷却媒体16の入口部14と出口部15を近接して設けることが出来るので、冷却媒体の供給および排出の配管ルートが簡素化でき、冷却装置の小形が可能になる。また、冷却媒体の流量が同じ場合、実施の形態8で説明した完全な並行分配の流れに比べて空間部11を通過する冷却媒体16の流速を2倍に高めることができるので、プレート構造体1から冷却媒体16への熱伝達率が向上し、プレートの冷却効果を高めることができる。
図7(a)はこの発明の実施の形態9における均熱処理装置を示す平面図、図7(b)はこの発明の実施の形態9における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態8と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態9においては、図7に示すように、冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた2個の入口管12に分配され、プレート構造体1の空間部11に流通した後、下部プレート部材1bの下面の他側寄りに設けられた2個のヘッダ17を経由して、それぞれ隣の空間部11をリターンして入口管12の近傍に設けられた出口管13に到達し、冷却媒体16の入口部14近傍に設けられた冷却媒体16の出口部15に集約されて排出されるようにしたものである。このように構成すると、冷却媒体16の入口部14と出口部15を近接して設けることが出来るので、冷却媒体の供給および排出の配管ルートが簡素化でき、冷却装置の小形が可能になる。また、冷却媒体の流量が同じ場合、実施の形態8で説明した完全な並行分配の流れに比べて空間部11を通過する冷却媒体16の流速を2倍に高めることができるので、プレート構造体1から冷却媒体16への熱伝達率が向上し、プレートの冷却効果を高めることができる。
実施の形態10
図8(a)はこの発明の実施の形態10における均熱処理装置を示す平面図、図8(b)はこの発明の実施の形態10における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態9と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態10においては、図8に示すように冷却媒体16の流れを一回路としたものである。図8において、冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた1個の入口管12に供給され、プレート構造体1の空間部11を経由して、順次隣の空間部に導入されるように下部プレート部材1bの下面に設けられた複数のヘッダ17により、1個の出口管13から出口部15に至る単一の冷却媒体回路を構成するようにしたものである。このように構成すると、冷却媒体16の入口部および出口部での分流部が不要となり、冷却媒体16の出入口部の構造が簡素化できるとともに、冷却媒体16の流速を最も高めることができるので、冷却能力を最大にすることができる。なお、実際の適用にあたっては冷却媒体16の圧損についても検討の上、最適な冷却回路の選定が必要である。
図8(a)はこの発明の実施の形態10における均熱処理装置を示す平面図、図8(b)はこの発明の実施の形態10における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態9と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態10においては、図8に示すように冷却媒体16の流れを一回路としたものである。図8において、冷却媒体16は入口部14より下部プレート部材1bの下面の一側寄りに設けられた1個の入口管12に供給され、プレート構造体1の空間部11を経由して、順次隣の空間部に導入されるように下部プレート部材1bの下面に設けられた複数のヘッダ17により、1個の出口管13から出口部15に至る単一の冷却媒体回路を構成するようにしたものである。このように構成すると、冷却媒体16の入口部および出口部での分流部が不要となり、冷却媒体16の出入口部の構造が簡素化できるとともに、冷却媒体16の流速を最も高めることができるので、冷却能力を最大にすることができる。なお、実際の適用にあたっては冷却媒体16の圧損についても検討の上、最適な冷却回路の選定が必要である。
実施の形態11
図9(a)はこの発明の実施の形態11における均熱処理装置を示す平面図、図9(b)はこの発明の実施の形態11における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態10と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態11においては、上記実施の形態4のプレート構造体に上記実施の形態10に示す冷却機構を追加したものである。図9に示すように、板厚が厚い上部プレート部材1aの下面に複数本の曲管2が挿入される溝加工とは別の溝11を加工し、この別の溝11と下部プレート部材1bの上面との間で形成される内部空間に冷却媒体16を流通させるように入口管12、出口管13およびヘッダ17を設けるようにしたものである。この例では、入口から出口にかけて単一の冷却回路のものについて示しているが、冷却回路については実施の形態8および9に示すものであってもよい。
図9(a)はこの発明の実施の形態11における均熱処理装置を示す平面図、図9(b)はこの発明の実施の形態11における均熱処理装置を示す断面図である。なお、実施の形態10と同一又は相当部分には同一符号を付している。
この実施の形態11においては、上記実施の形態4のプレート構造体に上記実施の形態10に示す冷却機構を追加したものである。図9に示すように、板厚が厚い上部プレート部材1aの下面に複数本の曲管2が挿入される溝加工とは別の溝11を加工し、この別の溝11と下部プレート部材1bの上面との間で形成される内部空間に冷却媒体16を流通させるように入口管12、出口管13およびヘッダ17を設けるようにしたものである。この例では、入口から出口にかけて単一の冷却回路のものについて示しているが、冷却回路については実施の形態8および9に示すものであってもよい。
なお、上記の一連の実施例では動作をわかり易く示すために、プレート内部に並行して配置される曲管の数が4本のものについて示したが、管本数は4本に限定するものではなく、プレートのサイズおよび要求される均熱性に応じて決定すれば良い。
また、上記の一連の実施例では曲管の出入口部は蒸気管側と液管側が交互に蒸発器に接合されるものについて示しているが、曲管の表面温度は入口側から出口側にかけて均一になるので、蒸気管および液管と蒸発器との接続順序は任意で良く、必ずしも交互に蒸発器に接続される必要は無い。例えば、蒸気管(曲管の入口側)および液管(曲管の出口側)をそれぞれまとめて蒸発器上に並べて接続するようにしてもかまわない。接続順序は配管加工の容易性、装置の設置スペースなどを考慮の上で決定すれば良い。
また、上記の一連の実施例では曲管がU字状の形状のものを組み合わせたものについて示したが、各曲管はプレート内の同一平面上でほぼ等間隔でプレート内を適宜周回するように配置されたものであれば良く、曲管の形状をU字状に限定するものでは無い。
なお、加熱ヒータの種別は電熱式でも、温水加熱、蒸気加熱であってもかまわない。また、上記実施の形態8〜10では、プレートを冷却するものについて説明したが、冷却媒体の代わりに加熱媒体を流通させるようにして、発熱体による加熱を補助する手段として使用するようにしても良い。
1 プレート構造体
1a 上部プレート部材
1b 下部プレート部材
2 曲管(U字状曲管)
3 蒸発器
4 加熱手段(ヒータ)
5 蒸気管
6 液管
7 作動液
8 蒸気
9 凝縮液
10 ステー部材
11 空間部(溝)
12 冷却媒体の入口管
13 冷却媒体の出口管
14 冷却媒体の入口部
15 冷却媒体の出口部
16 冷却媒体
17 ヘッダ
21 従来のプレート
21a 伝熱部分
22 ヒートパイプ
23 冷却媒体流露
24 発熱体
31 従来のプレート
32 溝
33 従来の蒸発器
34 発熱体
37 作動液
1a 上部プレート部材
1b 下部プレート部材
2 曲管(U字状曲管)
3 蒸発器
4 加熱手段(ヒータ)
5 蒸気管
6 液管
7 作動液
8 蒸気
9 凝縮液
10 ステー部材
11 空間部(溝)
12 冷却媒体の入口管
13 冷却媒体の出口管
14 冷却媒体の入口部
15 冷却媒体の出口部
16 冷却媒体
17 ヘッダ
21 従来のプレート
21a 伝熱部分
22 ヒートパイプ
23 冷却媒体流露
24 発熱体
31 従来のプレート
32 溝
33 従来の蒸発器
34 発熱体
37 作動液
Claims (8)
- 同一平面内で略等間隔に配置されるように成形された複数本の曲管、上記複数本の曲管の上面および下面にそれぞれ熱的に接合された上部プレート部材および下部プレート部材より構成されるプレート構造体と、
上記プレート構造体の外部下方に設置され、内部に作動液が充填される蒸発器と、
上記各曲管の両端部が上記プレート構造体の外部に突出され、突出された上記曲管の入口側および出口側のそれぞれが上記蒸発器の上部側および下部側にそれぞれ接続されて上記各曲管と上記蒸発器による連通回路を形成している蒸気管および液管と、
上記蒸発器に設けられ、上記作動液を加熱する加熱手段とを備え、
上記各曲管と上記蒸発器による連通回路は、内部を真空排気した後、所定量の作動液を充填して封止したことを特徴とする均熱処理装置。 - 下面に溝加工が施された上部プレート部材、この上部プレート部材の溝部に下部開口部から挿入され、同一平面内で略等間隔に配置されるように成形された複数本の曲管、および上記曲管の下面に設けられ、少なくとも上部プレート部材の溝部の下部開口部を塞ぐように設けられた下部プレート部材より構成されるプレート構造体と、
上記プレート構造体の外部下方に設置され、内部に作動液が充填される蒸発器と、
上記各曲管の両端部が上記プレート構造体の外部に突出され、突出された上記曲管の入口側および出口側のそれぞれが上記蒸発器の上部側および下部側にそれぞれ接続されて上記各曲管と上記蒸発器による連通回路を形成している蒸気管および液管と、
上記蒸発器に設けられ、上記作動液を加熱する加熱手段とを備え、
上記各曲管と上記蒸発器による連通回路は、内部を真空排気した後、所定量の作動液を充填して封止したことを特徴とする均熱処理装置。 - 加熱手段は、蒸発器の内部に充填される作動液に浸漬して設置されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の均熱処理装置。
- 加熱手段は、蒸発器の下部外表面に熱的に接触して設置されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の均熱処理装置。
- 複数本の曲管の入口側が蒸発器の上部側に接続され、複数本の曲管の出口側が蒸発器の上部壁面を貫通して蒸発器内部に充填された作動液面下で開口するように配置されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の均熱処理装置。
- 複数本の曲管の断面形状は、略円形、略半円形、略四角形のいずれかであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の均熱処理装置。
- 曲管の外表面と上下プレート部材の表面とで形成される内部空間に、冷却媒体あるいは加熱媒体を流通させることを特徴とする請求項1記載の均熱処理装置。
- 上部プレート部材の下面に複数本の曲管が挿入される溝加工とは別の溝加工を施し、この上部プレート部材の別加工の溝部および下部プレート部材の上面との間で形成される内部空間に、冷却媒体あるいは加熱媒体を流通させることを特徴とする請求項2記載の均熱処理装置。
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JP2007274124A JP2009105156A (ja) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | 均熱処理装置 |
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JP2007274124A JP2009105156A (ja) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | 均熱処理装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012042664A1 (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-05 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 均熱処理装置 |
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JP2017095208A (ja) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | トヤマキカイ株式会社 | テープ貼着装置 |
-
2007
- 2007-10-22 JP JP2007274124A patent/JP2009105156A/ja active Pending
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