(57)【要約】      （修正有）【課題】熱源と表面との間に均一な接触を得ることができる多層発熱体コーティング及び多層発熱体コーティングを含む真空システムを提供する。【解決手段】加熱真空システム及び詳細には真空システム又はその構成要素のための多層発熱体コーティング１は、真空システム又はその構成要素３の表面に結合された内側絶縁層２と、内側絶縁層２の外面５をコーティングする発熱体層４と、発熱体層４の外面７をコーティングする外側絶縁層６と、任意選択的に外側絶縁層６の外面８をコーティングするシール層とを備える。【選択図】図１
0003230119.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
真空システム又はその構成要素を加熱するための多層発熱体コーティングであって、
前記真空システム又はその構成要素の表面に結合された内側絶縁層と、
前記内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、
前記発熱体層の外面をコーティングするセラミック又はガラスを含む外側絶縁層と、
前記外側絶縁層の外面をコーティングする任意選択のシール層と、を備え、
前記内側絶縁層及び前記外側絶縁層が各々、前記発熱体層よりも高い電気抵抗を有し、前記外側絶縁層は、前記内側絶縁層よりも熱伝導性が低い、
ことを特徴とする多層発熱体コーティング。
【請求項２】
前記発熱体層の表面の非絶縁部分が、絶縁層によって覆われず、使用時に一時的な電気コネクタからの電流が前記非絶縁部分を通過できるように構成される、
請求項１に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項３】
真空システム又はその構成要素を加熱するための多層発熱体コーティングであって、
前記真空システム又はその構成要素の表面に結合された内側絶縁層と、
前記内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、
前記発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層と、
前記外側絶縁層の外面をコーティングする任意選択のシール層と、を備え、
前記発熱体層の外面の非絶縁部分が、前記外側絶縁層によって覆われず、使用時に一時的な電気コネクタからの電流が前記非絶縁部分を通過できるように構成される、
ことを特徴とする多層発熱体コーティング。
【請求項４】
前記内側絶縁層及び前記外側絶縁層が各々、前記発熱体層よりも高い電気抵抗を有し、前記外側絶縁層は、前記内側絶縁層よりも熱伝導性が低い、
請求項３に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項５】
前記内側絶縁層が、セラミック、ポリマー、又はポリマーマトリックス複合材料からなるグループから選択された材料、好ましくはセラミックを含み、好ましくは前記内側絶縁層は、炭化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム、スピネル、ムライトからなるグループから選択されたセラミック、好ましくはアルミナを含む、
請求項１〜４の何れか１項に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項６】
前記内側絶縁層、前記発熱体層、及び／又は前記外側絶縁層は、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、電気泳動堆積（ＥＰＤ）、低温堆積（ＬＰＤ）、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、空気プラズマスプレー（ＡＰＳ）、静電スプレー支援蒸着（ＥＳＡＶＤ）、直接蒸着、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される技術のうちの１又は２以上を用いて堆積される、
請求項１〜５の何れか１項に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項７】
前記外側絶縁層が、ジルコニア、アルミナジルコニア、イットリア安定化ジルコニア又はシリカからなるグループから選択された材料を含む、
請求項１〜６の何れかに記載の多層発熱体コーティング。
【請求項８】
前記発熱体層が金属又はセラミックであり、好ましくは、前記発熱体層が金属であり、ニクロム、鉄−クロムアルミニウム合金；チタン、ニッケル及びクロム合金；チタン、ニッケル及びクロム合金、好ましくは、チタン、ニッケル及びクロム合金を含む、キュプロニッケル、チタン合金又はクロム合金からなるグループから選択された合金を含み、又は、前記発熱体層がセラミックであり、二ケイ化モリブデン又はチタン酸バリウム、チタン酸鉛などの正の温度係数のセラミックからなるグループから選択される、
請求項１〜７の何れか１項に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項９】
前記発熱体層及び／又は前記内側絶縁層は厚さが可変であり、及び／又は前記内側絶縁層は、１又は２以上の別個の領域を含み、前記別個の領域の各々が、異なる材料を含む、
請求項１〜８の何れか１項に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項１０】
前記発熱体層の非絶縁部分に一時的に結合されて前記発熱体層に電力を提供する電気コネクタを更に備え、好ましくは前記電気コネクタが、前記多層発熱体コーティングに磁気的及び／又は機械的に結合され、前記電気コネクタが、前記発熱体層の非絶縁部分又は前記発熱体層の非絶縁部分上にコーティングされた導電材料を直接係合するように構成される、
請求項２〜９の何れか１項に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項１１】
前記電気コネクタが、フレキシブルコネクタ又はバネ付きコネクタ、好ましくはボタンコネクタ、バッテリコネクタ、板バネコネクタ、又はＰＯＧＯコネクタを含む、
請求項１０に記載の多層発熱体コーティング。
【請求項１２】
真空システム又はその構成要素のための多層発熱体コーティングであって、
前記真空システムの表面に結合された内側絶縁層と、
前記内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、
前記発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層と、
前記真空システムに結合され、前記発熱体層に電力を提供するよう構成された電気コネクタと、を備え、
前記電気コネクタが、前記真空システムの表面をコーティングする第１の部分と、前記第１の部分と選択的に係合して該第１の部分との電気的接続を提供する取り外し可能な第２の部分とを含み、前記第１の部分が発熱体層又はこれに結合された導電性材料を含む、  ことを特徴とする多層発熱体コーティング。
【請求項１３】
好ましくはターボ分子ポンプ又はドライポンプを含む、請求項１〜１２の何れか１項に記載の多層発熱体コーティングを含む真空システム又はその構成要素。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、加熱真空システムに関し、詳細には、真空システム及びその構成要素のための多層発熱体コーティングに関する。本考案は更に、真空システム並びに真空システム及びその構成要素のための多層発熱体コーティングを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空下で物体に配置されると、物質内及び表面上に埋封されていたガスが、物体の表面から放出される。このプロセスによるガスの発生は、脱ガスとして知られている。脱ガスは、真空チャンバが０．１ミリバール未満にまで粗面にされると、全ガス負荷の漸次的に相当な割合になる。超高真空システム（１０-7ミリバール以下）では、脱ガスは、ガス排出及び最終圧力までの時間に影響する最も重要な要因である。
【０００３】
脱ガスは、エラストマー、炭化水素油、及び真空ポンプからのグリースを排除すること、軟鋼又は多孔質表面のような脱ガス性能が不十分であることで知られている他の材料を避けること、及びクリーンルーム手法を用いて汚染を避けることによって低減することができる。
【０００４】
加えて、超高真空システムにおいて最終圧力に達するまでに要する時間を低減するために、真空チャンバ及びポンプの温度を引き上げて、これらの表面からの放出速度を改善することは通常の慣行である。
【０００５】
同様に、真空ポンプ及びこれらの構成要素はまた、半導体加工などの工業生産設定において加熱することができる。これらのプロセスにおいて、高いポンプ温度を維持することで、ガスストリームから液体及び／又は固体の凝縮及び／又は凝華を阻止し、これによりポンプ及び／又はパイプ機能に粒子状物質を処理させることを排除し、気体分子をより容易にポンプ送給できるようにすることができる。
【０００６】
従来の熱源は、真空システム又はその構成要素に組み込まれたワイヤ加熱素子、または、システムの外面に取り付けられるかその廻りに巻かれ断熱材又は他の絶縁体で覆われたテープ、ケーブル及びバンドを備えている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
このタイプの従来の加熱方法は、特定の欠点を示すことが分かっている。例えば、加熱ケーブルが利用されるときには、熱源と表面との間に均一な接触を得ることが困難な場合があり、結果として調節不能の表面温度及び熱伝達の不良をもたらすことになる。
【０００８】
理解されるように、システムの仕様に応じて、コールドスポットが十分にガス抜きを行えない可能性があり、又は逆に、凝縮又は凝華を促進する可能性があり、その結果、全体のシステム圧力及び／又は性能に悪影響をもたらす可能性がある。キルトジャケットの発熱体は、これらの問題の一部を改善するが、特注製造となり、従って、極めて高価であることが多い。
【０００９】
本考案は、少なくともある程度まで、これらの問題及び従来技術に関連する他の問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、第１の態様において、本考案は、真空システム又はその構成要素を加熱するための多層発熱体コーティングを提供する。多層発熱体コーティングは、真空システム又はその構成要素の表面に結合された内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、発熱体層の外面をコーティングするセラミック又はガラスを含む外側絶縁層とを備える。内側及び外側絶縁層は各々、発熱体層よりも大きな電気抵抗を有する。外側絶縁層は、内側絶縁層よりも熱伝導性が低い。任意選択的に、多層発熱体コーティングは、外側絶縁層の外面を少なくとも部分的にコーティングするシール層を含むことができる。
【００１１】
好ましくは、内側絶縁層は、真空システム又はその構成要素の表面に直接結合され、すなわち、内側絶縁層と真空システム又はその構成要素の表面との間に何らかの中間層又はコーティングが存在しない。
【００１２】
好ましくは、多層発熱体コーティングは、内側絶縁層、発熱体層、外側絶縁層、及び任意選択のシール層から、又は実質的にシール層からなる。また、電気コネクタを、発熱体層に電流を提供するために設けることができる。
【００１３】
好ましくは、セラミックの内側及び外側層は各々、発熱体層よりも少なくとも約１×１０10倍大きい、好ましくは少なくとも約１×１０12倍大きい、好ましくは約１×１０10倍〜約１×１０16倍大きい電気抵抗を有する。好ましくは、発熱体層は、約０．００５Ωｍ〜約０．１Ωｍ、好ましくは約０．０１Ωｍ〜約０．０５Ωｍの抵抗を有し、０．０２Ωｍが一実施例である。好ましくは、内側絶縁層及び外側絶縁層は各々、約１ｘ１０9Ωｍ〜約１ｘ１０15Ωｍ、好ましくは１ｘ１０10Ωｍ〜約１ｘ１０12Ωｍの抵抗を有し、１ｘ１０11Ωｍが一実施例である。電気抵抗は、ＡＳＴＭ  Ｄ２１４９−１３に従って測定することができる。
【００１４】
加えて又は代替として、内側絶縁層の熱伝導率は、外側絶縁層よりも少なくとも約５倍高く、より好ましくは約５倍〜約２０倍高い。内側絶縁層は、約１０Ｗ／ｍ−Ｋ〜約５０Ｗ／ｍ−Ｋ、好ましくは約２０Ｗ／ｍ−Ｋ〜約４０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することができ、３０Ｗ／ｍ−Ｋが一実施例である。加えて又は代替として、外側絶縁層は、約０．５Ｗ／ｍ−Ｋ〜約１０Ｗ／ｍ−Ｋ、好ましくは約１Ｗ／ｍ−Ｋ〜約５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するのがよく、３Ｗ／ｍ−Ｋが一実施例である。熱伝導率は、ＡＳＴＭ  Ｃ１４７０に従って測定することができる。
【００１５】
有利には、外側絶縁層がセラミック又はガラスを含むので、本考案による多層発熱体コーティングは、ポリマー絶縁層又は断熱材に関して適切である温度よりも高い温度で動作することができる。更に、セラミック外側絶縁層は、比較的強靱であり、これによりトップコートに損傷を与えて電気層を暴露する可能性がある取り扱いミスの際に傷つき(スクラッチ)を阻止するという追加の利点を有することができる。更に、外側絶縁層は、内側絶縁層と異なるので、熱的性能は、構成要素及び／又はシステムの特定要件に合わせてより良好に調整することができる。
【００１６】
通常は、発熱体層の表面の非絶縁部分は、絶縁層によって覆われておらず、使用時に、一時的な電気コネクタからの電流が上記の非絶縁部分を通過できるように構成される。通常は、非絶縁部分は、外側絶縁層によって覆われていない発熱体層の外面の小部分である。
【００１７】
従って、別の態様において、本考案は、真空システム又はその構成要素を加熱するための多層発熱体コーティングを提供する。多層発熱体コーティングは、真空システム又はその構成要素の表面に結合された内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層とを備える。発熱体層の外面の非絶縁部分、通常は外面の小部分は、外側絶縁層によって覆われておらず、使用時に一時的な電気コネクタからの電流が上記の非絶縁部分を通過できるように構成される。通常は、非絶縁部分は、外側絶縁層によって覆われていない発熱体層の外面である。多層発熱体コーティングは、外側絶縁層の外面をコーティングする任意選択のシール層を含むことができる。
【００１８】
本考案の前の態様と同様に、内側及び外側絶縁層は通常は、発熱体層よりも電気抵抗が高く、外側絶縁層は、内側絶縁層よりも熱伝導性が低い。
【００１９】
電気コネクタは、多層発熱体コーティングと選択的に結合及び結合解除し、非絶縁部分を介して電力を発熱体層に提供することができる。通常は、電気コネクタは、多層発熱体コーティングに、好ましくは発熱体層に磁気的及び／又は機械的に結合される。コネクタを発熱体層に結合する手段は、好ましくは可逆的、すなわち、一時的なものである。有利には、このような可逆的取付機構を利用することで、恒久的な、例えば半田付け接続部を有するものと比べてより耐久性がある装置を提供する。
【００２０】
通常は、電気コネクタは、発熱体層の非絶縁部分と、又は上記発熱体層と電気的に接触した導電材料と直接係合すなわち接触するよう構成される。導電材料は、例えば、保護金属プレート、例えば銅プレートとすることができ、プレートは、発熱体層の表面、好ましくは非絶縁部分を実質的に覆う部分に結合することができる。好ましくは、導電材料は、発熱体層に直接的に溶射又は他の方法で堆積される。有利には、保護プレートを利用することで、より堅牢な装置が提供される。保護プレートを発熱体層上に直接溶射することにより、別個の結合材料、例えば、半田の必要性が排除され、これにより通常は半田が軟化し始めて発熱体の動作領域を制限する可能性があるより高い温度（約３００°Ｃよりも高い）で堅牢性が更に高くなる。
【００２１】
電気コネクタは、好ましくは、発熱体層の非絶縁部分又は保護金属プレートを係合するための１又は複数の部材を含む。例えば、電気コネクタは、バネ付きコネクタ又はフレキシブルコネクタ、例えばＰＯＧＯコネクタ、バネ荷重コネクタ、ボタンコネクタ、バッテリ端子又は板バネコネクタを含むことができ、通常は２つのＰＯＧＯコネクタが利用される。接触域の位置、高さ又は粗度の僅かな変動に適応できる理由から、ＰＯＧＯコネクタが好ましい。
【００２２】
別の態様において、本考案は、多層発熱体コーティングを含む真空システム又はその構成要素を提供する。多層発熱体コーティングは、ポンプの表面に結合された内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層と、電力を多層発熱体コーティングに提供するため真空システム又はその構成要素に結合された電気コネクタと、を備える。電気コネクタは、真空システム又はその構成要素の表面をコーティングする第１の部分と、第１の部分を選択的に係合して第１の部分との電気的接続を提供するよう構成された取り外し可能な第２の部分と、を含むことができる。通常は、第１の部分は、発熱体層又は保護金属プレートのような第１の部分に結合された導電材料を含む。取り外し可能な第２の部分は、バネ付きコネクタ又はフレキシブルコネクタ、好ましくはＰＯＧＯコネクタ、典型的には２つのＰＯＧＯコネクタを含むことができる。
【００２３】
別の態様において、本考案は、多層発熱体コーティングを含む真空システム又はその構成要素を製造する方法を提供する。通常は、本方法は、真空システム又はその構成要素の表面に内側絶縁層を結合するステップと、発熱体層をその上に溶射することにより内側絶縁層の外面をコーティングするステップと、発熱体層の外面の一部に外側絶縁層を溶射することにより発熱体層の外面を少なくとも部分的にコーティングするステップと、を含み、上記外側絶縁層は、好ましくはセラミック又はガラスを含む。本方法は更に、外側のコーティングの外面をシール層でコーティングするステップを含むことができる。
【００２４】
有利には、シール層は、外側絶縁層内の欠陥又は気孔を覆うことができ、さもなければ、高湿度又は腐食性の外部環境条件において電気絶縁破壊につながる可能性がある。
【００２５】
特に指定のない限り、以下の好ましい特徴は、本考案の全ての態様において利用することができる。
【００２６】
使用時には、内側絶縁層は、発熱体層が真空システム又はその構成要素の残りの部分を通じて接地されるのを阻止する。有利には、内側絶縁層は、セラミック又はポリマーからなるグループから選択された材料、好ましくはセラミックを含むことができる。
【００２７】
内側絶縁層がセラミックを含む場合、セラミックは、炭化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、及び窒化アルミニウムからなるグループから選択することができる。アルミナは、高温に対して耐性があり、後続の層がプラズマ蒸着によって施工され、温度が５０００°Ｃを超える可能性があるときに損傷に耐えることになるので、特に好ましい。
【００２８】
これに加えて又は代替として、内側絶縁層はポリマーとすることができる。
【００２９】
存在する場合、ポリマーは、通常は、熱可塑性材料又は熱硬化性樹脂からなるグループから選択することができる。熱可塑性材料が好ましく、特に、熱特性の結果として高性能の熱可塑性材料として分類されるものが好ましい。
【００３０】
好ましくは、ポリマーは、約２５０°Ｃを超える、より好ましくは約３００°Ｃを超える、更により好ましくは約４００°Ｃを超える溶融温度を有する。
【００３１】
好ましい熱可塑性プラスチックは、芳香族ポリアミド及び芳香族ポリエステルを含む液晶ポリマー、芳香族ポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｐｏｎｅｓ）、ポリエチレンイミン、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はこれらの誘導体もしくはコポリマーからなるグループから選択される。
【００３２】
好ましいポリイミドは、ポリ（４，４’−オキシジフェニレン−ピロメリットイミド）を含むことができる。或いは、ポリアミドナイロン樹脂又はポリブチレンテレフタレート樹脂を選択してもよい。
【００３３】
ポリマーは更に、帯電防止剤、酸化防止剤、離型剤、防炎剤、潤滑剤、着色剤、流動促進剤、ナノフィラーを含むフィラー、光安定剤及び紫外線吸収剤、顔料、並びに可塑剤からなるグループからの１又は２以上を含むことができる。
【００３４】
実施形態において、ポリマーは、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックスの耐熱性を増大させる分散相とを含む複合材料とすることができ、ガラス繊維強化ポリマー及び炭素繊維強化ポリマーが特に好ましい。
【００３５】
内側絶縁層がポリマーを含む場合、ポリマーが真空システム又はその構成要素に結合される前に、発熱体層、外側絶縁層及び任意選択のシール層をポリマーに順次的にコーティングすることができる。
【００３６】
このように組み付けられた多層発熱体コーティングが、加熱されることになる真空システム又はその構成要素の一部に配置されると、多層発熱体コーティングの第１の加熱サイクルを用いて、多層発熱体コーティングを真空システム又はその構成要素に恒久的に結合することができる。有利には、これにより多層発熱体コーティングを既存の真空システム又はその構成要素に現場で施工及び／又は後付けすることができるようになる。
【００３７】
或いは、内側絶縁層、発熱体層、及び／又は外側絶縁層は、真空システム又はその構成要素の外面を覆って順次的に溶射又は他の方法で堆積される。これは、内側絶縁層がセラミックであるときに特に好ましい。
【００３８】
内側絶縁層は、真空システム又はその構成要素の表面に恒久的に取り付けることができる。
【００３９】
溶射は通常、溶融又は加熱された材料が、固化して層を形成する表面にスプレーされるコーティングプロセスである。コーティング前駆体は通常、電気的（プラズマ又はアーク）又は化学的手段（燃焼炎）によって加熱される。
【００４０】
本考案で使用するのに好適な溶射技術は、プラズマ溶射、ワイヤアーク溶射、フレーム溶射、高速酸素燃料コーティング溶射（ＨＶＯＦ）、高速空気燃料（ＨＶＡＦ）、ウォームスプレー及びコールドスプレーを含む。当業者であれば、特定のコーティング及び基板に応じて適切な技術を選択することができる。好ましくは、内側絶縁層、発熱体層及び外側絶縁層は、同じ溶射技術を使用して施工される。
【００４１】
通常、固定トーチが使用され、真空システム又はその構成要素が移動される。しかしながら、より複雑な形状では、構成要素自体が固定される場合があり、トーチが構成要素に対して相対的に移動する場合がある。当業者は、対象となる特定の構成要素に応じてプロセスを選択することになる。
【００４２】
これに加えて又は代替として、内側絶縁層、発熱体層、及び／又は外側絶縁層は、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、電気泳動堆積（ＥＰＤ）、低温堆積（ＬＰＤ）、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、空気プラズマスプレー（ＡＰＳ）、静電スプレー支援蒸着（ＥＳＡＶＤ）、直接蒸着、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される技術のうちの１又は２以上を用いて堆積される。
【００４３】
典型的には、内側絶縁層は、約２０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約２５０μｍの厚さを有し、１００μｍが一実施例である。有利には、この厚さの絶縁層は、発熱体層と加熱される基板との間の望ましくない熱制約なしに、良好な被覆範囲を提供することが分かっている。発熱体層と基板との接触は、電気的導通を破断し、発熱体が作動できなくなる可能性がある。
【００４４】
一実施例において、内側層はアルミニウムを含み、約５０μｍ〜約２００μｍ、好ましくは約１００μｍの厚さを有する。
【００４５】
典型的には、外側絶縁層がセラミックの場合、外側絶縁層は、ジルコニア、アルミナジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、マグネシウム安定化ジルコニア、又はシリカからなるグループから選択された材料を含む。硬度特性と絶縁特性を兼ね備えていることに起因して、アルミナジルコニア又はジルコニアが特に好ましい。或いは、外側絶縁層がガラスの場合、ガラスはシリカを含む。溶融シリカが特に好ましい。
【００４６】
好ましくは、外側絶縁層は、約７以上、好ましくは約８以上のモール（Ｍｏｈｒ）スケール硬度を有し、好ましくは約９からが一実施例である。
【００４７】
外側絶縁層は、外部表面コーティングとすることができ、通常は、熱的及び電気的絶縁体であり、環境に対する熱損失を低減し、外部接触の結果としての短絡を防止する。これにより、外側層は、加熱の熱効率を向上させ、ユーザにとって安全な外側層を提供する。
【００４８】
典型的には、発熱体層は、それ自体が金属製とすることができる真空システム又はその構成要素から電気的に絶縁される。好ましくは、発熱体層の内面の実質的に全ては、少なくとも内部絶縁層によって真空システム又はその構成要素の外面から分離される。これにより、真空システム又はその構成要素の表面で隣接する発熱体層が接地に短絡するのが阻止されるが、発生した熱をポンプ表面に伝達することは依然として可能である。通常、発熱体層は、内側絶縁層に直接コーティングされ、その結果、真空システム又はその構成要素の表面に直接コーティングすることができる。
【００４９】
典型的には、外側絶縁層は、発熱体層に直接コーティングされる。好ましくは、外側絶縁層は、溶射によって施工される。実施形態において、発熱体層の一部のみが、外側絶縁層によって覆われることができる。例えば、発熱体層の一部は、電気コネクタと共に使用するためコーティングせずにそのままにすることができる。ステンシル、マスキングテープ又は同様のものを溶射中に使用して、その後除去して、発熱体層のコーティングされていない部分を提供することができる。
【００５０】
典型的には、外側絶縁層は、約５０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約７５μｍ〜約２００μｍの厚さを有し、１００μｍが一実施例である。
【００５１】
発熱体層は、電流が流れると温度が上昇する抵抗加熱材料を含む。発熱体層は、金属又はセラミックとすることができる。
【００５２】
発熱体層が金属である場合、ニクロム、チタン合金、カンタル、キュプロニッケル、プラチナ、イリジウム、レニウム、パラジウム、ロジウム、金、銅、銀、タングステン、及びその合金からなるグループから選択された材料を含むことができる。チタンニッケルクロム合金は、電気抵抗が低く、比較的薄い層（150μｍが一実施例である）を使用できるので、特に好適である。
【００５３】
或いは、発熱体層がセラミックである場合、二ケイ化モリブデン又はチタン酸バリウム、チタン酸鉛、窒化チタン、窒化ジルコニウム及びホウ化チタンなどの正の温度係数のセラミックからなるグループから選択された材料を含むことができる。
【００５４】
通常は、発熱体層は、約５０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約７５μｍ〜約２５０μｍの厚さを有し、１５０μｍが一実施例である。
【００５５】
発熱体層の厚さは、例えば、真空システム又はその構成要素上の個々の多層発熱素子内で均一でも、又は異なっていてもよい。均一な厚みとは、厚みの変動が±２％以下であることを意味する。
【００５６】
加えて又は代替として、同じ又は異なる厚さの個々の多層加熱要素を、単一の真空システム又はその構成要素で利用することができる。この場合も同様に、個々の多層発熱体は、それ自体が均一又は異なる厚さのものとすることができる。典型的には、発熱体層の部分が薄いほど抵抗が高くなり、従って発熱しやすくなり、他方、発熱体層が厚いほど、抵抗が低くなり、比較的に発熱しにくくなる。有利には、発熱体層の厚さを変えることによって、単一の多層発熱体コーティングを使用して、真空システム又はその構成要素の様々な部品を異なる速度及び／又は異なる温度で加熱することができる。
【００５７】
シール層は通常、外側絶縁層を覆って、典型的には多層発熱体コーティングの残りの部分の外面全体を覆ってコーティングされたポリマー又はセラミックゆう薬を含む。
【００５８】
典型的には、シール層は、ポリマーを含んでもよい。通常、ポリマーは、ウレタン液体、フェノール液体又はシリコーン樹脂からなる群から選択される材料を含んでもよい。
【００５９】
外側のシール層は、多層発熱体コーティングの残りの部分を周囲の環境から保護する。これは、周囲の環境が腐食性材料を含む場合、又は構成要素の１又は２以上が湿気の影響を受けやすい場合に特に有利とすることができる。
【００６０】
典型的には、シール層は、約５０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約２００μｍの厚さを有し、１５０μｍが一実施例である。
【００６１】
電気コネクタは通常、真空システム又はその構成要素に結合され、多層発熱体コーティングに電力を供給することになる。好ましくは、電力供給は、約２５０Ｖ未満、約１２Ｖ〜約６０Ｖが更に好ましく、２４Ｖが一実施例である。
【００６２】
好ましくは、多層発熱体コーティングは、少なくとも、発熱体層によって覆われた真空システム又はその構成要素の領域を、７０°Ｃを超える、好ましくは約２００°Ｃを超える、好ましくは約３００°Ｃを超える、好ましくは約２００°Ｃ〜約４５０°Ｃの温度まで加熱することができる。
【００６３】
好ましくは、多層発熱体コーティングは、約０．５Ｗ／ｃｍ2〜約４Ｗ／ｃｍ2、より好ましくは約１Ｗ／ｃｍ2〜約１．５Ｗ／ｃｍ2の出力を有する。
【００６４】
好ましくは、内側絶縁層が結合される真空システム又はその構成要素の一部の外面は、約１．５μｍを超える、好ましくは約１．５μｍ〜約１０μｍ、より好ましくは約１．５μｍ〜約３．５μｍの表面粗さＲａを有し、１．６μｍが一実施例である。この粗さの表面は、特に内側絶縁層自体が真空システム又はその構成要素の表面にコーティングされている場合、高温での結合の改善を提供し、結合の破壊を防止することが分かっている。
【００６５】
次に、本考案の好ましい特徴について、例証として、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】多層発熱体コーティングの概略図を示す。
【図２】多層発熱体コーティング及び電気コネクタを示す図である。
【図３】プロトタイプの多層発熱体コーティングを示す図である。
【図４】プロトタイプの多層発熱体コーティングを示す図である。
【図５】プロトタイプの多層発熱体コーティングを用いて実施される温度サイクル実験の結果を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００６７】
本考案は、多層発熱体コーティング（１）を備えた真空システム又はその構成要素を提供する。
【００６８】
図１に示すように、多層発熱体コーティング（１）は、ポンプ（３）の表面に結合されたＭｕｌｉｔｅ（登録商標）などの内側絶縁層（２）と、内側絶縁層（２）の外面（５）をコーティングする発熱体層（４）と、発熱体層（４）の外面（７）をコーティングする外側絶縁層（６）と、任意選択的に、外側絶縁層（６）の外面（８）をコーティングするシール層（図示せず）と、を備えることができる。図示のように、多層発熱体コーティング（１）はまた、発熱体層（４）に電力を提供する電源を含む。
【００６９】
本考案の目的において、内側、最内、及び下側は各々、層のデバイス側の１又は複数の面を指し、他方、外側、最外、及び上側は、非デバイス側の１又は複数の面を示す。
【００７０】
本考案において、真空システム又はその構成要素は、真空チャンバ、パイプ及びダクト機構、排気システム、例えばロータチャンバを含むポンプ機構自体を含む、真空システムの何れかの構成要素を含むことができる。好ましくは、多層発熱体コーティングは、真空チャンバ壁及び／又はロータチャンバ壁及び／又は排気パイプ又はダクト機構壁に施工することができる。
【００７１】
多層発熱体コーティングは、真空システムの高圧セクション及び排気セクション及び／又は真空システムの低圧高真空部品の両方の加熱に利用することができる。多層発熱体コーティングは、真空システム又はその構成要素の外面及び／又は内面、例えば、真空チャンバ、ロータチャンバ、及び／又はパイプ又はダクト機構の外面及び／又は内面に施工することができる。
【００７２】
本考案での使用に好適な真空システム（又はその構成要素）は、ドライポンプであり、容積式及び運動量移送ポンプ、及び／又は極低温、イオン及び非蒸発性ゲッターポンプなどのゲッターポンプを含むことができる。好ましい容積式ポンプには、スクロールポンプ、スクリューポンプ、ルーツポンプ、ローブポンプ、ロータリーベーン、液体リング、及び油拡散ポンプ、特にＥｄｗａｒｄｓ  Ｖａｃｕｕｍｓ（登録商標）製のポンプが挙げられる。好ましいモーメンタム移送ポンプは、ターボ分子ポンプ、特にＥＸＴ（登録商標）又はｎＥＸＴ（登録商標）商品名でＥｄｗａｒｄｓ  Ｖａｃｕｕｍｓ（登録商標）によって製造されるポンプを含むことができる。
【００７３】
従って、１つの態様では、本考案は更に、好ましくは本明細書に開示される本考案の他の態様による多層発熱体コーティングを利用する、超高真空システムの脱ガスにおける多層発熱体コーティングの使用を提供し。多層発熱体コーティングが超高真空システム又はその構成要素のガス抜きを支援するのに使用される場合、通常は、多層発熱体コーティングは、超高真空に露出されたポンプシステムの部分に又はそれに隣接して施工されることになる。例えば、多層発熱体コーティングは、ターボ分子ポンプのロータチャンバ及び／又はこれに関連する真空チャンバを加熱することができる。多層発熱体コーティングは、例えばローターチャンバハウジング又は真空チャンバハウジングの外面にコーティングすることがでる。
【００７４】
或いは、多層発熱体コーティングを使用してポンプ構成要素上での凝縮物の堆積を低減する場合、典型的には、多層発熱体コーティングは、そうでなければ結露及び／又は凝華が発生するよう十分に冷却されるポンプの部分に施工される。例えば、パイプ及び／又はダクト機構及び／又はロータチャンバなど。
【００７５】
本考案による多層発熱体コーティングは、排気システムのダクト及びパイプ機構の内面への堆積を含む真空ポンプ排気システム及びその構成要素内の堆積の防止に特に効果的であることが分かっている。
【００７６】
従って、別の態様において、本考案は、真空チャンバと、該真空チャンバ内から真空チャンバの外部の位置までガスをポンプ送給するよう構成された真空ポンプとを備えた真空システムであって、ガスは、真空ポンプから排気管理システムに流出し、排気管理システムが、多層発熱体コーティングを備え、該多層発熱体コーティングは、排気システムの表面に結合された内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層と、を含み、内側及び外側絶縁層は各々、発熱体層よりも大きな電気抵抗を有し、外側絶縁層は、内側絶縁層よりも熱伝導性が低い真空システムを提供する。
【００７７】
典型的には、排気管理システムの表面は、真空ポンプからのガスが導かれる導管の表面、典型的には導管の外面である。典型的には、内側絶縁層は、排気管理システムの一部を形成するダクト及び／又はパイプ機構に結合される。
【００７８】
別の態様において、本考案は、真空チャンバと、該真空チャンバ内から真空チャンバの外部の位置までガスをポンプ送給するよう構成された１又は２以上の真空ポンプを有するポンプシステムとを備えた真空システムを提供する。ポンプシステムは、真空チャンバから真空ポンプの１又は２以上に、又は第１の真空ポンプから真空システム内の第２の真空ポンプにガスを配向するための導管を備え、導管は、多層発熱体コーティングを含む表面を有し、多層発熱体コーティングは、導管の表面に結合された内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層と、発熱体層の外面をコーティングする外側絶縁層と、を含み、内側及び外側絶縁層は各々、発熱体層よりも大きな電気抵抗を有し、外側絶縁層は、内側絶縁層よりも熱伝導性が低い。
【００７９】
ポンプシステムは、直列の２又は３以上のポンプ及び／又は並列の２又は３以上のポンプを備えることができる。通常は、コーティング面は、導管の外面である。
【００８０】
疲労抵抗を改善するために、多層発熱体コーティングを平坦又は緩やかな輪郭の面に施工することが好ましい。従って、加熱に必要な形状が複雑な混合半径であり円滑な移行部を利用するのが理想的である場合、鋭い縁部又は急激なプロファイルの変化は回避することができる。
【００８１】
好ましくは、多層発熱体コーティングは、少なくとも１０００回の熱サイクルの疲労寿命を有する。
【００８２】
図２は、多層発熱体コーティング（９）を含む真空システム又はその構成要素のロータチャンバの断面を示す。図示はされていないが、多層発熱体コーティング（９）は、ポンプエンベロープの表面にコーティングされた内側絶縁層と、内側絶縁層の外面をコーティングする発熱体層とを含む。
【００８３】
好ましくは、短絡の発生を低減するために、発熱体層は、内側絶縁層を完全には覆わない場合がある。好ましくは、発熱体層の領域は、内側絶縁領域よりも小さく、内側絶縁層が発熱体層の周縁部を囲むようになる。好ましくは、発熱体層は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、好ましくは約５ｍｍの幅を有する内側絶縁層の境界部によって囲まれる。
【００８４】
真空システム又はその構成要素（１０）は更に、真空システム又はその構成要素（１０）に結合され多層発熱コーティングに電力を供給するのに使用される電気コネクタを備える。図示の実施例では、電気コネクタは、発熱体層に直接的に溶射された２つの銅合金プレート（１１、１２）を含む第１の部分と、電気接続を提供する銅プレート（１１、１２）と下方に配置される発熱体層を選択的に係合する２つのＰＯＧＯコネクタ（１３、１４）を含む取り外し可能な第２の部分（１５）と、を備える。
【００８５】
図２に示すように、多層発熱体コーティングが、構成要素の外面、例えば略管状本体の円周周りに広がると、典型的には、多層発熱体コーティング（９）の両端の間にギャップ（１８）が含まれる。使用時には、このギャップ（１８）は、比較的低温のパッチをもたらすことになるので、理想的にはギャップ（１８）はできるだけ狭く保たれる。ギャップ（１８）のサイズを構成する際の考慮事項は、多層発熱体コーティング層を堆積するのに使用される製造方法を含むことができ、例えば、シールドとしてマスクを用いて層が溶射される場合、この層は、マスクの縁部の下で「にじむ」可能性がある。従って、約２ｍｍから約１０ｍｍのコーティングされていないギャップが本考案による多層発熱体コーティングの縁部を囲むことができる。５ｍｍのギャップが特に好ましい。
【００８６】
当業者であれば理解されるように、理論的には、利用できる発熱体層のサイズに制限はないが、サイズが大きくなると、電力密度が変化するので、発熱体の性能が変化する。従って、実際には、複数の別個の多層発熱体コーティングを使用して、より大きな構成要素を同時に加熱することができる。
【００８７】
本考案において、別個の多層発熱体コーティングは各々、個々の多層発熱素子と呼ぶことができる。従って、真空システム又はその構成要素は、各々が単一の多層発熱体コーティングを含む、１又は２以上の個別の多層発熱素子を含むことができる。
【００８８】
図２に示すように、外側絶縁層（１６）は、２つの金属プレート（１１、１２）が位置している場所を除いて、発熱体層の外面の実質的に全てをコーティングする。
【００８９】
ＰＯＧＯコネクタは、コネクタハウジング（１７）にスクリュー止めされ、コネクタハウジングは、真空システム又はその構成要素（１０）に可逆的に結合して、金属プレート（１１、１２）と電気的に接触した状態でＰＯＧＯコネクタ（１３、１４）を保持する。磁石を使用して、ハウジング（１７）を真空システム又はその構成要素（１０）に結合することができ、或いは、機械的カップリング又はストラップを利用することもできる。本考案による多層発熱体コーティングにより、発熱体層への電気的接続を半田付けする必要性が回避される。これにより、本考案は、より高温で使用することができるより堅牢な電気的接続を提供する。
【００９０】
ＰＯＧＯコネクタ（１３、１４）は、通常、２４Ｖ電源に接続される。
【実施例】
【００９１】
ここで、本考案について、以下の非限定的な実施例によって実証する。
【００９２】
本考案による多層発熱体コーティングの能力を実証するために、図３に示されるようなプロトタイプ部品を製造した。
【００９３】
プロトタイプは、スチールバンド（１９）に施工された３層の多層発熱体コーティング（９）を備えていた。スチールバンドは、直径１２０ｍｍ、高さ５０ｍｍで、厚さ３ｍｍのほぼ均一な壁を有している。
【００９４】
３つの層は次のとおりである。
ｉ）１００μｍの均一な厚さのアルミナ内側絶縁層（同じ厚さの炭化ケイ素と窒化アルミニウムを別々に試験し、成功した）。
ｉｉ）１５０μｍの均一な厚さのチタンニッケルクロム発熱体層（５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ及び２００μｍを全て試験し、成功した）。
ｉｉｉ）酸化ジルコニアの１００μｍの均一な厚さの外層。
【００９５】
３つの層は全て高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）堆積を使用して施工した。利用した方法では、コーティングの材料を粉砕粉末（レーザー回折を使用して測定したメジアン粒径が２０μｍ〜５０μｍ）として提供し、加熱ガスストリームの経路に供給した。加熱ガスストリームは、酸素及び燃料を含み、燃料が燃焼して、収束発散ノズルを通過する。この実施例では、灯油を燃料として使用した。
【００９６】
当業者には理解されるように、ＨＶＯＦ法では、摂氏数千度の温度で且つ超音速で移動する加熱ガスを使用して、基板上に材料を堆積させる。材料が溶融形態で堆積させる結果として、実質的に均一で低気孔率のコーティングを実現することができる。コーティングの気孔率は、堆積される粉砕粉末の粒径を変更することによって変えることができ、一般に、より小さな粒径を利用すると、より高密度のコーティングが得られる。
【００９７】
ＨＶＯＦノズルを固定して、これに対して基板を移動（例えば、回転）させて均一な被覆範囲を可能にすることができ、又は、ノズル自体をロボットアームで移動させることができる。後者は、複雑な構成要素に好適である。例として、固定ノズルを利用した。
【００９８】
プロトタイプを製造するときに、コーティング層が不要な基板の領域を保護するために、マスキングテープが使用された。例えば、蒸着後、内側絶縁層の周縁をマスキングして、後で蒸着される発熱体層がスチールバンドに直接接触しないように確保した。プロトタイプの製作に耐熱テープを使用した。テープマスキングの代わりに、スチールマスクを使用することができる。有利には、スチールマスクは複数回再利用することができる。
【００９９】
図４に示すように、電源端子ポイントを提供するために、ＨＶＯＦを使用して発熱体層上に２つの銅導電体パッド（２０、２１）を堆積させた。電源入力線（２４、２５）を銅導電体パッド（２０、２１）に半田付け（２２、２３）した。半田溶融を回避するため、加熱は、２４Ｖ入力で２５０°Ｃに制限された。
【０１００】
図５に示すように、プロトタイプの周期的熱試験により、多層発熱体コーティングが正常に動作できることが実証された。
【０１０１】
多層発熱体コーティングは、一度アクティブ化されると温度を急激に上昇させることができる。多層発熱体コーティングは堅牢であり、スクラッチ又は擦り傷を生じにくい。１Ｗ／ｃｍ２の熱的性能が達成され、サーマルイメージングにより、多層発熱体コーティングからの一貫した熱出力が均一な被覆範囲で確認された。
【０１０２】
実用新案法の下で解釈される添付の実用新案登録請求の範囲によって定義される本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、図示の実施形態に対して様々な修正を行うことができることが理解される。
【符号の説明】
【０１０３】
１  多層発熱体コーティング
２  内側絶縁層
３  ポンプ／構成要素
４  発熱体層
５  内側絶縁層の外面
６  外側絶縁層
７  発熱体層の外面
８  外側絶縁層の外面
９  多層発熱体コーティング
１０  真空システム又は構成要素
１１  銅合金プレート（１）
１２  銅合金プレート（２）
１３  ＰＯＧＯコネクタ（１）
１４  ＰＯＧＯコネクタ（２）
１５  取り外し可能な第２の部分
１６  外側絶縁層
１７  コネクタハウジング
１８  ギャップ
１９  スチールバンド
２０  銅導電体パッド（１）
２１  銅導電体パッド（２）
２２  半田（１）
２３  半田（２）
２４  電源入力線（１）
２５  電源入力線（２）
【図１】
0003230119.tif 000003
【図２】
0003230119.tif 000004
【図３】
0003230119.tif 000005
【図４】
0003230119.tif 000006
【図５】
0003230119.tif 000007