(57)【要約】      （修正有）【課題】ターミナルに対しバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得るとともに、省エネルギー化を図り得る新規な炭化ケイ素ヒーターを提供する。【解決手段】炭化ケイ素からなる発熱部２および発熱部に結合する隣接配置されたターミナル３を有する炭化ケイ素ヒーター１であって、（i）ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットＳを有し、（ii）スリットは、ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置よりターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなり、（iii）下記式（Ｉ）ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３（Ｉ）を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素からなる発熱部および当該発熱部に結合する隣接配置されたターミナルを有する炭化ケイ素ヒーターであって、
（i）前記ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットを有し、
（ii）前記スリットは、前記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置より前記ターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなり、
（iii）下記式（Ｉ）
前記ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧前記発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３    （Ｉ）
を満たす
ことを特徴とする炭化ケイ素ヒーター。
【請求項２】
（iv）前記発熱部がパイプ形状を有しその外径が１０ｍｍ以上である請求項１に記載の炭化ケイ素ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭化ケイ素からなる発熱部を有する炭化ケイ素ヒーターが電子部品の焼成炉、金属熱処理炉等に広く使用されている（例えば、特許文献１（実公平１−７９９２号公報）参照）。
上記炭化ケイ素ヒーターは、一般に、パイプ状または中実状の炭化ケイ素からなる発熱部（代表的な比抵抗：０．１Ω・ｃｍ）と係る発熱部に結合する赤熱しない炭化ケイ素およびケイ素材質で構成されるパイプ状の良導電性のターミナル（代表的な比抵抗：０．００３Ω・ｃｍ）により構成されている。
すなわち、図８に示すように、例えば、炭化ケイ素ヒーター１は、パイプ状の炭化ケイ素からなる発熱部２と、係る発熱部２の両端に各々結合するパイプ状のターミナル３，３により構成されている。
そして、炭化ケイ素ヒーターとしては、一般に、ターミナルと発熱部が一体型になったものと、発熱部とターミナルとを溶接したものの二種類が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平１−７９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化ケイ素ヒーターは、１０００℃以下での温度域における加熱に利用されるニクロム線等を用いた金属ヒーターよりもさらに高温度下で使用されることが多いため、発熱部の表面温度は千数百℃以上に達することになる。
【０００５】
一般的にターミナルはパイプ形状であるため、内径部（内側中空部）を通じた熱の伝熱を防ぐために、ターミナルの内径部（内側中空部）に無機繊維の綿(以下、バルクと呼ぶ)が詰め込まれており、このバルクは適宜丸めた塊状のもの（バルク塊）をターミナルの端から金属棒等を使用して押し込み、詰め込むことで配設されており、例えば、図８に示す例においては、ターミナル３の内径部（内側中空部）にターミナルの端部ｅからバルク塊を金属棒等を使用して押し込みないし詰め込むことで配設している。
【０００６】
ところで、上記バルクは発熱部に近接する位置、例えばターミナルの発熱部に隣接する位置（ターミナルが発熱部に接する境界部分、図８に示す例における「ｂ」部分）に配設した方が効率的に発熱部からの熱の伝熱を抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、上述したようにターミナルは、通常、炭化ケイ素とケイ素で構成されたセラミック製品であり、微妙な反りを有し必ずしも真っ直ぐな形状を有していない。
また、ターミナルの内径部（内側中空部）も表面がざらついており、押し込み中にバルク塊が変形するため、バルク塊の端を正確に発熱部との境界部分に止どめることは一般に困難である。そのため、通常は（発熱部と接する側とは反対側の）ターミナル端部の入口付近（図８の例における入口付近ｅ）にバルク塊を詰め込むだけに止まっている。
【０００８】
また、ターミナルの内径部にバルク塊を過度に押圧しつつ詰め込むと、バルク塊の充填密度が増大してターミナルの内径部を通じて発熱部に空気(酸素)が十分に供給されなくなり、低酸素の状態を引き起こし炭化ケイ素の継続酸化(アクティブ酸化)発生の原因となる。
【０００９】
継続酸化とは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の酸化においてＳｉＯ２膜が形成されなくなる現象を意味し、継続酸化が生じると炭化ケイ素ヒーターの寿命は短くなる。
一方、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が酸化されＳｉＯ２膜を形成する現象を保護酸化と称し、上記継続酸化と保護酸化は以下の化学反応式で示すことができる。
継続酸化  ＳｉＣ＋Ｏ２＝ＳｉＯ＋ＣＯ（低酸素濃度）
保護酸化  ２ＳｉＣ＋３Ｏ２＝２ＳｉＯ２＋２ＣＯ
保護酸化  ＳｉＣ＋２Ｏ２＝ＳｉＯ２＋ＣＯ２
同一温度であっても酸素濃度が低いと継続酸化が起こり、炭化ケイ素ヒーターの寿命は短くなる。
【００１０】
一方、上記継続酸化を避けるためにターミナルの内径部へのバルク塊の詰め込みを加減すると、バルクの充填密度が不足してしまい、発熱部からの伝熱を十分に抑制することができなくなる。
【００１１】
また、炭化ケイ素ヒーターは、その使用時において、ターミナルが通常は炉外に配置され、このターミナルから熱放散を生じると電力損失が大きくなってしまうことから、省エネルギー化を図り得る炭化ケイ素ヒーターが求められるようになっている。
【００１２】
このような状況下、本発明は、ターミナルに対しバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得るとともに、省エネルギー化を図り得る新規な炭化ケイ素ヒーターを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記技術課題を解決するために本願発明者等が鋭意検討したところ、炭化ケイ素からなる発熱部および当該発熱部に結合する隣接配置されたターミナルを有する炭化ケイ素ヒーターであって、（i）前記ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットを有し、（ii）前記スリットは、前記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置より前記ターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなり、（iii）下記式（Ｉ）前記ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧前記発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３（Ｉ）を満たす炭化ケイ素ヒーターにより、上記目的を達成し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、
（１）炭化ケイ素からなる発熱部および当該発熱部に結合する隣接配置されたターミナルを有する炭化ケイ素ヒーターであって、
（i）前記ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットを有し、
（ii）前記スリットは、前記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置より前記ターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなり、
（iii）下記式（Ｉ）
前記ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧前記発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３    （Ｉ）
を満たす
ことを特徴とする炭化ケイ素ヒーターおよび
（２）（iv）前記発熱部がパイプ形状を有しその外径が１０ｍｍ以上である上記（１）に記載の炭化ケイ素ヒーター
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ターミナルに対しバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得るとともに、省エネルギー化を図り得る新規な炭化ケイ素ヒーターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示す図である。
【図２】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示す図である。
【図３】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示す図である。
【図４】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示す図である。
【図５】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示す図である。
【図６】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターのターミナル断面形態例を示す図である。
【図７】本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの発熱部断面形態例を示す図である。
【図８】従来の炭化ケイ素ヒーターの形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターは、炭化ケイ素からなる発熱部および当該発熱部に結合する隣接配置されたターミナルを有する炭化ケイ素ヒーターであって、
（i）前記ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットを有し、
（ii）前記スリットは、前記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置より前記ターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなり、
（iii）下記式（Ｉ）
前記ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧前記発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３    （Ｉ）
を満たす
ことを特徴とするものである。
【００１８】
図１は、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示すものである。
図１に例示する炭化ケイ素ヒーター１は、炭化ケイ素からなる発熱部２および当該発熱部に結合する隣接配置されたターミナル３、３を有している。
【００１９】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、発熱部として、炭化ケイ素からなる発熱部を使用する。
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、発熱部の形状は、通常、中実状または中空状の棒形状を成し、その断面が円形または楕円形のものである。
図１に例示する形態において、発熱体１は、中空の棒形状、すなわちパイプ形状を有している。
【００２０】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、発熱部がパイプ形状を有する場合、その外径は、１０ｍｍ以上であることが好ましく、１２ｍｍ以上であることがより好ましく、２０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
発熱部の外径は、発熱部の長さ方向に一定であることが好ましい。
【００２１】
上記発熱部の外径が１０ｍｍ以上であると、炭化ケイ素ヒーターの形状がパイプ状である場合に、その内径も一般に５ｍｍ以上となり、発熱部の内径部（中空部）から伝熱が生じ易くなるが、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターによればターミナル内の所望位置にバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得ることから、上記伝熱を好適に抑制することができる。
【００２２】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターは、発熱部に結合する隣接配置されたターミナルを有するものである。
【００２３】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルは、その全体形状が、通常中実状または中空状の棒形状を成しており、中空状の棒形状であることが好ましい。
図１に例示する形態において、ターミナル３、３は、各々全体形状が、中空の棒形状、すなわちパイプ形状を有している。
【００２４】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルは、発熱部のいずれかの片側端部にのみ結合して隣接配置されてなるものであってもよいし、発熱部の両側端部に各々結合して隣接配置されてなるものであってもよい。
また、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルは、直線状の発熱部の端部に隣接配置されたものであってもよいし、Ｕ字状、コの字状またはＷ字状の形状を有する発熱部の端部に隣接配置されたものであってもよい。
【００２５】
図１に例示する本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例において、炭化ケイ素ヒーター１は、直線状の発熱部２の両側端部に各々ターミナル３、３が結合して隣接配置されてなるものである。
また、図２も、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの形態例を示すものである。
図２（ａ）に例示する炭化ケイ素ヒーターにおいて、炭化ケイ素ヒーター１は、Ｕ字状に屈曲した発熱部２の両側端部に各々ターミナル３、３が結合して隣接配置されてなるものである。
また、図２（ｂ）に例示する炭化ケイ素ヒーターにおいて、炭化ケイ素ヒーター１は、略コの字状の形状を有する発熱部２の各端部に各々ターミナル３、３が結合して隣接配置されてなるものである。
さらに、図２（ｃ）に例示する炭化ケイ素ヒーターにおいて、炭化ケイ素ヒーター１は、略Ｗ字状（Ｅ字状）の形状を有する発熱部２の各端部に各々ターミナル３が結合して隣接配置されてなるものである。
【００２６】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルはその長手方向の少なくとも一部にスリットが設けられてなる。
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、スリットとはターミナルに設けられた切れ目ないし隙間を意味し、ターミナルの長手方向に沿って設けられるものを意味する。
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、スリットの形態としては、例えば、図１に例示する炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナル３の発熱部２側の端部に設けられたスリット端ｓ１からターミナル３の反対側端部に設けられたスリット端ｓ２まで延びるスリットＳを有している。
【００２７】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルに設けられるスリットは、上記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置より前記ターミナルの反対側端部方向に５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さを有するように設けられてなるものである。
【００２８】
例えば、図１に示す例において、炭化ケイ素ヒーター１は、スリットＳが、ターミナル３の発熱部側端部に設けられたスリット端ｓ１（ターミナル３の発熱部側端部から０ｍｍの位置）よりターミナル３の反対側端部に設けられたスリット端ｓ２までターミナル３の長さ方向全体に亘って（５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さで）延びるものである。
【００２９】
上記スリットＳは、ターミナルの長さ方向全体に亘って設けられたものでなくてもよい。
図３は、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの別形態例を示す図である。
図３に示す例において、炭化ケイ素ヒーター１は、スリットＳが、ターミナル３の発熱部側端部に設けられたスリット端ｓ１（ターミナル３の発熱部側端部から０ｍｍの位置）よりターミナル３の反対側端部方向に設けられたスリット端ｓ２まで（５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さで）延びるものであるが、図１に示す例と異なり、ターミナル３の長さ方向全体に亘って設けられてなるものでなく、ターミナル３の発熱部側端部に設けられたスリット端ｓ１とターミナル３の反対側端部から一定距離離間したスリット端ｓ２との間に延びるものである。
【００３０】
また、図４も、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターの別形態例を示す図である。
図４に示す例において、炭化ケイ素ヒーター１は、スリットＳが、ターミナル３の発熱部側端部から一定距離離間したスリット端ｓ１（ターミナル３の発熱部側端部から０ｍｍを超え５０ｍｍ以下の位置）よりターミナル３の反対側端部に設けられたスリット端ｓ２まで（５０ｍｍ〜１５００ｍｍの長さで）延びるものであるが、本例においても図１に示す例と異なり、ターミナル３の長さ方向全体に亘って設けられてなるものでなく、ターミナル３の発熱部側端部から一定距離離間したスリット端ｓ１とターミナル３の反対側端部に設けられたスリット端ｓ２との間に延びるものである。
【００３１】
ターミナルに設けられるスリットは、上記ターミナルの発熱部側端部から０〜５０ｍｍの位置よりターミナルの反対側端部方向に設けられてなるものである。
ターミナルに設けられるスリットが、当該ターミナルの発熱部側端部から５０ｍｍ超となる位置に設けられる場合には、ターミナルの発熱部との境界部にバルク塊を詰めにくくなり、バルク塊を押し込む際の充填密度も管理し難くなる。
【００３２】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルに設けられるスリットの幅も特に制限はせず、バルク塊の充填密度を管理しやすく金属棒などを使って入れやすい幅であればよい。そのため、一般にその幅は５ｍｍ以上が好ましい。
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルに設けられるスリットの深さも特に制限されないが、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルの全体形状がパイプ状である場合において、上記スリットは、少なくとも中空部と連通するように設けられる。
【００３３】
上記スリットＳは、ターミナルの長さ方向全体に亘って同じ幅で設けられたものでなくてもよい。
図５は、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターのさらに別の形態例を示す図である。
図５に示す例において、炭化ケイ素ヒーター１は、スリットＳが、ターミナル３の発熱部側端部に設けられたスリットｓ１（ターミナル３の発熱部側端部から０ｍｍの位置）よりターミナル３の反対側端部に設けられたスリットｓ２まで（ターミナル３の長さ方向全体に亘って）延びるものであるが、ターミナルの両端部側のスリット幅に比較してターミナル中央部におけるスリット幅が広くなるように設けられている。
このようにターミナル中央部におけるスリット幅を広げることにより、バルク塊をターミナル内に容易に挿入し得るとともに、ターミナル端部のスリット幅がターミナル中央部に比較して狭いことによりバルク塊充填後にバルク塊が離脱し難くなる。
【００３４】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおいて、ターミナルの長手方向に直交する方向の垂直断面形状も特に制限されない。
図６に、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターにおける、ターミナルの長手方向に直交する方向の垂直断面形態例（ａ）〜（ｆ）を示す。
図６（ａ）〜（ｅ）は、ターミナルの全体形状がパイプ状である場合において、その長手方向の少なくとも一部にスリット（切欠き）を設けることにより、元々設けられていた中空部と連通する開放溝が設けられた形態を示すものである。
図６（ｆ）は、ターミナルの全体形状が中実状の円柱形状を成す場合において、その長手方向の少なくとも一部にスリット（切欠き）を設けることにより、テーパー状の溝が設けられた形態を示すものである。
【００３５】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターによれば、ターミナルに設けられたスリットを通してターミナル内の所望位置に最適な充填密度でバルク塊を容易に充填することができる。
【００３６】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターは、下記式（Ｉ）
ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．３      （Ｉ）
を満たすものである。
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターは、下記式（II）
ターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値≧発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積×０．４      （II）
を満たすものであることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る炭化ケイ素ヒーターが、例えば図１や図２に示すような形態を有する場合、ターミナル３の長手方向に直交する垂直断面における断面は、図６（ａ）に示すような略Ｕ字形状を成し、図１や図２に示す例においてはターミナル３の長手方向全体に亘って長手方向に直交する垂直断面の断面形状は一定であることから、ターミナルの断面積の最小値としてはターミナルの任意の位置における断面の断面積（図６（ａ）に示す着色部の面積）を求めればよい。
また、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターが例えば図３に示すような形態を有する場合、ターミナル３の長手方向に直交する垂直断面におけるスリットＳが設けられた箇所の断面も、図６（ａ）に示すような略Ｕ字形状を成し、図３に示す例においては係るスリットＳが設けられた箇所における断面が断面積の最小値を示すことから、ターミナルの断面積の最小値としてはターミナルのスリットが設けられた位置における断面積（図６（ａ）に示す着色部の面積）を求めればよい。
さらに、本発明に係る炭化ケイ素ヒーターが例えば図５に示すような形態を有する場合、広幅のスリットＳが設けられた箇所（ターミナル３の中央部）における断面が断面積の最小値を示すことから、ターミナルの断面積の最小値としてはターミナルの広幅のスリットＳが設けられた位置における断面積を求めればよい。
一方、図１〜図５に示す形態例において、発熱部２の長手方向に直交する垂直断面における断面は、図７（ｇ）に示すようなドーナツ形状を成し、その長手方向に直交する任意値における断面の断面積（図７（ｇ）に示す着色部の面積）を発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積として求めればよい。
【００３８】
炭化ケイ素ヒーターの使用時において、発熱部とターミナル部の抵抗差が小さいとターミナルが発熱して電力損失が大きくなり、省エネルギー化を図り難くなる。
本件に関し、ターミナルの比抵抗／断面積で表される比が発熱部の比抵抗／断面積で表される比の１／１０（０．１）以下であれば、ターミナルは発熱しない。
上述したように、炭化ケイ素ヒーターを構成する発熱部の代表的な比抵抗は０．１Ω・ｃｍ程度、ターミナルの代表的な比抵抗は０．００３Ω・ｃｍ程度である。
そして、式（Ｉ）の関係を満たすようにターミナルの長手方向に直交する垂直断面における断面積の最小値および発熱部の長手方向に直交する垂直断面における断面積を規定することにより、ターミナルからの発熱を好適に抑制することができる。
【００３９】
本発明によれば、ターミナルに対しバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得るとともに、省エネルギー化を図り得る新規な炭化ケイ素ヒーターを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、ターミナルに対しバルク塊を最適な充填密度で簡単に詰め込んで配設し得るとともに、省エネルギー化を図り得る新規な炭化ケイ素ヒーターを提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  炭化ケイ素ヒーター
２  発熱部
３  ターミナル
Ｓ  スリット
ｓ１、ｓ２  スリット端
ｅ  ターミナル端部
ｂ  ターミナルが発熱部に接する境界部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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