(57)【要約】【課題】  簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることの可能な電気ヒーター及びこれを備えた炉を提供すること。【解決手段】  スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体１０と、発熱体１０を支持する支持体３０，４０と、支持体３０，４０を取り付ける絶縁体５０とを備える。発熱体１０は、スリットが形成される発熱体１０の幅方向端部１３を屈曲させた屈曲部１４を有する。支持体３０，４０は、屈曲部１４を当接させる当接部３１，４１と、この当接部３１，４１から延設する基部３２，４２とを有する。絶縁体５０は、幅方向端部１３及び基部３２，４２を受け入れると共に接着剤が充填される溝部５１を有する。屈曲部１４を当接部３１，４１に当接させると共に幅方向端部１３を基部３２，４２に沿わせた状態で幅方向端部１３及び基部３２，４２を溝部５１に挿入し接着剤で固定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた電気ヒーターであって、
前記発熱体は、前記スリットが形成される幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有し、
前記支持体は、前記屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有し、
前記絶縁体は、前記幅方向端部及び前記基部を受け入れると共に接着剤が充填される溝部を有し、
前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定した電気ヒーター。
【請求項２】
前記基部は、その少なくとも一部に前記溝部に掛止する掛止部が形成されている請求項１記載の電気ヒーター。
【請求項３】
前記基部は、前記絶縁体に固定される固定ピンが取り付けられる請求項１又は２記載の電気ヒーター。
【請求項４】
前記幅方向端部は、前記基部とこの基部に対向する補強部材によって挟持されて前記溝部に挿入される請求項１〜３のいずれかに記載の電気ヒーター。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒーター及びこれを備えた炉に関する。さらに詳しくは、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた電気ヒーター及びこれを備えた炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述の如き電気ヒーターとして、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。同文献の図７に示す電気ヒーターでは、セラミックボートの溝に発熱体の幅方向端部を挿入し接着剤でのみ固定するため、発熱体が露出し、炉への設置時等に衝撃によって脱落する場合もあり、施工が困難となる場合があった。また、接着剤が溝からはみ出してしまう場合もあった。なお、同文献の他の例では、発熱体の固定は強化されるものの、部品点数が増加し、装置が複雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることの可能な電気ヒーター及びこれを備えた炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた構成において、前記発熱体は、前記スリットが形成される発熱体の幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有し、前記支持体は、前記屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有し、前記絶縁体は、前記幅方向端部及び前記基部を受け入れると共に接着剤が充填される溝部を有し、前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定したことにある。
【０００６】
上記構成によれば、発熱体は、スリットが形成される幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有する。また、支持体は、この発熱体の屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有する。そして、前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定する。これにより、発熱体の屈曲部が支持体の当接部によって支持されるので、発熱体に不測の熱変形が生じたとしても発熱体の支持体からの脱落を防止される。しかも、屈曲させた幅方向端部を支持体の基部に沿わせた状態で固定するので、スリットの長手方向に対する発熱体の熱変形や移動が支持体の基部によって制限される。従って、発熱体が支持体と共に絶縁体に強固に固定され、熱変形等により絶縁体から脱落することを防止することが可能となる。
【０００７】
前記基部は、その少なくとも一部に前記溝部に掛止する掛止部が形成されているとよい。また、前記基部は、前記絶縁体に固定される固定ピンが取り付けられても構わない。そして、前記幅方向端部は、前記基部とこの基部に対向する補強部材によって挟持されて前記溝部に挿入されてもよい。これらにより、発熱体をより強固に絶縁体に対し保持でき、発熱体の抜けや脱落を防止できる。
【０００８】
上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた炉として実施することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明に係る電気ヒーター及びこれを備えた炉の特徴によれば、簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることが可能となった。
【００１０】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る電気ヒーターの概略正面図である。
【図２】図１の底面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】図１のＡ部における絶縁体への発熱体と支持体との取付状態を示す分解斜視図である。
【図５】図１のＢ部における図４相当図である。
【図６】（ａ）は屈曲前の薄板部材の平面図、（ｂ）は発熱体の幅方向端部の部分拡大側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す図１相当図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示す図１相当図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す図５相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図１〜６を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１〜５に示すように、本発明に係る電気ヒーター１は、主として炉の天井１０１に設置されるものであって、大略、炉内１０２を加熱する板状の発熱体１０と、発熱体１０を支持する支持体２０と、支持体２０を取り付ける絶縁体５０を備える。なお、本実施形態では、図１，２に示すように、発熱体１０，１０が発熱体１０の長手方向Ｙに沿って一対並行して設置される。
【００１３】
図１〜３に示すように、発熱体１０は板状に且つ矩形状に形成され、複数のスリット１１を幅方向端部１３から幅方向Ｘに沿って交互に切り込むことで、蛇行状の電流路１２が形成されている。図１に示すように、発熱体１０における一対の幅方向端部１３，１３の間は、スリット１１に直交する発熱体の長手方向Ｙ視でなだらかな円弧状（アーチ状）をなすように形成しており、下側（炉内１０２側）に凸状を呈している。この発熱体１０は、発熱により軟化すると共に熱膨張すると、発熱体１０の自重が鉛直方向Ｚに作用し、カテナリー曲線の如き形状となる。この形状は力学的に安定しており、軟化しても発熱体１０の形状は維持されると共に脱落が防止される。
【００１４】
図１，２に示すように、発熱体１０は、スリット１１の長手方向（幅方向Ｘ）に直交する発熱体の長手方向Ｙの一端に位置する電流路端部１２ａ，１２ａにリード部材１７が延長部１８を介して溶接により固定され、炉外部へ延長されている。また、他方の電流路端部１２ｂ、１２ｂは、接続部材１９が溶接により取り付けられてあり、並行する発熱体１０，１０を電気的に直列に接続する。なお、発熱体１０は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌやニッケルクロム合金等の導電性材料よりなる薄板部材により製作される。
【００１５】
ここで、発熱体１０の製作は、図６に示すように、まず、適宜大きさに切断した薄板部材１０’に上述のスリット１１を形成する。次に、その薄板部材１０’を幅方向Ｘに沿うように円弧状に形成し、端部１３’をスリット１１の長手方向に沿って薄板部材１０’のなす円弧の内側へ折り曲げて、幅方向端部１３を形成すると共にその近傍に屈曲部１４を形成する。ここで、円弧の内側へ折り曲げるとは、両方の幅方向端部１３，１３を略鉛直方向Ｚに沿うように互いに平行に配向させることをいう。このように構成することで、発熱体に加熱による軟化が生じても、発熱体１０は幅方向端部１３，１３で鉛直に支持され、支持部分に不要な応力は発生しない。
【００１６】
本実施形態において、支持体２０は、隣接する発熱体１０，１０の対向する幅方向端部１３，１３を一括して支持する中央支持体としての第一碍子３０と、発熱体１０の他方の幅方向端部１３を支持する端部支持体としての第二碍子４０とからなる。第一、第二碍子３０，４０は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料により構成され、発熱体１０とは電気的に絶縁される。
【００１７】
図４に示すように、第一碍子３０は、断面視略Ｔ字状を呈し、発熱体１０の屈曲部１４と当接する当接部３１と、この当接部３１から鉛直方向Ｚに延設された基部３２とを備える。当接部３１は、鉛直方向Ｚに直交する幅方向Ｘに沿うように基部３２からそれぞれ左右に張り出している。
【００１８】
また、図５に示すように、第二碍子４０は、断面視略Ｌ字状を呈し、発熱体１０の屈曲部１４と当接する当接部４１と、この当接部４１から鉛直方向Ｚに延設された基部４２とを備える。当接部４１は、鉛直方向Ｚに直交する幅方向Ｘに沿うように基部４２から張り出している。なお、支持体２０の各頭部３３，４３は、炉内１０２に向けて先細り形状となっており、熱容量を抑制している。
【００１９】
絶縁体５０として、本実施形態ではセラミックボードを用いる。このセラミックボード５０には、発熱体１０の幅方向端部１３及び第一、第二碍子３０，４０の基部３２，４２を受け入れると共に接着剤を充填する溝５１が鉛直方向Ｚに沿って形成されている。本実施形態では、接着剤として液状のセラミックス５２を注入し硬化させることで、発熱体１０の幅方向端部１３及び基端部３２，４２を溝５１内で接着させてセラミックボート５０に取り付けられる。
【００２０】
ここで、発熱体１０は、幅方向端部１３近傍に形成された屈曲部１４が第一碍子３０の当接部３１及び第二碍子４０の当接部４１に当接するように載置される。これにより、発熱体１０の自重及び鉛直方向Ｚへの熱変形は当接部３１，４１によって支持されるので、発熱体１０の脱落が防止される。また、発熱体１０よりも第一、第二碍子３０，４０の頭部３３，４３が炉内１０２側へ突出するので、例えば取付時に第一、第二碍子３０，４０が発熱体１０への衝撃から保護し、衝撃による脱落を防止する。しかも、幅方向端部１３を基部３２，４２に沿わせた状態で溝５１に挿入されるので、屈曲部１４の屈曲方向の外側に第一、第二碍子の３０，４０の基部３２，４２が位置することとなる。よって、発熱体１０の幅方向Ｘに対する熱変形や移動が生じても、基部３２，４２がその熱変形や移動を抑制するので、発熱体１０をさらに安定して保持することができる。
【００２１】
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
上記実施形態において、発熱体１０を２列並行して絶縁体としてのセラミックボード５０に支持体２０としての第一、第二碍子３０，４０を介して取り付けた。しかし、発熱体１０の配列は上記実施形態に限られるものではなく、例えば図７に示す如き１列のみでよい。係る場合、同図に示すように、支持体２０として第二碍子４０のみを用いてセラミックボード５０に取り付けるとよい。もちろん、３列以上発熱体１０を配置してもよい。なお、発熱体１０の電気的接続は、直列でも並列でも構わない。また、発熱体１０の個数も特に限定されるものではなく、長手方向Ｙに複数個配置してもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、隣接する発熱体１０を基部３１から幅方向Ｘに突出する当接部３２，３２を備えた支持体２０としての第一碍子３０を用いた。しかし、例えば、第二碍子４０，４０を組み合わせて第一碍子として用いることも可能である。また、図８（ａ）（ｂ）に示すように、抜け防止のためのピン６１，６２を設けてもよい。同図（ｃ）に示すように、基部３２，４２に対向させて補強部材（合わせ碍子）７０を配置し、基部３２，４２と補強部材７０とで発熱体１０の幅方向端部１３を挟持させた状態で、溝部５１に挿入してもよい。なお、支持体の個数は特に限定されるものではなく、長手方向Ｙに複数個配置してもよい。
【００２３】
さらに、図９に示すように、第二碍子４０の形状は、上記実施形態の如き形状に限られるものではない。例えば、同図（ａ）に示すように、基部４２の先端をその軸方向に沿ってテーパー状を呈する掛止部４５ａを形成し、その掛止部４２ａを溝５１の長手方向Ｙに沿って挿入し、拡大部５５ａに掛止させるようにしてもよい。これにより第二碍子４０の絶縁体５０からの抜けが防止される。この掛止部４５の形状はテーパー状に限られるものではなく、例えば、同図（ｂ）の如き略Ｔ字形、（ｃ）の如き略トの字形、（ｄ）の如き略Ｌ字形などの形状でも構わない。これら掛止部４５の形状に合わせて、拡大部５５の形状を決定すればよい。もちろん、第一碍子３０においても同様である。さらに、図８に示す各態様と組み合わせて実施することも可能である。このように、支持体２０の絶縁体５０からの脱落を防止できる態様であれば、上記に限定されるものではない。
【００２４】
上記各実施形態において、発熱体１０の幅方向端部１３を略方形状に形成した。しかし、幅方向端部１３の形状は、これに限られるものではなく、例えば半楕円状又は半円状に形成しても構わない。また、発熱体１０の形状は円弧状に限られず平板状であってもよい。
【００２５】
また、上記各実施形態において、主として炉の天井に設置する電気ヒーターについて説明した。しかし、炉の天井に限らず、壁部に設置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る電気ヒーターは、例えばガラス、セラミック、金属等の被加熱物の熱処理用のヒーターとして利用することができる。また、反応炉、拡散炉にも適用可能である。さらに、電気ヒーター及び電気ヒーターを備えた炉は、例えば半導体ウエハの半導体製造装置やガラス基板等を加熱処理する基板処理装置等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１：電気ヒーター、１０：発熱体、１０’：薄板部材、１１：スリット、１２：電流路、１２ａ，１２ｂ：端部、１３：幅方向端部、１３’：端部、１４：屈曲部、１７：リード部材、１８：延長部、１９：接続部材（渡り）、２０：支持体、３０：第一碍子（支持体）、３１：当接部、３２：基部、３３：頭部、４０：第二碍子（支持体）、４１：当接部、４２：基部、４３：頭部、４５，４５ａ〜４５ｄ：掛止部、５０：セラミックボード（絶縁体）、５１：溝、５２：接着剤、５５，５５ａ〜５５ｄ：拡大部、６１，６２：ピン、７０：補強部材（合わせ部材）、１０１：天井、１０２：炉内、Ｘ：幅方向、Ｙ：長手方向、Ｚ：鉛直方向
【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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【図９】
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