(57)【要約】【課題】電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすとともに、厚みが薄く、熱損失が少ない電熱ヒーターを提供する。【解決手段】シート状の基材２の上部にヒーター線３を所定の形状で配列し、このヒーター線３を固定糸４により基材２側に固定し、これを断熱材５とともに内面側に塗料型断熱材６を塗布したカバー部材７に収めて構成する。塗料型断熱材６は、熱伝導率が低く、熱反射率が高い特性を有し、カバー部材７は、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維等から形成され、ヒーター線３は、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第１の被覆層を形成し、第１の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第２の被覆層を形成した二重絶縁構造をなす。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されていることを特徴とする電熱ヒーター。
【請求項２】
シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材であることを特徴とする電熱ヒーター。
【請求項３】
一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されていることを特徴とする電熱ヒーター。
【請求項４】
前記塗料型断熱材の熱伝導率が、０．０２Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電熱ヒーター。
【請求項５】
前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長１〜５μｍの赤外光に対して、９０％以上であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電熱ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電熱ヒーターに関し、特に、その断熱部材を薄くして小型化した電熱ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電熱ヒーターは、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるものであって、マントルヒーター、リボンヒーター又はジャケットヒーター等と呼ばれている。
【０００３】
電熱ヒーターの一例を図６に示す。この電熱ヒーター４１は、シート状の基材４２の上部にヒーター線４３を所定の形状で配列し、このヒーター線４３を固定糸４４により基材４２側に固定し、これを断熱材４５とともにカバー部材４７に納めて構成したものである。
【０００４】
この場合、基材４２、固定糸４４、断熱材４５、及びカバー部材４７は、それぞれ電気絶縁性と耐熱性を備えた材質であることが好ましい。また、ヒーター線４３は、ニクロム線等をそのまま使用することもできるが、安全性の高い電熱ヒーター４１とするためには、線材の表面に絶縁材の被覆層を形成した被覆ヒーター線を用いることが好ましい。
【０００５】
電熱ヒーターは、非常に多くの分野で使用されるようになり、最近では半導体製造装置等においても広く使用されている。そして、これらの分野では非常に高度な要求がされるようになった。
【０００６】
まず、第一に、加熱の均一性が強く要求されるようになった。加熱の均一性を確保するためには、発熱量の小さなヒーター線を緻密に配列することが必要である。従って、図６に示すように、線間隔を狭くして緻密な配列とするためには、ヒーター線４３を小さな曲げ半径で折り曲げなければならないので、ヒーター線４３は高い柔軟性が要求されることになる。しかし、電熱ヒーターの安全性を確保するためには、被覆ヒーター線を使用する必要があり、このため、柔軟性に富んだ被覆ヒーター線が必要となった。
【０００７】
次に半導体製造装置等において、電熱ヒーターから発生するパーティクルを低減することが強く要求されるようになった。図６に示すように、電熱ヒーター４１を構成する基材４２、固定糸４４、断熱材４５等は、セラミック繊維等の織物やフェルトを用いるために、パーティクルの発生が非常に多い材料である。従って、これらを収納するカバー部材４７を、パーティクルの発生が少ない材質とすることが要求されるようになった。
【０００８】
さらに、液晶製造装置や半導体製造装置等において、電熱ヒーターの小型化、即ち断熱材等の厚みを薄くすることが強く要求されるようになった。これらの装置は、急速に小型化が進んでいるために、装置内部が非常に狭くなるとともに配管の間隔も狭くなり、厚みの薄い電熱ヒーターを必要としている。
【０００９】
しかしながら、同時に熱損失の低減や火傷防止に対する安全性の確保も要求されるために、断熱材の性能を多少向上させる程度では、大幅な小型化を実現することは困難である。例えば、電熱ヒーターの断熱材にはガラスフェルト等が用いられているが、被加熱体の表面温度を１６０℃に加熱する場合に、電熱ヒーターの表面温度を火傷防止に必要な６０℃以下とするためには、断熱材の厚みを２５ｍｍ以上にする必要があり、電熱ヒーター全体の厚みは３５ｍｍ以上となる。
【００１０】
また、図６に示す電熱ヒーターとは別に、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線を配列したシート状電熱ヒーターがある。例えば、ラバーシートの間に発熱エレメントを配列したラバーヒーターがある（例えば、特許文献１参照。）。さらに、２枚の耐熱樹脂製テープの間に接着剤とともに発熱体を配列したテープ状ヒーターがある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかし、これらのシート状（テープ状、フィルム状を含む）電熱ヒーターは、使用の際には断熱材と併用して用いられているので、取扱いが不便であり、また熱損失の低減や安全性に欠けることが多い。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−６３７５５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５２５４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすとともに、厚みが薄く、熱損失が少なく、又製作が容易な電気ヒーターを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
また、本発明の請求項２に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項３に係る電熱ヒーターは、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
さらに、本発明の請求項４に係る電熱ヒーターは、請求項１から３の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、０．０２Ｗ／ｍＫ以下である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項５に係る電熱ヒーターは、請求項１から４の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長１〜５μｍの赤外光に対して、９０％以上である手段を採用している。
【００１５】
【作用】
本発明は、上記のような手段を採用したことにより、カバー部材の少なくとも一部には、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高い塗料型断熱材が塗布され、この塗料型断熱材により電熱ヒーターの厚みを大幅に薄くできることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明による電熱ヒーターの第１の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター１は、シート状の基材２の上部にヒーター線３を所定の形状で配列し、このヒーター線３を固定糸４により基材２側に固定し、これを断熱材５とともに内面側に塗料型断熱材６を塗布したカバー部材７に収めて構成したものである。
【００１７】
カバー部材７の材質としては、例えば、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、多孔質樹脂フィルム等を挙げることができる。これらをカバー部材７の材質とすることにより、電熱ヒーター１の電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を高めることができる。
【００１８】
カバー部材７は、柔軟性に優れるとともに、耐熱性及び物理的な耐久性に優れるので、使用に際して、カバー部材７自身からパーティクルを発生することは非常に少なく、また、基材２や断熱材５等により電熱ヒーター１の内部で発生したパーティクルが外部に飛散するのを防止できる。
【００１９】
塗料型断熱材６としては、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高いものが好ましい。即ち、熱伝導率については、０．０５Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．０２Ｗ／ｍＫ以下がより好ましい。また、熱反射率については、波長１〜５μｍの赤外光に対する反射率が８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。
【００２０】
塗料型断熱材６の主成分としては、セラミック粒子を主体とするものが好ましく、中でも中空球状のセラミック粒子を含むものがより好ましい。セラミックの種類としては、珪素、亜鉛、チタン、ランタン等の化合物、又はこれらの複合物が好ましいが、中でも酸化珪素が好ましく、アモルファスの酸化珪素が特に好ましい。これらのセラミックは、必要に応じてアクリルやラテックス等のバインダー溶液とともにスラリー状として塗布することができる。溶媒としては、通常は有機溶媒又は水を用いることができる。
【００２１】
この実施の形態においては、塗料型断熱材６をカバー部材７の内面に塗布しているが、カバー部材７の外面に塗布しても良いし、カバー部材７の内面と外面の両方に塗布しても良い。塗料型断熱材６は、一般に塗料としての特性にも優れているので、耐久性が高く、パーティクルの発生が少ないからである。なお、被加熱体の加熱温度が低く、例えば１００℃以下である場合には、断熱材５を省略することができる。
【００２２】
ヒーター線３としては、例えば、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第１の被覆層を形成し、第１の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第２の被覆層を形成した二重絶縁構造の被覆ヒーター線が挙げられる。被覆ヒーター線は、柔軟性と耐久性に優れ、安全性も高いので、線間隔を狭くして緻密な配列とすることができる。
【００２３】
図３には、本発明による電熱ヒーターの第２の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター１１は、第１の実施の形態に示す断熱材５の代わりに、シート状の基材９の表面に塗料型断熱材１０を塗布して形成したシート状の断熱材８を用いたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。
【００２４】
この場合、シート状の基材９の両面に塗料型断熱材１０、１０を塗布しているが、加熱温度によっては片面にのみ塗布しても良い。その場合には基材９の下面側に塗布しても良いし、上面側に塗布しても良い。なお、図示はしないが、シート状の断熱材８と第１の実施の形態に示す断熱材５と併用しても良い。
【００２５】
図４には、本発明による電熱ヒーターの第３の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター２１は、シート状の電熱ヒーター２１であって、一体化された２枚のシート状の基材２２、２３間にヒーター線２４を配列するとともに、片側のシート状の基材２２の表面に塗料型断熱材２５を塗布して構成したものである。
【００２６】
この場合、シート状の基材２２、２３には、シリコンゴム等のラバーシートや、芳香族ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いることができる。また、ヒーター線２４としては、ニクロム線を用いた通常のヒーターの他、炭素を用いたカーボンヒーターや、セラミックを用いたＰＣＴヒーター等とすることができる。
【００２７】
図５には、本発明による電熱ヒーターの第４の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター３１は、被加熱体の加熱温度が高く、塗料型断熱材のみでは充分な断熱が得られない場合に適用可能なものであって、他の断熱材と併用するように構成したものである。
【００２８】
すなわち、このシート状の電熱ヒーター３１は、一体化された３枚のシート状の基材３２、３３、３４間にヒーター線３５を配列するとともに、その表面に塗料型断熱材３６を塗布して構成したものである。
【００２９】
この場合、シート状の基材３２、３３は強度のあるラバーシートであり、シート状の基材３４はラバースポンジからなる断熱材である。従って、ラバースポンジからなる基材３４と塗料型断熱材３６の両方により、断熱効果を得ることができる。
【００３０】
以下、本発明による電熱ヒーターの実施例について説明する。
＜実施例１＞
図１及び図２に示す電熱ヒーター１、及び図１及び図２に示す電熱ヒーター１から塗料型断熱材６を取り除いた電熱ヒーター（以下、比較例という。）を以下の条件で製作した。
ヒーター線３には線径０．４ｍｍ、抵抗値８．９２Ω／ｍのニクロム線２種線に被覆層を形成したものを用いた。被覆層は、アルミナ及びシリカを主成分とするセラミック短繊維を用いて形成した層厚５００μｍのフェルト状被覆層（第１の被覆層）と、その表面に、二酸化珪素を主成分とするセラミック長繊維を編組して形成した第２の被覆層とで構成した。
基材２及びカバー部材７には、ガラスクロス（ユニチカ（株）製Ａ３３５Ｋ）を用い、固定糸４にはガラス繊維糸を、断熱材５にはガラス繊維マットを用いた。基材２の上に長さ７ｍの上記ヒーター線３を５ｍｍの間隔で配列し、定格電圧１００Ｖ、１６０Ｗ、加熱密度０．４Ｗ／ｃｍ２の電熱ヒーター１を作成した。
塗料型断熱材６には、米国ＥＮＶＩＲＯＴＲＯＬ社製のセラミックカバーＣＣ１００を使用し、エアレス型スプレーガンで塗布した。
加熱試験は、外径４８．６ｍｍのステンレス製パイプを被加熱体とし、これに作成した電熱ヒーター１及び電熱ヒーター（比較例）を巻き付け、１００Ｖの単相交流電圧でＰＩＤ制御を行った。試験結果を表１に示す。
表１において、加熱温度はパイプの表面温度、外表面温度はカバー部材７の外表面温度、マット厚は断熱材５の厚み、塗装厚は塗料型断熱材６の厚みを示す。表１の結果から、塗料型断熱材６の効果は非常に大きく、本発明による電熱ヒーター１は比較例よりも厚みを大幅に薄くできることがわかった。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
＜実施例２＞
図４に示すシート状の電熱ヒーター２１を用意した。シート状の基材２２、２３には、それぞれ２５μｍのポリイミド樹脂フィルムを、ヒーター線２４には厚さ３０μｍのステンレス箔を用いた。塗料型断熱材２５は、実施例１と同じものを１．５ｍｍ塗布した。加熱試験は、実施例１と同様の方法で、塗料型断熱材２５の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度１３５℃において、塗布前の外表面温度は１２８℃、塗布後の外表面温度は４７℃であり、塗料型断熱材２５の大きな効果が得られた。
【００３３】
＜実施例３＞
図５に示す電熱ヒーター（ラバーヒーター）３１を用いて、実施例２と同様に加熱試験を行った。シート状の基材３２、３３は、厚さ１ｍｍのラバーシートとし、シート状の基材３４は厚さ５ｍｍのラバースポンジとした。ヒーター線３５にはニクロム箔を用いた。塗料型断熱材３６は、実施例１と同じものを２ｍｍ塗布した。加熱試験は、実施例１と同様の方法で、塗料型断熱材３６の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度１５５℃において、塗布前の外表面温度は１００℃、塗布後の外表面温度は５３℃であり、塗料型断熱材３６の大きな効果が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項１に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
また、本発明の請求項２に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材であるという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項３に記載の電熱ヒーターによれば、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項４に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、０．０２Ｗ／ｍＫ以下であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱伝導率を低くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
さらに、本発明の請求項５に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長１〜５μｍの赤外光に対して、９０％以上であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱反射率を高くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電熱ヒーターの第１の実施の形態の全体を示した概略図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】本発明による電熱ヒーターの第２の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図４】本発明による電熱ヒーターの第３の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図５】本発明による電熱ヒーターの第４の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図６】従来の電熱ヒーターの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１……電熱ヒーター
２、９、２２、２３、３２、３３、３４、４２……基材
３、２４、３５、４３……ヒーター線
４、４４……固定糸
５、４５……断熱材
６、１０、２５、３６……塗料型断熱材
７、４７……カバー部材
８……シート状の断熱材
【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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