(57)【要約】【課題】金属製の配管等に適用して着脱を繰り返しても、破損しない十分な強度を有するとともに、粉塵が発生することもなく、さらに、熱効率の高い電熱ヒーターを提供する。【解決手段】シート状の基材２と、基材２の上部に所定の形状に配列されるヒーター線８と、ヒーター線８を基材２に固定する固定糸９と、基材２の上部に設けられる断熱材３と、断熱材３、ヒーター線８及び基材２を収納するカバー部材４とを備える。カバー部材４は、基材２の下面側に位置する加熱面カバー５と、断熱材３の上面側に位置する背面カバー７と、断熱材３及び基材２の周面に位置する側面カバー６とからなる。カバー部材４の素材として、加熱面カバー５にＰＢＯ繊維が使用され、側面カバー６及び背面カバー７に芳香族ナイロン繊維が使用される。【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、前記カバー部材の一部に、ＰＢＯ繊維及び芳香族ナイロン繊維が使用されていることを特徴とする電熱ヒーター。
【請求項２】
前記カバー部材の一部に、さらにポリエステル樹脂繊維が使用されている請求項１に記載の電熱ヒーター。
【請求項３】
前記ポリエステル樹脂繊維が導電性繊維を含んだ織物である請求項２に記載の電熱ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電熱ヒーターに関し、特に、電熱ヒーターの外表面を形成するカバー部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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２に示す。この電熱ヒーター１１は、シート状の基材１２と、基材１２の上部に所定の形状で配列されるヒーター線１５と、ヒーター線１５を基材１２に固定する固定糸１６と、基材１２の上部に設けられる断熱材１３と、これらを収納するカバー部材１４とを備えている。
【０００４】
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や液晶製造装置等においても重要な構成要素となっている。これらの分野において、電熱ヒーターは非常に高度な要求がなされている。
【０００５】
例えば、加熱の均一性が強く要求され、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となった。また、複雑な形状の配管に使用できることや、狭い部分においても容易に着脱できることが要求され、電熱ヒーター全体の柔軟性を向上させること、及び厚みを薄くすることが必要となった。
【０００６】
さらに、着脱を繰り返して使用することが要求され、配管を構成する金属製部材の鋭利な角部などによって破損しない強度を備えること、パーティクル（粉塵）を発生しないこと、加熱の熱効率が高いこと等が必要となり、これらの要求を満たすカバー部材が必要となった。特に、カバー部材の破損は、ヒーター線の断線や、漏電又はショートの原因となる。また、パーティクルの発生は、半導体や液晶等の製造装置における品質管理の上で重大な障害を引き起こす。
【０００７】
従来、上記のような高度の要求を満たすカバー部材を備えた電熱ヒーターは見当たらない。例えば、柔軟性、耐熱性、電気絶縁性及び防水性を備えたカバー部材として、フッ素樹脂加工のガラスクロスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
しかしながら、このカバー部材は、金属の角部に引っ掛けたり、擦れたりすることにより破損しやすく、十分な強度を備えていない。従って、ヒーター線の断線や漏電などの危険性があり、また、ガラス繊維が飛散する可能性が高い。
【特許文献１】特開平１０−６４６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、金属製の配管部材等に適用して着脱を繰り返した場合でも破損しない十分な強度を有し、また、粉塵が発生するようなこともなく、さらに、熱効率の高い電熱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】
【００１０】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、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、前記カバー部材の一部に、ＰＢＯ繊維及び芳香族ナイロン繊維が使用されていることを特徴としている。
また、本発明の請求項２に係る電熱ヒーターは、請求項１に記載の電熱ヒーターであって、前記カバー部材の一部に、さらにポリエステル樹脂繊維が使用されていることを特徴としている。
さらに、本発明の請求項３に係る電熱ヒーターは、請求項２に記載の電熱ヒーターであって、前記ポリエステル樹脂繊維が導電性繊維を含んだ織物であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、前記のように構成したことにより、金属製の機器や配管等の加熱、保温に使用して着脱を繰り返しても、鋭利な角部などによってカバー部材が破損するようなことはないので、カバー部材の破損によるヒーター線の断線、漏電、短絡等が生じるようなことはなく、安定した性能を長期的に発揮することができる。また、パーティクルが発生するようなことがないので、半導体製造装置、液晶製造装置等に使用した場合に、製造品の品質を大幅に高めることができる。さらに、カバー部材の耐熱性、熱伝導性を高めることができるので、電熱ヒーターとしての熱効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは、電熱ヒーターのカバー部材として種々の材質を比較検討した結果、ＰＢＯ繊維及び芳香族ナイロン繊維を組み合わせて使用することが好ましく、また、比較的低い温度で使用する箇所については、ポリエステル繊維が優れていることを発見した。
【００１３】
さらに、これらの繊維を組み合わせて電熱ヒーターを試作して、性能試験を行った結果、破損に対する十分な強度が得られ、低発塵性で、熱効率の高い電熱ヒーターを安価に製造できることを確認し、本発明を完成した。
【００１４】
以下、本発明の電熱ヒーターについて説明する。
図１には、本発明による電熱ヒーターの一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と、基材２の上部に所定の形状で配列されるヒーター線８と、ヒーター線８を基材２に固定する固定糸９と、基材２の上部に設けられる断熱材３と、断熱材３、ヒーター線８及び基材２を一体として収納するカバー部材４とを備えている。
【００１５】
カバー部材４は、基材２の下面側に設けられるシート状の加熱面カバー５と、断熱材３の上面側に設けられるシート状の背面カバー７と、断熱材３及び基材２の周面に全周に渡って設けられる断面コ形状の側面カバー６とから構成されている。
【００１６】
ヒーター線８には、ニクロム線やＳＵＳ線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１とするためには、表面に絶縁性の被覆層を設けたヒーター線等、絶縁性を高めたものがより好ましい。また、加熱面の温度を均一にするために、発熱量の小さなヒーター線８を緻密に配列することが好ましく、例えば、隣り合うヒーター線８の間隔が１０ｍｍ以下となるように設計されたヒーター線８を用いることが特に好ましい。
【００１７】
ヒーター線８は、シート状の基材２の上部に所定の形状で配列され、隣接するもの同士が互いに接触しないように、固定糸９により複数箇所が基材２に固定されている。
【００１８】
基材２及び固定糸９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く、例えば、ガラス繊維等の織物及び糸を使用することができる。断熱材３も、電気絶縁性と耐熱性を備えた材質であることが好ましく、例えばガラスフェルト等を用いることができる。また、塗料型断熱材を使用することにより、電熱ヒーター１の厚みを薄くすることが可能であり、複雑な形状の配管等で使用する場合には、特に有効である。
【００１９】
カバー部材４には、従来ガラスクロス等が用いられていたが、１種類の材質では最近の高度な要求には対応できないことが分かった。そこで、カバー部材４を、被加熱物に接触して熱を伝える加熱面カバー５と、これに対向する背面カバー７と、これらの２つのカバー５、７を一体化するための側面カバー６との３つに分割し、それぞれの材質を検討することにした。
【００２０】
半導体や液晶製造装置で用いる電熱ヒーターは、ヒーター線の温度を４００℃程度とし、加熱面を１００〜２００℃として使用することが多い。そこで、カバー部材４の耐熱性について考えると、加熱面カバー５及び側面カバー６は、常に耐熱性に優れた材質とすることが好ましい。これに対して背面カバー７は、断熱材３との組み合わせによって、耐熱性の低い材質とすることも可能である。
【００２１】
また、カバー部材４の熱伝導性について考えると、加熱面カバー５は熱を伝える面であるから、熱伝導率の高い材質が好ましい。これに対して、側面カバー６及び背面カバー７は、放熱を避けるために、熱伝導率の低い材質が好ましい。
【００２２】
さらに、カバー部材４の強度について考えると、加熱面カバー５及び側面カバー６は、被加熱物に直接接触するとともに高温となるため、特に高い強度を備えた材質とすることが好ましい。これに対して、背面カバー７は使用条件によって、高い強度を必要とする場合と、必要としない場合がある。
【００２３】
上記の観点により種々の材質を比較検討した結果、カバー部材４の材質としては、ＰＢＯ繊維及び芳香族ナイロン繊維を組み合わせて用いることが最も好ましいことが判明した。
【００２４】
ＰＢＯ繊維、すなわちポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（商品名、東洋紡績（株）ザイロン等）は、４００℃以上の耐熱性と６０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を備えた繊維であり、かつ、鋭利な刃物でも切断が困難で破れにくい繊維である。従って、ＰＢＯ繊維は加熱面カバー５の材質として非常に優れている。
【００２５】
ＰＢＯ繊維の使用に際しては、一度１３５℃以上の酸化雰囲気で加熱処理することが好ましい。加熱処理することによりサイジング材が除去され、使用時のガス発生を完全に防止することができる。ＰＢＯ繊維は、紫外線により劣化して強度が低下する性質があるので、この意味からも使用時に紫外線を受けることのない加熱面カバー５に用いることが好ましい。
【００２６】
芳香族ナイロン繊維には、ケブラー、ノーメックス、コーネックス等の商品名で市販されているアラミド繊維、及びその他のポリアミド繊維及びポリイミド繊維が含まれる。また、これらの繊維表面に耐熱ワニス型塗料（例えば、クラリアント社製、セラゾール塗料）を塗布したものも同様に用いることができる。
【００２７】
芳香族ナイロン繊維は、ＰＢＯ繊維とほぼ同等の耐熱性を有するとともに、鋭利な刃物でも切断が困難で破れにくい繊維である。しかし、熱伝導性は低く０．１２Ｗ／ｍＫ程度であり、また紫外線に対する劣化も見られないので、側面カバー６及び背面カバー７の材質として非常に優れている。
【００２８】
電熱ヒーターの背面部が１００℃以下である場合には、背面カバー７の材質としてポリエステル繊維を用いることができる。ポリエステル繊維は、上記のＰＢＯ樹脂や芳香族ナイロンと比較すると耐熱性には劣るものの、低発塵性に優れるとともに破れにくい材質である。また、背面カバー７の材質として、ポリエステル繊維に導電性繊維を織り込んだものを用いることもできる。背面カバー７は、電気絶縁性に優れた断熱材３によってヒーター線８から隔離されているため、漏電などの心配もなく、むしろ帯電防止のために導電性を持たせることが好ましい。
【００２９】
＜実施例１＞
次に示す材料を用いて、図１に示す電熱ヒーターを試作した。
基材：        ガラスクロス（ユニチカ社製、Ｋ３３５）
断熱材：      シリカ繊維マット（厚み１０ｍｍ）
ヒーター線：  ニクロム線（線径０．３１ｍｍ）
固定糸：      ガラス繊維
加熱面カバー：ＰＢＯ繊維織物（東洋紡績社製、ザイロンＬＺＹ１０３１Ｗ）
側面カバー：  芳香族ナイロン繊維織物（東レ・デュポン社製、ケブラー２９）
背面カバー：  芳香族ナイロン繊維織物（東レ・デュポン社製、ケブラー２９）
カバー縫糸：  芳香族ナイロン繊維（東レ・デュポン社製、ケブラー２９）
この電熱ヒーターをステンレス製の配管にセットして加熱試験を行った。
配管の表面温度を２５０℃に保持したとき、背面カバーの温度は約１１５℃であった。この加熱状態を３時間保持した後ヒーターを取り外し、カバー部材の表面を観察するとともに、ナイフを用いた切り裂きテストを行った。
この結果、加熱面カバーの表面は、加熱前と比較して黒ずんだが、ナイフを用いた切り裂きテストでも破壊することはできなかった。また、側面カバー及び背面カバーの表面は、変色が認められず、ナイフを用いた切り裂きテストでも殆ど損傷を受けなかった。
【００３０】
＜比較例＞
カバー部材（加熱面カバー、側面カバー、及び背面カバー）の材質を、フッ素樹脂コートガラス繊維とし、その他は実施例１と同様にして電熱ヒーターを試作した。
実施例１と同様の加熱試験を行った結果、加熱面カバーは表面が茶色に変色し、一部で分解が始まっていることが認められた。また、ナイフを用いた切り裂きテストでは、容易に切り裂かれてヒーター線が露出した。
【００３１】
＜実施例２＞
断熱材の厚みを２５ｍｍとし、背面カバーに導電性繊維を織り込んだポリエステル樹脂繊維の平織り織物（鐘紡製、１８５９）を用いた。その他は実施例１と同様にして電熱ヒーターを試作した。
この電熱ヒーターをステンレス製の配管にセットして加熱試験を行った。
配管の表面温度を２００℃に保持したとき、背面カバーの温度は約６５℃であった。この加熱状態を５時間保持した後ヒーターを取り外し、カバー部材の表面を観察するとともに、ナイフを用いた切り裂きテストを行った。
この結果、加熱面カバーの表面は、加熱前と比較して黒ずんだが、ナイフを用いた切り裂きテストでも破壊することはできなかった。また、側面カバーの表面は、変色が認められず、ナイフを用いた切り裂きテストでも殆ど損傷を受けなかった。さらに、背面カバーの表面も変色が認められず、ナイフを用いた切り裂きテストでは損傷を受けるが、ガラスクロスやフッ素樹脂加工を行ったガラスクロスと比較して抵抗力があり、損傷を受けにくいものであった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による電熱ヒーターの一実施の形態を示した概略図である。
【図２】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】
【００３３】
１、１１  電熱ヒーター
２、１２  基材
３、１３  断熱材
４、１４  カバー部材
５  加熱面カバー
６  側面カバー
７  背面カバー
８、１５  ヒーター線
９、１６  固定糸
【図１】
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【図２】
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