(57)【要約】【課題】高腐蝕性の気体に晒されても、シーズパイプ並びにヒータ端子の腐蝕を防止でき、しかもメンテナンス作業にも最適なシーズヒータを提供する。【解決手段】  ニクロム線８が配置される第１シーズパイプ３をＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金で形成し、この第１シーズパイプ３の内部に熱伝導性を有する絶縁体でなるマグネシア９の焼結粉末を充填し、さらに前記ニクロム線８の両端にニッケルでなるヒータ端子５を接続し、このヒータ端子５を開口可能な封止構造でなる口金絶縁部３ａを介して第１シーズパイプ３に取付けることを特徴としている。この構成によれば、第１シーズパイプ３やヒータ端子５が高腐蝕性の気体に晒されても、第１シ−ズパイプ３が耐食性の良好なＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金で、またヒータ端子５が耐食性の良好なニッケルで形成されているため、第１シーズパイプ３やヒータ端子５が腐蝕することがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が配置されるシーズパイプをＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金で形成し、このシーズパイプの内部に熱伝導性を有する絶縁体の焼結粉末を充填し、さらに前記発熱体の両端にニッケルでなるヒータ端子を接続し、このヒータ端子を開口可能な封止構造でなる口金絶縁部を介してシーズパイプに取付けることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項２】
シーズパイプはヒータ端子を露出させてアルミ板に鋳込まれていることを特徴とする請求項１に記載のシーズヒータ。
【請求項３】
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金のＦｅ成分は１０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のシーズヒータ。
【請求項４】
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金のＦｅ成分はおおよそ４０％であることを特徴とする請求項１または２に記載のシーズヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種気体、特に高耐食性の気体が充満される雰囲気あるいは当該雰囲気内の部品を加熱する際に最適なシーズヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種ヒータの原点といわれるシーズヒータは一般家庭用の暖房器具、電気調理器、電気温水器はもとより、樹脂成形金型、半導体ウエハ等を加熱する工業用加熱器に至るまで、金属部品の加熱、液体・気体の加熱等々と多方面で利用されている。図８に示すように、このシーズヒータ５１にあっては、特に機械的振動や衝撃に強い発熱体とするため、絶縁体の一例であるマグネシア５９の焼結粉末に覆われたニクロム線５８をシーズパイプ５３内に配置し、このニクロム線５８の両端にヒータ端子５５を接続する構造が一般的となっている。また、このシーズヒータ５１にあってはニクロム線５８が収納されるシーズパイプ５３は折り曲げ加工の容易な鋼管で形成されている。これにより、シーズパイプ５３は被加熱液体の貯留槽（図示せず）や被加熱金属部品（図示せず）の形状に応じた広い面で被加熱物を均一に加熱することが可能となっている。
【０００３】
このシーズヒータ５１にあっては、前記ヒータ端子５５は耐熱・絶縁性を備えるラバーシリコン６０の中心穴６０ａに圧入され、このラバーシリコン６０がシーズパイプ５３に圧入されて口金絶縁部５３ａが構成されている。そのため、このシーズヒータ５１が液体中や気体内で使用される時には、口金絶縁部５３ａの封止を完全に行う必要が生じている。ところが、このシーズヒータ５１にあっては、ニクロム線５８とシーズパイプ５３との間を絶縁するマグネシア５９の絶縁抵抗が内部の湿気により低下することがあり、これを絶縁復帰させるため、マグネシア５９の乾燥を行うようなメンテナンス作業が必要となっている。その際、口金絶縁部５３ａを開口する必要があることから、口金絶縁部５３ａを比較的簡単に開口可能な封止構造としておかねばならず、口金絶縁部５３ａを覆う耐熱パッキン６６をナット６２により固着する程度の簡単な封止構造が採用されている。
【０００４】
シーズヒータの構成は一般的であるため、特許文献の記載を省略している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の封止構造を備えるシーズヒータ５１は、高温下高腐蝕性気体が使用される半導体の製造現場においても多用されるが、これまではこのシーズヒータ５１は高腐蝕性の気体とは隔離されて当該気体の加熱、半導体ウエハ（図示せず）の加熱に使用されていた。近年、製造工程の簡略化を進めるに際して、半導体ウエハを高温に加熱する熱源により腐蝕性気体も同時に加熱することが要求されるようになっている。そのため、前述のシーズヒータ５１ではアルミ鋳込みされたシーズパイプ５３が使用され、その外周面を腐蝕性気体に晒さないようにした腐蝕防止策が施されている。これにより、シーズヒータ５１は腐蝕性気体内で使用可能となっている。
【０００６】
しかしながら、シーズヒータ５１の口金絶縁部５３ａは前述の簡単な封止構造となっているため、高腐蝕性気体が口金絶縁部５３ａの間隙から侵入するのを避けることができない。そのため、シーズヒータ５１の使用が長期間に及ぶと、鋼製のシーズパイプ５３がその内面側から腐蝕してしまい、シ−ズヒータ５３の寿命が短くなってしまうというような問題が生じている。
【０００７】
また、この種のシーズヒータ５１ではヒータ端子５５の腐蝕を考慮して一定の耐食性を備えたステンレス製のヒータ端子５５が使用されているが、シーズヒータ５１が前述の高腐蝕性気体内で使用される時にはこのヒータ端子５５も腐蝕し、このヒータ端子５５の腐蝕からもシーズヒータ５１の寿命が短くなるという問題が生じている。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解決することであり、高腐蝕性の気体に晒されても、シーズパイプ並びにヒータ端子が腐蝕することがないシーズヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、発熱体が配置されるシーズパイプをＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金で形成し、このシーズパイプの内部に熱伝導性を有する絶縁体の焼結粉末を充填し、さらに前記発熱体の両端にニッケルでなるヒータ端子を接続し、このヒータ端子を開口可能な封止構造でなる口金絶縁部を介してシーズパイプに取付けることを特徴としている。この構成によれば、発熱体のヒータ端子間に所定の電圧が印加されると、発熱体がシーズパイプから絶縁されながら発熱する。そのため、発熱体から所定の熱エネルギーが出力され、発熱体の周りに充填される絶縁体に、さらにはシ−ズパイプに熱伝導されるので、シーズパイプの温度が上昇する。このシーズパイプの温度上昇にともなって、シーズパイプに熱伝導された熱エネルギーが放熱または熱伝導により周辺の気体、金属部品等の被加熱物に熱伝導され、これら被加熱物を加熱することが可能となっている。
【００１０】
その際に、被加熱物が腐蝕性の気体であったり、当該気体内で被加熱物の金属部品を加熱したりするような場合には、シーズパイプの外周面が周囲の腐蝕性の気体に晒される。また、シーズパイプとヒータ端子との間は開口可能な封止構造となっているに過ぎないため、腐蝕性の高い気体がシーズパイプと口金絶縁部との間隙やヒータ端子と口金絶縁部との間隙から侵入する。この時、シ−ズパイプが耐食性の良好なＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金で形成されていると、シーズパイプの外周面はもとより内面に至っても高腐蝕性気体により腐蝕するようなことはない。また、ヒータ端子もシーズパイプの内外で腐蝕性の気体に晒されるが、ヒータ端子は耐食性の良好なニッケルでなっているため、高腐蝕性気体により腐蝕するようなことはない。これにより、シーズヒータの寿命を伸張させることができる。
【００１１】
また、本発明は被加熱物の液体、気体、金属部品等を広い面で均等に加熱できるようにするためには、シーズパイプをヒータ端子が露出するようにアルミ板に鋳込んでなる構成であることが望ましい。
【００１２】
さらに、本発明はシーズパイプを被加熱物またはその貯留槽の形状に沿って折り曲げて被加熱物を均等に加熱できるようにするためには、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金のＦｅ成分を１０％以下とすることが望ましい。
【００１３】
そのほかに、本発明はシーズパイプの耐熱・耐食性を高めるとともに高圧下の応力割れを防ぐため、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金のＦｅ成分をおおよそ４０％としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明した本発明によれば、高腐蝕性の気体に晒されることがあってもシーズパイプ並びにヒータ端子の腐蝕を防止でき、しかもメンテナンス作業にも最適なシーズヒータを提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータのヒータ端子の要部拡大断面図。
【図２】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータの下面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータのヒータ端子の取付構造を説明する分解斜視図。
【図５】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータの第１の製造工程図。
【図６】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータの第２の製造工程図。
【図７】本発明に係るアルミ鋳込み型シーズヒータの第３の製造工程図。
【図８】従来のシーズヒータの一部を切欠いた要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るシーズヒータの一例のアルミ鋳込み型シーズヒータ（以下、シーズヒータという）を図面に基づき説明する。
【００１７】
図１ないし図４に示すように、このシーズヒータ１は被加熱物の一例をなす極薄の半導体ウエハ（以下、ウエハという）２の円板形状に対応してその外周を覆うほぼ円形に折り曲げられた第１シーズパイプ３と、この第１シーズパイプ３の内側のほぼ全域に至るように馬蹄形状に折り曲げられた第２シーズパイプ４とを有している。また、前記シーズヒータ１は前記第１・第２シーズパイプ３，４をそのヒータ端子５が露出するように鋳込む円板状のアルミ板６を有し、このアルミ板６には前記ウエハ２が載置されるセラミック製の載置プレート７が密着するように取付けられている。これにより、この載置プレート７はアルミ板６との接触面、すなわちウエハ２の形状に対応する範囲で均等に加熱可能となっている。
【００１８】
前記アルミ板６には、第１・第２シーズパイプ３，４を避ける３個所の等配位置に段付き穴６ａ，６ａ，６ａが、またこれら段付き穴６ａ，６ａ，６ａの中間の位置で第１・第２シーズパイプ３，４を避ける３か所の等配位置に位置決めピン用穴６ｂ，６ｂ，６ｂが穿設されている。前記段付き穴６ａ，６ａ，６ａには、取付けボルト（図示せず）が挿入され、加熱器本体（図示せず）に螺入されて、アルミ板６を加熱器本体に取付け可能に構成されている。また、前記位置決めピン用穴６ｂ，６ｂ，６ｂには、位置決めピン（図示せず）が植設され、この位置決めピンにより載置プレート７を位置決めしながら、載置プレート７とアルミ板６とが密接して固定可能に構成されている。
【００１９】
前記第１・第２シーズパイプ３，４は、その折り曲げ形状以外同一の構造を有している（以下、これらの構造を第１シーズパイプ３について説明する）。この第１シーズパイプ３は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金（特に、Ｆｅ成分が１０％以下であるものは、商品名をインコネルとして普及しているので、以下インコネルという）で形成されており、その材質から第１シーズパイプ３をウエハ２の外周形状に沿って折り曲げ可能で、第２シーズパイプ４とともにウエハ２の形状に応じた広い面に対応可能となっている。また、前記第１シ−ズパイプ３の両端には拡開穴３ｂ，３ｂが形成されており、この拡開穴３ｂ，３ｂは後記ラバーシリコン１０，１０が収納可能に構成されている。なお、前記Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金は、インコネルに限定されるものでなく、折り曲げを考慮しない場合には、Ｆｅ成分がおおよそ４０％である商品名をインコロイとして普及しているものであってもよい。この場合、第１シーズパイプ３の耐熱・耐食性が高まり、高圧下の応力割れも防ぐことが可能となる。
【００２０】
前記第１シーズパイプ３には、発熱体の一例であるニクロム線８が配置されており、またこのニクロム線８を覆うように絶縁体の一例であるマグネシア９の焼結粉末が高密度に充填されている。このマグネシア９は、高温下にあっても熱伝導性の良好な絶縁体で、耐熱温度も２８００℃と高くなっている。
【００２１】
前記ニクロム線８の端部は、それぞれヒータ端子５の端面に穿設された収納穴（図示せず）に挿入され、その位置でヒータ端子５に溶着されている。このヒータ端子５はニッケルでなっており、ステンレス鋼の耐食性よりも高い耐食性を示し、高腐蝕性の気体に晒されても腐蝕することはない。また、前記ヒータ端子５はその先端側に配置された耐熱性を備えるラバーシリコン１０の中心穴１０ａに圧入され、このラバーシリコン１０が第１シーズパイプ３の拡開穴３ｂに圧入されて口金絶縁部３ａが構成されている。さらに、前記ヒータ端子５はラバーシリコン１０に隣接して配置される耐熱．高絶縁性のセラミック碍子１１の中心穴１１ａに挿通されており、マグネシア９に熱伝導される熱エネルギーがヒータ端子５側に伝達されないように構成されている。
【００２２】
前記ヒータ端子５のニクロム線溶着側と反対側には、ねじ部５ａが設けられており、このねじ部５ａにナット１２ａが螺合して鋼製の平ワッシャ１３ａを介して前記セラミック碍子１１を第１シーズパイプ３の縁部に押圧するように構成されている、この構成により、口金絶縁部３ａには比較的簡単に開口可能な封止構造が得られている。また、前記ヒータ端子５には前述のナット１２ａとの間に２枚の平ワッシャ１３ｂ，１３ｃを挟んで別のナット１２ｂが螺合しており、これら平ワッシャ１３ｂ，１３ｃ間に電圧印加用のリード線（図示せず）が接続可能に構成されている。
【００２３】
前記第１シーズパイプ３の詳細な構造を説明するため、その製造工程を説明する。この第１シーズパイプ３は、図５（ａ）に示すように所定の折り曲げ形状に対応する長さに切断されており、その両端部分にはラバーシリコン１０（図１参照）を収納する拡開穴３ｂが形成される。続いて、図５(ｂ)および（ｃ）に示すように第１シーズパイプ３の長さとほぼ同等のコイル長さを持つニクロム線８の両端部に、係合部５ｂを先端に持つヒータ端子５が溶着され、このニクロム線８が第１シーズパイプ３内に挿入される。この時、第１シーズパイプ３を直立させ、第１シーズパイプ３の下端側の拡開穴３ｂにヒータ端子５が圧入された仮止めラバーシリコン１５（図６（ｂ）参照）を圧入しておいてもよい。この状態で、両ヒータ端子５，５はそれぞれの係合部５ｂを利用してわずかに引き離す方向に引っ張られ、第１シーズパイプ３の端部の開口からマグネシア９が充填される。その後、図６（ａ）に示すように第１シーズパイプ３内にマグネシア９がほぼ満杯になるまで充填されると、第１シーズパイプ３の端部の拡開穴３ｂ内からマグネシア９が取り除かれ、さらにその開口からシリコンオイルが塗布され、マグネシア９の端部にシリコン薄膜１４（図１参照）が形成される。この状態で、第１シーズパイプ３を乾燥させ、マグネシア９の内部の湿気が取り除かれて、湿気による絶縁抵抗の低下が防止される。この時、シリコン薄膜１４は空気を通過させることができるので、マグネシア９の乾燥に支障はない。その後、図６（ｂ）に示すよう仮止めラバ−シリコン１５の中心穴１５ａにヒータ端子５を挿通させながら、この仮止めラバーシリコン１５が第１シーズパイプ３の拡開穴３ｂに圧入される。さらに、この仮止めラバーシリコン１５は小径の耐熱パッキン１６を介してナット１２ａにより仮止めされる。
【００２４】
前記第１シーズパイプ３がスウェージング加工機（図示せず）に送られ、その外形が縮径され、第１シーズパイプ３内のマグネシア９の充填密度が高められる。この第１シーズパイプ３が図６（ｃ）に示すように前記ウエハ２の外周を覆うほぼ円形状に折り曲げられ、さらにそのヒータ端子５が折り曲げ部分が形成する面と交差する方向に折り曲げられる（図２および図３参照）。同様に、第２シーズパイプ４が図６（ｄ）に示すように第１シーズパイプ３の内側のほぼ全域を覆う馬蹄形状に折り曲げられ、さらにそのヒータ端子５に近い部分が折り曲げ部分により形成される面と交差する方向に折り曲げられる（図２および図３参照）。
【００２５】
前記第１・第２シーズパイプ３，４は、図７（ａ）および（ｂ）に示すようにそれぞれの折り曲げ部分を同一面上に位置させながらアルミ鋳込み工程に送られ、ウエハ２の形状に対応するアルミ板６に鋳込まれる。この時、アルミ板６には、第１・第２シーズパイプ３，４を避ける３個所の等配位置に段付き穴６ａ，６ａ，６ａが、またこれら段付き穴６ａ，６ａ，６ａの中間の位置にあって第１・第２シーズパイプ３，４を避ける３か所の等配位置に位置決めピン用穴６ｂ，６ｂ，６ｂが設けられてもよく、またアルミ鋳込み後、アルミ板６に当該穴が穿設されてもよい。前記第１・第２シーズパイプ３，４のアルミ鋳込み完了後に、第１・第２シーズパイプ３，４のヒータ端子５に取付けられた耐熱パッキン１６、平ワッシャ１３ａ、ナット１２ａが取り外されて、各シーズパイプ３，４の拡開穴３ｂ、３ｂ内の仮止めラバーシリコン１５（図６（ｂ）参照）が取り除かれる。
【００２６】
その後、再度第１・第２シーズパイプ３，４の開口からシリコンオイルが塗布される。この塗付されたシリコンオイルが乾燥すると、図７（ｃ）に示すように、前述の仮止めラバーシリコン１５、耐熱パッキン１６、平ワッシャ１３ａおよびナット１２ａの取付けと同様に、ラバーシリコン１０、セラミック碍子１１、平ワッシャ１３ａおよびナット１２ａがヒータ端子５に取付けられる。また、このヒータ端子５には前述のナット１２ａに続いて２枚の平ワッシャ１３ｂ，１３ｃが別のナット１２ｂにより固定され、その後ヒータ端子５の係合部５ｂが切り落とされ、シーズヒータ１が完成する。
【００２７】
上記シーズヒータ１では、マグネシア９が優れた電気絶縁性を有するので、ニクロム線８のヒータ端子５，５間に所定の電圧が印加されると、ニクロム線８が第１・第２シーズパイプ（以下、第１シーズパイプについて説明する）３，４から絶縁されながら発熱する（図１ないし図３参照）。そのため、ニクロム線８の発熱により所定の熱エネルギーが出力され、ニクロム線８の周りに充填されたマグネシア９に、さらにはマグネシア９から第１シ−ズパイプ３に熱伝導される。これにより、第１シーズパイプ３の温度が上昇し、第１シーズパイプ３に熱伝導された熱エネルギーが第１シーズパイプ３を鋳込むアルミ板６に熱伝導され、アルミ板６が加熱される（被加熱物が液体または気体の時には、この被加熱物は第１シーズパイプ３の放熱により加熱される）。そのため、アルミ板６に取付けられた載置プレート７を介してウエハ２がその形状に応じた広い面積で均等に加熱され、同時にウエハ２を覆う気体も加熱される。
【００２８】
その際に、ウエハ２を覆う気体が高腐蝕性の気体である場合には、第１シーズパイプ３の外周面が周囲の高腐蝕性の気体に晒される。また、第１シーズパイプ３とヒータ端子５との間は簡単に開口可能な封止構造となっているため、封口が完全でなく、高腐蝕性の気体が第１シーズパイプ３と口金絶縁部３ａとの間の間隙やヒータ端子５と口金絶縁部３ａとの間の間隙から侵入する。この時、第１シ−ズパイプ３はアルミ板６に覆われ、また耐食性の良好なインコネルで形成されているため、第１シーズパイプ３の外周面はもとより内面に至っても高腐蝕性の気体により腐蝕するようなことはない。さらに、ヒータ端子５も第１シーズパイプ３の内外で高腐蝕性の気体に晒されるが、ヒータ端子５は耐食性の良好なニッケルでなっているため、同様に高腐蝕性の気体により腐蝕するようなことはない。これにより、シーズヒータ１は高腐蝕性の気体内で使用されることがあっても、その寿命を伸張させることができる。
【００２９】
また、前記第１・第２シーズパイプ３，４の口金絶縁部３ａ，４ａは比較的簡単に開口できる封止構造であるため、第１シーズパイプ３または第２シーズパイプ４とニクロム線８との間の絶縁抵抗が低下しても、当該口金絶縁部３ａ，４ａを開口した後、マグネシア９を乾燥させて内部の湿気を取り除き、絶縁回復を図るようなメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００３０】
さらに、前記第１・第２シーズパイプ３，４はヒータ端子５が露出するようにアルミ板６に鋳込まれ、またウエハ２の形状に対応して折り曲げられているので、アルミ板６がウエハ２の形状に対応できる。これにより、載置プレート７がウエハ２の形状に対応する広い面で均等に加熱されることとなって、ウエハ２を効率よく均等に加熱することができる。
【００３１】
しかも、第１・第２シーズパイプ３，４はインコネルと称されるＦｅ成分を１０％以下とするＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金でなっているため、ウエハ２の形状に対応して折り曲げ易く、ウエハ２の均等加熱を容易に行うことができる。
【００３２】
そのほかに、前記第１・第２シ−ズパイプ３，４はインコロイと称されるＦｅ成分をおおよそ４０％とするＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系ニッケル合金でなっていてもよい。この場合、第１・第２シ−ズパイプ３，４の耐熱・耐食性が高まるとともに高圧下の応力割れを防ぐことができる。
【００３３】
なお、前記第１・第２シーズパイプ３，４はアルミ板６に鋳込まれているが、これらを露出させて使用することもできる。また、前記被加熱物はウエハ２に限定されるものでなく、金属部品はもとより、液体、気体のいずれであってもよく、被加熱物が液体または気体の時にはその貯留槽の形状に応じた広い面での均等加熱が可能となる。さらに、前記絶縁体はマグネシア９に限定されるものでなく、同様の電気絶縁性と熱伝導性を示す他の絶縁体であってもよい。その他、本発明の各部の具体的な構成は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…アルミ鋳込み型シーズヒータ
３…第１シーズパイプ
３ａ…口金絶縁部
５…ヒータ端子
８…ニクロム線
９…マグネシア
【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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