JP2006156043A - 接合構造及び上記接合構造を有するヒータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱時に電極端部に割れが生じない接合構造及び上記接合構造を備えるヒータユニットを提供する。
【解決手段】
通電により発熱する炭化ケイ素焼結体からなるヒータに一端が接続された電極と、上記電極の他端に螺合接続された螺旋状給電用端子と、を備える接合構造。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接合構造及び上記接合構造を有するヒータユニットに関する。

炭化ケイ素焼結体からなるヒータは耐酸化性があり用途の制限を受けないことから半導体分野におけるヒータとして注目されている。炭化ケイ素焼結体からなるヒータを備えるヒータユニットは、ヒータと、上記ヒータに接続された電極と、上記電極の他端に接続された給電用端子と、から主に構成されている。

電極と給電用端子とを接合する技術としては、例えば機械的固定手段を用いた接合構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、電極と給電用端子の熱膨張係数が異なるため、ヒータの加熱時に給電用端子が膨張して電極の接合部に割れが生じ、接触不良が発生する怖れがあった。
特開２００３−３０８９５１号公報

以上より、加熱時に電極端部に割れが生じない接合構造が求められていた。また上記接合構造を備えるヒータユニットが求められていた。

即ち、本発明は、以下の記載事項に関する：
（１） 通電により発熱する炭化ケイ素焼結体からなるヒータに一端が接続された電極と、
上記電極の他端に螺合接続された螺旋状給電用端子と、を備える接合構造。

（２） 上記電極の他端は、上記螺旋状給電用端子の熱膨張による膨張体積を収容可能な逃げ部を備える上記（１）記載の接合構造。

（３） 上記電極は、炭化ケイ素焼結体からなる上記（１）又は（２）記載の接合構造。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の接合構造を有するヒータユニット。

本発明によれば、加熱時に電極端部に割れが生じない接合構造が提供される。また上記接合構造を備えるヒータユニットが提供される。

以下に実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明が以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

本発明者らは、ヒータユニットの昇温降温特性の向上を図るべく、ヒータと電極を同じ炭化ケイ素焼結体から一体成形することを試みた。ヒータと電極を同一の材料から構成することで、両者の熱伝導率が同一になり、ヒータユニットの昇温降温特性が向上すると考えたからである。またヒータユニットの耐酸化特性が向上すると考えたからである。そしてヒータと電極を炭化ケイ素反応焼結法を用いて一体成形することにより、上記課題が解決するに至った。

ところが、電極を構成する炭化ケイ素焼結体と、給電用端子を構成する金属の熱膨張係数が異なることに起因して、電極と給電用端子の接合部に割れが生じ、接触不良が発生することが懸念された。

そして、鋭意研究の結果、通電により発熱する炭化ケイ素焼結体からなるヒータに一端が接続された電極と、上記電極の他端に螺合接続された螺旋状給電用端子と、を備える接合構造を有するヒータユニットを見出し上記課題を解決するに至った。以下にヒータユニットの説明を介して上記接合構造についてより詳しく説明する。

（ヒータユニット）
図１（ａ）（ｂ）に示すように実施形態にかかるヒータユニット３０は、通電により発熱する炭化ケイ素焼結体からなるヒータ１と、ヒータ１に一端が接続された電極２ａ、２ｂと、電極２ａ、２ｂの他端に螺合接続された螺旋状給電用端子８ａ、８ｂと、ヒータ１を支持する構造体３ａ、３ｂと、を備える。

電極２ａの他端には、図２（ａ）の一部透視図に示すように、電極２ａの内側表面に螺旋状の溝が刻まれた中空円筒部２１ａが設けられている。そして中空円筒部２１ａに螺旋状給電用端子８ａが螺合接続されることにより接合構造が形成されている。この場合、中空円筒部２１ａに、螺旋状給電用端子８ａの熱膨張による膨張体積を収容可能な逃げ部２２ａを設けることが好ましい。加熱により螺旋状給電用端子８ａが熱膨張した場合に、螺旋状給電用端子８ａがねじ山に沿って遊び部２２ａに逃げることで、電極２ａ、２ｂの割れを防止することができるからである。尚、電極２ｂの他端にも２ａと同様にして中空円筒部２１ｂが設けられている。

構造体３は、略中央に電極２ａ、２ｂが貫通可能に孔が設けられたヒータ保持部３ａと、ヒータ保持部３ａの貫通孔の周囲に設けられた中空円筒部３ｂと、を備え、中空円筒部３ｂの下端には台１１が設けられている。構造体３によりヒータ１や被加熱体（図示せず）が保持されている。

電極２ａ、２ｂは、ヒータ１と同様に炭化ケイ素焼結体から構成されていることが好ましい。熱伝導率が向上し良好な昇温降温特性が得られるからである。また、ヒータ１と電極２ａ、２ｂは、それらと同一の部材からなる接合体を用いて、一体に形成されることがさらに好ましい。熱伝導率が等しい部材を用いてヒータ１と電極２を一体に形成することで、ヒータ１の均熱特性が向上するからである。螺旋状給電用端子８ａは、電流を通すことができるものであれば特に制限なく種々の金属を用いることができる。例えばニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、鉄、白金、銅、金等を用いることができる。構造体３は、被加熱体を保持でき、かつ高温耐性と絶縁特性を備えれば特に制限なく種々の材料を用いて形成される。ここでは構造体３は石英から構成されている。

（製造方法）
（イ） まずヒータユニット３０を構成するヒータ１と電極２ａ、２ｂをホットプレス法に従って製造する。その際ヒータ１と電極２ａ、２ｂを係合可能とし（図３（ａ））、かつ係合した際に接合部１０に遊び部が形成されるように（図３（ｂ））、ヒータ１の一部に連通孔を設け、また電極２ａ、２ｂの一端に凸部を形成する。

（ロ） 次に、電極２ａ、２ｂの他端に図２（ａ）に示す中空円筒部２１ａ、２１ｂをねじ切り加工により形成する。

（ハ） 次に図３（ｂ）に示すように、ヒータ１の連通孔に電極２ａ、２ｂの一端を配置する。そしてヒータ１と電極２の接合部１０に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭素（Ｃ）を含むスラリーを流し込む。その後ヒータ１と電極２ａ、２ｂとからなる接合体を加熱する。続いて高純度のシリコン（Ｓｉ）を接合部１０に挿入し、余剰のＣとＳｉを反応させてＳｉＣを形成する。このように反応焼結法により、図３（ｃ）に示すようにヒータ１と電極２を一体化する。

（ニ） さらに構造体３を組立てる。そして螺旋状給電用端子８ａ、８ｂを電極２ａ、２ｂに接続する。以上により図１（ａ）に示すセラミックヒータユニット３０が製造される。

（その他の実施形態）
前述のヒータ１及び電極２ａ、２ｂはホットプレス法により製造した。しかし、前述のヒータ１及び電極２ａ、２ｂは他の製法、例えば反応焼結法やその改良法により製造してもよい。

上記ヒータユニットにおいて、螺旋状給電用端子８ａ、８ｂは、それぞれ電極２ａ、２ｂを介してヒータ１に接合されていたが、かかる構成に特に限定されない。したがって、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ヒータ５の端部に設けられた接続部５１に、貫通孔５１ａを設け、そこに電極９を直接螺合接続する構成としても構わない。

図１（ａ）は実施形態にかかるセラミックヒータユニットの断面図を示す。

図１（ｂ）は実施形態にかかるセラミックヒータユニットの斜視図を示す。
図２（ａ）〜（ｅ）は、電極２ａと螺旋状給電用端子８ａとの接合方法を示す工程図を示す。 図３（ａ）〜（ｃ）は実施形態にかかるヒータと電極の接合方法の製造工程図を示す。 図４（ａ）〜（ｃ）はその他の実施形態にかかるヒータ５と電極９の接続方法を示す図である。

符号の説明

１…ヒータ
２ａ、２ｂ…電極
３ａ、３ｂ…構造体
８ａ、８ｂ…螺旋状給電用端子
１０…接合部
１１…台
２１ａ…中空円筒部
２２ａ…遊び部
３０…実施形態にかかるセラミックヒータユニット

Claims (4)

1. 通電により発熱する炭化ケイ素焼結体からなるヒータに一端が接続された電極と、
   前記電極の他端に螺合接続された螺旋状給電用端子と、を備えることを特徴とする接合構造。
2. 前記電極の他端は、前記螺旋状給電用端子の熱膨張による膨張体積を収容可能な逃げ部を備えることを特徴とする請求項１記載の接合構造。
3. 前記電極は、炭化ケイ素焼結体からなることを特徴とする請求項１又は２記載の接合構造。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の接合構造を有するヒータユニット。

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