JP2009224324A - セラミックヒータ - Google Patents
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Abstract
【課題】外形を変えず、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータを提供する。
【解決手段】セラミックヒータ1は、発熱本体2と、発熱本体2に形成される穴3とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】セラミックヒータ1は、発熱本体2と、発熱本体2に形成される穴3とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、セラミックヒータに関する。
特許文献1に、セラミックヒータが記載されている。特許文献1記載のセラミックヒータは、端子を介して電源からの電流が供給される金属製のシートと、発熱体を挟むように設けられ、セラミックスにより形成される2枚の板状のセラミック体とで構成される。
特許文献1記載のものを含め、セラミックヒータは、産業用ヒータ(例えば、半導体の製造過程で使用されるヒータ、ゴミの焼却に使用されるヒータ等)や民生用ヒータ(例えば、暖房として使用されるヒータ)として広く利用されている。
本発明における伝熱能力とは、セラミックヒータが加熱対象物に熱を伝える能力である。したがって、セラミックヒータをある温度に設定して加熱対象物を加熱する処理を、セラミックヒータを変えて行った結果、一のセラミックヒータでは加熱対象物がT1(℃)となったが、他のセラミックヒータでは加熱対象物がT2(℃)(T1<T2)となった場合、他のセラミックヒータの方が、一のセラミックヒータよりも伝熱能力が高いことになる。なお、本願では、複数のセラミックヒータを対比する場合には、これらのセラミックヒータを同じ環境下で使用することを前提として、対比するものとする。ここで、「環境」には、セラミックヒータに対する加熱対象物の位置、加熱対象物の種類等が含まれる。
セラミックヒータの伝熱能力は、主に、セラミックヒータの表面積に依存する。即ち、セラミックヒータの伝熱能力は、セラミックヒータの表面積が大きいほど、大きくなる。従来は、セラミックヒータの大きさを調整することで、セラミックヒータの表面積を調整していた。即ち、加熱対象物が目標温度まで加熱されるために必要な伝熱能力の目標値を、セラミックヒータが使用される環境に基づいて設定し、セラミックヒータの伝熱能力がこの目標値となるように、セラミックヒータの大きさを調整していた。
しかし、セラミックヒータは、何らかの加熱装置に内蔵されるので、大きさ、具体的にはセラミックヒータを収容する筐体のサイズが制限される。加熱装置内でセラミックヒータを設置できる筐体のサイズは制限されるからである。したがって、セラミックヒータを加熱装置内で限界まで大きくしても、伝熱能力が目標値に届かない場合がある。
この問題を解決するために、セラミックヒータの材質を変更することが提案されている。セラミックヒータの材質を変更することによっても、セラミックヒータの伝熱能力が向上するからである。しかし、材質を変更することによる伝熱能力の向上は、セラミックヒータの表面積を変更する場合に比べるとわずかである。したがって、この方法は、上記問題の対応策として不十分である。
一方、上記問題を解決するために、伝熱能力の不足分に応じてセラミックヒータの温度を上げることも提案されている。しかし、セラミックヒータの温度は、セラミックヒータの材質や、加熱装置の耐熱性によって制限されるので、必ずしも、当該不足分だけ上昇可能であるとは限らない。したがって、この方法も、上記問題の対応策として不十分である。
上記の事情に鑑み、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータが強く望まれていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータを提供することにある。
本発明に係るセラミックヒータは、電源からの電流が流れ、セラミックで構成される発熱本体と、発熱本体に形成される穴と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るセラミックヒータは、穴が発熱本体に形成されている。このため、本発明に係るセラミックヒータと、従来のセラミックヒータとにおける見掛け上の寸法が同じ場合、本発明に係るセラミックヒータの表面積は、従来のセラミックヒータの表面積よりも大きくすることができる。
したがって、本発明に係るセラミックヒータは、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができる。
(第1の実施の形態)
次に、本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1の外観を示す斜視図であり、図2は、平面図であり、図3は図1の一部拡大図である。
次に、本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1の外観を示す斜視図であり、図2は、平面図であり、図3は図1の一部拡大図である。
セラミックヒータ1は、発熱本体2と、穴3と、端子4とを備える。発熱本体2は、任意のセラミック(例えば、炭化ケイ素、酸化亜鉛等の導電性セラミックや、黒鉛等)で構成され、板状になっている。穴3は、円柱形の貫通穴であり、発熱本体2に多数形成される。穴3の内径Dは、発熱本体2の板厚Tに一致する。端子4は、発熱本体2の両端に設けられ、電源に接続されている。したがって、電源からの電流は、端子4を介して発熱本体2を流れる。
セラミックヒータ1は、熱輻射を用いて加熱対象物を加熱したり、セラミックヒータ1に接触する加熱対象物を、熱の移動により加熱する。セラミックヒータ1は、発熱本体2に穴3を形成することにより、発熱本体2における加熱対象物に接触する外面の面積は、減少する。また、発熱本体2における加熱対象物に接触しない側面の面積は、増大する。
以上により、セラミックヒータ1は、穴3が発熱本体2に形成されている。このため、セラミックヒータ1と、従来のセラミックヒータ(ここでは、発熱本体2に穴3を形成しないもの、以下、「第1の従来セラミックヒータ」とも称する)とにおける見掛け上の寸法が同じ場合、セラミックヒータ1の表面積は、第1の従来セラミックヒータの表面積よりも大きくすることができる。
発熱本体2の加熱対象物に接触する外面から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けやすくなり、放熱されやすい。一方、発熱本体2において、加熱対象物に接触しない穴3から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けにくい。
つまり、発熱本体2に形成された穴3から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けにくいため、セラミックヒータ1は、第1の従来セラミックヒータよりも伝熱能力を向上できる。
したがって、セラミックヒータ1は、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができる。
さらに、セラミックヒータ1と第1の従来セラミックヒータとをそれぞれ用いて、加熱対象物を同じ温度まで加熱した場合に、セラミックヒータ1の温度が第1の従来セラミックヒータの温度よりも低くなる。つまり、セラミックヒータ1は、第1の従来セラミックヒータよりも少ない電力で加熱対象物を加熱できる。
また、第1の従来セラミックヒータには適用できなかった材質であっても、セラミックヒータ1には適用できる場合が生じる。ある材質でセラミックヒータ1と第1の従来セラミックヒータとをそれぞれ生成し、これらを当該材質の上限温度まで加熱した場合に、第1の従来セラミックヒータでは加熱対象物の目標温度に達しないが、セラミックヒータ1では加熱対象物の目標温度に達するという場合が生じうるからである。
したがって、セラミックヒータ1は、第1の従来セラミックヒータよりも広範な材質にて生成されることができる。さらに、セラミックヒータ1の寿命は、第1の従来セラミックヒータよりも長くなる。この効果は、セラミックヒータ1を腐食環境下で使用する場合や、セラミックヒータ1の材質が高温になるほど大きく腐食する場合に、特に顕著に現れる。
さらに、セラミックヒータ1は、発熱本体2に電流が流れるので、特許文献1記載のセラミックヒータに対し、以下の効果を有する。即ち、セラミックヒータ1は、発熱本体2に電流が流れるので、電流のエネルギーを発熱本体2を介して加熱対象物に伝える一方、特許文献1記載のセラミックヒータは、電流のエネルギーを金属製のシート(これが発熱本体となる)及びセラミック板を介して加熱対象物に伝える。したがって、特許文献1記載のセラミックヒータでは、電流のエネルギーが発熱本体の加熱の他、セラミック板の加熱にも使用されてしまうので、セラミックヒータ1よりもエネルギー効率が悪くなる。言い換えれば、セラミックヒータ1は、特許文献1記載のセラミックヒータよりも、エネルギー効率が良い。
さらに、穴3は、貫通穴となっているので、打ち抜き部材で発熱本体2を打ち抜くだけで形成される。即ち、穴3は、穴3を止まり穴(即ち、凹部)とする場合よりも、容易に生成される。
さらに、穴3は、円柱形となっているので、穴3を角柱形とする場合よりも、セラミックヒータ1の耐久性が高くなる。即ち、穴3を角柱形とした場合、角の部分に応力が集中し、この部分からクラックが入る可能性があるが、穴3が円柱形であれば、穴3の特定の部位に応力が集中することがないので、穴3からクラックが入る可能性が低減される。
さらに、セラミックヒータ1は、穴3の内径Dが発熱本体2の板厚Tに一致するので、穴3の内径Dが発熱本体2の板厚Tと異なる場合よりも、セラミックヒータ1の表面積を大きくすることが出来る。
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態を説明する。図4は、第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の内径Dが異なる。即ち、第2の実施の形態では、穴3の内径Dは、以下の式(1)を満たす。
次に第2の実施の形態を説明する。図4は、第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の内径Dが異なる。即ち、第2の実施の形態では、穴3の内径Dは、以下の式(1)を満たす。
T<D<2*T …(1)
即ち、穴3の内径Dは、板厚Tよりも大きいが、板厚Tの2倍よりも小さい。第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1は、穴3の内径Dが板厚Tの2倍以上となる場合よりも、セラミックヒータ1の表面積を大きくすることが出来る。
即ち、穴3の内径Dは、板厚Tよりも大きいが、板厚Tの2倍よりも小さい。第2の実施の形態に係るセラミックヒータ1は、穴3の内径Dが板厚Tの2倍以上となる場合よりも、セラミックヒータ1の表面積を大きくすることが出来る。
(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態を説明する。図5は、第3の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第3の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の内径Dが異なる。即ち、第3の実施の形態では、穴3の内径Dは、板厚Tよりも小さい。第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第3の実施の形態を説明する。図5は、第3の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第3の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の内径Dが異なる。即ち、第3の実施の形態では、穴3の内径Dは、板厚Tよりも小さい。第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第4の実施の形態)
次に第4の実施の形態を説明する。図6は、第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部を示す平面図である。第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の形状が異なる。即ち、第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1では、穴3は角柱形となっている。第4の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第4の実施の形態を説明する。図6は、第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部を示す平面図である。第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の形状が異なる。即ち、第4の実施の形態に係るセラミックヒータ1では、穴3は角柱形となっている。第4の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第5の実施の形態)
次に第5の実施の形態を説明する。図7は、第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の形状が異なる。即ち、第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1では、穴3は円柱形の止まり穴となっている。穴3は、発熱本体2の表面と裏面との両面に形成されてもよいし、一方の面だけに形成されても良い。第5の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第5の実施の形態を説明する。図7は、第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1の一部拡大図である。第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、穴3の形状が異なる。即ち、第5の実施の形態に係るセラミックヒータ1では、穴3は円柱形の止まり穴となっている。穴3は、発熱本体2の表面と裏面との両面に形成されてもよいし、一方の面だけに形成されても良い。第5の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第6の実施の形態)
次に第6の実施の形態を説明する。図8は、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1の平面図である。第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第6の実施の形態に係る発熱本体2は、第1の実施の形態に係る発熱本体2がリング状に曲がった構造となっている。第6の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第6の実施の形態を説明する。図8は、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1の平面図である。第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第6の実施の形態に係る発熱本体2は、第1の実施の形態に係る発熱本体2がリング状に曲がった構造となっている。第6の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第7の実施の形態)
次に第7の実施の形態を説明する。図9は、第7の実施の形態に係るセラミックヒータ1の斜視図である。第7の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第7の実施の形態に係る発熱本体2は、円柱構造となっている。第7の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第7の実施の形態を説明する。図9は、第7の実施の形態に係るセラミックヒータ1の斜視図である。第7の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第7の実施の形態に係る発熱本体2は、円柱構造となっている。第7の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第8の実施の形態)
次に第8の実施の形態を説明する。図10は、第8の実施の形態に係るセラミックヒータ1の平面図である。第8の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第8の実施の形態に係る発熱本体2は、第1の実施の形態に係る発熱本体2が渦巻き状に曲がった構造となっている。第8の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第8の実施の形態を説明する。図10は、第8の実施の形態に係るセラミックヒータ1の平面図である。第8の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第1の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、発熱本体2の形状が異なる。即ち、第8の実施の形態に係る発熱本体2は、第1の実施の形態に係る発熱本体2が渦巻き状に曲がった構造となっている。第8の実施の形態も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
(第9の実施の形態)
次に第9の実施の形態を説明する。図11は、第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1を備える加熱装置の断面図である。第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、同一である。即ち、第9の実施の形態は、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1を備える加熱装置である。従って、第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
次に第9の実施の形態を説明する。図11は、第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1を備える加熱装置の断面図である。第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1と、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1とは、同一である。即ち、第9の実施の形態は、第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1を備える加熱装置である。従って、第9の実施の形態に係るセラミックヒータ1も、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
第9の実施の形態に係る加熱装置10は、セラミックヒータ1と、セラミックヒータを収容する筐体20と、セラミックヒータ1に電流を供給する電極12とを備える。電極12は、例えば、モリブデンにより形成される。
筐体20は、半導体の基板などの試料を支持する試料台22と、セラミックヒータ1、試料台22を支持する基体24と、セラミックヒータ1から発せられる熱を反射する反射板26とにより構成される。例えば、試料台22及び反射板26は、炭化珪素により形成される。基体24は、石英により形成される。
このような加熱装置10によって、半導体の製造過程で、半導体基板を加熱することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
次に、本発明の効果を明確にするため、実施例及び比較例に係るセラミックヒータを用いて、セラミックヒータの伝熱能力評価を行った。評価に用いた比較例及び実施例に係るセラミックヒータについて、具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
セラミックヒータに関するデータは、以下に示す条件において測定された。
・ セラミックヒータの形状: リング状(図8)
・ セラミックヒータの厚み: 6mm
・ 穴の内径D: 2mm
各セラミックヒータは、発熱本体に穴を形成しているか、否かで構成が異なる。具体的には、実施例に係るセラミックヒータは、図8に示すような第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1と同一である。比較例に係るセラミックヒータは、発熱本体に穴を形成していない点で、実施例に係るセラミックヒータと異なる。
・ セラミックヒータの厚み: 6mm
・ 穴の内径D: 2mm
各セラミックヒータは、発熱本体に穴を形成しているか、否かで構成が異なる。具体的には、実施例に係るセラミックヒータは、図8に示すような第6の実施の形態に係るセラミックヒータ1と同一である。比較例に係るセラミックヒータは、発熱本体に穴を形成していない点で、実施例に係るセラミックヒータと異なる。
(伝熱能力評価)
評価方法;各セラミックヒータの発熱本体に端子を介して、電流を供給し、セラミックヒータの表面の温度を測定した。これによって、電力に対する温度を評価した。
評価方法;各セラミックヒータの発熱本体に端子を介して、電流を供給し、セラミックヒータの表面の温度を測定した。これによって、電力に対する温度を評価した。
(評価結果)
上述した比較例及び実施例に係るセラミックヒータを用いた評価結果について、図12を参照しながら説明する
図12は、比較例及び実施例に係るセラミックヒータの測定結果を示す図である。
上述した比較例及び実施例に係るセラミックヒータを用いた評価結果について、図12を参照しながら説明する
図12は、比較例及び実施例に係るセラミックヒータの測定結果を示す図である。
実施例に係るセラミックヒータは、比較例に係るセラミックヒータと同一の電力で、比較例に係るセラミックヒータよりも高い温度を示した。
1…セラミックヒータ、 2…発熱本体、 3…穴、 4…端子、 10…ヒータ
10…加熱装置、 12…電極、 20…筐体、 22…試料台、 24…基体、 26…反射板
10…加熱装置、 12…電極、 20…筐体、 22…試料台、 24…基体、 26…反射板
Claims (6)
- 電源からの電流が流れ、セラミックで構成される発熱本体と、
前記発熱本体に形成される穴と、を備えることを特徴とするセラミックヒータ。 - 前記穴は、前記発熱本体を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項1記載のセラミックヒータ。
- 前記穴の内径は、前記発熱本体の厚さの2倍よりも小さいことを特徴とする請求項1または2記載のセラミックヒータ。
- 前記穴の内径は、前記発熱本体の厚さに等しいことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のセラミックヒータ。
- 前記穴は円柱形であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のセラミックヒータ。
- 前記発熱本体は、炭化ケイ素を含むセラミックで構成されることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009038087A JP2009224324A (ja) | 2008-02-22 | 2009-02-20 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
JP2008041960 | 2008-02-22 | ||
JP2009038087A JP2009224324A (ja) | 2008-02-22 | 2009-02-20 | セラミックヒータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102300429B1 (ko) * | 2020-08-12 | 2021-09-09 | (주)씨엔티솔루션 | 수요자 맞춤 크기형 발열 탄소나노튜브 시트의 제조방법 |
-
2009
- 2009-02-20 JP JP2009038087A patent/JP2009224324A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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