JP2010097809A - 電熱ヒーター - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来と同様に加熱の均一性が得られ、パーティクルが発生しないと共に、ヒーター線の異常及び被覆層の剥離を点検できる電熱ヒーターを提供する。
【解決手段】保温材の一面にヒーター線３０を配列した電熱ヒーターであって、ヒーター線３０が、発熱線３１と、発熱線３１の上に無機又は有機繊維を編組して形成された被覆層３２、３３と、被覆層３２、３３の上に形成された合成樹脂からなる樹脂被覆層３４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電熱ヒーターに関し、特に、熱伝導に優れると共にヒーター線の異常を早期に発見することができる電熱ヒーターに関する。

電熱ヒーターは、高温を必要とする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り、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。そして、最近では非常に多くの分野で使用されるようになり、半導体製造装置等においては非常に高度な要求がされるようになった。

すなわち、加熱の均一性が高度に得られること、使用に際してパーティクルの発生がないこと、取り付け作業が簡単で見栄えが良いこと等である。例えば、特許文献１には、このように高度な要求に対応できる電熱ヒーターが提案されている。

図５に示すように、特許文献１に記載されたヒーター線１３０は、発熱線１３１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１３２を形成し、その表面にセラミック繊維の編物等からなる第２の被覆層１３３を形成したものである。このヒーター線１３０は、絶縁性に優れていると共に柔軟性に富んでいるために、小さな曲げ半径で折り曲げることが可能であり、緻密に配列することが可能である。

また、図４に示すように、特許文献１に記載された電熱ヒーター１１０は、シート状の基材１２０の表面にヒーター線１３０を所定の形状で配列して固定糸１２１で固定し、これを断熱材１４０と共にカバー部材１５０に納めて構成している。ヒーター線１３０は、絶縁性と柔軟性に富んでいるために緻密な配列をすることが可能であり、このため加熱の均一性に優れたヒーターとすることができる。

ここで、基材１２０及び断熱材１４０は、電気絶縁性及び耐熱性を必要とするために、セラミック繊維等の織物やフェルトが用いられている。しかし、これらはパーティクルの発生が非常に多い材料である。そこで、特許文献１では、これらをパーティクルの発生が少ない素材を用いたカバー部材１５０に収納している。

すなわち、カバー部材１５０の材料としてフッ素樹脂繊維又は芳香族ナイロン繊維を使用することが記載されている。また、多孔質のフッ素樹脂フィルムを使用することが記載されている。これらの材料は、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性、安全性を備えると共に、物理的な耐久性を備えて破損し難いために、低発塵性の材料として使用することができる。また、特許文献２には、特許文献１と同様の電熱ヒーターが示され、パーティクルの発生が少ないカバー部材として、フッ素樹脂加工のガラスクロスを使用することが記載されている。

特許文献１に記載されたヒーター線１３０は、柔軟性に富むので緻密な配置をすることはできるのであるが、表面はセラミック繊維の編組物であるために、パーティクルを発生するものである。したがって、ヒーター線１３０をカバー部材１５０の中に収納する必要がある。

しかしながら、ヒーター線１３０は、長期の使用によって劣化するものであり、被覆層１３２、１３３は、磨耗等により剥離を起こすこともある。そして、ヒーター線１３０をカバー部材１５０の中に収納すると、ヒーター線１３０の異常や、被覆層１３２、１３３の剥離を発見することができず、異常過熱やショート等のトラブルが発生している。

また、特許文献３には、柔軟性を有する合成樹脂シートからなる内層材と外層材との間に、発熱体と断熱性を有する不燃難燃繊維製シート材を介在させてなるマントルヒーターが開示されている。ここで、該ヒーターは、内層材と外層材の周縁部を縫合又は熱溶着により接合して使用される。従って、上記同様にヒーター線の異常を発見することが容易ではなく、異常原因の発見が困難である。

特開２００４−１８５９１０号公報 特開平１０−６４６６７号公報 特開２００２−２９５７８３号公報

本発明の目的は、従来の電熱ヒーターと同様に、加熱の均一性が得られ、パーティクルの発生がない電熱ヒーターであって、ヒーター線の異常や被覆層の剥離を点検することが可能な電熱ヒーターを提供することである。

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、保温材の一面にヒーター線を配列した電熱ヒーターであって、前記ヒーター線が、その表面に合成樹脂からなる樹脂被覆層を備え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、請求項１に記載の電熱ヒーターにおいて、前記ヒーター線が、発熱線と、該発熱線の上に無機又は有機繊維を編組して形成された被覆層と、該被覆層の上に形成された前記樹脂被覆層とからなる手段を採用している。また、本発明の請求項３に係る電熱ヒーターは、請求項１又は２に記載の電熱ヒーターにおいて、前記樹脂被覆層が、フッ素樹脂を用いた被覆層である手段を採用している。

また、本発明の請求項４に係る電熱ヒーターは、請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記保温材が、合成樹脂シート又は合成樹脂繊維の織物である手段を採用している。また、本発明の請求項５に係る電熱ヒーターは、請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記保温材が、断熱材と該断熱材を包むカバー部材とからなり、該カバー部材が合成樹脂シート又は合成樹脂繊維の織物である手段を採用している。また、本発明の請求項６に係る電熱ヒーターは、請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記保温材が、断熱材と該断熱材を包むカバー部材とからなり、該カバー部材が合成樹脂をコーティングしたガラスクロスシートである手段を採用している。

また、本発明の請求項７に係る電熱ヒーターは、請求項１乃至６の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記保温材が、加熱する対象物の外部形状に加工されている手段を採用している。また、本発明の請求項８に係る電熱ヒーターは、請求項１乃至７の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記ヒーター線が、前記保温材に接着、融着、又は縫合により取り付けられている手段を採用している。

本発明の電熱ヒーターで使用するヒーター線は、表面に合成樹脂からなる樹脂被覆層を供えたヒーター線であり、パーティクルを発生することがない。したがって、カバー部材の中に収納する必要がなく、保温材の一面に直接取り付けることができる。このために、ヒーター線の異常や被覆層の剥離を点検することができると共に、熱伝導が優れるという特徴を備えている。また、加熱の均一性についても、従来の電熱ヒーターと同様に優れたものである。

本発明の電熱ヒーターは、保温材の一面にヒーター線を配列した電熱ヒーターであり、そのヒーター線が、その表面に合成樹脂からなる樹脂被覆層を備えていることを特徴としている。その一実施形態について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明で用いるヒーター線３０は、発熱線３１の表面に無機又は有機繊維を編組して形成された第１の被覆層３２と、第１の被覆層３２の表面にさらに無機又は有機繊維を編組して形成された第２の被覆層３３と、第２の被覆層３３の表面にさらに合成樹脂からなる樹脂被覆層３４を備えている。

発熱線３１は、単線でも多芯線でも使用することができる。発熱線３１の材質は、金属線であり、例えば、ニクロム線、ニッケルめっきを施したニクロム線、ニッケル線、ステンレス線、及び鉄‐クロム線等を使用することができる。

被覆層３２、３３の形成に使用される無機繊維としては、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維等のセラミック繊維が挙げられ、また、有機繊維としては、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維（芳香族ポリアミド繊維を含む）、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、フッ素樹脂繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアクリレート繊維等が挙げられる。これらの繊維を編組することにより絶縁性の高い被覆層を形成することができる。また、この被覆層は単層でも使用することができるが、２層とすることにより絶縁性を確実に高めることができる。

被覆層３３の表面に合成樹脂をコーティングすることにより、樹脂被覆層３４を形成する。樹脂被覆層３４の形成により、被覆層３２、３３からのパーティクル発生を防止することができる。使用する合成樹脂は、耐熱性に優れていることからフッ素樹脂が一般的と考えられる。さらに耐熱性が優れている合成樹脂としては、ポリイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等を使用することができる。また、少し低温で使用する場合には、ポリエステル、ナイロン、塩化ビニル、ウレタン等を使用することができる。

本発明の第１の実施例を図２に示している。図２（Ａ）は、電熱ヒーター１０の外観を示す概略図であり、図２（Ｂ）は、Ｘ−Ｘ矢視における断面図を示している。電熱ヒーター１０は、平板状をなす保温材６０の一つの面に上記のように被覆されたヒーター線３０を配列したものである。保温材６０は、ヒーター線３０と同様にパーティクルを発生しないものである。

すなわち、保温材６０は、断熱材４０と、断熱材４０を包むカバー部材５０とで構成されている。断熱材４０としては、従来から使用されているセラミック繊維の織物やフェルトを使用することができる。しかし、断熱材についても、パーティクル発生の機会を低減する方が好ましく、合成樹脂繊維の織物やフェルトを用いる方が好ましい。

カバー部材６０としては、パーティクルを発生させないために、合成樹脂繊維の織物や合成樹脂シートを用いることが必要であり、特許文献１に紹介された素材を使用することが好ましい。すなわち、電気絶縁性及び耐熱性に優れると共に低発塵性に優れた素材であり、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素樹脂、ケブラー、ノーメックス又はコーネックス等の商品名で市販されている芳香族ナイロン（アラミド）、或いはザイロン等の商品名で市販されているＰＢＯ繊維、すなわちポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等が好ましい。

その他、特許文献２で紹介されている合成樹脂で加工した無機繊維も、カバー部材５０として使用することができる。さらに、保温材６０は、必ずしも断熱材４０を備えている必要はない。すなわち、上記のようなカバー部材６０用素材である合成樹脂繊維の織物又は合成樹脂シートのみで構成することもできる。

保温材６０の表面にヒーター線３０を取り付ける方法としては、パーティクルの発生がなく、確実に固定することができることが必要である。例えば、合成樹脂の接着剤を用いて接着する方法、保温材６０の表面又はヒーター線３０の表面を加熱融解する融着による方法、又は合成樹脂繊維の糸又は合繊樹脂でコーティングした糸を用いて縫合する方法が好ましい。

本発明の第２の実施例を図３に示している。図３（Ａ）は、電熱ヒーター２０の外観を示す概略図であり、図３（Ｂ）は、Ｙ−Ｙ矢視における断面図を示している。電熱ヒーター２０は、筒状となるように形成された保温材６０の内側の面に、合成樹脂被覆を備えたヒーター線３０を配列したものである。

すなわち、電熱ヒーター２０は配管を加熱又は保温するためのものであり、保温材６０が、加熱する対象物の外部形状に合わせて加工されている。このようにすることにより、加熱対象物への取り付け及び取り外しが非常に簡単となり、作業を容易に短時間で行うことができる。

本発明の電熱ヒーターは、加熱対象物に直接ヒーター線を接触させて使用することになる。このような使用方法においては、ヒーター線の表面に形成された合成樹脂からなる樹脂被覆層の耐熱性や耐久性が問題と考えられていた。しかしながら、次のような理由によって、従来の電熱ヒーターよりも安全であることが理解できる。

本発明の電熱ヒーターは、被覆層を備えて柔軟なヒーター線を使用することができる。したがって、発熱量の小さなヒーター線を緻密に配列することが可能であり、使用時におけるヒーター線の温度を低く抑えることができる。また、ほとんどの用途において、加熱対象物は熱伝導の高い金属であり、ヒーター線から直接的に金属に熱が伝えられるので、ヒーター線自体において蓄熱することはない。

また、ヒーター線は無機又は有機繊維を編組して形成した被覆層を備えているので、電気絶縁性に優れている。さらに、使用開始後におけるヒーター線の状態を、直接観察することができるので、劣化が生じた場合等には、すぐに異常を発見することができる。

（実施例１）
（１）ヒーター線
抵抗値３５Ω／ｍ、線径０．２ｍｍのニクロム線に、アルミナ繊維の糸を用いて編組して第１の無機被覆層を形成し、その上にもう一度同じ糸を用いて編組して第２の無機被覆層を形成し、この上にフッ素樹脂をコーティングして２００μｍの樹脂被覆層を形成してヒーター線とした。このヒーター線の絶縁破壊電圧は１５００Ｖ以上であり、ヒーター線として十分な絶縁性を有することが確認された。

（２）電熱ヒーター
断熱材として厚さ１５ｍｍのガラス繊維フェルトを用い、カバー部材としてテフロン（登録商標）コートしたガラスクロスシートを用いた。また、カバー部材の縫製用及びヒーター線の固定用としてテフロン（登録商標）コートしたガラス繊維糸を用いた。断熱材をカバー部材で包んで保温材を形成し、その一面にヒーター線を配列して電熱ヒーターを作成した。

（３）テスト
作成した電熱ヒーターに１００Ｖ、５Ａの電流を印加して、ヒーター線の温度が２００℃となるまでの昇温時間及びサーモグラフによる温度分布の確認を行った。その結果、昇温時間は１０分間であり、サーモグラフにより温度分布の高い均一性が確認された。また、ヒーターを１０回屈曲させてヒーターの断線や被覆層の劣化状況を確認したが、いずれも異常は認められなかった。

（実施例２）
（１）ヒーター線
抵抗値１１．６７Ω／ｍ、線径０．２ｍｍの多芯ニクロム線に、ガラス繊維の糸を用いて編組して無機被覆層を形成し、この上にフッ素樹脂をコーティングして２００μｍの樹脂被覆層を形成してヒーター線とした。このヒーター線の絶縁破壊電圧は１０００Ｖ以上であり、ヒーター線として十分な絶縁性を有することが確認された。

（２）電熱ヒーター
断熱材として厚さ２０ｍｍのコーネックスフェルトを用い、カバー部材はヒーター線を配列する面にテフロン（登録商標）コートしたガラスクロスシートを用い、反対の面にテフロン（登録商標）シートを用いた。また、カバー部材の縫製用及びヒーター線の固定用としてテフロン（登録商標）コートしたガラス繊維糸を用いた。断熱材をカバー部材で包んで保温材を形成し、その一面にヒーター線を配列して電熱ヒーターを作成した。

（３）テスト
作成した電熱ヒーターに１００Ｖ、５Ａの電流を印加して、サーモグラフによる温度分布の確認を行った。その結果、温度分布の高い均一性が確認された。また、ヒーターを７回屈曲させてヒーターの断線や被覆層の劣化状況を確認したが、いずれも異常は認められなかった。

本発明で使用するヒーター線の一例を示す概略斜視図である。 本発明の電熱ヒーターの一例であって（Ａ）はその概略斜視図を、（Ｂ）はＸ−Ｘ矢視による概略断面図を示す。 本発明の電熱ヒーターの他の例であって（Ａ）はその概略斜視図を、（Ｂ）はＹ−Ｙ矢視による概略断面図を示す。 従来の電熱ヒーターの一例を示す概略斜視図である。 従来のヒーター線の例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０、２０、１１０ 電熱ヒーター
３０、１３０ ヒーター線
３１、１３１ 発熱線
３２ 第１の被覆層
３３ 第２の被覆層
３４ 樹脂被覆層
４０、１４０ 断熱材
５０、１５０ カバー部材
６０ 保温材
１２０ 基材
１２１ 固定糸
１３２ 第１の被覆層
１３３ 第２の被覆層
１５０ カバー部材

Claims (8)

1. 保温材の一面にヒーター線を配列した電熱ヒーターであって、前記ヒーター線が、その表面に合成樹脂からなる樹脂被覆層を備えていることを特徴とする電熱ヒーター。
2. 前記ヒーター線が、発熱線と、該発熱線の上に無機又は有機繊維を編組して形成された被覆層と、該被覆層の上に形成された前記樹脂被覆層とからなることを特徴とする請求項１に記載の電熱ヒーター。
3. 前記樹脂被覆層が、フッ素樹脂を用いた被覆層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電熱ヒーター。
4. 前記保温材が、合成樹脂シート又は合成樹脂繊維の織物であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーター。
5. 前記保温材が、断熱材と該断熱材を包むカバー部材とからなり、該カバー部材が合成樹脂シート又は合成樹脂繊維の織物であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーター。
6. 前記保温材が、断熱材と該断熱材を包むカバー部材とからなり、該カバー部材が合成樹脂をコーティングしたガラスクロスシートであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電熱ヒーター。
7. 前記保温材が、加熱する対象物の外部形状に加工されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電熱ヒーター。
8. 前記ヒーター線が、前記保温材に接着、融着、又は縫合により取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の電熱ヒーター。

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