JP2011253692A - シースヒータのリード線接続端子 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱−冷却を繰り返すときのアルミニウムシースとリード線の端部との間に熱応力が生じ難くし、これにより接続部分の早期の破断、断線を防止する。
【解決手段】シースヒータのリード線接続端子は、シースヒータ３の発熱線１０の端部をリード線１２に接続したものであって、アルミニウムの細線によりリード線１２を構成し、このリード線１２の端部にニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３を施し、このリード線１２のニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分に抵抗溶接１４により発熱線１０の端部を接続し、固定する。或いは、ニッケルメッキ１３の部分に発熱線１０の端部を接続し、このニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分にニッケル製のパイプを固定し、このパイプでリード線１２に接続した発熱線１０の端部を覆う。
【選択図】図４

Description

本発明は、シースヒータの発熱線の端部とリード線とを接続するシースヒータのリード線接続端子に関し、加熱と冷却を繰り返すときに、シースヒータに生じる熱応力を緩和することで、熱歪の発生を抑え、もって接続部分の早期破損を防止したシースヒータのリード線接続端子に関する。

例えば、シースヒータを使用した加熱手段としてホットプレートがある。このホットプレートは、金属製の熱板の中にシースヒータを埋め込んだものである。熱板には、その表面の温度分布の均一性を確保するため、熱伝導良好な金属板が使用され、例えばステンレス板やアルミニウム板が使用される。特にアルミニウム製の熱板は均熱性に優れるため好適である。このようなホットプレートは、例えば工業用には半導体基板の処理プロセスにおける基板の加熱等のために使用される。

熱板にシースヒータを埋め込んだ形態としては、例えば熱板に溝を設け、この溝の中にシースヒータを収納し、さらにこの溝を閉じるため、熱板の溝を設けた面側にカバープレートを張り重ねた構造が一般的である。例えばこのようなシースヒータを使用したホットプレートとしては、下記特許文献１〜５に記載されたものが既に知られている。他の形態としては、熱板の材料にアルミニウムやニッケルを使用し、２枚の溝付き金属板の中にシースヒータを挟み込み、熱融着したものなどを挙げることが出来る。

前述のようなホットプレートにおいて、熱板の溝に埋め込むシースヒータとしては、ステンレス製のシースを用いたシースヒータが使用されていた。しかし、ステンレス製シースよりさらに熱伝導が良好なアルミニウム製のシースを使用した、いわゆるアルミニウムシースヒータが用いられるようになっている。

アルミニウムシースヒータの発熱線には、Ｎｉ−Ｃｒ合金線（ニクロム線）が使用され、この発熱線と接続するリード線には、ステンレスシースヒータと同様にステンレス、ニッケル、Ｃｕ−Ｎｉ合金（キュプロニッケル、白銅）等からなる細い棒状体が使用される。特にこのリード線としては、放熱防止の観点から熱伝導率が低く、しかも発熱線との溶接が容易なＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼からなる細い棒状体が使用される。

図６にホットプレートの熱源として使用されるアルミニウムシースヒータの発熱線とその電源接続用のリード線とを接続したシースヒータのリード線接続端子の従来例を示す。アルミニウムシースヒータ１０３は、アルミニウム製の保護管であるシース１０９の中に発熱線１１０を収納し、シース１０９と発熱線１１０との間にマグネシア粉末等の無機絶縁材１１１を充填したものである。図示していないパネルヒータの熱板に埋め込まれたアルミニウムシースヒータ１０３は、その端部がカバープレート７から引き出され、シース１０９内部で発熱線１１０がリード線１１２に接続される。この接続部分は、溶接等の手段で固定される。

アルミニウムシースヒータ１０３のアルミニウムシース１０９は、リード線１１２として使用されるオーステナイト系ステンレス鋼に比べて熱膨張係数が大きい。このため、非加熱部分であるリード線１１２の端部までホットプレートの内部に埋め込まれ、高熱に晒される状態下にあると、加熱−冷却時における発熱線１１０とリード線１１２との熱膨張の差により発熱線１１０とリード線１１２との接続部、特にその溶接部に大きな熱応力が発生する。この状態でホットプレートの加熱−冷却を繰り返すと、前記熱応力に伴う熱歪により発熱線１１０とリード線１１２との接続部が早期に破断し、断線に至ることがある。

特開２００９−１１０８８１号公報 特開２００２−３２４６５５号公報 特開２００２−８８３５号公報 特開平０８−１０６９７３号公報 特開平０５−１５２０６０号公報

本発明では、アルミニウムシースヒータの発熱線とリード線とを接続した前記従来のシースヒータのリード線接続端子における課題に鑑み、加熱と冷却を繰り返すときのアルミニウムシースとリード線の端部との間に熱応力が生じ難くし、これにより熱歪みを抑えて接続部分の早期の破断、断線を防止することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明によるシースヒータのリード線接続端子では、リード線１２をアルミニウムの細線とし、このリード線１２の端部にニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３を施し、このリード線１２のニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分にシースヒータ３の発熱線１０の端部を接続した。これにより、アルミニウムシース９とアルミニウムリード線１２との熱膨張の差を無くし、熱応力を低減するものである。

すなわち、本発明によるシースヒータのリード線接続端子の構成を図面の符合を引用しながらより具体的に説明すると、このシースヒータのリード線接続端子は、シースヒータ３の発熱線１０の端部をリード線１２に接続したものである。リード線１２をアルミニウムの細線により構成し、このリード線１２の端部にニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３を施し、このリード線１２のニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分に前記シースヒータ３の発熱線１０の端部を接続する。

このような本発明によるシースヒータのリード線接続端子では、リード線１２がアルミニウムからなるため、発熱線１０が加熱と加熱停止を繰り返すときに、アルミニウムシース９とリード線１２とが同時に膨張−収縮を繰り返し、その間に熱応力が発生し難い。このため、熱応力に伴う熱歪みも発生し難く、シースヒータ３の発熱線１０の端部とリード線１２の端部との早期の破断、断線が防止出来る。

発熱線１０側からアルミニウム製のリード線１２への放熱量の低減という観点から、アルミニウム製のリード線１２は出来るだけ細いことが好ましい。他方、この細径のリード線１２の端部に施すニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３は、出来るだけ厚く施すのが好ましい。このニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分に抵抗溶接１４により発熱線１０の端部を接続し、固定する。或いは、ニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分に発熱線１０の端部を接続し、このニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分にニッケル製のパイプ１５を固定し、このパイプ１５でリード線１２に接続した発熱線１０の端部を覆う。

以上の説明の通り、本発明によれば、加熱と冷却を繰り返すときのアルミニウムシース９とアルミニウムリード線１２の端部との間に熱応力が発生し難いため、熱歪みも発生し難い。これにより、接続部分の早期の破断、断線がし難いシースヒータのリード線接続端子を提供することが出来る。なお、アルミニウム製のリード線１２は熱伝導率が高いため、発熱線１０からリード線１２への放熱が問題となるが、リード線１２の線径を出来るだけ細くすることにより、伝熱抵抗を高くし、発熱線１０からリード線１２への放熱を或る程度抑えることが好ましい。

シースヒータが用いられるホットプレートの例を示す平面図である。 同ホットプレートの縦断側面図である、 同ホットプレートの要部縦断側面図である。 本発明によるシースヒータのリード線接続端子の一実施例を示す要部縦断側面図である。 本発明によるシースヒータのリード線接続端子の他の実施例を示す要部縦断側面図である。 シースヒータのリード線接続端子の従来例を示す要部縦断側面図である。

本発明では、リード線１２をアルミニウムの細線とし、このリード線１２の端部にニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３を施し、このリード線１２のニッケルメッキ又はニッケルクラッド１３の部分にシースヒータ３の発熱線１０の端部を接続する。
以下、このような本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。

図１は、シースヒータが用いられるホットプレートの一例を示す平面図であり、図２はその縦断側面図であり、図３はその要部拡大図である。
これらの図に示すように、ホットプレートは、熱板１の下面に溝２を設け、その中に線状のシースヒータ３を埋め込んだものである。例えば、熱板１はシースヒータ３の熱を均一に面方向に伝熱し、熱板１の表面を均一な温度にするためのものである。そのため、熱板１は熱伝導良好なアルミニウム等の金属からなり、図示の例では円板形であるが、その形状は加熱する対象物はその配置等に応じて適宜の形状が選択される。

熱板１の表面に基板等の加熱物を載せて加熱したとき、熱板１を形成する金属材料と加熱物とが反応しないように、熱板１の表面にコーティングを施すこともある。このようなコーティングは、耐熱性を有し、高温で化学的に安定していることが必要であり、例えばアルミナや窒化ホウ素等のセラミックコーティングが最適である。コーティングの膜厚は１００μｍ程度がよい。

図３に示すように、溝２の中に収納されるヒータには、シースヒータ３が使用される。このシースヒータ３は、アルミニウムからなるチューブ状の保護管であるシース９の中にニッケル−クロム合金線やタングステン線等の耐熱導電線からなるコイル状の発熱線１０を収納し、さらにシース９と発熱線１０との間にマグネシア粉末等の無機絶縁材１１を充填し、発熱線１０とシース９との間を絶縁したものである。

熱板１の溝２に前記シースヒータ３が埋め込まれ、固定されている。この溝２の開口部を覆うように熱板１の下面に、熱板１と同じ寸法のカバープレート７が取り付けられる。図示の例では、このカバープレート７がネジ８により熱板１の下面に固定されている。シースヒータ３の端末は、カバープレート７の中央の孔から導出される。

図２に示すように、熱板１の溝２に埋め込まれたシースヒータ３の端末は、カバープレート７を通して熱板１の溝２の中から引き出され、セラミック端子４を介してリード線を含むリードケーブル５に接続され、このリードケーブル５を介してシースヒータ３が図示してない電源に接続される。なお図２では、片側のシースヒータ３の端末のみが示されているが、シースヒータ３の両端末共に同様の接続がなされる。

図４は、シースヒータ３の発熱線１０の端部を前記リードケーブル５のリード線１２に接続した本発明によるシースヒータのリード線接続端子の一実施例を示している。リード線１２を出来るだけ細いアルミニウム線により構成し、発熱線１０を挿入する段差部も含む端部にニッケルメッキ１３を施す。このニッケルメッキ１３は、数十μｍ以上と出来るだけ厚く形成する。リード線１２の端部は一段細くなった段付き部分となっており、この部分にシースヒータ３の発熱線１０の端部を嵌め込む。そして、発熱線１０の端部を抵抗溶接によりニッケルメッキ１３の部分に接続する。図４のニッケルメッキ１３は、リード１２の途中までしか記載していないが、リード１２の全長に渡ってニッケルメッキ１３を施しても良い。

アルミニウム製のリード線１２は、熱伝導率が高く、伝熱性が良好なため、出来るだけ細くすることで伝熱抵抗を高め、発熱線１０側からの放熱を抑える。そのうえで発熱線１０を接続するリード線１２の端部に出来るだけ厚くニッケルメッキ１３を施し、発熱線１０が接続しやすい端部とする。

さらに、ニッケルメッキ１３に代えて、ニッケルクラッド１３を施すことも出来る。ここで、ニッケルクラッド１３とは、リード線１２の上に薄肉ニッケルパイプを被せ、スエージンズ等による塑性加工によってリード線１２の上にニッケルパイプを密着させたものである。ニッケルクラッドもニッケルメッキと断面形状は同じであり、ニッケルクラッドを施した結果の作用、効果もニッケルメッキと同じである。

図５は、シースヒータ３の発熱線１０の端部を前記リードケーブル５のリード線１２に接続した本発明によるシースヒータのリード線接続端子の他の実施例を示している。リード線１２の端部は一段細くなった段付き部分となっており、この部分にシースヒータ３の発熱線１０の端部を嵌め込むことは前述の実施例と同じである。この例では、シースヒータ３の発熱線１０の端部をリード線１２の端部に抵抗溶接する代わりに、リード線１２の端部にニッケル製のパイプ１５を固定し、このパイプ１５で接続した発熱線１０の端部を覆っている。シースヒータ３の発熱線１０の端部は、このパイプ１５とリード線１２の細くなった先端部分との間に挿入された構造となる。

本発明によるシースヒータのリード線接続端子は、例えば金属製の熱板にシースヒータを埋め込んで固定したホットプレートにおいて、シースヒータの発熱線とリード線とを接続するシースヒータのリード線接続端子として適用することが出来る。

３ シースヒータ
１０ シースヒータの発熱線
１２ リード線
１３ ニッケルメッキ
１４ 抵抗溶接
１５ ニッケル製のパイプ

Claims (3)

1. シースヒータ（３）の発熱線（１０）の端部をリード線（１２）に接続したシースヒータのリード線接続端子において、アルミニウムの細線によりリード線（１２）を構成し、このリード線（１２）の端部にニッケルメッキ又はニッケルクラッド（１３）を施し、このリード線（１２）のニッケルメッキ又はニッケルクラッド（１３）の部分に前記シースヒータ（３）の発熱線（１０）の端部を接続したことを特徴とするシースヒータのリード線接続端子。
2. 発熱線（１０）の端部は、リード線（１２）のニッケルメッキ又はニッケルクラッドの部分に抵抗溶接されていることを特徴とする請求項１に記載のシースヒータのリード線接続端子。
3. 発熱線（１０）の端部は、リード線（１２）のニッケルメッキ又はニッケルクラッドの部分に発熱線（１０）の端部を覆うようにパイプ（１５）が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシースヒータのリード線接続端子。

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