JP2015028926A - 電気ヒーター及びこれを備えた炉 - Google Patents

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公男 北村
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公男 北村
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モハマド マスドウル ハサン
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Abstract

【課題】 簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることの可能な電気ヒーター及びこれを備えた炉を提供すること。
【解決手段】 スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体10と、発熱体10を支持する支持体30,40と、支持体30,40を取り付ける絶縁体50とを備える。発熱体10は、スリットが形成される発熱体10の幅方向端部13を屈曲させた屈曲部14を有する。支持体30,40は、屈曲部14を当接させる当接部31,41と、この当接部31,41から延設する基部32,42とを有する。絶縁体50は、幅方向端部13及び基部32,42を受け入れると共に接着剤が充填される溝部51を有する。屈曲部14を当接部31,41に当接させると共に幅方向端部13を基部32,42に沿わせた状態で幅方向端部13及び基部32,42を溝部51に挿入し接着剤で固定する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電気ヒーター及びこれを備えた炉に関する。さらに詳しくは、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた電気ヒーター及びこれを備えた炉に関する。
従来、上述の如き電気ヒーターとして、例えば特許文献1に記載の如きものが知られている。同文献の図7に示す電気ヒーターでは、セラミックボートの溝に発熱体の幅方向端部を挿入し接着剤でのみ固定するため、発熱体が露出し、炉への設置時等に衝撃によって脱落する場合もあり、施工が困難となる場合があった。また、接着剤が溝からはみ出してしまう場合もあった。なお、同文献の他の例では、発熱体の固定は強化されるものの、部品点数が増加し、装置が複雑となる。
特開2011−119132号公報
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることの可能な電気ヒーター及びこれを備えた炉を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた構成において、前記発熱体は、前記スリットが形成される発熱体の幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有し、前記支持体は、前記屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有し、前記絶縁体は、前記幅方向端部及び前記基部を受け入れると共に接着剤が充填される溝部を有し、前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定したことにある。
上記構成によれば、発熱体は、スリットが形成される幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有する。また、支持体は、この発熱体の屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有する。そして、前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定する。これにより、発熱体の屈曲部が支持体の当接部によって支持されるので、発熱体に不測の熱変形が生じたとしても発熱体の支持体からの脱落を防止される。しかも、屈曲させた幅方向端部を支持体の基部に沿わせた状態で固定するので、スリットの長手方向に対する発熱体の熱変形や移動が支持体の基部によって制限される。従って、発熱体が支持体と共に絶縁体に強固に固定され、熱変形等により絶縁体から脱落することを防止することが可能となる。
前記基部は、その少なくとも一部に前記溝部に掛止する掛止部が形成されているとよい。また、前記基部は、前記絶縁体に固定される固定ピンが取り付けられても構わない。そして、前記幅方向端部は、前記基部とこの基部に対向する補強部材によって挟持されて前記溝部に挿入されてもよい。これらにより、発熱体をより強固に絶縁体に対し保持でき、発熱体の抜けや脱落を防止できる。
上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた炉として実施することができる。
上記本発明に係る電気ヒーター及びこれを備えた炉の特徴によれば、簡素な構成でありながら発熱体をより強固に取り付けることが可能となった。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
本発明に係る電気ヒーターの概略正面図である。 図1の底面図である。 図1の側面図である。 図1のA部における絶縁体への発熱体と支持体との取付状態を示す分解斜視図である。 図1のB部における図4相当図である。 (a)は屈曲前の薄板部材の平面図、(b)は発熱体の幅方向端部の部分拡大側面図である。 本発明の他の実施形態を示す図1相当図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す図1相当図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す図5相当図である。
次に、図1〜6を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図1〜5に示すように、本発明に係る電気ヒーター1は、主として炉の天井101に設置されるものであって、大略、炉内102を加熱する板状の発熱体10と、発熱体10を支持する支持体20と、支持体20を取り付ける絶縁体50を備える。なお、本実施形態では、図1,2に示すように、発熱体10,10が発熱体10の長手方向Yに沿って一対並行して設置される。
図1〜3に示すように、発熱体10は板状に且つ矩形状に形成され、複数のスリット11を幅方向端部13から幅方向Xに沿って交互に切り込むことで、蛇行状の電流路12が形成されている。図1に示すように、発熱体10における一対の幅方向端部13,13の間は、スリット11に直交する発熱体の長手方向Y視でなだらかな円弧状(アーチ状)をなすように形成しており、下側(炉内102側)に凸状を呈している。この発熱体10は、発熱により軟化すると共に熱膨張すると、発熱体10の自重が鉛直方向Zに作用し、カテナリー曲線の如き形状となる。この形状は力学的に安定しており、軟化しても発熱体10の形状は維持されると共に脱落が防止される。
図1,2に示すように、発熱体10は、スリット11の長手方向(幅方向X)に直交する発熱体の長手方向Yの一端に位置する電流路端部12a,12aにリード部材17が延長部18を介して溶接により固定され、炉外部へ延長されている。また、他方の電流路端部12b、12bは、接続部材19が溶接により取り付けられてあり、並行する発熱体10,10を電気的に直列に接続する。なお、発熱体10は、例えばFe−Cr−Alやニッケルクロム合金等の導電性材料よりなる薄板部材により製作される。
ここで、発熱体10の製作は、図6に示すように、まず、適宜大きさに切断した薄板部材10’に上述のスリット11を形成する。次に、その薄板部材10’を幅方向Xに沿うように円弧状に形成し、端部13’をスリット11の長手方向に沿って薄板部材10’のなす円弧の内側へ折り曲げて、幅方向端部13を形成すると共にその近傍に屈曲部14を形成する。ここで、円弧の内側へ折り曲げるとは、両方の幅方向端部13,13を略鉛直方向Zに沿うように互いに平行に配向させることをいう。このように構成することで、発熱体に加熱による軟化が生じても、発熱体10は幅方向端部13,13で鉛直に支持され、支持部分に不要な応力は発生しない。
本実施形態において、支持体20は、隣接する発熱体10,10の対向する幅方向端部13,13を一括して支持する中央支持体としての第一碍子30と、発熱体10の他方の幅方向端部13を支持する端部支持体としての第二碍子40とからなる。第一、第二碍子30,40は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料により構成され、発熱体10とは電気的に絶縁される。
図4に示すように、第一碍子30は、断面視略T字状を呈し、発熱体10の屈曲部14と当接する当接部31と、この当接部31から鉛直方向Zに延設された基部32とを備える。当接部31は、鉛直方向Zに直交する幅方向Xに沿うように基部32からそれぞれ左右に張り出している。
また、図5に示すように、第二碍子40は、断面視略L字状を呈し、発熱体10の屈曲部14と当接する当接部41と、この当接部41から鉛直方向Zに延設された基部42とを備える。当接部41は、鉛直方向Zに直交する幅方向Xに沿うように基部42から張り出している。なお、支持体20の各頭部33,43は、炉内102に向けて先細り形状となっており、熱容量を抑制している。
絶縁体50として、本実施形態ではセラミックボードを用いる。このセラミックボード50には、発熱体10の幅方向端部13及び第一、第二碍子30,40の基部32,42を受け入れると共に接着剤を充填する溝51が鉛直方向Zに沿って形成されている。本実施形態では、接着剤として液状のセラミックス52を注入し硬化させることで、発熱体10の幅方向端部13及び基端部32,42を溝51内で接着させてセラミックボート50に取り付けられる。
ここで、発熱体10は、幅方向端部13近傍に形成された屈曲部14が第一碍子30の当接部31及び第二碍子40の当接部41に当接するように載置される。これにより、発熱体10の自重及び鉛直方向Zへの熱変形は当接部31,41によって支持されるので、発熱体10の脱落が防止される。また、発熱体10よりも第一、第二碍子30,40の頭部33,43が炉内102側へ突出するので、例えば取付時に第一、第二碍子30,40が発熱体10への衝撃から保護し、衝撃による脱落を防止する。しかも、幅方向端部13を基部32,42に沿わせた状態で溝51に挿入されるので、屈曲部14の屈曲方向の外側に第一、第二碍子の30,40の基部32,42が位置することとなる。よって、発熱体10の幅方向Xに対する熱変形や移動が生じても、基部32,42がその熱変形や移動を抑制するので、発熱体10をさらに安定して保持することができる。
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
上記実施形態において、発熱体10を2列並行して絶縁体としてのセラミックボード50に支持体20としての第一、第二碍子30,40を介して取り付けた。しかし、発熱体10の配列は上記実施形態に限られるものではなく、例えば図7に示す如き1列のみでよい。係る場合、同図に示すように、支持体20として第二碍子40のみを用いてセラミックボード50に取り付けるとよい。もちろん、3列以上発熱体10を配置してもよい。なお、発熱体10の電気的接続は、直列でも並列でも構わない。また、発熱体10の個数も特に限定されるものではなく、長手方向Yに複数個配置してもよい。
また、上記実施形態では、隣接する発熱体10を基部31から幅方向Xに突出する当接部32,32を備えた支持体20としての第一碍子30を用いた。しかし、例えば、第二碍子40,40を組み合わせて第一碍子として用いることも可能である。また、図8(a)(b)に示すように、抜け防止のためのピン61,62を設けてもよい。同図(c)に示すように、基部32,42に対向させて補強部材(合わせ碍子)70を配置し、基部32,42と補強部材70とで発熱体10の幅方向端部13を挟持させた状態で、溝部51に挿入してもよい。なお、支持体の個数は特に限定されるものではなく、長手方向Yに複数個配置してもよい。
さらに、図9に示すように、第二碍子40の形状は、上記実施形態の如き形状に限られるものではない。例えば、同図(a)に示すように、基部42の先端をその軸方向に沿ってテーパー状を呈する掛止部45aを形成し、その掛止部42aを溝51の長手方向Yに沿って挿入し、拡大部55aに掛止させるようにしてもよい。これにより第二碍子40の絶縁体50からの抜けが防止される。この掛止部45の形状はテーパー状に限られるものではなく、例えば、同図(b)の如き略T字形、(c)の如き略トの字形、(d)の如き略L字形などの形状でも構わない。これら掛止部45の形状に合わせて、拡大部55の形状を決定すればよい。もちろん、第一碍子30においても同様である。さらに、図8に示す各態様と組み合わせて実施することも可能である。このように、支持体20の絶縁体50からの脱落を防止できる態様であれば、上記に限定されるものではない。
上記各実施形態において、発熱体10の幅方向端部13を略方形状に形成した。しかし、幅方向端部13の形状は、これに限られるものではなく、例えば半楕円状又は半円状に形成しても構わない。また、発熱体10の形状は円弧状に限られず平板状であってもよい。
また、上記各実施形態において、主として炉の天井に設置する電気ヒーターについて説明した。しかし、炉の天井に限らず、壁部に設置することも可能である。
本発明に係る電気ヒーターは、例えばガラス、セラミック、金属等の被加熱物の熱処理用のヒーターとして利用することができる。また、反応炉、拡散炉にも適用可能である。さらに、電気ヒーター及び電気ヒーターを備えた炉は、例えば半導体ウエハの半導体製造装置やガラス基板等を加熱処理する基板処理装置等にも適用可能である。
1:電気ヒーター、10:発熱体、10’:薄板部材、11:スリット、12:電流路、12a,12b:端部、13:幅方向端部、13’:端部、14:屈曲部、17:リード部材、18:延長部、19:接続部材(渡り)、20:支持体、30:第一碍子(支持体)、31:当接部、32:基部、33:頭部、40:第二碍子(支持体)、41:当接部、42:基部、43:頭部、45,45a〜45d:掛止部、50:セラミックボード(絶縁体)、51:溝、52:接着剤、55,55a〜55d:拡大部、61,62:ピン、70:補強部材(合わせ部材)、101:天井、102:炉内、X:幅方向、Y:長手方向、Z:鉛直方向

Claims (5)

  1. スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、前記発熱体を支持する支持体と、前記支持体を取り付ける絶縁体とを備えた電気ヒーターであって、
    前記発熱体は、前記スリットが形成される幅方向端部を屈曲させた屈曲部を有し、
    前記支持体は、前記屈曲部を当接させる当接部と、この当接部から延設する基部とを有し、
    前記絶縁体は、前記幅方向端部及び前記基部を受け入れると共に接着剤が充填される溝部を有し、
    前記屈曲部を前記当接部に当接させると共に前記幅方向端部を前記基部に沿わせた状態で前記幅方向端部及び前記基部を前記溝部に挿入し前記接着剤で固定した電気ヒーター。
  2. 前記基部は、その少なくとも一部に前記溝部に掛止する掛止部が形成されている請求項1記載の電気ヒーター。
  3. 前記基部は、前記絶縁体に固定される固定ピンが取り付けられる請求項1又は2記載の電気ヒーター。
  4. 前記幅方向端部は、前記基部とこの基部に対向する補強部材によって挟持されて前記溝部に挿入される請求項1〜3のいずれかに記載の電気ヒーター。
  5. 前記請求項1〜4のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた炉。
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