JP5592706B2 - Sheath heater lead wire connection terminal - Google Patents
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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。 The present invention relates to a lead wire connecting terminal of a sheathed heater that connects an end of a heating wire of a sheathed heater to a lead wire, and reduces thermal stress generated in the sheathed heater when heating and cooling are repeated, thereby generating thermal strain. The present invention relates to a lead wire connection terminal of a sheathed heater that suppresses and prevents early breakage of a connection portion.
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。 For example, there is a hot plate as a heating means using a sheath heater. This hot plate is obtained by embedding a sheath heater in a metal hot plate. In order to ensure the uniformity of the temperature distribution on the surface of the hot plate, a metal plate with good thermal conductivity is used, for example, a stainless plate or an aluminum plate. In particular, an aluminum hot plate is preferable because of its excellent thermal uniformity. Such a hot plate is used for industrial purposes, for example, for heating a substrate in a semiconductor substrate processing process.
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。
For example, a sheath heater is embedded in the heat plate. For example, a groove is formed in the heat plate, the sheath heater is accommodated in the groove, and a cover plate is attached to the surface side of the heat plate where the groove is provided. A stacked structure is common. For example, as a hot plate using such a sheath heater, those described in the following
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。 In the hot plate as described above, a sheath heater using a stainless steel sheath has been used as a sheath heater embedded in the groove of the hot plate. However, so-called aluminum sheath heaters using an aluminum sheath having better thermal conductivity than a stainless steel sheath are used.
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。 Ni-Cr alloy wire (Nichrome wire) is used for the heating wire of the aluminum sheath heater, and the lead wire connected to this heating wire is made of stainless steel, nickel, Cu-Ni alloy (cupro nickel) like the stainless sheath heater. , White copper) or the like is used. In particular, as the lead wire, a thin rod-like body made of austenitic stainless steel such as SUS304 which has low thermal conductivity from the viewpoint of preventing heat dissipation and can be easily welded to the heating wire is used.
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107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。
FIG. 6 shows a conventional example of a lead wire connection terminal of a sheath heater in which a heating wire of an aluminum sheath heater used as a heat source for a hot plate and a lead wire for connecting the power source thereof are connected. The
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。
The
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。 In the present invention, in view of the problem of the lead wire connecting terminal of the conventional sheath heater in which the heating wire and the lead wire of the aluminum sheath heater are connected, between the aluminum sheath and the end of the lead wire when heating and cooling are repeated. An object of the present invention is to make it difficult for thermal stress to occur, thereby suppressing thermal distortion and preventing early breakage and disconnection of the connection portion.
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。
In order to achieve the above object, in the lead wire connecting terminal of the sheath heater according to the present invention, the
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の端部をシースヒータ3のシース9の内部でリード線12の端部に接続したものである。シースヒータ3のシース9をアルミニウム製にすると共に、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。
That is, the configuration of the lead wire connection terminal of the sheath heater according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The lead wire connection terminal of the sheath heater is configured such that the end of the
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、シースヒータ3のシース9がアルミニウム製であると共に、リード線12がアルミニウムからなり、しかもシースヒータ3の発熱線10の端部がアルミニウムシース9の内部でアルミニウムリード線12の端部に接続されているため、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。
In such a lead wire connection terminal of the sheath heater according to the present invention, the
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。
From the viewpoint of reducing the amount of heat radiation from the
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。
As described above, according to the present invention, since thermal stress is hardly generated between the
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。
In the present invention, the
Hereinafter, such embodiments of the present invention will be described in detail with specific examples with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a plan view showing an example of a hot plate in which a sheath heater is used, FIG. 2 is a longitudinal side view thereof, and FIG. 3 is an enlarged view of a main part thereof.
As shown in these drawings, the hot plate is a plate in which a groove 2 is provided on the lower surface of the
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。
When a heated object such as a substrate is placed on the surface of the
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。
As shown in FIG. 3, a
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the end of the
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。
FIG. 4 shows an embodiment of the lead wire connection terminal of the sheath heater according to the present invention in which the end of the
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。
Since the
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。
Further, nickel clad 13 can be applied instead of
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。
FIG. 5 shows another embodiment of the lead wire connecting terminal of the sheath heater according to the present invention in which the end of the
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。 The lead wire connection terminal of the sheath heater according to the present invention can be applied as a lead wire connection terminal of the sheath heater that connects the heating wire of the sheath heater and the lead wire, for example, in a hot plate in which the sheath heater is embedded and fixed in a metal hot plate. I can do it.
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
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