JP6416794B2 - 二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造 - Google Patents

二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造 Download PDF

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Description

本発明は、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックス発熱体の保持構造に関する。
ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、金属発熱体や他のセラミックス発熱体に比べて耐熱性に優れているので、半導体装置やガラスなどの製造装置に用いられている。ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、１６００〜２０００℃という高温加熱が可能であり、表面電力密度を２０Ｗ／ｃｍ２程度まで高くとることができる。
ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、高温で強度に欠け、軟化するため、長尺状のＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、その一端だけで自由保持することができない。ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、断熱材などの基材に所定間隔で保持する必要がある。
加熱炉内の天井側にＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体を下向きに保持する場合、図１に示すように、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体（１）は、断熱材（２）にステイプルＵピン（３）を用いて取り付けられた構造が知られている。ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体（１）を取付ける断熱材（２）は、セラミックファイバーボードのユニットとすることで、これを用いると簡単に加熱炉を構築することができる。この発熱体取付構造では、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、絶縁材に多数のステイプルで接着固定されているので、劣化、損傷したとき発熱体だけを交換することが困難である。ただし、図１に示した構造では、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体を取付けたセラミックファイバーボードのユニットを単位として、取り換えることができる。もしくは、ステイプルをすべて破壊、孔を修復、再度取り付けることも不可能ではないが、労力を要し、複数回の交換は現実的に不可能である。
図１に示す従来技術では、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体は、その取付構造のゆえに発熱体だけを交換することが困難である。発熱体だけを交換できれば、このことは、コスト及び手間の観点から望ましい。また、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体を多数のステイプルで固定すると、これらのステイプルの製造が負担となり、コストも大きい。また、発熱体ユニットであっても、高温の熱間で交換することは困難であり、発熱体ユニットの交換のために加熱炉の運転を停止する必要があり、不便である。更に、多数のステイプルで固定することによる熱間のヒーターの伸縮等により破損のリスクもある。
本発明は、このような従来技術の上記問題の観点から、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体を発熱体単独で交換できるようにすること、熱間でも交換できるようにすること、また、ヒーターの固定点の動きの自由度を上げることで破損リスクの低減化を可能にすることを目的とするものである。
上記目的を達成する本発明は、下記にある。
（１）長尺状の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体をその長軸方向に沿った位置に載置して支持するための１又は複数の長尺状支持部材と、
長尺状支持部材の各々を、長尺状支持部材各々の長軸方向において２か所以上で保持するための複数の第１の保持部材と
を有し、
複数の第１の保持部材は、１又は複数の第２の保持部材で保持されるか又は保持構造の基部に保持され、かつ、長尺状支持部材上に載置される長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、発熱体保持構造を破壊することなく交換可能である、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（２）長尺状支持部材を複数有し、基部又は第２の保持部材と、複数の長尺状支持部材と、複数の第１の保持部材とにより画定される空間に、蛇行形状の長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体のＵ字型部分を一軸方向から挿入出可能であることにより、長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が発熱体保持構造を破壊することなく交換可能に保持される、上記（１）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（３）長尺状支持部材が、第１の保持部材に脱着可能に保持され、長尺状支持部材を保持部材から取外すことにより、長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、保持構造を破壊することなく交換可能である、上記（１）又は（２）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（４）第２の保持部材又は基部として上下両方向に開放されている枠体を有し、長尺状支持部材に載置される長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体により枠体の上下両方向が加熱可能である、上記（１）から（３）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（５）第２の保持部材が長尺状であり、複数の長尺状支持部材の各々を保持する複数の保持部材が、長尺状の第２の保持部材によって一連に保持される、上記（１）から（３）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（６）長尺状の第２の保持部材とは別に、上下方向の少なくとも一方向に開放されている枠体を有し、枠体に前記第２の保持部材を保持し、長尺状支持部材に載置される長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体により枠体の少なくとも一方向を加熱可能にするとともに、第２の保持部材が第１の保持部材及び長尺状支持部材と一緒に枠体から取外し可能である、上記（５）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（７）長尺状支持部材が、互いに電気的に絶縁される複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子を含み、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、二珪化モリブデン系セラミックス素子に直接接触するように載置される、上記（１）から（６）の何れかに記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（８）長尺状支持部材が、二珪化モリブデン系セラミックス素子を収容する電気絶縁性セラミックス製の長尺状支持部材であり、二珪化モリブデン系セラミックス素子は、互いに電気的に絶縁され、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、二珪化モリブデン系セラミックス素子に直接接触するように載置される、上記（１）から（６）の何れかに記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（９）二珪化モリブデン系セラミックス素子の間に、電気絶縁体を挿入し、二珪化モリブデン系セラミックス素子の動きを抑制するとともに、電気絶縁体を二珪化モリブデン系セラミックス素子より大きいサイズとし段差が形成されることで、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体の熱間変形を抑制する、上記（８）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
（１０）複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子が、バー又はチューブのような素子であり、各対のその隣接するバー又はチューブのような素子に電気絶縁体が介在し、バー又はチューブのような電気絶縁性本体、チューブのような電気絶縁性本体の部分で一体的に保持される（ｈｅｌｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｂｙ ａ ｂａｒ ｏｒ ｔｕｂｅ−ｌｉｋｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｂｏｄｙ， ｔｈｅ ｔｕｂｅ−ｌｉｋｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｂｏｄｙ）、上記（７）に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
本発明によれば、上記の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造とともに、それに対応する二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持方法及びその発熱体保持構造に使用する特異な部材が提供される。
本発明のＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体の保持構造によれば、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体だけを簡単に交換できる。発熱体（ヒーター）と保持構造のトータルの製造コスト、発熱体の交換のコスト及び手間又は尽力を低減できる。また、好ましい実施形態では、高温の熱間でＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体を交換することも容易である。さらに、本発明によれば、発熱体の支持材の劣化が防止され、発熱体が落下する恐れを低減できる。また、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体の、高温への加熱時及び低温への冷却時の収縮及び膨張による破損の頻度を低減できる。
図１は、従来技術の発熱体保持ユニットを示す。 図２は、ＭｏＳｉ２系セラミックス発熱体の例を示す。 図３Ａから図３Ｃは、本発明の第１の実施形態を示す。 図４は、発熱体保持ユニットからセラミックスバーを取外した様子を示す。 図５は、長尺状セラミックス保持部材の構造、構成部品例を示す。 図６Ａ及び図６Ｂは、セラミックスチューブの例を示す。 図７Ａ及び図７Ｂは、長尺状セラミックス保持部材の別の例を示す。図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂで示される長尺状セラミックス保持部材を保持する方法の例を示す。 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の第２の実施形態を示す。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の第３の実施形態を示す。 図１０は、本発明の第４の実施形態を示す。 図１１は、本発明の第４の実施形態の修正された実施形態を示す。
本発明で使用される二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックス発熱体は、既知のものである。二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックスは、一般的には、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）５０〜９５容量％と、シリカ系酸化物相又はガラス相５〜５０容量％からなり、さらに、これらの主成分の全体容量に基づいて、さらに、例えば、５０容量％以下の他元素を添加したり、熱処理を施したりすることで、高温や雰囲気に耐性を有する発熱体である。また、このような二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックスと他のセラミックス又はガラスなどとの複合材料が知られているが、そのような複合材料であっても、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックスに基づく発熱体としての機能を有する場合、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックス発熱体に含まれる。
本発明において、長尺状の二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）系セラミックス発熱体の形状は、長尺状であれば限定されないが、直線又は曲線状の長尺状の発熱体であり、特に蛇行（ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ）形状のものが、好ましくは用いられる。蛇行形状の発熱体の例を図２に示す。発熱体の断面形状は円形が好ましいが、矩形その他の形状でもよい。
二珪化モリブデン系セラミックス発熱体を載置する長尺状支持部材は、耐熱性、電気絶縁性の材料、たとえば、アルミナ、ムライト、ジルコニア系などのセラミックスからなる長尺状物であればよいが、図５を用いて後述するように、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と接触する部分に二珪化モリブデン系セラミックスを用いることが好ましい。二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と長尺状支持部材に用いる二珪化モリブデン系セラミックスは同じ組成であることが好ましいが、二珪化モリブデン系セラミックスどうしであればよい。
長尺状支持部材を保持する第１の保持部材は、耐熱性の材料、たとえば、アルミナ、ムライト、ジルコニア系などのセラミックスを含む。第１の保持部材は、好ましくは長尺状支持部材を脱着可能に保持し、通常は、長尺状支持部材を挿入できる穴（貫通口）を有するプレートとして、複数の第１の保持部材を用いて、その穴に長尺状支持部材を挿入して、長尺状支持部材を吊り下げる形状とすることができる。
第２の保持部材又は保持構造の基部とは、要するに、第１の保持部材を保持する保持手段を指称するものであり、必ずしも相互に明確に区別されるものではない。通常、第２の保持部材として、セラミックスファイバーボードなどの断熱材が挙げられるが、後述する実施形態におけるように構成することができる。保持構造の基部は、第１の保持部材を保持する保持構造あるいはその一部であればよく、たとえば、加熱炉あるいはその内部構造などのように、部材とは呼べない構造物の一部に第１の保持部材を保持する場合を主に想定しているが、そのような保持構造を構成する部材であってもよい。第２の保持部材又は保持構造の基部の材料は、特に限定されない。断熱材であるセラミックファイバーボードが、好ましくは用いられる。第１の保持部材は耐熱性があるので、第２の保持構造は、第１の保持部材と比較して必ずしも高い耐熱性を必要とせず、ゆえにセラミックスに限定されず、金属その他の材料であってもよい。
二珪化モリブデン系セラミックス発熱体を保持する断熱材としてのセラミックファイバーボードが知られており、セラミックスファイバーをバインダーなど接着機能材と混合し、成形後、焼成して形成される耐火物である。
以下に、本発明の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体を保持する保持構造の実施形態を説明するが、発熱体は、一般的に、発熱部分と電源との接続端子部分を有する。本発明では、二珪化モリブデン系セラミックスからなる発熱部分を本発明の保持構造の長尺状支持部材に載置するが、接続端子部分は、加熱炉外の低温雰囲気部に通ずることもあり、また、たとえば、セラミックスなどの耐熱性の支持部材で支持されることができる。しかし、接続端子部分の支持方法及び電気的接続方法は、特に制約されるものではない。
（第１の実施形態）
第１の実施形態が、図３Ａから図３Ｃに示される。この実施形態は、図２に示す蛇行形状の発熱体（１１）を保持するのに好適な例である。この発熱体（１１）は蛇行して６往復している。
発熱体（１１）は、長尺状保持手段として所定の間隔を置いて平行配置されたセラミックスチューブ（１２）を横断する形で、３本のセラミックスチューブ（１２）上に載置されている。発熱体（１１）がセラミックスチューブ（１２）により保持される間隔は、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体の高温強度を考慮して決めるので、セラミックスチューブ（１２）の個数は、その結果として決められる。
セラミックスチューブ（１２）は、アルミナなどの耐熱性のセラミックスで作成されているが、図５から図６を参照して後述するように、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と接触する部分に二珪化モリブデン系セラミックス素子を収容したセラミックスチューブからなることが好ましい。
セラミックスチューブ（１２）は、第１の保持部材であるセラミックスプレート（１３）に設けた穴（貫通口）に挿通して、セラミックスプレート（１３）によって所定間隔で保持（吊り下げ）されている。図３では、セラミックスプレート２枚で保持しているが、同じ発熱体を保持する場合に、セラミックスプレート（１３）を、たとえば、４枚や６枚などにすることができる。セラミックスプレートの数も高温強度を考慮して決めればよい。セラミックスチューブ（１２）は、セラミックスプレート（１３）に設けた穴に挿通しているが、穴の大きさはセラミックスチューブ（１２）の外径より大きいので、セラミックスチューブ（１２）は自由にセラミックスプレート（１３）から脱着可能である。
セラミックスプレート（１３）は、アルミナなどの耐熱性のセラミックスからなる。セラミックスチューブ（１２）がセラミックスプレート（１３）に脱着可能でない形で保持されていても、セラミックスチューブ（１２）とセラミックスプレート（１３）とセラミックスファイバーボード（１４）によって形成される区画又は画定された空間に、発熱体（１１）を一軸方向から挿入出できるものであれば、発熱体を単独で発熱体保持構造から取出し、交換できるので、本発明の範囲内である。セラミックスチューブ（１２）と３枚以上のセラミックスプレート（１３）とセラミックスファイバーボード（１４）によって形成される区画又は画定された空間に、発熱体（１１）を一軸方向から挿入出できるようにするには、通常、蛇行形状の発熱体のＵ字型部分の１又は複数の部分がそれぞれ上記のセラミックスプレートで画定又は区画された空間のそれぞれに挿入出できればよい。しかし、セラミックスチューブ（１２）をセラミックスプレート（１３）に脱着可能に保持することが好ましい。
セラミックスプレート（１３）は、セラミックファイバーボード（１４）と呼ばれる断熱材（第２の保持部材又は保持構造の基部）に固定保持されることができ、あるいは幾分可動な状態で保持されることもできる。幾分可動できるように保持する方法は限定されないが、たとえば、セラミックファイバーボード（１４）にセラミックスプレート（１３）が幾分可動できる大きさの溝穴を設けて、その溝穴にセラミックスプレート（１３）を挿入し、セラミックスファイバーボード（１４）の上で適当に保持するか、セラミックファイバーボード（１４）内に軸体（セラミックスチューブ）を通して保持することで、セラミックスプレート（１３）が幾分可動できるように保持することもできる。
セラミックファイバーボード（１４）内にセラミックスチューブを通して保持するためには、セラミックスプレート（１３）は、セラミックスチューブ（１２）を挿通する第１の穴（貫通口）がある端部と、反対側の端部に第２の穴（貫通口）とを有する。
セラミックファイバーボード（１４）は、セラミックスプレート（１３）を挿入するためのボード表面に垂直な溝穴と、その垂直な溝穴に挿入したセラミックスプレート（１３）の第２の穴に第２のセラミックスチューブ（１５）を挿通できるようにセラミックファイバーボード（１４）に設けられた穴とを有している。セラミックファイバーボード（１４）に垂直な方向の溝穴に挿入されたセラミックスプレート（１３）の第２の穴に第２のセラミックスチューブ（１５）を挿通して、セラミックスプレート（１３）を保持する。
セラミックファイバーボードの材質、製法については、前述した。第２のセラミックスチューブとしても、アルミナなどの耐熱性セラミックス材を用いることができる。
図３Ａから図３Ｃを参照すると、セラミックファイバーボード（１４）の発熱体保持側と反対側に、第２のプレート（１６）が取付けられている。第２のプレート（１６）は、発熱体との間に断熱材が介在するので、発熱体（１１）の保持側のセラミックスプレート（１３）と同様のセラミックスプレートである必要はなく、金属製でもよい。第２のプレート（１６）は、セラミックファイバーボード（１４）を加熱炉の天井などに取付けるために適当な位置に設置されればよい。
セラミックスチューブ（１２）は、セラミックファイバーボード（１４）を加熱炉に設置した後に（又は設置する前に）、セラミックスプレート（１３）の第１の穴に挿通することで、懸垂して保持されることができる。
このセラミックファイバーボード（１４）にセラミックスプレート（１３）でセラミックスチューブ（１２）を取付けたものは、発熱体保持構造ユニットとして使用し、炉などに簡単に設置して加熱炉を構築することが可能である。
図３Ａから図３Ｃを参照すると、加熱炉に設置されるべき、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持ユニットにおいて、セラミックスチューブ（１２）の上に発熱体（１１）を挿入することで、発熱体（１１）を発熱体保持ユニットに一軸方向に挿入して、セラミックスチューブ（１２）上に載置することができる。また、したがって、その場合には、発熱体（１１）は、発熱体保持構造ユニットから一軸方向に引き抜くことが可能である。セラミックスプレート（１３）の数を３枚以上にする場合には、セラミックスプレート（１３）の間に発熱体（１１）のＵ字型部分の１又は複数を挿入するようにすればよい（それによって、発熱体を一軸方向に挿入出できる）。
したがって、この発熱体保持構造では、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体は、簡単に発熱体保持ユニット（１６）に装着できるし、発熱体が損傷したときに、簡単に発熱体（１１）だけを発熱体保持ユニット（１６）から取外し、交換することができる。したがって、この発熱体保持構造物の発熱体は、一軸方向から簡単に引き抜くことができるので、加熱炉を冷却することなく、熱間で発熱体を交換できる。
なお、セラミックスプレート（１３）をセラミックファイバーボード（１４）に取付けるに当って、セラミックスチューブ（１５）を用いることは必須ではない。たとえば、セラミックファイバーボード（１４）に貫通する溝を設けてセラミックスプレートを挿入することにより、セラミックファイバーボード（１４）の上で適当な手段で保持してもよいし、セラミックスプレート（１３）の第１の穴と反対側の端部を適当な形状としてセラミックファイバーボード（１４）に埋め込んで固定するだけでもよい。セラミックファイバーボード（１４）は、第２の保持部材であるが、発熱体保持構造の基部と考えることも可能である。
また、セラミックプレート（１３）は、例えば、セラミックスプレート（１３）の第２の穴に挿入されたセラミックバーを軸に、可動的に固定することにより、セラミックスチューブ（１２）が自由に可動し発熱体の熱収縮などの動きに追従することで、破損に至るストレスを軽減することができる。
また、第１の実施形態では、セラミックスチューブ（１２）は、セラミックスプレート（１３）の第１の穴に脱着可能に保持されているので、セラミックスチューブ（１２）をセラミックスプレート（１３）の第１の穴から引き抜くと、図４に示すように、セラミックファイバーボード（１４）の表面に対してセラミックスプレート（１３）が垂直に保持されている構造である。
したがって、これらのセラミックスプレート（１３）の間に配置されセラミックスチューブ（１２）上に載置されていた発熱体（１１）は、セラミックスチューブ（１２）をセラミックスプレート（１３）から引き抜けば、簡単にセラミックファイバーボード（１４）の表面に対して垂直方向に取外すことが可能である。この場合、セラミックスチューブ（１２）がセラミックスプレート（１３）の第１の穴に保持されているときに、セラミックファイバーボード（１４）の表面に対して平行方向に一軸方向に引く抜くことができないように、発熱体（１１）がセラミックスプレート（１３）と交差して配置されている場合であっても、セラミックスチューブ（１２）を取外すことで、発熱体（１１）は、発熱体（１１）だけを簡単に発熱体保持構造物から取外し、交換することが可能である。
（長尺状発熱体支持部材）
第１の実施形態に限らないが、本発明における長尺状発熱体支持部材としてのセラミックスチューブ（１２）の好ましい態様を図５に示す。長尺状発熱体支持部材は、たとえば、アルミナなどの耐熱性、絶縁性のセラミックスからなるものでもよいが、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と接触する部分を同質の二珪化モリブデン系セラミックスにすると、反応性が顕著に低減されるので好適である。
しかしながら、長尺状発熱体支持部材は、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と同質の二珪化モリブデン系セラミックスを含む場合、その比較的低い電気抵抗のためショートすることがある。したがって、長尺状支持部材は、電気絶縁体がその間に介在する複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子を含み、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、二珪化モリブデン系セラミックス素子に接触するように載置されることが好ましい。この際、電気絶縁体は、好ましくは、アルミナ又はシリカ製の耐熱性、絶縁性のセラミックスから製作される。
図５に示す長尺状発熱体支持部材は、たとえば、アルミナ、シリカなどの耐熱性、絶縁性のセラミックスチューブ（１２−１）からなり、チューブの片側に開口部があり、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体と同質の二珪化モリブデン系セラミックスからなる素子（短い円筒体）（１２−２）を収容することができる。セラミックスチューブ（１２−１）の開口部内に収容される二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）のそれぞれの間には、アルミ又はナシリカなどの耐熱性、絶縁性のセラミックスからなる素子（短い円筒体）（１２−３）が配置されて、二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）どうしは互いに絶縁されることが好ましい。
この耐熱性、絶縁性セラミックス素子（１２−３）は、二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）と同様に、短い円筒体又は円柱体の形状を有し、セラミックスチューブ（１２−１）の開口部内の二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）の間に収容することができる。絶縁性セラミックス素子（１２−３）が二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）と比べて大きな直径を有し、高い場合には、発熱体のズレ及び熱間変形を防止できる効果がある。
また、耐熱性、絶縁性のセラミックス素子（１２−３）は、セラミックスチューブ（１２−１）と一体に形成されて、その耐熱性、絶縁性のセラミックス製素子（１２−３）どうしの間に存在する開口部に、二珪化モリブデン系セラミックス製素子（１２−２）を収容することで、二珪化モリブデン系セラミックス製素子（１２−２）どうしが互いに絶縁されるものであってもよい。あるいは、耐熱性、絶縁性セラミックス素子（１２−３）どうしが直接接触しないように、耐熱性、絶縁性のセラミックスチューブ（１２−１）の開口部に安定させ固定する構造であれば、耐熱性、絶縁性セラミックス素子（１２−３）の間に耐熱性、絶縁性のセラミックス素子（１２−３）は不要である。
耐熱性、絶縁性セラミックスチューブ（１２−１）に複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）を収容保持することで、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体（１１）がアルミナ、シリカなどの長尺状発熱体支持部材（セラミックス又はチューブ）（１２）と接触して高温での反応することを防止することができるようになるので、好適である。二珪化モリブデン系セラミックスは高温で強度が不足し軟化するので、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体（１１）の支持部材である長尺状発熱体支持部材（セラミックスチューブ）（１２）の本体として使用することは勧められないが、アルミナ又はシリカなどのセラミックスでは二珪化モリブデン系セラミックス発熱体との接触部で高温になると反応する恐れがあるので、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体との接触部だけに反応性の低い二珪化モリブデン系セラミックスを用い、これを高温強度に優れるアルミナ、シリカなどのセラミックスチューブ内に保持することで、長尺状発熱体支持部材としての高温強度を維持するものである。
ただし、二珪化モリブデン系セラミックスは、発熱体と同質であり、高温では導電性を示すので、二珪化モリブデン系セラミックスにより二珪化モリブデン系セラミックス発熱体（１１）を保持すると、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体（１１）がショートすることになるため、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体（１１）と接触する部位ごとの二珪化モリブデン系セラミックス素子として、電気的に絶縁する必要がある。そこで、耐熱性、絶縁性のセラミックスチューブ（１２−１）に複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）を収容保持するとともに、二珪化モリブデン系セラミックス製素子（１２−２）の相互の間には、耐熱性、絶縁性のセラミックス素子（１２−３）が配置される。
したがって、二珪化モリブデン系セラミックス素子１２−２の数は、電気絶縁のために、原則として、長尺状発熱体支持部材（セラミックスチューブ）１２が保持する二珪化モリブデン系セラミックス発熱体１１と接触する箇所の数（蛇行し往復する発熱体の本数）と一致する数か、それ以上であることが好ましい。図５では、二珪化モリブデン系セラミックス製素子（１２−２）の数は１２本である。しかし、二珪化モリブデン系セラミックス製素子（１２−２）の数は、間引きして発熱体の一部だけと接触させるなど、１２本未満に減らしてもよい。
耐熱性、絶縁性セラミックスチューブ（１２−１）、二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）、耐熱性、絶縁性セラミックス素子（１２−３）の形状は、図５では、円筒状チューブ及び円筒状素子であるが、円筒状に限定されないことは明らかである。たとえば、四角形や六角形や楕円形、さらには舟形の断面形状のバーやチューブや柱状体であってもよい。
また、耐熱性、絶縁性のセラミックスチューブ（１２−１）が円筒状のチューブであると、セラミックスプレート（１３）の穴に挿通したとき、セラミックスチューブ（１２−１）が長さ方向にズレを起こしたり、セラミックスチューブ（１２−１）が断面方向に回転して収容されている二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−２）や、さらには耐熱性、絶縁性のセラミックス素子（１２−３）がチューブ（１２−１）から脱落したりする恐れがある。そこで、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、耐熱性、絶縁性のセラミックスチューブ（１２−１）の下面側にセラミックスプレート（１３）の穴に安定的に保持される形状の溝（１２−４）を設けることが好ましい。
図７Ａ及び図７Ｂは、長尺状発熱体支持部材の別の例を示し、図７Ａは斜視図、図７Ｂは部分的分解図である。図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、長尺状発熱体支持部材は、図では円筒状の棒である、バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）であって、バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）の各対の隣接するバーの間にある、図では円筒状のチューブ又は棒である、アルミナなどの耐熱性、絶縁性セラミックスの絶縁体（１２−６）が介在する、バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）を備える。バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）の各対の隣接する素子は、図では円筒状のセラミックスチューブである耐熱性絶縁性本体（１２−７）により、一体的に保持される。したがって、バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）は、それらの間で電気的に絶縁される。長尺状発熱体支持部材は、好ましくは、強度の観点から、その両端に耐熱性絶縁性本体（１２−７）を備える。図７Ｂを参照すると、各耐熱性絶縁性本体（１２−７）は、この例では２層チューブを備えているが、１層チューブ又は３層以上のチューブを備えていてもよい。バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）、絶縁体（１２−６）及び耐熱性絶縁性本体（１２−７）は、接着剤で、それらのすべて又は一部の間の接合部分で一体的に結合され得る。バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）の間の絶縁体（１２−６）は、バー又はチューブのような二珪化モリブデン系セラミックス素子（１２−５）がそれらの間の空間によってしっかりと分離される場合には、除去されてもよい。
図７Ｃは、複数のセラミックスプレート１３により保持される、図７Ａ及び図７Ｂに示される長尺状発熱体支持部材を示す。図７Ａ及び図７Ｂに示される長尺状発熱体支持部材は、強度の観点から、複数のセラミックスプレート１３により、耐熱性絶縁性本体（１２−７）の部分のできるだけ多く、とりわけ可能であればすべてで保持されることが好ましい。なお、図３及び図４に示される長尺状発熱体支持部材１２は、セラミックスプレート１３によりその両端だけで保持されているが、図７Ｃに示されるように、長尺状発熱体支持部材１２のより多くの部分で保持されてもよい。
（第２の実施形態）
図８Ａは、セラミックスチューブ（１２）（ここでは、第１のセラミックスチューブという）をセラミックスプレート（１３）で吊って保持する点で、図３Ａから図３Ｃに示した発熱体保持構造と同一の構造を示す。セラミックスプレート（１３）は、第１のセラミックスチューブ（１２）を保持するための穴（ここでは、第１の穴という）のほかに、反対側の端部に第２穴を有し、第１のセラミックスチューブを保持するセラミックスプレート（１３）の第２の穴に第２のセラミックスチューブ（１５）を通して、セラミックスプレート（１３）を第２のセラミックスチューブ（１５）で保持している。
第１のセラミックスチューブ（１２）も、図５から図７Ｂに示す構造のものが好ましい。この発熱体保持構造物Ｈは、２枚のセラミックスプレート（１３）と、第１のセラミックスチューブ（１２）及び第２のセラミックスチューブ（１５）とで１組をなし、それの３組を、第１のセラミックスチューブ（１２）及び第２のセラミックスチューブ（１５）が平行になるように配置されている。各々が第１のセラミックスチューブ（１２）を保持するセラミックスプレート（１３）が２枚以上である場合、第２のセラミックスチューブ（１５）を使用して、各々がそれらの第１のセラミックスチューブ（１２）を保持するセラミックスプレート１３（２枚以上の組）を保持することが好ましい。
この発熱体保持構造物Ｈを構成する各部材は、互いに強固に結合されている必要はない。高温で使用されるので、熱膨張を考慮して、係合部に間隙がある方（可動であること）がむしろ好ましい。これらの部材を組み立てたときに自立することが作業性の観点から好ましいが、使用するときは、基本的に保持構造に懸垂保持されるので自立できることは必須ではない。
発熱体（１１）は蛇行形状であり、発熱体が往復して形成されるＵ字型部分が６個存在しているが、セラミックスプレート（１３）の間に挿入することができる。ここでも、セラミックスプレート（１３）の数を３枚以上にする場合には、セラミックスプレート（１３）の間にそのＵ字型部分の１又は複数を挿入すればよい（発熱体を一軸方向に挿入出できる）。適当な治具を用いて、第２のセラミックスチューブ（１５）を下から持ち上げることで、構造物Ｈ全体を持ち上げ、第１のセラミックスチューブ（１２）及びセラミックスプレート（１３）を懸垂した状態で、セラミックスファイバーボードで形成した枠体（１７−１）の内側に形成した溝（１７−２）に、第２のセラミックスチューブ（１５）の両端部をはめ込むことで、図８Ｂに示すような発熱体保持構造物Ｗを形成することができる。この発熱体保持構造物Ｗ（Ｈ）では、第２のセラミックスチューブ（１５）と枠体（１７−１）との全体で、第２の保持部材を構成していると考えられるが、第２のセラミックスチューブ（１５）だけを第２の保持部材と考えることもできる。
この枠体（１７−１）を含む発熱体保持構造物Ｗも、第１の実施形態と同様に、ユニットとして加熱炉を構成することができる。このユニットは、発熱体（１１）だけを一軸方向（図の右方向へ）に引き抜くことができるほか、発熱体（１１）又は適当な治具を用いて、第２のセラミックスチューブ（１５）を、セラミックスチューブ（１２）とセラミックスプレート（１３）を懸垂保持した状態でその全体Ｈを、枠体（１７−１）の溝（１７−２）から引き出して、取り出すことも可能である。
この発熱体保持構造物Ｈは、簡単に枠体から取り出せるので、加熱炉を冷却することなく、熱間でユニットとして交換できる。また、発熱体を一軸方向から簡単に引き抜くことができるので、加熱炉を冷却することなく、熱間で発熱体を交換できる。
また、図８Ａ及び図８Ｂには、発熱体（１１）を発熱体保持構造物Ｗに一軸方向から挿入出させることができる。また、第２のセラミックスチューブ（１５）で保持され、枠体（１７−１）から取り出された発熱体保持構造物Ｈは、第１のセラミックスバー（１２）又は第２のセラミックスチューブ（１５）をセラミックスプレート（１３）の穴から抜き抜いて、分解することができる。したがって、セラミックスプレート（１３）の数を増やして、発熱体をセラミックスプレート（１３）と交差するように第１のセラミックスバー（１２）上に配置する場合でも（図示せず）、発熱体の交換は容易である。発熱体を交換後、第１のセラミックスチューブ（１２）又は第２のセラミックスチューブ（１５）をセラミックスプレート（１３）の穴に戻すことで、第１のセラミックスチューブ（１２）の交差配置される発熱体を第１のセラミックスチューブ（１２）上に載置して保持することができる。こうして組み立てられる発熱体保持構造物Ｈも、枠体（１７−１）の溝（１７−２）に挿入して保持することができる。
枠体（１７−１）は、セラミックスファイバーボードと同様の配合物を用いて、成形、焼成して製造することができる。
（第３の実施形態）
図９は、枠体が上下両方向に開口する枠体（１８−１）（１８−３）である点を除き、図８Ａ及び図８Ｂに示した発熱体保持構造Ｗと同一の構造を示す。
この発熱体保持構造Ｗは、上下両方向に開口しているので、発熱体を加熱炉の天井ではなく、加熱炉の中央に配置して、加熱炉内を上下両方向に加熱することが可能である。加熱炉内を上下両方向に加熱することによって、天井からの加熱に比べて、加熱炉内の急速加熱が可能になる。
この枠体以外で構成される発熱体保持構造物Ｈは、簡単に枠体（１８−１）から取り出せるので、加熱炉を冷却することなく、熱間で発熱体保持構造物Ｈをユニットとして交換できる。また、図９に示す実施形態では、枠体を含む発熱体保持構造物Ｗにおいても、枠体の一部（１８−３）を外してから発熱体（１１）だけを一軸方向から簡単に引き抜くことができるので、加熱炉を冷却することなく、熱間で発熱体を交換できる。
（第４の実施形態）
図１０は、セラミックスファイバーボード（２４）にセラミックスプレート（２３）を取付け、セラミックスプレート（２３）に設けた穴にセラミックスチューブ（２２）が挿入されている点で、第１の実施形態と同一の構造を示す。
しかし、この実施形態では、発熱体（２１）は、セラミックスファイバーボード（２４）に設けた通し穴を挿通して取り付けられるとともに、上下方向の蛇行形状を有しており、その蛇行形状（Ｕ字型部）の上方端部を１本のセラミックスバー（２２）に載置して保持されている。図１０では、蛇行形状は２往復であるが、３往復あるいは４往復する蛇行形状として、その蛇行形状（Ｕ字型部）の上方端部を１本のセラミックスチューブ（２２）ではなく、複数のセラミックスチューブ（２２）に載置して保持することも可能である。このセラミックスチューブ（２２）も図５から図７Ｂに示す構造を有していることが好ましい。
この発熱体保持構造は、セラミックスチューブ（２２）をセラミックスプレート（２３）の穴に挿通して発熱体を保持する一方、セラミックスプレート（２３）の穴から引き抜くことによって、発熱体を取出し、交換することが可能である。また、断熱材（２４）内部に貫通配置された第２のセラミックスチューブを引き抜くことで、セラミックスプレート（２３）を発熱体と共に下側へ取り抜くことも可能である。
また、図１０に示した実施形態では、発熱体を図１１に示すような形状を有するように変更することができる。すなわち、発熱体が４本ではなく１本であるが、発熱部がらせん状である。

Claims (9)

  1. 長尺状の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体をその長軸方向に沿った位置に載置して支持するための１又は複数の長尺状支持部材と、
    前記長尺状支持部材の各々を、前記長尺状支持部材各々の長軸方向において２か所以上で保持するための複数の第１の保持部材と
    を有し、
    前記複数の第１の保持部材は、１又は複数の第２の保持部材で保持されるか又は保持構造の基部に保持され、かつ、前記長尺状支持部材上に載置される前記長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、発熱体保持構造を破壊することなく交換可能であり、
    前記長尺状支持部材を複数有し、前記基部又は前記第２の保持部材と、前記複数の長尺状支持部材と、前記複数の第１の保持部材とにより画定される空間に、蛇行形状の長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体のＵ字型部分を一軸方向から挿入出可能であることにより、前記長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、前記発熱体保持構造を破壊することなく交換可能に保持される、二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  2. 前記長尺状支持部材が、前記第１の保持部材に脱着可能に保持され、前記長尺状支持部材を前記第１の保持部材から取外すことにより、前記長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、前記保持構造を破壊することなく交換可能である、請求項１に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  3. 前記第２の保持部材又は前記基部として上下両方向に開放されている枠体を有し、前記長尺状支持部材に載置される前記長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体により、前記枠体の前記上下両方向が加熱可能である、請求項１又は２に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  4. 前記第２の保持部材が長尺状であり、前記複数の長尺状支持部材の各々を保持する前記複数の第１の保持部材が、前記長尺状の前記第２の保持部材によって一連に保持される、請求項１又は２に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  5. 前記長尺状の前記第２の保持部材とは別に上下方向の少なくとも一方向に開放されている枠体を有し、前記枠体に前記第２の保持部材を保持し、前記長尺状支持部材に載置される前記長尺状二珪化モリブデン系セラミックス発熱体により、前記枠体の前記少なくとも一方向を加熱可能にするとともに、前記第２の保持部材が前記第１の保持部材及び前記長尺状支持部材と一緒に前記枠体から取外し可能である、請求項４に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  6. 前記長尺状支持部材は、電気絶縁体がその間に介在する複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子を含み、前記二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、前記二珪化モリブデン系セラミックス素子に直接接触するように載置される、請求項１から５のいずれか１項に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  7. 前記長尺状支持部材が、二珪化モリブデン系セラミックス素子を収容する電気絶縁性セラミックス製の長尺状支持部材であり、前記二珪化モリブデン系セラミックス素子は、互いに電気的に絶縁され、前記二珪化モリブデン系セラミックス発熱体が、前記二珪化モリブデン系セラミックス素子に直接接触するように載置される、請求項１から５のいずれか１項に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  8. 各対の前記二珪化モリブデン系セラミックス素子の間に、電気絶縁体を挿入し、前記二珪化モリブデン系セラミックス素子の動きを抑制するとともに、前記電気絶縁体を前記二珪化モリブデン系セラミックス素子より大きいサイズとし段差が形成されることで、前記二珪化モリブデン系セラミックス発熱体の熱間変形を抑制する、請求項７に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
  9. 前記複数の二珪化モリブデン系セラミックス素子が、バー又はチューブのような素子であり、各対のその隣接するバー又はチューブのような素子に電気絶縁体が介在し、バー又はチューブのような電気絶縁性本体により一体的に保持され、前記長尺状支持部材が、前記第１の保持部材により前記チューブのような電気絶縁性本体の部分で保持される、請求項６に記載の二珪化モリブデン系セラミックス発熱体保持構造。
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