TWI625066B - Surface heater - Google Patents

Abstract

提供一種面狀加熱器，係在由石英玻璃所構成的長型收容部收容碳線發熱體之面狀加熱器，藉由限制碳線發熱體與長型收容部的接觸區域，抑制碳線發熱體的斷裂，並可以有效率地輻射加熱。面狀加熱器1係將碳線發熱體W收容於由石英玻璃所構成之長型收容部11，複數個前述長型收容部11配置在同一平面上，並藉由在前述碳線發熱體W通電而發熱，前述複數個長型收容部，各自形成複數個直線部11a透過彎曲部11b連結之多角圓形的弧狀，並沿著複數個同心圓的圓周配置。

Description

面狀加熱器

本發明係有關於面狀加熱器，例如將碳線發熱體(carbon wire heating element)收納於石英玻璃管之面狀加熱器。

在日本特開2001-332373號公報中揭示如圖7所示之面狀加熱器60。圖7所示之面狀加熱器60係具備有板狀之石英玻璃支撐構件61，該石英玻璃支撐構件61的一面為圓板平面狀的加熱面。

前述石英玻璃支撐構件61的內部係形成槽狀的空間部(無圖示)，碳線發熱體W係在該槽狀的空間部以鋸齒圖案狀(zigzag pattern)配線。前述碳線發熱體W的兩端部係各自連接有密封端子(無圖示)，前述空間部係注入惰性氣體並密封。

且該石英玻璃支撐構件61係形成將除了前述槽狀之空間部以外熔接成一體的構造。

日本特開2001-332373號公報所示之前述碳線發熱體與金屬發熱體等相比較小且升降溫特性較優越，且在非氧化性氛圍中高溫耐久性也較優越。而且因為是由細的碳單纖維的纖維束複數編織而製成，故比只由碳材所構成之發熱體相比富有形狀柔軟性，具有可以容易加工成各種構 造、形狀的優點。

進而，加熱器將該發熱體在高純度的石英玻璃構件等乾淨的耐熱性支撐構件內與非氧化性氣體一起密封，而不會產生微粒(particle)等，非常適合作為半導體製造用加熱器。

而圖7所示之面狀加熱器60如前述，在形成於石英玻璃支撐構件61之槽狀的空間內配置碳線發熱體W，石英玻璃支撐構件61係將除了前述空間外熔接成一體。因此在該面狀加熱器60存有因石英玻璃支撐構件61本身的熱容量大而會有升降溫的反應性降低的課題。

作為解決前述課題的方法，可想出例如圖8(俯視圖)所示，複數個圓弧狀碳線發熱體W以同心圓配置之構成，該複數個碳線發熱體W係在圓盤狀的支撐台80上收容保護管。前述複數個圓弧狀碳線發熱體W係各自在作為保護管的以圓弧狀彎曲形成的石英玻璃管81(部分圖示)之中與非氧化性氛圍氣體一起被密封。

若為如此的加熱器之構成，則由於收容碳線發熱體W的石英玻璃管81的熱容量小，故不會產生升降溫的反應性降低的課題。

而如同圖8所示之加熱器構成，彎曲成圓弧狀的石英玻璃管81內(中空)收容碳線發熱體W的情況下，因為難以在中空架設長的碳線發熱體W，碳線發熱體W的縱軸方向的大部分與石英玻璃管81的內圓周面相接。

但是，碳線發熱體W與石英玻璃管81相接觸的情況 下，因玻璃溫度會上升並與碳反應，故碳線(carbon wire)會斷裂，碳線的電阻值會改變而產生局部性的發熱，因而有促進碳線發熱體W的劣化，變得容易斷裂(壽命變短)的課題。

另外，藉由碳線發熱體W與石英玻璃管81相接觸，碳線發熱體W的熱會被石英玻璃管81吸收，而有發熱體溫度降低，輻射加熱的加熱效率惡化的課題。

本發明係為了解決上述課題而研發，目的係提供一種面狀加熱器，其係在由石英玻璃所構成的長型收容部收容碳線發熱體，藉由限制碳線發熱體與長型收容部的接觸區域，抑制碳線發熱體的斷裂，並可以有效率地輻射加熱。

為了解決前述課題而研發的本發明之面狀加熱器，係將碳線發熱體收容於由石英玻璃所構成之長型收容部，複數個前述長型收容部配置在同一平面上並藉由在前述碳線發熱體通電而發熱，前述複數個長型收容部各自形成複數個直線部透過彎曲部連結之多角圓形的弧狀並沿著複數個同心圓的圓周配置。

此外，在前述長型收容部中，前述透過彎曲部連結之直線部彼此的相交角度為135°以上170°以下較佳。

另外，藉由至少一個前述長型收容部形成多角圓形，前述多角圓形配置成複數個同心圓狀較佳。

另外，前述長型收容部係石英玻璃管較佳，或者前述長型收容部係形成於石英玻璃板之槽部亦可。

藉由前述之構成，碳線發熱體發熱時，雖在容易與長型收容部之彎曲部接觸的碳線發熱體之預定部位的碳線的劣化會進行，但是在其他部位則是難以劣化的狀態。亦即，藉由限制接觸區域，就整體而言可以抑制碳線的劣化進行。

另外，因為是長型收容部的直線部難以與碳線發熱體接觸的構成，故來自碳線發熱體的熱不會被長型收容部吸收，可以維持發熱體溫度並進行有效率的輻射加熱。

1、60‧‧‧面狀加熱器

2、80‧‧‧支撐台

4‧‧‧端子部

4b‧‧‧端子線

5‧‧‧玻璃

10‧‧‧加熱器部

11、81‧‧‧石英玻璃管(長型收容部)

11a‧‧‧直線部

11b‧‧‧彎曲部

20‧‧‧石英玻璃板狀體

20a‧‧‧第1石英玻璃體

20b‧‧‧第2石英玻璃體

20c‧‧‧第3石英玻璃體

21‧‧‧槽部(長型收容部)

23‧‧‧連接線

24‧‧‧支柱

61‧‧‧石英玻璃支撐構件

L‧‧‧長度

W‧‧‧碳線發熱體

θ‧‧‧夾角

圖1係本發明之面狀加熱器的示意俯視圖。

圖2係圖1之面狀加熱器的側視圖。

圖3係圖1之面狀加熱器自下方觀視之立體圖。

圖4係圖1之面狀加熱器所具備之加熱器部，部分放大之俯視圖。

圖5係本發明之面狀加熱器之變形例的側視圖。

圖6係本發明之面狀加熱器之其他變形例的剖面圖。

圖7係習知的面狀加熱器之俯視圖。

圖8係習知的面狀加熱器的其他型態之俯視圖。

以下依據圖式說明本發明之實施型態。在此圖1係本發明之面狀加熱器的示意俯視圖，圖2係圖1之面狀加熱器的側視圖，圖3係圖1之面狀加熱器自下方觀視之立體圖。而圖4係圖1之面狀加熱器所具備之加熱器部，部分放大之俯視圖。

而如圖1至圖3所示，面狀加熱器1係具備有圓盤狀 的支撐台2。在圖2之支撐台2藉由圖中未示出的支柱所支撐。該支撐台2係具有水冷機構。

在支撐台2的下面(背面)側，支撐台2的中央附近係配線有複數個線狀的端子部4(為了說明，圖2僅示有4條，圖3僅示有10條，但實際是後述之碳線發熱體W的2倍之條數)。且前述複數個端子部4被集合成如同一束。

前述支撐台2上設有加熱器部10。加熱器部10係具有作為保護管的石英玻璃管11(長型收容部)，以及在各石英玻璃管11中與惰性氣體(非氧化性氛圍氣體)一起被密封的碳線發熱體W(參照圖4)。前述石英玻璃管11如圖1、圖4所示，係形成複數個直線部11a在彎曲部11b彎曲並連結之多角圓形的弧狀。

另外，收容在前述石英玻璃管11的碳線發熱體W的基本構造係使用碳線，該碳線係將直徑2μm至15μm的碳纖維(carbon fiber)，例如約3000條至3500條左右的直徑7μm的碳長纖維紮成束的纖維束，並使用10束左右的纖維束編織成直徑約2mm的結編或是多股編形狀等。在前述的情況下，線路編織的徑間(span)為2mm至5mm左右。

如圖1所示，在前述支撐台2上，石英玻璃管11係例如1條至4條相連，在同一平面上形成一個圓(多角圓形)，各該石英玻璃管11係形成複數個(在圖中是8個)同心圓狀。

另外，收容於各石英玻璃管11內部的碳線發熱體W兩端各自連接著前述端子部4。

前述端子部4，在石英玻璃管之中係收容由碳線所構成之連接線(圖中未示出)，前述連接線的一端係連接前述碳線發熱體W，另一端則連接圖中未示出的金屬電源供給端子。亦即，藉由自前述電源供給端子透過前述連接線在碳線發熱體W通電，碳線發熱體W得以發熱。

另外，如同前述，石英玻璃管11係具有直線部11a及彎曲部11b。如圖4所示，藉由將石英玻璃管11作為複數個直線部11a透過彎曲部11b連結之構成(多角圓形狀)，彎曲部11b的管內側部分與碳線發熱體W的預定部位抵接，使直線部11a變得難以與碳線發熱體W相接觸。

在前述石英玻璃管11，前述彎曲部11b中的兩側之直線部11a的夾角θ為135°以上170°以下，各直線部11a的長度L為60mm以上。這是因為在前述夾角θ未滿135°的情況下，石英玻璃管11中的彎曲部11b之管內側部分會與碳線發熱體W緊密接觸，石英玻璃管11會變得容易溫度上升，導致碳線發熱體W的反應加速。進而，在前述夾角θ未滿135°的情況下，難以在面內將碳線發熱體平均且密集地配置，無法針對被加熱對象進行平均地加熱。

另一方面，在前述夾角θ超過170°，或是各直線部11a的長度L未滿60mm的情況下，則是因為石英玻璃管11與碳線發熱體W的接觸區域變多(變得與圖8所示的習知構成相同)。

依據如以上所構成的面狀加熱器1，碳線發熱體W發熱時，雖在與石英玻璃管11的彎曲部11b接觸的碳線發熱 體W之預定部位的碳線的劣化會進行，但是在難以與直線部11a接觸的其他部位，碳線則是難以劣化的狀態。亦即，藉由限制接觸區域，就整體而言可以抑制碳線的劣化進行。

另外，因為是石英玻璃管11的直線部11a難以與碳線發熱體W接觸的構成，故來自碳線發熱體W的熱不會被石英玻璃管11吸收，可以維持發熱體溫度，進行有效率的輻射加熱。

而在前述實施型態，如圖2、圖3，支撐台2的正下方係複數個端子線4b紮成一束的構成，但為了排除來自由金屬所構成的電源供給端子對輻射加熱的影響，也可以如圖5所示於自支撐台2遠離的位置形成如一束(在圖5為了說明，端子線4b只示為6條，但實際上是碳線發熱體W的2倍之條數)。

另外，在前述實施型態，構成為藉由至少一個石英玻璃管11形成1個圓(多角圓形)，並將該圓配置成複數個同心圓狀。

然而本發明並不限制於該構成，可以不藉由石英玻璃管11形成大致完整的圓(多角圓形)，也可以是沿著複數個同心圓的圓周而部分地配置石英玻璃管11的構成。在這情況下，例如沒有沿著圓周配置石英玻璃管11的部分只要在徑較大的同心圓側或是徑較小的同心圓側配置石英玻璃管11，使加熱器可以就整體而言平均地輻射加熱即可。

另外，在前述實施型態，作為由石英玻璃所構成的長型收容部，雖然以石英玻璃管11為例說明，但是本發明之 面狀加熱器並不限制於該型態。

例如，如圖6(剖面圖)所示，也可以是在被支柱24支撐的石英玻璃板狀體20內部密封碳線發熱體W的構成。在這情況下，只要例如將石英玻璃板狀體20藉由依序積層之第1石英玻璃體20a、第2石英玻璃體20b以及第3石英玻璃體20c形成，並將形成在第2石英玻璃體20b上面的槽部21作為長型收容部設置即可。另外，前述槽部21藉由成為複數個直線部作為透過彎曲部連結的形狀，在槽部21內收容碳線發熱體W，可以將碳線發熱體W及長型收容部(石英玻璃)之間的接觸限制在前述彎曲部。亦即，可以抑制以碳線發熱體W及石英玻璃之間的接觸為起因的碳線的斷裂，進而可以抑制碳線發熱體W的劣化及斷裂。

此外，在圖6，在各碳線發熱體W形成透過支柱24內的連接線23通電的構成。

關於本發明之面狀加熱器，依實施例進一步說明。在本實施例，使用前述實施型態所示之面狀加熱器進行碳線發熱體的斷線實驗，對本發明的效果作驗證。

在實施例1，使用圖1至圖4所示的本發明之構成的面狀加熱器，施加33A的電流並測量到碳線發熱體斷線為止的時間。另外，在石英玻璃管中的透過彎曲部的直線部彼此的相交角度為150°，直線部的長度為70mm。

在實施例2，在加熱器部的石英玻璃管中的透過彎曲部的直線部彼此的相交角度為110°，其他條件與實施例1相同。

在實施例3，在加熱器部的石英玻璃管中的透過彎曲部的直線部彼此的相交角度為135°，其他條件與實施例1相同。

在實施例4，在加熱器部的石英玻璃管中的透過彎曲部的直線部彼此的之相交角度為170°，其他條件與實施例1相同。

在實施例5，在加熱器部的石英玻璃管中的透過彎曲部的直線部彼此的相交角度為175°，其他條件與實施例1相同。

在比較例1，如圖9所示，使用將碳線發熱體沿著圓弧狀的石英玻璃管彎曲之面狀加熱器，施加33A的電流並測量到碳線發熱體斷線為止的時間。

該實驗的結果示於表1。如表1所示，其結果為到碳線發熱體斷線為止的時間在石英玻璃管的各直線部的相交角在135°以上170°以下的範圍(實施例1、3、4)會變長，在此以外的範圍(實施例2、5)以及在比較例1較短。

相交角為110°時，判斷是因為碳線發熱體與石英玻璃管在彎曲部緊密接觸，石英玻璃管的溫度會上升，與碳線發熱體的反應會加速並加快碳線發熱體的斷線。

而交角在175°時，判斷是因為幾乎是圓形，石英玻璃管與碳線發熱體的接觸區域會變多，石英玻璃管的溫度會上升，與碳線發熱體的反應會加速並加快碳線發熱體的斷線。

[表1]

由以上的實施例的結果，確認藉由本發明之面狀加熱器可以藉由限制碳線發熱體與由石英玻璃所構成的長型收容部的接觸區域，抑制碳線發熱體的斷裂。

Claims (4)

1. 一種面狀加熱器，係將碳線發熱體收容於由石英玻璃所構成之長型收容部，複數個前述長型收容部配置在同一平面上，並藉由在前述碳線發熱體通電而發熱；前述複數個長型收容部各自形成複數個直線部透過彎曲部連結之多角圓形的弧狀，並沿著複數個同心圓的圓周配置；在前述長型收容部中，透過前述彎曲部連結之前述直線部彼此的相交角度為135°以上170°以下。
2. 如請求項1所記載之面狀加熱器，其中藉由至少一個前述長型收容部形成多角圓形，前述多角圓形配置成複數個同心圓狀。
3. 如請求項1所記載之面狀加熱器，其中前述長型收容部係石英玻璃管。
4. 如請求項1所記載之面狀加熱器，其中前述長型收容部係形成於石英玻璃板之槽部。