TWI641284B - 金屬發熱體及發熱構造體 - Google Patents
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Abstract
本發明目的在於提供：能依更高溫且短時間加熱被處理物，且抑制永久膨脹，可長壽命、且成形自由度高的金屬發熱體及發熱構造體。
本發明的金屬發熱體，係藉由將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀而使全體形成中空線條化；其特徵在於：長邊方向的垂直截面直徑係上述金屬製平板橫寬的0.5~10倍、同時為上述金屬製平板厚度的5倍以上，且在35mm以下。
Description
本發明係關於金屬發熱體及發熱構造體。
自習知起，半導體等的製造步驟中，為煅燒電子零件用的發熱構造體係有使用平板加熱器[例如參照引用文獻1(日本專利特開2001-273973號公報)]、圓筒狀加熱器[例如參照專利文獻2(日本專利特開平5-215473號公報)]。
上述平板加熱器與圓筒狀加熱器中，屬於金屬發熱體的金屬線(電熱線)大多使用由鎳鉻合金等金屬構成且截面呈圓形的圓線，上述圓線已知有截面直徑0.1~4mm左右的細線、與截面直徑5mm~10mm左右的粗線。
上述細線因為輕易地彎折加工，因而可配合屬於設置對象的基體形狀緊密地配置，例如圖8所示，藉由將圓線11形成線圈狀，且嵌入於在由絕熱材所構成基體12壁面設置的狹縫S中並固定，或如圖9所示，藉由將圓線11成形為波形，且利用電線固定件13固定於由絕熱材構成基體12的壁面，再供進行被處理物的加熱處理。
另一方面，上述粗線相較於細線之下，因為成形的自由度較差，因而例如依呈螺旋狀圍繞圓筒狀加熱器內壁面的狀態固定於壁面等，才供進行被處理物的加熱處理。
上述金屬製細線與粗線因為截面呈圓形，因而將每單位
重量的表面積最大化，便可有效率地加熱被處理物。
專利文獻1：日本專利特開平5-215473號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-273973號公報
近年，隨半導體產業的成長，渴求能依高溫且短時間加熱被處理物的發熱構造體。
為能在短時間內加熱被處理物，有考慮如圖8所示，藉由在將細線成形為線圈狀時增加捲繞數，或如圖9所示，藉由在將上述細線成形為波形時縮小在圓線(細線)間所設置間隙(gap)寬度，而提升細線的設置密度，俾增加表面積的方法。
然而，當將細線成形為線圈狀時增加捲繞數、或將細線成形為波形時縮小間隙寬度時，會導致細線長度增加。細線的電阻R[Ω]係當將同細線的電阻率設為ρ[Ω‧m]、長度設為L[m]、截面積設為A[m2]時，依R=ρ(L/A)表示，因而若細線長度L增加，則細線的電阻R亦會增加。通電時的功率P(W)係當將通電時的電壓設為V(V)時，由與上述電阻R[Ω]間之關係依P=V2/R表示，因而細線電阻R增加，係指功率P(W)降低，即依通電電能所造成每單位時間的功(發熱量)降低，因而較難施行高溫且短時間的加熱。
另一方面，上述粗線係如上述，成形自由度較低，對應基體形狀的自由變形加工較為困難(形狀追蹤性低)，較難利用設置形態
變更達成加熱性提升。
再者，上述金屬線雖亦有提案長條狀金屬製平板(帶線)，但上述帶線相較於圓線之下，因為每單位重量的表面積較小，因而當考慮加熱性等的情況，會有較難採用為金屬線的狀況。
此外，上述帶線係與上述粗線同樣，相較於細線之下，一般因為成形自由度較低，因而如圖10所示，在由絕熱材構成基體12的壁面上之固定方法，僅止於利用電線固定件13固定將平板F切出並加工為波形的波形平板11之方法等，但根據本發明者等的檢討，得知上述波形平板11在重複進行加熱-冷卻處理時，會於長度方向上產生熱膨脹及熱收縮，特別當依高溫施行加熱時，在波形平板的長度方向容易發生永久膨脹及因該永久膨脹衍生的翹曲。
所以，上述波形平板例如因永久膨脹而容易從壁面脫落，或接觸到波形平板所鄰接的脊部彼此間或谷部彼此間導致產生過熱狀態而容易切斷，導致波形平板的壽命降低且難均勻加熱。
在此種狀況下，本發明目的在於提供：能依更高溫且短時間加熱被處理物，且抑制永久膨脹，可長壽命、且成形自由度高的金屬發熱體及發熱構造體。
為達成上述目的，本發明者等經深入鑽研，結果完全出乎意料之外，發現即便習知成形自由度低的金屬製平板，仍可將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀而中空線條化，且發現根據該長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀而中空線條化構成的金屬發熱體，便可解決細線製或粗線製金屬發熱體所潛在的技術課題。
另一方面，根據本發明者等的檢討，得知將上述長條狀金屬製平
板捲繞成螺旋狀而中空線條化的金屬發熱體，因為在每次重複加熱-冷卻處理時均會產生熱膨脹及熱收縮，該熱膨脹及熱收縮的程度會依照捲繞成螺旋狀的金屬製平板之內周側與外周側而異，所以因熱膨脹及熱收縮會導致金屬製平板發生龜裂。
緣是，本發明者等經更進一步檢討，發現藉由將長邊方向的垂直截面直徑(垂直截面外徑)，利用與金屬製平板橫寬、厚度間之關係依既定關係規定，便可抑制因金屬製平板內周側與外周側的熱膨脹及熱收縮差而造成的龜裂發生，根據本發現遂首次完成本發明。
即，本發明係提供下述：(1)一種金屬發熱體，係藉由將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀而使全體形成中空線條化；相對長邊方向的垂直截面直徑係上述金屬製平板橫寬的0.5~10倍、同時為上述金屬製平板厚度的5倍以上，且在35mm以下；(2)如上述(1)所記載的金屬發熱體，其中，相對長邊方向的垂直截面直徑係4~35mm；(3)如上述(1)所記載的金屬發熱體，其中，上述金屬製平板的橫寬係5~30mm，上述金屬製平板的厚度係0.3~3.0mm；(4)如上述(2)所記載的金屬發熱體，其中，上述金屬製平板的橫寬係5~30mm，上述金屬製平板的厚度係0.3~3.0mm；(5)如上述(1)~(4)中任一項所記載的金屬發熱體，其中，上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間所形成間隙寬度，係上述金屬製平板橫寬的0.2~4倍；(6)一種發熱構造體，係具備有：由絕熱材構成的基體；以及藉由將該基體上所固定的長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀，使全體呈中空
線條化的金屬發熱體；(7)如上述(6)所記載的發熱構造體，其中，上述金屬發熱體係固定於上述基體壁面所設置從內部朝表面擴大寬度的溝渠內；(8)如上述(6)所記載的發熱構造體，其中，上述金屬發熱體係上述(1)~(5)中任一項所記載的金屬發熱體；(9)如上述(6)或(7)所記載的發熱構造體，其中，上述發熱構造體係加熱裝置。
根據本發明，因為金屬發熱體係由長條狀金屬製平板(帶線)捲繞成螺旋狀而中空線條化，因而即便帶線長度較長，藉由使沿帶線長邊方向產生的熱膨脹力，分散於螺旋狀金屬發熱體的中心軸方向、或相對該金屬發熱體長邊方向的垂直截面方向(截面直徑方向)分散，即便依高溫加熱仍可有效地抑制永久膨脹。
再者，根據本發明，因為相對金屬發熱體的長邊方向之垂直截面直徑，係依與金屬製平板的橫寬、厚度間之關係規定，因而能有效地抑制因金屬製平板的內周側與外周側之熱膨脹及熱收縮差而造成的龜裂發生。
再者，根據本發明，因為金屬發熱體係由長條狀金屬製平板(帶線)捲繞成螺旋狀而中空線條化構成，因而相較於具有同一截面直徑的粗線之下，彎折加工時的加工性獲提高，故能有效提升加工的自由度。
此外，根據本發明，因為金屬發熱體並非由細線構成，而是由寬廣的金屬製平板(帶線)構成，因而不僅每單位長度的表面積增加，且截面積A亦增加，因而即便與細線捲繞物相同捲繞數(即便長度L相同)，但根據式R=ρ(L/A)，電阻R會降低，所以根據式P=V2/R，功率P(每
單位時間的功)會增加，可依短時間且高溫施行加熱。
所以，根據本發明，可提供能依高溫且短時間加熱被處理物、且可抑制永久膨脹、具長壽命、且成形自由度高的金屬發熱體及發熱構造體。
1‧‧‧金屬發熱體
2‧‧‧由絕熱材構成的基體
2a、2b‧‧‧基體
4‧‧‧基材表面
5‧‧‧溝渠孔
11‧‧‧電熱線
12‧‧‧由絕熱材構成的基體
13‧‧‧電線固定件
F‧‧‧平板
H‧‧‧電熱線開放型平板加熱器
S‧‧‧狹縫
圖1係本發明金屬發熱體一例圖。
圖2係本發明金屬發熱體一例的(a)正視示意圖及(b)正視圖的x-x'線垂直截面(金屬發熱體1的長邊方向之垂直截面)示意圖。
圖3係本發明發熱構造體一例，(a)固定在基體所設置U狀溝渠內的金屬發熱體之截面示意圖，(b)固定在基體所設置V狀溝渠內的金屬發熱體之截面示意圖，及(c)在基體內埋設固定的金屬發熱體之截面示意圖。
圖4係本發明發熱構造體一例圖。
圖5係本發明發熱構造體一例的立體示意圖。
圖6係圖5所示發熱構造體的截面示意圖。
圖7係本發明發熱構造體一例圖。
圖8係習知細線對基體的設置方法說明圖。
圖9係習知細線對基體的設置方法說明圖。
圖10係習知金屬製平板對基體的設置方法說明圖。
首先，針對本發明金屬發熱體進行說明。
本發明的金屬發熱體係藉由長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀，使全體呈中空線條化而構成，特徵在於：相對長邊方向的垂直截面直徑
係上述金屬製平板橫寬的0.5~10倍、且上述金屬製平板厚度的5倍以上，且在35mm以下。
圖1所示係本發明金屬發熱體一例，如圖1例示，本發明的金屬發熱體1係由長條狀金屬製平板F捲繞成螺旋狀而中空線條化構成。
圖2所示係本發明金屬發熱體1的(a)正視圖及(b)正視圖的x-x'線截面(相對金屬發熱體1的長邊方向之垂直截面)示意圖。
本發明的金屬發熱體，如圖2(a)所示，長條狀金屬製平板F的橫寬W較佳係5~30mm、更佳係5~25mm。
本發明的金屬發熱體，如圖2(b)所示，長條狀金屬製平板F的厚度T較佳係0.3~3.0mm、更佳係0.4~2.0mm、特佳係0.5~1.0mm。
另外，本發明的金屬發熱體，長條狀金屬製平板的橫寬及厚度係指利用游標卡尺測定的值。
本發明的金屬發熱體，藉由長條狀金屬製平板的橫寬及厚度在上述範圍內，便可使螺旋形狀的加工趨於容易，且能輕易提升操作性(操作全面性)，當使用於加熱用途時，可輕易地施行高溫且短時間的加熱。
本發明的金屬發熱體，長條狀金屬製平板的長邊方向長度係配合金屬發熱體的長度、金屬發熱體的垂直截面直徑、金屬製平板的捲繞數、及在鄰接金屬平板間所形成間隙的寬度等而適當規定。
本發明的金屬發熱體，長條狀金屬製平板的構成材料係在通常使用為電熱線構成材料之前提下，其餘並無特別的限制，可例如：含有以Ni及Cr為必要成分者、含有以Ni、Cr及Fe為必要成分者、含有以Fa、Cr及Al為必要成分者、含有以Pt為必要成分者、含
有以W為必要成分者。
含有以Ni及Cr為必要成分的構成材料，係可例如含有Ni：70~90質量%、Cr：10~30質量%者，在上述含有範圍內，Ni及Cr的合計含有量較佳係100質量%。
含有以Ni、Cr及Fe為必要成分的構成材料，係可例如含有Ni：30~65質量%、Cr：10~25質量%、Fe：20~50質量%者，在上述含有範圍內，Ni、Cr及Fe的合計含有量較佳係100質量%。
含有以Fe、Cr及Al為必要成分的構成材料，係可例如含有Fe：65~85質量%、Cr：12~25質量%、Al：3~7質量%者，在上述含有範圍內，Fe、Cr及Al的合計含有量較佳係100質量%。
含有以Pt為必要成分的構成材料，係可例如含有Pt：80~100質量%者。
含有以W為必要成分的構成材料，係可例如含有W：90~100質量%者，較佳係僅由W構成者。
本發明的金屬發熱體在圖2(b)中依元件符號D所示長邊方向的垂直截面直徑(垂直截面外徑)係在35mm以下、較佳係4~35mm、更佳係5~25mm、特佳係6~25mm。
本發明的金屬發熱體在圖2(b)中依元件符號D所示，相對長邊方向的垂直截面直徑(垂直截面外徑)係金屬製平板橫寬的0.5~10倍、較佳係金屬製平板橫寬的0.5~5倍。
本發明的金屬發熱體在圖2(b)中依元件符號D所示，相對長邊方向的垂直截面直徑(垂直截面外徑)係金屬製平板厚度的5倍以上、較佳係金屬製平板厚度的5~50倍、更佳係金屬製平板厚度的8~27倍。
本發明的金屬發熱體係藉由相對長邊方向的垂直截面直徑在上述範圍內，當使用為電熱線時，可抑制永久膨脹，能長期間輕易執行高溫且短時間的加熱。
再者，根據本發明，因為金屬發熱體長邊方向的垂直截面直徑係依與金屬製平板的橫寬、厚度間之關係規定，因而能有效地抑制因金屬製平板的內周側與外周側之熱膨脹及熱收縮差而造成的龜裂發生。
本發明的金屬發熱體在圖2(a)中依元件符號G所示，於捲繞成螺旋狀的金屬製平板間所形成間隙寬度，較佳係金屬製平板F寬度的0.2~4倍、較佳係0.5~2倍、更佳係0.8~1.2倍。
本發明的金屬發熱體在圖2(a)中依元件符號P所示，捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離，係金屬製平板寬度的0.2~4倍、較佳係0.5~2倍。
另外，本案說明書中，相對長邊方向的垂直截面直徑、在捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度、捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離，係指利用游標卡尺測定的值。
本發明的金屬發熱體係藉由將在捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度、或捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離設定在上述範圍內，當使用為電熱線時，可抑制永久膨脹，能長期間輕易執行高溫且短時間的加熱。
製造本發明金屬發熱體的方法係例如將由所需金屬材料構成且具有所需橫寬與厚度的長條狀金屬製平板，依所需間隔在具有所需截面直徑的金屬製圓棒捲繞所需捲數便可製作。
本發明的金屬發熱體係將長條狀金屬製平板(帶線)捲繞成螺旋狀並中空線條化而成，藉此，即便帶線長度變長，仍可使在帶
線長邊方向所產生的熱膨脹力分散於金屬發熱體的截面直徑方向，即便依高溫施行加熱仍可有效地抑制永久膨脹。
再者，本發明的金屬發熱體係將長條狀金屬製平板(帶線)捲繞成螺旋狀並中空線條化而成，因而相較於具有同一截面直徑的粗線之下，彎折加工時的加工性提高，所以能有效地提升加工自由度。
再者，因為本發明的金屬發熱體並非使用細線而是使用較寬的金屬製平板(帶線)，因而不僅每單位長度的表面積增加，且截面積A亦會增加，即便與細線捲繞物相同的捲繞數(即便長度L相同)，但根據式R=ρ(L/A)的電阻R會降低，所以根據式P=V2/R的功率P(每單位時間的功)會增加，可依短時間且高溫施行加熱。
本發明的金屬發熱體係頗適用為電熱線，較佳係使用為發熱構造體所使用的電熱線。
其次，針對本發明的發熱構造體進行說明。
本發明的發熱構造體特徵在於具備有：由絕熱材構成的基體；以及固定於該基體由長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀且全體被中空線條化的金屬發熱體。
本發明的發熱構造體較佳係加熱裝置，加熱裝置係可例如平板加熱器、圓筒狀加熱器，較佳係平板加熱器。
本發明的發熱構造體中，由絕熱材構成的基體並無特別的限制，較佳係採用將所需絕熱材加工為目標形狀者。
上述由絕熱材構成的基體係可例如含有以無機纖維為主材料，更視所需含有無機粒子及無機黏結劑者，較佳係含有無機纖維及無機黏結劑者。
上述無機纖維係可例如從矽酸鋁纖維、高鋁紅柱石纖
維、氧化鋁纖維等之中選擇一種以上，其中，矽酸鋁纖維因為1200℃下的耐熱性優異、且低成本，因而頗適於使用。
上述無機粒子係可例如從CaO粉末、SiO2粉末、矽鈣石粉末、氧化鋁粉末、高鋁紅柱石粉末、二氧化鋯粉末等之中選擇一種以上，其中，氧化鋁粉末因為係屬於高耐熱性、且低成本，因而頗適於使用。
上述無機黏結劑係可例如從膠態二氧化矽、氧化鋁溶膠等之中選擇一種以上。
上述由絕熱材構成的基體當含有無機纖維及無機黏結劑的情況，上述絕熱材相對於無機黏結劑100質量份，較佳係含有無機纖維100~300質量份。
構成上述基體的絕熱材例如含有：無機纖維50~95質量%(較佳50~90質量%)、無機黏結劑5~30質量%；以及粒子狀耐熱性無機質材料(無機粉末)0~30質量%、較佳5~30質量份者。
本發明的發熱構造體，構成基體的絕熱材較佳係空隙率達50%以上、更佳係70~98%、特佳係80~95%。
本案說明書中，上述空隙率係指絕熱材中存在的空隙總體積，相對於絕熱材體積的比率，依下式計算出的值。
空隙率(%)=〔1-絕熱材的容積比重/絕熱材的真比重(true specific gravity)〕×100
藉由絕熱材的空隙率在上述範圍內，便可輕易獲得熱容小、熱導率低、輕量且熱衝擊強的發熱構造體。
本發明的發熱構造體，構成基體的絕熱材之容積密度較佳係1.5g/cm3以下、更佳係0.1~1.2g/cm3、特佳係0.15~0.7g/cm3。
若容積密度超過1.5g/cm3，則熱導率及熱容會變大，因而較難適用為絕熱材。
本發明的發熱構造體，構成基體的絕熱材之熱膨脹係數較佳係10×10-6/℃以下、更佳係8×10-6/℃以下。若熱膨脹係數超過10×10-6/℃，則熱衝擊容易變弱。
另外，本案說明書中，熱膨脹係數係指根據JIS-R1618「精密陶瓷依熱機械分析的熱膨脹測定方法」測定的值。
本發明的發熱構造體，構成基體的絕熱材之彎曲強度較佳係0.7MPa以上、更佳係1.0MPa以上。
另外，本案說明書中，彎曲強度係指根據JIS A9510測定的值。
本發明的發熱構造體較佳係由本發明金屬發熱體固定於基體而構成者。
本發明金屬發熱體的詳細內容係如上述。
本發明的發熱構造體係在由絕熱材構成的基體壁面固定有金屬發熱體而形成，具體係可例如：在由絕熱材構成的基體壁面所設置溝渠部嵌入(或埋設)金屬發熱體而成者、或在由絕熱材構成的基體壁面表面利用固定器具等固定著金屬發熱體而成者。
本發明的發熱構造體為能抑制金屬發熱體脫落，最好在由絕熱材構成的基體壁面所設置溝渠部中，嵌入(或埋設)金屬發熱體而成。
當本發明的發熱構造體係在由絕熱材構成基體壁面所設置溝渠部中嵌入金屬發熱體而成時，溝渠部形狀並無特別的限制，如圖3(a)的切剖示意圖所示，金屬發熱體1係固定於在由絕熱材構成基體2壁面設置截面呈U狀溝渠中等。
此情況下，發熱構造體係可金屬發熱體1僅嵌入固定於溝渠內、
亦可金屬發熱體1嵌入且利用銷等固定器具固定於溝渠內。
當本發明的發熱構造體係在由絕熱材構成基體壁面所設置溝渠部中，固定有金屬發熱體而成的情況，本發明的發熱構造體較佳係金屬發熱體固定於基體壁面所設置從內部朝表面呈擴大寬度的溝渠內。從內部朝表面呈擴大寬度的溝渠係可例如圖3(b)中切剖示意圖所示，金屬發熱體1嵌入於設置在由絕熱材構成基體2的壁面且截面呈V狀之溝渠中等。
此情況，發熱構造體係可金屬發熱體1僅嵌入固定於溝渠內、亦可金屬發熱體1嵌入且利用銷等固定器具固定於溝渠內。
本發明的發熱構造體，藉由金屬發熱體固定於基體壁面所設置從內部朝表面呈擴大寬度溝渠內，便可有效地從金屬發熱體朝基體外部放熱。
再者，當本發明的發熱構造體係在由絕熱材構成基體壁面設置的溝渠部中，固定有金屬發熱體而成時，本發明的發熱構造體例如圖3(c)的切剖示意圖所示，亦可在設置於基體2的壁面內部、且頂板部設有開口部的略隧道狀溝渠內部中埋入金屬發熱體1而成。
此情況，發熱構造體係可金屬發熱體1僅嵌入固定於溝渠內、亦可金屬發熱體1嵌入且利用銷等固定器具固定於溝渠內，但即便未使用銷等固定器具而僅埋入而已，仍可充分固定於壁面。
當本發明的發熱構造體係在由絕熱材構成的基體之壁面表面，利用固定器具等固定有金屬發熱體時，金屬發熱體最好利用銷等固定於由絕熱材構成基體的壁面表面。
本發明的發熱構造體係可例如圓筒狀加熱器、平板加熱器等。
圖4所示係當本發明的發熱構造體係圓筒狀加熱器時的構造例外觀圖(立體示意圖)。
圖4所示圓筒狀加熱器h係使用為擴散爐的加熱裝置等，同圖中，圓筒狀加熱器h係具備有：由絕熱材構成的基體2、以及由本發明金屬發熱體構成的線圈狀電熱線1；其中，由絕熱材構成的基體2係具有被覆電熱線1而收容於內部的保持構件(支撐構件)機能。
如圖4左下方圓圈內的放大圖所示，本態樣係在由絕熱材構成的基體2內部表面，捲繞成螺旋狀而固定由本發明金屬發熱體構成的線圈狀電熱線1，如圖4所示，由絕熱材構成的基體2係具有被覆著電熱線1而收容於內部的保持構件(支撐構件)機能。
圖4所示態樣，電熱線1係藉由被由絕熱材構成基體2被覆而被保持(支撐)，但作為圓筒狀加熱器亦可電熱線1係利用(未圖示)電線固定件，固定保持於由絕熱材構成基體2的內側表面。
再者，圖5及圖6所示係本發明發熱構造體為平板加熱器時的構造例。
圖5所示係電熱線開放型平板加熱器的外觀圖(立體示意圖)，圖6所示係同平板加熱器製造步驟中的組裝方法中一部分切剖側視圖。
再者，圖7所示係電熱線埋設型平板加熱器的側面切剖示意圖。
圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器h，除藉由所使用電熱線將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀，使全體呈中空線條化的金屬發熱體構成之外，其餘均與例如日本專利特開2001-273973號公報記載的電熱加熱器具有同樣構造，具備有：由絕熱材構成的基體2a、2b、在絕熱材2a表面部4附近形成的溝渠孔5、以及配設於溝渠孔5內且由金屬發熱體構成的電熱線。
如圖5及圖6所示，溝渠孔5係藉由依適當間距呈平行多數併設，而在由絕熱材構成的基體2a表面部4，形成將熱釋放出至外部的放熱溝渠部(開口部)而形成開放溝渠。
再者，圖7所示係電熱線埋設型平板加熱器的側面切剖示意圖，圖7中，就與圖5及圖6相對應的要件賦予相同元件符號並省略說明，僅針對不同處進行說明。
即，圖7所示電熱線埋設型平板加熱器相較於圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器之下，就利用由絕熱材所構成基體2c所形成溝渠孔5的形狀不同，如圖7所示，溝渠孔5係未具有放熱開口部。圖7所示電熱線埋設型平板加熱器，係表面部4的厚度t越薄則放熱效率越高。又，圖7所示電熱線埋設型平板加熱器，因為表面部4成為面狀發熱體，因而相較於圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器之下，雖升溫特性會降低，但升溫後的輻射效率提高。
圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器、圖7所示電熱線埋設型平板加熱器，所謂「屬於溝渠部形成位置的耐熱基材表面部附近」係在屬於能達當作平板加熱器等發熱構造體機能的位置前提下，其餘並無特別的限定，可設為與習知電熱線開放型平板加熱器、電熱線埋設型平板加熱器的電熱線圈設置位置同樣。
圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器，由絕熱材構成的基體2a及2b係可由相同材質構成、亦可由不同材質構成。又，圖7所示電熱線埋設型平板加熱器，由絕熱材構成的基體2c及2b係可由相同材質構成、亦可由不同材質構成。
再者，圖5及圖6所示電熱線開放型平板加熱器、圖7所示電熱線埋設型平板加熱器，就將發熱體固定於由絕熱材構成基體
的形態並無特別的限制，可如後述，在製作具有溝渠部的基體之後，藉由在上述溝渠部嵌入金屬發熱體而固定，亦可在製作具有溝渠部的基體之後，再利用電線固定件等固定器具進行固定，亦可在基體形成用漿料進行成形之際，便於成形模內使基體形成用漿料與金屬發熱體一體成形為一體化物而固定。
其次，針對製作本發明發熱構造體的方法進行說明。
製造本發明發熱構造體的方法係可例如，在將含無機纖維的漿料施行脫水成形而製作成形體後，再將所獲得成形體施行乾燥處理而製作由絕熱材構成的基體，接著再固定金屬發熱體的方法。
含無機纖維的漿料如上述，除無機纖維以外，尚可含有無機粒子、無機黏結劑等，更視需要亦可適當含有凝聚劑、凝聚輔助材料等。
形成漿料的液體介質並無特別的限制，可例如水及極性有機溶劑，而極性有機溶劑係可例如：乙醇、丙醇等一元醇類；乙二醇等二元醇類。該等液體介質中，若考慮作業環境、環境負荷等，最好為水。又，水並無特別的限制，可例如：蒸餾水、離子交換水、自來水、地下水、工業用水等。
漿料中的各原料摻合量係適當決定，漿料濃度(即漿料中的成形體原料全體含有量)較佳係0.1~10重量%、更佳係0.5~5重量%。藉由漿料濃度在上述範圍內，便可輕易地成形。
本案說明書中，漿料係就液體介質亦有含水以外介質的情況，本案說明書中，將水以外的液體介質予以除去之情況亦稱為「脫水成形」。
脫水成形方法並無特別的限制，例如在底部設有網的成
形模中流入該漿料，再抽吸上述水等液體介質的抽吸脫水成形法、加壓脫水成形法、抽吸加壓脫水法等。
利用上述脫水成形法所獲得脫水成形物，最好具有所欲獲得基材的相對應形狀，例如圓筒狀、有底筒狀、平板狀。
所獲得脫水成形物係使用適當乾燥機等進行乾燥。乾燥溫度較佳係40~180℃、更佳係60~150℃、特佳係80~120℃。又，乾燥時間較佳係6~48小時、更佳係8~40小時、特佳係10~36小時。又，乾燥時的環境氣體可例如空氣環境氣體、氧環境氣體、氮環境氣體等。
上述經乾燥處理的脫水成形物可直接提供作為基體，亦可適當在利用切斷、切削等機械加工，設置為固定金屬發熱體等的溝渠部等之後，才提供作為基體。
再者，亦可經上述乾燥後或機械加工後再對成形體施行煅燒處理，才提供作為基體。
煅燒時的煅燒溫度較佳係600~1300℃、更佳係700~900℃。又，煅燒時的環境氣體並無特別的限制，較佳係空氣環境氣體、氧環境氣體或氮環境氣體。煅燒時間較佳係0.5~4小時。
藉由施行煅燒處理，便可防止成形物脫脂及實際使用時發生收縮。
在依上述方法所獲得由絕熱材構成基體的壁面上固定金屬發熱體的方法並無特別的限制，可嵌入於由絕熱材構成基體的壁面而固定、或利用固定器具而適當固定。
具體而言，例如圖5及圖6所示，將由絕熱材構成的基體2a、2b當作個別構件並分別製作後，再從由絕熱材構成基體2a的背面，在溝渠孔5中裝設由金屬發熱體構成的電熱線1，接著藉由組裝由絕熱材構成的基體2b而固定化，便可一體化。
再者，使用(未圖示)電線固定件等固定器具，亦可將金屬發熱體固定於由絕熱材構成基體的壁面。
製造本發明發熱構造體的方法亦可例如在調製含有絕熱材形成材料的漿料後，將上述漿料注入於已固定有金屬發熱體的成形模內，經脫水成形、乾燥處理，而形成固定金屬發熱體且由絕熱材構成基體的方法，且在發熱構造體的製造過程中亦可形成由絕熱材構成的基體。
本方法中，除由絕熱材構成基體製作時使金屬發熱體共存之外，其餘均依照與上述方法同樣地調製漿料，經脫水成形、乾燥處理，便可獲得目標發熱構造體。
因為本發明的發熱構造體係使用藉由將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀，而使全體呈中空線條化構成的金屬發熱體，因而可抑制金屬發熱體的永久膨脹，且可長期依更高溫且短時間加熱被處理物。
以下，針對本發明利用實施例進行說明，惟該等僅止於例示而已，本發明並不因該等實施例而受任何限制。
製作具有圖2所示形態的金屬發熱體。
即，藉由將圖2(a)所示橫寬W為10mm、圖2(b)所示厚度T為0.5mm的鐵-鉻-鋁合金製長條狀金屬製平板F捲繞成螺旋狀，便獲得圖2(b)所示相對長邊方向的垂直截面直徑D(垂直截面外徑)為10mm、在圖2(b)所示捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度G為10mm、圖2(b)
所示上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離P為20mm、且全體呈中空線條化的金屬發熱體1。
此時，相對金屬發熱體1長邊方向之垂直截面直徑D(10mm)，相當於金屬製平板橫寬W(10mm)的1.0倍，且相當於金屬製平板厚度T(0.5mm)的20倍。又，在構成金屬發熱體1捲繞成螺旋狀的金屬製平板F間所形成間隙的寬度G(10mm)，係相當於上述金屬製平板F之橫寬W(10mm)的1.0倍。
在具有圖4所示圓筒狀形態，由含有：矽酸鋁纖維80質量%、屬於無機黏結劑的膠態二氧化矽5質量%、以及氧化鋁粒子15質量%的絕熱材構成，且具有內徑400mm、外徑500mm、長度600mm尺寸形狀的基體2之內側表面，將(1)所獲得金屬發熱體1捲繞成螺旋狀，且利用電線固定件予以固定，便製得發熱構造體(圓筒狀加熱器h)。
接著，從金屬發熱體兩端通電而放熱，結果基體2的內部溫度於20分鐘內便可升溫至1000℃。
從構成上述發熱構造體(圓筒狀加熱器h)且捲繞成螺旋狀的金屬發熱體兩端通電，經升溫至1200℃並進行加熱後，自然放冷至室溫，將此加熱-冷卻處理設為一循環，經施行500循環的加熱-冷卻處理後，觀察各金屬發熱體的表面狀態，結果並沒有觀察到異常。
製作具有圖2所示形態的金屬發熱體。
藉由將圖2(a)所示橫寬W為6mm、圖2(b)所示厚度T為0.5mm的鐵-鉻-鋁合金製長條狀金屬製平板F捲繞成螺旋狀，便獲得圖2(b)所示相對長邊方向的垂直截面直徑D(垂直截面外徑)為5mm、在圖2(b)所示捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度G為10mm、圖2(b)所示上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離P為20mm、且全體呈中空線條化的金屬發熱體1。
此時，相對金屬發熱體1長邊方向之垂直截面直徑D(5mm)，相當於金屬製平板橫寬W(6mm)的0.8倍，且相當於金屬製平板厚度T(0.5mm)的10倍。又，在構成金屬發熱體1捲繞成螺旋狀的金屬製平板F間所形成間隙的寬度G(10mm)，係相當於上述金屬製平板F之橫寬W(6mm)的1.67倍。
除使用上述(1)所獲得金屬發熱體1之外，其餘均與實施例1(2)同樣地製作發熱構造體(圓筒狀加熱器h)，接著從金屬發熱體兩端通電而放熱，結果基體2的內部溫度於30分鐘內便可升溫至1000℃。
從構成上述發熱構造體(圓筒狀加熱器h)且捲繞成螺旋狀的金屬發熱體兩端通電，經升溫至1200℃並進行加熱後，自然放冷至室溫，將此加熱-冷卻處理設為一循環，經施行500循環的加熱-冷卻處理後，觀察各金屬發熱體的表面狀態，結果並沒有觀察到異常。
製作具有圖2所示形態的金屬發熱體。
藉由將圖2(a)所示橫寬W為20mm、圖2(b)所示厚度T為1.0mm的鐵-鉻-鋁合金製長條狀金屬製平板F捲繞成螺旋狀，便獲得圖2(b)所示相對長邊方向的垂直截面直徑D(垂直截面外徑)為20mm、在圖2(b)所示捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度G為15mm、圖2(b)所示上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離P為30mm、且全體呈中空線條化的金屬發熱體1。
此時，相對金屬發熱體1長邊方向之垂直截面直徑D(20mm)，相當於金屬製平板橫寬W(20mm)的1.0倍，且相當於金屬製平板厚度T(1.0mm)的20倍。又，在構成金屬發熱體1而捲繞成螺旋狀的金屬製平板F間所形成間隙的寬度G(15mm)，係相當於上述金屬製平板F之橫寬W(20mm)的0.75倍。
除使用上述(1)所獲得金屬發熱體1之外，其餘均與實施例1(2)同樣地製作發熱構造體(圓筒狀加熱器h)，接著從金屬發熱體兩端通電而放熱，結果基體2的內部溫度於15分鐘內便可升溫至1000℃。
從構成上述發熱構造體(圓筒狀加熱器h)且捲繞成螺旋狀的金屬發熱體兩端通電，經升溫至1200℃並進行加熱後，自然放冷至室溫，將此加熱-冷卻處理設為一循環，經施行500循環的加熱-冷卻處理後，觀察各金屬發熱體的表面狀態，結果並沒有觀察到異常。
製作具有圖2所示形態的金屬發熱體。
藉由將圖2(a)所示橫寬W為20mm、圖2(b)所示厚度T為2.5mm的鐵-鉻-鋁合金製長條狀金屬製平板F捲繞成螺旋狀，便獲得圖2(b)所示相對長邊方向的垂直截面直徑D(垂直截面外徑)為10mm、在圖2(b)所示捲繞成螺旋狀的金屬製平板間形成之間隙寬度G為15mm、圖2(b)所示上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間之距離P為30mm、且全體呈中空線條化的金屬發熱體1。
此時，相對金屬發熱體1長邊方向之垂直截面直徑D(10mm)，相當於金屬製平板橫寬W(20mm)的0.5倍，且相當於金屬製平板厚度T(2.5mm)的4倍。又，在構成金屬發熱體1而捲繞成螺旋狀的金屬製平板F間所形成間隙的寬度G(15mm)，係相當於上述金屬製平板F之橫寬W(20mm)的0.75倍。
除使用上述(1)所獲得金屬發熱體1之外，其餘均與實施例1(2)同樣地製作發熱構造體(圓筒狀加熱器h)，接著從金屬發熱體兩端通電而放熱，結果基體2的內部溫度於20分鐘內便可升溫至1000℃。
從構成上述發熱構造體(圓筒狀加熱器h)且捲繞成螺旋狀的金屬發熱體兩端通電，經升溫至1200℃並進行加熱後，自然放冷至室溫，將此加熱-冷卻處理設為一循環，經施行500循環的加熱-冷卻處理後，觀察各金屬發熱體的表面狀態，結果金屬發熱體的表面出現龜裂。
將外徑2mm的鐵-鉻-鋁合金製長條狀圓線(細線)當作金屬發熱體。
除使用上述金屬發熱體1之外，其餘均與實施例1(2)同樣地製作
發熱構造體(圓筒狀加熱器h)，接著從金屬發熱體兩端通電而放熱，結果基體2的內部溫度需要45分鐘才能升溫至1000℃。
從構成上述發熱構造體(圓筒狀加熱器h)且捲繞成螺旋狀的金屬發熱體兩端通電，經升溫至1200℃並進行加熱後，自然放冷至室溫，將此加熱-冷卻處理設為一循環，經施行500循環的加熱-冷卻處理，結果在第100循環的加熱-冷卻處理時金屬發熱體便出現斷裂，之後便無法施行加熱。
上述各實施例及比較例構成金屬發熱體的金屬製平板之橫寬W(mm)及厚度T(mm)，以及金屬發熱體的垂直截面直徑D(mm)、金屬製平板間之距離P(mm)、在金屬製平板間所形成間隙的寬度G(mm)、金屬發熱體的垂直截面直徑D(mm)/構成金屬發熱體的金屬製平板之橫寬W(mm)(D/W)、及金屬發熱體的垂直截面直徑D(mm)/金屬製平板的厚度T(mm)(D/T)、在金屬製平板間所形成間隙的寬度G(mm)/構成金屬發熱體的金屬製平板之橫寬W(mm)(G/W)、使用有各金屬發熱體的發熱構造體(圓筒狀加熱器h)之內部溫度升溫至1000℃所需要的時間(分鐘)、以及經施行500循環的放熱試驗結果，如表1所示。
實施例1~實施例3中，藉由將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀使全體呈中空線條化，便可在高成形性下製作金屬發熱體。
再者，由表1得知實施例1~實施例3所獲得金屬發熱體，藉由相對長邊方向的垂直截面直徑D，係金屬製平板橫寬W的0.5~10倍、且達金屬製平板厚度T的5倍以上、且在35mm以下，便可在短時間內便加熱被處理物至高溫，且即便重複500循環的加熱-冷卻處理，表面仍不會出現異常，因而抑制永久膨脹、且屬長壽命。
另一方面，由表1得知參考例1所獲得金屬發熱體雖可在短時間內升溫，但因相對長邊方向的垂直截面直徑D未滿金屬製平板厚度T的5倍，當重複500循環的加熱-冷卻處理時，表面會出現龜裂。
再者，由表1得知比較例2所獲得金屬發熱體，因為係
由外徑2mm的細線構成，因而升溫至1000℃時需要長時間，且當施行500循環加熱-冷卻處理時，在第100循環的加熱-冷卻處理時便出現斷裂，屬於壽命較短者。
根據本發明，可提供能依更高溫且短時間加熱被處理物，且能抑制永久膨脹、屬於長壽命且成形自由度高的金屬發熱體及發熱構造體。
Claims (7)
- 一種金屬發熱體，係於半導體製造步驟中加熱被處理物用之金屬發熱體，其特徵在於：藉由將長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀而使全體形成中空線條化；相對長邊方向的垂直截面直徑係上述金屬製平板橫寬的0.5~5倍、同時為上述金屬製平板厚度的8~27倍，且為4~35mm。
- 如申請專利範圍第1項之金屬發熱體，其中，上述金屬製平板的橫寬係5~30mm，上述金屬製平板的厚度係0.3~3.0mm。
- 如申請專利範圍第1項之金屬發熱體，其中，上述捲繞成螺旋狀的金屬製平板間所形成間隙寬度，係上述金屬製平板橫寬的0.2~4倍。
- 一種發熱構造體，係具備有：由絕熱材構成的基體；以及藉由將該基體所固定的長條狀金屬製平板捲繞成螺旋狀，使全體呈中空線條化的申請專利範圍第1項之金屬發熱體。
- 如申請專利範圍第4項之發熱構造體，其中，上述金屬發熱體係固定於在上述基體壁面所設置從內部朝表面擴大寬度的溝渠內。
- 如申請專利範圍第4項之發熱構造體，其中，於上述基體之表面形成設置有上述金屬發熱體之溝渠，該溝渠係成為上表面開口之凹狀，並具有向溝之深度方向之上方向溝幅逐漸擴大之擴幅部，上述擴幅部具有朝向上述上方向彼此分開之一對壁部，上述金屬發熱體係設置於該一對壁部之間。
- 如申請專利範圍第4至6項中任一項之發熱構造體，其中，上述發熱構造體係加熱裝置。
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