セラミックヒータ

【課題】外形を変えず、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータを提供する。

【解決手段】セラミックヒータ１は、発熱本体２と、発熱本体２に形成される穴３とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、セラミックヒータが記載されている。特許文献１記載のセラミックヒータは、端子を介して電源からの電流が供給される金属製のシートと、発熱体を挟むように設けられ、セラミックスにより形成される2枚の板状のセラミック体とで構成される。
【０００３】
特許文献１記載のものを含め、セラミックヒータは、産業用ヒータ（例えば、半導体の製造過程で使用されるヒータ、ゴミの焼却に使用されるヒータ等）や民生用ヒータ（例えば、暖房として使用されるヒータ）として広く利用されている。
【０００４】
本発明における伝熱能力とは、セラミックヒータが加熱対象物に熱を伝える能力である。したがって、セラミックヒータをある温度に設定して加熱対象物を加熱する処理を、セラミックヒータを変えて行った結果、一のセラミックヒータでは加熱対象物がＴ１（℃）となったが、他のセラミックヒータでは加熱対象物がＴ２（℃）（Ｔ１＜Ｔ２）となった場合、他のセラミックヒータの方が、一のセラミックヒータよりも伝熱能力が高いことになる。なお、本願では、複数のセラミックヒータを対比する場合には、これらのセラミックヒータを同じ環境下で使用することを前提として、対比するものとする。ここで、「環境」には、セラミックヒータに対する加熱対象物の位置、加熱対象物の種類等が含まれる。
【０００５】
セラミックヒータの伝熱能力は、主に、セラミックヒータの表面積に依存する。即ち、セラミックヒータの伝熱能力は、セラミックヒータの表面積が大きいほど、大きくなる。従来は、セラミックヒータの大きさを調整することで、セラミックヒータの表面積を調整していた。即ち、加熱対象物が目標温度まで加熱されるために必要な伝熱能力の目標値を、セラミックヒータが使用される環境に基づいて設定し、セラミックヒータの伝熱能力がこの目標値となるように、セラミックヒータの大きさを調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−７６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、セラミックヒータは、何らかの加熱装置に内蔵されるので、大きさ、具体的にはセラミックヒータを収容する筐体のサイズが制限される。加熱装置内でセラミックヒータを設置できる筐体のサイズは制限されるからである。したがって、セラミックヒータを加熱装置内で限界まで大きくしても、伝熱能力が目標値に届かない場合がある。
【０００８】
この問題を解決するために、セラミックヒータの材質を変更することが提案されている。セラミックヒータの材質を変更することによっても、セラミックヒータの伝熱能力が向上するからである。しかし、材質を変更することによる伝熱能力の向上は、セラミックヒータの表面積を変更する場合に比べるとわずかである。したがって、この方法は、上記問題の対応策として不十分である。
【０００９】
一方、上記問題を解決するために、伝熱能力の不足分に応じてセラミックヒータの温度を上げることも提案されている。しかし、セラミックヒータの温度は、セラミックヒータの材質や、加熱装置の耐熱性によって制限されるので、必ずしも、当該不足分だけ上昇可能であるとは限らない。したがって、この方法も、上記問題の対応策として不十分である。
【００１０】
上記の事情に鑑み、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータが強く望まれていた。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができるセラミックヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るセラミックヒータは、電源からの電流が流れ、セラミックで構成される発熱本体と、発熱本体に形成される穴と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るセラミックヒータは、穴が発熱本体に形成されている。このため、本発明に係るセラミックヒータと、従来のセラミックヒータとにおける見掛け上の寸法が同じ場合、本発明に係るセラミックヒータの表面積は、従来のセラミックヒータの表面積よりも大きくすることができる。
【００１４】
したがって、本発明に係るセラミックヒータは、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係るセラミックヒータを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るセラミックヒータを示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るセラミックヒータを示す一部拡大図である。
【図４】第２の実施の形態に係るセラミックヒータを示す一部拡大図である。
【図５】第３の実施の形態に係るセラミックヒータを示す一部拡大図である。
【図６】第４の実施の形態に係るセラミックヒータの一部を示す平面図である。
【図７】第５の実施の形態に係るセラミックヒータを示す一部拡大図である。
【図８】第６の実施の形態に係るセラミックヒータを示す平面図である。
【図９】第７の実施の形態に係るセラミックヒータを示す斜視図である。
【図１０】第８の実施の形態に係るセラミックヒータを示す平面図である。
【図１１】第９の実施の形態に係るセラミックヒータを備える加熱装置を示す断面図である。
【図１２】実施例に係るセラミックヒータの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１の外観を示す斜視図であり、図２は、平面図であり、図３は図１の一部拡大図である。
【００１７】
セラミックヒータ１は、発熱本体２と、穴３と、端子４とを備える。発熱本体２は、任意のセラミック（例えば、炭化ケイ素、酸化亜鉛等の導電性セラミックや、黒鉛等）で構成され、板状になっている。穴３は、円柱形の貫通穴であり、発熱本体２に多数形成される。穴３の内径Ｄは、発熱本体２の板厚Ｔに一致する。端子４は、発熱本体２の両端に設けられ、電源に接続されている。したがって、電源からの電流は、端子４を介して発熱本体２を流れる。
【００１８】
セラミックヒータ１は、熱輻射を用いて加熱対象物を加熱したり、セラミックヒータ１に接触する加熱対象物を、熱の移動により加熱する。セラミックヒータ１は、発熱本体２に穴３を形成することにより、発熱本体２における加熱対象物に接触する外面の面積は、減少する。また、発熱本体２における加熱対象物に接触しない側面の面積は、増大する。
【００１９】
以上により、セラミックヒータ１は、穴３が発熱本体２に形成されている。このため、セラミックヒータ１と、従来のセラミックヒータ（ここでは、発熱本体２に穴３を形成しないもの、以下、「第１の従来セラミックヒータ」とも称する）とにおける見掛け上の寸法が同じ場合、セラミックヒータ１の表面積は、第１の従来セラミックヒータの表面積よりも大きくすることができる。
【００２０】
発熱本体２の加熱対象物に接触する外面から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けやすくなり、放熱されやすい。一方、発熱本体２において、加熱対象物に接触しない穴３から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けにくい。
【００２１】
つまり、発熱本体２に形成された穴３から発する熱は、外面近傍の対流による影響を受けにくいため、セラミックヒータ１は、第１の従来セラミックヒータよりも伝熱能力を向上できる。
【００２２】
したがって、セラミックヒータ１は、セラミックヒータを収容する筐体の大型化を抑制しつつ、且つ、材質によらずに伝熱能力を向上することができる。
【００２３】
さらに、セラミックヒータ１と第１の従来セラミックヒータとをそれぞれ用いて、加熱対象物を同じ温度まで加熱した場合に、セラミックヒータ１の温度が第１の従来セラミックヒータの温度よりも低くなる。つまり、セラミックヒータ１は、第１の従来セラミックヒータよりも少ない電力で加熱対象物を加熱できる。
【００２４】
また、第１の従来セラミックヒータには適用できなかった材質であっても、セラミックヒータ１には適用できる場合が生じる。ある材質でセラミックヒータ１と第１の従来セラミックヒータとをそれぞれ生成し、これらを当該材質の上限温度まで加熱した場合に、第１の従来セラミックヒータでは加熱対象物の目標温度に達しないが、セラミックヒータ１では加熱対象物の目標温度に達するという場合が生じうるからである。
【００２５】
したがって、セラミックヒータ１は、第１の従来セラミックヒータよりも広範な材質にて生成されることができる。さらに、セラミックヒータ１の寿命は、第１の従来セラミックヒータよりも長くなる。この効果は、セラミックヒータ１を腐食環境下で使用する場合や、セラミックヒータ１の材質が高温になるほど大きく腐食する場合に、特に顕著に現れる。
【００２６】
さらに、セラミックヒータ１は、発熱本体２に電流が流れるので、特許文献１記載のセラミックヒータに対し、以下の効果を有する。即ち、セラミックヒータ１は、発熱本体２に電流が流れるので、電流のエネルギーを発熱本体２を介して加熱対象物に伝える一方、特許文献１記載のセラミックヒータは、電流のエネルギーを金属製のシート（これが発熱本体となる）及びセラミック板を介して加熱対象物に伝える。したがって、特許文献１記載のセラミックヒータでは、電流のエネルギーが発熱本体の加熱の他、セラミック板の加熱にも使用されてしまうので、セラミックヒータ１よりもエネルギー効率が悪くなる。言い換えれば、セラミックヒータ１は、特許文献１記載のセラミックヒータよりも、エネルギー効率が良い。
【００２７】
さらに、穴３は、貫通穴となっているので、打ち抜き部材で発熱本体２を打ち抜くだけで形成される。即ち、穴３は、穴３を止まり穴（即ち、凹部）とする場合よりも、容易に生成される。
【００２８】
さらに、穴３は、円柱形となっているので、穴３を角柱形とする場合よりも、セラミックヒータ１の耐久性が高くなる。即ち、穴３を角柱形とした場合、角の部分に応力が集中し、この部分からクラックが入る可能性があるが、穴３が円柱形であれば、穴３の特定の部位に応力が集中することがないので、穴３からクラックが入る可能性が低減される。
【００２９】
さらに、セラミックヒータ１は、穴３の内径Ｄが発熱本体２の板厚Ｔに一致するので、穴３の内径Ｄが発熱本体２の板厚Ｔと異なる場合よりも、セラミックヒータ１の表面積を大きくすることが出来る。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を説明する。図４は、第２の実施の形態に係るセラミックヒータ１の一部拡大図である。第２の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、穴３の内径Ｄが異なる。即ち、第２の実施の形態では、穴３の内径Ｄは、以下の式（１）を満たす。
【００３１】
Ｔ＜Ｄ＜２＊Ｔ …（１）
即ち、穴３の内径Ｄは、板厚Ｔよりも大きいが、板厚Ｔの２倍よりも小さい。第２の実施の形態に係るセラミックヒータ１は、穴３の内径Ｄが板厚Ｔの２倍以上となる場合よりも、セラミックヒータ１の表面積を大きくすることが出来る。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態を説明する。図５は、第３の実施の形態に係るセラミックヒータ１の一部拡大図である。第３の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、穴３の内径Ｄが異なる。即ち、第３の実施の形態では、穴３の内径Ｄは、板厚Ｔよりも小さい。第３の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態を説明する。図６は、第４の実施の形態に係るセラミックヒータ１の一部を示す平面図である。第４の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、穴３の形状が異なる。即ち、第４の実施の形態に係るセラミックヒータ１では、穴３は角柱形となっている。第４の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態を説明する。図７は、第５の実施の形態に係るセラミックヒータ１の一部拡大図である。第５の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、穴３の形状が異なる。即ち、第５の実施の形態に係るセラミックヒータ１では、穴３は円柱形の止まり穴となっている。穴３は、発熱本体２の表面と裏面との両面に形成されてもよいし、一方の面だけに形成されても良い。第５の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
（第６の実施の形態）
次に第６の実施の形態を説明する。図８は、第６の実施の形態に係るセラミックヒータ１の平面図である。第６の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、発熱本体２の形状が異なる。即ち、第６の実施の形態に係る発熱本体２は、第１の実施の形態に係る発熱本体２がリング状に曲がった構造となっている。第６の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
（第７の実施の形態）
次に第７の実施の形態を説明する。図９は、第７の実施の形態に係るセラミックヒータ１の斜視図である。第７の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、発熱本体２の形状が異なる。即ち、第７の実施の形態に係る発熱本体２は、円柱構造となっている。第７の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
（第８の実施の形態）
次に第８の実施の形態を説明する。図１０は、第８の実施の形態に係るセラミックヒータ１の平面図である。第８の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第１の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、発熱本体２の形状が異なる。即ち、第８の実施の形態に係る発熱本体２は、第１の実施の形態に係る発熱本体２が渦巻き状に曲がった構造となっている。第８の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３８】
（第９の実施の形態）
次に第９の実施の形態を説明する。図１１は、第９の実施の形態に係るセラミックヒータ１を備える加熱装置の断面図である。第９の実施の形態に係るセラミックヒータ１と、第６の実施の形態に係るセラミックヒータ１とは、同一である。即ち、第９の実施の形態は、第６の実施の形態に係るセラミックヒータ１を備える加熱装置である。従って、第９の実施の形態に係るセラミックヒータ１も、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
第９の実施の形態に係る加熱装置１０は、セラミックヒータ１と、セラミックヒータを収容する筐体２０と、セラミックヒータ１に電流を供給する電極１２とを備える。電極１２は、例えば、モリブデンにより形成される。
【００４０】
筐体２０は、半導体の基板などの試料を支持する試料台２２と、セラミックヒータ１、試料台２２を支持する基体２４と、セラミックヒータ１から発せられる熱を反射する反射板２６とにより構成される。例えば、試料台２２及び反射板２６は、炭化珪素により形成される。基体２４は、石英により形成される。
【００４１】
このような加熱装置１０によって、半導体の製造過程で、半導体基板を加熱することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の効果を明確にするため、実施例及び比較例に係るセラミックヒータを用いて、セラミックヒータの伝熱能力評価を行った。評価に用いた比較例及び実施例に係るセラミックヒータについて、具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００４４】
セラミックヒータに関するデータは、以下に示す条件において測定された。
【００４５】
・セラミックヒータの形状：リング状（図８）
・セラミックヒータの厚み：６ｍｍ
・穴の内径Ｄ：２ｍｍ
各セラミックヒータは、発熱本体に穴を形成しているか、否かで構成が異なる。具体的には、実施例に係るセラミックヒータは、図８に示すような第６の実施の形態に係るセラミックヒータ１と同一である。比較例に係るセラミックヒータは、発熱本体に穴を形成していない点で、実施例に係るセラミックヒータと異なる。
【００４６】
（伝熱能力評価）
評価方法；各セラミックヒータの発熱本体に端子を介して、電流を供給し、セラミックヒータの表面の温度を測定した。これによって、電力に対する温度を評価した。
【００４７】
（評価結果）
上述した比較例及び実施例に係るセラミックヒータを用いた評価結果について、図１２を参照しながら説明する
図１２は、比較例及び実施例に係るセラミックヒータの測定結果を示す図である。
【００４８】
実施例に係るセラミックヒータは、比較例に係るセラミックヒータと同一の電力で、比較例に係るセラミックヒータよりも高い温度を示した。
【符号の説明】
【００４９】
１…セラミックヒータ、２…発熱本体、３…穴、４…端子、１０…ヒータ
１０…加熱装置、１２…電極、２０…筐体、２２…試料台、２４…基体、２６…反射板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電流が流れ、セラミックで構成される発熱本体と、
前記発熱本体に形成される穴と、を備えることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記穴は、前記発熱本体を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記穴の内径は、前記発熱本体の厚さの２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記穴の内径は、前記発熱本体の厚さに等しいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記穴は円柱形であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記発熱本体は、炭化ケイ素を含むセラミックで構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のセラミックヒータ。

【図１】