JP2001023759A - 熱分解窒化ホウ素放射ヒーター - Google Patents
熱分解窒化ホウ素放射ヒーターInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放射率が８０％以上である放射加熱装置を提
供する。 【解決手段】 窒化ホウ素の誘電体基部（12）、この誘
電体基部上の熱分解グラファイト加熱要素（14）、この
加熱要素を包み込んでおり且つ熱分解窒化ホウ素から構
成されている第１の外側コーティング（16）、及びこの
第１の外側コーティングを包み込んでおり且つ１．５５
μｍの波長において放射率を少なくとも約８０％超にす
る組成の第２の外側コーティング（18）、を具備した熱
分解窒化ホウ素放射加熱装置（10）とする。
供する。 【解決手段】 窒化ホウ素の誘電体基部（12）、この誘
電体基部上の熱分解グラファイト加熱要素（14）、この
加熱要素を包み込んでおり且つ熱分解窒化ホウ素から構
成されている第１の外側コーティング（16）、及びこの
第１の外側コーティングを包み込んでおり且つ１．５５
μｍの波長において放射率を少なくとも約８０％超にす
る組成の第２の外側コーティング（18）、を具備した熱
分解窒化ホウ素放射加熱装置（10）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱分解窒化ホウ素
加熱装置、特に熱分解窒化ホウ素放射ヒーターに関す
る。
加熱装置、特に熱分解窒化ホウ素放射ヒーターに関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱分解
窒化ホウ素加熱装置は、窒化ホウ素の誘電体本体及びこ
の窒化ホウ素本体に保持されている加熱要素を具備して
いる。加熱要素は、伝導性材料、好ましくはグラファイ
ト、より特に熱分解グラファイトで構成されている。熱
分解窒化ホウ素加熱装置は、熱分解窒化ホウ素基材上に
伝導性加熱材料の層を堆積させ、そしてこれに熱分解窒
化ホウ素の外側層を堆積させることによって製造するこ
とができる。これは例えば、米国特許第5,343,022 号明
細書において教示されており、この文献はここで参照す
ることによって本発明の記載に含める。熱分解窒化ホウ
素の外側層は、加熱要素の表面を電気的に絶縁し、且つ
機械的な損傷から加熱要素を保護する。
窒化ホウ素加熱装置は、窒化ホウ素の誘電体本体及びこ
の窒化ホウ素本体に保持されている加熱要素を具備して
いる。加熱要素は、伝導性材料、好ましくはグラファイ
ト、より特に熱分解グラファイトで構成されている。熱
分解窒化ホウ素加熱装置は、熱分解窒化ホウ素基材上に
伝導性加熱材料の層を堆積させ、そしてこれに熱分解窒
化ホウ素の外側層を堆積させることによって製造するこ
とができる。これは例えば、米国特許第5,343,022 号明
細書において教示されており、この文献はここで参照す
ることによって本発明の記載に含める。熱分解窒化ホウ
素の外側層は、加熱要素の表面を電気的に絶縁し、且つ
機械的な損傷から加熱要素を保護する。
【０００３】加熱要素は、伝導性材料に電気を流す電力
供給源に接続して、抵抗加熱によって熱を発生させる。
加熱する部材又は装置を加熱要素と物理的に接触させる
ほとんどの用途においては、伝熱は伝導によって達成す
る。しかしながら、加熱要素と加熱しようとする部材又
は装置との物理的な接触をもたらすことは、必ずしも実
質的ではなく又は場合によっては不可能でもある。この
場合には、伝熱は対流又は放射によって達成しなければ
ならない。伝導又は対流のいずれもが伝熱に使用できな
い１つの例は、分子ビームエピタキシー「ＭＢＥ」であ
り、これは半導体フィルムの成長に有益な方法である。
この方法においては、伝導による伝熱が実質的ではなく
且つ対流による伝熱が不可能である比較的高真空の雰囲
気において、半導体フィルムを成長させる。従って、一
例として挙げたこの用途においては、放射が唯一利用可
能な伝熱機構である。
供給源に接続して、抵抗加熱によって熱を発生させる。
加熱する部材又は装置を加熱要素と物理的に接触させる
ほとんどの用途においては、伝熱は伝導によって達成す
る。しかしながら、加熱要素と加熱しようとする部材又
は装置との物理的な接触をもたらすことは、必ずしも実
質的ではなく又は場合によっては不可能でもある。この
場合には、伝熱は対流又は放射によって達成しなければ
ならない。伝導又は対流のいずれもが伝熱に使用できな
い１つの例は、分子ビームエピタキシー「ＭＢＥ」であ
り、これは半導体フィルムの成長に有益な方法である。
この方法においては、伝導による伝熱が実質的ではなく
且つ対流による伝熱が不可能である比較的高真空の雰囲
気において、半導体フィルムを成長させる。従って、一
例として挙げたこの用途においては、放射が唯一利用可
能な伝熱機構である。
【０００４】放射によって熱エネルギーを伝える加熱装
置の効率は、加熱装置における加熱要素の放射率に直接
に比例する。加熱要素の放射率は、加熱要素の実際の表
面の放射力と、同じ温度の理想黒体の放射力の比として
定義されている。商業的に入手可能な熱分解窒化ホウ素
加熱装置の放射率は、１．５５μｍの波長で測定値が
０．５５である。比較をすると、同じ波長における理想
黒体は１００％の放射熱効率を有し、これを測定値で
１．００としている。従って、商業的に入手可能な熱分
解窒化ホウ素加熱装置は、放射ヒーターとして利用する
ためはあまり効率的ではない。
置の効率は、加熱装置における加熱要素の放射率に直接
に比例する。加熱要素の放射率は、加熱要素の実際の表
面の放射力と、同じ温度の理想黒体の放射力の比として
定義されている。商業的に入手可能な熱分解窒化ホウ素
加熱装置の放射率は、１．５５μｍの波長で測定値が
０．５５である。比較をすると、同じ波長における理想
黒体は１００％の放射熱効率を有し、これを測定値で
１．００としている。従って、商業的に入手可能な熱分
解窒化ホウ素加熱装置は、放射ヒーターとして利用する
ためはあまり効率的ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、放射率が８
０％超、好ましくは少なくとも８５％超である熱分解窒
化ホウ素放射加熱装置を開発した。本発明の熱分解窒化
ホウ素放射加熱装置は、窒化ホウ素の誘電体基部、この
誘電体基部に重ねられた熱分解グラファイトの加熱要素
であって、１対の接触端を持つ形状の加熱要素、熱分解
窒化ホウ素で構成されており、前記加熱要素を取り囲ん
でいる第１の外側コーティング、及び前記第１の外側コ
ーティングを取り囲んでおり、炭化ケイ素及び炭化ホウ
素からなる群より選択される第２の外側コーティング
を、具備しており、前記加熱要素の前記一対の接触端
は、前記第１と第２の外側コーティングを通って、この
加熱装置の接触端を形成している。
０％超、好ましくは少なくとも８５％超である熱分解窒
化ホウ素放射加熱装置を開発した。本発明の熱分解窒化
ホウ素放射加熱装置は、窒化ホウ素の誘電体基部、この
誘電体基部に重ねられた熱分解グラファイトの加熱要素
であって、１対の接触端を持つ形状の加熱要素、熱分解
窒化ホウ素で構成されており、前記加熱要素を取り囲ん
でいる第１の外側コーティング、及び前記第１の外側コ
ーティングを取り囲んでおり、炭化ケイ素及び炭化ホウ
素からなる群より選択される第２の外側コーティング
を、具備しており、前記加熱要素の前記一対の接触端
は、前記第１と第２の外側コーティングを通って、この
加熱装置の接触端を形成している。
【０００６】本発明の他の有点は、添付の図を参照する
以下の本発明の詳細な説明から明らかになる。
以下の本発明の詳細な説明から明らかになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１及び図２の（ａ）〜（ｃ）に
おいて示される本発明の熱分解窒化ホウ素加熱装置１０
は、熱分解窒化ホウ素基部プレート１２、熱分解グラフ
ァイトのコーティング層１４、熱分解窒化ホウ素の第１
のオーバーコーティング層１６、及び炭化ケイ素又は炭
化ホウ素の第２のオーバーコーティング層１８を具備し
ている。熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）は、アンモニアと
ホウ素含有ガス、例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）との
気相反応による、特に米国特許第3,152,006 号明細書で
説明されるような、反応器内における窒化ホウ素の化学
気相堆積で作ることができる。基材から離れるとこの熱
分解窒化ホウ素は、純化された熱分解窒化ホウ素の自立
性物品（self standing article ）を形成する。この熱
分解窒化ホウ素基部プレート１２の厚さは、本発明の課
題にとっては重要ではない。基部プレート１２は、任意
の所望の形状にすることができる。図１においては、基
部プレート１２は、テーブル状の（tabular ）２つの端
部１９及び２１を伴う実質的な円形状にされている。
おいて示される本発明の熱分解窒化ホウ素加熱装置１０
は、熱分解窒化ホウ素基部プレート１２、熱分解グラフ
ァイトのコーティング層１４、熱分解窒化ホウ素の第１
のオーバーコーティング層１６、及び炭化ケイ素又は炭
化ホウ素の第２のオーバーコーティング層１８を具備し
ている。熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）は、アンモニアと
ホウ素含有ガス、例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）との
気相反応による、特に米国特許第3,152,006 号明細書で
説明されるような、反応器内における窒化ホウ素の化学
気相堆積で作ることができる。基材から離れるとこの熱
分解窒化ホウ素は、純化された熱分解窒化ホウ素の自立
性物品（self standing article ）を形成する。この熱
分解窒化ホウ素基部プレート１２の厚さは、本発明の課
題にとっては重要ではない。基部プレート１２は、任意
の所望の形状にすることができる。図１においては、基
部プレート１２は、テーブル状の（tabular ）２つの端
部１９及び２１を伴う実質的な円形状にされている。
【０００８】熱分解グラファイト層１４は、基部プレー
ト１２を直接にコーティングしており、また外部電力供
給源（図示せず）への接続を伴って熱分解窒化ホウ素加
熱装置１０の加熱要素を形成している。任意の伝導性材
料を使用することができるが、グラファイト、特に熱分
解グラファイトが好ましい。熱分解グラファイトは、例
えば、反応器中における適当な不活性希釈剤を伴う非常
に高温のメタンガスの化学気相成長によって作ることが
できる。熱分解グラファイトのコーティング１４は、熱
の発生を最大化させるように所望の形状に加工する。熱
分解グラファイト１４伝導体は、好ましくは加熱装置１
０の一方のテーブル状の端部１９から他方のテーブル状
の端部２１へのらせん状又は蛇状の連続ストリップに加
工する。外部電力源（図示せず）は、好ましくはこれら
２つのテーブル状の端部１９及び２１に孔２３及び２４
を開け、そこに熱分解グラファイト層１４を作ることに
よって、これらの２つの端部１９及び２１の間に接続す
る。孔２３及び２４は、第１と第２のオーバーコーティ
ング１６及び１８の形成の間にはマスキングをして、孔
２３及び２４によって、熱分解グラファイト１４の加工
されたストリップへの接触を提供する。
ト１２を直接にコーティングしており、また外部電力供
給源（図示せず）への接続を伴って熱分解窒化ホウ素加
熱装置１０の加熱要素を形成している。任意の伝導性材
料を使用することができるが、グラファイト、特に熱分
解グラファイトが好ましい。熱分解グラファイトは、例
えば、反応器中における適当な不活性希釈剤を伴う非常
に高温のメタンガスの化学気相成長によって作ることが
できる。熱分解グラファイトのコーティング１４は、熱
の発生を最大化させるように所望の形状に加工する。熱
分解グラファイト１４伝導体は、好ましくは加熱装置１
０の一方のテーブル状の端部１９から他方のテーブル状
の端部２１へのらせん状又は蛇状の連続ストリップに加
工する。外部電力源（図示せず）は、好ましくはこれら
２つのテーブル状の端部１９及び２１に孔２３及び２４
を開け、そこに熱分解グラファイト層１４を作ることに
よって、これらの２つの端部１９及び２１の間に接続す
る。孔２３及び２４は、第１と第２のオーバーコーティ
ング１６及び１８の形成の間にはマスキングをして、孔
２３及び２４によって、熱分解グラファイト１４の加工
されたストリップへの接触を提供する。
【０００９】熱分解窒化ホウ素の第１のオーバーコーテ
ィング層１６は、基部プレート１２の形成と同様な化学
気相堆積によって形成し、このコーティング１６は、テ
ーブル状の端部１９及び２１の接続部を除いて、熱分解
グラファイト層１４を包み込むようにする。第１のコー
ティングは、機械的な損傷から伝導性層１４を保護し且
つ絶縁をする。炭化ケイ素又は炭化ホウ素の第２の外側
コーティング１８は、テーブル状の端部１９及び２１の
接続部を除く物体全体に作る。第２の外側コーティング
１８も化学気相堆積によって作ることができる。第２の
外側コーティング１８は、放射ヒーターとして使用する
加熱装置１０の放射率を増加させる。炭化ケイ素のコー
ティングでは、加熱装置１０の放射率は、１．５５μｍ
の波長で０．９２であった。炭化ホウ素のコーティング
も、炭化ケイ素の放射率と同様なかなりの放射率を提供
し、また少なくとも約８０％超、好ましくは８５％超の
放射率を提供するのに十分であると考えられる。加熱装
置１０に放射性の外側オーバーコーティング１８を提供
して放射率が８０％を超えるようにすると、伝熱速度は
増加する。これは、基材を加熱するための予備加熱時間
を減少させる。
ィング層１６は、基部プレート１２の形成と同様な化学
気相堆積によって形成し、このコーティング１６は、テ
ーブル状の端部１９及び２１の接続部を除いて、熱分解
グラファイト層１４を包み込むようにする。第１のコー
ティングは、機械的な損傷から伝導性層１４を保護し且
つ絶縁をする。炭化ケイ素又は炭化ホウ素の第２の外側
コーティング１８は、テーブル状の端部１９及び２１の
接続部を除く物体全体に作る。第２の外側コーティング
１８も化学気相堆積によって作ることができる。第２の
外側コーティング１８は、放射ヒーターとして使用する
加熱装置１０の放射率を増加させる。炭化ケイ素のコー
ティングでは、加熱装置１０の放射率は、１．５５μｍ
の波長で０．９２であった。炭化ホウ素のコーティング
も、炭化ケイ素の放射率と同様なかなりの放射率を提供
し、また少なくとも約８０％超、好ましくは８５％超の
放射率を提供するのに十分であると考えられる。加熱装
置１０に放射性の外側オーバーコーティング１８を提供
して放射率が８０％を超えるようにすると、伝熱速度は
増加する。これは、基材を加熱するための予備加熱時間
を減少させる。
【図１】図１は、本発明の熱分解窒化ホウ素加熱装置で
あって、上側層を取り除いて熱分解グラファイト加熱要
素を露出させたものの平面図である。
あって、上側層を取り除いて熱分解グラファイト加熱要
素を露出させたものの平面図である。
【図２】図２は、図１の熱分解窒化ホウ素加熱装置の製
造において使用する処理工程（（ａ）〜（ｃ））を示す
断面側面図である。
造において使用する処理工程（（ａ）〜（ｃ））を示す
断面側面図である。
１０…熱分解窒化ホウ素加熱装置 １２…熱分解窒化ホウ素基部プレート １４…熱分解グラファイトのコーティング層 １６…熱分解窒化ホウ素の第１のオーバーコーティング
層 １８…炭化ケイ素（炭化ホウ素）の第２のオーバーコー
ティング層 １９、２１…テーブル状端部 ２３、２４…孔
層 １８…炭化ケイ素（炭化ホウ素）の第２のオーバーコー
ティング層 １９、２１…テーブル状端部 ２３、２４…孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K092 QA05 QB15 QB33 QB45 QB62 QB78 RF03 RF11 RF22 SS34 VV40
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化ホウ素の誘電体基部、この誘電体基
部上の熱分解グラファイト加熱要素、この加熱要素を包
み込んでおり且つ熱分解窒化ホウ素から構成されている
第１の外側コーティング、及びこの第１の外側コーティ
ングを包み込んでおり且つ１．５５μｍの波長において
放射率を少なくとも約８０％超にする組成の第２の外側
コーティング、を具備した熱分解窒化ホウ素放射加熱装
置であって、所定の形状にされた前記加熱要素がその端
部に一対の接触端を有し、この接触端が前記第１と第２
の外側コーティングを通って、この加熱装置の接触端を
形成している熱分解窒化ホウ素放射加熱装置。 - 【請求項２】 前記第２の外側コーティングが、炭化ケ
イ素及び炭化ホウ素からなる群より選択される請求項１
に記載の熱分解窒化ホウ素放射加熱装置。 - 【請求項３】 前記第２の外側コーティングが炭化ケイ
素であり、且つ１．５５μｍの波長において前記放射率
が約０．９よりも大きい請求項２に記載の熱分解窒化ホ
ウ素放射加熱装置。
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