JP2004362824A - 電熱ヒーター - Google Patents
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Abstract
【課題】電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすとともに、厚みが薄く、熱損失が少ない電熱ヒーターを提供する。
【解決手段】シート状の基材2の上部にヒーター線3を所定の形状で配列し、このヒーター線3を固定糸4により基材2側に固定し、これを断熱材5とともに内面側に塗料型断熱材6を塗布したカバー部材7に収めて構成する。塗料型断熱材6は、熱伝導率が低く、熱反射率が高い特性を有し、カバー部材7は、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維等から形成され、ヒーター線3は、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第1の被覆層を形成し、第1の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第2の被覆層を形成した二重絶縁構造をなす。
【選択図】 図1
【解決手段】シート状の基材2の上部にヒーター線3を所定の形状で配列し、このヒーター線3を固定糸4により基材2側に固定し、これを断熱材5とともに内面側に塗料型断熱材6を塗布したカバー部材7に収めて構成する。塗料型断熱材6は、熱伝導率が低く、熱反射率が高い特性を有し、カバー部材7は、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維等から形成され、ヒーター線3は、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第1の被覆層を形成し、第1の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第2の被覆層を形成した二重絶縁構造をなす。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電熱ヒーターに関し、特に、その断熱部材を薄くして小型化した電熱ヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】
電熱ヒーターは、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるものであって、マントルヒーター、リボンヒーター又はジャケットヒーター等と呼ばれている。
【0003】
電熱ヒーターの一例を図6に示す。この電熱ヒーター41は、シート状の基材42の上部にヒーター線43を所定の形状で配列し、このヒーター線43を固定糸44により基材42側に固定し、これを断熱材45とともにカバー部材47に納めて構成したものである。
【0004】
この場合、基材42、固定糸44、断熱材45、及びカバー部材47は、それぞれ電気絶縁性と耐熱性を備えた材質であることが好ましい。また、ヒーター線43は、ニクロム線等をそのまま使用することもできるが、安全性の高い電熱ヒーター41とするためには、線材の表面に絶縁材の被覆層を形成した被覆ヒーター線を用いることが好ましい。
【0005】
電熱ヒーターは、非常に多くの分野で使用されるようになり、最近では半導体製造装置等においても広く使用されている。そして、これらの分野では非常に高度な要求がされるようになった。
【0006】
まず、第一に、加熱の均一性が強く要求されるようになった。加熱の均一性を確保するためには、発熱量の小さなヒーター線を緻密に配列することが必要である。従って、図6に示すように、線間隔を狭くして緻密な配列とするためには、ヒーター線43を小さな曲げ半径で折り曲げなければならないので、ヒーター線43は高い柔軟性が要求されることになる。しかし、電熱ヒーターの安全性を確保するためには、被覆ヒーター線を使用する必要があり、このため、柔軟性に富んだ被覆ヒーター線が必要となった。
【0007】
次に半導体製造装置等において、電熱ヒーターから発生するパーティクルを低減することが強く要求されるようになった。図6に示すように、電熱ヒーター41を構成する基材42、固定糸44、断熱材45等は、セラミック繊維等の織物やフェルトを用いるために、パーティクルの発生が非常に多い材料である。従って、これらを収納するカバー部材47を、パーティクルの発生が少ない材質とすることが要求されるようになった。
【0008】
さらに、液晶製造装置や半導体製造装置等において、電熱ヒーターの小型化、即ち断熱材等の厚みを薄くすることが強く要求されるようになった。これらの装置は、急速に小型化が進んでいるために、装置内部が非常に狭くなるとともに配管の間隔も狭くなり、厚みの薄い電熱ヒーターを必要としている。
【0009】
しかしながら、同時に熱損失の低減や火傷防止に対する安全性の確保も要求されるために、断熱材の性能を多少向上させる程度では、大幅な小型化を実現することは困難である。例えば、電熱ヒーターの断熱材にはガラスフェルト等が用いられているが、被加熱体の表面温度を160℃に加熱する場合に、電熱ヒーターの表面温度を火傷防止に必要な60℃以下とするためには、断熱材の厚みを25mm以上にする必要があり、電熱ヒーター全体の厚みは35mm以上となる。
【0010】
また、図6に示す電熱ヒーターとは別に、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線を配列したシート状電熱ヒーターがある。例えば、ラバーシートの間に発熱エレメントを配列したラバーヒーターがある(例えば、特許文献1参照。)。さらに、2枚の耐熱樹脂製テープの間に接着剤とともに発熱体を配列したテープ状ヒーターがある(例えば、特許文献2参照。)。
【0011】
しかし、これらのシート状(テープ状、フィルム状を含む)電熱ヒーターは、使用の際には断熱材と併用して用いられているので、取扱いが不便であり、また熱損失の低減や安全性に欠けることが多い。
【0012】
【特許文献1】
特開平9−63755号公報
【特許文献2】
特開2001−15254号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすとともに、厚みが薄く、熱損失が少なく、又製作が容易な電気ヒーターを提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項1に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
また、本発明の請求項2に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項3に係る電熱ヒーターは、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
さらに、本発明の請求項4に係る電熱ヒーターは、請求項1から3の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、0.02W/mK以下である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項5に係る電熱ヒーターは、請求項1から4の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長1〜5μmの赤外光に対して、90%以上である手段を採用している。
【0015】
【作用】
本発明は、上記のような手段を採用したことにより、カバー部材の少なくとも一部には、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高い塗料型断熱材が塗布され、この塗料型断熱材により電熱ヒーターの厚みを大幅に薄くできることになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1及び図2には、本発明による電熱ヒーターの第1の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター1は、シート状の基材2の上部にヒーター線3を所定の形状で配列し、このヒーター線3を固定糸4により基材2側に固定し、これを断熱材5とともに内面側に塗料型断熱材6を塗布したカバー部材7に収めて構成したものである。
【0017】
カバー部材7の材質としては、例えば、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、多孔質樹脂フィルム等を挙げることができる。これらをカバー部材7の材質とすることにより、電熱ヒーター1の電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を高めることができる。
【0018】
カバー部材7は、柔軟性に優れるとともに、耐熱性及び物理的な耐久性に優れるので、使用に際して、カバー部材7自身からパーティクルを発生することは非常に少なく、また、基材2や断熱材5等により電熱ヒーター1の内部で発生したパーティクルが外部に飛散するのを防止できる。
【0019】
塗料型断熱材6としては、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高いものが好ましい。即ち、熱伝導率については、0.05W/mK以下が好ましく、0.02W/mK以下がより好ましい。また、熱反射率については、波長1〜5μmの赤外光に対する反射率が80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
【0020】
塗料型断熱材6の主成分としては、セラミック粒子を主体とするものが好ましく、中でも中空球状のセラミック粒子を含むものがより好ましい。セラミックの種類としては、珪素、亜鉛、チタン、ランタン等の化合物、又はこれらの複合物が好ましいが、中でも酸化珪素が好ましく、アモルファスの酸化珪素が特に好ましい。これらのセラミックは、必要に応じてアクリルやラテックス等のバインダー溶液とともにスラリー状として塗布することができる。溶媒としては、通常は有機溶媒又は水を用いることができる。
【0021】
この実施の形態においては、塗料型断熱材6をカバー部材7の内面に塗布しているが、カバー部材7の外面に塗布しても良いし、カバー部材7の内面と外面の両方に塗布しても良い。塗料型断熱材6は、一般に塗料としての特性にも優れているので、耐久性が高く、パーティクルの発生が少ないからである。なお、被加熱体の加熱温度が低く、例えば100℃以下である場合には、断熱材5を省略することができる。
【0022】
ヒーター線3としては、例えば、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第1の被覆層を形成し、第1の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第2の被覆層を形成した二重絶縁構造の被覆ヒーター線が挙げられる。被覆ヒーター線は、柔軟性と耐久性に優れ、安全性も高いので、線間隔を狭くして緻密な配列とすることができる。
【0023】
図3には、本発明による電熱ヒーターの第2の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター11は、第1の実施の形態に示す断熱材5の代わりに、シート状の基材9の表面に塗料型断熱材10を塗布して形成したシート状の断熱材8を用いたものであって、その他の構成は前記第1の実施の形態に示すものと同様である。
【0024】
この場合、シート状の基材9の両面に塗料型断熱材10、10を塗布しているが、加熱温度によっては片面にのみ塗布しても良い。その場合には基材9の下面側に塗布しても良いし、上面側に塗布しても良い。なお、図示はしないが、シート状の断熱材8と第1の実施の形態に示す断熱材5と併用しても良い。
【0025】
図4には、本発明による電熱ヒーターの第3の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター21は、シート状の電熱ヒーター21であって、一体化された2枚のシート状の基材22、23間にヒーター線24を配列するとともに、片側のシート状の基材22の表面に塗料型断熱材25を塗布して構成したものである。
【0026】
この場合、シート状の基材22、23には、シリコンゴム等のラバーシートや、芳香族ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いることができる。また、ヒーター線24としては、ニクロム線を用いた通常のヒーターの他、炭素を用いたカーボンヒーターや、セラミックを用いたPCTヒーター等とすることができる。
【0027】
図5には、本発明による電熱ヒーターの第4の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター31は、被加熱体の加熱温度が高く、塗料型断熱材のみでは充分な断熱が得られない場合に適用可能なものであって、他の断熱材と併用するように構成したものである。
【0028】
すなわち、このシート状の電熱ヒーター31は、一体化された3枚のシート状の基材32、33、34間にヒーター線35を配列するとともに、その表面に塗料型断熱材36を塗布して構成したものである。
【0029】
この場合、シート状の基材32、33は強度のあるラバーシートであり、シート状の基材34はラバースポンジからなる断熱材である。従って、ラバースポンジからなる基材34と塗料型断熱材36の両方により、断熱効果を得ることができる。
【0030】
以下、本発明による電熱ヒーターの実施例について説明する。
<実施例1>
図1及び図2に示す電熱ヒーター1、及び図1及び図2に示す電熱ヒーター1から塗料型断熱材6を取り除いた電熱ヒーター(以下、比較例という。)を以下の条件で製作した。
ヒーター線3には線径0.4mm、抵抗値8.92Ω/mのニクロム線2種線に被覆層を形成したものを用いた。被覆層は、アルミナ及びシリカを主成分とするセラミック短繊維を用いて形成した層厚500μmのフェルト状被覆層(第1の被覆層)と、その表面に、二酸化珪素を主成分とするセラミック長繊維を編組して形成した第2の被覆層とで構成した。
基材2及びカバー部材7には、ガラスクロス(ユニチカ(株)製A335K)を用い、固定糸4にはガラス繊維糸を、断熱材5にはガラス繊維マットを用いた。基材2の上に長さ7mの上記ヒーター線3を5mmの間隔で配列し、定格電圧100V、160W、加熱密度0.4W/cm2の電熱ヒーター1を作成した。
塗料型断熱材6には、米国ENVIROTROL社製のセラミックカバーCC100を使用し、エアレス型スプレーガンで塗布した。
加熱試験は、外径48.6mmのステンレス製パイプを被加熱体とし、これに作成した電熱ヒーター1及び電熱ヒーター(比較例)を巻き付け、100Vの単相交流電圧でPID制御を行った。試験結果を表1に示す。
表1において、加熱温度はパイプの表面温度、外表面温度はカバー部材7の外表面温度、マット厚は断熱材5の厚み、塗装厚は塗料型断熱材6の厚みを示す。表1の結果から、塗料型断熱材6の効果は非常に大きく、本発明による電熱ヒーター1は比較例よりも厚みを大幅に薄くできることがわかった。
【0031】
【表1】
【0032】
<実施例2>
図4に示すシート状の電熱ヒーター21を用意した。シート状の基材22、23には、それぞれ25μmのポリイミド樹脂フィルムを、ヒーター線24には厚さ30μmのステンレス箔を用いた。塗料型断熱材25は、実施例1と同じものを1.5mm塗布した。加熱試験は、実施例1と同様の方法で、塗料型断熱材25の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度135℃において、塗布前の外表面温度は128℃、塗布後の外表面温度は47℃であり、塗料型断熱材25の大きな効果が得られた。
【0033】
<実施例3>
図5に示す電熱ヒーター(ラバーヒーター)31を用いて、実施例2と同様に加熱試験を行った。シート状の基材32、33は、厚さ1mmのラバーシートとし、シート状の基材34は厚さ5mmのラバースポンジとした。ヒーター線35にはニクロム箔を用いた。塗料型断熱材36は、実施例1と同じものを2mm塗布した。加熱試験は、実施例1と同様の方法で、塗料型断熱材36の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度155℃において、塗布前の外表面温度は100℃、塗布後の外表面温度は53℃であり、塗料型断熱材36の大きな効果が得られた。
【0034】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項1に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
また、本発明の請求項2に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材であるという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項3に記載の電熱ヒーターによれば、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項4に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、0.02W/mK以下であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱伝導率を低くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
さらに、本発明の請求項5に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長1〜5μmの赤外光に対して、90%以上であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱反射率を高くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電熱ヒーターの第1の実施の形態の全体を示した概略図である。
【図2】図1の部分拡大断面図である。
【図3】本発明による電熱ヒーターの第2の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図4】本発明による電熱ヒーターの第3の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図5】本発明による電熱ヒーターの第4の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図6】従来の電熱ヒーターの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
1、11、21、31、41……電熱ヒーター
2、9、22、23、32、33、34、42……基材
3、24、35、43……ヒーター線
4、44……固定糸
5、45……断熱材
6、10、25、36……塗料型断熱材
7、47……カバー部材
8……シート状の断熱材
【発明の属する技術分野】
本発明は、電熱ヒーターに関し、特に、その断熱部材を薄くして小型化した電熱ヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】
電熱ヒーターは、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるものであって、マントルヒーター、リボンヒーター又はジャケットヒーター等と呼ばれている。
【0003】
電熱ヒーターの一例を図6に示す。この電熱ヒーター41は、シート状の基材42の上部にヒーター線43を所定の形状で配列し、このヒーター線43を固定糸44により基材42側に固定し、これを断熱材45とともにカバー部材47に納めて構成したものである。
【0004】
この場合、基材42、固定糸44、断熱材45、及びカバー部材47は、それぞれ電気絶縁性と耐熱性を備えた材質であることが好ましい。また、ヒーター線43は、ニクロム線等をそのまま使用することもできるが、安全性の高い電熱ヒーター41とするためには、線材の表面に絶縁材の被覆層を形成した被覆ヒーター線を用いることが好ましい。
【0005】
電熱ヒーターは、非常に多くの分野で使用されるようになり、最近では半導体製造装置等においても広く使用されている。そして、これらの分野では非常に高度な要求がされるようになった。
【0006】
まず、第一に、加熱の均一性が強く要求されるようになった。加熱の均一性を確保するためには、発熱量の小さなヒーター線を緻密に配列することが必要である。従って、図6に示すように、線間隔を狭くして緻密な配列とするためには、ヒーター線43を小さな曲げ半径で折り曲げなければならないので、ヒーター線43は高い柔軟性が要求されることになる。しかし、電熱ヒーターの安全性を確保するためには、被覆ヒーター線を使用する必要があり、このため、柔軟性に富んだ被覆ヒーター線が必要となった。
【0007】
次に半導体製造装置等において、電熱ヒーターから発生するパーティクルを低減することが強く要求されるようになった。図6に示すように、電熱ヒーター41を構成する基材42、固定糸44、断熱材45等は、セラミック繊維等の織物やフェルトを用いるために、パーティクルの発生が非常に多い材料である。従って、これらを収納するカバー部材47を、パーティクルの発生が少ない材質とすることが要求されるようになった。
【0008】
さらに、液晶製造装置や半導体製造装置等において、電熱ヒーターの小型化、即ち断熱材等の厚みを薄くすることが強く要求されるようになった。これらの装置は、急速に小型化が進んでいるために、装置内部が非常に狭くなるとともに配管の間隔も狭くなり、厚みの薄い電熱ヒーターを必要としている。
【0009】
しかしながら、同時に熱損失の低減や火傷防止に対する安全性の確保も要求されるために、断熱材の性能を多少向上させる程度では、大幅な小型化を実現することは困難である。例えば、電熱ヒーターの断熱材にはガラスフェルト等が用いられているが、被加熱体の表面温度を160℃に加熱する場合に、電熱ヒーターの表面温度を火傷防止に必要な60℃以下とするためには、断熱材の厚みを25mm以上にする必要があり、電熱ヒーター全体の厚みは35mm以上となる。
【0010】
また、図6に示す電熱ヒーターとは別に、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線を配列したシート状電熱ヒーターがある。例えば、ラバーシートの間に発熱エレメントを配列したラバーヒーターがある(例えば、特許文献1参照。)。さらに、2枚の耐熱樹脂製テープの間に接着剤とともに発熱体を配列したテープ状ヒーターがある(例えば、特許文献2参照。)。
【0011】
しかし、これらのシート状(テープ状、フィルム状を含む)電熱ヒーターは、使用の際には断熱材と併用して用いられているので、取扱いが不便であり、また熱損失の低減や安全性に欠けることが多い。
【0012】
【特許文献1】
特開平9−63755号公報
【特許文献2】
特開2001−15254号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすとともに、厚みが薄く、熱損失が少なく、又製作が容易な電気ヒーターを提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項1に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
また、本発明の請求項2に係る電熱ヒーターは、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項3に係る電熱ヒーターは、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されている手段を採用している。
さらに、本発明の請求項4に係る電熱ヒーターは、請求項1から3の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、0.02W/mK以下である手段を採用している。
さらに、本発明の請求項5に係る電熱ヒーターは、請求項1から4の何れかに記載の電熱ヒーターにおいて、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長1〜5μmの赤外光に対して、90%以上である手段を採用している。
【0015】
【作用】
本発明は、上記のような手段を採用したことにより、カバー部材の少なくとも一部には、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高い塗料型断熱材が塗布され、この塗料型断熱材により電熱ヒーターの厚みを大幅に薄くできることになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1及び図2には、本発明による電熱ヒーターの第1の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター1は、シート状の基材2の上部にヒーター線3を所定の形状で配列し、このヒーター線3を固定糸4により基材2側に固定し、これを断熱材5とともに内面側に塗料型断熱材6を塗布したカバー部材7に収めて構成したものである。
【0017】
カバー部材7の材質としては、例えば、フッ素樹脂繊維、芳香族ナイロン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、多孔質樹脂フィルム等を挙げることができる。これらをカバー部材7の材質とすることにより、電熱ヒーター1の電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を高めることができる。
【0018】
カバー部材7は、柔軟性に優れるとともに、耐熱性及び物理的な耐久性に優れるので、使用に際して、カバー部材7自身からパーティクルを発生することは非常に少なく、また、基材2や断熱材5等により電熱ヒーター1の内部で発生したパーティクルが外部に飛散するのを防止できる。
【0019】
塗料型断熱材6としては、熱伝導率が低いとともに熱反射率が高いものが好ましい。即ち、熱伝導率については、0.05W/mK以下が好ましく、0.02W/mK以下がより好ましい。また、熱反射率については、波長1〜5μmの赤外光に対する反射率が80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
【0020】
塗料型断熱材6の主成分としては、セラミック粒子を主体とするものが好ましく、中でも中空球状のセラミック粒子を含むものがより好ましい。セラミックの種類としては、珪素、亜鉛、チタン、ランタン等の化合物、又はこれらの複合物が好ましいが、中でも酸化珪素が好ましく、アモルファスの酸化珪素が特に好ましい。これらのセラミックは、必要に応じてアクリルやラテックス等のバインダー溶液とともにスラリー状として塗布することができる。溶媒としては、通常は有機溶媒又は水を用いることができる。
【0021】
この実施の形態においては、塗料型断熱材6をカバー部材7の内面に塗布しているが、カバー部材7の外面に塗布しても良いし、カバー部材7の内面と外面の両方に塗布しても良い。塗料型断熱材6は、一般に塗料としての特性にも優れているので、耐久性が高く、パーティクルの発生が少ないからである。なお、被加熱体の加熱温度が低く、例えば100℃以下である場合には、断熱材5を省略することができる。
【0022】
ヒーター線3としては、例えば、ニクロム線の表面にセラミック繊維からなるフェルト状の第1の被覆層を形成し、第1の被覆層の表面にセラミック繊維の編物からなる第2の被覆層を形成した二重絶縁構造の被覆ヒーター線が挙げられる。被覆ヒーター線は、柔軟性と耐久性に優れ、安全性も高いので、線間隔を狭くして緻密な配列とすることができる。
【0023】
図3には、本発明による電熱ヒーターの第2の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター11は、第1の実施の形態に示す断熱材5の代わりに、シート状の基材9の表面に塗料型断熱材10を塗布して形成したシート状の断熱材8を用いたものであって、その他の構成は前記第1の実施の形態に示すものと同様である。
【0024】
この場合、シート状の基材9の両面に塗料型断熱材10、10を塗布しているが、加熱温度によっては片面にのみ塗布しても良い。その場合には基材9の下面側に塗布しても良いし、上面側に塗布しても良い。なお、図示はしないが、シート状の断熱材8と第1の実施の形態に示す断熱材5と併用しても良い。
【0025】
図4には、本発明による電熱ヒーターの第3の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター21は、シート状の電熱ヒーター21であって、一体化された2枚のシート状の基材22、23間にヒーター線24を配列するとともに、片側のシート状の基材22の表面に塗料型断熱材25を塗布して構成したものである。
【0026】
この場合、シート状の基材22、23には、シリコンゴム等のラバーシートや、芳香族ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いることができる。また、ヒーター線24としては、ニクロム線を用いた通常のヒーターの他、炭素を用いたカーボンヒーターや、セラミックを用いたPCTヒーター等とすることができる。
【0027】
図5には、本発明による電熱ヒーターの第4の実施の形態が示されていて、この電熱ヒーター31は、被加熱体の加熱温度が高く、塗料型断熱材のみでは充分な断熱が得られない場合に適用可能なものであって、他の断熱材と併用するように構成したものである。
【0028】
すなわち、このシート状の電熱ヒーター31は、一体化された3枚のシート状の基材32、33、34間にヒーター線35を配列するとともに、その表面に塗料型断熱材36を塗布して構成したものである。
【0029】
この場合、シート状の基材32、33は強度のあるラバーシートであり、シート状の基材34はラバースポンジからなる断熱材である。従って、ラバースポンジからなる基材34と塗料型断熱材36の両方により、断熱効果を得ることができる。
【0030】
以下、本発明による電熱ヒーターの実施例について説明する。
<実施例1>
図1及び図2に示す電熱ヒーター1、及び図1及び図2に示す電熱ヒーター1から塗料型断熱材6を取り除いた電熱ヒーター(以下、比較例という。)を以下の条件で製作した。
ヒーター線3には線径0.4mm、抵抗値8.92Ω/mのニクロム線2種線に被覆層を形成したものを用いた。被覆層は、アルミナ及びシリカを主成分とするセラミック短繊維を用いて形成した層厚500μmのフェルト状被覆層(第1の被覆層)と、その表面に、二酸化珪素を主成分とするセラミック長繊維を編組して形成した第2の被覆層とで構成した。
基材2及びカバー部材7には、ガラスクロス(ユニチカ(株)製A335K)を用い、固定糸4にはガラス繊維糸を、断熱材5にはガラス繊維マットを用いた。基材2の上に長さ7mの上記ヒーター線3を5mmの間隔で配列し、定格電圧100V、160W、加熱密度0.4W/cm2の電熱ヒーター1を作成した。
塗料型断熱材6には、米国ENVIROTROL社製のセラミックカバーCC100を使用し、エアレス型スプレーガンで塗布した。
加熱試験は、外径48.6mmのステンレス製パイプを被加熱体とし、これに作成した電熱ヒーター1及び電熱ヒーター(比較例)を巻き付け、100Vの単相交流電圧でPID制御を行った。試験結果を表1に示す。
表1において、加熱温度はパイプの表面温度、外表面温度はカバー部材7の外表面温度、マット厚は断熱材5の厚み、塗装厚は塗料型断熱材6の厚みを示す。表1の結果から、塗料型断熱材6の効果は非常に大きく、本発明による電熱ヒーター1は比較例よりも厚みを大幅に薄くできることがわかった。
【0031】
【表1】
【0032】
<実施例2>
図4に示すシート状の電熱ヒーター21を用意した。シート状の基材22、23には、それぞれ25μmのポリイミド樹脂フィルムを、ヒーター線24には厚さ30μmのステンレス箔を用いた。塗料型断熱材25は、実施例1と同じものを1.5mm塗布した。加熱試験は、実施例1と同様の方法で、塗料型断熱材25の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度135℃において、塗布前の外表面温度は128℃、塗布後の外表面温度は47℃であり、塗料型断熱材25の大きな効果が得られた。
【0033】
<実施例3>
図5に示す電熱ヒーター(ラバーヒーター)31を用いて、実施例2と同様に加熱試験を行った。シート状の基材32、33は、厚さ1mmのラバーシートとし、シート状の基材34は厚さ5mmのラバースポンジとした。ヒーター線35にはニクロム箔を用いた。塗料型断熱材36は、実施例1と同じものを2mm塗布した。加熱試験は、実施例1と同様の方法で、塗料型断熱材36の塗布の前後について行った。試験の結果、加熱温度155℃において、塗布前の外表面温度は100℃、塗布後の外表面温度は53℃であり、塗料型断熱材36の大きな効果が得られた。
【0034】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項1に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
また、本発明の請求項2に記載の電熱ヒーターによれば、シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材であるという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項3に記載の電熱ヒーターによれば、一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されているという構成を有しているので、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性、安全性、及び物理的な耐久性を満たすことができるとともに、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになる。従って、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。また、製作を容易にすることができるので、安価なものを提供することができる。
さらに、本発明の請求項4に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱伝導率が、0.02W/mK以下であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱伝導率を低くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
さらに、本発明の請求項5に記載の電熱ヒーターによれば、前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長1〜5μmの赤外光に対して、90%以上であるという構成を有しているので、塗料型断熱材の熱反射率を高くすることができる。従って、全体の厚みを薄く、熱損失を少なくすることができることになり、液晶製造装置、半導体製造装置等に有効に利用することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電熱ヒーターの第1の実施の形態の全体を示した概略図である。
【図2】図1の部分拡大断面図である。
【図3】本発明による電熱ヒーターの第2の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図4】本発明による電熱ヒーターの第3の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図5】本発明による電熱ヒーターの第4の実施の形態を示した部分拡大断面図である。
【図6】従来の電熱ヒーターの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
1、11、21、31、41……電熱ヒーター
2、9、22、23、32、33、34、42……基材
3、24、35、43……ヒーター線
4、44……固定糸
5、45……断熱材
6、10、25、36……塗料型断熱材
7、47……カバー部材
8……シート状の断熱材
Claims (5)
- シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記カバー部材の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されていることを特徴とする電熱ヒーター。
- シート状の基材、該基材の表面に配列されたヒーター線、断熱材、及びこれらを収納するカバー部材からなる電熱ヒーターであって、前記断熱材の少なくとも一部が、塗料型断熱材を塗布したシート状の断熱材であることを特徴とする電熱ヒーター。
- 一体化された複数枚のシート状の基材の間にヒーター線が配列されたシート状の電熱ヒーターであって、前記基材の表面の少なくとも一部に、塗料型断熱材が塗布されていることを特徴とする電熱ヒーター。
- 前記塗料型断熱材の熱伝導率が、0.02W/mK以下であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の電熱ヒーター。
- 前記塗料型断熱材の熱反射率が、波長1〜5μmの赤外光に対して、90%以上であることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の電熱ヒーター。
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JP2010243008A (ja) * | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Ueno Shoten:Kk | 燃焼機器用煙突 |
CN102069064A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-05-25 | 谢刚 | 一种用于啤酒、饮料行业洗瓶机、杀菌机的保温方法 |
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JP2019011525A (ja) * | 2017-06-29 | 2019-01-24 | 信越石英株式会社 | ガラスクロス光反射体 |
CN114959659A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-08-30 | 松山湖材料实验室 | 用于样品加热的加热装置 |
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- 2003-06-02 JP JP2003156950A patent/JP2004362824A/ja active Pending
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