JP2952390B2 - 黒鉛ヒータの製造方法及びこれに使用する加工用治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、円筒状で多数のスリットを有する黒鉛ヒー
タの製造方法、及びこの方法に使用するのに適した加工
用治具に関するものである。

（従来の技術） ある物の加熱を行うためのヒータとしては種々なもの
があるが、ここで対象としている黒鉛ヒータ（10）は、
第２図に示すように、円筒状の黒鉛材（12）に多数の軸
方向のスリット（11）を交互に形成して、黒鉛材（12）
が電気的にみた場合のジグザグ経路を有したものとして
構成したものである。従って、この黒鉛ヒータ（10）
は、例えば一つのスリット（11）の両側に電極を設けて
これに通電すれば、その発熱抵抗によって黒鉛ヒータ
（10）全体が発熱するものであり、この黒鉛ヒータ（1
0）内に収納した例えばシリコン等を収納したルツボを
加熱して、これによりシリコン等を溶融するものなので
ある。

このような黒鉛ヒータ（10）は、従来は第３図に示し
たようにして形成されていたのである。すなわち、円筒
状の黒鉛材（12）に中実な中芯（30）を収納して全体を
固定しておき、この黒鉛材（12）の外側から中芯（30）
に向けてドリル等の切削具による切削を行うことによ
り、上述した各スリット（11）を形成するようにしてい
たのである。この従来の方法において、中実な中芯（3
0）を使用する理由は、上記の切削具による機械的な振
動や押圧力によって黒鉛材（12）が加工時に破損しない
ようにするためである。特に、中芯（30）は黒鉛材（1
2）の内面に当接し得るものとして形成されているが、
これは、黒鉛材（12）の切削具による加工時に切削具が
黒鉛材（12）の内面に抜けるときに、黒鉛材（12）のス
リット（11）となる周囲に亀裂や破損を生じないように
するためである。

以上のような従来の黒鉛ヒータ（10）の製造方法にお
いて採用されていた中芯（30）は、金属を円柱状に加工
したもの、あるいはカーボンバルク品を採用して形成さ
れていたのであるが、これを形成するためには相当加工
手間や時間を要し、高価なものであったのである。特
に、実施例において示す本発明に係るものとコスト面で
比較すると従来の中芯（30）は約６〜８倍のものとなっ
ているものであった。

この中芯（30）の製作に手間や時間あるいはコストが
掛かることは、特に近年の半導体素子の製造分野で用い
られているシリコン引上用の黒鉛ルツボの黒鉛ヒータが
大型化してきていることも一つの原因である。最近のこ
の種の黒鉛ヒータは、内外両径がそれぞれ750mm、800mm
で高さが500mmとなるといった大型化してきており、こ
のような黒鉛ヒータ（10）を形成するための中芯（30）
も当然大型化してきている。このため、中芯（30）をよ
り効率良く形成するための努力も種々なされてきてい
る。

そこで、本発明者等は、このような黒鉛ヒータ（10）
を形成する場合、特に黒鉛材（12）に多数のスリット
（11）を形成するための中芯（30）の製作を効率良く行
うためにはどうしたらよいかについて種々検討してきた
結果、黒鉛ヒータ（10）の製造方法自体を改良するのが
良い結果を生むことを新規に知見して、本発明を完成し
たのである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、以上の経緯に基づいてなされたもので、そ
の解決しようとする課題は、黒鉛ヒータの特にスリット
の形成をするにあたっての従来の技術における効率の悪
さである。

そして、まず第一請求項に係る発明の目的とするとこ
ろは、黒鉛ヒータとするための黒鉛材にスリットを確実
に形成することができることは勿論、そのために中芯の
製作をも容易にすることのできる製造方法を提案するこ
とにある。また、第二請求項に係る発明の目的とすると
ころは、第一請求項の製造方法を実施するにあたって有
用な加工用治具を提案することにある。

（課題を解決するための手段及び作用） 以上の課題を解決するために、まず第一請求項に係る
発明の採った手段は、実施例において使用する符号を付
して説明すると、 「両端が開口する円筒状の黒鉛材（12）に対してその
両端側から交互にスリット（11）を入れることにより形
成される黒鉛ヒータ（10）を、その各工程を経て製造す
る方法。

（１）円筒状の黒鉛材（12）内に、この黒鉛材（12）の
内面に当接し得る円筒状の中芯（22）を収納配置する工
程； （２）この中芯（22）内に発泡剤（23）を注入して中芯
（22）内を密封する工程； （３）その後に、発泡剤（23）によって内部から支持さ
れた中芯（22）に向けて、円筒状の黒鉛材（12）の外方
から切削具を作動させて、各スリット（11）を黒鉛材
（12）に形成する工程」 である。ここで、従来技術の中芯（30）に相当するの
は、本発明においては、例えばカーボンバルク品からな
る中芯（22）と、発泡剤（23）の組み合わされたもので
ある。

すなわち、この製造方法は、最終的に第２図に示すよ
うな多数のスリット（11）を交互に形成した黒鉛ヒータ
（10）を製造するものであるが、この黒鉛ヒータ（10）
となる黒鉛材（12）は一般的な方法によって形成すれば
よいものであり、重要なのは次のようにして各スリット
（11）を形成していくことである。

つまり、台板（21）上に載置した円筒状の黒鉛材（1
2）内に、第１図に示すように、この黒鉛材（12）の内
面に当接し得る円筒状でカーボン製の中芯（22）をまず
収納配置するのである。カーボン製の中芯（22）が黒鉛
材（12）の内面に当接し得る状態で、このカーボン製の
中芯（22）を黒鉛材（12）内に収納配置するのは、黒鉛
材（12）の外方からこれを貫通する状態を切削具による
加工を行う場合に、黒鉛材（12）の内面側において何等
の支持物もないと、切削具によって各スリット（11）を
形成する際にその周囲に位置する黒鉛材（12）に「カ
ケ」や段差あるいは亀裂を生じさせないように保護する
ためである。また、このカーボン製の中芯（22）は、黒
鉛材（12）内に無理なく収納できるように形成されるの
であるが、上記のように一つの製品に一個使用するもの
であること、及び以下に示すように発泡剤（23）によっ
て支持されるものであることから、黒鉛材（12）より安
価な材料であるカーボンバルク品、すなわち製鋼炉用カ
ーボン電極の使用済品を採用し得るものである。つまり
カーボン製の中芯（22）としては、黒鉛材（12）より安
価で品質が劣り、かつ黒鉛材（12）の切粉と混っても利
用できるカーボン製品が採用されるのであり、このカー
ボン製の中芯（22）自体の製造コストは従来のものに比
して大幅に安価にできるものである。

次に、以上のようなカーボン製の中芯（22）内に発泡
剤（23）を注入して、この発泡剤（23）をカーボン製の
中芯（22）内に一定量充填してから、カーボン製の中芯
（22）内を例えば押え板（24）等を使用して密閉する。
現在一般的に使用されている発泡剤（23）は、ある一定
の時間経過後に発泡を完了するが、この発泡による圧力
はカーボン製の中芯（22）内が密閉されていることか
ら、カーボン製の中芯（22）を外方に押圧する力として
カーボン製の中芯（22）内に保持されるのである。な
お、カーボン製の中芯（22）内の密閉は、第１図に示し
たようにカーボン製の中芯（22）上を押え板（24）によ
って覆蓋することによって行ってもよいが、押え板（2
4）自体に発泡剤（23）を注入できてしかも開閉するこ
とのできる開口を設けておき、この開口から発泡剤（2
3）をカーボン製の中芯（22）内に注入した後に、この
開口を閉じるように実施してもよいものである。

以上の後に、発泡した発泡剤（23）によって一定の圧
力で内部から支持されたカーボン製の中芯（22）に向け
て、黒鉛材（12）の外方から切削具を作動させて黒鉛材
（12）に各スリット（11）を形成するのである。この場
合、黒鉛材（12）を内側から支持するためのカーボン製
の中芯（22）は、前述したように発泡剤（23）によって
一定の圧力でその内部から支持されているのであるか
ら、このカーボン製の中芯（22）が円筒状という製造に
容易な形状でかつ薄肉状のものであったとしても、従来
使用していた製造に困難な中芯（30）と同等の支持能力
を有しているのである。これにより、黒鉛材（12）に対
しては、多数のスリット（11）が切削具によって確実に
形成されるのであり、しかもカーボン製の中芯（22）及
び発泡剤（23）の支持力によって黒鉛材（12）が内部か
ら支えられているから、各スリット（11）の周囲に位置
する黒鉛材（12）には「カケ」や亀裂あるいは段差は全
く生じないものである。なお、カーボン製の中芯（22）
は、最初から円筒のものとして形成しておく必要はな
く、分割された円弧状のものを円筒状に配してカーボン
製の中芯（22）を形成しても良い。

一方、第二請求項に係る発明の採った手段は、実施例
において使用する符号を付して説明すると、 「両端が開口する円筒状の黒鉛材（12）に、その両端
側から交互にスリット（11）を入れることにより黒鉛ヒ
ータ（10）として加工する治具であって、 黒鉛材（12）を略気密的に支承する台板（21）と、こ
の台板（21）上に載置された黒鉛材（12）内面に当接し
得る状態で挿入した円筒状の中芯（22）と、この中芯
（22）内に注入されて発泡した発泡剤（23）と、中芯
（22）上に配置されてその内部を密閉する押え板（24）
と、この押え板（24）を台板（21）に固定する連結棒
（25）からなる黒鉛ヒータ（10）の加工用治具（20）」 である。

すなわち、この第二請求項に係る加工用治具（20）
は、そのカーボン製の中芯（22）内に発泡剤（23）を有
しているものであり、これにより、加工時の黒鉛材（1
2）を内部にて支持するカーボン製の中芯（22）が中実
なものではなく円筒状のものであったとしても、このカ
ーボン製の中芯（22）を中実なものと同等あるいはそれ
以上の支持能力を有したものとし得るのである。

また、この加工用治具（20）においては、カーボン製
の中芯（22）が円筒状であってこのカーボン製の中芯
（22）内にて発泡する発泡剤（23）は自由な形状のもの
となるのであるから、台板（21）に黒鉛材（12）を固定
するための連結棒（25）をカーボン製の中芯（22）内に
配置することが可能となっている。従って、この加工用
治具（20）においては、第１図に示すように、台板（2
1）上に固定した黒鉛材（12）の外周に何等の障害物も
ない状態とし得るものであり、切削具による加工を自由
に行えるようにしているのである。この点、第３図に示
した従来の中実な中芯（30）においては、連結棒（25）
を黒鉛材（12）の外側に配置しなければならないため、
切削具による加工がしにくいものである。

そして、この第二請求項に係る加工用治具（20）は、
第一請求項に係る黒鉛ヒータ（10）の製造方法に採用す
るものとして、最適なものとなっているのである。

（実施例） 次に、各発明の実施例について、図面を参照して説明
するが、第一請求項に係る製造方法は第二請求項に係る
加工用治具（20）を使用して行うものであるから、ここ
では第一請求項の製造方法を中心に説明し、この説明の
中で加工用治具（20）の構成などを併せて説明する。

本実施例においては、発明によって製造されるべき黒
鉛ヒータ（10）が、内外両径が400mm×450mmで、高さが
400mmの両端が開口する円筒状のもの（従って黒鉛材（1
2）もこのような形状である）であり、シリコン引上装
置を構成しているシリコンの石英ルツボ（内外両径が33
2mm×356mmで高さ250mm）の外側に配置されるものであ
る場合を対象としているものである。

本実施例におけるカーボン製の中芯（22）は、上記の
黒鉛材（12）内にその内面に当接し得る形状でかつ円筒
状のものとして形成すればよいものであり、上記のよう
な形状のものをカーボンバルク品によって形成した。

そしてカーボン製の中芯（22）を、台板（21）上に載
置したカーボン製の中芯（22）内に挿入するとともに、
このカーボン製の中芯（22）内に発泡剤（23）を注入し
た。この発泡剤（23）としては、一般的なものを採用す
ることができるものであるが、本実施例において使用し
た発泡剤（23）は、その主剤がフェノール樹脂系のも
の、あるいはポリウレタン樹脂系のものを採用した。な
お、この発泡剤（23）は、その発泡時間が約35秒であ
り、その乾燥時間が約45秒のものであった。

この発泡剤（23）のカーボン製の中芯（22）内への注
入は、第１図に示した連結棒（25）を止めているナット
を緩めることにより、カーボン製の中芯（22）とこれを
覆蓋している押え板（24）との間に隙間を形成して、こ
の隙間からカーボン製の中芯（22）内に対して行うよう
にしたが、次のように実施してもよい。すなわち、台板
（21）上に載置した黒鉛材（12）及びこの黒鉛材（12）
内に収納したカーボン製の中芯（22）の上端に、開閉自
在な開口を設けた押え板（24）を載置しておき、この押
え板（24）を連結棒（25）によって第１図に示したよう
に台板（21）に対して固定する。そして、この押え板
（24）に形成した開口から所定量の発泡剤（23）を注入
してから、この押え板（24）の開口を閉じるようにして
もよいものである。

以上のようにしてカーボン製の中芯（22）内に注入し
た発泡剤（23）が完全に発泡する前に、このカーボン製
の中芯（22）を押え板（24）によって密閉した。発泡し
た発泡剤（23）による押圧力を確保するためである。

そして、以上のようにセットした黒鉛材（12）に対し
て、切削具を使用することにより、幅が6mmのスリット
（11）を第２図に示したように、黒鉛材（12）の端部側
から交互に形成することにより、黒鉛ヒータ（10）とし
たのである。

以上のように形成した黒鉛ヒータ（10）の各スリット
（11）を検査してみたところ、その幅についての誤差は
殆どなく、また黒鉛ヒータ（10）の内側であって各スリ
ット（11）の周囲には「カケ」や亀裂あるいは段差は全
く見られなかった。

また、総加工時間（正味加工時間＋段取り時間）が、
従来の1/2〜1/3となり、かつコスト的にも1/6〜1/8で済
んだ。

（発明の効果） 以上詳述した通り、第一請求項に係る製造方法によれ
ば、黒鉛ヒータ（10）とするための黒鉛材（12）に各ス
リット（11）を確実に形成することができることは勿
論、そのためのカーボン製の中芯（22）と発泡剤（23）
とで製作を容易にすることができて、この種の黒鉛ヒー
タ（10）の製造時間を大幅に短縮することができるので
ある。

また、第二請求項に係る加工用治具（20）によれば、
第一請求項に係る製造方法を具体的に実施することがで
きることは勿論、この方法を実施するにあたって有用な
ものとすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一及び第二請求項に係る発明を説明するため
の加工用治具および黒鉛材の断面図、第２図は本製造方
法によって製造された黒鉛ヒータの斜視図、第３図は従
来の加工用治具を示す断面図である。 符号の説明 10……黒鉛ヒータ、11……スリット、12……黒鉛材、20
……加工用治具、21……台板、22……中芯、23……発泡
剤、25……連結棒、30……（従来の）中芯。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端が開口する円筒状の黒鉛材に対してそ
   の両端側から交互にスリットを入れることにより形成さ
   れる黒鉛ヒータを、次の各工程を経て製造する方法。 （１）円筒状の黒鉛材内に、この黒鉛材の内面に当接し
   得る円筒状の中芯を収納配置する工程； （２）この中芯内に発泡剤を注入して中芯内を密封する
   工程； （３）その後に、前記発泡剤によって内部から支持され
   た前記中芯に向けて、前記円筒状の黒鉛材の外方から切
   削具を作動させて、前記各スリットを前記黒鉛材に形成
   する工程。
2. 【請求項２】両端が開口する円筒状の黒鉛材に、その両
   端側から交互にスリットを入れることにより黒鉛ヒータ
   として加工する治具であって、 前記黒鉛材を略気密的に支承する台板と、この台板上に
   載置された前記黒鉛材内面に当接し得る状態で挿入した
   円筒状の中芯と、この中芯内に注入されて発泡した発泡
   剤と、前記中芯上に配置されてその内部を密閉する押え
   板と、この押え板を前記台板に固定する連結棒からなる
   黒鉛ヒータの加工用治具。