KR101345482B1 - 가열 장치 - Google Patents

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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

본 발명은 가열 기체(基體)(11)와, 이 가열 기체(11)에 접합된 지지 부재(13)를 갖는 가열 장치에 있어서, 가열 기체(11)와, 지지 부재(13)와의 접합부 근방에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지하는 것을 과제로 한다.
세라믹스로 이루어지는 가열 장치(10)는, 가열면(11a)을 갖는 판 형상의 가열 기체(11)와, 이 가열 기체(11)의 배면(11b)에 접합된 중공 통 형상의 지지 부재(13)를 구비하고 있다. 가열 기체(11)와 지지 부재(13)와의 접합 계면(14)의 외단(14E) 근방에서, 이 가열 기체(11)의 배면(11b)과 지지 부재(13)의 외표면(13b)을 매끄럽게 접속하는 오목 곡면부(15)가 형성되어 있다. 오목 곡면부(15)는 지지 부재(13)의 축선을 포함하는 단면에서, 단축 방향이 지지 부재(13)의 축선 방향과 평행인 타원의 호(弧)의 곡선을 갖는다.
가열 장치, 기체, 지지 부재, 반도체 디바이스

Description

가열 장치{HEATING DEVICE}
본 발명은 세라믹스로 이루어지는 가열 장치, 보다 상세하게는 반도체 디바이스의 제조 공정에서 기판으로서 사용되는 웨이퍼 또는 그 외의 판 형상의 피가열재를 가열하기 위한 가열 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 장치를 사용한 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 웨이퍼상에 산화막 등을 형성하기 위하여 가열 처리가 실시된다. 이 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 장치에는, 피가열재인 웨이퍼에 대향하는 가열면을 갖는 원반 형상의 세라믹스 기체(基體)를 구비하고, 이 세라믹스 기체 내에 저항 발열체가 매설되어 있는 가열 장치가 있다. 이 가열 장치는 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 성막(成膜) 장치뿐만 아니라, 피가열재의 표면을 드라이 에칭하는 표면 처리 장치 등에 사용되어도 유리하게 적합한 것이다.
이 가열 장치의 세라믹스 기체를 지지하기 위하여, 지지 부재가 이 세라믹스 기체에 접합되어 있는 가열 장치가 있다. 이 지지 부재는 대략 원통 형상을 가지며, 한쪽의 단면이 세라믹스 기체에 있어서의 가열면과는 반대측의 면, 즉 배면에, 고상 접합 또는 액상 접합에 의해 고착되어 있다.
이러한 세라믹스 기체와 지지 부재와의 부착 구조에 관하여, 세라믹스 기체의 접합면과 지지 부재의 외주면 사이에 라운드부(round portion)가 형성된 가열 장치가 있다(특허 문헌 1).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-247745호 공보
종래의 세라믹스 히터에서는, 세라믹스 기체의 배면과 지지 부재의 외주면이 양자의 접합부에 형성된 라운드부의 곡면에 의해 매끄럽게 접속되어 있다. 이 라운드부에 의해 크랙의 발생이 억제된다. 그러나, 그럼에도 불구하고 라운드부로부터 크랙이 발생하는 경우가 있었다. 이러한 크랙이 발생하면, 가열 장치의 사용시의 가열이나 냉각에 의해 발생한 열응력이, 그 크랙에 집중하여, 크랙의 확대를 초래할 우려가 있었다.
그래서 본 발명은 세라믹스 기체와 지지 부재와의 접합부 근방에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지하고, 따라서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 세라믹스로 이루어지는 가열 장치는, 가열면을 갖는 판 형상의 가열 기체와, 이 가열 기체의 배면에, 축선 방향이 상기 배면과 대략 수직으로 되도록, 접합된 중공 통 형상의 지지 부재를 구비하고, 상기 가열 기체와 상기 지지 부재의 접합부 근방에, 이 가열 기체의 배면과 지지 부재의 외표면을 매끄럽게 접속하는 오목 곡면부가 형성되며, 이 오목 곡면부는 상기 지지 부재의 축선을 포함하는 단면에서, 단축 방향이 지지 부재의 축선 방향과 평행한 타원의 호(弧)의 곡선을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열 장치에 따르면, 가열 기체와 지지 부재 사이의 접합부 근방에서 크랙이 발생하는 것이 억제되어, 가열 장치의 신뢰성을 높이는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 가열 장치의 실시예에 대하여 도면을 사용해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 장치의 일실시예의 모식적인 종단면도이다. 도 1에 도시되는 가열 장치(10)는, 가열 기체로서 원반 형상의 세라믹스로 이루어지는 세라믹스 기체(11)를 구비하고 있다. 이 세라믹스 기체(11)는 피가열재(예컨대 반도체 웨이퍼)와 대향하는 평면의 가열면(11a)을 갖고 있다. 또한, 세라믹스 기체 (11)의 내부에는, 저항 발열체(12)가 매설되어 있다. 이 저항 발열체(12)에, 외부의 도시하지 않은 전원으로부터 전력이 공급됨으로써, 저항 발열체(12)가 발열하고, 또한 세라믹스 기체(11)가 가열된다. 이 세라믹스 기체(11)의 가열에 의해, 이 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)에 적재된 피가열재를 가열하는 것이 가능해진다. 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)과는 반대측의 면, 즉 배면(11b)에, 세라믹스 기체(11)를 지지하는 지지 부재로서의 샤프트(13)가 접합된다. 이 배면(11b)에서의 중앙부 근방은, 둘레 가장자리부 근방보다도 판 두께가 두껍게 되어 있으며, 이 중앙부 표면(11c)에 샤프트(13)가 접합된다.
샤프트(13)는 중공의 대략 원통 형상이며, 적합하게는 세라믹스 기체(11)와 동종의 세라믹스로 이루어진다. 이 샤프트(13)의 내부 공간에, 세라믹스 기체(11)의 저항 발열체(12)에 전력을 공급하기 위한 리드선이나 급전봉(給電棒)이 배치된 다. 또한, 세라믹스 기체(11)가 정전 전극이나 고주파 전극을 갖고 있을 때에는, 이 세라믹스 기체(11) 내에 매설된 이들 전극과 접속하는 리드선이, 이 샤프트(13)의 내부 공간에 배치된다.
샤프트(13)는 세라믹스 기체(11)와 접합하는 측의 단부에, 플랜지부(13a)가 형성되어 있다. 플랜지부(13a)의 단면(13c)이 세라믹스 기체(11)의 중앙부 표면(11c)에 맞대어진 상태에서, 고상 접합 또는 액상 접합에 의해, 샤프트(13)는 세라믹스 기체(11)에 접합되어 있다.
그리고, 세라믹스 기체(11)와 샤프트(13)와의 접합 계면(14)의 외단(14E) 근방에, 이 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)과, 샤프트(13)의 플랜지부(13a)의 외주면(13d)을 매끄럽게 접속하는 오목 곡면부(15)가 형성되어 있다.
이 가열 장치(10)의 오목 곡면부(15) 근방의 II 영역의 확대 단면도를 도 2에 도시한다. 이 오목 곡면부(15)는 샤프트(13)의 축선을 포함하는 단면, 즉 도 2에 도시한 종단면에서, 타원의 호의 곡선이 되는 형상을 갖고 있다. 그리고, 이 타원의 단축 방향이 샤프트(13)의 축선(L) 방향과 평행하고, 장축 방향이 샤프트(13)의 축선(L) 방향과 수직이다.
본 실시예의 가열 장치는 오목 곡면부(15)가 종단면에서 타원의 호가 되는 곡면으로 되어 있기 때문에, 이 오목 곡면부(15)에 크랙이 발생하는 것이 보다 효과적으로 억제된다. 이 점에 대하여, 이하에 상세히 설명한다.
발명자들의 검토에 따르면, 세라믹스 기체와 샤프트와의 접합부 근방에 라운드부가 형성되어 있는 가열 장치에 있어서도, 이 라운드부에 크랙이 발생하는 경우 가 있는 원인은, 세라믹스 기체의 가열시 또는 냉각시에 발생하는 열응력이, 상기 라운드부에서 최대가 되기 때문이라고 생각된다. 도 3은, 비교예로서, 라운드부를 갖는 가열 장치의 접합부 근방의 종단면도이다. 도 3에 도시된 가열 장치(20)는 세라믹스 기체(21)의 내부에 저항 발열체(12)가 매설되어 있고, 이 세라믹스 기체(21)의 가열면(21a)과는 반대측의 배면(21b)의 중앙부 표면(21c)에 샤프트(13)가 접합되어 있다. 세라믹스 기체(21)와 샤프트(13)와의 접합 계면(24)의 외단(24E) 근방에, 세라믹스 기체(21)의 배면(21b)과 샤프트(13)의 플랜지부(13a)를 일정한 곡률 반경 R1으로 매끄럽게 접속하는 라운드부(25)가 형성되어 있다. 이 도 3에 도시한 가열 장치(20)에서, 세라믹스 기체(21)에 매설된 저항 발열체(12)가 발열하면, 세라믹스 기체(21)는 가열면(21a)에서는 균일하게 가열되지만, 샤프트(13)와 접속하고 있는 접합 계면(24)에서는, 샤프트(13)로의 전열(傳熱)에 의해 다른 부분보다도 온도가 낮아진다. 따라서, 세라믹스 기체(21)에는 이 기체(21) 내부의 온도 구배(勾配)에 의해 세라믹스 기체(21)의 반경 방향으로 열응력이 발생한다. 이 열응력이 가장 집중되는 위치는 라운드부의 중간부의 최대 응력 σ2max의 위치이다. 그 때문에, 라운드부의 표면상의 σ2max 근방에서 크랙이 발생하는 경우가 있다.
이 열응력은 종단면에서의 라운드부의 곡률 반경이 작아질수록 커지기 때문에, 이 열응력을 작게 하기 위해서는, 종단면에서의 라운드부의 곡률 반경을 크게 하는 것이 고려된다. 도 4는, 다른 비교예로서, 도 3에 도시한 가열 장치(20)보다도 라운드부의 곡률 반경이 큰 가열 장치(30)의 접합부 근방의 종단면도이다. 도 4에 도시된 가열 장치(30)는 세라믹스 기체(31)의 내부에 저항 발열체(12)가 매설되 어 있고, 이 세라믹스 기체(31)의 가열면(31a)과는 반대측의 배면(31b)의 중앙부 표면(31c)에 샤프트(13)가 접합되어 있다. 세라믹스 기체(31)와 샤프트(13)와의 접합 계면(34)의 외단(34E) 근방에, 세라믹스 기체(31)의 배면(31b)과 샤프트(13)의 플랜지부(13a)를, 도 3의 라운드부의 곡률 반경 R1보다도 큰 일정한 곡률 반경 R2로 매끄럽게 접속하는 라운드부(35)가 형성되어 있다.
이 도 4에 도시한 가열 장치(30)는 라운드부(35)의 곡률 반경 R2가, 도 3에 도시한 가열 장치(20)의 라운드부(25)의 곡률 반경 R1보다도 크기 때문에, 이 라운드부(35)의 중간부의 최대 응력 σ3max는, 도 3에 도시한 가열 장치의 최대 응력 σ2max보다도 작은 값이 된다. 따라서, 도 4에 도시한 가열 장치(30)는 도 3에 도시한 가열 장치보다도 크랙의 발생이 억제된다. 그러나, 도 4에 도시한 가열 장치는 라운드부(35)의 곡률 반경 R2를, 도 3에 도시한 가열 장치의 라운드부(25)의 곡률 반경 R1보다도 크게 하기 위하여, 세라믹스 기체(31)의 두께 t2을 도 3에 도시한 세라믹스 기체(21)의 두께 t0보다도 크게 하고 있다. 따라서, 이 가열 장치(30)는 세라믹스 기체(31)의 두께가 크기 때문에, 세라믹스 기체(21)의 성형, 소성시에 내부 결함이 발생할 확률이 높아지며, 이 내부 결함에 의한 크랙의 발생 위험이 높아져 버린다.
그래서, 본 실시예의 가열 장치(10)에서는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 오목 곡면부(15)는 종단면에서 타원의 호가 되는 곡면으로 되어 있으며, 단축 방향이 샤프트(13)의 축선(L) 방향과 평행하고, 장축 방향이 샤프트(13)의 축선(L) 방향과 수직이다. 이러한 오목 곡면부(15)를 구비하고 있음으로써, 오목 곡면 부(15)가 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)과 접속하는 근방의 곡률 반경이 특히 커져서, 이 오목 곡면부(15)에 있어서의 열응력의 최대 응력 σ1max을, 도 4에 도시한 가열 장치(30)의 라운드부(35)에 있어서의 최대 응력 σ3max보다도 작은 값으로 할 수 있다. 그 때문에, 크랙의 발생이 더욱 억제된다. 또한, 이 오목 곡면부(15)의 최대 응력 σ1max의 위치는, 세라믹스 기체(11)와 샤프트(13)와의 접합 계면(14)의 외단(14E)으로부터 충분히 떨어져 있다. 따라서, 이 최대 응력 σ1max에 의해 접합 계면(34)의 외단(34E)에 크랙이 발생하는 것이 억제된다. 이것에 의해서도, 본 실시예의 가열 장치(10)는 크랙의 발생이 더욱 억제된다. 게다가, 세라믹스 기체(11)의 두께 t0를 도 4에 도시한 가열 장치(30)의 세라믹스 기체(31)의 두께 t2와 같이 크게 할 필요가 없다. 따라서, 세라믹스 기체(11)의 두께 t0를 두껍게 함으로 인한 내부 결함을 원인으로 한 크랙의 발생 위험을 억제할 수 있어서, 이 점에서도 크랙의 발생이 억제된다. 이들 크랙의 억제에 의해, 가열 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
오목 곡면부(15)는 샤프트(13)의 축선을 포함하는 단면, 즉 도 1 및 도 2에 도시한 종단면에 있어서, 타원의 단축 반경 A에 대한 장축 반경 B의 비 B/A가 1.5 이상인 것이 바람직하다. 단축 반경 A에 대한 장축 반경 B의 비 B/A가 1.5 이상이 됨으로써, 최대 응력 σ1max를 효과적으로 작게 할 수 있으며, 또한, 최대 응력 σ1max의 위치를 접합 계면(34)의 외단(34E)으로부터 충분히 떼어놓을 수 있고, 따라서 크랙을 현저하게 억제할 수 있다. 타원의 단축 반경 A에 대한 장축 반경 B의 비 B/A의 상한은, 크랙을 억제하는 관점에서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 오목 곡 면부(15)의 가공 여유나 세라믹스 기체(21)의 중심부 근방의 열용량 등을 고려하여 적절한 범위로 할 수 있다. 바람직한 범위로서는, 10 이하, 보다 바람직하게는 5 이하로 할 수 있다.
오목 곡면부(15)의 표면 거칠기는 중심선 평균 거칠기 Ra로 O.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 발명자들의 연구에 의해, 동일 곡면의 경우라도, 오목 곡면부(15)의 표면 거칠기가 크면, 크랙이 발생하기 쉬운 것으로 판명되었다. 이것은 표면 거칠기가 크면, 표면의 요철이 파괴 기점이 되기 쉽기 때문인 것으로 생각된다. 오목 곡면부(15)의 표면 거칠기가, 중심선 평균 거칠기 Ra로 0.8 ㎛ 이하이기 때문에, 크랙의 발생을 효과적으로 억제하여, 신뢰성을 한층 높이는 것이 가능해진다. 이러한 중심선 평균 거칠기 Ra의 조정은, 세라믹스 기체(11)의 제작시에 있어서, 오목 곡면부를 연삭 가공할 때에, 연삭 숫돌의 입도를 325번 이상의 조건으로 행함으로써 유리하게 실현할 수 있다.
오목 곡면부(15)의 호의 단축 반경 A는 특별히 한정되지 않으며, 또한, 세라믹스 기체(11)의 두께 t0에 따라, 1 ㎜ 내지 10 ㎜ 정도인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 단축 반경 A가 2 ㎜ 내지 9 ㎜이다. 오목 곡면부(15)의 형성은 연삭 가공에 의해 t0의 두께를 갖는 세라믹스 기체(11)의 중앙부 근방 이외의 부분을 제거하고, 둘레 가장자리측을 t1의 두께로 함으로써 행해지기 때문에, 이 연삭 가공 여유 등도 고려하여, 적절한 값을 선택할 수 있다.
세라믹스 기체(11)의 중앙부 근방에서의 두께 t0는 특별히 한정되지 않으나, 2 ㎜ 내지 50 ㎜의 범위가 바람직하고, 5 ㎜ 내지 30 ㎜의 범위가 보다 바람직하 다. 본 발명의 가열 장치는 오목 곡면부(15)가 종단면에서 타원의 호의 형상을 갖고 있기 때문에, 오목 곡면부(15)에 집중하는 응력을 완화하기 위하여 두께를 한정할 필요는 없으며, 그 이외의 조건에 의해 적절한 두께를 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 가열 장치에 있어서 타원의 호의 형상은, 엄밀한 의미에서의 타원의 호의 형상으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 가열 장치는 단면 형상이 플레이트 이면을 접선으로 한 완만한 호로 되어 있는 것이 포인트이다. 그 때문에, 본 발명의 가열 장치는 타원의 호에 근사한, 예컨대 2차 곡선, 쌍곡선, 스플라인 곡선 등인 경우를 포함하고, 이들 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 가열 장치의 공업적인 제조시에 통상 인정되는 형상오차는 허용된다.
세라믹스 기체(11)의 재료로서는, 바람직하게는, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 뮬라이트(mullite), 사이알론 등의 질화물 세라믹스, 알루미나-탄화규소 복합 재료 등이 있으며, 또한 이들에 한정되지 않고 공지의 세라믹스 재료여도 좋다. 가열 장치(10)의 사용시의 분위기 중에 포함되는 할로겐계 가스 등의 부식성 가스에 대하여 높은 내부식성을 부여하기 위해서는, 질화알루미늄이나 알루미나가 특히 바람직하다.
샤프트(13)는 열응력을 가능한 한 완화하고자 하는 관점에서, 세라믹스 기체와 동일한 재료인 것이 바람직하다.
본 발명의 가열 장치는 세라믹스 기체(11)의 제작 공정, 샤프트(13)의 제작 공정, 세라믹스 기체(11)와 샤프트(13)와의 접합 공정의 각 공정을 거쳐 제조된다. 이들 각 공정에 대해서는 통상적인 방법에 따라서 행할 수 있다.
<실시예>
[오목 곡면부의 형상 평가]
세라믹스 기체와 샤프트와의 접합부 근방의 오목 곡면부의 위치 및 형상을 여러 가지로 변경시킨 복수의 가열 장치를 제조하였다. 이 가열 장치는 세라믹스 기체 및 샤프트를 AlN 분말을 원료로 해서 프레스 성형-소결에 의해 각각 제작한 후, 양자를 고상 접합법에 의해 접합하여 제조한 것이다.
세라믹스 기체의 외경은 348 ㎜, 둘레 가장자리부에서의 두께(도 2, 도 3 및 도 4의 t1)는 20 ㎜로 일정하게 하고, 오목 곡면부의 형상 및 세라믹스 기체의 중앙부에서의 두께(도 2 및 도 3의 t0 및 도 4의 t2)를 여러 가지로 변경시킨 가열 장치를 준비하였다. 이들 가열 장치의 샤프트는, 플랜지부의 외경이 75 ㎜, 내경이 52 ㎜, 플랜지부의 두께(외주부의 축선 방향 길이)가 5 ㎜였다. 또, 오목 곡면부의 가공시에는, 숫돌의 번수를 #200, 숫돌의 회전수를 6000(rpm), 숫돌의 이송 속도를 0.3 ㎜/min으로 하여, 오목 곡면부의 표면 거칠기는 Ra 0.9 ㎛가 되었다. 이들 가열 장치를 각각, NF3 가스, 400Torr의 분위기가 되는 챔버 내에 설치하고, 700℃에서 가열하며, 10시간을 연속 운전 시킨 후, 일단 200℃까지 강온하고, 다시 700℃까지 승온하는 열시험을 소정 기간 행한 후, 크랙의 발생 유무를 조사하였다.
그 결과를 표 1에 나타낸다.
구분
 오목
곡면부
형상
사이즈
(㎜)
B/A		 세라믹스 기체 중앙부 근방의 두께t0
(㎜)
 경과 시간
1일후 반년후 1년후 1.5년후 2년후
비교예1 원호 R＝2 - 21 크랙
발생
비교예2 원호 R＝8 - 27 이상
없음		 크랙
발생
비교예3 타원의호 A＝2,
B＝2.4		 1.2 21 이상
없음		 크랙
발생
실시예1 타원의호 A＝2,
B＝3		 1.5 21 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 크랙
발생
실시예2 타원의호 A＝2,
B＝4		 2 21 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음
실시예3 타원의호 A＝2,
B＝8		 4 21 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음
실시예4 타원의호 A＝2,
B＝10		 5 21 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음		 이상
없음
표 1로부터 알 수 있듯이, 비교예 1은 세라믹스 기체와 샤프트와의 접합부 근방의 오목 곡면부가, 종단면에서 일정한 곡률 반경(2 ㎜)을 갖는 진원(眞圓)의 호의 형상이 되기 때문에, 1일 경과 후에 크랙이 발생하였다. 또한, 비교예 2는 세라믹스 기체와 샤프트와의 접합부 근방의 오목 곡면부가, 종단면에서 일정한 곡률 반경(8 ㎜)을 갖는 진원의 호의 형상이 되고, 또한 이 곡률 반경이 비교예 1보다도 크기 때문에, 반년 후에 크랙이 발생하였다. 게다가, 비교예 2는 세라믹스 기체의 중앙부 근방의 두께가 비교예 1보다도 두꺼워졌기 때문에, 내부 결함에 의한 크랙 발생의 위험이 커졌다. 또한, 비교예 3은 오목 곡면부가 종단면에서 타원의 호의 형상을 갖는 예이고, 타원의 단축 반경 A과 장축 반경 B의 비가 1.2가 되며, 원에 가깝기 때문에, 반년 후에 크랙이 발생하였다.
또한 실시예 1 내지 4는, 본 발명에 따라서, 오목 곡면부가 종단면에서 타원의 호의 형상을 갖고 있는 예이다. 실시예 1 내지 4로부터, 타원의 단축 반경 A와 장축 반경 B와의 비가 1.5 이상인 경우는, 1.5년 후가 될 때까지 이상이 보이지 않아, 우수한 신뢰성을 나타내었다.
실시예 3을, 이 실시예 3의 단축 반경(2 ㎜)과 동일한 곡률 반경(2 ㎜)을 갖고 있는 비교예 1과 비교해보면, 오목 곡면부를 타원 단면 형상으로 함으로써, 세라믹스 기체의 중앙부의 두께가 동일해도, 보다 신뢰성을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 실시예 4를, 이 실시예 4의 장축 반경(8 ㎜)과 동일한 곡률 반경(8 ㎜)을 갖고 있는 비교예 2와 비교해보면, 오목 곡면부를 타원 단면 형상으로 함으로써, 세라믹스 기체의 중앙부의 두께를 두껍게 하지 않고, 신뢰성을 한층 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[표면 거칠기 평가]
세라믹스 기체의 오목 곡면부의 표면 거칠기와 접합 강도와의 관계를 조사하였다. 사용한 가열 장치는 실시예 2에 사용한 가열 장치와 동일한 재료, 사이즈를 갖는 것이다.
오목 곡면부는 종단면이 타원의 호 형상이며, 단축 반경은 2 ㎜, 장축 반경은 3.0 ㎜, 세라믹스 기체의 중앙부 근방의 두께 t0는 21 ㎜, 둘레 가장자리부 근방의 두께 t1은 20 ㎜인 것을 사용하였다.
오목 곡면부의 마무리 연삭 가공시에 연삭 숫돌의 지립(砥粒)의 크기와, 숫돌의 회전 속도와, 숫돌의 이송 속도를 여러 가지로 변경하여 가공을 행한 결과를, 접합 계면의 강도와, 접합 계면 근방의 오목 곡면부의 표면 거칠기를 함께 표 2에 나타낸다. 또, 접합 계면의 강도는 시험편을 잘라내고, 외팔보 굽힘 시험에 의해 구하였다.
숫돌의 번수 숫돌의
회전수
(rpm)		 숫돌의
이송 속도
(㎜/min)		 강도
(㎫)		 표면 거칠기
(Ra)
180 6000 0.2 250 1.2
200 6000 0.2 270 1
200 6000 0.3 280 0.9
325 6000 0.2 350 0.8
325 6000 0.3 360 0.7
표 2로부터, 가공 조건을 변경시킴으로써 중심 평균 거칠기 Ra를 0.8 ㎛ 이하로 함으로써, 극적으로 강도가 향상되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 종단면이 타원의 호의 형상인 오목 곡면부를 가공할 때에, Ra 0.8 ㎛가 되는 가공 조건을 적용해서, 표 1의 실시예 2와 동일한 형상의 가열 장치를 제작하여, 앞서 설명한 오목 곡면부 형상 평가와 동일한 조건으로 가열 부식 시험을 행하였다. 그 결과, 2년 후에도 크랙은 발생하지 않았다. 이러한 점으로부터, 타원의 호의 거칠기 Ra를 0.8 ㎛ 이하로 함으로써, 가열 장치의 신뢰성을 더욱 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 가열 장치를 실시예 및 도면을 사용하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명의 가열 장치는 실시예 및 도면의 기재에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다수의 변형이 가능하다. 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에서는, 세라믹스 기체(11)와 샤프트(13)와의 접합 계면(14)의 외단(14E)이, 종단면에서 타원의 호의 형상을 이루는 오목 곡면부(15)의 장축 단부와 단축 단부 사이의 호 상에 위치하는 예를 나타내고 있으나, 이 외단(14E)은 오목 곡면부(15)의 호의 장축 단부와 일치하는 점에 위치하고 있어도 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 장치의 일실시예의 모식적인 종단면도이다.
도 2는 도 1의 주요부의 확대 종단면도이다.
도 3은 비교예의 가열 장치의 주요부의 확대 단면도이다.
도 4는 비교예의 가열 장치의 주요부의 확대 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 세라믹스 기체(가열 기체) 12: 저항 발열체
13: 샤프트(지지 부재) 15: 오목 곡면부

Claims (3)

  1. 세라믹스로 이루어지는 가열 장치에 있어서,
    가열면을 갖는 판 형상의 가열 기체(基體)와,
    상기 가열 기체의 배면에, 축선 방향이 상기 배면과 수직으로 되도록, 접합된 중공 통 형상의 지지 부재를 구비하고,
    상기 가열 기체와 상기 지지 부재와의 접합 계면(14)의 외단(14E) 근방에, 상기 가열 기체의 배면과 지지 부재의 외표면을 매끄럽게 접속하는 오목 곡면부가 형성되며,
    상기 오목 곡면부는 상기 지지 부재의 축선을 포함하는 단면에서, 단축 방향이 지지 부재의 축선 방향과 평행한 타원의 호(弧)의 곡선 형상을 갖고, 상기 타원의 단축 반경 A에 대한 장축 반경 B의 비 B/A가 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 타원의 단축 방향은 상기 지지 부재의 축선(L) 방향과 평행인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오목 곡면부의 표면 거칠기는, 중심선 평균 거칠기 Ra로 0.8 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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