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JP2006059633A - heater - Google Patents

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JP2006059633A
JP2006059633A JP2004239297A JP2004239297A JP2006059633A JP 2006059633 A JP2006059633 A JP 2006059633A JP 2004239297 A JP2004239297 A JP 2004239297A JP 2004239297 A JP2004239297 A JP 2004239297A JP 2006059633 A JP2006059633 A JP 2006059633A
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JP
Japan
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arc tube
heating element
heater
base member
carbon
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Withdrawn
Application number
JP2004239297A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Mori
和之 森
Katsumi Sojo
勝巳 荘所
Takayuki Hiraishi
隆之 平石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ushio Denki KK, Ushio Inc filed Critical Ushio Denki KK
Priority to JP2004239297A priority Critical patent/JP2006059633A/en
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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater capable of heat-treating stably without losing airtightness of the heater even in the case a high temperature heat-treatment is carried out to a substrate such as a silicon wafer. <P>SOLUTION: This heater is provided with a light-emitting tube which is composed of a ceramic material and at which a carbon-wire heating element formed by carbon in the inner part is arranged and installed, and the base member jointed to both ends of the light-emitting tube. The heating element has an electric resistance reducing part for reducing the electric resistance at least at a part corresponding to joining parts to the light-emitting tube and the base member. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、工業用加熱分野、例えば半導体加熱、ガラス基板加熱などの加熱装置に使用されるヒータに関する。詳細には、高耐熱性を有する、例えばサファイアなどのセラミックスからなる発光管の内部にカーボン発熱体が配設されたヒータに関する。   The present invention relates to a heater used in industrial heating fields, for example, heating devices such as semiconductor heating and glass substrate heating. More specifically, the present invention relates to a heater having a high heat resistance and a carbon heating element disposed inside an arc tube made of ceramics such as sapphire.

現在、半導体製造プロセスにおいては、例えばシリコンウェハなどの基板の表面に酸化膜を形成させるための成膜工程や、シリコンウェハの表層部分におけるシリコン結晶に対してホウ素や砒素などの不純物イオンを注入した状態において、当該不純物を拡散させる拡散工程などを行うに際して、所定の加熱処理を施すことが行われている。   Currently, in the semiconductor manufacturing process, for example, a film forming step for forming an oxide film on the surface of a substrate such as a silicon wafer, or impurity ions such as boron and arsenic are implanted into a silicon crystal in a surface layer portion of the silicon wafer. In the state, when performing a diffusion step of diffusing the impurity, a predetermined heat treatment is performed.

上記工程で使用される加熱手段は、不純物金属などのシリコンウェハの性能を劣化させる物質の発生源とならないことが要求される。そのため、上記加熱処理は、不純物金属などを発生させるおそれの少ない、例えばタングステンからなる棒状発熱体の外側を石英ガラスからなる発光管で覆い、当該発光管内に発熱体の酸化防止を目的として、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを封入してなる管状ヒータを使用して行われている。   The heating means used in the above process is required not to be a source of substances that degrade the performance of silicon wafers such as impurity metals. Therefore, the heat treatment is less likely to generate an impurity metal or the like, for example, the outside of a rod-shaped heating element made of tungsten is covered with an arc tube made of quartz glass, and for the purpose of preventing oxidation of the heating element in the arc tube, for example, This is performed using a tubular heater in which an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is sealed.

かかる不純物金属汚染防止の観点から、無垢の棒状金属質発熱体に比して、半導体製造プロセス用の加熱手段として好適に使用することができる、非常に細いカーボン繊維を複数本編んで作製されたカーボンワイヤー発熱体を石英ガラス管内に配設してなるヒータが特許文献1に開示されている。
特開2002−15849号公報
From the viewpoint of preventing such impurity metal contamination, carbon produced by knitting a plurality of very thin carbon fibers, which can be suitably used as a heating means for a semiconductor manufacturing process, compared to a solid rod-like metallic heating element. Patent Document 1 discloses a heater in which a wire heating element is disposed in a quartz glass tube.
JP 2002-15849 A

ところで、近年の半導体製造プロセス用の加熱時には、シリコンウェハなどの基板に対し1200℃以上もの高温の熱処理を要求される場合がある。しかしながら、従来のヒータを使用してこのような高温の熱処理を行うと、発熱体の外側を覆っている石英ガラス管が溶融して変形するため、ヒータの気密性が損なわれることにより発熱体が酸化する、という問題が生じることが判明した。   By the way, at the time of heating for a recent semiconductor manufacturing process, a heat treatment at a high temperature of 1200 ° C. or higher may be required for a substrate such as a silicon wafer. However, when such a high-temperature heat treatment is performed using a conventional heater, the quartz glass tube covering the outside of the heating element is melted and deformed, so that the heating element is deteriorated by impairing the hermeticity of the heater. It has been found that the problem of oxidation occurs.

このような問題を解決すべく、本発明は、シリコンウェハなどの基板に対し高温の熱処理を行った場合にも、ヒータの気密性を損なうことなく、安定に熱処理を行うことが可能なヒータを提供することを目的とする。   In order to solve such a problem, the present invention provides a heater that can stably perform a heat treatment without impairing the hermeticity of the heater even when a high-temperature heat treatment is performed on a substrate such as a silicon wafer. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明は、セラミックス材料からなる、内部にカーボンにより形成されるカーボンワイヤー発熱体が配設された発光管と、該発光管の両端に接合されるベース部材とを備えてなり、前記発熱体は、少なくとも前記発光管と前記ベース部材との接合箇所に対応する箇所において、その電気抵抗を低減させるための電気抵抗低減部を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes an arc tube having a carbon wire heating element formed of carbon and made of a ceramic material, and a base member joined to both ends of the arc tube. Thus, the heating element has an electrical resistance reducing portion for reducing the electrical resistance at least at a location corresponding to a location where the arc tube and the base member are joined.

さらに、前記発光管は、サファイアからなることを特徴とする。   Further, the arc tube is made of sapphire.

さらに、前記ベース部材は、絶縁材料からなり、サファイアからなる発光管とフリットガラスによって接合されたことを特徴とする。   Further, the base member is made of an insulating material, and is joined by an arc tube made of sapphire and frit glass.

さらに、前記ベース部材は、導電性材料からなり、サファイアからなる発光管とロウ付けによって接合されたことを特徴とする。   Further, the base member is made of a conductive material, and is joined to an arc tube made of sapphire by brazing.

さらに、前記電気抵抗低減部は、導電部材からなることを特徴とする。   Furthermore, the electrical resistance reduction unit is made of a conductive member.

さらに、前記導電部材は、カーボンからなることを特徴とする。   Further, the conductive member is made of carbon.

さらに、前記発熱体は、前記ベース部材内に充填されたワイヤーカーボン部材に圧縮固定され、かつ、該ワイヤーカーボン部材に電気的に接続されていることを特徴とする。   Furthermore, the heating element is compressed and fixed to a wire carbon member filled in the base member, and is electrically connected to the wire carbon member.

さらに、前記ベース部材は、前記発光管に接続された側と逆側の端部に導電部材が接続され、該導電部材は、その一部に形成された縮径部において前記発熱体に電気的に接続されたことを特徴とする。   Further, the base member is connected to a conductive member at an end opposite to the side connected to the arc tube, and the conductive member is electrically connected to the heating element at a reduced diameter portion formed in a part thereof. It is characterized by being connected to.

本発明のヒータによれば、例えばサファイアのような高い耐熱性を有するセラミックスによって発光管を構成したことにより、発光管に石英ガラスを用いた場合に比して耐熱性が向上するため、半導体製造プロセスにおいて要求される、例えば1200℃を超えるような高温の熱処理を実現すべくヒータを駆動させた場合においても、発光管が溶融して変形する、という不具合を生じることがない。
さらには、カーボン発熱体には少なくとも前記発光管と前記ベース部材との接合箇所に対応する箇所において、その電気抵抗を低減させるための電気抵抗低減部が設けられていることにより、発熱体が高温になった場合においても、発光管とベース部材とを接合しているフリットガラスあるいはロウ材などからなる接合箇所の温度が過剰に上昇することを抑制することができるため、当該接合箇所が熱破損することがない。
以上から、高温条件下において、ヒータの気密性を損なうことに伴って発熱体が酸化する、という問題を確実に解決することができるため、安定な熱処理を行うことができる。
According to the heater of the present invention, since the arc tube is made of ceramics having high heat resistance such as sapphire, the heat resistance is improved as compared with the case where quartz glass is used for the arc tube. Even when the heater is driven to realize a high-temperature heat treatment exceeding, for example, 1200 ° C. required in the process, there is no problem that the arc tube is melted and deformed.
Furthermore, the carbon heating element is provided with an electrical resistance reducing section for reducing the electrical resistance at least at a location corresponding to the location where the arc tube and the base member are joined. Even in such a case, it is possible to suppress an excessive increase in the temperature of the joining portion made of frit glass or brazing material that joins the arc tube and the base member. There is nothing to do.
From the above, it is possible to surely solve the problem that the heating element oxidizes due to the loss of the airtightness of the heater under high temperature conditions, and thus stable heat treatment can be performed.

図1は、本発明のヒータを管軸方向にて切断した断面図を示す。図2は、本発明のヒータの要部拡大図である。
図1に示すように、カーボンヒータ1は、サファイアからなる発光管11と、絶縁性材料として、例えばアルミナからなる、その一端に発光管11の各々の端部が嵌入されて発光管11に接合された筒状のベース部材12と、発光管11の内部を貫通し、その両端が発光管11から外方に突出するとともにベース部材12内に配置されるよう発光管11の管軸方向に沿って配置された発熱体13とを備えて構成される。発熱体13は、ベース部材12の内部空間に圧縮収納されたワイヤーカーボン部材14中に、圧縮された状態で埋設固定される。ベース部材12において、発光管11と接合される側と逆側の端部に形成された開口部には閉塞部材15が嵌め込まれることにより、発光管11とベース部材12からなるヒータ1の内部が気密に保たれる。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the heater of the present invention cut in the tube axis direction. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the heater of the present invention.
As shown in FIG. 1, the carbon heater 1 includes an arc tube 11 made of sapphire and an insulating material made of, for example, alumina. Each end of the arc tube 11 is fitted into one end and joined to the arc tube 11. The cylindrical base member 12 and the inside of the arc tube 11 are penetrated, and both ends thereof protrude outward from the arc tube 11 and are arranged in the base member 12 along the tube axis direction of the arc tube 11. The heating element 13 is arranged. The heating element 13 is embedded and fixed in a compressed state in the wire carbon member 14 compressed and accommodated in the internal space of the base member 12. In the base member 12, the inside of the heater 1 including the arc tube 11 and the base member 12 is formed by fitting a closing member 15 into an opening formed at the end opposite to the side joined to the arc tube 11. Keeped airtight.

発光管11は、高温耐久性に優れていることが必要であることから、高温耐久性に優れるセラミックス材料からなることが好ましく、特に、サファイアからなることが好ましい。サファイアは、融点が2053℃と高いことから、サファイアから構成される発光管は従来の石英ガラスからなる発光管(軟化点は1200℃)に比して高温耐久性に優れるため、高温出力への要求に応えるべく発熱体への投入電力を増加させることが可能となる。また、サファイアは、赤外線透過率において石英ガラスに比べ優れるため、発光管をサファイアで構成することによりヒータの性能が向上する。   Since it is necessary for the arc tube 11 to be excellent in high-temperature durability, the arc tube 11 is preferably made of a ceramic material excellent in high-temperature durability, and particularly preferably made of sapphire. Since sapphire has a high melting point of 2053 ° C., the arc tube made of sapphire has excellent high-temperature durability as compared to a conventional arc tube made of quartz glass (softening point is 1200 ° C.). In order to meet the demand, it is possible to increase the input power to the heating element. Further, since sapphire is superior to quartz glass in infrared transmittance, the performance of the heater is improved by configuring the arc tube with sapphire.

ベース部材12は、電気的絶縁性を確保するためにアルミナからなり、内部空間を有する筒体である。このベース部材12内に、所定の長さだけ発光管11の端部を嵌め込み、発光管11とベース部材12とを管軸方向において一体化する。発光管11とベース部材12とは、フリットガラスを溶融させてなる接合部17を形成することによって固定される。   The base member 12 is a cylindrical body made of alumina and having an internal space in order to ensure electrical insulation. The end of the arc tube 11 is fitted into the base member 12 by a predetermined length, and the arc tube 11 and the base member 12 are integrated in the tube axis direction. The arc tube 11 and the base member 12 are fixed by forming a joint 17 formed by melting frit glass.

上記のように、発光管及び発光管と別部材の封止用のベース部材を一体化させる、というヒータ構造を採用する理由は以下のとおりである。第1に、発光管の端部をピンチシールなどの従来から周知の手段によって封止してヒータの気密性を確保するという構造も可能なように思えるが、発光管構成材料であるサファイアが高い融点を有することに起因して、サファイアからなる発光管においてピンチシール構造を採用することが困難であることによる。第2に、ベース部材の内部には、発熱体が熱膨張した際に管軸方向にある程度伸縮可能であるよう固定するとともに、発熱体への給電を行うためのカーボンワイヤー部材を十分に充填するための空間が必要となるが、サファイアからなる発光管に対し、かかる空間を有するよう加工を施すこと、具体的には、カーボンワイヤー部材を充填する空間に相当する部分の径が大きい形状とすることは極めて困難であることによる。   As described above, the reason for adopting the heater structure in which the arc tube and the arc tube and the base member for sealing which is a separate member are integrated is as follows. First, it seems that a structure in which the end of the arc tube is sealed by a conventionally known means such as a pinch seal to ensure the airtightness of the heater is possible, but sapphire, which is the arc tube constituent material, is high. This is because it is difficult to adopt a pinch seal structure in an arc tube made of sapphire due to having a melting point. Secondly, the base member is fixed so that it can be expanded and contracted to some extent in the tube axis direction when the heating element is thermally expanded, and is sufficiently filled with a carbon wire member for supplying power to the heating element. However, the arc tube made of sapphire is processed so as to have such a space, specifically, the shape corresponding to the space filled with the carbon wire member has a large diameter. This is because it is extremely difficult.

発熱体13は、直径が5μm〜15μmのカーボン単繊維ファイバーを約3000〜3500本程度束ねたファイバー束を9束程度用いて直径2mm程度の編紐、あるいは組紐形に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体である。このようなカーボンワイヤー発熱体は、従来の金属材料からなる無垢の発熱体に比べて、熱容量が小さく昇降温特性に優れ、さらには、非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れている。   The heating element 13 is a carbon wire heating element such as a braided string of about 2 mm in diameter or braided using about 9 bundles of about 3000 to 3500 carbon single fiber fibers having a diameter of 5 μm to 15 μm. Is the body. Such a carbon wire heating element has a small heat capacity and excellent temperature rising / falling characteristics as compared with a solid heating element made of a conventional metal material, and is also excellent in high temperature durability in a non-oxidizing atmosphere.

ベース部材12は、発光管11が接合された側と逆側の端部において、ヒータ1の気密性を確保するため、接合部17と同じフリットガラスにより、アルミナからなる円板状の閉塞部材15が取付けられている。この閉塞部材15の中央付近に設けられた貫通穴には、発光管11及びベース部材12の内部に後述の不活性ガスを封入するための排気管16がフリットガラスにより固定されている。
この排気管16は、図示していない電源に繋がり発熱体13に給電する役割を果たすため導電性を有することが必要であり、かつ、閉塞部材15を構成するアルミナに近い熱膨張係数を有する材料からなることが好ましく、具体的にはニオブからなり、ベース部材12の内部空間に圧縮収納されたワイヤーカーボン部材14中に圧縮された状態で固定されている。排気管16は、ヒータの気密性を確保するため、不活性ガスを封入した後、ベース部材12から外方に突出している側の端部を封じ切るものであり、便宜上、封じ切り後の状態を図示している。
ワイヤーカーボン部材14は、発熱体13を構成するカーボンワイヤー発熱体と同一材料からなり、同一の構造を有することが好ましい。
The base member 12 is a disc-shaped closing member 15 made of alumina by frit glass same as the joining portion 17 in order to ensure the airtightness of the heater 1 at the end opposite to the side where the arc tube 11 is joined. Is installed. In the through hole provided in the vicinity of the center of the closing member 15, an exhaust pipe 16 for sealing an inert gas (described later) inside the arc tube 11 and the base member 12 is fixed by frit glass.
The exhaust pipe 16 is connected to a power source (not shown) and needs to have conductivity to play a role of supplying power to the heating element 13 and has a thermal expansion coefficient close to that of alumina constituting the closing member 15. Preferably, it is made of niobium, and is fixed in a compressed state in a wire carbon member 14 that is compressed and housed in the internal space of the base member 12. The exhaust pipe 16 seals the end portion protruding outward from the base member 12 after sealing with an inert gas in order to ensure the hermeticity of the heater. Is illustrated.
The wire carbon member 14 is preferably made of the same material as the carbon wire heating element constituting the heating element 13 and has the same structure.

図2に示すように、筒状の導電部材18は、管軸方向に沿って伸び、発熱体13における発光管11とベース部材12とを接合する接合部17に対応する箇所の外周を覆うことができるよう所定の長さを有し、一端が発熱体13の外面と発光管11の内面との間に嵌入されて固定され、他端が発熱体13の外面に沿って発光管11の端部から突出するとともにベース部材12の内部空間に圧縮収納されたワイヤーカーボン部材14中に圧縮固定されている。導電部材18により、発熱体13における接合部17付近の電気抵抗を減少させることができるので、接合部17が高温状態となることを防止できる。
導電部材は、電流通過面積を増やすことにより発熱体の電気抵抗を低減させることができさえすれば良く、上記のような筒状のものに代えて、例えば棒状のものを用いることもできる。
As shown in FIG. 2, the cylindrical conductive member 18 extends along the tube axis direction and covers the outer periphery of the portion corresponding to the joint portion 17 that joins the arc tube 11 and the base member 12 in the heating element 13. The one end is fitted and fixed between the outer surface of the heating element 13 and the inner surface of the arc tube 11, and the other end is the end of the arc tube 11 along the outer surface of the heating element 13. It is compressed and fixed in the wire carbon member 14 which protrudes from the portion and is compressed and accommodated in the internal space of the base member 12. The conductive member 18 can reduce the electrical resistance in the vicinity of the joint 17 in the heating element 13, so that the joint 17 can be prevented from being in a high temperature state.
The conductive member only needs to reduce the electric resistance of the heating element by increasing the current passage area. For example, a rod-shaped member can be used instead of the cylindrical member as described above.

前記導電部材18は、発熱体13の電気抵抗を低減させる必要があるため高い導電性を有し、かつ、高温耐久性に優れる材料からなることが好ましく、例えばカーボン、シリコンカーバイド(SiC)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、などからなり、特に、安価で、加工性が良いという理由からカーボンからなることが好ましい。導電部材18は、全長(管軸方向)が10mm〜50mmであって、例えば40mmであり、厚みが0.1mm〜0.9mmであって例えば0.3mmである。   The conductive member 18 is preferably made of a material having high conductivity and excellent high-temperature durability because it is necessary to reduce the electrical resistance of the heating element 13, for example, carbon, silicon carbide (SiC), titanium. (Ti), molybdenum (Mo), and the like. In particular, carbon is preferable because it is inexpensive and has good workability. The conductive member 18 has a total length (tube axis direction) of 10 mm to 50 mm, for example, 40 mm, and a thickness of 0.1 mm to 0.9 mm, for example, 0.3 mm.

ここで上記の導電部材18によって、発熱体13における電流通過面積を増やさねばならない理由は、以下のとおりである。
すなわち、発光管11とベース部材12との接合部17は、発光管11とベース部材12とは所定の手段によって管軸方向において接合されており、かつ、発熱体13が給電のためにワイヤーカーボン部材14中に埋設している必要がある、という事情により、熱源となる発熱体13に近在する構造とならざるを得ず、この場合には、接合部17を構成するフリットガラスが発熱体13からの熱を受けて溶融する、という不具合が生じるからである。
Here, the reason why the current passage area in the heating element 13 must be increased by the conductive member 18 is as follows.
That is, the joint 17 between the arc tube 11 and the base member 12 is such that the arc tube 11 and the base member 12 are joined in the tube axis direction by a predetermined means, and the heating element 13 is wire carbon for power supply. Due to the fact that it is necessary to embed in the member 14, the structure must be close to the heating element 13 serving as a heat source. In this case, the frit glass constituting the joint 17 is the heating element. This is because the problem of melting by receiving heat from 13 occurs.

このような発光管11及びベース部材12が一体化されてなるヒータ1の内部には、発熱体13の酸化防止のため、排気管16を通じて、例えば窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが封入される。このようなヒータ1は、図示していない電源により排気管16へ給電することにより、排気管16に電気的に接続されたワイヤーカーボン部材14を介して発熱体13へ給電されることで駆動される。   In the heater 1 in which the arc tube 11 and the base member 12 are integrated, an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas is passed through the exhaust pipe 16 in order to prevent oxidation of the heating element 13. Gas is enclosed. The heater 1 is driven by supplying power to the heating element 13 via the wire carbon member 14 electrically connected to the exhaust pipe 16 by supplying power to the exhaust pipe 16 by a power source (not shown). The

以上のような本発明のヒータによれば、例えばサファイアのような高温耐久性に優れる材料で発光管が構成されていることにより、例えば半導体製造プロセスにおいて要求されている極めて高温の温度条件を満たすべく、大電力を投入して発熱体を高温状態にした場合にも、発光管を構成する材料が溶融してヒータの気密性が損なわれることに起因して発熱体が酸化する、という不具合が生じることを確実に防止することができる。さらには、発熱体13と発光管11との間において、少なくとも発熱体13における発光管11及びベース部材12を接合している接合部17に対応する箇所の近傍を覆うように所定の長さを有する電気抵抗低減部としての導電部材18が介在することにより、導電部材18の設けられた箇所の発熱体13の電気抵抗が低減することに起因して、接合部17の温度上昇が抑制されることにより接合部17を構成するフリットガラスが溶融するおそれがないため、接合部17が溶融することに伴って発熱体13が酸化する、という不具合の発生を確実に防止することができる。 According to the heater of the present invention as described above, the arc tube is made of a material excellent in high temperature durability such as sapphire, for example, thereby satisfying an extremely high temperature condition required in a semiconductor manufacturing process, for example. Therefore, even when a large amount of electric power is applied and the heating element is brought to a high temperature state, there is a problem that the heating element is oxidized due to melting of the material constituting the arc tube and impairing the hermeticity of the heater. It can be surely prevented from occurring. Furthermore, a predetermined length is provided between the heating element 13 and the arc tube 11 so as to cover at least the vicinity of the portion corresponding to the joint portion 17 joining the arc tube 11 and the base member 12 in the heating element 13. Due to the interposition of the conductive member 18 as the electric resistance reducing portion, the increase in the temperature of the joint portion 17 is suppressed due to the reduction in the electric resistance of the heating element 13 at the location where the conductive member 18 is provided. Accordingly, there is no possibility that the frit glass constituting the joint portion 17 is melted, and therefore it is possible to reliably prevent the occurrence of the problem that the heating element 13 is oxidized as the joint portion 17 melts.

これに対し、従来の石英ガラスからなる発光管を備えたヒータによると、高温の温度条件を満たすべく発熱体に大電力を投入した場合には、発光管構成材料である石英ガラスが溶融してヒータの気密性が損なわれることによって、発熱体が大気に曝されて酸化する、という不具合を生じることになる。   On the other hand, according to a heater equipped with a conventional arc tube made of quartz glass, when a large amount of power is supplied to the heating element to satisfy a high temperature condition, the quartz glass that is the arc tube constituent material is melted. When the airtightness of the heater is impaired, there is a problem that the heating element is exposed to the atmosphere and oxidized.

さらに、本発明の完成に至るまでの過程において本発明者が試作して評価を行った、発熱体と発光管との間に電気抵抗減少手段(導電部材18)を具備しない点以外は本発明(図1)と同様の構造を有するヒータにおいては、発光管とベース部材とを接合しているフリットガラスが溶融することによってヒータの気密性が損なわれることにより、従来のヒータと同様に発熱体が大気に曝されて酸化する、という不具合を生じることが判明している。   In addition, the present invention is not provided with an electrical resistance reducing means (conductive member 18) between the heating element and the arc tube, which the present inventor made and evaluated in the process up to the completion of the present invention. In the heater having the same structure as that of FIG. 1, the frit glass that joins the arc tube and the base member is melted so that the hermeticity of the heater is lost. Has been found to cause the problem of oxidation when exposed to the atmosphere.

図3は、本発明の他の実施形態に係るヒータの要部拡大断面図である。図1、2と同一符号は同一部分を示す。
図3に示されるように、ヒータ2は、サファイアからなる発光管11と、導電性材料、例えばコバール(Fe−Ni−Co系合金)からなるベース部材12とが、あらかじめ接合部17に該当するサファイア外表面に行っていたメタライズ処理部においてロウ付けによって接合され、例えば銀ロウなどのロウ材からなる接合部17が形成されている。ベース部材12の発光管11と接続される側と逆側の端部には、円板状の閉塞部材15が嵌め込まれている。すなわち、ヒータ3は、図1に示す排気管16に相当する部材を具備せず、ベース部材12を通じて発光管11及びベース部材12の内部に発熱体13の酸化を防止するために不活性ガスを封入した後、閉塞部材15を嵌め込んで固定すれば良い。これらの構造を除く他の構造は図1に示すヒータ1と同様である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a heater according to another embodiment of the present invention. 1 and 2 denote the same parts.
As shown in FIG. 3, in the heater 2, the arc tube 11 made of sapphire and the base member 12 made of a conductive material, for example, Kovar (Fe—Ni—Co alloy) correspond to the joint portion 17 in advance. Joining is performed by brazing in the metallization processing portion performed on the outer surface of sapphire, and a joining portion 17 made of a brazing material such as silver brazing is formed. A disc-shaped closing member 15 is fitted into the end of the base member 12 opposite to the side connected to the arc tube 11. That is, the heater 3 does not include a member corresponding to the exhaust pipe 16 illustrated in FIG. 1, and an inert gas is used to prevent oxidation of the heating element 13 through the base member 12 and into the arc tube 11 and the base member 12. After the sealing, the closing member 15 may be fitted and fixed. Except for these structures, the other structures are the same as those of the heater 1 shown in FIG.

上記ヒータ2は、ベース部材12が導電性材料から構成されているため、ベース部材12を図示していない電源に接続し、ベース部材12を介して発熱体13に給電することで駆動される。   Since the base member 12 is made of a conductive material, the heater 2 is driven by connecting the base member 12 to a power source (not shown) and supplying power to the heating element 13 via the base member 12.

上記ヒータ2によれば、排気管に相当する構造を具備せず、ベース部材12を通じて発光管11及びベース部材12の内部に直接不活性ガスを封入するとともに、導電性材料からなるベース部材12を介して給電可能な構造であることに特徴があり、これにより、部品数を一つ減らすことができるので、図1に示すヒータ1で得られる効果に加えて、生産性が向上するとともにコスト面で有利となる、という効果がある。   The heater 2 does not have a structure corresponding to an exhaust pipe, and the inert gas is sealed directly inside the arc tube 11 and the base member 12 through the base member 12, and the base member 12 made of a conductive material is provided. In this case, the number of components can be reduced by one, so that in addition to the effects obtained with the heater 1 shown in FIG. It has the effect of becoming advantageous.

図4は、本発明の他の実施形態に係るヒータの要部拡大断面図である。図1、2と同一符号は同一部分を示す。
ヒータ3は、サファイアからなる発光管11と、導電性材料として、例えばコバールからなる、その一端に発光管11の各々の端部が嵌入されて発光管11に接合された筒状のベース部材12と、発光管11及びベース部材12の内部を貫通し、その両端がベース部材12から外方に突出するとともに、後述の排気管16内に配置されるよう発光管11の管軸方向に沿って配置された発熱体13と、を備えて構成される。発光管11とベース部材12とは、あらかじめ接合部17に該当するサファイア外表面に行っていたメタライズ処理部において、例えば銀ロウによるロウ付けによって接合部17を形成して固定される。ベース部材12の他端には、発光管11及びベース部材12の内部に不活性ガスを封入するための排気管16が嵌入され、例えば銀ロウによるロウ付け等の所定の手段によって固定されている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a heater according to another embodiment of the present invention. 1 and 2 denote the same parts.
The heater 3 includes an arc tube 11 made of sapphire, and a cylindrical base member 12 made of, for example, Kovar as a conductive material. Each end of the arc tube 11 is fitted into one end of the arc tube 11 and joined to the arc tube 11. And both ends of the arc tube 11 and the base member 12 project outward from the base member 12 and along the tube axis direction of the arc tube 11 so as to be disposed in the exhaust pipe 16 to be described later. And a heating element 13 arranged. The arc tube 11 and the base member 12 are fixed by forming a joint portion 17 by brazing with, for example, silver brazing, in a metallization processing portion previously applied to the outer surface of the sapphire corresponding to the joint portion 17. The other end of the base member 12 is fitted with an arc tube 11 and an exhaust pipe 16 for sealing an inert gas inside the base member 12, and is fixed by a predetermined means such as brazing with silver brazing. .

排気管16は、管軸方向における任意の箇所に形成された縮径部161において発熱体13に当接していることにより、発熱体13を管軸方向に移動することがないよう固定するとともに、発熱体13と電気的に接続している点に特徴がある。   The exhaust pipe 16 is in contact with the heating element 13 at a reduced diameter portion 161 formed at an arbitrary position in the pipe axis direction, thereby fixing the heating element 13 so as not to move in the pipe axis direction. It is characterized in that it is electrically connected to the heating element 13.

上記ヒータ3によれば、排気管16がその一部に形成された縮径部161において発熱体13に電気的に接続されていることにより、図1乃至図3に示すヒータ1及びヒータ2のように、ワイヤーカーボン部材及び閉塞部材を具備してなく、排気管16に繋がる図示していない電源により排気管16のみを介して発熱体13に給電することができるため、図1及び図2に示すヒータ1及びヒータ2に比して構造が簡便になる結果、図1に示すヒータ1で得られる効果に加えて、生産性が向上するとともにコスト面で有利になる、という効果がある。   According to the heater 3, the exhaust pipe 16 is electrically connected to the heating element 13 at the reduced diameter portion 161 formed in a part thereof, so that the heater 1 and the heater 2 shown in FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, since the wire carbon member and the blocking member are not provided, and the heating element 13 can be fed through the exhaust pipe 16 only by a power source (not shown) connected to the exhaust pipe 16. As a result of the simplified structure compared to the heater 1 and the heater 2 shown, in addition to the effect obtained by the heater 1 shown in FIG. 1, there is an effect that productivity is improved and cost is advantageous.

本発明のヒータは、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明のヒータにおいて、発光管11は、サファイアに限らず、多結晶アルミナ、ムライト(Al・SiO)、ジルコニア、マグネシア等から構成することができる。
The heater of this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, in the heater of the present invention, the arc tube 11 is not limited to sapphire, but can be composed of polycrystalline alumina, mullite (Al 2 O 3 .SiO 2 ), zirconia, magnesia, or the like.

また、発熱体13の接合部17に対応する箇所における電流通過面積を拡げる手法としては、発熱体13と別体の導電部材18を設けることに限らず、発熱体13に対し、接合部17に対応する箇所における径が、接合部17から離れた箇所、例えば中央部における径に比べて拡がっている構造となるよう加工を施すこともできる。   Further, the method of expanding the current passage area at the portion corresponding to the joint 17 of the heating element 13 is not limited to providing the conductive member 18 separate from the heating element 13. Processing can also be performed so that the diameter at the corresponding location is larger than that at the location away from the joint 17, for example, the central portion.

さらには、図1及び図2に示すヒータ1及びヒータ2において、ベース部材12内にワイヤーカーボン部材14を充填することは必須の条件ではなく、他の手段により、発熱体13と排気管16若しくはベース部材12とを電気的に接続させることもできる。   Further, in the heater 1 and the heater 2 shown in FIGS. 1 and 2, it is not an essential condition to fill the base member 12 with the wire carbon member 14, and the heating element 13 and the exhaust pipe 16 or The base member 12 can also be electrically connected.

以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。   Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.

〔実施例〕
図1に示す構造に従い、本発明に係るヒータ1を複数作製した。このヒータ1の具体的な構成は、以下に示すとおりである。
発熱体13は、外径が1.8mm、全長が1050mmであり、直径が10μmのカーボン単繊維ファイバーを350本束ねたファイバー束を9束用いた編紐状のカーボンワイヤー発熱体である。
発光管11は、サファイアからなり、外径が5mm、内径が2mm、全長が1060mmの直管状のものである。
ベース部材12は、アルミナからなり、外径が8mm、内径が6mm、全長が47mmである。
排気管16は、ニオブからなり、外径が3mm、内径が2mm、全長が37mmである。
導電部材18は、カーボンからなり、外径が1.95mm、内径が1.35mm、全長が40mmである。
〔Example〕
A plurality of heaters 1 according to the present invention were produced according to the structure shown in FIG. A specific configuration of the heater 1 is as follows.
The heating element 13 is a braided carbon wire heating element using nine bundles of fiber bundles of 350 carbon single fiber fibers having an outer diameter of 1.8 mm, a total length of 1050 mm, and a diameter of 10 μm.
The arc tube 11 is made of sapphire, and is a straight tube having an outer diameter of 5 mm, an inner diameter of 2 mm, and a total length of 1060 mm.
The base member 12 is made of alumina and has an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 6 mm, and a total length of 47 mm.
The exhaust pipe 16 is made of niobium, has an outer diameter of 3 mm, an inner diameter of 2 mm, and a total length of 37 mm.
The conductive member 18 is made of carbon and has an outer diameter of 1.95 mm, an inner diameter of 1.35 mm, and a total length of 40 mm.

作製された複数のヒータ1を、それぞれ発熱体13の温度が1200℃となるよう駆動させて確認したところ、全てのヒータにおいて、発光管11及び発光管11とベース部材12とを接合している接合部17が溶融することなく、発熱体13が酸化する不具合が生じないことが確認された。また、発熱体13は、その中央部付近は赤熱して高温状態となっているのに対し、導電部材18が設けられた箇所は、発熱体が赤熱することなく黒色であり、比較的低温状態となっていることが確認された。   When the plurality of manufactured heaters 1 were confirmed by driving each heating element 13 so that the temperature of the heating element 13 became 1200 ° C., the arc tube 11 and the arc tube 11 and the base member 12 were joined in all the heaters. It was confirmed that the joining part 17 did not melt and the heat generating element 13 did not fail to oxidize. In addition, the heating element 13 is red-heated near the center and is in a high temperature state, whereas the portion where the conductive member 18 is provided is black without the heating element being red-hot, and is in a relatively low temperature state. It was confirmed that

〔比較例〕
導電部材18を具備しないことの他は上記実施例と同じ構成を有するヒータを複数作製した。
[Comparative Example]
A plurality of heaters having the same configuration as in the above example except that the conductive member 18 was not provided were manufactured.

作製された複数のヒータを、それぞれ発熱体13の温度が1200℃となるよう駆動させて確認したところ、幾つかのヒータにおいては、発光管11とベース部材12とを接合している接合部17(フリットガラス)が溶融し、これに伴って、発熱体13が酸化する不具合が発生した。また、発熱体13は、その全体が赤熱して高温状態となっていることが確認された。   When the plurality of heaters thus manufactured were checked by driving the heating element 13 so that the temperature of the heating element 13 became 1200 ° C., in some heaters, the joint portion 17 joining the arc tube 11 and the base member 12. (Frit glass) melted, and accompanying this, there was a problem that the heating element 13 was oxidized. Moreover, it was confirmed that the whole heat generating body 13 became red and became a high temperature state.

本発明のヒータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heater of this invention. 本発明のヒータの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the heater of this invention. 本発明のヒータに係る他の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating other embodiment which concerns on the heater of this invention. 本発明のヒータに係る他の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating other embodiment which concerns on the heater of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ヒータ
11 発光管
12 ベース部材
13 発熱体
14 ワイヤーカーボン部材
15 閉塞部材
16 排気管
17 接合部
18 導電部材









Reference Signs List 1 heater 11 arc tube 12 base member 13 heating element 14 wire carbon member 15 closing member 16 exhaust pipe 17 joint 18 conductive member









Claims (8)

セラミックス材料からなる、内部にカーボンにより形成される発熱体が配設された発光管と、該発光管の両端に接合されるベース部材とを備えてなり、
前記発熱体は、少なくとも前記発光管と前記ベース部材との接合箇所に対応する箇所において、その電気抵抗を低減させるための電気抵抗低減部を有することを特徴とするヒータ。
An arc tube made of a ceramic material, in which a heating element formed of carbon is disposed, and a base member joined to both ends of the arc tube,
The heater according to claim 1, wherein the heating element includes an electric resistance reducing unit for reducing the electric resistance at least at a location corresponding to a joining location between the arc tube and the base member.
前記発光管は、サファイアからなることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。 The heater according to claim 1, wherein the arc tube is made of sapphire. 前記ベース部材は、絶縁材料からなり、前記発光管とフリットガラスによって接合されたことを特徴とする請求項2に記載のヒータ。 The heater according to claim 2, wherein the base member is made of an insulating material and joined to the arc tube by frit glass. 前記ベース部材は、導電性材料からなり、前記発光管とロウ付けによって接合されたことを特徴とする請求項2に記載のヒータ。 The heater according to claim 2, wherein the base member is made of a conductive material and is joined to the arc tube by brazing. 前記電気抵抗低減部は、導電部材からなることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。 The heater according to claim 1, wherein the electrical resistance reduction unit is made of a conductive member. 前記導電部材は、カーボンからなることを特徴とする請求項5に記載のヒータ。 The heater according to claim 5, wherein the conductive member is made of carbon. 前記発熱体は、前記ベース部材内に充填されたワイヤーカーボン部材に圧縮固定され、かつ、該ワイヤーカーボン部材に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。 The heater according to claim 1, wherein the heating element is compressed and fixed to a wire carbon member filled in the base member and is electrically connected to the wire carbon member. 前記ベース部材は、前記発光管に接続された側と逆側の端部に導電性材料からなる排気管が接続され、該排気管は、その一部に形成された縮径部において前記発熱体に電気的に接続されたことを特徴とする請求項1に記載のヒータ。














The base member is connected to an exhaust pipe made of a conductive material at an end opposite to the side connected to the arc tube, and the exhaust pipe has the heating element at a reduced diameter portion formed in a part thereof. The heater according to claim 1, wherein the heater is electrically connected to the heater.














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