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課題・解決手段

本発明は、金属性抵抗加熱器及びその使用法を特徴とする。該抵抗加熱器は、導電性の(すなわち低い抵抗率を有する)金属成分と、電気絶縁性の(すなわち高い抵抗率を有する)金属成分の酸化物、窒化物炭化物、及び/または硼化物誘導体とを含む。抵抗率は、金属成分及び誘導体堆積中の酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物形成の量を制御することによって部分的に制御される。

概要

背景

概要

本発明は、金属性抵抗加熱器及びその使用法を特徴とする。該抵抗加熱器は、導電性の(すなわち低い抵抗率を有する)金属成分と、電気絶縁性の(すなわち高い抵抗率を有する)金属成分の酸化物、窒化物炭化物、及び/または硼化物誘導体とを含む。抵抗率は、金属成分及び誘導体堆積中の酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物形成の量を制御することによって部分的に制御される。

目的

本発明はまた、サブストレート上の位置の関数として可変である抵抗率、例えば連続勾配またはステップ関数である抵抗率を有するコーティングを生成する方法をも提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
14件

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請求項1

電源に結合された抵抗層を備えた抵抗加熱体であって、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生するように構成された抵抗加熱体。

請求項2

前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体が、0.0001〜1.0Ωcmの前記抵抗層の抵抗率を結果的に生じる量だけ前記抵抗層に存在し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生するように構成された、請求項1に記載の抵抗加熱体。

請求項3

前記抵抗加熱体がサブストレート上に堆積される、請求項1に記載の抵抗加熱体。

請求項4

a)サブストレートと、金属成分原料と、酸素窒素炭素、及び硼素の1つまたは複数を含むガスとを用意するステップと、b)前記原料溶融して溶融滴の流れを生成するステップと、c)前記溶融滴を前記ガスと反応させて、前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体を生成するステップであって、前記金属成分の一部分が前記ガスと反応して前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を生成し、前記金属成分の一部分は反応せずに残るようにしたステップと、d)前記未反応金属成分及び前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を前記サブストレート上に堆積して抵抗層を生成するステップと、e)ステップ(d)の前記抵抗層を電源に接続して抵抗加熱体を生成するステップとを含む方法によって生成される、サブストレート上の抵抗加熱体。

請求項5

前記溶融滴が5〜150μmの平均直径を有する、請求項4に記載の抵抗加熱体。

請求項6

前記抵抗層が0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有する、請求項4に記載の抵抗加熱体。

請求項7

前記サブストレートと前記抵抗層との間に電気絶縁層をさらに含む、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項8

前記絶縁層酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含む、請求項7に記載の抵抗加熱体。

請求項9

前記絶縁層と前記サブストレートとの間に接着層をさらに含む、請求項7に記載の抵抗加熱体。

請求項10

前記接着層がニッケルクロム合金またはニッケルクロムアルミニウムイットリウム合金を含む、請求項9に記載の抵抗加熱体。

請求項11

前記抵抗層と前記サブストレートとの間の熱反射層をさらに含む、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項12

前記熱反射層が酸化ジルコニウムを含む、請求項11に記載の抵抗加熱体。

請求項13

前記抵抗層の上にセラミック層をさらに含む、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項14

前記セラミック層が酸化アルミニウムを含む、請求項13に記載の抵抗加熱体。

請求項15

前記セラミック層がナノフェーズ酸化アルミニウムにより封止される、請求項14に記載の抵抗加熱体。

請求項16

前記抵抗層の上に金属層をさらに含む、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項17

前記金属層がモリブデンまたはタングステンを含む、請求項16に記載の抵抗加熱体。

請求項18

前記サブストレートが射出成形金型ローラ、または半導体ウェハ処理用のプラテンである、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項19

前記金属成分がチタン(Ti)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、またはそれらの合金である、請求項1または4に記載の抵抗加熱体。

請求項20

サブストレート上に抵抗加熱体を作成する方法であって、a)サブストレートと、金属成分原料と、酸素、窒素、炭素、及び硼素の1つまたは複数を含むガスとを用意するステップと、b)前記原料を溶融して溶融滴の流れを生成するステップと、c)前記溶融滴を前記ガスと反応させて、前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を生成するステップであって、前記金属成分の一部分が前記ガスと反応して前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を生成し、前記金属成分の一部分は反応せずに残るようにしたステップと、d)前記未反応金属成分及び前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を前記サブストレート上に堆積して抵抗層を生成するステップと、e)ステップ(d)の前記抵抗層を電源に接続して抵抗加熱体を生成するステップとを含む方法。

請求項21

ステップ(d)の前記抵抗層が0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を持つように、前記溶融ステップ(b)及び前記反応ステップ(c)が調整される、請求項20に記載の方法。

請求項22

ステップ(b)の前記溶融滴が5〜150μmの平均直径を有する、請求項20に記載の方法。

請求項23

ステップ(d)の前記抵抗層が0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有する、請求項20に記載の方法。

請求項24

前記サブストレートが電気絶縁層を含む、請求項20に記載の方法。

請求項25

前記サブストレートが接着層を含む、請求項20に記載の方法。

請求項26

前記サブストレートが熱反射層を含む、請求項20に記載の方法。

請求項27

(f)前記抵抗層の上にセラミック層を塗布するステップをさらに含み、ステップ(f)がステップ(e)の前、途中、または後に実行される、請求項20に記載の方法。

請求項28

(g)前記セラミック層の上に金属層を塗布するステップをさらに含み、ステップ(g)がステップ(e)の前、途中、または後に実行される、請求項27に記載の方法。

請求項29

前記サブストレートが射出成形金型、ローラ、または半導体ウェハ処理用のプラテンである、請求項20に記載の方法。

請求項30

前記金属成分がチタン(Ti)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、またはそれらの合金である、請求項20に記載の方法。

請求項31

金型キャビティ表面と、抵抗層を含むコーティングとを備えた射出成形金型であって、前記コーティングは前記表面の少なくとも一部分に堆積され、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生するように構成された射出成形金型。

請求項32

前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体が、0.0001〜1.0Ωcmの前記抵抗層の抵抗率を結果的に生じる量だけ前記抵抗層に存在し、前記抵抗層が電源に結合され、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生する、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項33

前記コーティングが前記キャビティ表面と前記抵抗層との間に電気絶縁層をさらに含む、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項34

前記コーティングが前記キャビティ表面と前記絶縁層との間に接着層をさらに含む、請求項33に記載の射出成形金型。

請求項35

前記コーティングが前記抵抗層と前記サブストレートとの間に熱反射層をさらに含む、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項36

前記コーティングが前記抵抗層の上にセラミック層をさらに含む、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項37

前記コーティングが前記抵抗層の上に金属層をさらに含む、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項38

ランナをさらに含み、前記コーティングが前記ランナの表面の少なくとも一部分に堆積される、請求項31に記載の射出成形金型。

請求項39

a)キャビティ表面と、電源に結合された抵抗加熱体を含むコーティングとを備えた射出成形金型であって、前記コーティングは前記キャビティ表面の少なくとも一部分に堆積され、前記抵抗加熱体は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗加熱体は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生するように構成された射出成形金型を用意するステップと、b)前記抵抗加熱体を加熱するステップと、c)熱可塑性樹脂または金属メルトを前記金型内射出するステップであって、前記加熱された抵抗加熱体が前記メルトの固化を調整するようにしたステップと、d)前記金型内の前記メルトを冷却して前記成形品を形成するステップとを含む、成形品を作成する方法。

請求項40

前記抵抗加熱体が、a)金属成分原料と、酸素、窒素、炭素、及び硼素の1つまたは複数を含むガスとを用意するステップと、b)前記原料を溶融して溶融滴の流れを生成するステップと、c)前記溶融滴を前記ガスと反応させて、前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体を生成するステップであって、前記金属成分の一部分が前記ガスと反応して前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を生成し、前記金属成分の一部分は反応せずに残るようにしたステップと、d)前記金属成分及び前記金属成分の前記酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を堆積して抵抗層を生成するステップと、e)ステップ(d)の前記抵抗層を電源に接続して抵抗加熱体を生成するステップとを含む方法によって生成される、請求項39に記載の方法。

請求項41

前記射出成形金型がランナをさらに含み、前記コーティングが前記ランナの表面の少なくとも一部分に堆積される、請求項39に記載の方法。

請求項42

前記コーティングが前記キャビティ表面と前記抵抗加熱体との間に電気絶縁層をさらに含む、請求項39に記載の方法。

請求項43

前記コーティングが前記キャビティ表面と前記絶縁層との間に接着層をさらに含む、請求項42に記載の方法。

請求項44

前記コーティングが前記抵抗加熱体と前記キャビティ表面との間に熱反射層をさらに含む、請求項39に記載の方法。

請求項45

前記コーティングが前記抵抗層の上にセラミック層をさらに含む、請求項39に記載の方法。

請求項46

前記コーティングが前記抵抗層の上に金属層をさらに含む、請求項39に記載の方法。

請求項47

外部表面と、中空芯を包囲する内部表面と、電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱体とを備えた筒形ローラであって、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生し、前記抵抗加熱体が前記外部表面または前記内部表面に堆積されて成る筒形ローラ。

請求項48

a)約5%を超える水分を含む紙と、1つまたは複数の筒形ローラであって、前記筒形ローラは各々、外側表面と、中空芯を包囲する内部表面と、電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱体とを各々が備え、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生し、前記抵抗加熱体が前記外部表面または前記内部表面に堆積されて成る筒形ローラとを用意するステップと、b)前記ローラを前記抵抗加熱体により加熱するステップと、c)前記紙を約5%未満の水分まで乾燥させるのに適した時間だけ前記紙を前記ローラに接触させるステップとを含む、製造中に紙を乾燥する方法。

請求項49

a)反応チャンバ画定し、プラテンを含むエンクロージャと、b)前記反応チャンバ内に装着された支持構造であって、前記チャンバ内で処理される半導体ウェハを装着する前記支持構造と、c)電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱体であって、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生し、前記加熱体が前記プラテン上に堆積されるように構成された抵抗加熱体とを備えた、半導体ウェハ処理システム

請求項50

a)半導体ウェハと、i)反応チャンバを画定し、プラテンを含むエンクロージャと、ii)前記反応チャンバ内に装着された支持構造であって、前記チャンバ内で処理される半導体ウェハを装着する前記支持構造と、iii)電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱体であって、前記抵抗層は金属成分及び前記金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、前記抵抗層は0.0001〜1.0Ωcmの抵抗率を有し、前記電源から前記抵抗層に電流を印加すると結果的に前記抵抗層によって熱が発生し、前記加熱体が前記プラテン上に堆積されるように構成された抵抗加熱体とを備えた半導体ウェハ処理システムとを用意するステップと、b)前記ウェハを前記抵抗加熱体により加熱するステップとを含む、半導体ウェハを加熱するための方法。

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0001

(発明の背景
本発明は抵抗加熱器の分野に関する。

0002

溶射
溶射は、金属またはセラミックコーティング堆積するための汎用性技術である。それは、原料として粉末を使用するシステム(例えばアークプラズマフレーム溶射、及び高速オキシ燃料HVOF)システム)、及び原料としてワイヤを使用するシステム(例えばアークワイヤ、HVOFワイヤ、及びフレーム溶射システム)を含む。

0003

アークプラズマ溶射は、様々なサブストレートに材料を堆積するための方法である。DC電気アークは、塗料噴射と同様の仕方溶融粉末素材を噴射するために使用されるイオン化ガスプラズマ)を生成する。

0004

アークワイヤ溶射システムは、2本のワイヤの先端(例えば亜鉛、銅、アルミニウム、または他の金属)を溶融し、結果的に得られる溶融滴をキャリヤガス(例えば圧縮空気)によって被覆対象表面移送することによって機能する。ワイヤ原料は、2本のワイヤ間電位差によって発生する電気アークによって溶融される。

0005

フレーム溶射では、ワイヤまたは粉末原料は、通常は酸素と別のガス(例えばアセチレン)の混合気点火を通して生じる燃焼火炎によって溶融される。

0006

HVOFは、小さいチャンバ内で点火される燃焼ガス(例えばプロパン及び酸素)を使用する。チャンバ内の高い燃焼温度ガス圧の同時上昇を引き起こし、それが次にチャンバのオリフィスからの非常に高速のガスの流出を発生させる。この高温高速のガスは、原料(例えばワイヤ、粉末、またはそれらの組合せ)を溶融させるため、及び溶融滴を330〜1000m/秒の範囲の速度でサブストレートの表面に移送するための両方に使用される。圧縮ガス(例えば圧縮空気)は、溶滴をさらに加速し、かつHVOF装置を冷却するために使用される。

0007

溶射コーティングは独特微細構造を有する。堆積プロセス中に、各粒子は他の粒子とは独立してガス流入り、溶融し、冷却して固体形態になる。溶融粒子被覆対象のサブストレートに衝突するとき、それらは偏平円形小板として衝突(「スプラット(splat)」)し、高い冷却速度凍結する。プラズマガン装置にサブストレート上を繰返し通過させて、所望の厚さのコーティングに達するまで1層ずつ積み上げることによって、サブストレート上にコーティングが蓄積される。粒子はスプラットとして固化するので、結果的に得られる微細構造は、サブストレートの面上にランダム積み重ねられた円形小板に似た結晶粒子の非常に薄いラメラである。

0008

抵抗加熱器
溶射技術は加熱器用のコーティングを堆積するために使用されてきた。抵抗加熱器は、電子が加熱器材料の原子と衝突することによって熱を発生する。熱が生成される率がパワーであり、それは流れる電流の量及び材料によってもたらされる電流の流れに対する抵抗に依存する。加熱器の抵抗は、「抵抗率」と呼ばれる材料特性ならびに電流の経路の長さ及び電流が通過する断面積記述する幾何学的要素に依存する。

0009

従来、抵抗性コーティングは溶射を用いて堆積されてきた。1つのそのような例では、ニッケル80%−クロム20%などの金属合金が堆積され、加熱器として使用される。別の例では、堆積の前に、粉末形態の金属合金が酸化アルミニウムなどの電気絶縁体の粉末と混合される。配合材料は次いで溶射を用いて堆積され、抵抗材料のコーティングを形成する。しかし、ニッケル−クロムを抵抗加熱器として堆積するときに、層のバルク抵抗率は依然としてむしろ低く、それは、充分に高い抵抗を達成するために長い経路長が要求されるので、素子を形成することをより困難にする。酸化物金属配合物が堆積される場合、抵抗層組成に大きい不連続性が存在することが頻繁にあり、それはサブストレート全体の粉末分布むらを生じる。

0010

熱可塑性材料成形
多くのプラスチック及び金属部品は、鋼に切削された複雑なキャビティ溶融金属またはポリマーメルト射出することによって、例えばアルミニウムの自動車トランスミッションハウジングまたはポリカーボネートコンピュータケースに製造される。射出成形機加熱チャンバ内熱可塑性粉末を溶融し、それを型内に押し出し、そこでそれは硬化する。該作業は精確に制御された温度及び間隔で行われる。射出成形プロセスでは、ポリカーボネートなどの材料が型のキャビティ空間内に流れるときに、それを溶融状態に維持することが重要である。加えて、樹脂流動剪断応力プロファイル監視かつ管理して、キャビティ空間の適切な充填を確実にしなければならない。溶融樹脂冷間金型遭遇したときに固化するのが早すぎると、それは狭隘なキャビティに浸透せず、2つの流れが交差する場所で弱いニットライン(knit line)を形成する。したがって、射出成形プロセスでは熱管理及び流動制御の改善に多くの努力が向けられてきた。

0011

(発明の要約)
本発明は、金属抵抗加熱器及びその使用法を特徴とする。抵抗加熱器は、導電性の(すなわち低い抵抗率を有する)金属成分、及び電気的絶縁性の(すなわち高い抵抗率を有する)金属成分の酸化物、窒化物炭化物、及び/または硼化物誘導体を含む。抵抗率は、金属成分及び誘導体の堆積中に酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物形成の量を制御することによって、部分的に制御される。抵抗加熱器は多くの工業及び商業用途を有する(すなわち成形熱可塑性部品、紙、及び半導体ウェハ生産)。
したがって第1態様では、本発明は、電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱器を特徴とする。抵抗層は金属成分及び金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含む。抵抗層の抵抗率は、抵抗層に存在する酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物の量から結果的に得られる。抵抗加熱器は、金型キャビティ表面などサブストレート上に配置することが望ましい。
一実施形態では、抵抗層は、金属成分の窒化物、酸化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体の外側領域及び金属成分の内側領域を有する複数の偏平円板または小板に似た微細構造を有する。

0012

第2の関連態様では、本発明は、サブストレート上の抵抗加熱器であって、サブストレート、金属成分材料、ならびに酸素、窒素炭素、及び/または硼素をはじめとするガスを用意するステップと、原料を溶融させて溶融滴の流れを生成するステップと、溶融滴をガスと反応させて金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体を生成するステップであって、金属成分の一部分はガスと反応して金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体を生成し、金属成分の一部分は反応せずに残るようにしたステップと、非反応金属成分ならびに金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体をサブストレート上に堆積して抵抗層を生成するステップと、抵抗層を電源に接続するステップとを含む方法によって作成される抵抗加熱器を特徴とする。

0013

第2態様の加熱器の一実施形態では、溶融ステップ及び反応ステップは、抵抗層が0.0001〜1.0Ωcm(例えば0.0001〜0.001Ωcm、0.001〜0.01Ωcm、0.01〜0.1Ωcm、または0.1〜1.0Ωcm)の抵抗率を持つように調整される。別の実施形態では、溶融滴が5〜150μm、10〜100μm、または20〜80μmの平均直径を有する。別の望ましい実施形態では、該方法は、抵抗層の表面にセラミックまたは金属層を、サブストレートと抵抗層との間に電気絶縁層を、及び/またはサブストレートと絶縁層との間に接着層を塗布する追加ステップを含む。

0014

第3態様では、本発明は、サブストレート上に抵抗加熱器を生成する方法を特徴とする。該方法は、サブストレート、金属成分材料、ならびに酸素、窒素、炭素、及び/または硼素をはじめとするガスを用意するステップと、原料を溶融させて溶融滴の流れを生成するステップと、溶融滴をガスと反応させて金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体を生成するステップであって、金属成分の一部分はガスと反応して金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を生成し、金属成分の一部分は反応せずに残るようにしたステップと、非反応金属成分ならびに金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体をサブストレート上に堆積して抵抗層を生成するステップと、抵抗層を電源に接続するステップとを含む。
第1、第2、及び第3態様のいずれかの特定の実施形態では、サブストレートは射出成形金型ローラ、または半導体ウェハ処理用のプラテンである。

0015

さらに別の態様では、本発明は、(i)金型キャビティ表面及び(ii)コーティングを含む射出成形金型であって、該コーティングは抵抗加熱体を含み、次に該抵抗加熱体は電源に結合された抵抗層を含み、該コーティングがキャビティ表面の少なくとも一部分に存在するように構成された射出成形金型を特徴とする。抵抗層は金属成分及び金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含む。一実施形態では、抵抗層の抵抗率は、抵抗層に存在する酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物の量による。望ましくは、金型ランナを含み、コーティングはランナの表面の少なくとも一部分に堆積される。
さらに別の態様では、本発明は、成形品を製造する方法を特徴とする。この方法は、上述した射出成形金型を用意するステップと、熱可塑性メルトを金型に射出するステップと、金型内のメルトを冷却して成形品を形成するステップとを含む。加熱された抵抗加熱体は、メルトの固化及び冷却を調整する。一実施形態で、抵抗加熱体は上述の方法によって生成される。

0016

別の態様では、本発明は、外部表面、中空芯を包囲する内部表面、及び電源に結合された抵抗層を含む抵抗加熱体を含む筒形ローラを特徴とする。抵抗層は金属成分及び金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含み、筒形ローラの外部表面及び/または内部表面に配置される。さらに別の態様では、本発明は、製造中に紙を乾燥する方法を特徴とする。この方法は約5%を超える水分を含む紙及び1つまたは複数の上述した筒形ローラを用意するステップと、抵抗加熱体によりローラを加熱するステップと、約5%未満の水分になるまで紙を乾燥させるのに適した時間だけ紙をローラに接触させるステップとを含む。

0017

別の態様では、本発明は、反応チャンバ画定するエンクロージャと、反応チャンバ内に装着された支持構造であって、チャンバ内で処理される半導体ウェハを装着する支持構造と、電源に結合された抵抗層であって金属成分及び金属成分の1つまたは複数の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含む抵抗層を含む抵抗加熱体とを含む半導体ウェハ処理システムを特徴とする。一実施形態では、加熱体は、ウェハの片面(一般的に研磨されている)が加熱体に隣接または接触して配置することができるように、チャンバの頂部に配置される。一実施形態では、加熱体は、ウェハの片面(一般的に研磨されていない)が加熱体に隣接または接触して配置することができるように、チャンバの底部に配置される。さらに別の実施形態では、加熱体はチャンバの頂部及び底部に配置される。

0018

さらに別の態様では、本発明は、半導体ウェハ及び上述した半導体ウェハ処理システムを用意するステップと、ウェハを抵抗加熱体で加熱するステップとを含む、半導体ウェハを加熱する方法を特徴とする。

0019

上記のいずれかの態様の様々な実施形態において、抵抗層は0.0001〜1.0Ωcm(例えば0.0001〜0.001Ωcm、0.001〜0.01Ωcm、0.01〜0.1Ωcm、または0.1〜1.0Ωcm)の抵抗率を持ち、電源から抵抗層に電流を印加すると、結果的に抵抗層による熱が発生する。好ましくは、抵抗層は、200゜F、350゜F、400゜F、500゜F、1200゜Fまたは2200゜Fを超える持続温度を発生することができる。様々な他の実施形態で、抵抗加熱体は、サブストレートと抵抗層との間の電気絶縁層(例えば酸化アルミニウムまたは二酸化シリコンを含む層)、絶縁層とサブストレートとの間の接着層(例えばニッケルクロム合金またはニッケルクロムアルミニウムイットリウム合金を含むもの)、抵抗層とサブストレートとの間の熱反射層(例えば酸化ジルコニウムを含む層)、抵抗層の表面上のセラミック層(例えば酸化アルミニウムを含むもの)、及び/または抵抗層の表面上の金属層(例えばモリブデンまたはタングステンを含むもの)を含む。望ましくは、抵抗加熱体の金属成分はチタン(Ti)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、またはそれらの合金もしくは組合せである。

0020

本発明の特定の実施形態は、隣接する導電性構成要素から抵抗層を電気的に絶縁するために抵抗層加熱体の上または下に配置した絶縁層の使用を含む。加熱体からの熱を選択されたパターン反射または放出させるために、追加層を追加することができる。構成要素間の改善された熱的整合をもたらして、異なる熱膨張率を有する異なる層の曲げまたは破断を防止するために、1つまたは複数の層を含めることもできる。層とサブストレートとの間の接着を改善する層も使用することができる。

0021

「金属成分」が意味するものは、ガスとの反応によって酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物を形成することのできる金属、メタロイド、またはそれらの複合物である。
「金属成分原料」が意味するものは、溶射で使用するのに適した物理的形態の金属成分である。例示的物理的形態は、ワイヤ、粉末、及びインゴットを含むが、それらに限定されない。
例示的金属成分は、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの遷移金属及び遷移金属合金マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、及びアルミニウム(Al)などの高反応性金属、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、及びタンタル(Ta)などの高融点金属、アルミニウム/酸化アルミニウム及び炭化コバルト炭化タングステンなどの複合金属、ならびにシリコン(Si)などのメタロイドを含むが、これらに限定されない。

0022

「サブストレート」が意味するものは、抵抗層がその上に堆積される任意の物体である。サブストレートは例えばベアセラミックとすることができ、あるいはそれは、その表面に1つまたは複数の層、例えば電気絶縁層を持つことができる。
「熱可塑性材料」が意味するものは、加熱されたときに軟化または溶融することができ、冷却されたときに再び硬化することのできる材料である。例示的熱可塑性材料としては金属及び熱可塑性有機ポリマがある。「熱可塑性メルト」とは、軟化または溶融した熱可塑性材料である。
サイクル時間」が意味するものは、一サイクルにおける特定の時点と次のサイクルの同一時点との間の経過時間である。例えば、射出成形のサイクル時間は、熱可塑性メルトの金型への射出間の時間として測定される。
「ランナ」が意味するものは、熱可塑性メルトを金型の入り口からキャビティ内に移送するチャネルである。
他の特徴及び利点は、好ましい実施形態の説明、及び請求の範囲から明らかになるであろう。

0023

(詳細な説明)
我々は、導電性の金属成分及び電気的に絶縁性の金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、及び/または硼化物誘導体を含む金属抵抗層(及びそれを作成する方法)を発見した。我々はさらに、この抵抗層が電源に結合されたときに加熱体として機能することを発見した。

0024

電圧が印加されたときに熱を発生する層を堆積するためには、該層は、所望のパワーレベルによって決定される抵抗を持たなければならない。抵抗Rは、次式から印加電圧V及び所望のパワーレベルPから算出される。
R=V2/P
抵抗は、次式によって、加熱体コーティングの幾何学的形状すなわち電流経路長L及び電流が流れる断面積A、ならびに材料の抵抗率ρにも関係付けられる。
R=ρL/A
したがって、任意のパワーレベルが得られ任意の電圧で作動する任意の幾何学的形状の層を設計するためには、次式によって材料の抵抗率を決定する必要があるだけである。
ρ=RA/L=V2A/PL
本発明では、抵抗率は、金属成分及びその誘導体の堆積中に酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物形成の量を制御することによって、部分的に制御される。
抵抗率が制御変数であることは、加熱体設計者にとっての追加自由度を表わすので、有意義である。大抵の状況で、加熱体材料、例えばニクロムの抵抗率は固定値である。そのような場合、加熱体設計者は、所望のパワーが得られるように加熱体の幾何学的形状(L及びA)を構成しなければならない。例えば、ニクロム線巻き付けることによって管を加熱したい場合、設計者は、電流を通さなければならない断面積Aのために正しい直径のワイヤ、及び電流の総経路長Lのために巻線の間隔を選択しなければならない。
今から、抵抗層、コーティングの構成要素としてのその適用、及び抵抗加熱体としてのその用途について述べる。

0025

金属成分ならびにその酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物
本発明の金属成分は、ガスと反応して炭化物、酸化物、窒化物、硼化物、またはそれらの組合せを形成することのできる任意の金属またはメタロイドを含む。例示的金属成分として、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの遷移金属及び遷移金属合金、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、及びアルミニウム(Al)などの高反応性金属、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、及びタンタル(Ta)などの高融点金属、アルミニウム/酸化アルミニウム及び炭化コバルト/炭化タングステンなどの複合金属、ならびにシリコン(Si)などのメタロイドを含むが、これらに限定されない。これらの金属成分は一般的に1〜100×10−8Ωmの範囲の抵抗率を有する。被覆プロセス(例えば溶射)中に、金属成分の原料(例えば粉末、ワイヤ、またはむくの棒)は溶融されて例えば溶滴を生成し、酸素、窒素、炭素、及び/または硼素を含むガスに暴露される。この暴露により溶融金属成分はガスと反応して、溶滴の表面の少なくとも一部分に酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物誘導体、またはそれらの組合せを生成する。

0026

反応金属成分の性質は、堆積物に使用されるガスの量及び性質に依存する。例えば、純粋酸素を使用すると、結果的に金属成分の酸化物が得られる。また、酸素、窒素、及び二酸化炭素の混合物は結果的に、酸化物、窒化物、及び炭化物の混合物を生じる。各々の厳密な割合は、金属成分の固有の性質及びガス中の酸素、窒素、及び炭素の割合に依存する。ここでの方法によって生成される層の抵抗率は500〜50,000×10−8Ωmの範囲である。

0027

酸化物の例示的種は、TiO2、TiO、ZrO2、V2O5、V2O3、V2O4、CoO、Co2O3、CoO2、Co3O4、NiO、MgO、HfO2、Al2O3、WO3、WO2、MoO3、MoO2、Ta2O5、TaO2、及びSiO2を含む。窒化物の例はTiN、VN、Ni3N、Mg3N2、ZrN、AlN、及びSi3N4を含む。望ましい炭化物はTiC、VC、MgC2、Mg2C3、HfC、Al4C3、WC、Mo2C、TaC、及びSiCを含む。例示的硼化物はTiB、TiB2、VB2、Ni2B、Ni3B、AlB2、TaB、TaB2、SiB、及びZrB2である。他の酸化物、窒化物、炭化物、及び硼化物が当業者には公知である。

0028

ガス
金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、または硼化物を得るために、成分と反応させるガスは酸素、窒素、炭素、及び/または硼素を含まなければならない。例示的ガスとして、酸素、窒素、二酸化炭素、三窒化硼素アンモニアメタン、及びジボランがある。他のガスが当業者には公知である。

0029

溶射
本発明のコーティングの抵抗層及び他の層は、溶射装置を用いて堆積することが望ましい。例示的溶射装置として、アークプラズマ、フレーム溶射、Rockideシステム、アークワイヤ、及び高速オキシ燃料(HVOF)システムがあるが、これらに限定されない。

0030

典型的なHVOFワイヤシステムは、3つの別個のガスが一緒になるガンまたはスプレーヘッドから成る(図1参照)。一般的にプロパンガス及び酸素が燃料ガスとして使用され、反応ガスとして選択されたガスは、溶滴を加速し、ガンの噴射ノズルを冷却するために使用される。通常、この最後の機能は空気を使用して達成される。ガスは、各ガスの制御された独立流量が得られるように、流量計及び圧力調整器を通して、または質量流量制御器を通してスプレーヘッドに供給される。減量された反応ガスを給送することが望ましい場合には、体積及び流量がガンを適切な速度で作動させるのに充分となるように、それを非反応ガス、例えばアルゴンと混合することができる。混合は、流量計及び圧力調整器、質量流量制御器によって、または事前混合シリンダを使用することによって達成することができ、それらは各々、当業熟練者には一般的に公知である。この場合はワイヤである原料は、材料がガンに給送される速度を制御するワイヤフィーダによってガンヘッドに供給される。ガン自体は、リニアトランスレータまたは多軸ロボットなどの運動制御システムに取り付けることができる。

0031

溶射装置は、溶射の溶融フラックス流に反応ガスを噴射することができるように構成することが望ましい。燃焼システム及びアークワイヤシステムの場合、この噴射はガスを加速体として使用することによって達成される。プラズマシステムの場合、プラズマガスが反応ガスとしても働かない場合、追加ノズルを用いてガスを噴射することができる(図2参照)。反応ガスの噴射用に追加ノズルを組み込むことは、他のシステムにも適用可能である。

0032

堆積層の組成は、使用する溶射装置の種類によって影響されることがある。例えば、HVOFシステムからの溶滴は、他の技術に比較して非常に高速で放射され、したがってこれらの溶滴が反応物に暴露される時間がより短くなり、したがってガスと反応する程度がより低くなる。加えて、HVOFによって堆積される層は、他のシステムによって堆積された層より接着力が高い。

0033

抵抗層は、サブストレート上に定められたパターンで堆積することができる。パターンは、例えば除去可能なマスクによって画定することができる。パターン塗布は、1つまたは複数のサブストレート上に空間的に離れた抵抗層を2つ以上製造することを可能にする。パターン層は、サブストレートの局所化領域の制御された加熱をも可能にする。

0034

微細構造
溶射によって堆積されたコーティングの特徴的なラメラ状の微細構造は、プロセスの直接的な結果である。溶射プロセスは原料から溶融滴のフラックスを生成し、それが加速されてサブストレートの方向に送られる。一般的に数百メートル/秒の速度で移動する溶滴はサブストレートに衝突し、100万度/秒に近い率で非常に急速に冷却する。この冷却率は非常に急速な固化を引き起こす。それにもかかわらず、衝突中に、溶滴は変形して小板状の形状になり、スプレーヘッドがサブストレートを前後しながら横切るときに相互に積み重なり、コーティングを蓄積する。こうして微細構造は、偏平粒子がサブストレートと平行に、かつ堆積線に対し直角に整列した層状構成を取る。

0035

堆積される材料がフラックス流に存在するガスとの反応を行わない場合には、コーティングの組成は、原料のそれと同一である。しかし、溶融滴が堆積プロセス中に雰囲気ガスと反応すると、コーティングの組成は原料のそれとは異なる。溶滴は反応生成物表面コーティング捕獲することがあり、それは例えば反応速度、遭遇する温度、及びガスの濃度によって厚さを変化させる。ある場合には、溶滴は完全に反応する。別の場合には、溶滴はその中心部に大量の遊離金属の部分を有する。結果として得られるコーティングの微細構造はラメラ状醸造であり、複雑な組成の個々の粒子から成る構造である。コーティングは、低減された量の遊離金属の部分を有し、残りは一般的に、各小板状粒子に含まれる遊離金属を包囲する物質として分布される反応生成物から成る。

0036

ずっと高い電気抵抗率を有する反応生成物を形成するためにフラックス流に加えられるガスを選択した場合、結果的に得られるコーティングは、遊離金属成分より高いバルク抵抗率を示す。加えて、ガスの濃度を制御し、それによって反応生成物の濃度を制御すると、コーティングの抵抗率はそれに比例して制御される。例えば、純粋酸素中で溶射されるアルミニウムの抵抗率は、空気中で溶射されるものより高くなる。それは、層内の酸化アルミニウムの濃度が高くなり、かつ酸化アルミニウムが非常に高い抵抗率を持つためである。

0037

空間的に可変の抵抗率
本発明はまた、サブストレート上の位置の関数として可変である抵抗率、例えば連続勾配またはステップ関数である抵抗率を有するコーティングを生成する方法をも提供する。例えば、層の抵抗率は、1、10、または100cmの距離に対して50、100、200、500、または1000%増加または減少させることができる。使用する装置は溶射ガン及びガス源を含む。ガス源は、任意の組合せで混合することのできる2つまたはそれ以上のガスを含む。溶射ガンで使用されるガスの組成を制御することによって、コーティングの組成、及びしたがって抵抗率が制御される。例えば、ガス(例えば酸素)中の反応物の漸増は、コーティングの抵抗率の漸増を導く。この漸増は、サブストレート上に抵抗率の勾配を有するコーティングを生成するために使用することができる。同様に、ガスの混合の適切な制御によって、他のパターン、例えばステップ関数の抵抗率を形成することができる。ガスの混合は、2つ以上の反応種(例えば窒素及び酸素)または反応種及び不活性種(例えば酸素及びアルゴン)を含むことができる。コンピュータを使用して、ガスの混合を制御することもできる。

0038

用途
コーティング:サブストレート上のコーティングは、本発明の抵抗層を含むことができる。加えて、追加の特性を提供するためにコーティングに他の層が存在することができる。追加コーティングの例として、接着層(例えばニッケルアルミニウム合金)、電気絶縁層(例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、または酸化マグネシウム)、電気コンタクト層(例えば銅)、断熱層(例えば二酸化ジルコニウム)、熱輻射コーティング(例えば酸化クロム)、異なる熱膨張率の層間の熱的整合を改善するための層(例えば酸化アルミニウムとアルミニウムとの間のニッケル)、熱伝導層(例えばモリブデン)、及び熱反射層(例えばスズ)があるが、それらに限定されない。これらの層は、抵抗層とサブストレートとの間(例えば接着層)、または抵抗層のサブストレートから遠位側に配置することができる。抵抗層は電気絶縁層無しで非導電性表面上に堆積することもできる。

0039

加熱体:抵抗層は、層に電源を結合することによって抵抗加熱体にすることができる。抵抗層に電流を印加すると、抵抗により熱が発生する。電源と抵抗層との間の接続は例えば、コネクタろう付けするか、ワイヤを溶接することによって、あるいは様々な機械的コネクタを使用する物理的接触によって行うことができる。これらの抵抗加熱体は、局所的加熱が望まれる用途に有利である。

0040

A.射出成形金型。本発明の抵抗加熱体の1つの用途は射出成形である。射出成形金型は、熱可塑性材料のメルトが送り込まれるキャビティを有する。ひとたび材料が冷却して硬化すると、それは金型から取り出すことができ、該プロセスを繰り返すことができる。本発明の射出成形金型は、キャビティの表面の少なくとも一部分に抵抗加熱層を含むコーティングを有する。抵抗加熱層は金属層(例えばモリブデンまたはタングステン)によって被覆することができる。加熱体層を金型のキャビティ及び該キャビティのコンジットに配置する目的は、固化プロセスをよりよく制御し、サイクル時間を短縮することである。メルトに近接した加熱体は、メルトがより低い圧力でよりよく流動するようにメルトを高温に維持し、かつ固化段階中にメルトを制御された仕方で冷却させるために使用することができる。

0041

B.被加熱ローラ。被加熱ローラは、製紙、印刷ラミネート加工、ならびに紙、フィルム、及びフォイル加工産業を含め、多くの産業で使用される。本発明の抵抗加熱体の1つの用途は、製紙における乾燥機である(図3参照)。紙は、整形、プレス、及び乾燥を含む幾つかの段階で製造される。乾燥段階では一般的に、プレス段階から残った水(一般的に約30%)を除去し、水分を一般的に約5%まで低減する。乾燥プロセスは一般的に、加熱された筒形ローラに紙の両面を接触させることを含む。したがって、抵抗加熱体層を有する紙乾燥機用のローラを、本発明の方法によって生産することができる。抵抗加熱体層を含むコーティングは、そのようなローラの内部または外部に配置することができる。防蝕性コーティングなど、他のコーティングも塗布することができる。加熱体は、堆積段階でマスクを通して定められたパターンに塗布することができる。例えば、ローラの中心より両端の方が早く冷却するので、ローラの両端に熱を集中させるゾーンのパターンは、紙により均等な熱を提供する。加熱ゾーンを含むローラの例は米国特許第5,420,395号に記載されており、参照によってここに組み込む。

0042

堆積抵抗加熱体は、製紙工程でパルプから水を除去するために使用されるドライヤ缶(またはローラ)に塗布することができる。一例では、加熱体は鋼ローラまたはの内部表面に塗布される。第一に、酸化アルミニウムの絶縁層が溶射によって塗布され、ナノフェーズ酸化アルミニウムまたは何か他の適切な高温誘電体シーラントにより封止される。次いで、抵抗加熱体層は高速オキシ燃料ワイヤ溶射システム、チタンワイヤ、及び窒素ガスを用いて堆積される。端子は、溶接またはねじ込みスタッドによって缶の内側に固定され、堆積抵抗層に電力を印加することができるように絶縁される。最後に、加熱体層全体が高温シリコーンまたは溶射される酸化アルミニウムの他の層で被覆され、それは前述と同様に封止される。

0043

代替的に、加熱体層及び絶縁体層をドライヤ缶の外部表面にも塗布し、ニッケルなどの溶射金属層によって被覆することができる。次いでニッケルは所望の寸法まで研磨される。より小型の被加熱ローラの場合、加熱体を塗布したローラに金属ケーシングを固定または焼嵌めすることができる。

0044

C.半導体ウェハ処理システム。加熱体はまた、半導体ウェハ処理にも使用される(参照によってここに組み込むWO98/51127を参照されたい)。本発明の半導体ウェハ処理システムは、チャンバと、1つまたは複数の抵抗加熱体と、半導体ウェハを装着しかつ操作するための手段とを含む。該システムは、アニールシンター、珪化、及びガラスリフローなどのウェハ処理用途に使用することができる。そのような加熱体を含むシステムは、ウェハと反応ガスとの間の反応、例えば酸化及び窒化を促進するためにも有用である。加えて、該システムは、シリコンなどの材料が単結晶形態の加熱された表面上に堆積されるエピタキシャル反応にも使用することができる。最後に、そのようなシステムは、加熱されたサブストレート上に非結晶形態気相反応生成物化学蒸着させることが可能である。

0045

本発明の加熱体の追加の用途は次の通りである。
1.頂部の金属コンタクト層及び該コンタクト上の酸化アルミニウム絶縁体を備えたパイプ上のブランケットヒータ
2.台所レンジオーブン給湯機、または暖房システム天然ガス点火器用のヒータチップ
3.着脱可能なマンドレル上に溶射成形によって製造された自立マッフルチューブ
4.トイレ脱臭剤用の低電圧加熱体コーティング
5.実験室用途:抵抗による被加熱被覆ガラス及びプラスチック実験室容器ワークトレー解剖トレー細胞培養容器;チューブ;配管熱交換器マニホルド;表面殺菌実験室フード自己殺菌作業面;滅菌容器加熱可能なフィルタフリット充填層オートクレーブ;自己殺菌医用細菌及び組織培養ツール(例えばループ及びスプレッダ);インキュベータベンチトップヒータ;フレームレストーチ;実験室オーブン;焼却炉真空オーブン水槽ドライバス;ヒートプラテンX線撮影ペン反応容器;反応チャンバ;燃焼チャンバ;加熱可能ミキサ及びインペラ電気泳動装置アノード及びカソード電極加熱電極電気分解及びガス発生装置脱塩システム消イオンシステム;分光及び質量分光分析器;クロマトグラフィー装置HPLCIRセンサ;高温プローブ熱可塑性バッグキャップ及びチューブシーラサーマルサイクラ温水器蒸気発生システム;被加熱ノズル熱活性インラインバルブ形状記憶合金導電性セラミックシステム;凍結乾燥機サーマルインクペン及び印刷システム;
6.医療及び歯科用途:自己殺菌及び自己焼灼外科手術ツール(例えば外科用メス鉗子);インキュベータ;温暖ベッド;温暖トレー;血液温暖システム;熱制御流体システム;アマルガムヒータ;透析システム伝達システムスチーマモップ超高温焼却システム;自己殺菌テーブル及び表面;薬剤送達システム(例えば薬用蒸気吸入器熱活性化経皮パッチ);皮膚科ツール;加熱可能なタイル洗面台シャワー室床;タオルラック;ミニオートクレーブフィールドヒータコット;身体加温システム
7.産業用途:無火花点火システム;無火花燃焼エンジンバーヒータストリップヒータ;燃焼チャンバ;反応チャンバ;化学処理ラインノズル及びパイプ;静的及び能動ミキサ;触媒熱プラットホーム(例えばスクラバ);化学処理装置及び機械環境改善システム紙パルプ処理及び製造システム;ガラス及びセラミック処理システム;ホットエアエアナイフ暖房器;無火花溶接機不活性ガス溶接機;導電性研磨剤;ヒータ水噴射または液体噴射カッティングシステム;被加熱インペラ及び混合タンク;融合及び抵抗ロック;新しい不活性ガスを使用する過熱蛍光灯電球;加熱可能なバルブ;あらゆる種類の加熱可能な結線及びインタフェース;加熱可能なセラミックタイル自己加熱回路基板(例えば自己はんだ付け基板;自己積層基板);消火栓加熱器;食品処理装置(例えばオーブン、バット蒸気システム焼きごて収縮ラッピングシステム、圧力釜ボイラフライヤ、熱密封システム);インライン食品処理装置;熱を2Dまたは3D構造に選択的に与えるためのプログラマブル温度グリッド及びプラテン(例えば熱可塑性溶接及び密封システム);ポイントパルスヒータバッテリ作動式ヒータ;インスクライバ及びマーキングシステム;静的ミキサ;蒸気クリーナICチップ加熱器;LCDパネル加熱器;コンデンサ;被加熱航空機部品(例えばプロペラフラップ補助翼垂直尾翼ロータ);導電性セラミックペン及びプローブ;自己硬化釉薬;自己焼成陶器ウォークインオーブン;自己溶接ガスケットヒートポンプ
8.家庭及びオフィス用途:あらゆる種類の加熱可能な器具;自浄式オーブン;点火装置グリルグリドル電子レンジ用のサセプタベースとする加熱可能なセラミック表面焼きシステム;被加熱ミキサ;インペラ;撹拌器;スチーマ;電気釜;圧力釜;電熱器天板冷蔵庫解凍機構;被加熱アイスクリームスクープ及び給仕レードル手持ち型ヒータ及びウォーマ;温水器及びスイッチ;コーヒーヒータシステム;加熱可能なフードプロセッサ暖房可能なトイレ便座;タオルラック;衣服ウォーマ;ボディウォーマ;猫用ベッド;瞬間加熱アイロンウォータベッド加熱器;洗濯機;乾燥機;水道蛇口;被加熱バスタブ及び洗面台;除湿機;被加熱洗浄または蒸気クリーニングホースノズル;熱加湿ワイプのプラテン;トイレのティッシュヒータ;タオルヒータ;被加熱ソープディスペンサ;被加熱ヘッド剃刀蒸発冷却システム;自己加熱キー;虫誘引殺虫システム用の戸外CO2及び熱発生システム;水槽ヒータ;浴室鏡椅子ウォーマ;加熱可能なブレードシーリングファン床暖房器
9.全面幾何学形状ヒータ;直接接触ヒータ;純粋セラミック暖房システム;被覆金属加熱システム故障自己検出システム;プラズマ溶射熱電対及びセンサプラズマ球状化ベッド反応システム(例えば半導体産業用の硼素ガス発生システム;加熱可能な導電性クロマトグラフィーベッド及びビードシステム);安価かつ効率的な加熱前に表面を加熱する予備加熱器;センサ(例えば集積回路チップパッケージの一部としての加熱器);
10.マイクロ波及び電磁用途:磁性サセプタコーティング;被覆調理器電磁誘導オーブン及びレンジの天板;
11.熱可塑性プラスチック製造用途:抵抗で加熱する大型作業面及び大型加熱器;被加熱射出成形金型;ツール;金型;ゲート;ノズル;ランナ;フィードライン;バット;化学反応金型;スクリュー駆動装置圧縮システム押出しダイ熱成形装置;オーブン;アニール装置溶接装置熱接着装置湿分硬化オーブン;真空及び圧力成形システム;熱封止装置;フィルム;ラミネート;蓋;ホットスタンピング装置;収縮包装装置;
12.自動車用途ウォッシャ液加熱器;インラインヒータ及びノズルヒータウィンドシールドワイパヒータ;エンジンブロックヒータ;オイルパンヒータ;ハンドルヒータ;抵抗に基づくロックシステムマイクロ触媒コンバータ排気清浄器シートヒータ空気加熱器;被加熱ミラー;被加熱キーロック;被加熱外部ランプ塗装下及び塗装内の一体的ヒータ;入口及び出口エッジ;無火花「スパークプラグ」;エンジンバルブピストン、及びベアリングミニ排気触媒パイプ;
13.船舶用途:よごれ止めコーティング;防氷コーティング(例えば手すり通路);電気分解システム;脱塩システム;シーフード処理システム;缶詰装置;乾燥装置アイスドリル及びコア採取器;救命スーツダイビングスーツヒータ;乾燥及び除湿システム;
14.防衛用途:高温サーマルターゲット及びデコイ;レモラヒータ;MRE加熱システム;武器予熱器携帯加熱器;調理装置バッテリ電源式加熱可能ナイフ;非燃焼式ガス膨張;翼等のジェット防氷コーティング;熱融合自己破壊システム;焼却器フラッシュ加熱システム;非常用加熱システム;非常用蒸留器脱塩及び殺菌システム
15.信号用途:被加熱道路標識熱応答色変化標識;磁界内蛍光を発する不活性ガス(例えばネオン含浸マイクロバルーン
16.印刷及び写真用途:複写機プリンタプリンタヒータワックスヒータ;熱硬化インクシステム熱転写システム静電写真及び印刷ヒータ;X線撮影及び写真用フィルム処理ヒータ;セラミックプリンタ;
17.建築用途被加熱通路マット暖炉排水管雨樋縦樋、及び屋根先;
18.スポーツ用途:被加熱ゴルフクラブヘッド;バット;ステッキハンドグリップ;被加熱アイススケートエッジスキー及びスノーボードのエッジ;リンク除氷及び再氷結するためのシステム;被加熱ゴーグル;被加熱眼鏡;被加熱観客席キャンプ用コンロ電気グリル;加熱可能な食品貯蔵容器
一実施形態では、本発明の加熱体は、射出成形システムで金型のキャビティ空間全体の溶融材料の流動を管理及び制御するために使用することができる。加熱体はコーティングの一部として金型キャビティ領域の表面に直接堆積し、移動する溶融材料の温度分布を正確に管理することができる。一部の用途に対しては、溶融材料の温度勾配微調整を考慮し、したがって正確な熱流制御及びメルトの流動の一定した(または正確に管理された)粘度及び速度を達成するために、加熱体は可変抵抗率を持つことができる。金型の熱管理及び流動制御は、特定の用途及び使用する材料の種類によって異なる。

0046

望ましくは、加熱体は熱センサ(例えばサーミスタまたは熱電対)及び/または圧力センサと共に使用する。加熱体を含むコーティングを金型のキャビティ領域全体に直接堆積すると、加熱体と被加熱面との間の空隙を低減または排除することができ、加熱体と被加熱面との間の改善された温度伝達のために密接かつ直接の接触がもたらされる。

技術分野

0047

一例では、加熱体はプラスチック金型の金型キャビティに塗布される(図4参照)。最初に、高速オキシ燃料ワイヤ(HVOF)溶射システムを用いて、NiCrAlY合金接着(または結合)コートがキャビティに約0.002”の厚さに塗布される。次に、0.012”の寸法をとる酸化ジルコニウム層がアークプラズマ溶射システムで塗布される。酸化ジルコニウムは、水冷される鋼金型から加熱体を電気的かつ熱的に絶縁する。次に、抵抗加熱体層が、酸化ジルコニウムの上に、厚さ0.008”のシートまたはコーティングとして塗布される。ジルコニウムは、金属ワイヤを溶融するための燃料ガスにプロパン及び酸素を使用し、促進剤として純粋窒素を使用するHVOF溶射システムを用いて堆積される。窒素は溶融フラックス中の窒化ジルコニウムの形成を促進し、コーティングの抵抗率を純粋ジルコニウムの0.00007Ωcmから堆積コーティングの0.003Ωcmに高める。次に、酸化アルミニウム媒体を使用し、多軸マシニングセンタに取り付けられた微細研磨ブラスタを使用して、金型に所望の加熱体要素パターンが描かれる。この段階で金型に機械加工された穴を通してジルコニウム端子が挿入される。それらは加熱体層と電気的接触を行うために挿入される。次いで、第2の0.015”厚さのセラミック電気絶縁体が加熱体の上に塗布される。この層には、酸化ジルコニウムより高い熱伝導性を持つことから、酸化アルミニウムが選択される。酸化アルミニウムは、アークプラズマシステムを用いて塗布され、次いでナノフェーズ酸化アルミニウムにより封止される。最後に、タングステンの金属層がアークプラズマ溶射によって0.040”の厚さに塗布され、所望の寸法まで機械加工される。金型キャビティは、タングステンの上にニッケル層を電気めっきすることによって完成する。

0048

(他の実施形態)
以上の明細書の記述中で示した全ての刊行物及び特許は、参照によってここに組み込まれる。本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、本発明の記載した方法及びシステムの様々な変形及び変化が当業者には明らかであろう。特定の好ましい実施形態に関連して本発明を説明したが、請求する発明はそのような特定の実施形態に不当に限定されないことを理解されたい。実際、溶射、コーティング、熱可塑性プラスチック、または関連分野の熟練者にとって明白である、本発明を実施するための記載の態様の様々な変形は、発明の範囲内に含めるつもりである。

図面の簡単な説明

0049

【図1】
図1は、金属ワイヤ4を原料として使用し、原料を溶融するために燃料ガス6の燃焼を使用するHVOFワイヤシステム2の略図である。反応ガス8は溶融された原料と反応し、溶融滴をサブストレート10に移送して層12を生成する。
【図2】
図2は、金属粉末110を原料として使用し、アルゴン120/水素130プラズマを発生して粉末を溶融するプラズマ溶射システム100の略図である。別の反応ガス140がノズル150を介して溶融滴に供給される。溶融滴はサブストレート170上に層160として堆積する。
【図3】
図3は、ローラ200の内部表面用に設計された溶射堆積抵抗加熱体の略図である。抵抗層210は、平行に加熱する抵抗加熱体を生成するためにリングのパターンに堆積される。
【図4】
図4は、抵抗加熱体を含む射出成形金型の断面図である。金型300の表面は幾つかの層、すなわち接着層310、電気的かつ熱的絶縁層320、金属抵抗層330、電気絶縁かつ熱伝導層340、及び金属層350を含む。端子絶縁体370によって金型から絶縁された端子360は、抵抗層を電源に接続する。

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    【課題】酸素濃度の測定を中断したときにも、低酸素濃度域での測定精度を維持することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】チャンバー6内の圧力が大気圧とされ、かつ、チャンバー6内が不活... 詳細

  • 住友ゴム工業株式会社の「 タイヤ用ゴム部材の熱入れ装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】生産性に優れる熱入れ装置の提供。【解決手段】熱入れ装置2は、ゴム部材に熱入れをする複数のミル(6、8及び10)を備えている。熱入れ装置2は、複数のミルでの熱入れに先立ってゴム部材Rを加熱する加... 詳細

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