JP2004150538A - 断熱パネル及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性、断熱性に優れた簡易な構成の断熱パネルである。
【解決課題】一対の上・下の外層材２，３からなるパネル体４において、下方の外層材３の外表面にエンボス加工３３を施し、内部空間に複数個のスペーサー５，５，…が介在させてある。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱パネルに係り、特に、半導体製造装置のような工業炉を備える製造設備や機械設備に用いられる断熱パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の断熱パネルには、薄板製のステンレス鋼で箱状に形成され、その内部空間に無機繊維製の芯材が設けられている。例えば、特許文献１には、ステンレス鋼製の薄板で形成された箱体形状の外層材が開示されている。また、特許文献２には、グラスウール繊維製の芯材を充填した例が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
実用新案登録第２５７３３５１号公報
【特許文献２】
実開昭６２−５４３９６号公報
【０００４】
上記ステンレス鋼製の薄板で形成された外層材では、外層材としての強度が不足し、耐久性に課題がある。また、内部にグラスウール繊維の芯材を使用したものは、低熱伝導率の無機繊維を充填することで高温域から低温域への熱伝導を抑制することができ、確実に熱伝導の抑制効果が期待できる。
【０００５】
しかしながら、上記断熱パネルを使用する場合、例えば、最大９００℃程度の高温に対しては、外層材としてステンレス鋼製の薄板と、芯材としてグラスウール繊維などの繊維質材を使用したものは、耐熱性に課題が残る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、耐熱性に優れ、加工性も優れ、コスト的にも安価な断熱パネルを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、表面にエンボス加工が施された金属製の外層材と、外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネルである。ここで、エンボス加工の凹部は、例えば、直径１〜５ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍの円形状や、一辺が１０ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは２０〜１００ｍｍの正方形や矩形に形成されればよく、深さは、０．５〜２．５ｍｍ、好ましくは１．０〜２．０ｍｍであればよく、千鳥状や格子状に配置されていればよい。また、外層材の厚さは、０．０５〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜３ｍｍであればよい。
第２の発明は、表面粗さがＲａ３．２以下の鏡面処理された外層材と、該外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネルである。表面粗さは、好ましくはＲａ０．８以下、さらに好ましくはＲａ０．２以下であればよい。
【０００８】
第３の発明は、表面にエンボス加工が施され、かつ表面粗さがＲａ３．２以下の鏡面処理された外層材と、外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネルである。表面粗さは、好ましくはＲａ０．８以下、さらに好ましくはＲａ０．２以下であればよい。
【０００９】
第４の発明は、前記内部空間の気圧は１００００〜１Ｐａに減圧されていることを特徴とし、好ましくは１０００〜１Ｐａ、さらに好ましくは１００〜１Ｐａに減圧されていればよい。第５の発明は、前記内部空間内に前記外層材との間で所定の厚さを確保するスペーサーを備えることを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、前記内部空間には、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である芯材が挿入されていることを特徴とし、好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよい。第７の発明は、前記芯材は、無機繊維製成形体であることを特徴とし、第８の発明は、前記無機繊維製成形体に含まれる揮発ガス成分は、２００℃加温条件でパージアンドトラップガスクロマトグラフ質量分析法により検出される値が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とし、好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１５０ｐｐｍ以下であればよい。
【００１１】
ここで「パージアンドトラップガスクロマトグラフ質量分析法」とは、微量揮発性成分の分析に用いられる技術であり、捕集・濃縮技術と分離分析技術とからなる。捕集・濃縮技術がパージアンドトラップ法（Ｐ＆Ｔ法）であり、分離分析技術がガスクロマトグラフ質量分析法（ＧＣ／ＭＳ法）である。具体的には、試料（今回は、無機繊維製成形体）を加熱（今回は、２００℃）して、揮発性成分を発生させ、それをパージガスで追い出して冷却した吸着剤にトラップ・濃縮した後、熱脱着させて、ＧＣ／ＭＳに導入・分析する。Ｐ＆Ｔ法は、パージガスを使用し、強制的に揮発性成分を追い出すため、分子量の大小を問わず、微量揮発性成分の分析に適している。
【００１２】
第９の発明は、前記内部空間の厚さ方向に対して垂直に配置され、表面粗さがＲａ３．２以下の金属製の反射板が挿入されていることを特徴とし、挿入される金属製の反射板の表面粗さは、好ましくはＲａ０．８以下、さらに好ましくはＲａ０．２以下であればよい。第１０の発明は、前記内部空間には、金属製のハニカム構造体が挿入されていることを特徴とする。
【００１３】
第１１の発明は、上記第１から１０の何れかの断熱パネルが組み込まれる加熱装置である。ここで、「加熱装置」とは、加熱炉を備えた装置のことであり、例えば半導体製造装置、液晶ガラス基板用加熱装置などである。
【作用】
【００１４】
第１の発明によれば、外層材の外表面にエンボス加工を施すことでその強度が増し、耐久性が図られる。また、エンボス加工の凹部で熱線が乱反射するので、ステンレス板表面で熱に変換されるエネルギーが減少されることにより、外層材表面の昇温が抑制される。
【００１５】
第２の発明によれば、外層材の表面粗さがＲａ３．２以下に鏡面処理されることで、熱線の反射効率が高まり、外層材の表面の昇温が抑制される。
【００１６】
第３の発明によれば、外層材の表面にエンボス加工が施され、かつ表面粗さがＲａ３．２以下であることで、エンボス加工と鏡面処理の相乗効果により、外層材の表面の昇温がさらに抑制される。
【００１７】
第４の発明によれば、外層材の内部空間の気圧を１００００〜１Ｐａに減圧することで、外層材外表面のエンボス加工又は／及び鏡面処理と相俟って、熱伝導が抑制される。
【００１８】
第５の発明によれば、内部空間が減圧されても、スペーサーによって外層材が凹むことを防止でき、スペーサーとして石英やアルミナ、ムライト、その他のセラミックス多孔体などの熱伝導率の低いものを用いることで熱伝導が防止できる。
【００１９】
第６の発明によれば、何等かの事情で外層材内部の減圧状態が維持できなくなっても、芯材によりある程度の断熱性は保持できる。
【００２０】
第７の発明によれば、低熱伝導率の無機繊維製成形体を充填することで高温域から低温域への熱伝導が抑制でき、その断熱性が保持できる。
【００２１】
第８の発明によれば、無機繊維製成形体を焼成させて、有機成分を排除でき、使用時に高温に晒されてもアウトガスが発生しない。
【００２２】
第９の発明によれば、金属製の反射板には放射熱を反射する作用があり、外表側への熱伝導を抑えることができる。また、金属製の反射板の他に無機繊維製成形体を配置することにより、対流による熱伝導率を抑えることができるとともに、減圧状態が維持されなくなった場合でも、ある程度の断熱性を確保できる。
【００２３】
第１０の発明によれば、金属製のハニカム構成体を内在させることにより、その強度が増すと共に、熱線を反射させることができ、高温域から低温域への赤外線の透過を抑制できる。
【００２４】
第１１の発明によれば、上記のような断熱パネルが組み込まれる加熱装置であるため、断熱性能に優れた熱効率の高い加熱装置が提供され、加熱装置の省エネ化が実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る断熱パネルを分解した第一例を示す説明図、図２は、同断面図、図３は、第二例を示す断面図、図４は、第三例を示す断面図、図５は、第四例を示す断面図、図６は、第五例を示す断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示す断熱パネル１は、上・下の外層材２，３が金属製薄板からなり、その外層材２，３で囲まれた内部空間を備えたパネル体４で形成されている。このパネル体４の内部に所定間隔ごとに複数個のスペーサー５，５，…が配置され、上・下の外層材２，３の間を所定の厚さを確保するように形成されている。
【００２７】
つまり、上方の外層材２は、長方形状の上板２０と４つの側板２１，２１，…，とで形成され、下板部分は開口部２２とされている。また、下方の外層材３は、前記上板２０より若干小形状の同じ長方形状の下板３０と４つの側板３１，３１，…，とで形成され、上板部分は開口部３２とされており、この下板３０の外表面には、エンボス加工３３が施されている。このエンボス加工３３としては、例えば、直径３ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、１０ｍｍピッチで千鳥状とすることなどがあげられる。
【００２８】
このような上・下の外層材２，３は、互いの開口部２２，３２を対向させながら上方の外層材２に下方の外層材３内に内設させてパネル体４が形成され、側板２１，２１，…と側板３１，３１，…とに溶接６を施し、パネル体４の内部空間を真空状態に保てるようにしてある。図中、６１は、バルブであり、真空引きを行って真空を保つようにしてある。
【００２９】
上記外層材２，３の金属製薄板は、例えば厚さ１〜５ｍｍのステンレス鋼板製の薄板が挙げられ、スペーサー５は熱伝導率を考慮して、例えば熱伝導率の低い石英製のスペーサーが挙げられる。
【００３０】
本発明の第二例を示す図３の断熱パネル１ａは、下板３０の外表面には、鏡面加工３５が施されている。鏡面処理としては、例えば、＃８００バフ研磨、表面粗さＲａ３．２以下とすることなどがあげられる。その他の構成は、上記断熱パネル１と同様であるため、その説明は省略する。
【００３１】
本発明の第三例を示す図４の断熱パネル１ｂは、下板３０の外表面には、上記鏡面加工３５が施され、その内部空間には、芯材として無機繊維製成形体７が内設されている。その他の構成は、上記断熱パネル１，１ａと同様であるため、その説明は省略する。なお、この無機繊維製成形体７に代えて、予め焼成させた無機繊維製成形体７ａを用いることで、有機成分を排除させ、使用時に高温に晒されてもアウトガスが発生しないように構成できる。
【００３２】
本発明の第四例を示す図５の断熱パネル１ｃは、下板３０の外表面には、鏡面加工３５が施され、また、その内部空間には、芯材として反射板７ａがパネル体４の厚さ方向に対して垂直に設けられているが、この反射板７ａは、複数枚を設けてもよい。その他の構成は、上記断熱パネル１ａ，１ｃと同様であるため、その説明は省略する。
【００３３】
本発明の第五例を示す図６の断熱パネル１ｄは、その内部空間にハニカム構造体７ｂが設けられている。その他の構成は、上記断熱パネル１，１ａ〜１ｄと同様であるため、その説明は省略する。
【００３４】
このような本発明の実施形態は、図示した例に限定されるものではなく、例えば、外層材２とエンボス加工３３を施した外層材３からなるパネル体１の内部空間に、無機繊維製成形体７や予め焼成させた無機繊維製成形体７ａを用いてもよいし、このパネル体１に任意数の反射板７ａやハニカム構成体７ｂを設けるなどその構成を適宜変更できるものである。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
図７は、本発明によって、成り立ち得る断熱パネルの組み合わせを示した表である。外層材の表面処理としては、エンボス加工、鏡面処理、エンボス加工＋鏡面処理がある。また、断熱パネル内部には芯材の有無と、芯材有りの場合には、その芯材として無機繊維製成形体としてのＦＦブランケット、金属製の反射板としてのＳＵＳ板、さらに、鏡面処理されたＳＵＳ板（鏡面ＳＵＳ板）、エンボス加工されたＳＵＳ板（エンボスＳＵＳ板）、鏡面処理及びエンボス加工されたＳＵＳ板（鏡面エンボスＳＵＳ板）、それらＳＵＳ板とＦＦブランケットとを組み合わせたものがある。そして、このような外層材表面処理と芯材との組み合わせが図７の表である。
【００３６】
図８は、図７に示す断熱パネルの組み合わせの中から一部のものについて、その断熱性能を比較すべく、熱伝導率の測定結果を示した表である。また、それぞれの組み合わせについて、内部空間を大気圧（１０１３２５Ｐａ）のものと減圧したもの３水準（１３３３Ｐａ、１３３．３Ｐａ、１３．３３Ｐａ）、合計４水準の断熱パネルを作成し試料とした。
これによると、外層材表面処理のみを施したものよりも、芯材を挿入したものの方が熱伝導率がよいことが分かる。また、その芯材の挿入も、ＳＵＳ板とＦＦブランケットの双方を組み合わせたものの方が、さらに熱伝導率が向上することがわかる。
【００３７】
この熱伝導率の測定には、図９に示すような測定装置７０を用いる。
測定装置７０は、４側面を試料（断熱パネル）で囲まれたチャンバーと、チャンバーの上部に配置され、４側面および上面を繊維質断熱材で囲まれた加熱室と、加熱室およびチャンバー内で上下に駆動可能な台座が設けられる。台座にはヒーターが設置してある。
加熱室にてヒーターを５００℃まで昇温させる。ヒーターが５００℃になり次第、ヒーターの電源を落とし、直ちに該ヒーターをチャンバー内に移動させる。断熱パネル内面温度（θｏ：℃）、断熱パネル外面温度（θｓ：℃）、チャンバー外室温（θｒ：℃）を測定し、断熱パネル内面温度と断熱パネル外面温度の温度差が最大になる時点の値を用いて、ＪＩＳ Ａ ９５０１に準拠して熱伝導率（λ：Ｗ／ｍ・Ｋ）を試算する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、上記構成であるから次のような効果を奏する。
１）外層材の表面にエンボス加工を施すことでその強度が増し、断熱パネルの耐久性が向上する。また、エンボス加工の凹部で熱線が乱反射するので、外層材表面で熱に変換されるエネルギーが減少されることにより、外層材表面の昇温を抑制できる。
２）外層材の表面粗さがＲａ３．２以下に鏡面処理されることで、熱線の反射効率が高まり、外層材の表面の昇温を抑制できる。
３）外層材の表面にエンボス加工が施され、かつ表面粗さがＲａ３．２以下であることで、エンボス加工と鏡面処理の相乗効果により、外層材の表面の昇温をさらに抑制できる。
４）外層材の内部空間の気圧を１００００〜１Ｐａに減圧することで、外層材外表面のエンボス加工又は／及び鏡面処理と相俟って、熱伝導を抑制できる。
５）内部空間が減圧されても、スペーサによって外層材が凹むことを防止でき、スペーサーとして石英やアルミナ、ムライト、その他のセラミックス多孔体などの熱伝導率の低いものを用いることで熱伝導を防止できる。
６）何等かの事情で外層材内部の減圧状態が維持できなくなっても、芯材によりある程度の断熱性が保持できる。
７）低熱伝導率の無機繊維製成形体を充填することで高温域から低温域への熱伝導が抑制でき、その断熱性が保持できる。
８）無機繊維製成形体を焼成させて、有機成分を排除でき、使用時に高温に晒されてもアウトガスが発生しない。
９）芯材としての金属製の反射板には放射熱を反射する作用があり、外表側への熱伝導を抑えることができる。また、金属製反射板の他に無機繊維製成形体を配置することにより、対流による熱伝導率を抑えることができるとともに、減圧状態が維持されなくなった場合でも、ある程度の断熱性を確保できる。
１０）金属製のハニカム構造体を内在させることにより、その強度が増すと共に、熱線を反射させることができ、高温域から低温域への赤外線の透過を抑制できる。
１１）本発明の断熱パネルを用いることで、断熱性能に優れた熱効率の高い加熱装置が提供され、加熱装置の省エネ化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る断熱パネルを分解した第一例を示す説明図。
【図２】同断面図。
【図３】同第二例を示す断面図。
【図４】同第三例を示す断面図。
【図５】同第四例を示す断面図。
【図６】同第五例を示す断面図。
【図７】断熱パネルの組み合わせを示した表。
【図８】熱伝導率の測定結果を示した表。
【図９】熱伝導率の測定装置を示す説明図。
【符号の説明】
２，３ 外層材 ４ パネル体
５ スペーサー ３３ エンボス加工

Claims (11)

1. 表面にエンボス加工が施された金属製の外層材と、
   外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネル。
2. 表面粗さがＲａ３．２以下の鏡面処理された金属製の外層材と、
   外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネル。
3. 表面にエンボス加工が施され、かつ表面粗さがＲａ３．２以下の鏡面処理された外層材と、
   外層材に囲まれた内部空間とを備えることを特徴とする断熱パネル。
4. 請求項１から３の何れかに記載の断熱パネルにおいて、
   前記内部空間の気圧は１００００〜１Ｐａに減圧されていることを特徴とする断熱パネル。
5. 請求項１から４の何れかに記載の断熱パネルにおいて、
   前記内部空間内に前記外層材との間で所定の厚さを確保するスペーサーを備えることを特徴とする断熱パネル。
6. 請求項１から５の何れかに記載の断熱パネルにおいて、
   前記内部空間には、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である芯材が挿入されていることを特徴とする断熱パネル。
7. 請求項６記載の断熱パネルにおいて、
   前記芯材は、無機繊維製成形体であることを特徴とする断熱パネル。
8. 請求項７記載の断熱パネルにおいて、
   前記無機繊維製成形体に含まれる揮発ガス成分は、２００℃加温条件でパージアンドトラップガスクロマトグラフ質量分析法により検出される値が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする断熱パネル。
9. 請求項１から８の何れかに記載の断熱パネルにおいて、
   前記内部空間の厚さ方向に対して垂直に配置され、表面粗さがＲａ３．２以下の金属製の反射板が挿入されていることを特徴とする断熱パネル。
10. 請求項１から５の何れかに記載の断熱パネルにおいて、
    前記内部空間には、金属製のハニカム構造体が挿入されていることを特徴とする断熱パネル。
11. 請求項１から１０の何れかに記載の断熱パネルが組み込まれることを特徴とする加熱装置。

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