JP2013538688A - 埋め込み加熱要素を備えた金属プレートの製造方法及びそれによって製造された金属プレート - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み加熱要素を備えた金属プレートの熱伝導率を向上させ、用途範囲が拡大する。
【解決手段】少なくとも１つの埋め込み加熱要素（２０）を備えた金属プレート（１００）の製造方法及びその方法によって製造された金属プレートが開示される。加熱要素を、２つのプレート本体部（１０、１２）の間に配置し、圧延による材料の変形によってプレート本体部に埋め込む。プレート本体部の他のプレート本体部と相互に隣接し合う側にアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を設ける。アルミニウムの再結晶温度以上の温度で熱処理した後、プレート本体部を相互に押圧して厚さが減少するようにして、プレート本体部が相互拡散接合を形成してその全面にわたって一体に接合されるようにして、金属プレートを形成する。このプロセスにより全体として熱伝導率が向上した用途範囲の広い金属プレートが形成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、埋め込み加熱要素を備えた金属プレートの製造方法であって、
（ａ）各加熱要素を収容するための凹部を備えていない、少なくとも２つのプレート本体部の間に少なくとも１つの加熱要素を配置する過程と、
（ｂ）少なくとも２つの前記プレート本体部を圧縮し、材料を変形させることによって、前記加熱要素を前記プレート本体部に直接接触するように、前記プレート本体部内に埋め込む過程と、
（ｃ）前記プレート本体部同士を、少なくとも部分的に相互に確実に接合させる過程とを含む金属プレートの製造方法に関する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの加熱要素が材料の変形のみによって埋め込まれた、凹部を備えていない少なくとも２つのプレート本体部からなる、上記の方法または類似の方法によって製造された金属プレートに関する。

上記のような方法及び金属プレートは、特許文献１（ＤＥ２０１０８９６３Ｕ１）に記載されている。本既知の方法では、２つのプレート本体部は、アルミニウムの場合は例えば４００℃まで加熱されて、加熱要素がその中で埋め込まれる程度にきつく圧縮される。次いで２つのプレート本体部の隣接した境界は２次元で接触状態となり、複数のリベットによって相互の接触状態が維持されるように結合される。耐熱性プラスチック材料によって２つのプレート本体部を相互接続することも考えられる。さらに、平坦な状態に圧縮された金属プレートを、円筒形のほぼ閉じられたリングまたは管状体に曲げるということもあり得る。このプロセスでは、少なくとも、相互に対向する２つのプレート本体部の末端部は、溶接継目により（すなわち、部分的に確実に結合されて）、および／またはリベットによって相互に固定的に連結され、金属板の端部がその位置で開いて大きく裂けないようにする。加熱要素からプレート本体部への最適の熱伝達が確保される一方、相互に接触している２つのプレート本体部の境界に、プレート本体部からプレート本体部への熱伝導に影響を及ぼす、あるいは仕上げられた金属プレートにおける金属プレートの厚さ方向の熱伝導に影響を及ぼすエアギャップが存在することが、このような製造方法で製造される金属プレートにとって問題となる。ここでは、エアギャップが相互に対向する境界の間に存在するか、または２つのプレート本体部がそれらの境界で耐熱性プラスチック材料によって相互に結合されているかとは無関係に、示された方向の熱伝導が影響を受ける、

特許文献２（ＤＥ２４６１２４９Ａ１）には、接合圧力を用いて成形変形可能な材料からなる金属部品への結合リンクを固定する方法が開示されている。結合リンクは、金属部品より硬い材料からなる。金属部品の流動限度を上回る接合圧力が適用された場合は、結合リンクは金属部品を貫通して、それらの横断面の末端が金属部品の表面から離れて位置するようになり、そしてその後、金属部品の材料の更なる流動が生じるように貫通した位置に近傍に、接合圧力を直接または間接にさらに加えることによって、貫通した結合リンクの後側の貫通位置が閉じられるか、結合リンクが金属部品に確実に固定されない程度まで貫通位置が小さくなってしまう。金属部品の間に、金属部品（例えば金属シート）より硬い材料でできている１つ以上のワイヤヘリックスが挿入され、そして、それらが相互に押圧される。ワイヤヘリックスの先端はいずれか一方の金属部品の材料を交互に貫通し、そして接合圧力は、金属部品の材料がワイヤヘリックスの先端の後でスペース内に流入する程度に高い圧力が選択される。ワイヤヘリックスは、ワイヤまたはリボンの周囲に配置される。これらの方法は、プレートへの着実で良好な熱伝導をもたらすように管状加熱要素を配置するという目的にかなうものである。しかしながら、２つの金属部品の間での避けられないエアギャップとそれに関連する２つの金属部品間での熱伝導の障害とを防止するためには、これらの方法も適切ではない。

特許文献３（ＥＰ００３１８６６Ｂ４）は、押圧時にコイルの先端部が支持板を貫通するようにワイヤがらせん上に巻かれている、加熱装置または熱交換器の製造方法に関するものである。特許文献２による方法を適用した場合に生ずるエアギャップとその熱伝導への英局は、特許文献３の方法でも生じることになる。

特許文献４（ＤＥ１０ ２００７ ０５４０７１Ｂ４）には、少なくとも２層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層から構成される帯状または板状の複合金属物体であって、１つの層として隣接する層に対向する側に帯状の凹部を有する層を用いた、複合金属物体の製造方法が開示されている。管状体は、これらの凹部に配置することができる。次に、管状体は、圧縮により１以上の金属層の金属に埋め込まれる。押圧の前後に、他の部品（例えば、電熱線）を管状体に挿入してもよい。この場合、エアギャップが電熱線と管状体の間に存在する。アルミニウムまたはアルミニウム合金の層は、層と加熱要素間の接点を除いて、実際、相互拡散接合によって表面全体の上に確実に結合される形で相互に接続されている。しかし、帯状または板状の複合金属材料の製造においては、層の少なくとも１層において管状体を収容するための帯状の凹部を前もって形成しておくことが必要となる。

ＤＥ２０１０８９６３Ｕ１（ドイツ国実用新案公報） ＤＥ２４６１２４９Ａ１（ドイツ国特許出案公開公報） ＥＰ００３１８６６Ｂ１（欧州特許公開） ＤＥ１０ ２００７ ０５４０７１Ｂ４（ドイツ国特許公報） ＵＳ２７１８６９０Ｂ（米国特許） ＥＰ１５５３８６３Ｂ８（欧州特許公開）

本発明の目的は、初めに述べた種類の金属プレートの製造方法及び金属プレートを、その金属プレートの熱伝導率全体が向上し、用途範囲が拡大するように改良することにある。

当初に記載したタイプの方法を基礎として、本発明による金属プレートの製造方法、即ち、他のプレート本体部に対向する側の面上に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を含む、少なくとも２つのプレート本体部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の再結晶温度に等しいかそれ以上である温度で熱により前処理され、次いで、ローラで圧延することにより相互に押圧されて、前記プレート本体部に加熱要素が埋め込まれ、かつ前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層はそれぞれの相互に接触する側において相互拡散接合してその厚さが減少し、それによって前記プレート本体部は、確実に結合されるようにそれらの接触し合う全面において相互に接合されて、金属プレートが形成されることを特徴とする方法によって上記の課題は解決される。

当初に記載したタイプの金属プレートを基礎として、本発明による金属プレート、即ち、プレート本体部が、それぞれの、他の前記プレート本体部に対向する側の面上に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を含み、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、前記プレート本体部と加熱要素との接触点以外で、相互拡散接合により確実に接合されるようにそれらの接触し合う全面において接合されていることを特徴とする金属プレートによって上記の課題は解決される。

金属プレートにおいて、プレート本体部は他のプレート本体部と、それに対向する側の面の全体で確実な結合により接合され、完成した金属プレートが熱伝導率に影響を及ぼし得るエアギャップを全く持たないようにされる。本発明による方法を適用すると、この接合が、２つのプレート本体部を、埋め込み加熱要素を含む一体構造の金属プレートに変換する望ましい相互拡散接合をもたらすように厚さを減少させることによって可能となる。

本発明による方法では、加熱要素のための凹部がない２つのプレート本体部が、圧延処理によって相互に押圧される。加熱要素が挟みこまれるプレート本体部は、圧縮力が圧延ラインに沿って各々のプレート本体部に作用するローラギャップを通して供給される。この結果、加熱要素がプレート本体部に埋め込まれるときに、加熱要素には小さな力しか作用しないことになる。ローラギャップを形成する各ローラの作用を及ぼすことになる表面は、最大その外周の１２分の１程度である。従って、プレート本体部に圧力を加える表面は、特許文献１による押圧がプレート本体部の全表面に適用される既知の方法の場合より実質的に小さいものとになる。

本発明の方法で得られ、相互拡散接合をもたらす、少なくとも２つのアルミニウムまたはアルミニウム合金の層の厚さの減少は、既知の金属被覆方法に基づく。

１９２１年及び１９４９年の米国特許第１３９２４１６号及び第２４６８２０６号を先例とする、Ｊｏｈｎ Ｂ．Ｕｌａｍに付与された米国特許第２７１８６９０号（特許文献５）には、被覆された金属材料の製造方法が開示されている。この既知の方法では、個々の金属層の間において、接着材料が使われることはない。代わりに、金属の分子構造が相互に結合される。個々の金属層は、表面のあらゆる酸化物、汚染等を除去する機械的処理によってクリーニングされる。この処理は、金属の分子格子構造を露出させるために必要である。次に、金属層を適切な温度まで加熱し、金属の隣接面が圧力を加えることで相互に拡散できるようにする。

本発明により、凹部を備えていない金属プレートに加熱要素を埋め込み、かつ完成した金属プレートにおいてエアギャップの存在を防止することを可能とする、上記の既知の方法の有利な利用方法が達成できる。

本発明の有利な実施形態は、特許請求の範囲の各従属請求項に記載されている。

本発明の方法の一実施形態では、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層の厚さの減少量が、相互に押圧される前の全体の厚さに対して最大２５％である。この厚さの減少量及びこれを達成するために必要な圧延力は、層の拡散接合を問題なく達成するのに十分なものである。

本発明の方法の別の実施形態では、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、２つのカバー層の間のコア層として配置され、前記カバー層は、鋼鉄、ステンレス鋼、銅またはチタンなどの別の金属の層である。適切なカバー層を用いることによって、例えば、耐腐食性の用途、耐熱性の用途、耐食品性の用途、耐塩水性の用途等の金属プレートの用途に応じて最適な性質をもつようにカスタマイズすることができる。

本発明の方法の別の実施形態では、前記金属プレートが、熱仕上げ処理によって、さらなる機械的再形成処理が可能となるような状態にされる。このようにして、例えば、加熱要素の能力を損なうことなく、異なる形状の金属プレートを製造することができる。

本発明の方法の別の実施形態では、少なくとも１つの行をなす独立した前記加熱要素の群が、前記プレート本体部に埋め込まれる。このようにして、多数の連続して配置された別々の加熱要素、または金属プレートの長さ方向にわたって連続して延びる１本の加熱要素を備えた長い金属プレートを、連続的な圧延プロセスで製造することが可能となる。

本発明の方法の別の実施形態では、前記加熱要素の１つあたり少なくとも１つの温度センサが、前記プレート本体部に埋め込まれる。これによって、後で、例えば本発明の金属プレートを加熱用プレートとして使用する際に、その温度制御が容易になる。

本発明の方法の別の実施形態では、前記加熱要素として、管状加熱要素が使用され、前記管状加熱要素においては、管状金属シースに外囲された無機物コアのなかに少なくとも１つの発熱導体埋め込まれ、これによって加熱要素と加熱要素管との間にエアギャップが存在しないようにされる。この実施形態では、発熱導体の電気的絶縁と管への良好な熱伝導とが永久的に確保され、かつ金属プレート内での電気的短絡が排除される。加えて、管状金属シース内に埋め込まれた複数の発熱導体どうしの短絡が防止される。即ち、発熱導体相互の絶縁も永久的に確保される。

本発明の方法の別の実施形態では、圧延中または圧延の後に、少なくとも１つの前記加熱要素を既存の隣接する加熱要素から分離するための切り込み部が、前記プレート本体部の１つに形成される。このようにして、連続的な圧延プロセスにおいて、複数の加熱要素を単純な方式で金属プレート中に埋め込むことが可能となる。さらに、完成した金属プレートを独立した加熱要素の群に分けたとき、各加熱要素の群内の個々の加熱要素が相互に熱的に分離されることになる。そのような加熱要素群は、例えば、誘導的に加熱される、または放射線式加熱要素によって加熱されるセラミック式調理器の代わりに用いることができる。この場合、本発明の金属プレートは、少なくとも上側面にステンレス鋼のカバー層を設け、切り込み部がこのカバー層のした側の近傍まで、またはその下側まで達するように形成するのが有用である。尚、ここでは調理器の設計として、ＥＰ１５５３８６３Ｂ８（特許文献６）に記載のものを参照した。

本発明の方法の別の実施形態では、前記加熱要素が、らせん状または蛇行するように曲げられる形で、前記プレート本体部の間に配置される。このようにして、独立した加熱プレートを容易に製造し、かつ電気的な接続をなさしめることができる。少なくとも２つの発熱導体が埋め込まれた加熱要素が、ここでは用いられるのが好ましい。蛇行するまたはらせん状の加熱要素は、単純に金属プレート内部に末端を有し得る。

本発明の方法の別の実施形態では、前記加熱要素が、前記金属プレートの厚さ方向において一方の側に偏る形で埋め込まれる。この方式は、加熱要素が、熱が必要な側の表面に近い位置に埋め込まれた形になる点で有利である。このようにして、加熱が必要な面の真下で熱が発生されることになる。加熱パネルの場合は、熱を放射すべき面がその両面であり得る。この目的のため、少なくとも２層の一方の面側に偏った位置の層において金属プレート内に加熱要素を配置することが適切である。このようにして、熱出力を増加させることができる。バーベキューグリルの場合、バーベキューにするための熱を放射するのは、その表面である。しかし、この表面の下に２層以上の加熱要素は、バーベキューのための熱出力を増加させるために、金属プレートを一方の面側に偏った位置に配置され得る。本発明による連続的な圧延方法の場合、この配置は、金属プレートの厚さ方向の中心に加熱要素を圧延で埋め込まないようにすることで、簡単に達成することができる。

本発明の方法の別の実施形態では、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層として、アルミニウムより熱伝導率の高い別の金属に対してアルミニウムまたはアルミニウム合金が貼られた、アルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層が用いられる。この別の金属は、例えば銅である。この実施形態では、拡散接合の補助により、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層の良好な接合性と同時に、他の金属の良好な熱伝導性を利用して、加熱プレートとしての用途における金属プレートの効率を向上させられる。

本発明による金属プレートの一実施形態では、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、２つのカバー層の間のコア層として配置され、前記カバー層は、鋼鉄、ステンレス鋼、銅またはチタンなどの別の金属の層である。適切なカバー層を使用することにより、上述のように、例えば、耐腐食性の用途、耐熱性の用途、耐食品性の用途、耐塩水性の用途等の金属プレートの用途に応じて最適な性質をもつように適合させることができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記金属プレートが、熱仕上げ処理によって、さらなる機械的再形成処理が可能となるような状態にされる。このようにして、上述のように、例えば、加熱要素の能力を損なうことなく、異なる形状の金属プレートを製造することができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記金属プレートが、円筒状に巻かれた製品として製造される。このような円筒状に巻かれた製品は、連続的な圧延プロセスによって製造することができる。金属プレートは、必要に応じて、交互に配置された任意の数の加熱要素または連続的に長く延びる加熱要素を含み得る。このようにして、円筒状の巻かれた製品として製造された金属プレートを、後に適切に切断することで、同形の加熱要素を作りだすことができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記加熱要素が、電気的絶縁部を備えた少なくとも１つの金属ワイヤである。この実施形態では、本発明による金属プレートの製造中の熱と圧力負荷に耐えられる電気的絶縁が金属ワイヤ上に存在していれば、非常に簡単に実現することができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記加熱要素が管状加熱要素からなり、前記管状加熱要素においては、管状金属シースに外囲された無機物コアのなかに少なくとも１つの発熱導体が埋め込まれる。対応する加熱要素の既知の最も単純な形態は、少なくとも１つの発熱導体が埋め込まれた無機物コアを含む管状金属シースから形成された管状加熱要素である。同様に、２以上の発熱導体を、この無機物コアのなかに互いに離隔された形で埋め込むこともできる。この管状加熱要素の全体の設計は、ワイヤのように巻くことができ、巻かれた形で輸送できるように構成される。そのような管状加熱要素の通常の直径は３ｍｍ程度であるが、直径はそれより大きくても小さくてもよい。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、少なくとも１つの行をなす独立した前記加熱要素の群が、前記プレート本体部に埋め込まれる。このようにして、例えば、上述のように、独立した加熱プレートまたは加熱プレート群に単に切り分けることができる、帯状の金属プレートを製造することができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記加熱要素の１つあたり少なくとも１つの温度センサが、前記金属プレートに埋め込まれる。これにより、上述のように、例えば本発明の金属プレートをホットプレートとして使用する際に、その温度制御が容易になる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記金属プレートに形成された切り込み部を有し、それによって、少なくとも１つの前記加熱要素が、既存の隣接する加熱要素から熱的に分離可能に構成される。このようにして、上述のように、複数の加熱面を有するセラミック式調理器の代わりに、それぞれ少なくとも１つの加熱要素を含む複数の加熱面が設けられ、各加熱面が切り込み部によって隣接した加熱面の加熱要素から熱的に分離される本発明の金属プレートを用いることができる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記加熱要素が、らせん状または蛇行するように曲げられる形で、前記金属プレートに埋め込まれる。この実施形態では、加熱要素の形状を、金属プレートの用途に応じて選択することが可能となる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記加熱要素が、前記金属プレートの厚さ方向において一方の側に偏って埋め込まれる。このようにして、金属プレートの他方の面よりより強い熱が必要な面に熱を伝えることが可能となる。

本発明による金属プレートの別の実施形態では、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、アルミニウムより熱伝導率の高い別の金属に対してアルミニウムまたはアルミニウム合金が貼られた、アルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層である。このようにして、上述のように、アルミニウムの良好な拡散接合性と、例えば銅など他の金属の良好な熱伝導性とを組み合わせることが可能となる。

本発明の実施形態については、以下の図面を参照しながらより詳細に説明する。

２つのプレート本体部を、どのようにして、厚さを減少させながら埋め込まれた加熱要素を備える本発明による金属プレートに圧延するかを示す断面図。 図１と同じ断面の表示で、内側及び外側の表面に被覆層を備えている２つのプレート本体部の圧延を示す図。 図１と同じ断面の表示であるが、外側の表面にカバー層を備えている２つのプレート本体部の圧延を示す図。 図１と同じ断面の表示で、異なる厚さの２つのプレート本体部が圧延により金属プレートにされる圧延プロセスを示す図。 図１と同じ断面の表示で、３つのプレート本体部が圧延により金属プレートにされる圧延プロセスを示す図。 加熱要素とともに、温度センサが金属プレートに埋め込まれた金属プレートの一部を示す図。 管状金属シースに外囲された無機物コアに発熱導体が埋め込まれた管状加熱要素からなる加熱要素の断面図。 らせん状に曲げられた加熱要素が埋め込まれた、本発明による金属プレートを示す図。 管状金属シースに外囲された無機物コアに２つの発熱導体が埋め込まれた管状加熱要素からなる加熱要素の断面図。 ４つの加熱要素が、埋め込まれかつ金属プレートに形成された切り込み部（別途拡大図が示されている）によって隣接する加熱要素から熱的に分離された、本発明による金属プレートの一部を示す図。

本発明は、熱伝導率全体が向上し、用途範囲が拡大された、少なくとも１つの埋め込み加熱要素を備える金属プレートの製造に関する。上述の米国特許明細書に記載された既知の方法と重なる金属プレートの製造工程で実施されるステップ、例えば、金属表面のクリーニング、プレート本体部の加熱による前処理、相互の拡散接合がえられるようなプレート本体部の圧延、また必要なれば、熱による仕上げ処理は、ここでは詳述しない。しかし、本発明による方法を用いて、アルミニウムのプレート本体部同士が相互に接合されるが、このとき、押圧の前に各アルミニウム層の表面が、アルミニウムの再結晶温度より高いが、アルミニウムの融点より低い温度まで加熱されることに注意されたい。最後に金属プレートは焼きなましされて、さらなる加工処理や再成形処理ができるようにされる。この目的のため、例えば、ステンレス鋼にアルミニウムを被覆する圧延法に関する米国特許第３２６１７２４号、第３２１０８４０号、第３３５０７７２号も参照される。

図１は、薄肉化しながら埋め込まれた加熱要素２０と温度センサ５０とを含む、本発明の金属プレート１００を形成するため、２つのプレート本体部１０、１２をどのように圧延するかを示す断面図である。さらに、圧延は、圧延機の２つのローラ３２、３４の間の圧延を行っていないときはみられないローラギャップ３０において行われる。

図１の実施形態において、プレート本体部１０、１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。プレート本体部１０、１２は、図１中でローラギャップ３０の右にみられる、それぞれの少なくとも別のプレート本体部に対向する側にアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を有していれば十分である。後述する本発明の別実施形態の金属プレートでは、プレート本体部１０、１２の残りの部分が、別種の金属からなるものでもよい。

図１Ａは、図１と同じ断面の表示で、内側及び外側の表面に被覆層１３、１４または１５、１６を備えている２つのプレート本体部１０’、１２’の圧延を示す。本発明のこの実施形態では、２つのプレート本体部１０、１２の代わりに２つのプレート本体部１０’、１２’が用いられ、この２つのプレート本体部１０’、１２’は、それぞれ他のプレート本体部に対向する側にアルミニウムまたはアルミニウム合金の層１３または１４が設けられており、ここでは、アルミニウムより良好な熱伝導率を有する別種の金属に、これらの層がアルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層として設けられている。この別種の金属は、例えば銅でもよい。図１Ａには、２つのプレート本体部１０’、１２’が、それぞれカバー層１５または１６を備えていることが示されている。カバー層１５、１６は、実際には、２つの内側の被覆層１３および１４と同様の、アルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層の場合がある。代わりに、カバー層は、別種の金属（例えば鋼鉄、ステンレス鋼、またはチタン）からなる２つのカバー層でもよい。表面被覆層１３及び１４に隣接したプレート本体部１０’、１２’のコア層が銅製でなければ、２つのカバー層１５及び１６は、それぞれ銅からなるものでよい。

図２は、図１と同じ断面の表示であるが、外側の表面に金属のカバー層１５または１６を備えている２つのプレート本体部１０、１２の圧延を示す図である。本発明のこの実施形態では、２つのプレート本体部１０、１２の他のプレート本体部に対向する内側の面には被覆層は設けられておらず、外側の面のカバー層１５または１６のみを備えている。この実施形態では、プレート本体部１０、１２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の層は、鋼鉄、ステンレス鋼、銅またはチタンなどの他の金属からなる２つのカバー層１５、１６の間にコア層として配置されている。

図３は、図１と同じ断面の表示で、異なる厚さの２つのプレート本体部１０”、１２”が圧延により金属プレート１３０にされる圧延プロセスを示す図である。図３Ａは、図１と同じ断面の表示で、３つのプレート本体部が１０、１１、１２圧延により金属プレート１３０Ａにされる圧延プロセスを示す図である。

プレート本体部１０、１２を圧延して、金属プレート１００（図１）、または金属プレート１００Ａ（図１Ａ）、または金属プレート１１０（図６）、または金属プレート１２０（図２）、または金属プレート１３０（図３）、または金属プレート１３０Ａ（図３Ａ）を形成する方法を、以下に説明する。したがって、この説明は、図１乃至図３Ａに示すローラギャップ３０の右側に示すようなプレート本体部の状態に限られたものである。

少なくとも１つの加熱要素２０（図１、図１Ａ、図２、図３および図３Ａ）が、プレート本体部（１０、１２または１０’、１２’または１０”、１２”または１０、１１および１２）の間の平面上にそれぞれ配置されるか、あるいは、少なくとも２つの加熱要素２０、２２が、２つの面上にそれぞれ交互に位置するように配置される。（図３Ａ）。

図１乃至図３においてローラギャップ３０の左側に延びる完成した金属プレート（１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、１３０Ａ）では、プレート本体部は、互いに他のプレート本体部に対向する側に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層１５をそれぞれ有し、これらのアルミニウムまたはアルミニウム合金の層１５は、図１、図２、図３および図３Ａに示す実施形態（ただし、これらの図では金属プレートの全体がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるので層１５はみられない）のような相互拡散接合によって、プレート本体部と加熱要素２０、２２、２４との間の接点を除いて、確実に結合する形で層の面全体にわたって相互に接合される。尚、図１Ａの実施形態においては層１５が設けられているが、この実施形態はもともと、２つのアルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層が、銅のような他の金属層の上に設けられた構造のものだからである。

拡散接合の確立はプロセスと共にのちに詳細に説明する。上述のように円筒状に巻かれた製品として製造された金属プレート１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、および１３０Ａは、熱による仕上げ処理によって、さらなる加工処理や再成形処理ができる状態とされる。

加熱要素２０、２２は、それぞれ、電気的な絶縁体を備えた少なくとも１つの金属ワイヤ（図示せず）であるか、または各加熱要素が、図５で示すように少なくとも１つの発熱導体４２が管状金属シース４４によって外囲された無機物コア４６内に埋め込まれた管状加熱要素４０からなるものである。発熱導体４２の代わりに、図６および図７で示すように、２つの発熱導体４２および４３が、管状加熱要素４０の無機物コア４６に埋め込まれてもよい。図６は、らせん状に曲げられたん加熱要素２４が埋め込まれた金属プレート１１０を示す。

図２の実施形態では、管状加熱要素４０は３．２ｍｍの外径を、完成した金属プレート１２０は１０ｍｍの厚さを有するものであり得る。ここでは、２つのカバー層１５、１６は、いずれも１ｍｍの厚さを有する。カバー層１５または１６を含む各プレート本体部１０、１２は、圧延プロセスの前に、それぞれ例えば７ｍｍの厚さを有するものであり得る。ローラ３２、３４がそれぞれ直径３００ｍｍであるならば、各ローラはその外周のおよそ１２分の１の上でプレート本体部１０、１２に接触する。

ここで、本発明による、少なくとも１つの埋め込み加熱要素を備えた金属プレートの製造方法を、図１を参照してさらに詳細に説明する。

第１のステップでは、（特許文献４に記載のような）各加熱要素２０を収容するための凹部を備えていない、少なくとも２つのプレート本体部１０、１２の間に少なくとも１つの加熱要素２０（または２４）を配置する。第２のステップでは、少なくとも２つのプレート本体部を圧縮し、材料を変形させることによって、前記加熱要素２０（または２４）を、プレート本体部１０、１２に直接接触するように、すなわち図１に示すように、前記プレート本体部内に埋め込む。第３のステップでは、前記プレート本体部１０、１２同士を、相互に確実に結合する形で接合させる。それぞれの、他のプレート本体部に対向する側の面上に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を含む（図１の実施形態では、プレート本体部がいずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金のみからなる）、少なくとも２つの前記プレート本体部１０、１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の再結晶温度に等しいかそれ以上である温度で熱により前処理され、次いで、ローラで圧延することにより相互に押圧されて、前記プレート本体部１０、１２に前記加熱要素２０（または２４）が埋め込まれ、かつ前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、それぞれの相互に接触する側において相互拡散接合して厚さが減少し、それによって前記プレート本体部１０、１２は、確実に結合されるようにそれらの接触し合う全面において相互に接合されて、金属プレート１００（または図６では、金属プレート１１０）が形成される。この厚さ減少量は、ローラギャップを適切に設定することによって実現される。アルミニウムまたはアルミニウム合金の層の厚さ減少量は、相互に押圧される前（図１において、ローラ３２、３４の右側にあるとき）の全体の厚さ対して最大２５％である。このプロセスでは、少なくとも１つの行をなす独立した前記加熱要素の群２０（または２４）を前記プレート本体部に埋め込むことができる。すなわち図１、図１Ａ、図２および図３の実施形態のように、１つの平面上に配置されるように埋め込むことができる。加えて、図４で示すように、加熱要素１つあたり少なくとも１つの温度センサ５０を、プレート本体部（例えば１０、１２または１０’、１２’）に、同時に埋め込んでもよい。各加熱要素は、例えば図１に示すプレート本体部１０、１２のようなプレート本体部の間に配置され、例えば、図４に示すように蛇行する形に曲げられた加熱要素２０であるか、図６に示すようにらせん状に曲げられた加熱要素２４である。プレート本体部１０、１２がローラギャップ３０を通して供給されると、加熱要素２０（または２４）は、例えば図１においてローラギャップ３０の左側にみられる結果で分かるように、プレート本体部１０、１２の材料の変形によりプレート本体部１０、１２に埋め込まれる。蛇行パターンに曲げられた加熱要素２０と、らせん状に曲げられた加熱要素２４とを、一緒に金属プレートに埋め込んでもよい（図示せず）。

図８は、４つの加熱要素２０が埋め込まれ、金属プレートに形成された切り込み部５５によってそれぞれ隣接した加熱要素２０同士が熱的に分離されている金属プレート１００の一部を示す。切り込み部５５は、図８内で別枠により拡大した形でも示されている。加熱要素２０は、図８にみられるように、１つの面において２列並べた形でプレート本体部１０、１２に埋め込まれる。切り込み部５５は、圧延プロセスの後に、プレート本体部１２に形成される。

本発明による方法を適用することによって、各々の加熱要素２０を、金属プレート１００（または本明細書に記載する他のいずれかの金属プレート）の厚さ方向において一方の側に偏る形で埋め込むことができる。図３に示すように、厚さの異なる２つのプレート本体部（１０”、１２”）をこの目的のために用いると、加熱要素２０が、金属プレート１３０の厚さ方向において一方に偏った位置にある平面に自動的に配置されることになる。

加熱要素の厚さ方向で一方に偏った配置は、例えば、図３Ａの実施形態のような２つの平面に配置される場合のように、２以上の平面に加熱要素が配置される場合にも実現され得る。この場合、厚さが概ね等しい３枚のプレート本体部１０、１１、及び１２を用いる。加熱要素２０または２２をこれらのプレート本体部の対向面が合わせられる２面に配置する。完成した金属プレート１３０Ａでは、加熱要素２０は金属プレート１３０Ａの底面に近い側に偏った位置に配置され、加熱要素２２は金属プレート１３０Ａの上面に近い側に偏った位置に配置される。

図３Ａの実施形態では、実際、概ね等しい厚さの３枚のプレート本体部１０、１１、及び１２が用いられている。しかし、４枚以上のプレート本体部を使用してもよく、原則として、プレート本体部の厚さは異なるものであり得る。

例として、完成した金属プレート１００は、それぞれ他のプレート本体部に対向する側の面に凹部を備えていない２つのプレート本体部１０、１２から形成されている。加熱要素２０（および／または２４）は、材料の変形のみによってプレート本体部１０、１２に埋め込まれる。各プレート本体部は、他のプレート本体部に対向する面において少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層（例えば図１Ａに示す被覆層１３、１４）を有し、完成した金属プレート１００または１００Ａでは、これらの層が、プレート本体部１０、１２または１０’、１２’と加熱要素２０との間の接点を除いて、その表面全体において確実に結合される形で相互に接合される。

１０ プレート本体部
１０’ プレート本体部
１０” プレート本体部
１１ プレート本体部
１２ プレート本体部
１２’ プレート本体部
１２” プレート本体部
１３ 被覆層
１４ 被覆層
１５ カバー層
１６ カバー層
２０ 加熱要素
２２ 加熱要素
２４ 加熱要素
３０ ローラギャップ
３２ ローラ
３４ ローラ
４０ 管状加熱要素
４１ 管状加熱要素
４２ 発熱導体
４３ 発熱導体
４４ 金属シース
４６ コア
５０ 温度センサ
５５ 切り込み部
１００ 金属プレート
１００Ａ 金属プレート
１１０ 金属プレート
１２０ 金属プレート
１３０ 金属プレート
１３０Ａ 金属プレート

Claims (23)

1. 少なくとも１つの埋め込み加熱要素を備えた金属プレートの製造方法であって、
   （ａ）各加熱要素（２０、２４）を収容するための凹部を備えていない、少なくとも２つのプレート本体部（１０、１２）の間に少なくとも１つの加熱要素（２０、２４）を配置する過程と、
   （ｂ）少なくとも２つの前記プレート本体部（１０、１２）を圧縮し、材料を変形させることによって、前記加熱要素（２０、２４）を前記プレート本体部（１０、１２）に直接接触するように、前記プレート本体部内に埋め込む過程と、
   （ｃ）前記プレート本体部（１０、１２）同士を、少なくとも部分的に相互に確実に接合させる過程とを含み、
   それぞれの、他の前記プレート本体部（１０、１２）に対向する側の面上に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を含む、少なくとも２つの前記プレート本体部（１０、１２）は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の再結晶温度に等しいかそれ以上である温度で熱により前処理され、次いで、ローラで圧延することにより相互に押圧されて、前記プレート本体部（１０、１２）に前記加熱要素（２０、２４）が埋め込まれ、かつ前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、それぞれの相互に接触する側において相互拡散接合して厚さが減少し、それによって前記プレート本体部（１０、１２）は、確実に結合されるようにそれらの接触し合う全面において相互に接合されて、金属プレートが形成されることを特徴とする方法。
2. 前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層の厚さの減少量が、相互に押圧される前の全体の厚さに対して最大２５％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、２つのカバー層（１５、１６）の間のコア層として配置され、前記カバー層は、鋼鉄、ステンレス鋼、銅またはチタンなどの別の金属の層であることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の方法。
4. 前記金属プレート（１００）が、熱仕上げ処理によって、さらなる機械的再形成処理が可能となるような状態にされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 少なくとも１つの行をなす独立した前記加熱要素の群（２０、２４）が、前記プレート本体部（１０、１２）に埋め込まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記加熱要素の１つあたり少なくとも１つの温度センサ（５０）が、前記プレート本体部に同時に埋め込まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記加熱要素（２０、２４）として、管状加熱要素（４０）が使用され、前記管状加熱要素（４０）においては、管状金属シース（４４）に外囲された無機物コア（４６）のなかに少なくとも１つの発熱導体（４２）が埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 圧延中または圧延の後に、少なくとも１つの前記加熱要素（２０、２４）を既存の隣接する加熱要素（２０、２４）から分離するための切り込み部（５５）が、前記プレート本体部（１０、１２）の１つに形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記加熱要素（２０、２４）が、らせん状または蛇行するように曲げられる形で、前記プレート本体部（１０、１２）の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 前記加熱要素（２０、２２、２４）が、前記金属プレート（１３０、１３０Ａ）の厚さ方向において一方の側に偏る形で埋め込まれることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層として、アルミニウムより熱伝導率の高い別の金属に対してアルミニウムまたはアルミニウム合金が貼られた、アルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層（１３、１４）が用いられることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 少なくとも１つの加熱要素（２０、２２、２４）が材料の変形のみによって埋め込まれた、凹部を備えていない少なくとも２つのプレート本体部（１０、１２）からなる、請求項１乃至１１のいずれかの方法によって製造された金属プレートであって、
    前記プレート本体部（１０、１１、１２）が、それぞれの、他の前記プレート本体部（１０、１２）に対向する側の面上に、少なくとも１層のアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を含み、
    前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、前記プレート本体部（１０、１１、１２）と前記加熱要素（２０、２２、２４）との接触点以外で、相互拡散接合により確実に接合されるようにそれらの接触し合う全面において接合されていることを特徴とする金属プレート。
13. 前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、２つのカバー層（１５、１６）の間のコア層として配置され、前記カバー層は、鋼鉄、ステンレス鋼、銅またはチタンなどの別の金属の層であることを特徴とする請求項１２に記載の金属プレート。
14. 前記金属プレート（１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、１３０Ａ）が、熱仕上げ処理によって、さらなる機械的再形成処理が可能となるような状態にされることを特徴とする請求項１２若しくは１３に記載の金属プレート。
15. 前記金属プレート（１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、１３０Ａ）が、円筒状に巻かれた製品として製造されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の金属プレート。
16. 前記加熱要素（２０、２２、２４）が、電気的絶縁部を備えた金属ワイヤであることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の金属プレート。
17. 前記加熱要素（２０、２２、２４）が管状加熱要素（４０）からなり、前記管状加熱要素（４０）においては、管状金属シース（４４）に外囲された無機物コア（４６）のなかに少なくとも１つの発熱導体（４２）が埋め込まれていることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の金属プレート。
18. 少なくとも１つの行をなす独立した前記加熱要素の群（２０、２２、２４）が、前記プレート本体部（１０、１１、１２）に埋め込まれることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の金属プレート。
19. 前記加熱要素（２０、２２、２４）の１つあたり少なくとも１つの温度センサ（５０）が、前記金属プレート（１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、１３０Ａ）に埋め込まれていることを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれかに記載の金属プレート。
20. 前記金属プレート（１００）に形成された切り込み部（５５）を有し、それによって、少なくとも１つの前記加熱要素（２０、２２、２４）が、既存の隣接する加熱要素（２０、２４）から熱的に分離可能に構成されていることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれかに記載の金属プレート。
21. 前記加熱要素（２０、２２、２４）が、らせん状または蛇行するように曲げられる形で、前記金属プレート（１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０、１３０Ａ）に埋め込まれていることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の金属プレート。
22. 前記加熱要素（２０、２２、２４）が、前記金属プレート（１３０、１３０Ａ）の厚さ方向において一方の側に偏って埋め込まれていることを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれかに記載の金属プレート。
23. 前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の層が、アルミニウムより熱伝導率の高い別の金属に対してアルミニウムまたはアルミニウム合金が貼られた、アルミニウムまたはアルミニウム合金の被覆層（１３、１４）であることを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれかに記載の金属プレート。

Images