JP4065639B2 - パネルヒータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般用ヒータ或いはＴＦＴ液晶パネルの製造装置、シリコンウエハ等の半導体製造装置等のヒータとして適用される抵抗加熱により発熱するパネルヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パネルヒータとして、例えば図１乃至図３に示すような線状の通電発熱体ａを酸化マグネシウムなどの絶縁体ｂを介してシース部材ｃで覆ったシース構造の発熱体ｄを、パネル部材ｅの内部に埋設したものが知られている。該シース部材ｃにはステンレスチューブなどが用いられ、パネル部材ｅにはカーボンやアルミニウムが用いられる。しかし、カーボンのパネル部材は、真空中でのガス放出が多いことや加工が容易でない欠点があり、一般的には、アルミニウムが用いられ、鋳型の内部にシース部材ｃを配置し、アルミ溶湯を注入して鋳造によりパネルヒータを製作する方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シース構造の発熱体を持つパネルヒータでは、昇温速度等の能力を高めるために投入電力を大きくすることが行われるが、投入できる電力パワー（許容電力密度）は、通電発熱体自身やシース部材の耐熱性、シース部材とパネル部材間の熱伝達の良否により制約を受ける。従って、これらの耐熱性或いは熱伝達性が良好でないと能力の良いパネルヒータは得られない。
【０００４】
また、シース部材とパネル部材の温度差、あるいは両部材の熱膨張係数の違いに起因する寸法差を緩衝するため、両部材間には僅かな隙間を持たせ、両部材間に滑りを許容するようになっている。しかし、この隙間のために熱伝達性が劣化し、熱伝達性を優先してこの隙間を無くすと、熱膨張時の寸法差に基づく機械的応力により、シース部材が破損するか或いはパネル部材に歪みを誘発する不都合を生じる。
【０００５】
更に、パネルヒータは、多数の用途がありその設置環境によって、パネル部材として使用できる材料種に、化学的、冶金学的、熱的等の多くの制約を伴う。仮にこの制約を満足する材料種を選択してパネル部材を製作しても、そのパネル部材の線膨張係数と適合するシース部材は、ヒータ用材料として耐熱性や熱伝導性に劣ることが多く、効率の良いパネルヒータを構成できない。
【０００６】
シース構造の発熱体をパネル部材に埋設する方法として、上記鋳造方法以外に２枚のパネル部材間に挟み込みやかしめ込む方法等の機械的結合方法も実用化されているものの、いずれの方法もシース部材とパネル部材の熱膨張差を是認して両部材の結合状態に滑りや変形を想定しており、そのため熱伝達性や平坦性の良好なものは得られない。
【０００７】
本発明は、熱伝達性、耐熱性及び耐久性が良く、経時変化による熱歪みが少ない抵抗加熱によるパネルヒータを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、シース部材で覆った線状の通電発熱体を金属製のパネル部材内に埋設したパネルヒータに於いて、該パネル部材は上下に２分割され、該シース部材は、分割された該パネル部材の両面の接合面に共に形成された溝に入れられてサンドイッチ構造に組み合わされ、該シース部材又は該パネル部材のいずれか一方の材料を他方の部材と合金化し且つ熱膨張率が近似した材料にて形成し、該シース部材及び該パネル部材を高温高圧下で拡散接合により実質的に一体化することにより、上記の目的を達成するようにした。該シース部材を薄肉構造とし、該パネル部材をアルミニウムに炭素繊維等の補強材を混入して熱膨張係数を小さくしたアルミニウム基複合材で構成すると共に該シース部材をアルミニウム合金で構成し、該パネル部材とシース部材を高温静水圧、熱間プレス、熱間鍛造加工等により拡散接合することもできる。該シース部材を２層構造とし、外層材料を該パネル部材とブレージング接合できる合金で構成し、該シース部材とパネル部材をブレージング接合により実質的に一体化することでも、上記の目的を達成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図４において、符号１はパネル部材２内にシース部材３で覆われた通電発熱体４を埋設したパネルヒータを示し、図５にその通電発熱体４の拡大図を示した。該通電発熱体４はニクロム線及び鉄クロム線のような螺旋状の線で通電により発熱する導電体からなり、これを酸化マグネシウムなどの絶縁体５で覆い、その外周は金属のシース部材３で覆われる。該パネル部材２及びシース部材３には、両部材の融合で合金化し且つ熱膨張係数が近似した材料が選ばれ、該パネル部材２として例えばアルミニウムやその合金（JIS：A1050、Ａ6061、Ａ5052など）、純Ｃｕ、モネル合金（Ｎｉ−Ｃｕ合金）などの金属が使用される。該パネル部材２が大型で熱膨張係数を小さくする要望がある場合は、該パネル部材２にはアルミニウムやその合金に炭素繊維やアルミナ繊維、炭化珪素繊維、アルミナ粒子、炭化珪素粒子などの補強材を混入させたアルミニウム基複合材が使用される。該シース部材３にはアルミニウムやその合金（JIS：A3003、Ａ1100、Ａ6061、Ａ6063など）、ＳＵＳ、純Ｃｕ、純Ｎｉなどの該パネル部材２と合金化し且つ熱膨張係数が近似した金属が選ばれ、例えば直径５〜２０ｍｍ程度で厚さ１〜１．５ｍｍ程度の薄肉に形成される。
【００１０】
該通電発熱体４の埋設は、図７に示したように、上下に２分割したパネル部材２ａ、２ｂの両接合面又は片面に溝を形成して該溝内にシース部材３で覆われた通電発熱体４を蛇行させて配置し、サンドイッチ構造に組み合わせた後にこれを高温静水圧（HOT ISOSTATIC PRESSURE）、熱間プレス、熱間鍛造加工などで高温高圧状態とする。この状態を経ることにより、該パネル部材２とシース部材３の接合面が図６に示すように拡散接合状態になる。この接合部分ではパネル部材２及びシース部材３の線膨張係数が同じになるから、両部材２、３間に温度差が生じても両部材２、３間には滑りが生じなくなり、高温になっても熱膨張差によるシース部材３の破損やパネル部材２の歪みは発生しない。しかも両部材２、３間には隙間がないから熱伝導も良好で、パネル部材２の表面から投入電力に応じた熱量を効率よく放熱できる。
【００１１】
前記した補強材を混入した複合材のパネル部材２を使用する場合には、シース部材３にはJIS：A3003、Ａ1100、Ａ6061、Ａ6063のいずれかを使用すると高温高圧下で良好な拡散接合が得られる。また、パネル部材２にJIS：A1050、Ａ6061、Ａ5052のいずれかを使用した場合にも、シース部材３にはJIS：A3003、Ａ1100、Ａ6061、Ａ6063のいずれかを使用することが好ましい。これらの部材を使用した場合、高温高圧状態は、高温静水圧では１３００気圧、４５０℃、熱間プレスでは５００℃、３時間、熱間鍛造では５００℃のプレスすることが望ましい。
【００１２】
また、パネル部材２にモネル合金（Ni−Cu）を使用したときは、シース部材３に純Ｎｉを使用して１２００℃、１３００気圧の高温高圧状態とする。パネル部材２にSUS304／316を使用したときは、シース部材２にもSUS304／316を使用する。更にパネル部材２に純Ｃｕを使用したときは、シース部材３に純Ｃｕ又は純Ｎｉを使用することで良好な拡散接合が得られる。
【００１３】
該パネル部材２にブレージング接合が可能なアルミニウム軽合金が選択された場合は、図７及び図８に示すように、２枚のパネル部材２ａ、２ｂを用意し、２層構造からなるアルミニウム合金製のブレージングシート８で形成されるシース部材３を両パネル間に挟み、６００℃程度の高温下でブレージング接合すると、シース部材３の外層と両パネルとを拡散接合することができる。この場合、例えば、２枚のパネル部材２ａ、２ｂにＪＩＳ：Ａ１０５０、Ａ３００３、Ａ６０６３のいずれかを使用した場合、ブレージングシート８として、芯がＪＩＳＡ３００３、皮（ろう）がＪＩＳ４００３或いは４００５のものが使用される。更にこの場合、高温且つ高圧（例えば６００℃、１３００気圧）でブレージング接合すれば、より良好な接合を行えて有利である。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、シース構造の通電発熱体を金属製のパネル部材内に埋設したパネルヒータに於いて、該シース部材又は該パネル部材のいずれか一方の材料を他方の部材と合金化し且つ熱膨張率が近似した材料にて形成し、該シース部材及び該パネル部材を高温高圧下で拡散接合により実質的に一体化したので、熱伝導が良好になってその放熱面に高温が得られ、両部材に熱歪みの発生がないからシース部材の破損やパネル部材の歪みが防止されて長時間の使用が可能になるとともに、熱伝導の向上により、温度調整時の昇降温レスポンスが向上する。又、拡散接合を実施する際に、シース部材を機械加工等により溝部に入れるため、シース部材の位置精度が安定し、従来一般的に行われて来た鋳造法によるパネルヒータ製作方法に比べ歩留まりが改善される。更に、熱歪みが小さいからパネルヒータを大型化することができて例えば大面積ＴＦＴを製造するＣＶＤ装置などに好都合に適用できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパネルヒータの正面図
【図２】図１の一部截断側面図
【図３】図２の要部の拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態を示す一部截断斜視図
【図５】図４の通電発熱体の拡大斜視図
【図６】図４の要部の拡大図
【図７】本発明の他の実施の形態を示す截断斜視図
【図８】図７の要部の拡大断面図
【符号の説明】
１ パネルヒータ、２・２ａ・２ｂ パネル部材、３ シース部材、４ 通電発熱体、５ 絶縁体、８ ブレージングシート、

Claims (7)

1. シース部材で覆った線状の通電発熱体を金属製のパネル部材内に埋設したパネルヒータに於いて、該パネル部材は上下に２分割され、該シース部材は、分割された該パネル部材の両面の接合面に共に形成された溝に入れられてサンドイッチ構造に組み合わされ、該シース部材又は該パネル部材のいずれか一方の材料を他方の部材と合金化し且つ熱膨張率が近似した材料にて形成し、該シース部材及び該パネル部材を高温高圧下で拡散接合により実質的に一体化したことを特徴とするパネルヒータ。
2. 上記シース部材を、直径が５〜２０ｍｍ、厚みが１〜１．５ｍｍの薄肉構造にしたことを特徴とする請求項１に記載のパネルヒータ。
3. 上記パネル部材をアルミニウムに炭素繊維等の補強材を混入して熱膨張係数を小さくしたアルミニウム基複合材で構成すると共に上記シース部材をアルミニウム合金で構成し、上記パネル部材とシース部材を高温静水圧、熱間プレス、熱間鍛造加工等により拡散接合したことを特徴とする請求項１又は２に記載のパネルヒータ。
4. 上記厚みが１〜１．５ｍｍであるシース部材を２層構造とし、内層の芯材に対して外層には融点の低いブレージング用合金で構成し、該シース部材とパネル部材をブレージング接合により実質的に一体化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパネルヒータ。
5. 上下に分割されたパネル部材の両接合面にそれぞれ溝を設け、シース部材で覆った線状の通電発熱体をそれぞれの該溝に入れた状態でサンドイッチ構造とし、該シース部材又は該パネル部材のいずれか一方の材料を他方の部材と合金化し且つ熱膨張率が近似した材料にて形成し、高温静水圧、熱間プレスあるいは熱間鍛造加工により該シース部材とパネル部材とが拡散接合されて実質的に一体化するパネルヒータの製造方法。
6. 上記シース部材の断面外形は円形であり、前記溝の断面は半円である請求項５に記載のパネルヒータの製造方法。
7. 上記シース部材は２層構造で構成され、外層が心材より融点の低いブレージング用合金とする請求項５又は６に記載のパネルヒータの製造方法。

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