JP4947712B2 - 面状ヒータ - Google Patents

Description

本発明は面状ヒータに関し、より詳細には、面状ヒータに種々の機能を追加することができる面状ヒータに関する。

従来から各種分野において、加熱処理等の熱処理が行われているが、一般的に、加熱処理にはヒータが用いられている。このような加熱処理装置に用いられるヒータとして、既に、本願出願人は特開２００４−１３４２３８号公報で提案している。
このヒータの概略構成を図２に基づいて説明すると、このヒータ２０は、セラミックス基板２１上に発熱体回路２２が形成され、その表面にセラミックス中間層２３が形成されている。また、このセラミックス中間層２３の表面に面内温度の均一性を図る均熱層２４が形成され、前記均熱層２４の上にセラミックス上部層２５が形成されている。尚、図中符号２６は発熱体回路２２に電力を供給するための電極である。

このヒータ２０にあっては、加熱するというヒータ本来の機能に加え、更に、ヒータ２０の面内温度分布の均熱性を図る機能（均熱層２４）が追加されている。
このようにヒータには前記した均熱性機能の他、外部汚染源よりの保護機能、伝熱の指向性機能、サージ電圧よりの保護機能といった付加機能が付加される場合が多くなってきている。
特開２００４−１３４２３８号公報

ところで、前記したヒータは付加機能の追加により、汎用性が低下し、いわゆるオーダーメイド的になるため、製品価格が高くならざるを得なかった。また、前記した付加機能の追加に伴い、その製品に応じた部材（部品）を用意する必要が有り、生産コストが嵩み、また生産性の悪化を招くという課題があった。更に、ヒータを構成する部材が破損すると、ヒータ全体を廃棄処分しなければならなかった。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ヒータユニット、付加機能ユニット等の如く、夫々をユニット化し、該ユニットを組み立てることにより、製作することができ、また部品交換を容易に行なうことができる面状ヒータを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するためになされた本発明にかかる面状ヒータは、シリカガラス板状体内に発熱体が封入され、前記シリカガラス板状体の下面中央部から下方に電極部が延設されたヒータユニットと、前記ヒータユニットを覆うヒータ上面カバー及びヒータ下面カバーと、前記ヒータ下面カバーが載置される上部フランジが形成された円筒状のシャフトと、前記ヒータユニットを前記シャフトに固定するためのピンとを備え、前記ヒータユニット及びヒータ下面カバーには貫通孔が形成されると共に、前記ヒータ上面カバー及び前記フランジにはピン保持部が形成され、前記ピンが、前記ヒータユニット及びヒータ下面カバーの貫通孔を挿通し、前記ヒータ上面カバー及び前記フランジのピン保持部によって端部が保持されることによって、前記ヒータユニットがヒータ上面カバー及びヒータ下面カバーによって形成される空間内に固定されることを特徴としている。

このように、ピンが前記ヒータユニット及びヒータ下面カバーの貫通孔を挿通し、前記ヒータ上面カバー及び前記フランジのピン保持部によって端部が保持されることによって、前記ヒータユニットがヒータ上面カバー及びヒータ下面カバーによって形成される空間内に固定されるため、容易に製作することができると共に、ヒータユニット等のユニットが破損した場合には、破損したユニットの交換を行なうことができる。

また、前記ヒータ上面カバーは、天板と前記天板の外縁部に設けられた側壁部によってコの字状に形成されると共に、前記側壁部の端部下面が鏡面状態に形成され、かつ前記ヒータ下面カバーの上面が鏡面状態に形成され、前記ヒータ上面カバーの端部下面がヒータ下面カバーの上面に接することにより、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部が密閉状態になされることが望ましい。

また、前記ヒータユニットとヒータ下面カバーとの間に、貫通孔を有する遮熱板ユニットが配置され、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、遮熱板ユニットが固定されることが望ましい。
また、前記ヒータユニットとヒータ上面カバーとの間に、貫通孔を有する均熱板ユニットが配置され、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、均熱板ユニットが固定されることが望ましい。
更に、前記ヒータユニットとヒータ下面カバーとの間に、貫通孔を有する遮熱板ユニットが配置され、またヒータユニットとヒータ上面カバーとの間に、貫通孔を有する均熱板ユニットが配置され、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、遮熱板ユニット、均熱板ユニットが固定されることが望ましい。
このように、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニットと遮熱板ユニット、あるいはヒータユニットと均熱板ユニット、またはヒータユニットと遮熱板ユニットと均熱板ユニットが固定されるため、機能の追加を容易に行なうことができる。

また、前記遮熱板ユニットの上面及び下面が鏡面状態に形成され、かつ均熱板ユニットの上面及び下面が鏡面状態に形成されることが望ましい。このように鏡面状態に形成されていると、ヒータユニットと遮熱板ユニットの間、またヒータユニットと均熱板ユニットの間に、雰囲気ガス、異物等の侵入を抑制することができる。

また、貫通孔を有し、この貫通孔に端子の一端部が埋設され、他端部は下面から外部に突出して形成された封止板と、前記貫通孔に挿入することによって、前記端子と接続される接続線とを備え、前記シャフトの上部フランジと反対側の端部に前記封止板を固定することにより、前記シャフトの端部を封止すると共に、前記ヒータユニットの電極部の端子が前記接続線を介して封止板の端子と電気的に接続されることが望ましい。
このように封止板によって前記シャフトの端部を封止すると共に、前記ヒータユニットの電極部の端子が前記接続線を介して封止板の端子と電気的に接続されるため、ヒータユニット（ヒータの加熱面）の高さを容易に変えることができる。

本発明によれば、ヒータユニット、付加機能ユニット等の如く、夫々をユニット化し、該ユニットを組み立てることにより製作することができ、また部品交換を容易に行なうことができる面状ヒータを得ることができる。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１に基づいて説明する。なお、図１は本発明の一実施形態にかかる面状ヒータを示す分解断面図である。

この面状ヒータ１は、基本ユニットとして、シリカガラス板状体２ａ内に、例えばカーボンワイヤー発熱体のような発熱体２ｂが封入された円板状のヒータユニット２を備えている。
また、この面状ヒータ１は、前記ヒータユニット２の下面に配置される円板状の遮熱板ユニット５と、前記遮熱板ユニット５の下面に配置される円板状のヒータ下面カバー６と、前記ヒータユニット２の上面に載置される円板状の均熱板ユニット３と、前記均熱板ユニット３の上面に配置される有底円筒状のヒータ上面カバー４とを備えている。

この遮熱板ユニット５はヒータユニット２の下方への伝熱を遮断し、上方へ伝熱させる伝熱の指向性の機能を有するものである。
また、ヒータ上面カバー４及びヒータ下面カバー６はヒータ保護ユニットを構成し、前記ヒータユニット２を外部汚染源から保護する機能を有するものである。更に、前記均熱板ユニット３は、ヒータユニット２から上方に伝導される熱の面内均熱性を高める機能を有するものである。

更に、前記面状ヒータ１は前記ヒータ下面カバー６が載置されるシャフト７と、前記シャフト７の端面に取り付けられ、前記シャフト７の端面開口を封止する封止板８と、前記シャフト７を封止板８に固定するための固定駒９と、固定駒９を封止板８に固定するためのボルト１０を備えている。
また、前記したヒータユニット２と、均熱板ユニット３と、ヒータ上面カバー４と、遮熱板ユニット５と、ヒータ下面カバー６と、シャフト７を一体化する円柱状のシリカガラスからなるピン１１を備えている。

更に、面状ヒータ１を構成するユニット（構成部材）について詳述する。
前記ヒータユニット２は、前記したように、シリカガラス板状体２ａ内に、例えばカーボンワイヤー発熱体のような発熱体２ｂが封入され、また前記シリカガラス板状体２ａの下面中央部から下方に電極部２ｃが延設されている。
即ち、シリカガラス板状体２ａ内に配置された、例えばカーボンワイヤー発熱体のカーボンワイヤーがシリカガラス板状体２ａの下面中央部から電極部２ｃを構成するガラス管２ｄの内部に導出され、前記ガラス管２ｄの内部でタングステン製の端子２ｅと接続される。尚、前記ガラス管２ｄの端部とはタングステン製の端子２ｅとは、ピンチングシールされ、前記ガラス管２ｄの内部及びヒータ内部（発熱体２ｂの封入空間）は密閉される。

また、前記ヒータユニット２のシリカガラス板状体２ａの中央部分には、前記ピン１１が挿通する貫通孔２ｈ、２ｉが設けられている。
また、前記ヒータユニット２の加熱面２ｆ（シリカガラス板状体２ａの上面）は、その上面に載置される均熱板ユニット３の下面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。同様に、前記ヒータユニット２の下面２ｇ（シリカガラス板状体２ａの下面）は、その下面に接して配置される遮熱板ユニット５の上面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。

このように、ヒータユニット２は、ヒータユニット２の上下に配置される均熱板ユニット３、遮熱板ユニット５との密着性を図ることができるため、良好な均熱効果、遮熱効果を得ることができる。また、前記ヒータユニット２と均熱板ユニット３の間あるいはヒータユニット２と遮熱板ユニット５との間に、雰囲気ガス、異物が侵入するのを抑制することができる。

前記均熱板ユニット３は、シリカガラスからなる上板３ａ及び下板３ｂと、前記上面３ａの外周部と下板３ｂの外周部に融着したシリカガラスからなる側壁３ｃと、前記上板３ａと下板３ｂとの間に均熱層３ｄとを備えている。
前記均熱層３ｄは、カーボンシート（より好ましくは、カーボン繊維を編みこんだシート）や不透明シリカガラスによって形成されることが好ましい。
尚、均熱板ユニット３は、これに限定されるものではなく、カーボン製もしくは炭化珪素製の板状体であってもよい。
また、前記均熱板ユニット３の中央部分には、前記ピン１１が挿通する貫通孔３ｅ、３ｆが設けられている．

また前記したように、前記均熱板ユニット３の下板３ｂの下面は、その下面に接して配置されるヒータユニット２の上面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。また、前記均熱板ユニット３の上板３ａの上面は、その上面に載置されるヒータ面カバー４の下面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。

前記遮熱板ユニット５は、シリカガラスからなる上板５ａ及び下板５ｂと、前記上板５ａの外周部と下板５ｂの外周部に融着したシリカガラスからなる外周側壁５ｃ及び内周側壁５ｅと、前記上板５ａと下板５ｂとの間に形成された遮熱層５ｄとを備えている。
この遮熱層５ｄは、カーボンシート（より好ましくは、カーボン繊維を編みこんだシート）や不透明シリカガラスによって形成されることが好ましい。

そしてまた、前記内周側壁５ｅの内側には貫通孔５ｈが形成され、前記ヒータユニット２の電極部２ｃが挿通するように構成されている。また前記遮熱板ユニット５の内周壁には、前記ピン１１が挿通する貫通孔５ｆ、５ｇが設けられている。

また、前記したように、前記遮熱板ユニット５の上板５ａの上面は、その上面に接して配置されるヒータユニット２の下面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。また、前記遮熱板ユニット５の下板５ｂの下面は、その下面に載置されるヒータ下面カバー６の下面との密着性を良好なものにするために、鏡面状態になされているのが好ましい。

前記ヒータ下面カバー６は、一枚のシリカガラス板からなり、前記した均熱板ユニット３、ヒータユニット２、遮熱板ユニット５の径よりも大径に形成されている。また、このヒータ下面カバー６の中央部には貫通孔６ａが形成され、前記ヒータユニット２の電極部２ｃが挿通するように構成されている。また、前記ヒータ下面カバー６の中央部分には、前記ピン１１が挿通する貫通孔６ｂ、６ｃが設けられている。
このヒータ下面カバー６の上面は、前記ヒータ上面カバー４の端面が接することにより、ヒータ上面カバー４とヒータ下面カバー６によって形成される空間内部を密閉状態になすために、鏡面状態になされている。

また、ヒータ上面カバー４は、シリカガラスからなり、天板４ａと前記天板４ａの外縁部に設けられた側壁部４ｂによってコ字状に形成され、この天板４ａと側壁４ｂと前記ヒータ下面カバー６によって囲まれる空間内に均熱板ユニット３、ヒータユニット２、遮熱板ユニット５が収容されるように構成されている。
また、前記側壁部４ｂの端部下面４ｃは、前記したようにヒータ下面保護カバー６の上面に接し、前記空間を密閉するために鏡面状態に形成されている。
更に、前記ヒータ面カバー４の天板４ａの内側面には、前記ピン１１の端部が嵌合する凹部（ピン保持部）４ｄが形成されている。

前記シャフト７はシリカガラスからなり、全体形状が円筒形状に形成されている。このシャフト７の貫通孔７ａは、ヒータユニット２の電極部２ｃが挿入される寸法に形成され、その上端部及び下端部にはフランジ７ｂ，７ｃが形成されている。また、前記上部フランジ７ｂの上面には、前記ピン１１が嵌合する凹部（ピン保持部）７ｄ、７ｅが形成されている。

前記封止板８は、その上面に前記シャフト７の下部フランジ７ｃを収容する凹部８ａが形成され、この凹部８ａには接続線１３が嵌合する貫通孔８ｂが形成されている。この貫通孔８ｂには端子１２の一端部が埋設され、前記端子１２の他端部は封止板８の下面から外部に突出している。
したがって、前記接続線１３を貫通孔８ｂの上面側から挿入し、前記端子１２に接触させ、電気的接続を行いつつ、シャフト７の貫通孔７の開口端面を封止板８で閉塞する。
尚、前記端子はタングステンからなり、前記封止板８はセラミックスから形成されている。

更に、前記封止板８の上面には、雌螺子部８ｃが形成され、前記凹部８ａにフランジ７ｃが収容された状態で、フランジ７ｃを固定駒９で押え、上方からボルト１０を前記雌螺子部に螺合させることによって、前記シャフト７に封止板８を固定するように構成されている。

前記接続線１３は、タングステンからなり、前記したようにヒータユニット２の電極部２ｃの端子２ｅと端子１２とを電気的に接続するものである。この接続線１３の長さを変えることにより、長さの異なるシャフト７にも対応することができるように構成されている。尚、接続線１３の上端部には電極部２ｃの端子２ｄを受ける受け部１３ａが形成されている。

このようなユニットを有する面状ヒータ１の組み立てについて説明する。
まず、シャフト７のフランジ７ｂの上にヒータ下面カバー６を載置し、そのヒータ下面カバー６の上面に遮熱板ユニット５を載置し、更に遮熱板ユニット５の上面にヒータユニット２を載置する。そして更にヒータユニット２の上面に均熱板ユニット３を載置する。
そして、前記ピン１１を貫通孔３ｅ，３ｆ，２ｈ，２ｉ，５ｆ，５ｇ，６ｂ，６ｃを挿通させ、凹部（ピン保持部）７ｄ、７ｅに嵌合させる。
続いて、前記ヒータ上面カバー４で覆い、ヒータ上面カバー４の側壁４ｂの端部下面４ｃがヒータ下面カバー６の上面に載置する。このとき、前記ピン１１の上端部はヒータ上面カバー４の凹部（ピン保持部）４ｄに嵌合し、保持される。

そして、接続線１３の受け部１３ａをヒータユニット２の端子２ｅと接続すると共に、接続線１３の端部を貫通孔８ｂ内に挿入し、前記貫通孔８ｂに埋設された端子１２と接続する。その後、固定駒９と封止板８の凹部８ａの上面とでシャフト７のフランジ７ｃを挟持し、ボルト１０を雌螺子部８ｃに螺合させることにより、シャフト７に封止板８を固定し、組み立てが終了する。

また、面状ヒータ１において、均熱板ユニット３、遮熱板ユニット５がいずれか一方もしくは双方必要ない場合には、それらを除いて組み立てることにより、所望の面状ヒータ１を得ることができる。しかも、夫々がユニット化しているために、個別に製作する場合に比べて、汎用性が増し、製品価格を低く抑えることができる。また、予め各ユニットを製作しておき、それらを取捨選択することにより、所望の機能を有する面状ヒータを得ることができるため、生産コストの低減を図ることができ、また生産効率を向上させることができる。更に、ユニットが破損した場合には、そのユニットを容易に交換することができ、経済上好ましい。

特に、この面状ヒータ１にあっては、ヒータユニット２、均熱板ユニット３、遮熱板ユニット５を保護ユニット（ヒータ上面カバー４、ヒータ下面カバー６）で覆われ、しかも前記ユニットの上面、下面を鏡面状態に形成されているため、各ユニット間に特殊環境下での使用時において雰囲気ガス、異物等が侵入するのを抑制することができる。

更に、接続線１３によって、端子２ｅと端子１２とを接続するようになしているため、ヒータユニット２の高さを変更する場合には、シャフト２と接続線１３を変更すれば足り、容易かつ安価に変更することができる。

尚、上記実施形態にあっては、円柱形状のピン１１と、これを保持するピン保持部として凹部７ｄ、凹部７ｅ，凹部４ｄを示したが、前記ピンを円筒形状になし、前記ピン保持部を凸部として形成し、前記ピンの開口部に前記凸部を嵌合させるようにしても良い。

図１は、本発明の一実施形態にかかる面状ヒータを示す分解断面図である。 図２は、従来の面状ヒータを示す断面図である。

符号の説明

１ 面状ヒータ
２ ヒータユニット
２ｃ 電極部
２ｈ 貫通孔
２ｉ 貫通孔
３ 均熱板ユニット
３ｄ 均熱層
３ｅ 貫通孔
３ｆ 貫通孔
４ ヒータ上面カバー
４ｄ 凹部（ピン保持部）
５ 遮熱板ユニット
５ｆ 貫通孔
５ｇ 貫通孔
６ ヒータ下面カバー
６ｂ 貫通孔
６ｃ 貫通孔
７ シャフト
７ｄ 凹部（ピン保持部）
７ｅ 凹部（ピン保持部）
８ 封止板
８ａ 凹部
９ 固定駒
１１ ピン
１２ 端子
１３ 接続線

Claims (7)

1. シリカガラス板状体内に発熱体が封入され、前記シリカガラス板状体の下面中央部から下方に電極部が延設されたヒータユニットと、前記ヒータユニットを覆うヒータ上面カバー及びヒータ下面カバーと、前記ヒータ下面カバーが載置される上部フランジが形成された円筒状のシャフトと、前記ヒータユニットを前記シャフトに固定するためのピンとを備え、
   前記ヒータユニット及びヒータ下面カバーには貫通孔が形成されると共に、前記ヒータ上面カバー及び前記フランジにはピン保持部が形成され、
   前記ピンが、前記ヒータユニット及びヒータ下面カバーの貫通孔を挿通し、前記ヒータ上面カバー及び前記フランジのピン保持部によって端部が保持されることによって、前記ヒータユニットがヒータ上面カバー及びヒータ下面カバーによって形成される空間内に固定されることを特徴とする面状ヒータ。
2. 前記ヒータ上面カバーは、天板と前記天板の外縁部に設けられた側壁部によってコの字状に形成されると共に、前記側壁部の端部下面が鏡面状態に形成され、かつ前記ヒータ下面カバーの上面が鏡面状態に形成され、
   前記ヒータ上面カバーの端部下面がヒータ下面カバーの上面に接することにより、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部が密閉状態になされることを特徴する請求項１記載の面状ヒータ。
3. 前記ヒータユニットとヒータ下面カバーとの間に、貫通孔を有する遮熱板ユニットが配置され、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、遮熱板ユニットが固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面状ヒータ。
4. 前記ヒータユニットとヒータ上面カバーとの間に、貫通孔を有する均熱板ユニットが配置され、前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、均熱板ユニットが固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面状ヒータ。
5. 前記ヒータユニットとヒータ下面カバーとの間に、貫通孔を有する遮熱板ユニットが配置され、またヒータユニットとヒータ上面カバーとの間に、貫通孔を有する均熱板ユニットが配置され、
   前記ピンによって、ヒータ上面カバーとヒータ下面カバーによって形成される空間内部に、ヒータユニット、遮熱板ユニット、均熱板ユニットが固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面状ヒータ。
6. 前記遮熱板ユニットの上面及び下面が鏡面状態に形成され、かつ均熱板ユニットの上面及び下面が鏡面状態に形成されることを特徴とする請求項５に記載された面状ヒータ。
7. 貫通孔を有し、この貫通孔に端子の一端部が埋設され、他端部は下面から外部に突出して形成された封止板と、前記貫通孔に挿入することによって、前記端子と接続される接続線とを備え、
   前記シャフトの上部フランジと反対側の端部に前記封止板を固定することにより、前記シャフトの端部を封止すると共に、前記ヒータユニットの電極部の端子が前記接続線を介して封止板の端子と電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された面状ヒータ。

Images