JP7170745B2 - 基板状構造体及びヒータシステム - Google Patents
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Description
(ヒータシステム)
図1は、実施形態に係るヒータ1の構成を示す模式的な分解斜視図である。図2は、図1のヒータ1を含むヒータシステム101の構成を示す模式図である。図2において、ヒータ1については、図1のII-II線断面図が示されている。図1は、ヒータ1の構造を示すために便宜的にヒータ1を分解して示しており、実際の完成後のヒータ1は、図1の分解斜視図のように分解可能である必要はない。
ヒータ1は、例えば、概略板状(図示の例では円盤状)のヒータプレート9(基板状構造体の一例)と、ヒータプレート9から下方へ延びているパイプ11とを有している。
ヒータプレート9の上面13a及び下面13bは、例えば、概ね平面である。ヒータプレート9の平面形状及び各種の寸法は、加熱対象物の形状及び寸法等を考慮して適宜に設定されてよい。例えば、平面形状は、円形(図示の例)又は多角形(例えば矩形)である。寸法の一例を示すと、直径は20cm以上35cm以下、厚さは4mm以上30mm以下である。
基体13の外形は、ヒータプレート9の外形を構成している。従って、上述のヒータプレート9の形状及び寸法に係る説明は、そのまま基体13の外形及び寸法の説明と捉えられてよい。基体13の材料は、例えば、セラミックである。セラミックは、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ)、炭化珪素(SiC)、及び窒化珪素(Si3N4)等を主成分とする焼結体である。なお、主成分は、例えば、その材料の50質量%以上又は80質量%以上を占める材料である(以下、特に断りが無い限り、他の部材及び他の材料についても、同様。)。
抵抗発熱体15は、基体13の上面13a及び下面13bに沿って(例えば平行に)延びている。また、抵抗発熱体15は、平面視において、例えば、基体13の概ね全面に亘って延びている。図1では、抵抗発熱体15は、第1絶縁層19A及び第2絶縁層19Bとの間に位置している。
端子部17は、例えば、抵抗発熱体15の長さ方向両端に接続されているとともに、当該両端の位置にて、基体13のうちの下面13b側の一部(第2絶縁層19B)を貫通して下面13bから露出している。これにより、ヒータプレート9の外部から抵抗発熱体15へ電力を供給可能になっている。1対の端子部17(抵抗発熱体15の両端)は、例えば、ヒータプレート9の中央側に位置している。なお、1つの抵抗発熱体15に電力を供給する3以上の端子部17が設けられてもよいし、2以上(例えば2層以上)の抵抗発熱体15に電力を供給する2組以上の端子部17が設けられてもよい。
パイプ11は、上下(軸方向両側)が開口している中空状である。別の観点では、パイプ11は、上下に貫通する空間11sを有している。パイプ11の横断面(軸方向に直交する断面)及び縦断面(軸方向に平行な断面。図2に示す断面)の形状は適宜に設定されてよい。図示の例では、パイプ11は、軸方向の位置に対して径が一定の円筒形状である。もちろん、パイプ11は、高さ方向の位置によって径が異なっていてもよい。また、パイプ11の寸法の具体的な値は適宜に設定されてよい。特に図示しないが、パイプ11には、気体又は液体が流れる流路が形成されていてもよい。
配線部材7は、パイプ11の空間11s内に挿通されている。平面透視において、ヒータプレート9のうち空間11s内に露出する領域では、複数の端子部17が基体13から露出している。そして、配線部材7は、その一端が複数の端子部17に接続されている。
図3(a)は、図1の領域IIIaを拡大して示す平面図である。図3(b)は、図3(a)のIIIb-IIIb線における断面図である。これらの図において、抵抗発熱体15は、紙面左側から紙面右側へ延びている。
端子部材23は、例えば、絶縁性の端子基部25と、端子基部25の表面に位置している導体層26とを有している。すなわち、端子部材23は、その表面に導電性を有している構成である。また、端子部材23は、上下方向(基体13の厚み方向)にある程度の長さを有する形状に形成されている。
端子部材23において、導体層26は比較的薄く形成されており、端子基部25は、端子部材23の体積の大部分を占めている。及び/又は、導体層26は概ね一定の厚さで形成されており、端子基部25の形状及び大きさは端子部材23の形状及び大きさを一回り小さくした形状及び大きさ(略相似形)である。従って、上記の、又は後述の端子部材23の形状及び大きさ等に関する説明は、端子基部25の説明と捉えられてよい。ただし、導体層26は、端子部材23の形状及び大きさに影響を及ぼす態様とされていてもよい。
導体層26は、例えば、既述のように、端子部材23の大きさに比較して薄くされている。上記の端子基部25の大きさの逆算になるが、念のために記載すると、例えば、導体層26の体積は、端子部材23の体積の40%以下、30%以下、20%以下、10%以下又は5%以下とされてよい。また、例えば、導体層26の厚さは、端子部材23の径(円形でない場合は例えば最大径)及び/又は端子部材23の上下方向の長さの15%以下、10%以下、5%以下又は2.5%以下とされてよい。
接続導体21は、例えば、その全体が導体(例えば金属)によって構成されており、また、基体13の厚み方向にある程度の長さを有する形状に形成されている。接続導体21は、例えば、その少なくとも一部が基体13内に埋設されている。これにより、接続導体21は、基体13に保持されているとともに、基体13内に位置している抵抗発熱体15に接続可能となっている。
基体13の下面13bは、端子部17付近において凹部13rを有していてもよい。当該凹部13rは、例えば、平面視において端子部材23及び接続導体21が収まる広さを有している。凹部13rの平面形状及び深さ等は適宜に設定されてよい。凹部13rは、例えば、ヒータプレート9の製造過程において下面13b(凹部13r以外の領域)の研磨を容易化することに寄与する。
図4(a)及び図4(b)は、第2実施形態に係るヒータプレート209の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(a)及び図3(b)に相当する。また、図4(b)は、図4(a)のIVb-IVb線における断面図である。
図5は、第3実施形態に係るヒータプレート309の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(a)に相当する。
図6(a)は、第4実施形態に係るヒータプレート409の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
図6(b)は、第4実施形態の変形例に係るヒータプレート409-1を示す、図6(a)に対応する図である。
図6(c)は、第4実施形態の他の変形例に係るヒータプレート409-2を示す、図6(a)に対応する図である。
図7(a)は、第5実施形態に係るヒータプレート509の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
第4実施形態の変形例(図6(b))の説明では、空間29は、他の実施形態において設けられてもよいことを述べた。図7(b)に示すヒータプレート509-1の端子部517-1は、図7(a)の端子部517において空間29を設けた構成となっている。
第4実施形態の他の変形例(図6(c))の説明では、空間31は、他の実施形態において設けられてもよいことを述べた。図7(c)に示すヒータプレート509-2の端子部517-2は、図7(b)の端子部517-1において空間31を設けた構成となっている。
図8は、第6実施形態に係るヒータプレート609の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(a)に相当する。図9(a)は、図8のIX-IX線に対応する断面図である。
図9(b)は、第6実施形態の変形例に係るヒータプレート609-1を示す、図9(a)に対応する図である。
図9(c)は、第6実施形態の他の変形例に係るヒータプレート609-2を示す、図9(a)に対応する図である。
図10(a)は、第7実施形態に係るヒータプレート709の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
図10(b)は、第8実施形態に係るヒータプレート809の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
図10(c)は、第9実施形態に係るヒータプレート909の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
図11(a)は、図10(a)に示した第7実施形態の変形例に係るヒータプレート709-1の構成を示す、図10(a)に相当する図である。図11(b)は、図10(b)に示した第8実施形態の変形例に係るヒータプレート809-1の構成を示す、図10(b)に相当する図である。
図12は、第10実施形態に係るヒータプレート1009の要部の構成を示す図であり、第1実施形態の図3(b)に相当する。
図14(a)及び図14(b)は、接続導体の変形例及び他の変形例を示す断面図である。これらの図は、図3(b)と同様のものである。
図15(b)は、端子部材23の変形例を示す平面図であり、図4(a)と同様のものである。
図13(a)~図13(d)は、ヒータプレートの製造方法の一例を示す断面図であり、第1実施形態の図3(a)に相当する(ただし、上下方向は逆。)。ここでは、端子部の構成として、図7(a)に示したものを例に取る。ただし、他の端子部についても同様の製造方法が適用されてよい。製造方法は、図13(a)から図13(d)へ順に進む。各部材の材質及び形状等は、製造過程の進行に伴って変化する。ただし、説明の便宜上、材質及び形状等の変化の前後で同一の符号を用いる。
Claims (19)
- 上面及びその反対側の下面を有している絶縁性の基体と、
前記基体内にて前記上面及び前記下面に沿っている内部導体と、
少なくとも一部が前記基体内に位置しているとともに前記下面にて前記基体の外部へ露出しており、前記内部導体に電気的に接続されている端子部材と、
を有しており、
前記端子部材は、
絶縁性の端子基部と、
前記端子基部の表面に位置している導体層と、を有しており、
前記端子基部は、
前記上面側に位置している第1面と、その反対側の第2面と、前記第1面と第2面とを繋ぐ側面とを有しており、
前記導体層は、前記第1面に位置している第1部分と、前記第2面に位置している第2部分と、前記側面に位置している第3部分と、を有しており、
前記第1部分と前記第2部分とを前記第3部分が繋いでいる、基板状構造体。 - 前記導体層は、気体が存在する、又は真空とされる空間を含んでいる
請求項1に記載の基板状構造体。 - 前記基体は、セラミックスからなり、
前記端子基部は、前記基体を構成する材料と主成分が共通するセラミックスからなる
請求項1又は2に記載の基板状構造体。 - 前記導体層は、Ag、Cu及びTiを含む合金を含み、前記合金は、Ag及びCuが主成分である
請求項1~3のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記内部導体と前記端子部材との間に介在している接続導体を更に有しており、
前記接続導体は、上下方向の長さが前記内部導体よりも長く、
前記端子部材は、少なくとも側面が前記接続導体の側面に接続されている
請求項1~4のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記内部導体及び前記接続導体は主成分が共通している
請求項5に記載の基板状構造体。 - 平面視において、前記接続導体は、前記端子部材を中心とする円周方向の一部範囲にのみ位置しており、前記端子部材の側面のうち一部のみが前記接続導体に接続されている
請求項5又は6に記載の基板状構造体。 - 前記接続導体は、
前記端子部材に接続されている第1部位と、
前記第1部位に対して前記端子部材とは反対側に位置しているとともに前記端子部材と前記接続導体との並び方向に直交する方向の長さが前記第1部位よりも長い第2部位と、を有している
請求項7に記載の基板状構造体。 - 前記接続導体は、側面に凹部を有しており、
前記端子部材は、側面に凸部を有しており、
前記凹部と前記凸部とが接続されている
請求項7又は8に記載の基板状構造体。 - 前記凹部は、雌ねじを構成しており、
前記凸部は、前記雌ねじに螺合する雄ねじを構成している
請求項9に記載の基板状構造体。 - 1つの前記内部導体に接続されている複数の前記接続導体が1つの前記端子部材を囲んで当該端子部材に接続されている
請求項7~10のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 複数の前記接続導体は、平面視における断面積及び前記端子部材に対する接続面積の少なくとも一方が互いに異なる2以上の接続導体を含んでいる
請求項11に記載の基板状構造体。 - 前記端子部材の側面のうち、前記接続導体に接続されている前記一部以外の部分の少なくとも一部は、前記内部導体に接続されている
請求項7~12のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記端子部材の側面のうち、前記接続導体に接続されている前記一部以外の部分の少なくとも一部は、前記基体に当接している
請求項7~13のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記端子部材の側面のうち、前記接続導体に接続されている前記一部以外の部分の少なくとも一部は、気体が存在する、又は真空とされる空間を介して、前記基体に面している
請求項7~14のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記接続導体は、前記上面に平行な断面積が上下方向の位置によって異なっている
請求項5~15のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 前記端子部材は、平面視において楕円状である
請求項1~16のいずれか1項に記載の基板状構造体。 - 上面及びその反対側の下面を有している絶縁性の基体と、
前記基体内にて前記上面及び前記下面に沿っている内部導体と、
少なくとも一部が前記基体内に位置しているとともに前記下面にて前記基体の外部へ露出しており、前記内部導体に電気的に接続されている端子部材と、
を有しており、
前記端子部材は、
絶縁性の端子基部と、
前記端子基部の表面に位置している導体層と、を有しており、
前記内部導体と前記端子部材との間に介在している接続導体を更に有しており、
前記接続導体は、上下方向の長さが前記内部導体よりも長く、
前記端子部材は、少なくとも側面が前記接続導体の側面に接続されており、
平面視において、前記接続導体は、前記端子部材を中心とする円周方向の一部範囲にのみ位置しており、前記端子部材の側面のうち一部のみが前記接続導体に接続されている、基板状構造体。 - 請求項1~18のいずれか1項に記載の基板状構造体と、
前記端子部材に電気的に接続されている電源部と、
を有しており、
前記内部導体が抵抗発熱体である
ヒータシステム。
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