(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記被加熱体がバルブであり、前記長手部位のバルブの本体部分と対向する部分が、長手部位の他の部分よりもバルブの本体部分側に突出している、請求項1〜5の何れか1項に記載のヒータ。
前記被加熱体がバルブであり、前記長手部位のバルブの本体部分と対向する部分が、長手部位の他の部分よりもバルブの本体部分側に突出している、請求項1〜6に記載のヒータ。
金属板から、被加熱体と対向する一対の長手部位と、長手部位同士を連結する連結部位とで構成されるH型の板材を打ち抜き、H型の板材の長手部位を連結部位側に向けて折り曲げて第1部材を作製する工程と、
第1部材の長手部位に重ね合わせる形状を有する第2部材を作製する工程と、
第1部材と第2部材とで発熱体を挟持し、第1部材と第2部材とを連結する工程と、を有する、ヒータの製造方法。
【背景技術】
【0002】
従来から、バルブを加熱して内部を流通するガスの結露や、液体の硬化を防止することが行われている。バルブを加熱するには、バルブの本体部分や継手部分にヒータ線を巻装して更に全体を断熱材で包囲する方法や、ヒータ線を内蔵する断熱材でバルブの本体部分や継手部分を包囲する方法が一般的である。
【0003】
しかしながら、上記の方法では、ヒータ線の巻き付け方や、断熱材の装着具合が作業者によって異なるため、加熱ムラが生じることが多い。
【0004】
これに対し特許文献1では、バルブの本体部分及び継手部分を包囲するハウジング内に、直接加熱部と輻射加熱部とを設けたヒータユニットを提案している。このヒータユニットでは、一対のハウジングハーフが会合してハウジングを形成するものであり、各ハウジングハーフはセラミックヒータを内蔵しており、セラミックヒータの内側の面にはステンレス板が取り付けられて直接加熱部を構成し、各ハウジングハーフにおいてセラミックヒータが取り付けられた部分以外の部分が輻射加熱部を構成する。また、直接加熱部のステンレス板は、ハウジングハーフ同士を会合したときにバルブの本体部分に接する位置に固定されており、セラミックヒータに通電した際に本体部分を直接加熱する。それと同時に、継手部分を含めたバルブの本体部分を除く他の部分が輻射加熱部からの輻射熱により加熱される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1のヒータユニットによれば、直接加熱部はバルブの本体部分に対応して位置決めされており、更にバルブへの装着方法もハウジングハーフ同士を会合するだけでよいため、作業者の違いによる加熱ムラが発生することがない。しかしながら、バルブの本体部分が直接加熱されるのに対し、継手部分を含めたバルブの他の部分は輻射加熱であるため、加熱ムラが発生する。また、ハウジングハーフの大部分が輻射加熱部となるため、大面積のセラミックヒータを配設する、あるいは小面積のセラミックヒータをハウジングハーフの複数箇所に配設する必要があり、高価なセラミックヒータを多用するため、全体として高価なものとなる。しかも、ハウジングヒータ全体を加熱するため、消費電力も多くなる。
【0007】
そこで本発明は、加熱ムラが少なく、消費電力も少ないヒータを安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために本発明は、下記のヒータ及びその製造方法を提供する。
(1)発熱体と、
金属板からなり、被加熱体の両側に配置される一対の長手部位と、該長手部材同士を連結する連結部位とが一体的に構成されてなる第1部材と、
第1部材
の前記一対の各長手部位とともに発熱体を
各々挟持する一対の第2部材と、
を有する、ヒータ。
(2)前記第1部材
は、平行配置され、被加熱体と対向する一対の長手部位と、該長手部位の中央部分で連結する部位と、からなり、該被加熱体と対向する一対の長手部位と、長手部位同士を連結する連結部位とで構成されるH型の板材における長手部位
が、連結部位側に向けて折り曲げ
られた構造であり、断面形状がU字状
である、請求項1に記載のヒータ。
(3)上記(1)又は(2)に記載のヒータであって、さらに発熱体の温度を制御する温度制御体を有し、該温度制御体が、前記連結部位に装着されている、ヒータ。
(4)上記(3)に記載のヒータであって、さらに発熱体の温度を制御する温度制御体を有し、該温度制御体が、前記連結部材に装着されている、ヒータ。
(5)前記発熱体がセラミックヒータである、上記(1)〜(4)の何れか1項に記載のヒータ。
(6)前記被加熱体がバルブであり、前記長手部位のバルブの本体部分と対向する部分が、長手部位の他の部分よりもバルブの本体部分側に突出している、上記(1)〜(5)の何れか1項に記載のヒータ。
(7)前記被加熱体がバルブであり、前記長手部位のバルブの本体部分と対向する部分が、長手部位の他の部分よりもバルブの本体部分側に突出している、上記(1)〜(6)に記載のヒータ。
(8)金属板から、被加熱体と対向する一対の長手部位と、長手部位同士を連結する連結部位とで構成されるH型の板材を打ち抜き、H型の板材の長手部位を連結部位側に向けて折り曲げて第1部材を作製する工程と、
第1部材の長手部位に重ね合わせる形状を有する第2部材を作製する工程と、
第1部材と第2部材とで発熱体を挟持し、第1部材と第2部材とを連結する工程と、を有する、ヒータの製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明のヒータでは、被加熱体を金属製の第1部材で覆うように配置し、第1部材に発熱体からの熱を伝熱することで被加熱体全体をムラなく加熱することができる。そのため、発熱体は小面積ですみ、消費電力も少ない。
【0010】
また、製造に際しても、金属板からH型の板材を切り出して折り曲げ加工するだけで第1部材を作製でき、第2部材も板部材であり、更には第1部材と第2部材とで発熱体を挟持するだけでよいため、工程が簡易で、製造コストも低い。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の好ましい態様について、被加熱体としてバルブを例示して説明する。
【0013】
図1は、本発明の一態様のヒータをバルブに装着した状態で示す分解斜視図である。尚、バルブ100として、本体部分101の両端に継手部分102を有する2方バルブを例示する。本体部分101には、内部に配した弁の開閉を制御するアクチュエータ105が付設されており、継手部分102には、図示されない配管が、ナット103を介して接続される。
【0014】
バルブ用ヒータ1は、バルブ100の本体部分101と継手部分102を覆う第1部材10と、第1部材10のバルブ100に対して外側となる面に装着される発熱体20と、発熱体20を第1部材10とともに挟持する一対の第2部材30とを主たる構成部材とする。
【0015】
第1部材10は、金属板を加工したものであり、バルブ100の本体部分101と継手部分102を覆う長さを有する長手部位11を一対で平行配置し、更に長手部位11の中央部分で連結部位12により連結して構成される部材であり、
図2(
図1をA方向またはB方向から見た図)に示すように略U字状を呈する。また、第1部材10の長手部位11は、バルブ100の本体部分101と対向する部分11a(以下「本体部分対向部」)と、本体部分対向部11aの両側にバルブ100の継手部分102と対向する部分11b(以下「継手部分対向部」)とに区画されている。
【0016】
本体部分対向部11aは、バルブ100の本体部分101と接するように、あるいは本体部分101と若干の隙間を形成するように設定されている。尚、本体部分対向部11aの長さ(L)は、加熱効率から、バルブ100の本体部分101の側面101aより若干幅広に形成することが好ましい。また、本態様では、本体部分対向部11aが連結部位12により連結されている。
【0017】
バルブ100の継手部分102に装着されるナット103には、通常は6角ナットが使用される。そのため、6角ナットの締め付け具合によっては、ナット角部がバルブ100の本体部分101の側面101aが形成する平面よりも外側に位置することがある。そこで、継手部分対向部11bがナット103のナット角部と接触しないように、かつ、後述するように本体部分対向部11aと継手部分対向部11bとの段差が発熱体20の厚さ以上になるように、継手部分対向部11bをバルブ100の継手部分102から離れる方向(
図1のC方向またはD方向)に突出させる。これにより、本体部分対向部11aと継手部分対向部11bとの連結部分に、屈曲部11cが形成される。言い換えると、前記長手部位の本体部分対向部11aは、前記長手部位の他の部分と比べてバルブの本体部分側に突出している。
【0018】
なお、第1部材10の長手部位11には、
図3に示すように発熱体20の配線用ケーブルが通る開口60が開けられていても良い。配線用ケーブルを開口60に通しておくことにより、ヒータ1内での発熱体20のずれや動きをある程度抑制することができる。なお、開口60の形状や大きさ、数は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定できる。例えば、第1部材の外側(第2部材側)から内側(被加熱体側)に配線用ケーブルを通した後、さらに内側から外側に配線用ケーブルを通せるよう、複数の開口60を設けても良い。また、
図3においては長手部位11の継手部分対向部11bに開口60を設けた態様を示したが、本体部分対向部11aと被加熱体との接触を阻害しない限り、開口60は本体部分対向部11aに設けられていても良い。
【0019】
また、本体部分対向部11aの外面(バルブ本体に対向する面と反対側の面)の中央部分には、複数のハーフピアス等の突起15が形成されており、突起15で囲まれた空間に発熱体20が収容される。突起15の間隔や数は発熱体20の形状に合わせて設定され、例えば図示されるような長方形の発熱体20の場合は、4つの突起15が発熱体20の各辺を2分する位置に形成されてよい。これにより、突起15で囲まれた空間での発熱体20の動きが規制される。尚、
図3に、第1部材10を
図1のC方向またはD方向から見た図を示す。
【0020】
連結部位12の下面には、温度制御のための熱電対(図示せず)が取り付けられる。熱電対は先端に丸端を圧着した非接地型を使用できる。本態様のバルブ用ヒータ1は、発熱体20から熱を第1部材10で伝熱してバルブ100の本体部分101及び継手部分102を加熱するものであり、熱電対で加熱温度を検出して発熱体20への給電を制御する。サーモスタット50は、取付金具51を介してネジ52で連結部位12に取り付けられる。これに対応して連結部位12には、
図4(
図1をE方向から見た図)及び
図5(
図1をF方向から見た図)に示すように、取付金具51を取り付けるためのネジ溝53を有する。また、連結部位12には、バルブ100の本体部分101の底面にネジ54で熱電対を取り付ける際のネジ孔55が形成されている。
【0021】
上記の第1部材10を作製するには、例えば、先ず、
図6(A)に示すように、金属板300から、一対の長手部位11の中央部分を連結部位12で連結したH型の板材を打ち抜く。そして、
図6(B)に示すように、打ち抜いたH型板材310の長手部位11に継手部分対向部11bを折り曲げて形成し、更にバルブ100に対向する面(裏面)300aの本体部分対向部11aとなる部分に突起15(図示せず)を型押しして形成する。また、連結部位12にネジ溝53及びネジ孔55を形成する。そして、
図6(C)に示すように、長手部位11を連結部位側に直角に折り曲げる。このように、簡便に第1部材10を作製することができる。
【0022】
尚、第1部材10を形成する金属としては、発熱体20からの熱を伝熱しやく、安価で、更には加工性に優れることなどから、鉄や銅、アルミニウムまたはこれらの合金等が好適である。
【0023】
第2部材30は、第1部材10の長手部位11よりも若干大きな板状物である。また、周縁30aを湾曲させることで、補強効果とともに、第2部材30を第1部材10の長手部位11に重ねたときに長手部位11の動きを規制する効果も得られる。また、周縁30aの角部が欠けて空所が形成されており、発熱体20の配線用ケーブル(図示せず)が挿通されてもよい。尚、配線用ケーブルとしては、耐熱性及び電気絶縁性を有するフッ素樹脂等の外皮を有するものが好ましい。更に、第2部材30には、第1部材10の長手部位11に設けた突起15で囲まれ発熱体20が配置される部分に対応して開口31が開けられており、開口31の両端から第1部材10の長手部位側に湾曲する一対の爪片32、32が延出している。尚、第2部材30は、耐熱性や強度等からステンレス鋼板で形成することが好ましいが、第1部材10を形成する金属を用いることもできる。また、断熱性を優先する場合は、セラミック製とすることもできる。
【0024】
発熱体20は、第1部材10と第2部材30とで挟持されることから面状ヒータが好ましく、加熱能力に優れるセラミックヒータが特に好ましい。尚、セラミックヒータは、抵抗発熱体がセラミック基板の内部または表面に形成されたものであり、セラミック基盤としては窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等が使用されている。具体的には、窒化物セラミックとしては窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられ、炭化物セラミックとしては炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられ、酸化物セラミックとしてはアルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。中でも、窒化物セラミック、炭化物セラミックは、酸化物セラミックに比べて熱伝導率が高く、好ましい。また、抵抗発熱体には、金、銀、白金、パラジウム等の貴金属、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属、タングステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミック等を含む導体ペーストで所定のパターンを形成したものである。
【0025】
本態様においては、発熱体20からの熱が第1部材10を伝熱してバルブ全体を加熱するため、発熱体20は小面積ですみ、高価なセラミックヒータを用いた場合でも、材料コストを抑えることができる。また、発熱体20への給電量も少なくてすみ、省電力にもなる。尚、発熱体20の平面形状としては、図示される長方形の他にも、正方形や円形等も可能であり、それに合わせて第1部材10の突起15の配置を変更する。
【0026】
なお、発熱体20は配線用ケーブルを通して給電されている。上記したように配線用ケーブルとしては、耐熱性及び電気絶縁性を有するフッ素樹脂等の外皮を有するものが好ましい。発熱体と配線用ケーブルの外皮との間に隙間が生じないよう固定する目的で、発熱体から配線用ケーブルが伸びる箇所に接着剤による処置が施されることが好ましい。なお、この場合、接着剤が付着した箇所は、発熱体20の他の部分より厚みが増してしまうことがある。そこで、
図3に示すように、第1部材10の長手部位11のうち、発熱体から配線用ケーブルが伸びる箇所が接する部分に、予め開口61を設けておくことが好ましい。こうすることにより、発熱体20の接着剤が付着した箇所に圧力が集中することを防止でき発熱体20の接着剤が付着した箇所の破損を抑制できる。さらに発熱体20から配線用ケーブルが伸びる箇所と長手部位11が空間的に離されることにより、漏電の可能性をより低くすることができる。なお、開口の大きさや形状は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することができる。
【0027】
バルブ用ヒータ1を組み立てるには、第1部材10の突起15で囲まれた空間に発熱体20を配置した状態で第2部材30を重ね、ネジ40により第1部材10と第2部材30とを連結する。また、連結部位12にサーモスタット50をネジ52でネジ止めして取り付ける。さらに、熱電対をネジ孔55にネジ54で連結部位12にネジ止めして取り付ける。このように、発熱体20を接着剤を用いることなく第1部材10に装着できるため、加熱の際にアウトガスを発生することが無くなり、半導体製造装置のようなクリーン環境が要求される用途に好適である。尚、組み立てられたバルブ用ヒータ1について、
図7に
図1のA方向またはB方向から見た図、
図8に
図1のE方向から見た図、
図9に
図1のG方向またはH方向から見た図、
図10に
図1のI方向から見た図を示す。
【0028】
また、バルブ用ヒータ1をバルブ100に装着するには、第1部材10の長手部位11と連結部位12とで囲まれた空間に、バルブ100の本体部分101が本体部分対向部11aと対向するようにバルブ100を収容し、連結部位12のネジ孔55を通じてネジ54にてバルブ100の本体部分101の底面に取り付けることができる。
【0029】
なお、被加熱体であるバルブ100の構造上の理由等により、ネジ54によるバルブ用ヒータ1の固定が困難である場合がある。そのような場合には、
図11(A)〜
図11(C)に示すように、第1部材10の連結部位12のバルブ側にハーフピアス63や爪片64等の突起を形成することが好ましい。これにより、該突起と長手部位11によってバルブ100の本体部分101の底面をずれないように固定することができるため、バルブ用ヒータ1内でのバルブ100の、長手方向のずれや動きを抑制することができる。なお、上記突起が形成される位置は第1部材10の連結部位12に限られず、本発明の効果を損なわない限り、第1部材10の長手部位11であっても良い。上記突起を第1部材10の長手部位11に形成した場合であっても、バルブ用ヒータ1内でのバルブ100の、長手方向のずれや動きを抑制することができる。なお、上記突起の数や形状は、上記の効果を損なわない範囲で適宜設定できる。
【0030】
バルブ用ヒータ1をバルブ100に固定する別の方法として、
図12(A)及び
図12(B)に示すように第1部材10の両長手部位11のうち連結部位とつながっている側と反対側の縁部に近い位置に開口66を設けておき、両長手部位11を貫通するボルト67及びナット68を用いて両長手部位11を固定する方法が挙げられる。
図12(A)及び
図12(B)は、本態様の第1部材10を
図1におけるA方向又はB方向から見た図である。バルブ100は、簡略するため省略した。なお、
図12(B)は、両長手部位11を貫通するボルト67及びナット68を用いて両長手部位11を固定した状態を表す図であるが、両長手部位11を貫通するボルト67の頭部及びナット68は、長手部位11における本体部分対向部11aと継手部分対向部11bとの段差に隠れているため、A方向又はB方向からは見えない。上記方法における固定部位の位置や数は、本発明の効果を損なわず、本発明のヒータに過大な負荷がかからない範囲で適宜設定できる。すなわち、長手部位11の本体部分対向部11aに固定部位があってもよく、継手部分対向部11bに固定部位があってもよい。また、固定部位は一箇所でもよく、二箇所以上でもよい。なお、第1部材10の両長手部位11のかわりに第2部材の同様の箇所に開口(不図示)を設けておき、両第2部材30を貫通するボルト及びナットを用い、第2部材同士を固定してもよい。この場合、第1部材10の長手部位11及び第2部材30両方に開口を設けておき、ボルトがこれら全てを貫通するように固定してもよいし、第2部材30のみに開口を設けておき、ボルトが両第2部材を貫通するように固定してもよい。
【0031】
上記に示した固定方法は、適宜選択して適用することができ、二つ以上を組み合わせて適用することもできる。
【0032】
そして、発熱体20に給電することにより、発熱体20からの熱が第1部材10を伝熱してバルブ100の本体部分101及び継手部分102が均一に加熱される。その際、図示は省略するが、加熱状態を良好に維持するとともに、作業員が触って火傷するのを防ぐために、アクチュエータ105を除く部分を、保温材で包囲することが好ましい。
【0033】
以上、本発明の実施形態について2方バルブを例示して説明したが、本発明は種々の変更が可能である。例えば、継手部分102にストップバルブ等の他のバルブが接続される場合には、
図13に示すように、第1部材10の継手部分対向部11bに連続して、他のバルブの本体部分と対向する第2の本体部分対向部11a´、他のバルブの連結部分と対向する第2の継手部分対向部11b´、第2の連結部位12´を設ける。それに対応して、第2の発熱体20´を使用し、更には第1部材10の全体を覆うように第2部材30を長くすることができる。
【0034】
また、本発明のバルブ用ヒータ1は配管の加熱にも使用することができ、その場合は、バルブ用ヒータ1を取り付けるために第1部材10の連結部位12に設けたネジ孔55を省略し、全体を断熱テープで配管に巻き付けるなどして装着することができる。
【0035】
更には、上記では第1部材10の長手部位11を連結部位12で連結したが、長手部位11を連結することなく、第2部材30同士を連結部材で連結してもよい。
【実施例】
【0036】
バルブとして、2方バルブを用意した。
【0037】
第1部材を作製するために、
図6に示すように、アルミニウム板から、2方バルブの本体部分及び継手部分を覆う長さの一対の長手部位を連結部位で連結したH型の板材を打ち抜き、長手部位に本体部分対向部及び継手部分対向部を形成し、更に本体部分対向部に突起を形成し、更に連結部位にネジ溝及びネジ孔を形成した。その後、両側の長手部位を連結部位側に折り曲げて第1部材を作製した。
【0038】
また、ステンレス鋼板から第1部材の長手部位を覆う大きさの板材を打ち抜き、開口及び爪片を形成した後、周縁を湾曲させて第2部材を作製した。
【0039】
そして、第1部材の突起で囲まれた空間にセラミックヒータを配置し、第2部材を重ね合わせてネジで連結し、更に連結部位にサーモスタット及び熱電対を取り付けてバルブ用ヒータを作製した。
【0040】
上記のバルブ用ヒータを2方バルブに装着し、
図14に示すように、2方バルブの本体部分の両面中央部(測定点a,b)及び底面中央部(測定点c)、継手部分に装着される一方のナットの両面中央部(測定点d,e)、他方のナットの両面中央部(測定点f,g)の7箇所に熱電対を装着し、アクチュエータを除く部分を断熱材で包囲した。尚、図中に示す測定点(b)、(e)及び(g)は図示される面とは裏側の面にあることを示す。そして、セラミックヒータに給電し、設定温度を150℃としたときの各測定点の温度を測定した。
【0041】
結果を
図15に示すが、全ての測定点において温度差が1℃以内に収まっており、バルブ全体が一様に加熱されることがわかる。
【0042】
本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な修正や変更を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
【0043】
本出願は、2010年12月28日出願の日本特許出願2010−292550に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、明細書中に記載の文献の全ての内容も、参照として取り込まれる。