JP3924153B2

JP3924153B2 - Carbon heater unit

Info

Publication number: JP3924153B2
Application number: JP2001339225A
Authority: JP
Inventors: 文夫渡辺; 美津雄前原
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003142237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素を素材としたヒータユニットに関し、特に炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる長尺な薄板状のヒータを使用し、熱処理炉等の急加熱、急冷却を可能として炭素ヒータユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本件発明者は、高効率の円筒形ヒータを提供するため、板状のグラファイトからなるヒータ部材を円筒形に組み上げ、これを順次直列に接続した円筒形ヒータを提案した（特開２００１−６８５７号公報）。この円筒形ヒータは、Ｕ字状に連なった板状のグラファイトからなる長尺板状のヒータ部材とグラファイトからなる接続ブロックとを有している。接続ブロックを円周状に互いに絶縁した状態で配列し、複数のヒータ部材の一対の上端を隣接する接続ブロックに固定する。これにより、複数のヒータ部材を円筒形に配置すると共に、複数のヒータ部材を閉じたサークル状に直列接続したものである。
【０００３】
このような円筒状ヒータでは、ヒータ部材にグラファイトを使用しているため、ヒータ部材をそれが燃えない環境に置く必要があるという欠点はある。しかし、ヒータ部材は、円筒面を有した面状発熱ヒータであり、円周方向の温度のばらつきが±０．３℃以下という均熱性が得られる。また、ヒータ部材を上から吊り下げるようにして円筒状に配置することにより、ごく薄いヒータ部材でも容易に円筒形に配置することができる。このため、薄くて高電気抵抗を有するヒータ部材を得ることができ、高温の発熱が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、前記の円筒形ヒータに使用されるグラファイトヒータは、成型や切削で形成される長尺板状のヒータであり、上から吊り下げても、その強度等の観点から厚みを薄くするのには限界がある。例えば、長さ１０００ｍｍ、幅４０ｍｍ程度のヒータ部材の場合、その厚さはせいぜい３ｍｍ程度が限度となる。
【０００５】
このため、非常に大きな通電電流が必要になるうえ、熱容量が大きくなり、加熱、放熱に要する時間が長くなるという課題がある。また、またヒータ部材を成型や切削により作るため、その加工により得られる形状も自ずと限られる。このため例えば、加熱物を周囲から加熱する以外に、上面等からも加熱する場合は、円筒形ヒータとは別に、円板状の面ヒータ等を必要とする。
【０００６】
本発明は、このような従来におけるグラファイトヒータにおける課題に鑑み、極めて薄いヒータを使用することができ、このため、高電気抵抗を有し、通電電流を非常に小さくできるうえ、熱容量が小さく、しかも可撓性を有して変形が可能なヒータを備えた炭素ヒータユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、ヒータ１として、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる長尺な薄板状のものを使用することにより、高強度でなお且つ薄いヒータ１を得ることが出来るようにした。また、このヒータ１の一端からその中央にスリット１６を設け、全体をＵ字形とし、円筒形に並べた時に直列接続ができるようにした。
すなわち、本発明による炭素ヒータユニットは、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる長尺な薄板状のヒータ１の一端からその中央にスリット１６を設けることにより、Ｕ字形とし、ヒータ１の二股に分かれた両端部を端子３に固定すると共に、ヒータ１を気密な管２の中に収納し、且つ前記端子３を同管２の下端部に互いに絶縁した状態で封止し、管２の上端部でヒータ１の連なった部分に弾力を加えて同ヒータ１に張力を与えたものである。
【０００８】
このような炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる長尺な薄板状のヒータ１は、高強度である。そのため、極めて薄いヒータ１を使用することが出来るので、高電気抵抗を得ることができる。従って、電圧を高くし、電流を小さくして、高温に加熱するのに適したヒータとすることができる。しかも、ヒータ１を薄くすることが出来るため、熱容量を小さくすることができ、急速加熱と急速冷却に適している。
【０００９】
また、ヒータ１は高強度で粘りがあり、且つ薄くすることが出来るため、ヒータ１に可撓性を与えることが可能である。そのため、ヒータ１を厚さ方向に曲げることが出来る等、或る程度自由な形状に変形して使用することができる。例えば、ヒータ１を途中からその厚さ方向に屈曲して側面く字形とすると、加熱物を異なる２面方向から加熱することが出来る。
【００１０】
ヒータ１は炭素繊維と炭素基材の複合物であり、基本的に炭素からなるため、空気中で発熱させると、それ自体が燃えてしまう。そこで、ヒータ１を気密な管２の中に収納し、その管２の中を不活性ガス雰囲気として使用することになる。
【００１１】
このようなヒータ１は、長尺薄板状のものであり、可撓性を有するため、そのまま使用すると、撓んでしまうことになる。そこで、ヒータ１の二股に分かれた両端部を端子３に固定し、同ヒータ１の連なった一端側の部分でヒータ１に張力を与えた状態とし、これによりヒータ１に張りを与えて使用する。この場合、ヒータ１に張力を与える手段は、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる材料により作られたバネ６の弾力によることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１と図２は、本発明の一実施形態による炭素ヒータユニットの全体を示すもので、図３と図４はそれぞれその下端と上端を示す。
【００１３】
図１と図２に示すように、この炭素ヒータユニットの主要部をなすヒータ１は、薄い長尺薄板状のものであって、炭素繊維を炭素基材で結合・固定したものである。一般に炭素繊維は、エポキシ樹脂等の樹脂基材により結合・固定され、パイプ状、板状、薄板状等に成型されて使用されることが多い。本発明では、樹脂基材ではなく、炭素基材を使用して炭素繊維を結合・固定したものである。
【００１４】
例えばそのその製造方法は、炭素繊維の編成体を薄板状とした状態で、これを炭化可能な結合剤と共にホットプレス成形する。その後、この成形されたシートを約２０００℃の温度で焼成し、炭化するものである。こうして作られた薄板状のヒータ１は、炭素基材に炭素繊維が結合・固定化されたものであり、炭素繊維と炭素基材との複合材である。このようなヒータ１として使用出来る材料としては、アクロス株式会社（埼玉県蕨市）製の商品名「エクセルシー」等を挙げることができる。
【００１５】
このようなヒータ１は、炭素独特の物理的、化学的な物性を有すると共に、高強度であり、厚さ０．５ｍｍより薄いものを得ることが出来る。また、このヒータ１は熱膨張係数が極めて小さく、繊維が長手方向に揃っているか否かで異なるが、熱膨張係数は長手方向で０．６〜１．１（１０^-6／℃）である。また、熱輻射率εは、ε＝０．８〜０．９と極めて高い。
【００１６】
このようなヒータ１は、図２に示すように幅方向の中央部にその下端から上端近くまで切り込まれたスリット１６を有し、全体として縦に長い逆Ｕ字形となっている。
このヒータ１の二つに分かれた両下端部には、銅やニッケル等の金属からなる端子３、３を取り付ける。図３は、この端子３、３を取り付ける構造の例を示している。
【００１７】
ヒータ１の両下端部に通孔１１を設け、この部分を両側からグラファイト製のヒータホルダ４ａ、４ｂで挟む。この一方のヒータホルダ４ａには、前記ヒータ１の両下端部に通孔１１に嵌合される突起９を有しており、他方のヒータホルダ４ｂには、前記一方のヒータホルダ４ａの突起９を密に嵌合する凹部１８を有している。さらに、双方のヒータホルダ４ａ、４ｂには、下方にいくに従って厚みが増すようなテーパ１３ａ、１３ｂが形成されている。また端子３は、上端が二股状に分かれており、その上端内面には、前記ヒータホルダ４ａ、４ｂのテーパ１３ａ、１３ｂに対応する逆方向のテーパ１２ａ、１２ｂが形成されている。
【００１８】
前記の一対のヒータホルダ４ａ、４ｂでヒータ１の下端部を挟むと共に、一方のヒータホルダ４ａの突起９を、ヒータ１の下端部の通孔１１に嵌め込み、さらにこの突起９を他方のヒータホルダ４ｂの凹部１８に嵌め込んで固定する。次に、端子３の上端側の二股状になった部分を図３に矢印で示すように押し拡げ、この上端部を前記ヒータホルダ４ａ、４ｂを両側から挟むように嵌め込む。これにより端子３、３がヒータホルダ４ａ、４ｂを介してヒータ１の下端部に取り付けられる。
【００１９】
このようにして端子３、３を取り付けたヒータ１を図１と図２に示すような管２に収納する。この管２は、石英ガラス等からなる扁平なもので、上端部に近い部分が厚さ方向に折れ曲がり、く字形となっている。この折れ曲がった部分に窒化ホウ素等からなる棒状のガイド１０が設けられている。
【００２０】
ヒータ１は管２の内部に収納されると共に、その一対の端子３、３が管２の下端部に互いに絶縁した状態で封止される。そしてヒータ１の上端側は、前記の折れ曲がり部分でガイド１０により案内されて、管３の屈曲角度と同じ角度で折り曲げられ、上端が管３の上端部に達している。
【００２１】
図４にも示すように、管３の上端部には、バネ室１７が設けられ、ここに圧縮性のバネ６が収納されている。このバネ６の中には、上端にフランジを有するピン７が嵌め込まれ、上端のフランジがバネ６の上端を受けた状態で、ピン７の下端側がバネ室１７の底壁の孔を通してヒータ１側に引き出されている。そして、バネ６が圧縮された状態で、ピン７の下端のフックがヒータ１の上端の小孔に掛けられている。これにより、ヒータ１は、バネ６の弾力でガイド１０により折り曲げられた状態で張られ、管３の中に収納される。この場合、ヒータ１に張力を与えるバネ６とピン７とは、前記ヒータ１と同様に、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる材料により作られている。
【００２２】
さらに、管３の下端部の端子３、３の間とバネ室１７の上端部には、図２に矢印で示すように、管３の中にＮ₂ガス等の不活性ガスを導入し、排出するガスポート５、６が設けられている。下方のガスポート５から管３の中に導入された不活性ガスは、管３の中をそのガス雰囲気に維持しながら、上方のガスポート６から排出される。
【００２３】
図５と図６は、ベース１５の上に設けた真空チューブ１４の中の半導体ウエハ等の加熱物（図示せず）を加熱するため、真空チューブ１４の周囲に前述の炭素ヒータユニットを６組み円筒状に並べて配置した例である。炭素ヒータユニット６は、端子５、５を介して直列に接続し、１２０゜間隔で三相電源に接続し、ヒータ１に電力を供給する。また、下方のガスポート５から不活性ガスを管３の中に導入し、この不活性ガスを上方のガスポート６から排出することにより、排出管３の中を不活性ガス雰囲気に維持しながら、ヒータ１を加熱し、ヒータ１の焼失を防止する。
【００２４】
図５から明らかなように、ヒータ１はく字形に曲げてあり、その下側の部分を真空チューブ１の周囲に配置し、上側の斜めになった部分を真空チューブ１４の上に配置している。これにより、真空チューブ１４を周囲からだけでなく、その上方からも加熱することができる。
なお、前述の実施形態では、ヒータ１を厚さ方向にく字形に曲げて使用したが、もちろん真っ直ぐにして使用することもできる。
【００２５】
本件発明者の試験によれば、幅５ｍｍ、長さ（有効発熱長さ）２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのヒータ１を使用し、電圧７Ｖ、電流５０Ａの電力を供給して発熱したところ、温度は１５００℃に達した。ヒータ１の表面積は２ｃｍ²であり、１ｃｍ²当たり１７５Ｗの電力で１５００℃の発熱温度を得ることが出来たことになる。また、１２００℃の発熱温度は、電圧６Ｖ、電流３０Ａの電力で得ることができた。つまり、１ｃｍ²当たり９０Ｗの電力で１２００℃の発熱温度を得ることが出来た。このように、単位面積当たりの赤外線放射量を１００Ｗを越えて投入を可能とすることができるのは、放熱効率が高い炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定した複合炭素材料からなる薄板状のヒータ１を使用しことによるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による炭素ヒータユニットでは、ヒータが高強度であり、極めて薄く作ることができる。このため、高電気抵抗を有し、熱容量が小さく、しかも可撓性を有して変形が可能となる。これにより、急加熱、急冷却が可能であると共に、周面加熱と上面加熱を単一のヒータユニットの組み合わせで可能となる等、様々な加熱形態に対応することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による炭素ヒータユニットの縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】前記実施形態による炭素ヒータユニットの下端の端子部分の拡大分解縦断側面図である。
【図４】前記実施形態による炭素ヒータユニットの上端のバネ部分の拡大縦断側面図である。
【図５】前記実施形態による炭素ヒータユニットの使用例である加熱装置の背景を省略した縦断側面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１ヒータ
２管
３端子
６バネ
１６ヒータのスリット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heater unit using carbon as a raw material, and in particular, uses a long thin plate heater in which carbon fibers are bonded and fixed to a carbon base material, and performs rapid heating and rapid cooling in a heat treatment furnace or the like. It relates to the carbon heater unit as possible.
[0002]
[Prior art]
In order to provide a high-efficiency cylindrical heater, the present inventor has proposed a cylindrical heater in which heater members made of plate-like graphite are assembled into a cylindrical shape and connected in series (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6857). Publication). This cylindrical heater has a long plate-like heater member made of plate-like graphite connected in a U-shape and a connection block made of graphite. The connection blocks are arranged in a circumferentially insulated state, and a pair of upper ends of the plurality of heater members are fixed to adjacent connection blocks. Thus, the plurality of heater members are arranged in a cylindrical shape, and the plurality of heater members are connected in series in a closed circle shape.
[0003]
In such a cylindrical heater, since graphite is used for the heater member, there is a disadvantage that the heater member needs to be placed in an environment where it does not burn. However, the heater member is a planar heating heater having a cylindrical surface, and it is possible to obtain a thermal uniformity with a variation in temperature in the circumferential direction of ± 0.3 ° C. or less. Further, by arranging the heater member in a cylindrical shape so as to be suspended from above, even a very thin heater member can be easily arranged in the cylindrical shape. For this reason, the heater member which is thin and has high electrical resistance can be obtained, and high temperature heat generation is possible.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the graphite heater used in the above cylindrical heater is a long plate heater formed by molding or cutting, and even if hung from above, the thickness is reduced from the standpoint of strength and the like. There are limits. For example, in the case of a heater member having a length of about 1000 mm and a width of about 40 mm, the thickness is limited to about 3 mm at most.
[0005]
For this reason, there is a problem that a very large energization current is required, a heat capacity is increased, and a time required for heating and heat dissipation is increased. Further, since the heater member is formed by molding or cutting, the shape obtained by the processing is naturally limited. For this reason, for example, in addition to heating the heated object from the surroundings, a disk-shaped surface heater or the like is required in addition to the cylindrical heater.
[0006]
In view of the problems with the conventional graphite heater, the present invention can use a very thin heater. Therefore, the present invention has a high electrical resistance, a very small energization current, a small heat capacity, It aims at providing the carbon heater unit provided with the heater which has flexibility and can change.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above-described object, the heater 1 is a long thin plate formed by bonding and fixing carbon fibers in a carbon base material, so that it has high strength and is thin. The heater 1 can be obtained. In addition, a slit 16 is provided in the center from one end of the heater 1 so that the whole is U-shaped and can be connected in series when arranged in a cylindrical shape.
That is, the carbon heater unit according to the present invention, by providing a slit 16 in the center of the carbon fiber from the long thin plate-like end of the heater 1 formed by bonding and fixing in a carbon base material, a U-shaped The two ends of the heater 1 are fixed to the terminal 3, the heater 1 is housed in the airtight tube 2, and the terminal 3 is sealed at the lower end of the tube 2 while being insulated from each other. In addition, elasticity is applied to the continuous portion of the heater 1 at the upper end of the tube 2 to give tension to the heater 1 .
[0008]
The long thin plate-like heater 1 formed by bonding and fixing such carbon fibers in a carbon substrate has high strength. Therefore, since the very thin heater 1 can be used, high electrical resistance can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a heater suitable for heating to a high temperature by increasing the voltage and decreasing the current. Moreover, since the heater 1 can be made thin, the heat capacity can be reduced, which is suitable for rapid heating and rapid cooling.
[0009]
Further, since the heater 1 has high strength, is sticky, and can be thinned, the heater 1 can be given flexibility. Therefore, the heater 1 can be used by being deformed to some extent such as being able to bend in the thickness direction. For example, when the heater 1 is bent in the thickness direction from the middle to form a side face, the heated object can be heated from two different directions.
[0010]
The heater 1 is a composite of carbon fiber and a carbon base material, and is basically made of carbon. Therefore, when the heater 1 generates heat in the air, the heater 1 itself burns. Therefore, the heater 1 is housed in an airtight tube 2 and the inside of the tube 2 is used as an inert gas atmosphere.
[0011]
Since such a heater 1 is a long thin plate-like thing and has flexibility, if it is used as it is, it will bend. Therefore, both ends of the heater 1 which are divided into two forks are fixed to the terminal 3, and the heater 1 is tensioned at a portion on one end side where the heater 1 is connected, whereby the heater 1 is tensioned and used. . In this case, the means for applying tension to the heater 1 can be based on the elasticity of the spring 6 made of a material obtained by bonding and fixing carbon fibers in a carbon substrate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
1 and 2 show the entire carbon heater unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 show the lower end and the upper end, respectively.
[0013]
As shown in FIGS. 1 and 2, the heater 1 that forms the main part of the carbon heater unit is a thin, long and thin plate, in which carbon fibers are bonded and fixed with a carbon base material. In general, carbon fibers are often used by being bonded and fixed by a resin base material such as an epoxy resin and molded into a pipe shape, a plate shape, a thin plate shape, or the like. In the present invention, carbon fibers are bonded and fixed using a carbon base material instead of a resin base material.
[0014]
For example, in the manufacturing method, a carbon fiber knitted body is formed into a thin plate shape, and this is hot-press molded with a carbonizable binder. Thereafter, the formed sheet is fired at a temperature of about 2000 ° C. and carbonized. The thin plate-like heater 1 made in this way is obtained by bonding and fixing a carbon fiber to a carbon base material, and is a composite material of the carbon fiber and the carbon base material. As a material that can be used as such a heater 1, a trade name “Excelcy” manufactured by Acros Co., Ltd. (Sakai City, Saitama Prefecture) can be exemplified.
[0015]
Such a heater 1 has physical and chemical properties unique to carbon, has high strength, and can be obtained with a thickness of less than 0.5 mm. The heater 1 has a very small coefficient of thermal expansion and differs depending on whether or not the fibers are aligned in the longitudinal direction, but the coefficient of thermal expansion is 0.6 to 1.1 (10 ⁻⁶ / ° C.) in the longitudinal direction. . Further, the thermal emissivity ε is extremely high as ε = 0.8 to 0.9.
[0016]
As shown in FIG. 2, the heater 1 has a slit 16 that is cut from the lower end to the upper end at the center in the width direction, and has a vertically inverted U-shape as a whole.
Terminals 3 and 3 made of a metal such as copper or nickel are attached to the two lower ends of the heater 1. FIG. 3 shows an example of a structure for attaching the terminals 3 and 3.
[0017]
Through holes 11 are provided at both lower ends of the heater 1, and these portions are sandwiched by graphite heater holders 4a and 4b from both sides. The one heater holder 4a has protrusions 9 fitted to the through holes 11 at both lower ends of the heater 1, and the other heater holder 4b has the protrusions 9 of the one heater holder 4a closely It has the recessed part 18 to fit. Further, the heater holders 4a and 4b are formed with tapers 13a and 13b that increase in thickness as they go downward. Further, the upper end of the terminal 3 is bifurcated, and tapers 12a, 12b in opposite directions corresponding to the tapers 13a, 13b of the heater holders 4a, 4b are formed on the inner surfaces of the upper ends.
[0018]
While sandwiching the lower end portion of the heater 1 between the pair of heater holders 4a and 4b, the protrusion 9 of one heater holder 4a is fitted into the through hole 11 of the lower end portion of the heater 1, and this protrusion 9 is further recessed in the other heater holder 4b. Fit into 18 and fix. Next, the bifurcated portion on the upper end side of the terminal 3 is expanded as indicated by an arrow in FIG. 3, and the upper end portion is fitted so as to sandwich the heater holders 4a and 4b from both sides. Thereby, the terminals 3 and 3 are attached to the lower end part of the heater 1 via the heater holders 4a and 4b.
[0019]
Thus, the heater 1 to which the terminals 3 and 3 are attached is housed in a tube 2 as shown in FIGS. The tube 2 is a flat tube made of quartz glass or the like, and a portion near the upper end is bent in the thickness direction to form a square shape. A rod-shaped guide 10 made of boron nitride or the like is provided at the bent portion.
[0020]
The heater 1 is housed inside the tube 2 and sealed with the pair of terminals 3 and 3 insulated from each other at the lower end of the tube 2. The upper end side of the heater 1 is guided by the guide 10 at the bent portion and is bent at the same angle as the bending angle of the tube 3, and the upper end reaches the upper end portion of the tube 3.
[0021]
As shown in FIG. 4, a spring chamber 17 is provided at the upper end of the tube 3, and a compressible spring 6 is accommodated therein. A pin 7 having a flange at the upper end is fitted into the spring 6, and the lower end side of the pin 7 passes through the hole in the bottom wall of the spring chamber 17 while the upper end flange receives the upper end of the spring 6. Has been drawn to. Then, with the spring 6 compressed, the hook at the lower end of the pin 7 is hung on the small hole at the upper end of the heater 1. Thus, the heater 1 is stretched in a state where it is bent by the guide 10 by the elasticity of the spring 6 and is stored in the tube 3. In this case, the spring 6 and the pin 7 for applying tension to the heater 1 are made of a material obtained by bonding and fixing a carbon fiber in a carbon base material, like the heater 1.
[0022]
Further, an inert gas such as N ₂ gas is introduced into the tube 3 between the terminals 3 and 3 at the lower end of the tube 3 and the upper end of the spring chamber 17 as shown by arrows in FIG. Gas ports 5 and 6 for discharging are provided. The inert gas introduced into the pipe 3 from the lower gas port 5 is discharged from the upper gas port 6 while maintaining the gas atmosphere in the pipe 3.
[0023]
5 and 6 show six sets of the above-described carbon heater units around the vacuum tube 14 in order to heat a heated object (not shown) such as a semiconductor wafer in the vacuum tube 14 provided on the base 15. It is an example arranged side by side in a cylindrical shape. The carbon heater unit 6 is connected in series via terminals 5 and 5, connected to a three-phase power source at intervals of 120 °, and supplies power to the heater 1. Further, an inert gas is introduced into the pipe 3 from the lower gas port 5 and the inert gas is discharged from the upper gas port 6 to maintain the inside of the discharge pipe 3 in an inert gas atmosphere. The heater 1 is heated to prevent the heater 1 from being burned out.
[0024]
As apparent from FIG. 5, the heater 1 is bent in a square shape, the lower part thereof is arranged around the vacuum tube 1, and the upper oblique part is arranged on the vacuum tube 14. Yes. Thereby, the vacuum tube 14 can be heated not only from the surroundings but also from above.
In the above-described embodiment, the heater 1 is bent in a square shape in the thickness direction. However, it can be used straight.
[0025]
According to the test conducted by the present inventors, the heater 1 having a width of 5 mm, a length (effective heat generation length) of 20 mm, and a thickness of 0.5 mm was used to generate heat by supplying a voltage of 7 V and a current of 50 A. Reached 1500 ° C. The surface area of the heater 1 is 2 cm ² , and an exothermic temperature of 1500 ° C. can be obtained with a power of 175 W per cm ² . A heat generation temperature of 1200 ° C. could be obtained with a voltage of 6 V and a power of 30 A. That is, an exothermic temperature of 1200 ° C. could be obtained with a power of 90 W per cm ² . As described above, the amount of infrared radiation per unit area can be made to exceed 100 W. A thin plate made of a composite carbon material in which carbon fibers having high heat dissipation efficiency are bonded and fixed in a carbon substrate. This is because the heater 1 is used.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the carbon heater unit according to the present invention, the heater has high strength and can be made extremely thin. For this reason, it has a high electrical resistance, a small heat capacity, and is flexible and can be deformed. Thus, rapid heating and rapid cooling are possible, and it is possible to deal with various heating modes such as a combination of a single heater unit and peripheral surface heating and top surface heating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view of a carbon heater unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is an enlarged exploded side view of a terminal portion at a lower end of the carbon heater unit according to the embodiment.
4 is an enlarged longitudinal sectional side view of a spring portion at the upper end of the carbon heater unit according to the embodiment. FIG.
FIG. 5 is a vertical side view in which a background of a heating apparatus as an example of use of the carbon heater unit according to the embodiment is omitted.
6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Heater 2 Tube 3 Terminal 6 Spring 16 Heater slit

Claims

炭素を素材としたヒータであって、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる長尺な薄板状のヒータ（１）の一端からその中央にスリット（１６）を設けることにより、Ｕ字形とし、ヒータ（１）の二股に分かれた両端部を端子（３）に固定すると共に、ヒータ（１）を気密な管（２）の中に収納し、且つ前記端子（３）を同管（２）の下端部に互いに絶縁した状態で封止し、管（２）の上端部でヒータ（１）の連なった部分に弾力を加えて同ヒータ（１）に張力を与えたことを特徴とする炭素ヒータユニット。By providing a slit (16) in the center from one end of a long thin plate heater (1) formed by bonding and fixing carbon fiber in a carbon base material, the heater is made of carbon. Both ends of the heater (1) divided into two parts are fixed to the terminal (3), the heater (1) is housed in an airtight tube (2), and the terminal (3) is the same. The tube (2) is sealed in a state where it is insulated from each other, and the upper end of the tube (2) is elastically applied to the continuous portion of the heater (1) to apply tension to the heater (1). Features carbon heater unit.

管（２）の中を不活性ガス雰囲気としたことを特徴とする請求項１に記載の炭素ヒータユニット。The carbon heater unit according to claim 1, wherein the inside of the pipe (2) is an inert gas atmosphere.

ヒータ（１）に張力を与える手段が、炭素繊維を炭素基材の中に結合・固定してなる材料により作られたバネ（６）の弾力によるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の炭素ヒータユニット。Means for applying tension to the heater (1) or claim 1, wherein the carbon fiber is due to the elasticity of the spring made of a material formed by bonding and fixing in the carbon base material (6) 2. The carbon heater unit according to 2.

ヒータ（１）を途中からその厚さ方向に屈曲して側面く字形としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の炭素ヒータユニット。The carbon heater unit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heater (1) is bent in the thickness direction from the middle to form a side face.