(57)【要約】【課題】一般的な電源電圧で運転されることができ、同時に高い出力と寿命とを有しており、しかも、プロセスの、必要とされる形状に関する構成可能性における、高いフレキシビリティを許可するＩＲ熱放射器を提供する。【解決手段】少なくとも１つのカーボンヒータエレメント（１）が、平面的に配置されたＣＦＣ帯材であり、かつプレート（２，３）の間に配置されており、両プレート（２，３）のうちの少なくとも一方が透明または部分的に透明であるようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＲ放射のために透明なまたは少なくとも部分的に透明なハウジング内に設けられた少なくとも１つの平面的なカーボンヒータエレメント（１）を備えたＩＲ熱放射器において、少なくとも１つのカーボンヒータエレメント（１）が、平面的に配置されたＣＦＣ帯材であり、かつプレート（２，３）の間に配置されており、両プレート（２，３）のうちの少なくとも一方が透明または部分的に透明であることを特徴とするＩＲ熱放射器。
【請求項２】
プレート（２）がＩＲ放射のために反射性である、請求項１記載のＩＲ熱放射器。
【請求項３】
反射性のプレート（２）が、不透明な石英ガラスを有している、請求項２記載のＩＲ熱放射器。
【請求項４】
不透明な石英ガラスが、９０％以上、有利には９５％以上の拡散反射を有している、請求項３記載のＩＲ熱放射器。
【請求項５】
不透明な石英ガラスから成るベースプレート（２）が、透明なカバープレート（３）に溶接されているか、接着されているか、またはろう接されている、請求項３または４記載のＩＲ熱放射器。
【請求項６】
ハウジングが２次元で、少なくとも因数５の分だけ、特に１０倍〜１００倍、３次元よりも大きく形作られている、請求項１から５までのいずれか１項記載のＩＲ熱放射器。
【請求項７】
透明なまたは部分的に透明なハウジング内に配置された少なくとも１つの平面的なカーボンヒータエレメント（１）を備えたＩＲ熱放射器を製作する方法において、カーボンヒータエレメント（１）を平面的なＣＦＣ材料から切り出すことを特徴とする、ＩＲ熱放射器を製作する方法。
【請求項８】
少なくとも１つの平面的なカーボンヒータエレメント（１）を備えたＩＲ熱放射器を製作する方法において、平面的なカーボンヒータエレメント（１）を透明な面（３）と不透明な面（２）との間に配置することを特徴とする、ＩＲ熱放射器を製作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＲ放射のために透明なまたは少なくとも部分的に透明なハウジング内に設けられた少なくとも１つの平面的なカーボンヒータエレメントを備えたＩＲ熱放射器ならびに透明なまたは部分的に透明なハウジング内に配置された少なくとも１つの平面的なカーボンヒータエレメントを備えたＩＲ熱放射器を製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＩＲ熱放射器もしくはＩＲ放射ヒータは、ＥＰ０８８１８５８号明細書によれば、円形の管内に配置された唯一のフィラメントにより実現され、ＤＥ４４３８８７１号明細書およびＤＥ４４１９２８５号明細書によれば、カーボンから成る、相並んで配置された複数のフィラメントにより実現される。ここで使用されるカーボン材料は、平行に配置されて樹脂により結合されている炭素繊維から成る。これらの構造は放射器への組み付け前に炭素化および黒鉛化される。
【０００３】
ＥＰ０８８１８５８号明細書に開示された放射器は、均等な平面的な放射のためには不適である。
【０００４】
ＤＥ４４３８８７１号明細書およびＤＥ４４１９２８５号明細書は、比較可能なフィラメント、ただし平面的（２Ｄ）な放射を達成する課題を有するフィラメントの使用に関する。
【０００５】
しかしながら、そこに開示されたカーボンフィラメントは、任意の平面的なヒータエレメントに構成されない。それというのも、この材料は延ばされて、一定の幅を有して配置され得るにすぎないからである。それにより、確かにＤＥ４４３８８７１号明細書に示された装置は実現されるものの、この装置は均等な放射強度を提供しないし、曲げられた形状または円形の形状は実現され得ないし、３Ｄに成形された構造は全く実現され得ない。
【０００６】
まさにＤＥ４４３８８７１号明細書の図５ａに示された装置は、縁部に存在するストリップにおいて、種々異なる繊維の種々異なる長さに基づいて、温度、ひいては単位長さ当たり放射される出力のかなりの変動を示すことになる。
【０００７】
ＤＥ４４１９２８５号明細書に示されているもののような、多数の狭幅のストリップを備えた装置は、個々のストリップ相互の、手間がかかり、しかも高価な多数のコンタクト形成を必要とする。
【０００８】
しかしながら、そのようなカーボンストリップは、任意の平面的なパターンで配置されない。それというのも、ストリップが、平行な配置からの若干の逸脱を許容するにすぎないからである。ストリップは確かにその平面的な構成に対して垂直に任意に構成される。ただし、この種の配置には放射表面の平面的な性質が欠如している。
【０００９】
本発明はその一方で熱放射器のためのＣＦＣ材料の使用（いわゆる「ＣＦＣ熱放射器」）にも関する。
【００１０】
特開平７−１６１７２５号公報には、平面状の材料からのヒータパターンの切り出しが記載されている。その際、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が使用される。ここでは、ＳｉＣヒータエレメントが、石英ガラスから成る開いたハウジング内に存在している。ハウジング上には、熱処理のために使用される面に、グラファイトディスク（図１のＮｏ．８参照）が置かれている。グラファイトディスクはＳｉＣヒータを介して加熱され、その際、二次的に対象物を加熱する。ＳｉＣまたはグラファイトから成るそのようなヒータエレメントは脆く、かつ硬い。その結果、ヒータエレメントは極めて破断に敏感に反応する。ヒータエレメントはそれに加えて、ねじにより剛性的に電気的にコンタクト形成されている。その結果、ここでは熱膨張に基づいて、付加的な破断の危険が生じる。そのようなヒータエレメントの十分な機械的な強度を保証するために、ヒータエレメントは重厚に構成されなければならない。その際に提示される僅かな電気的な抵抗に基づいて、運転中、低い電圧で、極めて高い電流が流れる。このことは手間のかかる電源部分を要求し、電気的な供給線路は、極めて困難にのみ、真空密な石英ボディ内に導入されることができる。これらの理由から、ここでも石英ガラスハウジングは開いて構成されている。
【００１１】
ＥＰ０８９９７７７Ｂ１号明細書には、例えばテープ形状またはワイヤ形状の、長手方向で延ばされた、互いに絡み合わされた炭素繊維束から成るヒータ装置部材を備えたカーボンヒータ装置が記載されている。この絡み合わされた炭素繊維束は詳細に言えばグラファイトによりＣＦＣに転換されていない。この束はそれにより極めてフレキシブルであり、脆性破断の危険はそれにより回避される。記載されたワイヤ状またはテープ状のヒータ装置部材は、高い電気的な抵抗を示す。その結果、このヒータ装置は現行の電圧での運転のために設計されることができる。しかしながら、テープ中の繊維の個数が極めて僅かであることに基づいて、最大の出力時にも、低アンペアの、正に僅かな電流が流れるにすぎない。その結果、総じて、そのようなユニットの電気的な出力は３０ｋＷ／ｍ２で比較的小さい。
【００１２】
ヒータ装置部材は、第１の石英プレート内にフライス削りされた通路内に置かれる。引き続いて、ヒータ装置は第２の石英部分により閉鎖される。第２の石英部分は第１の石英部分上に置かれ、これに結合される。この結合は、１０ｋｇの重量の印加と、装置全体を３時間１４５０℃に加熱する加熱プロセスとにより実施される。
【００１３】
両石英部分の、そのようにして生ぜしめられた結合は、一貫した溶接ではなく、機械的かつ熱的な負荷に基づいて、比較的長い運転後に互いに分断する可能性がある。
【００１４】
ＵＳ６５８４２７９Ｂ２号明細書に基づいて、編み組まれた炭素繊維を備えた、２８ｋＷ／ｍ２までの電気的な出力を有するＩＲ放射器が得られる。
【００１５】
ブレーキ技術では、ＣＦＣ材料か、またはＳｉを含浸されたＣＦＣから成る、炭素繊維強化炭素（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ：ＣＦＣ）ディスクが使用される。
【特許文献１】ＥＰ０８８１８５８号明細書
【特許文献２】ＤＥ４４３８８７１号明細書
【特許文献３】ＤＥ４４１９２８５号明細書
【特許文献４】特開平７−１６１７２５号公報
【特許文献５】ＥＰ０８９９７７７Ｂ１号明細書
【特許文献６】ＵＳ６５８４２７９Ｂ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、一般的な電源電圧で運転されることができ、同時に高い出力と寿命とを有しており、しかも、プロセスの、必要とされる形状に関する構成可能性における、高いフレキシビリティを許可するＩＲ熱放射器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決した本発明の構成によれば、少なくとも１つのカーボンヒータエレメントが、平面的に配置されたＣＦＣ帯材であり、かつプレートの間に配置されており、両プレートのうちの少なくとも一方が透明または部分的に透明であるようにした。
【００１８】
さらに上記課題を解決した本発明の方法によれば、カーボンヒータエレメントを平面的なＣＦＣ材料から切り出すようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、驚くべきことに、カーボン放射器のための、ＣＦＣ帯材から切り出され複雑に成形されたフィラメントの使用時に、３０ｋＷ／ｍ２を超える、特に１００ｋＷ／ｍ２を超える、単位面積当たりの出力が提供されることが確認された。さらに、驚くべきことに、このフィラメントが、下面は不透明な石英ガラスから、上面は透明な、せいぜい表面でサンドブラストされたまたはフロスト加工された石英ガラスから成るハウジング内に装入されると、ＩＲ放射が一次的に上面だけから放射されることが確認された。確かに、高温の石英ガラス自体は５μｍを上回る領域の長波の赤外線を放射し、かつ放射される出力はこの波長領域で、使用される石英材料または表面に依存しない。しかしながら、本発明による装置の下面には、放射のこの二次的な成分が現れるにすぎない。
【００２０】
高い固有の電気抵抗の、適当なＣＦＣ材料、例えば多数の短い繊維区分から製作され、引き続いて素材帯材へと絡み合わされる糸の使用時に得られるようなＣＦＣ材料の選択時に、適当な固有の電気抵抗が調節されることができる。
【００２１】
そのような帯材は含浸後およびＣＦＣへの転換後にもフレキシブルなままであり、耐裂断性である。複雑な形状の、ＣＦＣシートから切断されたフィラメントも、フレキシブルかつ耐裂断性のままである。
【００２２】
材料の厚さが僅かである、有利には＜１ｍｍ、特に有利には＜０．３ｍｍであるので、フィラメントの、一般的な運転電圧（２０８Ｖ、２３０Ｖ、４００Ｖ、４８０Ｖ）での運転を可能にする電気抵抗も達成される。ＩＲ放射器のための一般的な電流案内部は約２５Ａを許可する。その結果、フィラメント当たりのかなりの出力が実現されることができる。
【００２３】
本発明により、驚くべきことに、ＣＦＣ帯材から成るパターンを備えた平坦な熱放射器において、３０ｋＷ／ｍ２を超える、特に１００ｋＷ／ｍ２を超える出力が達成可能であり、８〜１２ＫＷの出力を有する放射器が製作可能であり、かつ平面的なカーボンパターンが２つの面、すなわち一方が不透明な面であり、他方が透明な面である２つの面の間に配置されている場合、平面的な放射器が片側で放射することが確認された。
【００２４】
これにより、半導体産業で要求されるような最も純粋な使用にとって、最高のスタンダードである加熱技術が提供される。
【００２５】
本発明の有利な構成では、ハウジングの平面的な石英ガラスエレメントが互いに溶接されて１つのハウジングにされる。ハウジングは高純度の材料、例えば石英ガラスから製作されることができる。ＣＦＣヒータフィラメントはハウジング内でホルダ上に配置されていることができる。その際、ホルダの形状は有利には、載置面が僅かに保たれているように、理想的には一本の線に制限されているように選択される。ホルダとして、例えば石英ガラス、酸化アルミニウム、または高い融点の別の非伝導性の材料から成るロッドが適している。このロッドは理想的には、シャープな縁部を有するボディとして構成されている。この縁部上にフィラメントが置かれる。
【００２６】
有利には、熱放射器の出力が、５０００〜１００００時間の寿命を有する熱放射器のために、３０ｋＷ／ｍ２超、特に５０〜２５０ｋＷ／ｍ２である。
【００２７】
別の有利な実施形態は、より寿命の短い放射器のために、２００ｋＷ／ｍ２超、特に２５０ｋＷ／ｍ２超の出力を有する熱放射器にある。
【００２８】
特に有利な使用分野は、１００〜２００ｋＷ／ｍ２の出力を有する、寿命の長い熱放射器である。
【００２９】
平面放射器の有利な形状では、２つの空間次元が、数倍、有利には１０倍、第３の次元よりも大きく形作られている。ハウジングを排気するか、または希ガスで充填することは実証済みである。
【００３０】
フィラメントの電気的なコンタクト形成は有利には、モリブデンから成るクリップを介して実施される。その際、フィラメントとクリップとの間の、適当なカーボン材料から成る付加的な層は、理想的な電気的かつ機械的なコンタクト形成を提供する。
【００３１】
有利なＣＦＣパターンはディスク状、蛇行状、渦巻状であるか、オメガもしくは折り畳まれたオメガの形状を有しているか、または切欠きを伴った円形である。ＣＦＣパターンは必要とされる精度を伴って、かつ特別な純度を有する材料の慎重な処理時に、レーザまたはウォータージェットによりＣＦＣシートから切り出される。
【００３２】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１ａまたは図１ｂに示したヒータエレメントは、ＣＦＣ材料から成るシート（Ｂｏｇｅｎ）から切り出される。
【００３４】
図２ａまたは図２ｂに示したベースプレート２は、不透明な石英ガラスから製作される。ベースプレート２の面には、ヒータストリップ１のための載置ウェブ２２と、カバープレートに溶接されるスペーサ２３と、ヒータストリップ１を固定するための保持ピン２１とが存在している。外側には環状に、カバープレートに溶接するための縁部２４が設けられている。さらに、電気的なコンタクトのための２つの孔２５が設けられている。
【００３５】
図３ａおよび図３ｂには、カバープレート３をベースプレート２のスペーサ２３に溶接するための、凹欠された開口３１を備え、石英ガラスから成るカバープレート３が示されている。
【００３６】
図４では、ベースプレート２に、電気的なコンタクト２６の、組み付けられた引込み部と、組み付けられたポンピング管片２７とが装着されている。
【００３７】
図５では付加的に、電気的な供給線路２８とソケット２９とが装着されている。
【００３８】
図５に示した熱放射器はＣＦＣヒータエレメント１（図１ａおよび図１ｂ）を有している。ＣＦＣヒータエレメント１は蛇行して、加熱したい全面を満たしている。フィラメントとも呼ばれるＣＦＣヒータエレメント１の端部の下側には、不透明な石英ガラス（Ｈｅｒａｅｕｓ社の２００２年度版パンフレットによればＯＭ−１００）から成るベースプレート２（図２ａ／図２ｂ）に、電気的なコンタクト２６および電流案内部を収容するための、石英ガラスから成る２つの管が設置されている。前面３はクリアなもしくは透明な石英ガラスディスク３である。ディスク２，３は、電流供給線路のための管を介して排気されている密な空間を閉鎖している。この構成では、カーボンストリップ１が２００ｋＷ／ｍ２の出力時に約１３００℃に加熱されることができる。
【００３９】
図２ａおよび図２ｂに示した簡単な構成では、不透明なディスクがベースプレート２として形成されている。ベースプレート２上にはスペーサ２３が配置されている。ベースプレート２は内外の縁部もしくはリング２４により画定される。ＣＦＣパターン１はルーズにスペーサ２３上に位置し、透明な石英ガラスプレート３はリングにより閉鎖される。
【００４０】
図２では、電流案内部が、円形の放射ユニットの外側に存在しており、ガラスプレート２，３およびリングに関して、ディスク形状もしくはリング形状からの逸脱を生ぜしめる。
【００４１】
この構成では、カーボンストリップ１が２００ｋＷ／ｍ２の出力時に約１３００℃に加熱されることができる。
【００４２】
最高に純粋な使用のために、ＣＦＣパターン１はＣＦＣ面からレーザにより切り出され、スペーサ２３ならびにリングおよび石英ガラスプレート２，３は、最高純度の石英ガラスから成る。その結果、金属から成る電流引込み部と、帯材端部を電流案内部に接続するモリブデン保持クリップとの他には、放射器ハウジングとしての高純度の石英ガラスおよび放射源１としての高純度のカーボンだけが使用される。
【００４３】
製造例
十分な厚さの不透明な石英ガラスプレート２が、下面２のための、必要とされる形状に切断され、引き続いて、凹欠部がフライス削りされ、研削される。その際、縁部２４およびスペーサ２３は本来の高さのまま残され、フィラメントのための載置ウェブ２２はより低い高さで突出している。最後に、電気的なコンタクト形成および電流案内のための管が設置される貫通部が穿孔される。縁部は場合によっては平滑化されるか、または火仕上げされる。
【００４４】
引き続いて、前記孔に、石英ガラスから成る管が設置される。管内には、その都度１つの電流案内部が配置される。この管には付加的に、真空の印加およびパージガスの導入のための管片２７が存在する。
【００４５】
上面のためのカバープレート３は純粋な石英ガラスから切断され、研削される。特に、このプレートを不透明なプレート２の載置ウェブに後で溶接するための切欠きが設けられる。
【００４６】
ヒータエレメント１はＣＦＣシート材料からウォータージェットにより切断され、引き続いて、反応器中でパイロカーボンによりコーティングされる。
【００４７】
電流案内部は圧着の形で形成される。電流案内部の、内側の端部には、モリブデンピンが存在する。モリブデンピンには、ヒータエレメント１の収容のためのクランプが取り付けられる。
【００４８】
電流案内部は電流案内部の管に溶接される。その結果、フィラメントの収容のためのクランプは既に、フィラメントの、より後の平面内に存在する。引き続いて、ストリップが下面内に置かれ、ストリップ端部がモリブデン保持クリップの金属薄板によりクランプ式に電流案内部に接続される。その際、機械的な保護のためにかつ電気的なコンタクト形成の改善のために付加的に、グラファイトチップが下に置かれる。
【００４９】
カバープレート３が上に置かれ、それにより生ぜしめられた内室がアルゴンにより掃気される。その結果、溶接プロセス中に、水蒸気または酸素がカーボンまたはモリブデンを酸化することはない。
【００５０】
その後、両石英エレメント２，３が互いに溶接される。その際、溶接部は、付加的な石英ガラスを縁部に沿って、かつカバープレートの、カバープレートのための載置ウェブに対向して位置する切欠きに付与することにより結合される。溶接の完了後、カバープレートに設けられた切欠きは完全に満たされ、上下のプレート間の縁部も、溝がもはや存在しない程度に満たされている。
【００５１】
引き続いて、ボディは真空下または保護ガス下でアニーリングされる。保護ガスは直接ボディ内に導入され、ボディを全アニーリングプロセス中掃気する。
【００５２】
アニーリング後、表面は研削され、研磨され、ラッピングされ、またはサンドブラストされ、最終的に酸により洗浄される。このプロセス後、絶対的に平坦な上面が存在する。
【００５３】
放射器の内室は排気されるか、または保護ガスで満たされ、放射器は引き出される。
【００５４】
電気的なコンタクトは外で取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１ａ】ヒータエレメント１の平面図である。
【図１ｂ】ヒータエレメント１の斜視図である。
【図２ａ】ベースプレート２の平面図である。
【図２ｂ】ベースプレート２の斜視図である。
【図３ａ】カバープレート３の平面図である。
【図３ｂ】カバープレート３の側面図である。
【図４】電気的なコンタクト２６の引込み部とポンピング管片２７とが組み付けられたベースプレート２の斜視図である。
【図５】装置全体を下から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ヒータエレメント、  ２  ベースプレート、  ３  カバープレート、  ２１  保持ピン、  ２２  載置ウェブ、  ２３  スペーサ、  ２４  縁部、  ２５  孔、  ２６  コンタクト、  ２７  ポンピング管片、  ２８  供給線路、  ２９  ソケット、  ３１  開口
【図１ａ】
2006164974.tif 000003
【図１ｂ】
2006164974.tif 000004
【図２ａ】
2006164974.tif 000005
【図２ｂ】
2006164974.tif 000006
【図３ａ】
2006164974.tif 000007
【図３ｂ】
2006164974.tif 000008
【図４】
2006164974.tif 000009
【図５】
2006164974.tif 000010