ヒーターユニット及び熱処理装置
【課題】発熱体の給電端子との接続部における熱ロスを低減することができるヒーターユニット及び熱処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施の形態に係るヒーターユニットＨＵａは、発熱体Ｈａと、給電端子２０と、中間体４０とを具備する。給電端子２０は、金属材料でなり、発熱体Ｈａへ電力を供給する。中間体４０は、炭素系材料でなり、発熱体Ｈａと給電端子２０との間に接続されている。中間体４０は、発熱体Ｈａと給電端子２０との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、発熱体Ｈａの熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記ヒーターユニットＨＵａによれば、発熱体Ｈａの給電端子２０との接続部における温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【解決手段】本発明の一実施の形態に係るヒーターユニットＨＵａは、発熱体Ｈａと、給電端子２０と、中間体４０とを具備する。給電端子２０は、金属材料でなり、発熱体Ｈａへ電力を供給する。中間体４０は、炭素系材料でなり、発熱体Ｈａと給電端子２０との間に接続されている。中間体４０は、発熱体Ｈａと給電端子２０との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、発熱体Ｈａの熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記ヒーターユニットＨＵａによれば、発熱体Ｈａの給電端子２０との接続部における温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均熱性に優れたヒーターユニット及び熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属やセラミックスの焼結処理や表面処理に際しては、大気中または所定の減圧雰囲気中で被処理物を加熱処理するための熱処理装置が広く用いられている。被処理物は、所定温度に加熱された加熱室内に 装填されて熱処理される。熱処理装置としては、バッチ処理炉のほか、インライン式の熱処理炉が知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
この種の熱処理装置は、加熱室と、この加熱室を加熱するヒーターとを備えている。ヒーターは、抵抗発熱体と、この抵抗発熱体へ電力を供給するための給電端子とを有する通電加熱方式または電熱方式のヒーターが広く用いられている。また、加熱室の均熱性を高める目的で、ヒーターは加熱室内の複数箇所に設置され、各ヒーターは個別に温度制御される。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４６８５号公報（段落[００１１]、［００１３］、図２）
【特許文献２】特開２００１−１２８６１号公報（段落［０００６］、［０００８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の熱処理装置においては、加熱室内における温度の均一性の向上が要求されている。しかしながら、従来のヒーターにあっては、給電端子の接続領域における発熱体の熱ロスが多いため、給電端子の接続領域とそれ以外の領域との間で発熱体に温度分布が生じ易いという問題がある。
【０００６】
その理由として、給電端子の多くは、比較的融点の低い金属銅などの電極材料で構成され、水冷構造を有するものが採用されていることが挙げられる。この場合、給電端子は発熱体へ電力を投入すると同時に冷却もなされているため、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスが多くなる。したがって、加熱室の均熱性を高めるためには、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスをできるだけ少なくすることが必要とされる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスを低減することができるヒーターユニット及び熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係るヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。
上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【０００９】
本発明の他の形態に係る熱処理装置は、本体と、加熱室と、ケーシングと、ヒーターユニットとを具備する。
上記本体は、真空排気可能に構成されている。上記加熱室は、被処理物を加熱するためのものである。上記ケーシングは、断熱性であり、上記本体の内部に配置され、上記加熱室を区画する。上記ヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係るヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。
上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【００１１】
発熱体と給電端子との間に配置された炭素系材料でなる中間体は、発熱体と給電端子との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子が冷却操作されているような場合においても、発熱体の熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記ヒーターユニットによれば、発熱体の給電端子との接続部における温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
上記中間体は、上記発熱体に接続される第１の端部と、上記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含んでいてもよい。また、上記発熱体は、上記軸状部材の上記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含んでいてもよい。
これにより、発熱体が板状部材に給電端子との接続部が形成される場合においても、その発熱体の発熱面全体を均一な温度に維持することが可能となる。
【００１３】
この場合、上記第１の端部の断面積を上記板状部材の断面積よりも小さくすることにより、発熱体の給電端子との接続部の発熱効率が高まり、均熱性の更なる向上を図ることが可能となる。
【００１４】
上記ヒーターユニットは、上記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備していてもよい。
これにより、軸状部材の表面への異物の付着を防止できるとともに、軸状部材に作用する外部応力の低減を図ることができる。その結果、軸状部材の耐久性を向上させることが可能となる。
【００１５】
上記中間体は、上記筒状部材を支持する支持部材を有していてもよい。上記筒状部材は酸化物系セラミックス材料で構成することができる。また、上記ヒーターユニットは、上記筒状部材と上記支持部材の間に配置された高融点金属でなる中継部材をさらに具備していてもよい。
これにより、筒状部材は、支持部材によって中間体の周囲に安定に設置することができる。また、筒状部材と支持部材の間に上記中継部材を介在させることで、酸化物系セラミックス材料でなる筒状部材と炭素系材料でなる支持部材との間の熱反応を阻止でき、ヒーターユニットの耐久性を向上させることが可能となる。
【００１６】
上記給電端子は、冷却構造を有する第１の端子部と、上記第１の端子部と上記中間体の間に配置された第２の端子部とを有する構成とすることができる。
これにより、給電端子を高温から保護することができる。また、第２の端子部は、第１の端子部と中間体との間を接続し又は分離する中継電極として機能させることができる。これにより、第１の端子部に対する中間体の脱着作業が容易となる。
【００１７】
一方、本発明の他の実施の形態に係る熱処理装置は、本体と、加熱室と、ケーシングと、ヒーターユニットとを具備する。
上記本体は、真空排気可能に構成されている。上記加熱室は、被処理物を加熱するためのものである。上記ケーシングは、断熱性であり、上記本体の内部に配置され、上記加熱室を区画する。上記ヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【００１８】
発熱体と給電端子との間に炭素系材料でなる中間体は、発熱体と給電端子との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子が冷却操作されているような場合においても、発熱体の熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記熱処理装置によれば、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスを低減して、加熱室の均熱性を向上させることが可能となる。
【００１９】
上記ヒーターユニットは、上記ケーシングの複数箇所に設置されていてもよい。
この場合、個々のヒーターユニットをそれぞれ独立に温度制御することができる。これにより、加熱室の均熱性の更なる向上を図ることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態による熱処理装置の構成を示す各部の断面図である。ここで、図１は本実施の形態の熱処理装置１を正面方向から見たときの要部断面図、図２は図１における［２］−［２］線方向断面図、図３は図１における［３］−［３］線方向断面図、図４は図１における［４］−［４］線方向断面図である。
【００２２】
熱処理装置１は、インライン式の熱処理炉における加熱室を構成している。上記熱処理炉は、永久磁石材料製造用の焼結炉、半導体装置製造用の熱処理炉などが該当する。また、この熱処理装置１に隣接して、図示せずとも予備加熱室や冷却室等が設置されている。
【００２３】
熱処理装置１は、炉本体１０と、炉本体１０の内部に配置されたケーシング１１とを備えている。ケーシング１１は、炉本体の内部に被処理物Ｗを加熱する加熱室１２を区画する。被処理物Ｗとしては、例えば、焼結すべき永久磁石材料の成形体、セラミックス材料の成形体などが該当する。
【００２４】
炉本体１０は、ステンレス鋼などの金属材料で形成されている。炉本体１０は水冷構造を有していてもよい。図示する炉本体１０は、底部と両側壁部を有する上面が開口した形状を有している。炉本体１０の上面には天板１３が取り付けられており、これら炉本体１０と天板１３によって炉内に密閉空間を形成する。なお、炉壁は断面矩形状に形成されているが、略円形状であってもよい。
【００２５】
炉本体１０は、図示しない真空ポンプに接続される排気ポート１４と、炉内に搬送される被処理物Ｗを検知するための検知ポート１５をそれぞれ有している。
【００２６】
ケーシング１１は、例えば、炭素系材料のような断熱材料で構成されている。ケーシング１１は、複数枚の断熱板を組み合わせて角筒形状に形成されている。ケーシング１１は図示しない支持機構によって炉内に固定されている。
【００２７】
加熱室１２の内部には、被処理物Ｗを支持するトレーＴを搬送させるための搬送系（図示略）が設置されている。上記搬送系としては、例えば、トレーＴの裏面に接触する搬送ローラ等によって構成することができる。被処理物Ｗは、加熱室１２内を図１において紙面垂直方向、図２及び図３において紙面上下方向に搬送される。
【００２８】
加熱室１２の内部には、加熱室１２を加熱するための上側ヒーター組立体Ｈａと下側ヒーター組立体Ｈｂとがそれぞれ設置されている。上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、被処理物Ｗの搬送方向に沿って複数組設置されている。
【００２９】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、その構成部品のすべてが抵抗発熱体で構成されている。図では簡素化のため、上記各構成部品は一体的に示されている。本実施の形態では、抵抗発熱体として炭素系材料（カーボン又はカーボン複合材料）からなる複数のヒーター板が用いられ、これらを格子状に組み合わせて各ヒーター組立体を構成している。
【００３０】
上側ヒーター組立体Ｈａは、被処理物Ｗの上面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ１を含む第１の発熱面と、被処理物Ｗの各側面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ２及びＨ３を含む第２及び第３の発熱面とを有している。また、下側ヒーター組立体Ｈｂは、被処理物Ｗの下面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ４を含む第４の発熱面を有している。
【００３１】
第１の発熱面は、図２に示すように、複数本のヒーター板Ｈ１の主面で構成されている。上側ヒーター組立体Ｈａの所定箇所には、後述するヒーター端子Ｈｔと接続される貫通孔Ｈｃを備えた連結板Ｈｒ１が取り付けられている。
【００３２】
第２の発熱面は、図４に示すように、複数本のヒーター板Ｈ２の主面で構成されている。ヒーター板Ｈ２の上端は、ヒーター板Ｈ１の一方の端部に連結されている。第３の発熱面も、第２の発熱面と同様に構成されており、複数本のヒーター板Ｈ３の主面で構成されている。ヒーター板Ｈ３の上端は、ヒーター板Ｈ１の他方の端部に連結されている。
【００３３】
第４の発熱面は、図３に示すように、複数本のヒーター板Ｈ４の主面で構成されている。下側ヒーター組立体Ｈｂの所定箇所には、後述するヒーター端子Ｈｔと接続される貫通孔Ｈｃを備えた連結板Ｈｒ４が取り付けられている。
【００３４】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂには、正極用ヒーター端子及び負極用ヒーター端子（これらの構成は同一であるので、以下、単にヒーター端子Ｈｔという。）がそれぞれ接続されている。これにより、上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂがそれぞれ構成される。なお、以降の説明では、単にヒーターユニットＨＵというときには、上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂの両方を含むものとする。
【００３５】
上側ヒーターユニットＨＵａを構成するヒーター端子Ｈｔは、天板１３及びケーシング１１を貫通して、上側ヒーター組立体Ｈａに接続されている。当該ヒーター端子Ｈｔは、天板１３に対して気密に固定されている。
【００３６】
一方、下側ヒーターユニットＨＵｂを構成するヒーター端子Ｈｔは、炉本体１０の底部及びケーシング１１を貫通して、下側ヒーター組立体Ｈｂに接続されている。当該ヒーター端子Ｈｔは、炉本体１０に対して気密に固定されている。
【００３７】
ヒーター端子Ｈｔは、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂへ電力を供給し、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂを発熱させるためのものである。以下、このヒーター端子Ｈｔの詳細について説明する。
【００３８】
図５は、上側ヒーターユニット（以下、単に「ヒーターユニット」ともいう。）ＨＵａにおけるヒーター端子Ｈｔの構成を示している。
【００３９】
ヒーター端子Ｈｔは、上側ヒーター組立体（以下、単に「ヒーター組立体」ともいう。）Ｈａへ電力を供給するための給電端子２０と、ヒーター組立体Ｈａと給電端子２０との間に接続された炭素系材料（カーボン又はカーボン複合材料）でなる中間体４１とを備えている。
【００４０】
給電端子２０は、図示しない電源と接続される銅製の第１の端子部２１と、第１の端子部２１と中間体４０との間に配置された高融点金属からなる第２の端子部２２とで構成されている。なお、第１の端子部２１と第２の端子部２２とを共通の単一の端子部で構成することも勿論可能である。
【００４１】
第１の端子部２１の内部には、冷却水が供給されるジャケット部２５が形成されている。第１の端子部２１には、ジャケット部２５へ冷却水を導入する導入管２６と、ジャケット部から外部へ冷却水を導出する導出管２７とがそれぞれ接続されている。第１の端子部２１は、固定板２３、シールリング、複数本のボルト、ナット等を介して、炉本体１０の天板１３に気密に固定されている。
【００４２】
第２の端子部２２は、本実施の形態ではモリブデンで構成されているが、タンタルやタングステン等の他の高融点金属で構成されていてもよい。第２の端子部２２の周面にはねじ溝が形成されており、その一端は第１の端子部２１に固定され、他端は、中間体４０を構成する軸状部材４１に固定されている。第２の端子部２２の周囲には、当該第２の端子部２２を第１の端子部２１及び軸状部材４１へ固定するための金属製のナット２８、２９がそれぞれ係合されている。
【００４３】
軸状部材４１はカーボン製であり、その一端（第１の端部）にはヒーター組立体Ｈａ（連結板Ｈｒ１）の貫通孔Ｈｃに挿通されるネジ部４１ａが形成され、その他端（第２の端部）には第２の端子部２２に接続されるネジ孔が形成されている。ネジ部４１ａには、軸状部材４１を連結板Ｈｒ１に固定するためのワッシャ４２、ナット４３及び４４が係合されている。これらワッシャ４２、ナット４３及び４４はいずれもカーボン製であり、中間体４０の一部を構成している。
【００４４】
本実施の形態において、軸状部材４１のネジ部４１ａの断面積は、連結板Ｈｒ１の断面積よりも小さくなるように、そのネジ径（谷径）が規定されている。すなわち、本実施の形態のヒーターユニットＨＵａは、給電端子２０からヒーター組立体Ｈａへの電力供給時、連結板Ｈｒ１よりもネジ部４１ａの発熱温度が高くなるように構成されている。
【００４５】
ヒーターユニットＨＵａは、中間体４０の軸状部材４１を収容する電気絶縁性の筒状部材５０をさらに備えている。筒状部材５０は、アルミナ等の酸化物系セラミックス材料で構成されており、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間に配置されている。軸状部材４１のネジ部４１ａには、軸状部材４１に対する筒状部材５０の相対位置を規制する支持部材４５とこの支持部材４５をネジ部４１ａに固定するためのナット４６が配置されている。これら支持部材４５とナット４６はいずれもカーボン製であり、中間体４０の一部を構成している。
【００４６】
支持部材４５は、フランジ付の環状部品からなり、その環状部の上端で軸状部材４１を支持し、フランジ部上面で筒状部材５０を支持している。本実施の形態のヒーターユニットＨＵａにおいては、支持部材４５と筒状部材５０の間の熱反応を阻止するために、これらの間に高融点金属材料でなる環状の中継部材５１を配置している。これにより、ヒーター端子Ｈｔの耐久性を向上させることができる。中継部材５１は、例えば、タンタルで構成されるが、これ以外にも、モリブデンやタングステン等を用いることが可能である。
【００４７】
軸状部材４１は、加熱室１２を区画するケーシング１１を貫通している。ケーシング１１は、軸状部材４１を挿通させる挿通孔１１ａを有している。挿通孔１１ａは、軸状部材４１の周囲を覆う筒状部材５０を挿通可能な大きさに形成されている。筒状部材５０は、軸状部材４１への異物の付着を阻止する防塵機能のほか、軸状部材４１とケーシング１１との間における電気的接続を阻止する絶縁部材としての機能をも有する。
【００４８】
上側ヒーターユニットＨＵａにおけるヒーター端子Ｈｔは、以上のように構成される。ヒーター端子Ｈｔは、すべての上側ヒーター組立体Ｈａについて同様に構成されている。なお、下側ヒーターユニットＨＵｂにおけるヒーター端子Ｈｔも上述と同様に構成されるので、その説明は省略する。
【００４９】
また、本実施の形態の熱処理装置１は、各ヒーターユニットＨＵの発熱温度を独立して制御する温度コントローラ（図示略）を備えている。上記温度コントローラは、加熱室１２内の温度が所定の設定温度に維持されるように、各ヒーターユニットＨＵをそれぞれ個別に制御する。
【００５０】
次に、以上のように構成される熱処理装置１の動作について説明する。
【００５１】
まず、炉内が排気ポート１４を介して所定の減圧雰囲気（例えば、１０１Ｐａ〜１０−５Ｐａ）に排気される。また、熱処理装置１は、不活性ガス雰囲気あるいは水素や酸素などの反応性雰囲気で被処理物Ｗを加熱処理するように構成されてもよい。この場合、炉内は減圧された後、所定圧のガス雰囲気に置換される。熱処理装置１がインライン式熱処理炉で構成される場合、隣接する他の処理室も同様な雰囲気に設定される。
【００５２】
加熱室１２は上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂによって所定温度に加熱される。加熱室１２の設定温度は特に限定されず、被処理物Ｗの種類や熱処理の態様に応じて適宜設定され、例えば、１１００℃〜１６００℃である。加熱室１２は、断熱性のケーシング１１によって区画されているので、ヒーターユニットＨＵ（ＨＵａ、ＨＵｂ）によって効率よく加熱される。
【００５３】
被処理物Ｗは、トレーＴの上に載置されて、所定温度に加熱された加熱室１２内へ搬入される。被処理物Ｗの熱処理は、加熱室１２内で被処理物Ｗが搬送される途上で実施されてもよいし、加熱室１２内で被処理物Ｗが搬送を停止された状態で実施されてもよい。
【００５４】
次に、ヒーターユニットＨＵの動作について説明する。なお、以下の説明は、図５を参照して説明した上側ヒーターユニット（ＨＵａ）を中心に説明するが、下側ヒーターユニットＨＵｂについても同様である。
【００５５】
ヒーター組立体Ｈａは、給電端子２０から中間体４０を介して電力が供給される。これにより、ヒーター組立体Ｈａは発熱し、加熱室１２を加熱する。その一方で、給電端子２０は、冷却水の循環作用を受けて所定温度に冷却される。本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間に配置された中間体４０が、後述するように、給電端子２０の冷却操作に伴うヒーター組立体Ｈａの発熱ロスを抑制し、ヒーター組立体Ｈａの均一加熱を実現する。
【００５６】
すなわち、中間体４０は、断熱性を有する炭素系材料で構成されているため、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間を熱的に絶縁する断熱層として機能する。これにより、給電端子２０の冷却操作に伴って発生し得る、ヒーター組立体Ｈａの給電端子２０との接続部における発熱ロスを低減し、ヒーター組立体Ｈａの均一加熱を実現することが可能となる。
【００５７】
また、中間体４０は、給電端子２０からの電力供給により、ヒーター組立体Ｈａと同様な発熱層としての機能をも有する。これにより、ヒーター組立体Ｈａの給電端子Ｈｔとの接続部の温度低下を効果的に防止することができる。
【００５８】
特に本実施の形態では、中間体４０を構成する軸状部材４１のネジ部４１ａの断面積が、当該ネジ部４１ａに結合されるヒーター組立体Ｈａの連結板Ｈｒ１の断面積よりも小さく形成されているため、連結板Ｈｒ１に比べてネジ部４１ａの電流密度が高い。したがって、ネジ部４１ａを連結板Ｈｒ１に比べて発熱効率が高く、かつ、発熱温度を高温に維持可能である。これにより、給電端子２０の接続部分を中心とするヒーター組立体Ｈａの局所的な温度低下を防止することが可能となる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態のヒーターユニットＨＵによれば、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、給電端子２０との接続部におけるヒーター組立体Ｈａの温度低下を効果的に低減できる。したがって、被処理物Ｗの上面を加熱する第１の発熱面の均熱性を向上させることができ、他の発熱面（第２〜第４の発熱面）との間に温度分布を生じさせることもない。その結果、被処理物Ｗの各面を均一に加熱することが可能となる。
【００６０】
ここで、ヒーター組立体Ｈａの各発熱面を構成するヒーター板Ｈ１〜Ｈ４がそれぞれ同等の断面積で形成されることによって、各発熱面を均一な温度で加熱することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、中間体４０を構成する軸状部材４１の本体部分の断面積が、図５に示すようにネジ部４１ａの断面積よりも大きく形成されている。このため、軸状部材４１の本体部の発熱温度はネジ部４１ａの発熱温度よりも低くでき、給電端子２０を高温から保護することが可能となる。
【００６２】
一方、本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、軸状部材４１を収容する電気絶縁性の筒状部材５０を備えている。これにより、軸状部材４１の表面への異物の付着を防止できるとともに、軸状部材４１に作用する外部応力の低減を図ることができる。その結果、軸状部材４１の耐久性を向上させることが可能となる。
【００６３】
本実施の形態において、中間体４０は、筒状部材５０を支持する支持部材４５を含む。筒状部材５０は酸化物系セラミックス材料で構成されている。また、ヒーターユニットＨＵは、筒状部材５０と支持部材４５の間に配置された高融点金属でなる中継部材５１を備えている。これにより、筒状部材５０は、支持部材４５によって中間体４０の周囲に安定に設置することができる。また、筒状部材５０と支持部材４５の間に中継部材５１を介在させることで、酸化物系セラミックス材料でなる筒状部材５０と炭素系材料でなる支持部材４５との間の熱反応を阻止でき、ヒーターユニットＨＵの耐久性を向上させることが可能となる。
【００６４】
本実施の形態において、給電端子２０は、冷却構造を有する第１の端子部２１と、第１の端子部２１と中間体４０の間に配置された第２の端子部２２とを有している。これにより、給電端子２０を高温から保護することができる。また、第２の端子部２２は、第１の端子部２１と中間体４０との間を接続し又は分離する中継電極として機能させることができる。これにより、第１の端子部２１に対する中間体４０の脱着作業が容易となる。
【００６５】
本実施の形態の熱処理装置１において、ヒーターユニットＨＵは、ケーシング１１の複数箇所に設置されており、個々のヒーターユニットは温度コントローラ（図示略）によってそれぞれ独立に温度制御される。本実施の形態によれば、個々のヒーターユニットＨＵがそれぞれ高い均熱性を有しているため、加熱室１２内の均熱制御が容易となり、被処理物Ｗを均一に加熱することが可能となる。
【００６６】
図６は、本実施の形態の比較例として示すヒーターユニットＨＵｘの構成を示す断面図である。図において、１００は、内部循環式の水冷構造を有する銅製の第１の端子部１０１とモリブデン製の第２の端子部１０２とからなる給電端子、１０３は炉壁、１０４は、炉内に加熱室を区画する断熱性のケーシング、Ｈｘは、給電端子１００に接続された発熱体である。
【００６７】
図示する比較例に係るヒーターユニットＨＵｘにおいては、金属製の給電端子１００の一端部が直接、発熱体Ｈｘに接続された構成を有している。このため、発熱体Ｈｘは、給電端子１００からの電力投入により発熱すると同時に、給電端子１００の冷却処理による影響を受けて給電端子Ｈｘとの接続部分における局所的な温度低下を生じ易い。つまり、上記構成のヒーターユニットＨＵｘにおいては発熱体Ｈｘの熱ロスが大きく、発熱体Ｈｘを高い均熱性をもって発熱させることができない。
【００６８】
これに対して、本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、上述のように、発熱体Ｈａと給電端子２０との間に炭素系材料でなる中間体４０を配置しているので、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、発熱体Ｈａの熱ロスを抑制することが可能となる。すなわち、給電端子２０との接続部における発熱体Ｈａの温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば以上の実施の形態では、発熱体として、炭素系材料でなる板状ヒーターを用いたが、これに限られない。具体的に、発熱体としてＳｉＣなどのセラミックヒーターを用いてもよいし、棒状ヒーターなどの他の形状のヒーターを用いてもよい。
【００７１】
また、以上の実施の形態では、複数のヒーター組立体を有する熱処理装置を例に挙げて説明したが、ヒーター組立体の設置位置や設置個数は上記の例に限定されない。また、熱処理装置はインライン式熱処理炉に限られず、バッチ処理炉にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施の形態による熱処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１における［２］−［２］線方向断面図である。
【図３】図１における［３］−［３］線方向断面図である。
【図４】図１における［４］−［４］線方向断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるヒーターユニットの構成を示す断面図である。
【図６】比較例に係るヒーターユニットの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…熱処理装置
１０…炉本体
１１…ケーシング
１２…加熱室
１３…天板
１４…排気ポート
２０…給電端子
２１…第１の端子部
２２…第２の端子部
４０…中間体
４１…軸状部材
４１ａ…ネジ部
４５…支持部材
５０…筒状部材
５１…中継部材
Ｈ１〜Ｈ４…ヒーター板
Ｈａ…上側ヒーター組立体
Ｈｂ…下側ヒーター組立体
Ｈｃ…貫通孔
Ｈｔ…ヒーター端子
ＨＵ（ＨＵａ、ＨＵｂ）…ヒーターユニット
Ｔ…トレー
Ｗ…被処理物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均熱性に優れたヒーターユニット及び熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属やセラミックスの焼結処理や表面処理に際しては、大気中または所定の減圧雰囲気中で被処理物を加熱処理するための熱処理装置が広く用いられている。被処理物は、所定温度に加熱された加熱室内に 装填されて熱処理される。熱処理装置としては、バッチ処理炉のほか、インライン式の熱処理炉が知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
この種の熱処理装置は、加熱室と、この加熱室を加熱するヒーターとを備えている。ヒーターは、抵抗発熱体と、この抵抗発熱体へ電力を供給するための給電端子とを有する通電加熱方式または電熱方式のヒーターが広く用いられている。また、加熱室の均熱性を高める目的で、ヒーターは加熱室内の複数箇所に設置され、各ヒーターは個別に温度制御される。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４６８５号公報（段落[００１１]、［００１３］、図２）
【特許文献２】特開２００１−１２８６１号公報（段落［０００６］、［０００８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の熱処理装置においては、加熱室内における温度の均一性の向上が要求されている。しかしながら、従来のヒーターにあっては、給電端子の接続領域における発熱体の熱ロスが多いため、給電端子の接続領域とそれ以外の領域との間で発熱体に温度分布が生じ易いという問題がある。
【０００６】
その理由として、給電端子の多くは、比較的融点の低い金属銅などの電極材料で構成され、水冷構造を有するものが採用されていることが挙げられる。この場合、給電端子は発熱体へ電力を投入すると同時に冷却もなされているため、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスが多くなる。したがって、加熱室の均熱性を高めるためには、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスをできるだけ少なくすることが必要とされる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスを低減することができるヒーターユニット及び熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係るヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。
上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【０００９】
本発明の他の形態に係る熱処理装置は、本体と、加熱室と、ケーシングと、ヒーターユニットとを具備する。
上記本体は、真空排気可能に構成されている。上記加熱室は、被処理物を加熱するためのものである。上記ケーシングは、断熱性であり、上記本体の内部に配置され、上記加熱室を区画する。上記ヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係るヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。
上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【００１１】
発熱体と給電端子との間に配置された炭素系材料でなる中間体は、発熱体と給電端子との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子が冷却操作されているような場合においても、発熱体の熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記ヒーターユニットによれば、発熱体の給電端子との接続部における温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
上記中間体は、上記発熱体に接続される第１の端部と、上記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含んでいてもよい。また、上記発熱体は、上記軸状部材の上記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含んでいてもよい。
これにより、発熱体が板状部材に給電端子との接続部が形成される場合においても、その発熱体の発熱面全体を均一な温度に維持することが可能となる。
【００１３】
この場合、上記第１の端部の断面積を上記板状部材の断面積よりも小さくすることにより、発熱体の給電端子との接続部の発熱効率が高まり、均熱性の更なる向上を図ることが可能となる。
【００１４】
上記ヒーターユニットは、上記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備していてもよい。
これにより、軸状部材の表面への異物の付着を防止できるとともに、軸状部材に作用する外部応力の低減を図ることができる。その結果、軸状部材の耐久性を向上させることが可能となる。
【００１５】
上記中間体は、上記筒状部材を支持する支持部材を有していてもよい。上記筒状部材は酸化物系セラミックス材料で構成することができる。また、上記ヒーターユニットは、上記筒状部材と上記支持部材の間に配置された高融点金属でなる中継部材をさらに具備していてもよい。
これにより、筒状部材は、支持部材によって中間体の周囲に安定に設置することができる。また、筒状部材と支持部材の間に上記中継部材を介在させることで、酸化物系セラミックス材料でなる筒状部材と炭素系材料でなる支持部材との間の熱反応を阻止でき、ヒーターユニットの耐久性を向上させることが可能となる。
【００１６】
上記給電端子は、冷却構造を有する第１の端子部と、上記第１の端子部と上記中間体の間に配置された第２の端子部とを有する構成とすることができる。
これにより、給電端子を高温から保護することができる。また、第２の端子部は、第１の端子部と中間体との間を接続し又は分離する中継電極として機能させることができる。これにより、第１の端子部に対する中間体の脱着作業が容易となる。
【００１７】
一方、本発明の他の実施の形態に係る熱処理装置は、本体と、加熱室と、ケーシングと、ヒーターユニットとを具備する。
上記本体は、真空排気可能に構成されている。上記加熱室は、被処理物を加熱するためのものである。上記ケーシングは、断熱性であり、上記本体の内部に配置され、上記加熱室を区画する。上記ヒーターユニットは、発熱体と、給電端子と、中間体とを具備する。上記給電端子は、金属材料でなり、上記発熱体へ電力を供給する。上記中間体は、炭素系材料でなり、上記発熱体と上記給電端子との間に接続されている。
【００１８】
発熱体と給電端子との間に炭素系材料でなる中間体は、発熱体と給電端子との間を断熱する機能を有する。このため、給電端子が冷却操作されているような場合においても、発熱体の熱ロスを抑制することが可能となる。したがって、上記熱処理装置によれば、発熱体の給電端子との接続部における熱ロスを低減して、加熱室の均熱性を向上させることが可能となる。
【００１９】
上記ヒーターユニットは、上記ケーシングの複数箇所に設置されていてもよい。
この場合、個々のヒーターユニットをそれぞれ独立に温度制御することができる。これにより、加熱室の均熱性の更なる向上を図ることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態による熱処理装置の構成を示す各部の断面図である。ここで、図１は本実施の形態の熱処理装置１を正面方向から見たときの要部断面図、図２は図１における［２］−［２］線方向断面図、図３は図１における［３］−［３］線方向断面図、図４は図１における［４］−［４］線方向断面図である。
【００２２】
熱処理装置１は、インライン式の熱処理炉における加熱室を構成している。上記熱処理炉は、永久磁石材料製造用の焼結炉、半導体装置製造用の熱処理炉などが該当する。また、この熱処理装置１に隣接して、図示せずとも予備加熱室や冷却室等が設置されている。
【００２３】
熱処理装置１は、炉本体１０と、炉本体１０の内部に配置されたケーシング１１とを備えている。ケーシング１１は、炉本体の内部に被処理物Ｗを加熱する加熱室１２を区画する。被処理物Ｗとしては、例えば、焼結すべき永久磁石材料の成形体、セラミックス材料の成形体などが該当する。
【００２４】
炉本体１０は、ステンレス鋼などの金属材料で形成されている。炉本体１０は水冷構造を有していてもよい。図示する炉本体１０は、底部と両側壁部を有する上面が開口した形状を有している。炉本体１０の上面には天板１３が取り付けられており、これら炉本体１０と天板１３によって炉内に密閉空間を形成する。なお、炉壁は断面矩形状に形成されているが、略円形状であってもよい。
【００２５】
炉本体１０は、図示しない真空ポンプに接続される排気ポート１４と、炉内に搬送される被処理物Ｗを検知するための検知ポート１５をそれぞれ有している。
【００２６】
ケーシング１１は、例えば、炭素系材料のような断熱材料で構成されている。ケーシング１１は、複数枚の断熱板を組み合わせて角筒形状に形成されている。ケーシング１１は図示しない支持機構によって炉内に固定されている。
【００２７】
加熱室１２の内部には、被処理物Ｗを支持するトレーＴを搬送させるための搬送系（図示略）が設置されている。上記搬送系としては、例えば、トレーＴの裏面に接触する搬送ローラ等によって構成することができる。被処理物Ｗは、加熱室１２内を図１において紙面垂直方向、図２及び図３において紙面上下方向に搬送される。
【００２８】
加熱室１２の内部には、加熱室１２を加熱するための上側ヒーター組立体Ｈａと下側ヒーター組立体Ｈｂとがそれぞれ設置されている。上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、被処理物Ｗの搬送方向に沿って複数組設置されている。
【００２９】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、その構成部品のすべてが抵抗発熱体で構成されている。図では簡素化のため、上記各構成部品は一体的に示されている。本実施の形態では、抵抗発熱体として炭素系材料（カーボン又はカーボン複合材料）からなる複数のヒーター板が用いられ、これらを格子状に組み合わせて各ヒーター組立体を構成している。
【００３０】
上側ヒーター組立体Ｈａは、被処理物Ｗの上面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ１を含む第１の発熱面と、被処理物Ｗの各側面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ２及びＨ３を含む第２及び第３の発熱面とを有している。また、下側ヒーター組立体Ｈｂは、被処理物Ｗの下面を主に加熱する複数本のヒーター板Ｈ４を含む第４の発熱面を有している。
【００３１】
第１の発熱面は、図２に示すように、複数本のヒーター板Ｈ１の主面で構成されている。上側ヒーター組立体Ｈａの所定箇所には、後述するヒーター端子Ｈｔと接続される貫通孔Ｈｃを備えた連結板Ｈｒ１が取り付けられている。
【００３２】
第２の発熱面は、図４に示すように、複数本のヒーター板Ｈ２の主面で構成されている。ヒーター板Ｈ２の上端は、ヒーター板Ｈ１の一方の端部に連結されている。第３の発熱面も、第２の発熱面と同様に構成されており、複数本のヒーター板Ｈ３の主面で構成されている。ヒーター板Ｈ３の上端は、ヒーター板Ｈ１の他方の端部に連結されている。
【００３３】
第４の発熱面は、図３に示すように、複数本のヒーター板Ｈ４の主面で構成されている。下側ヒーター組立体Ｈｂの所定箇所には、後述するヒーター端子Ｈｔと接続される貫通孔Ｈｃを備えた連結板Ｈｒ４が取り付けられている。
【００３４】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂには、正極用ヒーター端子及び負極用ヒーター端子（これらの構成は同一であるので、以下、単にヒーター端子Ｈｔという。）がそれぞれ接続されている。これにより、上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂがそれぞれ構成される。なお、以降の説明では、単にヒーターユニットＨＵというときには、上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂの両方を含むものとする。
【００３５】
上側ヒーターユニットＨＵａを構成するヒーター端子Ｈｔは、天板１３及びケーシング１１を貫通して、上側ヒーター組立体Ｈａに接続されている。当該ヒーター端子Ｈｔは、天板１３に対して気密に固定されている。
【００３６】
一方、下側ヒーターユニットＨＵｂを構成するヒーター端子Ｈｔは、炉本体１０の底部及びケーシング１１を貫通して、下側ヒーター組立体Ｈｂに接続されている。当該ヒーター端子Ｈｔは、炉本体１０に対して気密に固定されている。
【００３７】
ヒーター端子Ｈｔは、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂへ電力を供給し、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂを発熱させるためのものである。以下、このヒーター端子Ｈｔの詳細について説明する。
【００３８】
図５は、上側ヒーターユニット（以下、単に「ヒーターユニット」ともいう。）ＨＵａにおけるヒーター端子Ｈｔの構成を示している。
【００３９】
ヒーター端子Ｈｔは、上側ヒーター組立体（以下、単に「ヒーター組立体」ともいう。）Ｈａへ電力を供給するための給電端子２０と、ヒーター組立体Ｈａと給電端子２０との間に接続された炭素系材料（カーボン又はカーボン複合材料）でなる中間体４１とを備えている。
【００４０】
給電端子２０は、図示しない電源と接続される銅製の第１の端子部２１と、第１の端子部２１と中間体４０との間に配置された高融点金属からなる第２の端子部２２とで構成されている。なお、第１の端子部２１と第２の端子部２２とを共通の単一の端子部で構成することも勿論可能である。
【００４１】
第１の端子部２１の内部には、冷却水が供給されるジャケット部２５が形成されている。第１の端子部２１には、ジャケット部２５へ冷却水を導入する導入管２６と、ジャケット部から外部へ冷却水を導出する導出管２７とがそれぞれ接続されている。第１の端子部２１は、固定板２３、シールリング、複数本のボルト、ナット等を介して、炉本体１０の天板１３に気密に固定されている。
【００４２】
第２の端子部２２は、本実施の形態ではモリブデンで構成されているが、タンタルやタングステン等の他の高融点金属で構成されていてもよい。第２の端子部２２の周面にはねじ溝が形成されており、その一端は第１の端子部２１に固定され、他端は、中間体４０を構成する軸状部材４１に固定されている。第２の端子部２２の周囲には、当該第２の端子部２２を第１の端子部２１及び軸状部材４１へ固定するための金属製のナット２８、２９がそれぞれ係合されている。
【００４３】
軸状部材４１はカーボン製であり、その一端（第１の端部）にはヒーター組立体Ｈａ（連結板Ｈｒ１）の貫通孔Ｈｃに挿通されるネジ部４１ａが形成され、その他端（第２の端部）には第２の端子部２２に接続されるネジ孔が形成されている。ネジ部４１ａには、軸状部材４１を連結板Ｈｒ１に固定するためのワッシャ４２、ナット４３及び４４が係合されている。これらワッシャ４２、ナット４３及び４４はいずれもカーボン製であり、中間体４０の一部を構成している。
【００４４】
本実施の形態において、軸状部材４１のネジ部４１ａの断面積は、連結板Ｈｒ１の断面積よりも小さくなるように、そのネジ径（谷径）が規定されている。すなわち、本実施の形態のヒーターユニットＨＵａは、給電端子２０からヒーター組立体Ｈａへの電力供給時、連結板Ｈｒ１よりもネジ部４１ａの発熱温度が高くなるように構成されている。
【００４５】
ヒーターユニットＨＵａは、中間体４０の軸状部材４１を収容する電気絶縁性の筒状部材５０をさらに備えている。筒状部材５０は、アルミナ等の酸化物系セラミックス材料で構成されており、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間に配置されている。軸状部材４１のネジ部４１ａには、軸状部材４１に対する筒状部材５０の相対位置を規制する支持部材４５とこの支持部材４５をネジ部４１ａに固定するためのナット４６が配置されている。これら支持部材４５とナット４６はいずれもカーボン製であり、中間体４０の一部を構成している。
【００４６】
支持部材４５は、フランジ付の環状部品からなり、その環状部の上端で軸状部材４１を支持し、フランジ部上面で筒状部材５０を支持している。本実施の形態のヒーターユニットＨＵａにおいては、支持部材４５と筒状部材５０の間の熱反応を阻止するために、これらの間に高融点金属材料でなる環状の中継部材５１を配置している。これにより、ヒーター端子Ｈｔの耐久性を向上させることができる。中継部材５１は、例えば、タンタルで構成されるが、これ以外にも、モリブデンやタングステン等を用いることが可能である。
【００４７】
軸状部材４１は、加熱室１２を区画するケーシング１１を貫通している。ケーシング１１は、軸状部材４１を挿通させる挿通孔１１ａを有している。挿通孔１１ａは、軸状部材４１の周囲を覆う筒状部材５０を挿通可能な大きさに形成されている。筒状部材５０は、軸状部材４１への異物の付着を阻止する防塵機能のほか、軸状部材４１とケーシング１１との間における電気的接続を阻止する絶縁部材としての機能をも有する。
【００４８】
上側ヒーターユニットＨＵａにおけるヒーター端子Ｈｔは、以上のように構成される。ヒーター端子Ｈｔは、すべての上側ヒーター組立体Ｈａについて同様に構成されている。なお、下側ヒーターユニットＨＵｂにおけるヒーター端子Ｈｔも上述と同様に構成されるので、その説明は省略する。
【００４９】
また、本実施の形態の熱処理装置１は、各ヒーターユニットＨＵの発熱温度を独立して制御する温度コントローラ（図示略）を備えている。上記温度コントローラは、加熱室１２内の温度が所定の設定温度に維持されるように、各ヒーターユニットＨＵをそれぞれ個別に制御する。
【００５０】
次に、以上のように構成される熱処理装置１の動作について説明する。
【００５１】
まず、炉内が排気ポート１４を介して所定の減圧雰囲気（例えば、１０１Ｐａ〜１０−５Ｐａ）に排気される。また、熱処理装置１は、不活性ガス雰囲気あるいは水素や酸素などの反応性雰囲気で被処理物Ｗを加熱処理するように構成されてもよい。この場合、炉内は減圧された後、所定圧のガス雰囲気に置換される。熱処理装置１がインライン式熱処理炉で構成される場合、隣接する他の処理室も同様な雰囲気に設定される。
【００５２】
加熱室１２は上側ヒーターユニットＨＵａ及び下側ヒーターユニットＨＵｂによって所定温度に加熱される。加熱室１２の設定温度は特に限定されず、被処理物Ｗの種類や熱処理の態様に応じて適宜設定され、例えば、１１００℃〜１６００℃である。加熱室１２は、断熱性のケーシング１１によって区画されているので、ヒーターユニットＨＵ（ＨＵａ、ＨＵｂ）によって効率よく加熱される。
【００５３】
被処理物Ｗは、トレーＴの上に載置されて、所定温度に加熱された加熱室１２内へ搬入される。被処理物Ｗの熱処理は、加熱室１２内で被処理物Ｗが搬送される途上で実施されてもよいし、加熱室１２内で被処理物Ｗが搬送を停止された状態で実施されてもよい。
【００５４】
次に、ヒーターユニットＨＵの動作について説明する。なお、以下の説明は、図５を参照して説明した上側ヒーターユニット（ＨＵａ）を中心に説明するが、下側ヒーターユニットＨＵｂについても同様である。
【００５５】
ヒーター組立体Ｈａは、給電端子２０から中間体４０を介して電力が供給される。これにより、ヒーター組立体Ｈａは発熱し、加熱室１２を加熱する。その一方で、給電端子２０は、冷却水の循環作用を受けて所定温度に冷却される。本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間に配置された中間体４０が、後述するように、給電端子２０の冷却操作に伴うヒーター組立体Ｈａの発熱ロスを抑制し、ヒーター組立体Ｈａの均一加熱を実現する。
【００５６】
すなわち、中間体４０は、断熱性を有する炭素系材料で構成されているため、給電端子２０とヒーター組立体Ｈａとの間を熱的に絶縁する断熱層として機能する。これにより、給電端子２０の冷却操作に伴って発生し得る、ヒーター組立体Ｈａの給電端子２０との接続部における発熱ロスを低減し、ヒーター組立体Ｈａの均一加熱を実現することが可能となる。
【００５７】
また、中間体４０は、給電端子２０からの電力供給により、ヒーター組立体Ｈａと同様な発熱層としての機能をも有する。これにより、ヒーター組立体Ｈａの給電端子Ｈｔとの接続部の温度低下を効果的に防止することができる。
【００５８】
特に本実施の形態では、中間体４０を構成する軸状部材４１のネジ部４１ａの断面積が、当該ネジ部４１ａに結合されるヒーター組立体Ｈａの連結板Ｈｒ１の断面積よりも小さく形成されているため、連結板Ｈｒ１に比べてネジ部４１ａの電流密度が高い。したがって、ネジ部４１ａを連結板Ｈｒ１に比べて発熱効率が高く、かつ、発熱温度を高温に維持可能である。これにより、給電端子２０の接続部分を中心とするヒーター組立体Ｈａの局所的な温度低下を防止することが可能となる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態のヒーターユニットＨＵによれば、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、給電端子２０との接続部におけるヒーター組立体Ｈａの温度低下を効果的に低減できる。したがって、被処理物Ｗの上面を加熱する第１の発熱面の均熱性を向上させることができ、他の発熱面（第２〜第４の発熱面）との間に温度分布を生じさせることもない。その結果、被処理物Ｗの各面を均一に加熱することが可能となる。
【００６０】
ここで、ヒーター組立体Ｈａの各発熱面を構成するヒーター板Ｈ１〜Ｈ４がそれぞれ同等の断面積で形成されることによって、各発熱面を均一な温度で加熱することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、中間体４０を構成する軸状部材４１の本体部分の断面積が、図５に示すようにネジ部４１ａの断面積よりも大きく形成されている。このため、軸状部材４１の本体部の発熱温度はネジ部４１ａの発熱温度よりも低くでき、給電端子２０を高温から保護することが可能となる。
【００６２】
一方、本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、軸状部材４１を収容する電気絶縁性の筒状部材５０を備えている。これにより、軸状部材４１の表面への異物の付着を防止できるとともに、軸状部材４１に作用する外部応力の低減を図ることができる。その結果、軸状部材４１の耐久性を向上させることが可能となる。
【００６３】
本実施の形態において、中間体４０は、筒状部材５０を支持する支持部材４５を含む。筒状部材５０は酸化物系セラミックス材料で構成されている。また、ヒーターユニットＨＵは、筒状部材５０と支持部材４５の間に配置された高融点金属でなる中継部材５１を備えている。これにより、筒状部材５０は、支持部材４５によって中間体４０の周囲に安定に設置することができる。また、筒状部材５０と支持部材４５の間に中継部材５１を介在させることで、酸化物系セラミックス材料でなる筒状部材５０と炭素系材料でなる支持部材４５との間の熱反応を阻止でき、ヒーターユニットＨＵの耐久性を向上させることが可能となる。
【００６４】
本実施の形態において、給電端子２０は、冷却構造を有する第１の端子部２１と、第１の端子部２１と中間体４０の間に配置された第２の端子部２２とを有している。これにより、給電端子２０を高温から保護することができる。また、第２の端子部２２は、第１の端子部２１と中間体４０との間を接続し又は分離する中継電極として機能させることができる。これにより、第１の端子部２１に対する中間体４０の脱着作業が容易となる。
【００６５】
本実施の形態の熱処理装置１において、ヒーターユニットＨＵは、ケーシング１１の複数箇所に設置されており、個々のヒーターユニットは温度コントローラ（図示略）によってそれぞれ独立に温度制御される。本実施の形態によれば、個々のヒーターユニットＨＵがそれぞれ高い均熱性を有しているため、加熱室１２内の均熱制御が容易となり、被処理物Ｗを均一に加熱することが可能となる。
【００６６】
図６は、本実施の形態の比較例として示すヒーターユニットＨＵｘの構成を示す断面図である。図において、１００は、内部循環式の水冷構造を有する銅製の第１の端子部１０１とモリブデン製の第２の端子部１０２とからなる給電端子、１０３は炉壁、１０４は、炉内に加熱室を区画する断熱性のケーシング、Ｈｘは、給電端子１００に接続された発熱体である。
【００６７】
図示する比較例に係るヒーターユニットＨＵｘにおいては、金属製の給電端子１００の一端部が直接、発熱体Ｈｘに接続された構成を有している。このため、発熱体Ｈｘは、給電端子１００からの電力投入により発熱すると同時に、給電端子１００の冷却処理による影響を受けて給電端子Ｈｘとの接続部分における局所的な温度低下を生じ易い。つまり、上記構成のヒーターユニットＨＵｘにおいては発熱体Ｈｘの熱ロスが大きく、発熱体Ｈｘを高い均熱性をもって発熱させることができない。
【００６８】
これに対して、本実施の形態のヒーターユニットＨＵにおいては、上述のように、発熱体Ｈａと給電端子２０との間に炭素系材料でなる中間体４０を配置しているので、給電端子２０が冷却操作されているような場合においても、発熱体Ｈａの熱ロスを抑制することが可能となる。すなわち、給電端子２０との接続部における発熱体Ｈａの温度低下を防止して、均熱性の向上を図ることが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば以上の実施の形態では、発熱体として、炭素系材料でなる板状ヒーターを用いたが、これに限られない。具体的に、発熱体としてＳｉＣなどのセラミックヒーターを用いてもよいし、棒状ヒーターなどの他の形状のヒーターを用いてもよい。
【００７１】
また、以上の実施の形態では、複数のヒーター組立体を有する熱処理装置を例に挙げて説明したが、ヒーター組立体の設置位置や設置個数は上記の例に限定されない。また、熱処理装置はインライン式熱処理炉に限られず、バッチ処理炉にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施の形態による熱処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１における［２］−［２］線方向断面図である。
【図３】図１における［３］−［３］線方向断面図である。
【図４】図１における［４］−［４］線方向断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるヒーターユニットの構成を示す断面図である。
【図６】比較例に係るヒーターユニットの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…熱処理装置
１０…炉本体
１１…ケーシング
１２…加熱室
１３…天板
１４…排気ポート
２０…給電端子
２１…第１の端子部
２２…第２の端子部
４０…中間体
４１…軸状部材
４１ａ…ネジ部
４５…支持部材
５０…筒状部材
５１…中継部材
Ｈ１〜Ｈ４…ヒーター板
Ｈａ…上側ヒーター組立体
Ｈｂ…下側ヒーター組立体
Ｈｃ…貫通孔
Ｈｔ…ヒーター端子
ＨＵ（ＨＵａ、ＨＵｂ）…ヒーターユニット
Ｔ…トレー
Ｗ…被処理物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、
前記発熱体へ電力を供給するための金属材料でなる給電端子と、
前記発熱体と前記給電端子との間に接続された炭素系材料でなる中間体と
を具備するヒーターユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記中間体は、前記発熱体に接続される第１の端部と、前記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含み、
前記発熱体は、前記軸状部材の前記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含む
ヒーターユニット。
【請求項３】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記第１の端部の断面積は、前記板状部材の断面積よりも小さい
ヒーターユニット。
【請求項４】
請求項２に記載のヒーターユニットであって、
前記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備する
ヒーターユニット。
【請求項５】
請求項４に記載のヒーターユニットであって、
前記中間体は、前記筒状部材を支持する支持部材をさらに有し、
前記筒状部材は酸化物系セラミックス材料でなり、
前記ヒーターユニットは、前記筒状部材と前記支持部材の間に配置された高融点金属でなる中継部材をさらに具備する
ヒーターユニット。
【請求項６】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記給電端子は、
冷却構造を有する第１の端子部と、
前記第１の端子部と前記中間体の間に配置された第２の端子部とを有する
ヒーターユニット。
【請求項７】
真空排気可能な本体と、
被処理物を加熱するための加熱室と、
前記本体の内部に配置され前記加熱室を区画する断熱性のケーシングと、
前記加熱室に設置された発熱体と、前記発熱体へ電力を供給するための金属材料でなる給電端子と、前記発熱体と前記給電端子との間に接続され前記ケーシングを貫通する炭素系材料でなる中間体とを有するヒーターユニットと
を具備する熱処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱処理装置であって、
前記中間体は、前記発熱体に接続される第１の端部と、前記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含み、
前記発熱体は、前記軸状部材の前記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含む
熱処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の熱処理装置であって、
前記第１の端部の断面積は、前記板状部材の断面積よりも小さい
熱処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱処理装置であって、
前記ヒーターユニットは、前記ケーシングの複数箇所に設置されている
熱処理装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の熱処理装置であって、
前記ケーシングを貫通し前記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備する
熱処理装置。
【請求項１】
発熱体と、
前記発熱体へ電力を供給するための金属材料でなる給電端子と、
前記発熱体と前記給電端子との間に接続された炭素系材料でなる中間体と
を具備するヒーターユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記中間体は、前記発熱体に接続される第１の端部と、前記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含み、
前記発熱体は、前記軸状部材の前記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含む
ヒーターユニット。
【請求項３】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記第１の端部の断面積は、前記板状部材の断面積よりも小さい
ヒーターユニット。
【請求項４】
請求項２に記載のヒーターユニットであって、
前記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備する
ヒーターユニット。
【請求項５】
請求項４に記載のヒーターユニットであって、
前記中間体は、前記筒状部材を支持する支持部材をさらに有し、
前記筒状部材は酸化物系セラミックス材料でなり、
前記ヒーターユニットは、前記筒状部材と前記支持部材の間に配置された高融点金属でなる中継部材をさらに具備する
ヒーターユニット。
【請求項６】
請求項１に記載のヒーターユニットであって、
前記給電端子は、
冷却構造を有する第１の端子部と、
前記第１の端子部と前記中間体の間に配置された第２の端子部とを有する
ヒーターユニット。
【請求項７】
真空排気可能な本体と、
被処理物を加熱するための加熱室と、
前記本体の内部に配置され前記加熱室を区画する断熱性のケーシングと、
前記加熱室に設置された発熱体と、前記発熱体へ電力を供給するための金属材料でなる給電端子と、前記発熱体と前記給電端子との間に接続され前記ケーシングを貫通する炭素系材料でなる中間体とを有するヒーターユニットと
を具備する熱処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱処理装置であって、
前記中間体は、前記発熱体に接続される第１の端部と、前記給電端子に接続される第２の端部とを有する軸状部材を含み、
前記発熱体は、前記軸状部材の前記第１の端部が貫通する貫通孔を有する板状部材を含む
熱処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の熱処理装置であって、
前記第１の端部の断面積は、前記板状部材の断面積よりも小さい
熱処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱処理装置であって、
前記ヒーターユニットは、前記ケーシングの複数箇所に設置されている
熱処理装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の熱処理装置であって、
前記ケーシングを貫通し前記軸状部材を収容する電気絶縁性の筒状部材をさらに具備する
熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１０８８１１（Ｐ２０１０−１０８８１１Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８０９９１（Ｐ２００８−２８０９９１）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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