熱処理装置
【課題】ヒーターの絶縁支持構造の信頼性を向上させることができる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熱処理装置１は、発熱体（ヒーター板Ｈ４）を支持する支持機構Ｓ４において、発熱体を支持する支持部材４０２が金属材料で構成されている。このため、発熱体が炭素系材料のような材料で構成されている場合でも、発熱体と第２の部材との間の熱反応による当該第２の部材の変質あるいは融解を防止できる。また、支持部材４０２は電気絶縁性の絶縁部材４０３を介して金属製の支持軸４０１に支持されているため、発熱体の絶縁耐圧を安定に確保することができる。
【解決手段】本発明の一実施の形態に係る熱処理装置１は、発熱体（ヒーター板Ｈ４）を支持する支持機構Ｓ４において、発熱体を支持する支持部材４０２が金属材料で構成されている。このため、発熱体が炭素系材料のような材料で構成されている場合でも、発熱体と第２の部材との間の熱反応による当該第２の部材の変質あるいは融解を防止できる。また、支持部材４０２は電気絶縁性の絶縁部材４０３を介して金属製の支持軸４０１に支持されているため、発熱体の絶縁耐圧を安定に確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関し、更に詳しくは、信頼性の高いヒーターの絶縁支持構造を有する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結材料の製造プロセスや半導体基板の熱処理プロセスの実施に際しては、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。
【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。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、両端が電極ボルトに接続された線材ヒーターをつづら折り状に繰り返し折り曲げることで、発熱分布の均一化が図られたヒーターユニットが記載されている。線材ヒーターは、タンタル、モリブデン又はタングステンの金属線で構成されている。線材ヒーターの折り返し部は、アルミナ等の断熱性を有する２枚のディスクとこれらを貫通するボルトとを含む支持部材によって支持されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４６９７２号公報（段落[００２１]〜［００２６］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の熱処理装置においては、ヒーターユニットに対する信頼性の高い絶縁支持構造が求められている。上記特許文献１に記載の構成では、耐熱性を有する電気絶縁性の材料を介してヒーター線材を支持するようにしている。
【０００７】
しかしながら、ヒーターに炭素系材料からなる発熱体を用いた場合、アルミナ等の酸化物セラミックスで当該発熱体を支持すると、カーボンとの熱反応によってアルミナが還元され、ヒーターの絶縁耐圧が低下するという問題がある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ヒーターの絶縁支持構造の信頼性を向上させることができる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】
【０００９】
本発明の一形態に係る熱処理装置は、加熱室を区画するケーシングと、発熱体と、支持機構とを具備する。
上記発熱体は、上記加熱室を加熱するためのものであり、上記ケーシングの内部に設置される。上記支持機構は、上記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、上記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、上記第１の部材と上記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する。
【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熱処理装置は、加熱室を区画するケーシングと、発熱体と、支持機構とを具備する。
上記発熱体は、上記加熱室を加熱するためのものであり、上記ケーシングの内部に設置される。上記支持機構は、上記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、上記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、上記第１の部材と上記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する。
【００１１】
上記熱処理装置は、発熱体を支持する支持機構において、発熱体を支持する第２の部材が金属材料で構成されている。このため、発熱体が炭素系材料のような材料で構成されている場合でも、発熱体と第２の部材との間の熱反応による当該第２の部材の変質あるいは融解を防止できる。また、第２の部材は電気絶縁性の第３の部材を介して第１の部材に支持されているため、発熱体の絶縁耐圧を安定に確保することができる。
【００１２】
上記熱処理装置によれば、発熱体を安定に保持できるので、ヒーターの絶縁支持構造の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記第１の部材は軸状部材で構成することができる。この場合、上記第３の部材は、上記第１の部材の周囲に配置された筒状部材で構成することができる。
例えば、上記第２の部材は、上記第３の部材の周囲に配置された環状または筒状部材とすることができる。
これにより、第１の部材と第２の部材との間の電気的絶縁を第３の部材によって安定に保持することが可能となる。
【００１４】
この場合、上記発熱体は、上記第３の部材の外径よりも大きく上記第２の部材の外径よりも小さい孔径の貫通孔を有する、水平方向に延在する第１のヒーター板を含んでいてもよい。この場合、上記第１及び第３の部材は、上記貫通孔を貫通し、上記第２の部材は、上記第１のヒーター板の下面を支持する第１の支持面を有する構成とすることができる。
これにより、第１のヒーター板の熱変形を許容して、第１のヒーター板をその熱応力から保護することができる。
【００１５】
上記の例において、上記支持機構は、上記第２の部材を介して上記発熱体を支持する電気絶縁材料からなる第４の部材と、上記第１の部材の周囲に取り付けられ、上記第４の部材を支持する金属材料からなる第５の部材とをさらに有していてもよい。
これにより、第４の部材を介して第２の部材を第５の部材に安定に支持することが可能となる。
【００１６】
一方、上記発熱体は、鉛直方向に延在し、下端部を有する第２のヒーター板を含んでいてもよい。この場合、上記第２の部材は、上記第２のヒーター板の上記下端部を介して対向する一対のフランジ部を有し、上記第２のヒーター板に対して非接触で上記下端部に対向するようにしてもよい。
これにより、第２のヒーター板の熱変形を許容して、第２のヒーター板をその熱応力から保護することができる。
【００１７】
上記第２の部材は、上記第３の部材と係合する第１の係合部と、上記発熱体と係合する第２の係合部と、上記第１の係合部と上記第２の係合部の間に形成され、上記発熱体の下面を支持する第２の支持面とを有する構成とすることができる。
これにより、第１の部材と第２の部材との間の電気的絶縁を確保しつつ発熱体を安定に支持することが可能となる。
【００１８】
上記発熱体は炭素系材料で構成されてもよいし、上記第３の部材は、酸化物系セラミックス材料で構成されてもよい。上述のように、第２の部材は金属材料からなり、第３の部材と発熱体とが互いに接触する構成ではない。このため、アルミナ等の酸化物系セラミックス材料からなる第３の部材の還元反応による変質を防止して、発熱体の絶縁支持構造の信頼性を高めることが可能となる。
【００１９】
上記熱処理装置は、上記発熱体へ電力を供給するための給電端子をさらに具備することができる。上記発熱体は、第１の発熱面と、第２の発熱面と、第３の発熱面とを有してもよい。上記第１の発熱面は、第１の端部と第２の端部とを有し上記給電端子が接続される。上記第２の発熱面は、上前記第１の端部に接続され上記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する。そして、上記第３の発熱面は、上記第２の端部に接続され上記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する。
上記構成により、均熱性に優れたヒーター構造を得ることが可能となる。
【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は、本発明の一実施の形態による熱処理装置１を正面方向から見たときの要部断面図である。
【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、半導体基板などが該当する。
【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、複数の断熱板を組み合わせて角筒形状に形成されている。また、ケーシング１１は、炉内の底部及び両側壁部に設置された支持部１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ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を搬送するための搬送系（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。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（第１のヒーター板）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（第２及び第３のヒーター板）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（第４のヒーター板）を含む第４の発熱面を有している。これにより、均熱性に優れたヒーター構造を得ることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。各ヒーター端子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。
【００３３】
熱処理装置１は、上側ヒーター組立体Ｈａを支持するための支持機構Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を備えている。第１の支持機構Ｓ１は、第１の発熱面を構成するヒーター板Ｈ１を支持するためのもので、ケーシング１１の上壁面側に設置されている。第２の支持機構Ｓ２は、第２の発熱面を構成するヒーター板Ｈ２を支持するためのもので、ケーシング１１の一方の側壁面側に設置されている。第３の支持機構Ｓ３は、第３の発熱面を構成するヒーター板Ｈ３を支持するためのもので、ケーシング１１の他方の側壁面側に設置されている。
【００３４】
また、熱処理装置１は、下側ヒーター組立体Ｈｂを支持するための第４の支持機構Ｓ４を備えている。第４の支持機構Ｓ４は、第４の発熱面を構成するヒーター板Ｈ４を支持するためのもので、ケーシング１１の底壁面側に設置されている。
【００３５】
以下、支持機構Ｓ１〜Ｓ４の詳細について図２〜図４を参照して説明する。
【００３６】
図２は、第１の支持機構Ｓ１の詳細を示す拡大図である。第１の支持機構Ｓ１は、支持軸１０１（第１の部材）と、支持部材１０２（第２の部材）と、絶縁部材１０３（第３の部材）と、中継部材１０４（第４の部材）と、受け部材１０５（第５の部材）とを有している。
【００３７】
支持軸１０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等で構成されている。支持軸１０１は軸状部材であり、ケーシング１１の上壁部を貫通している。支持軸１０１の上端側は、ケーシング１１の上面で結合部材１０８に結合されている。支持軸１０１の下端側は、ヒーター板Ｈ１の面内に形成された貫通孔１１０を貫通している。貫通孔１１０は、絶縁部材１０３の外径よりも大きく、支持部材１０２の外径よりも小さい孔径で構成されている。
【００３８】
絶縁部材１０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材１０３は円筒状又は角筒状の部材であり、支持軸１０１が挿通されることで支持軸１０１の周囲に配置されている。これにより、支持軸１０１と支持部材１０２との間の電気的絶縁を絶縁部材１０３によって安定に保持することが可能となる。
【００３９】
絶縁部材１０３は、支持軸１０１に螺合された受け部材１０５によってその下端位置が規定されている。また、支持軸１０１にはナット部材１０７が螺合されており、このナット部材１０７によって絶縁部材１０３の上端位置が規定されている。
【００４０】
支持部材１０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材１０２は、上端にフランジが形成された筒状部材であり、支持軸１０１及び絶縁部材１０３が挿通されることで支持軸１０１の周囲に配置されている。支持部材１０２のフランジ上面は、ヒーター板Ｈ１の下面を支持する支持面（第１の支持面）を構成している。
【００４１】
中継部材１０４は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。中継部材１０４は円筒状又は角筒状の部材であり、支持部材１０２と受け部材１０５の間を電気絶縁的に支持している。これにより、中継部材１０４を介して支持部材１０２が安定に保持される。
【００４２】
受け部材１０５は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。受け部材１０５は、支持軸１０１に螺合するナット部材であり、絶縁部材１０３とともに中継部材１０４を支持している。受け部材１０５は、ロックナット１０６によってその下端位置が規定されている。
【００４３】
以上のように構成される第１の支持機構Ｓ１は、各ヒーター板Ｈ１に対して、ヒーター端子Ｈｔの接続位置に関して対称な任意の２箇所にそれぞれ設置されている（図１）。
【００４４】
図３は、第３の支持機構Ｓ３の詳細を示す拡大図である。第３の支持機構Ｓ３は、支持軸３０１（第１の部材）と、支持部材３０２（第２の部材）と、絶縁部材３０３、３０４、３０５（第３の部材）とを有している。なお、第２の支持機構Ｓ２は、以下に説明する第３の支持機構Ｓ３と同様な構成を有している。
【００４５】
支持軸３０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持軸３０１は軸状部材であり、ケーシング１１の側壁部を貫通している。支持軸３０１の一端は、ケーシング１１の側壁外面側で結合部材３０８に結合されている。支持軸３０１の他端は、支持部材３０２、絶縁部材３０３、３０４、３０５等が装着されている。
【００４６】
絶縁部材３０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材３０３は、円筒状又は角筒状の部材であり、支持軸３０１が挿通されることで支持軸３０１の周囲に配置されている。絶縁部材３０３は、支持軸３０１に螺合されたナット部材３０６、３０７によってその装着位置が規定されている。
【００４７】
支持部材３０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材３０２は、絶縁部材３０３が挿通されることで絶縁部材３０３の周囲に配置されている。支持部材３０２は、ヒーター板Ｈ３及びＨｓ３の下端部と一定の間隙を介して対向している。ヒーター板Ｈｓ３及びＨｓ２はそれぞれ、複数本のヒーター板Ｈ３、Ｈ２を一体に固定するためのものであり、ヒーター板Ｈ３、Ｈ２と同様なカーボン製材料で構成されている。
【００４８】
本実施の形態において、支持部材３０２は、３つの金属部品３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃで構成されている。第１の金属部品３０２ａは、円筒状又は角筒状部品からなり、絶縁部材３０３の外周面に装着されている。第２および第３の金属部品３０２ｂ及び３０２ｃはそれぞれ板状の金属部品からなり、第１の金属部品３０２ａ及びヒーター板Ｈ３及びＨｓ３を挟むようにして絶縁部材３０３の外周面に装着されている。第１の金属部品３０２ａは、支持部材３０２の軸部を構成しており、その外周面はヒーター板Ｈ３及びＨｓ３の下端部に所定の間隙をあけて対向している。第２及び第３の金属部品３０２ｂ及び３０２ｃは、支持部材３０２の両端に位置する一対のフランジ部をそれぞれ構成し、ヒーター板Ｈ３及びＨｓ３に非接触で対向している。
【００４９】
絶縁部材３０４及び３０５は、絶縁部材３０３に対する支持部材３０２の位置ズレを規制するためのものであり、これら支持部材３０２及び絶縁部材３０３を挟むようにして軸部材３０１の周囲に配置されている。また、絶縁部材３０４、３０５は、ナット部材３０６、３０７によってその装着位置が規定されている。
【００５０】
以上のように構成される第３（第２）の支持機構Ｓ３（Ｓ２）は、上側ヒーター組立体Ｈａの第３（第２）の発熱面を構成するヒーター板Ｈｓ３（Ｈｓ２）の下端部と対向する任意の単数又は複数の位置にそれぞれ設置されている。
【００５１】
図４は、第４の支持機構Ｓ４の詳細を示す拡大図である。第４の支持機構Ｓ４は、支持軸４０１（第１の部材）と、支持部材４０２（第２の部材）と、絶縁部材４０３（第３の部材）とを有している。
【００５２】
支持軸４０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持軸４０１は軸状部材であり、ケーシング１１の底壁部を貫通している。支持軸４０１の周囲には座金４０１ａが固定されており、座金４０１ａとケーシング１１の底壁部上面との係合によって、ケーシング１１に対する支持軸４０１の相対位置が規定されている。
【００５３】
絶縁部材４０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材４０３は、円筒状又は角筒状の部材であり、その下端側は支持軸４０１が挿通されることで支持軸４０１の周囲に配置され、上端部は支持部材４０２と係合している。
【００５４】
支持部材４０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材４０２は、絶縁部材４０３と係合する第１の係合部４０２ａと、ヒーター板Ｈ４の面内に形成された貫通孔４１０と係合する第２の係合部４０２ｂとを有している。
【００５５】
貫通孔４１０は、第２の係合部４０２ｂの外径よりも大きい孔径で構成されている。そして、支持部材４０２の第１の係合部４０２ａと第２の係合部４０２ｂとの間には、ヒーター板Ｈ４の下面を支持する支持面４０２ｃ（第２の支持面）が形成されている。この支持面４０２ｃは、支持部材４０２の周囲に形成されたフランジ部の上面に対応する。
【００５６】
これにより、支持軸４０１と支持部材４０２との間の電気的絶縁を確保しつつ、ヒーター板Ｈ４を安定に支持することが可能となる。
【００５７】
以上のように構成される第４の支持機構Ｓ４は、下側ヒーター組立体Ｈｂの第４の発熱面を構成するヒーター板Ｈ４の下端部に対向する任意の複数の位置にそれぞれ設置されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、ヒーター端子Ｈｔから電力を供給されることで発生するジュール熱によって発熱する。上側ヒーター組立体Ｈａは、第１の支持機構Ｓ１を介してケーシング１１の上壁部に支持され、下側ヒーター組立体Ｈｂは、第４の支持機構Ｓ４を介してケーシング１１の底壁部に支持される。
【００６３】
上述のように、本実施の形態の支持機構Ｓ１及びＳ４において、ヒーター板Ｈ１、Ｈ４を接触支持する支持部材１０２、４０２は、それぞれ高融点金属材料で構成され、かつ、絶縁部材１０３、４０３を介して支持軸１０１、４０１に固定されている。すなわち、炭素系材料からなるヒーター板Ｈ１、Ｈ４と酸化物系セラミックス材料からなる絶縁部材１０３、４０３との間に高融点金属材料からなる支持部材１０２、４０２が介在されている。このため、上記ヒーター板と絶縁部材との接触に起因する当該絶縁部材の還元反応は生じ得ず、絶縁部材１０３、４０３の変質あるいは溶解が効果的に回避される。
【００６４】
したがって、本実施の形態によれば、ヒーター板Ｈ１、Ｈ４とケーシング１１との間の電気的絶縁が確保される。これにより、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂの絶縁支持構造の信頼性を高めることが可能となる。
【００６５】
一方、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂには、発熱による熱膨張、自重による撓みなどの変形が生じ得る。このとき、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂが支持機構Ｓ１、Ｓ４によって強く拘束されていると、熱変形作用が阻害されることでヒーター板の破損が誘発される。
【００６６】
これに対して本実施の形態では、支持機構Ｓ１〜Ｓ４は、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂの一定の熱変形を許容する構造を有している。すなわち、第１の支持機構Ｓ１に関しては、図２に示したように、ヒーター板Ｈ１の貫通孔１１０と、これに挿通される絶縁部材１０３との間に、一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ１の変形が許容されることになる。これにより、上側ヒーター組立体Ｈａの破損を抑制することができる。
【００６７】
同様に、第４の支持機構Ｓ４に関しては、図４に示したように、ヒーター板Ｈ４の貫通孔４１０と、これに係合される支持部材４０２の第２の係合部４０２ｂとの間に、一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ４の変形が許容されることになる。これにより、下側ヒーター組立体Ｈｂの破損を抑制することができる。
【００６８】
さらに、第２、第３の支持機構Ｓ２、Ｓ３に関しては、図３に示したように、ヒーター板Ｈ３、Ｈｓ３（Ｈ２、Ｈｓ２）の下端部と、支持部材３０２との間に一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ３、Ｈｓ３（Ｈ２、Ｈｓ２）の変形が許容されることになる。これにより、上側ヒーター組立体Ｈａの破損を抑制することができる。
【００６９】
なお、第２、第３の支持機構Ｓ２、Ｓ３において、ヒーター板と対向する支持部材３０２が高融点金属材料で構成されている。このため、ヒーター板の変形によって当該ヒーター板と支持部材３０２が接触したとしても、支持機構Ｓ２、Ｓ３の絶縁部材の変質が防止される。これにより、当該支持機構Ｓ２、Ｓ３における電気的絶縁支持構造を維持することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、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。
【００７１】
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などのセラミックス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。
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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の熱処理装置における一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【図３】図１の熱処理装置における他の一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【図４】図１の熱処理装置における更に他の一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００７４】
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
１０１、３０１、４０１…支持軸（第１の部材）
１０２、３０２、４０２…支持部材（第２の部材）
１０３、３０３、４０３…絶縁部材（第３の部材）
１０４…中継部材（第４の部材）
１０５…受け部材（第５の部材）
１１０、４１０…貫通孔
４０２ａ…第１の係合部
４０２ｂ…第２の係合部
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
Ｈｔ…ヒーター端子
ＨＵａ、ＨＵｂ…ヒーターユニット
Ｓ１〜Ｓ４…支持機構
Ｗ…被処理物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関し、更に詳しくは、信頼性の高いヒーターの絶縁支持構造を有する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結材料の製造プロセスや半導体基板の熱処理プロセスの実施に際しては、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。
【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。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、両端が電極ボルトに接続された線材ヒーターをつづら折り状に繰り返し折り曲げることで、発熱分布の均一化が図られたヒーターユニットが記載されている。線材ヒーターは、タンタル、モリブデン又はタングステンの金属線で構成されている。線材ヒーターの折り返し部は、アルミナ等の断熱性を有する２枚のディスクとこれらを貫通するボルトとを含む支持部材によって支持されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４６９７２号公報（段落[００２１]〜［００２６］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の熱処理装置においては、ヒーターユニットに対する信頼性の高い絶縁支持構造が求められている。上記特許文献１に記載の構成では、耐熱性を有する電気絶縁性の材料を介してヒーター線材を支持するようにしている。
【０００７】
しかしながら、ヒーターに炭素系材料からなる発熱体を用いた場合、アルミナ等の酸化物セラミックスで当該発熱体を支持すると、カーボンとの熱反応によってアルミナが還元され、ヒーターの絶縁耐圧が低下するという問題がある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ヒーターの絶縁支持構造の信頼性を向上させることができる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】
【０００９】
本発明の一形態に係る熱処理装置は、加熱室を区画するケーシングと、発熱体と、支持機構とを具備する。
上記発熱体は、上記加熱室を加熱するためのものであり、上記ケーシングの内部に設置される。上記支持機構は、上記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、上記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、上記第１の部材と上記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する。
【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熱処理装置は、加熱室を区画するケーシングと、発熱体と、支持機構とを具備する。
上記発熱体は、上記加熱室を加熱するためのものであり、上記ケーシングの内部に設置される。上記支持機構は、上記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、上記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、上記第１の部材と上記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する。
【００１１】
上記熱処理装置は、発熱体を支持する支持機構において、発熱体を支持する第２の部材が金属材料で構成されている。このため、発熱体が炭素系材料のような材料で構成されている場合でも、発熱体と第２の部材との間の熱反応による当該第２の部材の変質あるいは融解を防止できる。また、第２の部材は電気絶縁性の第３の部材を介して第１の部材に支持されているため、発熱体の絶縁耐圧を安定に確保することができる。
【００１２】
上記熱処理装置によれば、発熱体を安定に保持できるので、ヒーターの絶縁支持構造の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記第１の部材は軸状部材で構成することができる。この場合、上記第３の部材は、上記第１の部材の周囲に配置された筒状部材で構成することができる。
例えば、上記第２の部材は、上記第３の部材の周囲に配置された環状または筒状部材とすることができる。
これにより、第１の部材と第２の部材との間の電気的絶縁を第３の部材によって安定に保持することが可能となる。
【００１４】
この場合、上記発熱体は、上記第３の部材の外径よりも大きく上記第２の部材の外径よりも小さい孔径の貫通孔を有する、水平方向に延在する第１のヒーター板を含んでいてもよい。この場合、上記第１及び第３の部材は、上記貫通孔を貫通し、上記第２の部材は、上記第１のヒーター板の下面を支持する第１の支持面を有する構成とすることができる。
これにより、第１のヒーター板の熱変形を許容して、第１のヒーター板をその熱応力から保護することができる。
【００１５】
上記の例において、上記支持機構は、上記第２の部材を介して上記発熱体を支持する電気絶縁材料からなる第４の部材と、上記第１の部材の周囲に取り付けられ、上記第４の部材を支持する金属材料からなる第５の部材とをさらに有していてもよい。
これにより、第４の部材を介して第２の部材を第５の部材に安定に支持することが可能となる。
【００１６】
一方、上記発熱体は、鉛直方向に延在し、下端部を有する第２のヒーター板を含んでいてもよい。この場合、上記第２の部材は、上記第２のヒーター板の上記下端部を介して対向する一対のフランジ部を有し、上記第２のヒーター板に対して非接触で上記下端部に対向するようにしてもよい。
これにより、第２のヒーター板の熱変形を許容して、第２のヒーター板をその熱応力から保護することができる。
【００１７】
上記第２の部材は、上記第３の部材と係合する第１の係合部と、上記発熱体と係合する第２の係合部と、上記第１の係合部と上記第２の係合部の間に形成され、上記発熱体の下面を支持する第２の支持面とを有する構成とすることができる。
これにより、第１の部材と第２の部材との間の電気的絶縁を確保しつつ発熱体を安定に支持することが可能となる。
【００１８】
上記発熱体は炭素系材料で構成されてもよいし、上記第３の部材は、酸化物系セラミックス材料で構成されてもよい。上述のように、第２の部材は金属材料からなり、第３の部材と発熱体とが互いに接触する構成ではない。このため、アルミナ等の酸化物系セラミックス材料からなる第３の部材の還元反応による変質を防止して、発熱体の絶縁支持構造の信頼性を高めることが可能となる。
【００１９】
上記熱処理装置は、上記発熱体へ電力を供給するための給電端子をさらに具備することができる。上記発熱体は、第１の発熱面と、第２の発熱面と、第３の発熱面とを有してもよい。上記第１の発熱面は、第１の端部と第２の端部とを有し上記給電端子が接続される。上記第２の発熱面は、上前記第１の端部に接続され上記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する。そして、上記第３の発熱面は、上記第２の端部に接続され上記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する。
上記構成により、均熱性に優れたヒーター構造を得ることが可能となる。
【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は、本発明の一実施の形態による熱処理装置１を正面方向から見たときの要部断面図である。
【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、半導体基板などが該当する。
【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、複数の断熱板を組み合わせて角筒形状に形成されている。また、ケーシング１１は、炉内の底部及び両側壁部に設置された支持部１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ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を搬送するための搬送系（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。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（第１のヒーター板）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（第２及び第３のヒーター板）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（第４のヒーター板）を含む第４の発熱面を有している。これにより、均熱性に優れたヒーター構造を得ることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。各ヒーター端子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。
【００３３】
熱処理装置１は、上側ヒーター組立体Ｈａを支持するための支持機構Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を備えている。第１の支持機構Ｓ１は、第１の発熱面を構成するヒーター板Ｈ１を支持するためのもので、ケーシング１１の上壁面側に設置されている。第２の支持機構Ｓ２は、第２の発熱面を構成するヒーター板Ｈ２を支持するためのもので、ケーシング１１の一方の側壁面側に設置されている。第３の支持機構Ｓ３は、第３の発熱面を構成するヒーター板Ｈ３を支持するためのもので、ケーシング１１の他方の側壁面側に設置されている。
【００３４】
また、熱処理装置１は、下側ヒーター組立体Ｈｂを支持するための第４の支持機構Ｓ４を備えている。第４の支持機構Ｓ４は、第４の発熱面を構成するヒーター板Ｈ４を支持するためのもので、ケーシング１１の底壁面側に設置されている。
【００３５】
以下、支持機構Ｓ１〜Ｓ４の詳細について図２〜図４を参照して説明する。
【００３６】
図２は、第１の支持機構Ｓ１の詳細を示す拡大図である。第１の支持機構Ｓ１は、支持軸１０１（第１の部材）と、支持部材１０２（第２の部材）と、絶縁部材１０３（第３の部材）と、中継部材１０４（第４の部材）と、受け部材１０５（第５の部材）とを有している。
【００３７】
支持軸１０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等で構成されている。支持軸１０１は軸状部材であり、ケーシング１１の上壁部を貫通している。支持軸１０１の上端側は、ケーシング１１の上面で結合部材１０８に結合されている。支持軸１０１の下端側は、ヒーター板Ｈ１の面内に形成された貫通孔１１０を貫通している。貫通孔１１０は、絶縁部材１０３の外径よりも大きく、支持部材１０２の外径よりも小さい孔径で構成されている。
【００３８】
絶縁部材１０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材１０３は円筒状又は角筒状の部材であり、支持軸１０１が挿通されることで支持軸１０１の周囲に配置されている。これにより、支持軸１０１と支持部材１０２との間の電気的絶縁を絶縁部材１０３によって安定に保持することが可能となる。
【００３９】
絶縁部材１０３は、支持軸１０１に螺合された受け部材１０５によってその下端位置が規定されている。また、支持軸１０１にはナット部材１０７が螺合されており、このナット部材１０７によって絶縁部材１０３の上端位置が規定されている。
【００４０】
支持部材１０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材１０２は、上端にフランジが形成された筒状部材であり、支持軸１０１及び絶縁部材１０３が挿通されることで支持軸１０１の周囲に配置されている。支持部材１０２のフランジ上面は、ヒーター板Ｈ１の下面を支持する支持面（第１の支持面）を構成している。
【００４１】
中継部材１０４は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。中継部材１０４は円筒状又は角筒状の部材であり、支持部材１０２と受け部材１０５の間を電気絶縁的に支持している。これにより、中継部材１０４を介して支持部材１０２が安定に保持される。
【００４２】
受け部材１０５は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。受け部材１０５は、支持軸１０１に螺合するナット部材であり、絶縁部材１０３とともに中継部材１０４を支持している。受け部材１０５は、ロックナット１０６によってその下端位置が規定されている。
【００４３】
以上のように構成される第１の支持機構Ｓ１は、各ヒーター板Ｈ１に対して、ヒーター端子Ｈｔの接続位置に関して対称な任意の２箇所にそれぞれ設置されている（図１）。
【００４４】
図３は、第３の支持機構Ｓ３の詳細を示す拡大図である。第３の支持機構Ｓ３は、支持軸３０１（第１の部材）と、支持部材３０２（第２の部材）と、絶縁部材３０３、３０４、３０５（第３の部材）とを有している。なお、第２の支持機構Ｓ２は、以下に説明する第３の支持機構Ｓ３と同様な構成を有している。
【００４５】
支持軸３０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持軸３０１は軸状部材であり、ケーシング１１の側壁部を貫通している。支持軸３０１の一端は、ケーシング１１の側壁外面側で結合部材３０８に結合されている。支持軸３０１の他端は、支持部材３０２、絶縁部材３０３、３０４、３０５等が装着されている。
【００４６】
絶縁部材３０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材３０３は、円筒状又は角筒状の部材であり、支持軸３０１が挿通されることで支持軸３０１の周囲に配置されている。絶縁部材３０３は、支持軸３０１に螺合されたナット部材３０６、３０７によってその装着位置が規定されている。
【００４７】
支持部材３０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材３０２は、絶縁部材３０３が挿通されることで絶縁部材３０３の周囲に配置されている。支持部材３０２は、ヒーター板Ｈ３及びＨｓ３の下端部と一定の間隙を介して対向している。ヒーター板Ｈｓ３及びＨｓ２はそれぞれ、複数本のヒーター板Ｈ３、Ｈ２を一体に固定するためのものであり、ヒーター板Ｈ３、Ｈ２と同様なカーボン製材料で構成されている。
【００４８】
本実施の形態において、支持部材３０２は、３つの金属部品３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃで構成されている。第１の金属部品３０２ａは、円筒状又は角筒状部品からなり、絶縁部材３０３の外周面に装着されている。第２および第３の金属部品３０２ｂ及び３０２ｃはそれぞれ板状の金属部品からなり、第１の金属部品３０２ａ及びヒーター板Ｈ３及びＨｓ３を挟むようにして絶縁部材３０３の外周面に装着されている。第１の金属部品３０２ａは、支持部材３０２の軸部を構成しており、その外周面はヒーター板Ｈ３及びＨｓ３の下端部に所定の間隙をあけて対向している。第２及び第３の金属部品３０２ｂ及び３０２ｃは、支持部材３０２の両端に位置する一対のフランジ部をそれぞれ構成し、ヒーター板Ｈ３及びＨｓ３に非接触で対向している。
【００４９】
絶縁部材３０４及び３０５は、絶縁部材３０３に対する支持部材３０２の位置ズレを規制するためのものであり、これら支持部材３０２及び絶縁部材３０３を挟むようにして軸部材３０１の周囲に配置されている。また、絶縁部材３０４、３０５は、ナット部材３０６、３０７によってその装着位置が規定されている。
【００５０】
以上のように構成される第３（第２）の支持機構Ｓ３（Ｓ２）は、上側ヒーター組立体Ｈａの第３（第２）の発熱面を構成するヒーター板Ｈｓ３（Ｈｓ２）の下端部と対向する任意の単数又は複数の位置にそれぞれ設置されている。
【００５１】
図４は、第４の支持機構Ｓ４の詳細を示す拡大図である。第４の支持機構Ｓ４は、支持軸４０１（第１の部材）と、支持部材４０２（第２の部材）と、絶縁部材４０３（第３の部材）とを有している。
【００５２】
支持軸４０１は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持軸４０１は軸状部材であり、ケーシング１１の底壁部を貫通している。支持軸４０１の周囲には座金４０１ａが固定されており、座金４０１ａとケーシング１１の底壁部上面との係合によって、ケーシング１１に対する支持軸４０１の相対位置が規定されている。
【００５３】
絶縁部材４０３は耐熱性を有する電気絶縁材料からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系セラミックス材料で構成されている。絶縁部材４０３は、円筒状又は角筒状の部材であり、その下端側は支持軸４０１が挿通されることで支持軸４０１の周囲に配置され、上端部は支持部材４０２と係合している。
【００５４】
支持部材４０２は高融点金属材料からなり、例えば、モリブデンやタングステン、タンタル等で構成されている。支持部材４０２は、絶縁部材４０３と係合する第１の係合部４０２ａと、ヒーター板Ｈ４の面内に形成された貫通孔４１０と係合する第２の係合部４０２ｂとを有している。
【００５５】
貫通孔４１０は、第２の係合部４０２ｂの外径よりも大きい孔径で構成されている。そして、支持部材４０２の第１の係合部４０２ａと第２の係合部４０２ｂとの間には、ヒーター板Ｈ４の下面を支持する支持面４０２ｃ（第２の支持面）が形成されている。この支持面４０２ｃは、支持部材４０２の周囲に形成されたフランジ部の上面に対応する。
【００５６】
これにより、支持軸４０１と支持部材４０２との間の電気的絶縁を確保しつつ、ヒーター板Ｈ４を安定に支持することが可能となる。
【００５７】
以上のように構成される第４の支持機構Ｓ４は、下側ヒーター組立体Ｈｂの第４の発熱面を構成するヒーター板Ｈ４の下端部に対向する任意の複数の位置にそれぞれ設置されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
上側ヒーター組立体Ｈａ及び下側ヒーター組立体Ｈｂは、ヒーター端子Ｈｔから電力を供給されることで発生するジュール熱によって発熱する。上側ヒーター組立体Ｈａは、第１の支持機構Ｓ１を介してケーシング１１の上壁部に支持され、下側ヒーター組立体Ｈｂは、第４の支持機構Ｓ４を介してケーシング１１の底壁部に支持される。
【００６３】
上述のように、本実施の形態の支持機構Ｓ１及びＳ４において、ヒーター板Ｈ１、Ｈ４を接触支持する支持部材１０２、４０２は、それぞれ高融点金属材料で構成され、かつ、絶縁部材１０３、４０３を介して支持軸１０１、４０１に固定されている。すなわち、炭素系材料からなるヒーター板Ｈ１、Ｈ４と酸化物系セラミックス材料からなる絶縁部材１０３、４０３との間に高融点金属材料からなる支持部材１０２、４０２が介在されている。このため、上記ヒーター板と絶縁部材との接触に起因する当該絶縁部材の還元反応は生じ得ず、絶縁部材１０３、４０３の変質あるいは溶解が効果的に回避される。
【００６４】
したがって、本実施の形態によれば、ヒーター板Ｈ１、Ｈ４とケーシング１１との間の電気的絶縁が確保される。これにより、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂの絶縁支持構造の信頼性を高めることが可能となる。
【００６５】
一方、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂには、発熱による熱膨張、自重による撓みなどの変形が生じ得る。このとき、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂが支持機構Ｓ１、Ｓ４によって強く拘束されていると、熱変形作用が阻害されることでヒーター板の破損が誘発される。
【００６６】
これに対して本実施の形態では、支持機構Ｓ１〜Ｓ４は、ヒーター組立体Ｈａ、Ｈｂの一定の熱変形を許容する構造を有している。すなわち、第１の支持機構Ｓ１に関しては、図２に示したように、ヒーター板Ｈ１の貫通孔１１０と、これに挿通される絶縁部材１０３との間に、一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ１の変形が許容されることになる。これにより、上側ヒーター組立体Ｈａの破損を抑制することができる。
【００６７】
同様に、第４の支持機構Ｓ４に関しては、図４に示したように、ヒーター板Ｈ４の貫通孔４１０と、これに係合される支持部材４０２の第２の係合部４０２ｂとの間に、一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ４の変形が許容されることになる。これにより、下側ヒーター組立体Ｈｂの破損を抑制することができる。
【００６８】
さらに、第２、第３の支持機構Ｓ２、Ｓ３に関しては、図３に示したように、ヒーター板Ｈ３、Ｈｓ３（Ｈ２、Ｈｓ２）の下端部と、支持部材３０２との間に一定の隙間が形成されている。このため、当該一定の範囲でのヒーター板Ｈ３、Ｈｓ３（Ｈ２、Ｈｓ２）の変形が許容されることになる。これにより、上側ヒーター組立体Ｈａの破損を抑制することができる。
【００６９】
なお、第２、第３の支持機構Ｓ２、Ｓ３において、ヒーター板と対向する支持部材３０２が高融点金属材料で構成されている。このため、ヒーター板の変形によって当該ヒーター板と支持部材３０２が接触したとしても、支持機構Ｓ２、Ｓ３の絶縁部材の変質が防止される。これにより、当該支持機構Ｓ２、Ｓ３における電気的絶縁支持構造を維持することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、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。
【００７１】
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などのセラミックス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。
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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の熱処理装置における一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【図３】図１の熱処理装置における他の一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【図４】図１の熱処理装置における更に他の一部のヒーター支持構造を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００７４】
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
１０１、３０１、４０１…支持軸（第１の部材）
１０２、３０２、４０２…支持部材（第２の部材）
１０３、３０３、４０３…絶縁部材（第３の部材）
１０４…中継部材（第４の部材）
１０５…受け部材（第５の部材）
１１０、４１０…貫通孔
４０２ａ…第１の係合部
４０２ｂ…第２の係合部
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
Ｈｔ…ヒーター端子
ＨＵａ、ＨＵｂ…ヒーターユニット
Ｓ１〜Ｓ４…支持機構
Ｗ…被処理物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室を区画するケーシングと、
前記ケーシングの内部に設置され、前記加熱室を加熱するための発熱体と、
前記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、前記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する支持機構と
を具備する熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記第１の部材は軸状部材であり、
前記第３の部材は、前記第１の部材の周囲に配置された筒状部材である
熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記第２の部材は、前記第３の部材の周囲に配置された環状または筒状部材である
熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、前記第３の部材の外径よりも大きく前記第２の部材の外径よりも小さい孔径の貫通孔を有する、水平方向に延在する第１のヒーター板を含み、
前記第１及び第３の部材は、前記貫通孔を貫通し、
前記第２の部材は、前記第１のヒーター板の下面を支持する第１の支持面を有する
熱処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱処理装置であって、
前記支持機構は、
前記第２の部材を介して前記発熱体を支持する電気絶縁材料からなる第４の部材と、
前記第１の部材の周囲に取り付けられ、前記第４の部材を支持する金属材料からなる第５の部材とをさらに有する
熱処理装置。
【請求項６】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、鉛直方向に延在し、下端部を有する第２のヒーター板を含み、
前記第２の部材は、
前記第２のヒーター板の前記下端部を介して対向する一対のフランジ部を有し、
前記第２のヒーター板に対して非接触で前記下端部に対向している
熱処理装置。
【請求項７】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記第２の部材は、
前記第３の部材と係合する第１の係合部と、
前記発熱体と係合する第２の係合部と、
前記第１の係合部と前記第２の係合部の間に形成され、前記発熱体の下面を支持する第２の支持面とを有する
熱処理装置。
【請求項８】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、炭素系材料からなり、
前記第３の部材は酸化物系セラミックス材料からなる
熱処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体へ電力を供給するための給電端子をさらに具備し、
前記発熱体は、
第１の端部と第２の端部とを有し前記給電端子が接続される第１の発熱面と、
前記第１の端部に接続され前記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する第２の発熱面と、
前記第２の端部に接続され前記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する第３の発熱面とを有する
熱処理装置。
【請求項１】
加熱室を区画するケーシングと、
前記ケーシングの内部に設置され、前記加熱室を加熱するための発熱体と、
前記ケーシングに結合された金属材料からなる第１の部材と、前記発熱体と接触することで前記発熱体を支持する金属材料からなる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材の間に配置された電気絶縁材料からなる第３の部材とを有する支持機構と
を具備する熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記第１の部材は軸状部材であり、
前記第３の部材は、前記第１の部材の周囲に配置された筒状部材である
熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記第２の部材は、前記第３の部材の周囲に配置された環状または筒状部材である
熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、前記第３の部材の外径よりも大きく前記第２の部材の外径よりも小さい孔径の貫通孔を有する、水平方向に延在する第１のヒーター板を含み、
前記第１及び第３の部材は、前記貫通孔を貫通し、
前記第２の部材は、前記第１のヒーター板の下面を支持する第１の支持面を有する
熱処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱処理装置であって、
前記支持機構は、
前記第２の部材を介して前記発熱体を支持する電気絶縁材料からなる第４の部材と、
前記第１の部材の周囲に取り付けられ、前記第４の部材を支持する金属材料からなる第５の部材とをさらに有する
熱処理装置。
【請求項６】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、鉛直方向に延在し、下端部を有する第２のヒーター板を含み、
前記第２の部材は、
前記第２のヒーター板の前記下端部を介して対向する一対のフランジ部を有し、
前記第２のヒーター板に対して非接触で前記下端部に対向している
熱処理装置。
【請求項７】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記第２の部材は、
前記第３の部材と係合する第１の係合部と、
前記発熱体と係合する第２の係合部と、
前記第１の係合部と前記第２の係合部の間に形成され、前記発熱体の下面を支持する第２の支持面とを有する
熱処理装置。
【請求項８】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体は、炭素系材料からなり、
前記第３の部材は酸化物系セラミックス材料からなる
熱処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記発熱体へ電力を供給するための給電端子をさらに具備し、
前記発熱体は、
第１の端部と第２の端部とを有し前記給電端子が接続される第１の発熱面と、
前記第１の端部に接続され前記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する第２の発熱面と、
前記第２の端部に接続され前記第１の発熱面に対して交差する方向に延在する第３の発熱面とを有する
熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１２５６７（Ｐ２０１０−１１２５６７Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２８６６（Ｐ２００８−２８２８６６）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【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２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【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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