JP2011210476A - Vacuum sealing heater - Google Patents

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JP2011210476A
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Shunsuke Haganuma
俊介 芳賀沼
Tetsuo Haganuma
哲夫 芳賀沼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum sealing heater with the number of components reduced and cost reduced.SOLUTION: The vacuum sealing heater is provided with a case with an opening at an end, a heating plate blocking the opening of the case, a heater element arranged in opposition to the heating plate inside the case of a vacuum state, a reflector reflecting radiation heat from the heater element inside the case, and a heater terminal connected to the heater element and drawn outside from the inside of the case.

Description

本発明は、真空封止ヒータに関するものである。   The present invention relates to a vacuum sealed heater.

例えば、特許文献1によれば、アルミニウムなどの金属材料を蒸発させて対象物に対して蒸着を行うためのフィラメントがチャンバー内に設けられた真空蒸着装置が開示されている。ここに開示された真空蒸着装置においては、チャンバーの内部を真空状態とし、線状の金属材料をフィラメントに引掛けた状態でフィラメントを加熱することにより、金属材料を蒸発させて蒸着膜を形成している。   For example, Patent Document 1 discloses a vacuum deposition apparatus in which a filament for evaporating a metal material such as aluminum and performing deposition on an object is provided in a chamber. In the vacuum deposition apparatus disclosed herein, the inside of the chamber is evacuated, and the filament is heated while the linear metal material is hooked on the filament to evaporate the metal material to form a deposited film. ing.

特開平9−31632号公報JP 9-31632 A

しかしながら、上記のような構成の真空蒸着装置においては、フィラメントが蒸発材料に曝されるため、フィラメントが劣化しやすい。このため、フィラメントを頻繁に交換する必要があり、コストの上昇を招く。   However, in the vacuum vapor deposition apparatus configured as described above, the filament is easily deteriorated because the filament is exposed to the evaporation material. For this reason, it is necessary to frequently replace the filament, resulting in an increase in cost.

この発明の目的は、低コストの真空封止ヒータを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a low-cost vacuum sealed heater.

この発明の態様によれば、
一端に開口を有するケースと、前記ケースの前記開口を塞ぐ加熱プレートと、真空状態の前記ケースの内部において、前記加熱プレートに対向配置されたヒータ素子と、前記ケースの内部において、前記ヒータ素子からの放射熱を反射するリフレクタと、前記ヒータ素子に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部に引き出されたヒータ端子と、を備えたことを特徴とする真空封止ヒータが提供される。
According to an aspect of the invention,
A case having an opening at one end; a heating plate that closes the opening of the case; a heater element disposed opposite to the heating plate in the case in a vacuum state; and from the heater element in the case There is provided a vacuum-sealed heater comprising: a reflector that reflects the radiant heat; and a heater terminal connected to the heater element and drawn out from the inside of the case.

この発明によれば、低コストの真空封止ヒータを提供することができる。   According to this invention, a low-cost vacuum-sealed heater can be provided.

図1は、本実施形態の真空封止ヒータの主要部を概略的に示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the main part of the vacuum-sealed heater of the present embodiment. 図2は、本実施形態の真空封止ヒータの一構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the vacuum sealing heater of the present embodiment. 図3は、本実施形態の真空封止ヒータの他の構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the vacuum sealing heater of the present embodiment.

以下、一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to components that exhibit the same or similar functions, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、本実施形態の真空封止ヒータ1の主要部を概略的に示す分解斜視図である。なお、この図においては、便宜上、面内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向と定義し、また、X−Y平面の法線方向をZ方向と定義する。Z方向は、真空封止ヒータ1の軸方向に相当する。   FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a main part of the vacuum sealed heater 1 of the present embodiment. In this figure, for convenience, two directions orthogonal to each other in the plane are defined as an X direction and a Y direction, and a normal direction of the XY plane is defined as a Z direction. The Z direction corresponds to the axial direction of the vacuum sealed heater 1.

すなわち、真空封止ヒータ1は、ケース10と、加熱プレート20と、ヒータ素子(フィラメントと称される場合もある)30と、リフレクタ40と、ヒータ端子50と、を備えている。   That is, the vacuum sealed heater 1 includes a case 10, a heating plate 20, a heater element (sometimes referred to as a filament) 30, a reflector 40, and a heater terminal 50.

ケース10は、その内部は空洞であり、例えば、Z方向に延出した筒型に形成されている。図示した例では、ケース10は、X−Y平面において円形の断面を有する円筒型に形成されている。なお、ケース10の形状については、図示した例に限らず、使用条件などに合わせて適宜変更可能である。   The case 10 has a hollow inside, and is formed in a cylindrical shape extending in the Z direction, for example. In the illustrated example, the case 10 is formed in a cylindrical shape having a circular cross section in the XY plane. Note that the shape of the case 10 is not limited to the illustrated example, and can be changed as appropriate in accordance with usage conditions and the like.

また、このケース10は、Z方向の先端に開口11を有している。図示した例では、開口11は、X−Y平面において円形である。   The case 10 has an opening 11 at the tip in the Z direction. In the illustrated example, the opening 11 is circular in the XY plane.

さらに、このケース10には、その外面10Aに、熱インシュレートゾーンとして機能する凹部12が形成されている。すなわち、ケース10は、凹部12よりもZ方向の先端側、つまり凹部12よりも開口11に近接する側の先端部13、及び、凹部12よりもZ方向の後端側、つまり凹部12を挟んで先端部13とは反対側の後端部14を有している。凹部12の板厚は、先端部13の板厚よりも薄く、また、後端部14の板厚よりも薄い。このような凹部12は、外面10Aの一回りに連続的なループ状に形成されている。   Further, the case 10 has a recess 12 that functions as a thermal insulation zone on its outer surface 10A. That is, the case 10 sandwiches the tip end 13 in the Z direction from the recess 12, that is, the tip end 13 closer to the opening 11 than the recess 12, and the rear end in the Z direction from the recess 12, that is, the recess 12. And has a rear end portion 14 opposite to the front end portion 13. The plate thickness of the recess 12 is thinner than the plate thickness of the front end portion 13 and thinner than the plate thickness of the rear end portion 14. Such a recess 12 is formed in a continuous loop around the outer surface 10A.

このようなケース10は、例えば、モリブデン(Mo)や、鉄−クロム系合金(ステンレス鋼)や、鉄−ニッケル−コバルト合金(コバール)などの各種金属材料によって形成されている。   Such a case 10 is made of various metal materials such as molybdenum (Mo), iron-chromium alloy (stainless steel), and iron-nickel-cobalt alloy (Kovar).

加熱プレート20は、ケース10の開口11に適合するような形状に形成されている。図示した例では、加熱プレート20は、X−Y平面において円形の底部21を有するとともにリング状のフランジ部22を有する平鍋型に形成されている。加熱プレート20の形状については、図示した例に限らず、加熱すべきサンプル(主に固体であるが、液体であっても良い)に合わせて適宜変更可能であり、例えば、フラット型、深絞り型、凸型などの各種形状に形成されても良い。   The heating plate 20 is formed in a shape that fits the opening 11 of the case 10. In the illustrated example, the heating plate 20 is formed in a flat pan shape having a circular bottom portion 21 and a ring-shaped flange portion 22 in the XY plane. The shape of the heating plate 20 is not limited to the illustrated example, and can be appropriately changed according to the sample to be heated (mainly solid, but may be liquid), for example, flat type, deep drawing You may form in various shapes, such as a type | mold and a convex type.

この加熱プレート20は、開口11を塞ぐように配置される。このとき、フランジ部22は、全周にわたってケース10と接しており、全周にわたってケース10に溶接により接合されている。これにより、加熱プレート20がケース10に支持固定される。なお、溶接の手法としては、TIG(tungsten-inert gas)溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などの各種手法が適用可能である。   The heating plate 20 is disposed so as to close the opening 11. At this time, the flange portion 22 is in contact with the case 10 over the entire periphery, and is joined to the case 10 by welding over the entire periphery. Thereby, the heating plate 20 is supported and fixed to the case 10. Note that various methods such as TIG (tungsten-inert gas) welding, electron beam welding, laser welding, and resistance welding can be applied as welding methods.

このような加熱プレート20は、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、レニウム(Re)、白金(Pt)や、鉄−クロム系合金(ステンレス鋼)や、ニッケル−クロム−鉄系合金(インコネル(登録商標))などの耐熱性を有する金属材料によって形成されている。   Such a heating plate 20 includes, for example, tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), rhenium (Re), platinum (Pt), iron-chromium alloy (stainless steel), nickel-chromium, and the like. -It is formed of a metal material having heat resistance such as an iron-based alloy (Inconel (registered trademark)).

ヒータ素子30は、ケース10の内部において、加熱プレート20に対向配置されている。このようなヒータ素子30は、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)などの各種金属材料によって形成されている。ヒータ素子30は、これらの金属材料からなる金属線を加工することによって形成されている。   The heater element 30 is disposed opposite to the heating plate 20 inside the case 10. Such a heater element 30 is formed of various metal materials such as titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo). The heater element 30 is formed by processing a metal wire made of these metal materials.

ここに示した例では、ヒータ素子30は、第1直線部31、第2直線部32、及び、渦巻部33を有している。第1直線部31は、一端部31AからZ方向の先端側に向かって直線状に延出している。第2直線部32は、第1直線部31と略平行な直線状であって、他端部32AからZ方向の先端側に向かって直線状に延出している。渦巻部33は、第1直線部31及び第2直線部32に繋がるとともにこれらの第1直線部31及び第2直線部32から屈曲し、第1直線部31を中心として外方に向かって渦巻状に形成されている。図示した例では、渦巻部33は、X−Y平面と略平行な面内に形成され、その略中心の位置が第1直線部31に繋がる位置に相当し、その最外周の位置が第2直線部32に繋がる位置に相当する。   In the example shown here, the heater element 30 has a first straight part 31, a second straight part 32, and a spiral part 33. The first straight portion 31 extends linearly from the one end portion 31A toward the distal end side in the Z direction. The second straight portion 32 is a straight shape substantially parallel to the first straight portion 31 and extends linearly from the other end portion 32A toward the distal end side in the Z direction. The spiral portion 33 is connected to the first straight portion 31 and the second straight portion 32 and is bent from the first straight portion 31 and the second straight portion 32, and spirals outward from the first straight portion 31. It is formed in a shape. In the illustrated example, the spiral portion 33 is formed in a plane substantially parallel to the XY plane, the position of the approximate center thereof corresponds to a position connected to the first linear portion 31, and the position of the outermost periphery is the second position. This corresponds to the position connected to the straight line portion 32.

このようなヒータ素子30は、加熱プレート20に接していないが、加熱プレート20の背面23の近傍に配置されている。特に、ヒータ素子30のうち、渦巻部33が加熱プレート20の背面23に向かい合っている。つまり、このようなヒータ素子30においては、主として渦巻部33が加熱プレート20を加熱するための加熱源に相当する。   Such a heater element 30 is not in contact with the heating plate 20 but is disposed in the vicinity of the back surface 23 of the heating plate 20. In particular, the spiral portion 33 of the heater element 30 faces the back surface 23 of the heating plate 20. That is, in such a heater element 30, the spiral portion 33 mainly corresponds to a heating source for heating the heating plate 20.

リフレクタ40は、ヒータ素子30からの放射熱を反射するものである。このリフレクタ40は、ケース10の内部において、ヒータ素子30の渦巻部33よりもZ方向の後端側に配置されている。つまり、ヒータ素子30は、加熱プレート20とリフレクタ40との間に位置している。   The reflector 40 reflects the radiant heat from the heater element 30. The reflector 40 is disposed inside the case 10 on the rear end side in the Z direction with respect to the spiral portion 33 of the heater element 30. That is, the heater element 30 is located between the heating plate 20 and the reflector 40.

ここに示した例では、リフレクタ40は、略円盤状に形成され、渦巻部33と向かい合っている。また、このリフレクタ40は、第1開口部41と、第2開口部42と、を有している。第1開口部41は、リフレクタ40の略中央部に形成されている。この第1開口部41は、ヒータ素子30の第1直線部31を通す孔である。第2開口部42は、リフレクタ40の周辺部に形成されている。この第2開口部42は、ヒータ素子30の第2直線部32を通す孔である。第1開口部41は第1直線部31の外径よりも大きな内径の円形状であり、また、第2開口部42は第2直線部32の外径よりも大きな内径の円形状であるが、この例に限らない。例えば、後に説明するように、第2開口部42の内径が第2直線部32の外径と略同等であっても良いし、第1開口部41の内径が第1直線部31の外径と略同等であっても良い。   In the example shown here, the reflector 40 is formed in a substantially disk shape and faces the spiral portion 33. In addition, the reflector 40 includes a first opening 41 and a second opening 42. The first opening 41 is formed at a substantially central portion of the reflector 40. The first opening 41 is a hole through which the first straight portion 31 of the heater element 30 passes. The second opening 42 is formed in the peripheral part of the reflector 40. The second opening 42 is a hole through which the second straight portion 32 of the heater element 30 passes. The first opening 41 has a circular shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the first straight portion 31, and the second opening 42 has a circular shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the second straight portion 32. However, it is not limited to this example. For example, as will be described later, the inner diameter of the second opening 42 may be substantially equal to the outer diameter of the second linear portion 32, and the inner diameter of the first opening 41 is the outer diameter of the first linear portion 31. May be substantially equivalent.

このようなリフレクタ40は、例えば、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)などの金属材料によって形成されている。   Such a reflector 40 is made of, for example, a metal material such as titanium (Ti) or molybdenum (Mo).

ヒータ端子50は、第1ヒータ端子51と、第2ヒータ端子52とで構成されている。第1ヒータ端子51は、ケース10の内部において、ヒータ素子30の一端部31Aに接続されている。第2ヒータ端子52は、ケース10の内部において、ヒータ素子30の他端部32Aに接続されている。   The heater terminal 50 includes a first heater terminal 51 and a second heater terminal 52. The first heater terminal 51 is connected to one end 31 </ b> A of the heater element 30 inside the case 10. The second heater terminal 52 is connected to the other end 32 </ b> A of the heater element 30 inside the case 10.

これらの第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52は、棒状に形成されている。第1ヒータ端子51は、ヒータ素子30の一端部31Aを含む第1直線部31を挿入可能な挿入孔51Aを有している。また、第2ヒータ端子52は、ヒータ素子30の他端部32Aを含む第2直線部32を挿入可能な挿入孔52Aを有している。ヒータ素子30は、第1直線部31が挿入孔51Aに挿入された状態でカシメや溶接などの手法により第1ヒータ端子51に支持固定されるとともに、第2直線部32が挿入孔52Aに挿入された状態でカシメや溶接などの手法により第2ヒータ端子52に支持固定される。   The first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 are formed in a bar shape. The first heater terminal 51 has an insertion hole 51A into which the first straight part 31 including the one end 31A of the heater element 30 can be inserted. Further, the second heater terminal 52 has an insertion hole 52A into which the second straight portion 32 including the other end portion 32A of the heater element 30 can be inserted. The heater element 30 is supported and fixed to the first heater terminal 51 by a method such as caulking or welding while the first straight portion 31 is inserted into the insertion hole 51A, and the second straight portion 32 is inserted into the insertion hole 52A. In this state, the second heater terminal 52 is supported and fixed by a method such as caulking or welding.

このような第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52は、例えば、鉄−クロム系合金(ステンレス鋼)や、鉄−ニッケル−コバルト合金(コバール)などの各種金属材料によって形成されている。   The first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 are formed of various metal materials such as iron-chromium alloy (stainless steel) and iron-nickel-cobalt alloy (kovar).

図2は、本実施形態の真空封止ヒータ1の一構成例を概略的に示す断面図である。なお、図1を参照して説明したのと同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the vacuum sealing heater 1 of the present embodiment. In addition, about the same structure as having demonstrated with reference to FIG. 1, the same referential mark is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

ケース10は、凹部12を挟んで先端部13及び後端部14を有している。先端部13に形成された開口11は、加熱プレート20によって塞がれている。先端部13は、加熱プレート20、ヒータ素子30の主として渦巻部33、及び、リフレクタ40を囲む部分に相当する。後端部14は、ヒータ端子50が引き出される部分に相当する。   The case 10 has a front end portion 13 and a rear end portion 14 with the concave portion 12 interposed therebetween. The opening 11 formed in the distal end portion 13 is blocked by the heating plate 20. The tip portion 13 corresponds to a portion surrounding the heating plate 20, the main spiral portion 33 of the heater element 30, and the reflector 40. The rear end portion 14 corresponds to a portion from which the heater terminal 50 is drawn.

図示した例では、ケース10は、筒状部15と、ベース部16とで構成されている。筒状部15は、先端部13及び凹部12を含み、さらに、後端部14の一部を含んでいる。ベース部16は、後端部14のうちの筒状部15に含まれていない部分に相当する。筒状部15は、ベース部16に嵌め込まれた状態で、全周にわたりベース部16と溶接により接合されている。   In the illustrated example, the case 10 includes a cylindrical portion 15 and a base portion 16. The cylindrical portion 15 includes a front end portion 13 and a concave portion 12, and further includes a part of the rear end portion 14. The base portion 16 corresponds to a portion of the rear end portion 14 that is not included in the cylindrical portion 15. The cylindrical portion 15 is joined to the base portion 16 by welding over the entire circumference in a state where the cylindrical portion 15 is fitted into the base portion 16.

ヒータ端子50は、ケース10の内部においてヒータ素子30に接続されるとともに、ベース部16からケース10の外部に引き出されている。図示した例では、第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52の双方がベース部16から外部に引き出されている。ベース部16と第1ヒータ端子51との間、及び、ベース部16と第2ヒータ端子52との間には、それぞれ絶縁碍子60が介在している。すなわち、絶縁碍子60は、第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52のそれぞれの周囲を覆い、ベース部16に対してロウ付け(例えば銅ロウ付け)されている。これにより、第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52は、ケース10に支持固定される。   The heater terminal 50 is connected to the heater element 30 inside the case 10 and is drawn out of the case 10 from the base portion 16. In the illustrated example, both the first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 are drawn from the base portion 16 to the outside. Insulators 60 are interposed between the base portion 16 and the first heater terminal 51 and between the base portion 16 and the second heater terminal 52, respectively. That is, the insulator 60 covers the periphery of each of the first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 and is brazed (for example, copper brazed) to the base portion 16. Thereby, the first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 are supported and fixed to the case 10.

このような絶縁碍子60は、例えば、酸化アルミニウム(Al)によって形成されている。なお、絶縁碍子60及びベース部16は、それぞれの熱膨張率が同等となるような材料を選定して形成されることが望ましい。一方で、筒状部15は、比較的高い耐熱性を有する(例えば、ベース部16を形成する材料よりも高い耐熱性を有する)材料を選定して形成されることが望ましい。したがって、ケース10を構成する筒状部15及びベース部16については、それぞれ要求される特性が異なるため、異種金属材料で形成される場合があり得る。なお、比較的高い耐熱性を有し、且つ、絶縁碍子60の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料を適用した場合には、筒状部15及びベース部16が同一材料によって形成される場合もあり、また、筒状部15とベース部16とが別々に形成されたものではなく一体に形成される場合もあり得る。筒状部15とベース部16とが一体に形成されたケース10を適用した場合、筒状部15とベース部16とが別々に形成されたものを接合する場合と比較して、部品点数を削減できるとともに溶接などの接合処理が不要となる。 Such an insulator 60 is made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The insulator 60 and the base portion 16 are preferably formed by selecting materials having the same thermal expansion coefficient. On the other hand, it is desirable that the cylindrical portion 15 is formed by selecting a material having relatively high heat resistance (for example, higher heat resistance than the material forming the base portion 16). Accordingly, the cylindrical portion 15 and the base portion 16 constituting the case 10 have different required characteristics, and may be formed of different metal materials. When a material having a relatively high heat resistance and a thermal expansion coefficient equivalent to that of the insulator 60 is applied, the cylindrical portion 15 and the base portion 16 are formed of the same material. In addition, the cylindrical portion 15 and the base portion 16 may not be separately formed but may be integrally formed. When the case 10 in which the cylindrical portion 15 and the base portion 16 are integrally formed is applied, the number of parts can be reduced compared to the case where the cylindrical portion 15 and the base portion 16 are separately formed. It can be reduced and the joining process such as welding becomes unnecessary.

本実施形態では、ケース10の内部は、真空状態である。ここでの真空状態とは、10−1Pa以下の真空度、より望ましくは10−5Pa以下の真空度にある状態を言い、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、クリプトン(Kr)などの不活性ガスがわずかに含まれている状態も本実施形態の真空状態に相当するものとする。 In the present embodiment, the inside of the case 10 is in a vacuum state. The vacuum state here means a state in which the degree of vacuum is 10 −1 Pa or less, more desirably 10 -5 Pa or less, such as argon (Ar), xenon (Xe), krypton (Kr), etc. A state where the inert gas is slightly contained also corresponds to the vacuum state of the present embodiment.

ヒータ素子30及びリフレクタ40は、真空状態のケース10の内部に封止されている。リフレクタ40は、ヒータ素子30の渦巻部33とヒータ端子50との間に配置されている。ヒータ素子30において、第1直線部31はリフレクタ40の第1開口部41を通り第1ヒータ端子51に支持固定され、また、第2直線部32はリフレクタ40の第2開口部42を通り第2ヒータ端子52に支持固定され、渦巻部33は加熱プレート20に対向している。ここに示した例では、第2開口部42の内径が第2直線部32の外径と略同一であり、リフレクタ40は、その第2開口部42が第2直線部32に挿入された状態でカシメや溶接などの手法によりヒータ素子30に支持固定されている。つまり、ヒータ素子30とリフレクタ40とを一体化することが可能である。   The heater element 30 and the reflector 40 are sealed inside the case 10 in a vacuum state. The reflector 40 is disposed between the spiral portion 33 of the heater element 30 and the heater terminal 50. In the heater element 30, the first straight portion 31 passes through the first opening 41 of the reflector 40 and is supported and fixed to the first heater terminal 51, and the second straight portion 32 passes through the second opening 42 of the reflector 40. The two heater terminals 52 are supported and fixed, and the spiral portion 33 faces the heating plate 20. In the example shown here, the inner diameter of the second opening 42 is substantially the same as the outer diameter of the second straight portion 32, and the reflector 40 is in a state where the second opening 42 is inserted into the second straight portion 32. The heater element 30 is supported and fixed by a method such as caulking or welding. That is, the heater element 30 and the reflector 40 can be integrated.

ケース10はアースされている一方で、第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52には、ヒータ電源70が接続されている。   While the case 10 is grounded, a heater power source 70 is connected to the first heater terminal 51 and the second heater terminal 52.

このような構成の真空封止ヒータ1において、ヒータ電源70からヒータ素子30に対して電流を供給し、ヒータ素子30を加熱すると、その放射熱により加熱プレート20が加熱される。また、ヒータ素子30からヒータ端子50の側に向かう放射熱はリフレクタ40によって反射され、加熱プレート20の加熱に寄与する。これにより、加熱プレート20の上に載置されたサンプルが加熱される。このような方式により、500℃乃至1000℃程度の温度でサンプルを加熱することが可能となる。   In the vacuum sealed heater 1 having such a configuration, when a current is supplied from the heater power supply 70 to the heater element 30 and the heater element 30 is heated, the heating plate 20 is heated by the radiant heat. The radiant heat from the heater element 30 toward the heater terminal 50 is reflected by the reflector 40 and contributes to the heating of the heating plate 20. Thereby, the sample placed on the heating plate 20 is heated. By such a method, the sample can be heated at a temperature of about 500 ° C. to 1000 ° C.

以上説明した本実施形態の真空封止ヒータ1によれば、ヒータ素子30自体が真空封止され、しかも、加熱プレート20の上に載置されたサンプルの蒸発材料に曝されることがない。このため、本実施形態の真空封止ヒータ1を蒸着装置の加熱源として適用した場合、チャンバー内で加熱源であるフィラメントが蒸発材料に曝される装置構成と比較して、ヒータ素子30の劣化を抑制することができ、加熱源の交換頻度を低減することができる。結果として、低コスト化の実現が可能となる。   According to the vacuum-sealed heater 1 of the present embodiment described above, the heater element 30 itself is vacuum-sealed, and is not exposed to the sample evaporation material placed on the heating plate 20. For this reason, when the vacuum-sealed heater 1 of this embodiment is applied as a heating source of the vapor deposition apparatus, the heater element 30 is deteriorated as compared with the apparatus configuration in which the filament as the heating source is exposed to the evaporation material in the chamber. Can be suppressed, and the replacement frequency of the heat source can be reduced. As a result, cost reduction can be realized.

また、本実施形態の真空封止ヒータ1は、真空雰囲気内での加熱源としての利用に限らず、大気中においても1000℃程度の温度でサンプルを加熱するための加熱源として利用可能であり、汎用性が極めて高い。なお、本実施形態の真空封止ヒータ1を大気中で利用する場合には、ケース10の外面などの酸素に触れる部分は、SiC(炭化ケイ素)コートやPBN(熱分解窒素ホウ素)コートなどの耐酸素性のコーティングを施すことが望ましい。   Further, the vacuum sealed heater 1 of the present embodiment is not limited to being used as a heating source in a vacuum atmosphere, but can be used as a heating source for heating a sample at a temperature of about 1000 ° C. even in the air. The versatility is extremely high. When the vacuum sealed heater 1 according to the present embodiment is used in the atmosphere, the portion such as the outer surface of the case 10 that comes into contact with oxygen is a SiC (silicon carbide) coat or a PBN (pyrolytic nitrogen boron) coat. It is desirable to apply an oxygen resistant coating.

さらに、本実施形態の真空封止ヒータ1によれば、ケース10において、リフレクタ40を囲む先端部13と、ヒータ端子50が引き出された後端部14との間の外面にループ状の凹部12が形成されている。凹部12の板厚は、先端部13の板厚よりも薄い。したがって、ヒータ素子30からの放射熱などによって比較的高温となった先端部13から、薄い板厚の凹部12を経て後端部14へ向かう熱伝導を抑制することができる。加えて、リフレクタ40は、ヒータ素子30の渦巻部33とヒータ端子50との間に配置されているため、渦巻部33の放射熱を遮蔽する遮蔽板としても機能する。したがって、ヒータ端子50自体の温度上昇が抑制されるとともに、ヒータ端子50が引き出された後端部14の温度上昇が抑制されるため、ロウ付けした部分の溶出を防止することが可能となり、ケース10の内部の真空度を維持することができる。なお、ケース10をさらに積極的に冷却する必要がある場合には、例えば、空冷機構、水冷機構、ヒートポンプ機構などの冷却機構をケース10に取り付けることが望ましい。   Furthermore, according to the vacuum sealed heater 1 of the present embodiment, in the case 10, the loop-shaped recess 12 is formed on the outer surface between the front end portion 13 surrounding the reflector 40 and the rear end portion 14 from which the heater terminal 50 is drawn. Is formed. The thickness of the recess 12 is thinner than the thickness of the tip portion 13. Therefore, it is possible to suppress heat conduction from the front end portion 13, which has become relatively high temperature due to radiant heat from the heater element 30, to the rear end portion 14 through the thin plate-shaped recess 12. In addition, since the reflector 40 is disposed between the spiral portion 33 of the heater element 30 and the heater terminal 50, it also functions as a shielding plate that shields the radiant heat of the spiral portion 33. Accordingly, the temperature rise of the heater terminal 50 itself is suppressed, and the temperature rise of the rear end portion 14 from which the heater terminal 50 is pulled out is suppressed, so that it is possible to prevent elution of the brazed portion. An internal vacuum of 10 can be maintained. When the case 10 needs to be more actively cooled, for example, it is desirable to attach a cooling mechanism such as an air cooling mechanism, a water cooling mechanism, or a heat pump mechanism to the case 10.

上記した例においては、凹部12は、ケース10の外面に形成されたが、ケース10の内面に形成されても良い。ケース10の内面にループ状の凹部12を形成した構成においても、上記した例と同様の効果が得られることは言うまでもない。   In the example described above, the recess 12 is formed on the outer surface of the case 10, but may be formed on the inner surface of the case 10. It goes without saying that the same effect as the above-described example can be obtained even in the configuration in which the loop-shaped recess 12 is formed on the inner surface of the case 10.

また、本実施形態の真空封止ヒータ1によれば、リフレクタ40は、ヒータ素子30に支持固定されている。このため、リフレクタ40を支持するための特別な機構が不要であり、部品点数を削減することができ、低コスト化が可能となる。   Further, according to the vacuum sealed heater 1 of the present embodiment, the reflector 40 is supported and fixed to the heater element 30. For this reason, a special mechanism for supporting the reflector 40 is unnecessary, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.

本実施形態において、ケース10を構成する筒状部15とベース部16との接合、及び、筒状部15と加熱プレート20との接合は、TIG(tungsten-inert gas)溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などの手法によってなされ、また、絶縁碍子60とケース10との接合は、ロウ付けによってなされているため、ケース10の内部を高い真空度に維持することができる。   In this embodiment, joining of the cylindrical part 15 and the base part 16 which comprise the case 10, and joining of the cylindrical part 15 and the heating plate 20 are TIG (tungsten-inert gas) welding, electron beam welding, The method is performed by laser welding, resistance welding, or the like. Since the insulator 60 and the case 10 are joined by brazing, the inside of the case 10 can be maintained at a high degree of vacuum.

本実施形態において、ヒータ素子30は、ゲッターポンプとして機能する材料で形成されることが望ましい。特に、チタン(Ti)は、ゲッターポンプとして機能するとともに比較的安価であり、ヒータ素子30を形成する材料としては好適である。チタン製のヒータ素子30は、加熱に伴ってその一部が蒸発する。蒸発したチタンは、ケース10の内面などに付着し薄膜を形成するが、その薄膜の表面で気体(例えば、ケース10の内部の残留ガスなど)を吸着する。これにより、ケース10の内部の真空度を維持することができる。   In the present embodiment, the heater element 30 is preferably formed of a material that functions as a getter pump. In particular, titanium (Ti) functions as a getter pump and is relatively inexpensive, and is suitable as a material for forming the heater element 30. A portion of the titanium heater element 30 evaporates with heating. The evaporated titanium adheres to the inner surface of the case 10 to form a thin film, and adsorbs gas (for example, residual gas inside the case 10) on the surface of the thin film. Thereby, the degree of vacuum inside the case 10 can be maintained.

なお、リフレクタ40がチタン(Ti)などのゲッターポンプとして機能する材料で形成されても良い。この場合、ヒータ素子30からの放射熱によりリフレクタ40の一部が蒸発し、上記したのと同様にゲッターポンプとして機能する。このため、例えヒータ素子30がタングステン(W)などのゲッターポンプとして機能しにくい材料によって形成された場合であっても、リフレクタ40がゲッターポンプとして機能する材料で形成されているため、ケース10の内部の真空度を維持することができる。つまり、ヒータ素子30及びリフレクタ40の少なくとも一方がゲッターポンプとして機能する材料で形成されていることが望ましい。   The reflector 40 may be formed of a material that functions as a getter pump such as titanium (Ti). In this case, a part of the reflector 40 is evaporated by the radiant heat from the heater element 30 and functions as a getter pump in the same manner as described above. For this reason, even if the heater element 30 is formed of a material that does not function as a getter pump such as tungsten (W), the reflector 40 is formed of a material that functions as a getter pump. The internal vacuum can be maintained. That is, it is desirable that at least one of the heater element 30 and the reflector 40 is formed of a material that functions as a getter pump.

本実施形態のオプションとして、ヒータ電源70に対し、さらに、加速電源(エレクトロンボンバード用電源)80を接続することも可能である。このような加速電源80により、例えば、−1000V程度の電圧を印加することによって、ヒータ素子30からの熱電子が加熱プレート20に衝突し、さらに高温領域、例えば1000℃乃至1500℃程度の高温でサンプルを加熱することが可能となる。   As an option of the present embodiment, an acceleration power source (electron bombard power source) 80 can be further connected to the heater power source 70. By applying a voltage of about −1000 V, for example, by such an acceleration power source 80, the thermoelectrons from the heater element 30 collide with the heating plate 20, and further in a high temperature region, for example, a high temperature of about 1000 ° C. to 1500 ° C. The sample can be heated.

図3は、本実施形態の真空封止ヒータ1の他の構成例を概略的に示す断面図である。なお、図2を参照して説明したのと同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the vacuum sealed heater 1 of the present embodiment. In addition, about the same structure as having demonstrated with reference to FIG. 2, the same referential mark is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

図3に示した構成は、図2に示した例と比較して、ヒータ端子50の一方が絶縁碍子を介することなくケース10に接合されている点で相違している。図示した例では、第2ヒータ端子52がケース10のベース部16に直接接合されている。第2ヒータ端子52とベース部16との接合は、例えばTIG溶接によってなされる。これにより、第2ヒータ端子52は、ベース部16と電気的に接続されるとともに、ベース部16に支持固定される。なお、第1ヒータ端子51については、図2に示した例と同様に、絶縁碍子60を介してベース部16にロウ付けされている。第2ヒータ端子52と電気的に接続されたケース10、及び、第1ヒータ端子51には、ヒータ電源70が接続されている。つまり、第1ヒータ端子51及び第2ヒータ端子52の双方がケース10の内部から外部に引き出されている必要はなく、ヒータ電源70と電気的に接続するために少なくもと一方のヒータ端子が外部に引き出されていれば良く、他方のヒータ端子は図2に示した例のように外部に引き出されていても良いし、図3に示した例のようにケース10に接合されていても良い。   The configuration shown in FIG. 3 is different from the example shown in FIG. 2 in that one of the heater terminals 50 is joined to the case 10 without an insulator. In the illustrated example, the second heater terminal 52 is directly joined to the base portion 16 of the case 10. The second heater terminal 52 and the base portion 16 are joined by, for example, TIG welding. Thereby, the second heater terminal 52 is electrically connected to the base portion 16 and supported and fixed to the base portion 16. Note that the first heater terminal 51 is brazed to the base portion 16 via an insulator 60, as in the example shown in FIG. A heater power source 70 is connected to the case 10 electrically connected to the second heater terminal 52 and the first heater terminal 51. That is, it is not necessary that both the first heater terminal 51 and the second heater terminal 52 are drawn from the inside of the case 10 to the outside, and at least one heater terminal is required to be electrically connected to the heater power source 70. The other heater terminal may be pulled out to the outside as in the example shown in FIG. 2, or may be joined to the case 10 as in the example shown in FIG. good.

このような構成によれば、図2に示した構成と同様の効果が得られることは勿論のこと、図3に示した構成と比較して部品点数が削減され、より低コスト化が可能となる。なお、図2に示した例と同様に、オプションとして、さらに、加速電源80を接続することも可能である。   According to such a configuration, the same effect as the configuration shown in FIG. 2 can be obtained, and the number of parts can be reduced as compared with the configuration shown in FIG. 3, and the cost can be further reduced. Become. Similar to the example shown in FIG. 2, an acceleration power supply 80 can be connected as an option.

また、図3に示した構成は、図2に示した例と比較して、リフレクタ40がヒータ端子50によって支持固定されている点で相違している。図示した例では、リフレクタ40は、第2ヒータ端子52によって支持固定されている。リフレクタ40は、ヒータ素子30の第1直線部31を通すための第1開口部41を有するとともに、第2直線部32を通すための第2開口部42を有している。第2開口部42の内径は、第2直線部32の外径よりも大きい。この第2開口部42には、第2ヒータ端子52が嵌合している。これにより、リフレクタ40は、第2ヒータ端子52に支持固定される。   Further, the configuration shown in FIG. 3 is different from the example shown in FIG. 2 in that the reflector 40 is supported and fixed by the heater terminal 50. In the illustrated example, the reflector 40 is supported and fixed by the second heater terminal 52. The reflector 40 has a first opening 41 through which the first straight portion 31 of the heater element 30 passes and a second opening 42 through which the second straight portion 32 passes. The inner diameter of the second opening 42 is larger than the outer diameter of the second straight part 32. A second heater terminal 52 is fitted in the second opening 42. Thereby, the reflector 40 is supported and fixed to the second heater terminal 52.

このような構成によれば、リフレクタ40を支持するための特別な機構が不要であり、部品点数を削減することができ、低コスト化が可能となる。   According to such a configuration, a special mechanism for supporting the reflector 40 is unnecessary, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the spirit of the invention in the stage of implementation. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

1…真空封止ヒータ
10…ケース 11…開口 12…凹部 13…先端部 14…後端部
15…筒状部 16…ベース部
20…加熱プレート 21…底部 22…フランジ部 23…背面
30…ヒータ素子 31…第1直線部 32…第2直線部 33…渦巻部
40…リフレクタ 41…第1開口部 42…第2開口部
50…ヒータ端子 51…第1ヒータ端子 52…第2ヒータ端子
60…絶縁碍子
70…ヒータ電源
80…加速電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum sealing heater 10 ... Case 11 ... Opening 12 ... Recess 13 ... Tip part 14 ... Rear end part 15 ... Cylindrical part 16 ... Base part 20 ... Heating plate 21 ... Bottom part 22 ... Flange part 23 ... Back surface 30 ... Heater Element 31... First straight line portion 32... Second straight line portion 33... Spiral portion 40 .. Reflector 41 .. First opening portion 42 ... Second opening portion 50 ... Heater terminal 51. First heater terminal 52. Second heater terminal 60. Insulator 70 ... Heater power supply 80 ... Acceleration power supply

Claims (3)

一端に開口を有するケースと、
前記ケースの前記開口を塞ぐ加熱プレートと、
真空状態の前記ケースの内部において、前記加熱プレートに対向配置されたヒータ素子と、
前記ケースの内部において、前記ヒータ素子からの放射熱を反射するリフレクタと、
前記ヒータ素子に接続されるとともに、前記ケースの内部から外部に引き出されたヒータ端子と、
を備えたことを特徴とする真空封止ヒータ。
A case having an opening at one end;
A heating plate that closes the opening of the case;
Inside the case in a vacuum state, a heater element disposed opposite to the heating plate;
A reflector that reflects radiant heat from the heater element in the case;
A heater terminal connected to the heater element and drawn out from the inside of the case;
A vacuum-sealed heater comprising:
前記ケースにおいて、前記リフレクタを囲む部分と前記ヒータ端子が引き出された部分との間の内面または外面に、ループ状の凹部が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の真空封止ヒータ。   2. The vacuum sealed heater according to claim 1, wherein a loop-shaped recess is formed in an inner surface or an outer surface between a portion surrounding the reflector and a portion from which the heater terminal is drawn out in the case. . 前記ヒータ素子は、直線状に延出した第1直線部と、前記第1直線部と略平行な直線状に延出した第2直線部と、前記第1直線部及び前記第2直線部から屈曲し前記第1直線部を中心として渦巻状に形成された渦巻部と、を有し、
前記リフレクタは、前記第1直線部を通す第1開口部と、前記第2直線部を通す第2開口部と、を有し、前記ヒータ端子または前記ヒータ素子によって支持されたことを特徴とする請求項1に記載の真空封止ヒータ。
The heater element includes a first linear portion extending linearly, a second linear portion extending linearly substantially parallel to the first linear portion, and the first linear portion and the second linear portion. A spiral portion that is bent and formed in a spiral shape around the first straight portion,
The reflector has a first opening through which the first straight portion passes and a second opening through which the second straight portion passes, and is supported by the heater terminal or the heater element. The vacuum sealed heater according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014032722A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 Quantum Technologie Gmbh Electrical heating element

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