JPH06124955A

JPH06124955A - 高温真空加熱炉及びその冷却方法

Info

Publication number: JPH06124955A
Application number: JP4435391A
Authority: JP
Inventors: Takao Hoshi; 高雄星; Yuji Abe; 勇治阿部
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-02-16
Filing date: 1991-02-16
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0792348B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）［目的］高温真空加熱炉の冷却を、加熱効率を低下さ
せずに効率よく行う。［構成］真空排気系が接続されたチャンバー本体１２
の内部に、サイドリフレクター２０、上部リフレクター
２１、下部リフレクター１８を配置し、その内部にヒー
タ３０を配置した高温真空加熱炉において、さらに、サ
イドリフレクター２０とヒータ３０との間に冷却ジャケ
ット４０を設ける。この高温真空加熱炉１０を冷却する
際には、炉内の温度が所定の温度まで低下した時、上記
冷却ジャケット４０に冷却用の不活性ガスであるＡｒガ
スあるいはＮ₂ガスを流して冷却を行う。一方、この冷
却用の不活性ガスは蓄熱効果が小さく、高温真空加熱炉
の加熱には悪影響を及ぼさない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体、宇宙関
連及びその他の工業分野において真空処理装置等で使用
される構成部品に施されるベーキング処理等の熱処理を
行うのに適した高温真空加熱炉及びその冷却方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空装置の内部に、熱遮蔽用のリ
フレクターを周囲に設け、その内部のヒータ部を加熱す
ることにより、上記リフレクターの内部を高温加熱す
る、いわゆる高温真空加熱炉が用いられている。また、
かかる高温真空加熱炉においては、これを冷却するため
に、例えば真空チャンバーの内部に冷却水の配管を設
け、これに冷却水を常時強制的に循環して冷却する方法
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術になる高温真空加熱炉においては、その冷却方
法が問題となっていた。すなわち、上記のような水を利
用した冷却方法では、水の蓄熱効果から冷却効果が著し
いものの、他方、装置を加熱する際には逆に加熱効率を
著しく減じてしまうという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明は、上記の従来技術におけ
る問題点に鑑み、加熱効率を減少することなく、かつ、
その冷却効率の良い冷却機構を備えた高温真空加熱炉及
びその冷却方法を提供することをその目的とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の要旨は、
上記の目的を解決するため、真空排気系へ接続された真
空チャンバーの内部に加熱部を配置し、上記加熱部の周
囲に熱遮蔽用のリフレクターを設けた高温真空加熱炉に
おいて、上記リフレクターを高融点材料を使用して形成
すると共に、上記リフレクターの内側にガス冷却機構を
設けたことである。

【０００６】また、上記の本発明の他の要旨は、真空排
気系へ接続された真空チャンバーの内部に加熱部を配置
し、上記加熱部の周囲に熱遮蔽用のリフレクターを設け
た高温真空加熱炉において、上記加熱部の加熱を中断し
てこの高温真空加熱炉を冷却する際、所定の温度まで低
下した後に、上記リフレクターの内側に設けられたガス
冷却機構に不活性ガスを通流させて冷却を行う方法であ
る。

【０００７】

【作用】本発明によれば、高温真空加熱炉の冷却を水等
の蓄熱効果の大きな物質に代えてガス体により冷却を行
うことにより、加熱時の加熱効率の低下を解決し、か
つ、不活性のガスを使用することにより、高温時におけ
るガス体の熱分解等による弊害も同時に取り除く。本発
明になる高温真空加熱炉の構造によれば、この冷却用ガ
ス体を炉内に循環するガス冷却機構を高温融点材料から
なるリフレクターの内側に設けている。また、本発明に
なる高温真空加熱炉の冷却方法によれば、上記加熱部の
加熱を中止した後にこの高温真空加熱炉を冷却する際、
所定の温度まで低下した後にはじめて上記リフレクター
に設けられたガス冷却機構に不活性ガスを通流させて冷
却を行うことにより、自然冷却を利用しながら、冷却効
率を最も高めることが可能となり、加熱時に内部の熱を
奪うこともなくなる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照しながら詳細に説明する。図２には、本発明の一
実施例である高温真空加熱炉１０が示されており、図に
おいて、この高温真空加熱炉１０は、いわゆるキャスタ
ー上に乗せられて床面上を移動可能な基台１１上に取り
付けられている。すなわち、上記の基台１１上には、例
えばアルミニウムにより円筒形状に形成され、その上端
に蓋部を取り付けてなるチャンバー本体１２が取り付け
られている。上記チャンバー本体１２の外周面上には、
例えば銅パイプになる冷却パイプ１３、１３…が巻き付
けて埋め込まれて取り付けられており、その内部には例
えば水等の冷媒が流れるようになっている。また、図に
は示されていないが、上記チャンバー本体１２の背面に
は、いわゆる真空用排気ポンプ、排気管等からなる真空
系が設けられており、上記チャンバー本体１２の内部を
真空状態にすることは従来と同様である。

【０００９】一方、このチャンバー本体１２の下面は開
放されており、この開放端の下方には、やはりアルミニ
ウムで形成された円盤状の蓋体１４が設けられている。
具体的には、上記基台１１の縦方向に設けられた複数の
ガイド棒１５（図には示されていないが、上記蓋体１４
の周囲３カ所に配置されている）には、いわゆる昇降板
１６がこれらガイド棒１５に沿って上下に移動可能に設
けられており、この昇降板１６の上には複数のバネ１
７、１７…が取り付けられ、その上に、アルミニウム等
により形成された、上記の蓋体１４が取り付けられてい
る。

【００１０】そして、上記蓋体１４上には下部リフレク
ター１８が取り付けられ、さらに、その上にはモリブデ
ン（Ｍｏ）等で形成された試料台１９が取り付けられて
いる。すなわち、加熱炉内で加熱処理されるべき試料
（図中では、二点鎖線で示す）はこの試料台１９上に載
せられ、この試料台１９と共に上記加熱炉１０のチャン
バー本体１２の内部に導入配置され、真空状態で加熱処
理される構造となっている。

【００１１】また、上記のチャンバー本体１２の内部に
は、いわゆるリフレクターが設けられている。このリフ
レクターは、例えば高融点材料であるタンタル（Ｔａ）
やモリブデン（Ｍｏ）の薄い板を、その間に空隙を設け
ながら複数層積み重ねた積層板材から形成されている。
そして、このリフレクターは、上記の積層板材を円筒状
に形成してなるサイドリフレクター２０と、その上端に
取り付けられる上部リフレクター２１とから構成された
いる。すなわち、これらのサイドリフレクター２０、上
部リフレクター２１、そして下部リフレクター１８によ
って取り囲まれた内部空間により高温加熱炉を形成して
いる。

【００１２】さらに、上記の高温加熱炉１０の内部に
は、ヒータ３０が設けられている。すなわち、このヒー
タ３０は、図１の下部にも示されるように、上記サイド
リフレクター２０の内部に挿入されるように、外形が円
筒状に形成されたヒータであり、例えば高融点材のＴａ
板を環状に成形した発熱体３１、３１…を複数段成形
し、図にも示すように、これらの間を順次接合部３２、
３２…で接合し、もって、図に二点鎖線で示すような電
流通路を形成するように形成したものである。また、図
中の符号３３、３３…は環状部と接合部を固定する固定
用ボルトを示しており、図の上部には、上記の円盤状上
部リフレクター２１と円筒状のサイドリフレクター２０
が示されている。また、図中の符号２２、２２…は、高
融点材料の薄板を複数層積み重ねて固定するための固定
ボルトを示している。

【００１３】そして、本発明によれば、上記のヒータ３
０と上記のサイドリフレクター２０との間に、冷却ジャ
ケット４０が設けられている。この冷却ジャケット４０
は、図にも示すように、例えば高融点材のタンタル（Ｔ
ａ）材で二重円筒箱構造を形成し、内部に流路スペーサ
４１、４１…を設けて冷却用ガスの通路４２、４２…を
形成したものである。

【００１４】再び図２に戻り、図の符号３５は、上記ヒ
ータ３０の取出端子３６、３６に電気的に接続された電
極部であり、チャンバー本体１２の上面に取り付けられ
た電極カバー３７の内部に納められ、また、符号４３
は、上記冷却ジャケット４０に冷却ガスを内部に導くた
めの冷却ガス導入管を、符号４４は冷却ガスを外部に導
くための冷却ガス排出管を示している。

【００１５】次に、上記高温真空加熱炉１０の加熱及び
冷却動作について説明する。まず、既に述べたように、
加熱処理されるべき試料（図中では、二点鎖線で示す）
が、上記の試料台１９上に載せられ、この試料台と共に
上昇されて上記加熱炉１０のチャンバー内に導入され
る。この時、試料台１９の上昇と同時に、上記チャンバ
ー本体１２の開放面の下方に対向して配置されていた円
盤状の蓋体１４も上昇し、もって、上記チャンバー本体
１２の開放端を閉鎖する。この状態で真空系の動作を開
始して上記高温真空加熱炉１０内に真空状態をつくる。

【００１６】上記真空系の動作により、高温真空加熱炉
１０内が所定の真空状態（例えば、１０^-6〜１０^-7Ｔｏ
ｒｒ）になった時点で、上記のヒータ３０に電極部３５
を介して電流を流して加熱する。その結果、ヒータ３０
から発生された熱はその周囲に熱輻射により移動しよう
とするが、このヒータ３０の周囲を取り囲むように配置
された種々のリフレクター（すなわち、サイドリフレク
ター２０、上部リフレクター２１、下部リフレクター１
８、さらには冷却ジャケット）の働きによって遮蔽反射
され、このリフレクター内部が高温加熱（例えば、１１
００゜Ｃ、最高１３００゜Ｃ）され、真空状態において
高温で加熱処理される。また、超高真空加熱炉では１１
００゜Ｃ、１０^-8Ｔｏｒｒとなる。なお、この加熱時に
は、上記冷却ジャケット４０には冷却用ガスを流さな
い。

【００１７】次に、この高温真空加熱炉１０の加熱を停
止して冷却しようとする場合は、まず、電極部３５を介
してヒータ３０へ供給される電流を遮断し、ヒータの発
熱を停止する。その結果、上記の高温真空加熱炉１０は
自然冷却により冷却し始める。そして、本発明によれ
ば、その温度が所定の温度まで低下したとき、上記冷却
ガス導入管４３を介して、冷却ジャケット４０内に冷却
用のガス（例えば、高純度のアルゴン（Ａｒ）ガス、あ
るいは、窒素（Ｎ₂ ）ガス等の不活性ガスで、高温状態
でも安定なガスを使用）を流し始める。これにより、加
熱処理された試料及びヒータ３０からの輻射熱は上記冷
却ジャケット４０に伝わり、この熱は、さらに、内部を
流れる冷却用ガスに伝達され、冷却ガス排出管４４を介
して上記高温真空加熱炉１０の外部に取り出され、速や
かな冷却動作が行われる。

【００１８】次いで、上記の本発明になる高温真空加熱
炉の冷却効果について、図３に示す実際に測定した実験
結果に基づき、以下に説明する。図３のグラフに於い
て、その横軸は時間（分）を示し、その縦軸は高温真空
加熱炉内部の温度を示す。そして、この実験では、高温
真空加熱炉を１２００゜Ｃまで加熱し、その後、所定の
温度（１５０゜Ｃ）まで低下する様子を測定している。
また、この実験では、（Ａ）自然冷却だけによる場合、
（Ｂ）７５０゜Ｃまで自然冷却し、その後冷却ジャケッ
トを作動させた場合、（Ｃ）６００゜Ｃまで自然冷却
し、その後冷却ジャケットを作動させた場合についての
結果が、それぞれ、曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示されている。な
お、この時の冷却用ガスとしては、Ａｒガスを使用し、
２５リットル／分の流量で流した。

【００１９】上記の実験結果からも明らかなように、自
然冷却だけによる場合（４８０分）に比較し、冷却ジャ
ケットを作動した場合には、約２５０分から２８０分程
度の比較的短い時間で１５０゜Ｃまで炉内の温度が低下
している。また、この実験結果からも明かなように、高
温真空加熱炉の冷却は、最初は周囲との温度差が大きい
ため、自然冷却による温度の低下勾配も大きいが、その
後は徐々に小さくなる。また、冷却ジャケットの作動開
始点は、高温時から開始した方がより早い時期に所定の
温度まで低下させることが出来るが、

【００２０】この実験結果からも明らかなように、冷却
当初は自然冷却を利用し、例えば７５０゜Ｃ程度の温度
になってから冷却ジャケットを作動しても十分な冷却効
果が得られ、効率的には格段に優れている。また、この
冷却用ガスは、水等に比較して蓄熱効果も少なく、高温
真空加熱炉の加熱速度あるいは加熱効率への悪影響はほ
とんど認められない。

【００２１】

【発明の効果】上記の詳細な説明からも明かな様に、本
発明によれば、高温真空加熱炉において、加熱効率を減
少することなく、かつ、効率の良く冷却することの可能
な加熱炉の冷却機構を提供することを可能とし、もっ
て、高温真空加熱炉の利用率を大幅に向上することが出
来るという優れた効果を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる高温真空加熱炉の冷却方法を採用
した高温真空加熱炉の要部構造を示す展開斜視図であ
る。

【図２】上記高温真空加熱炉の全体構成を示す一部断面
正面図である。

【図３】上記高温真空加熱炉により得られる冷却特性を
説明するグラフである。

【符号の説明】

１０高温真空加熱炉１２チャンバー本体１４蓋体１５下部リフレクター２０サイドリフレクター２１上部リフレクター４０冷却ジャケット４１流路スペーサ４２冷却用ガスの通路

Claims

【整理番号】０９００２８５−０２【特許請求の範囲】

【請求項１】真空排気系へ接続された真空チャンバー
の内部に加熱部を配置し、上記加熱部の周囲に熱遮蔽用
のリフレクターを設けた高温真空加熱炉において、上記
リフレクターを高融点材料を使用して形成すると共に、
上記リフレクターの内側にはガス冷却機構を設けたこと
を特徴とする高温真空加熱炉。
【請求項２】真空排気系へ接続された真空チャンバー
の内部に加熱部を配置し、上記加熱部の周囲に熱遮蔽用
のリフレクターを設けた高温真空加熱炉において、上記
加熱部の加熱を中断してこの高温真空加熱炉を冷却する
際、所定の温度まで低下した後に、上記リフレクターの
内側に設けられたガス冷却機構に不活性ガスを通流させ
て冷却を行うことを特徴とする高温真空加熱炉の冷却方
法。