JPWO2003071589A1 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
熱処理装置１は、熱処理容器２に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室５０と、処理対象を保持する保持手段３に作用して、処理対象を熱処理容器２と処理室５０との間にて移動させる移動手段１０と、を有する。
Description
技術分野
本発明は、磁場中で熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関し、微細にパターニングされた材料、磁性体などに対して、特にＭＲ膜、ＧＭＲ膜、ＴＭＲ膜などの磁性体材料に対して強磁場内で熱処理を行う熱処装置及び熱処理方法に関するものである。
背景技術
磁性体膜、例えば、磁気ヘッドや不揮発性メモリの一つであるＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などに用いられる磁性体材料である、スパッタリング法などで基板上に形成されたＦｅ−Ｎｉ、Ｐｔ−Ｍｎ、或いは、Ｃｏ−Ｆｅ合金などの薄膜は、強磁場中で熱処理を行うことでその磁気特性を発現することができる。
そこで、従来、電磁石又は永久磁石で形成された磁場中に電気炉、誘導加熱炉などを設置し、その中で熱処理を行う熱処理装置が提案されている。従来の熱処理装置の一例の概略構成を図１６に示す。
図１６に示すように、熱処理装置１Ａは、熱処理容器である円筒形状とされる真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持し且つ真空容器２の上部開口を開閉するための蓋部材４を備えたホルダー支持装置３Ｂとを有する。
真空容器２の上部にホルダー支持装置３Ｂが配置されており、磁性体材料などの熱処理される対象物（以下「処理対象」という。）を保持したホルダー３Ａがこの支持装置３Ｂにより内部へと装入される。
磁界発生手段２０は、真空容器２の外側で対向配置された一対の電磁石２１を備え、電磁石２４は磁心２２とコイル２３とを有する。
真空容器２の外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、加熱手段１００が設けられている。通常、加熱手段１００は、真空容器２の外面から所定の距離離間して、且つ、真空容器２の外周面を囲包して電気ヒータ１０１を配置することにより構成されている。電気ヒータ１０１は、例えば、図１６に示すように、真空容器２を囲包して配置された煉瓦或はセラミック製とされるヒータ支持体１０２の、真空容器外周面に対面した内周面に、例えば螺旋状の溝１０３を設け、この溝１０３にニクロム線１０４などの発熱線を設置することにより構成されている。又、ヒータ支持体１０２の外周面には、アルミナフェルト、煉瓦などとされる断熱材１０５が配置され、加熱手段１００の温度が電磁石２１へと伝達しないようにされる。
熱処理された処理対象は、真空容器２から取り出され、次いで、ホルダー３Ａには、新たに処理対象を保持して、支持装置３Ｂにより真空容器２内へと装入、保持して、上記熱処理が行われる。以後同様の手順にて、処理対象の熱処理がバッチ処理により継続して行われる。
従来、処理対象は、熱処理装置１Ａにて、通常、１５０℃〜５００℃にて熱処理されるが、場合によっては、５００℃〜８００℃程度での高温熱処理が行われることもあり、このような熱処理後の処理対象を高温度の状態にて真空容器２内から大気雰囲気へと取り出した場合には、酸化するなどにより変質することがある。
従って、従来、熱処理後の処理対象は、その温度が室温程度に下がるまで、真空容器２内に納めて置く必要があった。そのために、１バッチの処理時間が必然的に長いものとなった。水冷ジャケットを設けて冷却することも行われているが、熱処理後の処理対象の温度を室温程度にまで下げるには、一般には３〜４時間といった長時間を要した。
更に、従来の熱処理装置１Ａでは、図１６に示すように、熱処理された処理対象は、真空容器２から上方へと取り出され、次いで、ホルダー３Ａには、新たに処理対象を保持して、支持装置３Ｂにより真空容器２内へと上方から装入して、上記熱処理が行われる。以後同様の手順にて、処理対象の熱処理がバッチ処理により継続して行われる。
このように、従来の熱処理装置１Ａでは、処理対象とされる磁性体材料などは、重量が大であり、そのために、真空容器２の上端部を開口部とし、この開口部を介して処理対象の真空容器２内に対する出し入れを行う構成とされている。
本発明者らの研究実験の結果によると、上記構成の熱処理装置１Ａは無塵環境下に熱処理を行う構成とされているにも拘わらず、処理対象に塵が付着することが観察された。
この問題を解決するべく、更に検討を行ったところ、従来の熱処理装置１Ａは、支持装置３Ｂ、更には、図１６には示していないが、この支持装置３Ｂを上下動するための駆動モータを備えた昇降機構等の移動手段が、ホルダー３Ａに保持された処理対象及び真空容器２の上方に配置されているために、運転に際して、支持装置３Ｂ及び移動手段などから発生した塵が直接処理対象に付着したり、更には、真空容器２内へと侵入し、熱処理時に処理対象に付着することが分かった。
このように、ホルダー支持装置３Ｂ及び移動手段からの塵の発生を防止するには、装置全体の無塵化を大幅に増大することが必要となり、そのために装置構造が複雑、大型化する。その結果、装置の設置面積が大となり、装置配置の自由度が少なくなる。
そこで、本発明の主たる目的は、１バッチの処理時間を短くし、処理対象の処理量を増大することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
本発明の他の目的は、処理対象に塵が付き難い熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、装置設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度を向上することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
発明の開示
上記目的は本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室と、
前記保持手段に作用して、処理対象を前記熱処理容器と前記処理室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。本発明の一実施態様によれば、前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置される。
第２の本発明によれば、上記熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記熱処理容器に収納する工程、
（ｂ）前記熱処理容器内を所定の雰囲気として、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている前記処理室へ移動する工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。
上記第１及び第２の本発明の一実施態様によれば、前記処理対象は、熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、前記処理室は、非酸化雰囲気に設定する。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室の非酸化雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気とされる。また、前記処理室の雰囲気を真空としてもよい。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室は、所定温度に設定する。このとき、前記処理室の所定温度は、室温とし得る。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室は、前記熱処理容器の上方に、下方に、又は、側方に配置することができる。
第３の本発明によれば、処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器の下方に配置され、前記熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、
前記無塵室に配置され、前記保持手段に作用して処理対象を前記熱処理容器と前記無塵室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。
上記第３の本発明の一実施態様によると、前記熱処理容器は開口部を閉鎖することによって真空とされる真空容器であって、前記移動手段は、前記真空容器の開口部より下方に位置して配置される。
第３の本発明の他の実施態様によると、前記移動手段は、その可動部分が前記無塵室に配置された処理対象より下方に位置している。
第３の本発明の他の実施態様によると、前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置される。
第３の本発明の他の実施態様によると、少なくとも前記磁界発生手段は、前記熱処理容器に対して離接可能とされる。
第４の本発明によれば、上記構成の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記保持手段に収納する工程、
（ｂ）処理対象を前記熱処理容器へと下方より装入して、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を前記無塵室へと下方に移動して前記熱処理容器から取り出す工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例１
図１〜図４に本発明に係る熱処理装置１の一実施例の概略全体構成を示す。
本実施例によると、熱処理装置１は、従来の熱処理装置１Ａと同様に、熱処理容器としての真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持するホルダー支持装置３Ｂとを有する。
図５をも併せて参照するとより良く理解されるように、本実施例にて、真空容器２は、小径とされる容器本体部２Ａと、容器本体部２Ａの上部に一体に形成された大径の容器取付部２Ｂとを有する段付の円筒状容器とされる。容器本体部２Ａの下端部は、本実施例では非酸化性ガスを導入するための導管がバルブ２ａを介して接続されているが、実質的には閉鎖端とされ、容器取付部２Ｂの上端部は開放されている。
本実施例にて、容器上端部は、ホルダー支持装置３Ｂの蓋部材４が容器上端開口部に取付けられることにより密封される。真空容器２の容器本体部２Ａと容器取付部２Ｂとの間に形成される環状肩部２Ｃが下部構造体５の容器設置部５ａに載置され、真空容器２はその場に保持される。
真空容器２は、急冷却時において安定であることから、石英ガラスなどのセラミックスにて作製するのが好ましい。又、本実施例では、詳しくは後述するが、加熱手段３０による真空中の加熱が主として輻射熱により行われるために、石英ガラスは、光学的に透明なものが良い。真空容器２の厚さは、２〜６ｍｍとすることができ、本実施例では、３ｍｍである。
ホルダー３Ａは、例えばスパッタリングなどで形成されたＦｅ−Ｎｉ合金膜を有する直径１００〜２００ｍｍ程度の基板を載置するためのトレー６が３０枚程度、支持軸７にて保持されたものであり、その支持軸７の上端がホルダー支持装置３Ｂに懸垂支持されている。
ホルダー支持装置３Ｂには、ホルダー３Ａに保持された処理対象を磁場方向に対してその方向を変えられるように、ホルダー３Ａを回転自在に保持するのが好ましい。従って、本実施例では、ホルダー支持装置３Ｂに駆動モータ８を取付け、ホルダー３Ａの支持軸７を回転駆動可能に構成されている。
真空容器２は、真空容器上端部にホルダー支持装置３Ｂを取付けた後、真空容器上端部に連通した真空ポンプ（図示せず）により真空容器２内を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる。例えば、処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、金属薄膜の酸化を防ぐために、処理対象は、真空中、具体的には１Ｐａ以下の真空状態において熱処理するのが好ましい。又、好ましくは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスを真空容器２内に充填し、真空容器２内を非酸化性ガス雰囲気とする。
又、ホルダー支持装置３Ｂは容器上端部に配置されており、ホルダー３Ａは、移動手段としての昇降機構１０（図４参照）により、ホルダー支持装置３Ｂと共に容器２外へと上方に吊り上げることができる。従って、この状態にて磁性体材料などとされる熱処理される対象物をホルダー３Ａに装着したり、或はホルダー３Ａから取り出すことができる。移動手段としての昇降機構１０については、後で詳述する。
磁界発生手段２０は、対向配置された一対の電磁石２１を備えており、各電磁石２１は、図５に示すように、磁心２２とコイル２３とを有する。本実施例によると、詳しくは後述するが、真空容器２と磁心２２との間に配置される加熱手段３０の厚さを薄くすることができ、そのために、対をなす電磁石２１の磁心２２、２２間の距離を短くすることが可能となり、従って、電磁石２１自体を小型化することができる。又、本実施例によれば、磁心２２は加熱されないので、耐熱性の低い材料を用いることができる。そのために、本実施例では、磁界発生手段２０にて発生する磁界密度は、０．０５テスラ以上、特には、０．１テスラ〜５テスラ程度とし得る。本実施例での磁心２２間の距離（Ｌ０）（図５参照）は、３００ｍｍである。
図６をも参照すると理解されるように、真空容器２の容器本体２Ａの外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、薄形の加熱手段３０が設けられる。加熱手段３０としては、これに限定されるものではないが、電気抵抗加熱による電気ヒータ３１を有する。このような加熱手段３０は、電源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、コスト的にも低廉であり好ましい。
更に説明すると、加熱手段３０は、真空容器本体２Ａの外周面を囲包して配置された電気的に絶縁性の内筒管３２と、内筒管３２とは所定の距離を置いて配置された流体冷却部３３を構成する水冷ジャケットとを有する。内筒管３２は、厚さ２〜６ｍｍの石英ガラスチューブにて作製することができる。内筒管３２と真空容器本体２Ａの外周面との間には、２〜４ｍｍの空隙（Ｇ１）を設ける。本実施例では、真空容器本体２Ａの外径（Ｄ１）が２４０ｍｍとされたので、内筒管３２の内径（Ｄ２）は２４５ｍｍとした。又、内筒管３２の軸線方向長さ（Ｌ１）は４５０ｍｍとした。
水冷ジャケット３３は、内壁３４と外壁３５とを備えた二重管構造の円筒体とされ、上端と下端とは上壁３６及び下壁３７にてそれぞれ閉鎖されている。本実施例では、図５に示すように、外壁３５が下壁３７より軸線方向に長くされているが、下方の延長部には、円環状の支持板３８が一体に固定され、上記内筒管３２を支持している。水冷ジャケット３３には、図示されてはいないが、下方部に水供給口が形成され、上方部に水排出口が形成されており、通常、水とされる冷却用流体Ｒが流動される。冷却用流体Ｒは、循環させても良い。
尚、水冷ジャケット３３は、図７に示すように、円周方向に連続した円筒形状とするのではなく、軸線方向に沿って延在した切れ目３９を有するように形成することもできる。この場合には、この切れ目３９を利用して、水冷ジャケット３３の内部に設置されるヒータ３１の端子を取り出すことが可能となる。
水冷ジャケット３３は、金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、本実施例では、内壁３４、外壁３５、上壁３６、下壁３７などを厚さ３ｍｍのステンレススチール板にて作製した。内筒管３２を囲包して配置された水冷ジャケット３３の内壁３４の内面と、内筒管３２との間には、ヒータ３１を配置するために８〜１３ｍｍの空隙（Ｇ２）を設ける。本実施例では、内筒管３２の外径（Ｄ３）が２５３ｍｍとされたので、水冷ジャケット３３の内径（Ｄ４）は２７２ｍｍとした。又、水冷ジャケット３３の内壁３４の軸線方向長さは、加熱手段３０を完全に覆う大きさとした。
次に加熱手段３０について更に説明する。本発明によると、加熱手段３０は、上述のように、電気ヒータ３１を有し、内筒管３２の外周回りに螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、電気ヒータ３１は、図８に示すように、抵抗加熱発熱線３１Ａを電気絶縁チューブ３１Ｂで被覆した形状とされる。抵抗加熱発熱線３１Ａは、ニクロム線、或は、白金などの貴金属非磁性金属発熱体なども好適に使用し得る。電気絶縁チューブ３１Ｂは、繊維状とされるアルミナファイバーを編んだチューブとされるか、又は、石英或はアルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる。本実施例では、抵抗加熱発熱線３１Ａは、直径２．０〜２．６ｍｍのニクロム線を、アルミナファイバーを編んだチューブ３１Ｂで被覆した、外径３．５ｍｍのものを使用した。
抵抗加熱発熱線３１Ａは、上述のように磁界発生手段２０による磁界内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、抵抗加熱発熱線３１Ａは、絶縁チューブ３１Ｂで電気的絶縁を取るのが好ましい。
又、相互作用による力を少なくするために、抵抗加熱発熱線３１Ａの電流の流れる方向を、それにより生じる磁界がキャンセルされるように配置する、所謂、無誘導巻きとすることが好ましい。
つまり、ヒータ３１は、図９に示すように、一端で接続された、即ち、Ｕ字状とされた二重線状態で内筒管３２に単層巻きにて巻き付けられる。従って、軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線３１Ａに流れる電流の方向が逆方向とされ、それによって、抵抗加熱発熱線３１Ａを流れることによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。もし、単に１本のヒータ３１を巻き付けただけでは、上述のように、抵抗加熱発熱線３１Ａに電流を流したとき、磁界発生手段２０からの磁界により、抵抗加熱発熱線３１Ａが力を受け、ヒータ３１が移動したり、振動したりする。
更に、加熱用電流は、このような力のキャンセルを安定なものとできるので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段３０には、通常、温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ３１への通電を制御する。
通常の熱処理の温度範囲は、１５０℃〜５００℃程度であるが、磁性膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、特に５００℃〜８００℃程度とされる。又、冷却速度は、ＭＲ素子用磁性膜の熱処理の場合には、冷却速度を５℃／分以上、特には、１５℃／分〜２００℃／分とすることが好ましい。
ヒータ３１の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、水冷ジャケット３３とヒータ３１との間には、本実施例では、水冷ジャケット３３をステンレススチールにて作製したために、シート状電気絶縁材としてのアルミナシート４０（図６）を配置するのが良い。アルミナシート４０としては、厚さ１〜３ｍｍ程度のもので良い。ヒータ３１と水冷ジャケット３３との間の電気絶縁材の厚さは、４ｍｍ以下とすることが好ましい。内筒管３２を設けることなく、ヒータ３１をアルミナシート４０の内周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置１は、更に、磁界発生手段２０のための電源、磁界の測定制御装置、真空容器２を真空にするための真空ポンプ制御部、装置全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、これら各要素は、当業者には周知のものを使用し得るので、詳しい説明は省略する。
尚、上記説明では磁界発生手段２０は電磁石２１であるとしたが、超伝導電磁石でも良い。また、加熱手段３０は、真空容器２の外側に配置するものとしたが、所望に応じて、真空容器２の内部に設置しても構わない。
次に、本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、図１〜図４にて解されるように、熱処理装置１には、真空容器２に連通する空間を画成する密閉可能の処理室５０が設けられる。
本実施例では、処理室５０は、立方形の箱形とされ、真空容器２、加熱手段３０、磁界発生手段２０等を収納した下部構造体５の上方に設置される。従って、真空容器２の容器取付部２Ｂが下方より処理室５０内へと突出しており、容器取付部２Ｂが処理室５０に開口している。
又、本実施例によれば、処理室５０内には、真空容器２の容器取付部２Ｂと、ホルダー支持装置３Ｂと、移動手段としての昇降機構１０と、が配置される。
また、本実施例では、処理室５０に隣接して中間室７０が配置される。中間室７０は、処理室５０と外部との間で、処理対象を出し入れするための密閉可能な空間であって、外部と処理室５０とを遮蔽し、好ましくは真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、処理室５０内の雰囲気を一定に保つことができる。
処理室５０と中間室７０との仕切り壁、更には、中間室７０と外部との間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ７１、７２が配置されている。中間室７０には、回転駆動されるインデックステーブル７３が配置され、処理対象を納めたカセット７４が、本実施例では、円周上４カ所に位置決め設置可能とされている。インデックステーブル７３は、油圧シリンダとされるカセットエレベータ７５にて、中間室７０内にて上下動可能とされる。
また、処理室５０内には、ハンドリング手段、即ち、ハンドリングロボット５１が設置され、ゲートバルブ７１を開とすることによって、カセットエレベータ７５と協働して、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー支持装置３Ｂに支持されたホルダー３Ａのトレー６へと移送する。斯かる作動をなすハンドリングロボット５１は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。
本実施例によると、図１に示すように、処理室５０内には、処理対象を真空容器２内へと挿入する装入位置（Ａ）から、ハンドリングロボット５１により処理対象を１枚づつ受け取る受容位置（Ｂ）まで、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを移動させるために、或いは、受容位置（Ｂ）から装入位置（Ａ）まで移動させるために、走行手段としての走行装置５２が設けられる。
走行装置５２は、種々の構造を採用し得るが、本実施例では、図２及び図４に最も良く図示するように、走行装置５２は、処理室５０の底壁基台部分に設置されたガイド条５３と、このガイド条５３に沿って直線走行するスライダ５４を備えた台車５５と、を有する。従って、台車５５は、油圧シリンダのような駆動手段（図示せず）を駆動することにより、ガイド条５３に沿って往復直線運動する。台車５５には、移動手段としての昇降機構１０が取り付けられる。
本実施例にて、昇降機構１０は、台車５５に固定設置され、上方へと延在したフレーム構造体６１と、フレーム構造体６１にホルダー支持装置３Ｂを支持するための支持手段６２を有する。
支持手段６２は、一端がホルダー支持装置３Ｂに固定され、他端がフレーム構造体６１に設置されたガイドロッド６３に支承部材６４を介して上下方向に移動可能に取り付けられている。又、フレーム構造体６１には、駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸６５が設置されており、支持手段６１に固定したナット６６と螺合している。従って、親ねじ軸６５を駆動手段により駆動することにより、支持手段６２はフレーム構造体６１に対して上下動自在とされる。
上記構成により、台車５５を駆動手段によりガイド条５３に沿って駆動することによって、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａは、一体として処理対象装入位置（Ａ）と処理対象受容位置（Ｂ）との間を移動可能とされる。また、処理対象装入位置（Ａ）では、昇降機構１０を駆動することによりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器内へと挿入したり、或いは、真空容器２から外方へと取り出すことができる。
また、中間室７０には、上述のように、中間室７０にカセットを設置するためのカセット装入ゲートバルブ７２が設けられている。従って、作業者は、このカセット装入ゲートバルブ７２を開とすることによって、処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室７０のインデックステーブル７３に設置することができる。
次に、本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明する。
先ず、昇降機構１０を駆動して、装入位置（Ａ）に配置されたホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内から上方へと取り出す。その後、駆動手段を駆動することにより台車５５を走行させ、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを一体として処理対象受容位置（Ｂ）に停止させる。
処理室５０と中間室７０との仕切り壁に設けられたゲートバルブ７１を開として、ハンドリングロボット５１により、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー３Ａに移送する。
ホルダー３Ａへの処理対象の移送が終わると、ゲートバルブ７１を閉とすると共に、台車５５を駆動してホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを処理対象装入位置（Ａ）へと走行させ、停止させる。
次いで、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内へと挿入する。真空容器２の開口部は、ホルダー支持装置３Ｂに設けられた密閉蓋４により閉鎖される。
その後、上述した従来と同様の手順にて、真空容器２内を真空引きして減圧し、真空容器２内は非酸化性ガス雰囲気とされる。次いで、ホルダーに支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、本発明によれば、処理室５０は、真空容器２の開口を塞いだ状態で、密閉状態とされ、所定の雰囲気に設定される。
つまり、本実施例では、処理対象が、ＭＲ膜、ＧＭＲ膜などの磁性体材料であって、室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するものであるので、処理室５０内は、窒素、アルゴンなどの非酸化雰囲気状態とされる。従って、処理室５０内は、１Ｐａ以下に真空引きした後、本実施例では窒素ガスを充填し、室温、１気圧（０．１ＭＰａ）の窒素ガス雰囲気とした。または、真空のままとすることもできる。処理室５０内の雰囲気条件は、必要に応じて、所望のガス、及び、所望の室温、圧力等を選択することができる。
処理室５０を非酸化雰囲気状態とした後、真空容器２内にバルブ１０ａを介して窒素ガスを入れることで真空容器２内の真空状態を開放し、昇降機構１０を駆動することにより、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器の開口部より上方へと引き上げる。
処理室５０内は、室温で、非酸化雰囲気状態とされており、それによって、熱処理された処理対象は、変質することなく、急冷される。
本発明者らの実験の結果によれば、５００℃〜８００℃程度にまで加熱された処理対象が、５０℃にまで冷却されるのに略２５分であった。従来の３〜４時間に比較すると、冷却時間を著しく低減することができた。また、処理対象の物性が変化することもなかった。
続いて、上述したように、台車５５を駆動手段にて駆動することにより走行させ、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを一体として処理対象受容位置（Ｂ）へと移動させ、ホルダー３Ａに支持した処理済みの処理対象をハンドリングロボット５１により中間室７０へと移送すると共に、中間室７０内にセットされた次に処理すべきカセット７４に収納された処理対象をホルダー３Ａ内へと移送する。
この後は、上述した手順にて、次のバッチに対する処理作業が開始される。
このように、本発明によれば、１バッチの処理時間を大幅に短縮することができる。
更に、冷却時間を短縮し、１バッチの処理時間を大幅に短縮するためには、処理室５０内の雰囲気ガスを処理室５０内で循環させることも可能である。更には、雰囲気ガスを、ダクト（図示せず）を介して処理室５０外へと導出し、冷却した後、塵の混入を避けるためにフィルターＦ（図２）を介して、再度処理室５０内へと還流することも可能である。いずれの場合にも、雰囲気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにすると、冷却速度を更に速めることができる。
実施例２
実施例１では、処理室５０が真空容器２の上方に位置し、処理対象は、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して上下方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動するものとして説明したが、本実施例では、図１０に示すように、処理室５０が真空容器２の下方に位置し、処理対象は、実施例１の場合と同様に、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して上下方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動することができる。
本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができ、更に、本実施例では、処理対象を移動させる移動手段１０などが、真空容器２の下方に配置されるために、処理対象に塵が付き難いといった利点がある。特に、処理室５８を無塵室とした構成については実施例４にて更に詳しく説明する。
実施例３
実施例１及び実施例２と異なり、本実施例では、図１１に示すように、真空容器２を水平方向に配置し、処理室５０を真空容器２の側方に位置する構成とされる。
この実施例では、処理対象は、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して水平方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動することとなる。
本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
実施例４
本実施例では、無塵室として機能する処理室５０が、実施例２において説明したと同様に、真空容器２の下方に位置する構成とされ、処理対象に塵が付き難くした熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳しく説明する。
図１２〜図１４に本実施例の熱処理装置１の概略全体構成を示す。
本実施例によると、熱処理装置１は、従来の熱処理装置１Ａと同様に、熱処理容器としての真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持するホルダー支持装置３Ｂとを有する。本実施例の熱処理装置１は、真空容器２の開口部が下方端に形成されており、従って、ホルダー支持装置３Ｂが真空容器２の下方に配置されている。
更に説明すると、本実施例にて、真空容器２は、小径とされる容器本体部２Ａと、容器本体部２Ａの下部に一体に形成された大径の容器取付部２Ｂとを有する段付の円筒状容器とされる。容器本体部２Ａの上端部は、本実施例では非酸化性ガスを導入するための導管がバルブ２ａを介して接続されているが、実質的に閉鎖端とされ、容器取付部２Ｂの下端部は開放されている。
本実施例にて、容器下端部は、ホルダー支持装置３Ｂの蓋部材４が容器下端開口部に取付けられることにより密封される。また、真空容器２の容器本体部２Ａと容器取付部２Ｂとの間に形成される環状肩部２Ｃが、下部構造体５を形成する無塵室５０の容器設置部５ａに載置され、真空容器２はその場に保持される。
真空容器２は、急冷却時において安定であることから、石英ガラスなどのセラミックスにて作製するのが好ましい。又、本実施例では、詳しくは後述するが、先の実施例と同様に、加熱手段３０による真空中の加熱が主として輻射熱により行われるために、石英ガラスは、光学的に透明なものが良い。真空容器２の厚さは、２〜６ｍｍとすることができ、本実施例では、３ｍｍである。
ホルダー３Ａは、例えばスパッタリングなどで形成されたＦｅ−Ｎｉ合金膜を有する直径１００〜２００ｍｍ程度の基板を載置するためのトレー６が３０枚程度、支持軸体７にて保持されたものであり、その支持軸体７の下端がホルダー支持装置３Ｂに連結支持されている。
ホルダー支持装置３Ｂには、ホルダー３Ａに保持された処理対象を磁場方向に対してその方向を変えられるように、ホルダー３Ａを回転自在に保持するのが好ましい。従って、本実施例では、ホルダー支持装置３Ｂに駆動モータ８を取付け、ホルダー３Ａの支持軸体７を回転駆動可能に構成されている。
真空容器２は、真空容器下端部にホルダー支持装置３Ｂを取付けた後、真空容器下端部に連通した真空ポンプＰ（図１４参照）により真空容器２内を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる。例えば、処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、金属薄膜の酸化を防ぐために、処理対象は、真空中、具体的には１Ｐａ以下の真空状態において熱処理するのが好ましい。又、好ましくは、所定の雰囲気とされる。本実施例では、上記バルブ２ａを開として、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスを真空容器２内に充填し、真空容器２内を非酸化性ガス雰囲気とする。
又、図１４を参照するとより良く理解されるように、ホルダー支持装置３Ｂは、容器下端部に配置されており、ホルダー３Ａは、移動手段としての昇降機構１０により、ホルダー支持装置３Ｂと共に容器２外へと下方に降下して移動させることができる。従って、この状態にて磁性体材料などとされる熱処理される対象物をホルダー３Ａに装着したり、或はホルダー３Ａから取り出すことができる。移動手段としての昇降機構１０については、後で詳述する。
磁界発生手段２０は、対向配置された一対の電磁石２１を備えており、各電磁石２１は、図１５に示すように、磁心２２とコイル２３とを有する。本実施例によると、詳しくは後述するが、真空容器２と磁心２２との間に配置される加熱手段３０の厚さを薄くすることができ、そのために、対をなす電磁石２１の磁心２２、２２間の距離を短くすることが可能となり、従って、電磁石２１自体を小型化することができる。又、本実施例によれば、磁心２２は加熱されないので、耐熱性の低い材料を用いることができる。そのために、本実施例では、磁界発生手段２０にて発生する磁界密度は、０．０５テスラ以上、特には、０．１テスラ〜５テスラ程度とし得る。本実施例での磁心２２間の距離（Ｌ０）（図１５参照）は、３００ｍｍである。
本実施例においても実施例１にて説明したと同様の構成とされ、図６をも参照すると理解されるように、真空容器２の容器本体２Ａの外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、薄形の加熱手段３０が設けられる。加熱手段３０としては、これに限定されるものではないが、電気抵抗加熱による電気ヒータ３１を有する。このような加熱手段３０は、電源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、コスト的にも低廉であり好ましい。
更に説明すると、加熱手段３０は、真空容器本体２Ａの外周面を囲包して配置された電気的に絶縁性の内筒管３２と、内筒管３２とは所定の距離を置いて配置された流体冷却部３３を構成する水冷ジャケットとを有する。内筒管３２は、厚さ２〜６ｍｍの石英ガラスチューブにて作製することができる。内筒管３２と真空容器本体２Ａの外周面との間には、２〜４ｍｍの空隙（Ｇ１）を設ける。本実施例では、真空容器本体２Ａの外径（Ｄ１）が２４０ｍｍとされたので、内筒管３２の内径（Ｄ２）は２４５ｍｍとした。又、内筒管３２の軸線方向長さ（Ｌ１）は４５０ｍｍとした。
水冷ジャケット３３は、内壁３４と外壁３５とを備えた二重管構造の円筒体とされ、上端と下端とは上壁３６及び下壁３７にてそれぞれ閉鎖されている。本実施例では、図１５に示すように、外壁３５が下壁３７より軸線方向に長くされているが、下方の延長部には、円環状の支持板３８が一体に固定され、上記内筒管３２を支持している。水冷ジャケット３３には、図示されてはいないが、下方部に水供給口が形成され、上方部に水排出口が形成されており、通常、水とされる冷却用流体Ｒが流動される。冷却用流体Ｒは、循環させても良い。
尚、水冷ジャケット３３は、実施例１と同様の構成の水冷ジャケットを使用することができ、図７に示すように、円周方向に連続した円筒形状とするのではなく、軸線方向に沿って延在した切れ目３９を有するように形成することもできる。この場合には、この切れ目３９を利用して、水冷ジャケット３３の内部に設置されるヒータ３１の端子を取り出すことが可能となる。
水冷ジャケット３３は、金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、本実施例では、内壁３４、外壁３５、上壁３６、下壁３７などを厚さ３ｍｍのステンレススチール板にて作製した。内筒管３２を囲包して配置された水冷ジャケット３３の内壁３４の内面と、内筒管３２との間には、ヒータ３１を配置するために８〜１３ｍｍの空隙（Ｇ２）を設ける。本実施例では、内筒管３２の外径（Ｄ３）が２５３ｍｍとされたので、水冷ジャケット３３の内径（Ｄ４）は２７２ｍｍとした。又、水冷ジャケット３３の内壁３４の軸線方向長さは、加熱手段３０を完全に覆う大きさとした。
次に加熱手段３０について更に説明する。本発明によると、加熱手段３０は、上述のように、電気ヒータ３１を有し、内筒管３２の外周回りに螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、電気ヒータ３１は、図８に示すように、抵抗加熱発熱線３１Ａを電気絶縁チューブ３１Ｂで被覆した形状とされる。抵抗加熱発熱線３１Ａは、ニクロム線、或は、白金などの貴金属非磁性金属発熱体なども好適に使用し得る。電気絶縁チューブ３１Ｂは、繊維状とされるアルミナファイバーを編んだチューブとされるか、又は、石英或はアルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる。本実施例では、抵抗加熱発熱線３１Ａは、直径２．０〜２．６ｍｍのニクロム線を、アルミナファイバーを編んだチューブ３１Ｂで被覆した、外径３．５ｍｍのものを使用した。
抵抗加熱発熱線３１Ａは、上述のように磁界発生手段２０による磁界内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、抵抗加熱発熱線３１Ａは、絶縁チューブ３１Ｂで電気的絶縁を取るのが好ましい。
又、相互作用による力を少なくするために、抵抗加熱発熱線３１Ａの電流の流れる方向を、それにより生じる磁界がキャンセルされるように配置する、所謂、無誘導巻きとすることが好ましい。
つまり、ヒータ３１は、図９に示すように、一端で接続された、即ち、Ｕ字状とされた二重線状態で内筒管３２に単層巻きにて巻き付けられる。従って、軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線３１Ａに流れる電流の方向が逆方向とされ、それによって、抵抗加熱発熱線３１Ａを流れることによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。もし、単に１本のヒータ３１を巻き付けただけでは、上述のように、抵抗加熱発熱線３１Ａに電流を流したとき、磁界発生手段２０からの磁界により、抵抗加熱発熱線３１Ａが力を受け、ヒータ３１が移動したり、振動したりする。
更に、加熱用電流は、このような力のキャンセルを安定なものとできるので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段３０には、通常、温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ３１への通電を制御する。
通常の熱処理の温度範囲は、１５０℃〜５００℃程度であるが、磁性膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、特に５００℃〜８００℃程度とされる。又、冷却速度は、ＭＲ素子用磁性膜の熱処理の場合には、冷却速度を５℃／分以上、特には、１５℃／分〜２００℃／分とすることが好ましい。
ヒータ３１の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、水冷ジャケット３３とヒータ３１との間には、本実施例では、水冷ジャケット３３をステンレススチールにて作製したために、シート状電気絶縁材としてのアルミナシート４０（図６）を配置するのが良い。アルミナシート４０としては、厚さ１〜３ｍｍ程度のもので良い。ヒータ３１と水冷ジャケット３３との間の電気絶縁材の厚さは、４ｍｍ以下とすることが好ましい。内筒管２を設けることなく、ヒータ３１をアルミナシート４０の内周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置１は、更に、磁界発生手段２０のための電源、磁界の測定制御装置、真空容器２を真空にするための真空ポンプ制御部、装置全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、これら各要素は、当業者には周知のものを使用し得るので、詳しい説明は省略する。
尚、上記説明では磁界発生手段２０は電磁石２１であるとしたが、超伝導電磁石でも良い。また、加熱手段３０は、真空容器２の外側に配置するものとしたが、所望に応じて、真空容器２の内部に設置しても構わない。
次に、本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、熱処理装置１には、処理室としても機能する、真空容器２の下方開口部に連通する無塵空間を画成する密閉可能の無塵室５０が設けられる。本実施例では、真空容器２を囲包して配置された電磁石２１等は、重量が大であり、無塵室５０上に設置するのではなく、無塵室５０を囲包して設置された基台構造体５に取り付けられる。
本実施例では、無塵室５０は、立方形の箱形とされ、真空容器２、加熱手段３０、磁界発生手段２０等の下方に設置される。従って、真空容器２の容器取付部２Ｂが無塵室５０内へと下側に突出しており、容器取付部２Ｂの開口部が無塵室５０に開口している。
又、本実施例によれば、無塵室５０内には、真空容器２の容器取付部２Ｂと、ホルダー支持装置３Ｂと、移動手段としての昇降機構１０と、が配置される。
また、本実施例では、無塵室５０に隣接して中間室７０が配置される。中間室７０は、無塵室５０と外部との間で、処理対象を出し入れするための密閉可能な空間であって、外部と無塵室５０とを遮蔽し、好ましくは真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、無塵室５０内の雰囲気を一定に保つことができる。
無塵室５０と中間室７０との仕切り壁、更には、中間室７０と外部との間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ７１、７２が配置されている。中間室７０には、回転駆動されるインデックステーブル７３が配置され、処理対象を納めたカセット７４が、本実施例では、円周上４カ所に位置決め設置可能とされている。インデックステーブル７３は、油圧シリンダとされるカセットエレベータ７５にて、中間室７０内にて上下動可能とされる。
また、無塵室５０内には、ハンドリング手段、即ち、ハンドリングロボット５１が設置され、ゲートバルブ７１を開とすることによって、カセットエレベータ７５と協働して、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー支持装置３Ｂに支持されたホルダー３Ａのトレー６へと移送する。斯かる作動をなすハンドリングロボット５１は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。
本実施例にて、昇降機構１０は、図１２〜図１４を参照するとより良く理解されるように、無塵室５０の底壁に固定設置され、上方へと延在したフレーム構造体６１と、フレーム構造体６１にホルダー支持装置３Ｂを支持するための支持手段６２を有する。
支持手段６２は、一端がホルダー支持装置３Ｂに固定され、他端がフレーム構造体６１に設置されたガイドロッド６３に支承部材６４を介して上下方向に移動可能に取り付けられている。又、フレーム構造体６１には、駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸６５が設置されており、支持手段６２に固定したナット６６と螺合している。従って、親ねじ軸６５を駆動手段により駆動することにより、支持手段６２はフレーム構造体６１に対して上下動自在とされる。
上記構成により、昇降機構１０を駆動することによりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内へと挿入したり、或いは、真空容器２から外方へと取り出すことができる。
また、中間室７０には、上述のように、中間室７０にカセットを設置するためのカセット装入ゲートバルブ７２が設けられている。従って、作業者は、このカセット装入ゲートバルブ７２を開とすることによって、処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室７０のインデックステーブル７３に設置することができる。
次に、本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明する。
先ず、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内から下方へと降下させ、真空容器２外へと露出させる。
無塵室５０と中間室７０との仕切り壁に設けられたゲートバルブ７１を開として、ハンドリングロボット５１により、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー３Ａに移送する。
ホルダー３Ａへの処理対象の移送が終わると、ゲートバルブ７１を閉とする。
次いで、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを下方より上方の真空容器２内へと挿入する。真空容器２の開口部は、ホルダー支持装置３Ｂに設けられた密閉蓋４により閉鎖される。
その後、上述した従来と同様の手順にて、真空容器２内を真空引きして減圧し、真空容器２内は非酸化性ガス雰囲気とされる。次いで、ホルダー３Ａに支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、本実施例によれば、無塵室５０は、先の実施例で説明した処理室としても機能し、真空容器２の開口を塞いだ状態で、密閉状態とされ、真空とされる。必要に応じて、所定の雰囲気に設定される。
つまり、本実施例では、処理対象が、ＭＲ膜、ＧＭＲ膜などの磁性体材料であって、室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するものであるので、無塵室５０内は、窒素、アルゴンなどの非酸化雰囲気状態とされる。従って、無塵室５０内は、１Ｐａ以下に真空引きした後、本実施例では窒素ガスを充填し、室温、１気圧（０．１ＭＰａ）の窒素ガス雰囲気とした。または、真空のままとすることもできる。無塵室５０内の雰囲気条件は、必要に応じて、所望のガス、及び、所望の室温、圧力等を選択することができる。
無塵室５０を非酸化雰囲気状態とした後、真空容器２内にバルブ１０ａを介して窒素ガスを入れることで真空容器２内の真空状態を開放し、昇降機構１０を駆動することにより、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器の下端開口部より下方へと降下させる。
無塵室５０内は、室温で、非酸化雰囲気状態とされており、それによって、熱処理された処理対象は、変質することなく、急冷することができる。
続いて、ホルダー３Ａに支持した処理済みの処理対象をハンドリングロボット５１により中間室７０へと移送すると共に、中間室７０内にセットされた次に処理すべきカセットに収納された処理対象をホルダー３Ａ内へと移送する。
この後は、上述した手順にて、次のバッチに対する処理作業が開始される。
このように、本実施例によれば、真空容器２のような熱処理容器の下側に無塵室５０を設け、更には、処理対象を移動させる移動手段１０の少なくとも可動部分を真空容器２の下方に、更に好ましくは、処理対象よりも下方に位置するようにして配置されているので、塵の発生源である移動手段１０の可動部分などを処理対象よりも下側に配置することができ、従来装置に比較すると、処理対象への塵の付着を大幅に減少することができる。
また、塵の発生源である移動手段１０の可動部分などを真空容器２、更には、処理対象よりも下側に配置する構成とされるので、移動手段１０等は、その配置の自由度が高まり、熱処理装置１の任意の位置に設定することができ、小型化を図ることが可能となる。従って、熱処理装置全体の設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度もまた向上する。
更に、冷却時間を短縮し、１バッチの処理時間を大幅に短縮するためには、無塵室５０内の雰囲気ガスを無塵室５０内で循環させることも可能である。更には、雰囲気ガスを、ダクトを介して無塵室５０外へと導出し、冷却した後、塵の混入を避けるためにフィルターを介して、再度無塵室５０内へと還流することも可能である。いずれの場合にも、雰囲気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにすると、冷却速度を更に速めることができる。
上記実施例によれば、真空容器２を囲包して配置された電磁石２１、加熱手段３０、水冷ジャケット３３等は、無塵室５０を囲包して設置された基台構造体５に取り付けられた構造とされるので、少なくとも電磁石２１、好ましくは、加熱手段３０及び流体冷却部３３等を分割可能の構造とすることによって、図１５に一点鎖線にて示すように、熱処理工程後に、これら電磁石２１、加熱手段３０、水冷ジャケット３３等を分割移動して、熱処理容器２より離隔することにより熱処理容器２をも空冷することが極めて容易に達成できる。熱処理容器冷却後には、上記装置２１、３０、３３等を熱処理容器２に対する所定位置へと復帰移動する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の一態様によれば、熱処理装置が、熱処理容器に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室と、処理対象を熱処理容器と処理室との間にて移動させる移動手段と、を有し、熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている処理室へ移動して、急冷することができるので、１バッチの処理時間を短くし、処理対象の処理量を増大することができる。
本発明の他の態様によれば、熱処理装置が、熱処理容器の下方に配置され、熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、無塵室に配置され、処理対象を保持する保持手段に作用して処理対象を熱処理容器と無塵室との間にて移動させる移動手段と、を有し、処理対象を熱処理容器へと下方より装入して、磁場中で熱処理を行い、又、熱処理済みの処理対象を無塵室へと下方に移動して熱処理容器から取り出すことができるので、
（１）処理対象に塵が付き難い。
（２）装置設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度を向上することができる。
といった効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面正面図である。
図２は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面平面図である。
図３は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面側面図である。
図４は、図１の線４−４に取った概略成断面側面図である。
図５は、真空容器、加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面図である。
図６は、加熱手段の一部拡大断面図である。
図７は、水冷ジャケットの一実施例の全体図を示す斜視図である。
図８は、電気ヒータの断面図である。
図９は、電気ヒータの設置方法を説明する斜視図である。
図１０は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。
図１１は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。
図１２は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面正面図である。
図１３は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面平面図である。
図１４は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面側面図である。
図１５は、真空容器、加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面図である。
図１６は、従来の熱処理装置の概略構成断面図である。
本発明は、磁場中で熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関し、微細にパターニングされた材料、磁性体などに対して、特にＭＲ膜、ＧＭＲ膜、ＴＭＲ膜などの磁性体材料に対して強磁場内で熱処理を行う熱処装置及び熱処理方法に関するものである。
背景技術
磁性体膜、例えば、磁気ヘッドや不揮発性メモリの一つであるＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などに用いられる磁性体材料である、スパッタリング法などで基板上に形成されたＦｅ−Ｎｉ、Ｐｔ−Ｍｎ、或いは、Ｃｏ−Ｆｅ合金などの薄膜は、強磁場中で熱処理を行うことでその磁気特性を発現することができる。
そこで、従来、電磁石又は永久磁石で形成された磁場中に電気炉、誘導加熱炉などを設置し、その中で熱処理を行う熱処理装置が提案されている。従来の熱処理装置の一例の概略構成を図１６に示す。
図１６に示すように、熱処理装置１Ａは、熱処理容器である円筒形状とされる真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持し且つ真空容器２の上部開口を開閉するための蓋部材４を備えたホルダー支持装置３Ｂとを有する。
真空容器２の上部にホルダー支持装置３Ｂが配置されており、磁性体材料などの熱処理される対象物（以下「処理対象」という。）を保持したホルダー３Ａがこの支持装置３Ｂにより内部へと装入される。
磁界発生手段２０は、真空容器２の外側で対向配置された一対の電磁石２１を備え、電磁石２４は磁心２２とコイル２３とを有する。
真空容器２の外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、加熱手段１００が設けられている。通常、加熱手段１００は、真空容器２の外面から所定の距離離間して、且つ、真空容器２の外周面を囲包して電気ヒータ１０１を配置することにより構成されている。電気ヒータ１０１は、例えば、図１６に示すように、真空容器２を囲包して配置された煉瓦或はセラミック製とされるヒータ支持体１０２の、真空容器外周面に対面した内周面に、例えば螺旋状の溝１０３を設け、この溝１０３にニクロム線１０４などの発熱線を設置することにより構成されている。又、ヒータ支持体１０２の外周面には、アルミナフェルト、煉瓦などとされる断熱材１０５が配置され、加熱手段１００の温度が電磁石２１へと伝達しないようにされる。
熱処理された処理対象は、真空容器２から取り出され、次いで、ホルダー３Ａには、新たに処理対象を保持して、支持装置３Ｂにより真空容器２内へと装入、保持して、上記熱処理が行われる。以後同様の手順にて、処理対象の熱処理がバッチ処理により継続して行われる。
従来、処理対象は、熱処理装置１Ａにて、通常、１５０℃〜５００℃にて熱処理されるが、場合によっては、５００℃〜８００℃程度での高温熱処理が行われることもあり、このような熱処理後の処理対象を高温度の状態にて真空容器２内から大気雰囲気へと取り出した場合には、酸化するなどにより変質することがある。
従って、従来、熱処理後の処理対象は、その温度が室温程度に下がるまで、真空容器２内に納めて置く必要があった。そのために、１バッチの処理時間が必然的に長いものとなった。水冷ジャケットを設けて冷却することも行われているが、熱処理後の処理対象の温度を室温程度にまで下げるには、一般には３〜４時間といった長時間を要した。
更に、従来の熱処理装置１Ａでは、図１６に示すように、熱処理された処理対象は、真空容器２から上方へと取り出され、次いで、ホルダー３Ａには、新たに処理対象を保持して、支持装置３Ｂにより真空容器２内へと上方から装入して、上記熱処理が行われる。以後同様の手順にて、処理対象の熱処理がバッチ処理により継続して行われる。
このように、従来の熱処理装置１Ａでは、処理対象とされる磁性体材料などは、重量が大であり、そのために、真空容器２の上端部を開口部とし、この開口部を介して処理対象の真空容器２内に対する出し入れを行う構成とされている。
本発明者らの研究実験の結果によると、上記構成の熱処理装置１Ａは無塵環境下に熱処理を行う構成とされているにも拘わらず、処理対象に塵が付着することが観察された。
この問題を解決するべく、更に検討を行ったところ、従来の熱処理装置１Ａは、支持装置３Ｂ、更には、図１６には示していないが、この支持装置３Ｂを上下動するための駆動モータを備えた昇降機構等の移動手段が、ホルダー３Ａに保持された処理対象及び真空容器２の上方に配置されているために、運転に際して、支持装置３Ｂ及び移動手段などから発生した塵が直接処理対象に付着したり、更には、真空容器２内へと侵入し、熱処理時に処理対象に付着することが分かった。
このように、ホルダー支持装置３Ｂ及び移動手段からの塵の発生を防止するには、装置全体の無塵化を大幅に増大することが必要となり、そのために装置構造が複雑、大型化する。その結果、装置の設置面積が大となり、装置配置の自由度が少なくなる。
そこで、本発明の主たる目的は、１バッチの処理時間を短くし、処理対象の処理量を増大することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
本発明の他の目的は、処理対象に塵が付き難い熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、装置設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度を向上することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供することである。
発明の開示
上記目的は本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室と、
前記保持手段に作用して、処理対象を前記熱処理容器と前記処理室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。本発明の一実施態様によれば、前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置される。
第２の本発明によれば、上記熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記熱処理容器に収納する工程、
（ｂ）前記熱処理容器内を所定の雰囲気として、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている前記処理室へ移動する工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。
上記第１及び第２の本発明の一実施態様によれば、前記処理対象は、熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、前記処理室は、非酸化雰囲気に設定する。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室の非酸化雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気とされる。また、前記処理室の雰囲気を真空としてもよい。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室は、所定温度に設定する。このとき、前記処理室の所定温度は、室温とし得る。
上記第１及び第２の本発明の他の実施態様によれば、前記処理室は、前記熱処理容器の上方に、下方に、又は、側方に配置することができる。
第３の本発明によれば、処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器の下方に配置され、前記熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、
前記無塵室に配置され、前記保持手段に作用して処理対象を前記熱処理容器と前記無塵室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。
上記第３の本発明の一実施態様によると、前記熱処理容器は開口部を閉鎖することによって真空とされる真空容器であって、前記移動手段は、前記真空容器の開口部より下方に位置して配置される。
第３の本発明の他の実施態様によると、前記移動手段は、その可動部分が前記無塵室に配置された処理対象より下方に位置している。
第３の本発明の他の実施態様によると、前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置される。
第３の本発明の他の実施態様によると、少なくとも前記磁界発生手段は、前記熱処理容器に対して離接可能とされる。
第４の本発明によれば、上記構成の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記保持手段に収納する工程、
（ｂ）処理対象を前記熱処理容器へと下方より装入して、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を前記無塵室へと下方に移動して前記熱処理容器から取り出す工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例１
図１〜図４に本発明に係る熱処理装置１の一実施例の概略全体構成を示す。
本実施例によると、熱処理装置１は、従来の熱処理装置１Ａと同様に、熱処理容器としての真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持するホルダー支持装置３Ｂとを有する。
図５をも併せて参照するとより良く理解されるように、本実施例にて、真空容器２は、小径とされる容器本体部２Ａと、容器本体部２Ａの上部に一体に形成された大径の容器取付部２Ｂとを有する段付の円筒状容器とされる。容器本体部２Ａの下端部は、本実施例では非酸化性ガスを導入するための導管がバルブ２ａを介して接続されているが、実質的には閉鎖端とされ、容器取付部２Ｂの上端部は開放されている。
本実施例にて、容器上端部は、ホルダー支持装置３Ｂの蓋部材４が容器上端開口部に取付けられることにより密封される。真空容器２の容器本体部２Ａと容器取付部２Ｂとの間に形成される環状肩部２Ｃが下部構造体５の容器設置部５ａに載置され、真空容器２はその場に保持される。
真空容器２は、急冷却時において安定であることから、石英ガラスなどのセラミックスにて作製するのが好ましい。又、本実施例では、詳しくは後述するが、加熱手段３０による真空中の加熱が主として輻射熱により行われるために、石英ガラスは、光学的に透明なものが良い。真空容器２の厚さは、２〜６ｍｍとすることができ、本実施例では、３ｍｍである。
ホルダー３Ａは、例えばスパッタリングなどで形成されたＦｅ−Ｎｉ合金膜を有する直径１００〜２００ｍｍ程度の基板を載置するためのトレー６が３０枚程度、支持軸７にて保持されたものであり、その支持軸７の上端がホルダー支持装置３Ｂに懸垂支持されている。
ホルダー支持装置３Ｂには、ホルダー３Ａに保持された処理対象を磁場方向に対してその方向を変えられるように、ホルダー３Ａを回転自在に保持するのが好ましい。従って、本実施例では、ホルダー支持装置３Ｂに駆動モータ８を取付け、ホルダー３Ａの支持軸７を回転駆動可能に構成されている。
真空容器２は、真空容器上端部にホルダー支持装置３Ｂを取付けた後、真空容器上端部に連通した真空ポンプ（図示せず）により真空容器２内を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる。例えば、処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、金属薄膜の酸化を防ぐために、処理対象は、真空中、具体的には１Ｐａ以下の真空状態において熱処理するのが好ましい。又、好ましくは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスを真空容器２内に充填し、真空容器２内を非酸化性ガス雰囲気とする。
又、ホルダー支持装置３Ｂは容器上端部に配置されており、ホルダー３Ａは、移動手段としての昇降機構１０（図４参照）により、ホルダー支持装置３Ｂと共に容器２外へと上方に吊り上げることができる。従って、この状態にて磁性体材料などとされる熱処理される対象物をホルダー３Ａに装着したり、或はホルダー３Ａから取り出すことができる。移動手段としての昇降機構１０については、後で詳述する。
磁界発生手段２０は、対向配置された一対の電磁石２１を備えており、各電磁石２１は、図５に示すように、磁心２２とコイル２３とを有する。本実施例によると、詳しくは後述するが、真空容器２と磁心２２との間に配置される加熱手段３０の厚さを薄くすることができ、そのために、対をなす電磁石２１の磁心２２、２２間の距離を短くすることが可能となり、従って、電磁石２１自体を小型化することができる。又、本実施例によれば、磁心２２は加熱されないので、耐熱性の低い材料を用いることができる。そのために、本実施例では、磁界発生手段２０にて発生する磁界密度は、０．０５テスラ以上、特には、０．１テスラ〜５テスラ程度とし得る。本実施例での磁心２２間の距離（Ｌ０）（図５参照）は、３００ｍｍである。
図６をも参照すると理解されるように、真空容器２の容器本体２Ａの外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、薄形の加熱手段３０が設けられる。加熱手段３０としては、これに限定されるものではないが、電気抵抗加熱による電気ヒータ３１を有する。このような加熱手段３０は、電源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、コスト的にも低廉であり好ましい。
更に説明すると、加熱手段３０は、真空容器本体２Ａの外周面を囲包して配置された電気的に絶縁性の内筒管３２と、内筒管３２とは所定の距離を置いて配置された流体冷却部３３を構成する水冷ジャケットとを有する。内筒管３２は、厚さ２〜６ｍｍの石英ガラスチューブにて作製することができる。内筒管３２と真空容器本体２Ａの外周面との間には、２〜４ｍｍの空隙（Ｇ１）を設ける。本実施例では、真空容器本体２Ａの外径（Ｄ１）が２４０ｍｍとされたので、内筒管３２の内径（Ｄ２）は２４５ｍｍとした。又、内筒管３２の軸線方向長さ（Ｌ１）は４５０ｍｍとした。
水冷ジャケット３３は、内壁３４と外壁３５とを備えた二重管構造の円筒体とされ、上端と下端とは上壁３６及び下壁３７にてそれぞれ閉鎖されている。本実施例では、図５に示すように、外壁３５が下壁３７より軸線方向に長くされているが、下方の延長部には、円環状の支持板３８が一体に固定され、上記内筒管３２を支持している。水冷ジャケット３３には、図示されてはいないが、下方部に水供給口が形成され、上方部に水排出口が形成されており、通常、水とされる冷却用流体Ｒが流動される。冷却用流体Ｒは、循環させても良い。
尚、水冷ジャケット３３は、図７に示すように、円周方向に連続した円筒形状とするのではなく、軸線方向に沿って延在した切れ目３９を有するように形成することもできる。この場合には、この切れ目３９を利用して、水冷ジャケット３３の内部に設置されるヒータ３１の端子を取り出すことが可能となる。
水冷ジャケット３３は、金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、本実施例では、内壁３４、外壁３５、上壁３６、下壁３７などを厚さ３ｍｍのステンレススチール板にて作製した。内筒管３２を囲包して配置された水冷ジャケット３３の内壁３４の内面と、内筒管３２との間には、ヒータ３１を配置するために８〜１３ｍｍの空隙（Ｇ２）を設ける。本実施例では、内筒管３２の外径（Ｄ３）が２５３ｍｍとされたので、水冷ジャケット３３の内径（Ｄ４）は２７２ｍｍとした。又、水冷ジャケット３３の内壁３４の軸線方向長さは、加熱手段３０を完全に覆う大きさとした。
次に加熱手段３０について更に説明する。本発明によると、加熱手段３０は、上述のように、電気ヒータ３１を有し、内筒管３２の外周回りに螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、電気ヒータ３１は、図８に示すように、抵抗加熱発熱線３１Ａを電気絶縁チューブ３１Ｂで被覆した形状とされる。抵抗加熱発熱線３１Ａは、ニクロム線、或は、白金などの貴金属非磁性金属発熱体なども好適に使用し得る。電気絶縁チューブ３１Ｂは、繊維状とされるアルミナファイバーを編んだチューブとされるか、又は、石英或はアルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる。本実施例では、抵抗加熱発熱線３１Ａは、直径２．０〜２．６ｍｍのニクロム線を、アルミナファイバーを編んだチューブ３１Ｂで被覆した、外径３．５ｍｍのものを使用した。
抵抗加熱発熱線３１Ａは、上述のように磁界発生手段２０による磁界内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、抵抗加熱発熱線３１Ａは、絶縁チューブ３１Ｂで電気的絶縁を取るのが好ましい。
又、相互作用による力を少なくするために、抵抗加熱発熱線３１Ａの電流の流れる方向を、それにより生じる磁界がキャンセルされるように配置する、所謂、無誘導巻きとすることが好ましい。
つまり、ヒータ３１は、図９に示すように、一端で接続された、即ち、Ｕ字状とされた二重線状態で内筒管３２に単層巻きにて巻き付けられる。従って、軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線３１Ａに流れる電流の方向が逆方向とされ、それによって、抵抗加熱発熱線３１Ａを流れることによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。もし、単に１本のヒータ３１を巻き付けただけでは、上述のように、抵抗加熱発熱線３１Ａに電流を流したとき、磁界発生手段２０からの磁界により、抵抗加熱発熱線３１Ａが力を受け、ヒータ３１が移動したり、振動したりする。
更に、加熱用電流は、このような力のキャンセルを安定なものとできるので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段３０には、通常、温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ３１への通電を制御する。
通常の熱処理の温度範囲は、１５０℃〜５００℃程度であるが、磁性膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、特に５００℃〜８００℃程度とされる。又、冷却速度は、ＭＲ素子用磁性膜の熱処理の場合には、冷却速度を５℃／分以上、特には、１５℃／分〜２００℃／分とすることが好ましい。
ヒータ３１の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、水冷ジャケット３３とヒータ３１との間には、本実施例では、水冷ジャケット３３をステンレススチールにて作製したために、シート状電気絶縁材としてのアルミナシート４０（図６）を配置するのが良い。アルミナシート４０としては、厚さ１〜３ｍｍ程度のもので良い。ヒータ３１と水冷ジャケット３３との間の電気絶縁材の厚さは、４ｍｍ以下とすることが好ましい。内筒管３２を設けることなく、ヒータ３１をアルミナシート４０の内周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置１は、更に、磁界発生手段２０のための電源、磁界の測定制御装置、真空容器２を真空にするための真空ポンプ制御部、装置全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、これら各要素は、当業者には周知のものを使用し得るので、詳しい説明は省略する。
尚、上記説明では磁界発生手段２０は電磁石２１であるとしたが、超伝導電磁石でも良い。また、加熱手段３０は、真空容器２の外側に配置するものとしたが、所望に応じて、真空容器２の内部に設置しても構わない。
次に、本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、図１〜図４にて解されるように、熱処理装置１には、真空容器２に連通する空間を画成する密閉可能の処理室５０が設けられる。
本実施例では、処理室５０は、立方形の箱形とされ、真空容器２、加熱手段３０、磁界発生手段２０等を収納した下部構造体５の上方に設置される。従って、真空容器２の容器取付部２Ｂが下方より処理室５０内へと突出しており、容器取付部２Ｂが処理室５０に開口している。
又、本実施例によれば、処理室５０内には、真空容器２の容器取付部２Ｂと、ホルダー支持装置３Ｂと、移動手段としての昇降機構１０と、が配置される。
また、本実施例では、処理室５０に隣接して中間室７０が配置される。中間室７０は、処理室５０と外部との間で、処理対象を出し入れするための密閉可能な空間であって、外部と処理室５０とを遮蔽し、好ましくは真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、処理室５０内の雰囲気を一定に保つことができる。
処理室５０と中間室７０との仕切り壁、更には、中間室７０と外部との間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ７１、７２が配置されている。中間室７０には、回転駆動されるインデックステーブル７３が配置され、処理対象を納めたカセット７４が、本実施例では、円周上４カ所に位置決め設置可能とされている。インデックステーブル７３は、油圧シリンダとされるカセットエレベータ７５にて、中間室７０内にて上下動可能とされる。
また、処理室５０内には、ハンドリング手段、即ち、ハンドリングロボット５１が設置され、ゲートバルブ７１を開とすることによって、カセットエレベータ７５と協働して、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー支持装置３Ｂに支持されたホルダー３Ａのトレー６へと移送する。斯かる作動をなすハンドリングロボット５１は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。
本実施例によると、図１に示すように、処理室５０内には、処理対象を真空容器２内へと挿入する装入位置（Ａ）から、ハンドリングロボット５１により処理対象を１枚づつ受け取る受容位置（Ｂ）まで、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを移動させるために、或いは、受容位置（Ｂ）から装入位置（Ａ）まで移動させるために、走行手段としての走行装置５２が設けられる。
走行装置５２は、種々の構造を採用し得るが、本実施例では、図２及び図４に最も良く図示するように、走行装置５２は、処理室５０の底壁基台部分に設置されたガイド条５３と、このガイド条５３に沿って直線走行するスライダ５４を備えた台車５５と、を有する。従って、台車５５は、油圧シリンダのような駆動手段（図示せず）を駆動することにより、ガイド条５３に沿って往復直線運動する。台車５５には、移動手段としての昇降機構１０が取り付けられる。
本実施例にて、昇降機構１０は、台車５５に固定設置され、上方へと延在したフレーム構造体６１と、フレーム構造体６１にホルダー支持装置３Ｂを支持するための支持手段６２を有する。
支持手段６２は、一端がホルダー支持装置３Ｂに固定され、他端がフレーム構造体６１に設置されたガイドロッド６３に支承部材６４を介して上下方向に移動可能に取り付けられている。又、フレーム構造体６１には、駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸６５が設置されており、支持手段６１に固定したナット６６と螺合している。従って、親ねじ軸６５を駆動手段により駆動することにより、支持手段６２はフレーム構造体６１に対して上下動自在とされる。
上記構成により、台車５５を駆動手段によりガイド条５３に沿って駆動することによって、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａは、一体として処理対象装入位置（Ａ）と処理対象受容位置（Ｂ）との間を移動可能とされる。また、処理対象装入位置（Ａ）では、昇降機構１０を駆動することによりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器内へと挿入したり、或いは、真空容器２から外方へと取り出すことができる。
また、中間室７０には、上述のように、中間室７０にカセットを設置するためのカセット装入ゲートバルブ７２が設けられている。従って、作業者は、このカセット装入ゲートバルブ７２を開とすることによって、処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室７０のインデックステーブル７３に設置することができる。
次に、本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明する。
先ず、昇降機構１０を駆動して、装入位置（Ａ）に配置されたホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内から上方へと取り出す。その後、駆動手段を駆動することにより台車５５を走行させ、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを一体として処理対象受容位置（Ｂ）に停止させる。
処理室５０と中間室７０との仕切り壁に設けられたゲートバルブ７１を開として、ハンドリングロボット５１により、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー３Ａに移送する。
ホルダー３Ａへの処理対象の移送が終わると、ゲートバルブ７１を閉とすると共に、台車５５を駆動してホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを処理対象装入位置（Ａ）へと走行させ、停止させる。
次いで、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内へと挿入する。真空容器２の開口部は、ホルダー支持装置３Ｂに設けられた密閉蓋４により閉鎖される。
その後、上述した従来と同様の手順にて、真空容器２内を真空引きして減圧し、真空容器２内は非酸化性ガス雰囲気とされる。次いで、ホルダーに支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、本発明によれば、処理室５０は、真空容器２の開口を塞いだ状態で、密閉状態とされ、所定の雰囲気に設定される。
つまり、本実施例では、処理対象が、ＭＲ膜、ＧＭＲ膜などの磁性体材料であって、室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するものであるので、処理室５０内は、窒素、アルゴンなどの非酸化雰囲気状態とされる。従って、処理室５０内は、１Ｐａ以下に真空引きした後、本実施例では窒素ガスを充填し、室温、１気圧（０．１ＭＰａ）の窒素ガス雰囲気とした。または、真空のままとすることもできる。処理室５０内の雰囲気条件は、必要に応じて、所望のガス、及び、所望の室温、圧力等を選択することができる。
処理室５０を非酸化雰囲気状態とした後、真空容器２内にバルブ１０ａを介して窒素ガスを入れることで真空容器２内の真空状態を開放し、昇降機構１０を駆動することにより、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器の開口部より上方へと引き上げる。
処理室５０内は、室温で、非酸化雰囲気状態とされており、それによって、熱処理された処理対象は、変質することなく、急冷される。
本発明者らの実験の結果によれば、５００℃〜８００℃程度にまで加熱された処理対象が、５０℃にまで冷却されるのに略２５分であった。従来の３〜４時間に比較すると、冷却時間を著しく低減することができた。また、処理対象の物性が変化することもなかった。
続いて、上述したように、台車５５を駆動手段にて駆動することにより走行させ、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを一体として処理対象受容位置（Ｂ）へと移動させ、ホルダー３Ａに支持した処理済みの処理対象をハンドリングロボット５１により中間室７０へと移送すると共に、中間室７０内にセットされた次に処理すべきカセット７４に収納された処理対象をホルダー３Ａ内へと移送する。
この後は、上述した手順にて、次のバッチに対する処理作業が開始される。
このように、本発明によれば、１バッチの処理時間を大幅に短縮することができる。
更に、冷却時間を短縮し、１バッチの処理時間を大幅に短縮するためには、処理室５０内の雰囲気ガスを処理室５０内で循環させることも可能である。更には、雰囲気ガスを、ダクト（図示せず）を介して処理室５０外へと導出し、冷却した後、塵の混入を避けるためにフィルターＦ（図２）を介して、再度処理室５０内へと還流することも可能である。いずれの場合にも、雰囲気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにすると、冷却速度を更に速めることができる。
実施例２
実施例１では、処理室５０が真空容器２の上方に位置し、処理対象は、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して上下方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動するものとして説明したが、本実施例では、図１０に示すように、処理室５０が真空容器２の下方に位置し、処理対象は、実施例１の場合と同様に、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して上下方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動することができる。
本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができ、更に、本実施例では、処理対象を移動させる移動手段１０などが、真空容器２の下方に配置されるために、処理対象に塵が付き難いといった利点がある。特に、処理室５８を無塵室とした構成については実施例４にて更に詳しく説明する。
実施例３
実施例１及び実施例２と異なり、本実施例では、図１１に示すように、真空容器２を水平方向に配置し、処理室５０を真空容器２の側方に位置する構成とされる。
この実施例では、処理対象は、移動手段１０によりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを介して水平方向に移動することにより、熱処理容器２と処理室５０との間を移動することとなる。
本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
実施例４
本実施例では、無塵室として機能する処理室５０が、実施例２において説明したと同様に、真空容器２の下方に位置する構成とされ、処理対象に塵が付き難くした熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳しく説明する。
図１２〜図１４に本実施例の熱処理装置１の概略全体構成を示す。
本実施例によると、熱処理装置１は、従来の熱処理装置１Ａと同様に、熱処理容器としての真空容器２と、真空容器２内に処理対象を保持する保持手段３と、真空容器２の外側に配置された磁界発生手段２０とを有する。保持手段３は、処理対象を保持するホルダー３Ａと、このホルダー３Ａを支持するホルダー支持装置３Ｂとを有する。本実施例の熱処理装置１は、真空容器２の開口部が下方端に形成されており、従って、ホルダー支持装置３Ｂが真空容器２の下方に配置されている。
更に説明すると、本実施例にて、真空容器２は、小径とされる容器本体部２Ａと、容器本体部２Ａの下部に一体に形成された大径の容器取付部２Ｂとを有する段付の円筒状容器とされる。容器本体部２Ａの上端部は、本実施例では非酸化性ガスを導入するための導管がバルブ２ａを介して接続されているが、実質的に閉鎖端とされ、容器取付部２Ｂの下端部は開放されている。
本実施例にて、容器下端部は、ホルダー支持装置３Ｂの蓋部材４が容器下端開口部に取付けられることにより密封される。また、真空容器２の容器本体部２Ａと容器取付部２Ｂとの間に形成される環状肩部２Ｃが、下部構造体５を形成する無塵室５０の容器設置部５ａに載置され、真空容器２はその場に保持される。
真空容器２は、急冷却時において安定であることから、石英ガラスなどのセラミックスにて作製するのが好ましい。又、本実施例では、詳しくは後述するが、先の実施例と同様に、加熱手段３０による真空中の加熱が主として輻射熱により行われるために、石英ガラスは、光学的に透明なものが良い。真空容器２の厚さは、２〜６ｍｍとすることができ、本実施例では、３ｍｍである。
ホルダー３Ａは、例えばスパッタリングなどで形成されたＦｅ−Ｎｉ合金膜を有する直径１００〜２００ｍｍ程度の基板を載置するためのトレー６が３０枚程度、支持軸体７にて保持されたものであり、その支持軸体７の下端がホルダー支持装置３Ｂに連結支持されている。
ホルダー支持装置３Ｂには、ホルダー３Ａに保持された処理対象を磁場方向に対してその方向を変えられるように、ホルダー３Ａを回転自在に保持するのが好ましい。従って、本実施例では、ホルダー支持装置３Ｂに駆動モータ８を取付け、ホルダー３Ａの支持軸体７を回転駆動可能に構成されている。
真空容器２は、真空容器下端部にホルダー支持装置３Ｂを取付けた後、真空容器下端部に連通した真空ポンプＰ（図１４参照）により真空容器２内を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる。例えば、処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、金属薄膜の酸化を防ぐために、処理対象は、真空中、具体的には１Ｐａ以下の真空状態において熱処理するのが好ましい。又、好ましくは、所定の雰囲気とされる。本実施例では、上記バルブ２ａを開として、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスを真空容器２内に充填し、真空容器２内を非酸化性ガス雰囲気とする。
又、図１４を参照するとより良く理解されるように、ホルダー支持装置３Ｂは、容器下端部に配置されており、ホルダー３Ａは、移動手段としての昇降機構１０により、ホルダー支持装置３Ｂと共に容器２外へと下方に降下して移動させることができる。従って、この状態にて磁性体材料などとされる熱処理される対象物をホルダー３Ａに装着したり、或はホルダー３Ａから取り出すことができる。移動手段としての昇降機構１０については、後で詳述する。
磁界発生手段２０は、対向配置された一対の電磁石２１を備えており、各電磁石２１は、図１５に示すように、磁心２２とコイル２３とを有する。本実施例によると、詳しくは後述するが、真空容器２と磁心２２との間に配置される加熱手段３０の厚さを薄くすることができ、そのために、対をなす電磁石２１の磁心２２、２２間の距離を短くすることが可能となり、従って、電磁石２１自体を小型化することができる。又、本実施例によれば、磁心２２は加熱されないので、耐熱性の低い材料を用いることができる。そのために、本実施例では、磁界発生手段２０にて発生する磁界密度は、０．０５テスラ以上、特には、０．１テスラ〜５テスラ程度とし得る。本実施例での磁心２２間の距離（Ｌ０）（図１５参照）は、３００ｍｍである。
本実施例においても実施例１にて説明したと同様の構成とされ、図６をも参照すると理解されるように、真空容器２の容器本体２Ａの外面と、電磁石２１の磁心２２の端面との間に、薄形の加熱手段３０が設けられる。加熱手段３０としては、これに限定されるものではないが、電気抵抗加熱による電気ヒータ３１を有する。このような加熱手段３０は、電源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、コスト的にも低廉であり好ましい。
更に説明すると、加熱手段３０は、真空容器本体２Ａの外周面を囲包して配置された電気的に絶縁性の内筒管３２と、内筒管３２とは所定の距離を置いて配置された流体冷却部３３を構成する水冷ジャケットとを有する。内筒管３２は、厚さ２〜６ｍｍの石英ガラスチューブにて作製することができる。内筒管３２と真空容器本体２Ａの外周面との間には、２〜４ｍｍの空隙（Ｇ１）を設ける。本実施例では、真空容器本体２Ａの外径（Ｄ１）が２４０ｍｍとされたので、内筒管３２の内径（Ｄ２）は２４５ｍｍとした。又、内筒管３２の軸線方向長さ（Ｌ１）は４５０ｍｍとした。
水冷ジャケット３３は、内壁３４と外壁３５とを備えた二重管構造の円筒体とされ、上端と下端とは上壁３６及び下壁３７にてそれぞれ閉鎖されている。本実施例では、図１５に示すように、外壁３５が下壁３７より軸線方向に長くされているが、下方の延長部には、円環状の支持板３８が一体に固定され、上記内筒管３２を支持している。水冷ジャケット３３には、図示されてはいないが、下方部に水供給口が形成され、上方部に水排出口が形成されており、通常、水とされる冷却用流体Ｒが流動される。冷却用流体Ｒは、循環させても良い。
尚、水冷ジャケット３３は、実施例１と同様の構成の水冷ジャケットを使用することができ、図７に示すように、円周方向に連続した円筒形状とするのではなく、軸線方向に沿って延在した切れ目３９を有するように形成することもできる。この場合には、この切れ目３９を利用して、水冷ジャケット３３の内部に設置されるヒータ３１の端子を取り出すことが可能となる。
水冷ジャケット３３は、金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、本実施例では、内壁３４、外壁３５、上壁３６、下壁３７などを厚さ３ｍｍのステンレススチール板にて作製した。内筒管３２を囲包して配置された水冷ジャケット３３の内壁３４の内面と、内筒管３２との間には、ヒータ３１を配置するために８〜１３ｍｍの空隙（Ｇ２）を設ける。本実施例では、内筒管３２の外径（Ｄ３）が２５３ｍｍとされたので、水冷ジャケット３３の内径（Ｄ４）は２７２ｍｍとした。又、水冷ジャケット３３の内壁３４の軸線方向長さは、加熱手段３０を完全に覆う大きさとした。
次に加熱手段３０について更に説明する。本発明によると、加熱手段３０は、上述のように、電気ヒータ３１を有し、内筒管３２の外周回りに螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、電気ヒータ３１は、図８に示すように、抵抗加熱発熱線３１Ａを電気絶縁チューブ３１Ｂで被覆した形状とされる。抵抗加熱発熱線３１Ａは、ニクロム線、或は、白金などの貴金属非磁性金属発熱体なども好適に使用し得る。電気絶縁チューブ３１Ｂは、繊維状とされるアルミナファイバーを編んだチューブとされるか、又は、石英或はアルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる。本実施例では、抵抗加熱発熱線３１Ａは、直径２．０〜２．６ｍｍのニクロム線を、アルミナファイバーを編んだチューブ３１Ｂで被覆した、外径３．５ｍｍのものを使用した。
抵抗加熱発熱線３１Ａは、上述のように磁界発生手段２０による磁界内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、抵抗加熱発熱線３１Ａは、絶縁チューブ３１Ｂで電気的絶縁を取るのが好ましい。
又、相互作用による力を少なくするために、抵抗加熱発熱線３１Ａの電流の流れる方向を、それにより生じる磁界がキャンセルされるように配置する、所謂、無誘導巻きとすることが好ましい。
つまり、ヒータ３１は、図９に示すように、一端で接続された、即ち、Ｕ字状とされた二重線状態で内筒管３２に単層巻きにて巻き付けられる。従って、軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線３１Ａに流れる電流の方向が逆方向とされ、それによって、抵抗加熱発熱線３１Ａを流れることによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。もし、単に１本のヒータ３１を巻き付けただけでは、上述のように、抵抗加熱発熱線３１Ａに電流を流したとき、磁界発生手段２０からの磁界により、抵抗加熱発熱線３１Ａが力を受け、ヒータ３１が移動したり、振動したりする。
更に、加熱用電流は、このような力のキャンセルを安定なものとできるので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段３０には、通常、温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ３１への通電を制御する。
通常の熱処理の温度範囲は、１５０℃〜５００℃程度であるが、磁性膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、特に５００℃〜８００℃程度とされる。又、冷却速度は、ＭＲ素子用磁性膜の熱処理の場合には、冷却速度を５℃／分以上、特には、１５℃／分〜２００℃／分とすることが好ましい。
ヒータ３１の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、水冷ジャケット３３とヒータ３１との間には、本実施例では、水冷ジャケット３３をステンレススチールにて作製したために、シート状電気絶縁材としてのアルミナシート４０（図６）を配置するのが良い。アルミナシート４０としては、厚さ１〜３ｍｍ程度のもので良い。ヒータ３１と水冷ジャケット３３との間の電気絶縁材の厚さは、４ｍｍ以下とすることが好ましい。内筒管２を設けることなく、ヒータ３１をアルミナシート４０の内周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置１は、更に、磁界発生手段２０のための電源、磁界の測定制御装置、真空容器２を真空にするための真空ポンプ制御部、装置全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、これら各要素は、当業者には周知のものを使用し得るので、詳しい説明は省略する。
尚、上記説明では磁界発生手段２０は電磁石２１であるとしたが、超伝導電磁石でも良い。また、加熱手段３０は、真空容器２の外側に配置するものとしたが、所望に応じて、真空容器２の内部に設置しても構わない。
次に、本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、熱処理装置１には、処理室としても機能する、真空容器２の下方開口部に連通する無塵空間を画成する密閉可能の無塵室５０が設けられる。本実施例では、真空容器２を囲包して配置された電磁石２１等は、重量が大であり、無塵室５０上に設置するのではなく、無塵室５０を囲包して設置された基台構造体５に取り付けられる。
本実施例では、無塵室５０は、立方形の箱形とされ、真空容器２、加熱手段３０、磁界発生手段２０等の下方に設置される。従って、真空容器２の容器取付部２Ｂが無塵室５０内へと下側に突出しており、容器取付部２Ｂの開口部が無塵室５０に開口している。
又、本実施例によれば、無塵室５０内には、真空容器２の容器取付部２Ｂと、ホルダー支持装置３Ｂと、移動手段としての昇降機構１０と、が配置される。
また、本実施例では、無塵室５０に隣接して中間室７０が配置される。中間室７０は、無塵室５０と外部との間で、処理対象を出し入れするための密閉可能な空間であって、外部と無塵室５０とを遮蔽し、好ましくは真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、無塵室５０内の雰囲気を一定に保つことができる。
無塵室５０と中間室７０との仕切り壁、更には、中間室７０と外部との間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ７１、７２が配置されている。中間室７０には、回転駆動されるインデックステーブル７３が配置され、処理対象を納めたカセット７４が、本実施例では、円周上４カ所に位置決め設置可能とされている。インデックステーブル７３は、油圧シリンダとされるカセットエレベータ７５にて、中間室７０内にて上下動可能とされる。
また、無塵室５０内には、ハンドリング手段、即ち、ハンドリングロボット５１が設置され、ゲートバルブ７１を開とすることによって、カセットエレベータ７５と協働して、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー支持装置３Ｂに支持されたホルダー３Ａのトレー６へと移送する。斯かる作動をなすハンドリングロボット５１は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。
本実施例にて、昇降機構１０は、図１２〜図１４を参照するとより良く理解されるように、無塵室５０の底壁に固定設置され、上方へと延在したフレーム構造体６１と、フレーム構造体６１にホルダー支持装置３Ｂを支持するための支持手段６２を有する。
支持手段６２は、一端がホルダー支持装置３Ｂに固定され、他端がフレーム構造体６１に設置されたガイドロッド６３に支承部材６４を介して上下方向に移動可能に取り付けられている。又、フレーム構造体６１には、駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸６５が設置されており、支持手段６２に固定したナット６６と螺合している。従って、親ねじ軸６５を駆動手段により駆動することにより、支持手段６２はフレーム構造体６１に対して上下動自在とされる。
上記構成により、昇降機構１０を駆動することによりホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内へと挿入したり、或いは、真空容器２から外方へと取り出すことができる。
また、中間室７０には、上述のように、中間室７０にカセットを設置するためのカセット装入ゲートバルブ７２が設けられている。従って、作業者は、このカセット装入ゲートバルブ７２を開とすることによって、処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室７０のインデックステーブル７３に設置することができる。
次に、本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明する。
先ず、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器２内から下方へと降下させ、真空容器２外へと露出させる。
無塵室５０と中間室７０との仕切り壁に設けられたゲートバルブ７１を開として、ハンドリングロボット５１により、インデックステーブル７３にセットされたカセット７４内の処理対象を１枚づつ取り出し、ホルダー３Ａに移送する。
ホルダー３Ａへの処理対象の移送が終わると、ゲートバルブ７１を閉とする。
次いで、昇降機構１０を駆動して、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを下方より上方の真空容器２内へと挿入する。真空容器２の開口部は、ホルダー支持装置３Ｂに設けられた密閉蓋４により閉鎖される。
その後、上述した従来と同様の手順にて、真空容器２内を真空引きして減圧し、真空容器２内は非酸化性ガス雰囲気とされる。次いで、ホルダー３Ａに支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、本実施例によれば、無塵室５０は、先の実施例で説明した処理室としても機能し、真空容器２の開口を塞いだ状態で、密閉状態とされ、真空とされる。必要に応じて、所定の雰囲気に設定される。
つまり、本実施例では、処理対象が、ＭＲ膜、ＧＭＲ膜などの磁性体材料であって、室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するものであるので、無塵室５０内は、窒素、アルゴンなどの非酸化雰囲気状態とされる。従って、無塵室５０内は、１Ｐａ以下に真空引きした後、本実施例では窒素ガスを充填し、室温、１気圧（０．１ＭＰａ）の窒素ガス雰囲気とした。または、真空のままとすることもできる。無塵室５０内の雰囲気条件は、必要に応じて、所望のガス、及び、所望の室温、圧力等を選択することができる。
無塵室５０を非酸化雰囲気状態とした後、真空容器２内にバルブ１０ａを介して窒素ガスを入れることで真空容器２内の真空状態を開放し、昇降機構１０を駆動することにより、ホルダー支持装置３Ｂ及びホルダー３Ａを真空容器の下端開口部より下方へと降下させる。
無塵室５０内は、室温で、非酸化雰囲気状態とされており、それによって、熱処理された処理対象は、変質することなく、急冷することができる。
続いて、ホルダー３Ａに支持した処理済みの処理対象をハンドリングロボット５１により中間室７０へと移送すると共に、中間室７０内にセットされた次に処理すべきカセットに収納された処理対象をホルダー３Ａ内へと移送する。
この後は、上述した手順にて、次のバッチに対する処理作業が開始される。
このように、本実施例によれば、真空容器２のような熱処理容器の下側に無塵室５０を設け、更には、処理対象を移動させる移動手段１０の少なくとも可動部分を真空容器２の下方に、更に好ましくは、処理対象よりも下方に位置するようにして配置されているので、塵の発生源である移動手段１０の可動部分などを処理対象よりも下側に配置することができ、従来装置に比較すると、処理対象への塵の付着を大幅に減少することができる。
また、塵の発生源である移動手段１０の可動部分などを真空容器２、更には、処理対象よりも下側に配置する構成とされるので、移動手段１０等は、その配置の自由度が高まり、熱処理装置１の任意の位置に設定することができ、小型化を図ることが可能となる。従って、熱処理装置全体の設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度もまた向上する。
更に、冷却時間を短縮し、１バッチの処理時間を大幅に短縮するためには、無塵室５０内の雰囲気ガスを無塵室５０内で循環させることも可能である。更には、雰囲気ガスを、ダクトを介して無塵室５０外へと導出し、冷却した後、塵の混入を避けるためにフィルターを介して、再度無塵室５０内へと還流することも可能である。いずれの場合にも、雰囲気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにすると、冷却速度を更に速めることができる。
上記実施例によれば、真空容器２を囲包して配置された電磁石２１、加熱手段３０、水冷ジャケット３３等は、無塵室５０を囲包して設置された基台構造体５に取り付けられた構造とされるので、少なくとも電磁石２１、好ましくは、加熱手段３０及び流体冷却部３３等を分割可能の構造とすることによって、図１５に一点鎖線にて示すように、熱処理工程後に、これら電磁石２１、加熱手段３０、水冷ジャケット３３等を分割移動して、熱処理容器２より離隔することにより熱処理容器２をも空冷することが極めて容易に達成できる。熱処理容器冷却後には、上記装置２１、３０、３３等を熱処理容器２に対する所定位置へと復帰移動する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の一態様によれば、熱処理装置が、熱処理容器に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室と、処理対象を熱処理容器と処理室との間にて移動させる移動手段と、を有し、熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている処理室へ移動して、急冷することができるので、１バッチの処理時間を短くし、処理対象の処理量を増大することができる。
本発明の他の態様によれば、熱処理装置が、熱処理容器の下方に配置され、熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、無塵室に配置され、処理対象を保持する保持手段に作用して処理対象を熱処理容器と無塵室との間にて移動させる移動手段と、を有し、処理対象を熱処理容器へと下方より装入して、磁場中で熱処理を行い、又、熱処理済みの処理対象を無塵室へと下方に移動して熱処理容器から取り出すことができるので、
（１）処理対象に塵が付き難い。
（２）装置設置面積を少なくすることができ、装置配置の自由度を向上することができる。
といった効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面正面図である。
図２は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面平面図である。
図３は、本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面側面図である。
図４は、図１の線４−４に取った概略成断面側面図である。
図５は、真空容器、加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面図である。
図６は、加熱手段の一部拡大断面図である。
図７は、水冷ジャケットの一実施例の全体図を示す斜視図である。
図８は、電気ヒータの断面図である。
図９は、電気ヒータの設置方法を説明する斜視図である。
図１０は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。
図１１は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。
図１２は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面正面図である。
図１３は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面平面図である。
図１４は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面側面図である。
図１５は、真空容器、加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面図である。
図１６は、従来の熱処理装置の概略構成断面図である。
Claims (19)
- 処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器に隣接して配置され、内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理室と、
前記保持手段に作用して、処理対象を前記熱処理容器と前記処理室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置。 - 前記処理対象は、熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、前記処理室は、非酸化雰囲気に設定することを特徴とする請求項１の熱処理装置。
- 前記処理室の非酸化雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気、又は、真空とされることを特徴とする請求項２の熱処理装置。
- 前記処理室は、所定温度に設定することを特徴とする請求項２又は３の熱処理装置。
- 前記処理室の所定温度は、室温であることを特徴とする請求項４の熱処理装置。
- 前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の熱処理装置。
- 前記処理室は、前記熱処理容器の上方に、下方に、又は、側方に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の熱処理装置。
- 請求項１に記載の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記熱処理容器に収納する工程、
（ｂ）前記熱処理容器内を所定の雰囲気として、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている前記処理室へ移動する工程、
を有することを特徴とする熱処理方法。 - 前記処理対象は、熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、前記処理室は、非酸化雰囲気に設定することを特徴とする請求項８の熱処理方法。
- 前記処理室の非酸化雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気、又は、真空とされることを特徴とする請求項９の熱処理方法。
- 前記処理室は、所定温度に設定することを特徴とする請求項９又は１０の熱処理方法。
- 前記処理室の所定温度は、室温であることを特徴とする請求項１１の熱処理方法。
- 前記処理室は、前記熱処理容器の上方に、下方に、又は、側方に配置されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかの項に記載の熱処理方法。
- 処理対象を保持する保持手段と、保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、処理対象を加熱する加熱手段と、処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器の下方に配置され、前記熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、
前記無塵室に配置され、前記保持手段に作用して処理対象を前記熱処理容器と前記無塵室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置。 - 前記熱処理容器は開口部を閉鎖することによって真空とされる真空容器であって、前記移動手段は、前記真空容器の開口部より下方に位置して配置されることを特徴とする請求項１４の熱処理装置。
- 前記移動手段は、その可動部分が前記無塵室に配置された処理対象より下方に位置していることを特徴とする請求項１４の熱処理装置。
- 前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、前記熱処理容器を囲包して配置されることを特徴とする請求項１４、１５又は１６の熱処理装置。
- 少なくとも前記磁界発生手段は、前記熱処理容器に対して離接可能とされることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかの項に記載の熱処理装置。
- 請求項１４に記載の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処理する方法において、
（ａ）処理対象を前記保持手段に収納する工程、
（ｂ）処理対象を前記熱処理容器へと下方より装入して、磁場中で熱処理を行う工程、
（ｃ）熱処理済みの処理対象を前記無塵室へと下方に移動して前記熱処理容器から取り出す工程、
を有することを特徴とする熱処理方法。
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