JPWO2009125496A1 - 均熱装置 - Google Patents

Abstract

この均熱装置は、容器構造体と、材料供給管（１２）と、加熱手段（６）とを備える。容器構造体は、内容器（２）と外容器（１）とを有する。外容器（１）には、作動流体が充填される。内容器（２）と外容器（１）とのそれぞれの上端部を接合して、内容器（２）と外容器（１）との間に中空部（４）が形成されている。材料供給管（１２）は、容器構造体の外部から内容器（２）の内面に至る。加熱手段（６）は、外容器（１）の底部に配置されている。内容器（２）の底面には、内容器（２）の内部側へ向けて突起する複数個の突起（１０）と、底面が突起（１０）の内方へ窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な凹部（１１）と、が形成されている。

Description

この発明は、均熱装置に関し、特に、容器内に収容した所定材料の原料を加熱するための均熱装置に関する。

たとえば従来の有機ＥＬ（Electro-Luminescence）の製作において、粉体状の有機ＥＬ材料を基板に成膜する際、有機ＥＬ原料の蒸発装置としては、容器の外部をヒータで加熱して容器内部の有機原料を昇華あるいは溶融蒸発させる加熱方式が、一般に使用されている。このような加熱処理に用いられる従来の装置は、たとえば、特開２００４−３１５８９８号公報（特許文献１）に開示されている。

図１５は、従来の蒸発装置の概略構成説明図である。図１５では、材料を収納する容器（ルツボ体）３１を外周に配置したヒータ３２により加熱するとともに、外周部のヒータ３２とは別に、容器３１の上部に、加熱補助部３３とこれに連設した伝導加熱部３４とを含む均熱蓋３７を設け、容器３１上部の蒸発口３５付近の温度を上昇させることを特徴とする、蒸着装置における蒸発源が記載されている。
特開２００４−３１５８９８号公報

図１５に示す従来の蒸発装置は、容器（ルツボ体）３１の上部に均熱蓋３７を設けて、容器３１上部の蒸発口３５付近の温度低下により蒸発口３５周辺に蒸着材料３６が詰まることを防止することを目的とするものである。しかしながら、容器３１の外表面をヒータ３２で加熱する方式であるために、ヒータ３２の接触条件により、蒸着材料が接する容器３１の内面に温度分布が生じる。そのため、蒸着材料を容器３１の内面にわたり均一温度に保持できないという問題点がある。例えば、特許文献１の実施例において温度上昇曲線が示されているが、容器３１の各部の温度上昇は一様ではなく、安定時においても容器３１の表面と均熱蓋３７との温度差は３０℃程度あることが示されている。

また、従来の蒸発装置では、装置各部の温度が安定するまでに時間を要するという問題点がある。たとえば特許文献１の実施例では、温度安定までに３時間以上を要している例が示されている。

また、従来の蒸発装置では蒸着材料の溶融物の内部で温度差が生じるため、材料の蒸発が不均一となる問題があった。すなわち、容器の壁面に接触している材料は速やかに加熱されて蒸発するが、容器壁面から離れた容器中心部の溶融物は温度上昇が遅く、蒸発遅れが生じるとともに、容器内部で材料の溶融物に生じる対流の影響で、溶融物に著しい温度分布が生じる。このように容器内全体にわたり材料の溶融物温度を均一温度に制御することができず、蒸着材料の蒸発量を精度よく制御できないため、高精度の成膜処理に適さないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、容器内の被加熱材料の温度の均一性を向上させて安定した気化を行なわせる、均熱装置を得ることを目的とする。

この発明の一の局面に係る均熱装置は、容器構造体と、材料供給管と、加熱手段とを備える。容器構造体は、内容器と外容器とを有する。外容器には、作動流体が充填される。内容器と外容器とのそれぞれの上端部を接合して、内容器と外容器との間に中空部が形成されている。材料供給管は、容器構造体の外部から内容器の内面に至る。加熱手段は、外容器の底部に配置されている。内容器の底面には、内容器の内部側へ向けて突起する複数個の突起と、底面が突起の内方へ窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な凹部と、が形成されている。

この発明の他の局面に係る均熱装置は、容器構造体と、材料供給管と、加熱手段とを備える。容器構造体は、加熱ブロックと外容器とを有する。加熱ブロックには、被加熱材料が流動する流路が形成されている。外容器には、作動流体が充填される。加熱ブロックと外容器とのそれぞれの上端部を接合して、加熱ブロックと外容器との間に中空部が形成されている。材料供給管は、容器構造体の外側と加熱ブロックとを連通する。加熱手段は、外容器の底部に配置されている。被加熱材料の流路は、材料供給管に接続され水平方向に延びる第一流路と、第一流路から分岐し上下方向へ延びる第二流路と、第二流路が容器構造体の上部表面に開口した開口部とを含む。加熱ブロックの底面には、底面が加熱ブロックの内部側へ向けて窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な複数個の凹部が形成されている。隣接する凹部の間に、第二流路が配置されている。

この発明のさらに他の局面に係る均熱装置は、容器構造体と、加熱手段と、管路とを備える。容器構造体は、外容器を含む。外容器の内部に、作動流体が充填された密閉空間が形成されている。加熱手段は、外容器の底部に配置されている。管路の内部を被加熱材料が流動する。管路は、容器構造体の外側と内側とを連通する、材料供給管を含む。また管路は、材料供給管に接続され、水平方向に延びる、主ヘッダ管を含む。また管路は、主ヘッダ管から分岐し、水平方向に延びる、枝ヘッダ管を含む。また管路は、枝ヘッダ管から分岐し、容器構造体の上部表面へ開口する、複数の立上り管を含む。

この発明によれば、内容器に形成された凹部の内壁面において気体状の作動流体が冷却され凝縮する作用により、内容器が加熱され、加熱された内容器の温度が均一化されている。被加熱材料は、内容器の内部を流れる間に加熱される。内容器の温度が均一化されているために、被加熱材料は一様温度の加熱面で加熱される。したがって、加熱され気化された被加熱材料の温度の均一性を向上させることができ、被加熱材料の気化量を精度よく制御できるので、高精度の成膜処理を行なう蒸着装置に適用できる均熱装置が得られる。

実施の形態１の均熱装置の上部平面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う均熱装置の断面図である。 実施の形態２の均熱装置の上部平面図である。 実施の形態３の均熱装置の上部平面図である。 図４に示すＶ−Ｖ線に沿う均熱装置の断面図である。 実施の形態４の均熱装置の上部平面図である。 図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う均熱装置の断面図である。 実施の形態５の均熱装置の上部平面図である。 図８に示すＩＸ−ＩＸ線に沿う均熱装置の断面図である。 実施の形態６の均熱装置の断面図である。 実施の形態７の均熱装置の断面図である。 実施の形態８の均熱装置の断面図である。 実施の形態９の均熱装置の断面図である。 実施の形態１０の均熱装置の断面図である。 従来の蒸発装置の概略構成説明図である。

符号の説明

１ 外容器、２ 内容器、３ フランジ、４ 中空部、５ 作動液、６ 加熱手段、７ 蒸気泡、８，９，１３ 矢印、１０，１４ 突起、１１，１５，２０，２１ 凹部、１２ 材料供給管、１６ 加熱ブロック、１７ 主ヘッダ管、１８ 枝ヘッダ管、１９ 立上り管、１９ａ 開口部、２２ フィン体、２３ 沸騰促進体、２４ ヒータ収納管、２５ ヒータ、２６ 発熱部、２７ フィン体、２８ 沸騰促進体。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の均熱装置の上部平面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う均熱装置の断面図である。以下の実施の形態において、水平方向とは、均熱装置の断面図における左右方向をいい、上下方向とはこれらの図における上下方向をいうものとする。

図１および図２に示すように、均熱装置は、外容器１と、内容器２とを備える。外容器１は、内容器２の周囲を取り囲むように配置されている。また均熱装置は、フランジ３を備える。外容器１および内容器２は、それぞれの上端部でフランジ３と接合され、内容器２と外容器１との間に密閉空間である中空部４が形成されている、容器構造体を形成している。

内容器２の底面には、内容器２の内部側へ向けて突起する、複数個の突起１０が形成されている。突起１０は、内容器２の底面から上方に突起するように、形成されている。図１に示すように、突起１０は、平面形状が略正方形であるように形成されており、その正方形が内容器２の底面において縦横に複数個ずつ並べられるように配列されている。図１において、隣接する突起１０の間の隙間には、内容器２の底面が露出している。

また内容器２の底面には、底面が突起１０の内方へ窪んだ、凹部１１が形成されている。複数個の突起１０の内部に形成された凹部１１は、下端が中空部４へ開口する開口部であり、上端が閉じている。つまり凹部１１は、貫通していない穴である止まり穴である。凹部１１の止まり穴形状の最深部は、凹部１１の上端である。凹部１１は、穴の径方向に沿う断面の形状が円形状の丸穴であり、深さ方向が直線に沿う直穴である。凹部１１の深さ方向は、上下方向に沿っている。

中空部４の内部には、液体状の作動流体である作動液５が充填されている。作動流体は、熱源である加熱手段と内容器２との間で熱を移動させ、内容器２を加熱して目的の温度に制御するために使用される、熱媒体である。作動液５は、使用温度における熱特性および動作圧力（蒸気圧）を考慮の上で選定されるが、２００℃以下程度の領域では水が、さらに高温の２００℃超４００℃以下程度の領域ではダウサム（登録商標）Ａ、ナフタレンなどの高沸点の有機熱媒体が一般に使用される。

作動液５は、中空部４の内部が真空排気された後に、中空部４に充填される。そのため、中空部４の内部には、作動液５が気化した気体状の作動流体が存在する。外容器１と内容器２とを隔てるように中空部４が形成されているために、内容器２から装置外部へ熱が放散されにくい構造となっている。

外容器１の底部には、作動液５を加熱する加熱手段６が配置されている。加熱手段６は、外容器１の下部表面に、熱的に接触して取り付けられている。加熱手段６は、外容器１の外表面に熱接触する。つまり、加熱手段６において発生する熱を、外容器１の底部を介在させて作動液５に十分効率的に伝えることが可能である。

均熱装置はまた、容器構造体の外側と内側とを連通する、材料供給管１２を備える。材料供給管１２は、容器構造体の外部から導入されており、内容器２の一側面に接合され、内容器２の内面に至る。材料供給管１２は、内容器２の底部に接続されている。この均熱装置によって加熱され気化される材料である被加熱材料は、外容器１および内容器２の側面部を貫通して配置されている材料供給管１２の内部を流れて、均熱装置内部の内容器２の内側面の底部に供給される。材料供給管１２が内容器２と接続されている内容器２の底部に対し、凹部１１の最深部が上側に位置するように、凹部１１は形成されている。

被加熱材料が管状の材料供給管１２の内部を通過するためには、被加熱材料は流動体である必要がある。気化されるべき材料が常温で固体の材料である場合には、材料を加熱溶融させる、または破砕して粉末化した材料を液体に混ぜ合わせスラリーとする、などの方法を用いて、材料の流動性を向上させることにより、材料供給管１２内を通過させることができる。

以下、均熱装置の動作について説明する。上記のように構成された実施の形態１の均熱装置において、外容器１の下部に設置された加熱手段６の発熱により、外容器１が加熱される。外容器１が加熱されると、容器構造体の底部の作動液滞留部、すなわち、外容器１と内容器２との間に形成される中空部４の底部に滞留する、作動液５が加熱される。破線矢印８は気体状の作動流体の流れを示し、実線矢印９は液体状の作動流体の流れを示す。

作動液５が加熱されて蒸発すると、作動液５の内部に蒸気泡７が発生する。加熱手段６により加熱され蒸発して気体状となった作動流体の一部は、破線矢印８に示すように、作動液５の液面から内容器２の外部表面へ移動する。内容器２の側面外側へ移動した気体状の作動流体は、内容器２の外部表面に熱を伝えることにより冷却されて、凝縮液化する。内容器２の外側面は、気体状の作動流体が凝縮する凝縮面である。凝縮して液体状となった作動流体は、実線矢印９に示すように、容器構造体の底部の作動液滞留部に自然還流する。

また、気体状の作動流体の一部は、破線矢印８に示すように、作動液５の液面から凹部１１の内部へ移動する。凹部１１は、気化した作動流体を受け入れ可能であるように、形成されている。凹部１１の内部へ移動した気体状の作動流体は、凹部１１の内壁面に熱を伝えることにより冷却されて、凝縮液化する。凹部１１の内壁面は、気体状の作動流体が凝縮する凝縮面である。凝縮して液体状となった作動流体は、実線矢印９に示すように、同様に容器構造体の底部の作動液滞留部に自然還流する。

このようにして、内容器２の外部表面および内容器２の底面に形成された凹部１１の内側表面は、作動流体の蒸発、凝縮作用により加熱される。この加熱によって、内容器２の側面部および突起１０の表面が加熱される。

一方、所定材料の被加熱材料は、矢印１３に示すように、容器構造体の外部から材料供給管１２を経由して内容器２の底部に至り、内容器２に形成された突起１０の隙間部分に供給される。被加熱材料は、内容器２の内部を流れるうちに、内容器２の側面部および突起１０の側面部から加熱される。つまり、材料供給管１２を経由して内容器２の内部へ供給される被加熱材料は、加熱手段６により作動液５が加熱され蒸発した気体状の作動流体と、熱交換することにより加熱される。

内容器２の底面のほぼ全面において、複数の突起１０が形成されている。そのため、内容器２の表面の、蒸発した作動流体により熱が与えられ、その熱を被加熱材料へ伝達し得る部分である、伝熱面の面積が増加している。伝熱面の面積が増大しており、内容器２の内部を流れる被加熱材料は、より大きな伝熱面から熱を受ける。そのため、内容器２の内部を流動して加熱される被加熱材料に、温度差が発生することが抑制される。つまり、被加熱材料の温度の均一性を向上させることができる。

また、隣接する２つの突起１０の間の隙間である、突起１０の壁面間隙間寸法は、２〜３ｍｍ程度に形成されている。そのため、内容器２の内部で被加熱材料の溶融物に対流が発生せず、内容器２の内部で被加熱材料の温度むらが発生しないので、壁面間隙間に充填される被加熱材料の温度をより均一化することができる。

内容器２の内部において、被加熱材料が沸点に近い温度に加熱されると、被加熱材料は蒸発して気化される。気体状の被加熱材料は、突起１０間の隙間を上昇して、内容器２の外部へ流出する。このようにして、温度分布が抑制され均熱化された、気体状の被加熱材料を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態１の均熱装置は、容器構造体と、材料供給管１２と、加熱手段６とを備える。容器構造体は、内容器２と外容器１とを有する。外容器１には、作動流体が充填される。内容器２と外容器１とのそれぞれの上端部を接合して、内容器２と外容器１との間に中空部４が形成されている。材料供給管１２は、容器構造体の外部から内容器２の内面に至る。加熱手段６は、外容器１の底部に配置されている。内容器２の底面には、内容器２の内部側へ向けて突起する複数個の突起１０と、底面が突起１０の内方へ窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な凹部１１と、が形成されている。

このようにすれば、内容器２の外表面および内容器２に設けられた凹部１１の内壁面において作動流体が凝縮する作用により、内容器２が加熱され、加熱された内容器２の温度の均一性が向上されている。内容器２の内部を流通する間に加熱される被加熱材料は、一様温度の加熱面、すなわち内容器２の側面内側および突起１０の表面で加熱されることにより、被加熱材料全体を一様に気化させることができる。そのため、加熱後の被加熱材料の温度を均一化させることができる。また、突起１０間の隙間を小さくすることで、内容器２の内部を通過する被加熱材料の溶融物の対流を抑制でき、加熱され気化された被加熱材料の温度の均一性をより向上させることができる。

また、材料供給管１２が内容器２と接続されている位置に対し、凹部１１の最深部が上側に位置するように、凹部１１は形成されている。典型的には、材料供給管１２は、内容器２の底部に接続されている。このようにすれば、材料供給管１２から供給された被加熱材料の、内容器２の内部における滞留時間をより長くできるとともに、より大きな上下方向の距離分の突起１０の表面を被加熱材料が通過する。したがって、被加熱材料は一層大きな伝熱面から熱を受けることができるので、被加熱材料に温度差が発生することが一層抑制され、被加熱材料の温度の均一性を一層向上させることができる。

このようにして、実施の形態１の均熱装置によると、被加熱材料を加熱する内容器２の伝熱面の温度を±１℃以内の温度分布に管理することができ、被加熱材料の温度を精度よく制御して、被加熱材料の気化量を高精度に制御できるので、高精度の成膜処理に適した蒸着装置に適用できる蒸発源が得られる。

さらに、内容器２に形成された多数の突起１０の隙間に被加熱材料を分散させて加熱することにより、伝熱面の面積が増大し、被加熱材料を大面積の伝熱面で加熱することができる。そのため、被加熱材料の加熱効率が高くなり、昇温時の熱応答性が大きく改善されるとともに、昇温時の熱エネルギーを最小にすることができるので、熱伝達効率を向上させ省エネルギーに適した均熱装置が得られる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２の均熱装置の上部平面図である。実施の形態２の均熱装置は、実施の形態１の均熱装置と比較して、内容器２の底面に形成された突起および凹部が図３に示すような形状となっている点で異なっている。

具体的には、実施の形態１では、内容器２の底面から上方に多数の突起１０が形成されたものについて述べたが、図３に示すように、内容器２の底面から上方に複数の平面形状が長方形状の突起１４を形成し、この突起１４の内部に、下端部が中空部４と連通する凹部１５を設けるようにしてもよい。つまり、図３に示すように、突起１４は、互いに平行に配列された直方体形状に形成されている。凹部１５は、突起１４の直方体形状の長辺方向に延びる、溝形状に形成されている。

実施の形態１では、被加熱材料が多数の突起１０間の隙間を通過する際に、突起１０の周りで流れが淀んで被加熱材料が滞留する場合がある。一方、実施の形態２の構成によれば、内容器２の底部に供給される被加熱材料は、突起１４の壁面に沿って流れ、突起１４の間を一方向に円滑に流動することができる。したがって、被加熱材料を流れ方向に均一に加熱して蒸発させることができるので、さらに高精度の蒸発量制御が可能になる。また、多数の突起１０を配置する場合に比べて突起１４の本数を減少できるので、加工工数が低減でき、低コストの均熱装置が得られる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３の均熱装置の上部平面図である。図５は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う均熱装置の断面図である。図４および図５に示すように、実施の形態３の均熱装置は、外容器１と、加熱ブロック１６とを備える。外容器１は、加熱ブロック１６の周囲を取り囲むように配置されている。

均熱装置は、フランジ３を備える。外容器１および加熱ブロック１６は、それぞれの上端部でフランジ３と接合され、加熱ブロック１６と外容器１との間に密閉空間である中空部４が形成されている、容器構造体を形成している。図５に示すように、加熱ブロック１６はフランジ３の中央開口部に設けられており、加熱ブロック１６の周囲をフランジ３と接合させて、加熱ブロック１６を外容器１の内部に垂下させている。

実施の形態１と同様に、中空部４の内部には作動液５が充填されており、作動液５は、中空部４の内部が真空排気された後に中空部４に充填される。外容器１の底部には、作動液５を加熱する加熱手段６が配置されている。均熱装置は、容器構造体の外側と加熱ブロック１６とを連通する、材料供給管１２を備える。

加熱ブロック１６の内部には、材料供給管１２に接続され水平方向に延びる主ヘッダ管１７と、主ヘッダ管１７から分岐し水平方向に延びる複数の枝ヘッダ管１８と、枝ヘッダ管１８から分岐し上下方向へ延びる複数の立上り管１９とが加工され形成されている。主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９は、加熱ブロック１６の内部に形成された穴である。立上り管１９の上端部は、加熱ブロック１６の上部表面へ開口し、開口部１９ａを形成する。主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８、立上り管１９および開口部１９ａは、被加熱材料が流動する流路に含まれる。

加熱ブロック１６の底面には、底面が加熱ブロック１６の内部側へ向けて窪んだ、複数個の凹部２０が形成されている。凹部２０は、下端が中空部４へ開口する開口部であり、上端が閉じている。つまり凹部２０は、貫通していない穴である止まり穴である。凹部２０の止まり穴形状の最深部は、凹部２０の上端である。凹部２０は、穴の径方向に沿う断面の形状が円形状の丸穴であり、深さ方向が直線に沿う直穴である。凹部２０の深さ方向は、上下方向に沿っている。

凹部２０は、立上り管１９に干渉しない位置で、加熱ブロック１６の下面から上面へ向かって形成されている。凹部２０は、立上り管１９の間を縫って形成されている。凹部２０は、立上り管１９の間に、被加熱材料の流路から隔てられて形成されている。図４に示すように、隣接する凹部２０が立上り管１９を挟むように立上り管１９の両側に形成されている。隣接する凹部２０の間に、立上り管１９が配置されている。

上記のように構成された実施の形態３の均熱装置において、加熱手段６の発熱により外容器１が加熱されると、容器構造体の底部の作動液滞留部に滞留する、作動液５が加熱される。加熱手段６により加熱され蒸発して気体状となった作動流体の一部は、加熱ブロック１６の外部表面へ移動する。また、気体状の作動流体の一部は、作動液５の液面から凹部２０の内部へ移動する。凹部２０は、気化した作動流体を受け入れ可能であるように、形成されている。気体状の作動流体は、加熱ブロック１６の外部表面および凹部２０の内壁面に熱を伝えることにより冷却されて、凝縮液化する。加熱ブロック１６の外部表面および凹部２０の内壁面は、気体状の作動流体が凝縮する凝縮面である。凝縮して液体状となった作動流体は、容器構造体の底部の作動液滞留部に自然還流する。

このようにして、加熱ブロック１６の外部表面および加熱ブロック１６の底面に形成された凹部２０の内側表面は、作動流体の蒸発、凝縮作用により加熱される。加熱ブロック１６の外部表面および凹部２０は、加熱手段６により加熱され蒸発した作動流体が冷却されて凝縮する、凝縮路に含まれる。

一方、所定材料の被加熱材料は、矢印１３に示すように、容器構造体の外部から材料供給管１２を経由して加熱ブロック１６に至り、加熱ブロック１６に形成された主ヘッダ管１７から枝ヘッダ管１８を経由して立上り管１９に順次圧送される。被加熱材料は、加熱ブロック１６の内部を通過するうちに、加熱ブロック１６の側面部および加熱ブロック１６の内部に設けられた凹部２０の壁面から加熱される。つまり、材料供給管１２を経由して加熱ブロック１６の内部へ供給される被加熱材料は、加熱手段６により作動液５が加熱され蒸発した気体状の作動流体と、熱交換することにより加熱される。

このとき、立上り管１９は、隣接する２つの凹部２０の間に形成されている。被加熱材料は、立上り管１９の内部を流れるとき、両側に形成されている凹部２０から伝熱される。

加熱ブロック１６に形成された流路を流動する被加熱材料は、流路を挟むように形成されている、２つの凹部２０から伝熱される。流路を流動する被加熱材料は、逆向きの２方向から加熱される。被加熱材料が複数の方向から熱を受けるので、流路の内部を流動する被加熱材料に温度差が発生することが抑制される。つまり、被加熱材料の温度の均一性を向上させることができる。

主ヘッダ管１７内の被加熱材料の流速が枝ヘッダ管１８内の被加熱材料の流速に対して十分小さくなるように、かつ、枝ヘッダ管１８内の被加熱材料の流速が立上り管１９内の被加熱材料の流速に対して十分小さくなるように、主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９の内径が選定されている。そのため、主ヘッダ管１７から分岐して流れる被加熱材料は、複数の枝ヘッダ管１８へ均等に流入し、同様に複数の立上り管１９へ均等に流入する。つまり、被加熱材料は所定の流路を一定の流れ状態で移動するので、被加熱材料が流路内の特定の一部分に滞留して温度履歴が流路内の各位置で異なるような現象を生じることなく、被加熱材料の温度履歴を均一化し、加熱後の被加熱材料の温度の均一性を向上させることができる。

また、立上り管１９を内径２〜３ｍｍ程度の小径孔を有する管で構成すれば、立上り管１９の内部で被加熱材料の溶融物に対流が発生せず、立上り管１９の内部で被加熱材料の温度むらが発生しないので、被加熱材料の温度をより均一化することができる。

加熱ブロック１６の内部において、被加熱材料が沸点に近い温度に加熱されると、被加熱材料は蒸発して気化される。気体状の被加熱材料は、開口部１９ａを経由して加熱ブロック１６の外部へ流出する。このようにして、温度分布が抑制され均熱化された、気体状の被加熱材料を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態３の均熱装置は、容器構造体と、材料供給管１２と、加熱手段６とを備える。容器構造体は、加熱ブロック１６と外容器１とを有する。加熱ブロック１６には、被加熱材料が流動する流路が形成されている。外容器１には、作動流体が充填される。加熱ブロック１６と外容器１とのそれぞれの上端部を接合して、加熱ブロック１６と外容器１との間に中空部４が形成されている。

材料供給管１２は、容器構造体の外側と加熱ブロック１６とを連通する。加熱手段６は、外容器１の底部に配置されている。被加熱材料の流路は、材料供給管１２に接続され水平方向に延びる第一流路としての主ヘッダ管１７および枝ヘッダ管１８と、第一流路から分岐し上下方向へ延びる第二流路としての立上り管１９と、第二流路が容器構造体の上部表面に開口した開口部１９ａとを含む。加熱ブロック１６の底面には、底面が加熱ブロック１６の内部側へ向けて窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な複数個の凹部２０が形成されている。隣接する凹部２０の間に、立上り管１９が配置されている。

このようにすれば、加熱ブロック１６の外表面および加熱ブロック１６に設けられた凹部２０の内壁面において作動流体が凝縮する作用により、加熱ブロック１６が加熱され、加熱された加熱ブロック１６の温度の均一性が向上されている。加熱ブロック１６の内部に形成された流路内を流通する間に加熱される被加熱材料は、一様温度の加熱面、すなわち主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９の内壁面で加熱されることにより、被加熱材料全体を一様に気化させることができる。そのため、加熱後の被加熱材料の温度を均一化させることができる。

また、材料供給管１２と主ヘッダ管１７との接続部から開口部１９ａまで、被加熱材料が連続して流れるように流路が構成されており、被加熱材料が主ヘッダ管１７から枝ヘッダ管１８を経由して立上り管１９に順次送られて加熱される。そのため、被加熱材料の一部が流路の一部で滞留することがなく、被加熱材料の流れが一定となり、被加熱材料の加熱履歴の均一性を向上できる。

また、立上り管１９を小径のものとすることで、立上り管１９の内部を通過する被加熱材料の溶融物の対流を抑制でき、加熱され気化された被加熱材料の温度の均一性をより向上させることができる。２〜３ｍｍ程度の小径の立上り管１９を多数設けることで、被加熱材料への伝熱面積を拡大させ、被加熱材料を大面積の伝熱面で加熱することができ、被加熱材料の加熱効率を一層向上することができる。

小径の管路網である流路に被加熱材料を分散させて加熱することにより、伝熱面の面積が増大し、被加熱材料を大面積の伝熱面で加熱することができる。そのため、被加熱材料の加熱効率が高くなり、昇温時の熱応答性が大きく改善されるとともに、昇温時の熱エネルギーを最小にすることができるので、熱伝達効率を向上させ省エネルギーに適した均熱装置が得られる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４の均熱装置の上部平面図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う均熱装置の断面図である。実施の形態４の均熱装置は、実施の形態３の均熱装置と比較して、加熱ブロック１６の底面に形成された凹部が図６および図７に示すような形状となっている点で異なっている。

具体的には、実施の形態３では、立上り管１９に干渉しないように、加熱ブロック１６の底面に下端側が中空部４と連通する複数の丸穴形状の凹部２０を加工したものについて示したが、図６および図７に示すように、立上り管１９に干渉しないように、加熱ブロック１６の下面側から内部にかけて、下端部が中空部４と連通する止まり溝形状の凹部２１を設けるようにしてもよい。このようにすると、気体状の作動流体が凝縮する凹部２１の表面積を増加でき、立上り管１９の内部を流れる被加熱材料の加熱量が増加するとともに、加熱ブロック１６の熱容量を低減できるので、被加熱材料への加熱効率をさらに向上することができる。

（実施の形態５）
図８は、実施の形態５の均熱装置の上部平面図である。図９は、図８に示すＩＸ−ＩＸ線に沿う均熱装置の断面図である。図８および図９に示すように、実施の形態５の均熱装置は、外容器１と、被加熱材料が流動する管路とを備える。外容器１は、管路の周囲を取り囲むように配置されている。均熱装置は、フランジ３を備える。外容器１は、上端部でフランジ３と接合され、外容器１の内部に密閉空間である中空部４が形成されている、容器構造体を形成している。管路は、外容器１の内部に形成された中空部４内に配置されている。

実施の形態１と同様に、中空部４の内部には作動液５が充填されており、作動液５は、中空部４の内部が真空排気された後に中空部４に充填される。外容器１の底部には、作動液５を加熱する加熱手段６が配置されている。均熱装置は、容器構造体の外側と内側とを連通する、材料供給管１２を備える。

中空部４の内部には、材料供給管１２の一端に接続され水平方向に延びる主ヘッダ管１７と、主ヘッダ管１７から分岐し水平方向に延びる複数の枝ヘッダ管１８と、枝ヘッダ管１８から分岐し上下方向へ延び上部に立ち上がる複数の立上り管１９とが加工され形成されている。主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９は、管状の部材である。立上り管１９の上端部は、フランジ３の上部表面へ開口し、開口部１９ａを形成する。立上り管１９の上端部はフランジ３に接続されて、容器構造体の外部に開放されている。材料供給管１２、主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８、立上り管１９および開口部１９ａは、被加熱材料が流動する管路に含まれる。

上記のように構成された実施の形態５の均熱装置において、加熱手段６の発熱により外容器１が加熱されると、容器構造体の底部の作動液滞留部に滞留する、作動液５が加熱される。加熱手段６により加熱され蒸発して気体状となった作動流体の一部は、管路の表面へ移動する。気体状の作動流体は、管路の表面に熱を伝えることにより冷却されて、凝縮液化する。管路の表面は、気体状の作動流体が凝縮する凝縮面である。凝縮して液体状となった作動流体は、容器構造体の底部の作動液滞留部に自然還流する。このようにして、管路の表面は、作動流体の蒸発、凝縮作用により加熱される。

一方、所定材料の被加熱材料は、矢印１３に示すように、容器構造体の外部から材料供給管１２を経由して中空部４内部の管路に至り、主ヘッダ管１７から枝ヘッダ管１８を経由して立上り管１９に順次圧送される。被加熱材料は、管路の内部を通過するうちに、管路の壁面から加熱される。つまり、材料供給管１２を経由して外容器１の内部へ供給される被加熱材料は、加熱手段６により作動液５が加熱され蒸発した気体状の作動流体と、熱交換することにより加熱される。

主ヘッダ管１７内の被加熱材料の流速が枝ヘッダ管１８内の被加熱材料の流速に対して十分小さくなるように、かつ、枝ヘッダ管１８内の被加熱材料の流速が立上り管１９内の被加熱材料の流速に対して十分小さくなるように、主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９の内径が選定されている。そのため、主ヘッダ管１７から分岐して流れる被加熱材料は、複数の枝ヘッダ管１８へ均等に流入し、同様に複数の立上り管１９へ均等に流入する。つまり、被加熱材料は所定の流路を一定の流れ状態で移動するので、被加熱材料が流路内の特定の一部分に滞留して温度履歴が流路内の各位置で異なるような現象を生じることなく、被加熱材料の温度履歴を均一化し、加熱後の被加熱材料の温度の均一性を向上させることができる。

また、立上り管１９を内径２〜３ｍｍ程度の小径管で構成すれば、立上り管１９の内部で被加熱材料の溶融物に対流が発生せず、立上り管１９の内部で被加熱材料の温度むらが発生しないので、被加熱材料の温度をより均一化することができる。

管路の内部において、被加熱材料が沸点に近い温度に加熱されると、被加熱材料は蒸発して気化される。気体状の被加熱材料は、開口部１９ａを経由して容器構造体の外部へ流出する。このようにして、温度分布が抑制され均熱化された、気体状の被加熱材料を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態５の均熱装置は、容器構造体と、加熱手段６と、管路とを備える。容器構造体は、作動流体が充填された密閉空間が内部に形成されている、外容器１を含む。加熱手段６は、外容器１の底部に配置されている。管路の内部を被加熱材料が流動する。管路は、容器構造体の外側と内側とを連通する、材料供給管１２を含む。また管路は、材料供給管１２に接続され、水平方向に延びる、主ヘッダ管１７を含む。また管路は、主ヘッダ管１７から分岐し、水平方向に延びる、枝ヘッダ管１８を含む。また管路は、枝ヘッダ管１８から分岐し、容器構造体の上部表面へ開口する、複数の立上り管１９を含む。

このようにすれば、主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９を含む、被加熱材料が流通する管路の全体が、加熱手段６により加熱され蒸発した気体状の作動流体に直接触れる。そのため、作動流体の凝縮作用により管路全体が効率よく加熱されるので、被加熱材料の加熱効率を顕著に向上させることができる。また、均熱装置の構造も大幅に簡素化できる。

管路の外表面において作動流体が凝縮する作用により、管路が加熱され、加熱された管路の温度の均一性が向上されている。管路内を流通する間に加熱される被加熱材料は、一様温度の加熱面、すなわち主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９の内壁面で加熱されることにより、被加熱材料全体を一様に気化させることができる。そのため、加熱後の被加熱材料の温度を均一化させることができる。

また、材料供給管１２と主ヘッダ管１７との接続部から開口部１９ａまで、被加熱材料が連続して流れるように流路が構成されており、被加熱材料が主ヘッダ管１７から枝ヘッダ管１８を経由して立上り管１９に順次送られて加熱される。そのため、被加熱材料の一部が流路の一部で滞留することがなく、被加熱材料の流れが一定となり、被加熱材料の加熱履歴の均一性を向上できる。

また、立上り管１９を小径のものとすることで、立上り管１９の内部を通過する被加熱材料の溶融物の対流を抑制でき、加熱され気化された被加熱材料の温度の均一性をより向上させることができる。２〜３ｍｍ程度の小径の立上り管１９を多数設けることで、被加熱材料への伝熱面積を拡大させ、被加熱材料を大面積の伝熱面で加熱することができ、被加熱材料の加熱効率を一層向上することができる。

小径の管路網に被加熱材料を分散させて加熱することにより、伝熱面の面積が増大し、被加熱材料を大面積の伝熱面で加熱することができる。そのため、被加熱材料の加熱効率が高くなり、昇温時の熱応答性が大きく改善されるとともに、昇温時の熱エネルギーを最小にすることができるので、熱伝達効率を向上させ省エネルギーに適した均熱装置が得られる。

また、材料が流通する主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８、立上り管１９は、材料の付着防止および表面処理の前処理などのために、内表面の研磨処理を必要とする。実施の形態５の均熱装置の場合は、被加熱材料の流路が管体となるので、市販の磨きパイプで管路を構成することにより、内面仕上げを省略することができる。したがって、被加熱材料の流路の加工工数を大幅に低減でき、低コストの均熱装置を得ることができる。

（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６の均熱装置の断面図である。上記実施の形態１から５では、加熱手段６を外容器１の下部に配置したものについて説明したが、図１０に示すように加熱手段６の取り付け位置に対応する外容器１の底部内面側にフィン体２２を設けるようにしてもよい。

このようにすると、作動液５の蒸発面積を拡大できるので、作動液５の沸騰が促進され、均熱装置の熱応答を改善することができる。また、加熱手段６の熱が速やかに外容器１の内部の作動液５に伝達されるので、外容器１の表面温度の上昇が抑えられ、外容器１の加熱手段６近傍の過熱を防止できるとともに、容器構造体から周囲への放熱量も低減されるので、省エネルギーの均熱装置が得られる。

（実施の形態７）
図１１は、実施の形態７の均熱装置の断面図である。上記実施の形態６では、外容器１の底部内面側にフィン体２２が形成されている均熱装置について説明したが、図１１に示すように、外容器１の底部内面側に沸騰促進体２３を配置するようにしてもよい。

この沸騰促進体２３は、たとえば金属メッシュ、金属粉の焼結体などにより形成される。沸騰促進体２３により、作動液５の沸騰が効率よく行なわれるので、蒸発装置の熱応答をさらに改善することができるとともに、加熱手段６で加熱される外容器１の表面温度の上昇をさらに抑制できるので、容器構造体から周囲への放熱量もさらに低減され、一層省エネルギーの均熱装置が得られる。

（実施の形態８）
図１２は、実施の形態８の均熱装置の断面図である。上記実施の形態１から７では、加熱手段６を外容器１の底部の外表面に配置したものについて説明したが、図１２に示すようにヒータ収納管２４の一端を外容器１の下部に接合し固定するとともに、ヒータ収納管２４の他端を外容器１の内部の作動液５に浸漬するように配置してもよい。図１２に示すように、実施の形態８では、ヒータ収納管２４の内部に、発熱部２６を有するヒータ２５が収納されており、発熱部２６は、ヒータ収納管２４の一端から離れて配置されている。

このようにすると、作動液５を直接ヒータ収納管２４で加熱することができる。また、ヒータ２５の発熱部２６はヒータ収納管２４と外容器１との接合部から離れており、ヒータ２５から外容器１への伝熱影響を少なくできるので、外容器１から周囲への放熱を大幅に抑制できる。また、作動液５の蒸発が速やかに行なわれるので、均熱装置の熱応答を大幅に改善することができる。

（実施の形態９）
図１３は、実施の形態９の均熱装置の断面図である。上記実施の形態８では、外容器１の内部にヒータ収納管２４を配置して作動液５を加熱するものについて説明したが、図１３に示すようにこのヒータ収納管２４の外周表面にフィン体２７を形成するようにしてもよい。

このようにすると、ヒータ２５から作動液５への伝熱が一層効率よく行なわれ、作動流体の蒸発がさらに速やかに行なわれるので、均熱装置の熱応答をさらに改善することができる。

（実施の形態１０）
図１４は、実施の形態１０の均熱装置の断面図である。上記実施の形態９では、フィン体２７が形成されたヒータ収納管２４を外容器１の内部に配置して作動液５を加熱するものについて説明したが、図１４に示すようにヒータ収納管２４の外周表面に沸騰促進体２８を形成するようにしてもよい。

このようにすると、ヒータ２５から作動液５への加熱がさらに効率よく行なわれ、作動液５が沸騰促進体２８の表面から一層速やかに蒸発するので、均熱装置の熱応答をさらに改善することができる。

上記の一連の実施の形態では、容器構造体の平面形状が四角形状のものについて説明したが、容器構造体の形状は四角形に限定されるものではなく、多角形であっても丸形であってもかまわない。

また、加熱手段６としては、電気ヒータ式、誘導加熱式、温水加熱式または蒸気加熱式などを用いてもよく、加熱方式を限定するものでは無い。

また、材料供給管１２が外容器１の側面部を貫通して内容器２または主ヘッダ管１７に接続される例を示したが、材料供給管１２の経路を限定するものではない。材料供給管１２は外容器１の下面から主ヘッダ管１７に至るものであっても、フランジ３の中に形成される供給孔を経由して主ヘッダ管１７に至るものであってもよく、材料供給管１２はどのような経路をとってもよい。

また、被加熱材料の流路に含まれる主ヘッダ管１７、枝ヘッダ管１８および立上り管１９、ならびに、内容器２に形成される凹部１１および加熱ブロック１６に形成される凹部２０の延びる方向に関し、水平方向または上下方向と規定して説明したが、流路および凹部の延びる方向が水平方向または上下方向に対して厳密に平行でなく、傾斜していてもかまわない。また、流路および凹部は、直管または直穴に限られず、屈曲形状や曲線形状を有する管または穴を含んでいてもよい。凹部１１，２０は断面形状が円形の丸穴に限られず、どのような形状でもよく、たとえば角穴としてもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、容器内に収容した所定材料の原料を加熱し、溶融蒸発させて、基板の表面に蒸着材料を成膜処理する蒸着装置の蒸発源として好適である。

Claims (11)

1. 内容器（２）と作動流体が充填される外容器（１）とのそれぞれの上端部を接合して、前記内容器（２）と前記外容器（１）との間に中空部（４）を形成した、容器構造体と、
   前記容器構造体の外部から前記内容器（２）の内面に至る材料供給管（１２）と、
   前記外容器（１）の底部に配置された加熱手段（６）とを備え、
   前記内容器（２）の底面には、前記内容器（２）の内部側へ向けて突起する複数個の突起（１０，１４）と、前記底面が前記突起（１０，１４）の内方へ窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な凹部（１１，１５）と、が形成されている、均熱装置。
2. 前記突起（１４）は、互いに並行に配列された直方体形状に形成されており、
   前記凹部（１５）は、前記突起（１４）の前記直方体形状の長辺方向に延びる溝形状に形成されている、請求の範囲第１項に記載の均熱装置。
3. 前記材料供給管（１２）が前記内容器（２）と接続されている位置に対し、前記凹部（１１，１５）の最深部が上側に位置するように、前記凹部（１１，１５）は形成されている、請求の範囲第１項および第２項に記載の均熱装置。
4. 被加熱材料が流動する流路が形成された加熱ブロック（１６）と、作動流体が充填される外容器（１）とを有し、前記加熱ブロック（１６）と前記外容器（１）とのそれぞれの上端部を接合して前記加熱ブロック（１６）と前記外容器（１）との間に中空部（４）を形成した、容器構造体と、
   前記容器構造体の外側と前記加熱ブロック（１６）とを連通する材料供給管（１２）と、
   前記外容器（１）の底部に配置された加熱手段（６）とを備え、
   前記流路は、前記材料供給管（１２）に接続され水平方向に延びる第一流路（１７）と、前記第一流路（１７）から分岐し上下方向へ延びる第二流路（１９）と、前記第二流路（１９）が前記容器構造体の上部表面に開口した開口部（１９ａ）とを含み、
   前記加熱ブロック（１６）の底面には、前記底面が前記加熱ブロック（１６）の内部側へ向けて窪んだ、気化した作動流体を受け入れ可能な複数個の凹部（２０）が形成されており、
   隣接する前記凹部（２０）の間に前記第二流路（１９）を配置した、均熱装置。
5. 作動流体が充填された密閉空間が内部に形成されている外容器（１）を含む、容器構造体と、
   前記外容器（１）の底部に配置された加熱手段（６）と、
   被加熱材料が流動する管路とを備え、
   前記管路は、
   前記容器構造体の外側と内側とを連通する材料供給管（１２）と、
   前記材料供給管（１２）に接続され水平方向に延びる主ヘッダ管（１７）と、
   前記主ヘッダ管（１７）から分岐し水平方向に延びる枝ヘッダ管（１８）と、
   前記枝ヘッダ管（１８）から分岐し前記容器構造体の上部表面へ開口する複数の立上り管（１９）とを含む、均熱装置。
6. 前記加熱手段（６）は、前記外容器の外表面に熱接触する、請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の均熱装置。
7. 前記外容器（１）の底部内面側に、フィン体（２２）が形成されている、請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の均熱装置。
8. 前記外容器（１）の底部内面側に、沸騰促進体（２３）が配置されている、請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の均熱装置。
9. 一端が前記外容器（１）に固定され、他端が液体状の作動流体（５）中に浸漬されたヒータ収納管（２４）と、
   前記ヒータ収納管（２４）に収納され、発熱部（２６）を有するヒータ（２５）とをさらに備え、
   前記発熱部（２６）は、前記ヒータ収納管（２４）の前記外容器（１）に固定された前記一端から離れて配置されている、請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の均熱装置。
10. 前記ヒータ収納管（２４）の外周面に、フィン体（２７）が形成されている、請求の範囲第９項に記載の均熱装置。
11. 前記ヒータ収納管（２４）の外周面に、沸騰促進体（２８）が配置されている、請求の範囲第９項に記載の均熱装置。

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