JPS62271385A - 輻射線加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は輻射線加熱装置に閃し、特に回転楕円面から成
る反射鏡を用いる輻射線加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

輻射線加熱装置は、少くとも１個の回転楕円面から成る
反射鏡の一方の焦点に熱光源を設置し、池方の焦点に試
料を置いて、熱光源から放射された熱輻射線を試料側の
焦点に集光し試料を加熱するものである。

この装置には、反射鏡が１個の回転楕円面で構成される
単楕円型、反射鏡が２個の回転楕円面の組合わせで構成
される双楕円を、更に反射鏡が３個以上の回転楕円面の
組合わせで構成される多楕円型がある。

次に、従来の輻射線加熱装置について図面を参照して説
明する。第５図は従来の輻射線加熱装置の一例である双
楕円型輻射線加熱装置の加熱炉部分の縦断面図であり、
第６図は第５図のＸ′軸に直交し、ド２′点を通る断面
を示す断面図である。

図において２０（、）、２０１が反射鏡であり、その反
射鏡面２０２　ａ　、　２０２　ｂはそれぞれ焦点！’
、’、Ｆ２′を有する楕円をＸ′軸まわりに回転させた
回転楕円面と、焦点Ｆ２′、Ｆ３’を有する楕円をＸ′
軸まわりに回転させた回転楕円面で構成される。２０３
ａ、２０３ｂはそれぞれ反Ｑ＋　鏡面２０２ａ、２０２
ｂの焦点Ｆ１′及びＦｌ′に設けられた熱光源で、ハロ
ゲンランプなどが使用される。熱光源２０３ａ、２０３
ｂからの光は反射鏡面２０２ａ、２０２ｂにより共有の
焦点Ｆ２′上に同時に集光され、焦点Ｆ２′が加熱点と
なる９ また上側試料２０４は上試料ホルダー２０５を庁して上
シャフト２０６に保持固定され、下側試料２０７は下試
料ホルダー２０８を介して下シャフト２０９に保持固定
されている。上側試料２０４及び下側試料２０７は焦点
Ｆ２′付近で加熱溶融され、溶融域（モルテンゾーン）
２１０を形成した状態で結合しており、溶融域２１０付
近の周囲は石英管ホルダー２２０で抑圧保持された透明
石英ガラス製の炉芯管２１１に包まれている。

一方、反射鏡２０１の側面には、気密保持用のガラス窓
２１２を有する溶融域観察窓２１３があけられており、
反射鏡２０１に固定されたレンズ２１７＋により溶融域
２１０及びその近傍の上ｉｉ１試料２０．４　、下ｐＩ
試料２０７の像が結合される位置にスクリーン２１５が
固定されている。

ところで、このようなスクリーン２１５に像が投写され
るには、熱光源２０３ａ及び２０３　ｂにより加熱され
た上Ｉ！′ＩＪ試料２０４、下側試料２０７及び溶融域
２１０が自身の熱により自から輝くことが・ピ・要であ
り、発光源となっている上ｌ！！！ｌ試料２０４、下側
試料２０７及び溶融域２１０からの光でこれらの像が形
成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の輻射線加熱装置はフローティングゾーン
法による結晶成長のために使用されるが、この場合、下
側試料２０７には成長させたい結晶の種結晶を、上側試
料２０４にはこの種結晶と同一成分の多結晶棒をそれぞ
れ使用する。従って、融点の非常に低い材料、例えばイ
ンジウムアンチモン、鉛、亜鉛などといった材料の単結
晶を製作する場合、溶融域２１０の形成に当っては融液
９品度を融点近傍に設定するため、ｌ容融域２１０の温
度が低く、その発光量が小さいので、溶融域２１０の（
象がスクリーンに写らなかったり、写っても非常に暗く
て溶融域の形状の観測に支障をきたす。

また、溶融域を形成するためには第７図に見る如く上側
試料２０４と下側試料２０７をわずかなｌＩ？ｊ間２１
９を置いてえ［向せしめ、両者の隙間２１９の中央に反
射鏡２００．２０１の焦点Ｆ２′が一致する状態で熱光
源２０２ａ、２０２ｂに徐々に電力を加え、上側試料２
０４と下側試料２０７の対向部を徐々に加熱し、この対
向部を遂には溶融させ、溶融した状態で結合させて上Ｕ
試料２０４と下１１１Ｊ試料２０７が溶融域２１０を介
して結きされている状態とするような工程を必要とする
。

この溶融域形成工程では、？８融域ができる前に上シャ
ツＩ−２０６を上シャフト移動機構（図示せず）を用い
てＺ゛軸に沿って動かすことで上側試′Ｆ４２０４と下
１！Ｉ！Ｉ試料２０７の隙間２１９分最適な寸法に調整
したり、反射鏡移動機構（図示せず）を用いて反射鏡２
００，２０１をＸ′軸に沿って動かすことで反射鏡２０
０，２０１の焦点Ｆ２′の位置を隙間２１９の中央にく
るように調！さする事が重要である。

しかしながら、前述したインジウムアンチモン、鉛、亜
ｊ（）なとの融点の低い材料の場かには溶融域のできる
前の試料の温度は非常に低く、上側試料２０４と下側試
料２０７の像がスクリーン上に写らないため、溶融域形
成工程での上シャフト位置や反射鏡位置の調整が目標か
見えず正確に行えないと言う問題を生じる。

本発明の目的は、融点の低い材料の場合にら溶融域形成
工程での上シャフト位置や反射鏡位置の：Ａ整に必要な
上側試料と下側試料の間の隙間や溶融域の形状がスクリ
ーン上で明確に見ることのできる輻射線加熱装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の輻射線加熱装置は、回転楕円面からなる反射鏡
と、該反射鏡の第一の焦点位置に設けられた熱光源と、
加熱点である前記反射鏡の第二の焦点を通り前記第一、
第二の焦点を結ぶ第一の軸に垂直な第二の軸に沿って対
向配置される試料を保持する手段と、前記第一、第二の
軸に垂直で前記第二の焦点を通る第三の軸上に設け前記
試料の溶融域を観察する溶融域観察窓とを具備する輻射
線加熱装置において、前記第三の軸上に前記第二の焦点
に対して前記溶融域観察窓とほぼ対向するように設けた
照明用窓と、前記第三の軸上に設けられ前記照明用窓を
通して前記溶融域を照射する照明用光源とを具備するこ
とを特徴とするものである。

し作用〕 熱光源に電力の供給がなく、試料からの発光のない場合
でも、照明用光源を点灯して溶融域観察用の窓とは反対
の方向から試料に照明光を当てることにより試料のシル
エツト像をスクリーン上に投影することができる。従っ
て、熱光源への電力供給がどんなに小さくとも、溶融域
形成過程で必要な上側試料と下側試料の隙間の位置や量
の正確な観察がこれらの試料のシルエツト像により可能
となる。

また融点がどんなに低い試料に対しても溶融域の形状が
照明用光源によってできるシルエット・像を用いて観察
できる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の加熱炉部分の概念３示す概
念図である。第２図は第１図の実施例の加熱炉部分のＸ
ｚ平面における断面を示す断面図、第３図は第１図の実
施例のＹＺ平面における断面を示す断面図である。

図において１００，１０１が反射鏡であり、その反射鏡
面１０２ａ、１０２ｂはそれぞれ焦点Ｆ、、Ｆ、を有す
る楕円をＸ＠まわりに回転させた回転楕円面と、焦点Ｆ
２．Ｆ３を有する楕円をＸ軸まわりに回転させた回転楕
円面で構成される。１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ反射
鏡面１０２ａ、１０２ｂの焦点Ｆｒ及びＦ３に設けられ
た熱光源である。熱光源１０３ａ、１０３ｂからの光は
反射鏡面１０２ａ、１０２ｂにより共有焦点Ｆ２上に同
時に集光され、焦点Ｆ２が加熱点となる。

また」−側試料１０４は上試料ホルダー１０５を介して
上シャツｌ−１０６に保持固定され、下側飼料１０７は
下試料ホルダー１０８を介して下シャフト１０９に保持
固定されている。上シャフト１０６及び下シャフト１０
９はＺ軸上に配置され、同じくＺ軸上に配置された上Ｒ
試料１０４及び下側試料１０７は焦点Ｆ２付近で加熱溶
融され、溶融域（モルテンゾーン）１１０を形成した状
態で結合しており、溶融域１１０付近の周囲は石英管ホ
ルダー１２０で押圧保持された透明石英ガラス製の炉芯
管１１１に包まれている。

また、反射Ｍ１０１の側面にはＹ軸上に気密保持用のガ
ラス窓１１２を有する溶融域観察窓１１３があけられて
おり、反射鏡１０１に固定されたレンズ１１４により、
溶融域１１０及びその近傍の上側試料１０４．下側試料
１０７の像が結像される位置にスクリーン１１５が固定
されている。

一方、焦点Ｆ２に対して溶融域観察窓１１３と対称な位
置には、反射鏡１０１の側面のＹ軸上に気密保持用のガ
ラス窓１１６を有する照明用窓１１７があけられており
、照明用窓１１７の外側のＹ軸上に照明用光源１１８が
配置された構造を有する。

次に、第１図の実施例により単結晶を製造する際の溶融
域の形成の手順について述べる。

ｍ結晶を製造するには下（！！ｊｌ試料１０７として種
結晶を設置し、上側試料１０４として種結晶と同材質の
焼結素材棒もしくは多結晶素材棒を用いる。まず始めに
第４図のように上側試料１０１１と下側試料１０７をわ
ずかな隙間１１９３置いて対向せしめ、両者の隙間１１
９の中央に反射鏡１０１の焦点Ｆ２が一致する状態にす
る。この場合、Ｈ５＜明用尤源１１８を点灯して、上＋
ｎ、！Ｉ試料１０４と下側試料１０７にバンクライトを
当てることによりスクリーン１１５の上にできる上側試
料１０４と下ｌ！ｌ試料１０７のシルエツト像を観察し
て試料間の隙間１１９の位置及び量を観察しながら上シ
ャツ１−移動機構（図示せず）及び反射鏡移動機構（図
示せず）を用いて上シャフト及び反射鏡のＺ方向の位置
を移動調整し第４図の状態を実現する。

次で、熱光源１０３ａ、１０３ｂに電力を徐々に加えて
いき、上側試ｆ’ｌ　１０４と下側試料１０７の左端が
溶融した状態で結きし、第３図のように溶融域１１０を
形成するまで熱光源への電力を増加させ続ける。この状
磐でスクリーン１１５−ヒで溶融域１１０を観測しなが
ら熱光源への電力と上シャフト１０６及び反射鏡１０１
の位置を調整して溶融域】１０の形状を最適な状態にす
る。ここで／８融域のｗＡＪ！！Ｉにあたっては、融点
の高い結晶に対してはｂｔ来通り高温の溶融域１１０か
らの自からの発光によってスクリーン１１５上にできる
高輝度の溶融域像を観察すれば良く、従来観測の困雅で
あった融点の低い材料の結晶成長に対しても照明用光源
１１８を点灯して、バックライ１−でスクリーン１１５
上に溶融域のシルエット（象を形成することで、溶融域
形状のｉ測が可能である。

なお、ここでは双楕円型の輻射線加熱装置の実施例につ
いて説明してきたが、単楕円型あるいは多楕円型の輻射
線加熱装置についてら本発明は適用でき、同様の効果を
生ずる。

また、第１図の実施例ではＹ軸上に照明用光源、照明用
窓溶融域観察窓レンズ及びスクリーンが並んでいる構造
を示したが、Ｚ軸に直交し加熱点である焦点Ｆ２を通る
任意の軸上に照明用尤源、照明用窓、溶融域観察窓、レ
ンズ及びスクリーンが並んでいる場合にら本発明が適用
でき、同様の効果を生ずることは明らかである。

更に、第１図の実施例では溶融域の（象をレンズでスク
リーン上に結像させる８Ｉ造で説明したが、レンズとス
クリーンのかわりに、接写レンズとＴＶカメラを用いて
溶融域を溶融域観察窓を通して直接Ｔ”　Ｖカメラで撮
（象する構造の場合にも本発明が適用でき同様の効果を
生ずることは明らかである。

また、以上の説明で述べた熱光源としては、ハロゲンラ
ンプ、キセノンランプ等の任意のランプの使用が可能で
ある。

〔発明の効果〕

以１−説明したように本発明の輻射線加熱装置は、加熱
慨である焦点に関して溶融域観察窓と対称な位置に照明
用窓と照明用光源を配置したことにより、従来困雅であ
った融点の低い材料の溶融域形状の明瞭な１ｆｊ２測が
どんなに融点の低い材料に対！−てら可能となった。

更に、従来不可能であった熱光源に電力を供給していな
い時でも上１！ＪＪ試料と下側試料の間の隙間の位置や
量を！ｔｌｌ側することができるため、／８融域形成工
程の初期に必要な試料位置及び反ｑ・を鏡位置の正確な
調整が可能になると言う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式［２１、第２図。 第３図、第４図は第１図の実施例の断面図、第５図、第
６図、第７図は従来例の断面図である。 １００．１０１，２００，２０１・・・反射鏡、１０３
　ａ　、　　１０３　ｂ　、　２０３　ａ　、　２０３
　））　−熱光源、１０４．２０４・・・上側試料、１
０６．２０６・・・上シャフト、１０７，２０７・・・
下側試ト１．１０９．２０９・・・下シャフト、１１０
．２１０・・・溶融１或　、　　］、１３．２１３　　
・・曽容融域観察窓　、１１４．２１４・・・レンズ、
１１５．２１５・・スクリーン、１１７・・・照明用窓
、１１８・・・照明用光源。 代理人　弁理士　　　内　原　　　音 茶　ｌ　図 Ｚ 第　３［！Ｉ 坪４図 Ｚ′ 茶　乙　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転楕円面からなる反射鏡と、該反射鏡の第一の焦点位
   置に設けられた熱光源と、加熱点である前記反射鏡の第
   二の焦点を通り前記第一、第二の焦点を結ぶ第一の軸に
   垂直な第二の軸に沿って対向配置される試料を保持する
   手段と、前記第一、第二の軸に垂直で前記第二の焦点を
   通る第三の軸上に設け前記試料の溶融域を観察する溶融
   域観察窓とを具備する輻射線加熱装置において、前記第
   三の軸上に前記第二の焦点に対して前記溶融域観察窓と
   ほぼ対向するように設けた照明用窓と、前記第三の軸上
   に設けられ前記照明用窓を通して前記溶融域を照射する
   照明用光源とを具備することを特徴とする輻射線加熱装
   置。