JPH0143406Y2 - - Google Patents

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JPH0143406Y2
JPH0143406Y2 JP13575384U JP13575384U JPH0143406Y2 JP H0143406 Y2 JPH0143406 Y2 JP H0143406Y2 JP 13575384 U JP13575384 U JP 13575384U JP 13575384 U JP13575384 U JP 13575384U JP H0143406 Y2 JPH0143406 Y2 JP H0143406Y2
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sample holder
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holder
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案はフローテイングゾーン法による単結晶
の製造等に用いられる輻射線加熱装置に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a radiation heating device used for manufacturing single crystals by the floating zone method.

(従来技術とその問題点) 輻射線加熱装置は、回転楕円面鏡からなる反射
鏡の一方の焦点に熱光源ランプを置き、もう一方
の焦点に試料をおいて熱光源から出た光(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を1個の回転楕円
面のみで構成する単楕円型、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型、更に反
射鏡を3個以上の回転楕円面の組合わせで構成す
る多楕円型がある。
(Prior art and its problems) A radiation heating device places a thermal light source lamp at one focus of a reflecting mirror consisting of a spheroidal mirror, places a sample at the other focal point, and heats the light (radiation) emitted from the thermal light source. The beam is focused on the sample side to heat the sample. This device has a single elliptical type in which the reflecting mirror consists of only one ellipsoid of revolution, a bielliptic type in which the reflecting mirror consists of a combination of two ellipsoidal surfaces, and a bielliptic type in which the reflecting mirror consists of a combination of two ellipsoids of revolution, and three or more rotating reflecting mirrors. There is a multi-elliptic type that consists of a combination of ellipsoidal surfaces.

輻射線加熱装置では通常FZ法による結晶成長
を行なうために使用される。この場合には種とな
る単結晶と育成する結晶の素材を供給するための
素材棒とをそれぞれ試料として炉内に装着する。
本考案はこれらの試料の装着のための試料ホルダ
ーの構造に関するものである。
Radiation heating equipment is usually used for crystal growth using the FZ method. In this case, a single crystal serving as a seed and a material rod for supplying material for the crystal to be grown are each placed as samples in the furnace.
The present invention relates to the structure of a sample holder for mounting these samples.

次に従来の輻射線加熱装置の構造及び欠点を図
に従つて説明する。
Next, the structure and drawbacks of the conventional radiation heating device will be explained with reference to the drawings.

第3図は、ジヤーナル オブ クリスタル グ
ロース(Jounal of Crystal Grouth62(1983)
475ー480)に示された従来構造を有する単楕円型
の輻射線加熱装置の主要部の概念図である。
Figure 3 is from Journal of Crystal Growth62 (1983).
475-480) is a conceptual diagram of the main part of a single elliptical radiation heating device having a conventional structure.

図において、201が反射鏡であり、その反射
鏡面202は焦点F1′,F2′をもつ回転楕円面であ
る。203は反射鏡面202の一方の焦点F1′に
おかれた熱光源としてのハロゲンランプである。
204は上側試料であり、結晶素材を棒状にした
もので、205は下側試料であり種結晶である。
206は加熱されて融液になつている溶融域(モ
ルテンゾーン)である。また207は透明なガラ
スでできた炉心管である。
In the figure, 201 is a reflecting mirror, and its reflecting mirror surface 202 is an ellipsoid of revolution having focal points F 1 ' and F 2 '. A halogen lamp 203 serves as a thermal light source and is placed at one focal point F 1 ' of the reflective mirror surface 202.
204 is an upper sample, which is a rod-shaped crystal material, and 205 is a lower sample, which is a seed crystal.
206 is a melting zone (molten zone) which is heated and turned into a melt. Further, 207 is a furnace tube made of transparent glass.

上側試料204は細い金属線208で上試料ホ
ルダ209に釣り下げられ、上試料ホルダ209
は上シヤフト210に固定されており、また下側
試料205は下試料ホルダ211を介して下シヤ
フト212に固定されている。また上シヤフト2
10及び下シヤフト212はそれぞれ独立した回
転構構(図示せず)により、互いに独立にシヤフ
ト軸まわりに回転する。
The upper sample 204 is suspended from the upper sample holder 209 by a thin metal wire 208.
is fixed to the upper shaft 210, and the lower sample 205 is fixed to the lower shaft 212 via the lower sample holder 211. Also upper shaft 2
10 and the lower shaft 212 are rotated around the shaft axis independently of each other by independent rotation mechanisms (not shown).

第4図は従来の輻射線加熱装置で使用されてい
る試料ホルダの構造を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the structure of a sample holder used in a conventional radiation heating device.

図において304は上側試料、305が下側試
料であり、308は金属線で白金線やニツケル線
などが用いられ、309が上試料ホルダで上シヤ
フト310とネジ結合されている。また305は
下側試料で下試料ホルダ311に白金等の金属線
でゆわえつけられており、下試料ホルダ311は
下シヤフト312にネジ結合されている。ここで
上試料ホルダ309には回転自在なフツク313
が組込まれており、上側試料204は金属線30
8により、このフツク313から釣り下げられ
る。
In the figure, 304 is an upper sample, 305 is a lower sample, 308 is a metal wire such as platinum wire or nickel wire, and 309 is an upper sample holder which is screwed to the upper shaft 310. Reference numeral 305 denotes a lower sample, which is attached to a lower sample holder 311 with a metal wire such as platinum, and the lower sample holder 311 is screwed to a lower shaft 312. Here, the upper sample holder 309 has a rotatable hook 313.
is incorporated, and the upper sample 204 has a metal wire 30
8, it is hung from this hook 313.

FZ法による結晶成長を行なうには、互いに対
向している上側試料304の下部と下側試料30
5の上部を反射鏡(図示せず)で集光した熱光線
で加熱溶融し、第1図に示したような溶融域を形
成させる。この場合溶融域は融液の表面張力のみ
で自重を保持し、その形状を維持しているのであ
るから、上側試料304の中心軸と下側試料30
5の中心軸が上シヤフト310及び下シヤフト3
12の中心軸であるZ′軸と一致していないと融液
を保持する力のバランスがくずれ、溶融域が流れ
落ちてしまう。
In order to perform crystal growth by the FZ method, the lower part of the upper sample 304 and the lower part of the lower sample 30, which are facing each other, are
The upper part of 5 is heated and melted by a thermal beam focused by a reflecting mirror (not shown) to form a melted area as shown in FIG. In this case, the molten region holds its own weight and maintains its shape only by the surface tension of the melt, so the central axis of the upper sample 304 and the lower sample 30
The central axis of 5 is the upper shaft 310 and the lower shaft 3
If it is not aligned with the Z' axis, which is the central axis of 12, the balance of the force holding the melt will be lost and the melted area will flow down.

このため、上側試料304及び下側試料305
を中心軸が一致するようにそれぞれ上試料ホルダ
309及び下試料ホルダ311にとりつけること
が必要となる。特に上側試料304の中心軸合わ
せが重要である。
Therefore, the upper sample 304 and the lower sample 305
It is necessary to attach them to the upper sample holder 309 and the lower sample holder 311, respectively, so that their central axes coincide. In particular, alignment of the center axis of the upper sample 304 is important.

第5図は上側試料304の中心軸が傾いた状態
を示す説明図である。上側試料を普通に釣り下げ
たのでは、第5図に示すように、上側試料が傾
き、上側試料の重心GはZ′軸上にあつても試料端
面の中心はZ′軸から外れることになる。従つて釣
り下げに使用している金属線308の形状を調整
して第4図のように上側試料304の中心軸を
Z′軸に一致させることが必要であり、この調整作
業は輻射線加熱装置を使用して結晶成長を行う場
合、作業者が行なわねばならない重要な作業で、
非常な熟練と時間を要する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the central axis of the upper sample 304 is tilted. If the upper sample is hung normally, the upper sample will tilt as shown in Figure 5, and even though the center of gravity G of the upper sample is on the Z' axis, the center of the end surface of the sample will be off the Z' axis. Become. Therefore, the shape of the metal wire 308 used for hanging is adjusted to align the central axis of the upper sample 304 as shown in FIG.
It is necessary to match the Z' axis, and this adjustment work is an important work that must be performed by the operator when growing crystals using a radiation heating device.
It requires great skill and time.

しかしながら、この従来構造においては結晶成
長中に溶融域が固化してしまつた場合に、下側試
料305が回転していても上側試料ホルダ309
のフツク313の部分が自由回転してすべるため
試料を破損することがない。このような試料破損
防止の機能を満たす必要から、第4図に示す構造
の試料ホルダが使用されていた。このため従来の
輻射線加熱装置では試料の中心軸合せのための熟
練を要する煩雑な作業が必要であつた。
However, in this conventional structure, if the molten region solidifies during crystal growth, the upper sample holder 309
Since the hook 313 of the sample rotates freely and slides, the sample will not be damaged. Because of the need to satisfy such a function of preventing sample damage, a sample holder having the structure shown in FIG. 4 has been used. For this reason, conventional radiation heating devices require complicated work that requires skill to align the center of the sample.

(考案の目的) 本考案の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて炉を操作する作業者が特別な調整作業を
しなくても試料が所定の姿勢に装着でき、なおか
つシヤフト軸まわりに自由回転が可能な構造を有
する試料ホルダを備えた輻射線加熱装置を提供す
ることにある。
(Purpose of the invention) The purpose of the invention is to eliminate these conventional drawbacks, to allow the specimen to be mounted in a predetermined posture without the need for special adjustment by the worker operating the furnace, and to allow the specimen to be mounted in a predetermined position around the shaft axis. An object of the present invention is to provide a radiation heating device equipped with a sample holder having a structure that allows free rotation.

(考案の構成) 本考案によれば円柱状の試料取付部と、これよ
り径の細い円柱状のロツド部からなる試料固定シ
リンダと、その外径に合わせた内径をもつケース
シリンダとがロツド部の先端にはめ込んだ止め輪
により回転自由に固定されている構造を有する試
料ホルダを備えたことを特徴とする輻射線加熱装
置が得られる。
(Structure of the invention) According to the invention, a cylindrical specimen mounting part, a specimen fixing cylinder consisting of a cylindrical rod part with a smaller diameter, and a case cylinder having an inner diameter matching the outer diameter of the rod part. There is obtained a radiation heating device characterized in that it includes a sample holder having a structure in which the sample holder is rotatably fixed by a retaining ring fitted into the tip of the sample holder.

(構成の詳細な説明) 本考案は上述の構成をとることにより、従来の
問題点を解決した。
(Detailed Description of Configuration) The present invention solves the conventional problems by adopting the above-mentioned configuration.

すなわち、無機接着剤等により、試料を接着固
定する試料固定シリンダがケースシリンダの内壁
を摺動面として自由に回転できるようにケースシ
リンダに取りつけられることで、溶融域が固化し
た時に上シヤフトまたは下シヤフトの回転により
試料を破損しないためのスリツプ機能を持たせ
た。
In other words, the sample fixing cylinder that adheres and fixes the sample to the case cylinder with an inorganic adhesive or the like is attached to the case cylinder so that it can rotate freely using the inner wall of the case cylinder as a sliding surface. It has a slip function to prevent the sample from being damaged by shaft rotation.

また、試料と試料固定シリンダをあらかじめ中
心軸を一致させて接着固定しておく構造を選ぶこ
とにより、試料を装置に取りつける時点における
煩雑な試料姿勢の調整作業を無くすことに成功し
た。
In addition, by choosing a structure in which the sample and sample fixing cylinder are adhesively fixed in advance with their central axes aligned, we succeeded in eliminating the complicated work of adjusting the sample posture when attaching the sample to the device.

(実施例) 以下、本考案の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本考案の実施例に使用する試料ホルダ
を示す断面図であり、第2図は第1図の試料ホル
ダを用いた本考案の一実施例を示す単楕円型の輻
射線加熱装置の主要部を断面にした側面図であ
る。
Fig. 1 is a sectional view showing a sample holder used in an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a single elliptical radiation heating device showing an embodiment of the present invention using the sample holder of Fig. 1. FIG.

図において101が反射鏡であり、その反射鏡
面102は焦点F2,F2をもつ回転楕円面である。
103は反射鏡面102の一方の焦点F1におか
れた熱光源としてのハロゲンランプである。10
4は上側試料、105は下側試料であり、106
は溶融域(モルテンゾーン)であり、107は石
英等の透明ガラスでできた炉心管である。
In the figure, 101 is a reflecting mirror, and its reflecting mirror surface 102 is an ellipsoid of revolution having focal points F 2 and F 2 .
Reference numeral 103 denotes a halogen lamp as a thermal light source placed at one focal point F 1 of the reflecting mirror surface 102 . 10
4 is the upper sample, 105 is the lower sample, and 106
is a melting zone (molten zone), and 107 is a furnace tube made of transparent glass such as quartz.

上側試料104は上試料ホルダ109により、
上シヤフト110に固定されており、また下側試
料105は下試料ホルダ111を介して下シヤフ
ト112に固定されている。また上シヤフト11
0及び下シヤフト112はそれぞれ独立した回転
機構(図示せず)により、互いに独立にシヤフト
軸まわりに回転する。
The upper sample 104 is held by the upper sample holder 109.
It is fixed to an upper shaft 110, and the lower sample 105 is fixed to a lower shaft 112 via a lower sample holder 111. Also upper shaft 11
0 and the lower shaft 112 are rotated around the shaft axis independently of each other by independent rotation mechanisms (not shown).

上試料ホルダ109は試料固定シリンダ11
4、ケースシリンダ115、座金116及び止め
輪117からなり、また試料固定シリンダ114
は円柱状の試料取付部118とこれより径の細い
円柱状のロツド部119からなる。試料固定シリ
ンダ114の試料取付部118の側には上側試料
104がスミセラムなどの無機接着剤120によ
り固定されており、上側試料104と試料固定シ
リンダ114とは、両者を嵌合によるはめ合わせ
で組立てるか、両者を接着固定後に上側試料10
4を整形加工するなどの方法により、それぞれの
中心軸が同一軸上にあるように構成されている。
また試料固定シリンダ114は、その外形に一致
した内径をもつケースシリンダ115の中にはめ
込まれ、座金116と止め輪117により、回転
自由な状態でケースシリンダ115に結合されて
いる。ケースシリンダ115はねじ部121を有
し、これにより上シヤフト110に結合される。
The upper sample holder 109 is the sample fixing cylinder 11
4, consisting of a case cylinder 115, a washer 116 and a retaining ring 117, and a sample fixing cylinder 114
consists of a cylindrical sample attachment part 118 and a cylindrical rod part 119 having a smaller diameter. The upper sample 104 is fixed to the sample attachment part 118 side of the sample fixing cylinder 114 with an inorganic adhesive 120 such as Sumiceram, and the upper sample 104 and the sample fixing cylinder 114 are assembled by fitting them together. Or, after gluing and fixing both, upper sample 10
4 are configured so that their respective central axes are on the same axis.
Further, the sample fixing cylinder 114 is fitted into a case cylinder 115 having an inner diameter matching the outer shape of the sample fixing cylinder 114, and is coupled to the case cylinder 115 with a washer 116 and a retaining ring 117 in a freely rotatable state. The case cylinder 115 has a threaded portion 121 through which it is coupled to the upper shaft 110.

上試料ホルダ109はこのような構造を有して
いるため上試料ホルダ190の中心軸と上側試料
の中心軸は一致しており、またケースシリンダ1
15に対して上側試料104は自由に回転でき
る。
Since the upper sample holder 109 has such a structure, the central axis of the upper sample holder 190 and the central axis of the upper sample coincide, and the case cylinder 1
15, the upper sample 104 can freely rotate.

次に本実施例を用いて、FZ法による結晶成長
を行なう手順について述べる。まず、下側試料1
05として種結晶を用い、上側試料104として
種結晶と同じ組成の素材棒を用意する。上側試料
104と上試料ホルダ109をあらかじめ第1図
に示したように結合しておき、これを一体として
上シヤフト110に取りつける。また下側試料1
05も下試料ホルダ111を使つて下シヤフト1
12にとりつける。次に第2図に示すように上側
試料104の端面と下側試料105の端面をF2
点で対向するように配置し、ハロゲンランプ10
3を点灯し、その光をF2点に集光して、上側試
料104と下側試料105の間に溶融域106を
形成させる。更に上シヤフト110と下シヤフト
112を互いに逆方向に回転して溶融域106の
融液を攬拌しながら、反射鏡101をZ方向に移
動させ、溶融域106をZ方向に移動させるここ
で単結晶の成長を行なう。
Next, using this example, a procedure for crystal growth by the FZ method will be described. First, lower sample 1
A seed crystal is used as 05, and a raw material rod having the same composition as the seed crystal is prepared as the upper sample 104. The upper sample 104 and the upper sample holder 109 are connected in advance as shown in FIG. 1, and then attached to the upper shaft 110 as one body. Also, lower sample 1
05 also uses the lower shaft 1 using the lower sample holder 111.
Attach to 12. Next, as shown in FIG. 2 , the end face of the upper sample 104 and the end face of the lower sample 105 are
The halogen lamps 10 are arranged so as to face each other at points.
3 is turned on and its light is focused on point F 2 to form a molten region 106 between the upper sample 104 and the lower sample 105. Further, while rotating the upper shaft 110 and the lower shaft 112 in opposite directions to stir the melt in the melting zone 106, the reflecting mirror 101 is moved in the Z direction, and the melting zone 106 is moved in the Z direction. Perform crystal growth.

この場合、本実施例によれば、上側試料104
を上シヤフトに取りつける際に操作者は上試料ホ
ルダ109を上シヤフト110にねじ込むだけ
で、特別な調整作業を行なわなくとも上側試料の
中心軸が上下のシヤフトの中心であるZ軸と一致
し、従来必要であつた煩雑で時間のかかる試料姿
勢の調整作業が不要となる。
In this case, according to this embodiment, the upper sample 104
When attaching the holder to the upper shaft, the operator simply screws the upper sample holder 109 onto the upper shaft 110, and the center axis of the upper sample coincides with the Z axis, which is the center of the upper and lower shafts, without any special adjustment work. The complicated and time-consuming adjustment work of sample posture that was conventionally required is no longer necessary.

更に結晶成長中に溶融域が固化してしまつた場
合にも、上試料ホルダ109の試料固定シリンダ
114とケースシリンダ115がスリツプして自
由回転するため、回転方向の異なる上シヤフトと
下シヤフトの回転で生ずるねじり力が試料に加わ
ることはなく、溶融域が固定した場合にも試料が
破損することはない。
Furthermore, even if the molten region solidifies during crystal growth, the sample fixing cylinder 114 and case cylinder 115 of the upper sample holder 109 slip and rotate freely, so that the upper and lower shafts rotate in different directions. The torsional force generated by this process is not applied to the sample, and the sample will not be damaged even if the melted area is fixed.

(考案の効果) 以上述べてきたように、本考案を実施すれば、
試料を装置に取りつける際の試料姿勢の調整作業
が不要になり、操作者の労力を著るしく軽減で
き、また操作者の熟練も不要となり、結晶成長の
作業が円滑化できるなどの効果がある。しかも、
結晶成長中に溶融域が固化した場合の試料破損防
止の機能も同時に実現できる。
(Effects of the invention) As stated above, if this invention is implemented,
It eliminates the need to adjust the sample posture when attaching the sample to the device, which significantly reduces the labor of the operator. It also eliminates the need for operator skill, which has the effect of facilitating crystal growth work. . Moreover,
At the same time, it is also possible to prevent sample damage in the event that the molten region solidifies during crystal growth.

なお、以上の説明では上試料ホルダとして、第
1図に示す構造のホルダーを使用した実施例に従
つて説明してきたが、第1図に示す如き構造の試
料ホルダを下試料ホルダに使用した場合でも、あ
るいは上試料ホルダ及び下試料ホルダの双方に使
用した場合でも本考案は適用でき、同様の効果を
生ずることは明白である。
The above explanation has been based on an example in which a holder with the structure shown in Fig. 1 is used as the upper sample holder, but when a sample holder with the structure shown in Fig. 1 is used as the lower sample holder. However, it is clear that the present invention can be applied to both the upper sample holder and the lower sample holder, and the same effect will be produced.

また、ここでは単楕円型の輻射線加熱装置につ
いて説明したが、双楕円型あるいは多楕円型の輻
射線加熱装置についても本考案は適用でき、同様
の効果を生ずる。
Further, although a single elliptical radiation heating device has been described here, the present invention can also be applied to a bielliptic or polyelliptic radiation heating device, and the same effect will be produced.

更に、以上の説明ではハロゲンランプを熱光源
とする実施例について述べたが、キセノンランプ
水銀ランプ等の任意のランプを熱光源とする輻射
線加熱装置に対しても本考案は適用でき、同様の
効果が得られることは明らかである。
Furthermore, although the above explanation has been about an embodiment using a halogen lamp as a heat light source, the present invention can also be applied to a radiation heating device using any lamp such as a xenon lamp or mercury lamp as a heat light source, and the same method can be applied. It is clear that the effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本考案の実施例に使用する試料ホル
ダを示す断面図であり、第2図は第1図の試料ホ
ルダを用いた本考案の一実施例を示す単楕円型の
輻射線加熱装置の主要部を断面した側面図であ
る。また、第3図は従来構造を有する単楕円型の
輻射線加熱装置の主要部の概念図であり、第4図
は従来の輻射線加熱装置で使用されている試料ホ
ルダの構造を示す説明図、第5図は上側試料の中
心軸が傾いた状態を示す説明図である。図におい
て、101,201……反射鏡、103,203
……ハロゲンランプ、104,204,304…
…上側試料、105,205,305……下側試
料、106,206……溶融域、107,207
……炉心管、109,209,309……上試料
ホルダ、110,210,310……上シヤフ
ト、111,211,311……下試料ホルダ、
112,212,312……下シヤフト、114
……試料固定シリンダ、115……ケースシリン
ダ、116……座金、117……止め輪、118
……試料取付部、119……ロツド部、である。
Fig. 1 is a cross-sectional view showing a sample holder used in an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a single elliptical radiation heating device showing an embodiment of the present invention using the sample holder of Fig. 1. FIG. 2 is a cross-sectional side view of the main part of the device. Furthermore, Fig. 3 is a conceptual diagram of the main parts of a single elliptical radiation heating device having a conventional structure, and Fig. 4 is an explanatory diagram showing the structure of a sample holder used in the conventional radiation heating device. , FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which the central axis of the upper sample is tilted. In the figure, 101, 201...Reflector, 103, 203
...Halogen lamp, 104,204,304...
...Upper sample, 105,205,305...Lower sample, 106,206...Melting zone, 107,207
...Furnace core tube, 109,209,309...Upper sample holder, 110,210,310...Upper shaft, 111,211,311...Lower sample holder,
112, 212, 312...lower shaft, 114
... Sample fixing cylinder, 115 ... Case cylinder, 116 ... Washer, 117 ... Retaining ring, 118
. . . sample mounting portion, 119 . . . rod portion.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 1個または複数個の回転楕円面からなる反射鏡
の一方の焦点に熱光源ランプを配し、他の一方の
焦点に配した試料に光を集中して加熱する輻射線
加熱装置のうち、円柱状の試料取付部とこれより
径の細い円柱状のロツド部からなる試料固定シリ
ンダとその外径に合わせた内径をもつケースシリ
ンダとがロツド部の先端にはめ込んだ止め輪によ
り回転自由に固定されている構造を有する試料ホ
ルダを備えたことを特徴とする輻射線加熱装置。
A radiant heating device that heats a sample by placing a thermal light source lamp at one focus of a reflecting mirror consisting of one or more spheroidal surfaces and concentrating light on the sample placed at the other focus. A sample fixing cylinder consisting of a columnar sample attachment part, a cylindrical rod part with a smaller diameter, and a case cylinder with an inner diameter that matches the outer diameter of the cylinder are rotatably fixed by a retaining ring fitted into the tip of the rod part. A radiation heating device characterized by comprising a sample holder having a structure in which:
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