JPH0143406Y2 - - Google Patents

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 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。