JPH03121506A - 正８面体配置球電極型交流静電浮遊炉 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は１例えば半導体材料などの結晶成長を宇宙で
行う微小重力材料製造実験に使用される交流静電浮遊炉
の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は例えば米国特許公報に示された４５２１８５４
（ＪＵＮ、　　４．１９８５）　　　ＣＬＯ３ＥＤ　　
ＬＯＯＰ　　ＥＬＥＣ丁ＲＯ８Ｔ＾丁ＩＣＬＥＶＩＴＡ
ＴＩＯＮ　ＳＹＳＴＥＭに示された従来の静電浮遊シス
テムを示す構成ブロック図である。図において。

（１）は下にへこんだ皿状の電極で同じ物が対向して置
かれる。（２）は電極（１）の中間位置に置かれた供試
体、（３）はこの供試体（２）にこの重心位置を計測す
るためのＣＯＤカメラ、（４）はこのＣＯＤカメラに接
続された制御回路、（５）はこの制御回路と電極（１）
に接続された交流高圧電源である。なお、公開された文
献の中には正８面体配置球電極型交流静電浮遊炉の構成
を明らかにしたものは見あたらない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の交流静電浮遊炉は以上のように構成されていたの
で、供試体の位置検出はＣＯＤカメラの位置分解能とそ
の重心位置計算速度によって供試体の位置制御の安定性
が決まり、ＣＯＤカメラの重心測定速度が７ｍｓより遅
いと供試体の振動を引き起こす事になる。この事はＣＯ
Ｄカメラの応答が限界性能に近くなってしまい、実現が
困難である。この様なことは供試体に重力外乱を与える
こととなって微小重力実験に於いて致命的な欠陥となる
。

さらに、供試体の位置計測を画像データの二値化で処理
するのであるが背景の影響を受は検出不能になると言う
重大な問題がある。

さらに、供試体の位置をディジタルで計算するので部品
点数が増加しシステムの信顛性を下げることになる。

さらに、電極が加熱用の光を遮断するため加熱効率が悪
くなる問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たものであり、上記ＣＯＤカメラの代わりにアナログ方
式の位置検出器（Ｐ　Ｓ　Ｄ）を用いてアナログ信号で
高速に位置検出を行い、供試体の位置の安定度をきわめ
て向上させ、供試体の表面の光源の投射を安定させ、も
って表面の温度分布を均一にし、電極を透明な球型にし
て光の損失を少なくする事を目的とする。

また、この発明の別の発明は上記目的に加え光源を２個
用いた双回転楕円鏡イメージ加熱を行うことを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係わる正８面体配置球電極型交流静電浮遊炉
は回転楕円鏡の内側につくられた空洞共振器の中に卵形
プラズマランプを置き電波を注入してこれを発光させ２
球形の焦点像の中に供試体を入れ、これを正８面体の頂
点に配置された５個の透明球電極の間で交流電場で浮遊
させ、供試体の位置制御をアナログ方式の位置検出器で
行うものである。

〔作用〕

この発明においては９回転楕円鏡の第１焦点に置かれた
卵形プラズマランプが発光し、第２焦点に置かれた供試
体に集光して加熱する。供試体の位置制御はアナログ位
置検出器で位置検出しアナログ的に５個の透明球電極か
ら発生する交流電界の制御を行い安定させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例による正８面体配置球電極型
交流静電浮遊炉を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
り、（２）と（５）は上記従来装置とまったく同じであ
る。

図において（６）は回転楕円体の反射面を内側に有する
回転楕円鏡、（７）はこの回転楕円鏡（６）の第１焦点
に置かれた卵形プラズマランプ、（８）はこの卵形プラ
ズマランプ（７）を支持する支持具、（９）は回転楕円
鏡（６）の第１焦点側端部において、その内面に円周状
の縁が接するように取り付けられた円盤状の電波遮蔽板
、　（１０）はこの電波遮蔽板（９）と回転楕円鏡（６
）とで形成された空洞共振器、（１１）は卵型プラズマ
ランプを収納する空洞共振器（１０）に高周波電流を注
入する高周波発信器、　（１２）は球形の透明電極をガ
ラスや透明セラミックス材を球形にした上に取り付けた
透明球電極で正８面体の頂点に配置された（１２ａ）か
ら（１２ｅ）の５個から構成される。（１３）は供試体
（２）に対向して回転楕円鏡（６）に設けられた観測窓
（１４）を通して供試体（２）の位置を計測する位置検
出器、　（１５）はこの位置検出器（１３）と交流高圧
電源（５）に接続される制御回路である。第２図は透明
球電極（１２）と供試体（２）の関係を示す図で、５個
の透明球電極（１２ａ）から（１２ｅ）の中央に供試体
（２）が浮遊される。（！６）は交流高圧電源の中の構
成品の一つで、トランスであり。

（１６ａ）から（１６ｆ）までの６個を使用し、１個の
トランスから２個の透明球電極に接続される。

第３図は位置検出器（Ｉ３）と制御回路（１５）の構成
を示すブロック図で、シリコン半導体でＰｎ接合を形成
した５ｃｆｆｌ角ぐらいの板状の位置検出器（１３）の
２辺からＸとＹ方向の位置信号が位置検出回路（１５ａ
）に接続される。この位置信号を人出力インタフェース
（１５ｂ）経由計算機（１５ｃ）に送り込む。

上記のように構成された正８面体配置球電極型交流静電
メ７遊炉において、供試体（２）が加熱される前は規定
の位置に置いて卵形プラズマランプ（７）で加熱し５０
０度程度になったら透明球電極（１２）に交流高圧電＃
（５）から電圧を与え交流静電界で供試体（２）を浮遊
させる。　この原理は第４図に於いて透明球電極（１２
）各々同相で谷型の電界を作りその谷間に供試体（２）
をクーロン力で浮遊させる。

この２７遊の原理は既に質量分析器等で実用されている
が、供試体（２）の位置を位置検出器（１３）が検出し
アナログ信号で制御回路（１５）に送信する。ここで制
御演算を行い制御量を交流高圧電＃（５）へ送出する交
流高圧電ＦＡ（５）の強さを制御して供試体（２）の位
置が安定するようにする。

浮遊した供試体（２）に卵形プラズマランプ（７）の光
が集光して加熱する。この時材料の処理方法に依って雰
囲気を真空にしたり酸素などのガスを注入したりして雰
囲気制御を行う。

さて、この発明は以上説明した通り、一つの回転楕円鏡
（６）を用いているが、第５図の別の発明のように第２
の回転楕円鏡（Ｉ７）をその長軸方向に第２焦点を共有
して取り付け、第２の回転楕円鏡（１７）の端部に卵形
プラズマランプ（７）と支持具（８）及び電波遮蔽板（
９）をとりつける、双方の卵形プラズマランプ（７）の
発した光が供試体（２）の全表面に均等に照射されるの
で、さらに良い効果を得ることが出来る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば供試体の位置を交流電
場で高速かつ安定に制御するから制御系がｒｆ１単にな
って装置を小型にし、供試体の振動が無く安定した浮遊
を得ることが出来る。また、供試体の位置が安定するか
ら卵形プラズマランプによる加熱も均一に行え、供試体
の表面の温度を均一に出来る。

この事は微小重力実験を行う上ではきわめて重要であり
、外乱の無い理想的な材料の微小重力処理が可能となる
。

また、透明球電極を用いているので加熱の効率が高くな
り、大きな供試体を浮遊し加熱してその温度を均一に制
御することが出来る。

また、透明球電極を５個用いているからきめ細かな浮遊
位置の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による正８面体配置球電極
型交流静電浮遊炉の構成図、第２図は透明球電極と供試
体の関係を示す図、第３図は位置検出器と制御回路と交
流高圧電源の構成ブロック図、第４図は供試体の浮遊原
理を説明する図、第５図は別の発明の正８面体配置球電
極型交流静電浮遊炉の構成図、第６図は従来の交流静電
浮遊炉の構成ブロック図である。図において、（Ｉ）は
電極（２）は供試体、（３）はＣＣＤカメラ、（４）は
制御回路、（５）は交流高圧電源、（６）は回転楕円鏡
、（７）は卵形プラズマランプ、（８）は支持具、（９
）は電波遮蔽板（１０）は空洞共振器、　（１１）は高
周波発信器、　（１２ａ）から（１２ｅ）は透明球電極
、（１３）は位置検出器、　（１４）は観測窓、　（１
５）は制御回路、　（１５ａ）は位置検出回路（１５ｂ
）は人出力インタフェース、　（１５ｃ）は計算機。 （１６ａ）から（１６ｆ）はトランス、　（１７）は第
２の回転楕円鏡である。 なお。 図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転楕円体の反射面を内側に有する回転楕円鏡と
   、この回転楕円鏡の第１焦点に置かれた卵形のプラズマ
   ランプと、この卵形プラズマランプを支持する支持具と
   、回転楕円鏡の第１焦点側端部において、その内面に円
   周状の縁が接するように取り付けられた円盤状の電波遮
   蔽板と、この電波遮蔽板と回転楕円鏡とで形成された空
   洞共振器に卵型プラズマランプを収納し、この空洞共振
   器に高周波電流を注入する高周波発信器を備え、上記回
   転楕円鏡の第２焦点に置かれた供試体と、この供試体を
   中心にして正８面体の頂点に置かれた５個の透明球電極
   と、これらの透明球電極に接続される交流高圧電源と、
   上記供試体に対向した位置に置かれた位置検出器と、こ
   れら交流高圧電源と位置検出器に接続される制御回路と
   、上記供試体を収納する石英管、を備えた事を特徴とす
   る正８面体配置球電極型交流静電浮遊炉。
2. （２）回転楕円体の反射面を内側に有する第１の回転楕
   円鏡と、この第１の回転楕円鏡の第２焦点を共有する第
   ２の回転楕円鏡と、双方の第１焦点に置かれた卵形のプ
   ラズマランプと、これらの卵形プラズマランプを支持す
   る支持具と、双方の回転楕円鏡の第１焦点側端部におい
   て、その内面に円周状の縁が接するように取り付けられ
   た円盤状の電波遮蔽板と、この電波遮蔽板と回転楕円鏡
   とで形成された空洞共振器に卵型プラズマランプを収納
   し、これら双方の空洞共振器に高周波電流を注入する高
   周波発信器を備え、上記回転楕円鏡の第２焦点に置かれ
   た供試体と、この供試体を中心にして正８面体の頂点に
   置かれた５個の透明球電極と、これらの透明球電極に接
   続される、これらの透明球電極に接続される交流高圧電
   源と、上記供試体に対向した位置に置かれた位置検出器
   と、これら交流高圧電源と位置検出器に接続される制御
   回路と、を備えた事を特徴とする正８面体配置球電極型
   交流静電浮遊炉。