JPH073272Y2 - マイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉 - Google Patents
マイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉Info
- Publication number
- JPH073272Y2 JPH073272Y2 JP3776390U JP3776390U JPH073272Y2 JP H073272 Y2 JPH073272 Y2 JP H073272Y2 JP 3776390 U JP3776390 U JP 3776390U JP 3776390 U JP3776390 U JP 3776390U JP H073272 Y2 JPH073272 Y2 JP H073272Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave discharge
- spheroidal
- spheroidal mirror
- discharge lamp
- sample
- Prior art date
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Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は，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静電浮遊炉の改
良に関するものである。
行う微小重力材料製造実験に使用される静電浮遊炉の改
良に関するものである。
第６図は例えば米国特許公報に示された4521854（JUN,
4,1985）CLOSED LOOP ELECTROSTATIC LEVITATION SYSTE
Mに示された従来の静電浮遊炉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
位置に置かれた試料，（３）はこの試料（２）の重心位
置を計測するためのCCDカメラ，（４）はこのCCD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）に接続された高圧電源である。なお，公開された
文献の中にはマイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉の
構成を明らかにしたものは見あたらない。
4,1985）CLOSED LOOP ELECTROSTATIC LEVITATION SYSTE
Mに示された従来の静電浮遊炉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
位置に置かれた試料，（３）はこの試料（２）の重心位
置を計測するためのCCDカメラ，（４）はこのCCD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）に接続された高圧電源である。なお，公開された
文献の中にはマイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉の
構成を明らかにしたものは見あたらない。
従来のの静電浮遊炉は以上のように構成されていたの
で，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。
で，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。
さらに，従来のイメージ加熱装置と大きく構成が異なる
ためイメージ加熱装置と静電浮遊炉の２台を準備しなけ
ればならず，搭載容量の制限が厳しい宇宙ステーション
などの宇宙用材料処理施設では非常に大きな問題となっ
ている。
ためイメージ加熱装置と静電浮遊炉の２台を準備しなけ
ればならず，搭載容量の制限が厳しい宇宙ステーション
などの宇宙用材料処理施設では非常に大きな問題となっ
ている。
この考案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，静電浮遊力を発生する電極を正６面体配置
として石英管の外側に配置し石英管の中を自由に使用で
きるようにして球型の試料や棒状の試料のどちらにも対
応でき，試料の全体の同時溶融や試料の帯域溶融を可能
とすることを目的とする。
ものであり，静電浮遊力を発生する電極を正６面体配置
として石英管の外側に配置し石英管の中を自由に使用で
きるようにして球型の試料や棒状の試料のどちらにも対
応でき，試料の全体の同時溶融や試料の帯域溶融を可能
とすることを目的とする。
また，この考案の別の実施例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い，より高温の
溶融を行うことを目的とする。
個用いた双回転楕円鏡イメージ加熱を行い，より高温の
溶融を行うことを目的とする。
この考案に係わるマイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊
炉は回転楕円鏡の内側につくられた空洞共振器の中にマ
イクロ波放電ランプを置き電波を注入してこれを発光さ
せ，球形の焦点像の中に石英管に収納された試料を入
れ，石英管の外側において正６面体の頂点に配置された
８個の透明球電極の間で浮遊させる。
炉は回転楕円鏡の内側につくられた空洞共振器の中にマ
イクロ波放電ランプを置き電波を注入してこれを発光さ
せ，球形の焦点像の中に石英管に収納された試料を入
れ，石英管の外側において正６面体の頂点に配置された
８個の透明球電極の間で浮遊させる。
〔作用〕 この考案においては，回転楕円鏡の第１焦点に置かれた
マイクロ波放電ランプが発光し，第２焦点に置かれた試
料に集光して加熱する。試料の位置制御は位置検出器で
位置検出し,8個の透明球電極の電界の制御を行い安定さ
せる。また，石英管の中の試料を球状にしたり棒状にし
たりして，処理方式を選択する。
マイクロ波放電ランプが発光し，第２焦点に置かれた試
料に集光して加熱する。試料の位置制御は位置検出器で
位置検出し,8個の透明球電極の電界の制御を行い安定さ
せる。また，石英管の中の試料を球状にしたり棒状にし
たりして，処理方式を選択する。
以下，この考案の一実施例によるマイクロ波放電イメー
ジ加熱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。
ジ加熱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
に置かれたマイクロ波放電ランプ，（８）はこのマイク
ロ波放電ランプ（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）とで形成された空胴共振器，（11）はマイクロ波
放電ランプを収納する空胴共振器（10）に導波管（18）
経由高周波電流を注入する高周波発生器，（12）は球型
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６面体の頂点に配置され
た（12a）から（12h）の８個から構成される。（13）は
試料（２）に対向して回転楕円鏡（６）に設けられた観
測窓（14）を通して試料（２）の位置を計測する位置検
出器でCCDカメラやPSD（Position sensitive detecto
r）等を用いる。（15）はこの位置検出器（13）と高圧
電源（５）に接続される制御回路である。
回転楕円鏡，（７）はこの回転楕円鏡（６）の第１焦点
に置かれたマイクロ波放電ランプ，（８）はこのマイク
ロ波放電ランプ（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）とで形成された空胴共振器，（11）はマイクロ波
放電ランプを収納する空胴共振器（10）に導波管（18）
経由高周波電流を注入する高周波発生器，（12）は球型
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６面体の頂点に配置され
た（12a）から（12h）の８個から構成される。（13）は
試料（２）に対向して回転楕円鏡（６）に設けられた観
測窓（14）を通して試料（２）の位置を計測する位置検
出器でCCDカメラやPSD（Position sensitive detecto
r）等を用いる。（15）はこの位置検出器（13）と高圧
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）と試料（２）の関係を示す図
で,8個の透明球電極（12a）から（12h）は石英管（16）
の外側に立方体の頂点に置かれ，各頂点に置かれた透明
球電極の中央に試料（２）が浮遊される。（16）は透明
な中空円筒の石英管でこの内部に内側透明球電極（12
d）と（12h）及び試料（２）を収納する。
で,8個の透明球電極（12a）から（12h）は石英管（16）
の外側に立方体の頂点に置かれ，各頂点に置かれた透明
球電極の中央に試料（２）が浮遊される。（16）は透明
な中空円筒の石英管でこの内部に内側透明球電極（12
d）と（12h）及び試料（２）を収納する。
第３図はマイクロ波放電ランプ（７）付近の構成を説明
する図で，図中（19）は導波管（17）の回転楕円鏡
（６）の接続部の開口部で，この開口部に支持具（８）
が取り付けられてマイクロ波放電ランプ（７）を支持し
ている。
する図で，図中（19）は導波管（17）の回転楕円鏡
（６）の接続部の開口部で，この開口部に支持具（８）
が取り付けられてマイクロ波放電ランプ（７）を支持し
ている。
第４図は位置検出器（13）と制御回路（15）の構成を示
すブロック図で，一例としてPSDを説明する。このPSDは
シリコン半導体で,pn接合を形成した5cm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。この位置信号を入
出力インターフェース（15b）経由計算機（15c）に送り
込む。
すブロック図で，一例としてPSDを説明する。このPSDは
シリコン半導体で,pn接合を形成した5cm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。この位置信号を入
出力インターフェース（15b）経由計算機（15c）に送り
込む。
上記のように構成されたマイクロ波放電イメージ加熱静
電浮遊炉において，試料（２）が加熱される前は規定の
位置に置いてマイクロ波放電ランプ（７）で加熱し500
度程度になったら透明球電極（12）に高圧電源（５）か
ら電圧を与え静電界で試料（２）を浮遊させる。この原
理は第５図において透明球電極（12）が谷型の電界を作
りその谷間に試料（２）をクーロン力で浮遊させる。こ
のようにして浮遊すると位置を位置検出器（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高圧電源（５）へ送出する。この
ようにして高速な位置制御を行う。
電浮遊炉において，試料（２）が加熱される前は規定の
位置に置いてマイクロ波放電ランプ（７）で加熱し500
度程度になったら透明球電極（12）に高圧電源（５）か
ら電圧を与え静電界で試料（２）を浮遊させる。この原
理は第５図において透明球電極（12）が谷型の電界を作
りその谷間に試料（２）をクーロン力で浮遊させる。こ
のようにして浮遊すると位置を位置検出器（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高圧電源（５）へ送出する。この
ようにして高速な位置制御を行う。
一方，浮遊した試料（２）にマイクロ波放電ランプ
（７）の光が集光した加熱する。この時球状の試料を浮
遊させて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い試料
（２）を溶融した後冷却することによって結晶を成長さ
せる。
（７）の光が集光した加熱する。この時球状の試料を浮
遊させて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い試料
（２）を溶融した後冷却することによって結晶を成長さ
せる。
また，第６図のように棒状の試料を入れて加熱し溶融し
ながらこれを引き抜けば帯域溶融法が石英管（16）の中
で行われる。
ながらこれを引き抜けば帯域溶融法が石英管（16）の中
で行われる。
さて，この考案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７図の別の実施例のように第
２の回転楕円鏡（17）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）の端部にマイク
ロ波放電ランプ（７）と支持具（８）及び電波遮蔽板
（９）を取り付ける，双方のマイクロ波放電ランプ
（７）の発した光が試料（２）の全表面に均等に照射さ
れるので，さらに良い均熱加熱効果と高温加熱を得るこ
とができる。
（６）を用いているが，第７図の別の実施例のように第
２の回転楕円鏡（17）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）の端部にマイク
ロ波放電ランプ（７）と支持具（８）及び電波遮蔽板
（９）を取り付ける，双方のマイクロ波放電ランプ
（７）の発した光が試料（２）の全表面に均等に照射さ
れるので，さらに良い均熱加熱効果と高温加熱を得るこ
とができる。
また，第８図のように棒状の試料（２）を石英管の中に
入れれば帯域溶融法が行える。
入れれば帯域溶融法が行える。
以上のようにこの考案によれば試料の位置を制御して安
定にし，球状のマイクロ波放電ランプで加熱するので加
熱が均一に行え，試料の表面の温度を均一にできる。
定にし，球状のマイクロ波放電ランプで加熱するので加
熱が均一に行え，試料の表面の温度を均一にできる。
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，熱対流の発生を抑え外乱の無い理想的な材料の微小
重力処理が可能となる。
り，熱対流の発生を抑え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,8個の透明球電極を石英管の外側に配置したので石英
管の内部を広くでき，大きな試料を浮遊制御することが
できると共に，試料の形状を選ばないので従来の浮遊炉
とイメージ炉の両方の機能をかねて備えることができき
わめて重大な効果をもたらす。
り,8個の透明球電極を石英管の外側に配置したので石英
管の内部を広くでき，大きな試料を浮遊制御することが
できると共に，試料の形状を選ばないので従来の浮遊炉
とイメージ炉の両方の機能をかねて備えることができき
わめて重大な効果をもたらす。
この事は，従来の搭載用炉の重量や形状を半減するので
宇宙ステーションなどの制約の多いシステムへの搭載に
きわめて有用なこととなる。
宇宙ステーションなどの制約の多いシステムへの搭載に
きわめて有用なこととなる。
また，別の実施例の場合は上記利点に加えてさらに均一
な温度分布を得ることができ，またマイクロ波放電ラン
プを２台用いるから加熱電力が倍になってより高温の溶
融が可能となる。
な温度分布を得ることができ，またマイクロ波放電ラン
プを２台用いるから加熱電力が倍になってより高温の溶
融が可能となる。
第１図はこの考案の一実施例によるマイクロ波放電イメ
ージ加熱静電浮遊炉の構成図，第２図は透明球電極と試
料の関係を示す図，第３図はマイクロ波放電ランプの近
辺の構成を示す図，第４図は位置検出器と制御回路と高
圧電源の構成ブロック図，第５図は試料の浮遊原理を説
明する図，第６図は一実施例のほかの使い方を示す図，
第７図は別の実施例によるマイクロ波放電イメージ加熱
静電浮遊炉の構成図，第８図は別の実施例による使用法
を示す図，第９図は従来の静電浮遊炉の構成ブロック図
である。図おいて，（１）は電極，（２）は試料，
（３）はCCDカメラ，（４）は制御回路，（５）は高圧
電源，（６）は回転楕円鏡，（７）はマイクロ波放電ラ
ンプ，（８）は支持具，（９）は電波遮蔽板，（10）は
空胴共振器，（11）は高周波発生器，（12a）から（12
h）は透明球電極，（13）は位置検出器，（14）は観測
窓，（15）は制御回路，（15a）は位置検出回路，（15
b）は入出力インターフェース，（15c）は計算機，（1
6）は石英管，（17）は第２の回転楕円鏡，（18）は導
波管，（19）は開口部である。 なお，図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
ージ加熱静電浮遊炉の構成図，第２図は透明球電極と試
料の関係を示す図，第３図はマイクロ波放電ランプの近
辺の構成を示す図，第４図は位置検出器と制御回路と高
圧電源の構成ブロック図，第５図は試料の浮遊原理を説
明する図，第６図は一実施例のほかの使い方を示す図，
第７図は別の実施例によるマイクロ波放電イメージ加熱
静電浮遊炉の構成図，第８図は別の実施例による使用法
を示す図，第９図は従来の静電浮遊炉の構成ブロック図
である。図おいて，（１）は電極，（２）は試料，
（３）はCCDカメラ，（４）は制御回路，（５）は高圧
電源，（６）は回転楕円鏡，（７）はマイクロ波放電ラ
ンプ，（８）は支持具，（９）は電波遮蔽板，（10）は
空胴共振器，（11）は高周波発生器，（12a）から（12
h）は透明球電極，（13）は位置検出器，（14）は観測
窓，（15）は制御回路，（15a）は位置検出回路，（15
b）は入出力インターフェース，（15c）は計算機，（1
6）は石英管，（17）は第２の回転楕円鏡，（18）は導
波管，（19）は開口部である。 なお，図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項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焦点に置かれたマイクロ
波放電ランプと、このマイクロ波放電ランプを支持する
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マイクロ波放電ランプを収納し、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焦点側においてマイクロ波放
電ランプと試料を含む軸方向に第２焦点側の回転楕円鏡
端部に取り付けられたコップ状の石英管と、この石英管
の外側側面において第２焦点位置を中心にして正６面体
の頂点に置かれた８個の透明球電極と、これらの透明球
電極に接続される高圧電源と、上記試料に対向した位置
に置かれた位置検出器と、これら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マイク
ロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉。 - 【請求項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焦点に置かれたマ
イクロ波放電ランプと、これらのマイクロ波放電ランプ
を支持する支持具と、双方の回転楕円鏡の各々の第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マイクロ波
放電ランプを収納し、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、上記双方の回転楕円鏡各々
の第２焦点側においてマイクロ波放電ランプと試料を含
む軸方向に第２焦点側の回転楕円鏡端部に取り付けられ
たコップ状の石英管と、この石英管の外側側面において
第２焦点位置を中心にして正６面体の頂点に置かれた８
個の透明球電極と、これらの透明球電極に接続される高
圧電源と、上記試料に対向した位置に置かれた位置検出
器と、これら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マイクロ波放電イメージ加
熱静電浮遊炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3776390U JPH073272Y2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | マイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3776390U JPH073272Y2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | マイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03129898U JPH03129898U (ja) | 1991-12-26 |
| JPH073272Y2 true JPH073272Y2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=31545166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3776390U Expired - Lifetime JPH073272Y2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | マイクロ波放電イメージ加熱静電浮遊炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073272Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4521854A (en) | 1982-10-29 | 1985-06-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Closed loop electrostatic levitation system |
-
1990
- 1990-04-09 JP JP3776390U patent/JPH073272Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4521854A (en) | 1982-10-29 | 1985-06-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Closed loop electrostatic levitation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03129898U (ja) | 1991-12-26 |
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