JP2004011938A - 赤外線高温観察炉 - Google Patents

Abstract

【課題】観察炉全体の厚みが従来より小さく取り扱い性に優れた赤外線高温観察炉を提供することを目的とする。
【解決手段】断面楕円部分ＯＰの集合体により構成される減圧可能な単位密閉室７ａ、７ｂを備える。この楕円の一方の焦点Ｆ１に位置する試験材料１００の設置部９と、楕円の他方の焦点Ｆ２、Ｆ２に位置するヒーターランプ２０の発熱部２１と、設置部９の近傍に位置する試験材料１００を観察するための観察窓４０とを備える。単位密閉室７ａ、７ｂが断面楕円部分ＯＰの回転体であり、観察窓４０の観察方向軸Ｓ１を楕円の長軸Ｓ２にほぼ直交させる。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線高温観察炉に関するものである。さらに詳しくは、断面楕円部分の集合体により構成される減圧可能な密閉室と、この楕円の一方の焦点に位置する試験材料の設置部と、前記楕円の他方の焦点に位置するヒーターランプの発熱部と、前記設置部の近傍に位置する前記試験材料を観察するための観察窓とを備えた赤外線高温観察炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述の如き赤外線高温観察炉としては、例えば、特開２００１−１６５８７８号公報に記載の如く、２つの単位密閉室を有し、棒状のヒーターをその両端部で真空シールしたものが知られている。そして、同観察炉では、観察窓の観察方向軸と密閉室を構成する楕円の長軸とがほぼ４５度で交差するように配置されている。
【０００３】
しかし、同構成では、観察炉全体の厚みが大きくなり、例えば既製の顕微鏡等ではステージとレンズとの間に観察炉をそのまま配置することが困難であった。その結果、既製の顕微鏡にステージ取り外し等の改造を加えることが必要で、費用面や観察の簡易さの点で問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の実状に鑑みて、本発明は、観察炉全体の厚みが従来より小さく取り扱い性に優れた赤外線高温観察炉を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る赤外線高温観察炉の第一の特徴は、断面楕円部分の集合体により構成される減圧可能な単位密閉室と、この楕円の一方の焦点に位置する試験材料の設置部と、前記楕円の他方の焦点に位置するヒーターランプの発熱部と、前記設置部の近傍に位置する前記試験材料を観察するための観察窓とを備えた赤外線高温観察炉であって、前記単位密閉室が前記断面楕円部分の回転体であり、前記観察窓の観察方向軸を前記楕円の長軸にほぼ直交させてあることにある。
【０００６】
本発明に係る赤外線高温観察炉の第二の特徴は、断面楕円部分の集合体により構成される減圧可能な単位密閉室と、この楕円の一方の焦点に位置する試験材料の設置部と、前記楕円の他方の焦点に位置するヒーターランプの発熱部と、前記設置部の近傍に位置する前記試験材料を観察するための観察窓とを備えた赤外線高温観察炉であって、前記単位密閉室が前記断面楕円部分を直線的に移動させてなる筒状体であり、前記観察窓の観察方向軸を前記楕円の長軸がなす平面にほぼ直交させてあることにある。
【０００７】
これら、本発明にかかる第一及び第二の特徴によれば、ヒーターランプは側方に突出することから、観察装置の高さ低くすることでコンパクトにできる。特に単位密閉室を断面楕円部分の回転体とすると、小さなヒーターランプでも使用可能であり、しかも、赤外線が立体的に反射するので試料の加熱効率も良い。
【０００８】
上記本発明にかかる赤外線高温観察炉の第一、第二の特徴において、前記観察方向軸に対して前記単位密閉室を２以上対称的に設けるとよい。同特徴によれば、試験材料の設置部に赤外線が均一に照射されることとなり、試料を効率的に加熱することができる。
【０００９】
また、前記設置部を解放するための蓋を設け、前記観察窓がこの蓋と共に除去可能であり、前記観察窓近傍にガスを供給するガス注入路を前記蓋に設けるとよい。同特徴によれば、ガスは試料に向かって流れるので、観察窓に試料からの蒸散物が付着することによる観察窓の汚染を防止してある。また、試料の出し入れや観察装置のメンテナンスの際には、蓋を開け閉めするだけであるため、取り扱いが容易である。
【００１０】
加えて、前記単位密閉室を減圧吸引するための吸引路を前記観察方向軸及び前記長軸にほぼ直交させて前記他方の焦点近傍に貫通形成するとよい。同特徴によれば、吸引路を側方に引き延ばすことから、観察装置の厚み方向への寸法増大を防ぐことができる。
【００１１】
上記いずれかの特徴を備えた赤外線高温加熱炉は、例えば、顕微鏡のステージとレンズとの間に配置して使用するのに適している。
【００１２】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係る赤外線高温観察炉の特徴によれば、単位密閉室を断面楕円部分の集合体とすると共に、その楕円の長軸を観察方向軸にほぼ直交させてあることから、観察炉の厚みを従来より格段に薄く形成することができるようになった。その結果、従来より小さく取り扱い性に優れた赤外線高温観察炉を提供することが可能となり、例えば、汎用顕微鏡のステージとレンズの間に設置することができるようになった。
【００１３】
本発明のさらに他の目的、構成及び効果については以下に示す「発明の実施の形態」の欄で明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜５を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明にかかる赤外線高温観察炉１は、各種素材や素材応用部品等の研究開発、製造試験における超高温観察試験や分析に使用されるものである。この赤外線高温観察炉１は、図２に示すように、大略、炉本体２と、ヒーターランプ２０、２０とを備えている。炉本体２は互いにシールドで気密的に組み立てられる蓋３及び基部４よりなり、炉本体２の内部には冷却水を循環させる水路６が形成されている。
【００１５】
炉本体２の内部に形成される密閉室７は、２つの単位密閉室である第一単位密閉室７ａ及び第二単位密閉室７ｂからなり、これらは観察窓４０の観察方向軸Ｓ１に対して対称に位置する。また、図４に示すように、吸引口８からの排気により密閉室７は密閉状態で減圧され、真空状態が保たれている。これらの第一、第二単位密閉室７ａ、７ｂはその長軸Ｓ２が観察方向軸Ｓ１にほぼ直交する断面楕円部分の回転体であり、これら双方の回転体断面である楕円の第一焦点Ｆ１は観察方向軸Ｓ１上において共有される。一方、これら双方の第二焦点Ｆ２、Ｆ２は第一焦点Ｆ１と共に、観察方向軸Ｓ１に直交する軸上に対称的に位置する。
【００１６】
この第一焦点Ｆ１には、試験材料１００を設置するための設置部としてルツボ９が設けられ、平面視でルツボの円周から上部に向かって突出する４本の白金針金９ａにより左右への位置ずれを防ぐように支持されている。一方、第二焦点Ｆ２、Ｆ２には、ヒーターランプ２０、２０の発熱部であるフィラメント２１、２１が配置されている。そして、密閉室７の内面に金メッキ等を施し、フィラメント２１、２１から発せられる赤外線を密閉室７の内面で反射させ、第一焦点Ｆ１の試験材料１００に照射して加熱するよう構成してある。
【００１７】
ルツボ９には、図３に示すように、温度制御用熱電対６１、６１がスポット溶接されており、これに基づいてフィラメント２１、２１の温度制御を行う。この熱電対の端部は、熱電対コネクター６０に接続してある。
【００１８】
ヒーターランプ２０、２０は、ハロゲンガス等を封入した石英ガラス製のヒーター管２２内において、発熱部である螺旋状のフィラメント２１を支持したものである。このフィラメント２１、２１の形状は小さな螺旋体でさらに大きな螺旋体を形成したダブルスパイラルとしてあり、発熱抵抗値を大きくすることで、より点光源に近い形で高エネルギーの赤外線放射を可能にしてある。そして、図１に示すように、これら一対のヒーターランプ２０、２０を電源に直列接続することで、両ヒーターランプ２０、２０共に同一の輝度になるように構成してある。
【００１９】
各ヒーターランプ２０、２０は、図１、２に示すように、基部４及びシールブロック２６に形成された横孔を貫通し、フィラメント２１を密閉室７内部に、接続端子２５、２５を密閉室７の外部に位置させるように構成してある。シールドブロック２６と基部４及びヒーターランプ２０との間にはシール５１、５２をそれぞれ挿入してあり、密閉室７と外部とを気密的に隔離する。ヒーターランプ２０の接続端子２５、２５の周部は絶縁セメントよりなる端子固定部２４により固められ、ピンチオフ部２５ａ、２５ａ回りの損傷を防いでいる。一対の接続端子２５、２５を介してフィラメント２１、２１に電流が供給される。
【００２０】
上蓋３と基板４は、上蓋３を貫通するねじ４１を基部４に螺合させることで、両者を着脱することができ、上蓋３を取り外すと、観察窓４０も同時に取り外すことができることから、ルツボ９に対する試験材料１００の出し入れとルツボ９周りのメンテナンスとを容易に行うことができる。上蓋３と基部４との間ではシール５０により密閉室７の気密性が維持されている。
【００２１】
観察窓４０は、石英ガラス等により構成され、図４、５に示すように、密閉室７の上部から顕微鏡の対物レンズ１１０を介してルツボ９内の試験材料１００を観察するために用いられる。この観察窓４０は、基部４の上部に開口した観察孔４ａをシール５３を介して観察窓４０により塞ぎ、有孔円盤状の窓押さえ４３により固定してある。
【００２２】
ルツボ９はフィラメント２１、２１により超高温に加温され、ルツボ９内の試験材料１００やその付着物は蒸散することがある。上述の対物レンズ１１０と試験材料１００との位置関係により、観察窓４０はルツボ９に近く、したがって、蒸散した試験材料１００の一部が観察窓４０や観察孔４ａに付着することもあり、熱対流により観察に支障を来す場合もある。また、特定雰囲気下における試験材料１００の観察を行いたい場合も生じ得る。
【００２３】
かかる蒸散物の付着や熱対流の不具合を防止し、特定雰囲気下の観察を実現するため、密閉室７内には、図４、５に示すように、上蓋３に設けてあるガス供給口４９から吸引口８に向かって観察方向軸Ｓ１下部方向へのガス流を発生させるガス流動構造を設けてある。
【００２４】
このガス流通構造は、上蓋３に設けたガス注入口４７、ガス供給路４８及びガス供給口４９と、基部４の下方に設けた吸引口８とから構成してある。ガス供給路４８は、その出口側に位置する上向き開口のガス供給口４９と、上蓋３と基部４間の僅かな隙間とを介して密閉室７と連通する。一方、吸引口８は図示しない真空ポンプに接続され、密閉室７内において、観察窓４０側よりもルツボ９側がより低圧となり、ガス注入口４７からガス注入路４８及びガス供給口４９を介して供給されたガスは観察窓側からルツボ９の下方側に流動することとなる。したがって、蒸散した試験材料１００の蒸気は当該流動するガスと共にガス吸引口８に強制排出され、蒸散物の観察窓４０に対する付着が防止される。また、ルツボ９内の試験材料１００は常に流動する当該ガスの雰囲気下で加熱されることとなる。
【００２５】
使用に際しては、ルツボ９に試験材料１００を設置してから観察窓４０と上蓋３とを閉じ、上蓋３と基部４とを固定する。そして、赤外線高温観察炉１を顕微鏡のステージ１１１に載置し、ガス注入口４７から所望のガスを供給し、吸引口８から吸引排気を行う。かかる状態でフィラメント２１、２１及び密閉室７の反射によりルツボ９を赤外線イメージ加熱により加熱し、対物レンズ１１０にて観察を行う。
【００２６】
楕円の第二焦点Ｆ２、Ｆ２に置かれたフイラメント２１、２１から放射する赤外線は楕円球反射鏡により第一焦点Ｆ１に集光される。実験では直径５ｍｍ程度のルツボで鉄の溶解が可能で、１５００℃以上の温度到達が可能であった。
【００２７】
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。もちろん、上記実施形態及び以下に示す実施形態を相互に組み合わせて実施することは可能である。
【００２８】
上記実施形態では、密閉室を観察窓の観察方向軸に対して対称に位置する２個の単位密閉室により構成した。しかし、例えば、平面視で楕円状の各単位密閉室を４個組み合せ、密閉室全体が四叉（四つ葉）状になるように構成する等、２個以上の単位密閉室から構成してもよい。この場合、各単位密閉室の断面楕円の第一焦点を互いに共有させると共に、断面楕円の長軸が観察方向軸にほぼ直交するように配置することで、第一焦点に位置する試験体に各単位密閉室に位置するフィラメントからの赤外線を集光させることができる。
【００２９】
上記実施形態では、単位密閉室をその長軸が観察方向軸Ｓ１にほぼ直交する断面楕円部分の回転体として構成したが、断面楕円部分を直線的に移動させて形成した平面視で長方形状となる筒状体の単位密閉室から構成することも可能である。この場合、楕円の長軸がなす平面を観察方向軸にほぼ直交させるとよい。そして、各楕円の第一焦点を観察方向軸上に位置させることで、この第一焦点に位置する試料に赤外線を集光させることができる。但し、長軸のなす平面方向に対する赤外線は集光させにくいことから、上述の回転体を用いた実施形態の方が優れている。
【００３０】
なお、特許請求の範囲の項に記入した符号は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものにすぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる赤外線高温観察炉の破砕平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のルツボ近傍の拡大断面図である
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図４のルツボ近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
１：赤外線高温観察炉、２：炉本体、３：上蓋、３ａ：段差、４：基部、４ａ：観察孔、６：水路、６ａ：冷却水注入口、６ｂ：冷却水排出口、７：密閉室、７ａ：第一単位密閉室、７ｂ：第二単位密閉室、８：吸引口、９：ルツボ（設置部）、９ａ：針金、２０：ヒーターランプ、２１：フィラメント（発熱部）、２２：ヒーター管、２４：端子固定部、２５：接続端子、２５ａ：ピンチオフ部、２６：シールドブロック、４０：観察窓、４１：ねじ、４３：窓押え、４７：ガス注入口、４８：ガス注入路、４９：ガス供給口、５０、５１、５２、５３：シール、６０：熱電対コネクター、６１：熱電対、７０：温度センサー、８０：電源コネクター、１００：試験材料、１１０：対物レンズ、１１１：顕微鏡ステージ、Ｆ１：第一焦点、Ｆ２第二焦点、ＯＰ：断面楕円部分、Ｓ１：観察方向軸、Ｓ２：楕円の長軸方向

Claims (6)

1. 断面楕円部分（ＯＰ）の集合体により構成される減圧可能な単位密閉室（７ａ、７ｂ）と、この楕円の一方の焦点（Ｆ１）に位置する試験材料（１００）の設置部（９）と、前記楕円の他方の焦点（Ｆ２、Ｆ２）に位置するヒーターランプ（２０、２０）の発熱部（２１、２１）と、前記設置部（９）の近傍に位置する前記試験材料（１００）を観察するための観察窓（４０）とを備えた赤外線高温観察炉であって、前記単位密閉室（７ａ、７ｂ）が前記断面楕円部分（ＯＰ）の回転体であり、前記観察窓（４０）の観察方向軸（Ｓ１）を前記楕円の長軸（Ｓ２）にほぼ直交させてある赤外線高温観察炉。
2. 断面楕円部分（ＯＰ）の集合体により構成される減圧可能な単位密閉室（７ａ、７ｂ）と、この楕円の一方の焦点（Ｆ１）に位置する試験材料（１００）の設置部（９）と、前記楕円の他方の焦点（Ｆ２、Ｆ２）に位置するヒーターランプ（２０、２０）の発熱部（２１、２１）と、前記設置部（９）の近傍に位置する前記試験材料（１００）を観察するための観察窓（４０）とを備えた赤外線高温観察炉であって、前記単位密閉室（７ａ、７ｂ）が前記断面楕円部分（ＯＰ）を直線的に移動させてなる筒状体であり、前記観察窓（４０）の観察方向軸（Ｓ１）を前記楕円の長軸（Ｓ２）がなす平面にほぼ直交させてある赤外線高温観察炉。
3. 前記観察方向軸（Ｓ１）に対して前記単位密閉室（７ａ、７ｂ）を２以上対称的に設けてある請求項１又は２に記載の赤外線高温観察炉。
4. 前記設置部（９）を解放するための蓋（３）を設け、前記観察窓（４０）がこの蓋（３）と共に除去可能であり、前記観察窓（４０）近傍にガスを供給するガス注入路（４８）を前記蓋（３）に設けてある請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線高温観察炉。
5. 前記単位密閉室（７ａ、７ｂ）を減圧吸引するための吸引口（８）を前記観察方向軸（Ｓ１）及び前記長軸（Ｓ２）にほぼ直交させて前記他方の焦点（Ｆ２）近傍に貫通形成してある請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線高温観察炉。
6. 顕微鏡のステージ（１１１）とレンズ（１１０）との間に配置可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線高温観察炉。

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