JPH0211754Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は希ガス放電ランプと楕円鏡等を用いる
アークイメージ炉の新構造に関するものである。

［従来の技術］ 従来、アークイメージ炉は、受光、放射等に球
面鏡、回転楕円鏡等が用いられているが、その楕
円鏡の数、或いは光軸形状の選択などにより大別
して３種類の形態があつた。

第一の形態は、第４図に示す如くクロスオーバ
ー双楕円鏡型が従来より採用されている。クロス
オーバー双楕円鏡型は受光楕円鏡１と放射楕円鏡
１′と両者間に介在する反射鏡６からなり、反射
鏡６により両光軸を直交させ、受光楕円鏡１の第
１焦点２にある希ガス放電ランプ（以下アークラ
ンプと称す）３の光を放射楕円鏡１′の第１焦点
２′に置かれた加熱溶融目的物５に照射しこれを
溶融熱処理するように構成されるものである。従
来型のものは受光楕円鏡１の倍率ｍ（＝f₂／f₁、f₁
は受光楕円鏡１の第１焦点距離、f₂は受光楕円鏡
１の第２焦点４までの第２焦点距離）と放電楕円
鏡１′の倍率m′（＝f₂′／f₁′，f₁′は放電楕円鏡１
′の
第１焦点距離、f₂は放射楕円鏡１′の第２焦点
４′までの第２焦点距離）との倍率比Ｍがすべて
１になつているものである。

第２の形態の従来技術は、第５図の実公昭45−
33027号公報に示すものであるが、回転楕円面鏡
１１と、この第１焦点f₁に設けられたタングステ
ンフイラメントランプ１２と、反射光の集光する
第２焦点f₂にある被加熱物１３の背後に設けた凹
面鏡１４とから構成される反射鏡集光加熱装置を
開示するものである。凹面鏡１４の面積をタング
ステンフイラメントランプ１２のフイラメント像
とほぼ等しい面積のものから形成し、回転楕円面
鏡１１の反射光の内、直接被加熱物１３に集光し
なかつた光を凹面鏡１４で反射し被加熱物１３に
集光させることにより被加熱物１３を有効に加熱
せんとするものである。

第３の形態の従来技術は、第６図の特公昭46−
37241号公報に示すものであるが、２個のアーク
光源１５，１６と、該アーク光源１５，１６の後
方にそれぞれ集光する２個の第１楕円鏡１７，１
８と、第１楕円鏡１７，１８からの光を第２楕円
鏡１９側に集光させる２個の平面鏡２０，２１と
から構成される二光源アークイメージ単結晶製造
炉を開示したもので、第２楕円鏡１９の焦点に設
置された試料棒２２を加熱するものである。

［本考案の目的：解決すべき課題］ 上記、従来技術の夫々は、いずれも下記の如く
問題点、欠点を有するので、近時における高度技
術化産業の中で、生産或いは研究の用に供するに
甚だ遅れた機器であつて不十分である。

第４図に示した従来技術のアークイメージ炉の
倍率比Ｍは１に規定されている。倍率比Ｍが１の
場合には、アークイメージの焦点深度および温度
勾配が共に非常に挟い範囲に限定されるため、場
合により急熱力が不足したり、加熱が不均一とな
る欠点が生ずる。

第５図に示す実公昭45−33027号公報の従来技
術は被加熱物１３の後方に逃げる反射光を集光し
て加熱温度を高めるようにするものである。が、
考案の詳細の説明の中に記載される如く、その加
熱可能温度は900［℃］乃至1300［℃］と比較的低
温のものである。従つてAI₂O₃（溶融必要温度
2050［℃］）やZrSiO₄（溶融必要温度1530［℃］）の
如き物質を溶融し得ない問題点が生ずる。また前
記構成からも明らかな如くこの従来技術は凹面鏡
１４より反射光を被加熱物１３へ集光することに
考案の要点があり、加熱温度を更に高める工夫
や、焦点の倍率比に着目する技術的思想は皆無で
あつて、前記した以上の温度発生を望めず1300
［℃］を超える融点を有する非常に多数の物質を
熔融することは全くできず、近時の生産、研究に
は殆ど役に立たない、という大きな欠点を有して
いる。

更に第６図に示す特公昭46−37241号公報の技
術は発明の名称の欄や発明の詳細な説明の欄に記
載される如く、高融点物質の単結晶の製造を目的
とするものであると共に実験室的極小規模におけ
る単結晶の微量製作加工を目的とした技術であ
り、その加工温度も2000［℃］乃至3000［℃］の範
囲にとどまつている。従つて、工業的規模での大
量加工に適用することは困難となる問題点を有す
ると共に、前記実公昭45−33027号公報の技術よ
りも加熱温度は高温であるが、依然として高融点
物質を加工し得ない問題点を有する。すなわち
Re（レニウム）の如き物質の融点は3180［℃］で
あり、これを急速に溶融し得るには約3200［℃］
の超高温が必要であるが、本製造炉では不可能で
ある。更にRe以外にもこれと同等又はそれ以上
の融点を有する物質も存在する。また本技術にお
いても焦点の倍率比についての言及もなく、前記
以上の高温を発生し得る可能性はない。更に本技
術は第１および第２の楕円鏡１７，１８および平
面鏡２０，２１とを平面的に配置したもので立体
的配列の思想もなく、実験室において使用される
設計となつており、前記した如く、工場規模には
不向きであるという欠点も有している。

本考案は以上の欠点を解決し、その性能を大幅
に拡大向上すべく創案されたものであり、特に前
記倍率比に着目し、放射強度の向上を図り、従来
技術では溶融困難とされていた目的物を急速に溶
解できる機能を有すると共に、工場的規模の大量
生産にも適し、かつ急熱が可能になることから目
的物体を走行させることにより適度なアニーリン
グも行ない得るアークイメージ炉を提供すること
を目的とする。

［本考案の構成：課題解決の手段］ 本考案のアークイメージ炉の構成の特徴は、２
枚の楕円鏡と１枚の平面反射鏡を用いるクロスオ
ーバー双楕円鏡型のアークイメージ炉において、
一方の楕円鏡の焦点に放電ランプを配置して反射
光を出す受光楕円鏡とし、他方の楕円鏡は前記の
反射光を平面反射鏡によつて、受光楕円鏡の光軸
と交わる方向へ再反射された反射光を集光する放
射楕円鏡とし、前記の受光楕円鏡の倍率と放射楕
円鏡の倍率の比を、0.25乃至0.8としたことにあ
る。

前記倍率の比を倍率比Ｍとすれば、従来技術で
はＭはすべて１であつたところ、本考案では受光
楕円鏡の湾曲率を小とし放射楕円鏡の湾曲率を大
とすることにより受光楕円鏡の倍率は小となり、
放射楕円鏡の倍率は大となる結果倍率比Ｍは小と
なる。この場合はアーク像の大きさは小となり、
温度勾配は大となるが、放射強度が著しく大とな
るので、放射楕円鏡の焦点付近において、従来の
アークイメージ炉では発生し得なかつた超高温を
発生する。而して前記倍率比を上記の範囲に規定
した理由は、前記放射強度が著しく大となる効果
は倍率比Ｍが0.8以下となつて始めて明瞭に認め
当るものであるが、0.25未満となるとアークイメ
ージの結像が急に不安定となり実用に耐えない状
態となるからである。

［作用］ 前記の如く、倍率比Ｍを小とすることにより、
アーク像の大きさが小となることによつて、非常
にせまい空間に光熱エネルギが集中する。この作
用で超高温が発生することにより、従来技術によ
るアークイメージ炉では溶融できなかつた目的
物、例えばAI₂O₃とかZrSiO₄などを急速に溶融す
ることができる。また従来技術以上に急熱が可能
となるので目的物体を放射楕円鏡の第１焦点を走
行させることによりアニーリングを適度に行うこ
とができる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面に基づき説明す
る。

第１図に示す如く、受光楕円鏡１を比較的湾曲
率の小さいものから形成し、その第１焦点２まで
の第１焦点距離f₁＝160［mm］、その第２焦点４ま
での第２焦点距離f₂＝960［mm］に形成する。また
放射楕円鏡１′の湾曲率は受光楕円鏡１より大き
く形成され、その第１焦点２′までの第１焦点距
離f₁′＝70［mm］、第２焦点４′までの第２焦点距離
f₂′＝840［mm］に形成される。従つて受光楕円鏡
１の倍率ｍは960／160＝６、放射楕円鏡１′の倍
率m′は840／70＝12となり、両者の倍率比Ｍ＝
ｍ／m′＝６／12＝0.5となる。

第２図は第１図の如きアークイメージ炉におけ
るアークイメージの大きさを測定したもので、実
線７が実施例のアークイメージを表示し、点線８
はＭ＝１の場合のアークイメージを表示してい
る。図で明らから如く、実施例の場合は従来の約
100［％］に対し約50［％］と半分になり、幅も半
分になつている。すなわち大幅に集光され、最高
放射強度は約（100×100）／（50×50）＝４倍と
なる。

第３図はアークイメージの放射強度を示すもの
で実線９が実施例、点線10がＭ＝１の従来技術の
ものを示す。本実施例の温度勾配は （400−80）／（50−25）＝12.8となり、従来技術
の温度勾配 （100−20）／（100−50）＝1.6よりも非常に大き
い。即ち本実施例の場合、温度勾配は大となり、
放射強度も極めて大となる。

従つて最高温度は3000［℃］以上となり、従来
技術の2000［℃］程度のものを大幅に上まわるこ
とになる。

前記実施例は倍率比Ｍ＝0.5としたが、受光楕
円鏡１と放射楕円鏡１′の湾曲率を適宜設定する
ことにより倍率比Ｍを0.25乃至0.8にすることは
可能である。倍率比Ｍの上限を0.8としたのは、
前記した放射強度の向上は倍率比が0.8以下とな
つて始めて明瞭となるからである。しかしながら
その倍率比も0.25末満になるとアークイメージの
結像が急に不安定となる。従つて倍率比Ｍは0.25
より0.8の範囲とすることが必要となる。従来技
術は前記の如く倍率比Ｍ＝１又は製作誤差の程度
のバラツキを有する範囲に限定されているため、
前記した如き効果を得ることができない。

［本考案の効果］ 本考案によると次の如き優れた効果が上げられ
る。

(1) 放射強度が従来技術の約４倍に達し、高温の
照射が可能となり、従来技術で溶融できない
AI₂O₃（2050［℃］）やZrSiO₄（1530［℃］）などを
充分に溶融、分解することができる。更に、焦
点の最高温度も此の種従来技術の約2000［℃］
を大幅に上まわり3000［℃］以上に達する。

(2) 前記の如く、放射強度が大のため、急熱が可
能となり、急速溶解ができ、作業効率を向上す
ることができる。

(3) 急熱が可能になるため目的物体を放射楕円鏡
の第１焦点を走行させることにより適度なアニ
ーリングを行うことができる。

(4) 温度勾配が大のため、多くの溶融目的物体を
加熱することができる。

(5) 以上により高温加工技術の基礎的手段を大き
く進歩させ、基幹産業の発展に顕著な貢献をな
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案案一実施例の原理図、第２図は
実施例（実線）と従来技術（点線）のアークイメ
ージの形状の比較図、第３図は実施例（実線）と
従来技術（点線）のアークイメージの放射強度曲
線の比較図、第４図は従来のクロスオーバー複合
楕円鏡型のアークイメージ炉の原理図、第５図は
公報に記載されたフイラメントランプの反射鏡集
光加熱装置の従来技術の原理図、第６図は公報に
記載されたアークイメージ炉の従来技術の原理図
である。 １……受光楕円鏡、１′……放射楕円鏡、２…
…受光楕円鏡の第１焦点、２′……放射楕円鏡の
第１焦点、３……希ガス放電ランプ（アークラン
プ）、４……受光楕円鏡の第２焦点、４′……放射
楕円鏡の第２焦点、５……加熱溶融目的物、６…
…反射鏡、１１……回転楕円面鏡、１２……タン
グステンフイラメントランプ、１３……被加熱
物、１４……凹面鏡、１５，１６……アーク光
源、１７，１８……第１楕円鏡、１９……第２楕
円鏡、２０，２１……平面鏡、２２……試料棒。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 二枚の楕円鏡と一枚の平面反射鏡となり成るク
   ロスオーバー双楕円鏡型のアークイメージ炉にお
   いて、 一方の楕円鏡に放電ランプを配置して該楕円鏡
   の光軸方向へ反射光を出す受光楕円鏡となし、 他方の楕円鏡は、前記受光楕円鏡からの反射光
   を、前記平面反射鏡によつて前記受光楕円鏡の光
   軸と交わる方向へ再反射された該反射光を集光す
   る放射楕円鏡となし、 該受光楕円鏡の倍率と該放射楕円鏡の倍率の比
   を、0.25乃至0.8と規定したことを特徴とするア
   ークイメージ炉。