JPH02242086A

JPH02242086A - 多段反射型電気炉

Info

Publication number: JPH02242086A
Application number: JP6469389A
Authority: JP
Inventors: Masachika Tsukioka; 月岡　正至; Hirohito Goto; 後藤　博仁; Hiroshi Yoshioka; 浩吉岡
Original assignee: SANJIYOU BUSSAN KK; National Institute for Research in Inorganic Material
Current assignee: SANJIYOU BUSSAN KK; National Institute for Research in Inorganic Material
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-26
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2759673B2

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）本発明は、反射型電気炉に係り、特に被加熱物を移動し
或いは移動せずに任意の温度勾配で加熱し得るコンパク
トな多段反射型電気炉に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来、金属発
熱体を使用し、加熱部分を分割して夫々独立に温度制御
する方式の、いわゆる多段分割型の電気炉がある。

しかし、この方式では、ある程度の温度勾配を調節する
ことはできるが、加熱部間の熱伝導と輻射の相互作用が
強く、急激な温度勾配を得ることはもとより、高精度の
任意な温度勾配を得ることは不可能であった。

一方、従来、反射型の電気炉として様々なタイプのもの
がある。

まず、赤外線集光型の電気炉がある。これは。

回転楕円形の反射鏡の第一焦点に熱源ランプの光源を置
き、第二焦点に集光させて試料を加熱する方式であるが
、反射鏡が著しく大きく、多段型に構成することは不可
能であるために、任意の温度勾配を得ることはできない
。

また、透明電気炉と呼ばれるも−ので、透明石英管の内
壁に熱反射面を設け、その内側に金属発熱体を取り付け
た電気炉２台を置き、電気炉２台の間隔を可変にして、
更に夫々の電気炉の温度を独立に制御することによって
、温度勾配を調節するものがある。この方式は、従来の
電気炉の中では最も大きな温度勾配が得られている方式
である。

それでも、得られる温度勾配は１ｃｍ当り５０”Ｃまで
である。この理由は、両電気炉間の輻射と熱伝導の相互
作用が強く、急激な温度勾配が得られないところにある
。

更に、管状の熱源ランプの背面に熱反射面を設け、これ
を上下又は左右に複数本配列する方式の赤外線反射型電
気炉がある。この方式の場合、夫々のランプを独立に温
度制御して温度勾配を可変することが考えられるが、ラ
ンプの直径が大きいため、それにともない熱反射面が大
きくなり、急激な温度勾配を得ることはできない。

しかも、上記いずれの方式の電気炉であっても、特に長
尺の被加熱物を加熱するには、被加熱物を炉軸方向に移
動させながら加熱しなければならず、そのため、炉長が
必然的に長くなり、設置スペースが大きくなり、経済的
でない。

更には、近年、単結晶の育成等々の如く新材料の製造分
野では、温度勾配を急激に変化させる加熱方式の要請が
ますます強くなってきているが、従来の電気炉ではこの
ような要請に充分応えることが困難であった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決すると共に上記
要請に応えるべくなされたものであって、任意の温度勾
配で、特に１ｃ＋ａ当り２５０℃の如く急激な温度勾配
が容易に調節でき、しかも敢えて被加熱物を移動する必
要のない新規な多段反射型電気炉を提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を
重ねた結果、電気炉を構成する加熱素子を複数個設け、
夫々の加熱素子の厚みを極力薄くし、また加熱素子間の
輻射と熱伝導による相互作用を極力少ない独立型にし、
更には、容易にこれらの加熱素子をＭＩＮできる構造設
計にすることにより、可能であることを見い出し、ここ
に本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る多段反射型電気炉は、複数個の
加熱素子を炉軸方向に多段に積層した構成であって、各
加熱素子は、中央に空間を有し、空間側が凸部と熱反射
面となる凹部からなり、かつ、該反射面を冷却する構造
を有し、該凹部内に発熱体を配置したことを特徴とする
ものである。

以下に本発明を図面を参照しつつ更に詳細に説明する。

（実施例）第１図は本発明に係る多段反射型電気炉をその縦断面に
て示した例であり、複数個の加熱素子１を炉軸方向に多
段型に順次積層してなる電気炉本体２０は、支持アーム
２２を介して架台２１に取付けられている。勿論、他の
設置形態も可能である。

加熱素子１は、第２図及び第３図に示すように、金属基
板２（通常、銅製）の略中夫に空間部を有する一体型で
あり、その縦断面構造は、内側（熱反射面側）に凹部２
□と凸部２□を有し、金属基板内部に冷却水通１３を設
けた冷却構造のもので、炉軸方向の両端面が積層面２．
になっている。勿論、場合によっては、１個の加熱素子
１を一体型とせず、半割り型等の分割型に構成すること
も可能である。

各加熱素子１の内側は、第３図に示す場合、中央の凸部
２□の両側に凹部２□が形成されている形状で、この凹
部２工は相隣る加熱素子１の凹部２□と組み合わされて
一個の完全な熱反射面を構成している。また、第４図に
示すように、両端に形成した凸部２□の間に凹部２１を
形成する形状も可能である。加熱素子１や発熱体４の取
付けには第３図に示す構造の方が有利である。凹部２□
の曲面、すなわち、熱反射面には金属メツキ等の適当な
表面処理又は加工が施されて所定の鏡面となっている。

したがって、熱反射面は、金属基板２の空間部周辺に形
成されるが、加熱空間の大きさ、反射効率等を考慮して
任意の曲率とすることができ１例えば、二次曲線又は放
物線の曲率を有する曲面とする。また、凸部２２の高さ
或いは凹部２□の深さは、発熱体４が完全に凹部内に配
置し得る寸法とするのが好ましい１発熱体４を凸部２２
の先端よりも内側に突出させると、加熱部間の熱伝導と
輻射の相互作用が強くなるので留意する。

このような加熱素子１は、第２図に示すように、冷却水
通路３とその出入口３□を備えた冷却構造を有すると共
に、測温、制御用熱電対１１を挿入し得る孔５と、積層
用止めネジのための孔６が設けられている。

なお、加熱素子１の間に、第５図に示すように、凹凸部
を有しない中間体７（例、水冷銅板、断熱材などからな
り、図示の場合は断熱材である）を１個又は複数個配置
することもできる。中間体７の厚みは任意である。した
がって、（イ＞ｍ数個の加熱素子１の間に厚み調整され
た水冷鋼板７を挟めることにより、より急激な温度勾配
ができ、また、（ロ）複数個の加熱素子１の間にセラミ
ック製の円板又はセラミックウール等の断熱材７を挟め
ることにより、温度勾配を和らげことができる。

発熱体４としては、適宜材質のものを使用できる。例え
ば、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−ＡＱ系、ｐｔ系、Ｍｏ系、Ｗ
系、Ｔａ系等の容易に加工できる金属抵抗体を挙げるこ
とができ、これらの材質を使用すれば１５００℃まで加
熱可能である。また、発熱体４は螺旋線、丸棒、角板、
薄膜等を円形状に作られた形状のものでよく、第２図に
示すように。

加熱素子１の凹部内に配置し、保持用セラミック８等で
保持する。

このような加熱素子１を多段に積層するには、第６図に
示すように、まず、第１の加熱素子１を配置し、その凹
部内に発熱体４を配置し、次にその上に第２の加熱素子
１を積層してその凹部内に発熱体４を配置するという操
作を繰り返し行って。

所定の個数の加熱素子１を炉軸方向に多段型に積層した
後、止めネジにて組み立て、内側（空間部）に電気炉内
雰囲気用の透明石英管９を配置して、多段反射型電気炉
を構成する。加熱素子１の組立体は、いわば積層面２．
で分割された分割型加熱素子ということができる。なお
、１０は発熱体４の電気入力端子部、１２は熱電対の電
極端子である。

この多段型反射電気炉は、加熱部間の熱伝導と輻射の相
互作用が生じないように設計され、かつ、各加熱素子の
凹部に配置した発熱体の発熱をコントロールすることに
より、夫々の加熱素子が独立に温度制御でき、炉軸方向
（積層方向）に任意の熱勾配をつくることが可能である
。加熱素子の厚さ等を考慮すれば１例えば、炉軸方向で
１ｃｍ当り２５０℃までの急激な温度勾配をつくり出す
ことができる。

なお、被加熱物１３は炉内に任意の態様でセットでき（
第６図参照）、炉内にセットしたままでも、或いは移動
させながら加熱することもできるが、いずれの場合にも
、被加熱物の加熱パターンに従い温度勾配をつくり出し
、この温度勾配パターンを固定し或いは炉軸方向に移動
させることも可能である。その際、被加熱物の寸法、加
熱パターン等に応じて、加熱素子或いは中間体を他の形
状寸法のものに変更したり、或いはそれらの枚数を変更
することができる。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、加熱素子の冷却
部による断熱効果と熱反射面による集熱効果により加熱
素子間の熱的な相互作用を極度に少なくできると共に、
加熱素子基板の厚みを薄くし、更にこれ、を必要に応じ
た数だけ容易に積層する構造であるので、加熱素子を夫
々独立に温度制御することによって、１ｃｓ＋当り２５
０”Ｃの如く急激な温度勾配、或いは任意の温度勾配が
容易に得られ、更には夫々の加熱素子を独立にプログラ
ム制御し、順次プログラムを移行することによって。

電気炉内の被加熱物を移動せずに、被加熱物移動と同様
の効果が得られる。

具体的には、以下のような優れた効果が得られる。

（１）　　Ｒ尺の被加熱物全体を一定の温度で加熱でき
ると共に、急激な温度勾配や任意の温度勾配で加熱処理
できる。

（２）単結晶を引き上げる際には、ルツボ、固液界面、
引き上げ結晶の夫々の位置の温度勾配を任意に設定でき
る。

（３）単結晶引き下げの際には、ルツボ内の固液界面の
温度勾配を任意に調節し、ルツボを下降して結晶成長す
ることができる。更には、ルツボを下降せずに、この温
度勾配を上部へ移動し結晶成長することができるので、
従来の電気炉に比べ著しく小型の電気炉が実現する。

（４）　また、蒸着、スパッタリング等で作成した薄膜
をラミネートする等の技術を駆使して加熱素子の厚みを
更に薄型化し、多量の加熱素子を独立して同時に制御で
きるようコンピューター制御すれば、究極の多段反射型
電気炉が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多段反射型電気炉の全体と設置態
様を示す説明図、第２図は加熱素子の横断面図。第３図及び第４図は加熱素子の縦断面図、第５図は加熱
素子の間に中間体を挾んだ状態を示す縦断面図。第６図は多数個の加熱素子を組み立てた状態を示すと共
に、被加熱物を炉内にセットした使用例を示す縦断面図
である。１・・・加熱素子、２・・・加熱素子の金属基板、２□
・・・凹部（熱反射面）、２□・・・凸部、２３・・・
積層面、３・・・冷却水通路、３□・・冷却水入口、３
．・・・冷却水出口、４・・・発熱体、５・・・測温、
制御用熱電対の挿入孔、６・・・加熱素子の積層用止め
ネジ孔、７・・・中間体、８・・・発熱体保持用セラミ
ック、９・・・透明石英管、１０・・・発熱体の電気入
力端子部、１１・・・測温、制御用熱電対、１２・・・
熱電対の電極端子、１３・・・被加熱物、２０・・・多
段反射型電気炉、２１・・・架台、２２・・・支持アー
ム。第１図特許出願人　　科学技術庁無機材質研究所長瀬高信雄同　　　　王城物研株式会社代理人弁理士　中　　村　　　尚第図第図第図平成１年４月１３日平成１年特許願第６４６９３号２、発明の名称多段反射型電気炉３、手続をする者事件との関係　　特許出願人住所　茨城系つくば市並木１丁目１番地名称　科学技術
庁無機材質研究所長瀬高信雄住所　東京都世田谷区上北沢５丁目４６番１３号名称　
三城物研株式会社代表者石井錬三４、代理人５、補正命令の日付（自発）６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容明細書第９頁第１２行目の「多段反射型電気炉を構成す
る。−、ｌの記載を、「多段反射型電気炉を構成する。その際、透明石英管内を除く電気炉全体を密封構造にし
て真空引きすることもでき、これにより凹部内が真空状
態になるので、熱伝導が減少し、輻射効率を向上させる
ことができる。」に訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の加熱素子を炉軸方向に多段に積層した構
成であって、各加熱素子は、中央に空間を有し、空間側
が凸部と熱反射面となる凹部からなり、かつ、該反射面
を冷却する構造を有し、該凹部内に発熱体を配置したこ
とを特徴とする多段反射型電気炉。
（２）任意の加熱素子の間に、凹部を有しない中間体が
配置されている請求項１に記載の多段反射型電気炉。
（３）前記発熱体が螺旋線、丸棒、角板又は薄膜を炉軸
方向に略直角な面内において円形状又は角形状に形成し
たものである請求項１又は２に記載の多段反射型電気炉
。
（４）各加熱素子は中央に凸部を有すると共にこの凸部
の両側に凹部半分を有する一体型形状であり、該熱反射
面は、相隣る加熱素子の凹部半分を組み合わせて構成さ
れている請求項１、２又は３に記載の多段反射型電気炉
。
（５）各加熱素子は両端に凸部を有すると共にこの凸部
の間に凹部を有する一体型形状である請求項１、２又は
３に記載の多段反射型電気炉。
（６）前記加熱素子の熱反射面は、二次曲線又は放物線
の曲率を有する曲面からなる請求項１、２、４又は５に
記載の多段反射型電気炉。