JPS6211971Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は立形ルツボ溶融炉、特にスパイラル
状に加工してなる筒状黒鉛製ヒータを用いて該ヒ
ータの中空部内に挿入されるルツボを所定の温度
状態に加熱するものに関する。

例えば、ある程度まとまつた大きさの単結晶を
得るためには、筒状のヒータを有する立形ルツボ
溶融炉が使われる。結晶材料を入れたルツボは、
この立形ルツボ溶融炉の筒状ヒータ内に挿入さ
れ、結晶材料を一旦溶融させた後、そのルツボを
静かに移動させることにより単結晶を徐々に成長
させる。このとき、その立形ルツボ溶融炉の心臓
部ともいえる筒状ヒータは、このヒータの中空部
内に挿入されるルツボを所定の温度状態に加熱で
きるように構成されていなければならない。例え
ば単結晶を成長させるためには、単純に加熱する
だけではなく、ルツボの移動方向に対して適当な
温度分布を与えることが必要である。また、その
筒状ヒータは、例えば結晶材料を溶融させるため
に1700℃といつた高熱を発する必要があり、この
ためそのような高熱に十分に耐えられる材質で構
成されていなければならない。

そこで、従来の立形ルツボ溶融炉は、第１図に
その一例を示すように、スパイラル状に加工して
なる筒状黒鉛製ヒータ１０を用い、このヒータ１
０を垂直方向に支持するとともに、このヒータ１
０に通電して該ヒータ１０の中空部内に挿入され
るルツボ２０を所定の温度状態に加熱するように
構成されていた。黒鉛製のヒータ１０を用いるの
は、結晶材料の溶融温度にも十分に耐え、かつ該
ヒータ１０をジユール発熱させるための適当な電
気抵抗を安定に得ることができるからである。こ
の黒鉛製ヒータ１０は、黒鉛製の筒状材料に例え
ば機械切削加工によりスパイラル状に切込みを入
れて作られる。このスパイラル状切込みは２条に
形成され、これにより筒状体の片側端から給電が
行なえるようになつている。このように形成され
た筒状黒鉛製ヒータ１０は、その下端部を環状の
保持具１２によつて垂直に立てた状態に支持さ
れ、この状態でもつて通電端子１４から給電を受
けてジユール発熱する。通電端子１４には、電源
１６が電流制御装置１８を介して接続される。そ
して、この電流制御装置１８によつて通電電流を
制御することにより、ヒータ１０による加熱温度
を制御する。また、例えば上記ヒータ１０のスパ
イラルの帯幅を変化させることにより該ヒータ１
０の中空部内に所定の温度分布状態を形成するよ
うなこともできる。これにより、ヒータ１０の中
空部内に挿入されるルツボ２０は所定の温度状態
に加熱され、例えばこのルツボ２０内に入れられ
た結晶材料から単結晶に成長させることができ
る。

ところで、上述した立形ルツボ溶融炉におい
て、例えばそこで作ることのできる単結晶の大き
さは、上記筒状黒鉛製ヒータ１０の寸法、特に長
さに依存する。この黒鉛製筒状ヒータ１０の長さ
を従来よりも大幅に大きくするこができれば、そ
れだけ内容積の大きなルツボを使用することがで
き、これにより１回の操作で得られる単結晶のサ
イズも大きくすることができる。また、そのヒー
タ１０の長さを大きくすれば、例えば単結晶を成
長させるための該ヒータ１０内の長さ方向の温度
勾配を穏やかにすることができ、これにより結晶
成長を無理なく行なつて欠陥のない良質な単結晶
を得ることができるようにもなる。従つて、上記
ヒータ１０の寸法、特にその長さはできるだけ大
きいことが望まれる。

しかしながら、筒状の黒鉛製ヒータ１０は、そ
もそもその素材である黒鉛が非常に脆いために、
それを長尺に作ることは極めて困難なことであ
る。先ず、筒状の黒鉛素材からスパイラル状のヒ
ータを安全に切込加工することが非常にむづかし
く、仮に長尺のヒータを作り得たとしても、それ
を運搬し取付けることを安全に行なうことは非常
に困難である。そして、それを立形ルツボ溶融炉
に垂直に立てた状態でもつて安定に保持すること
も非常に困難である。このように、スパイラル状
に加工してなる筒状黒鉛製ヒータ１０は、極めて
脆くかつ壊れやすいものであつて、一定以上の大
きさのものは現実に使用不可能であつた。このよ
うな事情があるため、従来の立形ルツボ溶融炉
は、その心臓部であるヒータ１０の長さに制限を
受け、これにより使用できるルツボの大きさおよ
びそのルツボ内の製品の品質等に制限を受けてい
た。

この考案は以上のような従来の課題に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、簡単か
つ安全な構成でもつて、ルツボを所定の温度状態
に加熱する部分の寸法、特に長さを従来よりも大
幅に大きく取れるようにし、これにより内容積の
大きなルツボを使用することができるとともに、
このルツボ内に得られる製品の性能を従来よりも
大幅に向上させることを可能にした立形ルツボ溶
融炉を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この考案は、ス
パイラル状に加工してなる筒状黒鉛製ヒータを垂
直方向に保持するとともに、このヒータに通電し
て該ヒータの中空部内に挿入されるルツボを所定
の温度状態に加熱する立形ルツボ溶融炉におい
て、上記筒状黒鉛製ヒータは２本の筒状黒鉛製ヒ
ータが垂直方向に互いに同軸となるべく間隔を置
いて配列される一方、下側に位置するヒータはそ
の下端部を下方から支持され、また上側に位置す
るヒータはその上端部に外方に突出した段部が形
成されていて該段部に係合する保持具によつて吊
持され、これとともに下側ヒータと上側ヒータの
通電端子が互いに独立させられていて、それぞれ
に加熱用電源に接続されるようしたことを特徴と
する。

以下、この考案の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

第２図はこの考案による立形ルツボ溶融炉の一
実施例を示す。同図に示す溶融炉は、基本的には
前述した従来のものと同様で、スパイラル状に加
工してなる筒状黒鉛製ヒータ１０を垂直方向に保
持するとともに、このヒータ１０に通電端子３
０，３０と３２，３２を介して通電することによ
り該ヒータ１０の中空部内に挿入されるルツボ２
０を所定の温度状態に加熱するように構成されて
いる。従来と相違するところは、先ず、上記筒状
黒鉛製ヒータ１０は２本の筒状黒鉛製ヒータ２
２，２４が垂直方向に互いに同軸となるべく所定
の間隔を置いて配列されており、この間隔はヒー
タ２２，２４を加熱した時に、それぞのヒータ２
２，２４の熱膨張に対する伸びの逃げとなつてい
る。２本の黒鉛製ヒータ２２，２４は、従来と同
様に筒状の黒鉛素材を２条のスパイラル状に切込
加工して得られるものである。下側に位置するヒ
ータ２２は、前述した従来の場合と同様に、その
下端部を環状保持具２６により下方から垂直に立
てられた状態で支持されている。他方、上側に位
置するヒータ２４は、その上端部に外方に突出し
た段部４０が形成されていて、この段部４０に係
合する環状の保持具２８によつて垂直に吊持され
ている。この保持具２８には環状の水冷ジヤケツ
ト４２が形成され、このジヤケツト４２に冷却水
４４を循環供給することにより当該部分が余計に
加熱されるのを防ぐようにしている。両ヒータ２
２，２４はそれぞれ２条のスパイラル状に形成さ
れることによりそれぞれの通電端子３０，３０お
よび３２，３２は下端位置と上端位置とに振り分
けられて位置するようになつている。つまり、下
側ヒータ２２の通電端子３０，３０は該ヒータ２
２の下端に取付けられ、また上側ヒータ２４の通
電端子３２，３２は該ヒータ２４の上端に取付け
られている。そして、各通電端子３０，３０およ
び３２，３２には、それぞれ独立に設けられた電
流制御装置３６，３８を介して個別に給電される
ようになつている。両電流制御装置３６，３８の
入力電源は共通電源３４から供給される。これに
より、各ヒータ２２，２４への給電量はそれぞれ
独立して制御することができる。

さて、上記２本の筒状黒鉛製ヒータ２２，２４
は、垂直方向に互いに同軸となるべく配列される
ことにより、この２本のヒータ２２，２４に跨が
つて１本の長い加熱トンネル４６が垂直方向に形
成される。そして、下側ヒータ２２と上側ヒータ
２４の通電端子３０，３０と３２，３２が互いに
独立させられて、それぞれに加熱用電源に接続さ
れるようにしたことにより、両ヒータ２２，２４
間における加熱の状態を所望の連続状態にもつて
くることが容易に行なうことができるようになつ
ている。すなわち、上下のヒータ２２，２４間に
て互いの発熱状態にバラツキ等があつても、各ヒ
ータ２２，２４への通電量を個別に制御すること
によりそのバラツキ等を簡単に補正することがで
きる。そして、これによりその上下のヒータ２
２，２４が連合してあたかも１本の長いヒータに
よつて形成されるのと同等の連続した加熱トンネ
ルを形成することができるのである。これによ
り、従来よりも長さ寸法が大きくて内容積の大き
なルツボ２０を使用することができ、また例えば
そのルツボ２０を移動させて単結晶を成長させる
ための移動距離を従来よりも大幅に長く取ること
ができることにより、該ルツボ２０内に得られる
製品の品質を従来よりも大幅に向上させることが
できるようになる。さらにここで注目すべきこと
は、そのように長い加熱トンネル４６は、その加
熱トンネル４６の全長を賄うだけの長さを有する
筒状の黒鉛製ヒータを用いずとも、その約半分の
長さの筒状黒鉛製ヒータ２２，２４を用いて形成
されるということである。これにより、各黒鉛製
ヒータ２２，２４の寸法、特にその長さは、従来
において使用されていた黒鉛製ヒータよりも大き
くする必要は何らなく、従つてその加工、運搬お
よび取付け等は、格別な危険をともなうことなく
安全かつ確実に行なうことができる。また、立形
ルツボ溶融炉に取付けられた状態でも、一方のヒ
ータ２２は下側から支持し、他方のヒータ２４は
上側から吊持することより、それぞれ非常に安定
な保持状態を得ることができる。

以上のように、この考案による立形ルツボ溶融
炉は、比較的簡単かつ安全に構成することができ
るとともに、内容積の大きなルツボを使用するこ
とにより１回の操作で得られる製品の量あるいは
大きさを従来よりも大幅に増すことができ、これ
とともに十分に長い加熱トンネルを形成したこと
により従来よりも大幅に品質の良好な製品を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の立形ルツボ溶融炉の一例を示す
断面略図、第２図はこの考案による立形ルツボ溶
融炉の一実施例を示す断面略図である。 １０……筒状黒鉛製ヒータ、２０……ルツボ、
２２……下側ヒータ、２４……上側ヒータ、２６
……下側保持具、２８……上側保持具、３０，３
０……下側通電端子、３２，３２……上側通電端
子、３４……共通電源、３６……下側ヒータ用電
流制御装置、３８……上側ヒータ用電流制御装
置、４０……段部、４２……水冷ジヤケツト、４
４……冷却水、４６……加熱トンネル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スパイラル状に加工してなる筒状黒鉛製ヒータ
   を垂直方向に保持するとともに、このヒータに通
   電して該ヒータの中空部内に挿入されるルツボを
   所定の温度状態に加熱する立形ルツボ溶融炉にお
   いて、上記筒状黒鉛製ヒータは２本の筒状黒鉛製
   ヒータが垂直方向に互いに同軸となるべく間隔を
   置いて配列される一方、下側に位置するヒータは
   その下端部を下方から支持され、また上側に位置
   するヒータはその上端部に外方に突出した段部が
   形成されていて該段部に係合する保持具によつて
   吊持され、これとともに下側ヒータと上側ヒータ
   との通電端子が互いに独立させられて、それぞれ
   に加熱用電源に接続されるようにしたことを特徴
   とする立形ルツボ溶融炉。