KR20140088897A - 집광경 가열로 - Google Patents

Abstract

광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서, 반사경 장치는 1차 반사경 및 2차 반사경으로 이루어지며, 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경 및 2차 반사경에 순차적으로 반사시켜서 피가열물에 조사하고, 그 2차 반사경에 반사되어 피가열물 표면에 조사되는 빛은 그 피가열물 표면에 대해 수직으로 조사되지 않는, 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로를 제공한다. 그것에 의해 집광된 적외선에 의해 가열하는 장치에 있어서 회전 타원면을 사용한 장치라도 가열성능은 그대로 소형화하는 것을 가능하게 한다.

Description

집광경 가열로{Converging mirror furnace}

재료의 가공 등에 사용하기 위한 가열로로서, 적외선에 의한 가열을 행하기 위한 집광경 가열로에 관한 것이다.

특허문헌 1 내지 3에 기재되어 있는 바와 같이, 단결정을 제조하기 위한 장치로서 대상이 되는 산화알루미늄 등의 소결체와 종결정을 향하여 적외선을 집광함으로써 가열하도록 한 집광경 가열로는 알려져 있다.

이러한 집광경 가열로는 수직방향으로 이동하는 스테이지 상에 산화알루미늄 등의 소결체와 종결정을 설치하고, 그 종결정을 수평방향으로 에워싸는 위치에 회전 타원면으로 이루어지는 반사경을 설치하며, 그 회전 타원면의 한쪽 초점에 할로겐램프 등의 광원을 설치하고, 회전 타원면의 다른 쪽 초점에 소결체와 종결정을 위치시킨다.

　그리고 광원으로부터 방사되는 적외선을 직접 또는 반사경의 반사면을 매개로, 그 소결체와 종결정에 대해 초점을 맞추도록 해서 집광하여 가열하는 가열로 및 가열시에는 그 스테이지를 내림으로써 단결정을 성장시키는 것이다.

또한 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 내면이 회전 타원면인 반사면의 한쪽 초점에 피가열물대를 재치하고, 반사면 내에 설치한 가열 히터를 면광원으로 하여 방사된 적외선을 직접 및 그 타원면에 반사시킴으로써 그 피가열물대 상의 피가열물을 가열하는 것이 알려져 있다.

또한 특허문헌 5에 기재되어 있는 바와 같이, 반도체의 제조에 사용하는 가열로로서, 실리콘 웨이퍼를 석영 보드에 올리고 이를 석영 보드로부터 가열하는 저항 가열형 노가 알려져 있다. 그러나 열원을 적외선으로 한 경우라도 노 내에 석영 보드가 삽입되기 때문에 그 노 내의 크기는 웨이퍼 이상의 크기인 것을 가열할 수 있는 크기이며, 저항 가열에는 승온까지 장시간을 필요로 하여 하나의 가열 공정이 단시간에 조작을 행할 수 있는 것도 아니다.

또한 웨이퍼 표면을 가열할 때, 웨이퍼의 구경을 충분히 커버할 수 있는 범위를 적외선 조사할 목적으로, 재치한 웨이퍼 표면에 대향하는 웨이퍼의 수직 상방 위치에 적외선램프를 복수 설치하여 이루어지는 면을 웨이퍼 표면과 평행이 되도록 하여 설치하고, 그러한 장치에 의해 웨이퍼 표면을 가열하는 가열 처리 장치도 알려져 있다.

일본국 특허공개 제2007-145611호 공보 일본국 특허 제3668738호 공보 WO2005/075713호 공보 일본국 특허공개 제2008-107050호 공보 일본국 특허공개 제2000-223488호 공보

종래의 집광경 방식 가열로는 타원경인 오목면의 한쪽 초점에 적외선의 광원을 설치하고, 그 광원으로부터 그 오목면에 반사시키며 또한 직접 다른 쪽 초점에 설치한 피가열물을 상방 또는 측방으로부터 가열하는 것이다.

또한 특허문헌 1 내지 3에 기재된 발명과 같이 절단된 회전 타원면의 한쪽 초점에 광원을 설치하고 다른 쪽 초점에 피가열물을 설치하는 구조로 하면, 공통의 초점인 피가열물을 중심으로 하여 그 주위에 한쪽 초점으로부터 형성되는 원이 형성된다.

이러한 구조의 경우, 평면 형상의 피가열물에 대해 오로지 횡방향의 360°로부터 가열되기 때문에, 그 피가열물을 수평으로 설치하면 그 피가열물의 둘레면에 오로지 적외선이 조사되지만 평면에 대해서는 흡수되는 열량이 저하된다. 또한 가령 피가열물을 수직 또는 비스듬하게 설치하더라도 그 피가열물의 양면이 오로지 가열되어 특정 편면을 높은 효율로 가열할 수 없다.

그 결과, 피가열물 이외의 장치도 가열되어 고온이 되기 때문에, 그것을 냉각하기 위한 공랭(空冷) 또는 수랭(水冷)의 냉각 시스템으로서는 보다 대규모의 것이 필요하게 되어, 결과적으로 냉각에 소요되는 에너지나 공기나 물을 공급하기 위한 설비도 커질 수 밖에 없다. 특히 가열원을 냉각하기 위해 공기를 흐르게 하는 경우에도, 회전 타원면에 둘러싸인 비교적 용적이 큰 공간에 공기를 흐르게 하더라도 그 공기의 일부가 직접 가열원에 접촉하여 냉각하는 능력을 발휘하는 것에 그치기 때문에 효율적인 냉각이 곤란하였다.

또한 회전 타원면 거울 사이에 끼인 장소에 피가열물을 설치하는 구조의 경우는, 상기 냉각에 소요되는 커다란 설비에 더하여 피가열물의 크기에 대해 상당히 큰 회전 타원면 거울을 사용하게 되기 때문에 장치의 소형화에는 한계가 있었다.

재치한 웨이퍼 등의 표면에 대향하는 웨이퍼의 수직 상방 위치에 적외선램프를 복수 설치하여 이루어지는 가열 장치에 의하면, 웨이퍼를 비교적 균일하게 가열하는 것은 가능하나, 가열 중에 웨이퍼 표면에 가스를 공급하여 처리하기 위해 웨이퍼의 상방에 설치해야 하는 가스의 공급 수단을 적외선의 조사를 저해하지 않고 웨이퍼 표면에 대향하여 설치할 수 없었다. 또한 균일하게 가열하기 위해 피가열물보다도 적외선램프의 설치면을 크게 할 필요가 있었다. 이 때문에 특히 가열 장치의 둘레 가장자리부에 설치된 적외선램프로부터 방사된 에너지의 대부분은 피가열물에만 조사되지 않고 피가열물의 주변 부재도 가열하게 된다. 그리고 피가열물의 가열에는 적외선램프로부터의 방사뿐 아니라 가열된 주변 부재로부터의 전도에 의한 가열도 무시할 수 없을 정도로 기여하게 되어, 그 결과 피가열물의 가열온도의 제어가 곤란해진다. 또한 이 때문에 제어를 보다 정확하게 행하기 위해서는 가열로의 내부 공간을 크게 할 필요가 있어 결과적으로 가열로 전체가 필요 이상으로 대형화된다.

또한 피가열물의 상방에 대향하여 적외선램프 등의 가열 장치를 설치하면 피가열물의 상방에 가열상태의 감시, 가스 공급, 조작용 매니퓰레이터 등을 설치하는 것이 곤란하였다.

(제1 집광경 방식 가열로)

1. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

피가열물 표면에 조사되는 빛은 그 피가열물 표면에 대해 수직으로 조사되지 않는, 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로.

2. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

반사경 장치는 1차 반사경 및 2차 반사경으로 이루어지며, 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경 및 2차 반사경에 순차적으로 반사시켜서 피가열물에 조사하고, 그 2차 반사경에 반사되어 피가열물 표면에 조사되는 빛은 그 피가열물 표면에 대해 수직으로 조사되지 않는, 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로.

(제2 집광경 방식 가열로)

3. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,

그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,

1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치(載置)된 피가열물의 피가열면 중심점에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,

2차 반사경을 구성하는 타원체의 장축은 그 피가열면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.

4. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,

그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,

1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점과는 상이한 위치에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,

2차 반사경을 구성하는 타원체의 장축은 그 피가열면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.

5. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,

그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,

1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점을 지나는 법선 상에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,

2차 반사경을 구성하는 타원체의 장축은 그 피가열면의 그 법선에 대해 비스듬히 위치하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.

6. 1차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비는 2차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비 이하인 3 내지 5 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

7. 2차 반사경의 타원의 2개의 초점을 연결하는 직선 상에 광원이 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 3 내지 6 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

8. 1차 반사경의 타원의 2개의 초점과 2차 반사경의 타원의 2개의 초점이 동일 직선 상에 없도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 3 내지 6 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

9. 피가열물 표면과 2차 반사경의 타원의 2개의 초점을 연결하는 선이 이루는 각도가 20~70°인 3 내지 8 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

(제3 집광경 방식 가열로)

10. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,

그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 1차 반사경으로 하고, 회전 포물면체의 내면을 반사면으로 한 회전 포물면 거울을 2차 반사경으로 하여 조합해서 이루어지며,

1차 반사경의 2개 있는 초점 중 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경인 회전 포물면 거울의 회전축과 노(爐) 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점이 하나의 직선 상에 위치하도록 집광경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 개구부가 피가열물을 향하여 설치되어 있으며,

2차 반사경의 그 회전축은 피가열물 표면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.

11. 1차 반사경의 초점과 그 타원면의 최단 거리가 2차 반사경의 초점과 그 포물면의 최단 거리보다도 큰 10에 기재된 집광경 방식 가열로.

12. 1차 반사경의 2개의 초점이 회전 포물면 거울인 2차 반사경 회전축의 연장선 상에 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 10 또는 11에 기재된 집광경 방식 가열로.

13. 1차 반사경의 2개의 초점이 회전 포물면 거울인 2차 반사경 회전축의 연장선 상에 위치하지 않도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 10 또는 11에 기재된 집광경 방식 가열로.

14. 피가열면의 법선과 2차 반사경의 회전축이 이루는 각도가 20~70°인 10 내지 13 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

(제4 집광경 방식 가열로)

15. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,

그 반사경 장치는 그 피가열면의 중심을 지나는 법선과 동일 평면에 있고, 그 법선과 교차하지 않는 폐곡선을 그 법선을 회전축으로 하여 회전시켜서 이루어지는 고리 내면의 일부를 반사면으로 한 1차 반사경을 가지며,

고리 형상의 그 1차 반사경을 형성하는 고리 안에 광원을 그 고리의 원주방향의 일부 또는 전부에 걸쳐 설치하고,

또한 그 피가열물은 그 법선과 수직이기는 하나 고리와 교차하지 않는 평면 상에 설치되어, 그 피가열면의 중심과 그 광원을 연결하는 최단의 직선과 그 반사면의 교점 부근의 그 반사면에 빛을 피가열물에 조사하기 위한 슬릿을 설치하며,

그 슬릿을 형성하는 제1 반사면의 단부에는 제2 반사면을 형성하는 반사면을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.

16. 그 법선과, 그 광원과 피가열물 표면 중심을 연결하는 선이 이루는 각도가 20~70°인 15에 기재된 집광경 방식 가열로.

17. 고리 형상의 그 1차 반사경을 형성하는 고리 안에 고리 형상의 광원을 원주를 따라 설치하고,

그 고리 형상 광원으로부터의 빛을 피가열면에 집중시키는 반사판은 그 반사면이 그 고리 형상 광원이 만드는 원주에 대해 수직으로 설치되어 이루어지는 15 또는 16에 기재된 집광경 방식 가열로.

18. 가열시에 있어서 그 반사경과 피가열물의 상대적인 위치를 가변(可變)으로 한 1 내지 17 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

19. 가열시에 있어서 피가열물의 온도, 피막 형성시의 막두께 등의 피가열물의 상태를 피가열물의 바로 위, 비스듬하게 위 및 옆 중 적어도 일방향으로부터 확인할 수 있도록 하여 이루어지는 1 내지 18 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

20. 가열시에 있어서 그 피가열물을 회전 가능하게 한 1 내지 19 중 어느 하나에 기재된 집광경 방식 가열로.

본 발명의 제1 집광경 방식 가열로는 반사경 장치로서 1차 반사경 및 2차 반사경으로 이루어지는 장치를 채용하여, 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경 및 2차 반사경에 순차적으로 반사시키고, 최종적으로는 피가열물 표면에 대해 수직이 아닌 방향으로부터 조사함으로써 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로이다. 또한 그 수직이 아닌 방향이라도 피가열물 표면에 평행한 방향으로부터 조사하는 것도 아니다.

본 발명은 종래의 회전 타원면에 적외선을 반사시켜서 이루어지고 피가열물의 측방으로부터의 가열을 행하는 장치의 구조도 아니기 때문에, 가열되어 있는 피가열물의 측방 또는 피가열물 표면의 연장선 상에는 가열을 위한 장치가 위치하지 않음으로써 측방에서 피가열물의 상태를 확인할 수 있어, 가열 중에 있어서도 CVD로(爐)나 단결정 육성 장치의 운전 상황을 파악하는 것이 가능하다.

또한 피가열물 표면에 대해 수직이 아닌 방향으로부터 적외선을 조사하여 가열하기 때문에 적외선램프 및 고리 형상 반사면의 위치를 피가열물 표면의 바로 정면이 아닌 장소에 위치시키는 것이 가능해져, 반사경 장치의 크기는 종래의 회전 타원면을 채용한 경우와 비교하여 작아 적외선램프 및 고리 형상 반사면과 피가열물 사이를 보다 좁게 할 수 있다.

이와 같이 장치를 소형화한 경우, 적외선램프의 출력이 작아지는 동시에 반사경의 크기도 작아지나 원래 피가열물 자체를 가열하는데 소요되는 에너지는 변함이 없기 때문에, 결국 피가열물 자체가 받는 에너지의 밀도는 변함이 없거나 오히려 증대된다.

예를 들면 CVD로로 할 때는 CVD에 의해 처리되는 피가열물 표면의 정면에서 가스를 흐르게 하여 쐬게 할 수 있어, 가열된 피가열물 상에 CVD에 의한 양질의 박막을 성막시킬 수 있다.

제2 집광경 방식 가열로는 1차 반사경 및 2차 반사경은 회전 타원체의 내면을 반사면으로 하여 이루어지는 2개의 반사경으로 이루어지는 반사경 장치를 갖는다. 그 1차 반사경의 회전 타원경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비는 2차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비 이하이다.

특히 제2 집광경 방식 가열로는 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점에 위치하도록 해도 되고, 또한 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점과는 별도의 장소, 예를 들면 피가열물 표면의 중심점을 지나는 법선 상에 위치하도록 해도 된다.

제2 집광경 방식 가열로에 의하면 피가열물 표면의 특히 필요로 하는 개소를 균일하게 가열하는 것이 가능하고, 또한 피가열물 표면에 대해 빛의 초점을 맞추지 않는 상태로 조사하는 것도 가능하여, 이 경우에는 피가열물 표면을 보다 균일하게 가열할 수 있다.

그리고 1차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비는 2차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비 이하로 함으로써 광원인 적외선램프를 보다 구에 가까운 회전 타원체의 한쪽 초점에 둘 수 있기 때문에, 1차 반사경에 반사된 후에 2차 반사경의 반사면을 향하는 성분을 보다 많게 하는 것이 가능해진다.

즉 1차 반사경이 2차 반사경보다도 초점 근처의 타원면이 보다 긴 반경의 구에 가까운 면이기 때문에, 1차 반사경에 광원의 램프를 설치한 경우에 2차 반사경의 초점에 직접 광원을 설치한 경우와 비교하여 램프로부터 방사되는 빛을 보다 많은 반사면에 반사시킬 수 있어, 그로 인해 보다 강한 빛을 피가열물에 조사하는 것이 가능하여 효율적으로 가열할 수 있다.

또한 2차 반사경의 타원의 2개의 초점을 연결하는 직선 상에 광원이 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속시킴으로써, 광원으로부터 어느 반사경에도 반사되지 않고 직접 피가열물에 조사되는 빛의 성분이 많아져 보다 효율적으로 피가열물 표면을 가열할 수 있다.

1차 반사경의 타원의 2개의 초점과 2차 반사경의 타원의 2개의 초점이 동일 직선 상에 없도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속시키면 2차 반사경에 대한 1차 반사경의 방향을 임의로 변경시키는 것이 가능해지고, 반사경 장치를 소형화시키는 것이나 집광경 방식 가열로의 전체 형상에 따라 반사경 장치의 형상을 임의로 변경시키는 것이 가능해진다.

그리고 어느 방식의 집광경 방식 가열로도 피가열물 표면의 피가열면이 수평이 되도록 하여 형성되어 설치되어도 되나, 피가열물의 피가열면이 수평이 아닌 상태에서 재치되어 있어도 된다.

여기서 1차 반사경과 2차 반사경의 접합부 개구부의 크기는 커도 된다. 이 개구부가 클수록 1차 반사경에 반사되지 않는 성분이 많아진다.

반대로 개구부가 작을수록 적외선램프 등의 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경 및 2차 반사경에 순차적으로 반사시키면서 피가열물 표면을 가열시키는 성분을 많게 하는 것이 가능해진다.

또한 제3 집광경 방식 가열로는 2차 반사경을 회전 포물면 거울로 이루어지는 것으로 한 점에서 제2 집광경 방식 가열로와 상이한 것 외에는 제2 집광경 방식 가열로와 공통된다.

제2 집광경 방식 가열로에 대해 제3 집광경 방식 가열로는 2차 반사경에 반사되어 이루어지는 빛의 성분은 서로 평행한 성분이기 때문에, 피가열물 표면에 있어서 빛이 초점을 맺는 경우가 없을 뿐 아니라 피가열물 표면에 조사되는 빛이 평행광인 성분을 포함하여 피가열물의 표면을 보다 균일하게 가열하는 것이 가능한 점에서 특징적이다.

그 제3 집광경 방식 가열로에 있어서 1차 반사경의 초점과 그 타원면의 최단 거리가 2차 반사경의 초점과 그 포물면의 최단 거리보다도 큰 것에 의하면, 광원인 적외선램프를 보다 구에 가까운 회전 타원체의 한쪽 초점에 둘 수 있기 때문에, 1차 반사경에 반사된 후에 2차 반사경의 반사면을 향하는 성분을 보다 많게 하는 것이 가능해진다.

또한 제2 집광경 방식 가열로와 마찬가지로, 2차 반사경의 회전 포물면 회전축의 연장선 상에 광원이 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속시킴으로써, 광원으로부터 어느 반사경에도 반사되지 않고 직접 피가열물에 조사되는 빛의 성분이 많아져 보다 효율적으로 피가열물 표면을 가열시킬 수 있다.

1차 반사경의 타원의 2개의 초점과 2차 반사경의 그 회전축이 동일 직선 상에 없도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속시키면 2차 반사경에 대한 1차 반사경의 방향을 임의로 변경시키는 것이 가능해지고, 반사경 장치를 소형화시키는 것이나 집광경 방식 가열로의 전체 형상에 따라 반사경 장치의 형상을 변경시키는 것이 가능해진다.

제4 집광경 방식 가열로는 내면이 반사면인 고리 형상의 1차 반사경 및 2차 반사경으로 이루어지는 반사경 장치의 구조와 피가열물의 피가열면의 위치 관계에 특징을 갖는다.

구체적으로는 그 반사경 장치는 그 피가열면의 중심을 지나는 법선과 동일 평면에 있고, 그 법선과 교차하지 않는 폐곡선을 그 법선을 회전축으로 하여 회전시켜서 이루어지는 고리 내면의 일부를 반사면으로 한 1차 반사경을 가지며,

고리 형상의 그 1차 반사경을 형성하는 고리 안에 광원을 그 고리의 원주방향의 일부 또는 전부에 걸쳐 설치하고,

또한 그 반사경의 바깥으로서 고리를 포함하는 평면 상이 아닌 위치에 피가열물을 설치할 수 있도록 하여, 그 피가열면의 중심과 그 광원을 연결하는 최단의 직선과 그 반사면의 교점 부근의 그 반사면에 빛을 피가열물에 조사하기 위한 슬릿을 설치하며,

그 슬릿을 형성하는 제1 반사면의 단부에는 제2 반사면을 형성하는 반사면을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로이다.

제4 집광경 방식 가열로에 있어서 고리 형상의 1차 반사경에 반사된 빛이 슬릿을 통과하여 2차 반사경에 반사된 후 피가열물 표면에 조사됨으로써, 그 피가열물 표면에 대해 다방향으로부터 빛을 조사하게 된다. 이 때문에 어느 일방향으로부터의 빛만으로는 그 피가열물 표면을 균일하게 가열하는 것이 곤란한 경우라도, 다방향으로부터의 가열에 의해 보다 균일하게 가열을 행하는 것이 가능해진다.

또한 그 2차 반사경의 반사면은 타원이나 포물선을 그 회전축에 의해 회전되어서 이루어지는 면의 일부여도 되고, 그 경우에는 그 타원이나 그 포물선의 초점은 광원의 장소에 위치시킬 수 있다.

또한 그 폐곡선이 타원인 경우에는, 그 타원의 2개의 초점을 연결하는 선의 피가열물 방향을 향한 연장선이 피가열물 표면 중심에 닿도록 기울여서 이루어지는 타원과, 그 연장선과 타원의 교점을 중심으로 타원에 개구부를 설치한다. 또한 그 2개의 초점 중 피가열물로부터 보아 먼 쪽의 타원의 초점을 공통의 초점으로 하는 포물선의 일부를 그 개구부로부터 피가열물을 향하여 개구하도록 복합시켜서 이루어지는 슬릿을 설치한다.

그리고 그 타원의 피가열물로부터 가깝지 않은 쪽에 위치하는 초점에 광원을 설치하고, 다른 하나의 초점이 2차 반사경을 구성하는 타원 또는 포물선의 초점과 공통시킴으로써, 광원으로부터 방사된 빛을 보다 효율적으로 2차 반사경에 반사시키는 동시에 피가열물 표면에 조사시킬 수 있다.

또한 도 9에 있어서 그 공통의 초점을 타원의 피가열물에 가까운 쪽의 초점으로 하는 것도 가능하다.

이 제4 집광경 방식 가열로에 있어서 그 닫힌 평면이 타원인 경우에는, 그 결과 얻어진 반사경은 피가열물 중심을 지나는 법선에 수직으로서, 그 타원 및 그 포물선의 바깥에 있는 수직축에 의해 회전시켜서 이루어지는 내면이 반사면인 타원체 거울과 포물면 거울이 복합하여 이루어지는 반사경인 동시에, 그 공통의 초점을 나타내며 또한 수직축을 중심으로 하는 원주 상에 걸쳐서 광원을 설치하여 이루어지는 집광경을 가질 수 있다.

그 광원은 점광원을 원주 상에 배열한 것이나 반원형을 2개 사용하는 것 또는 원형의 것을 사용할 수 있다.

이와 같이 하여 이루어지는 본 발명의 제4 집광경 방식 가열로는 내면에 1차 반사면을 구성하는 단면이 타원 등의 형상인 고리 형상체와 2차 반사면을 구성하는 반사면이 복합하여 이루어지고, 그 고리 형상체 내에 설치된 광원으로부터 방사된 빛을 직접 또는 그 1차 반사면 및 또는 2차 반사면에 반사되어 피가열물대 상의 피가열물을 향하여 조사하는 집광경 방식 가열로이다.

이 제4 집광경 방식 가열로에 따르면 피가열물 표면에 대해 보다 다방향으로부터의 가열을 행할 수 있기 때문에 피가열물 표면을 보다 균일하게 가열할 수 있다.

이들 제1~제4의 4종의 방식의 가열로는 모두 피가열물의 비스듬하게 상방에 가열을 위한 광원이 위치하여 비스듬하게 상방으로부터 피가열물 표면을 가열하기 때문에, 피가열물의 바로 상방, 하방 및 측방에 공간을 형성할 수 있다. 이 때문에 상방에 예를 들면 석영관을 설치하여 처리를 위한 가스를 흐르게 하거나 온도 등의 측정이나 제어 수단을 설치하는 것이 가능하다. 또한 측방에 설치된 공간에 피가열물을 이송하는 수단을 설치하는 것 등이 가능해지고, 피가열물 주위의 공간을 유효하게 활용하는 것이 가능해지며, 피가열물을 장치 내에 도입하는 단계부터 장치 외로 취출하는 단계에 이르는 일련의 동작을 보다 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

또한 이들 집광경 방식 가열로에 따르면 피가열물의 비스듬하게 상방에 복수의 광원을 설치할 수 있어, 그것에 의해 광원으로부터 방사된 에너지의 대부분은 피가열물 표면에 조사되며 또한 비스듬하게 상방을 일주하도록 각 방향으로부터 피가열물을 향하여 빛을 방사할 수 있다.

이때 피가열물 표면 상의 어떤 1개소에서 본 광원까지의 거리는 어떤 방향의 광원에는 비교적 멀지만 그 반대 방향의 광원에는 비교적 가까워지고, 그 경향은 피가열물 표면 상의 어느 개소에 있어서도 동일하다. 그렇다면 결국 피가열물 표면 상의 어느 개소에 있어서도 다방향으로부터 조사된 빛을 적산하여 이루어지는 에너지는 균일하기 때문에, 피가열물 표면 상의 어느 개소에 있어서도 균일하게 가열되게 된다.

또한 제1~3의 집광경 방식 가열로에 따르면, 사용하는 광원은 고리 형상이 아니기에 예를 들면 집광경 장치를 3세트 사용하면 각 세트는 120°의 간격을 갖고 설치되기 때문에, 피가열물 표면에 대해서도 비스듬하게 상방의 3방향으로부터 빛이 조사되게 되어 실질적으로 불균일이 없는 가열이 가능해지는 점에 있어서 실질적으로 360°의 전방향으로부터 빛을 조사하는 것과 다름없다.

이와 같이 피가열물 표면에 대해 실질적으로 비스듬하게 상방 360°의 방향에서 가열을 행할 수 있기 때문에 보다 균일하게 가열을 행하는 것이 가능하다.

또한 제4 집광경 방식 가열로에 따르면, 보다 360°에 가까운 방향에서 가열을 행함으로써 제1~3의 집광경 방식 가열로보다도 다방향으로부터의 가열을 행할 수 있다. 그때 반사경 전체가 받는 전체 열량이 제1~3의 집광경 방식 가열로와 다름없다 하더라도 반사경 자체의 용적이 크기 때문에, 가열온도는 보다 저온이 되어 냉각 장치가 간편해지는 점에서 우수하다.

즉 일방향의 비스듬하게 상방에서 피가열물에 빛이 조사되는 경우, 피가열물 표면에는 광원으로부터의 거리가 가까운 개소와 먼 개소가 생기게 된다. 그 결과로서 피가열물의 광원으로부터 가까운 개소에는 빛의 에너지 밀도가 비교적 높은 부분이 조사되고, 피가열물의 광원으로부터 먼 개소에는 빛의 에너지 밀도가 비교적 낮은 부분이 조사되기 때문에, 결과적으로 피가열물의 광원에 가까운 개소는 신속하게 또한 고온으로 가열되게 되지만 먼 개소는 온도가 상승하는 속도가 상대적으로 느려, 결국 피가열물 상의 피가열면에 있어서 가열에 불균일이 생길 가능성이 있다.

피가열면에 광원의 초점을 맺을 때에는 가열에 불균일이 생기는 경향이 현저해지는데, 피가열면에 광원의 초점을 맺지 않을 때는 희미해진 광원의 상이 피가열물 표면에 나타남으로써 피가열물 표면은 보다 균일하게 가열되기 쉽다. 그러나 피가열면에 조사되지 않는 성분이 생기기 때문에 광원으로부터 방사된 빛이 효율적으로 피가열물 표면에 닿지 않을 가능성이 있다.

이러한 메커니즘에 의한 피가열물의 균일한 가열에 더하여 통상 광원은 필라멘트의 가열에 의해 발광되고 있고 필라멘트는 완전히 점광원은 아니기 때문에, 본 발명에 있어서 피가열물 상에 2차 반사경의 초점이 엄밀하게 맺혀도 되고 맺히지 않아도 되는 것을 알 수 있다.

초점이 맺혀 있지 않은 소위 디포커스된 상태에서 빛이 조사되는 경우에는 그 필라멘트의 상이 피가열물 상에 맺히는 경우가 없다. 그렇다면 피가열물 상에 필라멘트의 형상을 반영시킨 빛의 조사의 불균일을 발생시키는 경우가 없어, 이 점에 있어서도 피가열물 표면을 보다 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.

물론 피가열물 상에 회전 타원면의 초점이 맺힌 경우에는 필라멘트의 상이 피가열물 상에 맺힐 가능성은 있지만, 디포커스된 경우를 포함하여 복수 방향으로부터 빛을 피가열물 상에 조사하면 각각의 초점이 맺힌 것에 따른 상이 포개져, 결과적으로 피가열물 상에 균일하게 빛을 조사시킬 수 있다.

이 경우에는 상기 제2 집광경 방식 가열로에 있어서 디포커스된 상태와 동일하게, 제2 및 3의 집광경 방식 가열로에 의해 피가열물 상에 디포커스된 상태에서 빛을 조사하는 결과로서 균일하게 가열할 수 있다.

본 발명에 의하면, 피가열물은 균일하게 가열되는 동시에 피가열물로부터 보아 광원이 상방의 비스듬한 쪽에 존재하기 때문에 피가열물의 바로 상방, 측방, 하방 및 광원과 반사경 이외의 비스듬한 쪽에는 공간을 설치할 수 있어, 그 공간을 이용하여 석영관의 설치, 기체의 도입, 가공·이동용 지그의 배치와 그의 조작, 피가열물의 이동, 온도, 기체의 공급량 등의 검지와 제어 등의 조작이 가능해진다. 또한 CVD 등과 같이 수평으로 설치된 피가열물의 상면을 가열하는 것이 가능해진다.

이에 더하여 종래의 회전 타원면을 사용한 가열 장치의 경우는 피가열물의 횡방향 또는 완전히 수직방향만으로부터의 가열에 그쳐 단결정 성장 장치 등의 용도에 한정되나, 본 발명과 같이 피가열물의 비스듬하게 상방으로부터의 가열을 행하면 그러한 용도에 더하여 추가로 CVD 등과 같이 수평으로 설치된 피가열물의 상면을 가열하는 것이 가능해진다.

또한 종래의 피가열물의 상방이 아닌 수평 위치에 360°에워싸듯이 하여 설치되는 회전 타원체를 반사면으로 하는 경우와 비교하여 반사면 전체의 직경을 작게 할 수 있기 때문에 장치 전체도 보다 소형화하는 것이 가능하다.

또한 웨이퍼 등의 피가열물을 회전시켜도 되고 회전시키지 않아도 된다. 또한 석영관 내에서 웨이퍼 등에 가스(메인 가스, 서포트 가스)를 쐬더라도 피가열물 이외는 가열되지 않기 때문에 가스의 분해에 의한 석영관 내벽의 퇴적물을 삭감할 수 있다.

또한 사용하는 에너지가 적어도 되며 또한 반사면 등의 가열에 소비되는 에너지도 보다 소량인 것으로부터 냉각 시스템을 작게, 장치 전체를 보다 소형화하는 것이 가능해진다. 또한 제4 집광경 방식 가열로에 따르면 광원은 고리 형상 반사면 내의 비교적 좁은 공간에 설치되는데, 그 고리 형상 반사면 내에 공기를 도입하면 효율적으로 공기를 광원과 접촉시켜서 냉각할 수 있다.

또한 광원으로서 적외선램프, 빛으로서 적외선을 사용하는 것이 가능한데, 빛으로서는 적외선에 한정되지 않고 피가열물을 조사함으로써 피가열물이 가열되게 되는 빛이면 된다. 그러한 빛을 방사하기 위한 광원으로서도 적외선램프에 한정되지 않는다.

도 1a는 본 발명의 제1 및 제2 집광경 방식 가열로를 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 제1 및 제2 집광경 방식 가열로의 개념도이다.
도 2는 반사경 장치를 3개 사용한 제1 및 제2 집광경 방식 가열로를 상방으로부터 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 집광경 방식 가열로에 사용하는 1차 반사경과 광원의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 집광경 방식 가열로에 사용하는 1차 반사경과 광원의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 집광경 방식 가열로를 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제1 및 제3 집광경 방식 가열로를 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명의 제1 및 제3 집광경 방식 가열로의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제1 및 제3 집광경 방식 가열로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 및 제4 집광경 방식 가열로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 집광경 방식 가열로에 있어서의 광로도이다.
도 10은 본 발명의 제4 집광경 방식 가열로의 상면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 집광경 방식 가열로의 상면도이다.
도 12는 본 발명의 장치를 사용하여 이루어지는 결정 성장 장치의 모식도이다.
부호의 설명
1···집광경 방식 가열로
2···적외선램프
3···피가열물
4···1차 반사경과 2차 반사경의 접속부
5···개구부
6···석영관
7···집광경 장치
M1···1차 반사경
M2···2차 반사경
M3···1차 반사경
M4···2차 반사경
M5···2차 반사경
M6···2차 반사경
M7···고리 형상 반사면
M8···2차 반사경
F1···1차 반사경의 한쪽 초점
F2···1차 반사경의 다른 쪽 초점
F3···2차 반사경의 한쪽 초점
F4···2차 반사경의 다른 쪽 초점
F5···2차 반사경의 초점
F6···2차 반사경의 초점
101···집광경 방식 가열로
102···피가열물
103···적외선램프
104···가스
105···하우징
106···고리 형상 반사면
107···관
θ1 및 2···각 모드에 있어서의 가열에 기여하는 적외선이 방사되는 각도
111···슬릿
112···전원 코드
113···냉각 재킷
114···덮개 부재
115···냉각수 공급 파이프
116···냉각수 공급 포트
117···냉각수 배수 파이프
118···냉각수 배수 포트
203···적외선램프
206···고리 형상 반사면
207···석영관
208···고정 수단
209···원료봉
210···종결정봉

아래에 광원을 적외선램프로 하고 빛을 적외선으로 한 경우에 대해서 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 다른 광원이나 다른 빛을 채용한 경우에 있어서도 본 발명의 구조를 채용하는 것이 가능하다.

피가열물의 물성이나 재료에 따라서는 적외선 이외의 빛으로도 가열될 수 있는 것이 있기 때문에, 이 경우에 있어서 본 발명에서 사용되는 빛은 적외선 이외의 빛을 포함한다.

(제1 집광경 방식 가열로)

제1 집광경 방식 가열로는 아래에 설명하는 제2~제4의 집광경 방식 가열로를 포함하는 구조를 구비한 집광경 방식 가열로이다.

이에 예로서 도 1a를 토대로 제1 집광경 방식 가열로를 설명한다.

본 발명의 제1 집광경 방식 가열로는 피가열물(3) 표면에 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치로 반사시킴으로써 조사하여 가열을 행하기 위한 가열로이다.

반사경 장치는 1차 반사경(M1) 및 2차 반사경(M2)으로 이루어지는 장치로, 적외선램프(2) 등의 광원을 1차 반사경(M1) 내에 설치하여, 그 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경(M1) 내면에서 반사시키고, 그 반사광은 2차 반사경(M2) 내로 유도되어 그 2차 반사경(M2) 내면의 반사면에서 반사되어 개구부(5)로부터 나와 피가열물(3)의 표면에 조사된다.

이때 2차 반사경(M2)은 피가열물(3) 표면의 바로 정면에 그 일부도 위치하지 않기 때문에 2차 반사경(M2)의 개구부(5)로부터 방사된 빛은 모두 피가열물(3)의 표면에 대해 수직으로 조사되는 경우가 없다.

아래의 사항은 계속되는 제2~4의 집광경 장치에도 공통적으로 말할 수 있는 사항이다.

본 발명의 집광경 방식 가열로는 CVD 장치, 결정 성장 장치 등 가열을 수반하는 처리를 행하기 위한 장치 일반에 사용할 수 있다. 특히 빛에 의해 가열을 행하고 있는 용도에 대해 사용할 수 있다.

2차 반사경의 반사면에서 반사하여 피가열물(3)에 조사함으로써 피가열물(3)을 가열하는 가열로이다. 이러한 가열과 함께 또는 가열 전후에 피가열물을 향하여 상방으로부터 가스(104)를 공급하거나, 도시하지 않지만 지그를 사용하여 가공하거나 또는 측방에 창을 설치함으로써 임의의 조건하에서 피가열물(3)을 가열하면서 가열 중의 피가열물(102)의 상태를 확인하는 것이 가능해진다.

결정 육성 장치로 할 때는 모식도 12에 나타내는 바와 같이, 집광경 장치 사이에 석영관(207)을 삽입하고, 그 관 내에서 다결정의 원료봉(209)과 종결정봉(210)을 각각 상하의 고정 수단(208)에 고정하고 이를 구동시킨다. 그리고 도 1a의 장치와 동일하게 적외선램프(203)로부터 방사된 적외선이 1차 반사경 및 2차 반사경에 반사되어 상기 다결정의 원료봉(209)과 종결정봉(210)을 가열하면서 이들 원료봉(209)과 종결정봉(210)이 하방으로 이동하면서 단결정을 생성시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 사용되는 집광경 방식 가열로는 빛을 방사하는 광원을 사용하여 그 방사되는 빛에 의해 피가열물을 가열하는 장치이다.

그 광원으로서는 적외선램프를 사용하는 것이 일반적이나 그것에 한정되지 않고, 빛에 의해 가열을 행하는 가열로에서 사용할 수 있는 광원을 임의로 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서의 반사경 장치는 1차 반사경 및 2차 반사경으로 구성되고, 그 광원이 1차 반사경의 내부에 필라멘트 등이 위치하도록 설치된다. 그 1차 반사경과 2차 반사경은 빛이 통과할 수 있도록 서로 설치된 개구부에 의해 접속된다. 이 때문에 광원으로부터 방사된 빛은 많은 성분이 1차 반사경에서 반사된 후 2차 반사경에서 반사됨으로써 반사경 장치 밖으로 방사되어 피가열물 표면에 조사된다.

즉 1차 반사경은 광원으로부터 방사된 빛이 처음에 반사되기 위한 반사경이고, 2차 반사경은 1차 반사경에 의해 반사된 빛이 이어서 반사되기 위한 반사경이다.

물론 광원으로부터 방사된 빛의 일부가 1차 반사경에서 반사되지 않고 직접 2차 반사경에서 반사되어 피가열물 표면에 조사되어도 된다.

또한 반사경 장치의 구조에 따라서는 광원으로부터 방사된 빛의 일부가 1차 반사경에서 반사되지 않고 직접 2차 반사경에도 반사되지 않고 직접 피가열물 표면에 조사되는 경우도 있을 수 있다.

이들 반사경에 관해서도 공지의 재료로 이루어지는 것이면 되고, 금속 기재 그 자체 또는 금속 기재 내면에 반사면으로서 별도의 금속층을 설치한 것 등 공지의 반사성을 갖는 구조를 채용할 수 있다.

또한 1차, 2차 반사경 및 이들로 이루어지는 반사경 장치로서는 금속 등의 블록으로부터 삭출(削出) 등의 제조방법으로 제조해도 되나, 복수의 블록으로 나누고 이 블록별로 제조하여 이들 블록을 조립함으로써 제조해도 된다.

또한 본 발명에 있어서는 피가열물 표면에 대해 수직방향으로부터 빛이 조사되지 않는 것이 필요하다. 이때의 수직방향으로부터 빛이 조사되지 않는다는 것은 피가열물 표면에 대해 비스듬한 방향으로부터, 바꿔 말하면 유한의 각도를 가지고 빛이 조사되는 것을 나타내고 있다.

가령 피가열물 표면에 대해 수직방향으로부터 빛을 조사하면 2차 반사경은 그 일부라도 피가열물 표면에 대향한 바로 정면의 위치에 두게 된다. CVD 등과 같이 피가열물 표면을 가열하면서 가스 등을 공급하여 처리하는 경우에는, 그 피가열물 표면의 바로 정면의 위치에 2차 반사경의 일부라도 존재하면 그 가스의 공급을 원활하게 행하는 것이 곤란해진다.

이 때문에 본 발명에서는 피가열물 표면에 대해 수직방향으로부터 빛을 조사하지 않음으로써 CVD 등을 원활하게 행할 수 있다.

물론 본 발명에 있어서 피가열물 표면에 대해 통상은 바로 옆에서, 즉 피가열물 표면을 포함하는 평면방향으로부터 빛의 주성분이 조사되는 경우는 없다. 이러한 경우, 피가열물 표면이 효율적으로 가열되는 경우가 없기 때문이다.

(제2 집광경 방식 가열로)

도 1a 및 2는 본 발명의 제2 집광경 방식 가열로에 관한 도면으로서, 도 1a는 그 단면도로 집광경 장치(7)를 2세트 또는 4세트 사용하여 이루어지는 집광경 방식 가열로의 예이다. 적외선램프(2)로부터 방사된 적외선을 반사하기 위해 내면이 반사면인 회전 타원체를 1차 반사경(M1) 및 2차 반사경(M2)으로서 사용한다.

이 제2 집광경 방식 가열로에 사용되는 반사경 장치의 개념을 도 1b에 나타낸다. 이 도 1b에 있어서는 반사면이 회전 타원체인 1차 반사경(M1)의 한쪽 초점(F1)에 광원이 위치한다. 이 광원으로부터 방사된 빛은 1차 반사경(M1)에 의해 반사되어 다른 쪽 초점(F2)에서 결상한다. 이 초점(F2)은 반사면이 회전 타원체인 2차 반사경(M2)의 초점(F3)과 공통이며, 이 초점(F2, F3)에서 결합한 빛은 재차 확산된다.

그 후 2차 반사경의 다른 쪽 초점(F4)에서 재차 빛이 결상하게 되는데, 그 초점(F4)은 피가열물(3)의 표면 상에 위치하도록 할 수 있다.

이 경우에는 초점(F4)을 피가열물 상에 위치시키는데, 다른 태양에 있어서는 F4를 피가열물 상에 위치시키지 않는 것, 그 중에서도 피가열물 표면의 법선 상에 위치시키는 것도 가능하다. 이와 같이 이들 1차 및 2차 반사경은 모두 타원체의 장축을 회전축으로 하여 이루어지는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 하여 이루어지는 반사경으로, 1차 반사경의 초점(F1)에 설치된 적외선램프(2)로부터 피가열물을 향하여 방사된 적외선이 직접 및 반사면에 반사되어 피가열물에 조사된다.

도 1a에 나타내는 본 발명의 집광경 방식 가열로(1)는 1차 반사경(M1)의 2개의 초점과 2차 반사경(M2)의 2개의 초점이 하나의 직선 상에 있는 장치로, 1차 반사경과 2차 반사경을 직선적으로 접속한 형식의 도면이다.

1차 반사경(M1) 내에 있어서 적외선램프(2)로부터 방사된 적외선은 먼저 주로 1차 반사경(M1)의 내면에 있어서 반사된다. 적외선램프(2)의 필라멘트가 1차 반사경(M1)의 한쪽 초점(F1)에 위치하도록 1차 반사경(M1) 내에 적외선램프(2)가 설치되어 있다. 1차 반사경(M1)의 내면에서 반사된 적외선은 회전 타원체의 다른 쪽 초점(F2)에서 일단 수속(收束)된다.

이 수속된 위치인 다른 쪽 초점(F2)은 2차 반사경(M2)의 한쪽 초점(F3)과 같은 위치인 것으로부터, 2차 반사경(M2)에 대해서 보면 마치 그 한쪽 초점(F3)에 적외선램프의 필라멘트를 설치한 것처럼 된다. 그 한쪽 초점(F3)에서 일단 수속된 적외선은 재차 발산되어 2차 반사경(M2)의 내면에서 반사된다.

그리고 회전 타원체인 2차 반사경(M2)의 내면에서 반사되어 이루어지는 적외선은 2차 반사경(M2)의 다른 쪽 초점(F4)에 있어서 재차 수속된다.

이때 2차 반사경(M2)의 다른 쪽 초점(F4)에 피가열물(3)을 위치시키면 그 피가열물은 수속된 적외선에 의해 급속히 또한 고온으로 가열되게 된다.

이 때문에 1차 반사경(M1)에는 적외선램프(2)를 설치하기 위해 구멍을 뚫을 필요가 있고, 또한 2차 반사경(M2)과의 사이에서 광로를 형성하는데 필요한 1차 반사경과 2차 반사경의 접속부(4)를 설치할 필요도 있다.

마찬가지로 2차 반사경(M2)에는 1차 반사경(M1)으로부터 적외선을 도입하는데 필요한 광로를 설치하기 위해 1차 반사경(M1)과의 사이의 접속부(4)를 설치해야만 하고, 2차 반사경(M2)의 다른 쪽 초점(F4)이 피가열물(3) 표면 상에 위치하거나 또는 피가열물 표면의 중심과 2차 반사경(M2)의 한쪽 초점(F3)을 연결하는 직선 상에 위치하도록, 2차 반사경(M2)에는 피가열물(3)을 향하여 적외선을 조사하기 위한 개구부(5)를 설치해야만 한다.

상기 구성에 있어서 1차 반사경(M1) 및 2차 반사경(M2)에는 그들의 내면에 설치한 반사면의 면적을 가능한 한 크게 하는 것이 적외선램프(2)로부터 발생하는 적외선을 피가열물(3)을 가열하기 위한 에너지로서 유효하게 이용하기 위해 필요하다. 그리고 조사 대상의 물질이 작은 경우에는 특히 2차 반사경에 설치한 개구부(5)에 의한 개구는 작을수록 좋다. 그 때문에 2차 반사경(M2)은 될 수 있으면 길고 가느다란 형상으로 하는 것이 바람직하다.

이 때문에 1차 반사경(M1)의 한쪽 초점(F1)에 적외선램프(2)를 설치할 때 1차 반사경(M1)의 타원의 단축에 대한 장축의 비가 가능한 한 1에 가까을수록, 도 3에 나타내는 바와 같이 초점으로부터 방사된 적외선의 일부가 적외선램프(2) 자신이 장애가 됨으로써 적외선램프 자신에 의해 흡수되거나 또는 본래의 반사를 하지 않는 광선의 양이 적다. 그 때문에 1차 반사경(M1)의 내면에 보다 많은 적외선이 조사되고 반사되어 2차 반사경(M2)을 향하는 것이 가능해진다. 그러나 상기 비가 1에 지나치게 가까우면 1차 반사경(M1)이 구에 가까워지기 때문에, 2차 반사경(M2)을 향하여 충분한 광량의 적외선을 공급할 수 있을 정도의 타원 형상을 유지하지 못할 가능성이 있다.

모식적으로 나타내는 도 3은 1차 반사경(M1)의 타원의 단경에 대한 장경의 비가 작아서 보다 1에 가까운 예로서, 한쪽 초점(F1)에 설치한 적외선램프의 필라멘트로부터 방사된 적외선은 60°보다 명확하게 작은 각도 θ1을 향한 성분만이 적외선램프(2) 자신을 향하여 방사되고, 나머지 300°를 초과하는 넓은 범위의 적외선 성분을 1차 반사경(M1)의 내면에 반사시키는 것이 가능하다.

그러나 마찬가지로 모식적으로 나타내는 도 4와 같이, 1차 반사경(M1)의 타원의 단경에 대한 장경의 비가 큰 경우에는 1차 반사경(M1)의 형상은 길고 가느다란 것이 되어 초점과 내면이 접근한 형상을 나타낸다. 그 때문에 한쪽 초점(F1)에 적외선램프(2)를 설치하면 도 3에서 나타내는 예보다도 명확하게 방사된 적외선의 대부분, 즉 θ2의 보다 넓은 각도로 방사된 성분이 반사면에 도달하지 않고, 도 4에 있어서는 대략 250°범위의 정도의 적외선만이 반사면에 도달하는 것을 알 수 있다.

그 결과, 1차 반사경(M1)의 타원의 단경에 대한 장경의 비를 가능한 한 작게 하는 것이, 적외선램프(2)로부터 방사된 적외선을 가열하기 위해 유효하게 활용하는 것, 즉 피가열물을 보다 효율적으로 가열하기 위해 필요한 것을 알 수 있다. 그리고 적외선램프 자체가 흡수하는 열량이 삭감되기 때문에 집광경 장치 자체의 온도 상승도 억제되는 경향이 있다.

또한 이러한 단경에 대한 장경의 비를 작게 함으로써 결과적으로 적외선램프(2)와 1차 반사경(M1) 내면의 거리가 길어지기 때문에, 1차 반사경(M1)이 국소적으로 가열되는 온도를 보다 낮게 할 수 있다.

이 1차 반사경(M1)의 단경에 대한 장경의 비는 바람직하게는 1.1~2.0이고, 보다 바람직하게는 1.1~1.5이다.

또한 2차 반사경(M2)은 상기와 같이 피가열물(3)을 향하여 적외선을 방사하기 위한 개구부(5)가 설치되어 있다.

예를 들면 피가열물(3)에 대해 가스를 공급하면서 처리를 행하기 위해 피가열물(3)의 상방에서 하방에 걸쳐서 석영관(6) 등을 설치하는 경우에는, 2차 반사경(M2)과 그 석영관(6) 등이 간섭하는 것은 피해야만 하는 사항이다.

그 때문에 2차 반사경(M2)에 설치하는 그 개구부(5)는 단순히 적외선을 방사하기 위해 설치하는 것이 아니라, 그 석영관(6) 등의 크기나 위치, 이동 범위 등을 고려하여 설치하는 것이 요구된다. 이러한 사항을 고려하여 설치되는 그 개구부(5)는 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 그것에 의해 반사경(M2)으로부터 나온 적외선이 발산되어 피가열물(3)에 조사되지 않는 성분을 삭감할 수 있어, 보다 많은 적외선을 피가열물(3)에 조사하여 온도 상승에 기여하게 할 수 있다. 이에 더하여 피가열물(3)에 조사되지 않고 그 주위를 가열하는 적외선 성분도 삭감하는 것이 가능해진다.

이와 같이 그 석영관에 한정되지 않고 피가열물에 가열 이외의 어떠한 처리를 행하는 경우에는, 그 처리 수단과 2차 반사경(M2)이 간섭하지 않을 정도로 개구부(5)를 설치할 수 있다.

본 발명의 집광경식 가열로(1)에 있어서 2차 반사경(M2)의 다른 쪽 초점(F4)이 피가열물 상에 위치하도록 2차 반사경(M2)을 설치해도 되고, 또는 2차 반사경(M2)의 2개의 초점을 연결하는 직선 상에 피가열물(3) 표면의 중앙부를 위치시키는 한 반드시 F4가 피가열물(3) 상에 위치하지는 않도록 해도 된다.

즉 적외선램프(2)의 필라멘트가 피가열물(3) 표면에 결상하여 균일하게 가열하는 것이 곤란한 경우에는, 필라멘트의 상이 결상하지 않는 범위에서 보다 균일하게 가열을 행하기 위해 다른 쪽 초점(F4)이 피가열물(3) 상에 위치하지 않고 굳이 디포커스시키도록, 피가열물(3)의 중심 및 2차 반사경(M2)의 2개의 초점(F3 및 F4)을 연결하는 직선 상에 피가열물(3)의 중앙부를 위치시키는 동시에 2차 반사경(M2)의 다른 쪽 초점이 위치하지 않도록 하는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 예의 집광경 방식 가열로의 상면도의 개요이기는 하나, 집광경 장치(7)를 3개 설치하고, 이들 집광경 장치(7) 및 또는 피가열물을 도시하지 않는 수단에 의해 임의로 수직방향 및 수평방향으로 이동 가능하게 함으로써 피가열물 표면의 중심부와 2차 반사경의 다른 쪽 초점의 위치 관계를 조정하는 것이 가능해진다. 또한 도 2에 있어서는 3개의 집광경 장치(7) 사이에는 공간이 형성되기 때문에, 이 공간에는 필요에 따라 집광경 장치(7)를 냉각하기 위한 장치 또는 피가열물의 반송, 처리 등을 위한 장치를 설치해도 된다.

도 5에 본 발명의 집광경 방식 가열로의 다른 태양을 나타낸다. 이 도 5에서 나타내는 집광경 방식 가열로는 도 1a 및 2에서 나타내는 집광경 방식 가열로와는 기본적인 구조에 있어서 공통되지만, 1차 반사경(M3)과 2차 반사경(M4)의 접속 태양에 있어서 상이한 형식을 갖는다. 즉 1차 반사경(M3)과 2차 반사경(M4)은 이들을 구성하는 회전 타원체 각각의 초점이 하나의 직선 상에 위치하지 않고, 2차 반사경(M4)에 대해 1차 반사경(M3)은 상방으로 접히도록 하여 접속됨으로써, 1차 반사경(M3)의 타원의 초점을 연결하는 직선과 2차 반사경(M4)의 타원의 초점을 연결하는 직선의 2개의 직선이 동일 직선 상에 없는 예이다.

이 예는 도 1a 및 2에 기재되어 있는 바와 같은 2개의 직선이 동일 직선 상에 있는 장치와는 상이하다. 이러한 형식을 구비함으로써 집광경 방식 가열로(1)의 폭방향의 크기를 보다 작게 하는 것이 가능해지고, 1차 반사경(M3) 및 사용하는 적외선램프(2)를 수직으로 설치함으로써 적외선램프(2)의 교환 등의 장치의 유지·보수 등을 상방에서 행할 수 있기 때문에 용이해지며 냉각을 위한 장치를 설치할 때의 작업성도 향상된다.

또한 도 5에 나타내는 바와 같이 1차 반사경(M3)을 세우는 것이 아니라 옆으로 누이듯이 설치하는 경우에는, 반사경 장치 전체의 높이를 낮게 할 수 있고 또한 적외선램프를 1차 반사경(M3)에 대해 바로 옆에서 설치하는 것도 가능해져, 옆에서의 유지·보수가 용이해지고 냉각을 위한 장치를 설치할 때의 작업성도 마찬가지로 향상된다.

(제3 집광경 방식 가열로)

본 발명의 제3 집광경 방식 가열로에 관하여 도 6a 및 7에 나타내는 바와 같이, 도면에서 보는 한 그 구성이 제2 집광경 방식 가열로와 동일한 도 1a 및 5에서 나타내는 구성을 기본으로 하나, 제3 집광경 방식 가열로(1)는 제2 집광경 방식 가열로(1)에서 사용한 2차 반사경(M2 및 M4)을 회전 타원경이 아닌 회전 포물면 거울(M5 또는 M6)로 치환함으로써 제3 집광경 방식 가열로(1)로 하고 있다.

이 제3 집광경 방식 가열로에 사용되는 반사경 장치의 개념을 도 6b에 나타낸다. 이 도 6b에 있어서는 반사면이 회전 타원체인 1차 반사경(M1)의 한쪽 초점(F1)에 광원이 위치한다. 이 광원으로부터 방사된 빛은 1차 반사경(M1)에 의해 반사되어 다른 쪽 초점(F2)에서 결상한다. 이 초점(F2)은 반사면이 회전 포물면체인 2차 반사경(M2)의 초점(F3)과 공통이며, 이 초점(F2, F3)에서 결합한 빛은 재차 확산된다.

그 후 2차 반사경에서 반사됨으로써 빛은 평행광이 되고, 그 평행광의 상태로 피가열물(3)의 표면 상에 조사된다.

그 회전 포물면 거울(M5 및 M6)의 초점(F5)은 1차 반사경(M1 및 M3)의 다른 쪽 초점과 공통하고 있기 때문에, 제2 집광경 방식 가열로와 동일하게 하여 적외선램프로부터 방사된 적외선은 회전 포물면 거울인 2차 반사경(M5 또는 M6)에 도입된다. 일단 이 2차 반사경(M5 및 M6)의 회전 포물면 거울의 초점에 도입된 적외선은 직접 이들 2차 반사경(M5 또는 M6)의 피가열물 측 개구부(5)로부터 방사되거나 또는 2차 반사경(M5 또는 M6)의 내면에서 반사된 후에 피가열물 측 개구부(5)로부터 방사된다.

이 제3 집광경 방식 가열로(1)에 대해서도 제2 집광경 방식 가열로(1)와 마찬가지로 2차 반사경(M5 및 M6)에 설치하는 그 피가열물 측 개구부(5)는 단순히 적외선을 방사하기 위해 설치하는 것이 아니라, 그 석영관 등의 장치에 부속하는 부재나 설비의 크기나 위치 또는 이동 등을 고려하여 설치하는 것이 요구된다. 이러한 사항을 고려하여 설치되는 그 피가열물 측 개구부(5)는 가능한 한 초점에서 먼 위치에 설치하는 것이 2차 반사경(M5 및 M6)으로부터 나온 적외선의 발산량을 삭감시켜, 보다 많은 적외선을 피가열물에 조사하여 온도 상승에 기여하게 하는 점에서 보아 바람직하다.

본 발명의 제3 집광경 방식 가열로(1)에 있어서도 제2 집광경 방식 가열로(1)와 동일하게 집광경 장치(7) 사이에는 공간이 형성되기 때문에, 이 공간에는 필요에 따라 집광경 장치(7)를 냉각하기 위한 장치 또는 피가열물의 반송, 처리 등을 위한 장치를 설치해도 된다.

(제4 집광경 방식 가열로)

제4 집광경 방식 가열로에 대해서는 도 8을 나타내 설명한다.

먼저 이러한 집광경 방식 가열로(101)에 있어서 고리 형상 반사면(106)을 구성하는 곡면에 대해서 기술한다.

본 발명의 제4 집광경 방식 가열로는 집광경 방식 가열로에 있어서, 타원면 등의 폐공간으로 이루어지는 1차 반사경을 형성하는 고리 형상 반사면을 형성하고, 적외선램프가 폐공간 내에 설치된다. 그와 함께 적외선램프와 피가열물 사이를 연결하는 직선과 고리 형상 반사면이 교차하는 개소의 고리 형상 반사면에 포물선면 등을 구성하는 형상의 2차 반사면을 형성하는 슬릿을 형성하고, 적외선램프(103)로부터 방사된 적외선을 직접 피가열물에 조사하거나 또는 고리 형상 반사면 및 또는 포물면으로 이루어지는 거울에 반사되어 피가열물에 조사하도록 한 장치를 기본으로 한다. 이에 더하여 반사면이 가스의 유로 또는 석영관 등의 관(107)을 둘러싸듯이 고리 형상으로 형성되는 구조로 해도 된다.

도 8은 제4 집광경 방식 가열로 일례의 단면의 개념도로, 적외선램프(103)로부터 방사된 적외선을 반사하기 위한 내면이 반사면이다. 도 8에서 나타내는 단면이 타원면 등의 닫힌 반사면(106)과 단면이 포물선으로 이루어지는 포물면(111)이 복합하여 이루어지는 고리 형상체(이하, 「고리 형상 반사면」이라 한다.)는 일부만 나타내어져 있으나, 도시된 반사면(106)은 고리 형상 반사면의 일부로, 피가열물을 향하여 적외선램프(103)로부터 방사된 적외선이 직접 및 고리 형상 반사면에 반사되어 피가열물(102)에 조사된다.

이 타원면 등의 반사면(106)이나 포물면 등으로 이루어지는 슬릿(111)은 상기 제2 및 제3의 집광경 방식 가열로와는 달리 타원의 2개의 초점을 연결하는 선이나 포물선의 대칭축을 중심으로 회전시켜서 이루어지는 회전 타원면이나 회전 포물면이 아니라, 타원과 교차하지 않는 회전축이나 포물선의 대칭축에 대해 비스듬하게 교차하는 축을 중심으로 회전하여 이루어지는 타원면 등의 도넛 형상의 공간이나 회전되어 이루어지는 포물면이다.

이 제4 집광경 방식 가열로에 있어서도 피가열물(102)의 전면이 균일하게 가열되는 것이 필요한 것으로부터, 타원면 등의 반사면(106)에 반사된 적외선은 피가열물(102) 면에서 초점을 맺는 것이 아니라 어느 정도의 퍼짐을 가진 빛으로 하는 것도 가능하다. 또한 초점을 맺은 경우라도 피가열물(102)의 전면을 균일하게 가열 가능하다면 피가열물 상에서 초점을 맺도록 해도 된다.

반사면(106)의 단면이 타원면인 경우, 적외선램프(103)가 타원의 초점 중 피가열물로부터 먼 쪽의 초점에 있으면 보다 피가열물에 가까운 위치에 있는 다른 초점에 방사된 적외선이 초점을 맺는다. 그 결과, 가령 피가열물(102) 면을 다른 초점으로 하는 것으로 하여 그 피가열물에서 초점을 맺는 경우, 피가열물(102) 면에서 가열온도의 편차가 발생하여 적절한 처리를 행할 수 없다.

따라서 반드시 피가열물(102) 표면에서 초점을 맺을 필요가 없기 때문에, 타원을 타원 밖에 설치한 회전축에 의해 회전시켜서 이루어지는 회전 타원면을 기본으로 고리 형상 반사면을 구성하여 피가열물 표면에 초점을 맺지 않고 적외선을 조사할 수 있다.

또한 물론 타원에 한정되는 것은 아니라 임의의 폐곡선 등의 닫힌 선이면 된다.

그리고 도 8의 단면도에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 집광경 방식 가열로(101)의 반사면(106)은 회전 타원경과 회전 포물경이 복합하여 이루어지는 고리 형상 반사면으로서, 그 사이의 중심을 지나 고리에 수직인 평면에 의해 절단되어 이루어지는 단면에 있어서 적외선램프(103)를 둘러싸듯이 폐곡선을 나타내고 있다.

또한 이 적외선램프(103)는 램프 안의 필라멘트로부터 적외선을 방사하도록 되어 이루어지고, 필라멘트는 점광원이 아닌 어느 정도의 면광원 또는 선광원이다. 회전 타원경과 회전 포물경이 복합하여 이루어지는 고리 형상 반사면은 그 타원이 피가열물을 향하여 경사짐으로써 그 포물선도 피가열물을 향하여 개구하듯이 경사진 상태가 된다.

도 8에 있어서 적외선램프(103)가 설치된 타원의 한쪽 초점과 다른 쪽 초점 및 피가열물(102)의 중심을 연결하는 선 상과 타원을 나타내는 선의 교점 부근의 개소에 적외선이 통과할 수 있도록 회전 포물면으로 이루어지는 슬릿(111)이 설치되고, 이 슬릿(111)의 개소에 있어서 그 타원이 도중에 끊어져 있어 적외선램프(103)로부터 보아 슬릿(111)의 연장선 상에 피가열물이 설치되어 있다.

도 8에 있어서 적외선램프(103)로부터 각 방향으로 방사된 빛은 될 수 있는 한 적은 고리 형상 반사면(106)으로의 반사 횟수로 피가열물(102)에 조사되는 것이 에너지 효율 향상 측면에서 바람직하다. 이 때문에 고리 형상 반사면(106)의 절단면 일부는 상기와 같이 타원 형상으로 하는 것이 바람직하나, 유사한 임의의 형상을 가지고 있어도 된다.

또한 당연히 도 8에서 나타내어지는 포물면을 구성하는 그 슬릿(111)의 벽면에 반사되어 피가열물(102)에 조사되는 광로에 다다르는 적외선이 있어도 된다.

이러한 장치에 있어서의 제2 및 제3의 집광경 방식 가열로와 마찬가지로 석영관 등의 관(107)을 집광경 방식 가열로(101)의 중앙부에서 고리 형상 반사면의 고리의 중심을 관통하도록 설치할 수 있다. 관(107)을 설치함으로써 가열과 함께 또는 가열 전후에 피가열물을 향하여 관(107) 내의 상방 또는 하방으로부터 가스(104)를 공급할 수 있다.

물론 이 관(107) 내에 피가열물이 위치하도록 해도 되고 피가열물의 상방 또는 하방에 관(107)의 단부가 위치하도록 해도 된다. 도시하지 않지만 지그를 사용하여 피가열물을 가공하거나 또는 측방에 창을 설치함으로써 임의의 조건하에서 피가열물(102)을 가열하면서 가열 중의 피가열물(102)의 상태를 확인하는 것이 가능해진다.

도 8에 나타내어진 집광경 방식 가열로(101)에 있어서 사용되는 구체적인 반사면의 일례를 모식도로서 도 9에 나타낸다.

도 9에 나타내는 반사면은 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이 F5와 F6를 초점으로 하는 단면이 타원인 타원경 등의 고리 형상 반사면(106)과, 그 타원의 초점의 하나인 F6를 초점으로 하여 공유하는 단면이 도 8에 있어서의 포물선의 2차 반사경(M8)인 포물면 거울 등의 슬릿(111)을 복합하여 이루어지는 형상을 가지고 있다.

예를 들면 고리 형상 반사면(M7)을 타원으로 한 경우, 고리 형상 반사면(M7)에 있어서 실선으로 나타내어지는 부분은 적외선을 반사시키기 위한 거울을 구성한 부분이나, 파선으로 나타내어지는 부분은 실제로는 거울로는 되어 있지 않고 개구부를 형성하고 있어, 도 9에 있어서의 타원경인 것을 나타내기 위해 그린 타원의 일부분이다.

마찬가지로 도 8에 나타내는 포물면 거울을 나타내는 M8의 슬릿(111) 중 실선으로 나타내어지는 부분은 적외선을 반사시키기 위한 거울을 구성한 부분이나, 파선으로 나타내어지는 부분은 실제로는 거울로는 되어 있지 않고 포물선을 구성하지만, 도 9에 있어서 슬릿(111)이 포물면 거울인 것을 나타내기 위해 그린 포물선의 일부이다.

도 9에 있어서는 F5에 설치한 적외선램프로부터 방사된 적외선이 어느 경로로 반사경으로부터 피가열물을 향하여 방사되는 것인지를 경우에 따라 나타내고 있다. (a)에 나타내는 바와 같이, 적외선램프로부터 방사된 적외선의 일부는 그 슬릿(111) 내면에서 반사되지 않거나 또는 반사되어 평행광이 되어 슬릿(111)을 통과하여 직접 피가열물에 조사된다.

또한 적외선램프로부터 방사된 적외선의 대부분은 (b) 및 (c)와 같이 고리 형상 반사면(M7)에 조사되고, 이것이 2차 반사경인 M8의 회전 포물면에서 1회 이상 반사되어 그 슬릿(111)을 통과하여 피가열물(102)에 조사된다.

(b)에 있어서는 F5에 설치한 적외선램프로부터 슬릿(111)과는 반대 측을 향하여 방사된 적외선이 타원경 등의 고리 형상 반사면(M7)에서 한번 반사된 후, 직접 또는 슬릿(111)에 반사되어 피가열물을 향하여 나아가는 광로의 경우가 나타내어져 있다.

(c)에 있어서는 F5에 설치한 적외선램프로부터 적외선램프 측방의 (a) 또는 (b)의 방향이 아닌 방향을 향하여 적외선이 방사된 경우로서, 적외선이 타원경 등의 고리 형상 반사면(M7)에서 한번 반사된 후 직접 피가열물에 조사되는 것이 아니라 슬릿(111)에서 1회 이상 반사된 후에 피가열물에 조사되는 광로에 다다르는 경우가 나타내어져 있다.

상기와 같이 고리 형상 반사면(M7)의 절단면은 고리 형상 반사면과 슬릿이 복합해서 이루어지고, 적외선램프(103)가 그의 타원 등의 고리 형상 반사면의 초점 또는 초점이 아니더라도 초점에 가까운 것의 위치에 설치되어 있다. 그러나 피가열물은 그 타원의 다른 쪽 초점 등에 위치하고 있지 않기 때문에, 고리 형상 반사면(M7)에서 반사된 빛은 피가열물(102)의 가열면에서 초점을 맺는 경우가 없어 피가열물(102)의 표면에 균일하게 조사되게 되고, 피가열물(102)은 적외선램프의 코일의 형상을 투영하는 경우가 없다.

이러한 (a)~(c)에 나타내어지는 바와 같이, 적외선램프로부터 방사된 적외선의 대부분을 피가열물에 조사시킬 수 있기 때문에, 적외선램프로부터 방사된 에너지의 대부분을 가열에 소비하는 것이 가능해져 가열 효율이 향상되는 것이 명확하다.

물론 도 8 및 9에 있어서의 고리 형상 반사면은 타원이기는 하나, 그 타원 형상을 기본으로 하여 일부의 면이 직선 등의 타원이 아닌 형상을 나타내는 것이어도 된다.

또한 도 9에서 나타내는 사항은 본 발명의 제1~3의 집광경 방식 가열로에 있어서의 빛의 광로에 대해서도 준하여 말할 수 있는 사항이다.

도 10은 고리 형상 반사면을 구성하기 위한 부재를 조합한 것을 아래에서 본 도면으로서, 특히 우측 절반은 적외선램프(103)의 부분에서 절단한 도면이다.

도 10에 있어서는 고리 형상 반사면은 완전히 닫힌 고리가 아니라 전원 코드에 접속된 2개의 적외선램프(103)를 각각 한개씩 수용할 수 있는 대략 절반의 고리 형상 반사면(106)을 2개 구비해도 되며, 각각의 적외선램프(103)는 도시되어 있지 않은 부재에 의해 고정되어 있다. 이와 같이 고리 형상이라 해도 장치의 조립상 또는 적외선램프의 구조상 360°에 걸친 완전한 고리가 되어 있지 않아 적외선램프의 굴곡부 부근은 고리가 도중에 끊어져 있는 경우도 있으나, 그 고리의 도중 끊어짐은 360도 중 일부에 그쳐 피가열물 표면에 가열의 불균일을 발생시키지 않도록 할 필요가 있다.

이에 더하여 그 적외선램프(103)의 고정부에 고리 형상 반사면(106)으로 구성되는 구역 내에 냉각용 공기의 공급구와 배출구를 설치해 둠으로써 가열시의 고온 가열로 자체의 과열이 방지된다.

또한 도 10에는 나타내어져 있지 않으나 아랫면에는 슬릿이 형성되어 고리 형상 반사면의 고리 둘레방향을 따라 뻗어 있다.

본 발명에 있어서의 고리 형상 반사면(106)은 반사면이 구성하는 고리의 직경이 120~160 ㎜, 고리 형상 반사면 고리의 중심을 지나 고리에 수직인 면에 의한 절단면의 장축방향은 45~55 ㎜, 단축방향은 35~45 ㎜이다. 어느 쪽도 너무 작으면 적외선램프가 반사면과의 충분한 거리를 유지하고 삽입할 수 없고, 너무 크면 집광경 방식 가열로 자체의 소형화가 곤란해질 가능성이 있어, 처음부터 적외선램프의 출력에 따라서도 다르지만 수 초 이내에 2000℃ 이상으로 가열하는 경우에도 이 크기의 반사면이면 충분하다.

고리 형상 반사면(106)을 구성하는 부재는 알루미늄 합금 등이면 되고, 안정하고 열팽창성이 작으며 내열성이 우수한 금속 부재로 이루어진다. 따라서 그 고리 형상 반사면(106)을 구성하는 부재도 고리 형상의 금속 부재로, 적외선의 반사 효율이 높은 금으로 도금되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에 그 고리의 중심에 석영관 등을 삽입하고 석영관 내에서 단결정의 생성 등을 행할 수 있다. 또한 CVD 등의 처리를 행하는 것도 가능하다.

그러한 처리가 가능하도록 그 고리 형상 금속 부재 자체의 바깥 직경이 190~230 ㎜, 바람직하게는 200~220 ㎜, 그 두께는 60~80 ㎜, 바람직하게는 65~75 ㎜, 그 중심의 구멍 부분의 직경은 30~40 ㎜이다. 바깥 직경의 범위는 안에 형성하는 고리 형상 반사면(106)의 크기를 반영하고 거기에 금속 부재의 두께 등을 더한 것이고, 두께도 마찬가지로 고리 형상 반사면(106)의 두께에 금속 부재의 두께 등을 더한 것이다. 그 고리 형상 금속 부재의 중심의 구멍의 바깥 직경은 안에 석영관 등의 부재를 관통할 수 있는 크기가 필요하다.

고리 형상 반사면(106)에 설치한 상기 슬릿은 피가열물을 균일하게 가열할 수 있도록 포물선에 의해 형성되어 있고, 구체적으로는 적외선램프(103)와 피가열물을 연결하는 선이 통과할 수 있도록 설치되어 있다. 그리고 그 슬릿의 내면에도 적외선을 반사할 수 있도록 고리 형상 반사면(106)의 표면과 함께 적외선의 반사율이 높은 금 등의 재료로 도금 등의 수단으로 피복되어 있다.

그리고 그 슬릿은 가능한 한 피가열물까지 길게 늘여지는 것이 보다 적외선을 피가열물에 조사시키기 위해 필요하다. 이 때문에 고리 형상 금속 부재의 슬릿을 구성하는 하부의 부분이 길어지도록 형성되어 있다.

효율적인 가열 및 장치의 소형화를 위해 적외선램프(103)와 피가열물 중심의 최단의 직선 거리는 70~95 ㎜, 바람직하게는 75~90 ㎜, 슬릿 상부로부터는 30~40 ㎜이다.

이 거리가 커지면 효율적인 가열 및 소형화가 곤란해지고, 작은 경우에는 장치의 운전, 균일한 가열이 곤란해질 가능성이 있다.

이러한 각각의 부재 등의 크기를 고려할 때, 본 발명의 집광경 방식 가열로는 수평으로 설치된 피가열물 표면이 20~70°의 각도로 조사되는 적외선에 의해 가열되도록 구성되게 하는 것이 바람직하다. 이 각도가 30°미만이면 고리 형상 반사면으로부터 방사되는 적외선을 효율적으로 피가열물에 조사시킬 수 없어, 적외선이 피가열물을 벗어나 다른 부재에 조사되게 될 우려가 생긴다. 또한 이 각도가 70°이상이면 피가열물의 수직 상에 지그를 설치하거나 가스를 공급하는 장치를 설치할 수 있는 공간을 확보하는 것이 곤란해진다.

도 10에 있어서 전원 코드(112)를 구비한 적외선램프(103)는 고리 형상 반사면의 절반씩에 하나 설치되어 있고, 적외선램프(103)는 그 양쪽 끝에 있어서 가열로에 고정되어 있다. 이러한 구성에 의하면 2개의 적외선램프(103)를 설치한 상태에 있어서 피가열물에 대해 거의 모든 방향에서 적외선의 조사를 행할 수 있다. 적외선램프(103)는 2개가 아니어도 되고, 될 수 있는 한 전체 둘레에 걸쳐서 적외선램프(103)를 설치할 수 있는 범위에 있어서 1개 또는 3개 이상으로 나눠서 설치되어도 된다.

고리 형상 반사면(106) 및 고리 형상 금속 부재는 운전 중에 적외선램프로부터의 적외선을 흡수하여 가열되기 때문에 집광경 방식 가열로에는 냉각 장치를 설치하는 것이 불가결하다. 도 8로 돌아가서 고리 형상 반사면(106) 등의 장치에 관하여 설명한다.

도 8에는 고리 형상 반사면(106)을 구성하는 고리 형상 금속 부재를 냉각하기 위해 사전에 고리 형상 금속 부재의 바깥면에 냉각수를 통과시키는 냉각 재킷(113)을 위한 홈부를 설치해 두고, 장착한 덮개 부재(114)와의 사이에서 형성된 냉각 재킷(113)을 설치하여, 이것에 냉각수 공급 파이프(115)를 냉각수 공급 포트(116)를 매개로 접속하고 있다. 고리 형상 금속 부재의 상면에만 냉각수를 통과시키고 있는데 고리 형상 금속 부재의 둘레 등의 다른 부분에도 냉각수를 통과시키는 구조를 설치해도 된다.

도 11에 있어서 본 발명의 집광경 방식 가열로(101)의 상면을 나타낸다. 원형을 나타내는 집광경 방식 가열로(101)의 상면에는 냉각수 공급 파이프(115) 및 냉각수 배수 파이프(117)가 각각 냉각수 공급 포트(116) 및 냉각수 배수 포트(118)를 매개로 접속되어 있다. 도 11에 기재된 파선 중에서 가장 큰 구역을 에워싸는 선은 상면으로부터는 보이지 않으나 고리 형상 반사면(106)의 위치를 나타내고, 그 안쪽의 파선으로 둘러싸인 구역은 냉각 재킷(113)을 나타내고 있다.

냉각수 공급 파이프(115)로부터 냉각수 공급 포트(116)를 매개로 냉각 재킷(113)에 공급된 물은 냉각 재킷(113) 안을 흘러 냉각 재킷(113) 내에서 고리 형상 금속 부재를 냉각하고, 이어서 냉각수 배수 포트(118)를 매개로 냉각수 배수 파이프(117)로부터 배출된다.

배수된 물이 도시되어 있지 않은 라디에이터에 공급되고, 거기서 냉각용 공기에 의해 공랭됨으로써 냉각된다. 그 냉각된 물은 재차 가열로에 접속된 냉각수 공급 파이프를 매개로 냉각 재킷에 공급된다고 하는 순환 경로를 거치게 된다.

물론, 라디에이터에 공급하여 순환시키지 않고 외부로부터 새로 냉각수를 공급해도 되나, 냉각수를 장치 외부로부터 공급하기 위한 파이프를 접속할 필요가 생기기 때문에 가열로의 배치 개소가 제한되는 경우가 있어, 라디에이터 등의 냉각 장치를 매개로 펌프에 의해 냉각수를 순환시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2~3의 집광경 방식 가열로에 있어서 적외선램프(103)는 공지의 적외선램프를 사용할 수 있으나 바람직하게는 할로겐램프이고, 적외선램프(103)는 필라멘트에 의해 적외선을 방사하는 형식이어도 된다.

또한 필요성을 감안하여 예를 들면 적외선램프(103)를 고리 형상 반사면(106)에 고정하기 위한 부재에 고리 형상 반사면(106) 안을 냉각하기 위한 공기를 도입, 배출하기 위한 개구부를 설치하는 것도 가능하다. 그 경우, 냉각용 공기는 적외선램프(103)와 고리 형상 반사면의 간극을 통과하여 이들을 냉각할 수 있기 때문에, 공급된 냉각용 공기가 효율적으로 냉각에 사용되게 된다.

또한 도시하지는 않지만 본 발명의 제2~3의 집광경 방식 가열로는 공지의 가열로와 마찬가지로 프레임 커버 내에 있어서 지지 부재에 의해 지지된 구조를 갖고, 집광경 방식 가열로를 수납하는 프레임 커버는 천판(天板), 앞문(前扉), 측판(側板), 배판(背板), 저판(底板)으로 이루어지며, 그 앞문의 개폐에 의해 피가열물 등의 삽입, 취출을 행한다. 천판에는 단결정을 생성할 때 사용하는 석영관 등의 장척 부재를 삽입하기 위한 개구부를 설치해도 되며 또한 천판, 측판, 배판, 저판에는 적외선램프를 위한 전원 코드, 냉각수의 공급, 배출을 위한 파이프 및 집광경 방식 가열로 내에 처리용 기체를 유통시키기 위한 기체의 공급 및 배출을 위한 파이프를 통과시키는 개구부, 적외선램프와 반사면을 함꼐 냉각용 공기로 냉각하는 경우에는 그 냉각용 공기를 공급, 배출하기 위한 파이프를 통과시키는 개구부를 설치할 수 있다.

또한 프레임 커버에 들여다보는 창을 설치하면 피가열물을 장치 밖으로부터 관찰할 수 있다.

본 발명의 집광경 방식 가열로를 수납한 그 프레임 커버는 가대(架台) 상에 설치될 수 있다. 가대에는 가열로의 전원이나 컨트롤러, 라디에이터, 냉각수의 순환 장치, 냉각용 공기의 공급 장치, 피가열물의 이동 장치 등 가열로를 운전하기 위한 각종 장치를 설치해도 된다.

단결정 육성 장치로 할 때는 모식도인 도 12에 나타내는 바와 같이 고리 형상 반사면(206)의 고리의 중심을 관통하도록 석영관(207)을 삽입하고, 그 관 내에서 다결정의 원료봉(209)과 종결정봉(210)을 각각 상하의 고정 수단(208)에 고정하여 이를 구동시킨다. 그리고 적외선램프(203)로부터 방사된 적외선이 고리 형상 반사면(206)에 반사되어 상기 다결정의 원료봉(209)과 종결정봉(210)을 가열하면서 이들 원료봉(209)과 종결정봉(210)이 하방으로 이동하면서 단결정을 생성시켜 갈 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 종래의 회전 타원면에 적외선을 반사시켜서 이루어지는 측방으로부터의 가열을 행하는 장치의 구조는 아니기 때문에, 가열되고 있는 피가열물의 측방으로부터 피가열물을 확인할 수 있어 가열 중에 있어서도 CVD로나 단결정 육성 장치의 운전 상황을 파악하는 것이 가능하다.

또한 피가열물에 대해 비스듬하게 상방으로부터 적외선을 조사하여 가열하기 때문에 적외선램프(203) 및 고리 형상 반사면(206)의 위치를 피가열물의 상방에 위치시키는 것이 가능해져, 고리 형상 반사면(206) 자체의 크기는 종래의 회전 타원면을 채용한 경우와 비교하여 작아 적외선램프(203) 및 고리 형상 반사면(206)과 피가열물 사이를 보다 좁게 할 수 있다.

이러한 집광경 방식 가열로를 사용하여 처리하는 방법을 나타낸다. 예를 들면 도 12에 있어서 고리 형상 반사면(206)이 설치된 고리 형상 금속 부재 중심부의 구멍에 석영관(207)을 삽입하고, 예를 들면 그 석영관(207)의 하부 측 개구단(開口端)으로부터 피가열물을 삽입 고정하여 적외선램프(203)로부터의 적외선이 방사되는 위치에 고정한다. 필요에 따라 그 석영관(207) 내를 처리 기체로 치환·기체를 공급한 상태로 하고, 또한 냉각 재킷에 냉각수를 공급, 통과시켜 적외선램프(203)의 고정부로부터 적외선램프(203)를 냉각하기 위한 공기를 도입하여 유통시킨다.

이 상태에 있어서 적외선램프(203)의 전원을 넣고 가열을 개시하여 온도를 관리하면서 소정의 처리를 행한 시점에 있어서 가열온도를 내린다. 처리 후에는 피가열물을 석영관(207)의 하단으로부터 취출하고 다음의 처리 공정을 향하여 반송을 행한다.

계속해서 가열 처리를 행하는 경우에는, 냉각을 위한 물이나 공기의 공급은 그대로 멈추지 않고 다음의 피가열물을 석영관(207)의 하단으로부터 삽입하여 고정한 후에 가열을 행하는 것이다. 물론 석영관(207)은 반드시 사용해야만 하는 것은 아니고 필요에 따라 사용 유무를 임의로 결정할 수 있다.

본 발명의 집광경 방식 가열로에 의해 가열되는 피가열물로서는 유리, 반도체 재료, 금속, 세라믹, 수지 등 통상 가열에 의해 가공되는 것이라면 대상이 된다. LSI, MEMS 등의 제조 공정의 일부 등에도 사용하는 것이 가능하다.

구체적으로는 증착 장치, CVD로, 단결정 제조 장치 등의 가열을 수반하는 장치로서 사용할 수 있다.

이들 용도에 따라 피가열물의 크기가 어느 정도 결정되는데, 본 발명에서는 임의의 크기의 피가열물을 처리 가능하고, 바람직하게는 직경이 50 ㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 30 ㎜ 이하, 특히 바람직하게는 15 ㎜ 이하가 적절하다.

그리고 피가열물의 형상으로서는 빛이 조사되는 면이 평면이면 되고, 또한 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위에서 평면이 아닌 면이어도 된다.

또한 본 발명의 집광경 방식 가열로에 의하면 가열 개시부터 수 초 후에는 피가열물 표면의 온도를 2000℃ 이상으로 가열할 수 있어, 피가열물을 가열 처리하는 속도를 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

1. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
   피가열물 표면에 조사되는 빛은 그 피가열물 표면에 대해 수직으로 조사되지 않는, 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로.
2. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
   반사경 장치는 1차 반사경 및 2차 반사경으로 이루어지며, 광원으로부터 방사된 빛을 1차 반사경 및 2차 반사경에 순차적으로 반사시켜서 피가열물에 조사하고, 그 2차 반사경에 반사되어 피가열물 표면에 조사되는 빛은 그 피가열물 표면에 대해 수직으로 조사되지 않는, 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로.
3. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
   광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,
   그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,
   1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치(載置)된 피가열물의 피가열면 중심점에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,
   2차 반사경을 구성하는 타원의 장축은 그 피가열면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.
4. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
   광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,
   그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,
   1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점과는 상이한 위치에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,
   2차 반사경을 구성하는 타원의 장축은 그 피가열면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.
5. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
   광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,
   그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 2개 조합해서 이루어지며, 그 중 한쪽의 회전 타원체 거울을 1차 반사경, 다른 쪽을 2차 반사경으로 하고,
   1차 반사경의 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 한쪽 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 다른 쪽 초점이 가열로 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점을 지나는 법선 상에 위치하도록 반사경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 다른 쪽 초점 측에 피가열면을 향하여 빛이 통과할 수 있는 개구부가 설치되어 있으며,
   2차 반사경을 구성하는 타원체의 장축은 그 피가열면의 그 법선에 대해 비스듬히 위치하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   1차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비는 2차 반사경을 구성하는 타원의 단경에 대한 장경의 비 이하인 집광경 방식 가열로.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   2차 반사경의 타원의 2개의 초점을 연결하는 직선 상에 광원이 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   1차 반사경의 타원의 2개의 초점과 2차 반사경의 타원의 2개의 초점이 동일 직선 상에 없도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   피가열물 표면과 2차 반사경의 타원의 2개의 초점을 연결하는 선이 이루는 각도가 20~70°인 집광경 방식 가열로.
10. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
    광원이 내부에 설치된 반사경 장치를 하나 이상 갖고,
    그 반사경 장치는 회전 타원체의 내면을 반사면으로 한 회전 타원체 거울을 1차 반사경으로 하고, 회전 포물면체의 내면을 반사면으로 한 회전 포물면 거울을 2차 반사경으로 하여 조합해서 이루어지며,
    1차 반사경의 2개 있는 초점 중 한쪽 초점에 광원이 위치하도록 1차 반사경에 광원을 설치하는 동시에, 다른 쪽 초점이 2차 반사경의 초점과 같은 위치에 위치하도록 1차 반사경에 설치한 개구부와 2차 반사경에 설치한 개구부를 서로 접속하고, 2차 반사경의 회전 포물면 거울의 회전축과 노(爐) 내에 재치된 피가열물의 피가열면 중심점이 하나의 직선 상에 위치하도록 집광경 장치를 설치하여, 빛이 피가열면에 조사되도록 2차 반사경의 개구부가 피가열물을 향하여 설치되어 있으며,
    2차 반사경의 그 회전축은 피가열물 표면에 대해 수직이 아닌 집광경 방식 가열로.
11. 제10항에 있어서,
    1차 반사경의 초점과 그 타원면의 최단 거리가 2차 반사경의 초점과 그 포물면의 최단 거리보다도 큰 집광경 방식 가열로.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    1차 반사경의 2개의 초점이 회전 포물면 거울인 2차 반사경 회전축의 연장선 상에 위치하도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    1차 반사경의 2개의 초점이 회전 포물면 거울인 2차 반사경 회전축의 연장선 상에 위치하지 않도록 1차 반사경과 2차 반사경을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    피가열면의 법선과 2차 반사경의 회전축이 이루는 각도가 20~70°인 집광경 방식 가열로.
15. 광원으로부터 방사된 빛을 반사경 장치에 의해 반사시켜서 피가열물에 조사시켜 피가열물을 가열하기 위한 집광경 방식 가열로로서,
    그 반사경 장치는 그 피가열면의 중심을 지나는 법선과 동일 평면에 있고, 그 법선과 교차하지 않는 폐곡선을 그 법선을 회전축으로 하여 회전시켜서 이루어지는 고리 내면의 일부를 반사면으로 한 1차 반사경을 가지며,
    고리 형상의 그 1차 반사경을 형성하는 고리 안에 광원을 그 고리의 원주방향의 일부 또는 전부에 걸쳐 설치하고,
    또한 그 피가열물은 그 법선과 수직이기는 하나 고리와 교차하지 않는 평면 상에 설치되어, 그 피가열면의 중심과 그 광원을 연결하는 최단의 직선과 그 반사면의 교점 부근의 그 반사면에 빛을 피가열물에 조사하기 위한 슬릿을 설치하며,
    그 슬릿을 형성하는 제1 반사면의 단부에는 제2 반사면을 형성하는 반사면을 접속하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
16. 제15항에 있어서,
    그 법선과, 그 광원과 피가열물 표면 중심을 연결하는 선이 이루는 각도가 20~70°인 집광경 방식 가열로.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    고리 형상의 그 1차 반사경을 형성하는 고리 안에 고리 형상의 광원을 원주를 따라 설치하고,
    그 고리 형상 광원으로부터의 빛을 피가열면에 집중시키는 반사판은 그 반사면이 그 고리 형상 광원이 만드는 원주에 대해 수직으로 설치되어 이루어지는 집광경 방식 가열로.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열시에 있어서 그 반사경과 피가열물의 상대적인 위치를 가변(可變)으로 한 집광경 방식 가열로.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열시에 있어서 피가열물의 온도, 피막 형성시의 막두께 등의 피가열물의 상태를 피가열물의 바로 위, 비스듬하게 위 및 옆 중 적어도 일방향으로부터 확인할 수 있도록 하여 이루어지는 집광경 방식 가열로.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열시에 있어서 그 피가열물을 회전 가능하게 한 집광경 방식 가열로.
    

Images