超高温赤外線熱処理装置

【課題】一般の研究室レベルでも使用できる低価格で省電力で行える新規な超高温超高速赤外線熱処理装置を提供する。
【解決手段】赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー２と赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー２とからなる赤外線加熱部１を構成し、赤外線ランプ４を赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー２の焦点位置に設けてあり、加熱試料を赤外線集光側１／２楕円集光ミラー３の焦点位置に配置し、上記加熱試料を真空下に配置してある。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）材料の熱処理を真空中または各種ガス雰囲気下で超高速度でしかも超高温度に加熱する超高温赤外線熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーと赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーとからなる赤外線加熱部を構成し、赤外線ランプを赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーの焦点位置に設けてあり、赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーの焦点位置に透明石英の棒状体からなる導光部材の入射部を配置し、この導光部材の出射部を真空チャンバー内の試料台に載置する加熱試料に臨ませた赤外線熱処理装置は公知である（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第２５１７２１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１の先行例も加熱試料を超高速で高温まで加熱することができる。即ち、１ＫＷの所要電力を使い、１分程度で１５００℃程まで加熱できる。しかし、この先行例ではＳｉＣ材料の熱処理に必要な１７００℃以上まで超高速昇温の熱処理ができない。また、数十ＫＷの所要電力を使用して１分程度で１７００℃以上にまで加熱する大型の熱処理装置も知られているが、装置価格として３０００〜４０００万円程も必要であり、上記の通り数十ＫＷの大電力を要するから、一般の研究室レベルでの使用は困難であるという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑み、一般の研究室レベルでも使用できる低価格で省電力で行える新規な超高温超高速赤外線熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そのために、本発明超高温赤外線熱処理装置は、赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーと赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーとからなる赤外線加熱部を構成し、赤外線ランプを赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーの焦点位置に設けてあり、加熱試料を赤外線集光側１／２楕円集光ミラーの焦点位置に配置し、上記加熱試料を真空下に配置してあるものである。
【０００５】
本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記加熱試料を載置する試料台を設け、この試料台を包囲する透明石英からなる炉芯管を上記赤外線集光側１／２楕円集光ミラー内に張り出して設け、この炉芯管を真空チャンバーに連通して上記加熱試料を真空下に配置するものである。
上記赤外線加熱部を上部に位置付けてあるとよい。
上記赤外線加熱部を下部に位置付けてあってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明超高温赤外線熱処理装置は、赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーと赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーとからなる赤外線加熱部を構成し、赤外線ランプを赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーの焦点位置に設けてあり、加熱試料を赤外線集光側１／２楕円集光ミラーの焦点位置に配置し、上記加熱試料を真空下に配置してあるから、赤外線加熱部内で直接加熱処理できるから、加熱試料を１分程度の超高速でしかも２ＫＷ程の所要電力で超高温に加熱処理できる効果がある。即ち、一般の研究室でも使用できる低価格で省電力の超高温超高速赤外線熱処理装置を提供できる効果がある。
【０００７】
また、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記加熱試料を載置する試料台を設け、この試料台を包囲する透明石英からなる炉芯管を上記赤外線集光側１／２楕円集光ミラー内に張り出して設け、この炉芯管を真空チャンバーに連通して上記加熱試料を真空下に配置するから、赤外線加熱部内で加熱試料を容易に真空下に置くことができる利点を有する。
さらに、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記赤外線加熱部を上部に又は下部に位置付けてあるから、目的に応じて適宜選択できる効果がある。
上記加熱試料をただ真空下に置くとのみ表現してあるが、真空に代えて各種ガス雰囲気下において加熱してもよいことは勿論である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面に示した実施例により本発明の詳細を説明する。
図１及び図２に赤外線加熱部１を上部に位置付けた超高温赤外線熱処理装置を示してある。この赤外線加熱部１は、赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー２と、赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３とからなり、この赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー２と、赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３とを突き合わせて分離連結可能に組み合わせてある。赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー２の焦点位置に赤外線ランプ４を設けてあり、赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の焦点位置に加熱試料を配置するようにしてある。そのために、この赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の焦点位置側に開口部を設けて、後述する試料台及び炉芯管が介入するようにしてある。この赤外線加熱部１は当然に高温になるため図示しない水冷冷却機構を具備してある。
【０００９】
図中５が架台で、この架台５の上壁に支持支柱６を起立させてある。この支持支柱６は架台５上に起立設立した支持円筒７中に回動可能に支持されており、この支持支柱６内に操作ハンドル８によって回転する螺軸９とこの螺軸９に螺合する螺合部材1０とからなる上下作動機構１３を設け、該螺合部材１０に支持支柱６から水平に張り出して支持アーム１１を設けてあり、螺軸９の回転により螺合部材１０を上下作動し支持アーム１１を上下作動するようにしてある。
上記支持アーム１１に支持板１２を設け、この支持板１２上に上記赤外線加熱部１を載置支持してある。即ち、操作ハンドル８の操作により上下作動機構１３を上下作動し、赤外線加熱部１を上下作動し、且つ、支持支柱６を回動させて、赤外線加熱部１を支持支柱６の回りに旋回回動できるようにしてある。
また、上記支持アーム１１の先端には後述する位置合わせガイド棒と協働してこのガイド棒を受け入れ、赤外線加熱部１の位置決めのためのガイド棒挿入孔１４を設けてある。
【００１０】
架台５上に真空フランジ１５により真空チャンバー１６を載置固定してある。この真空チャンバー1６には接続フランジ１７を設けて、図示しない真空ポンプに接続してある。また、真空チャンバー１６上にも真空フランジ１５を設けてあり、この真空フランジ１５上に支持フランジ１８をネジ止め固定してある。支持フランジ１８上に真空チャンバー１６に通ずる支持パイプ１９を起立して設けてあり、この支持パイプ１９の上端に後述する炉芯管支持用真空フランジ２０，２１を設けてある。この炉芯管支持用真空フランジ２０，２１間に炉芯管２２を気密に支持するようにしてある。炉芯管２２は透明石英により形成され、頂部を半球状に閉じて形成され、下端に鍔状に形成した真空シール部２３を有し、この真空シール部２３を上下の炉芯管支持用真空フランジ２０，２１間に気密に挟持するようにしてある。そしてこの炉芯管２２の半球状の頂部を赤外線加熱部１の赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の下部の開口部から赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３内に張り出して設けてある。
一方、下部の炉芯管支持用真空フランジ２０に支持アーム３３を水平に張り出して設け、この支持アーム３３に位置合わせガイド棒３４を起立し、この位置合わせガイド棒３４が支持アーム１１の先端に設けたガイド棒挿入孔１４に挿入することにより、赤外線加熱部１が正しい位置に位置合わせするようにしてある。
【００１１】
真空チャンバー１６の下方の真空フランジ１５の下方にフレキシブルチューブ２４を設け、その下端に支持パイプ２５を設け、されにこの支持パイプ２５の下端に透明石英管６の下端を真空下に支持する透明石英管支持真空フランジ２７を設けてある。即ち、透明石英管２６はその下端を透明石英管支持真空フランジ２７に支持され、その上端を赤外線加熱部１の赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３内に位置付け、試料台２８とし、この試料台２８上の加熱試料が赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の焦点位置に位置付くようにしてある。フレキシブルチューブ２４の回りには、試料台２８の位置を微調整する、位置調整部２９が設けてあり、３ヵ所の微調整ネジ３０の調整により、透明石英管２６の僅かな傾きを微調整し、試料台２８の位置を微調整できるようにしてある。
この他図中３１は透明石英管支持真空フランジ２７の下部に設けた熱電対端子支持真空フランジで、熱電対導入端子３２を支持してあり、熱電対を試料台２８位置に位置付けてある。
【００１２】
上記の通りの構成からなる本発明の超高温赤外線熱処理装置では、赤外線加熱部１の赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の焦点位置で、真空下に置いた加熱試料を加熱するから、超高速で超高温に加熱試料を加熱できる。そこで次の加熱試料を加熱するためには、赤外線加熱部１を支持する支持アーム１１の上下作動機構１３を操作ハンドル８を回動して上動し、試料台２８及び炉芯管２２が赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー３の下部開口部から外に出るまで赤外線加熱部１を上昇する。この際赤外線加熱部１の上昇は、位置合わせガイド棒３４がガイド棒挿入孔１４から完全に抜け出すまで上昇する。このように赤外線加熱部１を充分に上昇させて、赤外線加熱部１を支持支柱６の回りに旋回させ、赤外線加熱部１を試料台２８及び炉芯管２２から離れた位置まで移動する。
【００１３】
このように試料台２８及び炉芯管２２の上部に何もない状態にし、炉芯管支持用真空フランジ２０，２１による炉芯管２２の真空シール部２３の挟持を外し、炉芯管２２を試料台２８から外し、試料台２８を露呈させる。そこで加熱した加熱試料を取り除き、新たな加熱試料を試料台２８上に載置する。次いで炉芯管２２を試料台２８に被せ、下端の真空フランジ部２３を炉芯管支持用真空フランジ２０，２１間に挟持し、再び試料台２８位置を真空下に置き加熱作業をする。
【００１４】
図３及び図４に赤外線加熱部１を下部に位置付けた超高温赤外線熱処理装置の実施例を示してある。この図３及び図４に示した超高温赤外線熱処理装置の実施例は、図１及び図２に示した実施例と天地を逆転しただけであり、同一符合を付した部分は同一部分である。この実施例で図１及び図２の実施例と具体的に相違する構成は、赤外線加熱部１を上下方向に移動させるための構成が相違する。即ち、この実施例では、赤外線加熱部１を上下方向に移動させるために炉芯管支持用真空フランジ２０に支持板３５を固定し、この支持板３５に下向きに２本以上の支持支柱３６を垂下固定してある。そしてこの支持支柱３６に上下摺動パイプ３７を摺動自在に嵌装し、この上下摺動パイプ３７に赤外線加熱部１を取り付けてある。ここで上下摺動パイプ３７は、その上動定位置で固定するようにしてある。
【００１５】
この実施例では加熱試料は透明石英管２６の下端に設けた試料台２８上に載置される。そのために、透明石英管２６の上端の熱電対導入端子３２を取り付けた蓋３８を開閉可能とし、この蓋３８を開放して透明石英管２６の上端を開口し，図示しない加熱試料ホルダーを透明石英管２６内に挿入して加熱試料の取り出し及び載置を行うようにしてある。また、上記した上下摺動パイプ３７を下動して赤外線加熱部１を下動し、炉芯管２２を着脱自在にしてある。この実施例にあっても、試料台２８上の加熱試料を超高速、超高温に加熱処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】赤外線加熱部を上部に位置付けた本発明超高温赤外線熱処理装置の正面図。
【図２】図１図示の本発明超高温赤外線熱処理装置の要部の拡大図。
【図３】赤外線加熱部を下部に位置付けた本発明超高温赤外線熱処理装置の正面図。
【図４】図３図示の本発明超高温赤外線熱処理装置の要部の拡大図。
【符号の説明】
【００１７】
１赤外線加熱部
２赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラー
３赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラー
４赤外線ランプ
５架台
６支持支柱
７支持円筒
８操作ハンドル
９螺軸
１０螺合部材
１１支持アーム
１２支持板
１３上下作動機構
１４ガイド棒挿入孔
１５真空フランジ
１６真空チャンバー
１７接続フランジ
１８支持フランジ
１９支持パイプ
２０炉芯管支持用真空フランジ
２１炉芯管支持用真空フランジ
２２炉芯管
２３真空シール部
２４フレキシブルチューブ
２５支持パイプ
２６透明石英管
２７透明石英管支持真空フランジ
２８試料台
２９位置調節部
３０微調整ネジ
３１熱電対端子支持真空フランジ
３２熱電対導入端子
３３支持アーム
３４位置合わせガイド棒
３５支持板
３６支持支柱
３７上下摺動パイプ
３８蓋

【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーと赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーとからなる赤外線加熱部を構成し、赤外線ランプを赤外線放射側１／２回転楕円反射ミラーの焦点位置に設けてあり、加熱試料を赤外線集光側１／２楕円集光ミラーの焦点位置に配置し、上記加熱試料を真空下に配置してある超高温赤外線熱処理装置。
【請求項２】
上記加熱試料を載置する試料台を設け、この試料台を包囲する透明石英からなる炉芯管を上記赤外線集光側１／２楕円集光ミラー内に張り出して設け、この炉芯管を真空チャンバーに連通して上記加熱試料を真空下に配置する上記請求項１に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項３】
上記赤外線加熱部を上部に位置付けてある上記請求項１又は２に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項４】
上記赤外線加熱部を下部に位置付けてある上記請求項１又は２に記載の超高温赤外線熱処理装置。

【図１】