(57)【要約】 【課題】試料台の熱放出を抑えて熱効率をよくし、さらに装置全体を小型化して卓上にも置けるようにし、低価格を実現でき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】真空チャンバー９上に透明石英管１３を起立させ、この透明石英管１３の上端に遮熱性材料からなる中間治具１９を介して耐熱で熱伝導率のよい材料からなる試料載置台２０を配置し、この試料載置台２０、中間治具１９及び透明石英管１３を包囲する透明石英からなる炉芯管１５を真空チャンバー９に連通して上記加熱試料を真空下に配置してあり、試料載置台２０、中間治具１９及び透明石英管１３を包囲する炉芯管１５を下側回転楕円集ラー３内に張り出して設けてあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側回転楕円ミラーと下側回転楕円ミラーとからなる赤外加熱部を構成し、赤外線ランプを上側回転楕円ミラーの焦点位置に設け、加熱試料を下側回転楕円ミラーの焦点位置に配置し、真空チャンバー上に透明石英管を起立させ、この透明石英管の上端に遮熱性材料からなる中間治具を介して耐熱で熱伝導率のよい材料からなる試料載置台を配置し、この試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する透明石英からなる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してあり、試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する炉芯管を上記下側回転楕円ミラー内に張り出して設けてある超高温赤外線熱処理装置。
【請求項２】
上記中間治具が中間に仕切板を有する円筒状をなし、この中間治具の下半分内に透明石英管の上端を挿入配置し，試料載置台を上部に平板を配置しその下方に円筒部を配置した形状とし、この円筒部に中間治具の上部を挿入配置してある上記請求項１に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項３】
上記中間治具の上下円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する面積を小接触面積とし、透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管と中間治具の仕切板との接触面積を小接触面積としてある上記請求項２に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項４】
上記中間治具の上部円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてある上記請求項３に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項５】
上記透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管の中間治具の仕切板に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてある上記請求項３に記載の超高温赤外線熱処理装置。
【請求項６】
上記真空チャンバーの上部に支持円筒を起立し、この支持円筒に上記透明石英管の下端を挿入支持してある上記請求項１乃至５の何れかに記載の超高温赤外線熱処理装置。
【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、加熱試料を赤外線集光側１／２回転楕円集光ミラーの焦点位置に配置し、上記加熱試料を載置する試料台を設け、この試料台を長い透明石英管上に配置する一方、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回転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と共に上記長い透明石英管も真空下に配置する超高温赤外線熱処理装置は公知である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。しかし、透明石英管を途中真空チャンバー内を通過するため必然的に長尺が必要であるという課題があった。また、超高温状態の試料台からの熱が透明石英管内を全反射しながら透過するため熱流失も大きいという課題があった。さらに、試料台、透明石英管が一体構造のため、上部、下部の中心軸の整合性、操作性が悪く、又装置全体の高さが必要であるという課題があった。
本発明は、上記課題に鑑み、試料台の熱放出を抑えて熱効率をよくし、さらに装置全体を小型化して卓上にも置けるようにし、低価格を実現でき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】
【０００５】
そのために、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上側回転楕円ミラーと下側回転楕円ミラーとからなる赤外加熱部を構成し、赤外線ランプを上側回転楕円ミラーの焦点位置に設け、加熱試料を下側回転楕円ミラーの焦点位置に配置し、真空チャンバー上に透明石英管を起立させ、この透明石英管の上端に遮熱性材料からなる中間治具を介して耐熱で熱伝導率のよい材料からなる試料載置台を配置し、この試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する透明石英からなる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してあり、試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する炉芯管を上記下側回転楕円ミラー内に張り出して設けてあることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具が中間に仕切板を有する円筒状をなし、この中間治具の下半分内に透明石英管の上端を挿入配置し，試料載置台を上部に平板を配置しその下方に円筒部を配置した形状とし、この円筒部に中間治具の上部を挿入配置してあることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具の上下円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する面積を小接触面積とし、透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管と中間治具の仕切板との接触面積を小接触面積としてあることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具の上部円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてあることを特徴とし、さらに、上記透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管の中間治具の仕切板に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてあることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記真空チャンバーの上部に支持円筒を起立し、この支持円筒に上記透明石英管の下端を挿入支持してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明超高温赤外線熱処理装置は、上側回転楕円ミラーと下側回転楕円ミラーとからなる赤外加熱部を構成し、赤外線ランプを上側回転楕円ミラーの焦点位置に設け、加熱試料を下側回転楕円ミラーの焦点位置に配置し、真空チャンバー上に透明石英管を起立させ、この透明石英管の上端に遮熱性材料からなる中間治具を介して耐熱で熱伝導率のよい材料からなる試料載置台を配置し、この試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する透明石英からなる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してあり、試料載置台、中間治具及び透明石英管を包囲する炉芯管を上記下側回転楕円ミラー内に張り出して設けてあることを特徴とするから、透明石英管を真空チャンバー内に配置することなく、透明石英管の長さを短くでき、それだけ装置全体を小型化でき、卓上に置けるようにできた効果を有し、低価格も実現できた効果を有する。また、試料載置台及び中間治具での熱流出を抑える利点があり、更なる高速昇温を可能とした効果を有する。
【００１１】
また、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具が中間に仕切板を有する円筒状をなし、この中間治具の下半分内に透明石英管の上端を挿入配置し，試料載置台を上部に平板を配置しその下方に円筒部を配置した形状とし、この円筒部に中間治具の上部を挿入配置してあることを特徴とするから、試料載置台を含む透明石英管の上部を構造を組立て易くできた効果を有する。
【００１２】
さらに、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具の上下円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する面積を小接触面積とし、透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管と中間治具の仕切板との接触面積を小接触面積としてあることを特徴とするから透明石英管の上端での熱流出をより大きく抑え、より高い高速昇温を達成できた効果を有する。
【００１３】
また、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記中間治具の上部円筒部の一部を切り欠いて、中間治具の上端の試料載置台に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてあることを特徴とし、さらに、上記透明石英管の上端円筒部の一部を切り欠いて、透明石英管の中間治具の仕切板に接触する箇所を１箇所又は複数箇所の何れかにしてあることを特徴とするから、中間治具の試料載置台への接触構造及び透明石英管の中間治具の仕切板への接触構造を自由に選択できる効果がある。
【００１４】
さらに、本発明超高温赤外線熱処理装置は、上記真空チャンバーの上部に支持円筒を起立し、この支持円筒に上記透明石英管の下端を挿入支持してあることを特徴とするから、透明石英管の支持構造を安定化及び簡略化できた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明超高温赤外線熱処理装置の一部断面正面図。
【図２】本発明超高温赤外線熱処理装置の要部である試料載置台、中間治具及び透明石英管を示す正面図。
【図３】上記試料載置台、中間治具及び透明石英管を分離して示す正面図。
【図４】試料載置台を示す図で、図４Ａが平面図、図４Ｂが正面図。
【図５】接触箇所が１箇所の中間治具を示す図で、図５Ａが平面図、図５Ｂが正面図。
【図６】接触箇所が２箇所の中間治具を示す図で、図６Ａが平面図、図６Ｂが正面図。
【図７】接触箇所が３箇所の中間治具を示す図で、図７Ａが平面図、図７Ｂが正面図。
【図８】接触箇所が４箇所の中間治具を示す図で、図８Ａが平面図、図８Ｂが正面図。
【図９】接触箇所が１箇所の透明石英管を示す図で、図９Ａが平面図、図９Ｂが正面図。
【図１０】接触箇所が２箇所の透明石英管を示す図で、図１０Ａが平面図、図１０Ｂが正面図。
【図１１】接触箇所が３箇所の透明石英管を示す図で、図１１Ａが平面図、図１１Ｂが正面図。
【図１２】接触箇所が４箇所の透明石英管を示す図で、図１２Ａが平面図、図１２Ｂが正面図。
【図１３】真空チャンバーとその上部に設けた支持円筒を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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に赤外線加熱部１を上部に位置付けた本発明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、上側回転楕円ミラー２と、下側回転楕円ミラー３とからなり、この上側回転楕円ミラー２と、下側２回転楕円ミラー３とを突き合わせて分離連結可能に組み合わせてある。上側回転楕円ミラー２の焦点位置に赤外線ランプ４を設けてあり、下側回転楕円ミラー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、この下側回転楕円ミラー３の焦点位置側に開口部を設けて、後述する試料載置台、中間治具、透明石英管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。
【００１７】
上記赤外線加熱部１は上下作動機構５に支持される支持アーム６上に支持されており、上下作動機構５の操作ハンドル７の操作により上下作動するようにしてある。
図中８が真空吸引部で、この真空吸引部８上に真空チャンバー９を設けてあり、この真空チャンバー９上に後述する透明石英管及び炉芯管を起立させてある。  この真空チャンバー９は、図１３に示すようにその上部を開放１０してあり、この上部に架設した支持バー１１上に支持円筒１２を起立し、この支持円筒１２に透明石英管１３の下端を挿入支持して起立してある。
【００１８】
真空チャンバー９上には後述する炉芯管を起立するための支持台１４を設けてあり、この支持台１４上に後述する透明石英管、この透明石英管の上端に中間治具を介して設ける試料載置台を包囲する透明石英管からなる炉芯管１５を起立させてある。この炉芯管１５には下端に支持フランジ１６を有し、この支持フランジ１６を真空フランジ１７により気密に支持してある。炉芯管１５内を真空にするため支持台１４にも通孔１８を有する。この炉芯管１５の頂部は半球状に閉じて形成されている。
【００１９】
透明石英管１３の上端には中間治具１９を介して試料載置台２０を配置してある。中間治具１９は基本的には円筒状をなし、中間に仕切板２１を有し、図２に示すように透明石英管１３の上端を中間治具１９の下半分の円筒部内に挿入し、透明石英管１３の上端を上記仕切板２１に接触させてある。
試料載置台２０は載置台基板を構成する平板２２に下向きに円筒部２３を固定してあり、この円筒部２３に中間治具１９の上部を挿入して試料載置台２０を配置してある。
中間治具１９は遮熱性材料からなり、具体的にはアルミナが使用される。一方、試料載置台２０は耐熱で熱伝導率のよい材料からなり、具体的には白金ロジューム合金が使用される。このように中間治具１９を遮熱性材料とし、試料載置台２０を耐熱で熱伝導率のよい材料とすることにより、超高温状態にある試料載置台からの熱流出を抑えることができる。
【００２０】
図５乃至図８に中間治具１９の種々の実施例を示してあり、図９乃至図１２に透明石英管１３の種々の実施例を示してある。
図５に示す中間治具１９の実施例は、円筒状からなる中間治具１９の仕切板２１を境とする上半分と下半分の大部分を切り欠いて、上端の試料載置台２０に接触する接触部２４を１箇所とし、小接触面積としてある。
次に図６に示す実施例は、円筒状からなる中間治具１９の仕切板２１を境とする上半分と下半分を２箇所づつＵ字状に切り欠いて、上端の試料載置台２０に接触する接触部２４を２箇所とし、小接触面積としてある。
【００２１】
図７に示す中間治具１９の実施例は、円筒状からなる中間治具１９の仕切板２１を境とする上半分と下半分を３箇所づつＵ字状に切り欠いて、上端の試料載置台２０に接触する接触部２４を３箇所とし、小接触面積としてある。
次に図８に示す実施例は、円筒状からなる中間治具１９の仕切板２１を境とする上半分と下半分を４箇所づつＵ字状に切り欠いて、上端の試料載置台２０に接触する接触部２４を４箇所とし、小接触面積としてある。
【００２２】
図９に示す透明石英管１３の実施例は、円筒状からなる上端部の大部分を切り欠いて、上端の中間治具１９の仕切板２１に接触する接触部２５を１箇所とし、小接触面積としてある。
図１０に示す透明石英管１３の実施例は、円筒状からなる上端部を２箇所Ｕ字状に切り欠いて、上端の中間治具１９の仕切板２１に接触する接触部２５を２箇所とし、小接触面積としてある。
【００２３】
図１１に示す透明石英管１３の実施例は、円筒状からなる上端部を３箇所Ｕ字状に切り欠いて、上端の中間治具１９の仕切板２１に接触する接触部２５を３箇所とし、小接触面積としてある。
図１２に示す透明石英管１３の実施例は、円筒状からなる上端部を４箇所Ｕ字状に切り欠いて、上端の中間治具１９の仕切板２１に接触する接触部２５を４箇所とし、小接触面積としてある。
【００２４】
上記のように中間治具１９の上端の試料載置台２０に接触する接触部２４の接触面積を小接触面積とすることにより、又、透明石英管１３の上端の中間治具１９に接触する接触部２５の接触面積を小接触面積とすることにより、超高温状態にある試料載置台２０からの熱流出をさらに抑える機能を発揮し、さらなる高温昇温を達成できる。なお、透明石英管１３と中間治具９との接触部は１箇所乃至４箇所の実施例に基いて説明したが、接触箇所数は６箇所あるいは８箇所などの複数であってもよい。要するに接触面積を小さくすることを達成できればよい。また、中間治具１９、透明石英管１３の一部を切り欠いているが、この切り欠きの深さは深い方が断熱の機能を高めることができる。例えば図２のように円筒部２３の長さよりも長く切り欠く、あるいは石英管１３の上端の切り欠き底部が中間治具１９下部の切り欠き頂点部よりも下方に位置する程度に深く切り欠くとよい。熱が伝わる沿面長さを長くすることにより熱伝達が起こりにくくなり断熱機能を高めることができる。
【００２５】
図１及び図２に示した熱電対２６は、白金系の線径の細い柔らかい素線を使用し、試料載置台２０の平板２２の下面に溶接してあり、透明石英管１３と炉芯管１５との間に配置してあり、コネクタ２７を介して温度取出口２８を真空吸引部の横に配置してある。
これにより熱電対２６の接触圧の変化による測定誤差をなくし、温度測定精度を向上させることができたと共に石英管と炉芯管との間の比較的広い空間に配置したため、組立や修理点検が容易に行える。
【００２６】
１  赤外線加熱部
２  上側回転楕円ミラー
３  下側回転楕円ミラー
４  赤外線ランプ
５  上下作動機構
６  支持アーム
７  操作ハンドル
８  真空吸引部
９  真空チャンバー
１０  開放
１１  支持バー
１２  支持円筒
１３  透明石英管
１４  支持台
１５  炉芯管
１６  支持フランジ
１７  真空フランジ
１８  通孔
１９  中間冶具
２０  試料載置台
２１  仕切板
２２  平板
２３  円筒部
２４  接触部
２５  接触部
２６  熱電対
２７  コネクタ
２８  温度取出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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