(57)【要約】材料または物質を融解及び／または蒸発させるために、オーブン中にて、それらの融点及び／または気化点より低いオーブン温度に材料または物質を加熱する器具と方法に関するものである。略球状の包体中に物質を挿入する。包体を設定圧力下でシールする。固体は、オーブン中にて、設定圧力下における該物質の融解または気化温度よりも大幅に低いオーブン温度で、該物質を融解または蒸発させるのに十分な時間加熱する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記固体を、前記設定圧力での該固体の融解温度よりも大幅に低いオーブン温度で、該固体を融解させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱する、
設定圧力下での固体の融解温度よりも低い温度で該固体を融解させる方法。
【請求項２】
物質を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、該設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質を気化させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱する、
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法。
【請求項３】
物質から放出された電子による電子渦を生成するように成形された包体内に該物質を挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質から電子を放出させて電子渦を生成するのに十分な時間、オーブン中にて加熱し、前記電子渦により前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度での前記物質の気化が可能となる、
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法。
【請求項４】
前記電子渦は、外部励磁無しで磁気閉じ込め場を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電子渦は、前記物質中の電子の放出を加速して該物質の熱を前記オーブン温度の熱よりも高める、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
物質から放出された電子によるプラズマ流を生成するように成形された包体内に該物質を挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質から電子を放出させてプラズマ流を生成するのに十分な時間、オーブン中にて加熱し、前記プラズマ流により前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度での前記物質の気化が可能となる、
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法。
【請求項７】
前記プラズマ流は、外部励磁無しで磁気閉じ込め場を形成する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマ流は、前記物質中の電子の放出を加速して該物質の熱を前記オーブン温度の熱よりも高める、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
物質と基材を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質を気化させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱し、
オーブン中の熱を低下させて蒸気を前記基材上に蒸着させる、
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質により基材をコーティングする方法。
【請求項１０】
前記物質は、金属及びセラミックの一つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記オーブン温度は、前記設定温度での前記物質の融解温度よりも低い、請求項２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１２】
前記オーブン温度は、前記設定温度における前記物質の気化温度の３０％から４０％の間である、請求項２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１３】
前記設定圧力は、略真空である、請求項１，２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１４】
前記包体は涙形である、請求項１，２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１５】
前記包体は卵形である、請求項１，２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１６】
前記包体は楕円形である、請求項１，２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１７】
前記物質は略球形のるつぼ中に挿入され、該るつぼが前記包体中に配置される、請求項１，２及び３に記載の方法。
【請求項１８】
前記物質は略球形のるつぼ中に挿入され、該るつぼが略球形のエンクロージャ内に配置され、該エンクロージャが前記包体中に配置される、請求項１，２，３及び５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に材料の加熱に関し、特に融点及び気化点または温度に対する材料の加熱に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体または気体を作るため、種々のプロセスにおいて固体材料または物質を加熱する必要がある。これらは材料の化合物を作るため、及び／または蒸着のために蒸発させるために用いられる。この処理に関するコストは、加熱を行なうために必要な設備の初期機能と、二次的な、固体を液体に変えたり固体や液体を蒸気に変えるために使用しなければならないエネルギの量である。固体を液体や蒸気に変える温度、または、液体を蒸気に変えるための温度を低減することができるならば、設備の初期コストの後で、継続的な節約が可能である。融解のための融点や蒸発のための気化点を大幅に低減することができるならば、著しい節約が可能となる。
【発明の開示】
【０００３】
本開示は、材料または物質を融解及び／または蒸発させるために、オーブン中にて、それらの融点及び／または気化点より低いオーブン温度に材料または物質を加熱する器具と方法に関するものである。略球状の包体中に物質を挿入する。包体を設定圧力下でシールする。固体は、オーブン中にて、設定圧力下における該物質の融解または気化温度よりも大幅に低いオーブン温度で、該物質を融解または蒸発させるのに十分な時間加熱する。
【０００４】
包体は、物質から放出される電子による電子渦またはプラズマ流を形成するように成形されている。オーブン温度で加熱することによって物質から電子が放出され、電子渦またはプラズマ流が生成され、これらにより設定圧力下にて物質の融解または蒸発温度よりも低いオーブン温度で物質を融解または蒸発させることが可能となる。電子渦またはプラズマ流は外部励磁を必要とすることなく磁気閉じ込め場を形成する。また、電子渦またはプラズマ流は、物質中の電子の放出を加速し、物質の熱をオーブン温度以上に加熱する。
【０００５】
略球形の包体構造は、物質及びコーティング対象の基材を前記略球形の包体に挿入することにより行なうコーティング方法に対し使用することができる。包体を設定圧力下でシールし、オーブン中で、設定圧力下における物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、物質を蒸発させるのに十分な時間加熱する。基材上に蒸着させるためにオーブン中の熱が低減される。基材は、金属またはセラミックの一つとすることができる。略球形な包体は、涙形、卵形、または楕円形とすることができる。
【０００６】
これら及び他の本開示の態様については、添付された図面とあわせて以下の本開示の詳細な説明により明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ここで開示する処理及び器具は、従来よりも大幅に少ないエネルギで効果的に材料または物質を融解または蒸発する。材料を、物質の融解及び／または気化温度よりも低いオーブン温度で融解蒸発する。これにより大幅なエネルギが節約される。気化した材料は蒸着処理に使用できる。器具の例を図１から図３に示す。
【０００８】
図１Ａに示すように、材料１０を包体２０中に配置する。図１Ｂに示すように、包体２０は符号２２にて絞られ、管２４を受ける。包体２０の内部を真空排気する。管２４を包体２０から取り除き、図１Ｃに示すように符号２６でシールする。この結果、構造が涙形、卵形、または楕円形状に似た、ほぼ球形となる。包体２０の絞り２２を形成して符号２６でシールする処理は、熱を用いて、二段法により、予熱しないようにまたは包体２０中の材料に影響が出ないように十分に遅く行なわれる。包体２０は例えば石英とすることができる。
【０００９】
以下に記載する結果はひとつの包体２０により得られたものであるが、複数エンクロージャによりさらに良好な結果を得ることも可能である。図２に示すように、材料または物質１０を受ける開口３２を有する球状るつぼ３０を、包体２０中に配置する。例として、るつぼ３０は、約１２ミリメートルの直径Ｄｃを持つボールまたは球体とすることができる。結果、包体２０は約２２ミリメートルの直径Ｄｅ、５０．８ミリメートルの高さを持ち得る。包体２０の厚さは約１ミリメートルとすることができる。
【００１０】
図３に三重エンクロージャ装置を示す。るつぼ３０を開口４２を持つエンクロージャ４０中に封入する。エンクロージャ４０を包体２０中に挿入し、この中でシールする。開口３２，４２により、処理中において、るつぼ３０中の材料１０からの蒸気が包体２０中に流入することが可能となる。例として、るつぼ３０は約１２ミリメートルの直径Ｄｃを持つ。エンクロージャ４０は約２２ミリメートルの直径Ｄｆ、包体２０は約４４ミリメートルの直径Ｄｅを持つ。
【００１１】
次いで、物質１０を有する包体２０を、単独で、またはるつぼ３０とともに、あるいはるつぼ３０及びエンクロージャ４０とともに、オーブン中に挿入する。オーブン温度で、物質１０を融解または蒸発させるのに十分な時間加熱する。融解及び／または蒸発させるためのオーブン温度は、材料の融解及び／または蒸発温度より低い。図４に一般的な処理について示す。ステップ５０で物質１０を包体２０中に挿入する。ステップ５２で包体２０をシールし、ステップ５４で包体２０をオーブン中にて加熱する。ステップ５６で包体２０を冷却する。
【００１２】
複数の物質を包体２０中に設ける。二つの物質により化合物が形成される。基材が包体２０中に挿入され該基材が処理により蒸発しない場合、物質の蒸発が冷却にともなって基材上に蒸着する。
【００１３】
図１に示す単体のエンクロージャ、及び、図３に示す三重エンクロージャを用いた実験を行った。テルル、ケイ素、及び金については、各々０．１グラムを使用した。結果を以下の表１に示す。各物質または材料について、オーブン温度は、材料の気化点より大幅に低く、融点温度より低い。オーブン温度は、気化温度の３０％から４０％の間にセットされ、及び／または、この範囲の温度が検出された。テルルの場合、３２５℃が気化温度の３２．８％であり、ケイ素の場合１０８０℃が気化温度の３３％であり、銅の場合９６５℃が気化温度の３７．６％であり、金の場合１０２５℃が気化温度の３５．３％である。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
ケイ素の場合、試料を９４５℃で１時間加熱し、次いで１１５０℃に設定した。表記の他の時間は、設定の変更からの経過時間と観察された結果である。組み立て及びハンドリング中において、材料または物質１０を定位置に保持するため、幾つかの材料（例えば、石英ガラス金網）を包体２０中、及び、るつぼ３０の開口３２中で使用しことに留意すべきである。
【００１６】
単体のエンクロージャを用いたテルルと金については、最終オーブン温度に上昇させる間、種々の温度にて、オーブンの高温計が突発的な上昇または行き過ぎを示したことに留意すべきである。例えば、テルルの場合、温度の上昇がオーブンの設定より高くなったことが観測された。金の場合、突発的な上昇または行き過ぎが３００℃であった。
【００１７】
エンクロージャ、包体、及び／またはるつぼが先細り形状であることにより、改善した結果が得られる。より球形に近いエンクロージャを用いた実験では、単に部分的な蒸発が生じ、次いで、エンクロージャの最も外側、閉じられた部分である非常に小さな末端先細部でのみ、蒸発が生じた。
【００１８】
独特に成形された包体２０の中に挿入された固体１０により、単独であっても、またはるつぼまたはエンクロージャを追加してともに挿入した場合であっても、材料の融解または蒸発温度よりも低いオーブン温度で結果を得た。この結果を得るためには、包体２０の中に追加的なエネルギ源が存在することになる。電荷または他の磁場は、包体２０外から包体２０中に導入されていない。観察された様子及び結果によると、この追加的なエネルギ源は固体から放出された電子である。
【００１９】
電子は、既知のアインシュタイン光電効果により固体から放出される。図５に、これらの電子を符号６０で示す。包体２０の形状のため、これら電子は包体２０中に渦流を形成する。この電子渦はまた、プラズマ流と考えられている。電子またはプラズマの動きがエネルギの磁場を形成する。この磁場が包体２０の内表面に対して外部励磁なしで磁気強制場を形成する。磁場のエネルギが固体からの電子放出を加速し、これにより固体温度を融点以上に増加させる。したがって、固体は融点より低い温度で液体段階に移行する。また、液体段階になると、電子渦またはプラズマ流と、結果により生じた電磁場により、気化温度よりも大幅に低い温度で液体が気体に蒸発する。上の表１に示すように、材料１０の融点より低いオーブン温度で気化する。
【００２０】
原子間及び原子内結合により起こされる増大した格子振動の結果、物質中の追加的な加熱が生じる。電子渦は電子が包体２０の固定体積と均衡しようとすることにより生ずる。体積は、磁場とともに磁気閉じ込め場を形成する。磁場は渦及び包体２０の軸６１と平行である。磁場は、底部の材料１０を含む体積中のすべてを貫通する。渦中で移動する各放出電子がローレンツ力を受けることで、熱流により生成されたエネルギよりも大きい追加エネルギが生成される。図６に、観察された双極子場６６を磁場の軸６４に沿って見下ろした状態で示す。
【００２１】
上記の説明は、追加エネルギを生成するものを観察に基づいて解釈したものである。単独でまたは上記の説明に加え、エネルギを生み出す他の効果も存在し得る。本処理は、オーブンの熱以外に、追加エネルギが包体２０の外部以外のどこから来るかという推測により制限されるものではない。
【００２２】
本構造及び処理は蒸着に使用してもよい。図７に示すように、材料１０を有する包体２０中に基材７０を配置することができる。組み立て及び取り扱い時において、材料１０および物質７０を定位置に保持するため、幾つかの材料７２（例えば、石英ガラス金網）が包体２０中で使用されたことに留意すべきである。次いで包体２０は真空引きされシールされる。次いで材料１０及び基材７０を有する包体２０は、材料１０の気化温度よりも大幅に低い温度に加熱される。材料１０が完全に蒸発すると、オーブンが停止され、蒸気は基材上に蒸着することができる。なお、物質１０が単体で示されているが、気化段階でコーティングとしての化合物を形成する複数の物質であってもよい。
【００２３】
例えば、基材７０はケイ素及びテルルにより形成された化合物でコートしてもよい。例えば、２１グラムの金属基材と、２グラムのケイ素／テルル混合物とを包体２０の中に設けることができる。次いで材料１０及び基材７０を有する包体２０を９９９℃で５時間加熱した後、冷却する。結果として生じた生成物によりＳｉＯ２ＴｅＸ（Ｘは１／３から５／３の範囲）のコーティングが形成される。親出願で説明されているように、この二酸化ケイ素およびテルルの単結晶構造は水酸イオンおよび水素に対して耐性がある。これは、そこで説明されているように、光ファイバの製造、ドーピング及びコーティングに有益である。また、金属の酸腐食に耐性があることがわかった。すべての酸は、水酸イオンを含むか、環境中で反応して水酸イオンを生成するからである。
【００２４】
以上、本開示を詳細に説明及び図示したが、これは図示及び例示のためのみに行なわれたものであり、制限するものではないことは明白である。本開示の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本開示に係る包体中に材料を封入する処理を示したものである。
【図１Ｂ】本開示に係る包体中に材料を封入する処理を示したものである。
【図１Ｃ】本開示に係る包体中に材料を封入する処理を示したものである。
【図２】本開示に係る二重エンクロージャである。
【図３】本開示に係る三重エンクロージャ装置である。
【図４】本開示に係る処理のフローチャートである。
【図５】本開示に係る電子渦またはプラズマ流を示す概略図である。
【図６】本開示により形成された双極子を示す上面図である。
【図７】本開示に係る蒸着処理用のシールされたエンクロージャである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月14日(2005.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定圧力下での固体の融解温度よりも低い温度で該固体を融解させる方法において、
固体を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記固体を、前記設定圧力での該固体の融解温度よりも大幅に低いオーブン温度で、該固体を融解させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱する方法。
【請求項２】
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法において、
物質を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、該設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質を気化させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱する方法。
【請求項３】
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法において、
電子渦を生成するように包体内に先細り形状を付与し；
前記先細り形状の近傍において前記包体内部に物質を挿入し；
該包体を設定圧力下でシールし、
前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低い温度で、該物質から電子を放出させて電子渦を生成するのに十分な時間、前記物質を所定のエネルギーにより包体中にて加熱し、前記電子渦により前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低い、印加エネルギーで得られる温度で前記物質を気化させる方法。
【請求項４】
前記電子渦は、外部励磁無しで磁気閉じ込め場を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電子渦は、前記物質中の電子の放出を加速して該物質の熱を前記オーブン温度の熱よりも高める、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質を気化させる方法において、
プラズマ流を生成するように包体内に先細り形状を付与し；
前記先細り形状の近傍において前記包体内部に物質を挿入し；
該包体を設定圧力下でシールし、
前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低い温度で、該物質から電子を放出させてプラズマ流を生成するのに十分な時間、前記物質を所定のエネルギーにより包体中にて加熱し、前記プラズマ流により前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低い、印加エネルギーで得られる温度で前記物質を気化させる方法。
【請求項７】
前記プラズマ流は、外部励磁無しで磁気閉じ込め場を形成する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマ流は、前記物質中の電子の放出を加速して該物質の熱を前記オーブン温度の熱よりも高める、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
物質と基材を略球形の包体に挿入し、
該包体を設定圧力下でシールし、
前記物質を、前記設定圧力での該物質の気化温度よりも低いオーブン温度で、該物質を気化させるのに十分な時間、オーブン中にて加熱し、
オーブン中の熱を低下させて蒸気を前記基材上に蒸着させる、
設定圧力下での物質の気化温度よりも低い温度で該物質により基材をコーティングする方法。
【請求項１０】
前記物質は、金属及びセラミックの一つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記オーブン温度は、前記設定温度での前記物質の融解温度よりも低い、請求項２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１２】
前記オーブン温度は、前記設定温度における前記物質の気化温度の３０％から４０％の間である、請求項２，３，５，及び９に記載の方法。
【請求項１３】
前記設定圧力は、略真空である、請求項１，２，３，５，及び９に記載の方法。
【国際調査報告】
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2007517658.tif 000014
2007517658.tif 000015