(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の素材（１）をその両面で２枚のヒータ板（２，３）で挟持し、無重力状態において、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで円板状の素材の中心部に固定された吊りロッド（４）により素材を２枚のヒータ板の間に位置決めし、両ヒータ板で素材を加熱溶融させ、吊りロッドを介して放熱させて素材の中心部から単結晶を成長させる、ことを特徴とする単結晶成長装置。
【請求項２】
円板状の素材（１）の一方の面に種結晶（１ａ）を取り付け、この種結晶から単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
一端（４ａ）が前記種結晶に固定され軸線方向外方に延びかつ他端（４ｂ）に放熱装置（５）が取り付けられた細長い吊りロッド（４）と、円板状素材の一方の面に密着する平面を有しかつ吊りロッドを通す貫通孔を有する第１ヒータ板（２）と、素材の他方の面に密着する平面を有する第２ヒータ板（３）と、前記ロッド（４）と第１ヒータ板（２）を移動させるシフト装置（６）とを備え、
シフト装置（６）により、第１ヒータ板（２）を第２ヒータ板（３）に向けて押し付けてその間に円板状の素材（１）を挟持し、無重力状態において、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで吊りロッド（４）を移動して素材を２枚のヒータ板の間に位置決めし、両ヒータ板で素材を加熱溶融させ、吊りロッドを介して放熱させて素材の中心部から単結晶を成長させる、ことを特徴とする単結晶成長装置。
【請求項３】
前記シフト装置（６）は、第１ヒータ板（２）に取り付けられ軸線方向外方に延びるヒータ支持部材（６ａ）と、ヒータ支持部材を軸線方向に移動させる駆動装置（７）と、ヒータ支持部材と吊りロッドを連動させる連動ピン（８）とからなり、連動ピンは吊りロッドに固定されその軸線に直交して延びた突起部を有し、前記ヒータ支持部材は、突起部を囲みかつ軸方向に所定の隙間を有する長孔（６ｂ）を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の単結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小重力下で大型の超電導体を製造するための単結晶成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導材料は、ゼロ・レジスタンス効果、ジョセフソン効果、マイスター効果等を有し、リニアモータ用の超電導磁石、超電導送電／通信、等への応用が計画されている。
【０００３】
かかる超電導体は、例えば次のステップで製造される。▲１▼天秤等を使って酸化第二銅、酸化イットリウム、炭酸バリウム等を所定の割合で調合し、これを乳鉢等で良く混ぜ、▲２▼高温用の素焼の小皿に移し、電気炉に入れて高温（例えば８５０℃前後）で焼き、▲３▼皿に黒っぽくこびりついたものを掻き落とし、乳鉢等ですりつぶし、▲４▼水を加えて押し固め、再度高温（例えば８５０℃前後）で焼き固める。このような工程を経て、微小な超伝導体を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した工程で得られる超電導体は、通常、非常に小さい。そこで、これを種結晶として単結晶を成長させ、より大きい超電導体を得ることが、従来から行われていた。
しかし、重力を受ける地上では、単結晶成長により直径５０ｍｍ程度の超電導体を得るのが限度であった。この理由は、主として、単結晶を成長させる過程で、素材全体を一旦溶融状態に保持する必要があり、この際素材全体を表面張力等で保持する必要があるためである。
【０００５】
一方、リニアモータ用の超電導磁石等に用いるために、より直径の大きい超電導体の製造が強く望まれており、宇宙空間における無重力状態を利用することが検討されている。すなわち、無重力状態では、素材全体を溶融状態にしても、その自重を保持する必要がほとんどないため、小さい表面張力でより大きい超電導体の製造が可能となる。
【０００６】
しかし、従来の宇宙実験装置では、実験試料は試料カートリッジに封入又は装着されており、これを電気炉内で加熱すると、試料が容器（アンプル等）に接触して付着したり、熱を容器から奪われるため単結晶の成長には適用できなかった。
【０００７】
すなわち、かかる超電導体の製造を宇宙空間で行う場合、素材（超伝導材料）を加熱・凝固の単結晶成長過程において、容器等に接触させずに行う必要がある。また、逆に、無重力状態になるまでは、ロケットの打上げ時の激しい振動と非常に大きい加速度（荷重）に耐えられるように、素材（超伝導材料）は確実に支持する必要がある。
【０００８】
本発明はかかる相反する要望を満たすために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、打上げ時の振動及び加速度（荷重）に耐えられるように、素材（超伝導材料）を確実に支持することができ、かつ無重力状態において、容器等に接触させずに素材を加熱・凝固させて大型の単結晶を成長させることができる単結晶成長装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、円板状の素材（１）をその両面で２枚のヒータ板（２，３）で挟持し、無重力状態において、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで円板状の素材の中心部に固定された吊りロッド（４）により素材を２枚のヒータ板の間に位置決めし、両ヒータ板で素材を加熱溶融させ、吊りロッドを介して放熱させて素材の中心部から単結晶を成長させる、ことを特徴とする単結晶成長装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、円板状の素材（１）の一方の面に種結晶（１ａ）を取り付け、この種結晶から単結晶を成長させる単結晶成長装置において、一端（４ａ）が前記種結晶に固定され軸線方向外方に延びかつ他端（４ｂ）に放熱装置（５）が取り付けられた細長い吊りロッド（４）と、円板状素材の一方の面に密着する平面を有しかつ吊りロッドを通す貫通孔を有する第１ヒータ板（２）と、素材の他方の面に密着する平面を有する第２ヒータ板（３）と、前記ロッド（４）と第１ヒータ板（２）を移動させるシフト装置（６）とを備え、シフト装置（６）により、第１ヒータ板（２）を第２ヒータ板（３）に向けて押し付けてその間に円板状の素材（１）を挟持し、無重力状態において、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで吊りロッド（４）を移動して素材を２枚のヒータ板の間に位置決めし、両ヒータ板で素材を加熱溶融させ、吊りロッドを介して放熱させて素材の中心部から単結晶を成長させる、ことを特徴とする単結晶成長装置が提供される。
【００１１】
上記本発明の構成によれば、打上げ時には、シフト装置（６）により、第１ヒータ板（２）を第２ヒータ板（３）に向けて押し付けて円板状の素材（１）の両面を２枚のヒータ板（２，３）で挟持することにより、打上げ時の振動及び加速度（荷重）を２枚のヒータ板を介して保持することができ、円板状の素材（１）を振動及び加速度に耐えられるように、確実に支持することができる。
また、打ち上げ後に衛星が軌道上に位置し無重力状態になった後に、シフト装置（６）により、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで吊りロッド（４）を移動して素材を２枚のヒータ板の間に位置決めすることにより、２枚のヒータ板に接触することなく素材の中心部に固定された吊りロッド（４）のみで、無重力下に保持することができる。
従って、この状態で、素材（１）に接触することなく近接した２枚のヒータ板（２，３）で素材を高い熱伝達で加熱溶融させることができる。また、同時に吊りロッドの他端（４ｂ）に取り付けられた放熱装置（５）から放熱させることができ、種結晶（１ａ）を種として素材の中心部から半径方向外方かつ厚さ方向に単結晶を成長させることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記シフト装置（６）は、第１ヒータ板（２）に取り付けられ軸線方向外方に延びるヒータ支持部材（６ａ）と、ヒータ支持部材を軸線方向に移動させる駆動装置（７）と、ヒータ支持部材と吊りロッドを連動させる連動ピン（８）とからなり、連動ピンは吊りロッドに固定されその軸線に直交して延びた突起部を有し、前記ヒータ支持部材は、突起部を囲みかつ軸方向に所定の隙間を有する長孔（６ｂ）を有する。
この構成により、単一の駆動装置（７）によりヒータ支持部材（６ａ）を軸線方向外方に一定距離移動させるだけで、突起部と長孔（６ｂ）との隙間がなくなるまでは、第１ヒータ板（２）のみを移動し、次いで突起部と長孔（６ｂ）との係合により第１ヒータ板（２）と吊りロッド（４）を連動して移動し、素材（１）を２枚のヒータ板の間に接触することなく位置決めすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明による単結晶成長装置の全体構成図であり、図２は図１の装置の主要部拡大図である。図１及び図２に示すように、本発明の単結晶成長装置１０は、第１ヒータ板２及び第２ヒータ板３、円板状の素材１に一端４ａ（この図で下端）が固定された細長い吊りロッド４、及びシフト装置６とを備えている。
【００１５】
円板状の素材１は、例えば超伝導材料であり、その一方の面（この図で上面）に種結晶１ａが取り付けられ、この種結晶１ａに吊りロッド４が固定されている。吊りロッド４は、インナーケーシング１１及びアウターケーシング１２を気密を保持したまま貫通し、他端４ｂが放熱装置５に取り付けられている。この放熱装置５は例えば放射式のラジエターであり、アウターケーシング１２が置かれた空間に輻射熱により内部の熱を放熱するようになっている。
また、インナーケーシング１１とアウターケーシング１２の間には、図示しない断熱材が充填され、インナーケーシング１１からの熱をアウターケーシング１２に伝えないようになっている。
【００１６】
なお、円板状の素材１は、超電導材料の粉末を焼結したものであり、スポンジに水を入れたような状態で固まっており、１０５０℃前後の高温に保持することによりスポンジの部分は溶けず、水に相当する部分のみが溶けて、単結晶を成長させることができる。
【００１７】
第１ヒータ板２は、図に示すように、円板状素材１の一方の面（上面）に密着する平面（この図で下面）を有し、かつかつ吊りロッドを通す貫通孔を中央に有している。また、この第１ヒータ板２には、電力供給端子２ａが取り付けられ、外部端子１３ａを介して電力を供給し、所定の温度（例えば１０５０℃前後）に加熱できるようになっている。更に第１ヒータ板２には、軸線方向外方に延びるヒータ支持部材６ａが取り付けられ、このヒータ支持部材６ａを軸方向（上下）に移動させることにより、第１ヒータ板２及び電力供給端子２ａをインナーケーシング１１内で移動できるようになっている。
【００１８】
第２ヒータ板３は、素材１の他方の面（下面）に密着する平面を有する。また、この第２ヒータ板３の外周部は素材１の外周部を囲むように円筒形に形成されている。更に、この第２ヒータ板３にも、電力供給端子３ａが取り付けられ、外部端子１３ｂを介して電力を供給し、所定の温度（例えば１０５０℃前後）に加熱できるようになっている。なお、この第２ヒータ板３は、インナーケーシング１１の内面に固定されている。
【００１９】
シフト装置６は、図１に示すように、第１ヒータ板２に取り付けられ軸線方向外方に延びるヒータ支持部材６ａと、ヒータ支持部材６ａを軸線方向に移動させる駆動装置７と、ヒータ支持部材６ａと吊りロッド４を連動させる連動ピン８とからなる。駆動装置７は、この例では、直動シリンダであり、中央部が回転可能に支持されたリンク部材７ａを介してヒータ支持部材６ａを軸線方向に移動させるようになっている。
また、連動ピン８は中央部分が吊りロッド４に固定され、その両端部が軸線に直交して延びた突起部を形成している。更にヒータ支持部材６ａは、この突起部を囲みかつ軸方向に所定の隙間を有する長孔６ｂを有している。
上述した構成により、単一の駆動装置７によりヒータ支持部材６ａを軸線方向外方に一定距離移動させるだけで、連動ピン８の突起部と長孔６ｂとの隙間がなくなるまでは、第１ヒータ板２のみを移動し、次いで突起部と長孔６ｂとの係合により第１ヒータ板２と吊りロッド４を連動して移動し、素材１を２枚のヒータ板の間に接触することなく位置決めすることができる。
【００２０】
上述した本発明の構成により、図２に示すように、打上げ時には、シフト装置６により、第１ヒータ板２を第２ヒータ板３に向けて押し付けて円板状の素材１の両面を２枚のヒータ板２，３で挟持することにより、打上げ時の振動及び加速度（荷重）を２枚のヒータ板を介して保持することができ、円板状の素材１を振動及び加速度に耐えられるように、確実に支持することができる。
【００２１】
図３は、本発明の単結晶成長装置の作動説明図であり、特に無重力状態における作動を示している。図２の状態で打ち上げ後、衛星が軌道上に位置し無重力状態になった後に、図３（Ａ）に示すように、シフト装置６により、２枚のヒータ板の間隔を広げ、次いで、図３（Ｂ）に示すように、吊りロッド４及び第１ヒータ板２を更に移動して素材１を２枚のヒータ板の間に位置決めすることにより、２枚のヒータ板に接触することなく素材の中心部に固定された吊りロッド４のみで、無重力下に保持することができる。
従って、この状態で、素材１に接触することなく近接した２枚のヒータ板２，３で素材を高い熱伝達で加熱溶融させることができる。また、同時に吊りロッド４の他端４ｂに取り付けられた放熱装置５から放熱させることができ、種結晶１ａを種として素材の中心部から半径方向外方かつ厚さ方向に単結晶を成長させることができる。
【００２２】
なお本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、円板状の素材が超伝導材料の場合について主として説明したが、その他の素材（例えば、シリコン等の半導体）を単結晶成長させる場合にも、本発明をそのまま適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の単結晶成長装置は、打上げ時の振動及び加速度（荷重）に耐えられるように、素材を確実に支持することができ、かつ無重力状態において、容器等に接触させずに素材を加熱・凝固させて大型の単結晶を成長させることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単結晶成長装置の全体構成図である。
【図２】図１の装置の主要部拡大図である。
【図３】本発明の単結晶成長装置の作動説明図である。
【符号の説明】
１  円板状素材（超伝導材料）
１ａ  種結晶
２  第１ヒータ板
３  第２ヒータ板
４  吊りロッド
４ａ  一端
４ｂ  他端
５  放熱装置
６  シフト装置
６ａ  ヒータ支持部材
６ｂ  長孔
７  駆動装置
８  連動ピン
１０  単結晶成長装置
１１  インナーケーシング
１２  アウターケーシング
１３ａ，１３ｂ  外部端子
【図１】
0004159141.tif 000002
【図２】
0004159141.tif 000003
【図３】
0004159141.tif 000004