(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの焦点を有する回転楕円面鏡と、一方の焦点に外部の光を導入し集光させる外光導入装置と、該焦点位置に配置された受光体と、からなり、他方の焦点位置に被加熱物が配置され、受光体からの光を回転楕円面鏡の内面で反射させて被加熱物に集光し、被加熱物を加熱するようになっていることを特徴とする外光ミラー炉。
【請求項２】
前記受光体は、耐熱温度が高く、光の反射率の小さい物質からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の外光ミラー炉。
【請求項３】
前記受光体は、グラファイトからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の外光ミラー炉。
【請求項４】
前記外光導入装置は、太陽光を集光する集光ミラーと、集光した太陽光を離れた位置まで導入する光ガイドと、光ガイドの端部に取り付けられ導入した太陽光を前記一方の焦点位置に集光する集光器と、からなることを特徴とする請求項１に記載の外光ミラー炉。
【請求項５】
前記光ガイドは、石英からなる、ことを特徴とする請求項４に記載の外光ミラー炉。
【請求項６】
前記集光器は、光ガイドからの光を一方の焦点位置に集光するように回転放物面の内面を有し、該内面が鏡面となっている、ことを特徴とする請求項４に記載の外光ミラー炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、外部から加熱用の光を導入してその光を試料等に集光し加熱する外光ミラー炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のミラー炉（又はイメージ炉）は、図３に例示するように、回転楕円面鏡１の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２の一方にアークランプ、ハロゲンランプ、赤外線ランプなどの光源２を配置し、他方の焦点に試料３を配置して、一方の焦点Ｆ１から発した光を他方の焦点Ｆ２に集光させ、この集光した光で試料（被加熱物）を加熱・溶融させるものであり、例えば図３に示すように単楕円型ミラー炉（Ａ）と双楕円型ミラー炉（Ｂ）が知られている。
【０００３】
更に、理想的な条件でシリコン等の単結晶を成長させるために、図３（Ｃ）に示すような、宇宙ステーション等の宇宙空間で太陽光を利用するミラー炉（以下、ソーラー炉という）が、現在、研究開発されている。かかるソーラー炉は、パラボラミラー等で太陽光を集光し、この光をミラー炉まで導き、その太陽光を一方の焦点位置Ｆ１に集光させ、他方の焦点位置Ｆ２の試料を加熱・溶融させるようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ソーラー炉のように外部から光を導入するミラー炉（以下、外光ミラー炉という）では、高温に加熱されて発光する被加熱物からの光や輻射熱が、焦点位置Ｆ２から発して回転楕円面鏡の内面で反射し、集光されて別の焦点位置Ｆ１を通過し、そのままその一部が光の導入経路を逆行して外部に放出されてしまう問題点があった。そのため、かかる外光ミラー炉では加熱効率が従来のミラー炉に較べて低くなってしまう問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、外部から光を導入する焦点から逆に外部に放出される光を大幅に低減することができ、これにより加熱効率を改善することができる外光ミラー炉を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、２つの焦点を有する回転楕円面鏡と、一方の焦点に外部の光を導入し集光させる外光導入装置と、該焦点位置に配置された受光体と、からなり、他方の焦点位置に被加熱物が配置され、受光体からの光を回転楕円面鏡の内面で反射させて被加熱物に集光し、被加熱物を加熱するようになっていることを特徴とする外光ミラー炉が提供される。
【０００７】
本発明の好ましい実施例によれば、前記受光体は、耐熱温度が高く、光の反射率の小さい物質からなる。この受光体は、例えばグラファイトからなる、ことが好ましい。
また、前記外光導入装置は、太陽光を集光する集光ミラーと、集光した太陽光を離れた位置まで導入する光ガイドと、光ガイドの端部に取り付けられ導入した太陽光を前記一方の焦点位置に集光する集光器と、からなる。光ガイドは、石英ファイバー或いは鏡面筒など光導波路となるものからなる、ことが好ましい。また、前記集光器は、光ガイドからの光を一方の焦点位置に集光するように回転放物面の内面を有し、該内面が鏡面となっている。
【０００８】
【作用】
上記本発明の構成によれば、２つの焦点を有する回転楕円面鏡の一方の焦点位置に受光体が配置されており、この焦点位置に外光導入装置により外部の光を導入し集光させるので、導入した光で一方の焦点位置の受光体を加熱し、高温に加熱された受光体からの光を、回転楕円面鏡の内面で反射させて他方の焦点位置にある被加熱物に集光し、被加熱物を加熱することができる。
【０００９】
更に、高温に加熱された被加熱物が発する光や輻射熱は、回転楕円面鏡の内面で反射して一方の焦点位置に達するが、この位置には受光体が配置されているので、この光や輻射熱を吸収し再加熱される。従って、この焦点から逆に外部に放出される光は、受光体が発する光のうち外光導入装置（例えば集光器）への見込み立体角分のみとなり、従来に比較して大幅に低減することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明による外光ミラー炉の全体構成図であり、図２（Ａ）はその一部の拡大図、図２（Ｂ）は更にその一部の拡大図である。図１及び図２において、外光ミラー炉１０は、２つの焦点Ｆ１，Ｆ２を有する回転楕円面鏡１２と、一方の焦点Ｆ１に外部の光を導入し集光させる外光導入装置１４と、焦点位置Ｆ１に配置された受光体１６とからなる。回転楕円面鏡１２は、図１では単楕円型ミラー炉であるが図３（Ｂ）に示した双楕円型ミラー炉であってもよい。
【００１１】
図１に示すように、外光導入装置１４は、太陽光を集光する集光ミラー１７と、集光した太陽光を離れた位置まで導入する光ガイド１８と、光ガイド１８の端部に取り付けられ導入した太陽光を一方の焦点Ｆ１の位置に集光する集光器１９と、からなる。光ガイド１８は、耐熱性が高く光の透過効率の高い石英棒が最適であるが、プラスチック材やファイバ繊維や鏡面筒などを用いてもよい。また、集光器１９は、光ガイド１８からの光を一方の焦点位置Ｆ１に集光するように回転放物面の内面を有し、その内面が鏡面となっている。
【００１２】
受光体１６は、耐熱温度が高く、かつ黒体にできるだけ近い低反射率の物質からなることが好ましく、例えばグラファイトが適している。また、受光体１６は、集光器１９からの光をすべて受ける（遮る）大きさであり、かつ可能な限り完全な球形であるのがよい。
【００１３】
上述した外光ミラー炉１０において、被加熱物２０は他方の焦点Ｆ２の位置に配置され、受光体１６からの光を回転楕円面鏡１２の内面で反射して焦点Ｆ２に集光し、被加熱物２０を加熱・溶融させる。被加熱物２０には、適当な試料、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素、化合物半導体、超伝導セラミック等を使用する。試料（被加熱物２０）は、回転楕円面鏡１２の内部に直接いれてもよく、あるいは図３に例示したように石英管等の内部に入れて、回転楕円面鏡１２の汚染を防止するようにしてもよい。
【００１４】
上述した構成により、導入した光で一方の焦点位置Ｆ１の受光体１６を加熱し、高温に加熱された受光体１６からの光を、回転楕円面鏡１２の内面で反射させて他方の焦点Ｆ２の位置にある被加熱物２０に集光し、被加熱物２０を加熱することができる。
更に、高温に加熱された被加熱物２０が発する光や輻射熱は、回転楕円面鏡１２の内面で反射して一方の焦点Ｆ１の位置に達するが、この位置には受光体１６が配置されているので、この光や輻射熱を吸収し再加熱される。従って、この焦点Ｆ１から逆に外部に放出される光は、受光体１６が発する光のうち外光導入装置（例えば集光器１９）への見込み立体角分のみとなり、従来に比較して大幅に低減することができる。
【００１５】
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
上述したように本発明の外光ミラー炉は、外部から光を導入する焦点から逆に外部に放出される光を大幅に低減することができ、これにより加熱効率を改善することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による外光ミラー炉の全体構成図である。
【図２】図１の一部の拡大図である。
【図３】  単楕円型ミラー炉（Ａ）、双楕円型ミラー炉（Ｂ）及びソーラー炉（Ｃ）の構成図である。
【符号の説明】
Ｆ１、Ｆ２  焦点
１  回転楕円面鏡
２  光源
３  試料
１０  外光ミラー炉
１２  回転楕円面鏡
１４  外光導入装置
１６  受光体
１７  集光ミラー
１８  光ガイド
１９  集光器
２０  被加熱物（試料）
【図１】
0003788521.tif 000002
【図２】
0003788521.tif 000003
【図３】
0003788521.tif 000004