JP3389640B2 - Liquid column interface stabilization method under microgravity environment - Google Patents
Liquid column interface stabilization method under microgravity environmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微小重力環境下におけ
る液柱界面安定化方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid column interface stabilizing method under a microgravity environment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、宇宙空間などの微小重力環境下
で単結晶材料を製造する場合、図３に示すように、多結
晶の材料固体１の両端をクランプ２で挾持し、材料固体
１の外周に、材料固体１を部分的に加熱溶融させるため
の加熱装置３を配置し、加熱装置３を材料固体１の一端
側から他端側へ掛けてゆっくりと移動させるようにす
る。2. Description of the Related Art For example, when manufacturing a single crystal material in a microgravity environment such as outer space, as shown in FIG. 3, both ends of a polycrystalline material solid 1 are clamped by clamps 2 so that the material solid 1 A heating device 3 for partially heating and melting the material solid 1 is arranged on the outer periphery, and the heating device 3 is hung from one end side to the other end side of the material solid 1 and slowly moved.
【０００３】すると、材料固体１が加熱装置３により部
分的に溶融されて、材料固体１に部分的に液柱４が形成
され、該液柱４の位置が前記材料固体１の一端側から他
端側へとゆっくり移動されることとなる。Then, the material solid 1 is partially melted by the heating device 3 to partially form a liquid column 4 in the material solid 1, and the position of the liquid column 4 is changed from one end side of the material solid 1 to another. It will be moved slowly to the edge.
【０００４】液柱４の位置が材料固体１の一端側から他
端側へ移動されるに従い、直前に液柱４であった部分
が、ゆっくりと冷えて凝固されて行き、凝固された部分
に単結晶材料５が形成される。As the position of the liquid column 4 is moved from one end side to the other end side of the material solid 1, the portion which was the liquid column 4 immediately before is slowly cooled and solidified, and becomes a solidified portion. A single crystal material 5 is formed.
【０００５】こうして、液柱４が材料固体１の他端部へ
達すると、材料固体１は全体が単結晶化される。In this way, when the liquid column 4 reaches the other end of the material solid 1, the material solid 1 is wholly single-crystallized.
【０００６】このように、微小重力環境下で、加熱装置
３によって材料固体１が溶融されてできる液柱４は、表
面張力によってその形状を保持されることとなる。As described above, under the microgravity environment, the liquid column 4 formed by melting the material solid 1 by the heating device 3 is maintained in its shape by the surface tension.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の微小重力環境下における液柱界面安定化方法には、
以下のような問題があった。However, the above-described conventional liquid column interface stabilizing method under the microgravity environment has the following problems.
There were the following problems.
【０００８】即ち、微小重力環境下で、加熱装置３など
によって材料固体１が溶融されてできる液柱４は、表面
張力のみによってその形状を保持されることになるが、
液柱４の長さ６を長くしようとした場合、液柱４がある
程度より長くなるとその形状を保持しきれなくなって液
柱４が破壊されてしまう点があり、表面張力のみによっ
て形状を保持可能な液柱４の長さ６には限界がある。That is, in the microgravity environment, the liquid column 4 formed by melting the material solid 1 by the heating device 3 and the like retains its shape only by the surface tension.
When trying to increase the length 6 of the liquid column 4, there is a point that if the liquid column 4 becomes longer than a certain amount, the shape cannot be retained and the liquid column 4 is destroyed, and the shape can be retained only by the surface tension. There is a limit to the length 6 of the liquid column 4.
【０００９】そのため、余り長い液柱４を形成すること
ができず、上記のようにして単結晶材料５を製造する場
合などに、単結晶材料５の製造効率を向上することがで
きないこととなる。Therefore, the liquid column 4 which is too long cannot be formed, and the manufacturing efficiency of the single crystal material 5 cannot be improved when the single crystal material 5 is manufactured as described above. .
【００１０】本発明は、上述の実情に鑑み、液柱を長く
しても安定して形状を保持させ得るようにした微小重力
環境下における液柱界面安定化方法を提供することを目
的とするものである。In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a method for stabilizing a liquid column interface under a microgravity environment, which is capable of stably maintaining the shape even if the liquid column is lengthened. It is a thing.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、微小重力環境下で導電体の材料固体を溶融し
て単結晶材料として再結晶化させるべく、該材料固体を
長さ方向一端側から他端側へ加熱箇所を移動させながら
段階的に溶融させる場合に、その加熱箇所の移動に伴い
材料固体に部分的に生じる液柱の界面を安定化させる方
法であって、材料固体の内部に該材料固体の長さ方向と
平行な磁場を発生させて液柱の内部にマックスウェルの
応力を発生させ、該マックスウェルの応力により液柱に
発生した外乱を低減させて該液柱を安定化させることを
特徴とするものである。また、本発明の請求項２に記載
の発明は、微小重力環境下で絶縁体の材料固体を溶融し
て単結晶材料として再結晶化させるべく、該材料固体を
長さ方向一端側から他端側へ加熱箇所を移動させながら
段階的に溶融させる場合に、その加熱箇所の移動に伴い
材料固体に部分的に生じる液柱の界面を安定化させる方
法であって、材料固体の内部に該材料固体の長さ方向と
平行な電場を発生させて液柱の内部にマックスウェルの
応力を発生させ、該マックスウェルの応力により液柱に
発生した外乱を低減させて該液柱を安定化させることを
特徴とするものである。 [Means for Solving the Problems] Claim 1 of the present invention
Of the invention melts the solid material of the conductor under a microgravity environment.
In order to recrystallize it as a single crystal material,
While moving the heating point from one end to the other end in the length direction
When melting stepwise, the movement of the heating point
A method for stabilizing the interface of a liquid column partially generated in a material solid
And a length direction of the material solid inside the material solid
By generating parallel magnetic fields, Maxwell's
A stress is generated, and the Maxwell stress causes a liquid column.
To stabilize the liquid column by reducing the generated disturbance.
It is a feature . In addition, claim 2 of the present invention
Of the invention melts an insulating material solid under a microgravity environment.
In order to recrystallize it as a single crystal material,
While moving the heating point from one end to the other end in the length direction
When melting stepwise, the movement of the heating point
A method for stabilizing the interface of a liquid column partially generated in a material solid
And a length direction of the material solid inside the material solid
A parallel electric field is generated, and Maxwell's
A stress is generated, and the Maxwell stress causes a liquid column.
To stabilize the liquid column by reducing the generated disturbance.
It is a feature.
【００１２】[0012]
【作用】本発明の作用は以下の通りである。The operation of the present invention is as follows.
【００１３】材料固体が導電体である場合に、材料固体
の内部に該材料固体の長さ方向と平行な磁場を発生させ
て液柱の内部にマックスウェルの応力を発生させ、材料
固体が絶縁体である場合に、材料固体の内部に該材料固
体の長さ方向と平行な電場を発生させて液柱の内部にマ
ックスウェルの応力を発生させると、液柱に発生した外
乱が低減される。 Material solid when the material solid is a conductor
A magnetic field parallel to the length direction of the material solid is generated inside the
To generate Maxwell stress inside the liquid column,
If the solid is an insulator, the solid
Generate an electric field parallel to the body's length direction to create a marker inside the liquid column.
When the xwell stress is generated, the
Disturbances are reduced.
【００１４】該マックスウェルの応力が、液柱に発生し
た外乱を低減するよう作用するので、液柱を長くした場
合でも、安定して液柱の形状を保持させることができる
ようになる。Since the Maxwell stress acts to reduce the disturbance generated in the liquid column, the shape of the liquid column can be stably maintained even when the liquid column is lengthened.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１６】図１は、本発明の第一の実施例である。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
【００１７】又、図中、７はチャンバ、８はチャンバ７
内に配置された材料固体、９，１０は材料固体８の両端
を保持する磁気クランプで、一方の材料固体８側がＮ
極、他方の材料固体８側がＳ極となっている。In the figure, 7 is a chamber and 8 is a chamber 7.
Material solids placed inside, 9 and 10 are magnetic clamps for holding both ends of the material solid 8, one material solid 8 side is N
The pole and the other material solid 8 side are S poles.
【００１８】１１は磁気クランプ９，１０間に形成され
る、材料固体８と平行な磁場、１２，１３は磁場１１を
均一化させるために磁気クランプ９，１０に形成された
フランジ部、１４は磁気クランプ９，１０に形成された
材料係止部である。Reference numeral 11 is a magnetic field formed between the magnetic clamps 9 and 10 and parallel to the material solid 8. Reference numerals 12 and 13 are flange portions formed on the magnetic clamps 9 and 10 to make the magnetic field 11 uniform. It is a material locking portion formed on the magnetic clamps 9 and 10.
【００１９】１５は材料固体８を加熱溶融する加熱装
置、１６は加熱装置１５によって材料固体８が溶融され
てできる液柱、１７は液柱１６の長さ、１８は形成され
た単結晶材料である。Reference numeral 15 is a heating device for heating and melting the material solid 8, 16 is a liquid column formed by melting the material solid 8 by the heating device 15, 17 is the length of the liquid column 16, and 18 is the formed single crystal material. is there.
【００２０】例えば、宇宙空間などの微小重力環境下で
単結晶材料を製造する場合、図１に示すように、多結晶
の材料固体８の両端を、材料係止部１４に係止させて磁
気クランプ９，１０間で挾持することにより、材料固体
８の内部に材料固体８と平行な磁場１１を発生させる。For example, when manufacturing a single crystal material in a microgravity environment such as outer space, as shown in FIG. 1, both ends of a polycrystalline material solid 8 are locked to a material locking portion 14 so as to be magnetic. By sandwiching between the clamps 9 and 10, a magnetic field 11 parallel to the material solid 8 is generated inside the material solid 8.
【００２１】この際、磁気クランプ９，１０にフランジ
部１２，１３を形成することにより、磁気クランプ９，
１０間に発生される磁場１１の範囲を広げて、均一な磁
場１１を発生させるようにする。At this time, by forming the flange portions 12, 13 on the magnetic clamps 9, 10, the magnetic clamps 9,
The range of the magnetic field 11 generated between 10 is widened so that a uniform magnetic field 11 is generated.
【００２２】この状態で、材料固体８の外周に、材料固
体８を部分的に加熱溶融させるための加熱装置１５を配
置し、該加熱装置１５を材料固体８の一端側から他端側
へ掛けて移動させるようにする。In this state, a heating device 15 for partially heating and melting the material solid 8 is arranged on the outer periphery of the material solid 8, and the heating device 15 is hung from one end side to the other end side of the material solid 8. To move.
【００２３】すると、材料固体８が加熱装置１５により
部分的に溶融されて、材料固体８に部分的に液柱１６が
形成され、該液柱１６の位置が前記材料固体８の一端側
から他端側へと移動されることになる。Then, the material solid 8 is partially melted by the heating device 15 to partially form the liquid column 16 in the material solid 8, and the position of the liquid column 16 is changed from one end side of the material solid 8 to another. It will be moved to the edge.
【００２４】液柱１６の位置が材料固体８の一端側から
他端側へ移動されるに従い、直前に液柱１６であった部
分がゆっくりと冷えて凝固されて行き、凝固された部分
に単結晶材料１８が形成される。As the position of the liquid column 16 is moved from one end side to the other end side of the material solid 8, the portion which was the liquid column 16 immediately before is slowly cooled and solidified, and the solidified portion is separated. A crystalline material 18 is formed.
【００２５】こうして、液柱１６が材料固体８の他端部
へ達すると、材料固体８は全体が単結晶化される。When the liquid column 16 reaches the other end of the material solid 8 in this manner, the material solid 8 is wholly single-crystallized.
【００２６】ここで、微小重力環境下で、加熱装置１５
によって材料固体８が溶融されてできる液柱１６は、基
本的に表面張力によってその形状を保持される。Here, in a microgravity environment, the heating device 15
The liquid column 16 formed by melting the material solid 8 is basically maintained in its shape by surface tension.
【００２７】そして、微小重力環境下で表面張力のみに
よって形状を保持可能な液柱１６の長さ１７には限界が
あるので、本実施例では更に、前記したように材料固体
８、即ち、液柱１６の内部に、長さ１７方向と平行な磁
場１１を発生させるようにしている。Since the length 17 of the liquid column 16 capable of holding the shape only by the surface tension under the microgravity environment is limited, in this embodiment, as described above, the material solid 8, that is, the liquid. A magnetic field 11 parallel to the length 17 direction is generated inside the pillar 16.
【００２８】すると、液柱１６の内部には、磁場１１に
よって、マックスウェルの応力が発生される。Then, the Maxwell stress is generated in the liquid column 16 by the magnetic field 11.
【００２９】該マックスウェルの応力が、液柱１６に発
生した外乱を低減するよう作用するので、液柱１６を長
くした場合でも、安定して液柱１６の形状を保持させる
ことができるようになる。Since the stress of the Maxwell acts to reduce the disturbance generated in the liquid column 16, the shape of the liquid column 16 can be stably maintained even when the liquid column 16 is lengthened. Become.
【００３０】従って、図１に示すように、本実施例を単
結晶材料１８を製造する場合に適用すれば、加熱装置１
５を図３のものよりも大型化し、材料固体８の広い範囲
を一度に溶融させて、単結晶材料１８を効率良く製造す
ることが可能となる。Therefore, as shown in FIG. 1, if this embodiment is applied to the case of producing the single crystal material 18, the heating device 1
5 can be made larger than that of FIG. 3, and a wide range of the material solid 8 can be melted at one time to efficiently manufacture the single crystal material 18.
【００３１】図２は、本発明の第二の実施例であり、材
料固体８の両端を、磁気クランプ９，１０に替えて電極
クランプ１９，２０で挾持し、電極クランプ１９，２０
間に、一方の電極クランプ１９が＋極となり、他方の電
極クランプ２０が−極となるように電源２１を接続し
て、材料固体８内部に電場２２を発生させるようにした
ものである。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which both ends of the solid material 8 are clamped by the electrode clamps 19 and 20 instead of the magnetic clamps 9 and 10, and the electrode clamps 19 and 20 are clamped.
In the meantime, a power source 21 is connected so that one electrode clamp 19 serves as a positive electrode and the other electrode clamp 20 serves as a negative electrode, so that an electric field 22 is generated inside the material solid 8.
【００３２】このように、材料固体８の内部に電場２２
を発生させても、液柱１６の内部にマックスウェルの応
力が発生されることとなるので、前記実施例と同様に、
液柱１６を長くしても安定して液柱１６の形状を保持さ
せることができるようになる。Thus, the electric field 22 is generated inside the material solid 8.
Even if the pressure is generated, the Maxwell stress is generated inside the liquid column 16. Therefore, as in the above-described embodiment,
Even if the liquid column 16 is lengthened, the shape of the liquid column 16 can be stably maintained.
【００３３】尚、図中、２３は電極クランプ１９，２０
とクランプロッド２４との間に設けられた絶縁体であ
る。In the figure, 23 is an electrode clamp 19, 20.
It is an insulator provided between the clamp rod 24 and the clamp rod 24.
【００３４】又、図１の実施例の場合、材料固体８がガ
ラスやポリマーなどの絶縁体であると、材料固体８は磁
性を示さないために、マックスウェルの応力が発生され
ず、液柱１６を安定化させることができなくなるが、こ
の場合には、本実施例を適用して、絶縁体の内部に電場
２２を発生させるようにすれば、液柱１６を安定化させ
ることが可能となる。In the case of the embodiment shown in FIG. 1, when the material solid 8 is an insulator such as glass or polymer, the material solid 8 does not exhibit magnetism, so that Maxwell stress is not generated and the liquid column 16 cannot be stabilized, but in this case, if the present embodiment is applied to generate the electric field 22 inside the insulator, the liquid column 16 can be stabilized. Become.
【００３５】反対に、本実施例の場合、材料固体８が金
属や半導体などの導電体であると、材料固体８内部の電
場２２が０となってしまうので、マックスウェルの応力
が発生されず、液柱１６を安定化させることができなく
なるが、この場合には、図１の実施例を適用して、導電
体の内部に磁場１１を発生させるようにすれば、液柱１
６を安定化させることが可能となる。On the contrary, in the case of the present embodiment, if the material solid 8 is a conductor such as a metal or a semiconductor, the electric field 22 inside the material solid 8 becomes 0, so that the Maxwell stress is not generated. However, the liquid column 16 cannot be stabilized. In this case, if the magnetic field 11 is generated inside the conductor by applying the embodiment of FIG.
6 can be stabilized.
【００３６】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の微小重力
環境下における液柱界面安定化方法によれば、液柱が長
くなった場合でも安定して形状を保持させることができ
るという優れた効果を奏し得る。As described above, according to the liquid column interface stabilizing method in the microgravity environment of the present invention, the shape can be stably maintained even when the liquid column becomes long. It can be effective.
【図１】本発明の第一の実施例の概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第二の実施例の概略側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of a second embodiment of the present invention.
【図３】単結晶成長法の概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view of a single crystal growth method.
１１ 磁場 １６ 液柱 １７ 長さ ２２ 電場 11 magnetic field 16 liquid columns 17 length 22 electric field
フロントページの続き (72)発明者 内田 博幸 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石川島播磨重工業株式会社 技術研究所 内 (56)参考文献 特開 平３−295889（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−42163（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 19/08 B01J 19/00 B64G 1/66 Front page continuation (72) Inventor Hiroyuki Uchida 1 Shinshinarahara-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Technical Research Institute (56) Reference JP-A-3-295889 (JP, A) 63-42163 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B01J 19/08 B01J 19/00 B64G 1/66
Claims (2)
融して単結晶材料として再結晶化させるべく、該材料固
体を長さ方向一端側から他端側へ加熱箇所を移動させな
がら段階的に溶融させる場合に、その加熱箇所の移動に
伴い材料固体に部分的に生じる液柱の界面を安定化させ
る方法であって、 材料固体の内部に該材料固体の長さ方向と平行な磁場を
発生させて液柱の内部にマックスウェルの応力を発生さ
せ、該マックスウェルの応力により液柱に発生した外乱
を低減させて該液柱を安定化させる ことを特徴とする微
小重力環境下における液柱界面安定化方法。1. A solid material for a conductor is melted in a microgravity environment.
In order to melt and recrystallize as a single crystal material,
Do not move the body from one end to the other end in the length direction.
When moving in a stepwise manner
Along with this, the interface of the liquid column partially generated in the material solid is stabilized.
That a method, a longitudinal and parallel magnetic field inside the material solid material solid
To generate Maxwell stress inside the liquid column.
The disturbance generated in the liquid column by the stress of the Maxwell
A liquid column interface stabilization method in a microgravity environment, characterized in that the liquid column is reduced to stabilize the liquid column .
融して単結晶材料として再結晶化させるべく、該材料固In order to melt and recrystallize as a single crystal material,
体を長さ方向一端側から他端側へ加熱箇所を移動させなDo not move the body from one end to the other end in the length direction.
がら段階的に溶融させる場合に、その加熱箇所の移動にWhen moving in a stepwise manner
伴い材料固体に部分的に生じる液柱の界面を安定化させAlong with this, the interface of the liquid column partially generated in the material solid is stabilized.
る方法であって、Method, 材料固体の内部に該材料固体の長さ方向と平行な電場をAn electric field parallel to the length direction of the material solid is created inside the material solid.
発生させて液柱の内部にマックスウェルの応力を発生さTo generate Maxwell stress inside the liquid column.
せ、該マックスウェルの応力により液柱に発生した外乱The disturbance generated in the liquid column by the stress of the Maxwell
を低減させて該液柱を安定化させることを特徴とする微To stabilize the liquid column by reducing
小重力環境下における液柱界面安定化方法。Liquid column interface stabilization method in a microgravity environment.
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1993
- 1993-07-22 JP JP18137493A patent/JP3389640B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0731872A (en) | 1995-02-03 |
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