JP3389640B2 - 微小重力環境下における液柱界面安定化方法 - Google Patents
微小重力環境下における液柱界面安定化方法Info
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【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。
る液柱界面安定化方法に関するものである。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
達すると、材料固体１は全体が単結晶化される。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１２】
【作用】本発明の作用は以下の通りである。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
明する。
【００１６】図１は、本発明の第一の実施例である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
へ達すると、材料固体８は全体が単結晶化される。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
よって、マックスウェルの応力が発生される。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
とクランプロッド２４との間に設けられた絶縁体であ
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】本発明の第一の実施例の概略側面図である。
【図２】本発明の第二の実施例の概略側面図である。
【図３】単結晶成長法の概略側面図である。
１１ 磁場
１６ 液柱
１７ 長さ
２２ 電場
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
Claims (2)
- 【請求項１】 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 ことを特徴とする微
小重力環境下における液柱界面安定化方法。 - 【請求項２】 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微
小重力環境下における液柱界面安定化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18137493A JP3389640B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 微小重力環境下における液柱界面安定化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18137493A JP3389640B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 微小重力環境下における液柱界面安定化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0731872A JPH0731872A (ja) | 1995-02-03 |
| JP3389640B2 true JP3389640B2 (ja) | 2003-03-24 |
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ID=16099617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18137493A Expired - Fee Related JP3389640B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 微小重力環境下における液柱界面安定化方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3389640B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4910121B2 (ja) * | 2002-08-16 | 2012-04-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 対流の部分的抑制方法 |
-
1993
- 1993-07-22 JP JP18137493A patent/JP3389640B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0731872A (ja) | 1995-02-03 |
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