JP2002206865A - 静電浮遊炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、材料の位置制御用電極数の削減
による省スペース化、材料交換およびサイズ変更時の作
業工数の削減、材料位置検出の高精度化を実現できる静
電浮遊炉を得る。 【解決手段】 材料の位置制御用電極数の削減による省
スペース化の解決手段としては、上部および下部電極１
３、１４をそれぞれ円盤状の平板電極を３分割してなる
３枚の扇形電極とする。なお、上部または下部電極のい
ずれか一方を１枚の円盤状電極としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、静電力で材料を
空中に浮遊させ、無接触で加熱、溶融、冷却を行うこと
により、新材料の製造が可能な静電浮遊炉に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２９は例えば特開平１１−２４１８８
８号公報に記載された従来の静電浮遊炉の構成を示す模
式図、図３０は図２９に示される従来の静電浮遊炉にお
ける材料浮遊状態を示す模式図である。図２９および図
３０において、１は材料製造を行うための高圧兼真空用
容器であるチャンバ、１ａはチャンバ１の周辺に配置さ
れた観測機器類がチャンバ１の内部を観察したり、光を
チャンバ１内に照射できるようにチャンバ１の周壁に設
けられた複数の窓、１ｂはチャンバ１の内部構造を交換
する場合に、チャンバ１の上部を開けて出入り口とする
ための蓋である。２はチャンバ１内部の雰囲気を材料製
造条件に必要な雰囲気ガスまたは真空の状態にするため
の雰囲気制御装置、３はチャンバ１の外に配置され、チ
ャンバ１の窓１ａを介して材料に紫外線を照射し、材料
から電子を放出させることによって材料をプラスに帯電
させるための紫外線源である。

【０００３】４ａ、４ｃはチャンバ１内に相対して、か
つ、互いに平行に配設された上中心電極および下中心電
極であり、これらの上中心電極４ａおよび下中心電極４
ｃは略同一形状の円盤状に作製され、帯電した材料を静
電力により空中に浮かせるための静電界を作る平行平板
電極を構成している。なお、下中心電極４ｃの中心に
は、後述する材料放出装置が出入りするための穴が穿設
されている。４ｂは上中心電極４ａを取り囲むように、
かつ、上中心電極４ａと同一平面上に配置された４枚の
扇型電極からなる上外部４分極リング電極であり、上外
部４分極リング電極４ｂは４枚の扇型電極の電圧強度を
それぞれ独立に変えることによって材料の水平方向の位
置を制御するものである。４ｄは下中心電極４ｃを取り
囲むように、かつ、下中心電極４ｃと同一平面上に配置
された４枚の扇型電極からなる下外部４分極リング電極
であり、下外部４分極リング電極４ｄは４枚の扇型電極
の電圧強度をそれぞれ独立に変えることによって材料の
水平方向の位置を制御するものである。

【０００４】５は位置検出装置であり、５ａはチャンバ
１の外側に配設された位置検出用撮像装置（例えば受光
部としてのカメラ、図示せず）であり、５ｂはチャンバ
１内に窓１ａを介して光を照射する位置検出用光源であ
り、この位置検出用光源５ｂはチャンバ１を挟んで位置
検出用撮像装置５ａと相対するように配設されており、
この位置検出用撮像装置５ａと位置検出用光源５ｂとの
一対で位置検出装置５が構成されている。この位置検出
装置５では、位置検出用撮像装置５ａが窓１ａを介して
位置検出用光源５ｂの光５ｃを受光し、電極４ａ〜４ｄ
と材料１２の影の中心位置との相対関係から、電極４ａ
〜４ｄの上下左右に対する中心位置からの材料１２の位
置ずれ量を検出する。６は浮遊している材料１２を加熱
溶融させるためにチャンバ１の外側に配置され、４方向
からレ−ザ光６ａを照射するための加熱用光源としての
加熱用レ−ザ、７はチャンバ１の外側に配置され、窓１
ａを介して加熱された材料１２から放射される波長７ａ
を受光し、材料１２の温度を無接触で測定することがで
きる放射温度計、８はチャンバ１の外側に配置され、材
料製造過程の評価のために浮遊している材料１２の表面
の様子を窓１ａを介して観察するためのビデオ観察装
置、９は、位置検出装置５で検出した電極中心に対する
材料１２の位置ずれを制御するために、位置検出装置５
からの位置ずれ量に基づく出力信号に対応して各電極４
ａ〜４ｄに供給する電圧を決定し、この電圧を印加する
位置制御装置であり、材料１２の位置が常に電極４ａ〜
４ｄの中心位置に位置するように各電極４ａ〜４ｄへの
印加電圧を制御するものである。なお、この位置制御装
置９は、各電極４ａ〜４ｄの電圧を制御するために電極
の数に対応した１０台の電極電圧制御装置を備えてい
る。

【０００５】１０は上下動可能に配設された支持部、１
１は支持部１０に連設されて材料１２を保持し、支持部
１０の上昇移動により下中心電極４ｃの中央の穴を通っ
て上中心電極４ａと下中心電極４ｃとの間に延出する
爪、１０ａは支持部１０内に上下動可能に配設され、上
下動により爪１１を開閉させる押し出し棒、１０ｂは支
持部１０を上下動させるための支持部駆動装置、１０ｃ
は押し出し棒１０ａを上下動させるための押し出し棒駆
動装置であり、支持部１０、押し出し棒１０ａ、支持部
駆動装置１０ｂ、押し出し棒駆動装置１０ｃおよび爪１
１から材料放出装置を構成している。

【０００６】ついで、従来の静電浮遊炉の無重力におけ
る動作について説明する。まず、雰囲気制御装置２によ
り、チャンバ１内が所定の雰囲気に制御される。そし
て、材料１２を爪１１に保持させ、支持部駆動装置１０
ｂにより支持部１０を上昇させる。これにより、材料１
２を保持した爪１１が下中心電極４ｃの中心の穴を通っ
て上中心電極４ａと下中心電極４ｃとの中間に移動され
る。そこで、位置制御装置９により、上中心電極４ａお
よび上外部４分極リング電極４ｂに−ｘｋｖの電圧を印
加し、下中心電極４ｃおよび下外部４分極リング電極４
ｄに０ｋｖの電圧を印加する。この状態を数秒間維持
し、材料１２に＋の電荷を溜める。その後、押し出し棒
駆動装置１０ｃにより、押し出し棒１０ａを上昇させ
る。これにより、爪１１が押し出し棒１０ｂにより押し
開かれ、爪１１による材料１２の保持が解除される。こ
の時、＋に帯電されている材料１２は−極となっている
上中心電極４ａおよび上外部４分極リング電極４ｂ側に
引き寄せられ、上方向（上中心電極４ａおよび上外部４
分極リング電極４ｂ側）に浮遊を始める。そして、材料
１２が上中心電極４ａと下中心電極４ｃとの中央まで上
昇すれば、電極４ａ〜４ｃを同電位とする。これによ
り、材料１２の上方への浮遊がなくなり、材料１２は上
中心電極４ａと下中心電極４ｃとの中央に保持される。

【０００７】そして、位置検出用光源５ｂから光５ｃが
材料１２に照射され、材料１２に照射された光５ｃが位
置検出装置５の位置検出用撮像装置５ａに受光され、位
置検出装置５がカメラ（位置検出用撮像装置）５ａの受
光信号に基づいて電極４ａ〜４ｄで囲まれた空間の中心
に対する材料１２の位置ずれ量を算出する。位置制御装
置９では、位置検出装置５からの位置ずれ量に基づく出
力信号に対応して各電極４ａ〜４ｄに供給する電圧を決
定して印加し、これにより材料１２が電極４ａ〜４ｄで
囲まれた空間の中心に一致するように、１０台の電極電
圧制御装置が制御される。つまり、材料１２が上中心電
極４ａに近寄っている場合には、上中心電極４ａの電位
を下中心電極４ｃに対して＋の電位とする。これによ
り、＋に帯電している材料１２と上中心電極４ａとの間
に反発力が発生し、材料１２は上中心電極４ａから遠ざ
かる。また、材料１２が下中心電極４ｃに近寄っている
場合には、下中心電極４ｃの電位を上中心電極４ａに対
して＋の電位とする。これにより、＋に帯電している材
料１２と下中心電極４ｃとの間に反発力が発生し、材料
１２は下中心電極４ｃから遠ざかる。また、材料１２が
電極４ａ〜４ｄで囲まれた空間の中心に対して右側に寄
っている場合には、上中心電極４ａ、上外部４分極リン
グ電極４ｂの左側の２枚の電極、下中心電極４ｃおよび
下外部４分極リング電極４ｄの左側の２枚の電極を同電
位とし、上外部４分極リング電極４ｂの右側の２枚の電
極と下外部４分極リング電極４ｄの右側の２枚の電極と
の電位を他の電極に対して＋の電位とし、材料１２を反
発力により電極４ａ〜４ｄで囲まれた空間の中心に押し
戻す。さらに、材料１２が電極４ａ〜４ｄで囲まれた空
間の中心に対して左側に寄っている場合には、上中心電
極４ａ、上外部４分極リング電極４ｂの右側の２枚の電
極、下中心電極４ｃおよび下外部４分極リング電極４ｄ
の右側の２枚の電極を同電位とし、上外部４分極リング
電極４ｂの左側の２枚の電極と下外部４分極リング電極
４ｄの左側の２枚の電極との電位を他の電極に対して＋
の電位とし、材料１２を反発力により電極４ａ〜４ｄで
囲まれた空間の中心に押し戻す。このようにして、位置
検出装置５および位置制御装置９は、材料１２の位置ず
れがなくなるように上述の制御を繰り返し行い、材料１
２が電極４ａ〜４ｄで囲まれた空間の中心近傍に位置さ
れるように制御する。

【０００８】材料１２の位置が電極４ａ〜４ｄで囲まれ
た空間の中心近傍に制御された後、紫外線源３から紫外
線３ａを窓１ａを介して材料１２に照射し、材料１２の
帯電量を補給する。ついで、加熱用レ−ザ６からレ−ザ
光６ａを窓１ａを介して材料１２に照射し、材料１２を
加熱溶融する。そして、材料１２の加熱溶融過程がビデ
オ観察装置８により録画され、材料１２から放射される
波長７ａが放熱温度計７で測定され、材料１２の温度と
して記録される。このようにしてビデオ観察装置８で録
画された材料１２の加熱溶融過程の映像や放熱温度計７
で測定された材料１２の温度は、実験の結果できた材料
の成分評価に使用される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電浮遊炉は、
材料１２の位置を制御するために１０枚の電極４ａ〜４
ｄが必要となり、さらに電極４ａ〜４ｄのそれぞれの電
圧を独立に制御する必要があるため、位置制御装置９を
構成する電極電圧制御装置が１０台必要となり、装置の
小型化が図れないという課題があった。この種の静電浮
遊炉は、将来国際宇宙ステ−ションの日本モジュ−ル
（JAPAN EXPERIMENT MODULE(JEM)）への搭載されること
になっており、JEM内の限られたスペ−スに搭載できる
ように省スペ−ス化が望まれている。

【００１０】また、材料１２を交換する場合には、チャ
ンバ１の蓋１ｂをその都度開閉する必要があるため、開
閉毎即ち実験毎にチャンバ１内の雰囲気を１気圧に戻
し、チャンバ１の蓋１ｂを開き、材料１２を交換してか
ら再び蓋１ｂを閉じ、内部の雰囲気を次の実験条件に合
わせて加圧又は真空引きするという作業を行うことにな
り、実験毎の準備作業時間がかかり、操作性が悪いとい
う問題があった。

【００１１】また、材料１２を保持するための複数本の
爪１１が固定されているため、実験環境の外乱に応じて
爪１１の保持力を変えることができず、保持力を高める
ために爪１１の本数を多くしておくと、材料１２の回り
を多くの爪１１が覆うため、外乱が少ないにもかかわら
ず位置制御に必要な初期の帯電量が得られにくいという
問題があった。

【００１２】また、一般的に、この種の静電浮遊炉で
は、平行平板電極の対向する上下電極の間隔（対向電極
間隔）が小さいほど、材料に作用する力が大きくなるの
で、材料の浮遊領域を確保しつつ、平行平板電極の対向
電極間隔をできるだけ狭く設定することが望ましいとさ
れている。このため、平行平板電極の対向電極間隔は、
通常、材料直径が２ｍｍ程度の場合は約１０ｍｍ、材料
直径が１０ｍｍ程度の場合は約２０ｍｍが大体の目安と
されている。したがって、材料サイズが変更される場合
には、材料の浮遊領域の大きさや形状を変える必要があ
る。ところが、従来の静電浮遊炉は、材料サイズが変更
される場合には、その都度平行平板電極の対向電極間隔
を再設定する必要があり、この作業のために静電浮遊炉
をその都度分解して作業しなければならず、その作業に
多くの時間を割かなければならないという問題があっ
た。

【００１３】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、請求項１および２記載の発明
は、材料の位置を制御する電極数を削減し、電極電圧制
御装置の台数の削減を図り、省スペ−ス化を実現した静
電浮遊炉を提供することを目的とする。また、請求項３
〜６記載の発明は、材料交換作業の時間短縮を実現した
静電浮遊炉を提供することを目的とするものである。ま
た、請求項７〜１１記載の発明は、材料サイズが変更さ
れる場合において、平行平板電極の対向電極間隔を変更
する作業の工数低減を実現した静電浮遊炉を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、帯電させた材料を静電界に
よりチャンバ内空中に浮かせるようにした静電浮遊炉に
おいて、前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配
設されるとともに、それぞれが３枚の扇型分割電極に構
成され、帯電している前記材料を静電力による反発力で
前記チャンバ内に浮かせるための電界を発生する上部お
よび下部電極と、前記上部および下部電極を構成する全
ての構成電極部に印加する電圧を制御し、帯電している
前記材料に作用する静電界を制御することによって前記
材料の浮遊位置を制御する位置制御装置とを備えている
ものである。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、帯電させた
材料を静電界によりチャンバ内空中に浮かせるようにし
た静電浮遊炉において、前記チャンバ内に上下方向に相
対して平行に配設されるとともに、一方が３枚の扇型分
割電極に構成され、他方が1枚の円盤状電極に構成さ
れ、帯電している前記材料を静電力による反発力で前記
チャンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および
下部電極と、前記上部および下部電極を構成する全ての
構成電極部に印加する電圧を制御し、帯電している前記
材料に作用する静電界を制御することによって前記材料
の浮遊位置を制御する位置制御装置とを備えているもの
である。

【００１６】また、請求項３記載の発明は、材料を保持
するための複数の爪を持った材料保持機構を複数個装着
した円柱型テーブルを前記チャンバ内に有する材料放出
装置をさらに備えているものである。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、前記材料保
持機構を複数個装着した円柱型テーブルは、回転可能と
され、実験毎に回転されて前記材料保持機構に保持され
た状態で材料の交換を行えるように構成されているもの
である。

【００１８】また、請求項５記載の発明は、請求項３記
載の発明において、前記材料を保持するための複数の爪
は、脱着可能に取り付けられているものである。

【００１９】また、請求項６記載の発明は、請求項３記
載の発明において、前記材料保持機構は、前記爪を開い
たときに材料を爪から強制的に解放するための押し出し
棒を備えているものである。

【００２０】また、請求項７記載の発明は、材料製造を
行うための容器であるチャンバと、前記チャンバ内に上
下方向に相対して平行に配設され、帯電している前記材
料を静電力による反発力で前記チャンバ内に浮かせるた
めの電界を発生する上部および下部電極と、材料の一方
側に位置検出用光源を配置し、その反対側に位置検出用
撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前記位置検出
用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置に材料の影
を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置を検出する
位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号に基
づき前記上部および下部電極を構成する全ての構成電極
部に印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に作
用する静電界を制御することによって前記材料の浮遊位
置を制御する位置制御装置と、前記上部電極と下部電極
との対向する電極間に形成される浮遊領域に前記材料を
放出する駆動機構を有する材料放出装置とを備えた静電
浮遊炉であって、前記上部および下部電極は、上下平行
に配置された絶縁体からなる一対の電極保持担体に保持
され、この一対の電極保持担体が支持部材により一体化
されて着脱自在に前記チャンバに取り付けられているも
のである。

【００２１】また、請求項８記載の発明は、材料製造を
行うための容器であるチャンバと、前記チャンバ内に上
下方向に相対して平行に配設され、帯電している前記材
料を静電力による反発力で前記チャンバ内に浮かせるた
めの電界を発生する上部および下部電極と、材料の一方
側に位置検出用光源を配置し、その反対側に位置検出用
撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前記位置検出
用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置に材料の影
を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置を検出する
位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号に基
づき前記上部および下部電極を構成する全ての構成電極
部に印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に作
用する静電界を制御することによって前記材料の浮遊位
置を制御する位置制御装置と、前記上部電極と下部電極
との対向する電極間に形成される浮遊領域に前記材料を
放出する駆動機構を有する材料放出装置とを備えた静電
浮遊炉であって、前記上部および下部電極は、上下平行
に配置された絶縁体からなる一対の電極保持担体に保持
され、この一対の電極保持担体が支持部材により一体化
されて着脱自在に前記チャンバに取り付けられ、さら
に、前記上部および下部電極は複数の電極に分割され、
この隣接する分割電極の間の前記電極保持担体の絶縁部
が２本以上の凹溝により形成されているものである。

【００２２】また、請求項９記載の発明は、材料製造を
行うための容器であるチャンバと、前記チャンバ内に上
下方向に相対して平行に配設され、帯電している前記材
料を静電力による反発力で前記チャンバ内に浮かせるた
めの電界を発生する上部および下部電極と、材料の一方
側に位置検出用光源を配置し、その反対側に位置検出用
撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前記位置検出
用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置に材料の影
を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置を検出する
位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号に基
づき前記上部および下部電極を構成する全ての構成電極
部に印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に作
用する静電界を制御することによって前記材料の浮遊位
置を制御する位置制御装置と、前記上部電極と下部電極
との対向する電極間に形成される浮遊領域に前記材料を
放出する駆動機構を有する材料放出装置とを備えた静電
浮遊炉であって、前記上部および下部電極は、対向する
電極の間隔が外部から操作する調整機構により任意に変
更可能とされているものである。

【００２３】また、請求項１０記載の発明は、請求項７
〜９記載の発明において、前記位置検出装置は、外部操
作で前記位置検出用撮像装置の計測領域を任意の倍率で
拡大または縮小できるズ−ム機能を持った光学系を有し
ているものである。

【００２４】また、請求項１１記載の発明は、材料製造
を行うための容器であるチャンバと、前記チャンバ内に
上下方向に相対して平行に配設され、帯電している前記
材料を静電力による反発力で前記チャンバ内に浮かせる
ための電界を発生する上部および下部電極と、材料の一
方側に位置検出用光源を配置し、その反対側に位置検出
用撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前記位置検
出用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置に材料の
影を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置を検出す
る位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号に
基づき前記上部および下部電極を構成する全ての構成電
極部に印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に
作用する静電界を制御することによって前記材料の浮遊
位置を制御する位置制御装置と、前記上部電極と下部電
極との対向する電極間に形成される浮遊領域に前記材料
を放出する駆動機構を有する材料放出装置とを備えた静
電浮遊炉であって、前記チャンバは、前記上部および下
部電極および前記材料放出装置を取り付けた内チャンバ
と、この内チャンバを外側から保護する外チャンバとの
二重構造に形成され、この内チャンバは、前記上部およ
び下部電極、前記位置検出装置および前記材料放出装置
を取り付けた状態のまま前記外チャンバに対し着脱自在
に取り付けられているものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る静
電浮遊炉の構成を示す模式図である。なお、図中、図２
９に示される従来の静電浮遊炉と同一または相当部分に
は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２６】図１において、上部電極１３と下部電極１
４とはチャンバ１内に相対して互いに平行に配設され、
平行平板電極を構成している。上部電極１３は、リング
状の平板電極を３分割してなる３つの上部扇型電極１３
ａ〜１３ｃから構成されている。また、下部電極１４
は、リング状平板電極を３分割してなる３つの下部扇型
電極１４ａ〜１４ｃから構成されている。そして、上部
扇型電極１３ａ〜１３ｃと下部扇型電極１４ａ〜１４ｃ
とは互いに同じ形状に形成され、相対して配置されてい
る。また、位置制御装置１５は、電極の数に対応した６
台の電極電圧制御装置を有し、上部扇型電極１３ａ〜１
３ｃおよび下部扇型電極１４ａ〜１４ｃのそれぞれの電
圧を制御するように、チャンバ１の外部に配設されてい
る。なお、他の構成は従来の静電浮遊炉と同様に構成さ
れている。

【００２７】ついで、このように構成された静電浮遊炉
の無重力における動作について説明する。まず、雰囲気
制御装置２により、チャンバ１内が所定の雰囲気に制御
される。そして、材料１２を爪１１に保持させ、支持部
駆動装置１０ｂにより支持部１０を上昇させる。これに
より、材料１２を保持した爪１１が下部電極１４の中心
の穴を通って上部電極１３と下部電極１４との中間に移
動される。そこで、位置制御装置１５により、上部電極
１３に−ｘｋｖの電圧を印加し、下部電極１４に０ｋｖ
の電圧を印加する。この状態を数秒間維持し、材料１２
に＋の電荷を溜める。その後、押し出し棒駆動装置１０
ｃにより、押し出し棒１０ａを上昇させる。これによ
り、爪１１が押し出し棒１０ｂにより押し開かれ、爪１
１による材料１２の保持が解除される。この時、＋に帯
電されている材料１２は−極となっている上部電極１３
側に引き寄せられ、上方向（上部電極１３側）に浮遊を
始める。そして、材料１２が上部電極１３と下部電極１
４との中央まで上昇すれば、上部電極１３と下部電極１
４とを同電位とする。これにより、材料１２の上方への
浮遊がなくなり、材料１２は上部電極１３と下部電極１
４との中央に保持される。

【００２８】そして、位置検出用光源５ｂから光５ｃが
材料１２に照射され、材料１２に照射された光５ｃが位
置検出装置５の位置検出用撮像装置（カメラ）５ａに受
光され、位置検出装置５がカメラの受光信号に基づいて
上部および下部電極１３、１４で囲まれた空間の中心に
対する材料１２の位置ずれ量を算出する。位置制御装置
１５は、位置検出装置５からの位置ずれ量に基づく出力
信号を受けて各電極に供給する電圧を決定して、各電極
にこの電圧を印加し、これにより材料１２が上部および
下部電極１３、１４で囲まれた空間の中心に一致するよ
うに制御される。つまり、材料１２が上部電極１３に近
寄っている場合には、上部電極１３の電位を下部電極１
４に対して＋の電位とする。これにより、＋に帯電して
いる材料１２と上部電極１３との間に反発力が発生し、
材料１２は上部電極１３から遠ざかる。また、材料１２
が下部電極１４に近寄っている場合には、下部電極１４
の電位を上部電極１３に対して＋の電位とする。これに
より、＋に帯電している材料１２と下部電極１４との間
に反発力が発生し、材料１２は下部電極１４から遠ざか
る。また、材料１２が上部および下部電極１３、１４で
囲まれた空間の中心に対して水平方向の一つの電極側に
寄っている場合には、この材料１２を上下方向で挟む上
部扇型電極と下部扇型電極とを他の扇型電極に対して＋
の電位とし、材料１２を反発力により上部および下部電
極１３、１４で囲まれた空間の中心に押し戻す。例え
ば、材料１２が上部扇型電極１３ａと下部扇型電極１４
ａとで囲まれた空間側にずれた場合、上部扇型電極１３
ｂ、１３ｃおよび下部扇型電極１４ｂ、１４ｃを同電位
とし、上部および下部扇型電極１３ａ、１４ａの電位を
上部および下部扇型電極１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４
ｃに対して＋の電位とし、材料１２を反発力により上部
および下部電極１３、１４で囲まれた空間の中心に押し
戻す。このようにして、位置検出装置５および位置制御
装置１５は、材料１２の位置ずれがなくなるように上述
の制御を繰り返し行い、材料１２が上部および下部電極
１３、１４で囲まれた空間の中心近傍に位置されるよう
に制御する。

【００２９】材料１２の位置が上部および下部電極１
３、１４で囲まれた空間の中心近傍に制御された後、紫
外線源３から紫外線３ａを窓１ａを介して材料１２に照
射し、材料１２の帯電量を補給する。ついで、加熱用レ
−ザ６からレ−ザ光６ａを窓１ａを介して材料１２に照
射し、材料１２を加熱溶融する。そして、材料１２の加
熱溶融過程がビデオ観察装置８により録画され、材料１
２から放射される波長７ａが放熱温度計７で測定され、
材料１２の温度として記録される。このようにしてビデ
オ観察装置８で録画された材料１２の加熱溶融過程の映
像や放熱温度計７で測定された材料１２の温度は、実験
の結果できた材料の成分評価に使用される。

【００３０】このように、この実施の形態１によれば、
材料１２の位置制御を行う平行平板電極が３つの上部扇
型電極１３ａ〜１３ｃからなる上部電極１３と３つの下
部扇型電極１４ａ〜１４ｃからなる下部電極１４とから
構成されているので、６台の電極電圧装置を備えた位置
制御装置１５で材料１２の位置を制御することができ
る。そこで、従来の静電浮遊炉に比べて、位置制御装置
１５の電極電圧制御装置の容量を３／５に縮小すること
ができ、静電浮遊炉の設置スペ−スの省スペ−ス化が図
られる。その結果、ＪＥＭ内の限られたスペ−スに搭載
できる静電浮遊炉が得られる。

【００３１】ここで、上記実施の形態１では、宇宙ステ
−ションにおいて静電浮遊炉を使用することを想定して
説明しているが、地上において静電浮遊炉を使用するこ
ともできることは言うまでもないことである。この場
合、材料１２には重力が作用していることから、＋に帯
電された材料１２を上部および下部電極１３、１４で囲
まれた空間の中心近傍に保持するためには、上部及び下
部電極１３、１４間に所定の電圧を印加し、材料１２の
重力による下降を防ぐための電界を発生させておくこと
になる。そして、材料１２の位置ずれが位置検出装置５
により検出された場合には、位置制御装置１５により、
制御対象となる構成電極部に印加されている電圧を＋側
にシフトさせて材料１２との間に反発力を発生させ、材
料１２を押し戻すようにすればよい。

【００３２】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２に係る静電浮遊炉の構成を示す模式図である。図２
において、下部電極１６は上部電極１３と同等の外径を
有し、かつ、中心に材料挿入用の穴を有する円盤状の平
板電極に形成され、チャンバ１内に上部電極１３と相対
して互いに平行に配設され、平行平板電極を構成してい
る。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成さ
れている。

【００３３】ついで、このように構成された静電浮遊炉
の無重力における動作について説明する。この実施の形
態２においても、材料１２を保持した爪１１が下部電極
１６の中心の穴を通って上部電極１３と下部電極１６と
の中間に移動される。そこで、位置制御装置１５によ
り、上部電極１３に−ｘｋｖの電圧を印加し、下部電極
１６に０ｋｖの電圧を印加し、材料１２に＋の電荷を溜
める。その後、爪１１による材料１２の保持が解除さ
れ、＋に帯電されている材料１２は−極となっている上
部電極１３側に引き寄せられる。そして、材料１２が上
部電極１３と下部電極１６との中央まで上昇すれば、上
部電極１３と下部電極１６とを同電位とし、材料１２を
上部電極１３と下部電極１６との中央に保持する。

【００３４】そして、位置検出用光源５ｂから光５ｃが
材料１２に照射され、材料１２に照射された光５ｃが位
置検出装置５のカメラ５ａに受光され、位置検出装置５
がカメラ５ａの受光信号に基づいて上部および下部電極
１３、１６で囲まれた空間の中心に対する材料１２の位
置ずれを算出する。位置制御装置１５は、位置検出装置
５からの位置ずれ量に基づいた出力信号に対応して各電
極に供給する電圧を決定してこの電圧を印加し、これに
より材料１２が上部および下部電極１３、１６で囲まれ
た空間の中心に一致するように制御される。つまり、材
料１２が上部電極１３に近寄っている場合には、上部電
極１３の電位を下部電極１６に対して＋の電位とする。
これにより、＋に帯電している材料１２と上部電極１３
との間に反発力が発生し、材料１２は上部電極１３から
遠ざかる。また、材料１２が下部電極１６に近寄ってい
る場合には、下部電極１６の電位を上部電極１３に対し
て＋の電位とする。これにより、＋に帯電している材料
１２と下部電極１６との間に反発力が発生し、材料１２
は下部電極１６から遠ざかる。また、材料１２が上部お
よび下部電極１３、１６で囲まれた空間の中心に対して
水平方向の一方向側に寄っている場合には、材料１２の
上部に位置する上部扇型電極を他の電極に対して＋の電
位とし、材料１２を反発力により上部および下部電極１
３、１６で囲まれた空間の中心に押し戻す。例えば、材
料１２が上部扇型電極１３ａの下部に位置する場合、上
部扇型電極１３ｂ、１３ｃおよび下部電極１６を同電位
とし、上部扇型電極１３ａの電位を上部扇型電極１３
ｂ、１３ｃおよび下部電極１６に対して＋の電位とし、
材料１２を反発力により上部および下部電極１３、１６
で囲まれた空間の中心に押し戻す。このようにして、位
置検出装置５および位置制御装置１５は、材料１２の位
置ずれがなくなるように上述の制御を繰り返し行い、材
料１２が上部および下部電極１３、１６で囲まれた空間
の中心近傍に位置されるように制御する。

【００３５】このように、この実施の形態２によれば、
材料１２の位置制御を行う平行平板電極が３つの上部扇
型電極１３ａ〜１３ｃからなる上部電極１３と１つの円
盤状の平板電極からなる下部電極１６とから構成されて
いるので、４台の電極電圧制御装置を持った位置制御装
置１５により材料１２の位置を制御することができる。
そこで、従来の静電浮遊炉に比べて、位置制御装置１５
の電極電圧制御装置の容量を２／５に縮小することがで
き、静電浮遊炉の設置スペ−スのさらなる省スペ−ス化
が図られる。その結果、ＪＥＭ内の限られたスペ−スに
搭載できる静電浮遊炉が得られる。なお、この実施の形
態２による静電浮遊炉においては、下部電極１６が１枚
の平板電極に形成されているので、下中心電極４ｃと下
外部４分極リング電極４ｄとから構成される従来の静電
浮遊炉の下部電極で作られる静電力に比べて材料１２の
水平方向の制御力が小さくなるが、材料１２の位置変動
が少ない場合には、十分な位置制御力が得られる。

【００３６】ここで、上記実施の形態２では、３つの上
部扇型電極１３ａ〜１３ｃからなる上部電極１３と１つ
の平板電極からなる下部電極１６とから平行平板電極を
構成するものとしているが、上部電極を１つの平板電極
で構成し、下部電極を３つの扇型電極で構成しても、同
様の効果が得られる。

【００３７】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３に係る静電浮遊炉の構成を示す模式図である。図３
において、上部電極１７はチャンバ１内に下部電極１６
と相対して互いに平行に配設され、平行平板電極を構成
している。そして、上部電極１７は、下部電極１６と同
等の外径を有する円盤状の平板電極を４分割してなる４
つの上部扇型電極１７ａ〜１７ｄから構成されている。
ここで、上部扇型電極１７ａ〜１７ｄおよび下部電極１
６が構成電極部である。なお、他の構成は上記実施の形
態２と同様に構成されている。

【００３８】ついで、このように構成された静電浮遊炉
の無重力における動作について説明する。この実施の形
態３においても、材料１２を保持した爪１１が下部電極
１６の中心の穴を通って上部電極１７と下部電極１６と
の中間に移動される。そこで、位置制御装置１５によ
り、上部電極１７に−ｘｋｖの電圧を印加し、下部電極
１６に０ｋｖの電圧を印加し、材料１２に＋の電荷を溜
める。その後、爪１１による材料１２の保持が解除さ
れ、＋に帯電されている材料１２は−極となっている上
部電極１７側に引き寄せられる。そして、材料１２が上
部電極１７と下部電極１６との中央まで上昇すれば、上
部電極１７と下部電極１６とを同電位とし、材料１２を
上部電極１７と下部電極１６との中央に保持する。

【００３９】そして、位置検出用光源５ｂから光５ｃが
材料１２に照射され、材料１２に照射された光５ｃが位
置検出装置５のカメラ５ａに受光され、位置検出装置５
がカメラ５ａの受光信号に基づいて上部および下部電極
１７、１６で囲まれた空間の中心に対する材料１２の位
置ずれ量を算出する。この位置ずれ量に基づいて各構成
電極部に供給する電圧を決定する。位置制御装置１５
は、位置検出装置５からのこの位置ずれ量に基づく出力
信号に対応して各電極に供給する電圧を決定してこの電
圧を印加し、これにより材料１２が上部および下部電極
１７、１６で囲まれた空間の中心に一致するように制御
される。つまり、材料１２が上部電極１７に近寄ってい
る場合には、上部電極１７の電位を下部電極１６に対し
て＋の電位とする。これにより、＋に帯電している材料
１２と上部電極１７との間に反発力が発生し、材料１２
は上部電極１７から遠ざかる。また、材料１２が下部電
極１６に近寄っている場合には、下部電極１６の電位を
上部電極１７に対して＋の電位とする。これにより、＋
に帯電している材料１２と下部電極１６との間に反発力
が発生し、材料１２は下部電極１６から遠ざかる。ま
た、材料１２が上部および下部電極１７、１６で囲まれ
た空間の中心に対して水平方向の一側に寄っている場合
には、材料１２の上部側に位置する上部扇型電極を他の
電極に対して＋の電位とし、材料１２を反発力により上
部および下部電極１７、１６で囲まれた空間の中心に押
し戻す。例えば、材料１２が上部扇型電極１７ａの下部
側に位置する場合、上部扇型電極１７ｂ、１７ｃ、１７
ｄおよび下部電極１６を同電位とし、上部扇型電極１７
ａの電位を上部扇型電極１７ｂ、１７ｃ、１７ｄおよび
下部電極１６に対して＋の電位とし、材料１２を反発力
により上部および下部電極１７、１６で囲まれた空間の
中心に押し戻す。このようにして、位置検出装置５およ
び位置制御装置１５は、材料１２の位置ずれがなくなる
ように上述の制御を繰り返し行い、材料１２が上部およ
び下部電極１７、１６で囲まれた空間の中心近傍に位置
されるように制御する。

【００４０】このように、この実施の形態３によれば、
材料１２の位置制御を行う平行平板電極が４つの上部扇
型電極１７ａ〜１７ｄからなる上部電極１７と１つの平
板電極からなる下部電極１６とから構成されているの
で、５台の電極電圧制御装置を持った位置制御装置１５
で材料１２の位置を制御することができる。そこで、従
来の静電浮遊炉に比べて、位置制御装置１５の電極電圧
制御装置の容量を１／２に縮小することができ、静電浮
遊炉の設置スペ−スの省スペ−ス化が図られる。その結
果、ＪＥＭ内の限られたスペ−スに搭載できる静電浮遊
炉が得られる。なお、この実施の形態３による静電浮遊
炉においては、下部電極１６が１枚の平板電極に形成さ
れているので、下中心電極４ｃと下外部４分極リング電
極４ｄとから構成される従来の静電浮遊炉の下部電極で
作られる静電力に比べて材料１２の水平方向の制御力が
小さくなるが、材料１２の位置変動が少ない場合には、
十分な位置制御力が得られる。

【００４１】ここで、上記実施の形態３では、４つの上
部扇型電極１７ａ〜１７ｄからなる上部電極１７と１つ
の平板電極からなる下部電極１６とから平行平板電極を
構成するものとしているが、上部電極を１つの平板電極
で構成し、下部電極を４つの扇型電極で構成しても、同
様の効果が得られる。

【００４２】なお、上記各実施の形態では、対象の構成
電極部を他の構成電極部に対して＋の電位にするように
電圧を制御して材料１２の位置ずれを制御するものとし
ているが、本発明は、この電圧制御方法に限定されるも
のではなく、＋に帯電されている材料１２と対象の構成
電極部との間に反発力を発生させるように構成電極部に
印加する電圧を制御するものであればよい。また、材料
１２が回転しているような場合には、上部電極と下部電
極とに与える電圧を位相差を付けて変えることにより、
材料１２の回りの電界強度を垂直方向に回転させて材料
１２の回転方向と逆向きの静電力を発生させ、材料１２
の回転を制御することもできる。

【００４３】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４に係る静電浮遊炉の構成を示す模式図である。図４
において、上部電極１７は下部電極１８と相対して互い
に平行に配設され、平行平板電極を構成している。そし
て、前記図１に示した実施の形態１では、上部電極１３
および下部電極１４がそれぞれ３つの扇形電極１３ａ〜
１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ〜構成されていたのに対し、こ
の実施の形態４では、上部電極１７および下部電極１８
は、それぞれ同等の外径を有する円盤状の平行電極を４
分割してなる４つの上部扇型電極１７ａ〜１７ｄおよび
４つの下部扇型電極１８ａ〜１８ｄから構成されてい
る。なお、他の構成は前記実施の形態１と同様に構成さ
れている。

【００４４】ついで、このように構成された静電浮遊炉
の無重力における動作について説明する。この実施の形
態４においても、材料１２を保持した爪１１が下部電極
１８の中心の穴を通って上部電極１７と下部電極１８と
の中間に移動される。そこで、位置制御装置１５によ
り、上部電極１７に−ｘｋｖの電圧を印加し、下部電極
１８に０ｋｖの電圧を印加する。この状態を数秒間維持
し、材料１２に＋の電荷を溜める。その後、爪１１によ
る材料１２の保持が解除され、＋に帯電されている材料
１２は−極となっている上部電極１７側に引き寄せられ
る。そして、材料１２が上部電極１７と下部電極１８と
の中央まで上昇すれば、上部電極１７と下部電極１８と
を同電位とする。これにより、材料１２の上方への浮遊
がなくなり、材料１２は上部電極１７と下部電極１８と
の中央に保持される。

【００４５】そして、位置検出用光源５ｂから光５ｃが
材料１２に照射され、材料１２に照射された光５ｃが位
置検出装置５のカメラ５ａに受光され、位置検出装置５
がカメラ５ａの受光信号に基づいて上部および下部電極
１７、１８で囲まれた空間の中心に対する材料１２の位
置ずれ量を算出する。位置制御装置１５は、位置検出装
置５からの位置ずれ量に基づく出力信号を受けて各電極
に供給する電圧を決定して、各電極にこの電圧を印加
し、これにより材料１２が上部および下部電極１７、１
８で囲まれた空間の中心に一致するように制御される。
つまり、材料１２が上部電極１７に近寄っている場合に
は、上部電極１７の電位を下部電極１８に対して＋の電
位とする。これにより、＋に帯電している材料１２と上
部電極１７との間に反発力が発生し、材料１２は上部電
極１７から遠ざかる。また、材料１２が下部電極１８に
近寄っている場合には、下部電極１８の電位を上部電極
１７に対して＋の電位とする。これにより、＋に帯電し
ている材料１２と下部電極１８との間に反発力が発生
し、材料１２は下部電極１８から遠ざかる。また、材料
１２が上部および下部電極１７、１８で囲まれた空間の
中心に対して水平方向の一つの電極側に寄っている場合
には、この材料１２を上下方向で挟む上部扇型電極と下
部扇型電極とを他の扇型電極に対して＋の電位とし、材
料１２を反発力により上部および下部電極１７、１８で
囲まれた空間の中心に押し戻す。例えば、材料１２が上
部扇型電極１７ａと下部扇型電極１８ａとで囲まれた空
間側にずれた場合、上部扇型電極１７ｂ〜１７ｄおよび
下部扇型電極１８ｂ〜１８ｄを同電位とし、上部および
下部扇型電極１７ａ、１８ａの電位を上部および下部扇
型電極１７ｂ〜１７ｄ、１８ｂ〜１８ｄに対して＋の電
位とし、材料１２を反発力により上部および下部電極１
７、１８で囲まれた空間の中心に押し戻す。このように
して、位置検出装置５および位置制御装置１５は、材料
１２の位置ずれがなくなるように上述の制御を繰り返し
行い、材料１２が上部および下部電極１７、１８で囲ま
れた空間の中心近傍に位置されるように制御する。

【００４６】このように、この実施の形態４によれば、
材料１２の位置制御を行う平行平板電極が４つの上部扇
型電極１７ａ〜１７ｄからなる上部電極１７と４つの下
部扇型電極１８ａ〜１８ｄからなる下部電極１８とから
構成されているので、８台の電極電圧装置を備えた位置
制御装置１５で材料１２の位置を制御することができ
る。そこで、従来の静電浮遊炉に比べて、位置制御装置
１５の電極電圧制御装置の容量を４／５に縮小すること
ができ、静電浮遊炉の設置スペ−スの省スペ−ス化が図
られる。その結果、ＪＥＭ内の限られたスペ−スに搭載
できる静電浮遊炉が得られる。なお、この実施の形態４
による静電浮遊炉においては、上部電極１７および下部
電極１８がそれぞれ４枚の平板電極に形成されているの
で、省スペース化の割合が前記実施の形態１〜３に比し
少なくなるが、上部電極１７および下部電極１８はそれ
ぞれ４分極リング電極１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄ
から構成されているので、従来の静電浮遊炉と同程度の
十分な位置制御力が得られる。

【００４７】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５に係る静電浮遊炉の構成を示す模式図であって、主
に材料放出装置周りを示す。図５において、３４は、支
持部１０、押し出し棒１０ａ、材料１２を保持する爪１
１を持った材料保持機構を円柱型テーブル３４ａの外周
面に所定ピッチで設けた材料放出装置である。また、こ
の材料放出装置３４において、３５は材料保持機構をテ
ーブル３４ａの外周面に取り付けるための取り付け治
具、３６は材料保持機構をテーブル３４ａ外周面で上下
動させるためのガイドレール、３８はテーブル３４ａを
回転させるための回転駆動装置で、実験ごとにテーブル
３４ａを所定ピッチ回転させて材料保持機構を上部電極
１７の中央の穴の上に移動可能としている。３９は、上
部電極１７の中央の穴の上に移動された材料保持機構
を、この穴を通して上部電極１７と下部電極１８との間
に移動させ、材料１２を放出後、この材料保持機構を再
び初期の位置（上部電極１７の中央の穴の上）まで戻す
ための上下移動装置である。なお、材料保持機構の上下
移動距離は例えばモータのｏｎ／ｏｆｆ時間の設定によ
る。４０は押し出し棒１０ａを上下に移動させて爪１１
を開閉させるための押し出し棒上下移動装置である。な
お、その他の構成は実施の形態４と同一である。

【００４８】ついでこのように構成された静電浮遊炉の
材料交換装置の動作について説明する。上記のように構
成された静電浮遊炉の制御装置においては、１実験終了
後に材料交換回転装置３８が材料放出装置３４のテーブ
ル３４ａを所定のピッチ数だけ回転させ、上部電極１７
の中心の穴の上に次の材料保持機構を移動させ、上下移
動装置３９の駆動よってこの材料保持機構を上部電極１
７と下部電極１８との間の所定位置へと移動させ、その
結果として材料１２を上部電極１７と下部電極１８との
間の所定位置へと移動させ、その後、押し出し棒上下移
動装置４０を駆動することによって爪１１を押し開き、
材料１２を解放する。そして、実験終了後は上部電極１
７と下部電極１８とに加えていた電圧を切ることによっ
て、材料保持機構（材料１２）の位置制御をやめ、材料
１２をチャンバ１の下方向へ落下させ、また、材料交換
回転装置３８により材料放出装置３４のテーブル３４ａ
を所定のピッチ数だけ回転させて、新しい材料１２を放
出する手順が順次行われる。

【００４９】このように、この実施の形態５によれば、
従来のように、１実験毎にチャンバ１の蓋１ｂを開けて
材料１２を充填する必要が無く、連続して複数の実験を
順次行うことができる。

【００５０】実施の形態６．図６および図７は実施の形
態６に係る材料保持機構の構成説明図であり、図７は図
６の材料保持機構において２本の爪を取り付けた状態を
示した図である。図６において、４１は支持部１０に対
して取り付け取り外しが可能な爪、４２は爪４１を支持
部１０に対して取り付け取り外し可能とするネジであ
る。その他の構成は実施の形態５と同一である。

【００５１】このように実施の形態６によれば、支持部
１０にネジ４２で取付けられる爪４１の本数を、輸送時
や実験時の振動条件が大きい場合には４本、小さい場合
には２本というように振動条件に応じて容易に変えるこ
とができる。また、材料１２の初期帯電量を大きくする
ためには紫外線源３の紫外線３ａが材料１２により多く
照射されることが望ましいので、材料１２の種類によっ
て紫外線３ａをより多く照射したい場合であって、かつ
振動条件が厳しくない場合には、支持部１０にネジ４２
で取り付ける爪４１の本数を少なく、例えば２本という
具合に、任意に設定することができる。

【００５２】実施の形態７．図８はこの発明の実施の形
態７に係る押し出し棒を備えた材料放出装置の構成説明
図であり、図９は、図８材料放出装置において、押し出
し棒により爪を押し開いた状態を説明する図面である。
図８および図９において、４３は開放した爪１１から離
れない材料１２に対して直接材料１２を押し出すための
突起を持った突起付き押し出し棒である。なお、この突
起付き押し出し棒４３以外は実施の形態６と同一であ
る。

【００５３】このように実施の形態７によれば、従来の
ように押し出し棒１０ａで爪１１を開いただけでは材料
１２の表面の帯電の偏りにより爪１１から離れない材料
１２に対して、押し出し棒の先端部に設けた突起により
直接材料１２を押し出すことによって、材料１２を確実
に放出することができる。また、材料１２が爪１１から
離れたかどうかは、ビデオ観察装置８により目視で確認
することもできるが、事前実験により材料１２の特性か
ら離れない可能性がある場合には、予め実験結果に基づ
き押し出し棒２３の移動ステップ量を初期設定させおく
ことにより、常に一定手順で確実に材料１２を放出する
ことができる。

【００５４】実施の形態８．次に、実施の形態８につい
て図１０〜図１３に基づき説明する。図１０はこの発明
の実施形態８に係る静電浮遊炉の概略構成を説明するた
めの側面模式図であり、図１１はこの静電浮遊炉の概略
構成を説明するための平面図であり、図１２は平行平板
電極の取り付け部の平面説明図であり、図１３は電極保
持担体における隣接する電極間の絶縁構造説明図であ
る。

【００５５】この実施の形態８に係る静電浮遊炉は、図
１および図２に示すように、材料の製造を行うための容
器であるチャンバ１０１、浮遊領域Ｔに電界を発生させ
て材料Ｓを浮遊領域Ｔに浮遊させるための平行平板電極
１０４、材料Ｓの浮遊位置を検出する位置検出装置１０
５、材料Ｓの浮遊位置を制御する位置制御装置１０８、
材料Ｓを浮遊領域Ｔに放出するための材料放出装置１０
９、材料Ｓの状態を観察するための観察装置１２１、材
料Ｓを帯電させる紫外線源１２０、材料Ｓを溶融する加
熱用光源１１９などから構成されている。

【００５６】チャンバ１０１は、図１１に示されるよう
に、水平断面が略円形となるように形成されており、そ
の周囲には１２個の窓１１６が設けられている。平行平
板電極１０４は、図１０に示すように、上部電極１０４
ａと下部電極１０４ｂとを浮遊領域Ｔに面して上下に対
向して配置したもので、上部電極１０４ａおよび下部電
極１０４ｂはそれぞれ４枚の扇形電極からなり、上下に
対向して配置された４対の電極として構成されている。
また、この平行平板電極１０４の上部電極１０４ａおよ
び下部電極１０４ｂは、上部電極保持担体１１１ａおよ
び下部電極保持担体１１１ｂに埋め込まれて固定されて
いる。また、この上部および下部電極保持担体１１１
ａ、１１１ｂは固定軸１１０によりその位置が固定さ
れ、対向電極間隔（対向する上部電極１０４ａと下部電
極１０４ｂとの間隔）が所定寸法に保持されている。こ
のようにセットされた平行平板電極１０４は、対向電極
間隔の異なるものが複数種類用意されており、材料Ｓの
サイズに適合する対向電極間隔のものを選んで取り替え
できるように、チャンバ１０１に取り付けられている。

【００５７】位置検出装置１０５は、図１１に示すごと
く、直交する２方向から材料Ｓの位置を計測できるよう
に、４個の窓１１６を利用して２組配置されている。す
なわち、この位置検出装置１０５は、一つの窓１１６に
面してＣＣＤカメラ等の位置検出用撮像装置１０６を配
置し、この窓１１６と対称的な位置の窓１１６に面して
位置検出用光源１０７が配置されている。これにより、
この位置検出用光源１０７から光を材料Ｓに当てて材料
Ｓの影を位置検出用撮像装置１０６に投影し、この位置
検出用撮像装置１０６においてその影を結像して電気信
号に変換し、この電気信号を図示しない画像処理回路に
より画像処理するなどして、材料Ｓの３軸の浮遊位置の
座標が検出され把握される。

【００５８】位置制御装置１０８は、位置検出装置１０
５が材料Ｓの位置に基づき出力する位置信号に対応して
平行平板電極１０４の電位を変化させて静電気力を制御
することにより材料Ｓの位置を制御している。材料放出
装置１０９は、材料Ｓを把持する爪１０９ａ、この爪１
０９ａを開閉させる押し出し棒１０９ｂ、この押し出し
棒１０９ｂを駆動させるモータ１０９ｃを備えている。
また、材料放出装置１０９は、チャンバ１０１が所定の
雰囲気に制御され、また、浮遊領域Ｔに所定の電界が発
生するように平行平板電極１０４の電圧が調整されてい
る状態において、材料Ｓを把持して平行平板電極１０４
の近傍に保持し、その保持状態において材料Ｓを帯電さ
せて放出する構成となっている。

【００５９】観察装置１２１は、材料Ｓの形状の変化、
移動の状態等を観察するものであって、３個の窓１１６
を利用して、観察に必要な可視光を発光する観察用光源
１２２、この観察用光源１２２の光線による材料表面で
の反射光を捉えることのできる位置に配設された可視Ｃ
ＣＤカメラ１２６および観察用光源１２２に対向する位
置に配設された観察用機器１２３を備えている。これに
より、可視ＣＣＤカメラ１２６から送られてくる映像を
観察すると共に、観察用光源１２２からの光を材料Ｓに
当て、変化する材料Ｓの形状の影を観察用機器１２３に
投影、または、影を含む光を入力し、これにより得られ
る情報をコンピュータ処理して、材料Ｓの物性を測定し
ている。

【００６０】加熱用光源１１９は、それぞれ加熱レーザ
から構成され、４個の窓１１６に面して配置されて材料
Ｓの加熱を行う。紫外線源１２０は、１個の窓に面して
配置されており、材料放出装置１０９から浮遊領域Ｔに
放出された材料Ｓに対し紫外線を照射し、材料Ｓから光
電子を放出させて材料Ｓを帯電させる。

【００６１】次に、上部および下部電極保持担体１１１
ａ、１１１ｂに上部電極１０４ａ、下部電極１０４ｂを
固定する部分の詳細構造を図１２に基づき説明する。こ
の図１２は、下部電極１０４ｂを下部電極保持担体１１
１ｂに固定する部分の平面を表している。４枚の扇形電
極からなる下部電極１０４ｂは、絶縁体からなる下部電
極保持担体１１１ｂに埋め込まれている。また、絶縁部
１１２ａが、隣接する下部電極１０４ｂ間に形成され、
隣接する下部電極１０４ｂ間の沿面距離を確保し、隣接
する下部電極１０４ｂ間の放電を防止している。また、
溝１１２ｂが、扇形の下部電極１０４ｂの円弧状外周縁
の部分に形成され、下部電極１０４ｂを下部電極保持担
体１１１ｂヘ埋め込む際の遊びとなっている。さらに、
穴１１３が下部電極保持担体１１１ｂの中央部に形成さ
れ、材料放出装置１０９の材料把持部がこの穴１１３か
ら浮遊領域Ｔに挿入され、材料Ｓを浮遊領域Ｔに放出で
きるように構成されている。なお、地上実験時には、平
行平板電極１０４に±２０ｋＶが印加されるが、位置制
御装置１０８の制御ソフトからの制限により、隣接する
下部電極１０４ｂ間には最大±１０ｋＶの電圧差が発生
する。上部電極１０４ａを上部電極保持担体１１１ａに
固定する部分の構造は、ここではその説明を省略する
が、この下部電極１０４ｂの固定構造と同様である。

【００６２】次に、図１３を参照して、隣接する下部電
極１０４ｂ間の絶縁部１１２ａの構造についてさらに詳
細に説明する。図１３（ａ）は、本実施の形態８の絶縁
部１１２ａの断面を示す。絶縁部１１２ａは、下部電極
１０４ｂ間に２本の幅広の溝が形成され、さらに、この
２本の幅広の溝の間に、４本の幅狭の溝が形成されてい
る。図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は、この本実施の
形態に係る図１３（ａ）との比較を行う比較例を示す。
図１３（ｂ）の絶縁部１１２ａｂは、下部電極１０４ｂ
間に１本の溝が形成されたものである。また、図１３
（ｃ）の絶縁部１１２ａｃは、下部電極１０４ｂ間に溝
がなく、単に、絶縁体が平面的に加工されただけの構造
のものである。これら絶縁部１１２ａ、１１２ａｂ、１
１２ａｃの放電現象を、大気中での条件の下で行った実
験結果により比較すると、放電現象が物質の面に沿って
発生することから、隣接する電極間に必要な距離は次の
ようになった。図１３（ｃ）に記載の絶縁部１１２ａｃ
は、最も放電しやすく、少なくとも４０ｍｍ必要であつ
た。また、図１３（ｂ）に記載の絶縁部１１２ａｂは、
溝が１本あることにより、図１３（ｃ）に記載の絶縁部
１１２ａｃに比し沿面距離が増えているため、約２０ｍ
ｍとなった。これら比較例に対し、本実施の形態に係る
図１３（ａ）に記載の絶縁部１１２ａは、複数本（この
場合６本）の溝が電極間に形成されていることにより、
沿面距離が上記比較例に比べて大幅に増大しており、約
１０ｍｍあれば十分であることが分かった。なお、隣接
する上部電極１０４ａ間の絶縁部の構造についても、上
記絶縁部１１２ａと同様である。

【００６３】実施の形態８は、上記のように構成されて
いるので、次の様な作用効果を奏する。一般の静電浮遊
装置と同様に、位置検出装置１０５では、浮遊領域Ｔに
放出された材料Ｓに位置検出用光源１０７からの光を当
てて、その影を位置検出用撮像装置１０６に投影し、こ
の投影を基に材料Ｓの位置が検出される。そして、位置
制御装置１０８により、平行平板電極１０４の電圧を制
御することにより材料Ｓの浮遊位置が検出されて所定位
置に保持される。これにより、無接触状態で４個の加熱
用光源１１９により材料Ｓを加熱、溶融などの処理を行
うことができる。また、観察装置１２１では、可視ＣＣ
Ｄカメラ１２６により、材料Ｓの形状の変化、移動の状
態等を映像として観察することができ、さらに、観察用
機器１２３に材料Ｓの状態変化を投影し、この投影を基
に材料Ｓの物性を測定することができる。

【００６４】また、この実施の形態８においては、材料
サイズが変更された場合は、変更された材料サイズに適
合する対向電極間隔を持つようにセットされた平行平板
電極１０４に交換すればよく、この場合には上部電極１
０４ａと下部電極１０４ｂとの対向電極間隔を再調整す
る必要がない。このため、材料Ｓの交換作業は極めて迅
速に行うことができる。また、上部および下部電極保持
担体１１１ａ、１１１ｂにおける隣接する電極１０４ａ
または１０４ｂ間の部分には、複数の溝を設けた絶縁部
１１２ａが形成されているため、絶縁部１１２ａの幅寸
法を小さくすることができ、平行平板電極１０４の外形
寸法を小型化することができる。

【００６５】なお、図１３（ａ）の例では、絶縁部１１
２ａの溝の数が６個の場合を示したが、この溝の数は、
隣接する電極間距離と絶縁体の加工性、耐放電特性、最
大電圧幅を考慮して溝の数を設定すればよく、２〜８本
程度の間であれば、同等の効果を奏することができる。
また、図１３（ａ）の例では、溝の幅が不均等な場合を
示したが、均等な幅でも同等の効果を奏することは明ら
かである。また、隣接する電極間距離は、チャンバ内の
ガス圧、ガスの種類によって放電限界値が変動するた
め、上記の例における電極間距離は、あくまでも大気成
分、大気圧の条件の下での実験結果に過ぎない。

【００６６】実施の形態９．次に、実施の形態９につい
て、図１４および図１５に基づき説明する。この実施の
形態９は、上部電極１０４ａ、下部電極１０４ｂ間の対
向電極間隔を調整機構により調整可能としたものであ
る。なお、図１０ないし図１３に記載の実施の形態８に
おける構成要素と同一のものには同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００６７】図１４および図１５は、この調整機構の構
成説明図であって、図１４は側面説明図、図１５は平面
説明図である。これら図面に示されるように、厚肉円盤
状のベースプレート１３１上に円筒状の支持部材１３４
が取り付けられている。また、この支持部材１３４は、
上方に内フランジ部を備えており、この内フランジ部と
ベースプレート１３１との間に３本のガイド軸１３３が
固定されている。また、平面におけるガイド軸１３３の
間において、ベースプレート１３１に対し調整軸１３０
が回転自在に立設されている。そして、上部および下部
電極保持担体１１１ａ、１１１ｂは、それぞれこの３本
の調整軸１３０に３箇所で螺合することにより、支持部
材１３４の内側の空間部において、上下に適宜の間隔を
おいて位置するように保持されている。また、前記ガイ
ド軸１３３は、平面における調整軸１３０間の位置にお
いて上部および下部電極保持担体１１１ａ、１１１ｂを
上下スライド自在に貫通しており、上部および下部電極
保持担体１１１ａ、１１１ｂの回転を防止すると共に、
上部および下部電極保持担体１１１ａ、１１１ｂの上下
動を容易にしている。また、この上部および下部電極保
持担体１１１ａ、１１１ｂは、前記実施の形態８の場合
と同様に、平行平板電極１０４を構成する上部電極１０
４ａ、下部電極１０４ｂを保持している。

【００６８】上部および下部電極保持担体１１１ａ、１
１１ｂと調整軸１３０との螺合については、上部電極保
持担体１１１ａと調整軸１３０との螺合が右ネジであ
り、下部電極保持担体１１１ｂと調整軸１３０との螺合
が左ネジである。また、３本の調整軸１３０は、動力伝
達機構により１個のモータ１３９と連結され、このモー
タ１３９の駆動により同時に回転するように構成されて
いる。この動力伝達機構は、回転リング１４０とベルト
あるいはチェーン１３８により構成されている。平行平
板電極１０４の対向電極間隔の調整機構は、このように
構成されており次の様に作動する。モータ１３９を駆動
して３本の調整軸１３０を同時に左回転させると、上部
電極保持担体１１１ａが上がって下部電極保持担体１１
１ｂが下がり、平行平板電極１０４の対向電極間隔が広
がる。逆に、モータ１３９を逆方向に駆動して３本の調
整軸１３０を同時に右回転させると、上部電極保持担体
１１１ａが下がって下部電極保持担体１１１ｂが上が
り、平行平板電極１０４の対向電極間隔が狭まる。

【００６９】また、上部および下部電極保持担体１１１
ａ、１１１ｂにおけるガイド軸１３３の貫通部には、ス
ライド軸受け１３７が取り付けられているので、上記の
ように上部および下部電極保持担体１１１ａ、１１１ｂ
を上下にスライドさせても、上部および下部電極保持担
体１１１ａ、１１１ｂが振動したり、揺れたりすること
がない。また、上部および下部電極保持担体１１１ａ、
１１１ｂの外周側面と円筒状の支持部材１３４の内周と
の間、および上部および下部電極保持担体１１１ａ、１
１１ｂにおけるガイド軸１３３の貫通部には、それぞれ
Ｏリング１３６ａ、１３６ｂが取り付けられているの
で、浮遊領域Ｔの気密性が保持される。

【００７０】実施の形態９は、以上のごとく構成されて
いるので、材料サイズが変更される場合、外部からの操
作によりモータ１３９を駆動して調整軸１３０を右また
は左に回転させることにより、上部電極１０４ａ、下部
電極１０４ｂの対向電極間隔を材料サイズに合わせて任
意に変更することができる。また、この変更作業は、外
部からの操作によりモータ１３９を駆動して行うので、
平行平板電極１０４の対向電極間隔の調整作業を容易に
自動化したり、遠隔操作を可能としたりすることができ
る。

【００７１】なお、図１４および図１５の例では、調整
軸１３０と上部および下部電極保持担体１１１ａ、１１
１ｂとの螺合を、上側を右ネジ、下側を左ネジとしたが
これを逆にしてもよく、この場合モータ１３９を上記と
は逆方向に回転駆動することにより、同様の効果が得ら
れることは明らかである。また、調整軸１３０、ガイド
軸１３３はそれぞれ３本の例を示したが、設置場所の余
裕、効果を考慮して２〜５本とすればよく、また、この
範囲であれば、同等の効果を奏することができる。

【００７２】実施の形態１０．次に、図１６に基づき、
本発明の実施の形態１０について説明する。この実施の
形態１０は、位置検出装置１０５の光学系の視野を平行
平板電極１０４の電極間隔の変更に合わせて調整可能と
したものである。なお、図１０ないし図１３に記載の実
施の形態８における構成要素と同一のものには同一の符
号を付し、その説明を省略する。

【００７３】図１６において、１０５ａは位置検出装置
用の光学系であり、この鏡筒はズームレンズを含んでい
る。また、１０５ｂはこの光学系１０５ａを駆動するた
めのモータである。そして、平行平板電極１０４の上下
電極間隔の変更時に、モータ１０５ｂを駆動して対向電
極間隔に合わせて位置検出用撮像装置１０６の視野を広
げたり、狭めたりする機能を持たせる。また、ズームレ
ンズのレンズ構成を、平行平板電極１０４の最小の対向
電極間隔から最大の対向電極間隔までを視野に入れるこ
とができる倍率にしている。

【００７４】このように、本実施の形態１０の構成とす
れば、平行平板電極１０４の対向電極間隔を変更した場
合にも、外部からの操作によりモータ１０５ｂを駆動し
て、光学系１０５ａを調整操作すればよく、従来のよう
な固定光学系を再調整する手間に比較し大幅に作業工数
を低減することができる。

【００７５】実施の形態１１．次に、実施の形態１１に
ついて図１７および図１８に基づき説明する。実施の形
態１１は、チャンバ１０１を内外二重構造とし、材料サ
イズの変更時に、平行平板電極１０４を内チャンバごと
交換するようにして作業工数の低減を図ったものであ
る。なお、図１０ないし図１３に記載の実施の形態８に
おける構成要素と同一のものには同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００７６】図１７および図１８は、本発明の実施の形
態１１に係るチャンバの構造説明図である。これら図に
おいて、１５０は内チャンバ、１５１は外チャンバであ
る。図１７は、外チャンバ１５１に内チャンバ１５０を
取り付けた状態の説明図であり、図１８は、内チャンバ
１５０を外チャンバ１５１から取り外した状態における
内チャンバ１５０単独の説明図である。

【００７７】図１８に示されているように、内チャンバ
１５０には、平行平板電極１０４の上部電極１０４ａ、
下部電極１０４ｂを取り付けた上部および下部電極保持
担体１１１ａ、１１１ｂおよび材料放出装置１０９が収
納され取り付けられている。また、内チャンバ１５０
は、図示しないが固定ネジ等により外チャンバ１５１に
着脱自在に取り付けられており、平行平板電極１０４お
よび材料放出装置１０９を取り付けた状態で外チャンバ
１５１から着脱可能とされている。なお、１５２、１５
３は窓ガラスである。なお、これら図面には材料Ｓを加
熱する加熱用光源１１９、紫外線源１２０、位置検出装
置１０５、位置制御装置１０８などが図示されていない
が、前記実施の形態８の例に従い適宜の位置に取り付け
られている。

【００７８】実施の形態１１は、このように構成されて
いるため、内チャンバ１５０に平行平板電極１０４およ
び材料放出装置１０９を取り付けた状態で、内チャンバ
１５０を取り外して交換することができる。このため、
材料Ｓの交換と同時に必ず平行平板電極１０４も交換さ
れる、すなわち、平行平板電極１０４の汚染が肉眼で認
識できない場合であっても平行平板電極１０４が交換さ
れることになる。このため、材料Ｓの汚染防止の観点か
らは、常に望ましい状況が実現できる。また、内チャン
バ１５０交換作業は、固定ネジを取り外せばよく、従来
のチャンバ内の平行平板電極１０４を取り外す交換作業
に比し単純化され、その作業時間が大幅に削減される。

【００７９】実施の形態１２．次に、実施の形態１２に
ついて図１９〜図２１に基づき説明する。実施の形態１
２は、実施の形態８および９における材料Ｓの交換作業
を容易化したもので、着脱自在の蓋部を備えた密閉容器
内に材料放出装置を取り付けて材料カートリッジを構成
し、材料Ｓをこの材料カートリッジごと交換可能とし、
材料交換工数を低減したものである。なお、前記実施の
形態８および９における構成要素と同一のものには同一
の符号を付し、その説明を省略する。

【００８０】図１９は、この実施の形態１２に係る材料
カートリッジの構造を示す説明図である。この図に示す
ように、材料カートリッジ１６０は、箱型の容器部１６
１と、蓋部１６２と、１個の材料Ｓを装着した材料放出
装置１０９とから構成されている。また、大気における
水分や有機成分からの影響を回避するために、容器部１
６１と蓋部１６２との間にＯリング１６３が介在され密
閉容器に形成されている。したがって、この材料カート
リッジ１６０の内部を密閉状にすることができるので、
材料Ｓを装着する段階で所定のガス雰囲気、例えば、窒
素ガス等の不活性ガス雰囲気にすることができる。そし
て、このように構成された材料カートリッジ１６０は、
実験の都度チャンバ１０１内に装着される。

【００８１】図２０は、材料カートリッジ１６０のチャ
ンバ１０１内ヘの装着、または取り出しについての説明
図である。材料カートリッジ１６０をチャンバ１０１へ
装着するときは、チャンバ１０１のアクセス用扉１６４
を開け、材料カートリッジ１６０をステージ１６５上の
所定の搬入位置に載せる。次に、扉１６４を閉め、チャ
ンバ１０１内を所定のガス雰囲気に置換した後、材料カ
ートリッジ１６０の蓋部１６２を開放する（開放する具
体的構成については説明を省略する）。その後、モータ
駆動される調整軸１６６によりステージ１６５を上昇さ
せ、開放された材料カートリッジ１６０の容器部１６１
の上面を、チャンバ１０１内上方に位置する電極部１６
７のベースプレート１６８の下面に密着させる。図２０
はこの位置での状態を示す。このとき、必要であれば、
電極部１６７内と材料カートリッジ１６０内を再度実験
雰囲気用のガスに置換して、実験を行う。

【００８２】次に、実験が終了した後、再びモータ駆動
の調整軸１６６によりステージ１６５を下降させ、当初
の所定の搬入位置に戻した後蓋部１６２を閉める。チャ
ンバ１０１内のガス圧を大気圧に戻してから、扉１６４
を開け、材料カートリッジ１６０を取り出す。この実施
の形態１２では以上の如く構成されているので、材料Ｓ
を回収したり装着したりする作業時間が短縮される。ま
た、材料Ｓ毎に実験雰囲気が設定されるため、材料Ｓ間
の汚染を回避することができる。

【００８３】また、上記材料カートリッジ１６０は、図
２１に示す材料カートリッジ自動交換装置により交換す
ることもできる。この材料カートリッジ自動交換装置
は、本発明の実施の形態８および９に係る実施の形態１
２の一つであり、特に上記図１９および２０により説明
した実施の形態１２の場合に適用できるものである。図
２１は、材料カートリッジ自動交換装置の概略構成説明
図である。この図において、１７１は材料カートリッジ
収納庫、１７２は材料カートリッジ自動交換装置、１７
３はカートリッジ搬送アームであって、この材料カート
リッジ自動交換装置１７２は次の様に機能する。

【００８４】材料カートリッジ収納庫１７１内に納めら
れている材料カートリッジ１６０を、アーム１７３に載
せ、チャンバ１０１内まで搬送する。破線部のアーム１
７３は搬送後を示している。チャンバ１０１の扉（図２
０における１６４）を開き、チャンバ１０１内部のステ
ージ１６５（所定の搬入位置）に材料カートリッジ１６
０を載せる。実験終了後にチャンバ１０１の扉を開き、
当初の所定の搬入位置に戻された（つまり、ステージ１
６５上に載っている）材料カートリッジ１６０をアーム
１７３に載せ、材料カートリッジ収納庫１７１まで搬送
し、材料カートリッジ収納庫１７１内へ納める。このよ
うな材料カートリッジ自動交換装置１７２を用いること
により、材料Ｓの交換作業に要する作業時間がより一層
短縮される。なお、このような材料カートリッジ自動交
換装置は、上記のようなものに限られず、材料カートリ
ッジ収納庫１７１とチャンバ１０１との間を自動で搬送
できるものであれば他のものでも良い。

【００８５】実施の形態１３．次に、実施の形態１３に
ついて図２２〜図２７に基づき説明する。この実施の形
態１３は、前記図１０〜図１３に示される実施の形態８
における位置検出装置および観測装置を改良したもので
ある。なお、これら図においては、図１０〜図１３に示
される実施の形態８と同一または相当部分には同一の符
号を付し、その説明を簡略化または省略する。

【００８６】図２２はこの発明の実施の形態１３に係る
静電浮遊炉の概略構成の説明する側面図であり、前記図
１０に対応する。また、図２３は同じくこの静電浮遊炉
の概略構成を説明する平面図であり、前記図１１に対応
する。さらに、図２４は位置検出装置および観察装置の
光学系の説明図であり、図２５は位置検出用撮像装置の
画面を四角形に４分割する方式の説明図であり、図２６
は位置検出用撮像装置の画面を同心円状に４分割する方
式の説明図であり、図２７は位置検出装置における位置
検出用撮像装置の焦点位置の説明図である。

【００８７】図２２および図２３に示されるように、位
置検出用撮像装置１０６の前方の窓１１６との間には、
赤外領域の光をカットするホットミラー１１７および紫
外線領域の光をカットし、位置検出用光源１０７の波長
周辺の光のみを通過させるバンドパスフィルタ１１８が
それぞれ設けられており、位置検出用光源１０７以外の
波長の光が位置検出用撮像装置１０６に入らないように
構成されている。

【００８８】また、観察装置１２１は、可視ＣＣＤカメ
ラ１２６および観察用機器１２３の前方の窓１１６との
間に、赤外領域の光をカットするホットミラー１２４
と、紫外線領域の光をカットし観察用光源１２２の波長
周辺の光のみを通過させるバンドパスフィルタ１２５と
が設けられており、観察用光源１２２以外の波長の光が
観察用機器１２３に入らないように構成されている。

【００８９】次に、位置検出装置１０５および観察装置
１２１の光学系について、図２３におけるこれら部分を
拡大抽出して図示した図２４によりさらに具体的に説明
する。なお、図２４は、括弧内に観察装置１２１の機器
の符号を示し、括弧の外には位置検出装置１０５および
その他の構成機器の符号を示すことにより、位置検出装
置１０５の光学系を説明する図と、観察装置１２１の光
学系を説明する図を兼用している。この図２４にも示す
如く、位置検出装置１０５の光学系にはホットミラー１
１７とバンドパスフィルタ１１８が用いられ、観察装置
１２１の光学系にはホットミラー１２４とバンドパスフ
ィルタ１２５が用いられている。また、位置検出用光源
１０７としては例えば５３２ｎｍの緑色光源を用い、観
察用光源１２２としては例えば４３０ｎｍの青色レーザ
を用い、加熱用光源として例えば８００ｎｍ付近の長波
長成分を用いる。このように構成されることにより、位
置検出装置１０５および観察装置１２１では、ホットミ
ラー１１７および１２４により加熱用光源の８００ｎｍ
付近の長波長成分が除去される。また、位置検出装置１
０５ではバンドパスフィルタ１１８により位置検出用光
源１０７に使用した５３２ｎｍの波長周辺（±約５ｎ
ｍ）の光を通すようにし、観察装置１２１ではバンドパ
スフィルタ１２５により観察用光源１２２に使用した４
３０ｎｍの波長周辺（±約５ｎｍ）の光を通すようにし
ている。

【００９０】なお、位置検出用光源１０７および観察用
光源１２２の使用波長は任意であり、加熱用光源１１
９、紫外線源１２０などチャンバ１０１内に照射される
光源に使用される他の波長とは異なる波長の光源を用
い、選定した位置検出用光源１０７および観察用光源１
２２の波長の光を通すバンドパスフィルタ１１８、１２
５を位置検出用撮像装置１０６および観察用機器１２３
の前に設置する。このように構成することにより、位置
検出装置１０５および観察装置１２１には、それぞれの
光源１０７、１２２の波長の光のみが入射され、材料Ｓ
の形状を誤認識させる余分な光の入射を除去することが
できる。

【００９１】次に、観察用機器１２３による物性測定に
ついて説明する。観察用機器１２３として、例えばＣＣ
Ｄカメラを用い、浮遊状態の材料Ｓの形状をＣＣＤ素子
面上にほぼいっぱいに投影する光学系を設定する。そし
て、このＣＣＤカメラで取得した材料Ｓの影から加熱溶
融前後および途中の材料Ｓの直径を測定し、その値より
材料Ｓの体積を計算する。一方、材料Ｓの質量を実験の
前後に測定し、この質量を前述の計算した体積で割るこ
とにより、材料Ｓのそのときの密度を算出することがで
きる。また、各温度での材料Ｓの体積を算出し、体積の
温度依存性を算出し、各温度の熱膨張率を求めることが
できる。なお、この目的のためには、材料Ｓの影を正確
に検知する必要があり、前述の如く、観察用光源１２２
以外の光が観察用機器１２３に入射することを防止する
必要がある。

【００９２】次に、観察用機器１２３の他の例として、
フォトディテクタを用いた例について説明する。観察用
機器１２３を、スリットを通して材料Ｓの影を含む光を
フォトディテクタに入力する構成とする。このように構
成することにより、位置制御電界の変調を利用して材料
Ｓに力を加えて材料Ｓを変形させるような場合に、フォ
トディテクタに入力する光量の変化から材料Ｓの変形度
合いを計測することができる。なお、この目的のために
も、材料Ｓの影とその周辺の光量を明確に計測しなけれ
ばならず、観察用光源１２２以外の光がフォトディテク
タに入射することを防止する必要がある。

【００９３】また、この実施の形態１３においては、位
置検出用撮像装置１０６への材料Ｓの影を明確にするた
めに、位置検出用撮像装置１０６の画面における明暗を
２値化して識別している。なお、２値化するための閾値
を位置検出用撮像装置１０６の画面全体において一律に
すると、位置検出用光源１０７に明るさにむらがある場
合、閥値の設定によっては、実際には材料Ｓの影が投影
されているにもかかわらず「明」と判断されて影が欠け
てしまったり、その逆に影が膨らんでしまったりする個
所が発生することがある。こうなると、材料Ｓの形状を
正確に検知できないばかりか、材料Ｓの浮遊位置を正確
に計測できなくなり、ひいては材料Ｓの浮遊位置の制御
ができなくなるという問題点が発生する。

【００９４】このため実施の形態１３では、位置検出用
撮像装置１０６を高速ＣＣＤカメラとし、その画面を４
分割している。図２５は、位置検出用撮像装置１０６の
画面を四角形に分割した例である。位置検出用撮像装置
１０６の明るさの階調は２５６であり、閾値を例えば１
２０と設定すると、１２０より下の階調のピクセルで
は、暗と判定し画面では暗く表示される。この図２５で
は、位置検出用撮像装置１０６の画面を４分割し、それ
ぞれの分割画面１８１ないし１８４毎に位置検出用光源
１０７の明るさに対応した閾値を独自に設定している。
このようにすると、位置検出用光源１０７の明るさにむ
らがあっても、画面の場所により位置検出用光源１０７
に応じた明暗の判定を適切に行うことができる。

【００９５】これをより具体例で説明すると、分割画面
１８１の材料Ｓがない場合の光量を２５６とし、分割画
面１８４の材料Ｓがない場合の光量を２００とする。材
料Ｓとして、形状および寸法が明確な標準材料が置かれ
た場合、影の中央部は光の屈折などの影響を受けないの
で、位置検出用撮像装置１０６の検知（階調）は０とな
るが、材料Ｓの周辺部については、屈折の影響によりあ
る程度の明るさを検知することになる。この明るさを初
期光量の約半分程度の光量とすると、分割画面１８１で
は１２８、分割画面１８４では１００となり、閾値を同
一の１２０と設定した場合には、分割画面１８１では
明、分割画面１８４では暗と判断され、位置検出用撮像
装置１０６の画面内で、影として出たり出てこなかった
りすることが起こり、材料の正確な形状を把握できなく
なってしまう。

【００９６】そこで、この４分割方式では、標準材料の
形状および寸法が正確に反映されるように、それぞれの
分割画面の閾値を設定し、この不具合を防止している。
すなわち、分割画面１８１では閾値を例えば１５０、分
割画面１８４では閾値を例えば１１７とすれば、材料Ｓ
の輪郭を正確に画面上で把握することが可能となる。ま
た、このように位置検出用撮像装置１０６の画面を分割
してそれぞれの分割画面毎に閾値を設定した方式であれ
ば、この静電浮遊装置を輸送あるいはスペースシャトル
や輸送機システムに搭載して打ち上げたときに、振動な
どによって位置検出装置１０５の光軸が多少ずれること
により、位置検出用撮像装置１０６の画面内に明るさの
むらが生じた場合であっても、対応が可能となる。した
がって、実験実施時あるいは宇宙ステーションにおける
軌道上での複雑な光学調整作業を実施する必要がなくな
る。

【００９７】このような位置検出用撮像装置１０６の画
面の分割方式は、図２５のように四角形に分割するもの
に代わりに、図２６のように同心円状に４分割して、前
記分割画面１８１ないし１８４に代えて分割画面２０１
ないし２０４を形成し、上記と同様に閾値を設定しても
同様の作用効果が得られる。また、分割数の例として４
分割について説明したが、分割数は任意であり、他の分
割数であっても同等の効果を奏することができる。ただ
し、分割数が多くなれば、閾値の設定が複雑になる。ま
た、位置検出用光源１０７の明るさのむらを小さくすれ
ば、分割数を大きくする必要もなくなるので、実際的に
は２分割から８分割が適切といえる。

【００９８】また、この実施の形態１３において、位置
検出用撮像装置１０６の焦点位置は、図２７に示す電極
中心位置１１４に設定される。このようにする理由を説
明する。従来は、材料Ｓの影を捉えるという目的から、
この焦点位置についてはあまり厳格な検討がなされてい
なかった。また、位置検出用撮像装置１０６から見て、
材料Ｓは厚みがあり、形状も一定でないことから、材料
Ｓの前あるいは後ろなど適当に設定されていた。ところ
が、材料Ｓが溶解温度に達すると、雰囲気ガスが材料Ｓ
により暖められ屈折率が変化して、材料Ｓの像が変形し
てしまうという不都合の生ずることが分かった。これに
対し、位置検出用撮像装置１０６の焦点位置を材料Ｓの
位置、つまり平行平板電極１０４の中心位置にしておく
と、光路内における雰囲気ガスの屈折率の異なる領域が
最小に抑えられるため、像の変形度合いが軽減されるこ
とが分かった。この結果、位置検出用撮像装置１０６の
焦点位置を平行平板電極１０４の中心を含む平面にして
おくことにより、材料Ｓの輪郭（外周）を明確に捉える
ことができる。また、材料Ｓの浮遊位置が多少ずれて
も、光学系の被写界深度により材料Ｓの輪郭を明確に捉
えることが可能となる。

【００９９】このように構成された実施の形態１３の静
電浮遊炉は、次の様な作用効果を奏する。一般の静電浮
遊装置と同様に、位置検出装置１０５では、浮遊領域Ｔ
に放出された材料Ｓに位置検出用光源１０７からの光を
当て、その影を位置検出用撮像装置１０６に投影し、こ
の投影を基に材料Ｓの位置が検出される。そして、位置
制御装置１０８により、平行平板電極１０４の電圧を制
御することにより材料Ｓの浮遊位置が検出されて所定位
置に保持される。これにより、無接触状態で４個の加熱
用光源１１９により材料Ｓを加熱、溶融などの処理を行
うことができる。また、観察装置１２１では、可視ＣＣ
Ｄカメラ１２６により、材料Ｓの形状の変化、移動の状
態等を映像として観察することができ、さらに、観察用
機器１２３に材料Ｓの状態変化を投影し、この投影を基
に材料Ｓの物性を測定することができる。

【０１００】また、この実施の形態１３においては、位
置検出用光源１０７からの光のみをホットミラー１１
７、バンドパスフィルタ１１８を通して位置検出用撮像
装置１０６に到達させるようにしたので、加熱用光源１
１９や紫外線源１２０などの位置検出用光源１０７以外
の光が位置検出用撮像装置１０６に入射されることがな
くなる。したがって、材料Ｓの影が正確に位置検出用撮
像装置１０６に投影されずに材料Ｓの位置を正確に検出
されなくなるという異常を防止することができる。ま
た、観察用光源１２２からの光のみをホットミラー１２
４、バンドパスフィルタ１２５を通して観察用機器１２
３に到達させるようにしたので、加熱用光源１１９や紫
外線源１２０などの観察用光源１２２以外の光が観察用
機器１２３に入射されることがなくなる。したがって、
材料Ｓの影が正確に観察用機器１２３に投影されないこ
とにより材料Ｓの形状等の変化を正確に観察できなくな
るという異常を防止することができ、材料Ｓの物性等を
正確に観察することができる。

【０１０１】また、位置検出用撮像装置１０６を高速Ｃ
ＣＤカメラとし、その画面を分割し、それぞれの画面領
域１８１〜１８４または２０１〜２０４において明暗の
閾値を任意、かつ適切に設定するようにしたので、位置
検出用光源１０７の光の明るさのむらによる材料Ｓの位
置誤認を防止することができるまた、位置検出装置１０
５における位置検出用撮像装置１０６の光学系の焦点
を、電極中心位置を含む平面に設定したので、材料Ｓの
輪郭（外周）を明確に捉えることができ、材料位置が多
少ずれても、この光学系の被写界深度により材料Ｓの輪
郭を明確に捉えることが可能になる。

【０１０２】実施の形態１４．次に、実施の形態１４に
ついて、図２８に基づき説明する。この実施の形態１４
は、位置検出装置１０５の光学系にハーフミラーを用い
て光路を分割し光源を位置検出用と観察用とに兼用させ
たものである。なお、この図２８においては、図２２な
いし図２７に記載の実施の形態１３における構成要素と
同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略す
る。

【０１０３】図２８は、本発明の実施の形態１４に係る
位置検出装置１０５および観察装置１２１の光学系の構
成を示す説明図である。この実施の形態１４では、位置
検出装置１０５の光学系にハーフミラー１２８が用いら
れ、光路が分岐され、一方が位置検出用撮像装置１０６
に投影され、他方がこの位置検出用撮像装置１０６の直
交する方向かつ近傍に配置された観察用機器１２３に投
影されるように構成されている。そして、この位置検出
用光源１０７として例えば５３２ｎｍの緑色のレーザが
用いられる。また、この実施の形態１４では先の実施の
形態１３におけると同様、ホットミラー１１７により加
熱用光源１１９の８００ｎｍ付近の長波長成分が除去さ
れ、バンドパスフィルタ１１８により位置検出用光源１
０７の５３２ｎｍ付近の波長周辺（±約５ｎｍ）の光が
通過するように構成されている。このようにしてホット
ミラー１１７およびバンドパスフィルタ１１８を通過し
た５３２ｎｍ付近の材料Ｓの影を含む光は、ハーフミラ
ー１２８により分岐され、前述のように位置検出用撮像
装置１０６と観察用機器１２３の二つの機器へ入射され
る。

【０１０４】実施の形態１４は、このように構成されて
いることにより、１個の光源、例えば位置検出用光源１
０７に対して、受ける側の機器を、位置検出用撮像装置
１０６と観察用機器１２３の２個とすることができる。
したがって、位置検出装置１０５と観察装置１２１の光
源および光学系が共通化され、チャンバ１０１の周囲に
設ける窓１１６の数を少なくすることができ、さらに
は、光源の数を少なくできるという効果がある。その結
果として、静電浮遊炉の全体の大きさを小さくすること
ができる。また、この実施の形態１４においても、実施
の形態１３と同様に、位置検出用撮像装置１０６と観察
用機器１２３には予め設定された波長の光のみが入射
し、それ以外の光が入射しないので、材料Ｓの位置や形
状等の変化を誤認識させる余計な光を除去することがで
きる。なお、ここに例示した５３２ｎｍの位置検出用光
源１０７の波長は任意であり、加熱用光源１１９、紫外
線源１２０などチャンバ１０１内に照射される光源に使
用される波長と異なる波長とすればよい。

【０１０５】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。請求項
１記載の発明によれば、上下の電極構成を６枚とするこ
とができ、これら電極に電圧を供給する位置制御装置の
電極電圧制御装置の台数を６台に削減することができ
る。したがって、従来の１０枚構成と同等の制御力を確
保しつつ、設置スペ−スの省スペ−ス化を実現すること
ができる。

【０１０６】また、請求項２記載の発明によれば、上下
の電極構成を、一方を１枚とし、他方を３枚とするの
で、これら電極に電圧を供給する位置制御装置の電極電
圧制御装置の台数を４台に削減することができる。した
がって、従来の１０枚構成とに比べ水平方向の制御力が
若干弱くなるが、材料の位置変動が少ない場合には、材
料の位置を制御するに十分な制御力を確保しつつ、設置
スペ−スの省スペ−ス化を実現することができる。

【０１０７】また、請求項３記載の発明によれば、材料
を一度に複数個装填しておくことができるので、実験毎
にチャンバの蓋の開閉やチャンバ内の雰囲気を再調整す
る必要がなくなり、準備作業工数の軽減と操作性の向上
を図ることができる。

【０１０８】また、請求項４記載の発明によれば、１実
験毎に材料を充填する必要が無く、連続して複数の実験
を順次行うことができ、準備作業工数の軽減と操作性の
向上をより一層図ることができる。

【０１０９】また、請求項５記載の発明によれば、材料
を保持する爪の本数を、輸送時や実験時の振動条件に合
わせて変えることにより、実験環境の外乱に応じて材料
交換放出時の材料に対する爪の保持力を変えることがで
き、振動に対して十分な保持力を確保させることができ
る。また、材料放出後の制御に必要な初期帯電量をより
多く得る必要がある場合には、紫外線をより多く材料に
照射するために、必要に応じて爪の本数を少なく設定す
ることができる。

【０１１０】また、請求項６記載の発明によれば、爪を
開放しても爪から離れ難い材料に対して、押し出し棒に
より確実に材料を放出することができる。

【０１１１】また、請求項７記載の発明によれば、平行
平板電極は、対向する電極が平行に配置された絶縁体か
らなる一対の電極保持担体に保持され、この一対の電極
保持担体が支持部材により一体化されて着脱自在にチャ
ンバに取り付けられているので、材料のサイズが変更さ
れたときに、変更された材料サイズに適合する対向電極
間隔にセットされた平行平板電極と交換すればよく、対
向電極間隔を再調整する必要がないため、この交換作業
を極めて迅速に行うことができる。

【０１１２】また、請求項８記載の発明によれば、前記
電極保持担体における隣接する電極間の絶縁部に２本以
上の凹溝が形成されているので、電極間の沿面距離が大
きくなり、電極保持担体における隣接する電極間隔を小
さくすることができる。これにより、電極全体を小さく
することができ、静電浮遊炉の外形寸法を小さくするこ
とができる。

【０１１３】また、請求項９記載の発明によれば、前記
平行平板電極の対向電極間隔を外部から操作する調整機
構により任意に変更可能とされているので、電極間調整
作業が簡略化され、それに要する作業時間が短縮でき
る。また、この調整作業は外部操作により行うことがで
きるので、平行平板電極の対向電極間隔の調整作業を容
易に自動化したり、遠隔操作を可能にすることができ
る。

【０１１４】また、請求項１０記載の発明によれば、位
置検出装置は、外部操作で前記位置検出用撮像装置の計
測領域を任意の倍率に拡大または縮小できるズーム機能
を持った光学系を有しているので、材料のサイズ変更に
際し、平行平板電極の対向電極間隔が変更されても、そ
の間隔の変更に合わせて外部から位置検出用撮像装置の
視野を変更することができるので、従来のような固定光
学系を再調整する手間に比較し大幅に作業工数を低減す
ることができる。

【０１１５】また、請求項１１記載の発明によれば、前
記チャンバは、前記平行平板電極、前記位置検出装置お
よび前記材料放出装置を取り付けた内チャンバと、この
内チャンバを外側から保護する外チャンバとの二重構造
に形成され、この内チャンバは、前記平行平板電極およ
び前記材料放出装置を取り付けた状態のまま前記外チャ
ンバに対し着脱自在に取り付けられているので、材料サ
イズ変更時、材料交換と同時にその材料サイズにあった
対向電極間隔を有する平行平板電極と交換されるので、
平行平板電極の対向電極間隔の調整に時間を割く必要が
ない。また、材料の交換の際常に新しい電極を用いるこ
とになるので、電極汚染による材料汚染を確実に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る静電浮遊炉の
構成を示す模式図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係る静電浮遊炉の
構成を示す模式図である。

【図３】 この発明の実施の形態３に係る静電浮遊炉の
構成を示す模式図である。

【図４】 この発明の実施の形態４に係る静電浮遊炉の
構成を示す模式図である。

【図５】 この発明の実施の形態５に係る静電浮遊炉の
構成を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態６に係る材料放出装置
の構成説明図である。

【図７】 この発明の実施の形態６に係り、図６の材料
放出装置の爪を２本とした状態説明図である。

【図８】 この発明の実施の形態７に係り、押し出し棒
を備えた材料保持機構を示す構成説明図である。

【図９】 この発明の実施の形態７に係り、図８の材料
保持機構において押し出し棒により爪から材料を放出す
る状態説明図である。

【図１０】 この発明の実施の形態８に係る静電浮遊炉
の概略構成を説明するための側面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８に係る静電浮遊炉
の概略構成を説明するための平面図である。

【図１２】 この発明の実施の形態８に係る平行平板電
極取り付け部の平面説明図である。

【図１３】 この発明の実施の形態８に係る静電浮遊炉
の電極保持担体における隣接する電極間の構造説明図で
あり、（ａ）はこの発明の実施の形態８に係るものにつ
いての説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、実施の形
態８に係る図１３（ａ）のものとの比較のための例につ
いての説明図である。

【図１４】 この発明の実施の形態９に係る静電浮遊炉
の平行平板電極の対向電極間隔を調整する調整機構の側
面説明図である。

【図１５】 この発明の実施の形態９に係る静電浮遊炉
の平行平板電極の対向電極間隔を調整する調整機構の平
面説明図である。

【図１６】 この発明の実施の形態１０に係る静電浮遊
炉の位置検出装置の光学系についての構成説明図であ
る。

【図１７】 この発明の実施の形態１１に係る静電浮遊
炉のチャンバ全体についての説明図である。

【図１８】 この発明の実施の形態１１に係る静電浮遊
炉の内チャンバについての説明図である。

【図１９】 この発明の実施の形態１２に係る材料カー
トリッジ単体についての説明図である。

【図２０】 この発明の実施の形態１２に係る材料カー
トリッジの装着、取り出しについての説明図である。

【図２１】 この発明の実施の形態１２に係る材料カー
トリッジ自動交換装置についての説明図である。

【図２２】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の概略構成を説明するための側面図である。

【図２３】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の概略構成を説明するための平面図である。

【図２４】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の位置検出装置および観察装置における光学系の説明
図である。

【図２５】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の位置検出用撮像装置の画面を四角形に４分割する方
式の説明図である。

【図２６】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の位置検出用撮像装置の画面を同心円状に４分割する
方式の説明図である。

【図２７】 この発明の実施の形態１３に係る静電浮遊
炉の位置検出装置における位置検出用撮像装置の焦点位
置の説明図である。

【図２８】 この発明の実施の形態１４に係る静電浮遊
炉の位置検出装置および観察装置における光学系の説明
図である。

【図２９】 従来の静電浮遊炉の構成を示す模式図であ
る。

【図３０】 従来の静電浮遊炉における材料浮遊状態を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ チャンバ、１ｂ 蓋、２ 雰囲気制御装置、３ 紫
外線源、５ 位置検出装置、５ａ 位置検出用撮像装置
（カメラ）、６ 加熱用光源、９ 位置制御装置、１０
支持部、１０ａ 押し出し棒、１０ｂ 支持部駆動装
置、１０ｃ 押し出し棒駆動装置、１１ 爪、１２ 材
料、１３ 上部電極、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 上部扇
型電極、１４ 下部電極、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 下
部扇型電極、１５ 位置制御装置、１６ 下部電極、１
７ 上部電極、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 上部
扇型電極、１８ 下部電極、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、
１８ｄ 下部扇型電極、３４ 材料放出装置、３４ａ
円柱形テーブル、３５ 取り付け治具、３６ ガイドレ
ール、３８ 材料交換回転装置、３９ 爪上下移動装
置、４０ 棒上下移動装置、４１ 爪、４２ ネジ、４
３ 突起付き押しだし棒、１０１ チャンバ、１０４
平行平板電極、１０４ａ 上部電極、１０４ｂ下部電
極、１０５ 位置検出装置、１０５ａ （位置検出用
の）光学系、１０５ｂ モータ、１０６ 位置検出用撮
像装置、１０７ 位置検出用光源、１０８位置制御装
置、１０９ 材料放出装置、１１０ 調整軸、１１１ａ
上部電極保持担体、１１１ｂ 下部電極保持担体、１
１２ａ 絶縁部、１１４ 電極中心位置、１１６ 窓、
１１７ ホットミラー、１１８ バンドパスフィルタ、
１１９ 加熱用光源、１２０ 紫外線源、１２１ 観察
装置、１２２ 観察用光源、１２３ 観察用機器、１２
４ ホットミラー、１２５ バンドパスフィルタ、１２
６ （可視ＣＣＤ）カメラ、１２８ ハーフミラー、１
３０ 調整軸、１３３ガイド軸、１３４ 支持部材、１
３８ ベルトあるいはチェーン、１３９ モータ、１４
０ 回転リング、１５０ 内チャンバ、１５１ 外チャ
ンバ、１６０材料カートリッジ、１６１ 容器部、１６
２ 蓋部、１６４ アクセス扉、１６５ ステージ、１
６６ 調整軸、１７１ 材料カートリッジ収納庫、１７
２材料カートリッジ自動交換装置、１８１〜１８４ 分
割画面、２０１〜２０４分割画面、Ｓ 材料、Ｔ 浮遊
領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿波 祐二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 下地 治彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 福島 一彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 森田 知二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中村 富久 東京都港区浜松町二丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 唐澤 宏喜 東京都港区浜松町二丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 池田 俊民 東京都港区浜松町二丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 中村 泰 茨城県つくば市千現２丁目１番１ 宇宙開 発事業団 筑波宇宙センター内 (72)発明者 土屋 美和 茨城県つくば市千現２丁目１番１ 宇宙開 発事業団 筑波宇宙センター内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電させた材料を静電界によりチャンバ
   内空中に浮かせるようにした静電浮遊炉において、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設される
   とともに、それぞれが３枚の扇型分割電極に構成され、
   帯電している前記材料を静電力による反発力で前記チャ
   ンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および下部
   電極と、 前記上部および下部電極を構成する全ての構成電極部に
   印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に作用す
   る静電界を制御することによって前記材料の浮遊位置を
   制御する位置制御装置とを備えていることを特徴とする
   静電浮遊炉。
2. 【請求項２】 帯電させた材料を静電界によりチャンバ
   内空中に浮かせるようにした静電浮遊炉において、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設される
   とともに、一方が３枚の扇型分割電極に構成され、他方
   が1枚の円盤状電極に構成され、帯電している前記材料
   を静電力による反発力で前記チャンバ内に浮かせるため
   の電界を発生する上部および下部電極と、 前記上部および下部電極を構成する全ての構成電極部に
   印加する電圧を制御し、帯電している前記材料に作用す
   る静電界を制御することによって前記材料の浮遊位置を
   制御する位置制御装置とを備えていることを特徴とする
   静電浮遊炉。
3. 【請求項３】 材料を保持するための複数の爪を持った
   材料保持機構を複数個装着した円柱型テーブルを前記チ
   ャンバ内に有する材料放出装置をさらに備えていること
   を特徴とする請求項１または２記載の静電浮遊炉。
4. 【請求項４】 前記材料保持機構を複数個装着した円柱
   型テーブルは、回転可能とされ、実験毎に回転されて前
   記材料保持機構に保持された状態で材料の交換を行える
   ように構成されていることを特徴とする請求項３記載の
   静電浮遊炉。
5. 【請求項５】 前記材料を保持するための複数の爪は、
   脱着可能に取り付けられていることを特徴とする請求項
   ３記載の静電浮遊炉。
6. 【請求項６】 前記材料保持機構は、前記爪を開いたと
   きに材料を爪から強制的に解放するための押し出し棒を
   備えていることを特徴とする請求項３記載の静電浮遊
   炉。
7. 【請求項７】 材料製造を行うための容器であるチャン
   バと、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設され、
   帯電している前記材料を静電力による反発力で前記チャ
   ンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および下部
   電極と、 材料の一方側に位置検出用光源を配置し、その反対側に
   位置検出用撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前
   記位置検出用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置
   に材料の影を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置
   を検出する位置検出装置と、 この位置検出装置からの出力信号に基づき前記上部およ
   び下部電極を構成する全ての構成電極部に印加する電圧
   を制御し、帯電している前記材料に作用する静電界を制
   御することによって前記材料の浮遊位置を制御する位置
   制御装置と、 前記上部電極と下部電極との対向する電極間に形成され
   る浮遊領域に前記材料を放出する駆動機構を有する材料
   放出装置とを備えた静電浮遊炉であって、 前記上部および下部電極は、上下平行に配置された絶縁
   体からなる一対の電極保持担体に保持され、この一対の
   電極保持担体が支持部材により一体化されて着脱自在に
   前記チャンバに取り付けられていることを特徴とする静
   電浮遊炉。
8. 【請求項８】 材料製造を行うための容器であるチャン
   バと、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設され、
   帯電している前記材料を静電力による反発力で前記チャ
   ンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および下部
   電極と、 材料の一方側に位置検出用光源を配置し、その反対側に
   位置検出用撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前
   記位置検出用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置
   に材料の影を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置
   を検出する位置検出装置と、 この位置検出装置からの出力信号に基づき前記上部およ
   び下部電極を構成する全ての構成電極部に印加する電圧
   を制御し、帯電している前記材料に作用する静電界を制
   御することによって前記材料の浮遊位置を制御する位置
   制御装置と、 前記上部電極と下部電極との対向する電極間に形成され
   る浮遊領域に前記材料を放出する駆動機構を有する材料
   放出装置とを備えた静電浮遊炉であって、 前記上部および下部電極は、上下平行に配置された絶縁
   体からなる一対の電極保持担体に保持され、この一対の
   電極保持担体が支持部材により一体化されて着脱自在に
   前記チャンバに取り付けられ、さらに、前記上部および
   下部電極は複数の電極に分割され、この隣接する分割電
   極の間の前記電極保持担体の絶縁部が２本以上の凹溝に
   より形成されていることを特徴とする静電浮遊炉。
9. 【請求項９】 材料製造を行うための容器であるチャン
   バと、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設され、
   帯電している前記材料を静電力による反発力で前記チャ
   ンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および下部
   電極と、 材料の一方側に位置検出用光源を配置し、その反対側に
   位置検出用撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前
   記位置検出用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置
   に材料の影を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置
   を検出する位置検出装置と、 この位置検出装置からの出力信号に基づき前記上部およ
   び下部電極を構成する全ての構成電極部に印加する電圧
   を制御し、帯電している前記材料に作用する静電界を制
   御することによって前記材料の浮遊位置を制御する位置
   制御装置と、 前記上部電極と下部電極との対向する電極間に形成され
   る浮遊領域に前記材料を放出する駆動機構を有する材料
   放出装置とを備えた静電浮遊炉であって、 前記上部および下部電極は、対向する電極の間隔が外部
   から操作する調整機構により任意に変更可能とされてい
   ることを特徴とする静電浮遊炉。
10. 【請求項１０】 前記位置検出装置は、外部操作で前記
    位置検出用撮像装置の計測領域を任意の倍率で拡大また
    は縮小できるズ−ム機能を持った光学系を有しているこ
    とを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の静電
    浮遊炉。
11. 【請求項１１】 材料製造を行うための容器であるチャ
    ンバと、 前記チャンバ内に上下方向に相対して平行に配設され、
    帯電している前記材料を静電力による反発力で前記チャ
    ンバ内に浮かせるための電界を発生する上部および下部
    電極と、 材料の一方側に位置検出用光源を配置し、その反対側に
    位置検出用撮像装置を配置し、前記材料の一方向から前
    記位置検出用光源の光を当てて前記位置検出用撮像装置
    に材料の影を投影させ、この投影を基に材料の浮遊位置
    を検出する位置検出装置と、 この位置検出装置からの出力信号に基づき前記上部およ
    び下部電極を構成する全ての構成電極部に印加する電圧
    を制御し、帯電している前記材料に作用する静電界を制
    御することによって前記材料の浮遊位置を制御する位置
    制御装置と、 前記上部電極と下部電極との対向する電極間に形成され
    る浮遊領域に前記材料を放出する駆動機構を有する材料
    放出装置とを備えた静電浮遊炉であって、 前記チャンバは、前記上部および下部電極および前記材
    料放出装置を取り付けた内チャンバと、この内チャンバ
    を外側から保護する外チャンバとの二重構造に形成さ
    れ、 この内チャンバは、前記上部および下部電極、前記位置
    検出装置および前記材料放出装置を取り付けた状態のま
    ま前記外チャンバに対し着脱自在に取り付けられている
    ことを特徴とする静電浮遊炉。