JP2005274032A - 静電浮遊炉 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の静電浮遊炉は、システム全体が非常に大掛りで大きなスペースが必要であると共に、メンテナンスが煩雑であるなどの問題点があった。
【解決手段】帯電させた試料Ｐを電極間で発生する電場により浮遊状態にして加熱処理を行う静電浮遊炉であって、互いに結合する上部容器２と下部容器３とで内部を真空に排気可能な密閉容器１を形成し、上部容器２の上面側に、試料を加熱するための加熱用レーザ光Ｌが透過可能な材料から成るアクセス用窓４を設けると共に、下部容器２の内部空間に対して、試料Ｐの帯電及び浮遊した試料の制御を行うための各電極５〜９を配置することで、小型軽量化を実現すると共に、メンテナンスにも容易に対処し得るものとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にして、この試料に非接触で加熱処理を行うのに用いる静電浮遊炉に関するものである。

一般に、静電浮遊炉は、真空に排気可能な密閉空間内に、複数の電極や、外部から導入したレーザ光を試料に照射する光学系及び浮遊した試料の位置を認識するための光学系を備えており、密閉空間内を真空又は特定の気体で満たして、帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にし、この試料にレーザ光を照射してその位置を制御しつつ非接触で加熱処理するものである。

上記の静電浮遊炉には、全体のシステムとして、密閉空間内を排気する真空装置、レーザ発振器や光学経路を含む試料の加熱装置、電源である高速高電圧装置、試料の位置を認識し且つ制御する装置、密閉空間内に試料を供給し且つ同試料を回収する装置、及びカメラや照明などを含む観察装置といった各種周辺機器が用いられる。

また、この種の静電浮遊炉は、より良好な試料の加熱処理を実現するために、無重量（微小重量を含む）環境で用いるのが望ましく、無重量環境を得る手段としては、宇宙航行体や航空機への搭載、又は当該静電浮遊炉を自由落下させる落下塔が挙げられる。

ところで、上記したような静電浮遊炉を無重量環境で用いる場合、試験の早期実現、試験結果の早期の入手及び運用コストなどを考慮すると航空機への搭載が有利である。しかしながら、従来の静電浮遊炉は、各種装置とともにシステム化されていたため、航空機に搭載するものでも、システム全体が非常に大掛りで大きなスペースが必要であると共に、メンテナンスが煩雑であるなどの問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、比較的小型の航空機にも搭載し得るように小型軽量化を実現することができると共に、システム全体の小型軽量化を実現することも可能であり、メンテナンスにも容易に対処することができる静電浮遊炉を提供することを目的としている。

本発明の静電浮遊炉は、帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にして加熱処理を行う静電浮遊炉であって、互いに結合する上部容器と下部容器とで内部を真空に排気可能な密閉容器を形成し、上部容器の上面側に、試料を加熱するための加熱用レーザ光が透過可能な材料から成るアクセス用窓を設けると共に、下部容器の内部空間に対して、試料の帯電及び浮遊した試料の制御を行うための各電極を配置した構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、下部容器の内部空間は、底部側が試料の帯電領域であると共に、帯電領域の上側が浮遊した試料の制御領域であり、これらの領域に対応して各電極が配置してあることを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、下部容器の内部空間における上下方向の中心線を基準にして、上部容器に上部電極を設けるとともに下部容器に下部電極を設け、且つ、下部容器内に、夫々リング状を成す上段電極及び下段電極を上下に配置すると共に、中心線を間にして対向する二個一組のサイド電極を９０度の位相差で二組配置し、下部電極と下段電極が、試料を帯電させて帯電した試料の軌道を中心線上に保つ帯電用電極を構成し、上部電極と上段電極が、浮遊した試料の垂直移動を制御する垂直制御用電極を構成し、サイド電極が、浮遊した試料の水平移動を制御する水平制御用電極を構成していることを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、上部容器に、透明な材料から成り且つ浮遊した試料の制御領域の上側に配置される遮蔽板を設けると共に、下部容器に、アクセス用窓を通して上側から導入した加熱用レーザ光を浮遊した試料に向けて反射する加熱用反射鏡を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、密閉容器の外部に、加熱用レーザ光の集光レンズを備えると共に、集光レンズが、密閉容器に対する加熱用レーザ光の導入方向に位置調整可能であることを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、サイド電極の内部に、加熱用反射鏡を配置すると共に、同サイド電極の内部に、加熱用レーザ光の導入及び反射の経路を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、下部容器の底面に、試料が通過可能な開口部を設けると共に、下部容器の底部に、内部空間に対して、開口部を通して試料を供給し且つ回収するための供給回収装置を備えたことを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、供給回収装置は、軸線回りに回転可能な円柱体を備えており、円柱体は、試料押し出し用のプランジャとともに未処理の試料を収容する供給ポケットと、処理後の試料を収容する回収ポケットを、周方向に所定間隔で交互に備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、下部容器に、平行にコリメートされ且つアクセス用窓を通して上側から導入した位置認識用レーザ光を浮遊した試料に向けて反射する照射用反射鏡と、位置認識用レーザ光が照射された試料の像を上側のアクセス用窓に向けて反射する捕捉用反射鏡を備えたことを特徴としている。

さらに、本発明の静電浮遊炉は、より好ましい実施形態として、直流電源を用いることを特徴としている。

本発明の静電浮遊炉によれば、上部容器と下部容器とで密閉容器を形成し、上部容器の上面側にアクセス用窓を設けると共に、下部容器の内部空間に対して各電極を配置した構成としたことにより、比較的小型の航空機にも搭載し得るように小型軽量化を実現することができ、例えば密閉容器の内部を地上で真空状態又は特定の気体で満たしてから航空機に搭載することが可能であるから、航空機には少なくとも真空装置や特定気体の容器及び供給装置などを搭載する必要がなく、システム全体の小型軽量化を図ることが可能になり、また、内部を真空状態又は特定の気体で満たした密閉容器を複数用意して航空機に搭載することも可能であるから、一回の運用でより多くの処理を実施することができ、運用コストの大幅な低減を実現することもできる。さらに、上記小型軽量化に伴って密閉容器の製造コストの低減、並びにシステム全体の製造コストの低減を実現することが可能であるほか、密閉容器の上部容器と下部容器を互いに外すだけで、電極等の内部構成に対するメンテナンスを容易に行うことができる。

また、本発明の静電浮遊炉によれば、試料の帯電領域と浮遊した試料の制御領域とを物理的に上下に分けて、これらの領域に対応して各電極を配置しており、より具体的には、下部電極と下段電極とで帯電用電極を構成し、上部電極と上段電極とで垂直制御用電極を構成し、サイド電極で水平制御用電極を構成したことにより、高電圧装置を用いたうえで、固定した静電場を形成して、帯電領域において試料を充分に帯電させた後、帯電時に急加速した試料を減速させつつ軌道をコントロールしながら制御領域に導くことができ、その後は、充分に減速して制御領域のほぼ中央に導かれた試料の浮遊制御を低速中電圧の装置により容易に行うことができる。これにより、高速高電圧装置を用いていた従来に比べて、試料の浮遊及び位置の制御において高速高電圧が不要となるので、電力を大幅に削減することができ、システム全体のさらなる小型軽量化に貢献することができる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、試料の制御領域の上側に配置される遮蔽板を採用したことにより、加熱処理時に生じた試料の蒸発成分が広がるのを防止して、例えばアクセス用窓の汚損などを防ぐことができる。また、アクセス用窓を通して導入した加熱用レーザ光を反射する加熱用反射鏡を採用すると、加熱用レーザ光を試料の直前で集束させて高密度のエネルギとして照射することが可能になると共に、導入する加熱用レーザ光及び加熱用反射鏡を複数設ければ、密閉容器が上側のみにアクセス用窓を有する簡単な構造でありながら、試料に対して略水平な複数方向から加熱用レーザ光を照射することができ、これにより試料を均等に加熱することができる。また、加熱用反射鏡を介して加熱用レーザ光を導入することで試料蒸発による汚れに強くなり、安定したパワーを得ることができる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、密閉容器の外部に位置調整可能な集光レンズを備えたことにより、密閉容器の内部構造を何ら複雑化することなく、試料に照射する加熱用レーザ光のスポット径を簡単に調整することができる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、サイド電極の内部に、加熱用反射鏡とともに加熱用レーザ光の導入及び反射の経路を設けたことにより、密閉容器の内部構成が効率的に且つコンパクトに配置されたものとなり、さらなる小型化に貢献し得ると共に、試料の位置認識用のレーザ光や観察系のためのスペースを確保しやすくなる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、下部容器の底面の開口部を通して試料を供給し且つ回収する供給回収装置を採用したことにより、複数の試料の加熱処理を短時間で連続して行うことができ、運用コストのさらなる低減に貢献し得るものとなる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、供給回収装置が、回転可能な円柱体に、試料押し出し用のプランジャとともに未処理の試料を収容する供給ポケットと、処理後の試料を収容する回収ポケットを、周方向に所定間隔で交互に備えたものとしたことにより、供給回収装置としての構造が比較的簡単であって、未処理の試料については、外部からの簡単な操作で密閉容器の内部空間に容易に供給することができ、処理後の試料については、同じく外部からの簡単な操作とともに重力を利用して容易に収容することができる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、下部容器内で対を成す照射用反射鏡及び捕捉用反射鏡により、試料蒸発による汚れから保護されたアクセス用窓を通して位置認識用レーザ光が間接的に導入され且つ取り出されるため、試料蒸発による汚れに強く、安定した試料の像及び位置を取得することができる。

さらに、本発明の静電浮遊炉によれば、上記の構成に加えて直流電源を用いることにより、電力を大幅に削減することができ、当該静電浮遊炉及びシステム全体の小型軽量化や製造コストの低減に貢献することができる。

図１〜図５は、本発明に係わる静電浮遊炉の一実施例を説明する図である。図示の静電浮遊炉は、互いに結合する上部容器２と下部容器３とで内部を真空に排気可能な密閉容器１を形成し、上部容器２の上面側に、試料を加熱するための加熱用レーザ光Ｌが透過可能な透明材料から成るアクセス用窓４を設けると共に、下部容器３の内部空間に対して、試料Ｐの帯電及び浮遊した試料Ｐの制御を行うための各電極５〜９が配置してある。アクセス用窓４の材料としては、例えばフッ化バリウムが用いられる。

上部容器２は、円形のアクセス用窓４を保持する円環状の部材である。下部容器３は、上部容器２に対して複数のボルト及びナットで連結する円環状の枠３Ａを備えており、枠３Ａの内側に概略有底円筒状の容器本体３Ｂが溶接してある。なお、上部容器２は、内部構成のメンテナンス等を行う際には、下部容器３から外すことが可能である。

アクセス用窓４の下面中央には、凸型のばね座１０が固定してあり、このばね座１０には、概略円筒状を成す電極ホルダ１１の上端部が遊嵌してあると共に、同電極ホルダ１１との間にコイルスプリング１２が介装してある。また、電極ホルダ１１の内部には、ピン状の上部電極５が設けてあり、同電極ホルダ１１の下端部には、光学用合成石英ガラス等の透明材料から成る円形の遮蔽板１３が取付けてある。このとき、上部電極５は、遮蔽板１３の中心を貫通して、その下端部を遮蔽板１３の下面に露出させている。

上部容器２は、上記構成とすることで、下部容器３と結合した際に遮蔽板１３が後記するサイド電極９の上部に当接した状態となり、この遮蔽板１３にコイルスプリング１２の反発力を付与して、遮蔽板１３及び上部電極５の位置を維持するようにしてある。

下部容器３は、内側に概略円筒状の絶縁サポート１４が設けてある。絶縁サポート１４は、上側の大径部１４ａと下側の小径部１４ｂを有している。そして、下部容器３は、絶縁サポート１４の内側となる底部に下部電極６を備えると共に、絶縁サポート１４の小径部１４ｂの内側に、円環状の上下二段の電極ホルダ１５，１６を介して、夫々リング状を成す上段電極７及び下段電極８を備え、さらに、絶縁サポート１４の大径部１４ａの内側に、二個一組のサイド電極９を二組備えている。

ここで、下部容器３の内部空間は、底部側を試料Ｐの帯電領域Ａ１とし、帯電領域Ａ１の上側を浮遊した試料Ｐの制御領域Ａ２としており、これらの領域Ａ１，Ａ２に対応して各電極５〜９が配置してある。また、各電極５〜９は、下部容器３の内部空間における上下方向の中心線を基準にして、上部電極５と下部電極６を上下に配置すると共に、上段電極７及び下段電極８を上下二段に配置し、とくに図２に示すように、中心線を間にして対向する二個一組のサイド電極９を９０度の位相差で二組配置している。

そして、下部電極６と下段電極８により、試料Ｐを帯電させて帯電した試料Ｐの軌道を中心線上に保つ帯電用電極を構成し、上部電極５と上段電極７により、浮遊した試料Ｐの垂直移動を制御する垂直制御用電極を構成すると共に、各サイド電極９により、浮遊した試料Ｐの水平移動を制御する水平制御用電極を構成している。また、先述の如くサイド電極９に当接する遮蔽板１３は、浮遊した試料Ｐの制御領域Ａ２の上側に配置されることとなる。

さらに、下部容器３内には、アクセス用窓４を通して上側から導入した加熱用レーザ光Ｌを浮遊した試料Ｐに向けて反射する凹面の加熱用反射鏡１７が設けてある。この実施例では、各サイド電極９が、上方向及び先端方向に開放した中空状を成していて、各サイド電極９の内部に加熱用反射鏡１７が夫々設けてあり、各サイド電極９の内部に、加熱用レーザ光Ｌの導入及び反射の経路が形成してある。

すなわち、この実施例では、密閉容器１の中心線回りに９０度間隔で、サイド電極９とともに加熱用反射鏡１７が合計四個配置してあって、密閉容器１の上側から四本の加熱用レーザ光Ｌを導入し、各加熱用レーザ光Ｌを夫々の加熱用反射鏡１７で集束又は集束せずに密閉容器１の中心方向に反射させる。これにより、浮遊した試料Ｐに対して四方から加熱用レーザ光Ｌが照射され、同試料Ｐを均等に加熱する。

また、密閉容器１の中心線回りにおいて、各加熱用反射鏡１７の間には、平行にコリメートされ且つアクセス用窓４を通して上側から導入した位置認識用レーザ光を浮遊した試料Ｐに向けて反射する照射用反射鏡１８ａと、位置認識用レーザ光が照射された試料Ｐの像を上側のアクセス用窓４に向けて反射する捕捉用反射鏡１８ｂを備えている。照射用反射鏡１８ａと捕捉用反射鏡１８ｂは、容器中心線を間にして対を成し、９０度異なる位相で二組配置してある。つまり、当該静電浮遊炉は、試料Ｐを浮遊状態にした後、位置認識用レーザ光によって三軸方向における試料Ｐの位置を検出し、その検出結果に基づいて垂直制御用電極及び水平制御用電極を制御することにより、浮遊した試料Ｐを三軸の中心に保つようにする。

なお、図３及び図４は、図２中のＡ―Ａ線及びＢ―Ｂ線に基づく断面であるが、各電極５〜９の配置を表すために夫々の拡大図中にサイド電極９を仮想線で示し、照射用反射鏡１８ａ及び捕捉用反射鏡１８ｂに加熱用反射鏡１７の符号を付記した。

さらに、当該静電浮遊炉は、図１に示すように、密閉容器１の外部に、各加熱用レーザ光Ｌの集光レンズ１９を備えている。各集光レンズ１９は、密閉容器１に対する加熱用レーザ光Ｌの導入方向（上下方向）に位置調整可能であり、その位置調整により、試料Ｐに照射した加熱用レーザ光Ｌのスポット径を変化させてエネルギの密度を調整することができる。

そして、当該静電浮遊炉は、下部容器３の底面すなわち下部電極６の上面中央に、試料Ｐが通過可能な開口部２０を設けると共に、下部容器１の底部に、内部空間に対して、開口部２０を通して試料Ｐを供給し且つ回収するための供給回収装置２１を備えている。また、下部電極６の上面は、開口部２０に向けて僅かに下り傾斜しており、これにより、供給した未処理の試料Ｐが下部電極６のほぼ中央に位置するようにし、且つ処理後の試料Ｐを円滑に回収し得るようにしてある。

供給回収装置２１は、水平にした軸線回りに回転可能な円柱体２２を備えている。この実施例の円柱体２２は、図３及び図４に示すように、四個の供給ポケット２３と同じく四個の回収ポケット２４を周方向に４５度間隔で交互に備えていると共に、下部容器３の外側に設けた操作部２５に連結してあり、操作部２５を回転操作することで任意の回転位置にすることができる。

各供給ポケット２３には、試料押し出し用のプランジャ２６と、プランジャ２６に試料押し出しの力を付与するスプリング２７と、未処理の試料Ｐが夫々収容してある。プランジャ２６は、供給ポケット２３の上端部において位置規制され、開口部２０から内部空間に突出することはない。また、スプリング２７は、試料Ｐを勢い良く押し出すことがないように、プランジャ２６及び試料Ｐの重量に抗する程度の弱い力を有するものであれば良い。回収用ポケット２４は、初期において空である。

さらに、当該静電浮遊炉は、下部容器３の外側に、各電極５〜９に対する電源端子２８，２９や図示しない真空装置に対するバルブ付接続部３０が備えてあるほか、制御領域Ａ２に対する照明装置（図示せず）等を備え、電源には直流電源を用いている。そして、静電浮遊炉は、航空機内に設置したラック（図１に示す）３１に、各種周辺機器とともに固定する。なお、試料Ｐは、金属製又は非金属製の球体であって、直径は例えば２〜３ｍｍ程度である。

上記静電浮遊炉は、上部容器２と下部容器３とで密閉容器１を形成し、上部容器２の上面側にアクセス用窓４を設けると共に、下部容器３の内部空間に対して各電極５〜９を配置したので、小型軽量であって、比較的小型の航空機にも搭載が可能である。また、上部容器２と下部容器３を外すだけで、電極５〜９の修理や交換などのメンテナンスを容易に行うことができる。

そして、静電浮遊炉は、航空機の急上昇及び急降下の繰り返しにより生じる無重量環境を利用しながら、試料Ｐの加熱処理を行うこととなるが、まず始めに、密閉容器１の内部を排気して真空状態又は特定の気体を満たした状態にする。このとき、当該静電浮遊炉では、排気作業又は特定気体の充填作業を予め地上で行うことができる。つまり、当該静電浮遊炉は、小型軽量であるから、密閉容器１を予め真空状態又は特定の気体を満たした状態にして取り扱うことが容易である。これにより、航空機には少なくとも真空装置や特定気体の容器及び供給装置を搭載する必要がなく、システム全体の小型軽量化を図ることも可能になる。また、真空状態又は特定の気体を満たした状態にした密閉容器１を複数用意して航空機に搭載することもできるので、試験環境の柔軟な設定が可能であると共に、一回の運用でより多くの処理を実施し得るものとなる。なお、特定の気体としては、酸素、窒素及びアルゴン等を用いるが、ほとんどの気体雰囲気での試験が可能である。

次に、試料Ｐの加熱処理を行うには、供給回収装置２１の円柱体２２を回転操作して、開口部２０と供給ポケット２３とを合致させることにより、スプリング２７及びプランジャ２６の働きで未処理の試料Ｐを内部空間の底部である帯電領域Ａ１に供給し、各電極５〜９に適宜の電圧を印加して、主として帯電用電極である下部電極６と下段電極８によって試料Ｐをプラスに帯電させる。このとき、印加する電圧の具体例としては、上部電極５が１．０ｋＶ、下部電極６が０Ｖ、上段電極７が−０．５ｋＶ、下段電極８が−２０ｋＶ及びサイド電極９が０Ｖである。

上記の如く試料Ｐに充分な帯電が成されると、同試料Ｐは、帯電用電極（下部電極６及び下段電極８）の位置で形成された静電場の静電レンズ効果により、減速しつつ軌道のコントロールが成されて制御領域Ａ２に導かれ、この制御領域Ａ２で浮遊する。また、浮遊後の試料Ｐには、先述の位置認識用レーザ光を用いた位置検出が行われ、その検出結果に基づいて、垂直制御用電極（上部電極５及び上段電極７）に適宜電圧を印加することで上下方向の位置制御を行うと共に、水平制御用電極（サイド電極９）に適宜電圧を印加することで水平方向の位置制御を行う。

ここで、従来の静電浮遊炉では、試料を充分に帯電させると、浮遊する際の初期速度が高速になるので、浮遊した試料の初期の位置制御を行うのに高速高電圧が必要であり、高速高電圧を供する装置が大型であることからシステム全体も大掛りであった。

これに対して、当該静電浮遊炉では、試料Ｐの帯電領域Ａ１と浮遊した試料Ｐの制御領域Ａ２とを物理的に上下に分けて、これらの領域Ａ１，Ａ２に対応して各電極５〜９を配置しているので、高電圧装置及び直流電源を用いて、試料Ｐの充分な帯電と静電レンズ効果を利用した良好な浮遊を行うことができ、その後は、充分に減速されて制御領域Ａ２のほぼ中央に導かれた試料Ｐの浮遊制御を低速中電圧装置で容易に行うことができる。したがって、当該静電浮遊炉では、従来のような高速高電圧装置が不要となり、電力を大幅に削減することができ、システム全体の小型軽量化をも実現する。

上記の如く試料Ｐを浮遊させた後には、無重量環境になったところで、密閉容器１内に加熱用の四本の加熱用レーザ光Ｌを導入し、これらの加熱用レーザ光Ｌを試料Ｐに照射して同試料Ｐを加熱処理する。このとき、当該静電浮遊炉では、制御領域Ａ２の外側に９０度間隔で四個の加熱用反射鏡１７を配置しているので、密閉容器１が上側のみにアクセス用窓４を有するものであるにも関わらず、一方向から導入した四本の加熱用レーザ光Ｌを試料Ｐに対して四方から照射して、同試料Ｐを均等に加熱することができ、しかも、加熱用反射鏡１７によりレーザ光Ｌを試料Ｐの直前で集束させることが可能であって、高密度のエネルギとして照射することができる。

また、上記の加熱処理時には試料Ｐから蒸発成分が生じることとなるが、当該静電浮遊炉では、試料Ｐの制御領域Ａ２の上側に遮蔽板１３が配置してあるので、この遮蔽板３により蒸発成分の拡散を防いでアクセス用窓４の汚損などを未然に防止し、加熱用レーザ光Ｌが容器内部で加熱用反射鏡１７を介して導入されることから、蒸発成分が加熱処理に与える影響を極力低下させることができる。さらに、試料Ｐの位置認識においても同様に、容器内部において対を成す照射用反射鏡１８ａ及び捕捉用反射鏡１８ｂと、遮蔽板１３の効果により、蒸発成分が位置認識に与える影響を極力低下させることができる。

上記の試料Ｐの加熱処理を終了した後には、重力下において各電極５〜９への通電を遮断することにより、試料Ｐを下部容器３の底部に落下させ、供給回収装置２１の円柱体２２を回転操作して回収ポケット２４内に試料Ｐを収容する。なお、航空機による運用においては、飛行過程で１Ｇを超える重力を得ることができるので、その重力によりプランジャ２６をスプリング２７に抗して降下させ、処理後の試料Ｐが供給ポケット２３内に入ったところで円柱体２２を回転させることにより、同試料Ｐを供給ポケット２３に回収することも可能である。

その後は、次の未処理の試料Ｐを密閉容器１の内部空間に供給し、上記と同様の手順で試料Ｐの加熱処理を行う。このように、当該静電浮遊炉は、外部からの簡単な操作で未処理の試料Ｐの供給と処理後の試料Ｐの回収を容易に行い得ると共に、複数の試料の加熱処理を短時間で連続して行うことができ、先述した小型軽量化、省電力化及びシステム全体の小型軽量化などと相俟って、運用コストの大幅な低減を実現することができる。

また、当該静電浮遊炉では、各サイド電極９の内部に加熱用反射鏡１７を設けているので、密閉容器１の内部構成が効率的に且つコンパクトに配置されたものとなる。これにより、各サイド電極９の間には、照射用反射鏡１８ａ及び捕捉用反射鏡１８ｂを配置するのに充分なスペースが確保され、なお且つ、図５に示す如くカメラ３２による試料Ｐの観察スペースを充分に確保し得る。図５において、試料Ｐは、各々透明なアクセス用窓４及び遮蔽板１３を通して観察することができ、カメラ３２は試料Ｐの帯電及び浮遊に対応して位置を変える。

なお、本発明に係わる静電浮遊炉は、その構成の詳細が上記実施例のみ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構成を適宜変更することができる。

本発明に係わる静電浮遊炉の一実施例を説明する断面図である。 静電浮遊炉の平面図である。 図２中のＡ―Ａ線に基づく断面図及び内部の拡大図である。 図２中のＢ―Ｂ線に基づく断面図及び内部の拡大図である。 カメラによる試料の撮影を説明する断面図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２ 上部容器
３ 下部容器
４ アクセス用窓
５ 上部電極（垂直制御用電極）
６ 下部電極（帯電用電極）
７ 上段電極（垂直制御用電極）
８ 下段電極（帯電用電極）
９ サイド電極（水平制御用電極）
１３ 遮蔽板
１７ 加熱用反射鏡
１８ａ 照射用反射鏡
１８ｂ 捕捉用反射鏡
１９ 集光レンズ
２０ 開口部
２１ 供給回収装置
２２ 円柱体
２３ 供給ポケット
２４ 回収ポケット
２６ プランジャ
Ａ１ 帯電領域
Ａ２ 制御領域
Ｌ 加熱用レーザ光
Ｐ 試料

Claims (10)

1. 帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にして加熱処理を行う静電浮遊炉であって、互いに結合する上部容器と下部容器とで内部を真空に排気可能な密閉容器を形成し、上部容器の上面側に、試料を加熱するための加熱用レーザ光が透過可能な材料から成るアクセス用窓を設けると共に、下部容器の内部空間に対して、試料の帯電及び浮遊した試料の制御を行うための各電極を配置したことを特徴とする静電浮遊炉。
2. 下部容器の内部空間は、底部側が試料の帯電領域であると共に、帯電領域の上側が浮遊した試料の制御領域であり、これらの領域に対応して各電極が配置してあることを特徴とする請求項１に記載の静電浮遊炉。
3. 下部容器の内部空間における上下方向の中心線を基準にして、上部容器に上部電極を設けるとともに下部容器に下部電極を設け、且つ、下部容器内に、夫々リング状を成す上段電極及び下段電極を上下に配置すると共に、中心線を間にして対向する二個一組のサイド電極を９０度の位相差で二組配置し、下部電極と下段電極が、試料を帯電させて帯電した試料の軌道を中心線上に保つ帯電用電極を構成し、上部電極と上段電極が、浮遊した試料の垂直移動を制御する垂直制御用電極を構成し、サイド電極が、浮遊した試料の水平移動を制御する水平制御用電極を構成していることを特徴とする請求項２に記載の静電浮遊炉。
4. 上部容器に、透明な材料から成り且つ浮遊した試料の制御領域の上側に配置される遮蔽板を設けると共に、下部容器に、アクセス用窓を通して上側から導入した加熱用レーザ光を浮遊した試料に向けて反射する加熱用反射鏡を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の静電浮遊炉。
5. 密閉容器の外部に、加熱用レーザ光の集光レンズを備えると共に、集光レンズが、密閉容器に対する加熱用レーザ光の導入方向に位置調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の静電浮遊炉。
6. サイド電極の内部に、加熱用反射鏡を配置すると共に、同サイド電極の内部に、加熱用レーザ光の導入及び反射の経路を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の静電浮遊炉。
7. 下部容器の底面に、試料が通過可能な開口部を設けると共に、下部容器の底部に、内部空間に対して、開口部を通して試料を供給し且つ回収するための供給回収装置を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の静電浮遊炉。
8. 供給回収装置は、軸線回りに回転可能な円柱体を備えており、円柱体は、試料押し出し用のプランジャとともに未処理の試料を収容する供給ポケットと、処理後の試料を収容する回収ポケットを、周方向に所定間隔で交互に備えていることを特徴とする請求項７に記載の静電浮遊炉。
9. 下部容器に、平行にコリメートされ且つアクセス用窓を通して上側から導入した位置認識用レーザ光を浮遊した試料に向けて反射する照射用反射鏡と、位置認識用レーザ光が照射された試料の像を上側のアクセス用窓に向けて反射する捕捉用反射鏡を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の静電浮遊炉。
10. 直流電源を用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の静電浮遊炉。

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