JP2006504070A - 坩堝と試料を自動的に装填するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
坩堝・試料取り扱いシステム及び方法は、プリパッケージされ複数の坩堝（３０）を保持する坩堝保持カートリッジ（５０）を提供する。端部キャップを取り外して出口開口を露出させた後、カートリッジ（５０）は、そこから個々の坩堝（３０）をプラットフォーム（９２）上に排出する坩堝供給アセンブリに装填され、ピック・プレースアーム（２００）アセンブリが燃焼炉（４０）内に坩堝（３０）を置く。個々の試料は積み重ねられた試料保持カローセル（３４０〜３４５）から天秤（２５）に落下させられ、計量後、天秤から空気的に吸引され、燃焼のために炉（４０）と坩堝（３０）に導入される。

Description

本発明は、分析炉で使用する坩堝をパッケージングする方法と装置、及び坩堝を自動的に連続して炉に供給し、試料を燃焼させるために試料を炉と坩堝に自動的に導入するシステムに関する。

鉄鋼等の生産物の製造においては、プロセシングの間に金属を頻繁にサンプリングし、窒素や酸素等の含有量が適当であることを保証する必要がある。これらの試料は通常分析炉内の坩堝で燃焼される。試料（ピン試料であることもよくある）と坩堝の両者は、通常、分析者によって手で取り扱われ、多大な労力と時間が必要とされる。更に、燃焼炉の温度は１７００℃にも達し、操作者は試料を含む坩堝の装填や取り外しの間に注意が必要である。黒鉛坩堝が用いられる抵抗炉においては、坩堝を手で取り扱うと、分析者の手や実験着、周辺領域に坩堝からの黒鉛が残る。従って、黒鉛坩堝の場合は、坩堝の取り扱いと試料の装填プロセスを手で行うことは、時間がかかることに加え汚れを伴い、汚染のために分析の不整合を生じる。

自動装填を提供しようとする試みは、米国特許第４，２３８，４５０号（特許文献１）のように、少なくともセラミック坩堝に関してはなされてきた。この特許では、セラミック坩堝が直線状に配置され、誘導炉内に上方に向けて導入される。更に、米国特許第５，３９５，５８６号（特許文献２）に開示されるように、試料燃焼ボートが自動装填の課題となっている。これらのシステムはセラミック坩堝の改善された取り扱いを提供するが、これらのシステムによって提供される処理量は、単位時間当たりに取り扱うことのできる坩堝の数によって多少制限される。坩堝をプリパッケージして分析実験室へ送り、坩堝を分析炉に自動的に順次導入する坩堝供給アセンブリに装填し、試料（較正試料を含む）を炉の中を通って自動的に坩堝に導入することがシステムに依然として必要とされている。
米国特許第４，２３８，４５０号 米国特許第５，３９５，５８６号

本発明の坩堝と試料を取り扱うシステム及び方法は、プリパッケージされ複数の坩堝を保持し、分析実験室に送られる坩堝保持カートリッジを提供することにより、そのようなシステムを提供する。カートリッジは、キャップを取り外し少なくとも一種の出口開口を露出させて、個々の坩堝をカートリッジからプラットフォームに排出する坩堝供給アセンブリに装填され、このプラットフォームにおいて、ピック・プレースアームアセンブリが坩堝を供給アセンブリから取り去り、その坩堝を燃焼炉に置く。本システムは、個々の試料を選択的に天秤に置き、計量後、天秤から空気で吸引し、燃焼のために炉と坩堝に導入する分析試料供給システムを更に含む。坩堝供給アセンブリと試料供給システムの両者は、所定数の試料が試験された後に試料供給システムが自動的に較正試料を炉に送り出し、炉に関連して用いられる分析器の較正試験を継続的に行うようにマイクロプロセッサの制御の下、自動化される。

従って、本発明のシステムは、操作者の手による取り扱いの必要性を排除し、一日の間に極めて多数の試料を試験することができる完全に自動化された試料と坩堝の供給アセンブリを提供する。本発明は、抵抗炉で用いられる黒鉛坩堝を取り扱う環境の中で記述されるが、本発明のシステム、装置、及び方法は、セラミック坩堝や同様に他の対象物を取り扱うためにも用いることができることが理解されよう。

本発明のこれらの及び他の特徴、目的及び利点は、それらについての次の記述を添付の図面を参照して読むことにより明らかになるであろう。

まず図１に、本発明の坩堝供給アセンブリ及び試料供給アセンブリを具体化する分析システム１０を示す。本分析システムは数種の主要構成要素を含むが、該構成要素は、次に記述するように坩堝供給アセンブリ１００からの坩堝と試料供給アセンブリ３００からの試料との両者を、天秤２５による試料の計量後自動的に受け取る分析炉４０に接続される分析器２０を含む。分析器２０と、炉４０と、坩堝供給アセンブリ１００と、ピック・プレイスアームアセンブリ２００と、試料供給アセンブリ３００と、天秤２５との全ては、試料を計量し、炉へ坩堝を導入し、炉へ試料を導入し、試料を燃焼させ、燃焼による副生成物を分析し、操作者にプリンタ／ディスプレイ（図示せず）を通じて分析結果のプリントアウトや表示を提供する一連の操作を制御するマイクロプロセッサ２２に接続される。

試料供給アセンブリ３００は、次に記述するように、分析する試料を実験室から受け取り、そして、較正試料を炉４０に導入し、正確な分析が行われることを保証するために分析器を定期的に較正するように設計される。分析器２０は、レコ社（Leco Corporation、St. Joseph、Michigan）から市販されているＴＣ６００等の熱伝導率型分析器である。同様に、燃焼炉は、上部電極アセンブリ４２と下部電極アセンブリ４４を含む市販の抵抗型炉である。試料は、試料供給チューブ３９０（図１）によって、上部電極４２の中を通り、図１０に示すようにピック・プレイスアームアセンブリ２００によって下部電極４４に置かれた黒鉛坩堝３０（図８〜１０）等の待ち受ける坩堝に導入される。炉４０やその中の電極アセンブリ４２、４４は、米国特許第４，０５６，６７７号に全体が記載された型であることができ、上部電極アセンブリ４２を貫通し垂直に延在する円筒形の通路を含み、試料を供給チューブ３９０から坩堝３０の開口に選択的に落下させることができる。ここに記述する本発明の好ましい実施形態において、坩堝３０は、例えば米国特許第３，８９９，６２７号に開示される型の黒鉛坩堝である。本システムの構成要素全体を記述した後、坩堝カートリッジを含む坩堝パッケージング方法を図２〜８と共に最初に記述し、次いで、坩堝供給アセンブリと試料供給アセンブリの操作を記述する。

図２〜８に、複数のシリンダ５２で形成される略円筒状のコンテナである坩堝カートリッジ５０を示すが、該シリンダ５２は、図５の平面図に最もよく示されているように、垂直回転軸５１（図３、４）の周りに円形パターンとして配置された透明重合体シリンダである。垂直回転軸は、垂直方向に延在する軸６１（図６）と一致し、該軸６１は図６に示すように、複数のシリンダ５２で形成される略円筒の中心を通って延在し、ネジを切られた端部６３’を有する円筒状駆動金具６３によって駆動ブロック、即ち部材６２に固定され、該端部６３’は軸６１のネジを切られた開口５３内に延在し、該軸６１を駆動部材６２に固定して取り付ける。部材６２は、曲線状の側面６２’を有する略角状であり、該曲線状の側面６２’は、対向する一対のシリンダ５２の内側表面に係合するように離間されている。次に記述するように、駆動部材６２の回転によって略円筒状カートリッジ５０は回転し、シリンダ５２の一本を、次に図７と共に記述する坩堝供給ゲートの位置に合わせる。シリンダ５２は、カップ形状の坩堝３０の外径よりも若干大きな内径を有し、該坩堝３０は、カバー５５、５６の片方を除去することによりカートリッジ５０内にパッケージ化される。坩堝は各シリンダ５２内に滑べらせて、垂直に重ねられ入れ子状となる。好ましい実施形態においては、図５及び６に最もよく示されているように、１０本のシリンダが用いられ、円形リングを構成するように３６°間隔で並べられる。シリンダの接触点はアクリル系接着剤で結合することができるが、本発明の好ましい実施形態においては、１０本のシリンダ５２を含むサブアセンブリを、単一部品として一体化して押し出すことができる。上部キャップ５５は開口５７を含み、図３、４及び８に最もよく示されているように、軸６１の端部においてテーパ付ロックピン６４でスナップロックされる。

好ましい実施形態においては、カートリッジ５０が坩堝を最大で１００個保持するように各シリンダ５２は１０個の重ねられた坩堝３０を含み、次に記述するように、各シリンダ５２はカートリッジ・ゲート作動アセンブリ９０（図４〜７）によってホルダ７０内の連続した３６°毎の位置に回転され、シリンダの内の一本はプラットフォーム９２に坩堝を落下させるための位置に順次配置され、プラットフォーム９２において、図８〜１０に示すようにピック・プレイスアームアセンブリ２００によって坩堝が取り出され、次に記述するように炉に運ばれる。

前述のように、坩堝カートリッジ５０は、坩堝を各シリンダ５２にカートリッジ５０が満たされるまで滑らせて挿入することによりプリパッケージされる。カートリッジを満たすために取り外されたキャップが元に戻され、カートリッジ５０は分析実験室に送られ、パッケージ化された坩堝を使用するように設計された機器で用いられる。次いで、カートリッジ５０は逆さにされ、キャップ５６が取り外され、坩堝ホルダ７０は下方に配置され、図５に示すようにその枢軸６１がシリンダの内側の開放円筒状空間に下向きに配置され、端部６４が開口５７を貫通して通じて挿入され軸の上端を支持する。軸６１に固定された駆動金具６３は、ローラクラッチ６６を貫通して延在し、該ローラクラッチ６６は、フランジ６９を有する駆動カラー６８に嵌挿され、駆動ピン６７がフランジ６９から下方に延設され、坩堝作動ハウジング８０の開口８９に嵌挿された空気作動ピストン８８の環状溝８７に係合する。好適なＯリング８１がピストン８８の対向する両側に取り付けられピストンをシールし、ピストン８８は端キャップ８３を通じて従来の方法により空気作動される。ピストン８８の直線的な動きは、駆動カラー６８によって駆動される一方向ローラクラッチ６６を回転させるオフセットピン６７を介して軸６１を回転させる。駆動カラー６８の円筒状ポスト６５は、ホルダ７０のカートリッジ受入開口７２の中心に位置する止まり穴（図示せず）に嵌挿される。円筒状開口７２の直径は、シリンダ８８によって作動された場合にカートリッジ５０がホルダ７０内で自由に回転するようにシリンダ５２による円の外径よりも若干大きくなっている。

カートリッジ５０の上部キャップ５５は、ＲＦＩＤ（radio frequency identification、ラジオ周波数識別）タグを含んでも含まなくてもよい。ＲＦアンテナと接続されるタグと、マイクロプロセッサに結合された受信機とを用い、カートリッジの識別及び／又はカートリッジから供給された坩堝の計数を行い、マイクロプロセッサの制御下、坩堝の取出しが終わった時に坩堝供給アセンブリを非動作とすることができる。

カートリッジ５０とカートリッジホルダアセンブリとが図３に示すように結合されると、図４、５及び７に示すように、サブアセンブリがカートリッジ・ゲートアクチュエータ９０に嵌め込まれる。アクチュエータはプラットフォーム９２を含み、該プラットフォーム９２はゲートバルブアセンブリ３５から坩堝を受け取る。該ゲートバルブアセンブリ３５はホルダ７０に連結され、ピストンハウジング３６と、ピストン３１と、略円筒状ホルダ７０内に開口３２’を通って延在する坩堝保持バネ３２とを含む。ピストン３１はその下端部に、その中を通って坩堝が落下するのに十分な直径を有する開口３４（図６Ａ）を有するスライディングゲート３３を含む。ゲート３３は、ホルダ７０のスロット３７内に延在しており、ピストン３１が図７に示される位置へと慣用の手段によって作動されると、その中を坩堝が落下する円筒状落下排出シュート３８と位置が合う（図７に最もよく示されている）。その結果、坩堝３０は、排出シュート３８と位置を合わされた坩堝保持シリンダ５２からプラットフォーム９２へ落下する。図７に示すように、バネ３２は、プラットフォームに落とされる坩堝より上側の最下部の坩堝３０’を所定の位置で保持し、空気ピストン９５とプッシュロッド９６によるピストン９１の作動によって一個の坩堝が落下する。ピストン９５は好適なＯリングシール９３を含み、ブロック８０に形成されたシリンダ９８に嵌挿され、プレート９９でカバーされる。空気金具９４は、マイクロプロセッサ制御バルブ（図示せず）によって選択的に制御される空気圧源と連結されピストン９５を制御する。ピストン９５の非作動時には、リターンバネ３９がゲート３４を外方向に動かし、ゲート３４は排出シュート３８と干渉するようになり、他方、バネ３２は次の最下部坩堝３０’から離れ、ピストン９５の次の作動を待ち受けるスライディングゲート３３にその坩堝が落下する。一本のシリンダ内の全ての坩堝が、シリンダ５２内の最下部坩堝の保持と落下を交互に生じるゲートバルブアセンブリ３５の作動と重力とによって放出された場合、マイクロプロセッサ（操作の回数の記録がとられる）は制御信号を送り、ピストン溝８７、ピン６７及びローラクラッチ６６によって坩堝カートリッジ５０を回転させるピストン８８を作動させる。駆動部材６２は坩堝カートリッジ５０を３６°回転させ、坩堝３０の別のシリンダ５２を排出シュート３８の位置に配置する。ピストンスリーブ３６は、図４〜７に最もよく示されているように、フランジ３６’と共に、坩堝カートリッジ５０をホルダ７０に一旦装填した後にアクチュエータ９０にスナップフィットできるように、カートリッジ作動ブロック９０のかみ合わせスロット９７内にスナップフィットするための溝が付けられ、該アクチュエータ９０は、各シリンダ５２から個々の坩堝の排出をもたらし、同様に、新規のシリンダを排出開口に位置を合わせるためのカートリッジ５０の回転をもたらす。

プラットフォーム９２に到達する各坩堝３０は、待ち受けているピック・プレイスアームアセンブリ２００の開いた状態のジョー内に落下する。ピック・プレイスアームアセンブリ２００は、一対の往復ジョー２０２及び２０４を含み、図８〜１０に最もよく示されているように、該往復ジョーはアーム２０６に取り付けられ、次いで、該アーム２０６は回転垂直可動ポスト２０８に取り付けられ、該ポストは次に記述するようにプラットフォーム９２と下部電極４４との間で回転し、また、図８に矢印Ｂで示される方向に上昇・降下し、坩堝供給プラットフォーム９２と下部電極４４との間で必要とあれば高さの差を調節し、図１０に示すように、坩堝３０を下降させ下部電極４４と正確に位置合わせする。アセンブリ２００は、レコ社から市販されているユニットであり、マイクロプロセッサ２２で制御される種々の線形アクチュエータによって電気的及び空気的に作動され、坩堝がプラットフォーム９２に落下する際には、ジョー２０２、２０４を開き位置に位置決めし、坩堝がプラットフォーム９２上に供給される際に坩堝を支えアームの開いたジョーの間に確実に捕らえるようにする。

図８に示されるプラットフォームから坩堝を移す順序は図９及び１０に示され、そこでは、上昇したポスト２０８は、坩堝３０を保持するジョー２０２、２０４と共に回転し、図９及び１０に示すように坩堝をプラットフォーム９２から炉４０へと移す。次いで、ポスト２０８は降下し、坩堝を電極４４の上に置き、ジョー２０２、２０４が開かれる。次いで、ポストは炉領域の外へと回転し、公知の方法により試料を燃焼させるために上部電極４２と下部電極４４とが坩堝に係合する。次いで、炉は坩堝に含まれた試料を燃焼し、燃焼副生成物が分析器２０によって分析される。その後、図９及び１０に示される順序は逆にされ、坩堝は下部電極４４から取り出され、排出ビン２１０に落下させることができる位置へと運搬される（図８）。アーム２０６は、再び図８に示される位置に移動し、次の坩堝を待ち受ける。坩堝供給アセンブリ１００とその運転を記述してきたが、次に、図１１〜２０を参照して試料供給アセンブリ３００の記述を行う。

試料供給アセンブリ３００は、垂直に重なった試料保持カローセル３４０〜３４５を含み、該カローセルは選択的に回転され、各カローセル内の位置を合わせられた開口を通じて、天秤２５の上に位置を合わせられた排出チューブに坩堝を落下させる。円形ディスク状カローセル３４０〜３４５の各試料保持位置３５３（図１４、１５）は識別アドレスを有し、従って、そこに置かれた試料は、分析する各試料の位置と共に、試料供給アセンブリ３００内の各較正標準試料の位置をコンピュータ２２（図１）が知るようにプログラムされる。次に記述するように、カローセルを選択的に回転することにより、知られた位置の識別された試料は計量のために天秤プラットフォームに落下され、次いで炉４０に送られる。コンピュータは試料供給アセンブリ３００を選択的に制御し、較正標準試料を含むカローセルを試料の分析の間に定期的な間隔を空けて動かし、分析器２０が較正されており試料分析が正確であることを保証する。

アセンブリ３００は、ベース３０１（図１１）を含み、該ベースはポスト３０２や３０４等の上方に延設された複数のポストを含み、該ポストは関連するカローセル３４０〜３４５と関連するカローセルアクチュエータ３１０〜３１５を支える。図１４及び１５に示すカローセル３４０のように、各カローセルは、単一の開口３１７を有するカバープレート３１６を含み、該開口は、関連するカローセルがカバープレートに対して回転すると共に、試料保持開口３５３に選択的に位置が合わせられる。

図示する実施形態においては、６種（任意の数が可能であるが）の試料保持カローセル３４０〜３４５が、各カローセルの個々の軸によってアクチュエータ３１０〜３１５に回転可能に取り付けられる。図１５及び１６に示す代表的なカローセル３４０によって最もよく示されているように、各カローセル３４０〜３４５は実質的に同等であり、各々が略円筒状の試料保持開口３５３を含む複数のカローセルディスク３５０を含み、該試料保持開口はカローセルディスクの外周縁近傍に角度的に間隔をおいて配置される。最上部の二種のカローセル３４４及び３４５は、投入シュート３１９（図１１）から受け取る試料のために供せられるが、カローセル３４４には、最上部のカローセル３４５を反時計方向に回転することにより、試料が連続して後方装填（backload）される。各カローセルディスク３５０は、その外周縁に丸みを帯びた周縁ラッチ歯３５２を含み、該ラッチ歯は、関連する作動プレート３１０〜３１５に取り付けられた線形アクチュエータによって作動され、次に記述するように、カローセルを段階的な増分で進め、試料保持開口３５３の内の一種を、図１５に示すように、カローセルディスクの下に置かれた対応するカバープレート３１６の開口３１７の位置に合わせる。

各カローセル３４０は、同等なカローセル３４０の内の一種が示される図１５の分解図に最もよく示されているように、単独のサブアセンブリである。カローセル３４０はカローセルディスク３５０を含み、該カローセルディスクは１８°間隔で配置された２０種の開口３５３と、図１８に示すように、作動ローラ５０２と係合する外周縁歯３５２とを含む。図１５に示すように、カローセルディスク３５０は、半径方向内側に間隔を空けて延在する複数の歯３５５を有する中心開口３５４を含み、該歯はハブ３７０に対して選択的且つ開放可能に係止する。該ハブはそこから半径方向外側に延在するボールプランジャ３６２を有し、該ボールプランジャは、歯３５５の間の溝の中にスナップフィットし、カローセルディスク３５０の試料保持開口３５３の一つを開口３１７に位置を合わせられた割り出し位置合わせ位置に選択的に保持するが、開口３１７は残りのカローセルのこのような位置合わせされた開口によって画定されるシュート上に位置を合わせられている。ハブ３７０は、複数のネジ３１８によってカバープレート３１６に固定して取り付けられる。軸３６４を含むハブは、割出しピン３６３がプレート３１６のロケータ開口３１３内に延在するように、カバープレート３１６の中心開口３１９を通り延在する。カローセルディスク３５０は、スラストワッシャ３８２及び３８４が両側に設けられたスラストベアリング３８０によって、ハブ３７０とカバープレート３１６の間で回転し、該ワッシャ３８４は、カローセルディスクがハブ３７０とカバープレート３１６に対して回転できるように、各カローセルディスク３５０の環状溝３６５に嵌挿される。カローセル３４０〜３４５の各々は、アクチュエータ３１０〜３１５に開放可能にスナップフィットされる独立したユニットとして類似に作成されるが、該アクチュエータは、その一種が図１６〜２０に示される同等なアクチュエータ３１０であり次に記述される。図１８では、ロック位置にあるカローセル３５０とホイール４１０が仮想的な形態で示されている。尚、図１８では、カローセル３５０を受け入れる位置にあるホイール４１０が実線で示される。

３１０等の関連するアクチュエータは、図１９に最もよく示されているように、ハブ３７０のスタブ軸３６４をロック可能且つ回転可能に収容し、該スタブ軸は、同等な各アクチュエータの内のスロット４０２に挿入され、ロッキングホイール４１０によって該スロットにロック可能に保持され、該ロッキングホイールは、アクチュエータプレート３１０のボディ４２０にロッキングホイール４１０の開口４１１を通り延在するスタブ軸４０８によって回転可能に取り付けられる。ホイール４１０は、アクチュエータボディ４２０の略円形の凹部４２１に回転可能に嵌め込まれ、カローセル３４０をアクチュエータ３１０に挿入する際にホイール４１０がアンロック位置（図１８において実線で示されている）にある場合に軸３６４を収容する口を開けられたスロット４１５を含む。図１９に最もよく示されているように、ハブ３７０のロケータピン３６３は、アクチュエータ３１０のロケータスロット４０６内をスライドし、ロッキングホイール４１０の平坦部４１３と係合し、カローセル３４０をアクチュエータ３１０に滑り入れる際にロッキングホイールを反時計方向（図１８に矢印Ｃで示す）に回転させる。図２０に（また、図１８に仮想的に）示すように、ロッキングホイール４１０は、ロッキングホイール４１０のロッキングスロット４１２と係合する歯４３２を有する弾力性ロッキングバー４３０と共にロッキング位置へと回転し、カローセル３４０を関連するアクチュエータ３１０に回転可能に保持する。図２０の矢印Ｄで示される方向にロッキングバー４３０を手で動かすことにより、ホイール４１０はアンロックされ、取り外しやカローセル３４０へのピン標準試料の再装填のために自由に回転できるようになる。従って、操作者は手でカローセル３４０〜３４３を装填し、また、全てのカローセルを図１７〜２０に示すロッキングホイール・ラッチアセンブリ３１０を利用して各関連するアクチュエータから取り外すことができる。

図１６〜１８に最もよく示されるように、一旦装填した後には、カローセルはアクチュエータ３１０によって１８°段階的に進めることができる。アクチュエータ機構は、一端部にローラ５０２を有するローラレバー５００を含み、該レバーは、ピボットコネクション５０４によって、アクチュエータボディ４２０のスロット５０８にスライド可能に取り付けられたアーム５０６（図１８）に枢動可能に取り付けられる。アーム５０６は、図１１に示すシリンダ６１０〜６１４等の空気シリンダのロッド５１０に結合される。上部カローセルにもシリンダが結合されるが、上部カローセル３４５を反時計回り（即ち、残りのカローセルとは反対向き）に回転させるために、図１１の製図図形の後ろに位置する。ロッド５１０の作動時には、ローラ５０２は前進し、ローラ５０２を歯３５２の間のスロット３５１の内の一種に付勢する角度に設定されたアジャスタブル停止バー５２０の端部５２１（図１６）と係合し、カローセルディスク３５０を正確に１８°進ませる。作動シリンダの圧力の開放時には、ハブ３７０のプッシュプランジャ３６２は、カローセルディスク３５０の内部延在歯３５５に対する十分な張力を有し、ディスクの動きを防ぎ、ディスクを開口３１７と位置が合うように割り出す。従って、アクチュエータの各々は、ロック可能、回転可能且つ除去可能にカローセルを支持し、１８°の増分（図示の２０種の開口カローセルの場合）でカローセルを進め、分析する試料或いは分析器の較正用のピン標準試料のいずれかを選択的に排出する。

標本試料が、分析を繰り返し行う実験室によって配送チューブ３１９（図１１）から自動的に導入されるため、カローセル３４０〜３４３には、システムを比較的長時間実質的に連続して運転することができるように較正試料が事前に装填される。尚、カローセル３４０〜３４４を積み重ねから取り出し較正試料をそこに装填できるように、各カローセルは、ディスク形状を有し各カローセル毎に下に置かれたカバープレート３１６を含む。個々のプレート３１６の各々は、図１及び図１１に示すようにカローセルが垂直に重ねられたときに、互いに位置が合わせられる一種の開口を含む。これらの開口の全ては、あるカローセルが段階的に進められるにつれ、カバープレート３１６の上部表面３２１（図１５）に置かれている分析する試料又は較正試料が開口３１７と位置合が合うようにスライドしながら進み、残りのプレートの対応する垂直に位置を合わせられた開口３１７とカローセルディスク３５０の開口３５３とを通り落下するように、排出チューブ３３０の開いた口３３２（図１１）に位置を合わせられる。従って、位置を合わせられた開口３５３と各カバープレート３１６の対応する開口３１７によって画定される開放シュートが存在し、カローセル３４０〜３４４の内の任意の一種から、ピン試料を落下することが可能である。

最上部のカローセル３４５は、試料の装填のために供せられ、残りのカローセルとは異なる反対方向に回転し、漏斗状配送チューブ３１９を通じて実験室配送システムから受け取ったピン試料を、下に置かれたカローセル３４４の開口３５３に落下し、試料保持カローセルを後方装填(back fill)する。システムの連続した運転を提供するために、装填カローセル３４５は、試料配送カローセル３４４に連続的に新しい試料を後方装填できるように、前述のように反時計方向に動き、それに対し試料供給カローセル３４４は時計方向に動く。カローセル３４０〜３４５の各々は、カローセル歯３５２と係合する関連するアクチュエータ３１０〜３１５を有し、選択されたカローセルを独立して段階的に進ませ、分析する試料、或いはカローセル３４０〜３４３によって保持される較正試料の内の一種のいずれかを配送シュート３３０に落下する。

配送シュート３３０の下端部は天秤２５内に延在し、可動円筒状多節伸縮チューブアセンブリ３８０を含み、その更なる詳細は図１２に示される。伸縮アセンブリ３８０は最下部円筒チューブ３８２を含み、該チューブは実質的に透明であるため、操作者は所望であれば視覚的にシステムの運転を確認できる。チューブ３８２の下端部３８３は、天秤が試料の重量のみを検出するように、天秤のプラットフォーム２６から約０．０３０”間を空けられる。試料を計量し、重量をコンピュータ２２のメモリに入力した後、チューブ３９４（図１２）からの空気圧が、伸縮アセンブリ３８０に結合されるインプットチューブ３９２内のラインバック（line vac）に適用される。ラインバックは、図１及び１３に示すように、チューブ３９４から空気圧が約２秒間加えられた場合に、ラインバックが試料を天秤プラットフォーム２６からチューブ３９２を通って配送チューブ３９０へ、更には炉４０へと上方に吸引する短い持続時間の真空を提供するような市販のユニットであり、ベンチュリを含む。前述のように、炉４０の上部電極アセンブリ４２は、前述の坩堝供給アセンブリ１００によって下部電極４４に配送された坩堝３０の開いた口に試料を直接落下させる試料落下機構を含む。

本システムの試料供給アセンブリと坩堝供給アセンブリの両者によって、複数の試料の自動処理量を２４時間基準で管理することができ、２４時間周期の処理量として２５０或いは更に多くの数迄の試料を取り扱うことができる。カローセル３４０〜３４４の各々は、通常１グラムであり直径１／４”で長さ約５／１６”のピン試料である試料を１９種まで保持する。チューブ３９０及び３９２の内径であれば、ピン試料を天秤から分析炉４０に移すことは容易である。本発明のシステム１０は、試料供給アセンブリと坩堝供給アセンブリの両者を組み込むが、他の分析システムにおいては、これらのアセンブリの片方或いは両方を用いることができることが理解されよう。更に、好ましい実施形態においては、黒鉛坩堝供給アセンブリを記載したが、坩堝はセラミック、或いは分析する試料の保持のために用いられる他の材料であることができる。コンピュータ２２は、各試料の識別のみならず、各試料のカローセル内での位置を記憶し、カローセルの動きを制御し較正試料を選択的に炉に周期的な間隔で分析のために落下することができる。

添付の請求項によって定義された本発明の精神或いは範囲から逸脱することなく本明細書に記載した本発明の好ましい実施形態に対して種々の変更を加え得ることは当業者であれば分かるであろう。

分析炉と、坩堝供給アセンブリ、ピック・プレイスアームアセンブリ及び試料供給アセンブリを含む分析器の透視図である。、 分析実験室に配送時の、装填された坩堝カートリッジの斜視図である。 供給アセンブリのためのホルダに置かれた坩堝カセットの斜視図である。 カートリッジとホルダが坩堝ゲートアクチュエータに取り付けられた坩堝供給アセンブリの部分斜視図である。 図１の矢印Ｖの方向から見た、坩堝供給アセンブリの拡大平面図である。 図４及び５に示す坩堝供給アセンブリの拡大分解図であり、出口開口が露出している。 坩堝供給ゲートの拡大斜視図である。 坩堝供給アセンブリの拡大部分垂直断面図である。 炉、カートリッジを含む坩堝供給アセンブリ、及びそこから供給される坩堝を受け取る位置に置かれているピック・プレイスアームの部分正面立面図である。 ピック・プレイスアーム、ジョー、及び坩堝供給アセンブリの拡大部分透視図であり、坩堝を移す位置がしめされている。 ピック・プレイスアームによって分析炉の下部電極の上に位置を合わせられる坩堝の拡大部分透視図である。 坩堝供給アセンブリ及び試料供給アセンブリの拡大部分正面立面図であり、積み重ねられた試料供給カローセルが示されている。 天秤の拡大部分正面立面図であり、図１にも示される試料供給システムとの接続が示されている。 図１にも示される炉の上部の拡大部分正面立面図である。 試料保持カローセルの内の一種の平面図である。 図１４に示すカローセルの分解斜視図である。 カローセルアクチュエータの斜視図である。 図１６に示すカローセルアクチュエータの分解斜視図である。 カローセルアクチュエータのロッキングホイールの拡大部分平面図であり、カローセルを入れる位置が示されている。 カローセルをカローセルアクチュエータに挿入している間の拡大部分斜視図である。 アクチュエータに挿入されたカローセルの拡大部分底面図である。

符号の説明

１０ 分析システム
２０ 分析器
２２ マイクロプロセッサ
２５ 天秤
４０ 分析炉
４２ 上部電極
４４ 下部電極
１００ 坩堝供給アセンブリ
２００ ピック・プレイスアームアセンブリ
３００ 試料供給アセンブリ
３３０ 排出チューブ
３９０ 試料供給チューブ

Claims (50)

1. 分析器で使用するための坩堝を連続的に供給する坩堝保持カートリッジであって、
   各々が複数の坩堝を積み重ねて収容するように適合された複数の坩堝保持シリンダと、
   前記複数のシリンダの一方の端部をカバーするために前記複数のシリンダの一方の端部に設けられた第一のカバーと、
   前記一方の端部と反対側の端部に配置され前記複数のシリンダと連結される第二のカバーとを含み、
   前記カバーの少なくとも一方は、前記坩堝の出し入れをするために取り外しできる、カートリッジ。
2. 前記坩堝保持シリンダが略円形パターンに配置される、請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記坩堝保持カートリッジが、各々１０個迄の坩堝を保持することができる１０本の坩堝保持シリンダを含む、請求項２に記載のカートリッジ。
4. 前記坩堝保持シリンダが黒鉛坩堝を保持するように適合されている、請求項３に記載のカートリッジ。
5. 前記シリンダが透明重合体材料で形成されている、請求項１に記載のカートリッジ。
6. 前記重合体材料がポリ塩化ビニルである、請求項５に記載のカートリッジ。
7. 前記カバーが前記坩堝保持シリンダの開放端部に圧入されている、請求項６に記載のカートリッジ。
8. 前記坩堝保持シリンダが個々に形成され、互いの接線に沿って互いに接着的に結合される、請求項１に記載のカートリッジ。
9. 前記坩堝保持シリンダが単体部品として押し出される、請求項１に記載のカートリッジ。
10. 坩堝保持カートリッジ・ホルダアセンブリであって、
    各々が複数の坩堝を積み重ねて収容するように適合された複数の坩堝保持シリンダと、
    前記複数のシリンダの一方の端部をカバーするために前記複数のシリンダの一方の端部に設けられ、中心に位置する開口を含むカバーと、
    前記シリンダの反対側の端部を収容し、前記カバーの前記開口を貫通して延在するステムを含むカートリッジホルダとを含み、
    前記ホルダが、前記カートリッジの前記シリンダの一本に保持される坩堝を供給するために、選択的且つ連続的に前記シリンダの内の一本に位置を合わせられるゲートバルブを含む、アセンブリ。
11. 前記ホルダが、前記シリンダを連続して回転して前記ゲートバルブに対して垂直に位置を合わせるために、前記ステムと結合し且つ少なくとも前記シリンダの内の一本と係合する駆動部材を含む、請求項１０に記載のアセンブリ。
12. 分析器で使用するための坩堝を連続的に供給するための坩堝パッケージング方法であって、
    少なくとも一本の円筒状チューブ内に複数の坩堝を積み重ねて設置することと、
    前記円筒状チューブの一方の端部をカバーすることと、
    前記円筒状チューブの前記一方の端部と反対側の端部をカバーすることと
    を含み、前記カバーの少なくとも一方は、分析器システムの坩堝取り出しステーションにおいて前記坩堝の出し入れをするために取り外しできる、方法。
13. 前記設置段階が略円形パターンに配置された複数の坩堝保持シリンダ内に坩堝を設置することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の坩堝保持シリンダが略円形パターンに配置される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記設置段階が、各々が１０個迄の坩堝を保持できる１０本の坩堝保持シリンダを含む坩堝保持カートリッジに坩堝を設置することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記設置段階が、シリンダが透明重合体材料で形成されるカートリッジに坩堝を設置することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 分析炉のための試料供給システムであって、
    各々が複数の試料保持開口と試料保持開口の一つに位置を合わされた単一の開口を有する関連する下側のカバープレートとを有する複数の垂直に積み重ねられたディスク状試料保持カローセルと、
    最下部カローセルの最も下側の関連する下側プレートの開口に位置を合わせられた試料排出部と、
    取り外し可能且つ回転可能に各カローセルを保持し、前記カローセルの内の所定の一つを前記カバープレートに対して段階的に進めて試料を前記開口と位置を合わせられた位置に動かし、残りのカローセルの同様に位置合わせされた開口を通じて落下させ前記排出シュートに前記試料を落下させるアクチュエータと
    を含む、システム。
18. 前記排出部が、落下した試料を計量するための天秤に位置を合わされたシュートである、請求項１７に記載の試料供給システム。
19. 最上部の前記カローセルが、サンプルが導入される装填カローセルを含む、請求項１８に記載の試料供給システム。
20. 前記最上部のカローセルの直下のカローセルが前記最上部のカローセルと反対方向に回転する分析試料カローセルを含み、前記試料カローセルに複数の試料を後方装填（backfilled）できるようにされている、請求項１９に記載の試料供給システム。
21. 前記試料カローセルの下に位置する少なくとも一つのカローセルが、天秤に定期的に導入される較正試料を収容する、請求項２０に記載の試料供給システム。
22. 前記排出シュートの下の天秤上の位置から分析炉へ試料を供給するための空気式供給システムを更に含む、請求項１７に記載の試料供給システム。
23. 前記空気式供給システムが前記排出シュートと空気チューブと間の接続を含む、請求項２２に記載の試料供給システム。
24. 前記空気チューブが管内ラインバックを含む、請求項２３に記載の試料供給システム。
25. 複数の坩堝を坩堝保持カートリッジから分析炉に供給する方法であって、
    複数の坩堝を略垂直な姿勢で保持するカートリッジの位置を合わせる段階と、
    坩堝を前記坩堝保持カートリッジからプラットフォームに排出する段階と、
    前記坩堝を前記プラットフォームから取り出し、分析炉内に置く段階と
    を含む、方法。
26. 試料を分析炉に供給する方法であって、
    試料を、各々が複数の試料保持開口と試料保持開口の内の一つと位置を合わされた単一の開口を有する関連した下側カバープレートとを有する複数の垂直に積み重ねられたディスク形状の試料保持カローセルに置く段階と、
    個々のカローセルを回転し、下側カバープレートの開口を通じて試料を落下させる段階と、
    試料排出シュートを最下部のカローセルの最も下側の関連する下側プレートの開口と位置を合わせる段階と、
    前記カローセルの内の所定の一つを段階的に進め、試料を前記開口と位置を合わせられた位置に動かし残りのカローセルの同様に位置を合わせられた開口を通じて落下させ前記排出シュートに前記試料を落下させる段階と
    を含む、方法。
27. 試料を計量する天秤を前記排出シュートの下に配置することを更に含む、請求項２６に記載の試料供給方法。
28. 試料を前記排出シュートの下の天秤上の位置から分析炉に空気式に供給することを更に含む、請求項２７に記載の試料供給方法。
29. 坩堝と試料を装填するためのアセンブリであって、
    各々が複数の坩堝を積み重ねて収容するような複数の坩堝保持シリンダと、
    前記複数のシリンダの一方の端部をカバーするために前記複数のシリンダの一方の端部に設けられた第一のカバーと、
    前記一方の端部と反対側端部に配置され前記複数のシリンダと連結される第二のカバーと、
    カバーの内の一方が取り外された場合に、前記カートリッジの一方の端部を収容するカートリッジホルダ・アクチュエータと、
    各々が複数の試料保持開口と試料保持開口の一つに位置を合わされた単一の開口を有する関連した下側カバープレートとを有する複数の垂直に積み重ねられたディスク状試料保持カローセルと、
    前記カローセルの少なくともいくつかを取り外し可能に保持し、関連するカローセルを個々に回転的に動かすアクチュエータと、
    最下部カローセルの最も下側の関連する下側プレートの開口に位置を合わせられた試料排出シュートと
    を含み、
    前記カバーの少なくとも一方は、前記坩堝の出し入れをするために取り外しでき、前記ホルダ・アクチュエータが、最下部の坩堝を連続的に開放し、前記カートリッジを回転してシリンダを坩堝保持プラットフォームと位置合わせするように連続して配置し坩堝を前記プラットフォームに排出する構造を含み、前記アクチュエータが前記カローセルの内の所定の一つを段階的に進め試料を前記開口と位置を合わせられた位置に動かし、残りのカローセルの同様に位置を合わせられた開口を通じて落下させ前記排出シュートに前記試料を落下させる、アセンブリ。
30. 前記排出シュートが、落下させられる試料を計量する天秤と位置を合わせられる、請求項２９に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
31. 最上部の前記カローセルが、試料が導入される装填カローセルを含む、請求項３０に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
32. 前記最上部のカローセルの直下のカローセルが、前記最上部のカローセルと反対方向に回転する分析試料カローセルを含み、前記試料カローセルを複数の試料で後方装填（backfill）できるようにされている、請求項３１に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
33. 前記試料カローセルの下に置かれる少なくとも一種のカローセルが、周期的に天秤に導入される較正試料を収容する、請求項３２に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
34. 前記排出シュートの下の天秤上の位置から分析炉に試料を供給する空気式供給システムを更に含む、請求項３３に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
35. 前記空気式供給システムが空気チューブと管内ラインバックとを含む、請求項３４に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
36. 前記坩堝カートリッジが略円筒状である、請求項３５に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
37. 前記坩堝保持シリンダが略円形パターンに配置される、請求項３６に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
38. 前記坩堝保持シリンダが透明重合体材料で形成される、請求項３７に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
39. 前記カートリッジが坩堝識別情報を符号化された磁気ストリップを含む、請求項２９に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
40. 坩堝を前記プラットフォームから分析炉に移す坩堝ピック・プレイスアームを更に含む、請求項２９に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
41. 前記カートリッジホルダ・アクチュエータが、坩堝シリンダから前記プラットフォームに坩堝を選択的に解放するためのゲートバルブを含む、請求項４０に記載の坩堝及び試料装填アセンブリ。
42. 分析器で使用するための坩堝を連続的に分配するための坩堝分配システムであって、
    各々がその中に複数の坩堝を積み重ねて収容するような複数の坩堝保持シリンダを含むカートリッジと、
    前記複数のシリンダの一方の端部をカバーするために前記複数のシリンダの一方の端部に設けられた第一のカバーと、
    前記一方の端部と反対側の端部に配置され前記複数のシリンダと連結される第二のカバーと
    カバーの内の一方が取り外された場合に、前記カートリッジの一方の端部を収容するカートリッジホルダと、
    前記カートリッジを回転し、シリンダを坩堝保持プラットフォームに位置を合わせて連続的に配置するアクチュエータとを含み、
    前記カバーの少なくとも一方は、前記坩堝の出し入れをするために取り外しでき、前記ホルダが、最下部の坩堝を連続的に開放し、坩堝を前記プラットフォームに排出する構造を含む、システム。
43. 前記坩堝保持シリンダが略円形パターンに配置され、前記アクチュエータが前記ホルダ内で前記カートリッジを回転させるために一対の対向するシリンダと係合する、請求項４２に記載の坩堝分配システム。
44. 前記アクチュエータが前記ホルダを取り外し可能に収容し、前記ホルダによって解放された坩堝を受け取るための前記プラットフォームが前記アクチュエータに形成される、請求項４３に記載の坩堝分配システム。
45. 前記シリンダが透明重合体材料で形成される、請求項４４に記載の坩堝分配システム。
46. 坩堝がそこから取り出される前記プラットフォームと、前記カートリッジから分配される坩堝を分析炉に移すための前記炉の受け取り部材との間で可動なピック・プレイスアームを更に含む、請求項４５に記載の坩堝分配システム。
47. 分析炉のための試料供給システムであって、
    各々が複数の試料保持開口と試料保持開口の一つに位置を合わされた単一の開口を有する関連した下側カバープレートとを有する複数の垂直に積み重ねられた試料保持ディスクと、
    最下部ディスクの最も下側の関連する下側プレートの開口に位置を合わせられた試料排出部と、
    取り外し可能且つ回転可能に各ディスクを保持し、前記ディスクの内の所定の一種を前記カバープレートに対して段階的に進め試料を前記開口と位置を合わせられた位置に動かし、同様に位置を合わせられた残りのディスクの開口を通じて落下させ前記排出に前記試料を落下させるアクチュエータとを含み、
    前記アクチュエータがディスクを解放可能に保持するロッキングホイールを含む、システム。
48. 前記ロッキングホイールを固定された位置に解放可能に保持するロッキングアームを更に含む、請求項４７に記載の試料供給システム。
49. 前記アクチュエータが、ディスクの軸を回転可能に収容するためのスロットを有するプレートを含み、前記ロッキングホイールがディスク保持位置にある場合に、前記ホイールが、前記軸を収容し前記プレートの前記スロット内に前記軸を保持するための軸スロットを含む、請求項４８に記載の試料供給システム。
50. 前記プレートが前記スロットと間隔を空けられたロケータスロットを含み、前記ディスクが前記アクチュエータに挿入されたときに、前記ディスクが前記ロケータスロット内に延在する割出しピンを含む、請求項４９に記載の試料供給システム。

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