JP2011099708A - るつぼ空焼き装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度の低い安価なるつぼを用いても確実に動作し、しかも構造が簡単でコストダウンも促進できるるつぼ空焼き装置１００を提供する。
【解決手段】水平に寝かせた複数のるつぼＵを、隣り合うものの底部と開口部とが接するように一列に並べて保持する保持レール部３１と、るつぼＵを加熱する加熱炉１０内に設けたるつぼＵの水平移動路２とを直列させ、保持レール部３１にあるるつぼＵをその列方向に水平に押し込むことによって、順次加熱炉１０内に送り込むように構成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、加熱することによって金属等の試料中に含まれる炭素や硫黄等の元素を分析する元素分析装置に用いられるるつぼを空焼きする装置に関するものである。

この種の元素分析装置では、例えばセラミック製のるつぼ内に試料を入れて燃焼させ、その際に試料中の炭素や硫黄が酸化して発生するＣＯ、ＣＯ_２、ＳＯ_２などのガスを定量することによって、該試料内の炭素や酸素の量を測定する。

このとき、るつぼに不純物が含まれていたりダストが付着していると、そこからガスが発生して測定誤差の原因となるため、測定前にはるつぼを予め空焼きする。

しかして、従来のるつぼ空焼き装置は、特許文献１、２に示すように、るつぼストッカーにるつぼを横向きかつ縦積みにストックし、最も下のるつぼをシリンダで水平に押し出して空焼き用の加熱炉に順次送り込んでいく構造となっている。なお、このシリンダは、加熱炉にるつぼを送り込むだけでなく、同時に送り込んだるつぼによって加熱炉内の空焼きの終わったるつぼを押し出す機能も果たしている。

しかしながら、このような構成では、最も下のるつぼを押し出す際に、その上方のるつぼが落下しないようにすべく、前記シリンダの他に、このシリンダの動作に連動するような落下防止ストッパが必要になるなど、多くのアクチュエータを用いた複雑に絡み合うような構造となり、故障がちでコストダウンが難しいという問題がある。

また、寸法精度が低く、特に高さ方向の寸法（軸方向寸法）にばらつきがあるるつぼを使用すると、ストッカー内でるつぼが詰まったり、斜めになったり、あるいはそもそもストッカーにるつぼが入らなかったりする。したがって、従来のものでは、寸法精度が高く、高価なるつぼを用いざるを得ず、比較的安価なるつぼを使用するとことが難しい。

特開昭６１−１２９５６８号公報 実開平３−１１４０５８号公報

本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、その主たる所期課題は、構造が簡単でコストダウンを促進でき、寸法精度の低い安価なるつぼを用いても確実に動作するるつぼ空焼き装置を提供することにある。

すなわち、本発明に係るるつぼ空焼き装置は、一端をるつぼの挿入口、他端をるつぼの導出口に接続された水平移動路を内部に有し、前記挿入口から挿入されたるつぼが、次に挿入された後ろのるつぼに押されることによって前記導出口に向かって移動するように構成されたるつぼ空焼き用の加熱炉を具備したものである。

そして、水平に寝かせた複数のるつぼを、隣り合うものの底部と開口部とが接するように一列に並べて保持する保持レール部と、前記保持レール部で保持されている最後端のるつぼを押圧して一列のるつぼ全部を当該列方向に移動させ、保持レール部の先端に設けた送出口からるつぼを順次送出するスライドアクチュエータとをさらに具備し、前記保持レール部の送出口と前記水平移動路の挿入口とが接続されて、該保持レール部及び水平移動路が直列するように構成してあることを特徴とする。

このようなものであれば、保持レール部のるつぼと加熱炉内のるつぼとが水平一直線上に直列するので、保持レール部上の最後端のるつぼを押すスライドアクチュエータを設けるだけの簡単な構造で、加熱炉にるつぼを送り込むとともにその導出口からるつぼを１つ１つ押し出すことができる。また、このように簡単な構造であるからこそ、故障が少なく、動作の確実性を担保できる。さらに、水平移動路や保持レール部の径に余裕を持たせることで、外径や高さ方向寸法に多少ばらつきのある安価なるつぼを用いても、問題なく動作させることもできる。

前記列方向に延長することなく、その方向のコンパクト性を維持したまま、多くのるつぼを保持できるようにするためには、互いに平行な複数の前記保持レール部を支持するるつぼストッカーと、該るつぼストッカーを移動させて各保持レール部の送出口を前記挿入口との接続位置に位置づける移動機構とをさらに具備するものが好ましい。

前記加熱炉の導出口から導出されたるつぼを受け止めるるつぼ受け止め部をさらに具備したものにおいて、空焼きしたるつぼを加熱炉からひとつひとつ確実に導出するとともに、るつぼ受け止め部に重複してるつぼが溜まらないようにするには、前記導出口からるつぼが導出された時点及びその導出されたるつぼが前記るつぼ受け止め部にあるか否かを検出するるつぼ検出機構をさらに具備するものが好適である。

前記列方向のコンパクト性を向上させるには、前記スライドアクチュエータが、前記保持レール部の側方、下方又は上方に平行に設けた案内部と、該案内部に案内されてスライド移動する付勢体とを具備したものであり、前記付勢体に、保持レール部の側方、下方又は上方に設けた隙間から該保持レール部内に挿入されて前記最後端のるつぼを押すアームを設けた構成が好適である。このようなものであれば、スライドアクチュエータを保持レール部とほぼ同じ長さにして、しかも保持レール部に並列させて配置できるからである。

るつぼとの接触抵抗を減らして円滑な移動を可能にするとともに、移動時に擦れることで発生する削粉等が蓄積されることを防止するには、保持レール部が、るつぼの外径よりも離間距離を短く設定した一対の平行な棒状部材からなり、るつぼが前記一対の棒状部材間にその一部を嵌入させて保持されるように構成してあるものが望ましい。

本発明によれば、保持レール部と加熱炉内の水平移動路とを一直線となるように配置するとともに、保持レール部上の最後端のるつぼを押すスライドアクチュエータを設けるだけの簡単な構造で、加熱炉にるつぼを送り込んで導出口から押し出すという機能を実現できる。したがって、故障が少なく、動作の確実性を担保できるとともに、コストダウンにも寄与し得る。

さらに、水平移動路や保持レール部の径に余裕を持たせることで、外径や高さ方向寸法に多少ばらつきのある安価なるつぼを用いても、問題なく動作させることができる。

本発明の一実施形態に係るるつぼ空焼き装置の全体を示す概略側面図。 同実施形態におけるるつぼストッカーを示す斜視図。 同実施形態におけるるつぼストッカーを示す分解斜視図。 同実施形態における保持レール部及びるつぼを示す部分斜視図。 同実施形態におけるスライドアクチュエータを示す斜視図。 同実施形態における導出口やるつぼ受け止め部等を示す部分斜視図。 同実施形態のるつぼ空焼き装置の動作を示す概略側面図。 同実施形態のるつぼ空焼き装置の動作を示す概略側面図。 同実施形態のるつぼ空焼き装置の動作を示す概略側面図。 同実施形態のるつぼ空焼き装置の動作を示す概略側面図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るるつぼ空焼き装置１００は、試料を燃焼させ、その燃焼ガスによって当該試料内に含まれる元素を分析する元素分析装置（図示しない）に用いられるるつぼＵを空焼きするためのものであって、図１に示すように、るつぼＵを加熱して空焼きする加熱炉１０と、その加熱炉１０にるつぼＵを送り込むためのるつぼ送出機構２０とを具備している。
このるつぼ送出機構２０が、本るつぼ空焼き装置１００の主たる特徴部分であるが、まずは加熱炉１０について簡単に説明する。

この加熱炉１０は、図１に示すように、架台Ｋに配設されたものであり、例えば直方体状をなし、後面にるつぼＵの挿入口１ａが開口するとともに前面にるつぼＵの導出口１ｂが開口するボディ１と、ボディ１内に配設されて前記挿入口１ａに一端が接続されるとともに導出口１ｂに他端が接続された直線管状のるつぼ用水平移動路２と、前記水平移動路２の周囲に設けた図示しないヒータとを具備する。そして、前記挿入口１ａからるつぼＵが挿入されると、そのるつぼＵによって水平移動路２に充填されている前のるつぼＵが次々押されて移動し、前記導出口１ｂからるつぼＵが順に押し出されるように構成してある。なお、ここでは、この水平移動路２を左右（ここでは、図１の紙面奥行き方向のことである。）に２つ設けている。

一方、前記るつぼ送出機構２０は、図１に示すように、前記架台Ｋに配設されたものであり、前記加熱炉１０の後面に隣接して配置されるるつぼストッカー３と、このるつぼストッカー３を上下に駆動する移動機構４と、前記るつぼストッカー３の下方に配置されるスライドアクチュエータ５と、加熱炉１０から導出されたるつぼＵを検出するるつぼ検出機構７と、前記スライドアクチュエータ５や移動機構４等を制御する制御機構（図示しない）とを具備する。
各部を詳述する。

るつぼストッカー３は、図１から図３に示すように、水平に延伸する複数の互いに平行な保持レール部３１と、これら保持レール部３１の両端に配設されて該保持レール部３１を支持する一対の保持板３２とを具備したものであり、前記保持レール部３１に、複数のるつぼＵが、水平に寝た状態で、かつ、隣り合うものの底部と開口部とが接するように一列に並べて保持される。なお、この実施形態では、この保持レール部３１を、上下に５列、また、水平移動路２が左右に２つあることに対応して左右に２列の合計１０列設けている。

保持レール部３１は、特に図４に詳細に示すように、互いの離間距離がるつぼＵの外径よりも短く設定された一対の平行な円柱状又は円筒状をなす直線棒状部材３１１からなるものであり、るつぼＵは、これら一対の棒状部材３１１間にその一部を嵌入させて保持される。

保持板３２は、保持レール部３１の延伸方向（るつぼＵの列方向）と垂直に起立する板状をなすものであり、前側のものには、るつぼＵが通過する大きさの送出口３２ａが設けてあり、後側のものには、後述するスライドアクチュエータ５のアーム５３が通過するための側方に開口する切り込み孔３２ｂが設けてある。

移動機構４は、図１に示すように、例えばるつぼストッカー３を支持するＺステージを利用したものである。そして、このるつぼストッカー３を保持レール部３１の上下ピッチに合わせて段階的に上下動させることで、上下いずれかの段の保持レール部３１の送出口３２ａが、前記挿入口１ａとの接続位置に選択的に位置づけられるようにしてある。

スライドアクチュエータ５は、図１、図５等に示すように、前記保持レール部３１で保持されている一列のるつぼＵを、後ろから押して当該列方向に移動させ、前記送出口３２ａからるつぼＵを順次送出するものである。より具体的にこのものは、案内部たる溝５１ａを有したケーシング５１と、この溝５１ａに嵌合して保持レール部３１の延伸方向（すなわち、るつぼＵの列方向）にスライド移動する付勢体５２と、この付勢体５２を進退駆動する図示しない駆動機構とを具備している。なお、このスライドアクチュエータ５は、水平移動路２が左右に２つあることに対応して左右に２つが設けられている。

ケーシング５１は、長尺直方体状をなすものであり、るつぼストッカー３の下方に、その延伸方向を、保持レール部３１の延伸方向と合致させて配置してある。そしてその側面に前記溝５１ａが形成してある。

付勢体５２は、前記溝５１ａに嵌合する板状をなすもので、この付勢体５２からるつぼストッカー３に向かって上方に延出するアーム５３を設けている。アーム５３は、付勢体５２に接続された鉛直に起立する基端部５３１と、前記基端部５３１の先端から保持レール部３１に向かって水平に延出する先端部５３２とからなる概略逆Ｌ字型をなすものである。そして前記先端部５３２が、側方から保持レール部３１内に差し込んであり、当該保持レール部３１に保持されている最後尾のるつぼＵをその後ろから前方に向かって押すことができるように構成してある。

前記駆動機構は、図示しないが、ケーシング５１内に配設したモータ及びこのモータの回転軸に連結されたネジ部材とからなるものであり、このネジ部材に前記付勢体５２に設けた雌ねじ孔が螺合するように構成してある。そして前記モータが正逆回転することによって、付勢体５２が進退移動するように構成してある。

さらにこの実施形態では、図１、図６等に示すように、前記加熱炉１０の導出口１ｂから導出されたるつぼＵを受け止めるるつぼ受け止め部６と、前記導出口１ｂから導出されたるつぼＵを前記るつぼ受け止め部６に導く接続路９とをさらに設けている。

まず接続路９から説明すると、このものは、前記導出口１ｂから水平前方に延出する基端部分９１と、その基端部分９１に連続して前方斜め下方に垂れ下がる先端部分９２とから構成されるもので、この実施形態では、保持レール部３１同様、一対の平行な管（円筒棒）又は円柱棒によって形成している。しかして、前記基端部分９１の長さは、るつぼＵの高さ（軸方向の長さ）の半分未満に設定してあり、導出口１ｂから押し出されたるつぼＵは、自重で先端部分９２を滑り落ちていくように構成してある。

るつぼ受け止め部６は、前記接続路９の先端に臨むように配置される板体６１と、この板体６１を左右水平軸周りに回転可能に支持するブラケット６２と、前記板体６１を、接続路９の先端に接するように弾性付勢する弾性体（図示しない）とを具備したものである。板体６１は、その表面にるつぼＵの底部が嵌り込む部分円形凹部６１ａを形成した矩形状をなす簿板である。ブラケット６２は、加熱炉ボディ１の前面に取り付けられたもので、このブラケット６２に、列方向と垂直でかつ水平な方向に延びる回転軸６２ａが設けられている。板体６１は、その基端部を前記回転軸６２ａによって回転可能に支持されている。弾性体は、図示しないが、例えば、回転軸６２ａやブラケット６２に取り付けられたバネであり、その弾性力によって、板体６１を、その先端部が上方に回転するように付勢する。そして、外力が加わらない状態では、板体６１は接続路９の先端に押圧接触し、その表面が接続路先端部分９２の延伸方向と略垂直になる姿勢で保持される。なお、板体６１の回転範囲は、接続路９の先端に押圧接触している斜めの姿勢から、その先端部分９２が下がって水平姿勢となる範囲に規制されている。

るつぼ検出機構７は、各導出口１ｂの近傍（ここでは上方）に取り付けられた例えば超音波センサ等の物体感知センサ７１を具備したものである。この物体感知センサ７１は、その感知範囲が、前記接続路９の先端部分９２及びるつぼ受け止め部６に及んでおり、るつぼＵが、接続路９を通過したりるつぼ受け止め部６にあったりすると、そのるつぼＵの存在を感知してその旨の信号を出力する。

制御機構は、図示しないが、例えばＣＰＵやメモリ等を有した電気回路で構成されたものであり、前記物体感知センサ７１等からの信号を受信して移動機構４やスライドアクチュエータ５の動作を制御する。
次に、かかる構成のるつぼ空焼き装置１００の動作について説明する。

まず、オペレータが、るつぼストッカー３の各保持レール部３１にるつぼＵを充填する。なお、このるつぼストッカー３は、移動機構４から取り外し可能に構成してあるので、オペレータは、るつぼストッカー３を取り外した状態で、その前面の送出口３２ａにるつぼＵを開口側から挿入すればよい。このようにしてるつぼストッカー３の各保持レール部３１にるつぼＵを充填した後、るつぼストッカー３を移動機構４に取り付ける。
この状態で、例えばオペレータが図示しないスタートボタンを押すと、加熱炉１０が点火されるとともに前記制御機構による自動運転が始まる。

まず最初に、制御機構の指令によって移動機構４が作動し、例えば最上列の保持レール部３１の送出口３２ａが加熱炉１０の挿入口１ａと略連続するように、るつぼストッカー３を移動させる。

次に、一方のスライドアクチュエータ５が作動し、そのアーム５３を最上列の保持レール部３１の後方から切り込み孔３２ｂを介して挿入し、当該保持レール部３１の最後端に位置するるつぼＵの後ろに位置づける。この状態を図７に示す。

そして、物体感知センサ７１によって、この保持レール部３１に対応する一方のるつぼ受け止め部６にるつぼＵがあるかないかが検出される。その結果、るつぼＵがなければ、制御機構の指令によって、アーム５３が前方にスライド移動し、その列のるつぼＵを前方に移動させる。

このとき、加熱炉１０の水平移動路２内には、前回の残りのるつぼＵが充填されているので、そのるつぼＵも押されて前方に移動し、最前端のるつぼＵが加熱炉１０の導出口１ｂから押し出される。押し出されたるつぼＵは、前記接続路９を通り、るつぼ受け止め部６で受け止められる。

しかして、前記るつぼＵが接続路９を通過したときに物体感知センサ７１がその旨を出力するので、それを制御機構が受信して、その時点でアーム５３を停止させる。このようにして、結果的にアーム５３がるつぼＵ１つ分だけ前方に移動して、１つのるつぼＵがるつぼ受け止め部６に受け止められる。この状態を図８に示す。なお、初期状態で水平移動路２内にるつぼＵがなく、あるいは完全に充填されていない場合は、るつぼＵが１つだけ押し出されるまでアーム５３は前方に移動し続ける。
次に、るつぼＵを押し出す所定の時間間隔が経過するのを待って、制御機構は、他方のスライドアクチュエータ５を作動させ、前記同様の動作を行う。

ところで、るつぼ受け止め部６にあるるつぼＵは、図示しないロボットやオペレータにより取り去られる。ロボットの場合は、そのハンドが前記板体６１を弾性付勢力に逆らって水平にし、るつぼＵを鉛直に起立させた状態で、当該るつぼＵを掴むように設定してある。

るつぼＵが取り去られると、物体感知センサ７１がその旨を検知するので、前述の手順同様、制御機構が、今度は一方のアーム５３を前方に移動させて、次のるつぼＵを１つ押し出す。なお、このときも、るつぼＵを押し出すタイミングが、前のるつぼＵを押し出した時間から、前述した所定の時間間隔以上空くように、制御機構は制御する。これは加熱炉１０内に各るつぼＵを一定時間以上滞在させて、十分に空焼きするためである。

このようにして、左右のアーム５３が交互に動作し、最上段２列の保持レール部３１のるつぼＵを全て加熱炉１０内に送出すると、図示しないリミットセンサなどによってそのことを制御機構が検知する。このときの状態を図９に示す。その後、制御機構は、各アーム５３を後方に移動させて、保持レール部３１から離脱させる。

次に制御機構は、移動機構４を動作させてるつぼストッカー３を上昇させ、次段の保持レール部３１の送出口３２ａを加熱炉１０の挿入口１ａに位置づける。このときの状態を図１０に示す。そしてその保持レール部３１のるつぼＵがなくなるまで、前述の動作を繰り返す。
以上が、このるつぼ空焼き装置１００の動作の概略である。

しかしてこのように構成した本実施形態によれば、保持レール部３１のるつぼＵと加熱炉１０内のるつぼＵとが水平一直線上に直列するように構成し、かつ、保持レール部３１上の最後端のるつぼＵを押すスライドアクチュエータ５を設けるだけの簡単な構造で、加熱炉１０にるつぼＵを送り込むとともにその導出口１ｂからるつぼＵを押し出すことができる。また、加熱炉１０の導出口１ｂからるつぼＵが導出された時点及びその導出されたるつぼＵが前記るつぼ受け止め部６にあるか否かを検出するるつぼ検出機構７を設け、このるつぼ検出機構７からの出力信号に基づいてスライドアクチュエータ５を動作させているので、るつぼＵの高さ方向の寸法がバラバラでも、空焼きしたるつぼＵを加熱炉１０からひとつひとつ確実に導出することができるうえ、るつぼ受け止め部６に重複してるつぼＵが溜まらないようにすることができる。

さらに、仮に、るつぼＵを移動させるためにシリンダを利用した場合、シリンダの仕様として、るつぼＵの移動長分のピストン及びそのピストンを収容する長さのボアが必要となるため、装置全体として列方向に長くならざるを得ない。しかし、この実施形態によれば、前述したように、ネジ部材に螺合してそのネジ部材の回転によって進退移動する付勢体５２を有したスライドアクチュエータ５を利用しているので、スライドアクチュエータ５を保持レール部３１とほぼ同じ長さにでき、しかもこのスライドアクチュエータ５を保持レール部３１に並列させて配置できる。したがって、前記列方向のコンパクト性を向上させることができる。

また、保持レール部３１及び接続路９が、るつぼＵの外径よりも離間距離を短く設定した一対の平行な棒状部材３１１からなるので、るつぼＵとの接触抵抗が減少して円滑な移動が可能になるとともに、移動時に擦れることで発生する削粉等を下に落としてこれが蓄積されることを防止することができる。

加えて、この実施形態では２列の水平移動路２を設け、そこから交互にるつぼＵが押し出されるようにしているので、同じ時間間隔でるつぼＵを押し出す１列のものに比べ、加熱炉１０内でのるつぼＵの滞在時間を長くできる。逆に言えば、同じ滞在時間を確保する場合、１列のものに比べて加熱炉１０の列方向の長さを短くできる。さらに、１列が故障等の理由により動作しない場合、残りの１列のみで送り出しが可能である。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、２列の水平移動路とそれに対応するように水平には２列の保持レール及び２つのスライドアクチュエータ５を設けていたが、これを１列にしてもよいし３列以上にしてもよい。また、２列のるつぼＵを交互に押し出すようにしていたが、これを同時に押し出すようにしてもよい。
保持レール部の形状は、レール機能（案内機能）を果たしさえすればよく、例えば管状のもの等も保持レール部として用いることができる。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００…るつぼ空焼き装置
１０…加熱炉
Ｕ…るつぼ
１ａ…挿入口
１ｂ…導出口
２…水平移動路
３…るつぼストッカー
３１…保持レール部
３２ａ…送出口
５…スライドアクチュエータ
４…移動機構
６…るつぼ受け止め部
５…るつぼ検出機構
５１ａ…案内部（溝）
５２…付勢体
５３…アーム
３１１…棒状部材

Claims (5)

1. 一端がるつぼの挿入口、他端がるつぼの導出口に接続された水平移動路を内部に有し、前記挿入口から挿入されたるつぼが、次に挿入された後ろのるつぼに押されることによって前記導出口に向かって移動するように構成されたるつぼ空焼き用の加熱炉を具備したものであって、
   水平に寝かせた複数のるつぼを、隣り合うものの底部と開口部とが接するように一列に並べて保持する保持レール部と、
   前記保持レール部で保持されている最後端のるつぼを前方に動かして当該一列のるつぼ全部を当該列方向に移動させ、保持レール部の先端に設けた送出口からるつぼを順次送出するスライドアクチュエータとをさらに具備し、
   前記保持レール部の送出口と前記水平移動路の挿入口とが接続されて、該保持レール部及び水平移動路が直列するように構成してあることを特徴とするるつぼ空焼き装置。
2. 互いに平行な複数の前記保持レール部を支持するるつぼストッカーと、該るつぼストッカーを移動させて各保持レール部の送出口を前記挿入口との接続位置に位置づける移動機構とをさらに具備するものである請求項１記載のるつぼ空焼き装置。
3. 前記加熱炉の導出口から導出されたるつぼを受け止めるるつぼ受け止め部と、前記導出口からるつぼが導出された時点及びその導出されたるつぼが前記るつぼ受け止め部にあるか否かを検出するるつぼ検出機構とをさらに具備するものである請求項１又は２記載のるつぼ空焼き装置。
4. 前記スライドアクチュエータが、前記保持レール部と平行に、その側方、下方又は上方に設けた案内部と、該案内部に案内されてスライド移動する付勢体とを具備したものであり、
   前記付勢体に、保持レール部の側方、下方又は上方に設けた隙間から該保持レール部内に挿入されて前記最後端のるつぼを押すアームを設けている請求項１乃至３いずれかに記載のるつぼ空焼き装置。
5. 前記保持レール部が、るつぼの外径よりも離間距離を短く設定した一対の平行な棒状部材からなり、るつぼが前記一対の棒状部材間に一部を嵌入させて保持されるように構成してある請求項１乃至４いずれかに記載のるつぼ空焼き装置。