JP2022146634A - 試料溶解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乾式試金分析のスループットを向上させる。【解決手段】乾式試金分析用の試料が収められた坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させ且つ坩堝２１を溶解炉３内から溶解炉３外に移動させて溶解された試料を鋳型４に鋳込むハンド６であって、坩堝２１を複数同時に把持可能なハンド６を備える、試料溶解装置１およびその関連技術を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、試料溶解装置に関し、特に、乾式試金分析用の試料を溶解する装置に関する。

乾式試金分析用の試料を溶解する装置としては特許文献１に記載の装置が挙げられる。特許文献１には、環状に形成されており、回転自在な円形の炉底部と、該炉底部を回動する手段と、該炉底部を覆う環状トンネルを形成するハウジング部を有する溶解炉が開示されている。そして、環状トンネルの炉内には加熱手段が一定間隔ごとに設けられ、炉内温度が乾式試金分析の試料を加熱する複数の温度ゾーンになるように形成されることが開示されている。

特開２０１２－１３２６７６号公報

特許文献１に記載の装置は、坩堝を１個ごとアームで移動させている。坩堝を１個ごとアームで移動させると、所定の試料を複数分析すべく所定の時間内に全坩堝を溶解炉に炉入れしなければならない場合、炉入れが間に合わない可能性がある。

本発明の課題は、乾式試金分析のスループットを向上することにある。

上記の知見に基づいて成された本発明の態様は、以下の通りである。
本発明の第１の態様は、
乾式試金分析用の試料が収められた坩堝を溶解炉外から溶解炉内に移動させ且つ前記坩堝を溶解炉内から溶解炉外に移動させて溶解された前記試料を鋳型に鋳込むハンドであって、前記坩堝を複数同時に把持可能なハンドを備える、試料溶解装置である。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の発明において、
前記ハンドにおいて前記坩堝を複数同時に把持する際の方式は、坩堝の上下方向での外径差を利用したカップホルダー方式、または坩堝の外側から坩堝全体を挟むピンセット方式である。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の発明において、
前記ハンドにおいて前記坩堝を複数同時に把持する際の方式はカップホルダー方式であり、
前記ハンドは、一つの坩堝に対応する切り欠きを複数有し、且つ、把持された複数の坩堝を同時に保持する安全バーを有する。

本発明の第４の態様は、第１～第３のいずれか一つの態様に記載の発明において、
前記溶解炉の内部を上方から撮像するカメラを更に備える。

本発明の第５の態様は、第１～第４のいずれか一つの態様に記載の発明において、
バッチ式である前記溶解炉を更に備える。

本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の発明において、
前記溶解炉の炉床部における坩堝の配置予定位置に、前記坩堝の底を受ける受け部が設けられる。

本発明の第７の態様は、第５または第６の態様に記載の発明において、
前記溶解炉の炉床部における坩堝の配置予定位置に、前記炉床部とは異なる色のマーキングが施される。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の発明において、
前記マーキングの際のマークの素材にはＳｉＣが含まれる。

本発明の第９の態様は、第５～第８のいずれか一つの態様に記載の発明において、
前記ハンドが前記溶解炉の扉に近づくと自動で扉が開き、
前記ハンドが前記溶解炉の扉から進入後に退出すると自動で扉が閉じる。

本発明の第１０の態様は、第５～第９のいずれか一つの態様に記載の発明において、
前記溶解炉の炉床部は上下方向を回転軸として回転可能である。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載の発明において、
前記坩堝を溶解炉外から溶解炉内に移動させる際、前記溶解炉の扉が自動で閉じた後、且つ、前記ハンドが別の複数の坩堝を把持して再度前記溶解炉の扉に近づく前に、前記炉床部を所定の角度回転させ、前記炉床部の扉の前のスペースを空け、且つ、
前記坩堝を溶解炉内から溶解炉外に移動させる際、前記溶解炉の扉が自動で閉じた後、且つ、前記坩堝を把持していない前記ハンドが再度前記溶解炉の扉に近づく前に、前記炉床部を所定の角度回転させ、溶解された試料を収めた坩堝を前記炉床部の扉の前に配置させる。

本発明によれば、乾式試金分析のスループットを向上できる。

図１は、本実施形態に係る試料溶解装置（溶解炉の天井は透過）の全体平面図である。 図２（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＡ）を見たときの概略斜視図である。図２（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＡ）を見たときの概略斜視図である。 図３（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＢ）を見たときの概略斜視図である。図３（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＢ）を見たときの概略斜視図である。 図４（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＣ）を見たときの概略斜視図である。図４（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部（タイプＣ）を見たときの概略斜視図である。 図５（ａ）は、溶解炉の天井を透過したときの概略平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＴ－Ｔ線での概略側断面図であり、図５（ｃ）は、溶解炉の扉と相対したときの概略正面図である。 図６（ａ）は、最初に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、 図６（ｂ）は、その次に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、図６（ｃ）は、予定された坩堝を全て炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図である。 図７（ａ）は、最初に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、 図７（ｂ）は、その次に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、図７（ｃ）は、予定された坩堝を全て炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、図７（ｄ）は、把持部をＸ軸方向に１８０度回転させて切り欠きの向きを＋Ｙ方向から－Ｙ方向に変更した状態を示す概略図であり、図７（ｅ）は、図７（ａ）（ｂ）の炉床の回転方向を維持したまま、坩堝を溶解炉内から取り出す状態を示す溶解炉の概略平面図である。

本発明の実施の形態について、以下に説明する。本明細書において「～」は所定の値以上且つ所定の値以下を指す。

図１は、本実施形態に係る試料溶解装置（溶解炉の天井は透過）の全体平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る試料溶解装置１は以下の構成を備えるのが好ましい。
・乾式試金分析用の試料が収められた坩堝２１が整列して並べられた坩堝箱２
・坩堝２１内の試料を溶解する溶解炉３
・整列して並べられた鋳型４であって溶解された試料が鋳込まれる鋳型４
・試料が鋳込まれた後の空の坩堝２１が廃棄される廃棄箱５
・坩堝２１を複数同時に把持可能なハンド６
・溶解炉３内に配置される坩堝２１を確認可能なカメラ８（後で図５を基に詳述）
以下、ハンド６の動きを説明しつつ、各構成について説明する。

本実施形態のハンド６は、乾式試金分析用の試料が収められた坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させ且つ坩堝２１を溶解炉３内から溶解炉３外に移動させて溶解された試料を鋳型４に鋳込むハンド６であって、坩堝２１を複数同時に把持可能なハンド６である。このハンド６は、いわゆるロボットアームである。

ハンド６は、人間の腕に類似する構成を備える。具体的に言うと、人間の上腕にあたる上腕部６２、上腕部６２と連結し且つ人間の前腕にあたる前腕部６３、前腕部６３と連結し且つ人間の手にあたる把持部６４、そしてハンド６全体の動作を制御する制御部（不図示）を備えるのが好ましい。上腕部６２は、固定された台座部６１に配置されるのが好ましい。各部の素材には限定は無いが、溶解装置という性質上、耐熱性を有する金属部材（例えばＳＵＳ）が好ましい。

図１に示すように、ハンド６は、平面視において、所定位置に配置された台座部６１を回転中心として移動するのが好ましい。ハンド６の末端の把持部６４の回転軌道上には、坩堝箱２、溶解炉３、鋳型４および廃棄箱５が配置されるのが好ましい。但し、上腕部６２や前腕部６３を伸縮可能とすればこのような回転軌道上の配置には限定されない。

制御部は、平面視での上腕部６２の回転角度、水平方向から斜め上方に傾斜して上腕部６２が延在するときの傾斜角度、上腕部６２の延在方向に対する前腕部６３の延在方向の角度、前腕部６３の延在方向に対する把持部６４の延在方向の角度、把持部６４が坩堝２１を掴んだり放したりする動作、把持部６４の延在方向を回転軸として把持部６４を回転させる際の回転角度（手の平を返すのに似た動作）等を制御するのが好ましい。制御部は、台座部６１の内部に搭載されてもよい。

上腕部６２は、台座部６１を回転中心として回転可能であれば構成に限定は無い。前腕部６３の構成に限定は無いが、上腕部６２の延在方向に対する前腕部６３の延在方向の角度を変更可能なのが好ましい。また、前腕部６３により把持部６４を（手首のように）回転可能とするのが好ましい。また、上腕部６２および前腕部６３は互いに独立して伸縮および回転可能であってもよい。

把持部６４は、坩堝２１を複数同時に把持可能であれば構成に限定は無い。以下、把持部６４のバリエーションについて説明する。説明の便宜上、同時把持される坩堝２１が３個の場合を例示するが、複数であれば数に限定は無い。また、坩堝２１の形状は、内径、外径共に上端（開口）から下端（底）に向けて小さくなる場合を例示する。

以下、天地の天の方向（上方）を＋Ｚ方向、地の方向（下方）を－Ｚ方向とする。
把持部６４の延在方向であって前腕部６３と連結する把持部６４の基端から末端に向かう方向を＋Ｘ方向、その逆方向を－Ｘ方向とする。
Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向であって、把持部６４の末端と相対したとき向かって左から右への方向を＋Ｙ方向、その逆方向を－Ｙ方向とする。

図２（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＡ）を見たときの概略斜視図である。図２（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＡ）を見たときの概略斜視図である。
図３（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＢ）を見たときの概略斜視図である。図３（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＢ）を見たときの概略斜視図である。
図４（ａ）は、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＣ）を見たときの概略斜視図である。図４（ｂ）は、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｚ方向から把持部６４（タイプＣ）を見たときの概略斜視図である。

把持部６４（タイプＡ）は、図２に示すように、板状の金属部材であって坩堝２１を支持する把持部６４本体と、支持部７０に支持された坩堝２１を引っ掛けて保持するフック７２ａとを備える。

図２に示すように、支持部７０には貫通孔７１が設けられる。貫通孔７１は、坩堝２１の最大外径よりも大きな径を有する大孔７１ａと、大孔７１ａよりも小さな径の小孔７１ｂとで構成される。図２に示すように、大孔７１ａと小孔７１ｂとは重なり合っている。そしてこの一組の大小孔７１ａ、７１ｂは少なくとも坩堝２１の同時把持数分設けられる。図２に示す例だと、把持部６４の基端から末端に向けて順に大孔７１ａ→小孔７１ｂ→大孔７１ａ→小孔７１ｂ→大孔７１ａ→小孔７１ｂ→大孔７１ａが設けられる。隣接する一組の大小孔７１ａ、７１ｂも重なり合っており、結果的に支持部７０には一つの貫通孔７１が設けられる。

把持部６４（タイプＡ）での坩堝２１の同時把持の概要は以下の通りである。
まず、一列に並んだ３個の坩堝２１の上に把持部６４を配置する。そして、把持部６４を下降させ、最も基端側の大孔７１ａ以外の大孔７１ａに把持部６４を嵌め入れ、把持部６４の底近傍まで把持部６４を下降させる。そして、坩堝２１の外径が、小孔７１ｂと大孔７１ａの連通部分の幅よりも小さくなったときに、把持部６４を＋Ｘ方向に移動させ、３個の坩堝２１をそれぞれ小孔７１ｂに嵌め入れる。そして、把持部６４を上昇させることにより、３個の坩堝２１をそれぞれ小孔７１ｂの周縁にて支持する。この状態のまま、後掲の溶解炉３内に把持部６４ごと３個の坩堝２１を挿入し、把持を解除し、３個の坩堝２１を炉床３４に載置する。把持の解除は、本段落に記載の把持とは逆の手順で行えばよい。

３個の坩堝２１を溶解炉３内から溶解炉３外に移動させて溶解された試料を鋳型４に鋳込む際、フック７２ａを坩堝２１の上端の開口縁に引っ掛ける。フック７２ａはＸ方向を回転軸としてフック回動部７２ｂにより回転可能である。フック７２ａは支持部７０の＋Ｙ方向側に設けられる。溶解された試料を坩堝２１から鋳型４に流し入れるのは－Ｙ方向側から行う。その際、Ｘ方向を回転軸として把持部６４全体を回転させるが、フック７２ａにより、坩堝２１が支持部７０から脱落しないで済む。

なお、本実施形態では最も基端側の大孔７１ａは使用しない場合を説明したが、もちろん該大孔７１ａを使用してもよい。その場合、最も末端側の大孔７１ａは使用しないことになる。つまり、図２に示す把持部６４（タイプＡ）は、どちらの場合にも対応できるように予め基端側にも末端側にも大孔７１ａを設けている。

把持部６４（タイプＢ）は、図３に示すように、ピンセット方式により坩堝２１を把持する。

図３に示すように、ピンセットの一方に該当する第１長尺部７３（図３の＋Ｙ方向側）の形状には限定は無いが、第１長尺部７３を＋Ｚ方向から－Ｚ方向に見たとき、坩堝２１の外側輪郭に倣った曲線形状とすれば、坩堝２１を把持しやすく好適である。

ピンセットのもう一方に該当する第２長尺部７４（図３の－Ｙ方向側）は、３本の長尺板状部材７４ａ～ｃが－Ｚ方向から＋Ｚ方向に重なることにより構成される。長尺板状部材７４ａは、一列に並んだ３個の坩堝のうち最も基端側の坩堝を把持する。長尺板状部材７４ｂは、その坩堝の隣の坩堝を把持する。長尺板状部材７４ｃは、最も末端側の坩堝を把持する。各長尺板状部材７４ａ～ｃを＋Ｚ方向から－Ｚ方向に見たとき、各長尺板状部材７４ａ～ｃの末端は、坩堝２１の外側輪郭に倣った曲線形状とすれば、坩堝２１を把持しやすく好適である。

第１長尺部７３と第２長尺部７４との間には２つの連結板状部材７５ａが上下に設けられる。２つの連結板状部材７５ａの一端は第１長尺部７３に固定される。もう一端は、各長尺板状部材７４ａ～ｃを固定部材７５ｂにて上下で挟みこむ。その際、各長尺板状部材７４ａ～ｃは完全に固定するのではなく、第１長尺部７３に向けてピンセットのように近接可能とする。

把持部６４（タイプＢ）での坩堝２１の同時把持の概要は以下の通りである。
まず、把持部６４の末端側すなわち第１長尺部７３と第２長尺部７４とが成す隙間に、一列に並んだ３個の坩堝２１を嵌め入れる。そして、第１長尺部７３に形成された、坩堝２１の外側輪郭に倣った曲線形状に坩堝２１を合わせる。そして、第２長尺部７４の各長尺板状部材７４ａ～ｃを第１長尺部７３に向けてピンセットのように近接させ、３個の坩堝２１を挟んで保持する。坩堝２１の両方の外側（＋Ｙ方向の坩堝２１の外側と－Ｙ方向の坩堝２１の外側）から坩堝２１全体を挟む。この状態のまま、後掲の溶解炉３内に把持部６４ごと３個の坩堝２１を挿入し、把持を解除し、３個の坩堝２１を炉床３４に載置する。把持の解除は、本段落に記載の把持とは逆の手順で行えばよい。

３個の坩堝２１を溶解炉３内から溶解炉３外に移動させて溶解された試料を鋳型４に鋳込む際、坩堝２１を把持した状態のまま、把持部６４はＸ方向を回転軸として回転可能である。この場合、溶解された試料を坩堝２１から鋳型４に流し入れるのは＋Ｙ方向側から行う。その際、Ｘ方向を回転軸として把持部６４全体を回転させる。

上記把持部６４（タイプＡ）と後掲の把持部６４（タイプＣ）（合わせて、坩堝２１の上下方向での外径差を利用したカップホルダー方式という。）とは異なり、ピンセット方式の把持部６４（タイプＢ）では、一つの坩堝２１の外径が上下方向で同じ場合であっても坩堝２１を把持可能という利点がある。

把持部６４（タイプＣ）は、図４に示すように、板状の金属部材であって坩堝２１を支持する把持部６４本体と、支持部７０に支持された坩堝２１を引っ掛けて保持する安全バー７７ａとを備える。把持部６４（タイプＣ）は、先に挙げた把持部６４（タイプＡ）に対し、貫通孔７１を切り欠き７６（図４の－Ｙ方向に形成）に変形してそれに伴い、坩堝２１の数に応じ、一つの坩堝２１に対応する一つの切り欠き７６（最大径は坩堝２１の最大外径未満且つ最小外径超え、好適には坩堝２１の最大外径の２／３～３／４程度）を３つ設け、且つ、フック７２ａを各坩堝２１に設けるのではなく３個の坩堝２１を同時に保持する安全バー７７ａを設けた点にある。本明細書では、フック７２ａと安全バー７７ａのような、把持部６４を回転させたときの坩堝２１の脱落を抑止するための部材をまとめて「脱落抑止部」ともいう。

把持部６４（タイプＣ）での坩堝２１の同時把持の概要は以下の通りである。
まず、一列に並んだ３個の坩堝２１から見て＋Ｙ方向に把持部６４を配置し、把持部６４を下降させる。その後、把持部６４を－Ｙ方向に移動し、各坩堝２１を切り欠き７６に嵌め入れる。そして、把持部６４を上昇させることにより、３個の坩堝２１をそれぞれ切り欠き７６の周縁にて支持する。この状態のまま、後掲の溶解炉３内に把持部６４ごと３個の坩堝２１を挿入し、把持を解除し、３個の坩堝２１を炉床３４に載置する。把持の解除は、本段落に記載の把持とは逆の手順で行えばよい。

３個の坩堝２１を溶解炉３内から溶解炉３外に移動させて溶解された試料を鋳型４に鋳込む際、安全バー７７ａを坩堝２１の上端の開口縁に引っ掛ける。安全バー７７ａはＸ方向を回転軸として安全バー回動部７７ｂにより回転可能である。安全バー７７ａは支持部７０の＋Ｙ方向側に設けられる。溶解された試料を坩堝２１から鋳型４に流し入れるのは－Ｙ方向側から行う。その際、Ｘ方向を回転軸として把持部６４全体を回転させるが、安全バー７７ａにより、坩堝２１が支持部７０から脱落しないで済む。

以上がハンド６の概要である。以降、把持部６４（タイプＣ）を採用した例を挙げる。ハンド６の動作内容に沿って、他の各構成を説明する。

本実施形態では、図１に示すように、ハンド６から見て、１２時方向に坩堝箱２を配置し、５時方向に溶解炉３を配置し、２時方向に鋳型４を配置し、３時方向に廃棄箱５を配置する場合を例示する。但し、各構成の配置に限定は無く、作業内容や作業環境に応じて適宜配置変更可能である。

坩堝箱２には、乾式試金分析用の試料が収められた坩堝２１が整列して並べられる。試料には限定が無い。坩堝２１には、試料と共に融剤を仕込んでおくのが好ましい。また、坩堝２１の素材は耐火性であれば限定は無い。

ハンド６の把持部６４の延在方向（＋Ｘ方向）に沿うように（図１でいうと縦方向に）所定の個数（ここでは３個）の坩堝２１を坩堝箱２内に配置するのが好ましい。そして、３個を一列とし、複数列（例えば５列）を、列方向と垂直方向（図１でいうと横方向に）坩堝箱２内に配置するのが好ましい。

図１では一つの坩堝箱２に３×５＝１５個の坩堝２１を配置可能とし、坩堝箱２を計４箱用意したが、それ以外の数を採用しても構わない。

また、坩堝箱２ではなくベルトコンベアにより坩堝２１が運ばれるようにしてもよい。その際、後掲の溶解炉３の扉３２の開閉や炉床３４の回転と連動させて、ベルトコンベア上の坩堝２１の３個一列がハンド６に近づくように（図１の坩堝箱２をベルトコンベアへと変更した場合、新たな３個一列の坩堝２１が右方向に進行するように）ベルトコンベアを移動させてもよい。

溶解炉３は、坩堝２１内の試料を溶解できれば限定は無く、市販の溶解炉３を採用しても構わない。以下に述べる溶解炉３はあくまで一具体例である。

図５（ａ）は、溶解炉３の天井３１を透過したときの概略平面図であり、図５（ｂ）は、溶解炉３の概略側断面図であり、図５（ｃ）は、溶解炉３の扉３２と相対したときの概略正面図である。

本実施形態で挙げる溶解炉３は、円柱型のバッチ式溶解炉である。溶解炉３の中心と周縁にそれぞれ加熱部（共に不図示）を設け、二つの加熱部に挟まれる坩堝配置領域３３に坩堝２１を収容する。この坩堝配置領域３３は平面視円環状であるが、複数の温度域に分けられてはいない。

坩堝２１を収容すべく、３個の坩堝２１を同時把持したハンド６が溶解炉３の扉３２に近づくと、扉３２が下方に自動でスライドし、溶解炉３の入り口が開かれる。そして、ハンド６の末端が溶解炉３の入り口から進入し、そのまま３個の坩堝２１を溶解炉３内に進入させる。そして、ハンド６による坩堝２１の同時把持を解除し、炉床３４上に３個の坩堝２１を配置する。そして、ハンド６が溶解炉３から退出する。ハンド６が溶解炉３の入り口から完全に退出した後、扉３２が上方に自動でスライドし、溶解炉３の入り口が閉じられる。

このように溶解炉３の扉３２の開閉とハンド６の動きとを連動させることにより、溶解炉３の扉３２が開けっ放しになる時間を最小限に抑えられ、溶解炉３内の温度を一定に近づけられる。このような溶解炉３の扉３２の制御は、ハンド６の制御部が行ってもよいし、別途、試料溶解装置１に制御部を設け、該制御部により制御を行ってもよい。

図６（ａ）は、最初に３個の坩堝２１を炉床３４に配置した状態の溶解炉３の概略平面図であり、 図６（ｂ）は、その次に３個の坩堝２１を炉床３４に配置した状態の溶解炉３の概略平面図であり、図６（ｃ）は、予定された坩堝２１を全て炉床３４に配置した状態の溶解炉３の概略平面図である。この坩堝２１の配置順はあくまで一例であり、限定は無い。

図６（ａ）に示すように、炉床３４上に最初に配置された３個の坩堝２１は、溶解炉３の中心から放射状に（溶解炉３の径方向に）、扉３２から最も近い径方向の領域に整列している。本実施形態において、炉床３４は、Ｚ方向（上下方向）を回転軸として回転可能とする。例えば、溶解炉３の扉３２が閉じた後、炉床３４を時計周りに回転させる。これにより、３個の坩堝２１の列は時計回りに移動し、入り口前のスペースが空く。再度入り口から進入するハンド６が同時把持する３個の坩堝２１を、このスペースに配置する（図６（ｂ））。以下、この動作を繰り返し、炉床３４に配置された坩堝２１がハンド６に干渉しない程度のスペースＳを残し、炉床３４上に３個一列の坩堝２１を径方向に向かい、複数列整列させる（図６（ｃ））。

この構成により、ハンド６を扉３２から進入させた直後に坩堝２１の把持を解除可能となり、解除後にハンド６を速やかに扉３２から退出させられる。そのため、複雑なハンド６の動作が不要となるうえ、溶解炉３内での作業時間の短縮につながりハンド６にかかる熱負荷の軽減につながる。また、扉３２が開けっ放しになる時間を最小限に抑えられ、溶解炉３内の温度を一定に近づけられる。

また、把持部６４（タイプＣ）を採用する場合、切り欠き７６が存在するため、スペースＳさえ残しておけば、既に炉床部３４に配置された坩堝２１と把持部６４との接触機会を大幅に減らせる。その結果、溶解炉３内での坩堝２１の転倒機会を大幅に減らせる。

炉床３４における坩堝２１の配置予定位置に窪み（不図示）を設けるのが好ましい。つまり、図１の例だと、炉床３４に径方向へと３個一列の窪みを複数列設けるのが好ましい。

窪みの径および深さは坩堝２１の大きさにより適宜設定すればよいが、例えば窪みの深さは坩堝２１の高さの１／１５～１／４程度であってもよい。窪みの径は坩堝２１の底の外径よりも大きければよい。

この窪みは、炉床３４に直接設けても構わないし、炉床３４の上に円盤状の別部材を設け、炉床３４をいわゆる二重底とし、炉床３４の直上の該別部材の上面に窪みを設けても構わない。更に、炉床３４や該別部材に窪みを設けるのではなく、例えば炉床３４に坩堝２１の底と嵌合する坩堝台３５を設けてもよい。これらの例を含めて「炉床部３４における坩堝２１の配置予定位置に、坩堝２１の底を受ける受け部を設ける」という。

溶解炉３内において、扉３２に最も近い径方向の領域であってハンド６が坩堝２１を配置する領域の直上に覗き窓３６ａを形成するのが好ましい。本実施形態の覗き窓３６ａは、溶解炉３の天井３１よりも上方に出っ張った部分であり、最上方には耐熱透明部材３６ｂ（例えばガラス）が設けられる。

耐熱透明部材３６ｂの上にＣＣＤカメラ８が配置される。このＣＣＤカメラ８は耐熱処理が施されるまたは耐熱処理が施された筐体８１内に収められるのが好ましい。ＣＣＤカメラ８が各坩堝２１を撮像可能にすべく、筐体８１の下面は耐熱透明部材３６ｂ（例えばガラス）で構成するのが好ましい。

ＣＣＤカメラ８は、各坩堝２１の配置に応じて合計３個配置される。本発明はＣＣＤカメラ８の個数に限定されず、１、２個の比較的広角のＣＣＤカメラにより３個の坩堝２１を撮像可能としてもよいし、一つの坩堝２１に対して複数のＣＣＤカメラ８を用意してもよい。テレセントリックレンズを使用したＣＣＤカメラならば、１個のＣＣＤカメラにより複数の坩堝を撮像可能となる。また、ＣＣＤ以外の種類のカメラ８を採用しても構わない。本実施形態では、覗き窓３６ａにより、扉３２に最も近い径方向の領域のみ（坩堝２１の配置予定の３個一列の範囲のみ）をＣＣＤカメラ８が撮像可能とする。

このＣＣＤカメラ８により、ＣＣＤカメラ８下方の炉床部３４の状態を確認できる。ハンド６が坩堝２１の把持を解除する際に炉床３４上で坩堝２１が倒れても、作業者が速やかに坩堝２１の転倒を把握できる。ただ、それ以外にも、ＣＣＤカメラ８を設けたことの利点がある。以下、この点について詳述する。

例えば、炉床部３４に窪みが設けられる場合、坩堝２１を窪みが設けられた所定位置に配置しやすくなる。窪みが無い場合だと、所定位置から外れても坩堝２１は正常に起立しやすいが、窪みがある場合だと、例えば坩堝２１の配置が窪みから数ｍｍずれると窪みの傾斜上に坩堝２１が配置され、坩堝２１の起立状態が不安定になる。これは、坩堝２１を３個同時に把持して配置するとなると、３個共に坩堝２１の起立状態が不安定になることを意味し、これまでに溶解炉３内に正常に配置した坩堝２１と、新たに配置された坩堝２１とが衝突し、坩堝２１内の試料を炉床部３４にこぼしかねない。

そこで、ＣＣＤカメラ８を活用し、この点を改善できる。具体的には、炉床部３４の窪みに対し、炉床部３４の色とは大きく異なる色（例えば炉床３４が灰色に対して黒色）のマーキングを施すのが好ましい。このマークの素材は耐熱性があれば限定は無く、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）であってもよい。窪みの代わりに坩堝台３５を採用する場合、坩堝台３５自体をＳｉＣで作製してもよい（図５（ｂ）ではこの場合を例示）。

その状態で、ＣＣＤカメラ８により黒色マークを確認しながら、溶解炉３内に進入したハンド６の位置を調整可能である。この調整は作業者が行ってもよいし、画像解析プログラムにより、ＣＣＤカメラ８から送信された画像を色識別し、制御部が自動でハンド６の位置調整を行ってもよい。手動にせよ自動にせよこの調整により坩堝２１の配置予定位置に対する実際の配置位置の誤差（特に炉床３４周方向での配置位置の誤差）の発生を抑えられる。

上記調整と共に、または上記調整に代えて、坩堝２１を炉床部３４に配置した後、ＣＣＤカメラ８により坩堝２１の配置状態の確認を行ってもよい。例えば、黒色マークが坩堝２１により全て隠れていたら問題無し、逆に黒色マークが坩堝２１からはみ出て見えたら再度ハンド６による調整要と判断してもよい。

なお、窪みを設けずに、坩堝２１を配置すべき位置にマーキングを施し、ＣＣＤカメラ８により黒色マークを確認しながら、溶解炉３内に進入したハンド６の位置を調整してもよい。このとき、マーキングを設けるのは、窪みと同様、炉床３４に直接設けても構わないし、炉床３４の上に円盤状の別部材を設け、炉床３４をいわゆる二重底とし、炉床３４の直上の該別部材の上面にマーキングを施しても構わない。また、繰り返しになるが、坩堝台３５自体をＳｉＣで作製してもよい。これらの例を含めて「炉床部３４における坩堝２１の配置予定位置にマーキングを施す」という。

溶解炉３内に坩堝２１を配置して溶解炉３の扉３２からハンド６を完全に退出させた後、ハンド６は、再度坩堝箱２に向かって回転し、坩堝２１を複数把持し、再度溶解炉３に向かって回転し、溶解炉３内に坩堝２１を配置するのが好ましい。予定された全ての坩堝２１を溶解炉３内に配置するまで、この作業を繰り返すのが好ましい。

鋳型４は、坩堝箱２と同様、ハンド６の把持部６４の延在方向（＋Ｘ方向）に沿うように所定の個数の鋳型４を配置してもよい。図１に示すように、（図１でいうと横方向に）一列６個の鋳型４を配置してもよい。このとき、一度の鋳込みにて例えば右側３個の鋳型４を使用し、次の鋳込み（ハンド６が再度溶解炉３に回転して３個の坩堝２１を再度回収した後の鋳込み）では左側３個の鋳型４を使用する。そして、６個を一列とし、複数列を、列方向と垂直方向（図１でいうと縦方向に）坩堝箱２内に配置してもよい。ハンド６により各坩堝２１を同時に把持したまま各坩堝２１を傾け、溶解された試料を鋳型４に鋳込む。

廃棄箱５は、試料が鋳込まれた後の空の坩堝２１を廃棄可能であれば限定は無い。廃棄箱５の上方で、ハンド６が各坩堝２１の同時把持を解除することにより、鋳込み後の各坩堝２１は廃棄箱５に落下する。廃棄箱５の下方に車輪（不図示）が設けられれば、廃棄箱５ごと坩堝２１の処分場所に移送できるため好ましい。

なお、空の坩堝２１を再利用してもよい。空の坩堝２１を廃棄箱５に廃棄する代わりに、 坩堝箱２に空の坩堝２１を移動させてもよい。空の坩堝２１を廃棄する廃棄モードと、坩堝箱２に空の坩堝２１を移動させて再利用する再利用モードとから一つのモードを選択するモード選択部を試料溶解装置１に設けてもよい。モード選択部は、ハンド６の制御部が兼ねてもよいし、別途、試料溶解装置１に設けられた制御部が兼ねてもよい。

ハンド６に把持された各坩堝２１を廃棄箱５に廃棄した後（坩堝２１を再利用する場合は坩堝箱２に坩堝２１を移動させた後）、ハンド６を再び溶解炉３に向けて回転させ、溶解炉３内の３個の坩堝２１を同時に把持する。この把持を実現すべく、溶解炉３の扉３２が自動で閉じた後、且つ、坩堝２１を把持していないハンド６が再度溶解炉３の扉３２に近づく前に、上下方向を回転軸として炉床部３４を逆時計回り（坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際とは逆方向）に回転させ、ハンド６が溶解炉３の扉３２から進入したときにハンド６の近傍に３個の坩堝２１が配置されるよう調整するのが好ましい。この３個の坩堝２１内の溶解された試料を鋳型４に鋳込み、予定された全ての坩堝２１の溶解された試料を鋳込むまで、この作業を繰り返すのが好ましい。

本実施形態によれば、複数の坩堝２１を同時把持して作業が行われるため、乾式試金分析のスループットを向上できる。しかも、炉入れ、炉出し、鋳込みの工程を自動化でき、作業者の安全を確保できる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

例えば、上記ハンド６の個数に限定は無い。但し、本発明は、上記ハンド６が１個のみの場合でも十分に本発明の効果を発揮可能である。また、ハンド６が１個であれば、試料溶解装置１全体の床面積を小さくでき、装置全体を小部屋化することも可能となり（例えば図１）、その場合、作業者の安全はより確保される。

また、溶解炉３の扉３２の数に限定は無い。但し、本発明は、上記ハンド６が１個のみの場合でも十分に本発明の効果を発揮可能であり、それに伴い、炉床部３４を回転可能な構成にすれば、扉３２も１個のみで済む。

本実施形態では、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際の炉床部３４の回転方向を時計回りとし、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際の炉床部３４の回転方向を反時計回りとした。これは、カップホルダー方式である把持部６４（タイプＣ）の切り欠き７６が－Ｙ方向に設けられ、把持部６４を溶解炉３内に進入させたときに－Ｙ方向が溶解炉３の扉３２に向かって左側と一致するためである。

仮に、切り欠き７６が＋Ｙ方向に設けられる場合（すなわち切り欠き７６が溶解炉３の扉３２に向かって右側に設けられる場合）は、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際の炉床部３４の回転方向を反時計回りとし、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際の炉床部３４の回転方向を時計回りとするのが好ましい。

更に、炉床部３４の回転方向を一方向に固定したまま、坩堝２１の溶解炉３内への移動と、坩堝２１の溶解炉３外への移動を行ってもよい。

図７（ａ）は、最初に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、 図７（ｂ）は、その次に３個の坩堝を炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、図７（ｃ）は、予定された坩堝を全て炉床に配置した状態の溶解炉の概略平面図であり、図７（ｄ）は、把持部をＸ軸方向に１８０度回転させて切り欠きの向きを＋Ｙ方向から－Ｙ方向に変更した状態を示す概略図であり、図７（ｅ）は、図７（ａ）（ｂ）の炉床の回転方向を維持したまま、坩堝を溶解炉内から取り出す状態を示す溶解炉の概略平面図である。

本例では炉床部３４の回転方向を逆時計回りに固定する場合を例示する。図７（ａ）に示すように、ハンド６の制御部により、把持部６４（タイプＣ）を、Ｘ軸を回転軸として１８０度回転させ、切り欠き７６を＋Ｙ方向側に予め配置する。

把持部６４（タイプＣ）が１８０度回転したとき、その回転に伴い安全バー７７ａも略１８０度回転させ、把持部６４（タイプＣ）が１８０度回転した状態でも安全バー７７ａにより坩堝２１を保持可能としてもよい。

そして、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、予定された坩堝２１が全て炉床３４に配置される。ここまでは、切り欠き７６が向く方向と炉床３４の回転方向が逆であることを除けば図６と同様である。

その後、把持部６４（タイプＣ）を、Ｘ軸を回転軸として１８０度回転させ、切り欠き７６を今度は－Ｙ方向側に配置する。この回転作業は、把持部６４を一旦溶解炉３外に退出させた後に行ってもよいし、図７（ｃ）に示すスペースＳの広さに余裕があれば、扉３２の前にスペースＳが配置されるよう炉床３４を逆時計回りに回転させたうえで、スペースＳにて行ってもよい。この回転作業により、炉床部３４の回転方向を一方向に固定したまま、坩堝２１の溶解炉３内への移動と、坩堝２１の溶解炉３外への移動を行える。

そもそも、ピンセット方式であるタイプＢの場合、第１長尺部７３も第２長尺部７４もＹ方向の幅は大体同じであるうえ、第１長尺部７３と第２長尺部７４の間に、炉床部３４上の坩堝２１を３個一列で配置すればよい。タイプＣと同じくカップホルダー方式であるタイプＡの場合、扉３２から入って右側のスペースを広く空ける必要はない。そうなると、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際も、坩堝２１を溶解炉３外から溶解炉３内に移動させる際も、炉床部３４の回転方向を同じとしてもよい。

つまり、本発明は、炉床部３４の回転方向に限定は無い。また、回転角度は、炉床部３４に配置された坩堝２１同士の間隔等を考慮して設定すればよい。

１…試料溶解装置
２…坩堝箱
２１…坩堝
３…溶解炉
３１…天井
３２…扉
３３…坩堝配置領域
３４…炉床（炉床部）
３５…坩堝台（兼マーク）
３６ａ…覗き窓
３６ｂ…耐熱透明部材
４…鋳型
５…廃棄箱
６…ハンド
６１…台座部
６２…上腕部
６３…前腕部
６４…把持部
７０…支持部
７１…貫通孔
７１ａ…大孔
７１ｂ…小孔
７２ａ…フック
７２ｂ…フック回動部
７３…第１長尺部
７４…第２長尺部
７４ａ～ｃ…長尺板状部材
７５ａ…連結板状部材
７５ｂ…固定部材
７６…切り欠き
７７ａ…安全バー
７７ｂ…安全バー回動部
８…カメラ（ＣＣＤカメラ）
８１…（ＣＣＤカメラを収める）筐体
Ｓ…（炉床に配置された坩堝がハンドに干渉しない程度の）スペース

Claims (11)

1. 乾式試金分析用の試料が収められた坩堝を溶解炉外から溶解炉内に移動させ且つ前記坩堝を溶解炉内から溶解炉外に移動させて溶解された前記試料を鋳型に鋳込むハンドであって、前記坩堝を複数同時に把持可能なハンドを備える、試料溶解装置。
2. 前記ハンドにおいて前記坩堝を複数同時に把持する際の方式は、坩堝の上下方向での外径差を利用したカップホルダー方式、または坩堝の外側から坩堝全体を挟むピンセット方式である、請求項１に記載の試料溶解装置。
3. 前記ハンドにおいて前記坩堝を複数同時に把持する際の方式はカップホルダー方式であり、
   前記ハンドは、一つの坩堝に対応する切り欠きを複数有し、且つ、把持された複数の坩堝を同時に保持する安全バーを有する、請求項２に記載の試料溶解装置。
4. 前記溶解炉の内部を上方から撮像するカメラを更に備える、請求項１～３のいずれか一つに記載の試料溶解装置。
5. バッチ式である前記溶解炉を更に備える、請求項１～４のいずれか一つに記載の試料溶解装置。
6. 前記溶解炉の炉床部における坩堝の配置予定位置に、前記坩堝の底を受ける受け部が設けられた、請求項５に記載の試料溶解装置。
7. 前記溶解炉の炉床部における坩堝の配置予定位置に、前記炉床部とは異なる色のマーキングが施された、請求項５または６に記載の試料溶解装置。
8. 前記マーキングの際のマークの素材にはＳｉＣが含まれる、請求項７に記載の試料溶解装置。
9. 前記ハンドが前記溶解炉の扉に近づくと自動で扉が開き、
   前記ハンドが前記溶解炉の扉から進入後に退出すると自動で扉が閉じる、請求項５～８のいずれか一つに記載の試料溶解装置。
10. 前記溶解炉の炉床部は上下方向を回転軸として回転可能である、請求項５～９のいずれか一つに記載の試料溶解装置。
11. 前記坩堝を溶解炉外から溶解炉内に移動させる際、前記溶解炉の扉が自動で閉じた後、且つ、前記ハンドが別の複数の坩堝を把持して再度前記溶解炉の扉に近づく前に、前記炉床部を所定の角度回転させ、前記炉床部の扉の前のスペースを空け、且つ、
    前記坩堝を溶解炉内から溶解炉外に移動させる際、前記溶解炉の扉が自動で閉じた後、且つ、前記坩堝を把持していない前記ハンドが再度前記溶解炉の扉に近づく前に、前記炉床部を所定の角度回転させ、溶解された試料を収めた坩堝を前記炉床部の扉の前に配置させる、請求項１０に記載の試料溶解装置。

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