JP2867500B2 - 静電浮遊炉 - Google Patents
静電浮遊炉Info
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- JP2867500B2 JP2867500B2 JP30941989A JP30941989A JP2867500B2 JP 2867500 B2 JP2867500 B2 JP 2867500B2 JP 30941989 A JP30941989 A JP 30941989A JP 30941989 A JP30941989 A JP 30941989A JP 2867500 B2 JP2867500 B2 JP 2867500B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は浮遊用試料である帯電物体を静電気的な力を
利用して容器に非接触状態で静止、浮上保持して加熱溶
融させるために用いる静電浮遊炉に関するものである。
利用して容器に非接触状態で静止、浮上保持して加熱溶
融させるために用いる静電浮遊炉に関するものである。
［従来の技術］ 近年の新素材の開発研究の進展に伴い地上はもとより
宇宙の微小重力環境を利用して新規な材料の開発を行う
ことが考えられており、素材を空間の一点に非接触状態
で保持して無容器で加熱、溶融、凝固処理を行うことが
考えられている。そのため、物体を何等かの方法で空間
の一点に非接触状態で保持する技術と、保持された物体
を加熱溶融する技術の開発が必要となっている。
宇宙の微小重力環境を利用して新規な材料の開発を行う
ことが考えられており、素材を空間の一点に非接触状態
で保持して無容器で加熱、溶融、凝固処理を行うことが
考えられている。そのため、物体を何等かの方法で空間
の一点に非接触状態で保持する技術と、保持された物体
を加熱溶融する技術の開発が必要となっている。
従来、かかる物体を空間の一点に浮上保持させて加熱
溶融させるようにするものとしては、第４図及び第５図
に概略を示す如く、浮遊用試料としての物体ａを静電気
的な力で閉じ込めるようにする浮遊用電極として、４本
の金属製の円柱状電極を平行に且つ平面状態で正方形の
頂点に位置するように配置してなる二次元四重極電極b,
c,d,eを用い、該二次元四重極電極b,c,d,eを浮遊用電源
としての交流電源ｆに接続して、各電極に交流電圧を印
加し電極間に電気力線を生じさせることにより物体ａを
電極間中心部へ向わせるようにし、又、電極間中心部の
上下位置に、物体ａに上下方向の反発力としての閉じ込
め力を生じさせる浮遊用電極として直流電極g,hを配置
して、浮遊用電源としての直流電源ｉに接続し、直流電
極g,hに物体ａの極性と同一極性の直流電圧を印加させ
ることにより物体ａを上下方向に閉じ込めて静止浮上さ
せ、物体ａを空間の一点に保持させるようにし、更に、
上記保持した物体ａに加熱源ｊからレーザ 光線等の熱線ｋを照射させて加熱溶融させるようにした
もの、あるいは、二次元四重電極b,c,d,eを構成する各
電極を、第６図に示す如く中空構造として保護管間｜に
加熱源であるヒータｍを埋め込み、電極全体からの熱輻
射を利用するようにしたものもある。
溶融させるようにするものとしては、第４図及び第５図
に概略を示す如く、浮遊用試料としての物体ａを静電気
的な力で閉じ込めるようにする浮遊用電極として、４本
の金属製の円柱状電極を平行に且つ平面状態で正方形の
頂点に位置するように配置してなる二次元四重極電極b,
c,d,eを用い、該二次元四重極電極b,c,d,eを浮遊用電源
としての交流電源ｆに接続して、各電極に交流電圧を印
加し電極間に電気力線を生じさせることにより物体ａを
電極間中心部へ向わせるようにし、又、電極間中心部の
上下位置に、物体ａに上下方向の反発力としての閉じ込
め力を生じさせる浮遊用電極として直流電極g,hを配置
して、浮遊用電源としての直流電源ｉに接続し、直流電
極g,hに物体ａの極性と同一極性の直流電圧を印加させ
ることにより物体ａを上下方向に閉じ込めて静止浮上さ
せ、物体ａを空間の一点に保持させるようにし、更に、
上記保持した物体ａに加熱源ｊからレーザ 光線等の熱線ｋを照射させて加熱溶融させるようにした
もの、あるいは、二次元四重電極b,c,d,eを構成する各
電極を、第６図に示す如く中空構造として保護管間｜に
加熱源であるヒータｍを埋め込み、電極全体からの熱輻
射を利用するようにしたものもある。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の静電浮遊炉では、二次元四重極
電極b,c,d,eが金属であるため、物体ａの加熱は、加熱
源ｊからの熱線ｋの照射や、電極自体をヒータ化によっ
て行っているが、前者の熱線ｋの照射により物体ａを加
熱する方式では、二次元四重極電極b,c,d,eに熱線ｋが
遮られることが多く各電極間の隙間より熱線ｋの照射を
行う必要があるが、照射する空間が少ないこと、電極に
ぶつかった熱線ｋは電極自体の加熱か又は反射されて物
体の加熱に大きく役立たないことから、物体ａの加熱効
率が悪いという問題がある。又、後者の電極内にヒータ
を埋め込んで電極自体をヒータ化する方式では、加熱す
る領域が大きすぎるため、物体ａを有効し加熱すること
ができず、物体ａの加熱効率が悪いという問題がある。
電極b,c,d,eが金属であるため、物体ａの加熱は、加熱
源ｊからの熱線ｋの照射や、電極自体をヒータ化によっ
て行っているが、前者の熱線ｋの照射により物体ａを加
熱する方式では、二次元四重極電極b,c,d,eに熱線ｋが
遮られることが多く各電極間の隙間より熱線ｋの照射を
行う必要があるが、照射する空間が少ないこと、電極に
ぶつかった熱線ｋは電極自体の加熱か又は反射されて物
体の加熱に大きく役立たないことから、物体ａの加熱効
率が悪いという問題がある。又、後者の電極内にヒータ
を埋め込んで電極自体をヒータ化する方式では、加熱す
る領域が大きすぎるため、物体ａを有効し加熱すること
ができず、物体ａの加熱効率が悪いという問題がある。
そこで、本発明は、加熱源から照射される熱線をどの
方向からも物体に照射できるようにして物体を効率よく
加熱できるようにした静電浮遊炉を提供しようとするも
のである。
方向からも物体に照射できるようにして物体を効率よく
加熱できるようにした静電浮遊炉を提供しようとするも
のである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、物体を電極間
中心部の方向へ閉じ込めるようにする閉じ込め力を生じ
させる浮遊用電極を浮遊用電源に接続し、且つ物体に熱
線を照射させる加熱源を有する静電浮遊炉において、上
記浮遊用電極を、石英ガラスを母材としてその表面に透
明導電膜をコーティングしてなる透明電極とし、電極を
通して熱線を照射できるようにして構成とする。
中心部の方向へ閉じ込めるようにする閉じ込め力を生じ
させる浮遊用電極を浮遊用電源に接続し、且つ物体に熱
線を照射させる加熱源を有する静電浮遊炉において、上
記浮遊用電極を、石英ガラスを母材としてその表面に透
明導電膜をコーティングしてなる透明電極とし、電極を
通して熱線を照射できるようにして構成とする。
［作 用］ 浮上保持された物体を加熱するときは、加熱源から物
体に熱線を照射させると、熱線の一部は透明電極を通過
して物体に照射され、残りの熱線は電極空間部を通って
直接物体に照射される。これにより熱線が遮られること
がなくなり、物体の加熱効率を向上させることができ
る。
体に熱線を照射させると、熱線の一部は透明電極を通過
して物体に照射され、残りの熱線は電極空間部を通って
直接物体に照射される。これにより熱線が遮られること
がなくなり、物体の加熱効率を向上させることができ
る。
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、
第４図に示した従来の静電浮遊炉と同様な構成におい
て、浮遊用電極としての二次元四重極電極1a,1b,1c,1d
とする個々の電極をすべて透明電極としたものである。
すなわち、円柱状に成形してなる石英ガラス２を母材と
して、その外表面に、透明導電膜（たとえば、透明で電
気を流すことができるネサ膜SnO2又はIn2O3＋SnO2ある
いはTiO2−ｘ等）３をスパッタリング、イオンプレーテ
ィング又は焼付け等によりコーティングしてなる円柱状
の透明電極を、二次元四重極電極1a,1b,1c,1dとして配
置し、該透明電極からなる二次元四重極電極1a,1b,1c,1
dを浮遊用電源としての交流電源４に接続して、各電極1
a,1b,1c,1dに交流電圧を印加させることにより電極間中
心部Ｏへ向け凸状となる電気力線を電極間に生じさせ
て、物体５を電極間中心部Ｏへ向わせるようにし、且つ
上記物体５を、熱線照射装置から物体５に照射される熱
線７により加熱させるようにする。上記熱線照射装置と
しての加熱源６は、ミラー炉と呼ばれる加熱用熱線反射
ミラー８と加熱光源９とからなる構成として、任意の個
所に設置し、上記加熱光源９を加熱源用電源10に接続
し、加熱光源９から放射された熱線７が加熱用熱線反射
ミラー８で反射されて物体５に集中させられるようにす
る。なお、上記加熱源６は二次元四重極電極1a,1b,1c,1
dの外側の任意の個所に設置させる。又、上記加熱用熱
線反射ミラー８は加熱光源す９と物体５との距離により
曲率半径を変えるようにする。
第４図に示した従来の静電浮遊炉と同様な構成におい
て、浮遊用電極としての二次元四重極電極1a,1b,1c,1d
とする個々の電極をすべて透明電極としたものである。
すなわち、円柱状に成形してなる石英ガラス２を母材と
して、その外表面に、透明導電膜（たとえば、透明で電
気を流すことができるネサ膜SnO2又はIn2O3＋SnO2ある
いはTiO2−ｘ等）３をスパッタリング、イオンプレーテ
ィング又は焼付け等によりコーティングしてなる円柱状
の透明電極を、二次元四重極電極1a,1b,1c,1dとして配
置し、該透明電極からなる二次元四重極電極1a,1b,1c,1
dを浮遊用電源としての交流電源４に接続して、各電極1
a,1b,1c,1dに交流電圧を印加させることにより電極間中
心部Ｏへ向け凸状となる電気力線を電極間に生じさせ
て、物体５を電極間中心部Ｏへ向わせるようにし、且つ
上記物体５を、熱線照射装置から物体５に照射される熱
線７により加熱させるようにする。上記熱線照射装置と
しての加熱源６は、ミラー炉と呼ばれる加熱用熱線反射
ミラー８と加熱光源９とからなる構成として、任意の個
所に設置し、上記加熱光源９を加熱源用電源10に接続
し、加熱光源９から放射された熱線７が加熱用熱線反射
ミラー８で反射されて物体５に集中させられるようにす
る。なお、上記加熱源６は二次元四重極電極1a,1b,1c,1
dの外側の任意の個所に設置させる。又、上記加熱用熱
線反射ミラー８は加熱光源す９と物体５との距離により
曲率半径を変えるようにする。
11,12は物体５を上下方向に変位させるために電極間
中心部Ｏの上下位置に配置してある直流電極、13は直流
電極11,12に物体５の極性と同一極性の直流電圧を印加
する直流電源である。
中心部Ｏの上下位置に配置してある直流電極、13は直流
電極11,12に物体５の極性と同一極性の直流電圧を印加
する直流電源である。
今、浮遊用電極としての二次元四重極電極1a,1b,1c,1
d及び直流電極11,12により空間の一点に静止浮上されて
保持された物体５を加熱溶融させる場合には、加熱源６
の加熱光源９から熱線７を照射させる。熱線７は物体５
を焦点として加熱用熱線反射ミラー８の全面から物体５
に集中させられる。このとき熱線７の一部は、二次元四
重極電極1a,1b,1c,1dを構成する透明電極を透過して物
体５に照射され、残りの熱線７は、各電極1a,1b,1c,1d
間の空間部を通過して直接物体５に照射される。これに
よりミラー炉としての加熱用熱線反射ミラー８で反射さ
せられた熱線７はすべてが物体５に照射され、従来方式
の如き二次元四重極電極で熱線が遮られることがないの
で、加熱効率を向上させることができる。電極の冷却を
考慮すれば、焦光部で1000℃以上の温度が容易に得られ
る。
d及び直流電極11,12により空間の一点に静止浮上されて
保持された物体５を加熱溶融させる場合には、加熱源６
の加熱光源９から熱線７を照射させる。熱線７は物体５
を焦点として加熱用熱線反射ミラー８の全面から物体５
に集中させられる。このとき熱線７の一部は、二次元四
重極電極1a,1b,1c,1dを構成する透明電極を透過して物
体５に照射され、残りの熱線７は、各電極1a,1b,1c,1d
間の空間部を通過して直接物体５に照射される。これに
よりミラー炉としての加熱用熱線反射ミラー８で反射さ
せられた熱線７はすべてが物体５に照射され、従来方式
の如き二次元四重極電極で熱線が遮られることがないの
で、加熱効率を向上させることができる。電極の冷却を
考慮すれば、焦光部で1000℃以上の温度が容易に得られ
る。
次に、第３図は本発明の他の実施例を示すもので、上
記実施例のおける浮遊用電極としての二次元四重極電極
1a,1b,1c,1dに代えて三次元四重極電極方式としたもの
である。すなわち、４本の円柱状電極に交流電圧を印加
させて物体５に電極間中心部への閉じ込め力を生じさせ
るようにした形式に代えて、１つのリング状の電極14を
作り、該リング状の電極14を前記の二次元四重極電極1
a,1b,1c,1dの場合と同様に透明電極として交流電源４に
接続し、且つ電極間中間部の上下位置に相対向させて配
置した椀状の電極15,16に直流電圧を印加して物体５を
重力方向に保持させるようにした構成において、加熱源
６をリング状電極14の外側に配置したものである。17は
直流電源、18はコンデンサである。その他第１図と同一
の部分には同一の符号が付してある。
記実施例のおける浮遊用電極としての二次元四重極電極
1a,1b,1c,1dに代えて三次元四重極電極方式としたもの
である。すなわち、４本の円柱状電極に交流電圧を印加
させて物体５に電極間中心部への閉じ込め力を生じさせ
るようにした形式に代えて、１つのリング状の電極14を
作り、該リング状の電極14を前記の二次元四重極電極1
a,1b,1c,1dの場合と同様に透明電極として交流電源４に
接続し、且つ電極間中間部の上下位置に相対向させて配
置した椀状の電極15,16に直流電圧を印加して物体５を
重力方向に保持させるようにした構成において、加熱源
６をリング状電極14の外側に配置したものである。17は
直流電源、18はコンデンサである。その他第１図と同一
の部分には同一の符号が付してある。
第３図に示す三次元四重極電極方式としても、リング
状の電極14が透明電極であるため、加熱源６における加
熱用熱線反射ミラー８で反射させられた熱線７の一部は
電極14を透過して物体５に照射され、残りの熱線７は電
極14の外側を通り直接物体５に照射されるので、物体５
の加熱効率を向上させることができる。
状の電極14が透明電極であるため、加熱源６における加
熱用熱線反射ミラー８で反射させられた熱線７の一部は
電極14を透過して物体５に照射され、残りの熱線７は電
極14の外側を通り直接物体５に照射されるので、物体５
の加熱効率を向上させることができる。
なお、本発明は上記した実施例のみに限定されるもの
ではなく、たとえば、加熱源６としてミラー炉の場合を
示したが、第４図に示す従来方式の如きレーザ等の直接
加熱の方式にしてもよいこと、又、加熱源６の数は、幾
何学的には４個あれば充分であるが、物体の形状、溶融
の難易度に央いていくつでもよいこと、その他本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿
論である。
ではなく、たとえば、加熱源６としてミラー炉の場合を
示したが、第４図に示す従来方式の如きレーザ等の直接
加熱の方式にしてもよいこと、又、加熱源６の数は、幾
何学的には４個あれば充分であるが、物体の形状、溶融
の難易度に央いていくつでもよいこと、その他本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿
論である。
［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の静電浮遊炉によれば、浮遊
用電極により空間の一点に浮上保持された物体に熱線を
照射させて物体を加熱するようにした静電浮遊炉におい
て、物体に閉じ込め力を与える上記浮遊用電極を透明電
極として、上記熱線が電極を透過して物体に照射される
ようにした構成としてあるので、電極が存在していても
熱線はすべて物体を焦点として照射され、従来の金属電
極の如き熱線が遮られて物体に照射されないということ
がなく、物体の加熱効率を向上させることができ、又、
これに伴い物体の加熱に要することができ、又、これに
伴い物体の加熱に要する電力が少なくてすむ、等の優れ
た効果を奏し得る。
用電極により空間の一点に浮上保持された物体に熱線を
照射させて物体を加熱するようにした静電浮遊炉におい
て、物体に閉じ込め力を与える上記浮遊用電極を透明電
極として、上記熱線が電極を透過して物体に照射される
ようにした構成としてあるので、電極が存在していても
熱線はすべて物体を焦点として照射され、従来の金属電
極の如き熱線が遮られて物体に照射されないということ
がなく、物体の加熱効率を向上させることができ、又、
これに伴い物体の加熱に要することができ、又、これに
伴い物体の加熱に要する電力が少なくてすむ、等の優れ
た効果を奏し得る。
第１図は本発明の一実施例を概略を示す斜視図、第２図
は第１図の切断平面図、第３図は本発明の他の実施例を
示す概略斜視図、第４図は従来方式の概略斜視図、第５
図は第４図の切断平面図、第６図は従来方式における電
極の他の例を示す断面図である。 1a,1b,1c,1d……二次元四重電極（浮遊用電極）、２…
…石英ガラス、３……透明導電膜、４……交流電源（浮
遊用電源）、５……物体、６……加熱源、７……熱線、
８……加熱用熱線反射ミラー、９……加熱光源、Ｏ……
電極間中心部。
は第１図の切断平面図、第３図は本発明の他の実施例を
示す概略斜視図、第４図は従来方式の概略斜視図、第５
図は第４図の切断平面図、第６図は従来方式における電
極の他の例を示す断面図である。 1a,1b,1c,1d……二次元四重電極（浮遊用電極）、２…
…石英ガラス、３……透明導電膜、４……交流電源（浮
遊用電源）、５……物体、６……加熱源、７……熱線、
８……加熱用熱線反射ミラー、９……加熱光源、Ｏ……
電極間中心部。
Claims (1)
- 【請求項１】物体に電極間中心部への閉じ込め力を生じ
させる浮遊用電極を浮遊用電源に接続し、且つ上記浮遊
用電極で空間に浮上させられた上記物体に加熱用熱線を
照射させる加熱源を有する静電浮遊炉において、上記浮
遊用電極を、石英ガラスを母材としてその表面に透明導
電膜をコーティングしてなる透明電極で構成したことを
特徴とする静電浮遊炉。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30941989A JP2867500B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | 静電浮遊炉 |
| EP19900301900 EP0384751B1 (en) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Electrostatic locating apparatus |
| DE1990623522 DE69023522T2 (de) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Elektrostatische Haltevorrichtung. |
| US08/074,283 US5303117A (en) | 1989-02-23 | 1993-06-09 | Electrostatic positioner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30941989A JP2867500B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | 静電浮遊炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03170791A JPH03170791A (ja) | 1991-07-24 |
| JP2867500B2 true JP2867500B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=17992778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30941989A Expired - Lifetime JP2867500B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-11-30 | 静電浮遊炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2867500B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274032A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Ａｉｒ Ｔｒｉｃｋ，Ｉｎｃ． | 静電浮遊炉 |
-
1989
- 1989-11-30 JP JP30941989A patent/JP2867500B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274032A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Ａｉｒ Ｔｒｉｃｋ，Ｉｎｃ． | 静電浮遊炉 |
| JP4540096B2 (ja) * | 2004-03-25 | 2010-09-08 | エアー トリック インコーポレイテッド | 静電浮遊炉 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03170791A (ja) | 1991-07-24 |
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