JPH1045407A - Apparatus for synthesizing fullerene and the like and method therefor - Google Patents

Apparatus for synthesizing fullerene and the like and method therefor

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JPH1045407A
JPH1045407A JP8198743A JP19874396A JPH1045407A JP H1045407 A JPH1045407 A JP H1045407A JP 8198743 A JP8198743 A JP 8198743A JP 19874396 A JP19874396 A JP 19874396A JP H1045407 A JPH1045407 A JP H1045407A
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JP
Japan
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discharge vessel
fullerene
gravity
vessel
microgravity
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Japanese (ja)
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Satoru Mieno
哲 三重野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthesizing apparatus capable of subjecting an electric discharge vessel to elevation vibration, synchronously modulating arc discharge currents in synchronization at the slight gravity and zero gravity time arising therefrom to suppress thermal convection and executing the synthesis of fullerene, etc., with high efficiency. SOLUTION: This synthesizing apparatus 100 forms the fullerene, etc., by packing gaseous helium into the evacuated electric discharge vessel 13 and subjecting a pair of carbon electrode rods 21, 23 arranged to face each other to the arc discharge. In such a case, the electric discharge vessel 13 is mounted elevatably at guide members arranged perpendicularly at an elevation tower. The electric discharge vessel 13 is connected to an elevation driving means 30 which imparts the elevation vibration to the vessel. In addition, the vessel has a detecting means for detecting the slight gravity and zero gravity by the elevation vibration of the electric discharge vessel 13. Further, the vessel has a current control section IC for inputting the detection information of the slight gravity and zero gravity of the detecting means. This current control section IC synchronously modulates the arc discharge current I in tune with the slight gravity and zero gravity of the electric discharge vessel 13. As a result, the thermal convection at the time of the arc discharge is suppressed and the synthesis of the fullerene, etc., is executed with the high efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク放電による
フラーレン等の合成装置と方法に関し、直流アーク放電
によるフラーレン合成時に、放電容器を昇降振動させ、
これにより発生する微少重力乃至無重力時に同期して、
アーク放電電流を同期変調させて熱対流を抑え、高効率
にフラーレン合成が行えるように改良したものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for synthesizing fullerenes and the like by arc discharge.
In synchronization with microgravity or weightlessness generated by this,
The arc discharge current is modulated synchronously to suppress thermal convection and improve the efficiency of fullerene synthesis.

【0002】[0002]

【従来の技術】煤に含有するフラーレンC60は、新しい
形状の炭素分子からなり、エレクトロニクス、触媒等に
使用されている。上記フラーレンの効率的な合成方法と
して、直流アーク放電法がある。この具体的なフラーレ
ン合成装置10は、図13に示すように、真空チャンバ
ー1内に金属管3,5を対向配置し、この金属管3,5
内に炭素棒7,9を通してその先端を所定の間隔に対向
させる。
2. Description of the Related Art Fullerene C60 contained in soot is composed of a new shape of carbon molecules and is used for electronics, catalysts and the like. A DC arc discharge method is an efficient method for synthesizing the fullerene. In this specific fullerene synthesizing apparatus 10, as shown in FIG. 13, metal tubes 3 and 5 are arranged opposite to each other in a vacuum chamber 1, and the metal tubes 3 and 5 are arranged.
Through the carbon rods 7 and 9, the ends thereof are opposed at predetermined intervals.

【0003】そして、真空にしたチャンバー1内の空間
Eにヘリウムガスを充填させた状態にて、直流電圧を両
炭素電極棒7,9間にかけてアーク放電を起させ、アー
ク炎Aを発生させる。このとき、プラス側の炭素電極棒
7が加熱されて蒸発し、原子状炭素となり、チャンバー
1内での熱対流により上方へ吹き上げられ、空中でヘリ
ウムガスと衝突して炭素同士が化学反応を起してフラー
レンC60という炭素分子が生成され、これは煤としてチ
ャンバー1の上部壁1Aに多く付着する。プラス側の炭
素電極棒7が加熱蒸発して、マイナス側の炭素電極棒9
との隙間が大きくならないように、モータドライブの送
り制御手段11により、プラス側の炭素電極棒7をマイ
ナス側の炭素電極棒9の方へ送り出している。
In a state where the space E in the evacuated chamber 1 is filled with helium gas, a DC voltage is applied between the carbon electrode rods 7 and 9 to cause an arc discharge to generate an arc flame A. At this time, the carbon electrode rod 7 on the plus side is heated and evaporates to become atomic carbon, which is blown upward by thermal convection in the chamber 1 and collides with helium gas in the air to cause a chemical reaction between carbons. As a result, carbon molecules called fullerene C60 are generated, and many of them are attached to the upper wall 1A of the chamber 1 as soot. The positive side carbon electrode rod 7 is heated and evaporated, and the negative side carbon electrode rod 9 is heated.
The positive carbon electrode rod 7 is sent out to the negative carbon electrode rod 9 by the feed control means 11 of the motor drive so as not to increase the gap between the carbon electrode rod 7 and the carbon electrode rod 9.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記直流アーク放電に
よるフラーレン合成装置10によると、重力が作用した
静止重力中の環境下でのアーク放電であるから、ヘリウ
ムガスの熱対流により、高温中での炭素同士の衝突合成
時間が制限されてしまう。この状態を図14に示す。通
常、上記重力下では、フラーレンの合成率を大きく低下
させてしまうという問題点がある。
According to the fullerene synthesizing apparatus 10 using the direct current arc discharge, since the arc discharge occurs in an environment under static gravity where gravity acts, the convection of the helium gas causes the fullerene synthesis device 10 to operate at a high temperature. The collision synthesis time between carbons is limited. This state is shown in FIG. Usually, there is a problem that under the gravity, the synthesis rate of fullerene is greatly reduced.

【0005】そこで、本願発明者は、次の理論を立てて
実験を試みた。まず、微少重力下で熱対流を抑えること
ができれば、炭素粒子は多衝突系での熱拡散により運動
を行い、炭素分子は、長時間高温プラズマ領域に蓄る。
その結果として、高温炭素合成反応時間が長くなり、高
次(高分子量)フラーレンや金属内包フラーレンの効果
的な合成が期待できる。実験結果によれば、図12に示
すように、無重力中では熱対流が抑えられ、通常重力と
無重力条件では、アーク炎Aの形状差が推測される。
Therefore, the inventors of the present application have made experiments based on the following theory. First, if thermal convection can be suppressed under microgravity, carbon particles move by thermal diffusion in a multiple collision system, and carbon molecules accumulate in a high-temperature plasma region for a long time.
As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time is prolonged, and effective synthesis of higher-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene can be expected. According to the experimental results, as shown in FIG. 12, thermal convection is suppressed in zero gravity, and the shape difference of the arc flame A is estimated under normal gravity and zero gravity conditions.

【0006】本発明は、上記従来の直流アーク放電によ
るフラーレンの合成装置における問題点とその解決方法
とに鑑み、放電容器を昇降振動させ、これにより発生す
る微少重力乃至無重力時に同期して、アーク放電電流を
同期変調させて熱対流を抑え、高効率にフラーレン等の
合成が行える合成装置及び方法を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional apparatus for synthesizing fullerenes by a DC arc discharge and a method for solving the problems, and raises and lowers the vibration of the discharge vessel to synchronize the arc with the microgravity or zero gravity generated thereby. It is an object of the present invention to provide a synthesizing apparatus and a synthesizing method capable of synthesizing fullerene or the like with high efficiency by suppressing discharge convection by synchronously modulating a discharge current.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するべく、請求項1のフラーレン等の合成装置は、真空
にした放電容器内にヘリウムガスを充填するとともに、
一対の対向配置した炭素電極棒をアーク放電させてフラ
ーレン等を生成する合成装置において、上記放電容器は
昇降塔等に垂直配置した案内部材に昇降可能に取付けら
れ、また、上記放電容器は昇降振動を付与される昇降駆
動手段に連結されるとともに、上記放電容器の昇降振動
による微少重力乃至無重力を検出する検出手段を備え、
更に、上記検出手段の微少重力乃至無重力の検出情報を
入力する電流制御部を備え、上記電流制御部は放電容器
の微少重力乃至無重力に同調して、アーク放電電流を同
期変調することを特徴とするものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a synthesizing apparatus for fullerene or the like according to claim 1 fills a evacuated discharge vessel with helium gas,
In a synthesizing apparatus for generating fullerene or the like by arc discharge of a pair of opposed carbon electrode rods, the discharge vessel is mounted on a guide member vertically arranged on a lifting tower or the like so as to be able to move up and down, and the discharge vessel is vibrated vertically. Along with the lifting drive means provided with, a detection means for detecting microgravity or weightlessness due to the vertical vibration of the discharge vessel,
Furthermore, a current control unit for inputting detection information on microgravity or weightlessness of the detection means is provided, and the current control unit is synchronized with microgravity or weightlessness of the discharge vessel, and synchronously modulates an arc discharge current. Is what you do.

【0008】上記請求項1によると、放電容器は、昇降
塔等に垂直配置した案内部材にガイドされ、且つ昇降駆
動手段により上下方向に昇降振動が付与され、昇降振動
を発生する。これにより、放電容器は、上昇加速後に、
放物線運動(弾道運動)で頂点に達し、これに続く自然
落下の運動の区間にわたり、微少重力乃至無重力の状態
となる。上記微少重力乃至無重力の状態は、検出手段に
より昇降振動に同期して繰返し検出される。この検出情
報により、電流制御部は放電容器の微少重力乃至無重力
に同調して、アーク放電電流を繰返し同期変調する。し
かして、上記微少重力乃至無重力の発生期間の間、アー
ク放電電流を同期変調して流し、熱対流が抑制された放
電容器の微少重力状態で繰り返してアーク放電させ、フ
ラーレン等の生成を効率良く行う。
According to the first aspect of the present invention, the discharge vessel is guided by the guide member vertically disposed on the elevating tower or the like, and is subjected to up-down vibration by the up-down driving means to generate up-down vibration. This allows the discharge vessel to
It reaches a peak by a parabolic motion (ballistic motion), and becomes a state of microgravity or weightlessness over the section of the subsequent natural falling motion. The state of microgravity or zero gravity is repeatedly detected by the detecting means in synchronization with the vertical vibration. Based on this detection information, the current control unit synchronizes with the microgravity or zero gravity of the discharge vessel and repeatedly and synchronously modulates the arc discharge current. Thus, during the period of occurrence of the microgravity or weightlessness, the arc discharge current is synchronously modulated to flow, and the arc discharge is repeatedly performed in the microgravity state of the discharge vessel in which thermal convection is suppressed, thereby efficiently generating fullerene and the like. Do.

【0009】更に、上記昇降塔と昇降駆動手段により、
昇降振動させられる放電容器は、繰り返して放物線運動
(弾道運動)を行うから、単純落下に比べて、高さあた
りの無重力時間が2倍になる。この結果、高温炭素合成
反応時間が長くなり、高次(高分子量)フラーレンや金
属内包フラーレンの効果的な合成が期待できる。
[0009] Further, by the elevating tower and the elevating drive means,
The discharge vessel that is vibrated up and down repeatedly performs parabolic motion (ballistic motion), so that the zero gravity time per height is twice as long as a simple fall. As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time is prolonged, and effective synthesis of higher-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene can be expected.

【0010】本発明の請求項2のフラーレン等の合成装
置は、請求項1記載のフラーレン等の合成装置におい
て、上記放電容器は弾性体を介在したワイヤロープ等の
紐体により昇降駆動手段に連結され、更に、上記検出手
段は紐体の緊張・弛緩により微少張力乃至無張力を検出
するようにしたことを特徴とするものである
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fullerene or other synthesizing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the discharge vessel is connected to the lifting / lowering driving means by a cord such as a wire rope with an elastic body interposed therebetween. Further, the detecting means detects a minute tension or no tension by tension / relaxation of the cord body.

【0011】本発明の請求項2によると、放電容器に対
して、弾性体を介在したワイヤロープを昇降駆動手段で
昇降振動を発生させる。これにより、放電容器は、上昇
加速時に弾性体のバネ力で加速され、この加速後は弾性
体を介在したワイヤロープの張力がなくなり、放物線運
動(弾道運動)を起こし、自然落下する区間が微少重力
乃至無重力の状態となる。そして、放電容器の落下時
は、弾性体の緩衝作用で放電容器の衝撃を柔らげて減速
する。ここで、蓄えられたエネルギーが次サイクルとな
る放電容器の上昇加速度に貢献する。また、上記放電容
器に発生する微少重力乃至無重力状態の検出は、検出手
段に係合させた紐体であるワイヤロープの緊張・弛緩の
繰返しを間接的に検出する方法で容易に行われる。
According to the second aspect of the present invention, the wire rope with the elastic body interposed therebetween is caused to raise and lower vibration by the raising and lowering driving means with respect to the discharge vessel. As a result, the discharge vessel is accelerated by the elastic force of the elastic body during the upward acceleration, and after this acceleration, the tension of the wire rope interposed by the elastic body disappears, causing a parabolic motion (ballistic motion), and a very small section of natural fall. It becomes a state of gravity or weightlessness. When the discharge vessel falls, the shock of the discharge vessel is softened by the cushioning action of the elastic body, and the discharge vessel is decelerated. Here, the stored energy contributes to the rising acceleration of the discharge vessel in the next cycle. Further, the detection of the microgravity or zero-gravity state generated in the discharge vessel is easily performed by a method of indirectly detecting the repeated tension / relaxation of the wire rope, which is the cord engaged with the detection means.

【0012】本発明の請求項3のフラーレン等の合成方
法は、真空にした放電容器内にヘリウムガスを充填する
とともに、一対の対向配置した炭素電極棒をアーク放電
させてフラーレン等を生成する合成方法において、昇降
塔等に配置した放電容器を昇降駆動手段により昇降振動
させ、上記放電容器の昇降振動により繰返し発生する微
少重力乃至無重力時に同期して、アーク放電電流をパル
ス的に同期変調させることを特徴とするものである
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing fullerene or the like by filling a evacuated discharge vessel with helium gas and causing a pair of opposed carbon electrode rods to perform an arc discharge. In the method, a discharge vessel arranged in a lifting tower or the like is vertically vibrated by a vertical drive means, and synchronously modulates an arc discharge current in a pulsed manner in synchronization with microgravity or zero gravity repeatedly generated by the vertical vibration of the discharge vessel. It is characterized by

【0013】本発明の請求項3によると、放電容器を昇
降駆動手段により昇降振動させ、この昇降振動により放
電容器に微少重力乃至無重力状態を繰返し発生させる。
この無重力下でアーク放電の熱対流を抑えることがで、
炭素粒子は多衝突系での熱拡散により運動を行い、炭素
分子は、長時間高温プラズマ領域に留る。この結果、高
温炭素合成反応時間が長くなり、高次(高分子量)フラ
ーレンや金属内包フラーレンの効果的な合成ができる。
According to the third aspect of the present invention, the discharge vessel is vibrated up and down by the elevation drive means, and the microgravity or weightless state is repeatedly generated in the discharge vessel by the elevation vibration.
By controlling the heat convection of the arc discharge under this weightlessness,
The carbon particles move by thermal diffusion in the multiple collision system, and the carbon molecules stay in the high-temperature plasma region for a long time. As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time becomes longer, and high-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene can be effectively synthesized.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明のフラーレン等の合成装置
とその方法の実施形態につき、図面により具体的に説明
する。図1は、本発明に係るフラーレン等の合成装置1
00の実施形態を示す概略図である。図2は、放電容器
を昇降振動させる昇降駆動手段と無重力を検出する検出
手段の具体例を示す実施形態である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the apparatus for synthesizing fullerenes and the like and the method thereof according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fullerene or other synthesizing apparatus 1 according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an embodiment showing a specific example of a lifting / lowering drive unit for raising / lowering the discharge vessel and a detection unit for detecting zero gravity.

【0015】まず、図1において、上記フラーレン等の
合成装置100は、真空にしたステンレス製の真空チャ
ンバーである放電容器(例えば、直径約11.4cm、
高さ18cm、容積1.6リットル、重さ6.0kg重
である)13内に金属管15,17を対向配置し、この
金属管15,17内に各炭素電極棒21,23を通して
その先端を所定の間隔に対向させている。そして、10
-2Torr以下に排気した放電容器13内の真空空間E
に、ヘリウムガスを約300Torr充填させている。
両炭素電極棒21,23の接触による放電開始後も、直
流電源部DEにつながる電流制御部ICからの直流電流
Iが付与される。
First, in FIG. 1, a synthesis apparatus 100 for the above fullerene or the like is provided with a discharge vessel (for example, a diameter of about 11.4 cm,
Metal tubes 15 and 17 are arranged opposite to each other in 13 (height: 18 cm, volume: 1.6 liters, weight: 6.0 kg). Are arranged at predetermined intervals. And 10
-2 Vacuum space E in the discharge vessel 13 evacuated to Torr or less
Is filled with helium gas at about 300 Torr.
Even after the start of discharge due to the contact between the carbon electrode rods 21 and 23, the DC current I from the current control unit IC connected to the DC power supply unit DE is applied.

【0016】上記放電容器13は、ゴム等の弾性体3で
吊り下げ、後記の昇降駆動手段30により上下方向に強
制的に昇降振動させられる。上記放電容器13は、昇降
振動の振幅における上昇端の手前から下降端の手前まで
の放物線運動(弾道運動)の区間が微少重力の状態とな
る。この微少重力時のヘリウムガスは、図13に示すよ
うに、熱対流が発生しないことが確かめられており、放
電容器13の微少重力を検出手段40(後記する)で検
知し、この検知タイミング時のみ、直流のアーク放電が
発生するように、電流制御部ICによりパルス状の直流
電流Iを流して電流制御される。
The discharge vessel 13 is suspended by an elastic body 3 made of rubber or the like, and is forcibly moved up and down in a vertical direction by an up-and-down driving means 30 described later. In the discharge vessel 13, a section of parabolic motion (ballistic motion) from just before the rising end to just before the falling end in the amplitude of the vertical vibration is in a state of microgravity. As shown in FIG. 13, it has been confirmed that thermal convection does not occur in the helium gas at the time of the microgravity, and the microgravity of the discharge vessel 13 is detected by the detecting means 40 (described later). Only the current control unit IC controls the current by supplying a pulsed DC current I so that a DC arc discharge occurs.

【0017】次に、図2により、ゴム等の弾性体3で吊
り下げた上記放電容器13を、上下方向に強制的に昇降
振動させる昇降駆動手段30の具体的な実施形態を説明
する。まず、昇降塔(垂直振動鉄塔)20は、高さ12
メートルで、地上1に建てられている。上記放電容器1
3は、昇降塔20に垂直に配置した2本の案内部材2
5,27に昇降可能に取付けられている。上記放電容器
13は、弾性体3を介在したワイヤロープ5を結んだ紐
体7を昇降塔20の上部に配置した2つの滑車31,3
2で上下に屈曲させ、その先端を地上1に配置した昇降
駆動手段30に連結されている。
Next, referring to FIG. 2, a specific embodiment of the lifting drive means 30 for forcibly raising and lowering the discharge vessel 13 suspended by an elastic body 3 such as rubber in the vertical direction will be described. First, the elevating tower (vertical oscillating steel tower) 20 has a height of 12 mm.
It is one meter above ground. The discharge vessel 1
3 is two guide members 2 arranged vertically on the elevating tower 20
5, 27 are attached so as to be able to move up and down. The discharge vessel 13 includes two pulleys 31 and 3 in which a string 7 tied to a wire rope 5 with an elastic body 3 interposed is disposed above a lifting tower 20.
It is bent up and down by 2, and its tip is connected to lifting drive means 30 arranged on the ground 1.

【0018】上記昇降駆動手段30は、例えば、電動ウ
インチ30A又は空圧ピストンである。上記電動ウイン
チ30Aは、モータMによる巻上ドラム30Bの正逆転
駆動とその速度を制御し、上記放電容器13を、弾性体
3を介して上下方向に強制的に昇降振動する。上記放電
容器13は、電動ウインチ30Aで巻き上げられると、
まず弾性体3が伸びて張り、急激な上昇加速度を受け
る。これで、急加速された放電容器は、弾性体3が弛ん
だ状態となり、図4に示すように、無重力状態を維持し
た放物線運動(弾道運動)で自然浮上(慣性浮上)の区
間L1を上昇し、頂点に達する。これに続き、自然落下
の運動の区間L2がはじまると、ワイヤロープ5を弛め
るべく、放電容器の落下速度に合わせて電動ウインチ3
0Aを逆転し、且つ、放電容器に引かれてワイヤロープ
5を引き出す。しかして、上記区間L(L1+L2)に
わたり放電容器は、微少重力乃至無重力の状態を維持す
る。
The lifting drive means 30 is, for example, an electric winch 30A or a pneumatic piston. The electric winch 30A controls the forward / reverse rotation of the hoist drum 30B by the motor M and the speed thereof, and forcibly raises and lowers the discharge vessel 13 in the vertical direction via the elastic body 3. When the discharge vessel 13 is wound up by the electric winch 30A,
First, the elastic body 3 is stretched and stretched, and receives a sudden rising acceleration. Thus, the rapidly accelerated discharge vessel is in a state in which the elastic body 3 is slackened, and as shown in FIG. 4, rises in a section L1 of natural levitation (inertial levitation) by parabolic motion (ballistic motion) while maintaining zero gravity. And reach the top. Subsequently, when the section L2 of the free fall motion starts, the electric winch 3 is adjusted in accordance with the falling speed of the discharge vessel to loosen the wire rope 5.
0A is reversed, and the wire rope 5 is pulled out by being pulled by the discharge vessel. Thus, the discharge vessel maintains a state of microgravity or zero gravity over the section L (L1 + L2).

【0019】そして、上記放電容器13は、自然落下の
下限近くで弾性体3を引き伸ばしてブレーキ力Fが付与
され、衝撃を受けることなく急減速された後、再び上記
弾性体3の引き伸ばしによる圧縮力及び電動ウインチ3
0Aによるワイヤロープ5の巻き上げにより、上方へ急
加速されて浮上し、ここで無重力状態となる。以下、上
記放物線運動(弾道運動)を繰返し、弾性体3の張力が
なくなる上昇端への自然浮上から自然落下の終端近くま
での区間L(約1秒)にわたり、微少重力乃至無重力状
態が生成される。
The discharge vessel 13 stretches the elastic body 3 near the lower limit of spontaneous fall, is given a braking force F, is rapidly decelerated without receiving an impact, and is compressed again by stretching the elastic body 3 again. Power and electric winch 3
By the winding of the wire rope 5 by OA, the wire rope 5 is rapidly accelerated upward and floats, and becomes a zero gravity state. Hereinafter, the above-described parabolic motion (ballistic motion) is repeated, and a microgravity or weightless state is generated in a section L (about 1 second) from natural levitation to the rising end where the tension of the elastic body 3 is lost to near the end of the natural fall. You.

【0020】上記放電容器13の少重力乃至無重力の状
態検出は、ワイヤロープ5の張り・弛みを検出する検出
手段40により、昇降振動に同期して繰返し検出され
る。上記検出手段40の具体的な実施形態は、図3に示
すように、ワイヤロープ5の途中を、バネ51で一方向
に力Fを付与されたローラ50に掛け屈曲させる。上記
ローラ50は、ワイヤロープ5が微少重力乃至無重力時
には、バネ51の力を受け、無重力位置(a)にある。
また、ワイヤロープ5が放電容器13又は電動ウインチ
30Aに引っ張られると、バネ51が伸び、重力位置
(b)に移動する。この2位置(a),(b)をリミッ
トスイッチLSでON,OFF検出し、無重力位置
(a)でON信号を出力するように構成される。
The detection of the low gravity state or the zero gravity state of the discharge vessel 13 is repeatedly detected by the detecting means 40 for detecting the tension or looseness of the wire rope 5 in synchronization with the vertical movement. In a specific embodiment of the detection means 40, as shown in FIG. 3, the wire rope 5 is bent by applying a force F in one direction to a roller 50 by a spring 51. The roller 50 is in the zero gravity position (a) by receiving the force of the spring 51 when the wire rope 5 is in the state of microgravity or zero gravity.
When the wire rope 5 is pulled by the discharge vessel 13 or the electric winch 30A, the spring 51 is extended and moves to the gravity position (b). The two positions (a) and (b) are detected as ON and OFF by the limit switch LS, and an ON signal is output at the zero-gravity position (a).

【0021】本発明のラーレン等の合成装置100は、
上記のように構成されている。続いて、図5〜図11に
示すように、上記合成装置100を用いて各項目につい
て実験した結果を説明する。
The synthesizing apparatus 100 of the present invention, such as laren,
It is configured as described above. Subsequently, as shown in FIGS. 5 to 11, the results of experiments on each item using the synthesizing apparatus 100 will be described.

【0022】本発明のフラーレン等の合成装置100に
よると、ヘリウムガス中アーク放電によるフラーレン合
成を無重力中で行ない、熱対流を起こさなければ、炭素
分子の高温中での合成時間が増大し、各種フラーレンの
高効率合成が期待できる。そこで、高さ12mの垂直振
動鉄塔を建設し、アーク放電の放電容器13を垂直方向
へ昇降振動させ、繰り返し小重力場中に放電電流同期変
調法を用いて、等価的に小重力下での長時間フラーレン
合成を行なった(無重力時間約1秒、積算無重力時間1
3分)。微少重力状態では放電や対流の様子が変わり、
高次フラーレンの含有率の高い合成が行われた。
According to the apparatus 100 for synthesizing fullerene or the like of the present invention, fullerene synthesis by arc discharge in helium gas is performed in zero gravity, and if heat convection does not occur, the synthesis time of carbon molecules at high temperature increases, and High efficiency synthesis of fullerene can be expected. Therefore, a vertical oscillating tower with a height of 12 m is constructed, the discharge vessel 13 of the arc discharge is vertically moved and vibrated, and the discharge current synchronous modulation method is repeatedly used in a small gravitational field, equivalently under a small gravitational field. Fullerene synthesis was performed for a long time (weightless time about 1 second, integrated weightless time 1
3 minutes). The state of discharge and convection changes in microgravity,
Higher fullerene content was synthesized.

【0023】上記高さ12mの昇降塔たる垂直振動鉄塔
20(振動周期約2.3sec、無重力時間約1.0s
ec、等価無重力時間6.5−13min)による実験
結果を以下に示す。上記フラーレン等の合成装置100
における昇降塔は林の中に建てられ、横風の影響を防い
でいる。この昇降塔の特徴は、繰り返し弾道運動を用い
るので、単純落下に比ベ、高さ当りの無重力時間が約2
倍になる点、振動を繰り返す限り積算の無重力時間を長
くできる点、炭素分子に限らず無重力中高温ガス反応の
実験を行える点、等である。
The vertically vibrating steel tower 20 as the elevating tower having a height of 12 m (vibration cycle: about 2.3 sec, weightless time: about 1.0 s)
ec, equivalent gravityless time 6.5-13 min) is shown below. Synthesis device 100 for the above fullerenes and the like
The elevating tower in is built in the forest to prevent the effects of crosswinds. The feature of this elevating tower is that it uses a repetitive ballistic motion.
The point is that the integration can be extended as long as the vibration is repeated, and that the experiment of high-temperature gas reaction in zero gravity can be performed not only for carbon molecules.

【0024】はじめに、放電容器(真空チャンバー)1
3は、ポンプにより 10-2Torr以下に排気され、
脱ガスを行なう。その後、ヘリウムガス100−760
Torrを充填してから閉鎖容器とし、排気装置から切
り離す。放電容器の両側に付けられた電極には、炭素棒
21,23が取付けられ(アノード直径5mm )、0
−60Aの直流電流Iが直流電源部DEより供給され
る。アークは接触点弧によりスタートする。この放電容
器13をゴム弾性体3に取付け、強制振動により鉛直方
向に一定振幅で周期運動させる。昇降振動の振幅は約4
mp−p、振動周期T=2.3sec、無重力時間はT
go=1.0secである。この振動運動に同期して放
電電流Iをパルス的に変調する。
First, a discharge vessel (vacuum chamber) 1
3 is evacuated to below 10 -2 Torr by a pump,
Degas. Then, helium gas 100-760
After filling with Torr, the container is closed and separated from the exhaust device. Carbon rods 21 and 23 were attached to the electrodes attached to both sides of the discharge vessel (anode diameter 5 mm).
A DC current I of -60 A is supplied from the DC power supply unit DE. The arc is started by a contact firing. The discharge vessel 13 is attached to the rubber elastic body 3, and is periodically moved with a constant amplitude in the vertical direction by forced vibration. The amplitude of the vertical vibration is about 4
mp-p, oscillation period T = 2.3 sec, weightless time is T
go = 1.0 sec. The discharge current I is modulated in a pulsed manner in synchronization with the oscillating motion.

【0025】上記実験条件では、放電電流の2乗に比例
する形で煤発生量が増加するので、鉛直振動の一定位相
で大量に煤を発生させ、別の位相ではほとんど煤発生を
止める制御が可能である。よって、等価的に微少重力、
静止重力、高重力のそれぞれの位相で長時間合成が可能
となる。パルスの立ち上がり時間は0.1sec以下で
ある。ここでは放電時間15−30min(等価的微少
重力時問約6−13min)で実験を行なった。この放
電時間は支障無く延長することができる。
Under the above experimental conditions, the amount of soot generation increases in proportion to the square of the discharge current. Therefore, a large amount of soot is generated at a constant phase of vertical vibration, and the control is performed to stop soot generation at another phase. It is possible. Therefore, equivalently microgravity,
Long-time synthesis is possible in each phase of static gravity and high gravity. The rise time of the pulse is 0.1 sec or less. Here, the experiment was performed with a discharge time of 15 to 30 min (equivalent microgravity time of about 6 to 13 min). This discharge time can be extended without hindrance.

【0026】上記振動重力場中のアーク放電の放電容器
13を、昇降駆動手段30により強制振動させ、一定の
振幅振動になるような条件で行った。図5は、放電容器
に取付けられた、加速度計の出力を記録した図である。
振動で重力加速度Gは0go(goは地上の重力加速
度)から2goまで変化している。その内、弾性体の張
力が開放されて無重力状態になる時間は約1.0sec
である。微少重力時の重力変動は0.05go以下であ
る。この重力変動は主に、弾性体3のたわみ振動と案内
部材25,27の摩擦によると考えられる。
The discharge vessel 13 of the arc discharge in the vibrating gravitational field was forcibly vibrated by the lifting / lowering driving means 30, and the vibration was performed under the condition that the vibration became constant amplitude. FIG. 5 is a diagram in which the output of the accelerometer attached to the discharge vessel is recorded.
Due to the vibration, the gravitational acceleration G changes from 0go (go is the gravitational acceleration on the ground) to 2go. The time required for the tension of the elastic body to be released and in the zero gravity state is about 1.0 sec.
It is. Gravity fluctuation at the time of microgravity is 0.05 go or less. It is considered that the gravity fluctuation is mainly caused by the flexural vibration of the elastic body 3 and the friction between the guide members 25 and 27.

【0027】図6は、電源電流を一定にして、放電容器
を振動させた時の電極間電圧の時間変化を測定した結果
である。ここに、放電電流I=40A、圧力p=300
Torrである。低重力位相で放電電圧Vが上昇してい
ることが分かる。図6の結果より、無重力状態では、高
温、高圧力のガスがアークプラズマ領域に滞在する為、
通常重力の場合より多衝突な系での放電が起きており、
放電電圧Vの上昇を引き起こしていることが予想され
る。
FIG. 6 shows the result of measuring the change over time of the voltage between the electrodes when the discharge vessel is vibrated while the power supply current is kept constant. Here, discharge current I = 40 A, pressure p = 300
Torr. It can be seen that the discharge voltage V increases in the low gravity phase. From the result of FIG. 6, in the zero-gravity state, the high-temperature, high-pressure gas stays in the arc plasma region.
Usually, discharge occurs in a system with more collisions than in the case of gravity,
It is expected that the discharge voltage V is increased.

【0028】次に、小重力位相に同期した条件での煤発
生と放電容器13を静止した通常重力下での煤発生を比
較した。振動状態での実験では、He圧力p=300T
orr、放電電流30−50Aのパルス変調(duty
約40%)、放電時間15分、等価微少重力時間6分で
ある。静止の実験条件では、合成装置100を固定して
同様の条件で15分間放電させた。この場合にはパルス
周期2sec、duty50%である。放電後、放電容
器13内の上部、側面、底部で回収した煤の割合を全煤
質量WTに対して示すと図7の様になる。静止した状態
に比べ、無重力位相では、上ぶたに付く煤の量が減少
し、底部の堆積が増加していることが分かる。つまり、
1秒程度の無重力状態の繰り返しにおいても、熱対流が
かなり抑えらていることに対応すると考えられる。
Next, the generation of soot under conditions synchronized with the small gravity phase and the generation of soot under normal gravity with the discharge vessel 13 stationary were compared. In an experiment in a vibration state, the He pressure p = 300T
orr, pulse modulation of 30-50 A discharge current (duty)
About 40%), a discharge time of 15 minutes, and an equivalent microgravity time of 6 minutes. Under stationary experimental conditions, the synthesis apparatus 100 was fixed and discharged under the same conditions for 15 minutes. In this case, the pulse period is 2 sec and the duty is 50%. FIG. 7 shows the ratio of the soot collected at the top, side, and bottom in the discharge vessel 13 with respect to the total soot mass WT after the discharge. It can be seen that, in the weightless phase, the amount of soot attached to the upper lid decreases and the accumulation at the bottom increases in the weightless phase as compared with the stationary state. That is,
It is considered that the thermal convection is considerably suppressed even in the repetition of the weightless state for about one second.

【0029】次に、繰り返し小重力下でのフラーレン合
成の微少重力位相に同期した条件でのフラーレン合成
と、静止した通常重力下での合成を行い、比較した。振
動状態での実験では、ヘリウム圧力p=300Tor
r、放電電流20−50Aのパルス変調(duty約4
0%)、放電時間15min、等価微少重力時間6mi
nである。静止の実験条件では、合成装置100を固定
して同様の条件で15分間放電させた。この場合のパル
ス変調周期は2sec、duty50%である。放電
後、放電容器を十分冷却した後、大気開放し、放電容器
13の上部、側面、底部に堆積した煤を回収し、それぞ
れの煤の質量を記録した。煤の一部をヘキサンに溶かし
十分攪拌後、濾過し、その溶液を吸光分析した。微少重
力の条件でも3本のC60のピークが確認され、通常と同
様なC60合成が行なわれている結果が得られた。このピ
ークより煤中のC60含有率を計算でき、また、煤発生量
とC60含有率の積よりC60の生産率を計算できる。
Next, fullerene synthesis under the condition of synchronizing with the microgravity phase of repeated fullerene synthesis under small gravity and synthesis under stationary normal gravity were compared and compared. In the experiment in the vibration state, the helium pressure p = 300 Torr
r, pulse modulation of discharge current 20-50 A (duty about 4
0%), discharge time 15 min, equivalent microgravity time 6 mi
n. Under stationary experimental conditions, the synthesis apparatus 100 was fixed and discharged under the same conditions for 15 minutes. In this case, the pulse modulation cycle is 2 seconds and the duty is 50%. After the discharge, the discharge vessel was sufficiently cooled, opened to the atmosphere, and the soot deposited on the top, side, and bottom of the discharge vessel 13 was collected, and the mass of each soot was recorded. A part of the soot was dissolved in hexane, sufficiently stirred, filtered, and the solution was subjected to absorption analysis. Even under the condition of microgravity, three C60 peaks were confirmed, and the result that C60 synthesis was performed in the same manner as usual was obtained. From this peak, the C60 content in soot can be calculated, and the C60 production rate can be calculated from the product of the soot generation amount and the C60 content.

【0030】図8は、容器内3つの部分でのC60質量含
有率を示している。無重力状態では、静止の場合に比
ベ、上蓋部分での含有率が減少するが、側面や底部分で
の含有率が上昇している。これは合成されたC60が無重
力状態で等方的に拡散している効果であると考えられ
る。C60の全生産率の比較が図9に示される。無重力条
件で2倍以上のC60生産率が得られていることが分か
る。
FIG. 8 shows the C60 mass content in three parts in the container. In the zero-gravity state, the content in the upper lid portion is lower than that in the case of stationary, but the content in the side and bottom portions is increasing. This is considered to be an effect that the synthesized C60 isotropically diffused in a zero gravity state. A comparison of the overall production rates of C60 is shown in FIG. It can be seen that a C60 production rate of twice or more was obtained under the zero gravity condition.

【0031】次に、C60以外の高次フラーレンの合成量
について調べた。煤をSoxhlet法により3時間、
キシレン抽出し、約100倍濃縮した後、高速液体クロ
マトグラフ(展開液:キシレン、カラム:ナカライ5P
BB)を用いて高次フラーレンの相対含有率を調べた。
図10はλ=300nmでの各フラーレンの吸光度を比
較した結果である(C60に対する相対強度で示してい
る)。C76,C78,C82,C84に対し、無重力の場合に
その相対含有率が増加している様子が分かる。現在、有
限の試料に対するクロマトグラフ感度、分解能の向上に
より、更に高次のフラーレンに対する測定を検討してい
る。これらの結果は、図11に示すように、レーザーイ
オン化質量分析器(LD−TOF)で測定した結果とも
定性的に一致する。この場合、煤からキシレン抽出した
フラーレン溶液の測定であり、プラスイオンモード10
0ショットを平均している。
Next, the synthesis amount of higher fullerenes other than C60 was examined. Soot for 3 hours by Soxhlet method,
After extracting with xylene and concentrating about 100 times, high performance liquid chromatography (developing solution: xylene, column: Nacalai 5P)
Using BB), the relative content of higher fullerenes was examined.
FIG. 10 shows the results of comparing the absorbance of each fullerene at λ = 300 nm (indicated by relative intensity to C60). It can be seen that the relative content of C76, C78, C82 and C84 increases in the case of zero gravity. Currently, we are studying the measurement of higher order fullerenes by improving the chromatographic sensitivity and resolution of finite samples. As shown in FIG. 11, these results qualitatively agree with the results measured with a laser ionization mass spectrometer (LD-TOF). In this case, the measurement of a fullerene solution obtained by extracting xylene from soot was performed.
0 shots are averaged.

【0032】上記実験による結論としては、 1)鉛直振動型のフラーレン等の合成装置100を用い
て、繰り返し低重力部中でアーク放電を行い、放電特性
の重力依存性を明らかにし、熱対流軽減の効果が現れる
ことを確認した。 2)繰り返し低重力部中でフラーレンの合成実験を行な
うことができ、放電電流を同期変調し、等価的に小重力
場中でのフラーレン合成を13分続けることができた。 3)合成された煤を溶媒抽出してC60生産率を比較する
と、無重力条件で2倍以上の効率向上が得られた。ま
た、高次フラーレンの相対含有率を比軟すると、C76,
C78,C82,C84などの高次フラーレンが小重力状態
で、高効率に合成されることが分かった。この実験結果
は、対流を抑えられた放電空間中では、炭素分子が長時
間高温ガス中に存在し、高温合成反応が促進される仮説
を支持する結果である。
The conclusions from the above experiments are as follows: 1) Using a vertical vibration type fullerene or other synthesizing apparatus 100, arc discharge is repeatedly performed in a low-gravity area to clarify the gravitational dependence of discharge characteristics and reduce thermal convection. It was confirmed that the effect appeared. 2) The fullerene synthesis experiment could be repeatedly performed in the low-gravity area, and the discharge current was synchronously modulated, and the fullerene synthesis in the small-gravity field could be equivalently continued for 13 minutes. 3) When the synthesized soot was solvent-extracted and the C60 production rate was compared, the efficiency was improved more than twice under the zero gravity condition. Further, when the relative content of higher fullerene is relatively soft, C76,
It has been found that higher-order fullerenes such as C78, C82, and C84 are efficiently synthesized in a small gravity state. This experimental result supports the hypothesis that the carbon molecules are present in the high-temperature gas for a long time in the discharge space where the convection is suppressed, and the high-temperature synthesis reaction is promoted.

【0033】以上、本実施形態のフラーレン等の合成装
置100によると、次の効果を奏する。まず、上記微少
重力乃至無重力の発生期間の間だけ、アーク放電電流を
同期変調して流し、熱対流が抑制された放電容器13の
微少重力状態でのみ繰り返してアーク放電させ、フラー
レン等の生成を効率良く行う効果を発揮する。
As described above, the synthesizing apparatus 100 for fullerenes and the like according to the present embodiment has the following effects. First, only during the period of occurrence of the microgravity or weightlessness, the arc discharge current is synchronously modulated and allowed to flow, and arc discharge is repeated only in the microgravity state of the discharge vessel 13 in which thermal convection is suppressed, thereby generating fullerene and the like. It has the effect of performing efficiently.

【0034】更に、上記昇降駆動手段30により、昇降
振動させられる放電容器13は、繰り返して放物線運動
(弾道運動)を行い、単純落下に比べて、高さあたりの
無重力時間が2倍になる。この結果、高温炭素合成反応
時間が長くなり、高次(高分子量)フラーレンや金属内
包フラーレンの効果的な合成がなされる。
Further, the discharge vessel 13 which is vibrated up and down by the elevation drive means 30 repeatedly performs parabolic motion (ballistic motion), and the zero gravity time per height becomes twice as long as a simple drop. As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time is prolonged, and high-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene are effectively synthesized.

【0035】また、放電容器13に対して、弾性体3を
介在したワイヤロープ5を昇降駆動手段30で昇降振動
を発生させたから、放電容器は、弾性体により上昇加速
度が円滑且つ急加速されてワイヤロープの張力が短時間
になくなり、この後に、自然浮上のゆっくりとした放物
線運動(弾道運動)を起こし、これに続く自然落下する
長い区間を微少重力乃至無重力の状態とすることができ
る。また、放電容器の落下減速も、弾性体により衝撃無
く円滑に行われ、次サイクルの上昇加速度のために効率
良くエネルギー変換される。
Further, since the wire rope 5 having the elastic body 3 interposed therebetween is caused to raise and lower the vibration with respect to the discharge vessel 13 by the lifting / lowering driving means 30, the discharge vessel is accelerated smoothly and rapidly by the elastic body. The tension of the wire rope disappears in a short time, and thereafter, a slow parabolic motion (ballistic motion) of natural levitation occurs, and a long section in which the wire falls naturally can be in a state of microgravity or weightlessness. Also, the fall of the discharge vessel is smoothly reduced by the elastic body without impact, and the energy is efficiently converted due to the rising acceleration in the next cycle.

【0036】更に、上記放電容器に発生する微少重力乃
至無重力状態の検出は、検出手段40に係合させた紐体
であるワイヤロープの緊張・弛緩の繰返しを間接的に検
出するから、その微少重力乃至無重力状態の検出が簡単
に行える。
Further, the detection of the microgravity or zero-gravity state generated in the discharge vessel is indirectly detected as the repeated tension / relaxation of the wire rope, which is the cord engaged with the detecting means 40, and therefore the microgravity or the zero gravity state is detected. Gravity or weightlessness can be easily detected.

【0037】本発明のフラーレン等の合成装置100
は、上記実施形態に限定されず、その詳細構成を設計変
更できること勿論である。例えば、昇降塔を変更して地
下に縦穴筒を開けたものとし、これに案内部材を垂直配
置して放電容器を昇降可能に取付けてもよい。更に、放
電容器を昇降振動させる昇降駆動手段は、電動ウインチ
や弾性体付のワイヤロープに替えて、案内部材にリニア
モータを配置し、この往復直線駆動力により放電容器を
自由自在の加減速速度に制御し、放電容器に無重力状態
を生成する方法を採用しても良い。
The apparatus 100 for synthesizing fullerene or the like of the present invention 100
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the detailed configuration can be changed in design. For example, the vertical tower may be opened in the basement by changing the elevating tower, and a guide member may be vertically arranged on the vertical tube to mount the discharge vessel so as to be able to go up and down. Further, a lifting / lowering drive means for raising / lowering vibration of the discharge vessel is replaced with an electric winch or a wire rope with an elastic body, and a linear motor is arranged on a guide member. And a method of generating a zero gravity state in the discharge vessel may be adopted.

【0038】また、上記検出手段40は、紐体7の緊張
・弛緩により微少重力乃至無重力を検出するように構成
されているが、上記放電容器の昇降振動をリニアモータ
によるときは、放電容器の微少重力乃至無重力を直接検
出する検出手段に変更してもよい。その具体的な検出技
術として、重力加速計等を採用することが望ましい。
The detecting means 40 is configured to detect microgravity or weightlessness by tension / relaxation of the cord 7, but when the vertical vibration of the discharge vessel is detected by a linear motor, You may change to the detection means which detects microgravity or weightlessness directly. As a specific detection technique, it is desirable to employ a gravitational accelerometer or the like.

【0039】上記リニアモータによるときは、放電容器
の微少重力乃至無重力がリニアモータによる自由自在の
加減速速度により、放電容器に無重力状態を生成するこ
とができる作用・効果が発揮される。また、本発明のフ
ラーレン等の合成装置100は、高次フラーレンの生成
のほか、金属内包フラーレン,白金等の金属微粒子,ガ
ラス等の誘電体微粒子,鉄等の磁性体微粒子も生成可能
であることが確認されている。
When using the above-described linear motor, the action and effect of generating a zero-gravity state in the discharge vessel is exerted by the free acceleration / deceleration speed of the microgravity or weightlessness of the discharge vessel by the linear motor. In addition, the synthesis device 100 for fullerenes and the like of the present invention can generate not only high-order fullerenes but also metal-containing fullerenes, metal fine particles such as platinum, dielectric fine particles such as glass, and magnetic fine particles such as iron. Has been confirmed.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項1
によるときは、放電容器を昇降駆動手段により上下方向
に昇降振動が付与され、上昇加速後に、放物線運動(弾
道運動)で上昇して頂点に達し、これに続く自然落下の
運動の区間にわたり、微少重力乃至無重力状態となし、
上記微少重力乃至無重力状態を検出する検出手段の検出
情報により、放電容器の微少重力乃至無重力に同調し
て、アーク放電電流を繰返し同期変調するから、上記微
少重力乃至無重力の発生期間の間だけ、アーク放電電流
を同期変調して流し、熱対流が抑制された放電容器の微
少重力状態でのみ繰り返してアーク放電させ、フラーレ
ン等の生成を効率良く行う効果を発揮する。
As described in detail above, claim 1 of the present invention
In this case, the discharge vessel is subjected to vertical vibration by the vertical drive means. After vertical acceleration, the discharge vessel rises in a parabolic motion (ballistic motion), reaches a peak, and continues over a section of the natural fall motion. No gravity or weightlessness,
According to the detection information of the detection means for detecting the microgravity or weightless state, the arc discharge current is synchronously modulated repeatedly in synchronization with the microgravity to weightlessness of the discharge vessel, so only during the microgravity to weightlessness generation period, The arc discharge current is synchronously modulated and caused to flow, and the arc discharge is repeated only in the microgravity state of the discharge vessel in which thermal convection is suppressed, thereby exhibiting the effect of efficiently producing fullerene and the like.

【0041】更に、上記昇降駆動手段により、昇降振動
させられる放電容器は、繰り返して放物線運動(弾道運
動)を行うから、単純落下に比べて、高さあたりの無重
力時間が2倍になる。この結果、高温炭素合成反応時間
が長くなり、高次(高分子量)フラーレンや金属内包フ
ラーレンの効果的な合成が可能となる。
Further, the discharge vessel which is vibrated up and down by the up and down driving means repeatedly performs parabolic motion (ballistic motion), so that the zero gravity time per height is twice as long as a simple drop. As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time is prolonged, and high-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene can be effectively synthesized.

【0042】また、請求項2によるときは、放電容器に
対して、弾性体を介在したワイヤロープを昇降駆動手段
で昇降振動を発生させたから、放電容器は、弾性体によ
り上昇加速度が急加速されてワイヤロープの張力が短時
間になくなり、この後に、ゆっくりとした自然浮上の放
物線運動(弾道運動)を起こし、これに続く自然落下の
長い区間を微少重力乃至無重力の状態にする効果があ
る。そして、放電容器は、下限位置への減速が弾性体の
伸びにより緩衝され、次サイクルの上昇エネルギーに効
率良く変換利用される効果がある。
According to the second aspect of the present invention, the wire rope having the elastic body interposed therebetween is caused to raise and lower by the lifting drive means with respect to the discharge vessel. As a result, the tension of the wire rope disappears in a short time, and thereafter, a slow parabolic movement (ballistic movement) of natural levitation occurs, and there is an effect that a long section of the subsequent natural fall becomes microgravity or weightlessness. The discharge vessel is decelerated to the lower limit position by buffering the elastic body, and has an effect of being efficiently converted and used for rising energy in the next cycle.

【0043】また、上記放電容器に発生する微少重力乃
至無重力状態の検出は、検出手段に係合させた紐体であ
る弾性体乃至ワイヤロープの緊張・弛緩の繰返しを間接
的に検出するから、その微少重力乃至無重力状態の検出
が簡便且つ、容易に行える効果がある。
Further, the detection of the microgravity or zero-gravity state generated in the discharge vessel is indirectly detected by the repetition of tension / relaxation of the elastic body or the wire rope, which is the string body engaged with the detecting means. There is an effect that the detection of the microgravity or the zero gravity state can be performed simply and easily.

【0044】また、請求項3によるときは、放電容器を
昇降駆動手段により昇降振動させ、この昇降振動により
放電容器に微少重力乃至無重力状態を繰返し発生させ、
この無重力下でアーク放電の熱対流を抑え、フラーレン
等を合成する方法としたから、炭素粒子は多衝突系での
熱拡散により運動を行い、炭素分子は、長時間高温プラ
ズマ領域に蓄る。この結果、高温炭素合成反応時間が長
くなり、高次(高分子量)フラーレンや金属内包フラー
レン等の効果的な合成ができる効果がある
According to the third aspect of the present invention, the discharge vessel is vibrated up and down by means of up and down driving means, and the discharge vessel is caused to repeatedly generate a microgravity or weightless state by the up / down vibration.
Since the thermal convection of the arc discharge is suppressed under the zero gravity to synthesize fullerene and the like, the carbon particles move by the thermal diffusion in the multiple collision system, and the carbon molecules accumulate in the high temperature plasma region for a long time. As a result, the high-temperature carbon synthesis reaction time is prolonged, and there is an effect that high-order (high-molecular-weight) fullerene and metal-encapsulated fullerene can be effectively synthesized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す図で、フラーレン等の
合成装置の概略図である。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a schematic view of a synthesizing apparatus for fullerene and the like.

【図2】本発明の実施形態を示す図で、放電容器の昇降
駆動手段他の正面図である。
FIG. 2 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a front view of other means for driving up and down the discharge vessel.

【図3】本発明の実施形態を示す図で、放電容器の微少
重力乃至無重力状態を検出する検出手段の作用正面図で
ある。
FIG. 3 is a view showing the embodiment of the present invention, and is an operational front view of a detecting means for detecting a microgravity state or a zero gravity state of the discharge vessel.

【図4】本発明の実施形態を示す図で、放電容器の昇降
振動による放物線運動と重力との関係を示す特性線図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating the embodiment of the present invention, and is a characteristic diagram illustrating a relationship between parabolic motion and gravity due to vertical vibration of a discharge vessel.

【図5】本発明の実施形態を示す図で、重力加速度の時
間変化の特性曲線図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and is a characteristic curve diagram of a temporal change of a gravitational acceleration.

【図6】本発明の実施形態を示す図で、電極間電圧の時
間変化の特性曲線図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a characteristic curve diagram of a time change of a voltage between electrodes.

【図7】本発明の実施例を示す図で、無重力と静止重力
で発生した煤付着質量の比較図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the present invention, and is a comparison diagram of soot adhesion mass generated by weightlessness and static gravity.

【図8】本発明の実施例を示す図で、無重力と静止重力
で合成したC60質量含有率の比較図である。
FIG. 8 is a view showing an example of the present invention, and is a comparison diagram of C60 mass content synthesized by weightlessness and static gravity.

【図9】本発明の実施例を示す図で、無重力と静止重力
で合成したC60全生産率の比較図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the present invention, and is a comparison diagram of the total C60 production rate synthesized by weightlessness and static gravity.

【図10】本発明の実施例を示す図で、クロマトグラフ
による高次フラーレンの相対強度の比較図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the present invention, and is a comparison diagram of the relative intensity of higher-order fullerenes by chromatography.

【図11】本発明の実施例を示す図で、レーザーイオン
化質量分析の比較図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the present invention, and is a comparative diagram of laser ionization mass spectrometry.

【図12】本発明の実施例を示す図で、フラーレン等の
合成装置によるアーク炎の断面図である。
FIG. 12 is a view showing an example of the present invention, and is a cross-sectional view of an arc flame by a synthesizing apparatus such as fullerene.

【図13】従来形のフラーレン自動合成装置を示す断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a conventional fullerene automatic synthesizer.

【図14】従来形のフラーレン自動合成装置のアーク炎
を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing an arc flame of a conventional fullerene automatic synthesis apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 地上 3 弾性体 5 ワイヤロ
ープ 7 紐体 13 放電容器 20 昇降塔 21,23 炭素電極
棒 25,27 案内部材 30 昇降駆動
手段 30A 電動ウイ
ンチ 30B 巻上ドラ
ム 31,33 滑車 40 検出手段 LS リミット
スイッチ 50 ローラ 51 バネ L 無重力区
間 DE 直流電源
部 IC 電流制御
部 I 直流電流 (a) 無重力位
置 (b) 重力位置 100 フラーレ
ン等の合成装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Above ground 3 Elastic body 5 Wire rope 7 String 13 Discharge vessel 20 Elevating tower 21, 23 Carbon electrode rod 25, 27 Guide member 30 Elevating drive means 30A Electric winch 30B Hoisting drum 31, 33 Pulley 40 Detecting means LS Limit switch 50 Roller 51 Spring L Zero gravity section DE DC power supply section IC current control section I DC current (a) Zero gravity position (b) Gravity position 100 Synthesizing device such as fullerene

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空にした放電容器内にヘリウムガスを
充填するとともに、一対の対向配置した炭素電極棒をア
ーク放電させてフラーレン等を生成する合成装置におい
て、上記放電容器は昇降塔等に垂直配置した案内部材に
昇降可能に取付けられ、また、上記放電容器は昇降振動
を付与される昇降駆動手段に連結されるとともに、上記
放電容器の昇降振動による微少重力乃至無重力を検出す
る検出手段を備え、更に、上記検出手段の微少重力乃至
無重力の検出情報を入力する電流制御部を備え、上記電
流制御部は放電容器の微少重力乃至無重力に同調して、
アーク放電電流を同期変調することを特徴とするフラー
レン等の合成装置。
1. A synthesizing apparatus for filling a evacuated discharge vessel with helium gas and performing arc discharge on a pair of opposedly disposed carbon electrode rods to produce fullerene or the like, wherein the discharge vessel is perpendicular to an elevating tower or the like. The discharge vessel is attached to an arranged guide member so as to be able to ascend and descend, and the discharge vessel is connected to elevating drive means to which elevating vibration is given, and has a detecting means for detecting microgravity or weightlessness due to the ascending and descending vibration of the discharge vessel Further, a current control unit for inputting detection information of microgravity or weightlessness of the detection means, the current control unit is tuned to microgravity or weightlessness of the discharge vessel,
A synthesizing device for fullerenes or the like, which synchronously modulates an arc discharge current.
【請求項2】 請求項1記載のフラーレン等の合成装置
において、上記放電容器は弾性体を介在したワイヤロー
プ等の紐体により昇降駆動手段に連結され、更に、上記
検出手段は紐体の緊張・弛緩により微少張力乃至無張力
を検出するようにしたことを特徴とするフラーレン等の
合成装置。
2. The apparatus for synthesizing fullerenes and the like according to claim 1, wherein the discharge vessel is connected to a lifting / lowering driving means by a cord such as a wire rope with an elastic body interposed therebetween, and furthermore, the detecting means is a tension of the cord. A synthesizing device for fullerenes or the like, characterized in that minute or no tension is detected by relaxation.
【請求項3】 真空にした放電容器内にヘリウムガスを
充填するとともに、一対の対向配置した炭素電極棒をア
ーク放電させてフラーレン等を生成する合成方法におい
て、昇降塔等に配置した放電容器を昇降駆動手段により
昇降振動させ、上記放電容器の昇降振動により繰返し発
生する微少重力乃至無重力時に同期して、アーク放電電
流をパルス的に同期変調させることを特徴とするフラー
レン等の合成方法。
3. A synthesis method for filling a evacuated discharge vessel with helium gas and performing arc discharge on a pair of opposedly disposed carbon electrode rods to produce fullerene or the like. A method for synthesizing a fullerene or the like, characterized in that an up-and-down drive means causes up-and-down vibration and an arc discharge current is synchronously modulated in a pulsed manner in synchronism with microgravity or weightlessness repeatedly generated by the up-down vibration of the discharge vessel.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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BG65887B1 (en) * 2005-07-20 2010-04-30 Димо ГЪРЛАНОВ Plasma method and device for obtaining nanomaterials
CN108483424A (en) * 2018-04-28 2018-09-04 厦门大学 A kind of fullerene electrical heating synthesizer
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