WO2005100893A1 - 落下型静電浮遊炉 - Google Patents

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sample
furnace
drop
lower electrode
type electrostatic
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PCT/JP2004/004754
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French (fr)
Inventor
Hiroaki Asahi
Hidehiko Tamaoki
Original Assignee
Air Trick Inc.
Ihi Aerospace Co. Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/02—Furnaces of a kind not covered by any preceding group specially designed for laboratory use

Definitions

  • the present invention relates to a drop-type electrostatic floating furnace used to place a charged sample in a floating state by an electric field generated between electrodes and perform a heat treatment on the sample.
  • an electrostatic levitation furnace includes a pair of electrodes and an optical system that irradiates a sample suspended between the electrodes with a laser beam focused and introduced externally in a sealed space that can be scavenged to a vacuum.
  • the charged sample is placed in a floating state by an electric field generated between the electrodes, and the sample is irradiated with laser light to perform a non-contact heat treatment.
  • this type of electrostatic floating furnace is desirably used in a weightless (including minute) environment in order to achieve better heat treatment of the sample.
  • a weightless environment It was mentioned that it was mounted on a spacecraft or aircraft, or a drop tower that allowed the electrostatic levitation furnace to fall freely.
  • the gravity level is about 10 to 2 G, which is not necessarily sufficient for a weightless environment. It was not something. Also, when using a spacecraft or a falling tower, the gravity level is about 10 to 3 G compared to an aircraft, which is satisfactory for a weightless environment. However, there are problems that the equipment becomes large and the cost becomes enormous, and that it is difficult to perform many experiments while changing the parameters. It was. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and it is possible to obtain a sufficient weightless environment with a relatively simple apparatus configuration on the ground and realize a significant reduction in cost.
  • the purpose is to provide a drop-type electrostatic levitation furnace that can be used.
  • the drop-type electrostatic floating furnace of the present invention is an electrostatic floating furnace that heats a charged sample in a floating state by an electric field generated between the electrodes, and performs a vacuum treatment on a lower side of the furnace body.
  • the furnace is characterized in that a drop tube that can be scavenged is connected vertically so that the furnace body ⁇ communicates with the inside of the drop tube, and that the sample can be dropped into the drop tube.
  • the heating source for the sample is a laser beam introduced from the upper side of the furnace main body, and the lower electrode is focused and irradiated with the introduced laser beam toward the sample. It is equipped with a light irradiation optical system, a lower electrode that can be dropped from the falling tube, and an electrode holding mechanism that cuts off current to the lower electrode and releases the lower electrode at the same time. are doing.
  • the lower electrode has an opening at the lower side for allowing a sample to pass therethrough, and a lower end of the drop tube has an electrode receiver for receiving the lower electrode; It is characterized by having a sample receiver that receives the sample below the receiver.
  • the falling-type electrostatic levitation furnace of the present invention is characterized in that the falling tube is provided with a gate valve for vertically dividing the internal space, and a vacuum pump is provided for each of the upper space and the lower space. It is a feature.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining an embodiment of a drop-type electrostatic floating furnace according to the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view (a) showing an initial state of a heat treatment, and shows a state where a sample and a lower electrode are falling.
  • B shows a state where a sample and a lower electrode are falling.
  • B shows a state where the sample and the lower electrode are dropped.
  • FIG. 1 is a view showing one embodiment of a drop type electrostatic levitation furnace of the present invention.
  • a drop tube 3 that can be evacuated to vacuum is connected vertically to the bottom of the furnace body 2, and the inside of the furnace body 2 and the inside of the drop tube 3 are connected.
  • the sample A can be dropped into the drop tube 3 in a non-contact state.
  • the furnace main body 2 forms a sealed space 4 except for the connection part of the drop tube 3, and the closed space 4 is provided with an upper electrode 5 and a lower electrode 6 that are vertically opposed to each other, and are not shown. However, it is equipped with a plurality of access ports, and is equipped with various devices such as a sample A supply device, a position detection device, a temperature measurement device, a force camera for imaging the sample A, and lighting.
  • a laser oscillator is arranged outside the figure, and a heating source for the sample A is a plurality of laser beams L introduced vertically from the upper side of the furnace body 2.
  • the lower electrode 6 is integrally provided with a condensing irradiation optical system 7 for condensing and irradiating the plurality of laser beams L introduced from above toward the central sample A, It is arranged so that it can drop together with sample A in a non-contact state and is held by the electrode holding mechanism 8.
  • the lower electrode 6 has an opening 9 at the center thereof through which the sample A can pass.
  • the condensing irradiation optical system 7 is a concave condensing reflecting mirror or a combination of a reflecting mirror and a condensing lens.
  • a plurality of laser beams L introduced from the upper side are reflected substantially horizontally, condensed, and concentratedly irradiated on the sample A to heat the sample A uniformly.
  • the electrode holding mechanism 8 holds the lower electrode 6 directly above the drop tube 3 in the furnace main body 2 and has a function of cutting off the power to the lower electrode 6 when the lower electrode 6 is released. I have.
  • the drop tube 3 can be set to an appropriate length so that a weightless environment due to the dropping of the sample A can be ensured for a predetermined time.
  • a sample receiver 11 for receiving the sample A dropped below the electrode receiver 10 and an airtight door 12 for taking out the dropped sample A and the lower electrode 6 to the outside. Is provided.
  • a shock-absorbing sheet or the like to reduce the drop impact of the lower electrode 6 and the sample A can be used.
  • the sample A is made amorphous.
  • the sample receiver 11 is formed of a rigid body such as metal so that the sample A is beaten and rapidly cooled and solidified.
  • the falling tube 3 is provided with a gate valve 13 near the lower end for airtightly separating the upper part of the lower part of the lower part of the space, and a vacuum pump 1 is provided for each of the upper part 14A and the lower part 14B. 5 A and 15 B are provided.
  • the above-described electrode receiver 10 and sample receiver 11 are provided in the lower space 14B.
  • a vacuum gauge is attached to each of the spaces 14A and 14B. .
  • the drop-type electrostatic levitation furnace 1 having the above configuration is basically a relatively simple device configuration in which a drop tube is connected to the lower part of the furnace body, and there are almost no restrictions on the installation location. It can be installed in various facilities such as companies, research institutes and schools. Spacecraft, aircraft or drop towers As a result, the cost can be greatly reduced as compared with the case of using, and a sufficient weightless environment can be obtained as described below.
  • drop-type electrostatic levitation furnace 1 the vacuum pump 1 5 A, 1 5 B of least for the also actuates one furnace body 2 and the vacuum inside the drop tube 3 (eg if 1 0- 4 T orr Scavenge).
  • the vacuum pump 15A and 15B are operated, the vacuum can of course be obtained in a short time.
  • the electrostatic floating furnace 1 the sample A is charged, and the charged sample A is put into a floating state by an electric field generated between the upper and lower electrodes 5 and 6, and the sample A is irradiated with a plurality of laser beams L. A heat treatment is performed.
  • the lower electrode 6 falls without contacting the inner surface of the lower electrode 6 with the drop tube 3 ⁇ .
  • the electrode holding mechanism 8 cuts off the current to the lower electrode 6 simultaneously with the release of the electrode, so that the electric field disappears and the sample A falls into the drop tube 3.
  • the inside of the drop tube 3 is vacuum, the lower electrode 6 and the sample A fall at the same speed while maintaining the mutual positional relationship.
  • a plurality of laser beams L are introduced from the upper side of the furnace body 2, and the lower electrode 6 is provided with a condensing irradiation optical system 7, so that the lower electrode 6 and While the sample A is falling, the sample A is continuously irradiated with the plurality of laser beams L as shown in FIG. 1 (b). That is, the sample A is heated in a non-contact and uniform manner in a vacuum atmosphere and a weightless environment due to the drop without being affected by the electric field.
  • the electrostatic floating furnace 1 stops transmitting the laser beam L immediately before receiving the lower electrode 6 with the electrode receiver 10, and then stops the lower electrode 6.
  • Sample A passing through opening 9 is received by sample receiver 11.
  • the electrostatic levitation furnace 1 the sample A is continuously heated until just before it reaches the sample receiver 11, and then the sample A is hit against the sample receiver 11 by gravity and crushed thinly.
  • the sample A can be rapidly cooled and solidified to form an amorphous.
  • the molten sample A may not adhere to the lower electrode 6.
  • FIG. 1 (c) shows not a deformed sample but a sample A that has solidified in a spherical shape.
  • the gate valve 13 is closed, the upper space 14A and the lower space 14B are airtightly separated, the lower space 14B is opened to the atmosphere, and the airtight door 12 is opened. Take out sample A and lower electrode 6.
  • the vacuum pump 15 is used. It is only necessary to open the gate valve 13 after purging the inside of the lower space 14 B to a vacuum with B, and preparation in a short time is possible.
  • the electrostatic levitation furnace 1 can be used on the ground, has a relatively simple apparatus configuration, and has no effect of the electric field on the sample A, and has at least a spacecraft or the like.
  • Sample A can be heat-treated in a non-contact environment under a sufficient weightless environment comparable to that when a drop tower is used. Many experiments can be easily performed while changing the meter.
  • the electrostatic floating furnace itself is dropped, so the equipment becomes very large. Since only the lower electrode .6 is dropped, the structure is extremely simple for a drop type.
  • the configuration of the drop-type electrostatic floating furnace according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the details of the configuration can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Further, in the above-described embodiment, the case where the heating is continued while dropping the sample A and the sample A is finally transformed into an amorphous form has been described. However, after the sample A is heated and melted in the furnace body 2, the amorphous form is formed. As shown in the example, the lower electrode 6 is dropped together with the sample A, and the sample A is solidified by maintaining the molten state of the sample A until the influence of the electric field and gravity is eliminated.
  • the electric field may be removed by cutting off the current to the electrodes 5 and 6 so that only the sample A may be dropped. In this case, the influence of the electric field may be reduced. As a result, Sample A can be coagulated in a sufficiently weightless environment. In this case, it is desirable to provide a cushioning material such as a shock absorbing sheet in the sample receiver 11 in order to prevent the solidified sample A from being damaged.
  • the fall type electrostatic levitation furnace of this invention while having the comparatively simple apparatus structure which connected the fall tube to the lower side of the furnace main body, the sample heated in the furnace main body was dropped in the fall tube.
  • a sufficient weightless environment a gravity level of about 10 to 3 G
  • the coagulation of the sample can be performed satisfactorily by eliminating the influence of the electric field.
  • space navigation The cost can be significantly reduced compared to using a vehicle, an aircraft, or a falling tower, and a large number of experiments can be easily performed while changing parameters.
  • the lower electrode provided with the condensing irradiation optical system is dropped together with the sample in the drop tube, so that the dropping is performed. It is possible to continue heating the sample inside with laser light. In other words, it is possible to maintain the molten state of the sample in a weightless environment due to dropping.At this time, since the power to the lower electrode is cut off, the influence of the electric field is also eliminated, and the sample is heated and solidified. It can be performed.
  • the sample receiver is formed of a rigid body such as a metal, and heated by laser light until just before the sample reaches the sample receiver.
  • the sample By striking the sample against the sample receiver with gravity, the sample can be rapidly cooled and solidified to form an amorphous.
  • the lower electrode and the sample are separated by the upper and lower receivers, it is possible to prevent a situation where the molten sample adheres to the lower electrode.
  • the inside of the furnace body and the inside of the drop tube can be evacuated in a short time by two vacuum pumps, When removing the sample or lower electrode that has fallen into the drop tube, close the gate valve and open only the lower space to the atmosphere to maintain the vacuum state in the furnace body and the upper space. When performing the next experiment, it is only necessary to evacuate the lower space and open the gate valve, so that preparation can be performed in a short time.

Abstract

　帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にして加熱処理を行う落下型の静電浮遊炉であって、炉本体の下側に、真空に掃気可能な落下チューブを鉛直にして接続し、落下チューブ内に試料を加熱レーザ光の集光照射光学系とともに落下可能にしたことにより、比較的簡単な装置構成で電場及び重力の影響を充分に排除した実験結果を得ることができ、高度な実験環境を得ながら費用の大幅な低減を実現した。

Description

明細書 落下型静電浮遊炉 技術分野
本発明は、 帯電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態に して、 この試料に加熱処理を行うのに用いる落下型静電浮遊炉に関する ものである。 背景技術
一般に、 静電浮遊炉は、 真空に掃気可能な密閉空間内に、 一対の電極 と、 電極間に浮遊させた試料に対して外部にて集光して導入したレーザ 光を照射する光学系を備えており、 密閉空間内を真空にすると共に、 帯 電させた試料を電極間で発生する電場により浮遊状態にし、 この試料に レーザ光を照射して非接触で加熱処理するものである。
また、 この種の静電浮遊炉は、 より良好な試料の加熱処理を実現する ために、 無重量 （微小重量を含む） 環境で用いるのが望ましく 、 無重量 環境を得る手段と しては、 宇宙航行体や航空機への搭載、 又は当該静電 浮遊炉を自由落下させる落下塔が挙げられていた。
しかしながら、 静電浮遊炉に対して無重量環境を得る手段のうち、 航 空機を使用する場合には、 重力レベルが 1 0—2 G程度であり、 無重量環 境と しては必ずしも充分なものではなかった。 また、 宇宙航行体や落下 塔を使用する場合には、 航空機に比べて重力レベルが 1 0— 3 G程度であ り、 無重量環境と しては満足し得るものとなるが、 この場合には、 装置 が大掛りになると共に、 費用も膨大なものとなり、 なお且つパラメータ を変えながら数多くの実験を行う ことも困難であるという問題点があつ た。 発明の開示
本発明は、 上記従来の状況に鑑みて成されたもので、 地上において比 較的簡単な装置構成で充分な無重量環境を得るこ とができると共に、 費 用の大幅な低減を実現することができる落下型静電浮遊炉を提供するこ とを目的と している。
本発明の落下型静電浮遊炉は、 帯電させた試料を電極間で発生する電 場によ り浮遊状態にして加熱処理を行う静電浮遊炉であって、 炉本体の 下側に、 真空に掃気可能な落下チューブを鉛直にして接続し、 炉本体內 と落下チューブ内を連通状態にすると共に、 落下チューブ内に試料を落 下可能にしたこ とを特徴と している。
また、 本発明の落下型静電浮遊炉は、 試料に対する加熱源が、 炉本体 の上側から導入したレーザ光であって、 下部電極に、 導入したレーザ光 を試料に向けて集光照射する集光照射光学系を備え、 落下チューブに対 して下部電極を落下可能に配置すると共に、 下部電極への通電を遮断す ると同時に同下部電極を解放する電極保持機構を備えたことを特徴と し ている。
さ らに、 本発明の落下型静電浮遊炉は、 下部電極が、 その下側に試料 を通過させる開口部を有し、 落下チューブの下端部分に、 下部電極を受 ける電極受けと、 電極受けよ り も下側で試料を受ける試料受けを備えた ことを特徴と している。
さ らに、 本発明の落下型静電浮遊炉は、 落下チューブに、 その内部空 間を上下に仕切るゲー トバルブを設け、 上部空間内と下部空間内に対し て夫々真空ポンプを備えたことを特徴と している。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の落下型静電浮遊炉のー実施例を説明する概略図であ つて、 加熱処理初期の状態を示す断面図 （ a ) 、 試料と下部電極が落下 中である状態を示す断面図 （ b ) 、 及び試料と下部電極が落下した状態 を示す断面図 （ c ) である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は、 本発明の落下型静電浮遊炉のー実施例を示す図である。 図 1 ( a ) に示す落下型静電浮遊炉 1 は、 炉本体 2の下側に、 真空に掃気可 能な落下チューブ 3を鉛直にして接続し、 炉本体 2内と落下チューブ 3 内を連通状態にすると共に、 落下チューブ 3内に試料 Aを非接触状態で 落下可能にしたものとなっている。
炉本体 2は、 落下チューブ 3の接続部分を除いて密閉された空間 4を 形成すると共に、 この密閉空間 4に、 上下で対向する上部電極 5 と下部 電極 6を備えており、 図示は省略したが、 複数のアクセス用ポー トを備 えると共に、 試料 Aの供給装置、 位置検出装置及び温度測定装置や、 試 料 Aを撮像する力メ ラ及び照明などの各種機器が取り付けられる。
また、 当該静電浮遊炉 1は、 図外にレーザ発振器が配置してあって、 試料 Aに対する加熱源が、 炉本体 2の上側から鉛直に導入する複数のレ 一ザ光 Lである。 これに対して、 下部電極 6は、 上側から導入した複数 のレーザ光 Lを中央の試料 Aに向けて集光照射する集光照射光学系 7を 一体的に備えると共に、 落下チューブ 3に対して試料 Aとともに非接触 状態で落下可能に配置してあり、 電極保持機構 8により保持してある。 この下部電極 6は、 中央部分に試料 Aが通過可能な開口部 9を有してい る。
集光照射光学系 7は、 凹面集光反射鏡又は反射鏡と集光レンズを組み 合わせて成るものであって、 上側から導入した複数のレーザ光 Lをほぼ 水平に反射し且つ集光して試料 Aに集中照射し、 試料 Aを均等に加熱す る。 電極保持機構 8は、 炉本体 2内において、 落下チューブ 3 の真上に 下部電極 6 を保持しており、 下部電極 6 を解放した際に同下部電極 6 へ の通電を遮断する機能を備えている。
落下チューブ 3は、 試料 Aに対して落下による無重量環境を所定時間 だけ確保し得るよ う に、 適当な長さに設定するこ とができ、 下端部分に、 落下した下部電極 6 を受ける環状の電極受け 1 0 と、 電極受け 1 0 よ り も下側で落下した試料 Aを受ける試料受け 1 1 を備えると共に、 落下し た試料 A及び下部電極 6 を外部に取り出すための気密 ドア 1 2が設けて ある。
電極受け 1 0及び試料受け 1 1 には、 下部電極 6及び試料 Aの落下衝 撃を緩和するための衝撃吸収シー トなどを用いるこ とができるが、 後記 するよ う に試料 Aのアモルファス化を行う場合には、 試料 Aを叩き付け て急激に冷却凝固させるために、 試料受け 1 1 を金属等の剛体で形成す る。
また、 落下チューブ 3は、 下端近傍に、 その內部空間を気密的に上下 に仕切るゲー トバルブ 1 3 を備えており 、 上部空間 1 4 A内と下部空間 1 4 B内に対して夫々真空ポンプ 1 5 A , 1 5 Bを備えている。 先述の 電極受け 1 0及び試料受け 1 1 は、 下部空間 1 4 B内に設けてある。 な お、 図示は省略したが、 各空間 1 4 A , 1 4 Bには夫々真空計が取り付 けてある。 .
上記構成を備えた落下型静電浮遊炉 1 は、 基本的には炉本体の下部に 落下チューブを接続した比較的簡単な装置構成であり、 設置場所にはほ とんど制限がなく 、 具体的には企業、 研究所及び学校などの様々な施設 にも設置することが可能である。 また、 宇宙航行体や航空機又は落下塔 を使用する場合に比べて費用を大幅に低減し得る ものとなり、 以下に述 ベるよ うに充分な無重量環境を得ることが可能である。
すなわち、 落下型静電浮遊炉 1 は、 真空ポンプ 1 5 A , 1 5 Bの少な く と も一方を作動させて炉本体 2及び落下チューブ 3の内部を真空 （例 えば 1 0— 4 T o r r程度） に掃気する。 この際、 二つの真空ポンプ 1 5 A , 1 5 Bを作動させれば、 当然のこ とながら短時間で真空にし得る。 その後、 当該静電浮遊炉 1 では、 試料 Aを帯電させ、 帯電した試料 Aを 上下の電極 5 ， 6間で発生する電場によ り浮遊状態にして、 この試料 A に複数のレーザ光 Lによる加熱処理を行う。
そして、 試料 Aが加熱によ り溶融したところで、 電極保持機構 8によ る下部電極 6の保持を解除すると、 下部電極 6が落下チューブ 3內でそ の内面に接するこ となく 落下し、 この際、 電極保持機構 8が電極解放と 同時に下部電極 6への通電を遮断するので、 電場が消失して試料 Aも落 下チューブ 3内に落下する。 このとき、 落下チューブ 3内は真空である から、 下部電極 6 と試料 Aは互いの位置関係を維持しつつ互いに同じ速 さで落下する。 このよ う に試料 Aを自由落下させることによ り 、 重カレ ベルで 1 0—3 G程度又はそれ以上の充分な無重量環境を得るこ とができ る。
また、 当該静電浮遊炉 1 は、 炉本体 2の上側から複数のレーザ光 Lを 導入すると共に、 下部電極 6 に集光照射光学系 7がー体的に設けてある ので、 下部電極 6及び試料 Aの落下中においては、 図 1 ( b ) に示す如 く 、 試料 Aに対して複数のレーザ光 Lの集中照射が継続される。 つま り、 試料 Aは、 電場による影響を何ら受けることなく 、 真空雰囲気で且つ落 下による無重量環境下において非接触で均等加熱される。
ここで、 従来の静電浮遊炉では、 浮遊した試料の位置制御を行うため に常に電場を作用させていたので、 例え無重量環境であっても溶融した 試料が電場の方向に変形すること となり 、 試料の溶融及び凝固において 電場の影響を回避するこ とが困難であった。 これに対して、 当該静電浮 遊炉 1では、 電場の影響を完全に排除することができ、 電場及び重力の 影響が完全に無く なるまで試料 Aの溶融状態を保つこ とができるので、 試料 Aの溶融や凝固を良好に行う こ とができる。
その後、 当該静電浮遊炉 1 は、 図 1 ( c ) に示すよ う に、 下部電極 6 を電極受け 1 0で受ける直前にレーザ光 Lの発信を停止するのに続いて、 下部電極 6 の開口部 9 を通過した試料 Aを試料受け 1 1 で受ける。 これ によ り、 当該静電浮遊炉 1 では、 試料 Aを試料受け 1 1 に達する直前ま で加熱し続けた後、 重力によ り試料 Aを試料受け 1 1 に叩き付けて薄く 潰すことによ り、 試料 Aを急激に冷却凝固させてァモルフ ァ ス化させる こ とができる。 この際、 下部電極 6 と試料 Aとが上下の受け 1 0， 1 1 で分離されるので、 溶融した試料 Aが下部電極 6 に付着すること もなレ、。 なお、 図 1 ( c ) は変形した試料ではなく 、 球形に凝固した試料 Aを示 している。
また、 上記の加熱処理後には、 ゲー トバルブ 1 3を閉じて上部空間 1 4 Aと下部空間 1 4 Bを気密的に分離し、 下部空間 1 4 Bを大気に開放 し、 気密 ドア 1 2から試料 A及び下部電極 6 を取り 出す。 このよ うにゲ 一トバルブ 1 3を用いるこ とによ り 、 炉本体 2及び上部空間 1 4 の内部 を真空状態に維持するこ とができ、 次の実験を行う際には、 真空ポンプ 1 5 Bで下部空間 1 4 B内を真空に掃気してからゲー トバルブ 1 3を開 けば良く 、 短時間での準備が可能である。
以上のよ うに、 当該静電浮遊炉 1 は、 地上で用いるこ とができ、 比較 的簡単な装置構成であると共に、 試料 Aに電場の影響を全く 与えること なく 、 少なく と も宇宙航行体や落下塔を使用 した場合に匹敵する充分な 無重量環境下において試料 Aを非接触で加熱処理するこ とができ、 パラ メータを変えながら数多く の実験を行う こ とにも容易に対処することが できる。 また、 従来のよ うに落下塔を使用する場合には、 静電浮遊炉自 体を落下させるので、 装置が非常に大掛りなものとなるが、 当該静電浮 遊炉 1 は、 試料 A及び下部電極.6 を落下させるだけなので、 落下型のも のと しては構造がきわめてシンプルである。
なお、 本発明に係わる落下型静電浮遊炉は、 その構成が上記実施例に 限定されることはなく 、 本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を 適宜変更するこ とができる。 また、 上記実施例では、 試料 Aを落下させ ながら加熱を継続し、 最終的に試料 Aをァモルファス化する場合を説明 したが、 炉本体 2内で試料 Aを加熱溶融させた後、 アモルフ ァ ス化の例 のよ う に、 下部電極 6 を試料 Aと と もに落下させ、 電場及び重力の影響 がなく なるまで試料 Aの溶融状態を維持したう えで同試料 Aを凝固させ る方法に加え、 簡易的には、 電極 5， 6への通電を遮断して電場を消失 させることによ り、 試料 Aのみを落下させるよ うにしても良く 、 このよ う にすれば、 電場の影響を排除したう えで、 充分な無重量環境下におい て試料 Aを凝固させるこ とができる。 この場合には、 凝固した試料 Aの 破損を防ぐために、 試料受け 1 1 に衝撃吸収シー ト等の緩衝材を設ける こ とが望ま しい。 産業上の利用可能性
本発明の落下型静電浮遊炉によれば、 炉本体の下側に落下チューブを 接続した比較的簡単な装置構成であると共に、 炉本体内で加熱した試料 を落下チューブ内で落下させるこ とによ り 同試料に対して充分な無重量 環境 （ 1 0— 3 G程度の重力レベル） を得ることができ、 例えば加熱溶融 した試料を凝固させる場合には、 充分な無重量環境である う えに電場の 影響をも排除して試料の凝固を良好に行う ことができる。 また、 宇宙航 行体や航空機又は落下塔を使用する場合に比べて費用を大幅に低減する こ とができるほか、 パラメータを変えながら数多く の実験を行う ことに も容易に対処することができる。
また、 本発明の落下型静電浮遊炉の好適な例によれば、 落下チューブ 内において、 試料と と もに集光照射光学系を備えた下部電極を落下させ るこ とによ り 、 落下中の試料をレーザ光で加熱し続けることが可能とな る。 つま り 、 落下による無重量環境下で試料の溶融状態を保つこ とがで き、 この際、 下部電極への通電を遮断することから、 電場の影響をも排 除して試料の加熱及び凝固を行う こ とができる。
さ らに、 本発明の落下型静電浮遊炉の好適な例によれば、 と く に試料 受けを金属等の剛体で形成し、 試料が試料受けに達する直前までレーザ 光による加熱を行って試料を試料受けに重力で叩き付けるこ とによ り、 同試料を急激に冷却凝固させてアモルフ ァ ス化するこ とができる。 また、 下部電極と試料とが上下の受けで分離されるので、 溶融した試料が下部 電極に付着するよ うな事態も防止し得る。
さ らに、 本発明の落下型静電浮遊炉の好適な例によれば、 二つの真空 ポンプによ り炉本体内及び落下チューブ内を短時間で真空にするこ とが でき、 と く に落下チューブ内に落下した試料や下部電極を取り 出す際に は、 ゲー トバルブを閉じて下部空間のみを大気に開放するこ とによ り、 炉本体内及び上部空間内の真空状態を維持するこ とができ、 次の実験を 行う際には、 下部空間内を真空にしてゲー トバルブを開けばよいので、 準備を短時間で行う ことができる。

Claims

請求の範囲
1 . 帯電させた試料を電極間で発生する電場によ り浮遊状態に して加熱 処理を行う落下型の静電浮遊炉であって、 炉本体の下側に、 真空に掃気 可能な落下チューブを鉛直にして接続し、 炉本体内と落下チューブ内を 連通状態にすると共に、 落下チューブ内に試料を落下可能にしたこ とを 特徴とする落下型静電浮遊炉。
2 . 試料に対する加熱源が、 炉本体の上側から導入したレーザ光であつ て、 下部電極に、 導入したレーザ光を試料に向けて集光照射する集光照 射光学系を備え、 落下チューブに対して下部電極を落下可能に配置する と共に、 下部電極への通電を遮断する と同時に同下部電極を解放する電 極保持機構を備えたことを特徴とする請求項 1 に記載の落下型静電浮遊 炉。
3 . 下部電極が、 その下側に試料を通過させる開口部を有し、 落下チュ ーブの下端部分に、 下部電極を受ける電極受けと、 電極受けよ り も下側 で試料を受ける試料受けを備えたこ と を特徴とする請求項 2に記載の落 下型静電浮遊炉。
4 . 落下チューブに、 その内部空間を上下に仕切るゲー トバルブを設け、 上部空間内と下部空間内に対して夫々真空ポンプを備えたこ とを特徴と する請求項 1 〜 3のいずれかに記載の落下型静電浮遊炉。
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