(57)【要約】【課題】  所定の試料を微小重力空間中に制止及び浮遊させることが可能な新規な方法及び装置を提供する。【解決手段】  固体試料Ｓを真空容器１２内に配置された試料台１１上に載置する。次いで、真空容器１２内を所定の圧力まで排気する。次いで、固体試料Ｓに対して微小重力を負荷し、直後において、試料台１１を固体試料Ｓから高速で取り除いて支持を解除する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料を真空容器内に配置された試料台上に載置する工程と、
前記真空容器内を所定の圧力まで排気する工程と、
前記固体試料に対して微小重力を負荷する工程と、
前記微小重力の負荷直後において、前記試料台による前記固体試料の支持を解除する工程と、
を具えることを特徴とする、固体試料の制止浮遊方法。
【請求項２】
前記真空容器内は４×１０−４Ｐａ以下の圧力まで排気することを特徴とする、請求項１に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項３】
前記微小重力は１０−５Ｇ以下の大きさであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項４】
前記微小重力は、前記固体試料が載置された前記試料台を含む前記真空容器を落下カプセルに装着し、前記真空容器を含む前記落下カプセルを落下させることによって生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項５】
前記試料台による前記固体試料の支持解除は、前記固体試料に対して前記微小重力を負荷した後において、５０ｍ秒以内に実施することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項６】
前記試料台による前記固体試料の支持解除は、前記試料台を前記固体試料から４０ｃｍ／秒以上の速度で除去することによって実施することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項７】
前記固体試料の制止及び浮遊状態を観察する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項８】
前記微小重力の、４．５秒の負荷時間における前記固体試料の並進距離が１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項９】
前記微小重力の、４．５秒の負荷時間における前記固体試料に負荷された回転トルクが１０−４ｄｙｎ・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊方法。
【請求項１０】
固体試料を載置するための試料台と、
前記固体試料を含む前記試料台を配置するための真空容器と、
前記真空容器内を所定の圧力まで排気するための排気手段と、
前記固体試料に対して微小重力を負荷するための微小重力負荷手段と、
前記試料台による前記固体試料の支持を解除するための支持解除手段と、
を具えることを特徴とする、固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１１】
前記排気手段により、前記真空容器内を４×１０−４Ｐａ以下の圧力まで排気することを特徴とする、請求項１０に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１２】
前記微小重力負荷手段により、前記固体試料に対して１０−５Ｇ以下の大きさの微小重力を負荷することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１３】
前記微小重力手段は落下カプセルを含み、前記微小重力は、前記固体試料が載置された前記試料台を含む前記真空容器を落下カプセルに装着し、前記真空容器を含む前記落下カプセルを落下させることによって生成することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１４】
前記固体試料に対して前記微小重力を負荷した後において、前記支持解除手段により、前記試料台の、前記固体試料からの支持解除を５０ｍ秒以内に実施することを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１５】
前記支持解除手段により、前記試料台を前記固体試料から４０ｃｍ／秒以上の速度で除去し、前記試料台の、前記固体試料からの支持解除を実施することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１６】
前記固体試料の制止及び浮遊状態を観察するための撮像手段を具えることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１７】
前記微小重力の、４．５秒の負荷時間における前記固体試料の並進距離が１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【請求項１８】
前記微小重力の、４．５秒の負荷時間における前記固体試料に負荷された回転トルクが１０−４ｄｙｎ・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一に記載の固体試料の制止浮遊装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体試料の制止浮遊方法、及び固体試料の制止浮遊装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物性測定や材料合成では、物理的及び化学的条件の制御された空間内に試料を保持することが要求される。地上重力下では、前記試料を保持するための試料台などが要求され、このため、前記試料に対する前記試料台を介した熱的、力学的、及び電磁気的遮断が完全ではなく、実験条件の制御性は自ずから制限される。
【０００３】
例えば、試料の回転振動を利用して磁気異方性を測定する場合、ねじれ復元力の無視できる線材で前記試料を水平磁場中に吊し、前記試料の磁気的安定軸を磁場を平衡方向として回転振動させることにより実施する。しかしながら、前記線材の前記試料への物理的な影響を完全に排除することができず、十分な測定感度を実現できないでいた。
【０００４】
かかる観点より、試料を孤立した状態の無重力空間中に開放することが試みられているが、前記試料を前記無重力空間中に開放する以前の力積を完全に消去することができず、前記試料を前記無重力空間内で制止及び浮遊させることは困難であった。したがって、前述したような孤立状態での無重力空間を利用した物性測定や材料合成などは未だ十分に実現されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、所定の試料を微小重力空間中に制止及び浮遊させることが可能な新規な方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は、
固体試料を真空容器内に配置された試料台上に載置する工程と、
前記真空容器内を所定の圧力まで排気する工程と、
前記固体試料に対して微小重力を負荷する工程と、
前記微小重力の負荷直後において、前記試料台による前記固体試料の支持を解除する工程と、
を具えることを特徴とする、固体試料の制止浮遊方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、
固体試料を載置するための試料台と、
前記固体試料を含む前記試料台を配置するための真空容器と、
前記真空容器内を所定の圧力まで排気するための排気手段と、
前記固体試料に対して微小重力を負荷するための微小重力負荷手段と、
前記試料台による前記固体試料の支持を解除するための支持解除手段と、
を具えることを特徴とする、固体試料の制止浮遊装置に関する。
【０００８】
本発明では、制止及び浮遊させるべき固体試料を所定の圧力下まで真空排気された真空容器中に配置し、その後前記固体試料に対して微小重力を負荷するようにしている。したがって、前記固体試料に対する前記真空容器中の残留気体の影響を排除することができ、前記残留ガスの乱流の影響を最小限に控えることができる。また、前記真空容器の壁面からの熱的影響を抑制することができるようになる。
【０００９】
さらに、前記微小重力の負荷直後において、前記試料台を前記固体試料から高速で除去し、前記試料台による前記固体試料の支持を解除するようにしている。したがって、前記固体試料に対する前記試料台からの力積を最小限に控えることができる。この結果、前記微小重力による前記固体試料の、前記真空容器内、すなわち所定空間内での制止及び浮遊を実現できるようになる。
【００１０】
前記固体試料に対する前記真空容器内の残留ガスの粘性抵抗を効果的に低減させるためには、前記真空容器内を好ましくは４×１０−４Ｐａ以下にまで排気する。
【００１１】
前記固体試料に対する前記試料台から力積を効果的に低減させるためには、前記試料台による前記固体試料の支持解除は、前記微小重力を負荷した後において、５０ｍ秒以内、さらには１ｍ秒以内に実施することが好ましい。同様の理由から、前記試料台の前記固体試料からの支持解除は４０ｃｍ／秒以上の速度で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の方法及び装置によれば、所定の試料を微小重力空間中に制止及び浮遊させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体例に基づき図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明のその他の特徴及び利点についても併せて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の固体試料の制止浮遊装置の一例を示す構成図である。図１に示す制止浮遊装置１０は、固体試料Ｓを載置するための試料台１１と、固体試料Ｓを含む試料台１１を配置するための真空容器１２とを具えている。真空容器１２の内部空間は、固体試料Ｓを制止及び浮遊させる空間を構成する。試料台１２の下部にはシャフト及びこのシャフトと直結されたピストンを内蔵したシリンダから構成される支持解除手段１３が設けられており、前記シリンダ内への高圧ガスの導入及び排出を通じて前記ピストン及び前記シャフトを上下させ、試料台１１を固体試料Ｓから高速で解除できるように構成されている。
【００１５】
また、真空容器１２の上方及び左方には撮像手段としてのビデオカメラ１４が配置され、固体試料Ｓの制止浮遊状態を観察できるように構成されている。
【００１６】
次に、図１に示す装置を用いた固体試料の制止浮遊方法について説明する。最初に、図１に示すように、固体試料Ｓを真空容器１２内に配置された試料台１１上に載置した後、図示しない排気手段としての真空ポンプにより、真空容器１２内を所定の圧力まで真空排気する。これによって、固体試料Ｓに対する真空容器１２内の残留ガスの乱流の影響を最小限に控えることができる。また、真空容器１２の壁面からの熱的影響を抑制することができるようになる。
【００１７】
このとき、真空容器１２内の圧力が４×１０−４Ｐａ以下となるまで真空排気を行えば、固体試料Ｓへの真空容器１２内における前記残留ガスの乱流の影響及び壁面からの熱的影響を効果的に低減することができ、真空容器１２内での制止及び浮遊をより確実に実現できるようになる。
【００１８】
次いで、固体試料Ｓに対して微小重力、例えば１０−５Ｇ以下の大きさの重力を負荷する。前記微小重力は、試料台１１を含む真空容器１２の全体を落下カプセルに装着し、この落下カプセルを落下させることによって実現することができる。このような落下カプセルを用いた微小重力の負荷は、例えば日本無重量総合研究所（岐阜県、土岐市）の施設を用いて実現することができる。
【００１９】
次いで、固体試料Ｓに微小重力が負荷された直後において、固体試料Ｓから試料台１１を高速で除去し、固体試料Ｓの支持を解除する。上述したように、試料台１１の解除は、支持解除手段１３におけるシリンダ内に高圧ガスを導入する又は排出することによって、前記ピストン及び前記シャフトを高速で上下させることによって実施する。これによって、試料台１１の解除の際に、固体試料Ｓの負荷される力積を最小限に控えることができるようになる。
【００２０】
なお、試料台１１の固体試料Ｓからの除去は、４０ｃｍ／秒以上の速度で行うことが好ましい。また、前記微小重力を負荷した後において、５０ｍ秒以内、さらには１ｍ秒以内に実施することが好ましい。これによって、固体試料Ｓへの力積の影響をより効果的に低減することができ、固体試料Ｓの真空容器１２内での制止及び浮遊をより確実に実現できるようになる。
【００２１】
以上のような操作によって、固体試料Ｓを真空容器１２内で制止及び浮遊させた後は、その状態をビデオカメラ１４で観察することができる。また、ビデオカメラ１４を用いれば、上述した一連の操作の一部又は全体を観察することもできる。
【００２２】
図１に示す制止浮遊装置及び上述した制止浮遊方法によれば、例えば、固体試料Ｓに対する微小重力負荷後の、試料台１１の除去を１ｍ秒の時間内で実施した場合において、固体試料Ｓの並進距離を１ｍｍ以下、負荷される回転トルクを１０−４ｄｙｎ・ｃｍ以下にまで低減することができる。したがって、固体試料Ｓを真空容器１２内において実質的に制止及び浮上できることが分かる。
【００２３】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、実験空間の条件を高精度に制御する必要のある測定及び材料合成過程において、試料を保持する手段として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の固体試料の制止浮遊装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  固体試料の制止浮遊装置
１１  試料台
１２  真空容器
１３  支持解除手段
１４  ビデオカメラ
【図１】
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