(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁浮遊法によって管状部材内に試料を浮遊状態に保持する磁気浮遊装置において、前記試料の位置変化を前記管状部材の周囲に配設された検知コイルに誘起される誘導電流によって検知する位置センサであって、前記検知コイルは、前記管状部材の表面に蒸着メッキによって形成されて構成されていることを特徴とする磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁浮遊法によって管状部材内に試料を浮遊状態に保持する磁気浮遊装置において、試料の位置変化を管状部材の周囲に配設された検知コイルに誘起される誘導電流によって検知する位置センサの検知コイル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
落下塔や人工衛星を利用して微小重力下において半導体や合金材料の生成実験を行うために、試料を浮遊状態に保持することのできる図５に概念構成図を示すような電磁浮遊装置が考えられている。
【０００３】
これは、炉心管１１を中心としてその軸方向に所定間隔離して一対の浮遊電磁コイル１２，１３を配設して構成され、この浮遊電磁コイル１２，１３に逆方向の高周波電流を流すことによって、炉心管１１の内部に配置された導電性の試料１を浮遊状態に保持するようになっている。つまり、浮遊電磁コイル１２，１３によって形成される磁界によって試料１に誘導電流が発生し、この誘導電流によって形成される磁界が浮遊電磁コイル１２，１３による磁界と反発することで試料１が浮遊状態に保持されるようになっているものである。尚、炉心管１１の周囲には、浮遊電磁コイル１２，１３の他に図示しないが試料１を高周波加熱するためにソレノイド型の加熱コイルが配設され、試料１は浮遊電磁コイル１２，１３でも加熱されるがこの加熱コイルによって主に加熱されて溶融される。
【０００４】
上記構成の電磁浮遊装置では、重力が作用する地上において炉心管の中心軸を鉛直とした状態で作動させた場合、試料は作用する浮遊力と重力が釣り合った位置に安定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、微小重力下では、重力の作用がないために試料は両浮遊電磁コイルからの磁界による反発力（浮遊力）が相殺する浮遊コイル系の中心（両浮遊電磁コイルの中間）に位置することとなるが、その近傍では磁界による反発力が小さいために試料に回転・振動が生じ易い。この試料の振動は雰囲気ガスの粘性等によっていずれは減衰するものであるが、落下塔や弾道ロケット等短い微小重力時間しか得られない実験では迅速に解消する必要があり、そのために試料位置を検知してフィードバック制御を行うことが望まれる。
【０００６】
ここで、試料の位置を検知する方法としては、炉心管の周囲に直交する３次元の座標系のそれぞれの座標軸に対応させた検知コイルを配設し、この検知コイルに試料の磁界によって誘起される誘導電流を計測することで試料の位置検知を行うことが考えられている。
【０００７】
しかしながら、エナメル線等の被覆電線を巻いて形成した検知コイルを炉心管の周囲に配設しようとした場合、浮遊電磁コイルや加熱コイルの外側に配設せざるを得ず、その結果、被検知部材（試料）から離間することとなって精度の高い検知を行うことができないという問題があった。また、高温度に加熱された試料からの輻射熱によって破損してしまうという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、小さく構成することで試料近傍に配設することができると共に耐熱性も高い磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造は、電磁浮遊法によって管状部材内に試料を浮遊状態に保持する磁気浮遊装置において、前記試料の位置変化を前記管状部材の周囲に配設された検知コイルに誘起される誘導電流によって検知する位置センサであって、前記検知コイルは、前記管状部材の表面に蒸着メッキによって形成されて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造の一構成例を適用した磁気浮遊電気炉１０を概念的に示す斜視図である。
【００１１】
図示磁気浮遊電気炉１０は、石英，アルミナ又はサファイア等の耐熱性を有する素材により形成された管状部材としての炉心管１１の周囲に、その中心軸方向に所定間隔で一対の浮遊電磁コイル１２，１３が外挿状態で配設されると共に、これら浮遊電磁コイル１２，１３に隣接してそれぞれ図示しない高周波加熱用の加熱コイルが配設されて構成され、両浮遊電磁コイル１２，１３に互いに逆方向の高周波電流を流すことによって形成される磁界によって、試料１に浮遊電磁コイル１２，１３とは逆方向の誘導電流が発生し、この誘導電流によって形成される磁界が浮遊電磁コイル１２，１３による磁界と反発することで試料１が両浮遊電磁コイル１２，１３の中間位置に浮遊状態に保持され、図示しない加熱コイルによって加熱されるようになっているものである。
【００１２】
炉心管１１の外面には、位置センサの検知コイル２０（Ｚ軸検知コイル２１Ａ，２１Ｂ，Ｘ軸検知コイル２２Ａ，２２Ｂ，Ｙ軸検知コイル２３Ａ，２３Ｂ）が設けられており、位置センサは試料１の磁界によってこれら検知コイル２０に生ずる誘導電流を検出することで試料１の位置を検知することができるようになっている。
【００１３】
ここで、検知コイル２０は、炉心管１１の外周面に導電性素材による薄膜によって直接炉心管１１の外表面に形成され、炉心管１１の中心軸をその一つの座標軸する直交する３次元の座標系の座標軸に対応してそれぞれ一対づつ配設されている。
【００１４】
即ち、炉心管１１の中心軸をＺ軸として、このＺ軸と直交するＸ軸、これらＺ軸及びＸ軸と直交するＹ軸が設定されると共に、これらの座標軸を中心としてそれぞれ一対の検知コイル２０が配設され、Ｘ軸検知コイル２２Ａ，２２ＢとＹ軸検知コイル２３Ａ，２３Ｂは、Ｘ軸及びＹ軸を中心として炉心管１１の周面を周方向に４分割したそれぞれの領域で略矩形に例えば１０ターンの旋回パターンとして形成され、Ｚ軸検知コイル２１Ａ，２１Ｂは、炉心管１１の外周面を例えば１０ターン巻回すパターンがＸ軸，Ｙ軸を挟んで対称位置に形成されて構成される。
【００１５】
検知コイル２０を形成する薄膜は、金，白金，銅等の導電性材料を、真空蒸着，スパッタ蒸着，イオンプレーティング等の物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）等の蒸着メッキによって炉心管１１の表面に凝固させることによって形成され、コイルパターンはフォトリソグラフィ法等を用いて形成することによって極めて微細なものとすることができる。
【００１６】
各対の検知コイル２０は、Ｚ軸検知コイル２１Ａ，２１を図２（Ａ），Ｘ軸検知コイル２２Ａ，２２Ｂを図（Ｂ），Ｙ軸検知コイル２３Ａ，２３Ｂを図２（Ｃ）にそれぞれ示すように、電流が相殺するように配線することにより、試料１の位置変位を電流の向きと大きさによって検知することが可能となる。
【００１７】
上記のごとく、検知コイル２０のコイルパターンを炉心管１１の表面に蒸着メッキによる薄膜によって形成することにより、検知コイル２０が浮遊電磁コイル１２，１３や加熱コイルと干渉することがないために、試料１の近接位置に配設することが可能となると共に試料１からの輻射熱によって破損することもなく、精度の高い検知を可能とする位置センサを構成することできるものである。また、試料１の加熱を外部に配設した赤外線ランプ等によって行う構成としても検知コイル２０が赤外線照射を阻害することがないものである。これにより、高精度で安定した試料１の位置検知を行うことがで、この位置検知情報を用いることによって試料１の振動を抑制するフィードバック制御が可能となるものである。
【００１８】
次に、図３に磁気浮遊電気炉１０′の概念断面図を示す本発明の異なる構成例を説明する。
【００１９】
図示構成は、Ｚ軸検知コイル２１Ａ，２１Ｂを炉心管１１が挿通可能な図４に斜視図を示すような耐火絶縁素材によって形成されたドーナツ円盤状の支持基板体としての基板３０の表面に蒸着メッキによる薄膜によって形成し、この基板３０を浮遊電磁コイル１２，１３と加熱コイル１４，１５の間に介装状態に配設したものである。尚、図３ではＸ軸検知コイル及びＹ軸検知コイルは省略してある。
【００２０】
本構成によれば、Ｚ軸検知コイル２１Ａ，２１Ｂを上記構成に比較してＺ軸方向に薄く構成することができるものである。尚、Ｚ軸コイル２１Ａ，２１Ｂのみでなく、Ｘ軸検知コイル２２Ａ，２２Ｂ及びＹ軸検知コイル２３Ａ，２３Ｂを炉心管１１を囲む形状の耐火絶縁素材による基板上に蒸着メッキによる薄膜によって形成して炉心管１１の外面に近接させて配設する構成としても良いものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本願発明に係る磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造によれば、検知コイルのコイルパターンを管状部材の表面または管状部材に装着される支持体に蒸着メッキによる薄膜によって形成することにより、検知コイルを極めてコンパクトで高い耐熱性を有して構成することができ、浮遊電磁コイルや加熱コイルと干渉することなく試料に近接させて配設することが可能となると共に試料からの輻射熱によって破損することもなく、精度の高い検知が可能な位置センサを構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気浮遊装置における位置センサの検知コイル構造の一構成例を適用した磁気浮遊電気炉を概念的に示す斜視図である。
【図２】（Ａ）はＺ軸検知コイルの配線状態を示す概念図，（Ｂ）はＸ軸検知コイルの配線状態を示す概念図，（Ｃ）はＹ軸検知コイルの配線状態を示す概念図である。
【図３】本発明の他の構成例である磁気浮遊電気炉の概念断面図である。
【図４】検知コイル支持体としての基板の斜視図である。
【図５】磁気浮遊装置の概念構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  試料
１０，１０′  磁気浮遊電気炉（磁気浮遊装置）
１１  炉心管（管状部材）
１２，１３  浮遊電磁コイル
２０  検知コイル
２１Ａ，２１Ｂ  Ｚ軸検知コイル
２２Ａ，２２Ｂ  Ｘ軸検知コイル
２３Ａ，２３Ｂ  Ｙ軸検知コイル
３０  基板（支持基板体）
【図１】
0003873341.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003873341.tif 000005
【図５】
0003873341.tif 000006