(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空にした落下管と、その落下管の下部に接続し内部に試料回収用液が収容された試料回収部とを備えて、試料を上記落下管の上部から自由落下させ試料回収部内の試料回収用液で受け止める無重量発生装置において、
上記試料回収部の下方に配置され当該試料回収部の底と上下に連通する試料排出室と、上記試料排出室と試料回収部との連通部を開閉する第１開閉手段と、上記試料回収用液と同じ液体を上記試料排出室内に充填する充填手段と、上記試料排出室に設けられて当該試料排出室内の液体及び試料を排出するための排出口と、当該排出口を開閉する第２開閉手段とを備えたことを特徴とする無重量発生装置。
【請求項２】
上記排出口から排出される液体及び試料を受ける試料容器を複数個配列し、その複数の試料容器を配列方向に移動可能にしたことを特徴とする請求項１に記載した無重量発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由落下を利用して無重量環境を作り出す無重量発生装置に係り、特に自由落下させた試料の装置からの回収方法に特徴のある無重量発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無重量発生装置として、金属等の試料を加熱溶融し、融けた試料をそのまま真空の落下管内に自由落下させるドロップチューブ方式がある（本実施形態を示す図１を参照）。
このドロッブチューブ方式の装置では、ステンレス等からなる落下管（例えばφ３００mm程度以下の筒体）が鉛直に設置され、その落下管の上部に、ゲート弁を介して加熱溶融装置が設置されている。加熱溶融装置付近には真空ポンプが接続している。なお、落下管には、落下中の試料を観測するための観測窓が長手方向に沿って複数個設けられている。
【０００３】
また、落下管の下部に対し、ゲート弁を介して試料回収部が設置されている。試料回収部付近にも真空ポンプが接続されている。試料回収部内には、落下してきた試料を受けるための試料回収用液が収容されている。試料回収用液は、試料によっても異なるが、シリコンオイルなどの油が通常使用される。
そして、管内を真空にして高品質の無重量環境を得るために、上下の両ゲート弁を共に開放し、かつ２箇所の真空ポンブを作動させることで、管内全体を真空とする。次に、上側のゲート弁を閉め、加熱溶融装置部分のみを大気圧に戻して、当該加熱溶融装置に試料をセットし、その後、上側の真空ポンプを作動させて加熱溶融装置部分を再び真空とし、管内の真空度と同レベルとなった時点で上側のゲート弁を開放して実験を開始する。
【０００４】
実験は、真空となっている落下管の上部から、溶融状態の試料を自由落下させ落下中に再凝固させると共に、落下してきた試料を試料回収部内の試料回収用液で受けることで行われる。
上記試料回収部からの試料の取出しは、従来にあっては、下側のゲート弁を閉じることで落下管内の真空状態を保持してから、試料回収部内部を大気に戻して試料を回収する。その後、再び下側の真空ポンプを作動させて、試料回収部内が管内と同レベルの真空度となった時点で下側のゲート弁を開き、次の実験を開始する。
【０００５】
ここで、落下管内部の真空度は、自由落下する試料に空気抵抗が働かないように、実験内容によっては１０〜５torr程度の真空度が必要になる。落下管内がこの程度の真空度になるまで真空ポンプで排気を行うには、１時間〜数時間必要となる。
このため、上述のように落下管と試料回収部との間を分離するためのゲート弁を設けて、試料の回収時でも少なくとも落下管内の真空度を保特する工夫がされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記装置にあっても、実験の終了した試料を回収するためには、少なくとも試料回収部内については大気圧に戻し、試料回収後に再び当該試料回収部を真空状態にする作業が必要である。
また、この試料回収作業を少なくして実験の効率を上げるために、複数の試料を落下させた後にまとめて試料の回収を行おうとすると、試料の区別がつかなくなるおそれがあるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、試料回収部を真空状態に保持したまま試料を回収することができる無重量発生装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、内部を真空にした落下管と、その落下管の下部に接続し内部に試料回収用液が収容された試料回収部とを備えて、試料を上記落下管の上部から自由落下させ試料回収部内の試料回収用液で受け止める無重量発生装置において、
上記試料回収部の下方に配置され当該試料回収部の底と上下に連通する試料排出室と、上記試料排出室と試料回収部との連通部を開閉する第１開閉手段と、上記試料回収用液と同じ液体を上記試料排出室内に充填する充填手段と、上記試料排出室に設けられて当該試料排出室内の液体及び試料を排出するための排出口と、当該排出口を開閉する第２開閉手段とを備えたことを特徴とする無重量発生装置を提供するものである。
【０００９】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記排出口から排出される液体及び試料を受ける試料容器を複数個配列し、その複数の試料容器を配列方向に移動可能にしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、試料排出室に液体を充填した状態で、第１開閉手段を作動させて試料排出室を試料回収部と連通状態にすることで、試料回収部内の試料回収用液と試料排出室の液体とが連続し、この結果、試料回収部内の真空状態が保持された状態で、試料回収部と試料排出室とは連通状態となる。この連通状態となると、試料回収部内の試料は、その自重によって液中を降下して試料排出室側に移動する。
【００１０】
試料が試料排出室側に移動した時点で、第１開閉手段を作動させて連通部を遮断し、試料回収部から試料排出室を分離してから排出口を開けると、試料排出室から試料が排出される。このように、試料回収部内の真空状態を保持したまま、試料を取り出すことができる。
なお、試料排出室を液体で充填してから当該試料排出室を試料回収部に連通することで、上述のように試料を取り出しても、試料回収部内に収容されている試料回収用液の量が減少することが回避される。
【００１１】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記排出口から排出される液体及び試料を受ける試料容器を複数個配列し、その複数の試料容器を配列方向に移動可能にしたことを特徴とするものである。
ここで、上記複数の試料容器は、平面視で環状に配列して無限循環するようにしても良いし、コンベヤ等によって所定位置まで平行移動するようにしても良い。
【００１２】
本発明によれば、試料排出室から排出される各試料を個別の試料容器に回収できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の無重量発生装置を示す構成図である。
無重量発生装置の基本構成は、上述の従来例と同様であり、軸を鉛直に向けた落下管１の上部にゲート弁２を介して加熱溶融装置３が設置され、落下管１の下部にゲート弁４を介して試料回収部５が接続されている。符号６，７は真空ポンプ１５を表している。また、符号１ａは、観測窓である。
【００１４】
上記試料回収部５内には、図２に示すように、試料回収用液８、例えばシリコンオイルが収容されている。その試料回収部５内の試料回収用液８は、落下してくる試料が底部に衝突しないように減速させるのに十分な量となっている。
その試料回収部５よりも下側にＴ字管９が配置され、そのＴ字管９における上下に延びる垂直管路部分１０の上端部が試料回収部５の底に接続している。その垂直管路部分１０には第１開閉手段としての第１開閉弁１２が介挿されている。
【００１５】
ここで、試料回収部５の底面は、上記Ｔ字管９との接続部位置に向けてすり鉢状に傾斜していて、試料回収用液８内の試料が、その自重でＴ字管９との接続部位置へ確実に案内されるようになっている。
また、上記Ｔ字管９の水平に延びる水平管路部分は、試料排出室１１を構成している。その水平管路部分（試料排出室１１）における一方の開口端部は、液体流入口を構成し、また、他方の開口端部は、排出口を構成している。その両開口端部にはそれぞれ第２及び第３開閉弁１３、１４が接続し、全ての開閉弁１２，１３，１４を閉じることで、試料排出室１１は密閉空間となる。
【００１６】
上記液体流入口側の第３開閉弁１４には、当該第３開閉弁１４と共に充填手段を構成するポンプ１５の吐出口が接続されている。また、排出口側の第２開閉弁１３は、第２開閉手段を構成している。その第２開閉弁１３に曲がり管１６が接続され、排出口から排出される液体及び試料の排出方向を下方に誘導している。この曲がり管１６は排出口の一部を構成する。
【００１７】
その曲がり管１６の下方には、試料分別パレット１７が配置されている。
試料分別パレット１７は、上側が開放された複数の試料容器１８を環状に配列し、その複数の試料容器１８で形成される円の中心部を中心として回転自在となっている。各試料容器１８の底は、ネット状になっていて、落下してきた試料を受けると共に当該試料と一緒に排出された液は下方に落下するようになっている。その複数の試料容器１８の下方には、液回収皿１９が配置され、上記試料容器１８を通じて落下してきた液を回収する。
【００１８】
その液試料回収用液８は、上記ポンプ１５の吸入口に接続されている。
次に、上記構成の無重量発生装置の動作などについて説明する。
第１開閉弁１２を閉じた状態で、落下管１の上部から試料を自由落下させて無重量環境化での溶融再凝固の実験を行う。この実験の前後若しくは実験中に、第２開閉弁１３を閉じると共に第３開閉弁１４を開き、ポンプ１５を作動して試料排出室１１中に液を圧送して当該試料排出室１１内に液体を充填しておく。充填したら第３開閉弁１４を閉じる。
【００１９】
そして、試料回収部５に試料が落下し、その自重によって試料が試料回収部５の底、若しくは第１開閉弁１２の上まで移動したら、第１開閉弁１２を開いて試料回収部５と試料排出室１１とを上下に連通状態とする。すると、試料は、その自重によって垂直管路部分１０を通じて試料排出室１１側に向けて降下する。
ここで、試料排出室１１内に液体を充填した状態では、試料の落下中であっても、第１開閉弁１２を開状態にしておいても問題はない。実験中に第１開閉弁１２を開状態としておけば、試料はその落下による加速度でそのまま試料排出側に移動する。この場合には、試料回収部５内の試料回収用液８を少なめに設定してもよい。
【００２０】
試料排出室１１に試料が移動したら、第１開閉弁１２を閉じて試料排出室１１と試料回収部５とを分離する。そして、第２開閉弁１３を開くことで、試料排出室１１内の試料が、液体とともに試料容器１８に向けて排出される。排出された試料は試料容器１８に捕捉され、液体は下方の液回収皿１９に回収される。上記試料の排出の際に、第３開閉弁１４を開け且つポンプ１５を駆動することで、試料を確実に試料排出室１１から試料容器１８側に向けて排出するようにしてもよい。
【００２１】
一の試料容器１８に現在の試料が回収されたら、パレット１７を所定角度だけ回転して次の試料容器１８が曲がり管１６の下側に位置するように変更する。この回転は、手動操作でも良いし、パレット１７をモータなどで回転駆動可能状態として遠隔操作で回転させても良い。また、試料の排出や開閉弁の開閉動作などをセンサで検知して一の試料容器１８に試料が回収されたことを判断して、上記パレット１７を自動的に所定角度回転するように設定しても良い。
【００２２】
なお、全ての試料容器１８に試料が収容された場合には、パレット１７ごと、そのまま分析室等に運べば良い。
以上のように、試料を回収する度に試料回収部５の真空状態を壊す必要がないため、実験を効率良く進めることができる。しかも、試料回収部５内の試料回収用液８を排出することもない。
【００２３】
また、上述のように真空状態を壊すことがないので、大気状態から真空状態への排気作業の回数が少なくなる。この結果、真空ポンプ１５に与える負担も少なくなるので、当該真空ポンプ１５での故障も少なくなる共に、ランニングコストも小さくできる。
また、各試料を個別の試料容器１８で受けることができるので、実験条件の違う試料を間違いなく分別することができる。
【００２４】
ここで、上記実施形態では、試料容器１８を環状に配置した例で説明しているが、これに限定されない。例えば、コンベヤ上に試料容器１８を配列して、所定の位置まで試料を収容した試料容器１８を運搬させるようにしても良い。
また、上記実施形態では、試料排出室１１に液体を充填する充填手段をポンプ１５によって構成して、液体を循環させているが、これに限定されない。
【００２５】
例えば、図３に示すように、第３開閉弁１４に垂直管２０を接続し、その垂直管２０に液体を収容することで充填手段を構成しても良い。上記垂直管２０内の液柱の高さは、試料回収部５内の試料回収用液８の液面と略等しく設定しておけばよい。この場合には、第３開閉弁１４を開けることで、垂直管２０内の液体が、その液圧によって試料排出室１１側に流れ込み当該試料排出室１１内に当該液体が充填される。なお、順次、垂直管２０内に随時、液体を補充する。また、第２開閉弁１３が閉じている状態では、第３開閉弁１４を開状態としておいても、液柱の液圧によって、試料排出室１１内には所定の液圧の液体が確実に充填された状態となる。
【００２６】
垂直管２０への液体の補充回数が増えたり、補充量を制御する必要があるので、第３開閉弁１４を設けることが好ましい。また、上記実施形態では、配管（Ｔ字管９）によって試料排出室１１を形成した場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるわけではない。また、試料排出室１１に設ける排出口も横方向に開口させる必要もなく、試料排出室１１の底部に設けて下方に開口しても良い。
【００２７】
また、本実施形態では、無重量環境での溶融再凝固実験を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。例えば、カプセルに試料を収容した状態で当該カプセルを自由落下させるなどの実験であっても良い。
また、上記試料回収部５などに観測窓を設けて、試料の移動状態を視認できるようにしておいても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、装置から試料を回収する際に試料回収部内の真空状態を壊す必要がないため、実験を効率よく進めることができるという効果がある。このことはまた、大気から真空へ排気する回数が少なくなるため、真空ポンプに与える負担が少なく故障も少なくなる。また、ランニングコストも小さくできる。
【００２９】
さらに、請求項２に記載した発明を採用すると、試料回収部から回収する試料を個別に試料容器で収容できるため、実験条件の違う試料を間違いなく分別することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る無重量発生装置を示す構成図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る試料回収部分についての部分拡大図である。
【図３】充填手段の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１    落下管
２    ゲート弁
３    加熱溶融装置
４    ゲート弁
５    試料回収部
６，７  真空ポンプ
８    試料回収用液
９    Ｔ字管
１０  垂直管路部分（連通部）
１１  試料排出室（水平管路部分）
１２  第１開閉弁（第１開閉手段）
１３  第２開閉弁（第２開閉手段）
１４  第３開閉弁（充填手段）
１５  ポンプ（充填手段）
１６  排出口（曲がり管）
１７  試料分別パレット
１８  試料容器
１９  液回収皿
２０  垂直管
【図１】
0004241999.tif 000002
【図２】
0004241999.tif 000003
【図３】
0004241999.tif 000004