(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長に形成され、冷却媒体ガスが充満された低温槽と、
前記低温槽内に引き回された冷却パイプと、
高温超伝導体が設けられ前記低温槽内に配置されたキャリアと、
前記低温槽外に配置され前記高温超伝導体の超伝導臨界温度よりも高い温度雰囲気に置かれるモーターと、
搬送用磁石が設けられ前記低温槽上に配置された移動子とを有し、
前記冷却媒体ガスを介し、前記冷却パイプによって前記高温超伝導体を超伝導臨界温度以下の温度まで冷却し、前記高温超伝導体が前記搬送用磁石に及ぼす磁気的反発力と拘束力によって前記移動子を磁気浮上させ、
前記モーターの駆動力を前記低温槽の長手方向の一端から導入し、その駆動力によって前記キャリアを前記低温槽の長手方向に移動させ、前記移動子を磁気浮上移動させる磁気浮上搬送装置であって、
前記低温槽内に前記駆動力が導入される部分と前記キャリアとの間に位置する前記冷却パイプに邪魔板が設けられ、該邪魔板を前記キャリアに設けられた高温超伝導体の超伝導臨界温度以下の温度まで冷却できるように構成されたことを特徴とする磁気浮上搬送装置。
【請求項２】
前記邪魔板に追加して、前記駆動力が導入される低温槽の端部と反対側の端部近傍にも同様の邪魔板が設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁気浮上搬送装置。
【請求項３】
前記邪魔板と前記低温槽の壁面との間に、断熱材が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の磁気浮上搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導臨界温度以下の温度まで冷却された高温超伝導体が搬送用磁石に及ぼす磁気的反発力と拘束力によって移動子を磁気浮上走行させる磁気浮上搬送装置にかかり、特に、冷却効率が高く、安定した磁気浮上走行を行うことができる磁気浮上搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発明者等は、先に高温超伝導体を超伝導臨界温度以下の温度まで冷却し、移動子の磁気浮上走行を行う磁気浮上搬送装置を提案した。その磁気浮上搬送装置を図２の符号１０３で示す。
【０００３】
この磁気浮上搬送装置１０３には真空槽１３１が設けられており、該真空槽１３１の内部は隔壁１４１によって高真空領域１３２と低真空領域１３３とに仕切られている。
【０００４】
隔壁１４１には、略直方体形状の低温槽１１１が、当該隔壁１４１を貫くようにして設けられており、その大部分が高真空領域内に位置し、ごく一部分が低真空領域１３３内に位置するようにされている。
低真空領域１３３内には冷却装置１２３が配置され、また、室温室１２１が設けられており、該室温室１２１内部にはモーター１２４が配置されている。また、低真空領域１３３内には接続細管１２２が設けられており、該接続細管１２２によって低温槽１１１と室温槽１２１との内部空間が接続され、室温室１２１から低温槽１１１内へ、冷却媒体ガスガスを充填できるように構成されている。
【０００５】
この低温槽１１１の上には移動子１３４が配置され、また、低温槽１１１内にはキャリア１１２が配置されている。
移動子１１２には、搬送アーム１３５と搬送用磁石１１８1、１１８2とが設けられており、他方、キャリア１１２には高温超伝導体１０８1、１０８2が設けられている。
【０００６】
この従来技術の磁気浮上搬送装置１０３の使用方法を説明すると、先ず、真空槽１３１の高真空領域１３２を真空排気して高真空状態にし、低真空領域１３３内に配置された冷却装置１２３を起動して、低温槽１１１内に引き回された冷却パイプ１１３内に冷却媒体を循環させ、低温槽１１１内に充満させておいた冷却媒体ガスを冷却し、それによってキャリア１１２を冷却する。
【０００７】
キャリア１１２が充分に冷却され、高温超伝導体１０８1、１０８2が超伝導状態になると、その高温超伝導体１０８1、１０８2と前記移動子１３４に設けられた搬送用磁石１１８1、１１８2との間に生じる磁気的反発力と拘束力によって移動子１３４が磁気浮上する。
その状態で、モーター１２４を起動して、接続細管１２２に挿入された回転シャフト１１７を回転させ、ボールねじによってキャリア１１２を図面右方向に移動させると被搬送物１３６の磁気浮上搬送が行われる。
【０００８】
このような磁気浮上搬送装置１０３では、高温超伝導体１０８1、１０８2を簡単に超伝導臨界温度以下まで冷却でき、また、装置の保守点検も容易であることから、接触搬送によるパーティクル発生を嫌う高精度分析技術等、超清浄雰囲気を必要とする技術分野では広く使用されるに到っている。
【０００９】
しかしながら、上述した低温槽１１１では、その大部分は高真空領域１３２で真空断熱されているものの、低温槽１１１は真空槽１３１の槽壁である隔壁１４１に取り付けられ、しかも、その一部が低真空領域１３３内に露出している。
このような低真空領域１３３側は、高温超伝導臨界温度以上の高温であるため、熱伝導や熱輻射によって低温槽１１１内に熱が侵入してしまう。
【００１０】
また、低温槽１１１は、接続細管１２２によって、室温室１２１と接続されており、室温室１２１内と接続細管１２２内にも、低温槽１１１内に充満しているのと同じ冷却媒体ガスが充満しているが、室温室１２１は室温におかれている。そのため、室温室１２１内で室温まで温度上昇した冷却媒体ガスが低温槽１１１内に侵入したり、接続細管１２２が設けられたところと高温超伝導体１０８1、１０８2が置かれたところとで冷却媒体ガスが対流すると、熱侵入によって極低温領域１０６の温度が上昇してしまう。
【００１１】
上記のような熱侵入があった場合には、冷却効率が低下するため、高温超伝導体１０８1、１０８2を超伝導臨界温度以下の温度に冷却するまでに長時間を要してしまうこととなる。また、磁気浮上搬送装置１０３を運転している最中では、高温超伝導体１０８1、１０８2は、超伝導臨界温度をわずかに下回った温度が維持されているため、上記のような熱侵入があった場合には、高温超伝導現象が不安定となり、移動子１３４が安定に浮上しなくなるという問題も生じた。
【００１２】
このような、キャリア１１２へ駆動力が伝達される部分からの熱侵入の問題に対しては、従来技術においても、低温槽１１１内に複数の邪魔板１１４を配置して温度勾配領域１０５と極低温領域１０６とを形成させ、熱輻射を邪魔板１１４で遮蔽すると共に、極低温領域１０６へ温度の高い熱媒体ガスが侵入することや、熱伝導による熱が侵入することを防止しようとしていた。
【００１３】
しかしながら熱伝導や対流等による温度勾配領域１０５への熱侵入があり、温度勾配領域１０５と極低温領域１０６との境界に位置する邪魔板１１４の温度が上昇した場合には、極低温領域１０６に温度勾配が生じるため、熱侵入を遮蔽する効果は不十分であった。
【００１４】
更に、極低温領域１０６は真空断熱されているものの、真空槽１３１内壁からの熱輻射によって、内部に熱が侵入するという問題もある。かかる問題については、従来技術においても、極低温領域１０６の周囲に熱シールド板１３７を設けることで一応の対策は図られている。
【００１５】
しかしながら移動子１３４の浮上走行距離を大きくしたいという要請に応えるため、極低温領域１０６の全長を長くする場合には、極低温領域１０６の表面積とそれを納める真空槽１３１の表面積とが大きくなり、熱輻射による流入熱量が増加する結果、従前の冷却効率では高温超伝導体１０８1、１０８2を超伝導臨界温度以下の温度まで冷却できなくなってしまい、その解決が望まれていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記従来技術の諸問題を解決するために創作されたものであり、その目的は、冷却効率が高く、移動子を安定して磁気浮上走行させることができる磁気浮上搬送装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、細長に形成され、冷却媒体ガスが充満された低温槽と、前記低温槽内に引き回された冷却パイプと、高温超伝導体が設けられ前記低温槽内に配置されたキャリアと、前記低温槽外に配置され前記高温超伝導体の超伝導臨界温度よりも高い温度雰囲気に置かれるモーターと、搬送用磁石が設けられ前記低温槽上に配置された移動子とを有し、前記冷却媒体ガスを介し、前記冷却パイプによって前記高温超伝導体を超伝導臨界温度以下の温度まで冷却し、前記高温超伝導体が前記搬送用磁石に及ぼす磁気的反発力と拘束力によって前記移動子を磁気浮上させ、前記モーターの駆動力を前記低温槽の長手方向の一端から導入し、その駆動力によって前記キャリアを前記低温槽の長手方向に移動させ、前記移動子を磁気浮上移動させる磁気浮上搬送装置であって、前記低温槽内に前記駆動力が導入される部分と前記キャリアとの間に位置する前記冷却パイプに邪魔板が設けられ、該邪魔板を前記キャリアに設けられた高温超伝導体の超伝導臨界温度以下の温度まで冷却できるように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
この場合、請求項２記載の発明のように、前記邪魔板に追加して同様の邪魔板を、前記駆動力が導入される低温槽の端部と反対側の端部近傍に設けたり、請求項３記載の発明のように、前記邪魔板と前記低温槽の壁面との間に、断熱材を設けると都合がよい。
【００１９】
上述した本発明の構成によれば、冷却パイプを引き回した低温槽内部に冷却媒体ガスを充満させ、その低温槽内に高温超伝導体が設けられたキャリアを配置するとともに、低温槽上に搬送用磁石が設けられた移動子を配置したので、冷却パイプによって冷却媒体ガスを介してキャリアを冷却し、高温超伝導体を超伝導臨界温度以下の温度にして超伝導効果を発現せしめることができる。
【００２０】
超伝導臨界温度以下の温度まで冷却された高温超伝導体は、前記搬送用磁石に磁気的反発力と拘束力を及ぼして移動子を磁気浮上させるので、前記低温槽外に配置されたモーターの駆動力をキャリアに伝達して高温超伝導体を移動させると、搬送用磁石が一緒に移動され、移動子の磁気浮上移動を行うことが可能となる。
【００２１】
このような移動子によって被搬送物を搬送する場合には、低温槽を細長に形成し、移動方向を長手方向にして装置の小型化を図るのが普通であるが、キャリアに駆動力を伝達するモーターは発熱するために低温槽内に配置することができない。そのようなモーターは、通常、低温槽の外部に配置して、熱が低温槽内部に侵入しないようにするのが一般的であり、その場合、モーターは、前記高温超伝導体の超伝導臨界温度よりも高い温度雰囲気に置かれている。
【００２２】
そして、モーターの駆動力は、キャリアや移動子の移動を妨げずにキャリアに伝達する必要があるため、その駆動力は、低温槽の長手方向の端部のうち、被搬送物の搬出入を行う搬送先とは反対側の端部から導入する必要がある。
このような構造では、磁気浮上搬送装置では、モーターが位置するところから低温槽内に駆動力が導入される部分を介して、低温槽内に熱が侵入し易くなっている。
【００２３】
そこで本発明では、前記駆動力が導入される部分と前記キャリアとの間の位置にある冷却パイプに接触して邪魔板を設け、前記冷却パイプによって邪魔板を直接冷却するとキャリアに設けられた高温超伝導体の超伝導臨界温度以下の温度にできるように構成した。この邪魔板によって低温槽内部が仕切られるので、高温超伝導体が配置された領域を極低温領域と称し、邪魔板と低温槽の壁面との間の領域を温度勾配領域と称すると、このような邪魔板によって、極低温領域内への熱侵入が防止され、また、極低温領域内では温度勾配が生じないようにされ、磁気浮上搬送装置の冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
また、モーターが配置された側とは反対側の低温槽の端部には、被搬送物の搬送先の装置が位置しており、その結果、真空槽の壁面と低温槽の壁面とが近接しているので、真空槽壁面のその部分からの熱輻射が強い。そこで、その近傍の低温槽内部に前述した構成の邪魔板を設け、超伝導臨界温度以下の温度まで冷却するようにすれば、熱輻射による熱侵入を阻止できるとともに、前記極低温領域の温度勾配をモータが配置された側と反対側でも小さくできるので、冷却効率を一層向上させることが可能となる。
【００２５】
但し、そのような温度勾配領域の温度勾配は大きく、温度勾配領域内で冷却媒体ガスが対流すると、冷却媒体ガスによって邪魔板が暖められたり、暖められた冷却媒体ガスが極低温領域内に侵入する等、冷却効率低下の原因となってしまう。そこで、温度勾配領域に断熱材を設け、対流と熱せられた冷却媒体ガスの極低温領域内への侵入を防止すると、より一層冷却効率が向上するので好ましい。
【００２６】
なお、前述したような邪魔板は熱良導体で構成し、邪魔板全体が効率よく冷却されることが望ましい。従って、邪魔板は冷却パイプに直接固定する必要があるが、一般に、冷却パイプには銅パイプが用いられているので、邪魔板を銅材料で構成すれば冷却パイプとの固定が容易となり、また、コスト面でも有利となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明装置の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１を参照し、符号３は、本発明の磁気浮上搬送装置の一例であり、真空槽３１を有している。
【００２８】
真空槽３１は、直径約１５ｃｍの円筒形形状をしたステンレススチール容器で構成されており、その内部には隔壁４１が設けられ、内部空間が高真空領域３２と低真空領域３３とに分離されている。
【００２９】
隔壁４１には、長手方向の全長が約２ｍの略直方体形状をしたステンレススチール容器で構成された低温槽１１が、当該隔壁４１を貫くようにして設けられており、その大部分が高真空領域３２内に水平に位置し、且つ、ごく一部分が低真空領域３３内に位置するようにして前記隔壁４１に取り付けられている。
【００３０】
低真空領域３３内には、室温と同じ温度に置かれる室温室２１が設けられており、その内部にはモーター２４が配置されている。また、低真空領域３３内には、接続細管２２が配置され、その接続細管２２によって、室温室２１の内部空間と低温槽１１の内部空間とが接続されている。
【００３１】
その室温室２１は大気と遮断できるように構成されており、該室温室２１にガス導入孔が配置され、接続細管２２を介して、低温槽１１内に大気と遮断しながら冷却媒体ガス(ヘリウムガス)を充填できるように構成されており、図１に示した状態では、低温槽１１と、接続細管２２と、室温室２１との内部に同じ冷却媒体ガスが充満されている。
【００３２】
低温槽１１内には、銅パイプから成る冷却パイプ１３が引き回されており、その冷却パイプ１３は、低温槽１１の六個の槽壁のうち、前記低真空領域３２内に露出した槽壁１９1を気密に貫通して、低真空領域３３内に配置された冷却装置２３に接続されている。
【００３３】
低真空領域３３は断熱構造にされており、冷却装置２３により、冷却パイプ１３内部に封入された冷却媒体(ヘリウムガス)を冷却しながら循環させると極低温領域６内部に約２５０Ｐａの圧力で封入された冷却媒体ガスを冷却できるように構成されている。
【００３４】
低温槽１１内部では、冷却パイプ１３が、前記槽壁１９1に近いところから遠いところまで引き回されており、その冷却パイプ１３の、前記槽壁１９1に近いところと最も遠いところには、銅を主成分とする金属材料から成る邪魔板４1、４2がそれぞれ直接固定されており、低温槽１１内に充満された冷却媒体ガスを介さないで邪魔板４1、４2を直接冷却できるように構成されている。また、この邪魔板４1、４2によって低温槽１１の内部空間が仕切られ、両端に温度勾配領域５1、５2が、その中間には極低温領域６が形成されている。
【００３５】
槽壁１９1と邪魔板４1との間の温度勾配領域５1内には、低温槽１１壁面とできるだけ密着するようにして、ポリウレタン等の発泡剤で構成された断熱材７が設けられ、温度勾配領域５1内では冷却媒体ガスの対流が生じず、室温室２１内にある温度の高い冷却媒体ガスが極低温領域６内に侵入しないようにされており、また、極低温領域６の周囲には、熱シールド板３７が設けられ、真空槽３１壁面からの熱輻射が低温槽１１に直接到達しないようにされている。
【００３６】
更に、温度勾配領域５1内では、冷却パイプ１３はステンレスパイプ内に挿通され、ステンレスパイプの熱遮蔽効果によって温度勾配領域５1内での冷却パイプ１３内への熱侵入が防止され、冷却効率が高まるように構成されている。
【００３７】
低温槽１１の底面には支持基板１６が設けられており、この支持基板１６の極低温領域６に位置する部分の上には、ボールねじ１４のシャフト部分が水平に支持されている。
低温槽１１の壁面の極低温領域６に位置するところには、リニアガイド１５が水平に配設されており、また、極低温領域６内にはキャリア１２が配置され、そのキャリア１２は前記ボールねじ１４の可動部分に固定されると共にリニアガイド１５に移動可能に取り付けられている。
【００３８】
前記モーター２４の回転軸には、接続細管２２に挿通された回転シャフト１７が取り付けられており、この回転シャフト１７は、邪魔板４1を貫通して前記ボールねじ１４のシャフト部分に取り付けられており、そのモーター２４の駆動力は、前記回転シャフト１７によって、低真空領域３３内に露出した壁面１９1から低温槽１１内に導入され、ボールねじ１４に伝達されており、モーター２４を動作させ、回転シャフト１７を回転させると、キャリア１２はリニアガイド１５に沿って水平方向に往復移動するようにされている。
【００３９】
真空室３１の外部上方には昇降機構５０1、５０2が設けられており、熱遮蔽板３７内と低温槽１１の間には、その昇降機構５０1、５０2と接続されたフック５１1、５１2が配置されている。各フック５１1、５１2上には移動子３４が載置され、前記昇降機構５０1、５０2を動作させると、真空槽３１の高真空状態を維持したままで、移動子３４の上下移動を行えるように構成されている。
【００４０】
キャリア１２には、高温超伝導体８1、８2が５０ｃｍの間隔で固定されており、他方、移動子３４には、前記高温超伝導体８1、８2と同じ大きさの搬送用磁石１８1、１８2がで同じ間隔で固定されている。また、この移動子３４は、低温槽１１の長手方向に伸びるアーム３５を有しており、その先端部分はＵ字形状に成形されており、分析試料が納められた被搬送物３６が載置されている。
【００４１】
この磁気浮上搬送装置３を用い、前記被搬送物３６を搬送する場合について説明する。
先ず、真空槽３１内部を高真空状態にした後、高温超伝導体８1、８2と搬送用磁石１８1、１８2とを、低温槽１１の天井を挟んで、それぞれの中心が一致するようにして移動子３４を位置させ、次いで、昇降機構５０1、５０2を動作させてフック５１1、５１2とともに移動子３４を持ち上げ、移動子３４と低温槽１１とを非接触の状態にしておく。
【００４２】
次に、冷却装置２３を動作させ、冷却パイプ１３によって極低温領域６内に充満された冷却媒体ガスを冷却し、高温超伝導体８1、８2を高温超伝導臨界温度以下の温度まで冷却する。このとき、極低温領域６の周囲は真空断熱されているが、その極低温領域６内に、モーター２４の駆動力が低温槽１１内に導入される部分からの熱侵入があったり、真空槽３１壁面からの輻射による熱侵入があるが、この磁気浮上搬送装置３では、邪魔板４1、４2が超伝導臨界温度以下の温度まで冷却されているので、そのような熱侵入が阻止されている。
また、温度勾配領域５1には断熱材７が設けられており、その領域では対流が生じることがないようにされている。このように、本発明の磁気浮上搬送装置３では、邪魔板４1、４2と断熱材７とによって、高温超伝導体８1、８2の冷却に要する時間が短縮されている。
【００４３】
高温超伝導体８1、８2が高温超伝導臨界温度以下の温度まで冷却された後、昇降機構５０1、５０2を動作させ、移動子３４を降下させて行くと、高温超伝導体８1、８2の反磁性効果によって搬送用磁石１８1、１８2に加えられた浮上力と移動子３４全体の荷重とが釣り合う位置で移動子３４が静止する。
【００４４】
更にフック５０1、５０2を降下させると、各フック５０1、５０2が移動子３４から離れ、移動子３４は低温槽１１と非接触の状態で浮上する。その状態では、磁気的拘束力によって、高温超伝導体８1、８2と搬送用磁石１８1、１８2とは一緒に移動するようになっているので、モーター２４を動作させ、キャリア１２を前記低真空領域３３と反対側に配置された測定装置６０に向けて移動させると移動子３４がその方向に一緒に移動される。
【００４５】
測定装置６０には試料受渡室６１が設けられており、アーム３５先端に載置された被搬送物３６をその試料受渡室６１内に搬入すると、図示しないピックアップ機構によって被搬送物３６が持ち上げられる。その状態で移動子３４を搬入時と逆方向に移動させるとアーム３５先端のＵ字形状開口部分によって移動子３４はピックアップ機構から逃げることができ、試料受渡室６１からアーム３５を抜き去った後、真空槽３１と測定装置６０との間の仕切バルブを閉じると搬送作業は終了する。
【００４６】
以上は、断熱材７を設けた場合について説明したが、断熱材７を有さない磁気浮上搬送装置も本発明に含まれる。また、断熱材７に代え、冷却パイプで直接冷却されない、従来技術の邪魔板を一個又は複数個配置した磁気浮上搬送装置も本発明に含まれる。
【００４７】
また、上記実施形態では、一枚の邪魔板で一つの温度勾配領域を形成させたが、複数個の邪魔板を近接して配置し、それによって一つの温度勾配領域を形成しても良い。更に、低温槽１１の搬送先の装置に近いところに設けられた邪魔板４2を有さないような磁気浮上搬送装置や、それとは異なり、邪魔板４2と低温槽１１との間に断熱材が設けられた磁気浮上搬送装置も本発明に含まれる。
【００４８】
邪魔板の材料については、上記実施形態のように、銅を主成分とした金属材料を用いる場合に限定されるものではなく、金、銀、アルミニウム、ニッケル等の種々の材料を主成分に用いることができる。また、純金属であると合金であると否とを問わない。要するに、熱伝導が良く、冷却パイプによって直接冷却すると、邪魔板全体が、キャリアに設けられた高温超伝導体の超伝導臨界温度以下の温度となるような材料であればよい。但し、一般には熱交換パイプが銅パイプで構成されているので、邪魔板の固定の容易性、コスト面、耐久性からは銅材料が有利である。なお、邪魔射板の表面に金メッキや銀メッキを施こして耐久性を向上させてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の磁気浮上搬送装置によれば、高温超伝導体を冷却し、超伝導現象を生じさせるまでの時間を短くすることができ、また、磁気浮上走行を行う際の浮上の安定性を高めることができる。更に、磁気浮上走行距離を長くすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の磁気浮上搬送装置の一例
【図２】  従来技術の磁気浮上搬送装置
【符号の説明】
３…磁気浮上搬送装置    ４1、４2…邪魔板
５1、５2…温度勾配領域    ６…極低温領域    ７…断熱材
８1、８2…高温超伝導体    １１…低温槽    １２…キャリア
１３…冷却パイプ    １８1、１８2…搬送用磁石
【図１】
0003739474.tif 000002
【図２】
0003739474.tif 000003