(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電浮遊炉本体の中心軸上に配置された球面状電極に中心軸方向へ延びる貫通孔を形成し、該貫通孔に静電浮遊炉本体外方からマニピュレータを出入自在に挿入し、マニピュレータの先端に、僅かの電流により容易に溶断可能な金属製の細線部材を介して材料を保持させると共に、細線部材に溶断用電源を備えた溶断回路を接続し、更に、マニピュレータに瞬間的に外方へ抜出可能な抜取装置を設けたことを特徴とする静電浮遊炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、静電浮遊炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間や落下塔実験などの無重力環境或いは微小重力環境下において、炉などを用いて材料を溶融した場合、溶融された材料には、対流や沈殿などの現象が生じないため、比重の大きく異なる材料からでも均質な合金や混合物などを作ることができるとか、又は、重力の影響がないため、容易に真球を作ることができるなどの利点がある。
【０００３】
しかし、材料を溶融する際に、材料が炉などに接触されていると、炉などの接触部分から不純物が混入して製品の品質を損ねるおそれがあるため、材料を浮遊させることにより、炉とは非接触の状態で材料を溶融させる必要がある。
【０００４】
そこで、材料を浮遊状態で溶融させるために静電浮遊炉が開発されている。
【０００５】
図３・図４は、従来の静電浮遊炉を示すものである。
【０００６】
石英ガラスなどで作った透明な筒状の静電浮遊炉本体１の中心軸２上に、互いに間隔を置き、その球面状部３を対向させて一対の球面状電極４，５を配置すると共に、静電浮遊炉本体１内部の前記中心軸２を中心とする同一の円周６上に、互いに周方向に等しい間隔を置いて、中心軸２と平行な格子状電極７〜１０を複数組配置する（図では４組配置され、各格子状電極７〜１０は円弧状に形成されている）。
【０００７】
そして、前記球面状電極４，５間に直流電源１１を接続すると共に、前記格子状電極７〜１０間に、中心軸２に関して対象の位置に有る電極（７，９と、８，１０）は同一極性となり、隣接する電極（７，８と、８，９と、９，１０と、１０，７）は逆極性となるように交流電源１２を接続する。
【０００８】
図中、１３は材料、１４は静電浮遊炉本体１に取付けられた熱線ランプなどの熱源、１５は熱源１４から発光された熱線１６を反射・集光する反射鏡、１７は絶縁材製の材料吸引パイプ、１８は材料吸引パイプ１７に接続された真空ポンプや真空タンクなどの真空源、１９は材料吸引パイプ１７の途中に設けられた弁、２０，２１は電極支持部材である。
【０００９】
そして、交流電源１２により、対向する電極（７，９と８，１０）が同一極性となり、隣接する電極（７，８と、８，９と、９，１０と、１０，７）が逆極性となるように格子状電極７〜１０間に交流の電圧を印加し、且つ、直流電源１１により、球面状電極４，５間に同一極性の直流電圧を印加する。
【００１０】
この状態で、真空ポンプや真空タンクなどの真空源１８を作動して、材料吸引パイプ１７の先端に材料１３を吸付け、静電浮遊炉本体１の格子状電極７〜１０の間（図では格子状電極８，９の間となっている）を通して静電浮遊炉本体１の中心位置まで材料１３を運び、途中でコロナ放電を起こすなどして材料１３を球面状電極４，５とは逆の極性に帯電させた後、弁１９を閉じるなどして吸引を止め、更に、材料吸引パイプ１７を真空ポンプの吐出側に接続し弁１９を一時的に開けて吹かせるなどして、材料１３を材料吸引パイプ１７から切り離す。
【００１１】
すると、切り離された材料１３は、交流電圧を印加されて交互に極性が変化している格子状電極７〜１０との間に生じる反発力により、中心軸２へ向って移動される。
【００１２】
又、材料１３は、材料１３とは逆極性の直流電圧を印加された一対の球面状電極４，５との間に生じる反発力により、中心軸２上の任意の位置に停止される。
【００１３】
このように、電極４，５及び７〜１０の配置を工夫し、それぞれ交流電圧と直流電圧を区別して印加するようにしたことにより、容易且つ安定して材料１３の浮遊位置を制御することができるようになる。
【００１４】
こうして、材料１３の浮遊位置が安定されたら、熱線ランプなどの熱源１４を用いて、材料１３に熱線１６を直接照射させたり反射鏡１５で熱線１６を反射させるなどして、中心軸２上に停止された材料１３を加熱し、溶融させる。
【００１５】
材料１３が溶融され全体が均質な状態となったら、熱源１４からの熱線１６の照射を停止して材料１３を凝固させることにより、所望の製品を得る。
【００１６】
こうして製品が得られたら、静電浮遊炉本体１の格子状電極７〜１０間の位置（図では格子状電極８，９間の位置となっている）へ、材料吸引パイプ１７を挿入し、真空ポンプや真空タンクなどの真空源１８を作動し弁１９を開いて、材料吸引パイプ１７の先端に製品を吸付け、静電浮遊炉本体１の外へ取出すようにする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記静電浮遊炉には、以下のような問題があった。
【００１８】
即ち、静電浮遊炉本体１の中心に材料１３を位置させる際に、材料１３を材料吸引パイプ１７の先端に吸引して挿入し、吸引を停止し、軽く吹かせるなどして材料吸引パイプ１７から切り離させるようにしていたが、このようにすると、材料１３を吹き飛ばしてしまうおそれがあり、静電浮遊炉本体１の中心に材料１３を位置させるのが困難であった。
【００１９】
又、上記以外の材料挿入手段として、材料１３をマニピュレータなどでつかんで静電浮遊炉本体１の中心に挿入することが考えられるが、このようにした場合には、マニピュレータを開いて材料１３を離した時に、マニピュレータと材料１３とが静電反発を起こして、材料１３が飛んで行ってしまうことになるので、同様に静電浮遊炉本体１の中心に材料１３を位置させるのが困難である。
【００２０】
本発明は、上述の実情に鑑み、静電浮遊炉本体の中心に材料を容易に位置させ得るようにした静電浮遊炉を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電浮遊炉本体の中心軸上に配置された球面状電極に中心軸方向へ延びる貫通孔を形成し、該貫通孔に静電浮遊炉本体外方からマニピュレータを出入自在に挿入し、マニピュレータの先端に、僅かの電流により容易に溶断可能な金属製の細線部材を介して材料を保持させると共に、細線部材に溶断用電源を備えた溶断回路を接続し、更に、マニピュレータに瞬間的に外方へ抜出可能な抜取装置を設けたことを特徴とする静電浮遊炉にかかるものである。
【００２２】
【作用】
本発明の作用は以下の通りである。
【００２３】
静電浮遊炉本体の中心軸上に配置された球面状電極に中心軸方向へ延びる貫通孔を形成し、該貫通孔に静電浮遊炉本体外方からマニピュレータを出入自在に挿入して、マニピュレータの先端に取付けた、僅かの電流により容易に溶断可能な金属製の細線部材を介して材料を保持させておく。
【００２４】
そして、溶断用電源により細線部材に電流を印加して細線部材を焼き切らせ、細線部材から焼き切られたら、抜取装置によりマニピュレータを瞬間的に外方へ抜出させることにより、帯電された材料とマニピュレータが静電反発を起こして、材料が飛んで行ってしまうことが防止される。
【００２５】
これにより、材料を正確に静電浮遊炉本体の中心に位置させることができるようになる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第一の実施例である。
【００２８】
静電浮遊炉自体の基本構造については、図３・図４と同様であるため、必要に応じてこれらの図を参照する。
【００２９】
本発明では、例えば、図中、上方の球面状電極５及びその電極支持部材２０を中心軸２方向に貫通する貫通孔２２を形成し、該貫通孔２２にマニピュレータ２３を挿入配置する。
【００３０】
該マニピュレータ２３は、貫通孔２２に対して出入自在な絶縁筒から成るマニピュレータ本体２４と、マニピュレータ本体２４内部を通してその先端を静電浮遊炉本体１の内側へ取り出された、二本一組で熱電対を構成する太線部材２５と、太線部材２５の先端間に接続・連結された、僅かの電流により容易に溶断可能な金属製の細線部材２６とで構成されている。
【００３１】
尚、細線部材２６は、材料１３に形成された貫通孔に通されることにより、材料１３を保持するようになっている。又、細線部材２６も熱電対の一部とすることができる。
【００３２】
熱電対を構成する太線部材２５の後端に熱電対計測部２７、及び、帯電用電源２８を接続して、材料帯電回路２９を構成する。
【００３３】
そして、材料帯電回路２９に対して並列に、溶断用電源３０及びスイッチ３１からなる溶断回路４３を接続する。
【００３４】
この際、熱電対計測部２７には、溶断用電源３０による影響を受けないように、内部に保護回路３２を設ける。
【００３５】
更に、マニピュレータ２３に抜取装置３３を取付ける。
【００３６】
該抜取装置３３は、マニピュレータ本体２４の後端外周に取付けたフランジ３４と、フランジ３４及び球面状電極５の間に圧縮状態で介装されたコイルバネなどの弾性部材３５と、フランジ３４を係止及び係止解除可能なトリガ装置３６とで構成される。
【００３７】
該トリガ装置３６は、電磁コイル３７及び磁気帯鉄芯３８などから成る電磁式トリガ３９と、トリガ用電源４０と、スイッチ４１と、コンデンサなどの遅延回路４２から成るトリガ回路４４とで構成される。
【００３８】
尚、スイッチ３１と４１は連動されるようになっている。
【００３９】
次に、作動について説明する。
【００４０】
静電浮遊炉によって材料１３を加熱溶融して所望の製品を作り、静電浮遊炉本体１から製品を取り出す過程については図３・図４と同様なので説明を省略する。
【００４１】
材料１３の溶融に先立って静電浮遊炉本体１の中心に材料１３を位置させる場合、本発明では、予め細線部材２６に材料１３を通されたマニピュレータ２３を、上方の球面状電極５及びその電極支持部材２０に形成された貫通孔２２から挿入する。
【００４２】
尚、図では、材料１３は貫通孔２２の口径よりも大きく描かれているが、これは説明上の便宜による。
【００４３】
この際、マニピュレータ本体２４の後端外周に取付けたフランジ３４と球面状電極５との間にコイルバネなどの弾性部材３５を圧縮状態で介装させ、トリガ装置３６を用いてフランジ３４の背面を係止させるようにする。
【００４４】
この状態で、材料帯電回路２９の帯電用電源２８により、太線部材２５を介して材料１３に電流を印加し、材料１３を帯電させる。この際、熱電対計測部２７で材料１３の電荷を測定することにより、材料１３に所望の電荷が与えられるようにする。
【００４５】
材料１３が帯電されたら、溶断回路４３のスイッチ３１をＯＮにし、溶断用電源３０により細線部材２６に電流を流して、細線部材２６を加熱し焼き切らせる。
【００４６】
細線部材２６が焼き切られたら、そのままでは材料１３と熱電対を構成する太線部材２５とが静電反発を起こして、材料１３が飛んで行ってしまうおそれがあるので、スイッチ３１と同時にトリガ回路４４のスイッチ４１がＯＮとなるようにし、遅延回路４２で僅かの時間遅れを持って、トリガ用電源４０から電磁式トリガ３９へ電流を送らせ、電磁コイル３７に磁界を生じさせて電磁誘導作用で磁気帯鉄芯３８を動かし、フランジ３４に対する係止状態を解除させる。
【００４７】
すると、コイルバネなどの弾性部材３５の作用により、マニピュレータ２３が、上方の球面状電極５及びその電極支持部材２０の貫通孔２２から瞬間的に外方へ飛出され、材料１３と熱電対を構成する太線部材２５とが静電反発を起こして、材料１３が飛んで行くことが防止される。
【００４８】
以上により、材料１３を確実に静電浮遊炉本体１の中心に位置させることができるようになる。
【００４９】
図２は、本発明の第二の実施例である。
【００５０】
本実施例では、抜取装置３３として、応答性の良いエアシリンダ４５を使用した場合を示している。
【００５１】
図中、４６はエアシリンダ４５に作動エアを供給するエア源、４７はエアシリンダ４５とエア源４６との間に設けられた弁である。
【００５２】
そして、材料１３が帯電された後、溶断回路４３のスイッチ３１をＯＮにし、溶断用電源３０により細線部材２６に電流を流して、細線部材２６を加熱し焼き切らせると同時に、トリガ回路４４のスイッチ４１がＯＮなり、遅延回路４２により僅かの時間遅れを持って弁４７が開かれ、エア源４６からの作動エアがエアシリンダ４５のロッド側の質へ供給されて、エアシリンダ４５が収縮動され、マニピュレータ２３が、上方の球面状電極５及びその電極支持部材２０の貫通孔２２から瞬間的に外方へ飛出されるようにしたものである。
【００５３】
このようにしても、材料１３と熱電対を構成する太線部材２５とが静電反発を起こして、材料１３が飛んで行ってしまうことが防止され、材料１３を確実に静電浮遊炉本体１の中心に位置させることができるようになる。
【００５４】
上記以外は、前記実施例と同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【００５５】
尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電浮遊炉によれば、静電浮遊炉本体の中心に材料を容易に位置させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の概略側面図である。
【図２】本発明の第二の実施例の概略側面図である。
【図３】従来例の概略側面図である。
【図４】図３の概略平面図である。
【符号の説明】
１    静電浮遊炉本体
２    中心軸
４    球面状電極
１３  材料
２２  貫通孔
２３  マニピュレータ
２６  細線部材
３０  溶断用電源
３３  抜取装置
４３  溶断回路
【図１】
0003816970.tif 000002
【図２】
0003816970.tif 000003
【図３】
0003816970.tif 000004
【図４】
0003816970.tif 000005