元素分析装置
【課題】下部電極上にるつぼを搬送する搬送ユニットと下部電極を清掃する清掃ユニットを一体化し、下部電極へのるつぼの供給、下部電極からのるつぼの廃棄及び電極の清掃を行う。
【解決手段】元素分析装置１００が、るつぼ設置部２３から下部電極１１上にるつぼＲを搬送するとともに、電極１１、１２を清掃する搬送・清掃ユニット３を備えている。この搬送・清掃ユニット３は、電極１１、１２を清掃するための清掃体３１１、３１２、及びるつぼＲを把持する把持部３１３を有するアーム部３１と、清掃体３１１、３１２が電極１１、１２と対向する対向位置Ｒ１、把持部３１３に把持されたるつぼＲを下部電極１１上に載置する載置位置Ｒ４、及び対向位置Ｒ１及び載置位置Ｒ４から離間した退避位置Ｒ２にアーム部３１を回転移動して停止させる回転駆動機構３２と、有する。
【解決手段】元素分析装置１００が、るつぼ設置部２３から下部電極１１上にるつぼＲを搬送するとともに、電極１１、１２を清掃する搬送・清掃ユニット３を備えている。この搬送・清掃ユニット３は、電極１１、１２を清掃するための清掃体３１１、３１２、及びるつぼＲを把持する把持部３１３を有するアーム部３１と、清掃体３１１、３１２が電極１１、１２と対向する対向位置Ｒ１、把持部３１３に把持されたるつぼＲを下部電極１１上に載置する載置位置Ｒ４、及び対向位置Ｒ１及び載置位置Ｒ４から離間した退避位置Ｒ２にアーム部３１を回転移動して停止させる回転駆動機構３２と、有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの測定試料中に含まれる窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の元素を分析する元素分析装置に関し、特に元素分析装置に用いられる上部電極及び下部電極を清掃するための清掃ユニット及び下部電極上にるつぼを搬送する搬送ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析装置は、例えば特許文献１に示すように、上部電極及び下部電極に狭持されたるつぼに測定試料を収容して、電圧を印加することにより、るつぼ内の測定試料を加熱溶解して、それによって生じたガスを分析して前記測定試料の元素を分析している。
【０００３】
このように、上部電極及び下部電極は黒鉛るつぼと接触しており、また、溶解した測定試料、フラックス等の一部が飛散して付着することから、上部電極及び下部電極が汚れてしまう。そして、電極面が汚れると、その汚れが電気抵抗になって、るつぼを狭持したときに、るつぼに電流が流れにくくなり、測定試料などの加熱が不十分になって、分析用ガスの抽出性能が低下する等の問題がある。
【０００４】
したがって、分析用ガスの抽出が終わると上部電極及び下部電極の清掃を行うことが必要である。
【０００５】
そして従来、上部電極及び下部電極を清掃するものとして、特許文献２に示す自動清掃装置がある。
【０００６】
この自動清掃装置は、上部電極を清掃する回転ブラシ及び下部電極を清掃する回転ブラシを有する清掃ユニットを、水平なガイドバーに沿ってエアシリンダにより直進移動させて、回転ブラシが上部電極及び下部電極に対向する対向位置と、当該対向位置から離間した退避位置との間を進退移動するようにしている。また、この自動清掃装置の清掃ユニットは、るつぼホルダ（使用済みるつぼ除去手段）を備えており、清掃ユニットが、対向位置に水平移動する途中で、そのるつぼホルダが下部電極上のるつぼを吸着することにより、るつぼを除去するようにしている。
【０００７】
そして、清掃ユニットが対向位置に到達したときに、下部電極を上昇させることにより、清掃ユニットを上昇させて、各回転ブラシを各電極に圧接させた後に、回転ブラシを回転させて、電極を清掃するというものである。
【０００８】
しかしながら、清掃ユニットを水平方向に直進移動するものであれば、対向位置と退避位置とが離れていれば離れているほどガイドバー及びエアシリンダが大きくなってしまい、自動洗浄機構が肥大化してしまい、元素分析装置も肥大化してしまうという問題がある。
【０００９】
また、従来の元素分析装置では、下部電極上にピンセットなどでるつぼを載置させており、その作業が極めて面倒であり、分析の自動化を妨げる要因となっている。さらに、別途搬送ユニットを設けることも考えられるが、清掃ユニットの他に搬送ユニットを設けると、元素分析装置の製造コスト増及び肥大化は妨げられない。
【特許文献１】特許２９４９５０１号公報
【特許文献２】特公昭５８−２３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、従来の清掃ユニットの駆動方式を変更するとともに、その清掃ユニットに搬送機能を付加して、下部電極へのるつぼの供給、下部電極からのるつぼの廃棄及び下部電極又は上部電極の清掃を簡単な機構により自動化するとともに、元素分析装置の小型化を可能にすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に元素分析装置は、上部電極及び下部電極により、試料を収容するるつぼを狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して、それによって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、るつぼが設置されるるつぼ設置部から下部電極上にるつぼを搬送するとともに、前記上部電極又は下部電極を清掃する搬送・清掃ユニットを備え、前記搬送・清掃ユニットが、前記上部電極又は前記下部電極を清掃するための清掃体、及び前記るつぼ設置部に設置されたるつぼを把持する把持爪を備えたアーム部と、前記アーム部を回転軸により支持し、前記清掃体が上部電極又は下部電極と対向する対向位置、前記把持爪に把持されたるつぼを下部電極上に載置する載置位置、及び前記対向位置及び前記載置位置から離間した退避位置それぞれに前記アーム部を回転移動して停止させる回転駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、上部電極又は下部電極を清掃するための清掃体及びるつぼを把持する把持爪を備えるアーム部を回転させて、対向位置、載置位置及び退避位置それぞれに移動させるようにしているので、るつぼの搬送、廃棄及び電極の清掃を簡単な機構により自動化することができ、また、元素分析装置を小型化することができる。
【００１３】
搬送ユニットにより下部電極上にるつぼを載置する場合には、分析の度に同一の位置に載置してしまうと、るつぼを狭持する上部電極及び下部電極の同じ部分が摩耗してしまい、上部電極及び下部電極の寿命が短くなってしまうという問題がある。この問題を解決して、上部電極及び下部電極の長寿命化を可能にするためには、前記回転駆動機構が、下部電極上にるつぼを載置する毎に当該下部電極上におけるるつぼの位置が異なるように、前記アーム部を前記載置位置に移動させる毎に当該載置位置が異なるようにしていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、るつぼを下部電極上に搬送する搬送機構と下部電極を清掃する清掃ユニットを一体化し、下部電極へのるつぼの供給、下部電極からのるつぼの廃棄及び下部電極又は上部電極の清掃を、簡単な機構により自動化するとともに、元素分析装置の小型化及びコストダウンを可能にするができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の元素分析装置１００の概略構成図、図２はるつぼ供給機構２の構成を示す模式的断面図、図３は元素分析装置の電極部分及び搬送・清掃ユニット３を主として示す断面図、図４は、アーム部の各停止位置を示す図、図５は退避位置Ｒ２を示す模式図、図６は把持位置Ｒ３を示す図、図７は載置位置Ｒ４を示す図、図８は廃棄位置Ｒ５を示す図、図９は対向位置Ｒ１を示す図、図１０は清掃段階を示す図である。
【００１６】
＜装置構成＞
【００１７】
本実施形態に係る元素分析装置１００は、るつぼＲ内に収容された金属試料（以下、単に試料とも言う）を加熱溶解し、その際に発生するガス成分を分析することによって、当該試料中に含まれている元素を測定するもので、分析装置本体１と、当該分析装置本体に搬送されるるつぼを供給するるつぼ供給機構２と、当該るつぼ供給機構２により供給されたるつぼを前記分析装置本体１に搬送するとともに、前記分析装置本体１を清掃する搬送・清掃ユニット３と、を備えている。以下それぞれについて説明する。
【００１８】
＜＜分析装置本体１＞＞
【００１９】
分析装置本体１から説明すると、この分析装置本体１の正面には、図１に示すように、上部電極１２及び下部電極１１が上下に離間させて設けられており、下部電極１１上に、試料を収容したるつぼＲを載置できるように構成してある。この図１に示す下降位置にある下部電極１１上に載置されたるつぼ位置が加熱位置Ｐ１である。なお、図１中、符号１３は下部電極１１上におけるるつぼの有無を検知する検知センサ（例えば光電センサ）である。また、るつぼＲは、上部が開口した円筒状をなす黒鉛を素材としたもので、下端部は先細りのテーパ形状をなしている。なお、るつぼＲは、下端部が先細りテーパ形状をなすものの他、下端部の外周に環状凹溝が形成されたものであっても良い。
【００２０】
そして分析時は、加熱位置Ｐ１に置かれたるつぼＲに対して、下部電極１１が上方にスライドし、上部電極１２との間でるつぼＲを挟み込む。この状態で、上部電極１２の上方に設けられた試料投入部１４から、るつぼＲ内に試料を投入されると、その後、電極１１、１２間に電流が印加され、るつぼＲが発熱して内部の試料が加熱融解される。融解した試料から発生したガスは、図示しない分析部に送られて成分が測定され、その結果から、試料に元々含まれていた元素が分析される。
【００２１】
例えば、試料中の酸素量を測定する場合には、試料の融解によって反応生成物であるＣＯ（一酸化炭素）を発生させ、ＣＯを例えば分析部を構成する非分散形赤外線検出器を用いて測定し、そのＣＯ値に基づいて当該試料中に存在していた酸素量を測定・算出する。その他、反応生成物とそれに応じた分析部を設定することにより、水素窒素などの成分も測定することができる。なお、分析後は、使用したるつぼＲは、るつぼ搬送機構２により試料と共に廃棄処分される。
【００２２】
＜＜るつぼ供給機構２＞＞
【００２３】
るつぼ供給機構２は、後述する搬送・清掃ユニット３により搬送されるるつぼＲを自動的に供給するものであり、特に図２に示すように、複数のるつぼＲを収容可能なるつぼ収容部２１と、るつぼ収容部２１からるつぼＲを自重により落下させる案内路２２と、案内路２２の導出口２２ｂに設けられ、落下したるつぼＲを受け取るるつぼ設置部２３と、を備えている。
【００２４】
るつぼ収容部２１は、複数のるつぼＲが並列に載置される傾斜面２１１と、当該傾斜面２１１の下方に設けられた排出口２１２と、傾斜面２１１の下方に滑下したるつぼＲを保持して前記排出口２１２に移動させるるつぼ排出機構２１３とを備えている。るつぼ排出機構２１３としては、例えば、側面にるつぼＲを収容する凹部を有し、一軸周りに回転する回転体（図１参照）と、当該回転体を回転させる駆動部（図示しない）とからなり、前記凹部に収容されたるつぼＲを回転することにより、排出口２１２に移動させるものが考えられる。そして、るつぼ排出機構２１３により、排出口２１２上部に移動されたるつぼＲは自重により、排出口２１２から落下して排出される。これならば、るつぼＲを並列に収容しているので、るつぼＲを可及的に多く収容することができる。またるつぼＲの自重を用いて排出するようにしているので排出機構２１３の構造を簡単にすることができる。
【００２５】
案内路２２は、るつぼＲを略鉛直方向に落下させて、るつぼ設置部２３に案内するものであり、図２に示すように、るつぼ収容部２１の供給口２１４に連通して、略鉛直に形成されている。
【００２６】
また、案内路２２は、るつぼ収容部２１から導入されたるつぼＲを上下正向きの状態のまま落下させるものであり、るつぼＲが落下する際に上下反転しない内径、例えば、るつぼＲの最長の対角線の長さ寸法よりも小さい内径である。
【００２７】
案内管５の側壁には、供給口２１４から導入されたるつぼＲ以外の異物（例えばるつぼＲの破片等）を出口（導出口２２ｂ）に到達させること無く案内管５の外部に排出するための、例えばスリット状の貫通孔５Ａが１又は複数個設けられている。具体的には、案内管５中、傾斜面２１１に略垂直に設けられた屈曲部５１の側壁下方に貫通孔５Ａが設けられている。これにより、破片は自重により貫通孔５Ａを通って案内管５外に排出される。また、この貫通孔５Ａにより、案内路２２におけるるつぼＲの詰まりを確認することもできる。
【００２８】
また、案内路２２の出口近傍には、るつぼＲの落下速度を低下させるためのテーパ部２２１が形成されている。このテーパ部２２１の最小径は、るつぼＲの外径よりも若干大きく、るつぼＲが通過可能なものである。また案内路２２におけるテーパ部２２１の下流側は、テーパ部２２１の最小径と同一径を有する。これならば、案内路２２の出口近傍におけるるつぼＲの落下速度を小さくすることができ、るつぼ設置部２３に着地する際のるつぼＲの損傷を防止することができる。また、るつぼ設置部２３での設置位置の位置ずれを防止することができ、精度良く設置することができる。
【００２９】
るつぼ設置部２３は、図１及び図２に示すように、基台１０１に設けられたエアシリンダ等からなる設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端部に設けられている。そして、るつぼ設置部２３は、案内路２２に接続されて、落下したるつぼＲを受け取る受取位置Ｑ１と、当該受取位置Ｑ１から鉛直下方に離間した離間位置であるるつぼ搬送位置Ｑ２との間を昇降移動するものである。
【００３０】
具体的にるつぼ設置部２３は、図２に示すように、るつぼＲを収容可能な凹部２３１ｘを有し、るつぼＲを受け取るるつぼ受け本体２３１と、当該るつぼ受け本体２３１の凹部２３１ｘ内に設けられた載置突起２３２とを備えている。
【００３１】
るつぼ受け本体２３１は、概略有底円筒形状をなし、内部を視認可能な透明樹脂から形成されており、その凹部２３１ｘの内径は、るつぼＲの外径よりも大きい。また、るつぼ受け本体２３１の上端部外周面には、テーパ面２３１ｔが形成されている。そして、るつぼ設置部２３がるつぼ搬送位置Ｑ２から受取位置Ｑ１に移動するにつれて、前記案内路２２を形成する案内管５の出口側端面に設けられたテーパ面５ｔと嵌ることにより、るつぼ受け本体２３１及び載置突起２３２と案内路２２との位置決めを行う位置決め機能を発揮する（図２参照）。
【００３２】
載置突起２３２は、概略円柱形状をなすものであり、その直径がるつぼＲの開口径よりも若干小さく設定されている。そして、載置突起２３２は、るつぼ受け本体２３１の凹部２３１ｘ内において同軸上に設けられ、るつぼＲが上下正向きに設置された場合には、その略水平な上面２３２ａにるつぼＲが載置される。一方、載置突起２３２は、るつぼＲが上下逆向きに設置された場合には、るつぼＲ内に収容される。この構成により、るつぼＲを上下正向きに設置した場合と、るつぼＲを上下逆向きに設置した場合とで、るつぼ設置部２３におけるるつぼＲの高さ位置が異なる。
【００３３】
また、載置突起２３２の長さは、用いられる種々のるつぼＲにおいて、いずれの深さ寸法よりも長くして、るつぼＲのサイズを問わない構造としている。つまり、載置突起２３２の長さは、上下逆向きに設置した場合に、るつぼＲの開口が凹部底面に接触しない長さである。つまり、載置突起２３２の長さは、上下逆向きに設置した場合に、凹部底面と、るつぼＲの開口端面との間に空間が形成されるように設定されている。これにより、るつぼＲの破片等の異物が凹部２３１ｘに蓄積されている場合であっても、るつぼ受け本体２３１は、上下逆向きにるつぼＲを収容することができる。
【００３４】
さらにこのるつぼ供給機構２は、図１及び図２に示すように、るつぼ検知センサ４１を備え、前記るつぼ設置部２３とともに反転検出機構４を構成する。
【００３５】
るつぼ検知センサ４１は、載置突起２３２にるつぼＲが上下正向きに設置された場合にのみるつぼＲを検出する、光を利用したものである。具体的には、光電センサを用いており、光電センサ４１の発光部を出て受光部に到達する光Ｌ１の軌道が、るつぼ設置部２３に上下正向きに設置されたるつぼＲの外周面で反射して受光部に到達するように構成されている。
【００３６】
このような構成により、るつぼＲを上下正向きに設置した場合には、発光部から出た光Ｌ１は、るつぼＲの側面により反射されて受光部により受光される。一方、るつぼＲを上下逆向きに設置した場合には、発光部から出た光Ｌ１は、るつぼＲの外側周面により反射されることなく、受光部により受光されない。以上により、るつぼ設置部２３にるつぼＲが設置されていない場合、設置されていても上下逆向きに設置されている場合には、受光部が光Ｌ１を受光しないことから、るつぼＲの有無及びるつぼＲの反転を検知できる。また、受光部の検知信号は、図示しない報知手段に出力され、警報音等でオペレータに報知するようにしている。なお、るつぼ検知センサ４１は、上述した反射型のものに限られず、透過型のものでもよいし、超音波を利用したもの等を用いても構わない。
【００３７】
＜＜搬送・清掃ユニット３＞＞
【００３８】
搬送・清掃ユニット３は、るつぼＲが設置されるるつぼ設置部２３から下部電極１１上にるつぼＲを搬送して載置、又は下部電極１１上のるつぼＲを廃棄ボックス７に搬送して廃棄するとともに、上部電極１２及び下部電極１１を清掃するものである。
【００３９】
具体的にこのものは、第１清掃体３１１、第２清掃体３１２、及び把持部である把持爪３１３を有するアーム部３１と、このアーム部３１を回転軸３２２により支持し、当該回転軸３２２を回転させることにより、アーム部３１を回転軸３２２周りに回転させる回転駆動機構３２とを、備えている。
【００４０】
アーム部３１は、基端部が後述する回転駆動機構３２の回転軸３２２に連結され、その先端部の上部電極１２側に第１清掃体３１１を保持し、下部電極１１側に第２清掃体３１２を保持する。また、アーム部３１の下部電極１１への進行方向を向く側面には、るつぼＲを把持する把持爪３１３が設けられている。
【００４１】
第１清掃体３１１（上部電極清掃体）は、図３に示すように、上部電極１２を清掃するものであり、本実施形態では回転ブラシである。具体的には、第１清掃体３１１は、上部電極１２の電極面１２１を清掃するため第１電極面ブラシ３１１ａと、上部電極１２の試料通過孔１２ａを清掃するための通過孔ブラシ３１１ｂと、それらブラシ３１１ａ、３１１ｂを保持する第１基体３１１ｃとからなる。
【００４２】
第１電極面ブラシ３１１ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、通過孔ブラシ３１１ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。また、通過孔ブラシ３１１ｂは、電極面ブラシ３１１ａよりも先端側に設けられている。第１基体３１１ｃは、後述する清掃体回転機構６の第１駆動軸６４に固定される。
【００４３】
第２清掃体３１２（下部電極清掃体）は、図３に示すように、下部電極１１を清掃するものであり、前記第１清掃体３１１と同様、回転ブラシである。具体的には、第２清掃体３１２は、下部電極１１の電極面１１１を清掃する第２電極面ブラシ３１２ａと、下部電極１１の電極面１１１の周辺部を清掃するための周辺部ブラシ３１２ｂと、それらブラシを保持する第２基体３１２ｃとからなる。
【００４４】
第２電極面ブラシ３１２ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、周辺部ブラシ３１２ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。なお、第２電極面ブラシ３１２ａの外側に周辺部ブラシ３１２ｂが設けられている。第２基体３１２ｃは、後述する清掃体回転機構６の第２駆動軸６５に固定される。
【００４５】
把持爪３１３は、少なくとも一方が例えば概略くの字形をなすものである。各把持爪３１３は、エアチャック機構を用いたものであり、基端部においてアーム部３１にスライド駆動可能に保持されており、別に設けた制御機器（図示しない）からの指令で把持爪３１３間の距離を縮めるようにスライドさせることによって、各把持爪３１３の中央部分間で前記るつぼＲの側周面を狭圧把持できるように構成されている。
【００４６】
また、アーム部３１は、内部に吸気通路３１Ａを有する（図３参照）。この吸気通路３１Ａは、アーム部３１基端側上面に形成された接続口と、アーム部３１先端側上面に形成された上部電極側開口及びアーム部３１先端側下面に設けられた下部電極側開口とを連通するものである。上部電極側開口は、第１駆動軸６４と同心円上となるように形成されている。
【００４７】
さらに、アーム部３１基端側上面には、接続口と連通するように、弾性材料からなる中空の連結体３３が設けられている。そして、対向位置Ｒ１にあるアーム部３１が上昇したときに、連結体３３が、基台１０１の枠体１０２に設けられた吸引口１０２Ａと連結するようにしている。吸引口１０２Ａは、装置１の外部に設けられた吸引装置（図示しない）に接続されている。対向位置Ｒ１におけるアーム部３１の昇降移動は、前述した設置部昇降機構２４により行われる。アーム部３１は、対向位置Ｒ１において、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端と接触する接触片３１ｘを有している。この接触片３１ｘは、概略Ｌ字形状をなすものであり、アーム部の側面に設けられている。なお、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１がアーム部３１の底面に接触して、アーム部３１を持ち上げるように構成しても良い。
【００４８】
さらに、アーム部３１において、上部電極側開口の開口縁には、上部電極１２の下面と接触するシール部材３４が設けられている。下部電極側開口は、第２清掃体３１２の周囲に立設された側壁により形成されている。この側壁３１４は、アーム部３１が上部電極１２及び下部電極１１により狭持されたときの、下部電極１１と第２清掃体３１２との距離、つまり下部電極１１の電極面１１１に対する第２清掃体３１２の高さを調節するものである。
【００４９】
また、アーム部３１には、第１清掃体３１１及び第２清掃体３１２を回転するための清掃体回転機構６が設けられている。この清掃体回転機構６は、図３に示すように、アーム部３１の基端側下面に固定されたモータ等のアクチュエータ６１と、アクチュエータ６１の駆動軸に固定された第１プーリ６２と、アーム部３１の先端側に設けられた第２プーリ６３と、当該第１プーリ６２の回転駆動を第２プーリ６３に伝達する伝達ベルト６３と、第２プーリ６３の上面に設けられ、第１清掃体３１１の第１基体３１１ｃに連結される第１駆動軸６４と、第２プーリ６３の下面に設けられ、第２清掃体３１２の第２基体３１２ｃに連結される第２駆動軸６５とからなる。なお、アクチュエータ６１は、前記制御機器により制御される。
【００５０】
回転駆動機構３２は、図３に示すように、回転軸３２２によりアーム部３１を昇降自在に支持して、アーム部３１を回転させるものであり、各清掃体３１１、３１２が各電極１１、１２に対向する対向位置Ｒ１及びその対向位置Ｒ１から離間した退避位置Ｒ２の間で、アーム部３１を回転移動させるものである。また、回転駆動機構３２は、対向位置Ｒ１及び退避位置Ｒ２の間における複数の回転位置でアーム部３１を停止可能なものである。
【００５１】
回転駆動機構３２の具体的な構成は、アーム部３１が固定される固定部３２１と、その固定部３２１に設けられた貫通孔に相対回転不能且つ軸方向にスライド可能に挿通された回転軸３２２と、当該回転軸３２２の下端部に連結され、当該回転軸３２２を回転させるアクチュエータ３２３とからなる。これらは、ブラケット３２４により装置本体１１に固定される。アクチュエータ３２３は、ステッピングモータであり、図示しない制御機器からの駆動パルスにより制御される。
【００５２】
このような駆動昇降機構３２により、アクチュエータ３２３により回転軸３２２を回転させると、回転軸３２２と相対回転不能なアーム部３１も回転する。これにより、アーム部３１は、回転軸３２２を回転中心として、対向位置Ｒ１と退避位置Ｒ２との間を回転移動する。
【００５３】
また、回転軸３２２と固定部３２１とは軸方向にスライド可能であり、アーム部３１が設置部昇降機構２４により押し上げられるに従って、アーム部３１は回転軸３２２をスライドして上昇する。
【００５４】
具体的に回転駆動機構３２は、図４に示すように、各清掃体３１１、３１２が各電極１１、１２に対向する対向位置Ｒ１、るつぼ設置部２３上のるつぼＲを把持する把持位置Ｒ３、把持爪３１３に把持されたるつぼＲを下部電極１１上に載置する載置位置Ｒ４、把持爪３１３に把持されたるつぼＲを廃棄ボックス７に廃棄する廃棄位置Ｒ５、前記各位置から離間した退避位置Ｒ２でアーム部３１を停止可能である。なお、退避位置Ｒ２は、各停止位置Ｒ１、Ｒ３〜Ｒ５に対して、下部電極１１及びるつぼ設置部２３よりも外方に位置している。
【００５５】
また、本実施形態の搬送・清掃ユニット３はアーム部昇降機構（図示しない）を備えている。このアーム部昇降機構は、アーム部３１が把持位置Ｒ３にある状態において、把持爪３１３がるつぼ設置部２３上にあるるつぼＲを把持したときに、アーム部３１を鉛直上方に持ち上げる機能を発揮するものである。具体的にアーム部昇降機構は、アーム部３１の下面に当接し、昇降移動する駆動軸と、当該駆動軸を昇降移動させるエアシリンダとからなる。このエアシリンダは、前記制御機器により制御される。これならば、るつぼ設置部２３のるつぼ受け本体２３１に収容されているるつぼＲを持ち上げて取り出すことができる。
【００５６】
＜＜搬送・清掃ユニット３の動作＞＞
【００５７】
次に、このように構成した搬送・清掃ユニット３の動作について説明する。
【００５８】
るつぼ供給段階において、るつぼ供給機構２のるつぼ設置部２３が、受取位置Ｑ１まで上昇して、るつぼ収容部２１から案内路２２に落下するるつぼＲを受け取り、搬送位置Ｑ２に下降する。このとき、搬送・清掃ユニット３のアーム部３１は退避位置Ｒ２にある（図４及び図５参照）。
【００５９】
そして、るつぼ搬送段階において、搬送・清掃ユニット３は、回転駆動機構３２により、退避位置Ｒ２にあるアーム部３１を把持位置Ｒ３まで回転移動する（図４及び図６参照）。このとき、アーム部３１の側面に設けられた把持爪３１３がるつぼ設置部２３に設置されたるつぼＲを把持する。その後、アーム部昇降機構により、アーム部３１が若干持ち上げられる。このとき持ち上げる量は、るつぼＲがるつぼ設置部２３のるつぼ受け本体２４１から出る程度である。
【００６０】
次に、回転駆動機構３２により、アーム部３１は把持位置Ｒ３から載置位置Ｒ４まで回転移動する（図４及び図７参照）。なお、この回転移動の最中において、アーム部昇降機構によりアーム部３１は、若干持ち上げられた状態のままである。
【００６１】
そして、アーム部３１が載置位置Ｒ４に到達して、るつぼＲを下部電極１１上に載置する際に、アーム部昇降機構はアーム部３１を下降させる。このとき、アーム部３１を下降させて、把持爪３１３が把持しているるつぼＲの底面が、下部電極１１の電極面１１１と面接触した状態で、把持爪３１３がるつぼＲを放す。これにより、るつぼＲは、下部電極１１上に押し付けられるように載置され、仮に把持爪３１３がるつぼＲを斜めに把持している場合であっても、下部電極１１に押さえ付けられる過程で、るつぼＲの下面が下部電極１１の電極面１１１に接触して向きを変えるので、るつぼＲを下部電極１１上に安定して載置することができ、またるつぼＲを上方から落下させて下部電極１１上で跳ね返ってしまうことを防止できる。
【００６２】
下部電極１１上にるつぼＲを載置後、アーム部３１は回転駆動機構３２により退避位置Ｒ２に回転移動する（図４参照）。
【００６３】
その後、分析段階において、下部電極１１が上昇して、上部電極１２との間でるつぼＲを狭持し、試料が投入されて、当該試料の分析が行われる。分析終了後、下部電極１１は下降して下降位置に戻る。
【００６４】
次に、るつぼ廃棄段階において、アーム部３１は、回転駆動機構３２より、退避位置Ｒ２から載置位置Ｒ４まで回転移動する（図４及び図７参照）。そして、把持爪３１３により下部電極１１上にあるるつぼＲを把持する。
【００６５】
下部電極１１上のるつぼＲを把持したアーム部３１は、回転駆動機構３２により廃棄位置Ｒ５に回転移動して、当該廃棄位置Ｒ５でるつぼＲを放し、廃棄位置Ｒ５の下方に設けられた廃棄ボックス７にるつぼＲを落とす（図４及び図８参照）。
【００６６】
その後、電極清掃段階において、アーム部３１は、回転駆動機構３２により、廃棄位置Ｒ５から対向位置Ｒ１まで回転移動する（図４、図９及び図１０（ａ）参照）。このとき、第１清掃体３１１及び第２清掃体３１２は、清掃体回転機構６より回転する。
【００６７】
そうすると、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端が接触片３１ｘに接触して、アーム部３１を持ち上げる。このとき、アーム部３１の先端側上面に設けたシール部材３４が、上部電極１２の下面に接触する（図１０（ｂ））。また、第１清掃体３１１のブラシ３１１ａ、３１１ｂは、上部電極１２の電極面１２１及び試料通過孔１２ａに押圧接触した状態である。さらに、連結体３３は、基台１０１の枠体１０２に設けられた吸引口１０２Ａに接続される。
【００６８】
このとき、上部電極１２に生じるダストは、上部電極１２側開口から吸引されて、アーム部３１の吸気通路３１Ａを通り吸引口１０２Ａから外部に排出される。
【００６９】
次に、下部電極昇降機構１５により、下部電極１１が上昇する。このとき、下部電極１１の電極面１１１の周辺部は、第２清掃体３１２の周囲に設けられた側壁３１４に接触する（図１０（ｃ））また、第２清掃体３１２のブラシ３１２ａ、３１２ｂは、下部電極１１の電極面１１１及びその周辺部に押圧接触した状態である。
【００７０】
このとき、下部電極１１に生じるダストは、側壁３１４に設けられた吸気路３１４Ａ及びアーム部３１の吸気通路３１Ａを通り吸引口１０２Ａから外部に排出される。
【００７１】
清掃後、下部電極１１を下降させた後、設置部昇降機構２４により、アーム部３１は対向位置Ｒ１まで下降し、さらに回転駆動機構３２により、退避位置Ｒ２に回転移動する。そして、連続して複数の試料を分析する場合には、再び、るつぼ供給段階に移行する。
【００７２】
以上の搬送・清掃ユニット３の動作において、本実施形態では、回転駆動機構３２が、把持爪３１３によりるつぼＲを把持したアーム部３１を、下部電極１１上にるつぼＲを載置するために載置位置Ｒ４に移動させる毎に、当該載置位置Ｒ４が下部電極１１上で異なるようにしている。つまり、下部電極１１上にるつぼＲを載置する位置を分析毎に異なるようにしている。例えば分析毎に、下部電極１１上にるつぼＲを載置する位置を０．５ｍｍ程度変化させている。
【００７３】
具体的には、制御機器が、回転駆動機構３２のアクチュエータ３２３であるステッピングモータに出力する駆動パルスを、下部電極１１上にるつぼＲを載置するためにアーム部３１を載置位置Ｒ４に回転移動させる毎に、異なるように設定している。より詳細には、各分析において、把持爪３１３によりるつぼＲを把持したアーム部３１を載置位置Ｒ４に移動させる毎に、駆動パルスのパルス量を数パルスだけ異ならせてランダムに設定している。これならば、下部電極１１及び上部電極１２が同一部分のみ摩耗してしまうという問題を解決することができ、下部電極１１及び上部電極１２の長寿命化を可能にすることができる。
【００７４】
＜本実施形態の効果＞
【００７５】
このように構成した本実施形態に係る元素分析装置１００によれば、上部電極１２及び下部電極１１を清掃するための清掃体３１１、３１２及びるつぼＲを把持する把持爪３１３を備えるアーム部３１を回転させて、対向位置Ｒ１、把持位置Ｒ３、載置位置Ｒ４、廃棄位置Ｒ５及び退避位置Ｒ２それぞれに移動させるようにしているので、るつぼの搬送、廃棄及び電極の清掃を簡単な構成である１つの機構により自動化することができ、また、元素分析装置１００を小型化することができる。
【００７６】
さらに回転駆動機構３２のアクチュエータ３２３としてステッピングモータを用いているので、アーム部３１の各停止位置の増減、各停止位置の微調整等を容易に行うことができ、元素分析装置１００のメンテナンス性を向上させることができ、また、元素分析装置１００の使いやすさ及びるつぼＲの載置位置Ｒ４等の位置精度を向上させることができる。
【００７７】
＜その他の変形実施形態＞
【００７８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００７９】
例えば、回転駆動機構のアクチュエータとしては、ステッピングモータの他に、サーボモータや回転エアシリンダ等の複数の回転位置で停止可能なアクチュエータを用いることができる。また、回転駆動機構は、直動式のエアシリンダの往復運動を回転運動に変換して、回転軸を回転させる構成でも良い。
【００８０】
前記実施形態では、対向位置にあるアーム部は、設置部昇降機構により昇降移動するものであったが、設置部昇降機構とは異なる専用の昇降機構を設けても良い。
【００８１】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態に係る元素分析装置の模式的構成図。
【図２】るつぼ供給機構の模式的構成図。
【図３】電極部分及び搬送・清掃ユニットを主として示す断面図。
【図４】アーム部の各停止位置を示す図。
【図５】アーム部の退避位置Ｒ２を示す模式図。
【図６】アーム部の把持位置Ｒ３を示す模式図。
【図７】アーム部の載置位置Ｒ４を示す模式図。
【図８】アーム部の廃棄位置Ｒ５を示す模式図。
【図９】アーム部の対向位置Ｒ１を示す模式図。
【図１０】清掃段階を示す模式図。
【符号の説明】
【００８３】
１００ ・・・元素分析装置
Ｒ ・・・るつぼ
１２ ・・・上部電極
１１ ・・・下部電極
２３ ・・・るつぼ設置部
３ ・・・搬送・清掃ユニット
３１ ・・・アーム部
３１１、３１２・・・清掃体（第１清掃体、第２清掃体）
３１３ ・・・把持部
３２ ・・・回転駆動機構
３２２ ・・・回転軸
Ｒ１ ・・・対向位置
Ｒ２ ・・・退避位置
Ｒ４ ・・・載置位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの測定試料中に含まれる窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の元素を分析する元素分析装置に関し、特に元素分析装置に用いられる上部電極及び下部電極を清掃するための清掃ユニット及び下部電極上にるつぼを搬送する搬送ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析装置は、例えば特許文献１に示すように、上部電極及び下部電極に狭持されたるつぼに測定試料を収容して、電圧を印加することにより、るつぼ内の測定試料を加熱溶解して、それによって生じたガスを分析して前記測定試料の元素を分析している。
【０００３】
このように、上部電極及び下部電極は黒鉛るつぼと接触しており、また、溶解した測定試料、フラックス等の一部が飛散して付着することから、上部電極及び下部電極が汚れてしまう。そして、電極面が汚れると、その汚れが電気抵抗になって、るつぼを狭持したときに、るつぼに電流が流れにくくなり、測定試料などの加熱が不十分になって、分析用ガスの抽出性能が低下する等の問題がある。
【０００４】
したがって、分析用ガスの抽出が終わると上部電極及び下部電極の清掃を行うことが必要である。
【０００５】
そして従来、上部電極及び下部電極を清掃するものとして、特許文献２に示す自動清掃装置がある。
【０００６】
この自動清掃装置は、上部電極を清掃する回転ブラシ及び下部電極を清掃する回転ブラシを有する清掃ユニットを、水平なガイドバーに沿ってエアシリンダにより直進移動させて、回転ブラシが上部電極及び下部電極に対向する対向位置と、当該対向位置から離間した退避位置との間を進退移動するようにしている。また、この自動清掃装置の清掃ユニットは、るつぼホルダ（使用済みるつぼ除去手段）を備えており、清掃ユニットが、対向位置に水平移動する途中で、そのるつぼホルダが下部電極上のるつぼを吸着することにより、るつぼを除去するようにしている。
【０００７】
そして、清掃ユニットが対向位置に到達したときに、下部電極を上昇させることにより、清掃ユニットを上昇させて、各回転ブラシを各電極に圧接させた後に、回転ブラシを回転させて、電極を清掃するというものである。
【０００８】
しかしながら、清掃ユニットを水平方向に直進移動するものであれば、対向位置と退避位置とが離れていれば離れているほどガイドバー及びエアシリンダが大きくなってしまい、自動洗浄機構が肥大化してしまい、元素分析装置も肥大化してしまうという問題がある。
【０００９】
また、従来の元素分析装置では、下部電極上にピンセットなどでるつぼを載置させており、その作業が極めて面倒であり、分析の自動化を妨げる要因となっている。さらに、別途搬送ユニットを設けることも考えられるが、清掃ユニットの他に搬送ユニットを設けると、元素分析装置の製造コスト増及び肥大化は妨げられない。
【特許文献１】特許２９４９５０１号公報
【特許文献２】特公昭５８−２３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、従来の清掃ユニットの駆動方式を変更するとともに、その清掃ユニットに搬送機能を付加して、下部電極へのるつぼの供給、下部電極からのるつぼの廃棄及び下部電極又は上部電極の清掃を簡単な機構により自動化するとともに、元素分析装置の小型化を可能にすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に元素分析装置は、上部電極及び下部電極により、試料を収容するるつぼを狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して、それによって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、るつぼが設置されるるつぼ設置部から下部電極上にるつぼを搬送するとともに、前記上部電極又は下部電極を清掃する搬送・清掃ユニットを備え、前記搬送・清掃ユニットが、前記上部電極又は前記下部電極を清掃するための清掃体、及び前記るつぼ設置部に設置されたるつぼを把持する把持爪を備えたアーム部と、前記アーム部を回転軸により支持し、前記清掃体が上部電極又は下部電極と対向する対向位置、前記把持爪に把持されたるつぼを下部電極上に載置する載置位置、及び前記対向位置及び前記載置位置から離間した退避位置それぞれに前記アーム部を回転移動して停止させる回転駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、上部電極又は下部電極を清掃するための清掃体及びるつぼを把持する把持爪を備えるアーム部を回転させて、対向位置、載置位置及び退避位置それぞれに移動させるようにしているので、るつぼの搬送、廃棄及び電極の清掃を簡単な機構により自動化することができ、また、元素分析装置を小型化することができる。
【００１３】
搬送ユニットにより下部電極上にるつぼを載置する場合には、分析の度に同一の位置に載置してしまうと、るつぼを狭持する上部電極及び下部電極の同じ部分が摩耗してしまい、上部電極及び下部電極の寿命が短くなってしまうという問題がある。この問題を解決して、上部電極及び下部電極の長寿命化を可能にするためには、前記回転駆動機構が、下部電極上にるつぼを載置する毎に当該下部電極上におけるるつぼの位置が異なるように、前記アーム部を前記載置位置に移動させる毎に当該載置位置が異なるようにしていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、るつぼを下部電極上に搬送する搬送機構と下部電極を清掃する清掃ユニットを一体化し、下部電極へのるつぼの供給、下部電極からのるつぼの廃棄及び下部電極又は上部電極の清掃を、簡単な機構により自動化するとともに、元素分析装置の小型化及びコストダウンを可能にするができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の元素分析装置１００の概略構成図、図２はるつぼ供給機構２の構成を示す模式的断面図、図３は元素分析装置の電極部分及び搬送・清掃ユニット３を主として示す断面図、図４は、アーム部の各停止位置を示す図、図５は退避位置Ｒ２を示す模式図、図６は把持位置Ｒ３を示す図、図７は載置位置Ｒ４を示す図、図８は廃棄位置Ｒ５を示す図、図９は対向位置Ｒ１を示す図、図１０は清掃段階を示す図である。
【００１６】
＜装置構成＞
【００１７】
本実施形態に係る元素分析装置１００は、るつぼＲ内に収容された金属試料（以下、単に試料とも言う）を加熱溶解し、その際に発生するガス成分を分析することによって、当該試料中に含まれている元素を測定するもので、分析装置本体１と、当該分析装置本体に搬送されるるつぼを供給するるつぼ供給機構２と、当該るつぼ供給機構２により供給されたるつぼを前記分析装置本体１に搬送するとともに、前記分析装置本体１を清掃する搬送・清掃ユニット３と、を備えている。以下それぞれについて説明する。
【００１８】
＜＜分析装置本体１＞＞
【００１９】
分析装置本体１から説明すると、この分析装置本体１の正面には、図１に示すように、上部電極１２及び下部電極１１が上下に離間させて設けられており、下部電極１１上に、試料を収容したるつぼＲを載置できるように構成してある。この図１に示す下降位置にある下部電極１１上に載置されたるつぼ位置が加熱位置Ｐ１である。なお、図１中、符号１３は下部電極１１上におけるるつぼの有無を検知する検知センサ（例えば光電センサ）である。また、るつぼＲは、上部が開口した円筒状をなす黒鉛を素材としたもので、下端部は先細りのテーパ形状をなしている。なお、るつぼＲは、下端部が先細りテーパ形状をなすものの他、下端部の外周に環状凹溝が形成されたものであっても良い。
【００２０】
そして分析時は、加熱位置Ｐ１に置かれたるつぼＲに対して、下部電極１１が上方にスライドし、上部電極１２との間でるつぼＲを挟み込む。この状態で、上部電極１２の上方に設けられた試料投入部１４から、るつぼＲ内に試料を投入されると、その後、電極１１、１２間に電流が印加され、るつぼＲが発熱して内部の試料が加熱融解される。融解した試料から発生したガスは、図示しない分析部に送られて成分が測定され、その結果から、試料に元々含まれていた元素が分析される。
【００２１】
例えば、試料中の酸素量を測定する場合には、試料の融解によって反応生成物であるＣＯ（一酸化炭素）を発生させ、ＣＯを例えば分析部を構成する非分散形赤外線検出器を用いて測定し、そのＣＯ値に基づいて当該試料中に存在していた酸素量を測定・算出する。その他、反応生成物とそれに応じた分析部を設定することにより、水素窒素などの成分も測定することができる。なお、分析後は、使用したるつぼＲは、るつぼ搬送機構２により試料と共に廃棄処分される。
【００２２】
＜＜るつぼ供給機構２＞＞
【００２３】
るつぼ供給機構２は、後述する搬送・清掃ユニット３により搬送されるるつぼＲを自動的に供給するものであり、特に図２に示すように、複数のるつぼＲを収容可能なるつぼ収容部２１と、るつぼ収容部２１からるつぼＲを自重により落下させる案内路２２と、案内路２２の導出口２２ｂに設けられ、落下したるつぼＲを受け取るるつぼ設置部２３と、を備えている。
【００２４】
るつぼ収容部２１は、複数のるつぼＲが並列に載置される傾斜面２１１と、当該傾斜面２１１の下方に設けられた排出口２１２と、傾斜面２１１の下方に滑下したるつぼＲを保持して前記排出口２１２に移動させるるつぼ排出機構２１３とを備えている。るつぼ排出機構２１３としては、例えば、側面にるつぼＲを収容する凹部を有し、一軸周りに回転する回転体（図１参照）と、当該回転体を回転させる駆動部（図示しない）とからなり、前記凹部に収容されたるつぼＲを回転することにより、排出口２１２に移動させるものが考えられる。そして、るつぼ排出機構２１３により、排出口２１２上部に移動されたるつぼＲは自重により、排出口２１２から落下して排出される。これならば、るつぼＲを並列に収容しているので、るつぼＲを可及的に多く収容することができる。またるつぼＲの自重を用いて排出するようにしているので排出機構２１３の構造を簡単にすることができる。
【００２５】
案内路２２は、るつぼＲを略鉛直方向に落下させて、るつぼ設置部２３に案内するものであり、図２に示すように、るつぼ収容部２１の供給口２１４に連通して、略鉛直に形成されている。
【００２６】
また、案内路２２は、るつぼ収容部２１から導入されたるつぼＲを上下正向きの状態のまま落下させるものであり、るつぼＲが落下する際に上下反転しない内径、例えば、るつぼＲの最長の対角線の長さ寸法よりも小さい内径である。
【００２７】
案内管５の側壁には、供給口２１４から導入されたるつぼＲ以外の異物（例えばるつぼＲの破片等）を出口（導出口２２ｂ）に到達させること無く案内管５の外部に排出するための、例えばスリット状の貫通孔５Ａが１又は複数個設けられている。具体的には、案内管５中、傾斜面２１１に略垂直に設けられた屈曲部５１の側壁下方に貫通孔５Ａが設けられている。これにより、破片は自重により貫通孔５Ａを通って案内管５外に排出される。また、この貫通孔５Ａにより、案内路２２におけるるつぼＲの詰まりを確認することもできる。
【００２８】
また、案内路２２の出口近傍には、るつぼＲの落下速度を低下させるためのテーパ部２２１が形成されている。このテーパ部２２１の最小径は、るつぼＲの外径よりも若干大きく、るつぼＲが通過可能なものである。また案内路２２におけるテーパ部２２１の下流側は、テーパ部２２１の最小径と同一径を有する。これならば、案内路２２の出口近傍におけるるつぼＲの落下速度を小さくすることができ、るつぼ設置部２３に着地する際のるつぼＲの損傷を防止することができる。また、るつぼ設置部２３での設置位置の位置ずれを防止することができ、精度良く設置することができる。
【００２９】
るつぼ設置部２３は、図１及び図２に示すように、基台１０１に設けられたエアシリンダ等からなる設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端部に設けられている。そして、るつぼ設置部２３は、案内路２２に接続されて、落下したるつぼＲを受け取る受取位置Ｑ１と、当該受取位置Ｑ１から鉛直下方に離間した離間位置であるるつぼ搬送位置Ｑ２との間を昇降移動するものである。
【００３０】
具体的にるつぼ設置部２３は、図２に示すように、るつぼＲを収容可能な凹部２３１ｘを有し、るつぼＲを受け取るるつぼ受け本体２３１と、当該るつぼ受け本体２３１の凹部２３１ｘ内に設けられた載置突起２３２とを備えている。
【００３１】
るつぼ受け本体２３１は、概略有底円筒形状をなし、内部を視認可能な透明樹脂から形成されており、その凹部２３１ｘの内径は、るつぼＲの外径よりも大きい。また、るつぼ受け本体２３１の上端部外周面には、テーパ面２３１ｔが形成されている。そして、るつぼ設置部２３がるつぼ搬送位置Ｑ２から受取位置Ｑ１に移動するにつれて、前記案内路２２を形成する案内管５の出口側端面に設けられたテーパ面５ｔと嵌ることにより、るつぼ受け本体２３１及び載置突起２３２と案内路２２との位置決めを行う位置決め機能を発揮する（図２参照）。
【００３２】
載置突起２３２は、概略円柱形状をなすものであり、その直径がるつぼＲの開口径よりも若干小さく設定されている。そして、載置突起２３２は、るつぼ受け本体２３１の凹部２３１ｘ内において同軸上に設けられ、るつぼＲが上下正向きに設置された場合には、その略水平な上面２３２ａにるつぼＲが載置される。一方、載置突起２３２は、るつぼＲが上下逆向きに設置された場合には、るつぼＲ内に収容される。この構成により、るつぼＲを上下正向きに設置した場合と、るつぼＲを上下逆向きに設置した場合とで、るつぼ設置部２３におけるるつぼＲの高さ位置が異なる。
【００３３】
また、載置突起２３２の長さは、用いられる種々のるつぼＲにおいて、いずれの深さ寸法よりも長くして、るつぼＲのサイズを問わない構造としている。つまり、載置突起２３２の長さは、上下逆向きに設置した場合に、るつぼＲの開口が凹部底面に接触しない長さである。つまり、載置突起２３２の長さは、上下逆向きに設置した場合に、凹部底面と、るつぼＲの開口端面との間に空間が形成されるように設定されている。これにより、るつぼＲの破片等の異物が凹部２３１ｘに蓄積されている場合であっても、るつぼ受け本体２３１は、上下逆向きにるつぼＲを収容することができる。
【００３４】
さらにこのるつぼ供給機構２は、図１及び図２に示すように、るつぼ検知センサ４１を備え、前記るつぼ設置部２３とともに反転検出機構４を構成する。
【００３５】
るつぼ検知センサ４１は、載置突起２３２にるつぼＲが上下正向きに設置された場合にのみるつぼＲを検出する、光を利用したものである。具体的には、光電センサを用いており、光電センサ４１の発光部を出て受光部に到達する光Ｌ１の軌道が、るつぼ設置部２３に上下正向きに設置されたるつぼＲの外周面で反射して受光部に到達するように構成されている。
【００３６】
このような構成により、るつぼＲを上下正向きに設置した場合には、発光部から出た光Ｌ１は、るつぼＲの側面により反射されて受光部により受光される。一方、るつぼＲを上下逆向きに設置した場合には、発光部から出た光Ｌ１は、るつぼＲの外側周面により反射されることなく、受光部により受光されない。以上により、るつぼ設置部２３にるつぼＲが設置されていない場合、設置されていても上下逆向きに設置されている場合には、受光部が光Ｌ１を受光しないことから、るつぼＲの有無及びるつぼＲの反転を検知できる。また、受光部の検知信号は、図示しない報知手段に出力され、警報音等でオペレータに報知するようにしている。なお、るつぼ検知センサ４１は、上述した反射型のものに限られず、透過型のものでもよいし、超音波を利用したもの等を用いても構わない。
【００３７】
＜＜搬送・清掃ユニット３＞＞
【００３８】
搬送・清掃ユニット３は、るつぼＲが設置されるるつぼ設置部２３から下部電極１１上にるつぼＲを搬送して載置、又は下部電極１１上のるつぼＲを廃棄ボックス７に搬送して廃棄するとともに、上部電極１２及び下部電極１１を清掃するものである。
【００３９】
具体的にこのものは、第１清掃体３１１、第２清掃体３１２、及び把持部である把持爪３１３を有するアーム部３１と、このアーム部３１を回転軸３２２により支持し、当該回転軸３２２を回転させることにより、アーム部３１を回転軸３２２周りに回転させる回転駆動機構３２とを、備えている。
【００４０】
アーム部３１は、基端部が後述する回転駆動機構３２の回転軸３２２に連結され、その先端部の上部電極１２側に第１清掃体３１１を保持し、下部電極１１側に第２清掃体３１２を保持する。また、アーム部３１の下部電極１１への進行方向を向く側面には、るつぼＲを把持する把持爪３１３が設けられている。
【００４１】
第１清掃体３１１（上部電極清掃体）は、図３に示すように、上部電極１２を清掃するものであり、本実施形態では回転ブラシである。具体的には、第１清掃体３１１は、上部電極１２の電極面１２１を清掃するため第１電極面ブラシ３１１ａと、上部電極１２の試料通過孔１２ａを清掃するための通過孔ブラシ３１１ｂと、それらブラシ３１１ａ、３１１ｂを保持する第１基体３１１ｃとからなる。
【００４２】
第１電極面ブラシ３１１ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、通過孔ブラシ３１１ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。また、通過孔ブラシ３１１ｂは、電極面ブラシ３１１ａよりも先端側に設けられている。第１基体３１１ｃは、後述する清掃体回転機構６の第１駆動軸６４に固定される。
【００４３】
第２清掃体３１２（下部電極清掃体）は、図３に示すように、下部電極１１を清掃するものであり、前記第１清掃体３１１と同様、回転ブラシである。具体的には、第２清掃体３１２は、下部電極１１の電極面１１１を清掃する第２電極面ブラシ３１２ａと、下部電極１１の電極面１１１の周辺部を清掃するための周辺部ブラシ３１２ｂと、それらブラシを保持する第２基体３１２ｃとからなる。
【００４４】
第２電極面ブラシ３１２ａは、例えばステンレス製のブラシ毛からなり、周辺部ブラシ３１２ｂは、例えばナイロン製のブラシ毛からなる。なお、第２電極面ブラシ３１２ａの外側に周辺部ブラシ３１２ｂが設けられている。第２基体３１２ｃは、後述する清掃体回転機構６の第２駆動軸６５に固定される。
【００４５】
把持爪３１３は、少なくとも一方が例えば概略くの字形をなすものである。各把持爪３１３は、エアチャック機構を用いたものであり、基端部においてアーム部３１にスライド駆動可能に保持されており、別に設けた制御機器（図示しない）からの指令で把持爪３１３間の距離を縮めるようにスライドさせることによって、各把持爪３１３の中央部分間で前記るつぼＲの側周面を狭圧把持できるように構成されている。
【００４６】
また、アーム部３１は、内部に吸気通路３１Ａを有する（図３参照）。この吸気通路３１Ａは、アーム部３１基端側上面に形成された接続口と、アーム部３１先端側上面に形成された上部電極側開口及びアーム部３１先端側下面に設けられた下部電極側開口とを連通するものである。上部電極側開口は、第１駆動軸６４と同心円上となるように形成されている。
【００４７】
さらに、アーム部３１基端側上面には、接続口と連通するように、弾性材料からなる中空の連結体３３が設けられている。そして、対向位置Ｒ１にあるアーム部３１が上昇したときに、連結体３３が、基台１０１の枠体１０２に設けられた吸引口１０２Ａと連結するようにしている。吸引口１０２Ａは、装置１の外部に設けられた吸引装置（図示しない）に接続されている。対向位置Ｒ１におけるアーム部３１の昇降移動は、前述した設置部昇降機構２４により行われる。アーム部３１は、対向位置Ｒ１において、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端と接触する接触片３１ｘを有している。この接触片３１ｘは、概略Ｌ字形状をなすものであり、アーム部の側面に設けられている。なお、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１がアーム部３１の底面に接触して、アーム部３１を持ち上げるように構成しても良い。
【００４８】
さらに、アーム部３１において、上部電極側開口の開口縁には、上部電極１２の下面と接触するシール部材３４が設けられている。下部電極側開口は、第２清掃体３１２の周囲に立設された側壁により形成されている。この側壁３１４は、アーム部３１が上部電極１２及び下部電極１１により狭持されたときの、下部電極１１と第２清掃体３１２との距離、つまり下部電極１１の電極面１１１に対する第２清掃体３１２の高さを調節するものである。
【００４９】
また、アーム部３１には、第１清掃体３１１及び第２清掃体３１２を回転するための清掃体回転機構６が設けられている。この清掃体回転機構６は、図３に示すように、アーム部３１の基端側下面に固定されたモータ等のアクチュエータ６１と、アクチュエータ６１の駆動軸に固定された第１プーリ６２と、アーム部３１の先端側に設けられた第２プーリ６３と、当該第１プーリ６２の回転駆動を第２プーリ６３に伝達する伝達ベルト６３と、第２プーリ６３の上面に設けられ、第１清掃体３１１の第１基体３１１ｃに連結される第１駆動軸６４と、第２プーリ６３の下面に設けられ、第２清掃体３１２の第２基体３１２ｃに連結される第２駆動軸６５とからなる。なお、アクチュエータ６１は、前記制御機器により制御される。
【００５０】
回転駆動機構３２は、図３に示すように、回転軸３２２によりアーム部３１を昇降自在に支持して、アーム部３１を回転させるものであり、各清掃体３１１、３１２が各電極１１、１２に対向する対向位置Ｒ１及びその対向位置Ｒ１から離間した退避位置Ｒ２の間で、アーム部３１を回転移動させるものである。また、回転駆動機構３２は、対向位置Ｒ１及び退避位置Ｒ２の間における複数の回転位置でアーム部３１を停止可能なものである。
【００５１】
回転駆動機構３２の具体的な構成は、アーム部３１が固定される固定部３２１と、その固定部３２１に設けられた貫通孔に相対回転不能且つ軸方向にスライド可能に挿通された回転軸３２２と、当該回転軸３２２の下端部に連結され、当該回転軸３２２を回転させるアクチュエータ３２３とからなる。これらは、ブラケット３２４により装置本体１１に固定される。アクチュエータ３２３は、ステッピングモータであり、図示しない制御機器からの駆動パルスにより制御される。
【００５２】
このような駆動昇降機構３２により、アクチュエータ３２３により回転軸３２２を回転させると、回転軸３２２と相対回転不能なアーム部３１も回転する。これにより、アーム部３１は、回転軸３２２を回転中心として、対向位置Ｒ１と退避位置Ｒ２との間を回転移動する。
【００５３】
また、回転軸３２２と固定部３２１とは軸方向にスライド可能であり、アーム部３１が設置部昇降機構２４により押し上げられるに従って、アーム部３１は回転軸３２２をスライドして上昇する。
【００５４】
具体的に回転駆動機構３２は、図４に示すように、各清掃体３１１、３１２が各電極１１、１２に対向する対向位置Ｒ１、るつぼ設置部２３上のるつぼＲを把持する把持位置Ｒ３、把持爪３１３に把持されたるつぼＲを下部電極１１上に載置する載置位置Ｒ４、把持爪３１３に把持されたるつぼＲを廃棄ボックス７に廃棄する廃棄位置Ｒ５、前記各位置から離間した退避位置Ｒ２でアーム部３１を停止可能である。なお、退避位置Ｒ２は、各停止位置Ｒ１、Ｒ３〜Ｒ５に対して、下部電極１１及びるつぼ設置部２３よりも外方に位置している。
【００５５】
また、本実施形態の搬送・清掃ユニット３はアーム部昇降機構（図示しない）を備えている。このアーム部昇降機構は、アーム部３１が把持位置Ｒ３にある状態において、把持爪３１３がるつぼ設置部２３上にあるるつぼＲを把持したときに、アーム部３１を鉛直上方に持ち上げる機能を発揮するものである。具体的にアーム部昇降機構は、アーム部３１の下面に当接し、昇降移動する駆動軸と、当該駆動軸を昇降移動させるエアシリンダとからなる。このエアシリンダは、前記制御機器により制御される。これならば、るつぼ設置部２３のるつぼ受け本体２３１に収容されているるつぼＲを持ち上げて取り出すことができる。
【００５６】
＜＜搬送・清掃ユニット３の動作＞＞
【００５７】
次に、このように構成した搬送・清掃ユニット３の動作について説明する。
【００５８】
るつぼ供給段階において、るつぼ供給機構２のるつぼ設置部２３が、受取位置Ｑ１まで上昇して、るつぼ収容部２１から案内路２２に落下するるつぼＲを受け取り、搬送位置Ｑ２に下降する。このとき、搬送・清掃ユニット３のアーム部３１は退避位置Ｒ２にある（図４及び図５参照）。
【００５９】
そして、るつぼ搬送段階において、搬送・清掃ユニット３は、回転駆動機構３２により、退避位置Ｒ２にあるアーム部３１を把持位置Ｒ３まで回転移動する（図４及び図６参照）。このとき、アーム部３１の側面に設けられた把持爪３１３がるつぼ設置部２３に設置されたるつぼＲを把持する。その後、アーム部昇降機構により、アーム部３１が若干持ち上げられる。このとき持ち上げる量は、るつぼＲがるつぼ設置部２３のるつぼ受け本体２４１から出る程度である。
【００６０】
次に、回転駆動機構３２により、アーム部３１は把持位置Ｒ３から載置位置Ｒ４まで回転移動する（図４及び図７参照）。なお、この回転移動の最中において、アーム部昇降機構によりアーム部３１は、若干持ち上げられた状態のままである。
【００６１】
そして、アーム部３１が載置位置Ｒ４に到達して、るつぼＲを下部電極１１上に載置する際に、アーム部昇降機構はアーム部３１を下降させる。このとき、アーム部３１を下降させて、把持爪３１３が把持しているるつぼＲの底面が、下部電極１１の電極面１１１と面接触した状態で、把持爪３１３がるつぼＲを放す。これにより、るつぼＲは、下部電極１１上に押し付けられるように載置され、仮に把持爪３１３がるつぼＲを斜めに把持している場合であっても、下部電極１１に押さえ付けられる過程で、るつぼＲの下面が下部電極１１の電極面１１１に接触して向きを変えるので、るつぼＲを下部電極１１上に安定して載置することができ、またるつぼＲを上方から落下させて下部電極１１上で跳ね返ってしまうことを防止できる。
【００６２】
下部電極１１上にるつぼＲを載置後、アーム部３１は回転駆動機構３２により退避位置Ｒ２に回転移動する（図４参照）。
【００６３】
その後、分析段階において、下部電極１１が上昇して、上部電極１２との間でるつぼＲを狭持し、試料が投入されて、当該試料の分析が行われる。分析終了後、下部電極１１は下降して下降位置に戻る。
【００６４】
次に、るつぼ廃棄段階において、アーム部３１は、回転駆動機構３２より、退避位置Ｒ２から載置位置Ｒ４まで回転移動する（図４及び図７参照）。そして、把持爪３１３により下部電極１１上にあるるつぼＲを把持する。
【００６５】
下部電極１１上のるつぼＲを把持したアーム部３１は、回転駆動機構３２により廃棄位置Ｒ５に回転移動して、当該廃棄位置Ｒ５でるつぼＲを放し、廃棄位置Ｒ５の下方に設けられた廃棄ボックス７にるつぼＲを落とす（図４及び図８参照）。
【００６６】
その後、電極清掃段階において、アーム部３１は、回転駆動機構３２により、廃棄位置Ｒ５から対向位置Ｒ１まで回転移動する（図４、図９及び図１０（ａ）参照）。このとき、第１清掃体３１１及び第２清掃体３１２は、清掃体回転機構６より回転する。
【００６７】
そうすると、設置部昇降機構２４の駆動軸２４１の先端が接触片３１ｘに接触して、アーム部３１を持ち上げる。このとき、アーム部３１の先端側上面に設けたシール部材３４が、上部電極１２の下面に接触する（図１０（ｂ））。また、第１清掃体３１１のブラシ３１１ａ、３１１ｂは、上部電極１２の電極面１２１及び試料通過孔１２ａに押圧接触した状態である。さらに、連結体３３は、基台１０１の枠体１０２に設けられた吸引口１０２Ａに接続される。
【００６８】
このとき、上部電極１２に生じるダストは、上部電極１２側開口から吸引されて、アーム部３１の吸気通路３１Ａを通り吸引口１０２Ａから外部に排出される。
【００６９】
次に、下部電極昇降機構１５により、下部電極１１が上昇する。このとき、下部電極１１の電極面１１１の周辺部は、第２清掃体３１２の周囲に設けられた側壁３１４に接触する（図１０（ｃ））また、第２清掃体３１２のブラシ３１２ａ、３１２ｂは、下部電極１１の電極面１１１及びその周辺部に押圧接触した状態である。
【００７０】
このとき、下部電極１１に生じるダストは、側壁３１４に設けられた吸気路３１４Ａ及びアーム部３１の吸気通路３１Ａを通り吸引口１０２Ａから外部に排出される。
【００７１】
清掃後、下部電極１１を下降させた後、設置部昇降機構２４により、アーム部３１は対向位置Ｒ１まで下降し、さらに回転駆動機構３２により、退避位置Ｒ２に回転移動する。そして、連続して複数の試料を分析する場合には、再び、るつぼ供給段階に移行する。
【００７２】
以上の搬送・清掃ユニット３の動作において、本実施形態では、回転駆動機構３２が、把持爪３１３によりるつぼＲを把持したアーム部３１を、下部電極１１上にるつぼＲを載置するために載置位置Ｒ４に移動させる毎に、当該載置位置Ｒ４が下部電極１１上で異なるようにしている。つまり、下部電極１１上にるつぼＲを載置する位置を分析毎に異なるようにしている。例えば分析毎に、下部電極１１上にるつぼＲを載置する位置を０．５ｍｍ程度変化させている。
【００７３】
具体的には、制御機器が、回転駆動機構３２のアクチュエータ３２３であるステッピングモータに出力する駆動パルスを、下部電極１１上にるつぼＲを載置するためにアーム部３１を載置位置Ｒ４に回転移動させる毎に、異なるように設定している。より詳細には、各分析において、把持爪３１３によりるつぼＲを把持したアーム部３１を載置位置Ｒ４に移動させる毎に、駆動パルスのパルス量を数パルスだけ異ならせてランダムに設定している。これならば、下部電極１１及び上部電極１２が同一部分のみ摩耗してしまうという問題を解決することができ、下部電極１１及び上部電極１２の長寿命化を可能にすることができる。
【００７４】
＜本実施形態の効果＞
【００７５】
このように構成した本実施形態に係る元素分析装置１００によれば、上部電極１２及び下部電極１１を清掃するための清掃体３１１、３１２及びるつぼＲを把持する把持爪３１３を備えるアーム部３１を回転させて、対向位置Ｒ１、把持位置Ｒ３、載置位置Ｒ４、廃棄位置Ｒ５及び退避位置Ｒ２それぞれに移動させるようにしているので、るつぼの搬送、廃棄及び電極の清掃を簡単な構成である１つの機構により自動化することができ、また、元素分析装置１００を小型化することができる。
【００７６】
さらに回転駆動機構３２のアクチュエータ３２３としてステッピングモータを用いているので、アーム部３１の各停止位置の増減、各停止位置の微調整等を容易に行うことができ、元素分析装置１００のメンテナンス性を向上させることができ、また、元素分析装置１００の使いやすさ及びるつぼＲの載置位置Ｒ４等の位置精度を向上させることができる。
【００７７】
＜その他の変形実施形態＞
【００７８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００７９】
例えば、回転駆動機構のアクチュエータとしては、ステッピングモータの他に、サーボモータや回転エアシリンダ等の複数の回転位置で停止可能なアクチュエータを用いることができる。また、回転駆動機構は、直動式のエアシリンダの往復運動を回転運動に変換して、回転軸を回転させる構成でも良い。
【００８０】
前記実施形態では、対向位置にあるアーム部は、設置部昇降機構により昇降移動するものであったが、設置部昇降機構とは異なる専用の昇降機構を設けても良い。
【００８１】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態に係る元素分析装置の模式的構成図。
【図２】るつぼ供給機構の模式的構成図。
【図３】電極部分及び搬送・清掃ユニットを主として示す断面図。
【図４】アーム部の各停止位置を示す図。
【図５】アーム部の退避位置Ｒ２を示す模式図。
【図６】アーム部の把持位置Ｒ３を示す模式図。
【図７】アーム部の載置位置Ｒ４を示す模式図。
【図８】アーム部の廃棄位置Ｒ５を示す模式図。
【図９】アーム部の対向位置Ｒ１を示す模式図。
【図１０】清掃段階を示す模式図。
【符号の説明】
【００８３】
１００ ・・・元素分析装置
Ｒ ・・・るつぼ
１２ ・・・上部電極
１１ ・・・下部電極
２３ ・・・るつぼ設置部
３ ・・・搬送・清掃ユニット
３１ ・・・アーム部
３１１、３１２・・・清掃体（第１清掃体、第２清掃体）
３１３ ・・・把持部
３２ ・・・回転駆動機構
３２２ ・・・回転軸
Ｒ１ ・・・対向位置
Ｒ２ ・・・退避位置
Ｒ４ ・・・載置位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極及び下部電極により、試料を収容するるつぼを狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して、それによって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、
るつぼが設置されるるつぼ設置部から下部電極上にるつぼを搬送するとともに、前記上部電極又は下部電極を清掃する搬送・清掃ユニットを備え、
前記搬送・清掃ユニットが、
前記上部電極又は前記下部電極を清掃するための清掃体、及び前記るつぼ設置部に設置されたるつぼを把持する把持部を備えたアーム部と、
前記アーム部を回転軸により支持し、前記清掃体が上部電極又は下部電極と対向する対向位置、前記把持部に把持されたるつぼを下部電極上に載置する載置位置、及び前記対向位置及び前記載置位置から離間した退避位置それぞれに前記アーム部を回転移動して停止させる回転駆動機構と、を備える元素分析装置。
【請求項２】
前記回転駆動機構が、下部電極上にるつぼを載置する毎に当該下部電極上におけるるつぼの位置が異なるように、前記アーム部を前記載置位置に移動させる毎に当該載置位置が異なるようにしている請求項１記載の元素分析装置。
【請求項１】
上部電極及び下部電極により、試料を収容するるつぼを狭持し、当該電極に電圧を印加することにより、前記るつぼを加熱して、それによって生じるガスから前記試料の元素を分析する元素分析装置であって、
るつぼが設置されるるつぼ設置部から下部電極上にるつぼを搬送するとともに、前記上部電極又は下部電極を清掃する搬送・清掃ユニットを備え、
前記搬送・清掃ユニットが、
前記上部電極又は前記下部電極を清掃するための清掃体、及び前記るつぼ設置部に設置されたるつぼを把持する把持部を備えたアーム部と、
前記アーム部を回転軸により支持し、前記清掃体が上部電極又は下部電極と対向する対向位置、前記把持部に把持されたるつぼを下部電極上に載置する載置位置、及び前記対向位置及び前記載置位置から離間した退避位置それぞれに前記アーム部を回転移動して停止させる回転駆動機構と、を備える元素分析装置。
【請求項２】
前記回転駆動機構が、下部電極上にるつぼを載置する毎に当該下部電極上におけるるつぼの位置が異なるように、前記アーム部を前記載置位置に移動させる毎に当該載置位置が異なるようにしている請求項１記載の元素分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−８２２９（Ｐ２０１０−８２２９Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６７９７７（Ｐ２００８−１６７９７７）
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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