(57)【要約】【課題】ビード皿、ルツボ等のようなフランジ部を有する高温用容器について、加熱・冷却の繰返し負荷に対する耐久性が従来技術より高いものを提供する。【解決手段】本発明は、上方に開口を有する有底筒状の容器本体と、前記開口の外周囲付近に形成された鍔状のフランジ部とからなる高温用容器に関する。本発明の高温用容器は、フランジ部のフランジ面に、フランジ部の外周縁から前記開口方向に延伸するスリットが１本以上形成されている。このスリットは、先端に該スリットの幅ｈの１／２倍以上の半径Ｒを有する円孔を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に開口を有する有底筒状の容器本体と、前記開口の外周囲付近に形成された鍔状のフランジ部とからなる高温用容器において、
前記フランジ部のフランジ面に、フランジ部の外周縁から前記開口方向に延伸するスリットが形成されており、
前記スリットは、その先端に該スリットの幅ｈの１／２倍以上の半径Ｒを有する円孔を備えることを特徴とする高温用容器。
【請求項２】
円孔の半径Ｒが、スリットの幅ｈに対して１／２倍超である請求項１記載の高温用容器。
【請求項３】
スリットの総長さｌは、フランジ面の幅Ｈの１／２倍以上である請求項１又は請求項２記載の高温用容器。
【請求項４】
フランジ部に２本以上のスリットが形成された請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高温用容器。
【請求項５】
２本以上のスリットが等間隔で形成された請求項４記載の高温用容器。
【請求項６】
白金系材料からなる請求項１〜請求項５のいずれかに記載の高温用容器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の高温用容器であって、ビード皿、蒸発皿、ルツボ、ビーカー、ガラス溶解槽として使用される高温用容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析用のガラスビードや溶融ガラス等を製造するためのフランジ部付の高温用容器に関する。特に、前記用途において、繰返し使用されても変形や破損が生じ難い高温用容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、蛍光Ｘ線分析用のガラスビード製造の際のビード皿等において、鍔状のフランジ部を有する高温用容器が用いられている。ビード皿は、セラミックス、ガラス、セメント等を蛍光Ｘ線装置で分析するためのサンプル（ガラスビード）を製造するための容器である。ガラスビードは、セラミックス等の分析物が収容されたビード皿を、高周波加熱コイルを備えるガラスビード作成装置（ビードサンプラー）で加熱処理して製造される。このとき、ガラスビード作成装置の高周波加熱コイルの上面に、セラミック製スレート板等を介してビード皿のフランジ部を載置して固定する。これにより、容器本体部分がコイル内に吊るされた状態で固定される。そして、ビード皿のセット後、コイルを通電し高周波加熱で分析物を溶融し、凝固することでガラスビードが製造される。
【０００３】
ビード皿のような高温用容器は、複数回使用されるのが通常であるので、急熱・急冷のサイクルの繰返しによる変形や破損の発生が懸念される。そこで、従来の高温用容器は、構成材料として白金系材料が使用されている。強化白金等の白金系材料は、クリープ破断強度が高く高温下でも耐久性が良好であることから、高温用容器の変形等の抑制に寄与できると考えられているからである。例えば、特許文献１には、強化白金と称される分散強化型白金材料を主要な構成材料とするビード皿が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように適切な材料選定がなされた高温用容器であっても変形等が生じることがある。ビード皿においては、繰返し使用の結果、フランジ部のフランジ面に歪み・波打ち等の変形やクラック（割れ）が発生することがある。白金系材料という高価な素材を使用する高温用容器において、そのような変形や破損によって使用不可になることは、部材コスト面から好ましくない。
【０００６】
本発明は、以上のような背景のもとなされたものであり、ビード皿やルツボ等のフランジ部を有する高温用容器であって、加熱・冷却の繰返し負荷に対する耐久性が従来技術より高く、変形・破損の発生頻度が低減されたものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ビード皿等のフランジ付の高温用容器において、フランジ面に発生する変形や破損は、基本的に急熱・急冷の際に発生する熱応力に要因があると考えられる。従来の高温用容器は、材質面の適正化によって熱応力の問題に対処しているが、それでも変形等の抑制効果は十分ではなかった。ここで、本発明者等は、それら変形等の原因は、加熱時及び冷却時における温度分布の不均一性にあると考察した。
【０００８】
ビード皿を例に説明すると、ビード皿は使用時において、高周波加熱コイルによって加熱される。高周波加熱コイルによる加熱（高周波誘導加熱）は、コイル形状や電流印加条件等によって、容器本体に対する温度ムラが生じることがある。また、高周波加熱時にはコイル自体は発熱していないので、フランジ部が加熱されることはない。そのため、加熱された容器本体と加熱されていないフランジ部との間においても温度ムラが生じる。こうした容器本体における温度ムラや、容器本体とフランジ部との間に生じる温度ムラが発生すると、固定されているフランジ面に熱応力が集中して変形・破損が生じ易くなる。
【０００９】
上記のような温度分布の不均一性は、ある程度は低減できるものの完全に解消することは難しい。そして、このようにして生じる変形・破損は、構成材料の最適化のみでは抑制し難い。そこで、本発明者等は、ビード皿等の高温用容器の構造、特に、フランジ部の構造について好適なものについて検討した。そして、本発明者等は、フランジ部における応力を緩和するため、所定形状のスリットを形成することを見出し本発明に想到した。
【００１０】
即ち、本発明は、上方に開口を有する有底筒状の容器本体と、前記開口の外周囲付近に形成された鍔状のフランジ部とからなる高温用容器において、前記フランジ部のフランジ面に、フランジ部の外周縁から前記開口方向に延伸するスリットが形成されており、前記スリットは、その先端に該スリットの幅ｈ以上の半径Ｒの円孔を備えることを特徴とする高温用容器である。
【００１１】
以下、本発明に係る高温用容器について詳細に説明する。本発明における高温用容器とは、容器本体が６００℃以上に加熱されることを前提とする容器であって、溶融・溶解による状態変化や化学反応を生じさせる目的物質と収容する容器本体と、フランジ部で構成される容器である。具体的には、蛍光Ｘ線分析用のガラスビードを製造するためのビード皿、ルツボ等である。
【００１２】
また、本発明は、光学ガラス等のガラス材料を製造するためのガラス溶解槽にも適用される。ガラス溶解槽も上部にフランジを備えるものが使用されることがある。そして、ガラス溶解槽においても、溶融ガラスを製造・調製する際、原料（ガラスカレット）の投入時における温度ムラ等に起因する変形問題が生じることがある。本発明は、このようなガラス溶解槽にも適用される。
【００１３】
上記のとおり、本発明に係る高温用容器は、有底筒状の容器本体と、容器本体の外周囲に形成されたフランジ部とで構成される。この高温用容器の構成は、フランジ部に所定のスリットが形成されていることを除き、従来の高温用容器の構成と同様である。
【００１４】
容器本体は、溶融・溶解・化学反応等の処理目的物を収容するための部位であり、上部が開口した有底の筒体である。その寸法及び形状は、当該高温用容器の種類・用途に応じて設定される。この寸法及び形状は、従来品と同様である。
【００１５】
本発明では、容器本体の開口の外周付近に鍔状のフランジ部が形成されていることを必須とする。フランジ部は、高温用容器の種類によって様々な機能を有する。例えば、ビード皿におけるフランジ部は、試料を収容したビード皿を、ビードサンプラー内の高周波加熱コイルにセットするときの係止部材として作用する。また、ガラス溶解槽等の溶解槽（溶融槽）では、容器本体から飛散・浮遊した内容物と、容器本体の外周付近の構造物（耐火物）との反応を抑制するためのカバー部材として機能する。本発明のフランジ部とは、これらのような機能の内容・有無に依らず、容器本体の開口の外周付近に形成された鍔状の部位である。尚、フランジ部は、容器本体の開口側の端部から鍔状に延設されたもの（後述の図１、図２（ａ）参照）の他、容器本体の開口側の端部から少し離隔した位置で鍔状に延設されたもの（後述の図２（ｂ）参照）であっても良い。
【００１６】
そして、本発明では、フランジ部のフランジ面にスリットが形成されていることを特徴とする。スリットは、フランジ部の外周縁から容器本体の開口方向に延伸し、フランジ部の厚さ方向で貫通する溝である。スリットは、高温用容器の加熱及び冷却のサイクルで生じる熱応力による影響を緩和することで、フランジ部の変形や破損を抑制する。
【００１７】
ここで、フランジ部に形成されたスリットの構成について、図１〜図３と共に説明する。図１は、本発明に係る高温用容器の一例であるビード皿の外観を示す図である。図１のビード皿は、フランジ部のフランジ面に３本のスリットが形成されている。
【００１８】
また、図２は、本発明に係る高温用容器の他の例である溶解ルツボの外観を示す図である。図２（ａ）は、容器本体の開口側端部から鍔状に延設されたフランジ部を有するルツボであり、図２（ｂ）は、容器本体の開口側の端部より下方の位置に形成されたフランジ部を有するルツボである。図（ｂ）のルツボは、容器内の溶解物（溶湯）を鋳型等に傾注する際、湯切れを良くするために開口部の先端を薄くするため、フランジ部を下方にずらしている。そして、この図２のルツボでも、フランジ部のフランジ面に３本のスリットが形成されている。図１、図２で示すように、各スリットは、フランジ部の外周縁からストレートに延びたものが好ましい。
【００１９】
図３は、スリットの形状に関して詳細を説明する図である。このスリットは、その先端に連通して半径Ｒの円孔を有する。かかる円孔を形成するのは、スリット先端を起点とするクラック発生を抑制するためである。例えば、図４のように、スリット先端が矩形となり角がある場合（図４（ａ））、スリット先端が先細りになっている場合（図４（ｂ）等においては、スリットの角部分や先端部に応力集中によってクラックが発生し易くなる。そこで、スリット先端部を円形とすることで、スリット先端への応力を分散してクラック発生を抑制する。このスリット先端の円孔は、スリットの幅ｈの１／２倍以上の半径Ｒ（Ｒ≧（１／２）ｈ）を有する。好ましくは、円孔の半径Ｒがスリットの幅ｈの１／２倍超（Ｒ＞（１／２）ｈ）であり、円孔の幅（直径）がスリットの幅より幅広となっていること好ましい。より好ましくは、Ｒはスリットの幅ｈの０．６倍以上（Ｒ≧０．６ｈ）とする。尚、円孔の半径Ｒの上限は、スリットの幅ｈの１０倍以下（Ｒ≦１０ｈ）とすることが好ましい。
【００２０】
また、スリットの総長さｌは、フランジ面の幅Ｈの１／２倍以上（ｌ≧（１／２）Ｈ）とすることが好ましい。スリットは、その周辺で熱応力を開放するために形成されたものであり、スリットが短過ぎると応力の開放が不十分となるため、変形に対する耐性が低下するおそれがある。また、応力の開放が不十分であると、スリット先端で残留応力によるクラック発生も懸念される。そこで、スリットの総長さｌは、フランジ面の幅Ｈの１／２倍以上とするのが好ましい。また、スリット長さの上限は、特に制限されることはないが、容器本体内の溶解物の零れを防止するため、フランジ面の幅Ｈの１．０倍以下とするのが好ましい。スリットの総長さとは、先端の円孔部分を含めた長さである。
【００２１】
スリットは、フランジ部に複数形成することが好ましい。複数個所で熱応力を開放し、フランジ部の変形・破損を抑制するためである。スリットの本数は、２本以上とするのが好ましく、より好ましくは３本以上とする。スリットの本数が１本であると、フランジ部の熱応力を均等に開放することができず、変形や割れが比較的早期に発生するおそれがある。スリットの本数の上限は、その熱応力開放の機能のためには制限されない。但し、スリット本数の増加は、加工工数の増加に繋がることから、容器の製造効率の観点から５０本以下とするのが好ましい。また、熱応力の開放を均等にするため、２本以上のスリットが等間隔で形成されていることが好ましい。等間隔とは、隣り合うスリット同士の端部間の周方向の距離が略等しい状態である。
【００２２】
また、スリットの幅ｈは、均一とすることが好ましい。即ち、スリットの開口部分から先端の円孔との接続部分までほぼ等しい幅とすることが好ましい。スリットの幅ｈは、０．１ｍｍ程度であっても熱応力緩和の作用を発揮できる。このスリット幅の上限については、特に限定されることはない。上記のスリット本数に応じて、フランジ部の強度が低くなり過ぎない程度のスリット幅とすることが好ましい。
【００２３】
以上説明したスリットの各種態様を図５に示す。スリットは、図５（ａ）のように、図１等と対比して幅広のものも適用できる。また、スリット先端の円孔のＲを小さくすることもでき、図５（ｂ）のように、スリット幅ｈの約１／２倍とすることもできる。更に、スリットの本数も、図５（ｃ）、（ｄ）のように、図１等の３本に対して増加させることもできる。
【００２４】
スリットは、容器本体及びフランジ部を形成した後にフランジ部を加工処理して形成することが好ましい。スリットは、工具による切削加工や研削加工によって所定形状のものを形成することができる。また、レーザー加工やワイヤー放電加工等によってもスリットの形成が可能である。
【００２５】
尚、高温用容器へのフランジ部の形成に関しては、各種の加工方法が適用される。例えば、上述した図１、図２（ａ）の高温用容器で例示されるフランジ部は、板材を絞り加工（深絞り加工）することで、容器本体とフランジ部とを一体的にして成形加工できる。また、有底の円筒状容器を成形加工し、この容器本体に別体の鍔状フランジ部を接合しても良い。上述した図２（ｂ）の高温用容器のフランジ部は、断面Ｌ字形状の鍔を接合してフランジ部を形成している。
【００２６】
本発明に係る高温用容器は、白金系材料からなるものが好ましい。高温加熱と急冷の熱サイクルを繰返し受けることが多く、耐熱性、高温クリープ特性等の高温特性に優れた材料が好ましいからである。白金材料とは、白金又は白金合金である。白金合金としては、固溶合金の他、強化白金と称される分散強化型白金合金が適用できる。固溶合金としては、Ｐｔ−Ａｕ合金、Ｐｔ−Ｉｒ合金、Ｐｔ−Ｒｈ合金、Ｐｔ−Ｒｈ−Ａｕ合金、Ｐｔ−Ｐｄ合金等があり、強化白金としては、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｓｉの酸化物、窒化物等を分散粒子とし、白金又は上記した固溶合金をマトリックスとする合金が適用できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明に係る高温用容器は、フランジ部のフランジ面に最適化されたスリットを有する。このスリットの適用により、従来の高温用容器で懸念されてきた、繰返し使用によって生じる変形・破損の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る高温用容器の具体例であるビード皿の外観を示す図。
【図２】本発明に係る高温用容器の具体例である溶解ルツボの外観を示す図。
【図３】本発明によるビード皿に形成されたスリットの具体的形状を説明する図。
【図４】本発明において好ましくない形状のスリットの態様を説明する図。
【図５】本発明によるビード皿に形成されたスリットの他の態様を説明する図。
【図６】本実施形態における耐久試験において、スリットのないビード皿で発生したくラックの外観写真。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、高温用容器として、図１と同一形状のビード皿を製造し、その耐久性を評価した。
【００３０】
白金系材料としてＰｔ−５ｗｔ％Ａｕ合金に０．１ｗｔ％のＺｒＯ２が分散した強化白金からなる円板状の板材（直径６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）を用意した。そして、この円板をプレス加工で絞り加工し、図１の形状のビード皿に成形加工した。ここで製造したビード皿の寸法は、容器本体の開口部の内径４５ｍｍ、底部の内径３５ｍｍ、深さ２０ｍｍで、フランジ部外径５５（フランジ部の幅Ｈ５ｍｍ）であった。
【００３１】
上記で製造したビード皿のフランジ部のフランジ面にスリットを切削加工で形成した。本実施形態では、スリットの本数、スリットの総長さ（ｌ／Ｈ）、スリット先端の円孔の半径（Ｒ／Ｈ）を適宜に変更した複数のビード皿を製造した。尚、スリットの幅（Ｈ）は、０．５ｍｍと共通にした。そして、スリットを複数形成するときには、等間隔で加工した。また、フランジ部にスリットを形成ない従来のビード皿も従来例として用意した。
【００３２】
本実施形態及び従来例で製造した複数のビード皿について、耐久性を評価するため、熱サイクル負荷による変形・破損の有無を試験した。この耐久試験は、設定温度１３００℃に設定し、設定温度への加熱と室温への冷却との組み合わせを１サイクルとし、１０００サイクルの加熱を行った。そして、１００サイクル毎にビード皿のフランジ部の変形又はクラックの有無を目視検査し、変形又はクラックのいずれかが確認された時点で試験終了とした。この耐久試験の結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
フランジ部にスリットのない従来例のビード皿（Ｎｏ．９）は、５００サイクルの段階でフランジ部に変形（波打ち)が生じ、その段階でクラックの発生も認められた。図６にクラックの外観写真を示すが、クラックはフランジ端部からフランジ面を横断していた。
【００３５】
これに対して、フランジ部にスリット及びその先端に円孔を形成した本実施形態のビード皿（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７）は、クラックの抑制効果を有することが確認された。変形に対しても従来例より高い耐性がある。特に、先端に適切な円孔を形成しつつ、スリット総長さとスリット本数を好適にしたビード皿（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）は、１０００サイクル後も変形及びクラックのいずれも発生していなかった。
【００３６】
但し、スリット本数が１本のビード皿（Ｎｏ．５）は、クラックの抑制はできるが、変形が比較的早期に生じる。そして、スリットの長さ（ｌ／Ｈ）が短いビード皿（Ｎｏ．６、７）も、従来例よりは変形に対する耐性は高いが最終的に変形が生じることとなった。また、スリット先端に円孔を形成していないビード皿（Ｎｏ．３）では、比較的早期にクラック発生が見られた。これらの結果を考慮すると、変形及びクラックの双方の発生を高いレベルで抑制するためには、スリット本数、スリット総長さ、スリット先端の円孔の各要素を適切に設定することが好ましいことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る高温用容器は、フランジ部における変形及び破損の発生の可能性が大幅に低減されている。これは、フランジ部のフランジ面に形成されたスリットによる効果である。本発明は、高温への加熱と急冷が繰返しなされる、蛍光Ｘ線分析用のビードサンプル製造用のビード皿、ルツボ、ビーカー、ガラス溶解槽等の各種の高温用容器として好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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