(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に試料を封入した中空円筒形の試料容器と、該試料容器を間隔を隔てて囲み、試料容器との隙間に冷却ガスが流れるようになった中空円筒状の試料カートリッジと、からなり、
前記試料カートリッジは、試料容器内の試料を均一に加熱する均熱炉内に挿入されるようになっており、前記試料容器は、試料カートリッジと同心に保持され、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されている、ことを特徴とする試料急冷機構付カートリッジ。
【請求項２】
前記試料カートリッジは、試料容器との隙間が、その隙間を流れる冷却ガスの温度と流速から定まる熱伝達率αが下流ほど大きくなるように定められている、ことを特徴とする請求項１に記載の試料急冷機構付カートリッジ。
【請求項３】
前記試料カートリッジは、中空管と該中空管内に固定されるスリーブ管とからなり、該スリーブ管は下流側が細いテーパ管に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の試料急冷機構付カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙材料実験等において、電気炉等の加熱装置に装着された試料カートリッジ内で加熱溶融した試料を急冷して凝固させるための試料カートリッジに関するもので、特に、急冷機構付カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高温に加熱された試料を冷却する手段としては、加熱終了と同時に電気炉内にヘリウムなどの不活性ガスを封入し、そのガスによる熱伝達を利用し、電気炉の外壁に設けた水冷配管または水冷ジャケットにより排熱する手段がある。しかし、この場合、加熱終了直後の高温の電気炉内に冷却ガスを封入するため、電気炉自体がカートリッジよりもはるかに大きい熱容量を有するので、試料の冷却速度はせいぜい１℃／秒程度であり、必要な冷却速度が得られていなかった。そこで、加熱終了後のカートリッジに冷却ガスを吹き流すようにした「急冷機構付きカートリッジ」が本発明と同一の出願人から提案されている（特開平８−６８５９３号公報）。
【０００３】
図３は、特開平８−６８５９３号に提案した急冷機構付きカートリッジを示す図である。この図に示す急冷機構付きカートリッジは、内部に試料格納室１を有する中空筒形の試料カートリッジ２と、冷却ガス入口ポート３および冷却ガス出口ポート４を有して試料カートリッジ２の一端部に装着されたヘッダ５と、試料カートリッジ２の他端部に装着された封止キャップ６とを備え、かつ、試料カートリッジ２には、ヘッダ５の冷却ガス入口ポート３に連通している冷却ガス往通路７と、ヘッダ５の冷却ガス出口ポート４に連通している冷却ガス復通路８と、を有するものである。この構成により、試料カートリッジ２内の試料を試料カートリッジ２とともに加熱炉で加熱し、その加熱終了と同時に、冷却ガスをヘッダ５の冷却ガス入口ポート３から試料カートリッジ２の冷却ガス往通路４に流し、さらに、冷却ガス復通路８を経て冷却ガス出口ポート４から排出させることができる。すなわち、冷却ガスを加熱炉に封入することなく、試料カートリッジ２本体内に流して冷却することができ、試料の急冷をすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した急冷機構付カートリッジでは、試料カートリッジの急冷自体はできるものの、試料軸方向の冷却速度差が大きく、そのため、急冷時の軸方向に大きな温度差が生じてしまう問題点があった。すなわち、上述した急冷機構付カートリッジでは、試料カートリッジを囲む隙間に冷却ガスを流して急冷するが、この隙間が試料軸方向に一定であるため、上流側の冷却が強くなり、温度均一性が悪化する問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、中空円筒形の試料カートリッジを急冷することができ、かつ試料カートリッジの軸方向の冷却速度をより均一化でき、これにより、急冷時の軸方向温度分布をより均一化できる均熱炉における試料急冷機構付カートリッジを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に試料を封入した中空円筒形の試料容器と、該試料容器を間隔を隔てて囲み、試料容器との隙間に冷却ガスが流れるようになった中空円筒状の試料カートリッジと、からなり、前記試料カートリッジは、試料容器内の試料を均一に加熱する均熱炉内に挿入されるようになっており、前記試料容器は、試料カートリッジと同心に保持されており、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されている、ことを特徴とする試料急冷機構付カートリッジが提供される。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記試料カートリッジは、試料容器との隙間が、その隙間を流れる冷却ガスの温度と流速から定まる熱伝達率αが下流ほど大きくなるように定められている。また、前記試料カートリッジは、中空管と該中空管内に固定されるスリーブ管とからなり、該スリーブ管は下流側が細いテーパ管に形成されている。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されているので、下流側ほど流速が大きくなり、例えば熱伝達率αを下流ほど大きくなるように定めることにより、棒状試料軸に沿って流れる冷却ガスの速度を軸方向に強制的に分布させることができ、試料表面での冷却性能を軸方向で均一に近づけることができる。従って、棒状試料の冷却時に、急冷と共により良い温度の均一性を確保することができる。
【０００９】
また、前記試料カートリッジを、中空管と該中空管内に固定されるスリーブ管とから構成し、該スリーブ管を下流側が細いテーパ管に形成することにより、試料下流部の冷却性能が向上し、試料温度のより均一化が図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による試料急冷機構付カートリッジの構成図である。この図において、本発明の試料急冷機構付カートリッジ１０は、内部に試料を封入した中空円筒形の試料容器１２と、試料容器１２を間隔Ｃを隔てて囲む中空円筒状の試料カートリッジ１４と、からなる。
【００１１】
試料カートリッジ１４は、試料容器１２との隙間Ｃに冷却ガス９が流れるようになっている。また、試料カートリッジ１４は、試料容器１２内の試料を均一に加熱する均熱炉（図示せず）の中に挿入されるようになっている。
【００１２】
図１において、試料容器１２は、試料カートリッジ１４と同心に支持部材１３により保持されている。支持部材１３には周方向に複数の貫通部が設けられ、この貫通部を通して冷却ガス９が自由に通過できるようになっている。また、この例において、試料カートリッジ１４は、中空管１４ａとこの中空管１４ａ内に取り付けられたスリーブ管１４ｂとからなり、スリーブ管１４ｂは、下流側が細いテーパ管に形成され、試料カートリッジ１４の内面が、試料容器１２との隙間Ｃが上流側から下流側に漸減するように構成されている。
【００１３】
図２は、カートリッジ内の温度分布と流速分布を示す模式図であり、（Ａ）は温度分布、（Ｂ）は流速分布を示している。図２（Ａ）に示すように、試料容器１２の上流側から下流側に流れるにつれて、冷却ガス９の温度は、試料容器１２の冷却と共に上昇する。この温度上昇の度合は、冷却ガス９の流量と初期温度によりある程度調節することができる。一方、図２（Ｂ）に示すように、冷却ガス９の流速も、試料容器１２の上流側から下流側に流れるにつれて増加する。上述したように、試料容器１２との隙間Ｃが上流側から下流側に漸減するように構成されているので、この速度増加の度合は、従来の場合に比較して急激に増大する。
【００１４】
本発明によれば、試料カートリッジ１４（すなわち、スリーブ管１４ｂ）は、試料容器１２との隙間Ｃが、その隙間Ｃを流れる冷却ガスの温度ｔと流速ｖから定まる熱伝達率αが下流ほど大きくなるように定められている。この構成は、冷却ガス９の流量と初期温度により冷却ガス９の温度ｔを調節し、かつ試料カートリッジ１４の内面形状を変化させて流速ｖを調節することにより、実施することができる。
【００１５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
上述した構成により、試料カートリッジ１４の内面が、試料容器１２との隙間Ｃが上流側から下流側に漸減するように構成されているので、下流側ほど流速が大きくなり、例えば熱伝達率αを下流ほど大きくなるように定めることにより、棒状試料軸に沿って流れる冷却ガス９の速度を軸方向に強制的に分布させることができ、試料表面での冷却性能を軸方向で均一に近づけることができ、棒状試料の冷却時に、急冷と共により良い温度の均一性を確保することができる。
【００１７】
従って、本発明の試料急冷機構付カートリッジは、中空円筒形の試料カートリッジを急冷することができ、かつ試料カートリッジの軸方向の冷却速度をより均一化でき、これにより、急冷時の軸方向温度分布をより均一化できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料急冷機構付カートリッジの構成図である。
【図２】カートリッジ内の温度分布と流速分布を示す図である。
【図３】従来の急冷機構付カートリッジの構成図である。
【符号の説明】
１  試料格納室
２  試料カートリッジ
３  冷却ガス入口ポート
４  冷却ガス出口ポート
５  ヘッダ
６  封止キャップ
７  冷却ガス往通路
８  冷却ガス復通路
９  冷却ガス
１０  試料急冷機構付カートリッジ
１２  試料容器
１３  支持部材
１４  試料カートリッジ
１４ａ  中空管
１４ｂ  スリーブ管
【図１】
0003719619.tif 000002
【図２】
0003719619.tif 000003
【図３】
0003719619.tif 000004