(57)【要約】【課題】サンプルそれ自体ではなく、サンプルハウジングは、現時点では分析可能な表面が所定の寸法であることを要する既存の発光分光分析装置における最高の有用性をもたらす。【解決手段】溶融金属のサンプルチャンバーアセンブリは、カバープレート及びハウジングを備える。ハウジングの第一面は、ハウジングの浸漬端部に形成された第一開口部と直接的に流体連通する。カバープレート及びハウジングは、第一平面に沿って互いに組み立てられて、凹部を含むサンプルキャビティを形成する。凝固金属サンプルの分析表面は、第一平面内にある。前記サンプルキャビティ及び前記第一開口部は、共通の縦軸に沿って配置されている。前記第一開口部は、前記第一平面から離れて配置されている。凝固金属サンプルとハウジング材料との熱拡散率の比は、０．１〜０．５である。ハウジングは、凝固金属サンプルと分離することができない。ハウジングの一部は、凝固金属サンプルと直接隣接して、第一平面内にある。【選択図】図１
2018096995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属のサンプルチャンバーアセンブリであり、サンプルチャンバーアセンブリが、
カバープレート及びハウジング
を備え、
前記ハウジングが、
溶融金属の流入管のための第一開口部を有する浸漬端部及び、他端部と、前記浸漬端部と他端部との間に延びる第一面であって、前記第一面が、近接する前記浸漬端部から前記他端部に向けて延びる凹部を有し、前記凹部が、前記第一開口部と直接的に流体連通するとともに、前記流入管から前記溶融金属を受ける第一面と
を含み、
前記カバープレート及び前記ハウジングが第一平面に沿って互いに組み立てられ、サンプルキャビティ内に形成される凝固金属サンプルの分析表面が前記第一平面内にあるものとなるように、凹部を含む前記サンプルキャビティが形成されており、
前記サンプルキャビティ及び前記第一開口部が、共通の縦軸に沿って配置されており、
前記第一開口部が、前記第一平面から離れて配置されており、
前記ハウジングを形成する材料の熱拡散率に対する前記凝固金属サンプルの熱拡散率の比が、０．１〜０．５、好ましくは０．２であり、
前記ハウジングが、凝固金属サンプルから分離できないように構成され、前記ハウジングの少なくとも一部が、凝固金属サンプルに直接的に隣接するとともに、前記第一平面内にあるサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項２】
前記サンプルの回収量に受け入れられる前記溶融金属の質量に対する前記サンプルチャンバーの質量の比が、９〜１２、好ましくは１０である請求項１に記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項３】
前記凹部の深さが、０．５ｍｍ〜３ｍｍである請求項１又は２に記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項４】
前記ハウジングがさらに、前記第一面から突出するとともに前記凹部を取り囲む隆起部を含み、
前記凹部と前記隆起部の隣接する部分とを組み合わせた幅が、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項５】
前記流入管から前記他端部への溶融金属の流れ方向で、前記分布域後に前記サンプルキャビティの幅寸法の増大がない請求項１〜４のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項６】
前記サンプルキャビティの深さに対する長さの比が、前記流入管から前記他端部に向けて、前記溶融金属の流れ方向で増大する請求項１〜５のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項７】
前記凹部の全長が２５〜３５ｍｍ、好ましくは３０ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項８】
前記凹部が均一な深さを有し、前記凹部の断面積が、前記流入管から前記他端部に向けて前記溶融金属の流れ方向に次第に先細になる請求項１〜７のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項９】
前記凝固金属サンプルが、細長いストリップまたは矩形として形成される請求項１〜８のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項１０】
前記カバープレートが、前記カバープレートと前記ハウジングとの間に実質的に気密シールをもたらすシール部材を含む請求項１〜９のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項１１】
前記カバープレートが前記ハウジングに、金属クランプにより固定されて、サンプルチャンバーを形成する請求項１〜１０のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項１２】
前記流入管の断面積が、前記凹部の断面積の０．５〜２倍である請求項１〜１１のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項１３】
前記カバープレートと前記ハウジングとを組み立てたとき、前記カバープレートが、前記第一平面に沿って、前記ハウジングの前記隆起部に対して同一平面内に位置する請求項１〜１２のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリ。
【請求項１４】
凝固金属サンプルを得るための請求項１〜１３のいずれかに記載のサンプルチャンバーアセンブリを有するサンプラーの使用であって、前記凝固金属サンプルが、前記サンプルチャンバーアセンブリのハウジングに不可分に含まれるサンプラーの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光分光分析装置（ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）で直接分析することができ、少量で質量の小さい特に溶融鉄鋼もしくは溶融鉄等の溶融金属の凝固したサンプルに関するものである。また本発明は、表面処理をせずに発光分光分析装置で速やかに分析することができるクラックのない金属片（ｃｒａｃｋ  ｆｒｅｅ  ｃｏｕｐｏｎ  ｏｆ  ｍｅｔａｌ）を作製するため、急冷することのできる溶融サンプルを回収するための溶融金属浸漬サンプリング装置の物理的配置に関するものである。また本発明は、分析プロセスそれ自体で加熱されず、それにより分析結果の精度の更なる向上をもたらす少量で質量の小さい金属サンプルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属はその溶融状態における処理の間に、処理の様々な段階での溶融金属の代表的なサンプル、たとえば金属サンプルの化学成分もしくは金属組織のいずれかの分析もしくは評価のためのサンプルを得ることが必要である。当該技術分野では、製造の際やさらなる処理の際に溶融金属を分析する複数の異なる方法が知られている。
【０００３】
固化した金属サンプルの組成は歴史的に、アーク・スパーク発光分光分析（「ＯＥＳ」）装置を用いて測定されることが多い。ＯＥＳシステムは通常、迅速な分析時間および固有の精度より、金属サンプルの化学成分を測定するとともに溶融金属の処理を制御するための最も有効なシステムである。それ故に、ＯＥＳ分析は、溶融金属の製造の進捗を制御するための溶融金属の処理の間に使用されることが一般的である。
【０００４】
ＯＥＳは、組成の知見が求められる対象のサンプルの原子を励起させ、励起状態から低いエネルギー状態への遷移の間に、原子から放出される光子の波長を分析することを含む。周期表における各元素は、その原子が励起状態から低いエネルギー状態へ戻るときに、特有の個別の波長のセットを放出する。これらの波長を検知するとともに分析することにより、サンプルの元素組成は、較正曲線に従って測定することができ、それにより、スペクトル強度比（すなわち、元素の絶対放射強度／ベースメタルの絶対放射強度）と、基準サンプルにおける元素の濃度との間の関係を示す。
【０００５】
スペクトル光は、たとえばレーザーもしくはＸ線等の電磁放射の照射により生成されるが、スパーク発生器により生成されて組成の知見が求められる対象のサンプルへ入射する短いスパークにより生成されることが一般的である。この場合、対象は金属サンプルである。スパーク発生器、その強度及びパルス系は、特定のＯＥＳ装置によって異なる。スパークエネルギー入力にかかわらず、そのような発光分光装置の精度及び信頼性は、金属サンプルそれ自体の均一性と、サンプルから放出される放射を受けることに使用される検知器及び光学系の精度及び性質に依存することが知られている。
【０００６】
ＯＥＳ分析手順は概して、導電性の金属サンプルを、ＯＥＳ装置、つまり発光分光分析装置のステージの所定の領域上に、その分析表面が下向きになるように配置する。より具体的には、サンプルを、分光装置の分析開口部にまたがるとともに近接するように配置し、またアノードを、サンプルの分析表面にほぼ隣接させる。サンプルの望ましい配置及び、アノードと分析表面との近接が達成されると、分光装置ステージと電気的に接続された導電性の金属サンプルとアノードとの間に、スパークを放電する。多くの場合、この接続は、重力と小さな負荷との組み合わせにより行われる。発光分光分析装置の分析開口部は一般に、約１２ｍｍの幅である。この距離は、アノードと装置ハウジングとの間のスパークアークを防ぐものである。光検知器は、サンプル表面の掘り出された材料からの放射光を受ける。スパークチャンバーは、その一部がアノードと金属サンプルとの間のスペースに形成されるが、そこでは、アルゴンその他の不活性ガスで継続的にパージされ、誤った分析値の原因となり得る空気の流入を防止する。
【０００７】
分光装置の分析開口部に横にして配置するため、金属サンプルは、延長部分を有するものとすることができず、また、金属サンプルの分析表面は平坦でなければならない。分析表面の平面を崩すサンプルハウジングもしくはサンプルの部分があってはならない。サンプルは、分光装置の分析開口部にまたがっていなければならず、スパークチャンバーの不活性ガスのパージを促進させるに十分な平坦性であるとともに、アノードに向けて隣接するサンプル表面を示さなければならない。
【０００８】
金属の代表的な分析を得るための手順及び処理は、In Dulski T.R., A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996（非特許文献１）に記載されているように、当業界では広く知られている。これまでは一般に、金属サンプルと、その分析に用いる器具は、一方が他方に影響を及ぼさないというように、互いに独立するものと考えられていた。
【０００９】
従来のサンプリング装置では、分光学的な分析に用いる固体金属の試験片もしくは円盤をもたらすものが知られている。そのようなサンプリング装置により得られる凝固金属片の幾何学的形状及び寸法は、金属の種類や金属組織学的な要求に特化したものであることがある。ＯＥＳ分析の浸漬装置により得られるサンプルの範疇は一般に、円盤もしくは長円形状を有し、直径もしくは長辺が２８〜４０ｍｍのサンプルである。そのようなサンプルは通常、約３２ｍｍの直径もしくは長辺で、４〜１２ｍｍの厚みを有する。ロリポップ型サンプラーとして広く知られているいくつかのサンプラーは、ユーザの要求に応じて、円形から長円形もしくはそれ以上に及ぶ、異なる形状のサンプルを生成できるが、ほとんどのサンプルは依然として、約３２ｍｍの直径もしくは長辺を有する。デュアル厚みサンプラーとして広く知られている他のサンプラーは、いくつかのサンプルにおける二つの厚みを組み合わせるものである。
【００１０】
ＯＥＳによる分析のための溶融金属のサンプルを得るように設計された典型的なサンプリング装置は、溶融金属浴内にサンプリング装置を浸漬させるに当り、溶融金属で満たすよう構成されたサンプルチャンバーもしくはモールドキャビティを含む。そのようなモールドキャビティもしくはサンプルチャンバーを規定するモールドは通常、二部品クラムシェル型構成または、上方側及び下方側が平板により覆われたリングのいずれかである。金属のサンプルが凝固すると、モールドは廃棄され、当該サンプルは分析用のＯＥＳに移送される。
【００１１】
米国特許第３６４６８１６号明細書（特許文献１）には、このタイプの使い捨て浸漬サンプラーが記載されており、これによれば、円盤状サンプルの両平坦面が、より迅速な凝固を実現するためのチルプレート（ｃｈｉｌｌ−ｐｌａｔｅｓ）と、分析に先立つ浄化がそれほど必要ではない一対のより平滑な表面で形成されている。他の従来技術の特許、たとえば米国特許第４２１１１１７号明細書（特許文献２）は、類似の思想に関するものであり、さらに米国特許第４４０１３８９号明細書（特許文献３）及び米国特許第５４１５０５２号明細書（特許文献４）では、一つが温度測定センサーとすることができる他のセンサーと組み合わせる金属サンプルの例が示されている。
【００１２】
従来のサンプリング装置により得られるサンプルは、分光装置の開口部に平行な方向で約３２ｍｍの直径を有し、分光装置の開口部に垂直な方向で４〜１２ｍｍの厚みを有する。従来の厚みの凝固したサンプルは、金属と非金属の偏析がない分析表面を得るため、その鋳放しの表面を０．８〜５ｍｍで研削した表面が必要である。従来のサンプルでは、この表面状態は、分光装置の開口部に平行な方向で、直径が一般に少なくとも２８ｍｍであり、当該開口部に垂直な方向で、一般に１２ｍｍ未満の厚みを有する形状を作製する前処理プロセス後に初めて達成することができる。この前処理後の形状は、サンプル表面を機械的に研削する事前分析前処理装置により容易に対処することができ、また、サンプルを前処理から分析及び除去を促進させて次のサンプルを待つロボットマニピュレータで扱うことにも都合が良い。
【００１３】
表面処理の必要性を取り除くことは、分析時間を速めるとともに、金属製造業者にとって経済的に有利である。しかしながら、このことは、サンプルキャビティの均一な充填と、分析に供されるサンプルの大部分が表面酸化なしに均一に凝固するというような溶融金属サンプルの急速な冷却によってのみ達成することができる。サンプルの金属が、サンプリングチャンバーモールドから除去される前に室温近くになるように、凝固する金属の熱容量を除去する必要がある。高温の金属表面を空気に晒すと、その表面上に酸化物がすぐに形成されることになり、これは、発光分光分析によって分析するため、後に機械研削により除去することが必要になる。
【００１４】
ＯＥＳのための金属サンプルの形状およびサイズに課される後述の不必要な制約は、最低限必要な分析表面に達することに要する金属の最小体積を超える従来技術のサンプル体積をもたらす。それ故に、従来技術の装置の不必要に大きなサンプル体積は、溶融金属サンプルの迅速な凝固を不可能にする。それにより、従来の装置は、表面処理なしではＯＥＳによる分析を確実に行うことができず、潜在的な経済的利益が損なわれていた。
【００１５】
直接分析（ＤＡ）サンプラーは、新たに開発されたタイプの溶融金属浸漬サンプラーであり、ＤＡサンプルを作製するものである。ＤＡサンプルは、分析前に、どのようなタイプの表面処理も必要とせず、それによって、ＯＥＳ分析手法を利用することによる研究所の時間の節約及び、適時な化学結果の利用可能性の両観点から、大きな経済的利益をもたらすことができる。
【００１６】
米国特許第９１２８０１３号明細書（特許文献５）には、局所分析を対象とした鉄鋼の製造のための転炉法から、急冷されたサンプルを回収するサンプリング装置が開示されている。このサンプリング装置は、少なくとも二つの部分からなるサンプルチャンバーを含み、ここでは、サンプルチャンバーアセンブリの質量に対する、サンプルキャビティを占める溶融物の質量の特定の比が、サンプルキャビティに充満した溶融物の急冷を可能にする。このサンプルチャンバーが測定プローブから除去されて、サンプル表面を大気中に露出させると、溶融物は既に、酸化物ができる限り防止される程度に十分に冷却されており、それにより、サンプル表面の後処理が不要になる。また、速い凝固と薄いサンプルは、従来技術の１２ｍｍ厚みのサンプルの元素偏析の問題に対する解決策を提示し、分析前の表面研削の撤廃を促進させる。
【００１７】
類似のＤＡタイプのサンプラーは、米国特許出願公開第２０１４／３１８２７６号明細書（特許文献６）より知られている。このＤＡタイプのサンプラーのサンプルキャビティの一端は、流入管を用いてサンプラーを浸漬させる間に溶融金属浴に接続され、この一方で、サンプルキャビティの他端は、連結装置に連結される。浸漬の間で、溶融金属でサンプルキャビティを充満させる前に、サンプルキャビティを不活性ガスでパージして、早期の充満及び、サンプル材料の酸化を防止する。この装置は、先に述べたサンプリング装置と同様に、流入管が、サンプルキャビティの平坦面と垂直であって、それ故に分析表面と垂直に配置される形状を有する。分析表面は解放されていて、ＯＥＳスパーク光源に容易に提示可能であるので、サンプルは不均一であることが解かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第３６４６８１６号明細書
【特許文献２】米国特許第４２１１１１７号明細書
【特許文献３】米国特許第４４０１３８９号明細書
【特許文献４】米国特許第５４１５０５２号明細書
【特許文献５】米国特許第９１２８０１３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１４／３１８２７６号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】In Dulski T.R., A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、縦軸に平行な浸漬方向にて溶融金属で充満されて、表面処理をせずにＯＥＳで分析される冶金サンプルを作製する急冷サンプラーに関するものである。最も大きな冷却質量（ｌａｒｇｅｓｔ  ｃｈｉｌｌ  ｍａｓｓ）を担うモールドの一部は、サンプルそれ自体から分離することができない。したがって、サンプルそれ自体ではなく、サンプルハウジングは、現時点では分析可能な表面が所定の寸法であることを要する既存の発光分光分析装置における最高の有用性をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
概要においては、本発明の範囲内において特に好ましいものとして、下記の実施形態を提案する。
実施形態１：溶融金属のサンプルチャンバーアセンブリであり、
カバープレート及びハウジングを備え、
前記ハウジングが、
溶融金属の流入管のための第一開口部を有する浸漬端部及び、他端部と、
前記浸漬端部と他端部との間に延びる第一面であって、前記第一面が、近接する前記浸漬端部から前記他端部に向けて延びる凹部を有し、前記凹部が、前記第一開口部と直接的に流体連通するとともに、前記流入管から前記溶融金属を受ける第一面と、
を含み、
前記カバープレート及び前記ハウジングが第一平面に沿って互いに組み立てられ、サンプルキャビティ内に形成される凝固金属サンプルの分析表面が前記第一平面内にあるものとなるように、凹部を含む前記サンプルキャビティが形成されており、
前記サンプルキャビティ及び前記第一開口部が、共通の縦軸に沿って配置されており、
前記第一開口部が、前記第一平面から離れて配置されており、
前記ハウジングを形成する材料の熱拡散率に対する前記凝固金属サンプルの熱拡散率の比が、０．１〜０．５、好ましくは０．２であり、
前記ハウジングが、凝固金属サンプルから分離できないように構成され、前記ハウジングの少なくとも一部が、凝固金属サンプルに直接的に隣接するとともに、前記第一平面内にあるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２２】
実施形態２：前述の実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記サンプルの回収量に受け入れられる前記溶融金属の質量に対する前記サンプルチャンバーの質量の比が、９〜１２、好ましくは１０であるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２３】
実施形態３：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記凹部の深さが、０．５ｍｍ〜３ｍｍであるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２４】
実施形態４：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記ハウジングがさらに、前記第一面から突出するとともに前記凹部を取り囲む隆起部を含み、前記凹部と前記隆起部の隣接する部分とを組み合わせた幅が、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２５】
実施形態５：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、分布域（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）の端部から前記他端部に向けて溶融金属の流れ方向で、前記サンプルキャビティの幅寸法が増大しないサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２６】
実施形態６：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記サンプルキャビティの深さに対する長さの比が、前記流入管から前記他端部に向けて、前記溶融金属の流れ方向で増大するサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２７】
実施形態７：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記凹部の全長が、２５〜３５ｍｍ、好ましくは３０ｍｍであるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２８】
実施形態８：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記凹部が均一な深さを有し、前記凹部の断面積が、前記流入管から前記他端部に向けて前記溶融金属の流れ方向に次第に先細になるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００２９】
実施形態９：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記凝固金属サンプルが、細長いストリップまたは矩形として形成されるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００３０】
実施形態１０：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記カバープレートが、前記カバープレートと前記ハウジングとの間に実質的に気密シールをもたらすシール部材を含むサンプルチャンバーアセンブリ。
【００３１】
実施形態１１：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記カバープレートが前記ハウジングに、金属クランプにより固定されて、サンプルチャンバーを形成するサンプルチャンバーアセンブリ。
【００３２】
実施形態１２：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記流入管の断面積が、前記凹部の断面積の０．５〜２倍であるサンプルチャンバーアセンブリ。
【００３３】
実施形態１３：前述のいずれかの実施形態のサンプルチャンバーアセンブリであって、前記カバープレートと前記ハウジングとを組み立てたとき、前記カバープレートが、前記第一平面に沿って、前記ハウジングの前記隆起部に対して同一平面上に位置するサンプルチャンバーアセンブリ。
【００３４】
実施形態１４：前述のいずれかの請求項のサンプルチャンバーアセンブリを有するサンプラーの使用であって、前記サンプルチャンバーアセンブリの前記ハウジングに不可分に含まれる凝固金属サンプルを得るためのサンプラーの使用。
【００３５】
先述の概要は、本発明の好ましい実施形態についての後述の詳細な説明と同様に、添付図面とともに参照すると、よりよく理解され得るものである。説明のため便宜上、好ましい実施形態を図面に示す。但し、装置及び方法は、図示の精密な構成及び手段に限定されるものではないと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一の実施形態に従う浸漬サンプリングプローブを、浸漬方向に配置して示す側面図である。
【図２】図１の浸漬サンプリングプローブの平面図である。
【図３】図１の浸漬サンプリングプローブで、空気配管を含むプローブホルダーに連結するためのガスコネクタを設けたものの側面図である。
【図４】図１の浸漬サンプリングプローブにおける二部品サンプルチャンバーのハウジングの正面図である。
【図４Ａ】図４に示すサンプルチャンバーハウジングの底面図である。
【図５】図１の浸漬サンプリングプローブにおける二部品サンプルチャンバーのカバープレートの正面図である。
【図５Ａ】図５に示すサンプルチャンバーカバープレートの底面図である。
【図６】図３の浸漬サンプリングプローブの、プローブの縦軸に平行な平面に沿う垂直断面図である。
【図７】図６に示すサンプルチャンバーハウジングで、内部に凝固金属サンプルを含み、前処理なしのＯＥＳ分析に適したものの正面図である。
【図７Ａ】図７に示すサンプルチャンバーハウジングの側面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に従う二部品サンプルチャンバーのハウジングの正面図である。
【図８Ａ】図８に示すサンプルチャンバーハウジングの底面図である。
【図９】図８及び８Ａに示すサンプルチャンバーハウジングと組み立てられるカバープレートの正面図である。
【図９Ａ】図９に示すサンプルチャンバーカバープレートの底面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に従う浸漬サンプリングプローブで脱酸素剤を含むものの、プローブの縦軸に平行な平面に沿う垂直断面図である。
【図１１】図４のサンプルチャンバーハウジングのサンプルキャビティの、プローブの縦軸に垂直な平面に沿う断面図である。
【図１２】図８及び８Ａに示すサンプルチャンバーハウジングで、凝固金属サンプルを含み、前処理なしのＯＥＳ分析に適したものの正面図である。
【図１２Ａ】図１２に示すサンプルチャンバーハウジングの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、ＯＥＳによる直接分析のための凝固ストリップ金属サンプルを作製する浸漬サンプリングプローブに関するものである。
【００３８】
図１を参照すると、浸漬サンプリングプローブ１０、より詳細には溶融金属サンプリングプローブ１０が示されている。特に好ましくは、プローブ１０は、溶融鉄鋼もしくは鉄内への浸漬及び、そのサンプリングに適したものである。プローブ１０は、測定ヘッド５を備える。測定ヘッド５は好ましくは、樹脂結合ケイ砂からなる。但し、当業者であれば、測定ヘッド５は、溶融金属に浸漬される本体の形成に適したものとして知られる任意の材料からなるものとすることができると理解する。
【００３９】
測定ヘッド５は、キャリアチューブ１上に支持されている。好ましくは、キャリアチューブ１は、紙製キャリアチューブである。使用時に、プローブホルダーもしくはランス（図示せず）は、キャリアチューブ１の内部容積に挿入することが好ましく、それにより、測定ヘッド５を、浸漬方向Ｉで、溶融金属（図示せず）の浴面下に沈めるに必要な機械的動作をもたらす。
【００４０】
測定ヘッド５は、溶融金属のサンプルの収集及び回収に用いるサンプルチャンバー３を備える。ここでサンプルチャンバー３について浸漬サンプリングプローブ１０に関して説明するときは、サンプルチャンバー３は、任意のタイプの溶融金属サンプリング装置とともに使用され得るものということが、当業者によって理解される。したがって、ここで述べるサンプルチャンバー３の組立て及び構成は、浸漬サンプリングプローブ１０だけではなく、任意のタイプの溶融金属サンプリング装置に適用可能である。
【００４１】
好ましくは、サンプルチャンバー３は二部品サンプリングチャンバーである。より詳細には、図２に示すように、サンプルチャンバー３は、ハウジング３０及びカバープレート３２で構成される。ハウジング３０は好ましくは、良好な熱及び電気の導体である一以上の材料、たとえば限定的ではないが、回収金属サンプルに電気的に接続されるための同様の熱及び電気伝導特性を有するアルミニウム、銅及び他の材料等からなる。好ましくは、ハウジング３０はアルミニウムからなる。近接プレート３２の質量は、サンプルチャンバー３の全質量の１０〜２０％の割合を占めることが好ましい。ハウジング３０は、特定手段を有する破壊できない方法（ａｎ  ｉｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｂｌｅ  ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｍｅａｎｓ）を特徴とするものである場合がある。
【００４２】
サンプルチャンバー３の二部品３０、３２はともに、クランプ４（クリップともいう。）により、サンプルチャンバー３に流入して充満する溶融金属の力に起因して離れるサンプリングチャンバー３の二部品３０、３２の傾向に抗するに十分な圧縮力で保持されることが好ましい。クランプ４は好ましくは、金属クランプである。しかしながら、クランプ４は、溶融金属中に浸漬可能であって所要の圧縮力を与える他の適切な材料からなるものとしてもよいことが、当業者によって理解される。
【００４３】
図１を参照すると、測定ヘッド５は、第一端部１２及び、反対側の第二端部１４を有する。測定ヘッド５の第一端部１２は、浸漬端部に対応するものである。測定ヘッド５の第二端部１４は、ランスもしくはプローブホルダーに面するよう配置されている。サンプルチャンバー３は、第一端部１６及び、反対側の第二端部１８を有する。サンプルチャンバー３の第一端部１６は、浸漬端部に対応するものである。「浸漬端部」との用語は、浸漬方向Ｉで溶融金属中に初めに浸漬される本体の端部を意味することが、当業者によって理解される。
【００４４】
サンプルチャンバー３は、溶融金属を受け入れるサンプルキャビティを含み、ここでは、その詳細についてさらに詳しく説明する。サンプルキャビティは、サンプルチャンバー３の近接する第一端部１６から第二端部１８に向けて、縦軸Ｘに沿って延びる（図４参照）。
【００４５】
サンプルチャンバー３の第一端部１６は、好ましくは、流入管７が取り付けられ、又はその他の方法で設けられる。より詳細には、サンプルハウジング３０の第一端部１６は、流入管７を受け入れる第一開口部２０を有する（図４参照）。第一開口部２０、ひいては流入管７は、サンプルチャンバー３、より具体的にはサンプルキャビティと並んで配置されることが好適である。流入管７は、溶融金属浴からサンプルチャンバー３内への溶融金属の流れを可能にする。したがって、溶融金属は、サンプルキャビティの縦軸Ｘに平行な浸漬方向で、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティ内に導入される。流入管７は、好ましくは石英材料、より好ましくは石英ガラス材料からなる。但し、流入管７は、限定的ではないがセラミック材料を含む任意の適切な材料からなるものとすることができると、当業者によって理解される。
【００４６】
流入管７は、第一端部（図示せず）及び、反対側の第二端部２２を有する（図４及び４Ａ参照）。一の実施形態では、流入管７は、ブッシュ６によって測定ヘッド５内に固定される（図１参照）。ブッシュ６は好ましくは、セメント材料からなる。流入管７の第二端部２２は、接着剤２７により、実質的に気密な態様にてサンプルチャンバー３内に接着され又は取り付けられる。より詳細には、流入管７の第二端部２２は、その全体がサンプルチャンバー３のハウジング３０の第一開口部２０内に配置されて、実質的に気密な連結が達成されるように接着剤２７によって、そこに接着される。「実質的に気密」とは、シールもしくは連結が、完全に気密又は、十分に気密であり得ることを意味する。特に、流入管７と（ここでいう）ガス連結器２との連結に関しては、そこに形成される連結部は、サンプルキャビティが、浸漬深さでの圧力レベルを超えて加圧されることができる範囲で気密であることが好ましい。
【００４７】
図１及び３を参照し、流入管７の第一端部は、浸漬端部に対応するものである。第一端部は、第一保護キャップ８により覆われるので、図１及び３では見ることができない。より詳細には、第一保護キャップ８は、接着剤１１により、実質的に気密な態様で流入管７の第一端部に取り付けられる。第一保護キャップ８は、好ましくは金属、より好ましくは鉄鋼である。第一保護キャップ８は、開口部（図示せず）（たとえば１ｍｍ直径の穴）を含むことができ、それにより、サンプルキャビティが十分にパージされ得ること、及び、全ての封入空気がそこから抜け得ることを確保する。そして第二保護キャップ９は、第一保護キャップ８を覆う（またさらに具体的には取り囲む）。第二保護キャップ９は、測定ヘッド５の第一端部１２に取り付けられる。好ましくは、第二保護キャップ９は金属、より好ましくは鉄鋼からなる。一の実施形態では、第二保護キャップ９はさらに、紙の被覆部（図示せず）により保護される。
【００４８】
図１、２及び４を参照すると、サンプルハウジング３０の第二端部１８は、連結器２、より詳細にはガス連結器２を受け入れる第二開口部３３を含む。それ故に、第二開口部３３は、好ましくはハウジング３０内に完全に含まれるガスポートである。連結器２は、接着剤２６により、サンプルチャンバーの第二端部１８にて、ガスポート３３内でハウジング３０に密閉されて、実質的に気密な連結を実現する。したがって、連結器２の端部は、その全体がサンプルチャンバー３のハウジング３０の本体内に配置される。
【００４９】
連結器２は、導管（図示せず）、より詳細にはガス導管に嵌合するように構成される。特に、ガス導管の第一端部は連結器２に取り付けられ、またガス導管の反対側の第二端部は空気圧システム（図示せず）に取り付けられる。空気圧システムは、サンプルチャンバー３のパージ及び加圧のため、ガス導管を介してサンプルチャンバー３に不活性ガスを供給することが好ましい。サンプルチャンバー３のパージ及び加圧に用いられ得る不活性ガスの例には、限定されるものではないが窒素またはアルゴンが含まれる。好ましくは、不活性ガス（たとえば窒素またはアルゴン）は、２バールの圧力である。空気圧システムはまた、ガス導管を介してサンプルチャンバー３からの排出ガスの除去を促進させる。空気圧システムが、連結器２を介してプローブ１０のサンプリングチャンバー３と連通するとき、流入管７の浸漬端部からサンプリングチャンバー３への（つまり縦軸Ｘに沿った）連続的なガス流路があり、これは実質的に漏れがなく、さらにサンプルにアクセスするため、サンプルチャンバー３が容易に解体される。
【００５０】
図３を参照すると、一の実施形態では、連結器２にガスコネクタ２３を設け、これは、プローブホルダー上の対応する容器に嵌合するよう構成される。より詳細には、ガスコネクタ２３は、プッシュオン／プルオフ型のコネクタアセンブリであり、プローブホルダー上の嵌合表面のガスシールのためのＯリング２４を含む。
【００５１】
使用時に、測定ヘッド５は溶融金属浴内に浸漬されるとともに、サンプルチャンバー３は、空気圧システムによって供給されて縦軸Ｘに沿って連結器２から流入管７に向けて移動する不活性ガスによりパージ及び加圧される。測定ヘッド５は、溶融金属浴面下に浸漬され、第二保護キャップ９及び紙の被覆部（存在する場合）は溶融金属の熱により溶解し、それにより、第一保護キャップ８を溶融金属に露出させる。次いで、第一保護キャップ８もまた溶解し、それによりサンプルチャンバー３を、流入管７を介して溶融金属浴と流体連通させる。特に、第二保護キャップ８が溶解すると、空気圧システムがパージモードから排出もしくは吸引モードに反転するまで、不活性ガスの圧力が、開口した流入管７（すなわち流入管７の第一端部）を経てサンプルチャンバー３から抜け出る。その後、溶融金属は、流入管７、具体的には第一端部から第二端部２２を通ってサンプルチャンバー３に流入し、そしてサンプルチャンバー３のサンプルキャビティに流入し、その間にガスは、連結器２を通ってサンプルチャンバー３の外部に排出される。ガスは、溶融金属を充満させる通常の鉄静圧（ｎａｔｕｒａｌ  ｆｅｒｒｏ−ｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で排出されることが好ましいが、遠隔装置によりガス導管に作用する減圧で排出してもよい。
【００５２】
図４〜６に、プローブ１０の二部品サンプルチャンバー３をより詳細に示す。サンプルチャンバー３のハウジング３０は、第一側部もしくは面４０及び、反対側の第二側部もしくは面４２を有する（図４Ａ及び６参照）。第一面４０は分析面であってハウジング３０の幾何学的な面を意味し、ここでは、サンプルが収集されるとともに、それによって分析中の発光分光分析装置のステージ上に下向きに配置される。この場合、下方向は、ＯＥＳシステムのスパーク光源を向く方向である。第一面４０は、ハウジング３０の浸漬端部と他端部との間に延びる。より具体的には、第一面４０は、第一平面ＡＦ内で、サンプルチャンバー３の第一端部１６から第二端部１８に向けて延びる。サンプルチャンバー３の第二端部１８では、好ましくは全体がハウジング３０内に含まれるガスポート３３が設けられる。ガスポート３３は連結器２を受け入れ（図１〜３参照）、これは、ここで説明するように、接着剤２６により、実質的に気密な態様にてハウジング３０内に密閉される（図３参照）。
【００５３】
図４及び６を参照すると、第一面４０の部分は、溶融金属の収集及び通気のため、サンプルチャンバー３の異なる領域もしくはゾーンを形成するべく空洞化される。より詳細には、ハウジング３０の第一面４０は、次に述べるように、協働してサンプルチャンバー３のサンプルキャビティを形成する種々の凹部を含む。すなわち、第一領域３４は、サンプルチャンバー３の第一端部１６に近接して、流入管７と直接連通し、第二領域３５は第一領域３４を覆い、第三領域３６は第二領域３５に隣接する。第一面４０はまた、サンプルチャンバー３の第二端部１８に近接するとともにガスポート３３と直接連通する第四領域３８の形態をなす追加の凹部を含む。ガスポート３３（ひいては連結器２）及び連通管７は、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティと直接連通するとともに並んで配置されるように、ハウジング３０内に位置する。特に、ガスポート３３及び流入管７は好ましくは、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティと平行に延び、より好ましくは、ガスポート３３及び流入管７は、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティの共通の縦軸Ｘに沿って延びる。
【００５４】
図６を参照すると、第四領域３８は、サンプルチャンバー３のハウジング３０の第一面４０内に形成された窪み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）もしくは凹部により画定される連結容積（ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）である。したがって、連結容積３８は、第一面４０に開口端部３８ａを有する。連結容積３８は、ガスポート３３と気体連通する。ここで述べるように、溶融金属が一般に第三領域３６で凝固するとき、連結容積３８は一般に、溶融金属を受け入れるサンプルハウジングキャビティの一部とは考えない。
【００５５】
第三領域３６は、連結容積３８と気体連通する通気ゾーンである。通気ゾーン３６は、ハウジング３０の第一面４０内に形成される窪みもしくは凹部により画定される。通気ゾーン３６は、第一面４０に開口端部３６ａを有するとともに、反対側の閉鎖下端部３６ｂを有する。通気ゾーン３６の中心線は好ましくは、第二領域３５及びガス連結器２と並んで配置される。
【００５６】
第二領域３５は分析ゾーンである。分析ゾーン３５は、ハウジング３０の第一面４０内に形成された細長い窪み又は凹部により画定される。分析ゾーン３５は、第一面４０に開口端部３５ａを有するとともに、反対側の部分的に閉鎖した下端部３５ｂを有する。より詳細には、閉鎖下端部３５ｂの物理的境界は、分析ゾーン３５の長さの一部を横切って延びるだけである。
【００５７】
一の実施形態では、分析ゾーン３５の他端部（すなわち、浸漬方向Ｉにおける先端部及び後端部）は、機械加工の容易さより丸くなっている。但し、当該端部は任意の形状としてよいことが当業者に理解される。
【００５８】
分析ゾーン３５の一部は、サンプルチャンバー３の第一領域３４を覆う。より詳細には、分析ゾーン３５の先端部（つまり、サンプルチャンバー３の浸漬端部１６に近接する分析ゾーン３５の先端部）は、第一領域３４を覆うとともにそれと直接連通する（図６参照）。したがって、第一領域３４を覆う分析ゾーン３５の部分は、閉鎖下端部３５ｂによって物理的に囲まれていない。第一領域３４は、流入管７と直接連通する分布域である。より詳細には、溶融金属は、流入管７の第二端部２２から分布域３４内に直接的に導入される。そのようにして、流入管７は、縦軸Ｘに平行な方向で分布域３４と直接的に流体連通するように配置される。
【００５９】
また、分析ゾーン３５と分布域３４との間に物理的な描写はない。しかしながら、本発明の実施のため、所定の寸法における分離ゾーンがあると考えられる。特に、分析ゾーン３５と分布域３４との間の仮想の境界は、図６に破線３５ｃで示すように、本質的に閉鎖下端部３５ｂの延長であり、これは、分析ゾーン３５と分布域３４との間の境界３５ｃが、閉鎖下端部３５ｂと同じように存在することを意味する。分析ゾーン３５は好ましくは、ここでより詳細に述べるように、分布域３４を覆う均一な深さである。
【００６０】
連結容積３８、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４は総じて、サンプルチャンバー３の窪み容積を形成する。通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４は総じて、溶融金属を受け入れるキャビティを備え、これはサンプルキャビティを意味し、ここでは、溶融金属（及び、より詳細には溶融鉄鋼もしくは鉄）が、縦軸Ｘに沿って導入され、収集され、その後に凝固して凝固金属サンプルＳを形成し、最終的に直接分析される。通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４は、連続した領域である。
【００６１】
図４及び６を参照すると、ハウジング３０の第一面４０は、連結容積３８、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４の凹部を包囲する隆起部分３９を含む。より詳細には、隆起部分は、ここでは隆起部３９と呼ぶが、連結容積３８、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４の収集容積の周囲を取り囲む。隆起部３９の上方もしくは末端縁部３９ａは、第一面４０の残部に対して（すなわち、第一平面ＡＦに対して）好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．３ｍｍの高さである。したがって、周囲隆起部３９の末端縁部３９ａは、第一面４０の第一平面ＡＦから離れて位置する第二平面ＡＰ内に存在する。第二平面ＡＰは、ここでは分析平面と称する。サンプルチャンバー３が金属で充満されるとき、凝固金属サンプルＡＳの分析可能表面ＡＳは、ここでより詳細に述べるように、分析平面ＡＰ内に存在する。
【００６２】
図５及び５Ａを参照し、カバープレート３２は、ハウジング３０と同じ材料で形成されることを要しない。ハウジング３０とは異なり、カバープレート３２は、良好な導電体である材料で形成されなくてもよい。たとえば、カバープレート３２は、石英ガラスまたは耐火セラミック材料で形成することができる。しかしながら、好ましくは、カバープレート３２は、ハウジング３０と同じ材料で形成される。
【００６３】
好ましくは、アセンブリの実用的な目的のため、カバープレート３２は、ハウジング３０とほぼ同じ幅及び長さである。しかしながら、カバープレート３２はそのような寸法に限定されず、ハウジング３０よりも大きな又は小さな幅及び長さを有するものとすることができると当業者には理解される。
【００６４】
カバープレート３２は、第一側部もしくは面４４及び、反対側の第二側部もしくは面４６を有する。カバープレート３２は好ましくは、第一面４４から第二面４６に延びる１ｍｍ〜５ｍｍの厚みを有する。カバープレート３２の第一面４４は、サンプルチャンバー３を組み立てた構成で、ハウジング３０、より詳細には、ハウジング３０の第一面４０に面するように構成される。シール部材３１は、サンプルチャンバー３を組み立てた構成で、ハウジング３０とカバープレート３２との間に位置するように、カバープレート３２の第一面４４上に設けられる。シール部材３１は好ましくは、ガスシール部材である。より詳細には、シール部材３１はガスケットである。ガスケット３１は好ましくは、サンプルチャンバー３を組み立てた構成で、隆起部３９を包囲し又は取り囲むような寸法とする。ガスケット３１は任意の形状とすることができる。但し、好ましくは、ガスケット３１は、ハウジング３０の第一面４０の隆起部３９と同じ形状に形成する。
【００６５】
一の実施形態では、ガスケット３１は、シリコーン又は任意の類似のポリマーからなる。ガスケット３１は、カバープレート３２とハウジング３０との間に気密シールをもたらす任意の材料で形成できることが当業者によって理解される。ガスケット３１の材料が、カバープレート３２の第一面４４に適用された後、ガスケット３１は、カバープレート３２がハウジング３０と組み立てられてクランプ４によって互いに固定される前に乾燥させることができ、それにより、ガスケット３１が、ハウジング３０に付着しないようにする。
【００６６】
ガスケット３１は、本発明の範囲を逸脱することなく、Ｏリングとして、又は平坦なガスケット材料で形成することができる。たとえば、他の実施形態では、ガスケット３１は、平坦なガスケットとして適用されたプラスチック箔であり、好ましくは、０．０４〜０．１ｍｍの厚みを有する。たとえば、平坦なガスケットは、３Ｍ（登録商標）製の製品番号：４０１１ａ等の表面保護テープで形成することができる。
【００６７】
サンプルチャンバー３の組み立てた構成では、図６に示すように、カバープレート３２とハウジング３０は、分布域３４、分析ゾーン３５及び通気ゾーン３６を含むサンプルキャビティを形成するように、分析平面ＡＰに沿って互いに組み立てられる。より詳細には、カバープレート３２はハウジング３０の隆起部３９上（すなわち分析平面ＡＰ内）にあり、ガスケット３１は、ハウジング３０の第一面４０に接触して、ガスケット３１は隆起部３９を取り囲み、又は包囲する。より詳細には、サンプルチャンバー３の組み立てた構成では、カバープレート３２は、分析平面ＡＰ内の隆起部３９に対して同一平面上に配置されて、第一面４０に対し、ガスケット３１のシールによりガスケットタイプの嵌合で、ハウジング３０の第一面４０に密閉される。
【００６８】
カバープレート３２は、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティに近接する。また、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティは、溶融金属が縦軸Ｘに沿って流入管７から導入されて収集され、その後に急冷されて凝固金属サンプルＳ、より詳細には凝固鉄鋼もしくは鉄ストリップ形状のサンプルＳを形成する容積である。それ故に、組み立てられたサンプルチャンバー３内には、二つの開口部のみ、すなわち、流入管７と連通する第一開口部２０と、連結器２と連通するガスポート３３の開口部がある。カバープレート３２には、回収する凝固金属サンプルの容積に寄与する部分はない。サンプルキャビティ内に収納される凝固鉄鋼もしくは鉄サンプルＳの分析表面は、分析平面ＡＰ内にある。また、第一開口部２０と、それに関連する流入管７、及び、ガスポート３３と、それに関連する連結器２は、分析平面ＡＰから離れて位置し、それと交差しない。
【００６９】
以下に、各ゾーン３４、３５、３６の長さＬを、サンプルキャビティの縦軸Ｘに平行で且つそれと整合する寸法について説明し、各領域３４、３５、３６の幅Ｗを、縦軸Ｘに垂直な寸法について説明し、各ゾーン３４、３５、３６の深さＤを、縦軸Ｘに垂直で幅寸法に垂直な寸法について説明する。より詳細には、各ゾーン３４、３５、３６の深さは、分析平面ＡＰに沿う点から各ゾーン３４、３５、３６の下端部もしくは境界まで測定する。これは、サンプルチャンバー３のサンプルキャビティが、ゾーン３４、３５、３６の一端部上、及び、分析平面にあるカバープレート３２の他端部上に境界されるためである。
【００７０】
長さＬ、幅Ｗ及び深さＤは、図４、６及び１１に示すところに最も明確に示されている。ここで述べる断面積寸法は、深さＤ寸法を幅Ｗ寸法に乗じたものに等しい（図１１参照）。
【００７１】
分析ゾーン３５は、８〜１２ｍｍ、好ましくは１０ｍｍの幅ＷAを有する。分析ゾーン３５の長さＬAは、先端部から後端部（通気ゾーン３６の先端部に対応する分析ゾーンの後端部）に延びるものであるが、２５〜３５ｍｍ、好ましくは３０ｍｍである。分析ゾーン３５の深さＤAは、分析平面ＡＰに沿う点から閉鎖下端部３５ｂ及び境界３５ｃ（すなわち、凹部の基部）に延びる。分析ゾーン３５の深さＤAは、０．５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは２ｍｍである。
【００７２】
一の実施形態では、分析ゾーン３５の幅ＷAは、縦軸Ｘに沿って僅かに先細になり、分析ゾーン３５の断面積（図１１に示すように、縦軸Ｘに垂直な平面に沿う分析ゾーン３５の断面積）が、サンプルチャンバー３の浸漬端部１６に最も近接する位置にあって、通気ゾーン３６に向けて僅かに先細になる。より詳細には、分析ゾーン３５の幅ＷAを画定する壁部（第一面４０に垂直に延びる壁部）は、縦軸Ｘの方向に僅かに先細になり、分析ゾーン３５の幅ＷAが、流入管７に近接するサンプルチャンバー３の第一端部１６で大きくなって、通気ゾーン３６に向けて縦軸Ｘの方向で減少する。そのようにして、分析ゾーン３５は、凝固金属サンプルＳの薄い断面への過度な応力なしに、凝固する溶融金属の収縮に適合することができる。
【００７３】
流入管７の断面積は、図１１に示すように、縦軸Ｘに垂直な平面に沿う流入管７の断面であるが、分析ゾーン３５及び分布域３４の断面積に依存する。好ましくは、流入管７の断面積は、分析ゾーン３５の断面積の０．５〜２倍である。より好ましくは、分析ゾーン３５に対する流入管７の比は、０．５より大きくかつ２より小さい。好ましくは、流入管７の断面積は、分布域３４の最も大きな断面積の０．２０〜０．７０倍であり、それにより、脱酸素剤の混入を含み金属の混合に必要な流入速度を低くする。より好ましくは、流入管７の断面積は、分布域３４の最も大きな断面積の０．５５倍である。流入管７の断面積が小さすぎると（すなわち、分析ゾーン３５の断面積の０．５倍より小さく、及び／又は、分布域３４の最も大きな断面積の０．２０倍より小さいと）、脱酸素剤の最適な混合及び乱流の軽減を達成するための溶融金属の流入の減速が十分ではなく、不十分な充満となる。流入管７の断面積が大きすぎると（分析ゾーン３５の断面積の２倍より大きく、及び／又は、分布域３４の最も大きな断面積の０．７０倍より大きいと）、分布域３４は、充満した際に、より大きなハウジング３０の質量により取り除かれなければならない溶融金属サンプルに顕熱を追加し、それによって、経済的解決からさらに離れる。
【００７４】
分布域３４は、先述したように、分析ゾーン３５下にあり、それによって、分析ゾーン３５の長さＬAの全体に影響を及ぼさない。分布域３４の容積は分析ゾーン３５、より詳細には、その上端部上の境界３５ｃならびに、その反対側の側壁部３４ａ、３４ｂ及び、その下表面３４ｃによって境界される（図１１参照）。側壁部３４ａ、３４ｂは、分析平面ＡＰに実質的に垂直である。分布域３４の幅ＷD（側壁部３４ａ、３４ｂにわたる距離）はまた、分析ゾーン３５の幅ＷAを越えず、好ましくは流入管７の内径より小さくない。好ましくは、分布域３４の幅ＷDは、流入管７の内径と等しい。分布域３４の下表面３４ｃ（分析ゾーン３５と反対の表面）の第一部分は、縦軸Ｘに平行な水平面内に延びる。下表面３４ｃの第二部分は角度があり、より詳細には、角度αで上方側に延びて、４０°〜９０°、好ましくは６０°の角度αで分析ゾーン３５の閉鎖下端部３５ｂと交差する。分布域３５はこの交点で終端する。したがって、分布域３４の深さは、溶融金属の流れ方向で、流入管７からガス連結器２に向けて減少する。
【００７５】
通気ゾーン３６の深さＤvは約０．１〜１ｍｍの範囲であり、通気ゾーン３６の長さＬVは約５ｍｍであり、通気ゾーン３６の幅ＷVは、好ましくは分析ゾーン３５の幅ＷAと等しいか又はそれよりも小さい。通気ゾーン３６の深さＤvは、サンプルチャンバー３の浸漬端部１６に近い端部で最大になる。すなわち、通気ゾーン３６の深さＤVは、浸漬方向Ｉから連結容積３８に向けて僅かに減少する。より詳細には、分析ゾーン３５の後端部から通気ゾーン３６の端部への通気ゾーン３６の深さＤVの徐々の減少は、１ｍｍ〜０．２ｍｍであることが好ましい。
【００７６】
分布域の端部からガス連結器までのサンプルキャビティの幅の増大、または、溶融鉄鋼もしくは鉄の流れ方向における流入管７からガス連結器２へのサンプルキャビティの深さ寸法の増大はなく、それにより、凝固中に収縮する金属が、流入管７に向けて自由に移動することができる。
【００７７】
分析ゾーン３５の断面積（分析ゾーン３５の幅ＷAに分析ゾーン３５の深さＤAを乗じたもの）は、通気ゾーン３６の断面積（通気ゾーン３６の幅ＷVに通気ゾーン３６の深さＤVを乗じたもの）の２．５〜１０倍である。それ故に、通気ゾーン３６の最大断面積は、２〜８ｍｍ2である。
【００７８】
サンプルチャンバー３の様々なゾーン３４、３５、３６は、先述したように、サンプルチャンバー３に形成される凝固金属サンプルＳの異なる部分に対応する。それ故に、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４の寸法は、そこに形成される凝固金属サンプルＳの様々な部分の寸法に対応する。たとえば、ゾーン３６、３５、３４のそれぞれの深さは、凝固金属サンプルＳの対応する部分の厚みに対応する。
【００７９】
図８〜９Ａに、後述するようにハウジング６０及びカバープレート６２の構成についての所定の違いを除いて、サンプルチャンバー３と本質的には同じである他のサンプルチャンバーを示す。ハウジング６０は、ハウジング３０の連結容積３８、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５及び分布域３４とそれぞれ同じ連結容積６８、通気ゾーン６６、分析ゾーン６５及び分布域６４を含む。また、ハウジング６０は、一端部に、サンプルチャンバー３のガスポート３３と類似するガスポート６３が設けられるとともに、サンプルチャンバー３の流入管７と類似する流入管６７が設けられている。ハウジング６０はまた、第一平面ＡＦ内に延びる分析面である第一側部もしくは面７０と、反対側の第二面７２を有する。ハウジング６０は、ハウジング３０とは異なり、盛り上がった隆起部（すなわち、ハウジング３０の盛り上がった隆起部３９）を含まない。図９〜９Ａを参照すると、カバープレート６２は、サンプルチャンバーを組み立てた構成で、ハウジング６０に面するよう構成された第一面７４を有する。ガスケット６１は、カバープレート６２の第一面７４上に設けられており、それにより、サンプルチャンバーを組み立てた構成でハウジング６０とカバープレート６２との間に位置する。カバープレート６２は、サンプルチャンバー３のカバープレート３２とは異なり、その第一面７４から延びる隆起中央部６９をさらに備える。隆起中央部６９は、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍの高さを有する。ガスケット６１は、隆起中央部６９を取り囲み、又は包囲する。
【００８０】
サンプルチャンバーを組み立てた構成で、カバープレート６２の隆起中央部６９は、ハウジング６０と同一平面内にあり、ハウジング６０の第一面７０と密閉するべくガスケット６１を有する。それ故に、カバープレート６２は、ハウジング６０の材料から窪んだサンプリングチャンバーの開口容積に近接し、連結容積６８、通気ゾーン６６、分析ゾーン６５及び分布域６４を形成する。この実施形態では、分析平面ＡＰは、分析面７０の平面ＡＦに相当する。
【００８１】
図１０を参照すると、サンプルチャンバー３、３’の他の実施形態が示されており、これはさらに、ストリップ７１の形態をなす脱酸素剤を含むものである。図６に示すサンプルチャンバー３について説明するために用いた様々な符号は、図１０で繰り返して言及するが、図６について既に説明した同じ要素を特定するときは、図１０の説明に関して、ここでは再度言及しない。脱酸素剤は、好ましくはアルミニウムであるが、その他に、ジルコニウム、チタンまたは、当業界で知られている他のそのような脱酸素剤とすることができる。脱酸素剤ストリップ７１の幅及び厚みはそれぞれ、約２ｍｍ、０．１ｍｍである。脱酸素剤ストリップ７１は、流入管７の第二端部２２上に、屈曲部７３によって、その第二端部２２で流入管７に固定されており、それにより、溶融浴中に、金属脱酸素剤ストリップ７１を注入するため、パージガスの力に抗する。金属脱酸素剤ストリップ７１の長さは好ましくは、測定ヘッド５により取り囲まれる流入管７の長さと同程度である。流入管７内に配置される金属脱酸素剤ストリップ７１の部分７２は、壁部流入管７に垂直なその幅を配置するため、好ましくは、少なくとも９０°でねじられる。
【００８２】
サンプルチャンバー３内に回収される溶融金属の急冷は、サンプルチャンバー３の質量（すなわち、カバープレート３２の質量＋ハウジング３０の質量）と、質量に変換される回収溶融金属の体積との間の関係に大きく依存して達成される。約７ｇ／ｃｍ3の溶融密度を有する溶融鉄鋼の場合、又は、約６．８ｇ／ｃｍ3の溶融密度を有する溶融鉄の場合、サンプルチャンバー３内に回収される溶融金属の質量（そこに回収される体積に基いて計算される）に対するサンプルチャンバー３の質量の比は、酸素のない分析表面ＡＳを確保するため、好ましくは９〜１２の範囲内、より好ましくは１０である。
【００８３】
分析ゾーン３５、通気ゾーン３６及び分布域３４の内部ボイドは、上述した特定の寸法基準を満たすことが好ましいが、サンプルチャンバー３（カバープレート２及びハウジング３０からなる）の全体の寸法もまた、サンプルチャンバー３内に回収される溶融金属の質量に対するサンプルチャンバー３の質量の望ましい質量比を達成するため、所定の基準を満たすことが好ましい。ハウジング３０もしくはカバープレート３２の全体の幅、深さ及び／又は長さは、サンプルキャビティを作り出すのに必要な内部ボイドを変更することなしに、ハウジング３０の質量を増大もしくは減少させるために調整され得ることを、当業者は理解し得る。
【００８４】
特に、ガス連結器２及び流入管７の第二端部２２の両方の外径を考慮し、両方がサンプルハウジング内に全て含まれるようにすると、ハウジング３０の一以上の寸法は、質量比条件を満たすように容易に調整することができ、それにより、サンプルチャンバー３の質量（ここでは、カバープレート３２が、サンプルチャンバー３の質量の１０〜２０％を占める）が、金属サンプルＳの９〜１２倍、好ましくは１０倍である。
【００８５】
本発明に従う溶融金属浴からＯＥＳを用いた分析に適した溶融金属サンプルを回収するため、以下に本発明に従う典型的な手順及び構成の例を示すが、本発明の範囲内で、多くの他の手順及び構成が可能である。特に、サンプルキャビティの追求のような手順のステップは選択的なステップであることが理解される。
【００８６】
＜例１＞
図６に示すサンプルチャンバー３を含むプローブ１０は、単一のプッシュオン／プルオフコネクタ２３を有するプローブホルダーに空気圧によって連結される。コネクタ２３は、サンプリングチャンバー３に、連結器２によって直接的に又は、空気配管によってつながれる距離で取り付けられる。ガス循環の閉鎖（ｃｌｏｓｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｇａｓ  ｃｉｒｃｕｉｔ）により、不活性パージガスの僅かな過圧が与えられる。機械効率のためにプローブホルダーを用いて、プローブ１０は、溶融金属浴中に浸漬されて、所定の期間にわたって金属表面下の所定の距離に維持される。この浸漬の間、金属表面上に浮かぶスラグを通過する際の破壊に耐えるように設計された測定ヘッド５の保護キャップ９は、溶解して消失し、それにより、流入管７のより小さな保護キャップ８が露出する。第一保護キャップ４はまたその後に溶解し、不活性ガスの過圧が解放されて、不活性パージガスが、プローブホルダーからガスコネクタ２３（存在する場合）及び連結器２を通って、連結容積３８、通気ゾーン３６、分析ゾーン３５、分析ゾーン３５にある分布域３４及び、流入管の内側容積７ａへと流れる。ガスコネクタ２３（存在する場合）及び連結器２は、接着剤２６により、実質的に気密な態様でハウジング３０に固着され、また、流入管７は、接着剤２７により、実質的に気密な態様でハウジング３０に固着される。より詳細には、流入管７の第二端部２２は、その全体がハウジング３０に含まれて、そこに、接着剤２７により実質的に気密な態様で固着される。
【００８７】
このパージガスは、初めはサンプリングチャンバー３内の周囲の潜在的な酸化雰囲気を除去し、さらに数秒間にわたって流動し続け、このことは、測定ヘッド５に取り付けられて落ち込んだ任意のスラグ及び第二保護キャップ９の残部が流し出されるを可能にする。空気バルブはその後、特にサンプルチャンバー３内で過剰圧力を許容することにより、パージガスの方向を逆にして過圧を除去して、上述したように逆ルートで排出して、サンプルチャンバー３を出るように、パージから排出又は真空に一時的に切り替える。これにより、溶融金属浴（図示せず）からの溶融金属は、流入管７に流入するとともにそれを満たし、流入管７の容積７ａからサンプルチャンバー３の分布域３４に流れ出る。溶融金属はその後、分布域３４上にある分析ゾーン３５に供給されて、分析ゾーン３５を満たす。溶融金属の一部は、サンプルチャンバー３の第二端部で、連結器２に向けて流れ続け、それにより、少なくとも部分的に又はさらには完全に、狭い通気ゾーン３６を満たす。次いで、プローブホルダーは、溶融浴から、充満したサンプルチャンバーを除去する反対方向に移動する。当業者であれば、空気圧で補助されたサンプリングを実行するに必要なスイッチ及び空気バルブならびにプローブホルダーは、当業界で知られており、本発明に不可欠ではないことを認識する。
【００８８】
回収溶融鉄鋼もしくは鉄の小さいサイズは、測定プローブがプロセス容器から除去されると同時に、ハウジング３０及びカバープレート３２で冷却される。金属サンプルからの熱除去率は、１分以内に、溶融金属を１７５０℃もの高温から１００℃もしくは室温に冷却し、従来のサンプリングに要する全ての外部冷却を本質的に取り除き、高温の金属表面を酸素含有雰囲気に露出させるときに生じる表面酸化の可能性なしに、即時の離型（ｄｅ−ｍｏｌｄｉｎｇ）を可能にする。
【００８９】
溶融金属がサンプルチャンバー３内で凝固するとき、凝固金属サンプルＳは、図７〜７Ａに示すように、ハウジング３０から不可分に形成される。
【００９０】
通気ゾーン３６の僅かな先細は、ガス連結器２に達して凝固金属サンプルが分析ゾーン３５に向けて収縮できるようにする前に、溶融金属の冷却を促進させる。より詳細には、通気ゾーン３６に充満する溶融金属は、連結容積３８に達する前に十分に通気ゾーン３６内で凝固することが好ましい。
【００９１】
溶融金属は、分析ゾーン３５内で、カバープレート３２、より詳細にはカバープレート３２の第一面４４に向けて凝固し、それにより、サンプルＳの分析中に発光分光分析装置のステージ上に下向きに配置されるよう構成される表面であるサンプルＳの分析表面ＡＳを形成する。分析表面ＡＳは、カバープレート３２の第一面４４が、隆起部３９によって形成される表面（すなわち分析平面ＡＰ）に直接接触する平面内に延びる。図７〜７Ａを参照すると、分析表面ＡＳは、ハウジング３０の隆起部３９と同じ平面、すなわち分析平面ＡＰ内に延びる。より詳細には、カバープレート３２の第一面４４に隣接する凝固金属サンプルＳの分析表面ＡＳ及び、カバープレート３２の第一面４４に接触する金属隆起部３９は、分析平面ＡＰを延長させ、ＯＥＳの開口部への近接を補助する。
【００９２】
測定ヘッド５は容易に破壊して、浸漬方向Ｉの前方へのサンプリングチャンバー３のキャリアチューブ１からの除去を可能にする。二部品サンプルチャンバー３を保持するクリップ４は除去される。図７〜７Ａを参照すると、分解されたサンプルチャンバー３が示されている。従来のサンプリング装置とは異なり、サンプルＳは、サンプルハウジング３０への取り付けが維持される。それにより、「サンプル」との用語は、ここでＯＥＳに運ばれる金属試験片について言及するときは、回収凝固サンプルとサンプルハウジング３０との分離できない組合せについて言及したものである。
【００９３】
より具体的に、図７〜７Ａにハウジング３０を示し、これは、その中に凝固金属サンプルＳを不可分に含み、ハウジング３０から分解された図示しないカバープレート３２を有する。分析表面ＡＳは、金属充満分布域３４上に位置する分析ゾーン３５内に形成されたサンプルＳの部分５５の表面を備える。分析ゾーン部分５５から延びるとともにそれに隣接するサンプルＳの残部５６は、通気ゾーン３６内へ流動するとともに凝固した金属からなる。それ故に、サンプルＳの残部５６は、凹凸構造５８のような凹凸（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）を含むことがあり、これは、その後のＯＥＳ分析に影響を及ぼさない。分析表面ＡＳは分析平面ＡＰ上にあり、分析平面ＡＰを破壊し得る外部接着材料もしくは部分がない。すなわち、サンプルＳ及びハウジング３０の不可分性は、凝固金属のいずれかの側部、つまり隆起部３９により、分析平面に沿うハウジング３０の延長をもたらす。
【００９４】
サンプル（すなわち、図７〜７Ａに示す形態で凝固金属サンプルＳを含むハウジング３０）はその後、従来の手段によりＯＥＳに運ばれ、表面処理なしでＯＥＳによって直接分析される。サンプルＳの急冷は、通常は離型ステップの間に引き起こされる表面酸化を防止する。このことは機械研削の必要性を取り除き、サンプルＳの迅速な分析及び、これらの結果を待つ金属プロセスへの化学的性質の報告を促進させる。流入管７及びガスポート３３（ならびにガス連結器２）は、分析平面から離れて、より詳細にはその下方側（かつ分析面４０の下方側）に位置するハウジング３０内に配置され、これらの要素がモールドパーティングラインに沿う従来技術のクラムシェルモールドで見られるように両側に跨ぐのではないので、酸素なしの表面を得て前処理なしで（つまり前処理なしの分析で）ＯＥＳ上に直接配置できる凝固金属サンプルの作製を可能にするために、ハウジング３０から流入管７及びガス連結器２を除去する必要がない。これはすなわち、流入管７及びガスポート３３／ガス連結器２に、分析平面ＡＰと交差する部分がなく、流入管７及びガスポート３３／ガス連結器２が、分析平面ＡＰに影響を及ぼさない。
【００９５】
また、サンプル分析表面ＡＳとして同じ縦軸Ｘに沿ってサンプルキャビティを充満させることにより、サンプルの均一性が改善されることが解かる。
【００９６】
＜例２＞
プローブ１０が図８〜９Ａに示すように構成されたサンプルチャンバー３を含むことを除いて、ＯＥＳを用いた分析に適した溶融金属浴からの凝固金属サンプルＳを、例１で用いたものと同じ手順で回収した。したがって、結果として得られたサンプルＳは、ハウジング６０内に不可分に含まれており、カバープレート６２の隆起中央部６９がハウジング６０の第一面７０に対して同一平面内にある平面に延びる分析表面ＡＳを有していた。それ故に、低温のＯＥＳ装置に接触するハウジング６０の表面積及び質量が最大化した。
【００９７】
より具体的に、図１２〜１２Ａにハウジング６０を示し、これは、その中に含まれる凝固金属サンプルＳを不可分に含み、ハウジング６０から分解されて図示しないカバープレート６２を有する。分析表面ＡＳは、分析ゾーン６５内に形成されたサンプルＳの部分７５の表面を含み、その部分は、分布域６４を満たす金属上にある。分析ゾーン部分７５から延びてそれに接触するサンプルＳの残部７６は、通気ゾーン６６内に流動してそこで凝固した金属からなる。それにより、サンプルＳの残部７６は、凹凸表面７８のような凹凸を含むことがあり、これは、その後のＯＥＳ分析に影響を及ぼさない。分析表面ＡＳは分析平面ＡＰ内にあり、分析平面ＡＰを破壊し得る外部接着材料もしくは部分がない。分析面７０（すなわち、ハウジング６０の第一面７０）はまた、分析平面ＡＰ（つまり、平面ＡＦは平面ＡＰと同じである。）内にある。これはすなわち、サンプルＳ及びハウジング６０の不可分性が、凝固金属のいずれかの側部上に、つまり第一面７０によって、分析平面ＡＰに沿うハウジング６０の延長をもたらす。
【００９８】
上述した例から当業者であれば、サンプルチャンバー３が、任意の既知のタイプのサンプリング装置及びサンプリング用途に使用できることを理解する。
【００９９】
本発明の利点は、溶融金属のプロセスが極めて速いとの観点からよく理解することができ、ここでは金属の過剰な処理及び／又は熱処理が時間及び材料に関して追加の高い費用をもたらし得るが、このことは、プロセス位置で金属の化学的性質を容易に利用可能できることにより回避され得る。
【０１００】
本発明は、金属、好ましくは鉄鋼もしくは鉄の凝固サンプルを与えることにより、従来技術の欠点に対する解決策を提供し、これは下記の条件を満たす。すなわち、
−発光分光分析装置上で分析される金属サンプルであり、
−最も大きくなる断面で、０．５ｍｍ〜３ｍｍの間、好ましくは２ｍｍの深さを有する金属サンプルであり、
−ガス空隙及びスラグ封入のない固体金属サンプルであり、
−表面からＯＥＳのアノードまでの距離を決定する流体流れ経路がない平坦な回収分析表面であり、
−酸化のないサンプル表面であり、
−金属と非金属の偏析の部分を除去するべく最大厚みが分析平面に対して垂直になる均質な金属サンプルであり、
−約１０ｍｍ×３０ｍｍにわたり、それによって少なくとも２、好ましくは４スパークを得るに十分な表面を与えるサンプル分析表面であり、
−サンプル分析表面の平面が、サンプルハウジング３０、６０により（すなわち、図７〜７Ａに示すようにサンプルハウジング３０内の隆起部３９により、又は、図１２〜１２Ａに示すようにサンプルハウジング６０の第一面７０により）、両表面方向における中断なしに、０．１ｍｍより小さな変動で延長されるように、内部でサンプル金属が冷却されたサンプルハウジングと同じ平面にあり、
−取り付けられたサンプルハウジング３０、６０により、ＯＥＳ分析の際に熱的に維持されたサンプル表面
である。
【０１０１】
サンプルＳ及びハウジング３０、６０の不可分性は、分析平面に沿って凝固金属のいずれかの側部上にハウジング３０、６０の延長をもたらし、これは従来技術からの多数の改善を与える。ＯＥＳ精度を向上させる形状を得るよう設計されておらず、単に完全にサンプル金属からなりＯＥＳの物理的要件に適合する（ＯＥＳの分析開口部を完全に覆う）従来技術のサンプルは、ＯＥＳの分析開口部を完全に覆う。それ故に、従来技術のサンプルは、条件を満たした金属サンプルが必要であるというよりも、多くの材料を有するサンプルサイズを有するものである。ＯＥＳの間、スパークは、ＯＥＳサンプルステージのエッジ材料にジャンプすべきではないので、この開口部は、前述したように、意図的にかなり大きくする。分析するサンプルＳと分析装置ステージとの間の漏れが許容できないように、不活性ガスは、分析の間にスパークチャンバー内でパージされる。
【０１０２】
本発明は、サンプルＳ及びハウジング３０、６０の不可分性を利用して、分析開口部を覆うハウジング３０、６０の表面の部分を与えるものでもある。延長軸に垂直に延びるサンプラーハウジング３０、６０は、分析ゾーンが、ＯＥＳスパークの燃焼面積よりも少し大きくなることを可能にする。サンプラーハウジング３０、６０による分析平面ＡＰのこの延長のより、サンプラーハウジング３０、６０の分析ゾーン３５、６５を満たす溶融金属の体積は十分小さくすることができる。この体積の減少は、入熱の減少につながり、分布域３４、６４、分析ゾーン３５、６５及び通気ゾーン３６、６６を満たす溶融金属の熱がともに、従来技術の装置よりも実質的に少なくなって、それにより、分離されない金属サンプルを実現するべく急速に冷却させることができる。また、回収サンプルＳは細長い形状を有し、これは、ＯＥＳ分析の間に、サンプルＳから離れる熱の分布のための隣接するハウジング３０、６０の材料への最小距離をもたらす。
【０１０３】
すなわち、比較的に小さなサンプル体積及び、比較的に大きなサンプラーハウジング３０、６０の容積は、必要な質量比（すなわち、サンプルチャンバー３内に回収される溶融金属の質量に対するサンプルチャンバー３の質量の比で９〜１２の範囲内、好ましくは１０）をもたらし、それにより、取り付けられたハウジング３０、６０の能力を高めて、ヒートシンクとして機能し、ＯＥＳの間のサンプルの熱の増加を軽減し、そして分析変動を最小化する。したがって、サンプルハウジング３０、６０の分離できないアセンブリ及び、凝固サンプルＳは、サンプル回収及び、その後のサンプル分析の間に有益な作用をもたらし、このことは、これまでは見出されておらず、また認識されていなかった。
【０１０４】
溶融金属の急速な凝固及び、それによる均質な凝固金属サンプルＳの作製は、比較的小さなサンプリング容積（すなわち、分布域３４、分析ゾーン３５及び通気ゾーン３６により形成される小さなサンプルキャビティ）及び、サンプルチャンバーハウジング３０、６０の比較的大きな冷却質量により、また、サンプルが凝固中に冷却及び収縮するときの、凝固する金属サンプルＳとサンプルチャンバー３の冷却ハウジング３０、６０により可能であり、より詳細には最適化される。冷却時の熱交換を最適化するため、ハウジング３０、６０と、凝固するサンプルＳとの間の表面接触面積を増大させることの利点はまた、ＯＥＳスパークのエネルギーが凝固金属サンプルＳの小さな質量を加熱し得るその後の分析の間に、サンプル温度の維持を促進させることである。そのような分析は、溶融金属浴からの回収後すぐに、又は数分、数時間もしくは数日後に生じ得る。
【０１０５】
重要なことは、溶融金属から得られる金属サンプルＳが、図７〜７Ａ及び１２〜１２Ａに示すように、分析のため、サンプルハウジング３０、６０内での保持が維持されることであり、そこから除去されない。より詳細には、従来技術のサンプラー及びサンプルとは異なり、本発明は、ＯＥＳ分析の間に、最も大きな冷却質量であるサンプルハウジング３０、６０の不可分性及び、金属の回収サンプルＳを必要とする。したがって、ＯＥＳ分析の間に、凝固サンプルＳは、ハウジング３０、６０内での固定が維持され、これは、分析平面ＡＰに沿って、凝固金属のいずれかの側部上で（隆起部３９もしくは平坦平面７０により）、ハウジング３０、６０の延長をもたらす。
【０１０６】
分析ゾーン３４、６４及び、ハウジング３０、６０の隣接部分の組み合わせた幅は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内である。より詳細には、この組み合わせた幅は、分析平面ＡＰ内にあり分析される領域の有効幅ＷEである。有効幅ＷEは、分析ゾーン３５、６５内に形成された凝固サンプルＳの幅及び、分析平面ＡＰに沿ってサンプルＳのいずれかの側部上に延びるハウジング３０、６０の部分（たとえば、図７に示すような隆起部３９）の幅を含む。
【０１０７】
ＯＥＳ分析の間、凝固金属サンプルＳの表面は、放射線を放出するべくサンプルＳの表面原子を励起させる高温アークに晒される。その後、サンプルＳは、新たなスパークが未使用の表面を励起できるように移動させられる。分析は一般に、最低二つのスパークであるが、スパーク管の前処理なしで三つ、多くて四つである場合もある。従来の小さい体積の金属サンプルでは、金属サンプルの加熱は通常、サンプルの温度を上昇させ、このことは、第一スパークの後にサンプル温度が第一温度から上昇するとき、次第に外れる分析誤差をもたらす。
【０１０８】
しかしながら、本発明では、分析の間に得られる熱は、サンプルハウジング３０、６０から除去され、又はサンプルＳの不可分性により少なくとも軽減され、それにより、従来のこの誤差を取り除く。これは、本発明の驚くべき効果である。より詳細には、サンプルＳは、ＯＥＳ分析の間にサンプルハウジング３０内に固定され続けるので、凝固金属の小さい体積の温度変化は最小化することが意外にも発見された。凝固金属サンプルＳが固定され続けるサンプルハウジング３０、６０は、分析中に、ＯＥＳからの熱入力を吸収するヒートシンクをもたらす。
【０１０９】
凝固サンプルＳは、好ましくは、細長いストリップもしくは矩形として形成されて、凝固金属サンプルＳの幾何学的中央間と周囲のヒートシンク（つまりハウジング３０、６０）への距離は最小になる。たとえば、細長いサンプルＳが１０ｍｍの幅を有する場合、サンプルの中央部からの熱は、サンプルの５ｍｍの質量を通じて放散することだけが必要になる。
【０１１０】
ＯＥＳ分析の間は、スパークがサンプルＳに熱を加え、その熱はその後、サンプルＳの質量を通じて放散する（放熱率は毎秒単位である）。熱が放散する態様は、その後の各スパークのためにサンプルＳの表面で測定される温度に影響を及ぼす。したがって、材料の熱拡散率は、サンプルハウジング３０、６０の材料の選定の適切な基準となることが解かった。熱拡散率はｍ2／ｓの単位で与えられ、熱伝導率（（Ｗ／ｍＫ）／（密度（ｋｇ／ｍ3）×比熱（Ｊ／ｋｇＫ））に等しい。
【０１１１】
好ましくは、サンプルハウジング３０、６０の熱拡散率に対する固体サンプル金属の熱拡散率の比は、０．１〜０．５であり、より好ましくは０．２である。溶融鉄もしくは溶融鉄鋼では、特にアルミニウムが、ヒートシンクサンプルハウジング３０、６０を形成するための良好な電気及び熱伝導材料であることが証明されており、これは、それ自身の相対的に低い溶解温度にもかかわらず、アルミニウムハウジング３０、６０の熱伝導率が、サンプルの鉄もしくは鉄鋼の熱伝導率よりも十分高いからである。しかしながら、銅のような他の金属は、望ましい熱拡散（熱伝導）率が満たされると仮定して、ハウジング３０、６０の形成に使用され得る。良好な電気及び熱伝導材料からなるそのようなハウジング３０、６０は、取り付けられたサンプルハウジング３０、６０の内部の両方に熱を伝えることにより、ＯＥＳ分析での誤差を減らし、また、分析平面ＡＰに沿って面７０を横切ってＯＥＳ装置へ至る熱の伝達を促進させることが見出された。
【０１１２】
上述した実施形態は、その広範の発明の思想を逸脱しなければ変更できることが当業者によって理解される。それ故に、この発明は、ここで開示した特定の実施形態に限定されるものではないことが理解されるが、添付の特許請求の範囲で特定したような本発明の主旨及び範囲内の変更に及ぶことが意図されている。
【図１】
2018096995.tif 000003
【図２】
2018096995.tif 000004
【図３】
2018096995.tif 000005
【図４】
2018096995.tif 000006
【図４Ａ】
2018096995.tif 000007
【図５】
2018096995.tif 000008
【図５Ａ】
2018096995.tif 000009
【図６】
2018096995.tif 000010
【図７】
2018096995.tif 000011
【図７Ａ】
2018096995.tif 000012
【図８】
2018096995.tif 000013
【図８Ａ】
2018096995.tif 000014
【図９】
2018096995.tif 000015
【図９Ａ】
2018096995.tif 000016
【図１０】
2018096995.tif 000017
【図１１】
2018096995.tif 000018
【図１２】
2018096995.tif 000019
【図１２Ａ】
2018096995.tif 000020