(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温に加熱される容器部材内への軸部材の挿通部位をシールするものであって、
前記軸部材に移動可能に外挿されて前記容器部材内に配設された押圧部材が、押圧付勢手段によって前記容器部材の軸方向の内壁面に向けて押圧付勢されると共に、前記押圧部材と前記容器部材の内壁面の間に所定温度で溶融するガラス製シール材が介設され、前記ガラス製シール材は、軟化点温度の異なる複数の単位シール材が積層されて構成されると共に、前記単位シール材は前記容器の軸方向の内壁側から軟化点温度が低い順に配置され少なくとも一つの単位シール材を溶融状態とし、少なくとも１つの単位シール材を溶融しない状態としてシールするように構成されていることを特徴とするシール構造。
【請求項２】
上記容器部材内には試料を収容する試料収容体が軸部材に沿って移動可能に設けられており、該試料収容体が上記押圧部材を構成していることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉内の試料を加熱炉外部から挿通された操作軸を用いて操作するもの等、高温に加熱される容器部材内へ軸部材が挿通されたものにおいて、軸部材の挿通部位をシールするシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球周回軌道上の宇宙実験設備に搭載した加熱炉設備による金属の溶融実験等の加熱実験には、汎用的な加熱炉に着脱可能な規格化されたカートリッジ状の実験装置が用いられ、このカートリッジ状の実験装置を交換することで異なる実験を行うことができるようになっている。
【０００３】
金属の溶融実験の場合では、加熱炉に装着した状態で加熱される部位に試料を収容する気密的な容器部を形成した実験装置（カートリッジ）が用いられるが、このような実験装置で加熱中の試料に外部から操作を行う場合には、容器部の壁面を貫通する操作軸が配設される。
【０００４】
即ち、気密的な容器内に収容された試料を加熱炉内で加熱した状態で外部から操作するには、操作軸を容器の壁面を貫通して配設しなければならないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のごとく加熱炉内で高温に加熱される容器の壁面を貫通して操作軸を配設する構成では、容器内で溶融状態の金属を操作するような場合には、溶融した金属が気化して容器内の蒸気圧が高まり、操作軸の貫通部位の隙間から容器外に逃げ、低温部位で凝固して不具合を生ずると共に、試料が目減りしてしまうという問題がある。このため、容器の操作軸の貫通部位に、操作軸の操作（スライド・回転等）を許容しつつ気密を保持するようにシールする必要がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、高温に加熱される容器部材内へ軸部材が挿通されたものにおいて、高温時に軸部材の操作を許容しつつその挿通部位をシールすることのできるシール構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のシール構造は、高温に加熱される容器部材内への軸部材の挿通部位をシールするものであって、前記軸部材に移動可能に外挿されて前記容器部材内に配設された押圧部材が、押圧付勢手段によって前記容器部材の軸方向の内壁面に向けて押圧付勢されると共に、前記押圧部材と前記容器部材の内壁面の間に所定温度で溶融するガラス製シール材が介設され、前記ガラス製シール材は、軟化点温度の異なる複数の単位シール材が積層されて構成されると共に、前記単位シール材は前記容器の軸方向の内壁側から軟化点温度が低い順に配置され少なくとも一つの単位シール材を溶融状態とし、少なくとも１つの単位シール材を溶融しない状態としてシールするように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記容器部材内には試料を収容する試料収容体が軸部材に沿って移動可能に設けられており、該試料収容体が上記押圧部材を構成していることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本願発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係るシール構造の一構成例を適用した金属溶融試験カートリッジ１の概念縦断面図である。本構成例におけるカートリッジ１は、シアーセル法と呼ばれる方法で微小重力下で異なる溶融金属間での金属の拡散定数を測定するための実験装置である。
【００１１】
図示カートリッジ１は、その基端部側から操作部１０，中間接続管部２０及び容器部材としての加熱部３０が連続一体形成されて全体として略円柱状を呈しており、地球周回軌道上の宇宙実験設備に搭載した加熱炉に着脱可能に装着されて先端の加熱部３０が加熱炉内部に位置すると共に操作部１０が加熱炉の外部に突出し、操作部１０を介して加熱部３０内に収容した試料を操作することができるようになっている。そして、加熱部３０内に金属試料を収納し、加熱炉に装着して加熱部３０を試料の溶融温度以上の所定温度に加熱して所定時間保持した後、操作部１０を介して試料を操作するものである。
【００１２】
操作部１０は、円筒状のカバー１１の内側に螺合配設された操作ノブ１２を回転させて螺進させることで、連動機構４０を介して操作軸５０を回転操作するようになっている。
【００１３】
連動機構４０は、操作ノブ１２の螺進に連動して前後する連動軸４１の先端に当該連動軸４１と直交するように（即ち径方向に）設けられた操作バー４２が、連結操作管４３に中心軸対称として一対形成された螺旋状の操作スリット４３Ａに嵌合しており、操作ノブ１２の螺進操作による連動軸４１の前後方向の移動によって連結操作管４３が回転し、連結操作管４３の先端に結合されている操作軸５０を回転操作するようになっている。
【００１４】
操作軸５０は、操作部１０から中間接続管部２０を貫通して加熱部３０内に挿通されており、後述するシール部６０より先端側の加熱部３０の内部では断面が略矩形に形成されている。
【００１５】
加熱部３０は、図２に拡大縦断面図を示すように、中間接続管部２０の先端に螺合固定された円筒状の外筒３１の内部に、円盤状の坩堝リング３２が複数積層され前後をスペーサーリング３３，３４，３５，３６に挟まれて成る試料収容体としての坩堝体３０Ａが配設され、中央に操作軸５０が挿通されて構成されている。坩堝体３０Ａ内には、試料２が収容されるようになっている。
【００１６】
外筒３１の先端は先端閉塞部材３７によって閉塞されており、この先端閉塞部材３７の内面と坩堝体３０Ａの間に押圧スプリング３８が介装され、また、外筒３１が螺合する中間接続管部２０のねじ部２１の先端面２１Ａと坩堝体３０Ａの間（先端面２１Ａとスペーサーリング３６の間）に、本願発明に係るシール構造の一構成例であるシール部６０が設けられている。これにより、坩堝体３０Ａはその全体が押圧スプリング３８によって中間接続管部２０方側に押圧付勢され、シール部６０にはこの押圧付勢力が圧縮力として作用するようになっている。
【００１７】
シール部６０は、その拡大断面図を図３（Ａ）に示すように、外筒３１が螺合する中間接続管部２０のねじ部２１の先端面２１Ａと坩堝体３０Ａ（スペーサーリング３６）の間に三枚のシール材６１，６２，６３が介装されて構成されており、これらシール材６１，６２，６３は押圧スプリング３８の付勢力で圧縮付勢されている。
【００１８】
シール材６１，６２，６３は、中央に操作軸５０の挿通孔が形成された所定厚さの平座金状であって、それぞれ軟化点温度の異なるガラスによって形成されており、中間接続管部２０側から軟化点温度が低い順に配設されている。即ち、シール材６１，６２，６３の軟化点温度は、シール材６１＜シール材６２＜シール材６３となっており、シール材６１は試料保持温度より所定量低く、シール材６２は試料保持温度近傍に、シール材６３は試料保持温度より所定量高く設定されている。
【００１９】
而して、上記構成のシール部６０は、加熱部３０を加熱して（即ち試料２を加熱して）所定保持温度に達した状態では、最も外側に位置するシール材６１は軟化点温度を越えているために粘度が大きく低下し、押圧スプリング３８の付勢力による圧縮によって径方向に広がり、図３（Ｂ）に示すように操作軸５０とスペーサーリング３６の間を閉塞して完全にシールする。操作軸５０のスライドや回転操作は、シール状態を保ったままシール材６１の粘性によって許容される。また、シール材６２も軟化点温度近傍であるためにシール材６１程ではないが粘度は低下しておりシール材６１と準じた状態にあるために高温で長時間保持されるとシール材６１と同様に作用し、更に、シール材６３も同様に作用する。
【００２０】
従って、上記構成のシール部６０によれば、高温時にも操作軸５０の操作を許容しつつその挿通部位を完全にシールすることができ、坩堝体３０Ａ内の試料が溶融して気化した蒸気が操作軸５０に沿って中間接続管部２０側に流出することを防ぐことができる。従って、蒸気が低温部位で凝固して不具合を生じたり試料が目減りするという問題を招来することがないものである。尚、シール材の数、その配置構成、軟化点温度の設定等は、上記構成例に限るものではなく適宜変更可能なものである。また、試料２を収容する坩堝体３０Ａがシール部６０を押圧する構成でなく、専用の押圧部材を設けて（例えば本構成例におけるスペーサー３６を押圧専用部材として当該スペーサー３６とスペーサー３５の間に押圧スプリングを介設する等）構成しても良いものである。
【００２１】
坩堝リング３２は、所定厚さの円盤状であって、図４に一例として第二リング３２２の拡大平面図を示すように、中央に操作軸５０が挿通される操作孔３２Ａが開口形成されると共に、偏心位置に試料２を収容する円形の収容孔３２Ｂが二個開口形成され、更に、外周に回転位置規制のキー３９が係合するキー溝３２Ｃが形成されている。
【００２２】
坩堝リング３２には、第一リング３２１，第二リング３２２，第三リング３２３の三種類があってそれぞれ操作孔３２Ａとキー溝３２Ｃの形状が異なっており、坩堝体３０Ａ部位の拡大縦断面図である図５に示すように、第一リング３２１，第二リング３２２，第三リング３２３の順番で、本構成例では２４枚の坩堝リング３２が積層され、前後それぞれ１２枚づつで前側試料域３２Ｆと後側試料域３２Ｒとを形成し、その間の第三リング３２３と第一リング３２１の間が分割面３２Ｓとなっている。尚、収容孔３２Ｂが二個形成されているのは、一度に二組の実験を行うことができるようになっているためである。
【００２３】
第一リング３２１を除く第二リング３２２及び第三リング３２３は、図６（Ｂ）に示すように、操作軸５０によってそれぞれ所定角度回転操作される（例えば第二リングが３０゜，第三リングが４５゜回転操作される）ようになっている。また、外筒３１の内面に固定状態で位置するキー３９（図２及び図５には示さず）がそのキー溝３２Ｃに嵌合しており、これによって許容回転角度が規定されるようになっているものである。
【００２４】
操作軸５０は、図６（Ａ）に示すように、初期設定位置から反時計回りに所定角度（例えば３５゜）回った二次位置に回転操作され、次いで、時計回りに初期設定位置を越えて所定角度（例えば４５゜）回った三次位置に回転操作される。ここで、操作軸５０が初期設定位置では、図６（Ｃ）に示すように、前側試料域３２Ｆを構成する坩堝リング３２の収容孔３２Ｂの位置は同一軸上に一致して前側試料域３２Ｆ全体として所定長さの前側試料収容空間３０ＢＦを形成し、後側試料域３２Ｒを構成する坩堝リング３２の収容孔３２Ｂの位置も同様に同一軸上に一致して後側試料域３２Ｒ全体として所定長さの後側試料収容空間３０ＢＲを形成するが、前側試料収容空間３０ＢＦと後側試料収容空間３０ＢＲは軸心が食い違って干渉しないように設定されている。そして、操作軸５０が二次位置では、図６（Ｂ）に示すように、後側試料域３２Ｒの坩堝リング３２が回転操作されて前側試料収容空間３０ＢＦと後側試料収容空間３０ＢＲの軸心が一致し、操作軸５０が三次位置では、第二リング３２２及び第三リング３２３が回転操作されて全ての坩堝リング３２の収容孔３２Ｂの中心が食い違って相互に干渉しない状態となるようになっている。
【００２５】
上記のごとき構成により、前側試料域３２Ｆの前側試料収容空間３０ＢＦと、後側試料域３２Ｒの後側試料収容空間３０ＢＲ内に、それぞれ異なる材質の棒状の試料２（２Ｆ，２Ｒ）を挿置し、両試料２Ｆ，２Ｒが分離した状態（操作軸５０が初期設定位置）で加熱して溶融させ、所定温度に安定した状態で操作軸５０を二次位置に回転操作して分離状態にあった二種の試料２Ｆ，２Ｒの軸心を一致させて接合状態として所定温度を保持して所定時間経過した後、操作軸５０を三次位置に回転操作して全ての坩堝リング３２の収容孔３２Ｂが食い違った状態とする。これによって、試料２（２Ｆ，２Ｒ）は坩堝リング３２の厚さに分断されることとなり、その後、徐冷して固化した各坩堝リング３２の試料孔３２Ｂ内の金属組成を調べることで二種類の試料金属間の拡散定数を測定することができるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るシール構造によれば、軸部材に移動可能に外挿されて容器部材内に配設された押圧部材が、押圧付勢手段によって容器部材の内壁面に向けて押圧付勢されると共に、押圧部材と容器部材の内壁面の間に所定温度で溶融するガラス製シール材が介設されて構成されていることにより、高温時にはガラス製シール材の粘度が低下して溶融状態となり、この溶融状態のガラス製シール材が容器部材内への軸部材の挿通部位を埋めて完全にシールすると共に、その粘度で軸部材の操作移動を許容することができる。即ち、高温時に軸部材の操作を許容しつつその挿通部位をシールすることができるものである。
更に、ガラス製シール材は、軟化点温度の異なる複数の単位シール材が積層されて構成されると共に、単位シール材は容器内壁側から軟化点温度が低い順に配置され少なくとも一つの単位シール材を溶融状態とし、少なくとも１つの単位シール材を溶融しない状態としてシールするようにされていることにより、軟化点温度の低いシール材から順次シール作用を行ってシール効果を長時間持続させることができる。
【００２７】
また、容器部材内には試料を収容する試料収容体が軸部材に沿って移動可能に設けられており、該試料収容体が押圧部材を構成していることにより、押圧部材と試料収容体とを兼用構成できるために構成が簡略化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシール構造の一構成例を適用した金属溶融試験カートリッジの概念縦断面図である。
【図２】加熱部の拡大縦断面図である。
【図３】シール部の拡大断面図であり、（Ａ）は未作用時，（Ｂ）は作用時を示す。
【図４】坩堝リングの平面図である。
【図５】坩堝体部位の拡大断面図である。
【図６】坩堝リングの作用説明図である。
【符号の説明】
１  カートリッジ
２  試料
２１Ａ  先端面（容器部材の内壁面）
３０  加熱部（容器部材）
３０Ａ  坩堝体（押圧部材，試料収容体）
３８  押圧スプリング（押圧付勢手段）
５０  操作軸（軸部材）
６０  シール部
６１，６２，６３  シール材（単位シール材）
【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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