JP6027218B2 - 熱分析のためのサンプリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属凝固（ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｍｅｔａｌ）の熱分析、特に鋳造物の生産における熱分析のためのサンプリング装置に関連している。

熱分析は、特定の溶融物の凝固の間の温度変化、それに続く微細構造を決定することができるようになる固体状態変化、及びそれ故、固体形態における物質の特性を監視する技術である。これは、溶融物から代表的なサンプルを得ること、それをサンプル容器に移すこと、及び熱電対や当技術分野で周知の他の装置のような熱応答手段によって凝固の間のサンプルにおける時間依存温度変化を記録及び評価することによって達成される。

鋳鉄またはアルミニウム合金のような溶融材料において凝固過程を制御するための熱分析を用いるとき、最も重大な問題はサンプルからの熱除去の制御された、均一な、及び再現可能な速度を提供することである。この理由は、相変化の間の温度変化を測定することを可能にさせることであり、それについての知識は微細構造を予測して、特定の凝固過程を制御するために必須である。

熱分析は、熱バランスである。冷却曲線の極限形状及びそれ故分解は、凝固の間に解放された潜熱と、金属からサンプリング装置へ、及びサンプリング装置から大気へ移される熱との間の釣合いによって決定される。サンプル、例えば鋳鉄２００グラムの凝固によって解放される熱量が固定されていることは明らかである。２００グラムのサンプルが高い熱容量を有する容器に包含されている場合、凝固によって解放される熱は、容器へ及び容器から移される熱に打勝つことができなくなる。結果は、高い熱容量及び／または高い冷却速度を有するサンプリング容器が、冷却曲線において少ない分解を提供することである。容器から大気への高い熱伝達は、サンプルの速い冷却をもたらし、これは微細構造の展開に影響を与える。例えば、容器に起因する速い冷却は、過冷却を増大させることにより、冷気を導入することにより、鉄の凝固特性を変える。凝固によって解放される熱からできるだけ多くの情報を得るために、凝固によって提供される情報を覆い隠すことも、薄めることもないように、熱分析サンプリング装置を設計することが必要である。熱分析サンプリング装置の他の主要な要求は、一貫したサンプリング条件を保証しなければならないことである。良好な微細構造と規格外の微細構造との間で解放された熱の相違が非常に小さくなるので、測定される全ての変化が分析される材料の違いに起因しており、サンプリング技術の違いに起因していないことが重要である。

材料が、高温において寸法安定性があり、溶融したサンプルといかなる望ましくない反応も引き起こさないという意味において少なくとも、分析される溶融物の温度に耐えることができる限り、熱分析のサンプリング装置は様々な材料から構成され得る。例えば、黒鉛、セラミック材料、鋼またはその組合せからサンプリング装置を構成ことが以前から知られている。

鋳鉄の微細構造の評価において一般に使われている熱分析サンプリング装置は、当技術分野において「サンドカップ（ｓａｎｄ ｃｕｐｓ）」としても知られている、化学粘結砂で一般的に構成されている。しかしながら、このタイプのサンプリング装置は、熱分析の間に微細構造予測の精度に影響を及ぼす特定の欠点を有している。サンドカップは一般的に、溶融鉄の安全な封じ込めを確実にするための厚い砂壁を有している。これは、容器にサンプルされた鉄からの熱を抽出するヒートシンクとして作用させ、それ故凝固挙動に影響を与える高い熱容量をもたらす。サンドカップは一般的に、サンプルボリュームの上部、側部、及び底部からの大きな放射熱損失及びそれ故不均衡な熱損失をもたらす開放表面を有している。加えて、凝固上の放射熱伝達の変化は、熱のホットスポットが凝固プロセスの間に移動する原因になる。さらに、サンドカップ、特にカップの開放表面から満たされたサンドカップは、充填の間に、サンプルボリューム（操作者一貫性）及び酸素のエントレインメントにおいて変化しやすい。さらにまた、従来のサンドカップで見られる熱電対は、堅く取り付けられ、各々の分析で消費される。それ故、熱電対の較正及び測定接合点の位置における変化は、熱分析の精度に直接影響を与える。これらの熱電対の簡略化された接続の位置は、２つのワイヤーがサンプルから基本コネクタまで別々に通るとき、２つのワイヤーの不均一な熱伝達条件に起因したバイアスを導く。

特許文献１（欧州特許出願公開第１ ９２５ ９３６号）は、化学粘結砂で構成された従来のサンプリング装置の欠点を解決する、溶融金属の熱分析のためのサンプリング装置を開示している。サンプリング装置は、容器の上側に一つの共通の注入口と少なくとも２つのキャビティを含む容器であり、各キャビティは温度反応部材を取り囲むのに適した保護チューブを有している。共通の注入口は、前記キャビティ内で終わる少なくとも２つの注入チャネルに分岐している。サンプリング装置は、鋼または成形された繊維様耐火性布材で製造される。

すでに知られたサンプリング装置の他の例は、特許文献２（国際公開第９６／２３２０６号）及び特許文献３（欧州特許出願公開第１ ０３４ ４１９号）で開示されている。前記サンプリング装置は、分析の間に液体金属のサンプル量を含むことを目的とする容器、及び熱分析のためのセンサを含む。そのようなサンプリング装置の容器は、容器を一貫したサンプル量で充填させるために、分析される材料の溶融浴に浸されることを目的としている。容器はその後、溶融浴から取り出され、サンプル量は凝固してもよく、前記凝固の間に、時間依存の温度変化を記録する。

上述のサンプリング装置が、化学粘結砂で構成される従来のサンプリング装置に関連した問題の少なくともいくつかを解決するものの、それらは特定の状況では好まれないかもしれない。例えば、それらは、サンドカップより高い生産コストを有する傾向がしばしばある。それらはまた、同時に複数の容器を満たすように設計されていない。

欧州特許出願公開第１ ９２５ ９３６号 国際公開第９６／２３２０６号 欧州特許出願公開第１ ０３４ ４１９号

本発明の目的は、費用効果がよい方法で容易に製造され、熱分析の間に信頼できる結果が操作者の技術及び鍛錬にかかわりなく一貫して達成されることを確実とする、熱分析のためのサンプリング装置である。

その目的は、独立請求項１によるサンプリング装置で達成される。実施形態は、従属請求項によって定義されている。

本発明による金属凝固の熱分析のためのサンプリング装置は、上側及び下側を含む。上側の最上部は、水平な第１の平面を画定している。サンプリング装置は、分析される溶融金属で充填されるのに適合された少なくとも２つのキャビティを含む。キャビティは、各々が熱分析の間に溶融金属を実質的に取り囲むことを目的としており、充填開口、及び充填の間にキャビティからのガス状物質を抜くための可能な通気孔またはチャネルのようなそれらの機能に必要な開口だけをそれ自体は備えている。熱分析の目的に対して、それぞれの温度応答手段は各々のキャビティの少なくとも部分的に内側に提供され、キャビティはこのようにして、そのような温度応答手段を含むように適合されている。サンプリング装置は、サンプリング装置の上側に入口開口を有する一つの共通充填口をさらに含む。共通充填口はサンプリング装置の一つの充填口であることが好ましい。共通充填口は、サンプリング装置の上側からある距離で、二つの充填チャネルのような複数の充填チャネルに分岐する。各々の充填チャネルは、それぞれのキャビティに開いている。共通充填口の入口開口は、第１の平面に基本的に平行な、前記第１の平面より下の第２の平面に配置されている。このようにして、共通充填口の入口開口は、サンプリング装置の上側の最上部より鉛直方向下方に配置される。

共通充填口の入口開口は、第１の平面からの距離が、第１の平面と、第１のキャビティ及び第２のキャビティの少なくとも１つの最上の内面に接する水平面との間の距離の少なくとも２０％、好ましくは少なくとも２５％である距離で配置されている水平面に適切に配置される。第１の平面と各々それらの最上の内面との間に異なる距離を有するキャビティの場合には、キャビティの最上の内面に接する水平面とは、好ましくは第１の平面に対して最小の距離を有するキャビティの最上の内面に接する水平面である。

共通充填口の入口開口は、第１のキャビティ及び第２のキャビティの少なくとも１つの最上の内面に接する水平面に基本的に配置され得る。

サンプリング装置は、上面を通してキャビティを開放した大気に接続する開放した通気チャネルまたは通気孔をさらに含み得る。そのような通気孔または通気チャネルの目的は、例えば充填の間にキャビティからのガス状物質をキャビティから排気することを可能にすることである。各々のキャビティは、それぞれの充填チャネル及びそれぞれの通気チャネル／孔を除いて、実質的に適切に取り囲まれている。

サンプリング装置は、共通充填口の開口の外側径方向に、且つそれと同心に、サンプリング装置の上側に配置されたリング形状のリセスをさらに含み得る。そのようなリセスの目的は、サンプリング装置の充填の後に、いかなる過剰な溶融金属を（少なくとも一時的に）収容することである。あるいは、サンプリング装置は、充填口に接続された、装置の上側の流出チャネルを含み得る。そのようなチャネルの目的は、充填口の全体積が１つのサンプルから次へ一貫するように、充填口からいかなる過剰な溶融金属を排出させることである。流出チャネルは、安全な方向に、すなわち操作者または他の繊細な設備から離れて過剰の溶融物を取り除くように適合されている。

キャビティは、同じ内部体積を有していても、同じ幾何学的形状を有していても、及び／または、同じ水平面にある各々それらの中心（すなわち第１の平面から同じ垂直距離で配置されたそれらの中心）に配置されていても、そうでなくてもよい。キャビティが同じ内部体積及び／または幾何学的形状を有しているか否かに関わらず、キャビティの各々が同じ水平面に配置されたその最上の内面を有するように、サンプリング装置のキャビティを配置することもまた妥当である。

サンプリング装置において、熱分析の間にそれに含まれた溶融金属の凝固挙動を故意に変更するように適合された物質が、少なくとも１つのキャビティに提供され得る。例えば、サンプル量に面する一つ以上のキャビティの内壁は、必要であれば、溶融金属の凝固挙動を変更するのに適合された反応性被覆を備え得る。そのような被覆は、例えば適切な被覆組成物のスラリー等をキャビティの内壁上にブラッシングすること、及び被覆を形成するために被覆組成物を乾燥させることにより提供され得る。一つのキャビティの壁に被覆を提供し、これに対してサンプリング装置の別のキャビティは、異なる方法で凝固を変更することを目的として、そのような被覆を含まないか、または異なる被覆を含むことが可能である。それによって、同じ溶融物の、異なる条件または異なる目的に対して同時に凝固挙動を決定し得る。反応性被覆の代わりに、粉状または粒状物質が一つ以上のキャビティに提供されてもよく、キャビティの壁に被覆されることなくキャビティに含まれるだけである。物質は、輸送及び処理の間にキャビティからの漏れを防ぐために、犠牲エンベロープに含まれ得る。あるいは、物質のペーストは、例えば「小塊（ｂｌｏｂ）」として、キャビティの壁の一部に付着され得る。

サンプリング装置は、分析される溶融金属で充填されるように適合された追加のキャビティを必要に応じて備え得る。例えば、サンプリング装置は、三つ、四つ、または五つのキャビティを備え得る。キャビティは、同じ共通充填口を適切に共有し、且つ共通充填口から等しい距離で適切に配置され得る。

さらに、サンプリング装置は、熱分析の間に少なくとも１つの温度応答手段を含むように適合された保護チューブを適切に備え得る。そのような保護チューブはサンプリング装置の少なくとも１つの壁を通って延び、且つ温度応答手段を挿入することを可能にしている一端で開放し得る。保護チューブは、例えばキャビティを通って径方向に延び、且つ温度応答手段を保護チューブに挿入することに適応された少なくとも一つの端部開口を含み得る。あるいは、保護チューブは閉端を備えていてもよく、閉端が前記キャビティの中心に基本的に配置されるようにキャビティ内に径方向に延在し得る。保護チューブは、必要に応じて複数の温度応答手段を備え得る。

本発表はまた、少なくとも２つの、好ましくは複数の熱電対のような温度応答手段、及び上で開示したようなサンプリング装置を含む熱分析のためのセット（ｋｉｔ）に関連している。温度応答手段の数は、一般的にサンプリング装置におけるキャビティの数に対応しているが、キャビティ内の異なる位置からの冷却曲線を得るために、サンプリング装置のキャビティの数より多くすることもできる。

従来技術によるサンドカップを図示している。 第１の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 第２の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 さらに別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 さらに別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の断面図を図示している。 別の例示的実施形態によるサンプリング装置の上面図を図示している。 さらに別の例示的実施形態によるサンプリング装置の上面図を図示している。

本発明は添付の図面を参照して以下に説明される。本発明は示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内で変更され得る。さらに、サンプリング装置の特徴またはその詳細をより明確に図示するために、いくつかの特徴が誇張されるように、図面は一定の比率で描くようには考慮されていない。

本発明を示している図において、キャビティは好ましい実施形態である球状として図示されている。しかしながら、キャビティは、発明の要旨を逸脱しない範囲で必要に応じて、偏球、平坦な上部または底部を有する球、楕円体、立方体、正四角柱、正多角形、３以上の角柱などのような他の形状も有し得る。さらに、キャビティは、図に示されたように同じ形状を有していてもよく、または必要に応じて、異なる幾何学的形状であってもよい。さらにまた、キャビティの大きさは、同じであってもよく、または異なる凝固速度を提供するために、同じサンプリング装置において互いに異なっていてもよい。異なる幾何学的形状を有するキャビティの場合、キャビティの内部体積は、必ずしも実質的に異なる必要はない。キャビティの大きさ及び形状は、本発明の開示を考慮して、当業者によって本来の目的に適用されることができる。

図１は、従来技術によるいわゆるサンドカップ１００を図示している。サンドカップは化学粘結砂で構成されており、熱分析によって分析される溶融金属を含むように適合された容器１０２の上部で、周囲大気の方へ開放している。容器１０２の開放表面は、溶融金属の凝固に逐次影響を与える、溶融金属の表面からの放射熱損失を引き起こす。基本的には、特定のケースにおいて十分に正確な読み込みを逐次可能にさせない熱損失の不均衡がある。

図１を参照して示された従来技術と対照的に、溶融サンプルは、本発明によるサンプリング装置のキャビティに基本的に取り囲まれている。それ故、溶融金属の開放表面からの放射を通した熱損失は基本的に排除される。本開示において、本質的に取り囲まれたとは、キャビティの各々が、それぞれのキャビティの壁における所望の開口を除いて、取り囲まれていることを意味するように考慮されており、前記開口は、キャビティの注入開口、潜在的な通気孔、及び温度応答手段を挿入するのに必要な開口を構成している。

図２は、本発明によるサンプリング装置１の一つの例示的な実施形態の断面図を図示している。サンプリング装置１は、少なくとも一つの第１のキャビティ２及び少なくとも一つの第２のキャビティ３を含む。キャビティ２、３は、熱分析によって分析される溶融金属を含むように適合されている。分析される溶融金属は、入口開口から垂直距離で、サンプリング装置の内部で複数の充填チャネル５、６に順に分岐している共通充填口４を通って、それぞれのキャビティ２、３に導入される。共通充填口は好ましくは基本的に、充填口の垂直中心軸Ｂがキャビティのそれぞれの中心の中間に配置されるように、キャビティの間に配置されている。さらに、共通充填口４は、共通充填口への溶融金属の充填を容易にするために、円錐台の形状を適切に少なくとも部分的に有し得る。

共通充填口４は、溶融金属が唯一の入口開口７を通ってサンプリング装置１に充填されることを確実にしており、それ故、各々のキャビティが別々に充填される場合に、操作者は等量がキャビティに充填されることを確実とする必要がないことを保証している。各々の充填チャネル５、６は、キャビティの入口開口で、サンプリング装置のそれぞれのキャビティ２、３に通じている。図２で示しているように、充填チャネル５、６は、基本的にキャビティ２、３の中心と同じ高さで、キャビティ２、３内へ開いている。

キャビティ２、３の各々は、少なくとも熱分析の間に、少なくとも一つの温度応答手段（図示せず）を備えている。温度応答手段は、溶融金属の凝固の間の温度を測定することに適合しており、測定は、溶融金属の凝固プロセスの間の変化を決定するために経時的に記録される。図２において、保護チューブ１２は、キャビティ２、３の各々に図示されている。保護チューブ１２は、熱分析の間に、温度応答手段を含み、且つ保護することを目的としている。しかしながら、図１に示された技術的現状のように、熱分析の間に消費される消耗用の温度応答手段を使用することは妥当である。可能な保護チューブ１２の利点は、温度応答手段が、熱分析が完了した後に別のサンプリング装置で再利用され得ることであり、それ故サンプリング装置のコストを下げる。再利用可能な温度応答手段は、コストを増加させることなく消耗対応物よりもより精密にすることができる。サンプリング装置１それ自体は、一回の分析のために使用されるだけであり、別のサンプル量に再利用されることを目的としていない。

図２で示すように、共通充填口４の入口開口７は、サンプリング装置１の上面または上側８に配置されるが、サンプリング装置の最上面９より低い位置に配置される。これは、共通充填口４の入口開口７が、サンプリング装置１の上側８の最上部９によって画定された（すなわち、最上部９に接する）第１の水平面Ａに平行な第２の平面に配置されていることを意味している。第２の平面はこのようにして、第１の平面Ａの下に、すなわち、サンプリング装置の下部（下側１０）により近く配置される。入口開口が前記第２の平面に配置されるという事実は、サンプリング装置が小型で操作に容易であることを確実とする。さらにまた、入口開口がこの方法で配置されるという事実は、サンプリング装置が可能な限り最小量の材料で製造され得ること、すなわち、キャビティの壁が非常に薄く作られ得ることを確実にしており、それによって熱分析の間にヒートシンクとして作用するサンプリング装置の壁１１の危険性を最小にする。サンプリング装置の壁がヒートシンクとして作用する場合に、それは溶融サンプルの凝固に悪影響を与え、それによって熱分析の間に達成される結果の精度を変化させる。

キャビティの一貫した充填を確実にするために、キャビティの位置より上に充填口のウェルを配置することが必要であると以前に考慮されてきた。しかしながら、本発明者は、キャビティの一貫した充填が、本発明による充填口の位置にかかわらず、それでも達成されていることに気付いた。

本発明によるサンプリング装置は、その実施形態に関わりなく、少なくとも２つのキャビティを含む。これは、同じ溶融金属サンプルに対して二つの別々の結果を提供する利点を有しており、それによって測定値の精度を増大させる。しかしながら、二つのキャビティによって同時に同じ溶融物の異なる態様を分析することも可能である。例えば、一つのキャビティはいかなる追加物を含んでおらず、それによって実際の溶融金属を分析するのに対して、もう一つのキャビティは、例えば、接種剤（ｉｎｏｃｕｌａｎｔ）を加えることにより核生成ポテンシャルを研究する目的で、または黒鉛の成長挙動を故意に変更するように硫黄及び／またはテルルを加えることにより、硫黄及び／または還元性酸化物を加えることにより、または、オーステナイトのフェライト及びパーライトへの固体変換の分析を強化するための材料を加えることにより、炭素当量を分析する目的で、溶融金属の凝固挙動に影響を与える物質を備えていてもよい。溶融金属の凝固挙動を変更するために適用される一つ以上の物質の追加は、以前から知られているいかなる方法でなされ得る。例えば、そのような物質は、例えば前記物質を含む被覆組成物を浸すか（ｄｉｐｐｉｎｇ）、水洗するか（ｒｉｎｓｉｎｇ）、噴霧するか（ｓｐｒａｙｉｎｇ）、またはブラッシングするか（ｂｒｕｓｈｉｎｇ）によって、キャビティの内壁に適用される、機能性または反応性被覆物の形態で加えられ得る。物質はある場合には、キャビティの内壁に粉末を付着させることなくキャビティ内に単に導入される、粉末、顆粒、犠牲エンベロープに任意に含まれる粉末／顆粒等の形態で、または、物質を含むペーストを形成し、それを小玉、「小塊（ｂｌｏｂ）」等に成形し、キャビティの内壁の一部にボールをくっつけることにより加えられる。

図３は、充填チャネル５、６がそれぞれのキャビティの下部でキャビティ２、３に開放していることを除いて図２に示された実施形態と一致するサンプリング装置１の別の例示的な実施形態を図示している。溶融金属が基本的に垂直にキャビティに向かって上向きに導入されるように、充填チャネルがそれぞれのキャビティの下側からキャビティに開放するようにさせることも可能である。

充填チャネル５、６は、基本的に水平の充填チャネルとして図２及び図３の両方で図示されている。しかしながら、必要に応じて共通充填口からキャビティへ向かって上方へ、または、下方へわずかに傾斜している充填チャネルを配置することもでき、本発明は水平の充填チャネルに限定されていない。

図２及び３は二つのキャビティだけ図示しているが、サンプリング装置は少なくとも三つのキャビティを適切に含み得る。図２及び３で示されたものと同じ方法で、三つ以上のキャビティを適切に含むサンプリング装置は、その中心軸Ｂがキャビティの各々の中心から基本的に同じ距離で配置されるように、中央に配置された共通充填口を有している。三つ以上のキャビティの使用は、いかなる添加物無しで、及び二つのキャビティを含むサンプリング装置を参照して以前に開示されたような対応する方法で、異なるキャビティに異なる添加物を有して、凝固の評価を可能にしている。

共通充填口の中心軸Ｂが、ここで開示される全ての実施形態に対するサンプリング装置の中心軸に一致していることが好ましい。

図４は、図２に示されるものに類似したサンプリング装置１の別の例示的な実施形態の断面図を図示している。しかしながら、図４で示されるように、サンプリング装置はその上側にリング形状のリセス１３をさらに含む。リセスは、共通充填口４の外側径方向に、且つそれと同心円状に配置される。リセス１３の目的は、キャビティが溶融金属で充填されているときに、共通充填口の入口開口の端１４を越えて流れるいかなる過剰な溶融金属を収容することである。リセス１３はそれ故、過剰な溶融金属に対するとい（ｔｒｏｕｇｈ）として働き、且つ溶融金属がサンプリング装置の側部を越えて流れることを避けるための安全測定を提供する。

サンプリング装置は、図５に示された例示的な実施形態において示されているように、各々のキャビティ２、３をサンプルより上の開放された大気に接続する、キャビティの壁において開放した通気孔または通気チャネル１５をさらに適切に含み得る。そのような通気孔またはチャネルは、キャビティの充填の前にキャビティに含まれる空気、及びサンプリング装置が製造される材料に依存して、溶融金属にさらされたときに溶融金属と共に樹脂または場合により加えられた物質から解放される揮発性ガスが、充填の間に、及び凝固の始まりに先立って、キャビティから逃げることを可能にする目的を果たし、それ故、キャビティが完全に充填できることを確実にしている。さらにまた、通気孔及びチャネルは、特定の場合において、キャビティが充填の間に充填されるようになるとき、過剰な溶融金属がキャビティから逃げることを少なくとも部分的に可能にする目的を果たす。しかしながら、共通充填口４の入口開口７がサンプリング装置の最上面より低い位置に配置されているという事実からみれば、通気孔またはチャネル１５を通しての溶融金属のそのような上昇は、ほとんどの場合最小限でありうる。これらの位置はまた、場合により加えられる物質が通気孔またはチャネルを経て流され得るところで、溶融金属がキャビティを通って洗い流されないことが確実となるように適応され得る。

図６は、サンプリング装置のさらに別の例示的な実施形態の断面図を図示している。この場合、サンプリング装置１は、図４で示したようなリング形状のリセス１３及び図５で示したような通気孔またはチャネル１５の両方を含む。充填チャネル５、６がキャビティの底部でキャビティへ開放していると同時に、充填チャネルが、少なくとも一つのキャビティの中心に対応する高さ、またはそのような高さとキャビティの底部との間のいかなる高さといった、いかなる高さでキャビティへ開放し得ることは当然ながら妥当である。各々のキャビティの底部で開放するように充填チャネルを配置することも可能であり、それによってキャビティへの溶融金属の充填が基本的に垂直に上方へ導かれる、すなわち溶融金属がキャビティ内へ上昇することを達成する。

本発明に従い、共通充填口の入口開口は、サンプリング装置の上側の最上部に接する水平面を構成している第１の平面と平行な第２の平面に配置されている。第２の平面は、第１の平面より低い高さで配置され、且つ第１の平面と、キャビティの内面の最上部に接する平面との間の高さであって、第１の平面を除くが、キャビティの内面の最上部に接する平面を含む高さに配置され得る。キャビティが、異なる大きさを有しているか、サンプリング装置内で異なる垂直距離で配置されている場合において、キャビティの内面の最上部に接する平面は、サンプリング装置の最上部（第１の平面）に最も近い内面のそのような最上部を有するキャビティの前記平面に一致している。

図７は、図６に示された例示的な実施形態に類似している、サンプリング装置１のさらに別の例示的な実施形態の断面図を図示している。図７によるサンプリング装置は、充填チャネル５、６の位置において、図６によるサンプリング装置と異なっている。さらにまた、共通充填口４の入口開口が配置される第２の平面Ｃは、キャビティの最上の内面に接する平面である。これは、充填が完了し、キャビティが完全に充填された後で、充填後の溶融金属がキャビティ内で共通充填口と同じ高さにあることを意味している。

図８は、図６に示されたものに類似したサンプリング装置の別の例示的な実施形態の断面図を図示している。図６によるサンプリング装置と対照的に、図８によるサンプリング装置はまた、共通充填口の上部、すなわち共通充填口４の入口開口７に、少なくとも１つの軸方向に延びるスロット１６を含む。スロットの目的は、充填の間の過剰な溶融金属が入口開口の端１４を超えて流れる必要なく、スロット１６を通ってリング形状のリセス１３に流れることを可能にしている。スロット１６はこのように、溶融金属がサンプリング装置の他の部分に流れる危険性を制限するための安全な測定を提供している。

図９は、通気孔またはチャネル１５の軸方向の伸張が、キャビティの中心を通る垂直平面に平行な垂直平面に配置されている別の例示的な実施形態の断面図を図示している。実際、通気孔またはチャネル１５は、キャビティの壁１１のどこにでも配置されることができる。しかしながら、通気孔またはチャネルはキャビティの上部に配置されることが好ましい。

前記垂直平面に平行な平面のような、キャビティの中心を通って延びる垂直平面以外の平面に通気孔またはチャネルを配置することはまた、さらなる利点を提供し得る。例えば、潜在的な保護チューブ１２がキャビティを通って延在し、且つ図１０に示されているようにキャビティの向かい側の壁に支持されることを可能にしている。そのような配置により、保護チューブはさらにキャビティに固定され、且つ一つの閉じた端部とは対照的に二つの開いた端部を有するチューブとして生産され得る。図１０には示されていないが、温度応答手段は、キャビティ内のいかなる好ましい位置に位置する温度測定接点を有して、保護チューブのいかなる端部から導入され得るように、サンプリング装置全体を通って保護チューブを配置することも妥当である。

図１１は、各々が通気孔またはチャネル１５を有する三つのキャビティを含むサンプリング装置の例示的な実施形態の上面図を図示している。共通充填口は、図２から１０に示された実施形態に対応している円錐台の形状にあり、円錐の壁４’’ならびに底面４’が図１１に示されている。共通充填口４の入口開口７は、上側の最上部９の平面の下にある平面またはサンプリング装置１の表面８に配置されている。サンプリング装置は、図８を参照して前に説明したように、リング形状のリセス１３と軸方向に延在するスロット１６をさらに含む。

図１２は、サンプリング装置のさらに別の例示的な実施形態の上面図を図示している。例えば溝（ｇｒｏｏｖｅ）等の形態にある流出（ｒｕｎ−ｏｆｆ）チャネル１７は、（軸方向に延びる壁４’’及び底面４’によって図に図示されている）共通充填口の上部からサンプリング装置の側面１８へ走る、サンプリング装置の上側８に配置される。流出チャネルの目的は、充填が完了したときに、いかなる過剰な溶融金属が、サンプリング装置の近くで場合により存在するいかなる周囲の設備に損害を与えること、或いは操作者または他の人員に怪我を引き起こすことの危険を冒さないために、所望の且つ安全な方向にサンプリング装置から除去されることを確実とすることである。流出チャネルは、過剰な溶融金属が側面の方へ容易に流れることを確実とするために、共通充填口からサンプリング装置の側面の方へ垂直方向にわずかに傾斜している。サンプリング装置に取り付けていても、取り付けていなくてもよい容器は、流出チャネルの下流端部で過剰な溶融金属を集めるために適切に使用され得る。容器は、必要であれば、熱分析の前にサンプリング装置から場合により取り外され得る。

図１１及び１２には示されていないが、サンプリング装置は、図１１で示したようなリング形状のリセス１３と、図１２で示したような流出チャネル１７の両方を含み得る。そのような場合には、流出チャネルの上流端部は、過剰な溶融金属をリング形状のリセスから流出させることができるように、リング形状のリセスに好ましくは接続している。

サンプリング装置は、砂または砂ベースの材料、特に化学粘結砂で構成され得る。サンプリング装置はそのような場合には、発明の要旨を逸脱しない範囲で必要に応じて、鋼のような別の材料の外部ハウジングも含み得る。しかしながら、そのような外部ハウジングは必要ではなく、砂自体がサンプリング装置の十分な安定性を提供する。サンプリング装置は、合成砂または耐火断熱材、キャスタブル耐火物、繊維布または被覆鋼のような他の種類の材料でも構成され得る。同様に、そのような材料の場合には、サンプリング装置は必要に応じて（同じ材料、または異なる材料の）ハウジングを任意に含み得る。

サンプリング装置は、必要に応じて外部支持手段を任意に含み得る。そのような支持手段は、例えば、一つ以上の可能な保護チューブ内に温度応答手段を、それに関する挿入の間、並びにサンプリング装置の作動の間、すなわち、熱分析の間に適切に配置する目的を果たす支持装置であり得る。

溶融鋳鉄のような溶融金属における温度を測定するのに適したいかなる種類の温度応答手段は、本発明によるサンプリング装置に関連して使用され得る。そのような温度応答手段の一つの例は熱電対である。

温度応答手段が熱分析の間に損傷せず、消費されないことを確実とするために、温度応答手段は熱分析の間に、保護チューブに適切に配置され得る。このようにして、温度応答手段は熱分析の終了の後でサンプリング装置から取り去られ、別のサンプリング装置で再利用され得る。さらにまた、温度応答手段の出力を増大にするために、または測定誤差を減らすために、例えばキャビティ内の異なる位置から冷却曲線を得る目的で、必要に応じて同じ保護チューブ内に複数の温度応答手段を配置することも可能である。

サンプリング装置は、上で明らかにされ、且つ図で示された実施形態に限定されない。例えば、保護チューブはサンプリング装置に垂直に配置される必要は無いが、例えば基本的に水平に、または水平面及び垂直面に対して角度を有して配置されることができる。

本発明によるサンプリング装置は、ねずみ鋳鉄（層状鋳鉄としても知られる−ＧＪＬ）、コンパクト黒鉛鋳鉄ＣＧＩ（バーミキュラ黒鉛鋳鉄としても知られる−ＧＪＶ）、及びダクタイル鋳鉄（可鍛鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄としても知られる−ＧＪＳ）の熱分析のために主に展開されている。しかしながら、サンプリング装置はまた、熱分析により、他の溶融物質、特に溶融金属を分析するために使用され得る。

１ サンプリング装置
２ キャビティ
３ キャビティ
４ 共通充填口
４’ 底面
４’’ 円錐の壁
５ 充填チャネル
６ 充填チャネル
７ 入口開口
８ サンプリング装置の上側
９ 上側の最上部
１０ サンプリング装置の下側
１１ キャビティの壁
１２ 保護チューブ
１３ リング形状のリセス
１４ 共通充填口の入口開口の端
１５ 通気孔または通気チャネル
１６ スロット
１７ 流出チャネル

Claims (15)

1. 上側及び下側を有する、金属凝固の熱分析のためのサンプリング装置であって、前記上側の最上部は水平な第１の平面を画定しており、前記サンプリング装置は少なくとも第１のキャビティ及び第２のキャビティを含み、前記第１および第２のキャビティは分析する溶融金属で充填されるように適合されており、且つ各々のキャビティは熱分析の間に温度応答手段を含むように適合されており、前記サンプリング装置は前記サンプリング装置の上面に入口開口を有する一つの共通充填口をさらに含み、前記共通充填口は複数の充填チャネルに分岐しており、各充填チャネルは前記キャビティの一つに終端しており、前記共通充填口の前記入口開口は、前記第１の平面に平行で、且つ前記第１の平面の下に位置している第２の平面に配置されており、及び前記共通充填口は前記サンプリング装置のただ一つの充填口であることを特徴とする、サンプリング装置。
2. 前記共通充填口の前記入口開口は、前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティの少なくとも１つの最上の内面に接する水平面に配置されている、請求項１に記載のサンプリング装置。
3. 前記キャビティの各々を開放した大気へ接続している開放した通気チャネルを含む、請求項１または２に記載のサンプリング装置。
4. 各々のキャビティは、それぞれの前記充填チャネルとそれぞれの前記通気チャネルを除いて、実質的に取り囲まれている、請求項３に記載のサンプリング装置。
5. 前記サンプリング装置の前記上側に配置された流出チャネルをさらに含み、前記流出チャネルは、起こり得る過剰な溶融金属を前記共通充填口から前記サンプリング装置の側面の方へ所定の方向に導くように適合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
6. 前記サンプリング装置の前記上側に、前記共通充填口の前記開口の外側径方向に、且つ前記共通充填口の前記開口と同心に配置された、リング形状のリセスをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
7. 前記共通充填口の壁は、その上部に、軸方向に延在しているスロットを含む、請求項６に記載のサンプリング装置。
8. 前記第１及び第２のキャビティは、同じ内部体積を有している、請求項１から７のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
9. 前記第２のキャビティが、熱分析の間にその中に含まれる前記溶融金属の前記凝固の挙動を故意に変更するように適合された物質を備えており、前記第１のキャビティはそのような物質がない、請求項１から８のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
10. 前記サンプリング装置が分析される溶融金属で充填されるように適合された少なくとも三つのキャビティを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
11. 前記キャビティの各々の中心は、前記第１の平面から同じ距離に配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
12. 前記キャビティの各々は、熱分析の間に少なくとも１つの温度応答手段を含むように適合された保護チューブを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
13. 前記保護チューブは、キャビティを通って径方向に延在しており、且つ温度応答手段を前記保護チューブに挿入するように適合された少なくとも１つの端部開口を含む、請求項１２に記載のサンプリング装置。
14. 前記保護チューブは閉じた端部を含み、前記閉じた端部が基本的に前記キャビティの中心に配置されるようにキャビティ内で径方向に延在している、請求項１２に記載のサンプリング装置。
15. 金属凝固の熱分析を目的とした部品のセットであって、前記セットは、少なくとも二つの温度応答手段と、請求項１から１４のいずれか一項に記載のサンプリング装置と、を含む、セット。

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