JP2003240741A - 熱分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の大きさ形状の試料容器を確実に把持し
て試料台へ搬送することができ、しかも簡単な機構で安
価に製作できる熱分析装置を提供する。 【解決手段】 試料台２１と、この試料台２１に配置さ
れた試料容器を周囲から温度制御可能な測定部２と、複
数の試料配置部が形成された試料ステージ３と、試料ス
テージ３に配置された試料容器を把持するチャック機構
１０と、このチャック機構１０により把持された試料容
器を試料台２１へ搬送する試料搬送手段４とを含む。チ
ャック機構１０は、ばね性を有し先端が内側へ屈曲する
とともに、先端部が拡開した状態で軸中心にほぼ等間隔
に配置された３本のアームと、これら各アームを径方向
内側に撓ませて各アームの先端を中心軸へ近づける筒状
体とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、示差走査熱量計
（ＤＳＣ）、示差熱分析装置、熱重量測定装置などの熱
分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱分析装置は材料分野をはじめ医薬品分
野などにおいて広く利用されている。例えば、示差走査
熱量計（ＤＳＣ）は、試料と基準物質とが制御された温
度プログラムの下にあるときに試料と基準物質に対する
エネルギーの入力の差を温度の関数として測定する装置
である。このＤＳＣは、試料と基準物質を加熱炉内の対
称な位置におき、加熱炉の温度を昇降温させたときに試
料に生じた吸・発熱変化を測定するもので、その試料と
基準物質との温度差に基づくデータを時間（温度）をパ
ラメータとしてプロットすることによりＤＳＣ曲線が得
られる。

【０００３】このような熱分析装置においては、その測
定の能率を上げるなどの目的から、通常複数の熱量測定
試料に関して、その測定を行うことができるように、複
数の試料を収納し、それぞれ順次測定できるようになっ
ているものがある。

【０００４】この場合、試料を収納したトレーから、測
定用の試料台へ試料を搬送する必要がある。試料の搬送
にあたって、試料をチャッキングする必要があるが、こ
のチャッキング機構として、例えば、図５に示すよう
に、４本の棒状の爪（ピン）５０が同時に動いて試料
（試料容器）を掴む構造のものが知られている。

【０００５】また、熱分析用の試料は小さく、測定態様
もいろいろである。したがって、試料を収納する試料容
器も、このような試料の種類、測定態様等に合わせて、
種々の形態の容器、例えば、図４に示すように、上面が
開口した皿状のオープン容器（同図（ａ））、周面から
フランジ１４ａが延出したフランジ容器（同図
（ｂ））、シール部材１４ｂがクリンプされた高さ寸法
の小さいクリンプ容器（同図（ｃ））などが用意されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のチ
ャッキング機構では、容器自身が真円ないしこれに近い
ものでないと、各爪に均等に容器を把持することができ
ない場合があり、チャックミスが生じやすい。

【０００７】また、図４（ｂ）に示すようにフランジ１
４ａが延出するような試料容器では、このフランジ１４
ａを把持することになるが、フランジ１４ａは薄肉であ
るため把持力に対する強度が小さく、従来のチャッキン
グ機構では、フランジ部１４ａが変形ひいては損傷する
おそれがあった。

【０００８】さらに、従来のチャッキング機構では、図
４（ｃ）に示したように、高さ寸法が小さい試料容器の
場合（例えば、高さ１ｍｍ程度の場合）、充分な把持力
を試料容器に与えることができず、搬送ミスが生じる可
能性が高い。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、種々の大きさ形状の試料容器を確実に把持し
て試料台へ搬送することができ、しかも簡単な機構で安
価に製作できる熱分析装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、試料が充填された試料容器を配
置する試料台と、この試料台に配置された試料容器を周
囲から温度制御可能な測定部とを備えた熱分析装置にお
いて、更に、複数の試料配置部が形成された試料ステー
ジと、試料ステージに配置された試料容器を把持するチ
ャック手段と、このチャック手段により把持された試料
容器を試料台へ搬送する試料搬送手段とを含み、しか
も、チャック手段が、ばね性を有し先端が内側へ屈曲す
るとともに、先端部が拡開した状態で軸中心にほぼ等間
隔に配置された複数本のアームと、これら各アームを径
方向内側に撓ませて各アームの先端を中心軸へ近づける
開閉手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１の熱分
析装置において、開閉手段が、複数本のアームに外嵌し
た筒状体を含み、この筒状体を軸方向に移動させること
により、各アームを径方向内側に撓ませて各アームの先
端を中心軸へ近づける構成であることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は２の熱分
析装置において、測定部の上面が開口しており、試料ス
テージが、測定部の上方位置で軸中心に回転自在であ
り、かつ測定部の上方を開放するための切欠部を一部に
有していることを特徴とする。

【００１３】さらに、請求項４の発明は、請求項３の熱
分析装置において、試料ステージが、上下方向に移動自
在であり、かつ下面の所定位置に測定部の上面開口を閉
塞する蓋部材が装着され、回転および上下移動によりこ
の蓋部材を測定部の上面開口に着脱自在な構成であるこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項５の発明は、請求項３又は４の熱分
析装置において、試料搬送手段が、チャック手段を試料
台と対向して上下方向に移動する構成であり、試料ステ
ージは、回転により試料台の上方位置に試料容器を位置
決めする構成であることを特徴とする。

【００１５】上述した請求項１の発明によれば、複数本
のアームを用いることで、いかなる外周形状の試料容器
も各アームの先端で確実に把持できる。また、各アーム
の先端を屈曲形成しているので、試料容器の外周面にフ
ランジ、クリンプ部が存在してもそれらを避けて試料容
器の外周面を把持することができる。

【００１６】また請求項２の発明によれば、複数本のア
ームがばね性により先端を拡開し、筒状体の軸方向移動
によりアーム先端を閉じるので、構造、動作が簡単であ
り、アームの長さおよび湾曲調整により先端が拡開でき
る範囲を任意に設定できる。

【００１７】請求項３の発明によれば、装置全体を小形
化でき、低コスト化を図ることができ、メンテナンスも
容易である。

【００１８】請求項４の発明によれば、独立した機構を
必要とせずに測定部の上面開口を自動的に閉塞しまた開
放することができ、いっそうの省力化を図ることができ
る。

【００１９】請求項５の発明によれば、各構成要素の動
作を簡素化することができ、制御が容易になり、故障し
にくく、メンテナンスも容易である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形
態に係る熱分析装置において、試料容器を把持するチャ
ック機構（チャック手段）の構成例を示す概略図であ
り、同図（ａ）はチャック機構１０のアーム１２が拡開
した状態を示し、同図（ｂ）はチャック機構１０が試料
容器１４を把持した状態を示している。

【００２１】チャック機構１０は、メインロッド１１
と、このメインロッド１１の先端部に連結され、ばね性
を有し先端が内側へ屈曲するとともに、先端部が拡開し
た状態で軸中心にほぼ等間隔に配置された複数本（図で
は３本）のアーム１２とを有する。さらに、メインロッ
ド１１の外周部には、メインロッド１１を収納すると共
に、複数本のアーム１２に外嵌し、これらに対して軸方
向に移動可能な筒状体１３を有する。この筒状体１３の
先端開口部からは、複数本のアーム１２の先端部が露出
している。

【００２２】複数本のアーム１２は、ばね性を有し先端
が内側へ屈曲するとともに、先端部が拡開した状態で軸
中心にほぼ等間隔に配置されている。アーム１２の材質
としては、バネ性を有し、試料容器１４の把持に必要な
所定の強度を有するものであれば特に限定されるもので
はなく、金属材料でも樹脂などの高分子材料であっても
よく、さらには、カーボンやガラス繊維などを含む複合
材料であってもよい。

【００２３】アーム１２の先端部は軸中心に、つまりメ
インロッド１１の中心軸に対して等位置で等間隔に、か
つ拡開した状態で配置されている。すなわち、複数本の
アーム１２は、それぞれがメインロッド１１との先端部
から先端に向かって丁度ラッパ状に開いた形状となって
おり、その先端部は中心方向に向かって屈曲して爪部１
２ａを形成している。このように先端部に向かって拡開
した形状とすることにより、その外周部にある筒状体１
３を軸方向に移動させることで、容易に複数本のアーム
１２を拡開させたり縮径させたりでき、拡開径も自在に
調整することもできる。

【００２４】筒状体１３を移動させる手段としては、特
に限定されるものではなく、エアーシリンダ等のように
直接直線運動を行う駆動源を用いてもよいし、モーター
等の回転運動を行う駆動源とラックアンドピニオン等の
ような運動変換手段を用いて直線運動を行わせるように
してもよい。

【００２５】把持される試料容器１４の形態は限定され
るものではなく、例えば、図４に示したような各種形態
の試料容器１４を確実に把持することが可能である。す
なわち、図４（ａ）に示した一般の試料容器１４は勿論
のこと、同図（ｂ）に示すようなフランジ１４ａが延出
する試料容器１４であっても、アーム１２の先端部に屈
曲形成した爪部１２ａが、フランジ１４ａを回避して容
器周面に接触して把持することができるので、確実な把
持を実現できる。また、チャック機構１０は、爪部１２
ａの部分だけで把持する構成のため、同図（ｃ）に示す
ように高さ寸法の小さい試料容器１４であっても、確実
に把持することができる。さらに、試料容器の外周面が
いかなる形状をしていても、複数本のアーム１２が弾力
的に変形して各爪部１２ａにより確実に把持することが
できる。

【００２６】また、上述したチャック機構１０は、複数
本のアーム１２がそれ自体のばね性をもって径方向に開
き、筒状体１３を軸方向に移動させるだけで各アーム１
２の先端部を縮径することができるので、構造がきわめ
て簡素で安価に製作でき、しかもコンパクトである。

【００２７】図２及び図３は、本実施形態に係る熱分析
装置の全体構成を示す図であり、各図の（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図である。なお、（ａ）の平面図にお
いて、後述する搬送手段４は、理解を容易にするために
試料台２１の上方にあたる一部が省略されている。

【００２８】本実施形態に係る熱分析装置は、熱交換装
置１と、試料を載置する試料台２１を含む測定部２とを
備えている。試料交換装置１は、熱分析装置の本体に組
み込まれており、試料容器をストックする試料ステージ
３と、チャック機構１０により把持された試料容器を搬
送する搬送手段４とを有する。

【００２９】測定部２は、全体で一つの炉体として機能
し、試料台２１の周囲、あるいは下部には試料を加熱す
るためのヒータなどの加熱手段を有し、更にその周囲に
は内部と外部との熱交換を妨げる断熱部材が設けられ、
試料台２１を所定の温度に加熱、保持できるようになっ
ている。また、試料台２１には、熱電対、白金、サーミ
スター等の測温手段を有し、試料台上の試料の温度を正
確に測定することができる。さらに、測定部２には水冷
装置などの冷却手段を取り付けることができ、測定部か
らの熱を遮断したり、試料を所定の温度にまで冷却する
ことができるようになっている。

【００３０】試料台２は、少なくとも試料交換時は上方
が開放されており、試料台２１の上方から試料容器が交
換可能となっている。なお、試料台２１の上面には、通
常２つの試料保持部が形成されており、一方の試料保持
部２１ａに測定試料を充填した試料容器が載置され、他
方の試料保持部２１ｂには標準（比較）試料を充填した
試料容器が載置される。本実施形態において、試料交換
装置１は、このうち測定試料を充填した試料容器を載置
する試料保持部２１ａに対し、試料交換を自動で行う構
成となっている。

【００３１】試料ステージ３には、複数の試料容器がス
トックされる。本実施形態では、この試料ステージ３を
円盤状に形成し、駆動部６により軸中心に回転駆動され
るとともに、上下方向にも移動自在となっている。そし
て、上面の周縁部付近には、円周方向に同一間隔でかつ
中心軸から等距離に複数の試料配置部３１が形成されて
いる。各試料配置部３１は、試料ステージ３の回転に伴
い、試料台２１に形成した試料保持部２１ａの上方に位
置決めされ、後述するようにチャック機構１０の上下移
動だけで試料ステージ３から試料台２１の試料保持部２
１ａに試料容器を搬送できるようになっている。

【００３２】試料ステージ３には、熱分析装置における
測定部２の上方を開放するための切欠部３２が一部に形
成されている。すなわち、切欠部３２は、測定部２の外
周形状に沿って切欠き形成されており、試料ステージ３
が回転してこの切欠部３２が測定部２の丁度上方に位置
決めされると、切欠部３２により測定部２、特に試料台
２１の上方が開放され、自由に試料容器の出し入れがで
きるようになる。

【００３３】試料ステージ３の下部の所定の位置には測
定部２の断熱カバーとして機能する蓋部材８が装着して
ある。この蓋部材８は、測定部２の上部開口を閉塞する
形状をなし、試料ステージ３が回転することにより、測
定部２の丁度上方に位置決めすることができる。さらに
駆動部６による試料ステージ３の下降動作によって、測
定部２の上面開口に蓋部材８が嵌合してその正面開口が
閉塞される（図２参照）。

【００３４】なお、本実施形態では蓋部材８を試料ステ
ージ３に装着し、試料ステージの動作に伴い自動的に測
定部２の上面開口を閉塞できる構成としたが、この蓋部
材８を独自に移動させる機構を付設してもよく、また蓋
部材８を手作業で測定部２の上面開口に嵌合する構成と
してもよい。

【００３５】試料ステージ３を上下動作させたり、回転
させたりする駆動部６は、例えば、モータやギアを組み
合わせて所定量の上下動及び回転動作を行わせることが
できるようになっている。特に、回転動作については、
パルスモータやサーボモータを用いて正確な位置決めが
実現できるように構成することが望ましい。なお、上下
動作については、エアシリンダ、油圧シリンダなどを用
いてもよい。

【００３６】搬送手段４は、チャック機構１０を上下方
向に移動させ、試料容器を搬送する構成となっている。
この搬送手段４は、測定部２まで延設されたアーム４１
を有し、このアーム４１の先端に設けられた支持部４２
に、チャック機構１０とその駆動源が装着されている。
チャック機構１０は、測定部２において測定試料を充填
した試料容器を載置する試料保持部２１ａと対向するよ
うに位置決めされており、上下移動によってこの試料保
持部２１ａに上方から近接又は離間できる構成となって
いる。

【００３７】次に、上述した熱分析装置の試料交換動作
について説明する。まず、試料ステージ３の各試料配置
部３１に測定対象となる試料容器を載置する。このと
き、試料容器は複数ある試料配置部３１の一部だけに載
置することもできる。試料配置部３１に載置された試料
は、その存在をセンサーなどにより検知することができ
るようになっている。なお、試料ステージ３に載置され
る試料数としては特に限定されるものではないが、通
常、２〜３０個程度である。

【００３８】次いで、試料ステージ３を回転駆動して、
測定対象となる試料容器が載置されている試料配置部３
１を、チャック機構１０の下方に位置決めする。続い
て、搬送手段４を駆動してチャック機構１０を下降させ
るとともに、チャック機構１０を作動させて、試料ステ
ージ３上の試料容器を把持する。チャック機構が試料容
器を把持したら、搬送手段４を駆動してチャック機構１
０を上昇させる。

【００３９】その後、試料ステージ３を回転駆動して切
欠部３２を測定部２の上方に位置決めする（図１の状
態）。次に、搬送手段４を駆動してチャック機構１０を
下降させると、試料容器が試料台２１の試料保持部２１
ａに載置される。ここで、試料容器の把持を解除してチ
ャック機構１０を上昇させれば、試料保持部２１ａら試
料保持部２１ａへの試料容器の搬送動作が終了する。な
お、上述した動作と逆の動作をもって、試料保持部２１
ａから試料保持部２１ａの試料配置部３１へ、測定済み
試料容器を搬送することもできる。

【００４０】試料容器の搬送動作が終了したら、、試料
ステージ３を回転して蓋部材８を測定部２の上方に位置
決めし、さらに試料ステージ３を下降させると、測定部
２の上面開口を蓋部材８によって閉塞することができる
（図２の状態）。

【００４１】上記実施形態では、搬送手段４を上下の移
動だけで試料容器を搬送する構成として構造の簡素化と
制御の容易化を図っている。ただし、この構成に限定さ
れるものではなく、必要に応じ、水平移動（Ｘ方向の移
動、Ｙ方向の移動、Ｘ−Ｙ方向の移動）をも可能な構成
とすることもできる。

【００４２】また、試料ステージ３は、切欠部３２を形
成することで、その回転移動経路を、測定部３の上方に
おくことを可能として装置全体のコンパクト化を図って
いるが、この他にも方形のトレイ等、必要に応じて種々
の形態にすることも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、種々の大
きさ形状の試料容器を確実に把持して熱分析装置の試料
台へ搬送することができ、しかも簡単な機構で安価に製
作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る熱分析装置のチャッ
ク機構を示す概略図であり、（ａ）はアームが拡開した
状態を示し、（ｂ）はワークを把持した状態を示してい
る。

【図２】 本発明の実施形態に係る熱分析装置の全体構
成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図であ
る。

【図３】 図２と同じく本発明の実施形態に係る熱分析
装置の全体構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。

【図４】 試料容器の形状例を示し斜視図である。

【図５】 従来の熱分析装置におけるチャック機構を示
す図である。

【符号の説明】

１ 試料交換装置 ２ 測定部 ３ 試料ステージ ４ 搬送手段 ６ 駆動部 ８ 蓋部材 １０ チャック機構（チャック手段） １１ メインロッド １２ アーム １３ 筒状体 １４ 試料容器 ２１ 試料台 ３１ 試料配置部 ３２ 切欠部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料が充填された試料容器を配置する試
   料台と、この試料台に配置された試料容器を周囲から温
   度制御可能な測定部と、を備えた熱分析装置において、 更に、複数の試料配置部が形成された試料ステージと、
   前記試料ステージに配置された試料容器を把持するチャ
   ック手段と、このチャック手段により把持された試料容
   器を前記試料台へ搬送する試料搬送手段とを含み、 前記チャック手段は、 ばね性を有し先端が内側へ屈曲するとともに、先端部が
   拡開した状態で軸中心にほぼ等間隔に配置された複数本
   のアームと、 これら各アームを径方向内側に撓ませて各アームの先端
   を中心軸へ近づける開閉手段と、を備えたことを特徴と
   する熱分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１の熱分析装置において、 前記開閉手段は、前記複数本のアームに外嵌した筒状体
   を含み、この筒状体を軸方向に移動させることにより、
   各アームを径方向内側に撓ませて各アームの先端を中心
   軸へ近づける構成であることを特徴とする熱分析装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の熱分析装置において、 前記測定部は、上面が開口しており、 前記試料ステージは、前記測定部の上方位置で軸中心に
   回転自在であり、かつ前記測定部の上方を開放するため
   の切欠部を一部に有していることを特徴とする熱分析装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３の熱分析装置において、 前記試料ステージは、上下方向に移動自在であり、かつ
   下面の所定位置に前記測定部の上面開口を閉塞する蓋部
   材が装着され、回転および上下移動によりこの蓋部材を
   前記測定部の上面開口に着脱自在な構成であることを特
   徴とする熱分析装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４の熱分析装置において、 前記試料搬送手段は、前記チャック手段を前記試料台と
   対向して上下方向に移動する構成であり、前記試料ステ
   ージは、回転により前記試料台の上方位置に試料容器を
   位置決めする構成であることを特徴とする熱分析装置。