JP3636110B2 - 熱機械分析装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料を一定の温度で加熱あるいは冷却することによって、又は、圧縮荷重または引張荷重を加え、試料の温度を一定の速度で変えながら、試料の伸びや収縮などの寸法を検出し、温度または時間の関数として測定する熱機械分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
試料の温度を一定の速度で変えながら、その試料の寸法を温度の関数として測定する熱膨張測定と、さらに試料に圧縮または引張荷重を加えた場合における試料の機械的性質の変化を測定する方法とを含めて熱機械的分析(ThermalMechanical Analysis:TMA)といわれ、その分析手法は金属、非金属のあらゆる分野に利用されている。例えば、耐火物などの窯業の分野では、成形する際の収縮率を知る必要があり、その焼成工程の設定、製品の品質管理などに熱膨張測定はきわめて重要である。また、ガラス、合成樹脂の分野では、ガラス転移温度、軟化温度、結晶転移温度の決定や、熱力学的見地からの研究などに用いられている。
熱機械分析装置では、試料支持棒を試料に直接接触させて、外部から試料を加熱し、その試料の寸法変化を、試料支持棒の上下動の位置変化として検出し測定する方法が多く用いられている。
【0003】
図3に従来の熱機械分析装置の断面構造を示す。試料支持棒19aは、下端部が試料17に接触し、上端部は中間軸8を介して差動トランスコア7bに接続されている。上部のバネ4は、上端が支持金具3に固定され、下端はフォースコイル5の上面中央棒に固定され、差動トランスコア7bから延長された軸が永久磁石6の中央を通り、フォースコイル5の中央に接続されている。試料支持管16aは、円筒状の底に試料17がセットされ、試料支持棒19aが試料17の上面に接触し、試料17と試料支持棒19aを外部の環境から隔離して、装置のベースプレート11の金具25に試料支持管固定ネジ24によって固定されている。そして、外部に設けられた電気炉18によって試料17が加熱される。
変位測定器7は、差動トランスコイル7aと差動トランスコア7bから構成され、試料支持棒19aの上下動によって差動トランスコア7bの位置が上下に変化するのを検出し、試料17の熱膨張による寸法変化を知ることができる。
また、フォースコイル5に電流を流し永久磁石6との相互作用によって、中心の軸(フォースコイル5の中心の軸、差動トランスコア7b、中間軸8、試料支持棒19a)を介して試料17に圧縮、引張荷重を加えることができる。
そして、変位測定器7の差動トランスコイル7aの上部に永久磁石6が設置され、両者が支持筒2に保持され、その支持筒2に支持金具3が取付けられ、支柱1上を上下にマイクロメータ(図示せず)によって手動で移動させることができる。
【0004】
試料支持棒19aと中間軸8と差動トランスコア7bとフォースコイル5は、一体となってバネ4に吊られているが、通常、試料17を加熱しない状態では、試料17に荷重がかからないように、支持金具3をマイクロメータ(図示せず)によって手動で上下し、または、フォースコイル5に電流を流し、上向けにΔFの力を生じるようにして、一旦試料支持棒19aを上げ、再びフォースコイル5の電流を減少させて、試料支持棒19aを下げ、変位測定器7からの信号の変化が無くなる位置に試料支持棒19aを停止させ、試料17へ接触する試料支持棒19aの自重を消去して平衡状態にすることができる。
また、装置の下部に電気炉18が備えられ、加熱時の熱が上方に伝わるので、その熱を放散する放熱器15aが設けられ、リング27によって金具26に固定されている。
そして、ベースプレート11上の各部を外部の影響から隔離するために、ベースプレート11上にカバー固定用金具10を設置し、容器カバー9が被せられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱機械分析装置は以上のように構成されており、試料支持棒19aの下端は、試料17に接触し、上端部は、図4に示すように、中間軸8と接続ネジ31で連結され、さらに、中間軸8の接続ネジ30で変位測定器7の差動トランスコア7bと連結され、さらに、その上部に設けられたフォースコイル5の中心の軸に接続ネシで連結されている。そして、フォースコイル5に電流を流し永久磁石6との相互作用によって、中心の軸(フォースコイル5の中心の軸、差動トランスコア7b、中間軸8、試料支持棒19a)を介して試料支持棒19aを上下させ、変位測定器7からの信号の変化が無くなる位置に、試料支持棒19aを停止させ、試料17へ接触する試料支持棒19aの自重を消去して平衡状態にしている。そして、試料17が加熱され温度上昇すると、試料17が熱膨張しその寸法変化が、試料支持棒19a、中間軸8、差動トランスコア7bに伝わり、差動トランスコア7bの上下動となり差動トランスコイル7aから検出される。
【0006】
また、試料17に圧縮荷重または引張荷重を加える場合は、フォースコイル5に電流を流し永久磁石6との相互作用により、中心の軸(フォースコイル5の中心の軸、差動トランスコア7b、中間軸8、試料支持棒19a)を介して試料支持棒19aを上下させて、試料17の温度を一定の速度で変えながら、試料17の伸びや収縮などの寸法を検出し、温度または時間の関数として測定される。しかし、試料支持棒19aから接続ネジ31、30による連結部が2ヶ所もあり、変位測定器7の差動トランスコア7bの軸心と、下部に連結された試料支持棒19aが一直線上にならないことがあり、また、試料支持棒19aが接続ネジ31、30で緩んだりして、正確な伸びや収縮などが上部の差動トランスコア7bに伝わらず、正確な測定ができないという問題がある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、変位測定器の中心軸と試料支持棒の軸が一直線上になり、確実に連結固定され、正確な測定ができる熱機械分析装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の熱機械分析装置は、一端を試料に接触させ、他端が差動トランスコア及び永久磁石と相互作用するフォースコイルの軸に連結された試料支持棒と、前記試料支持棒を上方又は下方に付勢する弾性手段とを備え、前記フォースコイルと永久磁石の作用により前記試料支持棒を上下に移動させ、前記弾性手段の付勢力とつりあわせることで試料へ接触する前記試料支持棒の自重を消去して、試料の温度を一定の速度で変えながらその試料の寸法を温度の関数として測定する熱機械分析装置において、前記試料支持棒の上端部と前記差動トランスの下端部とのいずれか一方に、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを設けた挿込側凸部を備え、他方に前記挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを設けた受側凹部とを備えて、挿込側凸部と受側凹部とを接続したものである。
【0009】
また、本発明の熱機械分析装置は、前記挿込側凸部と受側凹部のそれぞれに締付用の締付横穴を設けたものである。
【0010】
本発明の熱機械分析装置は上記のように構成されており、試料支持棒の上端部もしくは差動トランスコアの下端部の何れかに、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを備えた挿込側凸部を形成し、これに対応して、その挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを備えた受側凹部を形成しているので、挿込側凸部と受側凹部とをガイドの棒と穴でガイドし、雄ネジと雌ネジによって締結し、精密に加工された両当り面を接触させることによって試料支持棒と差動トランスコアを一直線に連結することができる。
また、挿込側凸部と受側凹部とをそれぞれに設けられた締付用の両締付横穴を用いて強固に締付け連結接続することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の熱機械分析装置の一実施例を、図1、図2を参照しながら説明する。図1は本発明の熱機械分析装置の断面構造を示し、図2は試料支持棒19と差動トランスコア7cの接続部分を示す図である。
本熱機械分析装置は、下端を試料17に接触させ、上端に挿込側凸部形状の接続部29を有し、受側凹部形状の接続部28を有する差動トランスコア7cの軸下端に取付けられ、且つその差動トランスコア7cを介して永久磁石6と相互作用するフォースコイル5の軸に連結された試料支持棒19と、試料支持棒19を上方又は下方に付勢する永久磁石6とフォースコイル5からなる弾性手段と、試料支持棒19の上下動位置を検出する差動トランスコイル7aと差動トランスコア7cからなる変位測定器7と、その弾性手段の永久磁石6と変位測定器7の差動トランスコイル7aとを取付け支柱1上を上下に移動可能な支持筒2と、バネ4を介して試料支持棒19を吊下げ支持筒2に取付けられた支持金具3と、下端で試料17を支持し上端がベースプレート11の金具25に着脱可能に取付けられた試料支持管16aと、装置のベースプレート11上のカバー固定用金具10に取付けられ上部をカバーする容器カバー9と、試料17を加熱する電気炉18と、その熱を放熱するために金具26にリング27によって取付けられた放熱器15aとから構成されている。
【0012】
本熱機械分析装置は、試料支持棒19の上端の接続部29に、ガイド29aの棒と雄ネジ29bと水平に加工された当り面29dと締付用の締付横穴29cを設けて挿込側凸部を形成し、これに対応して、上部に設けられた変位測定器7の差動トランスコア7cの軸を下方に延長しその下端の接続部28に、接続部29の挿込側凸部が挿入される構造のガイド28aの縦穴と雌ネジ28bと水平に加工された当り面28dと締付用の締付横穴28cを設けて受側凹部を形成し、接続部29の挿込側凸部と接続部28の受側凹部とを連結して、試料支持棒19と作動トランスコア7cを一直線にし、強固に締付け接続されたものである。
【0013】
次に、本熱機械分析装置の試料支持棒19と差動トランスコア7cの軸との連結手順について説明する。まず、下部に設けられた電気炉18を他の位置に退避させ、リング27を緩めて放熱器15aを取り外す。次にフォースコイル5に電流を流し、試料支持棒19を試料17から上方に離した位置にセットしておく。ベースプレート11の下方には金具26と中心に試料支持管16aが出た状態になる。次に、容器カバー9を外し、ベースプレート11に取付けられたカバー固定用金具10を外す。そして、試料支持管固定ネジ24を緩め、試料支持管16aを下方に引き抜く。そして、フォースコイル5の電流を切る。差動トランスコア7cから下方に垂れ下がった軸の下端の接続部28と、試料支持棒19の上端の接続部29との連結部が見られる。2本のピン工具をそれぞれ接続部28の締付横穴28cと接続部29の締付横穴29cに挿入し、締付横穴29c側のピン工具を上から見て時計方向に回転し雄ネジ29b・雌ネジ28bを緩め、ガイド28aに沿ってガイド29aを抜く。
【0014】
次に、新しい試料支持棒19を準備し、上記の逆の工程で、ガイド28aの縦穴に沿ってガイド29aの棒を挿入し、雄ネジ29bと雌ネジ28bによって締結し、精密に水平加工された両当り面28d、29dを接触させることによって試料支持棒19と作動トランスコア7cの軸を一直線に連結し、両締付横穴28c、29cを用いて強固に締付け連結接続する。
そして、上記の逆の工程で、試料支持棒19を中心にして、下方から試料支持管16aを挿入し、ベースプレート11に取付けられた金具25に試料支持管固定ネジ24によって固定し、カバー固定用金具10を取付け、容器カバー9を被せる。そして、放熱器15aを金具26にリング27によって取付け、試料支持管16aと試料支持棒19の間に試料17をセットし、電気炉18を試料17の高さにセットする。
【0015】
上記の実施例では、試料支持管16aが、装置の容器カバー9とカバー固定用金具10を外し、試料支持管固定ネジ24を緩めないと取り外しできない構造であるが、試料支持管16aを装置の容器カバー9をはずさなくも取り外しできる構造にすることによって、本熱機械分析装置は、差動トランスコア7cの軸がベースプレート11の下面までのび、接続部28と接続部29が装置本体の下部に出ているので、ベースプレート11の下方の作業のみで、試料支持棒19を容易に取り外し交換することができる。
【0016】
次に、本熱機械分析装置の操作について説明する。まず、ベースプレート11に設けられた金具25に試料支持管16aを挿入し、試料支持管固定ネジ24で固定する。そして、試料支持管16aの下部に試料17をセットして、さらに、試料17を加熱しない状態で、試料17に荷重がかからないように、支持金具3をマイクロメータ(図示せず)によって手動で上下し、または、フォースコイル5に電流を流し、上向けにΔFの力を生じるようにして、一旦試料支持棒19を上げ、再びフォースコイル5の電流を減少させて、試料支持棒19を下げ、変位測定器7からの信号の変化が無くなる位置に試料支持棒19を停止させ、試料17へ接触する試料支持棒19の自重を消去して平衡状態にする。そして、電気炉18を上部に移動させ、放熱器15aの下部と密着した後に試料17を一定の温度又は一定の速度で温度上昇させ、試料17の伸びや収縮などの寸法の変化を、試料支持棒19と連結された差動トランスコア7cの上下位置移動によって変位測定器7の差動トランスコイル7aで検出し、温度または時間の関数として測定する。
【0017】
なお、上記実施例では試料支持棒19側にガイド29aと雄ネジ29bを設け、差動トランスコア7c側にガイド28aの穴と雌ネジ28bを設けたが、試料支持棒19側にガイド穴と雌ネジを設け、差動トランスコア7c側にガイドと雄ネジを設けても同様の効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】
本発明の熱機械分析装置は上記のように構成されており、試料支持棒の上端部と、上方の差動トランスコアの軸を下方にのばし、その下端部との一方に挿入側凸部を形成し、他方に前記挿込側凸部が挿入される受側凹部を形成し、その挿込側凸部と受側凹部に、ガイドの棒・穴と、雄ネジ・雌ネジと、水平に加工された各当り面と、締付用の各締付横穴とを設けているので、ガイドの棒が容易にガイド穴にガイドされて、雄ネジと雌ネジが締結され、精密に加工された両当り面が接触することによって、試料支持棒と差動トランスコアを一直線に連結し、両締付横穴にピン工具を用いて強固に締付け接続することができる。それによって接続部が緩んだりすることが無く正確な熱機械分析ができる。また、接続部がベースプレートの下部に位置するようにされたので、試料支持棒の交換も容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の熱機械分析装置の一実施例を示す図である。
【図2】 本発明の熱機械分析装置の変位測定器と試料支持棒の接続部を示す図である。
【図3】 従来の熱機械分析装置を示す図である。
【図4】 従来の熱機械分析装置の変位測定器と試料支持棒の接続部を示す図である。
【符号の説明】
1…支柱
2…支持筒
3…支持金具
4…バネ
5…フォースコイル
6…永久磁石
7…変位測定器
7a…差動トランスコイル
7b、7c…差動トランスコア
8…中間軸
9…容器カバー
10…カバー固定用金具
11…ベースプレート
15a…放熱器
16a…試料支持管
17…試料
18…電気炉
19、19a…試料支持棒
24…試料支持管固定ネジ
25…金具
26…金具
27…リング
28、29…接続部
28a、29a…ガイド
28b…雌ネジ
28c、29c…締付横穴
28d、29d…当り面
29b…雄ネジ
30、31…接続ネジ
Claims (2)
- 一端を試料に接触させ、他端が差動トランスコア及び永久磁石と相互作用するフォースコイルの軸に連結された試料支持棒と、前記試料支持棒を上方又は下方に付勢する弾性手段とを備え、前記フォースコイルと永久磁石の作用により前記試料支持棒を上下に移動させ、前記弾性手段の付勢力とつりあわせることで試料へ接触する前記試料支持棒の自重を消去して、試料の温度を一定の速度で変えながらその試料の寸法を温度の関数として測定する熱機械分析装置において、前記試料支持棒の上端部と前記差動トランスの下端部とのいずれか一方に、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを設けた挿込側凸部を備え、他方に前記挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを設けた受側凹部とを備えて、挿込側凸部と受側凹部とを接続したことを特徴とする熱機械分析装置。
- 請求項1に記載された熱機械分析装置において、前記挿込側凸部と受側凹部のそれぞれに締付用の締付横穴を設けたことを特徴とする熱機械分析装置。
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