JP3852848B2 - 熱分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持棒に設けた感熱板上に試料を載せた状態で、当該試料の熱的な特性を測定する熱分析装置に関する。

熱分析装置には、ＴＧ（Thermogravimetry：熱重量測定）装置、ＤＴＡ（Differential Thermal Analysis：示差熱分析）装置、ＤＳＣ（Differential Scanning Calorimeter：示差走査熱量測定）装置、その他種々の型式のものがある。ＴＧ装置とは、温度の変化あるいは時間の経過に対して、試料である化合物の重量変化を測定する装置である。ＤＴＡ装置とは、試料と熱的に安定な標準物質を同時に加熱して試料が熱に反応した際に両者の間に現れた温度差を測定し、その温度差から試料に発生した熱変化を知る装置である。また、ＤＳＣ装置とは、加熱、冷却または一定温度下にある試料が、吸収または発散する熱量を測定する装置である。

これらの熱分析装置の中には、支持棒に設けた感熱板上に試料を載せた状態で測定を行うものがある。例えば、ＴＧ装置は、支持棒として天秤用ビームを用いて、その天秤用ビームの回転振れに基づいて試料の熱的な特性を測定する熱分析装置として知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−０５２７３２号公報（第２〜３頁、図１）

ところで、上記特許文献１に開示された支持棒を用いた熱分析装置では、例えば図７（ａ）に示すように、熱電対１１５が支持棒１１９の中を貫通していた。そして、その熱電対１１５の先端、すなわち測温部は感熱板１２１の底面にスポット溶接によって固着されていた。これにより、感熱板１２１の温度が熱電対１１５によって検出されていた。また、熱電対１１５は、それのみによって感熱板１２１を所定の測定位置Ｙに置くという機能も果たしていた。つまり、支持棒１１９は、熱電対１１５を介して感熱板１２１を測定位置Ｙに支持していた。測定対象である試料を収容した試料容器１０４は、感熱板１２１の上に置かれる。

また、感熱板１２１を支持するためのその他の構造として、図７（ｂ）に示すように、感熱板１２１にパイプ１１７を溶接し、そのパイプ１１７に支持棒１１９を挿入して感熱板１２１を支持していたものもあった。

図７（ａ）のように、熱電対１１５のみによって感熱板１２１を支持する構造では、熱電対１１５の強度が低いために感熱板１２１を支持する強度が不足していた。そのため、試料容器１０４を感熱板１２１に対して着脱する際に、感熱板１２１の位置が動いてしまったり、感熱板１２１が傾いてしまうおそれがあった。また、図７（ｂ）のように、パイプ１１７を用いて感熱板１２１を支持する構造では、感熱板１２１を支持する強度は十分であるが、感熱板１２１の上に載置された試料容器１０４の内部にある試料が熱的変化を起こした際に、感熱板１２１からパイプ１１７、そして支持棒１１９を通して熱が逃げていた。これにより、測定の感度が低下するおそれがあった。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、試料の熱が逃げることによる測定感度の低下を防止し、且つ、感熱板等といった試料載置部を支持する強度が強い熱分析装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る熱分析装置は、試料を載せる感熱板と、該感熱板に測温部が固着される熱電対と、該熱電対を支持し横方向に延びる支持棒と、前記感熱板の試料載置側の外方へ突出し、前記支持棒の軸線に対応する部分が間隔部分となるように前記感熱板に設けられた一対の突片と、一端が前記突片の１つに固着され他端が前記支持棒に係合する一対のワイヤとを有し、前記感熱板と前記支持棒との間には空間が設けられ、前記熱電対によって前記感熱板の底面を支持し、前記支持棒の軸線を挟んで該支持棒の両側で前記感熱板を前記一対のワイヤによって支持することを特徴とする。

ここでいう固着とは、ワイヤと感熱板とが互いに相対移動しないように、例えば、溶接や接着剤等により接合されている状態のことである。また、ここでいう係合とは、ワイヤが支持棒に対して相対的に位置変動しようとするときに、支持棒がそのワイヤの位置変動を阻止するように機能するような、ワイヤと支持棒との関係のことである。例えば、ワイヤが支持棒に対して位置不動に固定された状態や、支持棒に緩く又は比較的きつく嵌合するパイプの外周面にワイヤを固着させる状態等が上記の係合として考えられる。

また、熱電対は、異なった材料から成る導電線を２点で接合したものである。この熱電対においては、接合した２点をそれぞれ異なった温度雰囲気に保つと起電力が生じる。この起電力の大きさは、導電線を形成する材料の種類と導電線の接合点における温度差によって左右される。従って、一つの接合点の温度を一定に保った状態で起電力を検出すれば、他方の接合点における温度を測定することができる。本発明において熱電対の測温部とは、上記２つの接合点のうちの１つである。この測温部を感熱板に固着すれば、感熱板に載置した試料の温度変化を測定することができる。また、熱電対は、その測温部を感熱板に固着させることにより、感熱板を支持棒に支持する役割も併せ持っている。

上記構成の熱分析装置においては、熱電対に加えてワイヤを用いて感熱板を支持棒に支持する構造にした。これにより、熱電対のみを用いて感熱板を支持する構造に比べて感熱板を支持する強度が高くなるので、試料を着脱するときに感熱板の位置が動いたり、感熱板が傾いたりすることがなくなる。また、感熱板と支持棒とを接合するワイヤは線径が小さくて長い部材であるので熱容量が小さく、それ故、感熱板からワイヤを通じて支持棒へ逃げる熱の量を低減できる。これにより、測定の感度が低下することを防止できる。

本発明に係る熱分析装置においては、前記支持棒の端部にパイプを有し、該パイプを介して前記ワイヤが前記支持棒に係合することが望ましい。そしてこの場合には、前記パイプの前記支持棒の軸線方向に沿った長さは３ｍｍ以下であることが望ましい。こうすれば、ワイヤと支持棒との接触面積を小さくすることができる。これにより、感熱板からワイヤを通じて支持棒へ逃げる熱の量を低減できるので、測定の感度が低下することを防止できる。

本発明に係る熱分析装置において、前記感熱板には、外方へ突出すると共に前記支持棒の軸線に対応する部分が間隔部分となるように並べられた複数の突片が設けられることが望ましい。そしてこの場合には、前記ワイヤは、前記支持棒の軸線を挟んで両側に設けられ、各ワイヤは前記複数の突片の１つに固着されることが望ましい。感熱板に突片を設ければ、感熱板の上に載せた試料が、その感熱板から落ちることを防止できる。

また、複数の突片を、支持棒の軸線に対応する部分が間隔部分となるように設ければ、間隔部分において突片に触れることなく試料を把持することができるので、感熱板に対する試料の着脱を容易に行うことができる。さらに、ワイヤを支持棒の軸線を挟んで両側に設け、各ワイヤを１つの突片に固着させるようにすれば、感熱板は、自らの両側であって略左右対称である位置においてワイヤによって支持される。その結果、感熱板をより安定に支持することができる。

本発明に係る熱分析装置においては、感熱板に突片を４個設け、前記支持棒から見て手前側２個の突片に前記ワイヤが固着されることが望ましい。突片が４個であれば、感熱板上において、支持棒の軸線に対応する部分に間隔部分を確実に設けることができる。こうすれば、試料の着脱を容易に行うことができる。また、手前側２個の突片にワイヤを固着すれば、ワイヤの形状、および感熱板を支持する部分の構造を簡単にすることができる。

本発明に係る熱分析装置において、前記ワイヤは前記熱電対と同じ材料であることが望ましい。こうすれば、新たな材料を用いてワイヤを形成する必要がないので、材料を節約できる。

本発明に係る熱分析装置において、前記ワイヤは前記熱電対と同じ断面形状を有することが望ましい。こうすれば、熱電対を構成する導電線をワイヤとして用いることができるので、材料を節約できる。

本発明に係る熱分析装置において、前記ワイヤはロジウム（Ｒｈ）の含有率が５〜４０％である白金ロジウム（ＰｔＲｈ）合金によって形成されることが望ましい。白金ロジウム合金においてロジウムの含有率が５％未満であると、白金ロジウム合金は軟らかくなり過ぎる。このような白金ロジウム合金を用いてワイヤを形成すれば、ワイヤが軟らかくなり過ぎるので、感熱板を支持する強度が低くなるおそれがある。一方、ロジウムの含有率が４０％より高いと、白金ロジウム合金は硬くなり過ぎる。このような白金ロジウム合金を用いてワイヤを形成すれば、ワイヤが硬くなり過ぎるのでワイヤを加工し難くなる。ロジウムの含有率が５〜４０％であれば、ワイヤが加工し易く、且つ感熱板を支持する強度を高くできる。

また、白金ロジウム合金は、酸化し難い耐高熱材料の１つである。従って、感熱板から伝わる熱によってワイヤが酸化することを防止できる。なお、ワイヤは白金ロジウム合金以外の、酸化し難い耐高熱材料によって形成しても良い。

本発明に係る熱分析装置によれば、熱電対に加えてワイヤを用いて感熱板を支持棒に支持する構造にした。これにより、熱電対のみを用いて感熱板を支持する構造に比べて感熱板を支持する強度を高くできるので、感熱板に対して試料を着脱するときに感熱板の位置が動いたり、感熱板が傾いたりしなくなる。また、感熱板と支持棒とを接合するワイヤは熱容量が小さいので、感熱板からワイヤを通じて支持棒へ逃げる熱の量を低減できる。これにより、測定の感度が低下することを防止できる。

以下、本発明に係る熱分析装置をＴＧ装置に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは、もちろんである。

図２は、本発明に係る熱分析装置の一実施形態であるＴＧ装置を示している。図３は、図２に示す熱分析装置における天秤装置に関する部分を具体的に示している。また、図１は図２において矢印Ｐで示す試料載置部分を拡大して示している。図１（ａ）は図２の矢印Ｑに従って試料載置部を横方向から見た図であり、図１（ｂ）は図２の矢印Ｓに従って試料載置部を平面的に見た図である。

図２に示すＴＧ装置１は、試料の交換を自動的に行うサンプルチェンジャ２と、ＴＧ測定を行う天秤装置３とを有する。サンプルチェンジャ２は、複数の試料容器４が置かれる場所であるターンテーブル６と、試料容器４を搬送する搬送アーム７とを有する。測定対象である試料は、その適量が試料容器４の中に収容される。ターンテーブル６にはテーブル回転装置８が付設される。このテーブル回転装置８はターンテーブル６を中心軸線Ｘ０を中心として間欠的に回転させるための装置である。この間欠回転は、異なる試料容器４を順々に取出し位置Ｐ０へ運ぶための動作である。

テーブル回転装置８は従来から周知の任意の回転駆動装置によって構成できるが、例えば、モータ等といった回転装置の回転を、ギヤ等といった動力伝達要素によってターンテーブル６へ伝達する構造を採用できる。この場合、ターンテーブル６の間欠的な回転を実現するために、動力源であるモータとしてステッピングモータやサーボモータを用いることが望ましい。また、ターンテーブル６の回転角度を測定するために、パルス発生器をターンテーブル６の回転軸に付設したり、あるいは、ターンテーブル６の回転軸の周りにフォトセンサを配置したりすることが望ましい。

搬送アーム７は支軸９によって支持される。また、この支軸９にはアーム回転装置１１及びアーム昇降装置１２が付設される。アーム回転装置１１は搬送アーム７を支軸９を中心として矢印Ａのように回転させるための装置である。このアーム回転装置１１は従来から周知の任意の回転駆動装置によって構成できるが、例えば、モータ等といった回転装置の回転を、ギヤ等といった動力伝達要素によって支軸９へ伝達する構造を採用できる。この場合、搬送アーム７の回転角度を希望の値に制御するために、動力源であるモータとしてステッピングモータやサーボモータを用いることが望ましい。また、搬送アーム７の回転角度を検知するために、パルス発生器を支軸９に付設したり、あるいは、支軸９の周りにフォトセンサを配置したりすることが望ましい。

次に、アーム昇降装置１２は搬送アーム７を矢印Ｂのように昇降移動させるための装置である。このアーム昇降装置１２は従来から周知の任意の往復直線駆動装置によって構成できるが、例えば、モータ等といった回転装置の回転を直線運動に変換する動力伝達要素を用いて構成できる。このように回転運動を直線運動に変換する要素としては、例えば、モータ等といった回転源に固定されたネジ軸と、支軸９に固定されると共にそのネジ軸にネジ嵌合するスライド部材とによって構成できる。この構成によれば、回転源が回転するとそれに固定されたネジ軸が回転し、そのとき、ネジ軸にネジ嵌合するスライド部材がネジ軸の軸線方向にスライド移動し、これにより、そのスライド部材が固定されている支軸９が直線移動して昇降移動する。なお、ウオームとウオームホイールとから成る動力変換要素を用いることもできる。

次に、搬送アーム７の先端部分には、試料容器４をその左右の両側から把持するための一対のフィンガ１３，１３が矢印Ｃのように往復平行移動可能に、すなわち開閉移動可能に設けられている。また、搬送アーム７の内部にはフィンガ１３，１３を矢印Ｃのように開閉移動させるための開閉駆動装置１４が設けられている。この開閉駆動装置１４は従来から周知の任意の開閉駆動機構によって構成できる。

次に、天秤装置３は、支点を構成するトーションバンド１８によって回転自在に支持された天秤用ビーム１９と、試料の温度を変化させるための電気炉２４とを有する。本実施形態では、標準物質を用いないで測定を行う場合を考えるものとし、従って、天秤用ビーム１９は測定対象としての試料を載せるための１本だけが用いられる。仮に、標準物質を用いた測定を行う場合には、天秤用ビーム１９は測定対象である試料のための１本と、標準物質のための１本の合計２本が用いられる。天秤用ビーム１９は、図３に示すように、試料側ビーム１９ａと検出側ビーム１９ｂとをソケット２０を用いて連結することによって形成されている。この天秤用ビーム１９は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）によって形成される。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、天秤用ビーム１９は、その先端に感熱板２１を有する。すなわち、天秤用ビーム１９は感熱板２１を支持する支持棒として働く。測定対象である試料を収容した試料容器４は、この感熱板２１の上に載置されて測定に供される。また、天秤用ビーム１９の内部には熱電対１５が配設される。具体的には、天秤用ビーム１９の内部に熱電対１５より少し大きい径の貫通穴Ｚが設けられ、熱電対１５はこの貫通穴Ｚに挿入される。

本実施形態では、白金（Ｐｔ）線と白金ロジウム合金線を接合して成る熱電対１５を用いている。この熱電対１５では白金線と白金ロジウム線との接合部が測温部を構成する。この熱電対１５の測温部を、例えば溶接によって感熱板２１の底面に固着することにより、感熱板２１に載置した試料に関する温度変化を測定することができる。

感熱板２１は、熱電対１５を構成する導電線のうちの一方と同様に白金ロジウム合金によって形成される。さらに、感熱板２１には複数個、例えば４個の突片２５が設けられる。これらの突片２５は、図１（ａ）に示すように、感熱板２１の外周上であって、感熱板２１の上面方向に突出するように設けられる。また、図１（ｂ）に示すように、突片２５は天秤用ビーム１９の軸線Ｘ１に対応する部分が間隔部分Ｄ０になるように設けられる。

天秤用ビーム１９における感熱板２１を設けた側の端部には、パイプ１７が嵌合する。このパイプ１７は、天秤用ビーム１９の軸線方向に沿った長さＬ０が３ｍｍ以下である。また、パイプ１７の肉厚Ｌ１は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。そして、パイプ１７の天秤用ビーム１９の軸線Ｘ１を挟んだ両側には、ワイヤ１６の一端が、例えば溶接によって固着される。また、ワイヤ１６の他端は、天秤用ビーム１９から見て手前側、すなわち、図１（ａ）および（ｂ）において感熱板２１の右側に位置する２個の突片２５ａに、例えば溶接によって固着される。

このワイヤ１６は、熱電対１５と同様に白金ロジウム合金によって形成され、その断面形状は熱電対１５として用いる導電線と同じである。すなわち、熱電対１５の導電線をワイヤ１６として用いることができる。例えば、熱電対１５の一方の導電線として直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの円形断面の白金ロジウム線を用い、ワイヤ１６を同じ断面形状の白金ロジウム線によって形成できる。

上記のように、本実施形態においては、熱電対１５を感熱板２１の底面に固着すると共に、天秤用ビーム１９に嵌合するパイプ１７を介してワイヤ１６の一端を天秤用ビーム１９に係合させ、そのワイヤ１６の他端を感熱板２１の突片２５ａに固着する。このようにして、感熱板２１を天秤用ビーム１９によって支持する。このとき感熱板２１は、熱電対１５とワイヤ１６以外には接触しないように、すなわち感熱板２１と天秤用ビーム１９との間に空間Ｔを設けるように支持される。

図２に戻って、天秤用ビーム１９の支点１８の近傍には電磁補償装置２２が設けられる。また、天秤用ビーム１９の後端には振れ検知装置２３が設けられる。電気炉２４は通電によって発熱するヒータを内蔵すると共に感熱板２１を収容できる容積を有する空間Ｒを有する。また、電気炉２４には炉移動装置２６が付設される。この炉移動装置２６は、電気炉２４を、感熱板２１を覆う位置と感熱板２１を外部へ開放する位置との間で平行移動させる装置である。図２では電気炉２４が感熱板２１を外部へ開放する位置に置かれた状態を示している。

炉移動装置２６は、従来から周知の任意の平行移動装置によって構成できるが、例えば、レール等といったガイド要素によって電気炉２４を直線移動自在に支持すると共に、直進駆動装置によって電気炉２４を直線的に往復移動させるといった構成を採用できる。この場合、直進駆動装置は、例えば、ネジ軸にスライダをネジ嵌合させて、ネジ軸の軸回転によってスライダを直線移動させるようにした直進駆動装置や、周回移動するワイヤを用いた直進駆動装置等が考えられる。

電磁補償装置２２は、例えば図３に示すように、支点１８の近傍の天秤用ビーム１９に固定された永久磁石２７と、その永久磁石２７の磁界領域内に配置されたコイル２８と、電圧検出用の抵抗２９とを有する。抵抗２９の一端はＴＧ出力信号を出力するために外部へ取り出され、そのＴＧ出力信号はＴＧ演算回路３６へ入力される。このＴＧ演算回路３６は電磁補償装置２２からのＴＧ信号に基づいて、試料の温度変化に対する試料の重量変化を演算する。この演算結果は必要に応じて表示装置３７によって視覚的に認識できるように表示される。この表示装置３７としては、例えば、ＣＲＴ（cathode ray tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ等といった映像表示装置や、プリンタ等といった印字表示装置が用いられる。

図２の振れ検知装置２３は、例えば図３に示すように、天秤用ビーム１９の後端に固定された光遮蔽板３１と、その光遮蔽版３１へ向けて光を放射する光源３２と、その光源３２に対して光遮蔽版３１の反対側に配置された受光素子３３とを有する。受光素子３３の出力端子はＰＩＤ（比例、積分、微分）制御回路３４に接続される。そして、ＰＩＤ制御回路３４の出力端子は電力増幅器４３に接続される。

ＰＩＤ制御回路３４は、周知の通り、フィードバック制御において偏差をゼロに近付けるＰ動作（Proportional action／比例動作）と、偏差を完全にゼロにするＩ動作（Integral action／積分動作）と、偏差を速やかに収束させるＤ動作（Derivative action／微分動作）とを組み合わせた制御を行うものである。このＰＩＤ制御回路３４は、例えば、図６に示すように、比例要素４６、積分要素４７及び微分要素４８を有し、偏差入力をＶｅとし、ＰＩＤ出力をＶｏとしたとき、
Ｖｏ＝Ｋｐ｛１＋（１／Ｔｉ）∫Ｖｅｄｔ＋Ｔｄ・ｄＶｅ／ｄｔ｝
ここで、Ｋｐは比例ゲイン、
Ｔｉは積分時間
Ｔｄは微分時間
の制御を行う。

図３において、支点１８を挟んで感熱板２１の反対側の適所には、天秤用ビーム１９の過剰な回転振れ、すなわち過剰な傾斜振れを防止するための一対のストッパ４４が設けられる。天秤用ビーム１９はこれらのストッパ４４に当接するまでの角度範囲内で支点１８を中心として回転できる。

図４に示すサンプルチェンジ制御回路３９は、図２に示すサンプルチェンジャ２を用いて天秤用ビーム１９の先端の感熱板２１上に異なる試料容器４を交換して載せる処理を実現するための制御を行う。このサンプルチェンジ制御回路３９は、熱分析装置の全体的な制御を司るホストコンピュータに接続される単独の制御回路、あるいは、そのホストコンピュータの一部を成す制御回路等として構成される。また、このサンプルチェンジ制御回路３９は、例えば、コンピュータを用いないシーケンス回路や、一種のコンピュータであるプログラマブルコントローラや、一般的なコンピュータ等を用いて構成することができる。

サンプルチェンジ制御回路３９の入力ポートには、試料交換信号Ｓ１が適時に入力される。この試料交換信号Ｓ１は、試料を交換すべきタイミングが到来したことをサンプルチェンジ制御回路３９に指示するための信号であり、例えば、ホストコンピュータから送られたり、あるいは、キーボードや、その他の入力装置を通してオペレータから送られたりする。

また、サンプルチェンジ制御回路３９の出力ポートには、図２のテーブル回転装置８、アーム回転装置１１、アーム昇降装置１２、フィンガ開閉装置１４、そして炉移動装置２６が接続されている。サンプルチェンジ制御回路３９は、決められたシーケンスに従ってこれらの機器を動作させることにより、所望の試料交換処理を実行する。

以下、上記構成より成るＴＧ装置の動作を説明する。このＴＧ装置はＴＧ測定機能及び試料自動交換機能を有するので、それらを個別に説明する。

（ＴＧ測定機能）
ＴＧ測定を行う場合、図３において、トーションバンド１８を支点として支持された天秤用ビーム１９は、そのトーションバンド１８を中心として矢印Ｄ−Ｄ’方向に自由に回転して傾斜移動できる状態にある。天秤用ビーム１９の先端の感熱板２１上には試料容器４が載置され、その試料容器４の中に測定対象である試料が収容される。ＴＧ測定を行う場合、電気炉２４は破線で示す測定位置に置かれるので、試料容器４は電気炉２４内に配置される。

天秤用ビーム１９の後端に設けた遮蔽板３１は光源３２から受光素子３３へ至る光路を遮っている。天秤用ビーム１９が水平位置、すなわち平衡位置から傾くと受光素子３３の出力信号は基準信号から変化するので、この信号変化を検知することにより、天秤用ビーム１９の位置を検出できる。受光素子３３の出力信号はＰＩＤ制御回路３４及び電力増幅器４３を通して電磁補償装置２２のコイル２８へ制御信号として加えられる。コイル電流ｉ０は検出用抵抗２９によって電圧に変換され、その電圧はＴＧ出力信号として出力される。

電気炉２４は所定の温度制御プログラムに従って温度変化し、それに応じて試料容器４内の試料の温度が変化する。この温度変化の際、試料に重量変化が生じると、天秤用ビーム１９はＤ方向又はＤ’方向に振れる。この振れは受光素子３３によって検出され、ＰＩＤ制御回路３４及び電力増幅器４３は天秤用ビーム１９の振れを元に戻すための電流をコイル２８に流す。コイル２８に電流が流れると電磁力が発生し、この電磁力により磁石２７が元の基準位置へ移動し、これにより、天秤用ビーム１９の振れが補償される。

この補償動作の際、コイル２８に供給された電流ｉ０は、天秤用ビーム１９に作用した戻しモーメントに相当し、さらにその戻しモーメントは試料の重量の増減量に相当する。従って、電流ｉ０に対応するＴＧ出力電圧を測定することにより、試料の重量変化が測定、すなわち秤量される。この測定結果は表示装置３７によって表示される。例えば、横軸に温度変化をとり、縦軸に重量変化をとったグラフの形で表示される。測定者はこのグラフを観察することにより、試料の温度特性を判定できる。

（試料自動交換機能）
以上のようにして、１つの試料に対してＴＧ測定が終了すると、次いで、異なる試料に関してＴＧ測定が行われる。この場合には、感熱板２１上の試料を交換する必要がある。本実施形態ではその交換を図２のサンプルチェンジャ２を用いて自動的に、且つ連続して行うことができるようにしてある。

図５はサンプルチェンジャ２によって自動的に試料を交換する際の動作の流れを示している。図４においてサンプルチェンジ制御回路３９に試料交換信号Ｓ１が送られると、サンプルチェンジ制御回路３９は図５に示す試料自動交換動作を実行する。すなわち、工程Ｐ１において、図２の炉移動装置２６が作動して図３の電気炉２４が鎖線で示す測定位置から実線で示す試料開放位置へ移動する。

次に、図５の工程Ｐ２において試料の把持及び搬送作業が行われる。詳しくは、図２においてアーム昇降装置１２が作動して搬送アーム７が降下し、フィンガ１３の下端が試料容器４の左右両側まで降下する。次いで、開閉駆動装置１４が作動してフィンガ１３が閉移動し、試料容器４を把持する。次いで、アーム昇降装置１２が作動して搬送アーム７が上昇し、さらにアーム回転装置１１が作動して搬送アーム７が矢印Ａのように回転移動する。これにより、試料容器４を把持したフィンガ１３が天秤装置３の天秤用ビーム１９の先端の感熱板２１の上方位置まで運ばれる。

次に、図５の工程Ｐ３において、図２のアーム昇降装置１２が作動して搬送アーム７が降下する。このようにして、フィンガ１３，１３によって把持された試料容器４は感熱板２１の直上位置に置かれる。

次に、図５の工程Ｐ４において、図２のフィンガ１３，１３が開閉駆動装置１４によって駆動されて開き、これにより、試料容器４が感熱板１２上へ載せられる。さらに、図５の工程Ｐ５において、図２のアーム昇降装置１２が作動して搬送アーム７が上昇し、さらに、アーム回転装置１１が作動して搬送アーム７をターンテーブル６へ戻す。この後、既に説明したＴＧ測定動作が適時に実行される。そして、上述した一連の動作を繰り返すことにより、複数の試料に対して自動的にＴＧ測定が行なわれる。

ところで、熱分析装置では、感熱板２１と感熱板２１に載置された試料容器４とが何らかの原因により互いに付着してしまう現象が起きる場合がある。このような場合には、図１において試料容器４を感熱板２１から持ち上げるときに試料容器４と共に、それに付着した感熱板２１を持ち上げてしまうおそれがあり、その結果、感熱板２１の位置がずれたり、感熱板２１が傾いてしまうおそれがある。また、感熱板２１上に試料容器４を載置する際においても、試料容器４または試料容器４を把持しているフィンガ１３が感熱板２１に触れることで、感熱板２１の位置がずれたり、感熱板２１が傾いてしまうおそれがある。

特に、本実施形態のように、感熱板２１に対して試料容器４を着脱することを、図２のようなサンプルチェンジャ２を用いて自動的に行なう場合には、一度、感熱板２１の位置がずれると、サンプルチェンジャ２が誤動作を起こすおそれがある。具体的には、感熱板２１の位置がずれたり、感熱板２１が傾いたりすると、その後の動作においてサンプルチェンジャ２のフィンガ１３が誤って感熱板２１をつかんでしまったり、感熱板２１を押してしまうおそれがあった。このことに関し、本実施形態では、熱電対１５に加えて、ワイヤ１６によって感熱板２１を支持したので、感熱板２１を支持するための機械的な強度が高くなり、それ故、上記のような感熱板２１の位置ずれや傾きを防止できる。

また、図７（ｂ）に示すように、感熱板１２１とパイプ１１７とを固着させた従来の構造では、感熱板１２１の底面がパイプ１１７に直接に接触していた。このような場合には、感熱板１２１とパイプ１１７との接触面積が大きいので、感熱板１２１からパイプ１１７を介して天秤用ビーム１１９へ熱が逃げてしまい、測定の感度が低下してしまうおそれがあった。

このことに関し、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、感熱板２１と天秤用ビーム１９との間に空間Ｔを設けた。こうすることにより、感熱板２１と天秤用ビーム１９が直接に接触しないようにして感熱板２１からの熱の逃げを防止している。また、パイプ１７の天秤用ビーム１９の軸線Ｘ１方向に沿った長さＬ０は３ｍｍ以下に設定されている。こうすることにより、ワイヤ１６と天秤用ビーム１９との接触面積を小さくすることができるので、感熱板２１からワイヤ１６を通じて天秤用ビーム１９へ逃げる熱の量を低減できる。これにより、測定の感度が低下することを防止できる。

次に、本実施形態では、感熱板２１から試料容器４が落下することを防止するための突片２５を４個設けた。これらの突片２５は、図１（ａ）に示すように、感熱板２１の外周上であって、感熱板２１の上面方向に突出するように設けられる。また、図１（ｂ）に示すように、突片２５は天秤用ビーム１９の軸線Ｘ１に対応する部分が間隔部分Ｄ０になるように設けられる。複数の突片２５をこのように設ければ、間隔部分Ｄ０において試料容器４を把持することができるので、試料容器４の着脱を容易に行うことができる。

また、ワイヤ１６は、４個の突片２５のうち、天秤用ビーム１９から見て手前側に位置する２個の突片２５ａに固着するようにした。こうすれば、パイプ１７に最も近い突片２５ａにワイヤ１６を固着することになるので、短くて簡単な形状のワイヤ１６を用いることができる。これにより、感熱板２１を天秤用ビーム１９に支持する構造を簡単にすることができる。また、ワイヤ１６を天秤用ビーム１９の軸線に関して対称の位置に設けることができるので、感熱板２１を安定に支持することができる。

次に、感熱板２１を支持するワイヤ１６は、天秤用ビーム１９の内部に配設された熱電対１５と同じ材料を用いて形成できる。こうすれば、新たな材料を用いてワイヤ１６を形成する必要がないので材料を節約できる。

本実施形態においては、熱電対１５を構成する導電線の材料に白金ロジウム合金を用いた。白金ロジウム合金は耐高熱材料であり、高温の状態においても酸化しにくい材料である。従って、ワイヤ１６を熱電対１５と同じ白金ロジウム合金を用いて形成すれば、図３の電気炉２４から発せられる熱、または感熱板２１から伝わる熱によってワイヤ１６が酸化することを防止できる。また、白金ロジウム合金は、ロジウムの含有率を低くすれば加工し易い材料にすることができるので、感熱板２１を支持する部分を簡単に構成することができる。

次に、ワイヤ１６に用いる白金ロジウム合金のロジウムの含有率は５〜４０％であることが望ましい。その理由は、５％未満であると、白金ロジウム合金が軟らかくなり過ぎてしまい、この白金ロジウム合金を用いてワイヤ１６を形成すると、感熱板２１を天秤用ビーム１９に支持する強度が低く、感熱板２１から試料容器４を着脱する際に感熱板２１の位置が動いてしまったり、感熱板２１が傾いてしまうおそれがあるからである。また、４０％を超えると、白金ロジウム合金が硬くなり過ぎてしまい、ワイヤ１６を加工し難くなるからである。白金ロジウム合金のロジウムの含有率を５〜４０％にすれば、加工し易いワイヤ１６を形成でき、且つ、感熱板２１を天秤用ビーム１９に支持する強度を強くすることができる。

（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。

例えば、以上に説明した実施形態では、図１（ａ）および（ｂ）に示したように、感熱板２１の突片２５を４個設けた。しかしながら、天秤用ビーム１９の軸線Ｘ１に対応する部分に間隔部分Ｄ０を設けることができれば、４個以外の複数個の突片２５を設けても良い。

また、上記の実施形態では、ワイヤ１６を天分用ビーム１９に係合させるための要素としてパイプ１７を用いた。しかしながら、このような要素はパイプ以外の要素によって実現することもできる。例えば、パイプ１７と同じ金属材料を蒸着やメッキ加工によって天秤用ビーム１９に付着させ、この付着要素にワイヤ１６を固着させても良い。この場合には、付着要素の厚さは０．１ｍｍ未満にすることもできる。

また、上記の実施形態では、断面形状が円形を成すワイヤ１６を用いたが、円形以外に方形、三角形、楕円形またはその他の形状を成すワイヤ１６を用いても良い。

また、上記の実施形態では、試料容器４を交換する際に、図２に示すサンプルチェンジャ２を用いて自動的に交換作業を行う場合を示した。この場合には、試料容器４はフィンガ１３によって把持され、感熱板２１に対する着脱を行う。しかしながら、試料容器４の交換作業は、手動によって行うこともできる。この場合には、フィンガ１３に代えてピンセットを用いて試料容器４を把持し、感熱板２１に対して試料容器４を着脱することができる。

また、上記の実施形態では、天秤用ビーム１９を１本用いる方式のＴＧ装置を例示した。しかしながら、本発明は、測定試料用の天秤用ビームと標準物質用の天秤用ビームの２本を用いる方式のＴＧ装置にも適用できる。また、本発明は、天秤用ビームを用いる構造であって、天秤用ビームに試料を載置する、あらゆる種類の熱分析装置に対しても適用できる。また、天秤用ビーム以外の部材を支持棒とするあらゆる種類の熱分析装置に対しても適用できる。

本発明は、天秤用ビーム等といった支持棒を用いる構造の熱分析装置、例えばＴＧ装置において試料を着脱する必要がある場合に好適に用いられる。また、本発明は、試料を自動的に交換する機能を奏するサンプルチェンジャを用いる場合においても有用である。

本発明に係る熱分析装置の試料載置部を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示している。 本発明に係る熱分析装置の一実施形態を示す斜視図である。 図２の熱分析装置の一部を示す図である。 図３の熱分析装置に用いられる電気制御系の一例を示すブロック図である。 図２の熱分析装置の動作の一例を示す工程図である。 図３の熱分析装置で用いるＰＩＤ制御回路の内部構成を示すブロック図である。 従来の熱分析装置の２つの例を示す図である。

符号の説明

１．ＴＧ装置（熱分析装置）、 ２．サンプルチェンジャ、 ３．天秤装置、
４．試料容器、 ６．ターンテーブル、 ７．搬送アーム、 ９．支軸、
１３．フィンガ、 １４．フィンガ開閉駆動装置、 １５．熱電対、 １６．ワイヤ、
１７．パイプ、 １８．トーションバンド、
１９，１９ａ，１９ｂ．天秤用ビーム（支持棒）、 ２０．ソケット、 ２１．感熱板、 ２４．電気炉、 ２５，２５ａ．突片、 ２７．永久磁石、 ２８．コイル、
３１．光遮蔽板、 ３２．光源、 ３３．受光素子、 ４４．ストッパ、
ｉ０．コイル電流、 Ｐ０．試料取出し位置、 Ｔ．空間

Claims (8)

1. 試料を載せる感熱板と、
   該感熱板に測温部が固着される熱電対と、
   該熱電対を支持し横方向に延びる支持棒と、
   前記感熱板の試料載置側の外方へ突出し、前記支持棒の軸線に対応する部分が間隔部分となるように前記感熱板に設けられた一対の突片と、
   一端が前記突片の１つに固着され他端が前記支持棒に係合する一対のワイヤとを有し、
   前記感熱板と前記支持棒との間には空間が設けられ、
   前記熱電対によって前記感熱板の底面を支持し、前記支持棒の軸線を挟んで該支持棒の両側で前記感熱板を前記一対のワイヤによって支持する
   ことを特徴とする熱分析装置。
2. 請求項１記載の熱分析装置において、前記支持棒の端部に嵌合するパイプを有し、該パイプを介して前記ワイヤが前記支持棒に係合し、前記パイプの前記支持棒の軸線方向に沿った長さは３ｍｍ以下であることを特徴とする熱分析装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の熱分析装置において、前記一対のワイヤは自身の側面において前記一対の突片に固着されることを特徴とする熱分析装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の熱分析装置において、前記突片は試料の落下を防止する部材であることを特徴とする熱分析装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の熱分析装置において、前記ワイヤは前記熱電対と同じ材料であることを特徴とする熱分析装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の熱分析装置において、前記ワイヤは前記熱電対と同じ断面形状を有することを特徴とする熱分析装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の熱分析装置において、前記ワイヤはロジウムの含有率が５〜４０％である白金ロジウム合金によって形成されることを特徴とする熱分析装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の熱分析装置において、
   前記試料を収容した試料容器と、
   把持部材によって前記試料容器を把持及び搬送して前記試料を交換するサンプルチェンジャとを、さらに有し、
   前記把持部材は前記間隔部分を通って前記試料容器を把持する
   ことを特徴とする熱分析装置。

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