JP4488483B2 - 示差熱分析用サンプルホルダー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は示差熱分析用サンプルホルダーに関する。当該サンプルホルダーは、平面上に、サンプル物質を受け入れるためのサンプル位置と基準物質を受け入れるための基準位置とを有する基板を具備する。サンプルホルダーと熱結合される熱源と、サンプル位置及び基準位置との間の熱流はそれぞれ、その基板を通して伝わることができる。サンプルホルダーはまた、サンプル位置の領域及び基準位置の領域に、サンプル位置及び基準位置における２つの温度間の差異に応じた熱電信号を供給するための熱変換手段を有する。さらに、サンプルホルダーは、２つの温度間の差異に応じた熱電信号を取り出し可能な、基板上に形成されたコネクタを有する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなサンプルホルダーは、例えば独国特許出願公開第３９１６３１１Ａ１号明細書に開示されている。熱変換手段により供給される熱電信号は、サンプル位置と基準位置との間の温度差に対応する。周知なように、この温度差は、サンプルホルダーに結合された熱源と、サンプル位置又は基準位置との間に生ずる２つの熱流間の差に対する大きさである。完全な熱平衡の理想的な状態においては、サンプル位置にも基準位置にもサンプル物質又は基準物質が存在していないとき、これらの２つの熱流間の差異は正確にゼロである。そしてこのような理想的な状態においては、サンプル物質及び基準物質が負荷されたサンプルホルダーは、熱的に不活性となるように選択された基準物質に対してサンプル物質に応じた熱流を供給する。この熱流の差異は、さらに後の熱分析評価の基礎となる。絶対熱平衡の理想的な状況では、サンプル位置又は基準位置における絶対温度は記録する必要はない。その代わりに、サンプルホルダーに結合される熱源の絶対温度を測定し、且つそれを熱分析試験に必要な温度プログラムに従って制御するだけで十分である。
【０００３】
実際には、サンプルホルダーを最も厳格に構成したとしても、サンプル位置と基準位置との間に完全な熱平衡は達成し得ない。サンプル位置及び基準位置にそれぞれ関係する個々の熱流を考慮した熱的非平衡の理論的な試験は、非平衡が、サンプル位置と基準位置との間の温度差に加えて、追加温度パラメータを測定することによって計算的に補正され得ることを示した。
【０００４】
【特許文献１】
独国特許出願公開第３９１６３１１Ａ１号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡単で、信頼性があり、且つコンパクトな構成で、熱的非平衡を補正するためのパラメータを得てその利用が可能となった、前述のような種類のサンプルホルダーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、絶対温度に対応する熱電信号を供給するために、追加熱変換手段が基板上の２つの位置の少なくとも１つの位置の上に設けられ、且つコネクタが絶対温度に対応する熱電信号を取り出せるところに設けられることにより、解決される。
【０００７】
本発明によるサンプルホルダー上には、そこからサンプル位置と基準位置との温度差に対応する熱電信号を取り出せるコネクタに加えて、２つの位置の内の１つの位置、好ましくは両方の位置における絶対温度を表わす熱電信号が得られる追加熱変換手段及びコネクタが、基板上に設けられる。この追加温度情報は、熱平衡偏差を計算的に補正するために用いることが可能である。熱平衡偏差は、サンプル位置と基準位置の間の温度差の測定によってだけでは簡単に検出できない。また、熱平衡偏差を記録しない場合、非平衡の結果、温度差がサンプル位置と基準位置の２つの熱流間の差に正確には対応しなくなるため、評価エラーを導く。
【０００８】
独創的原理による好ましい構造は、２つの温度間の差異に対応する熱電信号を提供するために設計された熱変換手段が、サンプル位置及び基準位置のそれぞれと相関関係を有する熱コンタクト部の列を有する点にある。熱コンタクト部は、２つの異なる熱変換部材からなり、熱カラムを形成するように直列に接続される。また、熱コンタクト部は、サンプル位置及び基準位置に対して、中心に配置される異なる半径の２つの円上に交互に配置される。さらに、絶対温度に対応する熱電信号を提供するための熱変換手段は、熱コンタクト部の対応する列によって同心円状に囲まれる第１熱変換部材からなる円形境界領域を有し、そこから接続領域が、基板の表面に設けられるコネクタの１つまで延びる。
【０００９】
このような構造とすることにより、サンプル位置及び基準位置を円形環状形に取り囲む２つの熱カラムの構造から生ずる熱平衡偏差は可能な限り最小化され、追加的に測定される絶対温度の結果が利用される補正を少なくすることが可能となる。２つの熱カラムのそれぞれは、熱流が、熱流路に沿って互いに離れて置かれた２つの温度測定点間の温度差に比例するという事実を利用したものである。大雑把には、サンプル位置及び基準位置にそれぞれ関係する熱流は、熱源に適切に結合している場合には、サンプル位置及び基準位置の中心に対して放射状に対称的に配置される。したがって、半径方向内側円及び半径方向外側円上に配置される熱コンタクト部は、熱流路上に都合の良い温度測定点を提供する。熱カラムのそれらの間に生ずる熱電電圧の直列接続は、対応する熱流に非常に近似した総熱電電圧をもたらす。この接続においては、絶対温度を測定するために利用する熱変換手段がまた、基板上に提供される第１熱変換部材が円形に境界を画され、熱カラムの熱コンタクト部の円と同心円である点で、熱コンタクト部の半径方向内側円内で実質的に放射状に対称的であることが熱平衡において有益である。
【００１０】
好ましくは、この第１熱変換部材は、中央切抜き部を有した円形環状形である。
【００１１】
１つの手段として、絶対温度に対応する熱電電圧の発生及び取り出しは、第１熱変換部材の円形境界領域上に、第１熱変換部材とは異なる第２熱変換部材の熱結合が基板上に設けられるコネクタの１つまで延びるように提供されることで、達成できる。
【００１２】
他の実施例によれば、サンプルホルダー上の空間状態がより改良して利用され、単純化が図られたものが提供された。具体的には、基板上に、サンプル位置及び基準位置の第２熱変換部材間の接続を提供し、共通コネクタに接続するような構成である。この共通コネクタと、第１熱変換部材に接続されるサンプル位置及び基準位置の２つのコネクタとの間で、サンプル位置及び基準位置のそれぞれの絶対温度に対応する熱変換信号を取り出すことが可能である。
【００１３】
さらに、基板上に設けられる接続構造の最小化に関しては、サンプル位置及び基準位置と関連する熱カラムの電気的に等価な２つの端部間の接続部を基板上に形成し、且つ熱カラムの他の２つの端部はそれぞれ、２つの温度間の差異に応じた熱電信号を取り出すために設けられたコネクタに接続されることが好都合である。このような構成では、２つの熱カラムが電気的に対極に接続され、サンプル位置と基準位置における温度差に対応する熱電信号が、２つのコネクタからそれぞれ得られる。
【００１４】
さらに、評価及び補正計算のために、個々の熱流に近似的に対応する２つの熱カラムの個々の出力信号を取り出せるようにすることが望ましい。このために望まれる基板上の接続構造の最小化のためには、接続部が基板上に形成された共通コネクタに接続されると都合が良い。したがって、この共通コネクタと、対応するコネクタに導かれる２つの熱カラムの端部との間には、それぞれ両方の熱カラムの出力信号を別々に取り出すことが可能となる。
【００１５】
本発明においては、基板上に形成される熱変換手段が、厚膜として構成されることに特徴がある。基板上に熱変換手段を形成するために厚膜テクノロジを応用することは、前述の独国特許出願公開第３９１６３１１Ａ１号明細書及びそれが特許された独国特許発明第３９１６３１１Ｃ２号明細書に詳細に説明されており、これにはそれにより得られる利点の説明も含まれている。この２つの文献の開示は、本願に援用されるものとする。特に、厚膜テクノロジは、外部、即ち、サンプル位置及び基準位置に載置されるサンプル容器及び基準容器に対する熱変換手段の個々の構成要素の絶縁の問題と、構造物の重なり合っている部品相互間の絶縁の問題を簡単に解決する。これらの重なり合いは、熱カラムの構造的構成要素と、絶対温度の測定のための熱変換手段と、それらのコネクタとの間に生じるものである。
【００１６】
サンプルホルダーに望まれる熱的不活性及び抵抗性に関しては、基板がセラミック物質であると都合が良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる特徴、利点、及び詳細は、図面を参照してより詳細に行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１８】
図１の平面図に示される円形環状形のセラミック基板１の平面部２上には、厚膜テクノロジにより作られ、示差熱分析を実行するのに適した熱変換信号を供給するように作動する手段が設けられる。円形環状形基板１の中心点を通って延びるライン上に、サンプル位置５及び基準位置６の中心部３，４が、中心点に対して等しい半径方向の間隔で設けられる。
【００１９】
サンプル位置５は、中心部３に対してより小さい又はより大きい半径方向の間隔で交互に配置される直列に接続される熱コンタクト部からなる熱カラムに囲まれる。より小さい半径方向の間隔で配置される熱コンタクト部７と、より大きい半径方向の間隔で配置される熱コンタクト部８は、それぞれ、中心部３と同心円の各円上に位置する。円周方向において、半径方向外側円上の熱コンタクト部８は、半径方向内側円上の熱コンタクト部７に対して、それぞれ中央に互い違いに配置される。熱カラム内において、直線状ストリップ９，１０の形状を有する２つの異なる熱変換部材は、熱コンタクト部７，８の間にほぼ放射状に延びる。
【００２０】
熱コンタクト部７の半径方向内側円内であって、そこよりも小さい半径方向の位置に、円形環状の第１熱変換部材１１が、サンプル位置５の中心部３を中心にした配置で基板１上に設けられる。基板１は、内側環状周縁１２により囲まれた領域内に、軸方向に延びる切抜き部を有することになる。
【００２１】
基準位置６は、基板１の中央部を中心にして、サンプル位置５の構造と対称的に構成されて提供される。サンプル位置５の構成要素に対応する基準位置６の構成要素の参照番号は、図１においてアポストロフィが付されて示され、サンプル位置５に対する上記の説明が、ここでも同様に適用される。
【００２２】
さらに、図１は、２つの熱カラムの電気的に等価な２つの端部が、基板１上に形成された接続部１３によって互いに接続されることを表わしている。他の２つの端部は、接続ストリップ１４，１４’の手段により接続領域又はコネクタ１５，１５’まで延びている。すべての接続及び結合構造１３，１４，１４’，１５，１５’は、中心部３，４間を結ぶ線上の中央垂直線に対して鏡面対称である。接続部１３は、軸路１６，１７，１８，１９がセラミック基板１の上に形成されるところで、セラミック基板１の中央領域を囲む。これらは、一対で構成される中央部を有し、中心部３，４間を結ぶ線上、又はそこから垂直に延びる中央垂直線上で線対称になっている。サンプルホルダーの熱源に対する熱結合として作用する熱結合部材は、これらの軸路上に固定することができる。
【００２３】
中心部３，４間を結ぶ線に対して接続部１３及び接続領域１５，１５’と対向する基板１の表面部２の側には、追加接続構造体が形成される。そこには、２つの中心部３，４間を結ぶ線に対して垂直に延びる中央垂直線に関して鏡面対称の２つの接続領域又はコネクタ２０，２０’が設けられる。さらに、中央垂直線に鏡面対称な接続ストリップ２１，２１’が、ほぼ放射状に第１熱変換部材１１，１１’まで延び、これにより、第１熱変換部材と接続領域又はコネクタ２０，２０’との間に電気的接続が提供されることになる。この接続構造とそれを横切る熱変換手段の間に要求される電気的絶縁は、厚膜製造過程において考慮される。その内容は、独国特許出願公開第３９１６３１１Ａ１号明細書及び独国特許発明第３９１６３１１Ｃ２号明細書を参照すべきである。
【００２４】
共通コネクタ２２が、接続領域２０，２０’が設けられる側の基板１の中央垂直線上の中央に設けられる。この共通コネクタ２２から、接続部材２３が、中央垂直線に沿って、且つ２つの接続領域２０，２０’の間を通ってＹ型分枝部まで延びる。このＹ型分枝部から接続部材２３は、２つのストリップ状分枝部２４，２４’により、中央垂直線に対して鏡面対称に且つ熱カラム構造からは絶縁された状態でこれを横切って、環状の第１熱変換部材１１，１１’まで延びる。接続部材２３及びその分枝部２４，２４’は、第１熱変換部材１１，１１’と共に熱コンタクト部２５，２５’をそれぞれ形成する第２熱変換部材からなる。このような構成により、熱コンタクト部２５で生ずる熱変換信号は、共通コネクタ２２と接続領域２０との間で引き出せ、同時に、熱コンタクト部２５’で生ずる熱変換信号が共通コネクタ２２と接続領域２０’との間で引き出せることが容易に分かる。
【００２５】
図２に示す実施例では、図１の実施例の特徴に加えて、接続部１３から分岐し、中心部３，４間を結ぶ線に対して共通コネクタ２２と鏡面対称に設けられる共通コネクタ２７に延び、２つの中心部３，４間を結ぶ線の中央垂直線に沿って延びる接続ストリップ２６を有する。他の点に関しては、図２の実施例は図１のものに対応している。したがって、同一の参照符号を用いており、内容は図１の説明で既に示されている。図１においては、接続領域又はコネクタ１５，１５’の熱カラムにより提供される熱変換電圧間の差のみが利用可能であるのに対して、図２の実施例では、共通コネクタ２７と接続領域１５又は１５’間における２つの熱カラムの熱変換出力信号が、それぞれ別々に取り出すことが可能となる。
【００２６】
両方の実施例において、基板１の平面部２上に設けられる構造は、サンプル位置５と基準位置６との間の熱平衡に対して可能な限り最適化されることは明らかである。残っている平衡偏差を検出するために、図１及び図２に示した実施例では、接続領域又はコネクタ１５，１５’間で生ずる温度差に加えて、サンプル位置５又は基準位置６における絶対温度に対応する追加熱変換信号を提供する。これらの絶対温度信号は、共通コネクタ２２と接続領域又はコネクタ２０，２０’との間から取り出すことが可能である。図２に示した実施例では、２つの熱カラムの出力信号は、共通コネクタ２７と接続領域又はコネクタ１５，１５’との間から別々に取り出すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のサンプルホルダーの第１実施例の平面図である。
【図２】図２は、本発明のサンプルホルダーの第２実施例の平面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 平面部
３，４ 中心部
５ サンプル位置
６ 基準位置
７，８，７’，８’ 熱コンタクト部
９，９’，１０，１０’ 直列ストリップ
１１，１１’ 熱変換部材
１２ 内側環状周縁
１３ 接続部
１４，１４’ 接続ストリップ
１５，１５’ 接続領域
１６，１７，１８，１９ 軸路
２０，２０’ 接続領域
２１，２１’ 接続ストリップ
２２ 共通コネクタ
２３ 接続部材
２４，２４’ 分枝部
２５，２５’ 熱コンタクト部
２６ 接続ストリップ
２７ 共通コネクタ

Claims (9)

1. 示差熱分析用サンプルホルダーであって、該ホルダーは、
   サンプル物質を受け入れるためのサンプル位置（５）及び基準物質を受け入れるための基準位置（６）を平面部（２）上に有する基板（１）であって、サンプルホルダーに熱結合された熱源と、サンプル位置（５）及び基準位置（６）との間の熱流がその基板を通してそれぞれ伝わることができる、基板（１）と、
   サンプル位置（５）及び基準位置（６）における２つの温度間の差異に対応する熱変換信号を供給するための、サンプル位置（５）の領域及び基準位置（６）の領域にある熱変換手段（７，８，９，１０；７’，８’，９’，１０’）と、
   ２つの温度間の差異に対応する熱電信号を取り出し可能な、基板（１）上に形成される第１コネクタ（１５，１５’）とを具備し、
   絶対温度に対応する熱変換信号を提供するための追加熱変換手段（１１，２５；１１’，２５’）と、絶対温度に対応する熱変換信号を取り出し可能な第２コネクタ（２０，２０’，２２）とが、基板（１）上の２つの前記位置（５，６）の内の少なくとも１つの位置に設けられている示差熱分析用サンプルホルダーであって、前記追加熱変換手段（１１，２５；１１’，２５’）は、
   前記サンプル位置（５）及び前記基準位置（６）の少なくとも一方の中心部に対して同心円状の第１熱変換部材（１１；１１’）の円形境界領域と、
   前記第１熱変換部材（１１；１１’）と共に熱コンタクト部（２５；２５’）を形成する、前記第１熱変換部材（１１；１１’）とは異なる第２熱変換部材（２４；２４’）と、
   を具備することを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
2. 請求項１に記載のサンプルホルダーにおいて、
   前記２つの温度間の差異に対応する熱電信号を提供するための前記熱変換手段は、サンプル位置（５）及び基準位置（６）のそれぞれと関連する熱コンタクト部（７，８；７’，８’）の列を有し、前記熱コンタクト部（７，８；７’，８’）は２つの異なる熱変換部材（９，１０；９’，１０’）から構成され、且つ熱カラムを形成するように直列に接続されており、前記熱コンタクト部は、サンプル位置（５）及び基準位置（６）に対して、中心に配置される異なる半径の２つの円上に交互に設けられていること、
   前記第１熱変換部材（１１；１１’）の前記円形境界領域は、前記熱コンタクト部（７，８；７’，８’）の対応する列により同心円で囲まれ、前記熱コンタクト部から接続ストリップ（２１；２１’）が基板（１）の表面部（２）上に設けられる前記第２コネクタ（２０，２０’）の内の１つまで延びていること、
   を特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
3. 請求項２に記載のサンプルホルダーにおいて、前記第１熱変換部材（１１；１１’）の前記円形境界領域は、円形環状形であることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のサンプルホルダーにおいて、前記第２熱変換部材（２４；２４’）は、基板（１）上に設けられる前記第２コネクタ（２２）の内の１つまで延びていることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
5. 請求項４に記載のサンプルホルダーにおいて、前記基板（１）上に、サンプル位置（５）と基準位置（６）の間に、第２熱変換部材の接続部（２３，２４，２４’）が形成され、共通コネクタ（２２）まで導かれていることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載のサンプルホルダーにおいて、前記基板（１）上に、サンプル位置（５）及び基準位置（６）に関連する熱カラムの電気的に等価な２つの端部間の接続部（１３）が形成されると共に、熱カラムの他の２つの端部はそれぞれ、２つの温度間の差異に対する熱電信号を取り出すために設けられる前記第１コネクタ（１５；１５’）に接続されることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
7. 請求項６に記載のサンプルホルダーにおいて、前記接続部（１３）は、基板（１）上に形成された共通コネクタ（２７）に接続されることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載のサンプルホルダーにおいて、前記基板（１）上に形成される前記熱変換手段は、厚膜として形成されることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載のサンプルホルダーにおいて、前記基板は、セラミック物質からなることを特徴とする示差熱分析用サンプルホルダー。

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