JP5975488B2 - 熱機械分析装置 - Google Patents
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Description
図13は、従来の熱機械分析装置の概要を示す模式図である。同図に示す熱機械分析装置は、支持管101、電気炉102、差動トランス103、2本の検出棒104,105および温度センサ(図示せず)を備えており、支持管101の先端部分に壁面107aを有する試料配置部107が形成してある。
サンプル荷重付与部材は、移動台に対して前後方向へ相対移動可能な状態で当該移動台に搭載されている。そして、移動台とともに前方へ移動し、その前方に配置した被測定試料をさらにその前方に設けられた壁面に押し付ける。
壁面に押し付けられた被測定試料からの反力によりサンプル荷重付与部材の移動が阻止されると、移動台のみが前方に移動していく。この移動台とサンプル荷重付与部材との間の相対移動に伴い、サンプル荷重ばねが変形して、サンプル荷重付与部材を介して被測定試料に荷重を作用させる。
リファレンス荷重付与部材は、移動台に対して前後方向へ相対移動可能な状態で当該移動台に搭載されている。そして、移動台とともに前方へ移動し、その前方に配置した標準試料をさらにその前方に設けられた壁面に押し付ける。
壁面に押し付けられた標準試料からの反力によりリファレンス荷重付与部材の移動が阻止されると、移動台のみが前方に移動していく。この移動台とリファレンス荷重付与部材との間の相対移動に伴い、リファレンス荷重ばねが変形して、リファレンス荷重付与部材を介して標準試料に荷重を作用させる。
例えば、標準試料が配置されていなかった場合、移動台とともにリファレンス荷重付与部材は前方への移動を続ける。一方、サンプル荷重付与部材は、壁面に押し付けられた被測定試料からの反力により移動が阻止される。このため、リファレンス荷重付与部材とサンプル荷重付与部材との間に相対移動が生じる。この相対移動量は、部材間相対移動量検出手段により検出される。したがって、この相対移動量に基づき、標準試料の有無を判別することが可能となる。
例えば、被測定試料が配置されていなかった場合、移動台とともにサンプル荷重付与部材は前方への移動を続けるため、移動台とサンプル荷重付与部材との間に相対移動が生じない。このため、位置検出手段が相対移動開始位置を検出できず、移動台がそのまま前方へ移動し続けてしまうおそれがある。
一方、リファレンス荷重付与部材は、壁面に押し付けられた標準試料からの反力により移動が阻止される。そこで、このリファレンス荷重付与部材とサンプル荷重付与部材との間に一定の相対移動量が生じたとき、ストッパによってサンプル荷重付与部材を停止させる。この相対移動量は部材間相対移動量検出手段により検出される。したがって、この相対移動量に基づき、被測定試料の有無を判別することが可能となる。
固定台10は、本装置の特徴部全体を支持する基台であり、この固定台10の上に移動台20が搭載され、さらにその移動台20の上にサンプル荷重付与部材30とリファレンス荷重付与部材40とが並べて搭載されている。
各検出棒が延びる前方には試料配置部Aが形成してある。試料配置部Aの前端には、垂直に立ち上がった壁面(図示せず)が設けてある。サンプル検出棒32の先端は、サンプル荷重付与部材30の前方への移動に伴い、試料配置部Aに配置された被測定試料S1の基端を押圧して、被測定試料S1を壁面に押し付ける。また、リファレンス検出棒42の先端は、リファレンス荷重付与部材40の前方への移動に伴い、試料配置部Aに配置された標準試料S0の基端を押圧して、標準試料S0を壁面に押し付ける。
熱分析測定に際して、試料配置部Aは図示しない支持管でサポートされ、電気炉(図示せず)からの熱で支持管内の被測定試料S1と標準試料S0が加熱される。
同様に、移動台20とともにリファレンス荷重付与部材40が前方へ移動し、リファレンス検出棒42が標準試料S0を壁面に押し付けたとき、リファレンス荷重付与部材40は標準試料S0からの反力により移動が阻止され停止する。その後も移動台20が前方への移動を続けると、リファレンス荷重付与部材40は移動台20に対して後方へ相対移動することになる。
変位センサ60を差動トランスで構成することで、熱による支持管の変形等、試料配置部Aの周辺における熱的変位を、サンプル検出棒32の変位から除去することができ、加熱による被測定試料S1の長さ変化のみを検出することが可能となる。
〔試料に付与する荷重の設定〕
まず、図3ないし図7を参照して、被測定試料S1および標準試料S0に付与する荷重の設定手順について説明する。なお、以下に示す動作制御は、熱機械分析装置に接続された制御装置によって自動的に実行される。
次に、図8を参照して、試料配置部Aに標準試料S0が無かった場合に、これを自動的に判別する制御動作について説明する。
特に、本実施形態の熱機械分析をサンプルチェンジャと組み合わせて、複数試料の自動測定を実施する場合は、試料の有無を自動で判別する工程はとても重要である。
次に、図9ないし図11を参照して、試料配置部Aに被測定試料S1が無かった場合に、これを自動的に判別する制御動作について説明する。
被測定試料S1が配置されていなかった場合、移動台20とともにサンプル荷重付与部材30は前方への移動を続けるため、移動台20とサンプル荷重付与部材30との間に相対移動が生じない。このため、フォトセンサ70が相対移動開始位置を検出できず、移動台20がそのまま前方へ移動し続けてしまうおそれがある。
次に、図12を参照して、被測定試料S1と標準試料S0がともに無かった場合に、これを自動的に判別する制御動作について説明する。
被測定試料S1と標準試料S0のいずれもが配置されていなかった場合、サンプル荷重付与部材30およびレファレンス荷重付与部材40のいずれもが途中で移動を阻止されることなく、移動台20が前方移動端に到達するまで移動台20とともに移動を続ける。そして、移動台20が前方の移動端に到達したとき、前端検出センサ13が移動台20を検出する。この前端検出センサ13によって移動台20が検出されたとき、その検出信号によって被測定試料S1および標準試料S0の不存在を判別することができる。
例えば、上述した実施形態では、サンプル荷重ばねとして圧縮ばねを用い、移動台とサンプル荷重付与部材との間の相対移動に伴い圧縮して、サンプル荷重付与部材を介して被測定試料に押圧荷重を作用させる構成としたが、この構成に限定されず、サンプル荷重ばねとして引張りばねを用い、移動台とサンプル荷重付与部材との間の相対移動に伴い伸張して、サンプル荷重付与部材を介して被測定試料に押圧荷重を作用させる構成とすることもできる。
同様に、リファレンス荷重ばねにも引張りばねを用い、移動台とリファレンス荷重付与部材との間の相対移動に伴い伸張して、リファレンス荷重付与部材を介して標準試料に押圧荷重を作用させる構成とすることもできる。
20:移動台、21:第2ガイドレール、22:第3ガイドレール、23:支持ブロック、23a,23b:軸挿通孔、
30:サンプル荷重付与部材、31:検出棒装着部、32:サンプル検出棒、33:ばね支軸、34:サンプル荷重ばね、
40:リファレンス荷重付与部材、41:検出棒装着部、42:リファレンス検出棒、43:ばね支軸、44:リファレンス荷重ばね、45:ストッパ
50:駆動モータ、51:エンコーダ
60:変位センサ、61:コイル
70:フォトセンサ、71:遮蔽板
A:試料配置部、S1:被測定試料、S0:標準試料
Claims (8)
- 被測定試料にあらかじめ設定した荷重を付与して当該被測定試料を壁面に押し当て、この状態で前記被測定試料の周囲温度を変化させながら前記被測定試料の長さ変化を測定する熱機械分析装置において、
固定台と、この固定台に前後方向へ往復移動自在に搭載された移動台と、この移動台を前方または後方へ向かって移動させる駆動モータと、
前記移動台に対し前後方向へ相対移動可能な状態で当該移動台に搭載され、前記移動台とともに前方へ移動し、その前方に配置した被測定試料をさらにその前方に設けられた壁面に押し付けるサンプル荷重付与部材と、
前記移動台と前記サンプル荷重付与部材との間に設けられ、前記壁面に押し付けられた被測定試料からの反力により前記サンプル荷重付与部材の移動が阻止されてから、前記移動台と前記サンプル荷重付与部材との間の相対移動に伴い変形して、前記サンプル荷重付与部材を介して被測定試料に荷重を作用させるサンプル荷重ばねと、
前記サンプル荷重付与部材が前方への移動を阻止されて、前記移動台と前記サンプル荷重付与部材との間に相対移動が生じる相対移動開始位置を検出する位置検出手段と、
前記移動台の移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、
前記相対移動開始位置からの前記移動台の前方への移動量に基づき、前記サンプル荷重ばねの変形量を調整し、被測定試料へ付与する荷重の値を設定することを特徴とした熱機械分析装置。 - 前記移動台に対し前後方向へ相対移動可能な状態で、前記サンプル荷重付与部材と並べて前記移動台に搭載され、前記移動台とともに前方へ移動し、その前方に配置した標準試料をさらにその前方に設けられた前記壁面に押し付けるリファレンス荷重付与部材と、
前記移動台と前記リファレンス荷重付与部材との間に設けられ、前記壁面に押し付けられた標準試料からの反力により前記リファレンス荷重付与部材の移動が阻止されてから、前記移動台と前記リファレンス荷重付与部材との間の相対移動に伴い変形して、前記リファレンス荷重付与部材を介して標準試料に荷重を作用させるリファレンス荷重ばねと、
前記サンプル荷重付与部材と前記リファレンス荷重付与部材との間の相対移動量を検出する部材間相対移動量検出手段と、を備えたことを特徴とする請求項1の熱機械分析装置。 - 前記サンプル荷重付与部材と前記リファレンス荷重付与部材との間の相対移動量に基づき、標準試料の有無を判別することを特徴とする請求項2の熱機械分析装置。
- 前記壁面に押し付けられた標準試料からの反力により移動が阻止された前記リファレンス荷重付与部材と、被測定試料が無いために前方への移動を続ける前記サンプル荷重付与部材との間に、一定の相対移動量が生じたとき、前記サンプル荷重付与部材を停止させるストッパを設け、
前記サンプル荷重付与部材と前記リファレンス荷重付与部材との間の相対移動量に基づき、被測定試料の有無を判別することを特徴とする請求項2又は3の熱機械分析装置。 - 被測定試料の熱膨張に伴う前記サンプル荷重付与部材の、前記リファレンス荷重付与部材に対する相対変位を検出する変位センサを備えた熱機械分析装置において、
前記部材間相対移動量検出手段は、前記変位センサを利用していることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載した熱機械分析装置。 - 前方への移動端で前記移動台を検出する前端検出センサを備え、この前端検出センサからの検出信号に基づき、被測定試料および標準試料の不存在を判別することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載した熱機械分析装置。
- 前記位置検出手段は、前記サンプル荷重付与部材に設けたマーカを、サンプル荷重付与部材が前記相対移動開始位置に到達したときに検出するフォトセンサで構成してあることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載した熱機械分析装置。
- 前記移動量検出手段は、前記駆動モータの回転量を検出するエンコーダで構成してあることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載した熱機械分析装置。
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