JP6712892B2 - 熱分析装置、及び試料分析システム - Google Patents

Description

本開示は、熱分析装置、及び試料分析システムに関する。

材料の基礎研究や製品開発において、温度変化により材料の物理的性質が変化することを把握することは、耐久性の向上及び／又は薄型化のためには重要である。

この温度変化に伴う試料の変化を測定する手法は、JIS K 0129:2005 "熱分析通則"に定義されており、測定対象（試料）の温度をプログラムによって変化させながら、試料の物理的性質を測定する手法を熱分析と分類している。これによると、熱分析には、（１）重量（重量変化）を検出する熱重量測定（以下、ＴＧ）、（２）温度（温度差）を検出する示差熱分析（以下、ＤＴＡ）、（３）熱流差を検出する示差走査熱量測定（以下、ＤＳＣ）、（４）力学的特性を検出する熱機械分析、（５）動的粘弾性測定の方法が定められている。いずれも、試料を取り囲むような容器（以下、保護管）に試料を収め、その容器の周囲にヒーター線等加熱手段を設け、容器を介して試料を加熱し、試料が酸化しないよう容器内に不活性ガスを注入する構造を備えている。

上述の分析方法のうち、ＴＧとＤＴＡ、又はＴＧとＤＳＣを組み合わせた同時熱分析装置が市販されており、保護管とその周囲の加熱手段と重量測定手段の配置を工夫して、１台の装置で多種類の物理的性質を測定可能としている。この重量測定を含む同時熱分析装置では、試料の酸化を抑える不活性ガスの流れる方向が試料の重量測定方向である鉛直方向であると、ガスが試料にぶつかって発生する圧力が重量測定に誤差を引き起こすため、不活性ガスが水平方向に流れるように保護管を水平に設置することが多く、加熱手段もこれに沿うよう水平方向に設置される。熱分析作業は、試料状態のばらつきが測定値のばらつきを引き起こすことが多く、これを抑えるために測定数を多くして統計的に有意な測定値を決定している。そのため、１回の測定時間を短くすることが測定結果を得るまでの時間を大幅に短縮することになり、目的とする最高温度まで試料温度を変化させる時間を短くすることは重要である。

例えば、特許文献１は、試料温度を変化させる時間を短くするための技術について開示している。より具体的には、ヒーター線の巻き方で粗密を変化させることで温度勾配を発生させるとしている。
また、例えば、特許文献２は、ヒーター線を保護管表面のらせん溝に収容する方法について開示している。

特開平４−３６１１４５号公報 特開平８−２６１９６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術を用いた場合、ヒーター線が粗に巻かれた位置では試料を移動させる方向について一様な温度勾配を作ることは難しく、更に、試料サイズが移動方向に大きい場合に試料に温度勾配が発生し、測定値が温度について正確な値をとることができないという課題がある。また、ＤＴＡまたはＤＳＣとして、保護管の中に２つの試料を設置する場合、２つの温度を一致させることは困難である。

特許文献２では、保護管を鉛直方向に向けて設置し、この内部を流れる不活性ガスによって試料が重量測定方向変動するため、重量測定で誤差が発生するという課題がある。

また、一般に、試料温度を短時間に変化させる場合、常温→１５００℃→常温という加熱サイクルを短時間（例えば、２０℃／分）で繰り返すが、このサイクルを１００回程度繰り返すと保護管に巻いたヒーター線が断線してしまうという課題がある。

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、試料温度を最高温度まで短時間に昇温させたとしても、加熱部を交換するまでの寿命を長くするための技術を提供するものである。

上記課題を解決するために、本開示による熱分析装置は、分析対象の試料を収容する保護管と、保護管に収容される試料をヒーター線によって加熱する加熱部であって、保護管に接触せず、ヒーター線が保護管の周囲を所定の隙間を持って巻き付けるように配置される、加熱部と、加熱による前記試料の重量変化を検出する秤量部と、ヒーター線に掛かる重力を下支えするヒーター線支持手段と、を備えている。

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。

本開示によれば、試料温度を最高温度まで短時間に昇温させたとしても、加熱部を交換するまでの寿命を長くすることが可能となる。

ヒーター線の温度とその引張強度の関係を示す図である。 保護管の周りに巻き付けたヒーター線に発生する力を説明するための図である。 本開示の実施形態による熱分析装置（例えば、ＴＧ／ＤＴＡ装置）の概要構成を示す図である。 図示しない試料の操作のため、加熱部１００と秤量部１０２を離した状態を示す図である。 本実施形態による熱分析装置１０の内部構成例を示す断面図である。 本実施形態における、保護管３とヒーター線１との関係を説明するための図である。 図６に示される保護管３とヒーター線１の中央部付近の断面を示す図である。 ヒーター線１を巻き付けるボビン２０１ａ及びボビン２０１ｂの詳細構造を示す図である。 ボビン２０１ａ及び２０１ｂにヒーター線１を巻き付けるための治具を示す図である。 図１０は、ヒーター線１をボビン２０１ａに巻き付け終わった状態から、中子３０３、中子３０５、中子３０７ａ、及び中子３０７ｂを取り外す手順を示す図である。 本開示の変形例１の構成例を示す図である。 本開示の変形例３の構成例を示す図である。 本開示の変形例２の構成例を示す図である。

本開示は、試料の温度を変化させながら、試料の物理的変化を温度の関数として測定する熱分析装置に関するもので、試料を保護管の内部に設置し、これを保護管の外部に設置した加熱手段から加熱する加熱装置に関するものである。
本開示による熱分析装置は、保護管に収容される分析対象の試料を加熱するためのヒーター線に掛かる重力を下支えするヒーター線支持手段を備えている。

熱分析装置としては、例えば、重量測定で不活性ガスの流動による測定誤差が発生しない保護管を水平に設置するＴＧまたは、ＴＧとＤＴＡ、ＴＧとＤＳＣ装置が含まれる。ヒーター線支持手段としては、例えば、水平方向に設置した保護管の外部にあってヒーター線を支えるボビンを用いるができる。そして、ボビンの円筒状の軸を含む断面で２等分し、１つを鉛直方向で保護管の上側かつヒーター線の下側に円筒外面を上向きに設置し、も１つを鉛直方向で保護管の下側かつヒーター線の下側に円筒外面を下向きに設置する。このとき、ボビンには、熱を透過させるスリットを設けた構造を持たせるようにしても良い。
ヒーター線支持手段を、ヒーター線を下支えする複数の支持棒で構成しても良い。
また、ヒーター線支持手段を、保護管と当該保護管を巻き付けるように配置されるヒーター線とを覆うジャケットで構成しても良い。
さらに、ヒーター線支持手段を、ヒーター線の巻き付け方向と垂直な方向にヒーター線を横断するようにヒーター線を接着する接着剤で構成しても良い。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

＜ヒーター線の断線について＞
ＴＧとＤＴＡ、又はＴＧとＤＳＣを組み合わせた同時熱分析装置においては、加熱対象の試料を収容する保護管を加熱する手段としてヒーター線（保護管に巻き付けられている）を用いている。試料の最高温度を１５００℃にするため、酸化雰囲気（空気中）での使用を考慮して加熱手段としてのヒーター線の材料に白金合金を用いることが多い。試料とヒーター線は１０ｍｍ以上の距離を離して設置されており、この間にアルミナ製の保護管やヒーター線を保持するボビンがあり熱抵抗となっている。この熱抵抗により、ヒーター線は試料の温度よりも高くなり、例えば、試料温度を２０℃／分で昇温させて試料温度を最高１５００℃にするとき、ヒーター線の温度は１６００℃を超えてしまう。

図１は、ヒーター線の温度とその引張強度の関係を示す図である（出典：金属データブック、日本金属学会編、丸善出版（株）発行）。図１を参照すると、白金をヒーター線としたもの（実線１１）は、温度が１４００℃を超えると引張強度は小さくなり、僅かの引張力で断線してしまう。これを断線しにくくするために、白金とロジウムの合金をヒーター線としたものがあるが（図１における破線１３と一点鎖線１４）、ヒーター線の温度が１６００℃を超えると引張強度は小さくなり、僅かの引張力で断線することが多い。

また、図２は、保護管の周りに巻き付けたヒーター線に発生する力を説明するための図である。図２は、試料を内部に設置した保護管の断面で正面を模式的に示している。図２において、試料９は、天秤１１０の先端に取り付けた試料カップ１１２上に設置されている。熱重量測定では、試料９が分解や昇華・蒸発でその重量が変化すると、重力加速度１７によって天秤１１０が傾き、この傾きの角度から重量を測定している。または、この傾きを水平にする力か重量を測定することがある。この重力加速度１７によって、保護管３やヒーター線１にも鉛直方向下向きに常に力が発生し、保護管３に巻き付けたヒーター線１の断面には引張応力が発生する。

例えば、線材が白金でその直径が０．５ミリメートルのヒーター線１が直径２０ミリメートルの保護管３に巻き付けられる場合、ヒーター線１の断面に発生する引張り応力は、ヒーター線１と保護管３の間に発生する摩擦を無視すると、６．５キロパスカル程度である。ヒーター線材が白金合金であると、その温度が１２００℃から１３００℃位のときに結晶が発生し易く、この温度帯域での加熱時間が長くなると結晶が成長して大きくなる。結晶が大きくなると結晶粒の間に空隙が増大し、ヒーター線１の断面積が小さくなる。ヒーター線１に掛かる力は、前出の重力加速度によって一定なため、ヒーター線１の結晶化が進むと、その断面に発生する引張応力が大きくなる。また、ヒーター線１の断面積が小さくなるとその部分で抵抗が大きくなり、ヒーター線１を流れる電流はどこも同じ値であることから、その部分で発熱が大きくなり、ヒーター線１の温度が更に高くなる。白金合金が高温になり、かつ、引張応力が大きくなると、クリープによる変形速度が速くなり断線しやすくなる。

この点、熱分析装置においてその保護管３を水平に設置し、ヒーター線１の材料として白金合金を用いる場合、試料を１５００℃まで短時間に加熱するとヒーター線１を含む加熱部の寿命が短くなることが知られている。

このように、ヒーター線の材料を改良することにより加熱部の寿命を長くするには限界がある可能性がある。そこで、本開示は、材料的なアプローチではなく、熱分析装置の構造的な改良を提案するものである。

＜熱分析装置の構成＞
図３は、本開示の実施形態による熱分析装置（例えば、ＴＧ／ＤＴＡ装置）の概要構成を示す図である。熱分析装置１０は、試料を収容しそれを加熱する加熱部１００と、試料の重量変化を検出する秤量部１０２と、ベース部１０４と、モーター１０６と、レール１０８と、を備える。なお、熱分析装置１０は、秤量部１０２によって検出された重量変化の情報を分析するための演算装置１５０と接続され、熱分析システムを構成する。演算装置１５０は、一般的なコンピュータ装置で構成することが可能であり、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）と、メモリと、入力デバイス（キーボードやマウスなど）と、出力デバイス（プリンタや表示装置など）と、秤量部１０２との間でデータ通信をするための通信デバイスと、を備えている。

加熱部１００は、モーター１０６によってレール１０８に沿って移動可能なように、ベース部１０４の上に設置される。そして、加熱部１００は、図示しない試料の投入と回収のために秤量部１０２と接続と離脱を繰り返す。秤量部１０２はベース部１０４に固定されている。

図４は、図示しない試料の操作のため、加熱部１００と秤量部１０２を離した状態を示す図である。図３に示される状態で、モーター１０６を駆動させ、レール１０８に沿って加熱部１００を矢印の方向に移動させると、加熱部１００が秤量部１０２と分離される。すると、秤量部１０２から突き出した天秤１１０の先端が露出され、その先端に設けられた試料カップ１１２に試料を投入し、又は当該試料カップ１１２から試料を回収することが可能となる。

＜熱分析装置の内部構成＞
図５は、本実施形態による熱分析装置１０の内部構成例を示す断面図である。図５は、図３の熱分析装置の動作を説明するためにその断面を模式的に示したものである。

熱分析装置１０の加熱部１００は、保護管３を前側フランジ１００１と後ろ側フランジ１００４とで保持し、保護管３がヒーター線１に接触しないようにしている。ヒーター線１は、後述のように上側ボビン（ボビン２０１ａ）と下側ボビン（ボビン２０１ｂ）とによって保持され、ヒーター線１、ボビン２０１ａ、及びボビン２０１ｂの全体が断熱パイプ１００２によって支えられる。また、断熱パイプ１００２は、保護管３を冷却するための空気が注入される冷却用パイプ１００３によって支えられる。

天秤１１０の先端に取り付けた試料カップ１１２は、保護管３でヒーター線１が巻かれた範囲の中心に位置決めされ、加熱される。試料９の温度は、試料カップ１１２の底面にとりつけた温度センサ（図示せず）で検出される。試料９の温度が変化して、分解や昇華・蒸発によってその重量が変化すると、重力加速度１７（図７参照）によって天秤１１０が天秤支点１１４について傾こうとする。この傾きを、天秤支点１１４の後方に設置した傾き検出手段１１６で検出し、天秤支点１１４に取り付けた駆動手段によってこの傾きを水平に戻す力を発生させる。そして、天秤１１０が水平になったときの力（トルク）を天秤支点１１４から試料カップ１１２までの距離で除することにより、試料９の重量変化が検出される。

検出した温度値と重量値は、演算装置１５０に送信され、時間の値と共に演算装置１５０のメモリに格納される。また、演算装置１５０は、取得した温度の情報と、時間経過についてプログラムされている温度の情報とを比較し、分析する。なお、例えば、ＤＴＡの場合、天秤１１０の２つの試料カップ１１２のうち、１つに測定したい試料（改良後試料：例えば窒素含有量を増加させた樹脂）を載置し、もう１つには改良前試料を載置し、２つの試料の加熱による重量変化を比較する。重量変化を比較することにより、改良が適切であったか判断することが可能となる。また、例えば、ＴＧの場合、試料カップ１１２には試料を１つだけ載置し、加熱による単純な重量変化を評価する。

試料９を保護管３の中で加熱するとき、試料９の酸化を許容または促進する場合には、秤量部１０２に取り付けたガス導入口１１８に空気を注入する。逆に、試料９の酸化を防止する場合には、ガス導入口１１８から窒素やアルゴン等不活性ガスが注入される。また、加熱終了後には、試料９を交換可能な温度まで短時間で冷却するため、加熱部１００に取り付けられた冷却用パイプ１００３の冷却剤出入り口１２０ａと１２０ｂを介して空気が注入される。なお、ガス導入口１１８を閉じて、保護管３の中を真空にして試料９を加熱することも可能である。この場合、真空中の試料（例えば、樹脂）９がどのような温度強度を示すかを測定することが可能となる。

＜保護管とヒーター線との関係＞
図６は、本実施形態における、保護管３とヒーター線１との関係を説明するための図である。図７は、図６に示される保護管３とヒーター線１の中央部付近の断面を示す図である。

図６においては、熱分析装置１０の全体ではなく、保護管３と、保護管３の内部に設置した試料９を加熱するヒーター線１と、ボビン（上側ボビン）２０１ａと、ボビン（下側ボビン）２０１ｂのみが選択的に示されている。図示されるように、保護管３の外周に、ヒーター線１を巻き付けるボビン２０１ａと２０１ｂが設置される。保護管３と両ボビン２０１ａ及び２０１ｂとは共に隙間をもって設置され、互いに接触しないように熱分析装置１０内で保持される。保持方法は上述した通りである。また、ボビン２０１ａと２０１ｂとは、接続部２１３で接続され、相対位置がずれないように固定される。

また、図７からもよく理解できるように、ヒーター線１は、保護管３の上に設置したボビン２０１ａの外側を通るように巻かれる一方、保護管３の下に設置したボビン２０１ｂの内側を通るように巻かれている。この構造を採用することにより、ヒーター線１は、どの巻き位置であっても、重力加速度１７によって鉛直方向下向きに引っ張られても、ボビン２０１ｂの円筒面によってヒーター線１は受け止められ、下方に移動することはない。よって、ヒーター線１の自重によってヒーター線１の断面には圧縮応力が働くことになり、クリープによる断線の恐れはなくなる。よって、加熱部１００を交換するまでの寿命が長くなり、熱分析装置１０を長期間使い続けることができるようになる。

なお、ヒーター線１が高温になって引張強度が小さくなると、ボビン２０１ｂがヒーター線１を支える部分でその圧縮応力に関わる力によって座屈が発生し、ヒーター線が保護管３に接触する恐れがある。これを回避するためには、例えば、ボビン２０１ｂ上のヒーター線１を耐熱性接着剤で部分的に接着するようにしても良い。

＜ボビンの構造＞
図８は、ヒーター線１を巻き付けるボビン２０１ａ及びボビン２０１ｂの詳細構造を示す図である。

保護管３の上に設置したボビン（上側ボビン）２０１ａについては、ヒーター線１がその外側を通るため、ボビン２０１ａにスリット２０３ａ及び２０３ｂが設けられている。これにより、ヒーター線１の熱エネルギーを保護管３に伝わり易くし、試料９の最高温度まで昇温させる時間を短くすることができる。また、スリット２０３ｂの開口の割合は、スリット２０３ａの開口の割合に比べて小さい。このため、ヒーター線１がボビン２０１ａに一様なピッチで巻き付けられた場合に、保護管３でヒーター線１が巻かれる方向についての温度分布を一様にすることができる。

一方、保護管３の下に設置したボビン（下側ボビン）２０１ｂについては、ヒーター線１がその内側を通るため、ボビン２０１ｂに、スリット２０３ａ及び２０３ｂとは異なるスリット２０３ｃ及び２０３ｄが設けられている。ここで、スリット２０３ｃの開口は大きく、その割合はスリット２０３ｄの開口の割合よりも大きくなっている。これにより、ヒーター線１から熱エネルギーが冷却剤に伝わり易くなり、試料９を冷却する時間を短くすることができるようになる。また、この場合、ヒーター線１がボビン２０１ｂに一様なピッチで巻き付けられたとしても、ヒーター線１の熱エネルギーが保護管３ではない方面に逃げやすく、保護管３でヒーター線１が巻かれる方向について温度分布を一様にすることができる。

なお、ボビン２０１ａ及び２０１ｂにおいて、各スリット２０３ａ乃至２０３ｄの少なくとも一部の開口の大きさを調整するためのシャッター機構（例えば、２重ボビン構造とすることで実現可能）を設けても良い。例えば、１０００℃まではシャッター機構を閉めて加熱し、その温度以降１５００℃まではシャッター機構を開けるという使い方が考えられる。

ボビン２０１ａおよびボビン２０１ｂにおいて、ヒーター線１が接する部分にヒーター線１が収まる溝を設けることができる。これにより、ヒーター線１が昇温と降温を繰り返すときにヒーター線１のアニーリング不足でヒーター線１が変形する力が発生しても、これを抑えてヒーター線１の短絡を抑止する効果が期待できる。

また、ボビン２０１ａおよび２０１ｂにおいて、ヒーター線１が接する面の粗さ（ボビンの表面粗さ）を粗くしても良い。この場合、ボビン２０１ａ及び２０１ｂとヒーター線１との摩擦が大きくなるため、この反力によってヒーター線１の断面に発生する応力が小さくなる。これにより、引張応力によるクリープ断線、及び圧縮応力による座屈による変形を防止することができ、加熱部１００を交換するまでの寿命が長くなり、熱分析装置１０を長期間使い続けることができるという効果を期待することができる。

＜ヒーター線のボビンへの巻き付け方について＞
図９は、ボビン２０１ａ及び２０１ｂにヒーター線１を巻き付けるための治具を示す図である。

ヒーター線１をボビン２０１ａ及び２０１ｂに巻き付ける際には、まず、ボビン（上側ボビン）２０１ａの天地を逆にして、スタンド３０１に取り付ける。このときボビン２０１ａの上側には、図９に示されるように、中子３０３、３０５、３０７ａ、及び３０７ｂが積み上げられている。中子３０３、中子３０５、中子３０７ａ、及び中子３０７ｂによって形成される円筒の外側サイズは、ボビン２０１ａの内側サイズと同じになっている。この状態で、ヒーター線１が巻き付けられる。巻き付けが終わったら、スタンド３０１及びボビン２０１ａ等、全ての天地が逆にされる。

図１０は、ヒーター線１をボビン２０１ａに巻き付け終わった状態から、中子３０３、中子３０５、中子３０７ａ、及び中子３０７ｂを取り外す手順を示す図である。治具の天地は逆にして作業が行われるため、中子を取り外す際には脚４０１が治具に装着される。手順は次の通りである。

（i）図１０（ａ）に示されるように、中子取手３０９を引き、中子３０５が引き抜かれる。すると、中子３０３を鉛直方向に自由に動かせるようになる。
（ii）図１０（ｂ）に示されるように、中子３０３が中子３０５と同様に引き抜かれる。すると、中子３０７ａと３０７ｂがヒーター線１の中で内側に倒れこむ。
（iii）図１０（ｃ）に示されるように、中子３０７ａと中子３０７ｂが引き抜かれる。
以上の作業で、ヒーター線１をボビン２０１ａに巻いた状態を作ることができる。

続いて、ボビン（下側ボビン）２０１ｂがボビン（上側ボビン）２０１ａと接続される。このときに、ヒーター線１がばらつかないよう、耐熱性接着剤によってヒーター線１を部分的に接着するようにしても良い。ヒーター線１は、ヒーター線１同士が短絡しないように所定ピッチで巻き付けられている。ヒーター線１の短絡を確実に回避するためには、ヒーター線１を接着剤で固定することは有効である。

＜変形例＞
（１）変形例１
図１１は、本開示の変形例１の構成例を示す図である。図１１Ａは、変形例１による保護管３、ヒーター線１、及びヒーター線支持手段としての支持棒１１０１の全体を示す図である。図１１Ｂは、図１１Ａの線（面）１１００における断面を示す図である。

上述の実施形態では、ヒーター線１をボビン（下側ボビン）２０１ｂによってヒーター線１を支えているが、変形例１では、ボビンは用いずに、複数の支持棒１１０１を用いてヒーター線１を支えるようにしている。また、支持棒を回すと、ヒーター線１を押しつける力が調整できるようになっている。これにより、上述の実施形態による構成と同等の効果を期待することができる。なお、支持棒１１０１の個数は２つに限定されるものではない。

（２）変形例２
図１２は、本開示の変形例２の構成例を示す図である。図１２Ａは、変形例２による保護管３、ヒーター線１、及びヒーター線支持手段としてのジャケット１２０１の全体を示す図である。図１２Ｂは、変形例２による保護管３、ヒーター線１、及びジャケット１２０１の側面を示す図である。図１２Ｃは、図１２Ｂの線１２００における断面を示す図である。

変形例２では、ボビンは用いずに、ジャケット１２０１を用いてヒーター線１を支えるようにしている。ジャケット１２０１は、例えば、鉛直方向の支持線１２０２及び支持線１２０３と頂点付近の接触線１２０４とによってヒーター線１と接触している。３つの線で（断面でいうと３点）でヒーター線１を保持するので、ヒーター線１に生じる応力を均等に分散させることができる。また、鉛直方向の２つの支持線でヒーター線１を下から支えるので、上述の実施形態による構成と同等の効果を期待することができる。なお、支持線及び接触線の個数は３つに限定されるものではなく、３つより多くても良いし、支持線１２０３のみであっても良い。

（３）変形例３
図１３は、本開示の変形例３の構成例を示す図である。変形例３では、ヒーター線１を水平方向に横断するように（例えば２列で）、ヒーター線支持手段としての接着部１３０１が形成されている。これにより、上述の実施形態による構成と同等の効果を期待することができる。なお、接着部１３０１の個数は２つに限定されるものではない。

＜まとめ＞
本開示による熱分析装置は、保護管に収容される分析対象の試料を加熱するためのヒーター線に掛かる重力を下支えするヒーター線支持手段を備えている。これにより、重力加速度によってヒーター線が鉛直方向下向きに引っ張られても、ボビンの円筒面によってヒーター線は受け止められ移動することはなく、ヒーター線自重によってヒーター線の断面には圧縮応力が働くことになるため、クリープによる断線の恐れはなくなり、加熱部を交換するまでの寿命が長くなり装置を長期間使い続けることができる。

より具体的には、ヒーター線支持手段として、上側ボビンと下側ボビンとによって構成することができる。このとき、ヒーター線は、上側ボビンの外側に配置され、かつ下側ボビンの内側に配置され、下側ボビンが、ヒーター線を下支えする。これによれば、ヒーター線は保護管の周りで鉛直方向下面ではボビンを介さずに直接熱を伝える構造で加熱効率が高くなるため、温度上昇速度を高くすることができ、単位時間当たりの測定回数を増やすことができる。また、ボビンの円筒面にスリットを設けた構造は、ヒーター線がボビンを介さずに直接熱を伝える構造で加熱効率が高くなるため、温度上昇速度を高くすることができ、単位時間当たりの測定回数を増やすことができる。さらに、同構造はボビンの体積が小さくなるため熱容量も小さくなり、冷却時間を短くすることができ、単位時間当たりの測定回数を増やすことができる特徴もある。

また、ヒーター線支持手段として、ヒーター線を下支えする複数の支持棒を用いても良い（変形例１）。これによれば、より簡単な構造でクリープによる断線を押さえることができるようになり、長寿命の加熱部を実現することが可能となる。

さらに、ヒーター線支持手段として、保護管と当該保護管を巻き付けるように配置されるヒーター線とを覆うジャケットを用いても良い（変形例２）。これによれば、ジャケットという部品のみで対応できる。また、断面応力を小さくすることができ、断線までの時間を長くすることが可能となる。よって、これによっても長寿命の加熱部を実現することが可能となる。

また、ヒーター線支持手段として、ヒーター線の巻き付け方向と垂直な方向にヒーター線を横断するようにヒーター線を接着する接着剤を用いても良い（変形例３）。これによれば、現行製品に容易に適用することが可能となる。また、断面応力を小さくすることができ、断線までの時間を長くすることが可能となる。よって、これによっても長寿命の加熱部を実現することが可能となる。

１ ヒーター線
３ 保護管
９ 試料
１０ 熱分析装置
１００ 加熱部
１０２ 秤量部
１０４ ベース部
１０６ モーター
１０８ レール
１１０ 天秤
１１２ 試料カップ
１１４ 天秤支点
１１８ ガス導入口
１２０ａ、１２０ｂ 冷却剤出入り口
１５０ 演算装置
２０１ａ、２０１ｂ ボビン
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ スリット
２１３ 接続部
３０１ スタンド
３０３、３０５、３０７ａ、３０７ｂ 中子
４０１ 脚

Claims (8)

1. 試料を収容する保護管と、
   前記保護管に収容される試料をヒーター線によって加熱する加熱部であって、前記保護管に接触せず、前記ヒーター線が前記保護管の周囲を所定の隙間を持って巻き付けるように配置される、加熱部と、
   加熱による前記試料の重量変化を検出する秤量部と、
   前記ヒーター線に掛かる重力を下支えするヒーター線支持手段と、を備え、
   前記ヒーター線支持手段は、上側ボビンと下側ボビンとによって構成され、
   前記ヒーター線は、前記上側ボビンの外側に配置され、かつ前記下側ボビンの内側に配置され、
   前記下側ボビンが、前記ヒーター線を下支えする、熱分析装置。
2. 請求項１において、
   前記上側ボビンと前記下側ボビンには、複数のスリットが設けられている、熱分析装置。
3. 請求項２において、
   前記上側ボビンの中央部領域に設けられた前記スリットの開口割合は、前記上側ボビンの端部領域に設けられた前記スリットの開口割合より小さく、
   前記下側ボビンの中央部領域に設けられた前記スリットの開口割合は、前記下側ボビンの端部領域に設けられた前記スリットの開口割合より大きい、熱分析装置。
4. 請求項１において、
   前記ヒーター線支持手段は、前記ヒーター線を下支えする複数の支持棒で構成される、熱分析装置。
5. 請求項１において、
   前記ヒーター線支持手段は、前記保護管と当該保護管に巻き付けるように配置される前記ヒーター線とを覆うジャケットで構成される、熱分析装置。
6. 請求項５において、
   前記ジャケットは、前記ヒーター線と複数の線をなす箇所で接触して、前記ヒーター線を保持する、熱分析装置。
7. 請求項１において、
   前記ヒーター線支持手段は、前記ヒーター線の巻き付け方向と垂直な方向に前記ヒーター線を横断するように前記ヒーター線を接着する接着剤で構成される、熱分析装置。
8. 加熱による試料の重量変化を検出する熱分析装置と、
   前記熱分析装置に接続され、前記熱分析装置によって検出された前記重量変化を受信し、前記試料の前記重量変化を分析する演算装置と、を備え、
   前記熱分析装置は、
   前記試料を収容する保護管と、
   前記保護管に収容される試料をヒーター線によって加熱する加熱部であって、前記保護管に接触せず、前記ヒーター線が前記保護管の周囲を所定の隙間を持って巻き付けるように配置される、加熱部と、
   加熱による前記試料の前記重量変化を検出する秤量部と、
   前記ヒーター線に掛かる重力を下支えするヒーター線支持手段と、を備え、
   前記ヒーター線支持手段は、上側ボビンと下側ボビンとによって構成され、
   前記ヒーター線は、前記上側ボビンの外側に配置され、かつ前記下側ボビンの内側に配置され、
   前記下側ボビンが、前記ヒーター線を下支えする、試料分析システム。

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