JP7236728B2

JP7236728B2 - 熱分析装置

Info

Publication number: JP7236728B2
Application number: JP2019043654A
Authority: JP
Inventors: 高士熊崎; 健太郎山田
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP2020148477A; US20200292431A1; DE102020106400A1; US11644399B2; CN111678832A

Description

本発明は、試料を加熱し、温度変化に伴う試料の物理的変化を測定する熱分析装置に関する。

従来から、試料の温度特性を評価する手法として、試料を加熱し、温度変化に伴う試料の物理的変化を測定する熱分析といわれる手法が行われている。熱分析は、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制御させた時の、試料の物理的性質を測定する手法が全て熱分析とされる。この熱分析として、質量（重量変化）を検出する熱重量測定(TG)がある。

熱重量測定(TG)を行う熱分析装置は、重量の検出を行う水平レバーの先端に試料を載置すると共に、このレバーの先端を加熱炉内（通常は加熱炉内の炉心管の内部空間）に挿入し、レバーの傾きを重量検出器で検出して試料の重量変化を検出するようになっている。
ところが、重量検出器が加熱炉からの熱影響を受けて検出精度が低下するという問題がある。そこで、重量検出器をヒータで一定温度に保つ技術が開発されている（特許文献１）。

特開平１０－１０４１４７号公報

ところで、重量検出器は、レバーに取り付けられたコイルに電流を流して電磁石とし、コイルの上下に取り付けられた磁石との間の作用でレバーを水平に保つように制御し、コイル電流を測定することで試料の重量を検出する。
しかしながら、重量検出器の温調用の抵抗加熱式のヒータに通電電流が流れると磁界が生じ、重量検出器の検出にノイズとして影響を与えることが判明した。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、重量検出器の検出精度の低下を抑制した熱分析装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の熱分析装置は、軸方向に伸びる筒状の加熱炉と、前記加熱炉の前記軸方向の後端側に配置され、前記軸方向に延びて重量を検出するレバーを備えた重量検出器と、前記加熱炉と前記重量検出器との間を接続し、前記加熱炉の内部空間と前記重量検出器の内部空間とを連通させ、前記重量検出器から前記加熱炉の内部に向かって前記レバーを配置する接続部と、前記レバーの先端に接続されて前記加熱炉の内部に配置され、試料を保持する試料保持部と、を備えた熱分析装置であって、前記重量検出器は、レバーに取り付けられたコイルに電流を流して電磁石とし、前記コイルの上下に取り付けられた磁石との間の作用でレバーを水平に保つように制御し、コイル電流を測定することで試料の重量を検出し、前記重量検出器を覆って配置される抵抗加熱式のヒータと、前記ヒータの通電状態を制御し、前記ヒータに６Ａ以下の電流を通電しつつ前記重量検出器を一定温度に保持するヒータ制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。

この熱分析装置によれば、ヒータを通電して一定温度になるように（周囲温度よりも）加熱することで、重量検出器を一定温度に保持することができ、測定精度を向上させることができる。
さらに、ヒータを通電電流が６Ａ以下に設定することで、比較的低電流でヒータを加熱できるので、ヒータの回路に流れる電流に起因する磁場が低減する。これにより、この磁場が、レバーが水平になるように制御（コイルに流れる電流を測定）する際のノイズとなることを抑制し、測定精度をさらに向上させることができる。

本発明の熱分析装置において、前記ヒータ制御部は、前記重量検出器を５０℃以下に保持してもよい。
ヒータによる重量検出器の加熱保持温度が５０℃以下であれば、室温付近での重量測定も行えるからである。

本発明の熱分析装置において、前記熱分析装置で測定したＴＧ曲線におけるバックグラウンドの変動幅を示す、前記レバーのＴＧ信号ノイズ幅が０．２μｇ以下であってもよい。
通常、レバーは非磁性材料（例えばステンレス鋼）を用いて形成されるが、切削等の加工の影響で結晶構造が変化する等の理由によって、実際のレバーはわずかな磁性を帯びることがある。そこで、レバーが有する固有のＴＧ信号ノイズ幅が０．２μｇ以下となるようにすると、レバー自身によるノイズを抑制し、重量検出器の測定精度をさらに向上させることができる。

本発明の熱分析装置は、少なくとも前記軸方向に前記加熱炉を覆うと共に、前記加熱炉の後端側に空気取入口を有する加熱炉カバーであって、該加熱炉カバーの内部に前記軸方向の後端から先端に向かう気流を生じさせるファンを前記空気取入口よりも前方に配置してなる加熱炉カバーをさらに備えてもよい。
これにより、加熱炉の熱が重量検出器側に伝わることを抑制し、重量検出器を一定温度により確実に保持して測定精度を向上させることができる。又、重量検出器をより低温で保持できるので、重量検出器を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。

本発明の熱分析装置は、少なくとも前記軸方向に前記重量検出器を覆うと共に、前記重量検出器の先端側の外部空間を閉塞し、前記重量検出器の後端側に空気が出入する開口を有する重量検出器カバーをさらに備えてもよい。
これにより、加熱炉の熱が重量検出器側に伝わることを抑制すると共に、開口から外気を重量検出器の周囲に出入させることができる。その結果、ヒータの加熱温度と、重量検出器の周囲温度との差を大きくし、ヒータにより重量検出器を一定温度により確実に保持できる。又、重量検出器をより低温で保持できるので、重量検出器を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。

本発明の熱分析装置は、前記加熱炉カバーと、前記重量検出器カバーとの間に前記軸方向に間隙を有し、当該間隙に前記接続部の少なくとも一部が露出してなってもよい。
これにより、接続部の少なくとも一部が露出するので、接続部を放冷し易く、加熱炉の熱が接続部を介して重量検出器側に伝わることを抑制できる。その結果、重量検出器を一定温度により確実に保持して測定精度を向上させることができる。又、重量検出器をより低温で保持できるので、重量検出器を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。

本発明の熱分析装置において、前記間隙から前記接続部に向かって気流を生じさせる第２のファンを所定位置に配置してもよい。
これにより、接続部をより一層放冷することができる。

本発明の熱分析装置において、前記加熱炉が、透明材料により筒状に形成され前記試料保持部を内部に配置したファーナスチューブと、当該加熱炉の内面を形成し前記ファーナスチューブを挿通させる円筒状の炉心管と、当該炉心管に外嵌された加熱炉ヒータと、両端に側壁を有し前記加熱炉ヒータを囲む円筒状の外筒と、を有し、前記炉心管及び前記外筒のそれぞれには、前記ファーナスチューブを介して当該外筒外側から前記試料が観察可能なように連通する貫通口として設けられた第１の開口部を有してもよい。
これにより、第１の開口部からファーナスチューブを介して熱分析中の試料の変化を観察することができる。

本発明の熱分析装置において、前記加熱炉カバーが、前記第１の開口部と貫通方向に重なる第２の開口部を有してもよい。
これにより、加熱炉カバーを覆った状態であっても、第２の開口部および第１の開口部からファーナスチューブを介して熱分析中の試料の変化を観察することができる。

本発明によれば、重量検出器の検出精度の低下を抑制した熱分析装置が得られる。

本発明の実施形態に係る熱分析装置の構成を示す斜視図である。図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。熱分析装置の先端側から見た加熱炉カバー及び重量検出器カバーを示す斜視図である。熱分析装置の後端側から見た加熱炉カバー及び重量検出器カバーを示す斜視図である。試料セット位置における加熱炉及びファーナスチューブの位置を示す図である。ファーナスチューブ内の試料を観察する方法の一例を示す図である。ヒータに通電する直流電流を４～７Ａに変えた場合の天秤アーム（レバー）のＴＧ信号ノイズ幅を示す図である。天秤アーム（レバー）のＴＧ信号ノイズ幅の測定方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、軸方向Ｏに沿って加熱炉３及びファーナスチューブ９の先端部９ａ側を「先端（側）」とし、その反対側を「後端（側）」とする。
図１は本発明の実施形態に係る熱分析装置１００の構成を示す斜視図であり、図２は図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
熱分析装置１００は熱重量測定(TG)装置を構成し、筒状のファーナスチューブ９と、ファーナスチューブ９を外側から取り囲む筒状の加熱炉３と、ファーナスチューブ９の内部に配置されて試料Ｓ_１、Ｓ_２をそれぞれ保持する試料ホルダ（特許請求の範囲の「試料保持部」に相当）４１，４２と、第１の支持台１２と、第１の支持台１２の上面に載置された第２の支持台１４と、ファーナスチューブ９の軸方向Ｏの後端部９ｄに接続される測定室３０と、測定室３０内に配置されて試料Ｓ_１、Ｓ_２の重量変化を測定する重量検出器３２と、第１の支持台１２及び測定室３０を自身の上面に載置する基台１０と、を備えている。

測定室３０の上下面を断熱部材５０が覆っており、断熱部材５０の上下面にそれぞれ交流抵抗加熱式のヒータ５２ａ、５２ｂが重量検出器３２を挟むようにして埋設されている。
さらに、加熱炉３を覆う加熱炉カバー６２と、重量検出器を覆う重量検出器カバー６４が設けられている。

又、加熱炉３の軸方向両端近傍の下端は、２つの支柱１８によって第２の支持台１４の上面に接続されている。又、ファーナスチューブ９の後端部９ｄの外側にフランジ部７が固定され、フランジ部７の下端は支柱１６によって第１の支持台１２の上面に接続されている。なお、支柱１６は第２の支持台１４の後端よりも後端側に配置され、第２の支持台１４と干渉しないようになっている。

図２に示すように、第１の支持台１２は、例えば基台１０に埋設されたリニアアクチュエータ２２等によって基台１０に対して軸方向Ｏに進退可能になっている。
又、第２の支持台１４は、例えば第１の支持台１２に埋設されたリニアアクチュエータ２４等によって第１の支持台１２に対して軸方向Ｏに進退可能になっている。

加熱炉３は、加熱炉３の内面を形成する円筒状の炉心管３ｃと、炉心管３ｃに外嵌された加熱炉ヒータ３ｂと、両端に側壁を有する円筒状の外筒３ａとを有する（図２参照）。外筒３ａの両側壁の中心には、炉心管３ｃを挿通するための中心孔が設けられている。外筒３ａは加熱炉ヒータ３ｂを取り囲んで加熱炉３を保温するとともに、外筒３ａに適宜調整孔（図示せず）を設けて加熱炉３の温度調整を行うこともできる。なお、炉心管３ｃの内径はファーナスチューブ９の外径より大きく、加熱炉３はファーナスチューブ９（及びその内部の試料Ｓ_１、Ｓ_２）を非接触で加熱するようになっている。
外筒３ａに適宜調整孔（図示せず）を設けて加熱炉３の温度調整を行うこともできる。

ファーナスチューブ９は先端部９ａに向かってテーパ状に縮径し、先端部９ａは細長いキャピラリ状に形成されてその先端に排気口９ｂが開口している。そして、ファーナスチューブ９には適宜パージガスが後端側から導入され、このパージガスや、加熱による試料の分解生成物等が排気口９ｂを通じて外部に排気される。一方、ファーナスチューブ９の後端部９ｄの外側には、シール部材７１を介してリング状のフランジ部７が取り付けられている（図２参照）。
又、ファーナスチューブ９は透明材料により形成され、試料Ｓ_１、Ｓ_２をファーナスチューブ９の外側から観察可能である。ここで、透明材料とは、可視光を所定の光透過率で透過する材料であり、半透明材料も含む。又、透明材料としては石英ガラス又はサファイアガラスを好適に用いることができる。
但し、ファーナスチューブ９が非透明の例えばセラミック等から形成されてもよい。

試料ホルダ４１、４２には、軸方向Ｏ後端側に水平に延びる天秤アーム（特許請求の範囲の「レバー」）４３、４４がそれぞれ接続され、天秤アーム４３、４４は互いに水平方向に並んでいる。そして、各試料ホルダ４１、４２には、それぞれ図示しない試料容器を介して試料Ｓ_１、Ｓ_２が載置されている。ここで、試料Ｓ_１は測定試料（サンプル）であり、試料Ｓ_２は基準物質（リファレンス）である。又、試料ホルダ４１、４２の直下には熱電対が設置され、試料温度を計測可能になっている。天秤アーム４３、４４、試料ホルダ４１、４２、及び図示しない試料容器は、例えば白金で形成されている。

測定室３０はファーナスチューブ９の後端に配置され、測定室３０の先端部には、ファーナスチューブ９に向かって軸方向Ｏ先端側に延びる管状のベローズ（特許請求の範囲の「接続部」）３４がシール部材（図示せず）を介して取り付けられている。ベローズ３４の先端側はフランジ部３６を形成し、フランジ部３６はフランジ部７にシール部材７２を介して気密に接続されている。このようにして、測定室３０とファーナスチューブ９の内部が連通し、各天秤アーム４３、４４の後端はファーナスチューブ９を通って測定室３０内部まで延びている。なお、各シール部材としては、例えばＯリング、ガスケット等を用いることができる。

図２に示すように、測定室３０内に配置された重量検出器３２は、コイル３２ａと、磁石３２ｂと、位置検出部３２ｃとを備えている。位置検出部３２ｃは例えばフォトセンサーからなり、各天秤アーム４３、４４の後端側に配置されて天秤アーム４３、４４が水平な状態であるか否かを検出する。一方、コイル３２ａは各天秤アーム４３、４４の軸方向中心（支点）に取り付けられ、コイル３２ａの上下両側に磁石３２ｂが配置されている。そして、天秤アーム４３、４４が水平になるようにコイル３２ａに電流を流し、その電流を測定することにより、天秤アーム４３、４４先端の各試料Ｓ_１、Ｓ_２の重量を測定するようになっている。なお、重量検出器３２は、各天秤アーム４３、４４のそれぞれに設けられている。

又、図２に示すように、リニアアクチュエータ２２，２４、加熱炉ヒータ３ｂ、重量検出器３２、及びヒータ５２ａ、５２ｂはコンピュータ等からなる制御部８０によって制御される。
具体的には、制御部８０は加熱炉ヒータ３ｂを通電制御し、所定の加熱パターンでファーナスチューブ９（各試料ホルダ４１、４２）を加熱すると共に、そのときの試料Ｓ_１、Ｓ_２の温度変化及び重量変化を重量検出器３２から取得する。
又、制御部８０はヒータ５２ａ、５２ｂを通電制御し、重量検出器３２を一定温度に保持する。
又、制御部８０はリニアアクチュエータ２２，２４の動作を制御して、後述する測定位置、試料セット位置、及び試料観察位置に加熱炉３及びファーナスチューブ９を移動させる。
制御部８０が特許請求の範囲の「ヒータ制御部」に相当する。

なお、フランジ部３６とフランジ部７とが気密に接続され、加熱炉３がファーナスチューブ９の各試料ホルダ４１、４２（つまり、試料Ｓ_１、Ｓ_２）を覆う位置を、「測定位置」と称する。

図３に示すように、加熱炉カバー６２は、軸方向Ｏに平行な上側角部が丸みを帯びた矩形状をなし、先端面に、ファーナスチューブの先端部９ａと重なる排気孔６２ｈが設けられると共に、排気孔６２ｈに隣接して送風用のファン６２ｆが設けられている。
又、図４に示すように、加熱炉カバー６２の後端面は開口して空気取入口６２ａを形成している。
図２に示すように、加熱炉カバー６２は少なくとも軸方向Ｏに加熱炉３を覆うように延びている。そして、加熱炉カバー６２の下端側が第２の支持台１４に取り付けられ、第２の支持台１４又は第１の支持台１２が軸方向Ｏに進退すると共に、加熱炉カバー６２も重量検出器カバー６４に対して軸方向Ｏに進退する（図３参照）。

一方、重量検出器カバー６４も軸方向Ｏに平行な上側角部が丸みを帯びた矩形状をなし、加熱炉カバー６２の後端側に軸方向Ｏに間隙Ｇを有して配置されている。重量検出器カバー６４は基台１０に直接取り付けられている。
又、図４に示すように、重量検出器カバー６４の後端面はルーバ状の開口６４ａを形成している。
図２に示すように、重量検出器カバー６４は少なくとも軸方向Ｏに重量検出器３２を覆うと共に、先端面６４ｂが重量検出器３２の先端側の外部空間（重量検出器カバー６４の内面と断熱部材５０の外面との間の空間）を閉塞している。
そして、加熱炉カバー６２と重量検出器カバー６４との間の間隙Ｇに、ベローズ３４の少なくとも一部が露出している。さらに、この間隙Ｇに重なる基台１０上に、送風用の第２のファン１０ｆが設けられている。基台１０における第２のファン１０ｆが設置される部位は上下に貫通し、第２のファン１０ｆは基台１０の下方から空気を取り入れることができる。
なお、図３に示すように、制御部８０を含むコンピュータが加熱炉カバー６２と重量検出器カバー６４とに接して配置されている。

図５は、各試料ホルダ４１、４２に試料Ｓ_１、Ｓ_２をセット又は交換する場合の加熱炉３及びファーナスチューブ９の位置を示す。試料Ｓ_１、Ｓ_２をセット（配置）又は交換する場合には、第２の支持台１４を測定位置（図１、図２参照）のまま移動させず、第１の支持台１２のみをリニアアクチュエータ２２によってファーナスチューブ９の先端側（図５の左側）に前進させると、第１の支持台１２、第２の支持台１４及び加熱炉カバー６２が一体となって移動する。これにより、各支持台１２、１４にそれぞれ固定されたファーナスチューブ９及び加熱炉３が上記測定位置よりも先端側へ前進すると、各試料ホルダ４１、４２がファーナスチューブ９及び加熱炉３より後端側に露出するので、試料Ｓ_１、Ｓ_２のセットや交換が行える。
図５の位置状態を試料セット位置と称する。

又、図６に示すように、加熱炉３の上面には、外筒３ａから炉心管３ｃへ向かって貫通する第１の開口部Ｗ１が形成されている。加熱炉カバー６２の上面には、上面から（第１の開口部Ｗ１の貫通方向に）見て第１の開口部Ｗ１と重なるように第２の開口部が形成されている。第１の開口部Ｗ１と第２の開口部を通して、各試料ホルダ４１、４２（つまり、試料Ｓ１、Ｓ２）の外側の位置でファーナスチューブ９が露出する。これにより、ファーナスチューブ９を介して熱分析中の試料Ｓ１、Ｓ２の変化を観察することができる。
具体的には、図１に示す測定位置にて加熱炉３によって試料Ｓ１、Ｓ２を加熱した後、ファーナスチューブ９内に載置された熱分析中の試料Ｓ１、Ｓ２を観察することができる。つまり、加熱炉３の外側の加熱炉カバー６２の第１の開口部Ｗ１の直下に露出したファーナスチューブ９の上方に撮像手段（例えば、カメラ、光学顕微鏡等）９０を配置し、熱分析中の試料Ｓ１、Ｓ２を観察できる。

次に、実施形態に係る熱分析装置１００の特徴部分について説明する。実施形態においては、ヒータ５２ａ、５２ｂは、抵抗加熱式とされている。
まず、ヒータ５２ａ、５２ｂを通電して一定温度になるように（周囲温度よりも）加熱することで、重量検出器３２を一定温度に保持することができ、測定精度を向上させることができる。
さらに、ヒータ５２ａ、５２ｂを通電電流が６Ａ以下に設定することで、比較的低電流でヒータ５２ａ、５２ｂを加熱できるので、ヒータ５２ａ、５２ｂの回路に流れる電流に起因する磁場が低減する。これにより、この磁場が、天秤アーム４３、４４が水平になるようにコイル３２ａに流れる電流を測定する際のノイズとなることを抑制し、測定精度をさらに向上させることができる。
直流又は交流にかかわらず、ヒータ５２ａ、５２ｂを通電電流が６Ａ以下であると好ましく、５Ａ以下がより好ましい。通電電流が小さい程、当該電流により発生した磁場も小さくなる。抵抗加熱の場合、目的の温度領域と電気容量の関係から交流電源が好適である。又、交流としては、例えば５０Ｈｚ以上が例示される。
なお、ヒータの容量(W)＝電圧(V)×電流(A)であるので、同じヒータ容量で電流値を小さくするためには電圧を大きくする交流が好ましい。

制御部８０は、ヒータ５２ａ、５２ｂを通電制御して、重量検出器３２を５０℃以下に保持する方が好ましく、４０℃以下であればより好ましい。測定試料によっては、室温からの測定を求められる場合があるため室温付近での制御が出ることが理想である。ヒータ５２ａ、５２ｂによる重量検出器３２の加熱保持温度が５０℃以下であれば、室温付近での重量測定も行えるからである。

ところで、上述のようにヒータ５２ａ、５２ｂからの磁場を低減した場合、天秤アーム４３、４４自身がわずかに磁性を帯びていても、重量検出器３２の測定精度に影響を与えることが判明した。
通常、天秤アーム４３、４４は非磁性材料（例えばステンレス鋼）を用いて形成されるが、切削等の加工の影響で結晶構造が変化する等の理由によって、実際の天秤アーム４３、４４はわずかな磁性を帯びることがある。
そこで、天秤アーム４３、４４が有する固有のＴＧ信号ノイズ幅が０．２μｇ以下となるようにすると、天秤アーム４３、４４自身によるノイズを抑制し、重量検出器３２の測定精度をさらに向上させることができる。

なお、図８に示すように、固有のＴＧ信号ノイズ幅とは、天秤アーム４３、４４に試料ホルダ４１、４２を空の状態で載置して、熱分析装置１００の測定モードで測定した際に取得する、ＴＧ曲線におけるバックグラウンドの変動幅を指す。具体的には、一つのピークトップとその前方または後方のピークボトムの差となる。従って、ノイズ幅が小さい程バックグラウンドが安定であり精度が高いことを意味する。
測定温度は室温、重量検出器３２の温度は３５℃、計測時間は４分間とし、その４分間で取得できたバックグラウンドの変動幅の個数のうち、時間的に中央の連続した１０個の平均とする。例えば、４分間で１５個取得した場合、時間的に１番、２番、又は１～３番のデータを捨て、３～１２番、又は４～１３番のデータの平均とする。

天秤アーム４３、４４のノイズ幅を０．２μｇ以下に管理する方法としては、天秤アーム４３、４４を交流消磁法等で消磁することが挙げられる。

又、図２に示すように、本実施形態では、加熱炉カバー６２にファン６２ｆを設け、空気取入口６２ａから外気を吸い込んで加熱炉カバー６２の内部に軸方向Ｏの後端から先端に向かう気流Ｆ２を生じさせる。
これにより、加熱炉３の熱が重量検出器３２側に伝わることを抑制し、重量検出器３２を一定温度により確実に保持して測定精度を向上させることができる。又、重量検出器３２をより低温で保持できるので、重量検出器３２を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。

又、図２に示すように、本実施形態では、重量検出器カバー６４の先端面６４ｂが重量検出器３２の先端側の外部空間を閉塞すると共に、重量検出器３２の後端側に開口６４ａを有する。
これにより、先端面６４ｂが加熱炉３の熱が重量検出器３２側に伝わることを抑制すると共に、開口６４ａから外気Ｆ３を重量検出器３２の周囲に出入させることができる。その結果、ヒータ５２ａ、５２ｂの加熱温度と、重量検出器３２の周囲温度との差を大きくし、ヒータ５２ａ、５２ｂにより重量検出器３２を一定温度により確実に保持できる。又、重量検出器３２をより低温で保持できるので、重量検出器３２を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。

又、図２に示すように、本実施形態では、加熱炉カバー６２と重量検出器カバー６４との間の間隙Ｇに、ベローズ３４の少なくとも一部が露出するので、ベローズ３４を放冷し易く、加熱炉３の熱がベローズ３４を介して重量検出器３２側に伝わることを抑制できる。
その結果、重量検出器３２を一定温度により確実に保持して測定精度を向上させることができる。又、重量検出器３２をより低温で保持できるので、重量検出器３２を５０℃以下に保持することを実現し易くなる。
特に、間隙Ｇからベローズ３４に向かって気流Ｆ１を生じさせる第２のファン１０ｆを設けると、ベローズ３４をより一層放冷することができる。

図７は、ヒータ５２ａ、５２ｂに通電する直流電流を４～７Ａを１Ａ毎に変えた場合の天秤アーム４３、４４のＴＧ信号ノイズ幅を示す。なお、ヒータに印加する電圧は、ヒータの加熱による測定室内の温度が３５℃となるように制御する際に必要な電圧とした。ＴＧ信号ノイズ幅の値は、各電流値毎に１０個の信号ノイズ幅の平均値とした。エラーバーは、その際の標準偏差を示す。
なお、予め天秤アーム４３、４４を消磁してＴＧ信号ノイズ幅を約０．１５μｇに抑えたものを使用した。ただし、７Ａだと０．２μｇを超え、これ以上の電流ではさらにノイズ幅の増加が予想された。さらに、７Ａを超える電流では、天秤アーム以外の、例えば天秤コイル等が外部磁場の影響を受けたものと考えられる。」

図７から明らかなように、直流電流値が４～６Ａにおいては、ＴＧ信号ノイズ幅が０．１２～０．１４μｇの間であり、測定前に予め消磁したＴＧ信号ノイズ幅（０．１５μｇ）から増大しなかった。つまり、ヒータ電流によるノイズ磁場が殆ど生じなかったことがわかる。一方、直流電流値７ＡにおいてはＴＧ信号ノイズ幅が０．２μｇまで急上昇し、これは測定前に予め消磁したＴＧ信号ノイズ幅（０．１５μｇ）を超えており、その分はヒータ電流によるノイズ磁場によることを示唆した。
交流電流の場合は、汎用的な単相１００Ｖ、三相２００Ｖなどの電源を鑑みれば、直流電流の場合と同じヒータ効率を得るための交流電流値が１／１０程度となるため、生じる磁場の強さも相当に小さくなる。従って、ＴＧ信号ノイズ幅に対しては、直流電流を用いる場合に比して、交流電流を利用する方が好ましい。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
上記実施形態では、加熱炉の内部にファーナスチューブを挿入し、ファーナスチューブの内部に試料保持部を配置したが、加熱炉の内部に直接試料保持部を配置してもよい。
また、第２のファン１０ｆは、図２の場合は間隙Ｇの底部に配置されているが、側面部あるいは上面部でも良い。
ヒータの設置個数や設置位置も上記に限定されない。

１００熱分析装置
３加熱炉
１０ｆ第２のファン
３２重量検出器
３４ベローズ（接続部）
４１、４２試料保持部（試料ホルダ）
４３、４４レバー（天秤アーム）
５２ａ、５２ｂヒータ
６２加熱炉カバー
６２ｆファン
６２ａ加熱炉カバーの空気取入口
６４重量検出器カバー
６４ａ重量検出器カバーの開口
８０ヒータ制御部（制御部）
Ｏ軸方向
Ｓ_１、Ｓ_２試料
Ｇ間隙

Claims

軸方向に伸びる筒状の加熱炉と、
前記加熱炉の前記軸方向の後端側に配置され、前記軸方向に延びて重量を検出するレバーを備えた重量検出器と、
前記加熱炉と前記重量検出器との間を接続し、前記加熱炉の内部空間と前記重量検出器の内部空間とを連通させ、前記重量検出器から前記加熱炉の内部に向かって前記レバーを配置する接続部と、
前記レバーの先端に接続されて前記加熱炉の内部に配置され、試料を保持する試料保持部と、
を備えた熱分析装置であって、
前記重量検出器は、レバーに取り付けられたコイルに電流を流して電磁石とし、前記コイルの上下に取り付けられた磁石との間の作用でレバーを水平に保つように制御し、コイル電流を測定することで試料の重量を検出し、
前記重量検出器を覆って配置される抵抗加熱式のヒータと、
前記ヒータの通電状態を制御し、前記ヒータに６Ａ以下の電流を通電しつつ前記重量検出器を一定温度に保持するヒータ制御部と、をさらに備えたことを特徴とする熱分析装置。
前記ヒータ制御部は、前記重量検出器を５０℃以下に保持することを特徴とする請求項１記載の熱分析装置。
前記熱分析装置で測定したＴＧ曲線におけるバックグラウンドの変動幅を示す、前記レバーのＴＧ信号ノイズ幅が０．２μｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱分析装置。
少なくとも前記軸方向に前記加熱炉を覆うと共に、前記加熱炉の後端側に空気取入口を有する加熱炉カバーであって、該加熱炉カバーの内部に前記軸方向の後端から先端に向かう気流を生じさせるファンを前記空気取入口よりも前方に配置してなる加熱炉カバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の熱分析装置。
少なくとも前記軸方向に前記重量検出器を覆うと共に、前記重量検出器の先端側の外部空間を閉塞し、前記重量検出器の後端側に空気が出入する開口を有する重量検出器カバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の熱分析装置。
前記加熱炉カバーと、前記重量検出器カバーとの間に前記軸方向に間隙を有し、
当該間隙に前記接続部の少なくとも一部が露出してなる請求項４に従属する請求項５に記載の熱分析装置。
前記間隙から前記接続部に向かって気流を生じさせる第２のファンを所定位置に配置してなる請求項６に記載の熱分析装置。
前記加熱炉が、透明材料により筒状に形成され前記試料保持部を内部に配置したファーナスチューブと、当該加熱炉の内面を形成し前記ファーナスチューブを挿通させる円筒状の炉心管と、当該炉心管に外嵌された加熱炉ヒータと、両端に側壁を有し前記加熱炉ヒータを囲む円筒状の外筒と、を有し、
前記炉心管及び前記外筒のそれぞれには、前記ファーナスチューブを介して当該外筒外側から前記試料が観察可能なように連通する貫通口として設けられた第１の開口部を有する請求項１～７のいずれか一項に記載の熱分析装置。
前記加熱炉カバーが、前記第１の開口部と貫通方向に重なる第２の開口部を有する請求項４に従属する請求項８に記載の熱分析装置。