JPH11118696A - 熱分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の物理的変化及び化学的変化に起因する
熱重量変化と、試料のキューリー温度に起因する熱重量
変化との判別が可能な熱分析装置を提供する。 【解決手段】 支点１４ａを中心に揺動自在な天秤１４
の一端の試料台１１に試料１５が載置され、試料室６内
の加熱ヒータの加熱による試料１５の温度変化で生じる
熱重量変化の天秤１４の傾きが、天秤１４の他端に設け
た不平衡検出部１７で検出され、制御部１８により天秤
１４が平衡するように、コイル１３の電流が制御され、
試料台１１に固定した磁石１６への磁気力が調整されて
熱重量測定が行なわれ、磁石装着台８に装着される磁石
１０により、試料１５位置の磁界が制御され、試料１５
のキューリー温度での見かけ上の熱重量変化の特性が変
化し、該熱重量変化と試料１５の物理的及び化学的変化
に基づく重量変化とが、容易に的確に判別可能になり、
キユリー温度での見かけ上の熱重量変化の高感度の測定
が可能になる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検試料に温度の
変化によって生じる熱重量変化を測定する熱分析装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】温度変化に起因して試料に生じる熱重量
変化を測定する熱重量測定装置では、加熱ヒータを備え
た試料室内に配置された試料が収容される試料台が、試
料棒を介して天秤の一端に係合され、試料棒に取り付け
た磁石を囲んでコイルが配設され、天秤の他端には天秤
の不平衡状態を検出する不平衡検出手段が配設されてい
る。そして、不平衡検出手段の検出信号に基づいて、コ
イルの供給電流を天秤が平衡状態になるように供給する
制御手段が設けられている。

【０００３】このような構成の熱重量測定装置では、加
熱ヒータによって試料温度を変化させることにより、試
料の特性に応じて融解、蒸発、昇華、酸化、分解などの
物理的変化及び化学的が発生し、この変化のために、試
料の重量が変化し、その変化の度合いに応じて天秤が不
平衡状態となり、不平衡検出手段から出力される検出信
号に基づいて、制御手段がコイルへの供給電流を制御
し、コイルと磁石間の電磁力を変化させて、試料を元位
置に移動させ天秤を平衡状態に復帰させる。そして、こ
の制御動作時のコイルに供給される試料温度に対応する
電流の変化が、試料の熱重量変化として表示部に表示さ
れ、この表示によって試料に対する熱重量変化特性を解
析することができる。

【０００４】この種の熱重量測定装置に関連して、磁石
から発生する磁力線が広範囲に広がり、コイルを横切ら
ない磁力線が増加することにより、コイルに供給した電
流の電磁力への効率的な変換が行なわれなくなることを
防止し、また、試料加熱用のヒータコイルから発生した
磁力線との干渉によって、磁石に生じる電磁力に悪影響
を及ぼすことを防止するために、磁石の両端に強磁性体
を設けた熱重量測定装置が、特開平５−２６４３２７号
公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の熱
重量測定装置では、測定される試料が磁性体であると、
温度の上昇に伴って試料の保磁力Ｈｅが低下してキュー
リー温度で最低値となることが知られている。この場
合、フェロ磁性体では、保磁力はキューリー温度Ｔｃに
向かって単調に減少し、フェリ磁性体では、キューリー
温度Ｔｃに達する前に見かけ上保磁力が一度増加する。
従って、試料のキューリー温度を含む温度領域で、熱重
量変化の測定をする場合には、試料の特性に応じて生じ
る融解、蒸発、昇華、酸化、分解などの物理的変化及び
化学的変化に基づく熱重量変化と共に、キューリー温度
Ｔｃ或いはその近傍の温度で、試料の保磁力Ｈｅが変化
することにより生じる見かけ上の熱重量変化が発生す
る。

【０００６】しかし、前述の従来の熱重量測定装置で
は、試料の融解、蒸発、昇華、酸化、分解などの物理的
変化及び化学的変化に基づく熱重量変化と、試料のキュ
ーリー温度に基づく見かけ上の熱重量変化とを判別する
ことはできない。

【０００７】本発明は前述したようなこの種の熱重量測
定装置の動作の現状に鑑みてなされたものであり、その
目的は、試料の物理的変化及び化学的変化に起因する熱
重量変化と、試料のキューリー温度に起因する熱重量変
化とを判別することが可能な熱分析装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決しようとする手段】前記目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、支点を中心に揺動自在な
天秤と、該天秤の一端に設けられ、前記天秤の不平衡状
態を検出する不平衡検出手段と、前記天秤の他端に係合
され、被検試料が載置される試料載置手段と、前記被検
試料を加熱する加熱手段と、前記不平衡検出手段の検出
信号に基づいて、前記天秤が平衡位置を維持するよう
に、電磁気的に制御を行なう平衡制御手段とを備え、前
記被検試料の温度による重量変化を検出する熱分析装置
において、前記被検試料位置での磁界を変化させる磁界
制御手段を有することを特徴とするものである。

【０００９】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記磁
界制御手段が、磁石装着台と該磁石装着台に選択載置さ
れる磁石とで構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】同様に前記目的を達成するために、請求項
３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記磁
界制御手段が、電磁石であることを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

［第１の実施の形態］本発明の第１の実施の形態を、図
１ないし図５を参照して説明する。図１は本実施の形態
の外観構成を示す斜視図、図２は図１の要部の構成を示
す一部切開斜視図、図３は本実施の形態の構成を示す説
明図、図４は本実施の形態のキューリー温度による熱重
量変化の判定動作を示す特性図、図５は本実施の形態の
キューリー温度測定動作を示す特性図である。

【００１２】本実施の形態には、図１に示すように、試
料室が収容された試料室ケース６Ａ、試料室を加熱する
試料室加熱炉３、天秤の主要部が収容される天秤部２、
天秤の平衡制御を行い試料の熱重量を測定する制御ユニ
ット５が設けられ、試料室ケース６Ａ上に耐熱性カバー
７を介して設けられた磁石装着台８に、特性を選択して
磁石１０が装着可能な構成になっている。

【００１３】試料室ケース６Ａ内に配設される試料室６
には、図２及び図３に示すように、測定対象の試料１５
が載置される試料台１１が配置され、試料室６内には、
図示はしないが、試料１５を加熱する加熱ヒータが設け
られており、試料台１１に固定された試料棒１２には磁
石１６が取り付けられ、この磁石１６を囲んで、試料室
６内にはコイル１３が配設されており、試料棒１２の端
部は試料室６の外部に導出され、この試料棒１２の端部
には天秤１４の一端が係合されている。また、試料室加
熱炉３には、試料室６内に設けられている加熱ヒータに
電力を供給する加熱電源部２１が配設されている。

【００１４】本実施の形態では、天秤部２において、天
秤１４が支点１４ａを中心に揺動自在に配設され、この
天秤１４の他端に対向して、スリットと光学検出器から
なり、天秤１４の不平衡状態を検出する不平衡検出部１
７が配設されている。そして、制御ユニット５には、不
平衡検出部１７からの検出信号に基づいて、コイル１３
に供給する電流を制御し、天秤１４を平衡状態に復帰さ
せる制御部１８と、コイル１３に供給する電流に基づい
て、試料１５の熱重量変化を表示する表示器２０が配設
され、不平衡検出部１７が制御部１８に接続され、制御
部１８が表示器２０に接続されている。

【００１５】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。先ず、本実施の形態による試料の物理的変化及
び化学的変化に起因する熱重量変化と、試料のキューリ
ー温度に起因する見かけ上の熱重量変化との判別動作を
説明する。

【００１６】最初に、磁石装着台８から磁石１０を取り
外した状態で、試料台１１に測定対象の試料１５を載置
し、加熱電源部２１から加熱ヒータへの電力供給を制御
して、試料１５の温度を、常温から予め設定した所定の
条件で上昇して行くと、図４（ａ）に示すように、温度
ｔ１の近傍で、不平衡検出部１７で天秤１４の不平衡状
態が検出され、制御部１８に不平衡検出部１７から検出
信号が入力される。

【００１７】この検出信号に基づいて、制御部１８によ
って、コイル１３に供給される電流が制御され、磁石１
６とコイル１３間の電磁力が変化し、この電磁力の変化
によって、磁石１６が天秤１４を平衡状態に復帰させる
方向に移動し、制御部１８は不平衡検出部１７からの検
出信号の論理値が“０”となる電流値のコイル１３への
供給状態を維持するように制御動作を行なう。この時の
コイル１３への供給電流の変化に基づく、熱重量変化
が、図４（ａ）に示す曲線ａとして、表示器２０により
表示される。

【００１８】さらに、加熱電源部２１により加熱ヒータ
の加熱制御を行なって、試料１５の温度を上昇させて行
くと、温度ｔ２の近傍で再度、不平衡検出部１７によっ
て天秤１４の不平衡状態が検出され、制御部１８に不平
衡検出部１７から検出信号が入力される。

【００１９】この検出信号に基づいて、制御部１８によ
って、同様にして、コイル１３に供給される電流が制御
され、磁石１６とコイル１３間の電磁力の変化によっ
て、磁石１６が天秤１４を平衡状態に復帰させる方向に
移動し、制御部１８は不平衡検出部１７からの検出信号
の論理値が“０”となる電流値のコイル１３への供給状
態を維持するように制御動作を行なう。この時のコイル
１３への供給電流の変化に基づく、熱重量変化が、図４
（ｂ）に示す曲線ｂとして、表示器２０により表示され
る。

【００２０】このようにして、試料１５に対する熱重量
変化特性が、図４（ａ）に示すような特性曲線として表
示された後に、磁石装着台８に磁石１０を装着して、再
度常温から試料１５の温度を上昇させて行き、すでに説
明したようにして、熱重量変化を測定すると、同図
（ｂ）に示すように、温度ｔ１の近傍で曲線ａ´に示す
ような熱重量変化が測定され、温度ｔ２の近傍で曲線ｂ
に示すように、図４と同一の熱重量変化が測定される。

【００２１】この測定に際しては、磁石装着台８に磁石
１０が装着されているので、試料１５位置の磁界が変化
し、キューリー温度Ｔｃで保磁力Ｈｅが低下する試料１
５に対する磁化状態が、磁石１０を装着しない場合とは
異なるために、熱重量変化が曲線ａからａ´に変化す
る。温度ｔ２では、試料１５の保磁力Ｈｅは変化しない
ので、磁石１０の磁界の影響を強く受けることはなく、
磁石１０が装着されていない場合と、ほぼ同一の熱重量
変化が測定される。

【００２２】このような測定に基づき、本実施の形態に
よると、磁石１０の無装着状態から磁石１０を装着する
ことによって、熱重量変化が大きく変化する温度ｔ１の
近傍の試料１５の熱重量変化が、キューリー温度による
見かけ上の熱重量変化であると的確に判定することが可
能になる。

【００２３】発明者等の測定によると、磁石１０として
は、数１００ミリガウス〜数１０ガウスの磁場変化を与
えるものを複数個用意し、最適の磁力のものを選択使用
すると、殆どの試料に対応することができ、磁石１０を
装着した磁石装着台８の位置を微調整することが効果的
であることを確認した。

【００２４】次いで、本実施の形態のキューリー温度の
測定動作を、図５を参照して説明する。

【００２５】本実施の形態によって、磁石１０を装着し
ない状態で、試料１５の熱重量変化を測定した場合に、
図５（ａ）に示すように、温度ｔ３の近傍で熱重量変化
が、曲線ｃに示すように僅かに検出されることがあり、
この熱重量変化は、キューリー温度に基づく見かけ上の
熱重量変化と考えられるが、地磁気のなどの測定環境の
磁気の影響を受けて微弱にしか検出されず、この熱重量
変化を感度よく検出して、試料１５のキューリー温度
を、高感度で検出したい場合がある。

【００２６】この場合には、磁石装着台８に磁石１０を
装着し、すでに説明したようにして、試料１５に対して
再度熱重量変化を測定すると、図５（ｂ）に示すよう
に、温度ｔ３近傍での熱重量変化が曲線ｃ´のように明
確になり、試料１５のキューリー温度を感度よく高精度
で検出することが可能になる。この場合、選択した磁石
１０では、十分な感度が得られない場合には、より磁気
力の強い磁石を選択することにより、感度を高めること
が可能になる。

【００２７】以上に説明したように、本実施の形態によ
ると、磁石装着台８に磁気力を選択した磁石１０を装着
して、試料１５の熱重量変化を測定することにより、磁
石１０を装着しないで測定した熱重量変化の特性から、
キューリー点での見かけ上の熱重量変化と、試料自身の
物理的及び化学的変化に基づく重量変化とを、容易に且
つ的確に判別することが可能になり、また、キユリー点
での微弱な見かけ上の熱重量変化を高感度で測定するこ
とが可能になる。

【００２８】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態を、図６を参照して説明する。図６は本実施の形
態の構成を示す説明図である。

【００２９】本実施の形態では、図６に示すように、す
でに図３を参照して説明した第１の実施の形態から、磁
石装着台８と磁石１０とに代えて、加熱電源部２１内に
電磁石２２を設け、電磁石２２が形成する磁界によっ
て、試料１５位置の磁界を制御するように構成されてい
る。本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明
した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行
なわない。

【００３０】本実施の形態では、電磁石２２によって、
試料１５位置の磁界が連続的に制御される。このため
に、本実施の形態によると、試料１５位置の磁界を連続
的に微調整することが可能になり、試料１５のキューリ
ー温度Ｔｃによる見かけ上の熱重量変化をより的確に判
定し、また、試料１５のキューリー温度Ｔｃをより感度
よく、高精度に検出することが可能になる。本実施の形
態のその他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実
施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、支点を中
心に揺動自在な天秤の一端に設けた試料載置手段に被検
試料が載置され、加熱手段によって被検試料が加熱さ
れ、被検試料の温度変化により生じる熱重量変化による
天秤の傾きが、天秤の他端に設けた不平衡検出手段によ
り検出され、平衡制御手段によって、不平衡検出手段の
検出信号に基づいて、天秤が平衡位置を維持するよう
に、電磁気的に制御が行なわれることにより熱重量測定
が行なわれるが、磁界制御手段によって、被検試料位置
での磁界が変化できるので、キューリー温度での見かけ
上の熱重量変化と、試料自身の物理的及び化学的変化に
基づく重量変化とを、容易に且つ的確に判別することが
可能になり、また、キユリー温度での微弱な見かけ上の
熱重量変化を高感度で測定することが可能になる。

【００３２】請求項２記載の発明によると、支点を中心
に揺動自在な天秤の一端に設けた試料載置手段に被検試
料が載置され、加熱手段によって被検試料が加熱され、
被検試料の温度変化により生じる熱重量変化による天秤
の傾きが、天秤の他端に設けた不平衡検出手段により検
出され、平衡制御手段によって、不平衡検出手段の検出
信号に基づいて、天秤が平衡位置を維持するように、電
磁気的に制御が行なわれることにより熱重量測定が行な
われるが、磁石装着台に磁石が選択配置されることによ
って、被検試料位置での磁界が変化できるので、キュー
リー温度での見かけ上の熱重量変化と、試料自身の物理
的及び化学的変化に基づく重量変化とを、容易に且つ的
確に判別することが可能になり、また、キユリー温度で
の微弱な見かけ上の熱重量変化を高感度で測定すること
が可能になる。

【００３３】請求項３記載の発明によると、支点を中心
に揺動自在な天秤の一端に設けた試料載置手段に被検試
料が載置され、加熱手段によって、被検試料が加熱さ
れ、被検試料の温度変化により生じる熱重量変化による
天秤の傾きが、天秤の他端に設けた不平衡検出手段によ
り検出され、平衡制御手段によって、不平衡検出手段の
検出信号に基づいて、天秤が平衡位置を維持するよう
に、電磁気的に制御が行なわれることにより熱重量測定
が行なわれるが、電磁石によって、被検試料位置での磁
界が変化できるので、キューリー温度での見かけ上の熱
重量変化と、試料自身の物理的及び化学的変化に基づく
重量変化とを、容易に且つ的確に判別することが可能に
なり、また、キユリー温度での微弱な見かけ上の熱重量
変化を高感度で測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の外観構成を示す斜
視図である。

【図２】図１の要部の構成を示す一部切開斜視図であ
る。

【図３】同実施の形態の構成を示す説明図である。

【図４】同実施の形態のキューリー温度による熱重量変
化の判定動作を示す特性図である。

【図５】同実施の形態のキューリー温度の測定動作を示
す特性図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ 熱分析装置 ２ 天秤部 ３ 試料室加熱部 ５ 制御ユニット ６ 試料室 ６Ａ 試料室ケース ７ 耐熱性カバー ８ 磁石 １０ 磁石 １１ 試料台 １２ 試料棒 １３ コイル １４ 天秤 １４ａ 支点 １５ 試料 １６ 磁石 １７ 不平衡検出部 １８ 制御部 ２０ 表示部 ２１ 加熱電源部 ２２ 電磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支点を中心に揺動自在な天秤と、該天秤
   の一端に設けられ、前記天秤の不平衡状態を検出する不
   平衡検出手段と、前記天秤の他端に係合され、被検試料
   が載置される試料載置手段と、前記被検試料を加熱する
   加熱手段と、前記不平衡検出手段の検出信号に基づい
   て、前記天秤が平衡位置を維持するように、電磁気的に
   制御を行なう平衡制御手段とを備え、前記被検試料の温
   度による重量変化を検出する熱分析装置において、前記
   被検試料位置での磁界を変化させる磁界制御手段を有す
   ることを特徴とする熱分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱分析装置において、前
   記磁界制御手段が、磁石装着台と該磁石装着台に選択載
   置される磁石とで構成されていることを特徴とする熱分
   析装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の熱分析装置において、前
   記磁界制御手段が、電磁石であることを特徴とする熱分
   析装置。