(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を試料に接触させ、他端が差動トランスコア及び永久磁石と相互作用するフォースコイルの軸に連結された試料支持棒と、前記試料支持棒を上方又は下方に付勢する弾性手段とを備え、前記フォースコイルと永久磁石の作用により前記試料支持棒を上下に移動させ、前記弾性手段の付勢力とつりあわせることで試料へ接触する前記試料支持棒の自重を消去して、試料の温度を一定の速度で変えながらその試料の寸法を温度の関数として測定する熱機械分析装置において、前記試料支持棒の上端部と前記差動トランスの下端部とのいずれか一方に、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを設けた挿込側凸部を備え、他方に前記挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを設けた受側凹部とを備えて、挿込側凸部と受側凹部とを接続したことを特徴とする熱機械分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載された熱機械分析装置において、前記挿込側凸部と受側凹部のそれぞれに締付用の締付横穴を設けたことを特徴とする熱機械分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料を一定の温度で加熱あるいは冷却することによって、又は、圧縮荷重または引張荷重を加え、試料の温度を一定の速度で変えながら、試料の伸びや収縮などの寸法を検出し、温度または時間の関数として測定する熱機械分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料の温度を一定の速度で変えながら、その試料の寸法を温度の関数として測定する熱膨張測定と、さらに試料に圧縮または引張荷重を加えた場合における試料の機械的性質の変化を測定する方法とを含めて熱機械的分析（ＴｈｅｒｍａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＴＭＡ）といわれ、その分析手法は金属、非金属のあらゆる分野に利用されている。例えば、耐火物などの窯業の分野では、成形する際の収縮率を知る必要があり、その焼成工程の設定、製品の品質管理などに熱膨張測定はきわめて重要である。また、ガラス、合成樹脂の分野では、ガラス転移温度、軟化温度、結晶転移温度の決定や、熱力学的見地からの研究などに用いられている。
熱機械分析装置では、試料支持棒を試料に直接接触させて、外部から試料を加熱し、その試料の寸法変化を、試料支持棒の上下動の位置変化として検出し測定する方法が多く用いられている。
【０００３】
図３に従来の熱機械分析装置の断面構造を示す。試料支持棒１９ａは、下端部が試料1７に接触し、上端部は中間軸８を介して差動トランスコア７ｂに接続されている。上部のバネ４は、上端が支持金具３に固定され、下端はフォースコイル５の上面中央棒に固定され、差動トランスコア７ｂから延長された軸が永久磁石６の中央を通り、フォースコイル５の中央に接続されている。試料支持管１６ａは、円筒状の底に試料１７がセットされ、試料支持棒１９ａが試料１７の上面に接触し、試料１７と試料支持棒１９ａを外部の環境から隔離して、装置のベースプレート１１の金具２５に試料支持管固定ネジ２４によって固定されている。そして、外部に設けられた電気炉１８によって試料１７が加熱される。
変位測定器７は、差動トランスコイル７ａと差動トランスコア７ｂから構成され、試料支持棒１９ａの上下動によって差動トランスコア７ｂの位置が上下に変化するのを検出し、試料１７の熱膨張による寸法変化を知ることができる。
また、フォースコイル５に電流を流し永久磁石６との相互作用によって、中心の軸（フォースコイル５の中心の軸、差動トランスコア７ｂ、中間軸８、試料支持棒１９ａ）を介して試料１７に圧縮、引張荷重を加えることができる。
そして、変位測定器７の差動トランスコイル７ａの上部に永久磁石６が設置され、両者が支持筒２に保持され、その支持筒２に支持金具３が取付けられ、支柱１上を上下にマイクロメータ（図示せず）によって手動で移動させることができる。
【０００４】
試料支持棒１９ａと中間軸８と差動トランスコア７ｂとフォースコイル５は、一体となってバネ４に吊られているが、通常、試料１７を加熱しない状態では、試料１７に荷重がかからないように、支持金具３をマイクロメータ（図示せず）によって手動で上下し、または、フォースコイル５に電流を流し、上向けにΔＦの力を生じるようにして、一旦試料支持棒１９ａを上げ、再びフォースコイル５の電流を減少させて、試料支持棒１９ａを下げ、変位測定器７からの信号の変化が無くなる位置に試料支持棒１９ａを停止させ、試料１７へ接触する試料支持棒１９ａの自重を消去して平衡状態にすることができる。
また、装置の下部に電気炉１８が備えられ、加熱時の熱が上方に伝わるので、その熱を放散する放熱器１５ａが設けられ、リング２７によって金具２６に固定されている。
そして、ベースプレート１１上の各部を外部の影響から隔離するために、ベースプレート１１上にカバー固定用金具１０を設置し、容器カバー９が被せられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱機械分析装置は以上のように構成されており、試料支持棒１９ａの下端は、試料１７に接触し、上端部は、図４に示すように、中間軸８と接続ネジ３１で連結され、さらに、中間軸８の接続ネジ３０で変位測定器７の差動トランスコア７ｂと連結され、さらに、その上部に設けられたフォースコイル５の中心の軸に接続ネシで連結されている。そして、フォースコイル５に電流を流し永久磁石６との相互作用によって、中心の軸（フォースコイル５の中心の軸、差動トランスコア７ｂ、中間軸８、試料支持棒１９ａ）を介して試料支持棒１９ａを上下させ、変位測定器７からの信号の変化が無くなる位置に、試料支持棒１９ａを停止させ、試料１７へ接触する試料支持棒１９ａの自重を消去して平衡状態にしている。そして、試料１７が加熱され温度上昇すると、試料１７が熱膨張しその寸法変化が、試料支持棒１９ａ、中間軸８、差動トランスコア７ｂに伝わり、差動トランスコア７ｂの上下動となり差動トランスコイル７ａから検出される。
【０００６】
また、試料１７に圧縮荷重または引張荷重を加える場合は、フォースコイル５に電流を流し永久磁石６との相互作用により、中心の軸（フォースコイル５の中心の軸、差動トランスコア７ｂ、中間軸８、試料支持棒１９ａ）を介して試料支持棒１９ａを上下させて、試料１７の温度を一定の速度で変えながら、試料１７の伸びや収縮などの寸法を検出し、温度または時間の関数として測定される。しかし、試料支持棒１９ａから接続ネジ３１、３０による連結部が２ヶ所もあり、変位測定器７の差動トランスコア７ｂの軸心と、下部に連結された試料支持棒１９ａが一直線上にならないことがあり、また、試料支持棒１９ａが接続ネジ３１、３０で緩んだりして、正確な伸びや収縮などが上部の差動トランスコア７ｂに伝わらず、正確な測定ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、変位測定器の中心軸と試料支持棒の軸が一直線上になり、確実に連結固定され、正確な測定ができる熱機械分析装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の熱機械分析装置は、一端を試料に接触させ、他端が差動トランスコア及び永久磁石と相互作用するフォースコイルの軸に連結された試料支持棒と、前記試料支持棒を上方又は下方に付勢する弾性手段とを備え、前記フォースコイルと永久磁石の作用により前記試料支持棒を上下に移動させ、前記弾性手段の付勢力とつりあわせることで試料へ接触する前記試料支持棒の自重を消去して、試料の温度を一定の速度で変えながらその試料の寸法を温度の関数として測定する熱機械分析装置において、前記試料支持棒の上端部と前記差動トランスの下端部とのいずれか一方に、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを設けた挿込側凸部を備え、他方に前記挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを設けた受側凹部とを備えて、挿込側凸部と受側凹部とを接続したものである。
【０００９】
また、本発明の熱機械分析装置は、前記挿込側凸部と受側凹部のそれぞれに締付用の締付横穴を設けたものである。
【００１０】
本発明の熱機械分析装置は上記のように構成されており、試料支持棒の上端部もしくは差動トランスコアの下端部の何れかに、ガイドの棒と雄ネジと水平に加工された当り面とを備えた挿込側凸部を形成し、これに対応して、その挿込側凸部が挿入されるガイドの穴と雌ネジと水平に加工された当り面とを備えた受側凹部を形成しているので、挿込側凸部と受側凹部とをガイドの棒と穴でガイドし、雄ネジと雌ネジによって締結し、精密に加工された両当り面を接触させることによって試料支持棒と差動トランスコアを一直線に連結することができる。
また、挿込側凸部と受側凹部とをそれぞれに設けられた締付用の両締付横穴を用いて強固に締付け連結接続することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の熱機械分析装置の一実施例を、図１、図２を参照しながら説明する。図１は本発明の熱機械分析装置の断面構造を示し、図２は試料支持棒１９と差動トランスコア７ｃの接続部分を示す図である。
本熱機械分析装置は、下端を試料１７に接触させ、上端に挿込側凸部形状の接続部２９を有し、受側凹部形状の接続部２８を有する差動トランスコア７ｃの軸下端に取付けられ、且つその差動トランスコア７ｃを介して永久磁石６と相互作用するフォースコイル５の軸に連結された試料支持棒１９と、試料支持棒１９を上方又は下方に付勢する永久磁石６とフォースコイル５からなる弾性手段と、試料支持棒１９の上下動位置を検出する差動トランスコイル７ａと差動トランスコア７ｃからなる変位測定器７と、その弾性手段の永久磁石６と変位測定器７の差動トランスコイル７ａとを取付け支柱１上を上下に移動可能な支持筒２と、バネ４を介して試料支持棒１９を吊下げ支持筒２に取付けられた支持金具３と、下端で試料１７を支持し上端がベースプレート１１の金具２５に着脱可能に取付けられた試料支持管１６ａと、装置のベースプレート１１上のカバー固定用金具１０に取付けられ上部をカバーする容器カバー９と、試料１７を加熱する電気炉１８と、その熱を放熱するために金具２６にリング２７によって取付けられた放熱器１５ａとから構成されている。
【００１２】
本熱機械分析装置は、試料支持棒１９の上端の接続部２９に、ガイド２９ａの棒と雄ネジ２９ｂと水平に加工された当り面２９ｄと締付用の締付横穴２９ｃを設けて挿込側凸部を形成し、これに対応して、上部に設けられた変位測定器７の差動トランスコア７ｃの軸を下方に延長しその下端の接続部２８に、接続部２９の挿込側凸部が挿入される構造のガイド２８ａの縦穴と雌ネジ２８ｂと水平に加工された当り面２８ｄと締付用の締付横穴２８ｃを設けて受側凹部を形成し、接続部２９の挿込側凸部と接続部２８の受側凹部とを連結して、試料支持棒１９と作動トランスコア７ｃを一直線にし、強固に締付け接続されたものである。
【００１３】
次に、本熱機械分析装置の試料支持棒１９と差動トランスコア７ｃの軸との連結手順について説明する。まず、下部に設けられた電気炉１８を他の位置に退避させ、リング２７を緩めて放熱器１５ａを取り外す。次にフォースコイル５に電流を流し、試料支持棒1９を試料１７から上方に離した位置にセットしておく。ベースプレート１１の下方には金具２６と中心に試料支持管１６ａが出た状態になる。次に、容器カバー９を外し、ベースプレート１１に取付けられたカバー固定用金具１０を外す。そして、試料支持管固定ネジ２４を緩め、試料支持管１６ａを下方に引き抜く。そして、フォースコイル５の電流を切る。差動トランスコア７ｃから下方に垂れ下がった軸の下端の接続部２８と、試料支持棒１９の上端の接続部２９との連結部が見られる。２本のピン工具をそれぞれ接続部２８の締付横穴２８ｃと接続部２９の締付横穴２９ｃに挿入し、締付横穴２９ｃ側のピン工具を上から見て時計方向に回転し雄ネジ２９ｂ・雌ネジ２８ｂを緩め、ガイド２８ａに沿ってガイド２９ａを抜く。
【００１４】
次に、新しい試料支持棒１９を準備し、上記の逆の工程で、ガイド２８ａの縦穴に沿ってガイド２９ａの棒を挿入し、雄ネジ２９ｂと雌ネジ２８ｂによって締結し、精密に水平加工された両当り面２８ｄ、２９ｄを接触させることによって試料支持棒１９と作動トランスコア７ｃの軸を一直線に連結し、両締付横穴２８ｃ、２９ｃを用いて強固に締付け連結接続する。
そして、上記の逆の工程で、試料支持棒1９を中心にして、下方から試料支持管１６ａを挿入し、ベースプレート１１に取付けられた金具２５に試料支持管固定ネジ２４によって固定し、カバー固定用金具１０を取付け、容器カバー９を被せる。そして、放熱器１５ａを金具２６にリング２７によって取付け、試料支持管１６ａと試料支持棒１９の間に試料１７をセットし、電気炉１８を試料１７の高さにセットする。
【００１５】
上記の実施例では、試料支持管１６ａが、装置の容器カバー９とカバー固定用金具１０を外し、試料支持管固定ネジ２４を緩めないと取り外しできない構造であるが、試料支持管１６ａを装置の容器カバー９をはずさなくも取り外しできる構造にすることによって、本熱機械分析装置は、差動トランスコア７ｃの軸がベースプレート１１の下面までのび、接続部２８と接続部２９が装置本体の下部に出ているので、ベースプレート１１の下方の作業のみで、試料支持棒1９を容易に取り外し交換することができる。
【００１６】
次に、本熱機械分析装置の操作について説明する。まず、ベースプレート１１に設けられた金具２５に試料支持管１６ａを挿入し、試料支持管固定ネジ２４で固定する。そして、試料支持管１６ａの下部に試料１７をセットして、さらに、試料１７を加熱しない状態で、試料１７に荷重がかからないように、支持金具３をマイクロメータ（図示せず）によって手動で上下し、または、フォースコイル５に電流を流し、上向けにΔＦの力を生じるようにして、一旦試料支持棒１９を上げ、再びフォースコイル５の電流を減少させて、試料支持棒１９を下げ、変位測定器７からの信号の変化が無くなる位置に試料支持棒１９を停止させ、試料１７へ接触する試料支持棒１９の自重を消去して平衡状態にする。そして、電気炉１８を上部に移動させ、放熱器１５ａの下部と密着した後に試料１７を一定の温度又は一定の速度で温度上昇させ、試料１７の伸びや収縮などの寸法の変化を、試料支持棒１９と連結された差動トランスコア７ｃの上下位置移動によって変位測定器７の差動トランスコイル７ａで検出し、温度または時間の関数として測定する。
【００１７】
なお、上記実施例では試料支持棒１９側にガイド２９ａと雄ネジ２９ｂを設け、差動トランスコア７ｃ側にガイド２８ａの穴と雌ネジ２８ｂを設けたが、試料支持棒１９側にガイド穴と雌ネジを設け、差動トランスコア７ｃ側にガイドと雄ネジを設けても同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の熱機械分析装置は上記のように構成されており、試料支持棒の上端部と、上方の差動トランスコアの軸を下方にのばし、その下端部との一方に挿入側凸部を形成し、他方に前記挿込側凸部が挿入される受側凹部を形成し、その挿込側凸部と受側凹部に、ガイドの棒・穴と、雄ネジ・雌ネジと、水平に加工された各当り面と、締付用の各締付横穴とを設けているので、ガイドの棒が容易にガイド穴にガイドされて、雄ネジと雌ネジが締結され、精密に加工された両当り面が接触することによって、試料支持棒と差動トランスコアを一直線に連結し、両締付横穴にピン工具を用いて強固に締付け接続することができる。それによって接続部が緩んだりすることが無く正確な熱機械分析ができる。また、接続部がベースプレートの下部に位置するようにされたので、試料支持棒の交換も容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の熱機械分析装置の一実施例を示す図である。
【図２】  本発明の熱機械分析装置の変位測定器と試料支持棒の接続部を示す図である。
【図３】  従来の熱機械分析装置を示す図である。
【図４】  従来の熱機械分析装置の変位測定器と試料支持棒の接続部を示す図である。
【符号の説明】
１…支柱
２…支持筒
３…支持金具
４…バネ
５…フォースコイル
６…永久磁石
７…変位測定器
７ａ…差動トランスコイル
７ｂ、７ｃ…差動トランスコア
８…中間軸
９…容器カバー
１０…カバー固定用金具
１１…ベースプレート
１５ａ…放熱器
１６ａ…試料支持管
１７…試料
１８…電気炉
１９、１９ａ…試料支持棒
２４…試料支持管固定ネジ
２５…金具
２６…金具
２７…リング
２８、２９…接続部
２８ａ、２９ａ…ガイド
２８ｂ…雌ネジ
２８ｃ、２９ｃ…締付横穴
２８ｄ、２９ｄ…当り面
２９ｂ…雄ネジ
３０、３１…接続ネジ
【図１】
0003636110.tif 000002
【図２】
0003636110.tif 000003
【図３】
0003636110.tif 000004
【図４】
0003636110.tif 000005