(57)【要約】    【課題】  昇温過程での冷媒液の消費とエネルギーの無駄を省くとともに、昇温過程での熱分析データの乱れを防ぐ。    【解決手段】  測定制御部３０には液面センサ８により検出される液面高さにある冷媒がポンプ５による冷媒供給停止から蒸発によりなくなるのに要する待機時間が設定される。測定制御部３０は、冷却過程での測定を行なうときは液面センサ８の信号を基にして冷媒槽２内での冷媒の液面レベルが一定になるようにポンプ５の駆動を制御し、昇温過程での測定を行なうときはポンプ５の駆動を停止した後、待機時間の経過時に炉体１のヒータ１４への通電を開始するようになっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置を備え内部に試料を収容して温度変化にかかわる試料からの情報を取り出すことのできる炉体と、
前記炉体と熱的に接続され、冷媒の液面高さを検出する液面センサを備えた冷媒槽と、
前記冷媒槽に冷媒を供給する冷媒供給機構と、
前記炉体の加熱装置の駆動と前記冷媒供給機構の駆動とを制御して試料温度を所定のプログラムにしたがって変化させる測定制御部と、を備えた熱分析装置において、
前記冷媒槽は冷媒蒸気を放出できる開放構造とし、
前記測定制御部には前記液面センサにより検出される液面高さにある冷媒が前記冷媒供給機構による冷媒供給停止から蒸発によりなくなるのに要する待機時間が設定され、
前記測定制御部は冷却過程での測定を行なうときは前記液面センサの信号を基にして冷媒槽内での冷媒の液面レベルが一定になるように前記冷媒供給機構の駆動を制御し、昇温過程での測定を行なうときは前記冷媒供給機構の駆動を停止した後、前記待機時間の経過時に前記炉体の加熱装置の駆動を開始するようになっていることを特徴とする熱分析装置。
【請求項２】
前記冷媒供給機構の駆動停止は冷却過程において炉体温度が所定の低温度に到達した後に行なう請求項１に記載の熱分析装置。
【請求項３】
前記冷媒槽の外部から内部へ貫通するケーブルが設けられ、前記冷媒槽内ではそのケーブルの先端に前記液面センサが取りつけられ、前記冷媒槽外では冷媒槽側と前記ケーブルの一方に指標、他方に目盛が設けられ、かつその目盛は前記指標により指示され得る位置に対向配置されており、前記冷媒槽内の前記ケーブルの長さを調整可能にすることにより前記液面センサの高さ位置を可変にした請求項１又は２に記載の熱分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、示差熱分析装置や示差走査熱量測定装置などの熱分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
示差走査熱量測定装置などの熱分析装置においては、炉体内に測定対象試料と熱的に不活性な参照試料を収容し、炉体の温度を変化させることによりこれら両者を同一の熱環境下で変化させる。その温度変化の過程において、炉体内に設けたセンサ等で測定対象試料と参照試料の温度変化にかかわる情報を検出し、測定対象試料の熱的性質を測定する。このような熱分析装置においては、試料の温度を高温（例えば、５００℃程度）に上昇させたり、低温（例えば、−１４０℃程度）に下降させたりして測定を行なうので、炉体に、加熱のためのヒータ等の加熱装置を備えるとともに、室温以下の温度領域での測定を行うべく、冷却装置を備えている。冷却装置としては、ペルチェ素子を用いたものや、液体窒素などの冷媒を用いて、炉体を直接又は間接的に冷却する冷却手段を設けた装置が実用化されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
加熱装置を備え内部に試料を収容して温度変化にかかわる試料からの情報を取り出すことのできる炉体と、前記炉体と熱的に接続され、冷媒の液面高さを検出する液面センサを備えた冷媒槽と、前記冷媒槽に冷媒を供給する冷媒供給機構と、前記炉体の加熱装置の駆動と前記冷媒供給機構の駆動とを制御して試料温度を所定のプログラムにしたがって変化させる測定制御部とを備えた熱分析装置も提案されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
そのような熱分析装置では、冷媒は冷却過程では必要であるが、昇温過程では必要ではない。そのため、冷却過程の測定を終え、昇温過程での測定を行なう際に冷媒供給機構の駆動を停止すればよいが、従来の熱測定装置では冷媒供給機構の駆動を手動で停止しなければならない。冷却過程では冷媒槽には一定量の冷媒が収容されているので、昇温過程での測定に移行した時点でちょうど冷媒が蒸発してなくなっているようにすることは難しい。通常は、昇温過程での測定に移行した時点で冷媒がまだ残っているか、昇温過程に入る前にすでに冷媒がなくなっているかのいずれかである。そのいずれの場合も熱測定データが乱れ、再現性のよい測定を行なうことができない。
そこで、従来は、昇温過程においても冷媒の供給を続け、炉体の発熱装置から冷媒の蒸発により消費される熱量よりも多い熱量を炉体に供給することにより昇温過程の測定を行なっている。
【特許文献１】特開２００１−１８３３１９号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１０９２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昇温過程においても冷媒の供給を続ける従来の測定方法では、昇温過程での冷媒液の過大消費とそのための無駄なエネルギーが必要になる。
本発明は熱分析装置における昇温過程での冷媒液の消費とエネルギーの無駄を省くとともに、昇温過程での熱分析データの乱れを防ぐことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱分析装置は、冷媒槽は冷媒蒸気を放出できる開放構造とし、測定制御部には液面センサにより検出される液面高さにある冷媒が冷媒供給機構による冷媒供給停止から蒸発によりなくなるのに要する待機時間が設定され、その測定制御部は冷却過程での測定を行なうときは液面センサの信号を基にして冷媒槽内での冷媒の液面レベルが一定になるように前記冷媒供給機構の駆動を制御し、昇温過程での測定を行なうときは前記冷媒供給機構の駆動を停止した後、前記待機時間の経過時に炉体の加熱装置の駆動を開始するようになっていることを特徴とするものである。
前記冷媒供給機構の駆動停止は、例えば、冷却過程において炉体温度が所定の低温度に到達した後に行なうようにすることができる。
【０００７】
冷媒槽の冷媒量は冷却過程での必要量があればよい。本発明では昇温過程では冷媒がない状態にするので、必要量以上の冷媒が存在すれば昇温過程に移行する際の待機時間が長くなり、無駄な時間が必要になる。そこで、冷媒槽の冷媒量が最適な量に設定されるようにするために、本発明の好ましい形態では、冷媒槽の外部から内部へ貫通するケーブルが設けられ、冷媒槽内ではそのケーブルの先端に前記液面センサが取りつけられ、冷媒槽外では冷媒槽側と前記ケーブルの一方に指標、他方に目盛が設けられ、かつその目盛は前記指標により指示され得る位置に対向配置されており、冷媒槽内のケーブルの長さを調整可能にすることにより液面センサの高さ位置を可変にしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱分析装置では、冷媒槽にある冷媒が冷媒供給機構による冷媒供給停止から蒸発によりなくなるのに要する待機時間を設定しておき、その待機時間の経過時に炉体の加熱装置の駆動を開始するようにしたので、冷媒槽の冷媒がちょうどなくなった時点から昇温測定を開始することができるので、熱測定データの乱れを抑えつつ、加熱過程での不要な冷媒液注入による冷媒の過大消費をなくすことができ、加熱装置の電力も削減することができる。また、冷媒槽は通常、断熱材で覆われており、昇温過程においても冷媒槽に冷媒が供給され続けている場合にはその断熱材の周囲に結露や結霜が生じるが、本発明では昇温過程では冷媒槽には冷媒は残っていないので、断熱材の周囲の結露や結霜も抑えることができ、クリーンな測定環境を維持できる。
冷媒槽での液面センサの高さ位置を可変にすれば、冷却過程での冷媒槽の冷媒量を最適な量に設定することができ、冷却過程から昇温過程に移行する際の待機時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１の示差走査熱量計（ＤＳＣ）の概略構成図を参照して一実施例を説明する。
炉体１は、図示していないが、内部に試料を収容できるようになっており、試料の温度変化を検出できる構成となっている。炉体１は加熱装置としてのヒータ１４をもつとともに、下部は伝熱板３に密着している。伝熱板３には、炉体１との密着部位に近接してその上面に冷媒槽２が密着しており、この伝熱板３を介して炉体１と冷媒槽２が互いに熱的に結合されている。
【００１０】
冷媒槽２には、冷媒として液体窒素が収容されており、冷媒槽気密蓋２１及び断熱部材１３により、外気から遮断するとともに断熱している。冷媒は冷媒貯蔵容器４中に貯蔵されており、適宜、冷媒供給機構のポンプ５により冷媒供給ホース６を通って冷媒槽２に供給されるようになっている。冷媒槽２中で気化した窒素は、排気ホース７を通り、大気中に放出される。冷媒供給ホース６及び排気ホース７は、供給ホース用断熱チューブ６１、排気ホース用断熱チューブ７１によりそれぞれ断熱されている。
【００１１】
冷媒槽機密蓋２１及び断熱部材１３には、貫通チューブ９が貫通しており、その冷媒槽外側端には、ゴム栓１０が備えられている。その内部を通って、ケーブル８１が冷媒槽外側部から冷媒槽内へ貫通されている。ケーブル８１の先端には液面センサ８を備えており、冷媒槽内の冷媒液面付近に保持されている。液面センサ８は、例えば白金サーミスタであり、その検出温度により冷媒の液面を検出する。液面センサ８からの信号線はケーブル８１の内部を通り、冷媒槽外へ取り出されるようになっている。
【００１２】
ケーブル８１には目盛１２が設けられ、ゴム栓１０を貫通するとともに固定されている。冷媒槽外部の貫通チューブ９の外端部付近には、指標１１が設けられており、指標１１と目盛１２によって、液面センサ８の冷媒槽中での位置が容易に予測される。冷媒槽２に残存している冷媒の液面の検知位置を変更する際には、ゴム栓１０を緩め、指標１１と目盛１２を参照しながらケーブル８１を冷媒槽内部に出し入れすることでセンサ８の位置を調整し、所望の位置で再度ゴム栓１０により固定する。
【００１３】
液面センサ８により冷媒残量を検知し、残量が所定量より少なくなれば、冷媒供給機構５により冷媒貯蔵容器４中の液体窒素を汲出し、冷媒槽２に供給すればよい。ここでは、容易に冷媒槽の外から冷媒検出位置を適切な位置に変更することができるので、常に最適な検出位置で熱分析測定を行うことができ、冷媒の無駄な消費を減らすこともできる。
【００１４】
目盛及び指標は、挿入時の液面センサ８の冷媒槽底面からの高さ位置と等しくなるように構成してもよいし、測定条件による適切な位置を示しておく構成とすることもできる。
３０は測定制御部である。測定制御部３０には液面センサ８により検出される液面高さにある冷媒がポンプ５による冷媒供給停止から蒸発によりなくなるのに要する待機時間が設定される。測定制御部３０には炉体１内にある試料測定温度と、液面センサ８による検出温度が入力され、測定プログラムにしたがって炉体のヒータ１４への通電制御とポンプ５の駆動制御を行なう。
【００１５】
測定制御部３０は、冷却過程での測定を行なうときは液面センサ８の信号を基にして冷媒槽２内での冷媒の液面レベルが一定になるようにポンプ５の駆動を制御し、昇温過程での測定を行なうときはポンプ５の駆動を停止した後、待機時間の経過時に炉体１のヒータ１４への通電を開始するようになっている。
ポンプ５の駆動停止は、冷却過程において炉体温度が所定の低温度に到達した後に行なうようにしてもよい。
【００１６】
この実施例によれば、ケーブル８１の目盛１２と指標１１を参照してケーブル８１の挿入深さを変更すれば、冷媒槽２の外部から液面センサ８の位置の調整を行なうことができるとともにその位置を確認することもできるので、検知される冷媒の液面位置を容易に所望の位置に変更することができるようになり、液体窒素などの冷媒の無駄な消費を減らす効果も得られる。
【００１７】
図２を参照してこの実施例における冷却〜加熱測定プログラムにおける動作を説明する。
（１）冷却過程の測定シーケンス：
冷媒供給用ポンプ５をオンにして冷媒を冷媒槽２に供給し、炉体１の温度を下げる。
液面センサ８が冷媒の溜まりを検出するとポンプ５をオフにするか供給量を減少させ、冷媒の液面が液面センサ８から離れると再びポンプ５をオンにするように、液面センサ８によりポンプ５による供給量の制御を行ない冷媒液面が一定になるようにする。
炉体１が設定温度に到達したら冷却過程での測定が終了したとしてポンプ５をオフにする。
【００１８】
（２）昇温過程の測定シーケンス：
ポンプ５をオフにした後、設定された待機時間が経過したら、炉体１のヒータ１４により加熱速度を制御しながら炉体温度を上昇させる。
加熱過程に移行した時点で、冷媒槽２に冷媒が残っていると、その冷媒は不要であるが、この待機時間はちょうど冷媒が蒸発してなくなるように設定されているので、加熱過程での炉体温度の制御に影響を与えることがない。
【００１９】
図３、４は、この実施例における冷却〜加熱過程でのＤＳＣ測定例を示したものであり、いずれも待機時間の設定を意図的にずらした場合を示している。いずれの図においても、ｔ１はポンプ５をオフにした後、冷媒がちょうどなくなった時間、ｔ２はヒータ１４による加熱を開始した時間であり、ＡはＤＳＣ曲線、Ｂは温度曲線である。
【００２０】
図３のデータは設定した待機時間が約１分間短かかった場合である。ヒータ１４による加熱を開始した時点では冷媒はすでになくなっており、ヒータ１４による加熱の前にすでに温度上昇がわずかではあるが始まっており、ＤＳＣ曲線に乱れがみられる。
【００２１】
一方、図４のデータは設定した待機時間が約３分間長かった場合である。ヒータ１４による加熱を開始した時点でも冷媒が残っており、ヒータ１４による加熱を開始しても予定のプログラムにしたがった温度上昇はみられず、冷媒がなくなるまでの温度上昇が抑えられており、それによりこの場合もＤＳＣ曲線に乱れがみられる。
【００２２】
本発明はこのようなタイミングのずれをなくすものであり、待機時間を正しく設定することにより、冷媒槽に冷媒がちょうどなくなった時点からヒータ１４による加熱が開始されることにより、予定の温度プログラムにしたがった昇温がなされ、ＤＳＣ曲線の乱れがなくなる。
【００２３】
待機時間は冷媒槽中の冷媒の液面レベルだけで決めることはできない。ポンプ５による冷媒供給を停止しても冷媒供給ホース６に残っている冷媒の供給がしばらく続くからである。ポンプ５の停止後にも続く冷媒供給はポンプ送り量に依存する。
【００２４】
図５はポンプ５の冷媒送り量と冷媒の液面レベルの設定（液面センサ８の高さの設定により行なう。）に関して、実験により待機時間を求めた結果を示したものである。ポンプの後に付けられた数値（３.６，３.８，４）はそれぞれポンプ５の冷媒送り量を示しており、数値が大きいほど送り量が多いことを示している。冷媒の液面レベルであるＬＮ２レベルは冷媒槽２の底面からの高さを示している。
この実施例では、ポンプ５の冷媒送り量と冷媒の液面レベルに応じて最適な待機時間を求め、それを測定制御部３０に設定することにより、ＤＳＣ曲線に乱れのない測定を行なう。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は示差熱分析装置や示差走査熱量測定装置などの熱分析装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施例の示差走査熱量計を示す概略構成図である。
【図２】同実施例の動作を示すフローチャート図である。
【図３】同実施例における冷却〜加熱過程でのＤＳＣの一測定例を示すグラフである。
【図４】同実施例における冷却〜加熱過程でのＤＳＣの他の測定例を示すグラフである。
【図５】ポンプの冷媒送り量と冷媒の液面レベルと待機時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１      炉体
２      冷媒槽
３      伝熱板
５      ポンプ
６      冷媒供給ホース
７      排気ホース
８      液面センサ
９      貫通チューブ
１０      ゴム栓
１１      指標
１２      目盛
１３      断熱部材
１４      ヒータ
２１      冷媒槽気密蓋
３０      測定制御部
８１      ケーブル
【図１】
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【図２】
2006337129.tif 000004
【図３】
2006337129.tif 000005
【図４】
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【図５】
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