(57)【要約】【課題】熱分析装置の内部の加熱された試料を観察窓を介して撮像する際、鮮明な画像を撮像できると共に、撮像手段の熱による損傷を抑制した熱分析装置用撮像装置、及びそれを備えた熱分析装置を提供する。【解決手段】熱分析装置本体部１５０に設けられた観察窓Ｗから内部の加熱された試料Ｓを撮像する熱分析装置用撮像装置２００であって、レンズ筐体２３２と本体部２３４とを備えた撮像手段２３０と、撮像手段を保持する保持部２１０と、保持部の内部に配置された冷却ファン２２０と、を備え、撮像手段は、レンズ筐体が観察窓に直接向けられ、本体部がレンズ筐体よりも観察窓の反対側に位置するようにして保持部に保持され、保持部は吸気部２１２と排気部２１６が形成された冷却風通路Ｐａｓを有し、当該冷却風通路内に、レンズ筐体の少なくとも一部と冷却ファンとが配置され、レンズ筐体が冷却ファンから送出された冷却風Ａｉｒにより空冷される。【選択図】図２
2015175618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分析装置本体部に設けられた観察窓から、該熱分析装置本体部の内部の加熱された試料を撮像する熱分析装置用撮像装置であって、
レンズ筐体と本体部とを備えた撮像手段と、
前記撮像手段を保持する保持部と、
前記保持部の内部に配置された冷却ファンと、を備え、
前記撮像手段は、前記レンズ筐体が前記観察窓に直接向けられ、前記本体部が前記レンズ筐体よりも前記観察窓の反対側に位置するようにして前記保持部に保持され、
前記保持部は吸気部と排気部が形成された冷却風通路を有し、当該冷却風通路内に、前記レンズ筐体の少なくとも一部と前記冷却ファンとが配置され、前記レンズ筐体が前記冷却ファンから送出された冷却風により空冷される熱分析装置用撮像装置。
【請求項２】
前記排気部は前記レンズ筐体の周方向外側を囲んで前記レンズ筐体の軸方向先端側へ向かって、かつ前記観察窓に向かって開口し、前記冷却風が前記排気部から前記レンズ筐体の軸方向先端側へ排出される請求項１に記載の熱分析装置用撮像装置。
【請求項３】
前記吸気部から前記排気部へ向かって前記冷却風通路の断面積が減少し、かつ前記レンズ筐体は前記吸気部よりも前記排気部に近い側に配置されている請求項１又は２に記載の熱分析装置用撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱分析装置用撮像装置と、観察窓を有して該観察窓から自身の内部の加熱された試料を撮像可能な熱分析装置本体部と、を備えた熱分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分析装置に設けられた観察窓から、熱分析装置の内部の加熱された試料を撮像する熱分析装置用撮像装置、及びそれを備えた熱分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。一般的に用いられる熱分析は、(1)温度（温度差）を検出する示差熱分析(DTA)、(2)熱流差を検出する示差走査熱量測定(DSC)、(3)質量（重量変化）を検出する熱重量測定(TG)、(4)力学的特性を検出する熱機械分析(TMA)、及び(5)動的粘弾性測定(DMA)の5つの方法がある。
【０００３】
ところで、熱分析中の試料を観察したいという要望があり、このため、観察窓を設けた熱分析装置が知られている。そして、観察窓から熱分析装置の内部の加熱された試料を撮像する技術として、観察窓に対向して望遠鏡を設置し、この望遠鏡からの光軸を９０度曲げてＣＣＤカメラに接続した熱分析装置が開発されている（特許文献１）。特許文献１記載の技術においては、高温の観察窓の鉛直方向から外れた位置にＣＣＤカメラを配置しているので、ＣＣＤカメラが熱によって損傷することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０２４４０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の技術のように、被写体である観察窓（の内部の試料）とカメラとの間に望遠鏡やミラー等の光学系を配置して観察窓の熱がカメラのレンズに直接加わらないようにすると、試料とレンズとの距離が長くなる。図２に示すように、一般に、試料ＳとレンズＬとの距離はワークディスタンス（作動距離）ＷＤで規定され、ＷＤは視野Ｖの大きさ、レンズの焦点距離Ｆ、及びＣＣＤサイズ（ＣＣＤ上の像の大きさ）Ｉによって決まる。このため、観察窓とカメラの間に光学系を配置し、ＷＤが大きくなった状態において試料Ｓの観察像の解像度を確保するためには、視野Ｖを一定とすることを要する。この場合、焦点距離Ｆは長くなり、被写界深度が浅くなるため、試料Ｓの凹凸に対して観察画像の精細度が低下することとなる。又、ＷＤが大きくなることで光学系の構成がより大きくなったり、複雑になるなどの弊害もある。
又、観察窓上部にカメラを配置する場合に、これらの間に熱遮蔽のために透明な材料（例えば、石英・耐熱・サファイア等のガラス）を配置すると、同様に透明材料で形成されたファーナスチューブと合わせて多層となり、観察画像が滲む問題がある。
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、熱分析装置の内部の加熱された試料を観察窓を介して撮像する際、試料とレンズとのワークディスタンスを大きくすることなく、鮮明な画像を撮像できると共に、撮像手段の熱による損傷を抑制した熱分析装置用撮像装置、及びそれを備えた熱分析装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の熱分析装置用撮像装置は、熱分析装置本体部に設けられた観察窓から、該熱分析装置本体部の内部の加熱された試料を撮像する熱分析装置用撮像装置であって、レンズ筐体と本体部とを備えた撮像手段と、
前記撮像手段を保持する保持部と、前記保持部の内部に配置された冷却ファンと、を備え、前記撮像手段は、前記レンズ筐体が前記観察窓に直接向けられ、前記本体部が前記レンズ筐体よりも前記観察窓の反対側に位置するようにして前記保持部に保持され、前記保持部は吸気部と排気部が形成された冷却風通路を有し、当該冷却風通路内に、前記レンズ筐体の少なくとも一部と前記冷却ファンとが配置され、前記レンズ筐体が前記冷却ファンから送出された冷却風により空冷される。
この熱分析装置用撮像装置によれば、レンズ筐体が観察窓に直接向けられるので、レンズ筐体と試料との間には望遠鏡やプリズムのような光学系が介在せず、ワーキングディスタンスを大きくすることなく、又、光学系を大型なものや複雑なものとすることなく、試料の鮮明な画像が得られる。
冷却風通路内に冷却風を送出することにより、冷却風通路内に少なくとも一部が配置されたレンズ筐体が冷却風により空冷される。このため、レンズ筐体を観察窓に直接向けるように設置した場合に、高温の観察窓の熱がレンズ筐体に伝わるのを抑制し、撮像手段の熱による損傷を抑制できる。
【０００７】
前記排気部は前記レンズ筐体の周方向外側を囲んで前記レンズ筐体の軸方向先端側へ向かって、かつ前記観察窓に向かって開口し、前記冷却風が前記排気部から前記レンズ筐体の軸方向先端側へ排出されてもよい。
この熱分析装置用撮像装置によれば、レンズ筐体に沿って冷却風が流れるため、レンズ筐体の先端側が排気部から突出していても、レンズ筐体をより確実に冷却できると共に、高温の観察窓の熱をレンズ筐体から遠ざける向きに冷却風が流れるので冷却効果がさらに向上する。
【０００８】
前記吸気部から前記排気部へ向かって前記冷却風通路の断面積が減少し、かつ前記レンズ筐体は前記吸気部よりも前記排気部に近い側に配置されていてもよい。
この熱分析装置用撮像装置によれば、排気部付近で冷却風通路の流速が速くなる。そして、レンズ筐体が吸気部よりも排気部に近い側に配置されているので、レンズ筐体を流れる冷却風通路の流速が速くなり、冷却効果がさらに向上する。
なお、「レンズ筐体が吸気部よりも排気部に近い側に配置されている」とは、レンズ筐体と排気部との最短距離が、レンズ筐体と吸気部との最短距離よりも短いことをいう。
【０００９】
本発明の熱分析装置は、前記熱分析装置用撮像装置と、観察窓を有して該観察窓から自身の内部の加熱された試料を撮像可能な熱分析装置本体部と、を備えてなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱分析装置の内部の加熱された試料を観察窓を介して撮像する際、試料とレンズとのワークディスタンスを大きくすることなく、鮮明な画像を撮像できると共に、撮像手段の熱による損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】熱分析装置用撮像装置と、熱分析装置本体部とを備えた熱分析装置の構成を示す図である。
【図３】熱分析装置の熱分析装置部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置２００の概略構成を示す斜視図である。熱分析装置用撮像装置２００は、レンズ筐体２３２と本体部２３４とを備えた撮像手段２３０と、撮像手段２３０を保持する保持部２１０と、保持部２１０の内部に配置された冷却ファン２２０と、を備えている。なお、図１では、後述する照明部材２４０、スタンド２６０等（図２参照）の図示を省略している。
撮像手段２３０は、詳しくは後述するが、熱分析装置本体部の観察窓にレンズ筐体２３２が直接向けられ、本体部２３４がレンズ筐体２３２よりも観察窓の反対側に位置するようにして保持部２１０に保持されている。撮像手段２３０は例えばＣＣＤカメラ、デジタルビデオカメラ等からなり、熱分析装置本体部の内部の加熱された試料を撮像可能である。なお、レンズ筐体２３２は１枚以上のレンズを内蔵しており、本体部２３４はＣＣＤ素子等のイメージング素子や各種制御部を有している。
【００１３】
図１の左右方向に沿って、保持部２１０の左側部２１０ａが所定高さの略箱型をなし、中央部２１０ｃに繋がっている。中央部２１０ｃは右側へ向かって斜めに立ち上がる台形状の箱をなし、左側部２１０ａより高い所定高さの略箱型の右側部２１０ｂに一体に繋がっている。又、保持部２１０の下面（左側部２１０ａ２１０ａ、右側部２１０ｂ、中央部２１０ｃのそれぞれの下面の全体が開口しており、これら下面のうち、後述する冷却ファン２２０より図１の左側部分が排気部２１６を形成している。保持部２１０は、例えば鋼板をプレス加工等して形成することができる。
一方、右側部２１０ｂの内部空間には冷却ファン２２０が配置され、冷却ファン２２０の吸気面２２０ａが、図１の左側から右側へ向かって立ち下がるように向いている。又、右側部２１０ｂのうち、冷却ファン２２０の吸気面２２０ａより右側の２つの側面には複数のスリットが開口して吸気部２１２を形成している（図１では、一方の側面の吸気部２１２のみ表示）。そして、吸気部２１２と排気部２１６との間における、保持部２１０の内部空間が冷却風通路Ｐａｓを形成し、冷却ファン２２０から送出された冷却風Ａｉｒが冷却風通路Ｐａｓに沿って通過するようになっている。
【００１４】
保持部２１０の左側部２１０ａの上面には、レンズ筐体２３２よりやや大径の円形の開口部２１４が形成され、開口部２１４を介して円筒状のレンズ筐体２３２を左側部２１０ａの内部の冷却風通路Ｐａｓ内に挿入可能になっている。又、左側部２１０ａの上面のうち、開口部２１４の外周側には環状のマグネット２１８が配置され、撮像手段２３０のレンズ筐体２３２を開口部２１４内に挿入したときに、レンズ筐体２３２より拡径の本体部２３４の下面がマグネット２１８に当接し、マグネット２１８により本体部２３４を左側部２１０ａの上面に固定可能になっている。なお、本体部２３４は鋼板等の磁石に付く強磁性材料から形成された筐体を有する。
以上のようにして、撮像手段２３０が保持部２１０に固定（保持）され、レンズ筐体２３２の先端側が排気部２１６より下面側に突出する。なお、撮像手段２３０の固定方法はマグネットに限定されない。
【００１５】
次に、図２を参照し、熱分析装置用撮像装置２００と、熱分析装置本体部１５０とを備えた熱分析装置３００の構成について説明する。
まず、熱分析装置用撮像装置２００は、上述の保持部２１０に加え、照明部材２４０及びスタンド２６０を有している。照明部材２４０は、排気部２１６よりも下面側に突出するレンズ筐体２３２の外周を囲む環状をなし、保持部２１０の側面から下方に延びる複数の取付けステー２５０によって保持部２１０の下方に取り付けられている。照明部材２４０は、例えばＬＥＤライトである。
スタンド２６０は、上下に延びる支柱２６１と、保持部２１０の右側部２１０ｂに取り付けられた取付部材２６２と、接地面上に載置されるベース部２６４とを有する。取付部材２６２は支柱２６１の所定の位置に自在に固定することができ、取付部材２６２の固定位置を調整することで、熱分析装置本体部１５０上の撮像手段２３０の高さ方向の位置を調整可能である。
【００１６】
一方、熱分析装置本体部１５０は、熱分析を行う熱分析装置部１００を含む実際の測定装置であり、観察窓Ｗを有し、該観察窓Ｗから熱分析装置部１００の内部の加熱された試料Ｓを撮像可能である。
図３に示すように、熱分析装置部１００は熱重量測定(TG)装置を構成し、筒状で透明な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の内部に配置される一対の試料ホルダ４１，４２とを有している。そして、観察窓Ｗが加熱炉３の上面に開口し、観察窓Ｗの上方から透明なファーナスチューブ９内の試料ホルダ４１，４２に設置された試料Ｓ１、Ｓ２（図２では、まとめて「Ｓ」で表示）を撮像するようになっている。
ここで、測定試料（サンプル）Ｓ１、参照試料Ｓ２は一対の試料容器５１、５２にそれぞれ収容され、各試料容器５１、５２が一対の試料ホルダ４１，４２上にそれぞれ載置されている。さらに、試料ホルダ４１、４２は、互いに水平に延びる天秤アーム４３、４４にそれぞれ接続されている。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。
参照試料Ｓ２は、測定試料に対する基準物質（リファレンス）である。本発明においては、測定試料Ｓ１、参照試料Ｓ２のいずれを撮像してもよく、測定試料Ｓ１、参照試料Ｓ２はいずれも特許請求の範囲の「試料」に相当する。
【００１７】
又、ファーナスチューブ９は、石英ガラス、サファイアガラス、又はＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）セラミックス等の透明材料により形成されている。
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部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部９ｂを通じて外部に排気される。
【００１８】
又、加熱炉３の軸方向両端近傍の下端から下方へ、それぞれ２つの支柱１８が延び、各支柱１８は支持台２０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の下端から下方へ１つの支柱１６が延びている。支柱１６は支持台２０の上面に接続されている。
一方、ファーナスチューブ９の軸方向Ｏの後端部９ｄに測定室３０が接続され、測定室３０内には、天秤アーム４３、４４先端の各試料Ｓ１、Ｓ２の重量を測定する重量検出器３２が配置されている。又、測定室３０の先端部には管状のベローズ３４が取り付けられ、ベローズ３４の先端側はフランジ部３６を形成している。
そして、支持台２０及び測定室３０が基台１０の上面に載置されている。さらに、基台１０の軸方向Ｏに沿って形成された溝にアクチュエータ２２が配置され、支持台２０はアクチュエータ２２により、上記溝に沿って軸方向Ｏに進退可能になっている。そして、支持台２０が測定室３０に向かって後退し、フランジ部３６がフランジ部７に気密に接続され、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の後端が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。
【００１９】
このとき、試料容器５１、５２（試料ホルダ４１，４２）の直上に観察窓Ｗが位置して熱分析の測定が行われることになる。なお、熱分析装置本体部１５０の筐体の上面のうち、観察窓Ｗを含む部分に開口ＯＰが形成されており、開口ＯＰを介して熱分析測定中の試料Ｓを撮像する。
なお、試料Ｓ１、Ｓ２をセット又は交換する場合には、支持台２０をファーナスチューブ９毎、先端側に前進させ、各試料ホルダ４１、４２をファーナスチューブ９及び加熱炉３より後端側に露出させる。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置２００の作用について説明する。
図２に示すように、熱分析装置用撮像装置２００のレンズ筐体２３２を観察窓Ｗの直上に配置し、レンズ筐体２３２を観察窓Ｗに直接向けるように設置する。このとき、レンズ筐体２３２のレンズＬと試料Ｓとの間には、望遠鏡やプリズムのような光学系が介在しないので、ＷＤを大きくすることなく、又、光学系を大型なものや複雑なものとすることなく、試料Ｓの鮮明な画像が得られる。
又、熱分析装置用撮像装置２００の冷却ファン２１０から冷却風通路Ｐａｓに沿って冷却風Ａｉｒを送出することにより、冷却風通路Ｐａｓ内に少なくとも一部が配置されたレンズ筐体２３２が冷却風Ａｉｒにより空冷される。このため、レンズ筐体２３２を観察窓Ｗに直接向けるように設置した場合に、高温の観察窓Ｗの熱がレンズ筐体２３２に伝わるのを抑制し、撮像手段２３０の熱による損傷を抑制できる。
【００２１】
特に、本実施形態では、レンズ筐体２３２の先端側が排気部２１６より下面側に突出している。そして、排気部２１６は、レンズ筐体２３２の周方向外側を囲みつつ、レンズ筐体２３２の軸方向先端側へ向かい、かつ観察窓Ｗに向かって開口している。
このため、図２に示すように、冷却風Ｗは排気部２１６からレンズ筐体２３２の軸方向先端側へ排出され、このとき、レンズ筐体２３２に沿って冷却風Ｗが流れるため、レンズ筐体２３２の先端側が排気部２１６から突出していても、レンズ筐体２３２をより確実に冷却できると共に、高温の観察窓Ｗの熱をレンズ筐体２３２から遠ざける向きに冷却風Ｗが流れるので冷却効果がさらに向上する。
【００２２】
又、この実施形態では、保持部２１０の左側部２１０ａが最も高さが低く、中央部２１０ｃから右側部２１０ｂへ向けて高さが高くなっている。そして、排気部２１６が左側部２１０ａに形成され、吸気部２１２が右側部２１０ｂに形成されている。
このため、吸気部２１２から排気部２１６へ向かって冷却風通路Ｐａｓが窄まる、つまり冷却風通路Ｐａｓの断面積が減少するので、排気部２１６付近で冷却風通路Ｐａｓの流速が速くなる。そして、レンズ筐体２３２が吸気部２１２よりも排気部２１６に近い側に配置されているので、レンズ筐体２３２を流れる冷却風通路Ｐａｓの流速が速くなり、冷却効果がさらに向上する。
なお、「レンズ筐体２３２が吸気部２１２よりも排気部２１６に近い側に配置されている」とは、レンズ筐体２３２と排気部２１６との最短距離が、レンズ筐体２３２と吸気部２１２との最短距離よりも短いことをいう。
【００２３】
次に、図２を参照し、本発明の第２の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置について説明する。図２は、第２の実施形態に係る熱分析装置用撮像装置２００ｘの概略構成を示す斜視図である。
熱分析装置用撮像装置２００ｘは、保持部２１０の下面に底板を有しているが、左側部２１０ａの下面が開口して排気部（排気口）２１６ｘを形成している点が第１の実施形態と異なる。熱分析装置用撮像装置２００ｘも第１の実施形態の熱分析装置用撮像装置２００と同様な作用効果を奏するにはいうまでもない。
【００２４】
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。
例えば、熱分析装置本体部は、上記した熱重量測定(TG)装置の他、JIS K 0129:2005 "熱分析通則"に定義され、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全ての熱分析に適用可能である。具体的には、 (1)温度（温度差）を検出する示差熱分析(DTA)、(2)熱流差を検出する示差走査熱量測定(DSC)、(3)質量（重量変化）を検出する熱重量測定(TG)、等が挙げられる。又、熱分析装置本体部は、上記したファーナスチューブを備えたタイプに限定されない。又、開口部の形状、大きさ、位置等も上記した例に限定されない。
又、保持部の形状、冷却ファンの個数、排気部及び冷却風通路の形状や個数も上記した例に限定されない。
又、照明部材２４０は、スタンド２６０に直接設けたアーム（図示しない）に固定してもよい。
又、レンズ筐体の一部が冷却風通路に配置されていればよいが、レンズ筐体の全体が冷却風通路に配置されていてもよい。又、上記実施形態では、撮像手段の本体部は保持部の上方に配置され、冷却風通路内には配置されていないが、本体部の少なくとも一部が冷却風通路内に配置されていてもよい。なお、撮像手段の本体部はレンズ筐体よりも観察窓の反対側に位置するので、本体部が冷却風通路内には配置されていなくても、本体部がレンズ筐体よりも加熱されることはない。
【符号の説明】
【００２５】
１５０      熱分析装置本体部
２００，２００ｘ      熱分析装置用撮像装置
２１０      保持部
２１２      吸気部
２１６，２１６ｘ      排気部
２２０      冷却ファン
２３０      撮像手段
２３２      レンズ筐体
２３４      本体部
３００      熱分析装置
Ｗ      観察窓
Ｓ      試料
Ａｉｒ      冷却風
Ｐａｓ      冷却風通路
【図１】
2015175618.tif 000003
【図２】
2015175618.tif 000004
【図３】
2015175618.tif 000005
【図４】
2015175618.tif 000006