(57)【要約】【課題】分析に影響を与えることなく試料そのものの温度を測定することで、面倒な較正作業を必要とせず、精度よく熱膨張係数等の測定が可能な熱機械分析装置を提供する。【解決手段】厚さ０．１ｍｍ以下の薄板形状の熱電対材料からなる温接点７３と、径０．１５ｍｍ以下の素線リードから素線リード部７２から成る熱電対の該温接点を、検出棒２に対して垂直な面で試料Ｓと面接触させる。接触位置は、検出棒２と試料Ｓの間、試料Ｓと試料台９の間、もしくは、試料Ｓを二分割した間である。このように面接触することによって、熱伝対の影響を与えることなく試料温度を直接測定しながらの分析が可能である。【選択図】  図３
2004279074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台に載せた試料と当接するように配置された検出棒を備えた熱機械分析装置において、検出棒に対して垂直な面で試料と面接触する熱電対を備えたことを特徴とする熱機械分析装置。
【請求項２】
該熱電対が、厚さ０．１ｍｍ以下の薄板形状の熱電対材料を平板接合した温接点から構成される熱電対である、請求項１記載の熱機械分析装置。
【請求項３】
該熱電対が、該温接点と冷接点とを結ぶ素線リードが径０．１５ｍｍ以下のワイヤーからなる熱電対である請求項１または２記載の熱機械分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱若しくは冷却した試料の熱膨張（収縮）を測定し、試料の材料分析等を行う熱機械分析装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
熱機械分析装置による熱膨脹測定によって、金属・非金属等の熱膨張係数や微細構造の分析等あらゆる分野の分析が行われている。
【０００３】
このような熱機械分析装置による熱膨張測定では、長さ既知の物質に一定荷重をかけ、温度に対する物質の伸縮を記録する。
【０００４】
図７は、熱機械分析装置の概略構成を示した図である。支持管３１の底面に設置された試料台３９に長さ既知の試料Ｓを置き、力発生器３５によって、検出棒３２を介して試料Ｓの上面に一定荷重をかけるとともに、この検出棒３２の試料の熱膨脹による変位を差動トランス３３で検出することによって、試料Ｓの膨脹量を測定し、併せて試料Ｓの近傍に置かれた熱電対３７で試料Ｓの温度を測定することによって、試料Ｓの熱膨張係数などを解析する。
【０００５】
試料Ｓの温度は、図８の熱機械分析装置の試料部拡大概略図に示すように、熱電対３７の異種金属の熱電対素線先端部を小球状に溶接した、測温のための感熱部である接合部すなわち温接点３７３を試料Ｓの近傍に置くことによって測定する。熱電対３７は碍子などの絶縁体３７１を貫通して冷接点部へと導かれている。
【０００６】
しかしながら、温接点３７３によって測定している温度は試料近傍の雰囲気温度であり、熱電対３７からの検出信号と、実際の試料温度の間には誤差が存在する。そこで、従来、予め検出温度信号に含まれる誤差分を、所定の温度範囲において較正を行っている。
【０００７】
較正方法としては、融点が知られた純金属を基準試料として使用し、これに熱を加えると、融点に達したところで、基準試料が融解し検出棒が急に下降するので、このとき、温度検出器によって検出された温度と基準試料の融点（温度）とを比較して、温度検出器からの検出温度信号の較正を行っていた。測定温度範囲が広い場合は、基準試料を増やして複数点の温度で較正を行っていた。
【０００８】
１種類の基準試料を用いて所定の温度範囲の複数点について較正を行うことができる較正方法も提供されている。（特許文献１参照）
【０００９】
しかしながら、いずれの較正方法も、基準試料をその融点まで加熱しなければならず、較正作業に長時間かかるうえ、多点較正する場合は基準試料の交換等面倒な作業を伴い、一般的に試料測定毎に較正は行わない。また、熱電対３７の温接点近傍の素線リード部３７２は、試料Ｓの形状に合わせて温接点３７３の位置を変えられるようにフレキシブルになっており、温接点３７３と試料Ｓとの位置関係を、較正時と測定時、あるいは測定時毎で一致させることは難しい。以上から、較正精度の悪化や測定誤差の増大は避けられず、分析精度の低下が起こる。
【００１０】
このような面倒な較正作業を省き、かつ分析精度を高めるために、温接点を試料に接触でき、試料温度を直接測定できることが望ましいが、分析に影響を与えずに温接点を試料に接触させることが重要である。
【００１１】
一方、被測温体に温接点を挿入または接触させることができるように、２次元的な広がりを持つ温接点を有する熱電対が提供されている。この熱電対は、温接点を１点から２次元的な広がりを持たせることで、測定温度の精度を向上させることが目的であり、被測温体に温接点を接触しつづけることができるように、機械的強度を持たせることが必要である。そこで、実施例の示差走査熱量分析装置においては、温接点には厚みのある２枚の平板と、熱電対素線には硬度のあるワイヤーを用いている。（特許文献２参照）
【００１２】
この熱電対を熱機械分析装置に用いた場合、温接点を試料台と試料の間、もしくは試料と検出棒の間に挿入することになるが、温接点の平板に厚みがあるために熱電対の膨張量が無視できず、検出棒の変位は試料と熱電対の膨張量を検出することになる。また、硬度のある熱電対素線を使用しているため、測定中、試料には荷重方向以外の力が加わり、正確な測定ができない。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−３０４３１３
【特許文献２】特開平９−１２６９０６
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、分析に影響を与えることなく試料そのものの温度を測定することで、面倒な較正作業を必要とせず、精度よく熱膨張係数等の分析が可能な熱機械分析装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述のような課題を解決するため、本発明では、試料台に載せた試料と当接するように配置された検出棒を備えた熱機械分析装置において、検出棒に対して垂直な面で試料と面接触する熱電対を備えたことを特徴とする。
【００１６】
該熱電対が、厚さ０．１ｍｍ以下の薄板形状の熱電対材料を平板接合した温接点により構成される熱電対である請求項１記載の熱機械分析装置である。
【００１７】
該熱電対が、該温接点と冷接点とを結ぶ素線リードが径０．１５ｍｍ以下のワイヤーからなる熱電対である請求項１または２記載の熱機械分析装置である。
【００１８】
試料の測温方法としては、熱伝対を試料台と試料の間に挿入することが挙げられるが、これに限定されない。
【００１９】
熱電対としては、例えば、ＰＲ熱伝対（白金−白金ロジウム）、ＣＡ熱伝対（クロメル−アルメル）、ＣＣ熱伝対（銅−コンスタンタン）、ＩＣ熱伝対（鉄−コンスタンタン）等を用いることができる。
【００２０】
接合手段としては、例えば溶接、圧接を挙げることができる。
【００２１】
熱電対材料の厚さは、０．１ｍｍ以下であり、好ましくは０．０７ｍｍ以下である。熱伝対材料の厚さが０．１ｍｍを超えると、熱伝対材料の熱膨張量が試料の熱膨張量に対して無視できなくなり、正しい分析ができない。
【００２２】
素線リードの径は、０．１５ｍｍ以下であり、好ましくは０．１ｍｍ以下である。素線リードの径が０．１５ｍｍを超えると、試料に負荷方向以外の力が加わり、正しい分析ができない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を、以下、図面に基づいて説明する。
図１に本発明による熱機械分析装置の概略図の一例を示す。
【００２４】
１は試料支持管であって、支持管１の底面には試料台９が掛け渡されていて、その上に試料Ｓを載せる。支持管１は熱機械分析装置の機枠に取り付けられている。２は、一方の先端を試料の上面に接触させる検出棒である。この検出棒２の支持管１から外に出た部分には、鉄片３ａが取り付けられており、この鉄片３ａはコイル部３ｂとともに、差動トランス３を構成している。この差動トランス３の出力は、コンピュータ４に接続されている。この検出棒２の他端側には、力発生器５の鉄片５ａが設けられるとともに、機枠からバネ６で吊下げられており、コンピュータ４によってコイル部５ｂへの制御電流を調製することで、試料Ｓにかけられる荷重が制御される。
【００２５】
支持管１の外周には試料Ｓを加熱するヒータ８が設けられ、コンピュータ４によって温度制御される。
【００２６】
７は試料Ｓの温度を測定する熱電対であり、コンピュータ４に検出温度信号が入力される。
【００２７】
図２に、熱電対７の温接点部近傍の詳細図を示す。熱電対７の温接点７３は、熱電対正極材料薄板７３１および熱電対負極材料薄板７３２の２枚の薄板をスポット溶接等の手段で面接合されて形成されている。該２枚の薄板の辺縁部には、それぞれの極用の素線リード７２１および７２２が接合できるように延長部７３３および７３４が設けられている。該２本の素線リードは該２枚の薄板の延長部に溶接等の手段で接合されている。
【００２８】
図３に、熱電対７による試料の測温例を示す。温接点７３を試料Ｓの上面に接触させて、その上に検出棒２の先端を当接させる。素線リード７２は、通常の熱電対と同様に碍子等の絶縁管７１を貫通されて冷接点部まで導かれている。試料の測温方法は図３に示した方法に限らず、図４に示すように、試料Ｓと試料台９の間に温接点７３を挿入することができる。この場合は、試料Ｓの形状がチップ状である時に効果的である。また、図５に示すように、試料Ｓがチップ状であっても試料Ｓと検出棒２の間に温接点７３を挿入してもよい。もしくは図６に示すように試料Ｓが柱状である場合は、試料ＳをＳ１とＳ２に上下２分割してこの間に温接点７３を挿入し、検出棒２を試料Ｓ１上面に当接することができ、より正確な試料温度を測定することが出来る。
【００２９】
分析の際には、コンピュータ４からの指令によって、力発生器５を作動させ、検出棒２で試料Ｓに一定荷重をかける。そして、コンピュータ４からの指令によって、ヒータ８を制御して、支持管内の試料Ｓを加熱する。検出棒２の変位を差動トランス３で検出することによって試料Ｓの膨張量を測定し、併せて、試料Ｓに温接点７３を接触させた熱電対７で試料Ｓの温度を測定することによって、試料Ｓの熱膨張係数等を解析する。
【００３０】
このとき、試料Ｓとともに熱電対７にも検出棒２方向に荷重がかかるが、温接点７３は直径０．１５ｍｍ以下の細いワイヤーによって素線リード７３３および７３４に接続されているため、検出棒２は熱電対７の影響を受けることなく試料Ｓに荷重を与えることができる。また、試料Ｓの熱膨張も、同じく熱電対７に影響されることなく検出棒２に伝わり差動トランス３によって正確に検出することができる。検出棒２の変位は試料Ｓの熱膨張量のみならず熱電対正極材料７３１および熱電対負極材料７３２の２枚の薄板の熱膨張量も検出することになるが、該２枚の熱電対材料は、厚さ０．１ｍｍ以下の薄板で構成される一方、試料Ｓの高さは通常５〜２０ｍｍであるため、熱電対材料の熱膨張量は試料Ｓの熱膨張量に対して無視することができ、検出棒２の変位は試料Ｓの熱膨張量とすることができる。
【００３１】
熱電対７の温接点７３が試料Ｓに直接接しているために、試料温度は熱電対７からの検出温度信号とすることができるため、測定前に予め較正作業を行う必要がないうえに、分析精度の向上も可能である。
【００３２】
【発明の効果】
従来の熱機械分析装置では、熱電対の温接点が試料に接しておらず試料近傍の雰囲気温度を測定しているために、熱分析の前に基準試料を用いての面倒な較正作業を必要とする。その較正作業も、熱電対がフレキシブルな構造をとっているため、温接点と試料の位置関係を較正時と試料測定時とで再現できないため、較正精度はよくない。本発明の構成によれば、温接点を直接接触させて試料温度を測定しながら分析ができるため、面倒な較正作業を必要とせず、分析精度の向上も可能である。検出棒と試料との間に該温接点を挿入して分析を行っても、該温接点が厚さ０．１ｍｍ以下の薄板形状の熱電対材料から構成され、試料に対して非常に薄いため、温接点の熱膨張は無視することができる。該温接点は、径０．１５ｍｍ以下の素線リードで冷接点と結ばれているため、熱電対の影響を与えることなく分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の熱機械分析装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の熱電対温接部近傍の詳細図である。
【図３】本発明の一実施形態の試料測温図である。
【図４】、
【図５】、
【図６】本発明の他の実施形態の試料測温図である。
【図７】従来の熱機械分析装置の概略図である。
【図８】従来の熱分析装置の試料部拡大図である。
【符号の説明】
１  支持管
２  検出棒
４、３４    コンピュータ
７  熱電対
７３  温接点
７２１、７２２    素線リード
７３１    熱電対正極材料薄板
７３２    熱電対負極材料薄板
８    ヒータ
９  試料台
【図１】
2004279074.tif 000003
【図２】
2004279074.tif 000004
【図３】
2004279074.tif 000005
【図４】
2004279074.tif 000006
【図５】
2004279074.tif 000007
【図６】
2004279074.tif 000008
【図７】
2004279074.tif 000009
【図８】
2004279074.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月31日(2003.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の熱機械分析装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の熱電対温接部近傍の詳細図である。
【図３】本発明の一実施形態の試料測温図である。
【図４】本発明の他の実施形態の試料測温図である。
【図５】本発明の他の実施形態の試料測温図である。
【図６】本発明の他の実施形態の試料測温図である。
【図７】従来の熱機械分析装置の概略図である。
【図８】従来の熱分析装置の試料部拡大図である。
【符号の説明】
１  支持管
２  検出棒
４、３４  コンピュータ
７  熱電対
７３  温接点
７２１、７２２  素線リード
７３１  熱電対正極材料薄板
７３２  熱電対負極材料薄板
８  ヒータ
９  試料台