(57)【要約】【課題】試料台を支持するワイヤの振動を抑制して、試料台の水平方向への変位を低減させることにより、効率よく測定を行うことができる吊下げ式熱天秤を提供する。【解決手段】測定対象たる試料１０を載置するための試料台４と、試料台４の周囲を覆う、該試料台４の周囲の雰囲気を調整するための炉装置である浸炭炉５と、試料台４を支持するためのワイヤ３と、ワイヤ３に作用する張力を検出する天秤部２と、ワイヤ３に通電するための電源装置８と、複数の電磁石７・７・・・を有する制振装置６と、を備え、制振装置６は、複数の電磁石７・７・・・により、電源装置８により通電されるワイヤ３に対して、該ワイヤ３の軸線方向に直交する方向にローレンツ力Ｆを付与するとともに、付与したローレンツ力Ｆをワイヤ３の軸心位置において平衡させる。【選択図】図１
2013160723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象たる試料を載置するための試料台と、
前記試料台の周囲を覆う、該試料台の周囲の雰囲気を調整するための炉装置と、
前記試料台を支持するためのワイヤと、
前記ワイヤに作用する張力を検出する天秤部と、
前記ワイヤに通電するための電源装置と、
複数の電磁石を有する制振装置と、を備え、
前記制振装置は、
前記複数の電磁石により、
前記電源装置により通電される前記ワイヤに対して、該ワイヤの軸線方向に直交する方向にローレンツ力を付与するとともに、付与したローレンツ力を前記ワイヤの軸心位置において平衡させる、
ことを特徴とする吊下げ式熱天秤。
【請求項２】
前記複数の電磁石は、
前記ワイヤの軸心位置を基準として、
各電磁石を、
前記ワイヤの軸心位置との距離を一定に保ちつつ、前記ワイヤの軸心回りに所定の角度だけ位相をずらして、かつ、前記ワイヤの軸線方向に向けて所定の間隔を保持しつつ配置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の吊下げ式熱天秤。
【請求項３】
前記電磁石におけるコイルを巻回するための部位である芯材の一側の端部と他側の端部は、
互いに平行で、かつ、前記芯材に対して直交する方向に、同じ長さで突設する部位として形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の吊下げ式熱天秤。
【請求項４】
前記試料台は、
前記ワイヤにより上方から支持されるとともに、前記ワイヤにより下方からも支持される構成であって、
前記制振装置を、
前記試料台の上側における前記ワイヤと、前記試料台の下側における前記ワイヤに対して、一対で配置する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の吊下げ式熱天秤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吊下げ式熱天秤の技術に関し、より詳しくは、吊下げ式熱天秤による測定時間の短縮を図るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に固体状態の物質に関して、温度を変化させながら、もしくは、温度を一定に保ちながら、物質の酸化、熱分解、脱水等による物質の重量変化を測定し、耐熱性の評価や反応速度の分析等に用いる装置として熱天秤が知られている。
熱天秤の種類の一つには、測定対象たる試料を載置する試料台をワイヤで吊下げておき、そのワイヤに作用する張力の変化を検出することで、試料の重量変化を測定する構成とした、吊下げ式熱天秤がある。
例えば、吊下げ式熱天秤に係る技術としては、以下に示す特許文献１に開示された技術が公知となっている。
【０００３】
また、吊下げ式熱天秤においては、試料台の周囲を炉で囲うとともに、炉内の雰囲気を所定の条件に整えるために、炉内に所定の性質を有するガスをパージする構成が一般的であるが、炉内にガスをパージすると、ガスの流れにより試料台が揺れるため、平均化時間を長くとる必要が生じ、その結果測定時間が長くなるという課題があった。
そこで従来、吊下げ式熱天秤におけるパージガスによる試料台の揺れを抑制するための技術としては、以下に示す特許文献２および特許文献３に開示された技術が公知となっている。
【０００４】
特許文献２に開示された従来技術では、導入ガスの経路を二重管化することにより、試料台の振動を低減させる構成としている。
また、特許文献３に開示された従来技術では、試料台の周囲に電磁石を配置することによって、磁力の作用により、重力方向（即ち、ワイヤの軸線方向）における試料台の位置を平衡させる構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１０８９４号公報
【特許文献２】特開平１−２２１６４１号公報
【特許文献３】特開平２−９５２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吊下げ式熱天秤を使用する場合、試料台とともにそれを吊下げているワイヤも振動するため、試料台は重力方向のみならず、水平方向（即ち、ワイヤの軸線方向に直交する方向）にも変位する。
そして、この試料台の水平方向への振動も、吊下げ式熱天秤による測定時間を長引かせる要因となっている。
しかしながら、特許文献２および特許文献３に係る従来技術によっては、水平方向に向けて生じる試料台の振動を効果的に抑制することはできなかった。
【０００７】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、試料台を支持するワイヤの振動を抑制して、試料台の水平方向への変位を低減させることにより、効率よく測定を行うことができる吊下げ式熱天秤を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、測定対象たる試料を載置するための試料台と、前記試料台の周囲を覆う、該試料台の周囲の雰囲気を調整するための炉装置と、前記試料台を支持するためのワイヤと、前記ワイヤに作用する張力を検出する天秤部と、前記ワイヤに通電するための電源装置と、複数の電磁石を有する制振装置と、を備え、前記制振装置は、前記複数の電磁石により、前記電源装置により通電される前記ワイヤに対して、該ワイヤの軸線方向に直交する方向にローレンツ力を付与するとともに、付与したローレンツ力を前記ワイヤの軸心位置において平衡させるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記複数の電磁石は、前記ワイヤの軸心位置を基準として、各電磁石を、前記ワイヤの軸心位置との距離を一定に保ちつつ、前記ワイヤの軸心回りに所定の角度だけ位相をずらして、かつ、前記ワイヤの軸線方向に向けて所定の間隔を保持しつつ配置するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記電磁石におけるコイルを巻回するための部位である芯材の一側の端部と他側の端部は、互いに平行で、かつ、前記芯材に対して直交する方向に、同じ長さで突設する部位として形成されるものである。
【００１２】
請求項４においては、前記試料台は、前記ワイヤにより上方から支持されるとともに、前記ワイヤにより下方からも支持される構成であって、前記制振装置を、前記試料台の上側における前記ワイヤと、前記試料台の下側における前記ワイヤに対して、一対で配置するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、電磁力の作用により、容易にワイヤの振動を抑制することができる。これにより、吊下げ式熱天秤による計測を効率よく行うことができる。
【００１５】
請求項２においては、簡易に制振装置を構成することができる。
【００１６】
請求項３においては、ワイヤにより近い位置に磁場を形成することができる。これにより、ワイヤの振幅をより小さくすることができる。
【００１７】
請求項４においては、ワイヤの振動をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤の全体構成を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤に備えられる制振装置を示すワイヤの軸心方向視における平面模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤に備えられる制振装置を示す模式図、（ａ）制振装置を構成する電磁石を示す平面模式図、（ｂ）制振装置を示すワイヤの軸心方向に直交する方向視における側面模式図。
【図４】本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤に備えられる制振装置による制振作用を説明する図（ａ）ワイヤに対するローレンツ力Ｆの平衡状態を示す平面模式図、（ｂ）単一の電磁石によるワイヤに対するローレンツ力Ｆの作用方向を示す斜視模式図。
【図５】本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤における制振装置による制振効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤の全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤である熱天秤１は、試料１０を浸炭するときに該試料１０に生じる重量変化を測定して、浸炭量の分析を行うための装置であり、天秤部２、ワイヤ３、試料台４、浸炭炉５、制振装置６・６、電源装置８・８等を備えている。
尚、本実施形態では試料１０の浸炭量の分析に使用する熱天秤１を例示して説明を行うが、本発明に係る吊下げ式熱天秤の用途をこれに限定するものではない。
また、ここで言う「吊下げ」という言葉には、試料台を上方からワイヤで吊下げることにより試料台を支持する場合のみならず、試料台をワイヤで上方から吊下げつつ、さらにワイヤで下方からも引っ張って、試料台をワイヤにより支持する場合も含むものとする。
【００２０】
天秤部２は、ワイヤ３に所定の張力を付与するとともに試料１０の重量変化に伴うワイヤ３に作用する張力の変化を検出することができる装置であり、その張力の変化に基づいて試料１０の重量変化を検出することができる。
また、ワイヤ３は白金（Ｐｔ）により構成されるワイヤ部材である。
【００２１】
ワイヤ３は、上端部を天秤部２に連結するとともに、下端部をフレーム等の変位不能な部位である固定部９に連結した状態で、天秤部２により上向きに引っ張られることによって、所定の張力が付与される構成としている。
そして、ワイヤ３の中途部に試料台４を配置する構成としている。
つまり、試料台４の上方に位置するワイヤ３は試料台４を吊下げており、試料台４の下方に位置するワイヤ３は試料台４を下方に引っ張っている。
【００２２】
試料台４は、試料１０を載置するための受け皿状の部材であり、浸炭炉５内において、上方のワイヤ３により吊下げられるとともに、該試料台４から下方に伸びるワイヤ３により引っ張られた状態で、浸炭炉５内の各壁部から浮いた状態に保持されている。
また、試料台４も白金（Ｐｔ）により構成されている。
【００２３】
浸炭炉５は、炉体５ａの内部温度を所定の浸炭温度に設定することができる炉であり、炉体５ａには、浸炭ガスをパージするためのガス供給口５ｂと、炉体５ａ内を真空排気するための真空排気口５ｃが形成されている。
【００２４】
制振装置６は、ワイヤ３の振動を抑制するための装置であり、図２に示すように複数の電磁石７・７・・・を備える構成としている。
尚、ここで言うワイヤ３の「振動」とは、ワイヤ３の軸心位置が、該ワイヤ３の軸線方向に直交する方向に変化する現象を指しており、ワイヤ３が軸線方向に伸縮するような現象は含まない。
【００２５】
また、本実施形態では、試料台４を上下方向に引っ張る各ワイヤ３・３に対して、一対で各制振装置６・６を配置する構成としている。即ち、試料台４の上方のワイヤ３、および試料台４の下方のワイヤ３に対して、それぞれ制振装置６・６を配置している。
これにより、試料台４の水平方向への変位を上下２方向から抑制して、より確実に試料台４の変位を抑制することを可能にしている。
【００２６】
また、試料台を下方に向けて引っ張るためのワイヤを備えないような構成の吊下げ式熱天秤も存在しているが、本発明に係る吊下げ式熱天秤はこのような構成であってもよく、このような構成である場合には、試料台を上方に向けて引っ張るためのワイヤにのみ制振装置を配置する構成とする。
【００２７】
また、図１に示す如く、制振装置６が配置される部位におけるワイヤ３には、該制振装置６内を通過するワイヤ３に通電するための装置である電源装置８が接続されている。
電源装置８は、ワイヤ３に対して所定の直流電圧を印加することによって、所定の電流値の直流をワイヤ３に流すことができる直流電源装置である。
【００２８】
ここで、制振装置６の構造について、図２および図３を用いて、さらに詳細に説明をする。
図２に示す如く、制振装置６は、ケーシング６ａと、複数（本実施形態では、６個）の電磁石７・７・・・を備える構成としている。
ケーシング６ａは略円筒状の部材であって、制振装置６において、各電磁石７・７・・・を所定の姿勢および配置で支持している。
【００２９】
図３（ａ）に示す如く、電磁石７は、通電されることにより、所定の磁場ｂを生じる部材であり、芯材７ａ、コイル７ｂ等を備えている。
芯材７ａは、例えば鉄等の導電性部材からなる軸状の部材であり、該芯材７ａを軸としてその周囲にコイル７ｂが配置される（即ち、コイル７ｂを構成する導線が巻きつけられる）部位である。
そして、該コイル７ｂに通電することによって、芯材７ａの一側の端部７ｃから他側の端部７ｄに向かう磁場ｂを形成することができる。
尚、図示は省略しているが、コイル７ｂには直流電源が接続されており、通電可能な構成としている。
【００３０】
また、電磁石７においては、一側の端部７ｃおよび他側の端部７ｄは互いに平行な状態で、かつ、芯材７ａに直交しつつ、さらに芯材７ａから同じ高さで突設されている。
そして、端部７ｃから端部７ｄに向けて磁場ｂが生じるため、各端部７ｃ・７ｄの形成長さに応じて、磁場ｂの通過位置を調整することができる。
【００３１】
このような構成により、芯材７ａから離れた位置に、磁場ｂを形成することが可能になり、ワイヤ３と電磁石７における芯材７ａが離れていても、磁場ｂの通過位置をよりワイヤ３に近づけることが可能になる。
【００３２】
制振装置６において、各電磁石７・７・・・は、芯材７ａの中心位置から引いた垂線がワイヤ３の軸心を通り、かつ、各端部７ｃ・７ｄがワイヤ３側を向く姿勢で配置され、かつ、各電磁石７・７・・のワイヤ３の軸心までの距離（即ち、前記垂線の長さ）が共通で、さらに、各電磁石７・７・・・は、前記垂線の位相を所定の角度で（本実施形態では６０度）だけずらしつつ、配置する構成としている。
【００３３】
さらに、各電磁石７・７・・・は、ワイヤ３の軸線方向において、所定の距離Ｄだけ離間して配置されており、各電磁石７・７・・・の配置を螺旋状に異ならせる構成としている。
尚、本実施形態では、６個の各電磁石７・７・・・を区別するために、上側（天秤部２側）に配置される電磁石７から順に、７Ａ・７Ｂ・７Ｃ・７Ｄ・７Ｅ・７Ｆの各符号を付するものとする。
【００３４】
また、６個の各電磁石７Ａ〜７Ｆにおいて生じる各磁場ｂを区別するために、電磁石７Ａにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ１と呼び、電磁石７Ｂにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ２と呼び、電磁石７Ｃにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ３と呼び、電磁石７Ｄにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ４と呼び、電磁石７Ｅにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ５と呼び、電磁石７Ｆにおいて生じる磁場ｂを磁場ｂ６と呼ぶものと規定する。
【００３５】
そして、各電磁石７Ａ〜７Ｆを、ワイヤ３の軸心位置を中心として螺旋状となるように配置すると、ワイヤ３の軸線方向視において、各電磁石７Ａ〜７Ｆにおいて形成される各磁場ｂ１〜ｂ６が合成され、全体として、図２に示すような、ワイヤ３に対して同心円状となる磁場Ｂを形成することができる。
【００３６】
尚、本実施形態では、制振装置６において６個の各電磁石７・７・・・使用する場合を例示して説明を行っているが、本発明に係る吊下げ式熱天秤において用いる制振装置において使用する電磁石の個数をこれに限定するものではない。そして、本発明に係る吊下げ式熱天秤において用いる制振装置では、使用する電磁石の個数に応じて、ワイヤの軸線方向視における位相のずれが均等割りとなるように（例えば、使用する電磁石の個数が８個であれば、位相を４５度ずつずらして）、各電磁石を配置する構成とする。
【００３７】
即ち、本発明の一実施形態に係る熱天秤１において、制振装置６を構成する電磁石７におけるコイル７ｂを巻回するための部位である芯材７ａの一側の端部７ｃと他側の端部７ｄは、互いに平行で、かつ、芯材７ａに対して直交する方向に、同じ長さで突設する部位として形成されるものである。
このような構成により、ワイヤ３により近い位置に磁場Ｂを形成することができる。これにより、ワイヤ３の振幅をより小さくすることができる。
【００３８】
また、本発明の一実施形態に係る熱天秤１において、制振装置６における複数の電磁石７・７・・・は、ワイヤ３を軸心として、ワイヤ３との距離を一定に保ちつつ、ワイヤ３の軸心回りに所定の角度（本実施形態では６０度）だけ位相をずらして、かつ、ワイヤ３の軸線方向に向けて所定の間隔Ｄを保持しつつ配置するものである。
このような構成により、複数の電磁石７・７・・・を用いて、簡易に制振装置６を構成することができる。
【００３９】
また、本発明の一実施形態に係る熱天秤１において、試料台４は、ワイヤ３により上方から支持されるとともに、ワイヤ３により下方からも支持される構成であって、制振装置６・６を、試料台４の上側におけるワイヤ３と、試料台４の下側におけるワイヤ３に対して、一対で配置するものである。
このような構成により、ワイヤ３の振動をより確実に抑制することができる。
【００４０】
次に、熱天秤１における、制振装置６・６による振動の抑制状況について、図４および図５を用いて、説明をする。
図４（ａ）に示す如く、熱天秤１においては、ワイヤ３に回りには、該ワイヤ３の軸心位置を中心として、各電磁石７Ａ〜７Ｆを配置する構成とした制振装置６を設けている。
また、ワイヤ３に対しては、電源装置８によって、上から下に向けて（図４の紙面手前から奥に向けて）直流電流が流れている。
【００４１】
そして、このような配置状態において、ワイヤ３に対しては、フレミングの左手の法則に従い、電磁石７によるローレンツ力Ｆ（Ｆ＝Ｂ・Ｉ）が作用する（図４（ｂ）参照）。
ここで、磁場Ｂは、ワイヤ３に対して同心円状に存在しているため、各電磁石７・７・・・によりワイヤ３に作用する各ローレンツ力Ｆ・Ｆ・・・・は、図３に示す如く、ワイヤ３の軸心位置において平衡し、これにより、ワイヤ３の水平方向への振動が抑制される。
ここで、Ｂはワイヤ３の周囲に存在する磁場Ｂの強度であり、Ｉはワイヤ３を流れる直流電流の電流値である。
【００４２】
また、例えば、図４（ａ）に示すようにワイヤ３に位置ずれが生じた（即ち、ワイヤ３が振動した）場合を例示すると、この場合、電磁石７Ａにより作用するローレンツ力Ｆａが、電磁石７Ｄにより作用するローレンツ力Ｆｂよりも大きくなる（Ｆａ＞Ｆｂ）ため、結局ワイヤ３は元の軸心位置に復元される。
このような構成により、ワイヤ３が浸炭ガスの流れに押されて振動しても、制振装置６によって、ワイヤ３の位置が常に元の軸心位置となるように修正されるため、ワイヤ３の振動が抑制される。
【００４３】
図５には、制振装置６・６の有無による秤量値の差を比較したグラフを示している。
図５によれば、制振装置６・６がない場合には、浸炭ガスの導入が開始された以後、秤量値の変動幅が大きくなっている。このような場合には、秤量値を平均化する時間を長くとる必要があるため、測定時間が長くなってしまう。
【００４４】
一方、制振装置６・６がある場合には、浸炭ガスの導入が開始された以後であっても、秤量値の変動幅が浸炭ガス導入前と変わらない程度に抑えられている。
このため、制振装置６・６を使用した場合には、秤量値を平均化する時間を、制振装置６・６がない場合に比して短くすることが可能になり、このため測定時間を短縮することが可能になる。
即ち、制振装置６・６を備える熱天秤１においては、従来の熱天秤に比して、効率よく測定を行うことが可能になる。
【００４５】
即ち、本発明の一実施形態に係る吊下げ式熱天秤である熱天秤１は、測定対象たる試料１０を載置するための試料台４と、試料台４の周囲を覆う、該試料台４の周囲の雰囲気を調整するための炉装置である浸炭炉５と、試料台４を支持するためのワイヤ３と、ワイヤ３に作用する張力を検出する天秤部２と、ワイヤ３に通電するための電源装置８と、複数の電磁石７・７・・・を有する制振装置６と、を備え、制振装置６は、複数の電磁石７・７・・・により、電源装置８により通電されるワイヤ３に対して、該ワイヤ３の軸線方向に直交する方向にローレンツ力Ｆを付与するとともに、付与したローレンツ力Ｆをワイヤ３の軸心位置において平衡させるものである。
このような構成により、電磁力の作用により、容易にワイヤ３の振動を抑制することができる。これにより、吊下げ式熱天秤である熱天秤１による計測を効率よく行うことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    熱天秤
２    天秤部
３    ワイヤ
４    試料台
５    浸炭炉
６    制振装置
７    電磁石
８    電源装置
１０  試料
【図１】
2013160723.tif 000003
【図２】
2013160723.tif 000004
【図３】
2013160723.tif 000005
【図４】
2013160723.tif 000006
【図５】
2013160723.tif 000007