(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉本体と、この加熱炉本体の内部に設けられた反射部材と、該反射部材に囲まれた室内に配置され赤外線を放射する環状の熱源とを備えた赤外線加熱炉であって、
前記反射部材は薄肉の金属材料からなり、
且つ、前記反射部材の周囲に、冷却媒体を供給する冷却空間が形成してあり、
前記熱源は、赤外線を放射するヒータ線と、このヒータ線を密封するガラス管とを含むとともに、前記ガラス管に形成したガス封入部から前記ガラス管内に不活性ガスを封入してなり、
さらに、前記ガス封入部を前記加熱炉本体の外部まで延出して前記熱源の位置調節手段を構成したことを特徴とする赤外線加熱炉。
【請求項２】
請求項１記載の赤外線加熱炉において、
前記反射部材は、楕円の一方の焦点を中心とする回転楕円面を内面に有し、
該回転楕円面の焦点円に沿って前記環状の熱源を配置するとともに、
前記回転楕円面の中心となる焦点又はその近傍に試料配置部を設け、
且つ、前記環状の熱源と試料配置部とを、略同一平面上に配置したことを特徴とする赤外線加熱炉。
【請求項３】
請求項１又は２記載の赤外線加熱炉において、
前記反射部材を絞り加工により形成したことを特徴とする赤外線加熱炉。
【請求項４】
請求項３記載の赤外線加熱炉において、
前記反射部材は、薄肉の銅合金の内面に金メッキを施してなることを特徴とする赤外線加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱分析装置等において試料の加熱に利用される赤外線加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱天秤等の熱分析装置においては、試料を加熱するために赤外線加熱炉が利用されている。従来の分析装置に利用される赤外線加熱炉は、棒状の熱源から放射された赤外線を、その周囲に配設した反射部材により反射させて試料に収束させる構成となっていたが、小さな試料ホルダに充填された試料に対し、棒状の熱源から放射される赤外線はその一部が試料に収束するのみで、多くの赤外線は、試料の加熱に寄与していないのが実状であった。
【０００３】
そこで、特開平１−１６３５９４号公報や特開平５−２８８６９７号公報に開示された如きリング状の赤外線光源（熱源）を有する赤外線加熱炉が提案されている。この種の赤外線加熱炉を利用すれば、試料に対し効率的に赤外線を収束させることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来公報に開示された赤外線光源は、同公報には具体的な説明はないものの、一般にアルミニウム等からなる炉本体の内部を楕円面形状に切削して反射面を形成しているため、製作コストが高価格であり製品としては量産に適さないという課題があった。また、炉本体中に冷却媒体通路が形成されているものの、該通路と反射面（炉本体の内面）とが離間しており、赤外線の照射により加熱する反射面の周辺部位を充分に冷却することができず、その結果、炉本体の膨張により反射面の歪み等が生じ、その結果、赤外線の収束点のズレが生じて試料を効率的に加熱できなくなるおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、試料を効率的に加熱することができ、しかも製作が容易で量産に適し、且つ充分な冷却能力を備えた赤外線加熱炉の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、加熱炉本体と、この加熱炉本体の内部に設けられた反射部材と、該反射部材に囲まれた室内に配置され赤外線を放射する環状の熱源とを備えた赤外線加熱炉であって、反射部材を薄肉の金属材料で形成するとともに、この反射部材の周囲に、冷却媒体を供給する冷却空間を形成したことを特徴とする。
【０００７】
環状の熱源から放出される赤外線は、その周囲に設けられた反射部材の内面で反射して試料に照射される。反射部材は、薄肉の板状部材で形成してあり、その周囲に冷却空間を形成してあるので、反射面（内面）の近傍に充分な量の冷却媒体を供給することができ、効率的に反射部材を冷却することができる。
【０００８】
ここで、反射部材の内面を、楕円の一方の焦点を中心とする回転楕円面に形成し、該回転楕円面の焦点円に沿って環状の熱源を配置するとともに、回転楕円面の中心となる焦点又はその近傍に試料配置部を設け、且つ、環状の熱源と試料配置部とを略同一平面上に配置すれば、熱源からの赤外線を効率的に試料へと収束させることが可能となる。
【０００９】
上記反射部材は、絞り加工により形成することで、容易且つ安価に製作することが可能となる。なお、反射部材の内面に金メッキを施すことで、熱源からの赤外線を効率的に反射させることができる。このように、絞り加工により反射部材を形成する場合は、反射部材を絞り加工性能に優れた薄肉の銅合金で形成することが好ましい。また、銅合金の内面に金メッキを施すことで、赤外線の反射性能を向上させることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の赤外線加熱炉は、熱源の位置調節手段を備えることを特徴とする。特に回転楕円面を有する反射部材により熱源からの赤外線を試料に収束する場合は、回転楕円面の一方の焦点円に熱源を配置し、他方の焦点に試料を配置する。この位置関係がずれると、熱源からの赤外線を試料へ収束することができず、加熱効率が低下するおそれがある。そこで、熱源の位置調節手段を備えることで、特に熱源の位置調整を可能とし、適正な加熱状態を実現することができる。
【００１１】
例えば、熱源を、赤外線放射用のヒータ線と、このヒータ線を密封するガラス管とを含み、ガラス管内に所定のガス封入部から不活性ガスを封入した構成とし、熱源のガス封入部を加熱炉本体の外部まで延出して位置調節手段として利用すれば、簡易な構成にて該位置調節手段を付加することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る赤外線加熱炉の全体構成を示す正面断面図、図２は図１における矢視Ａ−Ａ線図である。なお、本実施の形態では、熱分析装置の一つである熱天秤に、本発明の赤外線加熱炉を適用した構成を示す。
【００１３】
図１に示すように、赤外線加熱炉は、加熱炉本体１０、反射部材２０、及び熱源３０を備えている。加熱炉本体１０は、図１のＡ−Ａ線部分を境として上部本体１０ａと下部本体１０ｂに分かれており、これら上部本体１０ａ及び下部本体１０ｂの各開口縁部が接合板１１及びネジ等の締結具１２によって接合されて中空の加熱炉本体１０が形成される。また、各部本体１０ａ，１０ｂにおける接合面（開口面）と対向する壁の中心部には、熱天秤の保護管１を挿通するための透孔１３ａ，１３ｂが形成してある。各部本体１０ａ，１０ｂは、例えば、アルミダイカスト成形により形成することができる。
【００１４】
反射部材２０も、上部本体１０ａ及び下部本体１０ｂに対応して上側反射部材２０ａと下側反射部材２０ｂに分かれており、各反射部材２０ａ，２０ｂの周縁部が、対応する各部本体１０ａ，１０ｂの接合面（開口面）の縁部に溶接されている。また、各反射部材２０ａ，２０ｂの中央壁部には筒状部２１ａ，２１ｂが形成してあり、この筒状部２１ａ，２１ｂの端縁が、対応する各部本体１０ａ，１０ｂの透孔１３ａ，１３ｂ部分に溶接されている。これにより、上部本体１０ａと上側反射部材２０ａの間、及び下部本体１０ｂと下側反射部材２０ｂの間に、それぞれ密閉空間１４が形成されている。各反射部材２０ａ，２０ｂは、図１に示すごとく各部本体１０ａ，１０ｂを接合したとき、周縁部がそれぞれ密着するとともに、加熱炉本体１０の中空部内で対称配置となって、反射部材２０を形成する。
【００１５】
加熱炉本体１０の内部に形成された密閉空間１４は、反射部材２０の冷却空間を形成しており、この密閉空間１４内に水等の冷却媒体が供給される。すなわち、上部本体１０ａ及び下部本体１０ｂには、図１に示すごとく、それぞれ冷却媒体の供給口１５及び排出口１６が形成してあり、水等の冷却媒体を供給口１５に送るとともに、密閉空間１４を通して排出口１６から排出する冷却構造が併設されている。
【００１６】
各反射部材２０ａ，２０ｂは、薄肉（例えば、厚さ２ｍｍ程度）の銅合金板を絞り加工して形成されている。銅合金板は、アルミ合金等に比べ絞り加工による加工性能が優れており、絞り加工後の戻り変形も少なく、高精度に所定の形状を形成することが可能である。このような特性を有する銅合金板を用いることにより、絞り加工により各反射部材２０ａ，２０ｂを所望の形状に成形することができる。さらに、各反射部材２０ａ，２０ｂの内面は、後述するように赤外線の反射面を形成するため、この内面には絞り加工後に金メッキを施し、赤外線の反射特性を向上させてある。
【００１７】
各反射部材２０ａ，２０ｂの内面２２ａ，２２ｂは、図３に示すごとく回転楕円面に形成してある。すなわち、仮想楕円Ｑの一方の焦点ａを回転中心として、当該仮想楕円Ｑを回転して描かれる回転楕円面に沿って、反射部材２０の内面が形成されている。
【００１８】
熱源３０は、サークルラインヒータと称する円環状の赤外線ヒータを用いている。その構造は、図２に示すごとく、石英ガラスで形成された密封管３１内にコイル状のタングステンフィラメント３２（ヒータ線）を配置するとともに、密封管３１内に適量の不活性ガスを封入した構造となっている。封入する不活性ガスとしては、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等が用いられる。熱源３０の基端部は、ガイドブッシュ３３を介して反射部材２０に支持されている。
【００１９】
この熱源３０は、図３に示した反射部材２０における回転楕円面（内面２２ａ，２２ｂ）の焦点円ｂに沿って配設してある。また、反射部材２０における回転楕円面（内面２２ａ，２２ｂ）の他方の焦点ａ付近を、試料Ｓの配置部としてある。
【００２０】
次に、上述した赤外線加熱炉の作用を説明する。
図１に示すごとく、熱天秤は、試料Ｓを先端に保持する棒状の試料ホルダ２の周囲に保護管１を配置した構造を有しており、これら保護管１及び試料ホルダ２を、下側反射部材２０ｂの筒状部２１ｂから挿入することで、試料Ｓが反射部材２０の試料配置部へ配置される。上述したように、試料配置部は反射部材２０における回転楕円面（内面）の他方の焦点ａ付近に設定してあり、しかも熱源３０は反射部材２０における回転楕円面（内面２２ａ，２２ｂ）の一方の焦点円ｂに沿って配設してあるので、熱源３０から放射された赤外線は、反射部材２０の内面２２ａ，２２ｂで反射して試料配置部に収束する。したがって、熱源３０からの赤外線が試料Ｓに集中して、効率的に加熱することができる。
【００２１】
熱源３０から放射された赤外線の影響により、反射部材２０は加熱する。そこで、加熱炉本体１０内の密閉空間１４に、供給口１５から水等の冷却媒体を供給し、反射部材２０を冷却する。密閉空間１４は反射部材２０の裏面側に接しており、しかも反射部材２０は薄肉の銅合金板により形成されているので、赤外線が直接当たる反射部材２０の内面２２ａ，２２ｂと冷却媒体との間の距離が短い。したがって、反射部材２０に生じた熱をすみやかに冷却媒体が吸収し、効率的に反射部材２０を冷却することができる。
【００２２】
図４及び図５は本発明の他の実施形態に係る赤外線加熱炉を示す図である。なお、先に示した図２と同一部分又は相当する部分には同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
本実施形態の赤外線加熱炉には、熱源３０の位置調整手段が次のような構成で形成してある。
すなわち、既述した熱源３０の製作において、密封管３１内にハロゲンガスを封入するために、密封管３１の一部に突起状のガス封入部３４が形成される。一般に、このガス封入部３４は、図２に示すごとく密封管３１の周面から僅かに突き出しているに過ぎないが、本実施形態では、このガス封入部３４を加熱炉本体１０の外部まで延出する長さに形成して、熱源３０の位置調節手段として利用している（図４参照）。
【００２３】
反射部材２０には、図５に示すごとくガイド孔２３が形成してあり、このガイド孔２３の内面でガス封入部３４を支持するとともに、このガイド孔２３からガス封入部３４を外部へ延出させている。ガイド孔２３は、ガス封入部３４を熱源３０の径方向及び周方向に移動させ得る大きさに形成してある。また、熱源３０の基端部を支持するガイドブッシュ３３には、熱源３０の移動調整を許容するために、熱源３０を比較的ルーズに嵌め合わせてある。
以上の構成により、ガス封入部３４を加熱炉本体１０の外部から操作して、熱源３０の位置を調節することが可能となる。この調節により、反射部材２０の焦点円に対する熱源３０の位置合わせが容易となる。
【００２４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、熱源３０の位置調節手段としては、密封管３１のガス封入部３４を利用する以外にも、熱源３０を外部から移動させ得る突出し部を独自に形成する等、他の構成を採用することもできる。
また、反射部材２０の内面を放物面状に形成すれば、反射部材２０で反射した赤外線を平行ビームとして試料に照射することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外線加熱炉によれば、環状の熱源から放出される赤外線を反射部材の内面で反射して試料に照射する構成としたので、試料を効率的に加熱することができる。しかも、反射部材を薄肉の金属材料で構成し、且つ、反射部材の周囲に冷却媒体を供給する冷却空間を形成したので、反射部材を効率的に冷却することができる。
また、反射部材を絞り加工により形成することで、同部材を容易に製作でき量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る赤外線加熱炉の全体構成を示す正面断面図である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａ線図である。
【図３】反射部材の形状を示す正面断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る赤外線加熱炉の内部構造を、図２に対応して示す平面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
１：保護管
２：試料ホルダ
１０：加熱炉本体
１０ａ：上部本体
１０ｂ：下部本体
１３ａ，１３ｂ：透孔
１４：密閉空間
１５：供給口
１６：排出口
２０：反射部材
２０ａ：上側反射部材
２０ｂ：下側反射部材
２１ａ，２１ｂ：筒状部
２２ａ、２２ｂ：内面
２３：ガイド孔
３０：熱源
３１：密封管
３２：タングステンフィラメント
３３：ガイドブッシュ
３４：ガス封入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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