(57)【要約】【課題】ＤＳＣ曲線で示されるベースラインのドリフトを補正することができる示差走査熱量測定装置を提供する。【解決手段】試料Ｓと基準物質Ｒを収容するサンプルパン２１、２２に接触させてその温度を検出する温度センサ２４、２５を備えたＤＳＣ検出器２を内設した加熱炉１と、その下に厚みを傾斜的に変えた熱伝導率の異なる２種類の熱抵抗体３１、３２を重ね合わせて保持リング３３で固定し、この保持リング３３に調整レバー３４を設けて平面上で回転できるようにした合成熱抵抗体３を配置し、この合成熱抵抗体３をヒータ８で加熱する。合成熱抵抗体３を平面上で回転させその位置を調整してサンプルパン２１、２２への熱伝達率を変えることによりベースラインのドリフトを補正する。【選択図】            図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
試料及び基準物質を加熱する加熱炉と、その加熱炉と加熱手段であるヒータとの間に介在され熱交換を行う熱抵抗体と、加熱炉の温度を制御する温度制御手段と、前記加熱炉内にあって試料と基準物質の温度差を検出する検出器とを備えた示差走査熱量測定装置において、前記熱抵抗体を熱伝導率が互いに異なるとともに、厚さが円周方向に異なる２種類の材質で構成し、この熱抵抗体を回転させる回転機構を備えていることを特徴とする示差走査熱量測定装置。
【請求項２】
ブランク測定時のベースラインのドリフトを補正するための熱抵抗体の回転量を記憶するドリフト補正量記憶手段と、実試料測定時に自動的に記憶された熱抵抗体の回転量だけ熱抵抗体を回転させてベースラインのドリフトを補正するドリフト補正手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の示差走査熱量測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、試料を加熱し示差走査熱量測定（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）を行い、材料物性を評価する示差走査熱量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）装置は、炉体温度を変化させながら、炉体内に収容された測定対象となる試料と熱的に不活性な例えばアルミナ粉末等の基準物質との温度差を測定することにより、単位時間当りに試料に出入りする熱量を求めるもので、材料物性の評価に広く利用されている。
【０００３】
従来の示差走査熱量測定装置は、図５に示すように、加熱炉１はネジ１３で熱抵抗体３Ａを挿んでベース筐体７に固定され、熱抵抗体３Ａを介しヒータ８で発生した熱を受熱し、試料Ｓと基準物質Ｒとを収容して加熱する。試料Ｓはサンプルパン２１に、基準物質Ｒはサンプルパン２２に収容されて、加熱炉１内のＤＳＣ検出器２上に載置される。
【０００４】
前記ＤＳＣ検出器２は、載置されたサンプルパン２１内の試料Ｓとサンプルパン２２内の基準物質Ｒの温度をそれぞれ検出するための温度センサ２４、２５を備えた載置台であり、ここで検出された試料Ｓと基準物質Ｒの温度信号は測定・制御部１００を構成するＤＳＣ信号検出回路１０１に送られる。ＤＳＣ信号検出回路１０１は、これら試料Ｓと基準物質Ｒの温度差に基づいて、単位時間当たりに試料Ｓに出入りする熱量を示すＤＳＣ信号を求めるものであり、このＤＳＣ信号は、試料温度信号とともにコンピュータ１０３に送られ試料Ｓへ流入または試料Ｓから流出する熱量、すなわち試料のエンタルピー変化量が測定される。また、温度制御回路１０２は、ヒータ８の近傍に設置した温度センサ２６の検出信号が、コンピュータ１０３から出力される昇温プログラム信号に一致するように制御するものである。
【０００５】
上記示差走査熱量測定装置において、前記コンピュータ１０３に昇温プログラムを設定し、図６に例示するように加熱炉１の炉体温度Ｔｆを経時的に昇温させることによって試料温度Ｔｓと基準温度Ｔｒとを漸次昇温させると、試料Ｓに熱的変化がない場合は、試料Ｓ及び基準物質Ｒとも炉体温度Ｔｆの上昇に伴って同様に温度上昇していくが、例えば試料温度Ｔｓが融解温度に到達すると、融解の終了まで試料Ｓの温度上昇は停止し、融解が終了すると速やかに系の温度に復帰し、元の昇温速度で昇温を再開する。このような試料温度Ｔｓの挙動は、試料温度Ｔｓと基準温度Ｔｒとの温度差に基づくＤＳＣ信号Ｗとして検出される。
【０００６】
前記ＤＳＣ信号Ｗは、炉体温度をＴｆ、試料温度をＴｓ、基準物質温度をＴｒ、基準物質Ｒの昇温速度をｄＴｒ／ｄｔ、熱抵抗をＲｔ、比例定数をＡとすると式（１）で表わされる（特許文献１参照）。
Ｗ＝−ＡＲｔ（Ｔｓ−Ｔｒ）ｄＴｒ／ｄｔ・・・（１)
【特許文献１】特開２０００−１９３６１８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の示差走査熱量測定装置は上記のように構成されているが、試料Ｓを収容するサンプルパン２１や基準物質Ｒを収容するサンプルパン２２の配置位置のずれ、構成部品の寸法誤差あるいは組立精度に起因して、試料Ｓと基準物質Ｒとの温度差は、前者に何ら熱的変化がなくても変化し、図７の曲線Ｄ１あるいはＤ２で示すように炉体温度Ｔｆの増加に伴いＤＳＣ信号のベースラインが増加または減少するドリフトを発生しやすい。通常ベースラインのドリフトはデータ処理によって見かけ上そのドリフトを打ち消すという方法が用いられているが、物理的には試料Ｓと基準物質Ｒとに余計な温度差がついた状態となり望ましいものではない。
本考案は上記の事情に鑑みてなされたものであって、ベースラインのドリフトをサンプルパンへの熱供給量を調節することにより除去できる示差走査熱量測定装置を提供する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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本考案の示差走査熱量測定装置は、試料及び基準物質を加熱する加熱炉と、その加熱炉と加熱手段であるヒータとの間に介在され熱交換を行う熱抵抗体と、加熱炉の温度を制御する温度制御手段と、前記加熱炉内にあって試料と基準物質の温度差を検出する検出器とを備えた示差走査熱量測定装置において、前記熱抵抗体を熱伝導率が互いに異なるとともに、厚さが円周方向に異なる２種類の熱抵抗体で構成し、この熱抵抗体を回転させる回転機構を備えているものである。
また本考案の示差走査熱量測定装置は、さらにブランク測定時のベースラインのドリフトを補正するための熱抵抗体の回転量を記憶するドリフト補正量記憶手段と、実試料測定時に自動的に記憶された熱抵抗体の回転量だけ熱抵抗体を回転させてベースラインのドリフトを補正するドリフト補正手段を備えているものである。
本考案の示差走査熱量測定装置は上記のように構成されており、ベースラインのドリフトを補正することができ、正確な示差走査熱量の測定を行うことができる。
【考案の効果】
【０００９】
部品の寸法公差や、組立精度に関わらず、物理的にＤＳＣ信号のベースラインのドリフトを補正することができ、理想的な熱的対称性を実現することで、より正確なエンタルピーの変化量や比熱容量の測定を行うことができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１０】
本考案による示差走査熱量測定装置の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本考案による示差走査熱量測定装置の構成を示す断面構成図、図２は実施例に係わる合成熱抵抗体の平面図（Ａ）とそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）、図３は示差走査熱量測定装置の外観図である。なお、図５に示した従来例の示差走査熱量測定装置と同様の機能を有する構成部材には同一番号を付記する。
【００１１】
本考案実施形態の示差走査熱量測定装置は、図１に示すように試料Ｓと基準物質Ｒとを加熱するための加熱炉１を備えている。この加熱炉１は上方が開口した炉体１１と蓋１２からなり、炉内の温度分布を均一化するために、銀や銅等の熱伝導性の良い金属を用い肉厚状の壁面で形成されている。その上部に凹状の試料収容部１ａが形成され、この中にＤＳＣ検出器２が配設されている。
【００１２】
前記ＤＳＣ検出器２は、試料Ｓと基準物質Ｒを収容するサンプルパン２１及びサンプルパン２２を載置するためのプレート２３と、各サンプルパン２１、２２の裏面に設けられた熱電対等の温度センサ２４、２５によって構成され、試料Ｓと基準物質Ｒの温度は温度センサ２４、２５により検出される。前記炉体１１の上方開口部は、サンプルパン２１、２２を載置した後に、蓋１２によって塞がれる。
【００１３】
前記加熱炉１はその下に合成熱抵抗体３を回転自在に介設した状態でベース筐体７に４本のネジ１３で固定され、均一な温度雰囲気を形成するために内部に窒素などの不活性ガスを封入し遮熱カバー４を被せている。前記合成熱抵抗体３は、図２の平面図（Ａ）、Ａ−Ａ断面図（Ｂ）に示すように、熱伝導率の異なる２種類の材質の熱抵抗体３１、３２を、それぞれ厚みが連続的に変わるよう勾配を設け、厚みが異なる方向で重ね合わせ、これを保持リング３３で固定するとともにこの保持リング３３に平面方向に回転させるための調整レバー３４を設けている。
【００１４】
本示差走査熱量測定装置は、前記遮熱カバー４の周囲を図３に示すように、外カバー５で覆いその上部に外蓋６を被せて外部環境温度の加熱炉１への影響を遮断している。この外カバー５には前記調整レバー３４を平面方向に回転させたときの回転角度を測定しておくための目盛付開口部５ａが設けられている。
【００１５】
前記ベース筐体７の上部には図１に示すように前記合成熱抵抗体３を加熱するためのヒータ８が固設されている。このヒータ８は温度制御回路１０２から供給される電流により加熱され、前記合成熱抵抗体３を加熱する。このヒータ電流は基準物質Ｒの温度Ｔｒを上昇させるコンピュータ１０３の昇温プログラムから発生される設定信号に前記ＤＳＣ検出器２の温度センサ２５もしくは別途設けた温度センサ（図示省略）の温度検出信号が等しくなるように制御される。これにより基準物質Ｒの温度は昇温プログラムに対応して上昇し、試料Ｓの温度も上昇する。
【００１６】
ベースラインのドリフト補正は、試料Ｓ及び基準物質Ｒをサンプルパン２１、２２に載置しない状態の測定、すなわちブランク測定を行う。上記の熱抵抗体３１の熱伝導度が熱抵抗体３２の熱伝導度より小さいとして、ベースラインが図７の曲線Ｄ１で示される発熱方向にドリフトした場合、このドリフトを補正するため調整レバー３４をＡ１の矢印方向に回す。これによりサンプルパン２２側の熱抵抗体３２の厚みが増し、サンプルパン２２側への熱伝達量が相対的に増大するのでベースラインは曲線Ｄ０で示されるベースラインに近づく。そして調整レバー３４を丁度ベースラインがほぼ曲線Ｄ０になる位置に設定し、その目盛位置を記憶する。また、ベースラインが曲線Ｄ２で示される吸熱方向にドリフトした場合、調整レバー３４をＡ２の矢印方向に回す。これによりサンプルパン２１側の熱抵抗体３２の厚みが増し、サンプルパン２１側への熱伝達量が相対的に増大するのでベースラインは曲線Ｄ０で示されるベースラインに近づく。そして調整レバー３４の位置をベースラインがほぼ曲線Ｄ０となるように設定し、その目盛位置を記憶する。以後この目盛位置で測定を行う。
【００１７】
図４は前記合成熱抵抗体３の他の実施例を示すもので、この合成熱抵抗体３Ｂは合成熱抵抗体３にベースラインのドリフト補正を自動的に行うことができるドリフト補正機能を付加したものである。すなわち合成熱抵抗体３Ｂはシャフト９１、カップリング９２及びステッピングモータ９３からなる駆動機構９を合成熱抵抗体３に付加したものである。図１の合成熱抵抗体３の代わりに合成熱抵抗体３Ｂを用い、試料Ｓ及び基準物質Ｒを載置しない状態（ブランク測定）でステッピングモータ９３を停止してＤＳＣ信号を測定しそのドリフト量を前記コンピュータ１０３に記憶する。そして実試料測定時にコンピュータ１０３からのドリフト信号により合成熱抵抗体３Ｂをステッピングモータ９３で駆動してドリフトを補正してＤＳＣ信号を測定する。
【００１８】
またブランク測定時にベースラインのドリフト量を入力、ステッピングモータ９３の回転角を出力、制御目標をドリフト量０とするフィードバック制御を実施し、この時の回転角の変化を前記コンピュータ１０３に記憶させる学習機能ＡＩを前記合成熱抵抗体３Ｂに持たせることができる。これにより実試料測定時には、試料変化に起因する真のベースライン変化によって誤動作しないようこのフィードバック制御を停止し、記憶された回転角情報に基づいてステッピングモータ９３を回転させドリフトを打ち消すというダイナミックな運転を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
示差走査熱量測定装置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本考案の実施例による示差走査熱量測定装置の全体断面図である。
【図２】実施例に係わる合成熱抵抗体の平面図（Ａ）とそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。
【図３】示差走査熱量測定装置の全体外観図である。
【図４】他の実施例による合成熱抵抗体の構成図である。
【図５】従来の示差走査熱量測定装置の加熱炉の側面断面図と測定・制御部のブロック図（Ａ）及びそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。
【図６】加熱炉内温度Ｔｆに対する試料温度特性Ｔｓ及び基準物質温度特性Ｔｒを示す図である。
【図７】ＤＳＣ信号のベースラインの温度ドリフトを示す図である
【符号の説明】
【００２１】
１  加熱炉
１ａ  試料収容部
１１  炉体
１２  蓋
１３  ネジ
２  ＤＳＣ検出器
２１  サンプルパン
２２  サンプルパン
２３  プレート
２４  温度センサ
２５  温度センサ
２６  温度センサ
３  合成熱抵抗体
３Ａ  熱抵抗体
３Ｂ  合成熱抵抗体
３１  熱抵抗体
３２  熱抵抗体
３３  保持リング
３４  調整レバー
４  遮熱カバー
５  外カバー
５ａ  目盛付開口部
６  外蓋
７  ベース筐体
８  ヒータ
９  駆動機構
９１  シャフト
９２  カップリング
９３  ステッピングモータ
１００  測定・制御部
１０１  ＤＳＣ信号検出回路
１０２  温度制御回路
１０３  コンピュータ
【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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【図６】
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【図７】
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