(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の試料ホルダと、この試料ホルダの一端に着脱自在な試料保持容器と、前記試料ホルダの外周を被覆する中空状の保護管とを装置本体に備え、
前記試料ホルダと保護管とが分離して相対移動可能であり、
且つ、前記保護管、試料保持容器、および試料ホルダが、保護管の中空部から試料保持容器の内部を経由して試料ホルダの中空部に抜ける気体流通路を形成する構成であり、
更に、前記試料ホルダは、前記装置本体に装着される固定管と、この固定管に対して軸方向に移動自在であって前記試料保持容器が装着される可動管とを含み、前記可動管の基部に固定管を嵌合するとともに、これら固定管と可動管との間に固定管に対する可動管の軸方向位置を微調整するねじ調節手段を設けたことを特徴とする気体流通型熱分析装置。
【請求項２】
請求項１の気体流通型熱分析装置において、
前記試料保持容器は、周壁に気体透過用の多数の小孔を有することを特徴とする気体流通型熱分析装置。
【請求項３】
請求項１または２の気体流通型熱分析装置において、
前記試料保持容器は、少なくとも充填される試料との接触部を、該試料に対し化学反応がほぼ生じない材料で形成してあることを特徴とする気体流通型熱分析装置。
【請求項４】
請求項１の気体流通型熱分析装置において、
前記試料保持容器は、金属材料で形成された筒状の容器本体と、この容器本体の底部に設けられ気体透過性を有するフィルタ部材と、充填される試料に対し化学反応がほぼ生じない材料で形成された筒状の内壁部材とを含み、前記内壁部材を容器本体の中空部内へ同軸状に嵌合した構成である気体流通型熱分析装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載した気体流通型熱分析装置において、
前記試料ホルダの一端に、試料保持容器の装着部を設けるとともに、
前記試料保持容器に、前記試料ホルダの装着部へ着脱自在に装着可能な被装着部を設けた気体流通型熱分析装置。
【請求項６】
請求項５の気体流通型熱分析装置において、
前記試料ホルダの装着部および前記試料保持容器の被装着部を、相互に螺合するボルト・ナット構造をもって構成した気体流通型熱分析装置。
【請求項７】
請求項５の気体流通型熱分析装置において、
前記試料ホルダの装着部および前記試料保持容器の被装着部を、相互に嵌合するとともに、該嵌合状態を摩擦により保持する構造をもって構成した気体流通型熱分析装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載した気体流通型熱分析装置において、
前記保護管は、装置本体に固定され、
前記試料ホルダは、装置本体から着脱自在であり、
前記装置本体に、試料ホルダを所定の装着位置に位置決めする位置決めガイドを設けたことを特徴とする気体流通型熱分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体の熱分解、気体と固体の反応（例えば、分解反応）、気体接触反応（例えば、触媒反応）など、気体の発生を伴う反応を測定の対象とする気体流通型熱分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体の熱分解、気体と固体の反応、気体接触反応などに対しては、測定雰囲気の種類や流速が自由に調節できる熱分析装置が必要である。その種の熱分析装置は、腐食性気体を含めて種々の気体が、試料内部を任意の流速で流通できる構成であることが好ましい。
【０００３】
図５は従来のこの種の気体流通型熱分析装置を示す構成図である。
同図に示す従来装置は、気体流通型の示差熱分析（ＤＴＡ）装置であり、同形の石英製ガラス管からなる基準容器１００と試料容器２００を管状の電気炉３００の中空部内に挿入配置した基本構造となっている（「新版熱分析」、神戸博太郎・小澤丈夫 編、講談社サイエンティフィク、Ｐ２７４〜２７５ 参照）。
【０００４】
石英ガラス管からなる基準容器１００と試料容器２００は、ともに中空部内の任意の位置に石英ウールで形成されたメッシュ状の隔壁１０１，２０１が設けてあり、この隔壁１０１，２０１の上に上面開口部から基準試料Ｓａおよび測定試料Ｓｂが充填される。さらに、各容器１００，２００の中空部内には、上面開口部から石英ガラス管からなる内管１１０，２１０が挿入され、これら内管１１０，２１０の内部にそれぞれ試料温度を測定する熱電対１２０，２２０が配置される。
【０００５】
気体は、基準容器１００の底部に連通する配管１３０から供給され、基準容器１００内に充填した基準試料Ｓａの内部を通過して、基準容器１００の上部から配管１４０を通して出ていく。基準容器１００を出た気体は、配管１４０を介して試料容器２００の底部に供給され、試料容器２００内に充填した測定試料Ｓｂの内部を通過して、試料容器２００の上部から出ていく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の気体流通型熱分析装置は、石英ガラス管からなる基準容器１００と試料容器２００の中空部内に石英ウールで隔壁１０１，２０１を形成し、この隔壁１０１，２０１の上部に試料を充填する構成のため、試料交換に際しては、電気炉３００から基準容器１００と試料容器２００の全体を取り外し、さらに内管１１０，２１０および熱電対１２０，２２０を各容器１００，２００から取り外すといった煩雑な作業が必要であった。
【０００７】
しかも、試料交換のたびに各構成部材をほぼすべて取り外し、再び図５に示すような構造に組み立てた場合、加熱炉等の構成部材に対する試料の相対位置が僅かながらも変動してしまうおそれがあり、その結果、測定雰囲気の再現性が悪く測定精度にばらつきを生じる可能性があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、試料の交換作業が容易な気体流通型熱分析装置の提供を目的とする。
さらに本発明は、周辺部材に対する試料の相対位置を一定に保持し、安定した測定雰囲気の再現を実現できる気体流通型熱分析装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、管状の試料ホルダと、この試料ホルダの一端に着脱自在な試料保持容器と、試料ホルダの外周を被覆する中空状の保護管とを装置本体に備え、試料ホルダと保護管とが分離して相対移動可能であり、且つ、保護管、試料保持容器、および試料ホルダが、保護管の中空部から試料保持容器の内部を経由して試料ホルダの中空部に抜ける気体流通路を形成する構成としてある。
【００１０】
試料ホルダの一端に着脱自在な試料保持容器を備えたので、試料交換の際は、保護管を試料ホルダの外周から退避させた後、試料ホルダから試料保持容器を取り外すだけで、容易に試料の交換作業を行うことができる。
【００１１】
ここで、試料保持容器は、周壁に気体透過用の多数の小孔を有する構成とすることができる（請求項２）。小孔は、試料保持容器に充填される試料が漏れださない程度の大きさに形成することが好ましく、またメッシュ状の微細な小孔で形成してもよい。
【００１２】
また、試料保持容器は、少なくとも充填される試料との接触部を、該試料に対し化学反応がほぼ生じない材料で形成してあることが好ましい（請求項３）。試料保持容器を、金属材料で形成された筒状の容器本体で構成する場合には、この容器本体の底部に設けられ気体透過性を有するフィルタ部材と、充填される試料に対し化学反応がほぼ生じない材料で形成された筒状の内壁部材とを含み、内壁部材を容器本体の中空部内へ同軸状に嵌合した構成とすることが好ましい（請求項４）。
【００１３】
さらに本発明は、試料ホルダの一端に、試料保持容器の装着部を設けるとともに、試料保持容器に、試料ホルダの装着部へ着脱自在に装着可能な被装着部を設けた構成を備えている（請求項５）。これら試料ホルダの装着部および試料保持容器の被装着部は、例えば、相互に螺合するボルト・ナット構造をもって構成することができる（請求項６）。また、試料ホルダの装着部および試料保持容器の被装着部は、相互に嵌合するとともに、該嵌合状態を摩擦により保持する構造をもって構成することもできる（請求項７）。
【００１４】
また、保護管を装置本体に固定し、試料ホルダを装置本体から着脱自在とするとともに、装置本体に、試料ホルダを所定の装着位置に位置決めする位置決めガイドを設けた構成とすることにより（請求項８）、試料交換のために装置本体から取り外した試料ホルダを、位置決めガイドにより再現性よく装置本体に再セットすることがでる。したがって、装置本体に固定された周辺部材に対する試料の相対位置を一定に保持し、安定した測定雰囲気の再現を実現できる。
【００１５】
さらに、試料ホルダを、装置本体に装着される固定管と、この固定管に対して軸方向に移動自在であって前記試料保持容器が装着される可動管とを含む構成とし、可動管の基部に固定管を嵌合するとともに、これら固定管と可動管都との間に固定管に対する可動管の軸方向位置を微調整するねじ調節手段を設ければ（請求項９）、ねじ調節手段により可動管の軸方向位置を微調整することでいっそう高精度に試料の位置決めをすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この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気体流通型熱分析装置の全体構成を示す正面断面図である。
同図に示す気体流通型熱分析装置は、示差熱分析（ＤＴＡ）を実施するために、基準側１の構造と測定側２の構造を備えている。各構造は対称構造となっており、ともに試料ホルダ１０、試料保持容器２０、熱電対３０、および保護管４０を含んでいる。
【００１７】
試料ホルダ１０は、ステンレズ等の金属材料からなる管状の可動管１１と、この可動管１１の基部１１ａに外嵌した固定管１２を含んでいる。可動管１１は固定管１２に対して軸方向に移動自在である。また、固定管１２の一端部には位置調整ナット１３が回転自在に装着してあり、一方、可動管１１の基部１１ａには一定長さにわたりねじ部１４が形成してある。ねじ部１４は位置調整ナット１３に螺合しており、同ナット１３を回転操作することで、可動管１１が固定管１２に対して軸方向に移動する構造（ねじ調節手段）となっている。
【００１８】
固定管１２は、装置本体５０に対して軸方向に着脱自在となっている。装置本体５０の固定管装着部分には、例えば突条の壁で形成された位置決めガイド５１が設けてあり、この位置決めガイド５１に合わせて固定管１２を装着するだけで、装置本体５０に対する固定管１２の位置決めを容易に且つ高精度に実現することが可能となっている。
【００１９】
可動管１１の基部１１ａには、気体排出口１１ｂが形成してある。また、可動管１１の基部１１ａには、その開口端部にステンレス管によって被覆されたシース型の熱電対３０が装着してある。この熱電対３０は、試料ホルダ１０の中空部を貫通して、試料保持容器２０の中空部内に先端部（温度検出部）が挿入配置されている。なお、可動管１１の開口端部は栓部材３１によって閉塞してある。
【００２０】
試料ホルダ１０（詳しくは、可動管１１）の他端部（図１の下端部）には、試料保持容器２０を装着するための装着部１５が設けてある。
図２は、試料ホルダ１０の他端部に設けた装着部１５と試料ホルダ１０を拡大して示す正面断面図である。同図に拡大して示すように、本実施形態では、装着部１５を筒状のボルト部材１５ａにより構成してあり、この装着部１５を試料ホルダ１０の他端部へ溶接等により取り付けてある。
【００２１】
試料保持容器２０は、ステンレス等の金属材料で有底筒状に形成してあり、底壁および周壁に多数の小孔２０ａが穿設されている。これらの小孔２０ａは気体を試料ホルダ１０の内部へ流入させる機能を有している。これらの小孔２０ａは、試料保持容器２０に充填された試料（例えば、粉末試料）が漏れださない程度の大きさに形成することが好ましい。
【００２２】
試料保持容器２０の一端開口部（図２では上端開口部）には、試料ホルダ１０の装着部１５へ装着するための被装着部２１が設けてある。本実施形態では、被装着部２１を筒状のナット部材２１ａにより構成してあり、この被装着部２１を試料保持容器２０の一端開口部へ溶接等により取り付けてある。すなわち、本実施形態では、ボルト・ナット構造をもって装着部１５と被装着部２１を構成してあり、ナット部材２１ａをボルト部材１５ａに螺合することで、試料保持容器２０を試料ホルダ１０の他端部へ着脱自在に装着可能となっている。
【００２３】
図１に戻り、保護管４０は、耐熱性を有する石英ガラスで形成してあり、その一端部（図１の上端部）が装置本体５０に固定されている。この保護管４０は、試料ホルダ１０の外周を被覆する位置に配置してある。保護管４０の他端部（図１の下端部）は、気体導通管４１と連通している。なお、この気体流通管４１は保護管４０と一体に形成してある。
【００２４】
さらに、保護管４０の外周には加熱炉６０が配置され、この加熱炉６０から放射される熱により、試料保持容器２０内に充填した試料を設定温度に加熱する。
なお、装置本体５０には、冷却通路５２が適所に形成してあり、この冷却通路５２には配管５３を介して、冷却水が循環供給される。
【００２５】
上述した構成の気体流通型熱分析装置は、装置本体５０から試料ホルダ１０を軸方向に取り外し、その後、試料ホルダ１０の装着部１５から試料保持容器２０を取り外すだけで、容易に試料を交換することができる。新規の試料を試料保持容器２０に充填した後は、再び試料ホルダ１０の装着部１５に試料保持容器２０を装着し、試料ホルダ１０を装置本体５０へ装着する。このとき、装置本体５０に設けた位置決めガイド５１に試料ホルダ１０の固定管１２を合わせるだけで、装置本体５０に対して試料ホルダ１０を高精度に位置決めすることができる。
【００２６】
さらに、固定管１２に設けた位置調整ナット１３を回転操作して、可動管１１を軸方向へ移動調整すれば、試料ホルダ１０（可動管１１）の装着部１５に装着した試料保持容器２０をいっそう高精度に位置決めすることができるので、周辺部材に対する試料の相対位置を一定に保持し、安定した測定雰囲気の再現を実現できる。
【００２７】
試料内に流通させる気体は、気体導通管４１を通して保護管４０の中空部内に導入され、続いて試料保持容器２０に穿設した小孔２０ａから同容器２０の内部に入り、試料内を流通して試料ホルダ１０の中空部から、可動管１１に形成した気体排出口１１ｂに抜けて排出される。気体排出口１１ｂは、図示しないガス分析装置に連通され、試料を導通してきた気体は、ガス分析装置へと送られていく。すなわち、本実施形態の気体流通型熱分析装置では、気体導通管４１、保護管４０、試料保持容器２０、および試料ホルダ１０を経由して気体排出口１１ｂに抜ける気体流通路が形成されている。なお、基準側の気体排出口１１ｂを測定側の気体導通管４１と連通させれば、図５に示した従来の気体流通型熱分析装置に対応した気体流通路を形成することもできる。
【００２８】
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、試料保持容器２０をステンレス等の金属材料で構成した場合、同容器に充填する試料によっては、試料保持容器２０との間で化学反応を生じる可能性もある。このような化学反応を回避するには、図３に示すごとく、ステンレス等の金属材料で形成した筒状の容器本体２２の内部に、試料との間で化学反応が生じるおそれのない材料（例えば、石英ガラス）からなる筒状の内壁部材２３を嵌め込んでもよい。
【００２９】
図３に示す構成例では、容器本体２２の開口する底部に気体透過性を有するフィルタ部材２４を設け、このフィルタ部材２４を透して内部に気体を流通させる構成としてある。勿論、このフィルタ部材２４も試料との間で化学反応が生じるおそれのない材料で構成することが好ましい。例えば、このフィルタ部材２４は、石英ガラス製の繊維素材で形成することができる。なお、被装着部２１は、図２に示した構成と同様である。
【００３０】
また、試料ホルダ１０とその中空部内を流通する気体との化学反応を回避するためには、試料ホルダ１０をそのような化学反応の生じるおそれのない材料（例えば、石英ガラス）で構成することが好ましい。さらに、試料保持容器２０も、試料および気体と化学反応するおそれのない材料（例えば、石英ガラス）で全体を構成することもできる。
【００３１】
図４に示す構成例では、試料ホルダ１０および試料保持容器２０の双方を石英ガラスで構成してある。この場合、試料ホルダ１０の装着部１５にボルト部材を溶接することが困難であり、また試料保持容器２０の被装着部２１にもナット部材を溶接することは困難である。そこで、図４に示す構成例では、試料ホルダ１０の装着部１５および試料保持容器２０の被装着部２１を粗面に形成し、これら各部１１，２１を相互に嵌合するとともに、その嵌合状態を摩擦力により保持する構成としてある。
【００３２】
既述した実施形態の気体流通型熱分析装置は、示差熱分析（ＤＴＡ）を実施するために、基準側の構造と測定側の構造を備えていたが、本発明は、測定側のみの単体構造からなる気体流通型熱分析装置にも適用できることは勿論である。
【００３３】
また、試料ホルダ１０、保護管４０、加熱炉６０等の構成部は、縦形配置に限らず横型配置としてもよく、さらには必要に応じて上下転倒させた配置構造としてもよい。図１に示す構造を上下転倒させた場合には、試料ホルダ１０と連通する試料保持容器２０の開口部に、気体透過性を有するフィルタ部材を装着し、試料の落下を阻止することが好ましい。
【００３４】
さらに、既述した実施形態では、試料ホルダ１０を装置本体に対して着脱する構成としたが、必要に応じて保護管４０や加熱炉６０を試料ホルダ１０に対し移動自在としてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料ホルダの一端に着脱自在な試料保持容器を備えたので、試料ホルダから試料保持容器を取り外すだけで、容易に試料の交換作業を行うことができる。
【００３６】
また、保護管を装置本体に固定し、試料ホルダを装置本体から着脱自在とするとともに、装置本体に、試料ホルダを所定の装着位置に位置決めする位置決めガイドを設けた構成とすることにより、試料交換のために装置本体から取り外した試料ホルダを、位置決めガイドにより再現性よく装置本体に再セットすることがでる。したがって、装置本体に固定された周辺部材に対する試料の相対位置を一定に保持し、安定した測定雰囲気の再現を実現できる。
【００３７】
さらに、試料ホルダを、装置本体に装着される固定管と、この固定管に対して軸方向に移動自在であって前記試料保持容器が装着される可動管とを含む構成とし、可動管の基部に固定管を嵌合するとともに、これら固定管と可動管都との間に固定管に対する可動管の軸方向位置を微調整するねじ調節手段を設ければ、ねじ調節手段により可動管の軸方向位置を微調整することでいっそう高精度に試料の位置決めをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る気体流通型熱分析装置の全体構成を示す正面断面図である。
【図２】同装置における試料ホルダの他端部に設けた装着部と試料ホルダを拡大して示す正面断面図である。
【図３】試料保持容器の他の構成例を示す正面断面図である。
【図４】試料ホルダおよび試料保持容器の更に他の構成例を示す正面断面図である。
【図５】従来の気体流通型熱分析装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０：試料ホルダ
１１：可動管
１１ａ：基部
１１ｂ：気体排出口
１２：固定管
１３：位置調整ナット
１４：ねじ部
１５：装着部
１５ａ：ボルト部材
２０：試料保持部材
２０ａ：小孔
２１：被装着部
２１ａ：ナット部材
２２：容器本体
２３：内壁部材
２４：フィルタ部材
３０：熱電対
３１：栓部材
４０：保護管
４１：気体導通管
５０：装置本体
５１：位置決めガイド
５２：気体排出口
５３：配管
６０：加熱炉
【図１】
0003840606.tif 000002
【図２】
0003840606.tif 000003
【図３】
0003840606.tif 000004
【図４】
0003840606.tif 000005
【図５】
0003840606.tif 000006