(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持管の先端部に形成した試料配置部に所要の試料を配置し、当該試料に検出棒を接触させるとともに、当該試料を所定温度に加熱したときの物理的変形を前記検出棒を介して測定する熱機械分析装置において、
前記支持管は、水平方向に延びており、
前記検出棒は、前記支持管の内部で軸方向に延在するとともに、加圧手段によって荷重が付与されて先端が試料に当接した状態が保持される構成であり、
更に、前記検出棒を軸方向に移動させて前記試料配置部から退避させる検出棒駆動手段と、
所要の試料を多数個配置可能な試料ステージと、
試料を把持する把持手段と、
この把持手段を前記試料配置部及び前記試料ステージの間で搬送する搬送手段と、
を備えたことを特徴とする横型の熱機械分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱機械分析装置において、
前記把持手段は、本体と、この本体に開閉自在に設けられ協同して試料を把持する複数の開閉爪と、これらの開閉爪を開閉駆動する駆動手段と、前記いずれかの開閉爪と一体に移動する把持確認用検知部材と、前記本体の所定位置に設けられた把持確認用センサとを備え、
前記開閉爪が試料を把持する位置まで移動したときに、前記把持確認用センサが前記把持確認用検知部材を検出するようにしたことを特徴とする熱機械分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱機械分析装置において、
前記把持確認用センサは、前記本体上の固定位置を任意に調整可能としたことを特徴とする熱機械分析装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の熱機械分析装置において、
前記把持手段に、前記開閉爪又は本体が外部から圧力を受けたとき、該圧力を伸縮動作により緩衝するダンパ部材を設けるとともに、該ダンパ部材の外力作用による所定量の縮みを検出する当接監視用センサを備えることを特徴とする熱機械分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物質の力学的特性が、温度に対してどのように変化するかを知ることができる熱機械分析（Thermo mechanical analysis,TMA)装置に関し、特に測定すべき試料を自動的に交換できるようにした熱機械分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱機械分析装置は、試料配置部に配置した試料に検出棒と称する変位伝達手段を接触させ、加熱によって生じた試料の変形をこの検出棒を介して差動トランスなどの検出器（主検出器）に伝達し、試料の温度に対する膨張，圧縮などの物理的変化を測定する構造を備えている。
【０００３】
さて、熱機械分析装置を用いた分析プロセスは、試料装着部への試料の装着、測定データの収集及び解析、試料の取出しに概ね分けられる。このうち、測定データの収集及び解析はコンピュータ制御をもって自動的に行なわれているが、試料の装着及び試料の取出し（すなわち、試料交換作業）は、一般に手作業で行なわれており煩わしさがあった。
【０００４】
実開昭６４−５１５３号公報には、熱分析装置の一つである示差熱分析装置（ＤＴＡ）を対象として、試料の自動交換を目的とした装置の考案が開示されている。
同公報の試料自動交換装置は、図９に示すように昇降するロッド（１００）の先端に鈎状の交換器（１０１）を備えており、この交換器（１０１）が上昇して検出棒（１０２）の上端（１０２ａ）に配置してあった試料容器（１０３）を保持し、さらに上昇する。
【０００５】
そして、試料容器（１０３）が加熱炉（１０４）の上端開口部より上に来た位置で、交換器（１０１）の上昇が停止する。その後、矢印Ａ方向に回転することによって、交換器（１０１）の下側に突出した試料容器（１０３）の底部が落下板（１０５）に当たり、試料容器（１０３）が交換器（１０１）から外れて落下する。
【０００６】
次に、交換器（１０１）が矢印Ｂ方向に回転し、所定の試料交換位置で待機していると、ターンテーブル（１０６）の上昇及び矢印Ｃ方向の回転により、交換器（１０１）内に新たな試料容器（１０３）が保持される。
続いて、ターンテーブル（１０６）が下降し、さらに交換器（１０１）が矢印Ｄ方向に回転し、検出棒（１０２）の上方に試料容器（１０３）を配置した後、交換器（１０１）が下降して保持していた試料容器（１０３）を検出棒（１０２）の上端（１０２ａ）に配置する。
以上の動作をもって試料容器の自動交換を実現する構成となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した実開昭６４−５１５３号公報の試料自動交換装置は、特に示差熱分析装置（ＤＴＡ）に適用して試料の自動交換を実現することを目的としている。したがって、装置の構造，試料形状，試料配置部及びその周辺構造がまったく異なる熱機械分析装置（ＴＭＡ）に、同公報開示の試料自動交換装置を適用することは本質的に不可能である。
【０００８】
この発明は上述のような事情に鑑みてなされたもので、熱機械分析装置（ＴＭＡ）に適用して試料の自動交換を実現し、研究員を煩雑な試料交換作業から解放することを目的とする。
【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この発明は、支持管の先端部に形成した試料配置部に所要の試料を配置し、該試料を所定温度に加熱したときの物理的変形を測定する熱機械分析装置において、所要の試料を多数個配置可能な試料ステージと、試料を把持する把持手段と、この把持手段を試料配置部及び前記試料ステージの間で搬送する搬送手段と備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の本発明によれば、把持手段で試料ステージ上の試料を把持するとともに、搬送手段によってこの把持手段を熱機械分析装置における試料配置部へ自動的に配置することが可能となる。
【００１１】
また、測定の終了した熱機械分析装置の試料装着部に配置してある試料を、把持手段により把持して搬送手段の動作により自動的に取り出すことができる。
ここで、把持手段は、本体と、この本体に開閉自在に設けられ協同して試料を把持する複数の開閉爪と、これらの開閉爪を開閉駆動する駆動手段と、上記いずれかの開閉爪と一体に移動する把持確認用検知部材と、本体の所定位置に設けられた把持確認用センサとを備え、開閉爪が試料を把持する位置まで移動したときに、把持確認用センサが把持確認用検知部材を検出するように構成することができる。
【００１２】
把持手段をこのように構成すれば、駆動手段によって開閉爪を開放位置から閉じる方向へ駆動し、それら開閉爪が協同して試料を把持する。開閉爪が試料を把持する位置まで移動したとき、把持確認用センサは把持確認用検知部材を検出するが、もし仮に開閉爪が試料を把持していない場合は、開閉爪が当該把持位置よりもさらに閉じる方向へ移動するため、把持確認用センサが把持確認用検知部材を検出しない状態となる。
【００１３】
このように、把持確認用センサによる把持確認用検知部材の検出，非検出の動作に基づいて、開閉爪が試料を把持したか否かを確認することがでるので、搬送ミスを防止して高い信頼性をもって試料の搬送を実現することができる。
【００１４】
なお、搬送対象となる試料の寸法に応じて開閉爪が試料を把持する位置は異なってくるため、該試料の把持位置に対応して、把持確認用センサの本体上の固定位置は、任意に調整可能とすることが好ましい。
【００１５】
また、この発明は、把持手段に、開閉爪又は本体が外部から圧力を受けたとき、該圧力を伸縮動作により緩衝するダンパ部材を設けるとともに、該ダンパ部材の外力作用による所定量の縮みを検出する当接監視用センサを備えた構成としてもよい。
熱機械分析装置における試料の搬送先、すなわち試料配置部は、一般に狭小空間となっており、その周囲には種々の障害物が存在している。しかも試料配置部やその周囲の障害物は、硝子材料などの脆く衝撃に弱い材質の部材で形成されていることもある。
【００１６】
このような試料配置部やその周囲の障害物に開閉爪の先端などが当接した場合に、ダンパ部材が縮んでその圧力を緩衝するので、試料配置部やその周囲の障害物、あるいは開閉爪の破損を回避することができる。
このとき、ダンパ部材は外部から圧力を受けたときに縮むが、この縮みを当接監視用センサが検出することで、開閉爪又は本体が障害物に当接したことを判断することができ、搬送手段の動作停止等の対応を適確にとることができる。
【００１７】
【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〜図８は、この発明を横型示差熱機械分析装置に適用した実施形態を示しており、図１は同装置の原理を示す模式図、図２は同装置の外観を示す側面図、図３は同じく平面図である。また、図４は支持管の内部及び周辺の構造を拡大して示す平面断面図である。
【００１８】
これらの図面に示すように、この実施形態に係る熱機械分析装置は、装置本体１、電気炉２、及び試料自動交換ユニット３を備えている。装置本体１の側壁からは支持管４が延出しており、この支持管４の先端部に形成した試料配置部５に試料Ｓを配置し、電気炉２によって該試料Ｓを加熱するとともに、装置本体１に内蔵した主検出手段としての差動トランス１０により試料Ｓの変形量を測定する構成となっている。
【００１９】
支持管４は、石英硝子やセラミック等の熱的変形の小さな材料で円筒状に形成してあり、図４に示すように、装置本体１の側壁からほぼ水平に延出している。支持管４の先端近傍には、周壁を上半分ほど切欠いて試料交換窓４ａが形成してあり、また支持管４の先端面は、隔壁４ｂによって閉塞してある。そして、支持管４における先端近傍の内部が試料配置部５となっており、試料Ｓは隔壁４ｂに一端が接触するような状態でこの試料配置部５に配置される。
【００２０】
支持管４の内部には、検出棒１１及び基準検出棒１２が、軸方向に延在しかつそれぞれ平行に並べて配設してある。図４に示すように、検出棒１１の先端は、試料配置部５に配置された試料Ｓの端部に接触させ、一方、基準検出棒１２の先端は、試料Ｓの一端を支持する支持管４の隔壁４ｂに接触させる。この実施形態では、これら検出棒１１及び基準検出棒１２は、石英硝子等の熱的変形の小さな同一の材料で形成してある。
【００２１】
また、これら検出棒１１及び基準検出棒１２の基端は、装置本体１に内蔵した差動トランス１０に連結してある（図１参照）。すなわち、差動トランス１０のコア１０ａには検出棒１１の基端が連結してあり、一方、差動トランス１０のコイル１０ｂには基準検出棒１２の基端が連結してある。差動トランス１０のコア１０ａ及びコイル１０ｂはそれぞれ軸方向に移動自在となっており、検出棒１１及び基準検出棒１２の軸方向移動と一体に同方向へ変位する。差動トランス１０のコア１０ａとコイル１０ｂの相対位置が変化すると、それに対応してコイル１０ｂに流れる電流が変化する。この電流値の変化を検出することにより、検出棒１１と基準検出棒１２との間の相対変位を求めることができる。
【００２２】
差動トランス１０のコア１０ａ及び検出棒１１には、電磁アクチュエータ等の加圧手段１３によって、所要の軸方向荷重を作用させることができる。試料Ｓに圧縮荷重をかけた状態で試料Ｓの熱的変形を測定する圧縮モードや、試料Ｓに引張荷重をかけた状態で試料Ｓの熱的変形を測定する引張モード等での測定実施に際して、この加圧手段１３によって、試料Ｓに図１，図４の左方向へ所要の加重がかけられる。
【００２３】
さらに、差動トランス１０のコア１０ａ及び検出棒１１は、モータ等からなる検出棒駆動手段１４によって、図１，図４の右方向へ駆動可能となっている。この検出棒駆動手段１４は、試料交換の実施に際し、試料配置部５から検出棒１１を退避させるとき等に用いられる。
一方、差動トランス１０のコイル１０ｂ及び基準検出棒１２には、ばね等の付勢手段１５により図１，図４の左方向へ一定の荷重がかけられており、この荷重によって基準検出棒１２の先端が、隔壁４ｂへの接触状態を保持している。
【００２４】
電気炉２は筒状をしており、図２，図３に示すように、装置本体１の基盤１ａに形成したガイドレール２０に沿って支持管４の軸方向に往復移動可能であり、この移動によって支持管４の外周位置に出没する。すなわち、電気炉２は、同図右方向への移動により、その中心部が支持管４に形成した試料配置部５の外周位置に置かれる。一方、同図左方向への移動によって、試料配置部５を露出させる位置（同図の位置）に置かれる。この電気炉２の駆動は、図１に示すモータ等の電気炉駆動手段２１によって行なわれる。
【００２５】
電気炉２の内側には円筒状の保護管２２が配設してある。この保護管２２は、支持管４の同軸上に位置決めしてあり、電気炉２と一体に移動して支持管４の外周を被覆する。この保護管２２の先端は閉塞してあり、また保護管２２の基端部は電気炉２から露出している。
【００２６】
さて、熱機械分析においては、必要に応じて、所定のガス雰囲気や真空雰囲気下で試料Ｓの熱的変位を測定する場合がある。そこで、装置本体１及び支持管４の内部は、大気から遮断してそれらの雰囲気を形成できるようにしておくことが好ましい。このため、装置本体１の内部は気密構造となっており、しかも図示しないガス供給源や真空ポンプと連通する配管を接続可能となっている。
【００２７】
装置本体１の内部と連通する支持管４は、先端近傍に試料交換窓が開口しているため、この試料交換窓からの大気の流入を防止する必要がある。この実施形態の熱機械分析装置では、保護管２２により支持管４の周囲を被覆することにより、試料交換窓からの大気の流入を防止している。
【００２８】
保護管２２の基端部は、装置本体１における支持管４の根元部分と密接して気密構造を形成する。この気密構造を確実に形成するために、支持管４の根元部分にはＶリング２３が配設してあり、一方、保護管２２の基端部にはこのＶリングが当接する密閉部材２４が装着してある。
【００２９】
図５は、この密閉部材２４及びＶリング２３の構成を拡大して示す平面断面図である。
密閉部材２４の基端には、Ｖリング２３の当接面２４ａが形成してあり、Ｖリング２３は可撓性の舌片２３ａをこの当接面２４ａと対向して配置してある。そして、保護管２２が電気炉２とともに移動して、電気炉２の中心部が試料配置部５の外周に位置決めされたとき、密閉部材２４の当接面２４ａがＶリング２３の舌片２３ａと当接し密閉状態を形成する。
【００３０】
従来の熱機械分析装置では、図１０又は図１１に示すように、Ｏリング２００を用いて上記支持管４の根元部分と保護管２２の基端部との間の密閉構造が形成されていた。すなわち、図１０の密閉構造は、支持管４の外周面にＯリングを装着し、このＯリングを支持管４の外周面と保護管２２の内周面との間に介在させて、密閉状態を形成する。また、図１１の密閉構造は、保護管２２の基端面と対向するように、支持管４の根元にＯリング２００を配設し、このＯリング２００を保護管２２の基端面と支持管４の根元との間で押し潰すようにして密閉状態を形成していた。
【００３１】
しかしながら、図１０の密閉構造では、支持管４と保護管２２との間を高精度に芯出しする必要があり、電気炉２及び保護管２２を支持するガイドレールの振れ等も防止した高精度な製作が必要となり、製作コストが高価格となる欠点があった。
また、図１１の密閉構造では、Ｏリング２００が有効に気密状態を形成するために必要とされる潰し量がＶリング２３に比べて微小であるため、保護管２２の位置決めが困難であった。
【００３２】
Ｖリング２３を対向する密閉部材２４の当接面２４ａに当接させるこの実施形態の密閉構造は、上述のようなＯリング２００を用いた従来の密閉構造に比べて、支持管４と保護管２２との間の芯出しや当接時の位置決めの許容範囲が広く、したがって製作が容易となる利点を有している。
【００３３】
上述した支持管４における試料配置部５の近傍には、図１に示すように、試料Ｓの温度を検出するための試料温度検出器１６が設けてある。また、電気炉２にも発熱温度を検出するための電気炉温度検出器１７が設けてある。この実施形態では、これら試料温度検出器１６及び電気炉温度検出器１７として、熱電対を使用している。
さらに、この実施形態に係る熱機械分析装置では、図２，図３に示すように、電気炉２の一端開口部近傍に冷却ファン６が配設してある。この冷却ファン６は、電気炉２内に冷風を送り込み、電気炉２を強制冷却する機能を有している。
【００３４】
なお、電気炉２内には、図示しない金属製の均熱筒が配設してあり、この均熱筒を介して電気炉２からの熱を試料へ放射することで、試料を均一に加熱できる構成となっている。また、電気炉２の外周にはカバー２５が設けてある。
【００３５】
上述した電気炉２、差動トランス１０のコイル１０ｂ、検出棒１１の加圧手段１３、検出棒駆動手段１４、電気炉駆動手段２１、試料温度検出器１６、及び電気炉温度検出器１７は、図１に示すようにそれぞれ制御装置７により制御され、自動的に熱機械分析を実行できるようになっている。
すなわち、後述する試料自動交換ユニット３により試料配置部５へ所要の試料を配置するときは、検出棒駆動手段１４によって検出棒１１を軸方向に移動させ、その先端を試料配置部５から離間させる。
【００３６】
続いて、試料自動交換ユニット３により試料配置部５へ所要の試料Ｓを配置した後、検出棒駆動手段１４による検出棒１１への駆動力を解除するとともに、加圧手段１３によって検出棒１１に所定の荷重を付与する。この荷重により検出棒１１の先端が試料Ｓの一端に当接した状態が保持される。
【００３７】
次いで、電気炉駆動手段２１を作動して、電気炉２の中心部を試料配置部５の外周位置に配置する。このとき保護管２２の基端部に装着した密閉部材２４が、装置本体１における支持管４の根元部分に配設してあるＶリング２３に当接して、保護管２２の内部から装置本体１の内部にかけて密閉構造を形成する。
ここで、必要に応じて密閉した保護管２２の内部から装置本体１の内部を真空吸引したり、また不活性ガス等を充填して、所要の測定雰囲気を形成することができる。
【００３８】
その後、電気炉２を作動して試料配置部５に配置した試料Ｓを加熱するとともに、差動トランス１０のコイル１０ｂに流れる電流の変化を検出して、試料Ｓの軸方向への変形を測定する。すなわち、試料Ｓが加熱によって変形すると、その変形量は検出棒１１に伝えられ、検出棒１１が軸方向へ移動する。このとき、試料Ｓを支持する支持管４が熱により変形した場合には、その変形が支持管４と接触する基準検出棒１２に伝えられ、基準検出棒１２が軸方向に移動する。
【００３９】
この結果、検出棒１１が連結した差動トランス１０のコア１０ａと、基準検出棒１２が連結した差動トランス１０のコイル１０ｂとの間の相対変位は、支持管４の変形成分を差し引いた試料Ｓの変形のみに対応することになる。そして、この相対変位に基づいて、差動トランス１０のコイル１０ｂに流れる電流値が変化する。これを制御装置７が検出して、所定の演算処理を経て、試料Ｓの熱機械分析を実行する。なお、制御装置７による熱機械分析のための演算処理過程は、従来公知の熱機械分析装置と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４０】
試料Ｓの温度は、試料温度検出器１６によって検出され、制御装置７はこの試料温度検出器１６からの温度情報に基づいて電気炉２を制御する。このとき、併せて電気炉２の加熱温度も電気炉温度検出器１７により測定されており、該電気炉２の温度状況も制御装置７に入力されている。
【００４１】
このようにして試料Ｓに対する熱機械分析が終了すると、電気炉２の差動を停止して、所定の温度まで電気炉２内の温度を自然降下させる。そして、急冷しても損傷しない温度まで電気炉２内の温度が降下したとき、冷却ファン６を駆動して強制冷却を実施する。これにより、電気炉２の冷却を速め、次の試料Ｓに対する熱機械分析測定のサイクルタイムを短縮化することができる。
【００４２】
次に、試料自動交換ユニット３について説明する。
図６は、試料自動交換ユニット３の全体構造を拡大して示す正面図である。
同図及び図２，図３に示すように、試料自動交換ユニット３は、基台３１、試料ステージ３２、昇降機構３３、水平搬送レール３４、及び支持アーム３５からなる搬送手段３０と、把持手段４０とを備えている。
【００４３】
基台３１は、熱機械分析装置の装置本体１の側方に並べて配設してあり、この基台３１の上部平面に試料ステージ３２が設けてある。この試料ステージ３２には、多数の試料Ｓを、図３のＸ，Ｙ方向へマトリクス状に並べて配置することができる。ここで、Ｘ方向は支持管４の軸と平行な方向であり、角柱又は円柱状の試料Ｓは、長辺をこのＸ方向に延在して試料配置部５に配置される。同様に、試料ステージ３２上でも、試料Ｓは長辺をこのＸ方向に延在して配置されている。
【００４４】
また試料ステージ３２は、基台３１に内蔵した前後移動機構（図示せず）によって、図３のＸ方向に移動可能となっている。なお、試料ステージ３２は、試料Ｓの配置面が熱機械分析装置における支持管４に形成した試料配置部５と略同じ高さに調整してある。
【００４５】
昇降機構３３は、基台３１の後部に設けてあり、基台３１に内蔵したモータ等の昇降駆動源（図示せず）から動力を得て、支柱３３ａが上下方向（図２のＺ方向）に昇降する構成となっている。支柱３３ａの上端には、水平搬送レール３４が図３のＹ方向に延在して配設してある。この水平搬送レール３４には、図３のＸ方向に延出する支持アーム３５の基端が装着してあり、内蔵したモータ等の水平駆動源（図示せず）によりこの支持アーム３５をＹ方向に往復移動する。
【００４６】
把持手段４０は、上述した支持アーム３５の先端に装着してあり、昇降機構３３による上下移動と水平搬送レール３４によるＹ方向への移動により、試料ステージ３２と試料配置部５との間で移動する。把持手段４０は、後述するように把持本体４１の底面から下方へ突き出した一対の開閉爪４３，４４を有しており、これらの開閉爪４３，４４が協同して試料Ｓを把持する。
【００４７】
上述した試料ステージ３２の前後移動機構、昇降駆動源、及び水平駆動源（いずれも図示せず）は、コントローラ８により制御されている。すなわち、試料交換に際して、コントローラ８は、前後移動機構を作動して試料ステージ３２をＸ方向に移動させ、所要の試料Ｓを把持手段４０の移動経路上に配置する。
【００４８】
次いで、水平駆動源を作動して、把持手段４０を水平搬送レール３４に沿ってＹ方向に移動させ、試料ステージ３２上の選択された試料Ｓの上方位置に把持手段４０の開閉爪４３，４４を位置決めする。この動作に入るとき、昇降機構３３の支柱３３ａが下降した状態となっていたら、あらかじめ昇降駆動源を作動して、把持手段４０を上昇位置に配置しておく。
【００４９】
続いて、昇降駆動源を作動して把持手段４０を下降させ、把持手段４０の開閉爪４３，４４を試料ステージ３２上の選択された試料Ｓの把持可能位置へと位置決めする。そして、該位置で開閉爪４３，４４が試料Ｓを把持した後、再び昇降駆動源を作動して把持手段４０を上昇させるとともに、水平駆動源を作動して把持手段４０をＹ方向に移動させ、把持している試料Ｓを試料配置部５の上方位置に位置決めする。
【００５０】
該上方位置から昇降駆動源を作動して、把持手段４０を試料配置部５に向けて下降させ、把持していた試料Ｓを試料配置部５に配置する。その後、開閉爪４３，４４を開いて試料Ｓの把持を解除し、昇降駆動源により把持手段４０を上昇させて試料配置部５への試料Ｓの配置動作を完了する。
【００５１】
測定済みの試料Ｓを試料配置部５から取り出すには、電気炉２を開いた後、水平駆動源及び昇降駆動源を作動して把持手段４０を試料配置部５へと移動させる。そして、開閉爪４３，４４により試料配置部５上の試料Ｓを把持し、再び昇降駆動源及び水平駆動源を作動して把持した試料Ｓを試料ステージ３２へと搬送する。
なお、コントローラ８には、制御装置７から装置本体１や電気炉２側の動作情報が出力されており、試料Ｓの測定開始，終了や電気炉２の開閉、検出棒駆動手段１４の作動等と連携して試料Ｓの交換動作を実行している。
【００５２】
図７は把持手段４０の内部構造を示す斜視図、図８は同じく正面図である。
これらの図に示すように、板状の把持本体４１の下面には、ガイドレール４２に沿って横方向に移動自在な一対の開閉爪４３，４４が支持されている。これら一対の開閉爪４３，４４は、互いに協同してその中間部に試料Ｓを把持する。
【００５３】
把持本体４１の上面中央部には、駆動モータ４５が設置してある。この駆動モータ４５の回転軸４５ａは、把持本体４１を貫通して同把持本体４１の下面側に露出している。この回転軸４５ａには楕円形状のカム４６が取り付けてあり、これら駆動モータ４５とカム４６により開閉爪４３，４４の駆動手段が構成されている。
【００５４】
すなわち、一対の開閉爪４３，４４はコイルばね等の付勢手段４７によって、常時互いの間隔を縮める方向（閉方向）に付勢されており、これら開閉爪４３，４４に挟まれた状態でカム４６の周面が各開閉爪４３，４４に当接している。そして、駆動モータ４５の回転に伴ってカム４６が回転し、当該カム４６の形状に応じて各開閉爪４３，４４が互いに対象な開閉動作を行なうようになっている。開閉爪４３，４４による試料Ｓの把持力は、付勢手段４７から与えられる付勢力で規定される。したがって、付勢手段４７は、試料Ｓの硬さに応じて開閉爪４３，４４に与える付勢力を調整可能とすることが好ましい。
【００５５】
また、一方の開閉爪４３の上端には、把持確認用検知部材としての第１シャッタ４８が装着してあり、他方の開閉爪４４の上端には、開放位置確認用の検知部材としての第２シャッタ４９が装着してある。これら各シャッタ４８，４９は、把持本体４１に穿設した長孔４１ａ，４１ｂを介して同把持本体４１の上面側に露出している。
【００５６】
さらに、把持本体４１の上面には、把持確認用センサ５０及び原点センサ５１が設けてある。この実施形態では、これらのセンサ５０，５１を光センサで構成している。すなわち、把持確認用センサ５０は投光部５０ａと受光部５０ｂからなり、それら各部５０ａ，５０ｂが開閉爪４３の移動に伴う第１シャッタ４８の移動経路を挟み、対向して設けてある。この設置位置は、各開閉爪４３，４４が協同して試料Ｓを把持したときに、第１シャッタ４８によって投光部５０ａからの光線が遮られる位置に調整してある。
【００５７】
ところで、搬送対象となる試料Ｓの寸法に応じて開閉爪４３，４４が当該試料Ｓを把持する位置は異なってくる。したがって、各開閉爪４３，４４が協同して試料Ｓを把持したとき第１シャッタ４８が停止する位置も異なってくる。このように搬送対象となる試料Ｓの寸法によって変わる第１シャッタ４８の停止位置に対応して、この把持確認用センサ５０の設置位置は、第１シャッタ４８の移動経路に沿って任意に調整できるようになっている。
【００５８】
その調整機構は、公知の各種位置調整機構を採用できる。例えば、長孔４１ａに沿ってその前後方向の両脇にそれぞれ案内レールを設け、これらの案内レール上を投光部５０ａ，受光部５０ｂが摺動できる構成とするとともに、案内レールの任意位置に締結具によって投光部５０ａ，受光部５０ｂを固定できる構成とすればよい。
【００５９】
原点センサ５１も投光部５１ａと受光部５１ｂからなり、それら各部５１ａ，５１ｂが開閉爪４４の移動に伴う第２シャッタ４９の移動経路を挟み、対向して設けてある。この実施形態では、開閉爪４４の全開位置を原点とし、開閉爪４４がこの全開位置にきたとき、第２シャッタ４９によって投光部５１ａからの光線が遮られる位置に、投光部５１ａと受光部５１ｂを設けてある。
【００６０】
上記の把持本体４１は、二つのダンパ部材５２，５２を介して支持アーム３５の先端部３５ａに装着してある。この実施形態では、ダンパ部材５２，５２として油圧ダンパを用いており、外筒５２ａに対してピストン棒５２ｂが油圧を受けながら軸方向に伸縮自在となっている。そして、これら外筒５２ａとピストン棒５２ｂのうちの一方（図では外筒５２ａ）を、支持アーム３５の先端部３５ａにそれぞれ装着し、他方（図ではピストン棒５２ｂ）を把持本体４１の上面にそれぞれ装着してある。
【００６１】
ダンパ部材５２，５２は、把持本体４１の下面に設けた開閉爪４３，４４が、下方から外力を受けたとき、その外力による衝撃を緩衝するようにピストン棒５２ｂが縮むようになっている。このピストン棒５２ｂは、油圧によって常時下向きに付勢されており、外力を受けないときはこの油圧によって所定の長さだけ突き出している。
【００６２】
支持アーム３５の先端部３５ａと把持本体４１のうちの一方（図では把持本体４１）には、当接監視用センサ５４が設けてあり、他方（図では支持アーム３５の先端部３５ａ）には当接監視用検知部材としての第３シャッタ５５が設けてある。
【００６３】
この実施形態では、当接監視用センサ５４を、投光部５４ａと受光部５４ｂからなる光センサで構成し、これら投光部５４ａと受光部５４ｂとを互いに対向して配置してある。そして、外力の作用によってピストン棒５２ｂが所定量縮んだとき、第３シャッタ５５がこれら投光部５４ａと受光部５４ｂの中間位置に介在して、投光部５４ａから発せられる光線を遮るように調整してある。
【００６４】
次に、上述した構成の把持手段４０の動作を説明する。
この把持手段４０も図１に示すコントローラ８によって動作が制御されている。
すなわち、コントローラ８から駆動モータ４５に駆動指令が送られると、該駆動モータ４５が作動してカム４６を回転駆動する。カム４６の回転に伴い、開閉爪４３，４４は開閉動作を行なう。そして、開閉爪４４が原点である全開位置まで開いたとき、原点センサ５１を構成する投光部５１ａと受光部５１ｂの間に第２シャッタ４９が介在し、投光部５１ａから発せられた光線を遮る。すると、原点センサ５１から第２シャッタ４９の検出信号がコントローラ８へ出力される。コントローラ８は、原点センサ５１からの検出信号を入力したとき、駆動モータ４５に停止指令を発し、開閉爪４３，４４の全開状態を保持する。
【００６５】
搬送手段３０の誤動作などにより、開閉爪４３，４４の先端が下がり過ぎて試料ステージや支持管４などに当接したときは、ダンパ部材５２，５２のピストン棒５２ｂが縮んでその衝撃を吸収し、開閉爪４３，４４などの損傷が回避される。さらに、ピストン棒５２ｂの縮みに伴い当接監視用センサ５４と第３シャッタ５５とが相対移動して、当該センサ５４を構成する投光部５４ａと受光部５４ｂの間に第３シャッタ５５が介在する。すると、当接監視用センサ５４から第３シャッタ５５の検出信号がコントローラ８へ出力される。
コントローラ８は、当接監視用センサ５４からの検出信号の入力によって動作異常の発生を確認し、支持アーム３５の動作を即時停止させる。
【００６６】
次に、開閉爪４３，４４により試料Ｓを把持するときは、コントローラ８が駆動モータ４５に駆動指令を発し、この駆動指令に基づいて該駆動モータ４５が作動してカム４６を回転駆動する。カム４６の回転に伴い、開閉爪４３，４４は原点位置である全開状態から徐々に閉じていく。
このとき、開閉爪４３，４４と一体に第１シャッタ４８も移動する。そして、把持確認用センサ５０を構成する投光部５０ａと受光部５０ｂの間まで第１シャッタ４８が移動したとき、投光部５０ａから発せられる光線が第１シャッタ４８によって遮られる。すると、把持確認用センサ５０から第１シャッタ４８の検出信号がコントローラ８へ出力される。
【００６７】
上述したように把持確認用センサ５０は、開閉爪４３，４４が予め設定された寸法の試料を把持したときに、第１シャッタ４８によって投光部５０ａからの光線が遮られる位置に調整してある。したがって、把持確認用センサ５０から第１シャッタ４８の検出信号を入力した時点で、開閉爪４３，４４により試料Ｓが把持されたことになる。
この実施形態では、把持確認用センサ５０から第１シャッタ４８の検出信号を入力した後、カム４６を停止させることなく継続して一定時間の間回転させている。
【００６８】
このようにカム４６を回転させても、コントローラが第１シャッタ４８の検出信号を入力した時点で、開閉爪４３，４４によって試料Ｓが把持されていれば、それ以上開閉爪４３，４４が閉じることはなく、したがって第１シャッタ４８も投光部５０ａと受光部５０ｂの間で停止したままとなり、第１シャッタ４８の検出信号が出力され続ける。
コントローラ８は、第１シャッタ４８の検出信号が継続して出力されることを確認することにより、開閉爪４３，４４が試料Ｓを適正に把持したと判断する。
【００６９】
一方、開閉爪４３，４４が試料Ｓを把持していなかったときは、カム４６の回転に伴い開閉爪４３，４４がさらに閉じ、それと一体に第１シャッタ４８も移動して投光部５０ａと受光部５０ｂの間から抜け出る。すると、受光部５０ｂが投光部５０ａからの光線を受光する状態となり、把持確認用センサ５０は第１シャッタ４８の検出信号の出力を停止する。第１シャッタ４８の検出信号が、このようなタイミングで入力されなくなったとき、コントローラは開閉爪４３，４４が試料Ｓを把持できなかったと判断し、当該サイクルでの試料搬送動作を中止する。
【００７０】
なお、この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、上述の実施形態では、基準検出棒１２と検出棒１１との間の相対変位を差動トランス１０により検出する示差方式を採用したが、検出棒のみを使用して試料の変形量を測定するいわゆる全膨張式の熱機械分析装置にもこの発明は適用することができる。
【００７１】
また、上述の実施形態では、支持管４や電気炉２などを水平配置した横型構造としたが、これら支持管４や電気炉２などを垂直配置した縦型構造の熱機械分析装置にも適用することができる。この場合、熱機械分析装置は、図２，図３に示した試料自動交換ユニット３も電気炉２や支持管４等と対応して垂直配置したような構造となる。
【００７２】
さらに、把持手段における開閉爪は、試料の形状，寸法によってその形状及び本数を任意に変更してもよい。また、ダンパ部材としては、油圧ダンパに限らず公知の各種ダンパを適用することができる。把持確認用センサ，原点センサ，当接監視用センサは、光センサ以外にも検知部材を検出可能な近接センサ等、各種のセンサを適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の熱機械分析装置によれば、把持手段で試料ステージ上の試料を把持するとともに、搬送手段によってこの把持手段を熱機械分析装置における試料配置部５へ自動的に配置することが可能となるので、試料の自動交換を実現でき、研究員を煩雑な試料交換作業から解放して作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施形態に係る横型示差熱機械分析装置の原理を示す模式図である。
【図２】同装置の外観を示す側面図である。
【図３】同じく平面図である。
【図４】支持管の内部及び周辺の構造を拡大して示す平面断面図である。
【図５】密閉部材及びＶリングの構成を拡大して示す平面断面図である。
【図６】試料自動交換ユニットの全体構造を拡大して示す正面図である。
【図７】把持手段の内部構造を示す斜視図である。
【図８】同じく正面図である。
【図９】示差熱分析装置（ＤＴＡ）に適用された従来の試料自動交換装置を示す斜視図である。
【図１０】Ｏリングを用いて保護管の基端部と支持管の根元との間を密閉する従来の密閉構造を示す断面図である。
【図１１】Ｏリングを用いて保護管の基端部と支持管の根元との間を密閉する従来の他の密閉構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１：装置本体              ２：電気炉
３：試料自動交換ユニット  ４：支持管
５：試料配置部            ６：冷却ファン
７：制御装置              ８：コントローラ
１０：差動トランス        １１：検出棒
１２：基準検出棒          １３：加圧手段
１４：検出棒駆動手段      １５：付勢手段
１６：試料温度検出器      １７電気炉温度検出器
２０：ガイドレール        ２１：電気炉駆動手段
２２：保護管              ２３：Ｖリング
２４：密閉部材            ２５：カバー
３０：搬送手段            ３１：基台
３２：試料ステージ        ３３：昇降機構
３４：水平搬送レール      ３５：支持アーム
４０：把持手段            ４１：把持本体
４２：ガイドレール
４３，４４：開閉爪        ４５：駆動モータ
４６：カム                ４７：付勢手段
４８：第１シャッタ        ４９：第２シャッタ
５０：把持確認用センサ    ５１：原点センサ
５２：ダンパ部材          ５４：当接監視用センサ
５５：第３シャッタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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