(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース上に配置した加熱炉によって試料を加熱する熱分析装置の加熱装置において、
前記金属ベースと前記加熱炉との間に配置され、断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成され、そして加熱炉を支持する加熱炉支持部材と、
前記加熱炉支持部材と一体で前記金属ベースに狭い面積で接触して置かれ、又は金属ベースから立てられていて前記加熱炉支持部材に狭い面積で接触して置かれ、そして断熱性及び電気絶縁性を有する複数の接触ピンと、
前記加熱炉を取り囲むケースと、
前記加熱炉に関して前記加熱炉支持部材の反対側に配置された補助支持部材と、を有し、
前記ケースによって前記補助支持部材を押すことにより、前記補助支持部材と前記加熱炉支持部材とによって前記加熱炉を挟んだ状態で前記加熱炉を前記金属ベース上で支持する
ことを特徴とする熱分析装置の加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱分析装置の加熱装置において、前記加熱炉支持部材の電気抵抗値が前記加熱炉から前記金属ベースへ向かう漏電を生じさせない値となるような前記加熱炉支持部材の低温領域に前記接触ピンを設けることを特徴とする熱分析装置の加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の熱分析装置の加熱装置において、前記加熱炉支持部材は円形状の板材によって形成され、前記複数の接触ピンは前記加熱炉支持部材のうち前記加熱炉を支持する中心部分から離れた周辺部分に設けられることを特徴とする熱分析装置の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の温度を変化させたときにその試料の性質がどのように変化するかを測定する熱分析装置に関する。特に、試料の温度を変化させるための加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、数多くの種類の熱分析装置が知られている。例えば、試料の温度を変化させたときのその試料の重量の変化を測定する熱重量測定装置（ＴＧ装置：Thermogravimetry装置）や、試料と標準物質とを同時に温度変化させて、両者間に現れる温度差を測定することによって試料に生じた熱変化を測定する示差熱分析装置（ＤＴＡ装置： Differential Thermal Analysis装置）や、試料の温度を変化させながら非振動的な荷重を加えたときのその試料の変形を測定する熱機械分析装置（ＴＭＡ装置： Thermomechanical Analysis装置）や、その他種々の装置が知られている。各種の熱分析装置に共通するのは、試料の温度を所定のプログラムに従って変化させることであり、そのため、通常の熱分析装置には加熱装置が付属して設けられる。
【０００３】
今、熱分析装置の１つとして熱重量測定装置（ＴＧ装置）を考えると、その熱重量測定装置（ＴＧ装置）は、例えば図３に示すように、試料Ｓの重量を測定するための天秤機構５１と、試料Ｓの温度を変化させるための加熱炉５２とを有している。通常、天秤機構５１は、外部から電気ノイズが入ることを防止するために金属製のシールドケース５３によって囲まれる。従って、加熱炉５２はシールドケース５３の上面５４を金属ベースとしてその金属ベースの上に設置される。
【０００４】
加熱炉５２は、通電によって発熱するヒータ５５を有しており、このヒータ５５から放出される熱により試料Ｓを加熱する。この加熱炉５２には断熱性及び電気絶縁性が要求される。断熱性というのは、熱を伝え難くて温度差を維持することができる性質のことであり、より具体的には、加熱炉５２で発生した熱を金属ベース５４へ伝えない性質のことである。また、電気絶縁性というのは、電気抵抗値が大きくて電気を伝え難い性質のことであり、より具体的には、加熱炉５２から金属ベース５４への漏電を阻止できる性質のことである。
【０００５】
断熱性が要求されるのは、シールドケース５３内に設置される各種の測定系が高温にさらされるのを阻止するためである。また、電気絶縁性が要求されるのは、ヒータ５５への通電が金属ベース５４を通して漏電することにより、シールドケース５３内の各種測定系の電気制御系が誤動作したり、場合によっては破壊することを防止するためである。
【０００６】
従来の加熱装置では、上記の断熱性及び電気絶縁性を達成するため、図４に示すような構造を採用していた。すなわち、ステンレスなどの金属製の支柱５６によって２枚のセラミックス板５７ａ及び５７ｂを金属ベース５４の上に積層して配置し、上側のセラミックス板５７ａの上にブラケット５８によって加熱炉５２を固定する。この従来の構造によれば、２枚のセラミックス板の働きにより、断熱性及び電気絶縁性が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックスというのは、成形、焼成などの工程を経て得られた非金属無機材料のことである。このセラミックスは、一般に、常温では十分な電気絶縁性を呈するが、これが１５００℃程度の高温になると電気絶縁性が極端に低下して漏電が発生しやすくなる。図４に示した従来の構造において、セラミックス板５７ａ及び５７ｂを積層しているのは、これらのセラミックス板の温度を低温に保持することにより電気絶縁性が低下するのを防止するためである。
【０００８】
しかしながら、従来の加熱装置は、セラミックス板の積層構造を採用した関係上、構造が複雑であり、そのために組み立てが難しく、保守作業がし難く、壊れやすく、しかも部品コスト及び製造コストが高くなり、さらに全体形状が大型になるという問題があった。全体形状が大型になるということは、加熱炉全体の熱容量が大きくなるということであり、その結果、試料の温度を制御するために加熱炉の温度を上げ下げする際、その温度の上げ下げを迅速に行うことができないという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、十分な断熱性及び電気絶縁性を保持した上で、構造が簡単であり、しかも小型である加熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る熱分析装置の加熱装置は、金属ベース上に配置した加熱炉によって試料を加熱する熱分析装置の加熱装置において、（１）前記金属ベースと前記加熱炉との間に配置され、断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成され、そして加熱炉を支持する加熱炉支持部材と、（２）前記加熱炉支持部材と一体で前記金属ベースに狭い面積で接触して置かれ、又は金属ベースから立てられていて前記加熱炉支持部材に狭い面積で接触して置かれ、そして断熱性及び電気絶縁性を有する複数の接触ピンと、（３）前記加熱炉を取り囲むケースと、（４）前記加熱炉に関して前記加熱炉支持部材の反対側に配置された補助支持部材と、を有し、（５）前記ケースによって前記補助支持部材を押すことにより、前記補助支持部材と前記加熱炉支持部材とによって前記加熱炉を挟んだ状態で前記加熱炉を前記金属ベース上で支持することを特徴とする。
【００１１】
この加熱装置によれば、加熱炉支持部材を接触ピンを介して狭い面積で金属ベースに接触させ、しかも、その接触ピンを断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成したので、積層構造でない１つの加熱炉支持部材だけで十分な断熱性及び電気絶縁性を保持できる。この結果、加熱装置の構造を簡単にすることができ、それ故、加熱装置の組み立てが容易になり、保守作業が容易になり、壊れ難くなり、しかも部品コスト及び製造コストを低減できる。さらに、加熱装置の全体形状を小型にできるので、加熱装置全体の熱容量を小さくでき、それ故、加熱炉の温度の上げ下げを迅速に制御できる。
【００１２】
接触ピンを加熱炉支持部材のどの位置に設けるかについては、特に限定されるものではないが、望ましくは次のような位置に配設する。セラミックスによって形成した加熱炉支持部材は、常温では漏電を阻止できるに足る十分な電気絶縁性を有する。しかしながら、この加熱炉支持部材が１５００℃程度の高温になると、その電気抵抗値が極端に小さくなる。従って、接触ピンは加熱炉支持部材のうちの低温領域に設けることが望ましい。但し、ここにいう低温というのは、加熱炉支持部材の電気抵抗値を加熱炉から金属ベースへ向けて漏電が生じるのを阻止できる値とするような低温温度のことである。
【００１３】
なお、接触ピンは焼成等によって加熱炉支持部材と一体に形成することもでき、あるいは、接触ピンを加熱炉支持部材と別体に形成した後にそれを接着剤によって加熱炉支持部材に固着することもできる。また、接触ピンは金属ベースから立てることもできる。
【００１４】
加熱炉支持部材及び接触ピンの具体的な構造として、次の構成すなわち、加熱炉支持部材を円形状、三角形状、四角形状、その他任意の形状の板材によって形成し、そして複数の接触ピンをその加熱炉支持部材のうち加熱炉を支持する中心部分から離れた周辺部分に設けるという構成を採用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る加熱装置の一実施形態を示している。この実施形態は、熱分析装置の一種類である熱重量測定装置（ＴＧ装置）に本発明の加熱装置を適用した場合の実施形態である。ＴＧ装置は、天秤機構１を含む測定系を格納したシールドケース３と、試料Ｓを加熱するための加熱装置１１とを有する。シールドケース３は、導電性の金属材料によって形成されていて、その上面３ａが加熱装置１１を載せるための金属ベースとして働く。
【００１６】
天秤機構１は、支点Ｏを中心として揺動する天秤棒１２と、天秤棒１２の一端から延びていて試料Ｓを支持する支持棒１３と、天秤棒１２の一方に設けた荷重付与装置１４と、そして天秤棒１２の他方に設けた変位量検出装置１６とを有する。変位量検出装置１６の出力信号は重量測定回路１８へ送られ、その重量測定回路１８は荷重付与装置１４への電力供給量を制御する。
【００１７】
加熱装置１１は、試料Ｓを収納する円筒形状の加熱炉２と、その加熱炉２を載せる加熱炉支持部材７と、加熱炉２を格納する円筒形状のケース４とを有している。加熱炉支持部材７の中心部及び加熱炉２の底面の中心部には支持棒１３を通すための穴が開けられる。また、加熱炉２の外周にはヒータ線５が螺旋状に巻き付けられ、電力制御回路６によってヒータ線５が通電すると、そのヒータ線５が発熱する。加熱炉支持部材７は、断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって、図２に示すような円形状に形成される。
【００１８】
図２において、加熱炉２は加熱炉支持部材７の中心部分に設置される。そしてその中心から距離Ｒだけ離れた円軌跡の上に複数、例えば３個の接触ピン１７が等角度間隔で設けられる。これらの接触ピン１７は、加熱炉支持部材７を成形、焼成などによって作製する際にそれと一体に作製される。従って、接触ピン１７は、加熱炉支持部材７と同様に、断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成されている。なお、接触ピン１７を加熱炉支持部材７とは別に独自に作製し、その接触ピン１７を接着剤によって加熱炉支持部材７に接着することもできる。また、接触ピン１７をシールドケース３の金属ベース３ａに接着することもできる。
【００１９】
図１に示すように、加熱炉２を載せた加熱炉支持部材７は、接触ピン１７を介して金属ベース３ａの上に置かれている。加熱炉２に関して加熱炉支持部材７の反対側、すなわち加熱炉２の上側に補助支持部材８が配設される。この補助支持部材８は加熱炉支持部材７と同じ材質、すなわち断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成され、さらに加熱炉支持部材７と全く同じ形状に作られている。但し、補助支持部材８に設けられた接触ピン１７は加熱炉２と反対方向、すなわち図の上方向を向いている。
【００２０】
加熱炉２を収納するケース４はその天板部分の内面によって補助支持部材８の接触ピン１７を下方へ押し付け、これにより、加熱炉２が補助支持部材８及び加熱炉支持部材７によって挟まれた状態で位置不動に支持される。また、加熱炉２の側面全周であって加熱炉支持部材７と補助支持部材８との間に環状の断熱部材９が設置される。
【００２１】
本実施形態の熱分析装置及び加熱装置は以上のように構成されているので、電力制御回路６によって加熱炉２のヒータ線５へ電力が供給されてそのヒータ線５が発熱する。この発熱により、加熱炉２が高温になり、そして試料Ｓの温度が制御される。こうして試料Ｓの温度が変化するとき、試料Ｓに変化が生じてその重量が変化すると、天秤棒１２が揺動し、その揺動が変位量検出装置１６によって検出され、その変位量に対応した出力信号が重量測定回路１８へ送られる。重量測定回路１８は、送られてきた信号に対応した電力を荷重付与装置１４へ送り込み、これにより、天秤棒１２を水平状態に保持する。重量測定回路１８は、荷重付与装置１４へ供給した電力量に基づいて試料Ｓに発生した重量変化を演算する。
【００２２】
加熱炉２が高温になるとそれに追従して加熱炉支持部材７も高温になる。加熱炉支持部材７はセラミックスによって形成されているので、それが千数百度の高温になると電気絶縁性が低下する。電気絶縁性が低下して加熱炉支持部材７の電気抵抗値が許容限界値以下に低下すると、加熱炉２から金属ベース３ａへ向けて漏電が生じるおそれがある。これを回避するため、接触ピン１７を設けるための距離Ｒは、加熱炉支持部材７の温度を低下させるのに十分な距離に設定される。こうすれば、接触ピン１７を設けた位置の加熱炉支持部材１７の電気抵抗値を漏電の発生を阻止できるに足る十分な大きさに保持できる。
【００２３】
本実施形態の熱分析装置では、加熱炉支持部材７を接触ピン１７を介して狭い面積で金属ベース３ａに接触させ、しかも、その接触ピン１７を断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成した。従って、積層構造でない１つの加熱炉支持部材７だけで十分な断熱性及び電気絶縁性を保持できる。この結果、加熱装置１１の構造を簡単にすることができ、それ故、加熱装置１１の組み立てが容易になり、保守作業が容易になり、壊れ難くなり、しかも部品コスト及び製造コストを低減できる。さらに、加熱装置１１の全体形状を小型にできるので、加熱装置全体の熱容量を小さくでき、それ故、加熱炉の温度の上げ下げを迅速に制御できる。
【００２４】
以上、好ましい実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、本発明に係る加熱装置は、ＴＧ装置以外の任意の熱分析装置に適用できる。加熱炉支持部材の形状は円形状に限られない。接触ピンの数は３個に限られず、それ以上又はそれ以下とすることができる。補助支持部材８は加熱炉２を位置不動に支持するために用いられるものであるが、加熱炉支持部材７がネジその他の締結器具によって金属ベース３ａに位置不動に固着され、さらに加熱炉２がその加熱炉支持部材７の上に位置不動に固着されるならば、補助支持部材８は不要である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の熱分析装置の加熱装置によれば、加熱炉支持部材を接触ピンを介して狭い面積で金属ベースに接触させ、しかも、その接触ピンを断熱性及び電気絶縁性を有するセラミックスによって形成したので、積層構造でない１つの加熱炉支持部材だけで十分な断熱性及び電気絶縁性を保持できる。この結果、加熱装置の構造を簡単にすることができ、それ故、加熱装置の組み立てが容易になり、保守作業が容易になり、壊れ難くなり、しかも部品コスト及び製造コストを低減できる。さらに、加熱装置の全体形状を小型にできるので、加熱装置全体の熱容量を小さくでき、それ故、加熱炉の温度の上げ下げを迅速に制御できる。
【００２６】
請求項２記載の熱分析装置の加熱装置によれば、加熱炉支持部材の温度が十分に低下してその電気抵抗値が十分に大きい所に接触ピンを設けることができるので、加熱炉から金属ベースへの漏電を確実に防止できる。
【００２７】
請求項３記載の熱分析装置の加熱装置によれば、加熱炉支持部材を円形状に形成するので、熱の流れが安定状態になる。
【００２８】
請求項１記載の熱分析装置の加熱装置によれば、加熱炉を簡単な構造によって位置不動にしっかりと支持できる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱装置及びそれを用いた熱分析装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】図１の加熱装置に用いられる主要部品である加熱炉支持部材の底面図である。
【図３】従来の熱分析装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【図４】従来の加熱装置の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１        天秤機構
２        加熱炉
３        シールドケース
３ａ      金属ベース
４        ケース
５        ヒータ線
７        加熱炉支持部材
８        補助支持部材
９        断熱部材
１１        加熱装置
１２        天秤棒
１３        支持棒
１４        荷重付与装置
１６        変位量検出装置
１７        接触ピン
Ｓ        試料
【図１】
0003791813.tif 000002
【図２】
0003791813.tif 000003
【図３】
0003791813.tif 000004
【図４】
0003791813.tif 000005