JPH0616015B2 - 熱分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば融点測定装置のように、比較的微量
（例えば０．１〜１００ｍｇ程度）の試料を加熱しなが
ら試料温度を精密に測定する熱分析装置に関するもので
ある。

本発明はまた、熱補償形示差走査熱量計に関するもので
ある。

（従来の技術） 微量試料を加熱しながらその温度を測定する熱分析装置
の例として第６図や第７図に示されるものがある。

第６図の構造の熱分析装置では、ヒータ２からの熱が伝
熱板４を伝わって試料６に伝えられる。温度検出器とし
て熱電対８は試料６の位置の伝熱板４に設けられてい
る。伝熱板４は金属であることが多いが、伝熱板４がな
く、空気層を介してヒータ２により試料６が加熱される
構造のものもある。また、試料６中に熱電対８を直接浸
漬することもある。

第７図の構造の熱分析装置では、試料ホルダ１０の底面
の下部に加熱炉１２が一体的に設けられている。加熱炉
１２では絶縁材１４中にヒータ１６と温度検出器として
の白金抵抗体１８が埋め込まれている。試料ホルダ１０
の上部には容器に入れられた試料２０が置かれる。

（発明が解決しようとする問題点） 第６図に示される熱分析装置では、ヒータ２と熱電対８
の間の熱抵抗が大きく、応答が悪い。

第７図に示される熱分析装置では、白金抵抗体１８など
の温度検出器がヒータ１６の近くに設けられるか、ヒー
タ１６と一体化されて設けられる。そのため、ヒータ温
度が検出されたのか、試料温度が検出されたのか不明で
あり、いちいち熱分析装置を較正する必要がある。

また、例えば第７図の熱分析装置で１０℃／分で加熱し
たとき、インジウム（Ｉｎ）の融点（１５６．５℃）が
約３〜４℃高めに現われることがある。この誤差は加熱
速度により異なり、加熱速度が大きくなる程、大きくな
る。

本発明は、ヒータで発生が熱が温度検出器に直接伝わら
ないよういしつつ、試料温度を急速に昇温することがで
き、しかも、試料温度を精密に測定することのできる熱
分析装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の熱分析装置は、第１の底板を有した上方に開口
した良熱伝導体の筒状体内に前記第１の底板との間には
熱抵抗部材を介し前記筒状体の内側面とは端面で密着し
た良熱伝導体の第２の底板を有し、その第２の底板上に
試料が容器に入れられた状態で又は直接に置かれる試料
ホルダと、前記第１の底板の下方に良熱伝導性の電気絶
縁部材を介して密着して設けられた平面状ヒータと、前
記第２の底板の下面中央に取りつけられ、前記熱抵抗部
材、前記第１の底板、前記電気絶縁部材及び前記平面状
ヒータのそれぞれの中央を貫通して外部へ導かれた温度
検出器とを備えている。

また、本発明の熱分戦役装置は、示差走査熱量計であっ
て、示差走査熱量計であって、参照物質用の試料加熱手
段及び試料測定用の試料加熱手段が、それぞれ上記の試
料ホルダと、その試料ホルダの下方に上記のように配置
された平面状ヒータと、上記のように配置された温度検
出器とを備えたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を表わす。

２２は円筒形の試料ホルダであり、側壁２４と加熱部材
２６が一体的に設けられている。加熱部材２６の上部に
はマイカ２８を介して試料ホルダ底面となる底板３０が
挿入され、底板３０の端面と試料ホルダ側壁２４の内側
が密着させられている。

試料ホルダ側壁２４及び底板３０としてはステンレスや
白金イリジウム合金などの耐熱金属を用いる。

マイカ２８の厚さは約２００〜３００μｍであり、熱抵
抗が十分に大きい。

底板３０上にはアルミニウムなどの容器に入れられた試
料２０が置かれる。

底板３０の中央部には温度検出器としての熱電対３２が
接合されて取りつれられている。

加熱部材２６の下部にはマイカ３４，ヒータ３６及びマ
イカ３８がこの順序で挿入され、さらにその下には筒の
先端が円板状に拡いた支持部材４０の円板状部が挿入さ
れている。これらの部材３４，３６，３８，４０は試料
ホルダ側壁２４の下部が内側へ折り曲げられることによ
り固定されている。

マイカ２８，加熱部材２６，マイカ３４，ヒータ３６，
マイカ３８及び支持部材４０は中央に孔があいており、
それらの孔を通って碍子３３で保護された熱電対３２が
外部へ導かれている。

ヒータ３６と加熱部材２６の曲に設けられているマイカ
３４の厚さは約２０〜３０μｍであり、この厚さはヒー
タ３６と支持部材４０の曲に設けられているマイカ３８
の厚さ（約２００μｍ）に比べて十分に薄く、ヒータ３
６で発生した熱を効率よく試料加熱に利用できるように
なっている。

ヒータ３６としては厚さ約１５μｍの薄膜ヒータを利用
し、マイカ３４，３８により絶縁している。

この加熱炉を兼ねる試料ホルダは、外形の直径Ｄを約７
ｍｍ、高さＨを約４ｍｍに製作することが可能である。
そのように小型に構成した場合には、１００℃／程度で
の試料加熱も可能である。

本実施例において、ヒータ３６で発生した熱は殆んど加
熱部材２６へ流れる。そして、加熱部材２６と底板３０
の間に厚いマイカ２８が介在しているので、加熱部材２
６からの熱は大部分が試料ホルダ２２の金属部分を通っ
て、矢印で表わされるように試料ホルダ側壁２４から底
板３０の中心方向に流れて熱電対３２に至る。このと
き、底板３０上には試料２０があるので、底板３０と試
料２０の間で熱交換が行なわれ、熱電対３２の所では試
料２０の温度と底板３０の温度はほぼ同一温度に平衡す
る。

本実施例によれば１〜２０℃／分の昇温速度範囲でイン
ジウムの融点の温度誤差は約０．３℃以内であった。

温度範囲が４００℃以下の場合にはマイカ２８，３４，
３８に代えてポリイミドのような耐熱性樹脂を使用する
ことができる。しかし、５００〜６００℃まで加熱する
場合はマイカが好ましい。

第２図に第１図の実施例の分解斜視図を示し、その製造
方法を説明する。

試料ホルダ本体２２をその側壁２４の下部が図のように
切り込まれた形状にしておく。

試料ホルダ本体２２の上方からは側壁２４の内側にマイ
カ２８を挿入し、熱電対３２が接合された底板３０をマ
イカ２８の上に圧入する。試料ホルダ２２の下方からは
マイカ３４，ヒータ３６，マイカ３８及び支持部材４０
をこの順序で挿入し、側壁２４の下部を内側へ下り曲げ
る。ヒータ３６のリード線３７ａ，３７ｂは側壁２４の
切れ目部分から外部へ取り出す。

第３図は本発明の第２の実施例を表わす。

第１図の実施例を比較すると、加熱炉中でヒータ３６と
加熱部材２６の間に介在している絶縁材としてのマイカ
３４が、本実施例ではアルミナを主成分としたセラミッ
クコーテイング４２に置き換わっている点で相違してい
る。他の構造は第１図の実施例と同じである。ただし、
熱電対３２の碍子の図示は省略してある。

セラミックコーティング４２の厚さは、熱的には薄い程
よいが、薄くなると電気絶縁性が悪くなるので、３０〜
５０μｍ程度が適当である。

セラミックコーティング４２は５００〜６００℃まで電
気絶縁性があり、マイカより熱伝導率が大きい。また、
厚さを均一にすることができ、マイカのように空気層が
入り込むこともないので、特性の揃ったものを作ること
が容易である。

このようなセラミックコーティング４２を加熱部材２６
の裏面に形成するには、第２図に示されるように、試料
ホルダ２２の側壁２４の下部がまっすぐの状態で加熱部
材２６の裏面にセラミックコーティングをし、ラッピン
グを施せばよい。

第３図の実施例では加熱部材２６と底板３０の間、及び
ヒータ３６と支持部材４０の間には第１図の実施例と同
様にそれぞれマイカ２８，３８を使用している。これは
熱の損失を小さくすることの他、温度サイクルによる各
部材間の熱膨張差やセラミックコーティングのわずかな
面のうねりを吸収し、ヒータ３６を加熱部材２６に均一
に押しつけるクッション材の役目もしている。

第３図の実施例を使用すると、ベースライン、ノイズレ
ベルともに第１図の実施例の２〜３倍向上した。

第４図は本発明の第３の実施例を表わす。

第３図の実施例と比較すると、底板３０の底面にもセラ
ミックコーティング４４を施し、セラミックコーティン
グ４４とマイカ２８の間にも熱電対４６，４８を設け、
熱電対３２，４６及び４８を電気的に接続してサーモパ
イルとし、側温の感度を上げるようにしている点で相違
している。他の構造は第３図のものと同じである。第４
図でも熱電対３２，４６，４８の碍子の図示は省略して
ある。

第５図は本発明の熱補償形示差走査熱量形の一実施例を
示す。

５０ａ，５０ｂは加熱炉と一体化された試料ホルダであ
り、ともに第３図に示されたものが使用されている。

試料ホルダ５０ａには参照物質５２が置かれ、試料ホル
ダ５０ｂには測定試料５４が置かれる。

試料ホルダ５０ａと５０ｂはそれぞれの支持部材４０
ａ，４０ｂにより支持部材５６に一体化されて固定され
ている。

熱電対３２ａ，３２ｂとしてはクロメル・アルメルを使
用する。両熱電対３２ａ，３２ｂのクロメル線（Ｃ）を
共通に接続し、各熱電対３２ａ，３２ｂのアルメル線
（Ａ）はそれぞれ増幅器５８の各入力に接続されてい
る。これにより、増幅器５８には両試料ホルダ５０ａ，
５０ｂの温度差ΔＴが入力される。

各試料ホルダ５０ａ，５０ｂの温度はそれぞれの熱電対
３２ａ，３２ｂにより測定することができる。

６０はパワーアンプ・スイッチング回路であり、両試料
ホルダ５０ａ，５０ｂの加熱炉のヒータ３６ａ，３６ｂ
の電流値を個別に制御するものであるが、増幅器５８の
出力信号を入力し、その増幅器５８の入力深奥が０、す
なわち温度差Δ＝０となるようにヒータ３６ａ，３６ｂ
への通電量を制御する。

第５図の示差走査熱量形において、試料ホルダ５０ａ，
５０ｂとして第１図に示されたもの、又は第４図に示さ
れたものを使用してもよい。

（発明の効果） 本発明では試料ホルダと加熱炉と一体化するとともに、
試料ホルダ底面の中央に温度検出器を接続し、加熱炉か
らの熱が試料ホルダの側壁から底面へと伝わるようにし
たので、側温精度が向上し、試料温度を一定のプログラ
ムに従って精密に制御できるようになる。

また、本発明では側温精度は昇温温度に大きく依存しな
い。そのため単に融点を測定するような場合、加熱速度
の精密制御が不要になる。

また、本発明によれば試料ホルダと加熱炉を一体化して
小型に製作することができ、例えば、１００℃／分程度
の加熱速度で約５００℃まで加熱できるなど、高速で加
熱することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同実
施例の分解斜視図、第３図及び第４図はそれぞれ他の実
施例を示す断面図、第５図は本発明の示差走査熱量計の
一実施例を示す概略断面図、第６図及び第７図は従来の
熱分析装置の例をそれぞれ示す断面図である。 ２２……試料ホルダ、 ２４……試料ホルダ側壁、 ２６……加熱部材、 ２８，３４，３８……マイカ、 ３６……ヒータ、 ４２，４４……セラミックコーティング、 ５０ａ，５０ｂ……試料ホルダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実公 昭39−23983（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭40−9111（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭44−4400（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の底板を有し上方に開口した良熱伝導
   体の筒状体内に前記第１の底板との間には熱抵抗部材を
   介し前記筒状体の内側面とは端面で密着した良熱伝導体
   の第２の底板を有し、その第２の底板上に試料が容器に
   入れられた状態で又は直接に置かれる試料ホルダと、 前記第１の底板の下方に良熱伝導性の電気絶縁部材を介
   して密着して設けられた平面状ヒータと、前記第２の底
   板の下面中央に取りつけられ、前記熱抵抗部材、前記第
   １の底板、前記電気絶縁部材及び前記平面状ヒータのそ
   れぞれの中央を貫通して外部へ導かれた温度検出器とを
   備えたことを特徴とする熱分析装置。
2. 【請求項２】前記熱抵抗部材及び前記電気絶縁部材とし
   てマイカを使用する特許請求の範囲第１項に記載の熱分
   析装置。
3. 【請求項３】前記熱抵抗部材及び前記電気絶縁部材のう
   ちの一部の部材としてセラミックコーティングを使用す
   る特許請求の範囲第１項に記載の熱分析装置。
4. 【請求項４】示差走査熱量計であって、参照物質用の試
   料加熱手段及び試料測定用の試料加熱手段が、 第１の底板を有し上方に開口した良熱伝導体の筒状体内
   に前記第１の底板との間には熱抵抗部材を介し前記筒状
   体の内側面とは端面で密着した良熱伝導体の第２の底板
   を有し、その第２の底板上に試料が容器に入れられた状
   態で又は直接に置かれる試料ホルダと、 前記第１の底板の下方に良熱伝導性の電気絶縁部材を介
   して密着して設けられた平面状ヒータと、前記第２の底
   板の下面中央に取りつけられ、前記熱抵抗部材、前記第
   １の底板、前記電気絶縁部材及び前記平面状ヒータのそ
   れぞれの中央を貫通して外部へ導かれた温度検出器と、
   を備えたものであることを特徴とする熱分析装置。