JPH0926402A

JPH0926402A - 熱重量測定機能付き熱機械的分析装置

Info

Publication number: JPH0926402A
Application number: JP7175095A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Nakamura; 信隆中村; Yoshiharu Sugano; 芳春菅野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: JP3026149B2; US5826983A

Abstract

(57)【要約】【課題】熱機械的測定に加え、数グラム以上の試料の
熱重量測定が同一装置の簡単な部品交換だけでできるた
めの熱機械的分析装置の改良。【解決手段】加熱炉内で試料温度を検出する温度検出
器と、試料の両端に接する着脱可能な検出棒および試料
保持部材と、検出棒を介して試料に外力を印加する荷重
付与器と、試料保持部材に対する試料棒の相対変位を検
出する変位検出器を有する熱機械的分析装置において、
変位検出器の出力が一定値に近づくように荷重付与器の
出力を調整する制御演算器と、検出棒および試料保持部
材に代えて装置に装着できる試料容器および容器保持部
材と、前記温度検出器および荷重付与器の出力を記録す
る記録手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は材料物性の温度依存性を
調べる熱分析装置に関する。より詳しくは、試料の機械
的特性を温度または時間の関数として測定する熱機械的
分析装置を用いて、試料重量を温度または時間の関数と
して測定する熱重量測定を可能ならしめるための新たな
装置改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱分析は、材料の物理的または化学的な
性質が温度につれてどう変化するかを調べる際の有力な
手段である。材料物性の温度依存性を測定するという概
念的な統一感とは対照的に、熱分析は多岐にわたる物性
量のそれぞれに対応する測定技法の総称であることから
使用される装置の種類も多い。代表的な熱分析装置とし
ては、示差走査熱量計（ＤＳＣ）、示差熱分析装置（Ｄ
ＴＡ）、熱重量測定装置（ＴＧ）、熱機械的分析装置
（ＴＭＡ）などがあり、それぞれ、試料のエンタルピー
収支、示差熱（定性的エンタルピー収支）、重量、寸法
の温度依存性を測定することを目的としている。これら
の熱分析装置は試料に関して相補的な情報を与える場合
も多く、その結果、測定者は試料を多面的に分析できる
よう、できる限り多数種の熱分析装置を揃えたいと考え
ることもしばしばである。このような測定者の要求に応
えるため、装置製造業者側から、以下の形態の製品が市
場に提供されてきている。

【０００３】温度制御機能と、測定データの記録およ
び解析機能を一体化して無駄を省いた、複数の熱分析装
置を制御する熱分析システム示差走査熱量計（以下、装置と測定法をともにＤＳＣ
と呼ぶ）や示差熱分析装置（以下、装置と測定法をとも
にＤＴＡと呼ぶ）の機能を他の熱分析装置、たとえば、
熱重量測定装置（以下、装置と測定法をともにＴＧと呼
ぶ）に組み込み、同時測定装置としたもの熱機械的測定装置（以下、装置と測定法をともにＴＭＡ
と呼ぶ）は、押し棒による一定荷重のもとで試料の温度
を変化させたときの試料の寸法変化から、試料の熱膨張
率や軟化温度を測定するのに用いられる他、検出棒の先
端形状を変えることにより、引っ張りや曲げの機械的特
性を測定することもしばしば行われてきている。さら
に、ＴＭＡに荷重または変位をプログラム制御する機能
を追加し、試料の寸法計測以外に静的および動的粘弾性
測定を可能とする機能拡張されたＴＭＡについても発明
者らにより報告され（科学技術社発行、「熱測定の進
歩」Ｖｏｌ．５、７９〜８６ページ、１９８７年）、市
販されている。

【０００４】一方、ＴＧにおいては、試料量の微量化に
より試料内の温度分布を最小化するため数百ミリグラム
以下の試料を測定対象とするミクロ型ＴＧと、試料内の
組成分布の影響を最小化するため数グラム以上の試料を
測定対象とするマクロ型ＴＧとが存在する。いづれも、
予め決められた温度プログラムにより試料を加熱冷却
し、試料の重量変化を、温度の関数または時間の関数と
して計測するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、１台でＴＭＡとＴＧの両測定ができるような熱分析
装置についてはこれまで報告されていない。また、ミク
ロ型とマクロ型のＴＧでは、試料容器の大小や重量測定
の最大値と最小値などの点で装置に対する要求が相反す
ることから、１台の装置に統一されることはなかった。
この結果、ある材料の評価にＴＧとＴＭＡを用いる場
合、従来技術によれば、少なくとも２台、場合によって
は３台の熱分析装置が必要であったため、スペース確
保、経済性、資源の無駄などの問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を速やかに解
消するため、本発明は、試料を所定の温度プログラムに
て加熱する加熱炉と、前記試料の近傍に配置され前記試
料の温度を検出する温度検出器と、前記試料を一方の端
部にて支持する試料支持手段と、前記試料支持手段の一
部に配置され前記試料支持手段の変位を検出する変位検
出器と、前記試料支持手段を介して前記試料に外力を印
加する荷重付与器と、前記変位検出器の出力に基づいて
前記試料支持手段の変位をゼロにするように前記荷重付
与器からの前記試料に印加する外力を制御する信号を前
記荷重付与器に出力する制御演算器と、前記制御演算器
に含まれ、前記制御演算器から前記荷重付与器からの前
記試料に印加する外力を予め決められた値に制御する信
号を前記荷重付与器に出力するように切り換えるスイッ
チと、前記スイッチが切り替えないときは、前記演算器
からの前記試料支持手段の変位を零にするように前記荷
重付与器からの前記試料に印加する外力を制御する信号
に基づいた値を熱重量測定データとして記憶し、前記ス
イッチを切替えたときは、前記変位検出器からの信号に
基づく値を熱機械的分析データとして記憶する記憶器と
を備え、前記スイッチの切替えにより熱機械的分析およ
び熱重量測定とを行うことを特徴とする熱分析装置であ
る。

【０００７】

【作用】上記構成の作用をＴＭＡ測定とＴＧ測定に分け
て説明する。ＴＭＡ測定を行う場合、まず、試料の上端
から荷重付与器より試料保持部材検出棒を介して試料に
一定荷重（または所定の時間関数の荷重）を加えつつ、
加熱炉の温度を変えることにより試料の温度を所定のプ
ログラム速度で変化させる。このとき、試料温度は温度
検出器で、試料の寸法変化は変位検出器でそれぞれ捕ら
えられ、これらの結果が記憶されてＴＭＡ測定（試料寸
法の温度関数、または試料寸法の時間関数）が実現され
る。

【０００８】また、ＴＧ測定を行う場合、まず、試料保
持部材の先端に試料を浮かすように吊るす。次に、制御
演算器を動作させ、変位検出器の出力が一定値、たとえ
ば零になるように制御演算器は、荷重付与器の出力を調
節する。このとき荷重付与器の出力は風袋の重量に釣り
合っており、荷重付与器の出力はそのままに出力の記録
値のみ零にリセットすることにより風袋の除去を行う。
制御演算器の動作を継続させつつ容器内に試料を入れ、
加熱炉の温度を変えることにより試料の温度を一定速度
（又は所定のプログラムの速度）で変化させる。このと
き、試料温度は温度検出器で捕らえられる。また、試料
の重量は荷重付与器の出力値に基づいたものであり、こ
の結果が記憶されてＴＧ測定（試料重量の温度関数、ま
たは試料寸法の時間関数）が実現される。

【０００９】すなわち、１台の装置によりＴＭＡとＴＧ
の測定を行うという目的が達成される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例をＴＧ測定とＴＭＡ測
定の場合に分けて詳細に説明する。図１は本発明の装置
をＴＧ測定に応用した状況を示す断面図である。図１に
おいて、試料１は白金製の試料容器２に収容されてい
る。試料容器２は試料を加熱するための加熱炉２１内に
配置され、加熱炉２１は、温度制御器３１によりプログ
ラムされた温度プログラムにより加熱される。また、図
示しない冷却手段によりプログラムされた冷却ステップ
にて冷却することもできる。試料容器２は白金製等の熱
的に安定な材質の吊り線３により吊り下げられ、吊り線
３の上端でコア４にネジ止めされている。コア４は、コ
ア４を取り巻く形で配設された差動トランス５とともに
変位検出器を構成しており、吊り線３の上下方向の変位
を検出する。コア４の上端に検出棒６が固定されてい
る。試料容器２、吊り線３、コア４と検出棒６とは一直
線状（垂直）に配置されている。接続棒６はアーム７の
副支点７ａに回動自在にアーム７に接続されており、必
要に応じて脱着できる。アーム７は主支点７ｂにより構
造部材２０にほぼ水平に回動自在に支持され、一種の天
秤系を形成している。なお、試料容器２、吊り線３、コ
ア４、接続棒６とアーム７とで試料支持手段を構成して
いる。図１において、試料支持部手段の機能は、試料１
に荷重付与器５０からの外力を伝えたり、試料１の変形
・重量を検出することにある。

【００１１】アーム７の副支点７ａの反対側の端（端に
は限定されない）にはコイルホルダ８が固定され、コイ
ルホルダ８にはコイル９が捲回されている。コイル９
は、コイル９の周囲に隙間を設けて配設されたマグネッ
ト１０とコイルホルダ８ともに電磁気的な力により、試
料１に外力を印加する荷重付与器５０を構成している。
コイル９に流れる電流値を調節することによりアーム７
を介して副支点７ａ側に力を伝達することができ、つま
り試料支持手段を介して試料１に外力を加える。マグネ
ット１０は台１１を介して構造部材２０に固定されてい
る。差動トランス５は保持材１２により構造部材２０に
固定されている。符号１３は上部にフランジ部１３ａの
付いた保護管であり、保護管１３の内側には二芯管に組
み込まれた熱電対１４が固定され、熱電対１４の端部
（上部）にはコネクタ１４ａが設けられている。

【００１２】保護管１３は、フランジ部１３ａで固定用
ナット１５により試料管ホルダ１６にネジ固定されてい
る。試料管ホルダ１６の一端はマイクロメータ１７の先
端部で支持され、他端は、保持部材１２と構造部材２０
との間に固定された円柱状の案内棒１８に対し上下動自
在に支持されている。マイクロメータ１７の胴体の一部
は構造部材２０に固定されており、したがって、マイク
ロメータ１７を回すことにより、試料ホルダ１６、保護
管１３と保護管１３に固定された熱電対１４の先端位置
を上下に動かすことができる。加熱炉２１は、ファーナ
スチューブ２３を介して試料１を加熱するために設けら
れている。加熱炉２１は、構造部材２０に設けられた移
動機構２２に固定されており、移動機構２２の働きによ
り上下に、加熱炉２１を移動することができる。

【００１３】加熱炉２１の内側には、底部に排気用の孔
２３ａを備え上部に放熱フランジ２３ｂを有するファー
ナスチューブ２３が固定されている。ファーナスチュー
ブ２３の放熱フランジ部２３ｂは、Ｏリング２４を介し
て管状ベローズ２５に接しており、管状ベローズ２５の
上端は構造部材２０に固定されている。装置の上部は、
カバー２６を構造部材２０にネジ止めすることにより密
封されている。カバー２６に設けられたガス導入口２６
ａからガスを導入することにより試料１の雰囲気を変え
ることができる。なお導入されたガスはファーナスチュ
ーブ２３の孔２３ａを通じて装置外に排出される。ま
た、カバー２６の上部には開口部２６ｂが設けられ、蓋
２７を外すことにより、接続棒６、コア４および吊り線
３を一体にして容易に取り外すことができる。

【００１４】加熱炉２１は温度制御器３１に接続され、
あらかじめ設定されたプログラムに従って試料１の温度
を制御しながら加熱する。また、冷媒をファーナスチュ
ーブ２３に導入することにより試料１を制御しながら所
定の冷却ステップにて冷却することもできる。

【００１５】コネクタ１４ａを備えた熱電対１４は、温
度検出回路３２に接続され第１のＡ／Ｄ変換器３３を経
て、試料１の温度または試料１付近の温度がデジタル信
号として記憶器３４に送られる。なお、一般的には、試
料の加熱・冷却するための温度プログラムは、リニア
（一次関数）になっている。また、温度信号の代わりに
時間信号を記憶器３４に記憶することが多い。

【００１６】コア４の外周には隙間を設けて差動トラン
ス５が配置されている。差動トランス５の出力はコア４
の位置を示すため、コア４を取り付けた試料支持手段の
位置の変位を検出することができる。つまり、コア４と
差動トランス５は、変位検出器を構成する。

【００１７】差動トランス５には変位検出回路３５が接
続されノイズの除去処理やコア４が所定の位置にあると
き、変位を零にするためのリセット処理等を行う。変位
検出回路３５の出力は、アナログ信号をデジタル信号に
変換するため、第２のＡ／Ｄ変換器３６に送られ、デジ
タル化された変位信号として記憶器３４に送られる。第
２のＡ／Ｄ変換器３６に接続された減算器３７はデジタ
ル関数発生器３８にも接続されている。デジタル関数発
生器は、特に定数、又は正弦波関数に基づいたデジタル
信号を出力する。デジタル関数発生器３８と第２のＡ／
Ｄ変換器３６の出力差をＰＩＤ演算器３９に出力する。

【００１８】Ｄ／Ａ変換器４０は、スイッチ４２をＤ側
にした時に、スイッチ４２を介してＰＩＤ演算器３９又
はデジタル関数発生器３８のデジタル信号を入力する。
Ｄ／Ａ変換器４０は、その信号をアナログ信号化し、電
圧信号に変換するため、電流電圧変換器４１に出力す
る。電流電圧変換器４１はコイル９に接続されている。
ＰＩＤ演算器３９は、スイッチ４０をＤ側にした時に、
変位検出器を構成する差動トランス５のコア４の変位を
示す信号とデジタル関数演算器３８からの信号の差が一
定値になるように、スイッチ４２、Ａ／Ｄ変換器４０と
電圧電流変換器４１を介して、荷重付与器５０を制御す
る信号を出力するものである。

【００１９】また、スイッチ４２は、スイッチ４２をＦ
側に切り換えた時、Ｄ／Ａ変換器４０への入力をデジタ
ル関数発生器３８側から行う。また、スイッチ４２をＤ
側に切り換えた時、ＰＩＤ演算器３９側から行う。それ
らを切り換えることができる。

【００２０】減算器３７とＰＩＤ演算器３９とデジタル
関数発生器３８とスイッチ４２により制御演算器を構成
する。制御演算器の機能は、前述にて説明した通りであ
るが、要約すると変位検出器を構成する差動トランス５
の出力を、制御演算器内のデジタル関数発生器３８から
の信号に基づいた信号になるように制御する信号を出力
したり、また、スイッチ４２により、デジタル関数発生
器３８の信号そのものを出力するものである。

【００２１】Ｄ／Ａ変換器４０の入力端は記憶器３４に
も接続されるとともに荷重レジスタ４３にも接続されて
いる。この結果、Ｄ／Ａ変換器４０への入力信号は荷重
付与器５０への荷重信号のデジタル値となり、そして記
憶器３４に送られる。また、測定者の指示によりその時
点の荷重値が荷重レジスタ４３に登録される。記憶器３
４に時系列的に蓄えられた温度、変位、荷重の各信号は
測定者の必要に応じて適切な信号名を付し、演算器４４
に送られる。演算器４４では、記憶器３４から送られた
荷重信号値から荷重レジスタ４３に登録された荷重値を
差し引いた値を新たに荷重信号値として記憶器３４やプ
ロッタやプリンタなどの記録装置４５に送り、グラフま
たは表の形で熱分析データとして出力する。

【００２２】本実施例による装置の動作は、まず、試料
を入れない状態で、スイッチ４２をＤ側（ＰＩＤ演算器
３９側）に設定する。そして、アーム７の副支点７ａに
検出棒６、コア４、吊り線３及び試料容器２を図１のよ
うにセットする。これにより制御系は、変位制御ループ
を形成し、デジタル関数発生器３８の出力を一定値、た
とえば零に設定する。このとき、コイル９にはアーム７
の主支点７ｂにより形成される天秤を釣り合わせるのに
必要な電流が流れ、変位検出回路３５からのコア４の変
位を示す変位出力は零で安定する。荷重レジスタ４３を
動作させることにより、このときの電流値を示すＰＩＤ
演算器３９からのデジタル信号から換算される荷重値を
荷重レジスタ４３に登録する。

【００２３】つぎに、試料容器２に試料１を入れ、マイ
クロメータ１７を回して熱電対１４の高さを調節する。
移動機構２２により、Ｏリング２４を介して放熱フラン
ジ２３ｂが管状ベローズ２５に接するまで加熱炉２１を
上げた後、加熱炉２１の位置を調節する。この時も、コ
イル９にはアーム７の主支点７ｂにより形成される天秤
を釣り合わせるのに必要な電流が流れ、変位検出回路３
５からのコア４の変位を示す変位出力は零で安定する。
ＰＩＤ演算器３９からの出力は、試料１の重量を示すも
のになる。その出力は、荷重レジスタ４３と記憶器３４
に入力される。

【００２４】温度制御器３１により加熱炉２１の温度を
所望の温度プログラムに従って変化させる。このとき試
料１の温度は熱電対１４により捕らえられ、重量はコイ
ル９に流れる電流値は換算され、試料１の荷重値として
検出される。このとき、試料１に重量変化が起きた場
合、コア４は上下方向に少し移動することになる。そし
て変位検出器３５はその移動量を電気的に検出すること
になる。その信号は第２のＡ／Ｄ変換器３６によりデジ
テル信号に変換され、減算器３７にてデジタル関数発生
器３８の信号で引き算される。そして、その信号はＰＩ
Ｄ演算器３９に入力し、ＰＩＤ制御され、Ｄ／Ａ変換器
４０及び電圧電流変換器４１を介して、コア４の位置が
元に戻るように、コイルホルダ８とコイル９とマグネッ
ト１０よりなる荷重付与器５０から力が発生する。つま
り、新たに荷重付与器５０に与えた信号の変化量を求め
ることにより、試料１の重量変化を知ることができる。

【００２５】特に、試料容器２など試料以外の重量は荷
重レジスタ４３に風袋重量として登録されており、演算
器４４の内部で除去されるため、記録装置４５で出力さ
れる荷重値は試料１の重量そのものである。荷重付与器
５０を制御する信号であるＰＩＤ演算器３９の出力のデ
ータは、試料１の重量（重量変化量）の温度関数（又は
時間関数）として記憶器３４に記憶され、記録装置にも
出力される。この試料１の重量（重量変化量）の温度関
数（又は時間関数）は、熱重量測定された結果となる。
図４に、熱重量測定結果を示す。縦軸は試料温度と試料
の重量を表し、横軸は測定時間経過を表す。熱重量測定
結果は時間関数として線５５にて示されている。試料温
度も時間関数として線５６にて示されている。試料１と
してシュウ酸カルシウム１水和物、重量１．５４グラム
を使用した。５５ａの反応は、試料１が脱水が起こって
重量が減少していることを示す。５５ｂの反応は、さら
に分解し、一酸化炭素が離脱したことを示す。データか
ら、５５ａでは１２．８％、５５ｂでは１９．２％の重
量減少を示している。これは、理論値にたいして０．５
％以内の精度である。

【００２６】吊り線３は、試料１が加熱炉２１に対して
所定の位置になるような長さを有しており、熱的に安定
な材料であり、線でも良く、棒状のものでも良い。精度
の観点から、空気浮力を受けないように比重の大きい物
質、白金が望まれる。また吊り線３のコア４に取り付け
られる反対側の端部には、試料容器２を脱着自在にする
手段が設けられている。この手段は、ネジでもよいが、
本実施例では、フックにしてある。また、試料容器２
は、バケツ形状に把手を設けたものを示したがその他の
形状でもよい。

【００２７】以上の熱重量測定は、デジタル関数発生器
３８からの出力を一定、特に零を出力し、試料１の位置
を変化させないで、熱重量測定するものである。次に、
別の熱重量測定方法について説明する。デジタル関数発
生器３８からの出力を所定の角周波数、所定の振幅の正
弦波信号を出力する。その他の手法は前述の通りとす
る。つまり、試料１の位置を一定の角周波数で一定の振
幅の正弦波状に動かし、試料１をその一定の正弦波状に
動かすために荷重付与器５０に入力する信号に基づいた
値を、荷重レジスタ４３および記憶器３４に出力する。
そのデータを、図６に示す。デジタル関数発生器３８か
ら所定の角周波数、所定の振幅の正弦波信号が出力され
ているため、Ｄ側にあるスイッチ４２を介して、荷重付
与器５０には、試料１が所定の所定の角周波数、所定の
振幅の正弦波にて、振動するように試料１に力が付与す
るように信号が出力される。

【００２８】そして、試料１を所定の角周波数、所定の
振幅の正弦波にて振動させるために、荷重付与器５０に
入力した信号を検出すると図６のようになる。図６の線
５８は、荷重付与器５０が発生した試料１への外力を示
すものである。線５９はそのときの差動トランス５が出
力する試料支持手段の変位信号である。理論上、線５９
はデジタル関数発生器３８の出力とプロファイルは同一
になる。このとき、荷重付与器５０への直流成分は、通
常のＴＧ信号（試料１の温度による重量変化）である。
荷重付与器５０に入力する信号の交流振幅と、変位検出
回路２５の検出信号の交流振幅との比を角周波数の２乗
で除したものは、試料支持手段と試料１の振動数の総重
量になる。従って、予め試料なしの状態で、前記荷重付
与器５０に入力する信号の交流振幅と、変位検出回路２
５の検出信号の交流振幅との比を角周波数の２乗で除し
たものを求めておき、試料を載置したときのそれから差
し引くことにより、試料１の慣性質量を求めることがで
きる。ただし、この場合、試料１が飛び跳ねないように
変位振幅と角周波数の２乗の積は、重力加速度以下にす
る必要がある。

【００２９】つぎに、本発明にかかる装置によるＴＭＡ
測定について図１及び図２に基づいて説明する。図１に
おいて、加熱炉２１を移動機構２２により下にいっぱい
まで下げ、吊り下げ式の試料容器２を取り外した後、管
状ベローズ２５およびＴＧ測定の際用いた保護管１３を
固定用ナット１５をゆるめることにより取り外す。さら
に、吊り下げ式の試料容器２カバー２６の開口部２６ｂ
を覆う蓋２７を外し、接続棒６をアーム７の副支点７ａ
から取り外し、接続棒６、コア４および吊り線３から成
る全体を上方に引き出す。

【００３０】そして、図２に示す様に、ＴＧ測定に使用
した保護管１３に代えて、有底管状を成し内部に熱電対
１４が固定された試料管５１を固定用ナット１５により
試料管ホルダ１６に取り付ける。さらに、管状ベローズ
２５を構造部材２０に取り付ける。また、コア４からネ
ジ止めされた吊り線３を外し、代わりに検出棒５２をコ
ア４にネジ止めし、取り付ける。接続棒６、コア４およ
び検出棒５２から成る全体を開口部２６ｂから差し込
み、接続棒６をアーム７の副支点７ａに回動自在に配置
した後、カバー２６に蓋２７を取り付ける。図２におい
て、検出棒５２、コア４、接続棒６とアーム７は、試料
支持手段を構成している。試料支持手段の機能は、試料
１に荷重付与器５０からの外力を伝えたり、試料１の変
形を検出することにある。

【００３１】つぎに、スイッチ４２をＦ側（デジタル関
数発生器３８側）に設定し、デジタル関数発生器３８の
出力を所定の値に設定し、第２の検出棒５２に一定の下
方向の荷重、たとえば５ｇｆが加わるようにする。試料
１の長さに応じてマイクロメータ１７により試料管５１
を下げ、試料管５１の底面と検出棒５２との間に試料１
をはさむ。マイクロメータ１７を操作して変位信号が零
になるように試料管５１の位置を調節したのち、移動機
構２２により加熱炉２１をしょてい位置に上げる。温度
制御器３１により加熱炉２１の温度を所望の温度プログ
ラムに従って変化させると、試料１の温度は熱電対１４
により捕らえられ、試料１の縦方向の長さの変化は差動
トランス５の出力として検出される。これらの出力はデ
ジタル化された後、記憶器３４、演算器４４を経て記録
装置４５に送られ、ＴＭＡ測定データとして出力され
る。

【００３２】なお、上記の実施例においては、温度検出
器として熱電対を用い、熱電対１４は吊り線３とは別に
配置される例について説明したが、吊り線の素材を熱電
対細線により構成し、試料温度測定をより正確に行うこ
ともできる。また、上記実施例では、検出系にアーム７
とその主支点７ａから成る天秤系を用い、変位検出器と
荷重付与器を天秤の両端に配したが、これら変位検出器
と荷重付与器の配置はこの例に限定されるものでないの
はもちろんのことである。一方、天秤系を用いない、た
とえば、図３のような構成であっても同様の効果を得る
ことができる。つまり、検出棒６の吊り線３取り付け側
と反対の端部に、コイル９、コイルホルダ（図示せず）
とマグネット１０よりなる荷重付与器５０を設けたもの
であり、前述の実施例に示した天秤構造を有しないもの
である。

【００３３】さらに、上記の２つの実施例における上下
を反転した装置構成も可能であり、この場合は、ＴＧ測
定の際の試料容器２と吊り線３は、図４にみられるよう
な上皿式の一体部品である容器保持部材付試料容器６２
に変更して使用することができ、ＴＭＡ測定で用いる検
出棒５２との共通部品化を図ることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＴＭＡ
測定とグラム・オーダーの試料量によるマクロ型ＴＧ測
定の両方が、１台の装置における簡単な部品交換により
実現されるため、試料の分析を容易に多面的に行える
他、省スペース、省資源、経済的などの効果が得られ
る。とくに、ミクロ型のＴＧ装置をすでに所持している
場合、新たにマクロ型ＴＧの専用機を用意する必要はな
く、機種の重複を避けられるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例における熱重量測定
（ＴＧ）を示す概略断面図である。

【図２】図２は本発明の一実施例における熱機械的分析
（ＴＭＡ）を示す概略断面図である。

【図３】図３は本発明の他の実施例の主要部分を示す断
面図である。

【図４】図４は本発明の他の実施例を示す部分断面図で
ある。

【図５】図５は、図１の装置にて試料を一定位置にし
て、ＴＧ計測をした結果のグラフである。

【図６】図６は、図１の装置にて試料を所定の正弦波に
て振動させながら、ＴＧ計測をした結果のグラフであ
る。

【符号の説明】

１試料２試料容器３吊り線４コア５差動トランス６接続棒７アーム７ａ副支点７ｂ主支点８コイルホルダ９コイル１０マグネット１１台１２保持部材１３保護管１３ａフランジ部１４熱電対１４ａコネクタ１５固定用ナット１６試料管ホルダ１７マイクロメータ１８案内棒２０構造部材２１加熱炉２２移動機構２３ファーナスチューブ２３ａ孔２３ｂ放熱フランジ２４Ｏリング２５管状ベローズ２６カバー２６ａガス導入口２６ｂ開口部２７蓋３１温度制御器３２温度検出回路３３第１のＡ／Ｄ変換器３４記憶器３５変位検出回路３６第２のＡ／Ｄ変換器３７減算器３８デジタル関数発生器３９ＰＩＤ演算器４０Ｄ／Ａ変換器４１電流電圧変換器４２スイッチ４３荷重レジスタ４４演算器４５記録装置５１試料管５２検出棒６２容器保持部材付き試料容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を所定の温度プログラムにて加熱す
る加熱炉と、前記試料の近傍に配置され前記試料の温度
を検出する温度検出器と、前記試料を一方の端部にて支
持する試料支持手段と、前記試料支持手段の一部に配置
され前記試料支持手段の変位を検出する変位検出器と、
前記試料支持手段を介して前記試料に外力を印加する荷
重付与器と、前記変位検出器の出力に基づいて前記試料
支持手段の変位を零にするように前記荷重付与器からの
前記試料に印加する外力を制御する信号を前記荷重付与
器に出力する制御演算器と、前記制御演算器に含まれ、
前記制御演算器から前記荷重付与器からの前記試料に印
加する外力を予め決められた値に制御する信号を前記荷
重付与器に出力するように切り換えるスイッチと、前記
スイッチが切り替えないときは、前記演算器からの前記
試料支持手段の変位を零にするように前記荷重付与器か
らの前記試料に印加する外力を制御する信号に基づいた
値を熱重量測定データとして記憶し、前記スイッチを切
替えたときは、前記変位検出器からの信号に基づく値を
熱機械的分析データとして記憶する記憶器とを備え、前
記スイッチの切替えにより熱機械的分析および熱重量測
定とを行うことを特徴とする熱分析装置。
【請求項２】前記記憶器は、荷重付与器の出力の記録
値を零にリセットする風袋除去機能を有することを特徴
とする請求項第１項記載の熱分析装置。
【請求項３】前記試料支持手段の一部は熱電対により
形成され、前記温度検出器として機能することを特徴と
する請求項第１項記載の熱分析装置。
【請求項４】前記記録手段は荷重付与器の出力信号が
熱重量（ＴＧ）信号であることを明示して記録できるこ
とを特徴とする請求項第１項記載の熱分析装置。
【請求項５】試料を所定の温度プログラムにて加熱す
る加熱炉と、前記試料の近傍に配置され前記試料の温度
を検出する温度検出器と、前記試料を一方の端部にて支
持する試料支持手段と、前記試料支持手段の一部に配置
され前記試料支持手段の変位を検出する変位検出器と、
前記試料支持手段を介して前記試料に外力を印加する荷
重付与器と、前記変位検出器の出力に基づいて前記試料
支持手段の変位を零にするように前記荷重付与器からの
前記試料に印加する外力を制御する信号を前記荷重付与
器に出力する制御演算器と、前記制御演算器に含まれ、
前記制御演算器から前記荷重付与器からの前記試料に印
加する外力を予め決められた時間関数値に制御する信号
を前記荷重付与器に出力するように切り換えるスイッチ
と、前記スイッチが切り替えないときは、前記演算器か
らの前記試料支持手段の変位を一定値にするように、前
記荷重付与器からの前記試料に印加する外力を制御する
信号に基づいた値を熱重量測定データとして記憶し、前
記スイッチを切替えたときは、前記変位検出器からの信
号に基づく値を熱機械的分析データとして記憶する記憶
器とを備え、熱重量測定と前記スイッチの切替えにより
動的熱機械的分析を行うことを特徴とする熱分析装置。
【請求項６】試料を所定の温度プログラムにて加熱す
る加熱炉と、前記試料の近傍に配置され前記試料の温度
を検出する温度検出器と、前記試料を一方の端部にて支
持する試料支持手段と、前記試料支持手段の一部に配置
され前記試料支持手段の変位を検出する変位検出器と、
前記試料支持手段を介して前記試料に外力を印加する荷
重付与器と、前記変位検出器の出力に基づいて前記試料
支持手段の変位を予め決められた正弦波関数になるよう
に前記荷重付与器からの前記試料に印加する外力を制御
する信号を前記荷重付与器に出力する制御演算器と、前
記制御演算器に含まれ、前記制御演算器から前記荷重付
与器からの前記試料に印加する外力を予め決められた値
に制御する信号を前記荷重付与器に出力するように切り
換えるスイッチと、前記スイッチが切り替えないとき
は、前記演算器からの前記試料支持手段の変位を前記正
弦波関数にするように前記荷重付与器からの前記試料に
印加する外力を制御する信号に基づいた値を前記温度検
出器からの温度信号の関数として記憶し、前記スイッチ
を切替えたときは、前記変位検出器からの信号に基づく
値を前記温度検出器からの温度信号の関数として記憶す
る記憶器とを備え、動的熱重量測定と前記スイッチの切
替えにより熱機械的分析を行うことを特徴とする熱分析
装置。