JPS6142110Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は試料を昇温降温し、試料の重量変化を
測定することにより熱分析を行なうための熱天秤
装置の改良に関する。

従来、この種の熱天秤装置は、水平バランス式
の場合、１本の天秤ビームを用い、この先端に試
料を載置し、他端にカウンタバランスを設けて、
温度変化による試料の重量変化を支点部のトルク
変動にて検出すると共に、支点部を回転して水平
に規正し、この変化量を記録していた。しかし上
記構成では、ビームの熱膨張によりビーム長さが
増えたとき検出トルクが増加したり、温度の上昇
に伴う空気の浮力の減少がみかけの重量増加とな
り、試料の重量変化測定に誤差が生ずるという欠
点があつた。又、天秤ビームの支点の位置が駆動
コイルの回転中心と一致しているため、ビームの
重量により回転子の中心が駆動コイルの中心から
外れてしまう危険性や、駆動コイルにかかる重量
負荷が大きいため、摩擦等による検出限界の低下
を招いたり、機械的強度の低い回転子が損傷を受
けやすいという欠点があつた。

本考案は上記欠点を一掃すべくなされたもの
で、天秤ビームを２本平行配置し、一方に試料、
他方に熱変動の少ないリフアレンス物質を載置
し、両ビームの差動を支点から離れた位置で検出
するよう構成し、熱膨張によるビームの長さ変動
や浮力の影響を相殺して測定誤差をなくすと共
に、駆動コイルの回転中心に重量負荷がかからな
いようにし、精度および強度の優れた熱天秤装置
を提供することを目的とする。

以下図面と共に本考案の好適な実施例について
説明する。図において、加熱炉１は、試料ホルダ
３とレフアレンス２を同時に加熱するもので、プ
ログラム温度コントローラｋにより加熱炉１内の
温度はコントロールされる。なお、試料ホルダ３
とレフアレンス２の加熱は、炉芯管２０を介して
おこなわれる。

レフアレンス２はレフアレンス側ビーム６の先
端に取りつけてあり、試料側ビーム５の先端に取
りつけてある試料ホルダ３に搭載される試料（図
示せず）の重量変化を見るための比較となるもの
で、熱により重量変化しない材質でできている。

ワイヤで構成される支持部１２は、試料側ビー
ム５とレフアレンス側ビーム６の長さ方向で各ビ
ーム５，６のほぼ中央部にて、試料ホルダ３とレ
フアレンス２を同一方向に水平且つ平行に支持し
ている。なお、支持部１２は、各ビーム５，６を
回転自在に支持している。

スリツト部材４は、試料側ビーム５の試料ホル
ダ３と反対側の先端部に取りつけてあり、スリツ
ト４ａが設けられている。投光器７は、スリツト
部材４に光を照射するもので、特に各ビーム５，
６がバランス状態つまり平衡を保つている時は、
投光器７よりでた光はスリツト４ａを通過し、受
光器８にとどく構成になつている。

ビーム連結部材を構成する第１ビーム連結部材
１１ａは試料側ビーム５の試料ホルダ３と反対側
の支持部１２位置と離れた位置と回転機能を有す
る電磁駆動コイル９のロータ部９ａに固定されて
いるアーム１０とを連結している。更に同様に第
２ビーム連結部材１１ｂは、レフアレンス側ビー
ム６の前述と同様の位置とアーム１０の前述と異
なつた位置とを連結している。つまり試料側ビー
ム５とレフアレンス側ビーム６は、第１ビーム連
結部材１１ａ、アーム１０と第２ビーム連結部材
１１ｂにより連結している。また、各ビーム連結
部材１１ａ，１１ｂは弾性を有している。

更に、電気的な構成を説明する。PID回路ａは
受光器８からの信号を受け、比例、積分、微分
（PID）演算処理を行い、コイル９を駆動するた
めの電流を出力する。オートバランス回路ｂは、
試料加熱前の初期の試料側ビーム５とレフアレン
ス側ビーム６のバランスをとるための回路であ
り、初期のバランスをとるためにコイル９を駆動
するのに必要な電流は基準電圧発生回路ｃから出
力される。電流検出回路ｄはコイル９の電流値の
変化すなわち試料の重量変化を検出し、検出信号
を出力する。第１のバツフアｅは電流検出回路ｄ
の出力電圧を受け、後段の回路に伝えるととも
に、後段の回路を保護する。時定数回路ｆは第１
のバツフアｅの出力信号を受け、この信号中の比
較的高周波成分を除去し、ノイズを低減する為の
フイルター回路。第２のバツフアｇは時定数回路
ｆの信号を受け、出力インピーダンスを低インピ
ーダンスに変換して、出力する。オートパーセン
ト回路ｈはコイル９の電流値を検出記憶し、試料
の重量変化の初期重量に対する割合を算出し、算
出値に対応する信号を出力する。微分回路ｉは第
２のバツフアｇの出力信号を受け、時間微分処理
をし、時間微分値を出力する。パネルメータｊは
第２のバツフアｇの出力信号を受け、信号値のデ
ジタル化処理をし、デジタル値を出力する。な
お、ｉは重量信号で、ｍは重量微分信号である。
次に本考案実施例の動作について説明する。加
熱炉１はプログラム温度コントローラｋにより入
力された昇温温度パターンに従い、温度の上昇お
よび下降を行なわれる。サンプル側試料ホルダ３
に乗せられた（図示せず）は、昇降温に伴い試料
中に含まれる特定物質の離脱又は吸着等により、
重量が変化する。とこわがリフアレンス２は、ア
ルミナ又は白金などからなり重量変化は全くな
い。従つて、試料側ビーム５とリフアレンス側ビ
ーム６とのバランスが崩れ、支点部１２を境にト
ルク差を生じ、各ビーム連結部材１１ａ，１１ｂ
によつて連結された両ビームは矢印ｇ，ｒで示す
ように回動する。両ビーム５，６が固定されてい
る支点部１２は、断面形状0.1mm×0.2〜0.3mmの長
方形からなる極めて細いワイヤであり、当然の如
くねじれ方向に対し弾性をもつている。試料側ビ
ームの他端に、わずかの動きでも検出可能な位置
検出手段が設けられており、この検出信号により
ビーム５，６のバランスは瞬時に保たれるため、
２本のビームは視覚的には、事実上止つて見え
る。

上記位置検出手段は、更に詳細には、試料側ビ
ーム５の他端に設けられたスリツト部材４と、投
光器７と、受光器８とから構成され、投光器７か
らの光線ｔが幅１mm程度のスリツト４ａを抜ける
と、受光器８に入射して電圧値に変換されるよう
になつている。そして、受光器８は縦２段に構成
され、ビーム５の矢印Ｓで示す上下の方向の微量
な差動を検出することができる。受光器８からの
信号はPID（比例、積分、微分）の制御回路ａに
入力され、このPID制御回路ａの出力に従つてコ
イル９が駆動され、アーム１０が回転動作し、各
ビーム連結部材１１ａ，１１ｂを介して矢印ｕで
示すように５，６を駆動し初期状態にバランスさ
せる。

電磁駆動コイル９に流れる電流は、試料ホルダ
３上の試料の重量変化量と比例関係にあるため、
電流検出回路ｄを介して試料の重量変化を知るこ
とができ、出力、ｍを用いて記録することも可
能である。オートパーセント回路ｈは、最初に試
料をホルダ３に乗せたとき、オートバランス回路
ｂにより駆動され、バランスするのに要したコイ
ル９の電流値を検出記憶し、試料の重量変化の初
期重量に対する割合を算出する回路である。

以上の構成からなる本考案の実施例において
は、加熱炉１内で、ビーム５，６が熱膨張して
も、両ビームのトルクの差は生じないため、可動
連結バンド１１のバランスは保たれ、全く影響を
受けることがない。又、加熱炉１内の雰囲気の対
流や浮力の影響に対しても、両ビームが同方向に
力を受けるため、やはりトルク差が生じないので
同様に影響を受けない。更に、フローガスＰは炉
芯管２０を保持する炉芯管保持体２１に設けられ
フローガス吸気孔２１ａから炉芯管２０内を通
り、炉芯管２０に設けられたフローガス排気孔２
１ｂから出ていく。図の様に炉芯管２０は、各ビ
ーム５，６の長さ方向に長くなつているため、フ
ローガスＰは炉芯管２０内を各ビーム５，６の長
さ方向に流れ、各ビーム５，６のトルク検出方向
であるｑ，ｒと直交する為、各ビーム５，６には
トルクが生じない。

そして、駆動コイル９を備えたアーム１０は、
各ビーム連結部材１１ａ，１１ｂを介して、ビー
ム５，６の支点部１２より離れた位置にて両ビー
ムを支持しているため、ビーム５，６の重量負荷
をほとんど受けないことから、試料の重量測定に
おいて重要な駆動コイル９の摩擦による損傷など
も防ぐことができる。

尚、ビーム５の位置検出は光線ｔにて行なうの
で、検出による負荷が全くないことも言うまでも
ない。

以上述べた通り、本考案によれば水平バランス
式による差動形天秤としたので、以下のような
種々の効果を有する。

(1) ２本の天秤ビームを用いて差動検出するの
で、ビームの熱膨張および対流や浮力の影響を
相殺できる。

(2) ビームバランス用の駆動コイルの回転中心を
支点部から離れた位置に設けたので、駆動コイ
ルに重量負荷がかからないため、回転子の摩擦
に検出限介の低下や損傷を防ぐことができる。

(3) ２本のビームは水平バランス式であるため、
フローガスの影響を生じない。

(4) 従つて、測定精度の高い、機械的にも耐久性
の優れた熱天秤装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例の構成を示す透視図であ
る。 １……加熱炉、２……リフアレンス、３……試
料ホルダ、４……スリツト部材、５……試料側ビ
ーム、６……リフアレンス側ビーム、７……投光
器、８……受光器、９……電磁駆動コイル（バラ
ンス手段）、１０……アーム、１１ａ……第１連
結部材、１１ｂ……第２連結部材、１２……支点
部、ａ……PID制御回路、ｋ……プログラム温度
コントローラである。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一端に試料ホルダを有する試料側ビームと、一
   端にリフアレンスを有するリフアレンス側ビーム
   と、 前記試料側ビーム及び前記リフアレンス側ビー
   ムの長さ方向での前記各ビームのほぼ中央部にて
   前記試料ホルダと前記リフアレンスを同一方向に
   水平かつ平行に前記各ビームを支持する支持部
   と、 前記試料ホルダと前記リフアレンスを同時に加
   熱する加熱炉と、 前記加熱炉の加熱・制御をおこなう温度コント
   ローラと、 前記支持部に対して前記試料ホルダと前記リフ
   アレンスと反対方向に前記支持部からほぼ等距離
   離れた位置にて前記各ビームをバランス手段を介
   して連結する前記試料側ビームに取付られた第１
   ビーム連結部材及び前記リフアレンス側ビームに
   取付られた第２ビーム連結部材と 前記試料ビームと前記リフアレンス側ビームの
   少なくとも一方の水平位置からの傾き状態、バラ
   ンスのズレを検出する位置検出手段とを備え、 前記バランス手段は、回転機能を備えた電磁駆
   動コイルからなり、前記位置検出手段からの前記
   ビームのバランスのズレの信号により、第１ビー
   ム連結部材と第２ビーム連結部材とを介して前記
   各ビームを水平位置の状態にすることを特徴とす
   る熱天秤装置。