JP6548912B2

JP6548912B2 - 熱分析装置

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Publication number: JP6548912B2
Application number: JP2015040102A
Authority: JP
Inventors: 晋哉西村
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: JP2016161384A

Description

本発明は、試料を加熱し、温度変化に伴う試料の物理的変化を測定する熱分析装置に関する。

光触媒は、光が照射されることで光触媒上に活性酸素が発生する原理により、光触媒近傍の汚染物質等を構成する有機物を分解するものであり、特に紫外−可視の波長領域の光に応答するものが知られている。これらの光触媒は、生活環境の防汚、空気清浄、消臭等を行うべく、例えば建材等へ応用されている。そして、光触媒の性能を容易に評価して性能向上を図ることが望まれている。
光触媒の性能評価法としては、光触媒反応により生成するヒドロキシラジカルを測定するスピントラップ法を利用した方法や（特許文献１）、分光用セル内に光触媒試験片と色素溶液とを一緒に内包して光照射下における溶液の濃度変化を吸光分析で測定する方法（特許文献２）等がある。

特開2007−333688号公報特開2002−228589号公報

ところで、上記した光触媒の性能評価法は、いずれも光触媒毎の汚染物質等の分解性能について代用特性の評価であり、相対的な比較は行えるものの、特定の物質をどの程度分解するのかを定量的に把握することが困難である。また、上述の方法は、光触媒反応後の汚染物質等の代用特性を評価していることから、温度変化に伴う光触媒反応の反応速度論的解析が困難であるという問題もある。
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、光触媒等の光反応を伴う試料の熱重量測定(TG)が可能な熱分析装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の熱分析装置は、透明材料により筒状に形成され、軸方向の先端部に排気口を有するファーナスチューブと、前記ファーナスチューブの内部に配置され、測定試料及び参照試料をそれぞれ収容する一対の試料容器を、自身の載置面にそれぞれ保持する一対の試料ホルダと、前記一対の試料容器を少なくとも含む前記ファーナスチューブを、外側から取り囲み前記軸方向に沿う方向に軸心を有する筒状の炉心管と、該炉心管に外嵌されたヒータと、両端に側壁を有し前記ヒータを囲む筒状の外筒と、を含んでなる筒状の加熱炉と、前記ファーナスチューブの軸方向の後端部に気密に接続される測定室と、前記測定室内に配置され、前記試料の物性変化を測定する測定手段と、を備える熱分析装置であって、前記軸方向に垂直でかつ前記載置面に垂直な方向から見たとき、前記加熱炉は、前記載置面同士の重心を結ぶ線分に少なくとも重なる開口部であって、前記炉心管を貫通して前記一対の試料容器の前記測定試料及び前記参照試料のそれぞれ少なくとも一部を視認可能な開口部を有し、さらに、前記加熱炉に取り付けられ、前記開口部から前記一対の試料容器にそれぞれ紫外光〜可視光の波長領域の光を照射する光照射部を有し、前記光を照射した状態での前記測定試料の重量変化を検出可能である。
この熱分析装置によれば、光照射部から開口部を介して各試料容器上の測定試料及び参照試料に光を照射し、光反応を伴う試料の熱重量測定を行うことができる。このため、光触媒等の光反応を伴う試料の変化を直接、かつ定量的に把握することができると共に、加熱炉により温度変化させた状態での光反応の熱重量測定を行えば、反応速度論的解析を行うこともできる。特に、従来は直接、かつ定量的な測定が行えなかった光触媒による汚染物質等の分解特性を精度よく測定できる。

さらに撮像手段を備え、前記光照射部は着脱可能であり、前記光照射部を取り外した前記開口部を介して前記測定試料を直接観察可能な位置に、前記撮像手段が配置されていてもよい。
この熱分析装置によれば、撮像手段により、光反応後の測定試料を直接観察可能である。なお、「測定試料を直接観察可能」な位置とは、撮像手段から測定試料を直接視認可能であることをいう。

さらに撮像手段と、光学系とを備え、前記光照射部は着脱可能であり、前記光照射部を取り外した前記開口部を介して前記測定試料を直接観察可能な位置に前記光学系が配置され、前記撮像手段が前記光学系を介して前記測定試料を観察可能な位置に配置されていてもよい。
この熱分析装置によれば、光反応後の測定試料を直接観察可能な位置には撮像手段が配置されないので、撮像手段が開口部からの熱あるいは発生するガス等に直接晒されて損傷したり、レンズが曇る等で撮像ができなくなることを回避することができる。

前記光照射部は光ファイバを有し、前記光ファイバの一端から前記一対の試料容器に前記光を照射すると共に、前記光ファイバの他端が前記光を発生する光源に取り付けられていてもよい。

前記開口部は、前記線分に沿う方向に該線分を中心にして７ｍｍ以上、前記線分に垂直な方向に該線分を中心にして３ｍｍ以上で、かつ少なくとも前記線分に重なるように構成されていてもよい。
この熱分析装置によれば、開口部を測定試料及び参照試料を収容する一対の試料容器に対して対称に形成しているので、各試料がファーナスチューブ９内で同一の条件で加熱され、熱分析の測定精度が低下することを防止する。
さらに、試料の近傍の加熱炉に開口部を設けることで、加熱炉からファーナスチューブ内の試料に直接放射される輻射熱を低減して熱分析の測定精度を向上させることができる。

前記開口部は、前記軸方向に沿って前記加熱炉の内面の長さの１／２以下の大きさで、かつ前記軸方向に垂直な方向に沿って前記加熱炉の前記内面の直径以下の大きさであるとよい。
この熱分析装置によれば、開口部を大きくし過ぎた場合に、高温（例えば５００℃以上）で試料を熱分析する際、試料の保温や加熱の制御が十分行えずに熱分析の精度が低下することを防止する。

前記ファーナスチューブは、石英ガラス、サファイアガラス又はＹＡＧセラミックスのいずれかからなるとよい。
この熱分析装置によれば、透明性及び耐熱性が高いファーナスチューブが得られる。

本発明によれば、光触媒等の光反応を伴う試料の熱重量測定(TG)が行える。

本発明の実施形態に係る熱分析装置の構成を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。熱分析装置にて、試料のセットや交換を行う態様を示す図である。試料ホルダの載置面に試料容器を載置する態様を示す図である。加熱炉の開口部の最小寸法を規定する方法を示す図である。加熱炉に開口部を設けない場合の輻射熱の放射を示す図である。加熱炉に開口部を設けた場合の輻射熱の放射を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、軸方向Ｏに沿ってファーナスチューブ９の先端部９ａ側を「先端（側）」とし、その反対側を「後端（側）」とする。
図１は本発明の実施形態に係る熱分析装置１００の構成を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
熱分析装置１００は熱重量測定(TG)装置を構成し、筒状のファーナスチューブ９と、ファーナスチューブ９を外側から取り囲む筒状の加熱炉３と、ファーナスチューブ９の内部に配置される一対の試料ホルダ４１，４２と、支持台２０と、ファーナスチューブ９の軸方向Ｏの後端部９ｄに接続される測定室３０と、測定室３０内に配置されて試料Ｓ_１、Ｓ_２の重量変化を測定する重量検出器３２（特許請求の範囲の「測定手段」に相当）と、測定室３０を自身の上面に載置する基台１０と、を備えている。ここで、測定試料（サンプル）Ｓ_１、参照試料Ｓ_２は一対の試料容器（図２参照）５１、５２にそれぞれ収容され、各試料容器５１、５２が一対の試料ホルダ４１，４２上にそれぞれ載置されている。又、参照試料Ｓ_２は、測定試料に対する基準物質（リファレンス）である。
又、加熱炉３の軸方向両端近傍の下端から下方へ、それぞれ２つの支柱１８が延び、各支柱１８は支持台２０の上面に接続されている。又、ファーナスチューブ９の後端部９ｄの外側にフランジ部７が固定され、フランジ部７の下端から下方へ１つの支柱１６が延びている。支柱１６は支持台２０の上面に接続されている。なお、支柱１６は支持台２０の後端よりも後端側に配置され、支持台２０と干渉しないようになっている。なお、ファーナスチューブ９は加熱炉３に固定されてもよく、その場合、支柱１６を構造上省略することができる。

さらに、基台１０の軸方向Ｏに沿って溝が形成され、この溝にはリニア（線形）アクチュエータ２２が配置されている。リニアアクチュエータ２２の後端側は支持台２０に接続され、先端側（のサーボモータ）は基台１０に接続されている。そして、支持台２０はリニアアクチュエータ２２により、上記溝に沿って軸方向Ｏに進退可能になっている。
リニアアクチュエータ２２は、例えばボールねじとサーボモータ等から構成されるが、軸方向Ｏに直線的に駆動するあらゆる公知のアクチュエータを用いることができる。

加熱炉３は、加熱炉３の内面を形成する円筒状の炉心管３ｃと、炉心管３ｃに外嵌されたヒータ３ｂと、両端に側壁を有する円筒状の外筒３ａとを有する（図２参照）。外筒３ａの両側壁の中心には、炉心管３ｃを挿通するための中心孔が設けられている。外筒３ａはヒータ３ｂを取り囲んで加熱炉３を保温するとともに、外筒３ａに適宜調整孔（図示せず）を設けて加熱炉３の温度調整を行うこともできる。なお、炉心管３ｃの内径はファーナスチューブ９の外径より大きく、加熱炉３はファーナスチューブ９（及びその内部の試料Ｓ_１、Ｓ_２）を非接触で加熱するようになっている。
さらに、加熱炉３の上面には、外筒３ａから炉心管３ｃへ向かって貫通する略矩形の開口部Ｗが形成されている。開口部Ｗについては後述する。

ファーナスチューブ９は先端部９ａに向かってテーパ状に縮径し、先端部９ａは細長いキャピラリ状に形成されてその先端に排気口９ｂが開口している。そして、ファーナスチューブ９には適宜パージガスが後端側から導入され、このパージガスや、加熱による試料の分解生成物等が排気口９ｂを通じて外部に排気される。一方、ファーナスチューブ９の後端部９ｄの外側には、シール部材７１を介してリング状のフランジ部７が取り付けられている（図２参照）。
又、ファーナスチューブ９は透明材料により形成され、試料Ｓ_１、Ｓ_２をファーナスチューブ９の外側から観察可能である。ここで、透明材料とは、可視光を所定の光透過率で透過する材料であり、半透明材料も含む。又、透明材料としては石英ガラス、サファイアガラス、又はＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）セラミックスを好適に用いることができる。

試料ホルダ４１、４２には、軸方向Ｏ後端側に延びる天秤アーム４３、４４がそれぞれ接続され、天秤アーム４３、４４は互いに水平方向に並んでいる。又、試料ホルダ４１、４２の直下には熱電対が設置され、試料温度を計測可能になっている。天秤アーム４３、４４、試料ホルダ４１、４２は、例えば白金で形成されている。

測定室３０はファーナスチューブ９の後端に配置され、測定室３０の先端部には、ファーナスチューブ９に向かって軸方向Ｏ先端側に延びる管状のベローズ３４がシール部材７３を介して取り付けられている。ベローズ３４の先端側はフランジ部３６を形成し、フランジ部３６はフランジ部７にシール部材７２を介して気密に接続されている。このようにして、測定室３０とファーナスチューブ９の内部が連通し、各天秤アーム４３、４４の後端はファーナスチューブ９を通って測定室３０内部まで延びている。なお、シール部材７１〜７３としては、例えばＯリング、ガスケット等を用いることができる。
図２に示すように、測定室３０内に配置された重量検出器３２は、コイル３２ａと、磁石３２ｂと、位置検出部３２ｃとを備えている。位置検出部３２ｃは例えばフォトセンサーからなり、各天秤アーム４３、４４の後端側に配置されて天秤アーム４３、４４が水平な状態であるか否かを検出する。一方、コイル３２ａは各天秤アーム４３、４４の軸方向中心（支点）に取り付けられ、コイル３２ａの両側に磁石３２ｂが配置されている。そして、天秤アーム４３、４４が水平になるようにコイル３２ａに電流を流し、その電流を測定することにより、天秤アーム４３、４４先端の各試料Ｓ_１、Ｓ_２の重量を測定するようになっている。なお、重量検出器３２は、各天秤アーム４３、４４のそれぞれに設けられている。

又、図２に示すように、リニアアクチュエータ２２、ヒータ３ｂ及び重量検出器３２はコンピュータ等からなる制御部８０によって制御される。具体的には、制御部８０はヒータ３ｂを通電制御し、所定の加熱パターンによるファーナスチューブ９の加熱を通して試料容器５１及び５２にセットした試料Ｓ_１及びＳ_２を加熱する。そのときの当該試料Ｓ_１、Ｓ_２の示差熱及び試料温度を試料ホルダ４１，４２の直下にそれぞれ配置された熱電対により取得し、試料の重量変化を重量検出器３２から取得する。又、制御部８０はリニアアクチュエータ２２の動作を制御して、後述する測定位置及び試料セット位置に加熱炉３及びファーナスチューブ９を移動させる。

なお、フランジ部３６とフランジ部７とが気密に接続され、加熱炉３がファーナスチューブ９の各試料ホルダ４１、４２（つまり、試料Ｓ_１、Ｓ_２）を覆う位置を、「測定位置」と称する。

図３は、各試料ホルダ４１、４２上の試料容器５１，５２に、それぞれ試料Ｓ_１、Ｓ_２をセット又は交換する場合の加熱炉３及びファーナスチューブ９の位置を示す。試料Ｓ_１、Ｓ_２をセット（配置）又は交換する場合には、支持台２０をリニアアクチュエータ２２によってファーナスチューブ９の先端側（図３の左側）に前進させると、支持台２０にそれぞれ固定されたファーナスチューブ９及び加熱炉３が上記測定位置よりも先端側へ前進し、各試料ホルダ４１、４２がファーナスチューブ９及び加熱炉３より後端側に露出するので、試料Ｓ_１、Ｓ_２のセットや交換が行える。
ここで、図３に示すように、フランジ部３６とフランジ部７とが軸方向Ｏに離間し、各試料ホルダ４１、４２（つまり、試料Ｓ_１、Ｓ_２）がファーナスチューブ９及び加熱炉３よりも後端側に露出する位置を、「試料セット位置」と称する。

次に開口部Ｗについて説明する。図４に示すように、各試料ホルダ４１，４２は円形の皿状に形成され、その底面がそれぞれ試料容器５１，５２を載置する載置面４１ｓ、４２ｓとなっている。又、試料ホルダ４１，４２は軸方向Ｏに垂直な方向に並んでいる。さらに、試料ホルダ４１，４２は、軸方向Ｏ及び軸方向Ｏに垂直な方向Ｐを中心に互いに線対称となる位置に配置され、試料ホルダ４１，４２上に試料容器を介して保持された各試料Ｓ_１、Ｓ_２がファーナスチューブ９内で同一の条件で加熱されるようになっている。なお、載置面４１ｓ、４２ｓのそれぞれの重心Ｇ１、Ｇ２に、試料容器５１，５２の重心（図示せず）を合わせるようにして載置される。
ここで、測定試料Ｓ_１を保持する試料容器５１は、測定試料Ｓ_１を観察できるよう、上面が開口するオープン型の有底円筒の容器になっている。一方、参照試料Ｓ_２を保持する試料容器５２は観察できなくてもよいので、オープン型の有底容器でなく密閉型の容器を用いてもよい。但し、各試料Ｓ_１、Ｓ_２がファーナスチューブ９内で同一の条件で確実に加熱されるためには、試料容器５２は試料容器５１と同一形状であることが好ましい。

そして、試料容器５１、５２の上面に対向し、加熱炉３の上面側に矩形の開口部Ｗが形成されている。開口部Ｗは、各試料容器５１，５２のそれぞれ少なくとも一部を視認可能な大きさであればよく、各試料容器５１，５２毎に１つずつ開口部Ｗを設けてもよいが、本実施形態では、後述する図５に示すように、各試料容器５１，５２の上面のすべてを視認可能な大きさの１つの開口部Ｗを設けている。

ところで、試料容器５１の内径は最小で３ｍｍ程度である。従って、試料容器５１の内部に重なるように開口部Ｗを形成すれば、開口部Ｗを介して測定試料Ｓ_１を観察可能となる。一方、各試料Ｓ_１、Ｓ_２がファーナスチューブ９内で同一の条件で加熱されるためには、試料容器５２側にも試料容器５１側と同様な開口部Ｗを形成する必要がある。
又、試料ホルダ４１、４２の大きさを規定しても、上述のように試料容器の容器部の内径によって測定試料Ｓ_１の観察視野も変わってくる。

以上のことから、図５に示すように、開口部Ｗ１の最小寸法として、軸方向Ｏに垂直でかつ載置面４１ｓ、４２ｓに垂直な方向（図１の場合、加熱炉３の上面側に相当）から見たとき、開口部Ｗ１から内径３ｍｍの容器部５１及び容器部５２（容器部５２は容器部５１と同一）の内側の全部又は大部分を視認できる寸法を規定するとよい。又、このとき、試料容器の容器部の形状や内径が変わっても、試料ホルダ４１、４２の載置面４１ｓ、４２ｓ同士の重心Ｇ１、Ｇ２は不変であることから、Ｇ１、Ｇ２を基準とした。
つまり、開口部Ｗ１を、上記方向から見たとき、重心Ｇ１、Ｇ２を結ぶ線分Ｍに沿う方向Ｐに線分Ｍを中心にして７ｍｍ以上、線分Ｍに垂直な方向（軸方向Ｏ）に線分を中心にして３ｍｍ以上で、かつ少なくとも線分Ｍに重なるように形成する。ここで、線分Ｍに沿う方向Ｐに７ｍｍとは、方向Ｐの開口部Ｗ１の「最大長さ」が７ｍｍという意味であり、軸方向Ｏに３ｍｍとは、軸方向Ｏの開口部Ｗ１の「最大長さ」が３ｍｍという意味である。従って、開口部Ｗ１の隅部Ｗｃは直角である必要はなく、図５に示すように曲線で構成されていてもよい。但し、隅部Ｗｃの円弧は、少なくとも容器部５１及び容器部５２の内側に沿うよう、半径３ｍｍの円周の１／４円である必要がある。
なお、線分Ｍに沿う方向Ｐに７ｍｍと定めた理由は、容器部５１、５２の内径をそれぞれ最小３ｍｍとし、方向Ｐに沿って試料容器５１，５２同士に熱影響の無い最小間隔が約１ｍｍであることによる（この場合、試料ホルダ４１、４２も直径約３ｍｍの円盤状を仮定する）。従って、開口部Ｗ１として最も小さいものは、重心Ｇ１，Ｇ２を中心とする半径３ｍｍの円と、各円の間を切り抜いた領域とからなる長円である。

一方、開口部Ｗを大きくし過ぎると、高温（例えば５００℃以上）で熱分析中の試料を観察する際に、ファーナスチューブ内の試料Ｓ_１，Ｓ_２の保温や加熱の制御が十分行えず、熱分析が精度よく行えない可能性がある。
このため、高温でも加熱状態をより確実に保った状態で試料を観察するため、開口部Ｗ２の最大寸法を、軸方向Ｏに沿って加熱炉の内面３ｃの長さＬの１／２以下の大きさで、かつ軸方向に垂直なＰ方向に沿って加熱炉の内面３ｃの直径ＩＤ以下の大きさとすることが好ましい。なお、開口部Ｗ２は、上記した最小寸法の開口部Ｗ１を包含する位置に形成されることはいうまでもない。

次に、図１、図２に戻り、光照射部７０について説明する。光照射部７０は、一対の光ファイバ７２と、光源７４と、蓋部７６と、透明部材（石英ガラス板）７８とを備えている。
蓋部７６は、中央部に上方に突出する突出部７６ｓを有する略矩形板状をなし、突出部７６ｓには一対の貫通孔７６ｈが幅方向に並んで、かつ軸方向Ｏに垂直に延びるように形成されている。この蓋部７６は、開口部Ｗを閉塞するように、加熱炉３の上面にネジ止め等によって取付けられている。
一対の光ファイバ７２の一端にはライトガイド７２ａがそれぞれ取り付けられ、各光ファイバ７２の他端は光源７４に取り付けられている。そして、光源７４で発生した光が各光ファイバ７２を通って各ライトガイド７２ａの先端面から照射されるようになっている。
各ライトガイド７２ａはそれぞれ貫通孔７６ｈに挿通され、軸方向Ｏに垂直になるように蓋部７６に固定され、各試料容器５１，５２の上面に各ライトガイド７２ａの先端面が対向している。又、蓋部７６と開口部Ｗとの間には、ファーナスチューブ内の試料Ｓ_１，Ｓ_２の加熱状態を保つため、透明部材７８が挟持されている。

光源７４は、紫外光〜可視光の波長領域の光を発生させるものであり、例えばキセノンランプ、水銀ランプ（高圧水銀・低圧水銀）、LED等を用いた200nm〜400nm程度の波長範囲の光を発生する紫外線光源が挙げられる。光源７４から発生する光の照度特性は、照度計を利用して光源７５への電圧を制御することで調整できる。光源７４から発生する光の波長特性は、所望の波長に応じたフィルタを用いて不要な波長域をカットするようにして段階的に調整を行えばよい。また、当該フィルタの切り替えは、マニュアル/オートのいずれでも対応できる。
光ファイバ７２を各試料容器５１，５２毎に２つに分離して設けると、必要以外の部分への光照射が低減され、光による試料Ｓ_１，Ｓ_２の余分な加熱等の影響を抑制できる。光ファイバ７２の出射端面には、ライトガイド７２ａの他、各種レンズ、フェルール等の光を効率よく導く各種導光体を取り付けることができる。
又、蓋部７６は、各試料容器５１，５２への光の出射端をなす光ファイバ７２（ライトガイド７２ａ）を加熱炉３に固定し、光が試料Ｓ_１，Ｓ_２に対して安定に照射できるものであれば足りる。

以上のようにして、各ライトガイド７２ａの先端面から軸方向Ｏに垂直に出射された光は、透明部材７８を介して各試料容器５１，５２の上面に照射され、光反応を伴う試料の熱重量測定を行えるようになっている。
このため、光触媒等の光反応を伴う試料の変化を直接、かつ定量的に把握することができると共に、加熱炉３により温度変化させた状態での光反応の熱重量測定を行えば、反応速度論的解析を行うこともできる。
特に、従来は直接、かつ定量的な測定が行えなかった光触媒による汚染物質等の分解特性を精度よく測定できる。

本発明において、光照射部７０を取り外した開口部Ｗを介して測定試料Ｓ_１（試料容器５１）を直接観察可能な位置に、撮像手段（例えば、カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、光学顕微鏡等）９０を配置してもよい。撮像手段９０は、加熱炉３に取り付けた所定のホルダに固定してもよく、熱分析装置１００と離間した別部材（三脚等）に固定してもよい。
以上のようにして、開口部Ｗを介して、ファーナスチューブ９内で光反応後の試料Ｓ_１、Ｓ_２の変化を観察することができる。例えば、図１の例では、開口部Ｗの上方に撮像手段（例えば、カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、光学顕微鏡等）９０を配置し、光反応後でかつ熱分析中の試料Ｓ_１、Ｓ_２を観察している。特に、高温（例えば５００℃以上）で熱分析する際には、ファーナスチューブの保温や加熱が十分となり、熱分析を精度よく行いながら試料を観察できる。

さらに、開口部Ｗを設けると次のような効果が生じる。つまり、図６に示すように、ファーナスチューブ９を用いて熱重量測定(TG)を行う場合、ファーナスチューブ９の全体が加熱炉３に囲まれると共に、重量増減を測定するため、測定試料Ｓ_１の試料容器５１がオープン型でその開口部が加熱炉３に向いている。この場合、加熱炉３からの輻射熱ＲＨは、試料容器５１等に吸収される他、試料容器５１内の測定試料Ｓ_１にも直接放射される。
ここで、熱重量測定(TG)と示差熱分析(DTA)を同時に行う場合、DTAでは測定試料Ｓ_１の融解、分解等に伴う示差熱信号を取得する。ところが、加熱によって測定試料Ｓ_１が溶け始めて形状が変化したり、試料の色が変化すると、測定試料Ｓ_１が吸収する輻射熱ＲＨの量も変化し、この輻射熱の変化も示差熱信号に含まれてしまい、測定精度が低下する。

そこで、図７に示すように、加熱炉３に開口部Ｗを設けると、開口部Ｗの直下では加熱炉３から輻射熱ＲＨは放射されず、試料容器５１内の測定試料Ｓ_１に直接放射される輻射熱ＲＨが大幅に減少するので、加熱によって測定試料Ｓ_１の形状や色が変化しても、測定試料Ｓ_１が吸収する輻射熱ＲＨの量は変化し難く、示差熱信号の測定精度の低下を抑制することができる。
なお、測定試料Ｓ_１以外の試料容器５１等は加熱によって形状や色が変化しないので、これら試料容器５１等に輻射熱ＲＨが吸収されても、示差熱信号の測定精度には影響しない。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、ファーナスチューブ、加熱炉の構成、配置状態等は上記した例に限定されない。又、開口部の形状等も上記した例に限定されない。
又、試料を観察するに当たり、開口部Ｗを介して測定試料Ｓ_１を直接観察可能な位置（図１の例では開口部Ｗの上方）に撮像手段９０を配置してもよいが、測定試料Ｓ_１を直接観察可能な位置にミラー等を配置することで、測定試料Ｓ_１を直接観察可能な位置（開口部Ｗの上方）への撮像手段９０の配置を避けてもよい。後者の場合、撮像手段９０が開口部Ｗからの熱あるいは発生するガス等に直接晒されて損傷したり、レンズが曇る等で撮像ができなくなることを回避する効果がある。なお、撮像手段９０を開口部Ｗに対して所定の位置に配置するためには、本発明の熱分析装置に所定の取付器具（例えば、片持ち式のステー、ブラケット等）を取付け、取付器具の先端に設けた撮像手段９０の固定部（例えば、デジタルカメラに三脚等を取り付けるために設けたネジ孔に合う雄ネジ部）に撮像手段９０を取り付ければよい。又、本発明の熱分析装置に所定の取付器具（例えば、片持ち式のステー、ブラケット等）を取付け、この取付器具に上記ミラー等を取付るようにしてもよい。
又、図１に示すように、撮像手段９０を冷却装置９２の開口内に装着し、撮像手段９０の熱による損傷を抑制すると好ましい。なお、冷却装置９２は、加熱炉３の開口部Ｗに取り付けられる筐体の内部に冷却ファンを備えており、冷却装置９２内部の撮像手段９０を冷却風により空冷するようになっている。つまり、冷却装置９２は撮像手段９０を固定するホルダを兼用している。なお、耐熱ジャケット内にCCDカメラを内包した耐熱カメラを撮像手段９０として利用する場合は、冷却装置９２が不要となることがある。

１００熱分析装置
３加熱炉
３ｃ加熱炉の内面
９ファーナスチューブ
９ｂ排気口
３０測定室
３２測定手段
４１、４２試料ホルダ
４１ｓ、４２ｓ試料ホルダの載置面
５１、５２試料容器
７０光照射部
７２光ファイバ
７４光源
９０撮像手段
Ｏ軸方向
Ｓ_１測定試料
Ｓ_２参照試料
Ｇ１、Ｇ２載置面の重心
Ｌ軸方向に沿った加熱炉の内面の長さ
ＩＤ加熱炉の内面の直径
Ｍ重心を結ぶ線分
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２開口部

Claims

透明材料により筒状に形成され、軸方向の先端部に排気口を有するファーナスチューブと、
前記ファーナスチューブの内部に配置され、測定試料及び参照試料をそれぞれ収容する一対の試料容器を、自身の載置面にそれぞれ保持する一対の試料ホルダと、
前記一対の試料容器を少なくとも含む前記ファーナスチューブを、外側から取り囲み前記軸方向に沿う方向に軸心を有する筒状の炉心管と、該炉心管に外嵌されたヒータと、両端に側壁を有し前記ヒータを囲む筒状の外筒と、を含んでなる筒状の加熱炉と、
前記ファーナスチューブの軸方向の後端部に気密に接続される測定室と、
前記測定室内に配置され、前記試料の物性変化を測定する測定手段と、
を備える熱分析装置であって、
前記軸方向に垂直でかつ前記載置面に垂直な方向から見たとき、前記加熱炉は、前記載置面同士の重心を結ぶ線分に少なくとも重なる開口部であって、前記炉心管を貫通して前記一対の試料容器の前記測定試料及び前記参照試料のそれぞれ少なくとも一部を視認可能な開口部を有し、
さらに、前記加熱炉に取り付けられ、前記開口部から前記一対の試料容器にそれぞれ紫外光〜可視光の波長領域の光を照射する光照射部を有し、
前記光を照射した状態での前記測定試料の重量変化を検出可能である熱分析装置。
さらに撮像手段を備え、
前記光照射部は着脱可能であり、
前記光照射部を取り外した前記開口部を介して前記測定試料を直接観察可能な位置に、前記撮像手段が配置された請求項１に記載の熱分析装置。
さらに撮像手段と、光学系とを備え、
前記光照射部は着脱可能であり、
前記光照射部を取り外した前記開口部を介して前記測定試料を直接観察可能な位置に前記光学系が配置され、
前記撮像手段が前記光学系を介して前記測定試料を観察可能な位置に配置された請求項１に記載の熱分析装置。
前記光照射部は光ファイバを有し、
前記光ファイバの一端から前記一対の試料容器に前記光を照射すると共に、前記光ファイバの他端が前記光を発生する光源に取り付けられている請求項１〜３のいずれかに記載の熱分析装置。
前記開口部は、前記線分に沿う方向に該線分を中心にして７ｍｍ以上、前記線分に垂直な方向に該線分を中心にして３ｍｍ以上で、かつ少なくとも前記線分に重なるように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の熱分析装置。
前記開口部は、前記軸方向に沿って前記加熱炉の内面の長さの１／２以下の大きさで、かつ前記軸方向に垂直な方向に沿って前記加熱炉の前記内面の直径以下の大きさである請求項５記載の熱分析装置。
前記ファーナスチューブは、石英ガラス、サファイアガラス又はＹＡＧセラミックスのいずれかからなる請求項１〜６のいずれかに記載の熱分析装置。