特許 6061836 熱重量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6061836

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】熱重量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/00 20060101AFI20170106BHJP

   G01N 25/20 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/00 N

   G01N25/20 F

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-251101(P2013-251101)

(22)【出願日】2013年12月4日

(65)【公開番号】特開2015-108540(P2015-108540A)

(43)【公開日】2015年6月11日

【審査請求日】2016年4月7日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503460323

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100113022

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 謙一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100110249

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 昭

(74)【代理人】

【識別番号】100116090

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 和彦

(72)【発明者】

【氏名】西村 晋哉

(72)【発明者】

【氏名】山田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】高沢 良治

(72)【発明者】

【氏名】長澤 寛治

【審査官】 北川 創

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８５８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５３０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８３３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１４２６９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−３２７５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明材料により筒状に形成され、水平な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軸方向の後端部に気密に接続される測定室と、
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、
前記ファーナスチューブに収容され、自身の前端部に前記一対の試料ホルダがそれぞれ接続され、自身の後端部が前記測定室の内部に水平方向に延伸し、該測定室の内部に取付けられる一対の天秤アームと、
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、
を備える熱重量測定装置であって、
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、前記炉心管を貫通する開口部を有し、該開口部を介して前記測定試料及び前記参照試料を観察可能である熱重量測定装置。

【請求項2】

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以上の大きさである請求項１記載の熱重量測定装置。

【請求項3】

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１又は２記載の熱重量測定装置。

【請求項4】

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１〜３のいずれかに記載の熱重量測定装置。

【請求項5】

さらに撮像手段を備え、
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１〜４のいずれかに記載の熱重量測定装置。

【請求項6】

さらに撮像手段と、光学系とを備え、
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１〜４のいずれかに記載の熱重量測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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重量測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、試料の温度特性を評価する手法として、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といわれる手法が行われている。熱分析は、JIS K 0129:2005 "熱分析通則"に定義されており、測定対象（試料）の温度をプログラム制御させた時の、試料の物理的性質を測定する手法が全て熱分析とされる。一般的に用いられる熱分析は、(1)温度（温度差）を検出する示差熱分析(DTA)、(2)熱流差を検出する示差走査熱量測定(DSC)、(3)質量（重量変化）を検出する熱重量測定(TG)、(4)力学的特性を検出する熱機械分析(TMA)、及び(5)動的粘弾性測定(DMA)の5つの方法がある。

【0003】

例えば、図９に示すように、上記熱重量測定(TG)及び必要に応じて示差熱分析(DTA)を行う熱分析装置１０００として、筒状に形成されて先端部９ａに縮径された排気口９ｂを有する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の内部に配置されて試料Ｓ_１、Ｓ_２を試料容器を介してそれぞれ保持する試料ホルダ４１，４２と、ファーナスチューブ９の後端部９ｄに気密に接続される測定室３０と、測定室３０内に配置されて試料の重量変化を測定する重量検出器３２とを備えた構成が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。又、加熱炉３の下端から下方へ２つの支柱２１８が延び、支柱２１８は支持台２００に接続されている。さらに、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下端から下方へ１つの支柱２１６が延び、支柱２１６も支持台２００に接続されている。支持台２００及び測定室３０は基台１０上に載置され、支持台２００はリニアアクチュエータ２２０によってファーナスチューブ９の軸方向Ｏに進退可能になっている。
そして、加熱炉３は、試料ホルダ４１，４２をファーナスチューブ９の外側から加熱し、温度変化に伴う試料Ｓ_１、Ｓ_２の重量変化を重量検出器３２で検出可能になっている。

【0004】

ここで、図１０に示すように、試料ホルダ４１，４２に試料Ｓ_１、Ｓ_２をセットしたり、試料Ｓ_１、Ｓ_２を交換する際には、リニアアクチュエータ２２０によって支持台２００をファーナスチューブ９の先端側（図１０の左側）に前進させ、支持台２００に固定された加熱炉３及びファーナスチューブ９も前進させる。これにより、試料ホルダ４１，４２がファーナスチューブ９より後端側に露出し、試料Ｓ_１、Ｓ_２のセットや交換が行える。
ところで、上記した熱分析装置を用いると、必要とする熱物性値を検出することはできるが、熱分析中の試料の変化を可視的に観察することができないという問題がある。これは、一般にファーナスチューブ９が焼結アルミナ等のセラミック、又はインコネル（登録商標）等の耐熱性金属で形成されていると共に、加熱炉３がファーナスチューブ９を覆っているためである。

【0005】

これに対し、本出願人は、ファーナスチューブを透明材料により形成すると共に、試料観察時に加熱炉のみを前進させてファーナスチューブを露出させ、露出したファーナスチューブの外側から試料を観察可能とした熱分析装置を報告した（特許文献４）。又、特許文献４には、露出したファーナスチューブの一部を熱伝導部材で覆いつつ、熱伝導部材の一部を加熱炉内に装入し、加熱炉の熱を露出したファーナスチューブに伝えて試料観察位置での試料の加熱状態を保つことも記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−３２６２４９号公報

【特許文献2】特開２００７−２３２４７９号公報

【特許文献3】特開平７−１４６２６２号公報

【特許文献4】特開２０１３−１８５８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献４記載の技術において、上記熱伝導部材により、露出したファーナスチューブ内の試料を間接的に加熱する方式を採れば、５００℃までの温度での熱分析中の試料観察は可能である。しかしながら、５００℃以上の高温で熱分析中の試料を観察するという要望に対しては、上記熱伝導部材を用いた間接的な加熱では不十分となる可能性がある。
一方、図９に示す熱重量/示差熱測定(TG/DTA)の場合、測定試料Ｓ_１が加熱炉３で覆われている。このため、図６に示すように、加熱炉３からの輻射熱ＲＨは、試料容器５１内の測定試料Ｓ_１に直接放射される。ここで、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という問題がある。
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、ファーナスチューブを用いて熱分析中の試料の変化を観察可能であると共に、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た熱重量測定装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明の熱重量測定装置は、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軸方向の後端部に気密に接続される測定室と、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、前記ファーナスチューブに収容され、自身の前端部に前記一対の試料ホルダがそれぞれ接続され、自身の後端部が前記測定室の内部に水平方向に延伸し、該測定室の内部に取付けられる一対の天秤アームと、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、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、前記炉心管を貫通する開口部を有し、該開口部を介して前記測定試料及び前記参照試料を観察可能である。
この熱重量測定装置によれば、加熱炉の開口部を介し、ファーナスチューブを用いて熱分析中の試料の変化を観察可能である。
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。

【0009】

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
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。
この熱重量測定装置によれば、開口部を大きくし過ぎた場合に、高温（例えば５００℃以上）で熱分析中の試料を観察する際、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。

【0010】

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。
この熱重量測定装置によれば、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。

【0011】

本発明の熱重量測定装置は、さらに撮像手段を備え、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。
この熱重量測定装置によれば、撮像手段により、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。

【0012】

本発明の熱重量測定装置は、さらに撮像手段と、光学系とを備え、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。
この熱重量測定装置によれば、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。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ファーナスチューブを用いて熱分析中の試料の変化を観察可能であると共に、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測定精度を向上させた熱重量測定装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る熱重量測定装置の構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図3】熱重量測定装置にて、試料のセットや交換を行う態様を示す図である。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】開口部の有無によるシュウ酸カルシウム水和物の実際の示差熱分析(DTA)の測定結果を示す図である。

【図9】従来の熱重量測定(TG)装置を示す斜視図である。

【図10】従来の熱重量測定(TG)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。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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（熱重量測定装置）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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

次に図４〜図５を参照し、本発明の特徴部分である開口部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。

【0025】

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。

【0026】

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した。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。

【0027】

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。

【0028】

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内で熱分析中の試料Ｓ_１、Ｓ_２の変化を観察することができる。例えば、図１、図２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、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。

【0029】

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。

【0030】

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。
図８に、開口部Ｗの有無によるシュウ酸カルシウム水和物の実際の示差熱分析(DTA)の測定結果を示す。開口部Ｗの寸法は、軸方向Ｏを縦とすると、縦／横＝１０／１３ｍｍとし、天秤ビーム４３、４４が軸方向Ｏへ熱膨張した際も開口部Ｗ内に容器５１、５２（内径各５ｍｍ）の全体が収まるようにした。５４０℃付近に、脱水したシュウ酸カルシウムの熱分解による吸熱ピークが見られる。開口部Ｗを設けた場合、この吸熱ピーク前後のベースラインがフラットであり、ＤＴＡにおける熱量計算をする際のベースライン上の分解開始点（開始温度Ｓ_ａ）及び分解終了点（終了温度Ｅ_ａ）を判定し易く、示差熱を精度よく求めるができる。一方、開口部Ｗが無い場合、ピーク前後のベースラインのフラットネスが不足する（ベースラインが安定しない）。このため、このベースラインの形状から、当該ピークに係るライン上の分解開始点(開始温度）及び分解終了点（終了温度）として、本来の開始温度Ｓ_ａ及び終了温度Ｅ_ａと異なる温度となる、温度Ｓ_ｂ、Ｅ_ｂを誤って取得してしまい、算定の精度が低下する結果を招く。

【0031】

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、本発明の熱分析装置は、上記した熱重量測定(TG)装置の他、JIS K 0129:2005 "熱分析通則"に定義され、測定対象（試料）の温度をプログラム制御させた時の、試料の物理的性質を測定する全ての熱分析に適用可能である。具体的には、 (1)温度（温度差）を検出する示差熱分析(DTA)、(2)熱流差を検出する示差走査熱量測定(DSC)、(3)質量（重量変化）を検出する熱重量測定(TG)、等が挙げられる。

【符号の説明】

【0032】

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
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】