熱伝導率測定装置及び熱伝導率の測定方法
【課題】 ロッドと被測定体の外周からの熱漏洩を妨げ、ｚ軸方向のみの理想的な一次元熱伝導を実現し、接触熱抵抗Ｒｃおよび熱伝導率ｋｕを精度良く測定できる熱伝導率測定装置を提供する。
【解決手段】 加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の間に被測定体２３を挟持し、加熱側ロッド２１、被測定体２３及び冷却側ロッド２２を通して熱量を流入・流出させることにより被測定体２３の熱伝導率またはロッド２１，２２と被測定体２３との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の外周に補償ヒータ３２をそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、上記各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の温度とが等しくなるように、補償ヒータ２３の発熱量を制御する。
【解決手段】 加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の間に被測定体２３を挟持し、加熱側ロッド２１、被測定体２３及び冷却側ロッド２２を通して熱量を流入・流出させることにより被測定体２３の熱伝導率またはロッド２１，２２と被測定体２３との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の外周に補償ヒータ３２をそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、上記各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の温度とが等しくなるように、補償ヒータ２３の発熱量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持し、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して熱量を伝達させ、被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置及び熱伝導率の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、Ｌ．Ｓ．Ｆｌｅｔｈｅｒ等によって発表された論文Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheets（AIAA26th Thermophysics Conference、June 24−26、1991／ Honolulu Hawaii）に開示された熱伝導率測定装置の構成図である。図８の測定装置において、被測定体２３の上下に予め熱伝導率ｋｒｏｔが既知な加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２が設けられ、加熱側ロッド２１の最上部は加熱ブロック１１により加熱され、冷却側ロッド２２の最下部は冷却ブロック１２により冷却するようになっている。加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２内には、温度分布測定用のために所定間隔毎に孔が設けられており、この孔内に熱電対から構成される温度測定センサ４１，４２が埋設されている。また、加熱ブロック１１の上部には、ロッド２１，２２と被測定体２３の間の接触面圧力を制御する付加力装置１５が配設されており、接触面圧力の測定用にロードセル１３が設置されている。
【０００３】
図８の熱伝導率測定装置を使用した接触熱抵抗の測定原理は以下の通りである。ここでは、二つのロッド２１、２２および被測定体２３の断面積は同じものとするが、断面形状に制約されない。
【０００４】
加熱ブロック１１から加熱側ロッド２１に流入し、被測定体２３を伝わって、冷却側ロッド２２から流出し、冷却ブロック１２内を通過する冷却水へ流れる熱流束ｑは、次の（式１）から求めることができる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ｑ１：加熱側ロッド２１から被測定体２３へ流入した熱流束（Ｗ／ｍ２）、
ｑ２：被測定体２３から冷却側ロッド２２へ流入した熱流束（Ｗ／ｍ２）であり、次の（式２）、（式３）で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
したがって、二つのロッド２１，２２の間の接触熱抵抗Ｒｃは、測定した二つのロッド２１，２２の温度勾配から（式４）により求められる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
また、接触熱抵抗Ｒｃは、二つのロッド２１，２２及び被測定体２３間の接触圧力に依存する。したがって、付加力装置１５及びロードセル１３を使用して、二つのロッド２１，２２及び被測定体２３間の接触圧力を可変しながら、所定の圧力値毎に上記温度勾配を測定して上記接触熱抵抗Ｒｃを求める。
【００１１】
次に、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを調べたい場合、ｚ軸方向に厚みのある被測定体２３に設けた孔に熱電対から構成された温度測定センサを埋設し、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を測定する。このとき、被測定体２３を通過する熱流束ｑは（式５）で定義される。
【００１２】
【数４】
【００１３】
したがって、被測定体２３の熱伝導率ｋｕは、被測定体２３の温度勾配を用いて（式６）で求められる。
【００１４】
【数５】
【００１５】
なお、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを算出する際、被測定体２３のｚ軸方向の厚みがほとんどなく孔に熱電対を埋設できない場合、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を（式４）のΔＴ（二つのロッド内のそれぞれの温度勾配の外挿線から求めた温度差）により求めて、（式６）に代入しても良い。
【００１６】
以上のように、図８の熱伝動率測定装置を使用すれば、接触熱抵抗および熱伝導率を測定することが可能である。
【００１７】
また、従来、コークリートの温度予測装置として、内部にコンクリートの打設空間を形成しかつ周囲４面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状の断熱槽と、この断熱槽内に打設されたコンクリートの履歴温度を検出する温度検出器と、前記断熱槽の両開口部を覆いかつ内部に温度の制御空間を形成するケーシングと、このケーシング内の温度を制御する制御手段とを具備したものがあった（例えば、特許文献１）。
【００１８】
【非特許文献１】Ｌ．Ｓ．Ｆｌｅｔｈｅｒ等著、「Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheets」（AIAA26th Thermophysics Conference、 June 24−26、1991／ Honolulu Hawaii）
【特許文献１】特開昭６３−１１７２４９号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ここで、上記非特許文献における（式４）と（式６）を見ると、接触熱抵抗Ｒｃおよび熱伝導率ｋｕの測定値の精度は、ロッド２１，２２または被測定体２３の温度勾配の測定値の精度に大きく影響していることがわかる。したがって測定時には、ロッド２１，２２または被測定体２３のｚ軸を法線とする断面での温度が均一でかつ上記温度勾配を理想的な一次直線として測定されるように、ロッド２１から被測定体２３、ロッド２２へｚ軸方向のみの熱伝導を実現させるのが望ましい。そこで、図８の測定装置を真空状態の環境内に設置して、ロッド２１，２２と被測定体２３からｚ軸以外の方向へ熱漏洩するのを防ぐ方法も考えられるが、測定環境を整えるのに多大な労力を要する。
【００２０】
また、ロッド２１，２２と被測定体２３の外周を断熱材で覆って測定する方法もあるが、実際にその方法を用いた場合のロッド２１，２２、被測定体２３の温度分布を図９に示す。図９の横軸はロッドまたは被測定体の温度測定点、縦軸に温度を示している。なお、プロットは実測値で、直線はこの実測値をもとにした近似直線である。この時、ｚ軸方向のみへの一次元熱伝導を実現させようとしても断熱材を通しての熱漏洩が存在するため、実際は図９に示すようにロッド２１，２２あるいは被測定体２３の温度勾配は理想的な一次直線にならない。このことは（式４）で表される接触熱抵抗Ｒｃおよび（式６）で表される熱伝導率ｋｕの精度悪化の原因となる。
【００２１】
なお、上記特許文献１では、コンクリートのｚ軸を法線とする断面での温度が均一でかつ温度勾配が理想的な一次直線となるように、すなわち同じ位置におけるコンクリート内の温度とケーシング内の温度が同じになるようにヒータを制御していることは開示されていない。
【００２２】
この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、多大な労力を要せずに、ロッドと被測定体の外周からの熱漏洩を妨げ、ｚ軸方向のみの理想的な一次元熱伝導を実現し、接触熱抵抗Ｒｃおよび熱伝導率ｋｕを精度良く測定できる熱伝導率測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明に係る熱伝導率測定装置は、被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周に補償ヒータを各々複数個配置し、各補償ヒータの温度と、各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る熱伝導率測定装置は、被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド及び冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る熱伝導率の測定方法は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体自体の温度と等しくなるように制御する工程と、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る熱伝導率の測定方法は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド及び冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御する工程と、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の熱伝導率測定装置によれば、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周に補償ヒータを各々複数個配置し、各補償ヒータの温度と、各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量を制御しているので、加熱側ロッド、冷却側ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００２８】
また、この発明の熱伝導率測定装置によれば、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド及び冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されているので、加熱側ロッド及び冷却側ロッドから周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００２９】
また、この発明の熱伝導率の測定方法によれば、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体自体の温度と等しくなるように制御したので、加熱側ロッド、冷却側ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００３０】
また、この発明の熱伝導率の測定方法によれば、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド及び冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御したので、加熱側ロッド及び冷却側ロッドから周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００３２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。図において、被測定体２３は二つのロッド２１及び２２に挟まれており、ｚ軸方向に見て被測定体２３の上側のロッドを加熱側ロッド２１、下側のロッドを冷却側ロッド２２とする。加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２には、そのｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、それぞれの孔内には、ロッド内のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成されるロッド温度測定センサ４１、４２が挿入されている。また、被測定体２３にも、そのｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、その孔内には被測定体内部のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成される被測定体温度測定センサ４３が挿入されている。
【００３３】
加熱側ロッド２１の被測定体２３と接触する面の反対側には、ヒータ１０が挿入されている加熱ブロック１１が配置されている。また、冷却側ロッド２２の被測定体２３と接触する面の反対側には、冷媒が内部を流れている冷却ブロック１２が配置されている。なお、図１では加熱ブロック１１にヒータ１０を挿入しているものを示したが、ヒータ１０はセラミックヒータ等どんな構成でも構わない。また、冷却ブロック１２の内部に冷媒が通っていると説明したが、ヒートシンクやペルチェ素子等の冷却装置を使用しても構わない。
【００３４】
加熱ブロック１１の上部には、ロッド２１，２２と被測定体２３の間の接触面圧力を可変させるための付加力装置１５を配設している。図１では、付加力装置１５としてねじ機構で動作するスライド式の加圧装置を示したが、その他の構成の加圧装置であっても良い。なお、１５ａは付加力装置１５のロッド、１５ｂはバネである。また、付加力装置１５により変化する接触面圧力の測定用としてロードセル１３が設置されている。この場合、ロードセル１３の温度が加熱ブロック１１から熱が伝わって高温にならないように、加熱ブロック１１とロードセル１３の間に断熱性の支持部材１４が配設されている。
【００３５】
加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定物２３の外周には、補償ヒータ用フランジ３１によって支持された補償ヒータ３２が配置されている。図２は、加熱側ロッド２１の構成を示す拡大図である。冷却側ロッド２２及び被測定体２３に関しても図２と同様に構成される。
【００３６】
図２において、補償ヒータ用フランジ３１は加熱側ロッド２１の外周全体を被覆するように配置され、断熱性部材で構成されている。本例では、補償ヒータ用フランジ３１として、加熱側ロッド２１の外周を被覆する円筒形状の断熱性樹脂成形品を使用している。補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）は、補償ヒータ用フランジ３１のｚ軸方向の所定間隔（均等間隔が好ましい）毎に複数個配設されている。この場合、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１との隙間３４は、これらが接触しない程度にできるだけ少なくしている。
【００３７】
また、補償ヒータ用フランジ３１には孔が設けられ、この孔内には各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を計測するための熱電対からなる補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）が埋設されている。各補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）は、前述のロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）とｚ軸方向において同じ高さ位置になるように配設されている。
【００３８】
補償ヒータ温度検出部１０１は、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）からの信号を入力し、各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を算出する役割を果たす。ロッド（被測定体）温度検出部１０２は、ロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）、４２又は被測定体温度測定センサ４３からの信号を入力し、ロッド２１，２２又は被測定体２３のｚ軸方向の温度を算出する役割を果たす。補償ヒータ温度制御部１０３は、補償ヒータ温度検出部１０１において算出された各補償ヒータの温度と、ロッド（被測定体）温度検出部１０２において算出されたロッド又は被測定体のｚ軸方向の温度とが一致するように各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の発熱量を制御する役割を果たす。
【００３９】
また、図１に示すように、被測定体２３の厚みが計測できるように、被測定体２３を挟み込むように２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂを設け、この２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂ間を測定する接触式変位測定計６２を配設している。なお、接触式変位測定計６２は変位測定板６１ａ、６１ｂの間に位置するように変位測定計用フランジ６３によって支持されている。
【００４０】
次に、この発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置の動作を説明する。ヒータ１０により加熱された加熱ブロック１１の熱量は、より温度の低い方向へ、つまり加熱側ロッド２１、被測定体２３、冷却側ロッド２２、そして冷却ブロック１２とｚ軸の負の方向へ順に伝わっていく。被測定体２３を挟む２つのロッド２１、２２のそれぞれの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）および（∂Ｔ２／∂ｚ）を計測することにより、（式１）で表される被測定体２３へ流入及び流出する熱流束ｑを計測することができる。そして、接触熱抵抗Ｒｃまたは被測定体の熱伝導率ｋｕは、前記において説明したとおり、下記の（式４）又は（式６）により求められる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】
次に、本実施の形態の特徴である補償ヒータ３２の温度制御について、図２の加熱側ロッド２１の構成図に基づいて説明する。補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度は、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）によって逐次計測され、補償ヒータ温度検出部１０１により算出される。一方、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）とｚ軸方向の同位置にあるロッド２１の温度は、ロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）によって逐次計測され、ロッド（被測定体）温度検出部１０２により算出される。そして、補償ヒータ温度制御部１０３は、補償ヒータ温度検出部１０１において算出された各補償ヒータの温度と、ロッド（被測定体）温度検出部１０２において算出されたロッドのｚ軸方向の温度とが一致するように、補償ヒータ入力線３６に通電制御して、補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を制御する。
【００４４】
図２に示すように、加熱側ロッド２１内の温度を計測するためのロッド温度測定センサ４１は例えば５つ設けられており、このセンサ４１に対応するようにｚ軸方向の同じ高さに補償ヒータ３２の温度を測定するための補償ヒータ温度測定センサ３３も補償ヒータ用フランジ３１上に例えば５つ設けられている。これら全ての補償ヒータ３２の各温度が同じ高さにある加熱側ロッド２１内の各温度と等しくなるように制御できれば、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになり、ロッドの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になる。
【００４５】
また、補償ヒータ３２の数を加熱側ロッド２１の温度測定センサ４１の総数と同じ、あるいはそれ以上になるように配設すれば、補償ヒータ３２を細かく制御することができるため、ロッドの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）もより精度の良い一次直線になる。
【００４６】
しかしながら、補償ヒータ３２とロッド２１との間に自然対流による熱伝達が存在すると、ロッド２１内部でｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が生じることになる。そのため、ロッド２１の内部を熱伝導で伝わる熱がｚ軸方向のみでなくなるので、ｚ軸を法線とする同一ロッド断面内の温度が均一でなくなり、温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線でなくなる。そこで、自然対流による熱伝達を防ぐために、ロッド２１と補償ヒータ３２の隙間３４はできるだけ少なくした方がいい。一方、ロッド２１と補償ヒータ３２とを接触させると、ロッド２１と補償ヒータ３２との間で熱伝導による熱移動が発生する場合があるため、接触させてはならない。したがって、前記隙間３４はロッド２１と補償ヒータ３２とを接触させない程度にできるだけ隙間を少なくした方が望ましい。
【００４７】
また、補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の配置において、隣合う補償ヒータ間の温度差による熱移動を避けるために、隣合う補償ヒータ３２は密着させず隙間３５を設けた方が望ましい。また、補償ヒータ用フランジ３１を介して熱伝導で伝わる熱移動を避けるために、補償ヒータ用フランジ３１は断熱性部材で構成された方が望ましい。
【００４８】
上記の説明は、加熱側ロッド２１に関しての説明であったが、これは冷却側ロッド２２及び被測定体２３についても同様に適用できる。このようにして、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３のＺ軸方向の温度勾配を理想的な一次直線にすることができるので、（式４）、（式６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ、被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００４９】
また、被測定体２３が高温になるとそれ自体の厚みが変化する場合も考えられる。被測定体２３の厚みの変化は、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）に影響を与えてしまう。そこで、変化する被測定体２３の厚みを逐次測定できれば、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）も逐次補正できる利点がある。そのため、被測定体２３の厚みが計測できるように、被測定体２３を挟み込むように２枚の変位測定板６１ａ及び６１ｂを配置し、この変位測定板６１ａ及び６１ｂの間に接触式変位測定計６２を設置している。すなわち、接触式変位測定計６２により上下に位置する２枚の変位測定板６１ａ及び６１ｂの変位を計測することで、被測定体２３の厚みを測定し、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）を逐次補正する。
【００５０】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の外周に補償ヒータ３２をそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しているので、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッド２１から被測定体２３を通して冷却ロッド２２へ一次元的に伝わることができる。その結果、ロッドと被測定体の接触熱抵抗Ｒｃ又は熱伝導率ｋｕの測定値の精度を高めることができる。
【００５１】
また、補償ヒータ３２の設置個数を、ロッド又は被測定体の温度測定点の合計又はそれ以上になるように配置し、それぞれの補償ヒータ３２を独立して制御しているので、ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を抑えることができ、熱がロッドから被測定体へ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度を高めることができる。
【００５２】
また、補償ヒータ３２はロッド又は被測定体の外周を覆っているフランジ３１上に固定されており、隣り合う補償ヒータ３２は接触していないので、隣り合う補償ヒータ３２間での熱移動量が少なくなり、フランジ３１がロッドまたは被測定体外周からの自然対流による熱漏洩を防いでくれるため、補償ヒータ３２へ入力する熱量を少なくすることができる。
【００５３】
さらに、フランジ３１として、ロッド又は被測定体の外周を隙間を残して被覆する断熱部材により構成し、補償ヒータはこの断熱部材上のロッド側又は被測定体側に配設されているので、フランジ内部での熱移動量が少なくなるため、補償ヒータから発熱する熱量を少なくできる。また、断熱部材がロッド又は被測定体の外周からの自然対流による熱漏洩を防いでくれるため、ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を抑えることができ、熱がロッドから被測定体へ一次元的に伝わることができることから被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００５４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【００５５】
上記実施の形態１では、ｚ軸の下方から正方向に向かって冷却ブロック１２、冷却側ロッド２２、被測定体２３、加熱側ロッド２１、加熱ブロック１１と積層されて構成されている。このため、加熱側ブロック１１からの熱がｚ軸の負の方向へ流れるように、かつロードセル１３の温度が上がらないように、加熱ブロック１１の加熱側ロッド２１と接触する面の反対側に断熱性の支持部材１４を介在する必要があった。
【００５６】
実施の形態２では、図３に示すように、ｚ軸の下方から正の方向に向かって加熱ブロック１１、加熱側ロッド２１、被測定体２３、冷却側ロッド２２、冷却ブロック１２と積層させており、冷却ブロック１２の上側にロードセル１３を配置している。この構成によれば、ロードセル１３と加熱ブロック１１との間の距離が増え、熱抵抗も増加することから、熱がロードセル１３の方へ流れずロードセル１３の温度が上がらない。従って、実施の形態１で述べた断熱性の支持部材１４が不要となり、熱伝導率測定装置１の構成がシンプルになる。
【００５７】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００５８】
実施の形態３．
図４及び図５はこの発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。図４及び図５は代表例として加熱側ロッドの拡大図を示しているが、冷却側ロッド及び被測定体についても同様であり、以下の説明でも同様に適用できる。
【００５９】
上記実施の形態１では、加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２との隙間３４を接触させない程度に、できるだけ縮めた方がいいと述べた。これは、この隙間３４が大きいと加熱側ロッド２１の側面上のｚ軸方向の温度差によって加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２とで形成される空間３８に自然対流が発生し、この自然対流熱伝達によって加熱側ロッド２１のｚ軸を法線とするロッド断面内の温度が均一にならず、熱移動が生じることになる。すなわち、加熱側ロッド２１の内部を熱伝導で伝わる熱がｚ軸方向のみでなくなることから、温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線でなくなる。
【００６０】
しかし、実際には前記隙間３４を接触させない程度に、できるだけ縮めるという作業は難しい。そこで、本実施の形態では、図４に示すように、最適な隙間３４が得られるように隙間支持部材３７を設けている。この隙間支持部材３７は補償ヒータ３２と同様、補償ヒータ用フランジ３１で支持されている。そして、この隙間支持部材３７の先端が加熱側ロッド２１と接触することにより、加熱側ロッド２１を支持している。さらに、加熱側ロッド２１からの熱が隙間支持部材３７に伝わらないように、隙間支持部材３７は断熱性部材により構成されている。また、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１とで形成される空間３８が、隙間支持部材３７によってｚ軸方向に小さく分断されるため、分断された各空間内の最大温度と最小温度との温度差も小さくなることから、温度差に依存する自然対流熱伝達の発生を抑えられるメリットもある。
【００６１】
また、この隙間支持部材３７を適当な長さにすることで、簡単に隙間３４を最適な値にすることが可能になる。
【００６２】
したがって、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内の温度が均一になり、この面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになる。そのため、ロッド内の温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になる結果、式（４）、式（６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ、被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００６３】
また、断熱性を有する隙間支持部材３７を隣り合う補助ヒータ３２間に配置することで、補助ヒータ３２間の温度差による熱伝導を防ぐことができるため、補償ヒータ３２への入力量も少なくて済み、補償ヒータ３２の制御が簡易になる。
【００６４】
一方、図５は加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２の隙間３４にフィン状の自然対流防止板３９を設置した構成である。この自然対流防止板３９は補償ヒータ３２側から加熱側ロッド２１側へフィン５１が突き出しており、フィン５１の先端が加熱側ロッド２１に接触することで、加熱側ロッド２１を支持している。また、加熱側ロッド２１からの熱が自然対流防止板３９に伝わらないように、自然対流防止板３９は断熱性を有している。
【００６５】
この自然対流防止板３９のフィン５１も、図４の隙間支持部材３７と同様に、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１とで形成される空間３８をｚ軸方向に小さく分断するため、分断された各空間内の最大温度と最小温度との温度差も小さくなることから、温度差に依存する自然対流熱伝達の発生も抑えられる。したがって、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになる。その結果、ロッド内の温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になるため、式（４）、式（６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ及び被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００６６】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００６７】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。本実施の形態では、冷却側ロッド２２と冷却ブロック１２との間に補償加熱ブロック１６を設けたことを特徴としている。
【００６８】
被測定体２３の熱伝導率に温度依存性がある場合、被測定体２３を最適な温度条件にする必要がある。上記実施の形態１では、被測定体２３は加熱側ロッド２１と冷却側ロッド２２に挟まれて積層された構成であり、被測定体２３の温度を高温にしたい場合、加熱側ロッド２１の温度も更に高温にする必要があり、作業性が悪化する。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、冷却側ロッド２２と冷却ブロック１２との間に補償加熱ブロック１６を設け、補償加熱ブロック１６を所定温度に上げることにより、冷却側ロッド２２の温度も上げてやる。それにより、加熱ブロック１１からの熱量をそれほど増加することなく、被測定体２３の温度を高温にすることができるので、作業性が向上するメリットがある。
【００７０】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１の被測定体２３と接触しない側から発熱量Ｑ１を負荷すると共に、冷却側ロッド２２の被測定体２３と接触しない側からも発熱量Ｑ２（Ｑ１＞Ｑ２）を負荷するようにしたので、温度依存性を有する熱伝導率を測定する場合であっても、ロッド２１が高温になることを抑えられ、作業性が向上する。
【００７１】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００７２】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【００７３】
上記実施の形態１では、被測定体２３の厚みを測定するために、被測定体２３の上下に２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂを配置し、その間に接触式変位測定計６２を配置していた。しかし、接触式変位測定計６２は前記２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂと直接接触していることから、被測定体２３の厚みに影響を与える可能性もある。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、接触式変位測定計６２ではなくレーザ変位測定計６４を用いたことを特徴としている。すなわち、レーザ変位測定計６４から２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂに向けてレーザ光６５を発信し、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂで反射した前記レーザ光６５をレーザ変位測定計６４で受信する。そして、受信したレーザ光６５の時間差を計測することで、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂの変位、つまり被測定体２３の厚みを測定する。
【００７５】
以上のように実施の形態５によれば、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂの間の距離を非接触で測定することができるので、被測定体２３の厚みに影響を与えることなく、被測定体２３の厚みを測定できる。
【００７６】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００７７】
実施の形態６．
上記実施の形態では、被測定体２３にｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、その孔内に被測定体内部のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成される被測定体温度測定センサ４３が挿入されているものを示した。しかしながら、被測定体２３のｚ軸方向の厚みがほとんどない場合や、被測定体２３に熱電対等の温度センサを取り付けることができない場合などには、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２内のｚ軸方向温度分布を測定するためのロッド温度測定センサ４１、４２を取り付けると共に、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の外周に補償ヒータ３２を複数個配置し、補償ヒータ３２の温度と、補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しても良い。この場合、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを算出する際には、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を（式４）に示したΔＴ（二つのロッド内のそれぞれの温度勾配の外挿線から求めた温度差）により求めて、（式６）に代入することにより算出する。
【００７８】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の外周に補償ヒータ３２を各々複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しているので、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッド２１から被測定体２３を通して冷却ロッド２２へ一次元的に伝わることができることから、被測定体２３の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の熱伝導率測定装置の加熱側ロッドの構成を示す拡大図である。
【図３】この発明の実施の形態２による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図８】論文Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheetsに開示された熱伝導率測定装置の構成図である。
【図９】図８の熱伝導率測定装置のロッド及び被測定体の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 熱伝導率測定装置、１０ ヒータ、１１ 加熱ブロック、１２ 冷却ブロック、
１３ ロードセル、１４ 支持部材、１５ 付加力装置、２１ 加熱側ロッド、
２２ 冷却側ロッド、２３ 被測定体、３１ 補償ヒータ用フランジ、
３２ 補償ヒータ、３３ 補償ヒータ温度測定センサ、
４１，４２ ロッド温度測定センサ、４３ 被測定体温度測定センサ、
６１ａ，６１ｂ 変位測定板、６２ 接触式変位測定板、
１０１ 補償ヒータ温度検出部、１０２ ロッド（被測定体）温度検出部、
１０３ 補償ヒータ温度制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持し、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して熱量を伝達させ、被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置及び熱伝導率の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、Ｌ．Ｓ．Ｆｌｅｔｈｅｒ等によって発表された論文Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheets（AIAA26th Thermophysics Conference、June 24−26、1991／ Honolulu Hawaii）に開示された熱伝導率測定装置の構成図である。図８の測定装置において、被測定体２３の上下に予め熱伝導率ｋｒｏｔが既知な加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２が設けられ、加熱側ロッド２１の最上部は加熱ブロック１１により加熱され、冷却側ロッド２２の最下部は冷却ブロック１２により冷却するようになっている。加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２内には、温度分布測定用のために所定間隔毎に孔が設けられており、この孔内に熱電対から構成される温度測定センサ４１，４２が埋設されている。また、加熱ブロック１１の上部には、ロッド２１，２２と被測定体２３の間の接触面圧力を制御する付加力装置１５が配設されており、接触面圧力の測定用にロードセル１３が設置されている。
【０００３】
図８の熱伝導率測定装置を使用した接触熱抵抗の測定原理は以下の通りである。ここでは、二つのロッド２１、２２および被測定体２３の断面積は同じものとするが、断面形状に制約されない。
【０００４】
加熱ブロック１１から加熱側ロッド２１に流入し、被測定体２３を伝わって、冷却側ロッド２２から流出し、冷却ブロック１２内を通過する冷却水へ流れる熱流束ｑは、次の（式１）から求めることができる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ｑ１：加熱側ロッド２１から被測定体２３へ流入した熱流束（Ｗ／ｍ２）、
ｑ２：被測定体２３から冷却側ロッド２２へ流入した熱流束（Ｗ／ｍ２）であり、次の（式２）、（式３）で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
したがって、二つのロッド２１，２２の間の接触熱抵抗Ｒｃは、測定した二つのロッド２１，２２の温度勾配から（式４）により求められる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
また、接触熱抵抗Ｒｃは、二つのロッド２１，２２及び被測定体２３間の接触圧力に依存する。したがって、付加力装置１５及びロードセル１３を使用して、二つのロッド２１，２２及び被測定体２３間の接触圧力を可変しながら、所定の圧力値毎に上記温度勾配を測定して上記接触熱抵抗Ｒｃを求める。
【００１１】
次に、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを調べたい場合、ｚ軸方向に厚みのある被測定体２３に設けた孔に熱電対から構成された温度測定センサを埋設し、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を測定する。このとき、被測定体２３を通過する熱流束ｑは（式５）で定義される。
【００１２】
【数４】
【００１３】
したがって、被測定体２３の熱伝導率ｋｕは、被測定体２３の温度勾配を用いて（式６）で求められる。
【００１４】
【数５】
【００１５】
なお、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを算出する際、被測定体２３のｚ軸方向の厚みがほとんどなく孔に熱電対を埋設できない場合、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を（式４）のΔＴ（二つのロッド内のそれぞれの温度勾配の外挿線から求めた温度差）により求めて、（式６）に代入しても良い。
【００１６】
以上のように、図８の熱伝動率測定装置を使用すれば、接触熱抵抗および熱伝導率を測定することが可能である。
【００１７】
また、従来、コークリートの温度予測装置として、内部にコンクリートの打設空間を形成しかつ周囲４面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状の断熱槽と、この断熱槽内に打設されたコンクリートの履歴温度を検出する温度検出器と、前記断熱槽の両開口部を覆いかつ内部に温度の制御空間を形成するケーシングと、このケーシング内の温度を制御する制御手段とを具備したものがあった（例えば、特許文献１）。
【００１８】
【非特許文献１】Ｌ．Ｓ．Ｆｌｅｔｈｅｒ等著、「Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheets」（AIAA26th Thermophysics Conference、 June 24−26、1991／ Honolulu Hawaii）
【特許文献１】特開昭６３−１１７２４９号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ここで、上記非特許文献における（式４）と（式６）を見ると、接触熱抵抗Ｒｃおよび熱伝導率ｋｕの測定値の精度は、ロッド２１，２２または被測定体２３の温度勾配の測定値の精度に大きく影響していることがわかる。したがって測定時には、ロッド２１，２２または被測定体２３のｚ軸を法線とする断面での温度が均一でかつ上記温度勾配を理想的な一次直線として測定されるように、ロッド２１から被測定体２３、ロッド２２へｚ軸方向のみの熱伝導を実現させるのが望ましい。そこで、図８の測定装置を真空状態の環境内に設置して、ロッド２１，２２と被測定体２３からｚ軸以外の方向へ熱漏洩するのを防ぐ方法も考えられるが、測定環境を整えるのに多大な労力を要する。
【００２０】
また、ロッド２１，２２と被測定体２３の外周を断熱材で覆って測定する方法もあるが、実際にその方法を用いた場合のロッド２１，２２、被測定体２３の温度分布を図９に示す。図９の横軸はロッドまたは被測定体の温度測定点、縦軸に温度を示している。なお、プロットは実測値で、直線はこの実測値をもとにした近似直線である。この時、ｚ軸方向のみへの一次元熱伝導を実現させようとしても断熱材を通しての熱漏洩が存在するため、実際は図９に示すようにロッド２１，２２あるいは被測定体２３の温度勾配は理想的な一次直線にならない。このことは（式４）で表される接触熱抵抗Ｒｃおよび（式６）で表される熱伝導率ｋｕの精度悪化の原因となる。
【００２１】
なお、上記特許文献１では、コンクリートのｚ軸を法線とする断面での温度が均一でかつ温度勾配が理想的な一次直線となるように、すなわち同じ位置におけるコンクリート内の温度とケーシング内の温度が同じになるようにヒータを制御していることは開示されていない。
【００２２】
この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、多大な労力を要せずに、ロッドと被測定体の外周からの熱漏洩を妨げ、ｚ軸方向のみの理想的な一次元熱伝導を実現し、接触熱抵抗Ｒｃおよび熱伝導率ｋｕを精度良く測定できる熱伝導率測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明に係る熱伝導率測定装置は、被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周に補償ヒータを各々複数個配置し、各補償ヒータの温度と、各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る熱伝導率測定装置は、被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド及び冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る熱伝導率の測定方法は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体自体の温度と等しくなるように制御する工程と、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る熱伝導率の測定方法は、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド及び冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御する工程と、加熱側ロッドの被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、加熱側ロッド、被測定体及び冷却側ロッドを通して、冷却側ロッドの被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、両ロッド内の温度勾配を測定することにより被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と被測定体の温度勾配から被測定体の熱伝導率またはロッドと被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の熱伝導率測定装置によれば、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周に補償ヒータを各々複数個配置し、各補償ヒータの温度と、各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量を制御しているので、加熱側ロッド、冷却側ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００２８】
また、この発明の熱伝導率測定装置によれば、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド及び冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、補償ヒータの発熱量が制御されているので、加熱側ロッド及び冷却側ロッドから周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００２９】
また、この発明の熱伝導率の測定方法によれば、加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド、冷却側ロッド及び被測定体自体の温度と等しくなるように制御したので、加熱側ロッド、冷却側ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００３０】
また、この発明の熱伝導率の測定方法によれば、加熱側ロッド及び冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する加熱側ロッド及び冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御したので、加熱側ロッド及び冷却側ロッドから周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッドから被測定体を通して冷却ロッドへ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００３２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。図において、被測定体２３は二つのロッド２１及び２２に挟まれており、ｚ軸方向に見て被測定体２３の上側のロッドを加熱側ロッド２１、下側のロッドを冷却側ロッド２２とする。加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２には、そのｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、それぞれの孔内には、ロッド内のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成されるロッド温度測定センサ４１、４２が挿入されている。また、被測定体２３にも、そのｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、その孔内には被測定体内部のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成される被測定体温度測定センサ４３が挿入されている。
【００３３】
加熱側ロッド２１の被測定体２３と接触する面の反対側には、ヒータ１０が挿入されている加熱ブロック１１が配置されている。また、冷却側ロッド２２の被測定体２３と接触する面の反対側には、冷媒が内部を流れている冷却ブロック１２が配置されている。なお、図１では加熱ブロック１１にヒータ１０を挿入しているものを示したが、ヒータ１０はセラミックヒータ等どんな構成でも構わない。また、冷却ブロック１２の内部に冷媒が通っていると説明したが、ヒートシンクやペルチェ素子等の冷却装置を使用しても構わない。
【００３４】
加熱ブロック１１の上部には、ロッド２１，２２と被測定体２３の間の接触面圧力を可変させるための付加力装置１５を配設している。図１では、付加力装置１５としてねじ機構で動作するスライド式の加圧装置を示したが、その他の構成の加圧装置であっても良い。なお、１５ａは付加力装置１５のロッド、１５ｂはバネである。また、付加力装置１５により変化する接触面圧力の測定用としてロードセル１３が設置されている。この場合、ロードセル１３の温度が加熱ブロック１１から熱が伝わって高温にならないように、加熱ブロック１１とロードセル１３の間に断熱性の支持部材１４が配設されている。
【００３５】
加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定物２３の外周には、補償ヒータ用フランジ３１によって支持された補償ヒータ３２が配置されている。図２は、加熱側ロッド２１の構成を示す拡大図である。冷却側ロッド２２及び被測定体２３に関しても図２と同様に構成される。
【００３６】
図２において、補償ヒータ用フランジ３１は加熱側ロッド２１の外周全体を被覆するように配置され、断熱性部材で構成されている。本例では、補償ヒータ用フランジ３１として、加熱側ロッド２１の外周を被覆する円筒形状の断熱性樹脂成形品を使用している。補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）は、補償ヒータ用フランジ３１のｚ軸方向の所定間隔（均等間隔が好ましい）毎に複数個配設されている。この場合、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１との隙間３４は、これらが接触しない程度にできるだけ少なくしている。
【００３７】
また、補償ヒータ用フランジ３１には孔が設けられ、この孔内には各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を計測するための熱電対からなる補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）が埋設されている。各補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）は、前述のロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）とｚ軸方向において同じ高さ位置になるように配設されている。
【００３８】
補償ヒータ温度検出部１０１は、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）からの信号を入力し、各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を算出する役割を果たす。ロッド（被測定体）温度検出部１０２は、ロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）、４２又は被測定体温度測定センサ４３からの信号を入力し、ロッド２１，２２又は被測定体２３のｚ軸方向の温度を算出する役割を果たす。補償ヒータ温度制御部１０３は、補償ヒータ温度検出部１０１において算出された各補償ヒータの温度と、ロッド（被測定体）温度検出部１０２において算出されたロッド又は被測定体のｚ軸方向の温度とが一致するように各補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の発熱量を制御する役割を果たす。
【００３９】
また、図１に示すように、被測定体２３の厚みが計測できるように、被測定体２３を挟み込むように２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂを設け、この２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂ間を測定する接触式変位測定計６２を配設している。なお、接触式変位測定計６２は変位測定板６１ａ、６１ｂの間に位置するように変位測定計用フランジ６３によって支持されている。
【００４０】
次に、この発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置の動作を説明する。ヒータ１０により加熱された加熱ブロック１１の熱量は、より温度の低い方向へ、つまり加熱側ロッド２１、被測定体２３、冷却側ロッド２２、そして冷却ブロック１２とｚ軸の負の方向へ順に伝わっていく。被測定体２３を挟む２つのロッド２１、２２のそれぞれの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）および（∂Ｔ２／∂ｚ）を計測することにより、（式１）で表される被測定体２３へ流入及び流出する熱流束ｑを計測することができる。そして、接触熱抵抗Ｒｃまたは被測定体の熱伝導率ｋｕは、前記において説明したとおり、下記の（式４）又は（式６）により求められる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】
次に、本実施の形態の特徴である補償ヒータ３２の温度制御について、図２の加熱側ロッド２１の構成図に基づいて説明する。補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度は、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）によって逐次計測され、補償ヒータ温度検出部１０１により算出される。一方、補償ヒータ温度測定センサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ）とｚ軸方向の同位置にあるロッド２１の温度は、ロッド温度測定センサ４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）によって逐次計測され、ロッド（被測定体）温度検出部１０２により算出される。そして、補償ヒータ温度制御部１０３は、補償ヒータ温度検出部１０１において算出された各補償ヒータの温度と、ロッド（被測定体）温度検出部１０２において算出されたロッドのｚ軸方向の温度とが一致するように、補償ヒータ入力線３６に通電制御して、補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の温度を制御する。
【００４４】
図２に示すように、加熱側ロッド２１内の温度を計測するためのロッド温度測定センサ４１は例えば５つ設けられており、このセンサ４１に対応するようにｚ軸方向の同じ高さに補償ヒータ３２の温度を測定するための補償ヒータ温度測定センサ３３も補償ヒータ用フランジ３１上に例えば５つ設けられている。これら全ての補償ヒータ３２の各温度が同じ高さにある加熱側ロッド２１内の各温度と等しくなるように制御できれば、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになり、ロッドの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になる。
【００４５】
また、補償ヒータ３２の数を加熱側ロッド２１の温度測定センサ４１の総数と同じ、あるいはそれ以上になるように配設すれば、補償ヒータ３２を細かく制御することができるため、ロッドの温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）もより精度の良い一次直線になる。
【００４６】
しかしながら、補償ヒータ３２とロッド２１との間に自然対流による熱伝達が存在すると、ロッド２１内部でｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が生じることになる。そのため、ロッド２１の内部を熱伝導で伝わる熱がｚ軸方向のみでなくなるので、ｚ軸を法線とする同一ロッド断面内の温度が均一でなくなり、温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線でなくなる。そこで、自然対流による熱伝達を防ぐために、ロッド２１と補償ヒータ３２の隙間３４はできるだけ少なくした方がいい。一方、ロッド２１と補償ヒータ３２とを接触させると、ロッド２１と補償ヒータ３２との間で熱伝導による熱移動が発生する場合があるため、接触させてはならない。したがって、前記隙間３４はロッド２１と補償ヒータ３２とを接触させない程度にできるだけ隙間を少なくした方が望ましい。
【００４７】
また、補償ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）の配置において、隣合う補償ヒータ間の温度差による熱移動を避けるために、隣合う補償ヒータ３２は密着させず隙間３５を設けた方が望ましい。また、補償ヒータ用フランジ３１を介して熱伝導で伝わる熱移動を避けるために、補償ヒータ用フランジ３１は断熱性部材で構成された方が望ましい。
【００４８】
上記の説明は、加熱側ロッド２１に関しての説明であったが、これは冷却側ロッド２２及び被測定体２３についても同様に適用できる。このようにして、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３のＺ軸方向の温度勾配を理想的な一次直線にすることができるので、（式４）、（式６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ、被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００４９】
また、被測定体２３が高温になるとそれ自体の厚みが変化する場合も考えられる。被測定体２３の厚みの変化は、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）に影響を与えてしまう。そこで、変化する被測定体２３の厚みを逐次測定できれば、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）も逐次補正できる利点がある。そのため、被測定体２３の厚みが計測できるように、被測定体２３を挟み込むように２枚の変位測定板６１ａ及び６１ｂを配置し、この変位測定板６１ａ及び６１ｂの間に接触式変位測定計６２を設置している。すなわち、接触式変位測定計６２により上下に位置する２枚の変位測定板６１ａ及び６１ｂの変位を計測することで、被測定体２３の厚みを測定し、被測定体２３の温度勾配（∂Ｔ３／∂ｚ）を逐次補正する。
【００５０】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の外周に補償ヒータ３２をそれぞれ複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しているので、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２及び被測定体２３から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッド２１から被測定体２３を通して冷却ロッド２２へ一次元的に伝わることができる。その結果、ロッドと被測定体の接触熱抵抗Ｒｃ又は熱伝導率ｋｕの測定値の精度を高めることができる。
【００５１】
また、補償ヒータ３２の設置個数を、ロッド又は被測定体の温度測定点の合計又はそれ以上になるように配置し、それぞれの補償ヒータ３２を独立して制御しているので、ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を抑えることができ、熱がロッドから被測定体へ一次元的に伝わることができることから、被測定体の熱伝導率の測定値の精度を高めることができる。
【００５２】
また、補償ヒータ３２はロッド又は被測定体の外周を覆っているフランジ３１上に固定されており、隣り合う補償ヒータ３２は接触していないので、隣り合う補償ヒータ３２間での熱移動量が少なくなり、フランジ３１がロッドまたは被測定体外周からの自然対流による熱漏洩を防いでくれるため、補償ヒータ３２へ入力する熱量を少なくすることができる。
【００５３】
さらに、フランジ３１として、ロッド又は被測定体の外周を隙間を残して被覆する断熱部材により構成し、補償ヒータはこの断熱部材上のロッド側又は被測定体側に配設されているので、フランジ内部での熱移動量が少なくなるため、補償ヒータから発熱する熱量を少なくできる。また、断熱部材がロッド又は被測定体の外周からの自然対流による熱漏洩を防いでくれるため、ロッド又は被測定体から周囲方向への熱漏洩量を抑えることができ、熱がロッドから被測定体へ一次元的に伝わることができることから被測定体の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【００５４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【００５５】
上記実施の形態１では、ｚ軸の下方から正方向に向かって冷却ブロック１２、冷却側ロッド２２、被測定体２３、加熱側ロッド２１、加熱ブロック１１と積層されて構成されている。このため、加熱側ブロック１１からの熱がｚ軸の負の方向へ流れるように、かつロードセル１３の温度が上がらないように、加熱ブロック１１の加熱側ロッド２１と接触する面の反対側に断熱性の支持部材１４を介在する必要があった。
【００５６】
実施の形態２では、図３に示すように、ｚ軸の下方から正の方向に向かって加熱ブロック１１、加熱側ロッド２１、被測定体２３、冷却側ロッド２２、冷却ブロック１２と積層させており、冷却ブロック１２の上側にロードセル１３を配置している。この構成によれば、ロードセル１３と加熱ブロック１１との間の距離が増え、熱抵抗も増加することから、熱がロードセル１３の方へ流れずロードセル１３の温度が上がらない。従って、実施の形態１で述べた断熱性の支持部材１４が不要となり、熱伝導率測定装置１の構成がシンプルになる。
【００５７】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００５８】
実施の形態３．
図４及び図５はこの発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。図４及び図５は代表例として加熱側ロッドの拡大図を示しているが、冷却側ロッド及び被測定体についても同様であり、以下の説明でも同様に適用できる。
【００５９】
上記実施の形態１では、加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２との隙間３４を接触させない程度に、できるだけ縮めた方がいいと述べた。これは、この隙間３４が大きいと加熱側ロッド２１の側面上のｚ軸方向の温度差によって加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２とで形成される空間３８に自然対流が発生し、この自然対流熱伝達によって加熱側ロッド２１のｚ軸を法線とするロッド断面内の温度が均一にならず、熱移動が生じることになる。すなわち、加熱側ロッド２１の内部を熱伝導で伝わる熱がｚ軸方向のみでなくなることから、温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線でなくなる。
【００６０】
しかし、実際には前記隙間３４を接触させない程度に、できるだけ縮めるという作業は難しい。そこで、本実施の形態では、図４に示すように、最適な隙間３４が得られるように隙間支持部材３７を設けている。この隙間支持部材３７は補償ヒータ３２と同様、補償ヒータ用フランジ３１で支持されている。そして、この隙間支持部材３７の先端が加熱側ロッド２１と接触することにより、加熱側ロッド２１を支持している。さらに、加熱側ロッド２１からの熱が隙間支持部材３７に伝わらないように、隙間支持部材３７は断熱性部材により構成されている。また、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１とで形成される空間３８が、隙間支持部材３７によってｚ軸方向に小さく分断されるため、分断された各空間内の最大温度と最小温度との温度差も小さくなることから、温度差に依存する自然対流熱伝達の発生を抑えられるメリットもある。
【００６１】
また、この隙間支持部材３７を適当な長さにすることで、簡単に隙間３４を最適な値にすることが可能になる。
【００６２】
したがって、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内の温度が均一になり、この面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになる。そのため、ロッド内の温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になる結果、式（４）、式（６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ、被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００６３】
また、断熱性を有する隙間支持部材３７を隣り合う補助ヒータ３２間に配置することで、補助ヒータ３２間の温度差による熱伝導を防ぐことができるため、補償ヒータ３２への入力量も少なくて済み、補償ヒータ３２の制御が簡易になる。
【００６４】
一方、図５は加熱側ロッド２１と補償ヒータ３２の隙間３４にフィン状の自然対流防止板３９を設置した構成である。この自然対流防止板３９は補償ヒータ３２側から加熱側ロッド２１側へフィン５１が突き出しており、フィン５１の先端が加熱側ロッド２１に接触することで、加熱側ロッド２１を支持している。また、加熱側ロッド２１からの熱が自然対流防止板３９に伝わらないように、自然対流防止板３９は断熱性を有している。
【００６５】
この自然対流防止板３９のフィン５１も、図４の隙間支持部材３７と同様に、補償ヒータ３２と加熱側ロッド２１とで形成される空間３８をｚ軸方向に小さく分断するため、分断された各空間内の最大温度と最小温度との温度差も小さくなることから、温度差に依存する自然対流熱伝達の発生も抑えられる。したがって、加熱側ロッド２１内のｚ軸を法線とするロッド断面内での熱移動が無くなり、ｚ軸方向へのみ熱が移動することになる。その結果、ロッド内の温度勾配（∂Ｔ１／∂ｚ）も理想的な一次直線になるため、式（４）、式（６）で表される接触熱抵抗Ｒｃ及び被測定体の熱伝導率ｋｕを精度良く測定できるようになる。
【００６６】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００６７】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。本実施の形態では、冷却側ロッド２２と冷却ブロック１２との間に補償加熱ブロック１６を設けたことを特徴としている。
【００６８】
被測定体２３の熱伝導率に温度依存性がある場合、被測定体２３を最適な温度条件にする必要がある。上記実施の形態１では、被測定体２３は加熱側ロッド２１と冷却側ロッド２２に挟まれて積層された構成であり、被測定体２３の温度を高温にしたい場合、加熱側ロッド２１の温度も更に高温にする必要があり、作業性が悪化する。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、冷却側ロッド２２と冷却ブロック１２との間に補償加熱ブロック１６を設け、補償加熱ブロック１６を所定温度に上げることにより、冷却側ロッド２２の温度も上げてやる。それにより、加熱ブロック１１からの熱量をそれほど増加することなく、被測定体２３の温度を高温にすることができるので、作業性が向上するメリットがある。
【００７０】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１の被測定体２３と接触しない側から発熱量Ｑ１を負荷すると共に、冷却側ロッド２２の被測定体２３と接触しない側からも発熱量Ｑ２（Ｑ１＞Ｑ２）を負荷するようにしたので、温度依存性を有する熱伝導率を測定する場合であっても、ロッド２１が高温になることを抑えられ、作業性が向上する。
【００７１】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００７２】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【００７３】
上記実施の形態１では、被測定体２３の厚みを測定するために、被測定体２３の上下に２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂを配置し、その間に接触式変位測定計６２を配置していた。しかし、接触式変位測定計６２は前記２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂと直接接触していることから、被測定体２３の厚みに影響を与える可能性もある。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、接触式変位測定計６２ではなくレーザ変位測定計６４を用いたことを特徴としている。すなわち、レーザ変位測定計６４から２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂに向けてレーザ光６５を発信し、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂで反射した前記レーザ光６５をレーザ変位測定計６４で受信する。そして、受信したレーザ光６５の時間差を計測することで、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂの変位、つまり被測定体２３の厚みを測定する。
【００７５】
以上のように実施の形態５によれば、２枚の変位測定板６１ａ、６１ｂの間の距離を非接触で測定することができるので、被測定体２３の厚みに影響を与えることなく、被測定体２３の厚みを測定できる。
【００７６】
なお、本実施の形態において、加熱側ロッド２１、冷却側ロッド２２並びに被測定体２３の外周に、実施の形態１と同様の補償ヒータが配置しているのは言うまでもない。
【００７７】
実施の形態６．
上記実施の形態では、被測定体２３にｚ軸方向に複数個の孔が設けられ、その孔内に被測定体内部のｚ軸方向温度分布を測定するための熱電対から構成される被測定体温度測定センサ４３が挿入されているものを示した。しかしながら、被測定体２３のｚ軸方向の厚みがほとんどない場合や、被測定体２３に熱電対等の温度センサを取り付けることができない場合などには、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２内のｚ軸方向温度分布を測定するためのロッド温度測定センサ４１、４２を取り付けると共に、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の外周に補償ヒータ３２を複数個配置し、補償ヒータ３２の温度と、補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しても良い。この場合、被測定体２３の熱伝導率ｋｕを算出する際には、被測定体２３のｚ軸方向の温度勾配を（式４）に示したΔＴ（二つのロッド内のそれぞれの温度勾配の外挿線から求めた温度差）により求めて、（式６）に代入することにより算出する。
【００７８】
以上のように本実施の形態によれば、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の外周に補償ヒータ３２を各々複数個配置し、各補償ヒータ３２の温度と、各補償ヒータ３２の温度計測点と同じ高さにある加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２の温度とが等しくなるように、補償ヒータ３２の発熱量を制御しているので、加熱側ロッド２１及び冷却側ロッド２２から周囲方向への熱漏洩量を減らすことができ、流入した熱量が加熱側ロッド２１から被測定体２３を通して冷却ロッド２２へ一次元的に伝わることができることから、被測定体２３の熱伝導率の測定値の精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の実施の形態１による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の熱伝導率測定装置の加熱側ロッドの構成を示す拡大図である。
【図３】この発明の実施の形態２による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による熱伝導率測定装置のロッドを示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５による熱伝導率測定装置を示す全体構成図である。
【図８】論文Themal Conductance of Multilayered Metalic Sheetsに開示された熱伝導率測定装置の構成図である。
【図９】図８の熱伝導率測定装置のロッド及び被測定体の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 熱伝導率測定装置、１０ ヒータ、１１ 加熱ブロック、１２ 冷却ブロック、
１３ ロードセル、１４ 支持部材、１５ 付加力装置、２１ 加熱側ロッド、
２２ 冷却側ロッド、２３ 被測定体、３１ 補償ヒータ用フランジ、
３２ 補償ヒータ、３３ 補償ヒータ温度測定センサ、
４１，４２ ロッド温度測定センサ、４３ 被測定体温度測定センサ、
６１ａ，６１ｂ 変位測定板、６２ 接触式変位測定板、
１０１ 補償ヒータ温度検出部、１０２ ロッド（被測定体）温度検出部、
１０３ 補償ヒータ温度制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、
上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、上記各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の温度とが等しくなるように、上記補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項２】
被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、
上記各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、上記補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項３】
上記補償ヒータの設置個数は、上記ロッド又は上記被測定体の温度測定点の合計又はそれ以上になるように配置され、それぞれの上記補償ヒータは独立して制御されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項４】
上記補償ヒータは、上記ロッド又は上記被測定体の外周を隙間を残して被覆しているフランジ上に固定されており、隣り合う上記補償ヒータは接触していないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項５】
上記フランジは、上記ロッド又は上記被測定体の外周を隙間を残して被覆している断熱部材により構成され、上記補償ヒータはこの断熱部材上の上記ロッド側又は上記被測定体側に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項６】
上記フランジに、上記ロッド又は上記被測定体の外周表面に接触する隙間支持部材が配設されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項７】
上記フランジと上記ロッド又は上記被測定体の外周の間の隙間に、上記ロッド又は上記被測定体の外周表面に接触するフィンを有する自然対流防止板を配設したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項８】
上記ロッド及び上記被測定体の間の接触面圧力を可変させるための付加力装置と、上記接触面圧力を測定するための圧力センサを配設していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項９】
上記圧力センサは、上記冷却側ロッド側に配設されていることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１０】
上記被測定体の上記冷却ロッドとの接触しない側から補償加熱ブロックにより熱量を負荷して、上記被測定体の温度を制御していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１１】
上記被測定体の厚みを測定する変位測定計を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１２】
上記変位測定計は、非接触型変位測定計であることを特徴とする請求項９に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１３】
加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、
上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体自体の温度と等しくなるように制御する工程と、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする熱伝導率の測定方法。
【請求項１４】
加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、
上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御する工程と、
上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする熱伝導率の測定方法。
【請求項１】
被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、
上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、上記各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の温度とが等しくなるように、上記補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項２】
被測定体をその間に挟持する加熱側ロッド及び冷却側ロッドを備え、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する熱伝導率測定装置であって、上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの外周に補償ヒータをそれぞれ複数個配置し、
上記各補償ヒータの温度と、上記各補償ヒータの温度計測点と同じ高さにある上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの温度とが等しくなるように、上記補償ヒータの発熱量が制御されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項３】
上記補償ヒータの設置個数は、上記ロッド又は上記被測定体の温度測定点の合計又はそれ以上になるように配置され、それぞれの上記補償ヒータは独立して制御されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項４】
上記補償ヒータは、上記ロッド又は上記被測定体の外周を隙間を残して被覆しているフランジ上に固定されており、隣り合う上記補償ヒータは接触していないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項５】
上記フランジは、上記ロッド又は上記被測定体の外周を隙間を残して被覆している断熱部材により構成され、上記補償ヒータはこの断熱部材上の上記ロッド側又は上記被測定体側に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項６】
上記フランジに、上記ロッド又は上記被測定体の外周表面に接触する隙間支持部材が配設されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項７】
上記フランジと上記ロッド又は上記被測定体の外周の間の隙間に、上記ロッド又は上記被測定体の外周表面に接触するフィンを有する自然対流防止板を配設したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項８】
上記ロッド及び上記被測定体の間の接触面圧力を可変させるための付加力装置と、上記接触面圧力を測定するための圧力センサを配設していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項９】
上記圧力センサは、上記冷却側ロッド側に配設されていることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１０】
上記被測定体の上記冷却ロッドとの接触しない側から補償加熱ブロックにより熱量を負荷して、上記被測定体の温度を制御していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１１】
上記被測定体の厚みを測定する変位測定計を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１２】
上記変位測定計は、非接触型変位測定計であることを特徴とする請求項９に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項１３】
加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、
上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体の外周の温度を、それと同じ高さに位置する上記加熱側ロッド、上記冷却側ロッド及び上記被測定体自体の温度と等しくなるように制御する工程と、上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする熱伝導率の測定方法。
【請求項１４】
加熱側ロッド及び冷却側ロッドの間に被測定体を挟持する工程と、
上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッドの外周の温度を、それと同じ高さに位置する上記加熱側ロッド及び上記冷却側ロッド自体の温度と等しくなるように制御する工程と、
上記加熱側ロッドの上記被測定体と接触しない側から熱量を流入させ、上記加熱側ロッド、上記被測定体及び上記冷却側ロッドを通して、上記冷却側ロッドの上記被測定体と接触しない側から上記熱量を流出させ、上記両ロッド内の温度勾配を測定することにより上記被測定体に入力する熱量を算出し、算出した熱量と上記被測定体の温度勾配から上記被測定体の熱伝導率または上記ロッドと上記被測定体との間の接触熱抵抗を測定する工程とを備えたことを特徴とする熱伝導率の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１４５４４６（Ｐ２００６−１４５４４６Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３８３５８（Ｐ２００４−３３８３５８）
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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