JP2000028558A

JP2000028558A - 熱物性測定方法と装置

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Publication number: JP2000028558A
Application number: JP10193406A
Authority: JP
Inventors: Akiichi Maezono; 明一前園; Hisamasa Hashimoto; 寿正橋本; Junko Morikawa; 淳子森川
Original assignee: SHINKU RIKO KK
Current assignee: SHINKU RIKO KK
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: JP4093333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】固体、液体、気体の熱拡散率、熱伝導率を同時
に測定でき、熱浸透率や体積比熱も測定できる方法と装
置を提供すること。【解決手段】薄い難導電性の被測定試料３の片面に交流
電力を与えて交流熱を発生させ、該交流熱による該試料
の他面の波状の温度変化を抵抗式温度計の電圧の変化に
より測定し、与えた交流電力の波形と測定した電圧の波
形の位相差に基づき該試料の熱拡散率等の熱物性を算出
する測定方法に於いて、該交流熱を一定周波数の任意波
形１６の交流電力を与えて発生させ、測定される電圧の
波形をｎ次の高調波成分に分解するとともにその各次の
高調波の波形について該矩形波に対する振幅比および位
相差を求め、求めた振幅比および位相差から該試料の熱
拡散率や熱伝導率、熱浸透率或いは体積比熱の熱物性の
少なくとも１つを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難導電性の薄板や
フィルム、液体、気体などの物質の熱拡散率や熱伝導
率、体積比熱、熱浸透率の熱物性を測定する方法と装
置、並びにその測定と同時に示差熱分析を行なう装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂成形品の成形の際の金型内で
の樹脂の挙動や樹脂成形品の応力を解析するため、樹脂
の熱拡散率や熱伝導率などの熱物性を正確に把握するこ
との要望がある。熱拡散率の測定方法として、板状の試
料に光吸収膜を設けてこれに間欠的にレーザを照射し、
該吸収膜に生じる瞬間的な熱の波動が該試料の他面に伝
わる時間と温度を測定するレーザフラッシュ法や、薄板
やフィルムなどの薄い難導電性の被測定材料の両面に導
電性の薄膜を形成あるいは密着させ、その片面の薄膜を
交流電源に接続して通電により発熱する発熱体とし、他
面の薄膜を抵抗式温度計の電気抵抗として組み込み、片
面の薄膜で発生する交流発熱の波形と、該温度計で測定
される温度波形の位相差を求め、この位相差と交流電流
の周波数との関係式から該被測定試料の厚さ方向の熱拡
散率を求める交流ジュール熱法（交流法、ａｃカロリー
メータ法、交流加熱法とも呼ばれている。特開平６−１
３００１２号公報参照）が知られている。

【０００３】このうち交流ジュール熱法は、被測定試料
の量がわずかで済む利点があり、その導電性の薄膜は、
金などの金属薄膜をオングストローム台の厚さで被測定
試料に直接スパッタリングや蒸着により形成され、被測
定試料自体にスパッタリングや蒸着で薄膜を直接形成で
きないときは、図１及び図２に示すように、導電性の薄
膜ａ、ａをスパッタリングなどで２枚の板ガラスなどの
平板の媒質ｂ、ｂの片面に形成し、被測定試料ｃの両面
にこれら媒質ｂ、ｂを密着させることにより薄膜ａ、ａ
が密着される。そして、この方法の測定には、図３に示
したような、片面の薄膜ａに周波数ｆのｓｉｎ波の交流
電流を与える交流信号発振器ｄと、他面の薄膜ａの温度
波形を増幅するロックインアンプｅと、位相差を求めて
周波数との関係から熱拡散率を算出する演算器ｇを備え
た装置が使用され、被測定試料ｃは温度制御器ｈで温度
制御された炉ｉ内に設置される。

【０００４】この交流ジュール熱法の測定原理は次の通
りである。片面の薄膜ａに周波数ｆの交流電力を与える
ことにより波状の交流熱が発生し、その熱は被測定試料
の厚さ方向に伝播してその裏面へ到達し、裏面温度が交
流的に変化する。この裏面温度の変化（温度波）は他面
の薄膜の電気抵抗に変化を与え、この抵抗変化を電圧変
化として読み取ることにより測定できる。他面の薄膜ａ
には交流増幅器の１種であるロックインアンプｅが接続
されており、これにより印加した周波数ｆで固定して入
力波形と、試料ｃの厚みを通して伝播することにより位
相遅れを生じた出力波形との位相差Δφを求める。一次
元の熱伝導を仮定して熱伝導方程式を解くと、試料ｃに
よる位相差Δφは次式で表される（橋本寿正、他；第２
５回記念熱測定討論会講演要旨集、(1989)ｐ．3104
Ｂ）。 Δφ＝−ｋｄ−π／４−β＝−（πｆ／α）^1/2・ｄ−π／４−β (1) β＝tan^-1｛exp(-2kd)sin(-2kd)／〔［(ξ＋１)／(ξ−１)］²−exp(-2kd )cos(2kd)〕 (2) ξ＝ｃ√α／Ｃ_S√α_S、ｋ＝√（ω／２α）＝√（πｆ／α）ここで添字ｓは媒質または基盤を示し、ｄは被測定試料
の厚さ、αは被測定試料の熱拡散率、βは被測定試料と
周囲の媒質に関係する量で、もし媒質ｂが被測定試料と
同じ熱浸透率（＝√λＣ_Pρ；λは熱伝導率、Ｃ_Pは定圧
比熱、ρは密度）をもつとすると、β＝０となる。また
被測定試料が（πｆ／α）^1/2・ｄ＞１の場合には、第
２項のβは第１項に比べて無視できる程に小さく、実験
誤差範囲で次の近似式が成り立つ。 Δφ≒−（πｆ／α）^1/2・ｄ−π／４ (3) したがって、周波数ｆを変えて位相差Δφを測定し、周
波数ｆの平方根〜位相差をプロットすれば、β＝０の条
件が成り立つ範囲では、図４に示されるような直線が得
られ、この直線の勾配は、π／αに一致するから、勾配
から被測定試料の熱拡散率が求められる。

【０００５】また、被測定試料は図２に示すような単一
層に限らず、図５に示すような多層試料であってもよ
く、層間の熱接触抵抗が無視できる場合には、前記と同
様の解析の結果、ｐ番目の層による温度波の位相差Δφ
_Pは、近似的にΔφ_P＝（πｆ／α_P）^1/2・ｄ_P と表す
ことができる（荒木信幸、他；第１７回日本熱物性シン
ポジュウム講演論文集、(1996)ｐ．31−34）。この式の
添え字_Pは、ｐ番目の層を示す（ｐ＝1,2,3,…）。

【０００６】熱拡散率は被測定試料自体の温度により変
化するので、熱拡散率の温度依存性を知ることの要望が
あり、その依存性を求めるための一法として、１つの周
波数ｆ１を固定して前記(1)式より直ちに熱拡散率を求
め、被測定試料温度対熱拡散率のプロットを得る方法が
ある（橋本寿正；第２９回熱測定討論会講演要旨集、(1
993)ｐ．222−223）。しかし、この方法では、１００℃
以上では０．２℃／min以下の昇温速度に制限されると
いう制約がある。他の方法として、定速昇温−冷却−昇
温−冷却を繰り返し、各昇温の際に周波数ｆを変えて位
相差をそれぞれ測定し、各温度毎の周波数の平方根対位
相差のプロットから熱拡散率を求める方法があるが、こ
の方法も毎回の昇温過程が被測定試料内で全く同じメカ
ニズムで進行しているという保証はなく、物によっては
昇温融解の過程で内部構造の変質する可能性があり、し
たがって現象に対して測定結果が忠実に反映していない
という問題を残している。更に他の方法として、被測定
試料を各温度に定温制御して一定温度に保ち、その間に
周波数ｆを変えて測定を行い、その温度における熱拡散
率を求め、次により高い温度に保持して測定を繰り返す
という方法があるが、この方法も融解やガラス転移の過
程で一定の温度に保持されている間に内部構造の変質の
可能性があり、前記の方法と同様の問題を残している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したレーザフラッ
シュ法や交流ジュール熱法は熱拡散率の測定方法であ
り、熱伝導率は直接求めることができず、熱伝導率λ
（＝αＣ_Pρ）を求めるには、熱拡散率αを求めたのち
別の測定法または別の測定装置で定圧比熱Ｃ_Pと密度ρ
を測定して計算により求めなければならない。しかも、
これらの方法では気体の熱拡散率を求めることができ
ず、液体の熱拡散率も特別の容器を使用したり特殊な測
定方法でないと測定ができない不都合があった。

【０００８】また、レーザフラッシュ法では、試料が厚
さ０．１ｍｍ以下或いは５ｍｍ以上であったり、ダイヤ
モンドのように熱拡散率が大きい試料、レーザ光が透過
するガラスなどの試料、大きさが３ｍｍ以下の試料、に
ついては測定が困難か不可能で、試料についての制約が
多い欠点がある。交流ジュール熱法は、測定時間にある
程度の時間を要するために、試料の急速な昇温および冷
却過程の熱拡散率の変化を測定することが困難である。

【０００９】さらに、熱拡散率の温度依存性を求める従
来の方法は、被測定試料温度についての熱拡散率は得ら
れても、実際の昇温または冷却の過程における真の値と
は異なる可能性があり、その改良が要望されている。

【００１０】本発明は、固体、液体のみならず気体の熱
拡散率、熱伝導率を同時に測定でき、熱浸透率や体積比
熱も測定できる方法と装置を提供すること、測定時間が
短く融解または凝固過程の固体と液体の混合状態の試料
の熱物性を連続的に測定でき、透光性試料や厚さがナノ
メータ単位の薄膜から数ミリメートルの薄板まで広い厚
さ範囲の試料の熱物性を測定できる方法と装置を提供す
ること、熱拡散率の測定と同時に示差熱分析できる装置
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、薄い難導電
性の被測定試料の片面に交流電力を与えて交流熱を発生
させ、該交流熱による該試料の他面の波状の温度変化を
抵抗式温度計の電圧の変化により測定し、与えた交流電
力の波形と測定した電圧の波形の位相差に基づき該試料
の熱拡散率等の熱物性を算出する測定方法に於いて、該
交流熱を一定周波数の任意波形の交流電力を与えて発生
させ、測定される電圧の波形をｎ次の高調波成分に分解
するとともにその各次の高調波の波形について該任意波
形に対する振幅比および位相差を求め、求めた振幅比お
よび位相差から該試料の熱拡散率や熱伝導率、熱浸透率
或いは体積比熱の熱物性の少なくとも１つを求めること
により、上記の目的を達成するようにした。該任意波形
には０より大きく１より小さいデューティ比をもつ矩形
波を使用し、該電圧の波形の分解はフーリエ変換により
行われる。

【００１２】上記目的は、請求項３或いは請求項４に記
載の構成をもつ装置により達成され、流体の熱物性の測
定は請求項５或いは請求項６の構成を有する方法や装置
により的確に行える。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明すると、図６に於いて符号１は温度コントローラ
２により昇温・冷却・一定温度保持に制御された炉、３
は該炉１内に置かれた高分子材料や無機材料、セラミッ
クスなどの難導電性の薄板、薄膜、フィルムなどの薄い
被測定試料を示す。この被測定試料３の両面に、通電に
より発熱し且つ温度変化により電気抵抗が変化する金な
どの金属材料の薄膜６、７を片面に形成したガラスなど
の絶縁材料製の基板４、５を当接させた。各基板４、５
の詳細は図７に示す如くであり、各薄膜６、７はスパッ
タリング或いは蒸着により厚さ１０〜５０００オングス
トローム、１０Ω〜１０ＫΩの抵抗値になるように形成
され、各基板４、５の当接で各薄膜６、７が該試料３の
両面に直接密着する。各薄膜６、７は、リード薄膜８を
介してリード線９に接続され、一方の薄膜６はファンク
ションシンセサイザー１１で制御された交流電源１０に
接続される。該電源１０はファンクションシンセサイザ
ー１１により制御されて例えば任意波形として図８のよ
うなデューティ比ａが０＜ａ＜１の矩形波１６の交流電
力を出力し、薄膜６はこの矩形波に対応した温度波を発
生する。そして、その温度波は被測定材料３の厚さ方向
に伝わり、もう一方の薄膜７を加熱する。該他方の薄膜
７は直流電源１２に接続されて抵抗式温度計を構成し、
該薄膜７に補償器１３及びロックインアンプ１４を介し
てパーソナルコンピュータなどの演算器１５に接続し、
該薄膜７で検出される電圧の矩形波をｎ次の高調波に分
解するフーリエ変換器１７を該補償器１３の前方に介在
させた。尚、被測定試料３が溶解性のある場合、図９の
ようにスペーサ３０、３０を一方の基板に設けておき、
該試料が溶解してもその厚さが変わらないようにした。

【００１４】本発明の特徴は、従来の交流ジュール熱法
が、被測定試料への熱入力として、周波数を変えたいく
つかのサイン波の交流熱を加えるのに対して、熱入力と
してフーリエ変換でｎ次の周波数の波形に分解できる１
つの周波数の波形例えば矩形波の熱を与え、熱出力とし
てｎ次の周波数の温度波を検出し、それぞれの温度波の
位相差を測定することにより被測定試料の熱拡散率を求
めるようにした点に存し、従来法に比べて極めて短時間
に熱拡散率を求めることができ、これに伴い被測定試料
の昇温過程または冷却過程での熱拡散率や熱伝導率を容
易に求めることができる。

【００１５】本発明の適切な実施例によれば、熱入力と
して１つの周波数の矩形波を与えるのみであり、熱出力
の検出と解析に１０波長程度を検出し、ｎ次の高調波と
してｎ＝１０程度をとるとしても、ｆ＝２Ｈｚでは約１
℃／min、ｆ＝２００Ｈｚでは１００℃／minの昇温速度
でも測定可能になり、実際の熱分析の昇温速度で或いは
より一層高速で昇温させながら熱拡散率の変化を追跡で
きる。

【００１６】図６の装置を使用して被測定試料３を熱分
析する場合、まず該電源１０から次式(4)で表され図８
の波形を有する矩形波の交流を金属抵抗Ｒの薄膜６に与
える。

【００１７】

【表４】

【００１８】ここでＶ₀は矩形波の振幅電圧、ｍは自然
数、ａは矩形波のデューティ比で０＜ａ＜１である。

【００１９】このＶ(t)をフーリエ変換し、角周波数空
間で表すと次式(5)のように示される。

【００２０】

【表５】

【００２１】この電圧によるジュール熱はｑ(t)＝Ｖ²／
（Ｓ・Ｒ）であるので、(5)式の高次項の線形結合とし
て(6)式が得られる。Ｓは加熱面の面積すなわち薄膜６
の面積である。

【００２２】

【表６】

【００２３】薄膜６で発生する熱すなわち熱入力が厚さ
ｄの被測定試料３内を一次元熱流で伝わると仮定して、
高次項のそれぞれについて熱伝導方程式を解くと、厚さ
ｄの面へ伝わる温度波Ｔ(d、t)は線形結合を仮定して(7)
式が得られる。

【００２４】

【表７】

【００２５】薄膜６からの熱入力の各ｎ次の温度波に対
する温度出力（熱出力）の位相遅れ（位相差）は、近似
的に前記(2)式と同様に次式(8)がなりたつ。 Δφ_n＝−（ｎπｆ／α_n）^1/2・ｄ−π／４−ａｎπ …(8) そして、位相差が測定されることによって、各ｎ次の温
度波について平方根〜位相差をプロットすることがで
き、従来の交流ジュール熱法と同様にβ＝０の条件がな
りたつ範囲では直線的なプロットになるので、その勾配
から被測定試料３の熱拡散率が求まる。

【００２６】また、振幅からも熱拡散率を求めることも
できる。即ち、周波数ｆの基本波の振幅をＡ₁、ｎ次の
高調波の振幅をＡ_nとすると、(7)式から

【００２７】

【表９】

【００２８】従って、(9)式の対数からｋｄが得られ、
波数ｋ（熱拡散長さの逆数）から熱拡散率αが求められ
る。尚、図８のような矩形波１６以外の三角波、サイン
波等の任意の波形についても同様の結果が得られる。

【００２９】次に基板４の体積比熱と熱拡散率が既知で
あり、さらに被測定試料３の熱拡散率も既知である場
合、(5)式の振幅電圧および(10)式から被測定試料３の
体積比熱（または熱伝導率）を求めることができる。(1
0)式のＲは抵抗、Ｅは検出回路の直流電源電圧、Ｒ_Dは
検出回路のダミー抵抗値である。

【００３０】

【表１０】

【００３１】(10)式を用いて被測定試料３の体積比熱を
精度よく求める方法がいくつかある。その内の一つは熱
入力ｑを変えて熱出力の振幅を測定し、横軸にｑ、縦軸
に振幅をとり、そのプロットして得られる直線の勾配Ｚ
を測定する。次に被測定試料を基板４と同一材料で同様
に測定し、プロットして得られた直線の勾配Ｚ_Sを求め
る。この勾配の比は、Ｃ、α、Ｃ_S、α_Sの関数なので、
Ｃ_S、α_Sが既知であれば、Ｃは(11)式より計算で求めら
れる。添え字のｓは、基板４を表す。

【００３２】

【表１１】

【００３３】ここで体積比熱Ｃと熱拡散率αおよび熱浸
透率Ｅなどの関係式をまとめておく。 λ＝α・Ｃ_P・ρ＝α・ＣＥ＝（λ・Ｃ_P・ρ）^1/2＝（λ・Ｃ）^1/2＝Ｃ・（α）^1/2 本発明によれば、被測定試料が液体や気体の流体であっ
てもその熱拡散率、熱伝導率、熱浸透率の測定が可能で
あり、この場合、図１０に示すようなガラスなどの絶縁
板１８の両面に、金などの通電発熱し温度による抵抗変
化のある金属薄膜１９、２０をスパッタ等により形成し
た測定プローブ２３を用い、該プローブ２３を図１１に
示すようなポリエチレンなどの絶縁体の容器２１内の液
体２２もしくは気体中に浸漬し、該金属薄膜１９、２０
から延びるリード線２４、２５を図６と同様に電源１０
とフーリエ変換器１７、演算器１５などに接続して測定
が行われる。該絶縁板１８の比熱と熱拡散率を予め本発
明の上記方法により知っておき、一方の金属薄膜に電源
から矩形波の交流電力を与え、他方の金属薄膜から温度
波を検出し、前記の関係式から位相差を測定すれば、液
体もしくは気体の熱拡散率を求めることができ、位相差
と振幅比を測定すれば、液体もしくは気体の熱伝導率お
よび比熱を容易に求めることが出来る。尚、比熱と熱伝
導率が既知の標準液体または標準気体を測定プローブ２
３の較正用として用意し、測定値を較正することが必要
である。

【００３４】また、被測定試料３の熱拡散率の測定と同
時にこの試料３の示差熱分析を行うことが可能であり、
この場合には、温度コントローラ２で昇温・冷却が制御
された炉１内の被測定試料３の抵抗式温度計を図１２に
示すようにブリッジ回路２６で構成し、直流電源１２に
対して被測定試料３の他面の薄膜７と導電性の示差熱分
析用標準物質からなる薄い標準薄膜２７とを電気抵抗と
して直列に接続し、該ブリッジ回路２６の電圧計２８を
演算器１５に接続する。この場合、薄膜７から直流変化
成分と交流変化成分を同時に検出することができ、被測
定試料３の昇温・冷却中に融解などの吸発熱を伴う相転
移が生じると、被測定試料３と標準薄膜２７との間に温
度差が生じ、その差を電圧計２８で測定し、その温度差
を演算器１５で積分することにより被測定試料３の示差
熱分析を行える。すなわち、薄膜７から検出される電圧
変化をその抵抗の絶対値である直流変化成分と、温度波
による抵抗値の位相変化である交流変化成分が同時に測
定されるから、温度環境が同一となり正確な熱分析を行
える。

【００３５】

【実施例】実施例１厚さ２６ミクロンのポリエチレンの薄膜の被測定試料３
の両面に、図９に示す構成の、片面に金を２００オング
ストロームの厚さでスパッタして薄膜６、７を形成した
ガラス製の基板４、５を密着させ、これを図６の装置の
温度コントローラ２により２７℃一定に保持した炉１に
収容し、薄膜６に電源１０から周波数６２Ｈｚでデュー
ティ比が５０％の矩形波を与えた。該薄膜６、７の抵抗
は５０Ωである。この場合、各矩形波の電圧及び他方の
薄膜７で検出される温度波を１１次の高調波にフーリエ
変換器１７で分解した。そして各高調波についての位相
差を前記関係式に基づき演算器１５で算出したプロット
は図１３の如くとなった。比較のために従来のサイン波
の周波数を変えて測定した周波数の平方根〜位相差のプ
ロットを同図に併記した。本発明の方法により得られた
プロットを結ぶ直線Ａの勾配すなわち熱拡散率は、サイ
ン波の直線Ｂと平行しており、正しい熱拡散率が求めら
れていることがわかる。

【００３６】実施例２図１２の装置を使用してＣ２５（ノーマルパラフィン）
の熱拡散率と示差熱分析を行った。この場合、ガラス基
板５にはＮｉの薄膜７を形成し、基板４には金の薄膜６
を形成した。また、ガラス基板３１に標準物質薄膜２７
としてＮｉの薄膜を形成した。炉１の温度は１５〜９５
℃に変化させ、ヒータとなる薄膜６への投入電力を５種
に変えた結果は図１４の通りであり、各種熱物性を同時
測定可能とするためには０．０６Ｗ／ｍｍ²程度が最適
電力であることがわかる。尚、熱拡散率の結果について
は省略した。

【００３７】実施例３図１０に示した測定プローブ２３を使用して空気と流動
パラフィン（流パラ）の熱拡散率、熱伝導率を求めた。
この測定の較正のために熱伝導率および熱拡散率が判明
しているエタノール及びトルエンを基準物質として用意
した。測定装置は図６と同じもので、同図の被測定試料
と基板の代わりに測定プローブ２３が設けられ、その各
リード線は電源とフーリエ変換器、直流電源、ロックイ
ンアンプなどに接続される。測定は、まず図１１に示し
た空の容器内に測定プローブ２３を入れ、実施例１の場
合と同様に矩形波の周波数２５Ｈｚの交流電流を投入
し、温度波を測定しフーリエ変換して位相差を求め同時
に振幅比を求めた。位相差からは空気、流動パラフィン
およびエタノールの熱拡散率が実施例１の場合と同様に
して求まる。この測定の際、交流電流の通電量を次第に
増加させると図１５の振幅比の直線的プロットＣが求ま
る。そして容器に流動パラフィンを入れ同様の測定を行
うと、直線的プロットＤが求まり、容器にエタノールを
入れて同様の測定を行うと直線的プロットＥが求まる。
そしてこれらの直線的プロットＣ、Ｄの勾配と直線的プ
ロットＥの勾配の比を求め、位相差から求まる熱拡散率
との関係式から体積比熱Ｃおよび熱伝導率λが求められ
る。

【００３８】この場合、空気の熱拡散率は位相差から
２．２×１０^-5ｍ²／ｓと算出され、エタノールに対す
る空気の勾配の比は１．６であるから、体積比熱は１．
２×１０³ｋｇ／Ｋ・ｍ・ｓ²と求まり、熱伝導率は０．
０２６Ｗ／ｍ・ｋと求まる。また、流動パラフィンの熱
拡散率は位相差から０．６４×１０^-7ｍ²／ｓと算出さ
れ、エタノールに対する流動パラフィンの勾配の比は
０．９４であるから、体積比熱は２．２×１０⁶ｋｇ／
Ｋ・ｍ・ｓ²と求まり、熱伝導率は０．１４Ｗ／ｍ・ｋ
と求まる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の方法によるとき
は、被測定試料の片面の薄膜に任意波形の交流電力を与
えて発熱させ、該被測定試料の他面の薄膜で測定される
温度波の電圧をｎ次の高調波に分解するとともにその各
次の高調波の波形について該任意波形に対する振幅比お
よび位相差を求め、求めた振幅比および位相差から該試
料の熱拡散率や熱伝導率、熱浸透率或いは体積比熱の熱
物性を求めるようにしたので、１度の測定で短時間に熱
物性を求めることができると共に気体の熱拡散率、熱伝
導率を測定でき、融解または凝固過程の固体と液体の混
合状態の試料の熱物性を連続的に測定でき、さらに、広
い厚さ範囲の被測定試料の熱物性を測定できる効果があ
り、請求項３，４の装置によれば本発明の方法を適切に
実施でき、請求項６の構成とすることにより、示差熱分
析も熱拡散率などの熱物性の測定と同時に測定すること
が可能になる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の熱拡散率測定方法の分解説明図

【図２】図１の測定部の側面図

【図３】従来の熱拡散率測定装置の説明図

【図４】従来の装置により測定される位相差〜周波数の
関係図

【図５】従来の測定可能な多層試料の側面図

【図６】本発明の装置の説明図

【図７】本発明の方法に使用した基板の斜視図

【図８】本発明の方法に使用される矩形波の線図

【図９】本発明の方法に使用した他の基板の斜視図

【図１０】本発明の流体の熱物性測定用の測定プローブ
の斜視図

【図１１】図１０の測定プローブの使用状態の斜視図

【図１２】本発明の熱物性及び示差熱分析の同時測定装
置の説明図

【図１３】本発明による測定例の線図

【図１４】本発明による示差熱分析の１例の線図

【図１５】本発明による流体の熱分析例の線図

【符号の説明】

３被測定試料、４・５・３１基板、６・７薄膜、
１０交流電源、１１ファンクションシンセサイザー、
１４ロックインアンプ、１５演算器、１６任意波
形、１７フーリエ変換器、２３測定プローブ、２６
ブリッジ回路、２７標準薄膜、２８電圧計、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森川淳子千葉県市原市草刈1904 ちはら台４−10− ２サウスヒルズ中央13−101 Ｆターム(参考） 2G040 AB05 AB08 AB09 BA23 BA24 BA27 CA02 DA02 DA13 EA02 EB02 EC04 FA01 HA08 HA16 ZA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄い難導電性の被測定試料の片面に交流電
力を与えて交流熱を発生させ、該交流熱による該試料の
他面の波状の温度変化を抵抗式温度計の電圧の変化によ
り測定し、与えた交流電力の波形と測定した電圧の波形
の位相差に基づき該試料の熱拡散率等の熱物性を算出す
る測定方法に於いて、該交流熱を一定周波数の任意波形
の交流電力を与えて発生させ、測定される電圧の波形を
ｎ次の高調波成分に分解するとともにその各次の高調波
の波形について該任意波形に対する振幅比および位相差
を求め、求めた振幅比および位相差から該試料の熱拡散
率や熱伝導率、熱浸透率或いは体積比熱の熱物性の少な
くとも１つを求めることを特徴とする熱物性測定方法。
【請求項２】上記任意波形は０より大きく１より小さい
デューティ比をもつ矩形波で、上記の分解をフーリエ変
換により行うことを特徴とする請求項１に記載の熱物性
測定方法。
【請求項３】薄い難導電性の被測定試料の両面に導電性
の薄膜を形成若しくは密着させ、その片面の薄膜に交流
電力を与えて交流熱を発生させる電源を接続し、該試料
の他面の薄膜によりこれを電気抵抗とする抵抗式温度計
を構成し、該抵抗式温度計の出力部にその出力波形と交
流電力の波形の振幅幅および位相差を算出して熱拡散
率、熱伝導率、体積比熱或いは熱浸透率のうちの少なく
とも１つの熱物性を算出する演算器をロックインアンプ
を介して接続した熱物性測定装置に於いて、該電源を任
意波形の交流電力を発生する電源で構成し、該抵抗式温
度計の出力部にその出力波形をｎ次の高調波成分に分解
するフーリエ変換器を接続し、該フーリエ変換器を介し
て該演算器に接続したことを特徴とする熱物性測定装
置。
【請求項４】上記抵抗式温度計を、上記被測定試料の他
面の薄膜と導電性の示差熱分析用標準物質からなる薄い
標準薄膜とを直流電源に対して直列に接続したブリッジ
回路を備えた抵抗式温度計で構成し、該ブリッジ回路の
電圧計にその測定値をもとに上記被測定試料の吸発熱を
算出する演算器を接続し、該被測定試料および標準薄膜
を温度制御された炉内に収容したことを特徴とする請求
項３に記載の熱物性測定装置。
【請求項５】熱拡散率と熱伝導率が既知の非導電性の薄
板の両面に導電性の薄膜を形成した測定プローブを流体
の被測定試料に浸漬けし、該薄板の片面の薄膜に一定周
波数の任意波形の交流電力を与えて交流熱を発生させ、
該交流熱により該薄板の他面に発生する波状の温度変化
を該他面の薄膜の電気抵抗変化による電圧の変化として
測定する際にその電圧の波形をｎ次の高調波成分に分解
してその各次の高調波の波形について該任意波形に対す
る振幅比および位相差を求め、求めた振幅比および位相
差に基づき熱拡散率や熱伝導率、体積比熱および熱浸透
率の熱物性の少なくとも１つを算出し、その算出値を該
測定プローブによりその熱物性値が既知の標準物質を測
定して較正することを特徴とする流体の熱物性測定方
法。
【請求項６】熱拡散率と熱伝導率が既知の非導電性の薄
板の両面に導電性の薄膜を形成した測定プローブの片面
の薄膜に、任意波形の交流電力を該片面の薄膜に与えて
交流熱を発生させる電源を接続し、該測定プローブの他
面の薄膜によりこれを電気抵抗とする抵抗式温度計を構
成し、該抵抗式温度計の出力部にその出力波形と交流電
力の波形の振幅比および位相差を算出して熱拡散率、熱
伝導率、体積比熱或いは熱浸透率のうちの少なくとも１
つの熱物性を算出する演算器をロックインアンプを介し
て接続した熱物性測定装置に於いて、該電源を任意波形
の交流電力を発生する電源で構成し、該抵抗式温度計の
出力部にその出力波形をｎ次の高調波成分に分解するフ
ーリエ変換器を接続し、該フーリエ変換器を介して該演
算器に接続したことを特徴とする流体の熱物性測定装
置。