JP3430151B2 - 温度プローブおよび熱物性測定装置ならびに熱物性測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の物性と
して、例えば固体物質の熱物性を調べるための温度プロ
ーブ、およびこの温度プローブを備えた熱物性測定装
置、ならびにこの熱物性測定装置を用いた熱物性測定方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定対象である固体物質からなる被測定
物体の熱物性を調べるためには、一般的に、その被測定
物体の熱伝導率、熱拡散率、および比熱容量のいわゆる
固体熱３定数を測定し、この固体熱３定数を所定の理論
モデルを用いて解析することによって、被測定物体の熱
物性を特定する方法が知られている。固体熱３定数を測
定する方法は、ＪＩＳに規定された平板比較法、あるい
はレーザーフラッシュ法によるのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】平板比較法において
は、信頼性の高い測定結果を得るために、測定用試料と
して被測定物体をその縦×横×高さの各寸法が約２００
ｍｍ×２００ｍｍ×２０ｍｍの大きさからなる略直方体
形状に形成する必要がある。しかし、被測定物体の材質
によっては、そのような大きさおよび形状の測定用試料
を形成することが困難なものもある。また、実際に製品
化目的のために成型された小型のＬＳＩや半導体パッケ
ージなどと、前述した大きさおよび形状に成型された測
定試料用とでは、同じ物質あるいは材料で成型されたと
しても、固体熱３定数が異なっているおそれもある。ま
た、平板比較法においては、信頼性の高い測定結果を得
るために、安定した測定条件（測定環境）を維持しつ
つ、その下で測定する必要があり、前述した大きさおよ
び形状に成型された測定試料用を測定するには、一般的
には測定時間が８時間以上掛かってしまう。したがっ
て、測定作業の効率が極めて悪い。さらに、平板比較法
に用いられる測定装置は大型で重いので取り扱い難く、
実験室や作業現場などでの簡易性および迅速性を要求さ
れるような測定、いわゆるその場測定には不向きであ
る。

【０００４】一方、レーザーフラッシュ法においては、
真空中で装置全体が温度管理された環境下において、サ
ファイア針に支持された被測定試料にレーザーを照射
し、試料の温度変化を赤外放射温度計により非接触で温
度測定を行う。したがって、このレーザーフラッシュ法
による測定で直接求めることができるのは、固体熱３定
数のうち熱拡散率だけであり、比熱および熱伝導率を測
定で正確に求めるのは困難である。また、レーザーフラ
ッシュ法では、試料が高温になるので、プラスティック
などの溶け易い素材では測定が困難である。また、レー
ザーフラッシュ法では、金属材料など材料表面がレーザ
ー光線を反射し易い素材、あるいはレーザー光線が透過
し易い透明な素材には適用が困難である。これらの場
合、素材の表面にグラファイトコーティングなどを施し
て、素材がレーザー光線を吸収し易くする必要がある。
さらに、レーザーフラッシュ法に用いられる測定装置
は、操作法も難しく、大型で可搬し難く、かつ、高価な
ので容易に常備できるものではない。

【０００５】また、走査型原子間力顕微鏡を用いて固体
物質の熱物性を調べる方法もあるが、その測定の際に発
生する温度が１０００℃程度になり、これに対して測定
に必要な熱量の温度差が小さくなるように制御しつつ測
定することは困難である。

【０００６】近年、産業界においては、種々のプラステ
ィック材料や、あるいはセラミック材料などからなる新
素材が研究および開発されている。それら新素材の熱物
性の分布状態などを調べるために、前述した固体熱３定
数を簡易に測定する装置および方法が求められている。

【０００７】よって、本発明が解決しようとする課題
は、被測定物体の材料、形状、および大きさなどに拘ら
ず、固体熱３定数を高い精度で容易に測定可能な温度プ
ローブ、およびこの温度プローブを備えており、取り扱
いが容易で、かつ、安価な熱物性測定装置、ならびにこ
の熱物性測定装置を用いた熱物性測定方法を得ることに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明に係る温度プローブは、所定
の温度に設定され、被測定物体と接触して熱的擾乱を与
え、その温度応答を感知する感温部を有する温度セン
サ、およびこの温度センサを内部に収納するセンサケー
スを備えるプローブ本体と、このプローブ本体の外側に
設けられて、前記温度センサを含む前記プローブ本体の
熱容量を補完する熱容量補完部材と、を具備することを
特徴とするものである。

【０００９】この発明の温度プローブにおいては、温度
センサが、熱容量補完部材から供給される所定量の熱を
用いて、感温部を介して被測定物体に熱的擾乱を与える
とともに、その温度応答を感知することができる。これ
により、被測定物体の熱的擾乱の発生条件を揃えて定量
的に比較できるとともに、被測定物体の温度変化を測定
する必要をなくすことができる。また、温度プローブの
構成を単純にできる。

【００１０】また、前記課題を解決するために、前記請
求項１の発明を実施するにあたり、この発明に従属する
請求項２に記載の発明に係る温度プローブのように、前
記感温部と前記被測定物体とが互いに点接触するよう
に、前記感温部を略球形状に形成した構成とするとよ
い。

【００１１】この発明の温度プローブにおいては、感温
部を略球形状に形成して、感温部と前記被測定物体とが
互いに点接触するようにした。これにより、被測定物体
の形状による感温部と被測定物体との接触状態の制約を
低減できる。

【００１２】また、前記課題を解決するために、前記請
求項１または２の発明を実施するにあたり、これらの発
明に従属する請求項３に記載の発明に係る温度プローブ
のように、前記プローブ本体に、前記温度センサの温度
を調節可能なセンサ温度調節手段を設けた構成とすると
よい。

【００１３】この発明の温度プローブにおいては、セン
サ温度調節手段を設けて温度センサの温度を調節可能と
したので、温度センサの温度を、被測定物体の材料に応
じて、その熱物性を調べるのに適した値に設定できる。

【００１４】また、前記課題を解決するために、前記請
求項１〜３のうちのいずれか１つの発明を実施するにあ
たり、これらの発明に従属する請求項４に記載の発明に
係る温度プローブのように、前記温度プローブの周囲
に、前記感温部が突没自在な感温部突出口を有する断熱
材を設けた構成とするとよい。

【００１５】この発明の温度プローブにおいては、温度
プローブを断熱材で囲むとともに、感温部を突出可能と
したので、感温部を、これに溜まった熱が外気の対流な
どによって乱されるなどしてその温度が不安定になるの
を抑制しつつ、被測定物体に接触させることができる。

【００１６】また、前記課題を解決するために、請求項
５に記載の発明に係る熱物性測定装置は、前記請求項１
〜４のうちのいずれか１項に記載の温度プローブと、こ
の温度プローブが備える温度センサに熱を供給して所定
の温度に設定する熱供給装置と、前記温度プローブの感
温部が感知した前記被測定物体の温度応答を測定して解
析する測定解析装置と、前記温度プローブと、前記熱供
給装置または前記測定解析装置との接続を排他的に切り
換える切り換え装置と、を具備することを特徴とするも
のである。

【００１７】この発明の熱物性測定装置においては、前
記請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の温度プロ
ーブを用いるとともに、この温度プローブと熱供給装置
または測定解析装置との接続を切り換え装置によって排
他的に切り換えることができるので、安定した状態で被
測定物体に熱的擾乱を与えることができるとともに、そ
の温度応答を測定できる。

【００１８】また、前記課題を解決するために、前記請
求項５の発明を実施するにあたり、この発明に従属する
請求項６に記載の発明に係る熱物性測定装置のように、
前記温度プローブを、これが有する感温部を前記被測定
物体に対して所定の向きから所定の圧力で接触させる接
触装置上に設けた構成とするとよい。

【００１９】この発明の熱物性測定装置においては、接
触装置を操作することにより、感温部を被測定物体に対
して所定の向きから所定の圧力で接触させることができ
るので、感温部と被測定物体との接触状態による接触熱
抵抗の影響を受け難くできる。

【００２０】また、前記課題を解決するために、前記請
求項６の発明を実施するにあたり、この発明に従属する
請求項７に記載の発明に係る熱物性測定装置のように、
前記接触装置は、前記温度プローブがその感温部を突出
されて支持されるプローブ支持体、このプローブ支持体
に対して突没自在に設けられて、前記感温部をその外側
から囲むように前記プローブ支持体から突出する向きに
付勢されるとともに、前記感温部が前記被測定物体に接
触する際に前記プローブ支持体の内部に没入する感温部
カバー、およびこの感温部カバーを前記プローブ支持体
から突出する向きに付勢するとともに、前記感温部が前
記被測定物体に接触する際の圧力を所定の大きさに保持
する圧力調節手段を備える構成とするとよい。

【００２１】この発明の熱物性測定装置においては、圧
力調節手段を用いて感温部を被測定物体に対して所定の
向きから所定の圧力で接触させることができるととも
に、感温部カバーにより感温部を外部から保護できるの
で、感温部を適正な状態で測定に使用できる。

【００２２】また、前記課題を解決するために、前記請
求項７の発明を実施するにあたり、この発明に従属する
請求項８に記載の発明に係る熱物性測定装置のように、
前記プローブ支持体は剛体により形成されているととも
に、前記感温部カバーは断熱材により形成されている構
成とするとよい。

【００２３】この発明の熱物性測定装置においては、プ
ローブ支持体を剛体で形成するとともに、感温部カバー
を断熱材により形成したので、感温部が被測定物体に接
触する際の圧力を均一に保持し易いとともに、測定する
際の感温部の温度が乱れるのを抑制できる。

【００２４】また、前記課題を解決するために、前記請
求項４または５の発明を実施するにあたり、これらの発
明に従属する請求項９に記載の発明に係る熱物性測定装
置のように、前記温度プローブは、前記感温部が前記被
測定物体に接触しつつ、その外形に沿って移動可能に設
けられている構成とするとよい。

【００２５】この発明の熱物性測定装置においては、感
温部を被測定物体に接触させつつ、その外形に沿って移
動させることができるので、被測定物体の熱物性を二次
元的、あるいは三次元的に測定できる。

【００２６】また、前記課題を解決するために、前記請
求項５〜９のうちのいずれか１つの発明を実施するにあ
たり、これらの発明に従属する請求項１０に記載の発明
に係る熱物性測定装置のように、前記温度プローブおよ
び前記被測定物体は、前記被測定物体の温度応答を測定
する際の環境を所定の状態に設定して保持可能な測定室
の内部に配置される構成とするとよい。

【００２７】この発明の熱物性測定装置においては、温
度プローブおよび被測定物体は、測定環境を所定の状態
に設定して保持可能な測定室の内部に配置されるので、
測定に適した安定した状態で測定できる。

【００２８】また、前記課題を解決するために、前記請
求項１０の発明を実施するにあたり、この発明に従属す
る請求項１１に記載の発明に係る熱物性測定装置のよう
に、前記測定室内を真空状態に設定して保持可能な真空
装置を備える構成とするとよい。

【００２９】この発明の熱物性測定装置においては、真
空装置によって測定室内を真空状態に設定して保持でき
るので、外気の対流などによる感温部と被測定物体との
間の熱移動の乱れを殆どなくすことができるとともに、
低温域における測定に適する。

【００３０】前記課題を解決するために、請求項１２に
記載の発明に係る熱物性測定方法は、前記請求項１〜４
のうちのいずれか１項に記載の温度プローブを所定の温
度に設定させ、これを被測定物体に点接触させて熱的擾
乱を与え、その温度応答を前記温度プローブが備える温
度センサの温度変化として測定し、これら測定した温度
応答のデータを無次元化して測定無次元温度とし、これ
ら測定無次元温度を所定の精度を得ることができる条件
で測定時間のマイナス２分の１乗の１次関数として近似
して熱伝導率比および熱浸透率比を求め、これら熱伝導
率比および熱浸透率比を用いて前記測定無次元温度と理
論的に求めた理論無次元温度との相対誤差の時間平均値
を求め、この相対誤差の時間平均値が最小となる熱伝導
率、熱拡散率、および比熱容量を前記被測定物体の固体
熱３定数とすることを特徴とするものである。

【００３１】この発明の熱物性測定方法においては、請
求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の温度プローブ
を被測定物体に点接触させることによって被測定物体へ
熱的擾乱を与えるとともに、その温度応答を温度プロー
ブが備える温度センサの温度変化として測定する。これ
により、被測定物体の温度変化を測定する必要がなくな
るとともに、温度プローブと被測定物体との間の熱伝導
において、部分的接触に起因する接触熱抵抗などの影響
を受け難くできる。また、測定の可否が被測定物体の形
状に依存するおそれを抑制できる。

【００３２】前記課題を解決するために、請求項１３に
記載の発明に係る熱物性測定装置は、前記請求項１〜４
のうちのいずれか１項に記載の温度プローブを所定の温
度に設定する手段と、前記温度プローブを被測定物体に
点接触させて熱的擾乱を与える手段と、そのときの温度
プローブの温度応答を前記温度プローブが備える温度セ
ンサの温度変化として測定する手段と、これら測定した
温度応答のデータを無次元化して測定無次元温度データ
に変換する手段と、これら測定無次元温度データを所定
の精度を得ることができる条件で測定時間のマイナス２
分の１乗の１次関数として近似して熱伝導率比および熱
浸透率比を求める手段と、これら熱伝導率比および熱浸
透率比を用いて前記測定無次元温度と理論的に求めた理
論無次元温度との相対誤差の時間平均値を求める手段
と、この相対誤差時の間平均値が最小となる熱伝導率、
熱拡散率、および比熱容量を前記被測定物体の固体熱３
定数として求める手段と、を具備することを特徴とする
ものである。

【００３３】この発明の熱物性測定装置においては、請
求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の温度プローブ
を被測定物体に点接触させることによって被測定物体へ
熱的擾乱を与える手段を具備するとともに、そのときの
温度応答を温度プローブが備える温度センサの温度変化
として測定する手段とを具備する。これにより、被測定
物体の温度変化を測定する手段必要がなくなるととも
に、温度プローブと被測定物体との間の熱伝導におい
て、部分的接触に起因する接触熱抵抗などの影響を受け
難くできる。また、測定の可否が被測定物体の形状に依
存するおそれを抑制できる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る温度プローブ、およびこの温度プローブを備えた
熱物性測定装置、ならびにこの熱物性測定装置を用いた
熱物性測定方法を、図１〜図４に基づいて説明する。

【００３５】本実施形態の温度プローブ１は、図１
（ａ）〜（ｃ）に示すように、温度センサ４、およびこ
の温度センサ４を内部に収納するセンサケース６を備え
るプローブ本体２と、このプローブ本体２の外側に設け
られる熱容量補完部材３とを具備している。

【００３６】本実施形態においては、温度センサとして
熱電対４が用いられている。熱電対４は検定された品位
を容易に実現できる利点がある。この熱電対４は、一方
の熱電対素線に直径５０μｍのクロメル線４ａを用い、
他方の熱電対素線に同じく直径５０μｍのアルメル線４
ｂを用いたクロメル−アルメル熱電対４（以下、熱電対
４と略称する。）とする。この熱電対４は、クロメル線
４ａおよびアルメル線４ｂのそれぞれの一端部を感温部
５として溶接されることにより一体に形成される。この
際、感温部５は被測定物体１９に対して実質的に点接触
できるように、略球形状に形成される。また、感温部５
を略球形状に形成することにより、後述する測定データ
の解析の際に、球座標系への適用（モデル化）が容易に
なり、計算し易くなる。また、感温部５を略球形状に形
成することは、溶接により容易に実現できる。さらに、
感温部５を略球形状に形成することにより、ジュール熱
効果による発熱作用を促し、この熱を蓄熱して測定の際
のセンサ側熱供給源とする。

【００３７】熱電対４は、センサケース６のうち、内側
に配置される内側センサケースとしての直径０．８ｍ
ｍ、長さ１２ｍｍのセラミックシース６ａ内に収納され
る。セラミックシース６ａには、その両端部を連通する
ように、その内部を長手方向に沿って延ばされて図示し
ない２本の平行な孔が設けられている。熱電対４は、ク
ロメル線４ａおよびアルメル線４ｂをそれら２本の孔の
内部に挿入されることにより、セラミックシース６ａに
収納される。この際、熱電対４は、感温部５がセラミッ
クシース６ａの一端部から２ｍｍ程度突出するように配
置されて、セメントなどによりセラミックシース６ａに
固着される。熱電対４が内部に固着されたセラミックシ
ース６ａは、センサケース６のうち、外側に配置される
外側センサケースとしての内径１．０ｍｍ、外径１．２
ｍｍ、長さ１０ｍｍのステンレスシース６ｂ内に挿入さ
れて収納される。クロメル線４ａおよびアルメル線４ｂ
の感温部５が設けられている側とは反対側の端部から
は、それらを後述する熱供給装置１０や測定解析装置１
１などに接続するための導線７が延出されている。セラ
ミックシース６ａはセメントなどによりステンレスシー
ス６ｂに固着される。

【００３８】以上説明したように、プローブ本体２は、
図１（ａ）に示すように、クロメル線４ａおよびアルメ
ル線４ｂから構成される熱電対４、セラミックシース６
ａおよびステンレスシース６ｂから構成されるセンサケ
ース６などから構成されている。

【００３９】このプローブ本体２の外側には、熱電対４
が発生した熱を蓄えるとともに、この蓄えられた熱を感
温部５が後述する被測定物体１９に接触する際に熱電対
４に所定量ずつ供給してプローブ本体２の熱容量を補完
する熱容量補完部材としての蓄熱スリーブ３が設けられ
る。この蓄熱スリーブ３は、例えば熱伝導に優れる銅製
であることが好ましい。この蓄熱スリーブ３は、図１
（ｂ）および（ｃ）に示すように、感温部５の付近に配
置されて、熱電対４が発生した熱を所定量蓄えるととも
に、その蓄えられた所定量の熱を熱電対４の感温部５に
供給する熱蓄積供給部３ａ、この熱蓄積供給部３ａより
も感温部５から離間されて配置され、熱蓄積供給部３ａ
が蓄え切れなかった熱電対４が発生した熱を蓄えて、熱
電対４および蓄熱スリーブ３の温度を所定の温度に保持
する熱平衡部３ｂ、この熱平衡部３ｂと熱蓄積供給部３
ａとの間に設けられ、熱平衡部３ｂと熱蓄積供給部３ａ
との間の熱の移動量を規制する熱抵抗ギャップ部３ｃか
ら構成されている。感温部５が被測定物体１９に接触し
て、熱蓄積供給部３ａから感温部５に熱が供給される
と、熱平衡部３ｂに蓄えられている熱が熱蓄積供給部３
ａに供給される。これにより、次回の測定に対して測定
に必要な所定量の熱を、迅速に熱蓄積供給部３ａに蓄え
ることができる。すなわち、熱電対４の感温部５から至
近距離に熱蓄積供給部３ａを設け、センサとしての熱電
対４に電力を供給する際にジュール熱効果により発生す
る熱を熱蓄積供給部３ａに蓄積して測定の際のセンサ側
熱供給源とする。

【００４０】蓄熱スリーブ３には、図１（ｂ）に示すよ
うに、その両端部を連通するように、その内部を長手方
向に沿って延ばされて、プローブ本体２が挿入されるプ
ローブ挿入孔８が設けられている。プローブ本体２は、
このプローブ挿入孔８に挿入されることによって蓄熱ス
リーブ３とともに温度プローブ１を構成する。

【００４１】以上説明した温度プローブ１は、熱電対４
が被測定物体１９に熱的擾乱を与える程度の温度に設定
され、それ以上大幅に温度を変化させて設定することが
できない、いわゆるスタティック型のスタティックプロ
ーブ１として構成されている。また、このスタティック
プローブ１は、プローブ本体２のみならず、蓄熱スリー
ブ３、ならびにセラミックシース６ａおよびステンレス
シース６ｂから構成されるセンサケース６まで含めて、
被測定物体１９に熱的擾乱を与える熱供給源の単位ユニ
ットとして機能する。さらに、このスタティックプロー
ブ１は、蓄熱スリーブ３の熱容量を換えることにより、
その熱供給源の単位ユニットとして所定の範囲で熱容量
を変化させることができるので、その適用範囲が広い。

【００４２】本実施形態の熱物性測定装置９は、図２に
示すように、温度プローブとしてのスタティックプロー
ブ１と、このスタティックプローブが備える熱電対４に
熱を供給して所定の温度に設定する熱供給装置としての
直流電源１０と、スタティックプローブ１の感温部５が
感知した被測定物体１９の温度応答を測定して解析する
測定解析装置１１と、スタティックプローブ１と、直流
電源１０または測定解析装置１１との接続を排他的に切
り換える切り換え装置１２とを具備している。

【００４３】測定解析装置１１は、スタティックプロー
ブ１が感知したアナログ信号としての被測定物体１９の
温度応答の測定データをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器１３、このＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信
号に変換された被測定物体１９の温度応答の測定データ
を計測するデータ計測装置１４、およびこのデータ計測
装置１４が計測した測定データを解析する解析装置とし
てのコンピュータ１５などから構成されている。

【００４４】また、スタティックプローブ１と測定解析
装置１１および直流電源１０との間には、スタティック
プローブ１と測定解析装置１１、あるいはスタティック
プローブ１と直流電源１０との接続を排他的に切り換え
る切り換え装置１２が設けられている。この切り換え装
置１２は、スタティックプローブ１と直流電源１０との
通電状態をオン状態にしたり、あるいはオフ状態にした
りするための電力供給側スイッチ１６ａ、およびスタテ
ィックプローブ１と測定解析装置１１との通電状態をオ
ン状態にしたり、あるいはオフ状態にしたりするための
測定解析側スイッチ１６ｂから構成されるスイッチ部１
６を有している。

【００４５】この切り換え装置１２は、図示しない制御
部により、電力供給側スイッチ１６ａの通電状態と測定
解析側スイッチ１６ｂの通電状態とが互いに逆の状態に
なるように制御されている。切り換え装置１２は、例え
ば、図２に示すように、電力供給側スイッチ１６ａが実
線で示すように、その通電状態がオン状態となるように
設定されている間は、測定解析側スイッチ１６ｂは実線
で示すように、その通電状態がオフ状態となるように設
定されている。これにより、スタティックプローブ１の
熱電対４は発熱し、その熱が蓄熱スリーブ３の熱蓄積供
給部３ａに蓄えられる。スタティックプローブ１の感温
部５が被測定物体１９の被測定面１９ａに点接触する際
には、電力供給側スイッチ１６ａが二点鎖線で示すよう
に、その通電状態がオフ状態となるように設定されると
ともに、測定解析側スイッチ１６ｂは二点鎖線で示すよ
うに、その通電状態がオン状態となるように設定されて
いる。

【００４６】以上説明したように、切り換え装置１２
は、電力供給側スイッチ１６ａの通電状態と測定解析側
スイッチ１６ｂの通電状態とが互いに逆の状態になるよ
うに制御されているので、直流電源１０から測定解析装
置１１までが、スタティックプローブ１を介して電気的
に閉じた回路を形成することはない。これにより、測定
解析装置１１は、被測定物体１９の温度応答を測定する
際に、蓄熱スリーブ３の熱蓄積供給部３ａから熱電対４
に供給される所定量の熱による被測定物体１９の熱的擾
乱の温度応答を測定できる。すなわち、測定解析装置１
１は、被測定物体１９の熱的擾乱の温度応答を測定する
際に、他の熱的な雑音を電気信号として測定するおそれ
が殆どない。よって、本実施形態の熱物性測定装置９に
切り換え装置１２を設けることにより、被測定物体１９
の熱的擾乱の温度応答を高い精度で測定できる。

【００４７】なお、図２に示されているスタティックプ
ローブ１は、図１に示されているスタティックプローブ
１のプローブ本体２を感温部５を除いて蓄熱スリーブ３
内に収納して構成したものである。また、図２に示すス
タティックプローブ１が備える図示しない熱電対の感温
部が設けられている側とは反対側の端部は、切り換え装
置１２の電力供給側スイッチ１６ａに接続される入力側
端子１７、および切り換え装置１２の測定解析側スイッ
チ１６ｂに接続される出力側端子１８にそれぞれ接続さ
れている。この際、スタティックプローブ１の出力側端
子１８と測定解析装置１１の入力端子とは、それらを電
気的に接続している導線自体が有する抵抗による発熱な
どの熱的雑音を電気信号として拾わないようにするため
に、導線の長さとして少なくとも３０ｃｍ以上離されて
接続されている。

【００４８】また、図２に示されているスタティックプ
ローブ１は、図１に示されているスタティックプローブ
１のプローブ本体２を、複数本まとめるとともに、それ
らの感温部５を除いた部分を蓄熱スリーブ３内に収納し
て構成しても構わない。この場合においても、各プロー
ブ本体２と直流電源１０または測定解析装置１１との接
続を、切り換え装置１２によって排他的に切り換えるこ
とができる設定にすることが好ましい。それとともに、
各プローブ本体２から送られてくる被測定物体１９の温
度応答の測定データを、測定解析装置１１によって各プ
ローブ本体２ごとに整理して収集および解析できる設定
とすることが好ましい。これにより、複数本のプローブ
本体２の各感温部５から構成される図示しない感温部ユ
ニットの大きさに対して、被測定物体１９の被測定面１
９ａが十分に広い場合には、被測定面１９ａが一様な平
面から構成されていなくとも、１回の測定で被測定面１
９ａ上の所定の範囲を実質的な面接触状態で調べること
ができる。したがって、被測定物体１９の熱物性の分布
状態を短時間でより精密に調べることができる。しか
も、感温部ユニットの個々の感温部５は、被測定面１９
ａに対して、その面上の複数箇所でそれぞれ点接触でき
るので、各感温部５の測定精度（感度）が損なわれるお
それはない。

【００４９】以上説明したように、プローブ本体２に蓄
熱スリーブ３が設けられたスタティックプローブ１、お
よび直流電源１０または測定解析装置１１との接続を排
他的に切り換える切り換え装置１２を具備している熱物
性測定装置９は、以下に述べる利点を有している。

【００５０】プローブ本体２に蓄熱スリーブ３を設ける
ことにより、熱電対４で発生した熱を蓄熱スリーブ３に
蓄積し、後述する熱物性測定方法における適正な測定デ
ータを得ることができるように、感温部５の温度を、被
測定物体１９との温度差が２０℃〜４０℃程度となるよ
うに保持できる。これにより安定した状態で温度応答を
測定し、信頼性の高い固体熱３定数を得ることができ
る。また、予め様々な熱容量を有する蓄熱スリーブ３を
用意しておき、測定する被測定物体１９の材質などに応
じて、プローブ本体２に付け替えることにより、適正な
測定データを得ることができる熱物性測定装置９を安価
に提供できる。１回の測定ごとにプローブ本体２への蓄
熱と、プローブ本体２からの放熱とを、切り換え装置１
２の切り換え操作、および熱電対４の熱容量だけで行う
場合に比べ、熱容量が不足するおそれが低く、蓄熱量が
略一定しているので計測の時間管理が行い易く、蓄熱と
放熱との切り換えを高速化できるとともに、その切り換
えを安定した状態で行わせることができる。さらに、熱
電対４は、一般に市販されている校正曲線の確定したも
のを容易に手に入れて使用できるので、その熱容量に合
わせて蓄熱スリーブ３の熱容量の最適化を容易に図るこ
とができ、高精度のスタティックプローブ１を容易に使
用できる。

【００５１】被測定物体１９の温度が常温よりも比較的
高温である場合、例えば、８０℃である場合、被測定物
体１９側からスタティックプローブ１側への熱の移動が
生じる。この際、スタティックプローブ１の熱電対４の
温度が６０℃であれば、熱電対４の温度は６０℃以上に
なる。これにより、所定の計測時間、例えば１０秒間の
感温部５の温度上昇のカーブを生じさせて、その変化を
計測できる。熱電対４の熱容量が小さい場合、輻射熱な
どの影響によりその計測カーブは適正な状態を保持でき
なくなるおそれが生じるが、プローブ本体２に蓄熱スリ
ーブ３を設けることにより、単位ユニットとしてのスタ
ティックプローブ１の熱容量に余裕を持たせて、計測カ
ーブを適正な状態に保持できる。以上説明した異なる熱
容量からなる蓄熱スリーブ３のプローブ本体２への付け
替え、および切り換え装置１２の切り換え操作による熱
電対の発熱および蓄熱の切り換えを熱電対センシング切
り換え法と称する。

【００５２】この熱物性測定装置９を用いた熱電対セン
シング切り換え法によれば、被測定物体１９からの輻射
熱で感温部５と被測定物体１９との点接触条件が乱さ
れ、適正な状態での計測が困難になるおそれがある場合
でも、蓄熱スリーブ３の付け替えにより、輻射熱の影響
を著しく低減させることができる。つまり、感温部５と
被測定物体１９との間の熱の移動の殆どを、点接触によ
る熱移動とすることができる。

【００５３】このように、単純な構造であるとともに容
易に付け替え可能な蓄熱スリーブ３を用いることによ
り、適正な測定環境が乱されるおそれを極めて効果的に
低減できる。

【００５４】本実施形態の熱物性測定方法は、図２に示
す熱物性測定装置９を用いて測定された被測定物体１９
の温度応答の測定データを、所定の理論モデルに基づい
て解析することにより、被測定物体１９の固体熱３定数
である熱伝導率λ_ｓ、熱拡散率ａ_ｓ、および比熱容量
（ρｃ_ｐ）_ｓ＝ξ_ｓ ^２／λ_ｓを求めるものである。具体
的には、被測定物体１９の温度応答の測定データを、図
３に示すフローチャートに表される、前述した理論モデ
ルに基づくアルゴリズムに従って、コンピュータ１５を
用いて解析することにより前述した固体熱３定数は求め
られる。なお、以下の説明において、熱物性測定装置９
が具備するスタティックプローブ１の感温部５の熱物性
値ｂはプローブ定数として既知であるとする。

【００５５】被測定物体１９の材料に合わせて、直流電
源１０により所定の温度に設定されたスタティックプロ
ーブ１の温度センサの感温部５を、被測定物体１９に点
接触させて熱的擾乱を与え、その温度応答をスタティッ
クプローブ１の温度センサの温度変化のデータとして測
定する。この際、被測定物体１９の温度応答の測定デー
タは、コンピュータ１５による解析が行い易いように、
Ａ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換された
後、データ計測装置１４に保存される。このようにして
保存された測定データは、前述したアルゴリズムに従っ
てコンピュータ１５によって解析される。以下、そのア
ルゴリズムを与える解析理論モデルを説明する。

【００５６】まず、被測定物体１９の温度応答の測定デ
ータを無次元化する。スタティックプローブ１の先端で
ある感温部５は、前述したように略球形状に形成されて
おり、被測定物体１９とは見かけ上点接触状態にある。
感温部５と被測定物体１９とは、その微小接触面積を通
して熱移動が起こる。つまり感温部５と被測定面１９ａ
との接触点から被測定物体１９の内部に放射状に熱伝導
が生ずるとみなす。ここで、感温部５と被測定面１９ａ
との微小接触面の一点を中心として設定し、この中心か
ら球形状に広がる微小接触界面（半径ｒ_０）を考える。
そして、この微小接触界面から、感温部５および被測定
面１９ａのそれぞれの内部に向かって、放射状に温度伝
播が起こると考える。この場合、感温部５および被測定
面１９ａのそれぞれの内部に置ける温度伝播の支配方程
式は、前述した微小接触界面の外側、すなわちｒ＞ｒ_０
で、以下に示す２式（１）および（２）によって表され
る。

【００５７】なお、以下に説明する各式において、添字
としてｐが添付されているものはスタティックプローブ
１に関するもの、添字としてｓが添付されているものは
サンプル、すなわち被測定物体１９に関するものをそれ
ぞれ表すこととする。

【００５８】

【数１】

【００５９】

【数２】

【００６０】上記２式（１）および（２）において、 Ｔ_ｐ：スタティックプローブ１の感温部５の温度 ａ_ｐ：スタティックプローブ１の感温部５の熱拡散率 Ｔ_ｓ：被測定物体１９の感温部５の温度 ａ_ｓ：被測定物体１９の熱拡散率 である。

【００６１】また、感温部５と被測定面１９ａとの微小
接触面における温度と熱流との連続条件は、以下に示す
２式（３）および（４）によって表される。

【００６２】

【数３】

【００６３】

【数４】

【００６４】上記式（４）において、 λ_ｐ：スタティックプローブ１の感温部５の熱伝導率 λ_ｓ：被測定物体１９の熱伝導率 である。

【００６５】また、初期条件および境界条件は、 Ｔ_ｐ０：スタティックプローブ１の感温部５の初期温度 Ｔ_ｓ０：被測定物体１９の感温部５の初期温度 とすると、以下に示す４式（５）〜（８）によって表さ
れる。

【００６６】

【数５】

【００６７】

【数６】

【００６８】

【数７】

【００６９】

【数８】

【００７０】また、 Ｔ^＊ _ｐ：感温部５の感温点位置ｒ＝ｒ_１（＞ｒ_０）にお
ける無次元温度 とすると、このＴ^＊ _ｐは、以下に示す式（９）によって
表される。

【００７１】

【数９】

【００７２】前記各式（１）〜（８）を解くと、式
（９）によって表されるＴ^＊ _ｐは、以下に示す式（１
０）によって表される。

【００７３】

【数１０】

【００７４】ここで、各パラメータを以下に示す式（１
１）〜（１５）のように置いている。すなわち、

【数１１】

【００７５】

【数１２】

【００７６】

【数１３】

【００７７】

【数１４】

【００７８】

【数１５】

【００７９】上記式（１５）において、 ξ_ｐ：スタティックプローブ１の感温部５の熱浸透率 ξ_ｓ：被測定物体１９の熱浸透率 である。

【００８０】さらに、Ｃ／√ｔ＜＜１なる時間帯におい
ては、式（１０）は、以下に示す式（１６）によって近
似することができる。

【００８１】

【数１６】

【００８２】この時間帯で、実際に得られた温度応答か
ら以下に示す式（１７）の係数Ａ，Ｂを決める。

【００８３】

【数１７】

【００８４】上記式（１７）と式（１６）とを係数比較
することにより、熱伝導率比βと熱浸透率比ζについ
て、以下に示す式（１８）および（１９）が得られる。
すなわち、

【数１８】

【００８５】

【数１９】

【００８６】ここで、スタティックプローブ１の感温部
５の熱物性値ｂは、以下に示す式（２０）によって表さ
れる。

【００８７】

【数２０】

【００８８】よって、ηおよびｂの値がわかれば、式
（１８）および（１９）から熱伝導率比βおよび熱浸透
率比ζが算出できる。したがって、前述したように、ス
タティックプローブ１の感温部５の熱物性値ｂがプロー
ブ定数として既知であれば、被測定物体１９の熱伝導率
λ_ｓおよび被測定物体１９の熱浸透率ξ_ｓが求められ
る。よって、被測定物体１９の固体熱３定数である熱伝
導率λ_ｓ、熱拡散率ａ_ｓ、および比熱容量（ρｃ_ｐ）_ｓ
＝ξ_ｓ ^２／λ_ｓを得ることができる。

【００８９】ηおよびｂの値の決定方法について説明す
る。前記式（１７）に示すように、感温部５の感温点位
置ｒ＝ｒ_１（＞ｒ_０）における無次元温度Ｔ^＊ _ｐを１／
√ｔの１次関数として近似する場合、その近似領域を選
定するため、以下に示す式（２１）で定義する相関係数
Ｒを計算する。

【００９０】

【数２１】

【００９１】ここで、ｔ_ｉは測定時間で、Ｔ^＊ _ｐｉはそ
の時の無次元温度である。本測定においては、Ｒ＞０．
９９となる領域とした。その領域において係数Ａ，Ｂが
決定されるので、任意のη，ｂを与えると、前記式（１
０）から理論温度応答曲線を描くことができる。そこ
で、実際の温度応答測定による無次元温度Ｔ^＊ _ｐと、そ
れに対応する測定時間における理論無次元温度Ｔ^＊
_Ｔｈｅｏとの相対誤差Ｅ（ｔ）を、以下に示す式（２
２）のように求める。

【００９２】

【数２２】

【００９３】そして、全側定点におけるＥ（ｔ）の平均
値が最も小さくなるようにη，ｂを決定する。

【００９４】以上説明したように、測定された被測定物
体１９の温度応答の測定データから、被測定物体１９の
固体熱３定数である熱伝導率λ_ｓ、熱拡散率ａ_ｓ、およ
び比熱容量（ρｃ_ｐ）_ｓ＝ξ_ｓ ^２／λ_ｓを算出するまで
の手順が、図３のフローチャートに示されている。

【００９５】スタティックプローブ１の感温部５の熱物
性値ｂがプローブ定数として既知である場合には、図３
中二点鎖線で囲まれた部分の計算は行う必要がない。ま
た、スタティックプローブ１の感温部５の熱物性値ｂが
プローブ定数として既知でない場合には、例えば、固体
熱３定数が既知である被測定物体１９を用いて被測定物
体１９の温度応答を測定し、その測定データからスタテ
ィックプローブ１の感温部５の熱物性値ｂを逆算し、そ
の後、前述した被測定物体１９の固体熱３定数を求める
作業を行えばよい。

【００９６】以上説明した理論モデルによる測定データ
の解析結果を図４のグラフに示す。この図４のグラフ
は、熱物性の参照（標準）値が知られているＪＩＳ−Ｓ
ＵＳ３０４ステンレス鋼を被測定物体１９として、その
被測定面１９ａにスタティックプローブ１の感温部５を
微小面積の一点で点接触させて測定することにより得ら
れた測定データと、そのデータに基づいて理論解析した
結果得られた理論温度応答曲線とを示すものである。縦
軸にはスタティックプローブ１の感温部５の接触直前の
初期温度Ｔ_ｐ０およびＴ_ｓ０によってスタティックプロ
ーブ１の感温部５の温度Ｔ_ｐを無次元化した温度Ｔ^＊ _ｐ
をとる。また、横軸には、接触後の時刻ｔ秒の逆数の１
／２乗をとる。この際、スタティックプローブ１の感温
部５の初期温度を被測定物体１９よりも約３０℃高くし
た。

【００９７】この図４のグラフによれば、スタティック
プローブ１の感温部５と被測定物体１９の被測定面１９
ａとの接触直後を除いて、測定データが理論温度応答曲
線でよく近似されることがわかる。感温点位置および接
触面積は、図４中Ｘで示されている領域で求められる。
また、理論温度応答曲線は、図４中Ｙで示されている領
域で、相関係数Ｒ＞０．９９となる１次関数で近似さ
れ、この直線のｙ切片Ａおよび傾きＢを用いて固体熱３
定数が求められる。

【００９８】以上説明した解析理論に基づく温度応答の
測定データの解析用のアルゴリズムをコンピュータ１５
に備えている熱物性測定装置９は、熱物性がプローブ定
数として既知であるスタティックプローブ１を所定の温
度に設定する手段と、スタティックプローブ１を被測定
物体１９に点接触させて熱的擾乱を与える手段と、その
ときのスタティックプローブ１の温度応答をスタティッ
クプローブ１が備える熱電対４の温度変化として測定す
る手段と、これら測定した温度応答のデータを無次元化
して測定無次元温度データに変換する手段と、これら測
定無次元温度データを所定の精度を得ることができる条
件で測定時間のマイナス２分の１乗の１次関数として近
似して熱伝導率比および熱浸透率比を求める手段と、こ
れら熱伝導率比および熱浸透率比を用いて測定無次元温
度と理論的に求めた理論無次元温度との相対誤差の時間
平均値を求める手段と、この相対誤差時の間平均値が最
小となる熱伝導率、熱拡散率、および比熱容量を被測定
物体１９の固体熱３定数として求める手段と、を具備す
ることを特徴とするものである。

【００９９】すなわち、熱物性測定装置９、およびこの
熱物性測定装置９を用いた熱物性測定方法は、センサ側
としてのスタティックプローブ１の熱容量に余裕をもた
せ、その感温部５を被測定物体１９に点接触させた際の
感温部５の温度変化を測定し、これを利用して被測定物
体１９の熱物性を解析することを特徴としている。

【０１００】以上説明した構成および構造からなるスタ
ティックプローブ１、およびこのスタティックプローブ
１を備えた熱物性測定装置９、ならびにこの熱物性測定
装置９を用いた熱物性測定方法によれば、感温部５と被
測定物体１９とを点接触させることにより、被測定物体
１９の材料、形状、および大きさなどに拘らず、温度応
答を測定可能であるとともに、感温部５と被測定物体１
９との間の熱伝導において部分的接触に起因する接触熱
抵抗の影響を受け難くできる。これにより、固体熱３定
数を高い精度で容易に測定できる。また、構成が単純な
ので取り扱いが容易であるとともに、安価である。

【０１０１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る温
度プローブ２１、およびこの温度プローブ２１を備えた
熱物性測定装置２８を、図５〜図７に基づいて説明す
る。

【０１０２】この第２実施形態の温度プローブ２１は、
熱電対４の温度を調節可能なセンサ温度調節手段２２が
設けられているとともに、温度プローブ２１の周囲に感
温部５が突没自在な感温部突出口２７を有する断熱材２
５が設けられている点が、前述した第１実施形態の温度
プローブ１と異なっており、その他の構成、作用、およ
び効果は同様である。また、この第２実施形態の温度プ
ローブ２１を備えた熱物性測定装置２８は、温度プロー
ブ２１を、その感温部５を被測定物体１９に対して所定
の向きから所定の圧力で接触させる接触装置３８上に設
けた点が、前述した第１実施形態の温度プローブ１を備
えた熱物性測定装置９と異なっており、その他の構成、
作用、および効果は同様である。よって、それらの異な
っている部分について説明するとともに、前述した第１
実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して
その説明を省略する。

【０１０３】本実施形態の温度プローブ２１には、図５
および図６に示すように、熱電対４の温度を調節可能な
センサ温度調節手段としてのマイクロヒータ２２が２個
も設けられている。これら２個の第１ヒータ２２ａおよ
び第２ヒータ２２ｂは、プローブ本体２の感温部５とは
反対側の端部において、セラミックシース６ａ、および
ステンレスシース６ｂをそれらの外側から周方向に沿っ
て囲むように直列接続されて設けられている。また、こ
の温度プローブ２１には、それら第１ヒータ２２ａおよ
び第２ヒータ２２ｂの発熱量を所定の大きさに設定する
図示しない制御部を有する基板から構成される支持部材
２３が設けられている。第１ヒータ２２ａおよび第２ヒ
ータ２２ｂからは、この支持部材２３に沿ってヒータ用
導線２４が延出されている。第１ヒータ２２ａおよび第
２ヒータ２２ｂと、ヒータ用導線２４とは、図５に示す
ように、それらの接合部においてアースされている。

【０１０４】以上説明した温度プローブ２１は、第１ヒ
ータ２２ａおよび第２ヒータ２２ｂにより熱電対４の温
度を所定の温度に調節可能な、いわゆるアクティブ型の
アクティブプローブ２１として構成されている。また、
このスタティックプローブ１は、プローブ本体２のみな
らず、蓄熱スリーブ３、セラミックシース６ａおよびス
テンレスシース６ｂから構成されるセンサケース６、な
らびに第１ヒータ２２ａおよび第２ヒータ２２ｂまで含
めて、被測定物体１９に熱的擾乱を与える熱供給源の単
位ユニットとして機能する。熱電対４と基板から構成さ
れる支持部材２３とは、例えば半田で固着されるので、
熱損失は生じるが、これもプローブ定数に含まれる。ま
た、セラミックシース６ａおよびステンレスシース６ｂ
の一部と支持部材２３とは、例えば固着用セメントで接
着されるが、その熱損失は少量なのでプローブ定数に含
まれる。

【０１０５】また、本実施形態のアクティブプローブ２
１には、図６に示すように、その周囲に感温部５が突没
自在な感温部突出口２７を有する断熱材２５が設けられ
ている。これにより、感温部５の被測定物体１９への点
接触を妨げるおそれがないとともに、外気の対流による
感温部５への影響や、感温部５から輻射される輻射熱を
低減できる。感温部突出口２７は、感温部５を被測定物
体１９に点接触させる際に、被測定物体１９に最も近づ
く断熱材２５の一端面としての被測定物体側端面２６を
貫通して設けられている。

【０１０６】本実施形態の熱物性測定装置２８は、図７
示すように、アクティブプローブ２１を、その感温部５
を被測定物体１９に対して所定の向きから所定の圧力で
接触させる接触装置３８上に設けた。この接触装置３８
は、基台２９と、この基台２９に対して一対の第１ガイ
ド体３２ａおよび第２ガイド体３２ｂからなるガイド体
３２を介して所定の間隔を空けて配置され、アクティブ
プローブ２１の動きを規制する規制体３０と、アクティ
ブプローブ２１が取り付けられるとともに、このアクテ
ィブプローブ２１を一対の第１ガイド体３２ａおよび第
２ガイド体３２ｂに沿って移動させるプローブ支持体３
１と、アクティブプローブ２１を移動させる操作部３４
と、この操作部３４とプローブ支持体３１とを接続する
接続体３３とから構成されている。この接触装置３８上
に設けられるアクティブプローブ２１はその形状など
が、図５および図６に示すものの形状と若干異なってい
るが、その作用および効果は同じなので、その説明は省
略する。

【０１０７】アクティブプローブ２１は基板からなる支
持部材２３を介してプローブ支持体３１お取り付けられ
る。この支持部材２３には、熱供給装置とての電源３
５、第１ヒータ２２ａおよび第２ヒータ２２ｂの作動状
態を管理するヒータユニット３６などが取り付けられて
いる。また、ヒータユニット３６とプローブ本体２との
間には、アクティブプローブ２１を適正な状態で働かせ
るために、所定の温度に設定されたプローブ本体２に対
して、このプローブ本体２よりも所定の温度だけ低く設
定された冷接点３９が設けられている。プローブ本体２
から延出された導線７は、ヒータユニット３６に達する
前にこの冷接点３９と接触する。

【０１０８】基台２９の中央部には、これを貫通してア
クティブプローブ２１が突没可能なプローブ収納孔３７
が設けられている。また、基台２９の一端部には、アク
ティブプローブ２１の感温部５が突没自在な感温部突出
口２７を有する断熱材２５が設けられている。操作部３
４を図７中実線矢印で示す方向に移動させることによ
り、アクティブプローブ２１のプローブ本体２を図７中
白抜き矢印で示す方向に移動させることができる。これ
により、アクティブプローブ２１の感温部５を感温部突
出口２７から突出させ、被測定物体１９に対して所定の
向きから所定の圧力で点接触させて被測定物体１９の温
度応答を測定できる。

【０１０９】この第２実施形態のアクティブプローブ２
１、およびこのアクティブプローブ２１を備えた熱物性
測定装置２８は、以上説明した点以外は、第１実施形態
の温度プローブ１、およびこの温度プローブ１を備えた
熱物性測定装置９と同じであり、本発明の課題を解決で
きるのはもちろんであるが、前述したように、アクティ
ブプローブ２１にその熱電対４の温度を調節可能なマイ
クロヒータ２２および断熱材２５が設けるとともに、こ
のアクティブプローブ２１をその感温部５が被測定物体
１９に対して所定の向きから所定の圧力で接触できる接
触装置３８上に設けたので、以下の点で優れている。

【０１１０】本実施形態のアクティブプローブ２１は、
マイクロヒータ２２を用いることにより、センサ温度調
節手段が熱電対４の測定精度に影響を与えるおそれを殆
ど無くすことができるとともに、温度設定などの制御も
容易になった。また、従来品と比べて、１／１０に小型
化でき、重量比で１／３０、電力比で１／１００、およ
び著しい省エネルギー化で１０倍以上の高精度測定が可
能になった。さらに、プリント基板を構造材として利用
したり、プリアンプや各種処理装置を取り付けるスペー
スを確保できたり、省スペース化およびコンパクト化を
図ることができた。ひいては、このアクティブプローブ
２１を備えた熱物性測定装置２８においても、１０倍以
上の高精度測定が可能になった。

【０１１１】次に、本発明の第３の実施の形態に係る温
度プローブ４１、およびこの温度プローブ４１を備えた
熱物性測定装置４４を、図８および図９に基づいて説明
する。

【０１１２】この第３実施形態の温度プローブ４１は長
尺形状に形成されているとともに、この温度プローブ４
１を備えた熱物性測定装置４４は、温度プローブ４１の
感温部５が被測定物体１９に接触する際の圧力を所定の
大きさに保持する圧力調節手段５３を備えている点が、
前述した第１実施形態の温度プローブ１、およびこの温
度プローブ１を備えた熱物性測定装置９と異なってお
り、その他の構成、作用、および効果は同様である。よ
って、その異なっている部分について説明するととも
に、前述した第１実施形態と同一の構成部分については
同一符号を付してその説明を省略する。

【０１１３】本実施形態の温度プローブとしてのアクテ
ィブプローブ４１は、図８に示すように、そのプローブ
本体２が断熱材２５とともに、シャフト４２の一端部に
設けられている。シャフト４２の他端部には、このアク
ティブプローブ４１を操作するための操作部４３が設け
られている。

【０１１４】このアクティブプローブ４１を備えた熱物
性測定装置４４には、図９に示すように、アクティブプ
ローブ４１を接触装置５４に取り付けることにより構成
されている。接触装置５４は、アクティブプローブ４１
がその感温部５を突出されて支持されるプローブ支持体
４５、このプローブ支持体４５に対して突没自在に設け
られて、感温部５をその外側から囲むようにプローブ支
持体４５から突出する向きに付勢されるとともに、感温
部５が被測定物体１９に接触する際にプローブ支持体４
５の内部に没入する感温部カバー４６、およびこの感温
部カバー４６をプローブ支持体４５から突出する向きに
付勢するとともに、感温部５が被測定物体１９に接触す
る際の圧力を所定の大きさに保持する圧力調節手段とし
てのばね５３を備えることを特徴とするものである。

【０１１５】また、プローブ支持体４５は剛体により形
成されているとともに、感温部カバー４６は断熱材によ
り形成されている。

【０１１６】アクティブプローブ４１はその軸方向を、
プローブ支持体４５の軸方向に揃えられて、プローブ支
持体４５の中央部に設けられたプローブ取り付け孔４７
に収納されて取り付けられる。アクティブプローブ４１
はその全長が、感温部５がプローブ支持体４５の支持体
被測定物体側端面４９から所定の長さＤだけ突出してい
る大きさに形成されている。感温部５の先端の位置をア
クティブプローブ原位置とする。感温部カバー４６はそ
の軸方向を、プローブ支持体４５の軸方向に揃えられ
て、プローブ取り付け孔４７を囲むようにプローブ支持
体４５に設けられた感温部カバー収納部４８内に移動自
在に配置される。感温部カバー４６は、その中央部に有
するばね係合部材５２を介して、プローブ取り付け孔４
７内に収納されているばね５３によってプローブ支持体
４５から突出する向きに付勢されている。感温部カバー
４６に外力が働いていない状態におけるカバー被測定物
体側端面５０の位置を感温部カバー原位置とする。

【０１１７】感温部カバー４６は、ばね５３によってカ
バー被測定物体側端面５０が支持体被測定物体側端面４
９から所定の大きさＣだけ突出しているように付勢され
ている。このＣの大きさは、感温部５がプローブ支持体
４５の支持体被測定物体側端面４９から突出している大
きさＤよりも僅かに大きく設定されている。これによ
り、非測定時においては、感温部５は感温部カバー４６
によって覆われている。また、測定時において、この熱
物性測定装置４４をその支持体被測定物体側端面４９側
から被測定物体１９に押し付けると、感温部カバー４６
はそのカバー被測定物体側端面５０が支持体被測定物体
側端面４９と同一面上に位置するまでプローブ支持体４
５の内部に押し込まれる。この位置を測定位置凹み限界
とする。この状態において、感温部５は、感温部カバー
４６のカバー被測定物体側端面５０を貫通して設けられ
ている感温部突出口５１から突出して被測定物体１９と
点接触できる。

【０１１８】この第３実施形態のアクティブプローブ４
１、およびこのアクティブプローブ４１を備えた熱物性
測定装置４４は、以上説明した点以外は、第１実施形態
の温度プローブ１、およびこの温度プローブ１を備えた
熱物性測定装置９と同じであり、本発明の課題を解決で
きるのはもちろんであるが、前述したように、アクティ
ブプローブ４１を長尺形状に形成するとともに、このア
クティブプローブ４１を備えた熱物性測定装置４４は、
アクティブプローブ４１の感温部５が被測定物体１９に
接触する際の圧力を所定の大きさに保持するばね５３を
備えているので、以下の点で優れている。

【０１１９】本実施形態のアクティブプローブ４１、お
よびこのアクティブプローブ４１を備えた熱物性測定装
置４４においては、アクティブプローブ４１の感温部５
を所定の向きから所定の圧力で容易に被測定物体１９に
点接触させるアクティブプローブ簡易加圧機構を備えて
いるのと等しいので、固体熱３定数をより高い精度でよ
り容易に測定できる。また、感温部カバー４６を断熱材
で形成したので、感温部５の周りの空気の対流を抑制で
きるとともに、感温部５からの熱の輻射も抑制できる。
さらに、プローブ支持体４５の内部に、感温部５が被測
定物体１９と点接触できる位置まで感温部カバー４６が
押し込まれると、これを検知して測定解析装置１１に測
定開始の信号としての測定開始トリガーを与える図示し
ない測定開始装置を設けても構わない。これにより、感
温部５の接触時間を特定できるとともに、各測定におけ
る測定時間のばらつきを抑制して、より高い精度で被測
定物体１９の温度応答を測定できる。

【０１２０】次に、本発明の第４の実施の形態に係る熱
物性測定装置６１を、図１０〜図１１に基づいて説明す
る。

【０１２１】図１０に示す熱物性測定装置６１は、これ
が具備する温度プローブ４１の感温部５が被測定物体１
９に接触しつつ、その外形に沿って移動可能に設けられ
ているとともに、温度プローブ４１および被測定物体１
９は、被測定物体１９の温度応答を測定する際の環境を
所定の状態に設定して保持可能な測定室８２の内部に配
置される点が、前述した第１実施形態の熱物性測定装置
９と異なっており、その他の構成、作用、および効果は
同様である。よって、その異なっている部分について説
明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部
分については同一符号を付してその説明を省略する。

【０１２２】本実施形態の熱物性測定装置６１は、図１
０に示すように、測定室８２を形成する内側ケース６
６、この内側ケース６６を外側から断熱的に囲む下部断
熱材６４ａおよび測定室８２の開口すなわち内側ケース
６６の開口を断熱的に閉じる上部断熱材６４ｂからなる
断熱ケース６４、下部断熱材６４ａを外側から囲む外側
下部ケース６５ａおよび上部断熱材６４ｂの上から配置
される外側上部ケース６５ｂからなる外側ケース６５に
より形成されている。

【０１２３】熱物性測定装置６１には、外側上部ケース
６５ｂ、上部断熱材６４ｂを貫通して被測定物体１９の
姿勢を所定の向きに保持する被測定物体ホルダ６２が取
り付けられている。被測定物体ホルダ６２は被測定物体
１９を保持する被測定物体保持部７２、被測定物体１９
を被測定物体保持部７２とともに所定の向きおよび位置
に設定するホルダ操作部７４、このホルダ操作部７４と
被測定物体保持部７２とを接続するホルダシャフト７３
から構成されている。被測定物体ホルダ６２は、そのホ
ルダ操作部７４をばね７５によって上向きに付勢されて
いる。また、上部断熱材６４ｂの内側における被測定物
体ホルダ６２と上部断熱材６４ｂとの接触部分の周りに
は、パッキン７９が設けられている。ホルダ操作部７４
を図１０中矢印Ｆで示す向きに上下させることにより、
測定室８２内の被測定物体１９も図１０中矢印Ｆで示す
向きに上下させることができる。

【０１２４】被測定物体保持部７２に保持された被測定
物体１９からは、その温度を測定する図示しない温度計
に接続される温度測定用導線７８が延出されている。ま
た、被測定物体保持部７２と被測定物体１９との間に
は、被測定物体１９を所定の温度に温める加熱装置７６
が設けられ、ここから加熱装置用導線７７が延出されて
いる。

【０１２５】熱物性測定装置６１には、外側下部ケース
６５ａ、下部断熱材６４ａ、および内側ケース６６をそ
れらの側方から貫通して温度プローブとしてのアクティ
ブプローブ４１が設けられている。すなわち、アクティ
ブプローブ４１は、その長手方向が、被測定物体ホルダ
６２の長手方向に直行するように熱物性測定装置６１に
設けられている。アクティブプローブ４１は、内側ケー
ス６６の内周壁に取り付けられた接触装置６３に取り付
けられている。この接触装置６３は、感温部５を所定の
位置に保持する複数本の調節ばね８０、およびこれらの
ばね８０を支持するばね支持部材８１などから構成され
ている。また、内側ケース６６の内側におけるアクティ
ブプローブ４１と内側ケース６６との接触部分の周りに
は、パッキン７９が設けられている。操作部４３を図１
０中矢印Ｅで示す向きに動かすことにより、測定室８２
内の感温部５も被測定物体１９に対して図１０中矢印Ｅ
で示す向きに動かすことができる。

【０１２６】前述したように動かすことができる被測定
物体ホルダ６２と、アクティブプローブ４１とによっ
て、感温部５は被測定物体１９の表面上を２次元的にト
レースできるので、より緻密な測定データを得ることが
できる。

【０１２７】この熱物性測定装置６１には、測定室８２
を真空状態に設定できる図示しない真空ポンプに連通さ
れる真空ポンプ用コック６８を備える真空ポンプ用配管
６７が取り付けられている。真空ポンプを作動させて真
空ポンプ用コック６８を開状態とすることにより、真空
ポンプ用配管開口６７ａを通して測定室８２内の気体が
測定室８２の外に排出される。これにより、測定室８２
内の水分を乾燥凍結させて被測定物体１９を清浄し、測
定に適した状態に保持できる。

【０１２８】また、測定室８２の内部を真空に引くこと
により、気体の対流を殆どなくして、アクティブプロー
ブ４１の感温部５から被測定物体１９への熱の移動およ
び、その温度応答による熱の移動を、両者の点接触によ
るものに限定できる。これにより、より正確な温度応答
の測定データを得ることができる。それとともに、この
熱物性測定装置６１には、測定室８２を所定の低温状態
にできる図示しない冷却装置に連通される冷却用コック
７０を備える冷却用配管６９が取り付けられている。冷
却装置を作動させて冷却用コック７０を開状態とするこ
とにより、冷却用配管開口６９ａを通して測定室８２の
内部に冷却剤７１が注入される。

【０１２９】この熱物性測定装置６１によれば、冷却剤
７１を用いて測定室８２内を十分に低い温度、例えば−
１８０℃に保持した後、加熱装置７６によって被測定物
体１９の温度を所定の割合で上昇させつつ温度応答の測
定を行うことができる。例えば、被測定物体１９の温度
を−１８０℃から３０℃ずつのステップで上昇させつ
つ、各温度における被測定物体１９の温度応答を測定で
きる。

【０１３０】次に、図１１に示す熱物性測定装置９１を
説明する。この熱物性測定装置９１は、これが備える被
測定物体ホルダ９２とアクティブプローブ９４との相対
的な位置関係およびそれらの形状が、前述した図１０に
示す熱物性測定装置６１が備える被測定物体ホルダ６２
とアクティブプローブ４３との相対的な位置関係および
それらの形状と、若干異なっているだけでその他は略同
じである。なお、図１１に示す熱物性測定装置９１にお
いて、下部断熱材６４ａおよび上部断熱材６４ｂからな
る断熱ケース６４を、その外側から囲む外側下部ケース
６５ａおよび外側上部ケース６５ｂからなる外側ケース
６５はその図示を省略する。

【０１３１】被測定物体ホルダ９２は加熱装置７６を備
えていない点が前述した被測定物体ホルダ６２と異なっ
ている。また、この被測定物体ホルダ９２が有する被測
定物体保持部９３は、被測定物体１９をその上方から把
持するように保持する。ホルダ操作部７４を図１１中実
線矢印Ｊで示す向きに上下させることにより、被測定物
体保持部９３に保持された被測定物体１９も図１１中実
線矢印Ｊで示す向きに上下する。アクティブプローブ９
４は、その側面視が略Ｌ字形状に形成されているととも
に、その長手方向が被測定物体ホルダ９２の長手方向と
平行になるように、上部断熱材６４ｂに、その上方から
取り付けられている。

【０１３２】アクティブプローブ９４は、その一端部に
おいて長手方向に直行するように角度をつけられて設け
られ、プローブ本体２の感温部５を被測定物体１９の側
に向かせるプローブ本体支持体９５、このプローブ本体
支持体９５に連続する先端側シャフト９６ａ、およびこ
の先端側シャフト９６ａに連続して設けられて測定室８
２の外側に配置される手元端側シャフト９６ｂからなる
プローブシャフト９６、このアクティブプローブ９４を
動かす際に図示しない人手で操作する操作部９８などか
ら構成されている。手元端側シャフト９６ｂは、測定室
８２内に進入しないように、先端側シャフト９６ａより
も太径に形成されている。それとともに、先端側シャフ
ト９６ａと手元端側シャフト９６ｂとのシャフト接続部
９７は、操作部９８を図１１中実線矢印Ｈで示されるよ
うに、振り子状に動かすことにより、プローブ本体支持
体９５に支持されたプローブ本体２も、測定室８２の内
部において図１１中実線矢印Ｈで示されるように、振り
子状に動くことができるように、半球形状に形成されて
支点としての役割を果たしている。

【０１３３】また、プローブシャフト９６は、測定室８
２の内部において、前述したプローブ本体２の振り子状
の動きを許容するとともに、測定室８２内の環境を乱さ
ないように、プローブシャフト９６による上部断熱材６
４の貫通部における外部との連通を妨げて、測定室８２
の内部の気密を保持する弾性体から形成されるプローブ
用パッキン９９によって弾性的に保持されている。

【０１３４】この熱物性測定装置９１によれば、前述し
た構成からなる図１０の熱物性測定装置６１と同程度の
精度の、被測定物体１９の温度応答の測定を、より簡易
な構成および操作で可能としたものである。

【０１３５】次に、図１２に示す熱物性測定装置１０１
を説明する。この熱物性測定装置１０１は、これが備え
る被測定物体ホルダ１０２とアクティブプローブ１０４
との相対的な位置関係およびそれらの形状が、前述した
図１０に示す熱物性測定装置６１が備える被測定物体ホ
ルダ６２とアクティブプローブ４３との相対的な位置関
係およびそれらの形状と、若干異なっているだけでその
他は略同じである。なお、図１２に示す熱物性測定装置
１０１において、下部断熱材６４ａおよび上部断熱材６
４ｂからなる断熱ケース６４を、その外側から囲む外側
下部ケース６５ａおよび外側上部ケース６５ｂからなる
外側ケース６５はその図示を省略する。

【０１３６】被測定物体ホルダ１０２は加熱装置７６を
備えていない点が前述した被測定物体ホルダ６２と異な
っている。また、この被測定物体ホルダ１０２が有する
被測定物体保持部１０３は、ホルダシャフト７３に対し
て直角に折り曲げられるように設けられており、被測定
物体１９をその側方および下方から支持するように保持
する。これにより、被測定物体１９は、その高さが上下
方向に対して最も低くなる姿勢で被測定物体保持部１０
３に保持される。したがって、この被測定物体１９を冷
却する冷却剤７１の使用量を低減できる。また、被測定
物体ホルダ１０２は、そのホルダ操作部７４を図１２中
実線矢印Ｎで示す向きに上下させることにより、被測定
物体保持部１０３に保持された被測定物体１９も図１２
中実線矢印Ｎで示す向きに上下させることができる。ア
クティブプローブ１０４は、その長手方向が被測定物体
ホルダ１０２の長手方向と平行になるように、上部断熱
材６４ｂに、その上方から取り付けられている。

【０１３７】アクティブプローブ１０４は、その操作部
４３の付近に、断熱ケース６４の外側においてシャフト
４２に取り付けられた圧力調節ばね１０６を、上部断熱
材６４ｂとで挟み込むとともに、このアクティブプロー
ブ１０４が下がり過ぎないように、その移動量を規制す
る規制部材１０５が設けられている。アクティブプロー
ブ１０４は、その操作部４３を図１２中実線矢印Ｌで示
す向きに上下させることにより、プローブ本体２も図１
２中実線矢印Ｌで示す向きに上下させることができる。
また、アクティブプローブ１０４は、その操作部４３を
図１２中実線矢印Ｍで示すように振り子状に動かすこと
により、プローブ本体２も図１２中実線矢印Ｍで示すよ
うに振り子状に動かすことができる。

【０１３８】この熱物性測定装置１０１によれば、その
被測定物体ホルダ１０２およびアクティブプローブ１０
４に、前述した構成からなる図１０の熱物性測定装置６
１よりも単純な構造で、熱物性測定装置６１の被測定物
体ホルダ６２およびアクティブプローブ４１と同様の動
きをさせることができる。また、被測定物体１９の被測
定面１９ａの状態に拘らず、プローブ本体２の感温部５
を、測定に適した１０ＭＰａの圧力で被測定物体１９に
容易に点接触させることができる。

【０１３９】この第４実施形態の熱物性測定装置６１，
９１，１０１は、以上説明した点以外は、第１実施形態
の熱物性測定装置９と同じであり、本発明の課題を解決
できるのはもちろんであるが、前述したように、これら
が具備する温度プローブ４１，９４，１０４の感温部５
が被測定物体１９に接触しつつ、その外形に沿って移動
可能に設けられているとともに、温度プローブ４１，９
４，１０４および被測定物体１９は、被測定物体１９の
温度応答を測定する際の環境を所定の状態に設定して保
持可能な測定室８２の内部に配置されるので、以下の点
で優れている。

【０１４０】本実施形態の熱物性測定装置６１，９１，
１０１においては、被測定物体１９を測定に適した安定
した環境に置くことができるとともに、その被測定物体
１９の温度応答を３次元的に調べることができる。した
がって、被測定物体１９の温度応答データを極め精密に
測定して、極めて精度の高い固体熱３定数を求めること
ができる。

【０１４１】次に、本発明の第５の実施の形態に係る熱
物性測定装置１１１を、図１３に基づいて説明する。

【０１４２】この第５実施形態の熱物性測定装置１１１
は、測定室１２８内を真空状態に設定して保持可能な真
空装置１１３、この真空装置１１３によって測定室１２
８内を真空にした状態において、温度プローブ１１４の
感温部５を被測定物体１９に対して略一定の向きから略
一定の圧力で繰り返して点接触させる接触装置１２９を
有している点が、前述した第１実施形態の熱物性測定装
置９と異なっており、その他の構成、作用、および効果
は同様である。よって、その異なっている部分について
説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成
部分については同一符号を付してその説明を省略する。

【０１４３】本実施形態の熱物性測定装置１１１は、図
１３に示すように、長手方向一端部に測定用開口１２７
を有するケーシング１１２、測定用開口１２７が閉じら
れた際に、このケーシング１１２の内部に形成される測
定室１２８内を真空状態に設定して保持する真空装置と
しての真空ポンプ１１３、およびケーシング１１２の内
部に配設された温度プローブとしてのアクティブプロー
ブ１１４を被測定物体１９に対して略一定の向きから略
一定の圧力で繰り返して点接触させる接触装置１２９を
備えている。また、熱物性測定装置１１１はその大きさ
が、人が手で持って使用できる程度のサイズに設定され
ている。

【０１４４】真空ポンプ１１３は、ケーシング１１２の
内部において、測定用開口１２７とは反対側の端部に設
けられている。この真空ポンプ１１３は、ケーシング１
１２をその内部と外部とにわたって貫通する開閉弁１２
４付きの排気管１２５に連通されている。真空ポンプ１
１３を作動させるとともに、開閉弁１２４を開くことに
よって、ケーシング１１２内の気体はケーシング１１２
の外部に排出される。

【０１４５】接触装置１２９は、ケーシング１１２の内
壁部に設けられている。この接触装置１２９は、長尺形
状に形成されているアクティブプローブ１１４のシャフ
ト１１５が、その長手方向がケーシング１１２の長手方
向に沿うように取り付けられるプローブ支持体１２２、
このプローブ支持体１２２をケーシング１１２の長手方
向に沿って移動可能に案内するガイドレール１２１、プ
ローブ支持体１２２に取り付けられるとともに、ガイド
レール１２１に摺動自在に係合されて、プローブ支持体
１２２をガイドレール１２１から外れないように保持す
る支持体外れ止め１２３、アクティブプローブ１１４を
被測定物体１９に所定の圧力で点接触させるために、そ
の感温部５を被測定物体１９から所定の距離まで離した
後、被測定物体１９に向かって移動させるプローブ離接
装置１１６などから構成されている。

【０１４６】以下、この熱物性測定装置１１１の一般的
な使い方の例について説明する。この熱物性測定装置１
１１は、測定用開口１２７を下方に向けて使用する。例
えば、測定用開口１２７の大きさに合わせて形成された
被測定物体１９にその上方からこの熱物性測定装置１１
１を近付ける。測定用開口１２７が被測定物体１９の被
測定面１９ａに十分に近づいたことを確認した後、開閉
弁１２４を開くとともに、真空ポンプ１１３を作動させ
る。これにより、図１３中白抜き矢印で示すように、ケ
ーシング１１２の内側から外側へ排気管１２５を通して
気体が排出される。すると、ケーシング１１２の内部と
外部との間に圧力差が生じ、被測定物体１９は図１３中
実線矢印Ｑで示すように、熱物性測定装置１１１側に向
けて吸い寄せられる。吸い寄せられた被測定物体１９
は、その被測定面１９ａが測定用開口１２７の縁部に設
けられているシール材１２６と当接し、測定用開口１２
７を気密を保持しつつ塞ぐ。

【０１４７】被測定物体１９が測定用開口１２７を塞ぐ
ことにより、ケーシング１１２と被測定物体１９とで測
定室１２８を形成する。測定室１２８内の真空度が所望
する値に達した後、真空ポンプ１１３の作動を停止する
とともに、開閉弁１２４を閉じて測定室１２８内の真空
度を前記所望した値に保持する。

【０１４８】この状態において、接触装置１２９を作動
させる。まず、プローブ離接装置１１６が有しているラ
ック・ピニオン機構１２０を作動させて、これが有して
いるピニオンギヤ１１９を回転させる。このラック・ピ
ニオン機構１２０のラックギヤ１１８はプローブ支持体
１２２に一体に取り付けられており、ピニオンギヤ１１
９を回転させることによりアクティブプローブ１１４と
ともに上下動する。本使用例においては、アクティブプ
ローブ１１４が被測定物体１９から離れるように、ラッ
クギヤ１１８が上方に向かって移動するようにピニオン
ギヤ１１９を回転させる。本使用例においては、アクテ
ィブプローブ１１４の先端の感応部５が被測定物体１９
の被測定面１９ａの上方１ｍｍの位置に達した際に、ラ
ック・ピニオン機構１２０の作動を停止させる。

【０１４９】この後、プローブ離接装置１１６が有して
いる図示しないスウィング式プローブ切り離し機構を作
動させて、ピニオンギヤ１１９を図１３中実線矢印Ｒで
示す方向に沿って、ラックギヤ１１８から離れる向きに
スウィングさせて、両者の噛み合い係合を解除する。こ
れにより、アクティブプローブ１１４を被測定物体１９
の被測定面１９ａの上方１ｍｍの位置に保持している力
がなくなるので、アクティブプローブ１１４は被測定物
体１９に向かって自然落下する。本使用例においては、
アクティブプローブ１１４、プローブ支持体１２２、お
よびラックギヤ１１８などの重さが、アクティブプロー
ブ１１４の感応部５が、適正な測定を行うことができる
１０ＭＰａの圧力で被測定物体１９の被測定面１９ａに
点接触できるように予め設定されている。

【０１５０】被測定物体１９の温度応答の測定が終了し
た後、再びスウィング式プローブ切り離し機構を作動さ
せて、間欠噛み合い歯車１１７をピニオンギヤ１１９と
噛み合い係合する位置まで移動させて回転させる。この
間欠噛み合い歯車１１７はその周部の一部にピニオンギ
ヤ１１９と噛み合い係合する歯部１１７ａが設けられて
いる。間欠噛み合い歯車１１７を前記位置で回転させる
ことにより、図１３中実線矢印Ｒで示す方向に沿って、
ピニオンギヤ１１９を再びラックギヤ１１８に噛み合い
係合する位置まで戻すことができるように設定されてい
る。

【０１５１】ピニオンギヤ１１９を再びラックギヤ１１
８に噛み合い係合する位置まで戻した後、所望する数の
測定データを得ることができるまで、前述した作業を繰
り返す。所望する数の測定データを得ることができた
後、真空ポンプ１１３を停止させた状態で開閉弁１２４
を開き、測定室１２８の内部に空気を充填させる。測定
室１２４の内部と外部との圧力差がなくなると、被測定
物体１９はこの熱物性測定装置１１１から離れる。

【０１５２】なお、アクティブプローブ１１４の位置
は、図示しない位置センサで適正な範囲で移動および停
止できるように規制されているとともに、移動範囲内で
停止する際に、アクティブプローブ１１４に過度な衝撃
が加わらないように、図示しない緩衝器などが設けられ
ている。

【０１５３】この第５実施形態の熱物性測定装置１１１
は、以上説明した点以外は、第１実施形態の熱物性測定
装置９と同じであり、本発明の課題を解決できるのはも
ちろんであるが、前述したように、人が手で持って使用
できるサイズに設定されているとともに、真空ポンプ１
１３および接触装置１２９をケーシング１１２の内部に
備えているので、以下の点で優れている。

【０１５４】本実施形態の熱物性測定装置１１１におい
ては、携帯して使用できるようにコンパクト化されてい
るとともに、熱物性の測定に必要な装置がすべて一体に
なっているので、例えば工場のプラント施設の放熱経路
を調べる際に、移動しつつ測定を繰り返すような作業に
好適である。

【０１５５】なお、本発明に係る温度プローブ、熱物性
測定装置、および熱物性測定方法は、前述した第１〜第
７の実施の形態には限らない。例えば、温度プローブが
備える温度センサは熱電対以外にも、半導体センサ、あ
るいはサーミスタセンサでも構わない。また、温度プロ
ーブが備えるセンサ温度調節手段は、マイクロヒータ以
外にも、ペルチェ素子でも構わない。これにより、温度
センサの温度を上げるだけでなく、温度を下げることも
できる。また、前述した第４実施形態の熱物性測定装置
において測定室内を冷却するだけでなく、高温の乾燥空
気を用いて温めても構わない。

【０１５６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明に係る温度プロー
ブによれば、被測定物体の熱的擾乱の発生条件を揃えて
定量的に比較できるとともに、被測定物体の温度変化を
測定する必要をなくすことができるので、感温部と被測
定物体との接触状態に起因する接触熱抵抗の影響を受け
難くして、被測定物体の材料、形状、および大きさなど
に拘らず、固体熱３定数を高い精度で容易に測定でき
る。また、構成が単純なので取り扱いが容易であるとと
もに、安価である。

【０１５７】また、請求項２に記載の発明に係る温度プ
ローブによれば、被測定物体の形状による感温部と被測
定物体との接触状態の制約を低減できるので、被測定物
体の材料、形状、および大きさなどに拘らず、固体熱３
定数をより高い精度で容易に測定できる。

【０１５８】また、請求項３に記載の発明に係る温度プ
ローブによれば、温度センサの温度を、被測定物体の材
料に応じて、その熱物性を調べるのに適した値に設定で
きるので、被測定物体の材料に拘らず、固体熱３定数を
より高い精度で容易に測定できる。

【０１５９】また、請求項４に記載の発明に係る温度プ
ローブによれば、感温部を、その温度を安定させた状態
で被測定物体に接触させることができるので、固体熱３
定数をより高い精度で容易に測定できる。

【０１６０】また、請求項５に記載の発明に係る熱物性
測定装置によれば、安定した状態で被測定物体に熱的擾
乱を与えることができるとともに、その温度応答を測定
できるので、固体熱３定数を高い精度で容易に測定でき
る。

【０１６１】また、請求項６に記載の発明に係る熱物性
測定装置によれば、感温部と被測定物体との接触状態に
よる接触熱抵抗の影響を受け難くできるので、固体熱３
定数をより高い精度で容易に測定できる。

【０１６２】また、請求項７に記載の発明に係る熱物性
測定装置によれば、感温部を適正な状態で測定に使用で
きるので、感温部の故障を抑制して高い測定精度を保持
できる。

【０１６３】また、請求項８に記載の発明に係る熱物性
測定装置によれば、感温部が被測定物体に接触する際の
圧力を均一に保持し易いとともに、測定する際の感温部
の温度が乱れるのを抑制できるので、固体熱３定数をよ
り高い精度でより容易に測定できる。

【０１６４】また、請求項９に記載の発明に係る熱物性
測定装置によれば、被測定物体の熱物性を二次元的、あ
るいは三次元的に測定できるので、固体熱３定数をさら
に高い精度で測定できる。

【０１６５】また、請求項１０に記載の発明に係る熱物
性測定装置によれば、測定に適した安定した状態で測定
できるので、固体熱３定数を極めて高い精度で測定でき
る。

【０１６６】また、請求項１１に記載の発明に係る熱物
性測定装置によれば、外気の対流などによる感温部と被
測定物体との間の熱移動の乱れを殆どなくすことができ
るとともに、低温域における測定に適するので、低温域
における固体熱３定数を極めて高い精度で測定できる。

【０１６７】また、請求項１２に記載の発明に係る熱物
性測定方法によれば、請求項１〜４のうちのいずれか１
項に記載の温度プローブを用いるので、被測定物体の温
度変化を測定する必要がなくなる。それとともに、温度
プローブと被測定物体との間の熱伝導において、部分的
接触に起因する接触熱抵抗などの影響を受け難くでき、
かつ、測定の可否が被測定物体の形状に依存するおそれ
を抑制できるので、被測定物体の材料、形状、および大
きさなどに拘らず、固体熱３定数をより高い精度でより
容易に測定できる。

【０１６８】また、請求項１３に記載の発明に係る熱物
性測定装置によれば、請求項１〜４のうちのいずれか１
項に記載の温度プローブを用いるので、被測定物体の温
度変化を測定する必要がなくなる。それとともに、温度
プローブと被測定物体との間の熱伝導において、部分的
接触に起因する接触熱抵抗などの影響を受け難くでき、
かつ、測定の可否が被測定物体の形状に依存するおそれ
を抑制できるので、被測定物体の材料、形状、および大
きさなどに拘らず、固体熱３定数をより高い精度でより
容易に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る温
度プローブとしてのスタティックプローブの本体を示す
斜視図。（ｂ）は、図１（ａ）のスタティックプローブ
本体に取り付ける蓄熱スリーブを示す斜視図。（ｃ）
は、図１（ａ）のスタティックプローブ本体に図１
（ｂ）の蓄熱スリーブを取り付けた状態のスタティック
プローブを示す斜視図

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る熱物性測定装
置の概略を示す図。

【図３】本発明の１つの実施の形態に係る熱物性測定方
法を示すフローチャート。

【図４】図２の熱物性測定装置を用いて図３の熱物性測
定方法により測定した結果を示す測定図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る温度プローブ
としてのアクティブプローブを示す斜視図。

【図６】図５のアクティブプローブに断熱ケースを設け
た状態を示す斜視図。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る熱物性測定装
置を一部断面にして示す側面図。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係るアクティブプ
ローブを示す側面図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る熱物性測定装
置を示す縦断面図。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る熱物性測定
装置の一実施例を示す断面図。

【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る熱物性測定
装置の他の実施例を示す断面図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る熱物性測定
装置のまた他の実施例を示す断面図。

【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る熱物性測定
装置を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…スタティックプローブ（温度プローブ） ２…プローブ本体 ３…蓄熱スリーブ（熱容量補完部材） ４…クロメル−アルメル熱電対（温度センサ） ５…感温部 ６…センサケース ９，２８，４４，６１，９１，１０１，１１１…熱物性
測定装置 １０…直流電源（熱供給装置） １１…測定解析装置 １２…切り換え装置 １９…被測定物体 ２１，４１，９４，１０４，１１４…アクティブプロー
ブ（温度プローブ） ２２…マイクロヒータ（センサ温度調節手段） ２５…断熱ケース（断熱材） ２７，５１…感温部突出口 ３１，４５…プローブ支持体 ３５…電源（熱供給装置） ３８，５４，６３…接触装置 ４６…感温部カバー ５３，１０６…ばね（圧力調節手段） ８２，１２８…測定室 １１３…真空ポンプ（真空装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 25/18 G01K 1/16 G01K 7/02

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の温度に設定され、被測定物体と接
   触して熱的擾乱を与え、その温度応答を感知する感温部
   を有する温度センサ、およびこの温度センサを内部に収
   納するセンサケースを備えるプローブ本体と、 このプローブ本体の外側に設けられて、前記温度センサ
   を含む前記プローブ本体の熱容量を補完する熱容量補完
   部材と、 を具備することを特徴とする温度プローブ。
2. 【請求項２】 前記感温部と前記被測定物体とが互いに
   点接触するように、前記感温部を略球形状に形成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の温度プローブ。
3. 【請求項３】 前記プローブ本体に、前記温度センサの
   温度を調節可能なセンサ温度調節手段を設けたことを特
   徴とする請求項１または２に記載の温度プローブ。
4. 【請求項４】 前記温度プローブの周囲に、前記感温部
   が突没自在な感温部突出口を有する断熱材を設けたこと
   を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載
   の温度プローブ。
5. 【請求項５】 前記請求項１〜４のうちのいずれか１項
   に記載の温度プローブと、 この温度プローブが備える温度センサに熱を供給して所
   定の温度に設定する熱供給装置と、 前記温度プローブの感温部が感知した前記被測定物体の
   温度応答を測定して解析する測定解析装置と、 前記温度プローブと、前記熱供給装置または前記測定解
   析装置との接続を排他的に切り換える切り換え装置と、 を具備することを特徴とする熱物性測定装置。
6. 【請求項６】 前記温度プローブを、これが有する感温
   部を前記被測定物体に対して所定の向きから所定の圧力
   で接触させる接触装置上に設けたことを特徴とする請求
   項５に記載の熱物性測定装置。
7. 【請求項７】 前記接触装置は、前記温度プローブがそ
   の感温部を突出されて支持されるプローブ支持体、この
   プローブ支持体に対して突没自在に設けられて、前記感
   温部をその外側から囲むように前記プローブ支持体から
   突出する向きに付勢されるとともに、前記感温部が前記
   被測定物体に接触する際に前記プローブ支持体の内部に
   没入する感温部カバー、およびこの感温部カバーを前記
   プローブ支持体から突出する向きに付勢するとともに、
   前記感温部が前記被測定物体に接触する際の圧力を所定
   の大きさに保持する圧力調節手段を備えることを特徴と
   する請求項６に記載の熱物性測定装置。
8. 【請求項８】 前記プローブ支持体は剛体により形成さ
   れているとともに、前記感温部カバーは断熱材により形
   成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱物性
   測定装置。
9. 【請求項９】 前記温度プローブは、前記感温部が前記
   被測定物体に接触しつつ、その外形に沿って移動可能に
   設けられていることを特徴とする請求項４または５に記
   載の熱物性測定装置。
10. 【請求項１０】 前記温度プローブおよび前記被測定物
    体は、前記被測定物体の温度応答を測定する際の環境を
    所定の状態に設定して保持可能な測定室の内部に配置さ
    れることを特徴とする請求項５〜９のうちのいずれか１
    項に記載の熱物性測定装置。
11. 【請求項１１】 前記測定室内を真空状態に設定して保
    持可能な真空装置を備えることを特徴とする請求項１０
    に記載の熱物性測定装置。
12. 【請求項１２】 前記請求項１〜４のうちのいずれか１
    項に記載の温度プローブを所定の温度に設定させ、これ
    を被測定物体に点接触させて熱的擾乱を与え、その温度
    応答を前記温度プローブが備える温度センサの温度変化
    として測定し、これら測定した温度応答のデータを無次
    元化して測定無次元温度とし、これら測定無次元温度を
    所定の精度を得ることができる条件で測定時間のマイナ
    ス２分の１乗の１次関数として近似して熱伝導率比およ
    び熱浸透率比を求め、これら熱伝導率比および熱浸透率
    比を用いて前記測定無次元温度と理論的に求めた理論無
    次元温度との相対誤差の時間平均値を求め、この相対誤
    差の時間平均値が最小となる熱伝導率、熱拡散率、およ
    び比熱容量を前記被測定物体の固体熱３定数とすること
    を特徴とする熱物性測定方法。
13. 【請求項１３】 前記請求項１〜４のうちのいずれか１
    項に記載の温度プローブを所定の温度に設定する手段
    と、 前記温度プローブを被測定物体に点接触させて熱的擾乱
    を与える手段と、 そのときの温度プローブの温度応答を前記温度プローブ
    が備える温度センサの温度変化として測定する手段と、 これら測定した温度応答のデータを無次元化して測定無
    次元温度データに変換する手段と、 これら測定無次元温度データを所定の精度を得ることが
    できる条件で測定時間のマイナス２分の１乗の１次関数
    として近似して熱伝導率比および熱浸透率比を求める手
    段と、 これら熱伝導率比および熱浸透率比を用いて前記測定無
    次元温度と理論的に求めた理論無次元温度との相対誤差
    の時間平均値を求める手段と、 この相対誤差時の間平均値が最小となる熱伝導率、熱拡
    散率、および比熱容量を前記被測定物体の固体熱３定数
    として求める手段と、 を具備することを特徴とする熱物性測定装置。