JPH0640079B2 - 熱定数測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶融金属もしくは液体の熱三定数、即ち、熱
拡散率，比熱，熱伝導率を測定するための熱定数測定装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来、液体の熱定数を測定するものとして特公昭５８−
３１５４２号公報，同５８−３１５４３号公報に示す熱
伝導率測定装置が提案されている。

この装置は、レーザーフラッシュにより加熱される薄い
金属製小円板と、この小円板の下方に配設された試料保
持台とを備え、加熱された上記小円板から、同小円板と
上記試料保持台との間に挿入保持された試料としての円
柱状液層への熱拡散に基づいて、その液体の熱伝達率を
測定するようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、上記装置では小円板を加熱した後、小円
板が液体により奪熱されることによる小円板の温度降下
パターンを測定することにより液体の熱伝達率を測定し
ている。

本発明は、この装置とは異なった現象を利用した装置を
開発することを課題としてなされたもので、高温の溶融
金属若しくは液体の熱三定数の測定を可能とした熱定数
測定装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、試料容器と、こ
の試料容器を保持する試料保持部と、試料保持状態検出
部と、上記試料保持部の周囲を取り囲む加熱手段と、試
料保持部上の試料容器の温度を検出する第１温度検出手
段と、この試料容器の周囲の雰囲気温度を検出する第２
温度検出手段と、上記加熱手段の周囲を覆って、内部に
真空引き可能な密閉空間を形成するとともに、上部に光
入射窓を有するカバーと、このカバーの上方から上記光
入射窓を介して上記試料容器中の試料を照射してこれに
熱エネルギを与える光源とを備え、上記試料容器を、溶
融金属、または液体試料を収納可能に形成した外容器
と、外径がこの外容器の内径より大きなフランジおよび
光透過性良好な底面を有するとともに、このフランジの
内側の凹部が外容器内に遊嵌状態で嵌入し、このフラン
ジが上記外容器の上縁部に当接した状態で上記底面と外
容器の底面との間の距離を一定とする内容器とから形成
する一方、上記試料保持部を常時下方に付勢された外容
器受けと、外容器受けとは別個に作動可能に常時下方に
付勢された内容器押えと、この外容器受けを任意の量だ
け上下動させる昇降機構とから形成し、上記試料保持状
態検出部を、上記内容器受けの上下動とともに正逆転す
るように支持した回転アームとこの回転アームに取付け
た反射板と、この反射板に光を当て、ここからの光を受
ける投受光器とから形成した。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を画面にしたがって説明する。

第１図，第２図は本発明に係る熱定数測定装置を示し、
試料容器１と、この試料容器１を保持する試料保持部２
と、試料保持状態検出部３と、試料保持部２の周囲を取
囲む加熱手段４と、試料保持部２上の試料容器１の温度
を検出する第１温度検出手段５と、この試料容器１の周
囲の雰囲気温度を検出する第２温度検出手段６と、加熱
手段４の周囲を覆って、内部に真空引き可能な密閉空間
７を形成するとともに、上部に光入射窓５５を有する二
重構造の水冷式カバー８と、このカバー８の上方から光
入射窓５５を介して試料容器１中の試料１４を照射して
これに熱エネルギを与える光源９とが設けてある。

このうち、試料容器１は溶融金属、または液体試料を収
納可能に形成した断面形の外容器１１と、外径が外容
器１１の内径よりも大きなフランジ上部に有する 状で、光透過性良好な、例えば、熱膨張率が小さいサフ
ァイアガラスを用いた底面１２を有し、このフランジの
内側の凹部が外容器１１内に遊嵌状態で嵌入し、このフ
ランジが外容器１１の上縁部に当接した状態で底面１２
と外容器１１の底面との間の距離を一定とする内容器１
３とからなっている。そして、このように形成すること
により外容器１１内に溶融金属或は液体の試料１４を入
れて内容器１３を外容器１１内に嵌入させて、内容器１
３のフランジを外容器１１の上縁部に押付けた状態で試
料１４の厚みを正確に設定できるようにしてある。

なお、試料１４が高温の溶融金属である場合は外容器１
１および内容器１３のうちの底面１２を除く他の部分
は、例えばステンレス，タンタルのような耐熱部材によ
り形成する。

試料保持部２は、外容器受け１５と内容器押え１６と昇
降機構１７とからなり、外容器受け１５は、下部が本装
置の底部材１８を直動玉軸受１９を介して、昇降可能に
貫通し、この下部と一体的に結合した上部が１２０゜の
角度ピッチで三本の例えばセラミック製の保持棒２０を
設け(但し、二本のみが図示されている。)、その上端部
にて外容器１１を載置させる環状の載置台２１を水平に
保持させて形成するとともに、この下部の端部に螺合さ
せたナット部材２２と底部材１８の下面と間に介設した
ばね２３により全体を常時下方に付勢させてある。ま
た、内容器押え１６は、外容器受け１５と同様に下部が
本装置の底部材１８を直動玉軸受２４を介して、昇降可
能に貫通し、底部材１８上にて外容器受け１５を遊嵌さ
せた環状体２５を介してこの下部と一体的に結合した上
部が１２０゜の角度ピッチで三本の例えばセラミック製
の保持棒２６を設け(但し、二本のみが図示されてい
る。)、その上端部にて内容器１３のフランジを係止で
きるように形成するとともに、この下部の端部に螺合さ
せた袋ナット部材２７と底部材１８の下面との間に介設
したばね２８により全体を常時下方に付勢させてある。
さらに、昇降機構１７は、底部材１８の下面に立設した
支持部材２９に支軸３０を介して回転可能にＬ形のアー
ム部材３１を支持して、このアーム部材３１の一端を外
容器受け１５の下端部に係合させるとともに、他端に切
欠き溝３２を形成し、カバー８を貫通させて固定した真
空用マイクロねじ送り装置３３のロッド部３４に突設し
たピン３５をこの切欠き溝３２に摺動可能に係合させて
ある。そして、このマイクロねじ送り装置３３のハンド
ル部３６を正逆転させて、その変位量を高倍率で縮小し
てロッド部３４に伝えることにより、ロッド部３４をご
く僅かずつ進退させ、これにより支軸３０を中心として
アーム部材３１をゆっくりと正逆転させて、アーム部材
３１の図中左端に押圧状態にある外容器受け１５を上下
動させ、かつこの左端にて外容器受け１５がそれ以上に
下降しないようになっている。一方、図示するように載
置台２１上に試料容器１を配置した状態では内容器１３
のフランジはばね２８の力を受ける内容器押え１６によ
り下方に押下げられた状態にある。したがって、ハンド
ル部３６を手回しすることにより、ロッド部３４，アー
ム部材３１を介して外容器受け１５を上昇させて、外容
器１１を下方から押上げるようにして、外容器１１の上
面と内容器１３のフランジを当接させ、内容器１３，外
容器１１の両底面間の距離を所定の距離に設定できるよ
うになっている。

試料保持状態検出部３は、底部材１８の下面に立設した
支持部材４１に支軸４２を介して回転可能にＬ形のアー
ム部材４３を支持して、このアーム部材４３の一端を内
容器押え１６の下端部に係合させるとともに、他端に反
射板４４を取付ける一方、カバー８を貫通させて、投受
光器４５を取付けて、投受光器４５により反射板４４に
光を当てて、ここからの反射光を受けるように形成して
ある。そして、図示しない光強度表示手段により投受光
器４５が受けた光の強度を表示し、その変化を認識でき
るように形成してある。即ち、外容器受け１５を下方に
下げて、載置台２１の上に試料容器１を単に置いただけ
の状態では、内容器１３とともに、このフランジを係止
させた内容器押え１６は環状体２５が底部材１８の上面
に当接した最も下降した状態にあり、その時反射板４４
は一定の方向を向いている。例えば、この時の反射板４
４の法線を投受光軸と平行にしておく。そして、図中ロ
ッド部３４を左方に押し進めて、徐徐にアーム部材３１
を時計方向に回転させて、外容器受け１５を上昇させて
ゆき、外容器１１が内容器１３のフランジに当接した瞬
間から、以後、外容器受け１５の上昇とともに内容器１
３を介して内容器押え１６が上昇し、これに伴いアーム
部材４３が図中反時計方向に回転し始め、反射板４４の
法線も投受光軸からずれてゆく。投受光器４５はこの受
光強度の変化を検出するもので、受光強度が低下し始め
ると外容器１１と内容器１３とが当接して、測定可能な
状態にあることを示しており、上記光強度表示手段によ
りその変化は認識される。

なお、本実施例では、アーム部材３１，４３は支軸３
０，４２に対して外側の重量が大きくなる形状に形成し
てあり、図に示す状態では、支軸３０，４２の内側の端
部が上動する方向に自重で回転しようとするようにして
ある。

加熱手段４は、セラミック製の筒体の周囲に二クロム線
を巻いて形成した本体４６およびその外側を三重に取巻
く熱しゃへい筒４７、この上部に一体的に二重に設けた
熱しゃへい板４８を取外し可能に設けるとともに、下部
に二重或は三重に設けた熱しゃへい板４９，５０からな
り、本体４６および上記各筒の上部の熱しゃへい板４８
は光を入射させるために中央部だけ開口させてある。

第１温度検出手段５は、熱電対からなり、その一端は外
容器１１の底面に、或は底面を貫通させて直接試料１４
に接触するように、適宜手段により溶着する一方、他端
はカバー８外に取出し、検出温度を出力させている。

第２温度検出手段６は、熱電対からなり、加熱手段４の
本体４６の適宜位置に、試料１４の周囲の雰囲気温度検
知可能に取付けてある。

カバー８は、加熱手段４の周囲を覆い、加熱手段４の下
方の底部材１８の外周側の張出し円の部分装着したＯリ
ング５１、さらにその下方の底板５２，Ｏリング５３等
とともに内部に密閉空間７を形成し、図示しない真空ポ
ンプにより、真空引き可能に形成してある。また、カバ
ー８の上部には石英を嵌め込んだ光入射窓５５を設ける
とともに、測定時以外の時に下方からの熱を上部に伝え
難くするための熱しゃへい板５６をハンドル５７により
適宜回転させ得るように設けてある。

また、上述のようにカバー８は二重構造になっており、
二重壁間の空間５８に冷却水を流通させるようになって
いる。

光源９は、光入射窓５５の上方に配置してあり、例え
ば、本実施例では試料１４との間の距離が大きくなって
も、試料１４に集中させて熱エネルギを与えることがで
きるパルスレーザ発振器を用いている。なお、測定のた
めに十分な光量、即ち熱エネルギを得ることができれば
レーザ光源に限らず、この他例えばＸeランプを用いて
もよい。

次に、上記構成からなる装置のと取扱い手順について説
明する。

まず、加熱手段４，カバー８を取外した状態で、試料保
持部２に、溶融金属若しくは液体である試料１４を入れ
た試料容器１を配置し、試料保持状態検出部３で検出す
る光の強度が変化するまでハンドル部３６を操作して、
外容器１１と内容器１３のフランジとを当接状態にす
る、この状態で試料１４の厚みは正確に所定値に設定さ
れたことになる。そして、加熱手段４，カバー８を図示
する正規の位置に置いた状態で、水冷、及び所定の真空
度迄真空引きした後、第２温度検出手段６により試料１
４の周囲の雰囲気温度を常時検出しながら光源９により
試料１４に光を照射して、熱エネルギを与えて、その時
の試料１４の下部の温度変化、即ち、試料１４の上面か
ら下部に熱が伝わってゆく様子を測定して公知の方法に
より熱三定数(熱拡散率，比熱，熱伝導率)の測定を行
う。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、試料
容器と、この試料容器を保持する試料保持部と、試料保
持状態検出部と、上記試料保持部の周囲を取り囲む加熱
手段と、試料保持部上の試料容器の温度を検出する第１
温度検出手段と、この試料容器の周囲の雰囲気温度を検
出する第２温度検出手段と、上記加熱手段の周囲を覆っ
て、内部に真空引き可能な密閉空間を形成するととも
に、上部に光入射窓を有するカバーと、このカバーの上
方から上記光入射窓を介して上記試料容器中の試料を照
射してこれに熱エネルギを与える光源とを備え、上記試
料容器を、溶融金属、または液体試料を収納可能に形成
した外容器と、外径がこの外容器の内径より大きなフラ
ンジおよび光透過性良好な底面を有するとともに、この
フランジの内側の凹部が外容器内に遊嵌状態で嵌入し、
このフランジが上記外容器の上縁部に当接した状態で上
記底面と外容器の底面との間の距離を一定とする内容器
とから形成する一方、上記試料保持部を常時下方に付勢
された外容器受けと、外容器受けとは別個に作動可能に
常時下方に付勢された内容器押えと、この外容器受けを
任意の量だけ上下動させる昇降機構とから形成し、上記
試料保持状態検出部を、上記内容器受けの上下動ととも
に正逆転するように支持した回転アームとこの回転アー
ムに取付けた反射板と、この反射板に光を当て、ここか
らの光を受ける投受光器とから形成してある。

このため、溶融金属若しくは液体である試料の厚みの正
確に設定でき、特に１５００℃近くの高温試料でも、試
料上面に与えた熱により、試料下面に熱が伝わってゆく
経時変化を検出することにより、熱定数の測定が可能に
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置の断面図、第２図は第１図
中の試料保持部の部分拡大断面図である。 １……試料容器、２……試料保持部、３……試料保持状
態検出部、４……加熱手段、５……第１温度検出手段、
６……第２温度検出手段、７……密閉空間、８……カバ
ー、９……光源、１１……外容器、１２……底面、１３
……内容器、１４……試料、１５……外容器受け、１６
……内容器受け、３１……アーム部材、４３……アーム
部材、４４……反射板、４５……投受光器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料容器と、この試料容器を保持する試料
   保持部と、試料保持状態検出部と、上記試料保持部の周
   囲を取り囲む加熱手段と、試料保持部上の試料容器の温
   度を検出する第１温度検出手段と、この試料容器の周囲
   の雰囲気温度を検出する第２温度検出手段と、上記加熱
   手段の周囲を覆って、内部に真空引き可能な密閉空間を
   形成するとともに、上部に光入射窓を有するカバーと、
   このカバーの上方から上記光入射窓を介して上記試料容
   器中の試料を照射してこれに熱エネルギを与える光源と
   を備え、上記試料容器を、溶融金属、または液体試料を
   収納可能に形成した外容器と、外径がこの外容器の内径
   より大きなフランジおよび光透過性良好な底面を有する
   とともに、このフランジの内側の凹部が外容器内に遊嵌
   状態で嵌入し、このフランジが上記外容器の上縁部に当
   接した状態で上記底面と外容器の底面との間の距離を一
   定とする内容器とから形成する一方、上記試料保持部を
   常時下方に付勢された外容器受けと、外容器受けとは別
   個に作動可能に常時下方に付勢された内容器押えと、こ
   の外容器受けを任意の量だけ上下動させる昇降機構とか
   ら形成し、上記試料保持状態検出部を、上記内容器受け
   の上下動とともに正逆転するように支持した回転アーム
   とこの回転アームに取付けた反射板と、この反射板に光
   を当て、ここからの光を受ける投受光器とから形成した
   ことを特徴とする熱定数測定装置。