JPH07324991A - 熱電特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一の測定装置でもって、低温から高温まで
の広い温度範囲で、ゼーベック効果に関係する熱起電
力、ペルチェ係数に関係する熱発生（或は、熱吸収）に
よる試料端面の温度変化、熱伝導率及び電気伝導度を精
密に測定することのできる熱電特性測定装置を提供す
る。 【構成】 真空状態に保持可能な気密容器１０内に、試
料２００の一端を１０００℃以上の高温まで加熱可能な
第１の熱源２０と、試料２００の他端を液体窒素温度以
下の低温から７００℃以上の高温まで加熱・冷却可能な
第２の熱源２５とが設けられている。また、気密容器１
０外に、第１の熱源２０の作動制御を行う第１の温度コ
ントローラＣＴＲ1 、第２の熱源２５の作動制御を行う
第２の温度コントローラＣＴＲ2 、試料２００の両端間
に電位差を付与する外部電源Ｅが設けられている。さら
に、試料２００の両端の温度を測定する温度測定手段と
して、３対の熱電対ＴＣ1 ，ＴＣ2 ，ＴＣ3 を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍素子や熱エネルギ
ー変換素子などに使用される熱電変換材料の、熱と電気
の変換効率の指標となる熱電特性を測定する際に用いら
れる熱電特性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱電特性の一つであり、ゼーベッ
ク効果に関係する熱起電力を測定する方法として、図１
１に示すように、炉内温度分布が既知である通常の電気
炉１内の適度な温度勾配を有する部分（例えば、試料２
の両端の温度差が１０℃程度の部分）に試料２を設置し
てヒーター３で加熱し、シース管４を介して電気炉１内
に挿入された熱電対５Ａ，５Ｂでもって試料２の両端の
温度を測定しながら、試料２の両端間に発生する起電力
の測定を行う方法が公知である（西山伸、１９９１年、
東京工業大学博士論文）。この方法は、室温よりも高い
温度における熱電特性を測定する際に採用されている。

【０００３】また、別の熱電特性を測定する方法とし
て、図１２に示すように、両端をシリコーンゴム製の密
閉栓６Ａ，６Ｂで封じてなる密閉容器７内に試料２を設
置し、容器７の外部に設置したヒーター９で容器７を介
して試料２を加熱するとともに、容器７内に連通するパ
イプ８Ａ，８Ｂを介して空気を導入することにより試料
２の片端のみを冷却することで試料２の両端に温度差を
つけ、試料２の両端に取り付けた熱電対５Ａ，５Ｂでも
ってその両端の温度を測定しながら、試料２の両端間に
発生する起電力の測定を行う方法が公知である（河本邦
仁ら、１９８９年文部省科研費報告書）。この方法も、
室温より高い温度における熱電特性を測定する方法であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た何れの方法も、単一の測定系でもって、例えば液体窒
素温度（略−１９６℃）程度の低温域から７００℃以上
の高温域まで、熱電特性を精密に測定することは極めて
困難であるという問題点があった。

【０００５】その原因として、電気炉１を用いる方法で
は、低温側の測定が不可能であるということだけでな
く、外的要因などにより電気炉１内の温度分布にゆらぎ
が生じ、温度勾配の再現性に乏しいことや、所望の温度
勾配の部分に試料２を正確に位置させ難いことや、炉内
の空気などの対流による熱伝導の影響などが挙げられ
る。

【０００６】一方、空気で試料２の片端を冷却する方法
は、室温よりも低温域での測定ができないだけでなく、
試料２の両端、特に空冷している端部の温度の制御が難
しく、高精度の測定は難しい。

【０００７】また、上述した何れの方法においても、使
用する装置の構造上の問題などにより、熱起電力、ペル
チェ係数に関係する熱発生（或は、熱吸収）による試料
２の端面の温度変化、熱伝導率及び電気伝導度のすべて
を、連続的に温度を変化させて測定することは勿論、断
続的に種々の温度でもって再現性良く、精密に測定する
ことができないという問題点もあった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、単一の装置でもって、低温
から高温までの広い温度範囲で、ゼーベック効果に関係
する熱起電力、ペルチェ係数に関係する熱発生（或は、
熱吸収）による試料端面の温度変化、熱伝導率及び電気
伝導度を精密に測定することのできる熱電特性測定装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る熱電特性測定装置は、請求項１に記載
の発明のように、試料を挟む一対の電極部材を有し、少
なくとも、前記試料の両端間に温度差を設け、前記一対
の電極部材を介して前記試料の両端間に発生する起電力
を測定可能な起電力測定手段と、前記一対の電極部材を
介して前記試料の両端間に電位差を付与し、試料面に発
生するペルチェ熱を該試料面の温度変化量として測定可
能な温度変化量測定手段と、前記一対の電極部材を介し
て前記試料の電気伝導度を測定可能な電気伝導度測定手
段とを有する熱電特性測定装置であって、発熱体による
加熱、または発熱体による加熱及び冷媒による冷却の組
合わせにより、前記試料の一端を、少なくとも室温〜略
７００℃を含む温度範囲内の任意の温度に加熱、または
加熱・冷却可能で、且つ取り外し可能な第１の熱源と、
発熱体による加熱及び冷媒による冷却の組合わせによ
り、前記試料の他端を、少なくとも略液体窒素温度〜略
７００℃を含む温度範囲内の任意の温度に加熱・冷却可
能な第２の熱源と、前記第１の熱源の作動を制御する第
１の温度コントローラと、前記第２の熱源の作動を制御
する第２の温度コントローラとを備え、前記起電力測定
手段は、前記一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続さ
れて前記試料の両端間に発生する電位差を取り出し可能
な一対の電極線を有し、前記温度変化量測定手段は、前
記一対の電極部材を介して前記試料の両端の温度をそれ
ぞれ測定可能な温度測定手段、及び前記一対の電極部材
を介して前記試料の両端間に電位差を付与可能な電位差
付与手段を有し、前記電気伝導度測定手段は、前記試料
に電流を流した時に同試料の任意の二点間に発生する電
位差を取り出し可能な一対の電極線を有することを特徴
とする。

【００１０】この発明において、請求項２に記載の発明
のように、前記試料の一端を加熱または冷却し、任意の
時間の経過後における前記試料の他端の温度変化量を測
定することにより前記試料の熱伝導率を測定可能な熱伝
導率測定手段を有し、該熱伝導率測定手段は、前記一対
の電極部材を介して前記試料の両端の温度をそれぞれ測
定可能な温度測定手段を有するようになっていてもよ
い。

【００１１】また、請求項３に記載の発明のように、前
記一対の電極部材は、真空状態に保持可能またはガス置
換可能な単一の気密容器内に設けられていてもよい。

【００１２】さらに、請求項４に記載の発明のように、
前記第１の熱源及び前記第２の熱源は、前記一対の電極
部材を上下から挟むように配設されており、それら両熱
源のうち上側の熱源は、案内部材でもって自重により下
降可能に案内されていてもよい。

【００１３】さらにまた、請求項５に記載の発明のよう
に、前記一対の電極部材のうちの一方の電極部材と前記
第１の熱源との間、及び他方の電極部材と前記第２の熱
源との間には、それぞれ、熱伝導性が良く、且つ電気的
に絶縁な絶縁部材が介装されているとともに、前記一対
の電極部材と前記試料の両端面との間には、それぞれ、
導電性及び熱伝導性が良く、且つ前記試料の各端面に密
着可能な箔部材が介装されるようになっていてもよい。

【００１４】また、請求項６に記載の発明のように、前
記第１の熱源と前記第２の熱源とは、可撓性を有し、且
つ熱伝導性の良い部材で相互に連結されていてもよい
し、或は、請求項７に記載の発明のように、前記第１の
熱源と前記第２の熱源とは、それら両熱源に外嵌される
熱伝導性の良い筒体により相互に連結されていて、それ
ら両熱源のうち上側の熱源は、前記筒体に対して摺動可
能になっていてもよい。

【００１５】さらに、請求項８に記載の発明のように、
前記温度測定手段は、前記一対の電極部材のうちの一方
の電極部材に各接点が取り付けられた第１の熱電対及び
第３の熱電対と、他方の電極部材に接点が取り付けられ
た第２の熱電対とからなり、前記第１の熱電対の接点か
ら延在する一対の導線は、前記第１の温度コントローラ
に接続されており、また、前記第２の熱電対の接点から
延在する一対の導線のうちの一方の導線は、前記第２の
温度コントローラに接続されているとともに、同第２の
熱電対の他方の導線は、前記第２の温度コントローラに
接続される状態と、前記第３の熱電対の接点から延在す
る一対の導線のうちの一方の導線に電気的に接続される
状態とに切替え可能になっており、さらに、前記第３の
熱電対の他方の導線は、前記第２の熱電対の他方の導線
が前記第２の温度コントローラに接続される時に、開放
される状態と、前記第２の熱電対の他方の導線が前記第
３の熱電対の一方の導線に電気的に接続される時に、前
記第２の温度コントローラに接続される状態とに切替え
可能になっていてもよい。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明によれば、試料の両端間に
発生する電位差を取り出し可能な一対の電極線を有する
ことにより、試料の両端間に温度差を設けて試料の両端
間に発生する起電力を測定可能な起電力測定手段と、試
料の両端の温度をそれぞれ測定可能な温度測定手段及び
試料の両端間に電位差を付与可能な電位差付与手段を有
することにより、試料の両端間に電位差を付与して試料
面に発生するペルチェ熱をその試料面の温度変化量とし
て測定可能な温度変化量測定手段と、試料に電流を流し
た時にその試料の任意の二点間に発生する電位差を取り
出し可能な一対の電極線を有することにより、試料の電
気伝導度を測定可能な電気伝導度測定手段とを有する熱
電特性測定装置であって、発熱体による加熱、または発
熱体による加熱及び冷媒による冷却の組合わせにより、
試料の一端を、少なくとも室温〜略７００℃を含む温度
範囲内の任意の温度に加熱、または加熱・冷却可能で、
且つ取り外し可能な第１の熱源と、発熱体による加熱及
び冷媒による冷却の組合わせにより、試料の他端を、少
なくとも略液体窒素温度〜略７００℃を含む温度範囲内
の任意の温度に加熱・冷却可能な第２の熱源と、それら
第１の熱源及び第２の熱源の作動をそれぞれ制御する第
１の温度コントローラ及び第２の温度コントローラとを
備えているため、この熱電特性測定装置を用いれば、起
電力測定手段により、第１の熱源及び第２の熱源で試料
の両端間に温度差を設けた状態で熱起電力を測定するこ
とができ、また、温度変化量測定手段により、試料の両
端間に電位差を付与して試料面に発生するペルチェ熱を
その試料面の温度変化量として測定することができ、さ
らに、電気伝導度測定手段により、試料の電気伝導度を
測定することができる。

【００１７】従って、単一の熱電特性測定装置でもっ
て、低温から高温までの広い温度範囲で、ゼーベック効
果に関係する熱起電力、ペルチェ係数に関係する熱発生
（或は、熱吸収）による試料端面の温度変化及び電気伝
導度を測定することができる。しかも、第１の熱源及び
第２の熱源、並びにそれらの作動を制御する第１の温度
コントローラ及び第２の温度コントローラにより、試料
の両端の温度を個々に精度良く設定することができるの
で、精密な測定が可能となる。

【００１８】請求項２記載の発明によれば、試料の両端
の温度をそれぞれ測定可能な温度測定手段を有し、試料
の一端を加熱または冷却し、任意の時間の経過後におけ
る試料の他端の温度変化量を測定して試料の熱伝導率を
測定可能な熱伝導率測定手段を有しているため、試料の
両端の温度を測定しながら、試料の一端を急加熱し、そ
の熱が試料の他端に達するのに要する時間を計ることに
よって、低温から高温までの広い温度範囲で、熱伝導率
を精密に測定することができる。

【００１９】請求項３記載の発明によれば、試料を挟む
一対の電極部材が、真空状態に保持可能またはガス置換
可能な単一の気密容器内に設けられているため、測定の
際には、試料がその気密容器内に設置されることとな
る。従って、気密容器内を真空状態に保つ場合には、空
気の対流などによる熱伝導の影響がなくなり、熱電特性
を精密に測定することができる。また、気密容器内を例
えば酸素ガスなどでガス置換する場合には、例えば高温
真空雰囲気下において試料表面から脱離し易い酸素原子
の脱離が防止されるので、測定中に試料の表面状態が変
化して特性が変わってしまうのを防ぐことができる。な
お、ガス種を適宜選択することによって、酸素原子以外
にも、試料表面から脱離し易い原子の脱離を防ぐことが
できる。

【００２０】請求項４記載の発明によれば、第１の熱源
及び前記第２の熱源のうちの上側の熱源が、自重により
下降可能になっているため、自重で上側の熱源が試料に
押し付けられるとともに、試料を下側の熱源に押し付け
ることとなる。従って、試料とその周辺の部材（上側の
熱源を支える部材など）との熱膨張係数が異なっていて
も、測定時の設定温度によらず、常に上記両熱源と試料
とが相互に密着される。

【００２１】請求項５記載の発明によれば、電極部材と
熱源との間には、熱伝導性が良く、且つ電気的に絶縁な
絶縁部材が介装されているとともに、電極部材と試料の
端面との間には、導電性及び熱伝導性が良く、且つ試料
の各端面に密着可能な箔部材が介装されるため、熱源の
発生する熱が試料の端面に良く伝わるとともに、試料端
面が平面・平滑でなくても、箔部材によって試料端面の
凹凸が吸収されるので、試料端面の全面において導電性
が得られる。

【００２２】請求項６記載の発明によれば、第１の熱源
と第２の熱源とが、可撓性を有し、且つ熱伝導性の良い
部材で相互に連結されているため、その部材の太さや長
さを適宜選択することによって、例えば第２の熱源で試
料の一端を冷却するとともに、第２の熱源の熱を上記部
材を介して第１の熱源に伝えることにより、第１の熱源
での冷却が行われる。また、第１の熱源と第２の熱源と
で加熱・冷却能に差がある場合には、両熱源の間で上記
部材を介して熱の授受が行われることにより、その差が
緩和されて両熱源の能力の均等化を図ることもできる。
その際、上記部材が可撓性を有することにより、種々の
長さを有する試料への対応や熱膨張により生じる両熱源
間の距離の変化にも対応可能である。

【００２３】請求項７記載の発明によれば、第１の熱源
と第２の熱源とが、それら両熱源に外嵌される熱伝導性
の良い筒体により相互に連結されているため、筒体の厚
さや長さを適宜選択することによって、上記請求項６記
載の発明と同様に、例えば第２の熱源での冷却によって
第１の熱源での冷却が行われるとともに、両熱源の能力
の均等化が図られる。その際、上側の熱源が上記筒体に
対して摺動可能になっているため、上側の熱源は自重に
より下降することとなり、上記請求項４記載の発明と同
様に、試料と筒体との熱膨張係数が異なっていても、測
定時の設定温度によらず、常に上下両熱源と試料とが相
互に密着される。

【００２４】請求項８記載の発明によれば、一方の電極
部材に取り付けられた第１の熱電対が第１の温度コント
ローラに接続されており、また、他方の電極部材に取り
付けられた第２の熱電対については、一方の導線が第２
の温度コントローラに接続され、他方の導線は第２の温
度コントローラに接続される状態（第１の状態とす
る。）と、前記一方の電極部材に取り付けられた第３の
熱電対の一方の導線に電気的に接続される状態（第２の
状態とする。）とに切替え可能になっており、さらに、
第３の熱電対の他方の導線は、前記第１の状態の時に、
開放される状態と、前記第２の状態の時に、第２の温度
コントローラに接続される状態とに切替え可能になって
いるため、第１の熱源は、常時、第１の熱電対により測
定される温度に基づいて、第１の温度コントローラによ
り独立して制御される。一方、第２の熱源は、前記第１
の状態においては、第２の熱電対により測定される温度
に基づいて、第２の温度コントローラにより独立して制
御されることとなり、また、前記第２の状態において
は、第２の熱電対と第３の熱電対によりそれら両熱電対
の接点間の温度差が測定され、それに基づいて第２の温
度コントローラにより、第１の熱源に対して第２の熱源
が所定の温度差を有するように制御される。

【００２５】

【実施例】本発明に係る熱電特性測定装置の実施例を、
図１乃至図１０に基づいて、以下に説明する。

【００２６】図１には、本発明に係る熱電特性測定装置
の一例が示されている。この熱電特性測定装置１００
は、同図に示すように、真空状態に保持可能な気密容器
１０内に、発熱体２１による加熱により、試料２００の
一端を例えば７００℃以上の高温に至るまで加熱可能な
第１の熱源２０と、発熱体２６による加熱及び冷媒２７
による冷却の組合わせにより、試料２００の他端を例え
ば液体窒素温度以下の低温から７００℃以上の高温に至
るまで加熱・冷却可能な第２の熱源２５とが設けられて
なるもので、それら両熱源２０，２５に挟まれて試料２
００が設置されるようになっている。

【００２７】また、熱電特性測定装置１００は、気密容
器１０内を真空排気する真空ポンプ４０、気密容器１０
内の真空度を計測する真空計４１、第１の熱源２０の作
動制御を行う第１の温度コントローラＣＴＲ1 、第２の
熱源２５の作動制御を行う第２の温度コントローラＣＴ
Ｒ2 、冷媒２７を流すためのエアポンプ４５、試料２０
０の両端間に電位差を付与する外部電源Ｅを備えてい
る。

【００２８】さらに、熱電特性測定装置１００は、試料
２００の両端の温度を測定する温度測定手段として、少
なくとも２対、本実施例では例えば３対の熱電対ＴＣ1
，ＴＣ2 ，ＴＣ3 を有している。それら熱電対ＴＣ1
，ＴＣ2 ，ＴＣ3 は、気密容器１０内から容器１０外
に引き出され、第１の熱電対ＴＣ1 は第１の温度コント
ローラＣＴＲ1 に接続され、また、第２の熱電対ＴＣ2
及び第３の熱電対ＴＣ3 は第２の温度コントローラＣＴ
Ｒ2 に接続可能になっている。そして、第１の連動スイ
ッチＳＷ1 によって、第２の熱電対ＴＣ2 は、第２の温
度コントローラＣＴＲ2 に直接接続される場合（この場
合には、第３の熱電対ＴＣ3 は機能していない。）と、
第３の熱電対ＴＣ3 を介して接続される場合とに切り替
えられる。なお、本実施例では、熱電対ＴＣ1 ，ＴＣ2
，ＴＣ3 は、熱容量を小さくすることと熱伝導防止の
ため、外径が０．１mmφ以下の細いものが使用されてお
り、熱電特性の精密な測定に寄与している。

【００２９】第１の温度コントローラＣＴＲ1 は、第１
の熱源２０の作動を制御するものであり、第１の熱電対
ＴＣ1 と、導線Ｌ1 ，Ｌ2 を介して第１の熱源２０の発
熱体２１に接続されている。そして、第１の温度コント
ローラＣＴＲ1 は、第１の熱電対ＴＣ1 から電圧信号と
して入力される温度情報に基づいて、試料２００の第１
の熱源２０側の端部（本例では、上端部）の温度を、第
１の温度コントローラＣＴＲ1 で予め設定された温度と
するように、第１の熱源２０の発熱体２１に流す電流量
を調節する。なお、第１の温度コントローラＣＴＲ1 に
コンピュータを接続し、そのコンピュータのプログラム
にしたがって第１の熱源２０の温度制御を行うこともで
き、その場合には、第１の熱源２０の温度を連続的に変
化させることもできる。また、この第１の温度コントロ
ーラＣＴＲ1 は、第１の熱電対ＴＣ1 から入力される温
度情報を、図１の出力Ｉにおいて、図示しないコンピュ
ータなどを介して記録装置（レコーダー）などに出力し
ている。

【００３０】第２の温度コントローラＣＴＲ2 は、第２
の熱源２０の作動を制御するものであり、第１の連動ス
イッチＳＷ1 の切替えにより、第２の熱電対ＴＣ2 及び
第３の熱電対ＴＣ3 と接続可能になっている。また、第
２の温度コントローラＣＴＲ2 は、導線Ｌ3 ，Ｌ4 を介
して第２の熱源２５の発熱体２６に接続されているとと
もに、導線Ｌ5 ，Ｌ6 を介してエアポンプ４５に接続さ
れている。

【００３１】そして、第２の温度コントローラＣＴＲ2
は、以下の２方式でもって第２の熱源２５の作動制御を
行う。

【００３２】第１の方式は、試料２００の第２の熱源２
５側の端部（本例では、下端部）の温度が、第２の温度
コントローラＣＴＲ2 で予め設定された温度となるよう
に、第２の熱源２５の発熱体２１に流す電流量の調節、
及びエアポンプ４５のオン／オフを行うものである。こ
の方式においては、第２の温度コントローラＣＴＲ2は
第２の熱電対ＴＣ2 に直接接続されており、第２の温度
コントローラＣＴＲ2には、第２の熱電対ＴＣ2 より、
試料２００の下端部の温度情報が電圧信号としてフィー
ドバックされている。

【００３３】なお、エアポンプ４５が動作すると、エア
ポンプ４５と冷媒２７とを繋ぐ冷媒通過用配管２８内を
液体窒素などの冷媒２７が気化して流れ、第２の熱源２
５での冷却が行われる。冷媒２７としては、液体窒素の
他に、目的温度によっては、液体ヘリウム、ドライアイ
スや氷で冷やされた空気などでもよく、特に制限はな
い。

【００３４】第２の方式は、試料２００の上端部と下端
部との間の温度差が、第２の温度コントローラＣＴＲ2
で予め設定された温度差となるように、第２の熱源２５
の発熱体２１に流す電流量の調節、及びエアポンプ４５
のオン／オフを行うものである。この方式においては、
第２の温度コントローラＣＴＲ2 は、第２の熱電対ＴＣ
2 と第３の熱電対ＴＣ3 とが連結されてなる２つの接点
を有する熱電対に接続されており、第２の温度コントロ
ーラＣＴＲ2 には、それら両熱電対ＴＣ2 ，ＴＣ3 よ
り、試料２００の上下端部間の温度差情報が電圧信号と
してフィードバックされている。この第２の方式は、上
記第１の方式よりも、試料２００の上下端部間の温度差
をより高精度で制御することができ、熱電特性をより精
密に測定することができる。

【００３５】なお、第２の温度コントローラＣＴＲ2 に
コンピュータを接続し、そのコンピュータのプログラム
にしたがって第２の熱源２５の温度制御を行うこともで
きる。その場合には、第２の熱源２５の温度を連続的に
変化させることができる。また、この第２の温度コント
ローラＣＴＲ2 は、第１の熱電対ＴＣ1 及び第２の熱電
対ＴＣ2 よりなる２つの接点を有する熱電対から入力さ
れる温度差情報を、図１の出力IIにおいて、図示しない
コンピュータなどを介して記録装置などに出力してい
る。

【００３６】さらに、熱電特性測定装置１００は、試料
２００の両端間に発生する電位差（熱起電力）を取り出
したり、試料２００の両端間に電位差を付与したりする
ために、気密容器１０内から外に引き出された少なくと
も１対の電極線Ｌ7 ，Ｌ8 を有している。この電極線Ｌ
7 ，Ｌ8 は、第２の連動スイッチＳＷ2 の切替えによっ
て、熱起電力を取り出す場合には、図１の出力III にお
いて図示しない測定装置等に接続され、また、試料２０
０に電圧を印加する場合には、外部電源Ｅの電源ライン
ＥＬ1 ，ＥＬ2 にそれぞれ接続される。

【００３７】気密容器１０は、バルブ４２を介して連結
された真空ポンプ４０により、その内部空間の排気が行
われるようになっており、熱電特性の測定中は気密容器
１０内は真空状態とされる。それによって、気密容器１
０内の空気等の対流に起因する熱伝導の影響が除去さ
れ、また、試料２００の表面の吸湿部分に起因して側面
に沿って流れる電流（沿面電流）が発生するのが防止さ
れ、より正確な熱電特性の測定が可能となる。

【００３８】ここで、真空ポンプ４０は、低温での測定
の際に、試料２００の表面に真空中の残留水分や真空ポ
ンプから逆拡散したオイル蒸気を凝結させないために、
例えばソープションポンプやターボ分子ポンプなどのよ
うに、高真空下においてオイルフリーの達成されるポン
プであるとよい。

【００３９】また、気密容器１０は、バルブ４３を介し
てその内部空間にガスを導入することができるようにな
っている。使用されるガスは、例えば酸素ガス、窒素ガ
ス、希ガスなどであり、気密容器１０内の圧力が数Torr
以下となるように導入される。ガスを導入することによ
って、試料２００に、例えば酸素原子のように、高温真
空雰囲気下において試料表面から脱離し易い原子が存在
する場合に、その脱離が防止されるので、測定中に試料
２００の表面状態が変化して特性が変わってしまうのを
防ぐことができる。

【００４０】第１の熱源２０は、有底筒状のスリーブ２
２内に電熱線等でできた発熱体（ヒーター）２１が挿入
されてできていて、第１の温度コントローラＣＴＲ1 か
らの電流量に応じてその発熱量の調節が行われる。この
第１の熱源２０は、気密容器１０内の上部寄りに配置さ
れている。

【００４１】第２の熱源２５は、有底筒状のスリーブ２
９内に電熱線等でできた発熱体（ヒーター）２６が挿入
されているとともに、そのスリーブ２９に冷媒通過用配
管２８が通されている。そして、第２の熱源２５での冷
却は、気化した冷媒２７が冷媒通過用配管２８内を通過
することによって行われる。この第２の熱源２５は、気
密容器１０の底板１１に設けられた貫通孔１１ａの縁に
沿って立ち上がる筒体１２によって支持されて、気密容
器１０内の下部寄りに配置されている。ここで、その筒
体１２とスリーブ２９との接合部は気密に保たれてい
る。そして、筒体１２として、第２の熱源２５の熱が気
密容器１０に伝わり難くするため、例えばステンレス鋼
製の薄く長いパイプが使用される。

【００４２】なお、各熱電対ＴＣ1 ，ＴＣ2 ，ＴＣ3 、
導線Ｌ1 ，Ｌ2 及び電極線Ｌ7 ，Ｌ8 は、気密性のフィ
ードスルー１３，１３，…を介して、それぞれ気密容器
１０外へ取り出される。

【００４３】図２には、図１の装置における試料２００
の周辺部分が拡大されて示されている。同図に示すよう
に、試料２００の一端と第１の熱源２０のスリーブ２２
との間には、熱源２０側から順に、絶縁部材５０、電極
部材５１、試料２００の端面に密着可能な箔部材５２が
介装される。同様に、試料２００の他端と第２の熱源２
５のスリーブ２９との間にも、熱源２５側から順に、絶
縁部材５３、電極部材５４、箔部材５５が介装される。

【００４４】ここで、絶縁部材５０，５３は、熱伝導性
が良く、且つ絶縁性を有する材質でできている。本実施
例では、例えば、アルミニウムと同程度の熱伝導率を有
する窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックス板が使
用される。その板厚は、特に限定しないが、熱伝導性を
良好に保つために、例えば１mm以下であるのがよい。な
お、窒化アルミニウム以外にも、酸化アルミニウムやダ
イヤモンドを用いることもできる。

【００４５】電極部材５１，５４は、化学的安定性、耐
熱性、導電性及び熱伝導性の良い、銅、金、白金、銀、
アルミニウム、またはベリリウムなどの金属板でできて
いる。その板厚は、特に限定しないが、熱容量を小さく
するためと熱伝導性を良好に保つために、例えば１mm程
度である。本実施例では、上側の電極部材５１に第１の
熱電対ＴＣ1 及び第３の熱電対ＴＣ3 の各接点が取り付
けられているとともに、電極線Ｌ7 が電気的に接続され
ている。一方、下側の電極部材５４には、第２の熱電対
ＴＣ2 の接点と、電極線Ｌ8 が電気的に接続されてい
る。

【００４６】箔部材５２，５５は、化学的安定性、耐熱
性、導電性及び熱伝導性が良く、さらに柔らかくて高温
でも原子拡散の起こり難い金属箔、例えば金箔や銀箔や
アルミニウム箔などでできている。この金属箔を試料２
００の端面に接触させることによって、試料２００の端
面と電極部材５１，５４との電気的な接続性が高まり、
試料２００の端面全体について導電性が得られる。つま
り、一般に試料２００は、原料粉末を加圧成形してなる
圧粉体を焼結することにより得られる。それ故、試料２
００の端面には無数のポアなどが存在しており、試料２
００の端面は平面・平滑ではない。そこで、本実施例の
ように、試料２００の端面に柔らかい金属箔を密着させ
ることによって、試料２００の端面全体と電極部材５
１，５４との電気的接続が確保される。

【００４７】なお、箔部材５２，５５については、試料
２００の端面に導電ペーストを焼き付けることによって
も、金属箔の場合と同様の効果が得られるので、金属箔
に代えて、箔部材５２，５５として導電ペーストを用い
てもよい。また、スリーブ２２と絶縁部材５０との間、
絶縁部材５０と電極部材５１との間、スリーブ２９と絶
縁部材５３との間、絶縁部材５３と電極部材５４との間
にも、それぞれ、金属箔を介装させてもよいし、それら
各々の部材間及び電極部材５１と箔部材５２との間、並
びに電極部材５４と箔部材５５との間に、導電ペースト
を焼き付けて介装させてもよい。

【００４８】上述した絶縁部材５０，５３、電極部材５
１，５４及び箔部材５２，５５を介装させることによっ
て、第１の熱源２０と試料２００の上端との間の熱伝導
性、及び第２の熱源２５と試料２００の下端との間の熱
伝導性にそれぞれ優れるので、第１の熱源２０と試料２
００の上端との間、また第２の熱源２５と試料２００の
下端との間は温度差が極めて小さく、ハンチングの小さ
い精密な温度制御を行うことができる。

【００４９】また、本実施例においては、図２に示すよ
うに、第１の熱源２０は、支持柱６１とそれにねじ６２
などで固定されたガイド板６３とからなる案内部材６０
によって、昇降可能に支持されている。第１の熱源２０
のスリーブ２２とガイド板６３とは固定されておらず、
第１の熱源２０は、自重によりガイド板６３で案内され
て下降される。それによって、試料２００と箔部材５
２，５５と電極部材５１，５４と絶縁部材５０，５４の
各熱膨張による伸びの総和と、支持柱６１の熱膨張によ
る伸びとが異なっても、第１の熱源２０は、自重で試料
２００に押し付けられるとともに、試料２００を第２の
熱源２５に押し付けることとなるので、それら各部材間
に隙間が生じるのが防止される。従って、熱膨張により
試料２００と熱源２０，２５間に隙間が生じたりして測
定不能となったり、測定精度が悪くなるのが回避され
る。

【００５０】ここで、支持柱６１及びガイド板６３は、
できるだけ細く、且つ薄く作られており、伝導による熱
伝達が極力少なくなるようにされている。それによっ
て、案内部材６０を介して外部から試料２００に熱が流
入するのが防止されている。

【００５１】また、図３に示すように、案内部材６０及
び第１の熱源２０は、適宜取り外すことができるように
なっていて、ペルチェ効果による試料２００の端面の温
度変化や、熱伝導率を測定する場合に取り外される。な
お、案内部材６０及び第１の熱源２０は、熱起電力、電
気伝導度の測定の場合に取り付けられる。

【００５２】次に、上記構成の熱電特性測定装置１００
を用いて、ゼーベック効果に関係する熱起電力、電気伝
導度、熱伝導率、ペルチェ係数に関係する熱発生（或
は、熱吸収）による試料端面の温度変化を測定する場合
について、順に説明する。

【００５３】図４には、熱起電力を測定する場合の熱電
特性測定装置１００の一例が示されている。同図に示す
ように、この測定を行う場合には、第１の連動スイッチ
ＳＷ1 （図４では省略）の切替えにより、第２の熱電対
ＴＣ2 を第２の温度コントローラＣＴＲ2 に直接接続
し、第２の温度コントローラＣＴＲ2 でもって、第２の
熱源２５の温度が第２の温度コントローラＣＴＲ2 の設
定温度となるような制御を行う。即ち、第２の熱源２５
の作動制御を上述した第１の方式で行う。また、第２の
連動スイッチＳＷ2 （図４では省略）の切替えにより、
電極線Ｌ7 ，Ｌ8 と外部電源Ｅ（図４では省略）との接
続を断つとともに、出力III に電圧計など（図４では省
略）を接続する。

【００５４】この状態の測定系において、第１の熱源２
０と第２の熱源２５との間に試料２００を設置し、気密
容器１０内を真空雰囲気、またはガス雰囲気とする。そ
して、第１の温度コントローラＣＴＲ1 による第１の熱
源２０、及び第２の温度コントローラＣＴＲ2 による第
２の熱源２５の各設定温度を異ならせて、試料２００の
両端間に所望の温度差を与える。この時、出力III から
熱起電力が出力されるので、その熱起電力を、出力III
に接続された電圧計などで測定する。

【００５５】従って、この例では、起電力測定手段は、
電極線Ｌ7 ，Ｌ8 、第１の熱源２０、第２の熱源２５、
第１の温度コントローラＣＴＲ1 、第２の温度コントロ
ーラＣＴＲ2 、第１の熱電対ＴＣ1 、第２の熱電対ＴＣ
2 及び出力III に接続される電圧計等で構成される。

【００５６】図５には、熱起電力を測定する場合の熱電
特性測定装置１００の他の例が示されているが、上記図
４の例と異なるのは、第２の熱源２５の作動制御を上述
した第２の方式で行うことである。即ち、この場合に
は、図５に示すように、第１の連動スイッチＳＷ1 （図
４では省略）の切替えにより、第２の熱電対ＴＣ2 の一
方の導線Ｌ9 を第２の温度コントローラＣＴＲ2 に接続
し、第２の熱電対ＴＣ2 の他方の導線Ｌ10と第３の熱電
対ＴＣ3 の一方の導線Ｌ11とを電気的に接続する。そし
て、第３の熱電対ＴＣ3 の他方の導線Ｌ12を第２の温度
コントローラＣＴＲ2 に接続して、第２の温度コントロ
ーラＣＴＲ2 でもって、第２の熱源２５の温度を、その
温度と第１の熱源２０の温度との差が第２の温度コント
ローラＣＴＲ2 の設定温度差になるように制御する。そ
の他の設定等については、図４の例と同じである。

【００５７】従って、上記他の例では、起電力測定手段
は、電極線Ｌ7 ，Ｌ8 、第１の熱源２０、第２の熱源２
５、第１の温度コントローラＣＴＲ1 、第２の温度コン
トローラＣＴＲ2 、第１の熱電対ＴＣ1 、第２の熱電対
ＴＣ2 、第３の熱電対ＴＣ3及び出力III に接続される
電圧計等で構成される。

【００５８】なお、この場合、第１の連動スイッチＳＷ
1 において相互に電気的に接続される第２の熱電対ＴＣ
2 の導線Ｌ10と第３の熱電対ＴＣ3 の導線Ｌ11とは、同
一の線材で構成され、また、第２の熱電対ＴＣ2 の導線
Ｌ9 と第３の熱電対ＴＣ3 の導線Ｌ12とは、同一の線材
で構成される。

【００５９】図６には、電気伝導度を測定する場合の熱
電特性測定装置１００の一例が示されている。同図に
は、電気伝導度を４端子法により求める場合について示
されているが、同図に示すように、この測定は、４つの
白金等でできた測定端子Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 を試料
２００に接触させて寝かせた状態で、第１の熱源２０と
第２の熱源２５とで挟んで行われる。そして、測定端子
Ｔ1 ，Ｔ2 を、それぞれ気密性のフィードスルー１３，
１３より気密容器１０外に引き出された導線Ｌ13，Ｌ14
を介して、外部電源７０に接続して、試料２００に電位
差を付与して試料２００に電流を流し得る状態とする。
また、測定端子Ｔ3 ，Ｔ4 に電極線Ｌ7 ，Ｌ8 をそれぞ
れ接続するとともに、出力III に電圧計など（図６では
省略）を接続する。この電極線Ｌ7 ，Ｌ8 は、第２の連
動スイッチＳＷ2 （図６では省略）の切替えにより、外
部電源Ｅ（図６では省略）との接続が断たれている。

【００６０】さらに、第１の連動スイッチＳＷ1 （図６
では省略）の切替えにより、第２の熱電対ＴＣ2 を第２
の温度コントローラＣＴＲ2 に直接接続して、第２の熱
源２５の作動制御を上述した第１の方式で行う。測定の
際には、第１の温度コントローラＣＴＲ1 による第１の
熱源２０の設定温度と第２の温度コントローラＣＴＲ2
による第２の熱源２５の設定温度とを同じにする。

【００６１】この状態の測定系において、第１の熱源２
０と第２の熱源２５との間に試料２００及び測定端子Ｔ
1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 を設置し、気密容器１０内を真空
雰囲気、またはガス雰囲気とする。そして、第１の熱源
２０と第２の熱源２５の各設定温度を等しくして、試料
２００に温度勾配が生じないようにする。この時、出力
III に接続された電圧計など（図６では省略）で試料２
００内の測定端子Ｔ3，Ｔ4 間に発生する電圧値を測定
することによって、その電圧値と電流値とから試料２０
０の電気抵抗が求まり、電気伝導度が求められる。

【００６２】従って、この例では、電気伝導度測定手段
は、第１の熱源２０、第２の熱源２５、第１の温度コン
トローラＣＴＲ1 、第２の温度コントローラＣＴＲ2 、
第１の熱電対ＴＣ1 、第２の熱電対ＴＣ2 、測定端子Ｔ
1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 、外部電源７０、導線Ｌ13，Ｌ1
4、電極線Ｌ7 ，Ｌ8 及び出力III に接続される電圧計
等で構成される。

【００６３】また、電気伝導度は、４端子法によらず２
端子法によっても求められる。２端子法の場合には、図
４に示した熱起電力測定の場合と同じ測定系において、
出力III に抵抗計を接続し、第１の熱源２０の温度と第
２の熱源２５の温度を等しくして、出力III より試料２
００の両端間の電気抵抗を測定すればよい。従って、こ
の場合には、電気伝導度測定手段は、第１の熱源２０、
第２の熱源２５、第１の温度コントローラＣＴＲ1 、第
２の温度コントローラＣＴＲ2 、第１の熱電対ＴＣ1 、
第２の熱電対ＴＣ2 、電極線Ｌ7 ，Ｌ8 及び出力III に
接続される抵抗計で構成される。

【００６４】なお、第２の熱源２５の温度制御は、第２
の温度コントローラＣＴＲ2 で第１の熱源２０と第２の
熱源２５との温度差を制御する上記第２の方式によって
もよい。その場合には、第２の温度コントローラＣＴＲ
2 での温度差の設定を０（ゼロ）Ｋ（℃）とする。

【００６５】図７には、熱伝導率を測定する場合の熱電
特性測定装置１００の一例が示されている。同図に示す
ように、この測定を行う場合には、第１の連動スイッチ
ＳＷ1 （図７では省略）の切替えにより、第２の熱電対
ＴＣ2 を第２の温度コントローラＣＴＲ2 に直接接続し
て、第２の熱源２５の作動制御を上述した第１の方式で
行う。その際、第１の温度コントローラＣＴＲ1 による
第１の熱源２０（図７では省略）の作動制御は不要であ
るとともに、大きな熱容量を有する第１の熱源により熱
発生の正確な測定が妨げられてしまうのを防ぐために、
図７及び図３に示すように、第１の熱源２０を取り外
す。

【００６６】この測定系において、第２の熱源２５の上
に試料２００を載置し、気密容器１０内を真空雰囲気、
またはガス雰囲気とする。そして、第２の温度コントロ
ーラＣＴＲ2 でもって第２の熱源２５の加熱または冷却
を行い、試料２００の下端を目的温度に設定する。

【００６７】その際、試料２００の下端と上端の間に温
度差ができるため、試料下端の熱は上端に伝達する。試
料上端の温度は電極部材５１と同一であるので、任意に
決められた一定時間後の電極部材５１の温度変化を測定
し、それらの値を次式に代入することにより熱伝導率λ
が計算される。

【数１】 ここで、ｍは電極部材５１の質量、ｃは電極部材５１の
比熱、Ｌは試料２００の熱流方向の長さ、Ｓは試料２０
０の熱流方向に垂直な断面の面積、ｔは時間（秒）、Ｔ
1 は電極部材５１の初期温度、Ｔ2 は電極部材５１の時
間ｔの経過後の温度、Ｔ0 は試料２００の下端の設定温
度である。

【００６８】従って、この例では、熱伝導率測定手段
は、第２の熱源２５、第１の温度コントローラＣＴＲ1
、第２の温度コントローラＣＴＲ2 、第１の熱電対Ｔ
Ｃ1 及び第２の熱電対ＴＣ2 で構成される。

【００６９】図８には、ペルチェ係数に関係する熱発生
（或は、熱吸収）による試料端面の温度変化を測定する
場合の熱電特性測定装置１００の一例が示されている。
同図に示すように、この測定を行う場合には、第１の連
動スイッチＳＷ1 （図８では省略）の切替えにより、第
２の熱電対ＴＣ2 を第２の温度コントローラＣＴＲ2 に
直接接続して、第２の熱源２５の作動制御を上述した第
１の方式で行う。その際、第１の温度コントローラＣＴ
Ｒ1 による第１の熱源２０（図８では省略）の作動制御
は不要であるとともに、大きな熱容量を有する第１の熱
源により熱発生の正確な測定が妨げられてしまうのを防
ぐために、図８及び図３に示すように、第１の熱源２０
を取り外す。また、第２の連動スイッチＳＷ2 （図８で
は省略）の切替えにより、電極線Ｌ7 ，Ｌ8 と外部電源
Ｅとを接続するとともに、試料２００の両端間に印加さ
れる電位差を監視するために出力III に電圧計（図８で
は省略）を接続する。

【００７０】この状態の測定系において、第１の熱源２
０と第２の熱源２５との間に試料２００を設置し、気密
容器１０内を真空雰囲気、またはガス雰囲気とする。そ
して、第２の温度コントローラＣＴＲ2 でもって第２の
熱源２５の作動を制御して、試料２００の下端の温度が
所定の測定温度になるようにする。そのまま、試料２０
０内の温度分布が定常状態となるまで待ち、その後、外
部電源Ｅで試料２００の両端間に電圧を印加して、試料
２００の上端の温度変化を第１の熱電対ＴＣ1を介して
第１の温度コントローラＣＴＲ1 の出力Ｉより測定す
る。

【００７１】従って、この例では、電位差付与手段は、
外部電源Ｅ及び電極線Ｌ7 ，Ｌ8 で構成され、また、温
度変化量測定手段は、第２の熱源２５、第１の温度コン
トローラＣＴＲ1 、第２の温度コントローラＣＴＲ2 、
第１の熱電対ＴＣ1 、第２の熱電対ＴＣ2 及び電位差付
与手段とで構成される。

【００７２】以上詳述したように、上記実施例によれ
ば、単一の熱電特性測定装置１００でもって、低温から
高温までの広い温度範囲で、ゼーベック効果に関係する
熱起電力、ペルチェ係数に関係する熱発生（或は、熱吸
収）による試料２００の端面の温度変化、熱伝導率及び
電気伝導度を測定することができる。しかも、第１の熱
源２０及び第２の熱源２５、並びにそれらの作動を制御
する第１の温度コントローラＣＴＲ1 及び第２の温度コ
ントローラＣＴＲ2 により、試料２００の両端の温度を
個々に精度良く設定することができるので、熱電特性の
精密な測定が可能となる。

【００７３】また、気密容器１０内を真空状態に保つこ
とができるため、空気の対流などによる熱伝導の影響が
なくなり、さらに、気密容器１０内に適当なガスを数To
rr以下の圧力となるように導入することによって、熱電
特性の測定中に試料２００の表面から特定の原子が脱離
してしまうことによる特性変化を防ぐこともでき、熱電
特性を精密に測定することができる。加えて、第１の熱
源２０が自重により下降可能になっているとともに、絶
縁部材５０，５３及び箔部材５２，５５が設けられてい
ることにより、熱電特性をより精密に測定することがで
きる。

【００７４】なお、熱電特性測定装置１００は、上記実
施例の構成に限らず、種々設計変更可能であるのは勿論
である。例えば、上記実施例においては、第１の熱源２
０は冷却機能を有していないとしたが、第１の熱源２０
にも冷却機能を備えさせてもよいのはいうまでもない。
しかしながら、通常の熱電測定の必要性と装置のコス
ト、取り扱いの容易性などから、上記実施例のように第
１の熱源２０は冷却機能を有していなくても十分であ
る。

【００７５】また、第１の熱源２０に冷却機能を備えさ
せるとともに、第２の熱源２５は加熱機能のみを有する
としてもよいのは勿論である。

【００７６】さらに、試料２００の両端の温度差を数１
０Ｋ（℃）程度として熱電特性を測定する場合には、図
９に示すように、第１の熱源２０のスリーブ２２と第２
の熱源２５のスリーブ２９とを、可撓性を有し、且つ熱
伝導性の良い部材、例えば平網銅線８０などで相互に連
結してもよい。このようにすれば、第２の熱源２５で試
料２００の下端を冷却するとともに、第２の熱源の熱２
５を平網銅線８０を介して第１の熱源２０に伝えること
により、第１の熱源２０での冷却が行われる。その際に
は、伝えようとする熱量により、平網銅線８０の太さや
長さを適宜選択することが必要である。また、このよう
にすることによって、第１の熱源２０と第２の熱源２５
とで加熱・冷却能に差がある場合には、両熱源２０，２
５の間で平網銅線８０を介して熱の授受が行われること
により、その差が緩和されて両熱源２０，２５の能力の
均等化を図ることもできる。ここで、平網銅線８０が可
撓性を有するのは、試料サイズの変化に対応するため
と、熱膨張により生じる両熱源２０，２５間の距離の変
化にも対応可能とするためである。図９では、平網銅線
８０はスリーブ２２，２９にそれぞれねじ８１，８１で
取り付けられている。

【００７７】同様に、試料２００の両端の温度差を数１
０Ｋ（℃）程度に設定する場合には、図１０に示すよう
に、第１の熱源２０のスリーブ２２と第２の熱源２５の
スリーブ２９とを、それらスリーブ２２，２９に両端が
外嵌される熱伝導性の良い筒体８５で相互に連結しても
よい。このようにすれば、図９の場合と同様に、第２の
熱源２５での冷却によって第１の熱源２０での冷却が行
われるとともに、両熱源２０，２５の能力の均等化が図
られる。その際には、伝えようとする熱量により、筒体
８５の厚さや長さを適宜選択することが必要である。こ
こで、スリーブ２２は筒体８５に対して摺動可能になっ
ていなければならない。これは、第１の熱源２０が自重
で下降することができるようになっている必要があるか
らである。この場合、筒体８５は前記案内部材６０を兼
ねることとなる。

【００７８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、起電力測
定手段と、温度測定手段及び電位差付与手段を有する温
度変化量測定手段と、電気伝導度測定手段とを有するた
め、単一の熱電特性測定装置でもって、低温から高温ま
での広い温度範囲で、ゼーベック効果に関係する熱起電
力、ペルチェ係数に関係する熱発生（或は、熱吸収）に
よる試料端面の温度変化及び電気伝導度を精密に測定す
ることができる。

【００７９】請求項２記載の発明によれば、温度測定手
段を有する熱伝導率測定手段を有しているため、試料の
両端の温度を測定しながら、試料の一端を急加熱し、そ
の熱が試料の他端に達するのに要する時間を計ることに
よって、低温から高温までの広い温度範囲で、熱伝導率
を精密に測定することができる。

【００８０】請求項３記載の発明によれば、気密容器内
を真空状態に保つことによって、空気の対流などによる
熱伝導の影響がなくなり、熱電特性を精密に測定するこ
とができる。また、気密容器内をガス雰囲気とすること
によって、高温真空雰囲気下において試料表面から脱離
し易い原子の脱離が防止されるので、測定中に試料の表
面状態が変化して特性が変わってしまうのを防ぐことが
でき、精密な測定が可能となる。

【００８１】請求項４記載の発明によれば、上側の熱源
が、自重により下降することによって、試料とその周辺
の部材（上側の熱源を支える部材など）との熱膨張係数
が異なっていても、測定時の設定温度によらず、常に上
下両熱源と試料とが相互に密着されるので、熱膨張によ
り試料と熱源間に隙間が生じたりして測定不能となった
り、測定精度が悪くなるのが回避される。

【００８２】請求項５記載の発明によれば、電極部材と
熱源との間の絶縁部材、及び電極部材と試料の端面との
間の箔部材によって、熱源の発生する熱が試料の端面に
良く伝わるとともに、箔部材によって試料端面の凹凸が
吸収され、試料端面の全面において導電性が得られるの
で、精密な測定が可能となる。

【００８３】請求項６記載の発明によれば、第１の熱源
と第２の熱源とを相互に連結する部材によって、例えば
第２の熱源で試料の一端を冷却するとともに、第２の熱
源の熱を上記部材を介して第１の熱源に伝えることによ
り、第１の熱源での冷却が行われる。また、第１の熱源
と第２の熱源とで加熱・冷却能に差がある場合には、両
熱源の間で上記部材を介して熱の授受が行われることに
より、その差が緩和されて両熱源の能力の均等化を図る
こともできる。

【００８４】請求項７記載の発明によれば、第１の熱源
と第２の熱源とを相互に連結する筒体によって、上記請
求項６記載の発明と同様に、例えば第２の熱源での冷却
によって第１の熱源での冷却が行われるとともに、両熱
源の能力の均等化も図られる。

【００８５】請求項８記載の発明によれば、一方の電極
部材に第１の熱電対及び第３の熱電対が取り付けられ、
また、他方の電極部材に第２の熱電対が取り付けられて
おり、第２の熱電対が、第２の温度コントローラに直接
接続される状態と、第３の熱電対を経由して第２の温度
コントローラに接続される状態とに切替え可能になって
いるため、第１の熱源は、常時、第１の熱電対により測
定される温度に基づいて、第１の温度コントローラによ
り独立して制御され、一方、第２の熱源は、第２の熱電
対により測定される温度に基づいて、第２の温度コント
ローラにより独立して制御される方式と、第２の熱電対
と第３の熱電対により測定されるそれら両熱電対の接点
間の温度差に基づいて、第２の温度コントローラによ
り、第１の熱源に対して第２の熱源が所定の温度差を有
するように制御される方式とに適宜切替え可能となって
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱電特性測定装置の一例を示す全
体図である。

【図２】その熱電特性測定装置でもって熱起電力、電気
伝導度、熱伝導率を測定する場合の試料周辺部分の一例
の拡大図である。

【図３】その熱電特性測定装置でもってペルチェ効果に
よる試料端面の温度変化を測定する場合の試料周辺部分
の一例の拡大図である。

【図４】その熱電特性測定装置でもって熱起電力を測定
する場合の装置の一例を示す全体図である。

【図５】その熱電特性測定装置でもって熱起電力を測定
する場合の装置の他の例を示す全体図である。

【図６】その熱電特性測定装置でもって電気伝導度を測
定する場合の装置の一例を示す全体図である。

【図７】その熱電特性測定装置でもって熱伝導率を測定
する場合の装置の一例を示す全体図である。

【図８】その熱電特性測定装置でもってペルチェ効果に
よる試料端面の温度変化を測定する場合の装置の一例を
示す全体図である。

【図９】その熱電特性測定装置でもって熱起電力、電気
伝導度、熱伝導率を測定する場合の試料周辺部分の他の
例の拡大図である。

【図１０】その熱電特性測定装置でもって熱起電力、電
気伝導度、熱伝導率を測定する場合の試料周辺部分のさ
らに他の例の拡大図である。

【図１１】従来の高温域における熱電特性の測定系を示
す概略図及びその測定系における炉内温度分布図であ
る。

【図１２】従来の低温域における熱電特性の測定系を示
す概略図である。

【符号の説明】

ＣＴＲ1 第１の温度コントローラ ＣＴＲ2 第２の温度コントローラ Ｅ 外部電源（電位差付与手段） Ｌ7 ，Ｌ8 電極線（起電力測定手段、電気伝導度測定
手段、電位差付与手段） Ｌ9 導線（第２の熱電対の一方の導線） Ｌ10 導線（第２の熱電対の他方の導線） Ｌ11 導線（第３の熱電対の一方の導線） Ｌ12 導線（第３の熱電対の他方の導線） Ｌ13，Ｌ14 導線（電気伝導度測定手段） Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 測定端子（電気伝導度測定手
段） ＴＣ1 ，ＴＣ2 ，ＴＣ3 熱電対（温度変化量測定手
段、熱伝導率測定手段、温度測定手段） １０ 気密容器 ２０ 第１の熱源 ２１，２６ 発熱体 ２５ 第２の熱源 ２７ 冷媒 ５０，５３ 絶縁部材 ５１，５４ 電極部材 ５２，５５ 箔部材 ６０ 案内部材 ７０ 外部電源（電気伝導度測定手段） ８０ 平網銅線（可撓性を有し、且つ熱伝導性の良い部
材） ８５ 筒体 １００ 熱電特性測定装置 ２００ 試料

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を挟む一対の電極部材を有し、少なく
   とも、 前記試料の両端間に温度差を設け、前記一対の電極部材
   を介して前記試料の両端間に発生する起電力を測定可能
   な起電力測定手段と、 前記一対の電極部材を介して前記試料の両端間に電位差
   を付与し、試料面に発生するペルチェ熱を該試料面の温
   度変化量として測定可能な温度変化量測定手段と、 前記一対の電極部材を介して前記試料の電気伝導度を測
   定可能な電気伝導度測定手段とを有する熱電特性測定装
   置であって、 発熱体による加熱、または発熱体による加熱及び冷媒に
   よる冷却の組合わせにより、前記試料の一端を、少なく
   とも室温〜略７００℃を含む温度範囲内の任意の温度に
   加熱、または加熱・冷却可能で、且つ取り外し可能な第
   １の熱源と、 発熱体による加熱及び冷媒による冷却の組合わせによ
   り、前記試料の他端を、少なくとも略液体窒素温度〜略
   ７００℃を含む温度範囲内の任意の温度に加熱・冷却可
   能な第２の熱源と、 前記第１の熱源の作動を制御する第１の温度コントロー
   ラと、 前記第２の熱源の作動を制御する第２の温度コントロー
   ラとを備え、 前記起電力測定手段は、前記一対の電極部材にそれぞれ
   電気的に接続されて前記試料の両端間に発生する電位差
   を取り出し可能な一対の電極線を有し、 前記温度変化量測定手段は、前記一対の電極部材を介し
   て前記試料の両端の温度をそれぞれ測定可能な温度測定
   手段、及び前記一対の電極部材を介して前記試料の両端
   間に電位差を付与可能な電位差付与手段を有し、 前記電気伝導度測定手段は、前記試料に電流を流した時
   に同試料の任意の二点間に発生する電位差を取り出し可
   能な一対の電極線を有することを特徴とする熱電特性測
   定装置。
2. 【請求項２】前記試料の一端を加熱または冷却し、任意
   の時間の経過後における前記試料の他端の温度変化量を
   測定することにより前記試料の熱伝導率を測定可能な熱
   伝導率測定手段を有し、 該熱伝導率測定手段は、前記一対の電極部材を介して前
   記試料の両端の温度をそれぞれ測定可能な温度測定手段
   を有することを特徴とする請求項１記載の熱電特性測定
   装置。
3. 【請求項３】前記一対の電極部材は、真空状態に保持可
   能またはガス置換可能な単一の気密容器内に設けられて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の熱電特性
   測定装置。
4. 【請求項４】前記第１の熱源及び前記第２の熱源は、前
   記一対の電極部材を上下から挟むように配設されてお
   り、それら両熱源のうち上側の熱源は、案内部材でもっ
   て自重により下降可能に案内されていることを特徴とす
   る請求項１、２または３記載の熱電特性測定装置。
5. 【請求項５】前記一対の電極部材のうちの一方の電極部
   材と前記第１の熱源との間、及び他方の電極部材と前記
   第２の熱源との間には、それぞれ、熱伝導性が良く、且
   つ電気的に絶縁な絶縁部材が介装されているとともに、 前記一対の電極部材と前記試料の両端面との間には、そ
   れぞれ、導電性及び熱伝導性が良く、且つ前記試料の各
   端面に密着可能な箔部材が介装されることを特徴とする
   請求項１、２、３または４記載の熱電特性測定装置。
6. 【請求項６】前記第１の熱源と前記第２の熱源とは、可
   撓性を有し、且つ熱伝導性の良い部材で相互に連結され
   ていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５
   記載の熱電特性測定装置。
7. 【請求項７】前記第１の熱源と前記第２の熱源とは、そ
   れら両熱源に外嵌される熱伝導性の良い筒体により相互
   に連結されていて、それら両熱源のうち上側の熱源は、
   前記筒体に対して摺動可能になっていることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４または５記載の熱電特性測定装
   置。
8. 【請求項８】前記温度測定手段は、前記一対の電極部材
   のうちの一方の電極部材に各接点が取り付けられた第１
   の熱電対及び第３の熱電対と、他方の電極部材に接点が
   取り付けられた第２の熱電対とからなり、 前記第１の熱電対の接点から延在する一対の導線は、前
   記第１の温度コントローラに接続されており、 また、前記第２の熱電対の接点から延在する一対の導線
   のうちの一方の導線は、前記第２の温度コントローラに
   接続されているとともに、同第２の熱電対の他方の導線
   は、前記第２の温度コントローラに接続される状態と、
   前記第３の熱電対の接点から延在する一対の導線のうち
   の一方の導線に電気的に接続される状態とに切替え可能
   になっており、 さらに、前記第３の熱電対の他方の導線は、前記第２の
   熱電対の他方の導線が前記第２の温度コントローラに接
   続される時に、開放される状態と、前記第２の熱電対の
   他方の導線が前記第３の熱電対の一方の導線に電気的に
   接続される時に、前記第２の温度コントローラに接続さ
   れる状態とに切替え可能になっていることを特徴とする
   請求項１、２、３、４、５、６または７記載の熱電特性
   測定装置。