JPS6358242A - 熱拡散率測定方法およびその装置 - Google Patents
熱拡散率測定方法およびその装置Info
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- JPS6358242A JPS6358242A JP20313486A JP20313486A JPS6358242A JP S6358242 A JPS6358242 A JP S6358242A JP 20313486 A JP20313486 A JP 20313486A JP 20313486 A JP20313486 A JP 20313486A JP S6358242 A JPS6358242 A JP S6358242A
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- Japan
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- sample
- thermal diffusivity
- energy beam
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- 238000000034 method Methods 0.000 title description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、無限平板の熱拡散率測定方法およびその装置
に関する。
に関する。
（従来の技術）
従来より、厚み一定の平板試料の熱拡散率を測定する方
法として、レーザーフラッシュ法が知られている。
法として、レーザーフラッシュ法が知られている。
この方法では、厚み一定の平板試料に−様なレーザー光
を瞬時照射して、試料背面の温度上昇曲線を測定するこ
とにより試料の熱拡散率が求められる。
を瞬時照射して、試料背面の温度上昇曲線を測定するこ
とにより試料の熱拡散率が求められる。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、このような従来のレーザーフラッシュ法
では、ｉさ素形状が変化したり、熱拡散率が大きい試料
の場合には、測定値のバラツキが大きくなるという問題
があった。
では、ｉさ素形状が変化したり、熱拡散率が大きい試料
の場合には、測定値のバラツキが大きくなるという問題
があった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、レーザーフラッシュ法による熱拡散率の測定に際し
て、厚さや形状が変化しても、また熱拡散率が大きい試
料でもバラツキなく熱拡散率を測定する方法およびその
装置を提供することを目的とする。
で、レーザーフラッシュ法による熱拡散率の測定に際し
て、厚さや形状が変化しても、また熱拡散率が大きい試
料でもバラツキなく熱拡散率を測定する方法およびその
装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段と作用）本発明の熱拡散
率測定方法は、高エネルギー線を光学系、例えば集光レ
ンズを用いて小径に絞り試料に瞬時照射して、試料の背
面の高エネルギー線の中心より所定の距離離れた位置の
温度上昇曲線を測定することを特徴としている。
率測定方法は、高エネルギー線を光学系、例えば集光レ
ンズを用いて小径に絞り試料に瞬時照射して、試料の背
面の高エネルギー線の中心より所定の距離離れた位置の
温度上昇曲線を測定することを特徴としている。
また本発明の熱拡散率測定装置は、高エネルギー線照射
装置と、試料を高エネルギー線照ｆＡ装置の照射軸と直
交させて保持する試料保持装置と、高エネルギー線照射
装置と試料保持装置間の高エネルギー線通路上に配置さ
れた集光レンズと、試料保持装置の背面に向けて配置さ
れた非接触感熱センサーと、高エネルギー線照ｆＡ装置
または非接触感熱センサーを高エネルギー線通路と直交
する面内で移動させる移動装置とを有することを特徴と
している。
装置と、試料を高エネルギー線照ｆＡ装置の照射軸と直
交させて保持する試料保持装置と、高エネルギー線照射
装置と試料保持装置間の高エネルギー線通路上に配置さ
れた集光レンズと、試料保持装置の背面に向けて配置さ
れた非接触感熱センサーと、高エネルギー線照ｆＡ装置
または非接触感熱センサーを高エネルギー線通路と直交
する面内で移動させる移動装置とを有することを特徴と
している。
本発明における熱拡散率測定方法の原理は、第１図に示
すように、厚ざぶのかなり大きい平板試料１の一部に、
−様なエネルギーを持ったフラッシュ光３を集光レンズ
２を用いて半径ｒｏに絞り瞬時照射してこの試料１を加
熱した場合、フラッシュ光３の中心から距離ｒだけ離れ
たフラッシュ光照射と反対側の試料面上の温度上昇曲線
θは、試料から外部への熱損失と試料外形の影響を無視
して、２次元熱拡散方程式を解けば、 で表わされる。
すように、厚ざぶのかなり大きい平板試料１の一部に、
−様なエネルギーを持ったフラッシュ光３を集光レンズ
２を用いて半径ｒｏに絞り瞬時照射してこの試料１を加
熱した場合、フラッシュ光３の中心から距離ｒだけ離れ
たフラッシュ光照射と反対側の試料面上の温度上昇曲線
θは、試料から外部への熱損失と試料外形の影響を無視
して、２次元熱拡散方程式を解けば、 で表わされる。
ここでＱは単位面積当りのエネルギー、ρは密度、ＣＰ
は熱容量、ぶは厚み、αは熱拡散率、ｔはフラッシュ光
が照射されてからの経過時間を表す。
は熱容量、ぶは厚み、αは熱拡散率、ｔはフラッシュ光
が照射されてからの経過時間を表す。
ここで（Ｉ＞式において、Ｇ＝１とおけば従来のレーザ
ーフラッシュ法と同一の式になる。関数Ｇは、フラッシ
ュ光の中心より放射方向の熱拡散に対応しており、関数
Ｇ内のαはこの１５！ｌ射方向の熱拡散率を表す。試料
の厚みが薄い場合にはごく短時間に（Ｉ＞式の（）内は
１となり、（Ｉ＞式は となる。ｒ／ ｒ ｏ ＝ １．５．２．２．５のとき
４αｉ／ｒｏ２に対するＧの関係を第３図に示す。
ーフラッシュ法と同一の式になる。関数Ｇは、フラッシ
ュ光の中心より放射方向の熱拡散に対応しており、関数
Ｇ内のαはこの１５！ｌ射方向の熱拡散率を表す。試料
の厚みが薄い場合にはごく短時間に（Ｉ＞式の（）内は
１となり、（Ｉ＞式は となる。ｒ／ ｒ ｏ ＝ １．５．２．２．５のとき
４αｉ／ｒｏ２に対するＧの関係を第３図に示す。
ここでｒ、 ｒｏ等が正確に求められれば、実測した
温度上昇曲線θと（ＩＩＩ＞式より熱拡散率αが求めら
れる。
温度上昇曲線θと（ＩＩＩ＞式より熱拡散率αが求めら
れる。
また本発明の熱拡散率測定装置においては、高エネルギ
ー線照射装置または非接触感熱センサーを高エネルギー
線通路と直交する面内で移動さぜる移動装置を備えてい
るため、厚さや形状か変化しても、また熱拡散率が大き
い試料でもバラツキのない熱拡散率の測定値が得られる
。ざらに高エネルギー線を、集光レンズを用いて所定の
径に絞りこんでいるので、出力を落すことなく試料に照
射でき、熱拡散率の低い試料でも問題なく測定すること
ができる。
ー線照射装置または非接触感熱センサーを高エネルギー
線通路と直交する面内で移動さぜる移動装置を備えてい
るため、厚さや形状か変化しても、また熱拡散率が大き
い試料でもバラツキのない熱拡散率の測定値が得られる
。ざらに高エネルギー線を、集光レンズを用いて所定の
径に絞りこんでいるので、出力を落すことなく試料に照
射でき、熱拡散率の低い試料でも問題なく測定すること
ができる。
（実施例）
次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。
第２図に示すように、この実施例の熱拡散率測定装置は
、レーザー照射装置８と、そのレーザー照射装置に順に
配置された、集光レンズ７と、平板状試料５を照射軸と
直交させて保持する試料保持装置６と、照射軸に直交す
る方向に移動可能な非接触感熱センサー９と、非接触感
熱センナ−９をレーザー光の光軸と直交する面内で移動
させる図示を省略した移動装置とから構成されている。
、レーザー照射装置８と、そのレーザー照射装置に順に
配置された、集光レンズ７と、平板状試料５を照射軸と
直交させて保持する試料保持装置６と、照射軸に直交す
る方向に移動可能な非接触感熱センサー９と、非接触感
熱センナ−９をレーザー光の光軸と直交する面内で移動
させる図示を省略した移動装置とから構成されている。
なお、移動装置は非接触感熱センサー９を移動させずに
、し、−グー光の光軸を平行移動させるようにＩＲ成し
てもよい。
、し、−グー光の光軸を平行移動させるようにＩＲ成し
てもよい。
この熱拡散率測定装置を用いて平板状試料の熱拡散率を
測定する場合には、試料５に照射されるレーザー光の径
が所定の径となるように集光レンズ７を設置し、また試
料５上のレーザー光の照射位置と非接触感熱センサー９
の測定位置とを所定の距離だけ離しておき、レーザー照
射装置８から瞬時試料５ヘレーザー光を照射する。そし
てこの照射箇所から所定の距離だけ離れた位置の試料５
の背面の表面湿度の熱履歴曲線を非接触感熱センサー９
により測定して前述した方法により熱拡散率を求めれば
よい。
測定する場合には、試料５に照射されるレーザー光の径
が所定の径となるように集光レンズ７を設置し、また試
料５上のレーザー光の照射位置と非接触感熱センサー９
の測定位置とを所定の距離だけ離しておき、レーザー照
射装置８から瞬時試料５ヘレーザー光を照射する。そし
てこの照射箇所から所定の距離だけ離れた位置の試料５
の背面の表面湿度の熱履歴曲線を非接触感熱センサー９
により測定して前述した方法により熱拡散率を求めれば
よい。
次にこの実施例の熱拡散率測定装置を用いて熱拡散率を
測定した例について説明する。
測定した例について説明する。
試料として厚さ０．５ｍ７１１の５ｔＪＳ３０４を用い
て、集光レンズ７により試料５上の照射径か３，５開と
なるように設定し、レーザー光の中心から５ｍｍ１れた
位置にあける温度履歴曲線を測定した。その結果を第４
図に示す。この試料を標準試料（熱拡散率０．０３４ｃ
イ／′Ｓ）としてＳ ｉウェハーの熱拡散率を測定した
結果は０．７９ｃイ／Ｓとなった。
て、集光レンズ７により試料５上の照射径か３，５開と
なるように設定し、レーザー光の中心から５ｍｍ１れた
位置にあける温度履歴曲線を測定した。その結果を第４
図に示す。この試料を標準試料（熱拡散率０．０３４ｃ
イ／′Ｓ）としてＳ ｉウェハーの熱拡散率を測定した
結果は０．７９ｃイ／Ｓとなった。
また、試験片の厚さを０．５〜１ｍ’ｉｉｌの範囲で代
えて測定を行なったか、試第３１の厚さによる差は認ら
゛れなかった。
えて測定を行なったか、試第３１の厚さによる差は認ら
゛れなかった。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の熱拡散率測定方法および
その装置によれば、試料の厚さ、形状が変化したり、熱
拡散率が小さいものや大きいものでもバラツキのない熱
拡散率の測定値が得られる。
その装置によれば、試料の厚さ、形状が変化したり、熱
拡散率が小さいものや大きいものでもバラツキのない熱
拡散率の測定値が得られる。
したがって試料の圧延または絞りの具合をチェックした
り、試料内の亀裂の有無、熱処理条件の設定などに有用
な知見を得ることが可能であり、品質管理、工程管理等
に活用することができる。
り、試料内の亀裂の有無、熱処理条件の設定などに有用
な知見を得ることが可能であり、品質管理、工程管理等
に活用することができる。
第１図は本発明の熱拡散率測定方法の原理図、第２図は
本発明の一実施例を概略的に示す斜視図、第３図はレー
ザー照射位置と測定位置との距離を変えたときの２次元
熱拡散方程式の関数間の関係の変化を示すグラフ、第４
図は本発明の実施例の装置を使用して測定した試料の温
度履歴曲線を示すグラフである。 １．５・・・・・・平板状試料 ２．７・・・・・・集光レンズ ３・・・・・・・・・・・・フラッシュ光４・・・・・
・・・・・・・温度センナ−６・・・・・・・・・・・
・試料保持装置８・・・・・・・・・・・・レーザー照
射装置９・・・・・・・・・・・・非接触感熱セン°り
一出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 第１ 図 第２図
本発明の一実施例を概略的に示す斜視図、第３図はレー
ザー照射位置と測定位置との距離を変えたときの２次元
熱拡散方程式の関数間の関係の変化を示すグラフ、第４
図は本発明の実施例の装置を使用して測定した試料の温
度履歴曲線を示すグラフである。 １．５・・・・・・平板状試料 ２．７・・・・・・集光レンズ ３・・・・・・・・・・・・フラッシュ光４・・・・・
・・・・・・・温度センナ−６・・・・・・・・・・・
・試料保持装置８・・・・・・・・・・・・レーザー照
射装置９・・・・・・・・・・・・非接触感熱セン°り
一出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 第１ 図 第２図
Claims (2)
- （１）高エネルギー線を光学系を用いて小径に絞り試料
に瞬時照射して、前記試料の背面の前記高エネルギー線
の中心より所定の距離離れた位置の温度上昇曲線を測定
することを特徴とする熱拡散率測定方法。 - （２）高エネルギー線照射装置と、試料を前記高エネル
ギー線照射装置の照射軸と直交させて保持する試料保持
装置と、前記高エネルギー線照射装置と前記試料保持装
置間の高エネルギー線通路に配置された集光レンズと、
前記試料保持装置の背面に向けて配置された非接触感熱
センサーと、前記高エネルギー線照射装置または非接触
感熱センサーを前記高エネルギー線通路と直交する面内
で移動させる移動装置とを有することを特徴とする熱拡
散率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20313486A JPS6358242A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 熱拡散率測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20313486A JPS6358242A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 熱拡散率測定方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358242A true JPS6358242A (ja) | 1988-03-14 |
Family
ID=16468977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20313486A Pending JPS6358242A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 熱拡散率測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6358242A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5622430A (en) * | 1993-11-05 | 1997-04-22 | Degussa Aktiengesellschaft | Method of testing the heat insulation action of bodies especially of heat insulation bodies |
| US5713665A (en) * | 1995-05-12 | 1998-02-03 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Method and apparatus for thermal diffusivity measurement |
| JP2011145138A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 熱物性測定装置および熱伝導イメージング装置 |
| US8057975B2 (en) | 2006-08-31 | 2011-11-15 | Kyocera Corporation | Electrophotographic photoreceptor and image forming apparatus having same |
| JP2014032193A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-20 | Netzsch-Geraetebau Gmbh | 試料を光熱分析するための分析装置及び分析方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54115182A (en) * | 1978-02-28 | 1979-09-07 | Satoru Fujii | Device for remotely measuring quantity of convective heat transfer |
| JPS60155950A (ja) * | 1984-01-19 | 1985-08-16 | Ichiro Hatta | 交流カロリメトリによる熱拡散率測定方法及び装置 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP20313486A patent/JPS6358242A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54115182A (en) * | 1978-02-28 | 1979-09-07 | Satoru Fujii | Device for remotely measuring quantity of convective heat transfer |
| JPS60155950A (ja) * | 1984-01-19 | 1985-08-16 | Ichiro Hatta | 交流カロリメトリによる熱拡散率測定方法及び装置 |
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| JP2014032193A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-20 | Netzsch-Geraetebau Gmbh | 試料を光熱分析するための分析装置及び分析方法 |
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