(57)【要約】【課題】  測定精度の向上及び測定時間の短縮が図られる熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定システムを提供すること。【解決手段】  熱伝導率測定装置３は、測定対象物１７の上側領域及び下側領域の熱流束を第１の出力及び第２の出力として検出する熱流束センサ１４及び熱流束検出センサ１５と、熱流束検出センサ１４若しくは熱流束検出センサ１５の一方に設けられた発熱素子１１及び他方に設けられた吸熱素子１２と、第１の出力と第２の出力が同じになるように熱流束検出センサ１４及び熱流束検出センサ１５の少なくとも一方の出力を一定化制御する演算増幅器１９とを有する。一定化制御された熱流束検出センサ及び熱流束検出センサ１５の出力、測定対象物１７の温度勾配、物理的大きさに基づいて測定対象物１７の熱伝導率が測定される。【選択図】  図1
2020193934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を、それぞれの一端で挟持するように対向配置された第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段であって、それぞれ前記測定対象物の上側領域及び下側領域の熱流束を第１の出力及び第２の出力として検出する第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段と、
前記第１の熱流束検出手段若しくは前記第２の熱流束検出手段のいずれか一方に設けられた発熱素子及び他方に設けられた吸熱素子と、
前記第１の出力と前記第２の出力が同じになるように前記第１の熱流束検出手段及び前記第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力を一定化制御する熱流束制御手段とを有し、
前記第１の熱流束検出手段及び前記第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力、並びに、前記測定対象物の温度勾配に基づいて前記測定対象物の熱伝導率を測定する、
ことを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項２】
前記熱流束制御手段は、前記第１の出力を入力する第１の入力部と前記第２の出力を入力する第２の入力部と、第１の出力と前記第２の出力の差分に応じた出力を差分出力信号として前記発熱素子または前記吸熱素子に出力する出力部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物の上側領域及び下側領域にそれぞれ設けられ、それぞれ前記上側領域及び前記下側領域の温度を第１の温度及び第２の温度として検出する第１の温度検出センサ及び第２の温度検出センサを有し、
検出された第１の温度及び第２の温度に基づいて前記測定対象物の上側領域及び下側領域の温度差が測定され、前記第１の出力と前記第２の出力の少なくとも一方の出力と前記測定された温度差とに基づいて前記測定対象物の熱伝導率が測定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項４】
測定対象物を、それぞれの一端で挟持するように対向配置された第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段であって、それぞれ前記測定対象物の上側領域及び下側領域の熱流束を第１の出力及び第２の出力として検出する第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段と、
前記第１の熱流束検出手段若しくは前記第２の熱流束検出手段のいずれか一方に設けられた発熱素子及び他方に設けられた吸熱素子と、
前記測定対象物の厚み方向中央部近傍の中央部近傍温度を検出する対象中央部温度検出器と、
前記中央部近傍温度が外気温と同じになるように前記発熱素子を制御する熱流束制御手段とを有し、
前記第１の熱流束検出手段及び前記第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力、並びに、前記測定対象物の温度勾配に基づいて前記測定対象物の熱伝導率を測定する、
ことを特徴とする熱伝導率測定装置。
【請求項５】
前記熱流束制御手段は、前記中央部近傍温度を入力する第１の入力部と前記外気温を入力する第２の入力部と、前記中央部近傍温度と前記外気温の差分に応じた制御信号を前記発熱素子に出力する出力部を有する、
ことを特徴とする請求項４に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項６】
前記測定対象物の上側領域及び下側領域にそれぞれ設けられ、それぞれ前記上側領域及び前記下側領域の温度を第１の温度及び第２の温度として検出する第１の温度検出センサ及び第２の温度検出センサを有し、
検出された第１の温度及び第２の温度に基づいて前記測定対象物の上側領域及び下側領域の温度差が測定され、前記第１の出力と前記第２の出力の少なくとも一方の出力と前記測定された温度差とに基づいて前記測定対象物の熱伝導率が測定される、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の熱伝導率測定装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱伝導率測定装置と、
前記第１の熱流束検出手段で検出された第１の熱流速、前記第２の熱流束検出手段で検出された第２の熱流速、前記第１の温度及び前記第２の温度を入力する入力部と、入力された前記第１の熱流速と前記第２の熱流速の差分があるか否か判定し、差分がないと判定した場合に定常認識信号及び前記測定対象物の定常状態における定常状態時熱伝導率を出力する演算部とを含む処理部と、
前記定常状態時熱伝導率を表示部に表示させ、前記定常認識信号を受けた場合に前記発熱素子に第１の熱流速と前記第２の熱流速の差分がないと判定された場合に前記発熱素子の発熱を停止させる制御部とを有する、
ことを特徴とする熱伝導率測定システム。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の熱伝導率測定装置と、
前記第１の熱流束検出手段で検出された第１の熱流速、前記第２の熱流束検出手段で検出された第２の熱流速、前記第１の温度及び前記第２の温度、前記中央部近傍温度と外気温の差分を入力する入力部と、前記中央部近傍温度と外気温の差分があるか否か判定し、差分がないと判定した場合に定常認識信号及び前記測定対象物の定常状態における定常状態時熱伝導率を出力する演算部とを含む処理部と、
前記定常状態時熱伝導率を表示部に表示させ、前記定常認識信号を受けた場合に前記発熱素子に第１の熱流速と前記第２の熱流速の差分がないと判定された場合に前記発熱素子の発熱を停止させる制御部とを有する、
ことを特徴とする熱伝導率測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の熱伝導に関する物性値である熱伝導率を測定する装置として、下記特許文献１に開示されている熱伝導率測定装置が知られている。この特許文献１に開示された測定装置では、測定対象物を一対の部材（挟持部材）で挟んで層状の構造体とし、この層状構造体を上部ロッドと下部ロッドとの間に挟み込む構成となっている。上部ロッドは、熱源に接続されるとともに、長手方向の複数個所で温度を測定することができるように構成されている。また下部ロッドは、冷却装置に接続されるとともに、長手方向の複数個所で温度を測定することができるように構成されている。
【０００３】
具体的には、図７に示すように熱伝導測定装置１００は、主として、測定装置本体
１１２と測定制御装置１１４と記録装置（図示せず）とを備えている。
【０００４】
測定装置本体１１２は、加熱源である加熱ブロック１２１と、上部継ぎ手ブロック１２２と、加熱側部材である上部ロッド１２３と、冷却側部材である下部ロッド１２５と、下部継ぎ手ブロック１２６と、冷却源である冷却ブロック１２７と、加圧力調整部１３０とを含んで構成されている。測定装置本体１１２の測定部は、冷却ブロック１２７、下部継ぎ手ブロック１２６、下部ロッド１２５、カートリッジ１２４、上部ロッド１２３、上部継ぎ手ブロック１２２及び加熱ブロック１２１が、下から順に配設された構成となっている。
【０００５】
上部ロッド１２３は、加熱ブロック１２１と熱的に結合され、また下部ロッド１２５は冷却ブロック１２７と熱的に結合されている。加熱ブロック１２１及び冷却ブロック１２７は、加熱ブロック１２１から冷却ブロック１２７に向かって一方向に伝わる熱を発生させるためのものであり、それぞれペルチェ素子（図示省略）を備えている。加熱ブロック１２１は、ペルチェ素子の発熱部の発熱によって発熱し、冷却ブロック１２７は、ペルチェ素子の吸熱部の吸熱により冷却される。
【０００６】
図７に示すように、各試料ブロック１２４ａ，１２４ｂには、例えば熱電対等の温度センサ（図示せず）が温度測定端としての検知部としてそれぞれ取り付けられ、上部ロッド１２３、下部ロッド１２５には、例えば熱電対等の温度センサ１４５，１４６が温度測定端としての検知部としてそれぞれ取り付けられている。
【０００７】
測定制御装置１１４は、試料温度、試料温度幅、試料温度上限値等の設定を行うための条件設定部１５１と、加熱ブロック１２１の加熱量及び冷却ブロック１２７の冷却量を制御する温度制御部１５２と、荷重表示部１５３とを有する。
【０００８】
温度制御部１５２は、条件設定部１５１において設定された条件に応じて加熱ブロック１２１の加熱量及び冷却ブロック１２７の吸熱量を制御する。すなわち、温度制御部１５２には、温度センサ１４４〜１４７から出力された信号が入力される。温度制御部１５２は、この受信した信号に基づいて、試料Ｗの温度が条件設定部１５１によって設定された試料温度になるように、加熱ブロック１２１のペルチェ素子及び冷却ブロック１２７のペルチェ素子を制御する。
【０００９】
記録装置には、入力部（図示せず）と演算部（図示せず）と記録部（図示せず）と表示部（図示せず）とが含まれている。
【００１０】
演算部には、上部ロッド１２３に取り付けられた温度センサ１４４からの信号と、上側試料ブロック１２４ａに取り付けられた温度センサ１４５からの信号と、下側試料ブロック１２４ｂに取り付けられた温度センサ１４６からの信号と、下部ロッド１２５に取り付けられた温度センサ１４７からの信号とが入力される。
【００１１】
演算部は、試料ブロック１２４ａ，１２４ｂ間の温度差を計算する。すなわち、演算部は、上側試料ブロック１２４ａと下側試料ブロック１２４ｂとの平均温度差をブロック１２４ａ，１２４ｂ間の温度差として算出する。具体的には、演算部１６６は、試料ブロック１２４ａ，１２４ｂ毎に複数個所の温度データを平均して、その平均値同士の差を試料ブロック１２４ａ，１２４ｂ間の温度差として算出する。
【００１２】
また、演算部は、上部ロッド１２３における温度測定位置に関するデータと温度センサ１４４の検出値とに基づいて、上部ロッド１２３での温度勾配を算出し、下部ロッド１２５における温度測定位置に関するデータと温度センサ１４７の検出値とに基づいて、下部ロッド１２５での温度勾配を算出する。
【００１３】
また、演算部では、入力されたカートリッジ１２４の全体厚みに関するデータを用いて、予め記憶されている試料ブロック１２４ａ，１２４ｂの温度測定位置と試料Ｗとの間の距離が導出されるとともに試料Ｗの厚みが導出され、温度センサ１４５及び温度センサ１４６の検出値に基づいて、試料Ｗの上下面の温度が算出され、この算出された温度データと試料Ｗの厚みとに基づいて、試料Ｗでの温度勾配が算出される。そして、上記測定結果に基づいて、試料Ｗの熱伝導率が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１０３７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記した熱伝導率測定装置では、測定対象物の一端側である発熱側と他端側である吸熱側のそれぞれの熱流束（熱量）を発熱側と吸熱側のそれぞれの温度勾配に基づいて算出し、算出された熱流速に基づいて熱伝導率を算出している。ここで熱流束の測定精度は温度センサによる検出精度に依存されるが、温度センサ自体の測定精度は一般に高くないため熱流速の計算結果に及ぼす影響が大きく測定精度も悪くなってしまう。また、温度センサによる検出は温度が一定になるまで（定常状態になるまで）ある程度時間がかかってしまうため処理時間が長くなってしまうという問題もあった。
【００１６】
したがって、本発明の課題は、測定精度の向上及び測定時間の短縮が図られる熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱伝導率測定装置の一側面は、測定対象物を、それぞれの一端で挟持するように対向配置された第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段であって、それぞれ測定対象物の上側領域及び下側領域の熱流束を第１の出力及び第２の出力として検出する第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段と、第１の熱流束検出手段若しくは第２の熱流束検出手段のいずれか一方に設けられた発熱素子及び他方に設けられた吸熱素子と、第１の出力と第２の出力が同じになるように第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力を一定化制御する熱流束制御手段とを有し、第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力、並びに、測定対象物の温度勾配に基づいて測定対象物の熱伝導率を測定することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る熱伝導率測定装置の他の側面は、熱流束制御手段は、第１の出力を入力する第１の入力部と第２の出力を入力する第２の入力部と、第１の出力と第２の出力の差分に応じた出力を差分出力信号として前記発熱素子または前記吸熱素子に出力する出力部を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る熱伝導率測定装置の他の側面は、測定対象物の上側領域及び下側領域にそれぞれ設けられ、それぞれ上側領域及び下側領域の温度を第１の温度及び第２の温度として検出する第１の温度検出センサ及び第２の温度検出センサを有し、検出された第１の温度及び第２の温度に基づいて測定対象物の上側領域及び下側領域の温度差が測定され、第１の出力と第２の出力の少なくとも一方の出力と測定された温度差とに基づいて測定対象物の熱伝導率が測定されることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る熱伝導率測定装置のさらに他の側面は、測定対象物を、それぞれの一端で挟持するように対向配置された第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段であって、それぞれ測定対象物の上側領域及び下側領域の熱流束を第１の出力及び第２の出力として検出する第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段と、第１の熱流束検出手段若しくは第２の熱流束検出手段のいずれか一方に設けられた発熱素子及び他方に設けられた吸熱素子と、測定対象物の厚み方向中央部近傍の中央部近傍温度を検出する対象中央部温度検出器と、中央部近傍温度が外気温と同じになるように発熱素子を制御する熱流束制御手段とを有し、第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段の少なくとも一方の出力、並びに、測定対象物の温度勾配に基づいて測定対象物の熱伝導率を測定することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る熱伝導率測定システムの一側面は、上記した構成の熱伝導率測定装置と、第１の熱流束検出手段で検出された第１の熱流速、第２の熱流束検出手段で検出された第２の熱流速、第１の温度及び第２の温度を入力する入力部と、入力された第１の熱流速と第２の熱流速の差分があるか否か判定し、差分がないと判定した場合に定常認識信号及び測定対象物の定常状態における定常状態時熱伝導率を出力する演算部とを含む処理部と、定常状態時熱伝導率を表示部に表示させ、定常認識信号を受けた場合に発熱素子に第１の熱流速と第２の熱流速の差分がないと判定された場合に発熱素子の発熱を停止させる制御部とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る熱伝導率測定システムの他の側面は、上記した構成の熱伝導率測定装置と、第１の熱流束検出手段で検出された第１の熱流速、第２の熱流束検出手段で検出された第２の熱流速、第１の温度及び第２の温度、中央部近傍温度と外気温の差分を入力する入力部と、中央部近傍温度と外気温の差分があるか否か判定し、差分がないと判定した場合に定常認識信号及び測定対象物の定常状態における定常状態時熱伝導率を出力する演算部とを含む処理部と、定常状態時熱伝導率を表示部に表示させ、定常認識信号を受けた場合に発熱素子に第１の熱流速と第２の熱流速の差分がないと判定された場合に発熱素子の発熱を停止させる制御部とを有することを特徴とする、
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定システムによれば、測定精度の向上及び測定時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱伝導率測定システムの構成を示した図である。
【図２】処理部の内部構成を示した図である。
【図３】温度センサが取り付けられた測定対象物の外観を示した図である。
【図４】熱流束センサとしてペルチェ素子を用いた場合における放熱と吸熱の原理を説明するための図である。
【図５】（ａ）は発熱素子及び吸熱素子の動作が制御される場合において定常状態になるまでの発熱素子からの熱流束と吸熱素子へ流れ込む熱流束の遷移状態の一例を示した図であり、（ｂ）は発熱素子及び吸熱素子の動作が制御される場合において定常状態になるまでの発熱素子からの熱流束と吸熱素子へ流れ込む熱流束の遷移状態の他の例を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る熱伝導率測定システムの構成を示した図である。
【図７】従来の熱伝導率測定システムの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
以下に、図１を参照して本発明に係る熱伝導率測定システムの一実施の形態について説明する。なお、熱伝導率測定システムは測定対象物である材料の熱伝導率を測定する。
【００２６】
［熱伝導率測定システムの構成］
熱伝導率測定システム１は、熱伝導率測定装置３、制御部５、処理部７、表示部９を含んで構成される。熱伝導率測定装置３は、定電流源１８、発熱素子１１、吸熱素子１２、測定対象物１７を挟持するように配置された第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５、演算増幅器１９を有して構成されている。
【００２７】
（熱伝導率測定装置）
以下に熱伝導率測定装置３を構成する各部について説明する。第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５は、測定対象物１７の厚み方向に通過する熱流束に応じた起電圧を出力する。具体的な構成については公知であるのでここでは説明を省略する。なお、第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５の測定対象物１７側に温度センサを取り付けたものもあるが本実施の形態は測定対象物１７の上側、下側近傍に温度センサを設けた構成であるので第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５は温度センサ内蔵型の熱流束センサではない。なお、第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５は請求項１の第１の熱流束検出手段及び第２の熱流束検出手段に対応している。
【００２８】
第１の熱流束センサ１４は一方の面（図１では下面）が測定対象物１７の上端面に接触し、他方の面（図１では上面）が発熱素子１１に接触する薄板状のペルチェ素子によって構成されている。第２の熱流束センサ１５は一方の面（図１では上面）が測定対象物１７の下端面に接触し、他方の面（図１では下面）が吸熱素子１２に接触する薄板状のペルチェ素子によって構成されている。第１の熱流束センサ１４は、測定対象物１７の上端側を通過する第１の熱流速ＱＡを測定する。第２の熱流束センサ１５は、測定対象物１７の下端側を通過する第２の熱流速ＱＢを検出する。
【００２９】
検出された上側領域及び下側領域の熱流束ＱＡ,ＱＢのそれぞれは、出力１（第１の出力）及び出力２（第２の出力）としてそれぞれ後述する演算増幅器（オペアンプ）１９の非反転入力端子（図１の＋）および反転入力端子（図１の−）に入力される。
【００３０】
発熱素子１１は第１の熱流束センサ１４の上端面に配設され、吸熱素子１２は熱流束センサ１４の下端面に配設されている。発熱素子１１と吸熱素子１２は、Ｐ型とＮ型の熱電半導体を銅電極にはんだ付けした構造になっているペルチェ素子である（図３参照）。Ｎ型からＰ型へ直流電流を流すと上側の接合面から熱を吸収して下側の接合面へ熱を運び、逆に、Ｐ型からＮ型へ直流電流を流すと熱は下側から上側へ流れるようになる。
【００３１】
図４の例では、発熱素子１１については、素子を構成するＰ型熱電半導体からＮ型熱電半導体に向かうように定電流源１８から直流電流を流すことによって発熱機能が発揮される。一方、吸熱素子の１２については、素子を構成するＮ型熱電半導体からＰ型熱電半導体に向かうように演算増幅器１９の出力から直流電流を流すことによって吸熱機能が発揮される。なお、発熱素子はペルチェ素子に限定されることはなく、例えばヒータ等のように発熱を制御できる機能を有するものであればよい。
【００３２】
図３に示すように、測定対象物１７の側面であって熱流束Ｑの通過する方向における上側領域及び下側領域にはそれぞれ、上側領域及び下側領域の温度を第１の温度ＴＡ及び第２の温度ＴＢとして検出する第１の温度検出センサ２１及び第２の温度検出センサ２２が設けられている。この検出された第１の温度ＴＡ及び第２の温度ＴＢは測定対象物１７の温度勾配の計算に用いられ後述する熱伝導率λの算出に必要となる。
【００３３】
演算増幅器１９は、非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を有し、出力端子からから出力される電流が吸熱素子１２にフィードバックされる構成としているので、例えば、発熱素子１１からの熱流束と吸熱素子１２からの熱流束の差分が演算増幅器１９から出力されるとその差分をなくすように発熱素子１１から流れる熱流束と吸熱素子１２に流れ込む熱流束とが同じ値になるまで吸熱素子１２に直流電流を流し続けて吸熱素子１２の動作を制御する。そして発熱素子１１から流れる熱流束と吸熱素子１２に流れ込む熱流束とが同じ値になると演算増幅器１９から出力は停止され、後述する制御部５からの定電流源１８の動作の制御も停止される。なお、演算増幅器１９は請求項１の熱流束制御手段に対応している。また、発熱素子１１からの熱流束と吸熱素子１２からの熱流束の差分をなくすように発熱素子１１から流れる熱流束と吸熱素子１２に流れ込む熱流束とが同じ値になるまで発熱素子１１に直流電流を流し続けて発熱素子１１の動作を制御するような構成にしてもよい。この場合は出力端子からから出力される電流が発熱素子１１にフィードバックされる構成となる。
【００３４】
（熱伝導率測定システム）
以下に熱伝導率測定システム１を構成する各部について熱伝導率測定装置３を除く構成要素、すなわち制御部５、処理部７、表示部９について説明する。
【００３５】
図２に示すように処理部７は、入力部３１、演算部３２及び記憶部３３を有して構成される。入力部３１には、第１の熱流束センサ１４で検出された第１の熱流速ＱＡ、第２の熱流束センサ１５で検出された第２の熱流速ＱＢ、第１の温度ＴＡ及び第２の温度ＴＢが入力される。演算部３２は、入力された第１の熱流速ＱＡと第２の熱流速ＱＢを比較し、第１の熱流速ＱＡから第２の熱流速ＱＢを減算する処理を行い、その演算結果を記憶部３３に記憶させる。演算部３２は、その演算結果に基づいて第１の熱流速ＱＡと第２の熱流速ＱＢの差分（ＱＡ−ＱＢ）があるか否かを判定し、差分がないと判定した場合、すなわち測定対象物に流れる熱流束Ｑが定常状態（一定）であると認識した場合に定常認識信号を出力するとともに、測定対象物１７の定常状態における定常状態時熱伝導率λを制御部５に出力する。なお、制御部５は、定常状態時熱伝導率λを表示部９に表示させる表示制御機能と、定常認識信号を受けた場合に発熱素子１１の発熱を停止させる機能を有する。
【００３６】
［熱伝導率測定システムの動作］
測定対象物１７の熱伝導率をλ［Ｗ／ｍＫ］、測定対象物１７の断面積をＡ［ｍ２］、測定対象物１７の厚さをＬ［ｍ］、測定対象物１７の上側の温度ＴＡと下側の温度ＴＢの温度差をΔＴ（ＴＡ−ＴＢ）［℃］とした場合、熱流束（熱量）Ｑ[Ｗ／ｍ２]は、以下の数式（１）の関係を満たす。
【００３７】
Ｑ＝（Ａ／Ｌ）・λ・ΔＴ＝（λ・Ａ・ΔＴ）／Ｌ        ・・・・（１）
【００３８】
したがって、熱伝導率λ［Ｗ／ｍＫ］は、以下の数式（２）で求められる。
【００３９】
λ＝（Ｑ・Ｌ）／（Ａ・ΔＴ）                         ・・・・（２）
【００４０】
演算増幅器１９は、出力を吸熱素子１２、第２の熱流束センサ１５を介して非反転入力部にフィードバックさせることにより、反転入力部に入力された第１の出力（第１の熱流速ＱＡ）と非反転入力部に入力された第２の出力（第２の熱流速ＱＢ）を同じにするように動作する。
【００４１】
演算部３２は、入力部３１に入力された第１の熱流速ＱＡと第２の熱流速ＱＢの差分（ＱＡ−ＱＢ）を算出し、差分がないと判定した場合、その時の第１の熱流速ＱＡ若しくは第２の熱流速ＱＢを定常状態にある熱流束Ｑとし、入力部３１に入力された第１の温度ＴＡと第２の温度ＴＢの温度差をΔＴ、測定対象物１７の厚み及び断面積をそれぞれＬ及びＡとして、それらを上記した数式（２）に代入してから得られる定常状態時熱伝導率λを求める。
【００４２】
演算部３２は測定対象物１７に流れる熱流束Ｑが定常状態（一定）であると認識した場合に定常認識信号及び測定対象物１７の定常状態における定常状態時熱伝導率λを出力する算出された定常状態時熱伝導率λを制御部５に出力し、制御部５は定常状態時熱伝導率λを表示部９に表示させる。なお、演算部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行させることにより、所定の機能を発揮するものである。
【００４３】
制御部５は測定対象物１７に流れる熱流束Ｑが定常状態（一定）であると認識した場合に定常状態時熱伝導率λを表示部９に表示させる表示制御の機能の他に、測定対象物１７に流れる熱流束Ｑの定常状態（一定）を示す定常認識信号を演算部３２から入力した場合に測定対象物１７の上端部を通過する第１の熱流速ＱＡと測定対象物１７の下端部を通過する第２の熱流速ＱＢの差分がないとして定電流源１８の動作を停止させる機能を有する。
【００４４】
ここで、発熱素子１１と吸熱素子１２の動作制御について図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）は、吸熱素子１２の動作を制御する場合において定常状態になるまでの発熱素子１１の下端側を通過する熱流束ＱＡ（実線部分）と吸熱素子１２の上端側を通過する熱流束ＱＢ（点線部分）の遷移状態を示した図である。
【００４５】
図５（ａ）を参照すると、制御部５は定電流源１８の出力を制御し発熱素子１１へ電流供給させて発熱素子１１を発熱させ、熱流束ＱＡが一定（図５（ａ）の実線を参照）になるように定電流源１８を制御する。その後、演算増幅器１９から吸熱素子１２へ電流が供給されて熱流束ＱＢが次第に増加していき（図５（ａ）の点線を参照）、発熱素子１１への電流供給開始から所定時間経過後の所定の時点において熱流束ＱＢが熱流束ＱＡと等しくなるまで演算増幅器１９から吸熱素子１２への電流供給がされ続ける。なお、熱流束ＱＢと熱流束ＱＡとが等しくなる状態を定常状態という。すなわち、熱流束ＱＡが熱流束ＱＢとが同じ値になると演算増幅器１９から出力は停止されるので吸熱素子１２の動作制御が終了し、制御部５は定電流源１８の動作を停止するように制御する。
【００４６】
なお、上記した制御方法以外にも、例えば発熱素子１１の下端側を通過する第１の熱流束ＱＡ（第１の出力）と吸熱素子１２の上端側を通過する第２の熱流束ＱＢ（第２の出力）の差分を演算部３２で計算し、後述する制御部５が演算部３２からの計算結果に基づいて熱流束ＱＡと熱流束ＱＢが同じになるように定電流源１８の出力を制御して上記第１の出力を減じるように調整するようにしてもよい。
具体的には、制御部５は、演算部３２で計算された熱流束ＱＡと熱流束ＱＢの差分に対応した所定の値だけ熱流束ＱＡを減じるように発熱素子１１の動作を制御する。一方、吸熱素子１２の動作は演算増幅器１９からのフィードバック制御により熱流束ＱＢが増加されるように制御される。そして熱流束ＱＡと熱流束ＱＢとが同じ値になると演算増幅器１９から出力は停止され、制御部５からの定電流源１８に対する動作制御も停止される。
【００４７】
図５（ｂ）は、上記した制御を行い定常状態に至るまでの、発熱素子１１の下端側を通過する熱流束ＱＡと吸熱素子１２の上端側を通過する熱流束ＱＢの遷移状態を示した図である。図５（ｂ）を参照すると、発熱素子１１への電流供給開始から吸熱素子１２への電流供給により吸熱素子１２の上端側を通過する熱流束ＱＢが次第に増加していき、発熱素子１１への電流供給開始から所定時間経過後の第１の時点（図５（ｂ）の「制御開始」の時点）において発熱素子１１への電流供給を停止させ発熱素子１１の下端側を通過する熱流束ＱＡが次第に減少していき、最終的に増加した熱流束ＱＢが所定時間経過後の第２の時点（図５（ｂ）の「定常状態」の箇所）において減少した熱流束ＱＡと等しくなる。
【００４８】
なお、図示しないが吸熱側の熱流束が一定で発熱側の熱流束が徐々に減少していき最終的に減少した熱流束ＱＡが増加した熱流束ＱＢにある時点で等しくなるという定常状態の態様でもよい。
【００４９】
［効果］
上記した第１の実施の形態に係る熱伝導率測定システムは、熱流束センサ１４，１５で検出される測定対象物１７の上端部と下端部を通過する熱流束ＱＡ，ＱＢを検出し、それらが同じ値をもつまで演算増幅器によってフィードバックバック制御し、測定対象物１７を通過する熱流束であって定常状態における熱流束を抽出し、抽出された定常状態における熱流束と測定対象物１７の温度変化情報に基づいて熱伝導率を測定している。したがって、本実施の形態に係る熱伝導率測定システムによれば、上記した従来技術のように測定対象物を挟持している加熱部と冷却部における温度勾配を検出するための複数の温度センサを用いず、感度に限界がある温度センサの使用を測定対象物１７の温度変化への使用にとどめ、温度センサに比べて感度のよい熱流束センサを用いているので、センサ数の軽減及び測定精度の向上を図ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る熱伝導率測定システムでは、定常状態（系の安定化状態）を制御するのに熱流束の信号を用いているため、上記した従来技術における温度センサによる温度信号を系の安定化制御に用いているのに比べて早く系を安定化させることができる。
【００５１】
＜変形例＞
上記した実施の形態では、第１の熱流束センサ１４及び第２の熱流束センサ１５は、熱流束の検出のみ行う機能を有するものであるが、温度センサ内蔵型の熱流束センサ（図示せず）を用いることもできる。この場合、測定対象物を挟持する一方及び他方の熱流束センサにそれぞれ温度センサを内蔵する。この内蔵された温度センサは測定対象物の上側に位置する一方の熱流束センサにあっては熱流束センサ内部の測定対象物上端に近い側に配置され、測定対象物の下側に位置する他方の熱流束センサにあっては熱流束センサ内部の測定対象物下端に近い側に配置される。そして測定対象物の上側に位置する一方の熱流束センサに内蔵された温度センサは測定対象物１７の上側領域の温度を第１の温度ＴＡとして検出する。測定対象物の下側に位置する他方の熱流束センサに内蔵された温度センサは測定対象物１７の下側領域の温度を第２の温度ＴＢとして検出する。なお、本変形例は測定対象物１７を挟持する一方及び他方の熱流束センサが温度センサ内蔵型である点と第１の実施の形態における第１の温度検出センサ２１及び第２の温度検出センサ２２を設けない点が異なるだけでその他の点は上記した第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
上記した一方及び他方の熱流束センサに内蔵された温度センサのそれぞれの出力は演算部３２に入力される。そして演算部３２は入力された第１の温度ＴＡと第２の温度ＴＢの温度差ΔＴ（ＴＡ−ＴＢ）、測定対象物１７の断面積Ａ、測定対象物１７の厚さＬ、測定対象物１７を通過する熱流束（熱量）Ｑを上記した数式（２）に代入して定常状態時熱伝導率λを求める。
【００５３】
＜変形例の効果＞
この場合、測定対象物１７の側面であって熱流束Ｑの通過する方向における上側領域及び下側領域にそれぞれ設けられ、上側領域及び下側領域の温度を第１の温度ＴＡ及び第２の温度ＴＢとして検出する第１の温度検出センサ２１及び第２の温度検出センサ２２は必要なくなる。すなわち、熱流束センサ内部の測定対象物上端に近い側に配置された温度センサが上記した第１の実施の形態に係る熱伝導率測定システム１を構成する第１の温度検出センサ２１の代わりに機能し、測定対象物の下側に位置する他方の熱流束センサ内部の測定対象物下端に近い側に配置された温度センサが第２の温度検出センサ２２の代わりに機能することとなる。したがって、第１の温度検出センサ２１及び第２の温度検出センサ２２を測定対象物１７に配設する必要がなくなるのでシステム構成がより簡単になるという効果が得られる。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
以下に、図６を参照して本発明に係る熱伝導率測定システムの第２の実施の形態について説明する。以下の説明では上記した第１の実施の形態と異なる点を詳細に説明し、その他の説明は省略する。なお、第２の実施の形態に係る熱伝導率測定システム４０を構成する各構成要素の内同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【００５５】
上記した第１の実施の形態に係る熱伝導率測定システムは、測定対象物１７を挟持する一対の熱流センサから検出された第１及び第２の熱流束ＱＡ，ＱＢの値が同じになるように制御してその定常状態における熱流束を、測定対象物１７を通過する熱流束Ｑとして検出している。一方、本第２の実施の形態に係る熱伝導率測定システムは、測定対象物１７の中央部近傍の温度と外気温を検出し、中央部近傍の温度が外気温と同じになったとき測定対象物１７を通過する熱流束Ｑは定常状態であるとしてその時の熱流センサから検出された第１及び第２の熱流束ＱＡ，ＱＢのいずれか一方を、測定対象物１７を通過する熱流束Ｑとして検出している。
【００５６】
［熱伝導率測定システムの構成及び機能］
熱伝導率測定システム４０は、熱伝導率測定装置４３、制御部４５、処理部４７、表示部４９を含んで構成される。以下に熱伝導率測定装置４３を構成する各部について説明する。
【００５７】
第１の熱流束センサ１４は、測定対象物１７の上端側を通過する第１の熱流速ＱＡを測定する。第２の熱流束センサ１５は、測定対象物１７の下端側を通過する第２の熱流速ＱＢを検出する。検出された上側領域及び下側領域の熱流束ＱＡ,ＱＢのそれぞれは、第１の出力及び第２の出力としてそれぞれ後述する処理部４７に入力される。
【００５８】
演算増幅器５９は、非反転入力端子、反転入力端子、出力端子を有し、出力端子からの出力は処理部４７内の演算部（図示せず）に入力される。非反転入力端子には測定対象物１７の中央部に配置された対象中央部温度検出センサ５１で検出された温度情報が入力され、反転入力端子には外気温の情報が基準値として入力さる。すなわち、演算増幅器１９は、測定対象物１７の中央部の温度が外気温と同じになるように制御する機能を有する。なお、演算増幅器５９は、請求項４の熱流束制御手段に対応し，対象中央部温度検出センサ５１は請求項４の対象中央部温度検出器に対応している。
【００５９】
以下に熱伝導率測定システム４０を構成する各部について熱伝導率測定装置４３を除く構成要素、すなわち制御部４５、処理部４７、表示部４９について説明する。処理部７は、入力部（図示せず）、演算部及び記憶部（図示せず）を有して構成される。入力部には、第１の熱流束センサ１４で検出された第１の熱流速ＱＡ、第２の熱流束センサ１５で検出された第２の熱流速ＱＢ、第１の温度ＴＡ及び第２の温度ＴＢ及び演算増幅器５９の出力（制御信号）が入力される。
【００６０】
演算部は、入力部に入力された演算増幅器５９の出力を監視し、測定対象物１７の中央部近傍の温度が外気温と同じになったとき演算増幅器５９から出力される第１の制御信号（ハイレベル信号又はローレベル信号）を受けると中央部近傍の温度が外気温と同じになったとして測定対象物１７を通過する熱流束Ｑが定常状態であると判定する。そして演算部は、第２の制御信号としての定常認識信号を制御部４５に出力するとともに、測定対象物１７の定常状態における定常状態時熱伝導率λを上記数式（２）にしたがって計算し、その計算結果を制御部４５に出力する。なお、制御部４５は、定常状態時熱伝導率λを表示部４９に表示させる表示制御機能と、定常認識信号を受けた場合に発熱素子１１の発熱を停止させる機能を有する。
【００６１】
［効果］
上記した第２の実施の形態に係る熱伝導率測定システムは、測定対象物１７の中央部近傍の温度と外気温を検出し、中央部近傍の温度が外気温と同じになったとき測定対象物１７を通過する熱流束Ｑは定常状態であるとしてその時の熱流センサから検出された第１及び第２の熱流束ＱＡ，ＱＢのいずれか一方を、測定対象物１７を通過する熱流束Ｑとして検出している。したがって、本実施の形の判断処理が簡単でありその処理時間の短縮化を図り、ひいては熱伝導率測定処理の短縮化を図ることができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，４０  熱伝導率測定システム
３，４３  熱伝導率測定装置
５，４５  制御部
７，４７  処理部
９，４９  表示部
１１  発熱素子
１２  吸熱素子
１４  第１の熱流束センサ（第１の熱流束検出手段）
１５  第２の熱流束センサ（第２の熱流束検出手段）
１７  測定対象物
１８  定電流源
１９，５９  演算増幅器（オペアンプ）
２１  第１の温度検出センサ
２２  第２の温度検出センサ  
３１  入力部
３２  演算部
３３  記憶部
５１  対象中央部温度検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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