(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非定常細線加熱法による高温で溶融した液体状態から固体状態までの温度範囲のガラスの熱伝導率の測定用プローブにおいて、発熱体と温度測定用の熱電対を併せ持っていること、２本以上の温度測定用の熱電対が直列につながれていること、温度測定用の熱電対による測定距離を熱電対の線径の５０倍以下とすること、さらに、測定用プローブの外径を１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることを特徴とするガラスの熱伝導率の測定用プローブ。
【請求項２】
熱電対の線径は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの熱伝導率の測定用プローブ。
【請求項３】
測定用プローブの保護管の内部が酸化マグネシウム粉末で充填されていること、及び保護管が白金ロジウム合金からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスの熱伝導率の測定用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にガラス材料について、高温で溶融した液体状態から固体状態までの温度範囲のガラスの熱伝導率測定用プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱伝導率測定方法に、平板定常法、非定常レーザーフラッシュ法および非定常細線加熱法がある。特に流体の熱伝導率測定に関して、流体の熱対流の影響を除去することが重要であり、非定常細線加熱法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高温で、固体から液体に変化するガラスのような材料の熱伝導率を正確に測定するためには、平板定常法では、固体から液体までを連続して測定できるセルの作製が困難であり、また非定常レーザーフラッシュ法では、常温の固体での測定精度は良いものの、高温の液体状態での信頼できる熱伝導率の測定は困難であるさらに、非定常細線加熱法においては、溶融したガラスのような高温の液体における熱伝導率を測定する場合、信頼性の高い結果を得るたことが困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
非定常細線加熱法による高温で溶融した液体状態から固体状態までの温度範囲のガラスの熱伝導率の測定用プローブにおいて、発熱体と温度測定用の熱電対を併せ持っていること、２本以上の温度測定用の熱電対が直列につながれていること、温度測定用の熱電対の測定距離を熱電対の線径の５０倍以下とすること、さらに、測定用プローブの外径を１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とするガラスの熱伝導率の測定用プローブである。
【０００５】
熱電対の線径は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である上記のガラスの熱伝導率の測定用プローブである。
また、測定用プローブの保護管の内部が酸化マグネシウム粉末で充填されていること、及び保護管が白金ロジウム合金からなる上記のガラスの熱伝導率の測定用プローブである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、測定用プローブ５と測定試料１４を入れる試料容器３の概略側面図を示したものである。図２と図３は、２本の熱電対を使用した本発明の測定用プローブ断面の概略図である。温度の測定感度を上げるために２本以上の熱電対を用いる。測定用プローブ管９の外径ｄｐは１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にする。測定用プローブ管９は、保護管１１の中に、熱電対温度計１０、１０’と加熱線１２が、その間隙は充填材１３で充填されて、設置されている。熱電対温度計１０、１０’は、クロメルーアルメル熱電対、白金ー白金ロジウム熱電対、ナイクルシルーナイシル系熱電対、タングステンーレニウム熱電対あるいはイリジウムーロジウム系熱電対などを、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０４  に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金または白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置したものを用いることが望ましい。
【０００７】
加熱線１２には、前記の熱電対用素線あるいは抵抗金属線を用いる。加熱線１２も熱電対温度計と同様に、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０４  に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金または白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置したものを用いることが望ましい。
【０００８】
充填材１３は熱伝導性に優れ、高温での耐熱性が良い材料であり、酸化マグネシウム粉末が好ましい。
【０００９】
保護管１１は耐熱性があり、測定試料と反応しない材料で、測定精度に影響しない程度の熱伝導率の良い材料を用いる。ガラスの熱伝導率を測定する場合は白金ロジウム合金が好ましい材料の一つである。
【００１０】
熱電対温度計１０，１０’の温度測定位置間の距離ｄｔは、図示していない熱電対の線径ｄｃの５０倍以下にする。
【００１１】
測定試料１４が液体の場合、測定試料１４の外径ｄｓは測定試料を入れる容器３の内径と同じである。測定試料１４が固体であっても、熱伝導率を測定する温度において軟化し、形状を保たないような場合は、試料容器３を用いる。軟化しない場合は、輻射による測定誤差が無いようにするため、測定試料の全面に、耐熱性のある金属酸化物膜、あるいは金または白金などの酸化をしない金属膜を塗布することが望ましい。
【００１２】
測定試料１４が固体の場合、測定試料１４に測定プローブ管９の外径とほぼ同じ大きさの孔をあけ、その孔に測定用プローブ管を挿入する。さらに、測定試料にあけた孔と挿入した測定用プローブ管９の間を、測定試料の粉末で充填して、測定誤差を小さくする。
【００１３】
測定試料１４が高温で液体になる場合は、測定試料１４は測定容器３に入れておき、高温にして、液体となった測定試料１４に測定用プローブ管９を挿入し、温度を下げて、低温の固体の状態で測定を行ったほうがよい。
【００１４】
試料容器３を用いる場合、精度に及ぼす輻射の影響を検討しやすくするため、試料容器に蓋１５をする。蓋１５は図１に示すように、試料容器３の内側に適当なストッパー１６を設け、測定試料１４に接するように置くことが望ましいが、単に試料容器３の上に載せるだけでも良い。
【００１５】
試料容器３および蓋１５は、測定試料と反応しないもので、測定温度に対する耐久性がある材料で作製する。高温の溶融ガラスの場合は、白金で試料容器３を作製することが望ましい。
【００１６】
図１に示す測定用プローブ５と試料容器３を、図５に示すように、電気炉４の中に置く。測定試料１４の温度は、電気炉４により熱伝導率を測定する所定の温度に保持する。測定試料１４の温度は、測定用プローブ５によって測定する。
【００１７】
測定試料１４の温度が熱伝導率を測定する所定の温度になった後、電源１により、加熱線１２に加熱用配線２を介して電流を流し、単位長さ当たりおよび単位時間当たりの発熱量が一定となるように、加熱線１２を加熱する。加熱開始と同時に、測定用プローブ管９に設置された温度計１０により加熱線１２の加熱線温度θを測定する。
【００１８】
加熱線１２に電流を流して発生した熱量ｑを用いて、測定試料１４の熱伝導率λは、次の（１）式で算出される。
【００１９】
λ＝（ｑ／４π）／（Δθ／ｌｎ（ｔ２／ｔ１））            （１）
ここに、Δθ＝θ２ーθ１である。またθ１は測定開始後、時刻ｔ１での加熱線温度であり、θ２は測定開始時刻ｔ２における加熱線温度で、ｔ１，ｔ２は加熱線１２の温度上昇ー対数時間線図の勾配が一定となっている、直線部分の領域内での時刻である。
【００２０】
細線加熱法において、Δθとｌｎ（ｔ２／ｔ１）の関係はおよそ図６に示すようであり、温度上昇ー対数時間線図の勾配がいってとなっているＡの部分から、測定試料の熱伝導率λを（１）式によって求める。ガラスが高温である場合は、測定時間がある程度経過すると、温度上昇ー対数時間線図は直線からはずれ、曲線部分Ｂのようになだらかになる。この部分ではガラス資料内に対流が生じており、（１）式が適用できない。
【００２１】
加熱線温度θはデータ収録装置７に温度測定用配線６を介して収録され、データ処理装置８を用いて、時計を用いて測定した時刻ｔと共に（１）式による演算処理等を行う。データ収録装置７は温度計１０に対応した温度測定器であり、測定は電気的に電圧あるいは電流で行う。さらに、温度の測定値はＡ／Ｄ変換されて、データ処理装置８に取り込まれる。データ処理装置８にパーソナルコンピュータを用いる場合は、パーソナルコンピュータに内蔵されている時計で自動的に時刻ｔ１、ｔ０を読み込む方が精度的に好ましい。
【００２２】
【実施例】
測定用プローブ管の管径ｄｐと温度測定位置間の距離ｄｔを、本発明に適合させた実施例１から実施例４の測定と、本発明に適合しない比較例１から比較例３の測定を行った。その結果を表１にまとめて示す。測定試料にはフロートガラスを用いた。また加熱線にはクロメルーアルメル熱電対用素線を用い、熱電対にはクロメルーアルメル熱電対を用いた。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図６は、実施例１において測定した、温度上昇ー対数時間線図である。線図１は測定試料の温度が７００℃の場合であり、線図２は測定試料の温度が１０００℃の場合である。また、熱伝導率の測定結果は図７の通りある。他の実施例でも同様の結果が得られ、精度の良い測定ができることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の熱伝導率測定装置により、高温における材料の熱伝導率が測定でき、製造条件を検討するための貴重なデータを得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定用プローブと試料容器の配置を示す概略側面図。
【図２】本発明の測定用プローブの断面を示す図。
【図３】図２Ａ−Ａ’の断面を示す図。
【図４】本発明の実施例の結果を示す図。
【図５】熱伝導率測定装置の全体を示す概略側面図。
【図６】時間経過に対する温度変化を示すグラフ。
【図７】実施例１で測定した、試料温度に対する熱伝導率を示すグラフ。
【符号の説明】
１  電源
２  加熱用配線
３  試料容器
４  電気炉
５  測定用プローブ
６  温度測定用配線
７  データ収録装置
８  データ処理装置
９  測定用プローブ管
１０  熱電対温度計
１１  保護管
１２  加熱線
１３  充填剤
１４  測定試料
１５  蓋
１６  ストッパー
【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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