(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の熱拡散率を測定するためのシステムであって、
上部及び下部を含むハウジングと、
移動せず、前記ハウジングの上部及び下部の間の固定位置に材料を静止し保持するプレートと、
前記ハウジングの下部に配置され、前記プレートに直交する第１軸線に沿って前記材料に熱を当てる供給源と、
前記ハウジングの上部に配置され、前記プレートに対して相対移動可能であり、前記材料に当てられた熱を感知するセンサと、
前記センサからデータを受信し、前記材料の熱拡散率を算出するコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記センサは、前記第１軸線に沿って前記材料を通る放射された熱を感知する、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記センサは、前記材料を通る熱流経路を測定するために、わずかな増分だけ移動して、複数の軸線に沿って前記材料を通る放射された熱を感知する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記センサは、前記プレートに直交すると共に前記第１軸線に対してずれた第２軸線に沿って、前記材料を通る放射された熱を感知する、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記材料及び前記供給源の間に更にマスクを備え、前記マスクは開口部及び閉塞部を有し、前記開口部により熱が前記第１軸線に沿って前記材料に到達し、前記閉塞部により熱が前記材料に到達するのが阻止され、
前記供給源が前記センサと共に前記プレートに対して相対移動する、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、前記センサの焦点をシフトさせる作動レンズを更に備え、前記第２軸線に沿って前記材料を通る放射された熱を感知する、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、材料に対する前記センサの焦点を狭める作動レンズを更に備えるシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記作動レンズはズームレンズを含む、システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムであって、前記作動レンズはステッパモータを含む、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムであって、前記コントローラにより前記センサの移動が制御される、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、前記供給源は、前記材料に対して相対移動可能であり、また前記供給源及び前記センサは、それぞれ互いに独立して移動する、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、前記材料を−125℃まで冷却すると共に前記材料を2800℃まで加熱するように適合される環境制御装置を更に備えるシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、前記コントローラは、算出された前記熱拡散率により、前記材料の熱伝導率を算出するシステム。
【請求項１４】
材料の熱拡散率を測定するためのシステムであって、
上部及び下部を含むハウジングと、
移動せず、前記ハウジングの前記上部及び前記下部の間の固定位置に前記材料を静止し保持するプレートと、
前記ハウジングの前記下部に配置され、前記プレートに直交する第１軸線に沿って前記材料に熱を当てる供給源と、
前記ハウジングの前記上部に配置され、前記プレートに対して相対移動可能であり、前記プレートに直交すると共に前記第１軸線に対してずれた第２軸線に沿って、前記材料を通る放射された熱を感知するセンサと、
前記センサからデータを受信し、前記材料の前記熱拡散率を算出するコントローラと、を備えるシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、前記供給源が前記センサと共に前記プレートに対して相対移動するシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記材料及び前記供給源の間にマスクを更に備え、前記マスクは開口部及び閉塞部を有し、前記開口部により熱が前記第１軸線に沿って材料に到達し、前記閉塞部により熱が前記材料に到達するのが阻止される、システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムであって、前記センサの焦点をシフトさせる作動レンズを更に備え、前記第２軸線に沿って前記材料を通る放射された熱を感知するシステム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムであって、オフセット量は、１ センチメートル未満であるシステム。
【請求項１９】
請求項１４に記載のシステムであって、前記供給源はキセノンランプを含む、システム。
【請求項２０】
請求項１４に記載のシステムであって、前記センサは、インジウムアンチモナイドセンサ又は水銀カドミウムテルル化合物センサを含む、システム。
【請求項２１】
材料の熱拡散率を測定するためのシステムであって、
上部及び下部を含むハウジングと、
移動せず、該ハウジングの前記上部及び前記下部の間の固定位置に前記材料を静止し保持するプレートと、
前記ハウジングの前記下部に配置され、前記プレートに直交する第１軸線に沿って前記材料に熱を当てる供給源と、
前記ハウジングの前記上部に配置され、前記プレートに対して相対移動可能であり、前記第１軸線に沿って前記材料を通って放射された熱を感知し、センサの焦点をシフトして、前記プレートに直交すると共に前記第１軸線に対してずれた第２軸線に沿って前記材料を通って放射された熱を感知する、センサと、
前記センサからデータを受信し、前記材料の前記熱拡散率を算出するコントローラと、を備えるシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記センサは、前記材料を通る熱流経路を測定するために、わずかな増分だけ移動して、複数の軸線に沿って前記材料を通って放射された熱を感知する、システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のシステムであって、前記プレートは複数の材料を保持し、また前記供給源は、前記複数の材料のそれぞれに熱を当てるように、前記プレートに対して相対移動可能である、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、測定システム及び方法に関し、より具体的には、三次元的（3D）な熱拡散率を測定するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱拡散率とは、熱エネルギを蓄える能力との関連で、材料が熱エネルギを伝達する能力の測定値のことを指す。熱拡散率は、熱伝導率（W/(m・K)）を、材料の密度（kg/m3）及び比熱容量（J/(kg・K）で除して算出することができる。例えば、熱拡散率の大きな物質であれば、物質が体積比熱容量との関連で熱を素早く伝達するため、熱は急速に移動する。
【０００３】
熱拡散率は、「フラッシュ」法を利用することにより測定することができる。この場合、短エネルギパルス（光ビーム、レーザ等の熱源）により、試料（例えばストリップ状又は円筒状の試料）が加熱される。その後、試料の温度変化が経時的に測定可能である。
【０００４】
本発明の出願人は、熱拡散率を測定するフラッシュ・システムのメーカーである。これらシステムの１つとして、LFA 447 NanoFlash（登録商標）を挙げることができる。LFA 447はコンパクトに構成された測定システムであり、垂直方向に配置されたフラッシュランプ、試料プレート、及びセンサを備える。このLFA 447システムにおいて、試料は、４個まで試験可能な自動化された試料交換器上に配置される。LFA 447の使用では、短パルス光により、試料の一側が加熱される。この加熱により試料の他側で生じる温度上昇は、赤外線センサを使用して測定される。これにより得られる温度・時間曲線を分析すれば、試料の熱拡散率を算出することができる。
【０００５】
特許文献１（米国特許出願公開第2014/0036955号明細書）は、試料を光熱分析するための分析装置及び分析方法を開示している。この装置及び方法では、固定された光学的な励起・検出経路に対して相対移動可能な試料ホルダが使用される。特許文献２（米国特許第6,273,603号明細書）は、試料の熱拡散率に関して、放射エネルギフラッシュ測定に使用するための測定ヘッドを開示している。この測定ヘッドでは、移動可能な試料ホルダと、固定された側面検出器とが使用される。この場合に検出器は、３つの座標に移動することにより、試料からの光を反射するミラーを必要とする。なお、開示内容が参照により本願明細書に組み込まれた上記文献１及び２には、何れもマスクの使用については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第2014/0036955号明細書
【特許文献２】米国特許第6,273,603号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、熱拡散率を測定するための既知のシステムは、試料の厚さ方向の測定しか行えない点も含め、多くの問題を有する。従って、三次元的な熱拡散率を測定するためのより優れたシステム及び方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載したニーズと、他の更なるニーズ及び利点に関しては、以下に説明した解決策及び利点を有する本発明の実施形態により対応される。
【０００９】
本発明の実施形態に係るシステムは、上部及び下部を含むハウジングと、該ハウジングの上部及び下部の間の固定位置に材料を保持するプレートと、ハウジングの下部に配置され、プレートに直交する第１軸線に沿って材料に熱を当てる供給源と、を備える（ただしこれら要素に限定されない）。センサは、ハウジングの上部に配置され、プレートに対して相対移動可能であり、材料に当てられた熱を感知する。コントローラは、該センサからデータを受信し、材料の熱拡散率を算出する。
【００１０】
他の実施形態に係るシステムは、上部及び下部を含むハウジングと、該ハウジングの上部及び下部の間の固定位置に材料を保持するプレートと、ハウジングの下部に配置され、プレートに直交する第１軸線に沿って材料に熱を当てる供給源と、を備える（ただしこれら要素に限定されない）。センサは、ハウジングの上部に配置され、プレートに対して相対移動可能であり、プレートに直交すると共に、第１軸線に対してずれた第２軸線に沿って材料を通って放射された熱を感知する。コントローラは、該センサからデータを受信し、材料の熱拡散率を算出する。
【００１１】
更なる実施形態に係るシステムは、上部及び下部を含むハウジングと、該ハウジングの上部及び下部の間の固定位置に材料を保持するプレートと、ハウジングの下部に配置され、プレートに直交する第１軸線に沿って材料に熱を当てる供給源と、を備える（ただしこれら要素に限定されない）。センサは、ハウジングの上部に配置され、プレートに対して相対移動可能である。センサは、第１軸線に沿って材料を通って放射された熱を感知し、センサの焦点をシフトして、プレートに直交すると共に第１軸線に対してずれた第２軸線に沿って材料を通って放射された熱を感知する。コントローラは、該センサからデータを受信し、材料の熱拡散率を算出する。
【００１２】
システム及び方法に関する他の実施形態は、以下において詳細に記載する。これら実施形態も、本発明の一部に含まれるものである。
【００１３】
以下、本実施形態を、本実施形態の他の及び更なる態様とともに、より良く理解するために、添付図面及び詳細な説明について言及する一方、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱拡散率を測定するための従来既知のシステムを示す説明図である。
【図２】三次元的な熱拡散率を測定するための本発明に係るシステムの一実施形態を示す説明図である。
【図３】図２におけるシステムの一実施形態を示す説明図である。
【図４】図３における試料プレートの一実施形態を示す拡大図である。
【図５】図４におけるマスクの一実施形態を示す説明図である。
【図６】図２のシステムに関して、センサ及び供給源が個別に移動可能な一実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明をその実施形態を示す添付図面に基づいて詳述する。以下に記載する実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではない。このような実施形態を例示するために、特定事項、例えば特定技術に関する説明をし、本発明の理解を容易にする。また周知されている方法については、本発明を明確にする見地から省略するものと理解されたい。
【００１６】
基本的には、特許請求の範囲で使用されている全ての用語は、本明細書で特に定義されていなければ、本発明が属する技術分野における通常の意味で解釈される。また「要素、装置、部品、手段、ステップ等に関して使用される不定冠詞（a/an）及び定冠詞（the）」は、特に断りがなければ、「少なくとも１つ」の意味で解釈される。更に、本明細書に開示された方法におけるステップは、特に断りがなければ、必ずしも記載された順序で実施する必要はない。これに加えて、本開示における異なる特徴や部品に付された「第１」、「第２」等は、他の類似の特徴や部品を区別するためのものであり、任意の順序又は階層を表すものではない。
【００１７】
熱拡散率試験は、様々な分野で必要とされ得るものである。例えば、電子部品における熱伝達を如何にして改善させるかを判定する上で必要とされ得る。また、熱交換器システムに関して、所要の効率を実現するための最適な材料を判定する上でも必要とされ得る。更に、建築資材を改善するために、気象条件に応じた建物の冷暖房負荷を判定する上でも必要とされ得る。これに加えて、例えば、アルミニウムインゴットの凝固速度を判定し、鋼塊内の熱負荷を如何にして最小化するかを判定し、ガラスボトルの製造を如何にして最適化するかを判定し、触媒コンパータ内におけるセラミック部品の加熱速度を判定し、プロセッサの熱制御のために、熱交換機にとって適切な材料を判定する上でも必要とされ得る。当業者であれば、本発明の様々な用途が本明細書に開示された特定の実施形態に限定されないことは自明であろう。
【００１８】
このように、熱伝達の測定は、様々な学術分野のみならず様々な産業分野においても重要である。例えば、鋳物、金属、半導体等を液体状態から固体状態に冷却する場合、熱伝達が固体の熱物性に大きな影響を及ぼし得る。種々の材料は、化学物質又はその混合物で構成されるか否かに関わらず、均一な組成を有する。このような材料における熱伝導率は、温度、圧力及び組成に依存する真の物性である。しかしながら、特に固体状態における材料の熱拡散率及び熱伝導率は、熱流方向にも依存する。このような課題を含め、他の多くの課題については、熱拡散率及び熱伝導率に関する正確な知識がなければ適切に対応することができない。
【００１９】
フラッシュ技術は、試料調製が容易であるだけでなく、試験を迅速かつ高精度で行うことのできる非接触試験を可能にするため、熱拡散率を測定する上で好適な選択肢である。フラッシュ技術は更に、広範な用途に適用可能であると共に、−125℃〜2800℃までの温度範囲に適用可能である（ただしこれらの点に限定されない）。
【００２０】
フラッシュ技術を利用した実際の試験では、試料の一面を短エネルギパルスにより加熱することができる。この加熱において試料の反対の面で（例えば赤外線センサを使用して）測定された温度変化（例えば放熱）により、熱拡散率を算出することができる。これに加えて、試料の比熱を測定することもでき、これら熱物性を密度と合わせれば次式で表される熱伝導率を算出することができる。
λ(T) ＝a(T) ・ cp(T)・ ρ(T)
ここに、λ ＝ 熱伝導率[W/(m・K)]であり、a ＝ 熱拡散率[mm2/s]であり、cp ＝ 比熱[J/(g・K)]であり、ρ ＝ かさ密度[g/cm3]である。
【００２１】
以下、図１の実施形態について言及する。同図は、熱拡散率を測定するための従来既知のシステムを示す。センサ100及び供給源102（例えば熱源）は、試料の中心軸線上に固定されている。また試料は、試料プレート104に固定されている。図示の通り、試料プレート104は、複数の試料を保持することができる。各試料をディスク状とすることができるが、当業者であれば他の形状としてもよいことは自明であろう。
【００２２】
各ディスクは、中心点（又は中心点近傍）に中心軸線を有する。中心軸線は、ディスク平面（及びプレート）に対して基本的に直交している。試料プレート104の移動106は、各試料の所定位置に制限されているため、これら試料の中心軸線は、センサ100及び供給源102の軸線と重なる。従って、このような既知のシステムでは、１つの厚さ方向にしか試験を行うことができない。
【００２３】
特に、上述したように試料プレート104の移動が制限されているため（例えば、図示の４個の試料に関しては４箇所）、既知のシステムでは、試料の平面に亘る拡散率（例えば、試料の中心軸線から半径方向外方にわたる拡散率）を測定することができない。
【００２４】
拡散率は、従来技術に比べて、より詳細に試験することが望ましい。特に、熱流方向を分析し、拡散率の経路を判定するために、試料の平面方向における拡散率を測定することが望ましい。この点は、本発明の実施形態に従えば、センサをシフトさせることにより、該センサを試料が加熱される軸線からずらせば解決される。本発明のシステムでは、移動性が改善されていることにより僅かな調整が可能であり、従ってセンサ及び／又は供給源を試料の様々な箇所に移動することができる。また、調整可能な光学系により検出性能も改善される。これは、試験中の試料領域の面積をシステムにより変化させることが可能になるからである。
【００２５】
本発明は、大学、研究機関、素材メーカーを含む多くの利用者にとって望ましい。本発明は、プラスチック、セラミック、金属、複合材料、及び多層システムを含む様々な材料の試験に適用することができる。競争がより一層激化している技術環境においては、熱伝達処理を効率化することが望ましい。本発明に係るシステムにより、試料の半径方向及び平面方向における熱損失を制限なく考慮することが可能である。
【００２６】
更に、高度な数学的回帰ルーチンにより、有限パルスによる影響を分析することができる。多特性測定機能を利用すれば、同一試料の熱拡散率及び比熱の両方が測定可能であるため、密度を求めることにより熱伝導率が算出される。
【００２７】
次に図２について言及する。同図は、三次元的な熱拡散率を測定するための本発明に係るシステムの一実施形態を示す。この場合にシステムは、ハウジング101内における単一のシステムとして構成されているが、ハウジング101は、別箇の要素（例えば複数個のハウジング要素）を含む構成としてもよい。またシステムは、ハウジングの下部に供給源102を、ハウジングの上部にセンサ100を備える垂直方向システムとして構成することができるが、この構成に限定されるわけではない。このようなシステムにより、熱拡散率、比熱容量及び熱伝導率に関連する熱物性を非接触で、迅速かつ効率的に測定するための方法が提供される。センサと、パルスのマッピングチャネルとの両方に関するデータ取得速度は、2 MHz以上とすることができる。そのため、試験時間が極めて短時間でなくてはならない高伝導性の材料及び／又は薄い材料が信頼性良く測定可能である。
【００２８】
図３は、図２におけるシステムの一実施形態を示す。この場合、センサ120は、（図４に関連して以下により詳細に説明する）試料プレート124によって保持された試料の中心軸線122に対してずらしてある。このような構成により、三次元的な熱拡散率の測定が可能である。例えば、熱を材料に当てて軸線122に沿って放射させることができる一方で、センサ120は、軸線122に対してずらした様々な位置に移動することができる。これにより、膨張率、伝導率（熱量）、拡散率（熱放散速度）等が分析可能になり、従って試料における拡散率の「経路」を測定することが可能になる（ただしこの点に限定されない）。
【００２９】
センサ120及び供給源126は、それぞれ、独立して又は（フレーム132、ハウジング又は類似の構造物で統合すれば）共に移動128することができる。この場合、コントローラ130により僅かな移動が可能であり、従って試料の様々な箇所における拡散率を測定することができる。
【００３０】
一実施形態においては、キセノンランプが供給源126として機能し、試料を加熱することができる。この場合に供給源126は、作業者により交換可能なだけでなく、長い寿命を有するものとすることができる。可変パルスエネルギは、コントローラ130により、例えば10 ジュール／パルスまで制御可能である。またパルス幅も、例えば20〜1200 μsまで調整可能である。更なる調整をする場合には、フィルタホイールを使用することができる。
【００３１】
一実施形態において、センサ120は、インジウムアンチナイド（InSb）センサとすることができる。この形式のセンサは、例えば、室温〜500℃までの温度測定に適切であり得る。他の実施形態においては、水銀カドミウムテルル化合物（MCT）センサを使用することができる。この形式のセンサは、例えば、−100℃〜500℃までの温度を測定することができる（従来のシステムでは200℃までしか測定できない）。このような構成により、低温であっても、試料の表面からのエネルギ放射が確実に測定される。更に、センサ120には、液体窒素用の任意の自動再充填システムが配置可能である。このような自動再充填システムは、作業者による介入を必要とすることなく長時間にわたる試験において有用であり得る。
【００３２】
一実施形態において、センサ120は、図４に示すセンサ146のように、最適化用及び焦点調整用の作動レンズ136（例えばズームレンズ）を含むことができる。システムが垂直方向に構成されていれば、作動レンズ136は一方向、例えば試料144の平面に直交する方向にだけ移動すれば十分である。これにより、部品を簡略化したり、エラーが生じるおそれを減少させたりすることができる（ただしこれらの点に限定されない）。レンズ136は、コントローラ130で制御できるステッパモータ等により作動可能である。作動レンズ136は更に、試料144の周囲、例えばマスク140又は開口絞りによる信号歪を回避するのに役立ち得る。この点は、小径の試料において特に望ましい場合があるだけでなく、センサ120をその線形応答性の範囲内に確実に維持する上でも役立ち得る。
【００３３】
従来既知のシステムにおけるセンサの視野は、固定され、かつ大径の試料にも対応可能とするために十分な広さを有するよう構成される。しかしながら、より小径の試料を試験する場合、通常は開口絞りを使用することで周囲による影響の最小化が図られる。多くの場合、センサは、試料における温度の逸脱だけでなく開口絞りによる変動も感知するため、熱曲線に大きな歪がもたらされる。その結果、熱曲線は、連続的な上昇又は長時間にわたる平坦部分を呈する。
【００３４】
本発明においては、作動レンズ136（例えばズームレンズ）により、熱信号が確実に試料の表面だけから伝達され、周囲から伝達されることはない。即ち、センサ146（図４参照）の焦点を狭めれば、大径及び小径の試料を試験することができる。この点は、特に有益である。なぜなら、従来のシステムとは対照的に、本発明に係るセンサは、熱が試料に当てられる箇所に対してずらしてあってもよいからである（例えば、拡散率の経路を測定するために、熱放射時に試料のエッジ近傍にあってもよい）。既知のシステムでは、開口絞りにより顕著な効果を得ることができる一方で、本発明に従う熱曲線は、理論モデルに対応しており、従って正確な拡散率が算出される。
【００３５】
更に、一実施形態において、作動レンズは、センサ146（図４参照）の焦点を（例えば角度に関して）シフトさせるために使用することができる。これにより、センサ146の焦点は、熱が試料に到達する箇所に対してずれる（例えば、熱放射は例えば軸線122に沿って生じる）。この場合、センサ120及び供給源126を、同一軸線（試料144の中心軸線122とすることができる）上で共に固定することができるが、該センサ146を軸線122に対してずれるように作動レンズを移動するとともにセンサ146の焦点を調整することができるため、マスクは必ずしも必要ない。
【００３６】
以下、図４について言及する。同図は、図３における試料プレート124の一実施形態の拡大図を示す。プレート124は、（図５にも示す）マスク140を含むことができる。マスクとは、熱を試料上の特定箇所に向けるために使用されるものである。例えばマスク140により、供給源147からの熱142を試料144に到達させて中心軸線122に沿って放射を可能としつつ、熱が試料144の他の領域に到達するのを阻止することができる。
【００３７】
そのため、マスクを使用すれば、センサ120及び供給源126（図３参照）が（例えばフレーム132により）互いに同一軸線上で固定可能であり、従ってセンサ120及び供給源126の両方を、熱を試料に当てる箇所（熱放射は例えば軸線122に沿って生じる）に対してオフセット量143を持たせて位置決めし、三次元的な熱拡散率を測定することができる。本発明のシステムは、試料における様々な方向141の拡散率を測定することができる（即ち、試料の軸線方向122における拡散率の測定に限定されておらず、三次元的な拡散率を測定することができる）。
【００３８】
好適には、センサ120及び／又は供給源126は移動するのに対して、試料プレート124は固定される。これにより、試料の様々な軸線上で測定をするときに、試料が試料プレート124内で移動するおそれが減少する（例えば、試料は液体等の場合もある）。
【００３９】
図５は、図４におけるマスク140の一実施形態を示す。図示のように、マスク140は、試料144（図４参照）の形状に対応する形状に形成することができる（ただしこの形状に限定されない）。マスク140には、熱142が試料144に到達できるように開口部150を設けることができる。これにより、供給源147が試料144の中心軸線122に対してずれて位置決めされていたとしても、熱142が開口部150に向けられるため、他の箇所152でも三次元的な熱拡散率が測定可能である。
【００４０】
図６は、図２におけるシステムの一実施形態を示す。この場合、センサ120及び供給源126は、個別に移動させることができる。１個以上のコントローラ130，130’は、センサ120及び供給源126を位置決めすることができる。これにより、センサ120の焦点を、試料144の軸線122からずらしつつ、供給源126を、試料144の軸線122上（又は他の軸線上）に位置決めし、マスク140を設けずに三次元的な熱拡散率を測定することが可能である。
【００４１】
（図３にも示す）コントローラ130には、測定を行うと共に、得られた測定データを評価するソフトウェアを搭載することができる。使い易いメニューを自動化ルーチンと組み合わせることにより、高度な分析が可能である。ソフトウェアの機能には、以下のものが含まれる。
・一連のショットに関して、同一データベースにおける比較分析（例えば32回以上）
・パラメータ及び温度プログラムのプレビューと共に、一連のシングルショットのローディング
・後続的な復元及び分析のために、結果を保存
・グラフィックのエクスポート（EMF、PNG、BMP、JPG、TIF、PDF又はASCIIファイルを、エクセル（登録商標）と互換性を有するCSV形式にエクスポート）
・最適なモデル適合を選択するための（Ｆ検定を含む）モデルウィザード
・任意の数の温度レベルと、各レベルにおける任意のショット数とを規定（ソフトウェアの主機能）
・比較手法を用いた比熱の算出
・統合データベース
・多層システムにおける接触抵抗の算出
・測定曲線のグラフ化（例えば３つ以上のスケーラブルなＹ軸）
・Ｘ及びＹセグメントに関連した高速ズーム機能
・マウスを測定箇所に移動したときに、測定値をツールチップとして表示
・熱拡散率を、温度又は時間の関数としてグラフ化
・cp曲線の算出及びグラフ化
・生データ及び理論モデルの組み合わせグラフ化
・熱抵抗算出（２層モデル）
・異なるディスプレイ用のサポート
【００４２】
コントローラ130により、様々な計算モデル、補正手法、及び数学的手法を適用することができる。様々な境界条件下における熱拡散率との関連で、パルス幅の補正を伴う様々なベースライン及びモデルを適用することができる。これらベースライン及びモデルには、以下のものが含まれる。
・断熱モデル
・Cowanモデル
・（多次元熱損失及び非線形回帰を考慮した）改良Cape-Lehmanモデル
・２層、３層モデル（熱損失を考慮した非線形回帰による分析）
・In-plane法
・（透明試料及び半透明試料用の）放射補正
・熱損失補正
・正確なパルス長補正、パルスマッピング
・ベースライン補正
・マルチショットの平均化
・様々な数学関数（多項式、スプライン等）によるショットの近似化
・Parker、Cowan５、Cowan10、Azumi、Clark-Taylor等の古典的モデル
【００４３】
本発明に係るシステムにより、例えば、低温及び中温下での高伝導性材料、又は高温下でのセラミック及び耐熱材料の熱特性を分析することができる。単一の機器を設定することにより、−125℃（例えばゴム材料のガラス転移温度よりも低温）〜2800℃の温度範囲で、炉又は冷却装置を交換することなく測定を容易に行うことができる。ただしモジュラーシステムにより、様々な炉及び冷却装置の使用が可能である。
【００４４】
環境コントローラ134（図４及び図６参照）により、（例えば炉による）熱、（例えば冷却装置による）冷気、圧力、及び／又はガス充填環境の制御を行うことができる（ただしこれらに限定されない）。炉を使用すれば、例えば、500℃以上の測定が可能である。また、炉の構成により、様々な冷却装置に熱結合させることができる。これにより、例えば、測定時間が短縮されると共に50 K/分以上の加熱速度を可能としつつ、優れた熱安定性が維持される。液体窒素を用いた冷却装置により、温度を−100℃以下に調整可能である（ただしこれに限定されない）。パージガス及び試料に応じて、より低温を実現することができる。
【００４５】
環境コントローラ134の使用において、冷却システムは、（大気圧未満）で動作する排気システムと共に作動させることができる。これにより、熱損失及び対流が更に低減される。ただし冷却システムは、パージガスを測定時に使用することにより、一定の雰囲気下で作動させることもできる。これは、酸素感受性の試料を試験するときに有利である。雰囲気は更に、統合フリット又は質量流量コントローラにより、１つの保護ガス及び２つのパージガスの何れに関しても制御することもできる。全てのガス制御により、酸化的、不活性的、動的又は静的な雰囲気下における作動が可能である。これに加えて、ポンプ作用により、減圧下における測定が可能である。
【００４６】
一実施形態において、試料プレートは、直径12.7 mmの円形試料又は12.7 mmの正方形試料を支持することができる。より大きな試料の測定においては、例えば25.4 mm以上の直径に対応するために、インサートを選択することができる。試料の厚さは、試料の特性に応じて、0.01 mm〜6 mmの間で変えることができる（ただしこれに限定されない）。
【００４７】
円形及び正方形の固体試料用の標準的な試料プレートに加えて、特定試料の特殊な用途に関しては他の試料プレートを使用することができる。これら特定試料には、溶融ポリマ及び低粘度の液体、硬化中の樹脂、ペースト及び粉末、繊維、積層体等が含まれる。液体用の試料プレートにおいて、例えば、液体及び坩堝の間の持続的な接触は、（凍結温度を含む）全温度範囲にわたって保証される。この場合、容器壁を介した熱伝達を、最小化させることができる。また、硬化工程中の樹脂の測定に関しては他の試料プレートを使用することができる。更に、機械的圧力下における測定用の試料プレートを使用することができる。当業者であれば、本発明に係る試料プレートを構成するために適用できる様々な形状、寸法、及び構造は自明であろう。これらの形状、寸法、及び構造は、本明細書に開示の実施形態に限定されるものではない。
【００４８】
以上、本発明を特定実施形態との関連で記載してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。多くの変形及び他の実施形態は、当業者であれば想到可能であり、また本開示及び添付の特許請求の範囲において包含され得るものである。本発明の範囲は、本開示及び添付図面に基づいて当業者が理解するように、特許請求の範囲及びその法的均等物の適切な解釈及び構成により判定される。
【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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