(57)【要約】【課題】高温物質の物性値を測定するに際して、比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の物性値を同時に測定可能とする。    【解決手段】大容量コンデンサー２に蓄積した電力を、電界効果トランジスタを用いた電流スイッチ３をＯＮすることにより、標準抵抗４を介して導電性の試料５に供給し、短時間で高温にする。そのときの試料５の表面温度を放射温度計７によって測定し、制御装置１２はその温度が所定の温度になるように電流スイッチ３の作動を調節し、試料５を流れる電流の大きさを制御する。この所定温度加熱期間にパルスＹＡＧレーザ６からパルス光を試料５の裏面に照射し、表面の温度変化から試料５の熱拡散率を測定する。また、測定された熱拡散率と通電加熱時に試料に供給した電力と試料の温度変化を計測して試料の体積熱容量を求め、それらの値と別途測定した密度から熱伝導率を算出する。同時に半球全放射率も測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性試料を通電加熱し、前記通電加熱された試料に光を照射し、前記光照射による温度変化を計測し、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定することを特徴とする熱物性測定方法。
【請求項２】
前記通電加熱において、試料に直列に接続したコンデンサー又はバッテリーを短絡させることによって生じるパルス電流を加熱電流として用いることを特徴とする請求項１記載の熱物性測定方法。
【請求項３】
前記通電加熱において、試料を流れる電流の大きさを電界効果型トランジスタにより制御することを特徴とする請求項１又は２記載の熱物性測定方法。
【請求項４】
前記光照射において、パルスレーザ光を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項５】
前記光照射において、周期光を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項６】
前記光照射による温度変化を、放射温度計により測定することを特徴とする１〜５いずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項７】
前記光照射による温度変化を、サーモリフレクタンス法により測定することを特徴とする１〜６いずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項８】
前記測定された熱拡散率と、通電加熱時に試料に供給した電力と試料の温度変化を計測して体積熱容量（試料の単位体積当たりの熱容量）を求め、それらの値から熱伝導率を算出することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項９】
前記通電加熱中に半球全放射率も同時に測定し、別途測定した密度の値を用いて体積熱容量から比熱容量を算出することにより熱移動解析に必要な熱物性値である比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率を全て同時に測定することを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の熱物性測定方法。
【請求項１０】
導電性試料を通電加熱する通電加熱手段と、前記通電加熱された試料に光を照射する光照射手段と、前記光照射による温度変化を計測する温度計測手段と、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定する解析手段とを備えたことを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項１１】
前記通電加熱手段は、試料に直列に接続したコンデンサー又はバッテリーを短絡させることによって生じるパルス電流を加熱電流として用いることを特徴とする請求項１０記載の熱物性測定装置。
【請求項１２】
前記通電加熱手段は、試料を流れる電流の大きさを電界効果型トランジスタにより制御することを特徴とする請求項１０又は１１記載の熱物性測定装置。
【請求項１３】
前記光照射手段は、パルスレーザ光を用いることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項１４】
前記光照射手段は、周期光を用いることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項１５】
前記温度計測手段は、放射温度計により温度変化を測定することを特徴とする１０〜１４のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項１６】
前記温度計測手段は、サーモリフレクタンス法により測定することを特徴とする１０〜１５いずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項１７】
前記解析手段は、前記測定された熱拡散率と、通電加熱時に試料に供給した電力と試料の温度変化を計測して体積熱容量を求め、それらの値から熱伝導率を算出することを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項１８】
前記通電加熱中に半球全放射率も同時に測定する半球全放射率測定手段を備え、前記解析手段は、前記半球全放射率と、別途測定した密度の値を用いて体積熱容量から比熱容量を算出することにより熱移動解析に必要な熱物性値である比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率を全て同時に測定することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種物質の熱物性値を測定する方法及び装置に関し、特に高温になる物質の比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の熱物性値を同時に測定することができるようにした熱物性測定方法及びその方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱を発生する機器や高温で使用する機器の熱移動解析を行うためには、機器の構成材料について熱の移動と蓄積に関わる熱物性値（比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率）が必要となる。新しく開発された材料や信頼できる文献値の蓄積が無い材料を機器の構成材料に用いる場合、上記の熱物性値は実験的に求める必要がある。一般に上記４つの熱物性値はそれぞれ別の装置で測定されているため、コストと時間が重畳して掛かるという問題がある。また、１０００℃以上の高温における熱物性値が必要になる場合、各熱物性値の測定のたびに試料を高温に熱することにより、試料の変質や測定装置の劣化が生じる可能性がある。
【０００３】
１９７０年代に米国のCezairliyanらは、１０００℃以上の温度にある導電性物質の比熱容量、半球全放射率を一台の測定装置により高速で測定する方法を開発した。この測定方法の特徴は試料の加熱方法にあり、大容量のバッテリーもしくはコンデンサーに蓄えた電荷を導電性の試料に流し、試料内を流れるパルス状の大電流により発生するジュール熱によって試料を３０００℃以上に至る高温まで０．２秒以内に加熱させることができた。
【０００４】
この測定方法においては、上述の通電加熱中もしくは通電後の試料冷却中における試料の温度と電気抵抗を測定し、発生したジュール熱と試料の熱容量と熱放射との熱収支関係式により上記の２つの熱物性値を導出した。この測定方法は導電性物質に限られるが、それまで非常に測定が困難であった２０００℃以上の高温の熱物性値の高速測定を実現し、試料の変質や測定装置の劣化に起因する測定誤差を最小限にすると共に測定コストの大幅な低減を可能にする画期的な方法であった。
【０００５】
しかしながら、この測定方法では伝熱解析に必要な熱伝導率及び熱拡散率を測定することができず、これらの熱物性値は別個に測定する必要があった。これに対応してイタリアのRighiniらはパルス通電加熱中の試料の温度分布の時間変化を測定して熱伝導率も同時測定する方法を開発したが、熱伝導率は必ずしも自明でない仮定の下に算出されているため、一般に普及するには至っていない。
【０００６】
原理的に熱伝導率は比熱容量と密度と熱拡散率の積と定義される。多くの場合、固体の密度の温度依存性は熱伝導率や比熱容量の温度依存性に比べれば非常に小さいので、一般に高温での熱拡散率は室温での密度の値と高温での熱拡散率と比熱容量の測定結果から熱伝導率を算出することができる。現在、固体の熱拡散率は一般にフラッシュ法により測定されている。
【非特許文献１】A.Cezairliyan,J.L.McClure,C.W.Beckett:J.Res.National Bureau of Standards, Vol.75C-1(1971),pp.7-18
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フラッシュ法による高温物質の熱拡散率を測定する際には、一般に抵抗炉を用いて試料の温度制御が為されているため測定可能温度は２７００℃程度が上限であると共に、上述したような試料の変質や測定装置の劣化が測定に影響を与える可能性がある。
【０００８】
したがって本発明は、高温物質の熱拡散率を測定するに際して、比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の物性値を一度に測定することができ、しかも従来の方法では測定を行うことができないような高温においてもその物性値を測定することができるようにした多重熱物性測定方法及びその方法を実施する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、通電加熱法により所定の定常温度に加熱された試料に対して光パルスの照射を行い、それによる試料の温度変化を放射温度計により測定し、試料の熱拡散率を導出する。一方、光パルスを照射する前の温度一定時における試料の温度、試料に投入された電力、温度一定になる前の昇温時における温度の時間変化を測定し、それらから比熱容量と半球全放射率を導出する。測定した熱拡散率と比熱容量および別途測定した密度から原理式に基づき熱伝導率を算出することにより、熱移動解析に必要な熱物性値を全て測定する。より不確かさの小さな熱伝導率を算出する場合、温度一定に保持している際の試料の寸法を測定して密度を算出する。また、熱拡散率測定の不確かさを小さくするためには光パルスにより与えられた熱量が１次元的な熱伝導により拡散していく条件を得る必要がある。そこで、光パルスの照射による試料の温度変化を観測する前後では、試料の温度が一定に保持されるように試料を流れる電流の大きさを高速制御する。  
【００１０】
したがって本発明による熱物性測定方法は、導電性試料を通電加熱し、前記通電加熱された試料に光を照射し、前記光照射による温度変化を計測し、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定するようにしたものである。
【００１１】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記通電加熱では、試料に直列に接続したコンデンサー又はバッテリーを短絡させることによって生じるパルス電流を加熱電流として用いるようにしたものである。
【００１２】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記通電加熱では、試料を流れる電流の大きさを電界効果型トランジスタにより制御するようにしたものである。
【００１３】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記光照射では、パルスレーザ光を用いるようにしたものである。
【００１４】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記光照射では、周期光を用いるようにしたものである。
【００１５】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記光照射による温度変化を、放射温度計により測定するようにしたものである。
【００１６】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記光照射による温度変化を、サーモリフレクタンス法により測定するようにしたものである。
【００１７】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記測定された熱拡散率と、通電加熱時に試料に供給した電力と試料の温度変化を計測して体積熱容量を求め、それらの値から熱伝導率を算出するようにしたものである。
【００１８】
また本発明による他の熱物性測定方法は、前記熱物性測定方法において、前記通電加熱中に半球全放射率も同時に測定し、別途測定した密度の値を用いて体積熱容量から比熱容量を算出することにより熱移動解析に必要な熱物性値である比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率を全て同時に測定するようにしたものである。
【００１９】
また本発明による熱物性測定装置は、導電性試料を通電加熱する通電加熱手段と、前記通電加熱された試料に光を照射する光照射手段と、前記光照射による温度変化を計測する温度計測手段と、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定する解析手段とを備えたものである。
【００２０】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記通電加熱手段では、試料に直列に接続したコンデンサー又はバッテリーを短絡させることによって生じるパルス電流を加熱電流として用いるようにしたものである。
【００２１】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記通電加熱手段は、試料を流れる電流の大きさを電界効果型トランジスタにより制御するようにしたものである。
【００２２】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記光照射手段は、パルスレーザ光を用いるようにしたものである。
【００２３】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記光照射手段は、周期光を用いるようにしたものである。
【００２４】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記温度計測手段は、放射温度計を用いるようにしたものである。
【００２５】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記温度計測手段は、サーモリフレクタンス法により測定するようにしたものである。
【００２６】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記解析手段は、前記測定された熱拡散率と、通電加熱時に試料に供給した電力と試料の温度変化を計測して体積熱容量を求め、それらの値から熱伝導率を算出するようにしたものである。
【００２７】
また本発明による他の熱物性測定装置は、前記熱物性測定装置において、前記通電加熱中に半球全放射率も同時に測定する半球全放射率測定手段を備え、前記解析手段は、前記半球全放射率と、別途測定した密度の値を用いて体積熱容量から比熱容量を算出することにより熱移動解析に必要な熱物性値である比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率を全て同時に測定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、一台の測定装置によって、熱移動解析に必要な全ての熱物性値を効率的に測定する事が可能になる。高温における熱物性値を測定するためには試料を加熱する必要があるが、本発明により、加熱回数と加熱保持時間を共に削減できるため、高温保持に起因する試料の変質や測定装置の劣化が測定に与える影響を少なくすることができる。また、本発明の場合、従来の加熱炉と異なり断熱材や冷却水配管等を必要としないため、装置の大きさを小さくすることができる。また、過去に報告された熱拡散率の最高温度測定値は黒鉛の約２７００℃に関するデータであるが、本発明により、３０００℃ 以上での測定が可能である。さらに、測定装置が一台になることによって、全体としての測定コストの大幅な低減が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、フラッシュ法により高温物質の熱拡散率を測定するに際して、比熱容量、半球全放射率、熱伝導率、熱拡散率等の物性値を一度に測定することができ、しかも従来の方法では測定を行うことができないような高温においてもその物性値を測定することができるようにするため、導電性試料を通電加熱し、前記通電加熱された試料に光を照射し、前記光照射による温度変化を計測し、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定する熱物性測定方法としたものであり、また、導電性試料を通電加熱する通電加熱手段と、前記通電加熱された試料に光を照射する光照射手段と、前記光照射による温度変化を計測する温度計測手段と、前記温度変化から試料の熱拡散率を測定する解析手段とを備えた熱物性測定装置としたものである。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明を実施する通電加熱法を用いた高温物質の熱拡散率高速測定装置１のブロック図である。図中におけるコンデンサー２は試料加熱に用いる電荷を蓄えるものであり、電界効果トランジスタからなる電流スイッチ３が制御装置としてのコンピュータによって構成されるデータ記録及び制御装置用コンピュータ１２からの電流制御信号によってＯＮするとき、標準抵抗４を介して、厚さ１ｍｍ以下の平板状の試料５に対して加熱用電流を供給し、ジュール熱で試料５を自己加熱させるようにしている。
【００３１】
標準抵抗４の両端の電位差を信号調節用アンプ１０で増幅した後の信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ１２に入力して、試料５を流れる加熱電流の大きさを測定する。また、試料５における電位差を信号調節用アンプ１１で増幅した後の信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ１２に入力して、試料５にかかる電圧の大きさを測定する。上記の電流と電圧の積から試料５を加熱するに要した電力を算出し、試料に発生する単位時間あたりのジュール熱を連続測定する。
【００３２】
上記のようにして加熱された試料５の温度は、数十マイクロ秒程度の時間分解能をもつシリコンフォトダイオードを検出素子とする放射温度計７によって測定され、その信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ１２に入力する。放射温度計７で測定した輝度温度を真温度に変換するために必要な垂直分光放射率は、機械的な駆動部を有さずに光の偏光状態を表すストークス・パラメータを高速で決定するＤＯＡＰ(Division-of-amplitude photopolarimeter)型の単色エリプソメータを用いて連続測定する。
【００３３】
データ記録及び制御装置用コンピュータ１２は、前記放射温度計７の温度信号を監視し、試料５が設定した温度になるように電流スイッチ３を流れる電流量の制御を行う。この電流スイッチ３として電界効果トランジスタを用い、そのゲート電圧を制御することにより、試料加熱電流、即ち試料温度を高速でフィードバック制御する。                 
【００３４】
試料加熱電流のフィードバック制御により短時間だけ維持される温度一定状態の間に、放射温度計７が測定する試料５の面の裏面に対して、データ記録及び装置制御用コンピュータ１２の信号によってパルスＹＡＧレーザ６からレーザ光を照射して光加熱している。この光加熱用のレーザ光照射後の試料５の表面温度変化を放射温度計７によって測定し、データ記録及び制御装置用コンピュータ１２によってその温度変化を熱拡散モデルにフィットさせることにより熱拡散率を算出する。この装置においては、試料の放射温度測定を数十マイクロ秒のサンプリング間隔で行うため、放射温度計の光強度検出素子には前記のように応答速度の速いシリコンフォトダイオードを用いている。また、試料と気体との熱交換による熱損失を低減するため、測定雰囲気は１ｍＰａ以下の真空にする。
【００３５】
一方、試料５の表面に高速エリプソメータの光源８からの光を照射し、その反射光を高速エリプソメータの検出器９で検出し、その信号をデータ記録及び制御装置用コンピュータ１２に入力して試料表面の分光放射率を測定している。
【００３６】
上記のような構成及び作動を行う通電加熱法による各種物質の物性の測定手法をその原理とともに詳細に説明する。この測定に際しては、データ記録及び制御装置用コンピュータ１２によって電界効果トランジスタを用いた電流スイッチ３をＯＮすると、前記のように標準抵抗４を介して試料５に１秒以下の制御された大電流が供給される。
【００３７】
このとき通電中の単位時間当たりに試料５に与えられる熱量は、前記のように、試料５における電位差の測定とともに試料に直列接続した標準抵抗４における電位差の測定から試料を流れる電流を導出し、これらの積から算出する。
【００３８】
試料温度Ｔはシリコンフォトダイオードを用いた放射温度計７による輝度温度測定と高速エリプソメータによる分光放射率測定を同時に行うことにより測定され、室温から急速に通電加熱された試料５の中央付近の温度分布は短時間内では一様であり、試料から周囲への熱移動は熱放射が支配的であると仮定できるため、試料５の中央部での単位体積当たりの熱収支関係では次式で表される。
【数１】
2005249427.tif 000003
（１）
【００３９】
ここでｍは試料の有効質量、Ａは試料の有効表面積、εは試料の半球全放射率、σはStefan-Boltzmann定数、Ｔｅは試料周囲の温度である。通電が終了した試料高温時においては、式（１）の右辺第一項は零となるため、昇温時（添字ｈ）と降温時（添字ｃ）における試料温度の時間変化を測定することにより、次式から比熱容量と半球全放射率を導出することができる。
【数２】
2005249427.tif 000004
（２）
【数３】
2005249427.tif 000005
（３）
【００４０】
実際の測定では、試料５の輝度温度と試料５及び標準抵抗４における電位差の３つの信号を１ｍｓ以下のサンプリング速度でアナログ・デジタル変換して記録する。試料５に流す電流値は試料５の質量や電気抵抗により異なる。通常、１０００Ａオーダーの電流を通電する必要がある。以前は電流スイッチ３としてリレーが用いられていたが、トリガーと実際のリレー開閉との間に生じる遅れや接触不良時に生じるスパークによるリレーの破損が問題となっていた。そこで、現在では図示するように機械的可動部を持たない電界効果トランジスタからなる固体スイッチを電流スイッチ３として用いることが多くなっている。
【００４１】
また、電流スイッチ３として電界効果トランジスタ等の固体スイッチを用いることにより電流のＯＮ／ＯＦＦのみならず、電流の高速制御を行うことができるため、試料温度を計測して電流をフィードバック制御することにより試料温度を短時間だけ温度一定に保持することができる。このような温度一定の状態では、式（１）の左辺が零と見なせるために、半球全放射率を次式により測定することができる。
【数４】
2005249427.tif 000006
（４）
【００４２】
更に、得られた半球全放射率と加熱時の温度変化から次式により比熱容量を導出することができる。
【数５】
2005249427.tif 000007
（５）
この式は、式（２）と異なり、伝導による熱損失の影響が大きくなる降温時の試料温度変化の測定結果を用いなくても良いという利点をもつ。
【００４３】
パルス通電加熱法では、試料表面からの熱放射が熱損失の支配的要因であるという仮定を利用しているため、伝導による熱損失が小さい加熱初期、即ち昇温時の方が測定精度を向上させることができる。
【００４４】
測定対象は固体に限らず、加熱の高速化や微小重力環境を援用することにより、溶融試料の測定も可能である。この方法における測定不確かさを低減させる上で、放射温度計７による試料温度の正確な測定が重要である。そこで、前記実施例においてはエリプソメータ８、９による光学定数測定から試料の垂直分光放射率を同時に測定して放射率補正を行っている。また、この方法により比熱容量以外に電気抵抗率、半球全放射率、垂直分光放射率、熱膨張率、融点、融解熱等の測定にも用いることができ、１台の装置によって多数の物性値を測定することができる。 
【００４５】
本発明は上記のようなパルス通電加熱法を利用した比熱容量及び半球全放射率計測手段に対して、更にフラッシュ法による熱拡散率計測手法を適用し、１台の装置により同時に熱拡散率を計測している。図２にはフラッシュ法による熱拡散率測定手法を示しており、以下この方法の原理とともに詳細に説明する。一定温度に保持した平板状の試料の表面にパルス光を照射すると、一様かつ瞬間的に昇温した試料表面から裏面に向かって一次元的に熱が拡散し、最終的には試料全体が均一温度となる。試料裏面の温度変化の速さは熱拡散率に比例し、試料の厚さの２乗に反比例するので、試料の厚さと熱拡散に要する時間から熱拡散率を算出することができる。
【００４６】
フラッシュ法では以下の条件が満足されるときを理想状態とする。
１） 加熱光パルスの時間幅は熱拡散時間と比較して無視できるほど短い。
２） 試料が外界と断熱されている。
３） 試料表面が均一に加熱される。
４） 試料裏面の温度変化が正確に測定される。
５） 試料は均質且つ緻密。
６） 試料は不透明。
７） パルス加熱後の試料の温度上昇による熱拡散率の変化は無視できるほど小さい。
【００４７】
以上の条件が満たされているという仮定の上で、一様なエネルギ密度を持つ光パルスにより平板状試料の表面が加熱されると、試料内部では次の１次元熱伝導方程式が成立する。
【数６】
2005249427.tif 000008
（６）
【００４８】
上式中のａは試料の熱拡散率、Ｔ（ｘ、ｔ）は試料表面から厚み方向ｘの面での時刻ｔにおける温度を示す。初期条件は、 
【数７】
2005249427.tif 000009
（７）
【００４９】
（７）式中のΔＴは光パルスを照射した面の裏面での最高上昇温度であり、d(x)はデルタ関数である。そして、ΔＴは次式で表せる。  
【数８】
2005249427.tif 000010
（８）
ここで、Ｑは光パルスの照射により試料に吸収された熱量、ｃは試料の比熱容量、ｒは試料の密度、ｄは試料の厚さを表す。
【００５０】
一方、境界条件は次のように表せる。
【数９】
2005249427.tif 000011
（９）
【００５１】
Ｔ（ｘ，ｔ）について、境界条件（９）式を満足するようにフーリエ展開すると、
【数１０】
2005249427.tif 000012
（１０）
【００５２】
（１０）式を（７）式に代入すると
【数１１】
2005249427.tif 000013
（１１）
となる。
【００５３】
ここで熱拡散の特性時間τ０を次式のように定義する。
【数１２】
2005249427.tif 000014
（１２）
【００５４】
（１１）式に（１２）式を代入すると、
【数１３】
2005249427.tif 000015
（１３）
と表される。
【００５５】
次に、（７）式のデルタ関数をフーリエ展開すると
【数１４】
2005249427.tif 000016
（１４）
【００５６】
（１４）式において
【数１５】
2005249427.tif 000017
となるので、
【数１６】
2005249427.tif 000018
（１５）
【００５７】
（１５）式中のｘにｄ を代入すると、試料裏面の温度変化は次式で与えられる。
【数１７】
2005249427.tif 000019
（１６）
【００５８】
図３に（１６）式のグラフを示している。試料裏面温度は、光パルス照射時を時刻０とすると、時刻０．１３８８τ０の時に温度上昇は最大値の半分(ΔＴ／２)に達し、特性時間τ０まで経過すると温度上昇値はΔＴの ９９．９％ 以上に達する。実測した試料裏面の温度変化曲線を理論曲線と対応させることによりτ０が決定され、（１２）式により熱拡散率が算出される。
【００５９】
標準的なデータ解析アルゴリズムである“ｔ１／２法”では、裏面の温度上昇値がΔＴ／２に到達するのに要した時間ｔ１／２を測定曲線から読み取り、次式から熱拡散率を算出する。
【数１８】
2005249427.tif 000020
（１７）
【００６０】
図４には前記のような装置を用い、通電加熱法とレーザフラッシュ法を組合わせた高温物質の熱拡散率高速測定手法における試料温度と試料に流れる電流値の典型的な時間変化を示している。時間ｔ＝０において試料５に対する通電を始め、試料温度が所定の温度（２０００℃）に一定になるように電流のフィードバック制御を行い、ｔ＝ｔ１において、目標温度に到達する。
【００６１】
その後、試料温度を一定に保持するように電流のフィードバック制御を行い、ｔ＝ｔ２において温度を基準としたフィードバック制御を停止し、その後は、制御を停止する直前の電流値を維持する。そして、ｔ＝ｔ３においてレーザを試料表面に照射して試料裏面の温度変化を測定する。ｔ＝ｔ４において電流のスイッチをオフもしくはコンデンサー内の電荷が消失し、試料加熱が終了する。ｔ＝ｔ３以降の温度変化データを熱拡散モデルにフィッテイングさせる事により前記フラッシュ法の原理に基づき熱拡散率を算出する。この一回の試料の温度変化過程において、前記公知のパルス通電加熱法により比熱容量と半球全放射率も測定される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
新しく開発された耐熱合金や炭素系材料、耐熱コーティングの熱物性測定等に有用に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の装置及びその機能を示すブロック図である。
【図２】フラッシュ法による熱拡散率の測定の概略説明図である。
【図３】フラッシュ法における試料裏面の温度時間変化の一例を示すグラフである。
【図４】通電加熱法を用いた高温物質の熱拡散率高速測定法における試料温度と試料に流れる電流値の典型的な時間変化例、及びレーザフラッシュ法により加熱した温度変化例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１    熱拡散率高速測定装置
２  コンデンサー
３  電流スイッチ
４  標準抵抗
５  試料
６  パルスＹＡＧレーザ
７  放射温度計
８  高速エリプソメータの光源
９  高速エリプソメータの検出器
１０  、１１  信号調節用アンプ
１２  データ記録及び装置制御用コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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