(57)【要約】【課題】被測定物の熱物性値を容易に計測することができる計測センサ、及び計測装置を提供する。【解決手段】被測定物２２の一面に、時間経過に伴い変化する熱量を加える発熱部１２と、前記発熱部１２から所定距離だけ離れた前記被測定物２２の一面の温度変化を計測する測温部１４とを備えることを特徴とする。【選択図】図５
2013250115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間経過に伴い変化する熱量を被測定物の一面に加える発熱部と、
前記発熱部から所定距離だけ離れた前記被測定物の一面の温度変化を計測する測温部と
を備えることを特徴とする計測センサ。
【請求項２】
前記発熱部は点状に形成され、
前記測温部は前記発熱部の周囲を囲むように環状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の計測センサ。
【請求項３】
前記発熱部と前記測温部は、基板上に形成された薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測センサ。
【請求項４】
前記発熱部及び前記測温部と、前記基板の間に断熱部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の計測センサ。
【請求項５】
前記測温部は、前記発熱部との間の距離がそれぞれ異なる位置に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の計測センサ。
【請求項６】
前記発熱部と前記測温部とを覆う保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の計測センサ。
【請求項７】
時間経過に伴い変化する熱量を被測定物の一面に加える発熱部と、
前記発熱部から所定距離だけ離れた前記被測定物の一面の温度変化を計測する１又は２以上の測温部と
を有する計測センサと、
前記発熱部へ供給する電圧を時間経過に伴い変化させる電圧変調器と、
前記測温部で検出した抵抗変化を計測する計測器と
を備えることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測センサ、及び計測装置に関し、特に被測定物の熱物性値を計測するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の微細化や高性能化により、微小領域の熱物性値を十分に考慮し設計する必要がある。例えば機械の設計を行う上での不十分な熱設計は、機器内に熱が溜まることによって熱暴走や、機器自体の故障、破損の原因となる。それを防ぐために、機器の設計を行う上では使用する材料の熱物性値を十分に見極め使用する必要がある。
【０００３】
熱物性値の測定を行う方法としてレーザフラッシュ法が開示されている（例えば、非特許文献１，２）。レーザフラッシュ法は、真空断熱中に平板状の被測定物の表面を均一にレーザーでパルス加熱し、被測定物の温度変化を測定する事で熱拡散率を算出する手法である。
【０００４】
また、皮膚表面における含水量を把握することにより、肌の乾燥状態の把握や、肌質の評価等を行うことができる。肌の乾燥状態や肌質等に関する情報は、医薬品や、化粧品の開発に役立てることができる。
【０００５】
そのため、皮膚表面の含水量を非侵襲的に計測する様々な方法が提案されている。汎用的な物として、皮膚表面のキャパシタンスやコンダクタンスから水分量を測定する機器が市販されており、化粧品業界では多く用いられている（例えば、非特許文献３）。
【０００６】
また、表皮の含水量の変化を熱平衡時の応答から算出する方法が開示されている（例えば、非特許文献４）このセンサの計測手法は肌表面に対しパルス加熱を行い、平衡時のセンサ先端温度を測定することで保水量の算出を行うものである。
【０００７】
さらに、薄膜状にした被測定物の表面に周期加熱を行い、それと同時に裏面での温度測定を行う方法が開示されている（例えば、非特許文献５）。この方法では、表面及び裏面の温度変化の比較をし、その位相の遅れから熱拡散率を算出する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本機械学会, “伝熱工学(JSMEテキスト)” 日本機械学会2005.
【非特許文献２】Y. Takata, “Evaluationof thermal diffusivity for thin gold films using femtosecond laser excitationtechnique,” Applied surface science, Vol.189, Page227, 2002.
【非特許文献３】I.Savija,J.R.Culham,M.M.Yovanovich,“Reviewof Thermal Conductance Models for Joints Incorporating Enhancement Materials,”Journal of Thermophysics and Heat Transfer,vol.17,no.1, Page43-52,2003.
【非特許文献４】H.S.Carslaw,J.C.Jaeger,“Conduction of Heat in Solids，”OxfordUniversity Press, 1959.
【非特許文献５】S.K.S.Boetcher,E.M.Sparrow,M.V.Dugay, “Charactersitcs of DirectContact  Skin-Surface  Temperature Sensors,”International Journal of Heat and Mass Transfer,vol . 52 ,Page3799-3804, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記非特許文献１，２では、被測定物が薄板である必要があり、被測定物が限定される。このため被測定物表面を変質させてしまい、また、生体表皮の熱物性値を測定することができないという問題がある。さらにレーザー装置という大型の設備を必要とするので簡易に測定する事ができないという問題がある。
【００１０】
非特許文献３では、皮膚の電気的特性を計測するものであるため、表面の微量な発汗による電解質の量や塗布した油脂の絶縁効果などの影響を受ける。その影響により測定値が実際の皮膚含水量を正確に反映しないという問題がある。
【００１１】
非特許文献４では、被測定物の表皮だけでなく、それ以上の深度を含めた領域を温度変化させ、その応答を測定するため、深度により材質が変わる場合を考慮していない。また、被測定物は肌に限定されており、それ以外の材質に関して十分に検討されていない。
【００１２】
非特許文献５では、発熱部、測温部間に被測定物を挟み、発熱部の温度変化による応答を測温部で計測する必要がある。そのため、発熱部の温度変化が十分計測できるよう被測定物が薄膜状で有る必要がある。したがって。被測定物の表面を測定する場合、被測定物から表面を切り取り薄膜状にして測定しなくてはならないので、この手法では非侵襲で計測を行う事ができない。
【００１３】
そこで、本発明は、被測定物の熱物性値を容易に計測することができる計測センサ、及び計測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】
【００１４】
本発明に係る計測センサは、時間経過に伴い変化する熱量を被測定物の一面に加える発熱部と、前記発熱部から所定距離だけ離れた前記被測定物の一面の温度変化を計測する測温部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る計測装置は、時間経過に伴い変化する熱量を被測定物の一面に加える発熱部と、前記発熱部から所定距離だけ離れた前記被測定物の一面の温度変化を計測する１又は２以上の測温部とを有する計測センサと、前記発熱部へ供給する電圧を時間経過に伴い変化させる電圧変調器と、前記測温部で検出した抵抗変化を計測する計測器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発熱面及び測温面を共に被測定物の一面に当接させて、測温部において発熱部と所定距離だけ離れた被測定物の温度変化を計測するので、被測定物の熱物性値を容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る計測センサの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る計測センサの製造方法を段階的に示す縦断面図であり、図３Ａは基板を洗浄した段階、図３Ｂは基板上に断熱層を形成した段階、図３Ｃは断熱層上に抵抗層を形成した段階、図３Ｄは抵抗層上にレジスト膜を塗布しパターンを形成した段階、図３Ｅはパターンが形成されていない部分の抵抗層を除去した段階、図３Ｆはパターンを除去し計測センサが完成した段階を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る計測センサの使用状態を示す正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る計測センサの使用状態を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る発熱部の温度変化を模式的に示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係る測温部で計測される温度変化を模式的に示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る計測センサのシミュレーション（１）のモデルを示す模式図である。
【図９】図８における符号３４部分の拡大図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る計測センサにおけるシミュレーション（１）の結果、被測定物の表面からの距離Δｘの位相遅れと加熱周波数との関係を示すグラフであり、図１０ＡはΔｘ=0.04mの結果、図１０ＢはΔｘ=0.06mの結果、図１０ＣはΔｘ=0.08mの結果、図１０ＤはΔｘ=0.10mの結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る計測センサにおけるシミュレーション（１）の結果、加熱周波数毎の被測定物の表面からの距離と位相遅れとの関係を示すグラフであり、図１１Ａは加熱周波数が0.01Ｈｚの結果、図１１Ｂは加熱周波数が0.1Ｈｚの結果、図１１Ｃは加熱周波数が1Ｈｚの結果、図１１Ｄは加熱周波数が10Ｈｚの結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る計測センサのシミュレーション（２）のモデルを示す模式図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る計測センサのシミュレーション（２）の結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る計測センサを備えたセンサ本体の構成を示す底面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る計測センサを備えたセンサ本体の構成を示す正面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る計測センサを備えたセンサ本体の構成を示す底面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る計測センサを備えたセンサ本体の変形例を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
（１）第１実施形態
まず、第１実施形態に係る計測装置について説明する。図１に示す計測装置１は、センサ本体２Ａと、電圧変調器３と、計測器４とを備えている。センサ本体２Ａと、電圧変調器３及び計測器４とは、ハーネスＬ１，Ｌ２で電気的に接続されている。電圧変調器３は、図示しないが電源に接続されており、当該電源から供給される電圧を時間経過に伴って変化させる。電圧変調器３は、後述する発熱部を周期加熱し得るように電圧を変調する。電圧変調器３は、特に限定されないが、例えば、正弦周期的に電圧を変化させる波形発生器を用いてもよい。計測器４は、例えばオシロスコープを用いてもよい。
【００２０】
センサ本体２Ａは、図２に示すように、把持部５と、当該把持部５の先端７に設けられた計測センサ６Ａとを有する。計測センサ６Ａは、基板８と、当該基板８上に設けられた断熱層１０と、当該断熱層１０の表面１０Ｓ上に形成された発熱部１２及び測温部１４とを有する。
【００２１】
基板８は、熱拡散率が低い材料で形成するのが好ましく、例えばガラス基板、ポリイミド基板、ＳＵ−８（厚膜フォトレジスト）基板を用いることができる。断熱層１０は、熱容量が小さく断熱性、絶縁性を有する材料で形成するのが好ましく、例えばＰＤＭＳ(ポリジメチルシロキサン)などのシリコンゴム、エポキシ系樹脂、サイトップやパリレンなどのポリマー膜を用いることができる。
【００２２】
発熱部１２は、供給された電圧により発熱する。発熱部１２は、直線状に形成された抵抗体であり、両端に電極１３が設けられている。当該電極１３は、ハーネスＬ１を介して電圧変調器３（本図には図示しない）に電気的に接続されている。
【００２３】
測温部１４は、周囲の温度変化を計測する。測温部１４は、発熱部１２と所定の間隔を開けて発熱部１２に対し平行に形成され、温度変化に伴い抵抗値が変化する線状の抵抗体であり、両端に電極１５が設けられている。当該電極１５は、ハーネスＬ２を介して計測器４（本図には図示しない）に電気的に接続されている。発熱部１２の加熱面１２Ｓと測温部１４の測温面１４Ｓとは、略同一平面上に形成されている。
【００２４】
発熱部１２及び測温部１４は、特に限定されるものではないが、例えば金、銅、クロムアルミ、ニッケル、プラチナを真空蒸着などで成膜することにより形成してもよい。また、発熱部１２及び測温部１４は互いに異なる材料で形成することとしてもよい。
【００２５】
発熱部１２と測温部１４の間の間隔は、被測定物の表面の熱物性値を計測する場合、測定対象深さに応じて変えるが、例えば皮膚保水量を計測する場合、角質の厚さと同程度の20μm〜50μmとするのが好ましい。
【００２６】
次に、計測センサ６Ａの製造方法について図３を参照して説明する。まず、アセトンやエタノール等を用いて基板８表面を洗浄する（図３Ａ）。次いで、基板８上に断熱層１０を形成する（図３Ｂ）。断熱層１０は、例えばスピンコート法や真空蒸着法により形成することができる。次いで、断熱層１０上に抵抗層１８を形成する（図３Ｃ）。抵抗層１８は、例えば金を真空蒸着させて形成することができる。次いで、抵抗層１８上にレジスト膜を形成し、フォト工程によりパターン２０を形成する（図３Ｄ）。次いで、パターン２０で覆われていない部分の抵抗層１８をエッチングにより除去する（図３Ｅ）。最後に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）やエタノールを用いてパターン２０を除去することにより、計測センサ６Ａを得ることができる（図３Ｆ）。
【００２７】
次に、上記のように構成された計測装置１の作用を説明する。図４に示すように、計測装置１を用いて被測定物２２の熱物性値を計測するには、センサ本体２Ａの先端７を被測定物２２に当接させる。これにより、計測センサ６Ａが被測定物２２の一面に接触する。
【００２８】
図５に示すように、計測センサ６Ａは、発熱部１２の加熱面１２Ｓと測温部１４の測温面１４Ｓとが略同一平面上に形成されているので、加熱面１２Ｓ及び測温面１４Ｓが共に被測定物２２の一面に当接する。
【００２９】
この状態で、ハーネスＬ１を介して電圧変調器３から時間経過に伴い変化する電圧が発熱部１２に供給される。発熱部１２は、当該電圧により発熱することにより、被測定物２２の一面に熱量を加える。
【００３０】
例えば、発熱部１２に供給される電圧が正弦周期的に変化する場合、発熱部１２の温度は、電圧の変化に伴い、図６に示すように正弦周期的に変化する。発熱部１２から加えられた熱量は、図５中矢印２４方向へ伝導する。これにより被測定物２２は、一面から厚さ方向へ徐々に加熱される。
【００３１】
測温部１４は、被測定物２２の一面において発熱部１２から所定距離だけ離れた箇所の温度変化を検出する。すなわち測温部１４は被測定物２２の一面の温度変化に伴い、電気抵抗が変化する。測温部１４の電気抵抗の変化を計測器４で計測することにより、被測定物２２の温度変化を計測する。
【００３２】
図７に示すように、計測器４で計測される被測定物２２の一面の温度は、正弦周期的に変化し、発熱部１２の温度変化（図中符号２６）に対し、位相が遅れる。例えば、被測定物２２の熱伝導率が高い場合、温度変化は図中符号２８のように計測器４で計測され、発熱部１２の温度変化に対し、図中矢印２８Ｄのように位相が遅れる。また、被測定物２２の熱伝導率が低い場合、温度変化は図中符号３０のように計測器４で計測され、発熱部１２の温度変化に対し、図中矢印３０Ｄのように位相が遅れる。被測定物２２の熱伝導率が高い場合（図中符号２８）に比べ、被測定物２２の熱伝導率が低い場合（図中符号３０）の方が、発熱部１２の温度変化に対する位相が遅れる。
【００３３】
このように、測温部１４は、発熱部１２と所定距離だけ離れた被測定物２２の加熱された面と同じ面の温度変化を計測することにより、発熱部１２の温度変化に対する位相の遅れを計測することができる。
【００３４】
次に、発熱部１２と所定距離だけ離れた被測定物２２における測温部１４の温度変化に対する位相の遅れから、被測定物２２の熱物性値を算出する方法について説明する。半無限平板を壁面から加熱する場合をモデルとして説明する。
半無限平板の壁面(ｘ＝０)を、基準温度から、振幅、角周波数で正弦変化させた時、壁面温度は時間の関数として下記式のように表せる。
【００３５】
【数１】
2013250115.tif 000003
また、熱拡散方程式は下記式である。
【００３６】
【数２】
2013250115.tif 000004
【００３７】
熱拡散率（Thermal
diffusivity）をαとし、熱拡散方程式を解くと、壁面から距離ｘだけ離れた場所での温度Ｔｘは下記式のように与えられる。熱拡散率αは、温度分布が緩和して熱的な平衡状態なる速さを表す量であり、材料に固有の物性値である。
【００３８】
【数３】
2013250115.tif 000005
数３の温度変化を表わす正弦部の係数部分から、距離における温度の振幅は下記式に比例して減少する。
【００３９】
【数４】
2013250115.tif 000006
また、数３中のsin以下の位相を表わす下記式
【００４０】
【数５】
2013250115.tif 000007
に注目すると、壁面から距離ｘだけ離れた場所の正弦温度変化は壁面(ｘ＝０)と比較して下記式だけ位相が遅れる。
【００４１】
【数６】
2013250115.tif 000008
【００４２】
このモデルでは、正弦温度変化の位相が温度変化している壁面からの距離に正比例し、壁面の熱拡散率αの１/２乗に反比例をしている。このモデルによって、被測定物２２の熱物性値である熱拡散率と壁面での正弦加熱周波数の二つの値から、壁面から一定距離離れた場所の温度変化を算出することが可能となる。
【００４３】
このことから、発熱部１２と一定距離だけ離れた場所での温度変化を計測し、正弦波の位相の遅れと、発熱部１２と測温部１４の間の距離とから、被測定物２２の熱拡散率を算出することが可能となる。
【００４４】
上記算出方法に基づき、シミュレーションを行った。シミュレーションは、図８に示すモデルを用い、有限要素法解析ソフト（COMSOL Multiphysics ver4.2a (4.2.2.110)）を使用した。すなわち、被測定物２２は、熱拡散率が高いほど距離による減衰が小さいため熱拡散率が金属の中でも高い銅（熱拡散率α：１１．７×１０−５[ｍ２／ｓ]）を用いた。被測定物２２の一面に対し矢印３２方向へ温度変化を加えることとし、上下面３３に断熱条件を指定し、熱が被測定物２２内部に溜まらないように右端部に熱輻射率を０．５、環境温度２７３．１５[Ｋ]と指定した。加える熱量Ｑは、Ｑ＝ΔＱ０ｓｉｎ（ωｔ）のように正弦変化する熱量とした。
【００４５】
計測点は、図９に示すように、被測定物２２の一面から距離０（図中符号３５），０．０４（図中符号３６），０．０６（図中符号３７），０．０８（図中符号３８），０．１０（図中符号３９）[ｍ]の位置に設定した。各々の正弦加熱周波数は、０．０１，０．１，１，１０[Ｈｚ]と変化させ、位相遅れを計測した。被測定物２２の一面での温度変化は、加熱熱量の正弦波形よりも遅れるため、被測定物２２の一面からの距離ｘが０における温度変化を基準値とし、各計測点での温度変化の位相遅れをシミュレーションにより求めた。
【００４６】
被測定物２２の一面の温度と計測点での位相遅れの結果を図１０、図１１に示す。各図に示すグラフは、被測定物２２の一面の温度を基準点とし距離０，０．０４，０．０６，０．０８，０．１０[ｍ]の距離で温度を計測し、算出した位相遅れを距離毎にプロットした。
【００４７】
図１０に示すグラフは、横軸が加熱周波数[Hz]、縦軸が位相遅れ[deg]である。最小二乗法を用いて加熱周波数に対する位相遅れの値の累乗近似を行ったところ、周波数の増加に対して数３と同様に、周波数に対して1/2乗に比例していることがわかった。
【００４８】
図１１に示すグラフは、加熱周波数毎に、横軸を加熱面１２Ｓからの距離[ｍ]、縦軸を位相遅れ[deg]でプロットした。このグラフから、距離の変化に対して位相遅れが線形に変化していることがわかった。以上より、本シミュレーションが理論式数３に従って動作していることが確認できた。
【００４９】
次に、被測定物２２が厚さ５００μｍの、ＰＤＭＳ（熱拡散率α：０．０１４×１０−５[ｍ２／ｓ]），ガラス板（熱拡散率α：０．０８５×１０−５[ｍ２／ｓ]），銅板（熱拡散率α：１１．７×１０−５[ｍ２／ｓ]）である場合において、それぞれの位相遅れについてシミュレーションを行った。シミュレーションに用いた計測センサ６Ａは図１２に示すモデルとした。本モデルは、基板８が厚さ５００μｍのガラス基板、断熱層１０が厚さ１００μｍのエポキシ系樹脂、発熱部１２及び測温部１４が厚さ４０μｍ、幅２００μｍの金線とした。発熱部１２と測温部１４の間の間隔は４００μｍとした。被測定物２２を計測センサ６Ａの上に載置し、発熱部１２に正弦変化する熱量を加え、測温部１４において計測される応答をシミュレーションにより求めた。
【００５０】
図１３に示すシミュレーションの結果、熱拡散率の違いにより、位相遅れに差が生じることが確認できた。したがって、位相遅れを計測することにより、上記理論式数３を用いて、被測定物２２の熱拡散率を算出することができる。
【００５１】
本実施形態のように、断熱層１０を有する計測センサ６Ａの表面を被測定物２２の表面に当接させる場合、被測定物２２の表面からの熱の放散は少ない。そのため、被測定物２２の加熱された面と同じ面の温度変化を計測することにより、発熱部１２と測温部１４の間の距離を半径とし発熱部１２を中心とする半円で囲まれる領域内の熱物性値を計測することが可能となる。
【００５２】
上記したように本実施形態に係る計測装置１は、測温部１４において発熱部１２と所定距離だけ離れた被測定物２２の温度変化を計測することにより、発熱部１２の温度変化に対する位相の遅れを計測する。これにより、計測装置１は、被測定物２２の熱拡散率を計測することができる。
【００５３】
しかも計測センサ６Ａは、被測定物２２の加熱された面と同じ面の温度変化を計測することにより、発熱部１２との間の距離を半径とし発熱部１２を中心とする半円で囲まれる領域内の熱物性値を計測することが可能となる。したがって、計測センサ６Ａは、従来のように被測定物２２を薄膜化する必要がなく、非侵襲で被測定物２２の熱拡散率を計測することができる。
【００５４】
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態に係る計測センサについて説明する。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図２と同様の構成について同様の符号を付した図１４に示す計測センサ６Ｂは、発熱部４４と、複数（本図の場合、５個）の測温部とを有する。発熱部４４の加熱面と測温部の測温面とは、略同一平面上に形成されている。発熱部４４は、直線状に形成された抵抗体であり、両端に電極が設けられている。当該電極は、電圧変調器３に電気的に接続されている。
【００５５】
測温部は、第１〜第５測温部４６〜５０を有し、それぞれ発熱部４４と所定の間隔を開けて平行に形成され、温度変化に伴い抵抗値が変化する線状の抵抗体であり、両端に電極が設けられている。当該電極は、それぞれ計測器４に電気的に接続されている。
【００５６】
第１〜第５測温部４６〜５０は、発熱部４４と第１〜第５測温部４６〜５０の間の間隔が被測定物２２の各層に対応した位置に形成される。すなわち、第１測温部４６は、発熱部４４との間の距離が第１層５２の厚さに対応する位置に形成される。第２測温部４７は、発熱部４４との間の距離が第１層５２と第２層５３の厚さに対応する位置に形成される。第３測温部４８は、発熱部４４との間の距離が第１層５２と第２層５３と第３層５４の厚さに対応する位置に形成される。
【００５７】
発熱部４４から一方向へ第１測温部４６、第２測温部４７、第３測温部４８、第４測温部４９の順に形成されており、他方向へ第５測温部５０が形成されている。
【００５８】
本実施形態に係る計測センサ６Ｂの場合、図１５に示すように、発熱部４４と、第１〜第５測温部４６〜５０とを共に被測定物２２の一面に当接させて発熱部４４の温度変化に対する位相の遅れを第１〜第５測温部４６〜５０において計測する。したがって、被測定物２２の加熱された面と同じ面の温度変化を計測する構成としたから、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、本図に示す被測定物２２は、一面から厚さ方向に第１層５２、第２層５３、第３層５４を有し、一面からの深さによって材質が異なる。本実施形態に係る計測センサ６Ｂの場合、第１〜第５測温部４６〜５０で発熱部４４の温度変化に対する位相の遅れを計測することにより、被測定物２２の各層５２〜５４の熱物性値を推定することができる。
【００６０】
すなわち、被測定物２２の深さ方向の材質が異なることによって、面方向への熱伝導性が影響を受ける。また、発熱部４４と第１〜第５測温部４６〜５０の間の距離が被測定物２２の一面から深さ方向の距離に相当すると考えられる。そうすると、本実施形態に係る計測センサ６Ｂは、各測温部４６〜５０で発熱部４４の温度変化に対する位相の遅れを計測することにより、発熱部４４との間の距離を半径とし発熱部４４を中心とする半円で囲まれる領域内の熱物性値を推定することが可能となるといえる。
【００６１】
例えば、第１測温部４６は、発熱部４４を中心とする第１領域４６Ｒ内、すなわち第１層５２の熱物性値を計測することができる。そして、第２測温部４７は、第１測温部４６で計測可能な領域４６Ｒを含む第２領域４７Ｒ内の熱物性値を計測することができる。したがって、第２測温部４７で計測した熱物性値と第１測温部４６で計測した熱物性値とを比較することで第２層５３の熱物性値を推定することができる。
【００６２】
また、第３測温部４８は、第２測温部４７で計測可能な領域４７Ｒを含む第３領域４８Ｒ内の熱物性値を計測することができる。したがって、第３測温部４８で計測した熱物性値と第２測温部４７で計測した熱物性値とを比較することで第３層５４の熱物性値を推定することができる。
【００６３】
このように、計測センサ６Ｂは、発熱部４４との間の距離がそれぞれ異なる第１〜第５測温部４６〜５０を備えることにより、被測定物２２の一面からの距離が異なる箇所の熱物性値を推定することができる。
【００６４】
（３）第３実施形態
次に、第３実施形態に係る計測センサについて説明する。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図２と同様の構成について同様の符号を付した図１６に示す計測センサ６Ｃは、点状に形成された発熱部５６と、当該発熱部５６の周囲を囲むように環状に配置された測温部とを備える。発熱部５６の加熱面と測温部の測温面とは、略同一平面上に形成されている。
発熱部５６は、線状の抵抗体を環状に配置し、両端に電極が設けられている。当該電極は、電圧変調器３に電気的に接続されている。
【００６５】
測温部は、内側測温部５８と、当該内側測温部５８の外側に配置された外側測温部６０とを有する。内側測温部５８は、第１〜第８内側測温部６１〜６８を有し、全体として発熱部５６を中心として環状に形成されている。第１〜第８内側測温部６１〜６８はそれぞれ両端に電極が設けられている。当該電極は、それぞれ計測器４に電気的に接続されている。
【００６６】
外側測温部６０は、第１〜第８外側測温部７１〜７８を有し、全体として内側測温部５８の同心円状に形成されている。第１〜第８外側測温部７１〜７８はそれぞれ両端に電極が設けられている。当該電極は、それぞれ計測器４に電気的に接続されている。
【００６７】
本実施形態に係る計測センサ６Ｃの場合、発熱部５６と、内側測温部５８と、外側測温部６０が共に被測定物２２の一面に当接する。したがって、被測定物２２の加熱された面と同じ面の温度変化を計測する構成としたから、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、計測センサ６Ｃは、発熱部５６との間の距離がそれぞれ異なる内側測温部５８と外側測温部６０とを備えることにより、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
さらに本実施形態に係る計測センサ６Ｃの場合、発熱部５６は点状に形成され、前記測温部５８，６０は前記発熱部５６の周囲を囲むように環状に配置されているので、被測定物２２の２次元の熱物性値を計測することができる。
【００７０】
本実施形態では、測温部が図１６に示す形態である場合について説明したが、本実施形態はこれに限らず、点状に形成された発熱部５６の周囲を覆うように測温部が形成されていれば足り、例えば、図１７に示すように形成してもよい。本図に示す計測センサ６Ｄは、測温部が、第１〜第８測温部８１〜８８を有し、発熱部８０を中心として環状に配置されている。第１〜第８測温部８１〜８８は、環状に形成された環状部８８と、発熱部８０を中心として環状部８８の両端から放射状に延出された電極部９０とを、それぞれ有する。本図に示す計測センサ６Ｄは、前記発熱部８０は点状に形成され、第１〜第８測温部８１〜８８は前記発熱部８０の周囲を囲むように環状に配置されているので、被測定物２２の２次元の熱物性値を計測することができる。
【００７１】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【００７２】
上記実施形態の場合、発熱部１２の加熱面１２Ｓと測温部１４の測温面１４Ｓとは、略同一平面上に形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、被測定物２２の一面に熱量を加えると共に当該一面の温度変化を計測し得るように形成されていれば足りる。例えば、発熱部１２の加熱面１２Ｓと測温部１４の測温面１４Ｓを覆う保護膜を設けることとしてもよい。これにより保護膜を介して被測定部の一面に当接させて発熱部１２の温度変化に対する位相の遅れを測温部１４において計測することができるので、発熱部１２の加熱面１２Ｓと測温部１４の測温面１４Ｓとが必ずしも略同一平面上に形成されていなくともよい。
【００７３】
上記実施形態の場合、発熱部に供給される電圧は、正弦周期的に変化する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、時間経過と共にパルス状に変化してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１        ：計測装置
３        ：電圧変調器
４        ：計測器
６Ａ      ：計測センサ
６Ｂ      ：計測センサ
６Ｃ      ：計測センサ
６Ｄ      ：計測センサ
８        ：基板
１０      ：断熱層
１２      ：発熱部
１４      ：測温部
２２      ：被測定物
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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