(57)【要約】【課題】従来取り扱いが困難であった放射伝熱現象と拡散伝熱現象が共存状態にある測定試料における定常法による物性値の測定方法及びその測定装置を提供する。【解決手段】定常法による物性値の測定方法は、板状の測定試料１０を温度Ｔ０に設定した後、測定試料１０の表面側を一定強度の熱流束で加熱し、測定試料１０の物性値を求める定常法による物性値の測定方法であり、測定試料１０の表裏面で測定した温度と測定試料１０の厚さｄｌを用いて見かけの熱伝導率ｋ´を求め、測定試料１０の厚さｄｌと測定試料１０の熱拡散率αに依存する見かけの熱伝導率ｋ´を示す式を用いて、測定試料１０の熱拡散率αを物性値として求める物性値算出工程を有する。これに用いる物性値の測定装置は、測定試料１０を内部に配置可能な加熱炉２０を有している。【選択図】図１
2016024083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の測定試料を温度Ｔ０に設定した後、該測定試料の表面側を一定強度の熱流束で加熱し、該測定試料の物性値を求める定常法による物性値の測定方法において、
前記測定試料の表裏面で測定した温度と該測定試料の厚さｄｌを用いて見かけの熱伝導率ｋ´を求め、前記測定試料の厚さｄｌと該測定試料の熱拡散率αに依存する前記見かけの熱伝導率ｋ´を示す式を用いて、該測定試料の熱拡散率αを物性値として求める物性値算出工程を有することを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の定常法による物性値の測定方法において、前記物性値算出工程の前に、前記測定試料の吸収係数μと厚さｄｌとの積である光学厚さμｄｌを求め、該光学厚さμｄｌに基づいて、前記測定試料の表面から裏面への熱伝導が、拡散伝熱と放射伝熱のいずれに起因するかを判定する判定工程を行うことを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表裏面にそれぞれ、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成し、前記測定試料の表面側の加熱を、加熱光で連続照射することにより行うことを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表面に発熱体ａを密着配置し、該測定試料の裏面に、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成して、前記発熱体ａを加熱制御することを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表面に発熱体ａを密着配置し、更に、前記発熱体ａとは隙間を有して発熱体ｂを配置して、前記発熱体ａと前記発熱体ｂを同一温度に加熱制御することを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の定常法による物性値の測定方法において、前記発熱体ａを、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料、又は、不透光膜を介して、前記測定試料の表面に配置し、前記測定試料の裏面に、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成することを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の定常法による物性値の測定方法において、前記発熱体ｂは、前記発熱体ａを覆っていることを特徴とする定常法による物性値の測定方法。
【請求項８】
請求項３記載の定常法による物性値の測定方法に用いる測定装置であって、前記測定試料を内部に配置可能な加熱炉と、該加熱炉の端部に設けられ、前記測定試料の表面側に加熱光を連続照射するための透明ガラスとを有することを特徴とする定常法による物性値の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定常法による物性値の測定方法及びその測定装置に関する。ここで、物性値の測定対象となる試料としては、例えば、多孔質材や断熱材（セラミックス材）等がある。
【背景技術】
【０００２】
定常法は、試料（以下、測定試料ともいう）内に温度変化が無い定常状態を実現し、（１）式（フーリエの式）により、試料の熱伝導率ｋ（物性値）を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。
ここで、熱流速ｑが測定できる場合には、図１２（Ａ）に示す定常絶対法により、（１）式に従って試料の熱伝導率ｋを求めることができる。
しかし、この試料内を移動する熱流速ｑの測定は難しいことから、図１２（Ｂ）に示す定常比較法、即ち熱伝導率が既知の標準試料を用いた測定方法が、よく利用されている。この方法は、平板状の測定試料と標準試料とを密着させ、測定試料と標準試料を移動する熱流速ｑが同一となるようにして、（２）式と（３）式に従い、試料の熱伝導率ｋを求める方法である。
【０００３】
【数１】
2016024083.tif 000003
【０００４】
なお、使用する変数は、測定試料の熱伝導率（拡散伝熱による熱伝導率）ｋ＝ρＣα、標準試料の熱伝導率ｋｓ、測定試料の厚さＬ１、標準試料の厚さＬ２−Ｌ１、照射前の試料温度Ｔ（０）（Ｔ０ともいう）、図１２（Ａ）での測定試料の裏面温度Ｔ（Ｌ１）、図１２（Ｂ）での測定試料の裏面温度Ｔ（Ｌ１）、図１２（Ｂ）での標準試料の裏面温度Ｔ（Ｌ２）、単位面積単位時間当たりの入熱量（熱流束）ｑ、である
【０００５】
定常法は、熱伝導率を測定する方法として広く用いられている。特に、多孔質材料のような不均質材料や、熱伝導率が小さい断熱材への適用が多い。これは、熱伝導率の測定に多く利用されているレーザフラッシュ法は、試料が均質材料で、しかも、試料厚さを１〜３ｍｍ程度の薄いものとする必要があるため、多孔質材料等の不均質材料の測定には適さないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９５５５０号公報
【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、前記従来の定常法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
定常法で多くの測定が行われる多孔質材や断熱材は、試料内に空隙があり、フーリエ式で取り扱う拡散伝熱現象だけでなく、放射伝熱現象による熱流束が共存する。また、断熱材として多く用いられるセラミックス材は、赤外線を透過する性質があるため、拡散伝熱現象と放射伝熱現象による熱伝導となる。
従来は、この放射伝熱現象の取り扱いが困難であったため、拡散伝熱現象と放射伝熱現象による熱伝導を、すべて拡散伝熱現象に基づく熱伝導と仮定して、上記したフーリエの式に従い、試料の見かけの熱伝導率を求めていたのが現状である。
従って、放射伝熱現象が無視できない条件では、正確な熱伝導現象を把握しているとは言い難く、測定される熱伝導率の取り扱いが問題となっている。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来取り扱いが困難であった放射伝熱現象と拡散伝熱現象が共存状態にある測定試料における定常法による物性値の測定方法及びその測定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】
前記目的に沿う第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法は、板状の測定試料を温度Ｔ０に設定した後、該測定試料の表面側を一定強度の熱流束で加熱し、該測定試料の物性値を求める定常法による物性値の測定方法において、
前記測定試料の表裏面で測定した温度と該測定試料の厚さｄｌを用いて見かけの熱伝導率ｋ´を求め、前記測定試料の厚さｄｌと該測定試料の熱拡散率αに依存する前記見かけの熱伝導率ｋ´を示す式を用いて、該測定試料の熱拡散率αを物性値として求める物性値算出工程を有する。
【００１０】
第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法において、前記物性値算出工程の前に、前記測定試料の吸収係数μと厚さｄｌとの積である光学厚さμｄｌを求め、該光学厚さμｄｌに基づいて、前記測定試料の表面から裏面への熱伝導が、拡散伝熱と放射伝熱のいずれに起因するかを判定する判定工程を行うことが好ましい。
【００１１】
第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表裏面にそれぞれ、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成し、前記測定試料の表面側の加熱を、加熱光で連続照射することにより行うことができる。
【００１２】
第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表面に発熱体ａを密着配置し、該測定試料の裏面に、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成して、前記発熱体ａを加熱制御することができる。
【００１３】
第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法において、前記測定試料の表面に発熱体ａを密着配置し、更に、前記発熱体ａとは隙間を有して発熱体ｂを配置して、前記発熱体ａと前記発熱体ｂを同一温度に加熱制御することができる。
ここで、前記発熱体ａを、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料、又は、不透光膜を介して、前記測定試料の表面に配置し、前記測定試料の裏面に、熱伝導率が既知である、熱移動が拡散伝熱により生じる材料を密着配置、又は、不透光膜を形成することができる。
【００１４】
なお、前記発熱体ｂは、前記発熱体ａを覆っているのがよい。
【００１５】
前記目的に沿う第２の発明に係る定常法による物性値の測定装置は、第１の発明に係る定常法による物性値の測定方法に用いる測定装置であって、前記測定試料を内部に配置可能な加熱炉と、該加熱炉の端部に設けられ、前記測定試料の表面側に加熱光を連続照射するための透明ガラスとを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る定常法による物性値の測定方法及びその測定装置は、物性値算出工程を有するので、物性値の算出に際し、測定試料の厚さを考慮できる。これにより、従来取り扱いが困難であった放射伝熱現象と拡散伝熱現象が共存状態の測定試料であっても、この測定試料の物性値を定常法によって精度よく求めることができる。
【００１７】
特に、測定試料の熱伝導が放射伝熱に起因するとの判定を、測定試料の吸収係数μと厚さｄｌとの積である光学厚さμｄｌを用いた判定工程により行うので、熱伝導が、拡散伝熱と放射伝熱のいずれに起因するか分らない測定試料に対しても、物性値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る定常法による物性値の測定方法の前提条件となる測定試料の伝熱モデルの説明図である。
【図２】拡散伝熱的熱伝導と放射伝熱的熱伝導の境界を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施の形態に係る定常法による物性値の測定方法を用いて測定試料の物性値を測定する際の手順を示す解析フロー図である。
【図４】拡散伝熱のみによる熱伝導率ｋ２に対して見かけの熱伝導率ｋ２´が５％大きい場合の測定試料の厚さの吸収係数の依存性を示すグラフである。
【図５】見かけの熱伝導率ｋ２´と第２層の熱拡散率α２との関係の一例を示すグラフである。
【図６】同じ物性値を有する材料の見かけの熱伝導率の厚さ依存性を示すグラフである。
【図７】変形例に係る定常法による物性値の測定方法を用いて測定試料の物性値を測定する際の手順を示す解析フロー図である。
【図８】（Ａ）は第１層あるいは第３層の材料として熱伝導率が既知の材料を用いる場合の３層材の定常熱流束加熱方法の説明図、（Ｂ）は第３層の材料として熱伝導率が既知の材料を用いる場合の２層材の定常熱流束加熱方法の説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第１層と第３層の材料として熱伝導率が既知でない材料を用いる場合の３層材の定常熱流束加熱方法の説明図、他の定常熱流束加熱方法の説明図である。
【図１０】単層材の定常熱流束加熱方法の説明図である。
【図１１】（Ａ）は光照射法を適用する物性値の測定装置の説明図、（Ｂ）は抵抗体加熱法を適用する物性値の測定装置の説明図である。
【図１２】（Ａ）は定常絶対法による熱伝導率の測定方法の説明図、（Ｂ）は定常比較法による熱伝導率の測定方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の一実施の形態に係る定常法による物性値の測定方法を行う前の前提条件について、図１を参照しながら説明する。
測定対象となる測定試料１０は、例えば、多孔質材のような不均質材や、熱伝導率が小さい断熱材（セラミックス材）等であり、拡散伝熱現象だけでなく、放射伝熱現象も共存する板状の試料である。
【００２０】
次に、上記した測定試料１０の表裏面に、熱移動が拡散伝熱のみの材料からなる板材１１、１２をそれぞれ密着配置して（測定試料１０を板材１１と板材１２で挟み込んだ状態にして）、３層材１３を形成する。この板材１１、１２には、例えば、黒鉛や金属等を用いることができる。
また、上記したような板材を用いることなく、測定試料１０の表裏面を不透光化処理して不透光膜を形成することもできる。この場合、測定試料１０を単層材として、測定対象にできる。
【００２１】
熱伝導率の測定に際しては、上記した３層材１３全体を、温度（定常温度）Ｔ０に設定した後、第１層である板材１１（以下、単に第１層ともいう）の表面を定常熱流束（一定強度の熱流束）で加熱して、温度を測定するものとする（即ち、定常法）。
ここで、３層材１３全体を温度Ｔ０とする方法としては、例えば、温度Ｔ０に制御した加熱炉内に３層材１３をセットする方法がある。
また、第１層の表面に定常熱流束を与える方法としては、例えば、１）加熱光を用いて第１層の表面を連続照射する方法、２）第１層を導電性材料として定電流を流す方法、等がある。
【００２２】
温度の測定は、例えば、熱電対等の温度測定手段を用いて、各層境界の温度を測定する。
ここで、定常温度Ｔ０からの温度変化をＴとする。また、第１層の表面座標をｘ＝０とし、第３層（板材１２）の裏面座標をｘ＝Ｌ３とし、第１層と第２層（測定試料１０）との界面座標をｘ＝Ｌ１とし、第２層と第３層との界面座標をｘ＝Ｌ２とする。
【００２３】
上記した第３層の裏面からは、λ３Ｔ３（Ｌ３）のエネルギー放射が外部に向けてあるものとする。また、界面ｘ＝Ｌ１において、第１層から第２層内にλ１Ｔ１（Ｌ１）のエネルギー放射があり、界面ｘ＝Ｌ２において、第３層から第２層内にλ３Ｔ３（Ｌ２）のエネルギーが放射される。
ここで、第３層の裏面からの外部への放射エネルギーと、第２層と第３層の界面から第２層への放射エネルギーを区別するため、第３層の裏面（ｘ＝Ｌ３）から外部への放射エネルギーにｕ１を付ける。また、３層材１３の裏面よりエネルギー放射があり、第３層（板材１２）の第２層（測定試料１０）側への放射と裏面側への放射が等しい場合には、ｕ１は１とする。
【００２４】
使用する変数は、密度ρｉ、比熱Ｃｉ、熱拡散率αｉ、熱伝導率（拡散伝熱による熱伝導率）ｋｉ＝ρｉＣｉαｉ、標準試料の熱伝導率ｋｓ、厚さｄｌｉ、第１層の放射率ε１、第３層の放射率ε３、第２層の屈折率ｎ、第２層の吸収係数μ、照射前の試料温度（加熱前温度）Ｔ０、単位面積単位時間当たりの入熱量（熱流束）ｑ、である（以上、ｉ＝１,２,３、第１〜第３層を示す）。ここで、放射率、屈折率、及び、吸収係数は、一般に波長依存性があるが、それぞれ適切な平均化処理をしたものを用いる。
従って、以下の関係が成り立つ。
ｄｌ１＝Ｌ１
ｄｌ１＋ｄｌ２＝Ｌ２
ｄｌ１＋ｄｌ２＋ｄｌ３＝Ｌ３
【００２５】
また、第１層の第２層側裏面と第３層の第２層側表面からの放射に関する定数λ１、λ３は、以下のように示される。
λ１＝４ε１σＴ０３    ・・・（４）
λ３＝４ε３σＴ０３    ・・・（５）
そして、第２層内部からの放射に関する定数λ２は、以下のように示される。
λ２＝ｅ１ｎ２σＴ０３    ・・・（６）
上記したλ１、λ３、及び、λ２の計算には、加熱前温度Ｔ０を用いているが、測定する温度を用いてもよい。
ここで、（６）式中のｅ１は定数であり、この値の一例としてｅ１＝８πがある。なお、この値は、試料内の放射や吸収のモデルのたて方により多少異なるものと考えられ、例えば、ｅ１＝３２／３等もありうるが、実用上は、実態に合わせた数値とする。また、σはステファンボルツマン定数である。
【００２６】
次に、第２層となる測定試料１０の熱伝導率式について説明する。
定常法による測定試料１０の見かけの熱伝導率ｋ２´（ｋ´とも表す）を、（７）式により定義する。また、拡散伝熱現象と放射伝熱現象が共存する状態においては、（８）式により、測定試料１０の見かけの熱伝導率ｋ２´が与えられる。
【００２７】
【数２】
2016024083.tif 000004
【００２８】
ここで、β１０、μｃｄｌ２、ｐｃ、β１（ｐ）、β３（ｐ）を、以下の（９）式〜（１３）式にそれぞれ示す。なお、λ１、λ３、λ２は、前記した（４）式〜（６）式で示される。
【００２９】
【数３】
2016024083.tif 000005
【００３０】
上記した（８）式に用いるμｃは、放射伝熱的熱伝導と拡散伝熱的熱伝導の境界となる吸収係数である。
従って、吸収係数μがこの値μｃより小さい場合は、放射伝熱的熱伝導が主体となり、一方、吸収係数μがこの値μｃより大きい場合は、拡散伝熱的熱伝導が主体となる。この両熱伝導の境界を定義する吸収係数μｃは、図２に示す（１０）式の光学厚さ式で与えられる。なお、図２において、（１０）式の線より左側が放射伝熱的熱伝導であり、右側が拡散伝熱的熱伝導である。また、測定試料１０の光学厚さは、測定試料１０の吸収係数μと厚さＬ（＝ｄｌ２）の積で表される。
この（１０）式において、ｅ２は定数である。また、この境界の吸収係数μｃを用いて、（８）式に用いるラプラス変数ｐｃを、（１１）式に示す。
【００３１】
第２層である測定試料１０内部の単位体積、かつ、単位時間当たりに放射されるエネルギーｑｖを、（１４）式に記載する。ここで、（１４）式中のλ２は、前記した（６）式で与えられる。
【００３２】
【数４】
2016024083.tif 000006
【００３３】
上記した境界を与える光学厚さ式を示す（１０）式中の定数ｅ２は、一次元放射が成立する場合には、（１５）式で与えられる。
なお、第１層と第２層の界面における第２層内への放射が、３次元的に放射されるランバート面特性のような場合には、定数ｅ２は（１５）式とは異なる定数となると考えられるが、それは個々の面の特性に合わせて設定するものとする。このランバート面とは、界面垂直方向からの角度をθとすると、面からの放射強度はＩ０ｃｏｓ（θ）となるような面である。また、Ｉ０は、垂直方向の放射強度である。
これは、第２層と第３層の界面についても同様である。
【００３４】
【数５】
2016024083.tif 000007
【００３５】
また、定常法で測定される単層材（例えば、前記したように、測定試料の表裏面を不透光化処理して不透光膜を形成した場合）の見かけの熱伝導率ｋ２´は、（１６）式で表される。
【００３６】
【数６】
2016024083.tif 000008
【００３７】
ここで、ｄｌ２は単層材の厚さである。
また、前記した（８）式中と上記した（１６）式中のｋ２（ダッシュ「´」がない）は、測定試料１０の拡散伝熱による熱伝導率であり、ｋ２＝ρ２Ｃ２α２で定義する。
そして、上記した（１６）式は、前記した（８）式において、第１層と第３層の厚さを「０」として導いた式であり、サフィックス（下付き添字）は３層材のものをそのまま用いている（例えば、熱伝導率はｋ２をそのまま用いている）。
【００３８】
続いて、本発明の一実施の形態に係る定常法による物性値の測定方法について、図３を参照しながら説明する。なお、以下の処理は、コンピュータ（演算処理手段）に入力されたデータを用い、コンピュータのプログラムに基づいて順次行われる。
解析対象は、次に示す第２層となる測定試料１０の熱物性値である。
なお、これ以外の物性値と各層の厚さは、既知とする。具体的には、図３に示すように、一方の板材１１（第１層）の既知データは、密度ρ１、比熱Ｃ１、熱拡散率α１、厚さｄｌ１、であり、測定試料１０（第２層）の既知データは、密度ρ２、比熱Ｃ２、吸収係数μ、屈折率ｎ、厚さｄｌ２（ｄｌとも表す）、であり、他方の板材１２（第３層）の既知データは、密度ρ３、比熱Ｃ３、熱拡散率α３、厚さｄｌ３、である。
【００３９】
ただし、放射伝熱的熱伝導が無視できる場合には、測定試料の熱伝導率が得られるので、各層の全ての物性値は、既知である必要はない。
測定される熱物性値は、材料特性に依存し、次の２つのケースがある。
１）放射伝熱的熱伝導が無視できる場合：第２層の熱伝導率ｋ２
２）放射伝熱的熱伝導が無視できない場合：第２層の熱拡散率α２（αとも表す）と、この熱拡散率α２に密度ρ２と比熱Ｃ２を掛けた熱伝導率ｋ２（＝ρ２Ｃ２α２）と、測定厚さにおける見かけの熱伝導率ｋ２´（ｄｌ２）
【００４０】
まず、ステップ１（ＳＴ１）の判定工程について説明する。
測定試料１０の吸収係数μと厚さｄｌ２とを用いて光学厚さμｄｌ２（吸収係数μと厚さｄｌ２との積）を計算し、放射伝熱的熱伝導と拡散伝熱的熱伝導の境界を与える光学厚さｅ２との比較を行う。
具体的には、測定試料１０の光学厚さμｄｌ２が、この境界に与える光学厚さｅ２に対して十分大きい場合（μｄｌ２≫ｅ２）、即ち、測定試料の熱伝導が拡散伝熱に起因すると判定した場合には、ステップ２（ＳＴ２）へ進む。一方、そうでない場合、即ち、測定試料の熱伝導が放射伝熱に起因すると判定した場合には、ステップ３（ＳＴ３）へ進む。
【００４１】
ここで、測定試料の光学厚さμｄｌ２が、放射伝熱的熱伝導と拡散伝熱的熱伝導の境界を与える光学厚さｅ２に対して、十分に大きいかどうかの判断方法の一例を示す。
両熱伝導現象が存在する場合、熱伝導が拡散伝熱のみに起因すると仮定して得られた熱伝導率ｋ、即ち、ｋ２＝ρ２Ｃ２α２に比較して、後述する見かけの熱伝導率ｋ２´が大きくなる。ここで、ｋ２´がｋ２に比較して５％大きくなる（ｋ２´／ｋ２＝１０５％）試料厚さの吸収係数の依存性を、図４に示す。
【００４２】
判定に際しては、図４に従い、測定試料の吸収係数よりｋ２´がｋ２に比較して５％大きくなる厚さを確認し、測定試料の厚さｄｌ２がこの厚さより厚い場合には、ステップ２へ進んで、拡散伝熱的熱伝導による熱伝導率ｋ２を測定する。一方、薄い場合には、ステップ３へ進んで、見かけの熱伝導率ｋ２´を測定する。
なお、図４は、以下に示す表１の物性値に基づいて、前記した（８）式を用いて作成したものであり、実際の対応としては、測定対象の物性値に基づいて（８）式を用いてｋ２´／ｋ２を評価し、判断する。
【００４３】
【表１】
2016024083.tif 000009
【００４４】
なお、上記した判定は、図４と同様の図を作成し、その図より行ってもよい。
また、図４では、見かけの熱伝導率ｋ２´が、拡散伝熱のみによる熱伝導率ｋ２に比較して５％大きい条件としたが、これは一例であり、実用上は、必要とする精度に応じた同様の検討により、熱伝導が拡散伝熱と放射伝熱のいずれに起因するかの判断を行うことが望ましい。その際、測定試料の物性値については不明なため、同様の材料の文献値等を参考にした物性値を用いてもよい。
【００４５】
続いて、ステップ２の拡散伝熱起因の熱伝導率算出工程について説明する。
ここでは、測定試料の熱伝導率ｋ２を（１７）式より計算する。なお、このステップ２は、測定試料の熱伝導が、拡散伝熱的熱伝導のみと判断される場合に行われるため、この熱伝導率ｋ２は、拡散伝熱による熱伝導率となる。
ここで、ｑは、単位時間かつ単位面積当たりの入熱量（熱流束）である。
従って、第１層あるいは第３層に熱伝導率が既知の材料を用いる場合は、第１層あるいは第３層の両端の温度差と厚みを用いて、（１８）式で求められる。一方、熱伝導率が不明の材料を用いる場合には、後述する図に示す方法により、熱流束を求める。
【００４６】
【数７】
2016024083.tif 000010
【００４７】
また、ステップ３の放射伝熱起因の見かけ熱伝導率算出工程について説明する。
ここでは、上記したステップ２と同様に、測定試料の見かけの熱伝導率ｋ２´を、（１９）式と（１８）式を用いて（即ち、測定試料の表裏面で測定した温度と測定試料の厚さを用いて）計算する。なお、このステップ３は、前記したステップ１の判定で、測定試料の熱伝導において、放射伝熱的熱伝導が無視できないと判定される場合に行われる。
【００４８】
【数８】
2016024083.tif 000011
【００４９】
上記したステップ３が終了した後は、ステップ４（ＳＴ４）のλ１、λ３の算出工程とステップ５（ＳＴ５）の物性値（熱拡散率）算出工程を、順次行う。
まず、ステップ４について説明する。
測定試料１０の測定に際し、前記した３層材１３（あるいは２層材）を用いる場合、前記した（８）式を用いて、後述するステップ５で熱拡散率解析を行う必要がある。しかし、この場合、（８）式中に記載の板材のλ１、λ３を計算しておく必要があるため、（２０）式と（２１）式を用いて、λ１、λ３を計算する。
また、測定試料の測定に際し、前記した単層材を用いる場合には、（２２）式を用いてλ１、λ３を計算する。
なお、λ１は、第１層と第３層を同一材料とすれば、λ１＝λ３となり、求められる。
【００５０】
【数９】
2016024083.tif 000012
【００５１】
続いて、ステップ５（ＳＴ５）について説明する。
ステップ５では、測定試料の見かけの熱伝導率ｋ２´を与える（８）式に、前記したステップ３で測定された見かけの熱伝導率ｋ２´を代入して、測定試料の熱拡散率α２を計算する。なお、（８）式は、測定試料１０の厚さｄｌ２と熱拡散率α２に依存する見かけの熱伝導率ｋ２´を示す式である。
ここで、測定試料の熱拡散率α２を求めるに際し、前記した表１に示す３層材の物性値を用いた例について、説明する。
【００５２】
測定試料の厚みが５０ｍｍのとき、放射伝熱的熱伝導と拡散伝熱的熱伝導の境界を与える吸収係数はμｃ＝３５．９（１／ｍ）となる。
ここで、例として、測定試料の吸収係数がμ＝２５．１（１／ｍ）の場合を取り上げると、測定試料の吸収係数は、放射伝熱的熱伝導と拡散伝熱的熱伝導の境界を与える境界吸収係数に比較して小さくなり、測定試料は、放射伝熱的熱伝導の領域にあると判断される。
そして、測定された見かけの熱伝導率をｋ２´＝２１．８（Ｗ／（ｍＫ））とすると、この値を、前記した（８）式に代入する。同式は、測定試料の熱拡散率α２のみの関数となっているので、測定試料の熱拡散率を求めることができ、α２＝９．９９×１０−６（ｍ２／ｓ）を得る。なお、図５に、上記した見かけの熱伝導率ｋ２´と第２層の熱拡散率α２の関係を示す。
【００５３】
最後に、ステップ６（ＳＴ６）では、以下のように、得られた測定結果を出力する。
なお、測定結果は、次のものである。
１）吸収係数が十分大きく、放射伝熱的熱伝導が無視できる場合には、ステップ２で得られた測定試料１０の熱伝導率ｋ２が測定結果となるため、これを物性値として出力する。
２）放射伝熱的熱伝導が無視できない場合は、ステップ５で得られた測定試料１０の熱拡散率α２が測定結果となるため、これを物性値として出力する。また、この熱拡散率α２に密度ρ２と比熱Ｃ２を掛けて、拡散伝熱による熱伝導率ｋ２（＝ρ２Ｃ２α２）を、測定結果（物性値）として追加してもよい。更に、見かけの熱伝導率を測定結果に付け加える場合には、測定試料の厚さにおける見かけの熱伝導率として、ステップ３で測定して得られたｋ２´をｋ２´（ｄｌ２）とし、これを物性値として出力する。
【００５４】
放射伝熱的熱伝導が無視できない材料の見かけの熱伝導率は、厚さ依存性があるため、ある特定の厚さで測定した見かけの熱伝導率の値を、実際の運用の際にそのまま用いた場は、誤差のもととなる。
特に、放射伝熱的熱伝導の領域においては顕著である。なお、一例として、同じ物性値を有する材料の見かけの熱伝導率の厚さ依存性を、図６に示す。
【００５５】
以上に示した測定試料の物性値の測定手順として、図３では、ステップ１の判定工程を行った後に、ステップ３の放射伝熱起因の見かけ熱伝導率算出工程を行った場合について説明したが、ステップ３の放射伝熱起因の見かけ熱伝導率算出工程を行った後に、ステップ１の判定工程を行ってもよい。
また、図３に示す解析フローにおいては、第１層と第３層の放射率ε１、ε３をそれぞれ未知としているが、放射率ε１、ε３が既知、従って、λ１、λ３が既知の場合には、ステップ４を省略することもできる。
【００５６】
更に、測定試料を、拡散伝熱的熱伝導と放射伝熱的熱伝導の双方を有する材料として仮定し、物性値の測定を行うこともできる。以下、測定試料の物性値の測定手順を、図７を参照しながら説明するが、基本的に上記した図３と同様であるため、詳しい説明は省略する。
図７においては、測定試料を、拡散伝熱的熱伝導と放射伝熱的熱伝導の双方を有する材料として扱っているため、測定試料の熱伝導が拡散伝熱と放射伝熱のいずれに起因するかの判定を行う図３のステップ１を省略できる。これは、図３のステップ３と同様のステップ１１（ＳＴ１１）において、測定試料の見かけの熱伝導率ｋ２´を計算する際に、図３のステップ２の計算も含まれるためである。
従って、まず、ステップ１１により、測定試料の見かけの熱伝導率ｋ２´を計算する。
【００５７】
上記したステップ１１が終了した後は、ステップ１２（ＳＴ１２）でλ１、λ３を計算し（図３のステップ４と同様）、更に、ステップ１３（ＳＴ１３）で測定試料の熱拡散率α２を計算する（図３のステップ５と同様）。
最後に、ステップ１４（ＳＴ１４）では、以下の得られた測定結果を出力する。
ステップ１３で得られた測定試料１０の熱拡散率α２が測定結果となるため、これを物性値として出力する。また、この熱拡散率α２に密度ρ２と比熱Ｃ２を掛けて、拡散伝熱による熱伝導率ｋ２（＝ρ２Ｃ２α２）を、物性値として出力する。更に、測定試料の厚さにおける見かけの熱伝導率として、ステップ１１で測定して得られたｋ２´をｋ２´（ｄｌ２）とし、これを物性値として出力する。
なお、測定試料が、放射伝熱的熱伝導を無視でき、拡散伝熱的熱伝導のみと見なされる材料の場合は、熱拡散率に密度と比熱を掛けた熱伝導率ｋ２（＝ρ２Ｃ２α２）と、見かけの熱伝導率ｋ２´（ｄｌ２）は、略等しいものとなる。
【００５８】
なお、以下に、上記した本発明の定常法による物性値の測定方法に適用可能な定常熱流束加熱方法の具体例を示す。
＜第１層あるいは第３層の材料として熱伝導率が既知の材料を用いる場合＞
この加熱法の一例として、３層材の場合を図８（Ａ）に、２層材の場合を図８（Ｂ）に、それぞれ示す。
ここで、図８（Ａ）は、３層材１３の試料端面（第１層である板材１１の表面）を加熱光で連続照射し、定常状態においては、照射側から裏面側への定常熱流束が実現される。この場合、熱流束ｑは、前記した（１８）式により求められる。
また、図８（Ｂ）は、第１層を電気抵抗体（発熱体）１４とし、加熱電源１５を用いて電流を流し加熱制御する。このとき、定常状態において、熱流束ｑは、熱伝導率が既知の第３層の両端温度差と厚さを用いて、前記した（１８）式により求められる。
【００５９】
＜第１層と第３層の材料の熱伝導率が既知でない場合＞
この加熱方法の一例として、３層材の場合を図９（Ａ）、（Ｂ）に、単層材の場合を図１０に、それぞれ示す。
３層材の場合について、図９（Ａ）を参照しながら、以下説明する。
１）発熱体ａと発熱体ｂは、若干の隙間を空けて設置されており、両者を温度「Ｔ０＋Ｔ」の同一温度に加熱制御する。なお、発熱体ａの加熱制御は、加熱電源ａにより行い、発熱体ｂの加熱制御は、加熱電源ｂにより行う。
ここで、温度上昇分Ｔとしては、例えば、１０℃とする。
【００６０】
２）この場合、加熱電源ａによる一方の発熱体ａの電気的入熱量Ｑ（＝Ｉ２Ｒ）は、ほとんど測定試料１０側に流れる。また、発熱体ａから発熱体ｂ側への放射熱流束は、両発熱体ａ、ｂが同一温度に制御されているので、抑制されている状態である。
３）よって、発熱体ａへの電気的入熱量Ｑが、測定試料１０への入熱量となり、試料面積で割ることにより、熱流束ｑが得られる。
４）第１層と第３層の板材１１、１２の材料に、熱伝導率が既知の材料を用いれば、この層の両端温度差、厚さ、熱伝導率を用いて、熱流束ｑを求めることができ、更に精度良く熱流束を求めることができる。
【００６１】
なお、上記した図９（Ａ）の代わりに、図９（Ｂ）のように、発熱体ｂの構造を変形することもできる。
図９（Ｂ）に示すように、発熱体ｂの構造を、発熱体ａに接触することなく、発熱体ａを覆うような構造とすることで、発熱体ａのジュール熱を、より効率的に測定試料１０へ伝達することができる。
【００６２】
続いて、単層材の場合について、図１０を参照しながら、以下説明する。
上記した図９（Ａ）と同じ加熱方法を用いれば、測定試料１０が単体の場合でも、測定が可能である。なお、ここでは、測定試料１０の表面に、発熱体ａ（発熱板）を貼り付けて、測定試料１０を加熱している。  
測定試料１０に入熱する発熱体ａの電気的入熱量Ｑから熱流束ｑが得られる。
ここで、単層材の見かけの熱伝導率ｋ２´は、（２３）式により求める。
【００６３】
【数１０】
2016024083.tif 000013
【００６４】
この値と、単層材の見かけの熱伝導率の式である前記した（１６）式を用いることにより、３層材の場合と同様に、前記した測定結果を得ることができる。
即ち、単層材の測定試料１０について、放射伝熱的熱伝導が拡散伝熱的熱伝導に比較して十分小さい場合には、測定試料の熱伝導率ｋ２を、また、放射伝熱的熱伝導が無視できない場合には、熱拡散率α２を、それぞれ求めることができる。
なお、放射伝熱が無視できない場合の見かけの熱伝導率が厚さ依存性を有することは、３層材での測定と同様である。
【００６５】
この際、測定試料１０端面からの放射率ε１、ε３を用いた定数率λ１、λ３を、同式に用いているので、同条件を実現するためには、測定試料１０の端面を不透光膜で被覆する必要がある。
また、定常状態で測定試料１０に入る熱流束が、測定試料の裏面から放射される熱流束と等しいという前記した（２２）式の条件を用いることにより、λ３を測定試料の裏面温度Ｔ（Ｌ）より求めることができる。
なお、測定試料１０両端の不透光膜を同一とすることにより、λ１はλ３と同値となる。
【００６６】
ここで、λ１、λ３の計算方法を、以下に説明する。
まず、３層材と２層材の場合について説明する。
前記した（８）式に、見かけの熱伝導率ｋ２´を代入して、測定試料の熱拡散率を求める場合、第１層と第３層の表面の放射に関わる定数λ１、λ３を計算しておく必要がある。
上記した図８（Ａ）、（Ｂ）、図９（Ａ）に示す測定の場合、第３層を流れる熱流速ｑは、測定試料の裏面から放射されるエネルギー流束と等しく、前記した（２０）式が成立する。これにより、第３層の裏面から外部に放射されるエネルギー流束の係数ｕ１λ３は、前記した（２１）式で与えられる。この結果より、第３層の放射率ε３が不明でも、温度測定によりλ３を求めることができる。
なお、図９（Ａ）の加熱方法の場合には、電気入熱量Ｑより熱流束ｑを求めることができ、第３層の温度を用いなくても、前記した（２０）式の左側の式より、λ３を求めることができる。
また、第１層と第３層を同一材料とすれば、λ１＝λ３となり、λ１も求められる。
【００６７】
続いて、単層材の場合について説明する。
前記した（１６）式に、見かけの熱伝導率ｋ２´を代入して、測定試料の熱拡散率を求める場合にも、定数λ１、λ３を計算しておく必要がある。
この場合については、前述したように、前記した（２２）式により、λ３を求める。
ここで、測定試料の両端の不透光膜を同一のものとすることにより、λ１はλ３と同値として得られる。
【００６８】
次に、前記した図８（Ａ）の加熱方法（光照射法）を適用する測定装置を図１１（Ａ）に、図９（Ａ）の加熱方法（抵抗体加熱法）を適用する測定装置を図１１（Ｂ）に、それぞれ示す。
図１１（Ａ）に示す加熱炉２０は、その内部に、支持台２１を介して３層材１３を配置するものである。この加熱炉２０の端部（ここでは上部）には、３層材１３の表面に加熱光を照射するための透明ガラス２２が配置されている。
図１１（Ｂ）に示す加熱炉２５も、その内部に、支持台２１を介して３層材１３を配置するものである。この加熱炉２５は密閉状態となっており、発熱体ａ、ｂを用いて３層材１３の加熱を行っている。
なお、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す説明図では、測定試料１０の横方向（露出した側面）への熱の逃げを抑制する保護熱板を、特に記載していないが、このような保護熱板を、測定試料の側面に設置して、この側面からの熱の逃げを抑制してもよい。
【００６９】
なお、いずれの測定装置についても、温度測定は熱電対等によって行われ、測定結果が温度記録装置へ出力されることで、この測定結果が前記したコンピュータへ入力され、前記した方法に従って、測定試料１０の物性値の測定が行われる。
以上のことから、本発明の定常法による物性値の測定方法及びその測定装置を用いることで、従来取り扱いが困難であった放射伝熱現象と拡散伝熱現象が共存状態の測定試料であっても、この測定試料の物性値を定常法によって精度よく求めることができる。
【００７０】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の定常法による物性値の測定方法及びその測定装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１０：測定試料、１１、１２：板材、１３：３層材、１４：電気抵抗体、１５：加熱電源、２０：加熱炉、２１：支持台、２２：透明ガラス、２５：加熱炉
【図１】
2016024083.tif 000014
【図２】
2016024083.tif 000015
【図３】
2016024083.tif 000016
【図４】
2016024083.tif 000017
【図５】
2016024083.tif 000018
【図６】
2016024083.tif 000019
【図７】
2016024083.tif 000020
【図８】
2016024083.tif 000021
【図９】
2016024083.tif 000022
【図１０】
2016024083.tif 000023
【図１１】
2016024083.tif 000024
【図１２】
2016024083.tif 000025