(57)【要約】表面測定プローブ（１）は、長手方向軸線に沿って延在し、試験装置に取り付けられる近位端および遠位端を含む中空プローブ本体（３；９、１１、１３、１５）と、プローブ本体の内部に位置し、かつ、長手方向軸線に沿って延在し、表面測定プローブ（１）を組み立てられた状態に維持するよう構成された保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）と、プローブ本体の遠位端に支持され、試料と接触するように構成されたプローブ先端（７）と、プローブ本体（３）の内部に位置し、プローブ先端（７）と保持具（１７、１９、２；１８、２１）との間に配置され、断熱性材料を含むビード部（３１）とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面測定プローブ（１）であって、
長手方向軸線に沿って延在し、試験装置に取り付けられる近位端および遠位端を含む中空プローブ本体（３；９、１１、１３、１５）と、
前記プローブ本体の内部に位置し、かつ、前記長手方向軸線に沿って延在し、前記表面測定プローブ（１）を組み立てられた状態に維持するよう構成された保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）と、
前記プローブ本体の遠位端に支持され、試料と接触するように構成されたプローブ先端（７）と、
前記プローブ本体（３）の内部に位置し、前記プローブ先端（７）と前記保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）との間に配置され、断熱性材料を含むビード部（３１）と
を含むことを特徴とする表面測定プローブ（１）。
【請求項２】
前記ビード部（３１）は、２０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、好ましくは１０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、さらに好ましくは２Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する材料を含む、請求項１に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項３】
前記ビード部（３１）は金属被膜を含み、前記金属被膜は、好ましくは金、銀、アルミニウム、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項４】
前記ビード部は実質的に球形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項５】
前記保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）は、遠位要素（１１）に固定された横方向ピン（２１）を備えるとともに、
前記保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）は張力を維持されたコアをさらに備え、前記横方向ピン（２１）は前記コア（１７）の横孔（２２）を貫通し、前記ビード部（３１）は前記コア（１７）と接触するか、または、
前記保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）は前記横方向ピン（２１）に取り付けられた引張ばね（１８）をさらに備え、前記ビード部（３１）は前記横方向ピン（１７）と接触するか、
のいずれかである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項６】
前記ビード部（３１）とプローブ先端（７）との間に配置されたビード部位置決めばね（２７）をさらに備え、前記ビード部位置決めばね（２７）は、前記保持具（１７；２１）の対応する部分に対してビード部（３１）を位置決めするように作用するよう構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項７】
前記プローブ先端（７）と熱接触して配置され、前記ビード部位置決めばね（２７）によって位置決めされる熱電対と、任意選択で熱電対とビード部位置決めばね（２７）との間に配置されたボタン要素（２５）をさらに備える、請求項６に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項８】
表面測定プローブ（１）であって、
長手方向軸線に沿って延び、試験装置および遠位端に取り付けられるように適合された近位端を備える管状プローブ本体（３、９、１１、１３、１５）と、
前記プローブ本体（３；９、１１、１３、１５）の内部に位置し、前記長手方向軸線に沿って延び、前記表面測定プローブ（１）を組み立てた状態に維持するように構成された保持具（１７、１９、２１；６、１８、２１）と、
前記プローブ本体（３；９、１１、１３、１５）の前記遠位端に支持され、試料と接触するように構成されたプローブ先端（７）とを含み、
前記プローブ本体（３；９、１１、１３、１５）は、前記遠位端に位置する遠位要素（１１）、前記近位端に位置する近位要素（９）、および、前記遠位端と前記近位端との間に位置する放熱要素（１３）を備えることを特徴とする表面測定プローブ（１）。
【請求項９】
前記放熱素子は、断熱材料を含むそれぞれのスペーサ（１５）によって、近位要素（９）および遠位要素（１１）の少なくとも一方から分離される、請求項８に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１０】
前記スペーサ（１５）は、２０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、好ましくは１０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、さらに好ましくは２Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する材料を含む、請求項９に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１１】
前記保持具（１７、１９、２１；１８、２１）は、近位要素（９）の一部、スペーサ（１５）、放熱素子（１３）、および遠位要素（１１）の一部を貫通して延びる、請求項８または９に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１２】
前記保持具（１７、１９、２１；１８、２１）は、前記遠位要素（１１）に固定された横方向ピン（２１）を備える、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１３】
前記保持具（１７、１９、２１）は、前記横方向ピン（２１）が貫通するコア（１７）を備え、前記コア（１７）は、コアが張力を維持するように近位要素（９）に設けられた孔（１９ａ）を貫通するねじ（１９）によって前記近位要素（９）に固定される、請求項１２に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１４】
前記保持具（１７、１９、２１）は、前記横方向ピン（２１）および前記近位要素（９）に取り付けられた引張ばね（１８）を含む、請求項１２に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１５】
前記スペーサ（１５）を構成する２０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する前記材料は水晶である、請求項１０に記載の表面測定プローブ。
【請求項１６】
前記コア（１７）は、２０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、好ましくは１０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、さらに好ましくは２Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する断熱性材からなる、請求項１３に記載の表面測定プローブ（１）。
【請求項１７】
前記放熱素子（１３）は、近位要素（９）と一体である、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の表面測定プローブ。
【請求項１８】
請求項１〜７のいずれか一項および請求項８〜１７のいずれか一項に記載の表面測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の表面試験の分野に関する。より詳細には、本発明は、高温環境での使用に特に適した表面測定プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロおよびナノインデンテーションは、特定の材料試料の機械的特性を測定するために一般的に使用され、典型的には、ミリニュートン以下の範囲の微小な力が加えられる。かかる測定は、結晶構造が異なる可能性があるか、ガラス転移温度を超えた可能性があるか、または溶融温度が近づいている可能性があるかの高温で材料がどのような挙動をするかを調べるために、高温で実施することが要求されることが多い。これらの高温測定は、８００℃または１０００℃もの高温となり得るが、プローブを構成する複数の材料の熱膨張係数の違いの影響だけでなく、先端温度と試料温度が異なる場合に発生する温度流れについても特に課題がある。より温度の高い先端とより温度の低い試料との接触、またはその逆の接触は、試料の温度を変化させる熱流をもたらし、先端と試料の熱膨張係数による寸法変化を引き起こす熱応力をもたらし得る。これらの相違は、測定精度に悪影響を及ぼす。
【０００３】
米国特許公開第２０１１／２５２８７４号は、高温試験環境で使用するための表面測定プローブを開示している。熱伝導および異なる熱膨張係数の影響を最小限に抑えるために、先端ホルダは断熱材を用いて単純に構成されている。さらに、プローブの温度を操作し、上述の問題を緩和するために、様々な加熱装置が設けられている。しかしながら、かかる手段は十分に効果的ではなく、本出願人の名義で同日に出願された同時係属出願に開示されているようなＩＲバス型加熱装置での使用には不満足である。
【０００４】
英国特許第１２１４８６４号は、高温試料を試験するためのマイクロ硬度試験機を開示している。この機械は、遠位端に圧子先端を設けた長い管状プローブを備える。管状プローブに沿って伝わる熱を放散するように、半径方向フィンを含む放射放熱システムを管状プローブの中間部の周りにしっかりと固定しており、これらのフィンは冷却されたブロック内で摺動する。フィンは冷却された領域内を移動するので、すでに非常に長くて薄い管状プローブに熱応力が発生する可能性があり、したがって、このシステムで可能な測定の精度は非常に限定される。
【０００５】
他の従来技術の表面測定プローブは、国際公開第２０１３／０７４６２３号および英国特許第２４９４４６７号に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第２０１１／２５２８７４号
【特許文献２】英国特許第１２１４８６４号
【特許文献３】国際公開第２０１３／０７４６２３号
【特許文献４】英国特許第２４９４４６７号
【発明の概要】
【０００７】
従って、本発明の目的は、従来技術の上述の欠点を克服し、それにより、熱伝導を低減した表面測定プローブを提案することである。
【０００８】
この目的は、長手方向軸線に沿って延在し、試験装置に取り付けられる近位端および遠位端を含む中空プローブ本体と、プローブ本体の内部に位置し、前記長手方向軸線に沿って延在する保持具と、プローブ本体の遠位端に支持され、従来の方法で試料と接触するように構成されたプローブ先端とを含む表面測定プローブにより達成される。保持具は、表面測定プローブを組み立てられた状態に維持し、様々な構成要素を互いに対して正確に整列させた状態に維持するように構成される。プローブは、プローブ本体の内部に位置し、プローブ先端と保持具との間に配置されたビード部をさらに備え、ビード部は断熱性材料を含む。さらなるビード部を、例えばプローブ本体の軸線に沿って積み重ねて設けることもできる。かかる断熱性材料は、例えば２０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、好ましくは１０Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率、さらに好ましくは２Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する、例えばマコール（登録商標）または他のガラス、セラミックス、もしくはガラスセラミックスからなる材料とすることができる。このビード部は、プローブの遠位端の内部で再放射された赤外線放射の伝導に対して、かかる赤外線放射を吸収および／または反射することにより、熱抵抗として作用し、それによってプローブの近位端に向かう伝導を制限する。
【０００９】
有利には、ビード部は、金、銀、アルミニウム、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウムのうちの少なくとも１つを含み得る金属被膜を含む。この金属被膜は、赤外線放射に対して高い反射率を有し、したがって、赤外線放射を先端に向かって反射する働きをする。
【００１０】
有利には、ビード部は実質的に球形であり、ビード部とプローブの他の構成要素との間の接触を最小にする。
【００１１】
有利には、保持具は、例えば、遠位要素の壁の対応する開口部を貫通することによって、遠位要素に固定された横方向ピンを備える。第１の変形例では、保持具は、例えば、引張ねじによって張力を維持されたコアをさらに備え、横方向ピンはコアの横孔を貫通し、ビード部はコアと接触する。第２の変形例では、保持具は、横方向ピンに取り付けられた引張ばねをさらに備え、ビード部は横方向ピンと接触する。この引張ばねは、他の端部で例えば近位要素の一部に接続することができ、また、横方向ピンに張力を加え、それによって表面測定プローブの構成要素を一緒に保持するような形状にすることができる。無論、他の構成も可能である。
【００１２】
有利には、ビード部位置決めばねが設けられ、このビード部位置決めばねはビード部とプローブ先端との間に配置され、ビード部位置決めばねは、保持具の対応する部分、すなわちコアまたは横方向ピンに対して適当にビード部を位置決めするように作用するよう構成される。したがって、ビード部を、先端との熱接触を最小にしながら、コアに対して一貫して配置することができる。さらに、プローブは、プローブ先端と熱接触して配置された熱電対であって、任意選択で熱電対とビード部位置決めばねとの間に配置されたボタン要素を介して、前記ビード部位置決めばねによって位置決めされる熱電対を備えることができる。熱電対は、同様に、さらなる固定片を必要とせずに、プローブ内に良好に支持される。
【００１３】
また、本発明の同じ目的は、長手方向軸線に沿って延び、試験装置および遠位端に取り付けられるように適合された近位端を備える管状プローブ本体と、プローブ本体の内部に位置し、前記長手方向軸線に沿って延び、前記表面測定プローブを組み立てた状態に維持するように構成された保持具と、前記プローブ本体の前記遠位端に支持され、試料と接触するように構成されたプローブ先端とを含む表面測定プローブによって等しく達成される。
【００１４】
プローブ本体は、前記遠位端に位置する遠位要素、前記近位端に位置する近位要素、および、前記遠位端と前記近位端との間に位置するが、英国特許第１２１４８６４のようにプローブ本体の周りには位置しない放熱素子をさらに含む。この構成は、遠位要素と近位要素との間に（セラミック、マコールまたは類似のものからなる素子等の）熱抵抗素子を単純に配置するのに比べて、プローブの遠位要素から近位要素への熱伝導に顕著な抵抗をもたらす。これは、放熱素子が、単純に増加した流れに対する抵抗を単に示すのではなく、放熱素子に達する伝導熱の横方向放射を促進し、伝熱の割合を方向転換することによって近位要素への伝熱を減少させるからである。
【００１５】
有利には、放熱素子は、断熱材料を含むそれぞれのスペーサによって、近位要素および遠位要素の少なくとも一方から分離される。かかる材料は、２０Ｗｍ−１ｋ−１未満、好ましくは１０Ｗｍ−１ｋ−１未満、さらに好ましくは２Ｗｍ−１ｋ−１未満の熱伝導率を有する、石英、ガラス、セラミック、またはガラスセラミック等とすることができる。従って、より大きな熱抵抗が提供される。
【００１６】
有利には、保持具は、近位要素の一部、スペーサ、放熱素子、および遠位要素の一部を貫通して延びる。したがって、保持具は、様々な要素を整列させ、位置決めすることができる。
【００１７】
有利には、保持具は、遠位要素に固定された横方向ピンを備える。また、第１の変形例では、保持具は、横方向ピンが貫通するコアを備え、コアは、コアが張力を維持するように近位要素に設けられた孔を貫通するねじによって近位要素に固定される。このようにして、様々な要素、スペーサ等が最小限の部品で圧縮状態に維持された、特に安定した保持が達成される。第２の変形例では、保持具は、横方向ピンおよび近位要素に取り付けられた引張ばねを含む。この変形例は、加熱された際の表面測定プローブの熱膨張をばねにより自動的に吸収することができるという、保持に対する非常に単純な解決策を提供する。
【００１８】
有利には、放熱素子は、近位要素と一体的に、すなわち単一部品として構成することができる。したがって、最小限の部品で非常に簡単な構成が可能である。
【００１９】
有利には、表面測定プローブは、上述のビード部の構成と上述のスペーサの構成の両方を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に従う表面測定プローブの透視図を示す。
【図２】図１のプローブの分解図である。
【図３】本発明に従うプローブの変形例の分解図を示す。
【図４】本発明に従うプローブのさらなる変形例の断面図を示す。
【図５】本発明に従うプローブのさらに別の変形例の断面図を示す。
【図６】本発明に従うプローブのさらに別の変形例の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のさらなる詳細を、以下の図面を参照して説明する。
【００２２】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に従う表面測定プローブ１を示す。本発明を、この第１の実施形態に関して最初に説明し、さらなる変形形態は後で説明する。
【００２３】
表面測定プローブ１は、近位端（図面の上部に位置する）および遠位端（図面の下部に位置する）を有し、両端が閉塞した中空の管として概して形成されたプローブ本体３を含む。近位端は、任意の好適な形式とすることができる取付接合部５を用いて、例えば欧州特許第１６７４８５０号または欧州特許第２０６５６９５号に記載されているような任意の好適な形式の試験装置に接合するように適合される。取付接合部５は、図１および２のように別個の部品とすることができ、または、図３、４、５および６のようにプローブ本体３の他の部品と一体とすることができる。有利には、取付接合部５は、コーニング社製のマコール等の断熱材で構成される。この材料は、ホウケイ酸ガラスマトリックス中に含フッ素雲母を含むガラスセラミックであり、優れた熱的および機械的特性ならびに良好な機械加工性を有する。この材料は実質的に１．４６Ｗｍ−１Ｋ−１の非常に低い熱伝導率を有する。遠位端は自由端であり、試料を測定するための基準として機能するように意図された平坦または丸みのある基準先端とすることのできる、あるいは、圧入力を適用した際に、試料に窪みを形成させるように意図された先鋭の圧入先端とすることのできるプローブ先端７を支持する。かかる先端７、および硬化鋼、ダイヤモンド等のそれに適した材料は、当業において一般的に知られており、さらに説明する必要はなく、一方向の圧入測定のみならず、試料表面にわたって先端を横方向に引くトライボロジー測定、または圧入力を斜めに適用するバルク特性測定にも用いることができる。
【００２４】
最も単純な形態では、プローブ本体３は、金属、セラミック、または他の好適な材料の単純な一体構造のチューブとすることができる。しかし、本実施形態では、プローブ本体３の近位端に位置する近位要素９と、プローブ本体３の遠位端に位置する遠位要素１１とを備える。プローブ１の近位端と遠位端との間、より詳細には、近位要素９と遠位要素１１との間には、スペーサ１５を介して近位要素９および遠位要素１１のそれぞれから離間された環状形状の放熱素子１３があり、その機能については、以下でより詳細に説明する。図１の実施形態では、放熱素子１３の両側に位置する一対のスペーサ１５が示されているが、１つだけのスペーサ１５を、理想的には放熱素子１３と近位要素９との間に使用する、または、スペーサを全く用いない（図４の実施形態を参照）のでも十分であることに留意すべきである。あるいは、一対の隣接するスペーサを、放熱素子１３の一方の側にのみ用いることができる。他の実施形態は、スペーサ１５を完全に排除する（下記参照）。したがって、これらの場合の全てにおいて、放熱素子１３は、近位要素９と遠位要素１１との間に挟まれている。
【００２５】
放熱素子１３は、放射によって熱を放散する働きをし、例えば、スチール、モリブデン、適当なセラミック等とすることができ、また、横方向穿孔１４を備えることができる。また、熱の放射を促進するために外部を黒色に着色することができ、および／または金、銀、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウムまたは白金等の赤外線反射材料で内側を被覆することができる。あるいは、放熱素子１３は平板とすることができ、またはリブ、フルート、リング等の他の構造を含むことができる。スペーサ１５は、任意の好適な断熱材料とすることができるが、発明を今日実施する際には、伝導率が低く（６．８〜１２Ｗｍ−１Ｋ−１）、赤外線放射に対して実質的に透明であるので、水晶が用いられるが、適当なガラスまたは適当なセラミックを使用することもできる。
【００２６】
近位要素９および遠位要素１１は、モリブデン、マコールまたは他の適当なセラミック、ガラスまたはガラスセラミック等の任意の好適な材料とすることができる。近位要素９は、例えば、マコールまたは他のガラス、セラミックまたはガラスセラミックからなり、近位要素に設けられた２つの対応する孔の間で近位要素を横断する上部横方向ピン６によって取付接合部５に取り付けることができる。
【００２７】
上記のマコール等の断熱材からなるコア１７は、近位要素９から、サンドイッチ構造１３、１５を貫通し、遠位要素１１に挿入され、このコア１７は、近位要素の対応する孔１９ａを貫通するねじ１９によって近位要素９に固定され、コア１７の横方向孔２２と、遠位要素１１の側壁を貫く対応する一対の横方向孔２２ａとを貫通する横方向ピン２１によって遠位要素１１に固定される。また、ねじ１９は、様々な要素の若干の膨張を補償するように、図示のようなばね座金等の弾性要素２０を伴い、熱膨張の発生を許容するように、隙間がコア１７と近位要素９との間に設けられている。従って、コア１７は、ねじ１９によって加えられる張力がピン２１を介して遠位要素１１に加えられ、サンドイッチ構造１３、１５を圧縮して支持し、コア１７の張力を維持するので、プローブ本体３の要素を整列させ、これらを保持するよう機能する。コア１７、ピン２１およびねじ１９は、全体として、表面測定プローブを組み立てた状態に維持するように構成された表面測定プローブの部品を保持するように構成された保持具を形成する。図４〜図６の実施形態は、保持構造体の様々な変形例（以下参照）を示しているが、ねじ付きロッド、様々な要素を一緒にしたねじ込みもしくは溶接、またはプローブを組み立てた状態に維持する任意の他の可能性のあるシステム等の他の構成も可能である。
【００２８】
先端７は、先端本体２３に強固に支持され、遠位要素１１に強固に取り付けられている。熱電対（図示せず）が、遠位要素１１の内部に、先端７と熱接触して配置され、そこでビード部位置決めばね２７および適当に成形されたボタン要素２５によって適所に保持される。熱電対がボタン要素２５なしで適所に保持されるように適当に形成されている場合には、ボタン要素２５を省略することができる。チップ７の温度の正確な測定を可能にするために、横方向開口２９を通る電気的接続（図示せず）が遠位要素１１に設けられている。
【００２９】
ビード部位置決めばね２７は、遠位要素１１の内側の空洞に沿って、コア１７の端面に向かって延びている。ビード部位置決めばね２７とコア１７の端面との間には、ビード部３１、すなわち、プローブ本体３の軸線に沿って２つ以上のビード部を積み重ねることができるのは明らかであるので、少なくとも１つのビード部が配置される。
【００３０】
ビード部３１は、セラミック等の断熱材からなり、また、金、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム等の金属で被覆することもできる。本発明を今日実施する際には、ビード部３１は球形であるが、卵形のような他の形状も予見可能である。
【００３１】
以上に説明した測定プローブ１の全体的な構造、種々の要素の機能およびそれらの相互作用は、以下により明瞭に示されるであろう。
【００３２】
測定プローブ１は、低温環境または従来通りに加熱された環境（例えば、試料および／または先端部をレーザ、誘導加熱、抵抗加熱等によって加熱する）で使用するのに完全に適しているが、本出願人の名義で同日に出願された同時係属中の出願に記載されているような赤外線加熱浴装置に使用するのに特に適している。この構成では、先端７に近接する遠位端は、真空中で集束された赤外線非レーザ放射を浴びており、先端の温度を８００℃以上、さらには１０００℃まで正確に調整することができ、何らかの能動的加熱構成要素を測定プローブ１内に配置することを必要としない。その結果、プローブ１の質量およびその熱容量が可能な限り低く保たれるので、熱慣性が減少し、測定先端部を迅速に加熱することが可能になる。先端部７自体が赤外線によって直接加熱されない場合には、先端７近傍のプローブ１の加熱された部分からの伝導により先端７が加熱され、先端の温度は熱電対２５によって測定される。
【００３３】
先端７が加熱されると、熱が伝導されて全方向に放射される。しかしながら、測定プローブ１の熱膨張を最小限にし、測定プローブ１が使用されている試験装置に伝導される熱を最小限にして、そこに含まれる精密電子機器を保護するために、測定プローブ１の近位端への熱伝導を最小限に抑える必要がある。
【００３４】
本発明の測定プローブ１は、試験装置への熱伝導を最小限に抑えるための２つの方策を提案するが、これらは、図示の実施形態のように、単独で、または組み合わせて適用することができる。これらの方策は、従来技術で行われているように、測定プローブ１の構成において単に断熱材料を使用するという標準的な解決策を上回るものである。
【００３５】
これらの方策のうちの第１のものはビード部３１を含む。測定プローブ１の遠位端が加熱されると、遠位要素１１の内側を含む加熱された先端７によって赤外線放射が全方向に放出される。ビード部３１が金属めっきされている場合、ビード部３１は、この赤外線放射の大部分を遠位要素１１の内面に向けて反射し、ここで赤外線放射は部分的に再反射され、部分的に再吸収される。さらに、ビード部３１によって反射されない赤外線はビード部３１によって吸収される。ビード部３１がコーティングされていない場合、ビード部３１は、それに当たる赤外線放射の大部分を単に吸収し、近位要素に向けての伝導を減少させる。
【００３６】
ビード部３１はコア１７と点接触しているので、ビード部３１とコア１７との間の接触の表面積は最小化され、その結果、前者から後者への熱伝導が同様に最小化される。さらに、遠位要素１１の円筒形内壁とビード部３１との間の接触にも同じ条件が適用される。実際には、ビード部３１と遠位要素１１の円筒形内壁との間の最大の理論的に可能な接触は、ビード部３１の外周の周りの線接触であるが、現実的な公差ではこれは同様に点接触であり、遠位要素１１からビード部３１への熱伝導を最小化する。
【００３７】
したがって、ビード部３１は、測定プローブ１の高温遠位端によって生成される赤外線放射に対する抵抗として効果的に作用し、プローブ１の内部を通過して他の構成要素によって吸収されるこの赤外線放射による測定プローブ１の残部の加熱を最小限に抑える。
【００３８】
この配置はまた、プローブ本体３内に存在する金属、例えばモリブデンの量、およびその断面積を最小にし、それによりプローブ１の近位端に向かう熱伝導を最小にすることを可能にする。
【００３９】
第２の方策は、遠位要素１１から近位要素９へのそれぞれの面を介した熱の伝播を最小限に抑えるように働く放熱素子１３およびスペーサ１５（存在する場合）を含む。
【００４０】
図１〜図３の実施形態では、スペーサ１５は、典型的には、近位要素９および遠位要素１１のそれぞれと放熱素子１３との間に位置する石英リングとして形成されるが、上述したように、１つだけのスペーサ１５を使うか、またはスペーサ１５を全く使わない（図４の実施形態を参照）ことも可能である。当然、ガラス、アルミナ、セラミックス等の他の材料も可能である。放熱素子１３は、鋼などの赤外線を吸収して再放射する材料で構成されている。有利には、ラビリンスとして作用し、放射された赤外線が外方向に放射され、近位要素９に向かわないことを確実にするのに役立つ側方穿孔１４が設けられる。
【００４１】
スペーサ１５が存在し、石英で作られている場合、スペーサは熱伝導に対する障壁となるが、遠位要素１１によって放射される赤外線を通す。その結果、遠位要素１１によって軸線方向（すなわち、近位要素９に向かって）放射される赤外線放射は、放熱素子１３によって吸収され、次いで、近位要素９に向かって軸線方向に伝えるのではなく、むしろ主として外向きに（すなわち、大きな半径方向成分で）再放射される。これは、伝導および放射の両方による遠位要素１１から近位要素９への熱伝導を最小にする。実際、遠位要素１１から近位要素９への唯一の途切れない熱経路は、ピン２１、コア１７およびねじ１９を介するものである。ピン２１およびコア１７は、それ自体熱の伝導に対して高い抵抗を有する、マコールまたは他のガラス、セラミックまたはガラスセラミック等の高度に絶縁性の材料から構成される。
【００４２】
図３は、本発明による測定プローブ１の変形例を示す。この変形例は、図１および図２のものとは、取付接合部５および近位要素９が、マコールまたは他のガラス、セラミックまたはガラスセラミック等の断熱材料の単一片に組み合わされており、２つの対向する肩部１０を形成するように正反対に溝付けされている点で異なる。ねじ１９は、弾性要素２０を介してこれらの肩部１０に支えられ、側方溝は各側に開いたままである。当然、単一の半径方向の溝も可能である。
【００４３】
図４は、本発明による測定プローブ１の他の変形例を、横方向ピン２１の軸線に沿った断面図で示す。この変形例は、図１および図２のものとは主として保持具の特性において異なる。より正確には、この変形例はコア１７を備えておらず、このコア１７は保持具内の引張ばね１８によって置き換えられている。この引張ばね１８は、上部横方向ピン６に、例えばそれに設けられた周方向溝２１ａ内に、あるいはそれを貫通して設けられた孔に引っ掛けることによって、および横方向ピン２１に同様にして引っ掛けることによって、近位要素９および／または取付接合部５に取り付けられた単純な螺旋ばねである。したがって、ビード部３１は、横方向ピン２１と接触する。横方向ピン２１に周方向溝２１ａが設けられている図示の例の場合、この接触は溝の両側の２点にある。言うまでもなく、１つ以上のスペーサ１５が放熱素子１３の片側または両側に設けられてもよいが、この実施形態では、スペーサ１５が設けられていないことに留意すべきである。このように、この実施形態はサンドイッチ構造の方策を適用しない。
【００４４】
図５は、本発明による測定プローブ１のさらに別の変形例を示す。この場合、取付接合部５、近位要素９、および放熱素子１３は、単一の部品として形成されており、この部品には、第１の組の穿孔１４ａが下向きに設けられ、第２の組の穿孔１４ｂが周方向円形孔を結合する周方向溝として設けられている。第１の組の穿孔１４ａは、赤外線放射を実装接合部５から離れる方向に放出し、したがって、表面測定プローブ１が取り付けられている主軸台から離れる方向に再放射するのを助ける。この変形例では、コア１７は、図１〜図３の変形例よりも著しく短く、中空であり、熱伝導に利用可能な断面積を最小にする。したがって、横方向ピン２１とコア１７との間の接触領域は、大幅に低減される。ねじ１９の端部は、横方向ピン２１に垂直なさらに別の横方向ピン２０を支え、コア１７を上方に引っ張る。あるいは、近位要素９内の他の適当な配置を設けることができる。また、近位要素９の放熱素子部分１３と遠位要素１１との間に１つ以上のスペーサ１５を設けることができるのは言うまでもないが、この実施形態では、スペーサ１５が設けられていないことに留意すべきである。
【００４５】
図６は、本発明による測定プローブ１のさらに別の変形例を、横方向ピン２１の軸線に垂直な断面図で示している。この変形例は、図４の引張ばね１８と組み合わされた図５の変形例の全体構成を表しており、引張ばね１８が上部横方向ピン６および横方向ピン２１に引っ掛かる方法を明瞭に示している。また、近位要素９の放熱素子部分１３と遠位要素１１との間に１つ以上のスペーサ１５を設けることできるのは言うまでもないが、この実施形態では、スペーサ１５が設けられていないことにも留意すべきである。
【００４６】
要約すると、第２の熱管理方策（すなわち、放熱素子１３）を適用するためのプローブ１の基本的な全体構造は、主な変形例では以下のように説明することができる。プローブ１は、１つの近位要素９と１つの遠位要素１１との少なくとも２つの構造要素を備え、これらは、保持具によって一緒に取り付けられる。遠位要素１１はプローブ先端７を担持する。２つの構造要素のみが設けられている場合、近位要素９は、放熱素子１３も一体的に組み込んでいる（図５および図６を参照。放熱素子１３は近位要素９と一体として形成されている）。別個の放熱素子１３が設けられる場合には、近位要素９と遠位要素１１との間に挿入される。この後者の場合、放熱素子１３と１つ以上の近位要素９および／または遠位要素１１との間に多数のスペーサ１５を設けることができる。図４にはスペーサ１５は示されておらず、図１〜３には、放熱素子１３の各側に１つずつ設けられた２つスペーサ１５が示されている。図１〜図３のスペーサ１５の一方（または両方）を省略することができることは明らかである。
【００４７】
使用時、および、遠位端が加熱され、近位端が冷却されている場合に、測定プローブ１の近位端と遠位端の間に一定の定常状態の温度差を維持することは可能であるが、このようにすることは絶対的な必要条件ではない。数秒から数分程度でしかない圧痕試験の持続時間中に、近位端の温度差および／または絶対温度を合理的な範囲内に維持すれば十分である。
【００４８】
本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、これらは添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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