JP7376875B2 - Method and system for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本開示は、測定対象物の熱伝導に関する物性値の測定方法および測定システムに関する。 The present disclosure relates to a method and system for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target.

測定対象物の熱伝導に関する物性値の測定方法としては、例えば、熱伝導率や接触熱抵抗などを測定するための定常法が知られている。定常法の代表的な規格としては、ＡＳＴＭ Ｅ１５３０や、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０が知られている。定常法では、測定対象物に一方向の熱流を生じさせた上で、測定対象物の温度勾配が測定される。例えば、下記の特許文献１では、測定対象物を、一対の試料ブロックで挟み、一方の試料ブロックを加熱しつつ、他方の試料ブロックを冷却することにより、測定対象物に一方向の熱流を生じさせている。また、下記の特許文献１では、試料ブロック内に埋設した熱電対による温度計測値を用いて、測定対象物における温度勾配を求めている。 As a method for measuring physical property values related to thermal conduction of an object to be measured, for example, a steady method for measuring thermal conductivity, contact thermal resistance, etc. is known. ASTM E1530 and ASTM D5470 are known as typical standards for steady-state methods. In the steady state method, a unidirectional heat flow is generated in the object to be measured, and then the temperature gradient of the object to be measured is measured. For example, in Patent Document 1 below, an object to be measured is sandwiched between a pair of sample blocks, and one sample block is heated while the other sample block is cooled, thereby creating a unidirectional heat flow in the object to be measured. I'm letting you do it. Furthermore, in Patent Document 1 listed below, a temperature gradient in a measurement target is determined using a temperature measurement value obtained by a thermocouple embedded in a sample block.

国際公開ＷＯ２０１０／１０３７８４号International publication WO2010/103784

特許文献１のように、一対の試料ブロックで測定対象物を挟んで熱流を生じさせ、試料ブロックでの温度測定値を用いて測定対象物の温度勾配を求める方法では、試料ブロックと測定対象物との間の接触熱抵抗に起因する誤差が生じるという課題があった。従来は、そうした誤差を低減するために、厚みの異なる測定対象物を準備して、それらを用いて試料ブロック間の距離を変えた測定を複数回おこなうなどの対策をおこなっており、そうした対策のために、測定にかかる手間や時間、コストが増大していた。また、そうした対策を採用したとしても、厚みの異なる測定対象物ごとに測定結果のばらつきが生じ、接触熱抵抗に起因する誤差を十分には低減できない場合もあった。その他にも、電子部品の熱制御に用いられる放熱シートのような放熱性が高い物質が測定対象物である場合には、その放熱性が高いほど、その接触熱抵抗の影響による誤差が大きくなり、測定精度の確保が困難であった。このように、測定対象物の熱伝導に関する物性値の測定技術については、より簡易な方法でその測定精度を高めることについて、依然として改良の余地がある。 As in Patent Document 1, in a method in which a heat flow is generated by sandwiching the object to be measured between a pair of sample blocks, and the temperature gradient of the object to be measured is determined using the temperature measurement value in the sample blocks, the sample block and the object to be measured are There was a problem in that errors occurred due to contact thermal resistance between the two. Conventionally, in order to reduce such errors, measures have been taken such as preparing objects to be measured with different thicknesses and using them to perform measurements multiple times with different distances between sample blocks. This increases the effort, time, and cost required for measurement. Moreover, even if such measures are adopted, measurement results vary depending on the measurement object having a different thickness, and errors caused by contact thermal resistance may not be sufficiently reduced in some cases. In addition, when the object to be measured is a material with high heat dissipation properties, such as heat dissipation sheets used for heat control of electronic components, the higher the heat dissipation properties, the greater the error due to the influence of the contact thermal resistance. , it was difficult to ensure measurement accuracy. As described above, there is still room for improvement in techniques for measuring physical property values related to thermal conduction of objects to be measured in order to improve measurement accuracy using simpler methods.

本開示の技術は、以下の形態として実現することが可能である。 The technology of the present disclosure can be realized as the following form.

（１）本開示の一形態は、測定対象物の熱伝導に関する物性値を測定する方法として提供される。この形態の方法は、前記測定対象物の厚み方向における一方の面を加熱するとともに他方の面を冷却して、前記測定対象物に前記厚み方向の温度勾配を生じさせる工程と、赤外線サーモグラフィによって前記測定対象物の前記厚み方向における温度分布情報を取得する工程と、前記測定対象物の前記厚み方向に流れる熱量を測定する工程と、前記温度分布情報と前記熱量とを用いて、前記物性値としての熱伝導率を算出する工程と、を備える。
この形態の方法によれば、赤外線サーモグラフィを用いることにより、厚み方向に熱流を生じさせているときの測定対象物の温度分布情報を簡易に取得することができる。また、その温度分布情報を用いることにより、熱伝導率を精度よく求めることができる。
（２）上記形態の方法において、前記温度分布情報から、前記測定対象物において前記厚み方向に並ぶ第１位置と第２位置の間の温度差を求め、前記温度差と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出してもよい。
この形態の方法によれば、温度分布情報から測定対象物における２つの位置での温度を求めることにより、熱伝導率をより一層簡易に算出できる。
（３）上記形態の方法において、前記温度分布情報から前記測定対象物の前記厚み方向における所定の範囲内における温度の変化率を求め、前記変化率と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出してもよい。
この形態の方法によれば、温度分布情報から求まる温度の変化率、つまり、温度勾配を用いることによって、熱伝導率をより簡易に算出することができる。
（４）上記形態の方法において、前記温度勾配を生じさせる工程は、前記測定対象物の前記一方の面を、第１試料ブロックを介して加熱するとともに、前記測定対象物の前記他方の面を、第２試料ブロックを介して冷却する工程を含んでよい。また、上記形態の方法は、さらに、前記測定対象物と前記第１試料ブロックとの界面における高温側界面温度と、前記測定対象物と前記第２試料ブロックとの界面における低温側界面温度と、を取得する工程と、前記高温側界面温度と、前記低温側界面温度と、先に算出された前記測定対象物の前記熱伝導率と、を用いて、前記物性値としての接触熱抵抗を算出する工程と、を備えてよい。
この形態の方法によれば、赤外線サーモグラフィによって得られる温度分布情報を用いて、測定対象物の熱伝導率と接触熱抵抗とを、簡易に、精度よく導出することができる。(1) One embodiment of the present disclosure is provided as a method for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target. This method includes the steps of heating one surface of the object to be measured in the thickness direction and cooling the other surface to create a temperature gradient in the thickness direction of the object to be measured; A step of acquiring temperature distribution information in the thickness direction of the measurement object, a step of measuring the amount of heat flowing in the thickness direction of the measurement object, and using the temperature distribution information and the amount of heat, as the physical property value. and a step of calculating the thermal conductivity of.
According to this method, by using infrared thermography, it is possible to easily obtain temperature distribution information of the object to be measured when a heat flow is generated in the thickness direction. Further, by using the temperature distribution information, thermal conductivity can be determined with high accuracy.
(2) In the method of the above aspect, a temperature difference between a first position and a second position arranged in the thickness direction of the object to be measured is determined from the temperature distribution information, and the temperature difference and the amount of heat are used. The thermal conductivity may be calculated.
According to this method, the thermal conductivity can be calculated even more easily by determining the temperatures at two positions in the object to be measured from the temperature distribution information.
(3) In the method of the above aspect, a rate of change in temperature within a predetermined range in the thickness direction of the object to be measured is determined from the temperature distribution information, and the thermal conductivity is calculated using the rate of change and the amount of heat. It may be calculated.
According to this method, thermal conductivity can be more easily calculated by using the rate of change in temperature, that is, the temperature gradient, determined from temperature distribution information.
(4) In the method of the above aspect, the step of generating the temperature gradient includes heating the one surface of the measurement object via a first sample block, and heating the other surface of the measurement object through the first sample block. , cooling via the second sample block. In addition, the method of the above embodiment further includes: a high-temperature side interface temperature at the interface between the measurement target object and the first sample block; and a low-temperature side interface temperature at the interface between the measurement target object and the second sample block; and calculating the contact thermal resistance as the physical property value using the high temperature side interface temperature, the low temperature side interface temperature, and the previously calculated thermal conductivity of the measurement target. The method may include a step of doing so.
According to this method, the thermal conductivity and contact thermal resistance of the object to be measured can be easily and accurately derived using temperature distribution information obtained by infrared thermography.

本開示の技術は、上記形態における測定方法に限らず、例えば、測定対象物の熱伝導に関する物性値を測定する測定システムや、測定システムの制御方法、測定方法や制御方法を実現するためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することも可能である。 The technology of the present disclosure is not limited to the measurement method in the above embodiment, but also includes, for example, a measurement system for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target, a control method for a measurement system, and a program for realizing a measurement method and a control method. , it is also possible to realize it in the form of a recording medium or the like on which the program is recorded.

第１実施形態の測定システムの構成を示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement system according to a first embodiment.第１実施形態の測定処理のフローチャートを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a flowchart of measurement processing according to the first embodiment.第１実施形態における温度分布情報を表すグラフの一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a graph representing temperature distribution information in the first embodiment.第２実施形態の測定処理のフローチャートを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a flowchart of measurement processing according to the second embodiment.第２実施形態における温度分布情報を表すグラフの第１の例を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a first example of a graph representing temperature distribution information in the second embodiment.第２実施形態における温度分布情報を表すグラフの第２の例を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a second example of a graph representing temperature distribution information in the second embodiment.第３実施形態の測定システムの構成を示す概略図。FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement system according to a third embodiment.第３実施形態における接触熱抵抗の測定処理のフローチャートを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a flowchart of contact thermal resistance measurement processing in the third embodiment.

１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の測定システム１００の構成を示す概略図である。第１実施形態の測定システム１００は、定常法により、測定対象物ＴＧの熱伝導に関する物性値としての熱伝導率を測定する。1. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of ameasurement system 100 according to the first embodiment. Themeasurement system 100 of the first embodiment measures thermal conductivity as a physical property value related to thermal conduction of the measurement target TG using a steady state method.

測定システム１００では、測定対象物ＴＧは、平坦な測定面ＴＳを側面に有する平板な形状に成形されてセットされる。測定対象物ＴＧは、その両面が、対向して配置される後述の各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの上面および底面の形状に合うように成形される。本実施形態では、測定対象物ＴＧは、矩形形状の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに合わせて、厚み方向に見たときの形状が略四角状になるように成形される。測定システム１００では、測定対象物ＴＧは、その厚み方向が、重力方向を基準とする上下方向に一致するように配置される。なお、測定対象物ＴＧの配置方向は、これに限定されることはない。測定対象物ＴＧの測定面ＴＳは、０．９以上の放射率を有することが望ましい。測定面ＴＳの放射率が０．９未満である場合には、例えば、黒体スプレーなどを用いて黒体塗料などの放射率を高めるための塗料を測定面ＴＳに塗布し、その放射率を０．９４以上とすることが望ましい。 In themeasurement system 100, the object to be measured TG is set in a flat shape having a flat measurement surface TS on its side. The object to be measured TG is formed so that both surfaces thereof match the shapes of the top and bottom surfaces of each sample block BLa, BLb, which will be described later, and which are arranged facing each other. In the present embodiment, the measurement target TG is formed so as to have a substantially square shape when viewed in the thickness direction, in accordance with the rectangular sample blocks BLa, BLb. In themeasurement system 100, the measurement target TG is arranged so that its thickness direction coincides with the vertical direction with respect to the direction of gravity. Note that the direction in which the measurement target object TG is arranged is not limited to this. It is desirable that the measurement surface TS of the measurement target TG has an emissivity of 0.9 or more. If the emissivity of the measurement surface TS is less than 0.9, apply a paint to increase the emissivity, such as black body paint, to the measurement surface TS using, for example, a blackbody spray, and increase the emissivity. It is desirable to set it to 0.94 or more.

測定システム１００では、測定対象物ＴＧは、その厚み方向に一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂによって挟まれた状態で配置される。試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは、例えば、銅（Ｃｕ）などの熱伝導性が高い金属によって構成される。本実施形態では、試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは、上述したように矩形形状を有する。測定システム１００では、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂと測定対象物ＴＧとは、互いに接する面が同じ形状、かつ、同じ面積を有し、その面の外周輪郭線同士が互いに重なり合う状態で配置されることが望ましい。また、測定対象物ＴＧと各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂとにおける互いに接する面同士の面積の誤差は、±３％以内であることが望ましい。 In themeasurement system 100, the measurement target TG is placed between a pair of sample blocks BLa and BLb in its thickness direction. The sample blocks BLa and BLb are made of a metal with high thermal conductivity, such as copper (Cu), for example. In this embodiment, the sample blocks BLa and BLb have a rectangular shape as described above. In themeasurement system 100, each of the sample blocks BLa, BLb and the measurement target TG are arranged such that the surfaces in contact with each other have the same shape and the same area, and the outer peripheral contours of the surfaces overlap each other. is desirable. Further, it is desirable that the error in the area between the surfaces of the measurement target TG and each sample block BLa, BLb that are in contact with each other is within ±3%.

測定システム１００は、測定対象物ＴＧに厚み方向の温度勾配を生じさせる温度制御部１０を備える。温度制御部１０は、測定対象物ＴＧの厚み方向における一方の面である上面を加熱する加熱部１１と、加熱部１１による加熱を制御する高温側温度制御部１２と、を備える。また、温度制御部１０は、測定対象物ＴＧの厚み方向における他方の面である下面を冷却する冷却部１３と、冷却部１３による冷却を制御する低温側温度制御部１４と、を備える。 Themeasurement system 100 includes a temperature control unit 10 that generates a temperature gradient in the thickness direction of the measurement target TG. The temperature control section 10 includes a heating section 11 that heats the upper surface, which is one surface in the thickness direction of the measurement target TG, and a high temperature side temperature control section 12 that controls heating by the heating section 11. Further, the temperature control section 10 includes a cooling section 13 that cools the lower surface, which is the other surface in the thickness direction of the measurement target TG, and a low-temperature side temperature control section 14 that controls cooling by the cooling section 13.

加熱部１１は、例えば、カートリッジヒータによって構成される。加熱部１１は、第１試料ブロックＢＬａおよび後述する第１熱流センサ２１を挟んで測定対象物ＴＧの上面に対向する位置に配置され、第１試料ブロックＢＬａを介して測定対象物ＴＧの上面全体を加熱する。高温側温度制御部１２は、第１試料ブロックＢＬａに取り付けられた図示しない熱電対による計測結果を用いたフィードバック制御により、第１試料ブロックＢＬａが予め定められた目標温度となるように加熱部１１による加熱温度を制御する。高温側温度制御部１２は、±０．１℃以下の温度調節精度を有することが望ましい。 The heating unit 11 is configured by, for example, a cartridge heater. The heating unit 11 is disposed at a position facing the upper surface of the measurement target TG with the first sample block BLa and the first heat flow sensor 21 (described later) interposed therebetween, and is heated over the entire upper surface of the measurement target TG via the first sample block BLa. heat up. The high-temperature side temperature control unit 12 controls the heating unit 11 so that the first sample block BLa reaches a predetermined target temperature by feedback control using measurement results from a thermocouple (not shown) attached to the first sample block BLa. Control the heating temperature by. It is desirable that the high temperature side temperature control section 12 has a temperature control accuracy of ±0.1° C. or less.

冷却部１３は、低温側温度制御部１４との間で循環する冷媒が流れる熱交換器によって構成される。冷却部１３は、第２試料ブロックＢＬｂおよび後述する第２熱流センサ２２を挟んで測定対象物ＴＧの下面に対向する位置に配置され、測定対象物ＴＧの下面全体を冷却する。低温側温度制御部１４は、冷却部１３から戻ってくる冷媒が予め定められた目標温度となるように冷媒を温度調整して冷却部１３へと送り出すことにより、冷却部１３による冷却温度を制御する。低温側温度制御部１４は、±０．１℃以下の温度調節精度を有することが望ましい。 The cooling unit 13 is constituted by a heat exchanger through which a circulating refrigerant flows between the cooling unit 13 and the low temperature side temperature control unit 14 . The cooling unit 13 is disposed at a position facing the lower surface of the measurement target TG with the second sample block BLb and a second heat flow sensor 22 (described later) in between, and cools the entire lower surface of the measurement target TG. The low-temperature side temperature control unit 14 controls the cooling temperature by the cooling unit 13 by adjusting the temperature of the refrigerant so that the refrigerant returning from the cooling unit 13 has a predetermined target temperature and sending it to the cooling unit 13. do. It is desirable that the low temperature side temperature control section 14 has a temperature control accuracy of ±0.1° C. or less.

測定システム１００は、測定対象物ＴＧの厚み方向に流れる熱量を測定する一対の熱流センサ２１，２２を備える。一対の熱流センサ２１，２２は、例えば、半導体により熱を検知するシート状のセンサによって構成され、自身を厚み方向に通過する単位面積あたりの熱量である熱流量を表す信号を出力する。各熱流センサ２１，２２の出力信号は、後述する測定部３０に送信される。上述したように、第１熱流センサ２１は、加熱部１１と第１試料ブロックＢＬａとの間に配置され、第２熱流センサ２２は、冷却部１３と第２試料ブロックＢＬｂとの間に配置される。各熱流センサ２１，２２は、±２％以内の繰り返し精度を有することが望ましい。 Themeasurement system 100 includes a pair ofheat flow sensors 21 and 22 that measure the amount of heat flowing in the thickness direction of the measurement target TG. The pair ofheat flow sensors 21 and 22 are constituted by, for example, sheet-shaped sensors that detect heat using semiconductors, and output a signal representing the heat flow rate, which is the amount of heat per unit area passing through the sensors in the thickness direction. The output signals of eachheat flow sensor 21, 22 are transmitted to a measuringsection 30, which will be described later. As described above, the firstheat flow sensor 21 is arranged between the heating section 11 and the first sample block BLa, and the secondheat flow sensor 22 is arranged between the cooling section 13 and the second sample block BLb. Ru. It is desirable that eachheat flow sensor 21, 22 has a repeatability accuracy within ±2%.

測定システム１００は、赤外線サーモグラフィ２５を備える。赤外線サーモグラフィ２５は、測定対象物ＴＧの測定面ＴＳに正対するように設置され、測定面ＴＳを撮像する。赤外線サーモグラフィ２５は、測定対象物ＴＧの厚み方向における温度分布を表す撮像画像を生成し、測定部３０に送信する。赤外線サーモグラフィ２５は、１画素あたりの測定サイズが５０μｍ、あるいは、それ以上の空間分解能を有していることが望ましい。また、赤外線サーモグラフィ２５は、温度精度が±２℃以内の性能を有していることが望ましい。 Themeasurement system 100 includes aninfrared thermography 25. Theinfrared thermography 25 is installed so as to directly face the measurement surface TS of the measurement target TG, and images the measurement surface TS. Theinfrared thermography 25 generates a captured image representing the temperature distribution in the thickness direction of the measurement target TG, and transmits it to themeasurement unit 30. It is desirable that theinfrared thermography 25 has a spatial resolution of 50 μm or more in measurement size per pixel. Further, it is desirable that theinfrared thermography 25 has a temperature accuracy of within ±2°C.

測定システム１００は、赤外線サーモグラフィ２５および一対の熱流センサ２１，２２からの出力結果を用いて測定処理を実行する測定部３０を備える。測定部３０は、少なくとも１つの中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、主記憶装置（ＲＡＭ）と、を備えるマイクロコンピュータによって構成される。測定部３０は、ＲＡＭに読み込まれた各種の命令やプログラムをＣＰＵが実行することにより、測定システム１００の制御部としての種々の機能を発揮する。なお、測定部３０の少なくとも一部の機能は、電気回路によって実現されていてもよい。 Themeasurement system 100 includes ameasurement unit 30 that executes measurement processing using the output results from theinfrared thermography 25 and the pair ofheat flow sensors 21 and 22. Themeasurement unit 30 is configured by a microcomputer including at least one central processing unit (CPU) and a main memory (RAM). Themeasurement unit 30 exhibits various functions as a control unit of themeasurement system 100 when the CPU executes various instructions and programs read into the RAM. Note that at least some of the functions of the measuringsection 30 may be realized by an electric circuit.

測定処理の実行時には、測定部３０は、上述した温度制御部１０を制御する。また、測定部３０は、以下に説明する熱流演算部３３、温度演算部３１、および、物性値導出部３５として機能する。 When executing the measurement process, themeasurement section 30 controls the temperature control section 10 described above. Furthermore, themeasurement unit 30 functions as a heatflow calculation unit 33, atemperature calculation unit 31, and a physical propertyvalue derivation unit 35, which will be described below.

熱流演算部３３は、各熱流センサ２１，２２の出力信号に基づいて測定対象物ＴＧを厚み方向に通過する熱量を算出する。温度演算部３１は、赤外線サーモグラフィ２５が生成した撮像画像を取得し、その撮像画像を解析することにより、測定対象物ＴＧの厚み方向における温度分布を表す温度分布情報を生成する。物性値導出部３５は、熱流演算部３３によって算出された熱量と、温度演算部３１によって取得された温度分布情報と、を用いて、測定対象物ＴＧの熱伝導に関する物性値としての熱伝導率を算出する。 The heatflow calculation unit 33 calculates the amount of heat passing through the measurement target TG in the thickness direction based on the output signals of theheat flow sensors 21 and 22. Thetemperature calculation unit 31 acquires the captured image generated by theinfrared thermography 25 and analyzes the captured image to generate temperature distribution information representing the temperature distribution in the thickness direction of the measurement target TG. The physical propertyvalue derivation unit 35 uses the amount of heat calculated by the heatflow calculation unit 33 and the temperature distribution information acquired by thetemperature calculation unit 31 to calculate thermal conductivity as a physical property value regarding heat conduction of the measurement target TG. Calculate.

測定システム１００は、測定の際に、測定対象物ＴＧを一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに挟まれた状態で固定する固定機構４０を備える。固定機構４０は、天板４１と、押圧板４２と、底板４３と、複数の締結軸４４と、荷重機構４５と、を備える。天板４１と押圧板４２と底板４３とはこの順で上下方向に配列されている。複数の締結軸４４は、上下方向に沿って配置され、両端が天板４１と底板４３のそれぞれの端部に連結されている。また、複数の締結軸４４は、押圧板４２の端部を貫通している。荷重機構４５は、天板４１に設けられている。荷重機構４５は、天板４１に取り付けられたハンドル４６と、ハンドル４６に連結され、ハンドル４６の回転によって天板４１から下方に突出する長さが変化するネジ部４７と、を有する。荷重機構４５は、ネジ部４７によって押圧板４２に下方に押圧する。測定の際には、加熱部１１、第１熱流センサ２１、第１試料ブロックＢＬａ、測定対象物ＴＧ、第２試料ブロックＢＬｂ、第２熱流センサ２２、および、冷却部１３は、この順で積層され、押圧板４２と底板４３との間に挟まれて、押圧板４２を介して荷重機構４５からの荷重が付与される。 Themeasurement system 100 includes afixing mechanism 40 that fixes the measurement target TG between the pair of sample blocks BLa and BLb during measurement. The fixingmechanism 40 includes atop plate 41, apressing plate 42, abottom plate 43, a plurality offastening shafts 44, and aloading mechanism 45. Thetop plate 41, thepressing plate 42, and thebottom plate 43 are arranged in this order in the vertical direction. The plurality offastening shafts 44 are arranged along the vertical direction, and both ends are connected to respective ends of thetop plate 41 and thebottom plate 43. Further, the plurality offastening shafts 44 pass through the end of thepressing plate 42. Theload mechanism 45 is provided on thetop plate 41. Theloading mechanism 45 includes ahandle 46 attached to thetop plate 41 and a threadedportion 47 that is connected to thehandle 46 and protrudes downward from thetop plate 41 depending on the rotation of thehandle 46 and whose length changes. Theloading mechanism 45 presses thepressing plate 42 downward through the threadedportion 47 . During measurement, the heating section 11, firstheat flow sensor 21, first sample block BLa, measurement object TG, second sample block BLb, secondheat flow sensor 22, and cooling section 13 are stacked in this order. It is sandwiched between thepress plate 42 and thebottom plate 43, and a load from theload mechanism 45 is applied via thepress plate 42.

図２は、測定部３０が実行する測定処理のフローチャートを示す説明図である。ステップＳ１０では、測定部３０は、温度制御部１０を制御し、加熱部１１による測定対象物ＴＧの上面の加熱と、冷却部１３による測定対象物ＴＧの下面の冷却と、を開始する。これにより、測定対象物ＴＧに厚み方向の温度勾配が生じる。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a flowchart of measurement processing executed by themeasurement unit 30. In step S10, themeasurement unit 30 controls the temperature control unit 10 so that the heating unit 11 starts heating the top surface of the measurement target TG, and the cooling unit 13 starts cooling the bottom surface of the measurement target TG. This causes a temperature gradient in the thickness direction of the measurement target TG.

ステップＳ２０では、測定部３０は、赤外線サーモグラフィ２５に、測定対象物ＴＧの測定面ＴＳを撮像させる。測定部３０の温度演算部３１は、赤外線サーモグラフィ２５から取得した撮像画像に基づいて測定対象物ＴＧの厚み方向における温度分布を表す温度分布情報を取得する。 In step S20, themeasurement unit 30 causes theinfrared thermography 25 to image the measurement surface TS of the measurement target TG. Thetemperature calculation unit 31 of themeasurement unit 30 acquires temperature distribution information representing the temperature distribution in the thickness direction of the measurement target TG based on the captured image acquired from theinfrared thermography 25.

図３は、ステップＳ２０において温度演算部３１によって取得される温度分布情報を表すグラフの一例を示す説明図である。温度演算部３１によって取得される温度分布情報は、横軸を厚み方向における位置とし、縦軸を赤外線サーモグラフィ２５の出力値とするグラフによって表される。「赤外線サーモグラフィ２５の出力値」とは、赤外線サーモグラフィ２５が出力する撮像画像から取得される温度の測定値を意味する。ここで、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは低放射率の金属によって構成されている。そのため、赤外線サーモグラフィ２５によって取得される温度分布情報では、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの表面温度についての出力値は、実際の温度とは異なった値として得られており、測定対象物ＴＧの温度に比べて著しく低い値が得られる。よって、この温度分布情報を用いれば、測定対象物ＴＧの厚み方向における温度勾配を示す領域と、その両外側にある各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの配置領域とを容易に区別することが可能である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a graph representing temperature distribution information acquired by thetemperature calculation unit 31 in step S20. The temperature distribution information acquired by thetemperature calculation unit 31 is represented by a graph in which the horizontal axis represents the position in the thickness direction and the vertical axis represents the output value of theinfrared thermography 25. "Output value of theinfrared thermography 25" means a measured value of temperature obtained from a captured image outputted by theinfrared thermography 25. Here, the pair of sample blocks BLa and BLb are made of metal with low emissivity. Therefore, in the temperature distribution information acquired by theinfrared thermography 25, the output value for the surface temperature of each sample block BLa, BLb is obtained as a value different from the actual temperature, and the temperature of the measurement target TG is A significantly lower value can be obtained. Therefore, by using this temperature distribution information, it is possible to easily distinguish between the area showing the temperature gradient in the thickness direction of the measurement target TG and the placement area of each sample block BLa, BLb on both sides of the area. .

ステップＳ３０では、測定部３０の温度演算部３１は、ステップＳ２０で得られた温度分布情報から、第１位置Ｐ１での温度と、第２位置Ｐ２での温度と、を取得する。本実施形態では、第１位置Ｐ１は、測定対象物ＴＧの上面の位置に相当し、第２位置Ｐ２は、測定対象物ＴＧの下面の位置に相当する。つまり、本実施形態においては、第１位置Ｐ１での温度は、測定対象物ＴＧの温度勾配において最も高い温度である。また、第２位置Ｐ２での温度は、測定対象物ＴＧの温度勾配において最も低い温度である。温度演算部３１は、温度分布情報を解析して、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２を特定する。第１位置Ｐ１は、急勾配で温度が上昇する部位と、比較的緩やかな勾配で温度が低下し始める部位との間の頂点の位置である。また、第２位置Ｐ２は、温度の低下が比較的緩やかな勾配から急勾配へと変わり始める点の位置である。温度演算部３１は、第１位置Ｐ１での温度を高温側温度Ｔ_ｈ［Ｋ］として取得する。また、温度演算部３１は、第２位置Ｐ２での温度を低温側温度Ｔ_ｃ［Ｋ］として取得する。In step S30, thetemperature calculation unit 31 of themeasurement unit 30 acquires the temperature at the first position P1 and the temperature at the second position P2 from the temperature distribution information obtained in step S20. In this embodiment, the first position P1 corresponds to the position of the upper surface of the measurement target TG, and the second position P2 corresponds to the position of the lower surface of the measurement target TG. That is, in this embodiment, the temperature at the first position P1 is the highest temperature in the temperature gradient of the measurement target TG. Further, the temperature at the second position P2 is the lowest temperature in the temperature gradient of the measurement target TG. Thetemperature calculation unit 31 analyzes the temperature distribution information and specifies the first position P1 and the second position P2. The first position P1 is the apex position between a region where the temperature increases with a steep gradient and a region where the temperature begins to decrease with a relatively gentle gradient. Further, the second position P2 is the position at which the temperature decrease starts to change from a relatively gentle slope to a steep slope. Thetemperature calculation unit 31 obtains the temperature at the first position P1 as the high temperature side temperature T_h [K]. Furthermore, thetemperature calculation unit 31 obtains the temperature at the second position P2 as the low temperature side temperature T_c [K].

ステップＳ４０では、測定部３０は、ステップＳ２０で得られた温度分布情報から測定対象物ＴＧの厚みｔ［ｍ］を取得する。測定部３０は、赤外線サーモグラフィ２５によって得られた撮像画像におけるステップＳ３０で検出された２つの位置Ｐ１，Ｐ２の間の画素数と、１画素あたりの既知の寸法と、を用いて、２つの位置Ｐ１，Ｐ２の間の距離を測定対象物ＴＧの厚みｔとして算出する。この方法によれば、固定機構４０で荷重がかけられた後の測定対象物ＴＧの厚みｔをマイクロスケール等の計測器具を用いることなく、簡易に計測することができる。 In step S40, themeasurement unit 30 obtains the thickness t[m] of the measurement target TG from the temperature distribution information obtained in step S20. Themeasurement unit 30 uses the number of pixels between the two positions P1 and P2 detected in step S30 in the captured image obtained by theinfrared thermography 25 and the known dimensions per pixel to determine the two positions. The distance between P1 and P2 is calculated as the thickness t of the measurement target TG. According to this method, the thickness t of the measurement target TG after the load is applied by the fixingmechanism 40 can be easily measured without using a measuring instrument such as a microscale.

なお、ステップＳ４０では、測定部３０は、測定対象物ＴＧの厚みｔとして、測定処理の実行前に、マイクロスケール等の計測器具によって計測され、予め入力された値を取得してもよい。測定対象物ＴＧの厚みｔは、例えば、以下のように計測することができる。 Note that, in step S40, themeasurement unit 30 may acquire a value that is measured by a measuring instrument such as a microscale and input in advance as the thickness t of the measurement target TG before execution of the measurement process. The thickness t of the measurement target TG can be measured, for example, as follows.

・測定対象物ＴＧの厚みｔの計測方法の他の例１：
計測者は、まず、測定対象物ＴＧを挟まない状態で一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂ同士を重ね、両者に予め設けられた目印の間の距離を、マイクロスケール等の計測器具で計測した計測値ｔ_０を得る。試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの目印は、試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの側面に予め設けられた凸部などの構造物でもよいし、試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの側面に予めけがきされたマークでもよい。計測器具は、最小読値が０．００１ｍｍ以下のものであることが望ましい。次に、計測者は、測定対象物ＴＧを固定機構４０にセットした状態で、同じ計測器具で、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの目印の間の距離を計測した計測値ｔ_１を取得する。こうして得られた２つの計測値ｔ_０，ｔ_１の差を取ることにより、測定対象物ＴＧの厚みｔが算出される（ｔ＝ｔ_１－ｔ_０）。この方法であれば、測定対象物ＴＧが固体でない場合であっても、計測処理の際におけるその厚みｔを簡易に計測することができる。・Other example 1 of the method for measuring the thickness t of the measurement target TG:
The measurer first stacks the pair of sample blocks BLa and BLb without sandwiching the object to be measured TG, and then measures the distance between the marks set in advance on both using a measuring instrument such as a microscale. Obtain t₀ . The marks for the sample blocks BLa, BLb may be structures such as protrusions provided in advance on the side surfaces of the sample blocks BLa, BLb, or may be marks drawn in advance on the side surfaces of the sample blocks BLa, BLb. It is desirable that the measuring instrument has a minimum reading of 0.001 mm or less. Next, with the object to be measured TG set on thefixing mechanism 40, the measurer obtains a measurement value_t1 by measuring the distance between the marks of the pair of sample blocks BLa and BLb using the same measuring instrument. By taking the difference between the two measured values t₀ and t₁ thus obtained, the thickness t of the object to be measured TG is calculated (t=t₁ −t₀ ). With this method, even if the measurement target TG is not solid, its thickness t can be easily measured during the measurement process.

・測定対象物ＴＧの厚みｔの計測方法の他の例２：
測定対象物ＴＧが固体である場合、測定対象物ＴＧの厚みｔは、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂで挟まれる前に、ノギスやマイクロスケールなどの規則器具により直接的に計測されてもよい。・Other example 2 of the method of measuring the thickness t of the measurement target TG:
When the measurement target TG is solid, the thickness t of the measurement target TG may be directly measured with a regular instrument such as a caliper or a microscale before being sandwiched between the pair of sample blocks BLa and BLb.

ステップＳ５０では、測定部３０の熱流演算部３３は、一対の熱流センサ２１，２２のそれぞれの測定結果を用いて、下記の式（１）により、測定対象物ＴＧを厚み方向に流れる通過熱量Ｑ［Ｗ］を算出する。 In step S50, the heatflow calculation section 33 of themeasurement section 30 uses the measurement results of the pair ofheat flow sensors 21 and 22 to determine the amount of heat Q that flows through the measurement target TG in the thickness direction according to the following equation (1). Calculate [W].

上記の式（１）において、Ｑ_ｈ［Ｗ］は、第１熱流センサ２１による測定熱量であり、Ｑ_ｃ［Ｗ］は、第２熱流センサ２２による測定熱量である。通過熱量Ｑを、２つの測定熱量Ｑ_ｈ，Ｑ_ｃの平均値として求めることにより、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂおよび測定対象物ＴＧの側面からの熱の出入りに起因する誤差が低減される。In the above equation (1), Q_h [W] is the amount of heat measured by the firstheat flow sensor 21 , and Q_c [W] is the amount of heat measured by the secondheat flow sensor 22 . By determining the amount of passed heat Q as the average value of the two measured amounts of heat Q_h and Q_c , errors caused by heat entering and exiting from the sides of each sample block BLa, BLb and the measurement target TG are reduced.

ステップＳ６０では、測定部３０の物性値導出部３５は、高温側温度Ｔ_ｈ［Ｋ］、低温側温度Ｔ_ｃ［Ｋ］、測定対象物ＴＧの厚みｔ［ｍ］、通過熱量Ｑ［Ｗ］、測定対象物ＴＧの上面および下面の面積Ｓ［ｍ^２］を用いて、下記の式（２）により、熱伝導率λ［Ｗ／ｍＫ］を算出する。なお、面積Ｓは、測定処理の開始前に予め計測された既知の値である。In step S60, the physical propertyvalue deriving unit 35 of the measuringunit 30 calculates the high temperature side temperature T_h [K], the low temperature side temperature T_c [K], the thickness t [m] of the measurement target TG, and the amount of passed heat Q [W]. , the thermal conductivity λ [W/mK] is calculated by the following equation (2) using the area S [m² ] of the upper surface and the lower surface of the measurement target TG. Note that the area S is a known value that is measured in advance before the start of the measurement process.

上記の式（２）に示されているように、物性値導出部３５は、２つの位置Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの温度Ｔ_ｈ，Ｔ_ｃの温度差を求め、その温度差と、通過熱量Ｑと、を用いて熱伝導率λを算出している。ここで、図３に示すように、測定対象物ＴＧの厚み方向における温度勾配を示す領域の両側には、急勾配で変化する２つの過渡領域ＴＡがある。これら２つの過渡領域ＴＡでの温度変化は、温度ギャップとも呼ばれ、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂと測定対象物ＴＧとの間における接触熱抵抗に起因するものである。本実施形態の測定処理であれば、上記のように、そうした温度ギャップを含む過渡領域ＴＡに挟まれた内側の領域で計測された２つの温度Ｔ_ｈ，Ｔ_ｃを用いて、熱伝導率λが算出されている。そのため、熱伝導率λを、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂと測定対象物ＴＧとの間における接触熱抵抗の影響が抑制された値として得ることができ、測定対象物ＴＧの測定精度が高められている。また、本実施形態の測定処理では、赤外線サーモグラフィ２５の撮像画像の解析によって得られる温度分布情報を用いているため、それら２つの温度Ｔ_ｈ，Ｔ_ｃを精度よく簡易に検出することが容易である。As shown in the above equation (2), the physical propertyvalue deriving unit 35 calculates the temperature difference between the temperatures T_h and T_c of the two positions P1 and P2, and calculates the temperature difference and the amount of passed heat Q The thermal conductivity λ is calculated using Here, as shown in FIG. 3, on both sides of a region showing a temperature gradient in the thickness direction of the measurement target TG, there are two transient regions TA that change with a steep gradient. The temperature change in these two transient regions TA is also called a temperature gap, and is caused by the contact thermal resistance between each sample block BLa, BLb and the object to be measured TG. In the measurement processing of this embodiment, as described above,_the thermal_conductivity λ has been calculated. Therefore, the thermal conductivity λ can be obtained as a value in which the influence of contact thermal resistance between each sample block BLa, BLb and the measurement target TG is suppressed, and the measurement accuracy of the measurement target TG is improved. There is. Furthermore, since the measurement process of this embodiment uses temperature distribution information obtained by analyzing images captured by theinfrared thermography 25, it is easy to easily detect these two temperatures T_h and T_c with high accuracy. be.

以上のように、第１実施形態における測定システム１００および測定方法によれば、赤外線サーモグラフィ２５を用いた簡易な方法により、測定対象物ＴＧの熱伝導率の測定精度が高められている。また、上記のように、第１実施形態における測定システム１００およびその測定方法によれば、少なくとも１度の測定処理により、熱伝導率λを、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂと測定対象物ＴＧとの間における接触熱抵抗の影響が抑制された値として得ることができる。そのため、接触熱抵抗に起因する誤差を低減するために、厚みの異なる測定対象物ＴＧの測定を行うなどの誤差対策の手間やコストを低減することが可能である。また、厚みの異なる測定対象物ＴＧごとの測定を行わなくてもよくなることにより、厚みの異なる測定対象物ＴＧごとの測定結果のばらつきに起因して生じる測定誤差の拡大を抑制することもできる。 As described above, according to themeasurement system 100 and the measurement method in the first embodiment, the measurement accuracy of the thermal conductivity of the measurement target TG is improved by a simple method using theinfrared thermography 25. Further, as described above, according to themeasurement system 100 and its measurement method in the first embodiment, the thermal conductivity λ of each sample block BLa, BLb and the measurement target TG is determined by at least one measurement process. It is possible to obtain a value in which the influence of contact thermal resistance between the two is suppressed. Therefore, in order to reduce errors caused by contact thermal resistance, it is possible to reduce the effort and cost of error countermeasures such as measuring measurement objects TG having different thicknesses. Furthermore, since it is no longer necessary to measure each object to be measured TG having a different thickness, it is also possible to suppress the expansion of measurement errors caused by variations in measurement results for each object to be measured TG having different thicknesses.

２．第２実施形態：
図４は、第２実施形態における測定処理のフローチャートを示す説明図である。第２実施形態の測定処理は、第１実施形態で説明した図１に示す測定システム１００において実行される。第２実施形態の測定処理は、ステップＳ３０の処理の代わりにステップＳ３５の処理が実行される点と、ステップＳ４０が省略されている点と、ステップＳ６０において使用される数式が異なる点以外は、第１実施形態の測定処理とほぼ同じである。2. Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a flowchart of measurement processing in the second embodiment. The measurement process of the second embodiment is executed in themeasurement system 100 shown in FIG. 1 described in the first embodiment. The measurement process of the second embodiment has the following points, except that the process of step S35 is executed instead of the process of step S30, that step S40 is omitted, and that the formula used in step S60 is different. This is almost the same as the measurement process in the first embodiment.

以下では、まず、測定対象物ＴＧが固体の均質材料であり、厚み方向における熱伝導率が一定である場合について説明する。ステップＳ１０～Ｓ２０では、第１実施形態で説明したのと同様の処理が実行される。 In the following, first, a case will be described where the measurement target TG is a solid homogeneous material and the thermal conductivity in the thickness direction is constant. In steps S10 to S20, processing similar to that described in the first embodiment is executed.

図５は、ステップＳ３５において実行される処理を説明するための説明図である。図５には、測定部３０の温度演算部３１によって取得される温度分布情報を表すグラフの一例が図示されている。ステップＳ３５では、温度演算部３１は、赤外線サーモグラフィ２５の撮像画像から得られた温度分布情報を用いて、測定対象物ＴＧの厚み方向における温度勾配を取得する。温度演算部３１は、測定対象物ＴＧの厚み方向における予め定められた基準位置ＣＰを中心とする予め定められた範囲内における複数の測定点での温度の計測値を用いて、最小二乗法により、その範囲内での温度勾配ａを算出する。温度勾配ａは、位置に対する温度の変化率を意味する。基準位置ＣＰは、測定対象物ＴＧの厚み方向における中央付近の位置であることが望ましい。また、温度勾配ａの算出には、３０点以上の測定点での温度の計測値が用いられることが望ましい。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the process executed in step S35. FIG. 5 shows an example of a graph representing temperature distribution information acquired by thetemperature calculation unit 31 of themeasurement unit 30. In step S35, thetemperature calculation unit 31 uses the temperature distribution information obtained from the image captured by theinfrared thermography 25 to obtain the temperature gradient in the thickness direction of the measurement target TG. Thetemperature calculation unit 31 calculates the temperature using the least squares method using the measured temperature values at a plurality of measurement points within a predetermined range centered on a predetermined reference position CP in the thickness direction of the measurement target TG. , calculate the temperature gradient a within that range. Temperature gradient a means the rate of change of temperature with respect to position. The reference position CP is preferably a position near the center of the measurement target TG in the thickness direction. Furthermore, it is desirable that temperature measurements at 30 or more measurement points be used to calculate the temperature gradient a.

ステップＳ５０では、測定部３０は、第１実施形態で説明したのと同様に、測定対象物ＴＧにおける通過熱量Ｑを取得する。ステップＳ６０では、物性値導出部３５は、下記の式（３）に、ステップＳ３５で取得した温度勾配ａと、通過熱量Ｑと、測定対象物ＴＧの上面および下面の面積Ｓと、を代入して、熱伝導率λを算出する。なお、式（３）は、その過程の式に示されているように、（Ｔ_ｈ－Ｔ_ｃ）／ｔを温度勾配ａとみなすことにより、式（２）から導出される。In step S50, themeasurement unit 30 acquires the amount of heat Q passing through the measurement target TG, as described in the first embodiment. In step S60, the physical propertyvalue deriving unit 35 substitutes the temperature gradient a obtained in step S35, the amount of passed heat Q, and the area S of the upper surface and lower surface of the measurement target TG into the following equation (3). Then, calculate the thermal conductivity λ. Note that equation (3) is derived from equation (2) by regarding (T_h −T_c )/t as the temperature gradient a, as shown in the equation for the process.

図６を参照して、測定対象物ＴＧの熱伝導率に温度依存性がある場合について説明する。図６には、測定対象物ＴＧの温度分布情報を表すグラフの一例が図示されている。測定対象物ＴＧの熱伝導率に温度依存性がある場合には、温度勾配ａは、測定対象物ＴＧの厚み方向における位置ごとに変化する。この場合には、各位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，・・・における温度勾配ａ_１，ａ_２，ａ_３，・・・を取得することにより、上記の式（３）を用いて、測定対象物ＴＧの温度ごとの熱伝導率λを求めることができる。With reference to FIG. 6, a case will be described in which the thermal conductivity of the measurement target TG has temperature dependence. FIG. 6 shows an example of a graph representing temperature distribution information of the measurement target TG. When the thermal conductivity of the measurement target TG has temperature dependence, the temperature gradient a changes for each position in the thickness direction of the measurement target TG. In this case, by obtaining the temperature gradients_{a 1,} a₂ , a₃ , . . . at each position P 1 , P₂ , P₃ , . . . using the above equation (3), The thermal conductivity λ for each temperature of the measurement target TG can be determined.

以上のように、第２実施形態の測定システム１００および測定方法によれば、赤外線サーモグラフィ２５によって取得した温度分布情報から温度勾配を求めることにより、測定対象物ＴＧの熱伝導率を、簡易に、精度よく測定することができる。 As described above, according to themeasurement system 100 and the measurement method of the second embodiment, by determining the temperature gradient from the temperature distribution information acquired by theinfrared thermography 25, the thermal conductivity of the measurement target TG can be easily determined. Can be measured with high precision.

３．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における測定システム１００Ａの構成を示す概略図である。第３実施形態の測定システム１００Ａは、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに複数の温度センサ２７が取り付けられている点以外は、第１実施形態で説明した測定システム１００の構成とほぼ同じである。3. Third embodiment:
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of ameasurement system 100A in the third embodiment. Themeasurement system 100A of the third embodiment has almost the same configuration as themeasurement system 100 described in the first embodiment, except that a plurality oftemperature sensors 27 are attached to each sample block BLa, BLb.

温度センサ２７は、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに、例えば３つずつ取り付けられる。なお、温度センサ２７の個数は３つでなくともよく、１つでもよいし、２つもしくは４つ以上であってもよい。各温度センサ２７は、例えば熱電対によって構成される。熱電対としては、測定精度として±１．５℃以内の許容差のものが望ましく、ＪＩＳ Ｃ １６０２－１９９５の規格におけるＫ型クラス１の性能、もしくはそれ以上の性能を有するものが望ましい。各温度センサ２７は、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂにおいて、測定対象物ＴＧとの界面からの距離ｔ_ｃの位置に設けられた孔の中に挿入される。孔の位置は、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの形状に応じて適宜定められればよい。For example, threetemperature sensors 27 are attached to each sample block BLa, BLb. Note that the number oftemperature sensors 27 does not need to be three, and may be one, two, or four or more. Eachtemperature sensor 27 is composed of, for example, a thermocouple. As for the thermocouple, it is desirable that the measurement accuracy is within ±1.5° C., and it is desirable that the thermocouple has the performance of type K class 1 in the JIS C 1602-1995 standard or better. Eachtemperature sensor 27 is inserted into a hole provided in each sample block BLa, BLb at a distance_tc from the interface with the measurement target TG. The position of the hole may be determined as appropriate depending on the shape of each sample block BLa, BLb.

第３実施形態の測定システム１００Ａでは、測定部３０は、第１実施形態で説明した図２の測定処理によって熱伝導率λを算出した後に、測定対象物ＴＧの熱伝導に関する物性値である熱接触抵抗Ｒを、温度センサ２７の計測値を用いて測定する。なお、測定システム１００Ａは、第１実施形態の測定処理に代えて、第２実施形態で説明した図４に示す測定処理によって測定対象物ＴＧの熱伝導率λを算出してもよい。 In themeasurement system 100A of the third embodiment, themeasurement unit 30 calculates the thermal conductivity λ by the measurement process of FIG. The contact resistance R is measured using the measured value of thetemperature sensor 27. Note that themeasurement system 100A may calculate the thermal conductivity λ of the measurement target TG by the measurement process shown in FIG. 4 described in the second embodiment instead of the measurement process of the first embodiment.

図８は、測定システム１００Ａで実行される接触熱抵抗の測定処理のフローチャートを示す説明図である。ステップＳ１１０では、測定部３０の温度演算部３１が、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに設けられている温度センサ２７によって計測される温度の計測値を取得する。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a flowchart of a contact thermal resistance measurement process executed by themeasurement system 100A. In step S110, thetemperature calculation unit 31 of themeasurement unit 30 acquires the measured value of the temperature measured by thetemperature sensor 27 provided in each sample block BLa, BLb.

ステップＳ１２０では、温度演算部３１は、各計測値を用いて、下記の式（４）および（５）により、高温側界面温度Ｔ_ｈｂ［Ｋ］および低温側界面温度Ｔ_ｃｂ［Ｋ］を算出する。高温側界面温度Ｔ_ｈｂは、第１試料ブロックＢＬａと測定対象物ＴＧとの間の界面における温度に相当する。低温側界面温度Ｔ_ｃｂは、第２試料ブロックＢＬｂと測定対象物ＴＧとの間の界面における温度に相当する。In step S120, thetemperature calculation unit 31 calculates the high temperature side interface temperature T_hb [K] and the low temperature side interface temperature T_cb [K] using the following equations (4) and (5) using each measurement value. do. The high temperature side interface temperature T_hb corresponds to the temperature at the interface between the first sample block BLa and the measurement target TG. The low temperature side interface temperature T_cb corresponds to the temperature at the interface between the second sample block BLb and the measurement target TG.

上記の式（４）において、Ｔ_ｈ１［Ｋ］，Ｔ_ｈ２［Ｋ］，Ｔ_ｈ３［Ｋ］はそれぞれ、第１試料ブロックＢＬａに設けられた３つの温度センサ２７による計測値である。上記の式（５）において、Ｔ_ｃ１［Ｋ］，Ｔ_ｃ２［Ｋ］，Ｔ_ｃ３［Ｋ］はそれぞれ、第２試料ブロックＢＬｂに設けられた３つの温度センサ２７による計測値である。また、上記の式（４），（５）において、ｔ_ｃ［ｍ］は、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂと測定対象物ＴＧの界面から温度センサ２７までの距離である。Ｓ［ｍ^２］は測定対象物ＴＧの上面および下面の面積、つまり、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの底面または上面の面積である。λ_ｃ［Ｗ／ｍＫ］は、各試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの構成材料の熱伝導率である。λ_ｃは、公称値でもよいし、文献値、あるいは、実測値であってもよい。Ｑ_ｈ［Ｗ］は、第１熱流センサ２１による計測値であり、Ｑ_ｃ［Ｗ］は、第２熱流センサ２２の計測値である。In the above equation (4), T_h1 [K], T_h2 [K], and T_h3 [K] are values measured by the threetemperature sensors 27 provided in the first sample block BLa, respectively. In the above equation (5), T_c1 [K], T_c2 [K], and T_c3 [K] are the values measured by the threetemperature sensors 27 provided in the second sample block BLb, respectively. Furthermore, in the above equations (4) and (5), t_c [m] is the distance from the interface between each sample block BLa, BLb and the measurement target TG to thetemperature sensor 27. S [m² ] is the area of the top surface and bottom surface of the measurement target TG, that is, the area of the bottom surface or top surface of each sample block BLa, BLb. λ_c [W/mK] is the thermal conductivity of the constituent material of each sample block BLa, BLb. λ_c may be a nominal value, a literature value, or an actually measured value. Q_h [W] is a value measured by the firstheat flow sensor 21 , and Q_c [W] is a value measured by the secondheat flow sensor 22 .

ステップＳ１３０では、測定部３０の物性値導出部３５が、ステップＳ１２０で取得された高温側界面温度Ｔ_ｈｂおよび低温側界面温度Ｔ_ｃｂと、先に算出された測定対象物ＴＧの熱伝導率λ［Ｗ／ｍＫ］と、を用いて、接触熱抵抗Ｒ［Ｋｍ^２／Ｗ］を算出する。物性値導出部３５は、下記の式（６）を用いて、接触熱抵抗Ｒを算出する。In step S130, the physical propertyvalue deriving unit 35 of the measuringunit 30 calculates the high temperature side interface temperature T_hb and the low temperature side interface temperature T_cb acquired in step S120, and the previously calculated thermal conductivity λ of the measurement target TG. The contact thermal resistance R [Km² /W] is calculated using [W/mK]. The physical propertyvalue deriving unit 35 calculates the contact thermal resistance R using the following equation (6).

上記の式（６）におけるＱ［Ｗ］は、第１実施形態で説明した、一対の熱流センサ２１，２２の計測値から求められた通過熱量Ｑと同じである。Ｓ［ｍ^２］は測定対象物ＴＧの面積である。ｔ_ｍ［ｍ］は、測定対象物ＴＧの厚みであるが、第１実施形態で説明した赤外線サーモグラフィ２５の撮像画像に基づいて算出された値ではなく、計測器具を用いた計測により得られる実測値である。Q[W] in the above equation (6) is the same as the amount of passed heat Q determined from the measured values of the pair ofheat flow sensors 21 and 22 described in the first embodiment. S [m² ] is the area of the measurement target TG. t_m [m] is the thickness of the measurement target TG, but it is not a value calculated based on the captured image of theinfrared thermography 25 described in the first embodiment, but an actual measurement obtained by measurement using a measuring instrument. It is a value.

第３実施形態の測定システム１００Ａおよび測定方法によれば、赤外線サーモグラフィ２５を用いることにより、測定対象物ＴＧの熱伝導に関する物性値として、熱伝導率のみだけではなく、接触熱抵抗を、簡易な方法で、精度よく測定することができる。測定対象物ＴＧの接触熱抵抗が精度よく測定できれば、測定対象物ＴＧの放熱性についての評価の精度をより高めることができる。 According to themeasurement system 100A and the measurement method of the third embodiment, by using theinfrared thermography 25, not only thermal conductivity but also contact thermal resistance can be measured as physical property values related to thermal conduction of the measurement target TG. method, it can be measured with high precision. If the contact thermal resistance of the measurement target TG can be measured with high precision, the accuracy of the evaluation of the heat dissipation performance of the measurement target TG can be further improved.

４．他の実施形態：
本開示の技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、上記実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する構成はいずれも、上記実施形態と同様に、本開示の技術を実施するための実施形態の一例として位置づけられる。
・上記の第１実施形態において、測定対象物ＴＧの熱伝導率λが温度依存性を有しておらず、厚み方向に均一である場合、高温側温度Ｔ_ｈと低温側温度Ｔ_ｃは、測定対象物ＴＧの厚み方向における上面および下面の温度でなくてもよい。高温側温度Ｔ_ｈと低温側温度Ｔ_ｃとは、測定対象物ＴＧにおいて厚み方向に並ぶ予め定められた任意の２つの位置Ｐ１，Ｐ２での温度であってもよい。ただし、その任意の２つの位置Ｐ１，Ｐ２間の距離は大きいほど望ましい。なお、この構成によれば、温度分布情報において、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂの領域と測定対象物ＴＧの領域との境界を求めなくともよいため、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂを省略することも可能である。
・一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは、Ｃｕ以外の他の金属で構成されてもよい。また、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは矩形形状以外の形状を有していてもよい。一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは多角柱形状を有していてもよい。この場合には、測定対象物ＴＧの形状も試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂに合わせて成形されることが望ましい。上記の第２実施形態では、一対の試料ブロックＢＬａ，ＢＬｂは、省略されてもよい。
・上記の実施形態において、加熱部１１や冷却部１３は、上記実施形態で説明した以外の方法で測定対象物ＴＧの加熱や冷却を実行してもよい。加熱部１１や冷却部１３は、例えば、ペルチェ素子によって構成されてもよい。
・上記の実施形態において、測定システム１００，１００Ａは、測定結果である物性値を出力する出力部を備えていてもよい。また、測定システム１００，１００Ａの測定部３０は、測定に関する演算のみを実行し、測定システム１００，１００Ａの制御は実行しないものとしてもよい。4. Other embodiments:
The technology of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit thereof. For example, in order to solve some or all of the above-mentioned problems or to achieve some or all of the above-mentioned effects, it is possible to perform appropriate replacements or combinations. Further, the various configurations described in the above embodiments can be modified as follows, for example. All of the configurations described below are positioned as examples of embodiments for implementing the technology of the present disclosure, similarly to the above embodiments.
- In the first embodiment described above, if the thermal conductivity λ of the measurement target TG has no temperature dependence and is uniform in the thickness direction, the high temperature side temperature T_h and the low temperature side temperature T_c are It does not have to be the temperature of the upper surface and lower surface in the thickness direction of the measurement target TG. The high temperature T_h and the low temperature T_c may be temperatures at any two predetermined positions P1 and P2 arranged in the thickness direction of the measurement target TG. However, it is desirable that the distance between the two arbitrary positions P1 and P2 be as large as possible. Note that according to this configuration, in the temperature distribution information, there is no need to determine the boundary between the area of the pair of sample blocks BLa, BLb and the area of the measurement target TG, so the pair of sample blocks BLa, BLb can be omitted. is also possible.
- The pair of sample blocks BLa and BLb may be made of metal other than Cu. Further, the pair of sample blocks BLa and BLb may have a shape other than a rectangular shape. The pair of sample blocks BLa and BLb may have a polygonal column shape. In this case, it is desirable that the shape of the object to be measured TG is also molded to match the sample blocks BLa, BLb. In the second embodiment described above, the pair of sample blocks BLa and BLb may be omitted.
- In the above embodiment, the heating unit 11 and the cooling unit 13 may heat or cool the measurement target TG using methods other than those described in the above embodiment. The heating unit 11 and the cooling unit 13 may be configured by, for example, a Peltier element.
- In the embodiments described above, themeasurement systems 100 and 100A may include an output unit that outputs physical property values that are measurement results. Further, themeasurement unit 30 of themeasurement system 100, 100A may execute only calculations related to measurement, and may not execute control of themeasurement system 100, 100A.

１００，１００Ａ…測定システム、１０…温度制御部、１１…加熱部、１２…高温側温度制御部、１３…冷却部、１４…低温側温度制御部、２１…第１熱流センサ、２２…第２熱流センサ、２５…赤外線サーモグラフィ、２７…温度センサ、３０…測定部、３１…温度演算部、３３…熱流演算部、３５…物性値導出部、４０…固定機構、４１…天板、４２…押圧板、４３…底板、４５…荷重機構、４６…ハンドル、４７…ネジ部、ＢＬａ…第１試料ブロック、ＢＬｂ…第２試料ブロック、ＴＡ…過渡領域、ＴＧ…測定対象物、ＴＳ…測定面100, 100A...Measurement system, 10...Temperature control section, 11...Heating section, 12...High temperature side temperature control section, 13...Cooling section, 14...Low temperature side temperature control section, 21...First heat flow sensor, 22...Second Heat flow sensor, 25... Infrared thermography, 27... Temperature sensor, 30... Measurement section, 31... Temperature calculation section, 33... Heat flow calculation section, 35... Physical property value derivation section, 40... Fixing mechanism, 41... Top plate, 42... Pressure Plate, 43...Bottom plate, 45...Loading mechanism, 46...Handle, 47...Screw part, BLa...First sample block, BLb...Second sample block, TA...Transient area, TG...Measurement object, TS...Measurement surface

Claims (8)

Translated fromJapanese

測定対象物の熱伝導に関する物性値を測定する方法であって、
前記測定対象物の厚み方向における一方の面を加熱するとともに他方の面を冷却して、前記測定対象物に前記厚み方向の温度勾配を生じさせる工程と、
赤外線サーモグラフィによって前記測定対象物の前記厚み方向における温度分布情報を取得する工程と、
前記測定対象物の前記厚み方向に流れる熱量を測定する工程と、
前記温度分布情報と前記熱量とを用いて、前記物性値としての熱伝導率を算出する工程と、
を備える、方法。A method for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target, the method comprising:
heating one surface in the thickness direction of the measurement object and cooling the other surface to generate a temperature gradient in the thickness direction of the measurement object;
acquiring temperature distribution information in the thickness direction of the measurement target by infrared thermography;
measuring the amount of heat flowing in the thickness direction of the measurement target;
calculating thermal conductivity as the physical property value using the temperature distribution information and the amount of heat;
A method of providing. 請求項１記載の方法であって、
前記温度分布情報から、前記測定対象物において前記厚み方向に並ぶ第１位置と第２位置の間の温度差を求め、前記温度差と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出する、方法。The method according to claim 1, comprising:
A method of determining a temperature difference between a first position and a second position lined up in the thickness direction of the object to be measured from the temperature distribution information, and calculating the thermal conductivity using the temperature difference and the amount of heat. . 請求項１記載の方法であって、
前記温度分布情報から前記測定対象物の前記厚み方向における所定の範囲内における温度の変化率を求め、前記変化率と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出する、方法。The method according to claim 1, comprising:
A method of determining a rate of change in temperature within a predetermined range in the thickness direction of the object to be measured from the temperature distribution information, and calculating the thermal conductivity using the rate of change and the amount of heat. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記温度勾配を生じさせる工程は、前記測定対象物の前記一方の面を、第１試料ブロックを介して加熱するとともに、前記測定対象物の前記他方の面を、第２試料ブロックを介して冷却する工程を含み、
前記方法は、さらに、
前記測定対象物と前記第１試料ブロックとの界面における高温側界面温度と、前記測定対象物と前記第２試料ブロックとの界面における低温側界面温度と、を取得する工程と、
前記高温側界面温度と、前記低温側界面温度と、先に算出された前記測定対象物の前記熱伝導率と、を用いて、前記物性値としての接触熱抵抗を算出する工程と、
を備える、方法。The method according to any one of claims 1 to 3,
The step of generating a temperature gradient includes heating the one surface of the object to be measured via a first sample block, and cooling the other surface of the object to be measured via a second sample block. including the process of
The method further includes:
obtaining a high temperature side interface temperature at the interface between the measurement object and the first sample block and a low temperature side interface temperature at the interface between the measurement object and the second sample block;
calculating a contact thermal resistance as the physical property value using the high temperature side interface temperature, the low temperature side interface temperature, and the previously calculated thermal conductivity of the measurement object;
A method of providing. 測定対象物の熱伝導に関する物性値を測定する測定システムであって、
前記測定対象物の厚み方向における一方の面を加熱する加熱部と、他方の面を冷却する冷却部と、を有し、前記測定対象物に前記厚み方向の温度勾配を生じさせる温度制御部と、
前記測定対象物の前記厚み方向に流れる熱量を測定する熱流センサと、
前記測定対象物の前記厚み方向における温度分布を表す画像を撮影する赤外線サーモグラフィと、
前記赤外線サーモグラフィの撮影結果から前記測定対象物の温度分布情報を取得し、前記温度分布情報と、前記熱流センサによって測定された前記熱量と、を用いて、前記物性値としての熱伝導率を算出する測定部と、
を備える、測定システム。A measurement system for measuring physical property values related to thermal conduction of a measurement target,
a temperature control section that includes a heating section that heats one surface of the measurement object in the thickness direction and a cooling section that cools the other surface of the measurement object, and that generates a temperature gradient in the thickness direction of the measurement object; ,
a heat flow sensor that measures the amount of heat flowing in the thickness direction of the measurement target;
an infrared thermography camera that captures an image representing the temperature distribution in the thickness direction of the measurement target;
Obtaining temperature distribution information of the object to be measured from the photographic results of the infrared thermography, and calculating thermal conductivity as the physical property value using the temperature distribution information and the amount of heat measured by the heat flow sensor. a measuring section to
A measurement system comprising: 請求項５記載の測定システムであって、
前記測定部は、前記温度分布情報から、前記測定対象物において前記厚み方向に並ぶ第１位置と第２位置の間の温度差を求め、前記温度差と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出する、測定システム。6. The measurement system according to claim 5,
The measurement unit calculates a temperature difference between a first position and a second position arranged in the thickness direction of the object to be measured from the temperature distribution information, and calculates the thermal conductivity using the temperature difference and the amount of heat. A measurement system that calculates. 請求項５記載の測定システムであって、
前記測定部は、前記温度分布情報から前記測定対象物の前記厚み方向における所定の範囲内における温度の変化率を求め、前記変化率と前記熱量とを用いて前記熱伝導率を算出する、測定システム。6. The measurement system according to claim 5,
The measurement unit determines a rate of change in temperature within a predetermined range in the thickness direction of the object to be measured from the temperature distribution information, and calculates the thermal conductivity using the rate of change and the amount of heat. system. 請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の測定システムであって、
前記加熱部は、前記一方の面に接した状態で配置される第１試料ブロックを介して前記測定対象物を加熱し、
前記冷却部は、前記他方の面に接した状態で配置される第２試料ブロックを介して前記測定対象物を冷却し、
前記測定システムは、さらに、前記第１試料ブロックと前記第２試料ブロックのそれぞれの温度を計測する温度センサを備え、
前記測定部は、前記温度センサを用いて、前記測定対象物と前記第１試料ブロックとの界面における温度を表す高温側界面温度と、前記測定対象物と前記第２試料ブロックとの界面における温度を表す低温側界面温度と、を取得し、
前記高温側界面温度と、前記低温側界面温度と、先に算出した前記測定対象物の前記熱伝導率と、を用いて、前記物性値としての接触熱抵抗を算出する、測定システム。
The measurement system according to any one of claims 5 to 7,
The heating unit heats the measurement target via a first sample block placed in contact with the one surface,
The cooling unit cools the measurement target via a second sample block placed in contact with the other surface,
The measurement system further includes a temperature sensor that measures the temperature of each of the first sample block and the second sample block,
The measurement unit uses the temperature sensor to measure a high-temperature side interface temperature representing the temperature at the interface between the measurement object and the first sample block, and a temperature at the interface between the measurement object and the second sample block. Obtain the cold side interface temperature, which represents
A measurement system that calculates contact thermal resistance as the physical property value using the high-temperature side interface temperature, the low-temperature side interface temperature, and the previously calculated thermal conductivity of the measurement object.

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