JIS R 7240:2018 放熱用グラファイトシートのレーザスポット周期加熱放射測温法による熱拡散率の求め方

                                                                                   R 7240 : 2018

pdf 目 次

ページ

•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[1]
•  4 原理・・・・[2]
•  5 熱拡散率測定・・・・[3]
•  5.1 試料の形状・・・・[3]
•  5.2 装置及び器具・・・・[3]
•  5.3 測定手順・・・・[4]
•  5.4 熱拡散率の求め方・・・・[4]
•  5.5 再測定・・・・[5]
•  6 報告書・・・・[5]
•  附属書A(参考)試料台及び試料押さえの形状例・・・・[7]
•  附属書B(参考)変調周波数及び加熱光量の決定方法例・・・・[8]
•  附属書C(参考)熱伝導率の計算方法・・・・[10]
•  附属書D(参考)加熱光量に依存しない熱拡散率を求める方法・・・・[11]
•  附属書E(参考)熱拡散率参照物質を用いた測定の検証・・・・[12]

(pdf 一覧ページ番号 1)

――――― [JIS R 7240 pdf 1] ―――――

R 7240 : 2018

まえがき

  この規格は,工業標準化法に基づき,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本
工業規格である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。

(pdf 一覧ページ番号 2)

――――― [JIS R 7240 pdf 2] ―――――

                                       日本工業規格(日本産業規格)                             JIS
                                                                              R 7240 : 2018

放熱用グラファイトシートのレーザスポット周期加熱放射測温法による熱拡散率の求め方

Determination of thermal diffusivity for heat dissipation graphite sheet by a laser spot periodic heating radiation thermometry method

1 適用範囲

  この規格は,レーザスポット周期加熱放射測温法による放熱用グラファイトシート(以下,グラファイ
トシートという。)の面内方向の熱拡散率の求め方の基本的な考え方及び手法について規定する。
  なお,この規格は,グラファイトだけからなるグラファイトシートで,厚さ100 μm以下のものを対象
とする。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS B 7502 マイクロメータ
    JIS R 1600 ファインセラミックス関連用語

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS R 1600によるほか,次による。
3.1
グラファイトシート
  放熱用の黒鉛製シート。
3.2
熱拡散率,α
  グラファイトシートの面内方向の温度の伝わる早さを示す値。ただし,面内方向と厚さ方向とを区別す
る場合には,それぞれαv,αHとする。
3.3
厚さ,d
  グラファイトシートの幾何学的厚さ。
3.4
スポット径,σ
  加熱レーザの試料面上での照射直径。ガウシアン強度分布を仮定した半値全幅をいう。

――――― [JIS R 7240 pdf 3] ―――――

2
R 7240 : 2018
3.5
変調周波数,f
  加熱レーザを周期的に強度変調するための基準信号の周波数。
3.6
位相遅れ,θ
  加熱レーザの強度変調信号の位相を基準とした放射測温信号の位相。
3.7
距離,l
  加熱レーザスポットの中心と放射測温箇所の中心との面内方向の間隔。

4 原理

  図1にレーザスポット周期加熱放射測温法によるグラファイトシートの面内方向の熱拡散率測定原理図
を示す。変調周波数fで正弦波に強度変調した加熱レーザを熱拡散率αの試料表面に,スポット径σで照
射する。加熱レーザ光によって周期的に与えられた熱エネルギーは,試料の面内方向に拡散するとともに,
試料の温度は変調周波数と同じ周期で振動する。この周期的な温度の振動の位相遅れθは,式(1)で表され,
距離l及び変調周波数fの1/2乗に比例し,熱拡散率αの1/2乗に反比例する。ここで,Cは定数である。
  距離lの位置における試料の裏面温度を赤外線検出器で測定することで,レーザ強度変動と裏面温度の
変動に対応した赤外放射信号との関係をプロットした図1 b)のグラフから位相遅れθが得られる。また,
位相遅れθと距離lとの相関をプロットすることによって,図1 a)のグラフが得られる。このとき,加熱
点の近傍では距離lに対して試料の厚さdの大きさが無視できないため,式(1)の直線的な関係を満たさな
い範囲が存在する。また,試料の端面に近づくと端面の影響によって式(1)の関係を満たさない範囲が存在
する。したがって,これらの範囲を除き,グラフの傾きを求める。この傾き及び式(1)の傾き    π(f α) か
ら,試料の面内方向の熱拡散率αが求められる。
                              πf
                        θ       l  C  (1)
                              α
    注記1 式(1)のCは,装置固有の位相遅れである。
    注記2 加熱点の近傍の試料の式(1)の関係を満たさない範囲は,l<   (αv / αH )   d の範囲となる。
    注記3 強度変調した加熱レーザによって,試料には周期的な温度の振動が発生し,これを温度波と
            呼ぶ。温度波は約1波長で大きく減衰する性質があることから,その波長よりも試料,試料
            台及び試料押さえを十分大きくすると,それらの端面の影響を受けない測定が可能となる。
            試料の熱拡散率及び測定時の変調周波数によって温度波の波長(熱拡散長)は変化すること
            から,測定に影響を及ぼさない試料の寸法,試料台及び試料押さえの寸法は,熱拡散長によ
            って判断できる。熱拡散長μ(単位 : m)は,式(2)によって求められる。
                             α
                         μ       (2)
                             πf
              試料の端面において,式(1)の関係を満たさない範囲は,変調周波数によって決まる。変調
            周波数が低く,熱拡散長μが試料サイズLに比べて無視できないほど大きい場合は,温度波
            がエッジ(試料端面)で反射する効果が大きくなり中間の直線領域が失われるため,熱拡散
            長μと試料サイズLとの関係をμ<(1/2.5)   とし,f>6.25α/(πL2)となるfで測定するとよい。

――――― [JIS R 7240 pdf 4] ―――――

                                                                                              3
                                                                                   R 7240 : 2018
                            a) レーザスポット周期加熱放射測温法の模式図
                             b) 加熱レーザの波形及び赤外放射信号の波形
   図1−レーザスポット周期加熱放射測温法によるグラファイトシート面内方向の熱拡散率測定原理図

5 熱拡散率測定

5.1 試料の形状

  試料の形状は,1辺が50 mm以上の長方形で,厚さは100 μm以下とする。

5.2 装置及び器具

  装置及び器具は,次の要素をもつものとする。
a) 試料台及び試料押さえ 試料を平面に設置でき,かつ,それぞれの中心に内径20 mm以上若しくは熱
    拡散長μの2.5倍以上の円形の孔,又は一辺20 mm以上若しくは熱拡散長μの2.5倍以上の長方形の
    孔があるものとする。附属書Aに,形状例を示す。
b) スポット周期加熱装置 周波数fで強度変調されたレーザ及びσ<σ0のスポット径を実現する照射光

――――― [JIS R 7240 pdf 5] ―――――

次のページ PDF 6