JP2017150936A - 温度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱用ランプを用いてアルミろう付け工程の温度帯でワークを加熱する際のワーク温度を計測するにあたって、放射温度計を用いた温度計測を行うことができる温度計測装置を提供する。
【解決手段】加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光３０が通る位置に設けられ、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光３１として通す加熱側フィルタ１２と、特定波長加熱光３１の照射に応じてワークＷから放射される全波長の熱放射光３２の一部の波長の熱放射光を通す計測側フィルタ１３と、計測側フィルタ１３を通った熱放射光３２ａによってワークＷの放射温度を計測する放射温度計１４と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱用ランプを用いてアルミろう付け工程の温度帯でワークを加熱する際のワーク温度を計測する温度計測装置

高温のワーク温度を計測する手法として、下記特許文献１に記載されているような放射測温技術が知られている。下記特許文献１に記載されている放射測温技術は、放射温度計を用いるものであり、より具体的には測定に使用する波長が２つの２色温度計を用いるものである。

特開平５−１４２０５１号公報

上記特許文献１に記載の放射測温技術は、鋼板製造の際の高熱鋼板の温度を測定するものであり、高炉で熱せられた後に高炉から出た状態の鋼板温度を測定するものである。この鋼板温度は７００℃以上であり、鋼板が放射する熱放射光は短波長側で急峻に放射輝度が変化すると共に、放射輝度も高いものである。そのため、測定用の２波長としては、近接する２波長を選択することが可能であり、近接する２波長の熱放射光の放射率が略等しいものとして温度を算出することができる。

ところで、加熱用ランプを用いてアルミろう付け工程の温度帯でワークを加熱する際には、上記特許文献１が対象としている鋼板製造とは事情が異なる。このようなアルミろう付け工程においては、炉の中にワークを入れ、同じく炉の中に配置された加熱用ランプから放射される加熱光をワークに当てるため、ワークからは加熱光の反射光と熱放射光とが混在して放射される。従って、放射測温をしようとした場合、加熱光の影響が重なってしまい正確な温度計測をすることができない。

また、アルミろう付け工程の温度帯は、室温から６３０℃程度の温度帯であり、この温度帯での熱放射光は長波長側に放射輝度のピークがくると共に、その放射輝度は短波長側に比較して低いものであって、変化率も少ないものとなる。そのため、従来の技術のように熱放射光の短波長側の特性を利用した放射測温を適用することができない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱用ランプを用いてアルミろう付け工程の温度帯でワークを加熱する際のワーク温度を計測するにあたって、放射温度計を用いた温度計測を行うことができる温度計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る温度計測装置は、加熱用ランプ（１１）を用いてアルミろう付け工程の温度帯でワーク（Ｗ）を加熱する際のワーク温度を計測する温度計測装置であって、加熱用ランプから放射される全波長の加熱光が通る位置に設けられ、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光（３１）として通す加熱側フィルタ（１２）と、特定波長加熱光の照射に応じてワークから放射される全波長の熱放射光（３２）の一部の波長の熱放射光を通す計測側フィルタ（１３）と、計測側フィルタを通った熱放射光（３２ａ）によってワークの放射温度を計測する放射温度計（１４）と、を備える。

本発明によれば、加熱光が通る位置に加熱側フィルタを設けているので、加熱用ランプから放射される全波長の加熱光においてワークの温度計測の際に重複してしまう波長を除去し、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光としてワークに当てることができる。ワークから放射される熱放射光は、計測側フィルタを通って放射温度計に到達するので、計測側フィルタの構成に応じた放射測温が可能となる。

尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載の発明が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。

本発明によれば、加熱用ランプを用いてアルミろう付け工程の温度帯でワークを加熱する際のワーク温度を計測するにあたって、放射温度計を用いた温度計測を行うことができる温度計測装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態である温度計測装置を含む加熱炉の構成を模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施形態である温度計測装置の構成を模式的に示す図である。 図３は、本発明の実施形態である温度計測装置が測定対象とする放射光について説明するための図である。 図４は、比較例としての温度計測装置の構成を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示される本実施形態の加熱炉２は、本発明に係る温度計測装置を含むものである。加熱炉２は、炉本体１０と、加熱用ランプ１１と、加熱側フィルタ１２と、計測側フィルタ１３と、放射温度計１４と、を備えている。

炉本体１０は、ワークＷをその内部に収めることができ、ワークＷを加熱するためのものである。本実施形態の場合、ワークＷはアルミ熱交換器といったアルミ部材組立製品であり、アルミろう付け工程の温度帯で加熱される。

加熱用ランプ１１は、本実施形態の場合赤外線ランプである。加熱用ランプ１１は、赤外広帯域波長の加熱光を放射するものである。本実施形態の場合、加熱用ランプ１１は、炉本体１０の内部に設けられている。尚、必ずしも加熱用ランプ１１が炉本体１０の内部に設けられていなくてもよく、加熱用ランプ１１から放射される加熱光がワークＷに到達することができれば、炉本体１０の外部に配置されても構わない。

加熱側フィルタ１２は、本実施形態の場合石英ガラスによって形成されるガラス板である。加熱側フィルタ１２は、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光として通すように構成されている。より具体的には、加熱側フィルタ１２は、特定波長が５μｍとなるように構成されているので、５μｍ以下の波長の加熱光のみを特定波長加熱光として通すものである。加熱側フィルタ１２は、加熱用ランプ１１とワークＷとの間に配置されている。より具体的には、加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光が通る位置に設けられている。

計測側フィルタ１３は、特定波長加熱光の照射に応じてワークＷから放射される全波長の熱放射光の一部の波長の熱放射光を通すように構成されている。計測側フィルタ１３は、ワークＷと放射温度計１４との間に設けられている。本実施形態の場合、炉本体１０の側壁の一部を利用して計測側フィルタ１３が設けられているが、可動性の観点からは炉本体１０の外側に設けることも好ましい態様である。

続いて、図２及び図３を参照しながら、温度計測装置についての説明を続ける。加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光３０は、加熱側フィルタ１２を通って、特定波長加熱光３１となってワークＷに至る。

図３に示されるように、加熱光３０は特性線Ｌ１のような特性を持つ光である。加熱光３０のピークは、ゾーンＡであって、その波長は０．８μｍから１．０μｍである。特性線Ｌ１のままでワークＷに照射してしまうと、長波長側の光も届いてしまい、ワークＷからの熱放射光と混在してしまう。そこで、加熱側フィルタ１２を通すことで、５μｍよりも長い波長の光をカットし、特性線Ｌ２に示すような特定波長加熱光３１としてワークＷに照射する。本実施形態では、特定波長Ｂは５μｍである。

本実施形態の場合、ワークＷの加熱温度帯は室温相当の２７℃から６３０℃までとしている。図３に示されるように、２７度の熱放射光３２は特性線Ｌ４で示される特性を示し、６３０℃の熱放射光３２は特性線Ｌ３で示される特性を示す。

図２に示されるように、熱放射光３２は、ワークＷから計測側フィルタ１３に向かう。ワークＷと計測側フィルタ１３とは離隔配置されているので、ワークＷと計測側フィルタ１３との間には空気または窒素の空間が形成されている。赤外光は、いわゆる「大気の窓」と呼ばれる大気に吸収されにくく、透過し易い波長域として、８μｍから１４μｍの波長域がある。従って、ゾーンＣの波長の光が熱放射光３２として計測側フィルタ１３に向かう。

計測側フィルタ１３は、長波長帯域の熱放射光を通すように形成されている。計測側フィルタ１３は、第１フィルタ部１３１及び第２フィルタ部１３２を有している。第１フィルタ部１３１は、第１波長の熱放射光３２ａを通すように構成されている。第２フィルタ部１３２と、第１波長と異なる第２波長の熱放射光３２ａを通すように構成されている。

計測側フィルタ１３は、ワークＷから放射温度計１４に向かう熱放射光３２が、第１フィルタ部１３１及び第２フィルタ部１３２を選択的に通るように往復動作する。このように往復動作することで、放射温度計１４によって順次放射輝度を計測し、その計測値の比をとることで校正式によりワークＷの温度を求めることができる。

本実施形態のように長波長側の熱放射光３２を計測対象とする場合には、放射輝度が相対的に低下し、信号量が減ってしまうことに留意する必要がある。ワークＷが放射する熱放射光のうち利用するのは、８μｍから１４μｍなので、この範囲内で極力波長幅を広く取ることが好ましい。従って、第１フィルタ部１３１及び第２フィルタ部１３２は、それぞれが透過する第１波長と第２波長は、第１波長から長波長帯域の長波長側境界（１４μｍ）までの波長域及び第２波長から短波長帯域の短波長側境界（８μｍ）までの波長域で形成されることも１つの好ましい態様である。このように選択された波長幅に対して、ワークＷの測定対象部位毎に予め別の温度測定方法による測定結果等を利用して校正式を準備する。

比較例としての温度計測装置の一例について、図４を参照しながら説明する。図４に示されるように、加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光３０は、加熱側フィルタ１２が設けられていなければ、そのままワークＷに到達する。ワークＷからは、ワークＷの温度に応じた熱放射光３２の他に、加熱光３０の反射光３０Ｒも放射される。従って、計測側フィルタ１３Ｍを介在させたとしても、熱放射光３２の透過光である熱放射光３２ａの他に、反射光３０Ｒの透過光３０Ｒａも放射温度計１４に到達してしまう。上記した本実施形態では、図２を参照しながら説明したように、この反射光３０Ｒの影響を排除できるので、より正確にワークＷの温度を計測することができる。

また、比較例の計測側フィルタ１３Ｍは、円板状に形成されており、第１フィルタ部１３１Ｍ及び第２フィルタ部１３２Ｍが交互に配置されている。この場合、計測側フィルタ１３Ｍを回転させて、熱放射光３２の光路上に第１フィルタ部１３１Ｍ及び第２フィルタ部１３２Ｍが交互に存在するようにし、温度計測を実行する。上記した本実施形態では、計測側フィルタ１３を往復運動させているので、円板状の計測側フィルタ１３Ｍに対して小型化できる。また、第１フィルタ部１３１Ｍ及び第２フィルタ部１３２Ｍはそれぞれ複数個配置する必要があるのに対し、第１フィルタ部１３１及び第２フィルタ部１３２は、各１つずつ配置するのみなので、装置を簡素化することができる。

本実施形態の加熱炉２に含まれる温度計測装置は、加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光３０が通る位置に設けられ、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光３１として通す加熱側フィルタ１２と、特定波長加熱光の照射に応じてワークＷから放射される全波長の熱放射光３２の一部の波長の熱放射光を通す計測側フィルタ１３と、計測側フィルタ１３を通った熱放射光３２ａによってワークＷの放射温度を計測する放射温度計１４と、を備える。

本実施形態では、加熱光３０が通る位置に加熱側フィルタ１２を設けているので、加熱用ランプ１１から放射される全波長の加熱光３０においてワークＷの温度計測の際に重複してしまう波長を除去し、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光３１としてワークＷに当てることができる。ワークＷから放射される熱放射光３２は、計測側フィルタ１３を通って放射温度計１４に到達するので、計測側フィルタ１３の構成に応じた放射測温が可能となる。

また本実施形態では、加熱側フィルタ１２は、５μｍ以下の波長の加熱光のみを特定波長加熱光３１として通すように構成されている。温度測定に用いる長波長帯の加熱光を排除して特定波長加熱光３１をワークＷに照射できるので、図４に示されるような反射光３０Ｒの影響を排除することができる。

また本実施形態では、加熱側フィルタ１２は、石英ガラスによって形成されている。石英ガラスによって加熱側フィルタ１２を形成することで、確実に５μｍ以下の波長の加熱光のみを特定波長加熱光３１として通すことができる。

また本実施形態では、ワークＷと計測側フィルタ１３との間に空気または窒素の空間が形成されるように、ワークＷと計測側フィルタ１３とが離隔配置されている。図３に示されるように、空気または窒素の空間を通過する波長帯は８μｍから１４μｍなので、この帯域の光を使って放射測温が可能となる。

また本実施形態では、計測側フィルタ１３は、長波長帯域である８μｍから１４μｍの熱放射光３２を通すように形成されている。上記したように、計測側フィルタ１３に到達する熱放射光３２の帯域はワークＷが放射する広帯域の赤外線波長であるため、８μｍから１４μｍの帯域に適合した計測側フィルタ１３とすることで、長波長帯域を使った放射測温が可能となる。

また本実施形態では、計測側フィルタ１３は、第１波長の熱放射光３２ａを通す第１フィルタ部１３１と、第１波長と異なる第２波長の熱放射光３２ａを通す第２フィルタ部１３２と、を有する。長波長帯域である８μｍから１４μｍに含まれ、且つ互いに異なる波長の熱放射光３２ａを選択的に通すことで、放射温度計１４による２色温度計を構成することができる。

また本実施形態では、計測側フィルタ１３は、ワークＷから放射温度計１４に向かう熱放射光３２が、第１フィルタ部１３１及び第２フィルタ部１３２を選択的に通るように往復動作するように構成されている。図４を参照しながら説明した比較例に対して、装置を小型化できると共に、赤外線フィルタの使用量も低減することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１１：加熱用ランプ
１２：加熱側フィルタ
１３：計測側フィルタ
１４：放射温度計
３０：加熱光
３１：特定波長加熱光
３２：熱放射光
３２ａ：熱放射光
１３１：第１フィルタ部
１３２：第２フィルタ部

Claims (7)

1. 加熱用ランプ（１１）を用いてアルミろう付け工程の温度帯でワーク（Ｗ）を加熱する際のワーク温度を計測する温度計測装置であって、
   前記加熱用ランプから放射される全波長の加熱光が通る位置に設けられ、特定波長以下の加熱光のみを特定波長加熱光（３１）として通す加熱側フィルタ（１２）と、
   前記特定波長加熱光の照射に応じて前記ワークから放射される全波長の熱放射光（３２）の一部の波長の熱放射光を通す計測側フィルタ（１３）と、
   前記計測側フィルタを通った前記熱放射光（
   ３２ａ）によって前記ワークの放射温度を計測する放射温度計（１４）と、を備える温度計測装置。
2. 前記加熱側フィルタは、５μｍ以下の波長の加熱光のみを特定波長加熱光として通す、請求項１記載の温度計測装置。
3. 前記加熱側フィルタは、石英ガラスによって形成されている、請求項２記載の温度計測装置。
4. 前記ワークと前記計測側フィルタとの間に空気または窒素の空間が形成されるように、前記ワークと前記計測側フィルタとが離隔配置されている、請求項１記載の温度計測装置。
5. 前記計測側フィルタは、長波長帯域の熱放射光を通すように形成されている、請求項４記載の温度計測装置。
6. 前記計測側フィルタは、第１波長の熱放射光を通す第１フィルタ部（１３１）と、前記第１波長と異なる第２波長の熱放射光を通す第２フィルタ部（１３２）と、を有する、請求項５記載の温度計測装置。
7. 前記計測側フィルタは、前記ワークから前記放射温度計に向かう前記熱放射光が、前記第１フィルタ部及び前記第２フィルタ部を選択的に通るように往復動作する、請求項６記載の温度計測装置。

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