JP2018189628A - フォトルミネセンス温度測定標的 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度測定を行うためのフォトルミネセンス温度測定標的を有するシステムを提供する。【解決手段】フォトルミネセンス標的２００は、フォトルミネセンスコーティング２０８及び熱伝導性骨格２０６を有する。フォトルミネセンスコーティング２０８は、質問装置から受光した励起光が照射されると、温度依存的に光を再放出し、その再放出光に基づいて質問装置は温度測定を行う。熱伝導性骨格構造２０６は、フォトルミネセンス標的２００全体にわたって均一な温度分布を確立するよう、且つ上記骨格構造２０６を囲む上記フォトルミネセンスコーティング２０８の支持マトリックスを提供するよう構成されている。フォトルミネセンス標的２００は、温度測定が行われる標的物体と熱的に接している。【選択図】図２
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年３月２２日に出願された「フォトルミネセンス温度測定標的」と題された米国仮特許出願第６２／４７４，６７３号の利益を主張するものであり、上記特許出願の内容はその全体を明示的に本明細書に参照により援用する。
本出願は、２０１７年３月２２日に出願された「フォトルミネセンス温度測定標的」と題された米国仮特許出願第６２／４７４，６７３号の利益を主張するものであり、上記特許出願の内容はその全体を明示的に本明細書に参照により援用する。
ある種のフォトルミネセンス材料は、その温度依存性を温度測定に利用することができる。質問装置によってフォトルミネセンス標的に光を照射すると、その光照射に対し、温度に依存してフォトルミネセンス標的は特定の性質の光を再放出することで応答できる。この再放出光を質問装置が受光し、再放出光の性質に基づいてフォトルミネセンス標的の温度を見積もることができる。
概して、一態様によれば、本発明は、温度測定を行うためのシステムに関する。該システムは、フォトルミネセンス標的を有する。上記フォトルミネセンス標的は、質問装置から受光した励起光が照射されると、温度依存的に光を再放出するフォトルミネセンスコーティングを有する。該システムは、上記フォトルミネセンス標的全体にわたって均一な温度分布を確立するよう構成された熱伝導性骨格構造であって、該骨格構造を囲む上記フォトルミネセンスコーティングの支持マトリックスを提供するよう構成された熱伝導性骨格構造を更に有する。上記フォトルミネセンス標的は、上記温度測定が行われる標的物体と熱的に接しており、上記質問装置は、上記再放出光に基づいて温度測定を行う。
概して、一態様によれば、本発明は、フォトルミネセンス標的を製造する方法に関する。該方法は、フォトルミネセンス材料及びバインダを含む液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程と、上記液状フォトルミネセンスコーティングで熱伝導性骨格構造を被覆する工程と、被覆した上記骨格構造を基材上に配置する工程と、上記液状フォトルミネセンスコーティングを硬化させて、上記骨格構造を囲み且つ上記基材に接着する非液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程とを有する。
概して、一態様によれば、本発明は、フォトルミネセンス標的を製造する方法に関する。該方法は、熱伝導性骨格構造シートを金型に広げる工程と、フォトルミネセンス材料及びバインダを含む液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程と、上記液状フォトルミネセンスコーティングを上記金型に充填して、上記骨格構造シートを囲む工程と、上記液状フォトルミネセンスコーティングを硬化させて、上記骨格構造シートを囲む非液状フォトルミネセンスコーティングを上記金型内で得る工程と、上記フォトルミネセンスコーティング硬化物で囲まれた上記骨格構造シートから、上記フォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造を抜き出す工程とを有する。
以下の記載及び添付した特許請求の範囲から本発明の他の態様が明らかとなるであろう。
添付の図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を以下に詳述する。以下における本発明の実施形態の詳細な説明においては、本発明をより理解できるように多くの具体的な事項を記載している。しかしながら、当業者には明らかである通り、本発明はこれらの具体的事項がなくても実施できる。他の例では、説明が不必要に複雑とならないよう周知の特徴を詳しくは記載していない。
以下の図１〜図６Ｅの説明において、本発明の様々な実施形態について図面を参照して説明される構成要素はいずれも、他の図面を参照して説明される同様の名称を有する構成要素と同等なものであってもよい。簡潔にするため、これらの構成要素の説明を各図面で繰り返すことはしない。従って、各図面における構成要素の各実施形態はいずれも、参照により援用され、同様の名称を有する構成要素を１つ以上有する他の図面に存在してもよいものと見なされる。また、本発明の各種実施形態によれば、図面における構成要素の説明はいずれも、他の図面中の対応する同様の名称を有する構成要素について説明した実施形態に加えて、組み合わせて、又は代替して実施できる任意の実施形態として解釈されるべきである。
本発明の実施形態は、概して温度測定に関する。温度測定は様々な技術を用いて実施できる。これらの技術では、材料が有する物理特性、電気特性、又は放射特性の温度依存性が利用されているものもある。例えば、水銀温度計、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ、パイロメータ、及びフォトルミネセンス式温度計等が挙げられるが、これらに限定されない。
電気式温度センサは、電磁放射への感度が望ましくないため、電磁的にノイズのある環境下では温度測定に不適切な場合があり、パイロメータ型センサは、放射率又は見通し内（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）困難がある場合には使用できない場合があるが、フォトルミネセンス温度測定は、電磁妨害（ＥＭＩ）の影響を受けず、光ファイバを用いた場合などには必ずしも見通し内結合を必要としない。
本発明の１つ以上の実施形態では、質問装置によってフォトルミネセンス標的に光を照射すると、その光照射に対し、温度に依存してフォトルミネセンス標的が温度依存的に光を再放出することで応答する。この再放出光を質問装置が受光し、再放出光の性質に基づいてフォトルミネセンス標的の温度を見積もることができる。従って、フォトルミネセンス標的が標的物体と熱的に接している場合、標的物体の温度は、質問装置が受光した再放出光から見積もることができる。
図１Ａは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス式温度感知システム（１００）を模式的に表す。該フォトルミネセンス式温度感知システム（１００）を用いて、標的物体（１０２Ａ）の温度を測定できる。標的物体（１０２Ａ）は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）を熱接触させて取り付けることができる物質であれば特に限定されない。フォトルミネセンス式温度感知システム（１００）は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）、質問装置（１０６）、結合光学系（１１２）、及び処理装置（１１８）を有していてもよい。これらの構成部材をそれぞれ以下で説明する。
本発明の１つ以上の実施形態において、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）は、測定する熱環境に曝露される。より具体的にいうと、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）は、温度を測定する標的物体（１０２Ａ）の表面に取り付けることができる。フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）は、接着剤を用いて標的物体の表面に取り付けてもよい。接着剤は熱伝導性であってもよい。更に、結合光学系に対する発光強度を更に向上させるために、接着剤は反射性であってもよい（例えば白色接着剤を使用する場合）。フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）の詳細は、図２Ａ〜図３Ｂを参照して後述する。
本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的（１０４Ａ）は、質問装置（１０６）から質問信号を送信される。質問装置は、励起光（１１４）を放出する。フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）は励起光（１１４）を受光し、それに応答して、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）の温度に依存する性質を有する光（１１６）を再放出する。
質問装置（１０６）は、励起装置（１０８）及び検出装置（１１０）を有する。励起装置（１０８）は光源であってもよく、これを用いて、標的物体（１０２Ａ）の温度測定時にフォトルミネセンス標的（１０４Ａ）へ励起光（１１４）を供給できる。検出装置（１１０）は感光装置であってもよく、これを用いて、励起光に応答してフォトルミネセンス標的（１０４Ａ）から再放出された光を捕捉、測定できる。
励起装置（１０８）は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）に光を再放出させて応答させることが可能なランプ、ＬＥＤ、レーザー等の光源であってもよい。励起装置（１０８）から供給される励起光（１１４）は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）中のフォトルミネセンス物質により決定されるように、例えば特定の波長、強度、極性のものであってもよく、特定の期間供給されるものなどであってもよい。
検出装置（１１０）は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）から再放出される光を検出するのに好適な検出器であれば特に限定されず、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ等であってもよい。検出装置（１１０）の出力信号は、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）が再放出する光により制御される。出力信号は、例えば、再放出光（１１６）の性質に線形的又は非線形的に関連するものであってもよい電圧、電流、又はデジタル信号であってもよい。
励起装置（１０８）及び検出装置（１１０）は、見通し内操作用に設計されたシステム等においては、フォトルミネセンス標的（１０４Ａ）と直接対向していてもよい。あるいは、結合光学系（１１２）を使用してもよい。結合光学系は、本発明から逸脱することがない限り、例えばレンズ、鏡、光導波路（光ファイバ等）といった光学素子の任意の組み合わせを有していてもよい。結合光学系は、様々な環境条件や空間的要件等に対応するよう構成されたものであってもよい。
フォトルミネセンス式温度感知システムの説明を続けると、処理装置（１１８）は、検出装置から受信した信号に基づいた温度の見積もりを提供するよう構成されていてもよい。処理装置（１１８）は、本発明の１つ以上の実施形態を実施するのに最低限必要な処理能力、メモリ、及び入出力装置を少なくとも有する演算装置であれば特に限定されない。本発明の一実施形態において、処理装置（１１８）は、質問装置（１０６）と共に単一の装置を構成していてもよい。例えば、処理装置及び質問装置は、プローブ内に収容されていてもよい。更に、処理装置は、単一のプリント配線板上で質問装置（１０６）と一体化されていてもよい。処理装置（１１８）は、１つ以上のコンピュータプロセッサ、関連するメモリ（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、キャッシュメモリ、フラッシュメモリ等）、１つ以上の記憶装置（ハードディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブやデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）ドライブ等の光学ドライブ、フラッシュメモリースティック等）、及び他の多くの要素及び機能（ユーザーが処理装置と対話できるようにする入出力装置等）を有していてもよい。処理装置（１１８）は、更に、ネットワーク（社内ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、モバイルネットワーク等といったネットワークインターフェース接続を介した任意のネットワーク等）と接続されていてもよい。本発明の一実施形態において、処理装置（１１８）は、質問装置（１０６）と通信するための通信インターフェースを更に有する。質問装置との通信としては、励起装置（１０８）への制御コマンドの送信や、検出装置（１１０）からのデータの受信が挙げられる。質問装置（１０６）の接続性に応じて、通信インターフェースは、ＵＳＢ、ＲＳ２３２等のデジタルインターフェース、及び／又はアナログ−デジタル、デジタル−アナログ変換器等を介したアナログインターフェースを有していてもよい。
図１Ｂは本発明の別の実施形態を表し、フォトルミネセンス標的（１０４Ｂ）が標的物体（１０２Ｂ）の凹部に配置されている。凹部は、特に均一な温度分布が確保できるサーモウェルを形成していてもよい。更に、標的物体の凹部に配置することで、フォトルミネセンス標的を環境的にいくらか保護できる。例えば、通気及び環境光への曝露を低減できる。フォトルミネセンス標的を凹部へ配置した以外は、本発明の上記実施形態は図１Ａに示した実施形態と同様であってもよい。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的を表す。図２Ａはフォトルミネセンス標的を組み立てたものを表し、図２Ｂはフォトルミネセンス標的を組み立てる前の各種要素を表す。フォトルミネセンス標的（２００）は、基材（２０２）、骨格構造（２０６）、及びフォトルミネセンスコーティング（２０８）を有する。フォトルミネセンス標的（２００）を製造するのに使用される方法に応じて、フォトルミネセンス標的は接着パッド（２０４）を有していても有していなくてもよい。これらの要素をそれぞれ以下で説明する。更に、図４Ａ〜図６Ｅを参照して、本発明の様々な実施形態に係るフォトルミネセンス標的の製造について説明する。
本発明の一実施形態に係る基材（２０２）は、フォトルミネセンスコーティング（２０８）及び骨格構造（２０６）の土台となる。基材（２０２）は、任意の大きさ及び形状の円板であってもよく、アルミ、銅、ステンレス鋼等の熱伝導性材料で形成されていてもよい。しかしながら、本発明を逸脱することがない限り、金属、セラミック、プラスチック等といった他の材料を代わりに使用してもよい。基材（２０２）は、標的物体に取り付けることで、上記図１Ａ及び図１Ｂに示した通り、基材と標的物体との熱接触を確立できる。あらゆる種類の有機又は無機熱伝導性接着剤を使用して、基材と標的物体との密接な接触を確立できる。あるいは、ネジ、リベット等の他の機械的な設置手段を使用して熱接触を行うこともできる。
本発明の一実施形態において、基材は使用しなくてもよい。このような実施形態の場合、フォトルミネセンスコーティング（２０８）を有する骨格構造（２０６）は、標的物体へ直接取り付けられる。
本発明の一実施形態に係る骨格構造（２０６）は、フォトルミネセンスコーティング（２０８）を付着させることができる支持マトリックスを形成する。更に、本発明の１つ以上の実施形態において、骨格構造（２０６）は熱伝導性であるため、フォトルミネセンス標的全体にわたって温度を均一化し易くなる。従って、フォトルミネセンスコーティング（２０８）は、フォトルミネセンス標的（２００）全体にわたって温度の影響を実質的に均一に受ける。これにより、フォトルミネセンス標的（２００）上の厳密な質問位置に関わらず、実質的に等しい温度の読み取りを行うことができる。骨格構造材料は、アルミ、銅等の金属、又は他の熱伝導性材料であってもよい。骨格構造は、均一な骨格を形成するように織り、鋳造、スタンピング成形、又は機械加工を施されていてもよい。骨格構造（２０６）は、例えば網であってもよい。あるいは、骨格構造は、フォトルミネセンスコーティング（２００）の接着を容易にする凹凸（穿孔等）を表面に有する金属円板等の固体材料表面であってもよい。本発明の一実施形態において、骨格構造は、フォトルミネセンスコーティングに混合される粒子（薄片又は粒等）で構成されている。いずれの場合も、フォトルミネセンス標的の範囲にわたって骨格構造が均一であることが望ましい。専用の骨格構造を使用する代わりに、基材（２０２）の表面を処理（機械加工、エッチング、放電加工等）することで、フォトルミネセンスコーティングで被覆できる表面性状を得て、骨格構造を基材表面に直接形成してもよい。このような実施形態において、骨格構造（２０６）は必要ではない場合がある。
本発明の一実施形態に係るフォトルミネセンスコーティング（２０８）は、励起光を受光すると、温度依存的に光を再放出するフォトルミネセンス材料（２１０）を含む。フォトルミネセンス材料（２１０）は、例えば、発光減衰時間及び／又は輝線強度を温度依存的に変化させるものであってもよい。合成ルビー等のルビーを使用して、０℃〜＋１４００℃の範囲の温度を測定できる。あるいは、リン光体を使用して、例えば−２００℃〜＋２００℃の範囲の温度を測定できる。当業者には、本発明を逸脱することがない限り、他のフォトルミネセンス材料を用いることもでき、他の温度範囲も検討できることが理解されるであろう。フォトルミネセンス強度は、温度に加えて、フォトルミネセンス粒子の濃度、励起光波長、強度、及び／若しくは露光時間、並びに／又は必要に応じて添加される発光阻害剤の濃度等のいくつかの要因に依存し得る。フォトルミネセンス材料（２１０）は、ペースト又は液体を形成するためにバインダ（２１２）と混合される粉末として得てもよい。
フォトルミネセンスコーティング（２０８）は、バインダ（２１２）を更に含んでいてもよい。バインダ（２１２）は、フォトルミネセンスコーティング（２０８）を骨格構造（２０６）に塗布できるようにする物質であって、フォトルミネセンスコーティングを骨格構造に確実に接着させる物質であれば、その種類は特に限定されない。バインダ（２１２）は、例えば、最初は液状又は粘性の透明な有機又は無機接着剤であって、フォトルミネセンス材料（２１０）と混合することでペーストを形成するものであってもよい。このペーストを骨格構造（２０６）に塗布した後、硬化して、骨格構造（２０６）を囲む永続的フォトルミネセンスコーティング（２０８）を形成できる。骨格構造を囲む容積において、フォトルミネセンスコーティングは実質的に均等に分布している。バインダ（２１２）の硬化は、室温等の通常の環境条件下で起こるものであってもよく、熱、光（ＵＶ光等）、及び／又は放射線等を一時的に適用する必要があるものであってもよい。フォトルミネセンスコーティングの塗布に関する更なる詳細は、製造プロセスの説明において後述する。当業者であれば、温度測定を行う環境条件を考慮して特定のバインダを選択できることが理解できるであろう。例えば、バインダは、フォトルミネセンス標的を用いて測定される温度に耐えるものであることが必要な場合がある。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的の考えられる形状を表す。図３Ａは、平面フォトルミネセンス標的（３００Ａ）を表し、これは標的物体（図示せず）の平面に設置するのに特に好適な場合がある。骨格構造（３０６Ａ）及び基材（３０２Ａ）を囲むフォトルミネセンスコーティング（３０８Ａ）は、平坦な円板形状を有する。再放出光は、質問装置（３０６）に戻ってもよいが、必ずしも質問装置（３２０）に集束するわけではなく、従って、再放出光が全て捕捉されなくてもよい。
図３Ｂは、曲線状、例えば放物線状のフォトルミネセンス標的（３００Ｂ）を表し、これは、多くの再放出光を質問装置（３２０）で回収するのが望ましい用途に特に好適な場合がある。放物線状フォトルミネセンス標的（３００Ｂ）の曲面は再放出光を中央部へと向かわせ、そこで質問装置（３２０）の光学系により集光できる。従って、より強くノイズの少ない温度信号を得ることができる。骨格構造（３０６Ｂ）及び基材（３０２Ｂ）を囲むフォトルミネセンスコーティング（３０８Ｂ）は、放射線形状を有する。熱伝導性アダプタ片（図示せず）を用いて、放物線状フォトルミネセンス標的（３００Ｂ）を任意の形状の表面に取り付けてもよい。あるいは、基材（３０２Ｂ）自体をアダプタとしてもよい。例えば、基材の片側が放射線形状をなして、骨格構造（３０６Ｂ）を囲む放物線状フォトルミネセンスコーティング（３０８Ｂ）を収容するものであってもよく、基材の反対側が平坦状となって平面標的物体と接するものであってもよい。
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的の製造を表す。図４Ａ〜図４Ｄは製造の各段階におけるフォトルミネセンス標的を表し、図４Ｅは、図４Ａ〜図４Ｄを参照して製造プロセスを説明している。
図４Ｅによれば、ステップ４００において、液状フォトルミネセンスコーティングが得られる。液状フォトルミネセンスコーティングは、粉末として得られたフォトルミネセンス材料と、液体として得られたバインダとの混合物であってもよい。
ステップ４０２において、骨格構造が得られる。骨格構造は、上述の通り、フォトルミネセンス標的の表面全体にわたって温度を均一化し易くする骨格様構造であってもよい。骨格構造は、円形、長方形等の任意の形状を有していてもよく、金網スクリーンやその他の望ましい性質を有するシート状材料等のより大きなシートから構造を切断する（手動切断、レーザー切断、プラズマ切断等）又は打ち抜くことで得られるものであってもよい。図４Ａは、ステップ４０２の終了後に得られる骨格構造を表す。図３Ｂに表すもの等の曲線状骨格構造が望ましい場合、ステップ４０２ではスタンピング成形等の成形プロセスを行ってもよい。
ステップ４０４において、液状フォトルミネセンスコーティングで骨格構造を被覆する。液状フォトルミネセンスコーティングの粘度は、使用する被覆プロセスに好適となるように選択できる。被覆は、浸漬、塗装、又は噴霧により実施してもよく、フォトルミネセンスコーティングを骨格構造に堆積するための他の操作を用いて実施してもよい。図４Ｂは、ステップ４０４の終了後に得られる被覆された骨格構造を表す。
ステップ４０６において、被覆された骨格構造を基材上に配置してから、フォトルミネセンスコーティング中のバインダを硬化させる。未硬化のバインダが基材と接触することで基材との接触面を形成する。図４Ｃは、ステップ４０６において基材上に配置した後の骨格構造を表す。
ステップ４０８において、フォトルミネセンスコーティング中のバインダが硬化することで非液状フォトルミネセンスコーティングが得られる。硬化は必要に応じて実施でき、空気乾燥や、高温、放射線、ＵＶ光等への曝露を必要とするものであってもよい。図４Ｄは、ステップ４０８の終了後のフォトルミネセンス標的を表す。フォトルミネセンス標的は、標的物体の表面に取り付けることができる状態になっていてもよい。
図４Ａ〜図４Ｅで説明した製造方法は、フォトルミネセンス標的を少量製造するのに特に好適な場合がある。
改変した製造プロセスを採用して、曲線状フォトルミネセンス標的を得ることができる。具体的には、ステップ４０２で得られる曲線状骨格構造を、曲線状フォトルミネセンス標的を収容するよう構成されたキャビティを有する基材と共に使用してもよい。被覆されていない骨格構造をキャビティ内に配置してもよく、次いで被覆を実施した後にフォトルミネセンスコーティングを硬化させてもよい。
更に、フォトルミネセンスコーティングを基材に直接塗布する実施形態では、他の改変した製造プロセスに依拠してもよい。上述の通り、基材の表面を処理することで、基材への接着を容易にするような性状を得てもよい。従って、ステップ４００で得られる液状フォトルミネセンスコーティングを基材へ直接塗布してもよく、次いで、ステップ４０８で記載した通り、フォトルミネセンスコーティングを硬化させてもよい。
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的の製造を表す。図５Ａ〜５Ｃは各段階における製造を表し、図５Ｄは、図５Ａ〜５Ｃを参照して製造プロセスを説明している。
図５Ｄによれば、ステップ５００において、成形用具をセットする。図５Ａに示す成形用具は、骨格構造材料のシートを収容するよう構成されたキャビティを有する。従って、凹部はシートを収容する大きさである。あるいは、金型内に注入した粒子で骨格構造を形成してもよい。製造するフォトルミネセンス標的の所望の厚さに応じて、適当な金型の深さを選択できる。金型は、以下で更に説明する通り、フォトルミネセンスコーティング中のバインダを硬化するのに必要な環境条件に耐えられるよう設計されていてもよい。例えば、バインダの硬化に高温が必要な場合、金型はこのような高温に耐えられる材料で形成される。
ステップ５０２において、図５Ｂに示す通り、骨格構造材料のシートを金型内に配置し、液状フォトルミネセンスコーティングを添加する。その後、フォトルミネセンスコーティング中のバインダを硬化させる。上述の通り、バインダに対して適当な硬化方法を選択する。
ステップ５０４において、フォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造のシートを金型から取り出した後、所望の大きさの骨格構造をシートから抜き出す。抜き出しは、上述の通り、打抜き又は切断操作により実施できる。円形骨格構造の抜き出しを図５Ｃに示す。
別の種類の成形法において、大きさを調整する工程を更に必要とすることなくそのまま基材に固定できる完成部品が得られるような形状であるキャビティを有する成形用具に切断済み骨格構造片（又は別の骨格構造材料）をそれぞれ配置する場合、ステップ５０４は無くてもよい。
図５Ａ〜図５Ｄに記載した製造方法は、フォトルミネセンス標的を大量に製造するのに特に好適な場合がある。フォトルミネセンス標的は、まだ基材を有しておらず、従って、熱伝導性接着剤を用いて標的物体表面又は基材に直接載置できる。
図６Ａ〜図６Ｅは、本発明の１つ以上の実施形態に係るフォトルミネセンス標的の製造を表す。図６Ａ〜図６Ｄは製造の各段階におけるフォトルミネセンス標的を表し、図６Ｅは、図６Ａ〜図６Ｄを参照して製造プロセスを説明している。
図６Ｅによれば、ステップ６００において、骨格構造が得られる。骨格構造は、上述の通り、フォトルミネセンス標的の表面全体にわたって温度を均一化し易くする骨格様構造であってもよい。骨格構造は、円形、長方形等の任意の形状を有していてもよく、金網スクリーンやその他の望ましい性質を有するシート状材料等のより大きなシートから構造を切断する（手動切断、レーザー切断、プラズマ切断等）又は打ち抜くことで得られるものであってもよい。図６Ａは、ステップ６００の終了後に得られる骨格構造を表す。
ステップ６０２において、フォトルミネセンスコーティングで骨格構造を被覆する。フォトルミネセンスコーティングは、フォトルミネセンス材料及びバインダを含んでいてもよく、選択した被覆プロセスに好適な粘度のものであってもよい。被覆は、浸漬、塗装、又は噴霧により実施してもよく、フォトルミネセンスコーティングを骨格構造に堆積するための他の操作を用いて実施してもよい。更に、フォトルミネセンスコーティングを硬化させる。硬化は必要に応じて実施でき、空気乾燥や、高温、放射線、ＵＶ光等への曝露を必要とするものであってもよい。図６Ｂは、フォトルミネセンスコーティングの硬化後の骨格構造を表す。曲線状骨格構造を被覆する場合、被覆は、曲線状骨格構造を収容する金型において実施してもよい。金型は、フォトルミネセンスコーティングのバインダが硬化するまで曲線状骨格構造の近傍に液状フォトルミネセンスコーティングを保持するよう構成されていてもよい。
本発明の一実施形態において、図６Ｂに示すフォトルミネセンスコーティングの硬化後の骨格構造は、図５Ａ〜図５Ｄを参照して記載した方法を用いて得ることができる。この場合、ステップ６００及びステップ６０２は省略してもよい。
ステップ６０４において、接着剤で基材を被覆する。任意の種類の有機又は無機接着剤を使用できる。接着剤は熱伝導性であってもよい。図６Ｃは、接着剤で被覆した基材を表す。
ステップ６０６において、フォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造を基材上に配置して、接着剤と接触させる。接着剤は、能動的（熱、放射線等に曝露）に硬化させてもよく、空気乾燥で受動的に硬化させてもよい。接着剤は、透明であっても非透明であってもよい。
図６Ｄは、ステップ６０６の終了後のフォトルミネセンス標的を表す。フォトルミネセンス標的は、標的物体の表面に取り付けることができる状態になっていてもよい。
図６Ａ〜図６Ｅに記載した製造方法は、フォトルミネセンス標的を少量製造するのに特に好適な場合がある。上記製造方法によれば、更に融通性が得られる。具体的には、ステップ６０２の終了後に得られるフォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造（図６Ｂ）は、標的物体上に直接配置でき、従って、ステップ６０４及び６０６は省略できる。
本発明の実施形態によれば、幅広い温度範囲にわたって信頼性が高く正確な温度測定が可能となり得る。具体的には、本発明の実施形態によれば、熱均一度が高いフォトルミネセンス標的の製造及び使用が可能となる。フォトルミネセンス標的に埋め込まれた熱伝導性骨格構造によって、フォトルミネセンス標的の温度勾配を確実に低減又は回避できる。従って、温度測定エラーを引き起こし得る局所的な温度の乱れを回避できる。更に、伝導性骨格は高温環境に好適であり、従って、フォトルミネセンス標的も高温環境で使用できる。本発明の様々な実施形態は効率的に製造できる。記載した製造プロセスは、大量及び少量の製造に好適な場合がある。製造されるフォトルミネセンス標的の均一性を高くできることから、部材間のバラツキを少なくでき、従って、本発明の１つ以上の実施形態に係る製造プロセスにより生産収率を高くできる。
限られた数の実施形態について本発明を説明したが、本開示の恩恵を受ける当業者であれば、本明細書に開示した本発明の範囲を逸脱しない他の実施形態も考えられることを理解できるであろう。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。
Claims (17)
- 温度測定を行うためのシステムであって、フォトルミネセンス標的を有し、上記フォトルミネセンス標的は、
質問装置から受光した励起光が照射されると、温度依存的に光を再放出するフォトルミネセンスコーティングと、
上記フォトルミネセンス標的全体にわたって均一な温度分布を確立するよう構成された熱伝導性骨格構造であって、該骨格構造を囲む上記フォトルミネセンスコーティングの支持マトリックスを提供するよう構成された熱伝導性骨格構造とを有しており、
上記フォトルミネセンス標的は、上記温度測定が行われる標的物体と熱的に接しており、
上記質問装置は、上記再放出光に基づいて温度測定を行う、システム。 - 上記フォトルミネセンスコーティングは、
フォトルミネセンス材料及び
バインダを含んでおり、
上記バインダは、上記骨格の格子近傍に所定の容積を確立し、該容積中に上記フォトルミネセンス材料が実質的に均一に分布している、請求項１に記載のシステム。 - 上記フォトルミネセンス材料は、蛍光及びリン光物質からなる群より選択される１種である、請求項２に記載のシステム。
- 基材を更に有し、
上記フォトルミネセンスコーティングで囲まれた上記骨格構造は、上記基材上に配置されており、
上記基材は、上記標的物体に対して熱伝導性接触面を形成している、請求項１に記載のシステム。 - 上記フォトルミネセンスコーティングで囲まれた上記骨格構造は、接着剤によって上記基材上に固定されている、請求項４に記載のシステム。
- 上記フォトルミネセンスコーティングで囲まれた上記骨格構造は、上記フォトルミネセンスコーティング中のバインダによって上記基材上に粘着的に固定されている、請求項４に記載のシステム。
- 基材を更に有し、
上記骨格構造は、上記基材の表面性状により提供されており、
上記基材は、上記標的物体に対して熱伝導性接触面を形成している、請求項１に記載のシステム。 - 上記フォトルミネセンスコーティングで囲まれた上記骨格構造は、接着剤によって上記標的物体上に固定されている、請求項１に記載のシステム。
- 上記骨格構造は、織網、鋳造格子、スタンピング成形格子、機械加工格子、及び有孔円板からなる群より選択される１種である、請求項１に記載のシステム。
- 上記フォトルミネセンス標的は放物線状であり、上記再放出光を上記質問装置の光学系に集束させるよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
- フォトルミネセンス標的を製造する方法であって、
フォトルミネセンス材料及びバインダを含む液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程と、
上記液状フォトルミネセンスコーティングで熱伝導性骨格構造を被覆する工程と、
被覆した上記骨格構造を基材上に配置する工程と、
上記液状フォトルミネセンスコーティングを硬化させて、上記骨格構造を囲み且つ上記基材に接着する非液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程と
を有する方法。 - 上記液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程は、粉末として得られた上記フォトルミネセンス材料と、液体として得られた上記バインダとを混合する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
- フォトルミネセンス標的を製造する方法であって、
熱伝導性骨格構造シートを金型に広げる工程と、
フォトルミネセンス材料及びバインダを含む液状フォトルミネセンスコーティングを得る工程と、
上記液状フォトルミネセンスコーティングを上記金型に充填して、上記骨格構造シートを囲む工程と、
上記液状フォトルミネセンスコーティングを硬化させて、上記骨格構造シートを囲む非液状フォトルミネセンスコーティングを上記金型内で得る工程と、
上記フォトルミネセンスコーティング硬化物で囲まれた上記骨格構造シートから、上記フォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造を抜き出す工程と
を有する方法。 - 基材を接着剤で被覆する工程と、
抜き出された上記フォトルミネセンスコーティング硬化物で被覆された骨格構造を上記基材上に配置する工程と、
上記接着剤を硬化させる工程と
を更に有する、請求項１３に記載の方法。 - 上記骨格構造シートは、熱伝導性材料の網を含む、請求項１３に記載の方法。
- 上記骨格構造シートは、熱伝導性粒子を含む、請求項１３に記載の方法。
- 上記フォトルミネセンスコーティングで被覆された骨格構造を抜き出す工程は、切断及び打抜き操作からなる群より選択される１つの操作を上記骨格構造シートに実施する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
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