CN115479670A - 红外光源装置和傅立叶变换红外分光光度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及红外光源装置和傅立叶变换红外分光光度计。红外光源装置具备：加热器部，其通过被加热而发出红外光；以及罩构件，其配置为以不与加热器部接触的状态覆盖加热器部的周围整周，并且形成有用于供来自加热器部的红外光向外部射出的孔。罩构件的原材料是热反射率较高且不易由于来自加热器部的放热而变性的纯铝(纯度为99％以上的铝合金)。

Description

红外光源装置和傅立叶变换红外分光光度计
技术领域
本公开涉及红外光源装置以及具备该红外光源装置的傅立叶变换红外分光光度计。
背景技术
FTIR(傅立叶变换红外分光光度计：Fourier Transform Infraredspectroscope)利用分束器将来自红外光源装置的红外光分割为两束，将一束向固定镜照射，将另一束向移动镜照射。另外，这些反射光被引导至同一光路，由此产生干涉光。该干涉光向测量对象的试样照射，其透射光或反射光被检测器检测，检测器的检测信号向数据处理装置发送。数据处理装置通过对检测器的检测信号进行傅立叶变换来制作光谱，根据该光谱的峰值波长、峰值强度等进行试样的定性分析或定量分析(例如参照国际公开第2016/166872号)。
发明内容
FTIR的红外光源装置通常具备：陶瓷制的加热器，其通过被加热至1000℃左右并发出红外光而作为红外光源发挥功能；热导率较低的隔热材料(多孔质陶瓷等)，其以覆盖该加热器(红外光源)的周围的方式配置；以及金属制罩，其覆盖隔热材料的周围。通过像这样利用隔热材料和金属制罩这两层覆盖加热器，能够在抑制加热器的消耗电力的同时，将加热器的温度维持在目标温度以上。
在具有像上述那样的构造的红外光源装置中，为了将加热器(红外光源)的温度维持在目标温度以上，需要将隔热材料的厚度设为某种程度的值以上，因此会导致红外光源装置大型化。因此，为了使红外光源装置小型化，作为用于将光源温度维持在目标温度以上的构件，需要隔热材料(多孔质陶瓷等)以外的选择项。
本公开是为了解决上述的问题而完成的发明，本公开的目的在于在将红外光源的温度维持在目标温度以上的同时使红外光源装置小型化。
本公开的红外光源装置具备：加热器，其通过被加热而发出红外光；以及罩构件，其配置为以不与加热器接触的状态覆盖加热器的周围整周，并且形成有用于供来自加热器的红外光向外部射出的孔。罩构件的内壁的原材料是铝或金。
本公开的傅立叶变换红外分光光度计具备上述的红外光源装置。
本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点根据与附图关联地理解的与本发明相关的以下的详细的说明而变得明确。
附图说明
图1是概略地表示FTIR的结构的一个例子的图。
图2是红外光源装置1的剖视图。
图3是陶瓷加热器的俯视图。
图4是罩构件的俯视图。
图5是图4中的罩构件的Ⅴ-Ⅴ剖视图。
具体实施方式
以下参照附图对本公开的实施方式详细地进行说明。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记并且不重复其说明。
图1是概略地表示具备本实施方式的红外光源装置1的FTIR(傅立叶变换红外分光光度计)的结构的一个例子的图。
该FTIR具备干涉仪室400、抛物面镜432、试样室470、椭圆面镜433以及红外光检测器480。在干涉仪室400中收纳有包含红外光源装置1、聚光镜431a、准直镜431b、分束器440、移动镜450、固定镜460的主干涉仪。在试样室470中收纳有作为测量对象的试样S。
在干涉仪室400内的主干涉仪中，红外光源装置1射出红外光。从红外光源装置1射出的红外光经由聚光镜431a和准直镜431b被分束器440分割为两束。被分束器440分割为两束的红外光中的一束被固定镜460反射，另一束被移动镜450反射，再次在同一光路合为一束而成为红外干涉光。
红外干涉光从干涉仪室400朝向抛物面镜432射出，利用抛物面镜432聚光后向试样室470射入。当红外干涉光向试样S照射时，在试样S特有的波长的红外干涉光被吸收。被吸收后的红外干涉光经由椭圆面镜433由红外光检测器480检测，通过傅立叶变换而制作光谱。
在像这样的FTIR中，通过将移动镜450的移动速度保持为恒定，能够以较高的精度获得光谱。在移动镜450的移动速度的测量中，使用包括激光光源420、第1和第2激光用反射镜421、422、分束器440、移动镜450和固定镜460的控制干涉仪。在控制干涉仪中，从激光光源420发出的激光被第1激光用反射镜421导入到与红外光相同的光路上，经过与该红外光相同的干涉系统(分束器440、移动镜450、固定镜460)，由此生成激光干涉光。该激光干涉光由第2激光用反射镜422从红外干涉光的光路取出，由激光检测器490检测。基于被检测的激光干涉光来计算移动镜450的移动速度。
图2是红外光源装置1的剖视图。红外光源装置1包含陶瓷加热器10、圆筒状的罩构件20、圆筒状的支承构件30以及圆筒状的壳体40。
陶瓷加热器10包含：加热器部11，其将氮化硅SiN等陶瓷作为原材料；电力线12，其用于向加热器部11供给电力；以及基部13，其支承加热器部11和电力线12。通过陶瓷加热器10的基部13嵌合于支承构件30的根部侧的内壁，而将陶瓷加热器10固定于支承构件30。
罩构件20具有前端侧的端部封闭且根部侧的端部开口的圆筒形状。罩构件20包含主体部21和配置于比主体部21靠根部侧的位置的嵌合部22。嵌合部22的厚度形成为比主体部21的厚度薄。通过罩构件20的嵌合部22嵌合于支承构件30的前端侧的内壁，而将罩构件20固定于支承构件30。
在陶瓷加热器10和罩构件20嵌合于支承构件30的状态下，罩构件20配置为以不与陶瓷加热器10的加热器部11接触的状态覆盖加热器部11的周围整周。
在加热器部11的前端侧的区域设有利用从电力线12供给的电力发热的发热部HA。通过将该发热部HA加热至1000℃左右，使加热器部11作为发出红外光的红外光源发挥功能。
壳体40形成为覆盖罩构件20。通过壳体40的根部侧的内壁嵌合于支承构件30的外壁，而将壳体40固定于支承构件30。从陶瓷加热器10的发热部HA发出的红外光穿过罩构件20的孔21a向外部射出。
图3是陶瓷加热器10的俯视图。如图3所示，加热器部11形成为矩形板状。在图3中示出了从沿着加热器部11的主表面11a的法线的方向观察到的陶瓷加热器10的状态。此外，在上述的图2中示出了从沿着加热器部11的主表面11a的方向观察到的红外光源装置1的状态。
加热器部11的长边方向的尺寸L1、加热器部11的短边方向的尺寸L2以及加热器部11的厚度例如能够分别设为50mm左右、5mm左右以及1.5mm左右。
图4是罩构件20的俯视图。图5是图4中的罩构件20的Ⅴ-Ⅴ剖视图。像上述那样，罩构件20具有前端侧的端部封闭且根部侧的端部开口的圆筒形状。
罩构件20的内壁的直径din设定为比陶瓷加热器10的加热器部11的短边方向的尺寸L2(例如5mm左右)稍大的值(例如8mm左右)。
在罩构件20的主体部21形成有用于供来自陶瓷加热器10的发热部HA的红外光向外部射出的孔21a。孔21a的直径例如能够设定为8mm左右。另外，罩构件20的主体部21的厚度T例如能够设定为1.5mm左右。
在本实施方式中，作为罩构件20的原材料，采用热反射率较高且不易由于来自加热器部11的放热而变性的纯铝(纯度为99％以上的铝)。例如采用JIS(JapaneseIndustrial Standards)标准中A1000号系列的铝合金，更具体来说，采用铝纯度为99.7％以上的A1070或铝纯度为99.5％以上的A1050作为罩构件20的原材料。
在本实施方式的红外光源装置1中，以如上所述的热反射率较高的纯铝作为原材料的罩构件20配置为覆盖加热器部11的周围整周。由此，不是使用隔热材料将加热器部11的热封入，而是能够将从加热器部11放出的热辐射高效地反射到加热器部11来对加热器部11进行加热。因此，与利用多孔质陶瓷等隔热材料覆盖加热器部11的周围的情况(相当于现有构造)相比，能够在将加热器部11的温度维持在目标温度(例如1000℃左右)以上的同时，使罩构件20的厚度变薄，从而使红外光源装置1小型化。另外，纯铝与多孔质陶瓷等隔热材料相比价格低廉，因此还能够使红外光源装置1低成本化。
而且，在本实施方式中，作为罩构件20的原材料，采用除了热反射率较高以外还不易由于热而变性的(不易形成氧化膜)纯铝。由此，能够尽量抑制罩构件20的热反射率经时劣化。
本申请的发明人进行了如下实验：将陶瓷加热器10的消耗电力设为恒定，利用各种原材料的罩覆盖加热器，利用红外光检测器确认加热器放射了何种程度的红外光(即加热器自身成为何种程度的高温)。
在将罩的原材料设为陶瓷(氧化铝)的情况下，由于氧化铝原本的放射率较高，因此加热器的温度较低。
在将罩的原材料设为不锈钢(SUS)的情况下，在实验刚开始时不锈钢的反射率较高(即放射率较低)，因此加热器的温度较高。然而，随着时间的经过，在罩表面逐渐形成氧化膜，罩表面变化为黑色，由于该影响，使不锈钢的反射率降低，从而加热器的温度逐渐降低。
在将罩的原材料设为不锈钢(SUS)并且对罩的内壁实施了镀金的情况下也同样地，在实验刚开始时金镀层的反射率非常高，加热器的温度较高，但由于经时变化，罩表面变化为黑色而使加热器温度降低。
在将罩的原材料设为不锈钢(SUS)并且对罩的内壁实施了镀铬的情况下，由于铬的反射率与金、铝相比较低，因此加热器温度较低。
在将罩的原材料设为A6061(铝纯度不足99％的铝合金)的情况下，在实验刚开始时反射率较高，因此加热器的温度较高，但由于在铝中添加的合金成分的氧化膜，而使加热器的温度逐渐降低。
在将罩的原材料设为A1050(铝纯度为99.5％以上的铝合金)的情况下，反射率较高从而加热器的温度维持在较高的值，且几乎没有氧化膜的影响，也没有发现经时的温度降低。根据这些实验结果能够理解，通过像本实施方式那样将罩构件20的原材料设为纯铝(纯度为99％以上的铝)，能够得到最好的结果。
而且，在本实施方式的红外光源装置1中，通过设为将陶瓷加热器10和罩构件20嵌合于支承构件30的构造，能够容易且适当地抑制罩构件20与加热器部11接触。即，假设在向罩构件20插入加热器部11时，即使加热器部11相对于罩构件20倾斜，最终通过嵌合于支承构件30，也能够将罩构件20以不与加热器部11接触的状态固定。由此，即使在加热器部11成为比铝的熔点660℃高的1000℃以上的情况下，也能够将罩构件20的温度维持在比铝的熔点660℃低的状态。其结果为，能够适当地抑制罩构件20由于来自加热器部11的热而熔化变形。
此外，为了将难以进行精细加工的多孔质陶瓷等隔热材料以不与加热器部11接触的状态固定，有时需要在隔热材料的周围另外设置固定用的金属罩等措施。与此相对，在本实施方式的红外光源装置1中，将罩构件20的原材料设为容易进行精细加工的铝，因此不需要另外设置固定用的金属罩，从而能够简化红外光源装置1的构造。
如以上所述，在本实施方式中，能够在将加热器部11(红外光源)的温度维持在目标温度以上的同时，使红外光源装置1小型化和低成本化。
[变形例]
在上述的实施方式中对将罩构件20的原材料设为纯铝的情况进行了说明。然而，罩构件20的原材料未必限定于纯铝。例如也可以将罩构件20的原材料设为金。
另外，只要罩构件20的内壁的原材料是纯铝或金，则罩构件20的原材料本身也可以未必是纯铝或金。例如，也可以在将罩构件20的原材料设为纯铝和金以外的原材料的基础上，在罩构件20的内壁蒸镀纯铝或金。
另外，也可以将罩构件20的原材料设为纯度不足99％的铝合金。不过，为了像上述那样抑制由氧化膜引起的劣化，优选将铝合金的纯度设为尽量接近99％的值。
[方案]
本领域技术人员理解上述的实施方式及其变形例是以下方案的具体例。
(第1项)一个方案的红外光源装置具备：加热器，其通过被加热而发出红外光；以及罩构件，其配置为以不与加热器接触的状态覆盖加热器的周围整周，并且形成有用于供来自加热器的红外光向外部射出的孔。罩构件的内壁的原材料是铝或金。
根据第1项所述的红外光源装置，具有以热反射率较高的铝或金作为原材料的内壁的罩构件配置为覆盖加热器的周围整周。由此，能够利用罩构件的内壁将来自加热器的热辐射高效地反射到加热器从而对加热器进行加热。由此，与使用隔热材料的情况相比，能够在将加热器维持在高温的同时，使罩构件的厚度变薄。其结果为，能够在将加热器温度维持在目标温度以上的同时，使红外光源装置小型化。
(第2项)在第1项所述的红外光源装置中，罩构件的原材料是纯度为99％以上的铝。
根据第2项所述的红外光源装置，通过将罩构件的原材料设为纯度为99％以上的铝，能够将来自加热器的热辐射高效地反射到加热器从而对加热器进行加热。而且，与将罩构件的原材料设为例如陶瓷(氧化铝)、不锈钢(SUS)、纯度不足99％的铝的情况相比，能够使罩构件的表面不易形成氧化膜，因此能够容易地抑制罩构件的热反射率的经时劣化。
(第3项)在第1项或第2项所述的红外光源装置中，红外光源装置还具备供加热器和罩构件嵌合的支承构件。在加热器和罩构件嵌合于支承构件的状态下，罩构件配置为以不与加热器接触的状态覆盖加热器的周围整周。
根据第3项所述的红外光源装置，通过设为使加热器和罩构件嵌合于支承构件的构造，能够容易且适当地抑制罩构件与加热器接触。
(第4项)一个方案的傅立叶变换红外分光光度计具备第1～3项中任一项所述的红外光源装置。
根据该傅立叶变换红外分光光度计，能够实现具备在将加热器温度维持在目标温度以上的同时谋求了小型化的红外光源装置的傅立叶变换红外分光光度计。
以上说明了本发明的实施方式，但应该认为此次公开的实施方式在所有方面仅为例示而非限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，意在包含与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种红外光源装置，其中，该红外光源装置具备：
加热器，其通过被加热而发出红外光；以及
罩构件，其配置为以不与所述加热器接触的状态覆盖所述加热器的周围整周，并且形成有用于供来自所述加热器的红外光向外部射出的孔，
所述罩构件的内壁的原材料是铝或金。
2.根据权利要求1所述的红外光源装置，其中，
所述罩构件的原材料是纯度为99％以上的铝。
3.根据权利要求1所述的红外光源装置，其中，
该红外光源装置还具备供所述加热器和所述罩构件嵌合的支承构件，
在所述加热器和所述罩构件嵌合于所述支承构件的状态下，所述罩构件配置为以不与所述加热器接触的状态覆盖所述加热器的周围整周。
4.一种傅立叶变换红外分光光度计，其中，
该傅立叶变换红外分光光度计具备权利要求1所述的红外光源装置。
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