JP2006258521A - 赤外線分析計の光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 立ち上がり特性が早く、周囲温度の影響を受けにくい赤外線分析計の光源を実現する。
【解決手段】 柱状の光源支持体に巻回された電熱線を具備する赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体内に軸方向に設けられ前記電熱線の温度を検出する温度センサを具備したことを特徴とする赤外線分析計の光源である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、立ち上がり特性が早く、周囲温度の影響を受けにくい赤外線分析計の光源に関するものである。

赤外線分析計の光源に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
特開平１０−２５３３２５号公報

図４は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図、図５は図４の平面図、図６は図４の要部詳細説明図である。

図において、３１は取付プレート、３２は取付プレート３１に取付られた金属のケースである。
３３はケース３２の内側側面に設けられた断熱材である。
３４はケース３２の底面に設けられた断熱材である。

３５は、赤外線光源本体で、取付プレート３１にスタッド３６により支持されている。 ３７は、取付プレート３１の窓の延長上に配置され、光を収束するためのレンズである。

赤外線光源本体３５は、図６に示す如く、互いに平行に設けられた２本の光源支持棒３５１と、２本の光源支持棒３５１の軸方向に平行した平面状の光源Ａを構成するように、２本の光源支持棒３５１に巻回された電熱線３５２とを有する。

光源支持棒３５１は、この場合は、棒状セラミックが使用されている。
電熱線３５２は、タングステン線やニクロム線が一般的であると思うが、この場合は、赤外線ガス分析計に使用実績があり、耐高温性があるカンタル線が使用されている。

３５３は、２本の光源支持棒３５１の両端を支持するステンレスの支持プレートである。
３５４は、支持プレート３５３の一端側が取付られるステンレスよりなるベースプレートである。

３５５は、電熱線３５２の近傍に、接することなく設けられ、電熱線３５２の光源温度制御のための温度センサである。
この場合は、測温抵抗体が使用されている。

測温抵抗体３５５を光源に密着させると、正確な温度測定ができるかもしれないが、測温抵抗体３５５を通じて熱が逃げ、温度バランスが崩れる可能性があるため、間隔を置いて設置されている。

なお、電熱線３５に流れる電流が一定になるように制御を行うことも考えられるが、電流一定の制御方法では、周囲温度が変化した場合などには、安定した赤外線光量を得ることが難しい欠点を有する。

以上の構成において、赤外線光源本体３５は、図６に示す如く、電熱線３５２が、互いに平行に設けられた２本の光源支持棒３５１に、２本の光源支持棒３５１の軸方向に平行した平面状の光源Ａを構成するように、２本の光源支持棒３５１に巻回されて構成される。

しかしながら、このような装置においては、以下の間題点がある。
安定した赤外線光を得るため、電熱線の近くに白金測温抵抗体を配置し、電熱線の輻射熱を測定し、電熱線の温度が一定になるように制御を行っている。
電熱線に流れる電流を一定になるように制御を行うことも考えられるが、電流一定の制御方法では、周囲温度が変化した場合などには、安定した赤外線光が得ることが難しい欠点を有する。

測温抵抗体を赤外線の発生源である光源に密着させると正確な温度を測定できるが、測温抵抗体を通じて熱が逃げ、温度バランスが崩れる可能性があるため、測温抵抗体と電熱線の間には隙間を開けている。
輻射熱は電熱線の温度に相関があるものの、直接電熱線の温度を測定しているわけではない。

赤外線光源と白金測温抵抗体は、断熱材で周囲を覆ったケースに入れているが、電熱線の容積に対し、ケースの容積が大きい。測温抵抗体の温度が一定になるためには、ケース全体の温度が一定になることが必要となるが、電熱線の発熱量が小さいため、ケース全体が一定の温度に温められるには、時間が掛かる。

また、測温抵抗体の温度は、電熱線の輻射熱の他に、ケース内部の周囲温度にも影響を受けやすく、測温抵抗体の温度が一定になったとしても、実際の赤外線光源の温度は、一定とならず、検出器側で検出される赤外線光が安定するためには時間が掛かる。

また、測定系の外部温度が変化すると、赤外線光源ケースの周囲温度も変化し、測温抵抗体が検出する温度が影響され、正しい温度制御が行えなくなるため、赤外線ケースをさらに大きな恒温化したセンサケースに収納している。

特に、フィルム厚さ計に赤外線光源を使用する場合には、フィルム厚さ計は、光源側のヘッドと検出側のヘッドとより構成されていて、測定するフィルム２を挟む位置に配置されている。

オンラインでフィルムの厚さを測定する場合には、それぞれのヘッドが対面に向き合う位置を保ちながら、両ヘッドが共に走行しながら測定をおこなうが、お互いのヘッド位置のアライメント誤差により測定誤差（スキャン誤差）が発生する。
スキャン誤差をなくす為には、赤外線光源を平面状にして、かつ、発光部分からの赤外線の放射を均一にすることが必要である。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、赤外線の発光量を一定に制御し、立ち上がり特性が早く、周囲温度の影響を受けにくい赤外線分析計の光源を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の赤外線分析計の光源においては、
柱状の光源支持体に巻回された電熱線を具備する赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体内に軸方向に設けられ前記電熱線の温度を検出する温度センサを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２の赤外線分析計の光源においては、請求項１記載の赤外線分析計の光源において、
前記温度センサは、前記光源支持体内の発光面側に設けられたことを特徴とする。

本発明の請求項３の赤外線分析計の光源においては、請求項１又は請求項２記載の赤外線分析計の光源において、
前記温度センサは、測温抵抗体が使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項４の赤外線分析計の光源においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体の周面に設けられたスパイラル状の溝と、この溝に沿って巻回された電熱線とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項５の赤外線分析計の光源においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体と前記電熱線の外周面に設けられたコーティング体を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項６の赤外線分析計の光源においては、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体と前記電熱線の外周面の発光面側に設けられたコーティング体を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項７の赤外線分析計の光源においては、請求項５又は請求項６記載の赤外線分析計の光源において、
前記コーティング体は、セラミックコーティング剤が使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項８の赤外線分析計の光源においては、請求項１乃至請求項７の何れかに記載の赤外線分析計の光源において、
前記光源支持体は、セラミック材が使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
温度センサを電熱線に接近した位置に挿入でき、従来品より、電熱線の温度を正確に測定することができる赤外線分析計の光源が得られる。
電熱線に密着していないので、電熱線の温度バランスを崩すことがない赤外線分析計の光源が得られる。
温度センサが、ケース内部の空間に置かれないため、ケース内部の空間温度の影響を受けずに、電熱線の温度を測定することができる赤外線分析計の光源が得られる。

周囲温度が変化し、ケース内部温度が変化した場合においても、温度センサは、ケース内部の空間温度の影響を受けにくくなるので、安定した電熱線の温度制御を行うことができる赤外線分析計の光源が得られる。
ケース内部温度が温められていない状態においても、短時間で光源温度を安定させることができ、赤外線分析計の立ち上げ時間の短縮をすることができる赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
温度センサは、光源支持体内の発光面側に設けられたので、より精度良く電熱線の温度制御を行うことができる赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
温度センサは、測温抵抗体が使用されたので、巻回された電熱線の軸方向に広く温度検出が出来る赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
光源支持体の周面に設けられたスパイラル状の溝と、この溝に沿って巻回された電熱線とが設けられたので、電熱線の巻きむらを防ぐことができ、均一に巻くことができる赤外線分析計の光源が得られる。
また、電熱線を巻くときに、巻き回数を一々カウントしていたが、巻き回数の誤差がなくなり、均一な光源を生産することが可能となる赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
光源支持体と電熱線の外周面にコーティング体が設けられたので、
電熱線に巻きむらがあり、表面から放射される赤外線光量が不均一であっても、コーティング体の効果により光量がブロードとなり、表面からは均一な発光面を得ることができる赤外線分析計の光源が得られる。

赤外線の放射率が高いコーティング体を選択することにより、効率良い赤外線放射が行える赤外線分析計の光源が得られる。
電熱線の表面に皮膜が形成されるので、電熱線自体の酸化による断線が少なくなり、光源寿命が延長できる赤外線分析計の光源が得られる。
コーティング体の皮膜が形成されるので、電熱線が加熱により自らの長さが伸びてしまい、緩んでしまうことを防止でき、電熱線同士を固定することができ、振動や取り付け姿勢により電熱線が移動することがなくなる赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
光源支持体と電熱線の外周面の発光面側にコーティング体が設けられたので、必要最小限部分のみコーティング体が設けられ、安価な赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
コーティング体は、セラミックコーティング剤が使用されたので、セラミックコーティング剤は、常温では液状であるが、高温乾燥することによってセラミックの皮膜を形成できるので、製造が安価で、耐熱性が高い赤外線分析計の光源が得られる。

本発明の請求項８によれば、次のような効果がある。
光源支持体は、セラミック材が使用されたので、耐熱性が高い赤外線分析計の光源が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部断面図、図３は図１の側面図である。
図において、図４と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図４との相違部分のみ説明する。

温度センサ４１は、光源支持体４２内に軸方向に設けられ、電熱線４３の温度を検出する
この場合は、温度センサ４１は、光源支持体４２内の発光面側に設けられ、測温抵抗体が使用されている。

スパイラル状の溝４４は、光源支持体４２の周面に設けられ、電熱線４３はこの溝４４に沿って巻回されている。
コーティング体４５は、光源支持体４２と電熱線４３の外周面に設けられている。

この場合は、コーティング体４５は、光源支持体４２と電熱線４３の外周面の発光面側に設けられている。
また、コーティング体４５は、セラミックコーティング剤が使用されている。
また、光源支持体４２は、セラミック材が使用されている。

以上の構成において、セラミック材よりなり高温に耐えられる光源支持体４２に電熱線４３を巻く。
光源支持体４２を、２枚の支持プレート３５３に挟んだ形で固定する。
図４に示す如く、発光部分は、断熱材３３で外部と熱遮断されたケース３２に収納されており、周囲温度の影響を受け難くされている。

電熱線４３を加熱することで赤外線光は、光源支持体４２を中心に四方に発光するが、検出器側に向いた面を発光面側と定義する。
光源支持体４２の内部に穴４２１を開け、穴４２１に白金抵抗測温抵抗体４１を挿入する。

測温抵抗体４１を挿入する穴４２１の位置は、光源支持体４２の中心位置よりも発光面側にオフセットした位置に配置し、なるべく発光面の温度を精度よくモニタできるようにしている。
電熱線４３の発光面側の外表面には、セラミックコーティング剤４５が塗布される。
セラミックコーティング剤４５は、常温では液状であるが、高温乾燥することによってセラミックの皮膜が形成される。

光源支持体４２は、高温に耐えられるセラミックが用いられている。
セラミックは、成型品もしくは、切削加工が可能な母材が選択される。電熱線４３を巻く部分には、予め、スパイラル状に溝４４が加工されてあり、電熱線４３が巻きやすい形状とされている。

この結果、
温度センサ４１を電熱線４３に接近した位置に挿入でき、従来例より、電熱線４３の温度を正確に測定することができる赤外線分析計の光源が得られる。
電熱線４３に密着していないので、電熱線４３の温度バランスを崩すことがない赤外線分析計の光源が得られる。

温度センサ４１が、ケース３２内部の空間に置かれないため、ケース３２内部の空間温度の影響を受けずに、電熱線４３の温度を測定することができる赤外線分析計の光源が得られる。
周囲温度が変化し、ケース３２内部温度が変化した場合においても、温度センサ４１は、ケース３２内部の空間温度の影響を受けにくくなるので、安定した電熱線４３の温度制御を行うことができる赤外線分析計の光源が得られる。

ケース３２内部温度が温められていない状態においても、短時間で光源温度を安定させることができ、赤外線分析計の立ち上げ時間の短縮をすることができる赤外線分析計の光源が得られる。

温度センサ４１は、光源支持体４２内の発光面側に設けられたので、より精度良く電熱線４３の温度制御を行うことができる赤外線分析計の光源が得られる。

温度センサ４１は、測温抵抗体が使用されたので、巻回された電熱線４３の軸方向に広く温度検出が出来る赤外線分析計の光源が得られる。

光源支持体４２の周面に設けられたスパイラル状の溝４４と、この溝４４に沿って巻回された電熱線４３とが設けられたので、電熱線４３の巻きむらを防ぐことができ、均一に巻くことができる赤外線分析計の光源が得られる。
また、電熱線４３を巻くときに、巻き回数を一々カウントしていたが、巻き回数の誤差がなくなり、均一な光源を生産することが可能となる赤外線分析計の光源が得られる。

光源支持体４２と電熱線４３の外周面にコーティング体４５が設けられたので、
電熱線４３に巻きむらがあり、表面から放射される赤外線光量が不均一であっても、コーティング体４５の効果により光量がブロードとなり、表面からは均一な発光面を得ることができる赤外線分析計の光源が得られる。
赤外線の放射率が高いコーティング体４５を選択することにより、効率良い赤外線放射が行える赤外線分析計の光源が得られる。

電熱線４３の表面に皮膜が形成されるので、電熱線４３自体の酸化による断線が少なくなり、光源寿命が延長できる赤外線分析計の光源が得られる。
コーティング体４５の皮膜が形成されるので、電熱線４３同士を固定することができ、振動や取り付け姿勢により電熱線４３が移動することがなくなる赤外線分析計の光源が得られる。

光源支持体４２と電熱線４３の外周面の発光面側にコーティング体４５が設けられたので、必要最小限部分のみコーティング体が設けられ、安価な赤外線分析計の光源が得られる。

コーティング体４５は、セラミックコーティング剤が使用されたので、セラミックコーティング剤は、常温では液状であるが、高温乾燥することによってセラミックの皮膜を形成できるので、製造が安価で、耐熱性が高い赤外線分析計の光源が得られる。

光源支持体４２は、セラミック材が使用されたので、耐熱性が高い赤外線分析計の光源が得られる。
なお、赤外線分析計には、赤外線厚さ計が含まれるのは勿論である。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 図１の要部断面図である。 図１の側面図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。 図４の平面図である。 図４の要部詳細説明図である。

符号の説明

３２ ケース
３５３ 支持プレート
３５４ ベースプレート
４１ 温度センサ
４１２ 穴
４２ 光源支持体
４３ 電熱線
４４ 溝
４５ コーティング体

Claims (8)

1. 柱状の光源支持体に巻回された電熱線を具備する赤外線分析計の光源において、
   前記光源支持体内に軸方向に設けられ前記電熱線の温度を検出する温度センサ
   を具備したことを特徴とする赤外線分析計の光源。
2. 前記温度センサは、前記光源支持体内の発光面側に設けられたこと
   を特徴とする請求項１記載の赤外線分析計の光源。
3. 前記温度センサは、測温抵抗体が使用されたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線分析計の光源。
4. 前記光源支持体の周面に設けられたスパイラル状の溝と、
   この溝に沿って巻回された電熱線と
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の赤外線分析計の光源。
5. 前記光源支持体と前記電熱線の外周面に設けられたコーティング体
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の赤外線分析計の光源。
6. 前記光源支持体と前記電熱線の外周面の発光面側に設けられたコーティング体
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の赤外線分析計の光源。
7. 前記コーティング体は、セラミックコーティング剤が使用されたこと
   を特徴とする請求項５又は請求項６記載の赤外線分析計の光源。
8. 前記光源支持体は、セラミック材が使用されたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の赤外線分析計の光源。
   
   

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