JP3837435B2 - 高温炉内観察装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温炉内観察装置に関し、特に、ガラス溶解炉内における溶融ガラスの観察等に用いられる高温炉内観察装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラスの製造は、珪砂、ソーダ灰、石灰石等の原料を、ガラス溶解炉で1000〜1800℃の高温で溶解して行われる。ガラス製造の工程管理のためには、高温のガラス溶解炉内における溶融ガラスの連続的な観察が必要となる。
【0003】
運転中のガラス溶解炉内では、溶融ガラス上の気相温度も1000〜1800℃の高温となっており、また、高温の溶融ガラスからは非常に強い熱線が放射されている。一般の撮像装置としてCCDカメラなどがあるが、CCDカメラは使用可能温度が常温付近に限られており、これを運転中のガラス溶解炉内に挿入等して溶融ガラスの観察に用いるには、高温の空気からCCDカメラを防護するのみならず、熱線によりCCDカメラが障害を受けるのを防止する必要がある。
【0004】
このため、従来、ガラス溶解炉内の観察装置としては、CCDカメラ等の撮像装置に強力な冷却を行い、また、最少径に絞った絞りを備えたものを用いていた。しかしながら、これには大がかりな空冷や水冷の冷却用装置の設置を必要とする。しかも、強力な冷却を行うことによる炉の熱損失が、特に小型の溶解炉では無視できず、温度調節も影響を受ける場合があった。また、絞りによる光量の調整は難しく、絞りが不十分であれば撮像装置内が過熱する一方、絞り過ぎれば視野が暗く且つ不明瞭となり、観察に支障をきたすことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対処する方法として、赤外線を吸収し可視光を通過させる赤外吸収フィルターや、特に波長に関わりなく光量を減少させる反射型フィルターの使用が考えられるが、ガラス溶解炉内の観察のような高温で使用できる赤外吸収フィルターや反射型フィルターは知られていなかった。
【0006】
本発明は、この問題を解決し、運転中のガラス溶解炉等の高温の炉内の観察などに用いることができ且つ冷却用装置を比較的小さなものですませることができる、小型で軽量の高温炉内観察装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決のため検討を重ねた結果、基板上に白金を主体とする金属薄膜を形成した反射型フィルターを撮像装置の前側に装備することにより、この課題が解決できることを見出した。
【0008】
すなわち本発明は、撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを有しており、該反射型フィルターが、基板の片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるフィルターであることを特徴とする、高温炉内観察装置を提供する。該反射型フィルターの使用により、撮像装置に到達する熱線量を十分に抑制しつつ、優れた視認性を確保することが容易となる。
【0009】
本発明は更に、撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを、及び該反射型フィルターと該撮像装置との間に赤外吸収フィルターをそれぞれ有しており、且つ該反射型フィルターが、基板の片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるフィルターであることを特徴とする、高温炉内観察装置を提供する。該反射型フィルター及び赤外フィルターの使用により、撮像装置の視認性の更なる改善と、撮像装置に到達する熱線から撮像装置のより確実な保護とが達成できる。
【0010】
本発明は更に、撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを有しており、該反射型フィルターが、赤外吸収フィルターを基板とし、該基板のの片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるものであることを特徴とする、高温炉内観察装置を提供する。このような構成とすることにより、ごく単純化された構造を以って、撮像装置の視認性の改善と熱線からの撮像装置のより確実な保護とが可能となる。
【0011】
本発明は更に、上記各構成において該反射型フィルターの該金属薄膜上にガラス薄膜が形成されていることを更に特徴とする高温炉内観察装置をも提供する。そのような構成にすることにより、金属薄膜の耐久性を高めることができる。
【0012】
上記各構成において、該基板はガラス基板であってよい。また、該金属薄膜は白金80重量%以上100重量%未満且つロジウム20重量%以下の組成のものであってもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
反射型フィルターの基板としては、可視領域において光透過率が高く、耐熱性のあるものであれば特に制限はない。基板の材料としては、例えば、石英ガラス、シリカ系ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノほう珪酸塩ガラス、ほう珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス等のガラスのほか、結晶として、サファイア、水晶、酸化マグネシウム等が挙げられる。これらのうち、耐熱性の点から取分け好ましいのは、石英ガラスである。
【0014】
基板の厚みに特に限定はなく、強度及び冷却効率を考慮して適宜の厚みのものを選べよい。
【0015】
基板に形成される金属薄膜の組成は、白金80〜100重量%とするのがよく、更に好ましくは白金90〜100重量%とするのがよい。白金を80重量%以上とするのは、80重量%未満では、金属薄膜の耐熱性が不十分となりやすいためである。白金が80重量%以上100重量%未満の場合、組成の残り部分としては、金、銀、ロジウム等の金属、1重量%以下の酸化イットリウムや酸化ジルコニアなどの金属酸化物を使用することができる。これらのうち、坩堝等に使用され、耐熱性に秀でているという点で、ロジウムが特に好ましい。従って、例えば、白金80以上100重量%未満とロジウム20重量%以下の併用、更に好ましくは、白金90重量%以上100重量%未満とロジウム10重量%以下との併用とすることができる。
【0016】
金属薄膜は、波長400〜1500nmの範囲の光の平均透過率が30%以下、好ましくは、20%以下、更に好ましくは10%以下となるように、基板上に形成される。金属薄膜の形成方法によって、その厚みと光透過率との関係は異なるが、何れの方法を用いる場合も、波長400〜1500nmの範囲の光の上記平均透過率に基いて、厚みを適宜設定すればよい。
【0017】
金属薄膜は、基板の片面又は両面に形成することができる。基板の片面に金属薄膜を形成した場合、金属薄膜を形成した側は、高温炉側に向けて用いても又はその反対側に向けて用いてもよい。但し、金属薄膜が表面に露出しているタイプの反射型フィルターの場合には、金属薄膜の形成された側を高温炉の反対側に向けて用いる方が、金属薄膜の耐久性を維持するという点では、幾分好ましい。
【0018】
金属薄膜の形成方法に特に制限はなく、スパッタリング法(高周波マグネトロンスパッタ法、直流スパッタ法)、蒸着法、イオンプレーティグ法等のPVD法(物理蒸着法)や、無電解メッキ法等を使用することができる。
【0019】
また、基板上に形成した金属薄膜上に、更にガラス薄膜を形成することによって、金属薄膜をガラス内に密封した形態の反射フィルターとしてもよい。そのようにすることで、金属薄膜の耐久性を増大させることができる。金属薄膜がガラス内に密封された形態の反射型フィルターの場合、金属薄膜及びガラス薄膜を形成した側は、高温炉側に向けて又はその反対側に向けて用いることができる。特に、ガラス薄膜により金属薄膜が密封され、耐久性が増大していることから、金属薄膜及びガラス薄膜を形成した側を高温炉側に向けて用いることに、何ら不利な点はない。
【0020】
ガラス薄膜を形成するためのガラスとしては、例えば、石英ガラス、シリカ系ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノほう珪酸塩ガラス、ほう珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス等のガラスが挙げられる。これらのうち、耐熱性の点から取分け好ましいのは、石英ガラスである。
【0021】
ガラス薄膜の形成方法に特に制限はなく、例えばスパッタリング法等、適宜の方法を用いることができる。
【0022】
反射型フィルターは、複数枚を組み合わせて使用してもよい。複数枚を組み合わせることにより、単独での使用に比して熱線の遮蔽効率及び冷却効率を高めることができる。複数の反射型フィルターを使用する場合、設置した全ての反射型フィルターが全体として前記の平均透過率の範囲になるものであればよく、従って、個々の反射型フィルターは、より透過性の高いものであっても差し支えない。
【0023】
金属薄膜を形成した反射型フィルターと赤外吸収フィルターとを組み合わせて用いれば、高温炉内からの光のうち、可視光を相対的に多く通過させる事ができ、高温炉内の視認性を高めつつ、熱線をよりよく遮蔽することが可能となる。赤外フィルターは、赤外線吸収により過熱するのを防止するため、反射型フィルターより後方に設置するのが好ましい。
【0024】
本発明において、赤外吸収フィルターは、波長400〜700nmの範囲の平均の透過率に対する波長700〜1500nmの範囲の平均の透過率が、1/2以下のもの、より好ましくは、1/3以下のもの、特に好ましくは1/4以下のものをいう。赤外線フィルターの厚みは特に限定されず、強度と冷却効率を考慮して適宜の厚みのものを選べばよい。また、赤外吸収フィルターは、複数枚を併用することができ、冷却効率の点では、そうする方が好ましい。
【0025】
また、反射型フィルターとしては、基板として赤外吸収フィルターを使用し、その片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成したものを用いることもできる。その場合、片面に金属薄膜を形成したフィルターでは、赤外吸収フィルターでもある基板の過熱を避けるため、金属薄膜側を炉内に向けて設置することが好ましい。
【0026】
撮像装置としては、例えばCCDカメラを用いることができる。
【0027】
反射型フィルター又はこれに更に赤外吸収フィルターを有する本発明の高温炉内観察装置は、炉との位置関係に応じて、空冷及び/又は水冷による冷却系を含んだ装置とすることができる。
【0028】
【実施例】
以下、典型的な実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明がそれらの実施例に限定されることは意図しない。
【0029】
<実施例1>
22mm×22mm、厚さ2mmの石英ガラス基板上に、高周波マグネトロンスパッタ法により、白金ターゲットを用い、アルゴンガス分圧0.8Pa、基板温度300℃、高周波電力50W、成膜時間30秒の条件で、膜厚約15nmの白金薄膜を形成することにより、反射型フィルターを作成した。このフィルターの透過曲線を図1に示す。このフィルターは、波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率が7.5%、波長700〜1500の範囲における光の平均透過率が4.5%であった。別に、厚さ2mmの赤外吸収フィルター(その透過曲線を図2に示す。)を用意した。この赤外吸収フィルターは、波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率が35%、波長700〜1500nmの範囲における光の平均透過率が8%であった。上記で作成した反射型フィルター1枚と、上記市販の赤外吸収フィルター3枚とを用い、高温炉内観察装置1の筒状の冷却装置2の枠内に、図3に概要断面図で示すように設置した。すなわち、高温炉内観察装置1の中央付近に下に向けて備えられたCCDカメラ5の下方に、下から、反射型フィルター3、赤外吸収フィルター4a、4b、4cの順に互いに隙間をあけて、積層するように取り付けた。このとき、反射型フィルター3は、その白金薄膜6の表面が上方を向くよう配置した。このように構成した組み合わせフィルターの波長400〜1500nmの範囲における光の透過曲線を図4に示す。この組み合わせフィルターの波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率は0.3%、波長700〜1500nmの範囲におけるそれは0.002%であった。
【0030】
該冷却装置のウォータージャケット7は、下端で相互に連通した内側流路8と外側流路9とを備えており、これに冷却用の工業用水を、矢印で示したように内側流路8から外側流路9へと、10L/分の流速で流した。また、該ウォータージャケット7内を通るように備えられた冷却空気流入路10に矢印で示したように冷却空気を送り込み、冷却空気流入路10の下端付近に設けられた開口を通して冷却空気を各フィルター間の隙間に沿って、それぞれ約10L/分の流速で流し、これを、冷却空気流出路11の下端付近に設けられた開口を通して冷却空気流出路11内に流入させ、この流路を通じて排気した。冷却空気の一部(約10L/分)を、冷却空気流入路10の下端に設けられた開口から反射型フィルター3の下面に沿うようにして吹き付け、これにより、ガラス溶解炉内の蒸発物が反射型フィルター3に付着するのを防いだ。また、CCDカメラ5の周囲にも、下端で連通した冷却空気流路12、13を通して冷却空気を同様に流した。こうして構成した高温炉内観察装置1を、ガラス溶解炉の上部に設けた開口内に挿入設置して、ガラス溶解炉内をケーブル14(電源及び画像信号伝送用)を通じてCCDカメラ5により24時間連続で観察したが、何れのフィルターも破損することはなく、またCCDカメラ5も正常に作動し、炉内の画像を提供し続けた。このときの溶解炉内の装置1付近の気相温度は約1400℃であった。
【0031】
<実施例2>
成膜時間を50秒とした以外は、実施例1と同じ条件及び材料でスパッタリングを行い、膜厚約25nmの白金薄膜を有する反射型フィルターを作製した。このフィルターは、波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率が1.6%、波長700〜1500nmの範囲における光の平均透過率が0.8%であった。別に、実施例1と同じ赤外吸収フィルターを2枚用意した。作成した反射型フィルター1枚と、赤外吸収フィルター2枚とを用いたほかは、実施例1と同様にして高温炉内観察装置を組立て、冷却水、冷却空気を流した。組み合わせフィルター全体についての波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率は0.2%、波長700〜1500nmの範囲におけるそれは0.005%であった。高温炉内観察装置1を、運転中のガラス溶解炉の上部に設けた開口内に挿入設置して、ガラス溶解炉内をCCDカメラ5により24時間連続で観察したが、何れのフィルターも破損することはなく、またCCDカメラ5も正常に作動し、炉内の画像を提供し続けた。このときの溶解炉内の装置1付近の気相温度は約1200〜1450℃であった。
【0032】
<実施例3>
22mm×22mm、厚さ2mmの石英ガラス基板上に、直流スパッタ法により、白金ターゲットを用い、窒素ガス分圧12Pa、酸素ガス分圧3Pa、基板加熱なし、放電電流15mA、成膜時間15分の条件で、膜厚約65nmの白金薄膜を形成することにより、反射型フィルターを作成した。このフィルターは、波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率が4.5%、波長700〜1500の範囲における光の平均透過率が6.4%であった。別に、実施例1と同じ赤外吸収フィルターを2枚用意した。作成した反射型フィルター1枚と、赤外吸収フィルター2枚とを用いたほかは、実施例1と同様にして高温炉内観察装置を組立て、冷却水、冷却空気を流した。組み合わせフィルター全体についての波長400〜700nmの範囲における光の平均の透過率は0.6%、波長700〜1500nmの範囲におけるそれは0.04%であった。高温炉内観察装置1を、運転中のガラス溶解炉の上部に設けた開口内に設置して、ガラス溶解炉内を24時間連続でCCDカメラ5により観察したが、何れのフィルターも破損することはなく、またCCDカメラ5も正常に作動し、炉内の画像を提供し続けた。このときの溶解炉内の装置1付近の気相温度は約1200℃であった。
【0033】
<実施例4>
実施例1の反射型フィルターの金属薄膜上に高周波マグネトロンスパッタ法により、石英ガラスターゲットを用いて、アルゴンガス圧0.72Pa、酸素ガス圧0.08Pa、基板温度300℃、高周波電力50W、成膜時間20分の条件で、膜厚約50nmの石英ガラス薄膜を作製し、白金薄膜の保護膜とした。実施例1の反射型フィルターの代わりにこのフィルターを用いた以外は実施例1と同様に、運転中のガラス溶解炉内を24時間連続で観察したが、何れのフィルターも破損することはなく、またCCDカメラ5も正常に作動し、炉内の画像を提供し続けた。このときの溶解炉内の装置1付近の気相温度は約1400℃であった。
【0034】
<比較例1>
反射型フィルター3を省略したことを除いて実施例1と同様にして装置を組立て、冷却水と冷却空気を通じながら、運転中のガラス溶解炉の上部に設けた開口上に挿入配置したところ、溶解炉側の赤外吸収フィルターが、熱線の吸収によりほぼ瞬時に割れ、装置は使用不能となった。
【0035】
【発明の効果】
本発明の高温炉内観察装置によれば、ガラス溶解炉内等の高温炉内の連続観察が可能である。また、高温に強い材料である白金を金属薄膜の基本材料として用いているため、最も高温炉内側に位置する反射型フィルターの耐熱性が高く、従って観察装置の冷却系統に高い能力を必要としない。またこのため、観察装置の冷却系統が炉内の温度分布に与える影響が、特に小型の炉において少なくなる。加えて、本発明によれば高温炉内観察装置の冷却系統を小型・軽量化できるため、可搬性に優れ、必要な時に炉の必要な場所に挿入して手軽に高温炉内を観察することが可能となる。またフィルター系に反射板を用いていないため、画像の反転の問題もなく、装置の構造も単純なものですむ。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の反射型フィルターの光透過率曲線
【図2】 使用した赤外吸収フィルターの光透過率曲線
【図3】 高温炉内観察装置の概断面要図
【図4】 実施例1の組み合わせフィルターの光透過率曲線
【符号の説明】
1=高温炉内観察装置、2=冷却装置、3=反射型フィルター、4a、4b及び4c=赤外吸収フィルター、5=CCDカメラ、6=白金薄膜、7=ウォータージャケット、8=内側流路、9=外側流路、10=冷却空気流入路、11=冷却空気流出路、12=冷却空気流路、13=冷却空気流路、14=ケーブル
Claims (6)
- 撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを有しており、該反射型フィルターが、基板の片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるフィルターであることを特徴とする、高温炉内観察装置。
- 撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを、及び該反射型フィルターと該撮像装置との間に赤外吸収フィルターをそれぞれ有しており、且つ該反射型フィルターが、基板の片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるフィルターであることを特徴とする、高温炉内観察装置。
- 撮像装置を備えた高温炉内観察装置であって、該撮像装置の前方に反射型フィルターを有しており、該反射型フィルターが、赤外吸収フィルターを基板とし、該基板の片面又は両面に白金80〜100重量%の組成の金属薄膜を形成してなるものであることを特徴とする、高温炉内観察装置。
- 該基板がガラス基板である請求項1又は2に記載の高温炉内観察装置。
- 該金属薄膜上にガラス薄膜が形成されていることを特徴とする、請求項1ないし4の何れかに記載の高温炉内観察装置。
- 該金属薄膜が、白金80重量%以上100重量%未満且つロジウム20重量%以下の組成のものである、請求項1ないし5の何れかに記載の高温炉内観察装置。
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