JP3837435B2

JP3837435B2 - 高温炉内観察装置

Info

Publication number: JP3837435B2
Application number: JP2002080154A
Authority: JP
Inventors: 英和橋間; 海彦森; 明男小西; 肇若林; 俊彦比江島; 久雄東; 晃岩崎; 正記牧原
Original assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003277815A

Description

【０００１】
【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

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。