JPH0344521A - 汎用積分球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、光束側窓に用いられる積分球、例えば分光
光度計、測色計、濁度計などの分析装置において測光用
益具として用いられる積分球にかかり、詳しくは積分球
の内壁に関するものである。

〈従来の技術〉 積分球の内壁は、測定波長域で一様に高い反射率を有す
ることが必要であるため、従来の内壁には例えば酸化マ
グネシウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウムなどの白
色粉末９が塗布されている。

この様な従来の積分球での白色粉末の塗布には、上記の
ような高い反射率を維持するために、粉末の光学的特性
を変化させるバインダーは使用されていない。そして、
白色粉末は、粉末自体の付着力や凝集力による固結化に
よって、積分球内壁に接着されていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記のような粉末自体の付着力や凝集力に頼る
のみでは、接着強度が極めて弱く、以下のような欠点が
あった。

粉末の接着強度が弱いため、わずかな衝撃で簡単に剥げ
落ち、内壁面の反射率が変わったり、落ちた粉末が測光
用窓や測定試料に付着して、測定精度を低下させていた
。

また布地などのように柔らかい測定試料を測定する場合
では、試料が積分球の試料開口部の内壁端に接触して、
白色粉末自体がこぼれ落ち、その粉末によって試料が汚
染されるといった問題がある。また、この様な汚染を防
ぐため、光入射孔や試料開口部の周縁部には第２図（Ａ
）に示すように、粉末の塗布をしない方法がとられてい
るが、開口部の周縁部に露出した金属面が内壁の光拡散
性を損ない、正確な測定値が得られないといった欠点が
あった。

さらに、粉末状態では、水分の吸着や汚染などによる光
学的特性の経時変化が大きいことから、長期に渡って光
学的特性を安定に保持することは困難であり、耐久性が
悪いといった欠点がある。

また、第３図のように、近赤外線域においては反射率の
急激な変動が生じ、正確な測定が出来なくなる等の問題
があった。

この様な欠点を解決するには、光学的特性が安定してお
り、且つ経時変化の少ないセラミック等の焼結晶が考え
られるが、製造コストの点や形成焼結後の加工が難しい
点などから、工業的な代替価値は乏しい。

一方、廉価なものとして、球内面に単に白色樹脂塗料を
塗布しただけのものも使われてきたが、第４図に示すよ
うに、アクリルやエナメル等の樹脂を用いると、波長が
４５０ｎｍ以下の光に対しては、極端に反射率が低下し
て測定不能となるといった問題があり、広範囲の波長域
で積分球に利用できるものではなかった。

〈課題を解決するための手段〉 上記のような課題を解決するための本発明は、積分球１
内に入射する光に対して、使用波長領域において拡散反
射性を有する溶射皮膜８を、内壁に被覆したことを特徴
としている。

〈作用〉 積分球ｌの内壁に被覆された溶射皮膜８は、積分球１内
に入射した光を拡散反射する。溶射によって形成された
溶射皮膜８は、積分球１の内壁に対する接着強度が高く
、取り扱い時の衝撃や振動では剥離しにくく、光学的特
性の経時的変化ら少ない。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例について、図面に基づいて詳説す
る。図面は測色器に応用した場合の積分球１を示すもの
で、第１図は積分球１の断面図、第５図は積分球１内壁
の溶射皮膜８形成方法を示すプラズマ溶射用のガン１２
及び積分球ｌの半球１ａの断面図である。

積分球ｌには同一大円上に光入射孔２．光出射孔３、試
料開口部４が穿設されている。光入射孔２と試料開口部
４は積分球ｌの同一軸線上に穿設され、光出射孔３は該
軸線に対して直角の位置に穿設されている。

試料開口部４には測定試料５が外側からあてがわれ、光
入射孔２から入った光が最初に測定試料５に当たって反
射する。この時、光入射孔２．光出出射孔３．試料開部
４のそれぞれの周端面は、第２図（Ｂ）に示す如く、溶
射皮膜８によって覆われており、従来の積分球のように
、白色粉末の被覆のない孔部周面での反射により、測定
値に誤差が生じるようなことはない。

光出射孔３の外側には光検知器６が取り付けられている
。測定試料５から反射した光は積分球１内で拡散反射を
繰り返した後、光出射孔３に取り付けられた光検知器６
に到達する。

積分球１は第１図に示す中心線を境として、２つの半球
１ａを合わせて構成されている。各半球１ａの基材７は
本実施例の積分球ではアルミニウムであり、内面に酸化
アルミニウム粉末か溶射されて、溶射皮膜８か形成され
ている。

以下積分球ｌの製造方法について説明する。アルミニウ
ム基材の内側を半球状に繰り抜いて機械的に形成し、内
面はある程度鏡面仕上げをする。

基材７をアルミニウムとしたので加工性かよく、安価で
錆にくいといった利点がある。

次に、内面にショツトブラスト等の処理を旋し、細かな
凹凸を形成する。これにより、溶射皮膜８の接着性がよ
くなり、また光りを反射する際の拡散性が助長される。

以上のように下地処理された基材７の内面に対して溶射
を行う。

第５図はプラズマ溶射用のガン１２による溶ｑｔ状態を
示すものである。ノズル本体１３の内部には電極１４が
収容され、ノズル本体１３と電極１４には電源１５から
直流電圧が加えられている。ノズル本体１３の先端には
プラズマ炎１６が噴出する噴出孔１７か設けられ、基端
部にはガス導入口１８が穿設されている。ガス導入口１
８からは必要量のガスが供給される。噴出孔１７の噴出
側には溶射材供給口１９が、噴出するプラズマ炎１６と
交差する方向に近接して設けられている。

プラズマ溶射用のガン１２の噴出孔１７から約ｌｏｏｍ
ｍの位置に、内面を対向させて半球状の基材７ａを配置
し、プラズマ炎１６内に溶射材供給口１９より溶射材を
噴出熔融して、基材７ａの内壁に溶射材を溶射皮膜８と
して付着させる。

ここで、溶射材の粒度、溶射材の材質、噴射されるガス
の種類及び供給量は下地処理の状態や使用する波長域等
によって変化するが、例えば本実施例の積分球ｌでは、
溶射材の粒度は１０〜２０μｍ１溶射材の材質は酸化ア
ルミニウム、噴射するガスはアルゴン水素ガスで、供給
量は３５［（ｉ！／ｍｉｎ］である。

また溶射材の材質は、測定する光の波長域で拡散反射性
を示すものが用いられる。既述のように、本実施例の積
分球では酸化アルミニウムであるが、可視、近赤外波長
域で使用可能な溶射材としては、この他にスピネル、ム
ライト等が考えられる。この他、可視、近赤外波長域外
での光の拡散反射性も含め、使用波長域で拡散反射性を
示すものであれば組成は問わない。使用されるガスとし
ては、この他に例えばアルゴン窒素（不活性）ガスなど
が挙げられる。

以上のようにして、半球１ａが作られ、１対の半球１ａ
を組み合わせて積分球１が作られる。溶射によって積分
球１内壁に皮膜を形式するため、内壁のみならず、各光
入射孔２．光出出射孔３．試料開部４の周縁部にまで溶
射皮膜８を形成することができ、しかも接着強度が強い
ため溶射皮膜８が容易に剥離することがない。また、使
用雰囲気を問わず使用することも可能で、例えば水中で
の使用もできる。

第３図は各波長毎の従来の粉末付着反射面と溶射皮膜８
の反射面の拡散反射率を示すグラフである。溶射皮膜８
による場合には、可視光線域から近赤外線域にまで測定
範囲が広がり、特に波長が１８００ｎｍ以上の範囲では
反射率がかえって良くなるといった特徴がある。従って
、従来の積分球では測定精度に問題のあった近赤外線域
の光の測定も、正確にすることができる。

第４図は硫酸バリウムの反射率に対する反射率の割合を
、各波長毎に示したグラフであるが、白色塗料を塗布し
た内壁の反射率が落ち込む４００ｎｍ近辺においても、
溶射皮膜８は高く安定した反射率を示している。

従って、溶射皮膜８によれば、可視光線の内で４００ｎ
ｍ程度の短い波長域から近赤外線の波長域まで、広い範
囲で測定が可能となる。

以上、一実施例の積分球について説明したが、他の形式
や方式による積分球についても同様に実施することがで
きる。

〈発明の効果〉 以上の如く構成される本発明の汎用積分球によれば、溶
射によって形式された皮膜は接着強度が高く、多少の衝
撃を受けても溶射皮膜が剥離しない他、光学的特性の経
時的変化が少ないため、測定精度が低下するなどの問題
が解決され、長期に渡って光学的に安定した積分球を得
ることができる。また剥げ落ちた白色粉末が試料を汚染
するといったトラブルも少なくへる。

さらに、耐衝撃性の向上により機器の取り扱いが極めて
容易となり、例えば携帯用又は光素子ホルダ等への利用
など、試験研究機器に限らず広く他の工業製品への組み
込みが可能となって、汎用性が増すといった利点がある
。

また溶射材を替えることによって、幅広い波長域で高い
反射率を維持できるので、従来よりも極めて広い波長域
での利用か可能となる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は積分球の正面断面図、第２図（Ａ）（Ｂ）は従
来の積分球と本発明の積分球の試料開口部における拡大
断面図、第３図は各波長毎の従来の粉末付着反射面と本
発明の積分球における溶射皮膜の反射面の拡散反射率を
示すグラフ、第４図は硫酸バリウムの反射率を１００と
した場合の、白色塗料及び溶射皮膜の反射率を各波長毎
に示すグラフ、第５図は積分球内壁の溶射皮膜形成方法
を示すプラズマ溶射用のガン及び積分球の半球の断面図
である。 １：積分球 ７：基材 ８：溶射皮膜 １２：プラズマ溶射用ガン 特 許 出 願 人 島 根 県 第 図 （Ａ） （８） １、積分球 ｉ：半球 ２、光入射孔 ３光出射孔 ４．１ｉ料開口部 ５測定試料 ６：光検知器 １３Ｊズル本体 １４二電極 ｌｓ：’１５源 １６・プラズマ炎 ７、噴出孔 ８：ガス導入口 ９溶射材供給口 第 図 第 ４ 図 波 長 第 図 ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）積分球（１）内に入射する光に対して、使用波長領
   域において拡散反射性を有する溶射皮膜（８）を内壁に
   被覆したことを特徴とする汎用積分球。