JPH10185698A

JPH10185698A - 光ファイバを用いた溶融金属の温度測定方法ならびにその装置および光ファイバの突き出し量制御方法

Info

Publication number: JPH10185698A
Application number: JP8304704A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Goto; 勝利後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバの溶融金属への浸漬深さを一定に
制御し、溶融金属の温度測定の精度を向上させる。【解決手段】光ファイバ１は、その一端を送り出し可
能にボビン２に巻かれ、送り出し装置３の一対のフィー
ドローラ１０に挟まれてガイド管の先端から一定の速度
で送り出される。送り出し装置３は、進退移動装置５の
シリンダ１６に支持され、溶湯４に対して一定の速度で
進退移動される。放射温度計６は光ファイバ１からの赤
外線に基づいて温度データを制御装置７に出力する。制
御装置７は送り出し装置３と進退移動装置５とを制御す
る。温度測定を行いながら光ファイバ１を溶湯４に近づ
け、光ファイバ１の一端が溶湯４の表面に接触してから
さらに光ファイバ１を溶湯４内に一定速度で挿入し、所
定時間経過後、光ファイバ１の挿入を停止させる。光フ
ァイバ１は溶湯４の一定の深さに浸漬される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た溶融金属の温度測定方法ならびその装置および光ファ
イバの突き出し量制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶融金属の温度を測定する技術と
しては、特開昭６１−２４３３３１号公報に開示された
アルミニュウムの溶湯用赤外線温度計が知られている。
このものは、溶湯に光ファイバを連続的に挿入する手段
と、光ファイバを通過した赤外線に基づいて温度を検出
する赤外線温度検出手段とを有したもので、溶湯に光フ
ァイバを連続的に挿入し、先端部から放射された赤外線
エネルギを光ファイバを介して赤外線センサが受け、赤
外線量に応じて出力された電気信号を処理して溶湯の温
度測定を連続的に行う、というものである。

【０００３】上記公報に記載された赤外線温度計は、か
ならずしも溶湯の温度ではない表面に形成された酸化皮
膜を通過させて光ファイバを溶湯の中に直接、かつ連続
して挿入するため、溶湯に挿入される光ファイバの劣化
に伴う失透により赤外線エネルギの伝達損失が生じて
も、新たに溶湯内に進入した先端部から赤外線エネルギ
を伝達することができる。そして、光ファイバを送る速
度は、光ファイバが劣化する速度よりも少し速くなるよ
う設定されていた。

【０００４】上記のような赤外線温度計では一般に、溶
湯の表面に形成された酸化皮膜を通過させて溶湯に光フ
ァイバを直接挿入するため、光ファイバを連続的に挿入
する手段が炉の上方に配置され、炉の上方に設けられた
蓋を取り外す等、炉の上方を開放して光ファイバを溶湯
内に下降させている。そして、溶湯の熱から光ファイバ
を保護するために、冷却エアを光ファイバに吹きつけて
いる。

【０００５】温度測定対象である溶湯は、一般に溶解炉
から保温炉等を介して注湯機に運ばれて鋳型に注湯され
るのであるが、溶解炉から溶湯を取り出すときや注湯樋
から鋳型に溶湯を注湯するとき等、温度測定を行う際に
溶湯の表面のレベルが大きく変動する。一方、光ファイ
バは、一度溶融金属の温度測定を行うと、溶湯の熱によ
り劣化して消耗する。この消耗量は、温度測定の対象と
なる溶融金属の温度等の条件によって異なる。したがっ
て、温度測定を行う際には光ファイバを送り出して補充
し、溶湯の表面に対して光ファイバの先端を適切に突出
させる必要がある。また、測定する溶湯の温度等の諸条
件により光ファイバの劣化する速度が変化するため、こ
れらの諸条件に応じて適切に光ファイバの送り速度設定
を行う必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術にあっては、光ファイバの劣化する速度を経験
的に見出して光ファイバの送る速度を設定しており、光
ファイバを溶湯の適切な深さに浸漬するための制御がな
されていなかった。また、光ファイバの先端の突出量に
ついても、溶湯の熱による消耗量に関わり無く経験的に
見出して光ファイバを一定量送り出していたため、光フ
ァイバの先端の突出量が安定しないという問題があっ
た。

【０００７】また、上記のように、炉の上方に光ファイ
バを連続的に挿入する手段を配置する場合にあっては、
高さ方向の空間の余裕を必要とするため、設置場所が限
定されるという問題があった。さらに、光ファイバを下
降させるために炉の上方を開放する必要があるため、炉
内の温度が外気の影響を受け、また、光ファイバを連続
的に挿入する手段が炉の熱の影響を直接受けるという問
題があった。

【０００８】さらに、例えば表面のレベルが大きく変動
する注湯樋等の溶湯の温度測定を行うために、光ファイ
バの突出量が長い場合には、光ファイバが注湯樋に接触
して溶湯内に挿入されず、測定不能となるという問題が
あった。さらにまた、光ファイバの先端に冷却エアが充
分に吹きつけられず、溶湯の熱の影響により光ファイバ
が劣化するという問題があった。また、光ファイバの突
出量が短い場合には、溶湯に光ファイバを連続的に挿入
する手段までもが溶湯に浸漬されて溶融した金属が固着
し、使用不可能となるという問題があった。これらの問
題に対する対応策としては、溶湯の表面のレベルが下が
る傾向のときに温度測定を行うことが考えられるが、上
術した例のように注湯樋から鋳型に溶湯を注湯する場合
には、注湯樋の溶湯流出口の大きさが溶融金属の温度に
より変化したり、あるいは溶湯に混入した異物や溶融し
ていない金属の塊等が溶湯に混入することにより注湯樋
の溶湯流出口を塞ぐ等、溶湯の表面のレベルを大きく変
動させる種々の要因が存在する。このような溶湯の表面
レベルの変動の問題は光ファイバの先端の突出量とも深
く関係するのであるが、これに対する根本的な対応策
は、従来では考慮されたものは存在しなかった。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、光ファイバの溶融金属への浸漬
深さを一定に制御することにより、温度測定の精度を向
上することができる溶融金属の温度測定方法を提供する
ことにある。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、光ファイバ
の溶融金属への浸漬深さを一定に制御することにより、
温度測定の精度を向上することができる溶融金属の温度
測定装置を提供することにある。

【００１１】本発明の第３の目的は、高さ方向の空間の
余裕を必要とせず、また、炉の上方を開放することなく
溶湯の温度を測定することができる溶融金属の温度測定
装置を提供することにある。

【００１２】本発明の第４の目的は、光ファイバの溶融
金属への浸漬深さを正確に制御することができる溶融金
属の温度測定装置を提供することにある。

【００１３】本発明の第５の目的は、溶融金属の表面に
対して光ファイバの先端を正確に所定量突き出させるた
めの光ファイバの突き出し量制御方法を提供することに
ある。

【００１４】本発明の第６の目的は、第５の目的におい
て、光ファイバの先端原点位置を検知するための光ファ
イバの突き出し量制御方法を提供することにある。

【００１５】本発明の第７の目的は、第６の目的におい
て、光ファイバの先端原点位置を容易に検知することが
できる光ファイバの突き出し量制御方法を提供すること
にある。

【００１６】本発明の第８の目的は、第６の目的におい
て、第７の目的と同様に、光ファイバの先端原点位置を
容易に検知することができる光ファイバの突き出し量制
御方法を提供することにある。

【００１７】本発明の第９の目的は、溶融金属の表面に
対して光ファイバの先端を簡易に安定して所定量突き出
させることができる光ファイバの突き出し量制御方法を
提供することにある。

【００１８】本発明の第１０の目的は、第９の目的にお
いて、光ファイバの先端を適切に突き出させることがで
きる光ファイバの突き出し量制御方法を提供することに
ある。

【００１９】本発明の第１１の目的は、第９または１０
の目的において、光ファイバの先端を突き出させるため
の付加装置を必要とすることなく、突出量を無段階に調
整制御することができる光ファイバの突き出し量制御方
法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために第１の発明の特徴は、光ファイバの一端を溶融
金属中に挿入し、光ファイバを通過した赤外線に基づい
て溶融金属の温度を測定する溶融金属の温度測定方法に
おいて、温度測定を行いながら光ファイバを溶融金属に
近づけ、光ファイバの先端が溶融金属表面に接触したこ
とを検出すると共にさらに光ファイバを一定速度で溶融
金属内に挿入し、光ファイバの先端が溶融金属表面に接
触してから所定時間経過後に光ファイバの挿入を停止す
ることにある。

【００２１】また、上記第２の目的を達成するために第
２の発明の特徴は、溶湯内に光ファイバを挿入する送り
出し装置と、光ファイバからの赤外線により温度を検出
する放射温度計とを有する溶融金属の温度測定装置にお
いて、光ファイバの送り出し装置を溶融金属に対して進
退移動可能に支持する進退移動装置と、放射温度計から
の温度データに基づいて光ファイバの先端を溶融金属の
表面から一定の深さに挿入させるように送り出し装置と
進退移動装置とを制御する制御装置とを備えたことにあ
る。

【００２２】上記第３の目的を達成するために第３の発
明の特徴は、第２の発明において、進退移動装置は、光
ファイバの送り出し装置を略水平方向に進退移動させる
水平移動装置と、送り出し装置により送り出された光フ
ァイバの中間部を折り曲げる折り曲げ装置とを備えたこ
とにある。

【００２３】上記第４の目的を達成するために第４の発
明の特徴は、第３の発明において、光ファイバの先端部
と折り曲げ部との間に送り出し装置を配置したことにあ
る。

【００２４】上記第５の目的を達成するために第５の発
明の特徴は、溶融金属の表面に対して光ファイバの先端
を所定量突き出させるための光ファイバの突き出し量制
御方法であって、光ファイバをガイド管内に挿通し、ガ
イド管に対する光ファイバの先端原点位置を検知し、こ
の検知結果に基づいて前記ガイド管から先端が所定量突
き出るように光ファイバを送り出すことにある。

【００２５】上記第６の目的を達成するために第６の発
明の特徴は、第５の発明において、光ファイバの先端原
点位置は、光ファイバを引き戻し、検知位置における光
ファイバの有無に基づいて検知することを特徴とするも
のである。

【００２６】上記第７の目的を達成するために第７の発
明の特徴は、第６の発明において、ガイド管内に光ファ
イバの温度調節用流体を流通させ、検知位置における光
ファイバの有無を、前記温度調節用流体の流量に基づい
て検知することにある。

【００２７】上記第８の目的を達成するために第８の発
明の特徴は、第６の発明において、ガイド管内に光ファ
イバの温度調節用流体を流通させ、検知位置における光
ファイバの有無を、前記温度調節用流体の圧力に基づい
て検知することにある。

【００２８】上記第９の目的を達成するために第９の発
明の特徴は、溶融金属の表面に対して光ファイバの先端
を所定量突き出させるための光ファイバの突き出し量制
御方法であって、光ファイバをガイド管内に送り出し可
能に挿通保持し、光ファイバをガイド管先端から所定量
突き出させた状態で、温度測定を行いながら溶融金属に
ガイド管を近接移動させ、ガイド管の移動したストロー
ク量を検知し、該ストローク量に基づいて光ファイバの
送り出し量を決定することを特徴とすることにある。

【００２９】上記第１０の目的を達成するために第１０
の発明の特徴は、第９の発明において、ガイド管のスト
ローク量の基準範囲を設定し、該ガイド管のストローク
量が基準範囲内の場合には所定量の光ファイバを送り出
すよう決定し、ガイド管のストローク量が基準範囲以下
の場合には、所定量以下の光ファイバを送り出すよう決
定し、ガイド管のストローク量が基準範囲以上の場合に
は所定量以上の光ファイバを送り出すよう決定すること
にある。

【００３０】上記第１１の目的を達成するために第１１
の発明の特徴は、第９また第１０のの発明において、光
ファイバの送り出しは、フィードローラの回転数により
制御することを特徴とすることにある。

【００３１】上記第１の発明によれば、光ファイバの先
端が溶融金属表面に接触したことを検出してから光ファ
イバを一定速度で溶融金属内に挿入して所定時間経過後
に光ファイバの挿入を停止することにより、光ファイバ
は溶融金属の表面から一定の深さに浸漬されることにな
る。

【００３２】また、上記第２の発明によれば、放射温度
計により温度測定を行いながら光ファイバを溶融金属に
近づけ、光ファイバの先端が溶融金属の表面に接触した
こととを検出すると共にさらに光ファイバを一定速度で
溶融金属内に挿入し、光ファイバの先端が溶融金属表面
に接触してから所定時間経過後に光ファイバの挿入を停
止すると、光ファイバは溶融金属の表面から一定の深さ
に浸漬されることになる。

【００３３】上記第３の発明によれば、水平移動装置に
より光ファイバの送り出し装置を溶融金属が満たされた
炉に近付けるように略水平方向に移動させると共に、折
り曲げ装置により光ファイバを折り曲げ、送り出し装置
により光ファイバを送り出し、光ファイバの先端を炉の
溶融金属内に挿入する。あるいは、送り出し装置により
予め一定長さ光ファイバを送り出した後、折り曲げ装置
により光ファイバを折り曲げ、光ファイバの先端を炉の
溶融金属内に挿入する。

【００３４】上記第４の発明によれば、光ファイバの先
端部と折り曲げ部との間に送り出し装置を配置したこと
により、折り曲げ装置により光ファイバ折り曲げた際
に、その折り曲げ角度によって光ファイバの先端の突出
量が変化することがない。

【００３５】さらに、上記第５の発明では、ガイド管内
に挿通された光ファイバの先端原点位置を検知し、光フ
ァイバを先端原点位置から所定量送り出すことにより、
光ファイバの先端がガイド管から所定量突き出る。

【００３６】上記第６の発明では、第５の発明におい
て、ガイド管内に挿通された光ファイバの先端が検知位
置よりも後方に引き戻され、検知位置において光ファイ
バの存在の無いことが検知されると、その時点が光ファ
イバの先端原点位置とされる。

【００３７】上記第７の発明では、第６の発明におい
て、ガイド管内に挿通された光ファイバの先端が検知位
置よりも後方に引き戻されて光ファイバの存在が無いこ
とは、ガイド管内に流通させた光ファイバの温度調節用
流体の流量の変化をモニタリングすることにより検知す
る。

【００３８】上記第８の発明では、第６の発明におい
て、ガイド管内に挿通された光ファイバの先端が検知位
置よりも後方に引き戻されて光ファイバの存在が無いこ
とは、ガイド管内に流通させた光ファイバの温度調節用
流体の圧力の変化をモニタリングすることにより検知す
る。

【００３９】上記第９の発明では、光ファイバは、ガイ
ド管の内部に挿通され、先端から所定量突き出された状
態で保持される。そして、温度測定を行いながら溶融金
属にガイド管を近接させることにより、所定量突き出さ
れた光ファイバの先端が溶融金属表面に接触したことが
検出される。この接触が検出された時点までのガイド管
のストローク量を検知することにより、光ファイバのガ
イド管先端からの突き出し量の過不足が検知される。こ
の検知された光ファイバの突き出し量の過不足に基づい
て、光ファイバの送り出し量が決定される。

【００４０】上記第１０の発明では、第９の発明におい
て、ガイド管のストローク量の基準範囲を設定し、ガイ
ド管のストローク量が基準範囲内で変化した場合には、
所定量の光ファイバを送り出すよう決定する。ガイド管
のストローク量が基準範囲以下の場合には、光ファイバ
のガイド管先端からの突き出し量が長いものと判断し、
光ファイバの送り出し量を所定量以下とするよう決定
し、ガイド管のストローク量が基準範囲以上の場合に
は、光ファイバのガイド管先端からの突き出し量が短い
ものと判断し、光ファイバの送り出し量を所定量以上と
するよう決定する。

【００４１】上記第１１の発明では、第９または第１０
の発明において、フィードローラにより光ファイバの送
り出しが行われる。光ファイバの送り出し量の過不足の
傾向に基づいて決定された光ファイバの送り出し量は、
フィードローラの回転数を制御することにより、無段階
に調整される。

【００４２】

【発明の実施の形態】本発明に係る溶融金属の温度測定
装置の実施の一形態を、図１ないし図４に基づいて、注
湯機樋８の溶湯４の温度を測定する場合で説明する。図
において同一符号は同一部分または相当部分とする。

【００４３】この実施の形態における本発明の溶融金属
の温度測定装置は、概略、光ファイバ１の一端を送り出
し可能に巻いたボビン２と、所定量の光ファイバ１を送
り出す送り出し装置３と、この送り出し装置３を溶湯４
に対して進退移動可能に支持する進退移動装置５と、光
ファイバ１からの赤外線により温度を検出する放射温度
計６と、光ファイバ１の一端を溶湯４の表面から一定の
深さに挿入させるように送り出し装置３と進退移動装置
５とを制御する制御装置７とから構成されてなるもので
ある。図４に示すように、溶湯４は、溶解炉９からトリ
ベによって保温炉に搬送され、保温炉から注湯機樋８に
移される。

【００４４】図２に示すように、光ファイバ１は、この
実施の形態の場合、直径２５０μｍの心線１ａからなる
もので、心線１ａと直径４ｍｍの耐熱性プラスチックか
らなるシース１ｂとの間に、ステンレスからなる直径
１．２ｍｍのチューブ１ｃを備えた金属管被覆光ファイ
バケーブルが用いられている。心線１ａとチューブ１ｃ
との間には空気層１ｄが形成されている。ここでは、光
ファイバケーブルを単に光ファイバ１という。なお、光
ファイバ１は、この実施の形態に限定されることなく、
心線１ａを他の径のものに代えて用いることができ、ま
た、耐熱性プラスチックからなるシース１ｂが設けられ
ず、心線１ａとその外側に被覆されたチューブ１ｃとか
らなるもの（図示を省略した）が用いられる場合等もあ
る。光ファイバ１は、ボビン２に巻かれており、一端側
が送り出し装置３によって保持されて順次送り出される
ようになっている。

【００４５】光ファイバ１は、溶融４中に浸漬される
と、酸素がほぼ無い状態で高温下に置かれるために、シ
ース１ｂの材質によっても異なるが、最初にシース１ｂ
が炭化してチューブ１ｃおよび心線１ａを溶解等から保
護することとなる。そして、光ファイバ１は、さらに溶
融４中に浸漬されることにより、シース１ｂが燃焼し、
ステンレス製のチューブ１ｃが約１３００℃以上で溶解
し、次第に欠損して極微量のごみとなる。シース１ｂが
設けられていない場合も同様に、チューブ１ｃが溶解
し、次第に欠損することとなる。一方、溶融４中に浸漬
された当初において炭化したシース１ｂが残ることによ
り光ファイバ１の欠損が進行せず、且つ、心線１ａが劣
化して失透することにより、温度測定が不能となる場合
には、所定の位置で光ファイバ１を自動的に切断する手
段を設け、あるいは、手動により光ファイバ１を切断す
るようにすることもできる。

【００４６】送り出し装置３は、図３に示すように、光
ファイバ１を挟むように設けられた一対のフィードロー
ラ１０と、光ファイバ１が挿通されるガイド管１１とか
ら構成されている。フィードローラ１０は、その少なく
とも一方がパルスモータ等のモータ（図示を省略した）
に接続されて等速回転し、光ファイバ１を一定速度で送
り出す。

【００４７】ガイド管１１には、光ファイバ１が耐熱性
プラスチックからなるシース１ｂを備えている場合にお
いては、光ファイバ１の温度調節用流体として、窒素ガ
ス等の不活性ガスからなる冷却用気体を供給するための
パイプ１２が接続される。そして、図３中矢印で示した
ように、冷却ガスがガイド管１１内部に供給され、光フ
ァイバ１とガイド管１１との温度を下げるように冷却し
ている。なお、光ファイバ１が耐熱性プラスチックから
なるシース１ｂを備えていない場合には、冷却用気体と
して、窒素ガス等の不活性ガスに代えて室温程度の空気
（冷却エア）をガイド管１１内部に供給し、あるいはガ
イド管１１に空間を設けてこの空間内に冷却水循環させ
ることもできる。

【００４８】進退移動装置５は、注湯機樋８に臨むよう
に支柱１５を立設し、光ファイバ１を保持した送り出し
装置３を溶湯に対して昇降移動可能に支持するためのア
クチュエータとして、この実施の形態の場合ロッドレス
シリンダ１６を支柱１５に設けて構成されている。送り
出し装置３は、ロッドレスシリンダ１６に支持されて溶
湯４に対して一定速度で昇降移動される。この実施の形
態においては、アクチュエータとしてロッドレスシリン
ダ１６を用いた例によって説明したが、これに代えて通
常のシリンダのロッドやボールねじ等、他のアクチュエ
ータにより送り出し装置３を支持することもできる。

【００４９】放射温度計６は、光ファイバ１からの赤外
線を赤外線センサ（図示を省略した）により電気信号に
変換し、この電気信号を信号処理回路（図示を省略し
た）によりプランクの幅射式に基づく演算処理を行い、
温度値に換算した温度データを制御部７に出力する。

【００５０】制御装置７は、光ファイバ１をガイド管１
１の先端から規定の長さに突出させるように、フィード
ローラ１０を回転させて光ファイバ１を送り出し、放射
温度計６が出力した温度データを受け取って時間に対す
る温度の変化率等を演算部７ａにより演算し、その演算
結果に基づいて光ファイバ１が溶湯の表面に接触したこ
とを判断し、この判断時から光ファイバ１を所定量溶湯
に挿入するように、送り出し装置３のフィードローラ１
０の駆動と進退移動装置５のシリンダ１６の駆動とを制
御する。そして、制御装置７には温度表示器２０やコン
ピュータ２１が接続されており、図４に示すように、温
度測定結果は、コンピュータ２１を介して前工程である
溶解炉９や保温炉にフィードバックされ、溶解炉９や保
温炉の温度管理のためのデータに用いられる。演算部７
ａは、温度データに含まれるノイズを除去するためのロ
ーパスフィルタや移動平均等を利用するフィルタを備え
ている。

【００５１】なお、溶融金属の温度に影響されないよう
に、光ファイバ１を巻いたボビン２や放射温度計６、制
御装置７は、注湯機樋８から離間して配置されている。
また、これらは、冷却器を有するボックス内に配置し保
護することも可能である。

【００５２】次に、以上のように構成された温度測定装
置を用いて、本発明に係る溶融金属の温度測定方法の一
実施の形態について図５乃至図８に基づいて説明する。
図５は、制御装置７により送り出し装置３のフィードロ
ーラ１０の駆動と送り出し装置３を昇降移動可能に支持
するシリンダ１６の駆動とを制御するためのフローチャ
ートを示し、図６は、このフローチャートにしたがって
制御される光ファイバ１およびガイド管１１と溶湯４と
の状態を示す説明図であり、図７は、制御装置７が放射
温度計６から受け取る温度データの一例を示したグラフ
であり、図８は、放射温度計６から受け取った温度デー
タから制御装置７が演算した温度変化率を示したグラフ
である。なお、図５に示したａ〜ｅは、図６に示したａ
〜ｅと対応させて示している。

【００５３】まず最初に、測定スタート信号を手動ある
いは注湯機と連動させて自動で発信し（Ｓ３０）、制御
装置７の制御によってフィードローラ１０を所定数回転
させて光ファイバ１をガイド管１１の先端から所定量突
出させるように送り出す（Ｓ３１）。光ファイバ１がガ
イド管１１から規定長さ送り出された状態（図６のａ）
と判断すると（Ｓ３２）、フィードローラ１０の回転を
停止させ（Ｓ３３）、シリンダ１６を一定速度で駆動し
て送り出し装置３の下降を開始させる（Ｓ３４）。そし
て、放射温度計６の温度データを制御装置７に入力し
（Ｓ３５）、温度変化率を演算する（Ｓ３６）。光ファ
イバ１の先端が溶湯４の表面に接触する（図６のｂ）
と、放射温度計６により検知される溶湯の温度は、図７
に示すように急激に上昇する。そして、この急激な温度
上昇により、図８に示すように、溶湯の温度変化率の変
動も大きなものとなる。制御装置７は、温度変化率の規
定値が格納されており、この規定値を温度変化率が越え
たことを検出することにより（Ｓ３７）、光ファイバ１
の先端が溶湯４の表面に接触したと判断し、溶湯面検知
信号を出力して（Ｓ３８）浸漬深さ制御用タイマを起動
する（Ｓ４０）。このとき、シリンダ１６は一定速度で
下降駆動しており、送り出し装置３に保持された光ファ
イバ１は徐々に溶湯４内に挿入される。

【００５４】浸漬深さ制御用タイマが起動（Ｓ４０）し
てから規定時間が経過すると（Ｓ４１）、シリンダ下降
停止信号が出力され（Ｓ４２）、シリンダ１６の下降駆
動が停止される。光ファイバ１は、シリンダ１６により
一定速度で溶湯４内に挿入されると共に、溶湯面検出
（Ｓ３８）から規定時間経過した後に溶湯４内への挿入
を停止されるため、溶４の湯表面から一定の深さに浸漬
されることとなる（図６のｃ）。

【００５５】この状態から光ファイバ停止時間用タイマ
を起動して（Ｓ５０）光ファイバ１の溶湯４内への浸漬
を維持し（図６のｄ）、規定時間経過後（Ｓ５１）シリ
ンダ上昇信号を出力して（Ｓ５２）送り出し装置３に保
持された光ファイバ１を溶湯４内から退避させる。放射
温度計６からの温度データは制御装置７の演算部７ａに
より演算される（Ｓ５３）。測定結果は、表示器２０や
コンピュータ２１に出力され（Ｓ５４）、温度測定の１
サイクルを終了する。

【００５６】次に本発明に係る溶融金属の温度測定方法
の別の実施の形態について図９および図１０に基づいて
説明する。なお、この実施の形態においては、上述した
実施の形態と異なる部分のみを説明することとし、共通
の部分または相当する部分については上述の実施の形態
と同じ符号を付して説明を省略する。

【００５７】この実施の形態が上述した実施の形態と大
きく異なる点は、光ファイバ１の先端が溶湯４の表面に
接触したことを検出したらシリンダ１６の下降駆動を停
止させ、光ファイバ１を所定の速度で送り出すことにあ
る。すなわち、光ファイバの先端が溶湯表面に接触した
と判断して溶湯面検知信号の出力（Ｓ３８）後、シリン
ダの下降を停止させ（Ｓ４４）、再度制御装置７の制御
によってフィードローラ１０の回転を開始させて光ファ
イバ１を一定速度で送り出して溶湯４内に挿入し（Ｓ４
５）、光ファイバ送り量制御用タイマを起動する（Ｓ４
６）。規定時間経過後（Ｓ４８）、光ファイバ送り停止
信号を出力する（Ｓ４９）。光ファイバ１は、一定の速
度で一定時間送り出されるため、溶湯４の表面から一定
の深さに浸漬されることとなる（図１０のｃ’）。

【００５８】なお、本発明に係る溶融金属の温度測定方
法は上述した実施の形態に限定されることなく、例え
ば、シリンダ下降停止信号を出力（Ｓ４２、Ｓ４４）し
た後に光ファイバ送り用フィードローラ回転開始（Ｓ４
５）の信号を出力し、光ファイバ停止時間用タイマの起
動（Ｓ５０）を行わないで連続して溶湯４の温度を測定
することもできる。また、上述した実施の形態では、光
ファイバ停止時間用タイマ（Ｓ５０）を用いた例で説明
したが、これに代えて、溶湯４内で光ファイバ１が消耗
することによって、図７および図８に示すように、放射
温度計４が検知する溶湯の温度が急激に下降し温度変化
率が大きく変動したことを検出することにより、シリン
ダ上昇信号（Ｓ５２）を出力してもよい。そして本発明
により温度測定の対象となる溶融金属としては、鉄より
も溶融温度が低い、例えばアルミニュウム等にも用いる
ことができる。

【００５９】以上説明したように、本発明によれば、光
ファイバ１を溶湯４の表面から一定の深さに浸漬するよ
うに自動制御し、溶湯の内の一定の部分の温度測定を安
定して行うことができる。

【００６０】次に、本発明に係る溶融金属の温度測定装
置のさらに別の実施の形態について図１１乃至図１８に
基づいて説明する。なお、この実施の形態においては、
上述した実施の形態と異なる部分のみを説明することと
し、共通の部分または相当する部分については上述した
実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。

【００６１】図１１に示すように、この実施の形態にお
いては、炉３０の上方に蓋３１が設けられ、この蓋３１
の側方には温度測定装置の光ファイバ１を挿入するため
の開口３２が形成されており、この開口３２に臨むよう
に炉３０の側部近傍に温度測定装置が配置される。この
実施の形態における温度測定装置は、進退移動装置が光
ファイバ１の送り出し装置３を略水平方向に進退移動さ
せる水平移動装置３５と、光ファイバ１の中間部を折り
曲げて溶湯４の表面にその先端を向かせる折り曲げ装置
３６とを備えている。そして、ファイバの送り出し装置
３は、折り曲げ装置３６よりも光ファイバ１の先端側、
すなわち溶湯４側に配置されている。

【００６２】光ファイバ１の送り出し装置３を略水平方
向に進退移動させる水平移動装置３５は、可動台４０
と、この可動台４０を炉３０に対して進退移動可能に支
持するスライドベース４１と、可動台４０を炉３０に対
して進退移動させる駆動手段４２とを備えてなるもの
で、可動台４０上には光ファイバ１の一端を送り出し可
能に巻いたボビン２、送り出し装置３および折り曲げ装
置３６等が載置されている。駆動手段４２は、この実施
の形態の場合、スライドベース４１に沿って軸回りに回
動可能に設けられ、可動台４０が係合されたボールねじ
４５と、このボールねじ４５を軸回りに回動駆動する水
平移動用モータ４６とから構成されている。水平移動用
モータ４６は、ステッピングモータ等、回転角度や回転
速度等の駆動量が制御可能なものが用いられている。な
お、水平移動装置３５は、光ファイバ１の送り出し装置
３を水平方向に制御可能に進退移動させることができる
のもであれば、例えばこの実施の形態におけるボールね
じ４５と水平移動用モータ４６に代えて、ピストンロッ
ドとシリンダ等を用いることができる。

【００６３】光ファイバ１の中間部を折り曲げる折り曲
げ装置３６は、図１１および図１２に示すように、光フ
ァイバ１が挿通される後部ガイド管５０および前部ガイ
ド管５１と、この後部ガイド管５０および前部ガイド管
５１を接続し、後部ガイド管５０に対して前部ガイド管
５１を回動可能に支持する曲げ中心軸５２と、この曲げ
中心軸５２を中心として前部ガイド管５１を回動駆動す
る駆動手段５３とを備えてなるもので、曲げ中心軸５２
を中心として後部ガイド管５０に対して前部ガイド管５
１を水平軸線よりも下方に回動させることにより、光フ
ァイバ１の先端が炉３０の溶湯４表面に向くように、ボ
ビン２から送り出された光ファイバ１の中間部を折り曲
げる。

【００６４】後部ガイド管５０および前部ガイド管５１
は、図１２に示すように、それぞれ外部管と内部管とを
備え、密閉された空間５５を形成する二重構造となって
いる。外部管と内部管との間の空間には、温度調節用流
体として、冷却エアを空間内に循環供給して後部ガイド
管５０および前部ガイド管５１を冷却するためのパイプ
５６が接続され、また、冷却エアを後部ガイド管５０お
よび前部ガイド管５１の内部管内に供給して挿通された
光ファイバ１を冷却するためのパイプ５７が空間５５を
貫通するように設けられている。なお、冷却エアに代え
て、上述した実施の形態のように、窒素ガス等の不活性
ガスからなる冷却ガスを空間５５内に循環供給および内
部管内に供給したり、あるいは、空間５５内に冷却水を
循環供給することも可能である。前部ガイド管５１の中
間部には、上述と同様の送り出し装置３が設けられてい
る。

【００６５】可動台４０の前方には、前端が後部ガイド
管５０の前端と略同じ長さとなる支持アーム６０が後部
ガイド管５０を担持するように設けられており、この支
持アーム６０の前端には曲げ中心軸５２が後部ガイド管
５０の長手方向軸心の方向と直交する方向に延在するよ
うに支持されている。また、前部ガイド管５１の後端下
方には、曲げ中心軸５２に回動可能に係合される係合部
材６１が設けられており、これにより前部ガイド管５１
は後部ガイド管５０に対して曲げ中心軸５２を中心に回
動するよう構成されている。そして、曲げ中心軸５２が
後部ガイド管５０および前部ガイド管５１の長手方向の
軸心よりも下方に偏位して配置されていることにより、
曲げ中心軸５２を中心として後部ガイド管５０に対して
前部ガイド管５１を回動させた際に、後部ガイド管５０
および前部ガイド管５１に挿通された光ファイバ１が破
損しないように所定の半径を有する曲線を描くように曲
げられる。曲げ中心軸５２の偏位量は、光ファイバ１の
曲げ半径が１００ｍｍ以上となるように設定することが
望ましい。送り出し装置３が前部ガイド管５０の中間部
に設けられているため、光ファイバ１は、前部ガイド管
５１の回動により中間部が折り曲げられても、前部ガイ
ド管５１の先端からの突出量が変化することがない。

【００６６】前部ガイド管５１を回動駆動する駆動手段
５３は、この実施の形態の場合、図１１に示すように、
前部ガイド管５１の後端下方に設けられた係合部材６１
に接続された作動杆６５と、この作動杆６５を軸方向に
移動させるように駆動する折り曲げ用モータ６６とから
構成されている。折り曲げ用モータ６６は、ステッピン
グモータ等、回転角度や回転速度等の駆動量が制御可能
なものが用いられている。作動杆６５は、先端が前部ガ
イド管５１の係合部材６１の側部に回動可能に接続さ
れ、反対側端部にボールねじ６５ａが形成されている。
折り曲げ用モータ６６は、可動台４０上に設けられた支
持部材６７に回動可能に支持されており、作動杆６５の
ボールねじ６５ａが螺合されている。折り曲げ用モータ
６６を駆動し、螺合されたボールねじ６５ａにより作動
杆６５が軸方向に移動すると、図１３および図１４に示
すように、作動杆６５の先端が接続された係合部材６１
が曲げ中心軸５２を中心に回動し、前部ガイド管５１が
下向きに方に傾斜または水平に復帰することとなる。な
お、この実施の形態にいては、図１２乃至図１４に示す
ように、作動杆６５が折り曲げ用モータ６６から伸長す
るように軸方向に移動されると前部ガイド杆５１の先端
が上昇し（図１２）、作動杆６５が折り曲げ用モータ６
６に対して退縮するように軸方向に移動されると光ファ
イバ１の中間部を折り曲げて溶湯４の表面に向けるよう
に前部ガイド杆５１の先端が下降するような位置に、作
動杆６５は係合部材６１に対して接続されている。駆動
手段５３は、前部ガイド管５１を制御可能に回動駆動す
ることができるものであれば、この実施の形態における
折り曲げ用モータ６６と作動杆６５に代えて、例えばピ
ストンロッドとシリンダ等のように、他の手段を用いる
ことも可能である。

【００６７】また、曲げ中心軸５２には、図１２乃至図
１３に示すように、後部ガイド管５０に対して前部ガイ
ド管５１を水平軸線よりも下方に回動させた際に、後部
ガイド管５０の前端と前部ガイド管５１の後端との間に
間隙が生じ光ファイバ１が露出して炉３０等の熱に影響
されることがないように、保護カバー７０が設けられて
いる。この保護カバー７０は、門型に折り曲げられた複
数の板状部材から構成され、これら複数の板状部材を重
合すると共に各板状部材の側部下方先端を曲げ中心軸５
２に枢着してなるもので、前部ガイド管５１を先端が下
方に向くように回動させると、板状部材が枢着された曲
げ中心軸５２を中心として回動して保護カバー７０が略
扇状にひろがり、前部ガイド管５１を先端が上方に向く
ように回動させると、板状部材が枢着された曲げ中心軸
５２を中心として重合するように回動して保護カバー７
０が狭められるように構成されている。なお、保護カバ
ー７０は、複数の板状部材を枢着したこの実施の形態に
限定されることなく、例えばベローズ状の単一部材を用
いる等とすることも可能である。

【００６８】次に、以上のように構成されたこの実施の
形態における温度測定装置の、光ファイバ１を炉３０の
中心ＣＬの溶湯４の表面から所定の深さに挿入するため
の制御について、図１５および図１６に基づいて説明す
る。図１５に示すように、この制御の場合には、炉３０
内の溶湯４の表面の高さを検出するための溶湯面検出器
７５が炉３０の上方に設けられている。溶湯面検出器７
５は、例えばビームセンサ等のような光を用いた、ある
いは超音波を用いた高さセンサが用いられてなるもの
で、溶湯面検出器（以下、溶湯面高さセンサという）７
５から溶湯４の表面までの距離ｈ１を常時計測する。溶
湯面高さセンサ７５と曲げ中心軸５２との高さｈ２、前
部ガイド管５１の長さＬ１は予め測定されている。そし
て、前部ガイド管５１の先端からの光ファイバ１の突出
量Ｌ２および溶湯４の表面からの光ファイバ１の先端の
深さｓを一定とすると、光ファイバ１の曲げ角度θは次
式１によって求められる。

【００６９】 θ＝ＣＯＳ^-1（（Ｈ＋Ｓ）／Ｌ）＝ＣＯＳ^-1（（ｈ１＋ｈ２＋Ｓ）／（Ｌ１＋Ｌ２））・・・・・式１

【００７０】また、炉３０の幅または直径をＤとし、炉
３０の中心ＣＬから壁面までの距離または半径Ｄ／２と
すると、光ファイバ１の曲げ角度θにより生じる光ファ
イバ１の先端の鉛直線ＦＬと曲げ中心軸５２との距離Ｍ
は次式２のようになる。

【００７１】Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）・ＳＩＮθ・・・・・式２

【００７２】したがって、光ファイバ１の先端を炉３０
の中心ＣＬに挿入するために必要な可動台４０の移動量
Ｘは、炉３０の半径と距離Ｍとの差、すなわち次式３に
よって表すことができる。

【００７３】Ｘ＝Ｄ／２−（Ｌ１＋Ｌ２）・ＳＩＮθ・・・・・式３

【００７４】ここで、上記式３は、角度θの関数、すな
わち式１の溶湯４の表面の高さｈ１のみの関数となる。
そこで、この制御方法では溶湯４の温度を測定する前に
溶湯４の表面の高さｈ１を溶湯面高さセンサ７５により
計測し、図１６に示すように、計測された溶湯４の表面
の高さｈ１に基づいて上記式１および式３の演算を制御
装置８０により行い、光ファイバ１の先端を炉３０の中
心ＣＬの溶湯４の表面から所定の深さＳに挿入するよう
に、モータドライバ８１，８２を介して水平移動用モー
タ４６および折り曲げ用モータ６６に制御信号を出力
し、光ファイバ１の折り曲げ角度と可動台４０の移動量
とを制御することにより、光ファイバ１の溶湯４への挿
入位置および深さを制御する。

【００７５】位置および深さが制御された状態で溶湯に
挿入された光ファイバ１からの赤外線に基づいて、放射
温度計６により演算処理を行い、温度値に換算した温度
データをデータ処理装置８３に出力する。データ処理装
置８３では、放射温度計６が出力した温度データを受け
取って時間に対する温度の変化率等を演算し、送り出し
装置３のフィードローラ１０の駆動を制御する（図示を
省略した）。なお、フィードローラ１０の駆動のかわり
に光ファイバ１の折り曲げ角度を増して一定深さ挿入さ
せるようにしても良い。また、データ処理装置８３には
温度表示器８４等の表示装置が接続されており、温度測
定結果のデータ信号が出力されて表示されるようになっ
ている。

【００７６】次に、光ファイバ１を炉３０の中心ＣＬの
溶湯４の表面から所定の深さに挿入するための、上述し
たものとは別の制御について、図１７および図１８に基
づいて説明する。図１７に示すように、この制御におい
ては、光ファイバ１の中間部を折り曲げる際に、光ファ
イバ１の先端を常時炉３０の中心ＣＬの鉛直線に沿って
移動させるように制御し、先の実施の形態のように光フ
ァイバ１の先端が溶湯４の表面に接触したことを検出
し、その後一定時間・一定速度で溶湯内に光ファイバ１
を挿入することにより、光ファイバ１の溶湯４への挿入
深さを一定とするものである。

【００７７】この制御の場合には、図１７に二点鎖線で
示すように、水平移動用モータ４６を駆動して光ファイ
バ１の先端が炉３０の中心ＣＬに位置するように可動台
４０を移動させ、その後図１７に一点鎖線で示すよう
に、折り曲げ用モータ６６を駆動して曲げ中心軸５２を
中心に前部ガイド管５１を回動させると共に、光ファイ
バ１の先端が炉３０の中心ＣＬの鉛直線に沿って移動す
るように、さらに水平移動用モータ４６を駆動して可動
台４０を前進させる。前部ガイド管５１の回動に伴って
光ファイバ１の先端を炉３０の中心ＣＬの鉛直線に沿っ
て移動させるために必要な可動台４０の前進移動量Ｙ
は、次式４によって表される。

【００７８】Ｙ＝（Ｌ１＋Ｌ２）×（１−ＳＩＮθ）・・・・・式４

【００７９】図１８に示すように、制御装置９０では、
式４に基づく演算が行われ、モータドライバ９１，９２
を介して水平移動用モータ４６および折り曲げ用モータ
６６に制御信号を出力し、光ファイバ１の折り曲げ角度
と可動台４０の移動量とを制御する。また、制御装置９
０には放射温度計６が出力する温度データが出力されて
おり、制御装置９０では温度データを受け取って時間に
対する温度の変化率等を演算し、その演算結果に基づい
て光ファイバ１の溶湯４の表面への接触を判断する。

【００８０】そして、図１７に実線で示すように、光フ
ァイバ１の先端が溶湯４の表面に接触し、この接触が検
出されると、送り出し装置３のフィードローラ１０の駆
動を制御する（図示を省略した）。また、データ処理装
置９３には温度表示器９４等の表示装置が接続されてお
り、温度測定結果が表示されるようになっている。

【００８１】以上説明したように、本発明に係る温度測
定装置を、進退移動装置が光ファイバ１の送り出し装置
３を略水平方向に進退移動させる水平移動装置３５から
なり、光ファイバ１の中間部を折り曲げる折り曲げ装置
３６を備えた実施の形態とした場合には、設置する場所
に高さ方向の空間の余裕を必要とせず、しかも、炉の上
方を開放することなく溶湯の温度を測定することができ
るため、炉の熱による放射温度計等への影響を考慮する
必要がなく、また、温度を測定する際に炉の温度を逃が
して低下させる等の悪影響を及ぼすことがない。

【００８２】またファイバの送り出し装置３を、折り曲
げ装置３６よりも光ファイバ１の先端側に配置した場合
には、光ファイバ１の中間部を折り曲げ装置により折り
曲げてもその突出量を変化させることがない。

【００８３】次に、本発明の光ファイバを用いた溶融金
属の温度測定方法およびその装置の一実施の形態として
上述し、あるいは図６のａまたは図１０のａ’や図１５
および図１７中に符号Ｌ２で示したように、ガイド管の
先端から光ファイバを一定長さに突き出させるための光
ファイバの突き出し量制御方法を、図１９ないし図２５
に基づいて説明する。

【００８４】本発明の光ファイバの突き出し量制御方法
は、概略、光ファイバ１をガイド管１００内に挿通し、
ガイド管１００に対する光ファイバ１の先端１ｅの原点
位置を検知し、この検知結果に基づいてガイド管１００
から先端１ｅが所定量突き出るように光ファイバ１を送
り出すものである。そして、光ファイバ１の先端１ｅの
原点位置は、光ファイバ１を引き戻し、検知位置におけ
る光ファイバ１の有無に基づいて検知するものである。
さらに、検知位置における光ファイバ１の有無は、ガイ
ド管１００内に温度調節用流体１０１を流通させ、この
温度調節用流体１０１の流量または圧力に基づいて検知
するものである。なお、この実施の形態においては、温
度調節用流体は、高温で溶融された溶湯の温度による影
響を防ぐための冷却用気体として、圧縮された略室温の
空気（冷却エア）１０１を用いた場合によって説明す
る。冷却用気体は、冷却エア１０１に代えて、上述した
不活性ガスを用いることができることは勿論のことであ
る。

【００８５】図１９に示すように、この実施の形態の場
合、ガイド管１００は、密閉された空間を形成する外部
管と内部管とを備えた二重構造を呈したものからなる。
ガイド管１００の後端側には、ガイド管１００内の空間
に冷却エア１０１を供給するためのパイプ１０２が接続
され、ガイド管１００の前端側内周面には、供給された
冷却エア１００を、挿通された光ファイバに対して噴出
させると共にガイド管の内周から先端に向かって排出さ
せるように流通させるための噴出穴１０３が複数形成さ
れている。ガイド管１００の先端には、この実施の形態
の場合、ガイド管とは別体のエア噴出部１０４がねじ等
（図示を省略した）により着脱可能に取付けられてい
る。エア噴出部１０４は、ガイド管１００と略同じ外径
および内径を有するリング状のものからなり、その内径
は挿通された光ファイバ１との間に所定の間隔αを有す
るように設定されている。エア噴出部１０４は、冷却用
エアをガイド管１００の内部空間に供給するためのパイ
プ１０２から分岐させた接続管１０５が接続されてい
る。接続管１０５の中間には、パイプ１０２からエア噴
出部１０４に流通する冷却用エア１０１の流量をモニタ
リングするための流量センサ１０６が介装されている。
そして、エア噴出部１０４には、光ファイバ１が挿通さ
れるエア噴出部１０４の内周に、パイプ１０２から分岐
した接続管１０５に流通する冷却エア１０１を噴出させ
るためのノズル１０７が設けられている。このノズル１
０７のガイド管１００長手方向における位置は、光ファ
イバ１の先端１ｅの原点位置を検知するための検知位置
となる。なお、図１９においては省略したが、接続管１
０５のパイプからの分岐部と流量センサ１０６との間に
は、図２０および図２１に示すように、エア噴出部１０
４のノズル１０７に最適な流量の冷却エア１０１を供給
するための絞り弁１０８が介装されている。

【００８６】このように構成されたガイド管１００、エ
ア噴出部１０４、接続管１０５および流量センサ１０６
を備えた温度測定装置では、図２０に示すように、エア
噴出部１０４のノズル１０７に対向するように光ファイ
バ１がある場合には、図２２にＱ₁ で示すように、エア
噴出部１０４のノズル１０７から供給される冷却エア１
０１が光ファイバ１とエア噴出部１０４の内周との間の
間隙から流出することとなるため、流量センサ１０６の
検出する流量Ｑi が低く、また、図２１に示すように、
エア噴出部１０４のノズル１０７に対向するように光フ
ァイバ１がない場合には、図２２にＱ₂ で示すように、
エア噴出部１０４のノズル１０７からエア噴出部１０４
の内周に冷却エア１０１が自由に噴出するために、流量
センサ１０６の検出する流量Ｑi が高くなるという現象
が起る。なお、リング状に形成されたエア噴出部１０４
は、光ファイバ１がノズル１０７から噴出する冷却エア
１０１により偏位するのを防止するように、光ファイバ
１を位置決めする機能を有する。エア噴出部１０４のノ
ズル１０７の対向面には、図２３に示すように、エア噴
出部１０４の内周側から外側にわたって貫通する穴１０
９をノズル１０７の径よりも大きく形成し、ノズル１０
７から噴出する冷却エア１０１を逃がすための通路とす
ることもできる。

【００８７】この実施の形態では、上記現象を利用する
ことにより、光ファイバ１の先端１ｅの原点位置を検知
して突き出し量を調整制御する。以下にこの制御のため
の温度測定装置の制御を説明する。光ファイバ１の突き
出し量を調整するための制御は、測定スタート信号を発
信してから（例えば、図５のＳ３０）、フィードローラ
１０を所定数回転させて光ファイバ１をガイド管１１の
先端から所定量突出させるように送り出す（Ｓ３１）ま
での間、あるいは、前サイクルの温度測定が終了してか
ら、次の温度測定サイクルを開始するために光ファイバ
１を送り出す（Ｓ３１）までの間に行われる。

【００８８】この実施の形態においては、図２５にフロ
ーチャートで示すように、前サイクルの温度測定が終了
してから、最初に測定スタート信号を発信し（Ｓ２０
０）、光ファイバ１を引き戻すようにフィードローラ１
０を逆回転させる（Ｓ２１０）。そして、流量センサ１
０６が冷却エア１０１の流量が低いことをと検知してい
る間はエア噴出部１０４のノズル１０７に対向して光フ
ァイバ１があると判断してフィードローラ１０の逆回転
が続けられ、光ファイバ１の先端１ｅがエア噴出部１０
４のノズル１０７（検知位置）よりも後方に引き戻さ
れ、冷却エア１０１の流量が高くなったことと流量セン
サ１０６が検知すると、光ファイバ１がないと判断され
（Ｓ２２０）、光ファイバ１の引き戻しが停止される
（Ｓ２３０）。この停止位置が、光ファイバ１の先端１
ｅの原点位置となるのである。

【００８９】次いで、フィードローラ１０を所定数回転
させて光ファイバ１を先端原点位置から所定量送り出す
（Ｓ３１）。フィードローラ１０の回転が所定数に達し
たと判断すると、光ファイバ１の送り出しを停止する、
すなわちフィードローラ１０の回転を停止させ（Ｓ３
３）、光ファイバの突き出し量を調整するための制御を
終了する。そして、この調整制御に続いて、図５または
図９に示したように、シリンダ下降開始（Ｓ３４）以降
の温度測定のための制御を開始する。

【００９０】次に、本発明の光ファイバの突き出し量制
御方法の別の実施の形態を図２６ないし図２８に基づい
て説明する。なお、この実施の形態においては、上述し
た実施の形態と異なる部分のみを説明することとし、共
通の部分または相当する部分については上述の実施の形
態と同じ符号を付して説明を省略する。

【００９１】この実施の形態が上述した実施の形態と大
きく異なるのは、パイプ１０２からエア噴出部１０４に
流通する冷却エア１０１のモニタリングするものが、そ
の流量に代えて圧力とした点にある。すなわち、冷却エ
ア１０１をモニタリングする流量センサ１０６に代え
て、図２６および図２７に示すように、背圧センサ１１
０が接続管１０５の中間部に介装されている。

【００９２】この実施の形態においては、図２６に示す
ように、エア噴出部１０４のノズル１０７に対向するよ
うに光ファイバ１がある場合には、図２８に示すよう
に、背圧センサ１１０の検出する背圧（圧力）Ｐ_i が高
く、また、エア噴出部１０４のノズル１０７に対向する
ように光ファイバ１の先端１ｅがない場合には、図２７
に示すように、背圧センサ１１０の検出する背圧Ｐ_i が
低くなるという現象が起る。この現象により、検知位置
における光ファイバ１の有無を検知するのである。

【００９３】なお、この実施の形態においては、ガイド
管１００の先端にエア噴出部１０４を取付け、エア噴出
部１０４にノズル１０７を設けた場合によって説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、図２４に示す
ように、ガイド管１００の前端内周面に開口するよう形
成された噴出穴１０３よりも後方にノズル１０７を設け
ることもできる。

【００９４】また、上述した実施の形態ではガイド管１
００およびこれに挿通された光ファイバ１を冷却するた
めの冷却エアを検出位置から噴出させる場合によって説
明したが、本発明は、これに限定されることなく、検出
位置から周囲の空気を吸引し、この吸引する際の流量や
圧力をモニタリングしてもよく、また、レーザ光線を用
いて、検知位置における光ファイバの有無によりレーザ
光線が遮られるか否かにより光ファイバの先端原点位置
を検出する等、他の手法を用いることができる。

【００９５】本発明の光ファイバの突き出し量制御方法
において、ガイド管１００等を冷却するための冷却エア
１０１を用いる場合には、光ファイバ１の先端１ｅの原
点位置を簡単な構造および制御により正確に検知するこ
とができる。

【００９６】次に、上述したものとは別の本発明に係る
光ファイバの突き出し量制御方法について、図２９ない
し図３２に基づいて説明する。なお、この光ファイバの
突き出し量制御方法を説明するにあたっては、図１に示
した既述の温度測定装置を用いた場合によって、図５お
よび図９も参照しながら説明する。

【００９７】本発明の光ファイバの突き出し量制御方法
は、概略、光ファイバ１を先端から所定量突き出された
状態で送り出し可能に挿通保持したガイド管１１を、温
度測定を行いながら溶湯４の表面に近接移動させ、ガイ
ド管１１の移動したストローク量を検知し、該ストロー
ク量に基づいて光ファイバ１の送り出し量を決定するも
のである。そして、光ファイバ１の送り出し量は、ガイ
ド管１１のストローク量の基準範囲を設定し、該ガイド
管のストローク量が基準範囲内の場合には所定量の光フ
ァイバ１を送り出し、ガイド管１１のストローク量が基
準範囲以下の場合には、所定量以下の光ファイバ１を送
り出し、ガイド管１１のストローク量が基準範囲以上の
場合には所定量以上の光ファイバ１を送り出すように決
定するものである。また、決定された光ファイバ１の送
り出し量は、送り出し装置３のフィードローラ１０の回
転数により制御するものである。

【００９８】図２９は、光ファイバ１の送り出し量を決
定するためのフローチャートを示し、図３０は、溶湯４
の表面に対する光ファイバ１の突き出し量とガイド管１
１のストローク量ｈとの変化の関係を示す説明図であ
り、図３１は、ガイド管１１のストローク量ｈの測定回
数における検知結果の変化と、設定された基準範囲とを
示すグラフであり、図３２は、ガイド管１１のストロー
ク量ｈの検知結果とこれに基づいて決定された光ファイ
バ１の送り出し量（送り長さＬ）との関係を示すグラフ
である。

【００９９】図１のロッドレスシリンダ１６には、その
ストローク量を検知するためのセンサ（図示を省略し
た）が設けられている。すなわち、ロッドレスシリンダ
１６のストローク量を検知することにより、ロッドレス
シリンダ１６に支持された送り出し装置３のガイド管１
１のストローク量が検知されることとなる。センサは、
ロッドレスシリンダ１６の位置座標を検出してその信号
を制御装置７に送る。

【０１００】本発明の光ファイバの突き出し量制御方法
は、図５または図９に示したような温度測定おいて、温
度データの演算（Ｓ５３）が完了してから、温度測定の
１サイクルが終了（Ｓ５５）するまでの間の、測定結果
を表示器２０やコンピュータ２１に出力（Ｓ５４）する
前後に行われる。

【０１０１】図５または図９に示したように、光ファイ
バ１を先端から突き出した状態で保持したガイド管１１
がロッドレスシリンダ１６の下降駆動の開始（Ｓ３４）
により溶湯４の表面に近づく。このとき、放射温度計６
の温度データは制御装置７に入力され（Ｓ３５）、温度
変化率が規定値を越えたことを検出することにより（Ｓ
３７）、光ファイバ１の先端が溶湯４の表面に接触した
と判断して溶湯面検知信号が出力される（Ｓ３８）。制
御装置７では、ロッドレスシリンダ１６に設けられたセ
ンサにより、シリンダ１６の下降開始（Ｓ３４）の位置
座標の信号と、溶湯面検知信号（Ｓ３８）が出力された
時の位置座標の信号とを検知し、両位置座標の信号等に
基づいてガイド管１１の移動したストローク量を算出す
る（Ｓ３００）。

【０１０２】図３０は、ガイド管１１の先端からの光フ
ァイバ１の突き出し量が長い場合（ａ）、適切な場合
（ｂ）、短い場合（ｃ）の光ファイバ１が溶湯の表面に
接触するまでのガイド管１１のストローク量ｈ_a 、ｈ
_b 、ｈ_c をそれぞれ示している。図３０から明白なよう
に、ガイド管１１の先端からの光ファイバ１の突き出し
量が適切な場合（ｂ）よりも長い場合（ａ）には、ガイ
ド管１１のストローク量ｈ _a が適切な場合のストローク
量ｈ_b よりも短くなる。また、ガイド管１１の先端から
の光ファイバ１の突き出し量が適切な場合（ｂ）よりも
短い場合（ａ）には、ガイド管１１のストローク量ｈ_a
が適切な場合のストローク量ｈ_b よりも長くなる。

【０１０３】図３１に破線で示すように、制御装置７に
は、ガイド管１１のストローク量の設定された基準範囲
としての上限値ｈ₃ および下限値ｈ₂ が格納されてい
る。そして、制御装置７では、図３１に実線で示したよ
うに、ガイド管１１のストローク量が上限値ｈ₃ を上回
る場合には、図３０の（ｃ）に示したように、ガイド管
１１の先端からの光ファイバ１の突き出し量が短いと判
断する。一方、図３１に鎖線で示したように、ガイド管
１１のストローク量が下限値ｈ₂ を下回る場合には、図
３０の（ａ）に示したように、ガイド管１１の先端から
の光ファイバ１の突き出し量が長いと判断する。

【０１０４】さらに、制御装置７には、ガイド管１１の
ストローク量に応じた光ファイバ１の送り長さＬが格納
されている。図３２に示すように、ガイド管１１のスト
ローク量が設定された基準範囲ｈ₃ 〜ｈ₂ 内にある場合
には、光ファイバ１の送り長さＬは、初期値Ｌ₂ とし
て、例えば１．０（単位長さ）に設定されている。ま
た、ガイド管１１のストローク量が設定された基準範囲
を下回る（ガイド管１１の先端からの光ファイバ１の突
き出し量が長い）場合であって、ｈ₂ 〜ｈ₁ の範囲にあ
るときには、光ファイバ１の送り長さＬ₁ が例えば０．
５（単位長さ）に設定され、ｈ₁ 〜０の範囲にあるとき
には、光ファイバ１の送り長さＬ₀ が０に設定されてい
る。さらに、ガイド管１１のストローク量が設定された
基準範囲を上回る（ガイド管１１の先端からの光ファイ
バ１の突き出し量が短い）場合であって、ｈ₃ 〜ｈ₄ の
範囲にあるときには、光ファイバ１の送り長さＬ₃ が例
えば１．５（単位長さ）に設定され、ｈ₄ 〜許容範囲の
上限までの範囲にあるときには、光ファイバ１の送り長
さＬ₄ が２．０（単位長さ）に設定されている。なお、
ガイド管１１のストローク量の許容範囲の上限は、ガイ
ド管１１の先端が溶湯４の表面に接触するおそれが発生
する時点に設定されている。この上限をガイド管１１の
ストローク量が越える場合には、ガイド管１１のストロ
ーク量の基準範囲ｈ₃ 〜ｈ₂ または／および光ファイバ
１の送り長さの初期値Ｌ₂ の設定を変更する。

【０１０５】図２９に示すように、ガイド管１１の移動
したストローク量が算出され（Ｓ３００）、溶融金属の
温度測定結果を表示器２０やコンピュータ２１に出力
（Ｓ５４）し終えると（Ｓ５４）、制御装置７は、ガイ
ド管１１のストローク量に応じた光ファイバ１の送り長
さＬ＝Ｌ₀ 〜Ｌ₄ を決定し（Ｓ３１０）、次いで、これ
に合わせてフィードローラ１０の回転数を決定し（Ｓ３
２０）、送り出し装置３のパルスモータ等に駆動信号を
出力する。なお、この実施の形態においては、光ファイ
バ１の送り長さＬ₀ 〜Ｌ₄ を０〜２．０までの０．５
（単位長さ）毎に５段階に設定した場合によって説明し
たが、本発明はこれに限定されることなく、光ファイバ
１の送り長さをさらに細分化してフィードローラ１０の
回転数を無段階に決定することもできる。

【０１０６】次の温度測定サイクルでは、フィードロー
ラ１０はパルスモータ等の駆動によって回転し（Ｓ３
１）、制御装置７により決定された回転数に達する（Ｓ
３２）ことにより、光ファイバの突き出し量が規定長さ
となったと判断されると（Ｓ３２）、フィードローラ１
０の回転を停止する（Ｓ３３）。このときには、光ファ
イバ１は、図３０の（ｂ）に示すように、次の温度測定
サイクルに適切な長さでガイド管１１の先端から突き出
た状態となる。

【０１０７】この実施の形態においては、図１に示した
温度測定装置を用いた場合によって説明したが、本発明
はこれに限定されることなく、図１１乃至図１８に示し
たように、ロッドレスシリンダに代えて光ファイバ１の
送り出し装置３を略水平方向に進退移動させる水平移動
装置３５と、光ファイバ１の中間部を折り曲げて溶湯４
の表面にその先端を向かせる折り曲げ装置３６とからな
る進退移動装置を備えた温度測定装置等、他の温度測定
装置を用いる場合にも適用することができる。

【０１０８】本発明の光ファイバの突き出し量制御方法
において、温度測定を行いながらガイド管１１を溶湯４
の表面に近接移動させ、ガイド管１１の移動したストロ
ーク量を検知することにより、光ファイバ１の送り出し
量を決定する場合には、容易に光ファイバ１をガイド管
１１の先端から突き出させることができる。

【０１０９】

【発明の効果】上記第１の発明によれば、光ファイバの
溶融金属への浸漬深さを一定に制御することにより、温
度測定の精度を向上することができる溶融金属の温度測
定方法を提供することができる。

【０１１０】また、上記第２の発明によれば、光ファイ
バの溶融金属への浸漬深さを一定に制御することによ
り、温度測定の精度を向上することができる溶融金属の
温度測定装置を提供することができる。

【０１１１】進退移動装置が光ファイバの送り出し装置
を略水平方向に進退移動させる水平移動装置と、光ファ
イバの中間部を折り曲げる折り曲げ装置とを備えた場合
にあっては、温度測定装置を設置する場所に高さ方向の
空間の余裕を必要とせず、また、炉の上方を開放するこ
となく溶湯の温度を正確に安定して測定することができ
る。

【０１１２】送り出し装置を光ファイバの先端と折り曲
げ部との間に配置した場合にあっては、光ファイバの溶
融金属への浸漬深さを正確に制御することができる。

【０１１３】さらに、上記第５の発明によれば、ガイド
管内に挿通したに光ファイバの先端原点位置を検知し、
この検知結果に基づいて光ファイバを送り出すことによ
り、光ファイバの先端をガイド管から所望する長さに正
確に突き出させるよう光ファイバを送り出すことができ
る。

【０１１４】光ファイバを引き戻し、検知位置における
光ファイバの有無を検知する場合には、簡単な制御によ
り、光ファイバの先端原点位置を検知することができ
る。

【０１１５】ガイド管内に流通される光ファイバの温度
調節用流体を用いて、その流量を検知する場合には、簡
単な構造の温度測定装置により検知位置における光ファ
イバの有無を検知することができる。

【０１１６】ガイド管内に流通される光ファイバの温度
調節用流体を用いて、その圧力を検知する場合には、簡
単な構造の温度測定装置により検知位置における光ファ
イバの有無を検知することができる。

【０１１７】さらにまた、上記第９の発明によれば、光
ファイバをガイド管内に送り出し可能に挿通保持し、光
ファイバをガイド管先端から所定量突き出させた状態
で、温度測定を行いながら溶融金属にガイド管を近接移
動させ、ガイド管の移動したストローク量を検知し、該
ストローク量に基づいて光ファイバの送り出し量を決定
することにより、溶融金属の表面に対して光ファイバの
先端を簡易に安定して所定量突き出させることができ
る。

【０１１８】ガイド管のストローク量の基準範囲を設定
し、該ガイド管のストローク量が基準範囲内の場合には
所定量の光ファイバを送り出し、ガイド管のストローク
量が基準範囲以下の場合には、所定量以下の光ファイバ
を送り出し、ガイド管のストローク量が基準範囲以上の
場合には所定量以上の光ファイバを送り出すように光フ
ァイバの送り出し量を決定する場合には、光ファイバの
先端を適切に突き出させることができる。

【０１１９】光ファイバの送り出しを、フィードローラ
の回転数により制御する場合には、光ファイバの先端を
突き出させるための付加装置を必要とすることなく、突
出量を無段階に調整制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶融金属の温度測定装置の全体を
示す概念図である。

【図２】光ファイバケーブルの断面図である。

【図３】光ファイバの送り出し装置を示す拡大図であ
る。

【図４】本発明に係る溶融金属の温度測定装置により得
た温度測定結果を溶解炉にフィードバックする状態を示
す説明図である。

【図５】本発明に係る溶融金属の温度測定方法の制御内
容を示すフローチャートである。

【図６】図５に示したフローチャートにしたがって制御
される光ファイバとガイド管の状態を示す説明図であ
る。

【図７】制御装置が放射温度計から受け取る温度データ
の一例を示したグラフである。

【図８】放射温度計から受け取った温度データから制御
装置が演算した温度変化率を示したグラフである。

【図９】本発明に係る溶融金属の温度測定方法の別の実
施の形態の制御内容を示すフローチャートである。

【図１０】図９に示したフローチャートにしたがって制
御される光ファイバとガイド管の状態を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明に係る溶融金属の温度測定装置の別の
実施の形態を示す概念図である。

【図１２】図１１の部分拡大図である。

【図１３】図１２の状態から前部ガイド管を回動・傾斜
させた状態示す図である。

【図１４】図１３２の状態からさらに前部ガイド管を回
動・傾斜させ状態示す図である。

【図１５】可動台の前進移動と前部ガイド管の回動との
制御を示す概念図である。

【図１６】図１５に示した制御を行うための構成を示す
ブロック図である。

【図１７】可動台の前進移動と前部ガイド管の回動との
別の制御を示す概念図である。

【図１８】図１７に示した制御を行うための構成を示す
ブロック図である。

【図１９】本発明の光ファイバ突き出し量制御方法に用
いいられるガイド管の構造を示す断面図である。

【図２０】エア噴出部のノズルに対向して光ファイバが
ある場合を示す説明図である。

【図２１】エア噴出部のノズルに対向して光ファイバが
ない場合を示す説明図である。

【図２２】エア噴出部のノズルに対向して光ファイバが
ある場合とない場合の冷却エアの流量の変化を示す説明
図である。

【図２３】エア噴出部のノズルの対向面に冷却エアを逃
がすための通路を形成した場合の変形例を示す平断面図
である。

【図２４】図１９に示したガイド管の変形例を示す断面
図である。

【図２５】本発明の光ファイバ突き出し量を調整制御す
るための制御を示すフローチャートである。

【図２６】図２１に示したエア噴出部に接続される流量
センサに代えて、背圧センサとした、エア噴出部のノズ
ルに対向して光ファイバがある場合を示す説明図であ
る。

【図２７】図２２に示したエア噴出部に接続される流量
センサに代えて、背圧センサとした、エア噴出部のノズ
ルに対向して光ファイバがない場合を示す説明図であ
る。

【図２８】エア噴出部のノズルに対向して光ファイバが
ある場合とない場合の冷却エアの背圧の変化を示す説明
図である。

【図２９】光ファイバの送り出し量を決定するためのフ
ローチャートである。

【図３０】溶湯の表面に対する光ファイバの突き出し量
とガイド管のストローク量との変化の関係を示す説明図
である。

【図３１】ガイド管のストローク量の測定回数における
検知結果の変化と、設定された基準範囲とを示すグラフ
である。

【図３２】ガイド管のストローク量の検知結果と、これ
に基づいて決定された光ファイバの送り出し量との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１光ファイバ３送り出し装置４溶湯５進退移動装置６放射温度計７制御装置３５進退移動装置３６折り曲げ装置１００ガイド管１０１冷却エア（温度調節用流体）１０６流量センサ１０７ノズル１１０背圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバの一端を溶融金属中に挿入
し、光ファイバを通過した赤外線に基づいて溶融金属の
温度を測定する光ファイバを用いた溶融金属の温度測定
方法において、温度測定を行いながら光ファイバを溶融金属に近づけ、
光ファイバの先端が溶融金属表面に接触したことを検出
すると共にさらに光ファイバを一定速度で溶融金属内に
挿入し、光ファイバの先端が溶融金属表面に接触してか
ら所定時間経過後に光ファイバの挿入を停止することを
特徴とする溶融金属の温度測定方法。
【請求項２】溶湯内に光ファイバを挿入する送り出し
装置と、光ファイバからの赤外線により温度を検出する
放射温度計とを有する溶融金属の温度測定装置におい
て、光ファイバの送り出し装置を溶融金属に対して進退移動
可能に支持する進退移動装置と、放射温度計からの温度
データに基づいて光ファイバの先端を溶融金属の表面か
ら一定の深さに挿入させるように送り出し装置と進退移
動装置とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とす
る溶融金属の温度測定装置。
【請求項３】進退移動装置は、光ファイバの送り出し
装置を略水平方向に進退移動させる水平移動装置と、送
り出し装置により送り出された光ファイバの中間部を折
り曲げる折り曲げ装置とを備えてなる請求項２に記載の
溶融金属の温度測定装置。
【請求項４】光ファイバの先端部と折り曲げ部との間
に送り出し装置を配置したことを特徴とする請求項３に
記載の溶融金属の温度測定装置。
【請求項５】溶融金属の表面に対して光ファイバの先
端を所定量突き出させるための光ファイバの突き出し量
制御方法であって、光ファイバをガイド管内に挿通し、ガイド管に対する光
ファイバの先端原点位置を検知し、この検知結果に基づ
いて前記ガイド管から先端が所定量突き出るように光フ
ァイバを送り出すことを特徴とする光ファイバの突き出
し量制御方法。
【請求項６】光ファイバの先端原点位置は、光ファイ
バを引き戻し、検知位置における光ファイバの有無に基
づいて検知することを特徴とする請求項５に記載の光フ
ァイバの突き出し量制御方法。
【請求項７】ガイド管内に光ファイバの温度調節用流
体を流通させ、検知位置における光ファイバの有無を、
前記温度調節用流体の流量に基づいて検知することを特
徴とする請求項６に記載の光ファイバの突き出し量制御
方法。
【請求項８】ガイド管内に光ファイバの温度調節用流
体を流通させ、検知位置における光ファイバの有無を、
前記温度調節用流体の圧力に基づいて検知することを特
徴とする請求項６に記載の光ファイバの突き出し量制御
方法。
【請求項９】溶融金属の表面に対して光ファイバの先
端を所定量突き出させるための光ファイバの突き出し量
制御方法であって、光ファイバをガイド管内に送り出し可能に挿通保持し、
光ファイバをガイド管先端から所定量突き出させた状態
で、温度測定を行いながら溶融金属にガイド管を近接移
動させ、ガイド管の移動したストローク量を検知し、該
ストローク量に基づいて光ファイバの送り出し量を決定
することを特徴とする光ファイバの突き出し量制御方
法。
【請求項１０】ガイド管のストローク量の基準範囲を
設定し、該ガイド管のストローク量が基準範囲内の場合
には所定量の光ファイバを送り出すよう決定し、ガイド
管のストローク量が基準範囲以下の場合には、所定量以
下の光ファイバを送り出すよう決定し、ガイド管のスト
ローク量が基準範囲以上の場合には所定量以上の光ファ
イバを送り出すよう決定することを特徴とする請求項９
に記載の光ファイバの突き出し量制御方法。
【請求項１１】光ファイバの送り出しは、フィードロ
ーラの回転数により制御することを特徴とする請求項９
または１０に記載の光ファイバの突き出し量制御方法。