JPS62163935A - 熱間静水圧加圧装置の炉内温度測定方法 - 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） 本発明は熱間静水圧加圧（以下ＨＩＰと略記する。）装
置の炉内温度を測定するための測定法、特に閉端管先端
部の熱放射を集束する測温光学系に改良を加えた上記Ｈ
＋ｐｇ置の炉内温度測定方法に関するものである。

（従来の技術） ＨＩＰ装置は高温と高圧の相来効果を利用して粉体の加
圧焼結、焼結晶や鍛造品の欠陥除去あるいは拡散接合な
どを行う装置であって、近年、頓にその工業的利用が江
目されているが、最近ではその適用はエンジニアリング
セラミックスを対象として１７００℃〜２１００℃の品
温領域に拡がっている。

ところで、かかる装置においてはその高温高圧炉内の温
度制御は処理効果の上に極めて車装であり、そのため炉
内温度を検知するための温度測定手段が種々溝ぜられて
おり、現在では閉端管を利用した放射測温手段等の（采
用が取沙汰されている。

第６図、第９図はかかる炉内の温度測定手段を設けた既
知のＨＩＰ装置の各個を示す。

即ち、第６図は閉端管（１５）と光ファイバ（１６）を
使用し、該閉端管（１５）を断熱層（１２）を含む高圧
容器（１１）の下Ｍ　（１３）上に試料台（１４）が設
置されたＨＩＰ装置の前記断熱層（１２）によって区画
形成された炉室内に被測温部位に先端が位置されるよう
設置し、閉端管からの熱放射を閉端管下部にある光ファ
イバ（１６）により炉外に導き、放射温度計（１７）か
らなる測定系に接続した装置（特開昭６０−１３３３２
７号公報参照）であり、閉端管からの放射光を光ファイ
バ（１６）へ取り入れるのに第７図の如（直接、光ファ
イバ（１６）へ入射させる方法あるいは第８図の如くレ
ンズ（１９）を用いたコリメータ（２０）で光ファイバ
（１６）へ集光する方法などがあり、一方、第９図はＨ
ＩＰ装置の炉室、即ち、処理室に上端が閉鎖された長短
細長円管（３０）　（３１）を、その上端部が処理室内
に、そして開放された他端が処理室外に位置するよう設
置し、その開口端部に放射温度計の測定端子（３２）　
（３３）を細長円管（３０）　（３１）上端部に焦点を
結ぶように調節して収り付け、測定端子（３２）　（３
３）より検出される信号を光学信号ケーブル（３４）　
（３５）を通してＨＩＰ装置内の温度変換装置（３６）
に轟き、これにより温度に対応した出力を間圧容器を貫
通するリード線（３７）により外部へ取り出し、処理室
温度自動制御装置（３８）、サイリスク制′４ａ装置（
３９）等により上下両ヒータ（４０）　（４１）の制御
を行うようにした装置（Ｗ開開６０−１４４４６２７号
公報参照）である。

しかしながら、Ｈｒｐｇ置内において、前記光学系の置
かれた場所は通常、３００℃、２０００気圧程度であり
、該雰囲気を形成するＡｒもしくはＮ２などのガスの密
度は常温、常圧の場合とは著しく異なり、高密度となっ
ている。特に第６図に示す装置におけるコリメータ（第
８図参照）の設置される部分は比較的温度が低いため更
に密度が高くなっている。

その結果、ガスの屈折率は密度の増加と共に増加し、常
温常圧の場合の値より増大し、常温常圧下の空気中用に
設計されたレンズ、光ファイバの光学特性、例えばレン
ズ焦点距離、光ファイバの開口数などが変化し温度計特
性に影響を与えることになる。

これを更に詳述すると、レンズの焦点距離は通常、次式
のように表わされる。

ｎ−１ｒｎ−１ｒ ここで、 ｒ＋＋ｒｚ；レンズの両面曲率半径 ｌ 但し、ｎＬ　：レンズ材質の絶対屈折率。

ｎ９　；レンズ周囲媒質の絶対屈折率 そして、常温常圧のガスではｎ９は殆ど１に等しく、そ
の条件でレンズが設計されている。

ところが、次表に示すようにガスの絶対屈折率は圧力に
よって変化し、上記の式より焦点距離は変化して了う。

（高圧実験技術とその応用、４４１貞参照） 勿論、ＨＩＰｇ置内は高圧と同時に高温であるため密度
は減少傾向にあり、屈折変化率は前記表の場合より少な
いが、測温用光学系の状態が変化することには変わりは
ない。

このような状態下、従来の測温手段にあっては、かかる
ＨＩＰ装置運転条件による媒質ガスの屈折率の変動に対
しよく対応しておらず、充分な安定測温をなすには至っ
ていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は畝上の如き実状に対処し、受光部に測温対象点
からの熱放射エネルギーを効果的に集光させる手段を見
出すことにより、前記の欠陥を解消し、媒質屈折率の変
動など炉内雰囲気の変動に対応し、安定な測温を可能な
らしめることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合し、所期の効果を達成する本発明
の特徴とするところは、前記の如きＨＩＰ装置の高圧炉
内に閉端管を設置し、該閉端管先端部の熱放射エネルギ
ーを測温用光学系により受光部に集光し、これを検出部
に導き炉内の温度を測定するにあたり、前記光学系とし
て入射面が測温対象点を中心とした球面、出射面が集光
点を中心とした球面よりなる中実のレンズにより構成さ
れた光学系を用い放射エネルギーの集束を行う点にある
。

ここで、測温用光学系とは通常、コリメータ光学系と呼
ばれるものを云い、又、測温対象点とは閉端管先端部、
集光点とは受光部の例えば光ファイバの開口部あるいは
受光素子そのものが相当する。

又、検出部は既知のように光電変換器、アンプ。

放射率補正回路、リニアライザなどによって構成され、
温度表示を行うものである。

なお、光学系における前記入射面が測温対象点を中心と
した球面、出射面が集光点を中心とした球面よりなる中
実のレンズとしては、入射面も出射面も凹面であり、一
様な材質では集光作用がないところから構成に際し内部
に屈折率の高い凸レンズ状部分を配置し、全体として凸
レンズに形成し集光作用を具有せしめる。

これは具体的には屈折率の異なる複数枚、例えば３枚の
レンズの組み合わせあるいはレンズ中に屈折率の分布を
つけた材質のレンズによって容易に実現可能である。

（作用） 上記の如き構成から本発明測温方法によれば、測温対象
点からレンズへ入る光線およびレンズから出て集光点へ
集まる光線はそれぞれ入射面に垂直に入射し、また出射
面に垂直に出射する。即ち入射面、出射面では屈折が起
こらない。従って、レンズ外側の媒質の屈折率が温度、
圧力の変動によって変化しても、何らこれに影響される
ことなく、光線の状態は変わらず適切な測温か可能とな
る。

（実施例） 以下、更に添付図面を参照し、本発明測温方法の具体的
な実施態様を説明する。

第１図乃至第５図は本発明測温方法の要部をなす光学系
の各側であり、図においてはＨＩ　Ｐ装置本体は省略し
ているが、通常、第６図等で示されるＨＩＰ装置のコリ
メータ光学系に通用される。

それら図において（１）はレンズ、（２）は測温対象点
、（３）は集光点を示し、レンズ（１）の入射面は測温
対象点（２）を中心とする半径ｒ１の球面となり、一方
、出射面は集光点（３）を中心とする半径ｒ２の球面と
なっている。

しかし、第１図の例では入射面、出射面ともに凹面であ
るから凹レンズとなり、レンズが一様な材質でできてい
る限り集光作用を具有しない。そこで、レンズ（１）内
に屈折率の高い部分（４）を凸レンズ状に設け、全体と
して凸レンズとし集光作用を具有するようにする。

この凸レンズ状の屈折率の高い部分（４）をレンズ（１
）中に設ける手段としては具体的には屈折率の異なる、
例えば３枚のレンズを組み合わせることによって可能で
ある。

この場合、組み合わされる各レンズの面は充分に接近さ
せ、レンズ隙間が形成する空間内の媒質による屈折の影
誓を無視できるようにする必要がある。

なお、上記レンズの組み合わせは３枚の外、入射面、出
射面の形状が上記の条件を満たす限り、かつ、全体とし
て凸レンズとなるならば２枚以上、何枚の組み合わせで
も同様である。

次に測温対象点（２）が充分遠距離である場合、あるい
は逆に測温対象点（２）が至近で入射面に接している場
合を考えると、これらの場合、入射面は第２図、第３図
の如く実質上、平面となる。又、集光点（３）が出射面
に接している場合にも第４図の如く出射面は実質平面と
なる。

しかし、これらの場合もやはり、前記の趣旨、即ち入射
面、出射面で屈折が起こらず光線が変わらないことは同
様であり、本発明の主旨に包含される。

又、上記の実施例は組み合わせレンズによるものとして
説明して来たが、屈折率分布形レンズのように単一レン
ズ内に光軸部から周辺部へ次第に屈折率が低くなるよう
に屈折率の分布を有し、凸レンズ作用のあるものも使用
可能である。第５図はかかる場合を示す。但し、この場
合も入射面。

出射面については上記同様の制限が加えられることは云
うまでもない。

かくして畝上の如きレンズ系によって構成された光学系
により集光された放射エネルギーは光ファイバ等により
検出部に伝送され、温度表示、又必要に応じヒータ制御
に供される。

（発明の効果） 本発明は以上の如＜ＨＩＰ装置の炉内の温度の測定にお
いて、光学系の構成に改良を加え、入射面が測温対象点
を中心とした球面、出射面が集光点を中心とした球面か
らなる中実のレンズにより構成した光学系を用い、放射
エネルギーの集束を行うようにしたものであり、従来装
置ではＨＩＰ装置の運転条件による媒質ガス屈折率の変
化に充分対応しておらず、屈折率変化による測温用光学
系の状態が変化し、適確に集光が行われない憾みがあっ
たが、これが前記入射面、出射面の形状からレンズへ入
る入射光線、レンズがら出て集光点へ集まる出射光線は
共に入射面、出射面に夫々垂直となり、入射面、出射面
では屈折が起こらず、従って媒質の屈折率が変化しても
何ら影響を受けることな（、雰囲気温度、圧力に依存し
ない安定した測温が可能となり、ＨＩＰ装置の測温精度
を向上し、同装置の工業的利用を推進する顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明測温方法の要部をなす光学系
の各個を示す概要図、第６図は本発明方法が適用される
）（ＩＰ装置例を示す断面概要図、第７図及び第８図は
第６図装置に使用される各光学系の４５要図、第９図は
本発明方法が適用される他のＨＩＰ装置例を示す要部（
既要図である。 （１）・・・レンズ、（２）・・・測温対象点。 （３）・・・集光点、（４）・・・屈折率の高い部分、
第１図 第２図 尊３図 諺、４０ 感５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間静水圧加圧装置の高圧炉内に閉端管を設置し、
   該閉端管先端部の熱放射を光学系によって集束し、これ
   を検出部に導き、炉内の温度を測定する方法において、
   前記光学系に入射面が測温対象点を中心とした球面、出
   射面が集光点を中心とした球面よりなる中実のレンズに
   より構成された光学系を用い、測温対象点からの放射エ
   ネルギーの集束を行うことを特徴とする熱間静水圧加圧
   装置の炉内温度測定方法。 ２、中実のレンズが内部に屈折率の高い凸レンズ状部分
   を有している特許請求の範囲第１項記載の熱間静水圧加
   圧装置の炉内温度測定方法。 ３、屈折率の高い凸レンズ状部分を内部に有する中実の
   レンズが屈折率の異なる複数枚のレンズの組み合わせで
   ある特許請求の範囲第１項記載の熱間静水圧加圧装置の
   炉内温度測定方法。