JPS62163938A - 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方法、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ＨＩＰ装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乗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７
王目されているが、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°Ｃ〜２１００°
Ｃの高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箭温高圧炉内の温
度制御は処理効果の上に極めて主要であり、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床用
が取沙汰されている。

第２図、第５図はかかる炉内の温度測定手段を設けた既
知のＨＩＰ装置の各側を示す。

即ち、第２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６０−１３３３２７
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３図の如き直接、光ファイ
バ（１６）へ入射させる方法あるいは第４図の如（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５図はＨＩ
Ｐ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）　（３
３）を細長円管（３０）　（３１）上端部に焦点を結ぶ
ように３ＪＡ（節して取り付け、測定端子（３２）　（
３３）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
）に導き、これにより温度に対応した出力を高圧容器を
貫通するリード緑（３７）により外部へ取り出し、処理
室温度自動制御装置（３８）、サイリスク制御装置（３
９）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（特開昭６０−１４４６２７号公報
参照）である。

しかしながら、Ｈｔｐｉ置内において、前記光学系の置
かれた場所は通常、３００°Ｃ，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２図に示す装置におけるコリメータ（
第４図参照）の設置される部分は比較的温度が低いため
さら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。

これを史に詳述すると、レンズの焦点距離は通ｒｌ　＋
　ｒ２　　；レンズの曲率半径Ｌ ｎ　＝ ｎｇ　；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ｎ、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真参照） 勿論、ＨＩＰ装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Ｈ
ＩＰ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） しかして、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を光学系に
よって集光し、これを放射温度計に轟き、炉内の温度を
測定するに際し、前記光学系に少な（とも１枚の凹面鏡
を含む複数枚の鏡面を用いて集束させることにある。

ここで、凹面鏡は光を集束させるものであり、従って、
その少なくとも１枚の使用は必須であるが、その複数枚
の使用の外、入射光の方向を適宜変えるため平面鏡、凸
面鏡が併用される。即ち、凹面鏡と平面鏡の組み合わせ
、凹面鏡と凸面鏡の組み合わせであり、これらも本発明
の包含するところである。

（作用） かくして上記の如き構成においては閉端管先端部からの
熱放射はその入射方向を変える平面鏡。

凸面鏡と、光を集束させる凹面鏡によって屈折を利用す
ることなく集束されて受光部に集まり、ＨＩＰ装置内の
媒質ガスの屈折率変化の影響を受けることがなくなる。

従って、鏡面の向き、焦点距離、鏡面相互間隔の変更に
よって入射光線と受光部の位置関係を調節変更し、安定
測温か可能となる。

（実施例） 以下、更に本発明装置の特徴に関し、添付図面に従って
実施例を説明する。

第１図（イ）〜（ネ）は本発明ＨＩＰ装置の炉内温度測
定における要部熱放射光集束手段の各側であり、図にお
いて（１）は入射光の方向を都合のよい方向へ変える平
面鏡、（２）は光を集束させる凹面鏡、（３１４３１は
受光部、（４）は方向を変える凸面鏡を示す。

なお、ここではＨＩＰ装置全体の構成については特に図
示していないが、同装置全体は前記第２図、第５図に示
したのと同様である。

先ず、第１図（イ）においては、上記の如きＨＩＰＷ置
における放射光集束手段として平面鏡（１１と凹面鏡（
２）が夫々配設され、平面鏡（１）によって入射光の方
向を転換して凹面鏡（２）に導き、受光部（３）に集光
させている。

この場合、平面鏡（１）と凹面鏡（２）の配置を入れ喚
えても同様である。第１図（ＩＩ）はかかる態様を示す
。

又、上記（［７）において平面鏡（１）に代え凸面鏡（
４）を使用してもよく　（第１図（ハ）参照）、史に凹
面鏡（２）を対向的に配置し、受光部（３）に集光せし
めることも可能である。（第１図（ニ）参照）なお、こ
れら各側においては１枚の凹面鏡（２）と１枚の平面鏡
（１）、凸面鏡（４）、凹面鏡（２）が組み合わせ使用
されているが、各鏡面は１枚宛に限らず、複数枚用いる
光学系も使用可能である。しかし、少なくとも１枚は凹
面鏡（２）を使用することが肝要である。何故ならば、
これによって光を集束させる必要があるからである。

とは云え、凹面鏡１枚のみを使用することは反射の場合
、反射光線が入射側へ戻り、受光部の設置の面で不便と
なるので実用的でない。

又、上記各側は同一光軸上に鏡面を配置していないが、
これは同一光軸上に配置すると入射光の一部を鏡面が遮
断し、入射光を無駄にするからであり、特に不可能とい
うことではない。

史に、鏡面の向き、焦点距離、相互の間隔も適宜変更可
能であり、この変史によって入射光と受光部の位置関係
を変史することができ、設備的制限の強いＨＩＰ装置内
部での設置が宵利である。

ところで熱放射を導く光ファイバは通常、その視野角が
広いため温度分布をもった閉端管側壁からも熱放射が入
射し、これが先端部からの熱放射に加わり、先端部の測
温に誤差を生ずる。

そこで、かかる誤差を解消する手段として、閉端管先端
の温度が側壁部の温度に比べて高温であることに鑑み、
放射温度計の測温波長を短くし、側壁、即ち、低温部か
らの熱放射の干与を減少させることが講ぜられている。

しかし、波長は短い程、測温誤差は減少するにしても、
光学材料の制限から短波長側の限界もあり、結局は０．
３μｍ以下では実質上、測温することができないとされ
、具体的な検出波長は０．３〜０．６μｍの範囲が効果
的とされている。

乃・ように測温精度には検出波長も１つの役割を有して
おり、これを変化させることによって広範囲な測温が可
能となる。

そこで、反射率の波長依存性の強い反射面を使用するこ
とが考えられる。

第１図（ネ）はかかる反射面（５）を凹面鏡（２）と平
面鏡（１）との間に介設したもので複数の波長域（λ）
（λ′）に分離でき、２色式、多色式の温度計を構成し
易く、又、光のロスも少ない利点がある。

（発明の効果） 本発明は以上の如く熱放射光を光学系によって集束し、
これを放射温度計に導いてＨＴＰ装置の炉内温度を測定
するにあたり、光学系として少なくとも１枚の凹面鏡を
含む複数枚の鏡面を使用するつものであり、従来の如く
常温常圧下の空気中用に設計されたレンズ等を用いるこ
とがなく、鏡面の使用のみであるから、ＨＩＰ装置にお
ける媒質ガス屈折率の影響を受けることがな（、従って
、媒質ガス屈折率の変動に対しても光学系を調節し安定
な測温が可能となり、ＨＩＰ装置の炉内温度の測定精度
を向上し、同装置の工業的利用効果を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（ネ）は本発明方法において要部をなす
光学系の具体例を示す概要図、第２図は本発明方法が実
施されるＨＩＰ装置の１例を示す断面概要図、第３図及
び第４図は第２図装置に使用される既知の光学系の概要
図、第５図は本発明が実施可能なＨｘｐ装置の他の例を
示す要部説明図である。 （１）・・・平面鏡。 （２）・・・凹面鏡。 （３）　（３）・・受光部。 （４）・・・凸面鏡。 葵Ｉ口 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ口）
（ハ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ニ）（
ホ）

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光を光学系によって集束し、こ
   れを放射温度計に導き炉内の温度を測定する方法におい
   て、前記光学系に少なくとも１枚の凹面鏡を含む複数枚
   の鏡面を用いて前記熱放射光を集束させることを特徴と
   する熱間静水圧加圧装置の炉内温度測定方法。 ２、光学系が平面鏡と凹面鏡と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。 ３、光学系が凸面鏡と凹面鏡と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。 ４、光学系が凹面鏡と凹面鏡と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。