JPS63148154A - セラミツクス等の熱間における変位測定装置 - 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 本発明は主にセラミックス等の高温下での変位゛〔たと
えば、熱間線膨張率〔以下熱膨張率という〕あるいはク
リープ変形量等〕をレーザ変位測定器を使い非接触で精
度良く自動測定するセラミックス等の熱間における変位
測定装置に関するものである。

従来技術 ファインセラミックス、耐火物、陶磁器、ガラスまたは
これらと、金属との複合材料等のセラミックスあるいは
各種金属の熱膨張率、特に耐火物の熱膨張率は熱間で使
用される窯炉の内張り耐火物の膨張代決定等の指針とな
る極めて重要な特性である。

従来技術として、発明の名称「熱膨張率測定装置」〔特
開昭６０−３９５４０号公報〕、発明の名称［セラミッ
ク等の熱間における変位測定装置」（特開昭６１−７４
５２号公報）、発明の名称「セラミック等の熱間におけ
る変位測定装置」（特開昭６１−１７２０４１号公報〕
等がある。

これらの−例として特開１１６０−３９５４０号公報の
「熱膨張率測定装置」を第５図に示す。この熱膨張率測
定装置は、固体走査受光素子を内蔵し、レンズ系８と組
合せたカメラ９とカメラコントロール部ｌＯよｐなる変
位測定装置と照明装置４を各２組組合せて、試料の変位
を自動的に測定するものである。加熱炉１内の試料２の
変位は、試料２の軸に対して直角方向よシ照明装置４で
照萌し、試料２によシ光がさえぎられた暗部と光が直接
届く明部を固体走査受光素子面に望遠レンズ８により拡
大投影し、明部と暗部の比率より変位を計画するもので
ある。

この場合各カメラコントロールユニット１０の出力を加
算して、変位に応じたディジタル出力信号で出力する。

この出力とディジタル温度計６のディジタル出力信号を
インターフェイス１２を介してコンピュータ１３に入力
し、記憶演算を行わせディジタルプロッタ１４により温
度と熱膨張率の関係をグラフに書込ませるものである。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この方法ではカメラ９の１台の測定範囲は測定
分解能を１μｍとした場合３　ｘｘ程度である。また測
定精度を上げるためカメラ９を２台使用して測定するた
め２台並べた場合、カメラ中心間で８０ｔｎあシ試料寸
法は８０ｍ以上のものしか測定できなり０ 最近ファインセラミックス等の開発にともない小型試料
での測定が要望されている。これに対応するためカメラ
９の先端に第６図のようにプリズム１５を取り付けるか
、特開昭６１−１７２０４１号公報の「セラミック等の
熱間における変位測定装置」に記載しているように、カ
メラ９を対向させて８０龍以下の試料の測定を行ってい
る。しかし固体走査受光素子カメラ９０分解能は１μｍ
が限度であり、小型試料の場合膨張量が小さいため最近
ではサブミクロンオーダーの分解能が要求されている。

また固体走査受光素子を使ったカメ２９の１台の測定範
囲は３ｎ程度であるため異常膨張する試料や収縮の大き
な試料が測定出来ないという問題がある。

問題点を解決する手段 本発明の要旨とするところは、従来技術での固体走査受
光素子を使用したカメラの代りに第１図に示すように試
料加熱炉１の一側にレーザ変位測定器の送光部１６を配
設し、その対向側にレーザ受光部１７を配設し、計測窓
に断面構造がクサビ形をしたガラスを使い、試料加熱炉
炉芯管２１内を各種雰囲気でセラミックス等の小型試料
の変位測定が０．５μｍ以下の分解能で可能なことを特
徴とするセラミックス等の熱間における、変位測定装置
にある。

本発明のセラミックス等の熱間における変位測定装置を
熱膨張率測定装置に適用した具体例を第１図に基いて詳
述する。

小寸法の試料をサブミクロンオーダーの分解能で精度良
く変位を計測する方法として、加熱炉１内の試料２を支
持する炉芯管２１０両端部に計画窓（石英ガラス）１９
を設けて炉芯管２１内を気密にできる構造とし、炉芯Ｗ
２１の両端に排気口２２及びガス導入口２３を設けて、
各種の雰囲気で試料２の変位を測定できるようにしたも
のである。

試料２の変位は第１図に示すように炉芯管２１の両端開
口部に取付た断面がクサビ形をした計画窓（石英ガラス
）１９の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部１６を
配設し、対向側の計測窓（石英ガラス〕１９にレーザ受
光部１７を配設し、レーザ送光部１６よシ一定速度で水
平に試料２の長さ以上の幅で走査したレーザビームを発
射すると、試料２によってレーザビームがさえ切られた
時はレーザ受光部１７には第２図Ａのように電圧信号は
発生せず、レーザビームが試料から外れた場合はＢのよ
うに電圧信号が発生する。変位計測は試料２によってレ
ーザビームがさえぎられている時間、すなわち、レーザ
受光部１７の電圧信号００時間を電気的に高精度で測定
し、表示器１８にデジタル表示すると共にディジタル出
力信号を出力する。この出力信号と試料温度測定用ディ
ジタル温度計６のディジタル出力信号をイ／ターフエイ
ス１２を介してパーソナルコンピュータエ３に入力し記
憶演算を行なわせ、ディジタルプロッタ１４に温度と熱
膨張率の関係を曲線に書かせるものである。

本発明装置において炉芯管２１の両端の開孔部に取付た
計測窓（石英ガラス）１９の断′ｒｋＪ構造はクサビ形
にする理由としては、石英ガラスの断面が平行な場合石
英ガラス面に対してレーザ光が直角に入射すると石英ガ
ラス内部で一部のレーザ光が反射し、石英ガラスを直接
通過しレーザ受光部１７に届く主レーザ光と石英ガラス
内で反射し時間的に主レーザ光よシ遅れてレーザ受光部
１７に入るレーザ光が生じ試料の長さが正確に測定出来
ない。

石英ガラス断面をクサビ形にすることＫよｐレーザ光を
石英ガラス面に対して角度を持たせて入射させることＫ
よシ石英ガラス内で反射したレーザ光を主光路外に出し
、レーザ受光部１７に入射させないようにすることによ
シ測定精度を上げたものである。

石英ガラスのクサビ形断面の角度はあまり小さいと目的
の効果がなく反対に大きすぎると、レーザ送光部と、レ
ーザ受光部の位置関係、すなわち、芯出しが困難になる
。したがって角度としては１〜５度が望ましい。

また石英ガラスの配設はレーザ光軸に対し第３図に示す
如く石英ガラスのクサビ形断面角度を対称とすることが
好ましい。

また加熱炉炉芯管内は温度上昇によシ対流がおζリレー
ザ光にゆらぎが発生する場合がある、この原因としては
雰囲気ガスの部分的な温度差による密度の相違により光
の屈折率が異なるためであシ、この場合の対策として炉
芯管内を気密にする構造にし余分な空気の出入シをなく
シ、場合によっては減圧することによシゆらぎを防ぐこ
とで高精度の測定が可能になる。

冥施例 第１図に示す本発明装置の計測窓１９にクサビ形断面角
度２度の石英ガラスを配設し、加熱炉炉芯管２１内にア
ルミナ質、試料で幅ＬＯ＋ｘ、高さ１０１１ｍ、長さ４
０朋のものをセットして真空ポンプ２０テｌＯ＊ｖｔＨ
ｙに減圧し測定範囲０．５〜５５朋、送光部１６、受光
部１７間の距離７００ｍｘのレーザ変位測定器を使用し
て、昇温速度を毎分４０Ｃで、常温から１６００’Ｃま
での間５６Ｃ毎にデータを取シ込み温度と熱膨張率の関
係を書かせた結果を第４図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を略図的に示し、第２図はレ
ーザ受光部の電圧記号を示し、第３図はクサビ形ガラス
の断面図の一例を示し、第４図は本発明装置による測定
結果の一例を示し、第５図は固体走査受光素子を用いた
熱膨張測定装置の一例を略図的に示し、第６図はプリズ
ムを使用した熱膨張測定装置の一例を略図的に示す。 図中、１：加熱炉、２：試料、３：発熱体。 ４：照明装置、５：熱電対、６；ディジタル温度肘、７
：フイルター、８：望遠レンズ、９：固体走査受光素子
カメラ、１０：コントロールユニット、１１ニオシロス
コープ、１２：インターフェイス、１３：コンピュータ
、１４：デイジタルブロック、１５ニブリズム、１６：
レーザ寸法測定器レーザ送光部、１７：レーザ寸法測定
器レーザ受光部、１８：表示器、１９：計測窓、２ｏ：
真空ポンプ、２１：炉芯管２２２：排気口、２３：ガス
導入口、２４：レーザ光。 第２図 時間 第３図 １度（°Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送
   光部を配設し、対向側にレーザ受光部を配設したことを
   特徴とするセラミックス等の熱間における変位測定装置
   。
2. （２）前記試料加熱炉の計測窓ガラスの断面がクサビ形
   をしたガラスからなる特許請求の範囲第１項記載のセラ
   ミックス等の熱間における変位測定装置。
3. （３）前記試料加熱炉炉芯管内を気密構造とした特許請
   求の範囲第１項記載のセラミックス等の熱間における変
   位測定装置。
4. （４）前記試料加熱炉炉芯管内を特定雰囲気としうる構
   成とした特許請求の範囲第１項記載のセラミックス等の
   熱間における変位測定装置。