JP2018132476A - 放射温度測定ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】線状の被測定物の熱放射の温度測定の精度を高めた放射温度測定ユニットを提供する。
【解決手段】放射温度測定ユニット１００は、線状の被測定物１０１の熱放射を検知する放射温度計２０と、熱放射を放射温度計に集光する熱放射集光ユニット２とを備える。熱放射集光ユニットは、熱放射のうち、被測定物の長手方向と交差する第１方向に沿った成分を集光するシリンドリカルミラー５０と、熱放射のうち、第１方向と交差する第２方向に沿った成分を集光するシリンドリカルレンズ４０とを有している。シリンドリカルミラーで集光され、かつシリンドリカルレンズで集光された熱放射が放射温度計に導かれるよう、放射温度測定ユニットは構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体からの熱放射により温度測定を行う放射温度計を備える放射温度測定ユニットに係るものであり、特に細線を被測定物とする放射温度測定ユニットに関する。

従来、線状の被測定物の温度の測定に放射温度計が用いられることがある（例えば、特許文献１）。また、電線製造における芯線予熱の工程で放射温度計が用いられている。芯線予熱の工程とは、金属細線に押出機で絶縁被覆処理を行う前に、金属細線に対してプレヒータで芯線予熱を行う工程である。金属細線に対して均一に芯線予熱することにより、絶縁被覆処理における絶縁ムラの発生が防止される。金属細線の温度は環境温度により変化するため、芯線予熱の工程では金属細線の予熱温度管理が要求され、プレヒータの設定温度を適宜調整することが行われる。従って、芯線予熱の工程では金属細線の温度を正確に計測することが求められる。金属細線の温度計測に接触式温度計を使用すると、接触によって金属細線の熱が奪われるため、得られる計測値は金属細線の表面温度より低くなる。また、接触による熱電対の摩耗が発生するため、温度計測は断続的になってしまう。図１は、線状の被測定物の温度の測定に用いられる、従来の放射温度計の一例を示す図である。従来は、芯線予熱の工程で金属細線３０１の温度を正確に計るために、図１に示すように、金属細線３０１の温度を標的サイズ３０２が数ミリ程度の金属用微小面積用の放射温度計３００で計測することが行われている。

特開平０９−１５５７０４号公報

しかしながら、金属細線３０１は走行中のテンション変動で、上下及び左右にパスラインが変動する。そのたため、放射温度計３００の標的サイズ３０２、すなわち計測エリアから外れることがある。すなわち、従来の放射温度計では、線状の被測定物の温度計測を安定して実施することができないという問題がある。

本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、放射温度計による温度計測の精度の向上を目的とした放射温度測定ユニットを提供するものである。

本発明に係る放射温度測定ユニットは、線状の被測定物の熱放射を検知する放射温度計と、前記熱放射を前記放射温度計に集光する熱放射集光ユニットとを備え、前記熱放射集光ユニットは、前記熱放射のうち、前記被測定物の長手方向と交差する第１方向に沿った成分を集光する第１光学系と、前記熱放射のうち、前記第１方向と交差する第２方向に沿った成分を集光する第２光学系とを有し、前記第１光学系で集光され、かつ前記第２光学系で集光された前記熱放射が前記放射温度計に導かれるよう構成されているものである。

被測定物が線状である場合、その放射率は低く、微小面積から放射される赤外線エネルギーは微弱なものとなる。本発明によれば、線状の被測定物の熱放射のうち、第１方向に沿った成分は第１光学系により集光され、第１方向と交差する第２方向に沿った成分は第２光学系で集光され、放射温度計に導かれる。すなわち、熱放射集光ユニットにより、被測定物の長さ方向及び円周方向から放射される赤外線放射エネルギーを有効に放射温度計へ導くことができる。さらに、被測定物の熱放射を放射温度計で検知する際、被測定物の位置が変動しても、被測定物の長さ方向及び円周方向から放射される赤外線放射エネルギーは放射される部位が多少変位するのみであるため、有効放射エネルギー量に変動は無く、赤外線放射エネルギーを放射温度計へ導くことができる。以上のように、本発明によれば、放射温度計による被測定物の熱放射の検知の精度を高めることができる。

線状の被測定物の温度の測定に用いられる、従来の放射温度計の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットを側方から示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットを上方から示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットにおける光学部材の位置関係を示す図である。

以下、本発明の放射温度測定ユニットの好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面における各構成部材の大きさ、形状は、説明のためにわかりやすく表しており、実際の大きさ、形状と異なる場合がある。

実施の形態．
図２は、本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットを側方から示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットを上方から示す断面図である。尚、図２及び３において、図の複雑化を避けるため一部の部材は省略されている。放射温度測定ユニット１００は、放射温度計部１と熱放射集光ユニット２とを備えている。放射温度計部１は、筐体１０と放射温度計ユニット２０とを有している。筐体１０は全体として箱状の部材であり、上面には蓋１１が配設されている。放射温度計ユニット２０は、筐体１０の側面１２に形成された支持部１３に固定されている。放射温度計ユニット２０は、放射温度計２１と対物レンズ２２とを有している。φ０．１ｍｍ（ミリメートル）からφ３．０ｍｍの線状の被測定物である金属細線１０１の熱放射は、放射温度計２１により検知される。

熱放射集光ユニット２は、保持部材３０と、シリンドリカルレンズ４０（第２光学系）と、シリンドリカルミラーユニット５０とを有している。保持部材３０は全体として円柱状の部材であり、円形状の一対の平面３１、３２と、平面３１と平面３２とを接続している側面３３とを有している。保持部材３０は、一対の平面３１、３２が、放射温度計部１の筐体１０において側面１２と交差する一対の側面１４、１５と略平行となるよう、筐体１０の側面１２に固定されている。平面３１、３２の半径は３０ｍｍである。保持部材３０の内部は、金属細線１０１の熱放射を遮ることがないよう、くり抜かれており、放射温度計２１と対向する部分には開口部が形成されている。この開口部の側面３３の円周に沿った長さは側面３３の円周の約１／４である。

シリンドリカルミラーユニット５０は、支持板５１とシリンドリカルミラー５２（第１光学系）とを有する。本実施の形態において、シリンドリカルミラー５２は、シリンドリカル平凹ミラー、すなわち凹面シリンドリカルミラーである。支持板５１は、φ６０ｍｍのステンレスパイプを、保持部材３０の上述の開口部に対応する形状に切断した薄板状の部材である。支持板５１は、保持部材３０の側面３３の一部を切り取った形状を有しており、上述の側面３３の開口を閉塞する大きさを有している。シリンドリカルミラー５２は、厚さ０．２ｍｍの万華鏡ミラーシートであり、支持板５１の凹面に貼り付けられている。シリンドリカルミラー５２の曲率半径は３０ｍｍであり、焦点距離は約１５ｍｍである。

支持板５１は、側面３３の上述の開口部の下側の縁部の近傍において、超小型の蝶番５３により側面３３に取り付けられている。支持板５１は、超小型の蝶番５３により、一対の平面３１、３２と直交する軸周りに約１２０°の範囲で回動可能に支持されている。支持板５１の回動範囲は、側面３３の開口部を閉塞し、側面３３の一部を構成する閉位置と、該開口部を開放する開位置との間である。図２中、支持板５１が閉位置にあるときのシリンドリカルミラーユニット５０は実線で示され、支持板５１が開位置にあるときのシリンドリカルミラーユニット５０は二点鎖線で示されている。支持板５１が閉位置に位置決めされているとき、支持板５１及びシリンドリカルミラー５２の凹面が保持部材３０の内方を向き、凸面が保持部材３０の外方を向くよう、シリンドリカルミラーユニット５０は構成されている。支持板５１において、蝶番５３に支持されている端部と反対側の端部には、表面にローレット加工が施されたピン５４が設けられている。使用者は、ピン５４を指で摘まんで支持板５１の開閉を行う。

保持部材３０の平面３１には、側面３３の上述の開口部と連続してＵ字状の切欠き部３１Ａが形成されている。同様に、保持部材３０の平面３２には、側面３３の上述の開口部と連続してＵ字状の切欠き部３２Ａが形成されている。切欠き部３１Ａ及び切欠き部３２Ａは、放射温度測定ユニット１００の上下方向においてＵ字の底面がシリンドリカルミラー５２の光軸ＯＰと略同じ高さとなる位置に形成されている。

シリンドリカルレンズ４０は平凸レンズであり、保持部材３０の内部において、所定の取り付け機構により、平面が放射温度計ユニット２０に対向し、凹面がシリンドリカルミラーユニット５０に対向するよう配設されている。

被測定物である金属細線１０１は、切欠き部３１Ａ及び切欠き部３２Ａにおいて、保持部材３０の内方側に位置するＵ字の底面の近傍に配置されている。金属細線１０１は、シリンドリカルミラー５２の光軸ＯＰと交差するよう位置づけられている。金属細線１０１のシリンドリカルミラー５２からの距離は、シリンドリカルミラー５２の焦点距離Ｆより長い１８ｍｍ〜１９ｍｍである。放射温度計２１による金属細線１０１の熱放射の検知は、金属細線１０１を長手方向に沿って、矢印で示す方向へ走行させながら実施される。

図４は、本発明の実施の形態に係る放射温度測定ユニットにおける光学部材の位置関係を示す図である。シリンドリカルミラー５２の光軸ＯＰ上において、シリンドリカルレンズ４０は、その光軸が光軸ＯＰと一致するよう配置されている。放射温度計２１は、光軸ＯＰ上において、シリンドリカルレンズ４０を挟んでシリンドリカルミラー５２の反対側に配置されている。また、対物レンズ２２は、シリンドリカルレンズ４０と放射温度計２１との間に配置されている。この配置構成により、金属細線１０１が放射する赤外線放射（熱放射）は、シリンドリカルミラー５２で反射され、シリンドリカルレンズ４０で屈折し、対物レンズ２２でさらに屈折し、放射温度計２１に集光する。

ここで、図２及び図３を参照して、金属細線１０１の熱放射が放射温度計２１に集光する態様について説明する。金属細線１０１が放射する熱放射はシリンドリカルミラー５２で反射される。そして、図２に示すように、走行中の金属細線１０１が放射する熱放射のうち、金属細線１０１の長手方向と交差する垂直方向（第１方向）、換言すると放射温度測定ユニット１００の上下方向に沿った成分は、シリンドリカルミラー５２により集光される。一方、金属細線１０１が放射する熱放射のうち、金属細線１０１の長手方向と平行な方向（第２方向）に沿った成分は、図３に示すように、シリンドリカルミラー５２反射される際、集光されない。

シリンドリカルミラー５２で反射された熱放射は、シリンドリカルレンズ４０に入射し、透過する。図３に示すように、シリンドリカルレンズ４０を透過する際、熱放射のうち金属細線１０１の長手方向と平行な方向に沿った成分はシリンドリカルレンズ４０により集光される。一方、熱放射のうち、垂直方向に沿った成分は、シリンドリカルレンズ４０の波長屈折率で屈折される。

シリンドリカルレンズ４０を透過した熱放射は、放射温度計２１に導かれる。すなわち、金属細線１０１が放射する熱放射は、シリンドリカルミラー５２により垂直方向に沿った成分が集光され、シリンドリカルレンズ４０により金属細線１０１の長手方向と平行な方向に沿った成分が集光されて、放射温度計２１に導かれる。

本実施の形態において、シリンドリカルミラー５２から金属細線１０１までの距離は、シリンドリカルミラー５２の焦点距離Ｆよりも長くなるよう、シリンドリカルミラー５２の焦点距離Ｆが定められていると共に、金属細線１０１は配置されている。また、シリンドリカルミラー５２で集光され、シリンドリカルレンズ４０で屈折する熱放射の成分と、シリンドリカルレンズ４０で集光される熱放射の成分が、同じ位置で結像するよう、シリンドリカルレンズ４０の焦点距離は定められており、放射温度計２１はシリンドリカルレンズ４０の焦点位置に配置されている。

金属細線１０１は放射率が低く微小面積から放射される赤外線エネルギーは微弱なものとなる。本実施の形態によれば、金属細線１０１の熱放射のうち、垂直方向の成分はシリンドリカルミラー５２により集光され、金属細線１０１の長手方向と平行な成分はシリンドリカルレンズ４０により集光されて、放射温度計２１に導かれる。すなわち、本実施形態の熱放射集光ユニット２は、被測定物である金属細線１０１の長さ方向及び円周方向から放射される赤外線放射エネルギーを有効に放射温度計２１へ導くことができる。さらに、金属細線１０１の熱放射を放射温度計２１で検知する際、金属細線１０１の位置が上下方向及び前後方向（光軸ＯＰに沿った方向）に変動しても、金属細線１０１の長さ方向及び円周方向から放射される赤外線放射エネルギーは放射される部位が多少変位するのみであるため、有効放射エネルギー量に変動は無く、赤外線放射エネルギーを放射温度計２１へ導くことができる。以上のように、本実施の形態によれば、放射温度計２１による金属細線１０１の温度検知の精度をより高めることができる。

また、放射温度計２１は、上述のように定められた焦点距離を有するシリンドリカルレンズ４０の焦点位置に配置されている。従って、金属細線１０１の熱放射は放射温度計２１に集光され、放射温度計２１による検知の精度をより高めることができる。

尚、実施の形態では、シリンドリカルミラー５２に万華鏡ミラーシートを用いているがこれに限るものではない。ミラーシート、アルミ鏡面板、高光沢アルミ合金板、ステンレスミラー、プラスチックミラーシート等をシリンドリカルミラー５２に使用してもよい。

また、シリンドリカルミラー５２のミラー表面に誘電体保護膜等を施してもよい。これにより、ミラー表面を保護し、ミラー表面に付着した汚れのふき取りが容易となる。

また、実施の形態において、シリンドリカルミラー５２の曲率半径は３０ｍｍであるがこれに限るものではなく、１５ｍｍ以上であればよい。

１ 放射温度計部、２ 熱放射集光ユニット、１０ 筐体、１１ 蓋、１２ 側面、１３ 支持部、１４ 側面、１５ 側面、２０ 放射温度計ユニット、２１ 放射温度計、２２ 対物レンズ、３０ 保持部材、３１ 平面、３１Ａ 切欠き部、３２ 平面、３２Ａ 切欠き部、３３ 側面、４０ シリンドリカルレンズ、５０ シリンドリカルミラーユニット、５１ 支持板、５２ シリンドリカルミラー、５３ 蝶番、５４ ピン、１００ 放射温度測定ユニット、１０１ 金属細線、３００ 放射温度計、３０１ 金属細線、３０２ 標的サイズ、Ｆ 焦点距離、ＯＰ 光軸。

Claims (8)

1. 線状の被測定物の熱放射を検知する放射温度計と、
   前記熱放射を前記放射温度計に集光する熱放射集光ユニットとを備え、
   前記熱放射集光ユニットは、
   前記熱放射のうち、前記被測定物の長手方向と交差する第１方向に沿った成分を集光する第１光学系と、
   前記熱放射のうち、前記第１方向と交差する第２方向に沿った成分を集光する第２光学系とを有し、
   前記第１光学系で集光され、かつ前記第２光学系で集光された前記熱放射が前記放射温度計に導かれるよう構成されている放射温度測定ユニット。
2. 前記第２方向は、前記被測定物の長手方向と平行である請求項１に記載の放射温度測定ユニット。
3. 前記被測定物の熱放射は、前記第１光学系により前記第１方向に沿った成分が集光した状態で反射され、前記第１光学系で反射された前記熱放射は、前記第２光学系を透過することにより、前記第１方向に沿った成分は前記第２光学系の波長屈折率で屈折され、前記第２方向に沿った成分は集光され、前記放射温度計に導かれる請求項１又は２に記載の放射温度測定ユニット。
4. 前記第１光学系の光軸上において、前記第２光学系はその光軸が前記第１光学系の光軸と一致するよう配置され、前記放射温度計は、前記第１光学系の光軸上において、前記第２光学系を挟んで、前記第１光学系の反対側に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射温度測定ユニット。
5. 前記第１光学系から前記被測定物までの距離は、前記第１光学系の焦点距離よりも長い請求項４に記載の放射温度測定ユニット。
6. 前記第１光学系で集光され、前記第２光学系で屈折する前記熱放射の成分と、前記第２光学系で集光される前記熱放射の成分が、同じ位置に結像するよう、前記第２光学系の焦点距離が定められている請求項４又は５に記載の放射温度測定ユニット。
7. 前記第１光学系はシリンドリカルミラーである請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射温度測定ユニット。
8. 前記第２光学系はシリンドリカルレンズである請求項１〜７のいずれか一項に記載の放射温度測定ユニット。

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