熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法
【課題】高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法を得る。
【解決手段】試料１０が設置される測定室１と、試料１０を加熱する加熱手段と、試料１０の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、試料１０の測定部を拡大して投射する投射レンズ２２と、投射レンズ２２により拡大された試料１０の測定部の像における両端部１０ａ及び１０ｂのそれぞれを撮像する一対の撮像手段２３及び２４とを備えることを特徴としている。
【解決手段】試料１０が設置される測定室１と、試料１０を加熱する加熱手段と、試料１０の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、試料１０の測定部を拡大して投射する投射レンズ２２と、投射レンズ２２により拡大された試料１０の測定部の像における両端部１０ａ及び１０ｂのそれぞれを撮像する一対の撮像手段２３及び２４とを備えることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張率などを求めるための熱間変位量を測定することができる熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱膨張率などを求めるための熱間変位量を測定する方法としては、示差式膨張計法、押し棒式膨張計法、測微望遠鏡法などの種々の方法が知られている。
【０００３】
示差式及び押し棒式の熱膨張測定方法では、構成する機器類の耐熱性に限界があり、高温域での測定ができないという問題がある。また、高温域においては、精度の高い標準物質がなく、高い測定精度が得られないという問題がある。
【０００４】
特許文献１〜４に記載された測微望遠鏡法では、高温域において、試料自らが放射する光により、撮像が困難であり、測定できたとしても高い測定精度が得られなかった。また、カメラを並べて試料の両端を撮像するため、小さな試料を測定することができないという問題がある。
【０００５】
特許文献５及び６に記載された測微望遠鏡法においては、レーザーを使用している。高温域（１５００℃以上）においては、試料が発光するため、測定波長領域以上の熱放射を生じることがあり、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、高い測定精度が得られないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１〜５に記載された測微望遠鏡法においては、試料を間接的に加熱するので、断熱材や冷却設備が必要である。また、特許文献６においては、試料を通電により加熱しているが、試料から熱の輻射が生じ、輻射熱により、周囲の物質が加熱され高温になる。このため、断熱材や冷却設備が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−３９５４０号公報
【特許文献２】特開昭６１−７４５２号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７２０４１号公報
【特許文献４】特開平０６−１６７４６８号公報
【特許文献５】特開２００４−３３３１５４号公報
【特許文献６】特開２００９−１２８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱間変位測定装置は、試料が設置される測定室と、試料を加熱する加熱手段と、試料の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、試料の測定部を拡大して投射する投射レンズと、投射レンズにより拡大された試料の測定部の両端部における像のそれぞれを撮像する一対の撮像手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、投射レンズにより拡大された試料の測定部の両端部における像のそれぞれを、異なる撮像手段で撮像し、所定温度間における両端部の変位の差（変位量）から、熱間変位量を求めることができる。このため、試料に直接接触する部分がないので、高温域においても、熱間変位量を容易に測定することができる。
【００１１】
また、測定部の両端部における像を拡大して、両端部の像のそれぞれを異なる撮像手段によって撮像しているので、試料が小さくとも測定することができる。つまり、試料の長さ方向だけでなく、試料の径方向の微小な変位量も測定することができる。また、レーザー等を使用しないので、高温域での試料からの発光によるＳ／Ｎ比の低下を生じることがなく、精度良く測定することができる。
【００１２】
また、投射レンズと撮像手段によって測定することできるので、簡易な構造で測定することができる。
【００１３】
本発明においては、加熱手段が、試料に直流電流を通電するための直流電源であることが好ましい。直流電源からの直流電流を通電することにより、直接試料を加熱することができるため、間接的加熱に必要なヒーターなどの設備が必要なく、簡易な構造で測定することができる。また、測定室内全体の温度を上げる必要がないので、経済的である。
【００１４】
また、ヒーターなどによる加熱方式とは異なり、周囲の温度を比較的低くすることができる。このため、投射レンズ及び撮像手段等を試料の近くに設置することができ、装置構成を小さくすることができる。
【００１５】
本発明においては、測定室の外周部を構成する壁部が、試料からの輻射による熱線を透過する材質から形成されており、試料からの熱線が測定室の壁部に直接照射されて外部に放射されるように構成されていることが好ましい。測定室の壁部を、熱線を透過する材質から形成することにより、測定室壁部の温度上昇を抑制することができる。このため、断熱材や冷却設備が不要となる。熱線を透過する材質から測定室の壁部を形成することにより、例えば、３０００℃程度まで試料を昇温しても、測定室における試料の周囲の温度を２００℃程度までの上昇に抑えることができる。
【００１６】
また、測定室内の温度上昇を抑制することができるので、アルゴンなどの不活性ガスを測定室内の雰囲気のガスとして用いた場合に、不活性ガスがイオン化し、放電が生じるのを抑制することができる。このため、高温域における撮像に影響を与えることなく、より精度の高い測定が可能となる。
【００１７】
本発明において、測定室の壁部の材質は、波長０．４〜２．０μｍの光の透過率が８０％以上であることが好ましい。すなわち、上記範囲における各波長での光の透過率が８０％以上であることが好ましい。試料からの輻射による熱線は、広い範囲の波長域で発生し、温度が高いほど強度が強くなる。しかしながら、低温領域では強度が強くなく、熱線が照射される物体に対する温度上昇への寄与はそれほど大きくはないと考えられる。また、輻射による熱線の強度は、高温になるほどピークが短波長側になり、特に１５００℃以上では２．０μｍ以下の波長でピークとなるとともに、輻射による加熱の影響も無視できなくなる。従って、特に試料の温度が１５００℃以上となる場合には、壁部において２．０μｍ以下の波長域の光をより多く透過させることにより、壁部の温度上昇を抑制し、ひいては測定室内部の温度上昇も抑制することができる。
【００１８】
本発明において、測定室の壁部としては、特に限定されるものではないが、好ましいものとして石英ガラス、アルミナ等が挙げられる。これらの材質は、上記熱線を透過しやすいために温度が上昇せず、測定室の壁部及び測定室内の温度の上昇を抑制することができる。特に石英ガラスが好ましく用いられる。特に、石英ガラスは透明であり、耐熱性が高いため、加熱された試料を直接観察することができ好ましい。このため、測定室の壁部に窓等を設置する必要はなく、熱放射型温度計などにより、容易に高い温度の測定を行うことができる。また、試料の観察により測定できる他の物理的特性を容易に測定することができる。また、石英ガラスは、摩擦係数が小さく、保持部材を直接測定室に置いた場合に保持部材が自由に移動しやすくなる。
【００１９】
本発明においては、投射レンズにより、試料の測定部の像を拡大し、径方向の両端部を撮像手段によって撮像するので、測定室の壁部は透明であることが必要である。石英ガラスは透明であり、耐熱性が高いため、本発明における測定室の壁部を形成する材料として特に好ましい。また、１つの投射レンズを用いることにより、微小な試料（例えば試料の径方向）であっても拡大することにより熱間変位量を容易に測定することができる。
【００２０】
本発明においては、測定室の外周部の壁部と試料との間の距離は、５０ｍｍ以上であることが好ましい。試料からの輻射による熱線は、その到達距離に応じてより減衰されるため、試料からの距離が長いほど照射された物体は加熱されにくくなる。本発明では測定室の外周部の壁部に輻射の熱線により加熱されにくい材質を用いており、壁部を試料から５０ｍｍ以上離すことにより、壁部の加熱をさらに抑制することができる。なお、測定室の外周部の壁部は、試料からの距離のとりやすさ等から円柱状であることが好ましく、その直径は１００ｍｍ以上が好ましい。また、測定室を不活性ガスで置換するためには容積が大きくなりすぎないことが好ましく、直径が２００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明においては、試料の両端部に光を照射する照明装置をさらに備えていてもよい。このような照明装置を備えることにより、低温域から高温域まで十分なコントラストで像を撮像することができる。従って、試料における端部の位置をより正確に検出することができる。高温域において、試料の自己発光により撮像が可能となった場合には、照明装置のスイッチを切って測定することができる。
【００２２】
本発明においては、試料と投射レンズの間に、絞りまたはフィルタをさらに備えることが好ましい。絞り及び／またはフィルタにより、光量の調整、不要な波長の光の除去を行うことができ、試料における端部の位置をより正確に検出することができる。
【００２３】
また、試料と投射レンズの間に設けることにより、絞りまたはフィルタを１つにすることができる。投射レンズと撮像手段の間に設けると、一対の撮像手段に対し、それぞれ絞り及び／またはフィルタを設ける必要がある。また、それぞれの絞り及び／またはフィルタを個別に調整する必要が生じ、煩雑となる。
【００２４】
本発明の熱間変位測定方法は、試料を測定室に設置する工程と、測定室に設置した試料の測定部を拡大して投射し、測定部の像における径方向の両端部のそれぞれを撮像しながら、試料を加熱し、その温度を上昇させる工程と、温度上昇における温度差と、温度上昇による両端部の変位量とから、試料の熱間変位量を求める工程とを備えることを特徴としている。
【００２５】
本発明の熱間変位測定方法によれば、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を示す模式図。
【図２】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置の測定室を示す斜視図。
【図３】図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す斜視図。
【図４】図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す平面図。
【図５】図４に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図６】図２に示す熱間変位測定装置に用いる保持部材を示す平面図。
【図７】図６に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図８】図２に示す熱間変位測定装置に用いる押え板を示す平面図。
【図９】図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図１０】図２に示す熱間変位測定装置により測定する試料を示す平面図。
【図１１】図１０に示す試料の側面図。
【図１２】図２に示す熱間変位測定装置に用いるリフレクターを示す側面図。
【図１３】図１２に示すリフレクターを示す平面図。
【図１４】図１２及び図１３に示すリフレクターの作製に用いる金属板を示す側面図。
【図１５】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を示す模式図である。
【００３０】
試料１０は、後述する測定室内に設置されている。なお、図１において、測定室は図示していない。測定室の外部には、光学フィルタ（または絞り）２１及び投射レンズ２２が設けられている。投射レンズ２２は、試料１０の測定部における両端部１０ａ及び１０ｂを拡大して投影するためのものである。試料１０と投射レンズ２２との間に、光学フィルタ（または絞り）２１が設けられており、光学フィルタ２１により、光量の調整、不要な波長の光の除去等がなされ、光学フィルタ２１を通過した光が、投射レンズ２２に入射する。試料１０の測定部の像は、１つの投射レンズ２２に入射した後、一対の撮像手段としての一次元ＣＣＤ２３及び２４に投射される。一次元ＣＣＤ２４には、試料１０の一方端部１０ａが撮像される。また、一次元ＣＣＤ２３には、試料１０の他方端部１０ｂが撮像される。本発明においては、投射レンズ２２により、拡大された試料１０の測定部の像における径方向の一方端部１０ａを一次元ＣＣＤ２４により、他方端部１０ｂを一次元ＣＣＤ２３により、それぞれ撮像する。従って、一次元ＣＣＤ２３及び一次元ＣＣＤ２４のそれぞれの位置を適宜調整することにより、種々の大きさの試料１０の測定に対応させることができる。
【００３１】
一次元ＣＣＤ２３からの電気信号２５における変曲点２５ａにより、試料１０の他方端部１０ｂの位置を検出することができる。同様に、一次元ＣＣＤ２４からの電気信号２６の変曲点２６ａにより、試料１０の一方端部１０ａの位置を検出することができる。これにより、一方端部１０ａ及び他方端部１０ｂの所定の温度の試料に対する変位量を測定することができ、試料１０の一方端部１０ａから他方端部１０ｂまでの距離を測定することができる。
【００３２】
試料１０が、加熱され熱膨張すると、径方向においても膨張するので、一方端部１０ａと他方端部１０ｂの間の距離が変化する。これにより、所定の温度差における試料の熱間変位量を求めることができ、熱膨張率を算出することができる。
【００３３】
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
図２は、本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置の測定室を示す斜視図である。図２に示すように、測定室１は、石英ガラス管からなる壁部１ａの両端と、キャップ２及びキャップ３との間にＯ−リングを配置してクリップで固定することにより構成されている。本実施形態においてキャップ２及びキャップ３は、ベークライトより形成されているが、耐熱性のあるものであれば特に限定されるものではなく、金属や樹脂であってもよい。キャップ２には、測定室１内に不活性ガスを導入するための導入口１８となるパイプが挿入されている。導入口１８を通り、不活性ガスが測定室１内に導入される。本実施形態においては、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いている。不活性ガスとしては、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）など他の不活性ガスを用いてもよい。また、不活性ガスに代えて、窒素ガスを用いることも可能である。
【００３５】
また、反対側に設けられたキャップ３には、排気口１９が形成されている。排気口１９は、測定室１内のガスを排気するため形成されている。なお、図２においては、排気口１９を図示していない。排気口１９には、測定室１内のガスを排気するための排気手段としての排気ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００３６】
排気口１９から測定室１内のガスを排気した後、導入口１８からアルゴンガスを導入することにより、測定室１内の雰囲気をアルゴンガスの雰囲気にすることができる。
【００３７】
本実施形態の熱間変位測定装置によって電気抵抗率が測定される試料１０は、測定室１内において、保持部材４及び５によって保持されることにより、測定室１内に設置されている。
【００３８】
図２に示すように、保持部材４には、電線８が接続されており、電線８は、キャップ２と壁部１ａとの間を通り、外部に導き出されている。同様に、保持部材５には電線９が接続されており、電線９はキャップ３と壁部１ａとの間を通り外部に導き出されている。電線８及び電線９は、図示されない直流電源に接続されている。電線８に接続された保持部材４と、電線９に接続された保持部材５の間に試料１０が保持されることにより、試料１０に、直流電源からの直流電流が通電され、試料１０が加熱される。
【００３９】
壁部１ａを構成する石英ガラス管は、支持部材３１及び３２により、台３３の上に支持されている。なお、本実施形態では、石英ガラス管として、直径１２０ｍｍのものを使用し、石英ガラスの０．４〜２．０μｍの波長の光の透過率は、８０％以上であった。
【００４０】
図３は、図２に示す熱間変位測定装置の測定部を拡大して示す斜視図である。
【００４１】
図３に示すように、保持部材４は、台座部４ａと、押え板４ｅとを組み合わせることにより構成されている。同様に、保持部材５も、台座部５ａと、押え板５ｅを組み合わせることにより構成されている。台座部４ａ及び５ａは、本実施形態において、黒鉛から形成されている。押え板４ｅ及び５ｅは、本実施形態において銅から形成されている。
【００４２】
図４は、図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す平面図であり、図５は、図４に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４３】
図６は、台座部５ａを示す平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８は、押え板５ｅを示す平面図であり、図９は、図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４４】
台座部４ａも、台座部５ａと同様の構造を有しており、押え板４ｅも、押え板５ｅと同様の構造を有している。
【００４５】
図３及び図４に示すように、試料１０の一方端部は、台座部５ａに形成された溝５ｉ（図６及び図７を参照）内に配置され、その上に、押え板５ｅを配置し、ボルト及びナットからなる固定具５ｂのボルトを、台座部５ａの孔５ｆ及び押え板５ｅの孔５ｊに通し、ナットで締め付けることにより、台座部５ａと押え板５ｅの間に挟み固定されている。
【００４６】
試料１０の他方端部も、同様に、台座部４ａと押え板４ｅを、固定具４ｂで固定することにより、台座部４ａと押え板４ｅに挟み固定している。
【００４７】
図５には、台座部５ａと押え板５ｅの間に試料１０を挟み固定した状態が示されている。
【００４８】
図５に示すように、台座部５ａの底面は、壁部１ａの内面に沿う半円形状を有しており、台座部５ａは、筒状の壁部１ａ内に挿入して配置され、壁部１ａには固定されていない。台座部４ａも同様に、壁部１ａ内に挿入して配置され、壁部１ａには固定されていない。従って、保持部材４及び５は、測定室１内において、試料１０の長さ方向に移動可能な状態で、測定室１内に保持されている。
【００４９】
図３及び図４に示すように、試料１０の測定部、すなわち保持部材４と保持部材５の間に位置する試料１０の部分と、保持部材４との間には、リフレクター６が設けられている。同様に、試料１０の測定部と保持部材５との間には、リフレクター７が設けられている。リフレクター６とリフレクター７の間の距離は、特に限定されるものではなく、試料１０の長さによって変化させればよい。つまり、リフレクター６及び７を保持部材４及び５に固定し、試料１０の長さにより保持部材４及び５とともに距離を変化させるようになっている。
【００５０】
図１２は、リフレクター６を示す側面図であり、図１３は、リフレクター６を示す平面図である。リフレクター６は、図１４に示す形状のステンレスＳＵＳ３０４からなる金属板を加工することにより作製される。図１４に示すように、試料１０を通す切抜き部６ａが形成されており、その両側に切込６ｄ及び６ｅが形成されている。切込６ｄ及び６ｅの外側のハッチングで示す部分は打ち抜きにより抜き取られる。切込６ｄ及び６ｅをその根元部分で折り曲げることにより、図１２及び図１３に示すフラップ部６ｂ及び６ｃが形成されている。フラップ部６ｂ及び６ｃには、取り付けねじ４ｃを通すための切欠が形成されている。リフレクター７も、リフレクター６と同様の形状を有している。
【００５１】
図４に示すように、リフレクター６のフラップ部に取り付けねじ４ｃが通され、リフレクター６が台座部４ａに取り付けられている。同様に、リフレクター７のフラップ部に取り付けねじ５ｃを通すことにより、台座部５ａにリフレクター７が取り付けられている。図５、図６及び図７に示すように、取り付けねじ５ｃは、台座部５ａに形成された孔５ｇにねじ込むことにより取り付けられている。
【００５２】
リフレクター６及び７は、上述のように、ステンレスから形成されているので、試料１０から放射される熱線を反射することができる。リフレクター６は、試料１０の測定部と保持部材４との間に設けられ、リフレクター７は、試料１０の測定部と保持部材５との間に設けられている。従って、測定の際、試料１０から放射された熱線が、保持部材４及び保持部材５に照射されないように反射することができる。このため、保持部材４及び保持部材５が熱線を吸収して温度上昇するのを抑制することができる。このため、測定室１内の温度が上昇するのを抑制することができる。また、保持部材４及び保持部材５が、試料１０からの熱線により劣化するのを防止することができる。前記リフレクター６及び７は、少なくとも赤外線を反射するものが好ましい。
【００５３】
図６に示す孔５ｈには、ボルト及びナットからなる固定具５ｄが取り付けられ、この固定具５ｄにより、電線９が保持部材５に取り付けられている。同様に、固定具４ｄが、台座部４ａに形成された孔に取り付けられ、電線８がこの固定具４ｄにより保持部材４に接続されている。
【００５４】
図１５は、本実施形態の熱間変位測定装置を模式的に示す図である。
【００５５】
図１５に示すように、試料１０は、壁部１ａが石英ガラスからなる測定室１内に配置されている。試料１０には、直流電源１４に一方端が接続された電線８及び電線９のそれぞれの他方端が接続されている。試料１０に直流電流を通電することにより、試料１０を加熱し、試料１０の温度を上昇させることができる。直流電源１４と試料１０の間には、電流計１５が設けられている。直流電源１４としては、定電圧定電流電源を用いることが好ましい。
【００５６】
試料１０の測定部の温度は、低温域においては、熱電対１３により測定される。熱電対１３は、接着剤により試料１０に取り付けられている。従って、本実施形態において、熱電対１３は、使い捨て可能なものを用いている。熱電対１３で測定されたデータは、温度計測回路・データロガ１７に送られる。また、高温域における試料１０の測定部の温度は、測定室１の外部に設けられた放射型温度計１６により測定される。放射型温度計１６で測定された温度データは、温度計測回路・データロガ１７に送られる。このようにして測定された温度データに基づき、温度計測回路・データロガ１７から直流電源１４に信号が送られ、試料１０に通電させる電流または電圧を制御し、試料１０の昇温速度を制御することができる。また、光学式変位量測定装置２０で測定された変位データも温度計測回路・データロガ１７に送られ、所定温度の試料に対する各温度における試料の変位量が導き出される。
【００５７】
測定室の外部には、光学式変位量測定装置２０が設けられている。光学式変位量測定装置２０は、図１を参照して説明した装置である。
【００５８】
上述のように、本実施形態においては、測定室１の壁部１ａが石英ガラスから形成されている。石英ガラスは、熱線を透過する材質であり、試料１０から発生する熱線を透過する。このため、測定室１内の温度上昇を抑えることができ、断熱材や冷却設備等を必要とせず、簡易な構造で精度良く高温域における熱間変位量を測定することができる。
【００５９】
放射型温度計１６で、試料１０の測定部の温度が３０００℃程度に昇温している際に、試料１０の上方の壁部１ａにおける温度を測定したところ、３９６℃であった。また、試料１０の測定部の中央から１００ｍｍ程度離れた場所、すなわちリフレクター６及び７の上方では１４９℃であった。また、測定室１の端部、すなわちキャップ２及び３の近傍における温度を測定したところ、約１００℃であり、測定室１内の温度が極めて低く抑えられていることがわかる。
【００６０】
従って、本実施形態においては、測定室１の測定部周辺の温度上昇を抑制することができる。従って、従来必要であった、断熱材や冷却設備が不要となる。
【００６１】
また、測定室の１の温度上昇を抑制することができるので、アルゴンなどの不活性ガスを測定室１内の雰囲気ガスとして用いた場合、不活性ガスがイオン化し、放電が生じるのを抑制することができる。このため、高温域における撮像に悪影響を与えることなく、より精度の高い測定が可能となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態においては、投射レンズ２２により拡大された試料１０の測定部の像における両端部１０ａ及び１０ｂのそれぞれを、一対の撮像手段２３及び２４で撮像し、両端部１０ａ及び１０ｂの所定温度の試料に対する変位量から、熱間変位量を求めることができる。このため、試料１０に直接接触する部分がないので、高温域においても、熱間変位量を容易に測定することができる。
【００６３】
また、レーザー等を使用していないので、高温域での試料からの発光により、Ｓ／Ｎ比の低下を生じることなく、精度良く測定することができる。
【００６４】
また、投射レンズ２２と撮像手段２３及び２４によって測定することができるので、簡易な構造で測定することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…測定室
１ａ…壁部
２…キャップ
３…キャップ
４…保持部材
４ａ…台座部
４ｂ…固定具
４ｃ…取り付けねじ
４ｄ…固定具
４ｅ…板
５…保持部材
５ａ…台座部
５ｂ…固定具
５ｃ…取り付けねじ
５ｄ…固定具
５ｅ…板
５ｆ…孔
５ｇ…孔
５ｈ…孔
５ｉ…溝
５ｊ…孔
６…リフレクター
６ａ…切抜き部
６ｂ，６ｃ…フラップ部
６ｄ，６ｅ…切込
７…リフレクター
８…電線
９…電線
１０…試料
１０ａ…一方端部
１０ｂ…他方端部
１３…熱電対
１４…直流電源
１５…電流計
１６…放射型温度計
１７…温度計測回路・データロガ
１８…導入口
１９…排気口
２０…光学式変位量測定装置
２１…光学フィルタ
２２…投射レンズ
２３…一次元ＣＣＤ
２４…一次元ＣＣＤ
２５…電気信号
２５ａ…変曲点
２６…電気信号
２６ａ…変曲点
３１，３２…支持部材
３３…台
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張率などを求めるための熱間変位量を測定することができる熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱膨張率などを求めるための熱間変位量を測定する方法としては、示差式膨張計法、押し棒式膨張計法、測微望遠鏡法などの種々の方法が知られている。
【０００３】
示差式及び押し棒式の熱膨張測定方法では、構成する機器類の耐熱性に限界があり、高温域での測定ができないという問題がある。また、高温域においては、精度の高い標準物質がなく、高い測定精度が得られないという問題がある。
【０００４】
特許文献１〜４に記載された測微望遠鏡法では、高温域において、試料自らが放射する光により、撮像が困難であり、測定できたとしても高い測定精度が得られなかった。また、カメラを並べて試料の両端を撮像するため、小さな試料を測定することができないという問題がある。
【０００５】
特許文献５及び６に記載された測微望遠鏡法においては、レーザーを使用している。高温域（１５００℃以上）においては、試料が発光するため、測定波長領域以上の熱放射を生じることがあり、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、高い測定精度が得られないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１〜５に記載された測微望遠鏡法においては、試料を間接的に加熱するので、断熱材や冷却設備が必要である。また、特許文献６においては、試料を通電により加熱しているが、試料から熱の輻射が生じ、輻射熱により、周囲の物質が加熱され高温になる。このため、断熱材や冷却設備が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−３９５４０号公報
【特許文献２】特開昭６１−７４５２号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７２０４１号公報
【特許文献４】特開平０６−１６７４６８号公報
【特許文献５】特開２００４−３３３１５４号公報
【特許文献６】特開２００９−１２８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる熱間変位測定装置及び熱間変位測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱間変位測定装置は、試料が設置される測定室と、試料を加熱する加熱手段と、試料の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、試料の測定部を拡大して投射する投射レンズと、投射レンズにより拡大された試料の測定部の両端部における像のそれぞれを撮像する一対の撮像手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、投射レンズにより拡大された試料の測定部の両端部における像のそれぞれを、異なる撮像手段で撮像し、所定温度間における両端部の変位の差（変位量）から、熱間変位量を求めることができる。このため、試料に直接接触する部分がないので、高温域においても、熱間変位量を容易に測定することができる。
【００１１】
また、測定部の両端部における像を拡大して、両端部の像のそれぞれを異なる撮像手段によって撮像しているので、試料が小さくとも測定することができる。つまり、試料の長さ方向だけでなく、試料の径方向の微小な変位量も測定することができる。また、レーザー等を使用しないので、高温域での試料からの発光によるＳ／Ｎ比の低下を生じることがなく、精度良く測定することができる。
【００１２】
また、投射レンズと撮像手段によって測定することできるので、簡易な構造で測定することができる。
【００１３】
本発明においては、加熱手段が、試料に直流電流を通電するための直流電源であることが好ましい。直流電源からの直流電流を通電することにより、直接試料を加熱することができるため、間接的加熱に必要なヒーターなどの設備が必要なく、簡易な構造で測定することができる。また、測定室内全体の温度を上げる必要がないので、経済的である。
【００１４】
また、ヒーターなどによる加熱方式とは異なり、周囲の温度を比較的低くすることができる。このため、投射レンズ及び撮像手段等を試料の近くに設置することができ、装置構成を小さくすることができる。
【００１５】
本発明においては、測定室の外周部を構成する壁部が、試料からの輻射による熱線を透過する材質から形成されており、試料からの熱線が測定室の壁部に直接照射されて外部に放射されるように構成されていることが好ましい。測定室の壁部を、熱線を透過する材質から形成することにより、測定室壁部の温度上昇を抑制することができる。このため、断熱材や冷却設備が不要となる。熱線を透過する材質から測定室の壁部を形成することにより、例えば、３０００℃程度まで試料を昇温しても、測定室における試料の周囲の温度を２００℃程度までの上昇に抑えることができる。
【００１６】
また、測定室内の温度上昇を抑制することができるので、アルゴンなどの不活性ガスを測定室内の雰囲気のガスとして用いた場合に、不活性ガスがイオン化し、放電が生じるのを抑制することができる。このため、高温域における撮像に影響を与えることなく、より精度の高い測定が可能となる。
【００１７】
本発明において、測定室の壁部の材質は、波長０．４〜２．０μｍの光の透過率が８０％以上であることが好ましい。すなわち、上記範囲における各波長での光の透過率が８０％以上であることが好ましい。試料からの輻射による熱線は、広い範囲の波長域で発生し、温度が高いほど強度が強くなる。しかしながら、低温領域では強度が強くなく、熱線が照射される物体に対する温度上昇への寄与はそれほど大きくはないと考えられる。また、輻射による熱線の強度は、高温になるほどピークが短波長側になり、特に１５００℃以上では２．０μｍ以下の波長でピークとなるとともに、輻射による加熱の影響も無視できなくなる。従って、特に試料の温度が１５００℃以上となる場合には、壁部において２．０μｍ以下の波長域の光をより多く透過させることにより、壁部の温度上昇を抑制し、ひいては測定室内部の温度上昇も抑制することができる。
【００１８】
本発明において、測定室の壁部としては、特に限定されるものではないが、好ましいものとして石英ガラス、アルミナ等が挙げられる。これらの材質は、上記熱線を透過しやすいために温度が上昇せず、測定室の壁部及び測定室内の温度の上昇を抑制することができる。特に石英ガラスが好ましく用いられる。特に、石英ガラスは透明であり、耐熱性が高いため、加熱された試料を直接観察することができ好ましい。このため、測定室の壁部に窓等を設置する必要はなく、熱放射型温度計などにより、容易に高い温度の測定を行うことができる。また、試料の観察により測定できる他の物理的特性を容易に測定することができる。また、石英ガラスは、摩擦係数が小さく、保持部材を直接測定室に置いた場合に保持部材が自由に移動しやすくなる。
【００１９】
本発明においては、投射レンズにより、試料の測定部の像を拡大し、径方向の両端部を撮像手段によって撮像するので、測定室の壁部は透明であることが必要である。石英ガラスは透明であり、耐熱性が高いため、本発明における測定室の壁部を形成する材料として特に好ましい。また、１つの投射レンズを用いることにより、微小な試料（例えば試料の径方向）であっても拡大することにより熱間変位量を容易に測定することができる。
【００２０】
本発明においては、測定室の外周部の壁部と試料との間の距離は、５０ｍｍ以上であることが好ましい。試料からの輻射による熱線は、その到達距離に応じてより減衰されるため、試料からの距離が長いほど照射された物体は加熱されにくくなる。本発明では測定室の外周部の壁部に輻射の熱線により加熱されにくい材質を用いており、壁部を試料から５０ｍｍ以上離すことにより、壁部の加熱をさらに抑制することができる。なお、測定室の外周部の壁部は、試料からの距離のとりやすさ等から円柱状であることが好ましく、その直径は１００ｍｍ以上が好ましい。また、測定室を不活性ガスで置換するためには容積が大きくなりすぎないことが好ましく、直径が２００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明においては、試料の両端部に光を照射する照明装置をさらに備えていてもよい。このような照明装置を備えることにより、低温域から高温域まで十分なコントラストで像を撮像することができる。従って、試料における端部の位置をより正確に検出することができる。高温域において、試料の自己発光により撮像が可能となった場合には、照明装置のスイッチを切って測定することができる。
【００２２】
本発明においては、試料と投射レンズの間に、絞りまたはフィルタをさらに備えることが好ましい。絞り及び／またはフィルタにより、光量の調整、不要な波長の光の除去を行うことができ、試料における端部の位置をより正確に検出することができる。
【００２３】
また、試料と投射レンズの間に設けることにより、絞りまたはフィルタを１つにすることができる。投射レンズと撮像手段の間に設けると、一対の撮像手段に対し、それぞれ絞り及び／またはフィルタを設ける必要がある。また、それぞれの絞り及び／またはフィルタを個別に調整する必要が生じ、煩雑となる。
【００２４】
本発明の熱間変位測定方法は、試料を測定室に設置する工程と、測定室に設置した試料の測定部を拡大して投射し、測定部の像における径方向の両端部のそれぞれを撮像しながら、試料を加熱し、その温度を上昇させる工程と、温度上昇における温度差と、温度上昇による両端部の変位量とから、試料の熱間変位量を求める工程とを備えることを特徴としている。
【００２５】
本発明の熱間変位測定方法によれば、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高温域において、簡易にかつ精度良く熱間変位量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を示す模式図。
【図２】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置の測定室を示す斜視図。
【図３】図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す斜視図。
【図４】図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す平面図。
【図５】図４に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図６】図２に示す熱間変位測定装置に用いる保持部材を示す平面図。
【図７】図６に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図８】図２に示す熱間変位測定装置に用いる押え板を示す平面図。
【図９】図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図１０】図２に示す熱間変位測定装置により測定する試料を示す平面図。
【図１１】図１０に示す試料の側面図。
【図１２】図２に示す熱間変位測定装置に用いるリフレクターを示す側面図。
【図１３】図１２に示すリフレクターを示す平面図。
【図１４】図１２及び図１３に示すリフレクターの作製に用いる金属板を示す側面図。
【図１５】本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置を示す模式図である。
【００３０】
試料１０は、後述する測定室内に設置されている。なお、図１において、測定室は図示していない。測定室の外部には、光学フィルタ（または絞り）２１及び投射レンズ２２が設けられている。投射レンズ２２は、試料１０の測定部における両端部１０ａ及び１０ｂを拡大して投影するためのものである。試料１０と投射レンズ２２との間に、光学フィルタ（または絞り）２１が設けられており、光学フィルタ２１により、光量の調整、不要な波長の光の除去等がなされ、光学フィルタ２１を通過した光が、投射レンズ２２に入射する。試料１０の測定部の像は、１つの投射レンズ２２に入射した後、一対の撮像手段としての一次元ＣＣＤ２３及び２４に投射される。一次元ＣＣＤ２４には、試料１０の一方端部１０ａが撮像される。また、一次元ＣＣＤ２３には、試料１０の他方端部１０ｂが撮像される。本発明においては、投射レンズ２２により、拡大された試料１０の測定部の像における径方向の一方端部１０ａを一次元ＣＣＤ２４により、他方端部１０ｂを一次元ＣＣＤ２３により、それぞれ撮像する。従って、一次元ＣＣＤ２３及び一次元ＣＣＤ２４のそれぞれの位置を適宜調整することにより、種々の大きさの試料１０の測定に対応させることができる。
【００３１】
一次元ＣＣＤ２３からの電気信号２５における変曲点２５ａにより、試料１０の他方端部１０ｂの位置を検出することができる。同様に、一次元ＣＣＤ２４からの電気信号２６の変曲点２６ａにより、試料１０の一方端部１０ａの位置を検出することができる。これにより、一方端部１０ａ及び他方端部１０ｂの所定の温度の試料に対する変位量を測定することができ、試料１０の一方端部１０ａから他方端部１０ｂまでの距離を測定することができる。
【００３２】
試料１０が、加熱され熱膨張すると、径方向においても膨張するので、一方端部１０ａと他方端部１０ｂの間の距離が変化する。これにより、所定の温度差における試料の熱間変位量を求めることができ、熱膨張率を算出することができる。
【００３３】
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
図２は、本発明に従う一実施形態の熱間変位測定装置の測定室を示す斜視図である。図２に示すように、測定室１は、石英ガラス管からなる壁部１ａの両端と、キャップ２及びキャップ３との間にＯ−リングを配置してクリップで固定することにより構成されている。本実施形態においてキャップ２及びキャップ３は、ベークライトより形成されているが、耐熱性のあるものであれば特に限定されるものではなく、金属や樹脂であってもよい。キャップ２には、測定室１内に不活性ガスを導入するための導入口１８となるパイプが挿入されている。導入口１８を通り、不活性ガスが測定室１内に導入される。本実施形態においては、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いている。不活性ガスとしては、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）など他の不活性ガスを用いてもよい。また、不活性ガスに代えて、窒素ガスを用いることも可能である。
【００３５】
また、反対側に設けられたキャップ３には、排気口１９が形成されている。排気口１９は、測定室１内のガスを排気するため形成されている。なお、図２においては、排気口１９を図示していない。排気口１９には、測定室１内のガスを排気するための排気手段としての排気ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００３６】
排気口１９から測定室１内のガスを排気した後、導入口１８からアルゴンガスを導入することにより、測定室１内の雰囲気をアルゴンガスの雰囲気にすることができる。
【００３７】
本実施形態の熱間変位測定装置によって電気抵抗率が測定される試料１０は、測定室１内において、保持部材４及び５によって保持されることにより、測定室１内に設置されている。
【００３８】
図２に示すように、保持部材４には、電線８が接続されており、電線８は、キャップ２と壁部１ａとの間を通り、外部に導き出されている。同様に、保持部材５には電線９が接続されており、電線９はキャップ３と壁部１ａとの間を通り外部に導き出されている。電線８及び電線９は、図示されない直流電源に接続されている。電線８に接続された保持部材４と、電線９に接続された保持部材５の間に試料１０が保持されることにより、試料１０に、直流電源からの直流電流が通電され、試料１０が加熱される。
【００３９】
壁部１ａを構成する石英ガラス管は、支持部材３１及び３２により、台３３の上に支持されている。なお、本実施形態では、石英ガラス管として、直径１２０ｍｍのものを使用し、石英ガラスの０．４〜２．０μｍの波長の光の透過率は、８０％以上であった。
【００４０】
図３は、図２に示す熱間変位測定装置の測定部を拡大して示す斜視図である。
【００４１】
図３に示すように、保持部材４は、台座部４ａと、押え板４ｅとを組み合わせることにより構成されている。同様に、保持部材５も、台座部５ａと、押え板５ｅを組み合わせることにより構成されている。台座部４ａ及び５ａは、本実施形態において、黒鉛から形成されている。押え板４ｅ及び５ｅは、本実施形態において銅から形成されている。
【００４２】
図４は、図２に示す熱間変位測定装置の測定部を示す平面図であり、図５は、図４に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４３】
図６は、台座部５ａを示す平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８は、押え板５ｅを示す平面図であり、図９は、図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４４】
台座部４ａも、台座部５ａと同様の構造を有しており、押え板４ｅも、押え板５ｅと同様の構造を有している。
【００４５】
図３及び図４に示すように、試料１０の一方端部は、台座部５ａに形成された溝５ｉ（図６及び図７を参照）内に配置され、その上に、押え板５ｅを配置し、ボルト及びナットからなる固定具５ｂのボルトを、台座部５ａの孔５ｆ及び押え板５ｅの孔５ｊに通し、ナットで締め付けることにより、台座部５ａと押え板５ｅの間に挟み固定されている。
【００４６】
試料１０の他方端部も、同様に、台座部４ａと押え板４ｅを、固定具４ｂで固定することにより、台座部４ａと押え板４ｅに挟み固定している。
【００４７】
図５には、台座部５ａと押え板５ｅの間に試料１０を挟み固定した状態が示されている。
【００４８】
図５に示すように、台座部５ａの底面は、壁部１ａの内面に沿う半円形状を有しており、台座部５ａは、筒状の壁部１ａ内に挿入して配置され、壁部１ａには固定されていない。台座部４ａも同様に、壁部１ａ内に挿入して配置され、壁部１ａには固定されていない。従って、保持部材４及び５は、測定室１内において、試料１０の長さ方向に移動可能な状態で、測定室１内に保持されている。
【００４９】
図３及び図４に示すように、試料１０の測定部、すなわち保持部材４と保持部材５の間に位置する試料１０の部分と、保持部材４との間には、リフレクター６が設けられている。同様に、試料１０の測定部と保持部材５との間には、リフレクター７が設けられている。リフレクター６とリフレクター７の間の距離は、特に限定されるものではなく、試料１０の長さによって変化させればよい。つまり、リフレクター６及び７を保持部材４及び５に固定し、試料１０の長さにより保持部材４及び５とともに距離を変化させるようになっている。
【００５０】
図１２は、リフレクター６を示す側面図であり、図１３は、リフレクター６を示す平面図である。リフレクター６は、図１４に示す形状のステンレスＳＵＳ３０４からなる金属板を加工することにより作製される。図１４に示すように、試料１０を通す切抜き部６ａが形成されており、その両側に切込６ｄ及び６ｅが形成されている。切込６ｄ及び６ｅの外側のハッチングで示す部分は打ち抜きにより抜き取られる。切込６ｄ及び６ｅをその根元部分で折り曲げることにより、図１２及び図１３に示すフラップ部６ｂ及び６ｃが形成されている。フラップ部６ｂ及び６ｃには、取り付けねじ４ｃを通すための切欠が形成されている。リフレクター７も、リフレクター６と同様の形状を有している。
【００５１】
図４に示すように、リフレクター６のフラップ部に取り付けねじ４ｃが通され、リフレクター６が台座部４ａに取り付けられている。同様に、リフレクター７のフラップ部に取り付けねじ５ｃを通すことにより、台座部５ａにリフレクター７が取り付けられている。図５、図６及び図７に示すように、取り付けねじ５ｃは、台座部５ａに形成された孔５ｇにねじ込むことにより取り付けられている。
【００５２】
リフレクター６及び７は、上述のように、ステンレスから形成されているので、試料１０から放射される熱線を反射することができる。リフレクター６は、試料１０の測定部と保持部材４との間に設けられ、リフレクター７は、試料１０の測定部と保持部材５との間に設けられている。従って、測定の際、試料１０から放射された熱線が、保持部材４及び保持部材５に照射されないように反射することができる。このため、保持部材４及び保持部材５が熱線を吸収して温度上昇するのを抑制することができる。このため、測定室１内の温度が上昇するのを抑制することができる。また、保持部材４及び保持部材５が、試料１０からの熱線により劣化するのを防止することができる。前記リフレクター６及び７は、少なくとも赤外線を反射するものが好ましい。
【００５３】
図６に示す孔５ｈには、ボルト及びナットからなる固定具５ｄが取り付けられ、この固定具５ｄにより、電線９が保持部材５に取り付けられている。同様に、固定具４ｄが、台座部４ａに形成された孔に取り付けられ、電線８がこの固定具４ｄにより保持部材４に接続されている。
【００５４】
図１５は、本実施形態の熱間変位測定装置を模式的に示す図である。
【００５５】
図１５に示すように、試料１０は、壁部１ａが石英ガラスからなる測定室１内に配置されている。試料１０には、直流電源１４に一方端が接続された電線８及び電線９のそれぞれの他方端が接続されている。試料１０に直流電流を通電することにより、試料１０を加熱し、試料１０の温度を上昇させることができる。直流電源１４と試料１０の間には、電流計１５が設けられている。直流電源１４としては、定電圧定電流電源を用いることが好ましい。
【００５６】
試料１０の測定部の温度は、低温域においては、熱電対１３により測定される。熱電対１３は、接着剤により試料１０に取り付けられている。従って、本実施形態において、熱電対１３は、使い捨て可能なものを用いている。熱電対１３で測定されたデータは、温度計測回路・データロガ１７に送られる。また、高温域における試料１０の測定部の温度は、測定室１の外部に設けられた放射型温度計１６により測定される。放射型温度計１６で測定された温度データは、温度計測回路・データロガ１７に送られる。このようにして測定された温度データに基づき、温度計測回路・データロガ１７から直流電源１４に信号が送られ、試料１０に通電させる電流または電圧を制御し、試料１０の昇温速度を制御することができる。また、光学式変位量測定装置２０で測定された変位データも温度計測回路・データロガ１７に送られ、所定温度の試料に対する各温度における試料の変位量が導き出される。
【００５７】
測定室の外部には、光学式変位量測定装置２０が設けられている。光学式変位量測定装置２０は、図１を参照して説明した装置である。
【００５８】
上述のように、本実施形態においては、測定室１の壁部１ａが石英ガラスから形成されている。石英ガラスは、熱線を透過する材質であり、試料１０から発生する熱線を透過する。このため、測定室１内の温度上昇を抑えることができ、断熱材や冷却設備等を必要とせず、簡易な構造で精度良く高温域における熱間変位量を測定することができる。
【００５９】
放射型温度計１６で、試料１０の測定部の温度が３０００℃程度に昇温している際に、試料１０の上方の壁部１ａにおける温度を測定したところ、３９６℃であった。また、試料１０の測定部の中央から１００ｍｍ程度離れた場所、すなわちリフレクター６及び７の上方では１４９℃であった。また、測定室１の端部、すなわちキャップ２及び３の近傍における温度を測定したところ、約１００℃であり、測定室１内の温度が極めて低く抑えられていることがわかる。
【００６０】
従って、本実施形態においては、測定室１の測定部周辺の温度上昇を抑制することができる。従って、従来必要であった、断熱材や冷却設備が不要となる。
【００６１】
また、測定室の１の温度上昇を抑制することができるので、アルゴンなどの不活性ガスを測定室１内の雰囲気ガスとして用いた場合、不活性ガスがイオン化し、放電が生じるのを抑制することができる。このため、高温域における撮像に悪影響を与えることなく、より精度の高い測定が可能となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態においては、投射レンズ２２により拡大された試料１０の測定部の像における両端部１０ａ及び１０ｂのそれぞれを、一対の撮像手段２３及び２４で撮像し、両端部１０ａ及び１０ｂの所定温度の試料に対する変位量から、熱間変位量を求めることができる。このため、試料１０に直接接触する部分がないので、高温域においても、熱間変位量を容易に測定することができる。
【００６３】
また、レーザー等を使用していないので、高温域での試料からの発光により、Ｓ／Ｎ比の低下を生じることなく、精度良く測定することができる。
【００６４】
また、投射レンズ２２と撮像手段２３及び２４によって測定することができるので、簡易な構造で測定することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…測定室
１ａ…壁部
２…キャップ
３…キャップ
４…保持部材
４ａ…台座部
４ｂ…固定具
４ｃ…取り付けねじ
４ｄ…固定具
４ｅ…板
５…保持部材
５ａ…台座部
５ｂ…固定具
５ｃ…取り付けねじ
５ｄ…固定具
５ｅ…板
５ｆ…孔
５ｇ…孔
５ｈ…孔
５ｉ…溝
５ｊ…孔
６…リフレクター
６ａ…切抜き部
６ｂ，６ｃ…フラップ部
６ｄ，６ｅ…切込
７…リフレクター
８…電線
９…電線
１０…試料
１０ａ…一方端部
１０ｂ…他方端部
１３…熱電対
１４…直流電源
１５…電流計
１６…放射型温度計
１７…温度計測回路・データロガ
１８…導入口
１９…排気口
２０…光学式変位量測定装置
２１…光学フィルタ
２２…投射レンズ
２３…一次元ＣＣＤ
２４…一次元ＣＣＤ
２５…電気信号
２５ａ…変曲点
２６…電気信号
２６ａ…変曲点
３１，３２…支持部材
３３…台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が設置される測定室と、
前記試料を加熱する加熱手段と、
前記試料の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、
前記試料の前記測定部を拡大して投射する投射レンズと、
前記投射レンズにより拡大された前記試料の前記測定部の両端部における像のそれぞれを撮像する一対の撮像手段とを備える熱間変位測定装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記試料に直流電流を通電するための直流電源であることを特徴とする請求項１に記載の熱間変位測定装置。
【請求項３】
前記測定室の外周部を構成する壁部が、前記試料からの輻射による熱線を透過する材質から形成されており、前記試料からの前記熱線が前記測定室の前記壁部に直接照射されて外部に放射されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間変位測定装置。
【請求項４】
前記測定室の前記壁部の材質は、波長０．４〜２．０μｍの光の透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の熱間変位測定装置。
【請求項５】
前記測定室の前記壁部が、石英ガラスから形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱間変位測定装置。
【請求項６】
前記測定室の壁部と前記試料との間の距離が、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項７】
前記試料の前記両端部に光を照射する照明装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項８】
前記試料と前記投射レンズとの間に、絞り及び／またはフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項９】
試料を測定室に設置する工程と、
前記測定室に設置した前記試料の測定部を拡大して投射し、前記測定部の両端部における像のそれぞれを一対の撮像手段で撮像しながら、前記試料を加熱し、その温度を上昇させる工程と、
前記温度上昇における温度差と、前記温度上昇による前記両端部の変位量とから、前記試料の熱間変位量を求める工程とを備える熱間変位測定方法。
【請求項１】
試料が設置される測定室と、
前記試料を加熱する加熱手段と、
前記試料の測定部における温度を測定するための温度測定手段と、
前記試料の前記測定部を拡大して投射する投射レンズと、
前記投射レンズにより拡大された前記試料の前記測定部の両端部における像のそれぞれを撮像する一対の撮像手段とを備える熱間変位測定装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記試料に直流電流を通電するための直流電源であることを特徴とする請求項１に記載の熱間変位測定装置。
【請求項３】
前記測定室の外周部を構成する壁部が、前記試料からの輻射による熱線を透過する材質から形成されており、前記試料からの前記熱線が前記測定室の前記壁部に直接照射されて外部に放射されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間変位測定装置。
【請求項４】
前記測定室の前記壁部の材質は、波長０．４〜２．０μｍの光の透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の熱間変位測定装置。
【請求項５】
前記測定室の前記壁部が、石英ガラスから形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱間変位測定装置。
【請求項６】
前記測定室の壁部と前記試料との間の距離が、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項７】
前記試料の前記両端部に光を照射する照明装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項８】
前記試料と前記投射レンズとの間に、絞り及び／またはフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱間変位測定装置。
【請求項９】
試料を測定室に設置する工程と、
前記測定室に設置した前記試料の測定部を拡大して投射し、前記測定部の両端部における像のそれぞれを一対の撮像手段で撮像しながら、前記試料を加熱し、その温度を上昇させる工程と、
前記温度上昇における温度差と、前記温度上昇による前記両端部の変位量とから、前記試料の熱間変位量を求める工程とを備える熱間変位測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【公開番号】特開２０１２−６８０９３（Ｐ２０１２−６８０９３Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２２１３（Ｐ２０１０−２１２２１３）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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