特開 2022-144953 走査形放射温度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144953

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】走査形放射温度計

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/08 20220101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

G01J5/08 D

G01J5/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021046166

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000133526

【氏名又は名称】株式会社チノー

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】杉山 清孝

(72)【発明者】

【氏名】藤井 那幸

【テーマコード（参考）】

2G066

【Ｆターム（参考）】

2G066AA01

2G066BA25

2G066CA01

(57)【要約】

【課題】モータの回転軸に加わるスラスト荷重を軽減する。
【解決手段】走査形放射温度計は、モータ７にて回転駆動され、測定対象からの放射光を反射する反射面１１ａを有する４面回転ミラー１１を備え、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査する走査手段２と、モータ７の回転軸７ａに取り付けられるモータ側磁力カップリング１７と４面回転ミラー１１の回転軸１１ｂに取り付けられる回転体側磁力カップリング１６からなり、モータ７の回転を４面回転ミラー１１に伝達する一対の磁力カップリング１５と、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａに押し付けて一対の磁力カップリング１５のギャップ部分に設けられる弾性体１４と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査形放射温度計において、
モータにて回転駆動され、前記測定対象からの放射光を反射する反射面を有する回転体を備え、前記測定対象からの放射光を前記走査範囲で走査する走査手段と、
前記モータの回転軸に取り付けられるモータ側磁力カップリングと前記回転体の回転軸に取り付けられる回転体側磁力カップリングからなり、前記モータの回転を前記回転体に伝達する一対の磁力カップリングと、
前記回転体側磁力カップリングの磁石部に押し付けて前記一対の磁力カップリングのギャップ部分に設けられる弾性体と、を備えたことを特徴とする走査形放射温度計。

【請求項2】

前記弾性体は、前記一対の磁力カップリングに面接触して設けられることを特徴とする請求項１に記載の走査形放射温度計。

【請求項3】

前記弾性体は、前記磁石部の端面形状に合わせた形で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査形放射温度計。

【請求項4】

前記弾性体は、前記一対の磁力カップリングの何れかに両面テープまたは接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の走査形放射温度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査形放射温度計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

走査形放射温度計は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する温度計として従来から知られている。

【0003】

例えば下記特許文献１の走査形放射温度計では、測定対象の各位置における温度を測定するにあたって、側面に傾斜角の異なる複数の反射面を有するポリゴンミラーをモータにより回転駆動して測定対象面を２次元走査し、測定対象面からの赤外線をポリゴンミラーで反射させ、このポリゴンミラーで反射された測定光を集光レンズにより赤外線検出器の検出面に集光させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０４－００２９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した特許文献１の走査形放射温度計において、ポリゴンミラーをモータにより回転駆動するにあたって、タイミングベルトを介してモータの回転軸とポリゴンミラーの回転軸との間を接続する構成を採用すると、タイミングベルトが繰り返し使用により摩耗した際に発生するゴミの混入問題がある。

【0006】

また、モータの回転軸とポリゴンミラーの回転軸との間を機械的な汎用のカップリングで接続する構成を採用すると、モータの回転軸とポリゴンミラーの回転軸との間の位置調整が必要であり、組み立てが難しく簡単に交換が行えないという問題がある。

【0007】

ここで、上述した問題を解消するため、モータの回転軸とポリゴンミラーの回転軸との間を一対の磁力カップリングで接続する構成が考えられる。しかし、一対の磁力カップリングを用いた構成では、モータの回転力をポリゴンミラーの回転軸に伝達する際、一対の磁力カップリングのそれぞれの磁石部が発生する磁力が引き合い、モータの回転軸にスラスト荷重が生じてモータ内部のベアリングが破損するという問題がある。

【0008】

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、モータの回転軸に加わるスラスト荷重を軽減することができる走査形放射温度計を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された走査形放射温度計は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査形放射温度計において、
モータにて回転駆動され、前記測定対象からの放射光を反射する反射面を有する回転体を備え、前記測定対象からの放射光を前記走査範囲で走査する走査手段と、
前記モータの回転軸に取り付けられるモータ側磁力カップリングと前記回転体の回転軸に取り付けられる回転体側磁力カップリングからなり、前記モータの回転を前記回転体に伝達する一対の磁力カップリングと、
前記回転体側磁力カップリングの磁石部に押し付けて前記一対の磁力カップリングのギャップ部分に設けられる弾性体と、を備えたことを特徴とする。

【0010】

本発明の請求項２に記載された走査形放射温度計は、請求項１の走査形放射温度計において、
前記弾性体は、前記一対の磁力カップリングに面接触して設けられることを特徴とする。

【0011】

本発明の請求項３に記載された走査形放射温度計は、請求項１または２の走査形放射温度計において、
前記弾性体は、前記磁石部の端面形状に合わせた形で形成されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の請求項４に記載された走査形放射温度計は、請求項１～３の何れかの走査形放射温度計において、
前記弾性体は、前記一対の磁力カップリングの何れかに両面テープまたは接着剤で固定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、磁力の引き合いによるスラスト荷重を弾性体の反発力により減少させてモータにかかる負荷を軽減し、モータ内部のベアリングの破損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る走査形放射温度計の全体構成を示す図である。

【図2】本発明に係る走査形放射温度計の走査手段の部分断面図である。

【図3】（ａ），（ｂ）本発明に係る走査形放射温度計の視定手段の構成例と出射光を示す図である。

【図4】（ａ），（ｂ）本発明に係る走査形放射温度計の視定手段の他の構成例と出射光を示す図である。

【図5】（ａ），（ｂ）本発明に係る走査形放射温度計の視定手段の他の構成例と出射光を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0016】

図１に示すように、本実施の形態の走査形放射温度計１は、測定対象Ｗの表面からの放射光を所定の走査範囲Ａ（例えば９０°）で走査して測定対象Ｗの表面の各位置における温度を測定するものであり、走査手段２、集光手段３、検出手段４、視定手段５、補助反射手段６を備えて概略構成される。

【0017】

走査手段２は、図２のモータ７により回転駆動される回転体として、隣接する反射面１１ａが直角をなす枠状の４面回転ミラー１１を有する。４面回転ミラー１１は、モータ７の回転力が後述する一対の磁力カップリング１５を介して回転軸１１ｂに伝達されると、回転軸１１ｂを中心として図１の矢印Ｂ方向に回転駆動される。走査手段２は、４面回転ミラー１１の回転により所定の走査範囲Ａで走査され、測定対象Ｗの表面からの放射光を集光手段３に向けて反射する。

【0018】

さらに、走査手段２の構成について図２の断面図を参照しながら説明する。走査手段２の４面回転ミラー１１は、４つの反射面１１ａが立設されるフランジ１２ａを有する筒状部１２がベアリング１３を介して回転軸１１ｂと接続される。

【0019】

４面回転ミラー１１は、弾性体１４がギャップ部分に挟み込まれた一対の磁力カップリング１５を介してモータ７と連結される。

【0020】

一対の磁力カップリング１５は、回転体側磁力カップリング１６とモータ側磁力カップリング１７からなる。回転体側磁力カップリング１６は、筒状部１２内の回転軸１１ｂの先端部（図２では上端部）に取り付けられ、磁石部１６ａと磁石部１６ａを保持するホルダ部１６ｂで構成される。

【0021】

モータ側磁力カップリング１７は、モータ７の回転軸７ａの先端部（図２では下端部）に取り付けられ、回転体側磁力カップリング１６と同一構成の磁石部１７ａと磁石部１７ａを保持するホルダ部１７ｂで構成される。

【0022】

弾性体１４は、例えばゴム、スポンジなどで構成され、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａとモータ側磁力カップリング１７の磁石部１７ａの端面形状に合わせた形状（外形がほぼ相似する形状）で互いの中心を一致させて磁石部１６ａ，１７ａ内に収まるように形成される。具体的に、弾性体１４は、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａとモータ側磁力カップリング１７の磁石部１７ａの端面形状が円形であればリング状で互いの中心を一致させて磁石部１６ａ，１７ａ内に収まるように形成され、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａとモータ側磁力カップリング１７の磁石部１７ａの端面形状が四角形であれば枠状で互いの中心を一致させて磁石部１６ａ，１７ａ内に収まるように形成される。

【0023】

すなわち、弾性体１４は、磁石部１６ａ，１７ａの端面形状に合わせた形状とせず、磁石部１６ａ，１７ａからはみ出すと、はみ出した部分が圧縮されないため無意味になり、圧縮された際にいびつな形状に変形して力が分散し均等に圧がかからず、長期使用中に不具合が起きる可能性があることを懸念し、磁石部１６ａ，１７ａの端面形状に合わせた形状で互いの中心を一致させて磁石部１６ａ，１７ａ内に収めている。

【0024】

弾性体１４は、モータ７の内部のベアリングが磁力によるスラスト荷重（モータ７の回転軸７ａ方向に働く荷重）を受けて破損するのを防ぐものであり、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａに押し付けられ、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａとモータ側磁力カップリング１７の磁石部１７ａとの間に面接触して潰された状態で密着して設けられる。これにより、モータ７の回転力が一対の磁力カップリング１５により４面回転ミラー１１に伝達されて回転駆動した際、回転体側磁力カップリング１６の磁石部１６ａとモータ側磁力カップリング１７の磁石部１７ａの磁力が引き合う力を弾性体１４の反発力でキャンセルし、モータ７にかかる負荷を軽減する。

【0025】

なお、一対の磁力カップリング１５への弾性体１４の取付は、一対の磁力カップリング１５による圧縮の力のみの固定、回転定側磁力カップリング１６または回転体側磁力カップリング１７に両面テープで固定、回転定側磁力カップリング１６または回転体側磁力カップリング１７に接着剤で固定などがある。両面テープや接着剤を用いれば、一対の磁力カップリング１５への弾性体１４の密着力を高めるとともに、組み立てがしやすくなる効果がある。

【0026】

集光手段３は、集光レンズで構成され、走査手段２にて走査される測定対象Ｗからの放射光を検出手段４に集光する。

【0027】

検出手段４は、検出素子（単素子、複数素子）が配置され、集光手段３にて集光される測定対象Ｗからの放射光を検出素子の検出面にて検出する。なお、検出手段４にて検出された測定対象Ｗからの放射光は電気信号に変換され、従来より周知の信号処理（後述する温度ドリフトの補正を含む）によって測定対象Ｗの表面における各位置の温度が算出される。

【0028】

視定手段５は、図１の走査手段２の走査範囲Ａ（例えば９０°）に合わせたレーザ視程角Ｃ（例えば９０°）が得られるように、レーザダイオード５ａと、コリメートレンズ、ロッドレンズ、三角柱ミラーを適宜組み合わせた光学系５ｂを備えて構成される。

【0029】

視定手段５は、測定対象Ｗの走査範囲Ａを目視で確認するため、レーザダイオード５ａからのレーザ光（可視光：例えば赤色）の光路を光学系５ｂにて変換し、光路が変換されたレーザ光を走査範囲Ａに合わせたレーザ視程角Ｃで測定対象Ｗに向けて出射する。視定手段５としては、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）の何れかの構成を採用することができる。

【0030】

図３（ａ）の視定手段５Ａは、レーザダイオード５ａ、光学系５ｂとしてコリメートレンズ５ｂ１、ロッドレンズ５ｂ２を備えて構成され、レーザダイオード５ａの出射面とコリメートレンズ５ｂ１の入射面のそれぞれの中心が光軸Ｌと一致するように配置される。また、ロッドレンズ５ｂ２は、コリメートレンズ５ｂ１の出射面側で光軸Ｌよりも上方に位置して配置される。なお、ロッドレンズ５ｂ２は、コリメートレンズ５ｂ１の出射面側で光軸Ｌよりも下方に位置して配置してもよい。

【0031】

図３（ａ）の視定手段５Ａでは、レーザダイオード５ａから出射されるレーザ光（可視光：例えば赤色）をコリメートレンズ５ｂ１により平行光束Ｒ１に絞った後、平行光束Ｒ１の一部をロッドレンズ５ｂ２に入射させ、その他の平行光束Ｒ１をそのまま通過させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、ロッドレンズ５ｂ２に入射した光線がライン状の光Ｒ２として射出され、その他の平行光束Ｒ１が中心に集光される。

【0032】

図４（ａ）の視定手段５Ｂは、レーザダイオード５ａ、光学系５ｂとしてコリメートレンズ５ｂ１、三角柱ミラー５ｂ３を備えて構成され、レーザダイオード５ａの出射面とコリメートレンズ５ｂ１の入射面のそれぞれの中心が光軸Ｌと一致するように配置される。また、三角柱ミラー５ｂ３は、鋭角部をコリメートレンズ５ｂ１側に向けた状態で光軸Ｌよりも上方に位置して配置される。なお、三角柱ミラー５ｂ３は、鋭角部をコリメートレンズ５ｂ１側に向けた状態で光軸Ｌよりも下方に位置して配置してもよい。

【0033】

図４（ａ）の視定手段５Ｂでは、レーザダイオード５ａから出射されるレーザ光（可視光：例えば赤色）をコリメートレンズ５ｂ１により平行光束Ｒ１に絞った後、平行光束Ｒ１の一部を三角柱ミラー５ｂ３の２つの側面に入射させ、その他の平行光束Ｒ１をそのまま通過させる。これにより、図４（ｂ）に示すように、三角柱ミラー５ｂ３の２つの側面に入射した光線が外側に所定角度（例えばレーザダイオード５ａの出射面に対向する三角柱ミラー５ｂ３の鋭角部の角度が４５°で走査範囲Ａが９０°の場合は２２．５°）で反射した光Ｒ３，Ｒ４として射出され、その他の平行光束Ｒ１が中心に集光される。

【0034】

図５（ａ）の視定手段５Ｃは、レーザダイオード５ａ、光学系５ｂとしてコリメートレンズ５ｂ１、ロッドレンズ５ｂ２、三角柱ミラー５ｂ３を備えて構成され、レーザダイオード５ａの出射面とコリメートレンズ５ｂ１の入射面のそれぞれの中心が光軸Ｌと一致するように配置される。また、三角柱ミラー５ｂ３は、鋭角部をコリメートレンズ５ｂ１側に向けた状態で光軸Ｌよりも上方に位置して配置され、ロッドレンズ５ｂ２がコリメートレンズ５ｂ１の出射面側で三角柱ミラー５ｂ３の上部に配置される。なお、三角柱ミラー５ｂ３は、鋭角部をコリメートレンズ５ｂ１側に向けた状態で光軸Ｌよりも下方に位置して配置し、ロッドレンズ５ｂ２を三角柱ミラー５ｂ３の下部に配置してもよい。

【0035】

図５（ａ）の視定手段５Ｃでは、レーザダイオード５ａから出射されるレーザ光（可視光：例えば赤色）をコリメートレンズ５ｂ１により平行光束Ｒ１に絞った後、平行光束Ｒ１の一部をロッドレンズ５ｂ２に入射させ、平行光束Ｒ１の他の一部を三角柱ミラー５ｂ３の２つの側面に入射させ、その他の平行光束Ｒ１をそのまま通過させる。これにより、図５（ｂ）に示すように、ロッドレンズ５ｂ２に入射した光線がライン状の光Ｒ２として射出され、三角柱ミラー５ｂ３の２つの側面に入射した光線が外側に所定角度（例えばレーザダイオード５ａの出射面に対向する三角柱ミラー５ｂ３の鋭角部の角度が４５°で走査範囲Ａが９０°の場合は２２．５°）で反射した光Ｒ３，Ｒ４として射出され、その他の平行光束Ｒ１が中心に集光される。

【0036】

補助反射手段６は、測定対象Ｗからの放射光が検出手段４の検出面に入射しない状態での温度ドリフトを測定するため、４面回転ミラー１１の回転軌跡から外れた位置で検出手段４の検出面と平行に対面して配置される。具体的に、補助反射手段６は、組み立て性や部品点数の増加を考慮して装置の小型化を図るため、４面回転ミラー１１に迷光が入るのを防止するミラーカバー１８（図２のモータ７を固定している部品）または筐体の内壁面に配置して取り付けられる。補助反射手段６は、検出手段４が発する放射光（集光手段３が発する放射光を含む）を反射させて検出手段４の検出面に入射する反射光を温度ドリフトとして測定する際に、図１の実線で示す４面回転ミラー１１の左側の反射面１１ａが検出手段４の検出面と平行に対面する位置において、検出手段４が発して４面回転ミラー１１の反射面１１ａにて反射できない放射光、すなわち、４面回転ミラー１１の反射面１１ａが視野不足によってカバーできない放射光を検出手段４の検出面に向けて反射する。

【0037】

補助反射手段６は、集光手段３のレンズの有効口径が大きく、走査手段２の４面回転ミラー１１のみで検出手段４からの放射光を反射して検出手段４の検出面に入射するのが不可能な場合に設けられるものである。

【0038】

なお、集光手段３のレンズの有効口径が小さく、走査手段２の４面回転ミラー１１のみで検出手段４からの放射光を反射して検出手段４の検出面に入射することが可能な場合には補助反射手段６を省くことができる。

【0039】

このように、上述した実施の形態では、モータ７と回転体（４面回転ミラー１１）との間を接続する一対の磁力カップリング１５のギャップ部分に反発力を有して弾性体１４を設けた構成を採用している。これにより、磁力の引き合いによるスラスト荷重を弾性体１４の反発力により減少させてモータ７にかかる負荷を軽減し、モータ７内部のベアリングの破損を防ぐことができる。

【0040】

また、上述した実施の形態では、モータ７と回転体（４面回転ミラー１１）の接続に一対の磁力カップリング１５を使用している。これにより、従来のようなタイミングベルトの摩耗によるゴミ混入の問題が解消され、モータの交換時に再度光軸合わせを行う必要もなく、位置再現性もラフで済み、現場でモータの交換を簡単かつ容易に行うことができ、磁力カップリングの利点を活かすことができる。

【0041】

さらに、上述した実施の形態では、検出手段４が発する放射光（集光手段３が発する放射光を含む）を反射させて検出手段４が自己温度を測定する際に、測定対象Ｗの表面からの放射光を集光手段３に反射させるための４面回転ミラー１１を兼用している。これにより、特許文献１のようなミラーを一部に設けたチョッパーをモータで回転させる構成と比較して、余計なモータを増やすことなく構成部品の簡素化を図ることができる。

【0042】

また、集光手段３のレンズの有効口径が大きく、４面回転ミラー１１のみで上述した自己温度の測定が不可能な場合であっても、補助反射手段６によるミラーを配置するだけで対応することができる。

【0043】

さらに、上述した実施の形態では、図３～図５の何れかの構成による視定手段５Ａ，５Ｂ，５Ｃを採用している。そして、図３の視定手段５Ａによれば、平行光束Ｒ１の一部をロッドレンズ５ｂ２に入射させ、その他の平行光束Ｒ１をそのまま通過させることにより、走査範囲（視定範囲）Ａの中心位置を確認することができる。また、図４の視定手段５Ｂによれば、平行光束Ｒ１の一部を三角柱ミラー５ｂ３の２つの側面に入射させ、その他の平行光束Ｒ１をそのまま通過させることにより、走査範囲（視定範囲）Ａの中心位置だけでなく両端位置を確認することができる。さら、図５の視定手段５Ｃによれば、図３の視定手段５Ａと図４の視定手段５Ｂを組み合わせた構成により、走査範囲（視定範囲）Ａの中心位置と両端位置を確認することができる。

【0044】

ところで、上述した実施の形態において、弾性体１４を設ける位置は、図２のモータ７と４面回転ミラー１１との間を接続する一対の磁力カップリング１５のギャップ部分に限定されず、モータ７とモータ７で回転させたい回転体との間を接続する場合の一対の磁力カップリングのギャップ部分であってもよい。

【0045】

以上、本発明に係る走査形放射温度計の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0046】

１ 走査形放射温度計
２ 走査手段
３ 集光手段
４ 検出手段
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 視定手段
５ａ レーザダイオード
５ｂ 光学系
５ｂ１ コリメートレンズ
５ｂ２ ロッドレンズ
５ｂ３ 三角柱ミラー
６ 補助反射手段
６ａ 反射面
７ モータ
７ａ 回転軸
１１ ４面回転ミラー
１１ａ 反射面
１１ｂ 回転軸
１２ 筒状部
１２ａ フランジ
１３ ベアリング
１４ 弾性体
１５ 一対の磁力カップリング
１６ 回転体側磁力カップリング
１６ａ 磁石部
１６ｂ ホルダ部
１７ モータ側磁力カップリング
１７ａ 磁石部
１７ｂ ホルダ部
１８ ミラーカバー
Ｗ 測定対象
Ａ 走査範囲
Ｂ 回転方向（４面回転ミラー）
Ｃ レーザ視程角
Ｌ 光軸
Ｒ１ 平行光束
Ｒ２ ライン状の光
Ｒ３，Ｒ４ 反射光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】