(57)【要約】【課題】蛍光体素材単体のプレス加工で、素子形状が崩れないとともに、焼結後蛍光体素子の収縮が起こらず設計通りの形状、寸法で加工する蛍体温度センサの蛍光体素子の製造方法が求められている。【解決手段】径が１０μｍ以下のルビー粉末と、含有率が３０±１０ｗｔ％の範囲のバインダー用ガラス粉末とを混合した素材を、プレス圧５７ＭＰａで加圧形成するとともに、加圧形成した蛍光体素材を、焼結用炉にて室温から６５０℃まで加熱し、６５０℃を３０分以上保持した後、自然冷却する蛍体温度センサの蛍光体素子の製造方法。【選択図】図６
2017015558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光の照射を受け、蛍光を発する蛍光素子と、
前記蛍光体に励起光を投光する投光部と、
前記蛍光体の発する蛍光を受光する受光部と、
前記投光部及び前記受光部と前記蛍光体間の導光を行う光ファイバと、
前記励起光と前記蛍光体を分離するミラーと、
前記受光部の受光量に基づき温度を算出する処理部と、を備えた蛍光温度センサにおいて
径が１０μｍ以下のルビー粉末に、含有率が３０±１０ｗｔ％の範囲のバインダー用ガラス粉末をさらに添加して、混合することで蛍光体素子の素材を製造することを特徴とする蛍光体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
プレス機で蛍光体素子の素材を形成する時、プレス圧を５７ＭＰａとすることを特徴とする蛍光体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
プレス形成した蛍光体素子を、室温から６５０℃まで加熱し、６５０℃を３０分以上保持した後、自然冷却することを特徴とする蛍光体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍体温度センサの蛍光体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体の蛍光時間は温度依存性を持つことを計測原理とする蛍光体温度計測装置は従来から使用されている。前記蛍光時間とは、励起光を消灯した直後から蛍光が規定の値まで減衰した時間であり、温度が高いほど蛍光時間は短くなる。前記蛍光体温度計測装置は、励起光源となる発光素子（ＬＥＤなど）、蛍光を受ける受光素子、励起光と蛍光をガイドする光ガイド用ファイバ、さらに、蛍光時間を算出する演算処理装置から構成する。さらに前記蛍光体温度計測装置は、事前に定めた演算アルゴリズムにより前記蛍光体が設置している箇所の温度を算出するとともに前記蛍光体温度計測装置から温度データを外部に出力する。
【０００３】
図１は、蛍光体温度計測装置の温度計測を説明する模式図である。１は、前記蛍光体温度計測装置のケースであり、演算処理装置（図示せず）と演算結果を外部に出力する出力部（図示せず）と、前記蛍光体温度計測装置全体を制御する制御部（図示せず）をその内部に備える。ＭＤは蛍光体素子であり、金属製の蛍光体ホルダーであるキャップ３に収める。５はＬＥＤであり、励起光８をハーフミラー４に向けるとともに、前記ハーフミラー４で反射した前記励起光８は光ガイド用ファイバOFに入射する。２は前記光ガイド用ファイバＯＦのホルダーであり、前記計測装置のケース１に固定する。前記光ガイド用ファイバＯＦをガイドした前記励起光８は、光ファイバ先端面Ｓ−ＯＦから前記蛍光体素子ＭＤに照射される。前記蛍光体ＭＤから出た蛍光は、前記光ガイド用ファイバＯＦに入射した後、前記ハーフミラー４を透過して、入射光７として受光素子６に入る。前記受光素子６は、蛍光を電気信号に変換した後、前記演算処理部で温度データが算出される。
【０００４】
先行文献１は、蛍光体温度計測装置のセンサプローブの構造と製造方法を詳しく開示している。金属製性保護官の役割を持つセンサプローブの先端内部に蛍光体素子を設置するとともに、光ガイド用ファイバを前記センサプローブの管内に収めている。前記センサプローブを被測温体の表面ないし内部に設置して、前記蛍光体が励起した蛍光を、前記蛍光温度計測装置に導くようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-128144号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記蛍光体温度計測装置に採用する蛍光体素子の行程は、最初は蛍光体の素材である１０μｍ以下のルビー粉末と、ガラス含有率は５０ｗｔ％（５０重量％）となる様にバインダー用ガラス粉末とを混合して素材を作成する。前記素材を円筒形の金属製キャップ内に詰めるとともにプレス機で規定の圧力（例えば１９ＭＰａ）をかけて焼結用素材に形成する。前記素材を保持した前記金属製キャップを焼結用炉にセットして約６００℃の高温で焼成して蛍光体素子を作成する。作成した蛍光体素子を、測温プローブ内の先端部に設置することで、先行文献１で記載する蛍光体温度計測装置のセンサプローブが作成される。
【０００７】
蛍光体素子製造上、幾つか問題に遭遇した。プレスした後の蛍光体素子を焼結炉で焼結すると、蛍光体素子が収縮してしまう。図７を用いて、前記収縮の状態を説明する。図７（ａ）と（ｂ）はそれぞれ、金属製キャップＳＳ１と前記キャップＳＳ１に詰めた焼結前の蛍光体素子ＭＤ２−１の平面図と側面の断面図である。Ｒ３０とＲ３１は、それぞれ前記キャップＳＳ１の内径と外径であり、Ｗ３０は前記金属製キャップＳＳ１の深さである。前記蛍光体素子ＭＤ２−１は、隙間なく前記キャップＳＳ１に収まっていることを前記図７（ａ）と（ｂ）が示している。焼結後の様子が図７（c）である。焼結後の蛍光体素子ＭＤ２−２は、収縮したので、前記キャップＳＳ１に空隙部ＳＡが生じている。収縮による変形により、蛍光温度計測器の光ガイド用ファイバ先端の中心が、蛍光体素子の中心とずれてしまう。このことで蛍光時間の正確な測定は困難になってしまう。
【０００８】
ロッドを蛍光体素子に押し当てて荷重をかけた状態で、蛍光体素子を焼結すると前記蛍光体素子の収縮を防止できるが、焼結中に前記ロッドと前記蛍光体は接合してしまう。焼結後前記ロッドを取り外す時、前記蛍光体素子は破損してしまう。
【０００９】
熱容量を小さくするため、金属製キャップを用いず蛍光体素子単体で製造るのが望ましい。前記金属製キャップが無いため熱容量が小さくなり、被測温体の温度変化に追従しやすくなるからである。そこで前記キャップＳＳ１を用いず、蛍光体素材単体でプレス加工して、円柱形状に形成したところ、規定の形状を維持できず、その結果焼結後の蛍光体素子は変形しかつ収縮するので蛍光体温度装置のセンサに使用することは困難になる。文献１は前記蛍光体素子の製造におけるかかる課題の解決に関して何も開示していない。
【００１０】
そこで、蛍光体素材単体のプレス加工で、素子形状が崩れないとともに、焼結後蛍光体素子の収縮が起こらず設計通りの形状、寸法で加工する蛍体温度センサの蛍光体素子の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
径が１０μｍ以下のルビー粉末と、含有率が３０±１０ｗｔ％の範囲のバインダー用ガラス粉末とを混合した素材を、プレス圧５７ＭＰａで加圧形成するとともに、加圧形成した蛍光体素材を、焼結用炉にて室温から６５０℃まで加熱し、６５０℃を３０分以上保持した後、自然冷却する蛍体温度センサの蛍光体素子の製造方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
プレス加工後、ディスク形状を保ち、また焼結前後、収縮が起こらない。さらに蛍光体素子の表面に露出するガラスが減ったため、焼結用炉の焼成治具との接合も防止できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蛍光温度測定構成を説明する図
【図２】蛍光体素子のプレス加工展開図
【図３】蛍光体素子のプレス加工を説明する図
【図４】焼結炉
【図５】焼結時の温度カーブ
【図６】本発明の蛍光体素子
【図７】焼結による蛍光体素子の収縮を説明する図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態１.を図２から図６を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１．
【００１６】
径が１０μｍ以下のルビー粉末に、含有率が３０±１０ｗｔ％の範囲のバインダー用ガラス粉末をさらに添加して、混合して素材を作成する。前記素材が、本発明の焼結前の蛍光体素子となる。
【００１７】
図２は、蛍光体素子をプレス機で形成を説明するプレス加工展開図である。プレス加工機は円筒形の押しゴマ１０、円形空隙を備えた円筒形状のガイド３０とベース２０から構成される。前記ベース２０の上に、焼結前の蛍光体素子ＭＤ１−０を置く。Ｒ２０とＲ２１は、それぞれ前記ガイド３０に穿った空隙の内径、前記押しゴマ１０の径である。
【００１８】
図３（a）は、素材の蛍光体素子ＭＤ１−０を、プレスする直前の状態を表す。ベース２０と前記ガイド３０の中に、前記蛍光体素材ＭＤ１−０をセットした後、押しゴマが移動する方向Ｆに規定の力で前記押しゴマ１０に圧力を加える。図３（ｂ）は、前記押しゴマ１０が前記蛍光体素子ＭＤ１−０をプレス加工して、円筒形状の蛍光体素子ＭＤ１−１を形成した状態を示す。Ｗ１０は、プレス後の前記蛍光体素子ＭＤ１−１の高さを表す。プレス時、前記押しゴマ１０に加える圧力は、１９ＭＰａより高圧の５７ＭＰａが最適値であった。
【００１９】
図４は、焼結炉の断面を模した図である。温度制御装置とヒータは図示していない。プレス形成した前記蛍光体素子ＭＤ１―１は、焼結用炉４０にセットして、規定の温度プロファイルの制御のもとで焼結される。４１と４２は、それぞれ前記焼結用炉４０の焼結用炉の上蓋と焼結用炉本体である。
【００２０】
図５は、焼結時、前記焼結用炉４０を加熱する温度プロファイルの一例を示す。前記図５の縦軸Tempは温度（℃）を、横軸Timeは時間（分）を示す。Ｐ１は、加熱時の温度プロファイルを表し、６５分かけて室温から６５０℃まで加熱する。Ｐ２は６５０℃の温度を保つ時間が３０分とした温度ファイルである。この例ではＰ２の終了時間は、加熱開始から９５分となる。Ｐ３は、Ｐ２の終了時間から２０５分かけて６５０℃から規定温度まで蛍光体素子を自然冷却することを示す温度ファイルである。加熱開始からＰ３が終了するまで合計３００分の焼結プロセスである。なお前記規定温度は、今回は４５℃としたが室温でもかまわない。
【００２１】
図６は、焼結後のディスク形状の蛍光体素子ＭＤ１の外形を示し、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は平面図である。Ｒ１０は前記蛍光体素子ＭＤ１の径であり、Ｗ１１は高さである。
【００２２】
前記Ｒ１０と前記Ｗ１１の値はそれぞれ１．２ｍｍと０．７ｍｍであり、プレス加工後、ディスク形状は崩れずに保たれるとともに、焼結前後、蛍光素子の収縮が起こらなかった。さらに蛍光体素子の表面に露出するガラスが減ったため、焼結用炉の焼成治具との接合も防止できるようになった。なお、前記Ｒ１０と前記Ｗ１１が異なる値になったとしても、または蛍光体素子の形状がディスク以外の形状であっても本発明の範囲に属するのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２３】
１                        ケース
２                        ホルダー
３                        キャップ
４                        ハーフミラー
５                        ＬＥＤ
６                        受光素子
７                        入射光
８                        励起光
１０                      押しゴマ（プレスの）
２０                      ベース
３０                      中空円筒形状のガイド（プレスの）
４０                      焼結用炉
４１                      焼結用炉の上蓋
４２                      焼結用炉本体
Ｆ                        押しゴマが移動する方向
ＭＤ、ＭＤ１              蛍光体素子
ＭＤ１−０、ＭＤ１−１    焼結前の蛍光体素子
ＭＤ２−１                焼結前の蛍光体素子
ＭＤ２−２                焼結後の蛍光体素子
ＯＦ                      光ガイド用ファイバ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３          温度特性プロファイル
Ｒ１０                    蛍光体素子の径
Ｒ２１                    押しゴマの径
Ｒ２０                    中空円筒形状のガイド内径
Ｒ３０                    キャップの内径
Ｒ３１                    キャップの外径
ＳＳ１                    キャップ
Ｗ１０、Ｗ１１            蛍光体素子の高さ
Ｗ３０                    キャップの深さ
ＳＡ                      空隙部
Ｓ−ＯＦ                  光ファイバ先端面
【図１】
2017015558.tif 000003
【図２】
2017015558.tif 000004
【図３】
2017015558.tif 000005
【図４】
2017015558.tif 000006
【図５】
2017015558.tif 000007
【図６】
2017015558.tif 000008
【図７】
2017015558.tif 000009