表面の熱ふく射現象と表面のミクロ性状のスペクトル分光診断法の展開

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555054
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 牧野 俊郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (30111941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 毅 産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 ; 若林 英信 京都大学, 工学研究科, 助手 (00273467) ; 松本 充弘 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10229578) ; 石井 順太郎 産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員
• Keywords: 熱ふく射物性 / ふく射伝熱 / ふく射応用計測 / インプロセス計測 / 分光測定 / 表面診断 / 表面あらさ / 表面被膜

Research Abstract

工業装置や自然界の実環境下にある実在表面は,実験室の清浄な光学鏡面とは著しく異なり,表面にはミクロなあらさがあり,その表面はなんらかの被膜で覆われているのがふつうである.加えて,その表面状態は実環境下で時々刻々にも変化する.また,積極的に表面状態を変化させる表面の物理・化学プロセスも実用化されている.このような実在表面について,その熱ふく射特性を伝熱の評価のために明らかにし,あるいは,ふく射を応用する表面状態診断法を確立するには,分光学的な手法を検討するのが望ましい.
本年度には,本研究の主たる実験装置である広波長域高速ふく射スペクトル測定装置の開発を進め,ほぼ完成するに至った.装置は,波長0.3〜11μmの近紫外〜赤外域の93波長点からなる表面の放射・反射スペクトルを2sのサイクル時間で同時にくり返し測定できる。第2に,この装置を用いて,高温大気酸化過程にある金属(Fe, Cr, Ni, SUS304)表面の時々刻々に変化する表面の反射・放射スペクトルの推移を調べる実験を行った.その結果,ふく射の干渉・回折挙動が,規則的で再現性のよいものであり,また多くの金属に一般的なものであることがわかった.
第3に,そのような実在表面の温度・性状を時々刻々に診断する表面状態のインプロセス診断アルゴリズムを改良することを試みた.そこでは,測定されたスペクトルの反転解析に耐える簡明な実在表面のふく射反射・放射のモデルを示した.検証実験を行い,そのすぐれた性能を例証した.

Research Products

• [Publications] 若林英信: "高速ふく射スペクトル法による金属実在表面の温度・性状診断(第2報)"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第38回. 695-696 (2001)
• [Publications] 若林英信: "実在表面の熱ふく射現象研究のためのスペクトル測定装置"日本機械学会論文集(B編). 67巻・660号. 2121-2128 (2001)
• [Publications] 若林英信: "実在表面の熱ふく射エネルギー交換の評価のための反射パラメータ決定法"日本熱物性シンポジウム講演論文集. 第22回. 106-108 (2001)
• [Publications] 牧野俊郎: "実在表面の温度・性状の熱ふく射スペクトル診断法の開発"「温度計測部会」講演会資料. 第110回. 18-24 (2001)
• [Publications] Wakabayashi, H.: "A New Spectrophotometer System for Measuring Thermal Radiation Phenomena in a 0.30-μm Wavelength Region"Measurement Science and Technology. vol.12・no.12. 2113-2120 (2001)
• [Publications] Makino, T.: "Spectroscopic Investigation on Infrared Radiation Characteristics of Pulverized Coal Ash Deposits for Thermal Engineering Applications"Thermal Science and Engineering. vol.10・no.1. 1-8 (2002)