(57)【要約】      （修正有）【課題】シース熱電対の金属シース先端を溶接封止する作業方法において、経験を積んだ溶接に習熟した作業者を必要とせず、簡素な装置で溶接封止を自動で行う方法を提供する。【解決手段】溶接ヘッド１０５を持つ既存のチューブ自動溶接機を用い、熱電対素線５、６と無機絶縁材粉末４が内在した金属シース２を、先端部を上側にして略垂直に１つのクランプ１０１ａ、１０２ａで固定して、その上端に球形状の中実金属球８を載置し、続いて他の１つのクランプ１０１ａ、１０２ａで中空の棒９１を、挿入された押さえ棒９３が金属球８を上から金属シース２に押し付けた状態で固定した後、チューブ自動溶接機をスタートすることで先端の溶接封止をする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が接合されて測温点が形成された少なくとも１対の熱電対素線が、金属シース内に充填された無機絶縁材粉末を介在して当該金属シース内に収容され、当該金属シースの先端部は溶接封止により密閉されたシース熱電対において、前記先端の溶接封止を、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合わされてそれぞれが固定された２本のチューブの当該突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、前記２本のチューブを自動で溶接接続する既存のチューブ自動溶接機を用いて行う、シース熱電対先端の溶接封止方法であって、
前記熱電対素線と前記無機絶縁材粉末が収容され、前記無機絶縁材粉末の先端部端面は後記金属球の径と略同一の径の球形状に凹んだ形状に成形された前記金属シースの先端の開口部を上方として、略垂直に前記クランプの１つにより固定し、当該金属シースの先端の開口部に当該金属シースの外径と略同一径で中実球形状の金属球を載置する金属球載置工程と、
後端が蓋をされた中空の棒に、前記金属球の融点より融点が高い材質で作られた押さえ棒が挿入されていて、当該押さえ棒は、後端が前記蓋とバネを介して繋がれ、その先端は前記中空の棒の先端開口より外部に突出し、当該突出長さはストッパ機構により所定の範囲に制限されている、少なくとも、前記中空の棒とその蓋、前記押さえ棒、前記バネ及び前記ストッパ機構より成る金属球押さえ治具を用い、前記押さえ棒が前記バネの力で、前記金属球載置工程において前記金属シースの先端開口部に載置した前記金属球を上から前記金属シースに押圧した状態で、前記中空の棒を前記クランプの他の１つにより固定する金属球押圧工程と、
これに続いて行う、前記ティグ溶接電極が前記金属シースと前記金属球の接触部の周りを回って、前記金属シースと前記金属球の接触部を全周溶接する接触部溶接工程と、を備え、
前記接触部溶接工程では、前記金属球押さえ治具において、前記押さえ棒の前記中空の棒の先端開口からの突出長さが、前記ストッパ機構により所定の範囲に制限されていることから、前記金属球の溶融が始まって形状が扁平となることに因り、前記押さえ棒の前記金属球との接触が無くなり、その後は当該接触のない状態で前記金属シースと前記金属球の接触部が溶接されるシース熱電対先端の溶接封止方法。
【請求項２】
前記金属球押さえ治具のストッパ機構は、
前記押さえ棒の側面に当該押さえ棒の軸方向と直角に１つまたは複数設けられた、棒状の突起と、
当該各突起に対応して前記中空の棒の側面に設けられたストッパ開口部と、から成り、
当該ストッパ開口部から前記突起を外部に突出させたものとすることにより、前記押さえ棒の前記中空の棒の先端開口から突出する長さが、当該ストッパ開口部の軸方向の長さと前記棒状の突起の太さにより決まる範囲に制限される請求項１に記載のシース熱電対先端の溶接封止方法。
【請求項３】
前記押さえ棒の材質は、セラミックスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシース電熱対先端の溶接封止方法。
【請求項４】
前記金属球の材質は、前記金属シースと同じ材質であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載のシース熱電対先端の溶接封止方法。
【請求項５】
前記金属球の径は、前記金属シース外径の０.８倍乃至１．２倍としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載のシース熱電対先端の溶接封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用温度センサとして一般に用いられているシース熱電対に関するもので、より具体的には、シース熱電対の製造過程における金属シース先端部の封止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シース熱電対は、工業用温度計のセンサとして一般に広く用いられている。その構造は、図４、図５に示すとおりで、図４は軸方向断面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【０００３】
シース熱電対１は、金属シース２内にマグネシア、アルミナ等の無機絶縁材粉末４が充填され、その中に一対の熱電対素線（プラス側熱電対素線５とマイナス側熱電対素線６）が収容されている。熱電対素線の先端は接合されて測温点７が形成されており、測温点７の温度がシース熱電対の出力温度となるのは周知のとおりである。
【０００４】
金属シース２の先端は、溶接封止部３により気密封止されている。先端と反対側の端末は図示していないが、エポキシ等のシール材による気密シールが施されていて、熱電対素線５、６はこのシールを通って外部に出ている。金属シース２の内部は、この端末のシールと先端の溶接封止部３とによって外部から遮断されており、この遮断は、無機絶縁材粉末４の吸湿による絶縁低下や、高温で使用した際に内部の熱電対素線５，６が酸化することによる温度測定誤差の発生等を防ぐために、シース熱電対１では必須である。
【０００５】
なお、図４には一対の熱電対素線を収容したシース熱電対１を示したが、複数対の熱電対素線を収容し、一対毎に先端部を接合して複数の測温点を形成したシース熱電対もある。以下、一対の熱電対素線を収容したシース熱電対について説明するが、熱電対素線が複数対の場合も同様である。
【０００６】
次に、シース熱電対の先端封止部の製作手順について説明する。図６はシース熱電対の先端封止部の製作手順を示した図である。
【０００７】
図６（ａ）に示すように、プラス側熱電対素線５とマイナス側熱電対素線６、及び両線の先端を溶接等により接合した測温点７が、金属シース２内に充填された無機絶縁材粉末４を介在して存在する状態に加工し、金属シース２の先端を溶接により図６（ｂ）のとおり封止する。続いて通常は、溶接により生じた余盛を、ベルター等を用いた研磨により取り除き、図６（ｃ）に示すように、封止した先端部の外径を金属シース２の外径に合わせる。この研磨により、少なくとも金属シース２の外径を超える隙間があればシース熱電対１を挿入して温度測定をすることが可能になる。
【０００８】
以上、図６に示した手順は、ほぼ全てのシース熱電対の先端封止部について行われているが、図６（ｂ）に示す金属シース２の先端を溶接封止する方法は、従来、各種のものが考えられ、実施されている。
【０００９】
特許文献１では、金属シースの先端部に球状または板状の蓋を掲置し、蓋と金属シース先端との境界に溶接部を形成して封止する方法が示されており、特許文献２では、金属シースの先端に直接、溶接棒を溶かし埋めて封止する方法、及び金属シースの先端にプラグ状の蓋片を打込み、金属シース先端と蓋片を溶接して封止する方法が示されている。また、特許文献３には、金属シース先端部を鍛造等により先端に行くにしたがって径を細くして端部開口面積を縮小した後、縮小した開口部にアーク溶接により溶接棒を溶かし込んで封止する方法が示されている。さらに、特許文献４では、金属シースの先端部を、溶接棒を用いないティグ溶接等により溶融させ、この溶融物で先端開口部を塞いで封止する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実願昭４９−１１０８９１号（実開昭５１−３８４７５号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開昭５３−１０９２３９号公報
【特許文献３】特開昭５５−３３６８９号公報
【特許文献４】特開２００７−１８７６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
シース熱電対の金属シース先端を溶接封止する方法は、特許文献１乃至４に示されるように色々な方法がある。特許文献１乃至４の説明文及び図に基づいて従来の方法を大別すると、金属シースの先端開口に溶接棒を溶かし埋めて封止する方法、金属シースの先端開口に蓋を全周溶接して封止する方法、及び、金属シースの先端部を溶融させ、この溶融物で先端開口部を封止する方法に分けられる。
【００１２】
金属シース先端の溶接封止は、前述のように気密封止とする必要があり、この条件を満たすように、従来の方法に依って、先端開口において溶接棒を適量溶かして埋める溶接作業、金属シースと蓋との全周溶接作業、また、金属シースの先端部を適切な範囲で溶融させてその溶融物で封止する溶接作業を行うことは、溶接の初心者では困難で、経験を積んだ溶接に習熟した作業者を必要とする問題があった。
【００１３】
従来の方法はまた、金属シース先端の溶接封止を自動で行う装置を作るについても、溶接棒、溶接電極の正確な位置決めと、これらの単純でない動きの精密な制御、閉止溶融物の量と位置の制御、等を実現するために、溶接封止の方法による程度の差はあれ、総じて大掛かりな装置とする必要があるという問題があった。
【００１４】
本発明は、かかる従来のシース熱電対先端を溶接封止する方法における作業の難しさに鑑みてなされたものであり、経験を積んだ溶接に習熟した作業者を必要とせず、簡素な装置で溶接封止を自動で行う方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、先端が接合されて測温点が形成された少なくとも１対の熱電対素線が、金属シース内に充填された無機絶縁材粉末を介在して金属シース内に収容され、金属シースの先端部は溶接封止により密閉されたシース熱電対において、先端の溶接封止を、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合わされてそれぞれが固定された２本のチューブの突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、２本のチューブを自動で溶接接続する既存のチューブ自動溶接機を用いて行う、シース熱電対先端の溶接封止方法であって、
熱電対素線と無機絶縁材粉末が収容され、無機絶縁材粉末の先端部端面は後記金属球の径と略同一の径の球形状に凹んだ形状に成形された金属シースの先端の開口部を上方として、略垂直にクランプの１つにより固定し、金属シースの先端の開口部に金属シースの外径と略同一径で中実球形状の金属球を載置する金属球載置工程と、
後端が蓋をされた中空の棒に、金属球の融点より融点が高い材質で作られた押さえ棒が挿入されていて、押さえ棒は、後端が中空の棒の蓋とバネを介して繋がれ、その先端は中空の棒の先端開口より外部に突出し、突出長さはストッパ機構により所定の範囲に制限されている、少なくとも、中空の棒とその蓋、押さえ棒、バネ及びストッパ機構より成る金属球押さえ治具を用い、この治具の押さえ棒がバネの力で、金属球載置工程において金属シースの先端開口部に載置した金属球を上から金属シースに押圧した状態で、中空の棒をクランプの他の１つにより固定する金属球押圧工程と、
それに続く、ティグ溶接電極が金属シースと金属球の接触部の周りを回って、金属シースと金属球の接触部を全周溶接する接触部溶接工程と、を備え、
接触部溶接工程では、金属球押さえ治具において、押さえ棒の中空の棒の先端開口からの突出長さが、ストッパ機構により所定の範囲に制限されていることから、金属球の溶融が始まって形状が扁平となることに因り、押さえ棒の金属球との接触が無くなり、その後は接触のない状態で金属シースと金属球の接触部が溶接されるものである。
【００１６】
本発明によれば、熱電対素線と無機絶縁材粉末が内在した金属シースを、先端部を上側にして略垂直に１つのクランプで固定して、その上端に球形状の中実金属球を載置し、続いて他の１つのクランプで中空の棒を、挿入された押さえ棒が金属球を上から金属シースに押し付けた状態で固定した後、チューブ自動溶接機をスタートすることで先端の溶接封止による密閉が可能であるので、難しい作業はなく、従来は必要とした溶接に習熟した者でなくとも作業が確実にできる効果がある。加えて、市販されている既存のチューブ自動溶接機は、一般にチューブ配設現場で持ち運び可能な小型であり、これを使用することにより大掛かりな装置を必要とせず溶接封止をすることができる。
また、無機絶縁材粉末の先端部端面を金属球と略同一の径の球形状に凹ました形状とすることにより、金属球を安定的に金属シース先端部に載置することができる。この無機絶縁材粉末の成形は、金属シースの先端まで充填した無機絶縁材粉末の端面を、先端が金属球と略同一径の半球状としたピンを回転させながら金属シースの先端から先端半球部が金属シースと接するまで挿入することにより可能で、容易な作業であり、自動化するにしても回転と位置決めを組み合わせた簡易な装置として実現できる。
さらに、押さえ棒を金属球より融点の高い材料としているため、溶接時に押さえ棒が溶融することがない。加えて、溶接時、金属球の一部に溶融が始まって形状が扁平になった後は、ストッパ機構による押さえ棒先端の中空の棒からの突出長さ制限から、金属球と押さえ棒の接触が無くなるので、押さえ棒に溶融した金属球が付着する虞もない。
以上のように、従来必要であった、溶接電極と溶接棒の２つ同時取り扱い、円周溶接、または溶解した溶接棒やシースによる封止作業等の難しい作業が本発明では必要なく、溶接の習熟者でなくても容易に確実な溶接封止を小型の装置により行うことができる。
【００１７】
本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係るシース熱電対先端の溶接封止方法であって、金属球押さえ治具のストッパ機構は、押さえ棒の側面に押さえ棒の軸方向と直角に１つまたは複数設けられた棒状の突起と、各突起に対応して中空の棒の側面に設けられたストッパ開口部と、から成り、ストッパ開口部から突起を外部に突出させたものとすることにより、押さえ棒の中空の棒の先端開口から突出する長さが、ストッパ開口部の軸方向の長さと棒状の突起の太さにより決まる範囲に制限されるものである。
【００１８】
本発明によれば、金属球押さえ治具のストッパ機構が、押さえ棒の側面に押さえ棒の軸方向と直角に１つまたは複数設けられた棒状の突起と、各突起に対応して中空の棒の側面に設けられたストッパ開口部とから構成されるので、ストッパ機構を、容易に、簡素な機構として実現できる。
【００１９】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１または第２の態様に係るシース熱電対先端の溶接封止方法であって、押さえ棒の材質は、セラミックスであることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明によれば、押さえ棒は金属球より融点の高いセラミックスを材料としているため、溶接時に溶融することがない。また、セラミックスは、工業的に広く使用されるＳＵＳ等の金属より融点の高いものが安価で在り、押さえ棒より高融点の金属を使用するのに比べて経済的利点がある、
【００２１】
本発明のうち第４の態様に係るものは、第１乃至第３のいずれかの態様に係るシース熱電対先端の溶接封止方法であって、金属球の材質は、金属シースと同じ材質であることを特徴とするものである。
【００２２】
シース熱電対において、材料となる金属球の材質を金属シースと異なるものにすると、異材溶接となって正常なティグ溶接が困難な場合があるのと同時に、溶接が可能としても、シース熱電対の使用寿命は耐久性の低い方の材質に支配されるので、異なる材質とすることにさしたる利点はない。本発明によれば、金属球の材質が金属シースと同じ材質であるので、このような溶接の困難性と耐久性に係る無駄が生じない。
【００２３】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第１乃至第４のいずれかの態様に係るシース熱電対先端の溶接封止方法であって、金属球の径は、金属シース外径の０.８倍乃至１．２倍としたことを特徴とするものである。  
【００２４】
金属シース先端部を溶接封止した後、図６（ｃ）に示したように、溶接の余盛部を研磨により取り除いて封止部の外径を金属シースの外径に合わせる際、金属球の径が金属シースの外径に比べて大き過ぎると研磨作業の増加を招く。また、金属球の径が金属シースの外径に比べて小さ過ぎると溶接深さが浅くなって機械的強度が不足したものとなる虞がある。本発明によれば、金属球の径を金属シース外径の０.８倍乃至１．２倍としているので、研磨作業の増加や、機械的強度の不足が生じることがない。  
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来必要であった、溶接電極と溶接棒の２つ同時取り扱い、円周溶接、または溶解した溶接棒やシースによる封止作業等の難しい作業が必要なく、溶接の習熟者でなくても小型の簡素な装置で溶接封止を自動で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】市販のチューブ自動溶接機のヘッド部外形の一例を示す斜視図である。
【図２】市販のチューブ自動溶接機のヘッド部の主要部品構成の一例を示す断面図である。
【図３】本発明によるシース熱電対先端の溶接封止の作業手順を説明する図である。
【図４】シース熱電対の軸方向断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面及び図４のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図６】シース熱電対先端封止部の製作手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明によるシース熱電対先端の溶接封止方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本方法で使用する市販のチューブ自動溶接機について説明する。
【００２８】
本方法で使用するチューブ自動溶接機は、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合されてそれぞれが固定された２本の被溶接チューブの突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、２本のチューブを自動で溶接接続するもので、多くの社が市販しており、特許としても例えば国際出願国際公開第２００８／３３３９号が公開されている。
【００２９】
図１はかかる市販のチューブ自動溶接機のヘッド部外形の一例を示す斜視図である。被溶接チューブは破線で示している。
図１に示すように、チューブ自動溶接機の腕１１の先端にヘッド部１０があり、ヘッド部１０には、１０１ａ、１０２ａと１０１ｂ、１０２ｂの２つのクランプに挟まれて溶接ヘッド１０５が設けられている。クランプ１０１ａ、１０２ａとクランプ１０１ｂ、１０２ｂには中央にそれぞれ被溶接チューブ１２ａと被溶接チューブ１２ｂを固定する開口があり、各クランプは開口の略中心を通る線で２つに分かれていて、先端側の１０１ａ、１０１ｂはそれぞれピボット１０３ａ、１０３ｂを回転軸として開閉できるようになっている。クランプ１０１ａを開いた状態は、図１に点線で示すとおりである。
【００３０】
クランプ１０１ａ、１０２ａに被溶接チューブ１２ａを固定する際には、止めネジ１０４ａを外してクランプ１０１ａを開き、被溶接チューブ１２ａを所定の位置に置いた後、クランプ１０１ａを閉じて止めネジ１０４ａを締め、被溶接チューブ１２ａより径がやや小さく作られた中央の開口で被溶接チューブ１２ａを固定する。クランプ１０１ｂ、１０２ｂで被溶接チューブ１２ｂを固定するもの同様である。
【００３１】
図１はチューブ自動溶接機の一例を示したものであるが、２つのクランプに挟まれて溶接ヘッドがあること、及びクランプはその中央の開口の中心を通る線で２つに分かれていて、先端側は開閉が可能で、閉時に開口が被溶接チューブを固定することは、ほぼどの市販チューブ自動溶接機にも共通している。また、チューブ配設現場で持ち運び可能な小型であることも共通している。
【００３２】
図２は、チューブ自動溶接機のヘッド部１０の主要部品の構成の一例を示す断面図である。この他に通常、溶接時のシールガスを供給するライン等があるが省略している。２つのクランプ１０１ａ、１０２ａと１０１ｂ、１０２ｂとにより、ティグ溶接電極１０６と同じ高さ位置で先端が突合わされて固定された２本の被溶接チューブ１２ａと１２ｂの突合せ位置の周りを溶接ヘッド１０５内のティグ溶接電極１０６が回ることにより、突合せ部が全周溶接される。
【００３３】
ティグ溶接電極１０６が被溶接チューブ突合せ位置の周りを回る動作は、本電極が繋がれ、またティグ溶接電流の電路も兼ねている電極周回駆動輪１０７が電極周回駆動輪枠１０８の内側で回転することにより行われ、電極周回駆動輪１０７を回転させる機構は図１のチューブ自動溶接機の腕１１の内に設けられている。このような溶接ヘッドの構成も市販のチューブ自動溶接機に概ね共通したものである。
【００３４】
本実施形態は、以上説明した既存の市販されているチューブ自動溶接機を使用してシース熱電対の金属シース先端部の溶接封止を行うものである。以下、図３に添って金属シース先端部を溶接封止する手順について説明する。ここで、図３は本発明によるシース熱電対１の先端溶接封止の作業手順を説明する長手方向断面図で、図３のＡ−Ａ断面の形状は図５に示したものと同じである。また、他の図と共通する符号は、同じものを表わしているので、以下説明を省略することがある。
【００３５】
図３に示すように、先端が接合されて測温点７が形成された１対の熱電対素線（プラス側熱電対素線５とマイナス側熱電対素線６）が、金属シース２内に充填された無機絶縁材粉末４を介在して金属シース２内に収容され、無機絶縁材粉末４の先端端面がその上に載せる金属球８の径と略同一径の球形状に凹んだ形状に加工された図３（ａ）に示す状態のものを、同図に示すように金属シース２の先端を上方として略垂直に設置し、図３（ｂ−１）に示すようにチューブ自動溶接機ヘッド部１０のクランプ１０１ｂ、１０２ｂによって、金属シース２の上端がティグ電極１０６と同じ高さ位置になるように固定する。
【００３６】
その後、金属シース２の先端に、金属シース２と同じ材質で金属シース２の外径と略同一径の中実球形状の金属球８を金属シース２上面の略中央に載せる。無機絶縁材粉末４の先端端面が金属球８の径と略同一径の球形状に凹んだ形状に加工されているので、金属球８は金属シース２の上面に安定的に載置することができる（金属球載置工程）。
【００３７】
続いて、上側のクランプ１０１ａ、１０２ａにより、金属球押さえ治具９を図３（ｂ−１）に示すように固定する。
【００３８】
金属球押さえ治具９は、円筒状枠の形状で後端が蓋をされた中空の棒９１（以下、本実施形態では円筒状枠と呼ぶ）に、金属球８より融点の高いセラミックを材質とする円柱状の押さえ棒９３が挿入されているもので、押さえ棒９３の後端と円筒状枠９１の後端の蓋は、コイルバネ９２を介して繋がっている。押さえ棒９３の先端は円筒状枠９１の先端より外部に突出しており、その突出長さは、押さえ棒９３に軸方向と直角に設けた棒状の２つの突起９４ａ、９４ｂを、円筒状枠９１に設けた各突起に対応するストッパ開口部９５ａ、９５ｂから外部に突出させたストッパ機構により一定範囲に制限されている。即ち、突起９４ａ、９４ｂがそれぞれストッパ開口部９５ａ、９５ｂの上端に接した状態が突出長さの最も短い状態、突起９４ａ、９４ｂがそれぞれストッパ開口部９５ａ、９５ｂの下端に接した状態が突出長さの最も長い状態であって、突出長さは、ストッパ開口部９５ａ、９５ｂの軸方向の長さと棒状の突起９４ａ、９４ｂの太さにより決まる範囲に制限されている。このように、本実施形態の金属球押さえ治具９は、少なくとも、片端が蓋をされた円筒状枠９１、円柱状の押さえ棒９３、コイルバネ９２、及び、押さえ棒９３に設けた棒状の突起９４、９４ｂと円柱状枠９１に設けたストッパ開口部９５ａ、９５ｂから成るスットッパ機構から構成されている。棒状の突起９４ａ、９４ｂはそれぞれ、その片端に雄ネジを切って外側からストッパ開口部９５ａ、９５ｂに通し、予め押さえ棒９３に切った雌ネジに螺合させることにより取付けたものである。
【００３９】
クランプ１０１ａ、１０２ａによる金属球押さえ治具９の固定は、押さえ棒９３が金属球８を上から金属シース２に押し付けた状態で固定する（金属球押圧工程）。
【００４０】
次に、チューブ自動溶接機の自動溶接をスタートすると、ティグ溶接電極１０６が金属シース２と金属球８の接触部の周りを周回し、これら２つが全周溶接される（接触部溶接工程）。
【００４１】
押さえ棒９３は、金属球８より融点の高いセラミックスを材料としている。このため、溶接時に溶融することはなく、加えて、溶接時、金属球８の一部に溶融が始まって形状が扁平になった後は、図３（ｂ−２）に示す如く、ストッパ機構による押さえ棒９３の先端の円柱状枠９１からの突出長さ制限から、金属球８と押さえ棒９３の接触が無くなるので、押さえ棒９３に金属球８の溶融物が付着する虞もない。ここで、押さえ棒９３の材質とするセラミックスは、工業的に広く使用されるＳＵＳ等の金属より融点の高いものが安価で在り、高融点金属の使用に比べて経済的利点がある。なお、図３（ｂ-２）はチューブ自動溶接機ヘッド部の図示を省略している。
【００４２】
続いて、上述のティグ溶接により生じた余盛をベルター等による研磨で取り除き、図３（ｃ）に示すように、溶接封止部３の外径を金属シース２の外径に合わせ、これによりシース熱電対１の先端加工が終了する。
【００４３】
以上説明したように、従来必要であった、溶接電極と溶接棒の２つ同時取り扱い、円周溶接、または溶解した溶接棒やシースによる封止作業等の難しい作業が本実施形態では必要とせずに、確実な溶接封止が容易に可能である。
【００４４】
シース熱電対１の先端と反対側の端末は、エポキシ等のシール材による気密シールが施されていて、熱電対素線５、６は当シールを通って外部に出ている。このシールと先端の溶接封止部３とにより金属シース２の内側は外部から遮断されて、無機絶縁材粉末４の吸湿による絶縁低下と高温での使用時の熱電対素線５、６の酸化による温度測定誤差の発生を防いでいる。本実施形態によるシース熱電対の端末部は従来のものと変わりなく、本実施形態とは直接関係しないので具体的な説明は省略する。
【００４５】
中実の金属球８の製作は、ベアリング玉、パチンコ玉などを作る既存製造技術により、棒材から製作することができ、金属球を使用することの経済的な影響は限定的である。
【００４６】
本実施形態によるシース熱電対１の材質、寸法の具体例としては、金属シース２の材質がＳＵＳ３１６、内径が２．４ｍｍ、外径が３．２ｍｍで、金属球８の材質がＳＵＳ３１６、径が３．２ｍｍ、無機絶縁材粉末４の材質がマグネシアのものが上げられる。
【００４７】
なお、金属シース２及び金属球８の材質、寸法は上に説明したものに限るものではないし、本実施形態では、熱電対素線が１対のもので説明したが、複数対の場合も同様に適用できる。
【００４８】
但し、金属球８の材質が、金属シース２と異なるものであると、異材溶接となって正常なティグ溶接が困難である場合があり、また、溶接が可能としても、シース熱電対の使用寿命は耐久性の低い方の材質に支配されるため、金属球８の材質を金属シース２と異なるものとすることに意味は少ないので、同じ材質とすることが望ましい。
【００４９】
金属球８の大きさについては、金属シース２の外径と同等の径が必要であるが、大き過ぎると図３（ｂ−２）から図３（ｃ）への研磨作業の増加を招くため、金属球８の径は金属シース２外径の１．２倍以下にすることが望ましく、溶接深さの確保のためには、０．８倍以上とすることが望ましい。また、研磨作業は、少なくとも金属シース２の外径を超える隙間があればシース熱電対１を挿入して温度測定をすることを可能にするために行うのであるが、そのような要求のない場合は、この研磨は不要になる。
【００５０】
さらに、バネ９２は、コイルバネに限るものでなく、板バネ、空気バネ等でもよく、また、金属球押さえ治具９についても、機能上、円筒状枠９１の形状はこれに限るものでなく、中空の棒の形状をしたものであればよく、押さえ棒９３の形状も円柱状に限るものではなく、前記中空の棒に挿入できる棒状のものであればよい。また、これに設けられるストッパ機構は、２本の突起９４ａ、９４ｂと２つのストッパ開口部９５ａ、９５ｂの組合せでなくとも、押さえ棒９３の先端の移動範囲を一定範囲に制限できるものであればよい。
【００５１】
（他分野への応用）
工業用ヒータとして広く使用されているマイクロヒータ、シースヒータは、後述のようにシース熱電対と類似の構造をしていることから、マイクロヒータ、シースヒータの金属シース先端部の溶接封止に、本実施形態の金属シース先端部の溶接封止を適用することにより、上述したシース熱電対と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
マイクロヒータ、シースヒータは、金属シース内に無機絶縁材粉末を介在して発熱線となる電気抵抗線を収容したものであり、一般に、マイクロヒータの発熱線はストレート線であるのに対し、発熱線を螺旋状にして長くし発熱量を高めたものがシースヒータである。
【００５３】
マイクロヒータ、シースヒータにおいて、金属シース内で電気抵抗線がシース熱電対の熱電対素線と同じように往復して収容されている場合は、シース熱電対と同様、金属シース先端部の溶接による密閉封止と、末端部の発熱線への電気供給のための導線が貫通するシール機構とにより、金属シース内を外部より遮断し、無機絶縁材粉末の吸湿による絶縁低下、発熱線の酸化による断線等の不具合事象を防いでいる。
【００５４】
このマイクロヒータ、シースヒータの金属シース先端部の溶接封止に、本実施形態のシース熱電対の金属シース先端部の溶接封止を適用することにより、従来必要であった習熟者による作業を不要とすることができる。
【００５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１      シース熱電対
２      金属シース
３      溶接封止部
４      無機絶縁材粉末
５      プラス側熱電対素線
６      マイナス側熱電対素線
７      測温点
８      金属球
９      金属球押さえ治具
９１    片側に蓋がある円筒状枠
９２    コイルバネ
９３    押さえ棒
９４    突起
９５    ストッパ開口部
１０    チューブ自動溶接機のヘッド部
１１    チューブ自動溶接機の腕
１２    被溶接チューブ
１０１  クランプ（固定側）
１０２  クランプ（可動側）
１０３  ピボット
１０４  止めネジ
１０５  溶接ヘッド
１０６  ティグ溶接電極
１０７：電極周回駆動輪
１０８：電極周回駆動輪枠
（１０１〜１０４のサフィックスａ、ｂは、２つあるクランプを区別し、１２のサフィックスａ、ｂは、２つのクランプでそれぞれ固定される２本の被溶接チューブを区別するためのものであり、９４と９５のサフィックスａ、ｂは、２つある突起とストッパ開口部の組を区別するためのものである。）
【図１】
2014178127.tif 000003
【図２】
2014178127.tif 000004
【図３】
2014178127.tif 000005
【図４】
2014178127.tif 000006
【図５】
2014178127.tif 000007
【図６】
2014178127.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月25日(2013.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
先端が接合されて測温点が形成された少なくとも１対の熱電対素線が、金属シース内に充填された無機絶縁材粉末を介在して当該金属シース内に収容され、当該金属シースの先端部は溶接封止により密閉されたシース熱電対において、前記先端の溶接封止を、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合わされてそれぞれが固定された２本のチューブの当該突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、前記２本のチューブを自動で溶接接続する既存のチューブ自動溶接機を用いて行う、シース熱電対先端の溶接封止方法であって、
前記熱電対素線と前記無機絶縁材粉末が収容され、前記無機絶縁材粉末の先端部端面は後記金属球の径と略同一の径の球形状に凹んだ形状に成形された前記金属シースの先端の開口部を上方として、略垂直に前記クランプの１つにより固定し、当該金属シースの先端の開口部に当該金属シースの外径と略同一径で中実球形状の金属球を載置する金属球載置工程と、
後端が蓋をされた中空の棒に、前記金属球の融点より融点が高い材質で作られた押さえ棒が挿入されていて、当該押さえ棒は、後端が前記蓋とバネを介して繋がれ、その先端は前記中空の棒の先端開口より外部に突出し、当該突出長さはストッパ機構により所定の範囲に制限されている、少なくとも、前記中空の棒とその蓋、前記押さえ棒、前記バネ及び前記ストッパ機構より成る金属球押さえ治具を用い、前記押さえ棒が前記バネの力で、前記金属球載置工程において前記金属シースの先端開口部に載置した前記金属球を上から前記金属シースに押圧した状態で、前記中空の棒を前記クランプの他の１つにより固定する金属球押圧工程と、
これに続いて行う、前記ティグ溶接電極が前記金属シースと前記金属球の接触部の周りを回って、前記金属シースと前記金属球の接触部を全周溶接する接触部溶接工程と、を備え、
前記接触部溶接工程では、前記金属球押さえ治具において、前記押さえ棒の前記中空の棒の先端開口からの突出長さが、前記ストッパ機構により所定の範囲に制限されていることから、前記金属球の溶融が始まって形状が扁平となることに因り、前記押さえ棒の前記金属球との接触が無くなり、その後は当該接触のない状態で前記金属シースと前記金属球の接触部が溶接されるシース熱電対先端の溶接封止方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、かかる従来のシース熱電対先端を溶接封止する方法における作業の難しさに鑑みてなされたものであり、経験を積んだ溶接に習熟した作業者を必要とせず、簡素な装置で溶接封止を自動で行う方法を提供することを課題としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記課題を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、先端が接合されて測温点が形成された少なくとも１対の熱電対素線が、金属シース内に充填された無機絶縁材粉末を介在して金属シース内に収容され、金属シースの先端部は溶接封止により密閉されたシース熱電対において、先端の溶接封止を、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合わされてそれぞれが固定された２本のチューブの突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、２本のチューブを自動で溶接接続する既存のチューブ自動溶接機を用いて行う、シース熱電対先端の溶接封止方法であって、
熱電対素線と無機絶縁材粉末が収容され、無機絶縁材粉末の先端部端面は後記金属球の径と略同一の径の球形状に凹んだ形状に成形された金属シースの先端の開口部を上方として、略垂直にクランプの１つにより固定し、金属シースの先端の開口部に金属シースの外径と略同一径で中実球形状の金属球を載置する金属球載置工程と、
後端が蓋をされた中空の棒に、金属球の融点より融点が高い材質で作られた押さえ棒が挿入されていて、押さえ棒は、後端が中空の棒の蓋とバネを介して繋がれ、その先端は中空の棒の先端開口より外部に突出し、突出長さはストッパ機構により所定の範囲に制限されている、少なくとも、中空の棒とその蓋、押さえ棒、バネ及びストッパ機構より成る金属球押さえ治具を用い、この治具の押さえ棒がバネの力で、金属球載置工程において金属シースの先端開口部に載置した金属球を上から金属シースに押圧した状態で、中空の棒をクランプの他の１つにより固定する金属球押圧工程と、
これに続いて行う、ティグ溶接電極が金属シースと金属球の接触部の周りを回って、金属シースと金属球の接触部を全周溶接する接触部溶接工程と、を備え、
接触部溶接工程では、金属球押さえ治具において、押さえ棒の中空の棒の先端開口からの突出長さが、ストッパ機構により所定の範囲に制限されていることから、金属球の溶融が始まって形状が扁平となることに因り、押さえ棒の金属球との接触が無くなり、その後は接触のない状態で金属シースと金属球の接触部が溶接されるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
金属シース先端部を溶接封止した後、図６（ｃ）に示したように、溶接の余盛部を研磨により取り除いて封止部の外径を金属シースの外径に合わせる際、金属球の径が金属シースの外径に比べて大き過ぎると研磨作業の増加を招く。また、金属球の径が金属シースの外径に比べて小さ過ぎると溶接深さが浅くなって機械的強度が不足したものとなる虞がある。本発明によれば、金属球の径を金属シース外径の０.８倍乃至１．２倍としているので、研磨作業の増加や、機械的強度の不足が生じることがない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本方法で使用するチューブ自動溶接機は、アースに繋がれた２つのクランプにより先端が突合されてそれぞれが固定された２本の被溶接チューブの突合せ位置の周りをティグ溶接電極が回ることにより、２本のチューブを自動で溶接接続するもので、多くの社が市販しており、特許としても例えば国際出願国際公開第２００８／３３３９号が公開されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014178127.tif 000009
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2014178127.tif 000010
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014178127.tif 000011
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2014178127.tif 000012