(57)【要約】【課題】熱電対素線の断線を発生し難くして長寿命化を図り得るシース熱電対およびその製造方法を提供する。【解決手段】シース熱電対１は、先端が塞がった筒状の金属シース２の内部に、一対の熱電対素線３、３と絶縁材４とが設けられ、上記一対の熱電対素線３、３のそれぞれがスパイラル状に形成された構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が塞がった筒状の金属シースの内部に、一対の熱電対素線と絶縁材とが設けられ、上記一対の熱電対素線のそれぞれがスパイラル状に形成されていることを特徴とするシース熱電対。
【請求項２】
請求項１に記載のシース熱電対を製造する方法であって、
ほぼ円柱状をした、無機絶縁材を素材とする碍子の表面に、一対の熱電対素線のそれぞれを逆方向に巻き付ける工程と、
上記一対の熱電対素線が巻き付けられた上記碍子をシース用金属管の内部に挿入し、上記シース用金属管と上記碍子との間に絶縁材用の粉末を充填する工程と、
上記シース用金属管に対して引抜き加工を施して、シース用金属管を縮径させるとともに一対の熱電対素線を引き延ばし、かつ上記碍子を粉砕させる工程とを含むことを特徴とするシース熱電対の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加熱炉などで炉内温度を測定するために用いられるシース熱電対およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したシース熱電対として、図３および図４に示すように金属シース１００内に、マグネシア、アルミナ等を材質とする粉末の無機絶縁材１０１を介在させて一対の熱電対素線１０２、１０２を収容したものが知られている（例えば特許文献１など参照）。
【０００３】
このようなシース熱電対は、加熱炉などの腐食性雰囲気や酸化雰囲気などの過酷な環境で用いた場合に、金属シース１００により熱電対素線１０２が上記雰囲気から隔離されているために裸線のものに比べて長寿命であるという長所があり、また、絶縁材１０１を備えることから、金属シース１００と熱電対素線１０２とが接触し難く、設置対象物である加熱炉外皮である鋼材などの金属材との間の絶縁を考慮する必要がないという利点もある。
【特許文献１】特開２００６−１３８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の熱電対素線１０２が直線状であったため、以下のような場合には熱電対素線１０２に断線が生じ易いという難点があった。
【０００５】
その一つは、シース熱電対に対して急激に加熱と冷却を繰り返し与えた場合である。即ち、シース熱電対を急激に加熱すると、シースが高温で、熱電対素線が未だ低温である状態が過渡的に生じ、シースの熱膨張により熱電対素線には軸方向に引っ張られる応力が働く。逆に急激に冷却されると、過渡的にシースの方が先に冷却されて圧縮応力が働く。このような引っ張り応力と圧縮応力が繰り返し発生することに伴うサイクル疲労により、熱電対素線が断線に至ることがある。このとき、熱電対素線に傷や径寸法ムラが存在したり、或いは、シース熱電対に小さな曲げ半径の曲げ部が存在したりすると、更に熱電対素線が断線し易くなる。その理由は、前者の熱電対素線に傷や径寸法ムラが存在する場合、その傷や径の細い部分に応力が集中するからである。また、後者のシース熱電対に小さな曲げ半径の曲げ部が存在する場合は、上述のように急激な加熱・冷却の繰り返しにより、曲げ部の熱電対素線に応力の集中が起こるからである。
【０００６】
他の一つは、シース熱電対に曲げ力が繰り返し付与される場合である。例えば、シース熱電対を可動部に設置すると、可動部の可動に伴ってシース熱電対が繰り返し曲げられることにより熱電対素線に断線が招来されることがある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、熱電対素線の断線を発生し難くして長寿命化を図り得るシース熱電対およびそのシース熱電対に好適な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシース熱電対は、先端が塞がった筒状の金属シースの内部に、一対の熱電対素線と絶縁材とが設けられ、上記一対の熱電対素線のそれぞれがスパイラル状に形成されていることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明のシース熱電対の製造方法は、請求項１に記載のシース熱電対を製造する方法であって、ほぼ円柱状をした、無機絶縁材を素材とする碍子の表面に、一対の熱電対素線のそれぞれを逆方向に巻き付ける工程と、上記一対の熱電対素線が巻き付けられた上記碍子をシース用金属管の内部に挿入し、上記シース用金属管と上記碍子との間に絶縁材用の粉末を充填する工程と、上記シース用金属管に対して引抜き加工を施して、シース用金属管を縮径させるとともに一対の熱電対素線を引き延ばし、かつ上記碍子を粉砕させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシース熱電対による場合には、先端が塞がった筒状の金属シースの内部に設ける一対の熱電対素線がスパイラル状になっていてコイルバネのように働くので、シース熱電対に対して急激に加熱と冷却が繰り返し与えられても、或いは、シース熱電対に曲げ力が繰り返し付与されても、熱電対素線に断線が発生し難くなり、これによりシース熱電対の長寿命化を図り得る。
【００１１】
本発明のシース熱電対の製造方法による場合には、無機絶縁材を素材とする碍子に一対の熱電対素線のそれぞれを逆方向に巻き付け、粉末の無機絶縁材をシース用金属管と上記碍子との間に充填し、その後の引抜き加工により各熱電対素線を引き延ばすことで、１ターンの軸方向長さ（Ｌ）を所望寸法としたスパイラル状の一対の熱電対素線を簡単に作製することができる。また、碍子は、引抜き加工により粉砕されて粉末化するので、シース熱電対の曲げ性が失われることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係るシース熱電対を具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るシース熱電対を示す断面図である。
【００１３】
このシース熱電対１は、先端が塞がった筒状の金属シース２と、その金属シース２の内部に設けられた一対の熱電対素線３、３と、上記金属シース２の内部に設けられた絶縁材４と、上記金属シース２の開口側に固着された筒状スリーブ５と、スリーブ５の内部に設けられたシール材６と、スリーブ５の内部で両熱電対素線３、３のそれぞれと接続された補償導線７、７とを具備する。
【００１４】
上記金属シース２は、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼、或いはインコネル６００などの材料が用いられる。シース２の外径は４．８ｍｍφ、シース２の肉厚は０．７２ｍｍである。なお、シース２の材質は、上記ステンレス鋼やインコネル６００に限らず、他の材料でも構わない。また、シース２の外径および肉厚も、上記寸法に限らない。
【００１５】
各熱電対素線３は、スパイラル状に形成されていて、これらの先端側には互いに接続された測温接点３ａが設けられている。つまり、各熱電対素線３の形状は、測温接点３ａを除いて、軸心に対する離間距離をほぼ一定とし、かつ１ターンの軸方向長さ（Ｌ）を同一としたスパイラル状をしている。各熱電対素線３の基端側（先端とは反対側）には、それぞれ補償導線７が接続されている。各補償導線７の外側には、絶縁被覆８が設けられていて、互いの間が絶縁状態となっている。熱電対素線３の材質としては、例えばプラス側ではクロメルが用いられ、マイナス側ではアルメルが用いられている。素線３の直径は、例えば０．７６ｍｍに設定されている。素線３の材質および直径も、上記のものに限らず、他の材質や直径のものを使用することができる。
【００１６】
スパイラル状の熱電対素線３における１ターンの軸方向長さ（Ｌ）は、例えば５ｍｍにしてある。但し、１ターンの軸方向長さ（Ｌ）は、他の寸法でも構わず、また全長にわたって異なっていてもよく、更には、各熱電対素線３において異なっていてもよい。
【００１７】
絶縁材４は、熱電対素線３とシース２とが接触し難くするためのものであり、例えばマグネシア等の無機材料からなる粉末である。
【００１８】
このような構成の本実施形態に係るシース熱電対は、例えば以下のように作製される。
シース２の外径が４．８ｍｍφで、スパイラル状の熱電対素線３の１ターンの軸方向長さ（Ｌ）が５ｍｍであるシース熱電対を作製する場合を例に挙げる。図２（ａ）に示すように、例えばマグネシアからなる無機絶縁材を素材とし、外径が約３ｍｍφの円柱状の碍子１０を用い、その碍子１０の表面に、先端を接合して測温接点３ａとした熱電対素線３を、５ｍｍの１ターンの軸方向長さ（Ｌ）よりも短い１ターンの軸方向長さ（Ｌ'）でスパイラル状に巻き付けたものを作る。このとき、測温接点３ａを碍子１０の端に位置させ、かつ各熱電対素線３が逆方向となるように巻き付ける。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、シース２よりも外径が６ｍｍφと太く、長さが短いシース２用金属管２'を用い、この金属管２'に対し上記碍子１０を挿入する。このとき、碍子１０の軸心と金属管２'の軸心とを一致させるのが好ましい。続いて、金属管２'の内部に、粉末の無機絶縁材４を充填する。なお、金属管２'は両端が開口したものである。
【００２０】
次に、この状態の金属管２'を、図２（ｃ）に示すように、ダイス１１を用いた引抜き加工で細径化および長尺化する。ダイス１１としては、穴ダイスまたはローラーダイスなどが用いられる。この引抜き加工により、外径が４．８ｍｍφであるシース２内に、１ターンの軸方向長さ（Ｌ）が５ｍｍのスパイラル状の熱電対素線３と絶縁材４とを備えた棒状のものが作製される。なお、引抜き加工の際に、碍子１０は粉砕されて粉末化し、絶縁材４の一部となる。
【００２１】
続いて、図示を省略するが、両端が開口した状態のシース２に対し、測温接点３ａ側の開口を封じる加工と、シース２の他端側の加工（つまり筒状スリーブ５とシール材６と補償導線７と絶縁被覆８とを取付けること）を行い、図１に示すシース熱電対１が作製される。
【００２２】
なお、測温接点３ａを接合するタイミングは、引抜き加工後であって、シース２の測温接点３ａ側開口を封じる加工の際に行うようにしてもよい。また、碍子１０の表面に熱電対素線３をスパイラル状に巻き付ける際の測温接点３ａの位置を端ではなく他の位置とすることにより、例えば碍子１０の長さ方向の途中に測温接点３ａを位置させることにより、軸方向の望む位置に測温接点３ａがあるシース熱電対１を作製することも可能である。
【００２３】
この構成の本実施形態に係るシース熱電対による場合には、スパイラル状に形成された熱電対素線３を用いているので、熱電対素線に断線が発生し難くい。以下に、このことを詳述する。
【００２４】
スパイラル状の熱電対素線３は、コイルバネのように働く。よって、急激な加熱・冷却を繰り返し与えても、熱電対素線３が受ける引張・圧縮力は小さいため、熱電対素線３に傷や径寸法ムラが存在しても断線が生じ難い。また、シース熱電対に小さな曲げ半径の曲げ部が存在する場合には、その曲げ部の熱電対素線３にある程度の応力集中が起こるものの、曲げ部においても熱電対素線３はスパイラル状であり、曲げ部の長さに対してスパイラル状素線の１ターンの軸方向長さ（Ｌ）を、上記のように５ｍｍ程度と十分に短く設定すれば、応力が１箇所に集中して発生することは無く、分散し、急激な加熱・冷却の繰り返しに対して熱電対素線３は断線が生じ難い。また、シース熱電対に曲げ力が繰り返し付与される場合にも、曲げ部における熱電対素線の応力も分散されるため、熱電対素線３は断線が生じ難い。
【００２５】
なお、上述した実施形態では熱電対素線３のプラス側にはクロメルを用い、マイナス側にはアルメルを用いた、ＪＩＳ１６０２に示されるＫ熱電対に対して適用しているが、本発明はこれに限らず、同じくＲ熱電対、Ｎ熱電対など、他のタイプの熱電対に対しても同様に適用することができる。
【００２６】
また、上述した実施形態では無機絶縁碍子１０および粉末の無機絶縁材４として、マグネシアを用いた例を挙げているが、本発明はこれに限らず、アルミナやシリカ等、他の無機絶縁材を用いてもよい、更には、無機絶縁碍子１０と無機絶縁材４は、異なる無機絶縁材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るシース熱電対を示す断面図である。
【図２】図１のシース熱電対の製造方法の説明図である。
【図３】従来のシース熱電対を示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    シース熱電対
２    金属シース
３    熱電対素線
４    粉末の無機絶縁材
２'    シース用金属管
１０    碍子
１１    ダイス
【図１】
2008107115.tif 000003
【図２】
2008107115.tif 000004
【図３】
2008107115.tif 000005
【図４】
2008107115.tif 000006