(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が接合されて測温接点を構成するPt−Rh合金線とPt−Rh合金線の対と、Pt線とPt−Rh合金線の対と、Ir線とIr−Rh合金線の対との内の１つの対からなる金属素線を、チタンTi，チタニアTiO2，ジルコニウムZr，ジルコニアZrO2の内の少くとも１つを添加するか担持してなるアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物のアルミナ繊維から形成したスリーブからなる屈曲性または可撓性と延性のある絶縁管に挿通し、該絶縁管を窒化珪素からなる保護管に挿入し、該保護管と前記絶縁管との隙間や前記絶縁管と前記金属素線との隙間に繊維状または粉末状の無機酸化物からなる充填剤を充填したことを特徴とする金属溶湯用熱電対。
【請求項２】
前記保護管と前記絶縁管との隙間や前記絶縁管と金属素線との隙間に充填される充填剤が、ジルコニアZrO2，アルミナAl2O3 ，酸化マグムシウムMgO の内の少くとも１つである、請求項１に記の金属溶湯用熱電対。
【請求項３】
前記保護管の閉端部外面に耐鋳鉄溶湯性を有するMo−ZrB2の被膜が形成されている、請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項４】
前記保護管の外径が８ｍｍまたは８ｍｍ以下である、請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は鋳鉄溶湯などの金属溶湯の温度測定に好適な耐久性に優れた金属溶湯用熱電対に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
従来、特開平2-176432号公報などに開示されるように、金属溶湯の温度測定に使用される熱電対として、一端部を接合して測温接点とする例えばPtとPt基合金からなる２本の金属素線を挿通したアルミナ絶縁管を二重保護管に挿入し、測温接点が臨む絶縁管の先端に保護キヤツプを設けて、測温接点を保護した構造のものが知られている。しかしながら、上述の熱電対は金属素線の熱膨張の対応策が講じられておらず、金属素線が断線し易く、耐久性に乏しいのが実情である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は上述の問題に鑑み、金属素線の断線を防止した耐久性の高い金属溶湯用熱電対を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の構成は一端が接合されて測温接点を構成するPt−Rh合金線とPt−Rh合金線の対と、Pt線とPt−Rh合金線の対と、Ir線とIr−Rh合金線の対との内の１つの対からなる金属素線を、チタンTi，チタニアTiO2，ジルコニウムZr，ジルコニアZrO2の内の少くとも１つを添加するか担持してなるアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物のアルミナ繊維から形成したスリーブからなる屈曲性または可撓性と延性のある絶縁管に挿通し、該絶縁管を窒化珪素からなる保護管に挿入し、該保護管と前記絶縁管との隙間や前記絶縁管と前記金属素線との隙間に繊維状または粉末状の無機酸化物からなる充填剤を充填したことを特徴とする。
【発明の実施の形態】
【０００５】
本発明では金属素線を挿通した絶縁管が、チタンTi，チタニアTiO2，ジルコニウムZr，ジルコニアZrO2の内の少くとも１つを添加するか担持してなるアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物のアルミナ繊維のスリーブからなる。
保護管と絶縁管との隙間には、ジルコニアZrO2，アルミナAl2O3 または酸化マグネシウムMgO の少くとも１つを含む充填剤が充填される。
保護管は窒化珪素Si3N4 からなり、保護管の閉端部外面に耐鋳鉄溶湯性を有するモリブデン−硼化ジルコニウムMo−ZrB2の被膜が形成される。保護管の外径は８ｍｍまたは８ｍｍ以下とし、測温応答性の低下を防止する。
【実施例】
【０００６】
図１は本発明による金属溶湯用熱電対の側面断面図、図２は同金属溶湯用熱電対の先端平坦部を拡大して示す側面断面図である。熱電対を構成する異種金属からなる１対の金属素線１，２は、例えば成分が異なるPt−Rh合金（白金−ロジウム合金）とPt−Rh合金の対（ＪＩＳ  Ｂ型），PtとPt−Rh合金の対（ＪＩＳ  Ｒ型），Ir（イリジウム）とIr−Rh合金の対などである。金属素線１，２の一端は溶接により接合されて温度計測のための測温接点３を形成する。各金属素線１，２は絶縁管４に挿通されたうえ、全体が保護管５に挿入されて保持される。測温接点３の隣接する保護管５の先端の閉端部外面には耐鋳鉄溶湯性に優れたMo−ZrB2の被膜６が溶射により形成される。保護管５の他端は収容物を封入するための封止部７を形成する。保護管５は窒化珪素Si3N4 などの非酸化物セラミツクまたはサーメツトから成形される。絶縁管４はチタンTi，チタニアTiO2またはジルコニアZrO2を添加されるか担持されたアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物などのアルミナ繊維から形成されたスリーブからなり、屈曲性または可撓性と延性を有する。数個の絶縁管４を連ねて、絶縁管４に各金属素線１，２が各別に挿通されたうえ、保護管５へ挿入され、絶縁管４と金属素線１，２との隙間や、保護管５と絶縁管４との隙間には、充填剤としてZrO2，Al2O3 または酸化マグネシウムMgO の粉末または繊維状にしたものが充填される。
【０００７】
上述のようにして作製した本発明による金属溶湯用熱電対は、絶縁管４にアルミナ繊維から織成したスリーブを用いるので、絶縁管４の内部の金属素線１，２に対する熱応力の集中を防止することができる。絶縁管４と金属素線１，２との隙間に充填したジルコニアZrO2が保護管５の窒化珪素Si3N4 の珪素Si成分を選択吸収し、珪素Siが金属素線１，２の金属成分と反応するのを防止するので、従来の熱電対に比べて、耐久性に優れる。絶縁管４と保護管５との隙間の充填剤であるアルミナAl2O3 または酸化マグネシウムMgO の粉末層が、アルミナからなる絶縁管４が劣化した場合の絶縁を補助し、金属素線１，２と窒化珪素Si3N4 からなる保護管５との接触を防ぎ、金属素線１，２の金属成分と窒化珪素Si3N4 のSi成分とが反応するのを阻止する。また、保護管５の閉端部外面にMo−ZrB2（モリブデン−硼化ジルコニウム）を粉末溶射してなる被膜が形成されるので、鋳鉄溶湯に対する保護管５の耐食性が高められる。
【０００８】
次に、本発明による金属溶湯用熱電対との比較試験のために、金属素線の絶縁管としてアルミナ焼結体から作製したものを用い、金属素線を挿通した絶縁管を窒化珪素からなる保護管に挿入して、金属素線と絶縁管との隙間にはジルコニアZrO2粉末を充填しない熱電対を作製した。本発明による金属溶湯用熱電対と比較用熱電対と従来型熱電対とを用いて、温度１４５０℃の鋳鉄溶湯の測温試験を繰り返し行った。測温試験の結果、各熱電対の耐久性は図３に示すとおりである。熱電対の金属素線が断線に至るまでの測温回数は、比較用熱電対と従来型熱電対では５０〜１５０回程度であるのに対し、本発明による金属溶湯用熱電対では３００〜４００回であり、比較用熱電対と従来型熱電対のほぼ２〜８倍の耐久性があることが確認された。
【０００９】
上述の測温試験において、従来型熱電対の断線部分を観察してみると、応力により断線した形跡があり、これは絶縁管の内部または端部で金属素線に熱応力が集中したためと考えられる。また、比較用熱電対の断線部分を観察してみると、溶損により断線した形跡があり、これは窒化珪素Si3N4 からなる保護管の珪素Si成分が金属素線の白金と反応して低融点の化合物が形成され、金属素線が白金の融点以下で溶融したためと考えられる。
【００１０】
次に、本発明による金属溶湯用熱電対の保護管の外径の違いによる応答性試験を行つた結果は、図４に示す通りである。保護管の外径が大きくなるにつれて応答性が悪化するので、実用的には保護管の外径は８ｍｍを超えないものが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上述のように、一端が接合されて測温接点を構成するPt−Rh合金線とPt−Rh合金線の対と、Pt線とPt−Rh合金線の対と、Ir線とIr−Rh合金線の対との内の１つの対からなる金属素線を、チタンTi，チタニアTiO2，ジルコニウムZr，ジルコニアZrO2の内の少くとも１つを添加するか担持してなるアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物のアルミナ繊維から形成したスリーブからなる屈曲性または可撓性と延性のある絶縁管に挿通し、該絶縁管を窒化珪素からなる保護管に挿入し、該保護管と前記絶縁管との隙間や前記絶縁管と前記金属素線との隙間に繊維状または粉末状の無機酸化物からなる充填剤を充填したものであり、絶縁管がチタンTi，チタニアTiO2，ジルコニウムZr，ジルコニアZrO2の内の少くとも１つを添加するか担持してなるアルミナAl2O3 またはAl2O3 基化合物のアルミナ繊維のスリーブからなるので、絶縁管の内部の金属素線に対する熱応力の集中が防止される。
【００１２】
窒化珪素Si3N4 からなる保護管がアルミナ繊維から形成したスリーブからなる絶縁管を高温から保護するので、熱電対の耐久性が高められる。
保護管と絶縁管と金属素線との各隙間に充填した充填剤のZrO2粉末が、窒化珪素Si3N4 からなる保護管５のSi成分を選択吸収して、珪素Siが金属素線の金属成分と反応するのを防止するので、従来の熱電対よりも耐久性が高められる。
保護管の閉端部外面にMo−ZrB2粉末の溶射による被膜を形成したことにより、鋳鉄溶湯に対する保護管の耐食性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属溶湯用熱電対の側面断面図である。
【図２】同金属溶湯用熱電対の要部を拡大して示す側面断面図である。
【図３】本発明の金属溶湯用熱電対と比較用熱電対と従来型熱電対との測温試験による耐久性を表す線図である。
【図４】本発明による熱電対における保護管の外径の違いによる測温応答性を表す線図である。
【符号の説明】
１，２：金属素線  ３：測温接点  ４：絶縁管  ５：保護管  ６：被膜  ７：封止部  ８：充填剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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