(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の熱電対素線（１）を互いに間隔を隔てて保持する相対的に強度の高い複数の高強度絶縁部材（２）と、長さ方向に隣接する高強度絶縁部材の間に挟持され相対的に強度の低い複数の低強度絶縁部材（４）と、高強度絶縁部材と低強度絶縁部材を囲む細長いシース管（６）と、からなることを特徴とするシース型熱電対。
【請求項２】
前記高強度絶縁部材（２）及び低強度絶縁部材（４）は共に、円筒形のセラミック部材であり、１対の熱電対素線（１）を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔（２ａ，４ａ）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシース型熱電対。
【請求項３】
前記高強度絶縁部材（２）は円筒形のセラミック部材であり、かつ２本の熱電対素線を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔（２）を有し、前記低強度絶縁部材（４）は、高強度絶縁部材の間に充填し硬化処理されたセラミック接着剤である、ことを特徴とする請求項１に記載のシース型熱電対。
【請求項４】
（ａ）互いに間隔を隔てた１対の長さ方向貫通孔（２ａ）を有する複数の円筒形セラミック部材（２）を準備し、
（ｂ）セラミック部材の各貫通孔に１対の熱電対素線（１）のそれぞれを通し、（ｃ）各セラミック部材を所定の間隔を隔てて位置決めし、その間にセラミックス接着剤（４）を充填して硬化処理し、これにより、セラミック部材、セラミックス接着剤及び熱電対素線からなる熱電対コンポーネント（８）を製造し、
（ｄ）次いで、熱電対コンポーネントを細長いシース管（６）に挿入する、ことを特徴とするシース型熱電対の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容易に曲げ加工ができかつ曲げ加工による断線が少ないシース型熱電対とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二種の金属線の両端を接合し、両接合点の温度を異なる温度に保つとき、この閉回路に起電力が発生する。このように二種の金属線を組み合わせたものを熱電対という。熱電対の熱起電力は組み合わせた金属線の種類と両接合点の温度によって決まる。熱電対の一方の接合点を一定の基準温度に保つとき、起電力は他方の接合点の温度により決まる。そのため熱起電力を測定すれば温度を知ることができる。
図４は、測定回路の一例を示している。補償導線は、使用する熱電対とほぼ同一の熱電的特性をもっており、熱電対の端子と基準接点との間をこれによって接続し、熱電対の端子部分の温度変化によって生ずる誤差を補償するために使用する。
【０００３】
熱電対の素線は、一般に細く使用中に断線等するおそれがある。このため、図５に例示するように、熱電対の素線をシースと呼ぶ金属製の保護管（シース管）内に収納したシース型熱電対が広く用いられている。シース型熱電対は、被測定部への設置時にシース管を装置構成に合わせて適宜曲げて用いられる。そのためシース型熱電対は、曲げ加工が可能なように絶縁材としてセラミック粉末が用いられ、熱電対の素線同士及び素線とシース管の間の絶縁を確保するために高密度にセラミック粉末が充填されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したシース型熱電対の製造において、細いシース管内に高密度にセラミック粉末を充填することは困難であるため、ドローイングアニール法と呼ぶ製造方法が従来から用いられている。この方法は、製品径より大きな径のスターティングチューブ内にセラミック粉末の成形体と熱電対素線をセットし、加熱・引張を繰り返しながら全体を同時に縮径して、熱電対の細径化と絶縁材の充填率を上昇させるものである。
【０００５】
しかし、かかる製造方法によるシース型熱電対では、曲げ加工の際に保護管内部で素線が断線する不具合が多発する問題点があった。すなわち、従来の製造方法では、素線が引き伸ばされる過程において絶縁材が素線表面と擦り合わされ、素線表面に無数の傷が形成されるために、完成したシース型熱電対内の素線が見掛け上延性低下を起こしている。また、引き伸ばし加工の際、絶縁材はシース管によって圧縮され素線に強く押付けられているため、完成したシース型熱電対の曲げ加工の際に素線の伸びる範囲が曲げ部近傍に限定されている。従って、素線の延性低下と局部的な伸びのため、素線が断線しやすい問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、熱電対素線の延性低下を引き起こすことなく、かつシース管の曲げ時に熱電対素線の局部的な伸びを回避することができ、これにより、容易に曲げ加工ができ、かつ曲げ加工による断線が生じにくいシース型熱電対とその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、１対の熱電対素線（１）を互いに間隔を隔てて保持する相対的に強度の高い複数の高強度絶縁部材（２）と、長さ方向に隣接する高強度絶縁部材の間に挟持され相対的に強度の低い複数の低強度絶縁部材（４）と、高強度絶縁部材と低強度絶縁部材を囲む細長いシース管（６）と、からなることを特徴とするシース型熱電対が提供される。
【０００８】
本発明の構成によれば、シース管（６）と熱電対素線（１）は別々に所定の製品径に加工され、絶縁部材は高強度部材（２）と低強度部材（４）が交互に繰り返し配置された構造となる。絶縁部材の高強度部材（２）は従来のセラミック粉末と違い、細い保護管（シース管）内にも比較的容易に挿入することができる。また、低強度部材（４）は、外力によって崩壊することにより変形可能であるので、熱電対のシース管の曲げ加工に対して容易に追従することができる。更に、繰り返し配置された高強度部部材（２）により、熱電対素線同士を所定の間隔を保って保持するので、低強度部材（４）の密度が低くても短絡の心配はない。従って、この構成により、熱電対素線の延性低下と、絶縁部材による熱電対素線の圧迫の両方を回避することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記高強度絶縁部材（２）及び低強度絶縁部材（４）は共に、円筒形のセラミック部材であり、１対の熱電対素線（１）を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔（２ａ，４ａ）を有する。
この構成により、例えば、熱電対素線（１）が通る貫通孔（２ａ，４ａ）の径を素線径よりわずかに大きく設計することにより、絶縁部材による熱電対素線の拘束は更に小さくなる。そのため、曲げ加工を行ったときに熱電対素線が広い領域で伸びを生じ、曲げ加工に対する耐久性が向上する。絶縁部材（２，４）の強度は、例えばセラミック部品の密度を変えることによって制御できる。
【００１０】
また、前記高強度絶縁部材（２）は円筒形のセラミック部材であり、かつ２本の熱電対素線を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔（２）を有し、前記低強度絶縁部材（４）は、高強度絶縁部材の間に充填し硬化処理されたセラミック接着剤であってもよい。
高強度絶縁部材（２）の間をセラミック接着剤で充填し硬化処理を行うことにより、実質的に低強度絶縁部材（４）としてセラミック部材を用いた場合と同様の構造を得ることができる。セラミック接着剤は外力によって破壊するときに微細な粉末状となるので、熱電対シース管の曲げ加工時の熱電対素線の損傷の危険性が低減される。
【００１１】
また、本発明によれば、（ａ）互いに間隔を隔てた１対の長さ方向貫通孔（２ａ）を有する複数の円筒形セラミック部材（２）を準備し、（ｂ）セラミック部材の各貫通孔に１対の熱電対素線（１）のそれぞれを通し、（ｃ）各セラミック部材を所定の間隔を隔てて位置決めし、その間にセラミックス接着剤（４）を充填して硬化処理し、これにより、セラミック部材、セラミックス接着剤及び熱電対素線からなる熱電対コンポーネント（８）を製造し、（ｄ）次いで、熱電対コンポーネントを細長いシース管（６）に挿入する、ことを特徴とするシース型熱電対の製造方法が提供される。
【００１２】
この製造方法により、従来のドローイングアニール法のように熱電対素線の延性低下を引き起こすことなく、熱電対の素線同士及び素線とシース管の間の絶縁を確保したシース型熱電対を容易に製造することができ、かつ、シース管の曲げ時に熱電対素線の局部的な伸びを回避することができる。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明によるシース型熱電対の構成図である。この図に示すように、本発明のシース型熱電対は、１対の熱電対素線１を互いに間隔を隔てて保持する相対的に強度の高い複数の高強度絶縁部材２と、長さ方向に隣接する高強度絶縁部材の間に挟持され相対的に強度の低い複数の低強度絶縁部材４と、高強度絶縁部材と低強度絶縁部材を囲む細長いシース管６とからなる。
【００１４】
図２は、本発明の高強度絶縁部材又は低強度絶縁部材の斜視図である。この図に示すように、高強度絶縁部材２及び低強度絶縁部材４は共に、円筒形のセラミック部材であり、１対の熱電対素線１を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔２ａ，４ａを有している。
【００１５】
図２に模式的に示すように、絶縁部材２，４の外径Ｄはシース管６の内径よりわずかに小さく設計する。また、熱電対素線１が通る孔の径ｄは素線径より大きくする。これらのクリアランスは大きい方が熱電対の製造が容易になるが、シース径や高強度部材２と低強度部材４の繰り返しのピッチを考慮し、熱電対シース管６の曲げ加工を行っても絶縁不良が起こらないような間隔を熱電対素線同士あるいは熱電対素線とシースの間に確保できるように設計しなければならない。
【００１６】
高強度絶縁部材２の長さＢは、保証したい曲げ半径によって規定される。長さＢが広すぎると高強度絶縁部材２が芯材となって小さい半径の曲げができなくなる。
【００１７】
低強度部材４にも図２に示す形状のセラミック部材を用いることができる。低強度絶縁部材４の長さＢは、曲げ加工に対する追従性と絶縁性を考慮して決定する必要がある。低強度絶縁部材４の長さが高強度絶縁部材２の長さに比べて短すぎると、小さい曲げ半径への追従性が悪くなる。一方、低強度絶縁部材４の長さが長すぎると、曲げ加工によって低強度絶縁部材４が破壊した時に、熱電対素線同士あるいは熱電対素線とシース管の接触のおそれがある。また、低強度絶縁部材４は熱電対素線を保持する機能は必要としないため、ハンドリング可能である範囲でできるだけ低強度である方がよい。
【００１８】
以上のことを配慮して作製した高強度絶縁部材２と低強度絶縁部材４を一対の熱電対素線１に交互に通し、図１のような構造を所定の長さ製造する。これを、あらかじめ所定の長さに切断したシース管６に挿入し、従来の方法で温接点の形成及び補償導線のつなぎ込みを行うことにより本発明によるシース型熱電対が得られる。
【００１９】
次に、絶縁部材の低強度部分にセラミック接着剤を用いる場合について述べる。この場合、高強度絶縁部材２は、前述の通り、円筒形のセラミック部材であり、かつ２本の熱電対素線を互いに間隔を隔てて長さ方向に通す１対の貫通孔２を有しているが、低強度絶縁部材４は、高強度絶縁部材２の間に充填し硬化処理されたセラミック接着剤である。
【００２０】
このシース型熱電対は、次のステップで製造する。
（ａ）まず、互いに間隔を隔てた１対の長さ方向貫通孔２ａを有する複数の円筒形セラミック部材２を準備する。
（ｂ）次いで、セラミック部材２の各貫通孔２ａに１対の熱電対素線１のそれぞれを通す。
（ｃ）次に、各セラミック部材２を所定の間隔を隔てて位置決めし、その間にセラミックス接着剤４を充填して硬化処理する。これにより、セラミック部材２、セラミックス接着剤４及び熱電対素線１からなる熱電対コンポーネント８が完成する。
（ｄ）次いで、熱電対コンポーネント８を細長いシース管６に挿入して本発明によるシース型熱電対が完成する。
【００２１】
すなわち、まず、図２の形状を持つ高強度絶縁部材２を一対の熱電対素線１に通し、所定の間隔をおいて配置する。次に、高強度絶縁部材２の間をセラミック接着剤で埋めていき、低強度部分を形成する。なお、高強度部材２と低強度部材４の寸法は、ともにセラミック部材を用いる場合と同様に決定される。また、セラミック接着剤は熱電対の使用温度までの範囲でガス発生や熱電対の構成材料との反応がなく、導電性のないものを選択しなければならない。セラミック接着剤が充分乾燥したならば、サンドペーパーを用いるなどして外径が高強度絶縁部材２の外径以下になるように余分な接着剤を取り除く。その後、使用した接着剤に指定された硬化処理を行い、硬化反応に伴うガス発生などを完全に終了させる。
【００２２】
このようにして得られた熱電対コンポーネント８の構造は、絶縁材の高強度部材２及び低強度部材４がともにセラミック部材からなる図２に示した構造と実質的に同じである。これを、シース管６に挿入し、従来と同様に温接点の形成及び補償導線のつなぎ込みを行うことによりシース型熱電対として用いることができる。
【００２３】
なお、本発明によるシース型熱電対は高強度部材２と低強度部材４が繰り返し配置された構造を持つものであり、上記の製造方法に限定されるものではない。また、実使用時の曲げ加工部位が限定される場合、曲げ加工を行わない部分を高強度セラミックの二孔直管で形成し、曲げ部位付近にのみ本発明の構造を用いても良い。
【００２４】
【実施例】
以下に、低強度絶縁部材４にセラミック接着剤を用いた場合の本発明の実施例を説明する。
製造したシース型熱電対は、外径１ｍｍのＴａシースＷ−Ｒｅ熱電対であり、シース内径は０．７ｍｍ、熱電対素線径は０．２ｉｎｃｈである。高強度絶縁部材２は、図２における絶縁部材の長さＢを０．５５ｍｍとして、相対密度９７％以上、純度９９％以上のアルミナ焼結体で形成した。これに熱電対素線１を通したうえで０．５５ｍｍ間隔で配置し、アルミナ系セラミック接着剤４を用いて低強度絶縁部材４を形成した。この構造を１２０ｍｍ作製し、２４時間以上自然乾燥させた後、サンドペーパーを用いて余分な接着剤を除去した。接着剤で形成した低強度部材４は、独立した構造体として熱電対素線１に沿って動かすことも可能であり、低強度部材にセラミック部材を用いる場合と実質的に同じ構造となっている。
【００２５】
このようにして製造した１２０ｍｍの熱電対内部構造（熱電対コンポーネント８）を約９０℃で２時間乾燥させた後、約１５０℃で１時間硬化処理した。さらに、これを１２０ｍｍのＴａシース管６に挿入し、シース型熱電対を得た。これに、温接点を形成し補償導線を接続することにより通常の熱電対と同様に使用することができる。
【００２６】
更に、本発明の効果を検証するために、上述したとおり作製した１２０ｍｍの本体構造に曲げ試験を実施した。曲げ半径Ｒ１ｍｍで図３に示した形状に、図中の番号順に６ケ所の曲げ加工を行ったが、熱電対素線１の断線は発生しなかった。一方、従来のシース型熱電対を１２０ｍｍ切り取り同様の曲げ試験を行ったところ、図４中５番目の曲げを行ったときに熱電対素線の断線が起こった。これにより、本発明によるシース型熱電対が従来のシース型熱電対と比較して優れた耐曲げ加工性を有することが確認された。
【００２７】
また、上記と同じ方法で１５０ｍｍのシース型熱電対を作製し、従来行われている方法で温接点の形成と補償導線の接続を行った後、動作確認をし、本発明のシース型熱電対が従来品と同様の測温機能を有することを確認した。
【００２８】
なお、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更できることは勿論である。例えば、本発明のシース型熱電対は、実施例に示したＷ−Ｒｅ熱電対に限定されるものではなく、シース型熱電対全般にその効果が期待できることは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によるシース型熱電対は下記の如き優れた機能を有する。
▲１▼細いシース径であっても確実な絶縁材の配置が可能であるため、従来のように熱電対素線を延性低下させる工程をとる必要がない。その結果、曲げ加工時の断線の危険が少ない。
▲２▼絶縁部材による熱電対素線の拘束が少ないため、曲げ加工時の熱電対素線の長さ変化を広い領域の伸びで吸収することができ、断線の危険が少ない。
【００３０】
上述したように、本発明のシース型熱電対とその製造方法は、熱電対素線の延性低下を引き起こすことなく、かつシース管の曲げ時に熱電対素線の局部的な伸びを回避することができ、これにより、容易に曲げ加工ができ、かつ曲げ加工による断線が生じにくい、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシース型熱電対の構成図である。
【図２】本発明の高強度絶縁部材又は低強度絶縁部材の斜視図である。
【図３】本発明の実施例を示す折り曲げ図である。
【図４】熱電対の使用例を示す図である。
【図５】従来のシース型熱電対の構造図である。
【符号の説明】
１  熱電対素線
２  高強度絶縁部材
２ａ  貫通孔
４  低強度絶縁部材（セラミック接着剤）
４ａ  貫通孔
６  シース管
８  熱電対コンポーネント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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