JP2000055740A - 金属溶湯測温用熱電対保護管 - Google Patents
金属溶湯測温用熱電対保護管Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱性と耐久性に優れ、繰返し使用できる金
属溶湯測温用熱電対保護管を得る。 【解決手段】 熱電対などに使用される保護管の内周壁
と外周壁を構成する部分が異なる組成を有し、熱電対保
護管１０の内周壁つまり管状体６を耐熱性に優れ熱伝導
率が大きい材料から、熱電対保護管１０の外周壁つまり
外側保護層７を測温体との反応性が乏しい材料からそれ
ぞれ構成する。
属溶湯測温用熱電対保護管を得る。 【解決手段】 熱電対などに使用される保護管の内周壁
と外周壁を構成する部分が異なる組成を有し、熱電対保
護管１０の内周壁つまり管状体６を耐熱性に優れ熱伝導
率が大きい材料から、熱電対保護管１０の外周壁つまり
外側保護層７を測温体との反応性が乏しい材料からそれ
ぞれ構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属溶湯測温用熱電
対保護管、特に繰返し使用に対して耐熱性と耐久性に優
れる金属溶湯測温用熱電対保護管に関するものである。
対保護管、特に繰返し使用に対して耐熱性と耐久性に優
れる金属溶湯測温用熱電対保護管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、セラミツクス製の熱電対保護管
は先端が閉じられた管状体であり、該管状体の内部に絶
縁用保護管により隔てられた１対の熱電対素線が収容さ
れ、各熱電対素線の先端は熱電対として互いに結合され
ており、セラミツクス製の熱電対保護管の閉鎖された先
端部により測温体と熱電対が隔てられている。現在多く
使用されている熱電対保護管は全て単層構造のものであ
り、材料としてはアルミナ（Al2O3 ），窒化珪素（Si3N
4 ）などのセラミツクスや、ステンレスなどの金属が使
用されている。
は先端が閉じられた管状体であり、該管状体の内部に絶
縁用保護管により隔てられた１対の熱電対素線が収容さ
れ、各熱電対素線の先端は熱電対として互いに結合され
ており、セラミツクス製の熱電対保護管の閉鎖された先
端部により測温体と熱電対が隔てられている。現在多く
使用されている熱電対保護管は全て単層構造のものであ
り、材料としてはアルミナ（Al2O3 ），窒化珪素（Si3N
4 ）などのセラミツクスや、ステンレスなどの金属が使
用されている。
【０００３】従来の単層構造のセラミツクス製の熱電対
保護管は、測温体としてガスの温度測定に使用され、測
温体の温度変化が少なく、温度測定の応答が比較的遅
く、例えば数分間で応答すれば十分な場合が殆どであつ
た。測温体がガスの場合は、測温体との反応が殆どない
アルミナ（Al2O3 ）が好適である。温度測定の応答性を
高めるためには、金属製の熱電対保護管が使用される
が、金属製の熱電対保護管の使用可能（測定可能）の温
度は約１２００℃が限界であり、１２００℃を超える高
温度の測定には、窒素珪素（Si3N4 ）などのセラミツク
ス製の熱電対保護管が使用されている。窒化珪素（Si3N
4 ）は熱伝導率が大きく、機械的強度も大きいので、応
答性と耐熱衝撃性に優れているが、酸化性雰囲気に弱い
という欠点がある。
保護管は、測温体としてガスの温度測定に使用され、測
温体の温度変化が少なく、温度測定の応答が比較的遅
く、例えば数分間で応答すれば十分な場合が殆どであつ
た。測温体がガスの場合は、測温体との反応が殆どない
アルミナ（Al2O3 ）が好適である。温度測定の応答性を
高めるためには、金属製の熱電対保護管が使用される
が、金属製の熱電対保護管の使用可能（測定可能）の温
度は約１２００℃が限界であり、１２００℃を超える高
温度の測定には、窒素珪素（Si3N4 ）などのセラミツク
ス製の熱電対保護管が使用されている。窒化珪素（Si3N
4 ）は熱伝導率が大きく、機械的強度も大きいので、応
答性と耐熱衝撃性に優れているが、酸化性雰囲気に弱い
という欠点がある。
【０００４】特に、測温体が金属溶湯の場合は、測温体
が極めて反応性に富んでいるので、単純組成の外側保護
層では十分な効果を期待できない。セラミツクス製の熱
電対保護管に、プラズマジエツト法、気相蒸着法などに
より、測温体との反応性に乏しい外側保護層を形成する
ことが試みられたが、上述の方法で形成し得る外側保護
層の厚さは０．１ｍｍ程度と薄く、気孔のない完全な外
側保護層を形成することは困難であつた。
が極めて反応性に富んでいるので、単純組成の外側保護
層では十分な効果を期待できない。セラミツクス製の熱
電対保護管に、プラズマジエツト法、気相蒸着法などに
より、測温体との反応性に乏しい外側保護層を形成する
ことが試みられたが、上述の方法で形成し得る外側保護
層の厚さは０．１ｍｍ程度と薄く、気孔のない完全な外
側保護層を形成することは困難であつた。
【０００５】そこで、鉄溶湯や銅溶湯の測温には、消耗
（使い捨て）型熱電対、つまり紙製の熱電対保護管に収
容された熱電対が用いられている。アルミナなどを用い
た紙製の熱電対保護管はこれを鉄溶湯や銅溶湯に浸した
場合に、溶湯との反応や熱衝撃により極めて短時間の内
に大きな損傷を受ける。消耗型熱電対は１回の測温ごと
に交換するため測温経費が嵩むうえ、深底化が進む最近
の炉内部の温度を測定することは困難であり、測温の自
動化にも不適当である。
（使い捨て）型熱電対、つまり紙製の熱電対保護管に収
容された熱電対が用いられている。アルミナなどを用い
た紙製の熱電対保護管はこれを鉄溶湯や銅溶湯に浸した
場合に、溶湯との反応や熱衝撃により極めて短時間の内
に大きな損傷を受ける。消耗型熱電対は１回の測温ごと
に交換するため測温経費が嵩むうえ、深底化が進む最近
の炉内部の温度を測定することは困難であり、測温の自
動化にも不適当である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、耐熱性と耐久性に優れ、繰返し使用できる
金属溶湯測温用熱電対保護管を提供することにある。
問題に鑑み、耐熱性と耐久性に優れ、繰返し使用できる
金属溶湯測温用熱電対保護管を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成は熱電対などに使用される保護管の内
周壁と外周壁を構成する部分が異なる組成を有し、保護
管の外周壁は測温体との反応性が乏しい材料から、保護
管の内周壁は耐熱性に優れ熱伝導率が大きい材料からそ
れぞれ構成されていることを特徴とする。
に、本発明の構成は熱電対などに使用される保護管の内
周壁と外周壁を構成する部分が異なる組成を有し、保護
管の外周壁は測温体との反応性が乏しい材料から、保護
管の内周壁は耐熱性に優れ熱伝導率が大きい材料からそ
れぞれ構成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では従来のセラミツクス製
の熱電対保護管の欠点を解消し、特に測温体としての金
属溶湯の温度測定の応答速度が速く、多層構造を有する
セラミツクス製の熱電対保護管を提供する。金属溶湯の
温度を速やかに測定するためのセラミツクス製の熱電対
保護管は、長尺ものが要求されることが多いので、多層
構造にすることが長尺の熱電対保護管を製造するのに適
する。
の熱電対保護管の欠点を解消し、特に測温体としての金
属溶湯の温度測定の応答速度が速く、多層構造を有する
セラミツクス製の熱電対保護管を提供する。金属溶湯の
温度を速やかに測定するためのセラミツクス製の熱電対
保護管は、長尺ものが要求されることが多いので、多層
構造にすることが長尺の熱電対保護管を製造するのに適
する。
【０００９】本発明の多層構造を有するセラミツクス製
の熱電対保護管は、少くとも２層の構造を有し、測温体
と接触する表面には、マグネシア（MgO ）粒子と炭素
（C ）粒子との混合物などを原料とする、測温体との反
応性に乏しい組成のセラミツクス材料を配置し、内側に
は窒化珪素（Si3N4 ）などの応答性に優れた組成のセラ
ミツクス材料を配置する。熱電対保護管には必要に応じ
て中間層を設けることができる。
の熱電対保護管は、少くとも２層の構造を有し、測温体
と接触する表面には、マグネシア（MgO ）粒子と炭素
（C ）粒子との混合物などを原料とする、測温体との反
応性に乏しい組成のセラミツクス材料を配置し、内側に
は窒化珪素（Si3N4 ）などの応答性に優れた組成のセラ
ミツクス材料を配置する。熱電対保護管には必要に応じ
て中間層を設けることができる。
【００１０】本発明では特に鉄溶湯に対して抵抗力が大
きく、分散粒子との結合力が高いクラツシーカーボンを
母相（マトリツクス）として、耐久性の向上のために必
要なマグネシア（MgO ），カルシア（CaO ）などのアル
カリ土類酸化物粒子、アルミナ（Al2O3 ）粒子、２酸化
珪素（SiO2）粒子、酸化クロム（Cr2O3 ）粒子の内の少
くとも１つを分散させた材料からなるシートまたは繊維
を作製し、該シートまたは繊維を熱電対保護管の外周面
に巻き付ける。上述のシートまたは繊維は金属溶湯に対
して反応しにくいうえ、熱電対保護管の外周面に前記シ
ートを積層するか前記繊維の集合体を結合することによ
り、測温時の熱衝撃により熱電対保護管の表面に亀裂が
生じても、亀裂が瞬時に熱電対保護管の内部まで進展す
ることはなく、熱電対保護管の寿命が大幅に延長され
る。
きく、分散粒子との結合力が高いクラツシーカーボンを
母相（マトリツクス）として、耐久性の向上のために必
要なマグネシア（MgO ），カルシア（CaO ）などのアル
カリ土類酸化物粒子、アルミナ（Al2O3 ）粒子、２酸化
珪素（SiO2）粒子、酸化クロム（Cr2O3 ）粒子の内の少
くとも１つを分散させた材料からなるシートまたは繊維
を作製し、該シートまたは繊維を熱電対保護管の外周面
に巻き付ける。上述のシートまたは繊維は金属溶湯に対
して反応しにくいうえ、熱電対保護管の外周面に前記シ
ートを積層するか前記繊維の集合体を結合することによ
り、測温時の熱衝撃により熱電対保護管の表面に亀裂が
生じても、亀裂が瞬時に熱電対保護管の内部まで進展す
ることはなく、熱電対保護管の寿命が大幅に延長され
る。
【００１１】
【実施例】熱電対保護管の耐熱性と耐久性を得るために
は、次の要件が満されなければならない。（ａ）熱電対
保護管を構成するセラミツクス材料は機械的強度が十分
であり、熱伝導率が大きく、熱膨張係数が小さいものが
望ましい。（ｂ）しかし、セラミツクス材料が測温体と
容易に反応して、熱電対保護管が消耗するような耐久性
に劣るものは適しない。セラミツクス材料で上の２条件
（ａ），（ｂ）を同時に満足するものを得ることは極め
て困難である。したがつて、現実には、熱電対保護管の
主構造体には、窒化珪素（Si3N4 ）のような上の条件
（ａ）を十分満足するセラミツクス材料を選択し、測温
体と直接接触する熱電対保護管の表面を、測温体との反
応性に乏しい材料により被覆することが望まれる。熱電
対保護管の表面に上述のような材料の被覆を施すにはプ
ラズマ容射法が考えられるが、プラズマ容射法により十
分厚い複合組成の保護層を形成するのは困難であり、耐
久性の点で完全なものとは言いがたい。
は、次の要件が満されなければならない。（ａ）熱電対
保護管を構成するセラミツクス材料は機械的強度が十分
であり、熱伝導率が大きく、熱膨張係数が小さいものが
望ましい。（ｂ）しかし、セラミツクス材料が測温体と
容易に反応して、熱電対保護管が消耗するような耐久性
に劣るものは適しない。セラミツクス材料で上の２条件
（ａ），（ｂ）を同時に満足するものを得ることは極め
て困難である。したがつて、現実には、熱電対保護管の
主構造体には、窒化珪素（Si3N4 ）のような上の条件
（ａ）を十分満足するセラミツクス材料を選択し、測温
体と直接接触する熱電対保護管の表面を、測温体との反
応性に乏しい材料により被覆することが望まれる。熱電
対保護管の表面に上述のような材料の被覆を施すにはプ
ラズマ容射法が考えられるが、プラズマ容射法により十
分厚い複合組成の保護層を形成するのは困難であり、耐
久性の点で完全なものとは言いがたい。
【００１２】一般に、異なる組成部分を有する多層構造
のセラミツクス成形体を焼結する際には、各組成部分の
焼成による収縮温度が異なり、各組成部分ないし各層の
相互間にストレス（層間応力）が発生しやすい。焼結時
のストレスを最小限にするには、特に外側組成部分の厚
さを必要最小限に抑えるのが効果的である。外側組成部
分と内側組成部分との間に、外側組成と内側組成との混
合組成をなす中間層を配することは、ストレスの低減に
有効である。２層構造を有するセラミツクス製の熱電対
保護管の焼成による収縮を補償し、焼結時のストレスを
低減にするためには、予め内側成形体を焼成した後に、
内側成形体を芯体とし、該芯体の外周面に外側成形体を
巻き付けて焼成する。また、内側成形体（焼結体）より
も若干大きな外径の芯体を使用して外側成形体を成形し
て焼成し、得られた外側焼結体と内側焼結体と組み合せ
て一体焼成することにより、内側焼結体と外側焼結体と
を互いに密着させる。
のセラミツクス成形体を焼結する際には、各組成部分の
焼成による収縮温度が異なり、各組成部分ないし各層の
相互間にストレス（層間応力）が発生しやすい。焼結時
のストレスを最小限にするには、特に外側組成部分の厚
さを必要最小限に抑えるのが効果的である。外側組成部
分と内側組成部分との間に、外側組成と内側組成との混
合組成をなす中間層を配することは、ストレスの低減に
有効である。２層構造を有するセラミツクス製の熱電対
保護管の焼成による収縮を補償し、焼結時のストレスを
低減にするためには、予め内側成形体を焼成した後に、
内側成形体を芯体とし、該芯体の外周面に外側成形体を
巻き付けて焼成する。また、内側成形体（焼結体）より
も若干大きな外径の芯体を使用して外側成形体を成形し
て焼成し、得られた外側焼結体と内側焼結体と組み合せ
て一体焼成することにより、内側焼結体と外側焼結体と
を互いに密着させる。
【００１３】熱電対保護管の温度測定の応答性を向上さ
せるには、内側組成ないし内側材料には窒化珪素（Si3N
4 ），炭化珪素（SiC ），窒化アルミニウム（AlN ），
モリブデン・ジルコニア（Mo／ZrO2）などの耐熱性と熱
伝導率と機械的強度に優れたセラミツクスを選択するの
が有利であり、外側組成ないし外側材料には測温体との
反応性が小さいセラミツクスを選択するべきである。測
温体が例えば鋳鉄溶湯などの鉄系材料の場合は、マグネ
シア（MgO ），カルシア（CaO ）などのアルカリ土類酸
化物粒子と炭素とが混合した複合セラミツクス、さらに
はアルミナ（Al 2O3 ）粒子，２酸化珪素（SiO2）粒子，
酸化クロム（Cr2O3 ）粒子の内の少くとも１つと炭素と
が混合した複合セラミツクスのが好適である。上述のセ
ラミツクスは熱伝導率が比較的大きく、しかも鋳鉄溶湯
と反応しない。上述のセラミツクスを外側材料に採用す
る場合は、基本的なプロセスをさまざまに応用できる。
炭素原料としてフルフリルアルコールなど縮合重合でき
る液状炭化水素を使用すると、外側材料をテープやシー
トに成形し、内側材料からなる管状体の外周面に巻き付
けることができるが、内側材料からなる管状体の外周面
にデイツプコートを施すこともできる。
せるには、内側組成ないし内側材料には窒化珪素（Si3N
4 ），炭化珪素（SiC ），窒化アルミニウム（AlN ），
モリブデン・ジルコニア（Mo／ZrO2）などの耐熱性と熱
伝導率と機械的強度に優れたセラミツクスを選択するの
が有利であり、外側組成ないし外側材料には測温体との
反応性が小さいセラミツクスを選択するべきである。測
温体が例えば鋳鉄溶湯などの鉄系材料の場合は、マグネ
シア（MgO ），カルシア（CaO ）などのアルカリ土類酸
化物粒子と炭素とが混合した複合セラミツクス、さらに
はアルミナ（Al 2O3 ）粒子，２酸化珪素（SiO2）粒子，
酸化クロム（Cr2O3 ）粒子の内の少くとも１つと炭素と
が混合した複合セラミツクスのが好適である。上述のセ
ラミツクスは熱伝導率が比較的大きく、しかも鋳鉄溶湯
と反応しない。上述のセラミツクスを外側材料に採用す
る場合は、基本的なプロセスをさまざまに応用できる。
炭素原料としてフルフリルアルコールなど縮合重合でき
る液状炭化水素を使用すると、外側材料をテープやシー
トに成形し、内側材料からなる管状体の外周面に巻き付
けることができるが、内側材料からなる管状体の外周面
にデイツプコートを施すこともできる。
【００１４】図１，２に示すように、本発明ではまず内
側組成のセラミツクスのスラリーから適当な厚さｔ（１
００μｍ程度）の第１のシート１３を形成する。芯体
（芯棒）の外周面に第１のシート１３を、燐酸アルミニ
ウムなどの結合材１２を介して多層に巻き付けて、所定
寸法の管状体６を形成する。管状体６の先端部６ａを閉
鎖するために、多層に積層した第１のシート１３から蓋
を打ち抜き、芯体の形状に合せて先端部６ａを閉じる。
管状体６は取扱いが便利なように芯体とともに乾燥す
る。次いで、別に製作した外側組成の第２のシート（厚
さ１００μｍ程度）を前記管状体６に結合材を介して多
層に巻き付け、外側保護層７を形成する。管状体６の先
端に多層に積層した第２のシートから打ち抜いた蓋９を
結合する。感温接点８の応答性を高めるために、管状体
６の先端部６ａから突片６ｂを蓋９を経て外部へ突出さ
せる。次いで、外側保護層７を形成した管状体６を焼成
して、２層構造を有する熱電対保護管１０を得る。白金
（Pt）線２とロジウム（Rh）線３を端部で結合して感温
接点８を形成した熱電対を熱電対保護管１０の内部へ挿
入し、さらにジルコニア（ZrO ）と燐酸アルミニウム
（AlPO4 ）と水酸化アルミニウム（Al2O3・nH2O）の混合
粉末からなる絶縁ペースト５を充填し、緻密質ガラス
（B2O3-ZnO）からなる蓋４により熱電対保護管１０の基
端を封止する。
側組成のセラミツクスのスラリーから適当な厚さｔ（１
００μｍ程度）の第１のシート１３を形成する。芯体
（芯棒）の外周面に第１のシート１３を、燐酸アルミニ
ウムなどの結合材１２を介して多層に巻き付けて、所定
寸法の管状体６を形成する。管状体６の先端部６ａを閉
鎖するために、多層に積層した第１のシート１３から蓋
を打ち抜き、芯体の形状に合せて先端部６ａを閉じる。
管状体６は取扱いが便利なように芯体とともに乾燥す
る。次いで、別に製作した外側組成の第２のシート（厚
さ１００μｍ程度）を前記管状体６に結合材を介して多
層に巻き付け、外側保護層７を形成する。管状体６の先
端に多層に積層した第２のシートから打ち抜いた蓋９を
結合する。感温接点８の応答性を高めるために、管状体
６の先端部６ａから突片６ｂを蓋９を経て外部へ突出さ
せる。次いで、外側保護層７を形成した管状体６を焼成
して、２層構造を有する熱電対保護管１０を得る。白金
（Pt）線２とロジウム（Rh）線３を端部で結合して感温
接点８を形成した熱電対を熱電対保護管１０の内部へ挿
入し、さらにジルコニア（ZrO ）と燐酸アルミニウム
（AlPO4 ）と水酸化アルミニウム（Al2O3・nH2O）の混合
粉末からなる絶縁ペースト５を充填し、緻密質ガラス
（B2O3-ZnO）からなる蓋４により熱電対保護管１０の基
端を封止する。
【００１５】３層構造を有する熱電対保護管を得るに
は、上述と同様の方法により所定の組成のセラミツクス
のスラリーから適当な厚さの第３のシートを形成し、第
３のシートを前述の管状体６の外周面に巻き付けて中間
層を形成し、次いで第２のシートを前記管状体６の中間
層の外周面に巻き付ける。
は、上述と同様の方法により所定の組成のセラミツクス
のスラリーから適当な厚さの第３のシートを形成し、第
３のシートを前述の管状体６の外周面に巻き付けて中間
層を形成し、次いで第２のシートを前記管状体６の中間
層の外周面に巻き付ける。
【００１６】図３に示すように、本発明ではシート１３
の代りに繊維複合体２７を用いることができる。つま
り、所要のセラミツクス粉末と炭素粉末とのスラリー
（シート１３の場合と同じスラリー）から適当な太さの
繊維２１を作成し、結合材を付着させて芯体に不規則に
巻き付けて管状体６を作成し、芯体とともに乾燥する。
次いで、別に製作した外側組成の第２の繊維に結合材を
付着させ、第２の繊維を前記管状体６の外周面に多層に
巻き付けたうえ焼成して、２層構造を有する熱電対保護
管１０を得る。
の代りに繊維複合体２７を用いることができる。つま
り、所要のセラミツクス粉末と炭素粉末とのスラリー
（シート１３の場合と同じスラリー）から適当な太さの
繊維２１を作成し、結合材を付着させて芯体に不規則に
巻き付けて管状体６を作成し、芯体とともに乾燥する。
次いで、別に製作した外側組成の第２の繊維に結合材を
付着させ、第２の繊維を前記管状体６の外周面に多層に
巻き付けたうえ焼成して、２層構造を有する熱電対保護
管１０を得る。
【００１７】本発明の製造方法によれば、多層構造の熱
電対保護管１０を容易に成形できるが、押出し成形や鋳
込み成形など従来の単層構造の熱電対保護管を成形する
方法よりも、製造に長時間を要するが、多層構造を得る
のが簡単で、しかも長尺品の成形が容易である。
電対保護管１０を容易に成形できるが、押出し成形や鋳
込み成形など従来の単層構造の熱電対保護管を成形する
方法よりも、製造に長時間を要するが、多層構造を得る
のが簡単で、しかも長尺品の成形が容易である。
【００１８】本発明の多層構造を有するセラミツクス製
の熱電対保護管１０は、内側材料のセラミツクスとして
炭化珪素（SiC ），窒化珪素（Si3N4 ），窒化アルミニ
ウム（AlN ），サイアロン，モリブデン（Mo），モリブ
デン・ジルコニア（Mo／ZrO2）から選択された少くとも
１つの材料、または複数の材料からなる複合材料が選択
され、外側材料のセラミツクスとしてマグネシア（MgO
），カルシア（CaO ），スピネル（マグネシアとアル
ミナの複合酸化物），酸化クロム（Cr2O3 ），２酸化珪
素（SiO2），アルミナ（Al2O3 ）の化合物の内の１つと
炭素との複合組成物、幾つかの化合物と炭素との複合組
成物、または前記化合物の分解生成物が好適であり、特
にクラツシーカーボンを主成分とする多層構造体または
繊維集合体が好適である。クラツシーカーボンは熱電対
保護管１０の焼成時に結晶化せず、上述のシート１３や
繊維２１に含まれるマグネシア（MgO ）粒子，アルミナ
（Al 2O3 ）粒子２２などとの結合力が大きく組織を緻密
化する。
の熱電対保護管１０は、内側材料のセラミツクスとして
炭化珪素（SiC ），窒化珪素（Si3N4 ），窒化アルミニ
ウム（AlN ），サイアロン，モリブデン（Mo），モリブ
デン・ジルコニア（Mo／ZrO2）から選択された少くとも
１つの材料、または複数の材料からなる複合材料が選択
され、外側材料のセラミツクスとしてマグネシア（MgO
），カルシア（CaO ），スピネル（マグネシアとアル
ミナの複合酸化物），酸化クロム（Cr2O3 ），２酸化珪
素（SiO2），アルミナ（Al2O3 ）の化合物の内の１つと
炭素との複合組成物、幾つかの化合物と炭素との複合組
成物、または前記化合物の分解生成物が好適であり、特
にクラツシーカーボンを主成分とする多層構造体または
繊維集合体が好適である。クラツシーカーボンは熱電対
保護管１０の焼成時に結晶化せず、上述のシート１３や
繊維２１に含まれるマグネシア（MgO ）粒子，アルミナ
（Al 2O3 ）粒子２２などとの結合力が大きく組織を緻密
化する。
【００１９】［実施例１］平均粒径０．５μｍの窒化珪
素（Si3N4 ）粉末に対して、分散材として０．１wt.％
のポリカルボン酸アンモニウムを添加し、さらに固形分
として０．５ wt.％のポリアクリル酸エマルジヨンを添
加してスラリーを作成した。該スラリーから厚さ０．０
５ｍｍのテープないしシート１３を成形した。該シート
１３を外径８ｍｍのステンレス製の芯体（芯棒）に多層
に巻き付け、温度１１０℃で１５時間乾燥して、直径１
０ｍｍ、長さ２００ｍｍの先端が閉鎖された管状体（パ
イプ）６を成形した。
素（Si3N4 ）粉末に対して、分散材として０．１wt.％
のポリカルボン酸アンモニウムを添加し、さらに固形分
として０．５ wt.％のポリアクリル酸エマルジヨンを添
加してスラリーを作成した。該スラリーから厚さ０．０
５ｍｍのテープないしシート１３を成形した。該シート
１３を外径８ｍｍのステンレス製の芯体（芯棒）に多層
に巻き付け、温度１１０℃で１５時間乾燥して、直径１
０ｍｍ、長さ２００ｍｍの先端が閉鎖された管状体（パ
イプ）６を成形した。
【００２０】別に、平均粒径０．２μｍのマグネシア
（MgO ）粉末に対して、３０ wt.％のフルフリルアルコ
ール液と０．０２ wt.％の硝酸（HNO3）を重合触媒とし
て添加したスラリーから、温度５０℃でドクターブレー
ドにより厚さ０．０３ｍｍのテープないしシートを成形
した。該シートを前記管状体６に平均厚さ１ｍｍになる
ように巻き付けて一体化した。この成形体を温度４７０
℃に加熱してバインダを除去した後、温度１７８０℃の
窒素雰囲気で１時間焼結して２層構造をもつセラミツク
ス製の熱電対保護管１０を得た。得られた熱電対保護管
１０に白金線とロジウム線とを両端で結合してなる熱電
対を装着して、溶融鋳鉄の温度計測に使用したところ、
本発明による熱電対保護管１０は熱電対の温度応答性が
アルミナ（Al2O3 ）製の熱電対保護管のそれよりも３倍
も速く、耐久性は１０倍以上であつた。
（MgO ）粉末に対して、３０ wt.％のフルフリルアルコ
ール液と０．０２ wt.％の硝酸（HNO3）を重合触媒とし
て添加したスラリーから、温度５０℃でドクターブレー
ドにより厚さ０．０３ｍｍのテープないしシートを成形
した。該シートを前記管状体６に平均厚さ１ｍｍになる
ように巻き付けて一体化した。この成形体を温度４７０
℃に加熱してバインダを除去した後、温度１７８０℃の
窒素雰囲気で１時間焼結して２層構造をもつセラミツク
ス製の熱電対保護管１０を得た。得られた熱電対保護管
１０に白金線とロジウム線とを両端で結合してなる熱電
対を装着して、溶融鋳鉄の温度計測に使用したところ、
本発明による熱電対保護管１０は熱電対の温度応答性が
アルミナ（Al2O3 ）製の熱電対保護管のそれよりも３倍
も速く、耐久性は１０倍以上であつた。
【００２１】［実施例２］フルフリルアルコールに微細
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーからドクターブレードにより層状に成形
してシートを作成した。先端が閉鎖された（Mo／ZrO2）
製の管状体６の表面に、前記シートを脱水縮合の耐熱ガ
ラスで固定しながら巻き付けた。前記管状体６の内部に
窒化珪素（Si3N4 ）と、燐酸アルミニウム（AlPO4 ）
と、マグネシア（MgO ）とからなるスラリー溶液を充填
した後、線径が０．２ｍｍ、長さ２００ｍｍのW-5Re 線
とW-26Re線の先端を互いに溶接してなる熱電対を挿入し
た。熱処理により管状体６の外表面のシートのフルフリ
ルアルコールをクラツシーカーボンに転化させるととも
に、管状体６の内部の燐酸アルミニウム（AlPO4 ）を脱
水縮合反応により硬化させた。得られた熱電対保護管１
０の基端部を緻密質ガラス（B203／ZnO ）を用いて封止
した。熱電対保護管１０の基端をコレツトチヤツクを用
いて、所要長さ（１〜３ｍ）のステンレス製の支持棒に
結合した。
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーからドクターブレードにより層状に成形
してシートを作成した。先端が閉鎖された（Mo／ZrO2）
製の管状体６の表面に、前記シートを脱水縮合の耐熱ガ
ラスで固定しながら巻き付けた。前記管状体６の内部に
窒化珪素（Si3N4 ）と、燐酸アルミニウム（AlPO4 ）
と、マグネシア（MgO ）とからなるスラリー溶液を充填
した後、線径が０．２ｍｍ、長さ２００ｍｍのW-5Re 線
とW-26Re線の先端を互いに溶接してなる熱電対を挿入し
た。熱処理により管状体６の外表面のシートのフルフリ
ルアルコールをクラツシーカーボンに転化させるととも
に、管状体６の内部の燐酸アルミニウム（AlPO4 ）を脱
水縮合反応により硬化させた。得られた熱電対保護管１
０の基端部を緻密質ガラス（B203／ZnO ）を用いて封止
した。熱電対保護管１０の基端をコレツトチヤツクを用
いて、所要長さ（１〜３ｍ）のステンレス製の支持棒に
結合した。
【００２２】［実施例３］フルフリルアルコールに微細
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーから太さ３０〜４０μｍの繊維２１を作
製した。フイラメントワインデイング装置を用いて、前
記繊維２１を先端が閉鎖された窒化珪素（Si3N4 ）製の
管状体６の表面に巻き付けた。熱処理によりフルフリル
アルコールをクラツシーカーボンに転化させて、表面に
繊維層つまり外側保護層７が形成された熱電対保護管１
０を得た。
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーから太さ３０〜４０μｍの繊維２１を作
製した。フイラメントワインデイング装置を用いて、前
記繊維２１を先端が閉鎖された窒化珪素（Si3N4 ）製の
管状体６の表面に巻き付けた。熱処理によりフルフリル
アルコールをクラツシーカーボンに転化させて、表面に
繊維層つまり外側保護層７が形成された熱電対保護管１
０を得た。
【００２３】［実施例４］フルフリルアルコールに微細
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーに先端が閉鎖されたモリブデン・ジルコ
ニア（Mo／ZrO2）製の管状体６を浸漬（デイツプ）した
後、熱処理によりフルフリルアルコールをクラツシーカ
ーボンに転化させた。
なマグネシア（MgO ）粒子を分散させたスラリーを作成
し、該スラリーに先端が閉鎖されたモリブデン・ジルコ
ニア（Mo／ZrO2）製の管状体６を浸漬（デイツプ）した
後、熱処理によりフルフリルアルコールをクラツシーカ
ーボンに転化させた。
【００２４】次に、各実施例２〜４で作製した熱電対を
用いて温度１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行つたとこ
ろ、測定する温度が安定化するまでの時間は約９〜１０
秒であつた。また、５００回から７００回程度の繰返し
測温に供し得る耐久性を有していることを確認した。
用いて温度１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行つたとこ
ろ、測定する温度が安定化するまでの時間は約９〜１０
秒であつた。また、５００回から７００回程度の繰返し
測温に供し得る耐久性を有していることを確認した。
【００２５】一方、従来の単層構造つまりモノリシツク
材料製の熱電対保護管は、１０数回の測温で熱衝撃によ
り亀裂が熱電対保護管の内部まで進展し、使用不可能に
なつた。
材料製の熱電対保護管は、１０数回の測温で熱衝撃によ
り亀裂が熱電対保護管の内部まで進展し、使用不可能に
なつた。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上述のように、熱電対などに使
用される保護管の内周壁と外周壁を構成する部分が異な
る組成を有し、熱電対保護管の外周壁は測温体と反応性
が乏しい材料から、熱電対保護管の内周壁は耐熱性に優
れ熱伝導率が大きい材料から構成されるから、耐熱性と
耐久性に優れ、繰返し使用できる金属溶湯測温用熱電対
保護管が得られる。
用される保護管の内周壁と外周壁を構成する部分が異な
る組成を有し、熱電対保護管の外周壁は測温体と反応性
が乏しい材料から、熱電対保護管の内周壁は耐熱性に優
れ熱伝導率が大きい材料から構成されるから、耐熱性と
耐久性に優れ、繰返し使用できる金属溶湯測温用熱電対
保護管が得られる。
【００２７】熱電対保護管の外周壁に測温体と反応性が
乏しい材料のシートを巻き付けたうえ焼成することによ
り、十分厚い外側保護層を形成でき、外側保護層を複合
組成とすることもできる。
乏しい材料のシートを巻き付けたうえ焼成することによ
り、十分厚い外側保護層を形成でき、外側保護層を複合
組成とすることもできる。
【図１】本発明に係る金属溶湯測温用熱電対保護管の側
面断面図である。
面断面図である。
【図２】同金属溶湯測温用熱電対保護管の製造に用いる
シートの側面断面図である。
シートの側面断面図である。
【図３】同金属溶湯測温用熱電対保護管の製造に用いる
繊維複合体の構成図である。
繊維複合体の構成図である。
２，３：熱電対素線 ４：蓋 ５：絶縁ペースト ６：
管状体 ６ａ：先端部
管状体 ６ａ：先端部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年８月２４日（１９９８．８．２
４）
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (7)
- 【請求項１】熱電対などに使用される保護管の内周壁と
外周壁を構成する部分が異なる組成を有し、保護管の外
周壁は測温体との反応性が乏しい材料から、保護管の内
周壁は耐熱性に優れ熱伝導率が大きい材料からそれぞれ
構成されていることを特徴とする、金属溶湯測温用熱電
対保護管。 - 【請求項２】前記保護管の外周壁を構成する材料が、カ
ーボンを主成分とする多層構造体または繊維集合体であ
る、請求項１に記載の金属溶湯測温用熱電対保護管。 - 【請求項３】前記カーボンがクラツシーカーボンであ
る、請求項２に記載の金属溶湯測温用熱電対保護管。 - 【請求項４】前記保護管の外周壁を構成する多層構造体
または繊維集合体には、マグネシア（MgO ），カルシア
（CaO ），アルミナ（Al2O3 ），２酸化珪素（SiO2），
酸化クロム（Cr2O3 ）から選択された少くとも１つの化
合物、または該化合物の分解生成物が含まれている、請
求項２，３に記載の金属溶湯測温用熱電対保護管。 - 【請求項５】前記保護管の内周壁を構成する材料が、窒
化珪素（Si3N4 ），炭化珪素（SiC - 【請求項６】前記保護管の内周壁を構成する材料の表面
にはクラツシーカーボンを主成分とする材料が被覆また
は含浸されている、請求項５に記載の金属溶湯測温用熱
電対保護管。 - 【請求項７】前記保護管は長さが外径の３０〜３００倍
程度である、請求項１〜６に記載の金属溶湯測温用熱電
対保護管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227198A JP2000055740A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 金属溶湯測温用熱電対保護管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227198A JP2000055740A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 金属溶湯測温用熱電対保護管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055740A true JP2000055740A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16857042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10227198A Pending JP2000055740A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 金属溶湯測温用熱電対保護管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000055740A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131141A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-09 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 温度測定器 |
| JP2002156286A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 熱電対 |
| KR100816634B1 (ko) | 2005-08-24 | 2008-03-27 | 헤라우스 일렉트로-나이트 인터내셔날 엔. 브이. | 용융 금속 내에서의 온도 측정 장치 |
| JP2010238435A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池モジュール |
| JP2012042323A (ja) * | 2010-08-19 | 2012-03-01 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 測温プローブ |
| WO2012043947A1 (ko) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 우진 일렉트로나이트(주) | 제강 정련용 연속측온 장치 |
| JP2013019735A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Toyota Motor Corp | 金属溶湯検知センサ |
| WO2015020172A1 (ja) | 2013-08-08 | 2015-02-12 | 株式会社フルヤ金属 | 温度計 |
-
1998
- 1998-08-11 JP JP10227198A patent/JP2000055740A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131141A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-09 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 温度測定器 |
| JP4535306B2 (ja) * | 2000-10-27 | 2010-09-01 | いすゞ自動車株式会社 | 温度測定器 |
| JP2002156286A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 熱電対 |
| JP4484129B2 (ja) * | 2000-11-16 | 2010-06-16 | いすゞ自動車株式会社 | 熱電対 |
| KR100816634B1 (ko) | 2005-08-24 | 2008-03-27 | 헤라우스 일렉트로-나이트 인터내셔날 엔. 브이. | 용융 금속 내에서의 온도 측정 장치 |
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| WO2012043947A1 (ko) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 우진 일렉트로나이트(주) | 제강 정련용 연속측온 장치 |
| KR101230331B1 (ko) | 2010-09-30 | 2013-02-06 | 우진 일렉트로나이트(주) | 제강 정련용 연속측온 장치 |
| JP2013019735A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Toyota Motor Corp | 金属溶湯検知センサ |
| WO2015020172A1 (ja) | 2013-08-08 | 2015-02-12 | 株式会社フルヤ金属 | 温度計 |
| EP3273212A1 (en) | 2013-08-08 | 2018-01-24 | Furuya Metal Co., Ltd. | Thermometer |
| US10215646B2 (en) | 2013-08-08 | 2019-02-26 | Furuya Metal Co., Ltd. | Thermometer |
| US10215645B2 (en) | 2013-08-08 | 2019-02-26 | Furuya Metal Co., Ltd. | Thermometer |
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