JP2014178127A - Method for sealing tip of sheath thermocouple by welding - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a sheathed thermocouple that is generally used as an industrial temperature sensor, and more specifically to sealing a metal sheath tip in the process of manufacturing a sheathed thermocouple.
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。 Sheath thermocouples are generally widely used as industrial thermometer sensors. The structure is as shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is an axial sectional view, and FIG. 5 is a BB sectional view of FIG.
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。
In the
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。
The distal end of the
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。
4 shows the
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。 Next, the manufacturing procedure of the tip sealing portion of the sheath thermocouple will be described. FIG. 6 is a view showing a manufacturing procedure of the tip sealing portion of the sheath thermocouple.
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。
As shown in FIG. 6 (a), the
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。
As described above, the procedure shown in FIG. 6 is performed for almost all of the sheath sealing portions of the sheath thermocouples. However, the method of welding and sealing the distal end of the
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。
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。
As disclosed in
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。 The weld seal at the tip of the metal sheath needs to be hermetically sealed as described above. In order to satisfy this condition, a welding operation in which an appropriate amount of the welding rod is melted and filled at the tip opening is filled in accordance with the conventional method. It is difficult for beginners of welding to gain experience by welding the entire circumference of the sheath and lid, and also performing the welding operation of melting the tip of the metal sheath within an appropriate range and sealing it with the melt. There was a problem that required a worker who was proficient in welding.
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。 The conventional method is also used to make a device that automatically welds and seals the tip of the metal sheath, with precise positioning of the welding rod and welding electrode, precise control of these non-simple movements, the amount of closed melt, In order to realize position control, etc., there is a problem that it is necessary to use a large-scale apparatus as a whole, although the degree depends on the welding sealing method.
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。 The present invention has been made in view of the difficulty of work in such a conventional method of sealing and sealing a sheath thermocouple tip, and does not require an operator who is experienced in welding and has a simple apparatus. It is an object to provide a method for automatically performing welding sealing.
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。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a metal sheath is filled with at least one pair of thermocouple wires in which tips are joined and temperature measuring points are formed. In a sheathed thermocouple that is housed in a metal sheath with an inorganic insulating material powder interposed and the tip of the metal sheath is sealed by a weld seal, the tip of the weld seal at the tip is connected by two clamps connected to the ground. The sheath thermoelectric generator is used with an existing automatic tube welder that automatically welds and connects the two tubes by rotating the TIG welding electrode around the butting position of the two tubes that are fixed together. It is a welding sealing method at the tip,
Thermocouple wire and inorganic insulating material powder are accommodated, and the end surface of the inorganic insulating material powder has an opening at the tip of the metal sheath formed into a spherical shape having a diameter substantially the same as the diameter of the metal sphere described later. A metal sphere mounting step in which a solid sphere-shaped metal sphere having a diameter substantially the same as the outer diameter of the metal sheath is placed in the opening at the tip of the metal sheath. ,
A holding rod made of a material having a melting point higher than the melting point of the metal sphere is inserted into a hollow rod with a lid at the rear end, and the holding rod is inserted through the lid of the hollow rod with a hollow end and a spring. It is connected, its tip protrudes outside from the tip opening of the hollow rod, and the projection length is limited to a predetermined range by the stopper mechanism, at least from the hollow rod and its lid, presser bar, spring and stopper mechanism In the state where the metal ball placed on the tip opening portion of the metal sheath in the metal ball placing step is pressed against the metal sheath from above by the spring force of the jig holding the metal ball holding jig, A metal ball pressing step for fixing the hollow rod with the other one of the clamps;
And a contact welding process in which the TIG welding electrode rotates around the contact portion between the metal sheath and the metal sphere and welds the contact portion between the metal sheath and the metal sphere all around,
In the contact part welding process, in the metal ball holding jig, since the protruding length of the holding bar from the tip end of the hollow bar is limited to a predetermined range by the stopper mechanism, the melting of the metal ball has started. Due to the flat shape, the contact between the presser bar and the metal ball is lost, and thereafter, the contact portion between the metal sheath and the metal ball is welded without contact.
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。
According to the present invention, a metal sheath containing a thermocouple wire and inorganic insulating material powder is fixed with a single clamp substantially vertically with the tip portion on the upper side, and a spherical solid metal sphere is formed on the upper end thereof. Next, after fixing the hollow rod with the other clamp, with the inserted pressing rod pressed the metal ball against the metal sheath from above, start the tube automatic welder to Since sealing by welding sealing is possible, there is no difficult work, and there is an effect that the work can be surely performed even if it is not a person skilled in the welding required in the past. In addition, the existing automatic tube welders that are commercially available are generally small in size that can be carried on the tube installation site, and by using this, it is possible to perform welding sealing without requiring a large-scale device.
Moreover, the metal sphere can be stably placed on the tip of the metal sheath by forming the end face of the tip of the inorganic insulating material powder into a spherical shape having a diameter substantially the same as that of the metal sphere. This inorganic insulating material powder is formed by rotating the end surface of the inorganic insulating material powder filled up to the tip of the metal sheath from the tip of the metal sheath to the tip hemisphere while rotating a semispherical pin whose tip is substantially the same diameter as the metal sphere. This is possible by inserting until the metal sheath comes into contact with the metal sheath, which is an easy operation and can be realized as a simple device that combines rotation and positioning even if it is automated.
Furthermore, since the presser bar is made of a material having a melting point higher than that of the metal sphere, the presser bar does not melt during welding. In addition, at the time of welding, after melting starts on a part of the metal ball and the shape becomes flat, the contact between the metal ball and the presser bar is limited by the limit of the protruding length from the hollow bar at the tip of the presser bar by the stopper mechanism. Therefore, there is no possibility that the molten metal ball adheres to the presser bar.
As described above, the present invention does not require difficult operations such as simultaneous handling of two welding electrodes and a welding rod, circumferential welding, or sealing with a molten welding rod or sheath in the present invention. Even if it is not an expert, reliable welding sealing can be easily performed with a small apparatus.
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。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to the first aspect, wherein the stopper mechanism of the metal ball pressing jig is provided on the side surface of the pressing bar. One or a plurality of rod-shaped protrusions provided at right angles to the axial direction, and stopper openings provided on the side surfaces of the hollow rods corresponding to the protrusions, the protrusions projecting from the stopper openings to the outside Therefore, the length of the presser bar protruding from the tip opening of the hollow bar is limited to a range determined by the axial length of the stopper opening and the thickness of the bar-like protrusion.
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。 According to the present invention, the stopper mechanism of the metal ball pressing jig includes one or more bar-shaped protrusions provided on the side surface of the pressing bar at right angles to the axial direction of the pressing bar, and a hollow bar corresponding to each protrusion. Therefore, the stopper mechanism can be easily realized as a simple mechanism.
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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to the first or second aspect, wherein the material of the presser bar is ceramics. It is.
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、 According to the present invention, the presser bar is made of ceramic having a melting point higher than that of the metal sphere, so that it does not melt during welding. In addition, ceramics have a higher melting point than metals such as SUS that are widely used industrially at low cost, and there are economic advantages compared to using a metal having a higher melting point than the press bar.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to any one of the first to third aspects, wherein the metal sphere is made of the same material as the metal sheath. It is characterized by being.
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。 In a sheathed thermocouple, if the material of the metal sphere used as the material is different from that of the metal sheath, normal TIG welding may be difficult due to dissimilar material welding. Since the service life is governed by the material with lower durability, there is no advantage over using different materials. According to the present invention, since the material of the metal sphere is the same material as that of the metal sheath, there is no waste associated with such welding difficulty and durability.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to any one of the first to fourth aspects, wherein the diameter of the metal sphere is 0 of the outer diameter of the metal sheath. It is characterized by a magnification of 0.8 times to 1.2 times.
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。 When the metal sheath tip is welded and sealed, as shown in FIG. 6 (c), the welded portion is removed by polishing, and the outer diameter of the sealed portion is adjusted to the outer diameter of the metal sheath. If the diameter is too large compared to the outer diameter of the metal sheath, the polishing operation increases. Further, if the diameter of the metal sphere is too small compared to the outer diameter of the metal sheath, the welding depth may become shallow and the mechanical strength may be insufficient. According to the present invention, since the diameter of the metal sphere is 0.8 to 1.2 times the outer diameter of the metal sheath, there is no increase in polishing work and insufficient mechanical strength.
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。 According to the present invention, there is no need for difficult work such as simultaneous handling of two welding electrodes and a welding rod, circumferential welding, or sealing work with a molten welding rod or sheath, which has been necessary in the past. Even if it is not, welding sealing can be performed automatically and reliably with a small and simple device.
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。
Hereinafter, an embodiment of a method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a commercially available tube automatic welder used in this method will be described.
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。 The tube automatic welder used in this method is a TIG welding electrode that rotates around the butting position of two welded tubes that are fixed at the tip by two clamps connected to ground. Two tubes are automatically welded and connected, and many companies are commercially available. For example, international application WO 2008/3339 is published as a patent.
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。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the outer shape of the head portion of such a commercially available automatic tube welder. The welded tube is indicated by a broken line.
As shown in FIG. 1, there is a
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。
When fixing the welded
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。 FIG. 1 shows an example of an automatic tube welding machine, in which there is a welding head sandwiched between two clamps, and the clamp is divided into two by a line passing through the center of the center opening, The tip side can be opened and closed, and the opening fixes the welded tube when closed, which is common to almost all commercially available automatic tube welders. It is also common to be small and portable at the site of tube placement.
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of main components of the
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。
When the
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。
In this embodiment, the existing sheathed automatic tube welder described above is used to weld and seal the distal end portion of the metal sheath of the sheath thermocouple. A procedure for welding and sealing the metal sheath tip will be described below with reference to FIG. Here, FIG. 3 is a longitudinal sectional view for explaining the working procedure of the tip welding sealing of the
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。
As shown in FIG. 3, a pair of thermocouple strands (plus-
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)。
Thereafter, a solid sphere-shaped metal ball 8 made of the same material as the
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。
Subsequently, the metal ball pressing jig 9 is fixed by the
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。
The metal ball holding jig 9 is made of a ceramic having a melting point higher than that of the metal ball 8 on a hollow rod 91 (hereinafter referred to as a cylindrical frame in this embodiment) having a cylindrical frame shape and a rear end covered. Is inserted, and the rear end of the
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)。
The metal ball pressing jig 9 is fixed by the
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)。
Next, when automatic welding of the automatic tube welder is started, the
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。
The
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。
Subsequently, the surplus generated by the above-described TIG welding is removed by polishing with a belter or the like, and the outer diameter of the
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。 As described above, the present embodiment does not require difficult work such as simultaneous handling of two welding electrodes and a welding rod, circumferential welding, or sealing work with a molten welding rod or sheath, which has been necessary in the past. In addition, reliable welding sealing is easily possible.
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。
The end opposite to the tip of the
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。 The solid metal ball 8 can be manufactured from a bar by existing manufacturing technology for producing bearing balls, pachinko balls, etc., and the economic impact of using the metal balls is limited.
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。
As specific examples of the material and dimensions of the
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。
Note that the materials and dimensions of the
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。
However, if the material of the metal ball 8 is different from that of the
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。
As for the size of the metal sphere 8, a diameter equivalent to the outer diameter of the
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。
Furthermore, the
(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。
(Application to other fields)
Micro heaters and sheath heaters that are widely used as industrial heaters have a structure similar to sheath thermocouples as described later, so this is used to weld and seal the metal sheath tip of micro heaters and sheath heaters. By applying the weld seal of the metal sheath tip in the form, the same effect as the above-described sheath thermocouple can be obtained.
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。 Microheaters and sheath heaters are those in which an electric resistance wire serving as a heating wire is contained in a metal sheath with an inorganic insulating material powder. Generally, the heating wire of a microheater is a straight wire, whereas the heating wire is a heating wire. A sheath heater is formed by increasing the heat generation amount by spiraling.
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。 In microheaters and sheathed heaters, when the electrical resistance wire is reciprocated in the same manner as the thermocouple wire of the sheath thermocouple in the metal sheath, it is sealed by welding at the tip of the metal sheath as in the case of the sheath thermocouple. The metal sheath is shut off from the outside by sealing and a sealing mechanism through which the lead wire for supplying electricity to the heating wire at the end is penetrated, insulation deterioration due to moisture absorption of the inorganic insulating material powder, disconnection due to oxidation of the heating wire Etc. are prevented.
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。 By applying the weld seal at the tip of the metal sheath of the sheath thermocouple of the present embodiment to the weld seal at the tip of the metal sheath of the microheater and sheath heater, work by a skilled person that has been conventionally required is unnecessary. can do.
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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。)
DESCRIPTION OF
102 Clamp (movable side)
103 Pivot 104
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。
The present invention has been made in view of the difficulty of work in such a conventional method of sealing and sealing a sheath thermocouple tip, and does not require an operator who is experienced in welding and has a simple apparatus. It is an object to provide a method for automatically performing welding sealing.
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。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a metal sheath is filled with at least one pair of thermocouple wires in which tips are joined and temperature measuring points are formed. In a sheathed thermocouple that is housed in a metal sheath with an inorganic insulating material powder interposed and the tip of the metal sheath is sealed by a weld seal, the tip of the weld seal at the tip is connected by two clamps connected to the ground. The sheath thermoelectric generator is used with an existing automatic tube welder that automatically welds and connects the two tubes by rotating the TIG welding electrode around the butting position of the two tubes that are fixed together. It is a welding sealing method at the tip,
Thermocouple wire and inorganic insulating material powder are accommodated, and the end surface of the inorganic insulating material powder has an opening at the tip of the metal sheath formed into a spherical shape having a diameter substantially the same as the diameter of the metal sphere described later. A metal sphere mounting step in which a solid sphere-shaped metal sphere having a diameter substantially the same as the outer diameter of the metal sheath is placed in the opening at the tip of the metal sheath. ,
A holding rod made of a material having a melting point higher than the melting point of the metal sphere is inserted into a hollow rod with a lid at the rear end, and the holding rod is inserted through the lid of the hollow rod with a hollow end and a spring. It is connected, its tip protrudes outside from the tip opening of the hollow rod, and the projection length is limited to a predetermined range by the stopper mechanism, at least from the hollow rod and its lid, presser bar, spring and stopper mechanism In the state where the metal ball placed on the tip opening portion of the metal sheath in the metal ball placing step is pressed against the metal sheath from above by the spring force of the jig holding the metal ball holding jig, A metal ball pressing step for fixing the hollow rod with the other one of the clamps;
Subsequently , a TIG welding electrode rotates around the contact portion between the metal sheath and the metal sphere, and a contact portion welding step for welding the entire circumference of the contact portion between the metal sheath and the metal sphere,
In the contact part welding process, in the metal ball holding jig, since the protruding length of the holding bar from the tip end of the hollow bar is limited to a predetermined range by the stopper mechanism, the melting of the metal ball has started. Due to the flat shape, the contact between the presser bar and the metal ball is lost, and thereafter, the contact portion between the metal sheath and the metal ball is welded without contact.
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。
When the metal sheath tip is welded and sealed, as shown in FIG. 6 (c), the welded portion is removed by polishing, and the outer diameter of the sealed portion is adjusted to the outer diameter of the metal sheath. If the diameter is too large compared to the outer diameter of the metal sheath, the polishing operation increases. Further, if the diameter of the metal sphere is too small compared to the outer diameter of the metal sheath, the welding depth may become shallow and the mechanical strength may be insufficient. According to the present invention, since the diameter of the metal sphere is 0.8 to 1.2 times the outer diameter of the metal sheath, there is no increase in polishing work and insufficient mechanical strength.
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。
The tube automatic welder used in this method is a TIG welding electrode that rotates around the butting position of two welded tubes that are fixed at the tip by two clamps connected to ground. Two tubes are automatically welded and connected, and many companies are commercially available. For example, international application WO 2008/3339 is published as a patent.
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。
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
Claims (5)
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。 At least one pair of thermocouple wires in which the tips are joined to form a temperature measuring point are accommodated in the metal sheath via an inorganic insulating material powder filled in the metal sheath, and the tip of the metal sheath In a sheathed thermocouple sealed with a weld seal, the weld seal at the tip of the tube is connected to the corresponding position of the two tubes where the tips are butted together by two clamps connected to ground. A sheath thermocouple tip welding sealing method that is performed using an existing automatic tube welding machine that automatically welds and connects the two tubes by turning a TIG welding electrode around the electrode,
The thermocouple wire and the inorganic insulating material powder are housed, and the end surface of the inorganic insulating material powder is formed into a concave shape in a spherical shape having a diameter substantially the same as the diameter of the metal sphere described later. The tip opening is fixed upward with one of the clamps approximately vertically, and a solid spherical metal ball having the same diameter as the outer diameter of the metal sheath is placed on the opening of the metal sheath. A metal ball placing process,
A presser bar made of a material having a melting point higher than the melting point of the metal sphere is inserted into a hollow bar with a rear end covered, and the rear end of the presser bar is connected to the cover via a spring. The tip of the hollow stick protrudes to the outside from the tip opening of the hollow stick, and the length of the protrusion is limited to a predetermined range by a stopper mechanism. At least the hollow stick and its lid, the presser stick, the spring And a metal ball holding jig comprising the stopper mechanism, and the metal ball placed on the distal end opening of the metal sheath in the metal ball placing step in the metal ball placing step by the force of the spring. A metal ball pressing step of fixing the hollow rod with the other one of the clamps while being pressed against the sheath;
Subsequently, the TIG welding electrode rotates around the contact portion between the metal sheath and the metal sphere, and a contact portion welding step for welding the contact portion between the metal sheath and the metal sphere all around. ,
In the contact part welding step, in the metal ball holding jig, the protruding length of the holding bar from the tip opening of the hollow bar is limited to a predetermined range by the stopper mechanism. Due to the start of the melting of the sphere and the flattening of the shape, the contact between the presser bar and the metal sphere is lost, and thereafter, the contact portion between the metal sheath and the metal sphere is welded without the contact. A method for welding and sealing a sheath thermocouple tip.
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。 The stopper mechanism of the metal ball holding jig is:
One or more bar-shaped protrusions provided on the side surface of the presser bar at right angles to the axial direction of the presser bar;
A stopper opening provided on the side surface of the hollow rod corresponding to each projection, and
By projecting the protrusion from the stopper opening to the outside, the length of the presser bar protruding from the tip opening of the hollow bar is equal to the axial length of the stopper opening and the rod-like shape. The method for welding and sealing a sheath thermocouple tip according to claim 1, which is limited to a range determined by the thickness of the protrusion.
The sheath thermocouple tip welding according to any one of claims 1 to 4, wherein the diameter of the metal sphere is 0.8 to 1.2 times the outer diameter of the metal sheath. Sealing method.
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