JP2018044905A

JP2018044905A - シース熱電対の製造方法

Info

Publication number: JP2018044905A
Application number: JP2016181181A
Authority: JP
Inventors: 泰幸宮田; Yasuyuki Miyata; 井川　修; Osamu Igawa; 修井川; 朝人石川; Asato Ishikawa
Original assignee: Kawaso Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Kawaso Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP6799847B2

Abstract

【課題】熱電対を無機絶縁材に埋入した金属シースの先端封止部を形成する方法に関してシース熱電対の製造方法を提供する。【解決手段】熱電対(12)を埋入した無機絶縁材(13)の先端面(13a)を金属シース(11)の先端から所定深さ位置Ｄに設定すると共に、該先端面(13a)から突出する金属シースの先端筒部の内周面を切削して内径を拡径した薄肉筒壁(11a)を形成することにより、前記薄肉筒壁で前記無機絶縁材の先端面を囲んだ皿状の収納室(17)を形成する収納室形成工程と、前記収納室(17)に溶接金属チップ(18)を装入し、該溶接金属チップにより前記無機絶縁材の先端面を被うチップ装入工程と、前記金属シースの先端部の薄肉筒壁(11a)と前記溶接金属チップ(18)を溶融させることにより、前記先端封止部(14)を形成する溶接工程を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、温度測定のために使用されるシース熱電対の製造方法に関する。

公知のように、シース熱電対は、金属シースの内部に熱電対を装入すると共に該熱電対を埋入する無機絶縁材を充填しており、前記金属シースの先端から無機絶縁材の先端面を被覆する先端封止部を設けている。熱電対は、一対の熱電対素線の先端に設けた測温接点を含んで無機絶縁材に埋入状態で金属シースに装入されており、金属シースは、先端を先端封止部により閉塞されている。

先端封止部は、金属シースの先端開口部に溶接棒を臨ませた状態で、該溶接棒をアーク電極で溶融させながら溶かし込むことにより形成されるのが一般的である。しかしながら、自動機により溶接棒を自動で供給しながら先端封止部を形成することは困難であるため、自動機による生産性の向上を図ることができない。

このため、特許文献１に示されるような方法で先端封止部を形成するシース熱電対の製造方法が提案されており、これによれば、先端封止部を自動機で形成することが可能である。

特許第４８５３２６９号公報

特許文献１により提案されたシース熱電対の製造方法は、先端封止部を形成する前の状態、つまり、図４（Ａ）に示すように、金属シース１の内部に熱電対２を装入し、測温接点２ｔを含んで熱電対２を無機絶縁材３に埋入した状態で、金属シース１の先端部位１ａを無機絶縁材３の先端面３ａよりも距離Ｌで示すように突出させる。そこで、この状態から、先端部位１ａを先端から全周にわたり溶融させ、これにより、図４（Ｂ）に示すように、ほぼ半球形状に盛り上がった先端封止部４を形成するように構成したものである。

しかしながら、金属シース１の先端部位１ａを溶融させる際、無機絶縁材３の粒子が溶融物に混入すると、先端封止部４に微小な巣やピンホールが形成され、シース熱電対を高温雰囲気で使用中に、先端封止部４が劣損するおそれや、測定誤差の原因となるおそれがある。従って、先端封止部４を形成する際は、異物の混入を完全に防止しなければならない点に重要な課題があり、この点に関し、特許文献１は、このような課題を解決していない。

更に、特許文献１の場合、必要十分な体積の先端封止部４を形成するためには、金属シース１の先端部位１ａが突出する距離Ｌを長くする必要がある。しかしながら、先端部位１ａは、先端から全周に向けて溶融させられるので、空気が閉じ込められ、先端封止部４の内部に気泡が残留するおそれがあり、微小な巣やピンホールの原因となる。

本発明は、上記課題を解決したシース熱電対の製造方法を提供するものであり、その手段として構成したところは、金属シースの内部に熱電対を装入すると共に該熱電対を埋入する無機絶縁材を充填しており、前記金属シースの先端から無機絶縁材の先端面を被覆する先端封止部を設けて成るシース熱電対の製造方法において、前記無機絶縁材の先端面を金属シースの先端から所定深さ位置Ｄに設定すると共に、該先端面から突出する金属シースの先端筒部の内周面を切削して内径を拡径した薄肉筒壁を形成することにより、前記薄肉筒壁で前記無機絶縁材の先端面を囲んだ皿状の収納室を形成する収納室形成工程と、前記収納室に溶接金属チップを装入し、該溶接金属チップにより前記無機絶縁材の先端面を被うチップ装入工程と、前記金属シースの先端部の薄肉筒壁と前記溶接金属チップを溶融させることにより、前記先端封止部を形成する溶接工程を備える点にある。

本発明の好ましい実施形態において、前記溶接金属チップは、下面に平坦面を備えた盤状体により構成され、前記チップ装入工程において、前記平坦面により前記無機絶縁材の先端面を当接状態で被うように前記収納室に装入される。

前記収納室形成工程において、前記薄肉筒壁の切削された内周面の下端に形成された異径段部と、前記無機絶縁材の先端面は、相互に面一に整合させられており、従って、前記チップ装入工程において、溶融金属チップは、前記平坦面を前記異径段部に載置することにより前記収納室に装入される。

本発明によれば、先端封止部１４を形成するための溶接工程を行う際、収納室１７は、溶接金属チップ１８が装入されているので、空気量が極めて少なく、しかも、収納室１７の内側から溶接金属チップ１８が溶融し、収納室１７の外側では薄く形成された薄肉筒壁１１ａを瞬時に溶融させるので、空気が閉じ込められることはなく、気泡の残留による巣やピンホールの発生を防止することができ、しかも、収納室１７に装入する溶接金属チップ１８の体積を選択するだけで、所望の半球形状とするために必要な体積を有する先端封止部１４を簡単容易に形成することができる効果がある。

本発明のシース熱電対の製造方法における工程を示しており、（Ａ）から（Ｈ）は工程を順に示す断面図である。本発明に係る製造方法の１実施形態を示しており、（Ａ）（Ｂ）は収納室と溶接金属チップの関係を示す斜視図及び断面図、（Ｃ）は収納室に溶接金属チップを装入した状態を示す断面図、（Ｄ）は先端封止部が形成された状態を示す断面図である。本発明に係る製造方法の別の実施形態を示しており、（Ａ）（Ｂ）は収納室と溶接金属チップの関係を示す斜視図及び断面図、（Ｃ）は収納室に溶接金属チップを装入した状態を示す断面図、（Ｄ）は先端封止部が形成された状態を示す断面図である。特許文献１により提案された従来のシース熱電対の製造方法を示しており、（Ａ）は先端封止部が形成される前の状態を示す断面図、（Ｂ）は先端封止部が形成された状態を示す断面図である。

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。

本発明により製造されるシース熱電対は、図１（Ｈ）に示すように、金属シース１１の内部に熱電対１２を装入すると共に該熱電対を埋入する無機絶縁材１３を充填しており、前記金属シース１１の先端から無機絶縁材１３の先端面１３ａを被覆する先端封止部１４を設けている。熱電対１２は、一対の熱電対素線１２ａ、１２ｂの先端に設けた測温接点１２ｔを含んで無機絶縁材１３に埋入状態で金属シース１１に装入されており、金属シース１１は、先端を先端封止部１４により閉塞されている。

特に材質を限定するものではないが、例えば、金属シース１１は、ニッケルクローム系耐熱合金（商標名インコネル）や、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ等）により形成されており、無機絶縁材１３は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末により構成され、金属シース１１に充填した状態で押し固めることにより形成されている。

図１（Ａ）は、シース熱電対を製造するための中間製品を示しており、金属シース１１に熱電対素線１２ａ、１２ｂが挿通されると共に、無機絶縁材１３が充填されている。そこで、このような長尺の中間製品が所定長さに切断され（切断工程）、加工用の半製品１５Ａとして、以下の工程に供される。

前記半製品１５Ａは、図１（Ｂ）に示すように、金属シース１１の先端部の内部を穴グリ加工することにより、無機絶縁材１３の一部を熱電対素線１２ａ、１２ｂと共に除去し、金属シース１１の先端に開口部１６が形成される（穴グリ工程）。

引き続いて、図１（Ｃ）に示すように、前記開口部１６の内部にサンドブラスト等のショットブラストを行い、開口部１６の底部に位置する無機絶縁材１３を除去することにより熱電対素線１２ａ、１２ｂの先端部を露出させ（ブラスト工程）、この状態で、図１（Ｄ）に示すように、熱電対素線１２ａ、１２ｂの先端部を相互に溶接固着することにより測温接点１２ｔを形成する（温接点形成工程）。これにより、熱電対１２が形成される。

そこで、図１（Ｅ）に示すように、前記開口部１６に補充用無機絶縁材１３Ｓを充填して押し固めることにより埋戻すと共に無機絶縁材１３と一体化させることにより、測温接点２ｔを埋入させ（埋戻し工程）、この状態から、図１（Ｆ）に示すように、金属シース１１の先端部を座グリ加工することにより、皿状の収納室１７を形成する（収納室形成工程）。

その後、図１（Ｇ）に示すように、前記収納室１７に溶接金属チップ１８を装入し（チップ装入工程）、ＴＩＧ溶接等の溶接手段により、溶融金属チップ１８を金属シース１１の先端と共に溶融することにより（溶接工程）、図１（Ｈ）に示す先端封止部１４を形成し、加工済の製品１５Ｂを得る。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態を示している。前記座グリ加工による収納室形成工程において、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、無機絶縁材１３は、先端面１３ａが金属シース１１の先端から所定深さ位置Ｄに設定されるように切削される。この際、該先端面１３ａから突出する金属シース１１の先端筒部は、内周面を切削されることにより、内径を拡径した薄肉筒壁１１ａを形成する。座グリ加工は、ブロワ―又はバキューム装置を併用して行うのが好ましく、無機絶縁材１３を切削することにより先端面１３ａを形成した後、座グリカッターを引き上げる際に、薄肉筒壁１１ａの内面に付着した無機絶縁材１３の粒子を除去する。従って、薄肉筒壁１１ａの内面は、無機絶縁材１３の粒子を付着していないクリーンな状態とされる。

これにより、前記収納室１７は、無機絶縁材１３の平坦な先端面１３ａを薄肉筒壁１１ａで囲まれた皿状形態に形成される。薄肉筒壁１１ａは、切削された内周面の下端に異径段部１１ｂを形成しており、異径段部１１ｂの内径Ｗ１と薄肉筒壁１１ａの内径Ｗ２がＷ１＜Ｗ２とされ、座グリ加工の結果、前記先端面１３ａと、これに臨む異径段部１１ｂは、相互に面一状態となるように整合させられている。

溶接金属チップ１８は、金属シース１１と同一の金属素材により形成された円形の盤状体１９を構成している。例えば、金属シース１１がニッケルクローム系耐熱合金（商標名インコネル）とされている場合は、溶接金属チップ１８も、同じくニッケルクローム系耐熱合金（商標名インコネル）が用いられ、金属シース１１がオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３１６Ｌであれば、溶接金属チップ１８も、同じくオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３１６Ｌが用いられる。

溶接金属チップ１８は、盤状体１９の下面に平坦面１８ａを備えており、図示実施形態の場合、前記収納室１７の内部の内径Ｗ１及びＷ２に対して、盤状体１９の外径Ｗ３をＷ１＜Ｗ３＜Ｗ２とするように形成されている。尚、本発明は、外径Ｗ３がＷ１＜Ｗ３＜Ｗ２であることを限定するものではない。

そこで、図２（Ｃ）に示すように、チップ装入工程において、溶接金属チップ１８を収納室１７に装入したとき、溶接金属チップ１８は、下面の平坦面１８ａが面一とされた異径段部１１ｂと先端面１３ａに沿って載置され、従って、先端面１３ａは、平坦面１８ａにより当接された状態で被われる。そして、溶接金属チップ１８の外周面と薄肉筒壁１１ａの内周面の間の隙間ｇは、可及的狭小な空隙とされる。

この状態から、ＴＩＧ溶接等の溶接手段により、薄肉筒壁１１ａと溶接金属チップ１８を溶融させると、図２（Ｄ）に示すような盛り上がり状態の先端封止部１４が好適に形成される。溶融の際、収納室１７は、溶接金属チップ１８が装入されているので、空気量が極めて少なく、しかも、収納室１７の内側から溶接金属チップ１８が溶融し、収納室１７の外側では薄く形成された薄肉筒壁１１ａを瞬時に溶融させるので、空気が閉じ込められることはなく、気泡の残留による巣やピンホールを発生しない。

しかも、予め、溶接金属チップ１８の平坦面１８ａが異径段部１１ｂと先端面１３ａに沿わされているので、該先端面１３ａから無機絶縁材１３の粒子が溶融金属に進入して混入するおそれはなく、異物混入による巣やピンホールが形成されることはない。

そして、先端封止部１４の体積を占める主要部は、溶接金属チップ１８により形成することができるので、薄肉筒壁１１ａの長さ（前述の深さＤ）を大きくしなくても、溶接金属チップ１８の体積を選択するだけで、所望の半球形状とするために必要な体積を有する先端封止部１４を簡単容易に形成することができる利点がある。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示している。基本的には、上述した第１実施形態と同様であるため、同一構成部分は同一符号で示すことにより、上述の説明を援用するが、第２実施形態では、溶接金属チップ１８は、盤状体１９の上部に半球形状部２０を備えている。

従って、第２実施形態によれば、溶接金属チップ１８を収納室１７に装入した状態で溶融させたとき、内部の空気を外部に排出させることが更に容易となり、気泡の残留による巣やピンホールの発生を防止する効果が高い。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した図示の実施形態に限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。例えば、溶接金属チップ１８は、図示のような盤状形態の他、球状又は粒状の形態としたものを収納室１７に装入しても良い。この場合でも、ＴＩＧ溶接手段等による溶融の際に、収納室１７は、溶接金属チップ１８が装入されているので、空気量が極めて少なく、しかも、収納室１７の内側から溶接金属チップ１８が溶融し、収納室１７の外側では薄く形成された薄肉筒壁１１ａを瞬時に溶融させるので、空気が閉じ込められることはなく、気泡の残留による巣やピンホールの発生を防止することができ、しかも、収納室１７に装入する溶接金属チップ１８の体積を選択するだけで、所望の半球形状とするために必要な体積を有する先端封止部１４を簡単容易に形成することができ、本発明の課題を解決することが可能である。

１１金属シース
１１ａ薄肉筒壁
１１ｂ異径段部
１２熱電対
１２ａ、１２ｂ熱電対素線
１２ｔ測温接点
１３無機絶縁材
１３ａ先端面
１３Ｓ補充用無機絶縁材
１４先端封止部
１５Ａ加工用の半製品
１５Ｂ加工済の製品
１６開口部
１７収納室
１８溶接金属チップ
１８ａ平坦面
１９盤状体
２０半球形状部

Claims

金属シースの内部に熱電対を装入すると共に該熱電対を埋入する無機絶縁材を充填しており、前記金属シースの先端から無機絶縁材の先端面を被覆する先端封止部(14)を設けて成るシース熱電対の製造方法において、
前記無機絶縁材(13)の先端面(13a)を金属シース(11)の先端から所定深さ位置Ｄに設定すると共に、該先端面(13a)から突出する金属シースの先端筒部の内周面を切削して内径を拡径した薄肉筒壁(11a)を形成することにより、前記薄肉筒壁で前記無機絶縁材の先端面を囲んだ皿状の収納室(17)を形成する収納室形成工程と、
前記収納室(17)に溶接金属チップ(18)を装入し、該溶接金属チップにより前記無機絶縁材の先端面を被うチップ装入工程と、
前記金属シースの先端部の薄肉筒壁(11a)と前記溶接金属チップ(18)を溶融させることにより、前記先端封止部(14)を形成する溶接工程を備えることを特徴とするシース熱電対の製造方法。
前記溶接金属チップ(18)は、下面に平坦面(18a)を備えた盤状体(19)により構成され、
前記チップ装入工程において、前記平坦面(18a)により前記無機絶縁材の先端面(13a)を当接状態で被うように前記収納室(17)に装入されることを特徴とする請求項１に記載のシース熱電対の製造方法。
前記収納室形成工程において、前記薄肉筒壁(11a)の切削された内周面の下端に形成された異径段部(11b)と、前記無機絶縁材の先端面(13a)は、相互に面一に整合させられており、
前記チップ装入工程において、前記溶融金属チップ(18)は、前記平坦面(18a)を前記異径段部(11b)に載置することにより前記収納室(17)に装入されることを特徴とする請求項２に記載のシース熱電対の製造方法。