JP2022003357A - シース型測温抵抗体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極低温下で使用される感温素子の特性を変えずに作製可能なシース型測温抵抗体を提供すること。【解決手段】金属シース３の先端部３ｂから所定長さ剥き出された芯線３ａと、感温素子２から引き出されたリード線２ａとを結線し、一端が閉塞され他端が開口するキャップ形状の保護管４内に、耐低温性を有し、且つ熱膨張係数の小さい絶縁性樹脂材料６を充填した状態で、該保護管４を金属シース３の先端部３ｂに嵌合してシース型測温抵抗体１が作製される。【選択図】図１

Description

本発明は、金属製のシースケーブルから剥き出した芯線と感温素子のリード線とを結線して構成されるシース型測温抵抗体の製造方法に関するものである。

下記特許文献１には、予め温度と抵抗の関係が把握されている金属などを温度センサにして、その抵抗を測定することで温度を求める測温抵抗体として、シースケーブル先端から所定長さに剥き出された芯線の端部に、基端方向に突出している測温抵抗素子のリード線の端部を結線し、当該測温抵抗素子、リード線及び結線部に対して絶縁材よりなるホルダーブロックを外装し、さらにホルダーブロックを覆う金属製の筒体を外装したシース型測温抵抗体が開示されている。

特開２０１５−２１９１０２号公報

シース型測温抵抗体は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）、液化ヘリウム、液体水素のような可燃性液化ガスを貯蔵液として貯蔵する低温タンク内の温度監視用の低温用温度計として使用されることがある。そのため、測温抵抗体の測定範囲として、各種可燃性液化ガスの温度監視が可能なように、極低温である４Ｋ（約−２６８℃）付近の測定が可能な測温抵抗素子（感温素子）が搭載されるが、この種の測温抵抗素子は、周囲環境の急激な温度変化によって温度特性が変化しやすく、製造工程上の温度管理が重要となる。

ところが、特許文献１の発明では、測温抵抗素子やリード線などが挿着されるホルダーブロックと蓋材の外側に筒体が装着され、筒体の基端部をシースケーブルの先端部に突き合わせた状態で溶接接合されている。そのため、溶接接合時における接合部付近の温度は、１０００℃〜１５００℃と高温となり、測温抵抗素子が温度影響を受けて温度特性が変化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、極低温を測定する際に使用される感温素子の温度特性を変えずに簡易的に製造することのできるシース型測温抵抗体の製造方法を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するため、本発明に係る第１の態様は、測温抵抗体の仕様に合わせて金属シースをカットする工程と、
前記金属シースにおける感温素子との結線側となる先端部を先端から数センチ程度芯線が露出するように、前記金属シースの金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く工程と、
前記芯線が露出した前記金属シースを乾燥炉で乾燥させる工程と、
露出した前記芯線の基端部分全体が覆われるように第１の絶縁性樹脂材料を塗布し、前記第１の絶縁性樹脂材料を乾燥させる工程と、
前記感温素子のリード線と前記金属シースの芯線とを結線し、結線部分が絶縁されるように第２の絶縁性樹脂材料を前記結線部分周辺に塗布する工程と、
キャップ状部材の保護管内に第３の絶縁性樹脂材料を充填させる工程と、
前記芯線と結線された前記感温素子を収容するように、保護管を前記金属シースの先端部を覆うように嵌合させ、前記保護管の嵌合によって管周囲に溢れた余分な前記第３の絶縁性樹脂材料を除去する工程と、
管内部の前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を乾燥し、硬化させる工程と、を備えたことを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第２の態様は、測温抵抗体の仕様に合わせて金属シースをカットする工程と、
前記金属シースにおける感温素子との結線側となる先端部を先端から数センチ程度芯線が露出するように、前記金属シースの金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く工程と、
前記芯線が露出した前記金属シースを乾燥炉で乾燥させる工程と、
露出した前記芯線の基端部分全体が覆われるように第１の絶縁性樹脂材料を塗布し、前記第１の絶縁性樹脂材料を乾燥させる工程と、
前記感温素子のリード線と前記金属シースの芯線とを結線し、結線部分が絶縁されるように第２の絶縁性樹脂材料を前記結線部分周辺に塗布する工程と、
両端が開口した保護管における一方の開口部分を閉塞部材で簡易的に塞いだ状態で第３の絶縁性樹脂材料を充填させる工程と、
前記芯線と結線された前記感温素子を収容するように、保護管を前記金属シースの先端部を覆うように嵌合させ、前記保護管の嵌合によって管周囲に溢れた余分な前記第３の絶縁性樹脂材料を除去する工程と、
管内部の前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を乾燥し、硬化させる工程と、を備えたことを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第３の態様は、前記保護管に前記第３の絶縁性樹脂材料を充填する工程において、遠心充填機器を用いることを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第４の態様は、前記第１の絶縁性樹脂材料を１００℃前後の乾燥炉で１時間程度乾燥させることを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第５の態様は、前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を７０℃前後の乾燥炉で１時間程度又は室温で１２時間程度乾燥し、硬化させることを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第６の態様は、前記第１の絶縁性樹脂材料と前記第２の絶縁性樹脂材料と前記第３の絶縁性樹脂材料は耐低温性を有し、且つ熱膨張係数の小さい絶縁性樹脂であることを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明に係る第７の態様は、前記第１の絶縁性樹脂材料と前記第２の絶縁性樹脂材料と前記第３の絶縁性樹脂材料が同じ絶縁性樹脂であることを特徴とする、シース型測温抵抗体の製造方法である。

本発明によれば、金属シースに対し、絶縁性樹脂材料が充填された保護管が嵌合された構成であるため、極低温で使用される感温素子は、従来のように金属シースと保護管との溶接処理時の温度影響を受けず素子特性が変化することもなくなる。

また、絶縁性樹脂材料が充填された保護管を金属シースの先端部分に嵌合させるだけでよいため、製造工程の簡便化を図りつつ、ＪＩＳ規格に則ったシース型測温抵抗体を提供することができる。

本発明に係るシース型測温抵抗体の感温部の構成を示す概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るシース型測温抵抗体おける第１の製造工程の要部を示す概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るシース型測温抵抗体における第２の製造工程の要部を示す概念図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者などによりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

本発明のシース型測温抵抗体１（以下、単に「測温抵抗体１」ともいう）は、例えば極低温である４Ｋ（約−２６８℃）から水の沸点である３７５Ｋ（約１００℃）の範囲で温度測定が可能な温度計であり、用途として例えばＬＮＧ（液化天然ガス）、液化ヘリウム、液体水素のような可燃性液化ガスを貯蔵液として貯蔵する低温タンク内の温度監視を行う際に使用される。

なお、本発明に係るシース型測温抵抗体１の感温部５以外の構成については、従来から公知のシース型測温抵抗体と同様であるため、その説明を省略し、本明細書では、測温抵抗体１の感温部５に関する説明及び感温部５の製造方法のみを記載する。

［１. 機器構成について］
図１に示すように、本形態の測温抵抗体１は、感温素子２と、金属シース３と、保護管４とで構成される感温部５を備えている。

なお、図示しないが、金属シース３における感温素子２との結線側端部と反対側の端部は、被覆導線と結線されており、その接続部分に導線接続部（スリーブ）が設けられた構成となる。

感温素子２は、例えば測温抵抗素子（構造として、セラミック封入式、スパイラル式、薄膜式の何れか）やサーミスタなどの温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体で構成される。また、感温素子２は、金属シース３から剥き出された芯線３ａと結線するためのリード線２ａが２本引き出されている。

本形態では、リード線２ａの導線抵抗を受けない測定が可能な４線式で説明するが、２導線式や３導線式の他の方式を採用することができる。また、感温素子２のリード線２ａも４本以外にダブル素子式として４本のものでもよく、２つ以上の素子を重ねて装着することもできる。

金属シース３は、従来からシース型測温抵抗体用として使用されているシースケーブルであり、ステンレス製の金属管内部に複数本の芯線（Ｎｉ線）３ａを平行に収納し、管内の間隙を埋めるように酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの耐熱性粒子状絶縁物が充填されている。本例では４線式であるため、芯線３ａが４本収納された構成となる。測温抵抗体１を作製する際には、保護管４が嵌合される先端部３ｂから所定長さだけ芯線３ａが剥き出されるように金属管及び耐熱性粒子状絶縁物が除去される。

保護管４は、測定温度範囲（例えば、４Ｋ〜３７５Ｋ）で感温素子２の温度特性に影響を与えない熱伝導率が高い金属（銅など）からなり、その表面には、例えば金（Ａｕ）のような耐薬品性を有する保護金属で表面がメッキ加工されている。保護管４の形状として、一端が閉塞し、他端に開口を有するキャップ状部材、若しくは両端が開口された筒状部材である。なお、保護管４の材質としては、上記保護金属そのもので作製してもよい。

保護管４の内径は、金属シース３の外径よりも一回り大きく設計されており、金属シース３の先端部３ｂ（つまり、芯線３ａが剥き出された基端部分）から後端側に向かって所定長さ覆うように嵌合される。

また、保護管４の内部には、シース型測温抵抗体の規格（ＪＩＳ Ｃ １６４０）を満たすため、絶縁性樹脂材料６が充填されている。

絶縁性樹脂材料６は、例えば遠心充填機などの充填装置を用いて管内に収容される感温素子２と保護管４内壁との間、リード線２ａや芯線３ａとの接続部分、金属シース３の先端部３ｂ、金属シース３の外壁と保護管４の内壁との間などに間隙ができないように所定量充填される。絶縁性樹脂材料６は、測定温度が極低温（例えば４Ｋ）でも樹脂特性が維持されるような耐低温性を有し、且つ熱膨張係数が小さく、さらに金属シース３と保護管４とを嵌合した際に両者を接着させる効果を有するものが適当である。

なお、本発明の測温抵抗体１に適した絶縁性樹脂材料６としては、封止部品からの放熱が促進されるように熱伝導率が高く、封止部品へのストレスを低減させるとともに低温時における熱収縮による部品間の剥離を防ぐため熱膨張係数が小さいという特性を有するエポキシ樹脂系接着剤やエポキシ系樹脂材料を用いることができる。

以上のように、本発明の測温抵抗体１は、保護管４の内部に絶縁性樹脂材料６が充填されることで、金属シース３の先端部３ｂと保護管４の開口側端部４ａとが嵌合された状態で接着固定されるため、従来のような溶接処理を行わずシース型測温抵抗体のＪＩＳ規格に見合った性能を得ることができる。これにより、保護管４によって金属シース３の先端部３ｂが覆われた状態で固定されるため、従来の測温抵抗体のように金属シース３の先端部３ｂと保護管４の開口側端部４ａとを溶接する必要がなく、保護管４内に収容される感温素子２の温度特性が変化することがない。

なお、本実施形態では、図１に示すように、説明の便宜上、絶縁性樹脂材料６のハッチが異なる種類を用いているが、絶縁性樹脂材料６は、同一若しくは測温抵抗体１の性能に影響が出ないような材料を複数使用してもよい。

［２．製造方法について］
次に、本発明のシース型測温抵抗体１の製造方法について説明する。
ここでは、保護管４の形状としてキャップ状部材を用いたときの製造工程（下記２−１．製造工程１）と、管状部材をもちいたときの製造工程（下記２−２．製造工程２）の２つの形態について説明する。

＜２−１．製造工程１＞
製造工程１として、保護管４がキャップ状部材の場合、図２に示すように、測温抵抗体１の製造工程が下記の工程順で実施される。
（工程１）
まず、作製する測温抵抗体１の仕様に合わせて金属シース３をカットする。
（工程２）
次に、金属シース３における感温素子２との結線側となる先端部３ｂを先端から数センチ程度芯線３ａが露出するように、金属シース３の金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く。
（工程３）
次に、芯線３ａが露出した金属シース３を乾燥炉（１００℃前後）で１時間程度乾燥させる。この乾燥時間は、作製される測温抵抗体１の全長に応じて適宜設定され、長尺になるに連れて乾燥時間を増やす必要がある。
（工程４）
次に、図２（ａ）に示すように、剥き出した芯線３ａの基端部分（金属シース３の先端部３ｂ）全体が覆われるように絶縁性樹脂材料６を塗布し、乾燥炉（７０℃前後）で１時間程度又は室温で１２時間程度乾燥させて絶縁性樹脂材料６を硬化させる。
（工程５）
次に、図２（ａ）に示すように、感温素子２のリード線２ａと金属シース３の芯線３ａとを例えばはんだ付けして結線し、その後、図２（ｂ）に示すように、結線部分が絶縁されるように絶縁性樹脂材料６を前記結線部分周辺に塗布する。
なお、図２（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、絶縁性樹脂材料６のハッチが異なる種類を用いているが、絶縁性樹脂材料６は、同一若しくは測温抵抗体１の性能に影響が出ないような材料を複数使用してもよい。
（工程６）
次に、保護管４内に所定量の絶縁性樹脂材料６を充填させ、図２（ｃ）に示すように、工程５で結線された感温素子２を収容するように、保護管４を金属シース３に嵌合させ、保護管４の嵌合によって管周囲に溢れた余分な絶縁性樹脂材料６を除去した後、所定時間乾燥させて管内部の絶縁性樹脂材料６を硬化させて製造工程が終了する。

なお、上記製造工程１において、使用する絶縁性樹脂材料６は１種類に限定されず、該樹脂材料６同士が混在又は当接したとしても両者の特性に影響がない組み合わせであれば複数種類の材料を適宜使用することもできる。例えば、工程５で使用する絶縁性樹脂材料６と、工程６で使用する絶縁性樹脂材料６が異なる材質のものを使用してもよい。

＜２- ２. 製造工程２＞
製造工程２として、保護管４が筒状部材の場合、測温抵抗体１の製造工程が下記の工程順で実施される。
（工程１１）
まず、作製する測温抵抗体１の仕様に合わせて金属シース３をカットする。
（工程１２）
次に、金属シース３における感温素子２との結線側となる先端部３ｂを先端から数センチ程度芯線３ａが露出するように、金属シース３の金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く。
（工程１３）
次に、芯線３ａが露出した金属シース３を乾燥炉（１００℃前後）で１時間程度乾燥させる。この乾燥時間は、作製される測温抵抗体１の全長に応じて適宜設定され、長尺になるに連れて乾燥時間を増やす必要がある。
（工程１４）
次に、図３（ａ）に示すように、剥き出した芯線３ａの基端部分（金属シース３の先端部３ｂ）全体が覆われるように絶縁性樹脂材料６を塗布し、乾燥炉（７０℃前後）で１時間程度又は室温（２０〜２５℃前後）で１２時間程度乾燥させて絶縁性樹脂材料６を硬化させる。
（工程１５）
次に、図３（ａ）に示すように、感温素子２のリード線２ａと金属シース３の芯線３ａとを例えばはんだ付けして結線し、その後、図３（ｂ）に示すように、結線部分が絶縁されるように絶縁性樹脂材料６を前記結線部分周辺に塗布する。
なお、図３（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、絶縁性樹脂材料６のハッチが異なる種類を用いているが、絶縁性樹脂材料６は、同一若しくは測温抵抗体１の性能に影響が出ないような材料を複数使用してもよい。
（工程１６）
次に、保護管４が筒状で両端が開口してるため、保護管４における一方の開口部分を粘着テープや蓋部材など閉塞部材７で簡易的に塞いだ状態で所定量の絶縁性樹脂材料６を充填させる。そして、図３（ｃ）に示すように、工程１５で結線された感温素子２を収容するように、保護管４を金属シース３に嵌合させ、保護管４の嵌合によって管周囲に溢れた余分な絶縁性樹脂材料６を除去した後、所定時間乾燥させて管内部の絶縁性樹脂材料６を硬化させる。
（工程１７）
その後、閉塞部材を除去し、保護管４の先端部分に凹凸部分が生じている場合は、必要に応じて先端露出面が保護管４の端面と面一となるように平坦処理を施して製造工程が終了する。

なお、上記製造工程２において、製造工程１と同様、使用する絶縁性樹脂材料６は１種類に限定されず、該樹脂材料６同士が混在又は当接したとしても両者の特性に影響がない組み合わせであれば複数種類の材料を適宜使用することもできる。例えば、工程１５で使用する絶縁性樹脂材料６と、工程１６で使用する絶縁性樹脂材料６が異なる材質のものを使用してもよい。

以上説明したように、上述した測温抵抗体１は、金属シース３の先端部３ｂから所定長さ剥き出した芯線３ａと、感温素子２から引き出されたリード線２ａとを接続し、金属シース３の先端部３ｂから感温素子２を覆うように金属シース３に対して保護管４を嵌合する。また、保護管４内には、極低温に耐え得る耐低温性を有し、さらに測定時の温度変化による熱膨張が起きないように熱膨張係数の小さい絶縁性樹脂材料６を充填する。

これにより、従来機器のように、金属シース３の先端部３ｂと保護管４の開口端部との端面同士を溶接する必要がないため、溶接時に発生する溶接温度で素子特性が変化してしまうような極低温で使用される感温素子２の特性を変化させることなく製造することができる。

また、保護管４として、一端が閉塞され他端が開口されたキャップ形状の管又は両端が開口した筒状の管を使用することで、感温素子２を金属シース３に結線した後、保護管４内に絶縁性樹脂材料６を所定量を収容した状態で嵌合するだけで済み、感温素子２の特性が保持されるだけでなく、製造工程の簡便化を図ることができる。

１…シース型測温抵抗体
２…感温素子（２ａ…リード線）
３…金属シース（３ａ…芯線、３ｂ…先端部）
４…保護管（４ａ…嵌合端部）
５…感温部
６…絶縁性樹脂材料
７…閉塞部材

Claims (7)

1. 測温抵抗体の仕様に合わせて金属シースをカットする工程と、
   前記金属シースにおける感温素子との結線側となる先端部を先端から数センチ程度芯線が露出するように、前記金属シースの金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く工程と、
   前記芯線が露出した前記金属シースを乾燥炉で乾燥させる工程と、
   露出した前記芯線の基端部分全体が覆われるように第１の絶縁性樹脂材料を塗布し、前記第１の絶縁性樹脂材料を乾燥させる工程と、
   前記感温素子のリード線と前記金属シースの芯線とを結線し、結線部分が絶縁されるように第２の絶縁性樹脂材料を前記結線部分周辺に塗布する工程と、
   キャップ状部材の保護管内に第３の絶縁性樹脂材料を充填させる工程と、
   前記芯線と結線された前記感温素子を収容するように、保護管を前記金属シースの先端部を覆うように嵌合させ、前記保護管の嵌合によって管周囲に溢れた余分な前記第３の絶縁性樹脂材料を除去する工程と、
   管内部の前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を乾燥し、硬化させる工程と、を備えたことを特徴とするシース型測温抵抗体の製造方法。
2. 測温抵抗体の仕様に合わせて金属シースをカットする工程と、
   前記金属シースにおける感温素子との結線側となる先端部を先端から数センチ程度芯線が露出するように、前記金属シースの金属管と充填された耐熱性粒子状絶縁物を取り除く工程と、
   前記芯線が露出した前記金属シースを乾燥炉で乾燥させる工程と、
   露出した前記芯線の基端部分全体が覆われるように第１の絶縁性樹脂材料を塗布し、前記第１の絶縁性樹脂材料を乾燥させる工程と、
   前記感温素子のリード線と前記金属シースの芯線とを結線し、結線部分が絶縁されるように第２の絶縁性樹脂材料を前記結線部分周辺に塗布する工程と、
   両端が開口した保護管における一方の開口部分を閉塞部材で簡易的に塞いだ状態で第３の絶縁性樹脂材料を充填させる工程と、
   前記芯線と結線された前記感温素子を収容するように、保護管を前記金属シースの先端部を覆うように嵌合させ、前記保護管の嵌合によって管周囲に溢れた余分な前記第３の絶縁性樹脂材料を除去する工程と、
   管内部の前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を乾燥し、硬化させる工程と、を備えたことを特徴とするシース型測温抵抗体の製造方法。
3. 前記保護管に前記第３の絶縁性樹脂材料を充填する工程において、遠心充填機器を用いることを特徴とした請求項１または２に記載したシース型測温抵抗体の製造方法。
4. 前記第１の絶縁性樹脂材料を１００℃前後の乾燥炉で１時間程度乾燥させることを特徴とした請求項１または２に記載したシース型測温抵抗体の製造方法。
5. 前記第２および第３の絶縁性樹脂材料を７０℃前後の乾燥炉で１時間程度又は室温で１２時間程度乾燥し、硬化させることを特徴とした請求項１または２に記載したシース型測温抵抗体の製造方法。
6. 前記第１の絶縁性樹脂材料と前記第２の絶縁性樹脂材料と前記第３の絶縁性樹脂材料は耐低温性を有し、且つ熱膨張係数の小さい絶縁性樹脂であることを特徴とした請求項１または２に記載したシース型測温抵抗体の製造方法。
7. 前記第１の絶縁性樹脂材料と前記第２の絶縁性樹脂材料と前記第３の絶縁性樹脂材料が同じ絶縁性樹脂であることを特徴とした請求項６に記載したシース型測温抵抗体の製造方法。

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