JP2538746Y2 - 熱電対の先端構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、高温測定用のシース型
熱電対の先端構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シース型熱電対は、先端が閉塞された鞘
（シース）の内部に、銅：コンスタンタン，アルメル：
クロメル等の素線を収容して構成されている。これら素
線は、シース内部にて先端同志が接合されており、その
接合部のゼーベック効果によって温度が検出されるよう
になっている。このようなシース型熱電対においては、
そのシースが金属性の場合、シース内部に絶縁材を充填
し、素線がシース内面に接触しないようにする必要があ
る。

【０００３】本考案者は、上記シースに耐熱金属（タン
タル）を用いると共に、素線に高温用のもの（タングス
テン レニウム5%：タングステン レニウム26% ）を用
いて高温測定用のシース型熱電対を開発することを思い
付いた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ここで、現在市販され
ている汎用のタンタル製シースは、両端が開口された筒
状シース内部に絶縁材としてマグネシア（酸化マグネシ
ウム）が充填されて構成されている。このマグネシアの
融点（2800℃）は、シースの材料であるタンタルの融点
（2996℃）よりも低い。

【０００５】よって、シースの一端を閉塞すべくその開
口部を溶接閉塞しようとすると、シースの材料であるタ
ンタル（融点2996℃）が溶融する際にマグネシア（融点
2800℃）が昇華してしまい、シース先端内部が空洞にな
ってしまうという問題が生じた。つまり、シース先端の
溶接閉塞時、マグネシアが昇華してその昇華ガスによっ
て溶融したシース先端のタンタルが吹き飛ばされてしま
う。この結果、シース先端部のシールが不可能となる。

【０００６】以上の事情を考慮して創案された本考案の
目的は、シース先端を溶接閉塞する際にシース内部の絶
縁材が昇華することはなく、シース先端内部が空洞にな
らない熱電対の先端構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案は、タンタルからなる筒状のシース内部に絶縁
材としてマグネシアが充填されたシース型熱電対におい
て、シース内部先端の二本の素線の接合点近傍のマグネ
シアを取り除き、代わりにボロンナイトライドを充填し
た後、シース開口部を溶接によって閉塞して構成されて
いる。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、シース内部先端のマグネシ
アを取り除き、代わりにマグネシアよりもタンタルより
も融点の高いボロンナイトライドを充填するようにした
ので、シース先端の開口部を溶接しても（即ちタンタル
を溶融させても）ボロンナイトライドが昇華することは
ない。この結果、シース先端内部が空洞になることはな
い。

【０００９】

【実施例】以下に本考案の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１０】図１(c) は、熱電対１の先端構造を示す側
断面図である。図示するように、この熱電対１は、タン
タル(Ta)からなる筒状のシース２内部に、二本の素線３
ａ，３ｂ（タングステン レニウム5%：タングステン
レニウム26% ）が長手方向に沿って収容されている。こ
れら素線３ａ，３ｂ（W-Re5%:W-Re26%）は、その先端部
が接合（接合部４）されており、シース２内部に充填さ
れた絶縁材（後述するボロンナイトライド５とマグネシ
ア６）によって、シース２内面に接触しないように支持
されている。

【００１１】上記絶縁材５，６は、素線３ａ，３ｂ先端
の近傍部にあってはボロンナイトライド(BN)５が用いら
れ、それ以外に部分にあってはマグネシア(MgO) ６が用
いられている。また、筒状シース２先端の開口部７に
は、シース２と同じ材質の即ちタンタル製の蓋材８が溶
接によって取り付けられている。

【００１２】このシース型熱電対１は、図１(a),(b) の
工程を経て製造される。

【００１３】まず、図１(a) に示すように、市販されて
いる汎用のタンタル製シース２を用意する。汎用タンタ
ル製シース２は、両端が開口された筒状のタンタル製シ
ース２内部に、上記素線３ａ，３ｂおよび絶縁材として
のマグネシア６が充填されて構成されている。このマグ
ネシア６の融点（2800℃）は、シース２の材料であるタ
ンタルの融点（2996℃）よりも低い。

【００１４】次に、図１(b) に示すように、シース２内
部先端のマグネシア６を掻き出すことによって取り除
き、露出した素線３ａ，３ｂ（W-Re5%:W-Re26%）の先端
同志をアルゴン溶接によって接合（接合部４）する。溶
接接合後、接合部４の健全性をチェックすべく素線３
ａ，３ｂの他端３ｘ，３ｙにテスターを当て、接合部４
の導通チェックを行う。

【００１５】次に、図１(c) に示すように、シース２内
部先端のマグネシア６を取り除いた部分に、代わりにボ
ロンナイトライド５を充填する。このボロンナイトライ
ド５の融点（3130℃）は、マグネシア６の融点（2800
℃）よりもタンタル（部材２，８）の融点（2996℃）よ
りも高い。このボロンナイトライド５は、粉体・粒体状
のものが用いられる。

【００１６】その後、シース２先端の開口部７に蓋材８
をあてがって、蓋材８と開口部７との周囲を溶接し、シ
ース先端開口部７を閉塞する。なお、上記蓋材８を用い
ることなく、シース先端の開口部７を直接溶融して閉塞
してもよい。

【００１７】この溶融・溶接の際、シース２および蓋材
８の材料であるタンタルを溶融させることになるが、タ
ンタル（融点2996℃）よりもボロンナイトライド５（融
点3130℃）の方が融点が高いので、タンタル即ちシース
２および蓋材８を溶融させてもボロンナイトライド６が
溶融することはなく、健全に溶接を行うことができる。
つまり、シース２先端を溶接閉塞する際に、シース２内
部先端の絶縁材（ボロンナイトライド５）が昇華するこ
とはなく、シース２先端内部が空洞にならない。

【００１８】シース２先端に充填されたボロンナイトラ
イド５は、伝熱性がよいので、シース２先端に加わった
熱を速やかに素線３ａ，３ｂの接合部４に伝熱する。よ
って、感度のよい高温測定用シース型熱電対が達成され
る。

【００１９】なお、シース２内の素線接合部４から離れ
たところに充填されるマグネシア６（融点2800℃）はタ
ンタル（（部材２，８）融点2996℃）よりも融点が低い
が、溶接箇所から離れているのでそれ程高温にはなら
ず、溶融・昇華することはない。

【００２０】このように製造された高温測定用シース型
熱電対１は、例えば図２に示すように高温加熱容器９の
内の温度を計測するために用いられる。この加熱容器９
は、タンタル製の外筒１０内にタンタル製の内筒１１が
設けられ、この内筒１１内にアルミナ製のルツボ１２が
設けられて構成されている。各ルツボ１２内は溶融され
る試料（図示せず）が収容されている。この容器９は、
試料の無重力状態での試料の溶融再結晶を研究すべく、
ロケット等によって宇宙空間に打ち上げられ、無重力状
態で加熱されてルツボ１２内の試料が溶融される。

【００２１】上記高温加熱容器９には、その底面から蓋
材方向に、上記高温測定用シース型熱電対１を挿入する
ための挿入筒１３が設けられている。この挿入筒１３内
に図１(c) の示す高温測定用シース型熱電対１を挿入
し、スライド移動させることにより、容器１内の温度分
布が得られる。

【００２２】

【考案の効果】以上説明したように本考案によれば、シ
ース先端の開口部を溶接閉塞する際にシース内部の絶縁
材が昇華することはなく、もってシース内部先端に空気
断熱層が形成されることはなく、感度のよい高温測定用
の熱電対が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す熱電対の先端構造を説
明するための側断面図であり、(a),(b),(c) はそれぞれ
製造工程を示す図である。

【図２】上記熱電対の一使用例を示す容器および熱電対
の側断面図である。

【符号の説明】

１ シース型熱電対 ２ シース ３ａ，３ｂ 素線 ４ 接合点としての接合部 ５ ボロンナイトライド ６ マグネシア ７ 開口部

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンタルからなる筒状のシース内部に絶
   縁材としてマグネシアが充填されたシース型熱電対にお
   いて、シース内部先端の二本の素線の接合点近傍のマグ
   ネシアを取り除き、代わりにボロンナイトライドを充填
   した後、シース開口部を溶接によって閉塞してなる熱電
   対の先端構造。