JP3067962B2 - 接触型測温センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動している高温の被
測定物の温度を測温する接触型測温センサーに関し、特
に、被測定物と測温センサーとの距離が不規則に高速で
変動する状況においても、その被測定物の温度をオンラ
インで連続的に高精度で測定することができる接触型測
温センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、単ロール法のように溶融金属ま
たは合金を高速回転しているロールの上に噴出して連続
的に急冷薄帯を製造する場合、通常、パドルから数ｃｍ
離れた位置の温度がガラス化温度以下になっているた
め、薄帯の冷却条件を確認するためにはこの位置近傍で
の測温が必要となる。移動している物質の温度を連続的
に測定する手段としては、放射温度計，熱電対式接触温
度計など既に市販されていものが存在する。しかし、放
射温度計を用いてパドルから数ｃｍ離れた位置における
薄帯温度を測定する場合には、パドル自体からの直接放
射の影響を受けるため、正確に急冷薄帯温度を測定する
ことができない。さらに、薄帯の合金組成が異なると、
それらの放射率が異なるために放射率の決定に誤差を含
む可能性が生じる。そのため放射温度計では、種々の組
成の薄帯温度を精度良く測温することが難しくなる。そ
の上、放射温度計は熱電対式接触温度計に比べて高価で
あり、いろいろな部位を同時測定する場合にはコスト高
となってしまう。

【０００３】これに対して、市販の熱電対式接触温度計
では、比較的に安価であるとともに、移動している被測
定物の直接測温も可能であるため利用価値は高い。例え
ば、市販されている移動式センサー部の移動機構は、セ
ンサー支持枠に四輪自動車のように４つの回転可能なタ
イヤを取り付け、これらのタイヤを被測定物へ常時接触
させることによって、被測定物が移動しても常に同じ状
態でセンサー部を被測定物へ接触させることを可能にし
ている。しかし、例えば、単ロール法によって鋳造中の
急冷薄帯の薄帯温度を測定する場合、市販の移動式セン
サーでは、回転タイヤ部が、常時、熱容量の小さい薄帯
に接触しているために、タイヤ部が薄帯から熱を奪って
薄帯温度を変えてしまう。さらに、薄帯とセンサー部の
相対移動速度が約２０ｍ／ｓｅｃと速く、かつ、薄帯温
度が高温側で数百℃前後にもなる可能性があるため、市
販の移動式センサーの回転タイヤ部の耐久性では不十分
である。

【０００４】特開昭５９−６４１４４号公報には、液体
急冷法によって急冷薄帯を製造する場合における、冷却
用ロールまたは冷却用ドラムの表面の温度を接触型セン
サーによって測定する方法が記載されている。さらに、
この公報には、センサー部として、耐熱性が良く、弾性
が高く、かつ、熱伝導率の高い金属または合金の薄板を
摺動部に用い、その片面に熱電対を溶接またはロウ付け
したものを用いることが記載されている。このセンサー
部は、摺動部の薄板の弾性変形範囲内で使用可能であ
る。しかし、このセンサー部はロールなどの安定して回
転している部分の測温には適しているが、鋳造中の薄帯
温度を直接測定するには適さない。なぜならば、予期せ
ずに鋳造が不安定になって、薄帯がその摺動部の薄板を
弾性変形範囲を越えて殴打する場合があるからである。
このような場合には、それ以降の測温はセンサー部を交
換しない限りできなくなってしまう。また、交換して
も、交換中の薄帯の冷却条件の確認ができなくなるた
め、品質管理の精度が低下する。さらに、センサー部の
コストも大きくなってしまう。

【０００５】以上のごとく、従来は、例えば、単ロール
法のように溶融金属または合金を移動している冷却基板
の上に噴出して連続的に製造される急冷薄帯の温度をオ
ンラインで精度良く測定でき、かつ、安価で耐久性が高
い測温センサーはなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温で移動
している被測定物を接触型センサーで測温する場合に、
被測定物とセンサーとの距離が不規則に高速で変動して
も、その被測定物の温度をオンラインで連続的に精度良
く測定でき、かつ、安価で耐久性が高い測温センサーを
提供することを目的とする。例えば、従来、溶融金属ま
たは合金を移動している冷却基板の上に噴出して連続的
に製造される急冷薄帯の温度をオンラインで精度良く測
定できるセンサーはなかったが、これを可能にするセン
サーを提供することが課題の一つである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、下記の通りである。すなわち、 １．相対的に移動する被測定物の温度を測定するための
熱電対式測温センサーにおいて、被測定物に接触する耐
熱性が高く、かつ、熱伝導率が高い金属製の薄板、およ
び、該薄板の被測定物に接触する面と反対の面に溶接ま
たはロウ付けされた熱電対、および、前記薄板の周囲の
一部または全部を囲む位置に設置されている耐熱性が高
く、かつ、被測定物との摩擦係数が小さいスペーサ、お
よび、前記熱電対が付けられた前記薄板と前記スペーサ
を所定位置に固定する固定治具から構成され、前記薄板
の被測定物との接触部が前記スペーサより被測定物側に
突起していることを特徴とする接触型測温センサー。

【０００８】被測定物に接触する金属製の薄板の材質に
は、ステンレス，鉄，銅などが適している。熱電対とし
ては、所定の温度範囲の測温が可能であるならば、Ｒ熱
電対，ＣＡ熱電対などの市販の熱電対が使用できる。

【０００９】スペーサは、耐熱性および被測定物との摩
擦係数が低いことが要求されるため、接触面が平坦化さ
れたＢＮ，窒化珪素などのセラミックス、あるいは、耐
熱プラスチックなどが適している。

【００１０】これらを固定治具を用いて一体化すること
によって、本発明の接触型測温センサーを構成できる。

【００１１】

【作用】このような手段をとることによって、定常時は
熱電対が、溶接またはロウ付けされた薄板のみが被測定
物に接触して測温がおこなわれるが、被測定物とセンサ
ーとの距離が不規則に変動し、被測定物によって前記薄
板が破壊されるような場合でも、スペーサがそれを防止
する作用をする。

【００１２】一方、従来のタイヤ型センサーでは、タイ
ヤ部が常時接触しているために、タイヤ部が被測定物の
熱を奪い精度の良い測温はできないばかりか、タイヤ部
の耐久性に問題があった。また、本発明のセンサーのス
ペーサを省略した構造においては、熱電対が付いている
薄板が、頻繁に破壊されてしまう問題があった。

【００１３】さらに詳細に本発明を説明する。

【００１４】本発明の接触型測温センサーの特徴は、熱
電対式接触型センサーを用いて、高温で移動している被
測定物の温度を測定する場合、被測定物とセンサーとの
距離が不規則に変動し、センサーが被測定物によって殴
打されても、センサーが破壊されることなく安定に、か
つ、精度良く測温できることにある。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に図面を用い
て説明する。

【００１６】図１（ａ）、（ｂ）は、実施例の接触型測
温センサーの構造の概略を示している。（ａ）は被測定
物の移動方向に対して垂直な方向から見た図、（ｂ）は
被測定物側から見た図である。このセンサーは、金属製
の薄板１，熱電対２，スペーサ３，および固定治具４か
ら構成されている。寸法ｈは、熱電対が付けられている
薄板１部とスペーサ３との距離であり、このｈだけ薄板
１がスペーサ３より被測定物側に突起している。金属製
の薄板１には、熱電対２が溶接またはロウ付けされてお
り、薄板１が摺動部となり被測定物に接触する。被測定
物の熱は、薄板１を通して熱電対２に達し、熱電対２に
よって被測定物の温度が測定される。その際、薄板１
は、その弾性範囲内の力で被測定物に接触している。し
たがって、薄板１は、強度のみならず、耐熱性が高く、
かつ、熱電導率も高くなければならない。具体的には、
ステンレス，鉄，銅などを、薄板１の材質として用いる
ことができる。中でも、ステンレスは強度が大きいため
に、それを用いることによって薄板１の形状を薄く、か
つ、狭幅にできる。そのため、薄板１の熱容量を小さく
することができ、センサーの応答性を向上させることが
できる。薄板１の寸法としては、厚さ0.02mm〜0.2mm、
幅0.5〜3mmが適している。なぜなら、厚さが0.02mmより
薄い場合、あるいは幅が0.5mmより狭い場合には、強度
が不足して耐久性に劣り、厚さが0.2mmより厚い場合あ
るいは幅が3mmより広い場合には、熱容量が大きくなり
応答性が悪くなるからである。

【００１７】熱電対２としては、その使用温度範囲が合
っていれば、市販のものは全て使用可能である。ただ
し、応答性を高めるために、熱電対２の線径はできるだ
け細い方が良い。

【００１８】この熱電対２を前記薄板１にスポット溶
接、などで固定する。その際、薄板１の被測定物に接触
する面を傷付けないように溶接の入熱をできるだけ低く
保つようにする必要がある。

【００１９】スペーサ３は、本発明の最も特徴とすると
ころである。すなわち、スペーサ３は固定治具４に距離
ｈを0.1mm以上、5mm以下離して固定されることが望まし
い。スペーサ３は、通常の測温状態では被測定物には接
触しない。被測定物の不規則な変動によって、薄板１が
押しつぶされる状態になっても、被測定物がスペーサ３
に接触すると、薄板１がそれ以上押しつぶされることは
ないので、薄板１は被測定物がスペーサ３に接触する位
置よりも大きく押しつぶされることはない。被測定物の
不規則変動が終了した後には、薄板１は元の状態に戻
る。すなわち、スペーサ３は、薄板１を保護する役割を
果たす。ここで、仮にｈ＜0.1mmにすると、スペーサ３
は、被測定物にほとんど接触している状態になる。被測
定物には、薄板１以外はできるだけ接触させない方が好
ましいため、ｈ≧0.1mm以上とした。また、ｈ＞５mmで
は、被測定物が不規則変動して、薄板１をスペーサ３ま
で押しつぶしたときに、薄板１の弾性範囲を越えてしま
うために、不規則変動終了後に元の状態に戻らなくなっ
てしまう。ただし、ｈの最大値が弾性範囲内か否かは、
薄板１の曲率半径，板厚などに応じて変わる。すなわ
ち、曲率半径を大きくすれば、ｈの最大値を５mmより大
きくしても薄板１の弾性範囲内にすることは可能であ
る。しかし、この場合、固定治具４の直径を大きくし、
薄板１を長くしなければならず、薄板１の熱容量が増加
して、センサーとしての応答性が悪くなってしまう。そ
こで、応答性も考慮に入れて、ｈ≦５mmとした。このス
ペーサ３は、耐熱性および被測定物との摩擦係数が低い
ことが要求されるため、材質としては、接触面が平坦化
されたＢＮ，窒化珪素などのセラミックス、あるいは、
耐熱プラスチックなどが適している。

【００２０】熱電対２が付けられた薄板１およびスペー
サ３を固定治具４を用いて一体化することによって、本
発明の接触型測温センサーを構成できる。固定治具４の
材質としては、Ａｌ（アルミニウム），ステンレス，
鉄，銅などの金属、あるいは、プラスチックなどを使用
できる。

【００２１】図２に示す実施例においては、金属製の薄
板１と被測定物との接触圧力を簡便に制御できる機構を
備えた接触型測温センサーの構成の概略を示した。この
実施例では、図１の実施例と比較して、固定治具５，コ
イルバネ６，および圧力調節用ネジ７が付加された構造
になっている。それ以外は図１の実施例と同一の構成で
ある。

【００２２】薄板１と被測定物との接触圧力が弱すぎる
場合には、センサーの応答性が悪くなる。圧力を大きく
していくと、あるところで応答性が飽和する臨界圧力が
存在する。この臨界圧力より大きな圧力を負荷してもセ
ンサーの寿命が低下するだけで好ましくない。そこで、
この接触圧力を臨界圧力の近傍に、容易に制御できるセ
ンサーを用いることによって、測温準備の調整作業を容
易にし、かつ、測温精度をさらに向上させることができ
る。コイルバネ６の代わりに板バネなどを用いても同様
に本発明のセンサーを構成できる。

【００２３】図１および２に示した実施例のセンサー
を、例えば、溶融金属または合金を移動している冷却基
板の上に噴出して連続的に製造される急冷薄帯の温度を
測定する場合に適用すると、薄帯の冷却基板からの剥離
位置が変動し、薄帯がセンサーを殴打する場合にも、セ
ンサーが破壊されることなく、安定に薄帯温度を測定で
きるようになる。さらに、実施例のセンサーを急冷薄帯
の移動方向に、所定の間隔をおいて２個以上配置するこ
とによって、鋳造中の薄帯の高温状態から低温状態まで
の冷却過程を詳細に測定することが可能になる。

【００２４】以下、上記実施例のセンサを用いた実験例
について説明する。

【００２５】（実験例１）単ロール法で鋳造されている
薄帯の温度を、図１に示した実施例の接触型測温センサ
ーを鋳造薄帯の移動方向に３個配置して測温した。これ
らのセンサーの位置は、直径580mmのＣｕロール上の溶
湯噴出位置からロール回転方向に、それぞれ9cm，20c
m，および30cmのところである。センサーは、鋳造開始
後に鋳造薄帯の先端部がセンサーの下を通過した直後
に、鋳造薄帯上に降りてくるようにした。この時、セン
サーの薄板１と鋳造薄帯が、最適圧力で接触するように
予め調節しておいた。なお、合金組成はＦｅ_80.5Ｓｉ
_6.5Ｂ₁₂Ｃ₁(at%)であり、幅0.4mm、長さ25mmのスリット
を使用して、厚さ28μm、幅25mmの急冷薄帯を鋳造し
た。１ｃｈの溶解量は750ｇである。

【００２６】鋳造薄帯をロールから剥離させるために剥
離ガスを使用したが、薄帯の鋳造を故意に不安定にさせ
るために、この例では剥離ガスの圧力を変動させた。こ
れによって、センサーは鋳造薄帯によって不規則に殴打
された。

【００２７】また、比較例として、図１の実施例のセン
サからスペーサ３を省略した構造のセンサを用いて、同
様に鋳造薄帯の温度を測定した。ただし、剥離ガスの変
動様式を、同じＮｏ．については実施例と比較例ともに
同一にした。また、従来の市販のタイヤ式センサーを用
いて同様な測定を実施した。それぞれ１０ｃｈの試験を
行い、測温状態を評価した。その結果を次の表１に示
す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１中において、○は正確に測温できたこ
とを示し、×はできなかったことを示す。なお、一見測
温できたかのように見えても、鋳造後に鋳造薄帯をセン
サーの薄板１とロールとの間に挿入して、薄板１と鋳造
薄帯との間に隙間があれば測温不良として×とした。

【００３０】ここで、タイヤ型センサーの場合は、測温
開始直後にタイヤが破壊し、鋳造した薄帯にキズが多数
入ったために、以後の実験を中止した。

【００３１】Ｎｏ．５の実測チャートを、例として図３
に示す。図３において、（ａ）は本発明例、（ｂ）は比
較例の結果を各々示している。（ａ）では３ヶ所の全て
の位置で測温できているが、（ｂ）では20cm位置のセン
サーが接触不良を起こし、薄帯温度を測定できなかっ
た。表１および図３から明らかなように、実施例のセン
サーを使用することによって、全ての位置において正確
に薄帯温度の測定が可能となることがわかる。

【００３２】（実験例２）図２に示した実施例の接触型
測温センサーを一個作製し、圧力調節ネジ７を回して接
触圧力を変化させ、接触圧力とセンサーの応答性の関係
を調べた。センサーの設置位置は、実験例１で使用した
液体急冷装置のロール上の溶湯噴出位置から、ロール回
転方向に9cm離れたところである。剥離ガス圧力を一定
にした以外は、実験例１と同じ条件で鋳造した。応答性
は、センサー出力が定常状態に達するまでの立ち上がり
時間で評価した。

【００３３】その結果を図４に示す。図４からわかるよ
うに、臨界圧力以上の圧力を負荷することによって、応
答性を高めることができる。ただし、圧力が高過ぎても
センサーの耐久性が低下するため、臨界圧力よりもわず
かに高めに接触圧力を設定することが望ましい。

【００３４】図２に示す実施例のセンサーを用いること
によって、圧力調節が容易になり、準備作業時間の大幅
な短縮がはかれた。また、圧力のミス設定が減り、セン
サーの寿命が大幅に延びた。

【００３５】

【発明の効果】本発明の接触型測温センサーは、高温で
移動している被測定物と測温センサーとの距離が不規則
に高速で変動する場合でも、被測定物の温度を連続的に
高精度で測定することができる。したがって、このセン
サーを溶融金属または合金を移動している冷却基板の上
に噴出して連続的に製造される急冷薄帯温度のオンライ
ン測定に用いることによって、急冷薄帯の品質管理が容
易になり品質向上が達成される。さらに、このセンサー
は安価で耐久性が高いため、他の種々の用途への適用が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の接触型測温センサーの概略構成
を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。

【図２】 第２実施例の接触型測温センサーの構成を示
す縦断面図である。

【図３】 実験例における測温結果を示す実測タイムチ
ャートである。

【図４】 実施例のセンサーの接触圧力と応答性の関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１：薄板 ２：熱電対 ３：スペーサ ４，５：固定治具 ６：コイルバネ ７：圧力調節用ネジ

フロントページの続き (72)発明者 山 田 利 男 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 先端技術研究所内 (56)参考文献 実開 昭60−65650（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−65525（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 7/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に移動する被測定物の温度を測定
   するための熱電対式測温センサーにおいて、 被測定物に接触する耐熱性が高く、かつ、熱伝導率が高
   い金属製の薄板、および、該薄板の被測定物に接触する
   面と反対の面に溶接またはロウ付けされた熱電対、およ
   び、前記薄板の周囲の一部または全部を囲む位置に設置
   されている耐熱性が高く、かつ、被測定物との摩擦係数
   が小さいスペーサ、および、前記熱電対が付けられた前
   記薄板と前記スペーサを所定位置に固定する固定治具か
   ら構成され、前記薄板の被測定物との接触部が前記スペ
   ーサより被測定物側に突起していることを特徴とする接
   触型測温センサー。