JP3150476U - 先端固着型シース熱電対及びその取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シース肉厚を増やすことなく高電流・高電圧を用いた溶接の際のシース挿入部分の赤熱現象を抑えることができ、溶接不良や溶接固着後の引き回し／交換時のシース破損、温度測定精度の低下を防止できる先端固着型シース熱電対及びその取付構造を提供する。【解決手段】シース２の外側に該シース２よりも良導電性の材料よりなる金属製補助管３を外装するとともに、該金属製補助管３の先端３ａを先端部１０又はその近傍のシース外面２０に通電可能に接合し、該金属製補助管３を通じて溶接用高電流を流すことで先端部１０が被測温金属体に溶接固着される。金属製補助管３の後端３ｂは、同じくシース外面２０に通電可能に接合した。【選択図】図２

Description

本考案は、例えば連続鋳造機における銅モールド測温用などに適した先端固着型シース熱電対及びその被測温金属体への取付構造に関する。

従来から、この種の先端固着型シース熱電対としては、例えばモールド側壁の反鋳造面側に取付用の孔を設け、溶接電源に接続したシース熱電対を当該孔に挿入し、その先端部を孔底面に近接させてスタッド溶接により固着させ、当該完全な先端接触状態において測温するものが提供されている。シース熱電対の先端部をスタッド溶接により孔底部に固着させるためには、通常、スタッド溶接機の一方の電極をモールド側壁に接続するとともに、他方の電極を孔外部に突出したシース熱電対のシース外面に接続し、通電状態でシース先端部を孔底部に近づけて高電流を流し、アークを発生させて両者を溶接することにより行われる（例えば、特許文献１〜５参照。）。

ところで、例えば鋳型内湯面レベルの検出や制御を正確に行うためには、モールド内の温度をより正確に測定をする必要があり、シース熱電対を挿着させるモールド側壁の孔を深くして、シース熱電対の測温部（先端部分）をできる限り鋳型内壁の鋳造面に近づけて固定される傾向にある。更に、近年のモールド構造は複雑であり、上記孔もストレートだけでなくカーブしたものもある。そして、このような深い孔に取り付けられるシース熱電対の挿入長さも長くなるが、挿入長が長くなると、その間に流す溶接用の電流も高電圧に設定される。しかし、電圧が高くなるとシースが赤熱し、逆に溶接電流が先端部に十分に供給されにくくなり溶接不良が起こるとともに、シースの特性が変化して測定誤差が生じたり、脆くなり強度が不足してしまう。

すなわち、シース先端部を溶接した後、孔外部のシースを屈曲させながら引き回す際や交換のため引張りを加える際、当該赤熱したシース部分が強度不足のため容易に破損してしまうという問題が生じていた。また、赤熱して特性が変化したシースは熱伝導率も変化してしまい、精度の高い温度測定ができなくなるという問題もあった。このようなシースの赤熱現象は、溶接電流の電圧を抑えることで回避することもできるが、近年のシース挿入長が長くなるという傾向によれば、溶接電圧は逆に高くする必要がある。また、シース肉厚を増加させることも考えられるが、シースの肉厚を増やすと温度測定時の応答性に影響を与えるため、一定の限界がある。このため赤熱現象を起因とする上記課題が解決されることが切に求められていた。

特公昭５４−３７５１５号公報 特公昭５９−４６７０４号公報 特開昭６２−５００６０号公報 特開平７−１１６８５０号公報 特開平１１−２８１４９７号公報

そこで、本考案が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、シース肉厚を増やすことなく高電流・高電圧を用いた溶接の際のシース挿入部分の赤熱現象を抑えることができ、溶接不良や溶接固着後の引き回し／交換時のシース破損、温度測定精度の低下を防止できる先端固着型シース熱電対及びその取付構造を提供する点にある。

本考案は、前述の課題解決のために、被測温金属体に先端部を溶接固着させて測温する先端固着型シース熱電対において、シースの外側に該シースよりも良導電性の材料よりなる金属製補助管を外装するとともに、該金属製補助管の先端を前記先端部又はその近傍のシース外面に通電可能に接合し、該金属製補助管を通じて溶接用高電流を流すことで前記先端部が被測温金属体に溶接固着されることを特徴とする先端固着型シース熱電対を構成した（請求項１）。

ここで、前記金属製補助管の後端をシース外面に通電可能に接合したものが好ましい（請求項２）。

また、前記先端部がシース先端に一体的に外装された金属キャップであり、前記金属製補助管の先端を、該金属キャップ後端に通電可能に接合してなるものが好ましい（請求項３）。

更に、前記シースがステンレス製であり、前記金属製補助管が銅又は銅合金からなるものが好ましい（請求項４）。

また、前記金属製補助管の後端側外面の溶接用高電流入力部分を除く当該金属製補助管の外面、及び後端側のシース外面に、絶縁保護層を設けてなるものが好ましい（請求項５）。

また本考案は、上記した本考案に係る先端固着型シース熱電対を、被測温金属体に形成された孔に挿入し、該孔の底部に先端部を溶接固着させて測温する先端固着型シース熱電対の取付構造であって、前記金属製補助管の長さ寸法を、前記先端部が孔底部に当接した状態で、金属製補助管の後端側が、少なくとも溶接用高電流を入力できる所定長さだけ外部に突出する寸法とし、前記突出した金属製補助管の後端側外面を電流入力部分として溶接用高電流を入力し、該金属製補助管を通じて溶接用高電流が先端側に流れることにより、前記先端部を孔底部に溶接固着してなることを特徴とする先端固着型シース熱電対の取付構造をも提供する（請求項６）。

以上にしてなる本願考案によれば、シースの外側に該シースよりも良導電性の材料よりなる金属製補助管を外装するとともに、該金属製補助管の先端を前記先端部又はその近傍のシース外面に通電可能に接合し、該金属製補助管を通じて溶接用高電流を流すことで前記先端部が被測温金属体に溶接固着される構造であるので、溶接用高電流はシース外側の金属製補助管を流れ、内側のシースの赤熱現象は回避される。したがって、取付用孔を深くして溶接電圧を高く設定しても、赤熱による溶接不良や特性変化、強度不足などが生じなく、シース肉厚を増大させる必要もなく、溶接固着後の引き回し時や交換時のシースの破損、温度測定精度の低下なども防止することができる。

また、金属製補助管の後端をシース外面に通電可能に接合したので、溶接の際に金属製補助管の後端とシース外面との間にアークが生じ、溶接用電流の消耗による先端部の溶接不良やシースの特性変化、損傷などを未然に防止でき、作業安全性も維持される。

また、先端部がシース先端に一体的に外装された金属キャップであり、金属製補助管の先端を該金属キャップ後端に通電可能に接合してなるので、シースにまったく負担を掛けることなく、溶接電流を金属製補助管から金属キャップに直接流し、該金属キャップを取付孔の底部に確実に溶接固着することができる。

また、シースがステンレス製であり、金属製補助管が銅又は銅合金からなるので、耐熱性や耐腐食性など従来から実績のあるステンレス製のシース熱電対を用いつつ、その溶接時の赤熱について、比較的優れた導電性を有する銅又は銅合金製の金属製補助管を通じて溶接用高電流を流すことができるので、比較的電気抵抗が高いステンレス製のシース熱電対を赤熱させることなく先端部を溶接することができるのである。

また、金属製補助管の後端側外面の溶接用高電流入力部分を除く当該金属製補助管の外面及び後端側のシース外面に絶縁保護層を設けてなるので、熱歪等により先端部以外の箇所が取付孔の壁面に接触しても、溶接電流が短絡せず、取付孔の底部に先端部を確実に固着でき、また、熱電対の熱感応部位を先端部に集中させることができる。

本考案の代表的実施形態に係る先端固着型シース熱電対及びその被測温金属体への取付構造を示す説明図。 同じく先端固着型シース熱電対を示す縦断面図 同じく先端固着型シース熱電対の変形例を示す縦断面図。

次に、本考案の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本考案に係る先端固着型シース熱電対の全体構成を示す説明図であり、図中符号１は先端固着型シース熱電対、２はシース管、３は金属製補助管、４は先端部の金属キャップ、５は絶縁保護層をそれぞれ示している。

本考案の先端固着型シース熱電対１は、図１に示すように、被測温金属体９に先端部１０を溶接固着させて測温するものであり、シース２の外側に該シース２よりも良導電性の材料よりなる金属製補助管３を外装するとともに、該金属製補助管３の先端３ａを前記先端部１０又はその近傍のシース外面２０に通電可能に接合し、該金属製補助管３を通じて溶接用高電流を流すことで前記先端部１０が被測温金属体９に溶接固着されることを特徴とする。

本考案は、連続鋳造機における湯面レベル検出用、或いはブレークアウト予知用として好適に用いることができ、その他、スラブ等の冷却能力を評価するオフライン実験など、種々の用途に用いることが可能である。本考案では、従来はシース表面に流していた溶接用高電流を、金属製補助管３に流すように構成ことにより赤熱現象を解消し、より深い取付孔にも確実に溶接固着でき、後端側のシースの引き回しやシース熱電対自体の交換時に赤熱部分が破損したり、温度測定誤差を生じていた従来の課題を解決した先端固着型シース熱電対である。

シース２に外装される金属製補助管３は、少なくとも先端３ａが孔底部９２に溶接される先端部１０又はその近傍のシース外面２０に通電可能に接合され、金属製補助管３を通じて供給される溶接用高電流が赤熱現象により消耗されることなく先端部１０に流れ、確実に溶接固着がなされることとなる。この先端３ａの接合は本例では、図２に示すように銀ロー８０で先端部１０の後端４ｂとの隙間部分にシース外面２０を介してロー付けされている。また、金属製補助管３の後端３ｂは、同じくシース外面２０に銀ロー８１でロー付けされている。接合手段としては、本例のような銀ロー付け以外に、他の通電可能な接合手段を用いることも勿論可能である。

先端部１０は、シース先端に一体的に外装された金属キャップ４より構成されている。金属キャップ４は、具体的には先端を円錐状に尖らせた傾斜面を有するアルメルキャップであり、その後端４ｂに銀ロー８０部分を介して上記金属製補助管３の先端３ａが通電可能に接合されている。尚、図３に示すように、金属製補助管３の先端３ａを金属キャップ４の後端４ｂに当接させ、シース外面２０を介することなく、両者を直接銀ロー付け等で通電可能に接合してなるものも好ましい。

シース２内に構成されるシース熱電対の構造は、従来から公知のものを広く用いることができ、金属シース２内に少なくとも一対の熱電対素線６（６１、６２）、及びこれら熱電対素線６１、６２と金属シース２との隙間を埋める無機絶縁物７を収納して構成されている。金属シース２は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）やニッケルクローム系耐熱合金（インコネル）等を用いることができ、シース内に充填する無機絶縁物７は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を用いることができる。熱電対素線６１、６２は、たとえばプラス側素線にニッケル−クロム合金、マイナス側素線にニッケル合金が用いることができるがとくに限定されない。

尚、湯面レベル検知やブレイクアウト予知などにおいては、モールド内の溶湯を電磁攪拌しており、誘導ノイズが熱電対素線に印加される。したがって、このような用途に用いる場合には、上記誘導ノイズに起因する誤検出をなくすため、熱電対素線相互をツイスト化したツイスト熱電対として構成することが好ましい実施例である。シース後端側にはステンレス製のスリーブ１１が設けられ、該スリーブ内で上記熱電対素線６１、６２が一対の補償導線１２にそれぞれ接続され、この補償導線１２が図示しない温度測定装置に接続されている。

金属製補助管３の素材は、シース２と比較して電気抵抗が低く、良導電性の素材が用いられ、銅又は銅合金が好ましいが、その他の素材を用いることも勿論できる。本実施形態においては、さらに金属製補助管外面３０における後端側の溶接用高電流入力部分３１を除いたすべての部分、及び該金属製補助管３の後端側に連続するシース２の外面２０にそれぞれ絶縁保護層５が設けられている。絶縁保護層５は、溶接電流の短絡を防止して溶接をより確実にするものであり、各外面３０、２０に絶縁耐熱テープを巻装したものや、絶縁耐熱チューブを外装したもの、或いは絶縁保護ペーストを塗布したものなど種々の形態が可能である。

具体的には、例えば、片面を接着処理した四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）フィルムよりなるテープや無機ガラス繊維よりなるテープ、同じく四フッ化エチレン樹脂や無機ガラス繊維よりなるチューブ、無機セラミックス系接着剤などの絶縁耐熱ペーストなどを用いることができる。これら絶縁保護層５を先端部１０を除く全体に設けておき、溶接時に上記金属製補助管外面３０後端側の絶縁保護層５を部分的に剥がして外面３０を露出させ、溶接用高電流入力部分３１を作成することとしてもよい。特に、取付孔９１に挿入される金属製補助管外面３０の絶縁保護層５については、シース熱電対を孔９１内に挿着した後、電気溶接する前に隙間に上記絶縁耐熱ペースト等を充填して形成することも可能である。

次に、本実施形態に係る先端固着型シース熱電対１の取付構造を説明する。

本考案の取付構造Ｓは、図１に示すように、先端固着型シース熱電対１を被測温金属体９に形成された孔９１に挿入し、該孔の底部９２に先端部１０を溶接固着させたものであり、本例では、被測温金属体９であるモールド側壁９０に所定間隔をおいて複数孔９１を設け、各孔９１にそれぞれ本考案に係る先端固着型シース熱電対１が孔底部９２に固着した状態に取り付けられ、温度測定に利用される。

主に溶接固着時における先端部への通電手段として機能する金属製補助管３の長さは、シース熱電対１を孔９１内に挿入し、先端部１０が孔底部９２に当接した状態において金属製補助管３後端側が少なくとも溶接用高電流を入力できる所定長さ分だけ外部に突出する寸法にあらかじめ設定され、外部に突出する当該後端側の外面には絶縁保護層５が存在しない露出された電流入力部分３１が設けられ、該部分から溶接用高電流が入力される。

入力された溶接用高電流は、シース２の外面２０を流れるのではなく、主により電気抵抗の小さい金属製補助管３の外面３０を通じて先端部１０へと流れ、先端部１０を構成している金属キャップ４の先端部分が孔底部９２に溶接固着される。より詳しくは、溶接機の電極Ｐ（クランプ、チャック等）を部分３１に取り付けるとともに、他方の図示しない電極を銅製のモールド側壁９０に接続し、通電状態で熱電対１を孔底部９２に近接させ、両者が十分接近したところで高電流が流れ、金属キャップ４の先端部分と孔底部９２との間でアークが発生し、両者が溶接される。この溶接には市販されているスタッド溶接が利用できる。

（通電試験）
実施例１、比較例１〜３のシース熱電対のサンプルを作成し、被測温金属体として銅製の板材を用意し、シース後端側と板材との間に溶接用高電流を流し、溶接し、その際の赤熱の有無を観察した。実施例１の構造は、図２に示したものであり、金属製補助管として銅管を用いた。比較例１〜３は、実施例１の構造のうち銅管を省略した構造である。シース寸法、素材、銅管寸法は、下記表１に記載のとおりとした。通電距離（銅管又はシース外面の溶接電極から熱電対先端部までの距離）、溶接電圧は表１のとおりとした。また、溶接には、アジア技研株式会社製スタッド溶接機ＣＤ−８Ｒ型を用いた。

結果は表１のとおり、比較例１、２は、溶接電圧７５Ｖで赤熱が生じている。肉厚が厚い比較例３では、溶接電圧７５Ｖでは赤熱は少なかったが、溶接電圧を１４５Ｖに高めると、やはり赤熱を生じた。実施例１では、比較例１と同様、薄いシース肉厚にもかかわらず、溶接電圧１４５Ｖでまったく赤熱が生じなかった。これにより、本考案の構成により溶接時におけるシースの赤熱現象を防止できることが確認できる。

以上、本考案の実施形態について説明したが、本考案はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 先端固着型シース熱電対 ２ シース
３ 金属製補助管 ３ａ 先端
３ｂ 後端 ４ 金属キャップ
４ｂ 後端 ５ 絶縁保護層
６ 熱電対素線 ７ 無機絶縁物
９ 被測温金属体 １０ 先端部
１１ スリーブ １２ 補償導線
２０ 外面 ３０ 外面
３１ 高電流入力部分 ６１、６２ 熱電対素線
８０、８１ 銀ロー ９０ 側壁
９１ 孔 ９２ 底部
Ｐ 電極 Ｓ 取付構造

Claims (6)

1. 被測温金属体に先端部を溶接固着させて測温する先端固着型シース熱電対において、
   シースの外側に該シースよりも良導電性の材料よりなる金属製補助管を外装するとともに、
   該金属製補助管の先端を前記先端部又はその近傍のシース外面に通電可能に接合し、
   該金属製補助管を通じて溶接用高電流を流すことで前記先端部が被測温金属体に溶接固着されることを特徴とする先端固着型シース熱電対。
2. 前記金属製補助管の後端をシース外面に通電可能に接合してなる請求項１記載の先端固着型シース熱電対。
3. 前記先端部がシース先端に一体的に外装された金属キャップであり、前記金属製補助管の先端を、該金属キャップ後端に通電可能に接合してなる請求項１又は２記載の先端固着型シース熱電対。
4. 前記シースがステンレス製であり、前記金属製補助管が銅又は銅合金からなる請求項１〜３の何れか１項に記載の先端固着型シース熱電対。
5. 前記金属製補助管の後端側外面の溶接用高電流入力部分を除く当該金属製補助管の外面、及び後端側のシース外面に、絶縁保護層を設けてなる請求項１〜４の何れか１項に記載の先端固着型シース熱電対。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の先端固着型シース熱電対を、被測温金属体に形成された孔に挿入し、該孔の底部に先端部を溶接固着させて測温する先端固着型シース熱電対の取付構造であって、
   前記金属製補助管の長さ寸法を、前記先端部が孔底部に当接した状態で、金属製補助管の後端側が、少なくとも溶接用高電流を入力できる所定長さだけ外部に突出する寸法とし、
   前記突出した金属製補助管の後端側外面を電流入力部分として溶接用高電流を入力し、
   該金属製補助管を通じて溶接用高電流が先端側に流れることにより、前記先端部を孔底部に溶接固着してなることを特徴とする先端固着型シース熱電対の取付構造。

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