JP3355166B2 - 金属溶湯測温用熱電対 - Google Patents
金属溶湯測温用熱電対Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，鉄等の金属の溶
湯を測温する積層構造の外側スリーブを備えた金属溶湯
測温用熱電対に関する。
湯を測温する積層構造の外側スリーブを備えた金属溶湯
測温用熱電対に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，約１５００℃の鉄溶湯を測温する
ための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大気
中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線として使用し，該Ｐｔ
−Ｒｈ素線をアルミナシリカファイバー等の石英ガラス
から成るパイプに固定した構造のものが使用されてい
る。このような熱電対は，製鋼溶湯の測温を約１〜２回
程度行った後には正確な温度の測定が不能となり，廃棄
しているのが現状であり，熱電対を多数回にわたって反
復利用できずに熱電対そのものが極めて高価なものにな
っている。また，金属溶湯の熱電対としては．保護管を
サーメット，窒化ケイ素，アルミナ，炭化ケイ素等を材
料として作製し，該保護管の内部にＰｔ−Ｒｈ線或いは
Ｗ−Ｒｅ素線を内包した構造のものが知られている。こ
のような熱電対は，耐熱衝撃性が悪いため，測温時に予
熱等の処理を行う必要があった。
ための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大気
中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線として使用し，該Ｐｔ
−Ｒｈ素線をアルミナシリカファイバー等の石英ガラス
から成るパイプに固定した構造のものが使用されてい
る。このような熱電対は，製鋼溶湯の測温を約１〜２回
程度行った後には正確な温度の測定が不能となり，廃棄
しているのが現状であり，熱電対を多数回にわたって反
復利用できずに熱電対そのものが極めて高価なものにな
っている。また，金属溶湯の熱電対としては．保護管を
サーメット，窒化ケイ素，アルミナ，炭化ケイ素等を材
料として作製し，該保護管の内部にＰｔ−Ｒｈ線或いは
Ｗ−Ｒｅ素線を内包した構造のものが知られている。こ
のような熱電対は，耐熱衝撃性が悪いため，測温時に予
熱等の処理を行う必要があった。
【０００３】また，特開平６−１６０２００号公報に
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり，アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁し
て収納し，シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり，アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁し
て収納し，シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】また，サーメット保護
管の耐熱衝撃性はＳｉ3 Ｎ4 保護管の１．５倍の強度で
あり，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１７００℃以上の温
度の鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的に短時間のう
ちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至る。また，Ｐｔ
−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での使用はできず，
大気中での使用可能温度は１５００℃が限界温度であ
り，例えば，鉄溶湯の測温では，保証温度の上限を越え
ており，正確な温度測定ができない上，融点近傍の温度
であり寿命が短いという問題がある。Ｐｔ−Ｒｈ素線を
用いたＰＲ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電対の約１／１
５であり，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小さいため，そ
れらの熱電対に比較して測温の精度が劣り，応答性が悪
いという問題を有している。そのため，現場において
は，溶鉱炉の溶湯を測温するため，作業者は溶解炉の近
傍で温度が安定するまでの約１０〜１５秒間，その測定
場所にいることを余儀なくされる。
管の耐熱衝撃性はＳｉ3 Ｎ4 保護管の１．５倍の強度で
あり，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１７００℃以上の温
度の鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的に短時間のう
ちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至る。また，Ｐｔ
−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での使用はできず，
大気中での使用可能温度は１５００℃が限界温度であ
り，例えば，鉄溶湯の測温では，保証温度の上限を越え
ており，正確な温度測定ができない上，融点近傍の温度
であり寿命が短いという問題がある。Ｐｔ−Ｒｈ素線を
用いたＰＲ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電対の約１／１
５であり，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小さいため，そ
れらの熱電対に比較して測温の精度が劣り，応答性が悪
いという問題を有している。そのため，現場において
は，溶鉱炉の溶湯を測温するため，作業者は溶解炉の近
傍で温度が安定するまでの約１０〜１５秒間，その測定
場所にいることを余儀なくされる。
【０００５】ところで，Ｗ−Ｒｅ熱電対は，大気中及び
不活性ガス雰囲気中での使用が可能であり，大気中での
使用可能温度は４００℃が限界温度であり，不活性ガス
雰囲気中での使用可能温度は２３００℃が限界温度であ
る。また，従来の熱電対は，溶湯の測温に際して，鉄の
溶湯が付着し易く，応答性が悪いという問題を有してい
る。熱電対のＰｔ−Ｒｈ素線や保護管に，溶湯の鋳鉄が
付着し，それを除去するための工程は煩雑になり，しか
も現行品は寿命が２回程度の測温であり，熱電対の交換
作業も手間がかかるという問題がある。また，熱電対に
おけるＷ−Ｒｅ素線は，大気中では酸化し易く，鋳鉄溶
湯の温度測定には使用できないものである。また，従来
の金属溶湯用熱電対は，１４５０℃以上の溶湯に浸漬し
た際に，熱衝撃により，数回で亀裂が発生して破壊に至
り，測温できなくなったり，溶融の金属，スラグ等が保
護管の外面に付着して応答性が低下し，耐久性も低下す
る等の問題が発生する。
不活性ガス雰囲気中での使用が可能であり，大気中での
使用可能温度は４００℃が限界温度であり，不活性ガス
雰囲気中での使用可能温度は２３００℃が限界温度であ
る。また，従来の熱電対は，溶湯の測温に際して，鉄の
溶湯が付着し易く，応答性が悪いという問題を有してい
る。熱電対のＰｔ−Ｒｈ素線や保護管に，溶湯の鋳鉄が
付着し，それを除去するための工程は煩雑になり，しか
も現行品は寿命が２回程度の測温であり，熱電対の交換
作業も手間がかかるという問題がある。また，熱電対に
おけるＷ−Ｒｅ素線は，大気中では酸化し易く，鋳鉄溶
湯の温度測定には使用できないものである。また，従来
の金属溶湯用熱電対は，１４５０℃以上の溶湯に浸漬し
た際に，熱衝撃により，数回で亀裂が発生して破壊に至
り，測温できなくなったり，溶融の金属，スラグ等が保
護管の外面に付着して応答性が低下し，耐久性も低下す
る等の問題が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決するため，応答性を良好にし且つ耐久性を
向上させ，金属素線として，例えば，融点が２３００℃
以上のタングステン−レニウム線を使用し，保護内管の
先端の受熱部を鉄と反応し難い材料のモリブデン基（Ｍ
ｏ）を主成分とし，高熱伝導率の材料で被覆された保護
内管で構成し，保護内管の外側に耐熱性で特性の異なる
材料，特に，窒化ケイ素を主成分とする第１層と撥湯性
のＢＮを含んだ窒化ケイ素を主成分とする第２層とを交
互又はランダムに積層した積層構造の外側スリーブを配
置して熱衝撃に強い構造に構成し，測温性が良好で７０
０回という多数回にわたって測温可能にした金属溶湯測
温用熱電対を提供することである。
の課題を解決するため，応答性を良好にし且つ耐久性を
向上させ，金属素線として，例えば，融点が２３００℃
以上のタングステン−レニウム線を使用し，保護内管の
先端の受熱部を鉄と反応し難い材料のモリブデン基（Ｍ
ｏ）を主成分とし，高熱伝導率の材料で被覆された保護
内管で構成し，保護内管の外側に耐熱性で特性の異なる
材料，特に，窒化ケイ素を主成分とする第１層と撥湯性
のＢＮを含んだ窒化ケイ素を主成分とする第２層とを交
互又はランダムに積層した積層構造の外側スリーブを配
置して熱衝撃に強い構造に構成し，測温性が良好で７０
０回という多数回にわたって測温可能にした金属溶湯測
温用熱電対を提供することである。
【０００７】この発明は，先端に受熱部を備えた耐熱材
料から成る保護内管，該保護内管に充填された耐熱セラ
ミックスから成る充填材，該充填材中に配置され且つ前
記受熱部の位置で端部が結線された測温部を構成する異
なる組成の一対の金属素線，及び前記保護内管の前記受
熱部以外の外側部分を覆っている外側スリーブを有し，
前記外側スリーブは，窒化ケイ素を主成分とする材料か
ら成る第１層と窒化ケイ素を主成分とする材料に撥湯性
のＢＮを１０〜４０ｖｏｌ％含有した材料から成る第２
層とが交互又はランダムに密着して同心円状又は渦巻き
状に積層されていることから成る金属溶湯測温用熱電対
に関する。
料から成る保護内管，該保護内管に充填された耐熱セラ
ミックスから成る充填材，該充填材中に配置され且つ前
記受熱部の位置で端部が結線された測温部を構成する異
なる組成の一対の金属素線，及び前記保護内管の前記受
熱部以外の外側部分を覆っている外側スリーブを有し，
前記外側スリーブは，窒化ケイ素を主成分とする材料か
ら成る第１層と窒化ケイ素を主成分とする材料に撥湯性
のＢＮを１０〜４０ｖｏｌ％含有した材料から成る第２
層とが交互又はランダムに密着して同心円状又は渦巻き
状に積層されていることから成る金属溶湯測温用熱電対
に関する。
【０００８】この金属溶湯測温用熱電対は，前記外側ス
リーブの前記第１層と前記第２層との厚みがそれぞれ３
０〜３５０μｍの範囲であり，前記外側スリーブの最外
層には前記第２層が配置されている。
リーブの前記第１層と前記第２層との厚みがそれぞれ３
０〜３５０μｍの範囲であり，前記外側スリーブの最外
層には前記第２層が配置されている。
【０００９】この金属溶湯測温用熱電対では，前記第１
層と前記第２層とから成る前記外側スリーブの積層数
は，前記外側スリーブの外半径をＲ，内半径をｒ，平均
層厚さをＳとした時に積層数が（Ｒ−ｒ）／Ｓとなり，
１０〜１００層の範囲に積層されているものである。
層と前記第２層とから成る前記外側スリーブの積層数
は，前記外側スリーブの外半径をＲ，内半径をｒ，平均
層厚さをＳとした時に積層数が（Ｒ−ｒ）／Ｓとなり，
１０〜１００層の範囲に積層されているものである。
【００１０】前記保護内管と前記外側スリーブとの間に
は空気層が形成されている。両者間に空気層を設けるこ
とによって遮熱度をアップでき，金属溶湯から保護内管
を保護すると共に，保護内管自体の熱容量を低減でき，
測温応答性を向上できる。
は空気層が形成されている。両者間に空気層を設けるこ
とによって遮熱度をアップでき，金属溶湯から保護内管
を保護すると共に，保護内管自体の熱容量を低減でき，
測温応答性を向上できる。
【００１１】前記保護内管の前記受熱部が前記外側スリ
ーブから突出する前記外側スリーブの開口部には，セラ
ミックファイバ等の耐熱セラミックスから成る固定部材
が配置されている。更に，前記固定部材は，リン酸アル
ミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアから形成さ
れている。
ーブから突出する前記外側スリーブの開口部には，セラ
ミックファイバ等の耐熱セラミックスから成る固定部材
が配置されている。更に，前記固定部材は，リン酸アル
ミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアから形成さ
れている。
【００１２】前記保護内管は，窒化ケイ素を主成分とす
る材料で形成されている。また，前記保護内管に充填さ
れた前記充填材は，リン酸アルミニウム，窒化ケイ素及
び／又はマグネシアから形成されている。更に，前記金
属素線は，Ｗ−Ｒｅ線から構成されている。
る材料で形成されている。また，前記保護内管に充填さ
れた前記充填材は，リン酸アルミニウム，窒化ケイ素及
び／又はマグネシアから形成されている。更に，前記金
属素線は，Ｗ−Ｒｅ線から構成されている。
【００１３】この熱電対は，溶湯のＦｅの付着を防止す
るため，前記受熱部を構成する前記保護内管の外面に
は，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−ＺｒＯ2 等
のＭｏを主成分とする高熱伝導率の材料が被覆されてい
る。
るため，前記受熱部を構成する前記保護内管の外面に
は，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−ＺｒＯ2 等
のＭｏを主成分とする高熱伝導率の材料が被覆されてい
る。
【００１４】この熱電対は，上記のように，耐熱性で高
熱伝導材から成る保護内管と該保護内管の外側の積層構
造の外側スリーブから構成し，保護内管の受熱部のみを
外側スリーブから突出させたので，保護内管を金属溶湯
の熱影響から保護でき，外側スリーブを積層構造によっ
て，熱衝撃より生じた亀裂が一気に内部まで進展せず，
前記第１層と前記第２層との境界層或いは隣接する層と
の境界層の部分で偏向し，破壊エネルギが増大するた
め，外側スリーブの寿命が改善され，保護内管の保護が
可能になる。また，外側スリーブの最外層をＢＮを含有
する窒化ケイ素で構成したので，金属溶湯が外側スリー
ブの外面に対して形成する接触角が大きくなり，外面が
金属溶湯を弾く撥湯現象が発生し，外面への金属溶湯の
付着が防止され，耐久性を向上させる。
熱伝導材から成る保護内管と該保護内管の外側の積層構
造の外側スリーブから構成し，保護内管の受熱部のみを
外側スリーブから突出させたので，保護内管を金属溶湯
の熱影響から保護でき，外側スリーブを積層構造によっ
て，熱衝撃より生じた亀裂が一気に内部まで進展せず，
前記第１層と前記第２層との境界層或いは隣接する層と
の境界層の部分で偏向し，破壊エネルギが増大するた
め，外側スリーブの寿命が改善され，保護内管の保護が
可能になる。また，外側スリーブの最外層をＢＮを含有
する窒化ケイ素で構成したので，金属溶湯が外側スリー
ブの外面に対して形成する接触角が大きくなり，外面が
金属溶湯を弾く撥湯現象が発生し，外面への金属溶湯の
付着が防止され，耐久性を向上させる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による熱電対の実施例を説明する。図１はこの発明によ
る金属溶湯測温用熱電対の一実施例を示す断面図，図２
はこの発明による金属溶湯測温用熱電対の別の実施例を
示す断面図，図３は本発明の熱電対と従来の熱電対との
測温応答性を比較したグラフ，図４は本発明の熱電対と
従来の熱電対との測温可能回数による耐久性を比較した
グラフ，図５は溶融金属とＢＮ添加量との接触角の関係
を示すグラフ，及び図６は接合強度とＢＮ添加量との関
係を示すグラフである。
による熱電対の実施例を説明する。図１はこの発明によ
る金属溶湯測温用熱電対の一実施例を示す断面図，図２
はこの発明による金属溶湯測温用熱電対の別の実施例を
示す断面図，図３は本発明の熱電対と従来の熱電対との
測温応答性を比較したグラフ，図４は本発明の熱電対と
従来の熱電対との測温可能回数による耐久性を比較した
グラフ，図５は溶融金属とＢＮ添加量との接触角の関係
を示すグラフ，及び図６は接合強度とＢＮ添加量との関
係を示すグラフである。
【００１６】この発明による金属溶湯測温用熱電対は，
先端に受熱部４を備えた保護内管２，保護内管２内に充
填された耐熱性材料から成る充填材８，充填材８中に配
置され且つ端部が結線された測温部９を構成する異なる
組成の一対の金属素線６，７，及び保護内管２の受熱部
４以外の外側部分を覆っている外側スリーブ１を有す
る。特に，外側スリーブ１は，窒化ケイ素を主成分とす
る材料から成る第１層１０と窒化ケイ素を主成分とする
材料に撥湯性のＢＮを１０〜４０ｖｏｌ％含有した材料
から成る第２層１１とが交互又はランダムに密着して同
心円状又は渦巻き状に積層されている。また，保護内管
２の受熱部４は，金属溶湯等の材料の温度を測定する領
域であり，保護内管２の先端部が外側スリーブ１の開口
端部から突き抜けて外側に露出することによって構成さ
れている。
先端に受熱部４を備えた保護内管２，保護内管２内に充
填された耐熱性材料から成る充填材８，充填材８中に配
置され且つ端部が結線された測温部９を構成する異なる
組成の一対の金属素線６，７，及び保護内管２の受熱部
４以外の外側部分を覆っている外側スリーブ１を有す
る。特に，外側スリーブ１は，窒化ケイ素を主成分とす
る材料から成る第１層１０と窒化ケイ素を主成分とする
材料に撥湯性のＢＮを１０〜４０ｖｏｌ％含有した材料
から成る第２層１１とが交互又はランダムに密着して同
心円状又は渦巻き状に積層されている。また，保護内管
２の受熱部４は，金属溶湯等の材料の温度を測定する領
域であり，保護内管２の先端部が外側スリーブ１の開口
端部から突き抜けて外側に露出することによって構成さ
れている。
【００１７】保護内管２と外側スリーブ１との間には，
両者間の遮熱度をアップさせる空気層３が形成されてい
る。保護内管２は，窒化ケイ素を主成分とする材料で形
成されている。保護内管２に充填された充填材８は，リ
ン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアか
ら形成されている。保護内管２の受熱部４の領域は，外
側スリーブ１から突出する外側スリーブの開口部１２に
は，セラミックファイバ等の耐熱セラミックスから成る
固定部材５が配置されている。固定部材５は，リン酸ア
ルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアから形成
されている。また，受熱部４を備えた保護内管２は，窒
化ケイ素を主成分とする耐熱性のセラミックスから形成
されている。更に，金属素線６，７は，配合割合の異な
るＷ−Ｒｅ線から構成されている。例えば，金属素線６
はＷ−５Ｒｅ線から成り，金属素線７はＷ−２６Ｒｅ線
から形成されている。充填材８は，空隙が発生しないよ
うに保護内管２内に充填され，金属素線６，７の酸化腐
食を防止している。
両者間の遮熱度をアップさせる空気層３が形成されてい
る。保護内管２は，窒化ケイ素を主成分とする材料で形
成されている。保護内管２に充填された充填材８は，リ
ン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアか
ら形成されている。保護内管２の受熱部４の領域は，外
側スリーブ１から突出する外側スリーブの開口部１２に
は，セラミックファイバ等の耐熱セラミックスから成る
固定部材５が配置されている。固定部材５は，リン酸ア
ルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネシアから形成
されている。また，受熱部４を備えた保護内管２は，窒
化ケイ素を主成分とする耐熱性のセラミックスから形成
されている。更に，金属素線６，７は，配合割合の異な
るＷ−Ｒｅ線から構成されている。例えば，金属素線６
はＷ−５Ｒｅ線から成り，金属素線７はＷ−２６Ｒｅ線
から形成されている。充填材８は，空隙が発生しないよ
うに保護内管２内に充填され，金属素線６，７の酸化腐
食を防止している。
【００１８】この金属溶湯測温用熱電対は，外側スリー
ブ１の第１層１０と第２層１１との厚みがそれぞれ３０
〜３５０μｍの範囲であり，外側スリーブ１の最外層に
は撥湯性のＢＮを含み第２層１１が配置されている。ま
た，外側スリーブ１を形成する第１層１０と第２層１１
とは，積層数が略１０〜１００層の範囲に交互又はラン
ダムに積層されている。即ち，第１層１０と第２層１１
とから成る外側スリーブ１の積層数は，外側スリーブ１
の外半径をＲ，内半径をｒ，平均層厚さをＳとした時に
積層数が（Ｒ−ｒ）／Ｓとなり，１０〜１００層の範囲
に積層されていることになる。例えば，外側スリーブ１
の外径を１３ｍｍに形成し，内径を７ｍｍに形成する
と，外側スリーブ１の厚み〔（Ｒ−ｒ）／Ｓ〕は３ｍｍ
になる。第１層１０と第２層１１との厚みが最小値３０
μｍであれば，１００層（＝３０００／３０）になり，
また，第１層１０と第２層１１との厚みが最大値３５０
μｍであれば，９層（＝３０００／３５０）になる。
ブ１の第１層１０と第２層１１との厚みがそれぞれ３０
〜３５０μｍの範囲であり，外側スリーブ１の最外層に
は撥湯性のＢＮを含み第２層１１が配置されている。ま
た，外側スリーブ１を形成する第１層１０と第２層１１
とは，積層数が略１０〜１００層の範囲に交互又はラン
ダムに積層されている。即ち，第１層１０と第２層１１
とから成る外側スリーブ１の積層数は，外側スリーブ１
の外半径をＲ，内半径をｒ，平均層厚さをＳとした時に
積層数が（Ｒ−ｒ）／Ｓとなり，１０〜１００層の範囲
に積層されていることになる。例えば，外側スリーブ１
の外径を１３ｍｍに形成し，内径を７ｍｍに形成する
と，外側スリーブ１の厚み〔（Ｒ−ｒ）／Ｓ〕は３ｍｍ
になる。第１層１０と第２層１１との厚みが最小値３０
μｍであれば，１００層（＝３０００／３０）になり，
また，第１層１０と第２層１１との厚みが最大値３５０
μｍであれば，９層（＝３０００／３５０）になる。
【００１９】温度検知体としての一対の金属素線６，７
は，タングステン−レニウム合金線である。一方の金属
素線６の組成はＷ−５Ｒｅであり，また，他方の金属素
線７の組成はＷ−２６Ｒｅである。Ｗ−５Ｒｅ素線６と
Ｗ−２６Ｒｅ素線７は，保護内管２内の充填材８に埋設
された状態で隔置して延びるように配置されている。ま
た，金属素線６，７の各端部は，結線されて測温部９を
形成しており，測温部９は受熱部４領域の保護内管２の
内面に密着している。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ
素線７の他端部は，図示していないが，保護内管２の端
部の封止部材から延び出し，例えば，保護内管２の端部
にコレットチャックで固定されたステンレス製の支持棒
を通って測定機器に接続されている。
は，タングステン−レニウム合金線である。一方の金属
素線６の組成はＷ−５Ｒｅであり，また，他方の金属素
線７の組成はＷ−２６Ｒｅである。Ｗ−５Ｒｅ素線６と
Ｗ−２６Ｒｅ素線７は，保護内管２内の充填材８に埋設
された状態で隔置して延びるように配置されている。ま
た，金属素線６，７の各端部は，結線されて測温部９を
形成しており，測温部９は受熱部４領域の保護内管２の
内面に密着している。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ
素線７の他端部は，図示していないが，保護内管２の端
部の封止部材から延び出し，例えば，保護内管２の端部
にコレットチャックで固定されたステンレス製の支持棒
を通って測定機器に接続されている。
【００２０】次に，図２を参照して，この発明による金
属溶湯測温用熱電対の別の実施例を説明する。この実施
例では，受熱部４を構成する保護内管２の外面１５に皮
膜層１３を設けた以外は，上記実施例と同一の構造を有
するので，同一部品には同一符号を付し，重複する説明
は省略する。保護内管１の外面１４にコーティングした
皮膜層１３は，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−
ＺｒＯ2 等のＭｏを主成分とする高熱伝導率で，鉄と反
応し難い材料から構成されている。従って，保護内管１
の受熱部４が金属溶湯に浸漬されたとしても，皮膜層１
３のため鉄と反応することがなく，耐久性を向上させる
とができる。
属溶湯測温用熱電対の別の実施例を説明する。この実施
例では，受熱部４を構成する保護内管２の外面１５に皮
膜層１３を設けた以外は，上記実施例と同一の構造を有
するので，同一部品には同一符号を付し，重複する説明
は省略する。保護内管１の外面１４にコーティングした
皮膜層１３は，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−
ＺｒＯ2 等のＭｏを主成分とする高熱伝導率で，鉄と反
応し難い材料から構成されている。従って，保護内管１
の受熱部４が金属溶湯に浸漬されたとしても，皮膜層１
３のため鉄と反応することがなく，耐久性を向上させる
とができる。
【００２１】−実施例１−窒化ケイ素を主成分にし且つ
少量の焼結助剤を添加した粉末を基本成分とした原料Ｇ
Ａを，ドクターブレード装置を用いてシートＡを作製し
た。また，シートＡの原料ＧＡに撥湯成分のＢＮを添加
した原料ＧＢを，ドクターブレード装置を用いてシート
Ｂを作製した。この時，シートＡとシートＢとの一層の
それぞれの厚みは，４０〜４１０μｍの範囲であった。
シートＡとシートＢを用いて，これらを交互又はランダ
ムに積層し，層状で円筒形状に成形し，ＣＩＰにより２
次成形を行って外側スリーブ１を作製した。即ち，シー
トＡとシートＢとをＣＩＰで加圧後に，荷重を解放した
際に，スプリングバックにより成形体が僅かに広がり，
ステンレス棒を成形体から引き抜き，次いで，成形体を
脱脂した後に，これを１００ａｔｍの窒素雰囲気中にお
いて，１８５０℃で４時間焼成して多重層の積層構造か
ら成る外側スリーブ１を作製した。外側スリーブ１にお
ける第１層１０はシートＡから構成され，また，第２層
１１はシートＢから構成されている。また，第１層１０
と第２層１１との厚み（μｍ）は，表１に示すように，
１３種類に分類した。更に，第１層１０と第２層１１と
の積層数は，実施例では３０〜４０層に調整した。
少量の焼結助剤を添加した粉末を基本成分とした原料Ｇ
Ａを，ドクターブレード装置を用いてシートＡを作製し
た。また，シートＡの原料ＧＡに撥湯成分のＢＮを添加
した原料ＧＢを，ドクターブレード装置を用いてシート
Ｂを作製した。この時，シートＡとシートＢとの一層の
それぞれの厚みは，４０〜４１０μｍの範囲であった。
シートＡとシートＢを用いて，これらを交互又はランダ
ムに積層し，層状で円筒形状に成形し，ＣＩＰにより２
次成形を行って外側スリーブ１を作製した。即ち，シー
トＡとシートＢとをＣＩＰで加圧後に，荷重を解放した
際に，スプリングバックにより成形体が僅かに広がり，
ステンレス棒を成形体から引き抜き，次いで，成形体を
脱脂した後に，これを１００ａｔｍの窒素雰囲気中にお
いて，１８５０℃で４時間焼成して多重層の積層構造か
ら成る外側スリーブ１を作製した。外側スリーブ１にお
ける第１層１０はシートＡから構成され，また，第２層
１１はシートＢから構成されている。また，第１層１０
と第２層１１との厚み（μｍ）は，表１に示すように，
１３種類に分類した。更に，第１層１０と第２層１１と
の積層数は，実施例では３０〜４０層に調整した。
【表１】
【００２２】また，保護内管２は，押出成形機を用いて
窒化ケイ素を主成分とする材料を成形し，１００ａｔｍ
の窒素雰囲気中において１８５０℃で４時間焼成して高
靱性窒化ケイ素製の保護内管２を作製した。次いで，保
護内管２を外側スリーブ１に空気層３を形成した状態に
挿入し，外側スリーブ１の開口部１２から２０ｍｍだけ
突き出させ，更に，外側スリーブ１の端部の開口部１２
と保護内管２との間のクリアランスには固定部材５を構
成するリン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグ
ネシア等のセラミックファイバを充填した。更に，保護
内管２内に，金属素線６，７を挿入すると共に，充填剤
８を構成するリン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又
はマグネシアを充填し，金属溶湯測温用熱電対を作製し
た。
窒化ケイ素を主成分とする材料を成形し，１００ａｔｍ
の窒素雰囲気中において１８５０℃で４時間焼成して高
靱性窒化ケイ素製の保護内管２を作製した。次いで，保
護内管２を外側スリーブ１に空気層３を形成した状態に
挿入し，外側スリーブ１の開口部１２から２０ｍｍだけ
突き出させ，更に，外側スリーブ１の端部の開口部１２
と保護内管２との間のクリアランスには固定部材５を構
成するリン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグ
ネシア等のセラミックファイバを充填した。更に，保護
内管２内に，金属素線６，７を挿入すると共に，充填剤
８を構成するリン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又
はマグネシアを充填し，金属溶湯測温用熱電対を作製し
た。
【００２３】上記の製造工程によって作製した多数の金
属溶湯測温用熱電対を用いて，１４５０℃の金属溶湯の
測温試験を行った。その結果を，表１及び図３〜図６に
示す。これらの熱電対（本発明）は，起電力が安定化す
るまでの時間は，図３に示すように，ほぼ８秒程度であ
った。また，これらの熱電対は，図４に示すように，７
００回の繰り返し測温を実行することができた。測温試
験の結果は，表１に示すように，外側スリーブ１の第１
層１０と第２層１１との厚みが３０〜３５０μｍの範囲
のものが，７００回繰り返し使用した後でも，外側スリ
ーブ１は肉厚の途中でクラックが止まっており，破損及
びスラグの付着は見られず，良好であることが確認され
た。表１に示すように，層の厚みが１０〜３０ｍｍのも
のは，層の減肉が激しく発生し，耐久性の点で問題があ
った。また，層の厚みが３５０〜４１０ｍｍのものは，
一気にクラックが進展し，層の破壊が発生した。
属溶湯測温用熱電対を用いて，１４５０℃の金属溶湯の
測温試験を行った。その結果を，表１及び図３〜図６に
示す。これらの熱電対（本発明）は，起電力が安定化す
るまでの時間は，図３に示すように，ほぼ８秒程度であ
った。また，これらの熱電対は，図４に示すように，７
００回の繰り返し測温を実行することができた。測温試
験の結果は，表１に示すように，外側スリーブ１の第１
層１０と第２層１１との厚みが３０〜３５０μｍの範囲
のものが，７００回繰り返し使用した後でも，外側スリ
ーブ１は肉厚の途中でクラックが止まっており，破損及
びスラグの付着は見られず，良好であることが確認され
た。表１に示すように，層の厚みが１０〜３０ｍｍのも
のは，層の減肉が激しく発生し，耐久性の点で問題があ
った。また，層の厚みが３５０〜４１０ｍｍのものは，
一気にクラックが進展し，層の破壊が発生した。
【００２４】図５には，溶融金属とＢＮ添加量との接触
角の関係が示されている。窒化ケイ素を主成分とする材
料にＢＮを１０ｖｏｌ％以下含有させた材料では，接触
角は小さく，金属溶湯の撥湯現象が現れず，外側スリー
ブ１の外面１４に金属溶湯が付着する状態が発生した。
従って，外側スリーブ１を形成する材料は，窒化ケイ素
にはＢＮを１０ｖｏｌ％以上含有させる必要がある。ま
た，図６には，ＢＮ添加量と接合強度との関係が示され
ている。窒化ケイ素を主成分とする材料にＢＮを４０ｖ
ｏｌ％以上含有させた材料では，接合強度が急激に低下
し，第１層１０と第２層１１とを積層した場合に，強固
な積層強度を確保できないことが分かった。従って，窒
化ケイ素へのＢＮの添加量は，接触角と接合強度を考慮
すれば，１０〜４０ｖｏｌ％が適正な範囲であることが
分かる。
角の関係が示されている。窒化ケイ素を主成分とする材
料にＢＮを１０ｖｏｌ％以下含有させた材料では，接触
角は小さく，金属溶湯の撥湯現象が現れず，外側スリー
ブ１の外面１４に金属溶湯が付着する状態が発生した。
従って，外側スリーブ１を形成する材料は，窒化ケイ素
にはＢＮを１０ｖｏｌ％以上含有させる必要がある。ま
た，図６には，ＢＮ添加量と接合強度との関係が示され
ている。窒化ケイ素を主成分とする材料にＢＮを４０ｖ
ｏｌ％以上含有させた材料では，接合強度が急激に低下
し，第１層１０と第２層１１とを積層した場合に，強固
な積層強度を確保できないことが分かった。従って，窒
化ケイ素へのＢＮの添加量は，接触角と接合強度を考慮
すれば，１０〜４０ｖｏｌ％が適正な範囲であることが
分かる。
【００２５】従来の積層構造の熱電対（従来例）は，起
電力が安定化するまでの時間は，図３に示すように，ほ
ぼ１０秒であった。また，従来の熱電対は，１００回繰
り返して測温すると，熱衝撃により亀裂が発生して破損
し，測温不能になった。
電力が安定化するまでの時間は，図３に示すように，ほ
ぼ１０秒であった。また，従来の熱電対は，１００回繰
り返して測温すると，熱衝撃により亀裂が発生して破損
し，測温不能になった。
【００２６】
【発明の効果】この発明による金属溶湯測温用熱電対
は，上記のように構成したので，耐久性を向上させる外
側スリーブと測温応答性を向上させる保護内管とを一体
に構成して耐久性と測温応答性との機能を分担させるこ
とによって，耐久性を向上させ，測温応答性を良好に
し，繰り返しの使用を可能にさせることができる。
は，上記のように構成したので，耐久性を向上させる外
側スリーブと測温応答性を向上させる保護内管とを一体
に構成して耐久性と測温応答性との機能を分担させるこ
とによって，耐久性を向上させ，測温応答性を良好に
し，繰り返しの使用を可能にさせることができる。
【図１】図１はこの発明による金属溶湯測温用熱電対の
一実施例を示す断面図である。
一実施例を示す断面図である。
【図２】この発明による金属溶湯測温用熱電対の別の実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
【図３】本発明の熱電対と従来の熱電対との測温応答性
を比較したグラフである。
を比較したグラフである。
【図４】本発明の熱電対と従来の熱電対との測温可能回
数による耐久性を比較したグラフである。
数による耐久性を比較したグラフである。
【図５】溶融金属とＢＮ添加量との接触角の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】接合強度とＢＮ添加量との関係を示すグラフで
ある。
ある。
３ 空気層 ４ 受熱部 ５ 固定部材 ６，７ Ｗ−Ｒｅ素線 ８ 充填材 ９ 測温部（結線部） １０ 第１層 １１ 第２層 １２ 開口部 １３ 皮膜層 １４ 外面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北 英紀 神奈川県藤沢市辻堂大平台１−９−20 (56)参考文献 特開 昭61−246636（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−201826（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−89682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01K 7/02 G01K 1/08
Claims (10)
- 【請求項１】 先端に受熱部を備えた耐熱材料から成る
保護内管，該保護内管に充填された耐熱セラミックスか
ら成る充填材，該充填材中に配置され且つ前記受熱部の
位置で端部が結線された測温部を構成する異なる組成の
一対の金属素線，及び前記保護内管の前記受熱部以外の
外側部分を覆っている外側スリーブを有し，前記外側ス
リーブは，窒化ケイ素を主成分とする材料から成る第１
層と窒化ケイ素を主成分とする材料に撥湯性のＢＮを１
０〜４０ｖｏｌ％含有した材料から成る第２層とが交互
又はランダムに密着して同心円状又は渦巻き状に積層さ
れていることから成る金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項２】 前記外側スリーブの前記第１層と前記第
２層との厚みがそれぞれ３０〜３５０μｍの範囲であ
り，前記外側スリーブの最外層には前記第２層が配置さ
れていることから成る請求項１に記載の金属溶湯測温用
熱電対。 - 【請求項３】 前記第１層と前記第２層とから成る前記
外側スリーブの積層数は，前記外側スリーブの外半径を
Ｒ，内半径をｒ，平均層厚さをＳとした時に積層数が
（Ｒ−ｒ）／Ｓとなり，１０〜１００層の範囲に積層さ
れていることから成る請求項１に記載の金属溶湯測温用
熱電対。 - 【請求項４】 前記保護内管と前記外側スリーブとの間
には空気層が形成されていることから成る請求項１に記
載の金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項５】 前記保護内管は，窒化ケイ素を主成分と
する材料で形成されていることから成る請求項１に記載
の金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項６】 前記保護内管の前記受熱部が前記外側ス
リーブから突出する前記外側スリーブの開口部には，セ
ラミックファイバ等の耐熱セラミックスから成る固定部
材が配置されていることから成る請求項１に記載の金属
溶湯測温用熱電対。 - 【請求項７】 前記固定部材は，リン酸アルミニウム，
窒化ケイ素及び／又はマグネシアから形成されているこ
とから成る請求項６に記載の金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項８】 前記保護内管に充填された前記充填材
は，リン酸アルミニウム，窒化ケイ素及び／又はマグネ
シアから形成されていることから成る請求項１に記載の
金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項９】 前記受熱部を構成する前記保護内管の外
面には，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−ＺｒＯ
2 等のＭｏを主成分とする高熱伝導率の材料が被覆され
ていることから成る請求項１に記載の金属溶湯測温用熱
電対。 - 【請求項１０】 前記金属素線は，Ｗ−Ｒｅ線から構成
されていることから成る請求項１に記載の金属溶湯測温
用熱電対。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006896A JP3355166B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 金属溶湯測温用熱電対 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006896A JP3355166B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 金属溶湯測温用熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001194245A JP2001194245A (ja) | 2001-07-19 |
| JP3355166B2 true JP3355166B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=18535355
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000006896A Expired - Fee Related JP3355166B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 金属溶湯測温用熱電対 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3355166B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103630256B (zh) * | 2013-06-27 | 2015-11-18 | 杭州亿泰自控设备有限公司 | 气化炉热电偶及其热电偶保护套管的制作方法 |
| CN105092066A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-11-25 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种分体式盐浴炉热电偶保护管及使用方法 |
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- 2000-01-14 JP JP2000006896A patent/JP3355166B2/ja not_active Expired - Fee Related
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