JP3948931B2

JP3948931B2 - 高温用ケーブル

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Publication number: JP3948931B2
Application number: JP2001338136A
Authority: JP
Inventors: 基祐西脇; 隆生村瀬
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP2003141940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサ、及びガス分析装置等に使用される、耐熱性に優れた高温用ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼炉、焼却炉、及び内燃機関等からの排ガスの成分を検出するガスセンサ、或いは同ガスセンサの検出信号を分析することにより同排ガスの成分を分析するガス分析装置は、炉内や排気管内等の高温環境下に配設されるガス検出素子の出力信号を取り出すため、耐熱性の優れた高温用ケーブルを採用している。かかる高温用ケーブルは、一般に、金属製パイプと、同金属製パイプ内を貫通するように配置された複数本の金属素線とからなり、同金属素線と同金属製パイプとの間、及び同金属素線間の絶縁を維持するため、同金属製パイプと同金属素線とにより形成される空間にＭｇＯ等の粉末状無機絶縁物が充填されていて、その耐熱温度は２００〜１０５０℃程度である。一方、前記無機絶縁物は、吸湿により絶縁性能が低下する。このため、従来の高温用ケーブルにおいては、一般に、金属製パイプの端部開口がエポキシ樹脂やシリコン等の有機物により密閉される。そして、この端部にガス検出素子を含むセンサユニットが接続され、同センユニットが炉内や排気管内に配置される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属製パイプの端部を密閉する有機物の耐熱温度は２００℃程度であるから、同端部の周囲温度が同耐熱温度以上となるような炉内等の場所には従来の高温用ケーブルを使用することができず、その結果、センサユニットを所望の位置に配設できないという問題がある。従って、本発明の目的は、一層高温の環境に耐え得る端部構造を備えた高温用ケーブルを提供することにある。
【０００４】
【本発明の概要】
上記目的を達成するための本発明の高温用ケーブルは、第１のパイプと金属素線とを有し、同第１のパイプ内を同金属素線が貫通するとともに同第１のパイプと同金属素線との間の空間に無機絶縁物が充填されてなる高温用ケーブル本体と、両端が開放した第２のパイプ、絶縁材料からなり同第２のパイプの断面の内側形状と略同一の外周形状を有するとともに金属素線の貫通孔が形成された板体、及び同貫通孔を貫通する金属素線を有し、同第２のパイプの内部に同板体を挿入することで同板体により同第２のパイプ内を二つの空間に分割し、同分割された空間うちの一つの空間をガラスにより気密に閉塞してなる末端部材と、両端が開放した第３のパイプとを備え、前記第２のパイプの前記分割された空間のうちの他の空間と、前記第１のパイプの一つの端部との間に密閉空間を形成するように、前記第３のパイプの一つの端部と前記第１のパイプとを気密に接合し、且つ、前記第３のパイプの他の端部と前記第２のパイプとを気密に接合するとともに、同第３のパイプ内において前記高温用ケーブル本体の金属素線の一つの端部と前記末端部材の金属素線の一つの端部とを接合してなる。
【０００５】
これによれば、高温用ケーブル本体の端部が、第３のパイプを介して末端部材と接続される。この末端部材は第２のパイプと板体と金属素線とを備え、板体により分割された第２のパイプ内の一つの空間がガラスにより閉塞される。このように、本発明の高温用ケーブルは、その端部が、エポキシ樹脂やシリコン等の有機物に比べ耐熱温度（溶融温度）が高温であるガラスにより気密に閉塞される（ガラス封止される）から、周囲温度が２００℃以上となる環境においても使用することができる。また、高温用ケーブルの端部をガラス封止する場合、高温用ケーブルを炉内に入れて加熱する必要があるが、高温用ケーブルは一般に全長が長いので、同高温用ケーブル全体を炉内に入れることが困難である。これに対し、上記構成によれば、末端部材のみを炉内で加熱してガラス封止し、同ガラス封止された末端部材を炉外にて高温用ケーブル本体の端部に接続することができる。従って、ガラス封止によって耐熱性が向上せしめられた端部を有する高温用ケーブルを容易に製造することができる。
【０００６】
この場合、前記第２のパイプの前記分割された空間のうちの他の空間、及び前記第３のパイプ内の空間は、無機絶縁物が充填されることが好適である。
【０００７】
これによれば、末端部材の内部、及び第３の部材の内部における絶縁性能を良好に維持することができる。
【０００８】
また、上記末端部材においては、前記第２のパイプ内のガラスにより達成される気密性を良好に維持するため、同ガラスの量を多くする必要がある。ところが、ガラスの量を多くすると、同ガラスには環境温度の上下変動に起因するクラックが生じ易くなる。そこで、本発明においては、通常のガラスに比べて環境温度の上下変動に起因するクラックが生じ難い結晶化ガラスを上記末端部材の封止用のガラスとして採用することで、耐久性に優れた高温用ケーブルを提供する。
【０００９】
更に、前記ガラスは、その結晶化温度が７５０℃以上のガラスであることが好適である。これによれば、７５０℃以上という高温の環境下で使用し得る高温用ケーブルが提供される。
【００１０】
また、前記第２のパイプは、例えばガス検出素子を含むセンサユニットとともに燃焼炉等の炉内に配設されることが多いから、防錆性に優れたステンレスから形成されることが望ましい。しかしながら、ステンレスとガラスの熱膨張係数差が過大であると、環境温度が上下に変動した場合に同ガラスによる気密性が損なわれる惧れがある。従って、前記第２のパイプの材質としては、ステンレスの中でもガラスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス（例えば、ＳＵＳ４３０）を使用することが好適である。より具体的には、前記結晶化ガラスと前記第２のパイプとの熱膨張係数の差が５．０×１０ ^−６／℃以下であることが好適である。
【００１１】
また、通常、高温用ケーブルにはＮｉからなる金属素線が使用されるが、同Ｎｉからなる金属素線とガラスとの熱膨張係数差は大きいので、環境温度が上下に変動した場合に同ガラスによる気密性が損なわれる惧れがある。そこで、前記第２のパイプ内の金属素線の前記結晶化ガラスと接触する部分と同結晶化ガラスとの熱膨張係数の差が２．９×１０ ^−６／℃以下となるように材料を選択する。具体的には、第２のパイプ内の金属素線の材質として、ガラスとの熱膨張係数差がＮｉよりも小さいＴｉを用いることが好適である。なお、この場合、ＴｉはＮｉよりも高価であるから、第２のパイプ内の金属素線の前記ガラスと接触する部分のみをＴｉにより形成したものとし、同金属素線の残余の部分は安価な他の金属（Ｎｉ，ＳＵＳ等）により形成することが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による高温用ケーブルを使用したガス分析装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に全体構成の概略を示したガス分析装置１０は、センサユニット２０、プローブユニット３０、フィルタユニット４０、及びターミナルヘッド（端子台）５０を備えている。
【００１３】
センサユニット２０は、拡大断面図である図２に示したように、固体電解質からなる板状のガスセンサ素子２１と、ガスセンサ素子２１を保持するための円筒形碍管２２と、同円筒形碍管２２を保持するためのガスセンサ保護用金属製パイプ２３と、円筒形のコネクタ接続用パイプ２４と、円筒形のコネクタ２５とを備えている。
【００１４】
ガスセンサ素子２１は、基部２１ａが円筒形碍管２２内に挿入され、同基部２１ａと同円筒形碍管２２との空隙に充填されたガラス２６（タルクでもよい）により、その先端部であるガス検出部２１ｂを同円筒形碍管２２の外部に露出させた状態で同円筒形碍管２２に固定されている。
【００１５】
ガスセンサ素子２１を固定した円筒形碍管２２は、一端が閉塞されるとともに同端部近傍において複数のガス導入孔２３ａを備える円筒状のガスセンサ保護用金属製パイプ２３内に挿入されている。この金属製パイプ２３の内側面と円筒形碍管２２の外側面とは密接していて、両者間の気密状態が維持されている。
【００１６】
以上の構成により、ガス検出部２１ｂは、ガスセンサ保護用金属製パイプ２３と円筒状碍管２２の先端面２２ａとで画定される空間内に露呈され、同金属製パイプ２３のガス導入孔２３ａを介して同空間に流入する測定ガスに曝されるようになっている。
【００１７】
コネクタ接続用パイプ２４は、ガスセンサ保護用金属製パイプ２３の外側面と円筒形のコネクタ２５の外側面とにそれぞれ接続固定され、内部に密閉空間を形成するようになっている。この密閉空間内をガスセンサ素子２１の図示しない電極から延びる複数のリード線２１ｃが貫通し、同リード線２１ｃの端部は断面が凹状であって弾性を有するコネクタ２５の電気接触子２５ａと接続されている。
【００１８】
プローブユニット３０は、図１に示したように、金属製プローブパイプ３１と校正ガスパイプ３１ａとを備えるとともに、図３に示したように、高温用ケーブル本体３２と、末端部材３３と、接続部材３４とを備えている。なお、高温用ケーブル本体３２、末端部材３３、及び接続部材３４により、高温用ケーブルが構成される。
【００１９】
高温用ケーブル本体３２は、本例においては全長５ｍのケーブルであって、一端がターミナルヘッド（端子台）５０に接続されるとともに、他端が接続部材３４を介して末端部材３３に接続されている。以下において、高温用ケーブル本体３２の接続部材３４側の端部を同高温用ケーブル本体３２の先端部と云う。
【００２０】
図４は、ガス分析装置１０の完成状態における、高温用ケーブル本体３２の先端部、末端部材３３、及び接続部材３４の拡大断面図である。図４に示したように、高温用ケーブル本体３２は、第１のパイプを構成する金属製（例えば、ＳＵＳ３１６のステンレス製）パイプ３２ａと、同金属製パイプ３２ａの内部を同金属製パイプ３２ａの軸線に沿って貫通するＮｉからなる複数本の金属素線３２ｂと、同金属製パイプ３２ａと同金属素線３２ｂとがなす空間に充填された粉末状の無機絶縁物（例えば、ＭｇＯの粉末）３２ｃとからなっている。粉末状の無機絶縁物３２ｃは前記空間内に密に充填されていて、これにより、金属素線３２ｂは金属製パイプ３２ａに対して実質的に移動不能に保持されている。
【００２１】
末端部材３３は、第２のパイプを構成する円筒状の金属製（例えば、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０のステンレス製）パイプ３３ａと、同金属製パイプ３３ａの内部を同金属製パイプ３３ａの軸線に沿って貫通する複数本の金属素線３３ｂと、各金属素線３３ｂを保持する板体３３ｃとを備えている。本例においては、金属製パイプ３３ａの軸方向長さは５ｃｍである。
【００２２】
金属製パイプ３３ａは、両端が開口するとともに、外周の直径が前記高温用ケーブル本体３２の金属製パイプ３２ａの外周の直径と略同一である円筒形状を有し、略中央部を境として一側が板厚の厚い厚肉部３３ａ１、他側が板厚の薄い薄肉部３３ａ２により構成されていて、これにより同略中央部の内側面に段差部３３ａ３を有している。金属素線３３ｂの各々は、Ｎｉからなる金属素線３３ｂ１と、この素線３３ｂ１に溶接されたＴｉからなる金属素線３３ｂ２とからなっている。板体３３ｃは、アルミナ等の絶縁材料からなり、金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２の内径と略同一の直径を有する円盤状の磁器板である。換言すると、板体３３ｃの外周形状は、金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２を同金属製パイプ３３ａの軸線に垂直な平面で切断した断面（即ち、軸線に垂直な断面）の内周形状と略同一の形状となっている。
【００２３】
また、板体３３ｃは、金属素線３３ｂの直径とほぼ同一の直径を有する複数の貫通孔３３ｃ１を有していて、この貫通孔３３ｃ１に各金属素線３３ｂが貫通されることで同各金属素線３３ｂを保持するようになっている。板体３３ｃは、金属製パイプ３３ａ内の前記段差部３３ａ３に配設され（挿入され）、同金属製パイプ３３ａの内部を厚肉部３３ａ１により形成される空間と、薄肉部３３ａ２により形成される空間とに分割する（即ち、金属製パイプ３３ａ内を同パイプ３３ａの略中央部を境として二つの空間に分割する）ようになっている。このとき、板体３３ｃは、金属製パイプ３３ａの厚肉部３３ａ１の内部に前記Ｎｉからなる金属素線３３ｂ１を配設するとともに、前記金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２の内部に前記Ｔｉからなる金属素線３３ｂ２を配設する。この状態で、金属素線３３ｂ１は厚肉部３３ａ１の端部開口面より突出し、金属素線３３ｂ２は薄肉部３３ａ２の端部開口面より僅かだけ突出している。
【００２４】
金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２と、板体３３ｃと、金属素線３３ｂ２とが形成する空間（即ち、板体３３ｃにより分割された金属製パイプ３３ａの空間うちの一つの空間）は、結晶化ガラス３３ｄにより閉塞され（結晶化ガラスにより満たされ）、気密に維持されている。換言すると、ガラス３３ｄは、金属製パイプ３３ａの両端部開口間における気体の通流を不可能としている。なお、上記結晶化ガラスは、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２の総べてを含むとともに、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＣａＯのうちの少なくとも一種を含み、結晶化温度が７５０℃以上のものを用いる。
【００２５】
一方、金属製パイプ３３ａの厚肉部３３ａ１と、板体３３ｃと、金属素線３３ｂ１とが形成する空間（即ち、板体３３ｃにより分割された金属製パイプ３３ａの空間うちの他の空間）は、前記金属製パイプ３２ａに充填されたものと同一の粉末状無機絶縁物３２ｃが充填されている。
【００２６】
接続部材３４は、両端が開口した円筒形状を有する金属製（例えば、オーセナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６のステンレス製）パイプ３４ａを備えている。この金属製パイプ３４ａは第３のパイプを構成するもので、本例においては、軸方向長さが３．５ｃｍである。金属製パイプ３４ａの内周直径は、金属製パイプ３２ａ、及び金属製パイプ３３ａの外周直径と略同一である。これにより、金属製パイプ３４ａの一つの開口端部Ｅ１の近傍、及び他の開口端部Ｅ２の近傍における各断面の内側形状は、前記第１のパイプである金属製パイプ３２ａの断面の外側形状、及び前記第２のパイプである金属製パイプ３３ａの断面の外側形状とそれぞれ略同一となっている。そして、金属製パイプ３４ａは、金属製パイプ３２ａと金属製パイプ３３ａとを接続するように配設され、両開口端部Ｅ１，Ｅ２は、金属製パイプ３２ａの外側面、及び金属製パイプ３３ａの外側面とそれぞれ溶接により気密に接合されている。
【００２７】
金属製パイプ３４ａの内部には、高温用ケーブル本体３２から延びる金属素線３２ｂの端部と、この端部に溶接で接続された末端部材３３から延びる金属素線３３ｂ（金属素線３３ｂ１）とが配置されるとともに、前記金属製パイプ３２ａ，３３ａ内に充填されたものと同一の粉末状無機絶縁物が充填されている。これにより、金属素線３２ｂ，３３ｂは同金属製パイプ３４ａに対して移動不能となっている。
【００２８】
前記末端部材３３から僅かに突出した金属素線３３ｂ２は、図５に示したように、Ｎｉからなる金属素線３５の一端に接続され、同金属素線３５の他端は円筒状のコネクタ３６から突出した断面が凸状の電気接触子３６ａの一端に接続されている。電気接触子３６ａの他端はコネクタ３６から突出し、前記コネクタ２５の電気接触子２５ａ内に挿入されて接続されている。
【００２９】
フィルタユニット４０は、図５に示したように、チューブ継手４１とフィルタ４２とを保持したフィルタユニット本体４３と、フィルタユニット本体４３から延びる校正ガスパイプ４４とからなっている。チューブ継手４１は内孔を有し、その内孔にはセンサユニット２０のガスセンサ保護用金属製パイプ２３が挿入されている。フィルタ４２はガスセンサ保護用金属製パイプ２３の先端部に当接し、ガス検出部２１ｂに向けて導入される排ガス中のゴミ等を除去するようになっている。校正ガスパイプ４４は、金属製プローブパイプ３１内の校正ガスパイプ３１ａの一端に接続されている。
【００３０】
再び、図１を参照すると、校正ガスパイプ３１ａの他端は、金属製プローブパイプ３１のターミナルヘッド５０の近傍に設けられた校正ガス導入口５１と接続されていている。これにより、校正ガスパイプ３１ａ、及び校正ガスパイプ４４は、校正ガス導入口５１から導入される校正ガスを前記ガス検出部２１ｂに導くようになっている。
【００３１】
ガス分析装置取付け用フランジ５２は、中央部に開口を、両端部に一対のボルト貫通孔を有する板体である。チューブ継手５３は、中央部に開口を備え、その開口を前記フランジ５２の中央部開口と一致させた状態で同フランジ５２に固定されていて、チューブ継手５３の前記開口内を金属製プローブパイプ３１が挿通するようになっている。そして、チューブ継手５３は、金属製プローブパイプ３１の軸方向の任意の位置において同金属製プローブパイプ３１を保持し、フランジ５２が図示しない炉の壁面、又は排気管の壁面等に前記ボルト孔を貫通するボルトにより固定されることで、センサユニット２０の先端部を同炉、又は排気管内の所望の位置に配置し得るようになっている。
【００３２】
上記のように構成されたガス分析装置１０においては、ガスセンサ素子２１の出力信号がリード線２１ｃ、電気接触子２５ａ，３６ａ、及び金属素線３５，３３ｂ，３２ｂを介してターミナルヘッド５０に伝達されるとともに、同ターミナルヘッド５０に接続された図示しない回路装置により分析され、これによりガスセンサ素子２１の検出するガスの成分が分析される。
【００３３】
次に、上記ガス分析装置の製造方法の概略について説明する。
（末端部材３３の製造）
先ず、末端部材３３の製造工程について図６を参照しながら述べると、最初にＮｉからなる金属素線３３ｂ１とＴｉからなる金属素線３３ｂ２とを溶接して金属素線３３ｂを得て、更に、金属素線３３ｂ２の前記溶接がなされていない側の端部とＮｉからなる金属素線３５とを溶接する。また、金属製パイプ３３ａを用意する。次に、板体３３ｃの貫通孔３３ｃ１に金属素線３３ｂ，３５を通過させる。次いで、板体３３ｃを金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２の開口部側から挿入し、段差部３３ａ３に設置する。そして、金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２が上方に位置し、厚肉部３３ａ１が下方に位置するように、同金属製パイプ３３ａを図示しない固定台に固定する。このとき、薄肉部３３ａ２の上部（開口端部近傍）外周に補助筒６１を設置しておく。なお。補助筒６１の内周側直径は、金属製パイプ３３ａの外周側直径と略同一となっている。
【００３４】
次に、金属製パイプ３３ａに振動を加えながら（即ち、タッピングしながら）、結晶化ガラス（封着ガラス）の粉末を前記補助筒６１の上部開口から薄肉部３３ａ２の空間内に充填する。充填されるガラス粉末は薄肉部３３ａ２の開口端部を超えて補助筒６１の上部に至る程度までとする。そして、かかる状態の金属製パイプ３３ａと、補助筒６１とを炉内に入れ、ガラス粉末を７５０〜１０５０℃程度の高温雰囲気下で加熱・焼成する。即ち、前記ガラスを結晶化させる。これにより、ガラスは減容するので、同ガラスの上端部は、図４に示すように、金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２の開口端部近傍位置となる。以上により、末端部材３３のガラスによる封止が終了する。最後に、金属製パイプ３３ａと補助等６１を炉から取り出して、同補助筒６１を取り外す。以上により、末端部材３３が完成する。
【００３５】
（高温用ケーブル本体への末端部材の接続・固定）
次いで、上記のように製造された末端部材３３を高温用ケーブル本体３２に接続する工程について説明する。先ず、高温用ケーブル本体３２の金属製パイプ３２ａの一端に図示しない円盤部材を取り付けるとともに、高温用ケーブル３２の同一端をターミナルヘッド５０に接続しておく。そして、図４に示したように、末端部材３３から突出しているＮｉの金属素線３３ｂ１の端部を高温用ケーブル本体３２の他端から突出しているＮｉからなる金属素線３２ｂの端部に溶接により接続する。
【００３６】
次いで、接続用の金属製パイプ３４ａを、金属製パイプ３３ａの薄肉部３３ａ２側から入れ、同金属製パイプ３４ａの一端Ｅ１が金属製パイプ３２ａの端部近傍の外側面と接触し、且つ同金属製パイプ３４ａの他端Ｅ２が同金属製パイプ３３ａの厚肉部３３ａ１の開口端部近傍の外側面と接触する位置までスライドさせる。その後、金属製パイプ３４ａの一端Ｅ１と高温用ケーブル本体３２の金属製パイプ３２ａの外側面とをＴＩＧ溶接により気密に接合し、同金属製パイプ３４ａの他端Ｅ２と金属製パイプ３３ａの厚肉部３３ａ１の外側面とをＴＩＧ溶接により気密に接合する。
【００３７】
次いで、金属製パイプ３４ａに設けられている導入穴３４ａ１から乾燥処理後のＭｇＯの粉末を全体に振動を加えながら（タッピングしながら）充填し、その後、同導入穴３４ａ１に蓋３４ａ２を嵌めてから同蓋３４ａ２の周囲と金属製パイプ３４ａとを溶接する。これにより、金属製パイプ３４ａ内の気密性が維持される。
【００３８】
（ガス分析装置１０の組み立て）
次に、図５に示したように、金属素線３５の他端をコネクタ３６の電気接触子３６ａに溶接することで接続する。次いで、コネクタ３６の周囲に金属製円盤部材５４を固定する。そして、金属製プローブパイプ３１内に高温用ケーブル本体３２を貫通させ、前記金属製円盤部材５４を同金属製プローブパイプ３１の先端部の（ターミナルヘッド５０とは反対側の）内周側壁に溶接により固定する。
【００３９】
次いで、センサユニット２０のコネクタ２５の電気接触子２５ａに、コネクタ３６の電気接触子３６ａを挿入して接続する。その後、フィルタユニット４０とセンサユニット２０とをチューブ継手４１により固定し、同センサユニット２０の先端部をフィルタ４２に当接させるとともに、校正ガスパイプ４４と校正ガスパイプ３１ａとを接続する。以上により、ガス分析装置１０が完成する。
【００４０】
次に、上記実施形態における末端部材３３の気密性に関する実験結果について説明する。下記の表１は実験に使用した末端部材３３の各部材の材料を示している。下記表２は、ガラス３３ｄと金属製パイプ３３ａとの材料の各組み合わせに対して行った気密性に関する実験の結果である。この実験では、末端部材３３を電気炉内に配置し、温度を５０℃から６００℃まで１時間で変化させ、次いで６００℃の状態を３時間維持し、その後電気炉を停止して５０℃まで低下させる温度サイクルを１サイクルとし、同サイクルを５０回繰り返した後に、気密性の良否について判定を実施した。気密性の良否判定は、末端部材３３に大気圧よりも１００ｋＰａだけ高い圧力の空気を末端部材３３のガラス３３ｄにより閉塞された側（薄肉部３３ａ２側）端部開口から加え、反対側（厚肉部３３ａ１側）の端部開口でのリーク量をせっけん膜流量計により測定し、このリーク量が０．１ｃｃ／分以下であれば気密性は良好、同リーク量が０．１ｃｃ／分より大きいと気密性は不良であるとすることにより行った。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
上記表２から理解されるように、ガラス３３ｄが表１に示したガラスＡ、又はガラスＢの何れであっても、金属製パイプ３３ａを同表１に示した金属製パイプＢ（即ち、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０）とすれば、気密性が良好に維持された。換言すると、ガラス３３ｄと金属製パイプ３３ａとの熱膨張係数の差が5.0×10^-6／℃以下の場合に、気密性が良好に維持されることが判明した。
【００４４】
そこで、金属製パイプ３３ａを金属製パイプＢとして、ガラス３３ｄと金属素線３３ｂとの組み合わせを変更して上記と同様の気密性の実験を行った。その結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】

【００４６】
上記表３から理解されるように、気密性が良好に維持された組み合わせは、ガラスＡと金属素線Ｄ、ガラスＢと金属素線Ｃ、及びガラスＢと金属素線Ｄの各組み合わせであった。即ち、ガラスＡ，Ｂに拘らず、金属素線３３ｂが金属素線Ｄであれば（金属素線３３ｂがＴｉで形成されていれば）、気密性が良好に維持されることが判明した。また、ガラス３３ｄにガラスＢを使用した場合には、金属素線３３ｂとして金属素線Ｃ（即ち、Ｐｔ）を使用しても気密性が良好に維持され得ることが判明した。換言すると、金属素線３３ｂとガラス３３ｄとの熱膨張係数の差が2.9×10^-6／℃以下の場合に、気密性が良好に維持されることが判明した。以上のことから、金属製パイプ３３ａは熱膨張係数が小さいＳＵＳ４３０が好適であり、金属素線３３ｂには熱膨張係数が小さいＴｉが最も好適で、次にＰｔが好適であることが解った。
【００４７】
以上、説明したように、本発明の実施形態によれば、ガス検出素子を含むセンサユニット等が接続され高温雰囲気中に配設される高温用ケーブルの端部が、７５０℃〜１０５０℃という高い結晶化温度の結晶化ガラス３３ｄにより封止されているから（即ち、封着ガラス３３ｄで密閉されているから）、より高温の環境下で使用し得る高温用ケーブルが提供された。また、末端部材３３は高温用ケーブルの全体に対して極めて小さいので、炉内にてガラス３３ｄを容易に結晶化（焼成）することができる。また、末端部材３３において、結晶化ガラス３３ｄを使用しているから、同ガラス３３ｄにクラックが生じ難く、耐久性の高い高温用ケーブルが提供された。
【００４８】
更に、前記ガラス３３ｄと接触する金属製パイプ３３ａには、同ガラス３３ｄとの熱膨張係数差が小さく、しかも防錆性に優れたフェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０を採用したこと、及び、前記ガラス３３ｄと接触する金属素線は同ガラス３３ｄと熱膨張係数差の小さいＴｉを採用したことにより、環境温度が上下変動した場合にも気密性が良好に維持され得る高温用ケーブルが提供された。更に、末端部材３３内であっても、ガラス３３ｄが存在しない空間（即ち、厚肉部３３ａ１の内部）に位置する金属素線３３ｂ１はＴｉに比べて安価なＮｉにより形成しているから、同末端部材３３の製造コストを抑制することもできた。
【００４９】
以上、本発明による高温用ケーブルの一実施形態について説明してきたが、本発明は同実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、金属製パイプ３２ａ、３３ａ、３４ａ内に充填される粉末状絶縁物はＭｇＯである必要はなく、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等であってもよい。また、ガラス３３ｄの成分、及び金属素線３３ｂの金属は、上述したもの以外のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高温用ケーブルが適用されたガス分析装置の全体構成図である。
【図２】図１に示したセンサユニットの拡大断面図である。
【図３】図１に示した高温用ケーブルとターミナルヘッドの全体構成図である。
【図４】図１に示したガス分析装置の高温用ケーブル本体の先端部、末端部材、及び接続部材の拡大断面図である。
【図５】図１に示したプローブユニットの先端部、センサユニット、及びフィルタユニットの拡大断面図である。
【図６】末端部材の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１０…ガス分析装置、２０…センサユニット、２１…ガスセンサ素子、２１ｂ…ガス検出部、２２…円筒形碍管、２３…ガスセンサ保護用金属製パイプ、２６…ガラス、３０…プローブユニット、３１…金属製プローブパイプ、３２…高温用ケーブル本体、３２ａ…金属製パイプ、３２ｂ…金属素線、３２ｃ…粉末状無機絶縁物、３３…末端部材、３３ａ…金属製パイプ、３３ａ１…厚肉部、３３ａ２…薄肉部、３３ｂ…金属素線、３３ｂ１…Ｎｉからなる金属素線、３３ｂ２…Ｔｉからなる金属素線、３３ｃ…板体、３３ｄ…結晶化ガラス（封止ガラス）、３４…接続部材、３４ａ…金属製パイプ、３５…金属素線、４０…フィルタユニット、５０…ターミナルヘッド。

Claims

第１のパイプと金属素線とを有し、同第１のパイプ内を同金属素線が貫通するとともに同第１のパイプと同金属素線との間の空間に無機絶縁物が充填されてなる高温用ケーブル本体と、
両端が開放するとともにフェライト系ステンレスからなる第２のパイプ、絶縁材料からなり同第２のパイプの断面の内側形状と略同一の外周形状を有するとともに金属素線の貫通孔が形成された板体、及び同貫通孔を貫通する金属素線を有し、同第２のパイプの内部に同板体を挿入することで同板体により同第２のパイプ内を二つの空間に分割し、同分割された空間うちの一つの空間を結晶化ガラスにより気密に閉塞してなる末端部材と、
両端が開放した第３のパイプとを備え、
前記第２のパイプの前記分割された空間のうちの他の空間と、前記第１のパイプの一つの端部との間に密閉空間を形成するように、前記第３のパイプの一つの端部と前記第１のパイプとを気密に接合し、且つ、前記第３のパイプの他の端部と前記第２のパイプとを気密に接合するとともに、同第３のパイプ内において前記高温用ケーブル本体の金属素線の一つの端部と前記末端部材の金属素線の一つの端部とを接合し、
前記第２のパイプの前記分割された空間のうちの他の空間及び前記第３のパイプ内の空間は、無機絶縁物が充填され、
前記結晶化ガラスと前記第２のパイプとの熱膨張係数の差が５．０×１０ ^−６／℃以下であり、
前記第２のパイプ内の金属素線の前記結晶化ガラスと接触する部分と同結晶化ガラスとの熱膨張係数の差が２．９×１０ ^−６／℃以下である高温用ケーブル。
請求項１に記載の高温用ケーブルにおいて、
前記結晶化ガラスは、その結晶化温度が７５０℃以上のガラスである高温用ケーブル。
請求項１又は請求項２に記載の高温用ケーブルにおいて、
前記第２のパイプ内の金属素線の前記結晶化ガラスと接触する部分はＴｉからなる高温用ケーブル。