JP4698190B2 - 測温装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被測温体に形成された有底の測温孔にシース型温度センサーを挿入し、シース型温度センサーの先端を直接又は間接に測温孔の底部に当接せしめることにより温度を測定する測温装置において、測温孔の底部に対して直接又は間接に当接するシース型温度センサーの接触状態が良好であると共に、高温雰囲気下でのシース型温度センサーの熱膨張等を吸収することにより、好適な測温を可能ならしめ、更に、測温孔の内部に発生する高温ガスの漏出を防止することにより作業の安全性を確保できるようにした測温装置に関する。
例えば、樹脂成形用の金型や、各種の熱処理用の炉や、その他、温度管理を必要とする装置における部材（総称して「被測温体」という。）は、外部から内側に向けて有底の測温孔を形成しており、該測温孔にシース熱電対を挿入することにより、温度測定が行われている。
特開２０００−１８６９６６公報 特開２００１−３３４３４９公報
被測温体の温度を正確に測定するためには、シース熱電対の先端を測温孔の底部に対して直接又は間接に当接せしめることが必要である。例えば、シース熱電対を先端閉塞状の保護管に挿入し、該保護管を測温孔に挿入するタイプの測温装置においては、シース熱電対の先端を保護管の先端閉塞部に当接すると共に、該保護管の先端を測温孔の底部に当接しており、これによりシース熱電対の先端を測温孔の底部に間接的に当接せしめている。また、シース熱電対をそのまま挿入孔に挿入するタイプの測温装置においては、シース熱電対の先端を測温孔の底部に直接的に当接せしめている。
ところで、シース熱電対の先端を挿入孔の底部に直接又は間接に当接せしめ、尾端を挿入孔の外部で取付け固定する場合、シース熱電対は両端を拘束されるので、高温雰囲気下で軸方向に熱膨張すると破損してしまう問題がある。一方、測温孔の底部に対して直接又は間接に当接したはずのシース熱電対の先端が接触不良のため隙間を生じていると、正確な温度測定が行えないという問題がある。
この点に関して、本出願人は、先に、シース熱電対を先端方向に弾発付勢するコイルスプリングを設けた測温装置を提案した（特開２００１−３３４３４９公報）。これによれば、シース熱電対は、先端を測温孔の底部に弾接されるので、接触不良を生じることはない。また、シース熱電対が軸方向に熱膨張したときでも、コイルスプリングを圧縮せしめることにより、膨張を吸収することができるので、破損することはない。
然しながら、前記提案に係る測温装置は、コイルスプリングを測温孔の内部に配置する構成であるため、高温雰囲気下における該スプリングの劣化を避けることができず、測温装置を繰返し使用するに際し、該スプリングを取り替えなければならない。
更に、被測温体が高温に維持される装置においては、測温孔の内部に高温ガスが発生するが、前記提案に係る測温装置では、高温ガスが外部に向けて自由に漏出するので、メンテナンス等に際して危険な作業を強いられるという問題がある。
本発明は、測温孔の底部に対して直接又は間接に当接するシース型温度センサーの接触状態が良好であると共に、高温雰囲気下でのシース型温度センサーの熱膨張等を吸収することにより、好適な測温を可能ならしめ、更に、測温孔の内部に発生する高温ガスの漏出を防止することにより作業の安全性を確保できるようにした測温装置を提供するものであり、その手段として構成したところは、被測温体(25)に形成された有底の測温孔(26)にシース型温度センサー(1)を挿入し、シース型温度センサー(1)の先端を直接又は間接に測温孔(26)の底部(28)に当接せしめることにより温度を測定する装置において、ハウジング装置(7)と、該ハウジング装置(7)から先端方向に延びると共に先端(20a)を閉塞状とした保護管(20)を備え、前記ハウジング装置(7)にシース型温度センサー(1)の尾端近傍部を軸方向移動自在に挿入すると共にコイルスプリング(6)を介して先端方向に向けて弾発付勢し、前記ハウジング装置(7)の先端部と前記保護管(20)の尾端部にそれぞれコネクタ(12)(22)及び取付手段(13)(23)を設け、前記コネクタ(12)(13)を介してハウジング装置(7)と保護管(20)を相互に連結可能に構成することにより、前記ハウジング装置(7)に保護管(20)を連結した保護管付きの測温装置(P1)と、前記ハウジング装置(7)に保護管(20)を連結していない保護管なしの測温装置(P2)を選択的に構成可能としており、前記保護管付きの測温装置(P1)は、シース型温度センサー(1)の先端を保護管(20)の先端閉塞部(20a)に弾接させた状態で、前記保護管(20)の取付手段(23)を測温孔(26)に取付けることにより該保護管(20)の先端を測温孔(26)の底部(28)に当接し、前記保護管なしの測温装置(P2)は、前記ハウジング装置(7)の取付手段(13)を測温孔(26)に取付けることによりシース型温度センサー(1)の先端を測温孔(26)の底部(28)に弾接するように構成されて成る点にある。
本発明の好ましい実施形態において、前記シース型温度センサー(1)は、尾端近傍部に摺動スリーブ(2)を固着すると共に、該摺動スリーブ(2)よりも先端側の部位にバネ受部材(3)を固着し、前記ハウジング装置(7)は、前記摺動スリーブ(2)とバネ受部材(3)を含むシース型温度センサー(1)の尾端近傍部を軸方向に移動自在に挿通せしめる内室(10)を形成するシリンダ(8)と、前記内室(10)に設けられたコイルスプリング(6)と、前記シリンダ(8)の尾端部に着脱自在に取付けられ該シリンダ(8)の尾端開口部を気密的に閉鎖するシールキャップ(9)とを備え、前記シールキャップ(9)は、前記シース型温度センサー(1)の摺動スリーブ(2)を摺動自在に保持する摺動孔(15)を形成すると共に、該摺動孔(15)と摺動スリーブ(2)の間を気密的に保持するシールリング(17)を備え、該シールキャップ(9)と前記バネ受部材(3)の間に前記コイルスプリング(6)を介装せしめることによりシース型温度センサー(1)を先端方向に向けて弾発付勢するように構成されている。
前記摺動スリーブ(2)は、シース型温度センサー(1)のシースの外径よりも大径の筒体から成り、該筒体の内部に耐熱性の合成樹脂を充填し硬化させることにより、該筒体の内部でシース型温度センサー(1)の内部導線を絶縁保持すると共に、該摺動スリーブ(2)の尾端から外部導線(4)を導出させている。
本発明によれば、シース型温度センサー１を保護する先端閉塞状の保護管２０の尾端部に設けたコネクタ２２と、ハウジング装置７のシリンダ８の先端部に設けたコネクタ１２を、相互に着脱自在に連結するように構成しているので、保護管２０を介してシース型温度センサー１を測温孔２６に挿入するタイプの保護管付きの測温装置Ｐ１と、シース型温度センサー１をそのまま測温孔２６に挿入するタイプの保護管なしの測温装置Ｐ２との２つのタイプの測温装置を選択的に使用することができるという効果がある。そして、シース型温度センサー１がコイルスプリング６により先端方向に向けて弾発付勢されているので、測温孔２６の底部２８に対して直接又は間接に当接するシース型温度センサー１の接触状態が良好である。即ち、シース型温度センサー１を保護管２０により保護し、該保護管２０を被測温体２５の測温孔２６に挿入するタイプの保護管付きの測温装置Ｐ１においては、シース型温度センサー１の先端が保護管２０の先端閉塞部２０ａに弾接されるので、接触不良を生じることはない。また、シース型温度センサー１をそのまま被測温体２５の測温孔２６に挿入するタイプの保護管なしの測温装置Ｐ２においては、シース型温度センサー１の先端が測温孔２６の底部２８に弾接されるので、接触不良を生じることはない。そして、シース型温度センサー１は、ハウジング装置７により軸方向に移動自在に保持されているので、熱膨張等により破損することはない。即ち、シース型温度センサー１は、高温雰囲気下で熱膨張された場合、コイルスプリング６に抗して軸方向に退避することにより膨張を吸収する。
そして、本発明によれば、シース型温度センサー１を気密状態で軸方向に移動自在に保持するための機構と、退避可能に弾発付勢するための機構は、被測温体２５の外部に位置するシース型温度センサー１の尾端近傍部に設けられたハウジング装置７と、該ハウジング装置７に内装されたコイルスプリング６と、シールキャップ９に設けたシールリング１７により構成されており、被測温体２５の熱影響を受けないので、耐用性を満足することができ繰返し使用が可能である。
請求項２に記載の本発明によれば、測温孔２６の内部に発生する高温ガスの漏出を防止することが可能であり、メンテナンス等の作業の安全性を確保できるという効果がある。即ち、被測温体２５の測温孔２６は、筒手段２１（１１）により気密的に囲繞されているので、高温ガスが測温孔２６から外部に漏出ことはない。また、後述する測温装置Ｐ２のように、測温孔２６がハウジング装置７のシリンダ８に連通される場合でも、シリンダ８の尾端開口部はシールキャップ９により気密的に閉鎖されているので、測温孔２６の内部の高温ガスは、シリンダ８の内部に封入され、外部に漏出することはない。この際、シールキャップ９の摺動孔１５にはシールリング１７が設けられ、シース型温度センサー１の尾端近傍部に固着した摺動スリーブ２を摺動孔１５に摺動自在に挿入しているので、該摺動スリーブ２とシールリング１７の相互による気密シールが達せられ、気密性に優れると共に、滑らかな摺動が可能になる。
そして、上記構成に係る測温装置は、摺動スリーブ２とバネ受部材３を設けたシース型温度センサー１にコイルスプリング６を外挿した状態で、これらの部品を含むシース型温度センサー１をシリンダ８の内室１０に挿通せしめた後、該シリンダ８の尾端開口部をシールキャップ９により閉鎖するだけで簡単に組み立てることができるので、アセンブリが容易である。
更に、請求項３に記載の本発明によれば、摺動スリーブ２をシース型温度センサー１のシースの外径よりも大径の筒体により構成し、該筒体の内部に耐熱性の合成樹脂を充填し硬化させることにより、該筒体の内部でシース型温度センサー１の内部導線を絶縁保持することができ、該摺動スリーブ２の尾端から外部導線４を導出させることができるという効果がある。
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。
（シース型温度センサーの構成）
図１及び図２に示すように、シース型温度センサー１は、尾端近傍部に摺動スリーブ２を固着すると共に、該摺動スリーブ２よりも先端側の部位にバネ受部材３を固着している。シース型温度センサー１のそれ自体は、公知のものが使用される。例えば、先端閉塞状とされた金属製又はセラミック製の管体から成るシースの内部に熱電対を内装した「シース熱電対」や、前記と同様のシースの内部に内部導線及び測温用抵抗素子を内装した「シース測温抵抗体」を使用することができる。
摺動スリーブ２は、肉厚の薄い金属製又はセラミック製の筒体の内部に耐熱性の合成樹脂を充填し硬化させており、これにより内部導線（シース熱電対の場合は熱電対素線、シース測温抵抗体の場合は抵抗素子に接続された内部導線）が絶縁保持され、断線しないように固められている。図例の場合、該摺動スリーブ２の尾端から外部導線４が導出され、一端を摺動スリーブ２に固定された可撓性コイル５により外部導線４の外周を保持し保護している。尚、図示のように、摺動スリーブ２の外径は、シース型温度センサー１のシースの外径よりもやや大径に形成されている。
バネ受部材３は、金属製の環状体から成り、シース型温度センサー１のシースに外挿されると共に、溶接又はカシメ等により固着されている。
前記摺動スリーブ２にはコイルスプリング６が外挿され、該コイルスプリング６の一端はバネ受部材３に接支される。
（ハウジング装置の構成部品）
シース型温度センサー１の尾端近傍部を摺動自在に保持するハウジング装置７は、シリンダ８とシールキャップ９とから構成されている。
シリンダ８は、金属製の筒体により構成され、前記コイルスプリング６を外挿した摺動スリーブ２とバネ受部材３を含むシース型温度センサー１の尾端近傍部を軸方向に移動自在に挿通せしめる内室１０を形成している。シリンダ８の先端には金属製の筒手段１１が溶接等により固着され、該筒手段１１は、シリンダ８から同軸上で同心状に延長されたコネクタ１２を構成すると共に、取付手段１３を構成する。
シールキャップ９は、金属製の椀状体により構成され、前記シリンダ１０の尾端部に着脱自在に結合される筒状部１４と、前記摺動スリーブ２を摺動自在に保持する摺動孔１５を形成した円環部１６を備えており、摺動孔１５に凹溝を介してＯリング等から成るシールリング１７を備えている。
シールキャップ９の筒状部１４と、シリンダ８の尾端部は、相互に着脱自在なネジ手段１８ａ、１８ｂを設けており、螺着方向（締着方向）に対して次第に径を減じるテーパネジを形成することにより気密的に結合される気密結合手段を構成している。尚、図例の場合、シールキャップのネジ手段１８ａを雌ネジとし、ハウジングのネジ手段１８ｂを雄ネジとしているが、その反対となるように形成しても良い。また、このようなテーパネジにより気密結合手段を構成する他、螺着時に圧縮されるシールリングにより気密結合手段を構成しても良い。
（ハウジング装置の組立構成）
摺動スリーブ２からバネ受部材３にかけてコイルスプリング６を外挿した状態で、シース型温度センサー１をシリンダ８の内室１０に挿通せしめると共に、摺動スリーブ２をシールキャップ９の摺動孔１５に挿通せしめた後、前記ネジ手段１８ａ、１８ｂを介してシリンダ８の尾端開口部をシールキャップ９により閉鎖すると、図２に示すようにハウジング装置７が組み立てられる。
この状態で、コイルスプリング６は、バネ受部材３とシールキャップ９の円環部１６との間に圧縮状態で介装されているので、シース型温度センサー１が先端方向Ｆに向けて弾発付勢される。尚、図示の状態においては、シリンダ８の内室１０に臨む筒手段１１のストッパ部１９に対してバネ受部材３が当接し、シース型温度センサー１の先端方向への跳び出しを阻止している。
そこで、シース型温度センサー１は、コイルスプリング６に抗して尾端方向Ｒに向けて移動自在であり、その際、摺動スリーブ２が摺動孔１５のシールリング１７に密着した状態で滑らかに摺動する。
（保護管の構成）
図１及び図２に示すように、保護管２０は、先端２０ａを閉塞状とした金属製の管体から構成され、尾端に金属製の筒手段２１が溶接等により固着され、該筒手段２１は、保護管２０から同軸上で同心状に延長されたコネクタ２２を構成すると共に、取付手段２３を構成する。
保護管２０は、ハウジング装置７の筒手段１１に対してコネクタ１２、２２を介して着脱自在に連結可能とされている。このため、ハウジング装置７のコネクタ１２と、保護管２０のコネクタ２２は、相互に着脱自在なネジ手段２４ａ、２４ｂを設けており、螺着方向（締着方向）に対して次第に径を減じるテーパネジを形成することにより気密的に結合される気密結合手段を構成している。尚、図例の場合、コネクタ１２のネジ手段２４ａを雄ネジとし、コネクタ２２のネジ手段２４ｂを雌ネジとしているが、その反対となるように形成しても良い。また、このようなテーパネジにより気密結合手段を構成する他、螺着時に圧縮されるシールリングにより気密結合手段を構成しても良い。
（本発明の第１実施形態）
図３に示す本発明の第１実施形態において、ハウジング装置７の先端に保護管２０が取付けた測温装置Ｐ１が提供される。前述のように、保護管２０に固着した筒手段２１のコネクタ２２をハウジング装置７における筒手段１１のコネクタ１２に連結することにより、保護管２０がハウジング装置７の同軸上で同心状に延長される。ハウジング装置７から先端方向に延びるシース型温度センサー１は、保護管２０に挿入され、コイルスプリング６の弾発付勢力により、シース型温度センサー１の先端を保護管２０の先端閉塞部２０ａに弾接している。
そこで、被測温体２５に形成された有底の測温孔２６に保護管２０が挿入される。筒手段２１に設けられた取付手段２３は、図例の場合、雄ネジ２７ａを構成しており、測温孔２６に形成された雌ネジに螺着され、保護管２０の先端が測温孔２６の底部２８に当接するまで螺入される。この際、相互に螺着される雄ネジ２７ａと雌ネジは、螺着方向（締着方向）に対して次第に径を減じるテーパネジを形成することにより気密的に結合される気密結合手段を構成している。
測温中、被測温体２５の熱が保護管２０を介してシース型温度センサー１に伝達され、シース型温度センサー１の軸方向の熱膨張を生じるが、シース型温度センサー１は、先端を保護管２０の先端閉塞部２０ａに当接したままコイルスプリング６に抗して尾端方向Ｒに退避自在とされているので、膨張を好適に吸収する。また、測温孔２６の内部に生じた高温ガスは、筒手段２１と測温孔２６の間が気密保持されているので、外部に漏出することはない。因みに、コイルスプリング６及びシールリング１７を有するハウジング装置７は、被測温体２５の外部に配置されているので、熱影響から解放されている。
（本発明の第２実施形態）
図４に示す本発明の第２実施形態において、ハウジング装置７の先端に保護管２０が取付けない状態で使用される、即ち、ハウジング装置７から先端方向にシース型温度センサー１がそのまま裸状態で延びた測温装置Ｐ２が提供される。
ハウジング装置７の筒手段１１に設けられた取付手段１３は、図例の場合、雄ネジ２９ａを構成しており、測温孔２６に形成された雌ネジに螺着される。この際、相互に螺着される雄ネジ２９ａと雌ネジは、螺着方向（締着方向）に対して次第に径を減じるテーパネジを形成することにより気密的に結合される気密結合手段を構成している。シース型温度センサー１は、コイルスプリング６により先端方向に向けて弾発付勢されており、先端を測温孔２６の底部２８に弾接される。
測温中、被測温体２５の熱がシース型温度センサー１に伝達され、シース型温度センサー１の軸方向の熱膨張を生じるが、シース型温度センサー１は、先端を測温孔２６の底部２８に当接したままコイルスプリング６に抗して尾端方向Ｒに退避自在とされているので、膨張を好適に吸収する。測温孔２６の内部に生じた高温ガスは、筒手段１１測温孔２６の間が気密保持されているので、外部に漏出することはない。該筒手段１１の内部からシリンダ８に進入する高温ガスは、シリンダ８とシールキャップ９の間をテーパネジ手段１８ａ、１８ｂにより気密保持され、シールキャップ９と摺動スリーブ２の間をシールリング１７により気密保持されているので、内室１０から外部に漏出することはない。因みに、コイルスプリング６及びシールリング１７を有するハウジング装置７は、被測温体２５の外部に配置されているので、熱影響から解放されている。
（取付手段の変形実施例）
図５は、取付手段の変形実施例を示しており、図５（Ａ）は、上記測温装置Ｐ１における取付手段２３の変形実施例を示し、図５（Ｂ）は上記測温装置Ｐ２における取付手段１３の変形実施例を示しいる。
図５（Ａ）に示すように、ハウジング装置７に保護管２０を組み付けた測温装置Ｐ１の場合、取付手段２３は、筒手段２１に設けたフランジ２７ｂにより構成し、該フランジ２７ｂをボルト等の固着手段３０により被測温体２５の外面に固着するように構成することができる。
図５（Ｂ）に示すように、保護管を設けない測温装置Ｐ２の場合、取付手段１３は、筒手段１１に設けたフランジ２９ｂにより構成し、該フランジ２９ｂをボルト等の固着手段３０により被測温体２５の外面に固着するように構成することができる。
本発明の１実施形態に係る測温装置を分解状態で示す断面図である。 本発明の１実施形態に係る測温装置を示し、ハウジング装置を組み立て、保護管を分離した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る測温装置の使用状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る測温装置の使用状態を示す断面図である。 本発明の実施形態における取付手段の変形実施例を示しており、（Ａ）は第１実施形態に係る測温装置における取付手段の変形例を示す断面図、（Ｂ）は第２実施形態に係る測温装置における取付手段の変形例を示す断面図である。
符号の説明
１ シース型温度センサー
２ 摺動スリーブ
３ バネ受部材
６ コイルスプリング
７ ハウジング装置
８ シリンダ
９ シールキャップ
１０ 内室
１１ 筒手段
１２ コネクタ
１３ 取付手段
１５ 摺動孔
１７ シールリング
２０ 保護管
２１ 筒手段
２２ コネクタ
２３ 取付手段
２５ 被測温体
２６ 測温孔

Claims (3)

  1. 被測温体(25)に形成された有底の測温孔(26)にシース型温度センサー(1)を挿入し、シース型温度センサー(1)の先端を直接又は間接に測温孔(26)の底部(28)に当接せしめることにより温度を測定する装置において、
    ハウジング装置(7)と、該ハウジング装置(7)から先端方向に延びると共に先端(20a)を閉塞状とした保護管(20)を備え、前記ハウジング装置(7)にシース型温度センサー(1)の尾端近傍部を軸方向移動自在に挿入すると共にコイルスプリング(6)を介して先端方向に向けて弾発付勢し、
    前記ハウジング装置(7)の先端部と前記保護管(20)の尾端部にそれぞれコネクタ(12)(22)及び取付手段(13)(23)を設け、前記コネクタ(12)(13)を介してハウジング装置(7)と保護管(20)を相互に連結可能に構成することにより、前記ハウジング装置(7)に保護管(20)を連結した保護管付きの測温装置(P1)と、前記ハウジング装置(7)に保護管(20)を連結していない保護管なしの測温装置(P2)を選択的に構成可能としており、
    前記保護管付きの測温装置(P1)は、シース型温度センサー(1)の先端を保護管(20)の先端閉塞部(20a)に弾接させた状態で、前記保護管(20)の取付手段(23)を測温孔(26)に取付けることにより該保護管(20)の先端を測温孔(26)の底部(28)に当接し、
    前記保護管なしの測温装置(P2)は、前記ハウジング装置(7)の取付手段(13)を測温孔(26)に取付けることによりシース型温度センサー(1)の先端を測温孔(26)の底部(28)に弾接するように構成されて成ることを特徴とする測温装置。
  2. 前記シース型温度センサー(1)は、尾端近傍部に摺動スリーブ(2)を固着すると共に、該摺動スリーブ(2)よりも先端側の部位にバネ受部材(3)を固着し、
    前記ハウジング装置(7)は、前記摺動スリーブ(2)とバネ受部材(3)を含むシース型温度センサー(1)の尾端近傍部を軸方向に移動自在に挿通せしめる内室(10)を形成するシリンダ(8)と、前記内室(10)に設けられたコイルスプリング(6)と、前記シリンダ(8)の尾端部に着脱自在に取付けられ該シリンダ(8)の尾端開口部を気密的に閉鎖するシールキャップ(9)とを備え、
    前記シールキャップ(9)は、前記シース型温度センサー(1)の摺動スリーブ(2)を摺動自在に保持する摺動孔(15)を形成すると共に、該摺動孔(15)と摺動スリーブ(2)の間を気密的に保持するシールリング(17)を備え、該シールキャップ(9)と前記バネ受部材(3)の間に前記コイルスプリング(6)を介装せしめることによりシース型温度センサー(1)を先端方向に向けて弾発付勢するように構成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の測温装置。
  3. 前記摺動スリーブ(2)は、シース型温度センサー(1)のシースの外径よりも大径の筒体から成り、該筒体の内部に耐熱性の合成樹脂を充填し硬化させることにより、該筒体の内部でシース型温度センサー(1)の内部導線を絶縁保持すると共に、該摺動スリーブ(2)の尾端から外部導線(4)を導出させて成ることを特徴とする請求項２に記載の測温装置。
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