JP4853235B2 - 測温センサ - Google Patents

Description

本発明は、金属シース内に熱電対や測温抵抗体等の測温素子を収容したシース測温体と該シース測温体を収容する保護管とより構成される測温センサに係わり、特にシース測温体の点検、交換が容易となる測温センサに関する。

この種の保護管付きの測温センサとしては、たとえば、一端が閉じた黒鉛製保護管の開口端に、一端にフランジを設けた金属製保護管の他端を螺合して一体とした保護管の外周を、さらに金属製保護管で保護し、前記一体とした保護管内にシース熱電対を挿入固定してなる炉内温度連続測温センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。

この測温センサは、４本のシース熱電対を保護管内に一括収納し、 これを一端を黒鉛栓で螺嵌して閉じた黒鉛製保護管と、一端にフランジを設けた保護管を螺合して一体とした保護管内に挿入し、空隙に黒鉛ペーストと MgO粉末の混合物を充填して固定した。さらに、黒鉛製保護管と保護管を螺合して一体とした保護管の外周を、鉄製保護管で保護し、空隙に黒鉛ペーストと MgO粉末の混合物を充填して固定した。鉄製保護管の他端を保護管に設けたフランジに溶接固定して、温度センサ自体の剛性を高めたものである。したがって、装着されたシース熱電対を点検や交換のために脱着するためには、溶接固定されている鉄製保護管との接続を外し、さらに黒鉛製保護管と保護管との螺合を解除し、シース熱電対を取り出すといった非常に困難な作業が必要となる。

これに対し、シース熱電対の脱着性を考慮した測温センサとして、端子板を備えたリード線コネクタと、端子板と結線されるシース測温体と、リード線コネクタに固着されシース測温体の上側部を保持囲繞する筒状アダプタとを備え、該筒状アダプタを介して被測温体に取付けられる構成の測温センサであり、筒状アダプタが、被測温体取付け側とシース測温体取付け側とにワンタッチ式カプラで分割可能とされている測温センサが提案されている（たとえば、特許文献２参照。）。

しかし、特許文献２の測温センサは、筒状アダプタとワンタッチ式カプラといった複雑な構造を有する部品が必要となり、コスト上昇の要因となるとともに、構造上、ワンタッチ式カプラにより取り外した熱電対組立て体から、筒状アダプタに上方から挿入しばね押えにより固定されているシース測温体をさらに脱着する必要があり、作業性の向上にも限界がある。

特開平０９−１８９６１６号公報 特開平０７−３３３０７１号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、簡単且つ低コストな構造でありつつ、保護管からシース熱電対を容易に脱着できる保護管付き測温センサを提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、金属シース内に測温素子を収容してなるシース測温体と、該シース測温体を収容する保護管とより構成される測温センサであって、前記保護管の基端部を受け入れて該基端部の外周面に密着する大径コイル領域と、前記シース測温体の金属シース外周面に密着する小径コイル領域とを両端に有するコイルスプリング部材により、前記保護管の基端側に前記金属シース外周面を取り付けてなることを特徴とする測温センサを構成した。

ここで、前記コイルスプリング部材は、大径コイル領域と小径コイル領域の間に該大径コイル領域から小径コイル領域に向けて次第に縮径するテーパーコイル領域を設けたものが好ましい。

そして、前記保護管の基端部に前記コイルスプリング部材をその大径コイル領域開口端からテーパーコイル領域との境界位置まで差し込んで当該大径コイル領域の内面に密着保持させるとともに、前記シース測温体を前記小径コイル領域開口端から挿通して金属シース外周面の所定位置に前記小径コイル領域を密着させて取り付けられる。

また、前記金属シース外周面における前記小径コイル領域が密着される所定部位に凸部を設け、該凸部の上に乗り上げることにより前記小径コイル領域と金属シースが軸方向に互いに係止されるものが好ましい。

また、前記凸部は、前記金属シースの所定部位をかしめて張り出し変形させて構成できる。

以上にしてなる本願発明に係る測温センサによれば、保護管の基端部を受け入れて該基端部の外周面に密着する大径コイル領域と、前記シース測温体の金属シース外周面に密着する小径コイル領域とを両端に有するコイルスプリング部材により、前記保護管の基端側を前記金属シース外周面に取り付けてなる簡単な構造で、部品点数も少なく、低コストに構成できるとともに、シース測温体を点検又は交換する際には、たとえばコイルスプリング部材を保護管の基端部に装着させたままシース測温体のみ取り外し、あるいはコイルスプリング部材とともにシース測温体を取り外し、点検あるいは新しいシース測温体に容易に交換することが可能となる。

また、コイルスプリング部材が、大径コイル領域と小径コイル領域の間に該大径コイル領域から小径コイル領域に向けて次第に縮径するテーパーコイル領域を設けたので、一本の線材を用いて容易に構成することができ、このテーパーコイル領域と大径コイル領域の境界位置まで保護管の基端部を差し込んで位置決めでき、確実に装着することが可能となる。

また、金属シース外周面における前記小径コイル領域が密着される所定部位に凸部を設け、該凸部の上に乗り上げることにより前記小径コイル領域と金属シースが軸方向に互いに係止されるものとしたので、シース熱電対を小径コイル領域内により確実に保持させることができる。また、位置決めも容易になる。

また、前記凸部は、前記金属シースの所定部位をかしめて張り出し変形させることにより容易に構成することができる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係る測温センサ１を示す説明図であり、図中符号２はシース測温体、３は保護管、４はコイルスプリング部材をそれぞれ示している。

本発明の測温センサ１は、金属シース２０の内部に熱電対や測温抵抗体等の測温素子を収容してなるシース測温体２と、該シース測温体２を収容する保護管３とより構成され、特に、コイルスプリング部材４により保護管３の基端部３０側を金属シース２０の外周面２０ｂに取り付けてなることを特徴とする。なお、本実施形態では、シース測温体２としてシース熱電対を構成した例について説明するが、白金抵抗体からなる測温抵抗体やその他の測温素子を用いることも勿論できる。

また、本例では、シース測温体２が基端側において接続部５によりリード線６に接続されているが、このような構造に何ら限定されず、たとえばスリーブ状の保護管で支持し、端子箱から延出した補償導線で測定器に接続される耐圧防爆型シース測温体や端子箱を介することなく脱着コネクタを設けたものなど、従来同様の種々の接続構造を採用できる。

シース測温体２としてのシース熱電対は、図２（ａ）の縦断面図に示すように、金属シース２０の内部に、温接点２１ａを備えた少なくとも一対の熱電対素線２１、２１およびこれら熱電対素線と金属シースとの隙間を埋める無機絶縁物２２を収容して構成されており、金属シース２０としては、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２２として、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２１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、とくに限定されるものではない。また、本例では、熱電対素線２１，２１を一対のみ収容したもの例示しているが、複数対内挿したものでも勿論よい。

保護管３は、シース測温体２を収容して測温対象である雰囲気ガスの腐食成分によるシース測温体２、とくに熱電対素線２１や測温抵抗体の腐食を防止したり、シース測温体の物理的破損を防止するものであり、従来から用いられているもの、例えば耐蝕性を備えたステンレス鋼製パイプなどを用いることができる。本例では、保護管３の先端側が封止されているが、先端を開放させたもの、さらにはシース測温体２の先端部を保護管３から突出させたものなど、従来からの種々の構造を広く採用できる。

そして、測温対象の装置壁面７などに形成された開口部に前記保護管３が溶接等で固定され、該保護管３の内部に、基端側がコイルスプリング部材４を介して保護管３の基端部３０に支持された状態で、シース測温体２が装着される。

コイルスプリング部材４は、金属製のスプリング材からなり、両端側にそれぞれ大径コイル領域４０および小径コイル領域４１を備え、これら大径コイル領域４０および小径コイル領域４１の間には、該大径コイル領域４０から小径コイル領域４１に向けて次第に縮径するテーパーコイル領域４２が設けられている。なお、本例では大径コイル領域４０および小径コイル領域４１の各領域内において、それぞれコイル径を同径としているが、各領域内で一部縮径させたり、先端側に向けてわずかにテーパー状に縮径させたものなど、抜け落ちを防止するための異径部を設けることも好ましい。

大径コイル領域４０は、保護管３が挿着される領域であり、保護管３の外径より僅かに小さい内径を有し、該保護管３の基端部３０を受け入れることにより、当該領域のスプリングの締め付け力により基端部３０の外周面３０ｂに密着する。また、小径コイル領域４１は、シース測温体２の外周面に装着される領域であり、該シース測温体２の金属シース外径より僅かに小さい内径を有し、同じくスプリング締め付け力により該金属シース外周面２０ｂに密着する。大径コイル領域４０と保護管３との着脱時、小径コイル領域４１とシース測温体２との着脱時には、それぞれ各領域のスプリングが開く方向に捻じることで容易に着脱可能である。

そして、このコイルスプリング部材４を用いたシース測温体２と保護管３の装着は、まず保護管３の基端部３０を大径コイル領域４０の開口端４０ａからテーパーコイル領域４２との境界位置まで差し込むことにより、該基端部３０にコイルスプリング部材４を取り付けた後、シース測温体２を小径コイル領域４１の開口端４１ａから挿通し、金属シース外周面２０ｂの所定位置に前記小径コイル領域４１を密着させることにより、該コイルスプリング部材４で支持された状態にシース測温体２を保護管３の内部に収容保持させることができる。勿論、コイルスプリング部材４を予めシース測温体２の所定部に装着しておき、そのまま保護管３に挿入してゆき大径コイル領域４０を基端部３０に装着することで保持させるようにしてもよい。

そして、シース測温体を点検又は交換する際には、コイルスプリング部材４を基端部３０に装着させたままシース測温体２のみ取り外し、あるいはコイルスプリング部材４とともにシース測温体２を取り外し、点検あるいは新しいシース測温体に容易に交換することが可能となる。

図２（ｂ）に示すように、金属シース外周面２０ｂにおける前記小径コイル領域４１が密着される所定部位には凸部２３が設けられ、該凸部２３の上に小径コイル領域４１が乗り上げることにより、該小径コイル領域４１と金属シース２０とが互いに軸方向に確実に係止され、シース測温体２はコイルスプリング部材４の小径コイル領域４１内に安定した状態に保持される。とくに本例のように、下方に向けてシース測温体２を装着する場合にも、小径コイル領域４１内からのずれ落ちを防止でき、先端の温接点２１ａを所定の位置に確保することができる。なお、本発明はこのような凸部を設けるものになんら限定されず、大径コイル領域４０が装着される保護管基端部３０に設けてもよい。

凸部２３は、金属シース２０の所定部位をかしめ、シース外周面を径方向に張り出し変形させることにより形成され、具体的には、たとえば図３（ｂ）に示すように、金属シース２０内に収納されている熱電対素線２１、２１の隣り合う方向にシース壁面を張り出し変形させることにより、シース外周面上に一対の凸部２３、２３が形成される。なお、その他の方法としてビーディング加工、異形加工、チューブハイドロフォーミング法などにより、パイプ成形時にあらかじめ金属シースに凸部を加工してもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明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。

本発明の代表的実施形態に係る測温センサを示す説明図。 （ａ）は同じく測温センサを示す縦断面図、（ｂ）は要部を示す縦断面図。 （ａ）は同じく測温センサを構成するシース測温体の要部を示す説明図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図。

符号の説明

１ 測温センサ
２ シース測温体
３ 保護管
４ コイルスプリング部材
５ 接続部
６ リード線
７ 壁面
２０ 金属シース
２０ｂ 外周面
２１ 熱電対素線
２１ａ 温接点
２２ 無機絶縁物
２３ 凸部
３０ 基端部
３０ｂ 外周面
４０ 大径コイル領域
４０ａ 開口端
４１ 小径コイル領域
４１ａ 開口端
４２ テーパーコイル領域

Claims (4)

1. 金属シース内に測温素子を収容してなるシース測温体と、該シース測温体を収容する保護管とより構成される測温センサであって、
   前記保護管の基端部を受け入れて該基端部の外周面に密着する大径コイル領域と、前記シース測温体の金属シース外周面に密着する小径コイル領域とを両端に有するコイルスプリング部材により、前記保護管の基端側に前記金属シース外周面を取り付けてなり、
   且つ、前記金属シース外周面における前記小径コイル領域が密着される所定部位に凸部を設け、該凸部の上に乗り上げることにより前記小径コイル領域と金属シースが軸方向に互いに係止される構造とし、
   これにより該シース測温体を、基端側がコイルスプリング部材を介して保護管の基端部に支持された状態に保護管内部に収納保持させてなることを特徴とする測温センサ。
2. 前記コイルスプリング部材が、大径コイル領域と小径コイル領域の間に、該大径コイル領域から小径コイル領域に向けて次第に縮径するテーパーコイル領域を設けてなる請求項１記載の測温センサ。
3. 前記保護管の基端部に前記コイルスプリング部材をその大径コイル領域開口端からテーパーコイル領域との境界位置まで差し込んで当該大径コイル領域の内面に密着保持させるとともに、前記シース測温体を前記小径コイル領域開口端から挿通して金属シース外周面の所定位置に前記小径コイル領域を密着させてなる請求項２記載の測温センサ。
4. 前記凸部が、前記金属シースの所定部位をかしめて張り出し変形させてなる請求項１記載の測温センサ。
   

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