JP5669262B2 - センサー及びセンサー用接着剤 - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物の温度や歪み等を計測するセンサー及びセンサー用接着剤に関し、特に、高温の測定対象物に接着剤を介して取り付けられるセンサー、及び該センサーを前記高温の測定対象物に取り付けるために使用されるセンサー用接着剤に関するものである。
従来、例えば原子発電所の配管等、高温の測定対象物の温度、歪み、振動等を計測するためにセンサーが使用されている（例えば、特許文献１又は２参照）。そして、この種のセンサーは、センサーに直接、接着剤を塗布することにより、前記高温の測定対象物に取り付けられるのが一般的である。
特開２００１−２９６１１０号公報 特表２００８−５３４９８２号公報
しかしながら、上記した従来のセンサーは可撓性を有しているため、センサーと測定対象物との間に接着剤を均一の厚さで塗布するのが難しく、接着剤の接着力を均一に保つことができないといった問題があった。
さらに、センサー、接着剤、及び測定対象物の線膨張係数がそれぞれ異なるため、測定対象物の温度上昇に伴い、測定対象物と接着剤の間や接着剤とセンサーの間で、熱膨張差による接着剤の剥離現象が生じるおそれがあるといった問題もあった。
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、センサーと測定対象物との間の接着剤の厚さを均一に保持し、接着剤の接着力を均一に保つと共に、測定対象物と接着剤の間や接着剤とセンサーの間で、熱膨張差による接着剤の剥離現象が生じるのを防止することのできるセンサー及びセンサー用接着剤を提供することを目的とするものである。
上記した目的を達成するため、本発明は、高温の測定対象物に接着剤を介して取り付けられるセンサーであって、検知部を有するセンサー本体と、該センサー本体をモールドで一体成形して形成されるブロック体と、を備え、該ブロック体は前記接着剤と同一のセラミック系接着剤から構成され、前記ブロック体の前記測定対象物側には前記接着剤の接着面が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係るセンサーにおいて、前記センサー本体は、縦糸に略直交するように横糸が織り込まれて形成された織物を備え、該織物の縦糸と横糸のうちの少なくともいずれか一方の繊維に光ファイバーが含まれていることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記センサーを前記高温の測定対象物に取り付けるために使用されるセンサー用接着剤であって、複数の接着材料を積層することにより構成され、該各層の接着材料は、前記測定対象物の線膨張係数と前記ブロック体の線膨張係数の間の異なる線膨張係数をそれぞれ有し、前記ブロック体の接着面側には前記ブロック体と同一の線膨張係数を有する接着材料が配置されると共に、前記測定対象物に近接するに従って前記接着材料の線膨張係数が次第に前記測定対象物の線膨張係数に近づくように前記接着材料が積層されることを特徴とする。
本発明によれば、センサーと測定対象物との間の接着剤の厚さを均一に保持し、接着剤の接着力を均一に保つことができる。
また、測定対象物と接着剤の間や接着剤とセンサーの間で、熱膨張差による接着剤の剥離現象が生じるのを防止することができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
本発明の実施の形態に係るセンサー及びセンサー用接着剤を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るセンサーに使用するセンサー本体を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るセンサー用接着剤の変形例を示す斜視図である。 図３のＡ矢視図である。 本発明の実施の形態に係るセンサー用接着剤の接着材料を示す側面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るセンサー及びセンサー用接着剤について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係るセンサー及びセンサー用接着剤を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態に係るセンサーに使用するセンサー本体を示す平面図である。
図１に示すように、本実施の形態に係るセンサー１０は、帯状のセンサー本体１１と、センサー本体１１の所定箇所に設けられるブロック体１２と、を備え、最高６５０℃程度の温度となる原子発電所の高速炉プラントの特殊なステンレス配管や機器等の高温の測定対象物１３に対してブロック体１２に接着された接着剤１４を介して取り付けられるようになっている。
センサー本体１１は、図２に示すように、縦糸１５に略直交するように横糸１６が織り込まれて形成された織物１７を備えている。この織物１７の縦糸１５は繊維束を形成しており、この一つの繊維束は１本の光ファイバー１８を含み、例えば、１本の光ファイバー１８と９９本のガラス繊維により形成されている。なお、縦糸１５及び横糸１６は、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維の他、ナイロン、ビニロン、ポリエステル等の合成繊維を使用することができるが、光ファイバー１８の保護のためには、光ファイバー１８より引っ張り強度の大きい高強度繊維を使用するのが好ましい。また、光ファイバー１８は縦糸１５だけでなく、横糸１６にも含めたりする等、縦糸１５と横糸１６のうちの少なくともいずれか一方の繊維に含まれていればよい。さらに、縦糸１５をガラス繊維、横糸１６を炭素繊維とするように縦糸１５と横糸１６の材質を変えたり、或いは、縦糸１５や横糸１６に複数の種類の繊維を混合したりする等、異種の繊維の組合せも可能である。
光ファイバー１８は、本実施の形態の場合、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサーとして機能する。このＦＢＧセンサーは、光ファイバー１８のコアに紫外線を照射することにより複数の検知部（図示省略）が形成された公知のセンサーであり、これらの検知部において反射する光の波長の変化を利用して測定対象物１３の歪み、圧力、温度等を計測するものである。
また、センサー本体１１には、予め着色を付したり、記号等をプリントしたりして、ブロック体１２の取り付け位置や前記検知部の位置を識別するための印（図示省略）を設けておくのが好ましく、これにより、ブロック体１２の測定対象物１３への取り付け位置や前記検知部による測定対象物１３の計測位置に確実にブロック体１２や前記検知部を設けることができるため、センサー１０の計測精度をさらに高めることができる。
ブロック体１２は、接着剤１４と同一のセラミック系接着剤を固化することにより扁平な直方体形状に形成され、センサー本体１１をモールドで一体成形して形成されている。また、ブロック体１２の測定対象物１３側には、接着される高温の測定対象物１３の表面形状に合致するように接着面１２ａが形成されている。
接着剤１４は、セラミック系接着剤であり、固化するとセラミックス状になる性質を有している。そして、ブロック体１２の接着面１２ａに接着剤１４が接着されることによりセンサー１０が高温の測定対象物１３の所定位置に固定され、このセンサー１０のよって測定対象物１３の温度、歪み、振動等が計測される。
なお、接着剤１４は、図３及び図４に示すように、３種類の接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃを積層することにより構成されていてもよい。この場合、各３層の接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、測定対象物１３の線膨張係数とブロック体１２の線膨張係数の間の異なる線膨張係数をそれぞれ有している、そして、ブロック体１２の接着面１２ａ側にはブロック体１２と同一の線膨張係数を有する第１の接着材料１４ａが配置されると共に、測定対象物１３に近接するに従って接着材料１４ｂ，１４ｃの線膨張係数が次第に測定対象物１３の線膨張係数に近づくように第２の接着材料１４ｂ及び第３の接着材料１４ｃが積層される。
具体的には、例えば、測定対象物１３がステンレス製の配管であると仮定した場合、第１の接着材料１４ａの線膨張係数を８×１０−６、第２の接着材料１４ｂの線膨張係数を１３×１０−６、第３の接着材料１４ｃの線膨張係数を１８×１０−６とし、ブロック体１２を第１の接着材料１４ａと同一の材料により形成することができる。
このように積層された３種類の接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃによってセンサー用接着剤１４が構成されている場合、各接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、図５に示すように、それぞれの両面に例えばテフロン（登録商標）等のフィルム１５，１６が貼付された状態で測定対象物１３の計測場所に納入されるようにしてもよい。
この場合にセンサー１０を測定対象物１３に固定するには、先ず、第３の接着材料１４ｃの一方面側のフィルム１６が剥がされ、第３の接着材料１４ｃが測定対象物１３の所定位置に接着される。次いで、第３の接着材料１４ｃの他方面側のフィルム１５及び第２の接着材料１４ｂの一方面側のフィルム１６がそれぞれ剥がされ、互いに接着され、さらに、第２の接着材料１４ｂの他方面側のフィルム１５及び第１の接着材料１４ａの一方面側のフィルム１６がそれぞれ剥がされ、互いに接着される。そして、最後に第１の接着材料１４ａの他方面側のフィルム１５が剥がされ、第１の接着材料１４ａにブロック体１２の接着面１２ａが接着され、センサー１０が測定対象物１３の所定位置に固定される。
このように各接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃの両面にフィルム１５，１６を貼付した状態で測定対象物１３の計測場所に納入することにより、接着剤１４の接着作業を容易且つ確実に行うことができ、測定対象物１３に対するセンサー１０の取り付け作業の簡素化を図ることができる。
上記したように本発明の実施の形態に係るセンサー１０によれば、接着剤１４は、センサー本体１１に直接塗布されるのではなく、ブロック体１２の接着面１２ａに接着されるようになっているため、ブロック体１２と測定対象物１３との間に容易且つ確実に接着剤１４を均一の厚さで接着することができるため、接着剤１４の接着力を均一に保つことができるようになる。
また、測定対象物１３に近接するに従って接着材料の線膨張係数が次第に測定対象物１３の線膨張係数に近づくように、線膨張係数の異なる３種類の接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃが積層されて接着剤１４が構成されている場合には、測定対象物１３の温度上昇に伴い、測定対象物１３が熱膨張したとしても、各接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃがその熱膨張を段階的に吸収することができるため、測定対象物１３と第３の接着材料１４ｃの間や、第３の接着材料１４ｃと第２の接着材料１４ｂとの間及び第２の接着材料１４ｂと第１の接着材料１４ａとの間や、第１の接着材料１４ａとブロック体１２の間で、熱膨張差による接着剤１４の剥離現象が生じることがなく、接着剤１４が所定の接着力を確実に発揮することができるようになる。したがって、光ファイバー１８の前記検知部に測定対象物１３の歪みや温度等が確実に伝わり、センサー１０の計測精度の向上を図ると共に信頼性を高めることができる。
なお、センサー用接着剤１４は３種類の接着材料１４ａ，１４ｂ，１４ｃではなく２種類又は４種類以上の線膨張係数の異なる複数の接着材料を積層させて構成してもよく、より多くの種類の接着材料を積層することにより、上記した各種効果を一段と高めることができる。
また、上記本発明の実施の形態に係るセンサー１０によれば、センサー本体１１の光ファイバー１８が前記繊維束により保護されているため、測定対象物１３にセンサー１０を取り付ける際に光ファイバー１８が折れたり、破断したりするのを防止することができ、センサー１０の耐久性の向上を図ることができる。
さらにまた、センサー１０を巻いた状態で搬送することができるため、搬送作業の簡素化を図ることができると共に、光ファイバー１８の端部同士を融着接続することによってセンサー１０を延長し、測定対象物１３のサイズや形状等に合わせてセンサー１０を簡単に測定対象物１３に取り付けることができる。
なお、上記した実施の形態の説明では、光ファイバー１８がＦＢＧセンサーとして機能する場合について説明したが、これはセンサー本体１１の単なる一例を説明したに過ぎない。すなわち、本発明のセンサー本体１１は、例えば、光の透過量の変化を検出して測定対象物の歪みを計測するいわゆるマイクロベンディング方式のセンサーや、光の反射量の変化を検出して測定対象物の歪みを計測するいわゆるレイリー散乱方式のセンサーの他、光ファイバー１８を利用して測定対象物の振動、温度、圧力、超音波、中性子、γ線量等を計測するセンサー等、光ファイバー１８がＦＢＧセンサー以外のセンサーとして機能する場合に適用可能であることは言う迄もなく、さらに、光ファイバー１８を含まないセンサーにも適用可能である。
１０ センサー
１１ センサー本体
１２ ブロック体
１２ａ 接着面
１３ 測定対象物
１４ 接着剤
１４ａ 第１の接着剤
１４ｂ 第２の接着剤
１４ｃ 第３の接着剤
１５ 縦糸
１６ 横糸
１７ 織物
１８ 光ファイバー

Claims (3)

  1. 高温の測定対象物に接着剤を介して取り付けられるセンサーであって、
    検知部を有するセンサー本体と、該センサー本体をモールドで一体成形して形成されるブロック体と、を備え、前記接着剤は固化するとセラミックス状になる性質を有するセラミック系接着剤であり、前記ブロック体は前記接着剤と同一のセラミック系接着剤を固化することにより形成され、前記ブロック体の前記測定対象物側には前記接着剤の接着面が形成されていることを特徴とするセンサー。
  2. 前記センサー本体は、縦糸に略直交するように横糸が織り込まれて形成された織物を備え、該織物の縦糸と横糸のうちの少なくともいずれか一方の繊維に光ファイバーが含まれていることを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
  3. 請求項１又は２に記載のセンサーを前記高温の測定対象物に取り付けるために使用されるセンサー用接着剤であって、
    複数の接着材料を積層することにより構成され、該各層の接着材料は、前記測定対象物の線膨張係数と前記ブロック体の線膨張係数の間の異なる線膨張係数をそれぞれ有し、前記ブロック体の接着面側には前記ブロック体と同一の線膨張係数を有する接着材料が配置されると共に、前記測定対象物に近接するに従って前記接着材料の線膨張係数が次第に前記測定対象物の線膨張係数に近づくように前記接着材料が積層されることを特徴とするセンサー用接着剤。
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