JP5871717B2

JP5871717B2 - シース型熱電対アダプタ

Info

Publication number: JP5871717B2
Application number: JP2012120514A
Authority: JP
Inventors: 福治永盛; 辰男桜井; 孝一百目鬼
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: JP2013246070A

Description

本発明は、熱電対素線を金属製のシースで覆い、このシースと熱電対素線との間にマグネシア粉末等の無機絶縁材を充填してなるシース型熱電対を補償導線ケーブルに接続したアダプタに関し、特にそのシースの端部を気密に封止した状態で補償導線ケーブルに接続したシース型熱電対アダプタに関する。
に関する。

熱電対は、温度を電気的に測定するため、種々の分野で使用されているが、熱電対素線を金属製のシースと呼ばれるパイプ状の部材で覆い、このシースと内部の熱電対素線との間に無機絶縁材を充填し互いに絶縁してなる、いわゆるシース型熱電対が、例えば特公昭４−１４６８号公報等により既に知られている。

このようなシース型熱電対の端末においては、シース内部に湿気が侵入することによるシース内部での絶縁破壊等の不都合が発生することを防止するため、シースの端部を気密にシールする必要がある。従来では、例えば樹脂等によって端末をシールすることが行われていた。特に、シース型熱電対を補償導線に接続するアダプタ端子においては、ステンレス製のスリーブの中でシース型熱電対と補償導線とを接続し、シースとスリーブを銀ロウ付けや溶接等の手段でシールすると共に、固定している。

このスリーブを用いたアダプタ端子において、スリーブの中で接続された一対づつの熱電対素線と補償導線との間に絶縁板を挿入し、それら線間の短絡を防止している。さらに内部の固定と絶縁性の維持のため、スリーブの中にエポキシ樹脂等の絶縁材を充填し、硬化させている。この絶縁材は、スリーブが垂直になるように補償導線ケーブルでスリーブとシース型熱電対を吊り下げた状態で、上に向いた補償導線側の開口部から前記エポキシ樹脂等の絶縁材をスリーブ内に充填し、硬化させる手段がとられている。

しかしこの金属製スリーブを使用したアダプタ端子では、次のような課題がある。第一に、スリーブの加工に手数がかかり、コスト高になる。第二に、熱電対素線や補償導線がスリーブに接触すると、導体の短絡が起こり、測定誤差を発生する。第三に、金属製スリーブとシースを銀ロウ付けや溶接で接合しているため、接合の際に使用するフラックスを洗浄する必要がある。第四に、スリーブ内にエポキシ樹脂等の絶縁材を充填する工程も手数がかかり、これらの手数もコスト低減の障害となる。

そこで本発明者らは、前記のアダプタ端子の課題を解消し、絶縁性に優れ、組み立てが簡単で、組み立て時の信頼性を確保しやすいシース型熱電対アダプタとして特開２００３−２７００５３号公報に記載されたシース型熱電対アダプタを提案した。これを図４と図５に示す。

図４に示されたように、シース型熱電対４と補償導線ケーブル５とがケース１の中で接続される。この図４に示されたように、シース型熱電対４の先端では熱電対がシースの先端部で接合され、測温接点８が設けられる。また、補償導線ケーブル５の末端では、外装被覆からリード線６、６が導出され、その端部に測定機器への接続のための端子７、７が設けられる。

図５に示されたように、前記ケース１は円筒形を半割状にした一対のハーフ２、３で構成される。図５（Ａ）は、ハーフ２の内部にシース型熱電対４と補償導線ケーブル５を取り付けた状態を示し、同図（Ｂ）は他方のハーフ３の内部を示している。
図５（Ａ）に示されたように、ハーフ２の両端には、それぞれシース型熱電対４と補償導線ケーブル５の先端を嵌め込むための半円筒形の凹部１８と凹部１７が形成されている。凹部１７の中間部には、その周方向にわたって細長い隆起１９が形成されている。

ハーフ２の前記凹部１７、１８の両側の平坦な面からそれぞれ突起９、９…が立設されている。ハーフ２の中間部分は基本的に半円筒形となっており、その両側縁には内側が一段高くなった凸段部８を有する。さらに、このハーフ２の円筒形の中間部分の中央には、前記ハーフ２の両縁部分より一段低くなった平坦な部分の中央からハーフ２の長手方向に仕切１０が起立している。この仕切１０の高さは、前記突段部８が設けられたハーフ２の両側縁より高い。

シース型熱電対４は、シース１１の中に一対の熱電対素線１２、１２を収納し、このシース１１の中にマグネシア粉末等の無機絶縁材（図示せず）を充填したものである。このシース型熱電対４の測温接点が形成されたのと反対側の補償導線ケーブル５と接続すべき端部において、シース１１から一対の熱電対素線１２、１２が導出されている。この熱電対素線１２、１２が導出されたシース１１の基部付近に金属スリーブ１３が嵌め込まれ、カシメられている。

他方、補償導線ケーブル５は樹脂からなる外装被覆１４の中にそれぞれ内装被覆に覆われた補償導線である一対の補償導線１５、１５を収納したものである。この補償導線ケーブル５の前記シース型熱電対４と接続すべき端部において、外装被覆１４から内装被覆に覆われた一対の補償導線１５、１５が導出され、さらにその先で補償導線１５、１５から内装被覆が除去されている。シース１１から導出された一対の熱電対素線１２、１２と、外装被覆１４と内装被覆から導出された一対の補償導線１５、１５とは、金属スリーブ１６、１６の中でカシメられ、互いに接続される。

このようにして接続された状態で、シース型熱電対４がその前記金属スリーブ１３側をハーフ２の凹部１８のすぐ内側に挿入した状態でシース１１の部分がハーフ２の一方の凹部１８に嵌め込まれている。さらに熱電対素線１２、１２が導出されたシース１１の基部がエポキシ樹脂等からなる接着剤で仮止めされる。また、前記補償導線ケーブル５の外装被覆１４の端部は、それに前記隆起１９が突き刺さるようにしてハーフ２の凹部１７に嵌め込まれる。この状態で、熱電対素線１２、１２と補償導線１５、１５の接続部分は、ハーフ２の中央に設けた仕切１０の両側に分けられ、その仕切１０の両側の平坦な部分に載せられる。

もう一つのハーフ３は、図５（Ｂ）に示すように、他方のハーフ２と基本的に同様の形状をしている。但し、ハーフ３の両端の凹部２３、２４の両側の平坦な面には、前記他方のハーフ２の突起９、９…の位置と形状に対応して穴２１、２１…が設けられている。ハーフ３の中間部分の両側縁は内側が一段低くなった凹段部２０を有する。またこのハーフ３の円筒形の中間部分の中央に前記ハーフ２の仕切１０に対応した溝２２が設けられている。この平坦な部分の両端側には、ハーフ３の周壁を貫通する樹脂注入口２６と空気抜き口２７とが設けられている。

これらのハーフ２、３をその内側を向き合わせて位置合わせして重ね合わせ、ケース１として組み立てる。このときハーフ２の両端部側の突起９、９…をハーフ３の両端部側の穴２１、２１…に嵌め込み、ハーフ２の両側壁の凸段部８をハーフ３の両側壁の凹段部２０に嵌め込み、さらにハーフ２の中央の仕切１０をハーフ３の中央の溝２２に嵌め込み、両ハーフ２、３を互いに仮固定する。

さらに、前記ハーフ３の空気抜き口２７からケース１の内部の空気を排除しながら、ハーフ３の樹脂注入口２６からケース１の中にエポキシ樹脂等の封止樹脂を充填する。その後この封止樹脂を硬化させる。この封止樹脂はハーフ２、３を互いに固定する接着剤としての機能とケース１の中のシース型熱電対４や補償導線ケーブル５の先端部分を固定する機能とが期待される。

しかしながら、前記従来のアダプタでは強い衝撃を受けると、両ハーフ２、３が分離してしまうという課題があった。また、蒸気が発生する湿度の高い環境下では、熱電対素線と補償導線との接続部分に外部から湿気が浸入し、経年使用により絶縁抵抗の低下を来すという課題もあった。

特開２００３−２７００５３号公報特表平１０−５０２７９９号公報特公昭４−１４６８号公報

本発明はこのような従来のシース型熱電対アダプタにおける課題に鑑み、第一に、強い衝撃を受けても、簡単にハーフが分離せず、アダプタの破損を防止することが出来るシース型熱電対アダプタを提供することを目的とする。第二に、熱電対素線と補償導線との接続部分に外部から湿気等が容易に浸入しにくいシース型熱電対アダプタを提供することを目的とする。

本発明では、前記目的を達成するため、樹脂製のケース１を金属製のスリーブ５１で覆い、このスリーブ５１の中に充填した封止樹脂５２をケース１の樹脂充填口兼空気抜き口４６を通してケース１の中にも充填し、ケース１の中の封止樹脂５２とケース１とスリーブ５１との間にある封止樹脂５２とを一体化した。

すなわち本発明によるシース型熱電対アダプタは、シース型熱電対２４のシース３１から導出された熱電対素線３２、３２を補償導線ケーブル２５から導出された補償導線３５、３５に接続している。そして絶縁性のケース２１の中に前記熱電対素線３２、３２と補償導線３５、３５との接続部分を収納している。さらに、ケース２１の外側に金属製のスリーブ５１が嵌め込まれ、このスリーブ５１内に封止樹脂５２を充填し、この封止樹脂５２をケース２１に設けた樹脂充填口兼空気抜き口４６を通してケース２１の中にも充填することにより、ケース２１の内部と外部との封止樹脂５２を一体化している。

より具体的には、ケース２１の内部と外部の封止樹脂５２は、ケース２１の樹脂充填口兼空気抜き口４６に充填された封止樹脂５２を介して一体化される。ケース２１は、円筒形の半割状の一対のハーフ２２、２３により組み立てられ、封止樹脂５２はこのケース２１を構成する円筒形の半割状の一対のハーフ２２、２３を固着している。

このような構成を有するシース型熱電対アダプタでは、ケース２１の内部の封止樹脂５２とスリーブ５１とケース２１との間にある封止樹脂５２とが樹脂充填口兼空気抜き口４６に充填された封止樹脂５２を介して一体化されるので、スリーブ５１とケース２１とが封止樹脂５２を介して完全に固定される。これにより、シース型熱電対２４と補償導線ケーブル２５との接続部分が完全に保護される。

以上説明した通り、本発明によるシース型熱電対アダプタでは、シース型熱電対２４と補償導線ケーブル２５との接続部分が完全に保護されるので、当該接続部分における外部からの衝撃、湿気の浸入等に対して万全の保護機能を発揮することが出来るようになる。すなわち、耐衝撃性、耐湿性の向上を図ることが出来る。

本発明におけるシース型熱電対アダプタのケーブル類の端部とケースを構成するハーフの分解斜視図である。本発明におけるシース型熱電対アダプタの一方のハーフを除いた状態の横断平面図である。本発明におけるシース型熱電対アダプタの他の例を示す一方のハーフを除いた状態の横断平面図である。シース型熱電対アダプタの従来例を示す全体図である。シース型熱電対アダプタの従来例を示すケースを構成するハーフを開いた状態の平面図である。

本発明では、前記熱電対素線３２、３２と補償導線３５、３５との接続部分を収納した絶縁性のケース２１を金属製のスリーブ５１で覆い、前記ケース２１の中に充填した封止樹脂５２と同ケース２１とスリーブ５１との間に充填した封止樹脂５２とをケース２１に設けた樹脂充填口兼空気抜き口４６に充填された樹脂を介して一体化した。
以下、本発明を図面を参照しながら具体的且つ詳細に説明する。

図１は、シース型熱電対アダプタにおけるシース型熱電対２４の熱電対素線３２、３２を補償導線ケーブル２５の補償導線３５、３５に接続した部分と、その接続部分を収納するプラスチック製等からなる絶縁性のケース２１を一対のハーフ２２、２３に分解した状態の図である。シース型熱電対アダプタのスリーブは図示していない。

図１に示すように、一方のハーフ２２の両端には、それぞれシース型熱電対２４の熱電対素線３２、３２の端部とこれに接続される補償導線ケーブル２５の補償導線３５、３５の端部を嵌め込むための２つずつの凹部３７、３７と凹部３８、３８が形成されている。凹部３７、３７は、シース型熱電対２４の熱電対素線３２、３２の端部を嵌め込むことが出来る溝状であり、ハーフ２２の一方の端部に形成されている。凹部３８、３８は、補償導線ケーブル２５の補償導線３５、３５の端部を嵌め込むことが出来る半円筒形の溝であり、ハーフ２２の他方の端部から中間部分を越えて前記凹部３７、３７に達するよう形成されている。

ハーフ２２の前記凹部３７、３７、３８、３８が設けられた両端側は平坦な面となっており、これらの平坦な面からそれぞれ突起２９、２９…が立設されている。またハーフ２の前記両側の凹部３７、３７、３８、３８の間には、長手方向に長い仕切３０が起立している。この仕切３０の高さはハーフ２２の突起２９、２９…が設けられた両端側の平坦な面と同じになっている。この仕切３０の熱電対素線３２、３２を嵌め込む側の前記凹部３７、３７側の端部には、凹部３８、３８に近くなるに従って広くなるような勾配が形成されている。これは凹部３７、３７に熱電対素線３２、３２の端部を収納するとき、熱電対素線３２、３２の端部が仕切３０の端部によって確実に分離出来るようにするためである。

熱電対素線３２、３２を嵌め込む側の前記凹部３７、３７は、補償導線３５、３５を嵌め込む側の前記凹部３８、３８より一段高くなっている。換言すると、熱電対素線３２、３２を嵌め込む側の前記凹部３７、３７は、補償導線３５、３５を嵌め込む側の前記凹部３８、３８より前記突起２９、２９…を有する平坦な面から浅くなっている。さらにハーフ２２の前記凹部３８、３８の両側壁２８、２８には、樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６を形成するための切欠きが両側に２つずつ設けられている。

プラスチック製等からなる絶縁性のケース２１を構成する他方のハーフ２３は、基本的には前記一方のハーフ２２と同じ形状である。異なるのはハーフ２３の両端側の平坦な面には、他方のハーフ２２の突起２９、２９…の位置に対応して同突起２９、２９…が嵌合されるための穴４１、４１…が設けられている点のみである。

シース型熱電対２４は、シース３１の中に一対の熱電対素線３２、３２を収納し、さらにシース３１の中にマグネシア粉末等の無機絶縁材４７を充填し、熱電対素線３２、３２を互いに絶縁したものである。図１に示されていないが、シース型熱電対２４の先端部分では熱電対素線３２、３２が互いに接続され、測温接点が形成される。この点は図４により前述した従来の熱電対と同じである。図１に示すように、このシース型熱電対２４は、その補償導線ケーブル２５と接続すべき他方の端部においてシース３１が剥離され、同シース３１から一対の熱電対素線３２、３２が導出される。

他方、補償導線ケーブル２５は樹脂からなる外装被覆３４の中にそれぞれ内装被覆に覆われた補償導線３５、３５を収納したものである。この補償導線ケーブル２５は、前記シース型熱電対２４と接続すべき端部において外装被覆３４が剥離され、同外装被覆３４から内装被覆に覆われた一対の補償導線３５、３５が導出され、さらにその先で内装被覆が剥離され、補償導線３５、３５が導出される。

このようなシース型熱電対２４と補償導線ケーブル２５とを接続するに当たっては、図２に示すように、予めシース型熱電対２４に金属製のスリーブ５１を仮に嵌め込んでおく。このスリーブ５１は、両端が開口した円筒形の部材であり、一端側にテーパが設けられ、口径が小さい側の端部がシース型熱電対２４のシース３１の外側に仮に嵌め込まれる。

前述のようにしてシース型熱電対２４のシース３１から導出された一対の熱電対素線３２、３２と、補償導線ケーブル２５の外装被覆３４から導出された一対の補償導線３５、３５とは金属スリーブ３６、３６の両端からその中にそれぞれ嵌め込まれ、さらにこの金属スリーブ３６、３６がカシメられることにより、互いに接続されている。

このようにしてシース型熱電対２４と補償導線ケーブル２５とが接続された状態で、シース型熱電対２４のシース３１の端面がハーフ２２の端面にほぼ当接されると共に、熱電対素線３２、３２の端部がハーフ２２の凹部３７、３７にそれぞれ収納される。このときのシース型熱電対２４のシース３１の端面とハーフ２２の端面との間隔をＧとしたとき、この間隔Ｇは、ハーフ２２の仕切１０で互いに分離される熱電対素線３２、３２の間隔ｇの１／２以下とする。これにより、熱電対素線３２、３２が捻られてもそれらが接触して短絡するのが避けられる。

補償導線ケーブル２５の端部については、前記熱電対素線３２、３２に接続した補償導線３５、３５とその基部の内装被覆をハーフ２２の凹部３８、３８に収納し、その外装被覆３４の端面をハーフ２２の端面に突き当てられる。
このようにしてシース型熱電対２４と補償導線ケーブル２５との接続部分を一方のハーフ２２に収納した状態では熱電対素線３２、３２と補償導線３５、３５の接続部分は、ハーフ２２の中央に設けた仕切３０の両側に分けられ、その仕切３０の両側の凹部３７、３７、３８、３８に保持される。

またこのとき熱電対素線３２、３２と補償導線３５、３５とを接続した金属スリーブ３６、３６は、ハーフ２２の両側壁の樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６を形成するための切欠きの間に収納するのがよい。また、補償導線ケーブル２５の内装被覆も前記切欠きの位置より短くする。これは、後にエポキシ樹脂等の封止樹脂５２を高圧充填する際に、樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６での封止樹脂やガスの流動の停滞を防止するためである。

さらにもう一つのハーフ２３を前記のハーフ２２と内側同士を向き合わせて位置合わせし、重ね合わせし、両ハーフ２２、２３を互いに仮固定し、ケース２１として組み立てる。このときハーフ２２の突起２９、２９…をハーフ２３の穴４１、４１…に嵌め込む。この状態では、ハーフ２２、２３の側壁２８に設けた切欠によりケース２１に樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６が形成される。次にこの状態で仮にシース型熱電対２４に嵌め込んでおいた金属製のスリーブ５１を図２に示した位置に移動し、ここでそのスリーブ５１の細い径側の開口端をシース型熱電対２４のシース３１に溶接、ロウ付け等の手段で固着する。

その後、スリーブ５１の太い径側の開口端と補償導線３５、３５との間からスリーブ５１の中に流動可能な状態のエポキシ樹脂等の封止樹脂５２を高圧充填する。この流動可能な状態の封止樹脂５２は、スリーブ５１の中に充填されると、ケース２１の前記樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６の一部からケース２１の内部の空気が排除されると共に、樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６の他の一部からケース２１の中に封止樹脂５２が充填される。そしてこの流動可能な状態の封止樹脂５２を硬化させることにより、スリーブ５１とハーフ２２、２３の固着が完了する。

スリーブ５１とケース２１との中に充填された封止樹脂５２はケース２１の中のシース型熱電対２４の熱電対素線３２、３２や補償導線ケーブル２５の補償導線３５、３５の先端部分を固定する機能を有する。その硬化によりシース型熱電対２４や補償導線ケーブル２５の先端部分がケース２１を介して完全に固定される。加えて、スリーブ５１とケース２１の間にある封止樹脂５２が樹脂充填口兼空気抜き口４６、４６にある封止樹脂５２を介してケース２１の中の封止樹脂５２と一体化され、スリーブ５１とケース２１との固定が確実になされる。

図２で示した実施例では熱電対素線３２、３２の端部と補償導線３５、３５の端部を一対ずつ同じ長さにしてそれらを接続する金属スリーブ３６、３６のハーフ２２への収納位置を図２において上下に同じ位置とした。これに対し、図３に示すように、熱電対素線３２、３２の端部と補償導線３５、３５の端部の端部を一対ずつ長さを違わせ、それらを接続する金属スリーブ３６、３６のハーフ２２への収納位置を図２において上下にずらすことも出来る。この場合は、金属スリーブ３６、３６のハーフ２２への収納位置のずれを熱電対素線３２、３２の極性、すなわち熱電対素線３２、３２の材質の違いを区別するために使用することが可能である。

本発明によるシース型熱電対アダプタは、温度を電気的に測定するため、種々の分野で使用されている熱電対を温度測定のための計器に接続するために利用される。より具体的には、熱電対を金属製のシースと呼ばれるパイプ状の部材で覆い、このシースと内部の熱電対素線との間に無機絶縁材を充填し互いに絶縁してなる、いわゆるシース型熱電対を補償導線を介して計器に接続するために利用される。

２１ケース
２２ケースのハーフ
２３ケースのハーフ
２４シース型熱電対
２５補償導線ケーブル
３１シース
３２熱電対素線
３５補償導線
４６樹脂充填口兼空気抜き口
５１スリーブ
５２封止樹脂

Claims

シース型熱電対（２４）のシース（３１）から導出された熱電対素線（３２）、（３２）を補償導線ケーブル（２５）の補償導線（３５）、（３５）に接続したシース型熱電対アダプタにおいて、絶縁性のケース（２１）の中に前記熱電対素線（３２）、（３２）と補償導線（３５）、（３５）との接続部分を収納し、ケース（２１）の外側に金属製のスリーブ（５１）が嵌め込まれ、このスリーブ（５１）内に封止樹脂（５２）を充填し、この封止樹脂（５２）をケース（２１）に設けた樹脂充填口兼空気抜き口（４６）、（４６）を通してケース（２１）の中にも充填することにより、ケース（２１）の内部の封止樹脂（５２）とスリーブ（５１）とケース（２１）との間にある封止樹脂（５２）とがケース（２１）の樹脂充填口兼空気抜き口（４６）に充填された封止樹脂（５２）を介して一体化されることを特徴とするシース型熱電対アダプタ。
封止樹脂（５２）は、ケース（２１）を構成する円筒形の半割状の一対のハーフ（２２）、（２３）を接着していることを特徴とする請求項１に記載のシース型熱電対アダプタ。