JP6752556B2 - 熱電対の取り付け構造及び熱電対の取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱電対の取り付け構造に関し、特に強化白金系熱電対を用いて、白金、白金合金又は酸化物分散強化白金を用いて形成された器具の所定箇所の温度を測るときに、断線トラブルが生じにくい熱電対の取り付け構造に関する。

白金を用いる熱電対としては、例えば、正極（プラス極）に白金ロジウム合金（ロジウム１３％）からなる素線と負極に純白金からなる素線を用いたＲ熱電対、正極に白金ロジウム合金（ロジウム１０％）からなる素線と負極に純白金からなる素線を用いたＳ熱電対がある。

これらの熱電対は、白金製ガラス溶解用装置の温度測定に用いられている。そして、熱電対の先端を溶接したのち、溶接部の近傍に白金板を補強材として用い、熱電対の素線の一部を覆うように配置して、白金板の４隅を溶接して固定する熱電対の取り付け構造の開示がある（例えば特許文献１を参照）。特許文献１には、この技術によって装置の測定部位に熱電対の先端を直接溶接して取り付けたとしても、熱電対の断線が確実に防止できると記載されている。

特開２０１１−１５８４２４号公報

特許文献１に記載される技術では、白金製のガラス溶融炉の温度計測にＰｔ対Ｐｔ‐Ｒｈ合金の熱電対が利用されている。しかし、この熱電対には高温で長時間使用されると劣化して断線してしまうという問題があり、これを避けることができなかった。

そこで、熱電対そのものの強度を上げるため、強化白金系熱電対とよばれる従来よりも高強度な熱電対が開発されている。しかし、熱電対の素線に介在物を入れて強度を向上させた熱電対であるため、溶融にて接合を行うと、大きく強度劣化して使用できないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、強化白金系熱電対を用いた熱電対の取り付け構造において、溶融による強度劣化を生じさせずに高寿命の熱電対接合を実現することである。

本発明者らは、強化白金系熱電対の接合方法として、溶融法ではなく、拡散接合、すなわち熱拡散現象を採用して測温接点を接合することで、強化白金系熱電対の強度が保たれることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る熱電対の取り付け構造は、白金、白金合金又は酸化物分散強化白金を用いて形成された器具と、強化白金系熱電対と、前記器具の測定対象部位に固定されている取り付け部と、を有する熱電対の取り付け構造において、前記取り付け部は、白金系材料からなるチップを有し、該チップが前記強化白金系熱電対の測温接点を覆った状態となっており、前記強化白金系熱電対は大気中１１００℃にて１０ＭＰａの応力をかけたときの破断時間が１００時間以上の高温強度を有し、
前記強化白金系熱電対の素線の線径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記測温接点が、前記素線同士の接触部分及び前記素線と前記チップとの接触部分のうち少なくともいずれか一方を有し、かつ、前記接触部分の少なくとも１ヵ所が拡散接合されていることを特徴とする。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記測温接点は、
（１）前記強化白金系熱電対の正極が前記チップと拡散接合され、負極が該チップと拡散接合され、かつ、前記正極と前記負極とが拡散接合されていないか、
（２）前記強化白金系熱電対の正極と負極とが拡散接合されているか、又は、
（３）前記強化白金系熱電対の正極が前記チップと拡散接合され、負極が該チップと拡散接合され、かつ、前記正極と前記負極とが拡散接合されているか、のいずれか一つの形態をとることが好ましい。取り付け部がチップ付き構造となることで、拡散接合された測温接点がより強固に器具に取り付けられる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記チップは向かい合う面を有し、該向かい合う面は、前記強化白金系熱電対の測温接点を挟み込んでおり、前記チップが前記器具に固定されていることが好ましい。チップが熱電対の測温接点を挟みこむことで、機械的に強固に熱電対がチップに取り付けられることとなる。また、チップと器具との接触面積を最大化することが可能となるため、チップはさらに強固に器具に取り付けられることとなる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記チップはスリットの形状を有し、前記向かい合う面は、該スリットの内側面であることが好ましい。チップがこのような構造をとることでチップに熱電対の素線を挟み込む作業が容易になる。さらに、向かい合う面同士が１個のチップにあるため、ばらばらにならない。さらに、チップを機械的にかしめるときに、スリットがつぶれる動きが生じるため、熱電対をより強い力で挟み込むことが可能となる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記チップは、前記器具に拡散接合されていることが好ましい。接合した部分の強度劣化を生じさせることがない。また、測温接点を拡散接合する作業と同時にチップの器具への接合作業が可能となる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記器具と前記チップとの間に０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。器具とチップとの隙間を白金箔が埋めることができるため、接合強度を高めることができる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記器具と前記チップとの間に、０．３ｍｍ以上２.０ｍｍ以下の厚みの白金系材料からなる板が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。器具とチップとの間に板が入れられていることにより、取り付け部の強度を高めることができる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記板は、前記器具に拡散接合されていることが好ましい。接合した部分の強度劣化を生じさせることがない。また、測温接点を拡散接合する作業と同時に板の器具への接合作業が可能となる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記チップと前記板との間、又は、前記器具と前記板との間、又は、その両方の間に０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。チップと板との間、又は、器具と板との間、又は、その両方の間の隙間を白金箔が埋めることができるため、接合強度を高めることができる。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記強化白金系熱電対の正極又は負極の少なくともいずれか一方は、白金箔に巻かれた状態で拡散接合されていることが好ましい。熱電対の素線の周りの隙間を白金箔が埋めることができるため、接合強度を高めることができる。

本発明に係る強化白金系熱電対の正極又は負極の少なくともいずれか一方は、金属元素またはガス元素を含有するか、或いは、酸化物、窒化物、炭化物又は硼化物のうち少なくともいずれか一種を含有することが好ましい。溶融による強度劣化を生じさせずに強化白金系熱電対素線の強度が維持される。

本発明に係る熱電対の取り付け構造では、前記器具は、ガラス溶融ライン用器具、ガラス溶融炉、溶解槽、脱泡層、清澄槽、攪拌槽又は連結パイプである形態を含む。

本発明に係る熱電対の取り付け方法は、本発明に係る熱電対の取り付け構造における該熱電対の取り付け方法であって、前記測温接点となる部分を機械的接合し、該部分を加圧した状態で、１０００℃以上の温度に加熱して熱拡散させて拡散接合する工程を有することを特徴とする。拡散接合させたい部分を一度に接合させることが可能となり、作業性に優れる。

本発明によれば、強化白金系熱電対を用いた熱電対の取り付け構造において、溶融による強度劣化を生じさせずに高寿命の熱電対接合を実現することである。

本実施形態に係る熱電対の取り付け状態を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面である。 チップの一例を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。 別の実施形態に係る熱電対の取り付け状態を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。 Ｂ−Ｂ断面の例を示す概略図であり、（ａ）は熱電対の正極と負極とが拡散接合されている例、（ｂ）は熱電対の正極がチップと拡散接合され、負極がチップと拡散接合され、かつ、正極と負極とが拡散接合されている例、（ｃ）熱電対の正極がチップと拡散接合され、負極がチップと拡散接合され、かつ、正極と負極とが拡散接合されていない例である。 Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金箔を挟んだ例である。 Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金系材料からなる板を挟んだ例である。 Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金系材料からなる板を挟み、かつ、それらの間に白金箔を挟んだ例である。 Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、熱電対の素線に白金箔を巻いた例である。

次に本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。

図１を参照して、本実施形態に係る熱電対の取り付け構造について説明する。図１は、本実施形態に係る熱電対の取り付け状態を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面である。本実施形態に係る熱電対の取り付け構造１００は、白金、白金合金又は酸化物分散強化白金を用いて形成された器具１と、強化白金系熱電対１１と、器具１の測定対象部位に固定されている取り付け部９と、を有する。ここで、取り付け部９は、白金系材料からなるチップ４を有し、チップ４が強化白金系熱電対１１の測温接点１０を覆った状態となっており、強化白金系熱電対１１は大気中１１００℃にて１０ＭＰａの応力をかけたときの破断時間が１００時間以上の高温強度を有し、強化白金系熱電対の素線（正極２及び負極３の各素線）の線径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、かつ、測温接点１０が、素線同士の接触部分及び素線とチップとの接触部分のうち少なくともいずれか一方を有し、かつ、接触部分の少なくとも１ヵ所が拡散接合されている。なお、図において、拡散接合している部分を符号５で示した。

器具１は 例えば、ガラス溶融ライン用器具、ガラス溶融炉、溶解槽、脱泡層、清澄槽、攪拌槽又は連結パイプである。これらの器具は、白金、白金合金又は酸化物分散強化白金を用いて形成されている。白金合金は、例えば白金‐ロジウム合金、白金‐イリジウム合金、白金‐金合金、白金‐ジルコニウム合金、白金‐イットリウム合金、白金‐サマリウム合金又は白金‐カルシウム合金である。酸化物分散強化白金は、白金または白金ロジウム合金のマトリックス中にジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物、サマリウム酸化物、カルシウム酸化物などの分散粒子が存在する材料である。

強化白金系熱電対１１は、正極が白金‐ロジウム合金素線、負極が純白金素線の組み合わせ、又は、正極が白金‐ロジウム合金素線、負極が正極とは組成の異なる白金‐ロジウム合金素線の組み合わせがある。例えば、（正極，負極）の組成が（ＰｔＲｈ１３％、Ｐｔ）、（ＰｔＲｈ１０％、Ｐｔ）、（ＰｔＲｈ３０％、ＰｔＲｈ６％）、（ＰｔＲｈ４０％、ＰｔＲｈ２０％）である。強化白金系熱電対１１は、上記組成を基本として、強度向上のための添加成分が加えられている。具体的には、強化白金系熱電対１１の正極２又は負極３のいずれか一方又はその両方が、金属元素またはガス元素を含有するか、或いは、酸化物、窒化物、炭化物又は硼化物を含有する。素線中に存在する強化白金の白金に含有する金属元素としては、例えばロジウム、イリジウム、金、ジルコニウム、イットリウム、サマリウム、カルシウムである。素線中に存在する強化白金の白金に含有するガス元素としては、例えば窒素、酸素、炭素などである。また、素線中に存在する強化白金の白金に含有する酸化物としては、ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物、サマリウム酸化物、カルシウム酸化物などであり、分散粒子として存在する。そして、素線（正極２及び負極３の各素線）は、これらの添加成分によって強度が向上しているため、細い線径での使用が可能である。素線の線径は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、好ましくは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。本実施形態において、強化白金系熱電対１１とは、素線の強度が大気中１１００℃にて１０ＭＰａの応力をかけたときの破断時間が１００時間以上の高温強度を有する熱電対をいう。

測温接点１０は拡散接合されている。拡散接合とは、相互に接合させたい部分を押し付け合い、好ましくは機械的にかしめたのち、素線の融点未満の温度、白金系熱電対の場合では１０００〜１７００℃の温度、好ましくは１２００〜１５００℃の温度に加熱し、素線を溶融させることなく、当接し合う面同士において熱拡散を起こし、熱圧着させることである。接合部分において、溶融工程を経ていないため、強度向上のための添加成分の分散性が崩れない。よって、強度劣化が防止される。測温接点１０は熱電対１１の最先端部分に形成される形態に限られず、先端手前の箇所に形成される形態を含む。図１において、測温接点１０として囲んだ領域は、この部分全体が測温接点となることを示している。正極の素線と負極の素線とが接合されている場合、接合部分が測温接点となる。しかし、図１で示した形態では、正極の素線と負極の素線とは直接接合されず、チップ４が介在している。よって、正極の素線と負極の素線とその間のチップを含む領域が測温接点となる。

本実施形態において、測温接点１０だけが拡散接合されている形態に限定されない。例えば、測温接点１０を含む取り付け部９全体又はその一部が加圧された状態で加熱されることによって、当接し合う部分においてそれぞれ拡散接合されている形態がある。

取り付け部９は、強化白金系熱電対１１の測温接点１０が器具１の測定対象部位に固定されている部分である。取り付け部９が設けられる位置は、器具の底壁、側壁の下方部分であることが好ましい。これらの場所には溶融対象物が壁内に接触しているため、溶融対象物の温度を正確に測定することができる。

次に、取り付け部９がチップ４を有する形態について説明する。

チップ４は白金系材料からなり、例えば白金、白金合金又は酸化物分散強化白金からなることが好ましい。白金合金又は酸化物分散強化白金の組成は、器具１で例示した組成と同様である。チップ４は器具１と同じ組成であることがより好ましい。

チップ４は、器具１の測定対象部位にある測温接点１０を覆う小片形状を有していることが好ましい。例えば、器具１の表面上に測温接点１０が配置され、チップがこれを覆う小片である形態が例示される（不図示）。

図１（ｂ）に示すように本実施形態では、チップ４は向かい合う面４ａ，４ｂを有し、向かい合う面４ａ，４ｂは、強化白金系熱電対１１の測温接点１０を挟み込んでおり、チップ４が器具１に固定されていることがより好ましい。チップ４が熱電対の測温接点１０を挟みこむことで、機械的に強固に強化白金系熱電対１１がチップ４に取り付けられることとなる。また、向かい合う面４ｂの反対面４ｃは平坦面にできるため、向かい合う面４ｂの反対面４ｃの全面積が器具１と接触可能となる。その結果、強化白金系熱電対１１はさらに強固に器具１に取り付けられることとなる。

まず、図２を参照して、かしめる前のチップ４の形状について説明する。図２は、チップの一例を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。チップ４は、２本の貫通孔１２を有し、さらに２本の貫通孔１２を通るようにスリット１３を有する。チップ４はスリットの形状を有し、向かい合う面４ａ，４ｂは、スリットの内側面であることが好ましい。向かい合う面４ａを有する壁と向かい合う面４ｂを有する壁とはスリットの一端側の側壁を介して一体化しているため、チップ４に熱電対の素線（正極２，負極３）を挟み込む作業が容易になる。さらに、一体化によって向かい合う面４ａ，４ｂ同士がばらばらにならない。スリット１３の間隔は、貫通孔１２の内径よりも小さいことが好ましい。貫通孔１２の内径は、素線の直径よりも大きくする必要がある。スリット１３の間隔は、熱電対の素線の直径よりも小さいことが好ましい。チップ４がこのような形状を有することによって、熱電対を貫通孔に通すことができ、かつ、正極と負極との接触が防止されるとともに、かしめる力を大きくしなくてもチップと素線との接触面積を高めることができる。また、スリット１３を設けることで、かしめるときにスリット１３の間が閉まる方向に変形シロができるので、かしめやすくなる。

図２に示したチップ４に熱電対を固定する方法及び固定状態について説明する。貫通孔１２の一方には熱電対の正極の素線の先端が通され、貫通孔１２の他方には熱電対の負極の素線が通される。例えば、スリット１３の背面から貫通孔１２に素線を通す。素線の先端は、正面の貫通孔１２から突出していても、突出していなくてもよい。貫通孔１２に熱電対の素線を通したのち、チップ４の平面と底面とが近付くように押しつぶすことによって、スリット１３の間隔が縮み、チップ４に素線が固定される。このとき、図１（ｂ）に示したように、貫通孔１２の内壁と正極２の素線とが接触し、貫通孔１２の内壁と負極３の素線とが接触し、かつ、スリット１３の内面同士が接触状態となる。接触した部分は、図１（ｂ）の符号５で示した拡散接合する部分となる。図１（ｂ）では、スリット１３は内面同士が熱圧着されており、熱圧着した部分を符号１３（５）で示した。また、この形態では、正極２と負極３は接触し合わない。測温接点１０は、正極２と負極３との間にチップ４が電気的に介在する形態をもつ。

次に別形態のチップ４を用いたときの取り付け状態について説明する。図３は、別の実施形態に係る熱電対の取り付け状態を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。図３に示したチップ４は、貫通孔を設けず、スリットだけが設けられている。図３（ｃ）に示すようにスリットの一端はつながっている。貫通孔を設けていないため、スリットの内面と熱電対の素線との接触する面積は、図１の形態と比較すると小さい。しかし、かしめる力を大きくすればするほど、スリットがより多く変形し、接触する面積を大きくすることが可能である。

スリットの形状は、図２又は図４に示した断面コの字状の他、断面Ｖ字状、断面Ｕ字状がある。

図３では、熱電対の素線の軸方向がスリットをつなぐ壁の法線方向を向くように配置されている形態を示したが、素線の軸方向がスリットをつなぐ壁の面方向を向くように、すなわち、素線の側面からスリットを挟む形態としてもよい。

図４は、Ｂ−Ｂ断面の例を示す概略図であり、（ａ）は熱電対の正極と負極とが拡散接合されている例、（ｂ）は熱電対の正極がチップと拡散接合され、負極がチップと拡散接合され、かつ、正極と負極とが拡散接合されている例、（ｃ）熱電対の正極がチップと拡散接合され、負極がチップと拡散接合され、かつ、正極と負極とが拡散接合されていない例である。図４（ｃ）で示した形態は、図１で示した形態と同じく、正極と負極とが拡散接合されていない。測温接点１０は、正極２と負極３との間にチップ４が電気的に介在する形態をもつ。図４（ａ）で示した形態では、測温接点１０は、正極２と負極３とが直接接合し合う形態をもつ。図４（ｂ）で示した形態では、測温接点１０は、正極２と負極３とが直接接合し合い、かつ、正極２と負極３との間にチップ４が電気的に介在する形態をもつ。図４（ｃ）で示した形態では、正極２と負極３との間にチップ４が電気的に介在する形態をもつ。

図１では、拡散接合した後において、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が強化白金系熱電対１１の正極２，負極３と接触する部分以外ではすべて接触し合う形態を示した。図４では、拡散接合した後において、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が一部接触し合う形態を示した。本実施形態は、拡散接合した後において、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が接触していない形態を包含する。例えば、図３及び図４で示した形態では、かしめが強くなるに従い、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が接触していない形態、次いで、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が一部接触し合う形態、次いで、向かい合う面４ａ，４ｂ同士が熱電対と接触する部分以外ではすべて接触し合う形態となり、熱電対がより強固に固定される。

次に拡散接合について説明する。図１及び図２に示した形態では次の通りとなる。すなわち、図１（ｂ）に示したように、測温接点１０が、強化白金系熱電対１１の正極２がチップ４と拡散接合され、負極３がチップ４と拡散接合され、かつ、正極２と負極３とが拡散接合されていない形態をとる。正極２、負極３がそれぞれチップ４と接触する箇所が拡散接合している箇所５となる。また、正極２及び負極３の素線は接触していないので、拡散接合していない。このように、測温接点１０は、正極２と負極３とが拡散接合されている形態は必須ではなく、正極２と負極３とが接触していなくても、チップ４を介して測温接点を形成することができる。

図３及び図４に示した形態では次の通りとなる。まず第１に、図４（ａ）に示した通り、測温接点１０が、強化白金系熱電対１１の正極２と負極３とが拡散接合されている形態をとる。正極２及び負極３の素線が接触する箇所が拡散接合している箇所５となる。第２に、図４（ｂ）に示した通り、測温接点１０が、強化白金系熱電対１１の正極２がチップ４と拡散接合され、負極３がチップ４と拡散接合され、かつ、正極２と負極３とが拡散接合されている形態をとる。正極２及び負極３の素線が接触する箇所が拡散接合している箇所５となるほか、正極２、負極３がそれぞれチップ４と接触する箇所が拡散接合している箇所５となる。第３に、図４（ｃ）に示した通り、測温接点１０が、強化白金系熱電対１１の正極２がチップ４と拡散接合され、負極３がチップ４と拡散接合され、かつ、正極２と負極３とが拡散接合されていない形態をとる。この形態は、図１（ｂ）と類似の形態であり、測温接点１０は、正極２と負極３とが接触していなくても、チップ４を介して接点を形成することができる。図４（ｃ）において、測温接点１０として囲んだ領域は、この部分全体が測温接点となることを示している。図４（ｃ）では正極の素線と負極の素線とその間のチップを含む領域が測温接点となる。

これらのいずれの形態においても、測温接点１０は、チップ４に覆われた状態で器具１に固定されている。ここで、チップ４は、器具１に拡散接合されていることが好ましい。チップ４と器具１の間においても接合した部分の強度劣化を生じさせることがない。また、測温接点を拡散接合する作業と同時にチップの器具への接合作業が可能となる。

次に図５を参照して、箔を用いた形態について説明する。図５は、Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金箔を挟んだ例である。本実施形態では、器具１とチップ４との間に０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔６が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。ここで、当接し合う面同士とは、器具１と白金箔６との当接面、白金箔６とチップ４との当接面である。これらの面の間に隙間があったとしてもその隙間を白金箔６で埋めることができるため、接合強度を高めることができる。白金箔６の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。白金箔６の組成は、純白金が好ましい。

次に図６を参照して、板を用いた形態について説明する。図６は、Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金系材料からなる板を挟んだ例である。本実施形態では、器具１とチップ４との間に、０．３ｍｍ以上２.０ｍｍ以下の厚みの白金系材料からなる板７が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。ここで、当接し合う面同士とは、器具１と板７との当接面、板７とチップ４との当接面である。器具１とチップ４との間に板７が入れられていることにより、チップ４が接合している土台部分の剛性が高まり、チップ４のはがれが生じにくくなる。板７の厚さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。板７の組成は、純白金、白金ロジウム合金、酸化物分散強化型白金であることが好ましい。白金ロジウム合金、酸化物分散強化型白金の組成は、器具１の場合と同様である。

板７は、器具１に拡散接合されていることが好ましい。接合した部分の強度劣化を生じさせることがない。また、測温接点１０を拡散接合する作業と同時に板の器具への接合作業が可能となる。

次に図７を参照して、板及び箔を用いた形態について説明する。図７は、Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、チップと器具との間に白金系材料からなる板を挟み、かつ、それらの間に白金箔を挟んだ例である。本実施形態では、チップ４と板７との間、又は、器具１と板７との間、又は、その両方の間に０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔６ａ，６ｂが挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることが好ましい。ここで、当接し合う面同士とは、器具１と白金箔６ａとの当接面、白金箔６ａと板７との当接面、板７と白金箔６ｂとの当接面、白金箔６ｂとチップ４との当接面である。チップ４と板７との間、又は、器具１と板７との間、又は、その両方の間の隙間を白金箔６ａ，６ｂが埋めることができるため、接合強度を高めることができる。板７の厚さ、白金箔６ａ，６ｂの厚さ及びそれらの組成は、図５及び図６で説明した形態と同じである。

次に図８を参照して、素線に白金箔を巻いた形態について説明する。図８は、Ａ−Ａ断面の別例を示す概略図であり、熱電対の素線に白金箔を巻いた例である。本実施形態では、強化白金系熱電対の正極２又は負極３の少なくともいずれか一方は、白金箔８ａ，８ｂに巻かれた状態で拡散接合されていることが好ましい。白金箔８ａ，８ｂの組成は、純白金であることが好ましい。白金箔８ａ，８ｂの厚さは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さであることが好ましく、より好ましくは、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。熱電対の正極２，負極３の素線の直径が貫通孔の内径よりも小さい場合、素線の周りの隙間を白金箔８で埋めることができるため、密着性が高まり、接合強度を高めることができる。ここで、正極２と巻かれた白金箔８ａとは拡散接合している。負極３と巻かれた白金箔８ｂとは拡散接合している。そして、白金箔８ａ，８ｂ同士は拡散接合せずに、白金箔８ａとチップ４とが拡散接合し、白金箔８ｂとチップ４とが拡散接合している。白金箔は素線に一重巻されることが好ましい。白金箔は変形しやすいため、かしめたときに隙間が埋まって密着性が高まり、拡散接合が促進されやすい。この効果は一重巻で十分に得られる。

図４で示した形態において、素線に白金箔を巻いてもよい。この場合、白金箔８ａ，８ｂ同士が拡散接合する形態がある。また、白金箔８ａ，８ｂ同士が拡散接合し、白金箔８ａとチップ４とが拡散接合し、白金箔８ｂとチップ４とが拡散接合する形態がある。さらに、白金箔８ａ，８ｂ同士は拡散接合せずに、白金箔８ａとチップ４とが拡散接合し、白金箔８ｂとチップ４とが拡散接合する形態がある。いずれの形態においても測温接点が形成される。

次に本実施形態に係る熱電対の取り付け構造における該熱電対の取り付け方法について説明する。図１〜図８に示したすべての形態において、まず、測温接点１０となる部分を機械的接合する。具体的には、ペンチなどで、挟みつけることで、チップ４、正極２、負極３などが変形し、これに伴いそれぞれが接触し合う面積が増大する。次に、測温接点１０となる部分を加圧した状態で、１０００℃以上の温度に加熱して熱拡散させて拡散接合する。加熱方法はバーナーによる加熱、誘導加熱、通電加熱などがある。加熱温度は１２００℃〜１５００℃が好ましい。加熱方法によって、温度測定が困難な場合があるが、溶融せずに拡散接合が生じる温度であれば、特に限定されない。具体的には、チップ４、正極２、負極３、必要により白金箔６，白金箔８、白金材料からなる板７が溶融しない温度を上限として、かつ、熱拡散が生じ始める温度を下限として、作業を進めることが好ましい。

拡散接合する作業は、測温接点を拡散接合する作業と同時にチップの器具への接合作業を行う形態が好ましい。作業効率が高い。また、チップと熱電対を用いて測温接点を拡散接合する作業を先に行い、次にチップの器具への接合作業を行う形態を採用してもよい。作業効率が劣るものの、器具の形状によっては、この接合作業とした方がよい場合もある。

１００ 熱電対の取り付け構造
１ 器具
２ 正極
３ 負極
４ チップ
４ａ，４ｂ 向かい合う面
５ 拡散接合している部分
６，６ａ，６ｂ 白金箔
７ 白金系材料からなる板
８，８ａ，８ｂ 白金箔
９ 取り付け部
１０ 測温接点
１１ 強化白金系熱電対
１２ 貫通孔
１３ スリット

Claims (13)

1. 白金、白金合金又は酸化物分散強化白金を用いて形成された器具と、強化白金系熱電対と、前記器具の測定対象部位に固定されている取り付け部と、を有する熱電対の取り付け構造において、
   前記取り付け部は、白金系材料からなるチップを有し、該チップが前記強化白金系熱電対の測温接点を覆った状態となっており、
   前記強化白金系熱電対は大気中１１００℃にて１０ＭＰａの応力をかけたときの破断時間が１００時間以上の高温強度を有し、
   前記強化白金系熱電対の素線の線径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、
   前記測温接点が、前記素線同士の接触部分及び前記素線と前記チップとの接触部分のうち少なくともいずれか一方を有し、かつ、
   前記接触部分の少なくとも１ヵ所が拡散接合されていることを特徴とする熱電対の取り付け構造。
2. 前記測温接点は、
   （１）前記強化白金系熱電対の正極が前記チップと拡散接合され、負極が該チップと拡散接合され、かつ、前記正極と前記負極とが拡散接合されていないか、
   （２）前記強化白金系熱電対の正極と負極とが拡散接合されているか、又は、
   （３）前記強化白金系熱電対の正極が前記チップと拡散接合され、負極が該チップと拡散接合され、かつ、前記正極と前記負極とが拡散接合されているか、のいずれか一つの形態をとることを特徴とする請求項１に記載の熱電対の取り付け構造。
3. 前記チップは向かい合う面を有し、
   該向かい合う面は、前記強化白金系熱電対の測温接点を挟み込んでおり、前記チップが前記器具に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電対の取り付け構造。
4. 前記チップはスリットの形状を有し、
   前記向かい合う面は、該スリットの内側面であることを特徴とする請求項３に記載の熱電対の取り付け構造。
5. 前記チップは、前記器具に拡散接合されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
6. 前記器具と前記チップとの間に０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
7. 前記器具と前記チップとの間に、０．３ｍｍ以上２.０ｍｍ以下の厚みの白金系材料からなる板が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
8. 前記板は、前記器具に拡散接合されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電対の取り付け構造。
9. 前記チップと前記板との間、又は、前記器具と前記板との間、又は、その両方の間に
   ０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さの白金箔が挟み込まれており、かつ、当接し合う面同士が拡散接合されていることを特徴とする請求項７に記載の熱電対の取り付け構造。
10. 前記強化白金系熱電対の正極又は負極の少なくともいずれか一方は、白金箔に巻かれた状態で拡散接合されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
11. 前記強化白金系熱電対の正極又は負極の少なくともいずれか一方は、金属元素又はガス元素を含有するか、或いは、酸化物、窒化物、炭化物又は硼化物のうち少なくともいずれか一種を含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
12. 前記器具は、ガラス溶融ライン用器具、ガラス溶融炉、溶解槽、脱泡層、清澄槽、攪拌槽又は連結パイプであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の熱電対の取り付け構造における該熱電対の取り付け方法であって、
    前記測温接点となる部分を機械的接合し、該部分を加圧した状態で、１０００℃以上の温度に加熱して熱拡散させて拡散接合する工程を有することを特徴とする熱電対の取り付け方法。

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