JPH01110219A - 外筒を有するセラミック導管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外筒を有するセラミック導管に係り、特にセ
ラミック製導管と金属性外筒の接合において、接合部に
十分な強度が得られる接合方法に関する。

〔従来の技術〕

外筒を有するセラミック導管は、電磁流量検出器に使用
されるが、従来の装置は、特開昭６１−１２４８２３号
に記載のように、セラミック製導管を有した電磁流量計
に関し、形状および構造に対する検討はなされていたが
、導管と金属性外筒の接合部に人の登り降によって生ず
る集中荷重や、温度・圧力の変動によって生ずる低サイ
クル疲労に対する考慮がなされていなかった。また、高
温・高圧下における磁気回路収納部を外気から遮断する
気密性も低かった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、セラミック製導管と金属性外筒の接合
において、接合プロセス上の前処理や接合条件が複雑で
あり、接合部の強度信頼性が一般に低いという問題や、
電磁流量計検出器が配管に設置される場合の使用温度、
圧力や形状に制約されるといった問題があった。その−
例を下記に示す。

（１）焼ばめなどの機械的方法では、一定の締め代を得
るため、両者の加工精度が要求される。また組み込み作
業は約３００〜６００℃といった高温下で速やかに完了
しなければならず、生産性に劣る。また、使用温度範囲
内で温度がダイナミックに変化すると、接合プロセスの
逆で、両者間に隙間がが生じ、外気と磁気回路収納部の
気密性は低下する。

（２）Ｏリングなどの機械的方法では、上記（１）項と
同じように、加工精度が要求されると、高温・低温の変
化がかかる環境下では、○リング材の劣化が進行し、気
密性が低下する。

（３）有機あるいは無機接着剤による接着では、上記（
２）項と同じであり、さらに接合部の強度および気密性
は、まさに接着剤自体の材料強さに依存する。

（４）メタライズなどの化学的方法では、接合プロセス
上の前処理や接合条件が複雑であり、接合強度は、セラ
ミック表面を金属化（メタライズ）した材料に依存する
ため、一般に低い。

本発明の目的は、セラミック製導管と金属性外筒の接合
強度を確保し、生産性を向上させ、小型・軽量化を図っ
た外筒を有するセラミック導管を提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記問題点は、両端面を有するセラミックの導管と、該
導管を貫通し前記両端面近傍にそれぞれ設けられた金属
の端板と、それぞれの該端板を接続する外筒によって構
成される外筒を有するセラミック導管において、前記導
管の両端近傍外周にそれぞれセラミックの接合用円板を
設け、前記端板は、その貫通部内径部が該接合用円板外
径部と嵌合し、前記両端面側の面が該接合用円板の前記
両端面側の面より該両端面側へ突出するように前記外筒
で接続し、前記端板の突出部と前記接合用円板の前記両
端面側の面と前記導管の外周面で形成される円環状空間
に、内径部と前記接合用円板の前記両端面側の面に第１
金属板を付着し、該第１金属板より硬質の第２金属より
なる接合リングを挿入し、該接合リングの外径部を前記
端板内径部と前記両端面側で溶接接合した外筒を有する
セラミック導管により解決される。

〔作用〕

上記構成において、円環状空間に、その内径部と接合用
円板の前記両端面側の面に第１金属板を付着し、該第１
金属板より硬質の第２金属よりなる接合リングを挿入し
、該リングの外径部を前記端板内径部と前記両端面側で
溶接接合しているので、第２金属より軟質な第１金属の
存在により、接合リングを前記円環状空間に挿入するに
際し、接合リングの外径と端板内径との寸法精度を厳し
く管理しなくとも第２金属の変形で吸収して、密なはめ
合いを実現し、金属性端板とセラミック導管の間に生じ
る熱膨張係数の差による熱応力、振動に代表される繰り
返し荷重も第１金属の変形で吸収する。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図〜第４図を用いて詳
細に説明する。

第１図は、本発明になる電磁流量計検出器を示し、１は
測定流体を通すセラミック製（例えば、Ａ　Ｑ　２０８
など）導管、２ａ、２ｂは導管に取り付けた流量信号を
検出する１対の電極、３ａ、３ｂは導管との接合面に活
性な軟質金属であるＡＱ合金を挿入して固相接合した金
属性リング、４ａ。

４ｂは励磁コイル、５ａ、５ｂはボビン、６ａ。

６ｂはポールピース、７ａ、７ｂは補助ヨークで、測定
流体が通る導管１に効果的に磁界を作る磁極、８は主ヨ
ークを兼ねる端板、９は上記磁界発生装置の防水性を確
保して収納するケース（配線の中継端子または変換器な
ど）、１０は両端端板８を接続する外筒、ｌｌａ、ｌｌ
ｂは測定流体中の流体電流を接地線を経由して大地にバ
イパスさせ、ノイズの影響を低減し、信号電圧に対する
接地電位を与えるアースリング、１３ａ、１３ｂは接地
配線フランジ、１４はボルト、１５はナツト、１２ａ、
１２ｂは配管に本電磁流量計検出器を挟み込んで取り付
けた場合、液洩れを防止するガスケットであり、これら
で電磁流量計検出器を構成している。第２図は、第１実
施例のセラミック製導管］−と金属性リング３ａ、３ｂ
および端板８の接合を示す詳細図である。第３図は、同
相接合のプロセスを示す図である。

第２図に示すセラミック製導管１は、配管取り付は時の
ガスケット１２ａ、１２ｂ締め付は荷重を最小とする目
的と、この荷重が同相接合部へは伝達せぬよう両端面を
ライズフェイスフランジの形状にし、この根元の部に応
力集中防止用のＲを付けておく。金属性リング３ａ、３
ｂと導管１の接合面には、活性でセラミックと良好な濡
れ性を示す軟質金属であるＡＱ合金インサート材１６を
挿入する。このＡｆ１合金層の厚みは、接合強度を左右
するため、導管１のフランジの大きさに合わせて約０．
５〜２ｎｙｎの間で選定する。このとき、同相接合面は
導管１の管軸にほぼ垂直な位置に設ける。そして、これ
らを第３図に示すごとく、真空中もしくは不活性ガス雰
囲気中（Ｎ２　、　Ａ　ｒなど）で、加熱・加圧をする
１工程で行う。ここで、ＡＱ合金インサート材は、第４
図のように、心材が純ＡＱで、その両表皮をＡｆｌ−１
０％Ｓｉ合金でクラッドした３層構造としである。加熱
温度は、Ａ　Ｑ　−Ｓ　ｉ層が溶融状態、心材の純ＡＱ
は固相状態となる６００℃付近のセラミックと金属を接
合する技術中では比較的低温で行い、圧力は０．５〜１
　、０　ｋｇｆ／　ｎｍ”の比較的小さい圧力で、約１
０〜３０分間といった短時間で接合が完了する。そして
、室温に戻した場合の熱応力は、溶けないＡｆｌ層の塑
性変形を利用して緩和する。この結果、固相接合部の接
合強度は、周囲温度３００℃まで３０　ｋｇｆ／　ＩＩ
ｗｎ”を確保でき、合わせて気密性はＨｅリーク速度１
０　”　Ｔｏ’ｒｒ　：　Ｑ　／、　ｓ以下が得られる
。

次に、端板８は第２図のφＤに示す寸法で導管１のフラ
ンジ部が、中間または隙間ばめになる寸法にし、さらに
第１図に示すごとく組み立てたのち、金属性リング３ａ
、３ｂと溶接する際、上記固相接合部への熱伝達が３０
０℃以下になるよう導管１の管軸方向に凹部を大きくと
り、反面半径方向の厚みは端板８および金属性リング３
ａ、３ｂとも１ｗｌ程度の薄肉（第２図の１．Ｌ：１．
）にしたリップ形状にする。この結果、溶接時の熱変形
量を極小化できる一方、検出器に人が登り降りしたとき
の集中荷重に対し、端板８がφＤまで変形し、断面が楕
円となった場合は、リップが支配的に塑性変形し、それ
以後は圧縮強さの大きいセラミック導管１のフランジ外
周面がストッパとなる堅牢な形状を得ることができる。

以上１本発明の第１実施例を説明してきたが、すでに述
べた固相接合は酸化物系セラミックのみならず、酸化珪
素、炭化珪素、サイアロンなどの非酸化物系セラミック
も使用可能ということは明白である。また、実施例に記
載した接合条件や接合強度は、異なるセラミックおよび
インサート材により変わることも明白である。

第５図は、本発明の第２実施例で、電磁流量計検出器の
呼び径が比較的大きい場合の端板が円筒形のものを示す
が、接合プロセスおよび接合強度は、第１実施例と同等
のものが得られる。

第５図の符号で第１図と同一のものは同一のものを表わ
す。すなわち、１は測定流体を通すセラミック製（例え
ば、ＡΩ２０３など）導管、２ａ。

２ｂは導管に取り付けた流量信号を検出する一対の電極
、３ａ、３ｂは導管との接合面に活性な軟質金属である
Ａｆｉ合金を挿入して固相接合した金属性リング、４ａ
、４ｂは励磁コイル、７ａ。

７ｂは補助ヨークで、測定流体が通る導管１に効果的に
磁界を作る磁極、８は主ヨークを兼ねる端板、９は上記
磁界発生装置の防水性を確保して収納するケース（配線
の中継端子または変換器など）、１０は両端端板８を接
続する外筒、ｌｌａ、ｌｌｂは測定流体中の流体電流を
接地線を経由して大地にバイパスさせ、ノイズの影響を
低減し、信号電圧に対する接地電位を与えるアースリン
グ、１３ａ。

１３ｂは接地配管フランジ、１４はボルト、１５はナツ
ト、１２ａ、１２ｂは配管に本電磁流量計検出器を挟み
込んで取り付けた場合、液洩れを防止するガスケットで
あり、これらで電磁流量計検出器を構成している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミックの導管と該導管を貫通して
設けられた金属の端板との接合部の円環状空間に、軟金
属を介して接合リングを挿入することにより、接合部の
はめ合い加工精度を高くすることなく接合リングの挿入
を可能にするので、加工費用が低減され、上記接合部に
熱応力による荷重、繰り返し荷重等が加わっても、上記
軟金属の変形でこれらの荷重を吸収するので、接合部構
造の健全性が維持でき、長期にわたり安定した接合部構
造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す電磁流量計検出器の
縦断面図、第２図は第１図に示す接合部の拡大図、第３
図は固相接合プロセスの説明図、第４図はＡｆ１合金イ
ンサート材の説明図、第５図は本発明の他の実施例を示
す電磁流量計検出器の縦断面図を示す。 １・・・セラミック製導管、３ａ、３ｂ・・・金属性リ
ング、８・・・端板、１０・・・外筒、１６・・・イン
サート材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、両端面を有するセラミックの導管と、該導管を貫通
   し前記両端面近傍にそれぞれ設けられた金属の端板と、
   それぞれの該端板を接続する外筒によつて構成される外
   筒を有するセラミック導管において、前記導管の両端近
   傍外周にそれぞれセラミックの接合用円板を設け、前記
   端板は、その貫通部内径部が該接合用円板外径部と嵌合
   し、前記両端面側の面が該接合用円板の前記両端面側の
   面より該両端面側へ突出するように前記外筒で接続し、
   前記端板の突出部と前記接合用円板の前記両端面側の面
   と前記導管の外周面で形成される円環状空間に、内径部
   と前記接合用円板の前記両端面側の面に第１金属板を付
   着し、該第１金属より硬質の第２金属よりなる接合リン
   グを挿入し、該接合リングの外径部を前記端板内径部と
   前記両端面側で溶接接合したことを特徴とする外筒を有
   するセラミック導管。 ２、前記第１金属板はセラミックと良好な濡れ性を有す
   る軟質金属であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の導管。 ３、前記接合リングの形状をその外径より中心側に所定
   距離はなれた位置を外径とし、一方の側面を該接合リン
   グの前記両端面側の側面の一部とする第１リングを削除
   した形状とし、前記端板の形状をその内径より外径側に
   前記所定距離とほぼ同じ距離はなれた位置を内径とし、
   一方の側面を該端板の前記両端面側の側面の一部とする
   第２リングを削除した形状としたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の導管。 ４、前記接合リングを加熱すると共に加圧して挿入する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
   れかに記載の導管。