JPH04332831A - 測温用素子保護管 - Google Patents
測温用素子保護管Info
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- JPH04332831A JPH04332831A JP3104337A JP10433791A JPH04332831A JP H04332831 A JPH04332831 A JP H04332831A JP 3104337 A JP3104337 A JP 3104337A JP 10433791 A JP10433791 A JP 10433791A JP H04332831 A JPH04332831 A JP H04332831A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種工業炉に使用される
測温用素子等を囲繞する測温用素子保護管に関するもの
である。
測温用素子等を囲繞する測温用素子保護管に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】セラミックの焼成炉や各種製鋼炉、非鉄
金属溶製炉等で温度を測定するための、例えば異種金属
を接合した熱電対や光高温計等の測温用素子は、機械的
な衝撃や化学的な侵食から保護するために保護管によっ
て囲繞されている。このような測温用素子保護管は、測
温対象に応じて所定の耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度
等の諸特性を満たすことが求められており、多くはセラ
ミックス焼結体が用いられている。
金属溶製炉等で温度を測定するための、例えば異種金属
を接合した熱電対や光高温計等の測温用素子は、機械的
な衝撃や化学的な侵食から保護するために保護管によっ
て囲繞されている。このような測温用素子保護管は、測
温対象に応じて所定の耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度
等の諸特性を満たすことが求められており、多くはセラ
ミックス焼結体が用いられている。
【0003】具体的には上記セラミックス焼結体として
、アルミナ(Al2O3 )系焼結体が安価で製造が容
易であるところから汎用されており、他に例えばアルミ
ニウム溶湯中に浸漬して使用される溶融金属の連続測温
用熱電対保護管として、耐食性に優れるサイアロン(S
i3 N4 −Al2 O3 −AlN−SiO2 系
焼結体)が使用されている。
、アルミナ(Al2O3 )系焼結体が安価で製造が容
易であるところから汎用されており、他に例えばアルミ
ニウム溶湯中に浸漬して使用される溶融金属の連続測温
用熱電対保護管として、耐食性に優れるサイアロン(S
i3 N4 −Al2 O3 −AlN−SiO2 系
焼結体)が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の焼
結体はいずれも熱伝導率が低いところから測温用素子保
護管に適用した場合、測温対象の温度変化が内部に収容
した測温用素子に伝わるまでに比較的長時間を要するこ
とが指摘されている。そのために該測温用素子から検出
される測定値に上記測温対象の温度をリアルタイムで反
映させることが困難となり、近年、上記セラミックスや
金属に対して高品質が求められる状況にあって、高精度
な熱管理技術を行う上で一つの障害となっている。
結体はいずれも熱伝導率が低いところから測温用素子保
護管に適用した場合、測温対象の温度変化が内部に収容
した測温用素子に伝わるまでに比較的長時間を要するこ
とが指摘されている。そのために該測温用素子から検出
される測定値に上記測温対象の温度をリアルタイムで反
映させることが困難となり、近年、上記セラミックスや
金属に対して高品質が求められる状況にあって、高精度
な熱管理技術を行う上で一つの障害となっている。
【0005】そこでより熱伝導の高いセラミックス焼結
体として知られている酸化ベリリウム(BeO)系、炭
化珪素(SiC)系、各焼結体を上記測温用素子保護管
に適用することが考えられるが、酸化ベリリウム(Be
O)系焼結体は人体に有毒であるため、特殊用途を除き
一般には使用することが不可能であり、又、炭化珪素(
SiC)系焼結体は固有抵抗が低いため、例えば熱電対
を絶縁する保護管としては実用化することができない。
体として知られている酸化ベリリウム(BeO)系、炭
化珪素(SiC)系、各焼結体を上記測温用素子保護管
に適用することが考えられるが、酸化ベリリウム(Be
O)系焼結体は人体に有毒であるため、特殊用途を除き
一般には使用することが不可能であり、又、炭化珪素(
SiC)系焼結体は固有抵抗が低いため、例えば熱電対
を絶縁する保護管としては実用化することができない。
【0006】本発明は上記従来の事情に鑑みて提案され
たものであって、一定の耐用性を具備するとともに、温
度変化に対するレスポンスを改善した測温用素子の保護
管を提供することを目的とするものである。
たものであって、一定の耐用性を具備するとともに、温
度変化に対するレスポンスを改善した測温用素子の保護
管を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記本発明は上記の目的
を達成するために、測温用素子等を囲繞する測温用素子
保護管において以下の手段を採用する。すなわち、窒化
アルミニウム(AlN)成分を少なくとも50重量%含
有するとともに、0〜40重量%の窒化硼素(BN)成
分を含有する窒化アルミニウム(AlN)系焼結体で構
成した測温用素子保護管である。
を達成するために、測温用素子等を囲繞する測温用素子
保護管において以下の手段を採用する。すなわち、窒化
アルミニウム(AlN)成分を少なくとも50重量%含
有するとともに、0〜40重量%の窒化硼素(BN)成
分を含有する窒化アルミニウム(AlN)系焼結体で構
成した測温用素子保護管である。
【0008】上記構成において、窒化硼素(BN)は必
ずしも必須構成成分ではないが、後述する理由から添加
することが望ましい。
ずしも必須構成成分ではないが、後述する理由から添加
することが望ましい。
【0009】
【作用】上記窒化アルミニウム(AlN)系焼結体は各
種セラミックス焼結体にあって、高い熱伝導率、及び固
有抵抗を備える。さらに、該焼結体が40重量%以下の
窒化硼素(BN)成分を含有する場合には、耐熱衝撃性
を向上できるとともに、該焼結体に対する切削等の加工
が容易となる。
種セラミックス焼結体にあって、高い熱伝導率、及び固
有抵抗を備える。さらに、該焼結体が40重量%以下の
窒化硼素(BN)成分を含有する場合には、耐熱衝撃性
を向上できるとともに、該焼結体に対する切削等の加工
が容易となる。
【0010】上記窒化アルミニウム(AlN)成分が5
0重量%未満では上記特性のいずれかが劣化することと
なり、本発明の所期の効果を得ることができない。また
、上記窒化硼素(BN)成分の含有量が40重量%を超
える場合に、上記焼結体の熱伝導率が低下するとともに
機械的強度も低下するために、測温素子用保護管として
使用した場合には温度変化に対するレスポンス及び耐用
性に劣り、好ましくない。
0重量%未満では上記特性のいずれかが劣化することと
なり、本発明の所期の効果を得ることができない。また
、上記窒化硼素(BN)成分の含有量が40重量%を超
える場合に、上記焼結体の熱伝導率が低下するとともに
機械的強度も低下するために、測温素子用保護管として
使用した場合には温度変化に対するレスポンス及び耐用
性に劣り、好ましくない。
【0011】尚、本発明は上記窒化アルミニウム(Al
N)、窒化硼素(BN)だけでなくバインダーとして、
例えばポリビニールアルコール等や、焼結助剤として例
えば酸化イットリウム(Y2 O3 )等を適宜配合す
ることを何ら妨げるものではなく、また成形手段・方法
、焼結条件等に関しても限定するものではない。
N)、窒化硼素(BN)だけでなくバインダーとして、
例えばポリビニールアルコール等や、焼結助剤として例
えば酸化イットリウム(Y2 O3 )等を適宜配合す
ることを何ら妨げるものではなく、また成形手段・方法
、焼結条件等に関しても限定するものではない。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る実施例をもとに、従来の
材料との比較を行いながら、本発明についてさらに詳細
に説明する。表1は本発明にかかる実施例として窒化ア
ルミニウム(AlN)成分の含有量94重量%以上の焼
結体(実施例1)及び窒化アルミニウム(AlN)成分
の含有量60重量%以上、窒化硼素(BN)成分を30
重量%及び40重量%含有する焼結体(実施例2及び3
)の比重、曲げ強さ(単位はMPa )、熱伝導率(W
/m・K )、固有抵抗(Ω・cm)、耐熱衝撃性(Δ
T (℃) )、及び耐溶湯侵食性(官能評価、表中で
は記号で良否を表示した)を各々測定した結果を示す。
材料との比較を行いながら、本発明についてさらに詳細
に説明する。表1は本発明にかかる実施例として窒化ア
ルミニウム(AlN)成分の含有量94重量%以上の焼
結体(実施例1)及び窒化アルミニウム(AlN)成分
の含有量60重量%以上、窒化硼素(BN)成分を30
重量%及び40重量%含有する焼結体(実施例2及び3
)の比重、曲げ強さ(単位はMPa )、熱伝導率(W
/m・K )、固有抵抗(Ω・cm)、耐熱衝撃性(Δ
T (℃) )、及び耐溶湯侵食性(官能評価、表中で
は記号で良否を表示した)を各々測定した結果を示す。
【0013】さらに、比較例としてアルミナ(Al2
O3 )系焼結体、サイアロン焼結体(この例ではSi
6−Z AlZ OZ N8−Z で表されるβ− サ
イアロンよりなる)、酸化ベリリウム(BeO)系焼結
体、炭化ケイ素(SiC)系焼結体についても上記同様
の測定を行った。さらに本発明で限定した範囲よりも多
い45重量%の、窒化ホウ素(BN)成分を含有する窒
化アルミニウム(AlN)系焼結体も比較例として記載
した。
O3 )系焼結体、サイアロン焼結体(この例ではSi
6−Z AlZ OZ N8−Z で表されるβ− サ
イアロンよりなる)、酸化ベリリウム(BeO)系焼結
体、炭化ケイ素(SiC)系焼結体についても上記同様
の測定を行った。さらに本発明で限定した範囲よりも多
い45重量%の、窒化ホウ素(BN)成分を含有する窒
化アルミニウム(AlN)系焼結体も比較例として記載
した。
【0014】さらに、参考までに熱電対としての白金(
Pt)、白金−ロジウム(Pt−Rh)の熱伝導率と固
有抵抗も表1に合わせて示す。尚、上記耐熱衝撃性を示
すΔT (℃) の測定要領は以下の通りである。すな
わち、上記各組成の焼結体を3mm×3mm×40mm
の角柱に成形した複数の試料を種々の温度に設定した加
熱炉内に1時間保持した後、冷水中へ投入して急冷する
。その後、各試料3点曲げテストによる曲げ強さを測定
し、該曲げ強さが低下した試料の加熱温度をΔT (℃
) とするものである。
Pt)、白金−ロジウム(Pt−Rh)の熱伝導率と固
有抵抗も表1に合わせて示す。尚、上記耐熱衝撃性を示
すΔT (℃) の測定要領は以下の通りである。すな
わち、上記各組成の焼結体を3mm×3mm×40mm
の角柱に成形した複数の試料を種々の温度に設定した加
熱炉内に1時間保持した後、冷水中へ投入して急冷する
。その後、各試料3点曲げテストによる曲げ強さを測定
し、該曲げ強さが低下した試料の加熱温度をΔT (℃
) とするものである。
【0015】表1に記載のごとく、本発明による実施例
1、2は熱伝導率がアルミナ(Al2 O3 )系焼結
体及びサイアロン系焼結体の約3〜20倍にも当たり、
しかも、固有抵抗が高く(電気絶縁性に優れ)、かつ、
耐熱衝撃性、そして耐溶湯侵食性においても従来材のア
ルミナ(Al2 O3 )系焼結体及びサイアロン系焼
結体よりも優れていることが判る。
1、2は熱伝導率がアルミナ(Al2 O3 )系焼結
体及びサイアロン系焼結体の約3〜20倍にも当たり、
しかも、固有抵抗が高く(電気絶縁性に優れ)、かつ、
耐熱衝撃性、そして耐溶湯侵食性においても従来材のア
ルミナ(Al2 O3 )系焼結体及びサイアロン系焼
結体よりも優れていることが判る。
【0016】さらに、実施例2及び3に示した窒化ホウ
素(BN)を30重量%及び40重量%含有する窒化ア
ルミニウム(AlN)系焼結体は、実施例1よりも、耐
熱衝撃性が向上していることが確認できる。このことは
、すなわち実施例1の耐熱衝撃性では約350℃で通常
の加熱条件下の下では問題ないものの、例えば、ガスバ
ーナー等で急激に加熱されるようなセラミックス焼成炉
等に適用される場合には、熱スポーリングによる割れを
生じることが懸念されるが、実施例2ではΔTが800
℃以上と大幅に改善され、さらに用途が広がる。但し、
比較例として示した窒化ホウ素(BN)の含有量が45
重量%の窒化アルミニウム(AlN)系焼結体は、曲げ
強さが極端に低下するとともに、熱伝導率もサイアロン
焼結体と同程度となり、本発明で企図した効果をもはや
発揮し得なくなる。従って上記窒化硼素(BN)成分は
使用目的に応じてコントロールすることが必要である。
素(BN)を30重量%及び40重量%含有する窒化ア
ルミニウム(AlN)系焼結体は、実施例1よりも、耐
熱衝撃性が向上していることが確認できる。このことは
、すなわち実施例1の耐熱衝撃性では約350℃で通常
の加熱条件下の下では問題ないものの、例えば、ガスバ
ーナー等で急激に加熱されるようなセラミックス焼成炉
等に適用される場合には、熱スポーリングによる割れを
生じることが懸念されるが、実施例2ではΔTが800
℃以上と大幅に改善され、さらに用途が広がる。但し、
比較例として示した窒化ホウ素(BN)の含有量が45
重量%の窒化アルミニウム(AlN)系焼結体は、曲げ
強さが極端に低下するとともに、熱伝導率もサイアロン
焼結体と同程度となり、本発明で企図した効果をもはや
発揮し得なくなる。従って上記窒化硼素(BN)成分は
使用目的に応じてコントロールすることが必要である。
【0017】
【表1】
【0018】次に実機使用試験に供した本発明に係る実
施例としての測温用素子保護管を下記のように配合成形
した。すなわち、窒化アルミニウム(AlN)成分99
重量%以上、平均粒径が2μm以下の窒化アルミニウム
粉末に、焼結助剤として酸化イットリウム(Y2 O3
)を外掛け3重量%、そして成形バインダーとしてポ
リビニルアルコールを外掛け3重量%、それぞれ添加し
て混合の後、得られた配合物をコールドアイソスタティ
ックプレスを使用して均一な圧力で、内径8mm、外径
12mm、長さ300mmの一端閉管に成形した。さら
に該成形体を1800℃で5時間、窒素ガス流入下で焼
成して測温用素子保護管を製造し、その内底部にPt−
Pt・Rh(90−10)熱電対素線を挿入し、測温管
とした。
施例としての測温用素子保護管を下記のように配合成形
した。すなわち、窒化アルミニウム(AlN)成分99
重量%以上、平均粒径が2μm以下の窒化アルミニウム
粉末に、焼結助剤として酸化イットリウム(Y2 O3
)を外掛け3重量%、そして成形バインダーとしてポ
リビニルアルコールを外掛け3重量%、それぞれ添加し
て混合の後、得られた配合物をコールドアイソスタティ
ックプレスを使用して均一な圧力で、内径8mm、外径
12mm、長さ300mmの一端閉管に成形した。さら
に該成形体を1800℃で5時間、窒素ガス流入下で焼
成して測温用素子保護管を製造し、その内底部にPt−
Pt・Rh(90−10)熱電対素線を挿入し、測温管
とした。
【0019】また、上記と同じ形状の従来のアルミナ(
Al2 O3 )系焼結体で構成する測温用素子保護管
を使用した測温管も作成した。上記2本の測温管と、該
測温管のレスポンスの基準となる保護管で囲繞されない
上記Pt−Pt・Rh(90−10)熱電対素線ととも
に、炉内寸法200W×300D×200Hmmの実験
用小型電気炉の中央部に5mm間隔にてセットし、炉を
昇温した。炉の昇温測度は毎分2℃とし、1000℃に
到達後、その温度に1時間保持した後、各測温管(熱電
対)による測定データを記録した。図1は、測定後18
0秒間の上記各測定データの変化を示すグラフである。
Al2 O3 )系焼結体で構成する測温用素子保護管
を使用した測温管も作成した。上記2本の測温管と、該
測温管のレスポンスの基準となる保護管で囲繞されない
上記Pt−Pt・Rh(90−10)熱電対素線ととも
に、炉内寸法200W×300D×200Hmmの実験
用小型電気炉の中央部に5mm間隔にてセットし、炉を
昇温した。炉の昇温測度は毎分2℃とし、1000℃に
到達後、その温度に1時間保持した後、各測温管(熱電
対)による測定データを記録した。図1は、測定後18
0秒間の上記各測定データの変化を示すグラフである。
【0020】図1に示すように、本発明実施例品の保護
管を使用した測温管が検出した温度変化パターンは、保
護管を使用しない熱電対素線のみの測温素子が検出した
温度変化パターンとほぼ同じであるのに対して、アルミ
ナ(Al2 O3 )系焼結体よりなる保護管使用の比
較例測温管の温度変化パターンは、上記熱電対素線のみ
の測温素子が検出した温度変化パターンと全く異なって
いる。このことから明らかに本発明実施例品の保護管を
使用した測温管は、温度変化に対するレスポンスに優れ
ていることを示しており、保護管の有無を感じさせない
程の効果を有している。
管を使用した測温管が検出した温度変化パターンは、保
護管を使用しない熱電対素線のみの測温素子が検出した
温度変化パターンとほぼ同じであるのに対して、アルミ
ナ(Al2 O3 )系焼結体よりなる保護管使用の比
較例測温管の温度変化パターンは、上記熱電対素線のみ
の測温素子が検出した温度変化パターンと全く異なって
いる。このことから明らかに本発明実施例品の保護管を
使用した測温管は、温度変化に対するレスポンスに優れ
ていることを示しており、保護管の有無を感じさせない
程の効果を有している。
【0021】さらに上記温度変化に対するレスポンスを
向上させるためには、例えば熱電対素線の配置位置等の
測温管自体の設計を検討する等の方法で解決できること
が予想される。尚、本発明に係る窒化アルミニウム(A
lN)系焼結体による測温用素子保護管は上記実施例に
示した製法に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々の応用が可能であることはいうまでもな
い。
向上させるためには、例えば熱電対素線の配置位置等の
測温管自体の設計を検討する等の方法で解決できること
が予想される。尚、本発明に係る窒化アルミニウム(A
lN)系焼結体による測温用素子保護管は上記実施例に
示した製法に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々の応用が可能であることはいうまでもな
い。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば表記の配
合の窒化アルミニウム(AlN)系焼結体を採用するこ
とで、充分な耐用性、耐熱衝撃性、絶縁性、機械的強度
を備えるとともに、熱伝導率に優れ、温度変化に対する
レスポンスが格段に向上した測温用素子保護管を得るこ
とができる。
合の窒化アルミニウム(AlN)系焼結体を採用するこ
とで、充分な耐用性、耐熱衝撃性、絶縁性、機械的強度
を備えるとともに、熱伝導率に優れ、温度変化に対する
レスポンスが格段に向上した測温用素子保護管を得るこ
とができる。
【0023】そしてこのような測温用素子保護管を使用
した測温管によって、セラミックス、各種金属の製造工
程において精密な熱管理を行うことができるので、高品
質の製品を製造できる効果がある。
した測温管によって、セラミックス、各種金属の製造工
程において精密な熱管理を行うことができるので、高品
質の製品を製造できる効果がある。
【図1】測温対象の温度変化に対するレスポンスの比較
を示すグラフである。
を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 測温用素子等を囲繞する測温用素子保
護管において、窒化アルミニウム(AlN)成分を少な
くとも50重量%含有するとともに、0〜40重量%の
窒化硼素(BN)成分を含有する窒化アルミニウム(A
lN)系焼結体で構成したことを特徴とする測温用素子
保護管。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3104337A JPH04332831A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 測温用素子保護管 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3104337A JPH04332831A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 測温用素子保護管 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04332831A true JPH04332831A (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=14378118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3104337A Pending JPH04332831A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 測温用素子保護管 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04332831A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002022554A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-23 | Ulvac Japan Ltd | 高温用熱電対及びその製造方法 |
US6884742B2 (en) * | 2001-11-26 | 2005-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Aluminum nitride ceramics, members for use in a system for producing semiconductors, corrosion resistant members and conductive members |
US6919286B2 (en) * | 2001-11-26 | 2005-07-19 | Ngk Insulators, Inc. | Aluminum nitride ceramics, members for use in a system for producing semiconductors, and corrosion resistant members |
CN101894904A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-11-24 | 电子科技大学 | 一种金属基薄膜热电偶及其生产方法 |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP3104337A patent/JPH04332831A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002022554A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-23 | Ulvac Japan Ltd | 高温用熱電対及びその製造方法 |
US6884742B2 (en) * | 2001-11-26 | 2005-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Aluminum nitride ceramics, members for use in a system for producing semiconductors, corrosion resistant members and conductive members |
US6919286B2 (en) * | 2001-11-26 | 2005-07-19 | Ngk Insulators, Inc. | Aluminum nitride ceramics, members for use in a system for producing semiconductors, and corrosion resistant members |
CN101894904A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-11-24 | 电子科技大学 | 一种金属基薄膜热电偶及其生产方法 |
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