JPH0633387Y2 - 熱電対 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、セラミックの焼結炉や金属の熱処理炉のよう
な高温雰囲気炉の温度測定や温度制御に使用される熱電
対の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、セラミックの焼結は酸化雰囲気中で1200℃以下の
比較的低温度で行われていたが、新材料として注目され
ているセラミックの焼結は窒素雰囲気やアルゴンガス等
の不活性雰囲気や還元性雰囲気中で1400℃以上の高温で
行われるようになりつつある。そしてこのような不活性
雰囲気や還元性雰囲気の温度測定用の熱電対としては、
WR26と呼ばれるタングステン／26％レニウム・タングス
テン熱電対の測定端子部をモリブデンチューブの内部に
アルゴンガスとともに封入したものが用いられている。
ところが成形用の有機物を含有するセラミック体を焼結
する場合のように雰囲気中に炭素が含まれている場合に
は炭素がモリブデンと化合して炭化物を生成し、モリブ
デンが脆くなってクラックを生ずることがあった。この
ようにしてモリブデンチューブ内のアルゴンガスが洩れ
てしまうとタングステンやレニウムが酸化して温度測定
ができなくなるので、このような従来の熱電対は炭素を
含有する高温雰囲気中では1200℃程度の範囲でしか用い
ることができず、これ以上の高温雰囲気の温度測定には
やむを得ず光高温計が用いられていたが、その取扱いに
は熟練を要すること、熱電対のように連続的に温度制御
信号を得られないこと等の欠点があった。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は上記したような従来の問題点を解決し、炭素を
含む1400℃以上の高温雰囲気内においても劣化を生ずる
ことなく安定して温度測定を行うことができる熱電対を
目的として完成されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、温度1400℃以上でその雰囲気中に炭素が含ま
れている環境下で使用される熱電対の測定端子部を不活
性ガスが充填された耐熱金属チューブ内に封入するとと
もに、この耐熱金属チューブの少なくとも温度測定部を
透光性セラミックチューブにより気密に被覆したことを
特徴とするものである。

（実施例） 次に本考案を図示の実施例について詳細に説明すると、
（１）はWR26、タングステン・５％レニウム／26％レニ
ウム・タングステン、炭素／炭化硼素（Ｂ_４Ｃ）、タン
グステン／イリジウム、白金／13％ロジウム・白金等の
材質からなる熱電対の測定端子部であり、この測定端子
部（１）はアルゴンのような不活性ガスが充填された耐
熱金属チューブ（２）の内部に封入されている。耐熱金
属チューブ（２）の材質は測定雰囲気と温度により選択
されるもので、モリブデン、タングステン、タンタル、
ニオブ等の材質からなるものが用いられるが、炉内が窒
素雰囲気である場合にはモリブデンチューブが最適であ
る。なお不活性ガスとしては熱伝達性、取り扱い性、コ
スト等の点からアルゴンが最適であって、真空とすると
熱伝達が行われなくなるので不適当である。このような
測定端子部（１）の封入は、ろう付け、フリットによる
封着等の手段によって行われ、また不活性ガスの封入は
測定端子部（１）の封入を不活性ガス雰囲気中で行った
り、あるいは排気と不活性ガスの導入を兼ねるチューブ
を耐熱金属チューブ（２）に取付け、このチューブをピ
ンチシールする等の通常の手段によって行われる。

本考案においては、このような耐熱金属チューブ（２）
の炉中に露出される温度測定部（３）が透光性セラミッ
クチューブ（４）により気密に被覆される。ここで気密
に被覆するとは、第１図のように耐熱金属チューブ
（２）の外表面に透光性セラミックチューブ（４）を密
着させることのみならず、第２図のように耐熱金属チュ
ーブ（２）の外周に間隙を設けて透光性セラミックチュ
ーブ（４）を被せ、両者を炉中に露出されない部分で気
密に封着することをも含むものとする。透光性セラミッ
クチューブ（４）の材質としては、耐食性、熱伝導率、
耐熱性、赤外線透過率等に優れる透明アルミナが最適で
あるが、透明マグネシアを用いることもでき、これらの
材質はいずれも1400℃以上で炭素が含まれている雰囲気
中においても炭素に侵されることがないものである。金
属蒸気放電灯用の発光管として使用されている市販の透
明アルミナは焼結温度が1600〜1800℃であるので、1750
℃までは安全に使用できる。ただし1800℃で焼結された
ものは、くり返えし使用され結晶が成長してポアが生ず
るまでは1800℃以上の高温域においても使用できる。し
かしアルミナの融点は2054℃であり、マグネシアの融点
は2826℃であるので、透明アルミナは2000℃が使用限界
である。

本考案において耐熱金属チューブ（２）の被覆材として
透光性セラミックチューブ（４）を使用するのは、輻射
による熱伝達を阻害することなく正確な温度測定を行わ
せるためである。また透光性セラミックチューブ（４）
を被覆する部位は少なくとも炉中に露出される温度測定
部（３）を含む部分であって、第２図のように耐熱金属
チューブ（２）の全外表面を覆うことが最も好ましい
が、第１図のように水冷壁（５）によって冷却される部
分には透光性セラミックチューブ（４）を被覆しなくて
も差し支えない。透光性セラミックチューブ（４）の封
着には金属蒸気放電灯用発光管に用いられるフリットが
好適であり、耐熱金属チューブ（２）の材質がニオブで
ある場合には直接封着することも可能である。なお第２
図のように、耐熱金属チューブ（２）の外周に間隙を設
けて透光性セラミックチューブ（４）を被せた場合に
は、両者間にアルゴンガスのような不活性ガスを封入す
るものとする。この第２図の構造のものは、、シリコン
ナイトライドセラミック成形体の焼結炉のように、常圧
以上の窒素雰囲気を持つ炉の温度測定用として好ましい
ものである。

（作用） このように構成されたものは、図示のように炉壁（６）
の温度測定孔（７）からその温度測定部（３）を炉中に
露出させて用いられるものであるが、本考案の熱電対は
熱電対の測定端子部（１）が封入された耐熱金属チュー
ブ（２）の少なくとも温度測定部（３）が透光性セラミ
ックチューブ（４）により気密に被覆されているので、
炉内が1400℃を越える高温度となりしかもその雰囲気中
に炭素が含まれている場合にも、雰囲気中の炭素が耐熱
金属チューブ（２）と直接接触することはなく、従来の
ようにクラックを生じたり耐熱金属チューブ（２）の内
部に封入された不活性ガスが洩れたりするおそれはな
い。また本考案の熱電対においては、耐熱金属チューブ
（２）の少なくとも温度測定部（３）を透光性セラミッ
クチューブ（４）により被覆したので、雰囲気から耐熱
金属チューブ（２）への輻射による熱伝達が阻害される
ことがなく、正確な温度測定ができることとなる。この
結果、シリコンナイトライド成形体を窒素雰囲気中で焼
結する場合や、半導体パッケージ用のアルミナシートを
水素・窒素の混合雰囲気中で焼結する場合、従来のWR26
熱電対では1200℃以下、寿命を無視した短時間の測定で
も1600℃が使用限界温度であったが、本考案のものは17
50〜1800℃まで安定して使用することが可能となった。

（考案の効果） 本考案は以上の説明からも明らかなように、従来の熱電
対では温度測定が不可能であった温度1400℃以上で炭素
を含む高温雰囲気中においても劣化を生ずることなく安
定して温度測定を行うことができるものであるから、特
にセラミック焼結炉や金属の熱処理炉の雰囲気温度の測
定に好適な熱電対として、その実用的価値は極めて大き
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１の実施例を示す断面図、第２図は
第２の実施例を示す断面図である。 （１）：測定端子部、（２）……耐熱金属チューブ、
（３）：温度測定部、（４）：透光性セラミックチュー
ブ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】温度1400℃以上でその雰囲気中に炭素が含
   まれている環境下で使用される熱電対の測定端子部
   （１）を不活性ガスが充填された耐熱金属チューブ
   （２）内に封入するとともに、この耐熱金属チューブ
   （２）の少なくとも温度測定部（３）を透光性セラミッ
   クチューブ（４）により気密に被覆したことを特徴とす
   る熱電対。
2. 【請求項２】透光性セラミックチューブ（４）が透明ア
   ルミナからなるものである実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の熱電対。