JPH0642990A - 物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、セラミックスパイプに容易、か
つ、適切に金属電極を取付け可能とし、またポア等の欠
陥の少ない安定した測定管部を得ることにある。 【構成】 焼成セラミックス管１ａの外側に少くとも一
対の測定電極２，２或いは少くとも一対の測定電極２，
２と一対のシールドドライブ用電極３，３とを配置する
とともに、これら電極を含む前記焼成セラミックス管の
外側を未焼成セラミックス１ｂで覆い、しかる後、焼成
を行って未焼成セラミックスを焼成セラミックス管に拡
散接合して一体化し、同時に電極を封じ込めてなる測定
管部とする物理量測定装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量電極を用いた
電磁流量計に係わり、特に耐熱性や機械的寸法の安定性
を考慮しつつ実現した電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の静電容量形電磁流量計の
中には、グリーンパイプである未焼成セラミックスパイ
プに電極を組み込んだ後、焼成処理によって電極部材を
焼成セラミックス中に封じ込める構造のものがある（特
公平２−２９１７０号公報，実公昭６３−１２１５号公
報）。

【０００３】この静電容量形電磁流量計は、具体的には
未焼成セラミックスパイプの外周にメタライズ加工を施
したり、或いは金属粉入りペーストを塗布した後、その
外側に未焼成セラミックスシート（グリーンシート）を
貼着して焼成する製造方法である。

【０００４】ところで、この未焼成セラミックスパイプ
は、例えばビニルアルコールや酢酸ビニル等の水溶液を
主体とした、いわゆる水溶性バインダ中にセラミックス
微粉末を分散させて常温で固めた未焼成のセラミックス
である。この未焼成セラミックスパイプの性質は、可撓
性を有しない一見して白墨状の物質であり、水分もかな
り含有されている。従って、このような白墨状の物質表
面に本格的な加熱工程を加えるメタライズ処理ができな
いばかりか、厚肉になりがちであり、複数のパイプを重
ね合わすときにはかなりの隙間が必要であり、さらに焼
成時にほぼ同一の収縮材を用いた場合には不良率が続発
する問題がある。

【０００５】一方、未焼成セラミックスシートは、例え
ばポリビニルブチラール等の樹脂質をＭＥＫ，すなわち
メチルエチルケトン等で溶かした，いわゆる油溶性バイ
ンダにセラミックス微粉末を混入して常温で練ってシー
ト状にした可撓性のある未焼成のセラミックスシートで
あり、有機溶剤もかなり含有されている。従って、この
物質表面にも加熱工程を加えるメタライズ処理ができな
い。

【０００６】従って、以上のような未焼成セラミックス
パイプや未焼成セラミックスシートの表面に金属膜加工
を施すとき、当該パイプやシートの表面に油溶性バイン
ダに金属粉末を混入した塗料状の物質を塗布し、未焼成
セラミックスの焼成時に一緒に焼成するのが一般的であ
る。この焼成によってメタルフィルム状に作られる。

【０００７】また、未焼成セラミックスパイプ上に金属
電極を取り付ける場合、従来の製造方法では未焼成セラ
ミックスパイプ上に測定電極をメタライズした後、ペー
スト状の導電性材料を塗布し、その上から未焼成セラミ
ックスシートで覆った後、焼成する工程をとっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のように
未焼成セラミックスパイプや未焼成セラミックスシート
の表面に金属膜加工を施す製造工程をとったものは、水
溶性バインダを用いた未焼成セラミックスパイプと油溶
性バインダを用いた未焼成セラミックスシートとを重ね
合わせた構造であるので、全体の肉厚が厚くなり、弱加
熱工程である脱バインダ工程でもバインダが発散或いは
加熱分解し、これがガスとなって未焼成セラミックスか
ら抜け出すときに抜け難くくなり、さらに加熱し過ぎる
とセラミックスがボイド（空洞）状態になりやすい。そ
の結果、未焼成セラミックスパイプなどに多くの空洞が
生じ、完全な内部欠陥となって流体の内部圧が加わった
とき、破壊する引き金となる問題がある。

【０００９】次に、未焼成セラミックスパイプ上に金属
電極を取り付けるものは、未焼成セラミックスパイプや
未焼成セラミックスシートの焼成時、線収縮で１６％〜
２６％、体収縮率で４１％〜６０％程度収縮するので、
金属電極が所要の位置に正確に位置決めされている可能
性が少なく、高精度な電磁流量計を作る場合には不適切
な製造方法であると言える。

【００１０】また、例えば加熱溶融した金属を遠くから
噴射して付着させたメタライズやペースト状の導電性材
料を塗布した金属が未焼成セラミックスのパイプとシー
トの間で焼成の際に重なり合って熱膨脹の異なる層を作
り、量の多い場合には電磁流量計の測定流体の温度変化
により破壊を起こしたり、内部圧力によって破壊を起こ
す引金になったりする可能性が高い。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、セラミックスパイプに容易、かつ、適切に金属電極
を取付け可能とし、またポア（pore）等の欠陥の少ない
安定した測定管部を実現する物理量測定装置を提供する
ことを目的とする。また、本発明の他の目的は、適切な
位置に電極を取付け可能とする物理量測定装置を提供す
ることにある。さらに、本発明の他の目的は、セラミッ
クスを用いて欠陥の生じにくい測定管部を実現する物理
量測定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は上記課題を解決するために、焼成セラミックス管の外
側に少くとも一対の測定電極或いは少くとも一対の測定
電極と一対のシールドドライブ用電極とを配置するとと
もに、これら電極を含む前記焼成セラミックス管の外側
を未焼成セラミックスで覆い、焼成により当該未焼成セ
ラミックスを前記焼成セラミックス管に拡散接合して一
体化し、かつ、前記電極を封じ込めてなる測定管部を用
いた物理量測定装置である。

【００１３】また、請求項２に対応する発明は、焼成セ
ラミックス管の外側に少くとも一対の測定電極或いは少
くとも一対の測定電極と一対のシールドドライブ用電極
とを配置するとともに、これら電極を含む前記焼成セラ
ミックス管の外側に、バインダ溶液の中に未焼成セラミ
ックス微粉末を分散し沈殿させることにより前記電極を
埋設し、脱溶液および焼成により前記未焼成セラミック
スを前記焼成セラミックス管に拡散接合して一体化し、
かつ、前記電極を封じ込めてなる測定管部を用いた物理
量測定装置である。

【００１４】さらに、請求項３に対応する発明は、複数
の未焼成セラミックス管を重合せるとともに、その外側
ほど焼成時の収縮率の大きいものを配置し、かつ、前記
両未焼成セラミックス管の間に少くとも一対の測定電極
を介在して焼成して得られた測定管部を用いた物理量測
定装置である。

【００１５】さらに、請求項４に対応する発明は、未焼
成セラミックス管の外側に少くとも一対の測定電極或い
は少くとも一対の測定電極と一対のシールドドライブ用
電極とを配置するとともに、これら電極を含む前記未焼
成セラミックス管の外側に、バインダ溶液の中に未焼成
セラミックス微粉末を分散し沈殿させることにより前記
電極を埋設し、脱溶液および焼成により前記未焼成セラ
ミックスを前記焼成セラミックス管に拡散接合して一体
化し、かつ、前記電極を封じ込めてなる測定管部を用い
た物理量測定装置である。

【００１６】さらに、請求項５に対応する発明は、多層
の未焼成セラミックス管を重合せるとともに、その外側
ほど焼成時の収縮率の大きいものを配置し、焼成により
多層の未焼成セラミックス管どうしを拡散接合して一体
化して得られる測定管部を用いた物理量測定装置であ
る。

【００１７】さらに、請求項６に対応する発明は、強度
上の欠陥要素を除去した焼成セラミックスの外側を未焼
成セラミックスで覆い、焼成により前記未焼成セラミッ
クスを前記焼成セラミックスに拡散接合して一体化して
得られる測定管部を用いた物理量測定装置である。

【００１８】

【作用】従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、焼成セラミックス管の外側
に少くとも一対の測定電極を配置した後、その外側に未
焼成セラミックスを覆って焼成すれば、当該焼成セラミ
ックスが測定電極を包んで焼成セラミックス管に拡散接
合して一体化するので、セラミックスパイプに確実に金
属電極を取り付けることができ、しかも焼成セラミック
ス管に気体や液体等の透過欠陥の無いことを確認した
後、未焼成セラミックスを拡散接合するので、欠陥の少
ないセラミックスの測定管部を得ることができる。

【００１９】次に、請求項２に対応する発明において
は、焼成セラミックス管の外側に少くとも一対の測定電
極を配置した後、その外側に型を用いてバインダ溶液の
中に未焼成セラミックス微粉末を分散し沈殿させること
により前記電極を埋設し、しかる後、脱溶液および焼成
により前記未焼成セラミックスを前記焼成セラミックス
管に拡散接合して一体化するので、請求項１に対応する
発明と同様に、金属電極の取り付けが容易であり、欠陥
の少ないセラミックスの測定管部を得ることができる。

【００２０】さらに、請求項３に対応する発明は、複数
の未焼成セラミックス管を、その外側ほど焼成時の収縮
率の大きいものを重合せるとともに、両未焼成セラミッ
クス管の間に少くとも一対の測定電極を介在して焼成し
て測定管部を得るので、安定した機械寸法の測定管部を
得るとともに、適切な位置に電極を取付けることができ
る。

【００２１】さらに、請求項４に対応する発明は、未焼
成セラミックス管の外側に少くとも一対の測定電極を配
置するとともに、これら電極を含む前記未焼成セラミッ
クス管の外側に、バインダ溶液の中に未焼成セラミック
ス微粉末を分散し沈殿させることにより前記電極を埋設
し、脱溶液および焼成により前記未焼成セラミックスを
前記焼成セラミックス管に拡散接合して一体化するの
で、請求項１に対応する発明と同様に、金属電極の取り
付けが容易であり、欠陥の少ない安定した機械寸法のセ
ラミックス測定管部を得ることができる。

【００２２】さらに、請求項５に対応する発明は、多層
の未焼成セラミックス管を重合せるとともに、その外側
ほど焼成時の収縮率の大きいものを配置し、焼成により
多層の未焼成セラミックス管どうしを拡散接合して一体
化して測定管部とするので、各未焼成セラミックスの肉
厚を薄肉にするので、焼成時に未焼成セラミックス内部
のガス等を抜きだすことができ、欠陥の少ない測定管部
を得ることができる。

【００２３】さらに、請求項６に対応する発明は、強度
上の欠陥要素を除去した焼成セラミックスの外側を未焼
成セラミックスで覆った後、焼成によって未焼成セラミ
ックスを焼成セラミックスに拡散接合して一体化するこ
とにより測定管部を得るので、欠陥の少ない測定管部を
得ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明に係わる電磁流量計の一実施
例を示す正面断面図、図２（ａ）は帰還磁路兼用外筐を
用いたときの図１の側面断面図、図２（ｂ）は非磁性材
料外筐を用いたときの図１の側面断面図である。

【００２５】これらの図において１ａは比較的薄肉の焼
成セラミックスパイプであって、この焼成セラミックス
パイプ１ａの外側には静電容量測定電極２が対向配置さ
れ、この外側に未焼成セラミックス１ｂが覆われてい
る。

【００２６】このような焼成セラミックスパイプ１ａを
用いたのは、温度変形が小さく、耐熱性、易メタライズ
性、溶融金属の吹き付け等による金属薄膜の形成可能な
性質、メタライズ後の機械的寸法の安定性等を利用した
ものである。しかも、薄肉としたのは内部に気体，液体
等の透過欠陥がないことを確認するためである。

【００２７】一方、静電容量測定電極２は、後工程の焼
成に十分に耐えうる材質のものが用いられ、しかも被測
定流体との間のインピーダンスを小さくする意味からで
きるだけ被測定流体に近ずけて配置する。このために焼
成セラミックスパイプ１ａの表面或いは焼成セラミック
スパイプ１ａの肉厚内に配置することが望ましい。

【００２８】さらに、前記未焼成セラミックス１ｂの外
側には静電容量測定電極２を外側から覆うようにシール
ドドライブ用静電容量電極３が配置されている。なお、
セラミックスパイプの中に静電容量測定電極２、シール
ドドライブ用静電容量電極３を埋め込む場合、極力熱膨
脹係数を合わせ、かつ、接合力を増加させるために、金
属とセラミックスとを混ぜた素材からなるサーメット状
の電極を形成すれば、電極とセラミックスとの一体化が
容易となる。これらの構成体１ａ，１ｂ，２，３をもっ
て測定管部１とする。

【００２９】そして、以上のようにして得られた測定管
部１の外側には、図２（ａ）に示すように励磁コイル６
を介して磁性材からなる帰還磁路兼用外筐７が設けら
れ、また図２（ｂ）に示すように励磁コイル６および例
えば薄厚けい素鋼帯を巻いた磁性材のリング状鉄心８を
介して非磁性材からなる外筐７ａが設けられている。な
お、３ａはシールドドライブ用シールド、９は同電位シ
ールドであってこれは静電容量測定電極２，シールドド
ライブ用静電容量電極３からノイズ発信源を遠ざけ、か
つ、被測定流体への静電結合を小さくするために励磁コ
イル６を外筐７，７ａと同電位に設定する機能をもって
いる。１０はコイルの励磁信号線、１１はコイル取付接
着層である。

【００３０】また、上記実施例では、シールドドライブ
用静電容量電極３は、未焼成セラミックス１ｂの外側に
配置したが、実際には外部からのノイズの飛び込みを防
止する観点から静電容量測定電極２に近接して配置する
必要がないので、例えば図３に示すように焼成セラミッ
クスパイプ１ａと未焼成セラミックス１ｂとからなるセ
ラミックスパイプの肉厚内に配置してもよい。なお、セ
ラミックスパイプ内に２重電極を埋め込む場合、以上の
ような製造手順を２度繰り返すか、静電容量測定電極２
の表面にセラミックスのような絶縁層、その上にシール
ドドライブ用静電容量電極３を溶射等により形成するよ
うにしてもよい。さらに、図４に示すように、セラミッ
クスパイプの内部に複数対の静電容量測定電極２ａ−２
ａ，２ｂ−２ｂ、シールドドライブ用静電容量電極３ａ
ａ−３ａａ，３ｂｂ−３ｂｂを配置した構造であっても
よい。

【００３１】図５は以上のようにして得られた測定管部
１を含む測定管を信号変換処理系２０に接続した例であ
る。すなわち、この信号変換処理系２０は、励磁電源２
１から励磁コイル６に励磁信号を与えて測定管部１内に
磁界を形成し、このとき流体の流速に比例する信号を一
対の静電容量測定電極２から取出し、信号取出線２ａを
介してプリアンプ２２に導入する。

【００３２】２３は所定周期のクロック信号を発生する
クロック発生源であって、このクロック発生源２３から
のクロック信号を用いてプリアンプ２２で測定信号をサ
ンプリングし、かつ、信号変換部２４で所要とする信号
に変換して出力する。２５はシールドドライブ用帰還信
号である。次に、測定管部１の製造方法について図６お
よび図７を参照しながら説明する。

【００３３】先ず、図６に示すように焼成セラミックス
パイプ１ａの外側に静電容量測定電極２或いは静電容量
測定電極２およびシールドドライブ用静電容量電極３
（図示せず）を配置し、その外側に焼成時の収縮力を考
慮して焼成セラミックスパイプ１ａに対して柔軟に密着
する内径を有する未焼成セラミックスパイプ１ｂを配置
する。このとき、未焼成セラミックスパイプ１ｂの内側
に信号取出線２ａまたは信号取出線２ａ付きコンタクト
電極２ｃを配置し焼成を行う。

【００３４】この焼成処理によって未焼成セラミックス
パイプ１ｂは収縮し、焼成セラミックスパイプ１ａに密
着して拡散接合して一体化し、電極部材等がセラミック
スパイプ中に封じ込められる。このときの焼成セラミッ
クスパイプ１ａと未焼成セラミックス１ｂとの拡散接合
はセラミックスの溶融よりも低い温度で長い時間加熱処
理することにより行う。

【００３５】このとき、例えば信号取出線２ａ付きコン
タクト電極２ｃの場合には、未焼成セラミックスパイプ
１ｂの内側に配置したコンタクト電極２ｃが測定電極２
に接触して信号の取り出しが可能となる。

【００３６】なお、焼成セラミックスパイプ１ａと未焼
成セラミックスパイプ１ｂとの隙間は密着程度でもよい
が、例えばバインダ抜きのための低温空焼（約１００〜
２００°Ｃ）の場合にはバインダが気散しやすいために
隙間があった方がよい。

【００３７】また、焼成時に焼成セラミックスパイプ１
ａと未焼成セラミックスパイプ１ｂとの間から気体を排
除する場合、予め図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような
形態の焼成セラミックスパイプ１ａと未焼成セラミック
スパイプ１ｂとを重ね合わせた後、焼成時に拡散接合す
る時に発生する気体を外部に逃がすような構成にしても
よい。例えば図７（ａ）に示すように、テーパなしの焼
成セラミックスパイプ１ａの外側に一方向にテーパ口径
をもった未焼成セラミックスパイプ１ｂを配置すると
か、或いは図７（ｂ）に示す如くほぼ中央部分から両側
方向にそれぞれ拡大するようなテーパ口径をもった未焼
成セラミックスパイプ１ｂを配置する。さらに、図７
（ｃ）に示すように逆に焼成セラミックスパイプ１ａ外
形の中央部分から両端部方向に向かうにしたがって絞る
ようなテーパをもたせるとか、或いは同図（ｄ）に示す
ような焼成セラミックスパイプ１ａと未焼成セラミック
スパイプ１ｂとの外径を互いに異なる方向にテーパをも
たせる如くしたものである。

【００３８】さらに、図８（ａ）に示すように焼成セラ
ミックスパイプ１ａの外側中央部に両側部をテーパ状と
する凹陥部を形成する一方、この焼成セラミックスパイ
プ１ａの外側に前記凹陥部の外径よりも大なる口径をも
った外径の未焼成セラミックスパイプ１ｂを配置し、同
図（ｂ）に示すように焼成によって焼成セラミックスパ
イプ１ａと未焼成セラミックスパイプ１ｂとを拡散接合
して一体化するものである。

【００３９】さらに、測定管部１は、別の製造方法を用
いて作ることも可能である。これは、焼成セラミックス
パイプ１ａの外側に静電容量測定電極２或いは静電容量
測定電極２およびシールドドライブ用静電容量電極３を
配置した後、未焼成セラミックスをバインダ溶液の中に
分散，沈殿させつつ各電極２，３を埋設した後、脱溶液
を行い、未焼成セラミックスを焼成しながら焼成セラミ
ックスパイプ１ａに拡散接合して一体化し、電極部材等
をセラミックス中に封じ込めるものである。

【００４０】この製造方法は、具体的には図９図
（ａ），（ｂ）に示すように、焼成セラミックス１ａの
外側にメタライズ，メタリコン，還元性メッキ，カーボ
ン溶射後電気メッキ等により静電容量測定電極２を配置
する。このとき、同時に静電容量測定電極２に信号取出
線２ａを取り付ける。

【００４１】しかる後、同図（ｃ）に示すように底板外
型４１ａに電極２付き焼成セラミックスパイプ１ａをパ
テ，セメント等の固着剤４２にて立設固定した後、前記
セラミックスパイプ１ａの外側を覆うように筒状外型４
１ｂを前記底板外型４１ａに取り付ける。さらに、セラ
ミックスパイプ１ａの反対面側にパテ，セメント等の固
着剤４２を介して中子４３を固定する。そして、中子４
３と外型４１ｂとの隙間にセラミックスパウダを分散し
た流体４４を流し込む。

【００４２】このときの液体としては、例えば水溶性の
場合にはポリビニルアルコールの水溶液、非水性の場合
にはポリビニルブチラールのメチルエチルケトンの溶液
が用いられる。また、固着剤４２はパテ，セメント等の
ように溶液でとけないものを用いる。水性パテは非水溶
液用、油性パテは水溶液用のものを用いる。

【００４３】以上のようにして未焼成セラミックスを固
めた後、離型の取り外しを行い、図９（ｄ）に示すよう
に必要な長さに切断し、さらに焼成を行って同図（ｅ）
のような形態にし、最後に同図（ｆ）に示すように必要
最終寸法の測定管部に加工する。

【００４４】なお、酸化物セラミックスとしては、アル
ミナAl₂ Ｏ₃ （融点：１９９９〜２０３２°Ｃ）、ジル
コニアＺｒＯ₂ （融点：２７００°Ｃ）、ベリリアＢｅ
Ｏ（融点：２５８５°Ｃ）等があり、焼成には酸素或い
は空気雰囲気中で行う。焼成工程の最大加熱温度は、代
表的なアルミナでは１８００°Ｃ程度であるが、電極材
質としてはＰｔ（融点：１７５５°Ｃ）を用いる場合に
は最大加熱温度を１５００°Ｃ程度とし、長時間の焼成
を行い、低い焼成温度をカバーすることができる。ま
た、窒化物セラミックスや非酸化物系セラミックスの場
合にはＨ₂ により、または窒素雰囲気で行う。

【００４５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。この実施例は、上記実施例と全く同様な構成および
製造工程をとるが、特に焼成セラミックス１ａの代りに
未焼成セラミックスを用い、図１〜図９と全く同様に製
造することにある。

【００４６】具体的には、内側未焼成セラミックスパイ
プ１ａ′と外側未焼成セラミックスパイプ１ｂとの間に
少くとも一対の静電容量測定電極２を例えば信号取出線
２ａを取り付けた状態で配置する。このとき、外側のパ
イプ程、焼成時の収縮率の大きいものを配置する。この
収縮率は、未焼成セラミックス粉末を焼成する時の凝集
力によって定まるもので、一般的性質としては未焼成セ
ラミックスの粒度が細かい程収縮率が小さいものであ
る。

【００４７】このとき、外側未焼成セラミックスパイプ
１ｂについては、未焼成セラミックス微粉末を、バイン
ダ溶液の中に分散させて沈殿させ、各電極２，３を埋設
した後、脱溶液を行い、焼成をすることにより、静電容
量測定電極２を内蔵してなる一体化した焼成セラミック
スパイプを作る。つまり、内側未焼成セラミックスパイ
プ１ａ′と外側未焼成セラミックスパイプ１ｂとの結合
はセラミックスの溶融よりも低い温度で長時間加温する
ことにより、双方の間は拡散結合され一体化される。

【００４８】なお、水溶性，油溶性バインダの量が少な
い程収縮率が小さく、微少量の乾式バインダを用いてド
ライ状で高圧プレス成形した未焼成セラミックスパイプ
の場合には収縮率が線収縮率５％程度に抑えることがで
き、湿式の場合には一般的な市販品の製造工程での収縮
率は１６％〜２６％程度となる。従って、組成を変える
ことによって収縮度の大小を選ぶことができる。

【００４９】また、他の実施例として、内側未焼成セラ
ミックスパイプ１ａ′の外形にソフトに密着する内径を
有する外側未焼成セラミックスパイプ１ｂを配置し、焼
成を行うことにより、焼成時の両者の密着により拡散接
合して一体化し、セラミックスパイプ内に電極部材を封
じ込めてなる測定管部１を作る。

【００５０】また、前述した図６に示すように内側未焼
成セラミックスパイプ１ａ′の外側に静電容量測定電極
２或いは静電容量測定電極２およびシールドドライブ用
静電容量電極３（図示せず）を配置し、その外側に焼成
時の収縮力を考慮して未焼成セラミックスパイプ１ｂを
配置する。このとき、未焼成セラミックスパイプ１ｂの
内側に信号取出線２ａまたは信号取出線２ａ付きコンタ
クト電極２ｃを配置し、焼成を行う。この焼成処理によ
り、未焼成セラミックスパイプ１ｂは収縮し、未焼成セ
ラミックスパイプ１ａ′に密着して拡散接合して一体化
し、電極部材等をセラミックスパイプ中に封じ込める。

【００５１】このとき、例えば信号取出線２ａ付きコン
タクト電極２ｃの場合には、未焼成セラミックスパイプ
１ｂの内側に配置したコンタクト電極２ｃが測定電極２
に接触し信号の取り出しが可能となる。次に、セラミッ
クスパイプについて説明する。

【００５２】このセラミックスパイプは、接液電極形電
磁流量計，接液電極形電気伝導度計，静電容量形電磁流
量計，静電容量形電気伝導度計等のごとく高圧流体に耐
えうる高圧測定パイプを対象とするものである。

【００５３】従来のセラミックスパイプは、機械的特性
例えば曲げ強度，引張強度等に優れているが、これらの
機械的強度がセラミックス表面，内部等の欠陥によって
数分の１に低下することがある。この低下の主な原因と
しては、大きく分けて表面欠陥と内部欠陥とに分けられ
る。この表面欠陥は、表面組織に発生する「粒界」、
「表面拡散，粒界拡散，格子拡散異常による不均質な発
生組織」、「粒界面内或いはその近傍における異種（溶
質）原子，介在粒子および空洞等の種類，大きさ，濃度
等による引きずり現象等による欠陥であり、一方、後者
の内部欠陥は、バインダ除去作業の際のバインダ急速気
散によって発生する空洞、超微粒子の大粒子との合体に
よる隙間の発生による空洞等が上げられる。

【００５４】そこで、本発明においては、以上のように
高圧流体を取扱う種々の測定計器であっても、上記欠陥
を除去し、セラミックス本来の機械的強度を十分に保有
するセラミックスパイプを実現することにある。先ず、
このセラミックスパイプの内部欠陥の発生状況を種々調
べると、薄肉であればある程パイプ内部に空洞ができに
くいことが分かった。

【００５５】そこで、目標の肉厚のセラミックスパイプ
を得るためには、必要な未焼成セラミックスパイプの肉
厚を複数に分割し、図１０（ａ）に示すようにこれら薄
肉の未焼成セラミックスパイプ５１ａ′，５１ｂ′，５
１ｃ′を同芯的に多層パイプに配置する一方、外側のパ
イプ程，その焼成時の収縮率の大きな未焼成セラミック
スパイプを配置する。

【００５６】しかる後、この多層未焼成セラミックスパ
イプ５１′を焼成処理することにより、図１０（ｂ），
（ｃ）のように各セラミックスパイプ相互間が拡散接合
された一体物となったセラミックスパイプを作る。次
に、このパイプの欠陥を除去する例について説明する。

【００５７】先ず、セラミックスパイプの内部欠陥に対
しては、当該セラミックスパイプの肉厚を薄くすれば、
焼成時にバインダ（水溶性，油溶性等の樹脂）を加熱溶
出，加熱分解したときのガスの抜けるときの抵抗が小さ
く、突沸や突分解で肉内に空洞が発生する可能性が小さ
いこと。しかも、ホットプレスや熱間静水圧プレスを行
うことによって著しく減少できる。従って、これらの処
置を十分に考慮しながら行う。

【００５８】一方、セラミックスパイプの表面欠陥は、
多層パイプの内外面の表面積が著しく大きいために、そ
の発生個所は一体パイプよりも多く発生する可能性があ
る。この表面欠陥を発生させないためには、次のような
焼成処理を実施する。つまり、初期焼結および中期焼結
の段階で超微粒子の凝集をおさえ、かつ、大きな粒子と
の低温合体がしにくいために、焼結助剤を用いるか、各
パイプ焼成時の層間合体前の温度を高温短時間で経過さ
せ、パイプの層間に封じ込まれる部分の表面欠陥を防止
する。

【００５９】なお、ここで言う初期焼結とは各セラミッ
クス粒子の接点においてネックが成長する段階であり、
中期焼結とは粒子の多面化した各稜の管状開放気孔が収
縮する過程をいう。また、焼結助剤としてはＡＬ₂ Ｏ₃
にＭｇＯを微量添加し、前述のように凝集を防止するよ
うな場合に焼結助剤と呼んでいる。

【００６０】そして、以上のような中期焼結段階を終了
したならば後期焼結に入る。この後期焼結は管状気孔が
閉塞する気孔収縮消滅過程である。この後期焼結によっ
て焼成は終了する。以上のような焼成時の温度保持によ
り、各セラミックスパイプ間は拡散接合され、多層パイ
プは一体物となる。

【００６１】なお、後期焼結段階終了までに発生した合
体パイプの内外端面の表面欠陥は必要に応じて除去す
る。この表面欠陥としてはセラミックス微粉末が凝集
し、結晶状に成長した粒界の存在が考えられるが、この
場合にパイプに高圧を加えると当該粒界が引き金になっ
てセラミックスパイプが破壊する可能性が高い。

【００６２】従って、これら粒界等の表面欠陥について
は化学的手法や機械的手法を用いて除去する。例えば化
学的手法は、表面にガラス質を比較的低温（約６００°
Ｃ，ガラス成分によって温度が異なる）でコーティング
し、粒界をかかるガラス質の中に溶解し、このガラス質
をアルカリや弗化水素酸等で除去し、セラミックスを化
学的に研磨したような表面にすることにより、粒界を除
去するものである。また、他の化学的手法としては、ガ
ラス質を用いずに、弗素酸（ＨＦ）或いは５０％〜６０
％ＨＦと硝酸（ＨＮＯ₃ ）或いはＨＦ：ＨＮＯ₃ ：Ｈ₂
ＳＯ₄ （硫酸）＝１：１：１に常温で数秒浸漬して表面
をエッチングして欠陥を除去するものである。一方、機
械的手法としては、研削後に羽布研磨を行うか、または
直接羽布研磨により欠陥を除去する。

【００６３】そして、以上のようにして得られた多層セ
ラミックスパイプ５１を接液電極形電磁流量計や接液電
極形電気伝導度計等に適用する場合、図１１（ａ）に示
すように多層セラミックスパイプ５１の相対向する個所
に孔５２を開け、この孔５２をパッキング５３を介して
接液形電極５４を挿入するとともに、パイプ外側からワ
ッシャ５５を介してボルト５６で締め付け固定する。

【００６４】なお、電極取付用孔５２は、当該孔開け後
に焼成工程と同様に応力緩和の熱処理と表面欠陥要素の
除去工程を設ければ、更に信頼性の高い電極孔付きパイ
プを得ることができる。この焼成パイプへの孔開けは超
音波振動を用いた研削加工が適している。

【００６５】図１１（ｂ）は多層セラミックスパイプ５
１の間に静電容量形電極５７を介在し、かつ、この静電
容量形電極５７を外側から囲むようにシールドドライブ
用シールド５８を設けた例である。これは静電容量形電
磁流量計や静電容量形電気伝導度計等に用いられる。次
に、図１２は２層のセラミックスパイプの製造例を示す
図である。

【００６６】先ず、同図（ａ）に示すような未焼成セラ
ミックスパイプ５１ａ′を作る。しかる後、同図（ｂ）
に示すように底板外型６１ａに未焼成セラミックスパイ
プ５１ａ′をパテ，セメント等の固着剤６２にて立設固
定した後、前記未焼成セラミックスパイプ５１ａ′の外
側を覆うように筒状外型６１ｂを前記底板外型６１ａに
取り付ける。さらに、セラミックスパイプ５１ａ′の反
対面側にパテ，セメント等の固着剤６２を介して中子６
３を固定する。そして、中子６３と外型６１ｂとの隙間
にセラミックスパウダを懸濁した流体６４を流し込む。
未焼成セラミックスを固めた後、離型の取り外しを行
い、図１２（ｃ）に示すように必要な長さに切り、さら
に焼成して所望の形態に形成し、最後に必要最終寸法の
測定管部を得るものである。

【００６７】さらに、他の実施例としては、焼成セラミ
ックスパイプの外側表面層の強度上の欠陥となる要素を
除去修正後、焼成セラミックスパイプの外側を未焼成セ
ラミックスパイプで覆い、この未焼成セラミックスパイ
プを焼成しながら拡散接合による一体化した焼成済みセ
ラミックスパイプを製造することもできる。

【００６８】また、２層以上の多層セラミックスパイプ
の製造工程終了後、その内面または外面或いは内外面と
もに強度上の欠陥となる表面要素を除去修正して実現す
る場合もある。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施できる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。

【００７０】先ず、請求項１，２の発明は、セラミック
スパイプに容易、かつ、適切に金属電極を取付けること
ができ、またポア等の欠陥の少ない安定した測定管部を
もった物理量測定装置を提供できる。

【００７１】次に、請求項３の発明によれば、安定した
機械的寸法の測定管部を得るとともに、適切な位置に電
極を取付けることができ、また請求項４の発明において
は、金属電極の取り付けを容易に行え、欠陥の少ない安
定した機械的寸法のセラミックス測定管部を得ることが
できるさらに、請求項５，６の発明は、欠陥の生じにく
い測定管部を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる物理量測定装置の一実施例を
示す正面断面図。

【図２】 同図（ａ）は磁性材外筐を用いた側面断面
図、同図（ｂ）は非磁性材外筐を用いた側面断面図。

【図３】 セラミックスパイプの内部に電極を埋め込ん
だ正面断面図。

【図４】 セラミックスパイプの内部に複数対の電極を
埋め込んだ正面断面図。

【図５】 図１の測定管に信号変換系を接続した構成
図。

【図６】 セラミックスパイプの内部に電極を埋め込む
と同時に信号取出線を取り付けるための図。

【図７】 焼成時の未焼成セラミックスの収縮時に気体
を排除するための焼成および未焼成のセラミックスパイ
プにテーパを付けた図。

【図８】 セラミックスパイプに焼成時の未焼成セラミ
ックスの収縮を利用して電極に信号取出線を取付ける
図。

【図９】 焼成セラミックスパイプの外側に型を用いて
バインダ溶液の中にセラミックス微粉末を分散し沈殿さ
せつつ電極を埋設してセラミックスパイプを作る図。

【図１０】 多層の未焼成セラミックスパイプを用いて
測定管部を製造する図。

【図１１】 図１０によって製造された測定管部に測定
電極を取付ける図。

【図１２】 未焼成セラミックスパイプの外側に型を用
いてバインダ溶液の中にセラミックス微粉末を分散し沈
殿させてセラミックスパイプを製造する図。

【符号の説明】

１…測定管部、１ａ…焼成セラミックスパイプ、１ｂ…
未焼成セラミックス、２…測定電極、２ａ…信号取出
線、２ｃ…コンタクト電極、３…シールドドライブ用電
極、６…励磁コイル、７，７ａ…外筐、８…同電位シー
ルド、２０…信号処理変換系、４４…セラミックスパウ
ダを分散した流体、５１′…多層未焼成セラミックスパ
イプ、５１ａ′，５１ｂ′，５１ｃ′…未焼成セラミッ
クスパイプ、５１…多層セラミックスパイプ、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼成セラミックス管の外側に少くとも一
   対の測定電極或いは少くとも一対の測定電極と一対のシ
   ールドドライブ用電極とを配置するとともに、これら電
   極を含む前記焼成セラミックス管の外側を未焼成セラミ
   ックスで覆い、焼成により当該未焼成セラミックスを前
   記焼成セラミックス管に拡散接合して一体化し、かつ、
   前記電極を封じ込めて測定管部とすることを特徴とする
   物理量測定装置。
2. 【請求項２】 焼成セラミックス管の外側に少くとも一
   対の測定電極或いは少くとも一対の測定電極と一対のシ
   ールドドライブ用電極とを配置するとともに、これら電
   極を含む前記焼成セラミックス管の外側に、バインダ溶
   液の中に未焼成セラミックス微粉末を分散し沈殿させる
   ことにより前記電極を埋設し、脱溶液および焼成により
   前記未焼成セラミックスを前記焼成セラミックス管に拡
   散接合して一体化し、かつ、前記電極を封じ込めて測定
   管部とすることを特徴とする物理量測定装置。
3. 【請求項３】 複数の未焼成セラミックス管を重合せる
   とともに、その外側ほど焼成時の収縮率の大きいものを
   配置し、かつ、前記両未焼成セラミックス管の間に少く
   とも一対の測定電極を介在して焼成することにより測定
   管部とすることを特徴とする物理量測定装置。
4. 【請求項４】 未焼成セラミックス管の外側に少くとも
   一対の測定電極或いは少くとも一対の測定電極と一対の
   シールドドライブ用電極とを配置するとともに、これら
   電極を含む前記未焼成セラミックス管の外側に、バイン
   ダ溶液の中に未焼成セラミックス微粉末を分散し沈殿さ
   せることにより前記電極を埋設し、脱溶液および焼成に
   より前記未焼成セラミックスを前記焼成セラミックス管
   に拡散接合して一体化し、かつ、前記電極を封じ込めて
   測定管部とすることを特徴とする物理量測定装置。
5. 【請求項５】 多層の未焼成セラミックス管を重合せる
   とともに、その外側ほど焼成時の収縮率の大きいものを
   配置し、焼成により多層の未焼成セラミックス管どうし
   を拡散接合して一体化することにより測定管部とするこ
   とを特徴とする物理量測定装置。
6. 【請求項６】 強度上の欠陥要素を除去した焼成セラミ
   ックスの外側を未焼成セラミックスで覆い、焼成により
   前記未焼成セラミックスを前記焼成セラミックスに拡散
   接合して一体化することにより測定管部とすることを特
   徴とする物理量測定装置。