JP2003004539A

JP2003004539A - 金属溶湯用熱電対

Info

Publication number: JP2003004539A
Application number: JP2001184335A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Isshiki; 鉄也一色; Takamoto Suzuki; 隆元鈴木; Mitsuru Okada; 充岡田; Kazuo Osumi; 和生大角; Hidenori Kita; 英紀北
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】金属溶湯用熱電対の金属素線の断線を防止
し、耐久性の高い金属溶湯用熱電対を得る。【解決手段】各種金属溶湯に対する耐食性を有する保
護被膜１５を外周面に施した保護管５と、保護管５の内
部に挿入した白金群金属を主成分とする１対の金属素線
１，２と、金属素線１，２の外周側に配置した絶縁管４
とから金属溶湯用熱電対を構成する。保護管５と金属素
線１，２との間に、保護管５から発生する揮発成分を遮
断または吸着する遮蔽物７〜９を配置する。保護管５の
外表面を、耐熱衝撃性に優れたMo−ZrB₂混合物，MgO ，
ZrO₂などの被膜１５により被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属溶湯の温度測定
に好適な耐久性に優れたシース型の金属溶湯用熱電対に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属溶湯の温度測定に使用する熱
電対として、例えばPt（白金）とPt−Rh（白金−ロジウ
ム）合金とからなる１対の金属素線の先端部を接合して
測定接点とする熱電対を窒化珪素，アルミナ，ジルコニ
アなどからなる保護管に挿入した構造のものが知られて
いる。しかし、窒化珪素製の保護管を用いたものでは、
保護管の珪素成分と金属素線の白金成分とが反応して金
属素線の融点降下を起こし、腐食により断線し易く、耐
久性に乏しくなる。一方、珪素成分を含まないアルミ
ナ，ジルコニアなどのセラミツク製の保護管にすると、
温度の急激な変化に耐える性質、即ち耐熱衝撃性が低下
するので、測定前に保護管を予熱するなど、余分な手間
がかかる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、金属素線の断線を防止して耐久性を高め
た、金属溶湯用熱電対を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明の構成は金属溶湯に対する耐食性を有する
保護被膜を外周面に施した保護管と、該保護管に内包さ
れる白金群の金属を主成分とする金属素線と、該金属素
線の外周に配置した絶縁物とからなる金属溶湯用熱電対
において、前記保護管と前記金属素線との間に、前記保
護管から発生する揮発成分を遮断または吸着する遮蔽物
を配置したことを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明では保護管と金属素線との
間の遮蔽物として、保護管から発生する揮発成分を遮断
する膜を保護管の内面に施すか、保護管から発生する揮
発成分を吸着する膜を保護管の内面に施す。また、保護
管と金属素線との間の遮蔽物として、筒体または有底管
を配し、保護管と筒体または有底管との間隙に保護管か
ら発生する揮発成分を吸着または吸収する充填材を充填
する。また、保護管の外表面に耐食性の被膜を施す。

【０００６】

【実施例】本発明を図面に示す実施例に基づき説明す
る。図１は本発明の第１の実施例に係る金属溶湯用熱電
対の全体構成を示す側面断面図、図２は同金属溶湯用熱
電対の先端部を拡大して示す側面断面である。金属溶湯
用熱電対を構成する金属素線１，２は一方がPt（白
金）、他方がPt−Rh（白金−ロジウム）合金の対である
（JIS R型）。金属素線１，２の先端は溶接により接合
されて測定接点３を形成する。金属素線１，２の基端は
測定接点３に対する基準接点を形成し、金属素線１と金
属素線２は導線により電位差計に接続される。金属素線
１，２の一方、例えば金属素線１には絶縁物として複数
のアルミナ製の絶縁管４が外挿される。絶縁管４はアル
ミナの代りに、チタニアTiO₂，ジルコニアZrO₂，マグネ
シアMgO ，硼酸鉛ガラスなどから形成してもよい。絶縁
管４に代わるものとして、例えばアルミナを顆粒状にし
たものを金属素線１の周囲に配するか、アルミナを金属
素線１にコーテイングしてもよい。金属素線１の熱膨張
による応力を緩和するために、測定接点３に近い金属素
線１の先端から５０ｍｍまでの区間には、長さが５ｍｍ
を超えない複数の絶縁管４を用い、金属素線１の先端か
ら５０ｍｍを超える基端側の区間には、長さが１０ｍｍ
の複数のの絶縁管４を用い、続いて長さが２０ｍｍの複
数の絶縁管４を用いる。

【０００７】保護管５は窒化珪素系セラミツクから作製
されたものであり、閉鎖された先端部５ａに金属素線
１，２の測定接点３が位置するように、金属素線１，２
が保護管５に挿入・保持される。保護管５は窒化珪素の
代りにサイアロンまたは炭化珪素から作製されてもよ
い。図３に示すように、保護管５の基端は封止部材６に
より封止される。保護管５の外表面は、鋳鉄の金属溶湯
にはモリブデン−硼化ジルコニウムMo−ZrB₂混合物，マ
グネシアMgO ，ジルコニアZrO₂などの被膜により被覆さ
れるが、銅，真鍮，銀などの溶湯にはマグネシアMgO の
被膜１５により被覆されるのが好ましい。保護管５の内
面は珪素Siの蒸発を防止するために、遮蔽物としてアル
ミナまたはジルコニアの被膜７により被覆されるか、高
温により保護管５から蒸発した珪素成分を吸収するため
に、チタンTi，チタニアTiO₂，ジルコニアZrO₂などの被
膜７により被覆される。保護管５の内面に施した被膜７
に代えて、珪素成分の蒸発により白金成分が浸食されな
いように金属素線１，２の表面にガラスのコーテイング
を施してもよい。

【０００８】図３，４に示す第２の実施例は、図１，２
に示す実施例における保護管５の内面の被膜に代えて、
金属素線１，２と保護管５の間に、遮蔽物としてチタン
から形成した筒体８が配置される。筒体８はチタンの代
りに、チタン合金，インコネル，インコロイ，ステンレ
スなどから形成してもよい。筒体８の基端部は保護管５
の基端部から外方へ突出しており、保護管５の基端部と
筒体８とは封止部材６により封止される。保護管５と筒
体８との間隙に、保護管５から発生した揮発成分を吸収
または吸着する物質を充填してもよい。金属素線１，２
の一方、例えば金属素線１には複数のアルミナ製の絶縁
管４が外挿されるなど、他の構成は図１，２に示す実施
例のものと同様である。

【０００９】図５に示す第３の実施例は、図３の第２の
実施例における筒体８に代えて、チタンから形成した有
底管９を用いたものである。有底管９はチタンの代り
に、チタン合金，インコネル，インコロイ，ステンレス
などから形成してもよい。金属素線１，２の測定接点３
が位置する有底管９の先端部と保護管５との間には、無
機化合物またはセラミツクからなる充填材１０が充填さ
れ、有底管９と保護管５が固定される。図３にも示した
ように、有底管９の基端部は保護管５の基端部から外方
へ突出しており、保護管５の基端部と有底管９とは封止
部材６により固定されかつ封止される。保護管５と有底
管９との間隙に、保護管５から発生した揮発成分を吸収
または吸着する物質を充填してもよい。金属素線１，２
の一方、例えば金属素線１には複数のアルミナ製の絶縁
管４が外挿されるなど、他の構成は図１，２に示す第１
の実施例のものと同様である。

【００１０】第１の実施例において保護管５の内面に施
した被膜７、第２の実施例において金属素線１，２と保
護管５の間に配した筒体８、第３の実施例において金属
素線１，２と保護管５の間に配した有底管９にそれぞれ
代えて、保護管５からの珪素成分の蒸発により白金成分
が浸食されないように、金属素線１，２の表面にガラス
のコーテイングを施してもよい。

【００１１】以上説明した図１，２に示した第１の実施
例の金属溶湯用熱電対では、保護管５に窒化珪素系のセ
ラミツクを用いたので、温度の急激な変化に耐える即ち
耐熱衝撃性に優れ、保護管５の内面がアルミナまたはジ
ルコニアの被膜７により被覆されるので、保護管５から
の珪素成分の蒸発が防止され、金属素線１，２の白金成
分と保護管５の珪素成分とが反応するのを阻止すること
ができる。また、保護管５の内面がチタンTi，チタニア
TiO₂，ジルコニアZrO₂などの被膜７により被覆される場
合は、被膜７が保護管５から蒸発した珪素成分を吸収す
るので、金属素線１，２の白金成分と保護管５の珪素成
分とが反応するのを阻止することができる。したがつ
て、金属素線１，２の断線が防止され、金属溶湯用熱電
対の耐久性が向上される。

【００１２】図３〜５に示した第２，第３の実施例の金
属溶湯用熱電対では、金属素線１，２と保護管５との間
に、珪素成分を吸収する性質を有するチタンなどの物質
からなる筒体８や有底管９を配したので、温度測定の際
に保護管５に含まれる窒化珪素やシリカから遊離した珪
素ガスが筒体８や有底管９により吸収され、保護管５の
珪素成分と金属素線１，２の白金成分とが反応するのを
阻止することができる。したがつて、金属素線１，２の
断線が防止され、金属溶湯用熱電対の耐久性が向上され
る。

【００１３】本発明の第１〜第３の実施例の各金属溶湯
用熱電対との比較試験のために、白金Ptと白金−ロジウ
ムPt−Rh合金からなる１対の金属素線１，２に外挿した
絶縁管４をアルミナ焼結体から形成し、窒化珪素からな
る保護管５に絶縁管４を挿入してなる比較用金属溶湯用
熱電対を作製した。本発明による各金属溶湯用熱電対と
比較用金属溶湯用熱電対を用いて、温度１４５０℃の鋳
鉄溶湯の測温試験を繰り返し行つた。図６に示すよう
に、金属溶湯用熱電対の金属素線１，２が断線に至るま
での測温回数は、比較用金属溶湯用熱電対が２００回程
度であるのに対し、本発明による各金属溶湯用熱電対で
は５００回程であり、比較用金属溶湯用熱電対のほぼ
２．５倍の耐久性があることが確認された。

【００１４】上述の鋳鉄溶湯の測温試験において１対の
金属素線１，２の断線の分析を行つた結果、比較用金属
溶湯用熱電対の断線部分を観察してみると、溶損により
断線した形跡があり、これは保護管５の窒化珪素の珪素
成分と金属素線１，２の白金成分とが反応して低融点の
化合物が形成され、低融点の化合物の影響により断線し
ていることが認められた。

【００１５】以上は本発明による白金Ptと白金−ロジウ
ムPt−Rh合金との１対の金属素線１，２を用いた JIS R
型の金属溶湯用熱電対についての試験結果であるが、第
１〜第３の実施例の金属溶湯用熱電対の金属素線１，２
の代りに、白金−ロジウムPt−Rh合金の内でロジウムRh
の含有割合が異なる金属素線を用いたもの（ JIS S型の
金属溶湯用熱電対）や、成分が異なるPt−Rh合金の金属
素線を用いたもの（ JIS B型の金属溶湯用熱電対）で
も、先に述べたと同様の耐久性の向上が確認された。

【００１６】次に、本発明による各金属溶湯用熱電対に
ついて、保護管５の外径の違いによる応答性試験を行つ
た。図７に示ように、保護管５の外径が３．２〜８ｍｍ
では、測定値が所定の値に落ち着くまでの時間は５〜７
秒であつたのに対し、保護管５の外径が８ｍｍを超える
と、応答性が急に悪くなることが確認された。保護管５
の外径が大きくなるにつれて応答性が悪化するので、保
護管５の外径は実用的には８ｍｍを超えないものが望ま
しい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は上述のように、各種金属溶湯に
対する耐食性を有する保護膜を外周面に施した保護管
と、保護管に内包される白金群金属を主成分とする金属
素線と、金属素線の外周に配置された絶縁物とを備えた
シース型の金属溶湯用熱電対において、保護管と金属素
線との間に保護管から発生する揮発成分を遮断または吸
着する遮蔽物を配置したものであり、保護管と金属素線
との間に保護管から発生する揮発成分を遮断する遮蔽物
を配置した場合は、保護管からの珪素の蒸発を防止し、
金属素線の白金成分と保護管の珪素成分とが反応するの
を阻止することができる。

【００１８】保護管と金属素線との間に保護管から発生
する揮発成分を吸着する遮蔽物を配置した場合は、遮蔽
物が保護管から蒸発した珪素を吸収するので、金属素線
の白金成分と保護管の珪素成分とが反応するのを阻止す
ることができる。したがつて、金属素線の断線が防止さ
れ、金属溶湯用熱電対の耐久性が向上される。

【００１９】金属素線と保護管との間に珪素を吸収する
性質を有する物質からなる筒体や有底管を配したので、
筒体や有底管により保護管に含まれる窒化珪素やシリカ
から遊離した珪素ガスは吸収され、保護管の珪素成分と
金属素線の白金成分との反応するのを阻止することがで
きる。したがつて、金属素線の断線が防止され、金属溶
湯用熱電対の耐久性が向上される。

【００２０】金属素線の表面にガラスのコーテイングを
施したので、保護管からの蒸発した珪素成分により金属
素線の白金成分が浸食されることがなく、金属素線の断
線が防止され、金属溶湯用熱電対の耐久性が向上され
る。

【００２１】金属素線に外挿した絶縁管の長さを金属素
線の先端では短く、金属素線の基端側で順次長くするこ
とにより、金属素線の熱膨張による応力が緩和され、金
属素線の断線が防止される。

【００２２】保護管に窒化珪素またはサイアロンを用い
たので耐熱衝撃性に優れ、保護管の外表面がモリブデン
−硼化ジルコニムMo−ZrB₂混合物，マグネシアMgO ，ジ
ルコニアZrO₂などの被膜により被覆されるので、金属溶
湯に対する保護管の耐食性が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る金属溶湯用熱電対
の側面断面図である。

【図２】同金属溶湯用熱電対の要部を拡大して示す側面
断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る金属溶湯用熱電対
の基端部を拡大して示す側面断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る金属溶湯用熱電対
の先端部を拡大して示す側面断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る金属溶湯用熱電対
の要部を拡大して示す側面断面図である。

【図６】本発明の各実施例の金属溶湯用熱電対と比較用
金属溶湯用熱電対との試験結果に基づく耐久性を表す線
図である。

【図７】本発明の各実施例の金属溶湯用熱電対の試験結
果に基づく保護管の外径と応答性との関係を表す線図で
ある。

【符号の説明】

１，２：金属素線３：測定接点４：絶縁管５：保
護管５ａ：先端部６：封止部材７：被膜８：筒
体９：有底管１０：充填材１５：被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田充神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内 (72)発明者大角和生神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内 (72)発明者北英紀神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内Ｆターム(参考） 2F056 BP05 BP06 KC06 KC08 KC11 KC18 4K056 FA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯に対する耐食性を有する保護膜を
外周面に施した保護管と、該保護管に内包される白金群
の金属を主成分とする金属素線と、該金属素線の外周に
配置した絶縁物とからなる金属溶湯用熱電対において、
前記保護管と前記金属素線との間に、前記保護管から発
生する揮発成分を遮断または吸着する遮蔽物を配置した
ことを特徴とする金属溶湯用熱電対。
【請求項２】前記保護管から発生する揮発成分のガスを
選択的に吸着する遮蔽物が、チタンTi，チタニアTiO₂，
ジルコニアZrO₂の内の少くとも１つから形成される、請
求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項３】前記保護管から発生する揮発成分を遮断す
る遮蔽物が、アルミナと硼酸鉛ガラスのいずれかからな
る、請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項４】前記保護管から発生する揮発成分を遮断す
る遮蔽物が、前記保護管の内面に形成した保護管から発
生する揮発成分を遮断する膜、または保護管から発生す
る揮発成分を選択的に吸着する膜である、請求項１に記
載の金属溶湯用熱電対。
【請求項５】前記遮蔽物は筒体または有底管であつて、
前記保護管と前記金属素線との間に前記金属素線と接触
しないように配置され、かつ前記筒体または有底管の基
端部は前記保護管の基端部から突出しており、前記保護
管の基端部と前記筒体または有底管とは封止部材により
固定される、請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項６】前記保護管と前記筒体との間隙または前記
保護管と前記有底管との間隙に、前記保護管から発生す
る揮発成分を吸着または吸収する充填材を充填した、請
求項５に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項７】前記保護管と前記有底管とは先端部で無機
化合物またはセラミツクからなる充填材により充填・固
定される、請求項５，６のいずれかに記載の金属溶湯用
熱電対。
【請求項８】前記有底管はチタン，チタン合金，インコ
ネル，インコロイ，ステンレスなどの耐熱性金属から形
成される、請求項５〜７のいずれかに記載の金属溶湯用
熱電対。
【請求項９】前記金属素線には絶縁物が施され、前記絶
縁物はアルミナ Al₂O₃，チタニアTiO₂，ジルコニアZr
O₂，マグネシアMgO ，硼酸鉛ガラスの内の少くとも１つ
からなり、絶縁管の形状にするか、前記金属素線の周囲
に顆粒状にして配するか、前記金属素線にコーテイング
するかのいずれかである、請求項１に記載の金属溶湯用
熱電対。
【請求項１０】前記絶縁管の長さは、前記金属素線の先
端から５０ｍｍまでは５ｍｍを超えないものとし、前記
金属素線の基端側では１０ｍｍ、２０ｍｍと徐々に長さ
を変える、請求項９に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項１１】前記保護管は窒化珪素またはサイアロン
から形成され、前記金属素線は白金−ロジウム系合金で
ある、請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項１２】前記保護管の外表面に施した被膜はモリ
ブデン−硼化ジルコニウムMo−ZrB₂，マグネシアMgO ，
ジルコニアZrO の内の少くとも１つから形成される、請
求項１に記載の金属溶湯用熱電対。
【請求項１３】前記保護管の外径は８ｍｍを超えない、
請求項１に記載の金属溶湯用熱電対。