JP3329189B2 - セラミックシース型熱電対 - Google Patents
セラミックシース型熱電対Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミック保護
管を持つセラミックシース型熱電対に関する。
管を持つセラミックシース型熱電対に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シース型熱電対は、金属製グロー
プラグや高温で使用されるＳＵＳシース型部品の保護管
として使用され、ＳＵＳ等の金属で作製されたものがあ
る。また、ＳＵＳシース型熱電対は、１０００℃以上の
雰囲気で使用されるものがあり、その場合には、インコ
ネル等の特殊耐熱合金で作製されている。熱電対は、３
００℃〜１４００℃の温度範囲の温度を計測するため、
各種の測定材を適合させている。また、熱電対の素線
は、酸化性又は還元性の雰囲気に対して弱い場合が多い
ので、一般的には保護パイプ内に入れて使用されてい
る。また、従来のセラミックシース型熱電対として、通
気用の孔を側面に形成した窒化珪素製保護管内に、Ｗ−
Ｒｅ素線を内包し、それらの空間をＴｉＮが分散した反
応焼結窒化珪素を充填した構造のものが知られている。
プラグや高温で使用されるＳＵＳシース型部品の保護管
として使用され、ＳＵＳ等の金属で作製されたものがあ
る。また、ＳＵＳシース型熱電対は、１０００℃以上の
雰囲気で使用されるものがあり、その場合には、インコ
ネル等の特殊耐熱合金で作製されている。熱電対は、３
００℃〜１４００℃の温度範囲の温度を計測するため、
各種の測定材を適合させている。また、熱電対の素線
は、酸化性又は還元性の雰囲気に対して弱い場合が多い
ので、一般的には保護パイプ内に入れて使用されてい
る。また、従来のセラミックシース型熱電対として、通
気用の孔を側面に形成した窒化珪素製保護管内に、Ｗ−
Ｒｅ素線を内包し、それらの空間をＴｉＮが分散した反
応焼結窒化珪素を充填した構造のものが知られている。
【０００３】また、特開平６−１６０２００号公報に
は、気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は、過渡的な温度変化等により、端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり、アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に、相互に絶縁し
て収納し、シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され、各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
は、気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は、過渡的な温度変化等により、端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり、アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に、相互に絶縁し
て収納し、シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され、各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
保護管をＳＵＳで作製した場合には、保護管は、その耐
熱使用限界温度が９００℃程度と低い耐熱温度である
上、硫黄ガス中での使用では保護管の金属が硫黄ガスに
侵されるので、硫黄ガス中での使用が困難である。ま
た、保護管をインコネル等の特殊耐熱合金で作製した場
合には、その保護管はＳＵＳの保護管に比較して耐熱温
度が高くなるが、コストが約２倍とアップすることにな
る。
保護管をＳＵＳで作製した場合には、保護管は、その耐
熱使用限界温度が９００℃程度と低い耐熱温度である
上、硫黄ガス中での使用では保護管の金属が硫黄ガスに
侵されるので、硫黄ガス中での使用が困難である。ま
た、保護管をインコネル等の特殊耐熱合金で作製した場
合には、その保護管はＳＵＳの保護管に比較して耐熱温
度が高くなるが、コストが約２倍とアップすることにな
る。
【０００５】また、上記セラミックシース型熱電対は、
高温大気中で使用した場合に、保護管に形成した通気孔
から内部への酸素の侵入によってＷ−Ｒｅ素線が劣化す
るという問題がある。更に、Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
は４．８×１０- 6 ／℃であり、Ｗ線の熱膨張係数より
更に大きく、繰り返しの使用によって周囲を形成する材
料との熱膨張係数差に起因する応力により劣化する可能
性がある。また、上記セラミックシース型熱電対は、測
温の応答性を向上させる必要があった。
高温大気中で使用した場合に、保護管に形成した通気孔
から内部への酸素の侵入によってＷ−Ｒｅ素線が劣化す
るという問題がある。更に、Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
は４．８×１０- 6 ／℃であり、Ｗ線の熱膨張係数より
更に大きく、繰り返しの使用によって周囲を形成する材
料との熱膨張係数差に起因する応力により劣化する可能
性がある。また、上記セラミックシース型熱電対は、測
温の応答性を向上させる必要があった。
【０００６】また、前掲特開平６−１６０２００号公報
に開示された気密端子付シース型熱電対は、保護管とし
てステンレス製シースを用いているが、該ステンレス製
シースは外部雰囲気中に直接晒された状態であり、例え
ば、雰囲気中に硫黄ガス等のガスが存在する場合には、
シース自体に腐食が発生し、耐久性が低下するという問
題を有している。
に開示された気密端子付シース型熱電対は、保護管とし
てステンレス製シースを用いているが、該ステンレス製
シースは外部雰囲気中に直接晒された状態であり、例え
ば、雰囲気中に硫黄ガス等のガスが存在する場合には、
シース自体に腐食が発生し、耐久性が低下するという問
題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、セラミック保護管内に配
置したＷ−Ｒｅ素線と該Ｗ−Ｒｅ素線を内包する複合セ
ラミックスとの熱膨張係数を近づけ、保護管内に発生す
る熱膨張差で発生する熱応力を小さくし、保護管内への
酸素の侵入を防止し、測温の応答性を向上させたセラミ
ックシース型熱電対を提供することである。
の課題を解決することであり、セラミック保護管内に配
置したＷ−Ｒｅ素線と該Ｗ−Ｒｅ素線を内包する複合セ
ラミックスとの熱膨張係数を近づけ、保護管内に発生す
る熱膨張差で発生する熱応力を小さくし、保護管内への
酸素の侵入を防止し、測温の応答性を向上させたセラミ
ックシース型熱電対を提供することである。
【０００８】この発明は、窒化珪素、サイアロン及び炭
化珪素から選択されるセラミックスによって作製された
保護管、前記保護管の内部に配置された測温点となる結
合部を有するＷ−Ｒｅ素線、前記Ｗ−Ｒｅ素線を内包す
るように前記保護管内に充填された４．０×１０- 6 ／
℃〜５．５×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する
反応焼結窒化珪素セラミックスを主成分とする複合セラ
ミックス、及び前記保護管の外周面に形成された窒化珪
素皮膜、から成るセラミックシース型熱電対に関する。
化珪素から選択されるセラミックスによって作製された
保護管、前記保護管の内部に配置された測温点となる結
合部を有するＷ−Ｒｅ素線、前記Ｗ−Ｒｅ素線を内包す
るように前記保護管内に充填された４．０×１０- 6 ／
℃〜５．５×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する
反応焼結窒化珪素セラミックスを主成分とする複合セラ
ミックス、及び前記保護管の外周面に形成された窒化珪
素皮膜、から成るセラミックシース型熱電対に関する。
【０００９】また、前記保護管はその両端が開口したパ
イプから成り、前記測温点が前記保護管の開口端面に位
置し、前記開口端面には窒化珪素皮膜が形成されてい
る。従って、このセラミックシース型熱電対は、前記測
温点の近傍が測温雰囲気に対して緻密で且つ熱容量が小
さくなり、応答性を向上できる。
イプから成り、前記測温点が前記保護管の開口端面に位
置し、前記開口端面には窒化珪素皮膜が形成されてい
る。従って、このセラミックシース型熱電対は、前記測
温点の近傍が測温雰囲気に対して緻密で且つ熱容量が小
さくなり、応答性を向上できる。
【００１０】また、前記複合セラミックスには、４．０
×１０- 6 ／℃以上の熱膨張係数を有する相が分散して
いる。更に、前記複合セラミックスに分散した前記相
は、ＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種及びＴｉ
Ｎから構成されている。また、前記複合セラミックスに
分散された前記相を形成するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合
量は前記複合セラミックスに対して１５〜５５ｗｔ％の
範囲である。
×１０- 6 ／℃以上の熱膨張係数を有する相が分散して
いる。更に、前記複合セラミックスに分散した前記相
は、ＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種及びＴｉ
Ｎから構成されている。また、前記複合セラミックスに
分散された前記相を形成するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合
量は前記複合セラミックスに対して１５〜５５ｗｔ％の
範囲である。
【００１１】このセラミックシース型熱電対は、上記の
ような構成によって、前記保護管の外周面に窒化珪素皮
膜が形成されているので、前記保護管内に酸素の侵入を
防止でき、Ｗ−Ｒｅ素線の劣化を防止できる。また、保
護管内に充填される複合セラミックスにＡｌＮやＡｌ2
Ｏ3 を添加して分散させることによって、複合セラミッ
クスの熱膨張係数をＷ−Ｒｅ素線の熱膨張係数にほぼ等
しくなるように近づけることができるので、Ｗ−Ｒｅ素
線の熱応力による劣化を防止できる。従って、このセラ
ミックシース型熱電対は、前記皮膜の保護膜がより長時
間にわたって安定し、それにともない耐久性も改善され
る。
ような構成によって、前記保護管の外周面に窒化珪素皮
膜が形成されているので、前記保護管内に酸素の侵入を
防止でき、Ｗ−Ｒｅ素線の劣化を防止できる。また、保
護管内に充填される複合セラミックスにＡｌＮやＡｌ2
Ｏ3 を添加して分散させることによって、複合セラミッ
クスの熱膨張係数をＷ−Ｒｅ素線の熱膨張係数にほぼ等
しくなるように近づけることができるので、Ｗ−Ｒｅ素
線の熱応力による劣化を防止できる。従って、このセラ
ミックシース型熱電対は、前記皮膜の保護膜がより長時
間にわたって安定し、それにともない耐久性も改善され
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１を参照して、この発明
によるセラミックシース型熱電対の実施例を説明する。
図１はこのセラミックシース型熱電対の一実施例を示す
断面図である。
によるセラミックシース型熱電対の実施例を説明する。
図１はこのセラミックシース型熱電対の一実施例を示す
断面図である。
【００１３】図１に示すように、このセラミックシース
型熱電対は、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4）、サイアロン（ｓ
ｉａｌｏｎ）及び炭化珪素（ＳｉＣ）から選択されるセ
ラミックスによって作製された保護管１、保護管１の内
部に配置された測温点９となる結合部を有するＷ−Ｒｅ
素線２，３、及びＷ−Ｒｅ素線２，３を内包するように
保護管１内に充填された４．０×１０- 6 ／℃〜５．５
×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する反応焼結窒
化珪素セラミックスを主成分とする複合セラミックス４
から構成されている。Ｗ−Ｒｅ素線は、一方の線材がＷ
−５％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線２と、他方の線
材がＷ−２６％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線３から
構成されている。
型熱電対は、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4）、サイアロン（ｓ
ｉａｌｏｎ）及び炭化珪素（ＳｉＣ）から選択されるセ
ラミックスによって作製された保護管１、保護管１の内
部に配置された測温点９となる結合部を有するＷ−Ｒｅ
素線２，３、及びＷ−Ｒｅ素線２，３を内包するように
保護管１内に充填された４．０×１０- 6 ／℃〜５．５
×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する反応焼結窒
化珪素セラミックスを主成分とする複合セラミックス４
から構成されている。Ｗ−Ｒｅ素線は、一方の線材がＷ
−５％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線２と、他方の線
材がＷ−２６％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線３から
構成されている。
【００１４】また、保護管１は、その両端が開口した径
の小さい長尺のパイプから構成されている。保護管１の
開口端面には、一端に測温点９が位置し、他端に端子取
付部７が設けられている。測温点９が位置した開口端面
には、ＣＶＤ等によって窒化珪素から成る皮膜６が全面
を覆うように形成されている。また、保護管１には通気
用孔８が形成されており、保護管１内に充填された複合
セラミックス４の反応焼結を良好に達成するように構成
されている。更に、保護管１の外周面は、ＣＶＤ等によ
って窒化珪素から成る皮膜５が全面を覆うように形成さ
れている。
の小さい長尺のパイプから構成されている。保護管１の
開口端面には、一端に測温点９が位置し、他端に端子取
付部７が設けられている。測温点９が位置した開口端面
には、ＣＶＤ等によって窒化珪素から成る皮膜６が全面
を覆うように形成されている。また、保護管１には通気
用孔８が形成されており、保護管１内に充填された複合
セラミックス４の反応焼結を良好に達成するように構成
されている。更に、保護管１の外周面は、ＣＶＤ等によ
って窒化珪素から成る皮膜５が全面を覆うように形成さ
れている。
【００１５】このセラミックシース型熱電対では、保護
管１内に充填された複合セラミックス４には、４．０×
１０- 6 ／℃以上の熱膨張係数を有する相が分散してお
り、該相はＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種及
びＴｉＮから構成されている。複合セラミックス４に分
散された相を形成するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合量は、
複合セラミックス４に対して１５〜５５ｗｔ％の範囲に
構成されている。
管１内に充填された複合セラミックス４には、４．０×
１０- 6 ／℃以上の熱膨張係数を有する相が分散してお
り、該相はＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種及
びＴｉＮから構成されている。複合セラミックス４に分
散された相を形成するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合量は、
複合セラミックス４に対して１５〜５５ｗｔ％の範囲に
構成されている。
【００１６】〔実施例１〕このセラミックシース型熱電
対は、例えば、次のようにして作製できる。まず、保護
管１を、内径φ４ｍｍ、外径φ６ｍｍ及び長さ３００ｍ
ｍで且つ両端が開口したサイアロンパイプで作製する。
Ｗ−Ｒｅ素線２，３として、一方の線材がＷ−５％Ｒｅ
から構成されたＷ−Ｒｅ素線２と、他方の線材がＷ−２
６％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線３との二種類の素
線を一端で互いに直列に結線して作製する。そこで、保
護管１内にＷ−Ｒｅ素線２，３の互いに結線した接合部
９が保護管１の開口端面に位置するようにＷ−Ｒｅ素線
２，３を配置すると共に、保護管１内にスラリーを充填
する。スラリーは、Ｓｉ粉末を５５ｗｔ％、ＡｌＮを３
５ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％で配合した混合粉末を含
むものである。次いで、保護管１内のスラリーが乾燥し
た後、これを０．９３ＭＰａの窒素雰囲気中の炉内で反
応焼結した。
対は、例えば、次のようにして作製できる。まず、保護
管１を、内径φ４ｍｍ、外径φ６ｍｍ及び長さ３００ｍ
ｍで且つ両端が開口したサイアロンパイプで作製する。
Ｗ−Ｒｅ素線２，３として、一方の線材がＷ−５％Ｒｅ
から構成されたＷ−Ｒｅ素線２と、他方の線材がＷ−２
６％Ｒｅから構成されたＷ−Ｒｅ素線３との二種類の素
線を一端で互いに直列に結線して作製する。そこで、保
護管１内にＷ−Ｒｅ素線２，３の互いに結線した接合部
９が保護管１の開口端面に位置するようにＷ−Ｒｅ素線
２，３を配置すると共に、保護管１内にスラリーを充填
する。スラリーは、Ｓｉ粉末を５５ｗｔ％、ＡｌＮを３
５ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％で配合した混合粉末を含
むものである。次いで、保護管１内のスラリーが乾燥し
た後、これを０．９３ＭＰａの窒素雰囲気中の炉内で反
応焼結した。
【００１７】次に、炉内に四塩化珪素、アンモニア、窒
素ガスを導入し、保護管１の外面に厚さ約０．１ｍｍの
Ｓｉ3 Ｎ4 膜５，６を形成した。それによって、保護管
１の通気用孔８が閉鎖されると共に、保護管１の一端面
を含む全面にＳｉ3 Ｎ4 膜５，６が形成され、通気用孔
８からの酸素侵入を抑制でき、耐酸化性を向上させるこ
とができる。次いで、保護管１の他端から突出している
Ｗ−Ｒｅ素線２，３に端子取付部７を取り付けた。この
セラミックシース型熱電対は、上記のように作製され、
Ｗ−Ｒｅ素線２，３の接合部９が測温点を構成すること
になる。
素ガスを導入し、保護管１の外面に厚さ約０．１ｍｍの
Ｓｉ3 Ｎ4 膜５，６を形成した。それによって、保護管
１の通気用孔８が閉鎖されると共に、保護管１の一端面
を含む全面にＳｉ3 Ｎ4 膜５，６が形成され、通気用孔
８からの酸素侵入を抑制でき、耐酸化性を向上させるこ
とができる。次いで、保護管１の他端から突出している
Ｗ−Ｒｅ素線２，３に端子取付部７を取り付けた。この
セラミックシース型熱電対は、上記のように作製され、
Ｗ−Ｒｅ素線２，３の接合部９が測温点を構成すること
になる。
【００１８】この実施例では、サイアロンパイプを用い
てセラミックシース型熱電対を作製したが、先端を有す
る鞘状の保護管を使用した場合でも、保護管の外面に皮
膜を形成することによって、通気用孔を閉鎖し、通気用
孔からの酸素侵入を抑制できる結果、耐酸化性を向上さ
せることができるものである。また、保護管１の外面に
皮膜５，６を形成する方法として、化学蒸着（ＣＶＤ）
の他、イオンアシストデポジション（ＩＡＤ）、スパッ
タリング、有機珪素ポリマー塗布法等によって達成でき
るものである。
てセラミックシース型熱電対を作製したが、先端を有す
る鞘状の保護管を使用した場合でも、保護管の外面に皮
膜を形成することによって、通気用孔を閉鎖し、通気用
孔からの酸素侵入を抑制できる結果、耐酸化性を向上さ
せることができるものである。また、保護管１の外面に
皮膜５，６を形成する方法として、化学蒸着（ＣＶＤ）
の他、イオンアシストデポジション（ＩＡＤ）、スパッ
タリング、有機珪素ポリマー塗布法等によって達成でき
るものである。
【００１９】次に、このセラミックシース型熱電対にお
ける端子取付部７のリード線を接続し、セラミックシー
ス型熱電対の測温点側の端部を大気中１０００℃の炉内
に配置し、時間経過に伴う熱起電力の変化を測定した。
この実施例では、複合セラミックス４として熱膨張係数
（α）は４．０×１０- 6 ／℃のものを使用した。ま
た、比較例として保護管１の外面に皮膜５，６を形成し
ないものを作製した。その結果を図４に示す。図４から
分かるように、本発明の保護管１にＣＶＤでＳｉ3 Ｎ4
皮膜５，６を形成したものは、４０００時間経過した後
でも、熱起電力の変位（％）は生じることなく、使用前
の熱起電力を維持していることが分かった。これに対し
て、比較例の保護管１にＣＶＤでＳｉ3 Ｎ4 皮膜を形成
しなかったものは、使用後、熱起電力の変位（％）が大
きく発生し、使用前の熱起電力を維持できないことが分
かった。
ける端子取付部７のリード線を接続し、セラミックシー
ス型熱電対の測温点側の端部を大気中１０００℃の炉内
に配置し、時間経過に伴う熱起電力の変化を測定した。
この実施例では、複合セラミックス４として熱膨張係数
（α）は４．０×１０- 6 ／℃のものを使用した。ま
た、比較例として保護管１の外面に皮膜５，６を形成し
ないものを作製した。その結果を図４に示す。図４から
分かるように、本発明の保護管１にＣＶＤでＳｉ3 Ｎ4
皮膜５，６を形成したものは、４０００時間経過した後
でも、熱起電力の変位（％）は生じることなく、使用前
の熱起電力を維持していることが分かった。これに対し
て、比較例の保護管１にＣＶＤでＳｉ3 Ｎ4 皮膜を形成
しなかったものは、使用後、熱起電力の変位（％）が大
きく発生し、使用前の熱起電力を維持できないことが分
かった。
【００２０】〔実施例２〕実施例１で使用したスラリー
からＡｌＮを除いたスラリーを用いて、該スラリーを保
護管１に充填し、実施例１と同様の方法でセラミックシ
ース型熱電対を作製し、これを比較例とした。即ち、Ａ
ｌＮを除いたスラリーは、Ｓｉ，Ｔｉのみから成る混合
粉末を原料にして複合セラミックスを形成し、更に、複
合セラミックスとして熱膨張係数（α）が３．２××１
０- 6 ／℃のものを使用した。また、実施例１で作製し
た本発明品のものは、複合セラミックス４が熱膨張係数
（α）が４．０×１０- 6 ／℃〜５．５×１０- 6 ／℃
の範囲のものを使用し、セラミックシース型熱電対を作
製し、本発明品とした。
からＡｌＮを除いたスラリーを用いて、該スラリーを保
護管１に充填し、実施例１と同様の方法でセラミックシ
ース型熱電対を作製し、これを比較例とした。即ち、Ａ
ｌＮを除いたスラリーは、Ｓｉ，Ｔｉのみから成る混合
粉末を原料にして複合セラミックスを形成し、更に、複
合セラミックスとして熱膨張係数（α）が３．２××１
０- 6 ／℃のものを使用した。また、実施例１で作製し
た本発明品のものは、複合セラミックス４が熱膨張係数
（α）が４．０×１０- 6 ／℃〜５．５×１０- 6 ／℃
の範囲のものを使用し、セラミックシース型熱電対を作
製し、本発明品とした。
【００２１】複合セラミックスの熱膨張係数を変えるた
めの添加物として、添加物自体の熱膨張係数がＳｉ3 Ｎ
4 の熱膨張係数よりも大きく、１４００℃程度でも安定
な物質であれば使用可能であるが、その点から考慮する
と、熱膨張係数が大きく、高温でも安定で溶融しない材
料として、ＡｌＮやＡｌ2 Ｏ3 が最適であることが分か
った。また、複合セラミックス４に分散された相を形成
するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合量としては、図２及び図
面３に示すグラフから分かるように、複合セラミックス
４に対して１５〜５５ｗｔ％の範囲であることが分か
る。
めの添加物として、添加物自体の熱膨張係数がＳｉ3 Ｎ
4 の熱膨張係数よりも大きく、１４００℃程度でも安定
な物質であれば使用可能であるが、その点から考慮する
と、熱膨張係数が大きく、高温でも安定で溶融しない材
料として、ＡｌＮやＡｌ2 Ｏ3 が最適であることが分か
った。また、複合セラミックス４に分散された相を形成
するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合量としては、図２及び図
面３に示すグラフから分かるように、複合セラミックス
４に対して１５〜５５ｗｔ％の範囲であることが分か
る。
【００２２】即ち、図２には、Ｔｉの配合量を１０ｗｔ
％とした時の、ＡｌＮの添加量（ｗｔ％）に対する抗折
強度（曲げ強度：ＭＰａ）と熱膨張係数（１／℃）との
関係が示されている。図２に示すように、抗折強度と熱
膨張係数とを考慮すると、ＡｌＮの添加量が１５ｗｔ％
以下では熱膨張係数が低く成り過ぎ、また、５５ｗｔ％
以上では複合セラミックスが緻密化せず、抗折強度が極
端に低下することが分かる。また、図３には、Ｔｉの配
合量を１０ｗｔ％とした時の、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量（ｗ
ｔ％）に対する抗折強度（曲げ強度）（ＭＰａ）と熱膨
張係数（１／℃）との関係が示されている。図３に示す
ように、抗折強度と熱膨張係数とを考慮すると、Ａｌ2
Ｏ3 の添加量が１５ｗｔ％以下では熱膨張係数が低く成
り過ぎ、また、５５ｗｔ％以上では複合セラミックスが
緻密化せず、抗折強度が極端に低下することが分かる。
％とした時の、ＡｌＮの添加量（ｗｔ％）に対する抗折
強度（曲げ強度：ＭＰａ）と熱膨張係数（１／℃）との
関係が示されている。図２に示すように、抗折強度と熱
膨張係数とを考慮すると、ＡｌＮの添加量が１５ｗｔ％
以下では熱膨張係数が低く成り過ぎ、また、５５ｗｔ％
以上では複合セラミックスが緻密化せず、抗折強度が極
端に低下することが分かる。また、図３には、Ｔｉの配
合量を１０ｗｔ％とした時の、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量（ｗ
ｔ％）に対する抗折強度（曲げ強度）（ＭＰａ）と熱膨
張係数（１／℃）との関係が示されている。図３に示す
ように、抗折強度と熱膨張係数とを考慮すると、Ａｌ2
Ｏ3 の添加量が１５ｗｔ％以下では熱膨張係数が低く成
り過ぎ、また、５５ｗｔ％以上では複合セラミックスが
緻密化せず、抗折強度が極端に低下することが分かる。
【００２３】そこで、本発明品と、ＡｌＮを除いて作製
した比較例とを用いて、１１００℃の溶解した銅の測温
を繰り返し実施した時の測温回数に伴う熱起電力の変化
を測定した。その結果を図５に示す。図５から分かるよ
うに、本発明品のセラミックシース型熱電対は、１０5
回の繰り返し使用に対しても熱起電力の変位（％）は生
じることなく、使用前の熱起電力を維持していることが
分かった。これに対して、比較例のセラミックシース型
熱電対は、繰り返し使用後の熱起電力の変位（％）が発
生し、使用前の熱起電力を維持できないことが分かっ
た。
した比較例とを用いて、１１００℃の溶解した銅の測温
を繰り返し実施した時の測温回数に伴う熱起電力の変化
を測定した。その結果を図５に示す。図５から分かるよ
うに、本発明品のセラミックシース型熱電対は、１０5
回の繰り返し使用に対しても熱起電力の変位（％）は生
じることなく、使用前の熱起電力を維持していることが
分かった。これに対して、比較例のセラミックシース型
熱電対は、繰り返し使用後の熱起電力の変位（％）が発
生し、使用前の熱起電力を維持できないことが分かっ
た。
【００２４】また、本発明品と比較例のセラミックシー
ス型熱電対を、１０4 回の繰り返し使用した後に、それ
らの断面を観察した結果、本発明品のセラミックシース
型熱電対には微小な亀裂は発生していなかった。これに
対して、ＡｌＮを添加していない複合セラミックスを用
いた比較例のセラミックシース型熱電対は、Ｗ−Ｒｅ素
線の一部に熱応力による微小な亀裂が発生していたこと
が分かった。
ス型熱電対を、１０4 回の繰り返し使用した後に、それ
らの断面を観察した結果、本発明品のセラミックシース
型熱電対には微小な亀裂は発生していなかった。これに
対して、ＡｌＮを添加していない複合セラミックスを用
いた比較例のセラミックシース型熱電対は、Ｗ−Ｒｅ素
線の一部に熱応力による微小な亀裂が発生していたこと
が分かった。
【００２５】
【発明の効果】この発明によるセラミックシース型熱電
対は、上記のように構成され、次のような効果を有す
る。即ち、このセラミックシース型熱電対は、Ｗ−Ｒｅ
素線を内包するように保護管内に４．０×１０- 6 ／℃
〜５．５×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する反
応焼結窒化珪素セラミックスを主成分とする複合セラミ
ックスが充填され、前記保護管の外周面に窒化珪素皮膜
が形成されているので、前記保護管から酸素が内部に侵
入することがなく、Ｗ−Ｒｅ素線が劣化するようなこと
が無い。また、前記複合セラミックスの熱膨張係数は適
正な量の添加物によって前記Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
に近づけられるので、繰り返し使用によっても前記Ｗ−
Ｒｅ素線に亀裂等の破損が発生せず、熱膨張差に起因す
る前記Ｗ−Ｒｅ素線の劣化が発生しない。更に、このセ
ラミックシース型熱電対の測温点は、Ｓｉ3 Ｎ4 皮膜で
被覆されているのみであり、その領域の熱容量が小さ
く、緻密であるので、測温において極めて応答性が良好
になる。従って、このセラミックシース型熱電対は、繰
り返しの使用回数は大幅に延ばすことができ寿命を長く
できる。また、前記保護管には被膜が配置されているの
で腐食が発生せず、酸化による線材の断線等が発生せ
ず、耐久性に富んだセラミックシース型熱電対を提供で
きる。
対は、上記のように構成され、次のような効果を有す
る。即ち、このセラミックシース型熱電対は、Ｗ−Ｒｅ
素線を内包するように保護管内に４．０×１０- 6 ／℃
〜５．５×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する反
応焼結窒化珪素セラミックスを主成分とする複合セラミ
ックスが充填され、前記保護管の外周面に窒化珪素皮膜
が形成されているので、前記保護管から酸素が内部に侵
入することがなく、Ｗ−Ｒｅ素線が劣化するようなこと
が無い。また、前記複合セラミックスの熱膨張係数は適
正な量の添加物によって前記Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
に近づけられるので、繰り返し使用によっても前記Ｗ−
Ｒｅ素線に亀裂等の破損が発生せず、熱膨張差に起因す
る前記Ｗ−Ｒｅ素線の劣化が発生しない。更に、このセ
ラミックシース型熱電対の測温点は、Ｓｉ3 Ｎ4 皮膜で
被覆されているのみであり、その領域の熱容量が小さ
く、緻密であるので、測温において極めて応答性が良好
になる。従って、このセラミックシース型熱電対は、繰
り返しの使用回数は大幅に延ばすことができ寿命を長く
できる。また、前記保護管には被膜が配置されているの
で腐食が発生せず、酸化による線材の断線等が発生せ
ず、耐久性に富んだセラミックシース型熱電対を提供で
きる。
【図１】この発明によるセラミックシース型熱電対の一
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
【図２】複合セラミックスにおけるＡｌＮの添加量に対
する抗折強度と熱膨張係数との関係を示すグラフであ
る。
する抗折強度と熱膨張係数との関係を示すグラフであ
る。
【図３】複合セラミックスにおけるＡｌ2 Ｏ3 の添加量
に対する抗折強度と熱膨張係数との関係を示すグラフで
ある。
に対する抗折強度と熱膨張係数との関係を示すグラフで
ある。
【図４】セラミックシース型熱電対の使用時間に対する
熱起電力の変位を示すグラフである。
熱起電力の変位を示すグラフである。
【図５】セラミックシース型熱電対の繰り返しの使用回
数に対する熱起電力の変位を示すグラフである。
数に対する熱起電力の変位を示すグラフである。
１ 保護管 ２，３ Ｗ−Ｒｅ素線 ４ 複合セラミックス ５ 外周面皮膜 ６ 端面皮膜 ７ 端子取付部 ８ 通気用孔 ９ 測温点
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−11574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−246636（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−89682（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−15047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−27820（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−2969（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−72530（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−146335（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01K 7/02 G01K 1/08
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化珪素、サイアロン及び炭化珪素から
選択されるセラミックスによって作製された保護管、前
記保護管の内部に配置された測温点となる結合部を有す
るＷ−Ｒｅ素線、前記Ｗ−Ｒｅ素線を内包するように前
記保護管内に充填された４．０×１０- 6 ／℃〜５．５
×１０- 6 ／℃の範囲の熱膨張係数を有する反応焼結窒
化珪素セラミックスを主成分とする複合セラミックス、
及び前記保護管の外周面に形成された窒化珪素皮膜、か
ら成るセラミックシース型熱電対。 - 【請求項２】 前記保護管はその両端が開口したパイプ
から成り、前記測温点が前記保護管の開口端面に位置
し、前記開口端面には窒化珪素皮膜が形成されている請
求項１に記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項３】 前記複合セラミックスには、４．０×１
０- 6 ／℃以上の熱膨張係数を有する相が分散している
請求項１又は２に記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項４】 前記相は、ＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 のうち少
なくとも１種及びＴｉＮから構成されている請求項３に
記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項５】 前記複合セラミックスに分散された相を
形成するＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 の配合量は前記複合セラミ
ックスに対して１５〜５５ｗｔ％の範囲である請求項１
〜４のいずれか１項に記載のセラミックシース型熱電
対。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14653396A JP3329189B2 (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | セラミックシース型熱電対 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14653396A JP3329189B2 (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | セラミックシース型熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304192A JPH09304192A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3329189B2 true JP3329189B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=15409804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14653396A Expired - Fee Related JP3329189B2 (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | セラミックシース型熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329189B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108303188A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-07-20 | 辽宁伊菲科技股份有限公司 | 一种氮化硅热电偶护管的制造方法 |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP14653396A patent/JP3329189B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09304192A (ja) | 1997-11-28 |
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