セラミックセンサ
【課題】温度差に起因する破損を防止して長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム湯面の測定を行うことができるセラミックセンサを提供する。
【解決手段】 緩衝材４を介してセラミック製のセンサ本体部１をホルダ２に接続し、緩衝材４を貫通するピン６をセンサ本体部１に接続し、急激な温度変化を繰り返し受けても緩衝材４により衝撃を吸収し、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部の亀裂の発生をなくしたセラミックセンサ１０とする。
【解決手段】 緩衝材４を介してセラミック製のセンサ本体部１をホルダ２に接続し、緩衝材４を貫通するピン６をセンサ本体部１に接続し、急激な温度変化を繰り返し受けても緩衝材４により衝撃を吸収し、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部の亀裂の発生をなくしたセラミックセンサ１０とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属溶湯の湯面の検出を行うセラミックセンサに関し、使用時の温度差に起因するセラミックの破損防止を企図したものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属により鋳造品を製造する際に、鋳造炉内の金属湯面をできるだけ一定に保持することは鋳造品の品質向上に欠かせない要因となっている。このため、金属溶湯が収容される炉内容器には溶湯面の高さを検出する湯面検出センサが備えられ、湯面センサの検出情報に基づいて溶湯の供給・停止が制御されるようになっている。
【０００３】
湯面センサとしては、２本の導電体を溶融金属に挿入し、２本の導電体の通電状況を見ることで湯面高さを検出する構成のセンサが知られている。溶融金属に挿入する導電体の材質としては金属溶湯の浸食を受けない導電性セラミックを使用することが従来から提案されており（例えば、下記特許文献１参照）、導電性セラミックを使用することにより長期間にわたり安定して金属湯面を測定することができる。
【０００４】
即ち、導電性セラミックを使用した湯面センサ（セラミックセンサ）では、金属ホルダにセラミック製のセンサ本体を固定し、金属制御棒の先端に取り付けて導電体とセンサ本体を接続し、通電を確認することで溶融金属の湯面を検出することができる。
【０００５】
従来のセラミックセンサでは、セラミック本体と金属ホルダの熱膨張率が顕著に異なるため、溶融金属の湯面の上下に伴う急激な温度変化を繰り返し受けることにより接合部及び嵌合部のセラミックに亀裂が生じ破損する虞があった。セラミック本体に亀裂が生じると、誤った湯面レベルの信号が検出され、操業や鋳造品の品質に影響を及ぼすことが考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−３１１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、急激な温度変化を繰り返し受けても接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがないセラミックセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、接続ピンをセラミック製のセンサ本体部に接合して設けると共に、前記接続ピンをホルダに接合して設け、前記接続ピンを介して前記ホルダに前記センサ本体部を取り付けたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【０００９】
第１の態様では、接合部位に接続ピンを介してセンサ本体をホルダに取り付けたので、最も熱衝撃を受けやすいセンサ本体とホルダの接合部位を、センサ本体部の外周面部から遊離させることができ、即ち、熱の影響を受け難い部位でホルダとセンサ本体部を接合したので、耐熱衝撃性が向上してセンサとしての信頼性を向上させることができる。これにより、温度差に起因する破損を防止して長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける部位の測定を行うことができる。
【００１０】
そして、本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは前記センサ本体部に螺合されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１１】
第２の態様では、ねじにより接続ピンと前記センサ本体部を取り付けることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記センサ本体部と前記ホルダの間に緩衝材を介在させ、該緩衝材に前記接続ピンを貫通させたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１３】
第３の態様では、緩衝材により衝撃が吸収され、熱衝撃によるセンサ本体部の破損を緩衝材により効果的に防止することができると共に、緩衝材が断熱材の役割を果たし、接合部位を熱衝撃から保護して信頼性をより向上させることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンは金属製の導電性材料で形成されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１５】
第４の態様では、接続ピンを介して通電が行われる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記センサ本体部の前記ホルダとの取り付け部位は該センサ本体部と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部に前記接続ピンが嵌合する嵌合穴を設け、該嵌合穴の半径は前記センサ本体部の前記円筒部の半径の２分の１以下であることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１７】
第５の態様では、センサ本体部の中心部に円筒部を設け、円筒部に設けられた嵌合穴に接続ピンを嵌合してセンサ本体部とホルダとを固定したので、耐熱衝撃性だけでなく、搬送時や設置時の衝撃及び振動に対する衝撃、ぶつけた時の衝撃に対しても耐衝撃性が得られる。また、接続ピンの断面積が円筒部の断面積の４分の１以下になるため、接続ピンに柔軟性を持たせ、接続ピン自体で衝撃を吸収することができ、更に信頼性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であると共に、前記嵌合穴はねじ棒が螺合するねじ穴であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部の前記嵌合穴に螺合して溶接により前記センサ本体部に固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１９】
第６の態様では、ねじ棒によりセンサ本体部を取り付けることができる。
【００２０】
本発明の第７の態様は、第５または第６の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはろう付けにより前記センサ本体部に固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２１】
第７の態様では、金属ろう付け（例えば、銅ろう付け、銀ろう付け）によりセンサ本体部を取り付けることができる。
【００２２】
本発明の第８の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記ホルダに対して前記接続ピンが同軸状態に取り付けられ、前記ホルダの反対側における前記接続ピンに前記センサ本体部が同軸状に取り付けられたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部に螺合すると共に溶接により前記ホルダに固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２４】
本発明の第１０の態様は、第１から第９のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記ホルダは金属溶湯を収容する炉内容器に設けられ、前記センサ本体は先端が前記炉内容器内の金属溶湯に接触または浸漬することで金属溶湯の湯面を検出することを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２５】
第１０の態様では、長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける金属溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のセラミックセンサは、急激な温度変化を繰り返し受けても、センサ本体部のホルダへの接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがないセラミックセンサとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１には本発明の第１実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図２には本発明の第２実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図３には本発明の第３実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図４には本発明の第４実施形態例に係るセラミックセンサの断面を示してある。図示のセラミックセンサは、アルミニウム溶湯を収容する炉内容器に設けられ、炉内容器内のアルミニウム溶湯の湯面を検出するものである。また、図５にはセラミックセンサの使用例を示してある。
【００２８】
図１に基づいて第１実施形態例を説明する。
【００２９】
図に示すように、セラミックセンサ１０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１は導電性を有するセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の表面にはＮｉめっき、または、Ａｕめっき、Ａｇめっき、Ｃｒめっきが施され、更に、金属溶湯に濡れにくくするため、ＢＮ等の離型材が塗布されている。
【００３０】
これにより、大気中に晒されても酸化を抑制することができる。このため、アルミニウム溶湯に接触または浸漬して使用する場合には勿論、大気雰囲気中で使用しても長期にわたり導通を確保することができ、更に信頼性を高めることができる。
【００３１】
センサ本体部１の後端はホルダ２の取付け穴３に嵌合されている。取付け穴３の内面とセンサ本体部１の後端の外面との間（接続部）には緩衝材４が介在して設けられている。つまり、センサ本体部１の後端は緩衝材４を介してホルダ２に取り付けられている。ホルダ２は耐熱合金で形成され、ＳＵＳ（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓ）をはじめとして種々の耐熱鋼等の材質で形成される。
【００３２】
ホルダ２とセンサ本体部１の後端面とにわたり導電材としてのＳＵＳ製の棒状のピン６（接続ピン）が緩衝材４を貫通して設けられ、ピン６はろう付け（金属ろう：例えば銅ろう）によりホルダ２及びセンサ本体部１に固定されている。ピン６の周囲はろう材５を介してホルダ２及びセンサ本体部１に固定されている。また、ピン６のセンサ本体部１と反対側の端部は溶接によりホルダ２に固定されている。センサ本体部１はＳＵＳ製のピン６を介して外部と導線接続される。
【００３３】
セラミックセンサ１０の全体の長さ（ホルダ２に取り付けられたセンサ本体部１の長さ）は、例えば、１３０ｍｍとされ、ホルダ２の長さは、例えば、３０ｍｍとされている。また、ホルダ２の直径は、例えば、２０ｍｍとされ、センサ本体部１の直径は、例えば、１２ｍｍとされている。また、ピン６の直径は、例えば、３ｍｍにされ、長さは、例えば、１５ｍｍとされている。ホルダ２とセンサ本体部１との隙間が１ｍｍ〜２ｍｍとされている。
【００３４】
接続部を詳述すると、センサ本体部１のホルダ２との取り付け部位はセンサ本体部１と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部にピン６が嵌合する嵌合穴２１が設けられている。嵌合穴２１の半径はセンサ本体部１の円筒部の半径の２分の１以下とされている。
【００３５】
嵌合穴２１及びピン６の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ピン６の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、嵌合穴２１の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、嵌合穴２１があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３６】
緩衝材４は、例えば、センサ本体部１の側部側がファイバーモルタルで、センサ本体部１の後端部側がシート状アルミナファイバーのパッキンで構成されている。ファイバーモルタルは流し込んで固化させて施工するため、緩衝機能と共にアルミニウム溶湯の隙間への浸入を防止することができる。シート状アルミナファイバーには断熱機能もあるため、ピン６との接合部を熱衝撃から保護することができる。
【００３７】
前述したホルダ２は、アルミニウム溶湯に晒されるため耐熱性を有することが必要であり、同時に、センサ本体部１から伝達される電気を良好に伝える材料であることが必要である。導電性セラミック製のセンサ本体部１と、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓからなるホルダ２とを不活性雰囲気あるいは真空雰囲気下で銅ろう付けを行い、センサ本体部１の表面にＮｉめっき処理を施し、アルミニウム溶湯（７００℃〜７２０℃）中に一定期間（例えば、３箇月）浸漬し、耐食性、接合部の耐酸化性（通電性）を調べた。この結果、耐食性、通電性共良好な結果が得られることが確認された。
【００３８】
上述したセラミックセンサ１０は、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００３９】
そして、センサ本体部１は緩衝材４を介してホルダ２の取付け穴３に固定されているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、緩衝材４により衝撃が吸収され、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。
【００４０】
このため、セラミックセンサ１０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００４１】
つまり、上述したセラミックセンサ１０は、ピン６をセンサ本体１の内部に接合させホルダ２に取り付けたので、最も熱衝撃を受けやすいセンサ本体１とホルダ２の接合部位を、センサ本体部１の外周面部から遊離させることができ、即ち、熱の影響を受け難い部位でホルダ２とセンサ本体部１を接合したので、耐熱衝撃性が向上してセンサとしての信頼性を向上させることができる。これにより、温度差に起因する破損を防止して長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける部位の測定を行うことができる。
【００４２】
尚、緩衝材４をセンサ本体部１の側面部位にのみに設け、センサ本体部１の後端面側はピン６でのみホルダ２につながる構成とすることも可能である。また、緩衝材４を省略することも可能であり、緩衝材４を設けない場合であっても、センサ本体１とホルダ２の接合部位を、センサ本体部１の外周面部から遊離させることができ、耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００４３】
緩衝材４を設けた場合は緩衝材４により衝撃が吸収され、熱衝撃によるセンサ本体部１の破損を緩衝材４により効果的に防止することができると共に、緩衝材４が断熱材の役割を果たし、接合部位を熱衝撃から保護して信頼性をより向上させることができる。
【００４４】
また、センサ本体部１のホルダ２との取り付け部位はセンサ本体部１と同一軸心を有する円筒状に形成され、センサ本体部１の後端面に（円筒部に）同心状の嵌合穴２１を設け、嵌合穴２１にピン６を嵌合してセンサ本体部１とホルダ２とを固定したので、耐熱衝撃性だけでなく、搬送時や設置時の衝撃及び振動に対する衝撃、ぶつけた時の衝撃に対しても耐衝撃性が得られる。また、嵌合穴２１の半径がセンサ本体部１の円筒部の半径の２分の１以下とされているため、ピン６の断面積が円筒部の断面積の４分の１以下になるため、ピン６に柔軟性を持たせることで、ピン６自体でも衝撃を吸収することができ、更に信頼性を向上させることができる。
【００４５】
図２に基づいて第２実施形態例を説明する。尚、図１に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図に示すように、セラミックセンサ２０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１はセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の後端はホルダ２の取付け穴３に嵌合されている。取付け穴３の内面とセンサ本体部１の後端の外面との間には緩衝材４が介在して設けられている。つまり、センサ本体部１の後端は緩衝材４を介してホルダ２に取り付けられている。
【００４７】
ホルダ２とセンサ本体部１の後端面とにわたり導電材としてのＳＵＳ製のピンとしてのねじ棒１１が緩衝材４を貫通して設けられ、ねじ棒１１はセンサ本体部１の後端のねじ穴２２（図１に示した嵌合穴２１に相当）に螺合している。ねじ棒１１のホルダ２との接触部はろう付け（金属ろう：例えば銅ろう）によるろう材１２が介在し、ねじ棒１１はセンサ本体部１に螺合すると共にホルダ２にろう付けされることにより、センサ本体部１の後端が緩衝材４を介してホルダ２に固定されている。また、ねじ棒１１のセンサ本体部１と反対側の端部は溶接によりホルダ２に固定されている。センサ本体部１はＳＵＳ製のねじ棒１１を介して外部と導線接続される。
【００４８】
上述したセラミックセンサは、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００４９】
そして、センサ本体部１は緩衝材４を介してホルダ２の取付け穴３に固定されているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、緩衝材４により衝撃が吸収され、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。また、センサ本体部１の後端にねじ棒１１が螺合しているので、導電材としてのねじ棒１１を安定してセンサ本体部１に接続することができる。
【００５０】
このため、セラミックセンサ２０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００５１】
尚、図２に示したセラミックセンサ２０は、センサ本体部１の側部側及び後端部側に緩衝材４が設けられているが、図３に示した第３実施形態例のように、センサ本体部１の後端部側のみに緩衝材４を設け、センサ本体部１の側部とホルダ２の取付け穴３との間に隙間を形成することも可能である。センサ本体部１の側部とホルダ２の取付け穴３との間に隙間を形成した場合、センサ本体部１に外力が加わっても隙間により変位が許容され、センサ本体部１が破損する虞を低下させることができる。
【００５２】
ねじ穴２２及びねじ棒１１の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ねじ棒１１の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、ねじ穴２２の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、ねじ穴２２があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００５３】
図４に基づいて第４実施形態例を説明する。図１〜図３に示した第１〜第３実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５４】
図に示すように、セラミックセンサ５０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１はセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の後端には導電材としてのＳＵＳ製のピンとしてのねじ棒５２のねじ部５３が螺合し、ねじ棒５２に同軸状に固定された状態になっている。ねじ棒５２はホルダ５１に溶接部５４により固定され、センサ本体部１はねじ棒５２を介してホルダ５１の先端に同軸状態に取り付けられている。センサ本体部１はＳＵＳ製のねじ棒１１を介して外部と導線接続される。
【００５５】
ねじ棒５２のセンサ本体部１への取り付け、センサ部本体１のねじ穴にろう材（金属ろう：例えば銅ろう）を予め入れておき、ろう材が入れられたねじ穴にねじ棒５２のねじ部５３を螺合することで取り付けられる。このため、ねじ部５３の螺合とろう材とのろう付けにより、ねじ棒５２のセンサ本体部１への取り付けが高い信頼性で確実に行われる。
【００５６】
尚、ねじ棒５２に代えて円柱状のピンを適用し、嵌合もしくはろう付けによりセンサ本体１に取り付けることも可能である。これにより、ピンの加工が簡単なものとなり、容易に交換を行うことができる。
【００５７】
ねじ棒５２は、例えば、直径が４ｍｍ以上でねじ部５３の長さが５ｍｍ、露出部の長さが１０ｍｍ程度に設定されている（ねじ部５３と露出部の長さの割合が、例えば、１：２）。これにより、例えば、４００ＭＰａ程度以上の曲げ強度を有するセンサ本体を用いれば、センサ本体に衝撃や負荷が加わっても、露出部で吸収することができ、センサ本体が破損しない。ねじ部５３は細いほど衝撃の負荷を吸収することができるが細すぎると破損しやすくなるため、例えば、直径を４ｍｍ以上に設定してある。
【００５８】
ねじ穴及びねじ棒５２の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ねじ棒５２の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、ねじ穴の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、ねじ穴があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００５９】
上述したセラミックセンサ５０は、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００６０】
そして、センサ本体部１は、ねじ棒５２を介してホルダ５１の先端に同軸状態に取り付けられているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、ねじ棒５２により衝撃が吸収され、センサ本体部１やホルダ５１に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。また、ねじ棒５２はセンサ本体部１の後端に螺合しているので、導電材としてのねじ棒５２を安定してセンサ本体部１に接続することができる。
【００６１】
このため、セラミックセンサ５０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００６２】
図５に基づいて上述したセラミックセンサ１０、２０、５０の使用例を説明する。
【００６３】
金属溶湯であるアルミニウム溶湯３１を収容する炉内容器に、例えば、３個のセラミックセンサ１０（２０、５０）が備えられ、３個のセラミックセンサ１０（２０、５０）は、アルミニウム溶湯３１の湯面３２に対してそれぞれ異なる高さに設置されている。例えば、中央のセラミックセンサ１０（２０、５０）を挟んで、一方（図中左側）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２よりも高い位置に設置され、他方（図中右側）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２に対して浸漬する位置に設置され、中央のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２のときに先端が湯面３２に接触する位置に設置されている。
【００６４】
このように、同じセラミックセンサ１０（２０、５０）でも、熱環境に対して異なる衝撃を受ける状態に設置されているが、セラミックセンサ１０（２０、５０）は耐熱衝撃性に対して信頼性が高いものとなっているので、炉内容器への設置状況に拘わらず、高い信頼性で安定して長期にわたりアルミニウム溶湯３１の湯面３２の測定を行うことができる。
【００６５】
特に、図中左側２つ（Ｒ１、Ｒ２）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は、アルミニウム溶湯の湯面上下限を検出するものであり、センサ本体部がアルミニウム溶湯の浸漬と脱出を繰り返すことになる。このため、熱による膨張・収縮に伴う熱衝撃を受けやすいものとなっている。本発明のセラミックセンサ１０、２０、５０をこのようなセンサとして使用することで、割れ等がなくその効果を十分に発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば、金属溶湯の湯面の検出を行うセラミックセンサの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図５】セラミックセンサの使用例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ センサ本体部
２、５１ ホルダ
３ 取付け穴
４ 緩衝材
５、１２ ろう材
６ ピン
１０、２０、５０ セラミックセンサ
１１、５２ ねじ棒
２１ 嵌合穴
２２ ねじ穴
３１ アルミニウム溶湯
３２ 湯面
５３ ねじ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属溶湯の湯面の検出を行うセラミックセンサに関し、使用時の温度差に起因するセラミックの破損防止を企図したものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属により鋳造品を製造する際に、鋳造炉内の金属湯面をできるだけ一定に保持することは鋳造品の品質向上に欠かせない要因となっている。このため、金属溶湯が収容される炉内容器には溶湯面の高さを検出する湯面検出センサが備えられ、湯面センサの検出情報に基づいて溶湯の供給・停止が制御されるようになっている。
【０００３】
湯面センサとしては、２本の導電体を溶融金属に挿入し、２本の導電体の通電状況を見ることで湯面高さを検出する構成のセンサが知られている。溶融金属に挿入する導電体の材質としては金属溶湯の浸食を受けない導電性セラミックを使用することが従来から提案されており（例えば、下記特許文献１参照）、導電性セラミックを使用することにより長期間にわたり安定して金属湯面を測定することができる。
【０００４】
即ち、導電性セラミックを使用した湯面センサ（セラミックセンサ）では、金属ホルダにセラミック製のセンサ本体を固定し、金属制御棒の先端に取り付けて導電体とセンサ本体を接続し、通電を確認することで溶融金属の湯面を検出することができる。
【０００５】
従来のセラミックセンサでは、セラミック本体と金属ホルダの熱膨張率が顕著に異なるため、溶融金属の湯面の上下に伴う急激な温度変化を繰り返し受けることにより接合部及び嵌合部のセラミックに亀裂が生じ破損する虞があった。セラミック本体に亀裂が生じると、誤った湯面レベルの信号が検出され、操業や鋳造品の品質に影響を及ぼすことが考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−３１１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、急激な温度変化を繰り返し受けても接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがないセラミックセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、接続ピンをセラミック製のセンサ本体部に接合して設けると共に、前記接続ピンをホルダに接合して設け、前記接続ピンを介して前記ホルダに前記センサ本体部を取り付けたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【０００９】
第１の態様では、接合部位に接続ピンを介してセンサ本体をホルダに取り付けたので、最も熱衝撃を受けやすいセンサ本体とホルダの接合部位を、センサ本体部の外周面部から遊離させることができ、即ち、熱の影響を受け難い部位でホルダとセンサ本体部を接合したので、耐熱衝撃性が向上してセンサとしての信頼性を向上させることができる。これにより、温度差に起因する破損を防止して長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける部位の測定を行うことができる。
【００１０】
そして、本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは前記センサ本体部に螺合されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１１】
第２の態様では、ねじにより接続ピンと前記センサ本体部を取り付けることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記センサ本体部と前記ホルダの間に緩衝材を介在させ、該緩衝材に前記接続ピンを貫通させたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１３】
第３の態様では、緩衝材により衝撃が吸収され、熱衝撃によるセンサ本体部の破損を緩衝材により効果的に防止することができると共に、緩衝材が断熱材の役割を果たし、接合部位を熱衝撃から保護して信頼性をより向上させることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンは金属製の導電性材料で形成されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１５】
第４の態様では、接続ピンを介して通電が行われる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記センサ本体部の前記ホルダとの取り付け部位は該センサ本体部と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部に前記接続ピンが嵌合する嵌合穴を設け、該嵌合穴の半径は前記センサ本体部の前記円筒部の半径の２分の１以下であることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１７】
第５の態様では、センサ本体部の中心部に円筒部を設け、円筒部に設けられた嵌合穴に接続ピンを嵌合してセンサ本体部とホルダとを固定したので、耐熱衝撃性だけでなく、搬送時や設置時の衝撃及び振動に対する衝撃、ぶつけた時の衝撃に対しても耐衝撃性が得られる。また、接続ピンの断面積が円筒部の断面積の４分の１以下になるため、接続ピンに柔軟性を持たせ、接続ピン自体で衝撃を吸収することができ、更に信頼性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であると共に、前記嵌合穴はねじ棒が螺合するねじ穴であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部の前記嵌合穴に螺合して溶接により前記センサ本体部に固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００１９】
第６の態様では、ねじ棒によりセンサ本体部を取り付けることができる。
【００２０】
本発明の第７の態様は、第５または第６の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはろう付けにより前記センサ本体部に固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２１】
第７の態様では、金属ろう付け（例えば、銅ろう付け、銀ろう付け）によりセンサ本体部を取り付けることができる。
【００２２】
本発明の第８の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記ホルダに対して前記接続ピンが同軸状態に取り付けられ、前記ホルダの反対側における前記接続ピンに前記センサ本体部が同軸状に取り付けられたことを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部に螺合すると共に溶接により前記ホルダに固定されていることを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２４】
本発明の第１０の態様は、第１から第９のいずれか１つの態様に記載のセラミックセンサにおいて、前記ホルダは金属溶湯を収容する炉内容器に設けられ、前記センサ本体は先端が前記炉内容器内の金属溶湯に接触または浸漬することで金属溶湯の湯面を検出することを特徴とするセラミックセンサにある。
【００２５】
第１０の態様では、長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける金属溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のセラミックセンサは、急激な温度変化を繰り返し受けても、センサ本体部のホルダへの接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがないセラミックセンサとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１には本発明の第１実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図２には本発明の第２実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図３には本発明の第３実施形態例に係るセラミックセンサの断面、図４には本発明の第４実施形態例に係るセラミックセンサの断面を示してある。図示のセラミックセンサは、アルミニウム溶湯を収容する炉内容器に設けられ、炉内容器内のアルミニウム溶湯の湯面を検出するものである。また、図５にはセラミックセンサの使用例を示してある。
【００２８】
図１に基づいて第１実施形態例を説明する。
【００２９】
図に示すように、セラミックセンサ１０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１は導電性を有するセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の表面にはＮｉめっき、または、Ａｕめっき、Ａｇめっき、Ｃｒめっきが施され、更に、金属溶湯に濡れにくくするため、ＢＮ等の離型材が塗布されている。
【００３０】
これにより、大気中に晒されても酸化を抑制することができる。このため、アルミニウム溶湯に接触または浸漬して使用する場合には勿論、大気雰囲気中で使用しても長期にわたり導通を確保することができ、更に信頼性を高めることができる。
【００３１】
センサ本体部１の後端はホルダ２の取付け穴３に嵌合されている。取付け穴３の内面とセンサ本体部１の後端の外面との間（接続部）には緩衝材４が介在して設けられている。つまり、センサ本体部１の後端は緩衝材４を介してホルダ２に取り付けられている。ホルダ２は耐熱合金で形成され、ＳＵＳ（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓ）をはじめとして種々の耐熱鋼等の材質で形成される。
【００３２】
ホルダ２とセンサ本体部１の後端面とにわたり導電材としてのＳＵＳ製の棒状のピン６（接続ピン）が緩衝材４を貫通して設けられ、ピン６はろう付け（金属ろう：例えば銅ろう）によりホルダ２及びセンサ本体部１に固定されている。ピン６の周囲はろう材５を介してホルダ２及びセンサ本体部１に固定されている。また、ピン６のセンサ本体部１と反対側の端部は溶接によりホルダ２に固定されている。センサ本体部１はＳＵＳ製のピン６を介して外部と導線接続される。
【００３３】
セラミックセンサ１０の全体の長さ（ホルダ２に取り付けられたセンサ本体部１の長さ）は、例えば、１３０ｍｍとされ、ホルダ２の長さは、例えば、３０ｍｍとされている。また、ホルダ２の直径は、例えば、２０ｍｍとされ、センサ本体部１の直径は、例えば、１２ｍｍとされている。また、ピン６の直径は、例えば、３ｍｍにされ、長さは、例えば、１５ｍｍとされている。ホルダ２とセンサ本体部１との隙間が１ｍｍ〜２ｍｍとされている。
【００３４】
接続部を詳述すると、センサ本体部１のホルダ２との取り付け部位はセンサ本体部１と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部にピン６が嵌合する嵌合穴２１が設けられている。嵌合穴２１の半径はセンサ本体部１の円筒部の半径の２分の１以下とされている。
【００３５】
嵌合穴２１及びピン６の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ピン６の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、嵌合穴２１の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、嵌合穴２１があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３６】
緩衝材４は、例えば、センサ本体部１の側部側がファイバーモルタルで、センサ本体部１の後端部側がシート状アルミナファイバーのパッキンで構成されている。ファイバーモルタルは流し込んで固化させて施工するため、緩衝機能と共にアルミニウム溶湯の隙間への浸入を防止することができる。シート状アルミナファイバーには断熱機能もあるため、ピン６との接合部を熱衝撃から保護することができる。
【００３７】
前述したホルダ２は、アルミニウム溶湯に晒されるため耐熱性を有することが必要であり、同時に、センサ本体部１から伝達される電気を良好に伝える材料であることが必要である。導電性セラミック製のセンサ本体部１と、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓからなるホルダ２とを不活性雰囲気あるいは真空雰囲気下で銅ろう付けを行い、センサ本体部１の表面にＮｉめっき処理を施し、アルミニウム溶湯（７００℃〜７２０℃）中に一定期間（例えば、３箇月）浸漬し、耐食性、接合部の耐酸化性（通電性）を調べた。この結果、耐食性、通電性共良好な結果が得られることが確認された。
【００３８】
上述したセラミックセンサ１０は、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００３９】
そして、センサ本体部１は緩衝材４を介してホルダ２の取付け穴３に固定されているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、緩衝材４により衝撃が吸収され、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。
【００４０】
このため、セラミックセンサ１０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００４１】
つまり、上述したセラミックセンサ１０は、ピン６をセンサ本体１の内部に接合させホルダ２に取り付けたので、最も熱衝撃を受けやすいセンサ本体１とホルダ２の接合部位を、センサ本体部１の外周面部から遊離させることができ、即ち、熱の影響を受け難い部位でホルダ２とセンサ本体部１を接合したので、耐熱衝撃性が向上してセンサとしての信頼性を向上させることができる。これにより、温度差に起因する破損を防止して長期間にわたり安定して、急激な温度変化を繰り返し受ける部位の測定を行うことができる。
【００４２】
尚、緩衝材４をセンサ本体部１の側面部位にのみに設け、センサ本体部１の後端面側はピン６でのみホルダ２につながる構成とすることも可能である。また、緩衝材４を省略することも可能であり、緩衝材４を設けない場合であっても、センサ本体１とホルダ２の接合部位を、センサ本体部１の外周面部から遊離させることができ、耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００４３】
緩衝材４を設けた場合は緩衝材４により衝撃が吸収され、熱衝撃によるセンサ本体部１の破損を緩衝材４により効果的に防止することができると共に、緩衝材４が断熱材の役割を果たし、接合部位を熱衝撃から保護して信頼性をより向上させることができる。
【００４４】
また、センサ本体部１のホルダ２との取り付け部位はセンサ本体部１と同一軸心を有する円筒状に形成され、センサ本体部１の後端面に（円筒部に）同心状の嵌合穴２１を設け、嵌合穴２１にピン６を嵌合してセンサ本体部１とホルダ２とを固定したので、耐熱衝撃性だけでなく、搬送時や設置時の衝撃及び振動に対する衝撃、ぶつけた時の衝撃に対しても耐衝撃性が得られる。また、嵌合穴２１の半径がセンサ本体部１の円筒部の半径の２分の１以下とされているため、ピン６の断面積が円筒部の断面積の４分の１以下になるため、ピン６に柔軟性を持たせることで、ピン６自体でも衝撃を吸収することができ、更に信頼性を向上させることができる。
【００４５】
図２に基づいて第２実施形態例を説明する。尚、図１に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図に示すように、セラミックセンサ２０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１はセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の後端はホルダ２の取付け穴３に嵌合されている。取付け穴３の内面とセンサ本体部１の後端の外面との間には緩衝材４が介在して設けられている。つまり、センサ本体部１の後端は緩衝材４を介してホルダ２に取り付けられている。
【００４７】
ホルダ２とセンサ本体部１の後端面とにわたり導電材としてのＳＵＳ製のピンとしてのねじ棒１１が緩衝材４を貫通して設けられ、ねじ棒１１はセンサ本体部１の後端のねじ穴２２（図１に示した嵌合穴２１に相当）に螺合している。ねじ棒１１のホルダ２との接触部はろう付け（金属ろう：例えば銅ろう）によるろう材１２が介在し、ねじ棒１１はセンサ本体部１に螺合すると共にホルダ２にろう付けされることにより、センサ本体部１の後端が緩衝材４を介してホルダ２に固定されている。また、ねじ棒１１のセンサ本体部１と反対側の端部は溶接によりホルダ２に固定されている。センサ本体部１はＳＵＳ製のねじ棒１１を介して外部と導線接続される。
【００４８】
上述したセラミックセンサは、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００４９】
そして、センサ本体部１は緩衝材４を介してホルダ２の取付け穴３に固定されているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、緩衝材４により衝撃が吸収され、センサ本体部１のホルダ２との接合部及び嵌合部に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。また、センサ本体部１の後端にねじ棒１１が螺合しているので、導電材としてのねじ棒１１を安定してセンサ本体部１に接続することができる。
【００５０】
このため、セラミックセンサ２０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００５１】
尚、図２に示したセラミックセンサ２０は、センサ本体部１の側部側及び後端部側に緩衝材４が設けられているが、図３に示した第３実施形態例のように、センサ本体部１の後端部側のみに緩衝材４を設け、センサ本体部１の側部とホルダ２の取付け穴３との間に隙間を形成することも可能である。センサ本体部１の側部とホルダ２の取付け穴３との間に隙間を形成した場合、センサ本体部１に外力が加わっても隙間により変位が許容され、センサ本体部１が破損する虞を低下させることができる。
【００５２】
ねじ穴２２及びねじ棒１１の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ねじ棒１１の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、ねじ穴２２の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、ねじ穴２２があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００５３】
図４に基づいて第４実施形態例を説明する。図１〜図３に示した第１〜第３実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５４】
図に示すように、セラミックセンサ５０は棒状のセンサ本体部１を備え、センサ本体部１はセラミック製（例えば、９２ＴｉＢ２−５ＴｉＣＮ−３Ｃｏ、９０ＴｉＢ２−１０ＴｉＣ等の導電性セラミック）で、先端が溶融アルミニウムに接触または浸漬される。センサ本体部１の後端には導電材としてのＳＵＳ製のピンとしてのねじ棒５２のねじ部５３が螺合し、ねじ棒５２に同軸状に固定された状態になっている。ねじ棒５２はホルダ５１に溶接部５４により固定され、センサ本体部１はねじ棒５２を介してホルダ５１の先端に同軸状態に取り付けられている。センサ本体部１はＳＵＳ製のねじ棒１１を介して外部と導線接続される。
【００５５】
ねじ棒５２のセンサ本体部１への取り付け、センサ部本体１のねじ穴にろう材（金属ろう：例えば銅ろう）を予め入れておき、ろう材が入れられたねじ穴にねじ棒５２のねじ部５３を螺合することで取り付けられる。このため、ねじ部５３の螺合とろう材とのろう付けにより、ねじ棒５２のセンサ本体部１への取り付けが高い信頼性で確実に行われる。
【００５６】
尚、ねじ棒５２に代えて円柱状のピンを適用し、嵌合もしくはろう付けによりセンサ本体１に取り付けることも可能である。これにより、ピンの加工が簡単なものとなり、容易に交換を行うことができる。
【００５７】
ねじ棒５２は、例えば、直径が４ｍｍ以上でねじ部５３の長さが５ｍｍ、露出部の長さが１０ｍｍ程度に設定されている（ねじ部５３と露出部の長さの割合が、例えば、１：２）。これにより、例えば、４００ＭＰａ程度以上の曲げ強度を有するセンサ本体を用いれば、センサ本体に衝撃や負荷が加わっても、露出部で吸収することができ、センサ本体が破損しない。ねじ部５３は細いほど衝撃の負荷を吸収することができるが細すぎると破損しやすくなるため、例えば、直径を４ｍｍ以上に設定してある。
【００５８】
ねじ穴及びねじ棒５２の半径は、加工精度の観点から０.５ｍｍ以上とすることが好ましく、ねじ棒５２の熱膨張に伴うセンサ本体部１の張り割れを防止するため、ねじ穴の半径はセンサ本体部１の半径の３分の２以下とすることが好ましく、更に、２分の１以下とすることが好ましい。また、ねじ穴があるセンサ本体部１の半径方向外側の厚みは、強度を確保する観点より１ｍｍ以上とすることが好ましく、更に、２.５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００５９】
上述したセラミックセンサ５０は、センサ本体部１の先端がアルミニウム溶湯に接触または浸漬され、通電状況が検知されてアルミニウム湯面が検出される。センサ本体部１が導電性セラミック製であるため、アルミニウム溶湯の浸食を受けることがなく、長期間にわたり安定してアルミニウム湯面を測定することができる。
【００６０】
そして、センサ本体部１は、ねじ棒５２を介してホルダ５１の先端に同軸状態に取り付けられているので、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面に接触または浸漬されていても、ねじ棒５２により衝撃が吸収され、センサ本体部１やホルダ５１に亀裂が生じることがなく、温度差に起因する破損が防止される。また、ねじ棒５２はセンサ本体部１の後端に螺合しているので、導電材としてのねじ棒５２を安定してセンサ本体部１に接続することができる。
【００６１】
このため、セラミックセンサ５０を用いることにより、急激な温度変化を繰り返し受けるアルミニウム溶湯の湯面の測定を長期間にわたり安定して行うことができ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００６２】
図５に基づいて上述したセラミックセンサ１０、２０、５０の使用例を説明する。
【００６３】
金属溶湯であるアルミニウム溶湯３１を収容する炉内容器に、例えば、３個のセラミックセンサ１０（２０、５０）が備えられ、３個のセラミックセンサ１０（２０、５０）は、アルミニウム溶湯３１の湯面３２に対してそれぞれ異なる高さに設置されている。例えば、中央のセラミックセンサ１０（２０、５０）を挟んで、一方（図中左側）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２よりも高い位置に設置され、他方（図中右側）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２に対して浸漬する位置に設置され、中央のセラミックセンサ１０（２０、５０）は通常の湯面３２のときに先端が湯面３２に接触する位置に設置されている。
【００６４】
このように、同じセラミックセンサ１０（２０、５０）でも、熱環境に対して異なる衝撃を受ける状態に設置されているが、セラミックセンサ１０（２０、５０）は耐熱衝撃性に対して信頼性が高いものとなっているので、炉内容器への設置状況に拘わらず、高い信頼性で安定して長期にわたりアルミニウム溶湯３１の湯面３２の測定を行うことができる。
【００６５】
特に、図中左側２つ（Ｒ１、Ｒ２）のセラミックセンサ１０（２０、５０）は、アルミニウム溶湯の湯面上下限を検出するものであり、センサ本体部がアルミニウム溶湯の浸漬と脱出を繰り返すことになる。このため、熱による膨張・収縮に伴う熱衝撃を受けやすいものとなっている。本発明のセラミックセンサ１０、２０、５０をこのようなセンサとして使用することで、割れ等がなくその効果を十分に発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば、金属溶湯の湯面の検出を行うセラミックセンサの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態例に係るセラミックセンサの断面図である。
【図５】セラミックセンサの使用例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ センサ本体部
２、５１ ホルダ
３ 取付け穴
４ 緩衝材
５、１２ ろう材
６ ピン
１０、２０、５０ セラミックセンサ
１１、５２ ねじ棒
２１ 嵌合穴
２２ ねじ穴
３１ アルミニウム溶湯
３２ 湯面
５３ ねじ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続ピンをセラミック製のセンサ本体部に接合して設けると共に、前記接続ピンをホルダに接合して設け、前記接続ピンを介して前記ホルダに前記センサ本体部を取り付けたことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは前記センサ本体部に螺合されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のセラミックセンサにおいて、
前記センサ本体部と前記ホルダの間に緩衝材を介在させ、該緩衝材に前記接続ピンを貫通させた
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンは金属製の導電性材料で形成されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記センサ本体部の前記ホルダとの取り付け部位は該センサ本体部と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部に前記接続ピンが嵌合する嵌合穴を設け、該嵌合穴の半径は前記センサ本体部の前記円筒部の半径の２分の１以下である
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であると共に、前記嵌合穴はねじ棒が螺合するねじ穴であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部の前記嵌合穴に螺合して溶接により前記センサ本体部に固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはろう付けにより前記センサ本体部に固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記ホルダに対して前記接続ピンが同軸状態に取り付けられ、前記ホルダの反対側における前記接続ピンに前記センサ本体部が同軸状に取り付けられた
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項９】
請求項８に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部に螺合すると共に溶接により前記ホルダに固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記ホルダは金属溶湯を収容する炉内容器に設けられ、前記センサ本体部は先端が前記炉内容器内の金属溶湯に接触または浸漬することで金属溶湯の湯面を検出する
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項１】
接続ピンをセラミック製のセンサ本体部に接合して設けると共に、前記接続ピンをホルダに接合して設け、前記接続ピンを介して前記ホルダに前記センサ本体部を取り付けたことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは前記センサ本体部に螺合されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のセラミックセンサにおいて、
前記センサ本体部と前記ホルダの間に緩衝材を介在させ、該緩衝材に前記接続ピンを貫通させた
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンは金属製の導電性材料で形成されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記センサ本体部の前記ホルダとの取り付け部位は該センサ本体部と同一軸心を有する円筒状に形成され、円筒状に形成された円筒部の軸心の中心部に前記接続ピンが嵌合する嵌合穴を設け、該嵌合穴の半径は前記センサ本体部の前記円筒部の半径の２分の１以下である
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であると共に、前記嵌合穴はねじ棒が螺合するねじ穴であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部の前記嵌合穴に螺合して溶接により前記センサ本体部に固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはろう付けにより前記センサ本体部に固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記ホルダに対して前記接続ピンが同軸状態に取り付けられ、前記ホルダの反対側における前記接続ピンに前記センサ本体部が同軸状に取り付けられた
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項９】
請求項８に記載のセラミックセンサにおいて、
前記接続ピンはねじ棒であり、前記接続ピンは、前記センサ本体部に螺合すると共に溶接により前記ホルダに固定されている
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のセラミックセンサにおいて、
前記ホルダは金属溶湯を収容する炉内容器に設けられ、前記センサ本体部は先端が前記炉内容器内の金属溶湯に接触または浸漬することで金属溶湯の湯面を検出する
ことを特徴とするセラミックセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−９６２１９（Ｐ２００８−９６２１９Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７６８８０（Ｐ２００６−２７６８８０）
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（０００００６１８３）三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（０００００６１８３）三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【Ｆターム（参考）】
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