JP4431784B2 - 極細線熱電対の製造方法及び製造用治具 - Google Patents

Description

本発明は、直径１５０μｍ以下の極細径の一対の熱電対素線を突き合せ溶接してなる時間分解能及び空間分解能に優れる極細線熱電対を、歩留まりよく製造するために用いる極細線熱電対の製造方法及び該製造方法で用いる製造用治具に関するものである。

熱電対は、比較的安価でありながら、自立的な起電力発生によって温度精度が高く、計測システムの小型化が容易で機器組み込みに適している等の特徴をもつものであることから、温度センサとして広く用いられている。

かかる熱電対として一般に産業的に利用されるものは、図６に示す如く、２〜３ｍｍ程度の直径を有する一対の熱電対素線２と３とを並べて配置すると共に、該各熱電対素線２と３の一端部同士を縒り合せて銀ろう付けすることにより、球状の溶接部（ビード）４を介し上記各熱電対素線２と３を接合してなる熱電対１を形成するようにしてある。

ところで、気体・液体を含む多様な流体の制御に関連して、たとえば、内燃機関の燃焼室内における燃焼の進行に伴って生じる高温乱流場の温度計測を行う場合等には、空間分解能及び時間分解能を高い次元で両立できる温度センサを用いることが望ましい。

熱電対１における温度検知部（測温部）は熱電対素線２と３同士の溶接部４となる。したがって、熱電対１の空間分解能は該溶接部４の体積に直接依存し、空間分解能を高めるためには溶接部４の体積を小さくすることが有利に働く。又、熱電対１の時間分解能は、上記溶接部４の温度変化に対する時間応答に基づくものであるが、上記溶接部４の体積の増加は、該溶接部４の熱容量の増加に繋がるため、時間分解能を高めるにも、溶接部４の体積を小さくすることが有利に働く。すなわち、熱電対１における熱電対素線２，３同士の溶接部４の体積を小さくすれば、温度センサとしての空間分解能及び時間分解能に優れたものとすることができると考えられる。

そのために、熱電対の時間応答性、すなわち、時間分解能の向上化を図るべく、熱電対素線として、直径２５〜５０μｍとしてある極細径の一対の熱電対素線を採用して、該各熱電対素線の先端同士を並べて溶融接合すると共に、該溶融接合により生じる球状の溶接部を圧延して円盤状の測温部を形成することにより、被測温部との接触面積を大きくできるようにした熱電対が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

又、直径０．１ｍｍ程度としてある一対の熱電対素線の先端部同士を突き合せ、該突き合せ部分をバーナ等により加熱することで各熱電対素線同士を直線状に突合せ溶接してなる熱電対を構成し、この際、溶接部の径（ビード径）を、熱電対素線の直径よりもあまり大きくならないようにすることで、温度検出部となる溶接部の体積を小さく抑えて空間的な分解能を高めるようにすることも従来提案されてきている（たとえば、特許文献２参照）。

そこで、これらのことに鑑みて、本発明者等は、熱電対の空間分解能及び時間分解能の更なる向上化を図ることができるようにするために、アルメル−クロメルの直径１２．５〜１５０μｍの極細径の熱電対素線を直線的に突き合せ溶接し、且つ溶接部の径を各熱電対素線の径とほぼ同様の径としてなる熱電対（以下、極細線熱電対という）を製造することを考えた。かかる極細線熱電対によれば、熱容量の減少に伴い、時定数は極小となり、温度変化に対する遅れを他に例がないほど小さくでき、ミリｓｅｃ以下の高時間分解能と、数十μｍの空間分解能を両立できる。

上記の如き極細線熱電対を製造する場合、本発明者等は、従来、図７（イ）（ロ）に示すようにしていた。すなわち、先ず、図７（イ）に示す如く、基材となるセルロイド板６の表面に溝切カッター等を用いて直線状に延びるＶ字型の溝７をそれぞれ刻設してなる２個１組の溶接用治具５を用意し、該各治具５を、所要の隙間を隔てた左右位置に、互いの溝７が一直線上に並ぶよう配置しておく。次に、上記１２．５〜１５０μｍの極細径を有する一対の熱電対素線９と１０の先端部を、それぞれ軸心方向に垂直に切断した先端面を予め形成させた状態にて、上記各治具５の溝７に各々嵌合させて配置する。該各熱電対素線９と１０の基端側には、パーカッション溶接機又はバット溶接機のような図示しない溶接機の放電端子に接続してある導電線１２の先端を、たとえば、該導電線１２の先端部に設けたワニ口クリップ１２ａを介しそれぞれ接続しておく。その後、図示しない顕微鏡等を用いて上記各熱電対素線９と１０の先端面位置を観察しながら、上記溶接機の溶接電流発生スイッチのオン操作により導電線１２、ワニ口クリップ１２ａを経て各熱電対素線９と１０へ電流を供給し、該各熱電対素線９と１０との間にて放電を生じさせると共に、該放電のタイミングと同期して、上記各熱電対素線９と１０の先端面同士の間隔を適宜増減させることにより、各熱電対素線９と１０の先端部同士のパーカッション溶接又はバット溶接を行わせて、図７（ロ）に示す如く、該各熱電対素線９と１０との間に、素線径とほぼ同径となる体積の小さな溶接部１１を形成してなる極細線熱電対８を製作するようにしていた。なお、上記パーカッション溶接機は、使用する熱電対素線９，１０の素材や素線径によって定められるコンデンサ容量と電圧値を切り替え設定することによって、溶接対象となる熱電対素線９と１０同士の接合に最適な電荷量を充電した後、溶接電流発生回路によりパルス状の電流として放電を行なうことができるようにしたものである。又、上記のような熱電対素線９，１０同士の溶接時には、溶接部より非金属物であるごみや、酸化した金属の飛散物（スラッグ）が生じることが観察されている。

ところで、直径４０〜５０μｍの極細の線径を有する細線素材同士を直線状に突合せ溶接するための手法としては、図８乃至図１０（イ）（ロ）に示す如き手法が従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

これらは、いずれも、接合すべき２本の細線素材１３の先端部同士を突き合わせて後述する所要の押え部材により固定し、該固定された各細線素材１３の突き合せ部分に、レーザビーム１４を照射して溶接するもので、上記押え部材の一つとしては、図８に示す如く、接着テープ１５を用いて、該接着テープ１５の表面に接合すべき２本の細線素材１３の先端部を突き合わせた状態で接着固定することが提案されている。

又、別の押え部材としては、図９（イ）（ロ）に示す如く、ガラス製の基板１６に設けた細溝１７に、接合すべき２本の細線素材１３の先端部を挿入配置して端部同士を接触するように突合せた後、押え板１８で蓋をすることで固定するものが提案されており、上記細溝１７と押え板１８の間に挟まれて固定された各細線素材１３同士の突き合せ部分にレーザビーム１４を照射して溶接するようにする手法が提案されている。

更に別の押え部材としては、図１０（イ）（ロ）に示す如く、中央部に細線素材１３を支持する溝２１を穿った基台２０と、上記支持溝２１に嵌合して細線素材１３を押えて固定する押え具２２とからなる取付治具１９ａ，１９ｂを２個用意して、一方の取付治具１９ａを支柱２３上に位置固定し、他方の取付治具１９ｂをｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動可能な可動テーブル２４に支承された３軸調整ステージ２５に支持させておき、上記一方の取付治具１９ａにおける支持溝２１と押え具２２との間で位置固定した細線素材１３の先端に、他方の取付治具１９ｂにて同様に支持させた細線素材１３の先端を、上記可動テーブル２４と３軸調整ステージ２５の作動により位置合せして接触するように突き合せることができるような構成としたものが提案されており、上記各取付治具１９ａ，１９ｂにて位置合せされた各細線素材１３同士の突き合せ部分にレーザビーム１４を照射して溶接するようにする手法も提案されている。

特開２００３−３４４１７８号公報 特開平８−１５０４８号公報 特開平６−９１３８５号公報

ところが、図７（イ）（ロ）に示した溶接用治具５を用いることにより、従来、上記直径１２．５〜１５０μｍの極細径としてある一対の熱電対素線９，１０を直線状に突き合せ溶接すると共に、溶接部の径を各熱電対素線９，１０の素線径とほぼ同様としてなる極細線熱電対８を製造することは可能である。しかし、上記溶接用治具５は、溝７に嵌合させた各熱電対素線９，１０の上下方向への浮き上がり変位を拘束できるものではなく、しかも、通常、熱電対素線９，１０は、使用前は巻いた形態とされていることが多いため、使用時には、該各熱電対素線９，１０を、たとえば、しごいて伸ばすようにするが、完全に直線状に延ばすことが難しいため、溶接すべき各熱電対素線９，１０の先端部同士の突き合せ部分を直線的に保持することが難しいという問題がある。このために、溶接不良による熱起電力のばらつきや形状的、強度的な不良、すなわち、たとえば、図１１（イ）に示す如く、溶接部１１にて接合された２本の熱電対素線９，１０同士に芯ずれが生じたり、図１１（ロ）に示す如く、各熱電対素線９，１０同士が折れ曲がった状態で接合されたり、更には、図１１（ハ）に示す如く、溶接部１１のビード径が各熱電対素線９，１０の径よりも細くなって強度が不足する等の不良が生じ易く、製作歩留まりが３％未満と極端に悪くなるため製造が難しく、商業的生産を行なうことが困難であるという問題が生じていたのが実状である。

なお、上記歩留まりを決定する製造される極細線熱電対８の良・不良の判定基準は、接合された各熱電対素線９，１０同士の芯ずれが素線径の１０％以下で、且つ溶接部１１における各熱電対素線９，１０同士の折れ曲がり角度が３度以下であり、更に、同一条件で製造された抜き取りサンプルの引っ張り試験において材料として用いた熱電対素線９，１０の許容応力を印加しても、溶接部１１における破断が起こらない条件としてある。

ところで、上記極細線熱電対８を製造すべく直径１２．５〜１５０μｍとしてある一対の熱電対素線９，１０の先端部同士の突き合せ溶接を行う際に、特許文献３に記載された手法を適用することが考えられるが、該特許文献３に記載された手法は、いずれも、溶接すべき２本の細線素材１３を、先端部同士を接触するよう突き合せた状態で予め固定するものであることから、上述したように、各熱電対素線９と１０との間に放電を生じさせるタイミングと同期して、該各熱電対素線９と１０を、先端面同士の間隔を増減させるよう変位させるパーカッション溶接、バット溶接を行う場合には不適である。

更に、各熱電対素線９と１０との溶接法としてレーザ溶接を採用する場合であっても、図８に示した手法では、レーザ照射の前に、予め、粘着テープ１５の表面に一対の熱電対素線９，１０の先端部同士を芯ずれを生じさせることなく直線的に接触させて配置しておく必要があるが、この作業は作業者が手作業で行なう必要が生じるため、作業の手間が嵩むという問題があると共に、均質な極細線熱電対８の商業的生産を行なうことは難しい。

又、図９（イ）（ロ）に示した手法では、ガラス製基板１６に設けた細溝１７に、押え板１８で上方より押えた状態としてある一対の熱電対素線９，１０を対向方向より挿入すれば、該各熱電対素線９，１０の先端部同士の突合せを容易に行なうことができると考えられるが、この場合、上記各熱電対素線９，１０は、上記細溝１７の内面と押え板１８に密着されることとなる。このために、上記各熱電対素線９，１０の先端部同士を溶接する際、溶接時に高温化する各熱電対素線９，１０が、周囲の基板１６や押え板１８への熱伝導によって急冷される虞があり、この場合、溶接個所からの熱の逃げに伴い、溶接が良好に行なわれずに熱電対素線９，１０同士が接合されない虞が生じることが懸念される。又、溶接が良好に行われた場合であっても、上記のように溶接部近傍の各熱電対素線９，１０が急冷されることに伴い、溶接部１１近傍の各熱電対素線９，１０が焼入れを行われた状態となって、硬度の急変部が発生する虞があると共に、品質が変化してしまうといった虞も生じる。

図１０（イ）（ロ）に示した手法では、一方の取付治具１９ａにて支持することで位置固定する熱電対素線９又は１０の先端に、他方の取付治具１９ｂにて支持させた熱電対素線１０又は９の先端を、可動テーブル２４と３軸調整ステージ２５の作動により位置合せして接触するよう突き合せる作業は、作業者が手作業で行う必要があることから手間が嵩むという問題があると共に、均質な極細線熱電対８の商業的生産を行なうことが困難であり、更には、装置が複雑になるという問題もある。

そこで、本発明は、直径１５０μｍ以下の極細径の一対の熱電対素線を直線的に突合せ溶接し、且つ溶接部における芯ずれ及び折れ曲がりを所定の許容量以下に制限してなる極細線熱電対を、歩留まりよく製造するための極細線熱電対の製造方法、及び、該製造方法で用いる製造用治具を提供しようとするものである。

本発明は、上おき課題を解決するために、請求項１に係る発明として、直径１５０μｍ以下としてある極細径の一対の熱電対素線を、該各熱電対素線の直径よりも１０％大きな内径を有する直線状のガイド孔に対向方向より挿入し、該ガイド孔内で先端部同士を突き合せ溶接して熱電対を形成する極細線熱電対の製造方法であって、前記ガイド孔の長手方向中間部に外部に連通する開口部を設けて、前記ガイド孔に対向方向より挿入した各熱電対素線の先端部同士を、該ガイド孔内の上記開口部の位置で突合せて溶接する極細線熱電対の製造方法とする。

また、請求項２に係る発明として、基材の所要位置に、少なくとも長手方向中間部が、材料として使用する直径１５０μｍ以下の極細径の熱電対素線よりも１０％大きな内径を有する直線状のガイド孔を設けてなる構成を有する極細線熱電対の製造用治具であって、前記ガイド孔の長手方向中間部に、外部に連通する開口部を設けた極細線熱電対の製造用治具とする。

また、請求項２に係る発明において、基材をガラス製とした極細線熱電対の製造用治具とする。

また、請求項２に係る発明において、前記開口部のガイド孔に沿う方向の長さを、材料として使用する熱電対素線の直径の２〜４倍に相当するものとした極細線熱電対の製造用治具とする。

本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）直径１５０μｍ以下としてある極細径の一対の熱電対素線を、該各熱電対素線の直径よりも１０％程度大きな内径を有する直線状のガイド孔に対向方向より挿入し、該ガイド孔内で先端部同士を突き合せ溶接して熱電対を形成する極細線熱電対の製造方法としてあるので、上記各熱電対素線の先端部同士を、芯ずれを素線径の１０％以内に抑え、且つ該各熱電対素線同士のなす角度を小さく抑えた状態にて溶接することができる。又、溶接される各熱電対素線の先端部とガイド孔の内面との間に隙間を形成することができるため、溶接時に高温化される上記各熱電対素線の先端部が、周囲への熱伝導によって急冷される虞を防止することができて、各熱電対素線の先端部同士の溶接不良や、溶接部近傍の熱電対素線に硬度の急変部が発生する虞を回避できる。よって、極細線熱電対の製造歩留まりを従来に比して大幅に向上させることが可能になる。
（２）又、基材の所要位置に、少なくとも長手方向中間部が、材料として使用する直径１５０μｍ以下の極細径の熱電対素線よりも１０％程度大きな内径を有する直線状のガイド孔を設けてなる構成を有する極細線熱電対の製造用治具とすることにより、上記極細線熱電対の製造方法を容易に実施できる。
（３）上記における基材をガラス製とした構成とすることにより、熱電対素線の先端部同士の突き合せ部分を外部より確認することが可能になる。又、基材を絶縁性及び耐熱性に優れたものとすることができるため、熱電対素線の先端部同士の突き合せ溶接をパーカッション溶接やバット溶接で行う場合に有利なものとすることができる。
（４）更に、ガイド孔の長手方向中間部に外部に連通する開口部を設けて、上記ガイド孔に対向方向より挿入した各熱電対素線の先端部同士を、該ガイド孔内の上記開口部の位置で突合せて溶接するようにすることにより、開口部を通して各熱電対素線の先端部同士の突き合せ部分を外部へ露出させることができる。このために、パーカッション溶接やバット溶接時には、上記各熱電対素線の先端部同士の突き合せ部分を、開口部を通して確認しながら、放電のタイミングと同期して各熱電対素線の先端面間の間隔を増減させる作業を行うことができ、この際、溶接に伴い発生する非金属物のごみやスラッグは開口部を通して外部へ排出させることができるため、常に明瞭な視野を確保することができる。更には、各熱電対素線同士の溶接部に上記ごみやスラッグが取り込まれて不良が生じる虞を抑制できる。一方、レーザ溶接を行う場合は、上記開口部を通してレーザ照射することができ、これにより、屈折・減衰作用を受けることなく上記各熱電対素線先端部同士の突き合せ部分の正確な範囲に適切な強度によるレーザ加熱を行なうことができる。
（５）更に又、開口部のガイド孔に沿う方向の長さを、材料として使用する熱電対素線の直径の２〜４倍に相当するものとした構成とすることにより、極細径としてあることで強度が小さい各熱電対素線の先端部が、開口部にて露出されて、該開口部側からの支持が行なわれなくなる状態となっていても、該各熱電対素線の先端部をほぼ直線的に保持させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）は本発明の極細線熱電対の製造方法に用いる製造用治具の実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。すなわち、上記本発明の極細線熱電対の製造用治具２６は、所要の耐熱性及び絶縁性を備えた素材、たとえば、ガラス製としてある基材の所要位置に、材料として使用する直径１２．５〜１５０μｍ、好ましくは２５〜１００μｍの熱電対素線９，１０の直径ｄよりも１０％程度大きな内径Ｄを有するガイド孔２８を備えて、該ガイド孔２８に一対の熱電対素線９，１０の先端部を対向方向より挿入して該各熱電対素線９，１０の先端部をそれぞれ軸方向に移動可能に保持できるようにした構成としてある。具体的には、たとえば、中心部に上記所要径のガイド孔２８を備えた肉厚のガラス管２７を、所要の長さ寸法、たとえば、２０ｍｍ程度の長さ寸法に切断して形成した構成とする。

更に、上記ガラス管２７の長手方向中間部に、上記ガイド孔２８と、外部とを連通させる開口部２９を設ける。該開口部２９は、たとえば、上記ガラス管２７の長手方向中間部の管壁を、軸心方向と直角な方向より図示しない球状や台形状の切削刃を有するリュータや、ドリルにより深さが上記ガイド孔２８の中心付近に達するよう切削することで形成するようにしてある。又、上記開口部２９のガイド孔２８に沿う方向の大きさ（長さ）は、ガイド孔２８の長手方向に、使用する各熱電対素線９，１０の素線径ｄの２〜４倍（２ｄ〜４ｄ）程度のサイズを有するものとする。これにより、上記ガラス管２７のガイド孔２８に対向方向より挿入する各熱電対素線９，１０の先端部同士を、上記開口部２９の中央部で突き合わせるときに、該開口部２９における各熱電対素線９，１０の先端部の露出量が、それぞれ素線径ｄの１〜２倍（１ｄ〜２ｄ）に抑えられるようにして、上記極細径としてあることで強度が小さい各熱電対素線９，１０の先端部が、上記開口部２９内に配されることで該開口部２９側からの管壁による支持が行われなくなる場合であっても、該各熱電対素線９，１０の先端部をほぼ直線状態のまま保持できるようにしてある。

上記一対の熱電対素線９，１０としては、アルメル−クロメルとすることが温度計測範囲、コスト等の面で有利であるが、熱電対をなす組み合わせであれば、それぞれいかなる素材のものを使用してもよい。

上記において、材料として使用する熱電対素線９，１０の直径の下限を１２．５μｍとしたのは、該熱電対素線９，１０の材質を上記のようにアルメル−クロメルとする場合、直径が１２．５μｍよりも小さいと、熱電対素線９，１０の腰が不足して、該熱電対素線９，１０の先端部同士を突き合わせるのが困難になるためである。したがって、使用する熱電対素線９，１０として、より腰の強い材質のものを採用する場合には、熱電対素線９，１０同士の先端部の突き合せ溶接を行えるような腰が得られる範囲内で直径をより小さくするようにしてもよい。

なお、図１（イ）（ロ）に示した上記ガラス管２７とガイド孔２８及び開口部２９、並びに、各熱電対素線９，１０の径は、それぞれ図示するための便宜的なサイズであり、実際のガラス管２７、ガイド孔２８、開口部２９、各熱電対素線９，１０のサイズを反映するものではない（以降の図も同様とする）。

次に、上記構成としてある本発明の極細線熱電対の製造用冶具２６を用いて極細線熱電対の製造を行う方法を一例として、パーカッション溶接又はバット溶接する場合について説明する。この場合、先ず、従来と同様に、軸心方向に直角方向な先端面を予め形成してなる一対の熱電対素線９，１０を用意して、該各熱電対素線９と１０の先端部を、図２（イ）に示す如く、上記製造用治具２６のガイド孔２８に対向方向よりそれぞれ挿入して、該各熱電対素線９と１０の先端面同士を、上記開口部２９内で所要の間隔を隔てた状態に配置する。該各熱電対素線９，１０の基端側には、従来と同様に図示しないパーカッション溶接機又はバット溶接機の如き溶接機に接続してある導電線１２の先端を、ワニ口クリップ１２ａ等を用いて接続しておく。次に、図示しない顕微鏡等による開口部２９を通じた観察下にて上記各熱電対素線９，１０の先端面を確認しながら、従来と同様に、上記溶接機の溶接電流発生スイッチのオン操作により導電線１２、ワニ口クリップ１２ａを経て各熱電対素線９，１０への電流供給を行ない、該各熱電対素線９，１０間にて放電を生じさせると共に、該放電のタイミングと同期して、上記各熱電対素線９，１０の先端面同士の間隔を適宜増減させることにより、上記各熱電対素線９と１０の先端部同士のパーカッション溶接又はバット溶接を行わせる。これにより、図２（ロ）に示す如く、上記製造用治具２６のガイド孔２８内にて直線的に配された一対の熱電対素線９と１０を溶接部１１にて接合してなる極細線熱電対８が形成されるようになる。

この際、上記ガイド孔２８の径Ｄは素線径ｄの１０％増しとしてあるため、溶接される各熱電対素線９，１０同士の芯ずれを、素線径ｄの１０％以内に抑えることができて、上記形成される極細線熱電対８を、直線性の高いものとすることができると共に、溶接部１１における折れ曲がり角度の小さいものとすることができる。

又、上記パーカッション溶接、バット溶接の際、溶接に伴って生じる非金属物であるごみ及びスラッグは、開口部２９を通して外部へ排出されるため、溶接部１１に対する上記ごみやスラッグの混入が防止される。これにより、溶接不良が抑制されると共に、製造される極細線熱電対８の性能が低下する虞を防止できる。更に、上記溶接時に発生するごみやスラッグを開口部２９を通して外部へ排出させることで、顕微鏡等による観察により、各熱電対素線９，１０の先端部同士の位置関係を正確に計測でき、溶接時のスラッグが付着することなく常に明瞭な視野を確保することが可能になる。したがって、溶接後に、上記開口部２９からの顕微鏡像を利用して溶接部１１の溶け込み具合やビード径の確認を行なうことも可能になり、品質確認の工程を上記溶接工程に含めて行なうことが可能になる。

又、上記ガイド孔２８は、使用する各熱電対素線９，１０の直径ｄよりも１０％程度大きな内径Ｄとしてあるため、各熱電対素線９，１０の先端部同士の突合せ部分は、製造用治具２６により押えつけられることなく溶接が完了する。このために、溶接時に高温化する各熱電対素線９，１０は、周囲の治具２６への熱伝導によって急冷されることはなく、したがって、該各熱電対素線９，１０同士の溶接部１１近傍に硬度の急変部が発生する虞を防止できる。

これにより、従来と同様の極細線熱電対８の良・不良の判定基準の下で、該極細線熱電対８の製造歩留まりを、図７（イ）（ロ）に示した如き従来法による場合の３％から、４０％程度まで大幅に向上させることが可能となる。

なお、上記製造された極細線熱電対８は、ワニ口クリップ１２ａを取り外した後、治具２６のガイド孔２８より一方向へ引き抜いて回収すればよい。その後、上記治具２６は、超音波洗浄したり、ガイド孔２８にエアをブローさせる等して該ガイド孔２８内に残存するごみやスラッグを除去すれば、再使用できるようになる。更に、上記ガイド孔２８へのエアブローの際、エアを開口部２９より吹き込むようにすれば、ガイド孔２８の清掃をより容易に且つ効率よく行うことができる。

更に、万一、熱電対素線９，１０の先端部同士の溶接時に、溶接部１１にガイド孔２８の内径Ｄよりも大きなビード径の球状部が形成されてしまった場合には、該球状部を開口部２８を通して外部へ引き出すようにすれば、上記製造用治具２６の再利用を図ることが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）に示したと同様の構成において、開口部２９の近傍となるガラス管２７の表面部等に長手方向に目盛（図示せず）を付してもよく、この場合、パーカッション溶接やバット溶接を行う際に、放電を行わせると同期して行う各熱電対素線９，１０の先端部間距離を増減させる操作について、上記目盛を目安に各熱電対素線９，１０を移動させるタイミングや量を定めることができるようになるため、操作の再現性を高めることができて、製造される極細線熱電対８の均質化を図ることが期待できる。

各熱電対素線９，１０の先端部同士の突合せ部分の溶接方法としては、パーカッション溶接、バット溶接として説明したが、レーザ溶接を行うようにしてもよく、この場合は、上記製造用治具２６のガイド孔２８に対向方向より挿入した各熱電対素線９，１０の先端部同士を突き合わせて予め接触させた状態にて、開口部２９を通してレーザビームを照射するようにすれば、屈折や減衰作用を受けることなく該レーザビームを、上記各熱電対素線９，１０の先端部同士の突合せ部の正確な範囲に適切な強度で照射してレーザ加熱し、溶接を行わせることが可能になる。

本発明の極細線熱電対の製造用治具２６の基材としては、ガラスとして説明したが、各熱電対素線９，１０を挿入してガイドさせるための所要径のガイド孔２８を形成でき、且つ各熱電対素線９，１０同士の溶接時に生じる熱により、各熱電対素線９，１０の先端部同士を直線的に保持できないようになるまで容易に変形したり、溶接に悪影響を及ぼす成分を発生したりする虞がなければ、たとえば、銅等の任意の素材を使用してもよく、基材を導体とする場合、レーザ溶接であれば問題はないが、パーカッション溶接やバット溶接等の電気溶接を行う場合には、溶接を行うべき各熱電対素線９，１０同士が、製造用治具２６を経て短絡しないよう所要個所に適宜絶縁を施すようにすればよい。

ガイド孔２８は、断面形状を円形以外の多角形状としてもよく、たとえば、断面形状を図３（イ）に示す如き６角形状とする場合は、対向辺部同士の間の距離Ｄ１が、材料として使用する一対の熱電対素線９，１０の直径ｄよりも１０％程度大きなサイズとなるようにすればよい。更には、図３（ロ）に示す如く、ガイド孔２８の内周面における周方向所要間隔の複数個所（図では４個所）に、材料として使用する各熱電対素線９，１０の直径の５％増し程度となる位置まで突出する突部３０を設けてなる構造としてもよく、この場合は、製作される極細線熱電対８における各熱電対素線９，１０同士の芯ずれを、該各熱電対素線９，１０の直径の５％程度にまで抑制できるようになるため、より品質の揃った極細線熱電対８の製造が可能になる。なお、上記各突部３０は、溶接時に高温化する各熱電対素線９，１０から該各突部３０を経て溶接用治具２６側へ急な熱伝導が生じないようにしてあるものとする。

更に、上記ガイド孔２８は、上記実施の形態では長手方向に同じ内径で延びるものとして示したが、図４に示す如く、溶接時に高温化する各熱電対素線９，１０の先端部同士の突合せ部付近を除く長手方向の両端側を、素線径に対応した内径とするようにしてもよい。この場合には、ガイド孔２８の長手方向両端側では、各熱電対素線９，１０をより直線的に保持できるため、形成される極細線熱電対８の直線性を更に向上させて、品質の揃った極細線熱電対８の製造が期待できる。

ガイド孔２８の長手方向中間部をほぼ放射方向に沿って外部と連通させることができるようにすれば、上記製造用治具２６に設ける開口部２９の形状は、任意の形状としてもよい。又、該開口部２９を形成するための手段は、上述した図示しない球状や台形状の切削刃を有するリュータや、ドリル以外の任意の手段を採用してもよい。更に、上記開口部２９は、図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）の実施の形態では、該開口部２９にてガイド孔２８に挿入される熱電対素線９，１０の上半分が露出されるような形状として示したが、図５（イ）（ロ）に示す如く、開口部２９の下端が、ガイド孔２８の上端部にのみ連通するようにして、該ガイド孔２８に挿入される熱電対素線９，１０の半分以上となる斜め上方位置までが、該ガイド孔２８によって覆われるようにしてもよく、この場合は、上記熱電対素線９，１０の上方への変位をより抑制できる。更に又、上記製造用治具２６における開口部２９は設けることが望ましいが、該治具２６の基材として透明な素材、たとえば、ガラスを採用するようにすれば省略してもよい。この場合は、各熱電対素線９，１０の先端部同士を、素線径よりも１０％大きな内径を有するガイド孔２８内で突合せることができると共に、治具２６を通して突き合せ部分を外部より観察できるため、該突き合せ部分の確認を行ないながらのパーカッション溶接やバット溶接による各熱電対素線９と１０の溶接を実施できる。又、溶接時に生じるごみやスラッグは、ガイド孔２８の内面と各熱電対素線９，１０の外周面との隙間へ逃がして溶接部１１に混入する虞を防止することが可能になると共に、各熱電対素線９，１０同士の溶接部１１から上記治具２６への熱の急速な逃げを防止する効果を得ることが期待できる。したがって、溶接部１１における各熱電対素線９，１０同士の芯ずれが抑制され、且つ溶接部１１における熱電対素線９，１０同士のなす折れ曲がり角度の低減化が図られた極細線熱電対８を得ることが可能となるため、この場合にも極細線熱電対８の製造歩留まりを向上させることが可能になる。

上記製造用治具２６の外形は、円柱型以外の任意の形状としてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の極細線熱電対の製造方法及び製造用治具の実施の一形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。 図１の製造用治具を用いて極細線熱電対を製造する手順を説明するもので、（イ）は製造用治具のガイド孔内にて一対の熱電対素線を保持させた状態を、（ロ）は各熱電対素線の先端部同士を溶接した状態をそれぞれ示す切断側面図である。 （イ）（ロ）はいずれも本発明の極細線熱電対の製造用治具の実施の他の形態におけるガイド孔の断面形状を示す図である。 本発明の極細線熱電対の製造用治具の実施の更に他の形態を示す概略切断側面図である。 本発明の極細線熱電対の製造用治具の実施の更に他の形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。 一般に用いられている熱電対を示す概要図である。 本発明者等が従来行っていた極細線熱電対の製造方法の手順を示すもので、（イ）は治具の溝内に一対の熱電対素線を嵌合させた状態を、（ロ）は熱電対素線の先端部同士を溶接した状態をそれぞれ示す図である。 細線材同士を直線的に突き合せ溶接するために提案されている従来の手法の一例を示す概略斜視図である。 細線材同士を直線的に突き合せ溶接するために提案されている従来の手法の他の例を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ方向矢視図である。 細線材同士を直線的に突き合せ溶接するために提案されている従来の手法の更に他の例を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は取付治具部分を示す概略斜視図である。 本発明者等が従来極細線熱電対を製造する際に生じていた形状的、強度的な不良を示すもので、（イ）は溶接部における各熱電対素線同士の芯ずれ、（ロ）は溶接部における各熱電対素線同士の折れ曲がり、（ハ）は溶接部における径が各熱電対素線の直径と不一致となる不良をそれぞれ示すものである。

符号の説明

８ 極細線熱電対
９ 極細径の熱電対素線
１０ 極細径の熱電対素線
２６ 極細線熱電対の製造用治具
２７ ガラス管（基材）
２８ ガイド孔
２９ 開口部
ｄ 熱電対素線の直径
Ｄ ガイド孔の内径

Claims (4)

1. 直径１５０μｍ以下としてある極細径の一対の熱電対素線を、該各熱電対素線の直径よりも１０％大きな内径を有する直線状のガイド孔に対向方向より挿入し、該ガイド孔内で先端部同士を突き合せ溶接して熱電対を形成する極細線熱電対の製造方法であって、
   前記ガイド孔の長手方向中間部に外部に連通する開口部を設けて、前記ガイド孔に対向方向より挿入した各熱電対素線の先端部同士を、該ガイド孔内の上記開口部の位置で突合せて溶接する極細線熱電対の製造方法。
2. 基材の所要位置に、少なくとも長手方向中間部が、材料として使用する直径１５０μｍ以下の極細径の熱電対素線よりも１０％大きな内径を有する直線状のガイド孔を設けてなる構成を有する極細線熱電対の製造用治具であって、
   前記ガイド孔の長手方向中間部に、外部に連通する開口部を設けた極細線熱電対の製造用治具。
3. 前記基材をガラス製とした請求項２記載の極細線熱電対の製造用治具。
4. 前記開口部のガイド孔に沿う方向の長さを、材料として使用する熱電対素線の直径の２〜４倍に相当するものとした請求項２記載の極細線熱電対の製造用治具。

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