JP4476916B2 - 熱電対用端子台 - Google Patents

Description

本発明は、熱電対素線と補償導線とを接続する熱電対用端子台に関するものである。

熱電対は、所謂「ゼーベック効果」に基づく起電力を利用した温度センサであり、２つの異種金属の素線の両端を接合し、両端部間の温度差に対応して発生する起電力により温度検出を行うものである。この熱電対は、高温から低温までの幅広い領域にわたって安定した特性を示し、また、耐熱性や耐食性が優れていることから各種分野において広汎に用いられている。

上記の熱電対を計測器(プリント基板の場合もある)に接続する場合、熱電対を形成している素線(本明細書では「熱電対素線」と呼ぶ)を直接に計測器に接続するのではなく、「補償導線」と呼ばれる配線材を介して接続するのが一般的である。これは、熱電対素線が硬くて細いために計測器に確実に接続するのが難しく、また、コスト的な観点からは熱電対素線の長さを極力短くするのが好ましいからである。この補償導線には熱電対とほぼ同等の熱起電力特性が要求されるために、熱電対の種類に応じた専用導線を用いる必要がある。これら熱電対の種類と補償導線の種類との間の対応関係はJIS規格によって定められている。

そして、熱電対素線と補償導線との接続は熱電対用端子台を用いて行われる(例えば特許文献１参照)。図６は、従来のこの種の熱電対用端子台の構成の一例を示す平面図である。この図に示すように、熱電対用端子台１０１は、端子台本体１０２と、この端子台本体１０２に固着された端子板１０３と、この端子板１０３に螺着される端子ネジ１０４とから構成されており、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末が端子板１０３の両端部付近に端子ネジ１０４により接続されている。
実開平５−３９４９号公報

しかし、図６の熱電対用端子台１０１は次のような課題を有するものである。
(１)熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末は、２つの端子ネジ１０４により端子板１０３上面の両端部付近に接続されているが、この２つの端子ネジ１０４の間の距離つまり各端末接続部間の距離Ｌはある程度大きなものとならざるを得ない。したがって、各端末接続部間の温度勾配が大きくなって起電力が発生するため、温度検出誤差が大きくなる虞がある。特に、端子板１０３表面には温度上昇に起因して銅酸化物が生成されやすくなっており、この銅酸化物の存在によって距離Ｌが大きくなるほど温度勾配が大きくなって誤差が大きくなる。
(２)端子板１０３及び端子ネジ１０４が外気に露出した構成となっているので、外乱の影響を受けやすくなっている。したがって、温度ムラによる起電力が発生しやすく温度検出誤差が大きくなることがある。
(３)端子ネジ１０４による各端末の取り付け及び取り外し、すなわち配線作業が容易ではなく、配線数が多い場合には作業員が費やす労力及び時間が非常に大きなものとなる。なお、従来技術では、配線作業を容易にするため、各端末に圧着端子を取り付けている例があるが、圧着端子の使用は熱電対素線Ｗ１と補償導線Ｗ２との間に異種金属を介在させる結果となるため大きな温度検出誤差が生じる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱電対素線及び補償導線の各端末接続部間の温度勾配を小さくすることができると共に、外乱の影響を受けにくくすることができ、更に、異種金属を介在させることなく配線作業を容易化することができる熱電対用端子台を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、熱電対素線と補償導線とを接続する熱電対用端子台において、前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末を内部に案内する一対の端末案内孔が形成された端子台本体と、前記端子台本体内部に配設され、前記一対の端末案内孔を通って案内された前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末と対向する一方の面及び他方の面を有する端子板と、前記端子台本体内部に配設され、前記端子板の一方の面及び他方の面に対して前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末を圧接させるバネ板部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記端子台本体にはボタン部材が取り付けられており、このボタン部材に対する押圧操作により、前記バネ板部材は、前記熱電対素線及び前記補償導線の前記端子板に対する圧接が解除される方向に変位する、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記端子板及び前記バネ板部材が内部に配設された１つの前記端子台本体を単位ユニットとし、この単位ユニットの複数個の連結により多極型構造とすることが可能である、ことを特徴とする。

本発明によれば、端子台本体内部に配設されている端子板の両面に熱電対素線及び補償導線の各端末を対向させ、バネ板部材により各端末を端子板の各面に圧接させる構成としているので、熱電対素線及び補償導線の各端末接続部間の温度勾配を小さくすることができると共に、外乱の影響を受けにくくすることができ、更に、異種金属を介在させることなく配線作業を容易化することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図１乃至図５に基づき説明する。図１は本実施形態に係る熱電対用端子台の要部構造を示す縦断面図、図２及び図３は図１の一部の構成要素を抽出して示した斜視図、図４は本実施形態に係る熱電対用端子台全体の外観形状を示す斜視図、図５は図４に示した熱電対用端子台の結線図である。

図３に示すように、本発明に係る熱電対用端子台の大きな特徴は、端子板１の一方の面１ａ及び他方の面１ｂに熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末が沿うようにして配置され、一対のバネ板部材２，２の端部が各端末を端子板１の一方の面１ａ及び他方の面１ｂに対して圧接する構成となっている点である。したがって、各端末接続部間の距離は、端子板１の厚さｔだけの非常に小さな値となっており、温度勾配が殆ど生じない構成となっている。

ここで、本発明では、このように各端末接続部間の距離が非常に小さくなるために、端子板１に使用される材質は銅板などの通常の良導体材料と指定するだけで充分であるとも言える。しかし、温度検出精度を更に向上させるためには補償導線Ｗ２と同じ材質であることが好ましい。したがって、本実施形態では端子板１の材質は、端子板１に接続される補償導線Ｗ２と同一であるものとする。

上記の端子板１及びバネ板部材２は、図１に示すように、端子台本体３の内部に配設されている。すなわち、端子台本体３は、内部に部材収納室３ａが形成された樹脂製のものであり、この部材収納室３ａ内の中央に端子板１が取り付けられると共に、端子板１の両サイドに一対のバネ板部材２，２が配置されている。バネ板部材２は例えばステンレス製のものであり、略左右対称となるように中央部付近が湾曲するように形成されている。

部材収納室３ａ内には、上記の一対のバネ板部材２，２を支持するための一対の長寸状のバネ板支持部３ｂ，３ｂが形成されている。バネ板支持部３ｂには、頭部３ｂ１及び突起部３ｂ２が形成されており、バネ板部材２の中央湾曲部は頭部３ｂ１と、部材収納室３ａを形成する湾曲状上壁面との間の隙間部分に配置されている。

端子台本体３の上部には、部材収納室３ａに通ずる一対の端末案内孔３ｃ，３ｄが形成されており、この端末案内孔３ｃ，３ｄ内をそれぞれ熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２が挿通できるようになっている。この端末案内孔３ｃ，３ｄの径は、各端末の先端付近の位置が大きくずれないように、部材収納室３ａ付近では細くなっている。そして、これら熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末は端末案内孔３ｃ，３ｄを通って部材収納室３ａに突出できるようになっており、各端末は一対のバネ板部材２，２の端部２ａ，２ａによって、それぞれ一方の面１ａ及び他方の面１ｂに対して圧接された状態とすることが可能になっている。なお、このように、配線材端末をバネ板部材の圧接力により端子板に固定する構造は「クラッチロック構造」と呼ばれている。

端末案内孔３ｃ，３ｄの外側には一対の凹部３ｅ，３ｅが形成されており、更に、この凹部３ｅの底部には部材収納室３ａに通ずる孔部３ｆが形成されている。そして、この孔部３ｆ内を樹脂製のボタン部材４が挿通し、その先端部がバネ板部材２の端部２ａと中央湾曲部との間の中間部上方に位置するようになっている。

図２は、上記のボタン部材４の形状を示す斜視図である。この図に示すように、ボタン部材４は、上端側に平坦な上端面４ａを有すると共に、下端側にテーパ状の下端面４ｂを有している。また、側面４ｃの下端側中央部には突条部４ｄが一体形成され、その上端面がストッパ面４ｄ１となっている。この突条部４ｄは、端子台本体３側に形成されている溝部３ｇと係合するようになっている。そして、鍔部４ｅが形成されており、その裏面はストッパ面４ｅ１となっている。

ボタン部材４は、図１左側に示すように、常時は上端面４ａが端子台本体３の上端面と同一高さとなっている。そして、図１右側に示すように、ドライバ先端部５のような細い棒状部材により上端面４ａを下方に押圧すると、下端面４ｂがバネ板部材２の中間部をバネ力に抗して下方に変位させることができ、それまで端子板１の他方の面１ｂに対して補償導線Ｗ２端末を圧接させていた端部２ａを、この端末から離間させることができるようになっている。

上記のように、端子板１、バネ板部材２、及びボタン部材４が組み込まれた端子台本体３は、これを１つの単位ユニットとし、この単位ユニットを複数個連結することで多極型構造の熱電対用端子台を構成することができる。この場合、隣接する２つの端子台本体３同士は、一方の端子台本体３の前面側に形成した凸部を、他方の端子台本体３の背面側に形成した凹部に嵌合させることにより連結することができる。この凹部として示したものが、図１の端子台本体３の周縁部付近に穿設されている４個所の連結用穴部３ｈである。

図４に示した熱電対用端子台６は、単位ユニットとしての６個の端子台本体３を連結して６極構造としたものであり、両サイドには取付孔が設けられた端部ユニット７，８が連結されている。なお、６個の端子台本体３は、斜線部で示された(実際には赤色)プラス用のものと、白色で示された(実際には灰色)マイナス用のものとに分かれている。

これらのユニットには、連結構造を形成する上述の凹部及び凸部が設けられており、この凹部と凸部との嵌合によりユニット間の連結が行われる。このユニット間の連結及びその解除は人力により簡単に行うことができるので、連結するユニット数を任意の数に増減することが可能である。図４の例では６極となっているが、最小極数の２極としたり、７極以上とすることが容易である。

図５の結線図は、３つの熱電対を構成する６本の熱電対素線Ｗ１と６本の補償導線Ｗ２とが、図４に示した６極構造の熱電対用端子台６に接続された状態を示すものである。既述したように、熱電対の種類と補償導線の種類との間の対応関係はJIS規格によって定められているが、本実施形態では例えば、Ｒタイプの熱電対に対応した熱電対用端子台を想定している。

そして、ＪＩＳ規格によれば、Ｒタイプの熱電対の場合、プラス側の熱電対素線Ｗ１には白金１３％ロジウム線が用いられ、マイナス側の熱電対素線Ｗ１には白金線が用いられる。一方、プラス側の補償導線Ｗ２には軟銅線が用いられ、マイナス側の補償導線Ｗ２には銅・ニッケル合金線が用いられる。したがって、図４に示したプラス用の端子台本体３内に配設される端子板１の材質は軟銅製であり、マイナス用の端子台本体３内に配設される端子板１の材質は銅・ニッケル合金製である。

次に、上記のように構成される本実施形態の熱電対用端子台６の組み立て、及びこの熱電対用端子台６に対する熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の配線作業につき説明する。

作業員は、まず、端子台本体３の部材収納室３ａ内の中央部に端子板１を取り付ける作業を行う。ここで、本実施形態では、プラス用の端子板１(軟銅製)とマイナス用の端子板１(銅・ニッケル合金製)とでは大きさを異なるようにしておき、部材収納室３ａ側には、この端子板１の大きさに対応した取付座を形成するようにしている。したがって、作業員が誤って、プラス用の端子板１をマイナス用の端子台本体３内に取り付けたり、マイナス用の端子板１をプラス用の端子台本体３内に取り付けたりすることを防止できるようになっている。

この後、作業員は、一対のバネ板部材２，２の各中央湾曲部を、部材収納室３ａを形成する湾曲状上壁面とバネ板支持部３ｂの頭部３ｂ１との間の隙間部分に差し込むことにより、これら一対のバネ板部材２，２を部材収納室３ａ内に組み込む。なお、このときには未だ、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末は端末案内孔３ｃ，３ｄ内に挿入されていないので、一対のバネ板部材２，２の端部２ａ，２ａは直接に端子板１の一方の面１ａ及び他方の面１ｂに圧接した状態となっている。

そして、作業員は、一対の凹部３ｅ，３ｅの底部に形成された孔部３ｆ内にボタン部材４の先端部を挿通させ、更に、突条部４ｄを溝部３ｇに係合させるようにする。この状態では、図１左側に示すように、ボタン部材４の下端面４ｂはバネ板部材２の中間部に接触しており、そのバネ力により上方への反力を受けているが、ストッパ面４ｄ１が溝部３ｇ内の上端面とぶつかっている。したがって、ボタン部材４の上方への変位は拘束され、その上端面４ａと端子台本体３の上端面とが同一高さとなっている状態が維持されている。

次いで、作業員は、このように、端子板１、バネ板部材２、及びボタン部材４が組み付けられた端子台本体３を、図４に示すように６個連結し、更に、この端子台本体３の６個の連結体の両端部側に端部ユニット７，８を連結する。これにより、６極構造の熱電対用端子台６の組立作業が終了する。

この後、作業員は、組み立てた熱電対用端子台６を所定の取付個所に位置させ、取付孔７ａ，８ａ(８ａは図示せず)を用いて取付ネジで取り付ける。また、予め、熱電対用端子台６に接続しようとする熱電対素線Ｗ１の端末部分における絶縁被膜の剥離作業、及び補償導線Ｗ２の端末部分における絶縁被覆の皮むき作業等を予め終了させておくようにする。

そして、作業員は、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末を端末案内孔３ｃ，３ｄ内に挿入する。このとき、各端末付近には赤色マークチューブ(プラス用)又は灰色マークチューブ(マイナス用)が取り付けられているので、作業員はこのマークチューブの色と端子台本体３の色との対応関係に注意することにより、プラス側とマイナス側とを取り違えて接続するのを防ぐことができる。

作業員が熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末を端末案内孔３ｃ，３ｄ内に挿入すると、各端末の先端部がバネ板部材２，２の端部２ａ，２ａにぶつかるが、作業員はなおも各端末を奥に挿入し続ける。すると、各端末の先端部は、端部２ａ，２ａを押しのけて進入し、これらの端部２ａ，２ａからのバネ力により、熱電対素線Ｗ１の端末は一方の面１ａに圧接され、補償導線Ｗ２の端末は他方の面１ｂに圧接された状態となる。したがって、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末は、端子板１の一方の面１ａ及び他方の面１ｂに強固に接続された状態となり、作業員が各端末を上方へ引いたとしても、各端末と端子板１との接続が解除されてしまうようなことはない。

また、各端末と端子板１との接続を解除しようとする場合、作業員は、ドライバ先端部５のような細い棒状部材を用いて、ボタン部材４の上端面４ａに下向きの押圧力を加えるようにすればよい。これにより、ボタン部材４はバネ板部材２のバネ力に抗して下方に沈下し、一定量以上沈下すると下端面４ｂがバネ板部材２の中間部を下方に押し下げる。したがって、端部２ａが接続を解除しようとする端末から離間した状態となるので、この状態でその端末を端子台本体３から引き抜くことができる。

図１に図示した状態は、それまで補償導線Ｗ２の端末を他方の面１ｂに圧接していた右側のバネ板部材２の中間部をボタン部材４が下方に変位させ、端部２ａを端末から離間させた状態を示している。この状態では、ボタン部材４のストッパ面４ｅ１が凹部３ｅ底面にぶつかっているので、作業員がドライバ先端部５に大きな力を加えてしまったとしても、ボタン部材４の一定以上の落ち込みが拘束される。また、バネ板部材２の中間部は、下端面４ｂと突起部３ｂ２との間で確実に挟持された状態となっているので、下方へ変位した際の部材収納室３ａ内での組み込み位置にズレが生じるのを防ぐことができる。

なお、作業員がドライバ先端部５を上端面４ａから離すと、バネ板部材２のバネ力によりボタン部材４は上方に押し上げられ、図１左側に示したような元の位置に復帰する。

上記のように、ボタン部材４は、ドライバ先端部５のような細い棒状部材により一定量以上沈下されない限りは、バネ板部材２の端部２ａが下方に変位することはない。したがって、作業員が接続作業中に誤って上端面４ａに触れたとしても、それにより各端末のバネ板部材２による端子板１への接続が解除されてしまうことはない。

なお、図１の構成では、ステンレス製のバネ板部材２が各端末に接触する構成となっているが、このバネ板部材２は信号経路となるわけではないため、圧着端子を使用した従来技術のように異種金属の介在となるものではなく、したがって温度検出精度に影響を与えるものではない。

上述した図１の構成では、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末接続部間の距離が端子板１の厚さｔだけの非常に小さな値となっているため、各端末間での温度勾配が殆ど生じることはなく、従来構成に比べてはるかに高い温度検出精度を得ることができる。

また、図１の構成では、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末接続部は端子台本体３の内部に配設され、直接外気に触れる構造とはなっていないので、外乱の影響を受けにくくなっている。したがって、温度ムラによる起電力の発生に起因して温度検出誤差が大きくなるのを防ぐことができる。

そして、図１の構成では、バネ板部材２を用いた所謂「クラッチロック構造」を採用しているので、熱電対素線Ｗ１及び補償導線Ｗ２の各端末の接続及びその解除を容易に行うことができ、従来作業員が配線作業に費やしていた労力及び時間を大幅に軽減することができる。

本実施形態に係る熱電対用端子台の要部構造を示す縦断面図。 図１の構成要素の一つであるボタン部材の形状を示した斜視図。 図１の要部構成要素を抽出して示した斜視図。 本実施形態に係る熱電対用端子台全体の外観形状を示す斜視図。 図４に示した熱電対用端子台の結線図。 従来の熱電対用端子台の構成の一例を示す平面図。

符号の説明

Ｗ１：熱電対素線
Ｗ２：補償導線
１：端子板
１ａ：端子板の一方の面
１ｂ：端子板の他方の面
ｔ：端子板の厚さ
２：バネ板部材
２ａ：端部
３：端子台本体
３ａ：部材収納室
３ｂ：バネ板支持部
３ｂ１：頭部
３ｂ２：突起部
３ｃ：端末案内孔
３ｄ：端末案内孔
３ｅ：凹部
３ｆ：孔部
３ｇ：溝部
３ｈ：連結用穴部
４：ボタン部材
４ａ：上端面
４ｂ：下端面
４ｃ：側面
４ｄ：突条部
４ｄ１：ストッパ面
４ｅ：鍔部
４ｅ１：ストッパ面
５：ドライバ先端部
６：熱電対用端子台
７：端部ユニット
７ａ：取付孔
８：端部ユニット

Claims (3)

1. 熱電対素線と補償導線とを接続する熱電対用端子台において、
   前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末を内部に案内する一対の端末案内孔が形成された端子台本体と、
   前記端子台本体内部に配設され、前記一対の端末案内孔を通って案内された前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末と対向する一方の面及び他方の面を有する端子板と、
   前記端子台本体内部に配設され、前記端子板の一方の面及び他方の面に対して前記熱電対素線及び前記補償導線の各端末を圧接させるバネ板部材と、
   を備えたことを特徴とする熱電対用端子台。
2. 前記端子台本体にはボタン部材が取り付けられており、このボタン部材に対する押圧操作により、前記バネ板部材は、前記熱電対素線及び前記補償導線の前記端子板に対する圧接が解除される方向に変位する、
   ことを特徴とする請求項１記載の熱電対用端子台。
3. 前記端子板及び前記バネ板部材が内部に配設された１つの前記端子台本体を単位ユニットとし、この単位ユニットの複数個の連結により多極型構造とすることが可能である、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱電対用端子台。

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