JP4813949B2 - 熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置に関し、より詳しくは、熱電対を被測温物に固定する固定具と、その固定具を用いて被測温物に固定された熱電対の検出値に基づいて被測温物の温度制御を行う温度制御装置に関する。

従来、被測温物（温度測定対象）への熱電対（具体的には被覆熱電対の素線）の固定には、ねじ止めや溶接が用いられていた（例えば特許文献１参照）。また、その他にも、接着剤やテープ類、半田付けを使用して熱電対を被測温物に固定することも行われていた。
特開平９−３３３６０号公報（段落００１２から００１５、図１から図３）

上記特許文献１の図２に示されるように、熱電対を被測温物にネジ止めした場合、ネジ頭が被測温物の表面から突出するため、その上部にはワーク（被測温物によって加熱される加熱対象物）を載置できないという不具合があった。尚、この不具合は、接着剤やテープ類、半田付けによって被測温物の表面に熱電対を固定した場合にも妥当する。また、溶接や接着剤を使用した場合には、熱電対の交換が困難になるという問題があった。これらワークの載置や熱電対の交換に関する課題は、被測温物に熱電対を複数個取り付ける場合に特に顕著となる。

従ってこの発明の目的は上記した課題を解決し、被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置できると共に、熱電対の交換作業を容易に行うことができるようにした熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた穴部に挿入される熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部と、前記熱伝導部に連続して形成された弾性変形可能な複数本の足部とを備え、前記足部を前記穴部に挿入してその弾性力によって前記熱伝導部を前記穴部に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。

ここで、上記足部は、焼きなまし温度が被測温物の目標温度よりも高い金属材料から製作されることが望ましい。

また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたテーパ状の貫通孔に挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部とを備え、前記貫通孔に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。

また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた被測温物に設けられたザグリ穴付き貫通孔あるいはそのザグリ穴のみに挿入される熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部とを備え、前記ザグリ穴付き貫通孔あるいは前記ザグリ穴に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。

また、本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具を複数個用いて被測温物に熱電対が複数個固定されると共に、前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた穴部に挿入される熱伝導部に、熱電対の保持部と弾性変形可能な複数本の足部とを設け、前記足部を前記穴部に挿入してその弾性力によって前記熱伝導部を前記穴部に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具（熱伝導部や足部）が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具は足部の弾性力によって被測温物に固定されるので、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。

尚、上記足部を、焼きなまし温度が被測温物の目標温度よりも高い金属材料から製作すれば、足部が加熱されても常温に戻ればヤング率が初期の値（常温時の値）に復帰する。従って、固定具を被測温物により一層安定に固定することができる。

また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたテーパ状の貫通孔に挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部に、熱電対の保持部を設け、前記貫通孔に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具（熱伝導部）が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具が貫通孔に挿入されて嵌め合わされることによって熱電対が被測温物に固定されることから、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。

また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたザグリ穴付き貫通孔あるいはそのザグリ穴のみに挿入される熱伝導部に、熱電対の保持部を設け、前記ザグリ穴付き貫通孔あるいは前記ザグリ穴に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具（熱伝導部）が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具がザグリ穴付き貫通孔あるいはザグリ穴に挿入されることによって熱電対が被測温物に固定されることから、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。

また、本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具を複数個用いて被測温物に熱電対が複数個固定されると共に、前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段とを備えるように構成したので、上記で固定具について述べた効果に加え、被測温物の測温領域（各熱電対の固定位置によって規定される領域）の平均温度を目標温度に精度よく制御することができる。

以下、本発明に係る熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る熱電対の固定具と被測温物を示す平面図である。また、図２は、図１のII−II線断面図である。

図１および図２で、符号１は被測温物を示す。被測温物１は例えばカーボンヒータであり、その目標温度（目標最高温度）は約５００℃に設定される。被測温物１には、複数個の貫通孔（穴部）が設けられる。本実施例では、貫通孔の総数を５個とし、それぞれ符号２１，２２，２３，２４，２５で示す。

各貫通孔２１，２２，２３，２４，２５のそれぞれには、熱電対の固定具３１，３２，３３，３４，３５が固定され、各固定具３１，３２，３３，３４，３５のそれぞれには熱電対４１，４２，４３，４４，４５が保持される（取り付けられる）。尚、各熱電対４１，４２，４３，４４，４５は被覆熱電対であり、その素線が各固定具３１，３２，３３，３４，３５に保持される。このように、被測温物１には、複数個の固定具３１，３２，３３，３４，３５を用い、複数個の熱電対４１，４２，４３，４４，４５が固定される。

被測温物１の上部には、ワーク（加熱対象物）５が載置される。ワーク５は、例えば金属材から製作され、本実施例では平面視において矩形を呈する。各貫通孔２１，２２，２３，２４，２５のうち、貫通孔２１はワーク５の載置位置の中心に位置するように設けられる。また、残余の貫通孔２２，２３，２４，２５は、ワーク５の周囲（より詳しくは角部付近）に設けられる。

ここで、固定具３１，３２，３３，３４，３５について詳説する。尚、各固定具は全て同一形状であるため、以下の説明ではそれらを符号３ｎで総称する。また、各貫通孔２１，２２，２３，２４，２５を符号２ｎで、各熱電対４１，４２，４３，４４，４５を符号４ｎで総称する。

図３は固定具３ｎの平面図であり、図４は固定具３ｎの側面図である。図３および図４に示すように、固定具３ｎは、熱伝導部３ｎ１と、熱伝導部３ｎ１の上部に連続して（一体的に）形成された弾性変換可能な複数本（例えば４本）の足部３ｎ２とを備える。熱伝導部３ｎ１は、平面視において円形を呈し、その中心部には孔３ｎ３（保持部）が設けられる。即ち、熱伝導部３ｎ１は、円筒状を呈する。

熱伝導部３ｎ１の直径は、貫通孔２ｎの直径と略同径に設定される。例えば、貫通孔２ｎの直径を３．５ｍｍとしたとき、熱伝導部３ｎ１の直径は３．４ｍｍに設定される。また、孔３ｎ３の直径は、熱電対４ｎの素線が挿通可能な値に設定される。

足部３ｎ２は、熱伝導部３ｎ１の上部に十字の溝を形成することによって形成される。また、熱伝導部３ｎ１の下面縁部には、テーパ部３ｎ４が設けられる。尚、熱伝導部３ｎ１の高さをαとした場合、足部３ｎ２の高さβはαの２倍程度に設定される。

次いで、図５および図６を参照し、貫通孔２ｎへの固定具３ｎの固定方法について説明する。図５および図６は、被測温物１と固定具３ｎの断面図である。

先ず、図５に示すように、熱電対４ｎを被測温物１の下方から貫通孔２ｎに挿通する。そして、被測温物１の上方において、熱電対４ｎを固定具３ｎの下面側から孔３ｎ３に挿通する。孔３ｎ３に挿通された熱電対４ｎは、熱伝導部３ｎ１をかしめることにより、熱伝導部３ｎ１に固定される。次いで、固定具３ｎの各足部３ｎ２を外方に広げ、各足部３ｎ２の先端縁部間の距離Ｄを、貫通孔２ｎの直径よりも大きくする（例えば、３．５ｍｍの貫通孔２ｎに対して距離Ｄを４ｍｍとする）。尚、熱伝導部３ｎ１への熱電対４ｎの固定と各足部３ｎ２の拡径作業は、順序を逆にしてもよい。

そして、図６に示すように、貫通孔２ｎに固定具３ｎをその下面側（熱伝導部３ｎ１の下面側）から挿入する。前述したように、熱伝導部３ｎ１の下面縁部にはテーパ部３ｎ４が設けられていることから、貫通孔２ｎへの固定具３ｎの挿入作業が容易となる。

貫通孔４１への熱伝導部３ｎ１の挿入が完了すると、続いて足部３ｎ２が貫通孔２ｎの内面に沿って弾性変形しながら（距離Ｄが縮径しながら）挿入される。固定具３ｎ（熱伝導部３ｎ１）は、この足部３ｎ２の弾性力（バネ性）によって貫通孔２ｎの内面に支持される。これにより、熱電対４ｎが被測温物１に固定される。尚、固定具２１の全高（上記したα＋β）は、被測温物１の厚みと同じか、僅かに小さく設定される。従って、被測温物１の表面（ワーク５が載置される側）から固定具３ｎが突出することはない。被測温物１の熱は、固定具３ｎの熱伝導部３ｎ１および足部３ｎ２を介し、熱電対４ｎに伝達される。

ここで、固定具３ｎの材料の選定について説明する。固定具３ｎの材料の選定にあたり、考慮すべき点は例えば下記の５点である。
１）引張強さ
２）ヤング率（縦弾性係数）
３）熱膨張率
４）焼きなまし温度
５）熱伝導率
上記の５点について、以下説明する。

１）引張強さについて
足部３ｎ２の弾性力（バネ性）によって固定具３ｎを貫通孔２ｎに支持するには、弾性限度の高い材料を選定すべきである。弾性限度は、引張強さと略平行的な関係を有するため、引張強さが大きい金属材料を選定する。

２）ヤング率について
ヤング率が小さい場合（即ち、応力に対する変形が大きい場合）、弾性限度（引張強さ）が大きくても、固定具３ｎを被測温物１に取り付けた際に自重を支持しきれずに脱落する可能性がある。従って、ヤング率の大きい金属材料を選定する。

３）熱膨張率について
固定具３ｎは、被測温物１に設けられた貫通孔２ｎに挿入されることから、熱膨張率が大きいと、昇温時に被測温物１に不要な応力を作用させてしまうおそれがある。従って、熱膨張率が小さい金属材料を選定すべきである。

４）焼きなまし温度について
一般に、金属材料が加熱されて焼きなまし（軟化）が生じると、引張強さが著しく低下する。また、金属材料は加熱されるに従ってヤング率も低下するが、焼きなまし温度以下の温度領域であれば、常温に戻った際にヤング率の値も初期の値に復帰する。従って、焼きなまし温度が被測温物１の目標温度（目標最高温度。本実施例では５００℃）よりも高い金属材料を選定すべきである。

５）熱伝導率について
被測温物１の熱は、固定具３ｎの熱伝導部３ｎ１（および足部３ｎ２）を介して熱電対４ｎに伝達される。そのため、固定具３ｎの材料の選定にあたっては、熱伝導率も勘案すべき事項の一つと考えられる。しかしながら、本実施例のように固定具３ｎの直径が３ｍｍ程度であり、被測温物１の目標温度が５００℃程度である場合、一般的な金属材料であれば熱電対４ｎの検出値に熱伝導率はほとんど影響しないことを発明者は実験を通じて知見した。

上記の条件から、本実施例にあっては、固定具３ｎをニッケル鉄合金、より詳しくは、３６％ニッケル鉄合金から製作するようにした。仮に、熱伝導率を重視して固定具の材料を例えば銅とした場合、その引張強さは約３１０ＭＰＡ、ヤング率は約１３０ＧＰａである。これに対し、３６％ニッケル鉄合金の引張強さとヤング率は、それぞれ４１１ＭＰａと１４２ＧＰａであり、銅のそれを上回る。また、３６％ニッケル鉄合金の焼きなまし温度は６００℃であるため、被測温物１の目標温度である５００℃に対しても十分に条件を満足する。

尚、被測温物の目標温度が例えば３００℃以下である場合は、熱伝導率の高い銅を使用してもよい。銅は焼きなまし温度が３５０℃程度であるため高温の測定には不向きであるが、熱伝導性が高いため、比較的低温の測定には好適である。一方、被測温物の目標温度が例えば６００℃から１０００℃程度であれば、例えば焼きなまし温度が１０００℃程度である銅タングステン合金を使用するのが好ましい。

次いで、本発明に係る被測温物の温度制御装置について説明する。本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具３１，３２，３３，３４，３５を用いて被測温物１に固定された熱電対４１，４２，４３，４４，４５の検出値に基づき、被測温物１の温度制御を行う。

図７は、その装置の構成を表すブロック図である。尚、図７では、被測温物１を下面側から表している。

図７に示すように、温度制御装置は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部１０と、制御部１０に接続される目標温度設定部１１と表示部１２を備える。被測温物１に固定された各熱電対４１，４２，４３，４４，４５は、制御部１０に接続される。また、被測温物１の両端には端子１ａ，１ｂが設けられ、端子１ａ，１ｂは、電流線１３，１４を介して制御部１０に接続される。

目標温度設定部１１は、使用者（測温者）の操作に従って目標温度Ｔｄを設定する。目標温度Ｔｄの設定について詳説すると、使用者は目標温度設定部１１を操作することにより、目標温度Ｔｄと、目標温度Ｔｄに到達するまでの時間（以下「目標温度到達時間ｔ１」という）と、目標温度Ｔｄを維持する時間（以下「目標温度維持時間ｔ２」という）を設定（入力）することができる。目標温度設定部１１で設定された目標温度Ｔｄと目標温度到達時間ｔ１と目標温度維持時間ｔ２は、制御部１０に入力される。

各熱電対４１，４２，４３，４４，４５は、被測温物１の各所の温度を検出する。各熱電対４１，４２，４３，４４，４５の検出値は、それぞれ制御部１０に入力される。制御部１０は、目標温度設定部１１からの各入力Ｔｄ，ｔ１，ｔ２と熱電対４１，４２，４３，４４，４５からの各入力に基づき、被測温物１の温度を制御する。

図８は、制御部１０で実行される被測温物１の温度制御の処理を表すフローチャートである。

図８フローチャートについて説明すると、先ずＳ１で各熱電対の検出値の平均値Ｔａｖｅを算出する。即ち、被測温物１の測温領域（各熱電対の固定位置によって規定される領域）の平均温度を算出する。本実施例にあっては、熱電対４１，４２，４３，４４，４５はワーク５の直下、あるいはワーク５の周囲に配置されることから、Ｓ１の処理は、被測温物１のうち、ワーク５が接触している領域の平均温度を算出することに相当する。

尚、熱電対４１がワーク５の直下に設置されているのに対し、残余の熱電対４２，４３，４４，４５はワーク５の周囲に設置されているため、熱電対４１とその他の熱電対では温度差が生じる。具体的には、ワーク５への熱伝導量が大きいワーク５の直下を測温している熱電対４１の検出値が、その他の熱電対４２，４３，４４，４５の検出値よりも低下する。また、被測温物１は、端子１ａ，１ｂに近づくに従って温度が高くなる傾向にあるため、上記した温度差の発生が助長され易い。

ここで、熱電対４１の検出値をＬ、その他の熱電対４２，４３，４４，４５の検出値をＨとしたとき、平均値Ｔａｖｅは下記の式１で算出することが考えられる。
Ｔａｖｅ＝（４Ｈ＋Ｌ）／５ ・・・式１

しかしながら、検出値Ｈと検出値Ｌの間には上記の如く差が生じるため、式１で平均値Ｔａｖｅを算出した場合、平均値Ｔａｖｅの値が検出値Ｌと乖離してしまう（Ｈ側の値になる）。そのため、平均値Ｔａｖｅに基づいて被測温物１の温度制御を行った場合、ワーク５の一部（中心付近）が加熱不足になるおそれがあった。そこで、本実施例にあっては、平均値Ｔａｖｅの算出を下記の式２で行うようにした。
Ｔａｖｅ＝｛（ΣＨ／４）＋Ｌ｝／２ ・・・式２

これにより、平均値Ｔａｖｅと検出値Ｌの乖離が縮小されるため、ワーク５の一部に加熱不足が生じるのを防止することができる。

図８フローチャートの説明を続けると、次いでＳ２に進み、平均値Ｔａｖｅが目標温度Ｔｄを上回っているか否か判断する。尚、図９に示すように、目標温度到達時間ｔ１が経過するまでは、目標温度Ｔｄが逐次変化させられる。具体的には、被測温物１の初期温度Ｔ０と目標温度Ｔｄの差分と、目標温度到達時間ｔ１とから決定される温度上昇勾配（図９のＴｄの傾き）に従い、中間的なＴｄが最終的なＴｄ（即ち、設定された目標温度）に向けて徐々に上昇させられる。ここで初期温度Ｔ０とは、被測温物１の初期温度であり、例えば平均値Ｔａｖｅの初期値が使用される。

Ｓ２で肯定されるときはＳ３で被測温物１に供給される電流を減少させ、平均値Ｔａｖｅを目標温度Ｔｄに低下させる。他方、Ｓ２で否定されるときはＳ４に進み、平均値Ｔａｖｅが目標温度Ｔｄを下回っているか否か判断する。Ｓ４で肯定されるときは、Ｓ５で被測温物１に供給される電流を増加させて平均値Ｔａｖｅを目標温度Ｔｄに上昇させる一方、Ｓ４で否定されるとき（即ち、ＴａｖｅとＴｄが一致しているとき）はＳ６で現在の電流を維持する。

次いでＳ７に進み、目標温度維持時間ｔ２が経過したか否か判断する。Ｓ７で否定されるときはＳ１の処理に戻る。一方、Ｓ７で肯定されるときはＳ８に進み、被測温物１への電流の供給を停止する（ワーク５の加熱を終了する）。

図７の説明に戻ると、制御部１０は、上記の如く算出した平均値Ｔａｖｅと、各熱電対４１，４２，４３，４４，４５のそれぞれの検出値と、ｔ１およびｔ２の経過時間（残り時間）と、目標温度Ｔｄなどを、表示部（ディスプレイ）１２に表示する。使用者は、その表示を確認することにより、ワーク５に対して所望の過熱処理が行われたかどうかなどを認識することができる。

以上のように、本発明の第１実施例に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物１に設けられた貫通孔（穴部）２ｎに挿入される熱伝導部３ｎ１に、熱電対４ｎの保持部たる孔３ｎ３と弾性変形可能な複数本の足部３ｎ２とを設け、足部３ｎ２を貫通孔２ｎに挿入してその弾性力（バネ性）によって熱伝導部３ｎ１を貫通孔２ｎに支持することにより、熱電対４ｎを被測温物１に固定するように構成したので、被測温物１の表面に固定具３ｎが突出することがなく、よって被測温物１に固定された熱電対４１の上部にワーク５を載置することができる。

さらに、固定具３ｎは足部３ｎ２の弾性力によって被測温物１に固定されるので、熱電対４ｎの交換作業（被測温物１からの固定具３ｎの取り外し）を容易に行うことができる。

また、足部３ｎ２（固定具３ｎ）を、焼きなまし温度が被測温物１の目標温度Ｔｄよりも高い金属材料から製作するように構成したので、足部３ｎ２が加熱されても常温に戻ればヤング率が初期の値（常温時の値）に復帰する。従って、固定具３ｎを被測温物１により一層安定に固定することができる。

ところで、従来技術の一つとして挙げたテープ類を使用して熱電対を固定した場合、繰り返し測温すると粘着力が低下して熱電対の測温精度が低下するおそれがあった。また、半田付けによって熱電対を固定する場合、被測温物の材質に制限が加わる。しかしながら、本発明にあっては、固定具３ｎが貫通孔２ｎに挿入されることによって熱電対４ｎが被測温物１に固定されることから、テープ類を使用したときに見られるような測温精度の低下は生じないと共に、被測温物１の材質に関わらず熱電対４ｎを被測温物１に固定することができる。

また、本発明の第１実施例に係る被測温物の温度制御装置にあっては、複数個の固定具３ｎを用いて複数個の熱電対４ｎが被測温物１に固定されると共に、各熱電対４ｎの検出値の平均値Ｔａｖｅを算出する平均値算出手段（制御部１０）と、使用者の操作に従って被測温物１の目標温度Ｔｄを設定する目標温度設定手段（目標温度設定部１１）と、平均値Ｔａｖｅと目標温度Ｔｄに基づいて被測温物１の温度を制御する温度制御手段（制御部１０）とを備えるように構成したので、被測温物１の測温領域（各熱電対４ｎの固定位置によって規定される領域）の平均温度を目標温度Ｔｄに精度よく制御することができる。そのため、ワーク５の形状や熱容量に関わらず、ワーク５に対して所望の加熱処理を施すことができる。

尚、第１実施例においては、足部３ｎ２の本数を４本としたが、例えば図１０や図１１に示すように２本や３本であってもよいし、それ以外の本数であってもよい。

また、上記では、固定具３ｎを被測温物１の上方から挿入するようにしたが、下方から挿入するようにしてもよい。この場合、図１２に示すように、固定具３ｎの上下方向の向きを、被測温物の上方から挿入する場合とは逆にする（即ち、足部３ｎ２が熱伝導部３ｎ１よりも下方になるように配置する）。そして、被測温物１の下方において、熱電対４ｎを固定具３ｎの下面側（足部３ｎ２側）から孔３ｎ３に挿通し、熱伝導部３ｎ１をかしめることによって熱電対４ｎを熱伝導部３ｎ１に固定した後、各足部３ｎ２を外方に広げる。尚、熱伝導部３ｎ１への熱電対４ｎの固定と各足部３ｎ２の拡径作業の順序を逆にしてもよいのは、上記と同じである。

そして、図１３に示すように、貫通孔２ｎに固定具３ｎをその上面側（熱伝導部３ｎ１側）から挿入し、足部３ｎ２の弾性力（バネ性）によって固定具３ｎを貫通孔２ｎの内面に支持する。このように、固定具３ｎを被測温物１の下方から挿入することにより、上方から挿入する場合に比し、熱電対４ｎを予め貫通孔２ｎに挿通する必要がなくなり、作業がより簡素化される。また、固定具３ｎを被測温物１の下方から挿入する場合は、固定具３ｎを必ずしも貫通孔に挿入する必要はなく、図１４に示すような穴部（凹部。符号１５で示す）であってもよい。

次いで、図１５を参照し、本発明の第２実施例に係る熱電対の固定具について説明する。図１５は、被測温物と固定具の断面図である。

図示のように、第２実施例にあっては、被測温物１にテーパ状の貫通孔２ｂｎが設けられる。貫通孔２ｂｎのテーパは、貫通孔２ｂｎの直径が被測温物１の上面から下面に向けて縮径するように形成される。

貫通孔２ｂｎには、金属材料から製作された固定具３ｂｎが挿入される。固定具３ｂｎは、その全体が熱電対４ｎに被測温物１の熱を伝導する熱伝導部３ｂｎ１からなり、その中心部には熱電対４ｎの保持部たる孔３ｂｎ３が設けられる。熱電対４ｎは、孔３ｂｎ３に挿入された後、熱伝導部３ｂｎ１をかしめることにより、熱伝導部３ｂｎ１に取付けられる。尚、貫通孔２ｂｎ、固定具３ｂｎおよび熱電対４ｎの添え字「ｎ」は、第１実施例と同様に、それらが被測温物１に複数個設けられていることを意味している。

図示の如く、熱伝導部３ｂｎ１は、貫通孔２ｂｎに対応するテーパ状に形成される。即ち、熱伝導部３ｂｎ１は、その直径が下面から上面に向けて拡径するように形成される。従って、熱伝導部３ｂｎ１（固定具３ｂｎ）を被測温物１の上方から貫通孔２ｂｎに挿入することにより、固定具３ｂｎが貫通孔２ｂｎに嵌め合わされ、熱電対４ｎが被測温物１に固定される。尚、固定具３ｂｎの高さは、被測温物１の厚みと同じか僅かに小さく設定される。

以上のように、本発明の第２実施例に係る熱電対の固定具３ｂｎにあっては、被測温物１に設けられたテーパ状の貫通孔２ｂｎに挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部３ｂｎ１に、熱電対４ｎの保持部たる孔３ｂｎ３を設け、貫通孔２ｂｎに熱伝導部３ｂｎ３を挿入することによって熱電対４ｎを被測温物１に固定するように構成したので、被測温物１の表面に固定具３ｂｎが突出することがなく、よって被測温物１に固定された熱電対１の上部にワーク（図１５では図示せず）を載置することができる。

また、固定具３ｂｎが貫通孔２ｂｎに挿入されて嵌め合わされることによって熱電対４ｎが被測温物１に固定されることから、熱電対４ｎの交換作業（固定具３ｂｎの取り外し）を容易に行うことができる。さらに、繰り返し測温しても熱電対４ｎの測温精度が低下しないと共に、被測温物１の材質に関わらず熱電対４ｎを被測温物１に固定することができる。

また、貫通孔２ｂｎが、その直径が被測温物１の上面から下面に向けて縮径するテーパ状に形成されると共に、熱伝導部３ｂｎ１が、その直径が下面から上面に向けて拡径するテーパ状に形成されるように構成したので、固定具３ｂｎが被測温物１から落下するのを防止することができる。

尚、固定具３ｂｎを用いて熱電対４ｎを被測温物１に固定した場合であっても、温度制御装置の構成は第１実施例と同じであるので、説明を省略する。

次いで、図１６および図１７を参照し、本発明の第３実施例に係る熱電対の固定具について説明する。図１６および図１７は、被測温物と固定具の断面図である。

図１６に示すように、第３実施例にあっては、被測温物１にザグリ穴付き貫通孔２ｃｎが設けられる。別言すれば、被測温物１には、直径が被測温物１の上面から下面に向けて段階的に縮径する階段状の貫通孔が設けられる。

ザグリ穴付き貫通孔２ｃｎのザグリ穴２ｃｎ１には、金属材料から製作された固定具３ｃｎが挿入される。固定具３ｃｎは、その全体が熱電対４ｎに被測温物１の熱を伝導する熱伝導部３ｃｎ１からなり、その中心部には熱電対４ｎの保持部たる孔３ｃｎ３が設けられる。熱電対４ｎは、孔３ｃｎ３に挿入された後、熱伝導部３ｃｎ１をかしめることにより、熱伝導部３ｃｎ１に取付けられる。尚、貫通孔２ｃｎ、固定具３ｃｎおよび熱電対４ｎの添え字「ｎ」は、従前の実施例と同様に、それらが複数個設けられていることを意味している。

熱伝導部３ｃｎ１（固定具３ｃｎ）を被測温物１の上方からザグリ穴２ｃｎ１に挿入することにより、固定具３ｃｎがザグリ穴２ｃｎ１に嵌め合わされ、熱電対４ｎが被測温物１に固定される。尚、固定具３ｃｎの高さは、ザグリ穴２ｃｎ１の深さと同じか僅かに小さく設定される。

また、図１７に示すように、固定具３ｃｎ（熱伝導部３ｃｎ１）を断面視Ｔ字型（別言すれば、直径が固定具３ｃｎの上面から下面に向けて段階的に縮径する階段形状）に形成し、固定具３ｃｎをザグリ穴付き貫通孔２ｃｎの全領域に挿入するようにしてもよい。

以上のように、本発明の第３実施例に係る熱電対の固定具３ｃｎにあっては、被測温物１に設けられたザグリ穴付き貫通孔２ｃｎあるいはそのザグリ穴２ｃｎ１にのみ挿入される熱伝導部３ｃｎ１に、熱電対４ｎの保持部たる孔３ｃｎ３を設け、ザグリ穴付き貫通孔２ｃｎあるいはザグリ穴２ｃｎ１に熱伝導部３ｃｎ１を挿入することによって熱電対４ｎを被測温物１に固定するように構成したので、被測温物１の表面に固定具３ｃｎ（熱伝導部３ｃｎ１）が突出することがなく、よって被測温物１に固定された熱電対４ｎの上部にワーク（図１６および図１７では図示せず）を載置することができる。

また、固定具３ｃｎがザグリ穴付き貫通孔２ｃｎあるいはザグリ穴２ｃｎ１に挿入されることによって熱電対４ｎが被測温物１に固定されることから、熱電対４ｎの交換作業（固定具３ｃｎの取り外し）を容易に行うことができる。さらに、繰り返し測温しても熱電対４ｎの測温精度が低下しないと共に、被測温物１の材質に関わらず熱電対４ｎを被測温物１に固定することができる。また、固定具３ｃｎが被測温物１から落下することもない。

尚、固定具３ｃｎを用いて熱電対４ｎを被測温物１に固定した場合であっても、温度制御装置の構成は第１実施例と同じであるので、説明を省略する。

また、第３実施例において、固定具３ｃｎの下面縁部にテーパを設け、ザグリ穴付き貫通孔２ｃｎへの固定具３ｃｎの挿入を容易としてもよい。さらに、ザグリ穴付き貫通孔２ｃｎおよび固定具３ｃｎの段数は必ずしも図示した２段に限られるものではなく、３段以上であってもよい。

また、第１実施例から第３実施例において、被測温物１に貫通孔を５個設けて５個の熱電対を固定するようにしたが、被測温物に設ける貫通孔の数や位置（熱電対の取付け数や取付け位置）は、ワークの大きさや形状などに応じて適宜変更してよい。また、被測温物１としてカーボンヒータを例に挙げたが、測温対象はそれに限られるものではない。さらに、第１実施例において固定具の材料の具体名が挙げたが、それらは例示に過ぎず、用途に応じて適宜変更してよい。

また、被測温物に熱電対を複数個取り付ける場合、本発明に係る固定具と従来の固定手段を併用してもよい。例えば、ワークの直下に位置する熱電対の取付けには本発明に係る固定具を使用し、ワークの直下に位置しない熱電対は従来のネジ止めなどによって固定するようにしてもよい。

本発明の第１実施例に係る熱電対の固定具と被測温物を示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 図２に示す固定具の平面図である。 図３に示す固定具の側面図である。 図２に示す被測温物と固定具の断面図である。 図２に示す被測温物と固定具の断面図である。 本発明の第１実施例に係る被測温物の温度制御装置を表すブロック図である。 図７に示す制御部で実行される温度制御の処理を表すフローチャートである。 図８フローチャートの処理で使用される目標温度の遷移を表す説明図である。 図２に示す固定具の変形例を表す平面図である。 図２に示す固定具の変形例を表す平面図である。 図２に示す固定具の取付け方向の変形例を表す、被測温物と固定具の断面図である。 図２に示す固定具の取付け方向の変形例を表す、被測温物と固定具の断面図である。 図１３に示す貫通孔の変形例を表す、被測温物と固定具の断面図である。 本発明の第２実施例に係る熱電対の固定具を表す、被測温物と固定具の断面図である。 本発明の第３実施例に係る熱電対の固定具を表す、被測温物と固定具の断面図である。 図１６に示す固定具の変形例を表す、被測温物と固定具の断面図である。

符号の説明

１：被測温物、 ２ｎ（２１，２２，２３，２４，２５）：貫通孔（穴部）、 ２ｂｎ：（第２実施例に係る）貫通孔、 ２ｃｎ：（第３実施例に係る）ザグリ穴付き貫通孔、 ２ｃｎ１：ザグリ穴、 ３ｎ（３１，３２，３３，３４，３５）：固定具、 ３ｂｎ：（第２実施例に係る）固定具、 ３ｃｎ：（第３実施例に係る）固定具、 ３ｎ１：熱伝導部、 ３ｂｎ１：（第２実施例に係る）熱伝導部、 ３ｃｎ１：（第３実施例に係る）熱伝導部、 ３ｎ２：足部、 ３ｎ３：孔（保持部）、 ３ｂｎ３：（第２実施例に係る）孔（保持部）、 ３ｃｎ３：（第３実施例に係る）孔（保持部）、 ４ｎ（４１，４２，４３，４４，４５）：熱電対、 ５：ワーク、 １０：制御部（平均値算出手段、温度制御手段）、 １１：目標温度設定部（目標温度設定手段）

Claims (3)

1. 熱電対を被測温物に設けた円筒状の第１穴部に固定する熱電対の固定具において、
   熱伝導部と、前記熱伝導部に一体的に形成された弾性変形可能な複数本の足部とを備え、
   前記熱伝導部は、円筒状を呈し、前記被測温物の第１穴部の直径と略同径に設定されると共に、前記熱電対の素線が挿通可能な第２孔部を有し、
   前記足部は、前記熱伝導部の中心軸方向片端に、前記熱伝導部の前記中心軸と直交する線上に所定の幅の溝を形成することによって形成され、前記中心軸から放射方向に弾性変形可能な足部であって、
   前記熱電対の素線を前記熱伝導部の前記第２孔部に挿通し、前記熱伝導部をかしめて前記熱電対の素線を前記熱伝導部に固定し、前記足部を外方に広げ、前記熱伝導部と前記足部を前記被測温物の前記第１穴部に挿入して、前記足部の弾性力によって前記熱伝導部を前記被測温物の前記第１穴部の内面に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする熱電対の固定具。
2. 請求項１に記載の熱電対の固定具において、前記足部は、焼きなまし温度が前記被測温物の目標温度よりも高い金属材料から製作されることを特徴とする熱電対の固定具。
3. 請求項１または２に記載される熱電対の固定具を用いた被測温物の温度制御装置であって、
   前記固定具を複数個用いて前記被測温物に前記熱電対が複数個固定されると共に、前記温度制御装置は、
   前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、
   使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、
   前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段と、
   を備えることを特徴とする被測温物の温度制御装置。

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