JP5271769B2 - シース熱電対と補償導線のコネクタ - Google Patents

Description

シース熱電対は高温雰囲気や腐食性雰囲気といった過酷な環境で使用されることが多々あり、このような環境で使用されることによって破損したり、寿命が尽きたシース熱電対は取り替える必要が生じる。一方、補償導線はシース熱電対の信号伝送をするためのもので、過酷な環境で使用されることは無く、通常、長期に使用可能である。本発明は、上記シース熱電対と補償導線を繋ぐコネクタに関するものである。

図６は、従来より一般に使用されているシース熱電対の断面図を示したものであり、同図(ａ)はシース熱電対をその長手方向に切断した断面図、同図(ｂ)は図６(ａ)のＩ−Ｉ断面図である。

シース熱電対２０は、金属シース２０ａ内に、マグネシア、アルミナ等を材質とする粉末の無機絶縁材２０ｂを介在させて一対の熱電対素線２０ｃを収容したもので、端部（図６の右端）には湿分の侵入による無機絶縁材の絶縁低下を防ぐため、樹脂等によるシール２０ｄが施されている。

なお、図６は、熱電対素線２０ｃの先端（図の左端）がシースの先端部と接触していない非接地型シース熱電対を示しているが、熱電対素線２０ｃの先端とシースの先端部が接触している接地型シース熱電対もある。

また、図７は、シース熱電対と補償導線を繋ぐ従来のスリーブ部断面図を示したものである。

同図に示すように、シース熱電対２０と補償導線２１の接続は、シース熱電対２０の端部近傍部分２０ｅに円筒状の金属スリーブ２２を溶接やカシメにより取り付け、その内部の中間部分２２ａの位置で、熱電対素線２０ｃと補償導線２１の芯線２１ａとをロウ付けや、かしめなどにより接続しており、これらを固定するために、金属スリーブ２２内の空隙部に樹脂等の接着材２３を充填したものが一般的である（例えば、非特許文献１参照）。

なお、図中２１ｂは補償導線２１の外側被覆、２１ｃは同じく芯線の絶縁被覆である。

図示しないが、導線（熱電対素線２０ｃ、補償導線の芯線２１ａ）間の接触防止や導線とスリーブ２２の接触防止のための、絶縁物で作ったスペーサ等が金属スリーブ２２内に設けられることもある。

その他、空隙部の充填物を樹脂ではなく、マグネシア、アルミナ等の無機絶縁材粉末としたものや、図８に示すように、金属スリーブ２２を用いずに、樹脂でモールドしたもの等がある。樹脂モールド２４の場合も、上記金属スリーブ２２の場合と同様に絶縁物で作ったスペーサ等が設けられることもある。

なお、図８において、図７と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略している。また、図７、図８は金属スリーブ、樹脂モールド部分のみを断面を示し、シース熱電対２０及び補償導線２１はその外形を表わしている。

「新編 温度計の正しい使い方」第２版、著者 社団法人日本電気計測工業会、出版社 日本工業出版株式会社、２００３年３月１０日発行、ｐ．６２

しかしながら、上記した従来のシース熱電対２０と補償導線２１の接続構造では、シース熱電対２０と補償導線２１の脱着が不可能で、シース熱電対２０が破損や寿命などによって使用できなくなった場合は、シース熱電対２０と補償導線２１をともに取り替えなければならなかった。

本発明は以上のような従来のシース熱電対と補償導線の接続構造における課題を考慮してなされたものであり、破損や寿命などによってシース熱電対を取り替える必要が生じた際に、シース熱電対のみを取り替えることができる、シース熱電対と補償導線のコネクタを提供するものである。

本発明は、枢軸を介して開閉可能に接続された樹脂製の上板および下板と、閉じられた上記上板および上記下板の各接触面を密着させる固定具とを有し、
上記下板の上記接触面には、シース熱電対の外径より浅い溝からなり上記シース熱電対を配置するための熱電対溝と、上記シース熱電対の２本の熱電対素線を分離する仕切部と、補償導線を配置する補償導線溝とが連設され、
上記仕切部を挟んでその両側には２枚の電極板を固定するための電極板凹部が形成され、
その電極板凹部に上記電極板が接着剤を介して固定され、
上記補償導線は上記補償導線溝に接着剤を介して固定され、
上記補償導線先端の剥き出された２本の芯線が上記電極板にそれぞれ接続され、
さらに、上記上板の上記接触面には、上記補償導線溝に配置された上記補償導線を押圧するための突部および上記熱電対素線を上記電極板に押し付けるための突起が設けられ、
上記突起は、上記上板を上記枢軸まわりに回転させて上記下板と接触させ、上記固定具によって密着させた際に、上記仕切部によって分離された２本の熱電対素線をそれぞれ上記電極板上に押圧して固定するように構成されているシース熱電対と補償導線のコネクタである。

本発明において、上記上板の上記接触面に、さらに上記シース熱電対を押さえ付けて固定するための突部を設け、上記下板の上記接触面にその突部と係合する凹溝を設け、上記突部および上記凹溝を、上記熱電対溝と交差する方向に配設することができる。

本発明において、上記電極板として金属製の平型圧着端子を使用する場合、これらの平型圧着端子に上記補償導線の芯線を、それぞれかしめにより接続することができる。

本発明において、上記上板における上記仕切部と対応する位置に貫通孔を有する場合、上記仕切部は、上記上板と上記下板が閉じられた際に、上記貫通孔に挿入し得る柱体で構成することができる。

本発明によれば、シース熱電対の破損、寿命などにより取り替える必要が生じた際に、シース熱電対のみを取り替えることができ、補償導線を取り替える必要がない。また、シース熱電対の脱着が容易で、かつ短時間に行うことができる。

また、本発明によれば、構造が簡単で、安価なコネクタを提供することができる。

本発明に係る第一実施例の構成を示す分解斜視図である。 図１のコネクタを閉じた状態を示す斜視図である。 本発明に係る第二実施例の構成を示す分解斜視図である。 図３のコネクタを閉じた状態を示す斜視図である。 第一及び第二実施例に係る電極板の変形例としての平型圧着端子を示す斜視図である。 (ａ)は従来のシース熱電対の長手方向断面図、(ｂ)は図６(ａ)のＩ−Ｉ断面図である。 従来のシース熱電対と補償導線の金属スリーブによる接続構造を一部断面で示した正面図である。 従来のシース熱電対と補償導線の樹脂モールドによる接続構造を一部断面で示した正面図である。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

1 シース熱電対と補償導線のコネクタの基本構成
本発明のコネクタは、枢軸を介して開閉可能に接続された樹脂製の上板および下板と、閉じられた上記上板および下板の各接触面を密着させる固定具としてのクリップまたは締付けビスより構成されている。

上記下板の接触面には、シース熱電対を位置決めするための熱電対溝、シース熱電対の2本の熱電対素線を分離するための柱状の仕切部、補償導線を設置するための補償導線溝がそれぞれ一列に配置されている。上記熱電対素線を分離する上記仕切部の両側には、２枚の電極板を貼り付けるための２つの電極板凹部が形成されている。

上記熱電対溝の深さは、シース熱電対の外径より浅く、したがって、熱電対溝にシース熱電対をはめ込むと、シース熱電対の上面部（外周面の一部）が熱電対溝の上面より突出するようになっている。

上記補償導線は一般的に、２本の芯線をそれぞれビニルやシリコンゴム等の絶縁体で被覆し、さらにその外側をビニルやシリコン等で被覆してなる、２本の絶縁被覆された芯線を束ねた構造を有している。

この補償導線は上記下板の補償導線溝にはめ込まれ、補償導線と下板の溝部は接着材により接着される。

補償導線の先端は、芯線が剥き出されており、２本の芯線の先端にはそれぞれに金属を材料とする板状の電極板がロウ付け、半田付け等により取り付けられており、これら２枚の電極板は、下板の電極板凹部に接着剤を用いて接着されている。

一方、上記上板の接触面には、補償導線を固定するための突部、熱電対素線を電極板に押し付けるための突起がそれぞれ形成されている。

1.1 シース熱電対の取り付け、取り外し方法
シース熱電対の取り付けは、上板と下板を開いた状態にし、その下板において、シース熱電対の先端の２本の熱電対素線が仕切部を挟んで２つの電極板の上面に位置するよう、シース熱電対を熱電対溝に配置する。

続いて上板を、上記枢軸まわりに回転させて上板と下板を接触させ、ダブルクリップ、スライド式クリップ、ガチャック（登録商標）等のクリップでその接触した上板と下板を挟むことにより、または、締付けネジによって締め付けること等により、上板と下板の接触面を密着させた状態で固定する。

シース熱電対の取り外しは、クリップ又は締付けネジ等を取り外し、上板又は下板を、前記枢軸まわりに回転させて両板間を開くと、シース熱電対を取り外すことができる。

上記構成を有するコネクタを用いてシース熱電対を取り付けると、シース熱電対は、その上面部が熱電対溝の上面よりも上に突出した状態で上板により押圧され固定されるため、抜けることがない。

補償導線も補償導線溝に接着され、かつ上板の突部により押えつけられるために、抜けることがない。

また、シース熱電対の熱電対素線は上板の突起によって電極板に押し付けられるため、補償導線芯線との接触を確実に行うことができ、加えて、シース熱電対の２本の熱電対素線を分離する仕切部があるために、２本の熱電対素線が接触した状態で締付けられることもない。

さらに補償導線の剥きだされた芯線は、これに接続されている電極板が電極板凹部に接着剤を用いて固定されているため、２本の芯線が接触する虞がない。

また、上板の接触面（シース熱電対側）に、シース熱電対を押え付けて強固に固定するための突部を設け、下板の接触面にその突部が係合する凹溝を設け、上記突部と凹溝を熱電対溝と交差する方向に設ければ、凹溝と熱電対溝とが交差する溝交差部は凹溝が形成されている分、熱電対溝が浅くなり、その結果、溝交差部では熱電対溝にはめ込まれたシース熱電対の上面部がより多く露出することになり、この露出部分を上板の突部が押え付けることになるため、結果としてシース熱電対はより強固に固定される。

また、上記電極板として平型圧着端子を使用してもよい。この場合、平型圧着端子は補償導線の芯線に、かしめにより取り付け、電極板を貼り付けるための電極板凹部に対して接着剤で接着される。

このように平型圧着端子を使用すれば、芯線に対する電極板取り付けをかしめで行うため、電極板に補償導線芯線をロウ付けまたは半田付けするのに比べてコネクタの製作作業が簡単になるという利点がある。

さらに、熱電対素線を分離する仕切部が貫通する貫通孔を上板に設ければ、仕切部の高さを高くすることができ、それにより、２本の熱電対素線をより確実に分離することができる。

2 第一実施例
図１および図２は本発明の第一実施例を示したものである。

図１は、シース熱電対と補償導線のコネクタ（以下、コネクタと略称する）に係る構成を示した斜視図であり、上板２と下板３の構成が理解しやすいように両板を分解した状態（枢軸２ａを枢軸挿入孔３ａに挿入していない状態）で図示している。

図２は、上板２と下板３を閉じて使用状態にした構成を示す斜視図である。

2.1 コネクタの構成
図１に示すように、下板３の基端部には枢軸挿入孔３ａが形成され、先端部にはシース熱電対４を位置決めする熱電対溝３ｂが形成され、中央部にはシース熱電対４の２本の熱電対素線を分離する柱状の仕切部（柱体）３ｃが形成され、この仕切部３ｃの両側（下板３の幅方向）には電極板５を接着するための一対の電極板凹部３ｄが形成されている。

上記電極板凹部３ｄには一対の金属製の電極板５が接着剤で貼り付けられるようになっており、さらに、下板３の補償導線接続側には補償導線６を配置するための補償導線溝３ｅが形成されている。

また、上板２にはシース熱電対４を押え付けるための２本の突部２ｂが線状に形成され、下板３にはそれら突部２ｂと係合する２本の凹溝３ｆが形成されている。

補償導線６は補償導線溝３ｅに配置され、補償導線６の外周の被覆６ａと補償導線溝３ｅは接着材で固定されている。補償導線６先端の２本の芯線６ｂは剥き出され、各芯線６ｂは電極板５の上面角部（補償導線側の角部）に半田付けされている。なお、６ｃは芯線の絶縁被覆である。

上板２における基端部側面には、枢軸２ａが反対向きに突設されており、また、仕切部３ｃと対応する部位の上板２にはその仕切部３ｃを貫通させる貫通孔２ｃが形成されている。

上記貫通孔２ｃの両側（上板の幅方向）には、熱電対素線４ａを電極板５に押し付けるための突起２ｄが形成されている。さらに、上板２の基端部寄りには補償導線６を押え付けるための突部２ｅが形成されている。

2.2 シース熱電対の接続
上記コネクタ１にシース熱電対４を接続する場合、まず、上板２の枢軸２ａを下板３の枢軸挿入孔３ａに挿入する。

次いで、シース熱電対４を熱電対溝３ｂにはめ込み、先端の２本の熱電対素線４ａが仕切部３ｃを挟んで２つの電極板５の上面に位置するように配置する。この状態で枢軸２ａまわりに上板２を回転させ、上板２と下板３を閉じた後、固定具としてのクリップ７を矢印Ａ方向に押し込み、図２に示すように、上板２と下板３を挟んで固定する。

また、シース熱電対４を取り替える場合には、クリップ７を矢印Ａ方向と逆方向に引き抜き、枢軸２ａまわりに上板２を回転させて上板２と下板３を開き、シース熱電対４を取り外す。シース熱電対４はコネクタ１におけるどの部分に対しても接着、溶接などで固定されていないため、簡単に取り外すことができる。

上記第一実施例では、上板２及び下板３をポリカーボネート樹脂で成形したが、コネクタ１に必要とされる強度を備えていれば、ポリカーボネート樹脂に限らず、他の任意の樹脂を使用することができる。

また、固定具としてのクリップ７はバネ鋼からなるスライド式クリップで構成したが、ダブルクリップやガチャック等の他の形式のクリップを使用してもよい。

2.3 第一実施例のコネクタの特長
コネクタ１における熱電対溝３ｂの深さは、シース熱電対４の外径より浅いため、熱電対溝３ｂにシース熱電対４をはめ込むと、シース熱電対４の上面部が熱電対溝３ｂの上面より突出するため、上板２を閉じてクリップ７で締付け固定すると、上板２のフラットな接触面２ｆによってシース熱電対４が下板３に押し付けられるため、シース熱電対４の抜けが防止される。

さらに、本第一実施例では、上板２にシース熱電対４を押え付ける２本の突部２ｂを設けるとともに、下板３にはそれら突部２ｂと係合する２つの凹溝３ｆを設け、シース熱電対４を確実に固定できるようにしている。

凹溝３ｆと熱電対溝３ｂが交差する箇所は、凹溝３ｆの溝深さ分だけ熱電対溝３ｂの深さが浅くなるため、その交差部ではシース熱電対４の上面部がより多く露出することになり、その露出した上面部を上板２の突部２ｂが押え付けるため、シース熱電対４はコネクタ１に強固に固定される。

なお、シース熱電対４の２本の熱電対素線４ａは、仕切部３ｃによって分離されているため、互いに接触することがない。

また、熱電対素線４ａを電極板５に押し付ける突起２ｄの長さ（上板２の長手方向）は、電極板５の補償導線側の隅に位置する補償導線６の芯線６ｂと電極板５との半田接着部を避けるように、電極板５の長さより短く形成されている。したがって、突起２ｄは電極板５の平坦部分を押え付けることができ、それにより、突起２ｄにより熱電対素線４ａは電極板５に対して確実に押し付けられ、電極板５と熱電対素線４ａとの間で接触不良が生じることがない。

一方、補償導線６は、補償導線溝３ｅに接着材で固定されるとともに、上板２の基端部寄りに形成された突部２ｅによって押え付けられるために、抜けることがない。また、補償導線６の剥きだされた芯線６ｂは電極板５に半田付けされており、その電極板５は下板３に形成された電極板凹部３ｄに接着剤で固定されているため、２本の芯線６ｂが接触する虞もない。

下板３におけるクリップ装着側の枠幅aは、サイズが決まっている市販のスライド式のクリップ７を図２に示すように装着した際に、その先端部が上板２の幅方向中央部、具体的には、熱電対溝３ｂ、電極板５、補償導線溝３ｅ上に位置することができるような長さに決められている。

すなわち、クリップ７はその先端部が最も締付ける力が大きいため、シース熱電対４と補償導線６の固定、および熱電対素線４ａと電極板５との当接を、最も高い締付力が得られるクリップ７の先端部で確実に行うことができる。

上記したように、上板２は、突部２ｅにより補償導線６を押え、突起２ｄにより電極５に対し熱電対素線４ａを押し付け、上板２のフラットな接触面２ｆによりシース熱電対４を押え、加えて、突部２ｂでもシース熱電対４を押えるようになっている。

このうち補償導線６はその絶縁被覆６ａ，６ｃに弾力性があるので他の押付け力には影響を与えない。また、上板２、下板３は樹脂製でありそれ自体、可撓性を備えているため、突起２ｄ、突部２ｂを適切な高さにすれば、突起２ｄ、フラットな接触面２ｆ及び突部２ｂの押付け力が相互に作用し、特定の部位において押付け力が不足することは無い。

第一実施例において、コネクタ１へのシース熱電対４の取り付けは、下板３へのシース熱電対４の配置、上板２の回転、クリップ７の装着というシンプルな操作で簡単に行うことができる。また、シース熱電対４を取り外す場合においても、クリップ７を取り外し、上板２を回転させて開くことにより、簡単に行うことができる。

3. 第二実施例
図３および図４は本発明の第二実施例を示したものである。

図３は、別のコネクタ１０の構成を示した斜視図であり、上板１１と下板１２の構成が理解しやすいように両板を分解した状態（枢軸２ａを枢軸挿入孔３ａに挿入していない状態）で図示している。なお、図３において図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図４は、上板１１と下板１２を閉じて使用状態にした構成を示す斜視図である。

3.1 別のコネクタの構成
第二実施例のコネクタは上記第一実施例とは形状が若干、異なっており、機能的には、上板１１と下板１２との締付をクリップではなく、固定具としての２本のビス１３およびナット１４で行なっている点で相違している。

以下、相違点について詳しく説明する。

下板１２にはその幅方向に突出部１２ａ，１２ｂが形成されており、各突出部１２ａ，１２ｂにはそれぞれ貫通孔１２ｃが縦方向に設けられている。

上記突出部１２ａ，１２ｂ底面における貫通孔１２ｃの縁部には六角ナット１４を収容するための六角凹部（図示しない）が形成されている。

上記六角凹部に接着剤が塗布され、上記六角ナット１４がはめ込まれることにより、六角ナット１４は回転しない状態で下板１２に固定されている。

一方、上板１１には上記突出部１２ａ，１２ｂと対向する位置に突出部１１ａ，１１ｂが形成され、突出部１１ａ，１１ｂには上記貫通孔１２ｃと連絡する貫通孔１１ｃがそれぞれ形成されている。

3.2 シース熱電対の接続
第二実施例のコネクタ１０にシース熱電対を接続する際は、まず、上板１１の枢軸２ａを下板１２の枢軸挿入孔３ａに挿入する。

次いで、シース熱電対４を熱電対溝３ｂにはめ込み、先端の２本の熱電対素線４ａが仕切部３ｃを挟んで２つの電極板５の上面に位置するように配置する。

この状態で枢軸２ａまわりに上板１１を回転させ、上板１１と下板１２を閉じた後、ビス１３を貫通孔１１ｃ→１２ｃに挿入し、六角ナット１４に螺合させることにより、図４に示すように上板１１と下板１２を締付け固定する。

シース熱電対４を取り替える場合には、ビス１３を外し、枢軸２ａまわりに上板１１を回転させて上板１１と下板１２を開き、シース熱電対４を取り外す。シース熱電対４はコネクタ１におけるどの部分に対しても接着、溶接などで固定されていないため、簡単に取り外すことができる。

3.3 別のコネクタの特長
上記第一実施例と異なる第二実施例に係るコネクタの特長は以下のとおりである。

クリップ７に換えてビス１３を使用しているため、図１に示した枠幅aをクリップ７のサイズに合わせる必要がない。

シース熱電対４のコネクタ１０への取り付けは、シース熱電対４を熱電対溝３ｂへ配置し、上板１１を回転させ、ビス１３で締め付けることにより行われる。

上記第一実施例に比べるとビス１３の締付作業にやや時間を要するが、シンプルな操作で簡単にシース熱電対４を接続できる点に変わりはない。また、シース熱電対４を取り外す場合においても、ビス１３を取り外し、上板１１を回転させて開くことにより、簡単に行うことができる。

以上２つの実施例を示したが、電極板５に変えて図５に示す金属製の平型圧着端子１５を用いることもできる。

上記平型圧着端子１５を補償導線の芯線６ｂに、かしめによって取付け、電極板凹部３ｄに接着剤を用いて接着してもよい。

上記平型圧着端子１５を使用すれば、芯線６ｂの電極板への取り付けがかしめによって行われるため、電極板５に芯線６ｂをロウ付けまたは半田付けするのに比べて製作作業が簡単になる。

また、上記実施例では、シース熱電対４の熱電対素線４ａを分離する仕切部３ｃを円柱状としたが、熱電対素線４ａの先端部を電極板５上へ簡単に位置決めすることを目的として仕切部３ｃの断面（平面から見て）を楔状、具体的には断面が三角形状で１つの頂点がシース熱電対４側を向いたものにするなど、他の断面形状としてもよい。

上記第一および第二実施例に示したように、本発明のコネクタは構造がシンプルなため、従来のシース熱電対と補償導線とのコネクタ構造に比べて高価になることがなく、加えてシース熱電対の脱着も可能になるという利点がある。

本発明は、シース熱電対と補償導線を接続するコネクタに好適であるが、マイクロヒータと電源ケーブルの脱着可能なコネクタとして使用することもでき、さらに、ケーブル同士の脱着可能なコネクタとしても使用することができる。

１ コネクタ
２ 上板
２ａ 枢軸
２ｂ 突部
２ｃ 貫通孔
２ｄ 突起
２ｅ 突部
２ｆ フラットな接触面
３ 下板
３ａ 枢軸挿入孔
３ｂ 熱電対溝
３ｃ 仕切部
３ｄ 電極板凹部
３ｅ 補償導線溝
３ｆ 凹溝
４ シース熱電対
４ａ 熱電対素線
５ 電極板
６ 補償導線
６ａ 被覆
６ｂ 芯線
７ クリップ

Claims (4)

1. 枢軸を介して開閉可能に接続された樹脂製の上板および下板と、閉じられた上記上板および上記下板の各接触面を密着させる固定具とを有し、
   上記下板の上記接触面には、シース熱電対の外径より浅い溝からなり上記シース熱電対を配置するための熱電対溝と、上記シース熱電対の２本の熱電対素線を分離する仕切部と、補償導線を配置する補償導線溝とが連設され、
   上記仕切部を挟んでその両側には２枚の電極板を固定するための電極板凹部が形成され、
   その電極板凹部に上記電極板が接着剤を介して固定され、
   上記補償導線は上記補償導線溝に接着剤を介して固定され、
   上記補償導線先端の剥き出された２本の芯線が上記電極板にそれぞれ接続され、
   さらに、上記上板の上記接触面には、上記補償導線溝に配置された上記補償導線を押圧するための突部および上記熱電対素線を上記電極板に押し付けるための突起が設けられ、
   上記突起は、上記上板を上記枢軸まわりに回転させて上記下板と接触させ、上記固定具によって密着させた際に、上記仕切部によって分離された２本の熱電対素線をそれぞれ上記電極板上に押圧して固定するように構成されていることを特徴とするシース熱電対と補償導線のコネクタ。
2. 上記上板の上記接触面に、さらに上記シース熱電対を押さえ付けて固定するための突部が設けられ、上記下板の上記接触面にその突部と係合する凹溝が設けられ、上記突部および上記凹溝は、上記熱電対溝と交差する方向に配設されている請求項１記載のシース熱電対と補償導線のコネクタ。
3. 上記電極板として金属製の平型圧着端子を使用し、これらの平型圧着端子に上記補償導線の芯線が、それぞれかしめにより接続されている請求項１または２記載のシース熱電対と補償導線のコネクタ。
4. 上記上板における上記仕切部と対応する位置に貫通孔を有し、上記仕切部は、上記上板と上記下板が閉じられた際に、上記貫通孔に挿入し得る柱体で構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のシース熱電対と補償導線のコネクタ。

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