JP6127953B2 - 熱電対 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの加工面を加工する際に、当該ワークの所定位置の温度を測定するための熱電対に関する。

従来、ワークの加工（例えば、研削加工）を行う場合に、当該ワークの所定位置の温度を測定するために熱電対が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、熱電対は、ワークの内部に埋め込まれるため、砥石車等の加工具によってワークの加工面が加工され、ワークの厚みが減少した際に、ワークの加工面から熱電対が露出する。その結果、加工具が熱電対に接触し、熱電対の熱接点が切断される。
このように、研削加工等の対象となるワークの温度を測定するために熱電対を用いることは、ワークの加工面の位置の変化に対応できない点で不利である。

このような問題を解決するための熱電対として、例えば、以下のような熱電対１００が用いられている。

以下では、図３を参照して、熱電対１００について説明する。
熱電対１００は、加工具Ｔによって加工されるワークＷ３の所定位置の温度を測定するための装置である。
加工具Ｔは、加工対象に対して、研削加工を施すための砥石車である。加工具Ｔは、ワークＷ３の加工面（図３（ａ）における上面）を、移動しつつ研削する。
ワークＷ３は、加工具Ｔの加工対象であり、導電性を有する金属から成る。ワークＷ３は、第一部Ｗ３ａと、第二部Ｗ３ｂとに分割されている。
なお、図３（ａ）は、熱電対１００が設けられたワークＷ３と、ワークＷ３の加工面を研削する加工具Ｔとを示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
また、説明の便宜上、図３（ａ）における上下方向を熱電対１００の上下方向と定義し、図３（ａ）における左右方向を熱電対１００の左右方向と定義する。さらに、図３（ａ）における紙面手前側を熱電対１００の前側と定義し、図３（ａ）における紙面奥側を熱電対１００の後側と定義する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、熱電対１００は、素線１０１と、一対の絶縁フィルム１０２・１０２とを具備する。
熱電対１００においては、素線１０１が負極として機能し、ワークＷ３が正極として機能する。

素線１０１は、ワークＷ３とは異なる金属から成り、加工具Ｔによる研削加工によってワークＷ３の厚みが減少する方向、つまり上下方向に延出している。素線１０１は、その上端部がワークＷ３の加工面から露出するように配置されている。

一対の絶縁フィルム１０２・１０２は、素線１０１をワークＷ３から電気的に隔離するための絶縁体であり、ポリイミドから成る。一対の絶縁フィルム１０２・１０２は、それぞれ薄膜状に形成されている。一対の絶縁フィルム１０２・１０２は、それらの前後方向における略中央に素線１０１が位置するように、素線１０１を左右方向から挟み込む。
一対の絶縁フィルム１０２・１０２は、ワークＷ３の第一部Ｗ３ａおよび第二部Ｗ３ｂによって、左右方向から挟み込まれる。一対の絶縁フィルム１０２・１０２は、ワークＷ３の上端面から下端面にかけて設けられると共に、ワークＷ３の前端面から後端面にかけて設けられる。

ワークＷ３の下端部および素線１０１の下端部には、それぞれ所定の補償導線（不図示）が接続されている。ワークＷ３および素線１０１は、前記補償導線を介して、熱電対１００の熱接点の温度を算出する計測器（不図示）に接続されている。

加工具ＴがワークＷ３の加工面を研削すると、当該加工面上に塑性流動が生じる。その結果、塑性流動によって流動したワークＷ３の一部が素線１０１に接触し、当該接触部分が熱電対１００の熱接点となる。

前述のように、負極としての素線１０１は、上下方向に延出し、加工具Ｔの加工対象であるワークＷ３は、正極として構成されている。
これにより、加工具ＴによってワークＷ３の加工面が研削されて、ワークＷ３の厚み（図３（ａ）における上下寸法）が減少した場合でも、常に熱電対１００の熱接点を構成できる。
したがって、熱電対１００によれば、ワークＷ３の加工面の位置が変化した場合でも、常にワークＷ３の所定位置の温度を測定することができる。

しかしながら、熱電対１００は、ワークＷ３の塑性流動を利用して熱接点を構成するため、加工具Ｔの移動方向が限定される点で不利である。つまり、ワークＷ３の加工面において、素線１０１および一対の絶縁フィルム１０２・１０２に交差するように、加工具Ｔを移動させる必要がある。例えば、前後方向に沿って加工具Ｔを移動させた場合、塑性流動によってワークＷ３の一部が前後方向に沿って流動するため、流動したワークＷ３の一部を素線１０１に接触させることができない。

特開２００６−２３１４３８号公報

本発明は、ワークの加工方向を問わず、当該ワークの所定位置の温度を測定可能な熱電対を提供することを課題とする。

本発明に係る熱電対は、ワークの厚みが減少するように、当該ワークの加工面を加工する際に、当該ワークの所定位置の温度を測定するための熱電対であって、前記ワークの厚みが減少する方向に沿って延出し、一端部が前記ワークの加工面から露出する第一の導電体と、前記第一の導電体の延出方向に直交する方向における断面において、前記第一の導電体を囲むように形成される第二の導電体と、前記第一の導電体と前記第二の導電体との間に介装され、それらを電気的に隔離する絶縁体と、を具備し、前記第一の導電体、前記第二の導電体、および前記絶縁体は、それらの一端部が前記加工面と共に加工されることによって、前記第一の導電体と前記第二の導電体とが電気的に接続されるように構成される。

本発明によれば、ワークの加工方向を問わず、当該ワークの所定位置の温度を測定できる。

本発明の第一実施形態に係る熱電対を示す図であり、（ａ）は、当該熱電対が設けられたワークと、当該ワークの加工面を研削する加工具とを示す図、（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第二実施形態に係る熱電対を示す図であり、（ａ）は、当該熱電対が設けられたワークと、当該ワークの加工面を研削する加工具とを示す図、（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 従来の熱電対を示す図であり、（ａ）は、当該熱電対が設けられたワークと、当該ワークの加工面を研削する加工具とを示す図、（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

以下では、図１を参照して、本発明に係る熱電対の第一実施形態である熱電対１０について説明する。
熱電対１０は、加工具Ｔによって加工されるワークＷ１の所定位置の温度を測定するための測定具である。
なお、図１（ａ）は、熱電対１０が設けられたワークＷ１と、ワークＷ１の加工面を研削する加工具Ｔとを示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
また、説明の便宜上、図１（ａ）における上下方向を熱電対１０の上下方向と定義し、図１（ａ）における左右方向を熱電対１０の左右方向と定義する。さらに、図１（ａ）における紙面手前側を熱電対１０の前側と定義し、図１（ａ）における紙面奥側を熱電対１０の後側と定義する。

加工具Ｔは、加工対象に対して、研削加工を施すための砥石車である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態において、加工具Ｔは、ワークＷ１の加工面（図１（ａ）における上面）を、右方向に移動しつつ研削する。
加工具Ｔによって加工面が研削されたワークＷ１は、その厚み（図１（ａ）における上下寸法）が減少する。つまり、加工具ＴによってワークＷ１の加工面が研削されるにつれて、当該加工面の位置が下降することとなる。

ワークＷ１は、加工具Ｔの加工対象であり、導電性を有する金属から成る。ワークＷ１は、第一部Ｗ１ａと、第二部Ｗ１ｂとに分割されている。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ワークＷ１は、第一部Ｗ１ａと、第二部Ｗ１ｂとを組み合わせた際、それらの境界部分の前後方向における略中央に、平面視で真円状の空隙が形成されるように構成されている。詳細には、第一部Ｗ１ａの右端面の前後方向における略中央には、平面視で半円状の凹部が第一部Ｗ１ａの上端面から下端面にかけて連続的に形成され、第二部Ｗ１ｂの左端面の前後方向における略中央には、平面視で半円状の凹部が第二部Ｗ１ｂの上端面から下端面にかけて連続的に形成されている。

熱電対１０は、素線１１と、絶縁コーティング１２とを具備する。
本実施形態においては、素線１１が熱電対１０の第一の導電体である負極として機能し、ワークＷ１が熱電対１０の第二の導電体である正極として機能する。

素線１１は、ワークＷ１とは異なる金属から成り、加工具Ｔによる研削加工によってワークＷ１の厚みが減少する方向、つまり上下方向に延出している。素線１１は、その上端部がワークＷ１の加工面から露出するように配置されている。

絶縁コーティング１２は、素線１１をワークＷ１から電気的に隔離するための絶縁体である。絶縁コーティング１２は、素線１１の外周面を完全に覆うような薄膜状に形成されている。
絶縁コーティング１２は、比較的融点の低い素材から成る。例えば、絶縁コーティング１２としては、融点が約５０°〜７０°のパラフィン、および融点が約１２０°のＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）が採用される。
絶縁コーティング１２は、ワークＷ１の上端面から下端面にかけて位置するように、ワークＷ１の第一部Ｗ１ａおよび第二部Ｗ１ｂの境界部分に形成された空隙に配置される。つまり、絶縁コーティング１２は、前記空隙の形状に一致するような円筒状に形成される。

図１（ｂ）に示すように、ワークＷ１は、素線１１の延出方向（上下方向）に直交する方向における断面において、素線１１を囲むように形成されている。
ワークＷ１および素線１１は、それらの間に介装された絶縁コーティング１２によって、互いに電気的に隔離されている。
ワークＷ１の下端部および素線１１の下端部には、それぞれ所定の補償導線（不図示）が接続されている。ワークＷ１および素線１１は、前記補償導線を介して、熱電対１０の熱接点の温度を算出する計測器（不図示）に接続されている。

熱電対１０の熱接点は、加工具ＴがワークＷ１の加工面を研削した際に構成される。詳細には、加工具ＴがワークＷ１の加工面を研削すると、当該加工面上に塑性流動が生じる。その結果、塑性流動によって流動したワークＷ１の一部が素線１１に接触し、当該接触部分が熱電対１０の熱接点となるのである。
前記計測器は、熱電対１０の熱起電力、および熱電対１０の冷接点の温度等に基づいて、熱電対１０の熱接点の温度を算出する。

前述のように、負極としての素線１１は、上下方向に延出し、加工具Ｔの加工対象であるワークＷ１は、正極として構成されている。
これにより、加工具ＴによってワークＷ１の加工面が研削されて、ワークＷ１の厚み（図１（ａ）における上下寸法）が減少した場合でも、常に熱電対１０の熱接点を構成できる。
したがって、熱電対１０によれば、ワークＷ１の加工面の位置が変化した場合でも、常にワークＷ１の所定位置における加工点の温度を測定することができる。

さらに、素線１１の延出方向（上下方向）に直交する方向における断面において、負極としての素線１１を、正極としてのワークＷ１が全周にわたって取り囲んでいる。
これにより、ワークＷ１の塑性流動がどの方向に生じても、ワークＷ１と素線１１とを接続させて、熱電対１０の熱接点を構成することができる。
したがって、加工具Ｔの移動方向、つまりワークＷ１の加工方向を問わず、ワークＷ１の所定位置の温度を測定できる。

また、絶縁コーティング１２は、パラフィンおよびＰＥＴ等の比較的融点の低い素材から成る。
前述のように、従来の熱電対の絶縁体（絶縁フィルム１０２）には、融点が約５００°のポリイミドが採用されているが、これよりも融点の極めて低い素材を絶縁コーティング１２に採用することにより、加工具ＴがワークＷ１の加工面を研削する際に生じた熱によって絶縁コーティング１２を融け易くすることができる。
これにより、加工具ＴがワークＷ１の加工面を研削する際に、ワークＷ１と素線１１とを電気的に隔離する絶縁コーティング１２を部分的に消失させ、ワークＷ１と素線１１とを接続させることができる。
つまり、ワークＷ１の塑性流動を利用してワークＷ１と素線１１とを接続させるだけでなく、絶縁コーティング１２を部分的に消失させてワークＷ１と素線１１とを接続させるため、熱電対１０の熱接点を良好に構成することができるのである。

以下では、図２を参照して、本発明に係る熱電対の第二実施形態である熱電対２０について説明する。
熱電対２０は、加工具Ｔによって加工されるワークＷ２の所定位置の温度を測定するための測定具である。
なお、図２（ａ）は、熱電対２０が設けられたワークＷ２と、ワークＷ２の加工面を研削する加工具Ｔとを示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
また、説明の便宜上、図２（ａ）における上下方向を熱電対２０の上下方向と定義し、図２（ａ）における左右方向を熱電対２０の左右方向と定義する。さらに、図２（ａ）における紙面手前側を熱電対２０の前側と定義し、図２（ａ）における紙面奥側を熱電対２０の後側と定義する。
また、熱電対２０において、熱電対１０と共通する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

ワークＷ２は、加工具Ｔの加工対象であり、絶縁体から成る。ワークＷ２は、第一部Ｗ２ａと、第二部Ｗ２ｂとに分割されている。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ワークＷ２は、第一部Ｗ２ａと、第二部Ｗ２ｂとを組み合わせた際、それらの境界部分の前後方向における略中央に、平面視で真円状の空隙が形成されるように構成されている。詳細には、第一部Ｗ２ａの右端面の前後方向における略中央には、平面視で半円状の凹部が第一部Ｗ２ａの上端面から下端面にかけて連続的に形成され、第二部Ｗ２ｂの左端面の前後方向における略中央には、平面視で半円状の凹部が第二部Ｗ２ｂの上端面から下端面にかけて連続的に形成されている。
なお、平面視における、ワークＷ２の空隙の直径は、ワークＷ１の空隙の直径よりも若干大きく設定されている。

熱電対２０は、素線１１と、絶縁コーティング１２と、金属コーティング２３とを具備する。
本実施形態においては、素線１１が熱電対２０の第一の導電体である負極として機能し、金属コーティング２３が熱電対２０の第二の導電体である正極として機能する。

金属コーティング２３は、素線１１とは異なる金属から成る。金属コーティング２３は、絶縁コーティング１２の外周面を完全に覆うような薄膜状に形成されている。金属コーティング２３は、ワークＷ２の上端面から下端面にかけて位置するように、ワークＷ２の第一部Ｗ２ａおよび第二部Ｗ２ｂの境界部分に形成された空隙に配置される。つまり、金属コーティング２３は、前記空隙の形状に一致するような円筒状に形成される。

図２（ｂ）に示すように、金属コーティング２３は、素線１１の延出方向（上下方向）に直交する方向における断面において、素線１１を囲むように形成されている。
素線１１および金属コーティング２３は、それらの間に介装された絶縁コーティング１２によって、互いに電気的に隔離されている。
素線１１の下端部および金属コーティング２３の下端部には、それぞれ所定の補償導線（不図示）が接続されている。素線１１および金属コーティング２３は、前記補償導線を介して、熱電対２０の熱接点の温度を算出する計測器（不図示）に接続されている。

熱電対２０の熱接点は、加工具ＴがワークＷ２の加工面を研削した際に構成される。詳細には、加工具ＴがワークＷ２の加工面を研削すると、当該加工面に露出した金属コーティング２３に塑性流動が生じる。その結果、塑性流動によって流動した金属コーティング２３の一部が素線１１に接触し、当該接触部分が熱電対２０の熱接点となるのである。

前述のように、素線１１の延出方向（上下方向）に直交する方向における断面において、負極としての素線１１を、正極としての金属コーティング２３が全周にわたって取り囲んでいる。
これにより、金属コーティング２３の塑性流動がどの方向に生じても、素線１１と金属コーティング２３とを接続させて、熱電対２０の熱接点を構成することができる。
したがって、加工具Ｔの移動方向、つまりワークＷ２の加工方向を問わず、ワークＷ２の所定位置の温度を測定できる。

特に、本実施形態においては、ワークＷ２ではなく金属コーティング２３を熱電対２０の第二の導電体として利用するため、ワークＷ２が絶縁体の場合でも、ワークＷ２の所定位置の温度を測定できる。

１０ 熱電対
１１ 素線（第一の導電体）
１２ 絶縁コーティング（絶縁体）
Ｗ１ ワーク（第二の導電体）
２０ 熱電対
２３ 金属コーティング（第二の導電体）
Ｗ２ ワーク
Ｔ 加工具

Claims (1)

1. ワークの厚みが減少するように、当該ワークの加工面を加工する際に、当該ワークの所定位置の温度を測定するための熱電対であって、
   前記ワークの厚みが減少する方向に沿って延出し、一端部が前記ワークの加工面から露出する第一の導電体と、
   前記第一の導電体の延出方向に直交する方向における断面において、前記第一の導電体を囲むように形成される、前記ワークとは異なる部材である第二の導電体と、
   前記第一の導電体と前記第二の導電体との間に介装され、それらを電気的に隔離する絶縁体と、を具備し、
   前記第一の導電体、前記第二の導電体、および前記絶縁体は、それらの一端部が前記加工面と共に加工されることによって、前記第一の導電体と前記第二の導電体とが電気的に接続されるように構成される、
   ことを特徴とする熱電対。

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