JP6408247B2

JP6408247B2 - 接触式温度計

Info

Publication number: JP6408247B2
Application number: JP2014098737A
Authority: JP
Inventors: 玄太豊田; 祐介水門
Original assignee: Anritsu Meter Co Ltd
Current assignee: Anritsu Meter Co Ltd
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP2015215256A

Description

本発明は、接触式温度計に関し、より詳細には、熱電対を接触板に非接地で固定し、熱電対に余分なノイズが入ることを回避して測定精度と共に耐久性を向上できる接触式温度計に関する。

熱電対を用いた温度計は、熱電対が被測温体と導通すると熱電対の信号にノイズが入って温度を正確に測定することができない。

そこで、異種金属からなる熱電対素線を、先端封止される金属シースに電気絶縁材とともに内装し、該金属シースの外面に、被測温体表面に取り付けるための金属薄板を固着してなる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置は金属シースの被測温体表面に対向する側の外面に接触状態で配されるベース薄板を被測温体の表面に取り付けて温度を測定するものである。従って、被測温体と接触する接触板が弾性変形することで、被測温体との接触面積を増やして温度を測定する接触式温度計（例えば、特許文献２参照）に、特許文献１に記載の装置を適用しても、接触板の弾性変形を阻害するので温度を精度良く測定することができない。

また、特許文献１に記載の装置は金属シースの被測温体表面に対向しない側の外面に接触状態で被着され、且つベース薄板に接合一体化させるカバー薄板を、少なくとも金属シースの先端部の外面に溶接するものである。そのため、例え特許文献２のような接触式温度計に適用したとしても、複数回測定すると溶接が剥がれてしまうという問題もある。

特開２０１２−８８１７１号公報特公昭４６−２５７９５号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、熱電対を接触板に非接地で固定し、熱電対に余分なノイズが入ることを回避して測定精度と共に耐久性を向上できる接触式温度計を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明の接触式温度計は、被測温体と接触する接触体が異種金属からなる熱電対素線を接合して形成された測温部を有する熱電対と被測温体側に突出して被測温体に接触したときに弾性変形する導電性の接触板とを備え、該接触板が被測温体に接触する接触部と被測温体に接触しない非接触部とを有し、前記熱電対の前記測温部が前記接触部の被測温体に接触しない面に固定された接触式温度計において、前記接触体が前記熱電対の外表面を覆う電気絶縁性の絶縁膜と前記熱電対の配設方向に交差する方向に延設される複数の固定用板とを備え、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対が前記接触板の前記接触部の被測温体に接触しない面に沿って配置されると共に、前記熱電対の前記測温部が前記接触板の前記接触部の中央部に配置されて、複数の前記固定用板が前記熱電対に対して前記接触板の反対側に配置されると共に、前記固定用板の延設方向の両端部のそれぞれが前記接触板の幅端部に接合されて、前記測温部から導出される前記絶縁膜で被覆された前記熱電対素線のそれぞれが、前記接触板と複数の前記固定用板とに挟持されて固定され、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対素線のそれぞれが前記接触部の長さ方向の中央部から前記接触部の長さ方向の端部に渡って前記接触部の被測温体に接触しない面に接触する構成である。
また、被測温体と接触する接触体が異種金属からなる熱電対素線を接合して形成された測温部を有する熱電対と被測温体側に突出して被測温体に接触したときに弾性変形する導電性の接触板とを備え、該接触板が被測温体に接触する接触部と被測温体に接触しない非接触部とを有し、前記熱電対の前記測温部が前記接触部の被測温体に接触しない面に固定された接触式温度計において、前記接触体が前記熱電対の外表面を覆う電気絶縁性の絶縁膜と前記熱電対の配設方向に交差する方向に延設される複数の固定用板と前記接触板の幅方向の両側に前記接触板との間に間隙を空けて配置された複数の側沿板とを備え、該側沿板が前記接触部に沿う接触部側沿部とそれぞれの前記非接触部に沿う非接触部側沿部とを有し、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対が前記接触板の前記接触部の被測温体に接触しない面に沿って配置されると共に、前記熱電対の前記測温部が前記接触板の前記接触部の中央部に配置されて、複数の前記固定用板が前記熱電対に対して前記接触板の反対側に配置されると共に、複数の前記固定用板のうちの少なくとも一つが前記接触部に配置され、前記接触部に配置された前記固定用板の延設方向の両端部のそれぞれが各前記側沿板の前記接触部側沿部に接合されて、前記測温部から導出される前記絶縁膜で被覆された前記熱電対素線のそれぞれが、前記接触板と複数の前記固定用板とに挟持されて固定され、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対素線のそれぞれが前記接触部の長さ方向の中央部から前記接触部の長さ方向の端部に渡って前記接触部の被測温体に接触しない面に接触する構成である。

この構成によれば、第一に、熱電対が固定用板によって接触板に非接地で、つまり電気が導通しない状態で固定されるので、被測温体の温度を測定するときに接触板を被測温体に押圧しても、熱電対が被測温体と導通しない。これにより、熱電対の信号に余分なノイズが入ることを回避して被測温体の温度を精度良く測定することができる。

第二に、接着剤や溶接などを使用せずに接触板に熱電対を固定するので、接触板が弾性変形しても接着剤や溶接などのように剥がれることはなく、熱電対の固定が解除されることはない。また、接触板の弾性変形を阻害したり、接触板からの熱伝導が低下したりすることを回避することができる。加えて、熱電対が接触板の被測温体に接触しない面に設けられることによって、直接被測温体に接触しない構成のため、測定中に熱電対を覆う絶縁膜が被測温体により損傷して絶縁膜が測温部から剥がれることを回避することができる。従って、接触式温度計の耐久性を向上することができる。

特に本発明は、電気式ヒータなどの被測温体の表面に電気が流れるものを測定する場合に好適である。

また、上記の接触式温度計において、複数の前記固定用板のうちの一つが前記接触部の中央部に配置されて、前記接触部の中央部に配置された前記固定用板が前記絶縁膜に被覆された前記熱電対を介して前記接触板の前記接触部を両側の前記側沿板の前記接触部側沿部よりも被測温体側に押し出す構成である。

この構成によれば、接触板の幅方向の両側に側沿板を配置した構成においても前述した効果と同様の効果を得ることができる。また、接触板と側沿板を被測温体に押圧したときに、接触板の接触部が固定用板により間接的に被測温体側に押されるので、常に側沿板よりも被測温体側に位置する。これにより、接触板の接触部が被測温体から離れることを抑制し、常に被測温体に密着するので、被測温体の温度を精度良く測定することができる。

また、上記の接触式温度計において、前記固定用板を複数備え、前記熱電対の前記測温部が前記接触板の前記接触部の中央部に配置され、前記絶縁膜で被覆され、前記測温部から導出される前記熱電対素線のそれぞれが、前記接触板と前記固定用板とに挟持されて固定され、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対素線のそれぞれが前記接触部の中央部から前記接触部の長さ方向の端部に渡って前記接触部の被測温体に接触しない面に接触する構成であることが望ましい。

この構成によれば、測温部から導出された絶縁膜に被覆された熱電対素線のそれぞれが接触部の被測温体に接触しない面に接触することで、熱電対素線が接触板から十分に伝熱されるので、温度を精度良く測定することができる。

加えて、上記の接触式温度計において、前記絶縁膜が芳香族ポリイミドとフッ素樹脂とを重ねて形成された厚さ０．０１ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下のフィルムで構成され、前記熱電対を介して複数の前記フィルムの前記フッ素樹脂の面を対向させて合わせ、前記フィルムの前記フッ素樹脂を熱溶着して前記熱電対が前記フィルムに被覆される構成であることが望ましい。この構成によれば、絶縁性のフィルムを利用することで、容易に熱電対を覆うことができるので、製造コストを削減し、製造に掛かる時間を短縮することができる。

更に、上記の接触式温度計において、前記接触板の被測温体と接触する面が保護膜で覆われる構成であることが望ましい。この構成によれば、接触板と被測温体との間に保護膜が介在することによって、接触板により被測温体を損傷することを防止することができる。

本発明の接触式温度計によれば、熱電対が固定用板によって接触板に非導通状態で固定されるので、被測温体の温度を測定するときに接触板を被測温体に押圧しても、熱電対が被測温体と導通しない。そのため、熱電対の信号に余分なノイズが入ることを回避して被測温体の温度を精度良く測定することができる。従って、測定精度を向上することができる。

また、接着剤や溶接などを使用せずに接触板の被測温体に接触しない面に熱電対を固定するので、接触板の弾性変形の阻害、接触板からの熱伝導の低下、及び熱電対を覆う絶縁膜の損傷を回避することができる。従って、接触式温度計の耐久性を向上することができる。

本発明の接触式温度計の第一実施形態の接触体の一例を示す斜視図である。図１の矢印ＩＩで示した断面図である。本発明の接触式温度計の第一実施形態の一例を示す斜視図である。図３の頭部のパーツを示した斜視図である。図３の接触式温度計を示す縦断面図である。図３の接触式温度計のｚ方向の動作の一例を示す縦断面図である。図３の接触式温度計のｙ方向の動作の一例を示す横断面図である。図３の接触式温度計のｘ方向の動作の一例を示す横断面図である。本発明の接触式温度計の第二実施形態の接触体の一例を示す斜視図である。図９の矢印Ｘで示した断面図である。図９の矢印ＸＩで示した断面図である。本発明の接触式温度計の第二実施形態の一例を示す斜視図である。図１２の接触式温度計を示す縦断面図である。図１２の接触式温度計のｚ方向の動作の一例を示す縦断面図である。従来技術の接触式温度計を示す正面図であり、（ａ）は接触体を被測温体に押圧したときに、測温部が浮き上がる状態を示し、（ｂ）は接触体を被測温体に押圧したときに、接触板と側沿板に歪みが発生する状態を示す。図１２の接触式温度計のｙ方向の動作の一例を示す横断面図である。図１２の接触式温度計のｘ方向の動作の一例を示す横断面図である。本発明の接触式温度計の第三実施形態の接触体の一例を示す断面図である。本発明の接触式温度計の第四実施形態の接触体の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の接触式温度計の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では
、熱電対として＋極にクロメル、−極にアルメルを用いたタイプＫを例に説明するが、本発明は、＋極にクロメル、−極にコンスタンタンを用いたタイプＥや、＋極に白金ロジウム合金（ロジウム含有量３０％）、−極に白金ロジウム合金（ロジウム含有量６％）を用いたタイプＢなどの様々な種類の熱電対に適用することができる。また、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。加えて、図面において、接触板の被測温体に接触する部分の長さ方向をｘ方向、幅方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向とする。

図１に示すように、第一実施形態の接触式温度計１Ａは接触体１０を備え、接触体１０は接触板１１と熱電対１２と絶縁膜１３と第一固定用板１４と第二固定用板１５とを有する。また、この接触体１０は被測温体側に向いた面を含む外側面１０ａとその外側面１０ａの反対側の内側面１０ｂ、１０ｃとを有し、内側面１０ｃはｘ方向に互いに対向する面である。

接触板１１はｙ方向から見て被測温体に接触する部分を含む一部分がコの字状のニッケル基の超合金の導電性の板材で形成され、被測温体側に突出している。この接触板１１はｘ方向に延設された接触部１６と、接触部１６のｘ方向の両端部に配置された屈曲部Ｆ１と、接触部１６に隣接して屈曲部Ｆ１から延設される非接触部１７とを有する。接触部１６は被測温体の温度を測定する際に被測温体に接触する部分であり、非接触部１７は被測温体に接触しない部分である。

また、接触体１０が被測温体に押圧された際に、接触板１１の接触部１６が弾性変形して被測温体と接触したときの接触する部分のｘ方向の長さＬ１は、熱電対１２の厚さの２０倍以上とすることが好ましい。なお、この実施形態では熱電対１２の厚さが０．１ｍｍであるので、長さＬ１は２．０ｍｍ以上とする。

熱電対１２は薄い帯状に形成された熱電対であり、接触板１１の被測温体に接しない面に沿って配置される。この熱電対１２は、異種金属からなる熱電対素線１８Ａ、１８Ｂとその熱電対素線１８Ａ、１８Ｂを接合して形成された測温部１９とを有する。

また、この熱電対１２は測温部１９が接触板１１の接触部１６の中央部に配置され、測温部１９からｘ方向に導出している熱電対素線１８Ａ、１８Ｂのそれぞれが接触体１０の内側面１０ｂ、１０ｃに沿って配置される。

詳しくは、測温部１９から導出している熱電対素線１８Ａ、１８Ｂのそれぞれが絶縁膜１３に被覆され、その絶縁膜１３に被覆された熱電対素線１８Ａ、１８Ｂのそれぞれが第一固定用板１４と複数の第二固定用板１５によって接触板１１に固定されることにより接触板１１の接触部１６の中央部から接触部１６のｘ方向の端部に渡って内側面１０ｂに接触する。このように絶縁膜１３に被覆された熱電対素線１８Ａ、１８Ｂを内側面１０ｂに接触させることで、接触部１６の被測温体に接触する長さＬ１が熱電対１２の厚さの２０倍以上であることも合わせて、被測温体の温度を測定する際に被測温体から接触板１１を介して熱が十分に伝わって熱電対１２が十分に均熱される。

図２に示すように、絶縁膜１３は電気絶縁性の芳香族ポリイミドと電気絶縁性のフッ素樹脂とが重ねて形成されたフィルム１３Ａ、１３Ｂで構成される。また、この絶縁膜１３は少なくとも熱電対１２の接触板１１と接触する部分を被覆するようにされている。従って、この実施形態では、熱電対１２が接触板１１の非接触部１７にも沿って配置されるので、絶縁膜１３は接触体１０の内側面１０ｂ、１０ｃに接する部分の熱電対１２の外表面を被覆する。

接触板１１の厚さｄ２は０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の厚さが望ましい。この厚さｄ２が０．５ｍｍより大きいと、被測温体の温度を測定するときの応答速度が遅くなり、厚さｄ２が０．１ｍｍより小さいと、接触板１１の弾性力が低下し被測温体に押圧された際に破損し易くなる。

フィルム１３Ａ、１３Ｂの厚さｄ３はそれぞれ０．０１ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下が好ましい。この厚さｄ３が０．０５ｍｍより大きいと、被測温体の温度を測定するときの応答速度が遅くなり、厚さｄ３が０．０１ｍｍより小さいと、接触板１１と第一固定用板１４で挟持したときに損傷し易くなる。

接触板１１の幅Ｂ１は、少なくとも熱電対１２を覆う絶縁膜１３の幅Ｂ２よりも広くする。接触板１１の幅Ｂ１を絶縁膜１３の幅Ｂ２よりも広くすることで、熱電対１２が被測温体に直接接触しないように保護して耐久性を向上する。

図３に示すように、第一固定用板１４と第二固定用板１５とは接触板１１と同様のニッケル基の超合金の導電性の板材で形成され、熱電対１２の配設方向であるｘ方向に交差するｙ方向に延設される。また、この第一固定用板１４と第二固定用板１５とは熱電対１２に対して接触板１１の反対側に重ねられる。このとき、第一固定用板１４の位置は熱電対１２の測温部１９が配置された位置、つまり接触板１１の接触部１６の中央部となり、第二固定用板１５の位置は接触板１１に対して非接触部１７の接触部１６側となる。

そして、この第一固定用板１４はその延設方向であるｙ方向の両端部が接触板１１の接触部１６の幅端部に、第二固定用板１５はその延設方向であるｙ方向の両端部が接触板１１の非接触部１７の幅端部にそれぞれスポット溶接により接合される。

この接触式温度計１Ａは上記の接触体１０と接触体１０を支持する支持体２０と図示しないグリップと接続線とを備える。支持体２０は、被測温体側の端部に配置され接触体１０が突出する頭部２１とその反対側の端部に接合される導出管２２とを有する。

頭部２１は熱可塑性樹脂の射出成形体で形成され、円筒状の円筒体２３と円筒体２３の円筒面から半径方向に板状に突出した二組の衝突部材２４とを有する。

円筒体２３は、被測温体側の端部に開口した開口部２５と開口部２５に繋がる切込部２６とを有する。切込部２６は一組の衝突部材２４の間と他組の衝突部材２４の間、つまり円筒面の互いに対向する位置のそれぞれに配置される。この円筒体２３の開口部２５から接触板１１の接触部１６が被測温体側に突出するように配置され、切込部２６に非接触部１７の一部が配置され、切込部２６に配置された接触体１０の内側面１０ｃが互いにｘ方向に対向している。

組となる衝突部材２４のそれぞれは、円筒体２３の切込部２６を介して対向し、その組となる衝突部材２４の間に接触板１１の非接触部１７の一部が接触可能に配置される。

また、この頭部２１は円筒体２３の内壁面から円筒体２３の中心部に向って突出する第一支持部２７と円筒体２３の内壁面に接合された第二支持部２８とを有する。この第一支持部２７と第二支持部２８は、接触板１１の非接触部１７の一部を非固定の状態で支持する。

加えて、この頭部２１は一組の突出片２９Ａと他組の突出片２９Ｂを備える。この突出片２９Ａ、２９Ｂは、頭部２１の内壁面、詳しくは衝突部材２４の対向面から接触板１１
の非接触部１７の幅方向であるｙ方向に向って突出する。また、組となる突出片２９Ａのそれぞれは互いにｙ方向に対向する方向に突出し、組となる突出片２９Ｂも同様に突出する。

この突出片２９Ａは接触体１０の互いに対向する内側面１０ｃのうちの一方と接触可能な位置に配置され、突出片２９Ｂは他方と接触可能な位置に配置される。また、この突出片２９Ａ、２９Ｂはｘ方向に対して接触部１６を介して対向配置された非接触部１７のｙ方向の端部と接触可能な位置に配置される。加えて、この突出片２９Ａ、２９Ｂは、非接触部１７の接触部１６側、つまり非接触部１７の屈曲部Ｆ１の近傍と接触可能な位置に配置される。

次に、この接触式温度計１Ａの製造方法について説明する。まず、熱電対１２を、熱電対素線１８Ａ、１８Ｂの先端部分を接合して測温部１９を形成して、作成する。次いで、フィルム１３Ａ、１３Ｂのフッ素樹脂の面を対向させ、その間に熱電対１２を挟持して合わせる。次いで、フィルム１３Ａ、１３Ｂを加熱してフッ素樹脂により熱溶着して熱電対１２を絶縁膜１３で被覆する。

次いで、図４に示すパーツ２１Ａと対になるパーツとを、熱可塑性樹脂を金型に充填し射出成形する。

次いで、接触板１１をジグなどの機械工作機器で固定して、図５に示すように屈曲する。このとき接触板１１の接触部１６の両端部の屈曲部Ｆ１を山折り、非接触部１７の接触部１６側の屈曲部Ｆ２を山折り、非接触部１７の端部側の屈曲部Ｆ３を谷折りにする。このようにして接触板１１に、接触部１６と非接触部１７を形成すると共に、非接触部１７に接触部１６の両端より略Ｌ字状に折り曲げられた第一変形部１７ａと、この第一変形部１７ａの端部より中央方向に折り曲げられた第二変形部１７ｂと、第二変形部１７ｂの端部より被測温体の反対方向側に折り曲げられた第三変形部１７ｃとを形成する。

次いで、屈曲した接触板１１の内側面１０ｂ、１０ｃに絶縁膜１３で被覆した熱電対１２を配置し、接触板１１の接触部１６の中央部に第一固定用板１４を重ね、非接触部１７の接触部１６側に第二固定用板１５をそれぞれ重ねる。そして、第一固定用板１４と第二固定用板１５のそれぞれの両端部を接触部１６の幅端部、非接触部１７の幅端部にスポット溶接で接合する。このようにして、絶縁膜１３で被覆された熱電対１２を接触板１１と第一固定用板１４及び第二固定用板１５とで挟持し、固定して接触体１０を作成する。

次いで、接触体１０をパーツ２１Ａに取り付ける。このとき、接触板１１の接触部１６を開口部２５から被測温体側に突出するように配置し、非接触部１７の第一変形部１７ａを衝突部材２４の間の切込部２６に配置し、第二変形部１７ｂを第二支持部２８に当接可能に配置し、第二変形部１７ｂと第三変形部１７ｃとの間の屈曲部Ｆ３を第一支持部２７に当接可能に配置する。また、接触体１０の対向する内側面１０ｃを、突出片２９Ａ、２９Ｂのそれぞれに接触可能に配置する。

次いで、パーツ２１Ａと対になるパーツとを嵌め合わせて頭部２１を作成する。次いで、頭部２１に導出管２２を接合する。そして導出管２２の一端部から熱電対１２を導出して接続線に接合して接触式温度計１Ａの製造が完了する。

次に、この接触式温度計１Ａの動作について説明する。図５に示すように、接触体１０を被測温体に押圧していない状態では、接触体１０は第一支持部２７と第二支持部２８により支持されている。このとき接触体１０の接触部１６は開口部２５から被測温体側に突出している。

また、図６の実線で示すように、接触体１０を被測温体に対して垂直に押圧した状態では、接触体１０の接触板１１の接触部１６の大部分は平らな状態に弾性変形する。一方、非接触部１７は屈曲部Ｆ２及び屈曲部Ｆ３が屈曲し、第二変形部１７ｂの屈曲部Ｆ２側が上方に移動した状態に変形する。また、このとき、熱電対１２は絶縁膜１３に被覆されているため、接触体１０が被測温体に押圧されても被測温体と導通しない。

図６の点線で示すように、接触体１０を、傾斜面を有した被測温体に対して押圧した状態では、接触体１０の接触板１１の接触部１６は被測温体の傾斜面に沿うように弾性変形する。合わせて、一方の非接触部１７は屈曲部Ｆ２及び屈曲部Ｆ３が屈曲し、一方の第二変形部１７ｂの屈曲部Ｆ２側が、他方の第二変形部１７ｂよりも上方に移動した状態に変形する。また、このとき、熱電対１２は絶縁膜１３に被覆されているため、接触体１０が被測温体に押圧されても被測温体と導通しない。

このように、接触体１０を支持体２０に第一支持部２７と第二支持部２８により非固定で支持することにより、接触体１０を被測温体に押圧した際に接触体１０にストレスが掛からない構造となる。従って、接触体１０の耐久性を向上すると共に、応答速度の高速化や測定温度の高精度化を図る。

図７に示すように、接触体１０を被測温体に押圧した状態で支持体２０をｙ方向に動かした場合には、接触体１０の各非接触部１７の幅方向であるｙ方向の一方の端部が、組となる衝突部材２４の一方側とそれぞれ接触する。これにより、接触体１０を支持体２０に対してｙ方向に動かそうとしても、接触体１０の各非接触部１７と衝突部材２４とが接触していることにより、これ以上は変形しない。これにより、接触体１０のｙ方向の変形を抑制する。

図８に示すように、接触体１０を被測温体に押圧した状態で支持体２０をｘ方向に動かした場合には、接触体１０の対向している内側面１０ｃのうちの一方が、組となる突出片２９Ｂと接触する。より詳しくは、接触板１１の非接触部１７の内側面の接触部１６側で、且つ非接触部１７の幅方向であるｙ方向の両端部と各突出片２９Ｂが接触する。これにより、接触体１０を支持体２０に対してｘ方向に動かそうとしても、接触体１０の対向している内側面１０ｃと突出片２９Ｂとが接触していることにより、これ以上は変形しない。これにより、接触体１０のｘ方向の変形を抑制する。

このように、被測温体の温度の測定中に予期せぬ事態が発生し、支持体２０を動かした場合に、支持体２０に設けた衝突部材２４、あるいは突出片２９Ａ、２９Ｂと接触体１０が接触することで、接触体１０の変形を抑制する。

特に、支持体２０を接触板１１の接触部１６の長さ方向であるｘ方向に動かした場合に、ｘ方向に接触体１０の弾性力よりも強い力が掛かっても、突出片２９Ａ、２９Ｂが接触体１０のｘ方向の変形を抑制するので、接触体１０の変形や破損を回避する。

また、支持体２０が接触体１０に対してｘ方向に動かされたときにのみに、突出片２９Ａ、２９Ｂのどちらか一方が接触体１０の対向する内側面１０ｃのうちの一方と接触するので、被測温体の温度を測定する際の接触体１０の弾性変形を阻害しないため、測定の精度の悪化を回避する。

加えて、突出片２９Ａ、２９Ｂが非接触部１７の屈曲部Ｆ１側と接触することで、接触体１０の変形量を最小にして、接触体１０の変形や破損を確実に回避する。

更に、突出片２９Ａ、２９Ｂは熱電対１２と接触しないので、突出片２９Ａ、２９Ｂと熱電対１２とが接触することで発生する熱電対１２の損傷を回避する。

図９に示すように、第二実施形態の接触式温度計１Ｂは接触体３０を備え、その接触体３０は第一実施形態と同様の接触板１１と熱電対１２と絶縁膜１３とを有すると共に、側沿板３１と第一固定用板３２と第二固定用板３３とを有する。また、この接触体３０は被測温体側に向いた面を含む外側面３０ａとその外側面３０ａの反対側の内側面３０ｂ、３０ｃとを有し、内側面３０ｃは互いに対向する。

側沿板３１は、接触板１１の幅方向であるｙ方向の両側に接触板１１との間に間隙を空けて配置され、接触板１１と同様にｙ方向から見て一部分がコの字状のニッケル基の超合金の導電性の板材で形成され、被測温体側に突出している。この側沿板３１は、ｘ方向に延設され接触部１６に沿う接触部側沿部３４と、接触部側沿部３４のｘ方向の両端部に配置された屈曲部Ｆ１と、接触部側沿部３４に隣接し屈曲部Ｆ１から延設され非接触部１７に沿う非接触部側沿部３５とを有する。

第一固定用板３２は接触板１１と同様のニッケル基の超合金の導電性の板材で形成され、熱電対１２の配設方向であるｘ方向に交差するｙ方向に延設される。また、この第一固定用板３２は熱電対１２に対して接触板１１側の反対側に重ねられる。このとき、第一固定用板３２の位置は熱電対１２に対して測温部１９が配置された位置、つまり接触板１１の接触部１６の中央部となる。そして、この第一固定用板３２はｙ方向の両端部が各側沿板３１にスポット溶接により接合される。

加えて、この第一固定用板３２は、図１０に示すように、絶縁膜１３に覆われた熱電対１２を介して、接触板１１の接触部１６を両側の側沿板３１の接触部側沿部３４よりも被測温体側に押し出している。接触板１１と側沿板３１のそれぞれの厚さは同じである。従って、接触板１１は熱電対１２とその熱電対１２を覆う絶縁膜１３の厚さｄ４分だけ側沿板３１よりも被測温体側に押し出される。

接触板１１の幅Ｂ１は、少なくとも熱電対１２を覆う絶縁膜１３、つまりフィルム１３Ａ、１３Ｂの幅Ｂ２よりも広くし、且つ、接触体３０の幅Ｂ３の半分以上よりも広くする。接触板１１の幅Ｂ１を絶縁膜１３の幅Ｂ２よりも広くすることで、熱電対１２が被測温体に直接接触しないように保護して耐久性を向上する。また、接触板１１の幅Ｂ１を接触体３０の幅Ｂ３の半分以上の幅とすると、接触体３０がｙ方向にずらされた場合でも、接触板１１の変形を抑制して、接触体３０の耐久性を向上する。

また、接触板１１と側沿板３１との間の幅Ｂ４は０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下が望ましい。幅Ｂ４が０．２ｍｍより小さいと、接触板１１と側沿板３１との間が狭く、被測温体と接触する接触板１１から側沿板３１に伝熱し、精度の高い測定が難しくなる。一方、幅Ｂ４が０．３ｍｍよりも大きいと、接触板１１、あるいは側沿板３１がｙ方向に大きく変形可能になり、接触体３０の耐久性が落ちる。

従って、接触体３０の耐久性と測定結果の精度を考慮すると、接触体３０の幅Ｂ３を基準として、接触板１１の幅Ｂ１はその半分以上の幅とし、側沿板３１の幅Ｂ５はその五分の一から四分の一程度の幅に設定することが望ましい。

図１１に示すように、第二固定用板３３は接触板１１と同様にニッケル基の超合金の導電性の板材で形成され、一方の側沿板３１から他方の側沿板３１に渡ってｙ方向に延設される。また、この第二固定用板３３は熱電対１２に対して接触板１１の反対側に重ねられる。このとき、この第二固定用板３３は接触板１１の非接触部１７の屈曲部Ｆ１側と側沿
板３１の非接触部側沿部３５の屈曲部Ｆ１とを繋ぐ位置に配置される。そして、この第二固定用板３３は接触板１１と側沿板３１の両方に接合される。第二固定用板３３のｙ方向の両端部が各側沿板３１にスポット溶接により接合されると共に、第二固定用板３３の中途の位置が接触板１１の両幅端部にスポット溶接により接合される。なお、接触板１１とのスポット溶接は絶縁膜１３に被覆された熱電対１２を避ける位置とする。

図１２に示すように、この接触式温度計１Ｂは上記の接触体３０を支持する支持体４０と図示しないグリップと接続線とを備える。支持体４０は、被測温体側の端部に配置され接触体３０が突出する頭部４１とその反対側の端部に接合される導出管４２とを有する。

また、この頭部４１は金属加工体で形成され、円筒状の円筒体４３を有する。円筒体４３は、被測温体側の端部に開口した開口部４４と、円筒面の互いに対向する位置のそれぞれに開口部４４に繋がる切込部４５とを有する。この円筒体４３の開口部４４から接触板１１の接触部１６と側沿板３１の接触部側沿部３４とが被測温体側に突出するように配置され、切込部４５に接触板１１の非接触部１７と側沿板３１の非接触部側沿部３５とが配置される。

また、この頭部４１は円筒体４３の切込部４５により形成された二つの半円筒形状の両端部に衝突部４６を有する。加えて、この頭部４１は円筒体４３の内部に抜け留部材４７と、その抜け留部材４７に固定された突出片４８Ａ、４８Ｂとを有する。

抜け留部材４７は、円筒状の金属加工体で形成され、一方の端部が円筒体４３の内底面との間に接触体３０の端部を挟持して、円筒体４３の内底面に接合される。

突出片４８Ａ、４８Ｂは、抜け留部材４７と同様に金属加工体で形成され、抜け留部材４７の他方の端部に配置され、その端部から接触体３０の内側面３０ｃに向かってｘ方向に突出している。また、一組の突出片４８Ａと他組の突出片４８Ｂとはそれぞれｘ方向の反対方向に突出する。

この突出片４８Ａは接触体３０の互いに対向する内側面３０ｃのうちの一方と接触可能な位置に配置され、突出片４８Ｂは他方と接触可能な位置に配置される。また、この突出片４８Ａは一方の内側面３０ｃの幅方向であるｙ方向の両端部、つまりｘ方向に対して接触部１６を介して対向配置された一組の非接触部側沿部３５の内側面と接触可能な位置に配置され、突出片４８Ｂは他組の非接触部側沿部３５の内側面と接触可能な位置に配置される。加えて、この突出片４８Ａ、４８Ｂは非接触部側沿部３５の接触部側沿部３４側、つまり非接触部側沿部３５の屈曲部Ｆ１の近傍と接触可能な位置に配置される。

次に、この接触式温度計１Ｂの製造方法について説明する。まず、第一実施形態と同様に熱電対１２を絶縁膜１３で被覆する。次いで、金属を加工して円筒体４３と抜け留部材４７を作成する。

次いで、屈曲していない接触板１１の内側面３０ｂ、３０ｃに絶縁膜１３で被覆した熱電対１２を配置し、接触板１１の幅方向の両側に屈曲していない側沿板３１を配置する。次いで、接触部１６の中央部に第一固定用板３２を重ね、非接触部１７の接触部１６側に第二固定用板３３をそれぞれ重ねる。次いで、第一固定用板３２の両端部を各側沿板３１にスポット溶接で接合する。次いで、第二固定用板３３を接触板１１の両幅端部と各側沿板３１のそれぞれにスポット溶接で接合する。このようにして、絶縁膜１３で被覆された熱電対１２を接触板１１と第一固定用板３２と第二固定用板３３とで挟持し、固定する。

次いで、第一固定用板３２と第二固定用板３３とにより一体的になった接触板１１と側
沿板３１とをジグなどの機械工作機器で固定して、図１３に示すように屈曲する。なお、図１３では非接触部１７は側沿板３１に重なっている状態であるため、非接触部１７を示す符号については側沿板３１を示す符号に括弧書きで追加した。このとき、接触板１１の接触部１６の両端部の屈曲部Ｆ１を山折り、非接触部１７の屈曲部Ｆ２と屈曲部Ｆ３を山折りにする。このようにして接触板１１に、接触部１６と非接触部１７とを形成すると共に、非接触部１７に接触部１６の両端より略Ｌ字状に折り曲げられた第一変形部１７ａと、この第一変形部１７ａの端部より中央方向に折り曲げられた第二変形部１７ｂとを形成する。同様に側沿板３１を、屈曲部Ｆ１を山折り、屈曲部Ｆ２と屈曲部Ｆ３を山折りに屈曲して、接触部側沿部３４と非接触部側沿部３５とを形成すると共に、接触部側沿部３４の両端より略Ｌ字状に折り曲げられた第一変形部３５ａと、この第一変形部３５ａの端部より中央方向に折り曲げられた第二変形部３５ｂとを形成する。

次いで、側沿板３１の端部同士、つまり第二変形部３５ｂの端部同士を接合して、接触体３０を側面から見て矩形の輪状に形成する。このとき接触板１１の端部同士は接合せず、その端部の間から熱電対１２を導出する。このようにして、接触体３０を作成する。

次いで、図１３に示すように、接触体３０の輪の中に抜け留部材４７を挿入し、この接触体３０と抜け留部材４７を頭部４１の円筒体４３の開口部４４から挿入する。このとき、接触板１１の接触部１６と側沿板３１の接触部側沿部３４を開口部４４から被測温体側に突出するように、また非接触部１７の第一変形部１７ａと非接触部側沿部３５の第一変形部３５ａを切込部４５から突出するように、また屈曲部Ｆ１の近傍のｙ方向の両端部を衝突部４６のそれぞれに当接可能に、それぞれ配置する。また、接触体３０の対向する内側面３０ｃを、突出片４８Ａ、４８Ｂのそれぞれに接触可能に配置する。

次いで、接触板１１及び側沿板３１のそれぞれの端部を抜け留部材４７と円筒体４３の内底面との間で挟持して固定する。次いで、頭部４１に導出管４２を接合する。そして導出管４２の一端部から熱電対１２を導出して接続線に接合して接触式温度計１Ｂの製造が完了する。

次に、この接触式温度計１Ｂの動作について説明する。図１３に示すように、接触体３０を被測温体に押圧していない状態では、接触体３０は抜け留部材４７により支持されている。このとき接触体３０の一部は開口部４４と切込部４５から被測温体側に突出している。また、接触板１１の接触部１６が第一固定用板３２により絶縁膜１３で被覆された熱電対１２を介して間接的に押し出され、側沿板３１よりも被測温体側に位置している。加えて、接触板１１の非接触部１７と側沿板３１の非接触部側沿部３５は第二固定用板３３により非接触部１７と非接触部側沿部３５とのどちらが外側や内側に突出することなく一体化している。

図１４の実線で示すように、接触体３０を被測温体に対して垂直に押圧した状態では、接触体３０の接触板１１の接触部１６と側沿板３１の接触部側沿部３４とはそれぞれ平らな状態に弾性変形する。一方、接触板１１の非接触部１７の第一変形部１７ａと側沿板３１の非接触部側沿部３５の第一変形部３５ａとはそれぞれ一体的に外側に広がった状態に弾性変形する。このとき、接触板１１の接触部１６は、自身の弾性力に加えて、第一固定用板３２により間接的に押し出され、その部分は、常に両側の側沿板３１の接触部側沿部３４よりも被測温体側に位置することになる。また、このとき、熱電対１２は絶縁膜１３に被覆されているため、接触体３０が被測温体に押圧されても被測温体と導通しない。

ここで、図１５の（ａ）に示す第一固定用板３２の無い接触式温度計の接触体３０Ｘと、図１５の（ｂ）に示す第一固定用板３２と第二固定用板３３との間の長さが短い接触体３０Ｙと、この実施形態の接触式温度計１Ｂの接触体３０との違いについて説明する。なお、接触体３０Ｘ、３０Ｙはどちらも接触体３０と同様に支持体にその端部が固定されているものとする。第一固定用板３２の無い接触体３０Ｘを被測温体に押圧すると、図１５の（ａ）に示すように、接触板１１Ｘが浮き上がって被測温体から離れてしまう。また、第一固定用板３２と第二固定用板３３との間の長さが短い接触体３０Ｙを被測温体に押圧すると、図１５の（ｂ）に示すように、側沿板３１と第二固定用板３３との接合部の付近に大きな歪みが発生する。

一方、上記の接触式温度計１Ｂは第一固定用板３２で間接的に接触板１１を押し出すことで、接触板１１の接触部１６を両側の側沿板３１の接触部側沿部３４よりも被測温体側に押し出して、接触部１６の浮き上がりを回避する。また、第二固定用板３３を接触板１１の非接触部１７と側沿板３１の非接触部側沿部３５とを繋ぐ位置に配置して、第一固定用板３２と第二固定用板３３との間を長くすることで、接触板１１及び側沿板３１の変形量を小さくし、且つ第二固定用板３３との接合部の付近の歪みの発生を回避する。

図１６に示すように、接触体３０を被測温体に押圧した状態で支持体４０をｙ方向に動かした場合には、接触体３０の幅方向であるｙ方向の一方の端部が、つまり一方の側沿板３１が、一方の半円筒形状の両端部に配置された一組の衝突部４６と接触する。従って、接触体３０の一方の側沿板３１と衝突部４６とが接触していることにより、これ以上は変形しない。これにより、接触体３０のｙ方向の変形を抑制する。

また、このとき衝突部４６と接触した側沿板３１が接触板１１側に変形しようとするが、接触板１１の非接触部１７と側沿板３１の非接触部側沿部３５とを繋ぐ第二固定用板３３が接触板１１と側沿板３１との間の間隙を保持して、その変形を抑制する。

図１７に示すように、接触体３０を被測温体に押圧した状態で支持体４０をｘ方向に動かした場合には、接触体３０の切込部４５に配置され互いに対向している内側面３０ｃのうちの一方が、組となる突出片４８Ｂと接触する。より詳しくは、接触部１６のｘ方向の端部側に配置された一組の側沿板３１の非接触部側沿部３５の内側面の屈曲部Ｆ１の近傍と各突出片４８Ｂとが接触する。従って、接触体３０の対向している内側面３０ｃのうちの一方と突出片４８Ｂとが接触していることにより、これ以上は変形しない。これにより、接触体３０のｘ方向の変形を抑制する。

このように、被測温体の温度の測定中に予期せぬ事態が発生し、支持体４０を動かした場合に、第一実施形態と同様に、支持体４０に設けた衝突部４６、あるいは突出片４８Ａ、４８Ｂと接触体３０が接触することで、接触体３０の変形を抑制する。

上記の接触式温度計１Ａ、１Ｂによれば、熱電対１２が第一固定用板１４及び第二固定用板１５によって接触板１１に非接地で固定される、又は熱電対１２が第一固定用板３２及び第二固定用板３３によって接触板１１に非接地で固定される。つまり、熱電対１２が接触板１１に電気が導通しない状態で固定されるので、被測温体の温度を測定するときに接触板１１を被測温体に押圧しても、熱電対１２が被測温体と導通しない。これにより、熱電対１２に余分なノイズが入ることを回避して被測温体の温度を精度良く測定することができる。

また、接着剤や溶接などを使用せずに接触板１１に熱電対１２を固定するので、接触板１１が弾性変形しても接着剤や溶接などのように剥がれることはなく、熱電対１２の固定が解除されることはない。また、接触板１１の弾性変形を阻害したり、接触板１１からの熱伝導が低下したりすることを回避することができる。加えて、熱電対１２が接触体１０、３０の内側面１０ｂ、３０ｂに設けられることによって、直接被測温体に接触しない構成のため、測定中に熱電対１２を覆う絶縁膜１３が被測温体により損傷して絶縁膜１３が測温部１９から剥がれることを回避することができる。従って、接触式温度計１Ａ、１Ｂの耐久性を向上することができる。

加えて、第一固定用板１４、３２及び第二固定用板１５、３３の複数の固定用板により絶縁膜１３に被覆された熱電対素線１８Ａ、１８Ｂを接触板１１の接触部１６の中央部からｘ方向の端部に渡って被測温体に接触しない面に接触させることで、熱電対素線１８Ａ、１８Ｂのそれぞれが接触板１１から十分に均熱されるので、測定精度を向上することができる。

更に、芳香族ポリイミドとフッ素樹脂とを重ねて形成されたフィルム１３Ａ、１３Ｂを熱溶着させて容易に熱電対１２の外表面を覆うことができるので、製造コストを削減し、製造に掛かる時間を短縮することができる。

図１８に示すように、第三実施形態の接触式温度計１Ｃは第一実施形態の構成に加えて、接触体１０の外側面１０ａに電気絶縁性の芳香族ポリイミドと電気絶縁性のフッ素樹脂とが重ねて形成されたフィルム（保護膜）５０を熱溶着して構成される。この構成によれば、接触板１１と被測温体との間にフィルム５０が介在することによって、接触板１１により被測温体を損傷することを防止することができる。同様に、第二実施形態の接触体３０の外側面３０ａにフィルムを熱溶着してもよい。

図１９に示すように、第四実施形態の接触式温度計１Ｄは、第一実施形態の第一固定用板１４と第二固定用板１５とに代えて複数の固定用板６０Ａ、６０Ｂを備える。従って、熱電対１２の測温部１９が固定用板６０Ａ、６０Ｂで挟持されず、固定用板６０Ａ、６０Ｂが測温部１９からｘ方向に離間して配置される。この構成でも絶縁膜１３に被覆された測温部１９と測温部１９から導出される熱電対素線１８Ａ、１８Ｂとが接触板１１の被測温体に接触しない面に接触している。

この構成によれば、熱電対１２の測温部１９が固定用板６０Ａ、６０Ｂに挟持されていないため、測定時の応答速度を速くすることができる。また、部品点数が少なく加工工数を減少することができる。

なお、上記の実施形態では、接触体１０及び３０の一部をｙ方向から見てコの字状に形成した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、接触体の一部をｙ方向から見て円弧状に形成すると共に支持体の頭部を球面状に形成することもできる。このように接触体を円弧状に形成した場合でも、接触体を被測温体に押圧したときに、接触する接触部と接触しない非接触部が形成される。

また、上記の実施形態では、頭部２１を熱可塑性樹脂で形成し、頭部４１を金属加工体で形成した例を説明したが、頭部２１を金属加工体で形成し、頭部４１を熱可塑性樹脂で形成することもできる。

また、上記の実施形態では、熱電対１２が帯状の熱電対のため、接触板１１の接触部１６に沿う長さＬ１を熱電対１２の厚さｄ１を基準に設定したが、断面が円形の線状の熱電対の場合にはその外径を基準とする。

また、第二実施形態では、接触板１１と側沿板３１とを別体とし、第一固定用板３２及び第二固定用板３３で繋げた接触体３０を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。一枚の板材に間隙を形成して接触板となる部分と側沿板となる部分を形成し、固定用板で絶縁膜に被覆された熱電対を固定する構成としてもよい。

また、第三実施形態では、保護膜としてフィルム５０を用いた例を説明したが、接触体１０を被測温体に押圧した際に被測温体を保護することができればよく、絶縁性の材料に限定されない。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ接触式温度計
１０、３０接触体
１１接触板
１２熱電対
１３絶縁膜
１３Ａ、１３Ｂ、５０フィルム
１４、３２、６０Ａ、６０Ｂ固定用板
１５、３３補助固定用板
１６接触部
１７非接触部
１８Ａ、１８Ｂ熱電対素線
１９測温部
２０、４０支持体
３１側沿板
３４接触部側沿部
３５非接触部側沿部

Claims

被測温体と接触する接触体が異種金属からなる熱電対素線を接合して形成された測温部を有する熱電対と被測温体側に突出して被測温体に接触したときに弾性変形する導電性の接触板とを備え、該接触板が被測温体に接触する接触部と被測温体に接触しない非接触部とを有し、前記熱電対の前記測温部が前記接触部の被測温体に接触しない面に固定された接触式温度計において、
前記接触体が前記熱電対の外表面を覆う電気絶縁性の絶縁膜と前記熱電対の配設方向に交差する方向に延設される複数の固定用板とを備え、
前記絶縁膜に被覆された前記熱電対が前記接触板の前記接触部の被測温体に接触しない面に沿って配置されると共に、前記熱電対の前記測温部が前記接触板の前記接触部の中央部に配置されて、
複数の前記固定用板が前記熱電対に対して前記接触板の反対側に配置されると共に、前記固定用板の延設方向の両端部のそれぞれが前記接触板の幅端部に接合されて、
前記測温部から導出される前記絶縁膜で被覆された前記熱電対素線のそれぞれが、前記接触板と複数の前記固定用板とに挟持されて固定され、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対素線のそれぞれが前記接触部の長さ方向の中央部から前記接触部の長さ方向の端部に渡って前記接触部の被測温体に接触しない面に接触する構成であることを特徴とする接触式温度計。
被測温体と接触する接触体が異種金属からなる熱電対素線を接合して形成された測温部を有する熱電対と被測温体側に突出して被測温体に接触したときに弾性変形する導電性の接触板とを備え、該接触板が被測温体に接触する接触部と被測温体に接触しない非接触部とを有し、前記熱電対の前記測温部が前記接触部の被測温体に接触しない面に固定された接触式温度計において、
前記接触体が前記熱電対の外表面を覆う電気絶縁性の絶縁膜と前記熱電対の配設方向に交差する方向に延設される複数の固定用板と前記接触板の幅方向の両側に前記接触板との間に間隙を空けて配置された複数の側沿板とを備え、該側沿板が前記接触部に沿う接触部側沿部とそれぞれの前記非接触部に沿う非接触部側沿部とを有し、
前記絶縁膜に被覆された前記熱電対が前記接触板の前記接触部の被測温体に接触しない面に沿って配置されると共に、前記熱電対の前記測温部が前記接触板の前記接触部の中央部に配置されて、
複数の前記固定用板が前記熱電対に対して前記接触板の反対側に配置されると共に、複数の前記固定用板のうちの少なくとも一つが前記接触部に配置され、前記接触部に配置された前記固定用板の延設方向の両端部のそれぞれが各前記側沿板の前記接触部側沿部に接合されて、
前記測温部から導出される前記絶縁膜で被覆された前記熱電対素線のそれぞれが、前記接触板と複数の前記固定用板とに挟持されて固定され、前記絶縁膜に被覆された前記熱電対素線のそれぞれが前記接触部の長さ方向の中央部から前記接触部の長さ方向の端部に渡って前記接触部の被測温体に接触しない面に接触する構成であることを特徴とする接触式温度計。
複数の前記固定用板のうちの一つが前記接触部の長さ方向の中央部に配置されて、その中央部に配置された前記固定用板が前記絶縁膜に被覆された前記熱電対を介して前記接触板の前記接触部を両側の前記側沿板の前記接触部側沿部よりも被測温体側に押し出す構成である請求項２に記載の接触式温度計。
複数の前記固定用板のうちの一つが前記接触部の長さ方向の中央部に配置されると共に、それ以外が前記非接触部に配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の接触式温度計。
前記接触板の被測温体と接触する面が保護膜で覆われる構成である請求項１〜４のいずれかに記載の接触式温度計。