(57)【要約】【課題】温度測定対象物との接触安定性を保つと共に、温度測定対象物の変動温度への応答性が良好な温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置を得る。【解決手段】シース熱電対１は、シース部１ａおよび補償導線部１ｂからなり、熱電対接点がシース先端からある程度距離を置いたところに位置するように構成されている。熱電対の正極側１ｃと負極側１ｄが絶縁物１ｅで固められ、シース先端からある程度距離を置いたところに位置する熱電対接点が温度検知部１ｆを構成している。そして、シース熱電対１のシース部先端付近と先端からある程度距離を置いた位置を、シース熱電対支持手段２の第１固定部２ａおよび第２固定部２ｂで固定して温度センサ３を構成している。【選択図】図３
2011185641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対接点がシース内部でシース先端から離れた部位に設けられたシース熱電対と、
前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の２点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、
を備えたことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記シース熱電対支持手段は、前記２点のシース熱電対固定部間に、前記２点の固定部を結ぶ線より突出するシース押上部を有することを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記シース熱電対は、温度測定適正部位に印が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の温度センサと、
温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、
前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、
任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させることを特徴とする温度測定装置。
【請求項５】
前記温度センサと前記温度測定対象物との接触荷重を所定値とする接触荷重付与手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記接触荷重付与手段は、接触荷重を調整できるものであることを特徴とする請求項５に記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱電対を用いて物体の温度測定を行う温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の温度を測定する際、接触方式で行う場合は熱電対を用いる方法が一般的である。熱電対を用いた温度センサとして最も基本的な構造は、異種金属の２本の線を結わえた接点を温度測定部位に接触させるものであるが、温度センサに絶縁性、耐熱性などを持たせるために、図８（ａ）（ｂ）に示すように熱電対を被覆した構造を持つシース熱電対もよく用いられる。図８（ａ）は一般的に使用されているシース熱電対を示し、（ｂ）はその先端部を示している。シース熱電対１は、シース部１ａのみか、あるいは図８に示すようにシース部１ａおよび補償導線部１ｂからなり、通常、熱電対の正極側１ｃと負極側１ｄを絶縁物１ｅで固めたシース部１ａの先端付近に接点が設けられて温度検知部１ｆが構成されている。
【０００３】
このシース熱電対１を固形の温度測定対象物に接触させる方法としては、シース熱電対１の温度検知部１ｆを押し当てるというものが最も単純であるが、この場合、特にシース熱電対１の線径が細い場合、シース熱電対１と温度測定対象物の間に接触し続けようと押付けあう力は極めて弱く、振動などにより容易に離れてしまう事態となり得る。
【０００４】
このような接触不安定性を解消することを目的として、例えば、半導体チップの中の微小領域を測定するような細線の熱電対をろう付などすることなく非破壊で安定的に接触させるために、熱電対の先端部に金属板を取り付けて、温度測定対象物との接触安定性を向上させようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１‐１５９５６８号公報（要約の欄、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に開示された技術のように、熱電対の先端部に金属板を取り付けるものは、金属板を取り付けることで温度測定部である熱電対先端付近の熱容量が大幅に増加し、温度測定対象物の温度が変動する場合、その変動温度への応答性が著しく低下する恐れがある。
【０００７】
更には、金属板が取り付けられた部位においてはある程度の剛性が得られるが、金属板のない部分においては微小域を測定するような細線の熱電対であるため、少しの力で容易に座屈変形してしまい、結果として金属板を有する熱電対先端部と温度測定対象物の接触安定性は損なわれるし、それを回避しようと金属板を別部材にて固定すると、更に熱容量が増大して応答性が低下する課題がある。
【０００８】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、温度測定対象物との接触安定性を保つと共に、温度測定対象物の変動温度への応答性が良好な温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による温度センサは、熱電対接点がシース内部でシース先端から離れた部位に設けられたシース熱電対と、前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の２点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、を備えたものである。
【００１０】
また、別の発明による温度測定装置は、前記温度センサと、温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による温度センサによれば、熱電対接点がシース内部でシース先端から離れた部位に設けられたシース熱電対と、前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の２点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、を備えることにより、シース熱電対を温度測定対象物にある程度の力で押し当ててもシース熱電対が変形することがなく安定的に接触状態を保て、また細線のシース熱電対であっても熱電対接点が存在する付近に熱容量を増大させる部材を取り付ける必要がないので、極めて応答性がよい状態を保つことができる。
【００１２】
また、別の発明による温度測定装置によれば、前記温度センサと、温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させるので、温度測定対象物の同一点を断続的に繰り返し測定する際などに、温度センサの位置決め精度が良好で、更に再現性が極めてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による温度センサに用いられるシース熱電対の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による温度センサの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による温度センサを用いた温度測定対象物の温度測定方法を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態２による温度センサの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による温度センサを用いた温度測定対象物の温度測定方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態３による温度センサの構成図である。
【図７】この発明の実施の形態４による温度測定装置の構成図である。
【図８】一般的なシース熱電対の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、この発明による温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による温度センサに用いられるシース熱電対の構成を説明する図で、図１（ａ）は全体を示し、図（ｂ）は先端部を示している。図１において、シース熱電対１は、シース部１ａおよび補償導線部１ｂからなり、シース部線径がφ０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍで、シース先端から１０ｍｍの部位に接点が位置するように構成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、熱電対の正極側１ｃと負極側１ｄが絶縁物１ｅで固められ、シース先端から１０ｍｍの部位にある接点が温度検知部１ｆを構成している。
【００１６】
そして、図２に示すように、図１のシース熱電対１のシース部先端付近と先端から２０ｍｍ付近を、シース熱電対支持手段２の第１固定部２ａおよび第２固定部２ｂで固定したものが、温度センサ３となる。温度センサ３は後述するデータ収集器（図３参照）に接続され、温度データを記録できるように構成されている。なお、図２において、符号２ｃはシース熱電対支持手段２の持ち手部分を示している。
【００１７】
実施の形態１による温度センサは前記のように構成されており、次に、温度測定対象物の温度測定方法について図３により説明する。
温度測定対象物４は、直径φ１０ｍｍの丸棒とする。いま、温度測定対象物４の温度測定部位４ａを温度測定対象物４の上から５０ｍｍの部位とする。温度測定を行う際は、シース熱電対支持手段２の持ち手部分２ｃを、例えば手５で掴んで温度検知部１ｆを温度測定部位４ａに押し当てるようにして行い、測定された温度データは、シース熱電対１に接続されたデータ収集器６に記録される。
【００１８】
以上のように、実施の形態１による温度センサ３によれば、シース熱電対１の温度検知部１ｆがシース熱電対支持手段２の第１固定部２ａと第２固定部２ｂの丁度真ん中に位置し、その温度検知部１ｆを丸棒のように曲面状物体からなる温度測定対象物４の表面温度測定部位４ａに押し当てても、ずれることなく安定的に接触状態を保つことができ、精度良く温度測定ができる。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２による温度センサを説明する図である。実施の形態２による温度センサ３は、シース熱電対支持手段２にシース熱電対１を取り付けるのは実施の形態１と同じであるが、図４に示すように、シース熱電対支持手段２にシース押上部２ｄを設けたものである。シース押上部２ｄは、シース熱電対１のシース部１ａをシース熱電対支持手段２の第１固定部２ａおよび第２固定部２ｂを結ぶ線より押し上げるように、突出して設けられている。
【００２０】
以上のように、実施の形態２による温度センサ３によれば、図５に示すような温度測定部位４ａがくぼんだ所にあったり、または平坦であったりする温度測定対象物４であっても、温度センサ３の温度検知部１ｆが温度センサ３の他の部分より突き出していることにより、温度測定部位４ａに温度検知部１ｆを接触させることができ、精度良く温度測定ができる。
【００２１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。図６は実施の形態３による温度センサを説明する図である。実施の形態３による温度センサ３は、シース熱電対支持手段２にシース熱電対１を取り付けるのは実施の形態１と同じであるが、図６に示すように、シース部１ａの温度検知部１ｆ付近には、温度測定適正部位を示すマーカー１ｇが設けられている。このマーカー１ｇは、シース自身とは異なる色に印刷などで着色されている。マーカー１ｇは、温度測定時の繰り返しの温度測定対象物４との接触により消えにくいものであることが望ましい。なお、温度測定適正範囲は、マーカー１ｇ以外に他の手段に基づく印であってもよい。
【００２２】
温度センサ３で温度測定をする際、温度測定対象物４の温度測定部位４ａを、シース熱電対支持手段２に取り付けられたシース部１ａの第１固定部２ａと第２固定部２ｂとの間の任意の場所に接触させるのではなく、シース部１ａの中でも接点に近い部分に接触させることが必要である。なぜなら、温度を検知するのは接点のみであり、シース部１ａの接点から離れた部位に温度測定部位４ａを接触させても正しい温度を検知できない。
【００２３】
そこで、実施の形態３による温度センサ３のように、接点が埋め込まれている温度検知部１ｆを温度測定適正範囲としてマーカー１ｇにて明示することで、目視するだけで正しく温度検知部１ｆが温度測定部位４ａに接触していることが確認でき、極めて精度よく、かつ再現性に優れた温度測定ができる。
【００２４】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。図７は実施の形態１で説明した温度センサを用いて、丸棒からなる温度測定対象物の表面温度を測定する温度測定装置の実施の形態を説明する図であり、図１〜図３と同一部分には同一符号を付している。
【００２５】
図７において、温度測定対象物４は直径φ１０ｍｍの丸棒であり、温度測定部位４ａは丸棒の上から３０ｍｍの部位とする。そして、温度測定対象物４は、温度測定対象物保持手段７によって保持される。また、温度センサ３は、温度センサ保持手段８に固定され、温度センサ保持手段８は、レール９およびエアシリンダー１０を備えた温度センサ移動手段１１に取り付けられている。温度センサ移動手段１１は、手動または自動で任意のタイミングで温度センサ３の温度検知部１ｆと温度測定対象物４の温度測定部位４ａとを接触させることができる。なお、データ収集器６、温度測定対象物保持手段７、温度センサ移動手段１１は、底板１２に載置されている。
【００２６】
前記においては、温度測定対象物保持手段７を固定状態とし、温度センサ保持手段８を移動できるように構成したが、これとは逆に温度センサ保持手段８を固定状態とし、温度測定対象物保持手段７を移動できるように構成してもよく、また、温度センサ保持手段８と温度測定対象物保持手段７の両者を移動できるように構成してもよい。
【００２７】
実施の形態４による温度測定装置は前記のように構成されており、この構成により、温度測定対象物４の丸棒が複数ある場合も、温度測定対象物保持手段７により常に温度測定装置の決められたところに固定できるし、また温度センサ３の温度検知部１ｆも、温度測定対象物４の決められた部位に接触できるため、極めて精度よく、かつ再現性のよい温度測定ができる。
【００２８】
更には、温度センサ移動手段１１が接触荷重付与手段であるエアシリンダー１０で駆動されることにより、温度センサ３と温度測定対象物４の接触荷重を所定値にできるし、空気圧を変えることで接触荷重を調整できる。
【００２９】
熱電対による温度測定は熱電対と温度測定対象物の接触荷重により接触熱伝達率が変化するため、実施の形態４による温度測定装置のように、等荷重を保障できるということは再現性に優れた温度測定ができるという効果が得られる。また、複数ある温度測定対象物４の形状が違うもの、例えば直径φ１０ｍｍの丸棒が実際は丸棒ごとに若干直径が異なるというような場合においても、等荷重を保障することで再現性のある温度測定ができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  シース熱電対
１ａ  シース部
１ｂ  補償導線部
１ｃ  熱電対の正極側
１ｄ  熱電対の負極側
１ｅ  絶縁物
１ｆ  温度検知部（接点）
１ｇ  マーカー
２  シース熱電対支持手段
２ａ  第１固定部
２ｂ  第２固定部
２ｃ  シース熱電対支持手段の持ち手部分
２ｄ  シース押上部
３  温度センサ
４  温度測定対象物
４ａ  温度測定部位
５  手
６  データ収集器
７  温度測定対象物保持手段
８  温度センサ保持手段
９  レール
１０  エアシリンダー
１１  温度センサ移動手段
１２  底板
【図１】
2011185641.tif 000003
【図２】
2011185641.tif 000004
【図３】
2011185641.tif 000005
【図４】
2011185641.tif 000006
【図５】
2011185641.tif 000007
【図６】
2011185641.tif 000008
【図７】
2011185641.tif 000009
【図８】
2011185641.tif 000010