(57)【要約】【課題】温度測定を高精度で行うための熱電対の固定方法、及び同固定方法を実現するための熱電対取り付け治具を提供する。【解決手段】  熱源によって昇温される温度測定対象物（１０２）の熱源側の表面に熱電対（１０４）を固定する方法であって、熱電対（１０４）の先端部（１０４ｂ）を温度測定対象物に当接させた状態で当該先端部（１０４ａ）を覆うように固定材料（１０６）を塗布し、固定材料（１０６）を硬化させる。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源によって昇温される温度測定対象物の熱源側の表面に熱電対を固定する方法であって、
前記熱電対の先端部を前記温度測定対象物に当接させた状態で当該先端部を覆うように前記固定材料を塗布し、
前記固定材料を硬化させる熱電対固定方法。
【請求項２】
前記固定材料は、前記熱源によって与えられる熱量から前記先端部を断熱することを特徴とする、請求項１に記載の熱電対固定方法。
【請求項３】
前記固定材料の表面から前記熱電対の先端部までの距離は、前記熱源によって与えられる熱量から前記先端部を断熱するに十分な距離であることを特徴とする、請求項２に記載の熱電対固定方法。
【請求項４】
前記固定材料の体積は、前記熱源によって与えられる熱量から前記先端部を断熱するに十分な距離であることを特徴とする、請求項２に記載の熱電対固定方法。
【請求項５】
前記固定材料の体積は、２〜８ｍｍ3 であり、望ましくは、４ｍｍ3 であることを特徴とする、請求項４に記載の熱電対固定方法。
【請求項６】
前期熱電対は複数であり、
前期複数の熱電対は、それぞれ異なる色に色分けされていることを特徴とする、請求項１に記載の熱電対固定方法。
【請求項７】
熱電対を温度測定対象物に固定するために用いる熱電対取り付け治具（３００）であって、
前記熱電対の先端部を前記温度測定対象物に当接させた状態で保持する保持部と、
前記先端部に所定量の固定材料を塗布する塗布部とを備える熱電対取り付け治具。
【請求項８】
前記固定材料は、熱硬化性樹脂であり、
前記熱電対取り付け治具は、さらに前記熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源を備える、請求項７に記載の熱電対取り付け治具。
【請求項９】
前期塗布部が塗布する固定材料の体積は、２〜８ｍｍ3 であり、望ましくは、４ｍｍ3 であることを特徴とする、請求項７に記載の熱電対取り付け治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定対象物に熱電対を固定する方法に関し、特にリフロー炉で加熱される温度測定対象物に熱電対を固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リフロー炉に投入する基板などの温度を熱電対で測定する場合、テープ、はんだ、および接着剤などを用いて熱電対を温度を測定する対象物に固定している。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−１８６０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、テープを用いて熱電対を固定した場合、テープの断熱性が低いため、熱電対は、リフロー炉の熱風によって加熱され、温度測定対象物から伝導される温度よりもリフロー炉の熱風の温度に対する感度が高くなるため、測定対象物の温度を正確に測定できない。
【０００４】
また、はんだを用いて熱電対を固定した場合、以下の問題が生じる。図７は、温度測定の対象物である基板１０２に、熱電対１０４をはんだ８０６で固定した状態を示す。はんだ８０６と熱電対１０４は金属なので、熱電対の先端部１０４ａではなく、はんだ８０６の表面と熱電対１０４の接点である露出部１０４ｂの温度が測定される。露出部１０４ｂは、基板１０２から離れているため、温度測定対象物の温度を直接に測定できない。また、露出部１０４ｂは、はんだ８０６の表面に位置するためリフロー炉の熱風によって直接的に加熱されるので、前述のテープを用いる場合よりもさらにリフロー炉の熱風の温度に対する感度が高くなってしまい、測定対象物である基板１０２の温度を正確に測定できない。
【０００５】
また、接着剤を用いて熱電対を固定した場合、熱電対の先端を温度測定対象物に接触させた状態で熱電対を固定すれば、温度測定対象物の温度を直接的に測定でき、また、接着剤で熱電対の先端を覆うことにより、リフロー炉の熱風によって熱電対が直接的に加熱されることを防ぐことができる。
【０００６】
しかしながら、接着剤の量が多い場合、接着剤の熱容量の分だけ温度測定箇所周辺の熱容量が増加するため、温度の測定結果に影響を与えてしまう。具体的には、温度測定対象物が加熱されている時には、接着剤が温度測定対象物に与えられる熱量を吸収するため温度の上昇速度が低下し、測定対象物が放熱している時には、接着剤に蓄熱されている熱量によって測定対象物の温度の下降速度が低下する。その結果、測定対象物の温度変化を抑制するため、測定対象物の温度を正確に測定できない。
【０００７】
また、多数の測定箇所の温度を同時に測定したい場合、一般的に熱電対の線は同色であるため、各熱電対を固定した温度測定箇所と熱電対末端を接続する計測機器とを対応づける事が困難であるため、温度測定における作業効率が悪い。
【０００８】
本発明の目的は、温度測定を高精度で行うための熱電対の固定方法、及び同固定方法を実現するための熱電対取り付け治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
熱源によって昇温される温度測定対象物（１０２）の熱源側の表面に熱電対（１０４）を固定する方法であって、熱電対（１０４）の先端部（１０４ｂ）を温度測定対象物に当接させた状態で当該先端部（１０４ａ）を覆うように固定材料（１０６）を塗布し、固定材料（１０６）を硬化させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱電対固定方法は、温度測定対象物に熱電対を当接させた状態で、熱電対を環境温度から断熱すべく熱電対の先端部を覆うように接着剤が塗布されるので、環境温度の変化に起因する温度測定結果の誤差を低減し、温度測定対象物の温度を高精度で測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の具体的な実施の形態を説明する前に、まず、図６を参照して本発明の基本概念について説明する。同図には、基板１０２に熱電対１０４を固定して、当該基板１０２をリフロー炉内を移動させて測定した温度の変化が示されている。同図に描かれた線Ａは、基板１０２の実際の温度変化を示す。線Ｂ、及び線Ｃは、それぞれ、リフロー炉の熱風によって与えられる熱を遮断すべく多量の接着剤１０６で熱電対１０４を覆って固定した場合、及び接着剤１０６で先端部１０４ａを覆うことなく熱電対１０４を固定した場合の測定温度の変化を示す。
【００１２】
リフロー炉内を移動する基板１０２の測定対象箇所の温度は、リフロー炉の熱風に接近するにつれて基板１０２が加熱されて上昇し、熱風から遠ざかるにつれて下降する。この曲線Ａで表される基板１０２の温度の温度変化を、温度変化速度の標準偏差として表したものを基板温度変化Ｔｓｕｂとする。
【００１３】
これに対して、曲線Ｂで示されるリフロー炉の熱風から接着剤１０６によって断熱された熱電対による温度測定結果は、曲線Ａと比較して、接着剤１０６の熱容量が増加するため昇温および降温ともに緩やかに変化する。このため、この場合の測定した温度の変化速度の標準偏差を測定温度変化Ｔとすると、測定温度変化Ｔと基板温度変化Ｔｓｕｂとの関係は、Ｔ＜Ｔｓｕｂとなる。
【００１４】
また、曲線Ｃで示される、接着剤１０６で先端部１０４ａを覆うことなく熱電対１０４を固定した場合の温度測定結果は、基板１０２よりも雰囲気温度の影響が大きいため、リフロー炉のの熱風によって熱電対が加熱されるまでは曲線Ａと比較して低温であり、熱風によって直接加熱されると測定温度は大きく変化する。このためこの場合の測定温度変化Ｔと基板温度変化Ｔｓｕｂとの関係は、Ｔ＞Ｔｓｕｂとなる。
【００１５】
つまり、接着剤１０６の形状によって、熱電対１０４による温度の測定結果が変化するため、温度測定対象物の温度を正確に測定できない。
【００１６】
本発明に係る熱電対の固定方法は、ＴとＴｓｕｂとの差異を低減すべく接着剤１０６の形状を最適化して、温度測定対象物の温度変化に対する接着剤の影響を抑制し、ひいては、高精度な温度測定を可能にするものである。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第の実施の形態に係る熱電対の固定方法を説明する。同図は、接着剤１０６を用いて熱電対１０４を基板１０２に固定した状態を示す。基板１０２は、温度測定対象物であり、基板１０２の温度測定対象面１０２ａの温度が測定される。
【００１８】
熱電対１０４は、基板１０２の温度を測定する熱電対である。先端部１０４ａは熱電対１０４の先端であり、先端部１０４ａにおける温度が測定される。
【００１９】
接着剤１０６は、熱電対１０４を基板１０２に固定する固定材料であり、例えば熱硬化性樹脂などである。接着剤１０６は、先端部１０４ａを温度測定対象面１０２ａに当接させた状態で先端部１０４ａを覆うように塗布されている。塗布幅Ｗは、温度測定対象面１０２ａに接する面における接着剤１０６の長さであり、塗布高さＨは、温度測定対象面１０２ａに垂直な方向における先端部１０４ａから接着剤１０６の表面までの距離である。接着剤１０６は、より少量の接着剤１０６でリフロー炉の熱風に対する先端部１０４ａとの間の断熱性能を大きくするために、先端部１０４ａから接着剤１０６の表面までの距離が均一に成るように半球状に形成される。この場合、塗布高さＨは、塗布幅Ｗの半分に設定される。
【００２０】
また図に示された接着面積Ａｐは、接着剤１０６と基板１０２とが接する面の面積である。接着剤１０６は、熱電対１０４を基板１０２に固定するために十分な接着力を有する必要がある。このため、接着面積Ａｐは、少なくとも所望の接着力Ｆｐを満たすように規定され、接着面積Ａｐと接着強度Ｆｐとの関係は、以下の式１で表される。
【００２１】
【数１】
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接着剤１０６は、熱電対１０４を覆う必要がある。このため、熱電対１０４と基板１０２との接触する部分の面積を（以下、接触面積）Ａｔとすると、接着面積Ａｐは接触面積Ａｔに比例し、接着面積Ａｐと接触面積Ａｔとの関係は、以下の式２で表される。
【００２２】
【数２】
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なお、接着剤１０６が半球状に形成されるため、上記接着面は円形であり、その接着面積Ａｐは、Ｗの２分の１を半径とする円の面積に相当する。このため接着面積Ａｐを特定すればＷを特定できる。
【００２３】
次に、接着剤１０６の接着面積Ａｐ及び塗布高さＨを決定する方法について説明する。
【００２４】
測定温度変化Ｔは、上述したように、接着剤１０６の形状によって変化する。このため測定温度変化Ｔは、接着剤１０６がリフロー炉から受け取る熱量Ｑｐ及び接着剤１０６の塗布高さＨ及び接着面積Ａｐの関数であり、以下の式３で表される。
【００２５】
【数３】
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接着剤１０６が単位時間あたりに受け取る熱量Ｑｐは、接着剤１０６の密度をρ、接着剤１０６の比熱をｃ、接着剤１０６の体積をＶｐとし、時刻ｔにおける接着剤１０６の温度をＴとすると以下の式４で表される。
【００２６】
【数４】
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つまり、上述の式１〜４を満たす塗布高さＨ及び接着面積Ａｐの値を求めることにより、測定温度変化Ｔと基板温度変化Ｔｓｕｂとの差異を低減できる。
【００２７】
しかしながら、上記の式１〜４を満たす塗布高さＨ及び接着面積Ａｐを計算で求める事は困難であるため、実験により塗布高さＨ及び接着面積Ａｐを求める方法を以下に示す。
【００２８】
図２を参照して、接着剤１０６の塗布高さＨ及び塗布幅Ｗを決定すべく実施した実験について説明する。本実験では、所望の接着力Ｆｐを満たす接着面積Ａｐを規定して、接着剤１０６の体積Ｖｐを変えて基板１０２に熱電対１０４を固定し、それぞれ固定した熱電対１０４の測定温度変化Ｔ及び最大到達温度を測定した。同図において、実線で描かれれた直線Ｌ及び直線Ｍは、測定温度変化Ｔを示す。また、点線で描かれた曲線Ｎは、リフロー炉中で測定した最高到達温度を示す。
【００２９】
接着剤１０６の体積が４ｍｍ3 未満での測定温度変化Ｔを示す直線Ｌは、４ｍｍ3 以上の場合の直線Ｍと比較して、その傾きが大きい。接着剤１０６の量が４ｍｍ3 未満では、接着剤１０６の量が熱電対１０４の先端部を覆うに十分ではないため上述の式３を満たしておらず、測定温度変化Ｔが極端に大きくなるためである。
【００３０】
一方、接着剤１０６の体積が４ｍｍ3 以上では、接着剤１０６の体積の変化とともに、測定温度変化Ｔは、一定の割合で変化している。接着剤１０６の体積が４ｍｍ3 以上では、接着剤１０６の量が熱電対１０４の先端部を覆うに十分であり、上述の式３を満たしているため、上述の式３に従って、測定温度変化Ｔが変化する。
【００３１】
また、曲線Ｎで示されるように、接着剤１０６の体積が増加するに従って、最高到達温度は、低下している。これは、接着剤１０６の体積Ｖｐが大きいほど、接着剤１０６の熱容量が大きくなり、測定温度に対する影響が増大するためである。
【００３２】
つまり、本実験では、接着剤１０６の体積が４ｍｍ3 以上の範囲の最小値、つまり測定温度変化Ｔの変曲点の接着剤１０６の体積Ｖｐである４ｍｍ3 が、接着剤１０６の最適体積である。ここで接着面積Ａｐは、予め規定しているので、塗布高さＨは、接着剤１０６の体積Ｖｐによって変化するので、本実験において接着剤１０６の体積Ｖｐが４ｍｍ3 の時の塗布高さＨを計測すれば、塗布高さの最適値を求める事ができる。
【００３３】
以上のように、決定した接着剤１０６の接着面積Ａｐおよび塗布高さＨで塗布した接着剤１０６で熱電対１０４を固定することにより、測定温度変化Ｔと基材温度変化Ｔｓｕｂとの差異を低減でき、ひいては、高精度で温度測定できる。
【００３４】
次に図３を参照して、本発明に係る熱電対取り付け方法を実施するために用いる熱電対取り付け治具について説明する。同図に示された熱電対取り付け治具３００は、熱電対保持部３１０と接着剤塗布部３２０とに大別される。
【００３５】
熱電対保持部３１０は、左保持部３１１、右保持部３１２、および連結部３１３を含む。左保持部３１１は、１つの側面に熱電対１０４を保持するためのガイド溝３１４を設けた板状の部材である。
【００３６】
右保持部３１２は左保持部３１１と線対称な形状の部材である。左保持部３１１と右保持部３１２とは、ガイド溝３１４を設けた側面を互いに向かい合わせて、所定の間隔を確保した状態で連結部３１３で固定される。なお、左保持部３１１と右保持部３１２との間隔は、ガイド溝３１４に熱電対１０４が挿入可能なように決められる。左保持部３１１及び右保持部３１２のガイド溝３１４が設けられた側面の先端部には、切り欠き部３１５が設けられている。
【００３７】
左保持部３１１および右保持部３１２の少なくとも１つには支持部３１６が設けられている。なお、支持部３１６の底面はガイド溝３１４に対して横方向から見て所望の角度θになるように形成されている。
【００３８】
左保持部３１１および右保持部３１２は、ガイド溝３１４に挿入した熱電対１０４が確認できるため、好ましくは硝子などの透明な材質で制作される。
【００３９】
接着剤塗布部３２０は、供給部３２１及び供給ガイド部３２２を含む。供給部３２１は、接着剤１０６を一回の供給につき所定量だけ供給する。供給部３２１は、例えばシリンジであり、シリンジに描かれた所定の目盛りに従ってユーザが手動でシリンジを操作することとしても良いし、アクチュエータなどを用いて所定のストロークだけシリンジを動作させることとしても良い。
【００４０】
供給ガイド部３２２は、管状の部材であり、供給部３２１から供給された接着剤１０６を、熱電対保持部３１０に保持された熱電対１０４の先端部１０４ａに吐出する。なお供給ガイド部３２２は、供給ガイド部３２２の先端が熱電対保持部３１０に保持された熱電対１０４の先端部１０４ａに対して所望の位置になるように熱電対保持部３１０に固定される。
【００４１】
なお、供給ガイド部３２２の先端の孔の形状は、吐出された接着剤が所望の塗布幅Ｗになるように実験などにより決められる。また、供給ガイド部３２２の先端部の基板１０２からの高さは、接着材の塗布高さＨが所望の高さになるように実験などにより決められる。
【００４２】
熱電対取り付け治具３００は、以下のように使用される。まず、測定対象物である基板１０２に熱電対保持部３１０を載置して、切り欠き部３１５から熱電対１０４の先端部１０４ａが露出して基板１０２に接触するまで熱電対１０４をガイド溝３１４に挿入する。そして、先端部１０４ａが所望の温度測定箇所に接触するように熱電対保持部３１０の位置を合わせ、供給部３２１から所定量の接着剤１０６を供給する。
【００４３】
そして、熱電対１０４を保持した状態で接着材１０６を硬化させ熱電対１０４を基板１０２に固定する。例えば接着材１０６が熱硬化性樹脂の場合には、工業用ドライヤーなどで熱を供給する。接着材１０６の硬化後に連結部３１３を取り外して、熱電対保持部３１０を左保持部３１１と右保持部３１２とに分割して、熱電対１０４から熱電対保持部３１０を外す。
【００４４】
上記のように、本実施の形態に係る熱電対取り付け治具を用いれば、熱電対を固定する際に、接着材を所定量だけ供給することにより、接着材を所定の幅及び高さで塗布する事ができる。また、熱電対と接着材の供給ガイド部との相対位置を固定できるため、熱電対の先端に対して所定の位置に接着剤を塗布できる。
【００４５】
図４は、上述の熱電対取り付け治具３００の変形例を示す。同図に示された熱電対取り付け治具４００は、熱電対取り付け治具３００の切り欠き部３１５に熱供給部４１７をさらに備えたものである。なお、上述の熱電対取り付け治具３００と同一の構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
熱供給部４１７は、切り欠き部３１５の側面に設けられた、抵抗加熱が可能な金属線、例えばニクロム線が内蔵されている。接着剤塗布部３２０は、接着材１０６として熱効果性樹脂を先端部１０４ａに供給する。熱供給部４１７は、接着剤塗布部３２０により供給された熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図５は、本実施の形態に係る熱電対固定方法の変形例として、複数の熱電対を基板１０２に固定した状態を示す。同図に示された熱電対１０４は、その先端部１０４から計測機器の接続端子に至る全体がそれぞれ赤、青、及び緑色など異なる色で色分けされている。このため、熱電対を固定した温度測定箇所と接続箇所との対応関係が一目で把握でき、温度測定作業の効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る熱電対の固定方法は、環境温度を変化させる熱源などによって昇温される温度測定対象物の温度を測定するために有用であり、例えばリフロー炉などによって加熱される基板などの温変化を測定する熱電対の固定方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱電対の固定方法に用いる接着剤の形状を示す図
【図２】図１に示した接着剤の形状を決定するための実験結果を示す図
【図３】本発明に係る熱電対の固定方法を実施するための熱電対取り付け治具を示す図
【図４】図３に示した熱電対取り付け治具の変形例を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る熱電対の固定方法を示す図
【図６】温度測定対象物の実際の温度および熱電対による測定値の変化を示す模式図
【図７】従来の熱電対の固定方法を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１０２  基板
１０２ａ  温度測定対称面
１０４  熱電対
１０４ａ  先端部
１０４ｂ  露出部
１０６  接着剤
３００  熱電対取り付け治具
３１０  熱電対保持部
３１１  左保持部
３１２  右保持部
３１３  連結部
３１４  ガイド溝
３１５  切り欠き部
３１６  支持部
３２０  接着剤塗布部
３２１  供給部
３２２  供給ガイド部
【図１】
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【図２】
2005077238.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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