極細シース熱電対と極細シース熱電対を用いた温度測定センサー
【課題】 応答速度を速くし、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、ロボットなどの狭い箇所への配置を可能とするシース型熱電対の提供を目的する。
【解決手段】 ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対とした。
【解決手段】 ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極細シース熱電対と極細シース熱電対を用いた温度測定センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のシース熱電対は、最小外径のもので０．２ｍｍ程度であるが、より一層早い応答速度（短い応答時間）とし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置が可能になるような極細シース熱電対が求められている。
【０００３】
現在、ロボット技術の進歩により、人間に近い形状や機能を有するロボットが開発されている。
【０００４】
ロボットは、例えば人間のような手足、あるいは指を有してあたかも人間と同じように関節を屈曲させたり物をつかんだりする。医療や介護に用いられるロボットはその指で介護すべき人間に触れたり、あるいは介護すべき人間に食事を運んだりする。
【０００５】
医療や介護に用いられるロボットは、体温あるいは食事の温度を計測するといった応用的な動きに伴い、その指の先端部分で温度計測する必要が生じる。
【０００６】
しかしながら、ロボットの指は１０ｍｍ程度の直径であり、しかも複数箇所の関節構造を有する。ロボットの先端に熱感知部である熱接点を有するシース熱電対を指の内部に通して配置すると、従来のシース熱電対は０．２ｍｍ以上の直径があるため、ロボットの指の構造の中でシース熱電対の占める断面積が大きすぎる。
【０００７】
また、指の屈曲に応じて、シース熱電対も屈曲するが、例えば１ｍｍのシース熱電対では数百回程度の曲げ伸ばしで疲労破壊し、関節が必要とする屈曲回数である数十万回に耐えられない。
【特許文献１】特開２００３−３４４１７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シース熱電対の応答速度を速くするために、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能にするために、シース熱電対の一層の細径化が求められ、０．１ｍｍ以下の極細シース熱電対の提供が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、シース熱電対の応答速度を速くするために、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能にするために、シース熱電対の一層の細径化に応え、０．１ｍｍ以下の極細シース熱電対を提供すべく、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対とした。
【００１０】
また、本発明は、具体的には、シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である。
【００１１】
さらに、本発明は、前記の極細シース熱電対を用いて、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサーを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上述のように、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対であるので、シース熱電対の応答速度を速くし、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能とする。
【００１３】
また、本発明は、シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である極細シース熱電対である。
【００１４】
さらに、本発明は、極細シース熱電対を、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサーである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、添付する図面に示す具体的実施例に基づいて、以下詳細に説明する。
【００１６】
図１はケーブルの縦断面図、図２は図１のII−II断面図、図３は極細シース熱電対の縦断面図、図４は図３のIV−IV断面図を示す。
【００１７】
図１のケーブルでは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース１に、Ｎ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の２本の芯線２・２を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材３を収容する。
【００１８】
Ｎ熱電対素線は、１本はニッケル、クロムおよびシリコンを主とした合金、他の１本はニッケルおよびシリコンを主とした合金である。
【００１９】
Ｅ熱電対素線は、１本はニッケル、クロムを主とした合金、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２０】
Ｊ熱電対素線は、１本は鉄、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２１】
Ｔ熱電対素線は、１本は銅、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２２】
Ｋ熱電対素線は、１本はニッケルおよびクロムを主とした合金、他の１本はニッケルを主とした合金である。
【００２３】
上記のシース１、芯線２、絶縁材３の組合せでは、シース１としてはＮＣＦ６００、芯線２はＫ熱電対素線、絶縁材３としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で最良の結果を得た。
【００２４】
シース１内に絶縁材３を介して芯線２を収容した図１に示すケーブルを全長にわたり縮径させ、先端を閉蓋し、感温部４を形成し、基端部は湿気による絶縁材３の絶縁性能劣化を防止するためにエポキシ樹脂等のシール材５を充填したのが図３と図４の極細シース熱電対である。
【００２５】
この極細シース熱電対は、外径０．１ｍｍ以下であるので、製作時のシースの捩れを防止するために、減径用の巻き取りドラムを小型化した。
【００２６】
芯線２・２を接合する感温部４の加工、図３のシース熱電対の先端閉蓋加工、基端部のシール材５充填作業には特殊拡大ルーペあるいは顕微鏡を使用して作業性を高めた。
【００２７】
シース熱電対には、先端部の熱接点がシースと接触してない非接触型と、先端部の熱接点がシースと接触する接触型とがあるが、図３は非接触型を示している。
【００２８】
また、シース熱電対の基端部には、さらに、芯線と補償導線の接続部を収納するスリーブや、補償導線との接続のための端子台を収納した端子箱が設けられる場合もある。
【００２９】
本発明の極細シース熱電対は応答特性、曲げ剛性は以下の通りに改良された。
【００３０】
本発明の極細シース熱電対は、外径が細いため熱容量が小さく、シースの外表面と熱接点との距離が短いため、測定対象の温度変化に対する応答が高速である。
【００３１】
従来のシース外径０．２ｍｍの非接地型シース熱電対と、シース外径０．１ｍｍの非接地型極細シース熱電対の応答速度を、２０℃の室温状態から沸騰水に瞬時に挿入して調べた結果、応答時定数（６３．２％ 応答時間；測定値が２０＋（１００−２０）×０．６３２＝７０．６℃に達するまでの時間）は、前者が約６ｍＳ、後者が約１ｍＳで、極細シース熱電対が従来のシース熱電対より約６倍速い応答速度であることを確かめた。接地型極細シース熱電対についても同様の試験を行い、シース外径０．１ｍｍの極細シース熱電対が従来の外径０．２ｍｍのものより約５倍速い応答速度であることを確かめた。
【００３２】
また、本発明の極細シース熱電対は、細径化により優れた可撓性を持つ。
【００３３】
従来のシース外径１ｍｍのシース熱電対と、シース外径０．１ｍｍの本発明の極細シース熱電対について、曲げ角度９０°以上、曲げ半径約１０ｍｍの屈曲試験を実施した結果、前者は約５００回の屈曲で破断したが、本発明の後者は３０万回以上の屈曲を行っても破断はなく、シース、芯線、絶縁材とも健全であった。
【００３４】
以上のように応答速度、屈曲に特長を有する本発明の極細シース熱電対は、種々の分野で使用することができる。
【００３５】
例えば、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットに有用に使用できる。ロボットの必要各部に配置して、その箇所の温度測定を行うことにより、人間の感温触覚を代行する神経センサーとして使用でき、狭い箇所、関節等の屈曲部にも長期間使用する事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の極細シース熱電対は、狭い箇所の測温や屈曲箇所の分野で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ケーブルの縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の極細シース熱電対の縦断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…シース
２…芯線
３…絶縁材
４…感温部
５…シール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極細シース熱電対と極細シース熱電対を用いた温度測定センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のシース熱電対は、最小外径のもので０．２ｍｍ程度であるが、より一層早い応答速度（短い応答時間）とし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置が可能になるような極細シース熱電対が求められている。
【０００３】
現在、ロボット技術の進歩により、人間に近い形状や機能を有するロボットが開発されている。
【０００４】
ロボットは、例えば人間のような手足、あるいは指を有してあたかも人間と同じように関節を屈曲させたり物をつかんだりする。医療や介護に用いられるロボットはその指で介護すべき人間に触れたり、あるいは介護すべき人間に食事を運んだりする。
【０００５】
医療や介護に用いられるロボットは、体温あるいは食事の温度を計測するといった応用的な動きに伴い、その指の先端部分で温度計測する必要が生じる。
【０００６】
しかしながら、ロボットの指は１０ｍｍ程度の直径であり、しかも複数箇所の関節構造を有する。ロボットの先端に熱感知部である熱接点を有するシース熱電対を指の内部に通して配置すると、従来のシース熱電対は０．２ｍｍ以上の直径があるため、ロボットの指の構造の中でシース熱電対の占める断面積が大きすぎる。
【０００７】
また、指の屈曲に応じて、シース熱電対も屈曲するが、例えば１ｍｍのシース熱電対では数百回程度の曲げ伸ばしで疲労破壊し、関節が必要とする屈曲回数である数十万回に耐えられない。
【特許文献１】特開２００３−３４４１７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シース熱電対の応答速度を速くするために、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能にするために、シース熱電対の一層の細径化が求められ、０．１ｍｍ以下の極細シース熱電対の提供が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、シース熱電対の応答速度を速くするために、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能にするために、シース熱電対の一層の細径化に応え、０．１ｍｍ以下の極細シース熱電対を提供すべく、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対とした。
【００１０】
また、本発明は、具体的には、シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である。
【００１１】
さらに、本発明は、前記の極細シース熱電対を用いて、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサーを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上述のように、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対であるので、シース熱電対の応答速度を速くし、熱容量を小さくし、優れた可撓性を有し、狭い箇所への配置を可能とする。
【００１３】
また、本発明は、シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である極細シース熱電対である。
【００１４】
さらに、本発明は、極細シース熱電対を、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサーである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、添付する図面に示す具体的実施例に基づいて、以下詳細に説明する。
【００１６】
図１はケーブルの縦断面図、図２は図１のII−II断面図、図３は極細シース熱電対の縦断面図、図４は図３のIV−IV断面図を示す。
【００１７】
図１のケーブルでは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース１に、Ｎ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の２本の芯線２・２を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材３を収容する。
【００１８】
Ｎ熱電対素線は、１本はニッケル、クロムおよびシリコンを主とした合金、他の１本はニッケルおよびシリコンを主とした合金である。
【００１９】
Ｅ熱電対素線は、１本はニッケル、クロムを主とした合金、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２０】
Ｊ熱電対素線は、１本は鉄、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２１】
Ｔ熱電対素線は、１本は銅、他の１本は銅およびニッケルを主とした合金である。
【００２２】
Ｋ熱電対素線は、１本はニッケルおよびクロムを主とした合金、他の１本はニッケルを主とした合金である。
【００２３】
上記のシース１、芯線２、絶縁材３の組合せでは、シース１としてはＮＣＦ６００、芯線２はＫ熱電対素線、絶縁材３としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で最良の結果を得た。
【００２４】
シース１内に絶縁材３を介して芯線２を収容した図１に示すケーブルを全長にわたり縮径させ、先端を閉蓋し、感温部４を形成し、基端部は湿気による絶縁材３の絶縁性能劣化を防止するためにエポキシ樹脂等のシール材５を充填したのが図３と図４の極細シース熱電対である。
【００２５】
この極細シース熱電対は、外径０．１ｍｍ以下であるので、製作時のシースの捩れを防止するために、減径用の巻き取りドラムを小型化した。
【００２６】
芯線２・２を接合する感温部４の加工、図３のシース熱電対の先端閉蓋加工、基端部のシール材５充填作業には特殊拡大ルーペあるいは顕微鏡を使用して作業性を高めた。
【００２７】
シース熱電対には、先端部の熱接点がシースと接触してない非接触型と、先端部の熱接点がシースと接触する接触型とがあるが、図３は非接触型を示している。
【００２８】
また、シース熱電対の基端部には、さらに、芯線と補償導線の接続部を収納するスリーブや、補償導線との接続のための端子台を収納した端子箱が設けられる場合もある。
【００２９】
本発明の極細シース熱電対は応答特性、曲げ剛性は以下の通りに改良された。
【００３０】
本発明の極細シース熱電対は、外径が細いため熱容量が小さく、シースの外表面と熱接点との距離が短いため、測定対象の温度変化に対する応答が高速である。
【００３１】
従来のシース外径０．２ｍｍの非接地型シース熱電対と、シース外径０．１ｍｍの非接地型極細シース熱電対の応答速度を、２０℃の室温状態から沸騰水に瞬時に挿入して調べた結果、応答時定数（６３．２％ 応答時間；測定値が２０＋（１００−２０）×０．６３２＝７０．６℃に達するまでの時間）は、前者が約６ｍＳ、後者が約１ｍＳで、極細シース熱電対が従来のシース熱電対より約６倍速い応答速度であることを確かめた。接地型極細シース熱電対についても同様の試験を行い、シース外径０．１ｍｍの極細シース熱電対が従来の外径０．２ｍｍのものより約５倍速い応答速度であることを確かめた。
【００３２】
また、本発明の極細シース熱電対は、細径化により優れた可撓性を持つ。
【００３３】
従来のシース外径１ｍｍのシース熱電対と、シース外径０．１ｍｍの本発明の極細シース熱電対について、曲げ角度９０°以上、曲げ半径約１０ｍｍの屈曲試験を実施した結果、前者は約５００回の屈曲で破断したが、本発明の後者は３０万回以上の屈曲を行っても破断はなく、シース、芯線、絶縁材とも健全であった。
【００３４】
以上のように応答速度、屈曲に特長を有する本発明の極細シース熱電対は、種々の分野で使用することができる。
【００３５】
例えば、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットに有用に使用できる。ロボットの必要各部に配置して、その箇所の温度測定を行うことにより、人間の感温触覚を代行する神経センサーとして使用でき、狭い箇所、関節等の屈曲部にも長期間使用する事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の極細シース熱電対は、狭い箇所の測温や屈曲箇所の分野で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ケーブルの縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の極細シース熱電対の縦断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…シース
２…芯線
３…絶縁材
４…感温部
５…シール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対。
【請求項２】
シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である請求項１記載の極細シース熱電対。
【請求項３】
請求項１記載の極細シース熱電対を、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサー。
【請求項１】
ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０ＳあるいはＮＣＦ６００の金属製のシース内にＮ熱電対素線、Ｅ熱電対素線、Ｊ熱電対素線、Ｔ熱電対素線あるいはＫ熱電対素線の芯線を、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるいは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の絶縁材を介在させて収容し、芯線と絶縁材を収容したシースを全長にわたり縮径させ、捩れを防止してシースを巻取り、シースの外径を０．１ｍｍ以下とした極細シース熱電対。
【請求項２】
シースはＮＣＦ６００で、芯線はＫ熱電対素線、絶縁材は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である請求項１記載の極細シース熱電対。
【請求項３】
請求項１記載の極細シース熱電対を、産業用、家庭用、畜産用及び医療用ロボットの温度測定箇所に温度触覚センサーとして配置して温度を測定するようにした温度測定センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−７１３４９（Ｐ２００６−７１３４９Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５２５８０（Ｐ２００４−２５２５８０）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００１４０４５４）株式会社岡崎製作所 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００１４０４５４）株式会社岡崎製作所 (34)
【Ｆターム（参考）】
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