接触温熱感計測用センサ装置および接触温熱感計測装置
【課題】接触温熱感計測用センサ装置において、温度センサの温度が基準温度にまで回復する時間を短くして、測定効率を向上させることである。
【解決手段】測定対象側温度センサ１２を支持したセンサ支持部材３０において、測定側とは反対側面である内周面に制御用温度センサ１４を設ける。制御用温度センサ１４に金属製の板状部材２８を介してペルチェ素子１６を接触させる。ペルチェ素子１６に対して測定側とは反対側に、放熱フィン一体型筒状部材２０と、冷却ファン４２を駆動するファンモータ２２を設け、ペルチェ素子１６に放熱フィン一体型筒状部材２０を接触させる。センサ支持部材３０と制御用温度センサ１４とペルチェ素子１６と放熱フィン一体型筒状部材２０とファンモータ２２とを一体化させる。
【解決手段】測定対象側温度センサ１２を支持したセンサ支持部材３０において、測定側とは反対側面である内周面に制御用温度センサ１４を設ける。制御用温度センサ１４に金属製の板状部材２８を介してペルチェ素子１６を接触させる。ペルチェ素子１６に対して測定側とは反対側に、放熱フィン一体型筒状部材２０と、冷却ファン４２を駆動するファンモータ２２を設け、ペルチェ素子１６に放熱フィン一体型筒状部材２０を接触させる。センサ支持部材３０と制御用温度センサ１４とペルチェ素子１６と放熱フィン一体型筒状部材２０とファンモータ２２とを一体化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象側温度センサと制御用温度センサと熱電素子と放熱部とを備える接触温熱感計測用センサ装置および接触温熱感計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、衣服の快適性を表す指標として、非特許文献１に記載されているように人の皮膚の冷温感を評価することが考えられている。例えば、非特許文献１では、冷温感に関係する量として、布の熱吸収特性を測定し、熱吸収に伴う熱流量のピーク値をｑmaxとして定義している。このような熱流量を、布地の種類に応じて測定することにより、布地の種類に対応する冷温感が評価される。
【０００３】
また、最近は、衣服に関する冷温感だけでなく、自動車の内装材、例えば、座席のシート材、ドアの内張り、インスツルメントパネル等に関するタッチ感の１種である、温熱感を評価し、実際の製品の開発に役立てることも考えられている。なお、温熱感や冷温感は、いわゆる暖かさ感や冷たさ感と呼ばれるもので、通常人の皮膚温度相当温度を基準として測定対象の熱吸収特性、放熱特性等を指標として評価される。通常、自動車の内装材の場合、温度は、（特に、夏場等で）人の皮膚温度相当温度よりも高いことが多いため、冷温感だけでなく温熱感でも評価されることがある。
【０００４】
これに対して、従来から、布等の測定対象に対して接触させた場合の温熱感、すなわち接触温熱感を計測するために、温度センサまたは温度センサを支持した部材を測定対象に接触させ、その検出温度の温度変化量に対する時間微分等を用いて、接触温熱感の指標である熱流速のピーク値を求めることが考えられている。
【０００５】
【非特許文献１】川端季雄、「布の熱・水分移動特性測定装置の試作とその応用」、繊維機械学会誌論文集、１９８４年、第３７号、ｐ．２３−３４
【特許文献１】特開平５−１８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、自動車の内装材は人の皮膚温度よりも高くなることが多く、複数回接触温熱感を測定する場合には、接触温熱感の計測終了時に、温度センサの温度を基準温度である人の皮膚温度相当温度にまで低下させてから新たに接触温熱感の計測を行う必要がある。このため、温度センサを基準温度まで温度低下させる、すなわち基準温度に温度を回復させるまでに長い時間がかかり、複数回接触温熱感を計測する場合に不便となる可能性がある。接触温熱感を評価する場合、温度変化量に対する時間微分ｄＴ／ｄｔ、すなわち昇温速度を求めて、この昇温速度が大きいほど温熱感が高いと判定するので、初期状態の温度である基準温度に温度センサの温度を設定することは重要である。なお、本明細書全体及び特許請求の範囲において、「接触温熱感計測」とは、接触温熱感の指標である、測定対象からの熱移動に関する熱流速の最大値を、検出温度変化量の時間微分ｄＴ／ｄｔ等から求めることをいう。
【０００７】
これに対して、従来から、温度センサを有する接触温熱感計測装置により接触温熱感の計測を終える毎に、接触温熱感計測装置をペルチェ素子を有する冷却装置に接触させ、温度センサの温度を基準温度にまで早く低下させることも考えられている。ただし、このようにして接触温熱感計測装置を使用する場合には、接触温熱感計測装置と別体の冷却装置の持ち運びや、接触温熱感計測装置を冷却装置に接触させる作業が面倒で手間を要する。
【０００８】
また、非特許文献１には、布に関する冷温感を評価するために、プリント加熱体と、熱板と、温度センサとを一体に設け、温度を制御した熱源を用意し、この熱源に試料である布を接触させることにより、布の保温性等を測定することが記載されている。ただし、非特許文献１には、接触温熱感計測装置、または接触温熱感計測用センサ装置により接触温熱感を複数回計測する場合において、温度センサの温度が基準温度まで回復する時間を短くして、測定効率を向上させることは記載されていない。
【０００９】
また、特許文献１には、モジュール本体と、モジュール本体内部に配置した加熱ヒータと、モジュール本体に付設された温度センサとにより構成する環境計測部が記載されている。ただし、この環境計測部は、接触温熱感計測装置や接触温熱感計測用センサ装置ではなく、しかも、単に、加熱ヒータにより、センサ温度を変化する設定温度に等しくしているだけである。センサ温度が高くなり過ぎた場合には、センサ温度が設定温度に低下するまで放置するしかなく、長時間を要する。
【００１０】
本発明は、接触温熱感計測用センサ装置と接触温熱感計測装置において、温度センサの温度が基準温度にまで回復する時間を短くして、測定効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置は、測定対象側温度センサと、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材において、測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを、一体化して組み合わせている接触温熱感計測用センサ装置である。
【００１２】
また、好ましくは、熱電素子をペルチェ素子とする。
【００１３】
また、より好ましくは、放熱部を、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備えるものとする。
【００１４】
また、より好ましくは、熱電素子に放熱フィンを有する部材を直接または別の部材を介して接触させ、放熱フィンに対して測定側とは反対側に、ファンモータにより駆動される冷却ファンを配置し、内部に冷却風を流すための空気流路を形成する。
【００１５】
また、より好ましくは、ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられたものとし、空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されたものとし、熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定側に配置する。
【００１６】
また、より好ましくは、外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにする。
【００１７】
また、ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられたものとし、空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されたものとし、熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定対象側に配置する構成において、好ましくは、内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能とする。
【００１８】
また、本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置において、好ましくは、測定対象側温度センサは、白金抵抗体をシリコーン成形膜により被覆することにより構成する。
【００１９】
また、本発明に係る接触温熱感計測装置は、本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置を有し、制御用温度センサからの検出温度を表す信号を制御部に入力し、制御部は、制御用温度センサからの信号に対応して熱電素子に加える電圧を変化させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置および接触温熱感計測装置の場合、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材の測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを一体化して組み合わせている。このため、熱電素子に加える電圧を制御用温度センサからの検出信号に応じて制御することにより、計測終了時に測定対象側温度センサの温度が基準温度よりも上昇している場合でも、測定対象側温度センサを温度低下させるとともに、放熱部によっても測定対象側温度センサを温度低下させることができる。このため、温度センサの基準温度への温度回復の時間を短くでき、複数回接触温熱感を計測する場合でも、測定効率を向上させることができる。
なお、熱電素子に加える電圧を制御する制御部は、接触温熱感計測用センサ装置の内部に一体に設けることも、接触温熱感計測用センサ装置と別体の部分に設けることもできる。
【００２１】
また、放熱部は、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備える、の構成を備える場合には、計測終了時に、測定対象側温度センサの温度が基準温度よりも上昇している場合において、測定対象側温度センサの温度をより早期に低下させることができる。なお、より好ましくは、放熱フィンと冷却ファンとの両方を備える構成とする。
【００２２】
また、外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにする構成によれば、接触温熱感の非計測時に、測定対象側温度センサをカバー部材により外部から保護しやすくするとともに、計測時には、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材を測定対象に接触させることにより接触温熱感の計測を行いやすくできる。
【００２３】
また、内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能とする構成によれば、測定時に、測定者が外側筒状部材の外側を持ち、測定対象にセンサ支持部材を接触させた場合の接触圧の大きさを所定の大きさに維持しやすくできるとともに、その接触圧の調整を容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、本実施の形態の接触温熱感計測装置を構成する接触温熱感計測用センサ装置である、携帯型センサ装置１０の全体図を、図２は図１の右部拡大図を、図３は図２のＡ部拡大図を示している。
【００２５】
図１に示すように、携帯型センサ装置１０は、測定対象側温度センサ１２と、制御用温度センサ１４と、熱電素子であるペルチェ素子１６と、放熱部である放熱フィン１８を有する放熱フィン一体型筒状部材２０と、同じく放熱部であるファンモータ２２により駆動される冷却ファン４２とを、一体化して組み合わせている。
【００２６】
より具体的には、携帯型センサ装置１０は、ファンモータ２２と、外側筒状部材２４と、内側軸部材２６と、放熱フィン一体型筒状部材２０と、ペルチェ素子１６と、板状部材２８と、制御用温度センサ１４と、センサ支持部材３０と、測定対象側温度センサ１２とを備える。外側筒状部材２４は、外径の異なる第１の円筒部材３２と第２の円筒部材３４と第３の円筒部材３６とを、端部同士を嵌合させる、いわゆるテレスコープ状に組み合わせた状態で、第１から第３の円筒部材３２，３４，３６同士を結合することにより構成している。外側筒状部材２４の基端側（図１の左端側）に位置する第１の円筒部材３２の基端部（図１の左端部）中心部に孔部を形成しており、孔部の内側にファンモータ２２のケース３８を嵌合固定している。
【００２７】
ケース３８から外側筒状部材２４と反対側に回転軸４０の端部を突出させるとともに、突出させた回転軸４０の端部に冷却ファン４２を結合している。冷却ファン４２は、ファンモータ２２により駆動する。また、回転軸４０の回転数を可変制御可能としている。また、ケース３８の外周面の円周方向一部または複数個所に軸方向全長に亘る複数の溝部４４を有し、この溝部４４により、ケース３８の外周面と第１の円筒部材３２の内周面との間に、軸方向に通じる第１の空気流路４６を形成している。また、ケース３８の端部にファンカバー５６を嵌合固定し、ファンカバー５６により冷却ファン４２の周囲を覆っている。ファンカバー５６は有底筒状で、底板部の複数個所に軸方向に貫通する通孔５０を形成している。
【００２８】
外側筒状部材２４の中間に位置する第２の円筒部材３４と、先端側（図１，２の右側）に位置する第３の円筒部材３６との内側に、内側軸部材２６を摺動可能、すなわち軸方向の変位可能に嵌合するように設けている。内側軸部材２６は互いに一体の大径部５２と小径部５４とを備え、大径部５２外周面の円周方向一部または複数個所に、軸方向全長に亘る溝部５７を有する。そして、この溝部５７により、大径部５２外周面と第２の円筒部材３４の内周面との間に、軸方向に通じる第２の空気流路５８を形成している。
【００２９】
内側軸部材２６の先端寄り（図１，２の右端寄り）外周側である、小径部５４の周囲に、放熱フィン一体型筒状部材２０を嵌合固定している。放熱フィン一体型筒状部材２０は、図２に詳しく示すように、嵌合筒部６０と、嵌合筒部６０の先端部（図２の右端部）に設けた底板部６２と、放熱フィン１８とを一体化させている。放熱フィン１８は、嵌合筒部６０の外周面において、軸方向一端（図２の右端）から軸方向中央寄りに亘り放射状に設けている。また、放熱フィン１８の軸方向他端側（図２の左端側）の先端の外接円の直径を軸方向一端側の先端の外接円の直径よりも大きくして、軸方向他端側の先端を第３の円筒部材３６の内周面に摺動接触させている。
【００３０】
なお、放熱フィン１８を、嵌合筒部６０の軸方向一端側（図２の右端側）のみに設けて、放熱フィン１８の先端が第３の円筒部材３６の内周面に接触しないようにすることもできる。この場合、第３の円筒部材３６の内周面に接触する部分は、放熱フィン一体型筒状部材２０外周面の、円周方向一部または複数個所に軸方向の溝部を形成した円筒面とする。また、放熱フィン一体型筒状部材２０の材質は、放熱性の高いアルミ合金等の金属とする。
【００３１】
放熱フィン一体型筒状部材２０の基端側（図１，２の左端側）外周面にねじ部６４を形成するとともに、ねじ部６４に調節用ナット６６と、抜け止め用ナット６８とを螺合している。第３の円筒部材３６の基端部（図２の左端部）内周面に形成したつば部７０と、調節用ナット６６との間において、内側軸部材２６の周囲に、内径側弾力付与手段であるコイルばね７２を配置し、コイルばね７２により内側軸部材２６に、外側筒状部材２４に対し先端側（図２の右側）に変位する方向の弾力を付与している。調節用ナット６６と抜け止め用ナット６８とは接触させている。第３の円筒部材３６に形成した窓部７４を通じて、外側から調節用ナット６６と抜け止め用ナット６８とを回転させることができるようにしている。また、内側軸部材２６の先端（図２の右端）は、放熱フィン一体型筒状部材２０の底板部６２の内側面（図２の左側面）に突き当てるか、小さな隙間を介して対向させている。
【００３２】
底板部６２の外側面（図２の右側面）にペルチェ素子１６を接触させるとともに、ペルチェ素子１６を挟んで底板部６２と反対側に板状部材２８を配置している。そして、板状部材２８の複数個所に形成した通孔７６を通じて挿入した、図示を省略する複数のねじを、底板部６２の外側面に形成した複数のねじ孔７８に螺合している。そして、板状部材２８と底板部６２との間にペルチェ素子１６を狭持している。板状部材２８は、アルミ合金等の金属製で、中心部に突部８０を有する円板状とし、通孔７６は突部８０から外れた外径側に形成している。また、図３に詳しく示すように、突部８０にシリコーンゴム等のゴム、合成樹脂等により構成するセンサ支持部材３０を嵌合している。センサ支持部材３０は、有底筒状で、筒部８２の内周面と突部８０の外周面との間に制御用温度センサ１４を設けている。
【００３３】
また、センサ支持部材３０の底板部８４の厚さ方向中央部に測定対象側温度センサ１２を設けている。測定対象側温度センサ１２は、底板部８４の先端面８５から所定の厚さ（例えば０．５ｍｍ程度）奥側に入り込んだ部分に埋め込んでいる。このために、図示の例の場合には、センサ支持部材３０を薄板部材８６と本体部材８８とを結合することにより構成しており、本体部材８８の底板部の先端面中央部に形成した孔部に測定対象側温度センサ１２を埋め込むとともに、所定の厚さの薄板部材８６を結合している。薄板部材８６と本体部材８８とは同じ材料により造っている。なお、センサ支持部材３０を単一の部材により構成するとともに、製造時に底板部８４の厚さ方向中央部に測定対象側温度センサ１２を埋め込むこともできる。測定対象側温度センサ１２は、極小の白金抵抗体を薄膜のシリコーン成形膜により被覆することにより構成している。
【００３４】
本実施の形態の場合、センサ支持部材３０の底板部８４の先端面８５が測定対象に接触させる接触部となる。すなわち、制御用温度センサ１４は、センサ支持部材３０において測定側とは反対側面である内周面に設けられる。また、図示の例では、測定対象に対する接触部を、平面状としているが、図４に別例を示すようにセンサ支持部材３０の底板部８４の先端面８５ａを、部分球面状とすることもできる。このように部分球面状とした場合には、測定対象がステアリングホイールの表面等の曲面状である場合でも、測定対象側温度センサ１２の近くのセンサ支持部材３０の先端を、測定対象により精度よく接触させることができる。なお、図４に示す別例の場合には、センサ支持部材３０を単一の材料により構成している。これに対して、図３に示すように、センサ支持部材３０の先端面８５を平面状とする場合には、測定対象の温度のばらつきを緩和して安定して測定できる。
【００３５】
また、図１，２に示すように、内側軸部材２６に対する調節用ナット６６の位置を調節することにより、コイルばね７２による、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としている。
【００３６】
また、図２に詳しく示すように、第３の円筒部材３６の先端部（図２の右端部）周囲にカバー部材９４を嵌合している。カバー部材９４は、略円筒状の本体部９６に結合した抑え部材９８の端部を、第３の円筒部材３６の外周面に設けたつば部１００に突き当てている。本体部９６を構成する筒部の内周面の先端寄り（図２の右端寄り）に大径段部１０２を設けており、大径段部１０２の内側において、段差面１０４とつば部１００との間に、外径側弾力付与手段であるコイルばね１０６を設けている。このコイルばね１０６により、カバー部材９４は、第３の円筒部材３６の先端（図２の右端）から飛び出す方向の弾力が付与される。そして、カバー部材９４に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材９４がコイルばね１０６の弾力に抗して、外側筒状部材２４の基端側（図２の右端側）に変位するようにしている。また、カバー部材９４の底板部にセンサ支持部材３０の外径よりも直径が大きい通孔１０８を形成している。
【００３７】
さらに、制御部である図示しないマイクロコンピュータを、携帯型センサ装置１０と別体に設けるとともに、マイクロコンピュータに接続したケーブル１１０（図１）を携帯型センサ装置１０に接続している。ケーブル１１０の図示しない導線は、第２の円筒部材３４に形成した通孔１１２（図１）の内側を通じて、内側軸部材２６の内部、放熱フィン一体型筒状部材２０の内部を介して、ペルチェ素子１６と制御用温度センサ１４と測定対象側温度センサ１２とに接続している。そして、マイクロコンピュータに、ケーブル１１０を通じて、制御用温度センサ１４からの検出温度を表す信号と、測定対象側温度センサ１２からの検出温度を表す信号とを入力可能としている。また、マイクロコンピュータは、制御用温度センサ１４からの信号に対応してペルチェ素子１６に加える電圧を変化させるようにしている。本実施の形態の接触温熱感計測装置は、マイクロコンピュータと携帯型センサ装置１０とを備える。
【００３８】
ペルチェ素子１６の詳しい図示は省略するが、加える電圧を制御することにより、軸方向片側（図１から図３の右側）、すなわち測定対象側温度センサ１２の側の温度を低下または上昇させることができるようにしている。ペルチェ素子１６の軸方向片側の温度が低下（または上昇）する場合には、軸方向他側（図１から図３の左側）の温度は上昇（または低下）する。
【００３９】
また、外側筒状部材２４の内部に形成した第１空気流路４６と第２空気流路５８とを含む部分により、外側筒状部材２４とカバー部材９４との内側に、測定対象側（図１から図３の右側）から取り入れた空気を冷却ファン４２（図１）に向け流すための空気流路を構成している。図１に矢印イで示すように、測定側から内部に取り入れた空気は、カバー部材９４の通孔１０８、第３の円筒部材３６の内周面と板状部材２８および放熱フィン一体型筒状部材２０の外周面との間、第２の空気流路５８、第３の空気流路４６を通じて、冷却ファン４２に送られ、図１に矢印ロで示すように、ファンカバー５６の通孔５０を通じて、測定側とは反対側（図１から図３の左側）に送られる。また、マイクロコンピュータは、冷却ファン４２を駆動するファンモータ２２の駆動状態も制御するように、ケーブル１１０の図示しない導線をファンモータ２２に接続している。
【００４０】
このような本実施の形態の温熱感計測用センサ装置と温熱感計測装置の場合、センサ支持部材３０の内周面に設けられた制御用温度センサ１４と、制御用温度センサ１４に板状部材２８を介して接触させたペルチェ素子１６と、ペルチェ素子１６に直接接触させた放熱フィン一体型筒状部材２０とを一体化して組み合わせている。このため、ペルチェ素子１６に加える電圧を制御用温度センサ１４からの検出信号に応じて制御することにより、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合でも、測定対象側温度センサ１２を温度低下させるとともに、放熱フィン１８によっても測定対象側温度センサ１２を温度低下させることができる。このため、測定対象側温度センサ１２の、人の皮膚温度相当温度である基準温度への温度回復の時間を短くでき、複数回温度を計測する場合でも、測定効率を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、放熱部は、放熱フィン１８を有する放熱フィン一体型筒状部材２０と、ファンモータ２２により駆動される冷却ファン４２とを備えるため、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合において、測定対象側温度センサ１２の温度をより早期に低下させることができる。すなわち、計測終了時に測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合、測定対象側温度センサ１２側のペルチェ素子１６の片側（図１から図３の右側）の温度が低下するように電圧を制御するとともに、ファンモータ２２を駆動する。これにより、外側筒状部材２４の内側の空気流路を通じて、冷却風が流れ、ペルチェ素子１６により温度上昇した放熱フィン一体型筒状部材２０が空気との熱交換により温度低下する。この結果、ペルチェ素子１６全体の温度が低下して、板状部材２８、センサ支持部材３０を介して測定対象側温度センサ１２の温度を基準温度にまでより早期に低下させることができる。また、ペルチェ素子１６を備えることにより、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも低下している場合に、ペルチェ素子１６に加える電圧を制御することでペルチェ素子１６の片側である、測定対象側温度センサ１２側の温度を上昇させることもできる。
【００４２】
また、外側筒状部材２４の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材３０の周囲を覆う筒状のカバー部材９４と、外側筒状部材２４とカバー部材９４との間に設けたコイルばね１０６とを、備え、カバー部材９４に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材９４がコイルばね１０６の弾力に抗して、外側筒状部材２４の基端側（図１，２の左端側）に変位するようにしているので、接触温熱感の非計測時に、測定対象側温度センサ１２をカバー部材９４により外部から保護しやすくするとともに、計測時には、測定対象側温度センサ１２を支持したセンサ支持部材３０を測定対象に接触させることにより接触温熱感の計測を行いやすくできる。
【００４３】
また、内側軸部材２６の外周側に螺合した調節用ナット６６と、外側筒状部材２４と調節用ナット６６との間に設けたコイルばね７２とを、備え、内側軸部材２６に対する調節用ナット６６の位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としているので、測定時に、測定者が外側筒状部材２４の外側を持ち、測定対象にセンサ支持部材３０を接触させた場合の接触圧の大きさを所定の大きさに維持しやすくできるとともに、その接触圧の調整を容易に行える。例えば、表面粗さが異なる種々の測定対象に関して接触温熱感を計測する場合でも、接触圧を一定にして、表面粗さの違いにより接触温熱感に違いが表れるのを防止できる。また、測定者の押し付け力の違いにより、接触温熱感に違いが表れるのも防止できる。
【００４４】
なお、制御用温度センサ１４は、板状部材２８を介さず、ペルチェ素子１６に直接接触させることもできる。ただし、ペルチェ素子１６の温度は、時間に対するばらつきが生じる可能性があるため、制御用温度センサ１４を所定の熱容量を有する板状部材２８を介してペルチェ素子１６に接触させるのが、制御用温度センサ１４の検出温度を用いてペルチェ素子１６をより良好に制御する面から好ましい。また、ペルチェ素子１６にアルミ合金等の金属等の、熱伝導性の良好な材質から成る別の部材を介して放熱フィン一体型筒状部材２０を接触させることもできる。
【００４５】
図５は、本発明の温熱感計測装置を使用して、６５℃の高温環境下における測定対象である、高温物体のウレタンに関して接触温熱感の指標である熱流速を計測した実験結果を示すグラフである。実験の初期状態では、測定対象側温度センサ１２（図１から図３）の検出部の温度を人の皮膚温度相当の２９℃に設定した。なお、実際の実験は、図３のｔ1時点から開始した。図３は、時間と、測定対象側温度センサ１２の検出温度Ｔ（℃）と、この検出温度Ｔの変化量に対する時間微分ｄＴ／ｄｔから求めた熱流速、すなわち測定対象からの単位面積当たりの熱移動速度であるｑ｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝と、熱流速ｑのその時点までの最大値であるｑmax｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝との関係を示している。図３において、実線ａは測定対象側温度センサ１２の検出温度Ｔを、実線ｂは熱流速であるｑ｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝を、実線ｃは熱流速の最大値ｑmaxを表している。
【００４６】
図５から分かるように、時間ｔ2から、センサ支持部材３０の先端面８５（図２，３）が測定対象に接触している。また、熱流速の最大値ｑmaxは、およそ１．１Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）であった。この熱流速の最大値ｑmaxが温熱感の比較に用いられる指標となる。また、本実験の場合、計測終了時から測定対象側温度センサ１２の温度を基準温度である２９℃に低下させるまでの時間を、２分以内と短時間で納めることができた。このため、次の計測までの時間を、２分以内の短時間とできることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態の接触温熱感計測装置を構成する接触温熱感計測用センサ装置である、携帯型センサ装置の断面図である。
【図２】図１の右部拡大断面図である。
【図３】図２のＡ拡大断面図である。
【図４】センサ支持部材の先端形状の別例を示す、図３に対応する図である。
【図５】本発明の接触温熱感計測装置を用いて、測定対象に関する接触温熱感の指標である熱流速の最大値を計測した実験結果の１例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 携帯型センサ装置、１２ 測定対象側温度センサ、１４ 制御用温度センサ、１６ ペルチェ素子、１８ 放熱フィン、２０ 放熱フィン一体型筒状部材、２２ ファンモータ、２４ 外側筒状部材、２６ 内側軸部材、２８ 板状部材、３０ センサ支持部材、３２ 第１の円筒部材、３４ 第２の円筒部材、３６ 第３の円筒部材、３８ ケース、４０ 回転軸、４２ 冷却ファン、４４ 溝部、４６ 第１の空気流路、５０ 通孔、５２ 大径部、５４ 小径部、５６ ファンカバー、５７ 溝部、５８ 第２の空気流路、６０ 嵌合筒部、６２ 底板部、６４ ねじ部、６６ 調節用ナット、６８ 抜け止め用ナット、７０ つば部、７２ コイルばね、７４ 窓部、７６ 通孔、７８ ねじ孔、８０ 突部、８２ 筒部、８４ 底板部、８５，８５ａ 先端面、８６ 薄板部材、８８ 本体部材、９４ カバー部材、９６ 本体部、９８ 抑え部材、１００ つば部、１０２ 大径段部、１０４ 段差面、１０６ コイルばね、１０８ 通孔、１１０ ケーブル、１１２ 通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象側温度センサと制御用温度センサと熱電素子と放熱部とを備える接触温熱感計測用センサ装置および接触温熱感計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、衣服の快適性を表す指標として、非特許文献１に記載されているように人の皮膚の冷温感を評価することが考えられている。例えば、非特許文献１では、冷温感に関係する量として、布の熱吸収特性を測定し、熱吸収に伴う熱流量のピーク値をｑmaxとして定義している。このような熱流量を、布地の種類に応じて測定することにより、布地の種類に対応する冷温感が評価される。
【０００３】
また、最近は、衣服に関する冷温感だけでなく、自動車の内装材、例えば、座席のシート材、ドアの内張り、インスツルメントパネル等に関するタッチ感の１種である、温熱感を評価し、実際の製品の開発に役立てることも考えられている。なお、温熱感や冷温感は、いわゆる暖かさ感や冷たさ感と呼ばれるもので、通常人の皮膚温度相当温度を基準として測定対象の熱吸収特性、放熱特性等を指標として評価される。通常、自動車の内装材の場合、温度は、（特に、夏場等で）人の皮膚温度相当温度よりも高いことが多いため、冷温感だけでなく温熱感でも評価されることがある。
【０００４】
これに対して、従来から、布等の測定対象に対して接触させた場合の温熱感、すなわち接触温熱感を計測するために、温度センサまたは温度センサを支持した部材を測定対象に接触させ、その検出温度の温度変化量に対する時間微分等を用いて、接触温熱感の指標である熱流速のピーク値を求めることが考えられている。
【０００５】
【非特許文献１】川端季雄、「布の熱・水分移動特性測定装置の試作とその応用」、繊維機械学会誌論文集、１９８４年、第３７号、ｐ．２３−３４
【特許文献１】特開平５−１８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、自動車の内装材は人の皮膚温度よりも高くなることが多く、複数回接触温熱感を測定する場合には、接触温熱感の計測終了時に、温度センサの温度を基準温度である人の皮膚温度相当温度にまで低下させてから新たに接触温熱感の計測を行う必要がある。このため、温度センサを基準温度まで温度低下させる、すなわち基準温度に温度を回復させるまでに長い時間がかかり、複数回接触温熱感を計測する場合に不便となる可能性がある。接触温熱感を評価する場合、温度変化量に対する時間微分ｄＴ／ｄｔ、すなわち昇温速度を求めて、この昇温速度が大きいほど温熱感が高いと判定するので、初期状態の温度である基準温度に温度センサの温度を設定することは重要である。なお、本明細書全体及び特許請求の範囲において、「接触温熱感計測」とは、接触温熱感の指標である、測定対象からの熱移動に関する熱流速の最大値を、検出温度変化量の時間微分ｄＴ／ｄｔ等から求めることをいう。
【０００７】
これに対して、従来から、温度センサを有する接触温熱感計測装置により接触温熱感の計測を終える毎に、接触温熱感計測装置をペルチェ素子を有する冷却装置に接触させ、温度センサの温度を基準温度にまで早く低下させることも考えられている。ただし、このようにして接触温熱感計測装置を使用する場合には、接触温熱感計測装置と別体の冷却装置の持ち運びや、接触温熱感計測装置を冷却装置に接触させる作業が面倒で手間を要する。
【０００８】
また、非特許文献１には、布に関する冷温感を評価するために、プリント加熱体と、熱板と、温度センサとを一体に設け、温度を制御した熱源を用意し、この熱源に試料である布を接触させることにより、布の保温性等を測定することが記載されている。ただし、非特許文献１には、接触温熱感計測装置、または接触温熱感計測用センサ装置により接触温熱感を複数回計測する場合において、温度センサの温度が基準温度まで回復する時間を短くして、測定効率を向上させることは記載されていない。
【０００９】
また、特許文献１には、モジュール本体と、モジュール本体内部に配置した加熱ヒータと、モジュール本体に付設された温度センサとにより構成する環境計測部が記載されている。ただし、この環境計測部は、接触温熱感計測装置や接触温熱感計測用センサ装置ではなく、しかも、単に、加熱ヒータにより、センサ温度を変化する設定温度に等しくしているだけである。センサ温度が高くなり過ぎた場合には、センサ温度が設定温度に低下するまで放置するしかなく、長時間を要する。
【００１０】
本発明は、接触温熱感計測用センサ装置と接触温熱感計測装置において、温度センサの温度が基準温度にまで回復する時間を短くして、測定効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置は、測定対象側温度センサと、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材において、測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを、一体化して組み合わせている接触温熱感計測用センサ装置である。
【００１２】
また、好ましくは、熱電素子をペルチェ素子とする。
【００１３】
また、より好ましくは、放熱部を、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備えるものとする。
【００１４】
また、より好ましくは、熱電素子に放熱フィンを有する部材を直接または別の部材を介して接触させ、放熱フィンに対して測定側とは反対側に、ファンモータにより駆動される冷却ファンを配置し、内部に冷却風を流すための空気流路を形成する。
【００１５】
また、より好ましくは、ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられたものとし、空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されたものとし、熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定側に配置する。
【００１６】
また、より好ましくは、外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにする。
【００１７】
また、ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられたものとし、空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されたものとし、熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定対象側に配置する構成において、好ましくは、内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能とする。
【００１８】
また、本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置において、好ましくは、測定対象側温度センサは、白金抵抗体をシリコーン成形膜により被覆することにより構成する。
【００１９】
また、本発明に係る接触温熱感計測装置は、本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置を有し、制御用温度センサからの検出温度を表す信号を制御部に入力し、制御部は、制御用温度センサからの信号に対応して熱電素子に加える電圧を変化させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る接触温熱感計測用センサ装置および接触温熱感計測装置の場合、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材の測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを一体化して組み合わせている。このため、熱電素子に加える電圧を制御用温度センサからの検出信号に応じて制御することにより、計測終了時に測定対象側温度センサの温度が基準温度よりも上昇している場合でも、測定対象側温度センサを温度低下させるとともに、放熱部によっても測定対象側温度センサを温度低下させることができる。このため、温度センサの基準温度への温度回復の時間を短くでき、複数回接触温熱感を計測する場合でも、測定効率を向上させることができる。
なお、熱電素子に加える電圧を制御する制御部は、接触温熱感計測用センサ装置の内部に一体に設けることも、接触温熱感計測用センサ装置と別体の部分に設けることもできる。
【００２１】
また、放熱部は、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備える、の構成を備える場合には、計測終了時に、測定対象側温度センサの温度が基準温度よりも上昇している場合において、測定対象側温度センサの温度をより早期に低下させることができる。なお、より好ましくは、放熱フィンと冷却ファンとの両方を備える構成とする。
【００２２】
また、外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにする構成によれば、接触温熱感の非計測時に、測定対象側温度センサをカバー部材により外部から保護しやすくするとともに、計測時には、測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材を測定対象に接触させることにより接触温熱感の計測を行いやすくできる。
【００２３】
また、内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能とする構成によれば、測定時に、測定者が外側筒状部材の外側を持ち、測定対象にセンサ支持部材を接触させた場合の接触圧の大きさを所定の大きさに維持しやすくできるとともに、その接触圧の調整を容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、本実施の形態の接触温熱感計測装置を構成する接触温熱感計測用センサ装置である、携帯型センサ装置１０の全体図を、図２は図１の右部拡大図を、図３は図２のＡ部拡大図を示している。
【００２５】
図１に示すように、携帯型センサ装置１０は、測定対象側温度センサ１２と、制御用温度センサ１４と、熱電素子であるペルチェ素子１６と、放熱部である放熱フィン１８を有する放熱フィン一体型筒状部材２０と、同じく放熱部であるファンモータ２２により駆動される冷却ファン４２とを、一体化して組み合わせている。
【００２６】
より具体的には、携帯型センサ装置１０は、ファンモータ２２と、外側筒状部材２４と、内側軸部材２６と、放熱フィン一体型筒状部材２０と、ペルチェ素子１６と、板状部材２８と、制御用温度センサ１４と、センサ支持部材３０と、測定対象側温度センサ１２とを備える。外側筒状部材２４は、外径の異なる第１の円筒部材３２と第２の円筒部材３４と第３の円筒部材３６とを、端部同士を嵌合させる、いわゆるテレスコープ状に組み合わせた状態で、第１から第３の円筒部材３２，３４，３６同士を結合することにより構成している。外側筒状部材２４の基端側（図１の左端側）に位置する第１の円筒部材３２の基端部（図１の左端部）中心部に孔部を形成しており、孔部の内側にファンモータ２２のケース３８を嵌合固定している。
【００２７】
ケース３８から外側筒状部材２４と反対側に回転軸４０の端部を突出させるとともに、突出させた回転軸４０の端部に冷却ファン４２を結合している。冷却ファン４２は、ファンモータ２２により駆動する。また、回転軸４０の回転数を可変制御可能としている。また、ケース３８の外周面の円周方向一部または複数個所に軸方向全長に亘る複数の溝部４４を有し、この溝部４４により、ケース３８の外周面と第１の円筒部材３２の内周面との間に、軸方向に通じる第１の空気流路４６を形成している。また、ケース３８の端部にファンカバー５６を嵌合固定し、ファンカバー５６により冷却ファン４２の周囲を覆っている。ファンカバー５６は有底筒状で、底板部の複数個所に軸方向に貫通する通孔５０を形成している。
【００２８】
外側筒状部材２４の中間に位置する第２の円筒部材３４と、先端側（図１，２の右側）に位置する第３の円筒部材３６との内側に、内側軸部材２６を摺動可能、すなわち軸方向の変位可能に嵌合するように設けている。内側軸部材２６は互いに一体の大径部５２と小径部５４とを備え、大径部５２外周面の円周方向一部または複数個所に、軸方向全長に亘る溝部５７を有する。そして、この溝部５７により、大径部５２外周面と第２の円筒部材３４の内周面との間に、軸方向に通じる第２の空気流路５８を形成している。
【００２９】
内側軸部材２６の先端寄り（図１，２の右端寄り）外周側である、小径部５４の周囲に、放熱フィン一体型筒状部材２０を嵌合固定している。放熱フィン一体型筒状部材２０は、図２に詳しく示すように、嵌合筒部６０と、嵌合筒部６０の先端部（図２の右端部）に設けた底板部６２と、放熱フィン１８とを一体化させている。放熱フィン１８は、嵌合筒部６０の外周面において、軸方向一端（図２の右端）から軸方向中央寄りに亘り放射状に設けている。また、放熱フィン１８の軸方向他端側（図２の左端側）の先端の外接円の直径を軸方向一端側の先端の外接円の直径よりも大きくして、軸方向他端側の先端を第３の円筒部材３６の内周面に摺動接触させている。
【００３０】
なお、放熱フィン１８を、嵌合筒部６０の軸方向一端側（図２の右端側）のみに設けて、放熱フィン１８の先端が第３の円筒部材３６の内周面に接触しないようにすることもできる。この場合、第３の円筒部材３６の内周面に接触する部分は、放熱フィン一体型筒状部材２０外周面の、円周方向一部または複数個所に軸方向の溝部を形成した円筒面とする。また、放熱フィン一体型筒状部材２０の材質は、放熱性の高いアルミ合金等の金属とする。
【００３１】
放熱フィン一体型筒状部材２０の基端側（図１，２の左端側）外周面にねじ部６４を形成するとともに、ねじ部６４に調節用ナット６６と、抜け止め用ナット６８とを螺合している。第３の円筒部材３６の基端部（図２の左端部）内周面に形成したつば部７０と、調節用ナット６６との間において、内側軸部材２６の周囲に、内径側弾力付与手段であるコイルばね７２を配置し、コイルばね７２により内側軸部材２６に、外側筒状部材２４に対し先端側（図２の右側）に変位する方向の弾力を付与している。調節用ナット６６と抜け止め用ナット６８とは接触させている。第３の円筒部材３６に形成した窓部７４を通じて、外側から調節用ナット６６と抜け止め用ナット６８とを回転させることができるようにしている。また、内側軸部材２６の先端（図２の右端）は、放熱フィン一体型筒状部材２０の底板部６２の内側面（図２の左側面）に突き当てるか、小さな隙間を介して対向させている。
【００３２】
底板部６２の外側面（図２の右側面）にペルチェ素子１６を接触させるとともに、ペルチェ素子１６を挟んで底板部６２と反対側に板状部材２８を配置している。そして、板状部材２８の複数個所に形成した通孔７６を通じて挿入した、図示を省略する複数のねじを、底板部６２の外側面に形成した複数のねじ孔７８に螺合している。そして、板状部材２８と底板部６２との間にペルチェ素子１６を狭持している。板状部材２８は、アルミ合金等の金属製で、中心部に突部８０を有する円板状とし、通孔７６は突部８０から外れた外径側に形成している。また、図３に詳しく示すように、突部８０にシリコーンゴム等のゴム、合成樹脂等により構成するセンサ支持部材３０を嵌合している。センサ支持部材３０は、有底筒状で、筒部８２の内周面と突部８０の外周面との間に制御用温度センサ１４を設けている。
【００３３】
また、センサ支持部材３０の底板部８４の厚さ方向中央部に測定対象側温度センサ１２を設けている。測定対象側温度センサ１２は、底板部８４の先端面８５から所定の厚さ（例えば０．５ｍｍ程度）奥側に入り込んだ部分に埋め込んでいる。このために、図示の例の場合には、センサ支持部材３０を薄板部材８６と本体部材８８とを結合することにより構成しており、本体部材８８の底板部の先端面中央部に形成した孔部に測定対象側温度センサ１２を埋め込むとともに、所定の厚さの薄板部材８６を結合している。薄板部材８６と本体部材８８とは同じ材料により造っている。なお、センサ支持部材３０を単一の部材により構成するとともに、製造時に底板部８４の厚さ方向中央部に測定対象側温度センサ１２を埋め込むこともできる。測定対象側温度センサ１２は、極小の白金抵抗体を薄膜のシリコーン成形膜により被覆することにより構成している。
【００３４】
本実施の形態の場合、センサ支持部材３０の底板部８４の先端面８５が測定対象に接触させる接触部となる。すなわち、制御用温度センサ１４は、センサ支持部材３０において測定側とは反対側面である内周面に設けられる。また、図示の例では、測定対象に対する接触部を、平面状としているが、図４に別例を示すようにセンサ支持部材３０の底板部８４の先端面８５ａを、部分球面状とすることもできる。このように部分球面状とした場合には、測定対象がステアリングホイールの表面等の曲面状である場合でも、測定対象側温度センサ１２の近くのセンサ支持部材３０の先端を、測定対象により精度よく接触させることができる。なお、図４に示す別例の場合には、センサ支持部材３０を単一の材料により構成している。これに対して、図３に示すように、センサ支持部材３０の先端面８５を平面状とする場合には、測定対象の温度のばらつきを緩和して安定して測定できる。
【００３５】
また、図１，２に示すように、内側軸部材２６に対する調節用ナット６６の位置を調節することにより、コイルばね７２による、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としている。
【００３６】
また、図２に詳しく示すように、第３の円筒部材３６の先端部（図２の右端部）周囲にカバー部材９４を嵌合している。カバー部材９４は、略円筒状の本体部９６に結合した抑え部材９８の端部を、第３の円筒部材３６の外周面に設けたつば部１００に突き当てている。本体部９６を構成する筒部の内周面の先端寄り（図２の右端寄り）に大径段部１０２を設けており、大径段部１０２の内側において、段差面１０４とつば部１００との間に、外径側弾力付与手段であるコイルばね１０６を設けている。このコイルばね１０６により、カバー部材９４は、第３の円筒部材３６の先端（図２の右端）から飛び出す方向の弾力が付与される。そして、カバー部材９４に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材９４がコイルばね１０６の弾力に抗して、外側筒状部材２４の基端側（図２の右端側）に変位するようにしている。また、カバー部材９４の底板部にセンサ支持部材３０の外径よりも直径が大きい通孔１０８を形成している。
【００３７】
さらに、制御部である図示しないマイクロコンピュータを、携帯型センサ装置１０と別体に設けるとともに、マイクロコンピュータに接続したケーブル１１０（図１）を携帯型センサ装置１０に接続している。ケーブル１１０の図示しない導線は、第２の円筒部材３４に形成した通孔１１２（図１）の内側を通じて、内側軸部材２６の内部、放熱フィン一体型筒状部材２０の内部を介して、ペルチェ素子１６と制御用温度センサ１４と測定対象側温度センサ１２とに接続している。そして、マイクロコンピュータに、ケーブル１１０を通じて、制御用温度センサ１４からの検出温度を表す信号と、測定対象側温度センサ１２からの検出温度を表す信号とを入力可能としている。また、マイクロコンピュータは、制御用温度センサ１４からの信号に対応してペルチェ素子１６に加える電圧を変化させるようにしている。本実施の形態の接触温熱感計測装置は、マイクロコンピュータと携帯型センサ装置１０とを備える。
【００３８】
ペルチェ素子１６の詳しい図示は省略するが、加える電圧を制御することにより、軸方向片側（図１から図３の右側）、すなわち測定対象側温度センサ１２の側の温度を低下または上昇させることができるようにしている。ペルチェ素子１６の軸方向片側の温度が低下（または上昇）する場合には、軸方向他側（図１から図３の左側）の温度は上昇（または低下）する。
【００３９】
また、外側筒状部材２４の内部に形成した第１空気流路４６と第２空気流路５８とを含む部分により、外側筒状部材２４とカバー部材９４との内側に、測定対象側（図１から図３の右側）から取り入れた空気を冷却ファン４２（図１）に向け流すための空気流路を構成している。図１に矢印イで示すように、測定側から内部に取り入れた空気は、カバー部材９４の通孔１０８、第３の円筒部材３６の内周面と板状部材２８および放熱フィン一体型筒状部材２０の外周面との間、第２の空気流路５８、第３の空気流路４６を通じて、冷却ファン４２に送られ、図１に矢印ロで示すように、ファンカバー５６の通孔５０を通じて、測定側とは反対側（図１から図３の左側）に送られる。また、マイクロコンピュータは、冷却ファン４２を駆動するファンモータ２２の駆動状態も制御するように、ケーブル１１０の図示しない導線をファンモータ２２に接続している。
【００４０】
このような本実施の形態の温熱感計測用センサ装置と温熱感計測装置の場合、センサ支持部材３０の内周面に設けられた制御用温度センサ１４と、制御用温度センサ１４に板状部材２８を介して接触させたペルチェ素子１６と、ペルチェ素子１６に直接接触させた放熱フィン一体型筒状部材２０とを一体化して組み合わせている。このため、ペルチェ素子１６に加える電圧を制御用温度センサ１４からの検出信号に応じて制御することにより、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合でも、測定対象側温度センサ１２を温度低下させるとともに、放熱フィン１８によっても測定対象側温度センサ１２を温度低下させることができる。このため、測定対象側温度センサ１２の、人の皮膚温度相当温度である基準温度への温度回復の時間を短くでき、複数回温度を計測する場合でも、測定効率を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、放熱部は、放熱フィン１８を有する放熱フィン一体型筒状部材２０と、ファンモータ２２により駆動される冷却ファン４２とを備えるため、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合において、測定対象側温度センサ１２の温度をより早期に低下させることができる。すなわち、計測終了時に測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも上昇している場合、測定対象側温度センサ１２側のペルチェ素子１６の片側（図１から図３の右側）の温度が低下するように電圧を制御するとともに、ファンモータ２２を駆動する。これにより、外側筒状部材２４の内側の空気流路を通じて、冷却風が流れ、ペルチェ素子１６により温度上昇した放熱フィン一体型筒状部材２０が空気との熱交換により温度低下する。この結果、ペルチェ素子１６全体の温度が低下して、板状部材２８、センサ支持部材３０を介して測定対象側温度センサ１２の温度を基準温度にまでより早期に低下させることができる。また、ペルチェ素子１６を備えることにより、計測終了時に、測定対象側温度センサ１２の温度が基準温度よりも低下している場合に、ペルチェ素子１６に加える電圧を制御することでペルチェ素子１６の片側である、測定対象側温度センサ１２側の温度を上昇させることもできる。
【００４２】
また、外側筒状部材２４の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材３０の周囲を覆う筒状のカバー部材９４と、外側筒状部材２４とカバー部材９４との間に設けたコイルばね１０６とを、備え、カバー部材９４に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材９４がコイルばね１０６の弾力に抗して、外側筒状部材２４の基端側（図１，２の左端側）に変位するようにしているので、接触温熱感の非計測時に、測定対象側温度センサ１２をカバー部材９４により外部から保護しやすくするとともに、計測時には、測定対象側温度センサ１２を支持したセンサ支持部材３０を測定対象に接触させることにより接触温熱感の計測を行いやすくできる。
【００４３】
また、内側軸部材２６の外周側に螺合した調節用ナット６６と、外側筒状部材２４と調節用ナット６６との間に設けたコイルばね７２とを、備え、内側軸部材２６に対する調節用ナット６６の位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としているので、測定時に、測定者が外側筒状部材２４の外側を持ち、測定対象にセンサ支持部材３０を接触させた場合の接触圧の大きさを所定の大きさに維持しやすくできるとともに、その接触圧の調整を容易に行える。例えば、表面粗さが異なる種々の測定対象に関して接触温熱感を計測する場合でも、接触圧を一定にして、表面粗さの違いにより接触温熱感に違いが表れるのを防止できる。また、測定者の押し付け力の違いにより、接触温熱感に違いが表れるのも防止できる。
【００４４】
なお、制御用温度センサ１４は、板状部材２８を介さず、ペルチェ素子１６に直接接触させることもできる。ただし、ペルチェ素子１６の温度は、時間に対するばらつきが生じる可能性があるため、制御用温度センサ１４を所定の熱容量を有する板状部材２８を介してペルチェ素子１６に接触させるのが、制御用温度センサ１４の検出温度を用いてペルチェ素子１６をより良好に制御する面から好ましい。また、ペルチェ素子１６にアルミ合金等の金属等の、熱伝導性の良好な材質から成る別の部材を介して放熱フィン一体型筒状部材２０を接触させることもできる。
【００４５】
図５は、本発明の温熱感計測装置を使用して、６５℃の高温環境下における測定対象である、高温物体のウレタンに関して接触温熱感の指標である熱流速を計測した実験結果を示すグラフである。実験の初期状態では、測定対象側温度センサ１２（図１から図３）の検出部の温度を人の皮膚温度相当の２９℃に設定した。なお、実際の実験は、図３のｔ1時点から開始した。図３は、時間と、測定対象側温度センサ１２の検出温度Ｔ（℃）と、この検出温度Ｔの変化量に対する時間微分ｄＴ／ｄｔから求めた熱流速、すなわち測定対象からの単位面積当たりの熱移動速度であるｑ｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝と、熱流速ｑのその時点までの最大値であるｑmax｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝との関係を示している。図３において、実線ａは測定対象側温度センサ１２の検出温度Ｔを、実線ｂは熱流速であるｑ｛Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）｝を、実線ｃは熱流速の最大値ｑmaxを表している。
【００４６】
図５から分かるように、時間ｔ2から、センサ支持部材３０の先端面８５（図２，３）が測定対象に接触している。また、熱流速の最大値ｑmaxは、およそ１．１Ｊ／（ｃｍ2・ｓ）であった。この熱流速の最大値ｑmaxが温熱感の比較に用いられる指標となる。また、本実験の場合、計測終了時から測定対象側温度センサ１２の温度を基準温度である２９℃に低下させるまでの時間を、２分以内と短時間で納めることができた。このため、次の計測までの時間を、２分以内の短時間とできることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態の接触温熱感計測装置を構成する接触温熱感計測用センサ装置である、携帯型センサ装置の断面図である。
【図２】図１の右部拡大断面図である。
【図３】図２のＡ拡大断面図である。
【図４】センサ支持部材の先端形状の別例を示す、図３に対応する図である。
【図５】本発明の接触温熱感計測装置を用いて、測定対象に関する接触温熱感の指標である熱流速の最大値を計測した実験結果の１例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 携帯型センサ装置、１２ 測定対象側温度センサ、１４ 制御用温度センサ、１６ ペルチェ素子、１８ 放熱フィン、２０ 放熱フィン一体型筒状部材、２２ ファンモータ、２４ 外側筒状部材、２６ 内側軸部材、２８ 板状部材、３０ センサ支持部材、３２ 第１の円筒部材、３４ 第２の円筒部材、３６ 第３の円筒部材、３８ ケース、４０ 回転軸、４２ 冷却ファン、４４ 溝部、４６ 第１の空気流路、５０ 通孔、５２ 大径部、５４ 小径部、５６ ファンカバー、５７ 溝部、５８ 第２の空気流路、６０ 嵌合筒部、６２ 底板部、６４ ねじ部、６６ 調節用ナット、６８ 抜け止め用ナット、７０ つば部、７２ コイルばね、７４ 窓部、７６ 通孔、７８ ねじ孔、８０ 突部、８２ 筒部、８４ 底板部、８５，８５ａ 先端面、８６ 薄板部材、８８ 本体部材、９４ カバー部材、９６ 本体部、９８ 抑え部材、１００ つば部、１０２ 大径段部、１０４ 段差面、１０６ コイルばね、１０８ 通孔、１１０ ケーブル、１１２ 通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象側温度センサと、
測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材において、測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、
制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、
熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを、
一体化して組み合わせている接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
熱電素子はペルチェ素子であることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
放熱部は、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
熱電素子に放熱フィンを有する部材を直接または別の部材を介して接触させ、
放熱フィンに対して測定側とは反対側に、ファンモータにより駆動される冷却ファンを配置し、
内部に冷却風を流すための空気流路を形成したことを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、
外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、
放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられており、
空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されており、
熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定側に配置していることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、
外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、
カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにしていることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、
外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、
内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としていることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
測定対象側温度センサは、白金抵抗体をシリコーン成形膜により被覆することにより構成していることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１に記載の接触温熱感計測用センサ装置を有し、
制御用温度センサからの検出温度を表す信号を制御部に入力し、
制御部は、制御用温度センサからの信号に対応して熱電素子に加える電圧を変化させることを特徴とする接触温熱感計測装置。
【請求項１】
測定対象側温度センサと、
測定対象側温度センサを支持したセンサ支持部材において、測定側とは反対側面に設けられた制御用温度センサと、
制御用温度センサに直接または別の部材を介して接触させた熱電素子と、
熱電素子に直接または別の部材を介して接触させた放熱部とを、
一体化して組み合わせている接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
熱電素子はペルチェ素子であることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
放熱部は、放熱フィンを有する部材と、ファンモータにより駆動される冷却ファンとのうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
熱電素子に放熱フィンを有する部材を直接または別の部材を介して接触させ、
放熱フィンに対して測定側とは反対側に、ファンモータにより駆動される冷却ファンを配置し、
内部に冷却風を流すための空気流路を形成したことを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
ファンモータを内側に固定した外側筒状部材と、
外側筒状部材の先端寄りの内側に、外側筒状部材に対し軸方向の変位可能に設けられた内側軸部材と、を備え、
放熱フィンは、内側軸部材の先端寄り外周側に放射状に設けられており、
空気流路は、外側筒状部材の内側に形成されており、
熱電素子と制御用温度センサと測定対象側温度センサとを、放熱フィンよりも測定側に配置していることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
外側筒状部材の先端部外周側に嵌合され、センサ支持部材の周囲を覆う筒状のカバー部材と、
外側筒状部材とカバー部材との間に設けられた外径側弾力付与手段とを、備え、
カバー部材に測定対象を押し付けた場合に、カバー部材が外径側弾力付与手段の弾力に抗して、外側筒状部材の基端側に変位するようにしていることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
内側軸部材の外周側に螺合した調節用ナットと、
外側筒状部材と調節用ナットとの間に設けられた内径側弾力付与手段とを、備え、
内側軸部材に対する調節用ナットの位置を調節することにより、測定対象との接触部に作用する接触圧を調節可能としていることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の接触温熱感計測用センサ装置において、
測定対象側温度センサは、白金抵抗体をシリコーン成形膜により被覆することにより構成していることを特徴とする接触温熱感計測用センサ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１に記載の接触温熱感計測用センサ装置を有し、
制御用温度センサからの検出温度を表す信号を制御部に入力し、
制御部は、制御用温度センサからの信号に対応して熱電素子に加える電圧を変化させることを特徴とする接触温熱感計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８９３４３（Ｐ２００８−８９３４３Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６８２２０（Ｐ２００６−２６８２２０）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３９５００９１４５）カトーテック株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３９５００９１４５）カトーテック株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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