液体用温度センサ及びこの製造方法
【課題】 有底円筒状のケースを樹脂により形成しつつ、被検液の温度計測時間の短縮を図った液体用温度センサを提供する。
【解決手段】 一体成型した有底円筒状のケース１と、ケース１内の底部１ａ側に配された感温素子２と、ケース１内に充填されて少なくとも感温素子２を封止する封止樹脂３とを備え、ケース１の底部１ａ側を被検液と接触させることで感温素子２が被検液の温度を感知する液体用温度センサＡであって、ケース１が樹脂で形成されるとともに、計測時に被検液中に位置される部分が接液部１ｅとされ、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【解決手段】 一体成型した有底円筒状のケース１と、ケース１内の底部１ａ側に配された感温素子２と、ケース１内に充填されて少なくとも感温素子２を封止する封止樹脂３とを備え、ケース１の底部１ａ側を被検液と接触させることで感温素子２が被検液の温度を感知する液体用温度センサＡであって、ケース１が樹脂で形成されるとともに、計測時に被検液中に位置される部分が接液部１ｅとされ、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の温度を計測するための液体用温度センサ及びこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体（被検液）の温度を計測するための液体用温度センサには、有底円筒状の樹脂製のケースと、このケース内の底部側に配された感温素子と、ケース内に配され、感温素子と電気的に接続されたリード線と、感温素子とリード線とを封止する封止樹脂とを主な構成要素としたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この種の液体用温度センサは、ケースの、感温素子が配された底部側が被検液に接触されることで、被検液の熱がケースと封止樹脂とを通じて感温素子に伝達され、被検液の温度を計測可能とされている。また、従来、封止樹脂には、高粘度の、例えばシリコングリースなどの熱伝導グリースが用いられ、被検液の熱が感温素子に極力速く伝達されるようにしている。
【０００３】
一方、樹脂製のケースの被検液と接触する底部側に金属製キャップを取り付け、ケースと一体形成した液体用温度センサがある。この種の液体温度センサは、被検液と接触する底部側に熱伝導率の高い金属製キャップを設けることで、被検液の熱を感温素子に速く伝達させることができ、計測時間を短縮できるという利点を有している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平０７−１１３６９２号公報
【特許文献２】実公平０２−５０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被検液と感温素子との間に樹脂のみが介在される特許文献１に開示されるような液体用温度センサは、ケースの底部側に金属製キャップを取り付けた液体用温度センサと比較して、被検液の熱が感温素子に伝達されるまでの時間を多く要するため、計測に時間が掛かり、被検液の急な温度変化に追従できないので計測時間を短縮させることが強く望まれていた。
【０００５】
例えば、液体用温度センサを管と接続し、管内を流通する液体（被検液）の温度計測に供される場合では、液体の流通を阻害しないように底部側を大きく管内に挿入できない場合がある。このような場合には、必然的に被検液と接触する部分が小さくなるため、さらに被検液の急な温度変化に追従できなくなるので温度計測に多くの時間を要するという問題があった。
【０００６】
また、ケースの底部側に金属製キャップを取り付けて計測時間の短縮を可能にした特許文献２に開示されるような液体温度センサでは、金属製キャップと、樹脂製のケースや封止樹脂との接着性を確保することが難しく、金属製キャップが剥離する場合があるという問題があった。金属製キャップが剥離した場合には、被検液が剥離部分に浸入し、感温素子などと接触して漏電を生じさせる恐れがあった。また、剥離部分に空気が侵入した場合には、熱の伝導性が低下し計測時間の延長を招くという問題があった。
【０００７】
一方、封止樹脂に熱伝導グリースを使用する場合においては、熱伝導グリースの粘度が大きく、ケース内に充填した状態で気泡が包含されやすいという問題があった。封止樹脂内に混在した気泡は、樹脂と比較して熱伝導率が小さいため、計測時間の延長を招くうえに、計測温度に誤差を生じさせ、精度の低下を招くという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑み、有底円筒状のケースを樹脂により形成しつつ、被検液の温度を計測する時間の短縮を図った液体用温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の液体用温度センサは、有底筒状部分が樹脂で一体成形されたケースと、該ケース内の底部側に配された感温素子と、前記ケース内に充填されて少なくとも前記感温素子を封止する封止樹脂とを備え、前記ケースの底部側を被検液と接触させることで前記感温素子が該被検液の温度に感応する液体用温度センサであって、前記ケースが樹脂で形成されるとともに、計測時に前記被検液中に位置される部分が接液部とされ、該接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【００１１】
また、本発明の液体用温度センサは、前記封止樹脂がポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂であることが好ましい。
【００１２】
本発明の液体用温度センサの製造方法は、上記の液体用温度センサの製造方法であって、有底筒状のケースを樹脂により成型した後、前記ケース内に、温度に感応する感温素子を封止するためのポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の封止樹脂を充填し、前記ケース内に充填された前記封止樹脂の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下であるときに、前記感温素子を前記ケース内に挿入して底部側に配置しつつ固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液体用温度センサによれば、接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることによって、ケースが樹脂で形成された場合においても、ケース内の感温素子に、金属製キャップを備えた液体用温度センサと同等の速さで被検液の熱を伝達させることができる。これにより、金属製キャップを備えた液体温度センサと同等の時間で被検液の温度を計測することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液体用温度センサによれば、少なくとも感温素子を封止する封止樹脂がポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされているため、液体用温度センサの製造時に粘度の調整が容易で、従来の高粘度の熱伝導グリースと比較し、ケース内に気泡が混在しない液密な状態で封止することができる。これにより、被検液の熱を確実に感温素子に伝達させることができ、計測精度の向上を図ることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の液体用温度センサの製造方法によれば、封止樹脂が、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされ、この粘度が２Ｐａ・Ｓ以下の低粘度の状態で、感温素子が底部に配置されるため、ケース内に気泡が混在することを防止できる。これにより、被検液の熱を確実に感温素子に伝達させることができ、計測精度の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る液体用温度センサについて説明する。本実施形態は、液体（被検液）の温度を計測する液体用温度センサに関するものであり、管内を流通する液体の温度計測に供される液体用温度センサを一例として示したものである。
【００１７】
本実施形態の液体用温度センサＡは、図１から図２に示すように、有底円筒状のケース１と、ケース１の底部１ａ内に配された感温素子２と、ケース１の内部に充填された封止樹脂３と、ケース１の上端１ｂ側が接続されケース１と一体成型された略円筒状のグリップ部４とが主な構成要素とされている。ここで、ケース１およびグリップ部４は、例えばＰＣ（Poly Carbonate）やＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）などの樹脂で形成されたものである。
【００１８】
グリップ部４は、円筒状の大径部４ａと、円筒状の小径部４ｂと、大径部４ａと小径部４ｂとの間に配されて互いを連接する円筒状の接続部４ｃとから構成されている。大径部４ａと小径部４ｂとは、軸線Ｏ１に直交する方向の厚さが略同一とされ、大径部４ａがグリップ部４の後端４ｄ側に位置され、大径部４ａよりも外径が小径となるように形成された小径部４ｂが、グリップ部４の先端４ｅ側に位置されている。また、小径部４ｂの内面には、雌ネジの螺刻が施されている。一方、接続部４ｃは、大径部４ａと小径部４ｂとを連接させつつ、その内面が大径部４ａと小径部４ｂの内面よりも軸線Ｏ１側に位置されている。
【００１９】
ケース１は、その上端１ｂが接続部４ｃの小径部４ｂ側の面に、互いの内孔を連通させつつ接続されて、接続部４ｃから小径部４ｂに向かう方向に延設されている。また、ケース１は、底部１ａがグリップ部４の先端４ｅよりも延出方向に突出されている。さらに、ケース１は、上端１ｂから底部１ａに向かって漸次小となるように形成され、このテーパー形状を呈する部分がシール部１ｃとされている。また、ケース１のシール部１ｃよりも底部１ａ側は、シール部１ｃよりも大きなテーパー角で絞り込まれた段差部１ｄを介し、軸線Ｏ１に平行する外周面が形成されている。また、この外周面の先端に軸線Ｏ１に直交する平面を有する底部１ａが連接されている。ここで、段差部１ｄから底部１ａまでの部分が、温度計測時に被検液と接触される接液部１ｅとされ、接液部１ｅは、段差部１ｄから底部１ａまでの内孔部分も含むものとされる。
【００２０】
また、ケース１の内孔およびこれに連通する接続部４ｃの内孔には、例えばサーミスタ、熱電対の様な白金や銅、鉄などの異なる２つの金属が露出されつつ接続されて、例えば半田などで固定された感温素子２と、感温素子２の２つの金属とそれぞれ電気的に接続された２本のリード線５と、各リード線５の感温素子２と対向する後端に取り付けられた接続端子６と、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部とを封止する封止樹脂３とが設けられている。
感温素子２は、ケース１内の底部１ａ側（接液部１ｅ）に配されている。接続端子６は、円柱棒状に形成された金属であり、リード線５と接続された一端側が封止樹脂３により固定され、他端側が大径部４ａの内孔に露出されている。このとき、接続端子６は、その軸線Ｏ２がグリップ部４の軸線Ｏ１に平行した状態で固定されている。封止樹脂３は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされ、ケース１と接続部４ｃの連通した内孔に充填されて、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部とを封止している。ここで、接液部１ｅは、感温素子２の外面からケース部１の外面までの最短距離が１．２ｍｍ以下とされ、その熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【００２１】
ついで、上記の構成からなる液体用温度センサＡの製造方法について説明する。
上記の構成からなる液体用温度センサＡは、ケース１とグリップ部４の液体用温度センサＡの樹脂製外郭部分を型成型により一体成型したのち、ケース１内に所定量の封止樹脂３を充填する。このとき、封止樹脂３は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の２液混合型の樹脂であるため、主液と硬化液の粘度を選択し、混合後の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下となるように調整される。ついで、充填した封止樹脂３の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下を示す状態で、感温素子２とリード線５と接続端子６とを、感温素子２が接液部１ｅに位置されるように挿入し、且つ接続端子６の一部が封止樹脂３内に位置するように挿入する。封止樹脂３が硬化し、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部が封止された段階で、液体用温度センサＡの製造が完了する。このように製造された液体用温度センサＡでは、封止樹脂３が低粘度であるため、ケース１内に気泡が残存されることのないものとされる。
【００２２】
ついで、上記構成からなる液体用温度センサＡを用いて管内を流通する液体の温度を計測する方法について説明する。
【００２３】
はじめに、上記の液体用温度センサＡを取り付ける管について説明する。図３に示すように、管１０には、液体（被検液）が流通する主管部１０ａに、液体の流通方向（矢印ａ方向）に軸線Ｏ３が直交する円筒状の取付部材１０ｂが設けられている。このとき、取付部材１０ｂの内孔は、主管部１０ａの内孔と連通されている。また、この取付部材１０ｂは、先端側の外周面に雄ネジが螺刻されているとともに、内壁が、液体用温度センサＡのケース１のシール部１ｃと係合するテーパー形状とされている。
【００２４】
このように形成された管１０に対して、図４に示すように、液体用温度センサＡのケース１を取付部材１０ｂの内孔に挿入するとともに、グリップ部４の小径部４ｂに形成された雌ネジを、取付部材１０ｂの先端側に形成された雄ネジに螺合させて、強固に液体用温度センサＡを取付部材１０ｂと接続する。これにより、液体用温度センサＡと管１０とが接続される。液体用温度センサＡを取付部材１０ｂに接続した段階で、ケース１のテーパー形状の外周面と、取付部材１０ｂの内面とが面接触されて密着される。また、接液部１ｅが若干量で主管部１０ａ内に突出されて挿入される。これにより、主管部１０ａを流通する液体が取付部材１０ｂとケース１との間から漏出することのないものとされる。また、主管部１０ａ内に接液部１ｅのみが若干量で挿入されるため、主管部１０ａを流通する液体の流れを阻害することがないものとされる。
【００２５】
ついで、液体用温度センサＡの大径部４ａ内に露出された２本の接続端子６に図示せぬ温度表示装置を接続して、感温素子２とリード線５と接続端子６と温度表示装置によって１つの直列回路を形成する。そして、被検液の温度計測を開始する。被検液と接触する接液部１ｅには、被検液の熱が伝達され、ケース１および封止樹脂３を通じて感温素子２にその熱が伝達される。このとき、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされているため、その熱の伝達速さが速く、金属製キャップをケースの先端に取り付けた液体用温度センサとほぼ同等の伝達速さとされる。この内容については、後述の実施例で詳細な説明を行なうこととする。
【００２６】
被検液の熱が感温素子２に伝達された段階で、感温素子２が、サーミスタの場合は温度変化により電気抵抗値が変化し、熱電対の場合は温度変化により異なる金属の接触電位が生じる。発生した電気抵抗変化と電位差は、各々相当する電流を回路内に流し、この電流値を温度表示装置が検出するとともに、電流値と温度との相関関係から温度を特定し、その温度が表示される。
【００２７】
したがって、上記の構成からなる液体用温度センサＡにおいては、管１０内を流通する液体の流れを阻害しないように挿入量を小さく保持した状態においても、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることによって、金属製キャップをケースの先端側に取り付けた液体用温度センサと同等の時間で、計測を行なうことができる。
【００２８】
また、ケース１とグリップ部４とが同一樹脂材料により一体成型されているため、金属製キャップなどを別途取り付ける液体用温度センサを比較して、容易に製造することが可能とされる。さらに、樹脂と金属との異なる材質のものを接着する必要がないため、剥離などを生じる恐れがなく、計測温度の信頼性を確保することができる。また、接液部１ｅに金属を使用せず樹脂一体成型なので被検液と感温素子２から温度表示装置までとは絶縁されており、漏電の可能性がない安全なものとされる。
【００２９】
また、上記の構成からなる液体用温度センサＡにおいては、封止樹脂３にポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の２液混合型の樹脂を使用しているため、容易に粘度の調整を行なうことができ、且つ封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下とすることで、ケース１内に気泡を混在させずに液密な状態で封止することが可能となる。これにより、感温素子２に被検液の熱を確実に伝達させることができ、計測精度を向上させることができる。
【００３０】
以上、本発明に係る液体用温度センサの実施の形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．２ｍｍ以下とされ、その熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされるものとしたが、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされる場合においては、前記最短距離が１．２ｍｍよりも大きく形成されてもよいものである。また、封止樹脂３は感温素子２とリード線５、接続端子６の固定を行なっているが、感温素子２の固定と熱伝導のみを行い、リード線５と接続端子６の固定は他の手段で行なってもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、例えばケース１の外面がテーパー状に形成されているものとしたが、軸線Ｏ１に平行する外面とされていてもよく、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていれば、ケース１の構成が異なるものとされてもよいものである。さらに、管１０内を流通する液体の温度を計測するものとして説明を行なったが、これに限定される必要はなく、本発明は、管１０内を流通する液体以外の液体の温度計測に適用されてもよいものである。
【実施例１】
【００３２】
以下に、本発明の実施例１を図５から図８を参照して具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。また、前記実施形態に示したものと同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施例は、ケース１の先端部分に金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢと、ケース１が樹脂により形成されるとともに、接液部１ｅの熱容量を１．５×１０−２Ｊ／Ｋとした液体用温度センサＣと、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした本発明の液体用温度センサＡとを用いて、管内を流通する液体の温度を計測したものである。本実施例は、それぞれの温度計測結果を比較することによって、本発明の液体用温度センサＡの優位性を明らかにしたものである。
【００３４】
はじめに、使用した各種液体用温度センサＡ、Ｂ、Ｃについて説明する。
図５から図６は、ケース１の先端側にステンレス製の金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢを示している。この液体用温度センサＢは、樹脂で一体成型されたグリップ部４およびケース１と金属製キャップ１１と感温素子２とリード線５と接続端子６と封止樹脂３とを備えている。ケース１は、円筒状に形成されており、グリップ部４の内孔に設けられた接続部４ｃから軸線Ｏ１方向に延出されている。また、ケース１の先端部分は、その肉厚が他の部分よりも薄肉となるように加工されており、底面が平面とされた皿状の金属製キャップ１１が取り付けられている。この金属製キャップ１１は、ケース１の薄肉に加工された部分に嵌合されるとともに樹脂によって固着されている。また、感温素子２が、金属製キャップ１１が形成する底部１ａ側に配されており、金属製キャップ１１のケース１内を含む部分が接液部１ｅとされている。ちなみに、ステンレス製の金属製キャップ１１の熱伝導率は、ＰＣ（Poly Carbonate）が０．１９Ｗ／ｍｋであるのに対して、１６．３３Ｗ／ｍｋであり、熱伝導性に優れたものとされている。
【００３５】
図７から図８に示す液体用温度センサＣは、図１から図２に示した本発明の液体用温度センサＡに対して、ケース１の先端側に段差部１ｄを設けず、シール部１ｃのテーパー形状を延出して接液部１ｅを形成したものである。この液体用温度センサＣは、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．５ｍｍとされており、接液部１ｅの容積が７５．１４ｍｍ３とされている。また、接液部１ｅの熱容量は、１．５×１０−２Ｊ／Ｋとされている。
【００３６】
本発明の接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした液体用温度センサＡは、前述の一実施形態に示した図１から図２と同様の構成とされている。一方で、本実施例では、この液体用温度センサＡの、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．２ｍｍとされ、接液部１ｅの容積が３４．３２ｍｍ３とされている。また、このときの接液部１ｅの熱容量は、８．０×１０−３Ｊ／Ｋとされている。
【００３７】
以下、本実施例では、金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢを温度センサＢ、ケース１が樹脂により形成されるとともに、接液部１ｅの熱容量を１．５×１０−２Ｊ／Ｋとした液体用温度センサＣを温度センサＣ、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした本発明の液体用温度センサＡを温度センサＡと表記する。
【００３８】
ついで、試験方法および評価方法について説明する。
本実施例では、冷温水槽に接続された循環回路を形成し、循環回路を構成する管に、各温度センサＡ、Ｂ、Ｃを取り付け、管内を流通する被検液の温度測定を行なっている。はじめに、第１の試験では、温度センサＢと温度センサＣとを用いて、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液の温度計測を行い、被検液値と安定時の各センサ計測値の誤差の確認を行なっている。また、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２５．０℃から１０．０℃に、３０．０℃から２０．０℃に、２３．０℃から３０．０℃に、それぞれ急に変化させた場合に対し、各温度センサＢ、Ｃの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定している。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度センサＢと温度センサＣの温度計測精度および温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。ここで、各被検液温度は、冷温水槽内の被検液の温度を校正済水銀棒状温度計で計測した温度としている。
【００３９】
また、第２の試験では、温度センサＢと、本発明の温度センサＡを用いて、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２３．０℃から３１．０℃に、２６．０℃から１０．０℃にそれぞれ急に変化させた場合に対し、各温度センサＡ、Ｂの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定している。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。
【００４０】
ついで、上記の試験方法で行なった第１の試験結果を表１および表２に示す。
【００４１】
表１および表２は、温度センサＢと温度センサＣとを用いて行なった試験結果を示しており、表１は、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液温度を計測した結果を示している。また、表２は、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２５．０℃から１０．０℃に、３０．０℃から２０．０℃に、２３．０℃から３０．０℃に、それぞれ急に変化させた場合の、温度センサＢおよび温度センサＡの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定した結果を示している。
【００４２】
この結果、表１に示すように、金属製キャップを備える温度センサＢでは、被検液温度６．０℃から４０．０℃の全範囲で、最大０．５℃の計測誤差が確認され、特に３０．０℃以上の温度に対して若干計測誤差が大きくなることが確認された。一方、樹脂製ケースを備えた温度センサＣでは、被検液温度が６．０℃から１５．０℃の低温被検液に対して、温度センサＡよりも大きな計測誤差を示すことが確認されている一方で、２０．０℃から４０．０℃の被検液温度では、計測誤差が温度センサＡと同値であることが確認された。また、温度センサＣの全範囲の最大計測誤差は温度センサＡと同じ０．５℃であり、この結果から、ケース１が樹脂で形成された場合においても、安定値の計測精度は、金属製キャップを備えたものに対してほぼ同等であることが確認された。
【００４３】
【表１】
【００４４】
一方、表２に示すように、被検液温度を２５．０℃から１０．０℃に急に変化させた場合には、温度センサＢが２０秒で計測誤差０．３℃、６０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＣでは、計測誤差０．３℃となるのに１４０秒を要することが確認された。また、被検液温度を３０．０℃から２０．０℃に急に変化させた場合においては、温度センサＢが４０秒で計測誤差０．１℃に達するのに対して、温度センサＣでは、計測誤差０．１℃となるのに１２０秒を要することが確認された。さらに、被検液温度を２３．０℃から３０．０℃に急に変化させた場合においても、温度センサＢが４０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＣでは、計測誤差０．１℃となるのに８０秒を要することが確認された。
【００４５】
【表２】
【００４６】
以上の結果から、ケース１の先端側に金属製キャップ１１を備えた温度センサＢと、ケース１が樹脂で形成されている温度センサＣとでは、安定した液体の温度を計測する精度はほぼ同等であるといえるが、急な温度変化の場合は、その計測に要する時間は、金属製キャップ１１を備えた温度センサＢに対し、ケース１が樹脂で形成されている温度センサＣが２倍以上の時間を要することが確認された。
【００４７】
ついで、第２の試験結果を表３に示す。
【００４８】
表３に示すように、被検液温度を２３．０℃から３１．０℃に急に変化させた場合には、温度センサＢが２０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＡでは、同じく２０秒で計測誤差０．０℃となることが確認された。また、被検液温度を２６．０℃から１０．０℃に急に変化させた場合においても、温度センサＢが３０秒で計測誤差０．１℃に達するのに対して、温度センサＡも同じく、３０秒で計測誤差０．１℃となることが確認された。
【００４９】
【表３】
【００５０】
以上の結果から、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とすることによって、ケース１を樹脂で形成した場合においても、金属製キャップ１１を備えた液体用温度センサＢと同等の計測精度と計測速さを得られることが実証された。
【実施例２】
【００５１】
ついで、以下に本発明の実施例２を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
本実施例は、樹脂により形成されたケース内に、図１から図２に示した本発明の液体用温度センサＡの封止樹脂３を、２液混合型のポリウレタン樹脂とした液体用温度センサと、従来使用されている熱伝導グリースとした液体用温度センサとを用い、管内を流通する液体の温度を計測したものである。本実施例は、それぞれの温度計測結果を比較することによって、本発明の封止樹脂の優位性を明らかにするものである。以下、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を使用した液体用温度センサを温度センサＤ、熱伝導グリースを使用した液体用温度センサを温度センサＥとする。
【００５３】
ここで、温度センサＤは、封止樹脂のポリウレタン樹脂をケース内に充填し、その粘度が２Ｐａ・Ｓ以下を示す状態で感温素子やリード線、接続端子を設置したものであり、温度センサＥは、熱伝導グリースとしてシリコングリースを使用し、その粘度が２×１０２Ｐａ・Ｓとされたものである。
【００５４】
ついで、本実施例での試験方法および評価方法について説明する。
実施例１と同様に、冷温水槽に接続された循環回路を形成し、循環回路を構成する管に、各温度センサＤ、Ｅを取り付け、管内を流通する被検液の温度計測を行なっている。本実施例では、温度センサＤと温度センサＥとを用いて、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液温度を計測し、被検液温度と計測値の誤差の確認を行なっている。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度センサＤと温度センサＥの温度計測精度及び温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。ここで、被検液温度は、実施例１と同様に冷温水槽内の被検液を校正済水銀棒状温度計で計測した温度としている。
【００５５】
ついで、上記の試験方法で行なった結果を表４に示す。
【００５６】
表４は、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液の温度計測を行った結果を示している。この結果、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を用いた温度センサＤでは、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の全範囲での計測誤差が−０．４℃から＋０．４℃であるのに対し、熱伝導グリースを封止樹脂として用いた温度センサＥでは、計測誤差が−１．０℃から＋１．０℃であることが確認された。
この計測誤差の相違は、ケース内に充填された各封止樹脂の、特に感温素子周辺に気泡が混在されているか否かが大きく影響している。すなわち、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下の低粘度としたポリウレタン樹脂では、ケース内に気泡が混在することなく液密な状態で充填されたのに対し、熱伝導グリースでは、粘度が大きいため、充填時に気泡の混在を許し、且つ気泡の除去が困難となることで残存され、この気泡によってケースから感温素子に伝達される熱の伝導性の悪化を招いたことに起因している。
【００５７】
【表４】
【００５８】
以上の結果から、従来使用されている熱伝導グリースに対して、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下としたポリウレタン樹脂を封止樹脂として使用することにより、液体用温度センサの計測精度の向上が図られることが実証された。
【００５９】
なお、本実施例では、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を用いた場合の優位性を実証したが、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下としたエポキシ樹脂を用いた場合においても同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体用温度センサの斜視図である。
【図２】図１に示した液体用温度センサの断面図である。
【図３】図１に示した液体用温度センサが接続可能な管の断面図である。
【図４】図３に示した管に、図１の液体用温度センサを取り付けた状態を示す断面図である。
【図５】ケースの先端側に金属製キャップを備えた従来の液体温度センサを示す斜視図である。
【図６】図５に示した液体用温度センサの断面図である。
【図７】接液部の熱容量が大きい従来の樹脂製ケースを備える液体用温度センサを示す斜視図である。
【図８】図７に示した液体用温度センサの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ケース
１ａ 底部
１ｃ シール部
１ｅ 接液部
２ 感温素子
３ 封止樹脂
４ グリップ部
５ リード線
６ 接続端子
１０ 管
１０ａ 主管部
１０ｂ 取付部材
１１ 金属製キャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の温度を計測するための液体用温度センサ及びこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体（被検液）の温度を計測するための液体用温度センサには、有底円筒状の樹脂製のケースと、このケース内の底部側に配された感温素子と、ケース内に配され、感温素子と電気的に接続されたリード線と、感温素子とリード線とを封止する封止樹脂とを主な構成要素としたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この種の液体用温度センサは、ケースの、感温素子が配された底部側が被検液に接触されることで、被検液の熱がケースと封止樹脂とを通じて感温素子に伝達され、被検液の温度を計測可能とされている。また、従来、封止樹脂には、高粘度の、例えばシリコングリースなどの熱伝導グリースが用いられ、被検液の熱が感温素子に極力速く伝達されるようにしている。
【０００３】
一方、樹脂製のケースの被検液と接触する底部側に金属製キャップを取り付け、ケースと一体形成した液体用温度センサがある。この種の液体温度センサは、被検液と接触する底部側に熱伝導率の高い金属製キャップを設けることで、被検液の熱を感温素子に速く伝達させることができ、計測時間を短縮できるという利点を有している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平０７−１１３６９２号公報
【特許文献２】実公平０２−５０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被検液と感温素子との間に樹脂のみが介在される特許文献１に開示されるような液体用温度センサは、ケースの底部側に金属製キャップを取り付けた液体用温度センサと比較して、被検液の熱が感温素子に伝達されるまでの時間を多く要するため、計測に時間が掛かり、被検液の急な温度変化に追従できないので計測時間を短縮させることが強く望まれていた。
【０００５】
例えば、液体用温度センサを管と接続し、管内を流通する液体（被検液）の温度計測に供される場合では、液体の流通を阻害しないように底部側を大きく管内に挿入できない場合がある。このような場合には、必然的に被検液と接触する部分が小さくなるため、さらに被検液の急な温度変化に追従できなくなるので温度計測に多くの時間を要するという問題があった。
【０００６】
また、ケースの底部側に金属製キャップを取り付けて計測時間の短縮を可能にした特許文献２に開示されるような液体温度センサでは、金属製キャップと、樹脂製のケースや封止樹脂との接着性を確保することが難しく、金属製キャップが剥離する場合があるという問題があった。金属製キャップが剥離した場合には、被検液が剥離部分に浸入し、感温素子などと接触して漏電を生じさせる恐れがあった。また、剥離部分に空気が侵入した場合には、熱の伝導性が低下し計測時間の延長を招くという問題があった。
【０００７】
一方、封止樹脂に熱伝導グリースを使用する場合においては、熱伝導グリースの粘度が大きく、ケース内に充填した状態で気泡が包含されやすいという問題があった。封止樹脂内に混在した気泡は、樹脂と比較して熱伝導率が小さいため、計測時間の延長を招くうえに、計測温度に誤差を生じさせ、精度の低下を招くという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑み、有底円筒状のケースを樹脂により形成しつつ、被検液の温度を計測する時間の短縮を図った液体用温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の液体用温度センサは、有底筒状部分が樹脂で一体成形されたケースと、該ケース内の底部側に配された感温素子と、前記ケース内に充填されて少なくとも前記感温素子を封止する封止樹脂とを備え、前記ケースの底部側を被検液と接触させることで前記感温素子が該被検液の温度に感応する液体用温度センサであって、前記ケースが樹脂で形成されるとともに、計測時に前記被検液中に位置される部分が接液部とされ、該接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【００１１】
また、本発明の液体用温度センサは、前記封止樹脂がポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂であることが好ましい。
【００１２】
本発明の液体用温度センサの製造方法は、上記の液体用温度センサの製造方法であって、有底筒状のケースを樹脂により成型した後、前記ケース内に、温度に感応する感温素子を封止するためのポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の封止樹脂を充填し、前記ケース内に充填された前記封止樹脂の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下であるときに、前記感温素子を前記ケース内に挿入して底部側に配置しつつ固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液体用温度センサによれば、接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることによって、ケースが樹脂で形成された場合においても、ケース内の感温素子に、金属製キャップを備えた液体用温度センサと同等の速さで被検液の熱を伝達させることができる。これにより、金属製キャップを備えた液体温度センサと同等の時間で被検液の温度を計測することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液体用温度センサによれば、少なくとも感温素子を封止する封止樹脂がポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされているため、液体用温度センサの製造時に粘度の調整が容易で、従来の高粘度の熱伝導グリースと比較し、ケース内に気泡が混在しない液密な状態で封止することができる。これにより、被検液の熱を確実に感温素子に伝達させることができ、計測精度の向上を図ることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の液体用温度センサの製造方法によれば、封止樹脂が、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされ、この粘度が２Ｐａ・Ｓ以下の低粘度の状態で、感温素子が底部に配置されるため、ケース内に気泡が混在することを防止できる。これにより、被検液の熱を確実に感温素子に伝達させることができ、計測精度の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る液体用温度センサについて説明する。本実施形態は、液体（被検液）の温度を計測する液体用温度センサに関するものであり、管内を流通する液体の温度計測に供される液体用温度センサを一例として示したものである。
【００１７】
本実施形態の液体用温度センサＡは、図１から図２に示すように、有底円筒状のケース１と、ケース１の底部１ａ内に配された感温素子２と、ケース１の内部に充填された封止樹脂３と、ケース１の上端１ｂ側が接続されケース１と一体成型された略円筒状のグリップ部４とが主な構成要素とされている。ここで、ケース１およびグリップ部４は、例えばＰＣ（Poly Carbonate）やＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）などの樹脂で形成されたものである。
【００１８】
グリップ部４は、円筒状の大径部４ａと、円筒状の小径部４ｂと、大径部４ａと小径部４ｂとの間に配されて互いを連接する円筒状の接続部４ｃとから構成されている。大径部４ａと小径部４ｂとは、軸線Ｏ１に直交する方向の厚さが略同一とされ、大径部４ａがグリップ部４の後端４ｄ側に位置され、大径部４ａよりも外径が小径となるように形成された小径部４ｂが、グリップ部４の先端４ｅ側に位置されている。また、小径部４ｂの内面には、雌ネジの螺刻が施されている。一方、接続部４ｃは、大径部４ａと小径部４ｂとを連接させつつ、その内面が大径部４ａと小径部４ｂの内面よりも軸線Ｏ１側に位置されている。
【００１９】
ケース１は、その上端１ｂが接続部４ｃの小径部４ｂ側の面に、互いの内孔を連通させつつ接続されて、接続部４ｃから小径部４ｂに向かう方向に延設されている。また、ケース１は、底部１ａがグリップ部４の先端４ｅよりも延出方向に突出されている。さらに、ケース１は、上端１ｂから底部１ａに向かって漸次小となるように形成され、このテーパー形状を呈する部分がシール部１ｃとされている。また、ケース１のシール部１ｃよりも底部１ａ側は、シール部１ｃよりも大きなテーパー角で絞り込まれた段差部１ｄを介し、軸線Ｏ１に平行する外周面が形成されている。また、この外周面の先端に軸線Ｏ１に直交する平面を有する底部１ａが連接されている。ここで、段差部１ｄから底部１ａまでの部分が、温度計測時に被検液と接触される接液部１ｅとされ、接液部１ｅは、段差部１ｄから底部１ａまでの内孔部分も含むものとされる。
【００２０】
また、ケース１の内孔およびこれに連通する接続部４ｃの内孔には、例えばサーミスタ、熱電対の様な白金や銅、鉄などの異なる２つの金属が露出されつつ接続されて、例えば半田などで固定された感温素子２と、感温素子２の２つの金属とそれぞれ電気的に接続された２本のリード線５と、各リード線５の感温素子２と対向する後端に取り付けられた接続端子６と、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部とを封止する封止樹脂３とが設けられている。
感温素子２は、ケース１内の底部１ａ側（接液部１ｅ）に配されている。接続端子６は、円柱棒状に形成された金属であり、リード線５と接続された一端側が封止樹脂３により固定され、他端側が大径部４ａの内孔に露出されている。このとき、接続端子６は、その軸線Ｏ２がグリップ部４の軸線Ｏ１に平行した状態で固定されている。封止樹脂３は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂とされ、ケース１と接続部４ｃの連通した内孔に充填されて、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部とを封止している。ここで、接液部１ｅは、感温素子２の外面からケース部１の外面までの最短距離が１．２ｍｍ以下とされ、その熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされている。
【００２１】
ついで、上記の構成からなる液体用温度センサＡの製造方法について説明する。
上記の構成からなる液体用温度センサＡは、ケース１とグリップ部４の液体用温度センサＡの樹脂製外郭部分を型成型により一体成型したのち、ケース１内に所定量の封止樹脂３を充填する。このとき、封止樹脂３は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の２液混合型の樹脂であるため、主液と硬化液の粘度を選択し、混合後の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下となるように調整される。ついで、充填した封止樹脂３の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下を示す状態で、感温素子２とリード線５と接続端子６とを、感温素子２が接液部１ｅに位置されるように挿入し、且つ接続端子６の一部が封止樹脂３内に位置するように挿入する。封止樹脂３が硬化し、感温素子２とリード線５と接続端子６の一部が封止された段階で、液体用温度センサＡの製造が完了する。このように製造された液体用温度センサＡでは、封止樹脂３が低粘度であるため、ケース１内に気泡が残存されることのないものとされる。
【００２２】
ついで、上記構成からなる液体用温度センサＡを用いて管内を流通する液体の温度を計測する方法について説明する。
【００２３】
はじめに、上記の液体用温度センサＡを取り付ける管について説明する。図３に示すように、管１０には、液体（被検液）が流通する主管部１０ａに、液体の流通方向（矢印ａ方向）に軸線Ｏ３が直交する円筒状の取付部材１０ｂが設けられている。このとき、取付部材１０ｂの内孔は、主管部１０ａの内孔と連通されている。また、この取付部材１０ｂは、先端側の外周面に雄ネジが螺刻されているとともに、内壁が、液体用温度センサＡのケース１のシール部１ｃと係合するテーパー形状とされている。
【００２４】
このように形成された管１０に対して、図４に示すように、液体用温度センサＡのケース１を取付部材１０ｂの内孔に挿入するとともに、グリップ部４の小径部４ｂに形成された雌ネジを、取付部材１０ｂの先端側に形成された雄ネジに螺合させて、強固に液体用温度センサＡを取付部材１０ｂと接続する。これにより、液体用温度センサＡと管１０とが接続される。液体用温度センサＡを取付部材１０ｂに接続した段階で、ケース１のテーパー形状の外周面と、取付部材１０ｂの内面とが面接触されて密着される。また、接液部１ｅが若干量で主管部１０ａ内に突出されて挿入される。これにより、主管部１０ａを流通する液体が取付部材１０ｂとケース１との間から漏出することのないものとされる。また、主管部１０ａ内に接液部１ｅのみが若干量で挿入されるため、主管部１０ａを流通する液体の流れを阻害することがないものとされる。
【００２５】
ついで、液体用温度センサＡの大径部４ａ内に露出された２本の接続端子６に図示せぬ温度表示装置を接続して、感温素子２とリード線５と接続端子６と温度表示装置によって１つの直列回路を形成する。そして、被検液の温度計測を開始する。被検液と接触する接液部１ｅには、被検液の熱が伝達され、ケース１および封止樹脂３を通じて感温素子２にその熱が伝達される。このとき、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされているため、その熱の伝達速さが速く、金属製キャップをケースの先端に取り付けた液体用温度センサとほぼ同等の伝達速さとされる。この内容については、後述の実施例で詳細な説明を行なうこととする。
【００２６】
被検液の熱が感温素子２に伝達された段階で、感温素子２が、サーミスタの場合は温度変化により電気抵抗値が変化し、熱電対の場合は温度変化により異なる金属の接触電位が生じる。発生した電気抵抗変化と電位差は、各々相当する電流を回路内に流し、この電流値を温度表示装置が検出するとともに、電流値と温度との相関関係から温度を特定し、その温度が表示される。
【００２７】
したがって、上記の構成からなる液体用温度センサＡにおいては、管１０内を流通する液体の流れを阻害しないように挿入量を小さく保持した状態においても、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることによって、金属製キャップをケースの先端側に取り付けた液体用温度センサと同等の時間で、計測を行なうことができる。
【００２８】
また、ケース１とグリップ部４とが同一樹脂材料により一体成型されているため、金属製キャップなどを別途取り付ける液体用温度センサを比較して、容易に製造することが可能とされる。さらに、樹脂と金属との異なる材質のものを接着する必要がないため、剥離などを生じる恐れがなく、計測温度の信頼性を確保することができる。また、接液部１ｅに金属を使用せず樹脂一体成型なので被検液と感温素子２から温度表示装置までとは絶縁されており、漏電の可能性がない安全なものとされる。
【００２９】
また、上記の構成からなる液体用温度センサＡにおいては、封止樹脂３にポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の２液混合型の樹脂を使用しているため、容易に粘度の調整を行なうことができ、且つ封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下とすることで、ケース１内に気泡を混在させずに液密な状態で封止することが可能となる。これにより、感温素子２に被検液の熱を確実に伝達させることができ、計測精度を向上させることができる。
【００３０】
以上、本発明に係る液体用温度センサの実施の形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．２ｍｍ以下とされ、その熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされるものとしたが、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされる場合においては、前記最短距離が１．２ｍｍよりも大きく形成されてもよいものである。また、封止樹脂３は感温素子２とリード線５、接続端子６の固定を行なっているが、感温素子２の固定と熱伝導のみを行い、リード線５と接続端子６の固定は他の手段で行なってもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、例えばケース１の外面がテーパー状に形成されているものとしたが、軸線Ｏ１に平行する外面とされていてもよく、接液部１ｅの熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていれば、ケース１の構成が異なるものとされてもよいものである。さらに、管１０内を流通する液体の温度を計測するものとして説明を行なったが、これに限定される必要はなく、本発明は、管１０内を流通する液体以外の液体の温度計測に適用されてもよいものである。
【実施例１】
【００３２】
以下に、本発明の実施例１を図５から図８を参照して具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。また、前記実施形態に示したものと同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施例は、ケース１の先端部分に金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢと、ケース１が樹脂により形成されるとともに、接液部１ｅの熱容量を１．５×１０−２Ｊ／Ｋとした液体用温度センサＣと、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした本発明の液体用温度センサＡとを用いて、管内を流通する液体の温度を計測したものである。本実施例は、それぞれの温度計測結果を比較することによって、本発明の液体用温度センサＡの優位性を明らかにしたものである。
【００３４】
はじめに、使用した各種液体用温度センサＡ、Ｂ、Ｃについて説明する。
図５から図６は、ケース１の先端側にステンレス製の金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢを示している。この液体用温度センサＢは、樹脂で一体成型されたグリップ部４およびケース１と金属製キャップ１１と感温素子２とリード線５と接続端子６と封止樹脂３とを備えている。ケース１は、円筒状に形成されており、グリップ部４の内孔に設けられた接続部４ｃから軸線Ｏ１方向に延出されている。また、ケース１の先端部分は、その肉厚が他の部分よりも薄肉となるように加工されており、底面が平面とされた皿状の金属製キャップ１１が取り付けられている。この金属製キャップ１１は、ケース１の薄肉に加工された部分に嵌合されるとともに樹脂によって固着されている。また、感温素子２が、金属製キャップ１１が形成する底部１ａ側に配されており、金属製キャップ１１のケース１内を含む部分が接液部１ｅとされている。ちなみに、ステンレス製の金属製キャップ１１の熱伝導率は、ＰＣ（Poly Carbonate）が０．１９Ｗ／ｍｋであるのに対して、１６．３３Ｗ／ｍｋであり、熱伝導性に優れたものとされている。
【００３５】
図７から図８に示す液体用温度センサＣは、図１から図２に示した本発明の液体用温度センサＡに対して、ケース１の先端側に段差部１ｄを設けず、シール部１ｃのテーパー形状を延出して接液部１ｅを形成したものである。この液体用温度センサＣは、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．５ｍｍとされており、接液部１ｅの容積が７５．１４ｍｍ３とされている。また、接液部１ｅの熱容量は、１．５×１０−２Ｊ／Ｋとされている。
【００３６】
本発明の接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした液体用温度センサＡは、前述の一実施形態に示した図１から図２と同様の構成とされている。一方で、本実施例では、この液体用温度センサＡの、感温素子２の外面からケース１の外面までの最短距離が１．２ｍｍとされ、接液部１ｅの容積が３４．３２ｍｍ３とされている。また、このときの接液部１ｅの熱容量は、８．０×１０−３Ｊ／Ｋとされている。
【００３７】
以下、本実施例では、金属製キャップ１１を取り付けた液体用温度センサＢを温度センサＢ、ケース１が樹脂により形成されるとともに、接液部１ｅの熱容量を１．５×１０−２Ｊ／Ｋとした液体用温度センサＣを温度センサＣ、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とした本発明の液体用温度センサＡを温度センサＡと表記する。
【００３８】
ついで、試験方法および評価方法について説明する。
本実施例では、冷温水槽に接続された循環回路を形成し、循環回路を構成する管に、各温度センサＡ、Ｂ、Ｃを取り付け、管内を流通する被検液の温度測定を行なっている。はじめに、第１の試験では、温度センサＢと温度センサＣとを用いて、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液の温度計測を行い、被検液値と安定時の各センサ計測値の誤差の確認を行なっている。また、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２５．０℃から１０．０℃に、３０．０℃から２０．０℃に、２３．０℃から３０．０℃に、それぞれ急に変化させた場合に対し、各温度センサＢ、Ｃの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定している。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度センサＢと温度センサＣの温度計測精度および温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。ここで、各被検液温度は、冷温水槽内の被検液の温度を校正済水銀棒状温度計で計測した温度としている。
【００３９】
また、第２の試験では、温度センサＢと、本発明の温度センサＡを用いて、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２３．０℃から３１．０℃に、２６．０℃から１０．０℃にそれぞれ急に変化させた場合に対し、各温度センサＡ、Ｂの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定している。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。
【００４０】
ついで、上記の試験方法で行なった第１の試験結果を表１および表２に示す。
【００４１】
表１および表２は、温度センサＢと温度センサＣとを用いて行なった試験結果を示しており、表１は、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液温度を計測した結果を示している。また、表２は、冷温水槽によって管内を流通する被検液温度を、２５．０℃から１０．０℃に、３０．０℃から２０．０℃に、２３．０℃から３０．０℃に、それぞれ急に変化させた場合の、温度センサＢおよび温度センサＡの変化した温度検出が安定するまでに要する時間を測定した結果を示している。
【００４２】
この結果、表１に示すように、金属製キャップを備える温度センサＢでは、被検液温度６．０℃から４０．０℃の全範囲で、最大０．５℃の計測誤差が確認され、特に３０．０℃以上の温度に対して若干計測誤差が大きくなることが確認された。一方、樹脂製ケースを備えた温度センサＣでは、被検液温度が６．０℃から１５．０℃の低温被検液に対して、温度センサＡよりも大きな計測誤差を示すことが確認されている一方で、２０．０℃から４０．０℃の被検液温度では、計測誤差が温度センサＡと同値であることが確認された。また、温度センサＣの全範囲の最大計測誤差は温度センサＡと同じ０．５℃であり、この結果から、ケース１が樹脂で形成された場合においても、安定値の計測精度は、金属製キャップを備えたものに対してほぼ同等であることが確認された。
【００４３】
【表１】
【００４４】
一方、表２に示すように、被検液温度を２５．０℃から１０．０℃に急に変化させた場合には、温度センサＢが２０秒で計測誤差０．３℃、６０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＣでは、計測誤差０．３℃となるのに１４０秒を要することが確認された。また、被検液温度を３０．０℃から２０．０℃に急に変化させた場合においては、温度センサＢが４０秒で計測誤差０．１℃に達するのに対して、温度センサＣでは、計測誤差０．１℃となるのに１２０秒を要することが確認された。さらに、被検液温度を２３．０℃から３０．０℃に急に変化させた場合においても、温度センサＢが４０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＣでは、計測誤差０．１℃となるのに８０秒を要することが確認された。
【００４５】
【表２】
【００４６】
以上の結果から、ケース１の先端側に金属製キャップ１１を備えた温度センサＢと、ケース１が樹脂で形成されている温度センサＣとでは、安定した液体の温度を計測する精度はほぼ同等であるといえるが、急な温度変化の場合は、その計測に要する時間は、金属製キャップ１１を備えた温度センサＢに対し、ケース１が樹脂で形成されている温度センサＣが２倍以上の時間を要することが確認された。
【００４７】
ついで、第２の試験結果を表３に示す。
【００４８】
表３に示すように、被検液温度を２３．０℃から３１．０℃に急に変化させた場合には、温度センサＢが２０秒で計測誤差０．１℃となるのに対し、温度センサＡでは、同じく２０秒で計測誤差０．０℃となることが確認された。また、被検液温度を２６．０℃から１０．０℃に急に変化させた場合においても、温度センサＢが３０秒で計測誤差０．１℃に達するのに対して、温度センサＡも同じく、３０秒で計測誤差０．１℃となることが確認された。
【００４９】
【表３】
【００５０】
以上の結果から、接液部１ｅの熱容量を８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とすることによって、ケース１を樹脂で形成した場合においても、金属製キャップ１１を備えた液体用温度センサＢと同等の計測精度と計測速さを得られることが実証された。
【実施例２】
【００５１】
ついで、以下に本発明の実施例２を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
本実施例は、樹脂により形成されたケース内に、図１から図２に示した本発明の液体用温度センサＡの封止樹脂３を、２液混合型のポリウレタン樹脂とした液体用温度センサと、従来使用されている熱伝導グリースとした液体用温度センサとを用い、管内を流通する液体の温度を計測したものである。本実施例は、それぞれの温度計測結果を比較することによって、本発明の封止樹脂の優位性を明らかにするものである。以下、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を使用した液体用温度センサを温度センサＤ、熱伝導グリースを使用した液体用温度センサを温度センサＥとする。
【００５３】
ここで、温度センサＤは、封止樹脂のポリウレタン樹脂をケース内に充填し、その粘度が２Ｐａ・Ｓ以下を示す状態で感温素子やリード線、接続端子を設置したものであり、温度センサＥは、熱伝導グリースとしてシリコングリースを使用し、その粘度が２×１０２Ｐａ・Ｓとされたものである。
【００５４】
ついで、本実施例での試験方法および評価方法について説明する。
実施例１と同様に、冷温水槽に接続された循環回路を形成し、循環回路を構成する管に、各温度センサＤ、Ｅを取り付け、管内を流通する被検液の温度計測を行なっている。本実施例では、温度センサＤと温度センサＥとを用いて、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液温度を計測し、被検液温度と計測値の誤差の確認を行なっている。そして、それぞれの測定結果を比較し、温度センサＤと温度センサＥの温度計測精度及び温度計測速さの優劣によって評価を行なっている。ここで、被検液温度は、実施例１と同様に冷温水槽内の被検液を校正済水銀棒状温度計で計測した温度としている。
【００５５】
ついで、上記の試験方法で行なった結果を表４に示す。
【００５６】
表４は、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の範囲で調整した被検液の温度計測を行った結果を示している。この結果、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を用いた温度センサＤでは、被検液温度６．０℃〜４０．０℃の全範囲での計測誤差が−０．４℃から＋０．４℃であるのに対し、熱伝導グリースを封止樹脂として用いた温度センサＥでは、計測誤差が−１．０℃から＋１．０℃であることが確認された。
この計測誤差の相違は、ケース内に充填された各封止樹脂の、特に感温素子周辺に気泡が混在されているか否かが大きく影響している。すなわち、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下の低粘度としたポリウレタン樹脂では、ケース内に気泡が混在することなく液密な状態で充填されたのに対し、熱伝導グリースでは、粘度が大きいため、充填時に気泡の混在を許し、且つ気泡の除去が困難となることで残存され、この気泡によってケースから感温素子に伝達される熱の伝導性の悪化を招いたことに起因している。
【００５７】
【表４】
【００５８】
以上の結果から、従来使用されている熱伝導グリースに対して、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下としたポリウレタン樹脂を封止樹脂として使用することにより、液体用温度センサの計測精度の向上が図られることが実証された。
【００５９】
なお、本実施例では、封止樹脂としてポリウレタン樹脂を用いた場合の優位性を実証したが、封止時の粘度を２Ｐａ・Ｓ以下としたエポキシ樹脂を用いた場合においても同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体用温度センサの斜視図である。
【図２】図１に示した液体用温度センサの断面図である。
【図３】図１に示した液体用温度センサが接続可能な管の断面図である。
【図４】図３に示した管に、図１の液体用温度センサを取り付けた状態を示す断面図である。
【図５】ケースの先端側に金属製キャップを備えた従来の液体温度センサを示す斜視図である。
【図６】図５に示した液体用温度センサの断面図である。
【図７】接液部の熱容量が大きい従来の樹脂製ケースを備える液体用温度センサを示す斜視図である。
【図８】図７に示した液体用温度センサの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ケース
１ａ 底部
１ｃ シール部
１ｅ 接液部
２ 感温素子
３ 封止樹脂
４ グリップ部
５ リード線
６ 接続端子
１０ 管
１０ａ 主管部
１０ｂ 取付部材
１１ 金属製キャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状部分が樹脂で一体成形されたケースと、該ケース内の底部側に配された感温素子と、前記ケース内に充填されて少なくとも前記感温素子を封止する封止樹脂とを備え、前記ケースの底部側を被検液と接触させることで前記感温素子が該被検液の温度に感応する液体用温度センサであって、
前記ケースが樹脂で形成されるとともに、計測時に前記被検液中に位置される部分が接液部とされ、該接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることを特徴とする液体用温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の液体用温度センサにおいて、
前記封止樹脂は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂であることを特徴とする液体用温度センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体用温度センサの製造方法であって、
有底筒状のケースを樹脂により成型した後、前記ケース内に、温度に感応する感温素子を封止するためのポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の封止樹脂を充填し、前記ケース内に充填された前記封止樹脂の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下であるときに、前記感温素子を前記ケース内に挿入して底部側に配置しつつ固定することを特徴とする液体用温度センサの製造方法。
【請求項１】
有底筒状部分が樹脂で一体成形されたケースと、該ケース内の底部側に配された感温素子と、前記ケース内に充填されて少なくとも前記感温素子を封止する封止樹脂とを備え、前記ケースの底部側を被検液と接触させることで前記感温素子が該被検液の温度に感応する液体用温度センサであって、
前記ケースが樹脂で形成されるとともに、計測時に前記被検液中に位置される部分が接液部とされ、該接液部の熱容量が８．４×１０−３Ｊ／Ｋ以下とされていることを特徴とする液体用温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の液体用温度センサにおいて、
前記封止樹脂は、ポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂であることを特徴とする液体用温度センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体用温度センサの製造方法であって、
有底筒状のケースを樹脂により成型した後、前記ケース内に、温度に感応する感温素子を封止するためのポリウレタン樹脂もしくはエポキシ樹脂の封止樹脂を充填し、前記ケース内に充填された前記封止樹脂の粘度が２Ｐａ・Ｓ以下であるときに、前記感温素子を前記ケース内に挿入して底部側に配置しつつ固定することを特徴とする液体用温度センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３３７３０６（Ｐ２００６−３３７３０６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６５２２８（Ｐ２００５−１６５２２８）
【出願日】平成１７年６月６日（２００５．６．６）
【出願人】（０００２００６７７）泉工医科工業株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月６日（２００５．６．６）
【出願人】（０００２００６７７）泉工医科工業株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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