JP2013210327A - Contact internal thermometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接触式内部温度計に関する。 The present invention relates to a contact-type internal thermometer.
様々な状況において、測定対象物の表面温度ではなく、その内部温度を迅速・正確かつ簡便(すなわち、非侵襲)に測定したいとの要求が存在している。そのような要求の代表的なものとして、人体を含む生体の体温測定が挙げられる。しかしながら、生体の内部温度(深部体温などと称されることもある)、すなわち、血流により概ね恒温に保たれていると考えられる程度の生体内部の温度を測定するのは通常困難である。測定対象が人体の場合、一般的には、舌下や脇の下など熱が外部に逃げにくい場所に温度計を保持し、温度計と人体とが熱平衡状態となってからの温度計の読みを体温として採用することが多いが、熱平衡状態が得られるまでに5分から10分程度と長時間を要し、また得られる体温は必ずしもその内部温度と一致するとは限らない。このため、かかる方式は、乳幼児やある種の傷病患者等、長時間の体温測定が困難な対象への適用が困難な場合があり、また、精密な体温管理を行うに足る精度の高い体温を得るのは難しい。 In various situations, there is a demand for measuring the internal temperature, not the surface temperature of an object to be measured, quickly, accurately, and simply (that is, non-invasively). A typical example of such a requirement is measurement of body temperature of a living body including a human body. However, it is usually difficult to measure the internal temperature of the living body (sometimes referred to as deep body temperature), that is, the temperature inside the living body that is considered to be maintained at a constant temperature by the blood flow. When the measurement target is a human body, generally hold the thermometer in a place where heat is difficult to escape to the outside, such as under the tongue or under the arm, and read the thermometer after the thermometer and human body are in thermal equilibrium. However, it takes a long time of about 5 to 10 minutes until the thermal equilibrium state is obtained, and the obtained body temperature does not always match the internal temperature. For this reason, this method may be difficult to apply to subjects that are difficult to measure body temperature for a long time, such as infants and certain injuries and patients, and a highly accurate body temperature is required to perform precise body temperature management. Hard to get.
そこで、人体の内部温度を迅速・正確に測定するための温度計として、体表面に接触する第1の温度センサと、第1の温度センサに対し断熱材を挟んで配置される第2の温度センサからなるセンサの組を用いて、各温度センサにおける温度測定結果から内部温度を求めるものが提案されている。 Therefore, as a thermometer for measuring the internal temperature of the human body quickly and accurately, a first temperature sensor that is in contact with the body surface and a second temperature that is disposed with a heat insulating material interposed between the first temperature sensor and the first temperature sensor. There has been proposed a method for obtaining an internal temperature from a temperature measurement result of each temperature sensor using a set of sensors.
例えば、特許文献1には、1組のセンサの組を用いて、非定常状態において熱伝達方程式を数学的に解くことにより、測定対象物の内部温度を予測する高速精密温度測定装置が記載されている。
For example,
また、特許文献2には、2組のセンサの組を用い、第2の温度センサ(中間センサ)と外気との間にさらに断熱材を配置し、各センサの組を通過する熱流束の値を異なるものとした体温計が開示されている。同文献記載の体温計では、定常状態における各センサの出力から測定対象物の内部温度を算出する。
Further, in
上述の特許文献1のように、1組のセンサの組を用いて非定常状態で内部温度を予測する方法では、予測される内部温度の精度を高めるためには、第1の温度センサと第2の温度センサにより検出される温度の差を大きくしなければならない。しかしながら、第1の温度センサと第2の温度センサ間の温度差を大きくするため、断熱材の断熱性能を挙げると、第2の温度センサの温度変化が小さく、思うように測定精度が向上しなかったり、測定に時間を要することとなってしまう。
In the method of predicting the internal temperature in a non-steady state using a set of sensors as in the above-mentioned
また、特許文献2のように、定常状態で内部温度を算出する方法では、算出される内部温度の精度を高めるためには、2組のセンサの組を通過する熱流束の大きさをできるだけ異なるようにしなければならない。そのための工夫としては、第1の温度センサと第2の温度センサに挟まれる断熱材の熱抵抗値を組によって異なるものとしたり、上述の特許文献2のように第2の温度センサと外気との間に材質の異なる断熱材等を設けることが考えられるが、これらの工夫はいずれも製造上の手間やコストが増大する原因となる。
Moreover, in the method of calculating the internal temperature in a steady state as in
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、接触式内部温度計において、断熱材を挟んで配置される第1の温度センサと第2の温度センサ間の温度差を簡便に大きくし、或いは熱流束の大きさを簡便に変更することである。 This invention is made | formed in view of this situation, The subject which it is going to solve is a contact-type internal thermometer, between the 1st temperature sensor arrange | positioned on both sides of a heat insulating material, and a 2nd temperature sensor. The temperature difference is simply increased or the size of the heat flux is simply changed.
なお、ここまでの記載は接触式内部温度計の代表的な例として人体の内部温度を測定する体温計について主に説明したが、本発明が対象とする接触式内部温度計はこれに限定されるものでなく、生物・無生物問わず非侵襲にてその内部温度を測定する必要があるいかなる測定対象物にも適用可能である。 In addition, although the description so far mainly demonstrated the thermometer which measures the internal temperature of a human body as a typical example of a contact-type internal thermometer, the contact-type internal thermometer which this invention makes object is limited to this. It can be applied to any measurement object that needs to measure its internal temperature non-invasively regardless of whether it is living or inanimate.
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。 The invention disclosed in the present application in order to solve the above problems has various aspects, and the outline of typical aspects of the aspects is as follows.
(1)測定対象物の内部温度を算出するため前記測定対象物の被測定面に接触させる測定面と、熱抵抗体の測定面側に測定面側温度センサが配置され、背面側に背面側温度センサが配置される温度センサ積層体と、前記測定面側温度センサ及び前記背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、を有し、前記背面側温度センサの外気に露出する面の少なくとも一面の形状が、凹凸を有する放熱構造である接触式内部温度計。 (1) In order to calculate the internal temperature of the measurement object, a measurement surface that is brought into contact with the surface to be measured of the measurement object, a measurement surface side temperature sensor is disposed on the measurement surface side of the thermal resistor, A temperature sensor stack in which a temperature sensor is disposed, and a controller that calculates an internal temperature of the measurement object based on measurement results of the measurement surface side temperature sensor and the back surface temperature sensor, and the back surface side A contact-type internal thermometer having a heat dissipation structure in which at least one of the surfaces exposed to the outside of the temperature sensor has irregularities.
(2)(1)において、前記コントローラは、前記温度センサ積層体が熱的に非定常状態である場合の前記測定面側温度センサ及び前記背面側温度センサの温度測定値の時間変化に基いて前記内部温度を算出する接触式内部温度計。 (2) In (1), the controller is based on a time change of temperature measurement values of the measurement surface side temperature sensor and the back surface temperature sensor when the temperature sensor laminate is thermally unsteady. A contact-type internal thermometer for calculating the internal temperature.
(3)(1)において、さらに第2の熱抵抗体の測定面側に第2の測定面側温度センサが配置され、背面側に第2の背面側温度センサが配置される第2の温度センサ積層体を有し、前記コントローラは、前記温度センサ積層体及び前記第2の温度センサ積層体が熱的に定常状態である場合の前記測定面側温度センサ、前記背面側温度センサ、前記第2の測定面側温度センサ及び前記第2の背面側温度センサの温度測定値に基いて前記内部温度を算出する接触式内部温度計。 (3) In (1), a second temperature at which a second measurement surface side temperature sensor is further disposed on the measurement surface side of the second thermal resistor and a second back surface temperature sensor is disposed on the back surface side. The controller includes a sensor stack, and the controller includes the measurement surface side temperature sensor, the back surface temperature sensor, the first temperature sensor when the temperature sensor stack and the second temperature sensor stack are in a thermally steady state. A contact-type internal thermometer that calculates the internal temperature based on temperature measurement values of two measurement surface side temperature sensors and the second back surface temperature sensor.
(4)(1)乃至(3)のいずれかにおいて、前記コントローラによる内部温度の算出後、少なくとも前記温度センサ積層を冷却する冷却機構を有する接触式内部温度計。 (4) The contact type internal thermometer according to any one of (1) to (3), having a cooling mechanism for cooling at least the temperature sensor stack after the internal temperature is calculated by the controller.
(5)(1)乃至(4)のいずれかの接触式内部温度計に用いられる背面側温度センサを製造するための温度センサの製造方法であって、複数枚のグリーンシートを用意する工程と、前記グリーンシートを積層して積層体を得る工程と、前記積層体の表面に前記放熱構造を設ける工程と、前記積層体を切断し個別の温度センサ本体を得る工程と、前記温度センサ本体を焼成し端子電極を設ける工程と、を有する温度センサの製造方法。 (5) A temperature sensor manufacturing method for manufacturing a back surface temperature sensor used in the contact-type internal thermometer according to any one of (1) to (4), comprising a step of preparing a plurality of green sheets A step of obtaining a laminate by laminating the green sheets, a step of providing the heat dissipation structure on the surface of the laminate, a step of obtaining an individual temperature sensor body by cutting the laminate, and the temperature sensor body. And a step of firing and providing a terminal electrode.
(6)(1)乃至(4)のいずれかの接触式内部温度計に用いられる背面側温度センサを製造するための温度センサの製造方法であって、複数枚のグリーンシートを用意する工程と、前記グリーンシートの少なくとも1枚以上に開口を設ける工程と、前記グリーンシートを積層して積層体を得る工程と、前記積層体を切断し個別の温度センサ本体を得る工程と、前記温度センサ本体を焼成し端子電極を設ける工程と、を有する温度センサの製造方法。 (6) A temperature sensor manufacturing method for manufacturing a back surface temperature sensor used in the contact-type internal thermometer according to any one of (1) to (4), comprising a step of preparing a plurality of green sheets A step of providing openings in at least one of the green sheets, a step of stacking the green sheets to obtain a laminate, a step of cutting the laminate to obtain individual temperature sensor bodies, and the temperature sensor body And a step of providing a terminal electrode by baking the temperature sensor.
上記(1)の側面によれば、接触式内部体温計において、断熱材を挟んで配置される第1の温度センサと第2の温度センサ間の温度差を簡便に大きくし、或いは熱流束の大きさを簡便に変更することができる。 According to the above aspect (1), in the contact-type internal thermometer, the temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor arranged with the heat insulating material interposed therebetween is simply increased, or the heat flux is increased. The thickness can be easily changed.
上記(2)の側面によれば、非定常状態で内部温度を算出する接触式内部体温計において、第1の温度センサと第2の温度センサ間の温度差を簡便に大きくし、算出される内部温度の精度を高めることができる。 According to the above aspect (2), in the contact-type internal thermometer that calculates the internal temperature in the unsteady state, the temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor is simply increased and the calculated internal temperature is calculated. The accuracy of temperature can be increased.
上記(3)の側面によれば、非定常状態で内部温度を算出する接触式内部体温計において、温度センサ積層体を通過する熱流速の大きさと第2の温度センサ積層体を通過する熱流速の大きさを簡便に異なるものとし、算出される内部温度の精度を高めることができる。 According to the aspect of (3) above, in the contact-type internal thermometer that calculates the internal temperature in an unsteady state, the magnitude of the heat flow rate that passes through the temperature sensor stack and the heat flow rate that passes through the second temperature sensor stack are The size can be easily changed, and the accuracy of the calculated internal temperature can be increased.
上記(4)の側面によれば、連続して測定を行う際にもそれぞれ正確に測定対象物の内部温度を測定できる。 According to the above aspect (4), it is possible to accurately measure the internal temperature of the measurement object even when performing continuous measurement.
上記(5)及び(6)の側面によれば、外気に露出する面の少なくとも一面の形状が、凹凸を有する放熱構造であるような温度センサを製造できる。 According to the side surfaces of the above (5) and (6), it is possible to manufacture a temperature sensor in which the shape of at least one of the surfaces exposed to the outside air is a heat dissipation structure having irregularities.
以下、本発明の第1の実施形態について図1乃至6を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施形態に係る接触式内部温度計100を背面側から見た外観図、図2は同実施形態に係る接触式内部温度計100を測定面側から見た外観図である。なお、本明細書にて接触式内部温度計とは、温度計であって、測定対象表面に接触させることにより内部温度を測定する温度計を意味している。また、内部温度とは、測定対象の表面温度でなく、その内部であって、実質的に恒温熱源と考えられる部位の温度を意味している。ここで、実質的に恒温熱源と考えられるとは、測定対象内部の熱容量が大きい場合や、測定対象内部に常に熱が供給される結果、接触式内部温度計による測定がその温度に実用上の影響を及ぼさないと考えられることを意味している。たとえば、測定対象が生体である場合には、血流により体幹より常に熱が供給されることとなるので、後者に該当する。
FIG. 1 is an external view of a contact type
本実施形態で示す接触式内部温度計100は、図示の通り携帯式であり、ケース1の先端に測定ヘッド2が取り付けられている。測定ヘッド2はケース1から突き出すように設けられており、その先端はおおむね平坦な測定面20となっている。そして、かかる測定面20を測定対象物の被測定面、例えば皮膚に接触させることによりその内部温度を計測する。測定面20の表面には、略円形のプローブ30が中央に配置されている。なお、プローブ30の配置は任意であり、必ずしも測定面20の中央に配置せずともよい。
A contact-type
ケース1の測定面20の反対側の面である背面10には、ランプ11、表示部12、ブザー13が設けられている。以降、本明細書では、測定面20が向く方向を測定面側、その反対方向である背面が向く方向を背面側と称する。また、ケース1は長く伸び丸みを帯びた形状をしており、使用者が手に持つグリップ14を形成している。図2に見られるように、ケース1のグリップ14の測定面側には電池蓋15が設けられ、内部に接触式内部温度計100の電源となる電池を収容するようになっている。また、ケース1の適宜の位置、ここでは図2に示した位置に吸気穴16が、測定ヘッド2の側面に排気穴21が設けられ、それぞれの内部空間が外気と連通するようになされている。ケース1と測定ヘッド2は、支持環5により接続されている。
A
なお、図1及び図2に示した接触式内部温度計100のデザインは一例である。かかるデザインは、その主たる用途や市場性等を考慮の上適宜変更して差し支えない。また、各構成部品の配置は、その機能を損なわない範囲で任意に選択してよい。
In addition, the design of the contact-type
図3は、図1のIII−III線による接触式内部温度計100の概略断面図である。ケース1は、好ましくはABS樹脂等任意の合成樹脂製の中空の成形品であり、接触式内部温度計100を構成する各種部品をその内部に一体に収容する。グリップ14内には、電池6及び回路基板17が収容されている。回路基板17上には、その上に図示しないコントローラをはじめとする各種の電子部品が実装されており、電池6からの電力供給を受けて、電力を必要とする全ての部品への電力を供給するとともにその動作を制御している。電池6は、図示のものは市販の単4型(米国ではAAAと称される)乾電池であるが、その形式は任意のものであってよく、ボタン型、角型等の形状や、1次電池・2次電池の別も任意であってよい。なお、各部品と回路基板17とを電気的に接続する配線は、図示が煩雑となるため省略している。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the contact-type
ランプ11は、好ましくは多色発光可能な発光ダイオードであり、接触式内部温度計100の状態を使用者に通知するために点灯するものである。表示部12は、本実施形態では液晶表示装置であり、接触式内部温度計100の測定結果を図1に示すような態様で使用者に通知するためのものである。もちろん、表示部12にはこのほかにも任意の情報、例えば、電池6の残量等を表示するようにしてよい。あるいは、接触式内部温度計100の状態を併せて表示するようにして、ランプ11を省略してもよい。ブザー13は、本実施形態では一般的な電子ブザーであり、ビープ音により接触式内部温度計100の状態を使用者に通知するためのものである。なお、ブザー13の形式も又任意であり、スピーカを備えるようにして、音声あるいはメロディ等による通知をするようにしてもよい。あるいは、ランプ11及び/又は表示部12による通知のみとして、ブザー13を省略してもよい。
The
また、ケース1内部には隔壁18が設けられており、ケース1内部をグリップ空間19aとヘッド空間19bとに仕切っている。隔壁18には開口が設けられており、かかる開口を塞ぐようにブロア7が取り付けられている。ブロア7の機能については後述する。
A
ケース1の先端部には、支持環5を介して測定ヘッド2が取り付けられる。支持環5は、好ましくはシリコンゴム或いはその発泡体等の弾力を有し且つ断熱性に優れた材料で形成され、測定ヘッド2のケース1に対する若干の動きを許容するとともに、測定ヘッド2からケース1への伝熱を遮断するようになっている。これは、測定面20を測定対象物に接触させる際に、測定面20が確実に測定対象物に密着するようにするためと、測定ヘッド2からケース1へと熱が流出することによる測定誤差の発生を防止するためである。しかしながら、支持環5は必須の構成でなく、測定面20と測定対象物との密着に問題がなく、また測定ヘッド2が十分に熱伝導率の低い材質であり実用上問題ない場合には、これを省略し、測定ヘッド2を直接ケース1に固定する又は両者を一体に形成するなどしてもよい。また、支持環5の形状も環状に限定されるものでなく、任意の形状のものを用いてよい。
A measuring
測定ヘッド2は、形状が安定しており、熱伝導率が低く、かつ比熱の小さい材質で形成することが好ましく、例えば、硬質発泡ウレタンや硬質発泡塩化ビニルが好適に用いられる。しかしながら、この点についても実用上の問題がなければ材質は特に限定されるものでなく、任意でよい。
The
測定ヘッド2の測定面20にはプローブ30に対応する位置に開口が設けられており、プローブ30が測定面20からわずかに突出するように取り付けられている。プローブ30は、熱伝導率の高い材質であることが好ましく、本実施形態では金属製である。なお、プローブ30の材質は耐腐食性を備えていることが好ましく、金属材料では、アルミニウムやステンレスが好適である。なお、上述の通り、測定ヘッド2自体は熱伝導率が低い材質から構成される。
An opening is provided in the
プローブ30の背面側には、温度センサ積層体31が設けられ、両者は互いに熱的に結合している。温度センサ積層体31の詳細については後述する。
A
図4は、図3における測定ヘッド2近傍の拡大断面図である。ここでは、図3の支持環5より背面側に位置する部材は図示を省略している。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the measuring
同図に詳細に示されるように、温度センサ積層体31は、測定面20側に配置され、プローブ30と接触し熱的に結合する測定面側温度センサ31aと、背面側に配置される背面側温度センサ31bと、その間に配置され、測定面側温度センサ31aと背面側温度センサ31bをその両面に実装するフレキシブルプリント基板である熱抵抗体31cを積層した構造となっている。ここで、熱抵抗体31cは測定面側温度センサ31aから背面側温度センサ31bへの熱流路を形成する熱抵抗として機能する。なお、熱抵抗体31cとしては必ずしもフレキシブルプリント基板でなくともよく、他の材質からなる適宜の断熱材を用いてよいが、測定面側温度センサ31aと背面側温度センサ31bを実装するフレキシブルプリント基板をもって熱抵抗体31cとすると構造が簡単なものとなり好ましい。
As shown in detail in the figure, the
従って、測定面20を測定対象物に接触させると、測定対象物から熱がプローブ30に伝わり、その熱は温度センサ積層体31の測定面側温度センサ31a、熱抵抗体13c、背面側温度センサ31bを順番に通過して大気に放散されることになる。
Therefore, when the
各温度センサにはどのようなものを用いてもよいが、本実施形態ではサーミスタである。それぞれの温度センサは、回路基板17(図3参照)に図示しない配線により接続されており、各温度センサにおける温度を検知できるようになっている。 Any temperature sensor may be used, but in the present embodiment, it is a thermistor. Each temperature sensor is connected to the circuit board 17 (see FIG. 3) by a wiring (not shown) so that the temperature in each temperature sensor can be detected.
ここで、背面側温度センサ31bの外気に露出する面の少なくとも一面、ここでは背面側の面の形状が、凹凸を有する放熱構造31dとなっている。ここで、放熱構造は、凹凸を有することにより、その占有面積が等しい平面に比べ表面積が大きくなっている構造を指している。そして重要な点は、かかる放熱構造31dが背面側温度センサ31b自身の形状により形成されており、別途の部品、例えばいわゆるヒートシンク等を追加するものでないという点である。かかる放熱構造31dにより、排熱側温度センサ31bから外気に放散される熱量が増加し、温度センサ積層体31を通過する熱流束の大きさが、放熱構造を有しない温度センサを背面側温度センサ31bとして用いる場合に比して増大する。その結果、簡便に測定面側温度センサ31aと背面側温度センサ31b間の温度差を簡便に大きくすることができる。
Here, at least one surface of the back surface
放熱構造31dの形状は特に限定されず、種々のものであってよい。図5A乃至5Dは背面側温度センサ31bの種々の形状を例示する斜視図である。
The shape of the
図5Aは、放熱構造31dがプレート型フィンである例である。図中符号32はサーミスタである背面側温度センサ31bの本体を形成する半導体セラミック層、符号33は端子電極である。なお、半導体セラミック層32の表面が適宜の保護層におおわれていてもよい。図5Bは、放熱構造31dが部分的なプレート型フィンである例、図5Cは放熱構造31dがピン型フィンである例、図5Dは放熱構造31dが格子型フィンである例を示している。もちろん、放熱構造31dはここで示した以外の形状としてもよい。また、放熱構造31dを設ける面は背面側温度センサ31bの背面側の面に限られず、他の面としてもよい。また、背面側温度センサ31bの全体形状も、直方体形状に限るものではない。
FIG. 5A is an example in which the
ここで、本実施形態の接触式内部温度計100による内部温度の測定原理を説明する。
Here, the measurement principle of the internal temperature by the contact-type
前掲の特許文献1に記載されているように、測定対象である内部温度をTb、測定面側温度センサ31aにおける温度をT1、背面側温度センサ31bにおける温度をT2、熱抵抗体31c内部の時間tにおける温度をT(t)とすると、次の式が近似的に成り立つ。
As described in the above-mentioned
なお、測定精度の保障のため、一旦Tbを求めた後、さらに測定を継続して新たにTbを求め、両者の差異が所定の閾値を下回った場合、すなわちTbの計算結果が収束した場合に最終的に得られた値をTbとして採用するようにしてもよい。 Since the security of measurement accuracy, once sought after T b, further obtains a new T b to continue the measurement, if the difference between them is below a predetermined threshold, i.e., T b of calculation result converged the finally obtained value may be adopted as a T b when.
図6は、本実施形態の接触式内部温度計100による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。なお、同図に示す制御は、接触式内部温度計100の回路基板17に搭載されたコントローラにより行われる。コントローラは、マイクロコントローラ等の適宜の情報処理装置であり、測定面側温度センサ31a及び背面側温度センサ31bの測定結果に基づいて測定対象物の内部温度Tbを算出する。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an internal temperature measurement algorithm by the contact-type
コントローラは、まず、測定が開始されるとステップS1にて変数nに1を代入し、時刻tnにおいてT1n、T2nをそれぞれ測定する。ここで、時刻tの添字nは、その値が大きくなるほど時間が経過していることを示す。また、温度Tについて付された添字nは、その温度Tが時刻tnにおいて得られたものであることを示す。 First, when measurement is started, the controller substitutes 1 for a variable n in step S1, and measures T 1n and T 2n at time t n , respectively. Here, the subscript n of time t indicates that the time has elapsed as the value increases. Further, the subscript n, labeled for temperature T, indicating that one whose temperature T is obtained at time t n.
続くステップS2において、nを1インクリメントする。これにより時刻がt1からt2へと進む。さらにステップS3において、再びT1n、T2nをそれぞれ測定する。このとき、先のステップS1で求めたT1、T2はそれぞれT1n−1、T2n−1となる。 In subsequent step S2, n is incremented by one. As a result, the time advances from t 1 to t 2 . In step S3, T 1n and T 2n are measured again. At this time, T 1 and T 2 obtained in the previous step S1 are T 1n-1 and T 2n-1 , respectively.
続くステップS4において既定の回数、すなわち、4回以上温度測定がおこなわれているかをnの値によって判定する。温度測定の回数が4回に達していなければ、数1よりTbを求めることができないため、ステップS2へと戻る。既定の回数以上温度測定がおこなわれている場合、ステップS5へ進み、数1よりTbnを求める。 In the subsequent step S4, it is determined by the value of n whether the temperature measurement has been performed a predetermined number of times, that is, four times or more. If the number of temperature measurement has not reached the 4 times, can not be determined from the number 1 T b, it returns to step S2. When the temperature measurement has been performed more than the predetermined number of times, the process proceeds to step S5, and T bn is obtained from equation ( 1).
続くステップS6では、Tbnが2回以上求められているか否かをnの値によって判定する。これは、次のステップS7で、Tbnの収束の有無を判定するため、Tbnを少なくとも2回求めておく必要があるためである。Tbnが2回以上求められていなければ、ステップS2へと戻る。 In the subsequent step S6, it is determined based on the value of n whether T bn is obtained twice or more. This is because it is necessary to obtain T bn at least twice in order to determine whether or not T bn has converged in the next step S7. If T bn is not obtained twice or more, the process returns to step S2.
ステップS7では、Tbn−Tbn−1の絶対値があらかじめ定められた閾値以下であるかを判定する。この判定は、時刻がtn−1からtnに変化した時のTbnの変化の大きさを調べるものであり、この変化の大きさが所定値以下であればTbnが収束しており、正しいTbが得られたと考えられる。Tbnが収束していなければステップS2に戻り、Tbnが収束していればステップS8にてTbとしてTbnを採用し、測定を終了する。 In step S7, it is determined whether the absolute value of T bn −T bn−1 is equal to or less than a predetermined threshold value. This determination is to examine the magnitude of the change in T bn when the time changes from t n-1 to t n . If the magnitude of this change is equal to or less than a predetermined value, T bn has converged. It is considered that the correct Tb was obtained. T bn returns to step S2 if it has converged, the T bn adopted as T b at step S8 if the T bn converges, the measurement is completed.
以上説明したように、本実施形態におけるコントローラは、温度センサ積層体31が熱的に非定常状態である場合の測定面側温度センサ31a及び背面側温度センサ31bの温度測定値の時間変化に基いて内部温度Tbを算出するものである。
As described above, the controller in the present embodiment is based on the time change of the temperature measurement values of the measurement surface
続いて、本実施形態に係る接触式内部温度計100を用いて内部温度を測定する手順、すなわち測温動作の手順を図1乃至4を参照しつつ説明する。
Next, a procedure for measuring the internal temperature using the contact-type
手順1:接触式内部温度計100の測定面20を測定対象物に接触させる。
Procedure 1: The
手順2:回路基板17に搭載されたコントローラにより、測温動作が開始される。なお、この測温動作の開始は、測定面側温度センサ31aにより測定される温度の上昇を検知することにより自動的に行ってもよいし、図示しない押ボタン等のスイッチを使用者が操作することにより行ってもよい。このとき、コントローラはブザー13によるビープ音により測定を開始したことを使用者に通知する。同時に、ランプ11を任意の色、例えば赤色に点灯し、使用者に測定面20を測定対象物に接触させたまま維持するよう促す。
Procedure 2: A temperature measurement operation is started by the controller mounted on the
手順3:コントローラは、図6に示したアルゴリズムに従い測定対象物の内部温度を算出し、図1に示したように表示部12に表示する。また、ブザー13によるビープ音の発生、並びに、ランプ11を先ほどの色とは異なる任意の色、例えば緑色に点灯することにより、使用者に測定が終了したことを通知する。なお、算出された内部温度は、本実施形態では表示部12に表示することにより使用者に通知することとしているが、これに限られず、接触式内部温度計100に設けたメモリに蓄積したり、接触式内部温度計100の外部の機器に有線又は無線にて出力したりしてもよい。この場合には、表示部12は必ずしも必須の構成ではない。
Procedure 3: The controller calculates the internal temperature of the measurement object according to the algorithm shown in FIG. 6, and displays it on the
なお、以上の説明では、使用者への測定開始及び測定終了の各種通知をいずれもブザー13によるビープ音及びランプ11の点灯により行ったが、これらの通知の方法はここで例示したものに限定されない。特に、ビープ音についてはこれを省略し、或いは使用者の設定によりこれを発声しないこととしてもよい。音声を用いず、ランプ11の点灯のみにより使用者に各種の通知を行うようにすると、例えば測定対象が就寝中の乳児である場合に、乳児の睡眠を妨げることなく測定が可能である等好ましい場合がある。もちろん、ランプ11の点灯をどのようにするか、例えば発光色をどのように選択するかは任意である。また、発色光によらず、ランプ11を点滅させたり、発光光の強度を変化させたり、あるいはランプ11を複数設けておき、その点灯数や位置を違えることにより使用者に各種通知を行うようにしてもよい。さらに前述したように、ランプ11でなく、表示部12により使用者に各種通知を行ってもよい。
In the above description, various notifications of measurement start and measurement end to the user are all performed by a beep sound by the
手順4:コントローラは、ブロア7を作動させ、測定部を冷却する。この動作は、温度センサ積層体31を冷却し、次の測定に備えるものである。本実施形態では非定常状態における温度測定が必要であるため、一旦何らかの測定対象の内部温度を測定し、その直後に、別の測定対象の内部温度を続けて測定する場合を考えると、最初の測定時に温度センサ積層体31が昇温されているため、別の測定対象の内部温度を測定する際に速やかに温度センサ積層体31が定常状態となってしまい、測定が行えなくなることがあり得る。このような場合に再度の測定を行うためには、温度センサ積層体31が放熱することによる自然冷却を待たなければならず、続けての測定を行い得る状態となるまでに相当の時間を要することとなる。そこで、測定の度に温度センサ積層体31を強制的に冷却することにより、続けての測定を短時間のうちに可能とするのである。
Procedure 4: The controller operates the
本実施形態では、ブロア7は図1のグリップ空間19aからヘッド空間19bへと流れる気流を発生させる。そのため、ブロア7により誘起される空気の流れは、図中矢印に示すように、吸気穴16から吸い込まれ、ブロア7を通過し、温度センサ積層体31の近傍を通過して排気穴21から排出されるものとなる。従って、本実施形態のブロア7、吸気穴16及び排気穴21は協働して温度センサ積層体31を冷却する冷却機構を構成することになる。
In the present embodiment, the
なお、冷却機構の構成はどのようなものであってもよく、ブロア7、吸気穴16及び排気穴21の配置は任意である。また、吸排気の向きを逆にしてもよい。また、ブロア7の形式は特に限定されず、一般的なファンであってもよいし、圧電素子を利用したマイクロブロアであってもよい。あるいは、連続して測定する際の測定時間に実用上の問題がなければ、この冷却機構そのものを省略しても差し支えない。
The cooling mechanism may have any configuration, and the arrangement of the
続いて、本発明の第2の実施形態について図7乃至9を参照して説明する。本実施形態に係る接触式内部温度計200は、先に示した第1の実施形態に係る接触式内部温度計100が、単一の温度センサ積層体を用い、非定常状態における内部温度の測定を行うものであったのに対し、複数(この場合は2つ)の温度センサ積層体を用いて定常状態における内部温度の測定を行うものである点が異なる。一方、この点以外の部分については、接触式内部温度計200は接触式内部温度計100と概ね同じであるため、両者が共通している部分については同符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The contact-type
図7は、本実施形態に係る接触式内部温度計200を測定面側から見た外観図である。接触式内部温度計200では、測定面20にプローブ30に加え、第2のプローブ40が設けられている。なお、第2のプローブ40の材質等はプローブ30と同等である。また、測定面20上におけるプローブ30及び第2のプローブ40の配置は任意である。
FIG. 7 is an external view of the contact-type
図8は、本実施形態に係る接触式内部温度計200の測定ヘッド近傍の拡大断面図である。同図に示されたプローブ30及び温度センサ積層体31は先の第1の実施形態におけるものと同様のものである。接触式内部温度計200では、さらに第2のプローブ40と、その背面側に第2の温度センサ積層体41が設けられ、両者は互いに熱的に結合している。第2の温度センサ積層体41は、測定面20側に配置され、第2のプローブ40と接触し熱的に結合する第2の測定面側温度センサ41aと、背面側に配置される第2の背面側温度センサ41bと、その間に配置され、第2の測定面側温度センサ41aと第2の背面側温度センサ41bをその両面に実装するフレキシブルプリント基板である第2の熱抵抗体41cを積層した構造となっている。第2の熱抵抗体41cが熱流路を形成する熱抵抗として機能する点、またその材質はフレキシブルプリント基板に限られず他の材質からなる適宜の断熱材を用いてよい点については熱抵抗体31cと同様である。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the measurement head of the contact-type
そして、第2の背面側温度センサ41bには、特段の放熱構造は設けられていない。このため、背面側温度センサ31bから放散される熱量に対し第2の背面側温度センサ41bから放散される熱量は小さく、温度センサ積層体31を通過する熱流速の大きさと第2の温度センサ積層体41を通過する熱流速の大きさは簡便に異なるものとされている。
And the 2nd back surface
なお、第2の背面側温度センサ41bに放熱構造を設けてもよいが、温度センサ積層体31を通過する熱流速の大きさと第2の温度センサ積層体41を通過する熱流速の大きさを異なるものとする必要があるため、その構造や放熱性能は背面側温度センサ31bの放熱構造31dのものとは異なるものとしなければならない。
The second back
ここで、本実施形態の接触式内部温度計200による内部温度の測定原理を、図9を用いて説明する。
Here, the measurement principle of the internal temperature by the contact-type
図9は、本実施形態に係る接触式内部温度計200の測定ヘッド2に設けられた測定部の等価熱回路を示す図である。同図を図8を参照しつつ説明すると、Tbは測定対象である内部温度、T11は測定面側温度センサ31aにおける温度、T12は背面側温度センサ31bにおける温度、T21は第2の測定面側温度センサ41aにおける温度、T22は第2の背面側温度センサ41bにおける温度である。また、熱抵抗Rbは測定対象内部からプローブ30及び第2のプローブ40を通して測定面側温度センサ31a及び第2の測定面側温度センサ41aに熱が伝わる際の熱抵抗であり、熱抵抗Rは熱抵抗体31c及び第2の熱抵抗体41cの熱抵抗である。そして、Tb>T11>T12及び、Tb>T21>T22が成立している。
FIG. 9 is a diagram illustrating an equivalent thermal circuit of a measurement unit provided in the
ここで、図に示した系が定常状態にあると仮定すると、TbよりT12へと流れる熱流束は一定であるから、次式が成立する。 Here, when the system shown in FIG. Assuming a steady state, the heat flux flowing into the T 12 than T b is it is constant, the following equation is established.
そして、本実施形態に係る接触式内部温度計200を用いた測温動作の手順は、先の接触式内部温度計100において説明した測温動作における手順3において、コントローラは、温度センサ積層体31及び第2の温度センサ積層体41が定常状態に達した後に測定対象物の内部温度を算出し、表示する点が相違している。すなわち、コントローラは、測定面側温度センサ31a、背面側温度センサ31b、第2の測定面側温度センサ41a及び第2の背面側温度センサ41bの出力を監視し、これら温度センサの温度変化があらかじめ定められた閾値以下となったことを検出すると、これら温度センサからの出力を用いて、上述の数4から内部温度を求めるのである。従って、コントローラは、温度センサ積層体31及び第2の温度センサ積層体41が熱的に定常状態である場合の測定面側温度センサ31a、背面側温度センサ31b、第2の測定面側温度センサ41a及び第2の背面側温度センサ41bの温度測定値に基いて内部温度を算出することになる。
And the procedure of the temperature measurement operation | movement using the contact type
手順4において、ブロア7を作動させ、測定部を冷却する点についても同様である。この場合の冷却の意味について説明すると、例えば、最初に比較的高温の測定対象の内部温度を測定し、その直後に、比較的低温の測定対象の内部温度を続けて測定する場合を考えると、最初の測定時に、温度センサ積層体31及び第2の温度センサ積層体41が次の測定時に必要とされる以上に高温となる場合があり得る。このとき、温度センサ積層体31及び第2の温度センサ積層体41が定常状態となるためには、これら部材の放熱による自然冷却を待たなければならず、測定に時間を要することがあり、それ故、測定の度に第1の温度センサ積層体33及び第2の温度センサ積層体34を強制的にある程度冷却するのである。なお、実用上問題なければ冷却機構を省略してもよい点についても同様である。
The same applies to the point that the
続いて、上述の第1の実施形態及び第2の実施形態において使用した背面側温度センサ31bの製造方法を説明する。
Then, the manufacturing method of the back
まず、図5Aにて示したプレート型フィンを放熱構造31dとして有する背面側温度センサ31bの製造方法を図10A乃至図10Dを参照しつつ説明する。
First, a manufacturing method of the back surface
まず、第1の工程として、複数枚のグリーンシート50を用意する(図10A)。ここでグリーンシートとは、半導体セラミック層32を構成する材料からなるセラミック粉末に誘起バインダ、可塑剤、溶剤等を混合して得られるスラリをシート状に成形し乾燥させたものである。グリーンシートの製造は公知の方法、例えば、PET(Polyethylene Terephthalate)樹脂のシート材等の支持体上に上記スラリをドクタブレード法などで薄く塗布し、乾燥後支持体から剥離することにより得て良い。また、グリーンシート上には適宜のパターンで、半導体セラミック層32の内部に配置されるべき内部電極をスクリーン印刷等の方法により印刷しておく。
First, as a first step, a plurality of
続いて、第2の工程として、グリーンシート50を積層し、圧力を加えて圧着させる(図10B)。これにより、グリーンシート50の積層体51が得られる。
Subsequently, as a second step, the
さらに、第3の工程として、積層体51の表面に放熱構造を設ける(図10C)。この例では、ダイシングソーによる切削により、積層体51の表面の適宜の位置に溝52を形成することにより放熱構造を作成している。なお、放熱構造を設けるための加工方法はダイシングソーによる切削に限定されず、このほかにも例えば、レーザによる加工等であってもよい。
Furthermore, as a third step, a heat dissipation structure is provided on the surface of the stacked body 51 (FIG. 10C). In this example, the heat dissipation structure is created by forming
第4の工程として、積層体51を切断し、個別の温度センサ本体である半導体セラミック層32を得る(図10D)。この切断は、ダイシングソーによる切断で良い。なお、図10C及び図10Dでは、1枚の積層体51から4つの半導体セラミック層32を得るものとして図示しているが、これは説明の便宜のための例として示したものであり、実際の工程では1枚の積層体51からさらに多数の半導体セラミック層32を得るようにして良い。
As a fourth step, the
第5の工程として、得られた個別の半導体セラミック層32を焼成し、その後端子電極33を設ける(図5A参照)。このとき、半導体セラミック層32の露出部に適宜の保護膜を設けてもよい。
As a fifth step, the obtained individual
次に、図5Bにて示した部分的なプレート型フィンを放熱構造31dとして有する背面側温度センサ31bの製造方法を図11A乃至図11Dを参照しつつ説明する。
Next, a manufacturing method of the back
まず、第1の工程として、複数枚のグリーンシート50を用意する(図11A)。この工程は、先の図10Aにて示したものと同じである。
First, as a first step, a plurality of
続いて、第2の工程として、グリーンシート50の少なくとも1枚以上に開口53を設ける。この開口53は、ここでは、図11Bに示すように、将来部分的に形成されるプレート型フィン間の隙間の形状となる位置に設けられる。この例では、上側3枚のグリーンシート50に開口53が設けられ、他のグリーンシート50は開口のない平面形状のままとされている。また、この開口53を形成する方法は特に限定されないが、打ち抜き等のプレス加工や、レーザによるトリミングを用いて良い。
Subsequently, as a second step, an
さらに第3の工程として、グリーンシート50を積層し、圧力を加えて圧着させる(図11C)。これにより、グリーンシート50の積層体51が得られる。この積層体51の表面には、将来部分的に形成されるプレート型フィン間の隙間の形状となる位置に凹部54が形成されたものとなる。
Further, as a third step, the
第4の工程として、積層体51を切断し、個別の温度センサ本体である半導体セラミック層32を得る(図11D)。この切断は、ダイシングソーによる切断で良い。なお、図11B乃至図11Dにおいても、1枚の積層体51から4つの半導体セラミック層32を得るものとして図示しているが、これは説明の便宜のための例として示したものであり、実際の工程では1枚の積層体51からさらに多数の半導体セラミック層32を得るようにして良い。
As a fourth step, the
第5の工程として、得られた個別の半導体セラミック層32を焼成し、その後端子電極33を設ける(図5B参照)。このとき、半導体セラミック層32の露出部に適宜の保護膜を設けてもよい。
As a fifth step, the obtained individual
図5Cに示したピン型フィンを放熱構造31dとして有する背面側温度センサ31b、図5Dに示した格子型フィンを放熱構造31dとして有する背面側温度センサ31bについても同様の方法により製造することができる。なお、ここで示した温度センサの製造方法は、凹凸を有する放熱構造31dを有する温度センサの製造方法の一例として示したものであり、他の方法を用いてもよい。
The back
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。 The specific configurations shown in the embodiments described above are shown as examples, and the invention disclosed in this specification is not limited to the configurations of these specific examples. Those skilled in the art may appropriately modify various modifications to the disclosed embodiments, for example, the shape, number, arrangement, etc. of each member or part thereof, and the technical scope of the invention disclosed in this specification is It should be understood to include such modifications.
1 ケース、2 測定ヘッド、5 支持環、6 電池、7 ブロア、10 背面、11 ランプ、12 表示部、13 ブザー、14 グリップ、15 電池蓋、16 吸気穴、17 回路基板、18 隔壁、19a グリップ空間、19b ヘッド空間、20 測定面、21 排気穴、30 プローブ、31 温度センサ積層体、31a 測定面側温度センサ、31b 背面側温度センサ、31c 熱抵抗体、31d 放熱構造、32 半導体セラミック層、33 端子電極、40 第2のプローブ、41 第2の温度センサ積層体、41a 第2の測定面側温度センサ、41b 第2の背面側温度センサ、41c 第2の熱抵抗体、50 グリーンシート、51 積層体、52 溝、53 開口、54 凹部、100,200 接触式内部温度計。 1 Case, 2 Measuring Head, 5 Support Ring, 6 Battery, 7 Blower, 10 Back, 11 Lamp, 12 Display, 13 Buzzer, 14 Grip, 15 Battery Cover, 16 Air Intake Hole, 17 Circuit Board, 18 Bulkhead, 19a Grip Space, 19b head space, 20 measurement surface, 21 exhaust hole, 30 probe, 31 temperature sensor laminate, 31a measurement surface side temperature sensor, 31b back surface temperature sensor, 31c thermal resistor, 31d heat dissipation structure, 32 semiconductor ceramic layer, 33 Terminal electrode, 40 2nd probe, 41 2nd temperature sensor laminated body, 41a 2nd measurement surface side temperature sensor, 41b 2nd back surface side temperature sensor, 41c 2nd thermal resistance body, 50 green sheet, 51 laminated body, 52 groove, 53 opening, 54 recessed part, 100,200 contact type internal thermometer.
Claims (6)
熱抵抗体の測定面側に測定面側温度センサが配置され、背面側に背面側温度センサが配置される温度センサ積層体と、
前記測定面側温度センサ及び前記背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、
を有し、
前記背面側温度センサの外気に露出する面の少なくとも一面の形状が、凹凸を有する放熱構造である接触式内部温度計。 A measurement surface that is brought into contact with the measurement target surface of the measurement object to calculate the internal temperature of the measurement object;
A temperature sensor laminate in which a measurement surface side temperature sensor is disposed on the measurement surface side of the thermal resistor, and a back surface temperature sensor is disposed on the back surface;
A controller for calculating the internal temperature of the measurement object based on the measurement results of the measurement surface side temperature sensor and the back surface temperature sensor;
Have
The contact type internal thermometer whose at least one surface of the surface exposed to the outside air of the said back side temperature sensor is a heat dissipation structure which has an unevenness | corrugation.
前記コントローラは、前記温度センサ積層体及び前記第2の温度センサ積層体が熱的に定常状態である場合の前記測定面側温度センサ、前記背面側温度センサ、前記第2の測定面側温度センサ及び前記第2の背面側温度センサの温度測定値に基いて前記内部温度を算出する請求項1記載の接触式内部温度計。 Furthermore, it has a second temperature sensor laminate in which a second measurement surface side temperature sensor is disposed on the measurement surface side of the second thermal resistor, and a second back surface temperature sensor is disposed on the back surface side,
The controller includes the measurement surface side temperature sensor, the back surface temperature sensor, and the second measurement surface side temperature sensor when the temperature sensor stacked body and the second temperature sensor stacked body are in a thermally steady state. The contact-type internal thermometer according to claim 1, wherein the internal temperature is calculated based on a temperature measurement value of the second back side temperature sensor.
複数枚のグリーンシートを用意する工程と、
前記グリーンシートを積層して積層体を得る工程と、
前記積層体の表面に前記放熱構造を設ける工程と、
前記積層体を切断し個別の温度センサ本体を得る工程と、
前記温度センサ本体を焼成し端子電極を設ける工程と、
を有する温度センサの製造方法。 A manufacturing method of a temperature sensor for manufacturing a back side temperature sensor used in the contact-type internal thermometer according to any one of claims 1 to 4,
Preparing a plurality of green sheets;
Laminating the green sheets to obtain a laminate;
Providing the heat dissipation structure on the surface of the laminate;
Cutting the laminate to obtain individual temperature sensor bodies;
Firing the temperature sensor body and providing a terminal electrode;
The manufacturing method of the temperature sensor which has this.
複数枚のグリーンシートを用意する工程と、
前記グリーンシートの少なくとも1枚以上に開口を設ける工程と、
前記グリーンシートを積層して積層体を得る工程と、
前記積層体を切断し個別の温度センサ本体を得る工程と、
前記温度センサ本体を焼成し端子電極を設ける工程と、
を有する温度センサの製造方法。 A manufacturing method of a temperature sensor for manufacturing a back side temperature sensor used in the contact-type internal thermometer according to any one of claims 1 to 4,
Preparing a plurality of green sheets;
Providing an opening in at least one of the green sheets;
Laminating the green sheets to obtain a laminate;
Cutting the laminate to obtain individual temperature sensor bodies;
Firing the temperature sensor body and providing a terminal electrode;
The manufacturing method of the temperature sensor which has this.
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