JP2015226698A - 温度センサの製造方法、および温度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】一定の特性を有する複数の温度センサを、より効率よく、より低コストで、かつより安定的に製造する。【解決手段】先端部に感熱部３ａを有する棒状の感熱素子が用意される。感熱部３ａは、金型１０のキャビティ１１内に配置される。キャビティ１１内に樹脂材料を射出することにより、感熱部３ａを覆う保護部３ｂが成形される。【選択図】図３
Description
本発明は、被検者の呼吸気の温度変化を検出する温度センサの製造方法に関する。また本発明は、被検者の呼吸気の温度変化を検出する温度センサに関する。
この種の温度センサとして、被検者の呼吸気を通過させる通気路を有する部材に装着可能なものが知られている。例えば、非特許文献１に記載の温度センサは、複数の棒状感熱素子を備えている。棒状感熱素子の先端部には感熱部が設けられている。感熱部は、被検者の鼻孔や口に対向するように配置され、被検者の呼吸気の温度変化を検出するように構成されている。
「睡眠解析用センサ エアフローセンサ（大人用） ＴＲ−１０１Ａ」、２０１１年２月２３日作成、２０１３年６月１４日改訂の商品カタログ、日本光電工業株式会社、［平成２６年６月２日検索］、インターネット＜URL: http://www.nihonkohden.co.jp/iryo/documents/pdf/H902599A.pdf＞
上記の感熱素子の先端部は、感熱部を保護するために樹脂でコーティングされる。当該コーティングは、ディッピングと呼ばれる工程により行なわれている。具体的には、感熱素子の先端部を樹脂に浸して引き上げ、先端部に付着した樹脂を固化させている。
本発明は、一定の特性を有する複数の温度センサを、より効率よく、より低コストで、かつより安定的に製造することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる一態様は、被検者の呼吸気の温度変化を検出する温度センサの製造方法であって、
先端部に感熱部を有する棒状の感熱素子を用意する工程と、
前記感熱部を金型のキャビティ内に配置する工程と、
前記キャビティ内に樹脂材料を射出して前記感熱部を覆う保護部を成形する工程と、
前記保護部が形成された前記先端部を前記金型から離型する工程と、
を備えている。
先端部に感熱部を有する棒状の感熱素子を用意する工程と、
前記感熱部を金型のキャビティ内に配置する工程と、
前記キャビティ内に樹脂材料を射出して前記感熱部を覆う保護部を成形する工程と、
前記保護部が形成された前記先端部を前記金型から離型する工程と、
を備えている。
射出成型により保護部を成形するため、保護部の外縁は、射出成型に用いられる金型のキャビティの形状により一意的に定まる。また、射出された樹脂は、固化に至るまでキャビティ内で外部環境から隔離されている。したがって、感熱部を覆う保護部の厚さを製品間で一定に保つことが容易に実現できる。保護部の厚さを容易に管理できるため、歩留まりを向上させることができ、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
このような製造方法により得られる温度センサもまた、本発明がとりうる一態様である。すなわち、当該温度センサは、先端部に感熱部を有する棒状の感熱素子と、前記感熱部を覆い、線痕が形成された樹脂製の保護部と、を備えている。当該線痕は、キャビティを区画する一対の金型要素が形成するパーティング面の痕跡である。
前記感熱部は、熱電対を構成する一対の金属線の接合部、サーミスタ、および測温抵抗体のいずれかとされうる。前記樹脂材料は、前記感熱素子の長手方向に沿って前記キャビティ内へ射出されうる。
このような構成によれば、感熱部を包囲するように樹脂の移動抵抗を一様に抑制でき、均質な保護部を容易に形成できる。特に、熱電対を構成する一対の金属線の接合部が感熱部を形成する場合において、流動する樹脂が金属線を感熱素子の長手方向と直交する向きに変位させる現象を抑制できる。これにより、感熱素子を包囲する保護部の樹脂の厚みの方向依存性を抑制できる。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
このような製造方法により得られる温度センサもまた、本発明がとりうる一態様である。すなわち、当該温度センサにおける前記保護部の先端には、切断痕が形成されている。感熱素子の長手方向に沿って樹脂がキャビティ内へ射出される場合、成形された保護部の先端にはゲート痕が残る。製品としての感熱素子には、当該ゲート痕を切断した痕跡が残る。
前記感熱部が複数の線材を含む場合において、前記棒状の感熱素子は、当該複数の線材を束ねる筒状部材を備えている構成とされうる。この場合、前記先端部を前記キャビティ内に配置する際に、前記筒状部材の先端縁が前記キャビティ内に配置される。
このような構成によれば、キャビティ内に射出された樹脂が、筒状部材の先端縁における線材との隙間に進入し、固化時における保護部、線材、および筒状部材の結合を強固にできる。これにより、使用時における保護部の脱落が防止され、感熱部の保護性が向上する。特に、感熱素子の長手方向に樹脂が射出される場合、先端縁と線材との隙間に樹脂を導入しやすくできる。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
このような製造方法により得られる温度センサもまた、本発明がとりうる一態様である。すなわち、当該温度センサにおける前記筒状部材の先端縁は、前記保護部に覆われている。
前記金型のパーティング面は、前記キャビティを区画する部分において前記感熱素子の長手方向と平行に延びているように構成されうる。
このような構成によれば、パーティング面を形成する一対の金型要素の一方に複数の感熱素子を並べて保護部を成形できるため、作業効率が向上する。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
このような製造方法により得られる温度センサもまた、本発明がとりうる一態様である。すなわち、当該温度センサにおける前記線痕は、前記感熱素子の長手方向と平行な面内を延びている。
上記の製造方法により得られる温度センサは、当該被検者の呼吸気を通過させる通気路を有する部材に対して装着可能な接続部を備えている構成とされうる。
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。なお、各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
図１の（ａ）は、一実施形態に係る温度センサ１の外観を示す斜視図である。温度センサ１は、本体２に支持された複数の感熱素子３とケーブル４を備えている。
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）における円ＩＢで囲まれた部分を拡大して示している。各感熱素子３は、棒状の外観を呈している。各感熱素子３の先端部には、感熱部３ａが設けられている。本例においては、感熱部３ａは、熱電対を構成する一対の金属線の接合部である。感熱部３ａは、樹脂製の保護部３ｂにより覆われている。
各感熱素子３は、本体２の内部でケーブル４と電気的に接続されている。各感熱素子３は、検出した温度に応じた電気信号を出力するように構成されている。ケーブル４は、各感熱素子３からの電気信号を、図示しない外部機器へ伝達するように構成されている。
次に、図２から図４を参照しつつ、温度センサ１の一部である感熱素子３の製造方法について説明する。
まず、図２の（ａ）に示されるように、それぞれ金属線を備える一対の線材３ｃを用意し、金属線同士を接合して感熱部３ａを形成する。
次に、図２の（ｂ）に示されるように、薄肉の筒状部材３ｄで一対の線材３ｃを束ねる。筒状部材３ｄは、オレフィン系エラストマからなる。オレフィン系エラストマの例としては、ポリプロピレンやエチレンプロピレンゴムなどが挙げられる。このとき、感熱部３ａが筒状部材３ｄの先端縁３ｄ１から露出するようにする。
次に、図３の（ａ）に示されるように、上記のように形成された感熱部３ａが、金型１０のキャビティ１１内に配置される。
具体的には、金型１０は、上金型１０ａと下金型１０ｂを含んでいる。図４は、下金型１０ｂを上方から見た平面図であり、図３の（ａ）は、図４における線IIIA−IIIAに沿う断面図に対応している。下金型１０ｂには、複数の第１溝１０ｂ１、複数の第２溝１０ｂ２、および複数の凹部１０ｂ３が形成されている。上金型１０ａも同様の構造である。すなわち、金型１０は、複数の感熱素子３を一括して製造可能な構成とされている。
各第１溝１０ｂ１には、複数の線材３ｃを束ねている筒状部材３ｄの一部が配置される。各凹部１０ｂ３には、感熱部３ａが配置される。図４には、最も左側に位置する第１溝１０ｂ１と凹部１０ｂ３に筒状部材３ｄと感熱部３ａが配置された状態が示されているが、他の第１溝１０ｂ１と凹部１０ｂ３についても同様の配置が行なわれる。
この状態で上金型１０ａと下金型１０ｂを結合することにより、図３の（ａ）に示されるように、キャビティ１１とゲート１２が区画される。具体的には、下金型１０ｂに形成された各凹部１０ｂ３とこれに対応する上金型１０ａの構造によりキャビティ１１が区画され、下金型１０ｂに形成された各第２溝１０ｂ２とこれに対応する上金型１０ａの構造によりゲート１２が区画される。符号１３は、上金型１０ａと下金型１０ｂの結合により形成されるパーティング面を示している。
次に、図３の（ａ）に矢印で示されるように、ゲート１２を通じてキャビティ１１内に樹脂材料が射出される。樹脂材料の例としては、オレフィン系エラストマが挙げられる。オレフィン系エラストマの例としては、ポリプロピレンやエチレンプロピレンゴムなどが挙げられる。これにより、感熱部３ａを覆う保護部３ｂが成形される。
図３の（ｂ）は、保護部３ｂが形成された感熱素子３の先端部を金型１０から離間した状態を示している。保護部３ｂの外面には、パーティング面１３の痕跡である線痕３ｂ１が形成されている。線痕３ｂ１は、本実施形態に係る製造方法が実施されたことの証拠となりうる。
また、保護部３ｂの先端には、ゲート１２の痕跡である突起３ｂ２が形成されている。次に、図３の（ｃ）に示されるように、突起３ｂ２が切断により除去される。これにより、図１の（ｂ）に示した状態の感熱素子３が得られる。このように製造された感熱素子３は、図１の（ａ）に示されるように、温度センサ１の本体２に装着される。
ディッピングにより保護部を形成しようとした場合、樹脂は固化に至るまで外部環境に露出しているため、当該外部環境の影響をうけやすく、製品間で固化時における樹脂の厚みを一定に保つことが難しい。樹脂の厚みが異なると、当該樹脂に覆われている感熱部の温度検出特性が影響を受け、センサの特性が相違する場合がある。本願発明者は、この事実が歩留まり向上を阻害し、製造効率の低下や製造コストの上昇の一因になっていることを見出した。本願発明者は、保護部３ｂを形成するにあたって従来のディッピングに代わりうる手法について検討を重ねた結果、射出成型の採用がこれらの問題の全てを一挙に解決できることを見出した。
射出成型により保護部３ｂを成形する場合、保護部３ｂの外縁は、射出成型に用いられる金型１０のキャビティ１１の形状により一意的に定まる。また、射出された樹脂は、固化に至るまでキャビティ１１内で外部環境から隔離されている。したがって、感熱部３ａを覆う保護部３ｂの厚さを製品間で一定に保つことが容易に実現できる。保護部３ｂの厚さを容易に管理できるため、歩留まりを向上させることができ、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
金型１０におけるゲート１２の位置は適宜に定められうる。本実施形態においては、図３の（ａ）に示されるように、ゲート１２は、感熱素子３の長手方向先端部に対向する位置に設けられている。したがって、樹脂材料は、感熱素子３の長手方向に沿ってキャビティ１１内へ射出される。
このような手法によれば、感熱部３ａを包囲するように樹脂の移動抵抗を一様に抑制でき、均質な保護部３ｂを容易に形成できる。特に、流動する樹脂が感熱部３ａを形成している細い金属線を感熱素子３の長手方向と直交する向きに変位させる現象を抑制できる。これにより、感熱素子３を包囲する保護部３ｂの樹脂の厚みの方向依存性を抑制できる。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
ゲート１２を上記のように配置することにより、図３の（ｂ）に示されるように、感熱素子３の長手方向における保護部３ｂの先端には、ゲート１２の痕跡である突起３ｂ２が形成される。そして、図３の（ｃ）に示されるように、突起３ｂ２が切断されることにより、感熱素子３の長手方向における保護部３ｂの先端には、切断痕３ｂ３が形成される。当該位置に形成された切断痕３ｂ３は、本実施形態に係る製造方法が実施されたことの証拠になりうる。
図３の（ａ）に示されるように、射出成型を行なうにあたっては、筒状部材３ｄの先端縁３ｄ１がキャビティ１１内に配置されるようにする。結果として、図３の（ｂ）に示されるように、筒状部材３ｄの先端縁３ｄ１は、成形後の保護部３ｂに覆われている。
このような手法によれば、キャビティ１１内に射出された樹脂が、筒状部材３ｄの先端縁３ｄ１における複数の線材３ｃとの隙間に進入し、固化時における保護部３ｂ、複数の線材３ｃ、および筒状部材３ｄ同士の結合を強固にできる。また、複数の線材３ｃ同士が強固に溶着されうる。これにより、使用時における保護部３ｂの脱落が防止され、感熱部３ａの保護性が向上する。特に、本実施形態のように筒状部材３ｄの先端縁３ｄ１に対向する位置にゲート１２が設けられている場合、先端縁３ｄ１と複数の線材３ｃとの隙間に樹脂を導入しやすくできる。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
保護部３ｂを成形するための金型の構成は適宜に定められうる。本実施形態においては、図３の（ａ）に示されるように、パーティング面１３が、少なくともキャビティ１１を区画する部分において感熱素子３の長手方向と平行に延びるように、上金型１０ａと下金型１０ｂが構成されている。結果として、図３の（ｂ）と（ｃ）に示されるように、成形後の保護部３ｂにおいて、パーティング面１３の痕跡である線痕３ｂ１は、感熱素子３の長手方向と平行な面内を延びている。
このような手法によれば、パーティング面１３を形成する一対の金型要素の一方（図４に示した例では下金型１０ｂ）に複数の感熱素子３を並べて保護部３ｂを成形できるため、作業効率が向上する。したがって、一定の特性を有する複数の温度センサを、効率よく、低コストで、安定的に製造できる。
次に、図５と図６を参照しつつ、上記の方法で製造された温度センサ１の使用態様について説明する。
図５の（ａ）に示されるように、温度センサ１は、複数の接続部５を備えている。複数の接続部５は、炭酸ガス濃度センサ２０と係合することにより、温度センサ１を炭酸ガス濃度センサ２０に対して装着できるように構成されている。図５の（ｂ）は、温度センサ１が炭酸ガス濃度センサ２０に装着された状態を示している。
炭酸ガス濃度センサ２０は、被検者の呼吸気を通過させる通気路２１を区画する本体２２を備えている。本体２２の内部には、通気路２１を挟んで対向する位置に、図示しない発光素子と受光素子が配置されている。通気路２１を区画しつつ対向する壁部には、発光素子から出射されて受光素子に向かう光が通過可能な一対の窓２３（一方のみ図示）が形成されている。光の波長は、濃度検出対象の炭酸ガスに吸収される波長が選ばれる。通気路２１を通過する被検者の呼吸気における当該炭酸ガスの濃度に応じて受光素子に入射する光強度が変化し、当該濃度に応じた信号がケーブル２４を通じて出力される。
図６に示すように、炭酸ガス濃度センサ２０には、第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２が装着されうる。第１呼吸気導入部３１は、被検者の鼻呼吸気を効率よく通気路２１へ導くための部材である。第２呼吸気導入部３２は、被検者の口呼吸気を効率よく通気路２１へ導くための部材である。すなわち、第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２は、被検者の呼吸気を通過させる通気路を備えている。
第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２の装着時において、温度センサ１が備える複数の感熱素子３は、それぞれ第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２が備える通気路内に配置される。第１呼吸気導入部３１の通気路内に配置された感熱素子３は、被検者の鼻呼吸気の温度変化を検出する。第２呼吸気導入部３２の通気路内に配置された感熱素子３は、被検者の口呼吸気の温度変化を検出する。
温度センサ１は、上述の接続部５に加えてあるいは代えて、第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２の少なくとも一方に対して装着可能な接続部を備えるように構成されうる。
上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。
感熱部３ａは、熱電対を構成する一対の金属線の接合部に限られない。感熱部３ａは、サーミスタと測温抵抗体のいずれかにより置き換えられうる。この場合、筒状部材３ｄは省略されうる。
図６を参照して説明した第１呼吸気導入部３１と第２呼吸気導入部３２の少なくとも一方は、場合により省略されうる。
１：温度センサ、３：感熱素子、３ａ：感熱部、３ｂ：保護部、３ｂ１：線痕、３ｂ３：切断痕、３ｃ：線材、３ｄ：筒状部材、３ｄ１：筒状部材の先端縁、５：接続部、１０：金型、１１：キャビティ、１３：パーティング面、２０：炭酸ガス濃度センサ、２１：通気路、３１：第１呼吸気導入部、３２：第２呼吸気導入部
Claims (9)
- 被検者の呼吸気の温度変化を検出する温度センサの製造方法であって、
先端部に感熱部を有する棒状の感熱素子を用意する工程と、
前記感熱部を金型のキャビティ内に配置する工程と、
前記キャビティ内に樹脂材料を射出して前記感熱部を覆う保護部を成形する工程と、
前記保護部が形成された前記先端部を前記金型から離型する工程と、
を備えている、製造方法。 - 前記感熱部は、熱電対を構成する一対の金属線の接合部、サーミスタ、および測温抵抗体のいずれかであり、
前記樹脂材料は、前記感熱素子の長手方向に沿って前記キャビティ内へ射出される、
請求項１に記載の製造方法。 - 前記感熱部が複数の線材を含む場合において、前記感熱素子は、当該複数の線材を束ねる筒状部材を備えており、
前記先端部を前記キャビティ内に配置する際に、前記筒状部材の先端縁が前記キャビティ内に配置されるようにする、
請求項１または２に記載の製造方法。 - 前記金型のパーティング面は、前記キャビティを区画する部分において前記感熱素子の長手方向と平行に延びている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。 - 被検者の呼吸気の温度変化を検出する温度センサであって、
先端部に感熱部を有する棒状の感熱素子と、
前記感熱部を覆い、線痕が形成された樹脂製の保護部と、
を備えている、温度センサ。 - 前記感熱部は、熱電対を構成する一対の金属線の接合部、サーミスタ、および測温抵抗体のいずれかであり、
前記保護部の先端には切断痕が形成されている、
請求項５に記載の温度センサ。 - 前記感熱部が複数の線材を含む場合において、前記棒状の感熱素子は、当該複数の線材を束ねる筒状部材を備えており、
前記筒状部材の先端縁は、前記保護部に覆われている、
請求項６に記載の温度センサ。 - 前記線痕は、前記感熱素子の長手方向と平行な面内を延びている、
請求項５から７のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 当該被検者の呼吸気を通過させる通気路を有する部材に対して装着可能な接続部を備えている、
請求項５から８のいずれか一項に記載の温度センサ。
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