JP5977551B2 - 表面温度センサーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面温度センサーの製造方法に関する。

従来、空調設備等の配管内を流れる気体や液体といった流体の温度を測定するために、上記配管等の内部に挿入型温度センサー（温度計）を挿入する手法が一般に用いられている。この測定方法は、配管内に直接温度計を挿入するため、精度の高い温度測定が可能である。しかし、挿入型温度センサーの設置に際しては、設備の稼働停止、配管内に水が流れている場合には配管内の水抜き、溶接作業といった一連の作業が必要となり、特に稼働中の設備においては取り付け作業に困難を伴う。

これに関連して、表面温度計測用温度計を配管の表面に設置して、配管内における流体の温度を測定する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。表面温度計測用温度計は、例えば、配管の表面温度を計測する表面温度センサーと、配管の周囲の温度を計測する周囲温度センサーを有し、双方の温度センサーから得られた計測結果に基づいて配管内の流体温度を算出することができる。

特開２００８−２３２６２０号公報 特開２００３−２４７８９６号公報 実開昭５８−１２７３３４号公報 特開平１０−２２７７００号公報

図１０は、従来の表面温度センサー１００を示す概略構成図である。表面温度センサー１００は、有底円筒状の保護管１０１と、保護管１０１内に配置された熱電対１０２と、中央に貫通孔１０３の形成されたリング型の磁石１０４と、保護管１０１内部に充填された充填材１０５を有する。熱電対１０２の先端側に形成された感熱部（測温接点）１０２ａは、理想的には保護管１０１の底壁１０１ａ中央に当接するように配置される。また、熱電対１０２の他端側には差し込み部１０６が設けられており、温度ロガーに接続できるようになっている。また、保護管１０１における底壁１０１ａ側の端部は、磁石１０４の貫通孔１０３に差し込まれ、接着剤等によって保護管１０１と磁石１０４が接着されている。このように構成された表面温度センサー１００は、磁石１０４の磁力によって配管２００の表面に設置され、配管２００内の流体の温度を計測することができる。

図１１は、従来の表面温度センサー１００の製造工程を示す工程図である。市販されている保護管は底部が球形状となっているので、まず、保護管１０１の底部を平滑に仕上げることで底壁１０１ａを形成する。そして、保護管１０１の底壁１０１ａが磁石１０１の底面と同一面となるように保護管１０１を貫通孔１０３に差し込み、接着剤によって双方を接着する（ａ、ｂ）。そして、別途製作しておいた熱電対６を、保護管１０１の内部に挿入し、充填材１０５を保護管１０１内に充填（注入）する（ｃ）。

表面温度センサー１００の製造管理に際しては、熱電対１０２の感熱部１０２ａを精度よく所望の位置に配置することが重要であり、感熱部１０２ａが形成される位置が表面温度センサー１００の計測精度や応答性に大きな影響を及ぼすという知見が後述のように本
発明者らの鋭意研究によって得られた。また、表面温度センサーに求められる性能として、周囲温度（周囲環境）の影響の受けにくさと、流体温度が急変したときの応答性が挙げられる。

図１２は、従来の表面温度センサー１００における熱電対１０２の感熱部１０２ａの位置と計測精度との関係を説明する図である。（ａ）は、熱電対１０２の感熱部１０２ａが、保護管１０１の底壁１０１ａの中心部に当接している状態を示す。（ｂ）は、熱電対１０２の感熱部１０２ａが保護管１０１の底壁１０１ａに当接しているが、中心部から外れている状態を示す。（ｃ）は、熱電対１０２の感熱部１０２ａが保護管１０１の側壁内面に当接している状態を示す。（ｄ）は、熱電対１０２の感熱部１０２ａが、保護管１０１に当接していない状態を示す。

（ａ）は、熱電対１０２における感熱部１０２ａの形成位置として好ましい状態であり、流体の熱は配管２００、保護管１０１、感熱部１０２ａへと順次円滑に伝わり、配管２００の周囲温度の影響を受けにくく、かつ、流体温度が変化したときの応答性にも優れる。多くの場合、配管２００は曲面形状を有している。よって、微視的には、底壁１０１ａの中心部から周辺部に向けて離れるにつれて、配管２００の表面と底面１０１ａとの間に介在する空気層の厚さが大きくなる。従って、（ｂ）に示す態様は、（ａ）に示す態様に比べて、流体温度の計測誤差が大きくなり、かつ応答性も低下する傾向がある。更に、（ｃ）、（ｄ）に示す態様は、（ａ）、（ｂ）の態様に比べて、流体温度の計測精度および応答性が顕著に低下する傾向がある。

しかしながら、図１１（ｃ）に示した熱電対１０２を保護管１０１内に挿入する工程は、多くの場合に手作業によって行われる。そして、保護管１０１の内径は通常、数ｍｍ程度と比較的小さい場合が多く、保護管１０１内に挿入された感熱部（測温接点）１０２ａの位置を確認しながら熱電対１０２の挿入作業を行うことが困難であるのが実情である。従って、熱電対１０２の感熱部１０２ａを、保護管１０１における底壁１０１ａの中心部に接触させた状態で配置することは容易ではない。従って、周囲温度の影響を受けにくく、かつ応答性に優れた表面温度センサーを簡単に製造することは容易ではない。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされてものであって、その目的は、周囲温度の影響を受けにくく、かつ応答性に優れた表面温度センサーを製造する方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、本発明に係る表面温度センサーの製造方法は、有底筒状を有する保護管における底壁に貫通孔を形成する工程と、熱電対を形成する一対の熱電対用素線を前記保護管の開放端側から挿入し、前記一対の熱電対用素線の先端部を前記貫通孔に挿通させる工程と、前記一対の熱電対用素線を前記貫通孔に挿通させた状態で、前記貫通孔を塞ぐように前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を溶接する工程と、前記底壁の外面を平滑にする工程と、を有する。

上記表面温度センサーの製造方法によれば、一対の熱電対用素線の先端部を底壁に形成された貫通孔に挿通させた状態で貫通孔を塞ぐように溶接が行われるため、一対の熱電対用素線および底壁が一体に接合される。この状態で、底壁の外面を平滑にすることで、保護管の底壁外表面であって、底壁の貫通孔に対応する位置に、熱電対の測温接点（感熱部）を精度よく、確実かつ簡単に形成することが可能となる。本発明に係る表面温度センサーの製造方法によれば、底壁において熱電対の測温接点（感熱部）を形成させたい所望の位置に貫通孔を設けておけばよい。このように底壁に設けた貫通孔に一対の熱電対用素線の先端部を挿通させた状態で溶接を行うことで、熱電対の感熱部を、確実に底壁と接触し
た状態で形成することができる。また、底壁の平面方向における所望の位置に熱電対の感熱部を形成することができる。

例えば、前記貫通孔を形成する工程において、前記底壁の中心部に前記貫通孔を形成するとよい。このように、底壁の中心部に貫通孔を形成することで、熱電対の感熱部を底壁の中心部に形成することができる。この場合、表面温度センサーが配管などの設置対象物に設置されている状態において、熱電対の感熱部を設置対象物の表面に直接接触させることができる。つまり、熱電対の感熱部と設置対象物表面との間に空気層が形成されることを回避できる。これにより、設置対象物内における流体の熱を、設置対象物の壁面を介して熱電対の感熱部へと直接伝えることができる。よって、表面温度センサーを用いて設置対象物内における流体温度を計測するに際して、流体温度の計測精度を高めることができる。また、周囲温度特性に優れ、しかも流体温度が変化した際の応答性も優れた表面温度センサーを提供することができる。

また、本発明における表面温度センサーの製造方法は、前記貫通孔を形成する工程の前に、両端が開放された筒状管部材の一端をスピニング加工によって閉じるように加工し、前記有底筒状を有する保護管を形成する工程を更に有してもよい。これによれば、保護管における底壁を平滑かつ均一の厚さに製作することが可能となる。

また、上記のように、両端が開放された筒状管部材の一端をスピニング加工によって閉じるように加工することで保護管の底壁を形成するので、保護管の高さ（軸方向の長さ）に特段の制限を受けることなく、任意の高さ（長さ）を有する保護管を製作することができる。例えば、平板からプレス絞り加工によって有底筒状を有する保護管を形成する場合に比して、保護管の高さを十分に確保することができる。

例えば、表面温度センサーを用いて配管内部の流体温度を計測する場合、通常、配管の表面は保温材によって覆われているため、表面温度センサーの設置箇所における保温材を一部除去した状態で、表面温度センサーが例えば磁石などを用いて配管表面に取り付けられる。そして、配管内における流体の温度計測が終了した後、磁石の磁力に抗して表面温度センサーを配管の表面から取り外す作業が行われる。その際、表面温度センサーの取扱者は、表面温度センサーの保護管を把持してその着脱作業を行うことになる。そのため、表面温度センサーの保護管には、保温材の開口部に取扱者が手を入れて保護管を容易に把持できるような十分な高さが必要となる。これに対して、本発明に係る表面温度センサーの製造方法によれば、上記のように十分な高さを有する保護管を容易に製作することができるので、表面温度センサーの取扱者が設置対象物に表面温度センサーを着脱する際の作業性を向上させることができる。つまり、設置対象物に対する表面温度センサーの着脱容易性を向上させることが可能となる。

また、例えば、保護管における円板状の底壁を、筒状管部材の一端に溶接する場合、底壁の全周に渡って溶接する必要があり、工数の増加に伴い作業性が低下する虞がある。また、上記溶接作業に際しては、溶接箇所が保護管の側面外方に盛り上がるなどによって凸部が形成されやすくなる。そうすると、表面温度センサーを設置対象物に取付けるための取付部の中心に形成された貫通孔へと保護管の底壁側端部を嵌め込む際、貫通孔の縁部と上記凸部が干渉してしまい、保護管の嵌め込み作業を行うことが困難となる場合がある。また、取付部の貫通孔に保護管を嵌め込むべく上記凸部を削る場合には更に工数が増えてしまい、作業性が低下する虞がある。これに対して、本発明に係る表面温度センサーの製造方法のように、スピニング加工を採用して保護管の底壁を形成すれば、筒状管部材に底壁を溶接することに起因する上記不具合の発生や工数の増加を抑制することが可能となる。

また、本発明における表面温度センサーの製造方法は、中心部に貫通孔が形成され前記表面温度センサーを設置対象物に取付けるための取付部に前記保護管を固着する工程を更に有し、前記保護管を固着する工程において、前記保護管における前記底壁側の端部を前記貫通孔に差し込み、かつ、前記底壁の外表面と前記取付部の底面とが同一平面となるように前記保護管を前記取付部に固着してもよい。これによれば、表面温度センサーを設置対象物に取り付けた際に、設置対象物の表面から熱電対の感熱部が離間することがなく、当該感熱部および設置対象物表面の接触状態を好適に確保できる。そのため、表面温度センサーの計測精度、周囲温度特性、および応答性を向上させることができる。

また、本発明における表面温度センサーの製造方法は、前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を溶接する工程において、銀ロウを用いたろう付けによって前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を一体に接合してもよい。銀ロウは、融点が高いため、たとえ設置対象物内における流体の温度が高温となっても、凝固後の銀ロウが再溶融する虞がない。また、銀ロウは、熱伝導率に優れているため、設置対象物からの熱をスムーズに熱電対の感熱部へと伝えることができ、表面温度センサーの計測精度、周囲温度特性、および応答性を向上させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、周囲温度の影響を受けにくく、かつ応答性に優れた表面温度センサーを製造する方法を提供できる。

実施形態における表面温度センサーを示す断面概略図である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その１）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その２）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その３）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その４）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その５）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その６）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その７）である。 実施形態における表面温度センサーの製造方法を示す工程図（その８）である。 従来型表面温度センサーにおける周囲温度特性の試験結果を示す図である。 従来型表面温度センサーにおける応答性試験の結果を示す図である。 改良型表面温度センサーにおける周囲温度特性の試験結果を示す図である。 改良型表面温度センサーにおける応答性試験の結果を示す図である。 変形例に係る改良型表面温度センサーの構成図（その１）である。 変形例に係る改良型表面温度センサーの構成図（その２）である。 変形例の改良型表面温度センサーにおける周囲温度特性の試験結果を示す図である。 従来の表面温度センサーを示す概略構成図である。 従来の表面温度センサーの製造工程を示す工程図である。 従来の表面温度センサーにおける感熱部の位置と計測精度との関係を説明する図である。

以下、本発明に係る表面温度センサーの製造方法に関する実施形態について、図面に基づいて例示的に詳しく説明する。なお、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜表面温度計測用センサーの構成＞
図１は、実施形態における表面温度センサー１を示す断面概略図である。表面温度センサー１は、有底円筒状の保護管１１と、保護管１１内に配置された熱電対１２と、中央に貫通孔１３の形成されたリング型の取付部１４と、保護管１１内に充填された充填材１５を有する。

保護管１１は円形で平滑な底壁１１ａおよび円筒状の周壁１１ｂを有する有底円筒管である。保護管１１は、例えばステンレス鋼などの金属材料を用いて構成された金属製保護管である。取付部１４は、表面温度センサー１を、その設置対象物に対して取付けるための部材である。本実施形態においては、表面温度センサー１の設置対象の一例として、曲面状の外面を有する配管２０に適用する場合を説明する。表面温度センサー１は、配管２０の表面に取付けられ、配管２０の内部を流通する流体の温度を計測するために用いられる。

取付部１４は、磁石によって形成されており、その磁力によって金属製の配管２０に吸着することができる。取付部１４の中心に形成された貫通孔１３は、保護管１１の外径と略同一の内径を有する。保護管１１のうち底壁１１ａが形成されている先端側が、取付部１４の貫通孔１３に差し込まれた状態で、保護管１１と取付部１４とが接着剤などによって接着されている。ここで、保護管１１の底壁１１ａの外表面と、取付部１４の底面１４ａとが同一平面状態（いわゆる、面一の状態）となるように、即ち双方の面に段差が生じないように保護管１１が取付部１４に固着されている。

熱電対１２は、異種金属の接点間の温度差によって熱起電力が生じる現象（ゼーベック効果）を利用した温度センサーであり、その先端側が所定範囲に亘り保護管１１の内部に挿入されている。熱電対１２は、互いに異種の金属素線である熱電対用素線（素子）１２ａ，１２ｂによって形成されており、その先端部同士が互いに接合されることで測温接点が形成されている。本実施形態では、熱電対１２の測温接点が保護管１１の底壁１１ａの中心部において当該底壁１１ａと一体に接合されている。これにより、熱電対１２において熱を感知する機能を有する感熱部（測温接点）１２ｃが、保護管１１における底壁１１ａの中心部に形成される。ここでいう、底壁１１ａの中心とは、円形状を有する底壁１１ａの平面方向における中心を指している。また、熱電対１２の他端側には差し込み部１６が設けられており、温度ロガーに接続できるようになっている。

取付部１４に用いる磁石については、特定の種類に限定されるものではないが、本実施形態では磁力の強力なネオジム磁石を使用している。また、保護管１１の内部に充填される充填材１５としては、熱伝導率の高い例えば酸化マグネシウムなどを好適に用いることができる。

上記のように構成される表面温度センサー１は、取付部１４の磁力によって配管２０表
面に取り付けられる。図１においては、配管２０の一部のみが示されており、配管２０の他の部分と配管２０の表面を覆っている保温材等は図示を省略している。また、表面温度センサー１は、冷水や温水等の流体の流通する配管に限定されず、空調用のダクトやタンク、熱交換器等に取り付け、これらの表面温度を計測する用途に用いられてもよい。

＜表面温度センサーの製造方法＞
次に、表面温度センサー１の製造方法について図面を参照して説明する。図２は、実施形態における表面温度センサー１の製造方法を示す工程図である。図２Ａ〜Ｃは、保護管１１を製作する工程を示す図である。保護管１１の製作に際しては、図２Ａに示されるように両端が開放された筒状の円筒管１１１を用意する。続いて、円筒管１１１の一端をスピニング加工によって閉じ、図２Ｂに示されるような有底円筒状に加工する。スピニング加工は、へら絞り加工とも称されており、旋盤の主軸上の成形型に素板を取り付けて回転し、へら又はロールで押し付けながら成形型と同じ形状をつくる加工法である（「機械工学ポケットブック」（株式会社オーム社発行）を参照）。

このスピニング加工では、円筒管１１１の一端をへら又はロールにより押し付けることで保護管１１の底壁１１ａを成形するため、底壁１１ａの肉厚をもとの寸法から変化させることなく、かつ底壁１１ａを平滑に成形することができる。つまり、一様な厚さ（肉厚）を有し、かつ平滑に形成された底壁１１ａを有する保護管１１を製作することができる。

次に、保護管１１の底壁１１ａの中心に、径の小さな細孔である底壁孔１１ｃを貫通形成させる。底壁孔１１ｃは、例えば旋盤等を用いて形成することができる。また、底壁孔１１ｃの直径は、特定の寸法に限定されないが、熱電対１２を形成する一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂを挿通させるのに適正な寸法として定められることが好ましい。

上記のように製作した保護管１１に、熱電対１２を形成する一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂを、保護管１１の開放端側から挿入し、底壁１１ａの底壁孔１１ｃに挿通させる（図２Ｄ）。ここで、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂの直径は任意の寸法とすることができる。本実施形態では、熱電対用素線１２ａ，１２ｂの直径を０．３ｍｍ程度としている。ここで、底壁１１ａに形成された底壁孔１１ｃに一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂを挿通させる際、底壁孔１１ｃの直径が小さすぎると上記挿通作業を行いにくくなる。一方、底壁孔１１ｃの直径が大きすぎると、表面温度センサー１の製造工程が完了した状態で、熱電対１２の感熱部１２ｃが底壁１１ａの中心部からずれやすくなる。そこで、本実施形態においては上記事項を勘案し、底壁孔１１ｃの直径φを熱電対用素線１２ａ，１２ｂの寸法に見合った寸法として１ｍｍ程度の大きさに設定している。

一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂの先端側を底壁１１ａの底壁孔１１ｃに挿通させた後は、続いて底壁孔１１ｃを塞ぐように溶接を行い、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂおよび底壁１１ａを一体に接合する（図２Ｅ）。本明細書において、溶接との用語にはろう付け（ろう接）、融接を含む概念である。

本実施形態では、母材である保護管１１を溶融する必要が無く、保護管１１よりも低い融点を有する金属を用いるろう付け（ろう接）を行う事で、熱電対用素線１２ａ，１２ｂおよび底壁１１ａを互いに接合する。ろう付けに用いる金属としては特定の種類に限定されるものではないが、熱伝導率および融点が高い銀ロウを用いるようにした。銀ロウが一旦溶融した後、凝固することにより、底壁孔１１ｃが閉塞される。これにより、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂの夫々、および保護管１１の底壁１１ａが一体に接合される。

次に、保護管１１における底壁１１ａを平滑にする平滑化処理を行う（図２Ｆ）。図２
Ｅに示されるように、銀ロウを用いたろう付けを行った後の状態では、凝固した銀ロウ１７が、底壁１１ａにおける外表面底壁孔１１ｃから外表面下方へ向けてはみ出し、凸状に盛り上がっている。このように、底壁孔１１ｃから、底壁１１ａの外表面下方に突出していている銀ロウ１７を削り取るなどして除去する。その際、底壁孔１１ｃから外部に向けて突出している熱電対用素線１２ａ，１２ｂも、上記平滑化処理時に切除されることになる。以上の平滑化処理によって、保護管１１の底壁１１ａが平滑に仕上げられる結果、熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃが、保護管１１における底壁１１ａの中心部に形成される。

次に、酸化マグネシウムを充填材１５として保護管１１内に充填（注入）する（図２Ｇ）。その後、磁石によって形成され、中心部に貫通孔１３が形成されたリング形状を有する取付部１４に、保護管１１を固着する（図２Ｈ）。その際、保護管１１における底壁１１ａ側の端部を取付部１４における貫通孔１３に差し込み、かつ、底壁１１ａの外表面と取付部１４の底面１４ａとが同一平面となるように保護管１１を取付部１４に固着する。本実施形態では、取付部１４における貫通孔１３内面と保護管１１の周壁１１ｂとに接着剤を塗布し、保護管１１および取付部１４を接着する。なお、上記接着剤は特定の種類に限定されるものではないが、本実施形態ではエポキシ樹脂系の接着剤を用いている。

以上の各工程を経て、本実施形態における表面温度センサー１が製造される。このように製造された表面温度センサー１によれば、保護管１１における底壁１１ａに形成される底壁孔１１ｃに、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂの先端側を挿通させた上で、銀ロウを用いたろう付けを行い、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂおよび底壁１１ａを一体に接合するので、底壁１１ａの外表面であって且つ平面方向の中心に、熱電対１２の感熱部１２ｃを精度よく、確実かつ簡単に形成することが可能となる。そして、本実施形態に係る表面温度センサー１の製造方法によれば、底壁１１ａにおいて熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃを形成させる底壁１１ａの中心位置に予め底壁孔１１ｃを設けておくようにすれば、熱電対１２の感熱部１２ｃを、底壁１１の中心位置に底壁１１と接触した状態で確実に形成することが可能となる。つまり、熱電対１２の感熱部１２ｃが、保護管１１における底壁１１ａの中心から外側に外れた位置に当接した状態で形成されたり、感熱部１２ｃが底壁１１ａから離間した位置に形成されることを抑制できる。

そのため、表面温度センサー１が配管２０に取付けられている状態において、熱電対１２の感熱部１２ｃを配管２０の表面に直接接触させることができる。つまり、熱電対１２の感熱部１２ｃと配管２０表面との間に空気層が形成されることを回避できる。これにより、配管２０内における流体の熱が、配管２０を介して熱電対１２の感熱部１２ｃへと直接伝えられる。よって、表面温度センサー１を用いて配管２０内における流体温度を計測する際に、流体温度の計測精度を高めることができる。以上より、本実施形態に係る上記の製造方法によれば、周囲温度特性に優れ、しかも流体温度が変化した際の応答性も優れた表面温度センサー１を提供できる。

なお、本実施形態では、底壁孔１１ｃの好適な配置位置として底壁１１ａの中心部に底壁孔１１ｃを形成する例を説明したが、底壁孔１１ｃを形成する位置は必ずしも底壁１１ａの中心部に限定されるものではない。底壁孔１１ｃに一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂを挿通させてから、底壁孔１１ｃを塞ぐように銀ロウ溶接を行うことにより、底壁孔１１ｃに対応する位置、すなわち所望の位置に熱電対１２の感熱部１２ｃを形成することができる。

また、本実施形態における表面温度センサー１の製造方法においては、スピニング加工（へら絞り加工）によって円筒管１１１の一端を閉じて保護管１１の底壁１１ａを形成するようにしたので、底壁１１ａを平滑かつ均一の厚さに製作することが可能となる。また
、円筒管１１１から保護管１１を製作する際に、任意の長さの円筒管１１１を用いることができるので、保護管１１の高さ（軸方向の長さ）に関する制限を一切受けない。したがって、例えば、平板からプレス絞り加工によって有底筒状を有する保護管１１を形成する場合に比べて、保護管１１の高さを十分に確保することができる。

例えば、通常、表面温度センサー１の設置対象物となる配管２０の表面は、保温材によって覆われている。そのため、表面温度センサー１を配管２０に設置する際には、保温材を一部除去することで外部に露出した配管２０の表面に表面温度センサー１が取り付けられる。そして、配管２０内部の流体の温度計測が終了した後、取付部１４の磁力に抗して表面温度センサー１を配管２０の表面から取り外す作業が行われる。その際、表面温度センサー１の取扱者は、保護管１１を把持して配管２０に対する表面温度センサー１の着脱作業を行うことになる。そのため、表面温度センサー１の保護管１１には、配管２０を覆う保温材の開口部に取扱者が手を入れて保護管１１を容易に把持できるような十分な高さが必要となる。これに対して、本実施形態に係る表面温度センサー１においては、保護管１１の製作に際して、その高さに関する制約を一切受けずに、十分な長さを確保することができる。よって、表面温度センサー１の取扱者が配管２０に対して表面温度センサー１を着脱する際の作業性を向上させることができる。つまり、配管２０に対する表面温度センサー１の着脱容易性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る表面温度センサー１の製造方法によれば、スピニング加工を用いて底壁１１ａを形成するようにしたので、例えば底壁１１ａを形成するための円板部材を円筒管１１１に溶接する溶接作業を行う必要がない。したがって、上記溶接作業に起因する工数の増加を招くことがなく、作業性が低下する虞がない。また、上記円板部材を円筒管１１１に溶接する工程が不要となるため、溶接箇所が保護管１１（円筒管１１１）の側部外方に盛り上がるなどして凸部が形成されることもない。したがって、溶接箇所に形成される凸部が取付部１４における貫通孔１３の縁部と干渉する虞がなく、表面温度センサー１の製造過程において、取付部１４の貫通孔１３に保護管１１を円滑に嵌め込むことができる。また、保護管１１の側部外方に凸部が形成されないため、これを削る作業も発生しない。よって、工数の増加を回避することができ、作業性の低下を抑制することが可能となる。

また、本実施形態においては、一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂおよび底壁１１ａの接合に、融点が高い銀ロウを用いてろう付けを行うため、たとえ配管２０内における流体の温度が高温となっても、凝固後の銀ロウが再溶融する虞がない。また、銀ロウは、熱伝導率に優れているため、配管２０からの熱をスムーズに熱電対１２の測温接点である感熱部１２ｃへと伝えることができ、表面温度センサー１の計測精度、周囲温度特性、および応答性を向上させることができる。

また、保護管１１を取付部１４に固着する際に、保護管１１における底壁１１ａ側の端部を貫通孔１３に差し込み、かつ、底壁１１ａの外表面と取付部１４の底面１４ａとが同一平面となるようにしたので、表面温度センサー１を配管２０に取り付けた際に、配管２０表面から熱電対１２の感熱部１２ｃが離間することを抑制し、感熱部１２ｃおよび配管２０表面の接触状態を確保できる。これにより、表面温度センサー１の計測精度、周囲温度特性、および応答性を向上させることができる。

＜検証＞
次に、本実施形態における表面温度センサー１における周囲温度特性および応答性について検証する。ここでは、図１１に示した従来の製造方法を用いて製作した表面温度センサー、即ち図１０に示した表面温度センサー１００（以下、従来型表面温度センサーともいう）と、本実施形態に係る製造方法を用いて製作した表面温度センサー（以下、改良型
表面温度センサーともいう）１に対して、同一試験条件下にて周囲温度特性試験および応答性試験を行い、その試験結果を対比する。

図３は、従来型表面温度センサー１００における周囲温度特性の試験結果を示す図である。横軸に周囲温度を示し、縦軸に計測誤差を示す。ここでいう計測誤差は、挿入型温度センサーによって配管２０内の流体温度を直接計測した計測結果との誤差をいう。具体的には、従来型表面温度センサー１００の指示値から挿入型温度センサーの指示値を減算した値を、計測誤差として図中にプロットしている。なお、挿入型温度センサーとは、感熱部を配管２０の内部に挿入するタイプの温度センサーである。
本試験においては、従来型表面温度センサー１００を図１１に示す方法で同一作業者により３個製作して（夫々をＳａ１、Ｓａ２、Ｓａ３とする）、夫々の個体について周囲温度を変動させた際の計測誤差を評価する。なお、本試験中における流体の温度は、５℃±０．１℃で制御するようにした。また、配管２０の周囲温度は、２０℃付近、３０℃付近、４０℃付近の３水準に設定した。

図３に示されるように、各従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）において、周囲温度が上昇するに伴って計測誤差が増大する傾向がある。また、周囲温度が同一条件下であっても、各従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）における計測誤差の値が相互に大きく異なっており、個体間で周囲温度特性が大きくばらついていることが判る。

図４は、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）における応答性試験の結果を示す図である。応答性試験は、各表面温度計測用センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）を大気中にて定常状態とした後、７５℃±０．２℃に加熱した鉄板の表面に移設した時の時定数を求める。なお、本試験中において、周囲温度を約２０℃に設定するようにした。

上述した時定数は、出力応答時間の迅速さの目安となる値であり、温度センサーの指示値が、初期温度から目標温度まで変化する変化量の６２．３％となる基準温度に達するまでの時間として定義される。上記の試験条件では、初期温度が２０℃、目標温度（鉄板の温度）が７５℃であり、時定数を求める基準となる基準温度Ｔｈｂが下記式に基づいて５４．２７℃として算出される。
Ｔｈｂ＝（７５℃−２０℃）×６２．３／１００＋２０℃（＝５４．２７℃）

図４には、横軸に試験開始からの経過時間を示し、縦軸に従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）の指示値を示す。ここでの経過時間とは、各従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）を上記加熱鉄板の表面に移設した時点からの経過時間である。そして、各従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）の指示値が基準温度Ｔｈｂに到達するまでの経過時間が時定数となる。

本試験の結果として、Ｓａ１についての時定数は３０．３秒、Ｓａ２についての時定数は計測不能、Ｓａ３についての時定数は４８．４秒という結果が得られた。ここでの計測不能とは、Ｓａ２を７５℃に加熱した鉄板に移設した後においても、Ｓａ２の指示値が基準温度Ｔｈｂに達しなかったことを意味する。以上のように、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）に対する応答性試験では、個体間での応答性が大きく異なり、特に、Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３のうち最も周囲温度特性が低かったＳａ２の応答性が最も低くなることが確認された。上述のように同一作業者により製作した３個のセンサー間でも個体差が生じた。また、これら３個のセンサーの感熱部１０２ａの位置は図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すような態様が見られた。この結果からも、従来型表面温度センサー１００は計測精度や応答性が低下しやすく、また個体差が生じやすいと言える。

次に、図５、図６を参照して、本実施形態における改良型表面温度センサー１の周囲温度特性および応答性について検証する。図５は、本実施形態に係る改良型表面温度センサーにおける周囲温度特性の試験結果を示す図である。ここでは、改良型表面温度センサー１を３個製作し（夫々をＳｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３とする）、夫々の個体について周囲温度を変動させた際の計測誤差について評価を行う。ここでの計測誤差は、各改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）の指示値から挿入型温度センサーの指示値を減算した値として算出する。なお、本試験の諸条件は、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）に対する試験条件と同様である。

図５に示されるように、全ての改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）について、何れの周囲温度においても計測誤差が極めて小さな値となる結果を得た。より詳しくは、各改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）において、周囲温度が高くなるに従い計測誤差が僅かに高まる傾向があるものの、計測誤差は最大でも０．５℃程度に抑えられている。そして、図５から明らかなように、各改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）の個体間における周囲温度特性のばらつきは極めて小さいことが判る。

図６は、本実施形態に係る改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）における応答性試験の結果を示す図である。本試験の諸条件は、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）に対する試験条件と同様である。改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）の各々についての時定数は、８．７秒、９．５秒、８．７秒という結果となり、個体間における時定数のばらつきは極めて小さいことが判る。そして、改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）は、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）のうち最も時定数が短かったＳａ１と比較して、時定数を３分の１以下まで短縮できるという結果を得た。これは、従来型表面温度センサーに対して、本実施形態に係る改良型表面温度センサーの応答性能が３倍以上優れていることを示している。また、改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）の相互間における時定数のばらつきは、最大でも０．８秒程度と極めて小さく、個体差は殆ど生じていないといえる。

以上のように、本実施形態に係る製造方法によれば、周囲温度特性および応答性が優れた表面温度センサー１を安定して製造することができる。
また、本製造方法によれば、熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃを確実に、保護管１１における底壁１１ａに接触させた状態で形成することができる。言い換えると、熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃが底壁１１ａと離れた状態とはならないため、保護管１１の内部に熱伝導率の高い充填材１５を充填しなくても、表面温度センサー１の計測精度、周囲温度特性、応答性の低下を招く虞がない。これによれば、表面温度センサー１を、より安価に製作することが可能となる。

＜変形例＞
上記実施形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。例えば、上記実施形態では、スピニング加工（へら絞り加工）によって円筒管１１１の一端を閉じて保護管１１の底壁１１ａを形成するようにしたが、図７に示すように、底壁１１ａ’を平滑に仕上げた有底円筒状の保護管１１’における底壁１１ａ’の中心部に小径の円形断面を有する底壁孔１１ｃ’を穿設してもよい。他の工程については、図２に示したものと同様とすることが可能である。即ち、底壁１１ａ’に穿設された底壁孔１１ｃ’に対して、熱電対１２を形成する一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂを挿通した後、銀ロウ溶接（ろう付け）を行う。これにより、図８に示すように一対の熱電対用素線１２ａ，１２ｂおよび底壁１１ａ’が一体に接合され、熱電対
１２の感熱部１２ｃが底壁１１ａ’中心部に形成される。

＜変形例の検証＞
図９は、本変形例に係る製造方法によって製造した改良型表面温度センサー１´における周囲温度特性の試験結果を示す図である。ここでの試験条件は、図５において説明した試験と同様である。本変形例においても、改良型表面温度センサー１´を３個製作し（夫々をＳｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３とする）、夫々の個体について周囲温度を変動させた際の計測誤差を求めた。図９に示すように、本変形例に係る改良型表面温度センサー１´（Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３）は、従来型表面温度センサー１００（Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３）に比べて計測精度が高く、周囲温度特性も優れていることが判る（図３参照）。

図５および図９に示す試験結果を対比すると、図９に示す変形例に係る改良型表面温度センサー１´（Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３）の方が、図５に示す改良型表面温度センサー１（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３）よりも、個体間における周囲温度特性のばらつきが若干大きい傾向がある。これは、改良型表面温度センサー１´では、底壁孔１１ｃ’への銀ロウの充填量（充填高さ）が個体間で相違することが要因として考えられる。底壁孔１１ｃ’に対する銀ロウの充填高さが相違すると、熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃの位置が保護管１１´の軸線方向にずれることになり、その影響で僅かであるが計測誤差に個体差が生じたものと考えられる。但し、本変形例に係る改良型表面温度センサー１´は、図１に示される表面温度センサー１と同様、熱電対１２の感熱部（測温接点）１２ｃを、保護管１１´における底壁１１ａ´の中心部であって、かつ当該底壁１１ａ´に接触させた状態で形成できるので、従来型表面温度センサー１００に比べて、流体温度の計測精度、周囲温度特性、および応答性を顕著に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態および変形例を説明したが、本発明に係る表面温度センサーの製造方法はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。

１・・・表面温度センサー
１１・・・保護管
１１ａ・・・底壁
１１ｂ・・・周壁
１１ｃ・・・底壁孔
１２・・・熱電対
１２ａ，１２ｂ・・・熱電対用素線
１２ｃ・・・感熱部
１３・・・貫通孔
１４・・・取付部
１４ａ・・・底面
２０・・・配管

Claims (5)

1. 有底筒状を有する保護管における底壁に貫通孔を形成する工程と、
   熱電対を形成する一対の熱電対用素線を前記保護管の開放端側から挿入し、前記一対の熱電対用素線の先端部を前記貫通孔に挿通させる工程と、
   前記一対の熱電対用素線を前記貫通孔に挿通させた状態で、前記貫通孔を塞ぐように前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を溶接する工程と、
   前記底壁の外面を平滑にする工程と、
   を有する表面温度センサーの製造方法であって、
   前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を溶接する工程の後に前記表面温度センサーを金属製の設置対象物に取付けるための取付部に前記保護管を固着する工程を更に有し、
   前記取付部は磁石によって形成される、
   表面温度センサーの製造方法。
2. 前記貫通孔を形成する工程において、前記底壁の中心部に前記貫通孔を形成する、
   請求項１に記載の表面温度センサーの製造方法。
3. 前記貫通孔を形成する工程の前に、両端が開放された筒状管部材の一端をスピニング加工によって閉じるように加工し、前記有底筒状を有する保護管を形成する工程を更に有する、
   請求項１または２に記載の表面温度センサーの製造方法。
4. 前記取付部には中心部に貫通孔が形成され、
   前記保護管を前記取付部に固着する工程において、前記保護管における前記底壁側の端部を前記貫通孔に差し込み、かつ、前記底壁の外表面と前記取付部の底面とが同一平面となるように前記保護管を前記取付部に固着する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の表面温度センサーの製造方法。
5. 前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を溶接する工程において、銀ロウを用いたろう付けによって前記一対の熱電対用素線同士および前記底壁を一体に接合する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の表面温度センサーの製造方法。

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