JP7274676B1

JP7274676B1 - 温度センサ

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Publication number: JP7274676B1
Application number: JP2023505678A
Authority: JP
Inventors: 厚高橋
Original assignee: Shibaura Electronics Co Ltd
Current assignee: Shibaura Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2042-07-25
Also published as: WO2024023875A1; CN116940815A

Abstract

軸線方向（Ｃ）に延びる感熱体（１１）と、感熱体（１１）に電気的に接続される一対の電線（１５，１７）とを有するセンサ素子（１０）と、感熱体（１１）が軸線方向（Ｃ）に沿って納められる、軸線方向（Ｃ）の周りに閉じられた収容室（３７）と、測定対象物（１００）に接触して測定対象物（１００）から熱を受ける受熱面（３２）と、を有する受熱体（３０）とを備える。記受熱体（３０）は、受熱面（３２）と、受熱面（３２）に対する対向面（３４）とを有する基体（３１）と、対向面（３４）の側に設けられ、収容室（３７）を有する、基体（３１）と一体的に形成される保持体（３５）と、を備え、保持体（３５）は、軸線方向（Ｃ）に直交する横断面における外周が、対向面（３４）から離れる向きに凸となる形状を有している。

Description

本発明は、測定対象物の表面に接触して温度を測定できる温度センサに関する。

測定対象物の表面温度を測定する温度センサとして、測定対象物の平面に面で接触する検知面または受熱面を備えるものがある。例えば、特許文献１がこれに該当する。
特許文献１に開示される温度センサは、測定対象物のおもて面に面接触して測定対象物からの熱を受熱する接触面をうら面に備えるとともにサーミスタ素子の収納部をうら面に備える受熱部品と、受熱部品を嵌合保持するように形成され樹脂ホルダと、を備える。特許文献１の温度センサによれば、取り付け作業が簡単で、測定対象物の表面温度を正確に測定ができる、とされている。

特開２０１２－１４５５２７号公報

温度センサは、測定温度の正確性に加えて、測定対象物の温度変化に対する熱応答性が速いことが望まれる。ところが、特許文献１の温度センサは、熱応答性の点で改善の余地があった。
そこで本発明は、測定対象物の表面温度を正確に測定ができるとともに、熱応答性が改善された温度センサを提供することを目的とする。

本発明の温度センサは、軸線方向に延びる感熱体と、感熱体に電気的に接続される一対の電線（１５，１７）とを有するセンサ素子と、感熱体が軸線方向に沿って納められ、軸線方向の周りに閉じられた収容室と、測定対象物に接触して測定対象物から熱を受ける受熱面と、を有する受熱体とを備える。
受熱体は、受熱面と、受熱面に対する対向面とを有する基体と、対向面の側に設けられ、収容室を有する基体と一体的に形成される保持体と、を備える。
保持体は、軸線方向に直交する横断面における外周が、対向面から離れる向きに凸となる形状を有している。

受熱体において、軸線方向に直交し基体と保持体とが並ぶ高さ方向と、軸線方向と高さ方向の両方に直交する幅方向と、が定義される。対向面において、基体の幅方向の寸法Ｗ３１と、保持体の幅方向の寸法Ｗ３５とが、Ｗ３１＞Ｗ３５の関係を有することが好ましい。

保持体は、軸線方向に直交する横断面における外周が、対向面から離れる向きに中央部が凸となるアーチ型を有していることが好ましい。

保持体は、基体よりも熱容量か小さいことが好ましい。

収容室は、保持体と基体に跨って設けられることが好ましい。
この収容室は、対向面よりも受熱面に向けて凹んで形成されていることが好ましい。

収容室は、一対の電線が引き出される側が開口し、その逆側が閉じられていることが好ましい。

本発明の温度センサによれば、受熱体が測定対象物に接触して測定対象物から熱を受けるので、測定温度の精度が高い。加えて、本発明の温度センサによれば、保持体が、軸線方向に直交する横断面における外周が、対向面から離れる向きに凸となる形状を有しているので、保持体に収容される感熱体の熱応答性が優れる。

実施形態に係る温度センサを示す平面図および部分拡大断面図である。実施形態に係る温度センサのセンサ素子を示す図である。実施形態に係る温度センサの受熱体を示す図である。実施形態に係る温度センサを得る過程で作製した受熱体を示す図である。ボックス型の受熱体を適用した場合の温度測定における熱応答性の評価結果を示すグラフである。アーチ型の受熱体を適用した場合の温度測定における熱応答性の評価結果を示すグラフである。アーチ型の受熱体とボックス型の受熱体の熱伝達の違いを示す図である。本実施形態の変形例を示す図である。本実施形態の他の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
実施形態に係る温度センサ１は、一例として、その受熱面３２が測定対象物１００の平坦な測定面１０１に面で接触して測定対象物１００の温度を測定する。温度センサ１は、受熱面３２を備える受熱体３０の形状を特定することにより、高熱応答性を有する温度測定を実現できる。

［温度センサ１の全体構成：図１］
温度センサ１は、センサ素子１０と、センサ素子１０の感熱体１１を保持するとともに、測定対象物１００と接触して測定対象物１００からの熱を受ける受熱体３０と、を備える。受熱体３０は、後述する保持体３５の軸線方向（Ｃ）に沿ってセンサ素子１０の感熱体１１を保持する。温度センサ１は測定対象物１００と平行に配置されるが、この平行な配置のことを、温度センサ１が測定対象物１００に対する横置き、と称する。
なお、温度センサ１において、図１などに示すように、感熱体１１が設けられる側を前（Ｆ）と定義し、その逆の側を後（Ｒ）と定義する。この前（Ｆ）、後（Ｒ）の定義は相対的な意味を有するものとする。

［センサ素子１０：図１，図２］
センサ素子１０は、感熱体１１と、感熱体１１の周囲を覆うガラス製の被覆層１３と、感熱体１１に電気的に接続される一対の第１電線１５，１５と、第１電線１５，１５のそれぞれの他端に電気的に接続される第２電線１７，１７と、を備えている。電気的に接続される第１電線１５，１５と第２電線１７，１７により本発明における一対の電線が構成される。

［感熱体１１］
感熱体１１は、軸線方向Ｃに長い紡錘形状を有している。感熱体１１は、例えば、サーミスタを用いることが好ましい。サーミスタはthermally sensitive resistorの略称であり、温度によって電気抵抗が変化する性質を利用して温度を検出する金属酸化物である。他の感熱体として、白金抵抗体、熱電対などを使用できる。
サーミスタは、ＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタとＰＴＣ（positive temperature coefficient）に区分されるが、本実施形態はいずれのサーミスタをも使用できる。

ＮＴＣサーミスタとして典型的なスピネル構造を有するマンガン酸化物（Ｍｎ_３Ｏ_４）を基本組成とする酸化物焼結体を感熱体１１に用いることができる。この基本構成にＭ元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｌおよびＣｒの１種又は２種以上）を加えたＭ_ｘＭｎ_３－ｘＯ_４の組成を有する酸化物焼結体を感熱体１１に用いることもできる。さらに、Ｖ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｓｒ、ＴｉおよびＺｒの１種又は２種以上を加えることができる。
また、ＰＴＣサーミスタとして典型的なペロブスカイト構造を有する複合酸化物、例えばＹＣｒＯ_３を基本構成とする酸化物焼結体を感熱体１１に用いることができる。

［被覆層１３：図１，図２］
被覆層１３は、感熱体１１を封止して気密状態に保持することによって、温度センサ１が用いられる周囲の環境条件に由来する感熱体１１の化学的、物理的変化の発生を防止するとともに、感熱体１１を機械的に保護する。被覆層１３は、感熱体１１の全体に加えて第１電線１５，１５の前端を覆い、第１電線１５，１５を封着する。
なお、被覆層１３を設けることは、本発明において好ましい形態にすぎず、被覆層１３を設けることなく感熱体１１だけでも足りる。

［第１電線１５：図１、図２］
第１電線１５，１５は、図示を省略する感熱体１１の電極に電気的に接続される。
第１電線１５，１５は、被覆層１３により封着されるため、線膨張係数がガラスと近いジュメット線（Dumet wires）が好適に用いられる。なお、ジュメット線は、鉄とニッケルを主成分とする合金を導電体である芯線として用い、そのまわりを銅で覆った電線である（ＪＩＳＨ４５４１）。

［第２電線１７：図１、図２］
第２電線１７，１７は、導電体からなる芯線１７Ａ，１７Ａと、芯線１７Ａ，１７Ａを覆う絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂと、を備える。第２電線１７，１７は、２芯平行線、または単に平行線と称されている。第２電線１７，１７は、芯線１７Ａ，１７Ａの前端が第１電線１５，１５とそれぞれが溶接、半田や導電性接着剤などにより電気的に接続される。一対の第２電線１７，１７の芯線１７Ａ，１７Ａは、第１電線１５，１５と接続される前端部分、および、図示が省略される温度センサ１の制御機器と接続される後端部分が剥き出しとされている。
第２電線１７は、第１電線１５のように線膨張係数の制約がなく、所定の耐熱性、耐久性を備えている限り、任意の材質を選択できる。

［絶縁チューブ１６，保護チューブ１８：図１，図２］
絶縁チューブ１６，１６は、第１電線１５，１５を被覆し、第１電線１５，１５の相互の電気的絶縁性を図る。絶縁チューブ１６は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）などの耐熱性の高い樹脂材料から構成される。
保護チューブ１８，１８は、絶縁チューブ１６，１６および第２電線１７，１７を被覆し、２線間の絶縁性を担保しつつ芯線１７Ａ，１７Ａを酸化や汚損等から保護する。保護チューブ１８，１８は、例えば架橋フッ素エラストマなどから構成される。

［受熱体３０：図１，図３］
次に、図１および図３を参照して、受熱体３０を説明する。
受熱体３０は、測定対象物に載せられる基体３１と、基体３１に連なり、感熱体１１を含むセンサ素子１０の前方（Ｆ）の部分を内部に収容し、保持する保持体３５と、を備える。ここでは基体３１と保持体３５とが一体的に形成されている例が示されているが、それぞれを別体として作製し、その後に両者を接合して一体化してもよい。センサ素子１０の前方（Ｆ）の部分は、保持体３５に収容され、充填剤４１により周囲が封止されて当該部分が固定される。なお、基体３１と保持体３５を備える受熱体３０の形態をアーチ型と称することがある。アーチ型とは、対向面３４から離れる向きに中央部が凸となる曲線からなる。
受熱体３０において、図３に示すように、軸線方向（Ｃ）、幅方向（Ｗ）および高さ方向（Ｈ）が定義される。また、図３は、受熱体３０の斜視図、部分平断面図（ＰＶ）、底面図（ＢＶ）、正面図（ＦＶ）および背面図（ＲＶ）を含んでいる。

基体３１は、好適な一例として、直方体状の外観を有し、測定対象物１００の平坦な測定面１０１と面接触する矩形状の受熱面３２を備える。基体３１は、受熱面３２の四つの辺のそれぞれに連なり受熱面３２に対して垂直に立ち上がる側面３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを備える。また、基体３１は、受熱面３２と高さ方向（Ｈ）に間隔を隔てて平行な対向面３４を備える。対向面３４は矩形状をなしており、その四つの辺のそれぞれには側面３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄが連なっている。

受熱面３２は、幅方向（Ｗ）において、保持体３５から外側に突き出す部分がある。そのために、受熱面３２は面積を広く確保できる。また、センサ素子１０が横置きされる温度センサ１の受熱体３０の受熱面３２は、軸線方向（Ｃ）における感熱体１１および被覆層１３の寸法に対応する軸線方向（Ｃ）の寸法を有する必要がある。そのために、センサ素子１０が縦置きとされる温度センサに比べて、受熱面３２は必然的にその面積が広くなる。

保持体３５は、基体３１の幅方向（Ｗ）の中央に基体３１と一体的に形成される。保持体３５は、対向面３４から高さ方向（Ｈ）に立ち上がり、かつ、対向面３４の軸線方向（Ｃ）の全域に亘って延設されている。保持体３５は、幅方向（Ｗ）に直交しかつ高さ方向（Ｈ）に沿う横断面が半円筒形状を有しており、その外周３６がアーチ型、典型的には円弧形状をなしている。このように外周３６がアーチ型をなしていれば、外周３６から収容室３７までの距離を略均等にできるので、収容室３７の内部における周方向の熱的な影響が均等になるため、測定温度の精度を高くできる。対向面３４において、基体３１の幅方向（Ｗ）の寸法Ｗ３１と、保持体（３５）の幅方向（Ｗ）の寸法Ｗ３５とが、Ｗ３１＞Ｗ３５の関係を有することが、熱的な影響が均等になるために好ましい。

保持体３５の軸方向（Ｃ）の端部３５Ｆ，３５Ｒは、それぞれ側面３３Ａ，３３Ｂと面一になっている。保持体３５は、基体３１の幅方向（Ｗ）の中央に配置されているため、保持体３５の幅方向（Ｗ）の両脇には、対向面３４が形成される。このため、対向面３４に対して受熱面３２に向けた荷重を加えることで、受熱体３０を測定対象物１００に押し付けることができる。そうすれば、受熱面３２と測定面１０１との確実な面接触状態を得ることができる。また、例えば、対向面３４か基体３１を貫通するように締結手段を設けることで、受熱体３０を測定対象物１００に固定することもできる。このように、保持体３５よりも幅方向（Ｗ）に広がる部分を備える基体３１は、受熱体３０の測定対象物１００への取り付けにも寄与する。

また、保持体３５は、半円筒状に形成されているので、基体３１に比べて体積が小さい。基体３１と保持体３５は一体的に形成されており同じ材料で構成されているので、保持体３５は基体３１よりも熱容量が相当程度に小さい。したがって、基体３１に比べて保持体３５の熱応答性が高い。

保持体３５には、開口形状が円形の収容室３７が設けられている。この収容室３７の内部には、センサ素子１０の感熱体１１（被覆層１３）および第１電線１５，１５の一部が軸線方向Ｃに沿って収容される。そして、収容部３７に充填剤４１が充填されることで、センサ素子１０の感熱体１１および第１電線１５，１５の一部は、収容室３７の内部に固定、保持される。したがって、収容室３７は、当該一部および当該一部を固定、保持するのに必要な量の充填剤４１を収容するのに足りる容積を有している。収容室３７の開口形状が円形をなしているので、収容室３７に固定される感熱体１１は収容室３７の外周からの距離が周方向において略均等である。したがって、充填剤４１、被覆層１３を介して感熱体１１に伝えられる熱が周方向において略均等になるので、測定温度の精度を高くできる。軸線方向Ｃに沿って収容室３７に保持される感熱体１１は、測定対象物１００の測定面１０１と略平行をなし、感熱体１１に接続される一対の第１電線１５，１５および一対の第２電線１７，１７も測定面１０１と平行な方向に引き出される。したがって、第１電線１５，１５、一対の第２電線１７，１７は測定面１０１から近い位置に配置される。

収容室３７は、その径方向の周囲が基体３１と保持体３５とにより取り囲まれている。また、収容室３７は、軸線方向（Ｃ）に沿って形成されるが、好ましい形態として、後方（Ｒ）に位置する後端部３７Ｒは開口する一方、その逆側である前方（Ｆ）に位置する前端部３７Ｆは閉じられている。センサ素子１０は、感熱体１１（被覆層１３）が前端部３７Ｆの側に配置され、第１電線１５，１５が後端部３７Ｒの側から外部に引き出される。このように、収容室３７は、後端部３７Ｒを除いて、閉じられた空間をなしている。

収容室３７には溶融状態の充填剤４１が供給され、その後にセンサ素子１０が感熱体１１の側から収容室３７に挿入され、その後、充填剤４１は硬化される。この過程において、前端部３７Ｆが閉じられているため、前端部３７Ｆを下向きにすれば、溶融状態の充填剤４１を収容室３７の内部に容易に蓄えることができる。充填剤４１は、好ましくはエポキシ樹脂から構成されるが、他の材料を用いることもできる。

収容室３７は、軸線方向（Ｃ）に直交する横断面における開口形状が円形をなしている。
また、収容室３７は、受熱体３０の軸線方向（Ｃ）に直交する横断面において、保持体３５と基体３１に跨って形成される。つまり、収容室３７は保持体３５と基体３１の境界線ＢＬを越えて基体３１まで入り込んでおり、収容室３７は対向面３４よりも受熱面３２の近くまで達している。収容室３７が基体３１まで入り込んでいることは、温度センサ１における温度測定の熱応答性向上に寄与する要素である。この熱応答性は熱時定数により評価されるが、温度センサ１に関する熱時定数の測定結果については後述する。

受熱体３０は、相対的に熱容量の大きい基体３１と相対的に熱容量の小さい保持体３５を備える。
基体３１は受熱面３２が測定対象物１００の測定面１０１に接して、測定対象物１００からの熱を受けるとともに、収容室３７の内部に配置される感熱体１１および保持体３５に向けて当該熱を伝達する。つまり、基体３１は受熱および熱伝達の機能を発揮する。
また、保持体３５は、基体３１から伝達される熱を収容室３７の内部に配置される感熱体１１に向けて伝える熱伝達の機能を発揮する。

紡錘形状を有する感熱体１１は、軸線方向Ｃの寸法が径方向の寸法よりも大きい。したがって、感熱体１１が横置きとされる温度センサ１においては、軸線方向Ｃにおける収容室３７、ひいては基体３１の寸法が必然的に大きくなり、受熱面３２の面積も大きくなる。

受熱体３０は、好ましくは、基体３１と保持体３５とが一体的に形成されるが、その材質は温度センサ１が適用される測定対象物１００に応じて、特に測定温度に応じて選択される。具体的には、受熱体３０は、セラミックス、金属材料、樹脂材料から形成できる。

セラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）などが知られているが、熱伝導性の優れる窒化アルミニウム、酸化アルミニウムおよび炭化ケイ素が受熱体３０に好適に用いられる。
セラミックスからなる受熱体３０を得るには、所定組成を有する原料粉末から受熱体３０と相似形の成形体をプレス成形により作製し、次いで、成形体を焼結すればよい。

熱伝導率の高い金属材料として、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）が知られるが、価格の点からアルミニウムが受熱体３０に好適に用いられる。
金属材料からなる受熱体３０は、受熱体３０と同じ形状のキャビティを有する金型を用いて形成される鋳造体、金属材料製のブロックからの受熱体３０の削出体、金属粉末からなる成形体を焼結して得られる焼結体などがある。

樹脂材料としては、耐熱性が２００℃を越えるポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）およびポリアミドイミド（ＰＡＩ）などを用いることができる。樹脂材料からなる受熱体３０は、射出成形体として作製される。

［各要素による熱応答性への影響：図４，図５，図６］
本発明者は、温度センサ１をなす過程において、熱応答性に影響を及ぼすものと推測されるいくつかの要素を変動させて、タグチ計画に基づいて熱応答性の解析を行った。この解析に用いられた受熱体１３０を図４に示す。この受熱体１３０は、全体が直方体状に形成され、受熱面１３２、側面１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃ，１３３Ｄおよび対向面１３４を有するとともに、保持室１３７が形成されている。保持室１３７の内部には、図３に示す受熱体３０の場合と同様に、センサ素子１０の感熱体１１および第１電線１５，１５の一部が軸線方向Ｃに沿って収容されるとともに、充填剤４１により保持室１３７の内部に固定、保持される。なお、アーチ型の受熱体３０との区別をするために、受熱体１３０をボックス型と称することがある。

［各部の熱応答性への影響：図５］
図５に示される評価結果は、図４に示される寸法Ｔ（Ｔ＝０．５ｍｍ）と寸法ｔ（ｔ＝０．５ｍｍ）である。寸法Ｔは側面１３３Ｂから保持室１３７の前端部１３７Ｆまでの長さを示し、寸法ｔは受熱面１３２から保持室１３７までの長さを示している。
図５に示すように、寸法ｔのほうが寸法Ｔよりも熱応答性に及ぼす影響が大きいことが分かる。なお、評価に供された受熱体１３０は、アルミニウム合金（ＪＩＳＡ２０１７）からなる一体的な成形体である。

［材料による熱応答性への影響：図６］
受熱体１３０を構成する材料には、アルミニウム合金や酸化アルミニウム焼結体（Ａｌ_２Ｏ_３）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）樹脂等を用いることができる。熱応答性は、熱伝導率の大小に対応するが、熱伝導率の高いアルミニウム合金等を用いてしまうと、高い熱応答性を得ることができる。高い熱応答性が要求されない場合には、アルミニウム合金等よりも熱伝導性の小さい材料、例えば、セラミックス材や樹脂材料が用いられる。それぞれの材料の熱伝導率を以下に示しておく。
アルミニウム合金（ＪＩＳＡ２０１７）：１３４Ｗ／ｍ・Ｋ
酸化アルミニウム焼結体（Ａｌ_２Ｏ_３：９６ｖｏｌ.％）：２１．８Ｗ／ｍ・Ｋ
ＰＰＳ樹脂：０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ

受熱面１３２から保持室１３７までの寸法ｔは小さく設定するほど、熱応答性を高くすることができる。この熱応答性の高低は、測定対象物１００の測定面１０１から受熱面３２で受けた熱が保持室１３７まで伝わる時間に対応する。なお、熱時定数（τ）は温度変化に対する熱応答性の度合いを表した定数であり、一般的には、初期の温度差の６３.２％変化するまでの時間を熱時定数τ(ｓｅｃ.)として定義され、エポキシ樹脂を充填剤としたときの熱時定数の平均（ｎ＝９）は０．９４であった。

以上の結果を踏まえて、アーチ型の受熱体３０を用いた温度センサ１について、上記と同様にタグチ計画に基づいて熱応答性の解析を行った。この解析においても、いくつかの要素を変動させた。つまり、図６に示すパターンＸ、パターンＹおよびパターンＺのように高さ方向（Ｈ）の寸法Ｌを変えるとともに、収容室３７の高さ方向（Ｈ）の位置を変えた。なお、パターンＹは受熱体３０の形態を踏襲しており、収容室３７が保持体３５と基体３１とに跨っているが、パターンＸおよびパターンＺは収容室３７が保持体３５の範囲内に収まり、基体３１まで至っていない。パターンＸ、パターンＹおよびパターンＺともに、受熱体３０はアルミニウム合金（ＪＩＳＡ２０１７）および酸化アルミニウム焼結体（Ａｌ_２Ｏ_３：９６ｖｏｌ.％）の２種類の材料で作製した。図６にその結果が示されているが、パターンＹ、つまり収容室３７が基体３１と保持体３５に跨って形成される受熱体３０が適用される温度センサ１の温度測定に対する熱応答性が優れていることが解る。

パターンＹの受熱体３０において、充填剤４１にエポキシ樹脂を用いたときの熱時定数は以下の通りであり、極めて優れる熱応答性が得られる。
アルミニウム合金（ＪＩＳＡ２０１７）：０．５秒
酸化アルミニウム焼結体（Ａｌ_２Ｏ_３：９６ｖｏｌ.％）：０．７秒

［温度センサ１による効果］
以上説明した温度センサ１が奏する効果を説明する。
温度センサ１は、アーチ型の受熱体３０を採用しているために、測定温度の熱応答性が優れる。特に、収容室３７が基体３１に入り込むことにより、熱応答性をより向上できる。

［アーチ型受熱体３０の優位性：図７］
アーチ型の受熱体３０はボックス型の受熱体１３０に比べて温度測定における熱応答性が優れる理由を、図７を参照して説明する。
受熱体３０は、基体３１と保持体３５を備え、前述したように、基体３１の熱容量Ｃ３１と保持体３５の熱容量Ｃ３５とが、熱容量Ｃ３１＞熱容量Ｃ３５の関係を有する。そして、基体３１が測定対象物１００から熱を伝達されるとともに、基体３１が受けた熱は保持体３５に伝達される。このとき、保持体３５は受熱体３５を構成する材料よりも熱伝導性の劣る空気で取り囲まれているので、基体３１が受けた熱は専ら保持体３５に伝達される。保持体３５は熱容量Ｃ３５が基体３１の熱容量Ｃ３１よりも小さいので、保持体３５の伝達熱による熱応答性は基体３１よりも速くなる。したがって、保持体３５の内部に設けられる収容室３７の熱応答性も相対的に速くなる。
以上に対して、ボックス型の受熱体１３０は、アーチ型の受熱体３０の基体３１が高さ方向（Ｈ）の端部まで連なっているものとみなされる。つまり、受熱体１３０は、受熱体３０のように熱容量が小さい部分が存在しないために、保持室１３７の熱応答性は収容室３７に比べて相対的に遅くなる。

［収容室３７が保持体３５と基体３１とに跨ることの優位性：図７］
受熱体３０は、アーチ型を有するのに加えて、収容室３７が保持体３５と基体３１とに跨ることにより、収容室３７は、受熱面３２が接する測定対象物１００までの距離が小さい。したがって、収容室３７が保持体３５の内部だけに設けられている同じ寸法の受熱体３０に比べて、受熱体３０の熱応答性が優れる。加えて、基体３１に入り込んでいる収容室３７には、幅方向（Ｗ）の両側からも熱が伝えられるために、熱応答性がより一層優れる。幅方向（Ｗ）の両側からも収容室３７に熱が伝えられるのは以下の理由による。

基体３１で受けた熱は、受熱面３２から離れる向き、高さ方向（Ｈ）の上向きに伝えられ、対向面３４に至る。対向面３４は、保持体３５に連なる部分と、外部に開放され空気に直に接する部分とがある。保持体３５に連なる部分およびその近傍に達した熱は保持体３５に伝えられる。しかし、空気に直に接する部分は、空気の熱伝導性が劣るために、幅方向（Ｗ）の中央に向けて、換言すると、収容室３７に向けて伝えられる。この収容室３７の幅方向（Ｗ）の両側からの熱伝達を収容室３７が受けることにより、収容室３７における熱応答性が優れる。

［温度センサ１が測定対象物１００に対して横置きされることの優位性］
温度センサ１が測定対象物１００に対して横置きされることにより以下の効果を奏する。なお、センサ素子の軸線方向Ｃが測定対象物１００の測定面１０１に対して垂直な温度センサは、縦置きと称される。
横置きの温度センサ１は、縦置きの温度センサに比べて、受熱体３０の高さ方向（Ｈ）の寸法を抑えることができるので、受熱体３０からの周囲への放熱（熱引き）を低減できる。また、横置きの温度センサ１によれば、第１電線１５および第２電線１７は測定面１０１に対して平行に引き出されるために測定面１０１から近い位置に配置されるので、縦置きの温度センサに比べて、第１電線１５および第２電線１７からの放熱を低減できる。これらの放熱の低減によって、高応答の温度測定ができる。なお、第１電線１５および第２電線１７が測定面１０１から近い位置に配置されることにより、温度センサ１は高さ方向（Ｈ）における測定対象物１００の省スペース化に寄与する。

また、横置きの温度センサ１の受熱体３０の受熱面３２は、幅方向（Ｗ）において、保持体３５から外側に突き出す部分があるために、その面積を広くできる。加えて、受熱体３０の受熱面３２は、軸線方向（Ｃ）における感熱体１１および被覆層１３の寸法に対応するために、縦置きの受熱体の受熱面に比べその面積が広くなる。このように、受熱面３２を広くできることにより、受熱体３０はより多くの熱量を受けるので、温度センサ１は高い熱応答性を備えることができる。

以上、本発明の好適な温度センサ１を説明したが、本発明はこれに限定されずに種々の変更を伴うことができる。
例えば、図８の受熱体３０Ａは、破線に示すように、収容室３７を保持体３５だけに設けるようにしてもよいし、収容室３７をさらに受熱面３２に近づけることができる例を示している。
図８の受熱体３０Ｂは、破線で示すように、収容室３７を保持体３５の幅方向（Ｗ）の中央からずらして設けることができる例を示している。
図８の受熱体３０Ｃは、保持体３５Ｃが矩形状の横断面を有する例を示している。本発明は、半円形、矩形以外の例えば多角形を有する保持体の適用可能性を有している。
図８の受熱体３０Ｄは、収容室３７Ｄの開口形状が矩形である例を示している。本発明は、円形および矩形以外の例えば多角形を有する収容室３７Ｄの開口形状の適用可能性を有している。
図８の受熱体３０Ｅは、前述したＷ３１およびＷ３５がＷ３１＝Ｗ３５の関係を有している。

また、図９の受熱体３０Ｅは保持体３５Ｅの軸線方向（Ｃ）の寸法が基体３１よりも小さく、またこの逆に、図９の受熱体３０Ｆは保持体３５Ｅの軸線方向（Ｃ）の寸法が基体３１よりも大きい。
図９の受熱体３０Ｇは基体３１Ｇの平面形状が円形である例を示している。本発明は、円形および矩形以外の例えば多角形を有する基体３１Ｇの平面形状の適用可能性を有している。また、図９の受熱体３０Ｈは保持体３５Ｈの平面形状が円形である例を示している。本発明は、円形および矩形以外の例えば多角形を有する保持体３５の平面形状の適用可能性を有している。

１温度センサ
１０センサ素子
１１感熱体
１３被覆層
１５第１電線
１６絶縁チューブ
１７第２電線
１７Ａ，１７Ａ芯線
１７Ｂ，１７Ｂ絶縁被覆
１８保護チューブ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ，１３０受熱体
３１，３１Ｇ基体
３２，１３２受熱面
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃ，１３３Ｄ側面
３４，１３４対向面
３５，３５Ｃ，３５Ｅ，３５Ｈ保持体
３６外周
３７，３７Ｄ，１３７収容室
３７Ｆ前端部
３７Ｒ後端部
４１充填剤
１００測定対象物
１０１測定面
ＢＬ境界線

Claims

軸線方向に延びる感熱体と、前記感熱体に電気的に接続される一対の電線とを有するセンサ素子と、
前記感熱体が前記軸線方向に沿って納められる、前記軸線方向の周りに閉じられた収容室と、測定対象物に接触して測定対象物から熱を受ける受熱面と、を有する受熱体とを備え、
前記収容室は、
一対の前記電線が引き出される側が開口し、その逆側が閉じられており、
前記受熱体は、
前記受熱面と、前記受熱面に対する対向面とを有する基体と、
前記対向面の側に設けられ、前記収容室を有する、前記基体と一体的に形成される保持体と、を備え、
前記保持体は、前記軸線方向に直交する横断面における外周が、前記対向面から離れる向きに凸となる形状を有している、温度センサ。
前記受熱体において、前記軸線方向に直交し前記基体と前記保持体とが並ぶ高さ方向と、前記軸線方向と前記高さ方向の両方に直交する幅方向と、が定義され、
前記対向面において、前記基体の前記幅方向の寸法Ｗ３１と、前記保持体の前記幅方向の寸法Ｗ３５とが、Ｗ３１＞Ｗ３５の関係を有する、
請求項１に記載の温度センサ。
前記保持体は、前記軸線方向に直交する横断面における外周が、前記対向面から離れる向きに中央部が凸となるアーチ型をなしている、
請求項２に記載の温度センサ。
前記保持体は前記基体よりも熱容量が小さい、
請求項１に記載の温度センサ。
前記収容室は、前記保持体と前記基体に跨って設けられる、
請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
前記収容室は、前記対向面よりも前記受熱面に向けて凹んで形成されている、
請求項５に記載の温度センサ。
軸線方向に延びる感熱体と、前記感熱体に電気的に接続される一対の電線とを有するセンサ素子と、
前記感熱体が前記軸線方向に沿って納められる、前記軸線方向の周りに閉じられた収容室と、測定対象物に接触して測定対象物から熱を受ける受熱面と、を有する受熱体とを備え、
前記受熱体は、
前記受熱面と、前記受熱面に対する対向面とを有する基体と、
前記対向面の側に設けられ、前記収容室を有する、前記基体と一体的にかつ前記軸線方向の周りに継目なく連なって形成される保持体と、を備え、
前記保持体は、前記軸線方向に直交する横断面における外周が、前記対向面から離れる向きに凸となる形状を有している、温度センサ。