JPWO2018092828A1 - 温度計及び温度計用ジョイント - Google Patents

Abstract

センサ部が高温を測定しても、センサ部の熱が表示器に伝わるのを防止することができる温度計を提供する。
本発明の温度計は、センサ部（１）と、センサ部（１）が測定した温度を電気的に表示する表示器（６）と、表示器（６）が収容される樹脂製のケース（５）と、センサ部（１）とケース（５）との間に介在するセラミックス製のジョイント（３）と、を備える。セラミックスは、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を主成分とするジルコニア系ファインセラミックスである。

Description

本発明は、温度計及び温度計用ジョイントに関する。

例えば船舶の原動機には、排気温度を測定する温度計が取り付けられる（特許文献１参照）。排気温度を測定することで、原動機の燃焼状態を知ることができる。作業員は、航行開始時に排気温度を見ながら燃料噴射量を制御し、高負荷時の不完全燃焼や燃費の悪化を防止する。また、作業員は、低負荷時に原動機の排気温度を見ながら燃焼噴射バルブの詰まりを検出する。

ところで、原動機の排気温度は、高温（例えば４００〜６００℃）である。高温を測定する必要性から、従来の温度計として水銀温度計が用いられていた。しかし、近年、水銀汚染によって引き起こされる健康問題や環境汚染を防ぐために、水銀や水銀を使用した製品の製造・販売が国内・海外で禁止されつつある。このため、水銀温度計の代替えとなる新たな温度計が要請されている。新たな温度計として、熱電対等を備えるセンサ部で排気温度を測定し、液晶等の電気的な表示器で温度を表示する温度計が望まれている。

特開２００３−１２０３７８号公報

しかし、センサ部が測定する温度は高温（例えば４００〜６００℃）であるのに対し、液晶等の電気的な表示器の耐熱温度ははるかに低温（例えば７０〜８０℃）である。この種の表示器を設けた温度計には、センサ部の高温の熱が表示器に伝わり、表示器の耐熱温度を超え易いという課題がある。

そこで、本発明は、センサ部が高温を測定しても、センサ部の熱が表示器に伝わるのを防止することができる温度計及び温度計用ジョイントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、センサ部と、前記センサ部が測定した温度を電気的に表示する表示器と、前記表示器が収容される樹脂製のケースと、前記センサ部と前記ケースとの間に介在するセラミックス製のジョイントと、を備える温度計である。

本発明の他の態様は、センサ部と、前記センサ部が測定した温度を電気的に表示する表示器が収容される樹脂製のケースと、の間に介在するセラミクス製の温度計用ジョイントである。

本発明によれば、まず、耐熱温度が高く熱伝導率が金属よりも低いセラミックス製のジョイントがセンサ部から伝わる熱を断熱する。次に、耐熱温度がセラミックス製のジョイントより低いが熱伝導率がセラミックス製のジョイントより低い樹脂製のケースが、セラミックス製のジョイントから伝わる熱を断熱する。セラミックス製のジョイントと樹脂製のケースの２段階で断熱するので、センサ部が高温を測定しても、センサ部の熱が表示器に伝わるのを防止することができる。

本実施形態の温度計の外観斜視図である。 本実施形態の温度計の正面図である。 センサ部取付け金具の断面図である。 ジョイントの詳細図（図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は断面図）である。 セラミックス製のジョイントの断熱効果を実験した結果を示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の温度計を詳細に説明する。ただし、本発明の温度計は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１及び図２は、本発明の一実施形態の温度計を示す。図１は斜視図であり、図２は正面図である。符号１はセンサ部、符号２はセンサ部取付け金具、符号３はジョイント、符号４はケース取付け金具、符号５はケース、符号６は表示器である。

センサ部１は、原動機に挿入され、原動機の排気温度を検出する。センサ部１は、細長い有底円筒状の外筒１ａと、外筒１ａの内部に延在する熱電対１ｂと、を備える。センサ部１は、その上端部がセンサ部取付け金具２に固定される。センサ部１は原動機の高温の排気に晒され、センサ部１の温度は約４００℃〜６００℃になる。高温に耐えられるように、外筒１ａはステンレス製である。

センサ部取付け金具２は、外周に原動機にねじ込むための雄ねじが形成される本体２ａと、この本体２ａの雄ねじに螺合するナット２ｂと、を備える。センサ部取付け金具２を原動機にねじ込んで仮固定し、温度計の向きを合わせた後、ナット２ｂを用いてセンサ部取付け金具２を原動機に本固定する。

原動機に取り付けたとき、センサ部取付け金具２の温度は約３００℃になる。原動機へのねじ込みのし易さ、高温に耐えられることを考慮して、センサ部取付け金具２はステンレス製である。

図３は、センサ部取付け金具２の本体２ａの断面図を示す。本体２ａの外周の下側に原動機にねじ込むための雄ねじ１１が形成される。本体２ａの外周の上側にジョイント３にねじ込むための雄ねじ１２が形成される。本体２ａには、軸方向に貫通する孔１３が形成される。この孔１３にセンサ部用配線が通される。本体２ａの下端部には、孔１３に連通するように、センサ部１の外筒１ａが装着される凹部１５が形成される。本体２ａの上端部には、孔１３に連通するように、耐熱接着剤が充填される凹部１６が形成される。本体２ａの孔１３にセンサ部用配線を通し、本体２ａにセンサ部１を装着した後、凹部１６が耐熱接着剤で充填される。孔１３を通る熱気の対流を防止するためである。

図４は、ジョイント３の詳細図を示す。図４（ａ）はジョイント３の側面図、図４（ｂ）はジョイント３の断面図である。ジョイント３は、センサ部用配線を通すことができるように略筒状である。ジョイント３の軸方向の長さは、狭い機械スペースであっても温度計を取り付けることができるように５０ｍｍ以下である。

ジョイント３は、セラミックス製である。原動機に取り付けたとき、ジョイント３の下端部は、センサ部取付け金具２と同様に約３００℃になる。約３００℃の高温に耐えられることと、断熱材として機能させる（熱伝導率が低い）ことを考慮して、ジョイント３をセラミックス製にする。樹脂では、熱伝導率は低いものの３００℃以上の高温に耐えることができない。金属では、高温に耐えることはできるものの熱伝導率を低くすることができない。

本実施形態では、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を主成分とするジルコニア系ファインセラミックスを使用する。ジルコニア系ファインセラミックスは、１００℃から６００℃までの温度変化にかかわらず５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低い熱伝導率を持ち、曲げに強く（アルミニウムのように、曲がっても折れたり割れたりしにくく）、ねじで締めても割れにくいという特性を持つ。

ジョイント３の下端部には、センサ部取付け金具２がねじ込まれる雌ねじ２１が形成される。ジョイント３の上端部には、ケース取付け金具４がねじ込まれる雄ねじ２２が形成される。ジョイント３の内周面には、内径が異なるように複数の段差２３ａ〜２３ｅが付けられる。この段差２３ａ〜２３ｅには、センサ部用配線が通る孔を中心に開けた円形の隔壁２４ａ〜２４ｅが複数、例えば５枚配置される。隔壁２４ａ〜２４ｅの厚さは２〜５ｍｍである。隔壁２４ａ〜２４ｅは１枚以上あればよいが、隔壁２４ａ〜２４ｅで区切られた空気層を断熱材として利用することができるので、２枚以上あるのが好ましい。ジョイント３の下端部の雌ねじ２１の部分は約３００℃なので、最下段の隔壁２４ａには耐熱性の材料を使用する。２段目よりも上の隔壁２４ｂ〜２４ｅはそれほど高熱にはならないので、シリコンゴムを使用する。

図２に示すように、ジョイント３の上部には、ケース取付け金具４がねじ込まれる。ケース取付け金具４は、略円筒状の本体４ａと、本体４ａの上端部の雄ねじに螺合するナット４ｂと、を備える。本体４ａの上端部には、ナット４ｂを用いてケース５が固定される。本体４ａはステンレス製である。本体４ａの下端部には、ジョイント３の雄ねじ２２にねじ込むための雌ねじが形成される。

図１に示すように、ケース５は上下方向に細長い箱形状に形成される。ケース５は、耐熱温度はジョイント３ほど高くないが、熱伝導率がジョイント３よりも低い樹脂、例えばポリブチレンテレフタート樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂製である。セラミックス製のジョイント３を設けることで、ケース５の下端部の温度は約１００℃程度又はこれ以下に低下する。このため、樹脂を使用することができる。

ケース５は、ケース取付け金具４に取り付けられる箱形状のケース本体５ｂと、ケース本体５ｂに着脱可能に取り付けられる蓋５ａと、を備える。ケース本体５ｂには、表示器としての電子ペーパ６、熱電対の起電力から温度を計算し、計算した温度を電子ペーパ６に表示させる電子回路、電子ペーパ６及び電子回路に電力を供給する電池が設けられる。電子回路及び電池は、電子ペーパ６の裏側に配置される。センサ部用配線は、ケース５内を通り、電子回路につながる。蓋５ａには、電子ペーパ６を視認できる窓が設けられる。

ケース５は上下方向に細長い。電子ペーパ６、電子回路、電池は、ケース５の上半分（すなわち、ケース５の長さ方向の半分の位置よりもジョイント３から離れた側）に配置される。ジョイント３を通過した熱は、これらの部品に至るまでにケース５によって十分に断熱されるので、これらの部品の温度は５０℃以下にとどまる。このため、これらの部品を耐熱温度以下に保つことができ、また電池寿命を延ばすことができる。

電子ペーパ６は、マイクロカプセルの中に帯電した白と黒の顔料粒子を収め、電圧をかけて顔料粒子を移動させることで表示する。電子ペーパ６は、紙の長所とされる視認性を保った表示媒体であり、表示内容を電気的に書き換えられるという特徴を持つ。また、電子ペーパ６は、消費電力が低いという特徴を持つ。このため、原動機の排気温度を測定する温度計の表示器として適している。

図２に示すように、電子ペーパ６には、温度を表示する目盛り６ａ、温度の高低に伴って目盛り６ａに沿って伸長する棒グラフ６ｂ、温度の数値６ｃ、温度の履歴６ｄ等、任意の表示を行うことができる。履歴６ｄは横軸に温度、縦軸に時間をとったグラフが表示される。

ドラム缶の中に５００℃の液体（硝石の溶湯）を入れ、ドラム缶を原動機と見立てて、ドラム缶の蓋にパイプをねじ込んだ。図５の画像の左側は、比較例のパイプ（ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ７が付記）を示す。比較例のパイプは、下端から上端まで全てステンレス製である。

図５の画像の右側は、本発明例のパイプ（ＳＰ４、ＳＰ５，ＳＰ６、ＳＰ８が付記）を示す。本発明のパイプでは、下部がステンレス製、上部が長さ３５ｍｍのセラミックス製である。

図５に示すように、比較例のパイプでは、下端の温度がＳＰ２（３６２．１℃）であり、上端の温度がＳＰ３（１９０．１℃）であった。温度は低下するものの、樹脂製のケースを取り付けることができるほど温度が低下しない。

これに対して、本発明例のパイプでは、下端の温度がＳＰ４（３５４．０℃）であり、ステンレス製のパイプの上端部の温度がＳＰ５（２２２．０℃）であった。セラミックス製のパイプを取り付けることで、長さが３５ｍｍしかないにもかかわらず、セラミックス製のパイプの上端部の温度がＳＰ６（１１３．７℃）、ＳＰ８（９８．１℃）まで一気に低下した。セラミックス製のジョイントが断熱材として有効であることがわかった。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更できる。

例えば、上記実施形態では、温度計を船舶の原動機に取り付けた例を説明したが、温度計を発電機の原動機に取り付けることもできる。また、高温を測定するものであれば、炉や高温流体用配管に取り付けることもできる。

本明細書は、２０１６年１１月２１日出願の特願２０１６−２２５６９０に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１…センサ部
２…センサ部取付け金具
３…ジョイント
４…ケース取付け金具
５…ケース
６…電子ペーパ（表示器）
２４ａ〜２４ｅ…隔壁

Claims (7)

1. センサ部と、
   前記センサ部が測定した温度を電気的に表示する表示器と、
   前記表示器が収容される樹脂製のケースと、
   前記センサ部と前記ケースとの間に介在するセラミックス製のジョイントと、
   を備える温度計。
2. 前記セラミックスは、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を主成分とするジルコニア系ファインセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の温度計。
3. 前記ジョイントは、前記センサ部用の配線を通すことができるように略筒状に形成されると共に、その内部に熱気の対流を防止する隔壁を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度計。
4. 前記ジョイントの軸方向の一端部には、センサ部取付け金具がねじ締結され、
   前記ジョイントの前記軸方向の他端部には、ケース取付け金具がねじ締結されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の温度計。
5. 前記表示器は、電子ペーパであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温度計。
6. 前記表示器、前記表示器に温度を表示させる電子回路、並びに前記表示器及び前記電子回路に電力を供給する電池を、前記ケースの長さ方向の半分の位置よりも前記ジョイントから離れた側に配置することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の温度計。
7. センサ部と、前記センサ部が測定した温度を電気的に表示する表示器が収容される樹脂製のケースと、の間に介在するセラミックス製の温度計用ジョイント。