(57)【要約】【課題】水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てるための樹脂仕切部に開口き裂が生じ難い温度センサを提供する。【解決手段】温度センサは、水素タンク内に配されて用いられる。温度センサは、感温素子と一対の素子電極線と樹脂仕切部４とを備える。感温素子は、水素タンク内の温度を検出する。一対の素子電極線は、感温素子に電気的に接続されている。樹脂仕切部４は、水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てている。樹脂仕切部４は、樹脂４１中に多数の無機繊維４２を含有してなる。多数の無機繊維４２は、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素タンク内に配される温度センサ（１）であって、
温度を検出するための感温素子（２）と、
前記感温素子に電気的に接続された一対の素子電極線（３）と、
前記水素タンク内の雰囲気と前記感温素子とを隔てるための樹脂仕切部（４）と、を備え、
前記樹脂仕切部は、樹脂（４１）中に多数の無機繊維（４２）を含有してなり、
多数の前記無機繊維は、前記各無機繊維の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている、温度センサ。
【請求項２】
前記樹脂仕切部を構成する前記樹脂は、ポリアミド系樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂である、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記樹脂仕切部における前記無機繊維の含有量は、１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である、請求項１又は２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記樹脂仕切部における前記無機繊維の平均長さは、３０μｍ以上、２５０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記樹脂仕切部の任意断面において、前記各無機繊維と任意の方向に延在する仮想直線（Ｌ）との間になす９０°以下の角を繊維角度（θ）としたとき、前記無機繊維のそれぞれの前記繊維角度の平均は、１０°以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された温度センサは、燃料電池自動車の水素タンク内に配されて水素タンク内の温度を検出する。温度センサによる水素タンク内の温度の検出結果に基づいて、水素タンクへの水素の充填速度が制御される。
【０００３】
ここで、温度センサにおける、温度を検出するための感温素子が、水素タンク内の水素雰囲気に曝されると、感温素子が還元劣化し、温度センサによる温度検出の精度が低下するおそれがある。また、水素タンク内には、水素の充填による衝撃及び圧力が生じるため、感温素子をこれらの衝撃及び圧力から守る必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載された温度センサは、感温素子がガラス製のガラス封止体によって覆われることで、感温素子が水素タンク内の雰囲気から隔てられている。これにより、感温素子が水素タンク内の水素雰囲気に曝されることを防止しているとともに、感温素子に前述の衝撃及び圧力が直接的に加わることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０３５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、樹脂は気密性や耐圧性が高く、かつガラス材料に比べて安価なため、前記ガラス封止体を樹脂製の樹脂封止体に変更することが考えられる。しかしながら、この場合、以下に説明する課題がある。
【０００７】
水素タンク内への水素の充填時、水素タンク内の圧力は高くなる。水素タンク内の圧力上昇に伴い、水素タンク内に配された温度センサの樹脂封止体中に溶解する水素量が増加する。特に、樹脂成形時に形成される気泡（ボイド）に、水素は急増されやすい。
【０００８】
そして、燃料電池自動車の走行のために水素タンク内の水素を使用することに伴い、水素タンク内の水素が減り、水素タンク内が減圧される。この減圧に伴い、樹脂封止体中に溶解した水素が樹脂封止体の内部で気化し、樹脂封止体に気泡及び当該気泡を起点としたき裂が生じ得る。かかる現象は、ブリスタ破壊と呼ばれている。
【０００９】
ブリスタ破壊により樹脂封止体中に生じるき裂は、樹脂封止体の表面まで進展した開口き裂となることが考えられる。樹脂封止体に開口き裂が生じると、開口き裂を通って水素が感温素子近傍まで導入され、感温素子が還元劣化するおそれがある。感温素子が還元劣化すると、温度センサによる温度検出精度が低下し得る。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てるための樹脂仕切部に開口き裂が生じ難い温度センサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、水素タンク内に配される温度センサ（１）であって、
温度を検出するための感温素子（２）と、
前記感温素子に電気的に接続された一対の素子電極線（３）と、
前記水素タンク内の雰囲気と前記感温素子とを隔てるための樹脂仕切部（４）と、を備え、
前記樹脂仕切部は、樹脂（４１）中に多数の無機繊維（４２）を含有してなり、
多数の前記無機繊維は、前記各無機繊維の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている、温度センサにある。
【発明の効果】
【００１２】
前記態様の温度センサにおいて、樹脂仕切部が含有する多数の無機繊維は、各無機繊維の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。それゆえ、水素タンク内の圧力が高圧状態から減圧されることによって、万一、樹脂仕切部内に気泡及び当該気泡を起点とするき裂が発生したとしても、進展したき裂は、樹脂仕切部内の無機繊維に到達することによってそれ以上の進展が抑制される。それゆえ、樹脂仕切部の表面までき裂が進展してなる開口き裂が発生することを抑制することができる。
【００１３】
以上のごとく、前記態様によれば、水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てるための樹脂仕切部に開口き裂が生じ難い温度センサを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１における、温度センサの正面図。
【図２】実施形態１における、走査型電子顕微鏡で観察した封止部の断面図。
【図３】図２を模式的に表した図。
【図４】実施形態１における、繊維角度θを説明するための模式図。
【図５】実施形態１における、効果を示す断面図。
【図６】比較形態における、開口き裂が生じた様子を示す模式図。
【図７】実施形態２における、感温素子、素子電極線、封止部、及び外側包囲部の断面図。
【図８】実施形態３における、感温素子、素子電極線、封止部、及び外側包囲部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
温度センサの実施形態につき、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態の温度センサ１は、水素タンク内に配されて用いられる。
【００１６】
図１に示すごとく、温度センサ１は、感温素子２と一対の素子電極線３と樹脂仕切部４とを備える。感温素子２は、水素タンク内の温度を検出する。一対の素子電極線３は、感温素子２に電気的に接続されている。樹脂仕切部４は、水素タンク内の雰囲気と感温素子２とを隔てている。
【００１７】
図３に示すごとく、樹脂仕切部４は、樹脂４１中に多数の無機繊維４２を含有してなる。多数の無機繊維４２は、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。
以後、本実施形態につき詳説する。
【００１８】
以後、温度センサ１の中心軸が延びる方向をＸ方向という。また、Ｘ方向の一方側であって、一対の素子電極線３における感温素子２が接続された側を先端側といい、その反対側を基端側という。
【００１９】
本形態の温度センサ１は、例えば燃料電池自動車（いわゆるＦＣＶ；Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に用いられる水素タンク内に取り付けられる。水素タンクへの水素の充填速度は、温度センサ１による水素タンク内の温度の検出結果に基づいて制御される。水素タンク内には、水素の充填によって、衝撃及び圧力が生じるため、温度センサ１は、これに耐え得る強度を有するよう設計される。
【００２０】
また、水素タンク内は、水素の充填時に高圧になる。水素タンク内が高圧状態であるとき、水素タンク中の水素ガスが温度センサ１の樹脂仕切部４を構成する樹脂４１に溶解する。そこから燃料電池自動車の走行のために水素タンク内の水素を使用することに伴い、水素タンク内の水素が減り、水素タンク内が減圧される。この減圧に伴い、樹脂仕切部４の樹脂４１中に溶解した水素は、当該樹脂４１内を通って樹脂仕切部４の外部に出ようとするが、樹脂４１中に溶解した水素の一部が樹脂４１から抜け出せず、樹脂仕切部４の内部に気泡、及びこれを起点としたき裂が生じるおそれが考えられる。本形態の温度センサ１は、前記き裂が、樹脂仕切部４の表面に到達しないよう工夫したものである。
【００２１】
温度センサ１の感温素子２は、例えばサーミスタによって構成されている。なお、これに限られず、感温素子２は、熱電対、或いは白金等からなる測温抵抗体によって構成することもできる。図１に示すごとく、感温素子２は、一対の素子電極線３の先端部によって挟まれた状態で固定されている。
【００２２】
一対の素子電極線３は、例えば白金合金を線状に形成してなる。一対の素子電極線３は、互いに平行となるよう並んで配されている。そして、感温素子２と一対の素子電極線３の先端部とを内部に埋設するよう封止部４ａが形成されている。
【００２３】
封止部４ａは、前述の樹脂仕切部４を構成する。すなわち、封止部４ａは、感温素子２を水素タンク内の水素雰囲気から隔てている。
【００２４】
封止部４ａは、樹脂４１中に無機繊維４２を含有してなる。例えば、封止部４ａは、ＰＡ６６等のポリアミド系樹脂又はポリフェニレンサルファイド樹脂（すなわちＰＰＳ樹脂）にガラスファイバー等の無機繊維４２を含有してなる。
【００２５】
図３に示すごとく、封止部４ａに含有された各無機繊維４２は、長尺な円柱状を呈している。そして、多数の無機繊維４２は、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。すなわち、各無機繊維４２の長手方向は、一方向に揃っていない。例えば、大多数の無機繊維４２の長手方向が一方向に揃っており、残りのごく少数の無機繊維４２の長手方向が前記一方向に交差する方向を向いているような場合は、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向を向いているとはいわない。
【００２６】
封止部４ａにおいて、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となっているか否かは、例えば封止部４ａを切断した断面を研磨し、当該断面を走査型電子顕微鏡（すなわちＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察することで把握することができる。図２に、ＳＥＭで観察される断面を示す。また、図３は、ＳＥＭで観察される封止部４ａの断面の模式図である。図３において、長尺四角形状に表れた無機繊維４２１は、当該無機繊維４２１を当該無機繊維４２１の長手方向に平行に切断した断面が表れたものである。図３において、円形に表れた無機繊維４２２は、当該無機繊維４２２を当該無機繊維４２２の径方向に切断した断面が表れたものである。図３において、楕円形に表れた無機繊維４２３の断面は、当該無機繊維４２３を当該無機繊維４２３の長手方向に対して傾斜する斜め方向に切断した断面が表れたものである。
【００２７】
また、例えばＸ線ＣＴスキャンにより、３次元的に封止部４ａの無機繊維４２を観察することが可能である。Ｘ線ＣＴスキャンにおいては、封止部４ａを特定方向に直交する方向に切断した断面層を、前記特定方向の数百カ所にてＸ線ＣＴ撮影する。そして、当該数百カ所の断面層を前記特定方向に積み重ねることで、３次元的な封止部４ａの無機繊維４２を観察することが可能である。ここで、樹脂は一般に炭素、水素、酸素、及び窒素等の比較的軽い元素で構成されるため、Ｘ線吸収率が低い。それゆえ、樹脂部材のみをＸ線ＣＴ撮影した画像においては、樹脂部材中にコントラストが明瞭につかない場合が多い。一方、ガラス繊維が含まれるガラス含有樹脂をＸ線ＣＴ撮影した場合は、ガラス繊維がケイ素から構成されるため、樹脂部材を構成する比較的軽い元素とケイ素から構成されるガラス繊維との間に明瞭なコントラストが付く。それゆえ、Ｘ線ＣＴスキャンにより、封止部４ａの無機繊維４２を観察することが可能である。
【００２８】
図４に示すごとく、封止部４ａの任意断面において、任意の方向に延在する仮想直線Ｌを引いたとき、各無機繊維４２と仮想直線Ｌとの間になす９０°以下の角を繊維角度θとする。このとき、任意断面において、多数の無機繊維４２のそれぞれの繊維角度θの平均は、１０°（＝１０（π／１８０）ｒａｄ）以上である。すなわち、あらゆる任意断面において、あらゆる方向の仮想直線Lと各無機繊維４２との間になす９０°以下の角である繊維角度θの平均は、１０°以上である。前述の繊維角度θの平均が１０°以上である場合、幾何学的に繊維角度θの平均の上限は８０°となる。なお、図４は、ＳＥＭで観察される封止部４ａの断面の模式図であって、図３において長尺四角形状に表れた無機繊維４２（図３の符号４２１参照）のみを表したものである。
【００２９】
前述の繊維角度θの平均は、例えば図４のような任意断面に表れる長尺四角形状の無機繊維４２のうち、少なくとも２０個の無機繊維４２をランダムに選定し、この少なくとも２０個の繊維角度θの平均とすることができる。任意断面に表れる少なくとも２０個の無機繊維４２をランダムに選定するとは、任意断面に大小様々な繊維角度θを有する無機繊維４２が存在するにもかかわらず、長手方向がいずれも仮想直線Ｌに平行或いは略平行な無機繊維４２を故意的に選択したような場合は除かれる。すなわち、任意断面に大小様々な繊維角度θを有する無機繊維４２が表れている場合、繊維角度θの平均は、繊維角度θが比較的大きい無機繊維４２、及び比較的小さい無機繊維４２の双方が含まれる少なくとも２０個の無機繊維４２を任意に選択し、これらの繊維角度θの平均により求めることができる。
【００３０】
封止部４ａは、その内部に気泡が含まれている場合、気泡を通る任意断面において気泡を起点とする任意の半直線を引いたとき、当該半直線が必ず無機繊維４２を通るよう構成されていることが好ましい。これにより、封止部４ａ内に万一き裂が生じても、当該き裂が封止部４ａの表面まで進展することを防ぎやすい。
【００３１】
封止部４ａにおける無機繊維４２の含有量は、１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である。また、封止部４ａは、多数の無機繊維４２の平均長さが３０μｍ以上、２５０μｍ以下である。無機繊維４２の長さの測定は、例えば研磨された封止部４ａの断面に表れる無機繊維４２の断面のうち、円形及び楕円形ではなく、長尺四角形状に表れた無機繊維４２の長さを測定することで行うことが可能である。封止部４ａにおいて、各無機繊維４２の長手方向を３次元的にランダムな方向にするための製造方法については後述する。
【００３２】
図示は省略するが、封止部４ａから基端側に突出した各素子電極線３には、導電部材が接続される。感温素子２は、導電部材を介して温度センサ１の外部の機器に電気的に接続される。また、図示は省略するが、感温素子２及び一対の素子電極線３は、ハウジングに保持されているとともに、ハウジングに固定されたカバーに周囲を囲われている。カバーを構成する壁部には、貫通孔が形成されており、温度センサ１使用時においては、温度センサ１の温度測定対象の水素ガスが貫通孔を介してカバー内の封止部４ａの周囲に導入される。
【００３３】
次に、封止部４ａの製造方法につき説明する。
封止部４ａは、ディッピングや、射出成形等によって形成することができる。このとき、封止部４ａ内の各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう、製法を工夫する必要がある。
【００３４】
まず、封止部４ａをディッピングにより形成する方法につき説明する。
封止部４ａの樹脂４１を構成する樹脂材料を加熱し、液体状態とする。そして、液状の樹脂材料内に無機繊維４２を入れ、樹脂材料内で無機繊維４２をよく分散させることでディップ液を形成する。ここで、樹脂４１内で無機繊維４２をよく分散させることで、樹脂４１内で各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となる。
【００３５】
そして、温度センサ１の感温素子２及び一対の素子電極線３における封止部４ａで覆われる部位をディップ液にディップし、前記部位の表面にディップ液を付着させる。このとき、特に何も工夫しなければ、前記ディップ後に感温素子２及び素子電極線３に付着したディップ液が重力により垂れやすく、ディップ液が垂れる際に無機繊維４２の方向が重力方向に配向しやすい。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、ディップ液の溶剤量を適宜調整して、ディップ液の粘度が比較的高くなるようにしている。これにより、ディップ後に感温素子２及び素子電極線３を覆うディップ液が垂れ落ちないようにすることができ、感温素子２及び素子電極線３の表面を覆うディップ液内の無機繊維４２が高分散された状態を維持しやすくなる。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、前記ディップ時に感温素子２及び一対の素子電極線３をディップ液から引き上げる際のスピードを比較的速くしている。これによって、感温素子２及び一対の素子電極線３をディップ液から引き上げる時間を短くでき、ディップ後に感温素子２及び素子電極線３を覆うディップ液が垂れ落ちにくくなる。これによっても、感温素子２及び素子電極線３の表面を覆うディップ液内の無機繊維４２が高分散された状態を維持しやすくなる。
【００３８】
そして、感温素子２及び一対の素子電極線３をディップ液から引き上げた後、感温素子２及び一対の素子電極線３に付着したディップ液を乾燥させる。これにより、ディップ液が固化し、封止部４ａが形成される。以上により、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配された封止部４ａを得ることができる。
【００３９】
次に、封止部４ａを射出成形によって形成する方法につき説明する。
封止部４ａを構成する金型内に感温素子２及び一対の素子電極線３における封止部４ａで覆われる部位を配置する。そして、封止部４ａの樹脂４１を構成する樹脂材料を加熱溶融させたものと無機繊維４２を混ぜた混合材を作製し、これを金型内に射出する。その後、金型内に射出された混合材を冷却することでこれを固化し、封止部４ａを形成する。
【００４０】
このとき、特に何も工夫しなければ前記混合材中の無機繊維４２の向きは、射出成形における混合材の射出方向に配向しやすく、各無機繊維４２の長手方向を３次元的にランダムに形成することはできない。
【００４１】
そこで、本実施形態においては、混合材を金型内に射出した後、混合材が完全に固化するまでの時間を通常よりも長く確保する。これは、例えば、混合材の冷却を通常よりも緩やかにすることで実現可能である。これにより、金型内で混合材が液状でいる状態（すなわち流動性を有する状態）を長くすることができる。それゆえ、金型内に混合材を射出した直後、混合材に含まれる無機繊維４２の向きが前記射出方向に配向しても、その後時間経過に伴って各無機繊維４２が混合材内で流動し、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となる。この状態で混合材が固化されることで、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配された封止部４ａを得ることができる。
【００４２】
以上に例示した方法により、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向を向いた封止部４ａを製造することが可能である。
【００４３】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態の温度センサ１において、樹脂仕切部４としての封止部４ａが含有する多数の無機繊維４２は、各無機繊維４２の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。それゆえ、図５に示すごとく、水素タンク内の圧力が高圧状態から減圧されることによって、万一、封止部４ａ内に気泡６１及び当該気泡６１を起点とするき裂６２が発生したとしても、進展したき裂６２は、封止部４ａ内の無機繊維４２に到達することによってそれ以上の進展が抑制される。それゆえ、封止部４ａの表面までき裂が進展してなる開口き裂が発生することを抑制することができる。なお、図５は、封止部４ａの断面の模式図であり、図５に示した外枠部４３は、封止部４ａの表面を意味するものとする。
【００４４】
一方、図６に示すごとく、本実施形態とは異なり、封止部４ａが含有する各無機繊維４２の長手方向が一方向に配向している場合について考える。なお、図６は、封止部４ａの断面の模式図であり、図６に示した外枠部４３は、封止部４ａの表面を意味している。この場合において、水素タンク内の圧力が高圧状態から減圧されることに起因して封止部４ａ内に気泡６１及び当該気泡６１を起点とするき裂６２１が発生したとき、進展したき裂６２１は無機繊維４２間を通り抜けるよう進展しやすい。それゆえ、この場合、き裂６２１が封止部４ａの表面まで進展して開口き裂６２１となるおそれがある。開口き裂６２１が生じると、開口き裂６２１から水素が感温素子２近傍まで導入され、感温素子２が還元劣化してしまい、温度センサ１の温度検出精度が低下するおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施形態のように、多数の無機繊維４２において、各無機繊維４２の長手方向を３次元的にランダムな方向とすることにより、封止部４ａ内にブリスタ破壊に起因するき裂が発生しても、き裂の進展は無機繊維４２により抑えられ、き裂が封止部４ａの表面まで進むことを抑制することができる。
【００４６】
また、封止部４ａを構成する樹脂４１は、ポリアミド系樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂である。これらの材料は、水素タンク内の圧力が高圧状態となっても、水素タンク内の水素が溶解し難い材料である。それゆえ、水素タンク内の圧力が高圧状態から減圧されたときに封止部４ａの樹脂４１内に溶解する水素の量を低減しやすい。これにより、水素タンク内の減圧に伴って封止部４ａ内の水素が気化することに起因して樹脂４１内部に気泡及び当該気泡を起点としたき裂が発生することを抑制することができ、その結果、開口き裂の発生を抑制することができる。
【００４７】
また、封止部４ａにおける無機繊維４２の含有量は、１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である。このように、封止部４ａの無機繊維４２の含有量を１０ｗｔ％以上と多くすることで、封止部４ａ内にブリスタ破壊に起因する気泡及びき裂が生じても、き裂が無機繊維４２に到達しやすく、当該き裂が封止部４ａの表面まで進んで開口き裂となることを抑制しやすい。なお、封止部４ａの無機繊維４２の含有量を１０ｗｔ％以上とすることによる効果については、後述する実験例によって裏付けられる。また、封止部４ａの無機繊維４２の含有量は、４０ｗｔ％以下である。これにより、封止部４ａの生産性を向上させやすい。一方、封止部４ａの無機繊維４２の含有量が４０ｗｔ％を超えるものは、製造が困難であることを確認している。
【００４８】
また、封止部４ａにおける無機繊維４２の平均長さは、３０μｍ以上、２５０μｍ以下である。このように、封止部４ａの無機繊維４２の平均長さを３０μｍ以上と長くすることで、封止部４ａ内にブリスタ破壊に起因する気泡及びき裂が生じても、き裂が無機繊維４２に到達しやすく、当該き裂が封止部４ａの表面まで進んで開口き裂となることを抑制しやすい。なお、封止部４ａの無機繊維４２の平均長さを３０μｍ以上とすることによる効果については、後述する実験例によって裏付けられる。また、封止部４ａの無機繊維４２の平均長さは、２５０μｍ以下である。これにより、封止部４ａの生産性を向上させやすい。一方、封止部４ａにおいて、無機繊維４２の平均長さが２５０μｍを超えるものは、製造が困難であることを確認している。
【００４９】
また、封止部４ａの任意断面において、各無機繊維４２と任意の方向に延在する仮想直線Ｌとの間になす角を繊維角度θとしたとき、無機繊維４２のそれぞれの繊維角度θの平均は、１０°以上である。すなわち、封止部４ａにおける各無機繊維４２の長手方向の３次元的なランダムさが高い。これにより、封止部４ａ内にブリスタ破壊に起因する気泡及びき裂が生じても、き裂が無機繊維４２に到達しやすく、当該き裂が封止部４ａの表面まで進んで開口き裂となることを抑制しやすい。
【００５０】
以上のごとく、本実施形態によれば、水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てるための樹脂仕切部を構成する封止部に開口き裂が生じ難い温度センサを提供することができる。
【００５１】
（実験例１）
本例は、樹脂中の各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とすることにより、ブリスタ破壊に起因して樹脂中に形成され得るき裂の進展を抑制できることを定量的に確かめる実験例である。
【００５２】
本例においては、２つの試料Ａ１、試料Ａ２を準備した。試料Ａ１は、樹脂中に、一方向に配向した多数の無機繊維を含有する試験片である。試料Ａ２は、樹脂中に、長手方向が３次元的にランダムな方向を向いている無機繊維を含有する試験片である。
【００５３】
試料Ａ１及び試料Ａ２は、ＰＡ６６樹脂に無機繊維としてガラスファイバーを３０ｗｔ％含有させたものを、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状に形成した試験片である。試料Ａ１と試料Ａ２とは、それぞれが含有するガラスファイバーの平均長さを２００μｍとした。
【００５４】
各試料は、射出成形により成形した。そして、各試料の無機繊維の長手方向の調整は、実施形態１で説明したように、金型内に各試料を構成する混合材を射出した後、当該混合材が固化するまでの時間を調整することにより行った。
【００５５】
次に、本例の試験条件につき説明する
本例においては、各試料を８５ＭＰａ水素中に一昼夜曝露させ、その後、１ＭＰａ／ｍｉｎの減圧速度で８５ＭＰａから大気圧まで減圧した後、各試料におけるき裂進展距離を測定した。き裂進展距離の測定は、Ｘ線ＣＴスキャンを用いて測定した。本例においては、試料Ａ１、試料Ａ２の双方において、試料中に気泡を起点としたき裂が生じ、き裂におけるボイド側端部からボイドと反対側の端部まで直線距離をき裂進展距離とした。
結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
表１から分かるように、試料Ａ１のき裂進展距離は１．１ｍｍ、試料Ａ２のき裂進展距離は２．２ｍｍとなった。すなわち、ＰＡ６６樹脂中において、各ガラスファイバーの長手方向が、一方向に配向している試料Ａ１よりも、ＰＡ６６樹脂中において、各ガラスファイバーの長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配された試料Ａ２の方が、ブリスタ破壊に起因するき裂の進展距離を小さくすることができることが分かる。
【００５８】
これにより、実施形態１で示した水素タンク内に配される温度センサにおいて、樹脂仕切部の各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とすることにより、ブリスタ破壊に起因するき裂の進展を抑制でき、樹脂仕切部に開口き裂が生じることを抑制できることが分かる。
【００５９】
（実験例２）
本例は、樹脂中に、長手方向が３次元的にランダムな方向を向いている無機繊維を含有するとともに無機繊維の含有量を種々変更した複数の試験片、及び樹脂中に無機繊維を含有しない試験片につき、き裂進展距離を測定した実験例である。
【００６０】
本例においては、ＰＡ６６樹脂からなり、無機繊維を含まない試料Ｂ１と、ＰＡ６６樹脂中に無機繊維としてガラスファイバーを含有させるとともに、互いにガラスファイバーの含有量を異ならせた試料Ｂ２〜試料Ｂ５を用意した。下記の表２にも示すが、試料Ｂ２〜試料Ｂ５のガラスファイバーの含有量は、試料Ｂ２が１０ｗｔ％、試料Ｂ３が２０ｗｔ％、試料Ｂ４が３０ｗｔ％、試料Ｂ５が４０ｗｔ％である。なお、ＰＡ６６樹脂中に、４０ｗｔ％を超えるガラスファイバーを含有させることは、製造上困難であった。
【００６１】
試料Ｂ１〜試料Ｂ５の各試料は、実験例１と同様、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状を呈している。また、試料Ｂ２〜試料Ｂ５は、実験例１と同様、それぞれが含有するガラスファイバーの平均長さを２００μｍとした。
【００６２】
各試料は、射出成形により成形した。試料Ｂ２〜試料Ｂ５の各試料においては、実施形態１で説明したように、金型内に各試料を構成する混合材を射出した後、当該混合材が固化するまでの時間を調整することにより、各試料の無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とした。
【００６３】
そして、本例における試験条件、き裂進展距離の測定手段は、実験例１と同様である。
結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
2020139917.tif 000004
【００６５】
表２から、ガラスファイバーを含有しない試料Ｂ１については、き裂進展距離が１．３ｍｍと比較的長くなり、き裂が進展しやすいことが分かる。一方、ガラスファイバーを１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ以下含有させ、かつ、各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムとした試料Ｂ２〜試料Ｂ５は、き裂進展距離を大幅に抑えることができることが分かる。特に、樹脂中にガラスファイバーを２０ｗｔ％以上含有させることで、き裂進展距離を一層短くできることが分かる。
【００６６】
これにより、実施形態１で示した水素タンク内に配される温度センサにおいて、樹脂仕切部の各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とし、樹脂仕切部における無機繊維の含有量を、１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下とすることで、ブリスタ破壊に起因するき裂の進展を抑制でき、樹脂仕切部に開口き裂が生じることを抑制できることが分かる。さらに、樹脂仕切部において、無機繊維の含有量を２０ｗｔ％以上とすることで、よりき裂の進展を抑制できることが分かる。
【００６７】
（実験例３）
本例は、樹脂中に、長手方向が３次元的にランダムな方向を向いている無機繊維を含有する試験片において、無機繊維の平均長さを種々変更した複数の試験片につき、き裂進展距離を測定した実験例である。
【００６８】
本例においては、ＰＡ６６樹脂中に無機繊維としてガラスファイバーを含有させるとともに、互いにガラスファイバーの平均長さを異ならせた試料Ｃ１〜試料Ｃ４を用意した。下記の表２にも示すが、試料Ｃ１〜試料Ｃ４のガラスファイバーの平均長さは、試料Ｃ１が１０μｍ、試料Ｃ２が３０μｍ、試料Ｃ３が１００μｍ、試料Ｃ４が２５０μｍである。なお、ガラスファイバーの平均長さが２５０μｍを超える試験片を作製することは困難であった。本例においても、各試料は、実施形態１で説明したよう工夫した射出成形により、各試料の無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とした。しかし、ガラスファイバーの平均長さを２５０μｍを超えるものを作製しようした場合、射出成形時にガラスファイバーが折れることにより、ガラスファイバーの平均長さを２５０μｍ以上とすることは困難であった。
【００６９】
試料Ｃ１〜試料Ｃ４の各試料は、実験例１と同様、ＰＡ６６樹脂に無機繊維としてガラスファイバーを３０ｗｔ％含有させたものを、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状に形成したものとした。
【００７０】
そして、本例における試験条件、き裂進展距離の測定手段は、実験例１と同様である。
結果を表３に示す。
【００７１】
【表３】
2020139917.tif 000005
【００７２】
表３から、ガラスファイバーの平均長さを３０μｍ以上、２５０μｍ以下とし、かつ、各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムとした試料Ｃ２〜試料Ｃ４は、き裂進展距離を大幅に抑えることができることが分かる。
【００７３】
これにより、実施形態１で示した水素タンク内に配される温度センサにおいて、樹脂仕切部の各無機繊維の長手方向を３次元的にランダムな方向とし、樹脂仕切部における無機繊維の平均長さを、３０μｍ以上、２５０μｍ以下とすることで、ブリスタ破壊に起因するき裂の進展を抑制でき、樹脂仕切部に開口き裂が生じることを抑制できることが分かる。
【００７４】
（実験例４）
本例は、樹脂中に含有された無機繊維の繊維角度の平均値と、き裂進展距離との関係を調べた実験例である。
【００７５】
本例においては、７つの試料Ｄ１〜Ｄ７を用意した。各試料は、ＰＡ６６樹脂に無機繊維としてガラスファイバーを３０ｗｔ％含有させたものを、射出成形により円盤状に形成した試験片である。
【００７６】
７つの試料は、互いにガラスファイバーの繊維角度の平均値を異ならせている。すなわち、各試料の繊維角度の平均値は、試料Ｄ１が０°、試料Ｄ２が５°、試料Ｄ３が１０°、試料Ｄ４が２０°、試料Ｄ５が３０°、試料Ｄ６が４０°、試料Ｄ７が５０°である。つまり試料Ｄ１は、ガラスファイバーが射出成形時の射出方向に配向している。
【００７７】
ここで、本例では、各試料の射出成形時において、各試料を構成する材料を成形型内に射出するときの射出方向に平行な断面において、前記射出方向に平行な線を仮想直線とし、繊維角度の平均を求めた。繊維角度の平均は、前記断面に表れるランダムに選定された２０個の無機繊維の繊維角度の平均とした。ここでの無機繊維の選定方法は、実施形態１で述べた方法と同様である。
【００７８】
各試料の繊維角度の平均値の調整は、実施形態１で説明したように、金型内に各試料を構成する混合材を射出した後、当該混合材が固化するまでの時間を適宜調整することにより行った。
【００７９】
各試料は、実験例１と同様、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状を呈している。また、各試料は、実験例１と同様、それぞれが含有するガラスファイバーの平均長さを２００μｍとした。
【００８０】
そして、本例における試験条件、き裂進展距離の測定手段は、実験例１と同様である。
結果を表４に示す。なお、表４においては、各試料の繊維角度の平均値を平均繊維角度と記載している。
【００８１】
【表４】
2020139917.tif 000006
【００８２】
表４から分かるように、平均繊維角度が０°を超える試料Ｄ２〜試料Ｄ７は、平均繊維角度が０°の試料Ｄ１（すなわちガラスファイバーが前記射出方向に配向している試料Ｄ１）に比べ、き裂進展距離が短くなっている。それゆえ、平均繊維角度を０°を超える値とすることで、き裂進展距離を短くすることができることが分かる。また、平均繊維角度を１０°以上とすることで、よりき裂進展距離を短くすることができることが分かる。さらに、平均繊維角度を、１０°以上、４０°以下とすることにより、き裂進展距離を大幅に短くできることが分かる。
【００８３】
これにより、実施形態１で示した水素タンク内に配される温度センサにおいて、樹脂仕切部における各無機繊維の繊維角度の平均を１０°以上とすることで、ブリスタ破壊に起因するき裂の進展を抑制でき、樹脂仕切部に開口き裂が生じることを抑制できることが分かる。さらに、樹脂仕切部における各無機繊維の繊維角度の平均を１０°以上、４０°以下とすることにより、一層ブリスタ破壊に起因するき裂の進展を抑制でき、樹脂仕切部に開口き裂が生じることを抑制できることが分かる。
【００８４】
（実施形態２）
本実施形態は、図７に示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、実施形態１の封止部４ａを覆う外側包囲部４ｂをさらに備える実施形態である。
【００８５】
外側包囲部４ｂは、封止部４ａを内側に埋設するよう形成されている。外側包囲部４ｂは、樹脂仕切部４を構成する。外側包囲部４ｂは、実施形態１の封止部４ａと同様、樹脂中に無機繊維を含有してなる。そして、実施形態１の封止部４ａと同様、外側包囲部４ｂの無機繊維は、各無機繊維の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。外側包囲部４ｂの組成は、実施形態１の封止部４ａと同様である。
【００８６】
なお、本実施形態において、封止部４ａは、実施形態１と同様の材料で構成してもよいし、例えば無機繊維を含まない樹脂によって構成してもよい。
【００８７】
その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００８８】
本実施形態においては、封止部４ａに加え、外側包囲部４ｂを備える。そして、外側包囲部４ｂは、樹脂中に多数の無機繊維を含有してなり、外側包囲部４ｂの無機繊維は、各無機繊維の長手方向が３次元的にランダムな方向となるよう配されている。それゆえ、万一、外側包囲部４ｂ内にブリスタ破壊に起因する気泡及び当該気泡を起点とするき裂が発生したとしても、進展したき裂は、外側包囲部４ｂ内の無機繊維に到達することによってそれ以上の進展が抑制される。それゆえ、外側包囲部４ｂに、外側包囲部４ｂの表面までき裂が進展してなる開口き裂が発生することを抑制することができる。そのため、外側包囲部４ｂの内側に水素タンク中の水素が到達することを防ぎやすい。また、外側包囲部４ｂの内側には封止部４ａが配されており、封止部４ａの更に内側に感温素子２が配されている。それゆえ、感温素子２近傍に、水素タンク中の水素が導入されることを一層防ぎやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００８９】
（実施形態３）
本実施形態は、図８に示すごとく、基本構造を実施形態２と同様としつつ、封止部４ａの構成を変更した実施形態である。
【００９０】
本実施形態において、封止部４ａは、絶縁性のガラス材料からなる。具体的には、封止部４ａは、例えば酸化ホウ素を添加したホウケイ酸ガラス等によって構成することが可能である。ガラス材料は、水素タンク内のような高圧の水素雰囲気中に配されても、水素が浸透し難い。それゆえ、封止部４ａをガラス材料とすることで、封止部４ａにブリスタ破壊が生じることを防止しやすい。
その他は、実施形態２と同様である。
【００９１】
本実施形態においては、封止部４ａをガラス材料で構成することで、封止部４ａ内への水素の浸透を防止しやすい。さらに、実施形態２で示したように開口き裂が生じにくい外側包囲部４ｂで封止部４ａを覆うことで、一層感温素子２近傍に水素が導入されることを防止することができる
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【００９２】
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１で示したカバーやハウジング等、水素タンク内の雰囲気と感温素子とを隔てる樹脂仕切部を、樹脂及び多数の無機繊維で構成するとともに、当該多数の無機繊維のそれぞれの長手方向を３次元的にランダムな方向にしてもよい。なお、複数の部材が樹脂仕切部を構成する場合、樹脂仕切部を構成する少なくとも１つの部材を、樹脂及び多数の無機繊維で構成するとともに、当該多数の無機繊維のそれぞれの長手方向を３次元的にランダムな方向にすればよい。
【符号の説明】
【００９３】
１  温度センサ
２  感温素子
３  素子電極線
４  樹脂仕切部
４１  樹脂
４２  無機繊維
【図１】
2020139917.tif 000007
【図２】
2020139917.tif 000008
【図３】
2020139917.tif 000009
【図４】
2020139917.tif 000010
【図５】
2020139917.tif 000011
【図６】
2020139917.tif 000012
【図７】
2020139917.tif 000013
【図８】
2020139917.tif 000014