(57)【要約】【課題】熱劣化を抑制して信頼性を確保することができるとともに製造コストを低減することが可能な接触型赤外線温度センサ、この接触型赤外線温度センサを用いる熱機器及び排気システムを提供する。【解決手段】高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ１は、一端を閉塞部２１とし他端を開口部２２とする耐熱性を有する筒状の筒状部材２と、前記閉塞部２１と対向するとともに離間して配設され、赤外線フィルターを有しない赤外線温度検出手段４と、前記閉塞部２１と対向して所定寸法離間して配設された赤外線導入口３１を有する光学機能部３３であって、前記閉塞部２１と前記赤外線導入口３１との間に空洞領域Ｃｖを形成するように配設され、かつ空洞領域Ｃｖから放射される赤外線を前記赤外線導入口３１で前記空洞領域Ｃｖの範囲を制限し、前記赤外線温度検出手段４へ導く光学機能部３３とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を閉塞部とし他端を開口部とする筒状であって閉塞部側に感温部を有する耐熱性の筒状部材と、
前記感温部と対向するとともに離間して配設され、赤外線フィルターを有しない赤外線温度検出手段と、
前記感温部と対向して所定寸法離間して配設された赤外線導入口を有する光学機能部であって、前記閉塞部と前記赤外線導入口との間に空洞領域を形成するように配設され、かつ空洞領域から放射される赤外線を前記赤外線導入口で前記空洞領域の範囲を制限し、前記赤外線温度検出手段へ導く光学機能部とを具備することを特徴とする高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ。
【請求項２】
前記筒状部材は、金属又はセラミックス製であることを特徴とする請求項１に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ。
【請求項３】
前記赤外線温度検出手段は、サーモパイル素子から構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ。
【請求項４】
熱源と、
この熱源の温度を測定する請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサとを具備することを特徴とする熱機器。
【請求項５】
エンジンと、
このエンジンに接続された吸気通路及び排気通路と、
前記排気通路に取付けられた請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサとを具備することを特徴とする排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源の温度を検出する高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ、この接触型赤外線温度センサを用いる熱機器及び排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源が設けられた各種熱機器において、その熱源の温度を検出し測定して機器を制御するために温度センサが用いられている。
例えば、ディーゼルエンジンを搭載した自動車等の排気ガス（熱源）を測定するためにサーミスタ素子を感温素子とした温度センサが用いられている。
【０００３】
具体的には、ディーゼルエンジンを搭載した自動車等においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制とポンピングロスの低減のため排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムが採用されている。
【０００４】
排気ガス再循環システムは、吸気中に再び排気ガスを混合することで、排気ガス中に含まれる不活性物質が燃焼を緩慢にし燃焼温度を下げることができる。また、燃焼後の排気ガスなので酸素含有量が少ない。これらにより、高温かつ酸素過多での燃焼で発生しやすい窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。
さらに、吸気中の酸素含有量を排気ガス量で調整することにより、ポンピングロスを低減できるものである。
【０００５】
この排気ガス再循環システムでは、排気ガスの温度を温度センサによって測定し、最適な制御が行われるようになっている。そして、この場合、温度センサの熱応答性の高速化のため、温度センサにおける感温素子は直接的に高温の排気ガス中に配置される等、高温環境下におかれるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−４３２２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４２０３号公報
【特許文献３】特開２０１１−４３４８５号公報
【特許文献４】特開２０１１−４３４８６号公報
【特許文献５】特開２０１１−４３４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように高温環境下に感温素子がおかれる場合、高温の影響により熱劣化を生じやすく、その電気的接続部を含め、耐熱性、耐久性の高い構成とする必要がある。そのため、温度センサの製造コストが高くなる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、赤外線温度検出手段を熱源から離間して配設でき、熱劣化を抑制して信頼性を確保することができるとともに製造コストを低減することが可能な高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ、この接触型赤外線温度センサを用いる熱機器及び排気ガス再循環システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサは、一端を閉塞部とし他端を開口部とする筒状であって閉塞部側に感温部を有する耐熱性の筒状部材と、前記感温部と対向するとともに離間して配設され、赤外線フィルターを有しない赤外線温度検出手段と、前記感温部と対向して所定寸法離間して配設された赤外線導入口を有する光学機能部であって、前記閉塞部と前記赤外線導入口との間に空洞領域を形成するように配設され、かつ空洞領域から放射される赤外線を前記赤外線導入口で前記空洞領域の範囲を制限し、前記赤外線温度検出手段へ導く光学機能部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサは、請求項１に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサにおいて、前記筒状部材は、金属又はセラミックス製であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサは、請求項１又は請求項２に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサにおいて、前記赤外線温度検出手段は、サーモパイル素子から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の熱機器は、熱源と、この熱源の温度を測定する請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサとを具備することを特徴とする。
熱機器には、例えば、排気ガスを熱源とするエンジン、オーブンレンジ、ガス給湯器、ストーブ等の熱源を有する機器が含まれる。
【００１３】
請求項５に記載の排気システムは、エンジンと、このエンジンに接続された吸気通路及び排気通路と、前記排気通路に取付けられた請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱劣化を抑制して信頼性を確保することができる高温計測で用いられる接触型赤外線温度センサ、この接触型赤外線温度センサを用いる熱機器及び排気システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る接触型赤外線温度センサを示す斜視図である。
【図２】同接触型赤外線温度センサがエンジンの排気管に取付けられている状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る接触型赤外線温度センサ（実施例１）を示す断面図である。
【図４】同接触型赤外線温度センサ（実施例２）を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る接触型赤外線温度センサを示す断面図である。
【図６】本発明の参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサ（実施例１）を示す断面図である。
【図７】同参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサ（実施例２）を示す断面図である。
【図８】同参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサを示す断面図である。
【図９】同参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサを示す断面図である。
【図１０】同参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサを示す断面図である。
【図１１】接触型赤外線温度センサの温度検知特性を示すグラフである。
【図１２】接触型赤外線温度センサの応答特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態に係る排気システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第１の実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、接触型赤外線温度センサを示す斜視図であり、図２は、接触型赤外線温度センサがエンジンの排気管に取付けられた概略の断面を示している。
【００１７】
接触型赤外線温度センサ１は、赤外線エネルギーを熱として吸収してそれによる温度上昇を利用して出力するものであり、筒状部材２と、光学手段３と、赤外線温度検出手段４と、保持体５とを備えている。
【００１８】
筒状部材２は、耐熱性を有する金属製であり、例えば、ステンレス鋼から作られていて、一端を閉塞部２１とし他端を開口部２２とする有底円筒状に形成されている。この筒状部材２は、板材をプレス加工又は線材を冷間鍛造加工すること等によって形成される。
【００１９】
筒状部材２の一部、すなわち、閉塞部２１側には感温部２３が形成されている。この感温部２３は、熱源に直接的に接触して受熱可能である。詳しくは、感温部２３は、閉塞部２１側に形成された薄肉部であり、円筒部の肉厚寸法ｔ1が０．４ｍｍ程度であるのに対し、薄肉部の肉厚寸法ｔ2は０．２ｍｍ以下の約１／２以下に設定されている。
【００２０】
なお、筒状部材２における感温部２３としての薄肉部は、円筒部と一体的に形成されていてもよいし、別体に形成されていてもよい。別体に形成される場合には、薄肉に形成された分離された部材を円筒部の一端に溶接又はロウ付け等によって接合することができる。
【００２１】
また、筒状部材２の形成材料であるステンレス鋼としては、耐熱性に優れるＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のオーステナイト系のステンレス鋼を用いるこのができる。通常は、オーステナイト系のステンレス鋼とすることが好ましいがニッケル基合金であるインコネル（Inconel登録商標）、コバルト基合金のコバール及びクロム-アルミニウム系合金のカンタルその他耐熱性の高い金属材料を用いて筒状部材２を形成してもよい。
カンタルは合金の中でも耐熱、耐酸化性に優れ最高使用温度は１３５０℃となる。また硫化ガスが多い場合はカンタルを用いることが好ましい。
【００２２】
電気炉などの用途で、１４００℃以上の高温を測定する場合は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、カルシア、カーボン、シリカなどのセラミック材料やこれらの複合材料、高融点金属であるモリブデン、タングステン、タンタル、白金、イリジウム等の金属やこれらの合金などが使用できる。
さらに、強度的に満足できる場合には、筒状部材２の全体を薄肉に形成してもよい。つまり、円筒部を含めて薄肉に形成するようにしてもよい。
【００２３】
光学手段３は、光学部品であり導光管である。この導光管は、例えば、銅製の円筒パイプ状に形成されていて、両端に開口部３１、３２を有している。また、導光管の内面は、鏡面に研磨されて金メッキが施されている。したがって、導光管の内面は、反射率が高く、光学機能部３３として赤外線を内面に沿って導光し導くように作用する。
このような導光管は、筒状部材２の内径寸法より小さな外径寸法を有して筒状部材２の内側に収容されるように配設されている。
【００２４】
具体的には、導光管の外周面と筒状部材２の内周面とは直接接触しないように所定のギャップＧｐが形成されるように配置されている。このため、導光管と筒状部材２とは、ギャップＧｐにより熱絶縁層として空気層が介在されるようになっている。また、導光管の一端の赤外線導入口、すなわち、開口部３１は、筒状部材２の感温部２３である薄肉部に対向し、他端の開口部３２は、筒状部材２の開口部２２側に位置して後述する赤外線温度検出手段４と対向するようになっている。つまり、筒状部材２の閉塞部２１と導光管の一端の開口部３１との間には空洞領域Ｃｖが形成されるようになる。
【００２５】
したがって、光学機能部３３は、感温部２３を含めた空洞領域Ｃｖから放射される赤外線を赤外線導入口で前記空洞領域Ｃｖの範囲を制限し、赤外線温度検出手段４へ導くように機能する。  
【００２６】
赤外線温度検出手段４は、赤外線を検知するセンシング素子としてのサーモパイル素子４１と、温度補償用のセンシング素子としてのサーミスタ素子４２と、これらセンシング素子を収容する外囲器としてのパッケージ４３とを備えている。このような赤外線温度検出手段４は、前記感温部２３と対向するとともに離間して筒状部材２の開口部２２側に配設されている。
【００２７】
サーモパイル素子４１は、基板上に形成された多数の熱電対から構成されており、赤外線を受光することによって生じる起電力を出力電圧として出力する。また、サーミスタ素子４２は、基板上に実装され、温度の変化によって抵抗値が変化するものであり、その抵抗値の変化により周囲温度を検出する。
【００２８】
パッケージ４３は、金属製の略円筒状をなすキャップ４４と、同様に金属製の略円盤状をなすステム４５とを備えている。キャップ４４の上面側には、円形状に開口した窓口４８が形成されている。
【００２９】
ステム４５の上面には、サーモパイル素子４１及びサーミスタ素子４２が配設されている。このステム４５には、４本のリード端子４６が上下に貫通して取付けられており、このリード端子４６とサーモパイル素子４１及びサーミスタ素子４２の電極がボンディングワイヤによって接続されている。これによって、サーモパイル素子４１及びサーミスタ素子４２への駆動電源の供給や検出信号の送出がなされるようになっている。
【００３０】
なお、温度補償用のセンシング素子としては、チップタイプのサーミスタ、熱電対、測温抵抗体を用いてもよく、これらは、パッケージ４３内に収容されていることが好ましいが、周囲温度を検出できれば、パッケージ４３外に配置されていてもよい。
また、赤外線温度検出手段４は、赤外線で温度を検出する機能を有していればよく、その形式や構成が格別限定されるものではない。
【００３１】
保持体５は、熱伝導性が良好な金属材料、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼や黄銅等の材料から略円筒状に形成されており、外周面に雄ねじ部５１を有し、端部にフランジ部５２を有している。また、保持体５の内周側には部品取付部が形成されており、この部品取付部に前述の筒状部材２、光学手段３及び赤外線温度検出手段４が嵌合するように取付けられ固着されている。
【００３２】
また、保持体５のフランジ５２側からは、赤外線温度検出手段４を絶縁的に保持する絶縁部材５３が取付けられている。さらに、この絶縁部材５３を貫通して突出されるリード端子４６には、図示しないリード線が接続されて導出されるようになっており、これら導出されるリード線は金属パイプや保護チューブに被覆されて保護されるようになっている。
【００３３】
このように構成される接触型赤外線温度センサ１は、エンジンから排出される排気ガスＧが通過する排気通路としての排気管Ｅｐ等のねじ穴に保持体５の雄ねじ部５１がねじ込まれて装着される。この場合、筒状部材２の感温部２３は、高温の排気ガスＧ中にさらされ、排気ガスＧの熱を受熱するようになる。
【００３４】
次に、接触型赤外線温度センサ１の動作及び作用について説明する。高温の排気ガスＧ（熱源）の雰囲気中に配置された筒状部材２は、主としてその感温部２３において、排気ガスＧの熱を受熱する。
【００３５】
感温部２３の受熱に基づき、感温部２３を含めた空洞領域Ｃｖから放射される赤外線は、光学手段３である導光管の一端の赤外線導入口としての開口部３１で前記空洞領域Ｃｖの範囲が制限され、導光管の内面に沿って、つまり、光学機能部３３によって導光管の他端の開口部３２側へ導光され、赤外線温度検出手段４のパッケージ４３における窓口４８を通過してサーモパイル素子４１に受光される。
【００３６】
赤外線エネルギーを受けたサーモパイル素子４１は、温度差によって生じる起電力を出力電圧として出力する。一方、周囲温度を検出するサーミスタ素子４２によって周囲温度を抵抗値の変化として検出し、この検出結果と前記出力とによって感温部２３から放射された赤外線量を正確に測定し、排気ガスＧの温度を測定する。
【００３７】
このような接触型赤外線温度センサ１において、感温部２３は赤外線温度検出手段４と離間して配設されており、高温の排気ガスＧ中に直接的に置かれるのは筒状部材２となる。このため、赤外線温度検出手段４が高温の排気ガスＧ中にさらされるのを回避でき、赤外線温度検出手段４の熱劣化を抑制することができる。また、感温部２３は、薄肉部であるため熱応答性の高速化が実現できる。
【００３８】
加えて、導光管と筒状部材２とは、ギャップＧｐにより熱絶縁層が形成されているので、筒状部材２の熱が導光管に伝導して赤外線温度検出手段４に伝わるのを抑制することが可能となる。さらに、保持体５は、熱伝導性が良好な材料で形成されているため、筒状部材２から伝導される熱を効果的に放熱することができ、赤外線温度検出手段４への熱的影響を軽減することが可能となる。
【００３９】
因みに、本実施形態の接触型赤外線温度センサ１によれば、筒状部材２の感温部２３の温度が１０００℃の場合でも赤外線温度検出手段４の温度を１５０℃以下に保つことが可能となる。
【００４０】
なお、上述における筒状部材２は、金属材料で形成したものについて説明したが、セラミックス材料によって形成してもよい。例えば、アルミナを用いることができる。アルミナは、耐熱性に優れた材料であり、１６００℃の高温雰囲気中でも適用が可能である。
セラミックスで筒状部材２を形成する場合、円筒部の肉厚寸法ｔ1を１ｍｍ程度とし、薄肉部の肉厚寸法ｔ2を０．５ｍｍ以下の約１／２以下に設定する。
【００４１】
なお、セラミックス材料としては、アルミナを用いるのが好ましいが、炭化珪素、石英ガラス、窒化珪素等、ジルコニア、その他のセラミック材料を用いてもよい。
【００４２】
このような構成とすることにより、熱応答性を高速化し、高温の排気ガスＧ中に直接的に置かれるのはセラミックスの筒状部材２となるため、赤外線温度検出手段４の熱劣化を抑制して信頼性を高め、安定した温度測定が可能となる。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、高温の排気ガスＧ中に直接的に置かれるのは筒状部材２となるため、赤外線温度検出手段４の熱劣化を抑制することができ信頼性を確保することが可能なとなる。したがって、自動車の排気ガスＧの温度を測定するのに好適な接触型赤外線温度センサ１を提供することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、接触型赤外線温度センサ（実施例１）の断面を示し、図４は、接触型赤外線温度センサ（実施例２）の断面を示している。
なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、第１の実施形態とは筒状部材２における感温部２３である薄肉部の形状が異なっている。
【００４５】
（実施例１）図３に示すように、感温部２３は、円錐形状に形成されている。したがって、円錐形状の部分が薄肉部に形成され、この内面において光学手段３としての導光管の開口部３１が対向するようになっている。また、薄肉部の内面の開口部は、黒体として機能し、高い放射率が得られるようになる。
さらに、円錐形状の広い外周面で排気ガスＧ等の流体の熱を受熱でき、感温部２３の形状として好適のものとなる。
このような構成によれば、第１の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【００４６】
（実施例２）図４に示すように、感温部２３は、円筒形状に形成されている。したがって、円筒形状の部分が薄肉部に形成され、この内面において光学手段３としての導光管の開口部３１が対向するようになっている。
よって、上記実施例１と同様な作用効果を奏することが可能となる。
【００４７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて図５を参照して説明する。図５は、接触型赤外線温度センサの断面を示している。光学機能部３３として作用する視野角制限部材３Ｖが筒状部材２の開口部２２側であって、赤外線温度検出手段４に対向して設けられている。この視野角制限部材３Ｖは、赤外線温度検出手段４のキャップ４４に一体的に形成されており、サーモパイル素子４１の受光視野を適切に制限し、効率的に集光するものである。
【００４８】
したがって、感温部２３を含めた空洞領域Ｃｖから放射される赤外線は、視野角制限部材３Ｖによって規制され、赤外線温度検出手段４へ導かれ、効率的にサーモパイル素子４１に集光されるようになる。
【００４９】
以上のような本発明の各実施形態によれば、赤外線温度検出手段４は後述するような赤外線フィルターを有していないので、赤外線温度検出手段４からの出力電圧を高くすることができる。一方、前述のように筒状部材２の感温部２３の温度が１０００℃の場合でも赤外線温度検出手段４の温度を１５０℃以下に保つことができるので、赤外線温度検出手段４の熱による損傷を回避することができる。
【００５０】
次に、本発明の参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて図６及び図７を参照して説明する。図６は、接触型赤外線温度センサ（実施例１）の断面を示し、図７は、接触型赤外線温度センサ（実施例２）の断面を示している。
【００５１】
本実施形態においては、レンズ部材等の光学手段３が光学機能部３３として作用し、感温部２３から放射される赤外線を集光し、赤外線温度検出手段４へ導くように機能する。
【００５２】
（実施例１）図６に示すように、光学機能部３３として作用するレンズ部材３Ｌが筒状部材２の開口部２２側であって、赤外線温度検出手段４におけるキャップ４４に形成された窓口４８に対向して配設されている。
【００５３】
このような構成によれば、感温部２３から放射される赤外線は、レンズ部材３Ｌによって集光され、赤外線温度検出手段４へ導かれる。具体的には、レンズ部材３Ｌから窓口４８を通過してサーモパイル素子４１に集光されて受光される。
【００５４】
（実施例２）図７に示すように、光学機能部３３として作用するミラー部材３Ｍが筒状部材２の開口部２２側であって、赤外線温度検出手段４におけるキャップ４４に形成された窓口４８に対向して配設されている。
【００５５】
ミラー部材３Ｍは、金属や樹脂材料によって作られていて、内面が回転放物面をなした反射面によって形成されている。また、この反射面の焦点に赤外線温度検出手段４のサーモパイル素子４１が配置されるようになっている。
【００５６】
したがって、感温部２３から放射される赤外線は、ミラー部材３Ｍによって集光され、赤外線温度検出手段４へ導かれる。具体的には、感温部２３から放射される赤外線の平行光は、反射面によって反射され、窓口４８を通過して効率的にサーモパイル素子４１に集光されるようになる。
【００５７】
続いて、図８及び図９を参照して本発明の参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて説明する。図８及び図９は、接触型赤外線温度センサの断面を示している。
【００５８】
本実施形態は、赤外線温度検出手段４におけるキャップ４４に形成された窓口４８に赤外線フィルター４７を設けたものである。赤外線フィルター４７は、赤外線を選択的に透過する機能を有していて、本実施形態においては、波長が５μｍ〜２０μｍの赤外線を透過するものが用いられている。赤外線の透過波長は限定されるものではなく、測定する温度によって適宜設定すればよい。
【００５９】
図８に示す接触型赤外線温度センサ１は、第１の実施形態の接触型赤外線温度センサ１（図２）を基本構成とし、図９に示す接触型赤外線温度センサ１は、第２の実施形態の接触型赤外線温度センサ１（実施例１）（図３）を基本構成としている。そして、これら接触型赤外線温度センサ１において、赤外線温度検出手段４の窓口４８に赤外線フィルター４７を設けたものである。
【００６０】
このような構成により、感温部２３の受熱に基づき、感温部２３を含めた空洞領域Ｃｖから放射される赤外線は、光学機能部３３によって導光管の他端の開口部３２側へ導光され、赤外線温度検出手段４の窓口４８における赤外線フィルター４７を透過してサーモパイル素子４１に受光される。
したがって、目的とする赤外線を選択的にサーモパイル素子４１で受光できるので、温度測定の正確性の向上を図ることができる。
次に、図１０を参照して本発明の参考実施形態に係る接触型赤外線温度センサについて説明する。図１０は、接触型赤外線温度センサの断面を示している。
本実施形態は、筒状部材２を光学手段３としての導光管で兼用した構成を示すものである。
【００６１】
光学手段３としての導光管は、例えば、銅製の円筒パイプ状に形成されていて、両端に開口部３１、３２を有している。また、導光管の内面は、鏡面に研磨されて金メッキが施されて、反射率が高く、光学機能部３３として赤外線を内面に沿って導光し導くように作用する。
【００６２】
また、一端の開口部３１には、円錐形状に形成された感温部２３がロウ付け等によって接合されている。感温部２３は、例えば、ステンレス鋼から作られていて、薄肉に形成されている。一方、他端の開口部３２は、赤外線温度検出手段４と対向するようになっている。
したがって、光学機能部３３は、薄肉部の感温部２３で受熱され感温部２３から放射される赤外線を赤外線温度検出手段４へ導くように機能する。
このような構成によっても第１の実施形態と同様な作用効果を奏することが可能となる。
【００６３】
続いて、接触型赤外線温度センサの特性について図１１及び図１２を参照して説明する。具体的には、図８及び図９に示す実施形態に係る接触型赤外線温度センサ１の特性を示しており、図１１は、温度検知特性、図１２は、応答特性を表わしている。
【００６４】
図１１において、横軸は、被測定対象（熱源）の温度（℃）を示し、縦軸は、接触型赤外線温度センサ１の出力電圧（ｍＶ）を示している。図に示すように、温度の上昇に従って出力電圧が大きくなっており、例えば、温度が２００℃の場合は、約２５ｍＶ、温度が１０００℃の場合は、約３３０ｍＶの電圧が出力されるようになる。
【００６５】
また、図１２において、横軸は、時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、出力電圧（ｍＶ）を示している。図に示すように、温度が２００℃（出力電圧２５ｍＶ）の場合には、約１秒で応答し、応答性が良好であることが分かる。
【００６６】
次に、接触型赤外線温度センサ１を利用する実施形態について説明する。接触型赤外線温度センサ１は、熱源を有する各種熱機器において、その熱源の温度を測定するために用いられる。
【００６７】
例えば、排気ガスを熱源とするエンジン、オーブンレンジ、ＩＨクッキングヒータ、ガス給湯器、ストーブ等の熱機器に適用が可能である。また、燃料電池の電解質、燃料の改質装置等の温度測定に用いることもできる。
具体的に、接触型赤外線温度センサ１を排気ガス再循環システムに用いた実施形態について図１３を参照して説明する。
【００６８】
排気ガス再循環システムは、エンジンＥ、吸気通路Ａｐ、排気通路Ｅｐ、ＥＧＲ排気通路Ｒｐ及びエンジンコントロールユニットＥＣＵを備えている。また、吸気通路ＡｐにはスロットルバルブＴｂが設けられており、排気通路Ｅｐの下流側には、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦとＮＯｘ浄化触媒コンバータＣｃとが設けられている。さらに、ＥＧＲ排気通路Ｒｐには、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲバルブが配設されている。
【００６９】
このような構成の排気ガス再循環システムにおいて、排気通路Ｅｐの複数個所に前述の接触型赤外線温度センサ１が取付けられている。接触型赤外線温度センサ１で検出された排気ガス検出温度は、エンジンコントロールユニットＥＣＵに入力されエンジンＥの運転状態が制御される。
以上のように接触型赤外線温度センサ１は、排気ガス再循環システム、その他の排気システムに好適に用いることができる。
さらに、接触型赤外線温度センサ１を電気炉やガス炉における炉内の溶融金属の温度測定に用いる実施形態について説明する。
【００７０】
この場合、前述の第３の実施形態で説明した基本構成を好適に用いることができる。図５に示すように視野角制限部材３Ｖが筒状部材２の開口部２２側であって、赤外線温度検出手段４に対向して設けられており、この視野角制限部材３Ｖはサーモパイル素子４１の受光視野を制限するようになっている。
【００７１】
筒状部材２は、セラミックス製であり、一端を閉塞部２１とし他端を開口部２２とする有底円筒状に形成されてる。この筒状部材２の内側には、円筒パイプ状の視野角制限部材３Ｖが配設されている。視野角制限部材３Ｖは、アルミニウム材料から作られていて、その表面は黒色のアルマイト処理が施されている。つまり、視野角制限部材３Ｖは、反射率が低くなるように構成されている。
【００７２】
したがって、視野角制限部材３Ｖによって、筒状部材２の内側から放射される赤外線が適切に制限され、すなわち、閉塞部２１である感温部２３を含めた空洞領域Ｃｖから放射される赤外線に制限されて赤外線温度検出手段４に受光されるようになる。
【００７３】
なお、視野角制限部材３Ｖを筒状部材２の内側において、軸方向に進退させて視野角を調整できるようにしてもよい。具体的には、例えば、視野角制限部材３Ｖを保持体５に螺合する構成とし、視野角制限部材３Ｖを回動し、軸方向に進退させる調整方法が考えられる。
【００７４】
また、感温部２３は薄肉に形成することが好ましいが、筒状部と同様な肉厚寸法であってもよい。さらに、筒状部材２及び視野角制限部材３Ｖにおける軸方向の長さ寸法や径寸法は、格別限定されるものではなく、仕様に応じて適宜選択することができる。さらにまた、視野角制限部材３Ｖは、黒色のアルマイト処理に限らず、反射率が低くなるような処理が施されていればよい。
【００７５】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
例えば、感温部の形状は、平坦形状、円筒形状や円錐形状、又はこれら形状の組合わせ形状等、適宜採用し得る。形状が格別限定されるものではない。
【００７６】
赤外線温度検出手段は、熱形や量子形の感温素子を用いることができる。熱形の場合には、サーモパイル、サーミスタ、焦電素子を用いることができ、量子形の場合には、インジウムアンチモン(InSb)、水銀カドミウムテルル(HgCdTe)や鉛スズテルル(PbSnTe)を用いることができる。赤外線温度検出手段の形式や構成が特段限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・接触型赤外線温度センサ
２・・・筒状部材
３・・・光学手段
４・・・赤外線温度検出手段
５・・・保持体
２１・・・閉塞部
２２・・・開口部
２３・・・感温部
３１・・・赤外線導入口（開口部）
３３・・・光学機能部
４１・・・サーモパイル素子
４２・・・サーミスタ素子
４３・・・パッケージ
４４・・・キャップ
４５・・・ステム
４７・・・赤外線フィルター
４８・・・窓口
５１・・・雄ねじ部
５３・・・絶縁部材
Ｃｖ・・・空洞領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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