JP2015014585A - 振動検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】設置箇所の形状に関わらずに、検出素子の設置が可能な振動検出器を提供する。
【解決手段】振動検出器の構成を、外部からの振動によって変形と摩擦の少なくとも一方が生じることにより熱を発生する発熱部材と、発熱部材からの熱流束を検出する検出素子とを備え、検出素子の検出結果に基づいて、振動に関する情報を検出する構成とする。そして、検出素子として、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材１００に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が形成されていると共に、第１、第２ビアホール１０１、１０２に互いに異なる金属で構成された第１、第２層間接続部材１３０、１４０が埋め込まれ、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列接続された構造を有し、さらに、第１、第２層間接続部材を形成する金属が、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であるものを採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱流束センサを用いた振動検出器に関するものである。

従来、熱流束を検出する熱流束センサ（検出素子）として、特許文献１に記載のものがある。この検出素子は、絶縁基材に複数の貫通孔が形成されていると共に、複数の貫通孔に異種金属材料の第１、第２導電性金属が埋め込まれているおり、第１、第２導電性金属が交互に直列接続されたものである。

特開２００９−１９２４３１号公報

ところで、部材によっては、外部から振動が加えられると、変形や摩擦が生じることにより熱が発生し、この部材から熱流束が生じる。このため、熱流束センサ（検出素子）の感度が高ければ、振動が加えられたときに生じる熱流束を検出でき、この検出結果から振動に関する情報を得ることが可能となる。

しかし、絶縁基材が硬い材料で構成され、検出素子が柔軟性を有していない場合、検出素子の形状と一致する設置箇所しか検出素子を設置できず、検出素子を設置する箇所が限られてしまうという問題がある。例えば、検出素子が平坦形状の場合、平坦面を有する箇所には、検出素子を設置できるが、曲面や凹凸面を有する箇所には、検出素子を設置できない。

なお、この問題の対策として、検出素子を製造する際に、予め、検出素子の形状が設置箇所の形状に応じた形状となるように製造することが考えられるが、この場合、検出素子を一律に製造することができず、検出素子の製造コストの観点から好ましくない。

本発明は上記点に鑑みて、設置箇所の形状に関わらずに、検出素子が設置可能な振動検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（１００）に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）が埋め込まれ、第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構造を有する検出素子と、
検出素子の一方の面側に配置された発熱部材（３０、１１０）と、
検出素子の他方の面側に配置された保護部材（１２０）とを備え、
第１、第２層間接続部材を形成する金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であり、
発熱部材は、外部からの振動によって変形と摩擦の少なくとも一方が生じることにより熱を発生するものであり、
検出素子は、発熱部材と保護部材との間の熱流束を、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材にて発生する起電力によって検出し、
検出素子にて発生した起電力に基づいて、振動に関する情報の検出処理を行う検出処理手段（２）をさらに備えることを特徴としている。

本発明では、検出素子の絶縁基材を熱可塑性樹脂で構成しているので、検出素子は柔軟性を有している。このため、検出素子を設置箇所の形状に応じた形状に変形させて設置できる。よって、本発明によれば、設置箇所の形状に関わらずに、検出素子の設置が可能である。

また、外部から振動が印加されると、発熱部材が振動によって変形して発熱し、または、発熱部材が摩擦によって発熱する。このとき、印加される振動エネルギーの大きさに応じて、発熱部材からの熱流束が増減するという関係がある。そこで、本発明では、発熱部材の熱流束を検出し、その検出結果に基づいて検出処理を行うことで、振動に関する情報を得ることができる。

ちなみに、本発明では、第１、第２層間接続部材を形成する金属の少なくとも一方が、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金である熱流束センサを用いている。これにより、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材にて発生する起電力を大きくでき、熱流束センサの高感度化が可能である。このように、本発明は、高感度な熱流束センサを用いるので、熱流束センサを用いて振動に関する情報を得ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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一例である。

第１実施形態における振動検出器の構成を示す模式図である。 図１中の熱流束センサの平面図である。 図２中のIII−III線に沿った断面図である。 図２中のIV−IV線に沿った断面図である。 熱流束センサの製造工程を示す断面図である。 第1実施形態における制御部が実行する制御処理のフローチャートである。 （ａ）は第２実施形態における静止状態の振動検出部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の振動検出部の振動状態を示す断面図である。 （ａ）は第３実施形態における静止状態の振動検出部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の振動検出部の振動状態を示す断面図である。 他の実施形態における制御部が実行する制御処理のフローチャートである。 参考例における圧力検出器の構成を示す模式図である。 参考例における湿度検出器の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１に示されるように、本実施形態の振動検出器は、振動検出部１と、制御部２とを備えている。振動検出部１は、熱流束センサ１０と、熱流束センサ１０の裏面１０ｂ側に配置された固定台２０と、熱流束センサの表面１０ａ側に設けられたゴム３０および錘４０とを備えている。

熱流束センサ１０は、図２〜図４に示されるように、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されたものである。以下に、熱流束センサ１０の構造について具体的に説明する。なお、図２は、理解をし易くするために、表面保護部材１１０を省略して示してある。

絶縁基材１００は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等に代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成されている。そして、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。

なお、本実施形態の第１、第２ビアホール１０１、１０２は、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよい。また、裏面１００ｂから表面１００ａに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。

そして、第１ビアホール１０１には第１層間接続部材１３０が配置され、第２ビアホール１０２には第２層間接続部材１４０が配置されている。つまり、絶縁基材１００には、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が互い違いになるように配置されている。

第１、第２層間接続部材１３０、１４０は、ゼーベック効果を発揮するように、互いに異なる金属で構成されている。例えば、第１層間接続部材１３０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成される。また、第２層間接続部材１４０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物で構成される。

なお、図２は、断面図ではないが、理解をし易くするために第１、第２層間接続部材１３０、１４０にハッチングを施してある。

絶縁基材１００の表面１００ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等に代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成される表面保護部材１１０が配置されている。この表面保護部材１１０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン１１１が互いに離間するように形成されている。そして、各表面パターン１１１はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図３に示されるように、隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とを組１５０としたとき、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は同じ表面パターン１１１と接続されている。つまり、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は表面パターン１１１を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、絶縁基材１００の長手方向（図３中紙面左右方向）に沿って隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とが組１５０とされている。

絶縁基材１００の裏面１００ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等に代表される熱可塑性樹脂フィルムにて構成される平面矩形状の裏面保護部材１２０が配置されている。この裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００の長手方向の長さが絶縁基材１００より長くされており、長手方向の両端部が絶縁基材１００から突出するように絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置されている。

そして、裏面保護部材１２０には、絶縁基材１００と対向する一面１２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン１２１が互いに離間するように形成されている。そして、各裏面パターン１２１はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図３に示されるように、絶縁基材１００の長手方向に隣接する組１５０において、一方の組１５０の第１層間接続部材１３０と他方の組１５０の第２層間接続部材１４０とが同じ裏面パターン１２１と接続されている。つまり、組１５０を跨いで第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１を介して電気的に接続されている。

また、図４に示されるように、絶縁基材１００の外縁では、長手方向と直交する方向（図２中紙面上下方向）に沿って隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１と接続されている。詳述すると、絶縁基材１００の長手方向に表面パターン１１１および裏面パターン１２１を介して直列に接続されたものが折り返されるように、隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１と接続されている。

また、裏面パターン１２１のうち、上記のように直列に接続されたものの端部となる部分は、図２および図３に示されるように、絶縁基材１００から露出するように形成されている。そして、裏面パターン１２１のうち絶縁基材１００から露出する部分が制御部２と接続される端子として機能する部分となる。

以上が本実施形態における基本的な熱流束センサ１０の構成である。そして、このような熱流束センサ１０は、熱流束センサ１０を厚さ方向に通過する熱流束に応じたセンサ信号（起電圧）を制御部２に出力する。熱流束が変化すると、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材１３０、１４０にて発生する起電圧が変化する。なお、熱流束センサ１０の厚さ方向とは、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０の積層方向のことである。また、上記した構成の熱流束センサ１０のうち、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列接続された構造部分が熱流束を検出する検出素子を構成している。

ここで、上記熱流束センサ１０の製造方法について図５を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）に示されるように、絶縁基材１００を用意し、複数の第１ビアホール１０１をドリルやレーザ等によって形成する。

次に、図５（ｂ）に示されるように、各第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する。なお、第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０−５０３５６号に記載の方法（装置）を採用すると良い。

簡単に説明すると、吸着紙１６０を介して図示しない保持台上に、裏面１００ｂが吸着紙１６０と対向するように絶縁基材１００を配置する。そして、第１導電性ペースト１３１を溶融させつつ、第１ビアホール１０１内に第１導電性ペースト１３１を充填する。これにより、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤の大部分が吸着紙１６０に吸着され、第１ビアホール１０１に合金の粉末が密接して配置される。

なお、吸着紙１６０は、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。また、第１導電性ペースト１３１は、金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末を融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第１導電性ペースト１３１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが約４３℃に加熱された状態で行われる。

続いて、図５（ｃ）に示されるように、絶縁基材１００に複数の第２ビアホール１０２をドリルやレーザ等によって形成する。この第２ビアホール１０２は、上記のように、第１ビアホール１０１と互い違いとなり、第１ビアホール１０１と共に千鳥パターンを構成するように形成される。

次に、図５（ｄ）に示されるように、各第２ビアホール１０２に第２導電性ペースト１４１を充填する。なお、この工程は、上記図５（ｂ）と同様の工程で行うことができる。

すなわち、再び、吸着紙１６０を介して図示しない保持台上に裏面１００ｂが吸着紙１６０と対向するように絶縁基材１００を配置した後、第２ビアホール１０２内に第２導電性ペースト１４１を充填する。これにより、第２導電性ペースト１４１の有機溶剤の大部分が吸着紙１６０に吸着され、第２ビアホール１０２に合金の粉末が密接して配置される。

第２導電性ペースト１４１は、第１導電性ペースト１３１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｔｅ合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第２導電性ペースト１４１を構成する有機溶剤は、第１導電性ペースト１３１を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第２導電性ペースト１４１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第２導電性ペースト１４１の充填が行われる。これにより、第１ビアホール１０１に第２導電性ペースト１４１が混入することが抑制される。

なお、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態とは、上記図５（ｂ）の工程において、吸着紙１６０に吸着されずに第１ビアホール１０１に残存している有機溶剤のことである。

そして、上記各工程とは別工程において、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示されるように、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０のうち絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ、１２０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の表面パターン１１１が形成された表面保護部材１１０、互いに離間している複数の裏面パターン１２１が形成された裏面保護部材１２０を用意する。

その後、図５（ｇ）に示されるように、裏面保護部材１２０、絶縁基材１００、表面保護部材１１０を順に積層して積層体１７０を構成する。

なお、本実施形態では、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００より長手方向の長さが長くされている。そして、裏面保護部材１２０は、長手方向の両端部が絶縁基材１００から突出するように配置される。

続いて、図５（ｈ）に示されるように、この積層体１７０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧することにより、積層体１７０を一体化する。具体的には、第１、第２導電性ペースト１３１、１４２が固相焼結されて第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成すると共に、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と表面パターン１１１および裏面パターン１２１とが接続されるように加熱しながら加圧して積層体１７０を一体化する。

なお、特に限定されるものではないが、積層体１７０を一体化する際には、積層体１７０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。以上のようにして、上記熱流束センサ１０が製造される。

図１に示される振動検出部１における固定台２０は、熱流束センサ１０を固定する固定部材であり、接着剤５０を介して、熱流束センサ１０の裏面１０ｂに接合されている。固定台２０の表面は平面形状である。このため、熱流束センサ１０の裏面１０ｂおよび表面１０ａも平面形状となっている。

ゴム３０は、弾性変形する弾性部材であり、接着剤等により、熱流束センサ１０の表面１０ａに接合されている。ゴム３０の材質としては、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。錘４０は、外部から振動が加えられて振動する振動部材であり、接着剤等により、ゴム３０の表面に接合されている。

制御部２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、振動に関する情報の検出処理を行う検出処理手段である。制御部２は、例えばマイクロコンピュータ、記憶手段としてのメモリ、その周辺回路にて構成される電子制御装置であり、予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って、図示しない表示部の作動を制御する。

ここで、本実施形態の振動検出器による振動に関する情報の検出について説明する。

振動検出部１に対して、図１中の矢印のように、熱流束センサ１０の面方向に平行な振動が外部から印加されると、熱流束センサ１０の表面１０ａ側の錘４０が振動するとともに、ゴム３０および表面保護部材１１０も振動する。このとき、ゴム３０および表面保護部材１１０が振動によって変形し、変形することで発熱する。すなわち、ゴム３０および表面保護部材１１０は、外部から振動が印加されて変形するとともに、変形エネルギーを熱エネルギーに変換して熱を放出する。したがって、本実施形態では、ゴム３０および表面保護部材１１０が、外部からの振動によって変形が生じることにより熱を発生する発熱部材を構成している。一方、熱流束センサ１０の裏面１０ｂ側の固定台２０は振動しないので発熱せず、もしくは、振動が抑制されているため、発熱が抑制されている。

このため、振動検出部１に対して振動が外部から印加されると、振動が印加される前と比較して、熱流束センサ１０の表面１０ａ側のゴム３０および表面保護部材１１０と、熱流束センサ１０の裏面１０ｂ側の固定台２０との間の温度差が変化する。すなわち、振動の非印加状態から振動印加状態に変わると、ゴム３０および表面保護部材１１０から固定台２０に向かう方向での熱流束に変化が生じる。このとき、印加される振動エネルギーの大きさに応じて、ゴム３０および表面保護部材１１０からの熱流束が増減するという関係がある。したがって、ゴム３０および表面保護部材１１０からの熱流束を検出すれば、この検出した熱流束と、振動エネルギーと熱流束の関係とに基づいて、振動エネルギーを算出することができる。

そこで、制御部２は、振動に関する情報の検出処理として、図６に示される制御処理を実行する。この制御処理は、振動検出器の電源スイッチがオンのときに実行され、所定の時間間隔で繰り返し実行される。なお、図６中の各制御ステップは、制御部２が有する各種の機能実現手段を構成している。

まず、ステップＳ１で、熱流束センサ１０から入力されたセンサ信号の読み込みを行う。これにより、熱流束センサ１０にて発生した起電圧（電圧値）が読み込まれる。

続いて、ステップＳ２で、起電圧Ｖがしきい値Ｖｔｈよりも大きいか否かを判定する。これは、熱流束センサ１０の設置環境の温度変化等によって発生した微小な起電圧（ノイズ）と、振動によって発生した起電圧とを区別するためである。しきい値Ｖｔｈは、振動によって発生した起電圧とノイズとを区別できるように設定される。このため、振動検出部１に対して振動が印加された場合、熱流センサ１０にて発生した起電圧Ｖはしきい値Ｖｔｈよりも高いので、制御部２は、肯定判定（ＹＥＳ）して、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、起電圧Ｖに基づいて、振動エネルギーを算出する。このとき、起電圧と振動エネルギーとの相関関係を予め実験によって求めておく。この相関関係を用いることで、起電圧Ｖから振動エネルギーを算出することができる。

続いて、ステップＳ４で、算出した振動エネルギーを表示するための制御信号を、図示しない表示部へ出力する。これにより、振動エネルギーが表示部に表示される。

一方、振動検出部１に対して振動が印加されていない場合、熱流センサ１０にて発生した起電圧は、しきい値よりも低いので、制御部２は、ステップ２で、否定（ＮＯ）判定し、ステップＳ３、Ｓ４を実行せず、図６に示す一連の制御フローが終了する。なお、ステップＳ２で否定判定したとき、算出値を０と表示する旨の制御信号を表示部に出力してもよい。

このようにして、本実施形態の振動検出器は、振動検出部１に対して振動が入力されたときに、振動エネルギーを表示部に表示することができる。

なお、本実施形態では、熱流束センサ１０の表面１０ａにゴム３０を接合し、ゴム３０の表面に錘４０を接合したが、接合しなくても良い。この場合、錘４０が振動することにより、錘４０とゴム３０との間や、ゴム３０と熱流束センサ１０との間に摩擦が生じ、熱が発生する。したがって、この場合、摩擦熱を振動発生時の熱流束変化に寄与させることができる。この場合では、ゴム３０は、外部からの振動によって変形と摩擦が生じることにより熱を発生する発熱部材を構成している。

また、本実施形態では、熱流束センサ１０の表面１０ａ側にゴム３０および錘４０を設けていたが、ゴム３０および錘４０を省略しても良い。この場合、外部から振動が印加されると、熱流束センサ１０の表面保護部材１１０が振動し、表面保護部材１１０が振動によって変形し、変形することで発熱する。このため、この場合においても、振動非印加状態から振動印加状態に変わると、表面保護部材１１０からの熱流束に変化が生じるので、熱流束センサ１０のセンサ信号から振動エネルギーを算出することができる。この場合では、表面保護部材１１０が外部からの振動によって変形が生じることにより熱を発生する発熱部材を構成している。

以上説明したように、本実施形態では、熱流束センサ１０の絶縁基材１００、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０を熱可塑性樹脂で構成しているので、熱流束センサ１０は柔軟性を有している。このため、熱流束センサ１０を設置箇所の形状に応じた形状に変形させて設置できる。なお、本実施形態では、固定台２０の表面が平面形状であったが、固定台２０の表面が凹凸面形状であっても、その凹凸面形状に応じた形状に熱流束センサ１０を変形させて設置できる。

また、本実施形態の熱流束センサ１０は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材１００に第１、第２ビアホール１０１、１０２を形成し、第１、第２ビアホール１０１、１０２内に第１、第２層間接続部材１３０、１４０を配置して熱流束センサ１０を構成している。このため、第１、第２ビアホール１０１、１０２の数や径、間隔等を適宜変更することで、第１、第２層間接続部材１３０、１４０の高密度化が可能となる。これにより、起電圧を大きくでき、熱流束センサ１０の高感度化が可能である。

また、本実施形態の熱流束センサ１０は、第１、第２層間接続部材１３０、１４０として、焼結前の結晶構造が維持されるように固相焼結された金属化合物（Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｂｉ−Ｔｅ合金）を用いている。すなわち、第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成する金属は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金である。これにより、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材１３０、１４０にて発生する起電圧を大きくでき、熱流束センサ１０の高感度化が可能である。

このように、本実施形態では、高感度な熱流束センサ１０を用いるので、部材に振動が加えられたときに生じる熱流束を検出でき、この検出結果から振動に関する情報を得ることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、熱流束センサ１０を平面に取り付けていたが、本実施形態では、熱流束センサ１０を曲面に取り付けている。

図７（ａ）に示されるように、本実施形態の振動検出部１は、熱流束センサ１０の裏面１０ｂが接着剤５０を介して回転軸２１の表面（曲面）に接合されている。このため、熱流束センサ１０は、湾曲した形状となっている。熱流束センサ１０は、第１実施形態と同じものであり、可撓性を有するので、このように曲面に取り付けることが可能である。一方、熱流束センサ１０の表面１０ａにゴム３０が接合されており、ゴム３０の表面が湾曲した軸受け４１の内面に接触している。なお、ゴム３０と軸受け４１は接合されていない。

そして、図７（ｂ）に示されるように、軸受け４１が回転軸２１の周方向に沿った方向（図中の矢印方向）に振動すると、第１実施形態と同様に、ゴム３０および表面保護部材１１０が変形するとともに、ゴム３０と軸受け４１との間に摩擦が生じて発熱する。このため、振動が印加されていない非印加状態から振動が印加された印加状態に変わると、ゴム３０および表面保護部材１１０から回転軸２１に向かう方向での熱流束に変化が生じる。

したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、熱流束センサ１０によって、振動検出部１に対して振動が印加されたときのゴム３０および表面保護部材１１０からの熱流束を検出し、制御部２によって、熱流束センサ１０のセンサ信号に基づいて、振動エネルギーを算出することで、振動エネルギーを検出することができる。

（第３実施形態）
第１、第２実施形態は、振動検出部１が熱流束センサ１０の面方向に沿った方向の振動を検出するものであったが、本実施形態は、振動検出部１が熱流束センサ１０の面方向に垂直な方向の振動を検出するものである。

図８（ａ）に示されるように、本実施形態の振動検出部１は、熱流束センサ１０と、熱流束センサ１０の面方向における一端を支持する支持体２２と、熱流束センサ１０の面方向における一端とは反対側の他端に設けられた錘４２とを備えた構造である。熱流束センサ１０の構造は第１実施形態と同じである。

図８（ｂ）に示されるように、熱流束センサ１０の面方向に垂直な方向（図中の矢印方向）に支持体２２が振動すると、錘４２とともに熱流束センサ１０が振動し、熱流束センサ１０の表面１０ａと裏面１０ｂの一方が凸面となり、他方が凹面となるように変形する。このとき、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０のうち凹面側となる方は圧縮変形し、凸面側となる方は引張変形となる。圧縮変形側が発熱するので、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０との間に温度差が生じる。すなわち、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０との間において、凹面側の一方から凸面側の他方に向かう熱流束が生じる。なお、凸面側と凹面側とが入れ替わる度に、熱流束の向きが入れ替わる。このため、本実施形態では、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０の一方が、検出素子の一方の面側に配置された発熱部材を構成し、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０の他方が、検出素子の他方の面側に配置された保護部材を構成している。

したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、振動エネルギーを算出することができる。

なお、本実施形態では、熱流束センサ１０に錘４２を設けたが、支持体２２の振動によって熱流束センサ１０が振動可能であれば、錘４２を省略しても良い。また、本実施形態では、熱流束センサ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂに、熱流束センサ１０を支持する支持部材を設けていないが、熱流束センサ１０を補強するために、表面１０ａと裏面１０ｂの少なくとも一方に支持部材を設けても良い。この場合、支持部材は圧縮変形すると発熱するので、支持部材が発熱部材を構成する。例えば、熱流束センサ１０の裏面１０ｂに支持部材を設けた場合、裏面保護部材１２０と支持部材が、検出素子の一方の面側に配置された発熱部材を構成し、表面保護部材１１０が、検出素子の他方の面側に配置された保護部材を構成する。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）上記各実施形態では、制御部２の検出処理において、振動に関する情報として、振動エネルギーを検出したが、振動の有無を検出するようにしても良い。この場合、制御部２は、図９に示される制御処理を実行する。この制御処理は、図６に示される制御処理に対して、ステップＳ３を省略したものである。すなわち、制御部２は、ステップＳ２で、肯定判定（ＹＥＳ）したとき、ステップＳ４に進み、ステップＳ４で、振動を検知していることを表示するための制御信号を表示部に向けて出力する。これにより、振動を検知していることが表示部に表示される。

（２）上記各実施形態では、熱流束センサ１０で発生した起電圧（電圧値）に基づいて、制御部２が振動に関する情報の検出処理を行うことを説明したが、電圧値の代わりに、電流値に基づいて、検出処理を行ってもよい。要するに、制御部２は、熱流速センサ１０で発生した起電力に基づいて、検出処理することができる。

（３）上記各実施形態では、第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成する金属が、それぞれ、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｂｉ−Ｔｅ合金であったが、他の合金であってもよい。

また、上記各実施形態では、第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成する金属の両方が、固相焼結された焼結合金であったが、少なくとも一方が固相焼結された焼結合金であればよい。これにより、第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成する金属の両方が固相焼結された焼結金属でない場合と比較して、起電力を大きくでき、熱流束センサ１０の高感度化が可能である。

（４）第1、第２実施形態では、発熱部材としてゴム３０を用いていたが、ゴム３０の替わりに、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ＬＣＰ等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

（５）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

（参考例１）
本参考例では、熱流束センサを用いた加速度検出器について説明する。

すなわち、本参考例は、
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホールが形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構造を有する検出素子と、
前記検出素子の一方の面側に配置された発熱部材と、
前記検出素子の他方の面側に配置された保護部材とを備え、
前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であり、
前記発熱部材は、加速度が加えられることによって変形と摩擦の少なくとも一方が生じることにより熱を発生するものであり、
前記検出素子は、前記発熱部材と前記保護部材との間の熱流束を、交互に直列接続された前記第１、第２層間接続部材にて発生する起電力によって検出し、
前記検出素子にて発生した起電力に基づいて、加速度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段をさらに備えることを特徴とする加速度検出器に関するものである。

加速度検出器の構成としては、例えば、第１実施形態で説明した図１の振動検出器と同じ構成を採用することができる。この場合、加速度検出器は、図１に示されるように、振動検出部１と、制御部２とを備えている。振動検出部１、制御部２は、それぞれ、第1実施形態の振動検出部１、制御部２と同じ構成である。

制御部２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、加速度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段である。例えば、制御部２は、熱流束センサ１０のセンサ信号（起電圧）と、起電圧と加速度との相関関係とを用いて加速度を算出する処理を行うことで、加速度を検出する。具体的な検出処理は、第1実施形態で説明した図６の制御処理と同じである。ただし、図６の制御処理の説明において、振動を加速度に読み替える。例えば、図６中のステップＳ３の振動エネルギー算出を加速度算出とする。

図１中の矢印の一方向の加速度が錘４０に加わると、錘４０が変位することで、ゴム３０および表面保護部材１１０が変形し、変形することで発熱する。このため、振動検出部１に対して加速度が外部から印加されると、加速度が印加される前と比較して、熱流束センサ１０の表面１０ａ側のゴム３０および表面保護部材１１０と、熱流束センサ１０の裏面１０ｂ側の固定台２０との間の温度差が変化する。すなわち、ゴム３０および表面保護部材１１０から固定台２０に向かう方向での熱流束に変化が生じる。このとき、印加される加速度の大きさに応じて、ゴム３０および表面保護部材１１０からの熱流束が増減するという関係がある。

そこで、熱流束センサ１０によって、錘４０に対して加速度が印加されたときのゴム３０および表面保護部材１１０からの熱流束を検出する。そして、制御部２によって、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、加速度を算出する。このとき、センサ信号（起電圧）と加速度との相関関係を予め実験によって求めておき、この相関関係を用いることで、センサ信号から加速度を検出することができる。

なお、加速度検出器の構成として、第２、第３実施形態および他の実施形態で説明した振動検出器と同じ構成を採用した場合においても、上記説明と同様の理由により、加速度を検出することができる。

このように、加速度検出器の構成を、加速度が加えられることによって変形と摩擦の少なくとも一方が生じることにより熱を発生する発熱部材と、この発熱部材からの熱流束を検出する検出素子と、この検出素子の検出結果に基づいて、加速度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段とを備える構成とすることにより、加速度の有無やその大きさ等の加速度に関する情報を検出することができる。

また、このような加速度検出器によれば、上記した振動検出器の発明が解決しようとする課題と同様の課題を解決することができる。また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、高感度な熱流束センサ１０を用いるので、部材に加速度が加えられたときに生じる熱流束を検出でき、この検出結果から加速度に関する情報を得ることができる。

（参考例２）
本参考例では、熱流束センサを用いた圧力検出器について説明する。

すなわち、本参考例は、
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホールが形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構造を有する検出素子と、
前記検出素子の一方の面側に配置された発熱部材と、
前記検出素子の他方の面側に配置された保護部材とを備え、
前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であり、
前記発熱部材は、圧力が加えられて変形が生じることにより熱を発生するものであり、
前記検出素子は、前記発熱部材と前記保護部材との間の熱流束を、交互に直列接続された前記第１、第２層間接続部材にて発生する起電力によって検出し、
前記検出素子にて発生した起電力に基づいて、圧力に関する情報の検出処理を行う検出処理手段をさらに備えることを特徴とする圧力検出器に関するものである。

図１０（ａ）に示されるように、この圧力検出器は、熱流束センサ１０と、制御部２とを備えている。

熱流束センサ１０は、第１実施形態の熱流束センサ１０と構成が同じであり、図２〜図４に示されるように、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されたものである。熱流束センサ１０のうち、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列接続された構造部分が、表面保護部材１１０または裏面保護部材１２０からの熱流束を検出する検出素子を構成している。

熱流束センサ１０は、筐体２３の内部に設けられており、筐体２３の内部を第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２に区画している。

制御部２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、圧力に関する情報の検出処理を行う検出処理手段である。制御部２は、第1実施形態の制御部２と同じ構成である。例えば、制御部２は、熱流束センサ１０のセンサ信号（起電圧）と、起電圧と圧力差との相関関係とを用いて圧力差を算出する算出処理を行うことで、第１空間Ｒ１の圧力と第２空間Ｒ２の圧力との差を検出する。具体的な検出処理は、第1実施形態で説明した図６の制御処理と同じである。ただし、図６の制御処理の説明において、振動を圧力差に読み替える。例えば、図６中のステップＳ３の振動エネルギー算出を圧力差算出とする。

図１０（ｂ）に示されるように、第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２との間に圧力差が生じると、熱流束センサ１０の表面１０ａと裏面１０ｂの一方が凸面となり、他方が凹面となるように変形する。例えば、第１空間Ｒ１の圧力Ｐ１が第２空間Ｒ２の圧力Ｐ２よりも大きいとき、表面１０ａが凹面となり、裏面１０ｂが凸面となる。このため、第３実施形態と同様に、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０との間において、凹面側の一方から凸面側の他方に向かう熱流束が生じる。このように、本参考例では、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０の一方が、検出素子の一方の面側に配置された発熱部材を構成し、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０の他方が、検出素子の他方の面側に配置された保護部材を構成している。

このとき、圧力差の大きさに応じて、熱流束が増減する。そこで、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて検出処理を行うことで、圧力に関する情報を得ることができる。なお、圧力に関する情報としては、第１、第２空間Ｒ１、Ｒ２の一方の圧力を基準圧とすることで、圧力差から第１、第２空間Ｒ１、Ｒ２の他方の圧力（絶対値）を検出することも可能である。

このように、圧力検出器の構成を、圧力が加えられて変形が生じることにより熱を発生する発熱部材と、この発熱部材からの熱流束を検出する検出素子と、この検出素子の検出結果に基づいて、圧力に関する情報の検出処理を行う検出処理手段とを備える構成とすることにより、圧力差や絶対圧等の圧力に関する情報を検出することができる。

なお、図の例では、熱流束センサ１０自体によって、筐体２３の内部を第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２に区画しているが、筐体２３の内部を第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２に区画する仕切部材の表面に熱流束センサ１０を取り付けても良い。この場合、仕切部材は圧力によって変形すると発熱するので、仕切部材も発熱部材を構成する。例えば、熱流束センサ１０の裏面１０ｂに仕切部材が配置されている場合、裏面保護部材１２０と仕切部材が、検出素子の一方の面側に配置された発熱部材を構成し、表面保護部材１１０が、検出素子の他方の面側に配置された保護部材を構成する。

本参考例では、第1実施形態と同様に、高感度な熱流束センサ１０を用いるので、部材に圧力が加えられたときに生じる熱流束を検出でき、この検出結果から圧力に関する情報を得ることができる。また、このような圧力検出器によれば、上記した振動検出器の発明が解決しようとする課題と同様の課題を解決することができる。

（参考例３）
本参考例では、熱流束センサを用いた湿度検出器について説明する。

すなわち、本参考例は、
熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホールが形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構造を有する検出素子と、
前記検出素子の一方の面側に配置された吸水部材と、
前記検出素子の他方の面側に配置された保護部材とを備え、
前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であり、
前記吸水部材は、吸水するとともに、前記吸水部材が設置された環境の湿度に応じた量の水が蒸発して温度が低下するものであり、
前記検出素子は、前記吸水部材と前記保護部材との間の熱流束を、交互に直列接続された前記第１、第２層間接続部材にて発生する起電力によって検出し、
前記検出素子にて発生した起電力に基づいて、湿度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段をさらに備えることを特徴とする湿度検出器に関するものである。

図１１に示されるように、この湿度検出器は、熱流束センサ１０と、制御部２と、熱流束センサ１０の表面１０ａに設けられた吸水層６０と、熱流束センサ１０の裏面１０ｂに設けられた撥水層７０と、吸水層に吸収される水を収容する容器８０とを備えている。

熱流束センサ１０は、撥水層７０から吸水層６０に向かう熱流束を検出するものである。熱流束センサ１０は、第１実施形態の熱流束センサ１０と構成が同じであり、図２〜図４に示されるように、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されたものである。熱流束センサ１０のうち、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列接続された構造部分が、吸水層６０と裏面保護部材１２０との間の熱流束を検出する検出素子を構成している。

吸水層６０は、容器８０の内部の水を吸収する吸水部材で構成された層であり、例えば、ポリエステル繊維で構成される。一方、撥水層７０は、水を吸収しない層であり、例えば、フッ素樹脂で構成される。熱流束センサ１０の一部が容器８０の内部に配置されており、吸水層６０が容器８０の内部の水を吸収可能となっている。

制御部２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、湿度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段である。制御部２は、第1実施形態の制御部２と同じ構成である。例えば、制御部２は、熱流束センサ１０のセンサ信号（起電圧）と、起電圧と蒸発量との相関関係とを用いて蒸発量を算出し、さらに、蒸発量の変化から湿度を算出する処理等を行うことで、湿度を検出する。具体的な検出処理は、第1実施形態で説明した図６の制御処理と同じである。ただし、図６の制御処理の説明において、振動を湿度に読み替える。例えば、図６中のステップＳ３の振動エネルギー算出を湿度算出とする。

ここで、吸水層６０の内部の水は、吸水層６０周囲の環境の湿度に応じて気化する。このとき、気化熱によって吸水層６０の温度が低下する。一方、撥水層７０には水が含まれていないので、このような現象は生じない。このため、撥水層７０と吸水層６０との間に温度差が生じ、撥水層７０から吸水層６０に向かう熱流束が生じる。このとき、環境の湿度が変化すると、吸水層６０中の水の蒸発量が変化するため、撥水層７０から吸水層６０に向かう熱流束も変化する。そこで、撥水層７０から吸水層６０に向かう熱流束を検出することで、検出した熱流束に基づいて、湿度を検出することができる。

なお、本参考例では、撥水層７０を設けていたが、撥水層を省略しても良い。この場合、吸水層６０の内部の水が気化したとき、裏面保護部材１２０から吸水層６０に向かう熱流束が生じる。また、本例では、容器８０を用いたが、吸水層６０に水を供給できれば、容器８０を省略することも可能である。吸水層６０に水を供給する手段としては、例えば、ペルチェ素子を用いて空気を冷却して、空気中の水分を結露させる手段が挙げられる。

このように、湿度検出器の構成を、吸水するとともに、環境の湿度に応じた量の水が蒸発する吸水層と、この吸水部材に向かう熱流束を検出する検出素子と、この検出素子の検出結果に基づいて、湿度に関する情報の検出処理を行う検出処理手段とを備える構成とすることにより、湿度に関する情報を検出できる。

本参考例では、第1実施形態と同様に、高感度な熱流束センサ１０を用いるので、吸水層６０の内部の水が蒸発したときに生じる熱流束を検出でき、この検出結果から湿度に関する情報を得ることができる。また、このような湿度検出器によれば、上記した振動検出器の発明が解決しようとする課題と同様の課題を解決することができる。

２ 制御部
１０ 熱流束センサ
３０ ゴム（弾性部材）
１００ 絶縁基材
１０１、１０２ 第１、第２ビアホール
１３０、１４０ 第１、第２層間接続部材

Claims (3)

1. 熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（１００）に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構造を有する検出素子と、
   前記検出素子の一方の面側に配置された発熱部材（３０、１１０）と、
   前記検出素子の他方の面側に配置された保護部材（１２０）とを備え、
   前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であり、
   前記発熱部材は、外部からの振動によって変形と摩擦の少なくとも一方が生じることにより熱を発生するものであり、
   前記検出素子は、前記発熱部材と前記保護部材との間の熱流束を、交互に直列接続された前記第１、第２層間接続部材にて発生する起電力によって検出し、
   前記検出素子にて発生した起電力に基づいて、振動に関する情報の検出処理を行う検出処理手段（２）をさらに備えることを特徴とする振動検出器。
2. 前記絶縁基材の表面（１００ａ）に配置され、表面パターン（１１１）が形成された熱可塑性樹脂からなる表面保護部材（１１０）と、
   前記絶縁基材の前記表面と反対側の裏面（１００ｂ）に配置され、裏面パターン（１２１）が形成された熱可塑性樹脂からなる裏面保護部材（１２０）とを備え、
   前記裏面保護部材、前記検出素子、前記表面保護部材が一体化されており、
   前記表面保護部材（１１０）と前記裏面保護部材（１２０）の一方が前記発熱部材を構成し、前記表面保護部材（１１０）と前記裏面保護部材（１２０）の他方が前記保護部材を構成していることを特徴とする請求項１に記載の振動検出器。
3. 前記絶縁基材の表面（１００ａ）に配置され、表面パターン（１１１）が形成された熱可塑性樹脂からなる表面保護部材（１１０）と、
   前記絶縁基材の前記表面と反対側の裏面（１００ｂ）に配置され、裏面パターン（１２１）が形成された熱可塑性樹脂からなる裏面保護部材（１２０）とを備え、
   前記裏面保護部材、前記検出素子、前記表面保護部材が一体化されており、
   さらに、前記表面保護部材の表面に配置された弾性部材（３０）を備え、
   前記弾性部材および前記表面保護部材が前記発熱部材を構成し、前記裏面保護部材が前記保護部材を構成していることを特徴とする請求項１に記載の振動検出器。
   

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