JP2021132112A - 熱電変換装置、インターフェースデバイス及び気流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造を有しながら、特定の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とにおいて、それぞれ電気的に独立した複数の熱電変換素子列を精度良く並べて配置することを可能とした熱電変換装置を提供する。【解決手段】特定の面内において互いに交差する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとのうち、第１の方向Ｘに並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子３Ａを各々が有する複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈと、第２の方向Ｙに並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子３Ｂを各々が有する複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈとを備え、複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈは、第２の方向Ｙに並んで配置され、複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈは、第１の方向Ｘに並んで配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、熱電変換装置、並びにそのような熱電変換装置を用いたインターフェースデバイス及び気流センサに関する。

例えば、自動運転車などの自動制御移動体では、移動中に加速度センサなどの慣性センサにより検出された姿勢の変化を認知し、安定した状態を維持する姿勢制御が行われている。このため、自動制御移動体では、環境の急激な変化に即応できる認知能力及び姿勢制御が求められている。しかしながら、従来の自動制御移動体では、実際の姿勢に変化を与える要因がどの様なものであるかについての認知能力が浅いため、姿勢制御について受動的な対応となっている。

一方、自動制御移動体では、移動中に受ける風速についての環境依存性が強く、例えばトンネルやビルの間などの周辺構造物の変化や、天候などによる気象の変化、山間部などの地形変化等によって、風速の強さや方向が瞬時に変化する。このため、自動制御移動体に対する安全への影響が強く懸念されており、近年その対策のための研究が進んでいる。

具体的には、熱電変換装置を用いた風向風量計（気流センサ）が提案されている（例えば、下記特許文献１を参照。）。下記特許文献１には、ヒータを挟んだ両側に２つの熱電変換素子を配置した複数のセンサを放射状に並べて配置し、これら複数のセンサにより２次元的な風向及び風速を検出する風向風速計が開示されている。

特開２０１６−１１９４８号公報

ところで、上述した特許文献１に記載の風向風量計において、風向及び風量の検出精度を上げるためには、放射状に並ぶ複数のセンサを互いに電気的に独立した状態とし、且つ、それぞれの位置に正確に配置（作製）する必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載の風向風量計では、各センサの作製とその位置調整が複雑となっている。このため、製造コスト及び製造工程（リードタイム）において、大きな課題が生じる可能性がある。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、簡便な構造を有しながら、特定の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とにおいて、それぞれ電気的に独立した複数の熱電変換素子列を精度良く並べて配置することを可能とした熱電変換装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、そのような熱電変換装置を用いることによって、検出精度の向上並びに低コスト化を可能としたインターフェースデバイス及び気流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） 特定の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とのうち、
前記第１の方向に並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子を各々が有する複数の第１の熱電変換素子列と、
前記第２の方向に並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子を各々が有する複数の第２の熱電変換素子列とを備え、
前記複数の第１の熱電変換素子列は、前記第２の方向に並んで配置され、
前記複数の第２の熱電変換素子列は、前記第１の方向に並んで配置されていることを特徴とする熱電変換装置。
（２） 前記第１の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の各々と、前記第２の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の各々とが、前記第１の方向において交互に並んで配置されていることを特徴とする前記（１）に記載の熱電変換装置。
（３） 前記熱電変換素子の前記第１の方向における一端側に設けられた第１の電極と、
前記熱電変換素子の前記第１の方向における他端側に設けられた第２の電極と、
前記第１の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の前記第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第１の配線と、
前記第２の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の前記第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第２の配線とを備えることを特徴とする前記（２）に記載の熱電変換装置。
（４） 前記特定の面内に対して直交する方向から見て、前記第１の配線と前記第２の配線との少なくとも一部が絶縁層を介して交差していることを特徴とする前記（３）に記載の熱電変換装置。
（５） 前記複数の熱電変換素子との間に間隔を設けて配置された伝熱部材と、
前記伝熱部材と前記複数の熱電変換素子の各々との間を熱的に接合する伝熱部とを備えることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の熱電変換装置。
（６） 前記伝熱部材の前記伝熱部が配置された側とは反対側に配置されたヒータを備えることを特徴とする前記（５）に記載の熱電変換装置。
（７） 前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の熱電変換装置を用いたインターフェースデバイス。
（８） 前記（６）に記載の熱電変換装置を用いた気流センサ。
（９） 前記伝熱部材の前記ヒータが配置された側の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置されたキャップ部材を備えることを特徴とする前記（８）に記載の気流センサ。
（１０） 前記複数の第１の熱電変換素子列のうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列との間における第１の出力差又は出力比を算出し、
前記複数の第２の熱電変換素子列のうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列との間における第２の出力差又は出力比を算出することを特徴とする前記（８）又は（９）に記載の気流センサ。
（１１） 前記第１の熱電変換素子列における出力の最大値に対する前記第１の出力差又は出力比の比率を算出し、
前記第２の熱電変換素子列における出力の最大値に対する前記第２の出力差又は出力比の比率を算出することを特徴とする前記（１０）に記載の気流センサ。

以上のように、本発明によれば、簡便な構造を有しながら、特定の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とにおいて、それぞれ電気的に独立した複数の熱電変換素子列を精度良く並べて配置することを可能とした熱電変換装置を提供することが可能である。

また、本発明によれば、そのような熱電変換装置を用いることによって、検出精度の向上並びに低コスト化を可能としたインターフェースデバイス及び気流センサを提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。 図１中に示す線分Ａ−Ａ’による熱電変換装置の断面図である。 図１中に示す線分Ｂ−Ｂ’による熱電変換装置の断面図である。 図１中に示す線分Ｃ−Ｃ’による熱電変換装置の断面図である。 図１に示す熱電変換装置の基板側の構成を示す平面図である。 図１に示す熱電変換装置の伝熱板側の構成を示す平面図である。 気流センサの制御回路系及び信号処理回路系を示すブロック図である。 図７に示す気流センサによる風速及び風向の測定原理を説明するための図であり、（Ａ）は第１の方向の風速が０の場合、（Ｂ）は第１の方向の風速が小さい場合、（Ｃ）は第１の方向の風速が大きい場合を示す気流センサの模式図である。 図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合の熱電変換装置の出力を示すグラフである。 風速及び風向の演算方法を説明するためのフローチャートである。 図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合のＸ側演算値を算出した結果を示すグラフである。 風速とＸ側演算値又はＹ側演算値との関係を示すグラフである。 気流センサにキャップ部材を追加した構成を示す透視平面図である。 図１３中に示す線分Ｄ−Ｄ’による熱電変換装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置を用いたインターフェースデバイスの概略構成を示す透視平面図である。 図１５中に示す線分Ｅ−Ｅ’による熱電変換装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を熱電変換装置の特定の面内における第１の方向Ｘとし、Ｙ軸方向を熱電変換装置の特定の面内における第２の方向Ｙとし、Ｚ軸方向を熱電変換装置の特定の面内に対して直交する第３の方向Ｚとして、それぞれ示すものとする。

〔第１の実施形態〕
（熱電変換装置）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１〜図６に示す熱電変換装置１Ａについて説明する。

なお、図１は、熱電変換装置１Ａの概略構成を示す透視平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ−Ａ’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図３は、図１中に示す線分Ｂ−Ｂ’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図４は、１中に示す線分Ｃ−Ｃ’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図５は、熱電変換装置１Ａの基板２側の構成を示す平面図である。図６は、熱電変換装置１Ａの伝熱板４側の構成を示す平面図である。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、図１〜図６に示すように、基板２と、複数の熱電変換素子３と、伝熱板４と、ヒータ５とを備えている。

基板２は、厚み方向（第３の方向Ｚ）において互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）２ａと第２の面（本実施形態では下面）２ｂとを有する絶縁性の基材からなり、平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。

基板２としては、例えばシート抵抗が１０Ω以上となる高抵抗シリコン(Ｓｉ)基板を用いることが好ましい。シート抵抗が１０Ω以上となることで、複数の熱電変換素子３の間で電気的な短絡が生じるのを防止することが可能である。また、基板２としては、上述した高抵抗Ｓｉ基板の他にも、例えば、基板内に酸化絶縁層を有するＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板や、セラミック基板、その他の高抵抗単結晶基板などを用いることができる。さらに、基板２としては、シート抵抗が１０Ω以下となる低抵抗基板であっても、この低抵抗基板と熱電変換素子３との間に高抵抗材料を配置したものを用いることができる。

複数の熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ上にマトリックス状に並んで配置されている。例えば、本実施形態では、熱電変換素子３が、基板２の第１の面２ａ側の面内（以下、「特定の面内」という。）において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとのうち、第１の方向Ｘに１６個、第２の方向Ｙに８個、マトリックス状に並んで配置されている。

複数の熱電変換素子３は、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、各熱電変換素子３は、第１の方向Ｘを短手方向とし、第２の方向Ｙを長手方向として、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに一定の間隔で並んで配置されている。

複数の熱電変換素子３は、ｎ型半導体又はｐ型半導体の何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）である熱電変換膜からなる。熱電変換素子３をｎ型の熱電変換膜とした場合は、例えば高濃度（１０^１８〜１０^１９ｃｍ^−３）のアンチモン(Ｓｂ)がそれぞれドープされたｎ型シリコン(Ｓｉ)膜とｎ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｎ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｎ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｎ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。

一方、熱電変換素子３をｐ型の熱電変換膜とした場合は、例えば高濃度（１０^１８〜１０^１９ｃｍ^−３）のボロン(Ｂ)がそれぞれドープされたｐ型シリコン(Ｓｉ)膜とｐ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｐ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｐ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｐ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。

さらに、熱電変換素子３は、上述したｎ型又はｐ型半導体の多層膜に必ずしも限定されるものではなく、ｎ型又はｐ型半導体の単層膜であってもよい。また、半導体として酸化物の半導体を用いることもできる。また、例えば、有機高分子膜や金属膜などからなる熱電変換膜を用いることができる。また、熱電変換素子３は、上述した熱電変換膜に限らず、バルクからなるものを用いてもよい。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、第１の方向Ｘに並ぶと共に電気的に直列に接続された複数（本実施形態では８個）の熱電変換素子３を各々が有する複数（本実施形態では８列）の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈと、第２の方向Ｙに並ぶと共に電気的に直列に接続された複数（本実施形態では８個）の熱電変換素子３を各々が有する複数（本実施形態では８列）の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈとを備えている。

複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈは、第２の方向Ｙに並んで配置されている。一方、複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈは、第１の方向Ｘに並んで配置されている。また、第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の熱電変換素子３の各々と、第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の熱電変換素子の各々とは、第１の方向Ｘにおいて交互に並んで配置されている。

各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の熱電変換素子３は、それぞれ基板２の第１の面２ａ上に配置された一対の第１の端子６ａ，６ｂの間で電気的に直列に接続されている。一方、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の熱電変換素子３は、それぞれ基板２の第１の面２ａ上に配置された一対の第２の端子６ｃ，６ｄの間で電気的に直列に接続されている。複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ及び複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈの各々の熱電変換素子３は、互いに電気的に独立している。

第１の端子６ａ，６ｂ及び第２の端子６ｃ，６ｄの材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、導電性及び熱伝導性が高く、且つ、形状加工がし易い、例えば銅(Ｃｕ)や金(Ａｕ)などを好適に用いることができる。

一対の第１の端子６ａ，６ｂは、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。一対の第１の端子６ａ，６ｂは、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の熱電変換素子３を挟んだ両側に各々配置されている。

一対の第１の端子６ａ，６ｂのうち、一方の第１の端子６ａは、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）に位置して、第２の方向Ｙに複数（本実施形態では８個）並んで配置されている。これに対して、他方の第１の端子６ｂは、第１の方向Ｘの他端側（＋Ｘ側）に位置して、第２の方向Ｙに複数（本実施形態では８個）並んで配置されている。

一対の第２の端子６ｃ，６ｄは、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。一対の第２の端子６ｃ，６ｄは、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の熱電変換素子３を挟んだ両側に各々配置されている。

一対の第２の端子６ｃ，６ｄのうち、一方の第２の端子６ｃは、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）に位置して、第１の方向Ｘに複数（本実施形態では８個）並んで配置されている。これに対して、他方の第２の端子６ｄは、第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）に位置して、第１の方向Ｘに複数（本実施形態では８個）並んで配置されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、各熱電変換素子３の第１の方向Ｘにおける一端側（−Ｘ側）と電気的に接続された第１の電極７と、各熱電変換素子３の第１の方向Ｘにおける他端側（＋Ｘ側）と電気的に接続された第２の電極８とを備えている。

第１の電極７と第２の電極８とは、各熱電変換素子３の第１の方向Ｘにおいて対向する一端側の側面に沿った上面と、他端側の側面に沿った上面とにそれぞれ配置されている。また、第１の電極７と第２の電極８とは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、各熱電変換素子３の第２の方向において対向する一端側の側面と他端側の側面とにそれぞれ接触した構成としてもよい。第１の電極７及び第２の電極８の材料としては、上述した第１の端子６ａ，６ｂ及び第２の端子６ｃ，６ｄで例示した材料と同じものを用いることができる。

第１の電極７及び第２の電極８は、熱電変換素子３の第２の方向Ｙの全長に亘って、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、第１の方向Ｘにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３と他方の熱電変換素子３との各間において、一方の熱電変換素子３の第１の電極７（又は第２の電極８）と、他方の熱電変換素子３の第２の電極８（又は第１の電極７）とが互いに離間した状態で配置されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３のうち、第２の電極８側から第１の電極７側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第１の熱電変換素子３Ａ」として区別する。）と、第１の電極７側から第２の電極８側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第２の熱電変換素子３Ｂ」として区別する。）とを有している。なお、図１及び図５では、第１の熱電変換素子３Ａに流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３Ｂに流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。

本実施形態では、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈが複数の第１の熱電変換素子３Ａにより構成され、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈが複数の第２の熱電変換素子３Ｂにより構成されている。したがって、第１の熱電変換素子３Ａと第２の熱電変換素子３Ｂとは、第１の方向Ｘに交互に並んで配置されている。また、複数の第１の熱電変換素子３Ａは、第２の方向Ｙに並んで配置されている。同様に、複数の第２の熱電変換素子３Ｂは、第２の方向Ｙに並んで配置されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａの各間を電気的に接続する複数の第１の配線９ａ，９ｂと、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂの各間を電気的に接続する複数の第２の配線１０と、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈと各一対の第１の端子６ａ，６ｂとの間を電気的に接続する複数の第３の配線１１ａ，１１ｂと、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈと各一対の第２の端子６ｃ，６ｄとの間を電気的に接続する複数の第４の配線１２ａ，１２ｂとを備えている。

これら第１〜第４の配線９ａ〜１２ａ，９ｂ〜１２ｂの材料としては、上述した第１の端子６ａ，６ｂ及び第２の端子６ｃ，６ｄで例示した材料と同じものを用いることができる。

複数の第１の配線９ａ，９ｂは、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａの第１の方向Ｘにおいて隣り合う一方の第１の熱電変換素子３Ａと他方の第１の熱電変換素子３Ａとの各間に配置されている。そして、これら複数の第１の配線９ａ，９ｂは、一方の第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７と第２の電極８との何れか一方の電極と、他方の第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７と第２の電極８との何れか他方の電極との間を電気的に接続している。

具体的に、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈにおいて、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａのうち、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｎ−１（ｎは自然数を表す。）番目に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第２の電極８と、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｎ番目に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７とが、一方の第１の配線９ａを介して電気的に接続されている（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜４である。）。

一方の第１の配線９ａは、互いに電気的に接続される第２の電極８の第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）と、第１の電極７の第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）とに連続しながら、これら第２の電極８と第１の電極７との間で引き回されている。

また、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈにおいて、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａのうち、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｎ番目に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第２の電極８と、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｎ＋１番目に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７とが、他方の第１の配線９ｂを介して電気的に接続されている（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）。

他方の第１の配線９ｂは、互いに電気的に接続される第２の電極８の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）と、第１の電極７の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）とに連続しながら、これら第２の電極８と第１の電極７との間で引き回されている。

これにより、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａは、これら複数の第１の配線９ａ，９ｂを介して電気的に直列に接続されている。

複数の第２の配線１０は、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂの第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の第２の熱電変換素子３Ｂと他方の第２の熱電変換素子３Ｂとの各間に配置されている。そして、これら複数の第２の配線１０は、一方の第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７と第２の電極８との何れか一方の電極と、他方の第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７と第２の電極８との何れか他方の電極との間を電気的に接続している。

具体的に、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂのうち、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）からｎ番目に位置する第２の熱電変換素子３Ｂの第２の電極８と、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）からｎ＋１番目に位置する第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７とが、それぞれ第２の配線１０を介して電気的に接続されている（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜７である。）。

第２の配線１０は、互いに電気的に接続される第２の電極８の第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）と、第１の電極７の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）とに連続しながら、これら第２の電極８と第１の電極７との間で引き回されている。

これにより、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂは、これら複数の第２の配線１０を介して電気的に直列に接続されている。

複数の第３の配線１１ａ，１１ｂは、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈと各一対の第１の端子６ａ，６ｂとの間に配置されて、それぞれの間を電気的に接続している。

具体的に、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａのうち、第１の方向Ｘにおいて最も一端側（−Ｘ側）に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７と一方の第１の端子６ａとが、それぞれ一方の第３の配線１１ａを介して電気的に接続されている。

一方の第３の配線１１ａは、互いに電気的に接続される第１の電極７の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）と、一方の第１の端子６ａの第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）とに連続しながら、これら第１の電極７と一方の第１の端子６ａとの間で引き回されている。

また、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａのうち、第１の方向Ｘにおいて最も他端側（＋Ｘ側）に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第２の電極８と他方の第１の端子６ｂとが、それぞれ他方の第３の配線１１ｂを介して電気的に接続されている。

他方の第３の配線１１ｂは、互いに電気的に接続される第２の電極８の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）と、他方の第１の端子６ｂの第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）とに連続しながら、これら第２の電極８と他方の第１の端子６ｂとの間で引き回されている。

これにより、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａは、これら複数の第３の配線１１ａ，１１ｂを介して各一対の第１の端子６ａ，６ｂと電気的に直列に接続されている。

複数の第４の配線１２ａ，１２ｂは、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈと各一対の第２の端子６ｃ，６ｄとの間に配置されて、それぞれの間を電気的に接続している。

具体的に、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂのうち、第２の方向Ｙにおいて最も一端側（−Ｙ側）に位置する第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７と一方の第２の端子６ｃとが、それぞれ一方の第４の配線１２ａを介して電気的に接続されている。

一方の第４の配線１２ａは、互いに電気的に接続される第１の電極７の第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）と、一方の第２の端子６ｃの第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）とに連続しながら、これら第１の電極７と一方の第２の端子６ｃとの間で引き回されている。

また、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂのうち、第２の方向Ｙにおいて最も他端側（＋Ｙ側）に位置する第２の熱電変換素子３Ｂの第２の電極８と他方の第２の端子６ｄとが、それぞれ他方の第４の配線１２ｂを介して電気的に接続されている。

他方の第４の配線１２ｂは、互いに電気的に接続される第２の電極８の第２の方向Ｙの他端側（＋Ｙ側）と、他方の第４の端子６ｄの第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）とに連続しながら、これら第２の電極８と他方の第２の端子６ｄとの間で引き回されている。

これにより、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂは、これら複数の第４の配線１２ａ，１２ｂを介して各一対の第２の端子６ｃ，６ｄと電気的に直列に接続されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、特定の面内に対して直交する方向（第３の方向Ｚ）から見て、第１の配線９ａ，９ｂと第２の配線１０との少なくとも一部が絶縁層１３を介して交差している。また、第１の配線９ａ，９ｂと第４の配線１２ａ，１２ｂとの少なくとも一部が絶縁層１３を介して交差している。また、第３の配線１１ａと第２の配線１０との少なくとも一部が絶縁層１３を介して交差している。また、第３の配線１１ａと第４の配線１２ａとの少なくとも一部が絶縁層１３を介して交差している。

絶縁層１３は、例えば酸化シリコン(ＳｉＯ_２)や窒化シリコン(ＳｉＮ)などの絶縁材料からなる。絶縁層１３は、第１の電極７及び第２の電極８が形成された位置を除く、第１の配線９ａ，９ｂ及び第３の配線１１ａ，１１ｂが設けられた下層側の配線層と、第２の配線１０及び第４の配線１２ａ，１２ｂが形成された上層側の配線層との間に亘って設けられている。

これにより、第１の配線９ａ，９ｂ及び第３の配線１１ａ，１１ｂと第２の配線１０及び第４の配線１２ａとの間が、互いに交差する位置において絶縁層１３を介して電気的に絶縁されている。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、各熱電変換素子３の温接点側となる第１の電極７又は第２の電極８（以下、まとめて「温接点側電極１４」という。）と、各熱電変換素子３の冷接点側となる第２の電極８又は第１の電極７（以下、まとめて「冷接点側電極１５」という。）とを有している。

温接点側電極１４は、第１の方向Ｘにおいて隣り合う第１の熱電変換素子３Ａの第１の電極７及び第２の熱電変換素子３Ｂの第２の電極８により構成されている。一方、冷接点側電極１５は、第１の方向Ｘにおいて隣り合う第１の熱電変換素子３Ａの第２の電極８及び第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７により構成されている。したがって、温接点側電極１４と冷接点側電極１５とは、第１の方向Ｘに交互に並んで配置されている。また、複数の温接点側電極１４は、第２の方向Ｙに並んで配置されている。同様に、複数の冷接点側電極１５は、第２の方向Ｙに並んで配置されている。

但し、第１の方向Ｘにおいて最も一端側（−Ｘ側）に位置する第２の熱電変換素子３Ｂの第１の電極７と、第１の方向Ｘにおいて最も他端側（＋Ｘ側）に位置する第１の熱電変換素子３Ａの第２の電極８とは、それぞれ単独で冷接点側電極１５を構成している。

伝熱板４は、基板２の第１の面２ａ側に複数の熱電変換素子３との間に間隔を設けて配置されている。伝熱板４は、平面視で基板２と重なる大きさで形成されている。また、伝熱板４は、その四隅に位置する４つの角部４ａと、４つの角部４ａの各間に位置する４つの切欠き部４ｂとを有して、これら４つの切欠き部４ｂの内側が平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。

伝熱板４は、温接点側の伝熱部材として、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは基板２よりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような伝熱板４の材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、熱伝導率が高く、且つ、形状加工がし易い、例えばアルミニウム(Ａｌ)や銅(Ｃｕ)などを好適に用いることができる。また、伝熱板４は、複数の伝熱材料により構成されていてもよい。

本実施形態の熱電変換装置１Ａは、伝熱板４と複数の熱電変換素子３の各々との間を熱的に接合する伝熱部１６を備えている。伝熱部１６は、伝熱板４と温接点側電極１４との互いに対向する面のうち、何れか一方の面側から突出された複数の凸部１６ａを有して、伝熱板４と各熱電変換素子３の温接点側電極１４との間を各凸部１６ａを介して熱的に接合している。

本実施形態では、伝熱板４側から突出された凸部１６ａにより伝熱部１６が構成されている。また、凸部１６ａは、伝熱板４と一体に形成されるため、この凸部１６ａ（伝熱部１６）の材料としては、伝熱板４と同じものを用いることができる。

複数の凸部１６ａは、伝熱板４の各温接点側電極１４と対向する位置から基板２側（−Ｚ側）に向けて突出して設けられている。また、各凸部１６ａは、平面視で矩形状（本実施形態では断面長方形状）を有して、各温接点側電極１４を構成する第１の電極７及び第２の電極８と重なる範囲で突出して設けられている。なお、図６に示す伝熱板４の平面図では、平面視する側とは反対側（−Ｚ側）にある凸部１６ａを仮想線（破線）で示している。

各凸部１６ａの先端は、例えば絶縁性の接合材（図示せず。）を介して各温接点側電極１４と電気的に絶縁された状態で、各温接点側電極１４と熱的に接合されている。接合材は、空気よりも熱伝導率の高い絶縁材料からなる。そのような接合材の材料としては、例えばＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。

なお、伝熱部１６は、上述した凸部１６ａの先端に設けられた絶縁層等により温接点側電極１４と電気的に絶縁されている場合、又は、凸部１６ａの先端と温接点側電極１４との間で電気的な絶縁性が問題とならない場合、上述した絶縁性の接合材を介さずに温接点側電極１４と直接接合されていてもよい。

また、伝熱部１６は、上述した伝熱板４側から突出された凸部１６ａにより構成された場合に限らず、温接点側電極１４側から突出された凸部１６ａにより構成することも可能である。この場合、凸部１６ａは、温接点側電極１４（第１の電極７及び第２の電極８）と一体に形成されるため、この凸部１６ａ（伝熱部１６）の材料としては、温接点側電極１４（第１の電極７及び第２の電極８）と同じものを用いることができる。

さらに、伝熱部１６として、伝熱板４と温接点側電極１４との間を熱的に接合する別の伝熱部材（上記接合材を含む。）を設けることも可能である。例えば、温接点側電極１４の厚みを冷接点側電極１５の厚みよりも大きくすることによって、伝熱板４と温接点側電極１４とが、上述した凸部１６ａを介さずに、伝熱部１６としての上記接合材を介して熱的に接合された構成とすることも可能である。

また、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、基板２と伝熱板４とが互いの四隅を一致させた状態で平面視で重なり合うと共に、伝熱板４と温接点側電極１４との間が伝熱部１６（凸部１６ａ）を介して熱的に接合されている。これにより、基板２の第１の面２ａ側と伝熱板４との間に空間Ｋが設けられている。また、複数の第１の端子６ａ，６ｂ及び複数の第２の端子６ｃ，６ｄが、それぞれ切欠き部４ｂにおいて露出した状態となっている。

なお、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した空間Ｋに伝熱部１６よりも熱伝導性が低い材料からなる断熱材を充填することも可能である。すなわち、伝熱部１６は、伝熱板４と温接点側電極１４との間において、その周囲（空間Ｋや断熱材）よりも相対的に熱伝導率が高い部分を形成している。

また、基板２と伝熱板４の４つの角部４ａとの間には、その間を支持する支持部１７を設けた構成としてもよい。支持部１７は、上述した伝熱部１６よりも熱伝導性が低い材料（例えば、樹脂材料やプラスチック材料など。）により構成することができる。なお、支持部１７については、その一部又は全てを省略することが可能である。

また、基板２は、少なくとも冷接点側電極１５と対向する部分の厚みが、少なくとも温接点側電極１４と対向する部分の厚みよりも厚くなる構成を有している。具体的に、基板２の第１の面２ａが平面であるのに対して、基板２の第２の面２ｂには、複数（本実施形態では９個）の凸部１８ａと、複数（本実施形態では８個）の凹部１８ｂとが第１の方向Ｘに交互に並んで設けられている。

複数の凸部１８ａは、各冷接点側電極１５と平面視で重なる範囲を含んで一定の高さで突出して設けられている。複数の凹部１８ｂは、複数の凸部１８ａの各間に亘って一定の深さで凹んで設けられている。これにより、基板２の凸部１８ａが設けられた部分の厚みが、凹部１８ｂが設けられた部分の厚みよりも厚くなっている。なお、第１の方向Ｘの両端に位置する凸部１８ａは、第２の面２ｂの第１の方向Ｘの両端まで一定の高さで延長して設けられている。

ヒータ５は、伝熱板４の中央部を加熱することによって、複数の熱電変換素子３が配置された特定の面内の中央部から外周部に向かって漸次温度が低くなる温度分布（温度勾配）を発生させるものである。

具体的に、このヒータ５は、伝熱板４の伝熱部１６が配置された側とは反対側（＋Ｚ側）の面上に配置されている。ヒータ５は、発熱部として線状の発熱抵抗体５ａを有している。発熱抵抗体５ａの両端には、一対の配線部５ｂ，５ｃが接続されている。また、一対の配線部５ｂ，５ｃの先端には、一対の給電端子５ｄ，５ｅが位置している。ヒータ５では、一対の給電端子５ｄ，５ｅの間で電流を流すことによって、一対の配線部５ｂ，５ｃを介して発熱抵抗体５ａを発熱させることが可能となっている。

ヒータ５の発熱部は、第３の方向Ｚから見たときに平面視で伝熱板４よりも小さい形状を有している。具体的に、この発熱部を構成する発熱抵抗体５ａは、平面視で伝熱板４よりも小さい矩形状（本実施形態では正方形状）の中央エリアに配置されて、第１の方向Ｘ及び第２の方向において交互に折れ曲がった形状を有している。なお、発熱抵抗体５ａについては、このような形状に限らず、例えば螺旋状に巻回された形状であってもよい。

一対の配線部５ｂ，５ｃは、発熱抵抗体５ａの両端から互いに隣り合う又は対角に位置する２つの角部４ａに向かって設けられている。一対の給電端子５ｄ，５ｅは、これら２つの角部４ａの面上に、平面視で矩形状（本実施形態では正方形状）に形成されている。

本実施形態では、ヒータ５が２つの発熱抵抗体５ａを有しており、これら２つの発熱抵抗体５ａが発熱部として伝熱板４の中央エリアに配置されている。また、２つの発熱抵抗体５ａのそれぞれに接続された一対の配線部５ｂ，５ｃが互いに異なる２つの角部４ａに向かって設けられている。また、一対の配線部５ｂ，５ｃの先端に位置する一対の給電端子５ｄ，５ｅが互いに異なる２つの角部４ａに配置されている。

なお、ヒータ５については、このような構成のものに必ずしも限定されるものではなく、上述した発熱抵抗体５ａ以外にも、発熱部として伝熱板４の中央部を加熱する任意の加熱手段を用いることが可能である。

以上のような構成を有する熱電変換装置１Ａでは、伝熱板４から伝熱部１６を介して温接点側電極１４に伝わる熱によって、各熱電変換素子３の温接点側電極１４側が相対的に高温となる。一方、各熱電変換素子３に伝わる熱は、冷接点側電極１５から基板２を介して外部に放熱されるため、各熱電変換素子３の冷接点側電極１５側が相対的に低温となる。したがって、各熱電変換素子３の温接点側電極１０側と冷接点側電極１１側との間に温度差が発生する。

これにより、各熱電変換素子３の第１の電極７と第２の電極８との間に電荷（キャリア）の移動が起こる。すなわち、各熱電変換素子３の第１の電極７と第２の電極８との間には、ゼーベック効果による起電力（電圧）が発生し、各熱電変換素子３には、冷接点側電極１５から温接点側電極１４に向けて電流が流れる。

１つの熱電変換素子３で発生する起電力（電圧）は小さいものの、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈを構成する複数の第１の熱電変換素子３Ａは、それぞれ一対の第１の端子６ａ，６ｂの間で電気的に直列に接続されている。したがって、各第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ毎に、それぞれ一対の第１の端子６ａ，６ｂの間から、複数の第１の熱電変換素子３の総和による起電力（電圧）を出力することが可能である。

一方、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを構成する複数の第２の熱電変換素子３Ｂは、それぞれ一対の第２の端子６ｃ，６ｄの間で電気的に直列に接続されている。したがって、各第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈ毎に、それぞれ一対の第２の端子６ｃ，６ｄの間から、複数の第２の熱電変換素子３Ｂの総和による起電力（電圧）を出力することが可能である。

（気流センサ）
次に、図７に示す気流センサ１００の構成について説明する。
なお、図７は、気流センサ１００の制御回路系及び信号処理回路系を示すブロック図である。

上記熱電変換装置１Ａは、例えば図７に示すような気流センサ１００に用いられている。気流センサ１００は、上記熱電変換装置１Ａを用いて２次元的な風向及び風速を検出する。

具体的に、この気流センサ１００は、熱電変換装置１Ａと、温度測定部１０１と、制御部１０２と、アンプ１０３と、Ａ／Ｄ変換部１０４と、磁気コンパス１０５と、演算部１０６とを備えている。

温度測定部１０１は、ヒータ５の温度を測定する。制御部１０２は、温度測定部１０１が測定したヒータ５の温度に基づいて、ヒータ５の温度制御（温度設定）を行う。アンプ１０３は、各第１及び第２の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ，３２Ａ〜３２Ｈから出力される信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、アンプ１０３により増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。磁気コンパス１０５は、風向の基準となる方位を測定する。演算部１０６は、Ａ／Ｄ変換部１０４から出力された信号に基づいて、風向及び風速を演算により算出し、その結果を外部へと出力する。

（気流センサによる風速及び風向の測定原理）
次に、気流センサ１００による風速及び風向の測定原理について、図８（Ａ）〜（Ｃ）及び図９を参照しながら説明する。
なお、図８は、気流センサ１００による風速及び風向の測定原理を説明するため図である。図９は、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合の熱電変換装置１Ａの出力を示すグラフである。また、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す気流センサ１００の模式図は、上記図２に示す熱電変換装置１Ａの断面図に対応している。

ここで、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１の方向Ｘに並ぶ８列の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈの位置を、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から順に、測定位置（１）〜（８）として区別する。また、各測定位置（１）〜（８）での第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈからの出力の測定結果を図９のグラフＡ〜Ｃに示す。

気流センサ１００は、上記熱電変換装置１Ａの伝熱板４の中央部をヒータ５で加熱することによって、第１の方向Ｘの中央部から両端部に向かって漸次温度が低くなる温度分布（温度勾配）Ｈを発生させる。

図８（Ａ）に示すような第１の方向Ｘの風速が０の場合は、図９に示すグラフＡのように、出力の最大値が第１の方向Ｘの中央（測定位置（４），（５）の間）に位置し、第１の方向Ｘの両端に向かって出力が漸次小さくなっている。また、グラフＡは、第１の方向Ｘの中央を挟んで対称なグラフとなっている。

一方、図８（Ｂ）に示すような気流Ｗの第１の方向Ｘの風速が＋Ｘ方向に小さく生じた場合は、図９に示すグラフＢのように、出力の最大値が第１の方向Ｘの中央から他端側（＋Ｘ側）にシフトすることによって、測定位置（５）に位置し、そこから第１の方向Ｘの両端に向かって出力が漸次小さくなっている。また、グラフＢは、この出力が最大となる測定位置（５）を挟んで第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）の出力よりも他端側（＋Ｘ側）の出力が相対的に大きくなる非対称なグラフとなっている。

一方、図８（Ｃ）に示すような気流Ｗの第１の方向Ｘの風速が＋Ｘ方向に大きく生じた場合は、図９に示すグラフＣのように、出力の最大値が第１の方向Ｘの中央から他端側（＋Ｘ側）にシフトすることによって、測定位置（５）に位置し、そこから第１の方向Ｘの両端に向かって出力が漸次小さくなっている。また、グラフＣは、この出力が最大となる測定位置（５）を挟んで第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）の出力よりも他端側（＋Ｘ側）の出力が相対的に大きくなる非対称なグラフとなっている。さらに、グラフＣは、グラフＢに比べて、出力が最大となる測定位置（５）を挟んで第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）の出力と他端側（＋Ｘ側）の出力との差が大きくなっている。

（風速及び風向の演算方法）
次に、風速及び風向の演算方法について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。
なお、図１０は、風速及び風向の演算方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態における風速の演算方法では、複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈのうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列との間における第１の出力差又は出力比を算出する。また、本実施形態における風速の演算方法では、第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈにおける出力の最大値に対する第１の出力差又は出力比の比率を算出する。

同様に、本実施形態における風速の演算方法では、複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈのうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列との間における第２の出力差又は出力比を算出する。また、本実施形態における風速の演算方法では、第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈにおける出力の最大値に対する第２の出力差又は出力比の比率を算出する。

具体的に、本実施形態における風速の演算方法では、先ず、図１０に示すステップＳ１０１において、演算部１０６は、第１の方向Ｘに並ぶ複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈから出力される起電力（Ｘ１，Ｘ２，・・・，Ｘｎ）と、第２の方向Ｙに並ぶ複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈから出力される起電力（Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｙｎ）とを測定する（なお、本例ではｎ＝８である。）。

次に、図１０に示すステップＳ１０２において、演算部１０６は、第１の方向Ｘに並ぶ複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈのうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列及びその出力の最大値（Ｘmax）と、第２の方向Ｙに並ぶ複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈのうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列及びその出力の最大値（Ｙmax）とを特定する。

次に、図１０に示すステップＳ１０３において、演算部１０６は、複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈのうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列を挟んだ第１の方向Ｘの一方側（−Ｘ側）の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列の出力値又は複数の第２の熱電変換素子列の出力の積分値（ｆ(−Ｘ)）と、第１の方向Ｘの他方側（＋Ｘ側）の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列の出力値又は複数の第２の熱電変換素子列の出力の積分値（ｆ(＋Ｘ)）とを算出する。

また、演算部１０６は、複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈのうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列を挟んだ第２の方向Ｙの一方側（−Ｙ側）の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列の出力値又は複数の第１の熱電変換素子列の出力の積分値（ｆ(−Ｙ)）と、第２の方向Ｙの他方側（＋Ｙ側）の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列の出力値又は複数の第１の熱電変換素子列の出力の積分値（ｆ(＋Ｙ)）とを算出する。

次に、図１０に示すステップＳ１０４において、演算部１０６は、複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈのうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列を挟んだ第１の方向Ｘの一方側（−Ｘ側）の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列と、他方側（＋Ｘ側）の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列との間における第２の出力差又は第２の出力比を算出する。本例では、演算部１０６が、第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）又は第２の出力比（ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)）を算出する。

また、演算部１０６は、複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈのうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列を挟んだ第２の方向Ｙの一方側（−Ｙ側）の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列と、他方側（＋Ｙ側）の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列との間における第１の出力差又は第１の出力比を算出する。本例では、演算部１０６が、第１の出力差（ｆ(＋Ｙ)−ｆ(−Ｙ)）又は第１の出力比（ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)）を算出する。

次に、図１０に示すステップＳ１０５において、演算部１０６は、第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈにおける出力の最大値（Ｘmax）に対する第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）の比率（{ｆ(＋Ｘ−ｆ(−Ｘ)}／Ｘmax）又は第２の出力比（ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)）の比率（{ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)}／Ｘmax）を算出する（以下、この算出結果を「Ｘ側演算値α」という。）。

また、演算部１０６は、第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈにおける出力の最大値（Ｙmax）に対する第１の出力差（ｆ(＋Ｙ)−ｆ(−Ｙ)）の比率（{ｆ(＋Ｙ)−ｆ(−Ｙ)}／Ｙmax）又は第１の出力比（ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)）の比率（{ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)}／Ｙmax）を算出する（以下、この算出結果を「Ｙ側演算値β」という。）。

次に、図１０に示すステップＳ１０６において、演算部１０６は、Ｘ側演算値αに基づいて第１の方向Ｘの風速を算出し、Ｙ側演算値βに基づいて第２の方向Ｙの風速を算出する。

ここで、上記図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合について、上記図９に示す各グラフＡ〜Ｃから、上述した演算方法を用いて、Ｘ側演算値αを算出した結果を図１１のグラフに示す。

なお、本例では、演算部１０６が、第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈの第１の方向Ｘの一方側（−Ｘ側）における出力の積分値（ｆ(−Ｘ)）を測定位置（１）〜（３）から算出し、第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈの第１の方向Ｘの他方側（＋Ｘ側）における出力の積分値（ｆ(＋Ｘ)）を測定位置（６）〜（８）から算出している。

上記図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合は、Ｘ側演算値αを第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）を用いて算出した例においては、図１１中の実線で示すグラフのように、図８（Ａ）に示す場合のＸ側演算値αが０となり、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合のＸ側演算値αを結ぶ相関直線が得られる。

一方、上記図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合とは逆向き、すなわち、気流Ｗの第１の方向Ｘの風速が−Ｘ方向である場合、Ｘ側演算値αを第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）を用いて算出した例においては、図１１中の破線で示すグラフのように、図８（Ａ）に示す場合のＸ側演算値αが０となり、風速の大きさ毎のＸ側演算値αを結ぶ相関直線が得られる。

気流センサ１００では、演算部１０６が、図１１に示す実線及び破線で示す相関直線と、測定時に算出されたＸ側演算値αとに基づいて、第１の方向Ｘの風速を算出する。すなわち、このＸ側演算値αは、上述した第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）又は第２の出力比（ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)）に基づいて算出される。したがって、気流センサ１００は、第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）又は第２の出力比（ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)）に基づいて、第１の方向Ｘの風速を算出する。

気流センサ１００では、演算部１０６が、図１０に示すステップＳ１０６において、第１の方向Ｘの風速の場合と同様にして、測定時に算出されたＹ側演算値βに基づいて、第２の方向Ｙの風速を算出する。すなわち、このＹ側演算値βは、第１の出力差（ｆ(＋Ｙ＋)−ｆ(−Ｙ)）又は第１の出力比（ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)）に基づいて算出される。したがって、気流センサ１００は、第１の出力差（ｆ(＋Ｙ)−ｆ(−Ｙ)）又は第１の出力比（ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)）に基づいて、第２の方向Ｙの風速を算出する。

次に、図１０に示すステップＳ１０７において、演算部１０６は、ステップＳ１０６において算出された第１の方向Ｘにおける風速と第２の方向Ｙにおける風速とに基づいて、２次元的な風向及び風速を算出する。具体的に、この演算部１０６は、第１の方向Ｘにおける風速と第２の方向Ｙにおける風速とを用いたベクトル演算によって、特定の面内における２次元的な風向及び風速を算出する。

したがって、本実施形態の気流センサ１００では、上述した第２の出力差（ｆ(＋Ｘ)−ｆ(−Ｘ)）又は第２の出力比（ｆ(＋Ｘ)／ｆ(−Ｘ)）及び第１の出力差（ｆ(＋Ｙ)−ｆ(−Ｙ)）又は第１の出力比（ｆ(＋Ｙ)／ｆ(−Ｙ)）に基づいて、２次元的な風向及び風速を算出することが可能である。

さらに、演算部１０６は、磁気コンパス１０５が測定した方位に基づいて、具体的な風向を演算により算出し、その結果を外部へと出力することも可能である。

なお、上記図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合について、第１の方向Ｘの風速を大きくしていったときの風速とＸ側演算値α又はＹ側演算値βとの関係を図１２のグラフに示す。
図１２のグラフに示すように、上述した相関直線は、風速を大きくしていくと、ある地点から相関性が低下していくことがわかる。したがって、上記気流センサ１００では、この相関直線が得られる範囲Ｔで測定を行うことが好ましい。

一方、上記気流センサ１００では、上述したヒータ５の温度を制御部１０２により任意に設定できるため、風速を算出する感度が最適となる温度（相関直線が得られる温度）に調整することが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した簡便な構造を有しながら、特定の面内において互いに交差する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにおいて、それぞれ電気的に独立した複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ及び複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを精度良く並べて配置することが可能である。

したがって、本実施形態の気流センサ１００では、上述した熱電変換装置１Ａを用いることによって、検出精度の向上並びに低コスト化を図ることが可能である。また、この気流センサ１００は、２次元的な風向及び風速の検出を精度良く行うことが可能である。

（熱電変換装置の変形例）
次に、図１３及び図１４に示す気流センサ１００が備える熱電変換装置１Ａの変形例について説明する。
なお、図１３は、熱電変換装置１Ａにキャップ部材１９を追加した構成を示す透視平面図である。図１４は、図１３中に示す線分Ｄ−Ｄ’による熱電変換装置１Ａの断面図である。

上記熱電変換装置１Ａは、図１３及び図１４に示すように、上述した構成に加えて、キャップ部材１９を備えた構成である。キャップ部材１９は、特定の面内に対して直交する方向（第３の方向Ｚ）から伝熱板４に向かって吹き付ける気流Ｗ’によって、測定誤差が発生することを防ぐためのものである。

キャップ部材１９は、伝熱板４のヒータ５が配置された側（＋Ｚ側）の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置されている。例えば、キャップ部材１９は、伝熱板４のヒータ５が配置された側（＋Ｚ側）の、複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ及び複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈ（マトリックス状に並んで配置された複数の熱電変換素子３）と第３の方向Ｚから見たときに平面視で重なる部分との間に間隔を設けて配置されている。

キャップ部材１９は、平面視で伝熱板４よりも大きい円形状を有して、全体として円板状に形成されている。キャップ部材１９は、上述した伝熱板４よりも熱伝導性が低い材料（例えばプラスチック材料など。）からなる。

基板２は、伝熱板４よりも大きい矩形平板（本実施形態では正方平板状）のベース板２に保持されている。ベース板２０の中央部には、この基板２を保持する凹部２０ａが設けられている。また、ベース板２０の周囲には、複数の外部接続用端子２１が並んで設けられている。複数の外部接続用端子２１は、上述した複数の第１の端子６ａ，６ｂ、複数の第２の端子６ｃ，６ｄ及び複数の給電端子５ｄ，５ｅの各々に対応して設けられて、各端子６ａ〜６ｄ，５ｄ，５ｅと電気的に接続されている。

また、ベース板２０の面上には、キャップ部材１９と伝熱板４との間を通過する気流Ｗの流れを良くする気流ガイド２２が設けられている。気流ガイド２２は、キャップ部材１９と平面視で外周形状が同じ大きさで、板状に形成されている。また、気流ガイド２２の中央部には、伝熱板４を露出させる開口部２２ａが設けられている。伝熱板４は、この開口部２２ａにおいて露出することによって、気流ガイド２２と面一となるように配置されている。

伝熱板４と気流ガイド２２との間には、その間を支持する複数の支持脚１９ａが設けられている。複数の支持脚１８ａは、気流ガイド２２とキャップ部材１９との間の周囲を囲むように、所定の間隔で並んで配置されている。

なお、伝熱板４とキャップ部材１９との間には、少なくとも平面視で複数の熱電変換素子３が配置された部分に間隔を設けることが好ましい。また、伝熱板４とキャップ部材１９との間を通過する気流Ｗの流れを妨げないように、複数の支持脚１９ａを設けることが好ましい。

気流センサ１００では、このようなキャップ部材１９によって、伝熱板４に向かって吹き付ける気流Ｗ’を遮断することができ、検出精度の向上を図ることが可能である。

〔第２の実施形態〕
（熱電変換装置及びインターフェースデバイス）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図１５及び図１６に示す熱電変換装置１Ｂを用いたインターフェースデバイス３００について説明する。

なお、図１５は、熱電変換装置１Ｂを用いたインターフェースデバイス３００の概略構成を示す透視平面図である。図１６は、図１５中に示す線分Ｅ−Ｅ’による熱電変換装置１Ｂの断面図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の熱電変換装置１Ｂは、図１５及び図１６に示すように、タッチパネル面３００ａを指等で走査することにより各種の入力を行うインターフェースデバイス３００を構成するものである。

すなわち、この熱電変換装置１Ｂは、上記熱電変換装置１Ａの構成のうち、ヒータ５を省略した構成となっている。また、伝熱板４の伝熱部１６が配置された側とは反対側（＋Ｚ側）の面がタッチパネル面３００ａを構成している。

以上のような構成を有する熱電変換装置１Ｂでは、タッチパネル面３００ａを指で走査することによって、伝熱板４の走査位置と平面視で重なる伝熱部１６を介して温接点側電極１４に熱が伝わる。このとき、タッチパネル面３００ａ上での指の走査に合わせて、第１の方向Ｘに並ぶ複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈから出力される起電力と、第２の方向Ｙに並ぶ複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈから出力される起電力とが変化し、指の走査位置を検出することが可能である。

したがって、この熱電変換装置１Ｂを用いたインターフェースデバイス３００では、タッチパネル面３００ａ上で走査される指の走査位置を検出することで、各種の入力を行うことが可能である。

以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した熱電変換装置１Ａと同様に、簡便な構造を有しながら、特定の面内において互いに交差する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにおいて、それぞれ電気的に独立した複数の第１の熱電変換素子列３１Ａ〜３１Ｈ及び複数の第２の熱電変換素子列３２Ａ〜３２Ｈを精度良く並べて配置することを可能である。

したがって、本実施形態のインターフェースデバイス３００では、上述した熱電変換装置１Ｂを用いることによって、検出精度の向上並びに低コスト化を図ることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、上述したｎ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合を例示しているが、それとは逆にｐ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合は、上記図１に示す各熱電変換素子３に流れる電流の方向（矢印の向き）が逆向きとなる。

１Ａ，１Ｂ…熱電変換装置 ２…基板（基材） ３…熱電変換素子 ３Ａ…第１の熱電変換素子 ３Ｂ…第２の熱電変換素子 ４…伝熱板（伝熱部材） ５…ヒータ ６ａ，６ｂ…第１の端子 ６ｃ，６ｄ…第２の端子 ７…第１の電極 ８…第２の電極 ９ａ，９ｂ…第１の配線 １０…第２の配線 １１ａ，１１ｂ…第３の配線 １２ａ，１２ｂ…第４の配線 １３…絶縁層 １４…温接点側電極 １５…冷接点側電極 １６…伝熱部 １７…支持部 １８ａ…凸部 １８ｂ…凹部 １９…キャップ部材 ２０…ベース板 ２１…外部接続用端子 ２２…気流ガイド ３１Ａ〜３１Ｈ…第１の熱電変換素子列 ３２Ａ〜３２Ｈ…第２の熱電変換素子列 １００…気流センサ １０１…温度測定部 １０２…制御部 １０３…アンプ １０４…Ａ／Ｄ変換部 １０５…磁気コンパス １０６…演算部 ３００…インターフェースデバイス

Claims (11)

1. 特定の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とのうち、
   前記第１の方向に並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子を各々が有する複数の第１の熱電変換素子列と、
   前記第２の方向に並ぶと共に電気的に直列に接続された複数の熱電変換素子を各々が有する複数の第２の熱電変換素子列とを備え、
   前記複数の第１の熱電変換素子列は、前記第２の方向に並んで配置され、
   前記複数の第２の熱電変換素子列は、前記第１の方向に並んで配置されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記第１の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の各々と、前記第２の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の各々とが、前記第１の方向において交互に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記熱電変換素子の前記第１の方向における一端側に設けられた第１の電極と、
   前記熱電変換素子の前記第１の方向における他端側に設けられた第２の電極と、
   前記第１の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の前記第１の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第１の配線と、
   前記第２の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子の前記第２の方向において隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されて、前記一方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか一方の電極と、前記他方の熱電変換素子の前記第１の電極と前記第２の電極との何れか他方の電極との間を電気的に接続する第２の配線とを備えることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
4. 前記特定の面内に対して直交する方向から見て、前記第１の配線と前記第２の配線との少なくとも一部が絶縁層を介して交差していることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換装置。
5. 前記複数の熱電変換素子との間に間隔を設けて配置された伝熱部材と、
   前記伝熱部材と前記複数の熱電変換素子の各々との間を熱的に接合する伝熱部とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電変換装置。
6. 前記伝熱部材の前記伝熱部が配置された側とは反対側に配置されたヒータを備えることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載の熱電変換装置を用いたインターフェースデバイス。
8. 請求項６に記載の熱電変換装置を用いた気流センサ。
9. 前記伝熱部材の前記ヒータが配置された側の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置されたキャップ部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の気流センサ。
10. 前記複数の第１の熱電変換素子列のうち、出力が最大となる第１の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第１の熱電変換素子列との間における第１の出力差又は出力比を算出し、
    前記複数の第２の熱電変換素子列のうち、出力が最大となる第２の熱電変換素子列を挟んだ一方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列と、他方側の中から選択される少なくとも１つの第２の熱電変換素子列との間における第２の出力差又は出力比を算出することを特徴とする請求項８又は９に記載の気流センサ。
11. 前記第１の熱電変換素子列における出力の最大値に対する前記第１の出力差又は出力比の比率を算出し、
    前記第２の熱電変換素子列における出力の最大値に対する前記第２の出力差又は出力比の比率を算出することを特徴とする請求項１０に記載の気流センサ。

Images