KR20160008596A - 진동 검출기 - Google Patents
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Abstract
진동 검출기의 구성을, 외부로부터의 진동에 의하여 변형과 마찰의 적어도 한쪽이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재와, 발열 부재로부터의 열유속을 검출하는 검출 소자를 구비하고, 검출 소자의 검출 결과에 기초하여 진동에 관한 정보를 검출하는 구성으로 한다. 그리고 검출 소자로서, 열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재(100)에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)이 형성되어 있는 것과 함께, 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)에 서로 다른 금속으로 구성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 매립되어, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖고, 또한, 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 금속이, 복수의 금속 원자가 상기 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금인 것을 채용한다.
Description
본 발명은 열유속 센서를 이용한 진동 검출기에 관한 것이다.
종래, 열유속을 검출하는 열유속 센서(검출 소자)로서, 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 검출 소자는 절연 기재에 복수의 관통 구멍이 형성되어 있는 것과 함께, 복수의 관통 구멍에 이종 금속 재료의 제 1, 제 2 도전성 금속이 매립되어 있고, 제 1, 제 2 도전성 금속이 번갈아 직렬 접속된 것이다.
그런데 부재에 따라서는, 외부로부터 진동이 가해지면, 변형이나 마찰이 발생함으로써 열이 발생하고, 이 부재로부터 열유속이 발생한다. 이 때문에, 열유속 센서(검출 소자)의 감도가 높으면, 진동이 가해졌을 때에 발생하는 열유속을 검출할 수 있고, 이 검출 결과로부터 진동에 관한 정보를 얻는 것이 가능하게 된다.
그러나 절연 기재가 단단한 재료로 구성되고, 검출 소자가 유연성을 갖고 있지 않은 경우, 검출 소자의 형상과 일치하는 설치 부분밖에 검출 소자를 설치할 수 없어서, 검출 소자를 설치하는 부분이 한정되어 버린다는 문제가 있다. 예를 들면, 검출 소자가 평탄 형상인 경우, 평탄면을 갖는 부분에는 검출 소자를 설치할 수 있지만, 곡면이나 요철면을 갖는 부분에는 검출 소자를 설치할 수 없다.
또한, 이 문제의 대책으로서, 검출 소자를 제조할 때에 미리 검출 소자의 형상이 설치 부분의 형상에 따른 형상으로 되도록 제조하는 것이 생각되지만, 이 경우, 검출 소자를 일률적으로 제조할 수 없어서, 검출 소자의 제조 비용의 관점에서 바람직하지 않다.
본 발명은 상기 점을 감안하여 설치 부분의 형상에 불구하고, 검출 소자가 설치 가능한 진동 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 청구항 1에 기재된 발명에서는,
열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재(100)에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)이 형성되어 있는 것과 함께, 제 1, 제 2 비아홀에 서로 다른 금속으로 형성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 매립되어, 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖는 검출 소자와,
검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재(30, 110)와,
검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재(120)를 구비하고,
제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 금속의 적어도 한쪽은 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이고,
발열 부재는 외부로부터의 진동에 의하여 변형과 마찰의 적어도 한쪽이 발생함으로써 열을 발생시키는 것이고,
검출 소자는 발열 부재와 보호 부재의 사이의 열유속을, 번갈아 직렬 접속된 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력에 의하여 검출하고,
검출 소자에서 발생한 기전력에 기초하여 진동에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단(2)을 더 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에서는 검출 소자의 절연 기재를 열가소성 수지로 구성하고 있기 때문에 검출 소자는 유연성을 갖고 있다. 이 때문에, 검출 소자를 설치 부분의 형상에 따른 형상으로 변형시켜서 설치할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 설치 부분의 형상에 불구하고, 검출 소자의 설치가 가능하다.
또, 외부로부터 진동이 인가되면, 발열 부재가 진동에 의하여 변형해서 발열하고, 또는 발열 부재가 마찰에 의하여 발열한다. 이때, 인가되는 진동 에너지의 크기에 따라서 발열 부재로부터의 열유속이 증감한다는 관계가 있다. 그래서 본 발명에서는 발열 부재의 열유속을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 검출 처리를 실시함으로써 진동에 관한 정보를 얻을 수 있다.
덧붙여서, 본 발명에서는 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 금속의 적어도 한쪽이, 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금인 열유속 센서를 이용하고 있다. 이에 따라, 번갈아 직렬 접속된 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력을 크게 할 수 있어서, 열유속 센서의 고감도화가 가능하다. 이와 같이, 본 발명은 고감도의 열유속 센서를 이용하기 때문에 열유속 센서를 이용하여 진동에 관한 정보를 얻을 수 있다.
또한, 이 란 및 특허 청구 범위에서 기재한 각 수단의 괄호 내의 부호는 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타내는 일례이다.
도 1은 제 1 실시 형태에 있어서의 진동 검출기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1 중의 열유속 센서의 평면도이다.
도 3은 도 2 중의 Ⅲ―Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2 중의 Ⅳ―Ⅳ선을 따른 단면도이다.
도 5는 열유속 센서의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제 1 실시 형태에 있어서의 제어부가 실행하는 제어 처리의 흐름도이다.
도 7a는 제 2 실시 형태에 있어서의 정지 상태의 진동 검출부의 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 진동 검출부의 진동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8a는 제 3 실시 형태에 있어서의 정지 상태의 진동 검출부의 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 진동 검출부의 진동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 다른 실시 형태에 있어서의 제어부가 실행하는 제어 처리의 흐름도이다.
도 10은 참고예에 있어서의 압력 검출기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 11은 참고예에 있어서의 습도 검출기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1 중의 열유속 센서의 평면도이다.
도 3은 도 2 중의 Ⅲ―Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2 중의 Ⅳ―Ⅳ선을 따른 단면도이다.
도 5는 열유속 센서의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제 1 실시 형태에 있어서의 제어부가 실행하는 제어 처리의 흐름도이다.
도 7a는 제 2 실시 형태에 있어서의 정지 상태의 진동 검출부의 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 진동 검출부의 진동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8a는 제 3 실시 형태에 있어서의 정지 상태의 진동 검출부의 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 진동 검출부의 진동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 다른 실시 형태에 있어서의 제어부가 실행하는 제어 처리의 흐름도이다.
도 10은 참고예에 있어서의 압력 검출기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 11은 참고예에 있어서의 습도 검출기의 구성을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초해서 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태 상호에 있어서, 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙여서 설명을 실시한다.
(제 1 실시 형태)
도 1에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태의 진동 검출기는 진동 검출부(1)와 제어부(2)를 구비하고 있다. 진동 검출부(1)는 열유속 센서(10)와, 열유속 센서(10)의 이면(10b)측에 배치된 고정대(20)와, 열유속 센서의 표면(10a)측에 설치된 고무(30) 및 추(40)를 구비하고 있다.
열유속 센서(10)는 도 2~도 4에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110), 이면 보호 부재(120)가 일체화되고, 이 일체화된 것의 내부에서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬로 접속된 것이다. 이하에, 열유속 센서(10)의 구조에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한, 도 2는 이해하기 쉽게 하기 위해, 표면 보호 부재(110)를 생략하여 나타내고 있다.
절연 기재(100)는 본 실시 형태에서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP) 등으로 대표되는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름으로 구성되어 있다. 그리고 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)이 엇갈리게 되도록 격자 패턴으로 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)은 표면(100a)으로부터 이면(100b)을 향하여 직경이 일정하게 된 원통 형상으로 되어 있지만, 표면(100a)으로부터 이면(100b)을 향하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있어도 좋다. 또, 이면(100b)으로부터 표면(100a)을 향하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있어도 좋고, 각통(square tube) 형상으로 되어 있어도 좋다.
그리고 제 1 비아홀(101)에는 제 1 층간 접속 부재(130)가 배치되고, 제 2 비아홀(102)에는 제 2 층간 접속 부재(140)가 배치되어 있다. 즉, 절연 기재(100)에는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 엇갈리게 되도록 배치되어 있다.
제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)는 제벡(seebeck) 효과를 발휘하도록 서로 다른 금속으로 구성되어 있다. 예를 들면, 제 1 층간 접속 부재(130)는 P형을 구성하는 Bi―Sb―Te합금의 분말이 소결 전에 있어서의 복수의 금속 원자의 결정 구조를 유지하도록 고상 소결된 금속 화합물로 구성된다. 또, 제 2 층간 접속 부재(140)는 N형을 구성하는 Bi―Te합금의 분말이 소결 전에 있어서의 복수의 금속 원자의 결정 구조를 유지하도록 고상 소결된 금속 화합물로 구성된다.
또한, 도 2는 단면도는 아니지만, 이해하기 쉽게 하기 위해, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)에 해칭을 실시하고 있다.
절연 기재(100)의 표면(100a)에는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP) 등으로 대표되는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름으로 구성되는 표면 보호 부재(110)가 배치되어 있다. 이 표면 보호 부재(110)는 절연 기재(10)와 평면 형상이 같은 크기로 되어 있고, 절연 기재(100)와 대향하는 일면(110a)측에 동박 등이 패터닝된 복수의 표면 패턴(111)이 서로 이간하도록 형성되어 있다. 그리고 각 표면 패턴(111)은 각각 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)와 적절히 전기적으로 접속되어 있다.
구체적으로는 도 3에 나타나는 바와 같이, 인접하는 1개의 제 1 층간 접속 부재(130)와 1개의 제 2 층간 접속 부재(140)를 세트(150)로 했을 때, 각 세트(150)의 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)는 같은 표면 패턴(111)과 접속되어 있다. 즉, 각 세트(150)의 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)는 표면 패턴(111)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 절연 기재(100)의 세로 방향(도 3 중, 지면 좌우 방향)을 따라서 인접하는 1개의 제 1 층간 접속 부재(130)와 1개의 제 2 층간 접속 부재(140)가 세트(150)로 되어 있다.
절연 기재(100)의 이면(100b)에는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP) 등으로 대표되는 열가소성 수지 필름으로 구성되는 평면 직사각형상의 이면 보호 부재(120)가 배치되어 있다. 이 이면 보호 부재(120)는 절연 기재(100)의 세로 방향의 길이가 절연 기재(100)보다 길게 되어 있고, 세로 방향의 양단부가 절연 기재(100)로부터 돌출하도록 절연 기재(100)의 이면(100b)에 배치되어 있다.
그리고 이면 보호 부재(120)에는 절연 기재(100)와 대향하는 일면(120a)측에 동박 등이 패터닝된 복수의 이면 패턴(121)이 서로 이간하도록 형성되어 있다. 그리고 각 이면 패턴(121)은 각각 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)와 적절히 전기적으로 접속되어 있다.
구체적으로는 도 3에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100)의 세로 방향에 인접하는 세트(150)에 있어서, 한쪽의 세트(150)의 제 1 층간 접속 부재(130)와 다른쪽의 세트(150)의 제 2 층간 접속 부재(140)가 같은 이면 패턴(121)과 접속되어 있다. 즉, 세트(150)를 걸쳐서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 같은 이면 패턴(121)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
또, 도 4에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100)의 외부 가장자리에서는 세로 방향과 직교하는 방향(도 2 중, 지면 상하 방향)을 따라서 인접하는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 같은 이면 패턴(121)과 접속되어 있다. 상세히 서술하면, 절연 기재(100)의 세로 방향에 표면 패턴(111) 및 이면 패턴(121)을 통하여 직렬로 접속된 것이 반환되도록 인접하는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 같은 이면 패턴(121)과 접속되어 있다.
또, 이면 패턴(121) 중, 상기와 같이 직렬로 접속된 것의 단부로 되는 부분은 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100)로부터 노출되도록 형성되어 있다. 그리고 이면 패턴(121) 중, 절연 기재(100)로부터 노출되는 부분이 제어부(20)와 접속되는 단자로서 기능하는 부분으로 된다.
이상이 본 실시 형태에 있어서의 기본적인 열유속 센서(10)의 구성이다. 그리고 이와 같은 열유속 센서(10)는 열유속 센서(10)를 두께 방향으로 통과하는 열유속에 따른 센서 신호(기전압)를 제어부(20)로 출력한다. 열유속이 변화하면, 번갈아 직렬 접속된 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)에서 발생하는 기전압이 변화한다. 또한, 열유속 센서(10)의 두께 방향이란, 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110), 이면 보호 부재(120)의 적층 방향을 말한다. 또, 상기한 구성의 열유속 센서(10) 중, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬 접속된 구조 부분이 열유속을 검출하는 검출 소자를 구성하고 있다.
여기에서, 상기 열유속 센서(10)의 제조 방법에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
우선, 도 5(a)에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100)를 준비하고, 복수의 제 1 비아홀(101)을 드릴이나 레이저 등에 의하여 형성한다.
다음으로, 도 5(b)에 나타나는 바와 같이, 각 제 1 비아홀(101)에 제 1 도전성 페이스트(131)를 충전한다. 또한, 제 1 비아홀(101)에 제 1 도전성 페이스트(131)를 충전하는 방법(장치)으로서는, 본 출원인에 의한 특원2010―50356호에 기재된 방법(장치)을 채용하면 좋다.
간단히 설명하면, 흡착지(160)를 통하여 도시하지 않는 지지대 상에 이면(100b)이 흡착지(160)와 대향하도록 절연 기재(100)를 배치한다. 그리고 제 1 도전성 페이스트(131)를 용융시키면서 제 1 비아홀(101) 내에 제 1 도전성 페이스트(131)를 충전한다. 이에 따라, 제 1 도전성 페이스트(131)의 유기 용제의 대부분이 흡착지(160)에 흡착되고, 제 1 비아홀(101)에 합금의 분말이 밀접하게 배치된다.
또한, 흡착지(160)는 제 1 도전성 페이스트(131)의 유기 용제를 흡수할 수 있는 재질의 것이면 좋고, 일반적인 상질지 등이 이용된다. 또, 제 1 도전성 페이스트(131)는 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 Bi―Sb―Te합금의 분말을 융점이 43℃인 파라핀 등의 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것이 이용된다. 이 때문에, 제 1 도전성 페이스트(131)를 충전할 때에는 절연 기재(100)의 표면(100a)이 약 43℃로 가열된 상태로 실시된다.
계속해서, 도 5(c)에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100)에 복수의 제 2 비아홀(102)을 드릴이나 레이저 등에 의하여 형성한다. 이 제 2 비아홀(102)은 상기와 같이 제 1 비아홀(101)과 엇갈리게 되고, 제 1 비아홀(101)과 함께 격자 패턴을 구성하도록 형성된다.
다음으로, 도 5(d)에 나타나는 바와 같이, 각 제 2 비아홀(102)에 제 2 도전성 페이스트(141)를 충전한다. 또한, 이 공정은 상기 도 5(b)와 동일한 공정으로 실시할 수 있다.
즉, 재차 흡착지(160)를 통하여 도시하지 않는 지지대 상에 이면(100b)이 흡착지(160)와 대향하도록 절연 기재(100)를 배치한 후, 제 2 비아홀(102) 내에 제 2 도전성 페이스트(141)를 충전한다. 이에 따라, 제 2 도전성 페이스트(141)의 유기 용제의 대부분이 흡착지(160)에 흡착되고, 제 2 비아홀(102)에 합금의 분말이 밀접하게 배치된다.
제 2 도전성 페이스트(141)는 제 1 도전성 페이스트(131)를 구성하는 금속 원자와 다른 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 Bi―Te합금의 분말을 융점이 상온인 테르피네 등의 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것이 이용된다. 즉, 제 2 도전성 페이스트(141)를 구성하는 유기 용제는 제 1 도전성 페이스트(131)를 구성하는 유기 용제보다 융점이 낮은 것이 이용된다. 그리고 제 2 도전성 페이스트(141)를 충전할 때에는 절연 기재(100)의 표면(100a)이 상온으로 유지된 상태로 실시된다. 바꾸어 말하면, 제 1 도전성 페이스트(131)에 포함되는 유기 용제가 고화된 상태로 제 2 도전성 페이스트(141)의 충전이 실시된다. 이에 따라, 제 1 비아홀(101)에 제 2 도전성 페이스트(141)가 혼입되는 것이 억제된다.
또한, 제 1 도전성 페이스트(131)에 포함되는 유기 용제가 고화된 상태란, 상기 도 5(b)의 공정에 있어서, 흡착지(160)에 흡착되지 않고 제 1 비아홀(101)에 잔존해 있는 유기 용제를 말한다.
그리고 상기 각 공정과는 별도 공정에 있어서, 도 5(e) 및 도 5(f)에 나타나는 바와 같이, 표면 보호 부재(110) 및 이면 보호 부재(120) 중, 절연 기재(100)와 대향하는 일면(110a, 120a)에 동박 등을 형성한다. 그리고 이 동박을 적절히 패터닝함으로써 서로 이간해 있는 복수의 표면 패턴(111)이 형성된 표면 보호 부재(110), 서로 이간해 있는 복수의 이면 패턴(121)이 형성된 이면 보호 부재(120)를 준비한다.
그 후, 도 5(g)에 나타나는 바와 같이, 이면 보호 부재(120), 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110)를 차례로 적층하여 적층체(170)를 구성한다.
또한, 본 실시 형태에서 이면 보호 부재(120)는 절연 기재(100)보다 세로 방향의 길이가 길게 되어 있다. 그리고 이면 보호 부재(120)는 세로 방향의 양단부가 절연 기재(100)로부터 돌출하도록 배치된다.
계속해서, 도 5(h)에 나타나는 바와 같이, 이 적층체(170)를 도시하지 않는 한쌍의 프레스판의 사이에 배치하고, 적층 방향의 상하 양면으로부터 진공 상태로 가열하면서 가압함으로써 적층체(170)를 일체화한다. 구체적으로는, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(131, 141)가 고상 소결되어 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 형성하는 것과 함께, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)와 표면 패턴(111) 및 이면 패턴(121)이 접속되도록 가열하면서 가압하여 적층체(170)를 일체화한다.
또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적층체(170)를 일체화할 때에는 적층체(170)와 프레스판의 사이에 록 울 페이퍼 등의 완충재를 배치해도 좋다. 이상과 같이 하여 상기 열유속 센서(10)가 제조된다.
도 1에 나타나는 진동 검출부(1)에 있어서의 고정대(20)는 열유속 센서(10)를 고정하는 고정 부재이고, 접착제(50)를 통하여 열유속 센서(10)의 이면(10b)에 접합되어 있다. 고정대(20)의 표면은 평면 형상이다. 이 때문에, 열유속 센서(10)의 이면(10b) 및 표면(10a)도 평면 형상으로 되어 있다.
고무(30)는 탄성 변형하는 탄성 부재이고, 접착제 등에 의해 열유속 센서(10)의 표면(10a)에 접합되어 있다. 고무(30)의 재질로서는, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무 등을 들 수 있다. 추(40)는 외부로부터 진동이 가해져서 진동하는 진동 부재이고, 접착제 등에 의해 고무(30)의 표면에 접합되어 있다.
제어부(2)는 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초하여 진동에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단이다. 제어부(2)는 예를 들면, 마이크로컴퓨터, 기억 수단으로서의 메모리, 그 주변 회로로 구성되는 전자 제어 장치이고, 미리 설정된 프로그램에 따라서 사전에 결정된 연산 처리를 실시하여 도시하지 않는 표시부의 작동을 제어한다.
여기에서, 본 실시 형태의 진동 검출기에 의한 진동에 관한 정보의 검출에 대하여 설명한다.
진동 검출부(1)에 대하여, 도 1 중의 화살표와 같이, 열유속 센서(10)의 면방향으로 평행한 진동이 외부로부터 인가되면, 열유속 센서(10)의 표면(10a)측의 추(40)가 진동하는 것과 함께, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)도 진동한다. 이때, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)가 진동에 의하여 변형하고, 변형함으로써 발열한다. 즉, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)는 외부로부터 진동이 인가되어 변형하는 것과 함께, 변형 에너지를 열에너지로 변환하여 열을 방출한다. 따라서, 본 실시 형태에서는 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)가 외부로부터의 진동에 의하여 변형이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재를 구성하고 있다. 한편, 열유속 센서(10)의 이면(10b)측의 고정대(20)는 진동하지 않기 때문에 발열하지 않고, 또는 진동이 억제되어 있기 때문에 발열이 억제되어 있다.
이 때문에, 진동 검출부(1)에 대하여 진동이 외부로부터 인가되면, 진동이 인가되기 전과 비교하여 열유속 센서(10)의 표면(10a)측의 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)와, 열유속 센서(10)의 이면(10b)측의 고정대(20)의 사이의 온도차가 변화한다. 즉, 진동의 미인가 상태로부터 진동 인가 상태로 바뀌면, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터 고정대(20)를 향하는 방향에서의 열유속에 변화가 발생한다. 이때, 인가되는 진동 에너지의 크기에 따라서 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속이 증감한다는 관계가 있다. 따라서, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속을 검출하면, 이 검출한 열유속과, 진동 에너지와 열유속의 관계에 기초하여 진동 에너지를 산출할 수 있다.
그래서 제어부(2)는 진동에 관한 정보의 검출 처리로서 도 6에 나타나는 제어 처리를 실행한다. 이 제어 처리는 진동 검출기의 전원 스위치가 온인 때에 실행되고, 사전에 결정된 시간 간격으로 반복 실행된다. 또한, 도 6 중의 각 제어 단계는 제어부(2)가 갖는 각종 기능 실현 수단을 구성하고 있다.
우선, 단계 S1에서, 열유속 센서(10)로부터 입력된 센서 신호의 읽어들임을 실시한다. 이에 따라, 열유속 센서(10)에서 발생한 기전압(전압값)이 읽어들여진다.
계속해서, 단계 S2에서, 기전압(V)이 한계값(Vth)보다도 큰지의 여부를 판정한다. 이것은 열유속 센서(10)의 설치 환경의 온도 변화 등에 의하여 발생한 미소한 기전압(노이즈)과, 진동에 의하여 발생한 기전압을 구별하기 위함이다. 한계값(Vth)은 진동에 의하여 발생한 기전압과 노이즈를 구별할 수 있도록 설정된다. 이 때문에, 진동 검출부(1)에 대하여 진동이 인가된 경우, 열유속 센서(10)에서 발생한 기전압(V)은 한계값(Vth)보다도 높기 때문에 제어부(2)는 긍정 판정(YES)하여 단계 S3로 진행한다.
단계 S3에서는 기전압(V)에 기초하여 진동 에너지를 산출한다. 이때, 기전압과 진동 에너지의 상관 관계를 미리 실험에 의하여 구해 둔다. 이 상관 관계를 이용함으로써 기전압(V)으로부터 진동 에너지를 산출할 수 있다.
계속해서, 단계 S4에서, 산출한 진동 에너지를 표시하기 위한 제어 신호를 도시하지 않는 표시부로 출력한다. 이에 따라, 진동 에너지가 표시부에 표시된다.
한편, 진동 검출부(1)에 대하여 진동이 인가되어 있지 않은 경우, 열유속 센서(10)에서 발생한 기전압은 한계값보다도 낮기 때문에 제어부(2)는 단계 S2에서 부정(NO) 판정하고, 단계 S3, S4를 실행하지 않고 도 6에 나타내는 일련의 제어 흐름이 종료된다. 또한, 단계 S2에서 부정 판정했을 때, 산출값을 0로 표시하는 취지의 제어 신호를 표시부에 출력해도 좋다.
이와 같이 하여 본 실시 형태의 진동 검출기는 진동 검출부(1)에 대하여 진동이 입력되었을 때에 진동 에너지를 표시부에 표시할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)의 표면(10a)에 고무(30)를 접합하고, 고무(30)의 표면에 추(40)를 접합했지만, 접합하지 않아도 좋다. 이 경우, 추(40)가 진동함으로써 추(40)와 고무(30)의 사이나 고무(30)와 열유속 센서(10)의 사이에 마찰이 발생하여 열이 발생한다. 따라서, 이 경우, 마찰열을 진동 발생 시의 열유속 변화에 기여시킬 수 있다. 이 경우에서 고무(30)는 외부로부터의 진동에 의하여 변형과 마찰이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재를 구성하고 있다.
또, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)의 표면(10a)측에 고무(30) 및 추(40)를 설치하고 있었지만, 고무(30) 및 추(40)를 생략해도 좋다. 이 경우, 외부로부터 진동이 인가되면, 열유속 센서(10)의 표면 보호 부재(110)가 진동하고, 표면 보호 부재(110)가 진동에 의하여 변형하고, 변형함으로써 발열한다. 이 때문에, 이 경우에 있어서도, 진동 미인가 상태로부터 진동 인가 상태로 바뀌면, 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속에 변화가 발생하기 때문에 열유속 센서(10)의 센서 신호로부터 진동 에너지를 산출할 수 있다. 이 경우에서는 표면 보호 부재(110)가 외부로부터의 진동에 의하여 변형이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재를 구성하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)의 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110) 및 이면 보호 부재(120)를 열가소성 수지로 구성하고 있기 때문에 열유속 센서(10)는 유연성을 갖고 있다. 이 때문에, 열유속 센서(10)를 설치 부분의 형상에 따른 형상으로 변형시켜서 설치할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 고정대(20)의 표면이 평면 형상이었지만, 고정대(20)의 표면이 요철면 형상이어도, 그 요철면 형상에 따른 형상으로 열유속 센서(10)를 변형시켜서 설치할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 열유속 센서(10)는 열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재(100)에 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)을 형성하고, 제 1, 제 2 비아홀(101, 102) 내에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 배치하여 열유속 센서(10)를 구성하고 있다. 이 때문에, 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)의 수나 직경, 간격 등을 적절히 변경함으로써 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)의 고밀도화가 가능하게 된다. 이에 따라, 기전압을 크게 할 수 있어서, 열유속 센서(10)의 고감도화가 가능하다.
또, 본 실시 형태의 열유속 센서(10)는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)로서, 소결 전의 결정 구조가 유지되도록 고상 소결된 금속 화합물(Bi―Sb―Te합금, Bi―Te합금)을 이용하고 있다. 즉, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 형성하는 금속은 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이다. 이에 따라, 번갈아 직렬 접속된 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)에서 발생하는 기전압을 크게 할 수 있어서, 열유속 센서(10)의 고감도화가 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 고감도의 열유속 센서(10)를 이용하기 때문에 부재에 진동이 가해졌을 때에 발생하는 열유속을 검출할 수 있고, 이 검출 결과로부터 진동에 관한 정보를 얻을 수 있다.
(제 2 실시 형태)
제 1 실시 형태에서는 열유속 센서(10)를 평면에 부착하고 있었지만, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)를 곡면에 부착하고 있다.
도 7a에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태의 진동 검출부(1)는 열유속 센서(10)의 이면(10b)이 접착제(50)를 통하여 회전축(21)의 표면(곡면)에 접합되어 있다. 이 때문에, 열유속 센서(10)는 만곡한 형상으로 되어 있다. 열유속 센서(10)는 제 1 실시 형태와 같은 것이고, 가요성을 갖기 때문에 이와 같이 곡면에 부착하는 것이 가능하다. 한편, 열유속 센서(10)의 표면(10a)에 고무(30)가 접합되어 있고, 고무(30)의 표면이 만곡한 베어링(41)의 내면에 접촉해 있다. 또한, 고무(30)와 베어링(41)은 접합되어 있지 않다.
그리고 도 7b에 나타나는 바와 같이, 베어링(41)이 회전축(21)의 둘레 방향을 따른 방향(도면 중의 화살표 방향)으로 진동하면, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)가 변형하는 것과 함께, 고무(30)와 베어링(41)의 사이에 마찰이 발생하여 발열한다. 이 때문에, 진동이 인가되어 있지 않은 미인가 상태로부터 진동이 인가된 인가 상태로 바뀌면, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터 회전축(21)을 향하는 방향에서의 열유속에 변화가 발생한다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서도 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 열유속 센서(10)에 의하여 진동 검출부(1)에 대해서 진동이 인가되었을 때의 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속을 검출하고, 제어부(2)에 의하여 열유속 센서(10)의 센서 신호에 기초해서 진동 에너지를 산출함으로써 진동 에너지를 검출할 수 있다.
(제 3 실시 형태)
제 1, 제 2 실시 형태는 진동 검출부(1)가 열유속 센서(10)의 면방향을 따른 방향의 진동을 검출하는 것이었지만, 본 실시 형태는 진동 검출부(1)가 열유속 센서(10)의 면방향에 수직인 방향의 진동을 검출하는 것이다.
도 8a에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태의 진동 검출부(1)는 열유속 센서(10)와, 열유속 센서(10)의 면방향에 있어서의 일단을 지지하는 지지체(22)와, 열유속 센서(10)의 면방향에 있어서의 일단과는 반대측의 타단에 설치된 추(42)를 구비한 구조이다. 열유속 센서(10)의 구조는 제 1 실시 형태와 같다.
도 8b에 나타나는 바와 같이, 열유속 센서(10)의 면방향에 수직인 방향(도면 중의 화살표 방향)으로 지지체(22)가 진동하면, 추(42)와 함께 열유속 센서(10)가 진동하고, 열유속 센서(10)의 표면(10a)과 이면(10b)의 한쪽이 볼록면으로 되고, 다른쪽이 오목면으로 되도록 변형한다. 이때, 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120) 중, 오목면측으로 되는 쪽은 압축 변형하고, 볼록면측으로 되는 쪽은 인장 변형으로 된다. 압축 변형측이 발열하기 때문에 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 사이에 온도차가 발생한다. 즉, 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 사이에 있어서, 오목면측의 한쪽으로부터 볼록면측의 다른쪽을 향하는 열유속이 발생한다. 또한, 볼록면측과 오목면측이 교체될 때마다 열유속의 방향이 교체된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 한쪽이 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재를 구성하고, 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 다른쪽이 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구성하고 있다.
따라서, 본 실시 형태에 의해서도 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 진동 에너지를 산출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)에 추(42)를 설치했지만, 지지체(22)의 진동에 의하여 열유속 센서(10)가 진동할 수 있으면, 추(42)를 생략해도 좋다. 또, 본 실시 형태에서는 열유속 센서(10)의 표면(10a) 및 이면(10b)에 열유속 센서(10)를 지지하는 지지 부재를 설치하고 있지 않지만, 열유속 센서(10)를 보강하기 위해, 표면(10a)과 이면(10b)의 적어도 한쪽에 지지 부재를 설치해도 좋다. 이 경우, 지지 부재는 압축 변형하면 발열하기 때문에 지지 부재가 발열 부재를 구성한다. 예를 들면, 열유속 센서(10)의 이면(10b)에 지지 부재를 설치한 경우, 이면 보호 부재(120)와 지지 부재가 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재를 구성하고, 표면 보호 부재(110)가 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구성한다.
(다른 실시 형태)
본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 하기와 같이, 특허 청구 범위에 기재한 범위 내에서 적절히 변경이 가능하다.
(1) 상기 각 실시 형태에서는 제어부(2)의 검출 처리에 있어서, 진동에 관한 정보로서 진동 에너지를 검출했지만, 진동의 유무를 검출하도록 해도 좋다. 이 경우, 제어부(2)는 도 9에 나타나는 제어 처리를 실행한다. 이 제어 처리는 도 6에 나타나는 제어 처리에 대하여, 단계 S3를 생략한 것이다. 즉, 제어부(2)는 단계 S2에서 긍정 판정(YES)했을 때, 단계 S4로 진행하고, 단계 S4에서 진동을 검지하고 있는 것을 표시하기 위한 제어 신호를 표시부를 향하여 출력한다. 이에 따라, 진동을 검지하고 있는 것이 표시부에 표시된다.
(2) 상기 각 실시 형태에서는 열유속 센서(10)에서 발생한 기전압(전압값)에 기초하여 제어부(2)가 진동에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 것을 설명했지만, 전압값 대신에, 전류값에 기초하여 검출 처리를 실시해도 좋다. 요컨대, 제어부(2)는 열유속 센서(10)에서 발생한 기전력에 기초하여 검출 처리할 수 있다.
(3) 상기 각 실시 형태에서는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 형성하는 금속이 각각 Bi―Sb―Te합금, Bi―Te합금이었지만, 다른 합금이어도 좋다.
또, 상기 각 실시 형태에서는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 형성하는 금속의 양쪽이 고상 소결된 소결 합금이었지만, 적어도 한쪽이 고상 소결된 소결 합금이면 좋다. 이에 따라, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)를 형성하는 금속의 양쪽이 고상 소결된 소결 금속이 아닌 경우와 비교하여 기전력을 크게 할 수 있어서, 열유속 센서(10)의 고감도화가 가능하다.
(4) 제 1, 제 2 실시 형태에서는 발열 부재로서 고무(30)를 이용하고 있었지만, 고무(30) 대신에, 열가소성 수지나 열경화성 수지를 이용해도 좋다. 열가소성 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, PEEK, PEI, LCP 등을 들 수 있다. 열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다.
(5) 상기 각 실시 형태는 서로 관계 없는 것은 아니고, 조합이 명백히 불가한 경우를 제외하고, 적절히 조합이 가능하다. 또, 상기 각 실시 형태에 있어서, 실시 형태를 구성하는 요소는 특별히 필수라고 명시한 경우 및 원리적으로 명백히 필수라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수의 것이 아닌 것은 말할 것도 없다.
(참고예 1)
본 참고예에서는 열유속 센서를 이용한 가속도 검출기에 대하여 설명한다.
즉, 본 참고예는,
열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀이 형성되어 있는 것과 함께, 상기 제 1, 제 2 비아홀에 서로 다른 금속으로 형성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 매립되어, 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖는 검출 소자와,
상기 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재와,
상기 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구비하고,
상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 상기 금속의 적어도 한쪽은 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이고,
상기 발열 부재는 가속도가 가해지는 것에 의하여 변형과 마찰의 적어도 한쪽이 발생함으로써 열을 발생시키는 것이고,
상기 검출 소자는 상기 발열 부재와 상기 보호 부재의 사이의 열유속을, 번갈아 직렬 접속된 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력에 의하여 검출하고,
상기 검출 소자에서 발생한 기전력에 기초하여 가속도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 검출기에 관한 것이다.
가속도 검출기의 구성으로는 예를 들면, 제 1 실시 형태에서 설명한 도 1의 진동 검출기와 같은 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 가속도 검출기는 도 1에 나타나는 바와 같이, 진동 검출부(1)와 제어부(2)를 구비하고 있다. 진동 검출부(1), 제어부(2)는 각각 제 1 실시 형태의 진동 검출부(1), 제어부(2)와 같은 구성이다.
제어부(2)는 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초하여 가속도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단이다. 예를 들면, 제어부(2)는 열유속 센서(10)의 센서 신호(기전압)와, 기전압과 가속도의 상관 관계를 이용하여 가속도를 산출하는 처리를 실시함으로써 가속도를 검출한다. 구체적인 검출 처리는 제 1 실시 형태에서 설명한 도 6의 제어 처리와 같다. 다만, 도 6의 제어 처리의 설명에 있어서, 진동을 가속도로 읽는다. 예를 들면, 도 6 중의 단계 S3의 진동 에너지 산출을 가속도 산출로 한다.
도 1 중의 화살표의 일방향의 가속도가 추(40)에 가해지면, 추(40)가 변위함으로써 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)가 변형하고, 변형함으로써 발열한다. 이 때문에, 진동 검출부(1)에 대하여 가속도가 외부로부터 인가되면, 가속도가 인가되기 전과 비교하여 열유속 센서(10)의 표면(10a)측의 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)와, 열유속 센서(10)의 이면(10b)측의 고정대(20)의 사이의 온도차가 변화한다. 즉, 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터 고정대(20)를 향하는 방향에서의 열유속에 변화가 발생한다. 이때, 인가되는 가속도의 크기에 따라서 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속이 증감한다는 관계가 있다.
그래서 열유속 센서(10)에 의하여, 추(40)에 대해서 가속도가 인가되었을 때의 고무(30) 및 표면 보호 부재(110)로부터의 열유속을 검출한다. 그리고 제어부(2)에 의하여, 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초해서 가속도를 산출한다. 이때, 센서 신호(기전압)와 가속도의 상관 관계를 미리 실험에 의하여 구해 두고, 이 상관 관계를 이용함으로써 센서 신호로부터 가속도를 검출할 수 있다.
또한, 가속도 검출기의 구성으로서, 제 2, 제 3 실시 형태 및 다른 실시 형태에서 설명한 진동 검출기와 같은 구성을 채용한 경우에 있어서도, 상기 설명과 동일한 이유에 의해 가속도를 검출할 수 있다.
이와 같이, 가속도 검출기의 구성을, 가속도가 가해지는 것에 의하여 변형과 마찰의 적어도 한쪽이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재와, 이 발열 부재로부터의 열유속을 검출하는 검출 소자와, 이 검출 소자의 검출 결과에 기초하여 가속도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 구비하는 구성으로 함으로써 가속도의 유무나 그 크기 등의 가속도에 관한 정보를 검출할 수 있다.
또, 이와 같은 가속도 검출기에 따르면, 상기한 진동 검출기의 발명이 해결하고자 하는 과제와 동일한 과제를 해결할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 고감도의 열유속 센서(10)를 이용하기 때문에 부재에 가속도가 가해질 때에 발생하는 열유속을 검출할 수 있고, 이 검출 결과로부터 가속도에 관한 정보를 얻을 수 있다.
(참고예 2)
본 참고예에서는 열유속 센서를 이용한 압력 검출기에 대하여 설명한다.
즉, 본 참고예는,
열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀이 형성되어 있는 것과 함께, 상기 제 1, 제 2 비아홀에 서로 다른 금속으로 형성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 매립되어, 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖는 검출 소자와,
상기 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재와,
상기 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구비하고,
상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 상기 금속의 적어도 한쪽은 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이고,
상기 발열 부재는 압력이 가해져서 변형이 발생함으로써 열을 발생시키는 것이고,
상기 검출 소자는 상기 발열 부재와 상기 보호 부재의 사이의 열유속을, 번갈아 직렬 접속된 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력에 의하여 검출하고,
상기 검출 소자에서 발생한 기전력에 기초하여 압력에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 검출기에 관한 것이다.
도 10(a)에 나타나는 바와 같이, 이 압력 검출기는 열유속 센서(10)와 제어부(2)를 구비하고 있다.
열유속 센서(10)는 제 1 실시 형태의 열유속 센서(10)와 구성이 같고, 도 2~도 4에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110), 이면 보호 부재(120)가 일체화되고, 이 일체화된 것의 내부에서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬로 접속된 것이다. 열유속 센서(10) 중, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬 접속된 구조 부분이 표면 보호 부재(110) 또는 이면 보호 부재(120)로부터의 열유속을 검출하는 검출 소자를 구성하고 있다.
열유속 센서(10)는 하우징(23)의 내부에 설치되어 있고, 하우징(23)의 내부를 제 1 공간(R1)과 제 2 공간(R2)으로 구획하고 있다.
제어부(2)는 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초하여 압력에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단이다. 제어부(2)는 제 1 실시 형태의 제어부(2)와 같은 구성이다. 예를 들면, 제어부(2)는 열유속 센서(10)의 센서 신호(기전압)와, 기전압과 압력차의 상관 관계를 이용하여 압력차를 산출하는 산출 처리를 실시함으로써 제 1 공간(R1)의 압력과 제 2 공간(R2)의 압력의 차를 검출한다. 구체적인 검출 처리는 제 1 실시 형태에서 설명한 도 6의 제어 처리와 같다. 다만, 도 6의 제어 처리의 설명에 있어서, 진동을 압력차로 읽는다. 예를 들면, 도 6 중의 단계 S3의 진동 에너지 산출을 압력차 산출로 한다.
도 10(b)에 나타나는 바와 같이, 제 1 공간(R1)과 제 2 공간(R2)의 사이에 압력차가 발생하면, 열유속 센서(10)의 표면(10a)과 이면(10b)의 한쪽이 볼록면으로 되고, 다른쪽이 오목면으로 되도록 변형한다. 예를 들면, 제 1 공간(R1)의 압력(P1)이 제 2 공간(R2)의 압력(P2)보다도 클 때, 표면(10a)이 오목면으로 되고, 이면(10b)이 볼록면으로 된다. 이 때문에, 제 3 실시 형태와 마찬가지로, 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 사이에 있어서, 오목면측의 한쪽으로부터 볼록면측의 다른쪽을 향하는 열유속이 발생한다. 이와 같이, 본 참고예에서는 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 한쪽이 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재를 구성하고, 표면 보호 부재(110)와 이면 보호 부재(120)의 다른쪽이 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구성하고 있다.
이때, 압력차의 크기에 따라서 열유속이 증감한다. 그래서 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초하여 검출 처리를 실시함으로써 압력에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또한, 압력에 관한 정보로서는, 제 1, 제 2 공간(R1, R2)의 한쪽의 압력을 기준압으로 함으로써 압력차로부터 제 1, 제 2 공간(R1, R2)의 다른쪽의 압력(절대값)을 검출하는 것도 가능하다.
이와 같이, 압력 검출기의 구성을, 압력이 가해져서 변형이 발생함으로써 열을 발생시키는 발열 부재와, 이 발열 부재로부터의 열유속을 검출하는 검출 소자와, 이 검출 소자의 검출 결과에 기초하여 압력에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 구비하는 구성으로 함으로써 압력차나 절대압 등의 압력에 관한 정보를 검출할 수 있다.
또한, 도면의 예에서는 열유속 센서(10) 자체에 의하여 하우징(23)의 내부를 제 1 공간(R1)과 제 2 공간(R2)으로 구획하고 있지만, 하우징(23)의 내부를 제 1 공간(R1)과 제 2 공간(R2)으로 구획하는 구획 부재의 표면에 열유속 센서(10)를 부착해도 좋다. 이 경우, 구획 부재는 압력에 의하여 변형하면 발열하기 때문에 구획 부재도 발열 부재를 구성한다. 예를 들면, 열유속 센서(10)의 이면(10b)에 구획 부재가 배치되어 있는 경우, 이면 보호 부재(120)와 구획 부재가 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재를 구성하고, 표면 보호 부재(110)가 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구성한다.
본 참고예에서는 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 고감도의 열유속 센서(10)를 이용하기 때문에 부재에 압력이 가해졌을 때에 발생하는 열유속을 검출할 수 있고, 이 검출 결과로부터 압력에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또, 이와 같은 압력 검출기에 따르면, 상기한 진동 검출기의 발명이 해결하고자 하는 과제와 동일한 과제를 해결할 수 있다.
(참고예 3)
본 참고예에서는 열유속 센서를 이용한 습도 검출기에 대하여 설명한다.
즉, 본 참고예는,
열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀이 형성되어 있는 것과 함께, 상기 제 1, 제 2 비아홀에 서로 다른 금속으로 형성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 매립되어, 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖는 검출 소자와,
상기 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 흡수(吸水) 부재와,
상기 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재를 구비하고,
상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 상기 금속의 적어도 한쪽은 복수의 금속 원자가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이고,
상기 흡수 부재는 흡수하는 것과 함께, 상기 흡수 부재가 설치된 환경의 습도에 따른 양의 물이 증발하여 온도가 저하하는 것이고,
상기 검출 소자는 상기 흡수 부재와 상기 보호 부재의 사이의 열유속을, 번갈아 직렬 접속된 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력에 의하여 검출하고,
상기 검출 소자에서 발생한 기전력에 기초하여 습도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 습도 검출기에 관한 것이다.
도 11에 나타나는 바와 같이, 이 습도 검출기는 열유속 센서(10)와, 제어부(2)와, 열유속 센서(10)의 표면(10a)에 설치된 흡수층(60)과, 열유속 센서(10)의 이면(10b)에 설치된 발수층(70)과, 흡수층에 흡수되는 물을 수용하는 용기(80)를 구비하고 있다.
열유속 센서(10)는 발수층(70)으로부터 흡수층(60)을 향하는 열유속을 검출하는 것이다. 열유속 센서(10)는 제 1 실시 형태의 열유속 센서(10)와 구성이 같고, 도 2~도 4에 나타나는 바와 같이, 절연 기재(100), 표면 보호 부재(110), 이면 보호 부재(120)가 일체화되고, 이 일체화된 것의 내부에서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬로 접속된 것이다. 열유속 센서(10) 중, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 번갈아 직렬 접속된 구조 부분이 흡수층(60)과 이면 보호 부재(120)의 사이의 열유속을 검출하는 검출 소자를 구성하고 있다.
흡수층(60)은 용기(80) 내부의 물을 흡수하는 흡수 부재로 구성된 층이고, 예를 들면, 폴리에스테르 섬유로 구성된다. 한편, 발수층(70)은 물을 흡수하지 않는 층이고, 예를 들면, 불소 수지로 구성된다. 열유속 센서(10)의 일부가 용기(80)의 내부에 배치되어 있고, 흡수층(60)이 용기(80) 내부의 물을 흡수할 수 있게 되어 있다.
제어부(2)는 열유속 센서(10)의 검출 결과에 기초하여 습도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단이다. 제어부(2)는 제 1 실시 형태의 제어부(2)와 같은 구성이다. 예를 들면, 제어부(2)는 열유속 센서(10)의 센서 신호(기전압)와, 기전압과 증발량의 상관 관계를 이용하여 증발량을 산출하고, 또한, 증발량의 변화로부터 습도를 산출하는 처리 등을 실시함으로써 습도를 검출한다. 구체적인 검출 처리는 제 1 실시 형태에서 설명한 도 6의 제어 처리와 같다. 다만, 도 6의 제어 처리의 설명에 있어서, 진동을 습도로 읽는다. 예를 들면, 도 6 중의 단계 S3의 진동 에너지 산출을 습도 산출로 한다.
여기에서, 흡수층(60) 내부의 물은 흡수층(60) 주위의 환경의 습도에 따라서 기화한다. 이때, 기화열에 의하여 흡수층(60)의 온도가 저하한다. 한편, 발수층(70)에는 물이 포함되어 있지 않기 때문에 이와 같은 현상은 발생하지 않는다. 이 때문에, 발수층(70)과 흡수층(60)의 사이에 온도차가 발생하고, 발수층(70)으로부터 흡수층(60)을 향하는 열유속이 발생한다. 이때, 환경의 습도가 변화하면, 흡수층(60) 중의 물의 증발량이 변화하기 때문에 발수층(70)으로부터 흡수층(60)을 향하는 열유속도 변화한다. 그래서 발수층(70)으로부터 흡수층(60)을 향하는 열유속을 검출함으로써 검출한 열유속에 기초하여 습도를 검출할 수 있다.
또한, 본 참고예에서는 발수층(70)을 설치하고 있었지만, 발수층을 생략해도 좋다. 이 경우, 흡수층(60) 내부의 물이 기화했을 때, 이면 보호 부재(120)로부터 흡수층(60)을 향하는 열유속이 발생한다. 또, 본 예에서는 용기(80)를 이용했지만, 흡수층(60)에 물을 공급할 수 있으면, 용기(80)를 생략하는 것도 가능하다. 흡수층(60)에 물을 공급하는 수단으로서는 예를 들면, 펠티에 소자를 이용하여 공기를 냉각해서 공기 중의 수분을 결로시키는 수단을 들 수 있다.
이와 같이, 습도 검출기의 구성을, 흡수하는 것과 함께, 환경의 습도에 따른 양의 물이 증발하는 흡수층과, 이 흡수 부재를 향하는 열유속을 검출하는 검출 소자와, 이 검출 소자의 검출 결과에 기초하여 습도에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단을 구비하는 구성으로 함으로써 습도에 관한 정보를 검출할 수 있다.
본 참고예에서는 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 고감도의 열유속 센서(10)를 이용하기 때문에 흡수층(60) 내부의 물이 증발했을 때에 발생하는 열유속을 검출할 수 있고, 이 검출 결과로부터 습도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또, 이와 같은 습도 검출기에 따르면, 상기한 진동 검출기의 발명이 해결하고자 하는 과제와 동일한 과제를 해결할 수 있다.
2: 제어부
10: 열유속 센서
30: 고무(탄성 부재)
100: 절연 기재
101, 102: 제 1, 제 2 비아홀
130, 140: 제 1, 제 2 층간 접속 부재
10: 열유속 센서
30: 고무(탄성 부재)
100: 절연 기재
101, 102: 제 1, 제 2 비아홀
130, 140: 제 1, 제 2 층간 접속 부재
Claims (3)
- 열가소성 수지로 이루어지는 절연 기재(100)에 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀(101, 102)이 형성되어 있는 것과 함께, 상기 제 1, 제 2 비아홀에 서로 다른 금속으로 형성된 제 1, 제 2 층간 접속 부재(130, 140)가 매립되어, 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재가 번갈아 직렬 접속된 구조를 갖는 검출 소자와,
상기 검출 소자의 한쪽의 면측에 배치된 발열 부재(30, 110)와,
상기 검출 소자의 다른쪽의 면측에 배치된 보호 부재(120)를 구비하고,
상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재를 형성하는 상기 금속의 적어도 한쪽은 복수의 금속 원자가 상기 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금이고,
상기 발열 부재는 외부로부터의 진동에 의하여 변형과 마찰의 적어도 한쪽이 발생함으로써 열을 발생시키는 것이고,
상기 검출 소자는 상기 발열 부재와 상기 보호 부재의 사이의 열유속을, 번갈아 직렬 접속된 상기 제 1, 제 2 층간 접속 부재에서 발생하는 기전력에 의하여 검출하고,
상기 검출 소자에서 발생한 기전력에 기초하여 진동에 관한 정보의 검출 처리를 실시하는 검출 처리 수단(2)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
진동 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 절연 기재의 표면(100a)에 배치되어, 표면 패턴(111)이 형성된 열가소성 수지로 이루어지는 표면 보호 부재(110)와,
상기 절연 기재의 상기 표면과 반대측의 이면(100b)에 배치되어, 이면 패턴(121)이 형성된 열가소성 수지로 이루어지는 이면 보호 부재(120)를 구비하고,
상기 이면 보호 부재, 상기 검출 소자, 상기 표면 보호 부재가 일체화되어 있고,
상기 표면 보호 부재(110)와 상기 이면 보호 부재(120)의 한쪽이 상기 발열 부재를 구성하고, 상기 표면 보호 부재(110)와 상기 이면 보호 부재(120)의 다른쪽이 상기 보호 부재를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는
진동 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 절연 기재의 표면(100a)에 배치되어, 표면 패턴(110)이 형성된 열가소성 수지로 이루어지는 표면 보호 부재(110)와,
상기 절연 기재의 상기 표면과 반대측의 이면(100b)에 배치되어, 이면 패턴(121)이 형성된 열가소성 수지로 이루어지는 이면 보호 부재(120)를 구비하고,
상기 이면 보호 부재, 상기 검출 소자, 상기 표면 보호 부재가 일체화되어 있고,
상기 표면 보호 부재의 표면에 배치된 탄성 부재(30)를 더 구비하고,
상기 탄성 부재 및 상기 표면 보호 부재가 상기 발열 부재를 구성하고, 상기 이면 보호 부재가 상기 보호 부재를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는
진동 검출기.
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