(57)【要約】【課題】微弱な風の風向の検出が可能な風向計を提供する。【解決手段】風向計の構成を、外面に検出素子を支持する円筒管１１と、一面を内側とし、他面を外側として円筒管１１に支持される複数の検出素子１０と、風向の検出処理を行う制御部２とを備える構成とする。複数の検出素子１０は、それぞれ、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、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、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。交互に直列接続された第１、第２層間接続部材は、他面に風が当たったときの一面と他面の温度差に応じた起電力を発生する。制御部２は、複数の検出素子１０の起電力に基づいて、温度差が最大となる１つ以上の検出素子１０を特定し、特定された検出素子１０の位置に基づいて、風向を算出する。【選択図】図１
2015087230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に検出素子を支持する支持部材（１１）と、
一面とその反対側の他面を有し、前記一面を内側とし、前記他面を外側として前記支持部材に支持される複数の検出素子（１０）と、
風向の検出処理を行う検出処理手段（２）とを備え、  
前記複数の検出素子は、それぞれ、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し、
交互に直列接続された前記第１、第２層間接続部材は、前記他面に風が当たったときの前記一面と前記他面の温度差に応じた起電力を発生し、
前記検出処理手段は、前記複数の検出素子の起電力に基づいて、前記温度差が最大となる１つ以上の検出素子を特定し、特定された前記検出素子の位置に基づいて、風向を算出することを特徴とする風向計。
【請求項２】
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ることを特徴とする請求項１に記載の風向計。
【請求項３】
前記検出処理手段は、前記温度差が最大となる２つの検出素子を特定し、前記２つの検出素子の位置と、前記２つの検出素子の出力値の割合に基づいて、風向を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の風向計。
【請求項４】
隣り合う前記検出素子の間に、前記支持部材の外面から外側に延びるように設けられた風除け（１２）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の風向計。
【請求項５】
前記複数の検出素子と前記支持部材との間に設けられた断熱部材（１３）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の風向計。
【請求項６】
前記複数の検出素子の前記一面側に設けられた加熱手段（２０）を備え、
前記加熱手段によって前記複数の検出素子を加熱することにより、前記複数の検出素子の温度を環境温度よりも高温とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の風向計。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記検出素子と同じ構造を有するとともに、前記検出素子と一体化されたペルチェ素子であることを特徴とする請求項６に記載の風向計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風向計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の風向計として、風見鶏と同じ原理を用いたベーン式の風向計がある（例えば、特許文献１参照）。この風向計は、軸受けに支持された回転軸と、風を受けて回転軸を中心に回転可能なベーン（矢羽根）とを備え、ベーンが向く方向によって風向を示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６００６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来の風向計は、風向の測定時に、軸受けと回転軸で構成される機械式の可動部に摩擦が生じるため、比較的風速の大きい風の風向を検出することはできるものの、室内気流等の微弱な風の風向を検出することは困難であった。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、微弱な風の風向の検出が可能な風向計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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外面に検出素子を支持する支持部材（１１）と、一面とその反対側の他面を有し、一面を内側とし、他面を外側として支持部材に支持される複数の検出素子（１０）と、風向の検出処理を行う検出処理手段（２）とを備え、
複数の検出素子は、それぞれ、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し、
交互に直列接続された第１、第２層間接続部材は、他面に風が当たったときの一面と他面の温度差に応じた起電力を発生し、
検出処理手段は、複数の検出素子の起電力に基づいて、温度差が最大となる１つ以上の検出素子を特定し、特定された検出素子の位置に基づいて、風向を算出することを特徴としている。
【０００７】
これによれば、機械式の可動部を持たない、上記した構造を有する熱電変換素子からなる検出素子を用いて風向を検出するので、微弱な風の風向の検出が可能となる。
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における風向計の構成を示す模式図である。
【図２】図１中のII−II線断面図である。
【図３】図１中の検出素子の平面図である。
【図４】図３中のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図３中のV−V線に沿った断面図である。
【図６】検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】風が当たっているときの第１実施形態の風向計の断面図である。
【図８】図１中の制御部が実行する制御処理のフローチャートである。
【図９】第１実施形態の風向計による風向の算出例を示す模式図である。
【図１０】第２実施形態における風向検出部の斜視図である。
【図１１】第２実施形態における風向検出部の横断面図である。
【図１２】第３実施形態における風向検出部の横断面図である。
【図１３】第４実施形態における風向検出部の横断面図である。
【図１４】図１３中の検出素子およびペルチェ素子の平面図である。
【図１５】図１３中のXV−XV線に沿った断面図である。
【図１６】図１３中のXVI−XVI線に沿った断面図である。
【図１７】図１３中のペルチェ素子の作動を説明するための模式図である。
【図１８】風速と検出素子の電圧値との相関関係を示す図である。
【図１９】他の実施形態における風向検出部の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、風向計（風向検出装置）は、風向検出部１と、制御部２と、表示部３とを備えている。
【００１２】
風向検出部１は、複数の検出素子１０が円筒管１１の外面に固定されたものである。円筒管１１は、複数の検出素子１０を支持する金属製の支持部材である。複数の検出素子１０は、円筒管１１の軸線方向（図中上下方向）における所定領域であって、円筒管１１の周囲方向全域に並んで貼り付けられている。本実施形態では、図２に示すように、８枚の検出素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈが円筒管１１に貼り付けられている。
【００１３】
検出素子１０は、両面の温度差に応じた起電力を発生する熱電変換素子である。１枚の検出素子１０は、一面とその反対側の他面を有する板状であり、厚さが１ｍｍ以下であって、平面形状が長方形である。検出素子１０は、一面を内側とし、他面を外側として円筒管１１の外面に支持されている。検出素子１０の円筒管周囲方向での長さは、円筒管周囲長さの約１／８の大きさである。なお、本実施形態では、隣り合う検出素子１０の間隔をできるだけ小さくしているが、１枚の検出素子を本実施形態よりも小さくして、隣り合う検出素子１０の間隔を大きくしてもよい。
【００１４】
検出素子１０は、図３〜図５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、検出素子１０の構造について具体的に説明する。なお、図３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。また、図３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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
このように、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を配置しているため、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、検出素子１０の高感度化が可能である。
【００１９】
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。このように、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、検出素子１０の高感度化が可能である。
【００２０】
このように、本実施形態では、高感度な検出素子１０を用いるので、検出素子１０を用いて風向を検出することが可能である。
【００２１】
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。
【００２２】
具体的には、図４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４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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
具体的には、図４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。
【００２６】
また、図５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３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。
【００２７】
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３および図４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。
【００２８】
以上が本実施形態における基本的な検出素子１０の構成である。そして、このような検出素子１０は、検出素子１０の両面の温度差に応じたセンサ信号（起電圧）を制御部２に出力する。両面の温度差が変化すると、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。
【００２９】
本実施形態の検出素子１０は、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が熱可塑性樹脂を用いて構成されており、可撓性を有している。このため、円筒管１１の外面に応じて湾曲させた状態で、検出素子１０を円筒管１１の外面に貼り付けることができる。
【００３０】
ここで、上記検出素子１０の製造方法について図６を参照しつつ説明する。
【００３１】
まず、図６（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。
【００３２】
次に、図６（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
続いて、図６（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。
【００３６】
次に、図６（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６（ｂ）と同様の工程で行うことができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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６（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。
【００４０】
そして、上記各工程とは別工程において、図６（ｅ）および図６（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。
【００４１】
その後、図６（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。
【００４２】
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。
【００４３】
続いて、図６（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、１４１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。
【００４４】
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、上記検出素子１０が製造される。
【００４５】
制御部２は、検出素子１０の検出結果に基づいて、風向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、表示部３の作動を制御する。
【００４６】
表示部３は、制御部２によって算出された風向を表示するモニター等の表示手段である。  
【００４７】
ここで、本実施形態の風向計による風向の検出方法について説明する。
【００４８】
図７に示されるように、検出素子１０と異なる温度の風が検出素子１０に当たると、検出素子１０の風が当たった外面側と風が当たらなかった内面側で温度差が生じる。すなわち、検出素子１０よりも低温の風が検出素子１０の外面に当たると、検出素子１０の外面側が冷やされて、外面の温度Ｔｏｕｔが内面の温度Ｔｉｎよりも低くなる。また、検出素子１０よりも高温の風が検出素子１０の外面に当たると、検出素子１０の外面側が暖められて、外面の温度Ｔｏｕｔが内面の温度Ｔｉｎよりも高くなる。そして、検出素子１０の両面に温度差が生じると、この温度差に応じた起電力（起電圧）が検出素子１０に生じる。
【００４９】
また、図７中の破線矢印のように、円筒管１１の外周全周に固定された複数の検出素子１０に対して、一方向から風が当たると、風量や風向きにより、各検出素子１０での両面温度差に違いが生じる。両面温度差は、風が直接当たった検出素子１０が最大となる。換言すると、両面温度差は、風向計に向かって吹いてくる風に対して外面が対向する検出素子１０が最大となる。ちなみに、図７中の破線矢印で示すように、検出素子１０に直接当たった風は、円筒管１１の外周に沿って流れる。その際、円筒管１１の外周に沿って流れる風は、検出素子１０と順に熱交換しながら流れる。このため、両面温度差は、風が直接当たった検出素子１０が最大となり、風流れ下流側の検出素子１０ほど小さくなる。
【００５０】
したがって、両面温度差が最大、すなわち、起電圧が最大となる検出素子１０を特定することで、その検出素子１０に向かって風が吹いていることがわかる。
【００５１】
そこで、制御部２は、風向検出処理として、図８に示される制御処理を実行する。この制御処理は、風向計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８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。
【００５２】
まず、ステップＳ１で、各検出素子１０の出力値（電圧値Ｖ１０）を取得する。
【００５３】
続いて、ステップＳ２で、各検出素子１０の電圧値Ｖ１０について、電圧値Ｖ１０の絶対値がしきい値Ｖｔｈ以上か否かを判定する。しきい値Ｖｔｈは、風が吹いている状態と無風状態とを区別できるように設定される。各検出素子１０は、検出素子１０よりも高温の風が当たった場合、電圧値Ｖ１０が正の値となり、検出素子１０よりも低温の風が当たった場合、電圧値Ｖ１０が負の値となるように構成されている。
【００５４】
したがって、無風の場合、否定（ＮＯ）判定して、図８の制御処理を終了する。この場合、表示部３に風向は表示されない。一方、風が吹いている場合、絶対値がしきい値Ｖｔｈ以上の起電圧が検出素子１０で発生するので、制御部２は、肯定判定（ＹＥＳ）して、ステップＳ３へ進む。
【００５５】
ステップＳ３では、各検出素子１０の電圧値Ｖ１０のうち、電圧値Ｖ１０が最も大きな２つの検出素子１０を特定する。
【００５６】
続いて、ステップＳ４で、ステップＳ３で特定した２つの検出素子１０の位置と、ステップＳ３で特定した２つの電圧値Ｖ１０の割合（比率）に基づいて、風向を算出する。２つの検出素子１０の中間位置よりも割合が高い方の検出素子１０側にシフトした位置から円筒管１１の中心位置に向かう方向が風向である。２つの電圧値Ｖ１０の割合が同じ場合（１：１の場合）、２つの検出素子１０の中間位置から円筒管１１の中心位置に向かう方向が風向である。
【００５７】
例えば、図７中の破線矢印のように、検出素子１０よりも高温の風が吹いている場合、各検出素子１０の電圧値Ｖ１０のうち、検出素子１０ａの電圧値Ｖ１０ａと、検出素子１０ｂの電圧値Ｖ１０ｂとが最大となる。この場合、図９に示されるように、円筒管１１の外面のうち２つの検出素子１０ａ、１０ｂが配置された範囲Ｒを、２つの電圧値Ｖ１０ａ、Ｖ１０ｂの割合に応じて分割する。検出素子１０ｂの外側端部（図中右側端部）からＶ１０ａ／（Ｖ１０ａ＋Ｖ１０ｂ）Ｒの位置Ｐ１を分割位置とする。Ｖ１０ａ＝１６Ｖ、Ｖ１０ｂ＝１４Ｖのとき、Ｖ１０ａ／（Ｖ１０ａ＋Ｖ１０ｂ）Ｒ＝１６／（１６＋１４）Ｒ＝８／１５Ｒであるため、検出素子１０ｂの外側端部から８／１５Ｒの位置Ｐ１を分割位置とする。そして、図９中の破線で示すように、分割位置Ｐ１から円筒管１１の中心位置Ｐ０に向かう方向を風向とする。このようにして、風向を算出することができる。
【００５８】
その後、ステップＳ５で、算出した風向を表示するための制御信号を表示部３に向けて出力する。これにより、表示部３に風向が表示される。
【００５９】
以上の説明の通り、本実施形態によれば、機械式の可動部を持たない、熱電変換素子からなる検出素子１０を用いて風向を検出するので、微弱な風の風向の検出が可能となる。さらに、本実施形態によれば、高感度な検出素子１０を用いていることからも、微弱な風の風向の検出が可能となる。
【００６０】
また、上記した従来の風向計は、機械式の可動部を有するため、風向変化時にベーンが慣性により回転してしまうため、慣性によるベーンの回転がなくなるまで待つか、この慣性による回転を考慮して、風向を求めなければならないという問題があった。これに対して、本実施形態によれば、機械式の可動部を持たない検出素子１０を用いるので、このような問題は発生しない。
【００６１】
（第２実施形態）
図１０、１１に示すように、本実施形態の風向計は、第１実施形態の風向計に対して、複数の風除け１２を追加したものであり、その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００６２】
風除け１２は、金属製の板状部材で構成される。風除け１２は、隣り合う検出素子の間に、円筒管１１の外面から円筒管１１の径方向外側に延びるように設けられている。本実施形態では、８枚の検出素子１０ａ〜１０ｈに対して、８枚の風除け１２が用いられている。風除け１２は、円筒管１１周囲の空間を各検出素子１０に対面する空間に仕切っている。円筒管１１の外面から外側に延びる方向における風除け１２の長さは、風上の検出素子１０に風が当たり、風下の検出素子１０に風が当たらないように、設定される。
【００６３】
ここで、風向検出部１に風除け１２を設けていない場合、風向検出部１に当たる風が一定の風速以上になると、風向検出部１の風下にカルマン渦が発生する。風下側の検出素子１０にカルマン渦が当たると、検出素子１０に両面温度差が生じ、起電圧が発生する。これが、風向検出のノイズとして影響するため、風向検出にカルマン渦を考慮する必要が生じる。
【００６４】
これに対して、本実施形態では、風向検出部１に風除け１２を設けることで、風向検出部１の風下でのカルマン渦の発生を抑制できる。よって、本実施形態によれば、風向検出にカルマン渦を考慮する必要がなくなる。すなわち、図１１に示すように、風除け１２によって、風向検出部１の風上側の３枚の検出素子１０に風が当たり、この３枚の検出素子１０のみから起電圧が発生する。このため、第１実施形態と同様に、制御部２が図８に示される制御処理を実行することで、カルマン渦の影響を受けずに、高精度に風向を検出できる。
【００６５】
（第３実施形態）
図１２に示すように、本実施形態の風向計は、第１実施形態の風向計に対して、検出素子１０と金属製の円筒管１１との間に断熱部材１３を挿入したものであり、その他の構成は、第１実施形態と同じである。断熱部材１３としては、ロックウール等の繊維系断熱材や、発泡ウレタン等の発泡系断熱材等を用いることができる。
【００６６】
ここで、風向検出部１に断熱部材１３を設けていない場合、検出素子１０と円筒管１１に温度差があると、検出素子１０と円筒管１１との間で熱量ΔＱが移動する。この場合、検出素子１０に風が当たっても、検出素子１０に生じる両面温度差が小さくなり、起電圧が小さくなってしまう。すなわち、検出素子１０の感度が低下してしまう。
【００６７】
これに対して、本実施形態では、検出素子１０と円筒管１１との間に断熱部材１３を設けているので、検出素子１０と円筒管１１との間の熱量ΔＱの移動を抑制でき、移動熱量ΔＱにより生じる検出素子１０の両面温度差の低下を防止できる。これにより、検出素子１０の起電圧の低下を防止でき、検出素子１０の感度を向上できる。
【００６８】
なお、本実施形態では、断熱部材１３を用いたが、断熱部材１３を用いる代わりに、円筒管１１を樹脂材料で構成してもよい。この場合、一般的に樹脂材料は金属材料よりも熱伝導率が低いので、円筒管１１が金属製である場合と比較して、検出素子１０と円筒管１１との間の熱量の移動を抑制でき、本実施形態と同じ効果が得られる。
【００６９】
（第４実施形態）
図１３に示すように、本実施形態の風向計は、第１実施形態の風向計に対して、ペルチェ素子２０を追加したものであり、他の構成については、第１実施形態と同じである。
【００７０】
ペルチェ素子２０は、各検出素子１０の内面側であって、円筒管１１の外面側に設けられている。ペルチェ素子２０は、電力を与えると、ペルチェ素子２０の一面側が発熱する熱電変換素子であり、検出素子１０を加熱する加熱手段（ヒータ）として用いられている。
【００７１】
また、図１４〜１６に示すように、ペルチェ素子２０は、検出素子１０と同じ構造を有し、検出素子１０と積層されて一体化されているものである。すなわち、ペルチェ素子２０と検出素子１０は、同じ構造の熱電変換素子を２つ積層した積層体であり、一方の熱電変換素子を検出素子１０とし、他方の熱電変換素子をペルチェ素子２０として構成したものである。ペルチェ素子２０と検出素子１０は、例えば、第１実施形態で説明した検出素子１０の製造方法において、図６（ｇ）に示される積層体１７０を２段重ねに変更し、この２段重ねの積層体１７０を一括加熱加圧することで製造される。
【００７２】
ここで、検出素子１０に当たる風と検出素子１０とが同じ温度の場合、検出素子１０に両面温度差が生じないため、風向を検出できないという問題が生じる。また、検出素子１０に対して熱源から熱量が供給されない場合、検出素子１０が低温の風に当り続けると、検出素子１０の両面温度差がなくなり、風向を検出できなくなるという問題が生じる。
【００７３】
そこで、本実施形態では、図１７に示すように、風向検出時に、制御部２がペルチェ素子２０を通電し、ペルチェ素子２０によって検出素子１０を加熱することにより、検出素子１０の内面温度Ｔｉｎを周囲温度（環境温度）よりも高温とする。すなわち、ペルチェ素子２０から検出素子１０を通過して検出素子１０の外側に向かう熱移動（熱流）を形成する。このとき、環境温度の影響により、検出素子１０の外面温度Ｔｏｕｔは内面温度Ｔｉｎよりも低くなる。このようにして、検出素子１０に基準となる両面温度差を形成しておく。このため、検出素子１０は、無風状態のときであっても、一定の起電圧がバイアスとして発生し、制御部２にその起電圧を出力する。
【００７４】
これによれば、検出素子１０に風が当たると、常に、検出素子１０の外面側が冷やされて、検出素子１０の外面温度Ｔｏｕｔが低下して、両面温度差が大きくなるので、常に、風向を検出することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、ペルチェ素子２０によって、基準となる熱流を形成しているので、両面温度差が最大となる１つの検出素子１０の起電圧から、風速や風量を算出することも可能である。
【００７６】
ここで、図１８に示すように、ペルチェ素子２０への供給電力および環境温度が一定のとき、風速と検出素子１０の電圧値との間に相関関係がある。この相関関係は、環境温度によって異なる。したがって、ペルチェ素子２０へ所定電力を供給した場合において、環境温度毎に、この相関関係を実験により予め求めておく。そして、制御部２は、風向検出処理と同様に、検出素子１０の電圧値が最大となる１つの検出素子１０を特定する。制御部２は、その検出素子１０の電圧値と、環境温度に応じた風速と電圧値との相関関係とに基づいて、風速を算出することができる。
【００７７】
このとき、例えば、種々の環境温度毎に、検出素子１０の電圧値と風速との関係を予め実験から求めておく。そして、標準温度のときの検出素子１０の電圧値と風速との関係の違いから、環境温度毎に必要な補正係数を求めておき、メモリに記憶しておく。制御部２は、風速の算出時に、検出素子１０の電圧値に補正係数をかけ、標準温度のときの検出素子１０の電圧値と風速の関係を用いて、風速を算出する。
【００７８】
また、例えば、種々の環境温度毎に、検出素子１０の電圧値と風速の関係を予め実験から求めておき、それらをメモリに記憶しておく。そして、制御部２は、風速の算出時に、図示しない温度センサで環境温度を測定し、測定した環境温度に対応する検出素子１０の電圧値と風速の関係を用いて、風速を算出する。
【００７９】
なお、風量についても、同様に、風量と電圧値との相関関係を実験等によって予め求めておき、風量と電圧値との関係と、測定した電圧値とに基づいて、風量を算出することができる。
【００８０】
（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。
【００８１】
（１）第１実施形態では、電圧値が最大となる２つの検出素子１０を特定し、２つの電圧値の割合から風向を算出したが、電圧値が最大となる１つの検出素子１０を特定し、その検出素子１０に向かう方向を風向としてもよい。すなわち、その検出素子１０の円筒管周方向中央位置と円筒管１１の中心位置とを結ぶ方向を風向としてもよい。ただし、風向の検出精度を高めるためには、２つ以上の検出素子１０を特定し、電圧値の割合から風向を算出することが好ましい。
【００８２】
（２）第４実施形態では、加熱手段として、検出素子１０と同じ構造のペルチェ素子２０を用いたが、他の構造のペルチェ素子を用いてもよい。また、電気ヒータ等の他の加熱手段を用いてもよい。
【００８３】
（３）上記した各実施形態では、支持部材として円筒管１１を用いたが、外面に複数の検出素子１０を支持できれば、支持部材は他の形状であってもよい。支持部材は、円柱等の柱状であってよく、横断面形状が八角形等の多角形であってもよい。また、上記した各実施形態では、複数の検出素子１０を、支持部材の周囲全周に配置したが、支持部材の周囲の一部に配置してもよい。風向の検出範囲を全方向（３６０°）としない場合、必要な風向の検出範囲に応じて、支持部材の外面に複数の検出素子１０を配置すればよい。
【００８４】
（４）上記した各実施形態では、検出素子１０で発生した起電圧（電圧値）に基づいて、制御部２が風向や風速等を算出したが、電圧値の代わりに、電流値に基づいて、風向や風速等を算出してもよい。要するに、制御部２は、検出素子１０で発生した起電力に基づいて、風向や風速等を算出できる。
【００８５】
（５）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、検出素子１０の高感度化が可能である。
【００８６】
（６）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。例えば、第２実施形態と第３実施形態との組み合わせが可能である。また、第４実施形態と、第２、第３実施形態の少なくとも一方との組み合わせが可能である。例えば、第４実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、図１９に示すように、第４実施形態の風向計に対して、円筒管１１とペルチェ素子２０との間に断熱部材１３を挿入してもよい。これにより、第３実施形態と同じ効果が得られる。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
２              制御部（検出処理手段）
１０            検出素子
１１            円筒管（支持部材）
１２            風除け
１３            断熱部材
２０            ペルチェ素子
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
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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