(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜状に形成されて厚み方向の一方側に形成されている一面（４０ｄ〜５５ｄ）を有し、空気流の風圧によって変位して歪み量に基づく出力電圧を出力する複数の圧電素子（４０〜５５）と、
前記複数の圧電素子のそれぞれの前記一面の法線方向を異なる方位に向けた状態で前記複数の圧電素子を支持する支持部材（１０）と、を備え、
前記複数の圧電素子からの出力電圧によって前記空気流の風向および風速を検出するようになっており、
前記複数の圧電素子は、
所定方向の一方側に位置する頂点（６０ａ）を有する第１多角錐の複数の側面のそれぞれを前記一面によって構成する複数の第１多角錐用圧電素子（４０〜４７）と、
前記所定方向の他方側に位置する頂点（６１ａ）を有する第２多角錐の複数の側面のそれぞれを前記一面によって構成する複数の第２多角錐用圧電素子（４８〜５５）と、
を備えることを特徴とする風向風速計。
【請求項２】
前記第１多角錐用圧電素子の個数は、４の倍数であり、
前記第２多角錐用圧電素子の個数は、４の倍数であることを特徴とする請求項１に記載の風向風速計。
【請求項３】
前記複数の第１多角錐用圧電素子のそれぞれは、当該それぞれにおける前記厚み方向から視て二等辺三角形に形成されており、
前記複数の第２多角錐用圧電素子のそれぞれは、当該それぞれにおける前記厚み方向から視て二等辺三角形に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風向風速計。
【請求項４】
前記複数の第１多角錐用圧電素子のうち隣り合う２つの前記第１多角錐用圧電素子は、隙間をあけて配置されており、
前記複数の第２多角錐用圧電素子のうち隣り合う２つの前記第２多角錐用圧電素子は、隙間をあけて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の風向風速計。
【請求項５】
前記複数の第１多角錐用圧電素子（４０〜４７）を備え、前記複数の第１多角錐用圧電素子のうち隣り合う２つの前記第１多角錐用圧電素子が第１接続部（８８）によって繋がっている第１圧電部材（８６）と、
前記複数の第２多角錐用圧電素子（４８〜５５）を備え、前記複数の第２多角錐用圧電素子のうち隣り合う２つの前記第２多角錐用圧電素子が第２接続部（８８）によって繋がっている第２圧電部材（８７）と、を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の風向風速計。
【請求項６】
前記複数の圧電素子は、
薄膜状に形成されて、前記風圧によって変位して歪み量に基づく電圧を発生する圧電体であって、前記一面が当該圧電体における厚み方向の一方側の面を構成する圧電体（４０ａ〜５５ａ）と、
前記圧電体の厚み方向の一方側、および他方側に配置されて、前記圧電体に発生する電圧を前記出力電圧として出力する第１、第２の電極（４０ｂ〜５５ｂ、４０ｃ〜５５ｃ）と、をそれぞれ備え、
前記第１、第２の電極は、前記圧電体の面方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の風向風速計。
【請求項７】
前記複数の圧電素子の出力電圧に基づいて、前記複数の圧電素子のうち１つ以上の圧電素子が前記第１、第２の多角錐の内側に変位し、かつ１つ以上の圧電素子が前記第１、第２の多角錐の外側に変位したと判定すると、前記複数の圧電素子のうち、前記第１、第２の多角錐の内側に変位し、かつ最も大きな歪みが生じている圧電素子を選択し、この選択した圧電素子の前記一面が向いている方位を前記風向として検出する第１風向検出手段（Ｓ１００）と、
前記選択された圧電素子の出力電圧に基づいて前記風速を求める第１風速検出手段（Ｓ１１０）と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の風向風速計。
【請求項８】
前記複数の第１多角錐用圧電素子の出力電圧に基づいて、前記複数の第１多角錐用圧電素子のそれぞれが前記第１多角錐の内側に変位したと判定すると、前記第２多角錐の頂点（６１ａ）から前記第１多角錐の頂点（６０ａ）に向かう方位を前記風向として検出する第２風向検出手段（Ｓ１００）と、
前記それぞれが前記第１多角錐の内側に変位したと判定された前記複数の第１多角錐用圧電素子の出力電圧に基づいて、前記風速を求める第２風速検出手段（Ｓ１１０）と、
前記複数の第２多角錐用圧電素子の出力電圧に基づいて、前記複数の第２多角錐用圧電素子のそれぞれが前記第２多角錐の内側に変位したと判定すると、前記第１多角錐の頂点（６０ａ）から前記第２多角錐の頂点（６１ａ）に向かう方位を前記風向として検出する第３風向検出手段（Ｓ１００）と、
前記それぞれが前記第２多角錐の内側に変位したと判定された前記複数の第２多角錐用圧電素子の出力電圧に基づいて、前記風速を求める第３風速検出手段（Ｓ１１０）と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の風向風速計。
【請求項９】
請求項５に記載の風向風速計を製造する風向風速計の製造方法であって、
前記二等辺三角形に形成された前記複数の第１多角錐用圧電素子のそれぞれが前記第１接続部を介して繋がることにより扇型に形成されている前記第１圧電部材と、前記二等辺三角形に形成された前記複数の第２多角錐用圧電素子のそれぞれが前記第２接続部を介して繋がることにより扇型に形成されている前記第２圧電部材と、を用意する第１工程（Ｓ２００）と、
前記第１圧電部材における前記第１接続部を曲げて前記第１多角錐を構成しつつ前記複数の第１多角錐用圧電素子を前記支持部材に支持させるとともに、前記第２圧電部材における前記第２接続部を曲げて前記第２多角錐を構成しつつ前記複数の第２多角錐用圧電素子を前記支持部材に支持させる第２工程（Ｓ２１０）と、を備えることを特徴とする風向風速計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風向と風速とを検出する風向風速計、および風向風速計の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の風向風速計では、流線型の胴体部と、この胴体部の軸線方向を回転自在に胴体部を支持する支持部と、胴体部の軸線方向後側に設けられて風圧によって胴体部の軸線方向前側を風上側に向ける回転力を発生する尾翼とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このものにおいては、胴体部の軸線方向の回転角を検出するポテンショメータを備え、このポテンショメータにより検出される回転角により風上側（すなわち、風向）を求める。さらに、胴体部の軸線方向前側に配置されて風速に応じて回転するプロペラと、プロペラの回転数を風速として検出するセンサとしての交流発電機とが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車の走行用エンジンの排ガス浄化性能の向上のため、走行用エンジンとして、排ガスの排気口を車両前方に設ける型式のエンジンから、排ガスの排気口を車両後方に設ける型式のエンジンに変わりつつある。このため、エンジンルームのうちエンジンの車両後方側にエンジンの排気管等から排熱され、この排熱される熱によりエンジンルーム内の機器等に不具合が生じる恐れが生じている。この対策として、エンジンルーム内の空気流れを改善して、エンジンルーム内の冷却性を向上したいという要望がある。
【０００６】
本発明者等は、排ガスの排気口を車両後方に設ける型式のエンジンを配置したエンジンルーム内の空気流れを解析するために、自動車のエンジンルームのトランクリットを閉じた状態で、エンジンルーム内の風速と風向きを測定することを検討した。
【０００７】
例えば、風速計を用いて、その向き変えながら、方位毎の風速を測定する方法で対応することも考えられるが、風速計の向き変える毎に、自動車のトランクリット（ボンネット）を開閉する必要がある。したがって、風速と風向きを測定するのに手間がかかり、風速、風向きを効率よく測定することができない。
【０００８】
上記特許文献１の風向風速計では、上述の如く、プロペラの回転数を風速として検出し、胴体部の回転角により風向を求めることができる。しかし、胴体部の軸線方向前側にプロペラを設け、かつ胴体部の軸線方向後側に尾翼を設けることが必要となるため、体格の大型化を招いている。このため、エンジンルームのような狭空間の風速と風向きを測定するには不向きである。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、体格の小型化を実現するようにした風向風速計、および風向風速計の製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、薄膜状に形成されて厚み方向の一方側に形成されている一面（４０ｄ〜５５ｄ）を有し、空気流の風圧によって変位して歪み量に基づく出力電圧を出力する複数の圧電素子（４０〜５５）と、複数の圧電素子のそれぞれの一面の法線方向を異なる方位に向けた状態で複数の圧電素子を支持する支持部材（１０）と、を備え、複数の圧電素子からの出力電圧によって空気流の風向および風速を検出するようになっており、
複数の圧電素子は、
所定方向の一方側に位置する頂点（６０ａ）を有する第１多角錐の複数の側面のそれぞれを一面によって構成する複数の第１多角錐用圧電素子（４０〜４７）と、
所定方向の他方側に位置する頂点（６１ａ）を有する第２多角錐の複数の側面のそれぞれを一面によって構成する複数の第２多角錐用圧電素子（４８〜５５）と、を備える。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、風向風速計は、薄膜状に形成されている複数の圧電素子と複数の圧電素子を支持する支持部材とによって構成されている。このため、胴体部にプロペラや尾翼を設けることなく、複数の圧電素子の変位によって、風向、風速を検出することができる。したがって、風向風速計における体格の小型化を実現することができる。
【００１２】
但し、風向とは、空気流れの風上側の方位を意味する。
【００１３】
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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における風向風速計の側面図である。
【図２】上記実施形態における風向風速計の正面図である。
【図３】上記実施形態における風向風速計の後面図である。
【図４】図１中の圧電素子の正面図である。
【図５】図１中の圧電素子の側面図である。
【図６】上記実施形態における風向風速計の電気回路構成を示す図である。
【図７】図１中の圧電素子の変位を説明するための側面図である。
【図８】図１中の圧電素子の変位を説明するための側面図である。
【図９】図６の検出回路の検出処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１の風向風速計の製造工程を示すフローチャートである。
【図１１】図１の複数の圧電素子を構成する圧電部材である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の風向風速計１の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。
【００１６】
本実施形態の風向風速計１は、自動車のエンジンルーム（被測定空間）内の風速、風向を測定するためのセンサであって、図１〜図３に示すように、心材１０、支柱２０、台座３０、および圧電素子４０〜５５を備える。風向とは、空気流れの風上側の方位を意味する。
【００１７】
心材１０は、例えば、樹脂材料等により球状に形成されている支持部材である。心材１０には、所定方向Ｙ（例えば、水平方向）に貫通する貫通孔１０ａが形成される。貫通孔１０ａは、後述するように空気流を流通させる役割を果たす。支柱２０は、心材１０を支える細長い棒である。支柱２０は、所定方向Ｙに直交するように配置されている。台座３０は、支柱２０を介して心材１０を支える。
【００１８】
圧電素子４０は、図４および図５に示すように、圧電体４０ａ、および電極４０ｂ、４０ｃを備える。圧電体４０ａは、薄膜状に形成されて、厚み方向から視て二等辺三角形になるように形成されている。すなわち、圧電素子４０は、厚み方向から視て二等辺三角形になるように形成されている。
【００１９】
圧電体４０ａは、後述するように、空気流の風圧により変位して歪み量に基づく電圧を発生する。なお、本実施形態の圧電体４０ａは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、Ｂｕｌｋなどの材料から構成されている。
【００２０】
ここで、電極４０ｂ、４０ｃは、圧電体４０ａの歪みに伴って圧電体４０ａに発生する電圧を出力する。電極４０ｂは、圧電体４０ａの表面４０ｄのうち底辺側に配置されている。電極４０ｃは、圧電体４０ａの裏面４０ｅのうち底辺側に配置されている。電極４０ｂ、４０ｃは、圧電体４０ａの面方向でオフセットするように配置されている。圧電体４０ａの面方向とは、圧電体４０ａが拡がる板面方向である。
【００２１】
電極４０ｂ、４０ｃには、電気配線部材７０ａ、７０ｂ（図６参照）が接続されている。電気配線部材７０ａ、７０ｂは、圧電素子４０と検出回路９０との間に接続されている。電気配線部材７０ａ、７０ｂは、心材１０、支柱２０、および台座３０のそれぞれに埋め込まれている。
【００２２】
圧電素子４１〜５５は、それぞれ、圧電素子４０と同様に構成されて、圧電体４１ａ〜５５ａ、および電極４１ｂ〜５５ｂ、４１ｃ〜５５ｃを備える。圧電体４１ａ〜５５ａは、圧電体毎に、空気流の風圧により変位して歪み量に基づく電圧を発生する。圧電体４１ａ〜５５ａは、それぞれ、薄膜状に形成されて、厚み方向から視て二等辺三角形になるように形成されている。すなわち、圧電素子４１〜５５は、それぞれ、厚み方向から視て二等辺三角形になるように形成されている。
【００２３】
電極４１ｂ〜５５ｂには、電気配線部材７１ａ〜８５ａ（図６参照）のうち対応する電気配線部材が接続されている。電極４１ｃ〜５５ｃには、電気配線部材７１ｂ〜８５ｂ（図６参照）のうち対応する電気配線部材が接続されている。
【００２４】
電気配線部材７１ａ〜８５ａ、７１ｂ〜８５ｂは、圧電素子４１〜５５と検出回路９０との間に接続されている。電気配線部材７１ａ〜８５ａ、７１ｂ〜８５ｂは、心材１０、支柱２０、および台座３０のそれぞれに埋め込まれている。
【００２５】
本実施形態の圧電素子４０〜５５は、心材１０を囲むように配置されている。具体的には、圧電素子４０〜４７は、それぞれの表面４０ｄ〜４７ｄが八角錐６０の８つの側面（すなわち、錐面）を構成するように配置されている第１多角錐用圧電素子である。八角錐６０は、８つの側面がそれぞれ二等辺三角形に形成されて、かつ底面が八角形に形成されている。本実施形態の八角錐６０は、所定方向Ｙの一方側に頂点６０ａが配置されている角錐である。このため、圧電素子４０〜４７は、それぞれの裏面が心材１０側に配置されることになる。八角錐６０の８つの側面を構成する圧電素子４０〜４７は、それぞれの厚み方向から視て合同の二等辺三角形になっている。
【００２６】
圧電素子４８〜５５は、表面４８ｄ〜５５ｄが八角錐６１の８つの側面（すなわち、錐面）を構成するように配置されている第２多角錐用圧電素子である。八角錐６１は、８つの側面がそれぞれ二等辺三角形に形成されて、かつ底面が八角形に形成されている。本実施形態の八角錐６１は、所定方向Ｙの他方側に頂点６１ａが配置されている。このため、圧電素子４８〜５５は、それぞれの裏面が心材１０側に配置されることになる。これにより、八角錐６１の８つの側面を構成する圧電素子４８〜５５は、それぞれの厚み方向から視て合同の二等辺三角形になっている。本実施形態の圧電素子４０〜５５は、それぞれ同一の形状に形成されている。
【００２７】
圧電素子４０の裏面のうち所定方向Ｙの中央部よりも底辺側が心材１０に固定されている。同様に、圧電体４１ａ〜５５ａは、それぞれの裏面のうち所定方向Ｙの中央部よりも底辺側が心材１０に固定されている。
【００２８】
このように、圧電素子４０〜４７が八角錐６０の８つの側面を形成し、かつ圧電素子４８〜５５が八角錐６１の８つの側面を形成する。このため、圧電素子４０〜５５の表面４０ｄ〜５５ｄの法線方向がそれぞれ相違する方位に向くことになる。
【００２９】
本実施形態の八角錐６０および八角錐６１は、底面が共有するように形成されている。このため、八角錐６０および八角錐６１は、共通の底面に対して面対称に形成されている。
【００３０】
本実施形態では、圧電素子４０〜４７が八角錐６０の複数の側面を構成する圧電部材８６を形成している。圧電素子４８〜５５が八角錐６１の複数の側面を構成する圧電部材８７を形成している。
【００３１】
なお、本実施形態の圧電素子４０〜５５としては、その厚み寸法が５０μｍ以下であるものが用いられている。
【００３２】
次に、本実施形態の風向風速計１の電気回路構成について図６を参照して説明する。
【００３３】
風向風速計１は、検出回路９０を備える。検出回路９０は、台座３０内に配置されている。検出回路９０には、圧電素子４０〜５５が電気配線部材７０ａ〜８５ａ、７０ｂ〜８５ｂを介して接続されている。具体的には、圧電素子４０〜５５と検出回路９０との間が圧電素子毎に独立して電気配線部材７１ａ〜８５ａ、７１ｂ〜８５ｂを介して接続されている。検出回路９０は、後述するように、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、風速、風向を検出するための検出処理を実行する。
【００３４】
次に、本実施形態の風向風速計１の作動について図７、図８、図９を参照して説明する。図７は圧電素子４７、４３の変位を示す模式図である。図７では、圧電素子４０〜５５のうち圧電素子４７、４３以外の圧電素子の図示を省略している。図８は圧電素子５５、５１、４７、４３の変位を示す模式図である。図８では、圧電素子４０〜５５のうち圧電素子５５、５１、４７、４３以外の圧電素子の図示を省略している。図９は、検出回路９０の検出処理を示すフローチャートである。検出回路９０は、図９のフローチャートにしたがって、コンピュータプログラムを実行する。
【００３５】
例えば、図７中矢印Ｋの如く上側から下側に向かって空気流が流れた場合には、圧電素子４７、４３の表面４７ｄ、４３ｄには風圧が作用して圧電素子４７、４３には変位・歪みが生じる。
【００３６】
圧電素子４７は、鎖線の状態から実線の状態に変位する。すなわち、圧電素子４７のうち頂点６０ａ側が八角錐６０の内側に変位する。このため、圧電素子４７のうち表面４７ｄ側が凸になるように湾曲する。このとき、圧電素子４３は、鎖線の状態から実線の状態に変位する。すなわち、圧電素子４３のうち頂点６０ａ側が八角錐６０の外側に変位する。このため、圧電素子４３のうち裏面側が凸になるように湾曲する。
【００３７】
ここで、圧電素子４７が内側に変位したときの圧電素子４７の出力電圧の極性と、圧電素子４７が外側に変位したときの圧電素子４７の出力電圧の極性とが異なる。同様に、圧電素子４３が内側に変位したときの圧電素子４３の出力電圧の極性と、圧電素子４３が外側に変位したときの圧電素子４３の出力電圧の極性とが異なる。このため、圧電素子４３（４７）は、例えば、内側に変位した場合と外側に変位した場合とでそれぞれ歪み量が同一であっても、出力電圧が相違することになる。このため、検出回路９０は、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４０〜５５が外側に変位しているのか、或いは内側に変位しているのかを圧電素子毎に判定することができる。
【００３８】
さらに、圧電素子４７は、風速が速くなるほど、歪み量が大きくなり、圧電素子４７の出力電圧が大きくなる。圧電素子４３は、風速が速くなるほど、歪み量が大きくなり、圧電素子４３の出力電圧が大きくなる。このため、圧電素子４０〜５５は歪み量に基づく出力電圧を出力することになる。したがって、圧電素子４０〜５５の出力電圧によって風速を求めることができる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４０〜５５のうち１つ以上の圧電素子が八角錐６０（或いは、八角錐６１）の内側に変位し、かつ１つ以上の圧電素子が八角錐６０（或いは、八角錐６１）外側に変位したと判定したとき、圧電素子４０〜５５のうち、内側に変位して、かつ歪み量が最も大きい圧電素子（以下、最大変位圧電素子という）を選択する。この選択した最大変位圧電素子の表面が向いている方位を風向（すなわち、風上側）とする（ステップ１００：第１検出手段）。次に、最大変位圧電素子の出力電圧に基づいて風速を求める（ステップ１１０：第２検出手段）。
【００４０】
例えば、図８中矢印Ｋの如く、所定方向Ｙの一方側から他方側に向かって空気流が流れた場合には、圧電素子４０〜４７の頂点６０ａ側がそれぞれ八角錐６０の内側に変位する。このとき、空気流は、貫通孔１０ａを所定方向Ｙの一方側から他方側に向かって流れる。このため、圧電素子４８〜５５の頂点６１ａ側がそれぞれ八角錐６１の外側に変位する。
【００４１】
そこで、本実施形態では、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４０〜４７の頂点６０ａ側がそれぞれ八角錐６０の内側に変位したと判定したときには、所定方向Ｙの一方側（すなわち、頂点６１ａから頂点６０ａに向かう方位）を風向（すなわち、風上側）とする（ステップ１００：第２風向検出手段）。
【００４２】
この場合、圧電素子４０〜４７のうちいずれか１つの圧電素子の出力電圧に基づいて風速を求める。或いは、圧電素子４０〜４７のそれぞれの出力電圧の平均値に基づいて風速を求めてもよい（ステップ１１０：第２風速検出手段）。
【００４３】
また、所定方向Ｙの他方側から一方側に向かって空気流が流れた場合には、圧電素子４８〜５５の頂点６１ａ側がそれぞれ八角錐６１の内側に変位する。このとき、空気流は、貫通孔１０ａを所定方向Ｙの他方側から一方側に向かって流れる。このため、圧電素子４０〜４７の頂点６１ａ側がそれぞれ八角錐６１の外側に変位する。
【００４４】
そこで、本実施形態では、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４８〜５５の頂点６１ａ側がそれぞれ八角錐６１の内側に変位したと判定したときには、所定方向Ｙの他方側（すなわち、頂点６０ａから頂点６１ａに向かう方位）を風向（すなわち、風上側）とする（ステップ１００：第３風向検出手段）。
【００４５】
この場合、圧電素子４８〜５５のうちいずれか１つの圧電素子の出力電圧に基づいて風速を求める。或いは、圧電素子４８〜５５のそれぞれの出力電圧の平均値に基づいて風速を求めてもよい（ステップ１１０：第３風速検出手段）。
【００４６】
次に、本実施形態の風向風速計１の製造工程について図１０、図１１を参照して説明する。
【００４７】
まず、ステップ２００（第１工程）において、心材１０、支柱２０、および台座３０、電気配線部材７０ａ〜８７ａ、圧電部材８６、８７とを用意する。ここで、心材１０、支柱２０、および台座３０、および電気配線部材７０ａ〜８７ａは予め一体化されているものとする。
【００４８】
圧電部材８６は、図１１に示すように、圧電素子４０〜４７を有して、扇型に形成されている部材である。圧電素子４０〜４７のうち隣り合う２つの圧電素子の底辺側が接続部（第１接続部）８８によって繋がっている。圧電素子４０〜４７のうち隣り合う２つの圧電素子の側辺の間には隙間が形成されている。例えば、隣り合う圧電素子４３、４４の側辺の間には隙間が形成されている。
【００４９】
圧電部材８７は、図１１に示すように、圧電素子４８〜５５を有して、圧電部材８６と同様に、扇型に形成されている部材である。圧電素子４８〜５５のうち隣り合う２つの圧電素子の底辺側が接続部（第２接続部）８８によって繋がっている。圧電素子４８〜５５のうち隣り合う２つの圧電素子の側辺の間には隙間が形成されている。例えば、隣り合う圧電素子５１、５２の側辺の間には隙間が形成されている。
【００５０】
ここで、圧電部材８６の７つの接続部８８は、それぞれ、圧電体４０ａ〜４７ａと同様の材料から構成されている。圧電部材８７の７つの接続部８８は、それぞれ、圧電体４０ａ〜５５ａと同様の材料から構成されている。
【００５１】
次のステップ２１０（第２工程）において、圧電部材８６のうち７つの接続部８８をそれぞれ曲げる。すなわち、圧電部材８６を丸めて圧電素子４０〜４７により八角錐６０を形成する。その後、圧電素子４０〜４７のそれぞれの裏面を心材１０に貼り付ける。このとき、圧電素子４０〜４７の電極４０ｂ〜４７ｂと電気配線部材７０ａ〜７７ａのうち対応する電気配線部材とをそれぞれ接続する。圧電素子４０〜４７の電極４１ｃ〜４７ｃと電気配線部材７０ｂ〜７７ｂのうち対応する電気配線部材とをそれぞれ接続する。これにより、圧電素子４０〜４７と検出回路９０との間を圧電素子毎に独立して電気的接続することになる。
【００５２】
これに加えて、圧電部材８７のうち７つの接続部８８をそれぞれ曲げる。すなわち、圧電部材８７を丸めて圧電素子４８〜５５により八角錐６１を形成する。その後、圧電素子４８〜５５のそれぞれの裏面を心材１０に貼り付ける。
【００５３】
このとき、圧電素子４８〜５５の電極４８ｂ〜５５ｂと電気配線部材７８ａ〜８５ａのうち対応する電気配線部材とをそれぞれ接続する。圧電素子４８〜５５の電極４８ｃ〜５５ｃと電気配線部材７８ｂ〜８５ｂのうち対応する電気配線部材とをそれぞれ接続する。これにより、圧電素子４８〜５５と検出回路９０との間を圧電素子毎に独立して電気的接続することになる。
【００５４】
以上により、圧電素子４０〜４７はそれぞれの裏面のうち底辺側が心材１０に固定され、かつ圧電素子４８〜５５それぞれの裏面のうち底辺側が心材１０に固定される。このため、圧電素子４０〜５５は、表面４０ｄ〜５５ｄを異なる方位に向けた状態で圧電素子４０〜５５が風圧によって変位が可能に心材１０に支持されることになる。以上により、本実施形態の風向風速計１の製造が完了することになる。
【００５５】
以上説明した本実施形態によれば、風向風速計１は、圧電素子４０〜５５、および心材１０を備える。圧電素子４０〜５５は、薄膜状に形成されて厚み方向の一方側に形成されている表面４０ｄ〜５５ｄを有し、風圧によって変位して歪み量に基づく出力電圧を出力する。心材１０は、圧電素子４０〜５５のそれぞれの表面４０ｄ〜５５ｄをそれぞれ異なる方位に向けた状態で圧電素子４０〜５５を風圧によって変位が可能に支持する。圧電素子４０〜５５は、それぞれ風圧の大きさによって出力電圧が変化する。圧電素子４０〜５５から出力される出力電圧によって空気流の風向および風速を検出することを特徴とする。
【００５６】
したがって、風向風速計１は、薄膜状に形成されている圧電素子４０〜５５と圧電素子４０〜５５を支持する心材１０とによって構成されている。圧電素子４０〜５５の変位によって、風向、風速を同時に検出することができる。このため、胴体部にプロペラや尾翼を設ける構成にする必要がない。これにより、風向風速計１において、体格の小型化を実現することができる。例えば、風向風速計１としては、頂点６０ａ、６１ａの間の寸法が、例えば２０ｍｍとなる小型のものを実現することができる。
【００５７】
例えば、特開平５−５２８６４では、４つの圧電素子によって構成されて、風力発電装置の制御用や気象観測用などに適用される風向風速計がある。この風向風速計は、そもそも、風力発電装置の制御用や気象観測用などに適用されるものであるため、体格が大きく、エンジンルーム内のように狭小空間内の風向・風速の測定には不向きである。
【００５８】
これに対して、本実施形態の風向風速計１では、上述の如く、体格の小型化を実現することができる。このため、風向風速計１は、エンジンルーム内のように狭小空間内の多点部位の風向・風速の測定に有効である。
【００５９】
本実施形態では、圧電素子４０〜５５のうち隣り合う２つの圧電素子の側面の間には隙間が形成されている。このため、隣り合う２つの圧電素子が風圧により歪みが生じる際に、互いに干渉することはない。したがって、圧電素子４０〜５５はそれぞれ独立して変位する。
【００６０】
本実施形態の圧電素子４０〜５５と検出回路９０との間が圧電素子毎に独立して電気配線部材７１ａ〜８５ａ、７１ｂ〜８５ｂを介して接続されている。このため、検出回路９０は、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて圧電素子４０〜５５が内側に歪んでいるか、或いは外側に歪んでいるのを圧電素子毎に判定することができる。
【００６１】
以上により、圧電素子４０〜４７、４８〜５５の変位・歪みによって、風圧、風向を同時に精度良く検出することができる。
【００６２】
本実施形態の圧電素子４０〜５５では、電極４０ｂ〜５５ｂ、４０ｃ〜５５ｃは、圧電体４０ａ〜５５ａの面方向でオフセットしている。このため、圧電素子４０〜５５では、電極４０ｂ〜５５ｂ、４０ｃ〜５５ｃが接触ことを未然に防ぐことができる。
【００６３】
本実施形態では、圧電素子４０〜５５は、それぞれ、底辺側が心材１０に支持されていることになる。このため、圧電素子４０〜５５は、風圧により頂点６０ａ（６１ａ）側に歪みを生じさせることができる。したがって、テコの原理により、極微風でも、圧電素子４０〜５５に十分な歪みを生じさせることができる。よって、圧電素子４０〜５５によって風向、風速を精度良く検出することができる。
【００６４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、圧電素子４０〜４７（４８〜５５）が形成する第１多角錐（第２多角錐）を八角錐とした例について説明したが、これに代えて、圧電素子４０〜４７（４８〜５５）が形成する第１多角錐（第２多角錐）を八角錐以外のＮ角錐にしてもよい。Ｎは８以外の整数である。
【００６５】
ここで、本発明に係る複数の圧電素子（４０〜５５）の表面を多くの方位に向けて配置して風向の検出高精度を向上するためには、第１多角錐（６０）の側面の個数Ｎは４の倍数であることが望ましい。第２多角錐（６１）の側面の個数Ｎは４の倍数であることが望ましい。第１多角錐や第２多角錐としては、例えば、底辺が１２角形である１２角錐、或いは、底辺が１６角形である１６角錐を用いることができる。
【００６６】
本発明を実施する際には、圧電素子４０〜５５の表面４０ｄ〜５５ｄの法線方向がそれぞれ相違する方位に向くように圧電素子４０〜５５が配置されるならば、圧電素子４０〜４７（４８〜５５）が形成する形状を角錐以外の形状にしてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、風向風速計１内に圧電素子４０〜５５および検出回路９０を配置した例について説明したが、これに代えて、圧電素子４０〜５５および検出回路９０のうち圧電素子４０〜５５を風向風速計１内に配置してもよい。この場合、以下の（１）、（２）のようにしてもよい。
【００６８】
（１）圧電素子４０〜５５を備える風向風速計１に対して独立して、検出回路９０を配置する。圧電素子４０〜５５および検出回路９０の間を電気配線で接続する。
【００６９】
（２）圧電素子４０〜５５の検出信号を無線送信する送信回路を風向風速計１内に配置し、かつ風向風速計１に対して独立して受信回路を配置する。このため、送信回路が圧電素子４０〜５５の検出信号を送信すると、検出回路９０は、受信回路を介して圧電素子４０〜５５の検出信号を受信することができる。このため、圧電素子４０〜５５の検出信号および検出回路９０の間の電気配線を削除することができる。このため、風向風速計１と検出回路９０とを離れた場所に配置することが容易になる。
【００７０】
上記実施形態では、圧電素子４０〜５５と検出回路９０との間を圧電素子毎に独立して電気配線部材７０ａ〜８５ａ、７０ｂ〜８５ｂを介して接続した例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。
【００７１】
すなわち、圧電素子４０〜５５の電極４０ｂ〜５５ｂと検出回路９０との間を圧電素子毎に独立して電気配線部材７０ａ〜８５ａを介して接続し、かつ圧電素子４０〜５５の電極４０ｃ〜５５ｃと検出回路９０との間を共通の電気配線部材で接続する。
【００７２】
この場合、圧電素子４０〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４０〜５５のうち歪み量が最も大きくなる最大変位圧電素子を選択する。この最大変位圧電素子の表面が向いている方位を風向（すなわち、風上側）とする。最大変位圧電素子の出力電圧に基づいて風速を求める。
【００７３】
上記実施形態では、心材１０として、球状に形成されている部材を用いた例について説明したが、これに代えて、心材１０として、球状以外の形状の部材を用いてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、圧電素子４０〜４７の出力電圧に基づいて、圧電素子４０〜４７がそれぞれ内側に変位したと判定したとき、所定方向Ｙの一方側を風向とした例について説明したが、これに代えて、圧電素子４０〜４７がそれぞれ内側に変位し、かつ圧電素子４８〜５５がそれぞれ外側に変位したとき、所定方向Ｙの一方側を風向としてもよい。
【００７５】
上記実施形態では、圧電素子４８〜５５の出力電圧に基づいて、圧電素子４８〜５５がそれぞれ内側に変位した判定したとき、所定方向Ｙの他方側を風向とした例について説明したが、これに代えて、圧電素子４８〜５５がそれぞれ内側に変位し、かつ圧電素子４０〜４７がそれぞれ外側に変位したとき、所定方向Ｙの他方側を風向としてもよい。
【００７６】
上記実施形態では、心材１０に貫通孔１０ａを設けた例について説明したが、これに代えて、心材１０から貫通孔１０ａを削除してもよい。
【００７７】
上記実施形態では、本発明の風向風速計１をエンジンルーム内の風速、風向を測定するためのセンサとした例について説明したが、これに代えて、本発明の風向風速計１を、エンジンルーム以外の被測定空間内の風速、風向を測定するためのセンサとしてもよい。
【００７８】
本発明の風向風速計１を実施するにあたり、風向風速計１の所定方向Ｙを被測定空間内のどのような方向に向けて配置してもよい。
【００７９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、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。また、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。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、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特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８０】
１    風向風速計
１０    心材
２０    支柱
３０    台座
４０〜５５    圧電素子
４０ａ〜５５ａ    圧電体
４０ｂ〜５５ｂ    電極
４０ｃ〜５５ｃ    電極
６０ａ、６１ａ    頂点
【図１】
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【図２】
0006350315.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006350315.tif 000006
【図６】
0006350315.tif 000007
【図７】
0006350315.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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