(57)【要約】【課題】  簡易な部材で複数のセンサ部を異なる方向に配置することができ、複数のセンサ部に接続される複数の配線を容易に配設可能な風向風速計を提供すること。【解決手段】  絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルムの表面に形成された複数のセンサ部３とを備え、センサ部が、絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部４と、薄膜サーミスタ部に接続され絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン配線５とを備え、絶縁性フィルムが、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部２ａと、複数の帯状部の間に形成されたスリットＳとを有し、薄膜サーミスタ部が、複数の帯状部にそれぞれ設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの表面に形成された複数のセンサ部とを備え、
前記センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、
前記薄膜サーミスタ部に接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン配線とを備え、
前記絶縁性フィルムが、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部と、複数の前記帯状部の間に形成されたスリットとを有し、
前記薄膜サーミスタ部が、複数の前記帯状部にそれぞれ設けられていることを特徴とする風向風速計。
【請求項２】
請求項１に記載の風向風速計において、
前記絶縁性フィルムが、上部及び下部よりも中間部の外径が大きく形成され、前記帯状部が、半径方向外方に凸状の曲面とされ、
前記薄膜サーミスタ部が、前記帯状部の前記上部側と前記下部側と前記中間部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする風向風速計。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の風向風速計において、
前記絶縁性フィルムの略筒形状を保持する支持部材を備えていることを特徴とする風向風速計。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の風向風速計において、
前記絶縁性フィルムが、梯子形状の一枚のシートで構成されていることを特徴とする風向風速計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３６０度の全方位からの風向風速を方位によらず計測可能な風向風速計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば非特許文献１に記載されているように、サーミスタを用いた風速センサが知られている。この風速センサは、風向に対して上流側に温度検知用感熱素子を配すると共に、下流側に温度補償用感熱素子を配置して一定方向からの風の速度を測定するものである。
【０００３】
また、特許文献１には、感温素子を備えた複数の測定プローブと、これら測定プローブを固定する複数の支柱とを備えたガス状流体の流れの速さ及び方向を測定する装置が記載されている。この装置の例として、赤道円環支持体を備え、この支持体に流れ測定プローブのセンサが複数固定された装置も記載されている。これらの装置は、測定プローブのセンサとしてサーミスタ等の感温素子が用いられ、すべての感温素子が定電流で給電され、流束にさらされることによって変化する内部抵抗によって流れの速度や方向を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５１８３７０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】内山晴夫、「サーミスタを応用した風速計の試作」、八戸工業大学紀要、八戸工業大学、１９９４年０２月２８日、第１３巻、ｐ．６０−６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、非特許文献１に記載の風速センサでは、一方向の風だけに対応して設置されるため、風向きが変わった場合等の他の方向からの風については正確に計測できない。また、非特許文献１に記載の装置では、三次元的に配置された感温素子によって、風向きや風速を測定可能であるが、複雑な形状の測定プローブや支持体を設置しなければならないと共に、三次元に配置された複数の感温素子の配線を測定プローブや支持体に設けなければならず、部材コストが増大してしまうと共に多数の配線により構造が複雑化してしまう不都合があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、簡易な部材で複数のセンサ部を異なる方向に配置することができ、複数のセンサ部に接続される複数の配線を容易に配設可能な風向風速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】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る風向風速計は、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面に形成された複数のセンサ部とを備え、前記センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部に接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン配線とを備え、前記絶縁性フィルムが、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部と、複数の前記帯状部の間に形成されたスリットとを有し、前記薄膜サーミスタ部が、複数の前記帯状部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この風向風速計では、絶縁性フィルムが、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部と、複数の帯状部の間に形成されたスリットとを有し、薄膜サーミスタ部が、複数の帯状部にそれぞれ設けられているので、複数のセンサ部が３以上の方向に向いて配されることで、３６０度の全方位からの風向風速を方位によらず計測することができる。また、柔軟な絶縁性フィルムを曲げて略筒形状とすることで、複数の帯状部が外周面に配され、複数の薄膜サーミスタ部を異なる向きに容易に配置することができると共に、パターン配線によって容易に配線も可能である。さらに、複数の帯状部の間に設けられたスリットから風が通り過ぎるため、帯状部によって気流が阻害されることを抑制することができる。
【００１０】
第２の発明に係る風向風速計は、第１の発明において、前記絶縁性フィルムが、上部及び下部よりも中間部の外径が大きく形成され、前記帯状部が、半径方向外方に凸状の曲面とされ、前記薄膜サーミスタ部が、前記帯状部の前記上部側と前記下部側と前記中間部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
すなわち、この風向風速計では、略筒形状の絶縁性フィルムの中間部の外径が大きくされ、帯状部が、半径方向外方に凸状の曲面とされ、薄膜サーミスタ部が、帯状部の上部側と下部側と中間部とにそれぞれ設けられているので、各センサ部を三次元的に配置することができ、軸方向に対して直交する方向以外からの風も計測可能になる。
【００１１】
第３の発明に係る風向風速計は、第１又は第２の発明において、前記絶縁性フィルムの略筒形状を保持する支持部材を備えていることを特徴とする。
すなわち、この風向風速計では、絶縁性フィルムの略筒形状を保持する支持部材を備えているので、柔軟な絶縁性フィルムを支持部材が保持することで、自重で変形しやすい場合や強い風の中でも形状を維持することができると共に、絶縁性フィルムを大きく曲げた場合でも絶縁性フィルムの弾性を抑えて形状を維持することができる。
【００１２】
第４の発明に係る風向風速計は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムが、梯子形状の一枚のシートで構成されていることを特徴とする。
すなわち、この風向風速計では、絶縁性フィルムが、梯子形状の一枚のシートで構成されているので、梯子形状の絶縁性フィルムの両端を接続することで、複数の帯状部を外周面に配して環状を含む略筒形状を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る風向風速計によれば、略筒形状の絶縁性フィルムの外周面に軸方向に沿って延在した複数の帯状部と、複数の帯状部の間に形成されたスリットとを有し、薄膜サーミスタ部が、複数の帯状部にそれぞれ設けられているので、３６０度の全方位からの風向風速を方位によらず計測することができる。また、柔軟な絶縁性フィルムを曲げて略筒形状とすることで、複数の薄膜サーミスタ部を異なる向きに容易に配置することができると共に、パターン配線によって容易に配線も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る風向風速計の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態において、薄膜サーミスタ部及びパターン配線等を形成した絶縁性フィルムを示す展開図である。
【図３】第１実施形態において、帯状部から上部及び下部まで延在するパターン配線を示す要部の平面図である。
【図４】第１実施形態において、センサ部を示す要部拡大図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明に係る風向風速計の第２実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る風向風速計の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１６】
本実施形態の風向風速計１は、図１から図３に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の表面に形成された複数のセンサ部３とを備えている。
上記センサ部３は、絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部４と、薄膜サーミスタ部４に接続され絶縁性フィルム２の表面にパターン形成された一対のパターン配線５とを備えている。
【００１７】
上記絶縁性フィルム２は、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部２ａと、複数の帯状部２ａの間に形成されたスリットＳとを有している。なお、帯状部２ａは、三次元の風向をとらえるために最低限異なる向きに３本必要であるが、気流の流れを阻害しない本数と幅とで設定されており、例えば６〜８本設けられることが好ましい。
【００１８】
本実施形態では、絶縁性フィルム２が円筒形状とされている。この絶縁性フィルム２は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。
この絶縁性フィルム２は、図２に示すように、梯子形状の一枚のシートで構成されている。すなわち、この梯子形状の絶縁性フィルム２の両端部をつなげることで、円筒形状となる。この絶縁性フィルム２は、スリットＳの部分を切り抜くことで、容易に梯子形状を得ることができる。なお、スリットＳの幅を大きくし、帯状部２ａの幅を極細くすることで、全体を鳥かご的な形状としても構わない。
【００１９】
上記薄膜サーミスタ部４は、複数の帯状部２ａにそれぞれ設けられている。本実施形態では、帯状部２ａの上部と下部と中間部とに薄膜サーミスタ部４がそれぞれ設けられて、１本の帯状部２ａに３カ所のセンサ部３が設置されている。
【００２０】
また、本実施形態の風向風速計１は、絶縁性フィルム２の略筒形状を保持する支持部材６を備えている。この支持部材６は、絶縁性フィルム２の上部に取り付けられた円環状の部材であり、金属又は樹脂で形成されている。
なお、この支持部材６を、絶縁性フィルム２の下部に取り付けても構わない。また、絶縁性フィルム２は、自立可能な程度の剛性を有していることが好ましいが、絶縁性フィルム２の縦方向の剛性が低い場合など、絶縁性フィルム２の上部と下部との両方に支持部材６を取り付け、上下の支持部材６を上下に延在する連結棒部材等で支持することで、絶縁性フィルム２全体を支持しても構わない。
【００２１】
各センサ部３のパターン配線５は、図４に示すように、薄膜サーミスタ部４の上に複数の櫛部７ａを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極７と、一端が一対の櫛型電極７に接続され絶縁性フィルム２の表面にパターン形成された一対の主配線部８ａとを備えている。
上記パターン配線５は、例えばＮｉＣｒ膜とＰｔ膜との積層金属膜でパターン形成され、互いに対向状態に配した櫛形パターンの櫛形電極部分（櫛部７ａ）を有している。
【００２２】
上記主配線部８ａは、図２及び図３に示すように、帯状部２ａに沿って絶縁性フィルム２の円環状の上部及び下部まで延在し、さらに絶縁性フィルム２の上部又は下部に沿って円環状に延在している。また、各主配線部８ａは、絶縁性フィルム２の上部及び下部に設けられた電極部１０に他端が集められ、外部の回路や配線と接続可能とされている。
なお、各主配線部８ａは、互いに絶縁性フィルム２で平面視において交差してもよいが、その場合、絶縁性フィルム２が多層配線膜で構成されており、各主配線部８ａは異なる層の配線膜で形成されて互いに電気的に独立している。また、帯状部２ａ毎に電極部やコネクタ部を設けても構わない。
【００２３】
上記薄膜サーミスタ部４は、例えば膜厚１００〜１０００ｎｍのＴｉＡｌＮ等の窒化物からなる薄膜サーミスタ材料で、矩形状に絶縁性フィルム２にパターン形成されている。
特に、本実施形態の薄膜サーミスタ部４は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
【００２４】
また、本実施形態の風向風速計１は、絶縁性フィルム２の表面に薄膜サーミスタ部４を覆う保護膜９を備えている。なお、さらに絶縁性フィルム２の表面に絶縁性の保護シートを接着剤で接着しても構わない。
上記保護膜９は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ２０μｍのポリイミド膜が採用される。この保護膜９は、薄膜サーミスタ部４と共に櫛部７ａを覆って矩形状にパターン形成されている。
上記保護シートは、ポリイミドフィルムやテフロン（登録商標）フィルム等が採用可能である。
【００２５】
この風向風速計１を使用する場合、全てのセンサ部３に電流を流し、薄膜サーミスタ部４を熱しておく。この状態で風向風速計１では、風向に対して上流側に位置するセンサ部３の温度が一番冷えやすく、風向に対して下流側に位置するセンサ部３が一番冷えにくい。このため、各センサ部３の冷え方が風向と風速とに依存するため、各センサ部３に流れる電流値又は定電流駆動時の各センサ部３の抵抗値から風向と風速とを計測することができる。
【００２６】
このように本実施形態の風向風速計１では、絶縁性フィルム２が、略筒形状とされていると共に、外周面に軸方向に沿って延在し互いに異なる方向に向いた３以上の複数の帯状部２ａと、複数の帯状部２ａの間に形成されたスリットＳとを有し、センサ部３が、複数の帯状部２ａにそれぞれ設けられているので、複数のセンサ部３が３以上の方向に向いて配されることで、３６０度の全方位からの風向風速を方位によらず計測することができる。
【００２７】
また、柔軟な絶縁性フィルム２を曲げて略筒形状とすることで、複数の帯状部２ａが外周面に配され、複数の薄膜サーミスタ部４を異なる向きに容易に配置することができると共に、パターン配線５によって容易に配線も可能である。さらに、複数の帯状部２ａの間に設けられたスリットＳから風が通り過ぎるため、帯状部２ａによって気流が阻害されることを抑制することができる。
【００２８】
また、絶縁性フィルム２の略筒形状を保持する支持部材６を備えているので、柔軟な絶縁性フィルム２を支持部材６が保持することで、自重で変形しやすい場合や強い風の中でも形状を維持することができると共に、絶縁性フィルム２を大きく曲げた場合でも絶縁性フィルム２の弾性を抑えて形状を維持することができる。
さらに、絶縁性フィルム２が、梯子形状の一枚のシートで構成されているので、梯子形状の絶縁性フィルム２の両端を接続することで、複数の帯状部２ａを外周面に配して環状を含む略筒形状を容易に得ることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る風向風速計の第２実施形態について、図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３０】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性フィルム２が円筒形状とされているのに対し、第２実施形態の風向風速計２１では、図５に示すように、絶縁性フィルム２の中央が膨らんだ提灯形状とされている点である。すなわち、第２実施形態では、絶縁性フィルム２が、上部及び下部よりも中間部の外径が大きく形成され、帯状部２ａが、半径方向外方に凸状の曲面とされている。
【００３１】
また、薄膜サーミスタ部４が、第１実施形態と同様に、帯状部２ａの上部側と下部側と中間部とにそれぞれ設けられているが、いずれも別の方向に向いて配されている。また、中間部に配されたセンサ部３が、上部側及び下部側に配されたものよりも中心軸からの距離が長く設定されている。上部側に配されたセンサ部３は、凸曲面の帯状部２ａに沿って斜め上方に向いて形成され、下部側に配されたセンサ部３は、凸曲面の帯状部２ａに沿って斜め下方に向いて形成されている。また、中間部に配されたセンサ部３は、水平方向に向いて形成されている。したがって、帯状部２ａが互いに異なる方向に向いていると共に、１つの帯状部２ａ内の各センサ部３も互いに異なる方向に向いており、全てのセンサ部３は、三次元的にそれぞれ別々の方向に向いて配置されている。
【００３２】
また、第２実施形態では、支持部材２６が針金等の棒部材で構成され、絶縁性フィルム２の円環状の上部を先端で支持する複数の上部支持部２６ａと、半径方向外方に凸状に曲がった各帯状部２ａを裏面側で先端で支える複数の帯状部支持部２６ｂと、絶縁性フィルム２の円環状の下部を先端で支持する複数の下部支持部２６ｃと、中心軸上に配され上部支持部２６ａと帯状部支持部２６ｂと下部支持部２６ｃとの各基端が固定された中心軸部２６ｄとで構成されている。
【００３３】
上部支持部２６ａ、帯状部支持部２６ｂ及び下部支持部２６ｃの先端は、絶縁性フィルム２の裏面と接着剤等で接着されて固定されている。
なお、第２実施形態では、組立前の絶縁性フィルム２を展開した状態でスリットＳの幅を広げなくても良いが、提灯型に組み立てた際に、気流を妨げないために一定の幅のスリットＳを予め空けておくことが望ましい。
【００３４】
このように第２実施形態の風向風速計２１では、略筒形状の絶縁性フィルム２の中間部の外径が大きくされ、帯状部２ａが、半径方向外方に凸状の曲面とされ、薄膜サーミスタ部４が、帯状部２ａの上部側と下部側と中間部とにそれぞれ設けられているので、センサ部３を三次元的に配置することができ、軸方向に対して直交する方向以外からの風も計測可能になる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に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。
【００３６】
例えば、上記各実施形態では、絶縁性フィルムの筒形状を支持部材で保持しているが、絶縁性フィルムの裏面に支持部材として熱硬化性樹脂を貼り付け、熱で円筒状や提灯形状等の筒形状に変形させて固定しても構わない。
また、絶縁性フィルムの弾性が十分にある場合、単に細い針金や糸で絶縁性フィルムの上部と下部とを連結し、提灯形状を保持するようにしても構わない。
また、風が当たらない部分に温度補償用のセンサ部を設けても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１，２１…風向風速計、２…絶縁性フィルム、２ａ…帯状部、３…センサ部、４…薄膜サーミスタ部、５…パターン配線、６，２６…支持部材、Ｓ…スリット
【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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