(57)【要約】【課題】熱流束と磁束の両方の検出が可能な複合センサを提供する。【解決手段】複合センサ１０は、絶縁基材１２に形成された第１、第２貫通孔に配置された複数の第１、第２熱電部材１４、１６と、絶縁基材１２の一面１２１に形成された複数の第１導体パターン１８と、絶縁基材１２の他面に形成された複数の第２導体パターン２０とを備える。複数の第１導体パターン１８および複数の第２導体パターン２０によって第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とが交互に直列接続された導体部３０が形成されている。導体部３０は、絶縁基材１２の厚さ方向から見て、渦巻き状となっている。【選択図】図１
2017219417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱流束および磁束を検出する複合センサであって、
一面（１２１）とその反対側の他面（１２２）とを有する絶縁基材（１２）と、
前記絶縁基材に形成された複数の第１貫通孔（１２３）に配置され、熱電材料で構成された複数の第１熱電部材（１４）と、
前記絶縁基材に前記第１貫通孔とは別に形成された複数の第２貫通孔（１２４）に配置され、前記第１熱電部材と異なる熱電材料で構成された複数の第２熱電部材（１６）と、
前記一面に配置され、前記第１熱電部材と前記第２熱電部材とを接続する複数の第１導体パターン（１８）と、
前記他面に配置され、前記第１熱電部材と前記第２熱電部材とを接続する複数の第２導体パターン（２０）とを備え、
前記複数の第１導体パターンおよび前記複数の第２導体パターンによって前記第１熱電部材と前記第２熱電部材とが交互に直列接続された構造を含む導体部（３０）が形成されており、
前記絶縁基材の厚さ方向から見た前記導体部の形状は、Ｃ字状、環状または渦巻き状である複合センサ。
【請求項２】
さらに、前記絶縁基材の厚さ方向にて、絶縁層（２２）を介して前記絶縁基材に積層され、前記導体部と電気的に接続された金属配線パターン（５０）を備え、
前記絶縁基材の厚さ方向から見た前記金属配線パターンの形状は、Ｃ字状または渦巻き状であり、
前記導体部に囲まれる領域（Ｒ１）と前記金属配線パターンに囲まれる領域（Ｒ２）とにおいて、前記絶縁基材の厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、前記導体部と前記金属配線パターンのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、前記導体部と前記金属配線パターンとが直列接続されている請求項１に記載の複合センサ。
【請求項３】
前記導体部の形状は、渦巻き状であり、
前記金属配線パターンの形状は、渦巻き状であり、
前記絶縁基材の厚さ方向かつ同一方向から見たときの前記導体部の外側から中心側に向かう巻方向と前記金属配線パターンの外側から中心側に向かう巻方向とが異なっており、
前記導体部の中心側端部（３０１）と前記金属配線パターンの中心側端部（５０１）とが電気的に接続されている請求項２に記載の複合センサ。
【請求項４】
前記絶縁基材は、第１絶縁基材（１２ａ）と、前記第１絶縁基材の厚さ方向に積層された第２絶縁基材（１２ｂ）とを含み、
前記導体部は、前記第１絶縁基材に対して形成された第１導体部（３０ａ）と、前記第２絶縁基材に対して形成され、前記第１導体部に対して前記第１、第２絶縁基材の厚さ方向に並ぶ第２導体部（３０ｂ）とを含み、
前記第１導体部に囲まれる領域（Ｒ１）と前記第２導体部に囲まれる領域（Ｒ３）とにおいて、前記第１、第２絶縁基材の厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、前記第１導体部と前記第２導体部のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、前記第１導体部と前記第２導体部とが直列接続されている請求項１に記載の複合センサ。
【請求項５】
前記第１導体部の形状は、渦巻き状であり、
前記第２導体部の形状は、渦巻き状であり、
前記絶縁基材の厚さ方向かつ同一方向から見たときの前記第１導体部の外側から中心側に向かう巻方向と前記第２導体部の外側から中心側に向かう巻方向とが異なっており、
前記第１導体部の中心側端部（３０１ａ）と前記第２導体部の中心側端部（３０１ｂ）とが電気的に接続されている請求項４に記載の複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱流束を検出する従来の熱流束センサは、第１熱電部材と第２熱電部材とが交互に直列接続された構造を有している（例えば、特許文献１参照）。この熱流束センサは、熱流束センサを熱流が通過して、第１熱電部材と第２熱電部材の一方側の接続部と他方側の接続部との間に温度差が生じると、ゼーベック効果により第１熱電部材と第２熱電部材に熱起電力が発生する。熱流束センサは、この熱起電力に応じた信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の熱流束センサは、磁束を検出することができない。このため、熱流束と磁束の両方を計測したい場合、熱流束センサを用いて熱流束を計測し、熱流束センサとは別体の磁気センサを用いて磁束を計測する必要がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、熱流束と磁束の両方の検出が可能な複合センサ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に記載の発明における複合センサは、
一面（１２１）とその反対側の他面（１２２）とを有する絶縁基材（１２）と、
絶縁基材に形成された複数の第１貫通孔（１２３）に配置され、熱電材料で構成された複数の第１熱電部材（１４）と、
絶縁基材に第１貫通孔とは別に形成された複数の第２貫通孔（１２４）に配置され、第１熱電部材と異なる熱電材料で構成された複数の第２熱電部材（１６）と、
一面に配置され、第１熱電部材と第２熱電部材とを接続する複数の第１導体パターン（１８）と、
他面に配置され、第１熱電部材と第２熱電部材とを接続する複数の第２導体パターン（２０）とを備え、
複数の第１導体パターンおよび複数の第２導体パターンによって第１熱電部材と第２熱電部材とが交互に直列接続された構造を含む導体部（３０）が形成されており、
絶縁基材の厚さ方向から見た導体部の形状は、Ｃ字状、環状または渦巻き状である。
【０００７】
この複合センサでは、絶縁基材の厚さ方向にて熱流束が絶縁基材を通過して、第１導体パターンと第２導体パターンとの間に温度差が生じると、ゼーベック効果により第１熱電部材と第２熱電部材に熱起電力が発生する。この熱起電力から熱流束を検出することができる。
【０００８】
さらに、絶縁基材の厚さ方向から見た導体部の形状が、Ｃ字状、環状または渦巻き状である。このため、導体部に囲まれる領域を通過する磁束が変化すると、導体部に誘導起電力が発生する。この誘導起電力から磁束を検出することができる。
【０００９】
よって、この複合センサによれば、熱流束と磁束の両方を検出することができる。
【００１０】
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】
【００１１】
【図１】第１実施形態における複合センサの平面図である。
【図２】図１中のII−II線での複合センサの断面図である。
【図３】図１の複合センサの斜視図である。
【図４】図１の複合センサの分解斜視図である。
【図５】図１の複合センサの出力電圧と時間の関係を示す図である。
【図６】図１の複合センサの出力電圧の第１成分と時間の関係を示す図である。
【図７】図１の複合センサの出力電圧の第２成分と時間の関係を示す図である。
【図８】第２実施形態における複合センサの平面図である。
【図９】第３実施形態における複合センサの平面図である。
【図１０】図９中のX−X線での複合センサの断面図である。
【図１１】図１０中の導体部の平面図である。
【図１２】図９の複合センサの分解斜視図である。
【図１３】第４実施形態における複合センサの平面図である。
【図１４】図１３中のXIV−XIV線での複合センサの断面図である。
【図１５】図１４中の第１導体部の平面図である。
【図１６】図１３の複合センサの分解斜視図である。
【図１７】他の実施形態における導体部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（第１実施形態）
図１〜図４に示すように、本実施形態の複合センサ１０は、絶縁基材１２と、複数の第１熱電部材１４と、複数の第２熱電部材１６と、複数の第１導体パターン１８と、複数の第２導体パターン２０と、第１保護部材２２と、第２保護部材２４とを備えている。なお、図１では、第１保護部材２２が省略されている。図３、４では、第１保護部材２２および第２保護部材２４が省略されている。
【００１４】
図２に示すように、絶縁基材１２は、フィルム状であって、一面１２１とその反対側の他面１２２とを有する。絶縁基材１２は、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。絶縁基材１２には、一面１２１から他面１２２に至って絶縁基材１２を貫通する複数の第１貫通孔１２３が形成されている。同様に、絶縁基材１２には、第１貫通孔１２３とは別に形成された貫通孔であって、一面１２１から他面１２２に至って絶縁基材１２を貫通する複数の第２貫通孔１２４が形成されている。第１貫通孔１２３と第２貫通孔１２４は、交互に配置されている。
【００１５】
複数の第１熱電部材１４のそれぞれは、複数の第１貫通孔１２３のそれぞれに配置されている。複数の第２熱電部材１６のそれぞれは、複数の第２貫通孔１２４のそれぞれに配置されている。第１熱電部材１４と第２熱電部材１６は、互いに異なる熱電材料で構成されている。熱電材料としては、金属材料や半導体材料が挙げられる。
【００１６】
複数の第１導体パターン１８は、絶縁基材１２の一面１２１に配置された導体層である。複数の第１導体パターン１８は、金属材料で構成されている。１つの第１導体パターン１８は、隣り合う第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とを接続している。したがって、第１導体パターン１８は、一面１２１側における第１熱電部材１４と第２熱電部材１６の接続部を構成している。
【００１７】
複数の第２導体パターン２０は、絶縁基材１２の他面１２２に配置された導体層である。複数の第２導体パターン２０は、金属材料で構成されている。１つの第２導体パターン２０は、隣り合う第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とを接続している。したがって、第２導体パターン２０は、他面１２２側における第１熱電部材１４と第２熱電部材１６の接続部を構成している。
【００１８】
複数の第１導体パターン１８と複数の第２導体パターン２０は、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とが交互に直列接続された構造を含む導体部３０が形成されるように、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とを接続している。すなわち、複数の第１導体パターン１８および複数の第２導体パターン２０によって、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とが交互に直列接続された構造を含む導体部３０が形成されている。
【００１９】
図１に示すように、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０の形状は、渦巻き状である。すなわち、導体部３０を絶縁基材１２の厚さ方向で絶縁基材１２の一面１２１に投影したときに、投影された導体部３０の形状は渦巻き状である。本明細書において、渦巻き状とは、１周（すなわち、一巻き）を超えて巻かれている形状を意味する。図１の例では、導体部３０は、４周を超えて巻かれている形状である。
【００２０】
図２に示すように、第１保護部材２２は、絶縁基材１２の一面１２１側に積層されている。第１保護部材２２は、フィルム状であって、一面２２１とその反対側の他面２２２とを有している。第１保護部材２２における絶縁基材１２側の表面が一面２２１であり、その反対側の表面が他面２２２である。第１保護部材２２は、絶縁基材１２の一面１２１に配置された第１導体パターン１８等の導体層を覆っている。
【００２１】
第２保護部材２４は、絶縁基材１２の他面１２２側に積層されている。第２保護部材２４は、フィルム状であって、一面２４１とその反対側の他面２４２とを有している。第２保護部材２４における絶縁基材１２側の表面が一面２４１であり、その反対側の表面が他面２４２である。第２保護部材２４は、絶縁基材１２の他面１２２に配置された第２導体パターン２０等の導体層を覆っている。第１保護部材１１および第２保護部材２４は、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。
【００２２】
図１、３、４に示すように、絶縁基材１２の一面１２１における周縁部に、導体部３０と複合センサ１０の外部とを接続するための端子部３２が形成されている。端子部３２は、配線部３４を介して、渦巻き状の導体部３０の中心部に位置する第１熱電部材１４と第２熱電部材１６の一方と接続されている。端子部３２および配線部３４は、第１導体パターン１８と同じ材料で構成された導体層である。
【００２３】
また、図１、４に示すように、絶縁基材１２の他面１２２における周縁部に、導体部３０と複合センサ１０の外部とを接続するための端子部３６が形成されている。端子部３６は、配線部３８を介して、渦巻き状の導体部３０の最外周部に位置する第１熱電部材１４と第２熱電部材１６の他方と接続されている。端子部３６および配線部３８は、第２導体パターン２０と同じ材料で構成された導体層である。端子部３２と端子部３６は、絶縁基材１２の厚さ方向で少なくとも一部が重なる位置に配置されている。
【００２４】
図４に示すように、複合センサ１０の端子部３２と端子部３６は、算出部４０に接続される。これにより、複合センサ１０からのセンサ信号が算出部４０に向けて出力される。算出部４０は、センサ信号から熱流束と磁束の両方を算出する。算出部４０の出力側には、表示部４２が接続されている。表示部４２は、算出部４０での算出結果を表示する。
【００２５】
上記した構成の複合センサ１０は、一面２４１に第２導体パターン２０が形成された第２保護部材２４と、第１、第２貫通孔１２３、１２４に第１、第２熱電部材１４、１６が配置された絶縁基材１２と、一面２２１に第１導体パターン１８が形成された第１保護部材２２とが積層された積層体を、加熱加圧することで製造される。なお、複合センサ１０は、他の製造方法によって製造されてもよい。
【００２６】
本実施形態の複合センサ１０では、絶縁基材１２の厚さ方向にて熱流束が絶縁基材１２を通過して、第１導体パターン１８と第２導体パターン２０との間に温度差が生じると、ゼーベック効果により第１熱電部材１４と第２熱電部材１６に熱起電力が発生する。導体部３０は、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とを一組として、複数組の第１熱電部材１４と第２熱電部材１６が直列に接続されている。このため、導体部３０は、各組の第１熱電部材１４と第２熱電部材１６の熱起電力の合計である総熱起電力、例えば、電圧をセンサ信号として出力する。したがって、導体部３０から出力されるセンサ信号から熱流束を検出することができる。
【００２７】
さらに、図１に示すように、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０の形状は、渦巻き状である。このため、導体部３０の最外周部に囲まれる領域Ｒ１を通過する磁束が変化すると、導体部３０に誘導起電力が発生する。導体部３０は、この誘導起電力、例えば、電圧をセンサ信号として出力する。したがって、導体部３０から出力されるセンサ信号から磁束を検出することができる。
【００２８】
ここで、算出部４０が行う熱流束と磁束の算出について説明する。
【００２９】
本実施形態の複合センサ１０は、誘導起電力による出力電圧の周波数と、熱起電力による出力電圧の周波数が異なる場合に、熱流束と磁束のそれぞれを検出できる。すなわち、本実施形態の複合センサ１０は、誘導起電力による出力電圧の増減の周期と、熱起電力による出力電圧の増減の周期とが異なる場合に、熱流束と磁束のそれぞれを検出できる。
【００３０】
例えば、所定期間において、時間経過に伴って熱流束が徐々に増加し、時間経過に伴って磁束の向きの変化が複数回生じる場合がある。この場合、複合センサ１０からの出力電圧の時間経過に伴う変化を示す出力波形は、図５に示す波形となる。
【００３１】
そこで、算出部４０は、複合センサ１０の出力波形を、図６に示す特定の周波数の第１成分と、図７に示す第２成分とに分離する。第１成分は、誘導起電力による出力の成分である。第２成分は、熱起電力による出力の成分である。この出力波形の分離方法としては、周知の分離方法を用いることができる。また、このとき、磁束の変化の周波数については、予め取得されているものとする。そして、算出部４０は、図６に示す出力波形を用いて、磁束を算出する。算出部４０は、図７に示す出力波形を用いて、熱流束を算出する。
【００３２】
また、他の例として、算出部４０は、図５に示す出力波形において、１周期毎の移動平均値を算出する。これにより、図５に示す出力波形から熱起電力による出力のみを得ることができる。算出部４０は、得られた出力値から熱流束を算出するようにしてもよい。一方、算出部４０は、図５に示す出力波形に対して、１周期毎の移動平均値を減算する。これにより、図５に示す出力波形から誘導起電力による出力のみを得ることができる。算出部４０は、得られた出力値から磁束を算出するようにしてもよい。
【００３３】
このようにして、算出部４０は、時間経過に伴う出力電圧の変化から熱流束と磁束を算出することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図８に示すように、本実施形態の複合センサ１０は、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０の形状が、環状となっている。すなわち、導体部３０を絶縁基材１２の厚さ方向で絶縁基材１２の一面１２１に投影したときに、投影された導体部３０の形状が環状となっている。導体部３０は、端子部３２、３６と、配線部３４、３８とを含む。図８に示すように、絶縁基材１２の厚さ方向からみて配線部３４と配線部３８とが交差している。このため、導体部３０は、閉じられた環状となっている。
【００３５】
本実施形態においても、導体部３０に囲まれる領域Ｒ１を通過する磁束が変化すると、導体部３０に誘導起電力が発生する。よって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
また、本実施形態では、導体部３０のうち第１、第２熱電部材１４、１６が直列接続された部分における一端側と他端側とを近接して配置することができる。このため、本実施形態によれば、第１、第２熱電部材１４、１６が直列接続された部分と、端子部３２、３６との接続が容易となる。具体的には、本実施形態によれば、第１実施形態と比較して、配線部３４を短くできる。
【００３７】
（第３実施形態）
図９〜１２に示すように、本実施形態の複合センサ１０は、第１実施形態の複合センサ１０に対して、金属配線パターン５０を追加したものである。
【００３８】
図１０に示すように、本実施形態の複合センサ１０の基本構造（断面構造）は、第１実施形態の複合センサ１０と同じである。すなわち、複合センサ１０は、絶縁基材１２と、複数の第１熱電部材１４と、複数の第２熱電部材１６と、複数の第１導体パターン１８と、複数の第２導体パターン２０と、第１保護部材２２と、第２保護部材２４とを備えている。複数の第１導体パターン１８および複数の第２導体パターン２０によって、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とが交互に直列接続された構造を含む導体部３０が形成されている。
【００３９】
図１１に示すように、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０の形状は、渦巻き状である。
【００４０】
図１０に示すように、金属配線パターン５０は、第１保護部材２２の他面２２２に配置されている。第１保護部材２２の他面２２２側に、第３保護部材５２が積層されている。第３保護部材５２は、金属配線パターン５０を覆っている。第３保護部材５２は、フィルム状であって、一面５２１とその反対側の他面５２２とを有している。第３保護部材５２における絶縁基材１２側の表面が一面５２１であり、その反対側の表面が他面５２２である。第３保護部材５２は、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。
【００４１】
図９に示すように、金属配線パターン５０は、第１保護部材２２の他面２２２において渦巻き状となっている。したがって、絶縁基材１２の厚さ方向から見た金属配線パターン５０の形状は渦巻き状となっている。
【００４２】
図１２に示すように、金属配線パターン５０は、第１保護部材２２を介して、導体部３０が形成された絶縁基材１２に対して、絶縁基材１２の厚さ方向にて積層されている。本実施形態では、第１保護部材２２が、絶縁層を構成している。図９、１２に示すように、金属配線パターン５０は、導体部３０に対して、絶縁基材１２の厚さ方向で一部が重なるように配置されている。
【００４３】
図１２に示すように、第１保護部材２２に、導体部３０と金属配線パターン５０とを接続する接続部材５４が形成されている。接続部材５４は、第１保護部材２２に形成された貫通孔の内部に配置されている。この接続部材５４によって、導体部３０の中心側端部３０１と、金属配線パターン５０の中心側端部５０１とが電気的に接続されている。導体部３０の外周側端部には、端子部３６が形成されている。金属配線パターン５０の外周側端部には、複合センサ１０の外部と接続される端子部５０２が形成されている。端子部３６、５０２は、図示しない算出部に接続される。
【００４４】
ここで、図１１に示す導体部３０の最外周部に囲まれる領域Ｒ１と、図９に示す金属配線パターン５０の最外周部に囲まれる領域Ｒ２とにおいて、絶縁基材１２の厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、導体部３０と金属配線パターン５０に誘導起電力が発生する。本実施形態では、図１１に示すように、導体部３０の外側から中心側に向かう巻方向は、右方向である。一方、図９に示すように、金属配線パターン５０の外側から中心側に向かう巻方向は、左方向である。このように、絶縁基材１２の厚さ方向かつ同一方向から見たときの導体部３０の巻方向と金属配線パターン５０の巻方向とが、異なっている。
【００４５】
このため、導体部３０の外側から中心側に向かう方向での誘導起電力の向き（すなわち、極性）と、金属配線パターン５０の外側から中心側に向かう方向での誘導起電力の向き（すなわち、極性）とが、異なる。例えば、図９、１１の紙面手前側に向かう向きの磁束が増大するとき、導体部３０では、端子部３６が正となり、中心側端部３０１が負となる。一方、金属配線パターン５０では、中心側端部５０１が正となり、端子部５０２が負となる。
【００４６】
本実施形態では、導体部３０の中心側端部３０１と金属配線パターン５０の中心側端部５０１とが接続されている。これにより、導体部３０と金属配線パターン５０のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、導体部３０と金属配線パターン５０とが直列接続されている。
【００４７】
上記した構成の複合センサ１０は、例えば、一面２４１に第２導体パターン２０が形成された第２保護部材２４と、第１、第２貫通孔１２３、１２４に第１、第２熱電部材１４、１６が配置された絶縁基材１２と、一面２２１に第１導体パターン１８が形成された第１保護部材２２と、一面５２１に金属配線パターン５０が形成された第３保護部材５２とが積層された積層体を、加熱加圧することで製造される。なお、複合センサ１０は、他の製造方法によって製造されてもよい。
【００４８】
以上の説明の通り、本実施形態では、複合センサ１０全体を通過する磁束が一様に変化するとき、導体部３０と金属配線パターン５０のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、導体部３０と金属配線パターン５０とが直列接続されている。すなわち、導体部３０と金属配線パターン５０とが順接続されている。このため、導体部３０と金属配線パターン５０のそれぞれで発生する誘導起電力が合わさる。したがって、複合センサ１０が金属配線パターン５０を有していない場合と比較して、複合センサ１０からの出力が増大する。よって、本実施形態によれば、複合センサ１０の磁束の測定精度を向上させることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、絶縁基材１２の厚さ方向かつ同一方向から見たときの導体部３０の巻方向と金属配線パターン５０の巻方向とが異なっていたが、導体部３０の巻方向と金属配線パターン５０の巻方向とが同じであってもよい。この場合であっても、導体部３０と金属配線パターン５０のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、導体部３０と金属配線パターン５０とが直列接続されていればよい。
【００５０】
ただし、導体部３０と金属配線パターン５０との接続の容易さの観点では、導体部３０の巻方向と金属配線パターン５０の巻方向とが異なっていることが好ましい。この場合、図１２に示すように、導体部３０の中心側端部３０１と金属配線パターン５０の中心側端部５０１とを接続すればよく、両者の接続距離を短くできるからである。
【００５１】
（第４実施形態）
図１３〜１６に示すように、本実施形態の複合センサ１０は、２つのセンサ部１０ａ、１０ｂが積層された構造を有する。
【００５２】
図１４に示すように、複合センサ１０は、第１センサ部１０ａと、第２センサ部１０ｂとを備える。第１センサ部１０ａの基本構造（断面構造）および第２センサ部１０ｂの基本構造（断面構造）は、第１実施形態の複合センサ１０と同じである。
【００５３】
第１センサ部１０ａと第２センサ部１０ｂのそれぞれは、絶縁基材１２と、複数の第１熱電部材１４と、複数の第２熱電部材１６と、複数の第１導体パターン１８と、複数の第２導体パターン２０と、第１保護部材２２と、第２保護部材２４とを備えている。複数の第１導体パターン１８および複数の第２導体パターン２０によって、第１熱電部材１４と第２熱電部材１６とが交互に直列接続された構造を含む導体部３０が形成されている。
【００５４】
第１センサ部１０ａの絶縁基材１２が第１絶縁基材１２ａであり、第２センサ部１０ｂの絶縁基材１２が第２絶縁基材１２ｂである。したがって、本実施形態の複合センサ１０は、絶縁基材１２として、第１絶縁基材１２ａと、第１絶縁基材１２ａの厚さ方向に積層された第２絶縁基材１２ｂとを備える。
【００５５】
また、第１センサ部１０ａの導体部３０が第１導体部３０ａであり、第２センサ部１０ｂの導体部３０が第２導体部３０ｂである。したがって、本実施形態の複合センサ１０は、導体部３０として、第１絶縁基材１２ａに対して形成された第１導体部３０ａと、第２絶縁基材１２ｂに対して形成された第２導体部３０ｂとを備える。
【００５６】
図１５に示すように、第１絶縁基材１２ａの厚さ方向から見た第１導体部３０ａの形状は、渦巻き状である。図１３に示すように、第２絶縁基材１２ｂの厚さ方向から見た第２導体部３０ｂの形状は、渦巻き状である。
【００５７】
図１６に示すように、第２導体部３０ｂは、絶縁層６０を介して、第１導体部３０ａに対して第１絶縁基材１２ａの厚さ方向に並んでいる。絶縁層６０は、第１センサ部１０ａの第１保護部材２２および第２センサ部１０ｂの第２保護部材２４で構成されている（図１４参照）。絶縁層６０には、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとを接続する接続部材６２が形成されている。接続部材６２は、絶縁層６０に形成された貫通孔の内部に配置されている。この接続部材６２によって、第１導体部３０ａの中心側端部３０１ａと、第２導体部３０ｂの中心側端部３０１ｂとが電気的に接続されている。第１導体部３０ａの外周側端部には、配線部３８と端子部３６が形成されている。第２導体部３０ｂの外周側端部には、配線部３４と端子部３２が形成されている。端子部３６、３２は、図示しない算出部に接続される。
【００５８】
ここで、図１５に示す第１導体部３０ａの最外周部に囲まれる領域Ｒ１と、図１３に示す第２導体部３０ｂの最外周部に囲まれる領域Ｒ３とにおいて、第１、第２絶縁基材１２ａ、１２ｂの厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂに誘導起電力が発生する。本実施形態では、図１５に示すように、第１導体部３０ａの外側から中心側に向かう巻方向は、右方向である。一方、図１３に示すように、第２導体部３０ｂの巻方向は、左方向である。このように、第１、第２絶縁基材１２ａ、１２ｂの厚さ方向かつ同一方向から見たときの第１導体部３０ａの巻方向と第２導体部３０ｂの巻方向とが、異なっている。
【００５９】
このため、第１導体部３０ａの外側から中心側に向かう方向での誘導起電力の向き（すすなわち、極性）と、第２導体部３０ｂの外側から中心側に向かう方向での誘導起電力の向き（すなわち、極性）とは、異なる向きである。例えば、図１３、１５の紙面手前側に向かう向きの磁束が増大するとき、第１導体部３０ａでは、端子部３６が正となり、中心側端部３０１ａが負となる。一方、第２導体部３０ｂでは、中心側端部３０１ｂが正となり、端子部３２が負となる。
【００６０】
本実施形態では、第１導体部３０ａの中心側端部３０１ａと第２導体部３０ｂの中心側端部３０１ｂとが接続されている。これにより、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとが直列接続されている。
【００６１】
上記した構成の複合センサ１０は、例えば、一面２４１に第２導体パターン２０が形成された第１センサ部１０ａの第２保護部材２４と、第１、第２貫通孔１２３、１２４に第１、第２熱電部材１４、１６が配置された第１絶縁基材１２ａと、一面２２１に第１導体パターン１８が形成された第１センサ部１０ａの第１保護部材２２と、一面２４１に第２導体パターン２０が形成された第２センサ部１０ｂの第２保護部材２４と、第１、第２貫通孔１２３、１２４に第１、第２熱電部材１４、１６が配置された第２絶縁基材１２ｂと、一面２２１に第１導体パターン１８が形成された第２センサ部１０ｂの第１保護部材２２とが積層された積層体を、加熱加圧することで製造される。なお、複合センサ１０は、他の製造方法によって製造されてもよい。
【００６２】
以上の説明の通り、本実施形態では、複合センサ１０全体を通過する磁束が一様に変化するとき、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとが直列接続されている。すなわち、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとが順接続されている。このため、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれの誘導起電力が合わさる。したがって、複合センサ１０が第１センサ部１０ａと第２センサ部１０ｂの一方のみで構成された場合と比較して、複合センサ１０からの出力が増大する。よって、本実施形態によれば、複合センサ１０の磁束の測定精度を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれに発生する熱起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとが直列接続されている。このため、本実施形態の複合センサ１０によれば、複合センサ１０が第１センサ部１０ａと第２センサ部１０ｂの一方のみで構成された場合と比較して、接続された第１熱電部材と第２熱電部材の直列数が増大する。これにより、熱起電力が増大するので、熱流束の測定精度を向上させることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、第１、第２絶縁基材１２ａ、１２ｂの厚さ方向かつ同一方向から見たときの第１導体部３０ａの巻方向と第２導体部３０ｂの巻方向とが異なっていたが、第１導体部３０ａの巻方向と第２導体部３０ｂの巻方向とが同じであってもよい。この場合であっても、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとが直列接続されていればよい。
【００６５】
ただし、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂとの接続の容易さの観点では、第１導体部３０ａの巻方向と第２導体部３０ｂの巻方向とが異なっていることが好ましい。この場合、図１６に示すように、第１導体部３０ａの中心側端部３０１ａと、第２導体部３０ｂの中心側端部３０１ｂとを接続すればよく、両者の接続距離を短くできるからである。
【００６６】
（他の実施形態）
（１）第２実施形態では、図８に示すように、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０の形状が閉じた環状であったが、これに限定されない。図１７に示すように、閉じていない環状、すなわち、開いている部分を有するＣ字状であってもよい。導体部３０がＣ字状であるとは、開いている部分における導体部３０同士の間隔Ｌ１が、ある領域を囲む部分における導体部３０同士の間隔の最大値Ｌ２よりも小さい形状を意味する。
【００６７】
（２）第３実施形態では、絶縁基材１２の厚さ方向から見た導体部３０と金属配線パターン５０のそれぞれの形状は、渦巻き状であったが、これに限定されない。導体部３０の形状は、第２実施形態のように閉じた環状であってもよく、図１７に示すようにＣ字状であってもよい。金属配線パターン５０の形状は、Ｃ字状であってもよい。これらの場合であっても、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
（３）第４実施形態では、絶縁基材１２の厚さ方向から見た第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれの形状は、渦巻き状であったが、これに限定されない。第１導体部３０ａの形状は、第２実施形態のように閉じた環状であってもよく、図１７に示すようにＣ字状であってもよい。同様に、第２導体部３０ｂの形状は、第２実施形態のように閉じた環状であってもよく、図１７に示すようにＣ字状であってもよい。また、第１導体部３０ａと第２導体部３０ｂのそれぞれの形状が、渦巻き状、環状、Ｃ字状のいずれか１つで一致していなくてもよい。
【００６９】
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り、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。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。また、上記各実施形態において、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。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【００７０】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、複合センサは、絶縁基材（１２）と、複数の第１熱電部材（１４）と、複数の第２熱電部材（１６）と、複数の第１導体パターン（１８）と、複数の第２導体パターン（２０）とを備える。複数の第１導体パターンおよび複数の第２導体パターンによって第１熱電部材と第２熱電部材とが交互に直列接続された構造を含む導体部（３０）が形成されている。導体部の形状は、Ｃ字状、環状または渦巻き状である。
【００７１】
また、第２の観点によれば、複合センサは、さらに、金属配線パターン（５０）を備える。金属配線パターンの形状は、Ｃ字状または渦巻き状である。導体部に囲まれる領域（Ｒ１）と金属配線パターンに囲まれる領域（Ｒ２）とにおいて、絶縁基材の厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、導体部と金属配線パターンのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、導体部と金属配線パターンとが直列接続されている。
【００７２】
この複合センサでは、金属配線パターンの形状が、Ｃ字状または渦巻き状となっている。このため、金属配線パターンに囲まれる領域を通過する磁束が変化すると、金属配線パターンに誘導起電力が発生する。そして、導体部と金属配線パターンのそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、導体部と金属配線パターンとが直列接続されている。このため、この複合センサによれば、金属配線パターンが無い場合と比較して、誘導起電力を増大でき、磁束の測定精度を向上させることができる。
【００７３】
また、第３の観点によれば、導体部の形状は渦巻き状であり、金属配線パターンの形状は渦巻き状である。絶縁基材の厚さ方向かつ同一方向から見たときの導体部の外側から中心側に向かう巻方向と金属配線パターンの外側から中心側に向かう巻方向とが異なっている。導体部の中心側端部（３０１）と金属配線パターンの中心側端部（５０１）とが電気的に接続されている。具体的な構成として、第３の観点の構成を採用することが好ましい。これによれば、導体部と金属配線パターンの接続距離を短くできる。
【００７４】
また、第４の観点によれば、絶縁基材は、第１絶縁基材（１２ａ）と、第１絶縁基材の厚さ方向に積層された第２絶縁基材（１２ｂ）とを含む。導体部は、第１絶縁基材に対して形成された第１導体部（３０ａ）と、第２絶縁基材に対して形成され、第１導体部に対して第１、第２絶縁基材の厚さ方向に並ぶ第２導体部（３０ｂ）とを含む。
【００７５】
第１導体部に囲まれる領域（Ｒ１）と第２導体部に囲まれる領域（Ｒ３）とにおいて、第１、第２絶縁基材の厚さ方向で通過する磁束が一様に変化するとき、第１導体部と第２導体部のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部と第２導体部とが直列接続されている。
【００７６】
この複合センサでは、Ｃ字状、環状または渦巻き状となっている第１導体部と第２導体部とを備える。このため、第１導体部に囲まれる領域（Ｒ１）と第２導体部に囲まれる領域（Ｒ３）とにおいて、磁束が変化すると、第１導体部と第２導体部の両方に誘導起電力が発生する。そして、第１導体部と第２導体部のそれぞれに発生する誘導起電力の極性が同じ向きとなる状態で、第１導体部と第２導体部とが直列接続されている。このため、この複合センサによれば、第１導体部と第２導体部の一方のみを有する場合と比較して、誘導起電力を増大でき、磁束の測定精度を向上させることができる。
【００７７】
さらに、この複合センサでは、第１導体部と第２導体部の一方のみを有する場合と比較して、接続された第１熱電部材と第２熱電部材の直列数が増大する。このため、この複合センサによれば、熱起電力を増大でき、熱流束の測定精度を向上させることができる。
【００７８】
また、第５の観点によれば、第１導体部の形状は渦巻き状であり、第２導体部の形状は渦巻き状である。絶縁基材の厚さ方向かつ同一方向から見たときの第１導体部の外側から中心側に向かう巻方向と第２導体部の外側から中心側に向かう巻方向とが異なっている。第１導体部の中心側端部（３０１ａ）と第２導体部の中心側端部（３０１ｂ）とが電気的に接続されている。具体的な構成として、第５の観点の構成を採用することが好ましい。これによれば、第１導体部と第２導体部の接続距離を短くできる。
【符号の説明】
【００７９】
１０    複合センサ
１２    絶縁基材
１４    第１熱電部材
１６    第２熱電部材
１８    第１導体パターン
２０    第２導体パターン
３０    導体部
３０ａ  第１導体部
３０ｂ  第２導体部
５０    金属配線パターン
【図１】
2017219417.tif 000003
【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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