JP6981336B2 - 熱流測定装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱流束センサと、熱電対を有する熱電対シートとが一体化された熱流測定装置およびその製造方法に関するものである。

従来より、薄いフィルム状に形成され、厚み方向の一方の面と他方の面との間を流れる熱流束に応じた信号を出力する熱流束センサが知られている。

例えば、特許文献１には、１個の多層基板を製造する工程で、電気的に独立した複数の熱流束センサを同時に形成した熱流測定装置が記載されている。この熱流測定装置は、複数の熱流束センサの性能個体差を小さくしたものである。

特開２０１６−１１９５０号公報

特許文献１に記載の熱流測定装置は、測定対象物の表面に取り付けることにより、測定対象物の内部から発生する熱流を測定することが可能である。しかしながら、測定対象物の表面の熱流は、測定対象物の内部で発生する熱の影響を受けると共に、外気温の変化による影響も受ける。このため、熱流測定装置は、測定対象物の内部で発生する熱に応じた信号を出力すると共に、外気温の変化に応じた信号も出力する。したがって、測定対象物の表面に熱流測定装置を取り付けた熱流測定では、外気温の変化に応じた信号が温度ドリフトとなり、測定対象物の内部で発生する熱の検出が困難になるという問題がある。

その対策として、熱流測定装置に対し、熱流束センサに加え、熱電対を設けることが考えられる。熱電対を用いて外気温の変化による対象物の表面の温度変化を検出すれば、熱流束センサから出力される信号と熱電対から出力される信号とに基づき、熱流束センサの信号から温度ドリフトの影響を低減することが可能である。

このため、本発明者らは、熱流束センサと熱電対を有する熱電対シートとを一体化した熱流測定装置を構成して検討を行った。具体的には、この熱流測定装置における熱流束センサは、熱可塑性樹脂を有する樹脂部材の内部に、熱電変換素子としての第１、第２層間接続部材が直列に接続された状態で配置されている。また、この熱流測定装置における熱電対シートは、熱可塑性樹脂を有する樹脂部材の内部に、熱電対が配置されることで構成されている。そして、熱流測定装置は、熱流束センサにおける樹脂部材と、熱電対シートにおける樹脂部材とが融着することによって一体化されている。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、この熱流測定装置では、熱流束センサの樹脂部材と熱電対シートにおける樹脂部材との境界の端部から剥離が発生することが確認された。

本発明は上記点に鑑み、熱流束センサと、熱電対を有する熱電対シートとが一体化された熱流測定装置において、熱流束センサと熱電対シートとが剥離することを抑制できる熱流測定装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、熱流束センサ（１０）と、熱電対（２００）を有する熱電対シート（２０）とが一体化された熱流測定装置であって、板状の絶縁基材（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熱電変換素子（１３０、１４０）が埋め込まれており、前記絶縁基材の表面（１００ａ）側に熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材（１１０）が配置されていると共に、前記絶縁基材の裏面（１００ｂ）側に熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材（１２０）が配置されている前記熱流束センサと、熱電能が異なる金属から構成された第１導体（２０１）と第２導体（２０２）とが接続された接合部（２０３）を有する前記熱電対が、前記第１導体と前記第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シート（２１０）で覆われると共に、前記交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シート（２２０）で覆われた前記熱電対シートと、を備えている。そして、前記熱流束センサおよび前記熱電対シートは、互いの前記熱可塑性樹脂が融着することで一体化されており、前記熱流束センサと前記熱電対シートとの境界における境界端部（Ａ）は、前記境界を構成する前記熱流束センサの熱可塑性樹脂および前記熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シート（３０）で覆われており、前記熱流束センサは、前記表面保護部材および前記裏面保護部材が前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされ、前記裏面保護部材のうちの前記絶縁基材より長くされた部分が前記表面保護部材側に曲げられて前記表面保護部材と融着しており、前記熱電対シートは、前記裏面保護部材のうちの前記表面保護部材と融着している部分を挟んで前記表面保護部材と反対側に配置され、前記裏面保護部材の折り曲げられた部分と融着しており、前記保護シートは、前記境界のうちの前記表面保護部材から最も離れた前記境界端部を覆っている。

これによれば、熱流束センサと熱電対シートの境界端部は、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂同士の融着強度よりも、当該境界を構成する部分の熱可塑性樹脂との融着強度が高くなる保護シートで覆われる。このため、熱流束センサと熱電対シートとが剥離することを抑制できる。

また、請求項３では、熱流束センサ（１０）と、熱電対（２００）を有する熱電対シート（２０）とが一体化された熱流測定装置の製造方法であって、板状の絶縁基材（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、前記第１、第２ビアホールに熱電変換素子（１３０、１４０）を構成する導電性ペースト（１３１、１４１）が充填されたものを用意することと、熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材（１１０）を用意することと、熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材（１２０）を用意することと、熱電能が異なる金属から構成された第１導体（２０１）と第２導体（２０２）とが接続された接合部（２０３）を有する前記熱電対が、前記第１導体と前記第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シート（２１０）で覆われると共に、前記交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シート（２２０）で覆われた前記熱電対シートを用意することと、前記裏面保護部材、前記絶縁基材、前記表面保護部材を順に積層すると共に、前記熱電対シートを配置する部材配置を行うことと、前記裏面保護部材、前記絶縁基材、前記表面保護部材の積層方向から加圧しながら加熱することにより、前記導電性ペーストから前記熱電変換素子を構成して前記熱流束センサを構成しつつ、前記熱流束センサを構成する熱可塑性樹脂と前記熱電対シートとを構成する熱可塑性樹脂とを融着させて前記熱流束センサと前記熱電対シートとを一体化することと、前記熱流束センサと前記熱電対シートとの境界を構成する前記熱流束センサの熱可塑性樹脂および前記熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シート（３０）を用意することと、前記境界における境界端部（Ａ）を前記保護シートで覆うことと、を行い、前記表面保護部材を用意することでは、前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた前記表面保護部材を用意し、前記裏面保護部材を用意することでは、前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた前記裏面保護部材を用意し、前記部材配置を行うことでは、前記表面保護部材と前記裏面保護部材とが前記絶縁基材から面方向に長くされた位置において、前記裏面保護部材が前記表面保護部材側に折り曲げられ、前記裏面保護部材のうちの折り曲げられた部分を挟んで前記表面保護部材と反対側に前記熱電対シートを配置する。

これによれば、熱流束センサと熱電対シートの境界端部が保護シートで覆われた熱流測定装置が製造される。つまり、境界端部が境界を構成する部分の熱可塑性樹脂同士の融着強度よりも、当該境界を構成する部分の熱可塑性樹脂との融着強度が高くなる保護シートで覆われた熱流測定装置が製造される。このため、熱流束センサと熱電対シートとの剥離が抑制された熱流測定装置が製造される。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における熱流測定装置の平面図である。 図１中のII−II線に沿った断面図である。 加熱処理時間と結晶化度とに関する実験結果を示す図である。 加熱処理時間と、イミド環のＣ−Ｎ伸縮振動とに関する実験結果を示す図である。 波数と吸光度とに関する実験結果を示す図である。 加熱処理時間とピール強度とに関する実験結果を示す図である。 紫外線露光量とピール強度とに関する実験結果を示す図である。 保護部材がない場合と保護部材がある場合とにおいて、剥離または破壊の有無に関する実験結果を示す図である。 図２に示す熱流測定装置を測定対象物に設置した状態を示す模式図である。 図９中のX−X線に沿った断面図である。 熱流測定装置を構成する熱流束センサの出力特性と熱電対シートの出力特性とを模式的に示すグラフである 第１実施形態における熱流測定装置の製造工程を示すフローチャートである。 図１２中の熱電対シート形成工程を示すフローチャートである。 図１３中の熱電対積層体形成工程における第１絶縁シートおよび熱電対を積層した状態を示す平面図である。 図１４中のXV−XV線に沿った断面図である。 図１３中の熱電対積層体形成工程における第１絶縁シートおよび熱電対を積層して固定した状態を示す平面図である 図１３中の熱電対積層体形成工程における第１絶縁シート、熱電対および第２絶縁シートを積層した状態を示す平面図である 図１３中のプレス工程を示す断面図である。 図１３中の切断工程で切断される切断箇所を示す平面図である。 図１３中の切断工程で切断された熱電対シートを示す平面図である。 図１２中の熱流束センサ用部材用意工程における表面保護部材を用意する工程を示す断面図である。 図１２中の熱流束センサ用部材用意工程における絶縁基材を用意する工程を示す断面図である。 図１２中の熱流束センサ用部材用意工程における裏面保護部材を用意する工程を示す断面図である。 図１２中の保護シート用意工程で用意される保護部材を示す平面図である。 図１２中の積層体形成工程を示す平面図である。 図１２中のXXIV−XXIV線に沿った断面図である。 第２実施形態における熱流測定装置の他面側の平面図である。 第２実施形態における切断工程で切断される切断箇所を示す平面図である。

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。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１および図２に示されるように、本実施形態の熱流測定装置１は、熱流束センサ１０と、熱電対２００を有する熱電対シート２０とが一体化されて構成されている。なお、図１では、後述する表面保護部材１１０が透明または半透明のものであるとして、複数の表面配線パターン１１１の位置を実線にて記載している。

まず、熱流束センサ１０の構成について説明する。

熱流束センサ１０は、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構造とされている。なお、本実施形態では、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が熱電変換素子に相当している。

絶縁基材１００は、可撓性を有する熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされている。そして、絶縁基材１００には、厚み方向に貫通する複数の第１ビアホール１０１および第２ビアホール１０２が互い違いに形成されている。本実施形態では、絶縁基材１００は、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。なお、熱可塑性ポリイミドは、他の部材と接合される際の融着層として機能する部分である。

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が埋め込まれている。つまり、絶縁基材１００には、第１層間接続部材１３０と第２層間接続部材１４０とが互い違いになるように埋め込まれている。

第１層間接続部材１３０と第２層間接続部材１４０とは、ゼーベック効果を発揮するように、熱電能が互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成されている。例えば、第１層間接続部材１３０は、Ｐ型を構成するＢｉ（ビスマス）−Ｓｂ（アンチモン）−Ｔｅ（テルル）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、例えば、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。

なお、熱流測定装置１の平面図である図１では、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が後述する表面配線パターン１１１に隠れるが、理解をし易くするため、第１、第２層間接続部材１３０、１４０の位置を破線で示し、そこにハッチングを施してある。

表面保護部材１１０は、熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされ、絶縁基材１００の表面１００ａを覆うように配置されている。本実施形態では、表面保護部材１１０は、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。なお、熱可塑性ポリイミドは、他の部材と接合される際の融着層として機能する部分である。

また、表面保護部材１１０は、絶縁基材１００よりも面方向の一方に長く形成されており、絶縁基材１００から面方向の一方に延びている。図２中では、表面保護部材１１０は、絶縁基材１００より紙面右側に延びている。

表面保護部材１１０には、絶縁基材１００に向き合う一面１１０ａ側に、銅箔等がパターニングされた複数の表面配線パターン１１１が形成されている。この複数の表面配線パターン１１１は、第１層間接続部材１３０の一方の端部と、それに隣り合う第２層間接続部材１４０の一方の端部とに電気的に接続されている。

裏面保護部材１２０は、熱可塑性樹脂を含んで構成された板状のフィルム状とされ、絶縁基材１００の裏面１００ｂを覆うように配置されている。本実施形態では、裏面保護部材１２０は、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層されて構成されている。なお、熱可塑性ポリイミドは、他の部材と接合される際の融着層として機能する部分である。

また、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００よりも面方向の一方に長く形成されており、絶縁基材１００から面方向の一方に延びている。図２中では、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００より紙面右側に延びている。

裏面保護部材１２０には、絶縁基材１００に向き合う一面１２０ａ側に、銅箔等がパターニングされた複数の裏面配線パターン１２１が形成されている。この複数の裏面配線パターン１２１は、第１層間接続部材１３０の他方の端部と、それに隣り合う第２層間接続部材１４０の他方の端部とに電気的に接続されている。

なお、表面配線パターン１１１および裏面配線パターン１２１は、より詳しくは、互いに隣接する第１層間接続部材１３０と第２層間接続部材１４０とが交互に折り返されて接続されるように形成されている。つまり、表面配線パターン１１１および裏面配線パターン１２１は、第１層間接続部材１３０と第２層間接続部材１４０とが直列に接続されるように形成されている。

また、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００から面方向に延びた位置において表面保護部材１１０側に曲げられ、表面保護部材１１０と融着している。なお、裏面保護部材１２０は、表面保護部材１１０よりもさらに長く延びており、一面１２０ａにおける一部が表面保護部材１１０から露出している。

裏面配線パターン１２１のうちの第１、第２層間接続部材１３０、１４０を直列に接続したものの端部となる部分は、延長配線１２２、１２３とされており、裏面保護部材１２０が絶縁基材１００よりも面方向に延びた位置にも延設されている。また、裏面配線パターン１２１における延長配線１２２、１２３は、裏面保護部材１２０が表面保護部材１１０よりもさらに長く延びた箇所まで延設されて当該箇所で露出している。そして、裏面配線パターン１２１における延長配線１２２、１２３は、露出した部分が後述する配線部４３、４４と電気的に接続されるパッド部１２４、１２５として機能する。

以上が熱流束センサ１０の構成である。そして、このような熱流束センサ１０は、厚み方向の一方の面と他方の面との間を熱流束が流れると、第１、第２層間接続部材１３０、１４０の一方の端部と他方の端部との間に温度差が生じる。この際、熱流束センサ１０には、ゼーベック効果によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０に熱起電力が発生する。このため、熱流束センサ１０は、この熱起電力をセンサ信号（例えば、電圧信号）として出力する。

次に、熱電対シート２０の構成について説明する。

熱電対シート２０は、熱電対２００、第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０が一体化されて構成されており、平面略矩形状とされている。熱電対２００は、ゼーベック効果を発揮するように、互いに熱電能が異なる金属で構成される第１導体２０１と第２導体２０２とが溶接等により接合されて構成される。そして、第１導体２０１と第２導体２０２とが接合された箇所は、温度を検出するための接合部２０３となる。なお、本実施形態の第１導体２０１と第２導体２０２とは、金属箔で構成されている。

第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０は、熱可塑性樹脂を含んで構成され、板状のフィルム状とされている。本実施形態では、第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０は、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドが順に積層された積層構造とされている。なお、熱可塑性ポリイミドは、他の部材と接合される際の融着層として機能する部分である。

そして、第１絶縁シート２１０は、第１導体２０１と第２導体２０２との配列方向に対して交差する方向の一方の側から熱電対２００を覆うように配置されている。第２絶縁シート２２０は、第１絶縁シート２１０とは反対側から熱電対２００を覆うように配置されている。つまり、熱電対シート２０は、熱電対２００が第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０で覆われた構成とされている。

また、第１絶縁シート２１０は、第２絶縁シート２２０よりも面方向の一方に長く形成されており、第２絶縁シート２２０から面方向の一方に延びている。そして、熱電対２００を構成する第１導体２０１と第２導体２０２とは、第１絶縁シート２１０が第２絶縁シート２２０よりも長く延びた箇所において、第２絶縁シート２２０側から露出している。このため、熱電対シート２０では、第１導体２０１および第２導体２０２のうちの第２絶縁シート２２０から露出している部分が後述する配線部４１、４２と電気的に接続されるパッド部２０４、２０５として機能する。

以上が熱電対シート２０の構成である。このような熱電対シート２０は、接合部２０３とパッド部２０４、２０５側の部分（例えば、後述する検出部４０）との間に温度差が生じると、ゼーベック効果によって接合部２０３に熱起電力が発生する。このため、熱電対シート２０は、この熱起電力をセンサ信号（例えば、電圧信号）として出力する。

そして、熱流測定装置１は、上記熱流束センサ１０と上記熱電対シート２０とが一体化されることで構成されている。具体的には、本実施形態では、熱流束センサ１０は、裏面保護部材１２０のうちの絶縁基材１００より面方向に延びた部分が表面保護部材１１０側に折り曲げられて表面保護部材１１０と融着している。また、熱電対シート２０は、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０とが融着した位置において、裏面保護部材１２０を挟んで表面保護部材１１０と反対側に配置されている。そして、熱電対シート２０は、第１、第２絶縁シート２１０、２２０が裏面保護部材１２０と融着することで熱流束センサ１０と一体化されている。詳しくは、本実施形態では、裏面保護部材１２０を構成する熱可塑性ポリイミドと、第１、第２絶縁シート２１０、２２０を構成する熱可塑性ポリイミド同士が融着することで一体化されている。

以下では、熱流測定装置１において、表面保護部材１１０における一面１１０ａと反対側の面を熱流測定装置１の一面１ａといい、一面１ａと反対側の面を他面１ｂともいう。

ここで、上記のように、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とが一体化された熱流測定装置１では、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界の端部から剥離が発生する可能性がある。つまり、熱流束センサ１０における裏面保護部材１２０と、熱電対シート２０における第１、第２絶縁シート２１０、２２０との境界の端部から剥離が発生する可能性がある。

このため、本発明者らは、このように剥離が発生する原因について鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、明確な原理については明らかではないが、熱可塑性樹脂の特性に基づいて以下のように推定した。すなわち、熱可塑性樹脂は、結晶化度が大きくなると融着強度が低下すると推定されている。したがって、本発明者らは、熱流束センサ１０における裏面保護部材１２０の熱可塑性樹脂と、熱電対シート２０における第１、第２絶縁シート２１０、２２０の熱可塑性樹脂との結晶化度が大きくなっていることにより、裏面保護部材１２０と第１、第２絶縁シート２１０、２２０との融着強度が低下していると推定した。なお、結晶化度とは、結晶質と非晶質とが混在している場合の全体に対する結晶質の割合を示すものであり、結晶化度が大きいほど結晶質の割合が多いことを意味する。

つまり、具体的には後述するが、熱流測定装置１を製造する際には、複数回の加熱処理が行われる。このため、本発明者らは、加熱処理によって熱可塑性樹脂の結晶化度が進んでいると想定した。そして、本発明者らは、斜入射Ｘ線回折法（すなわち、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ回折法）を用いて、熱可塑性樹脂における加熱処理時間と結晶化度との関係について検討し、図３に示す実験結果を得た。なお、図３は、熱可塑性樹脂であるポリイミドを用い、３２０°で加熱処理した実験結果である。

図３に示されるように、結晶化度は、加熱処理を行っていない場合（すなわち、図３中の加熱処理時間が０）、および加熱処理を１０分行った場合には、７％であったが、加熱処理を４８０分行った場合には１３％となった。つまり、結晶化度は、加熱処理を長く行うほど大きくなることが確認される。なお、斜入射Ｘ線回折法は、一般的に３０％程度の結晶化度を測定するのに利用される方法であり、１０％未満の結晶化度を測定する場合には誤差が含まれると考えられる。このため、加熱処理を行っていない場合と、加熱処理を１０分行った場合とで同様の結晶化度となったのは、誤差が含まれるためである想定される。

したがって、本発明者らは、加熱処理時間が０から１０分の間において、熱可塑性樹脂の状態を調査するため、以下の実験を行った。すなわち、本発明者らは、直接的に結晶化度を導出することはできないが、加熱処理前後の組成変化等によって結晶性の評価が可能なフーリエ変換赤外分光光度計（すなわち、ＦＴ−ＩＲ）を用いてイミド環のＣ−Ｎ伸縮振動について検討した。そして、本発明者らは、図４および図５に示す実験結果を得た。なお、イミド環のＣ−Ｎ伸縮振動と結晶化度との関係は、結晶化度が大きくなる（すなわち、結晶化が進む）ほどイミド環のＣ−Ｎ伸縮振動が阻害されるため、イミド環のＣ−Ｎ伸縮振動が小さいほど結晶化度が大きくなっていることを示す。

図４および図５に示されるように、イミド環のＣ−Ｎ伸縮振動は、加熱処理時間を長くするほど小さくなることが確認される。このため、加熱処理を実行することで結晶化度が大きくなることが確認される。なお、図４および図５中のサンプル３では、サンプル２よりイミド環のＣ−Ｎ伸縮振動が大きくなるが、測定誤差であると推定される。

そして、本発明者らは、熱可塑性樹脂で構成される樹脂部材に加熱処理を施し、その後に銅配線を熱圧着した試料を作成して検討を行い、加熱処理時間とピール強度との関係について図６に示す実験結果を得た。なお、図６は、加熱処理時間を３２０℃とした場合の結果である。また、ここでの熱可塑性樹脂は、ポリイミドである。

図６に示されるように、ピール強度は、加熱処理時間が長くなるほど、低下していることが確認される。つまり、熱可塑性樹脂は、結晶化度が大きくなるほど、融着強度が低下していることが確認される。

なお、本発明者らは、熱可塑性樹脂で構成される樹脂部材の表面に紫外線照射を行うことで粗化処理を行うことにより、銅配線と樹脂部材との融着強度が向上するとも考えた。しかしながら、実際に検討してみたところ、図７に示されるように、表面に粗化処理を行ってもピール強度はほとんど変化しなかった。このことからも、熱可塑性樹脂の融着強度は、結晶化度に依存していると推定される。なお、図７は、熱可塑性樹脂で構成される樹脂部材に３２０℃で４８０分の加熱処理を施し、その後に紫外線照射を行って銅配線を熱圧着した場合の結果である。

したがって、本実施形態の熱流測定装置１は、図２に示されるように、熱流束センサ１０と熱電対シート２０における境界の端部を覆うように、当該境界を構成する部分の熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さい保護シート３０が配置されている。

本実施形態では、具体的には後述するが、熱流測定装置１は、図１０に示されるように、他面１ｂ側が測定対象物２に向けられて配置される。そして、このように配置された熱流測定装置１は、熱電対シート２０側の部分が一面１ａおよび他面１ｂに対する略法線方向に沿って引っ張られることが想定される。つまり、このように配置された熱流測定装置１は、熱流束センサ１０と熱電対シート２０における境界の端部において、一面１ａから最も離れた部分に熱流束センサ１０と熱電対シート２０とを剥離させる応力が最も大きく印加される。また、本実施形態では、後述するように、熱流測定装置１は、パッド部１２４、１２５、２０４、２０５側の端部がシールド線４５によって押圧された状態となる。つまり、熱流束センサ１０と熱電対シート２０における境界の端部のうちのパッド部１２４、１２５、２０４、２０５側の端部は、シールド線４５によって押圧されることで剥離し難くなっている。

このため、本実施形態では、熱流束センサ１０と熱電対シート２０における境界の端部のうちの一面１ａから最も離れた部分を境界端部Ａとすると、境界端部Ａを覆うように、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さい保護シート３０が配置されている。言い換えると、境界端部Ａを覆うように、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂よりも熱履歴が少なくされた保護シート３０が配置されている。つまり、境界端部Ａを覆うように、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂同士の融着強度よりも、当該境界を構成する部分の熱可塑性樹脂との融着強度が高くなる保護シート３０が配置されている。これにより、境界端部Ａから剥離が発生することを抑制できる。

本実施形態では、保護シート３０は、熱可塑性樹脂を含んで構成されたフィルム状とされており、例えば、熱可塑性ポリイミドで構成されている。なお、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂とは、本実施形態では、裏面保護部材１２０における熱可塑性ポリイミドと、第１、第２絶縁シート２１０、２２０における熱可塑性ポリイミドのことである。

また、本実施形態では、保護シート３０は、第２絶縁シート２２０における第１絶縁シート２１０と反対側の部分が全て被覆される大きさとされている。このため、本実施形態では、熱流測定装置１における他面１ｂは、熱流束センサ１０の裏面保護部材１２０および保護シート３０で構成されている。

以上が本実施形態における熱流測定装置１の構成である。そして、本発明者らは、保護シート３０が配置されている熱流測定装置１および保護シート３０が備えられていない熱流測定装置１について、折り曲げた際に剥離、または破壊が発生しているか否かについての実験を行い、図８に示す実験結果を得た。なお、図８中には、剥離または破壊が発生しなかった場合を「O」として示し、剥離または破壊が発生した場合を「X」として示している。また、図８中の保護シートなしとは、上記熱流測定装置１において保護シート３０が備えられておらず、熱流測定装置１の他面１ｂが熱流束センサ１０の裏面保護部材１２０と熱電対シート２０の第２絶縁シート２２０とで構成されている熱流測定装置１のことである。つまり、保護シートなしとは、境界端部Ａが他面１ｂに位置している熱流測定装置１のことである。

図８に示されるように、保護シート３０が配置されていない場合には、曲率Ｒが９．５ｍｍ以下となると剥離が発生していることが確認される。なお、曲率Ｒが９．５ｍｍとは、約９０°の折り曲げに相当するものである。つまり、曲率Ｒが９．５ｍｍとは、表面保護部材１１０のうちの第１、第２層間接続部材１３０、１４０上に位置する部分と、表面保護部材１１０のうちの熱電対シート２０上に位置する部分との成す角度が約９０°となるように、熱流測定装置１が折り曲げられたことを意味している。

一方、保護シート３０が配置されている本実施形態の熱流測定装置１では、曲率Ｒが９．５ｍｍとなっても剥離が発生していないことが確認される。また、本実施形態の熱流測定装置１では、曲率Ｒが６．５ｍｍでも剥離が発生していないことが確認される。なお、曲率Ｒが６．５ｍｍとは、約１８０°の折り曲げに相当するものである。つまり、曲率Ｒが６．５ｍｍとは、表面保護部材１１０のうちの第１、第２層間接続部材１３０、１４０上に位置する部分と、表面保護部材１１０のうちの熱電対シート２０上に位置する部分との成す角度が約１８０°となるように、熱流測定装置１が折り曲げられたことを意味している。

そして、本実施形態の熱流測定装置１では、完全に折り曲げた際に母材破壊が発生することが確認された。つまり、本実施形態の熱流測定装置１では、保護シート３０を配置したことにより、剥離が発生することを抑制できる。

このような熱流測定装置１は、例えば、図９および図１０に示されるように、測定対象物２の表面３に取り付けて使用される。なお、図９では、測定対象物２の内部の熱発生源４を模式的に破線で示している。

例えば、図９および図１０に示されるように、熱流測定装置１は、他面１ｂが測定対象物２側に向けられた状態で接合部材５を介して配置される。なお、接合部材５としては、両面テープや接着剤等が用いられる。

そして、熱流束センサ１０のパッド部１２４、１２５は、それぞれ配線部４１、４２と接続される。熱電対シート２０のパッド部２０４、２０５は、それぞれ配線部４３、４４と接続される。そして、各配線部４１〜４４は、チューブ状のシールド線４５の内側を通り、検出部４０に接続されている。これにより、熱流束センサ１０の出力信号と、熱電対シート２０の出力信号とがそれぞれ検出部４０に入力される。

また、本実施形態では、シールド線４５は、熱収縮チューブで構成されており、各パッド部１２４、１２５、２０４、２０５を収容するように、熱流測定装置１に固定されている。具体的には、熱流測定装置１におけるパッド部１２４、１２５、２０４、２０５付近の表面保護部材１１０や保護シート３０等に固定されている。このため、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界におけるパッド部１２４、１２５、２０４、２０５側の端部は、シールド線４５によって押圧された状態となっており、剥離し難くなっている。

また、本実施形態のシールド線４５には、外部からの電磁波の侵入を防ぐための図示しない導体が配置されている。この導体は、シールド線４５の内部で配線を囲うように筒状に形成されている。そして、導体は、配線部４６を通じて測定対象物２に電気的に接続されていると共に、検出部４０内のグランド４７と接続される。これにより、熱流束センサ１０および熱電対シート２０が出力する電圧信号に対するノイズを低減することが可能となっている。

検出部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unitの略）、ＲＡＭ（Random Access Memoryの略）、ＲＯＭ（Read Only Memoryの略）、フラッシュメモリ等を有している。そして、検出部４０は、ＣＰＵがＲＯＭ、フラッシュメモリに記憶されたプログラムを実行し、その実行の際にＲＡＭを作業領域として使用する。検出部４０は、このようなＣＰＵの作動によってプログラムに記述された機能を実現する。なお、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリは、非遷移的実体的記憶媒体である。

具体的には、検出部４０は、測定対象物２の内部の熱発生源４で発生した熱が測定対象物２の内部から表面３に伝わるため、熱流束センサ１０の出力信号と熱電対シート２０の出力信号とに基づいて表面３を流れる熱流を測定する。なお、検出部４０は、測定対象物２の表面３で測定される熱流に基づき、測定対象物２の熱発生源４で発生した熱量の算出を可能なものとしてもよい。

ここで、検出部４０において検出される熱流束センサ１０の出力信号および熱電対シート２０の出力信号の一例について、図１１を参照しつつ説明する。なお、図１１は、熱電対シート２０の出力信号を実線Ａで模式的に示し、熱流束センサ１０の出力信号を実線Ｂで模式的に示している

この例では、外気温が、時刻ｔ０から時刻ｔ４にかけて次第に上昇し、時刻ｔ４から時刻ｔ８にかけて次第に下降しているものとする。また、検出部４０の温度は、時刻ｔ０から時刻ｔ８に亘りほぼ一定であるとする。

測定対象物２の表面３の温度は、外気温の上昇に伴って上昇し、外気温の低下に伴って低下する。このため、実線Ａに示すように、熱電対シート２０の出力信号は、時刻ｔ０から時刻ｔ４にかけて次第に上昇し、時刻ｔ４から時刻ｔ８にかけて次第に下降している。

一方、測定対象物２の表面３の熱流束は、外気温の上昇に伴って外気側から測定対象物２側に流れ、外気温の低下に伴って測定対象物２側から外気側に流れる。このため、実線Ｂに示すように、熱流束センサ１０の出力信号は、時刻ｔ０から時刻ｔ４にかけて次第に下降し、時刻ｔ４から時刻ｔ８にかけて次第に上昇している。すなわち、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とは、外気温の変化によって測定対象物２の表面３を流れる熱流に対して逆向きの挙動を示す。

ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、および、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、測定対象物２の内部の熱発生源４で熱が発生したものとする。このとき、熱発生源４で発生した熱は測定対象物２の内部から表面３に伝わり、その表面３に熱流が流れる。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とはいずれも上昇し、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とはいずれも下降している。また、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間で、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とはいずれも上昇し、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間で、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とはいずれも下降している。すなわち、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とは、測定対象物２の内部の熱発生源４で発生した熱が測定対象物２の内部を伝わり、測定対象物２の表面３を流れる熱流に対して同じ向きの挙動を示す。

したがって、検出部４０は、熱流束センサ１０の出力信号と熱電対シート２０の出力信号とを比べることで、外気温の変化によって測定対象物２の表面３を流れる熱流を除くことができる。そして、検出部４０は、測定対象物２の内部の熱発生源４で発生した熱によって測定対象物２の表面３を流れる熱流のみを検出することができる。

次に、熱流測定装置１の製造方法について説明する。なお、以下では、複数の熱流測定装置１を同時に製造する方法について説明する。

本実施形態の熱流測定装置１は、図１２に示されるように、熱電対シート形成工程Ｓ１０、熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０、保護シート用意工程Ｓ３０、積層体形成工程Ｓ４０、および一体プレス工程Ｓ５０を行うことによって製造される。

まず、熱流測定装置１の製造方法のうちの熱電対シート形成工程Ｓ１０について説明する。熱電対シート形成工程では、図１３に示されるように、熱電対用意工程Ｓ１１、熱電対積層体形成工程Ｓ１２、プレス工程Ｓ１３および切断工程Ｓ１４を行うことにより、熱電対シート２０を形成する。

具体的には、熱電対用意工程Ｓ１１では、互いに熱電能の異なる金属箔から構成される第１導体２０１および第２導体２０２を用意する。そして、第１導体２０１および第２導体２０２の先端同士を溶接等により接合して接合部２０３を形成する。これにより、熱電対２００が用意される。

続いて、熱電対積層体形成工程Ｓ１２では、図１４および図１５に示されるように、所定のサイズに形成された治具ベース５０の上に第１離型紙６１および第１絶縁シート２１０を順に配置する。次に、第１離型紙６１および第１絶縁シート２１０の上から治具ベース５０に対して端部位置決め治具５１および中央位置決め治具５２をボルト５３により固定し、第１離型紙６１および第１絶縁シート２１０を治具ベース５０に固定する。

具体的には、第１離型紙６１および第１絶縁シート２１０は平面矩形状とされている。そして、第１離型紙６１および第１絶縁シート２１０における一対の向かい合う端部がそれぞれ治具ベース５０に固定されるように、端部位置決め治具５１を治具ベース５０に固定する。つまり、本実施形態では、２つの端部位置決め治具５１を治具ベース５０に固定する。また、２つの端部位置決め治具５１の間の中央部に中央位置決め治具５２を配置し、当該中央位置決め治具５２を治具ベース５０に固定する。

なお、本実施形態の端部位置決め治具５１および中央位置決め治具５２には、それぞれ熱電対２００を位置決めするための複数の溝部５４、５５が形成されている。詳しくは、各端部位置決め治具５１には、他方の端部位置決め治具５１側に位置する部分に複数の溝部５４が形成されている。中央位置決め治具５２には、各端部位置決め治具５１側に位置する部分に複数の溝部５５が形成されている。また、本実施形態では、第１離型紙６１は、例えば、アラミド樹脂等で構成される熱硬化性樹脂シートまたは熱可塑性樹脂シートが用いられる。第１絶縁シート２１０は、上記のように、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミドが順に積層されたものが用いられる。

そして、第１絶縁シート２１０上に、熱電対用意工程Ｓ１１で形成した熱電対２００を配置する。本実施形態では、端部位置決め治具５１および上記中央位置決め治具５２に複数の溝部５４、５５が形成されているため、各溝部５４、５５に合わせて、第１絶縁シート２１０の上に複数の熱電対２００を配置する。なお、複数の熱電対２００は、端部位置決め治具５１および中央位置決め治具５２にそれぞれ設けられた複数の溝部５４、５５が並ぶ方向に配置されると共に、中央位置決め治具５２を挟んで向き合うように配置される。また、各熱電対２００は、接合部２０３が中央位置決め治具５２側に向けられて配置される。

続いて、図１６に示されるように、第１離型紙６１、第１絶縁シート２１０、熱電対２００の上から治具ベース５０に対して押さえ治具５６をボルト５３により固定し、第１離型紙６１、第１絶縁シート２１０、熱電対２００を治具ベース５０に固定する。具体的には、熱電対２００の接合部２０３が中央位置決め治具５２側に向けられて配置されているため、接合部２０３側と反対側の部分上に押さえ治具５６を配置する。これにより、第１離型紙６１、第１絶縁シート２１０、熱電対２００の位置ずれが抑制される。その後、中央位置決め治具５２を治具ベース５０から取り外す。

次に、図１７に示されるように、第１離型紙６１、第１絶縁シート２１０、熱電対２００の上に、第２絶縁シート２２０を配置する。これにより、熱電対２００の積層体が形成される。なお、第２絶縁シート２２０は、熱電対２００の接合部２０３を覆いつつ、熱電対２００の接合部２０３と反対側の端部が露出するように、第１絶縁シート２１０上に配置される。また、第２絶縁シート２２０は、上記のように、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミドが順に積層されたものが用いられる。

次に、プレス工程Ｓ１３では、第１絶縁シート２１０、熱電対２００、第２絶縁シート２２０の積層方向（以下では、単に積層方向という）に加圧しながら加熱することにより、これら第１絶縁シート２１０、熱電対２００、第２絶縁シート２２０を一体化する。

具体的には、図１８に示されるように、第１絶縁シート２１０、熱電対２００、第２絶縁シート２２０が積層された治具ベース５０をプレス機７０に設置する。この際、本実施形態では、第１絶縁シート２１０の上にさらに第２離型紙６２と第１緩衝材８１を配置する。なお、第２離型紙６２は、例えば、アラミド樹脂などから形成される熱硬化性樹脂シートまたは熱可塑性樹脂シートが用いられる。また、第１緩衝材８１は、例えば、テフロン（登録商標）やポリイミド樹脂が用いられる。

そして、プレス機７０により、積層方向に加圧しながら加熱し、これら第１絶縁シート２１０、熱電対２００、第２絶縁シート２２０を融着して一体化する。例えば、この工程では、プレス機７０の圧力が２ＭＰａ以上、温度が３００℃以上とされる。これにより、第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０が有する熱可塑性樹脂（すなわち、融着層）同士が融着し、図１９に示される複数の熱電対２００を有する一体化シート２０ａが構成される。

なお、このプレス工程Ｓ１３は、加熱した状態で行われる。このため、第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０を構成する熱可塑性樹脂の結晶化が進む。このため、第１絶縁シート２１０および第２絶縁シート２２０は、プレス工程Ｓ１３を行った後は、プレス工程Ｓ１３を行う前より結晶化度が大きくなった状態となる。

続いて、切断工程Ｓ１４では、図１９の一点鎖線で示した第１〜第４切断箇所Ｃ１〜Ｃ４で一体化シート２０ａを切断する。これにより、図２０に示すように、所定の実装寸法に成形された熱電対シート２０が形成される。なお、この熱電対シート２０は、複数の熱電対２００を有する構成となっている。

以上が熱電対シート形成工程Ｓ１０である。次に、熱流測定装置１の製造方法のうちの熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０について説明する。熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０では、図２１Ａに示されるように、表面配線パターン１１１が形成された表面保護部材１１０を用意する。本実施形態では、表面保護部材１１０に熱圧着等によって銅箔を形成し、当該銅箔をパターニングすることにより、表面配線パターン１１１が形成された表面保護部材１１０を用意する。なお、表面保護部材１１０は、銅箔が熱圧着等される際に加熱された状態となるため、結晶化が進む。また、表面保護部材１１０は、絶縁基材１００よりも面方向の長さが長くされたものを用意する。

また、熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０では、図２１Ｂに示されるように、絶縁基材１００に、第１、第２層間接続部材１３０、１４０を構成する第１、第２導電性ペースト１３１、１４１が充填されたものを用意する。例えば、この工程では、まず、ドリルまたはレーザ等により、絶縁基材１００に複数の第１ビアホール１０１を形成する。そして、適宜マスクを配置し、第１ビアホール１０１に対して第１層間接続部材１３０を構成する第１導電性ペースト１３１を充填する。

次に、再びドリルまたはレーザ等により、絶縁基材１００に複数の第２ビアホール１０２を形成する。なお、複数の第２ビアホール１０２は、隣合う第１ビアホール１０１同士の間に位置するように形成される。つまり、第２ビアホール１０２は、第１、第２ビアホール１０１、１０２が互い違いになるように形成される。そして、適宜マスクを配置し、第２ビアホール１０２に対して第２層間接続部材を構成する第２導電性ペースト１４１を充填する。

なお、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。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。この場合、第２導電性ペースト１４１の有機溶剤として、パラフィン等を使用してもよい。

また、熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０では、図２１Ｃに示されるように、裏面配線パターン１２１が形成された裏面保護部材１２０を用意する。本実施形態では、表面保護部材１１０と同様に、裏面保護部材１２０に熱圧着等によって銅箔を形成し、当該銅箔をパターニングすることにより、裏面配線パターン１２１が形成された裏面保護部材１２０を用意する。なお、裏面保護部材１２０は、銅箔が熱圧着等される際に加熱された状態となるため、結晶化が進む。また、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００よりも面方向の長さが長くされたものを用意する。

以上が熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０である。次に、熱流測定装置１の製造方法のうちの保護シート用意工程Ｓ３０を行う。保護シート用意工程Ｓ３０では、熱可塑性樹脂で構成される保護シート３０を用意する。具体的には、上記熱電対シート形成工程Ｓ１０が行われた後の第１、第２絶縁シート２１０、２２０、および上記熱流束センサ用部材用意工程Ｓ２０が行われた後の裏面保護部材１２０より、結晶化度が小さい保護シート３０を用意する。例えば、このような保護シート３０として、熱可塑性ポリイミドで構成され、加熱処理が行われていないものが用意される。

また、本実施形態の保護シート３０は、図２２に示されるように、略矩形状とされている。そして、保護シート３０には、後述する積層体形成工程Ｓ４０において熱電対シート２０の下方に配置された際、接合部２０３側となる端部にねじりに対する強度を向上させるための窪み部３１が形成されている。

続いて、熱流測定装置１の製造方法のうちの積層体形成工程Ｓ４０を行う。積層体形成工程Ｓ４０では、図２３および図２４に示されるように、一対の下側プレス板７１ａと上側プレス板７１ｂとを有するプレス機７１を用意する。そして、下側プレス板７１ａと上側プレス板７１ｂとの間に、裏面保護部材１２０、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、熱電対シート２０、保護シート３０を配置する。なお、図２３は、図２４中のXXIII−XXIII断面にも相当している。

具体的には、まず、下側プレス板７１ａ上に、第３離型紙６３を配置する。そして、第３離型紙６３の上に、保護シート３０を配置し、保護シート３０上に、熱電対シート２０を配置する。この際、保護シート３０のうちの熱電対シート２０におけるパッド部２０４、２０５側と反対側が熱電対シート２０から突出するようにする。

そして、第３離型紙６３、保護シート３０、熱電対シート２０に渡るように、裏面配線パターン１２１が形成された裏面保護部材１２０を配置する。次に、裏面保護部材１２０のうちの保護シート３０および熱電対シート２０上に位置する部分と異なる部分に、絶縁基材１００を配置する。そして、絶縁基材１００上に、表面配線パターン１１１が形成された表面保護部材１１０を配置する。さらに、本実施形態では、表面保護部材１１０の上に第４離型紙６４と第２緩衝材８２を配置する。なお、第３、第４離型紙６３、６４は、例えば、アラミド樹脂などから形成される熱硬化性樹脂シートまたは熱可塑性樹脂シートが用いられる。また、第２緩衝材８２として、例えばテフロンやポリイミド樹脂が用いられる。

本実施形態では、このように裏面保護部材１２０、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、熱電対シート２０、保護シート３０が配置される。これにより、熱電対シート２０は、表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０とが絶縁基材１００から面方向に延びた位置において、裏面保護部材１２０のうちの折り曲げられた部分を挟んで表面保護部材１１０と反対側に配置される。

その後、熱流測定装置１の製造方法のうちの一体プレス工程Ｓ５０を行う。本実施形態では、一体プレス工程Ｓ５０では、プレス機７１の下側プレス板７１ａと上側プレス板７１ｂとの間に配置された積層体を真空状態の中で積層方向に加圧しつつ加熱する。なお、この工程では、例えば、プレス機の圧力が１０ＭＰａ以上、温度が３２０℃以上とされる。

これにより、絶縁基材１００の第１、第２ビアホール１０１、１０２に埋め込まれた第１、第２導電性ペースト１３１、１４１は、固体焼結して第１、第２層間接続部材１３０、１４０となる。そして、第１、第２層間接続部材１３０、１４０は、表面配線パターン１１１および裏面配線パターン１２１と電気的、機械的に接続される。また、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が互いに融着されると共に、裏面保護部材１２０と熱電対シート２０における第１、第２絶縁シート２１０、２２０が融着される。さらに、保護シート３０が裏面保護部材１２０および第２絶縁シート２２０と融着される。これにより、図２に示されるように、境界端部Ａが保護シート３０で覆われた構成となる。本実施形態では、このように、１回の一体プレス工程Ｓ５０により、熱流束センサ１０と熱電対２００とが一体化されると共に、保護シート３０が配置される。

また、上記のように保護シート３０を配置することにより、保護シート３０には、加熱処理が一体プレス工程Ｓ５０の際のみ施されることになる。このため、保護シート３０は、裏面保護部材１２０および第２絶縁シート２２０より加熱処理時間が短くなり、結晶化度が小さい状態となる。したがって、保護シート３０と裏面保護部材１２０および第２絶縁シート２２０との融着は、裏面保護部材１２０と第２絶縁シート２２０との融着より強固になる。

その後は、特に図示しないが、一体プレス工程Ｓ５０を行ったものが分割されることにより、単一の熱流測定装置１が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とが一体化されている。そして、熱流測定装置１は、熱電対シート２０が、表面保護部材１１０または裏面保護部材１２０が絶縁基材１００から面方向に延びた位置に固定されている。このため、例えば、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とを厚み方向に積み重ねて配置した構成と比較して、熱流測定装置１の厚みを薄くすることができる。これにより、測定対象物２の表面３に熱流測定装置１を取り付けたとき、その測定対象物２の表面３の近傍の気流の乱れが抑制される。したがって、熱流測定装置１は、熱流束センサ１０の出力信号と熱電対２００の出力信号とに基づき、外気温の変化等による温度ドリフトを低減し、測定対象物２の熱流を正確に検出できる。

また、表面保護部材１１０または裏面保護部材１２０が絶縁基材１００から面方向に延びた位置に熱電対シート２０を固定することにより、熱流束センサ１０と熱電対２００とを面方向において近い位置に設けることが可能になる。このため、熱流束センサ１０および熱電対シート２０は、それぞれ測定対象物２のほぼ同じ位置の熱流および温度を検出する。したがって、熱電対シート２０の出力信号と熱流束センサ１０の出力信号とが対応したものとなる。その結果、熱流測定装置１は、熱流束センサ１０の信号から温度ドリフトの影響を低減することができる。

さらに、本実施形態では、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界端部Ａは、境界を構成する熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シート３０で覆われている。つまり、境界端部Ａは、境界を構成する部分の熱可塑性樹脂同士の融着強度よりも、当該境界を構成する部分の熱可塑性樹脂との融着強度が高くなる保護シート３０で覆われている。このため、図８に示されるように、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とが剥離することを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、熱電対シート２０の形状を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の熱流測定装置１では、図２５に示されるように、熱電対シート２０は、接合部２０３側の端部に、凹部２０６が形成されている。つまり、熱電対シート２０における第１、第２絶縁シート２１０、２２０には、接合部２０３側の端部に凹部２０６が形成されている。そして、凹部２０６には、保護シート３０が入り込んだ状態となっている。このため、熱電対シート２０は、他面１ｂと交差する側面も保護シート３０が融着された構成となっている。

このような熱流測定装置１は、熱電対シート形成工程Ｓ１０における切断工程Ｓ１４において、切断箇所を変更すればよい。すわち、図２６に示されるように、切断工程Ｓ１４では、接合部２０３側の部分に凹部２０６が形成されるように、第２、第３切断箇所Ｃ２、Ｃ３を変更すればよい。このような熱電対シート２０を形成することにより、一体プレス工程Ｓ５０を行った際に凹部２０６内にも保護シート３０が配置される。

以上説明したように、本実施形態では、熱電対シート２０に凹部２０６が形成されており、凹部２０６にも保護シート３０が配置されている。つまり、熱電対シート２０における側面にも保護シート３０が配置されている。このため、保護シート３０と熱電対シート２０との融着面積を増加でき、保護シート３０と熱電対シート２０との融着強度の向上を図ることができる。

（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、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。

例えば、上記各実施形態では、熱流測定装置１は、測定対象物２の表面に配置する例について説明したが、測定対象物２の内部に埋め込まれるようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、保護シート３０は、境界端部Ａを覆う大きさとされていればよい。例えば、上記各実施形態において、第２絶縁シート２２０におけるパッド部２０４、２０５側の部分は、保護シート３０から露出していてもよい。つまり、熱流測定装置１は、境界端部Ａが保護シート３０によって被覆されるのであれば、他面１ｂが裏面保護部材１２０、保護シート３０、第２絶縁シート２２０を有する構成とされていてもよい。

さらに、上記各実施形態において、保護シート３０は、熱流束センサ１０と熱電対シート２０を一体化した後に配置するようにしてもよい。具体的には、熱流束センサ１０と熱電対シート２０を配置して一体プレス工程Ｓ５０を行った後、さらに保護シート３０を配置して再び一体プレス工程Ｓ５０を行うことにより、保護シート３０を配置するようにしてもよい。このように熱流測定装置１を製造したとしても、保護シート３０の方が加熱処理される時間が短くなるため、保護シート３０の結晶化度は、裏面保護部材１２０および第１、第２絶縁シート２１０、２２０より小さくなる。

また、上記各実施形態において、熱流測定装置１は、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界端部において、境界端部Ａ以外の他の場所にも保護シート３０が配置されていてもよい。例えば、保護シート３０は、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界端部の全てを覆うように配置されていてもよい。

また、上記各実施形態において、例えば、絶縁基材１００は、１種類の熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。同様に、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０は、１種類の熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよい。

さらに、上記第１実施形態において、熱流束センサ１０における裏面保護部材１２０が折り曲げられておらず、熱電対シート２０が表面保護部材１１０と裏面保護部材１２０との間に配置されていてもよい。このような構成としても、熱流束センサ１０と熱電対シート２０との境界端部を保護シート３０で覆うことにより、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とが剥離することを抑制できる。同様に、熱流束センサ１０と熱電対シート２０とは、積層されていてもよい。

また、上記各実施形態において、保護シート３０の厚さは適宜変更可能である。但し、図９および図１０に示されるように、熱流測定装置１の他面１ｂが測定対象物２側に向けられて配置される場合、保護シート３０は、薄くされることが好ましい。これにより、保護シート３０の熱抵抗が低くなり、測定対象物２の熱を高精度に検出できる。同様に、図９および図１０に示されるように、熱流測定装置１の他面１ｂが測定対象物２側に向けられて配置される場合には、第２絶縁シート２２０も薄くされることが好ましい。つまり、熱流測定装置１は、熱電対２００における接合部２０３と測定対象物２との間に配置される部材の熱抵抗が小さくなるように、膜厚等が調整されることが好ましい。このため、例えば、熱流測定装置１の一面１ａが測定対象物２側に向けられて配置される場合には、第１絶縁シート２１０が薄くされることが好ましい。

（まとめ）
上述の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、熱流測定装置は、板状の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熱電変換素子が埋め込まれており、絶縁基材の表面側に熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材が配置されていると共に、絶縁基材の裏面側に熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材が配置されている熱流束センサを備えている。熱流測定装置は、熱電能が異なる金属から構成された第１導体と第２導体とが接続された接合部を有する熱電対が、第１導体と第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シートで覆われると共に、交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シートで覆われた熱電対シートを備えている。熱流束センサおよび熱電対シートは、互いの熱可塑性樹脂が融着することで一体化されている。そして、熱流束センサと熱電対シートとの境界における境界端部は、境界を構成する熱流束センサの熱可塑性樹脂および熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シートで覆われている。

また、第２の観点によれば、熱流束センサは、表面保護部材および裏面保護部材が絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされ、裏面保護部材のうちの絶縁基材より長くされた部分が表面保護部材側に曲げられて表面保護部材と融着している。熱電対シートは、裏面保護部材のうちの表面保護部材と融着している部分を挟んで表面保護部材と反対側に配置され、裏面保護部材の折り曲げられた部分と融着している。そして、保護シートは、境界のうちの表面保護部材から最も離れた境界端部を覆っている。

これによれば、熱流束センサと熱電対シートとを積層した場合と比較して、熱流束センサと熱電対とを面方向において近い位置に設けることが可能になる。このため、熱流束センサおよび熱電対シートは、それぞれ同じ位置の熱流および温度を検出する。したがって、熱電対シートの出力信号と熱流束センサの出力信号とが対応したものとなり、熱流束センサの信号から温度ドリフトの影響を低減することができる。

また、第３の観点によれば、熱電対シートは、境界側の部分に凹部が形成されており、保護シートは、凹部内にも配置されている。これによれば、保護シートと熱電対シートとの融着面積を増加でき、保護シートと熱電対シートとの融着強度の向上を図ることができる。

また、第４の観点によれば、熱流測定装置の製造方法では、板状の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、第１、第２ビアホールに熱電変換素子を構成する導電性ペーストが充填されたものを用意することを行う。熱流測定装置の製造方法では、熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材を用意することと、熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材を用意することと、を行う。熱流測定装置の製造方法では、熱電能が異なる金属から構成された第１導体と第２導体とが接続された接合部を有する熱電対が、第１導体と第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シートで覆われると共に、交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シートで覆われた熱電対シートを用意することを行う。熱流測定装置の製造方法では、裏面保護部材、絶縁基材、表面保護部材を順に積層すると共に、熱電対シートを配置する部材配置を行うことを行う。熱流測定装置の製造方法では、裏面保護部材、絶縁基材、表面保護部材の積層方向から加圧しながら加熱することにより、導電性ペーストから熱電変換素子を構成して熱流束センサを構成しつつ、熱流束センサを構成する熱可塑性樹脂と熱電対シートとを構成する熱可塑性樹脂とを融着させて熱流束センサと熱電対シートとを一体化することを行う。熱流測定装置の製造方法では、熱流束センサと熱電対シートとの境界を構成する熱流束センサの熱可塑性樹脂および熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シートを用意することを行う。そして、熱流測定装置の製造方法では、境界における境界端部を保護シートで覆うことを行う。

また、第５の観点によれば、表面保護部材を用意することでは、絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた表面保護部材を用意する。裏面保護部材を用意することでは、絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた裏面保護部材を用意する。そして、部材配置を行うことでは、表面保護部材と裏面保護部材とが絶縁基材から面方向に長くされた位置において、裏面保護部材が表面保護部材側に折り曲げられ、裏面保護部材のうちの折り曲げられた部分を挟んで表面保護部材と反対側に熱電対シートを配置する。

これによれば、熱流束センサと熱電対シートとを積層する場合と比較して、熱流束センサと熱電対とを面方向において近い位置に設けた熱流測定装置を製造できる。このため、熱流束センサおよび熱電対シートがそれぞれ同じ位置の熱流および温度を検出するようになる。したがって、熱電対シートの出力信号と熱流束センサの出力信号とが対応したものとなり、熱流束センサの信号から温度ドリフトの影響を低減した熱流測定装置を製造できる。

第６の観点によれば、部材配置を行うことでは、保護シート上に熱電対シートを配置する。一体化することでは、熱流束センサ、熱電対シート、および保護シートを同時に一体化する。これによれば、保護シートを別の工程で配置する場合と比較して、製造工程の簡略化を図ることができる。

１ 熱流測定装置
１０ 熱流束センサ
２０ 熱電対シート
３０ 保護シート
１００ 絶縁基材
１０１、１０２ 第１、第２ビアホール
１３０、１４０ 第１、第２熱電変換素子
１１０ 表面保護部材
１２０ 裏面保護部材
２００ 熱電対
２０１ 第１導体
２０２ 第２導体
２０３ 接合部
２１０ 第１絶縁シート
２２０ 第２絶縁シート
Ａ 境界端部

Claims (4)

1. 熱流束センサ（１０）と、熱電対（２００）を有する熱電対シート（２０）とが一体化された熱流測定装置であって、
   板状の絶縁基材（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熱電変換素子（１３０、１４０）が埋め込まれており、前記絶縁基材の表面（１００ａ）側に熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材（１１０）が配置されていると共に、前記絶縁基材の裏面（１００ｂ）側に熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材（１２０）が配置されている前記熱流束センサと、
   熱電能が異なる金属から構成された第１導体（２０１）と第２導体（２０２）とが接続された接合部（２０３）を有する前記熱電対が、前記第１導体と前記第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シート（２１０）で覆われると共に、前記交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シート（２２０）で覆われた前記熱電対シートと、を備え、
   前記熱流束センサおよび前記熱電対シートは、互いの前記熱可塑性樹脂が融着することで一体化されており、
   前記熱流束センサと前記熱電対シートとの境界における境界端部（Ａ）は、前記境界を構成する前記熱流束センサの熱可塑性樹脂および前記熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シート（３０）で覆われており、
   前記熱流束センサは、前記表面保護部材および前記裏面保護部材が前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされ、前記裏面保護部材のうちの前記絶縁基材より長くされた部分が前記表面保護部材側に曲げられて前記表面保護部材と融着しており、
   前記熱電対シートは、前記裏面保護部材のうちの前記表面保護部材と融着している部分を挟んで前記表面保護部材と反対側に配置され、前記裏面保護部材の折り曲げられた部分と融着しており、
   前記保護シートは、前記境界のうちの前記表面保護部材から最も離れた前記境界端部を覆っている熱流測定装置。
2. 前記熱電対シートは、前記境界側の部分に凹部（２０６）が形成されており、
   前記保護シートは、前記凹部内にも配置されている請求項１に記載の熱流測定装置。
3. 熱流束センサ（１０）と、熱電対（２００）を有する熱電対シート（２０）とが一体化された熱流測定装置の製造方法であって、
   板状の絶縁基材（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、前記第１、第２ビアホールに熱電変換素子（１３０、１４０）を構成する導電性ペースト（１３１、１４１）が充填されたものを用意することと、
   熱可塑性樹脂を含んで構成される表面保護部材（１１０）を用意することと、
   熱可塑性樹脂を含んで構成される裏面保護部材（１２０）を用意することと、
   熱電能が異なる金属から構成された第１導体（２０１）と第２導体（２０２）とが接続された接合部（２０３）を有する前記熱電対が、前記第１導体と前記第２導体との配列方向に対して交差する方向の一方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第１絶縁シート（２１０）で覆われると共に、前記交差する方向の他方側から熱可塑性樹脂を含んで構成される第２絶縁シート（２２０）で覆われた前記熱電対シートを用意することと、
   前記裏面保護部材、前記絶縁基材、前記表面保護部材を順に積層すると共に、前記熱電対シートを配置する部材配置を行うことと、
   前記裏面保護部材、前記絶縁基材、前記表面保護部材の積層方向から加圧しながら加熱することにより、前記導電性ペーストから前記熱電変換素子を構成して前記熱流束センサを構成しつつ、前記熱流束センサを構成する熱可塑性樹脂と前記熱電対シートとを構成する熱可塑性樹脂とを融着させて前記熱流束センサと前記熱電対シートとを一体化することと、
   前記熱流束センサと前記熱電対シートとの境界を構成する前記熱流束センサの熱可塑性樹脂および前記熱電対シートの熱可塑性樹脂よりも結晶化度が小さくされた保護シート（３０）を用意することと、
   前記境界における境界端部（Ａ）を前記保護シートで覆うことと、を行い、
   前記表面保護部材を用意することでは、前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた前記表面保護部材を用意し、
   前記裏面保護部材を用意することでは、前記絶縁基材より当該絶縁基材の面方向に沿った長さが長くされた前記裏面保護部材を用意し、
   前記部材配置を行うことでは、前記表面保護部材と前記裏面保護部材とが前記絶縁基材から面方向に長くされた位置において、前記裏面保護部材が前記表面保護部材側に折り曲げられ、前記裏面保護部材のうちの折り曲げられた部分を挟んで前記表面保護部材と反対側に前記熱電対シートを配置する熱流測定装置の製造方法。
4. 前記部材配置を行うことでは、前記保護シート上に前記熱電対シートを配置し、
   前記一体化することでは、前記熱流束センサ、前記熱電対シート、および前記保護シートを同時に一体化する請求項３に記載の熱流測定装置の製造方法。

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