JP3545637B2 - 感熱式流量センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発熱体を備え、発熱体あるいは発熱体によって加熱された部分から、流体への熱伝達現象に基づいて流体の流速あるいは流量を計測する流量検出素子を用いた流量センサに関するものであり、例えば内燃機関の吸入空気量を計測する場合等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
この種流量センサに用いられるダイアフラム構造を有する流量検出素子については、特開昭６２−４３５２２号公報、特開平４−２９６７号公報などで公知である。
図２４は従来の流量センサに用いられる流量検出素子を示す平面図、図２５は図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ矢視断面図である。
図２４および図２５において、平板状基板１は厚さ約０．４ｍｍのシリコン基板よりなり、その表面に厚さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の支持膜２がスパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成され、さらに白金等の感熱抵抗膜よりなる発熱体４が支持膜２上に形成されている。この発熱体４は、厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗膜を蒸着やスパッタ等の方法で支持膜２上に着膜し、写真製版、ウエットあるいはドライエッチング等の方法を用いて該感熱抵抗膜をパターニングすることにより、電流路を形成するように構成されている。また、同様に白金等の感熱抵抗膜よりなる流体温度検出体５が発熱体４から離れて支持膜２上に形成されている。この流体温度検出体５は、厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗膜を蒸着やスパッタ等の方法で支持膜２上に着膜し、写真製版、ウエットあるいはドライエッチング等の方法を用いて該感熱抵抗膜をパターニングすることにより、電流路を形成するように構成されている。さらに、発熱体４および流体温度検出体５の上には厚さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の保護膜３がスパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成されている。
【０００３】
発熱体４は、接続パターン９ａ、９ｂ、リードパターン７ａ、７ｄを経て流量検出素子の外部との電気的接続を行うための電極８ａ、８ｄにつながっている。また、流体温度検出体５はリードパターン７ｂ、７ｃを経て流量検出素子の外部との電気的接続を行うための電極８ｂ、８ｃにつながっている。電極８ａ〜８ｄの部分はワイヤボンド等の方法で外部と電気的に接続するために保護膜３が除去されている。
さらに、キャビティ１３が発熱体４の形成領域の下部に形成されて、流量検出用ダイヤフラム１２が構成されている。つまり、裏面保護膜１０が平板状基板１の裏面（支持膜２が形成されている面とは逆の面）に形成され、ついで発熱体４の形成領域の裏側の位置において写真製版等の方法で裏面保護膜１０を部分的に除去してエッチングホール１１を形成する。その後、エッチングホール１１から露出する平板状基板１に例えばアルカリエッチング等を施し、平板状基板１の一部を除去してキャビティ１３を形成することによって流量検出用ダイアフラム１２が構成されている。
このように構成された流量検出素子１４は、流量検出用ダイアフラム１２が被計測流体の流れにさらされるように配置される。なお、図中、矢印６は被計測流体の流れの方向を示している。
【０００４】
ところで、流量検出素子１４は以上のように平板状の形状をしているが、ダイアフラム１２が被計測流体の流れの方向に対向するように配置された場合には、ダイアフラム１２に風圧が加わり、高速流量でダイアフラム１２の破損が発生したり、あるいは、被計測流体内のダストがダイアフラム部に堆積して流量検出特性のドリフトが発生してしまうことになる。そのような場合は、平板状の流量検出素子１４は被計測流体の流れ方向と略平行に、または、被計測流体の流れ方向に対して所定の角度をなすように配置される。
また、平板状の流量検出素子１４を被計測流体の流れ方向と略平行に、または、被計測流体の流れ方向に対して所定の角度をなすように配置する場合には、キャビティ１３近傍における被計測流体の流れに乱れが発生したり、またチッピングなどに起因する流量検出素子１４の前縁部の形状バラツキによって発熱体４近傍における被計測流体の流れにバラツキが発生してしまう。この発熱体４近傍における被計測流体の流れのバラツキは流量検出特性の精度を低下させることにつながる。
【０００５】
そこで、図２６に示されるように、流量検出素子１４を平板状をなす支持体１６に設けられた凹部１８内に配置して、キャビティ１３近傍に発生する被計測流体の流れの乱れを抑え、また支持体１６の上流側端部の円弧形状により被計測流体の流れを整流し、流量検出素子１４の前縁部の形状バラツキによって発生する発熱体４近傍における被計測流体の流れのバラツキを低減することが先に提案されている。
図２６は従来の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
図２６において、支持体１６は、平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。流量検出素子１４は、その表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となるように凹部１８内に配設されている。そして、流量検出素子１４の電極８ａ〜８ｄがベース部材２０に配設されたリード線１７にワイヤ１９により電気的に接続されている。さらに、カバー２１がベース部材２０に取り付けられ、電極８ａ〜８ｄやワイヤ１９がカバー２１によって保護されている。
【０００６】
流量検出素子１４を支持体１６の凹部１８内に配設する場合、低流速域では被計測流体は流量検出素子１４の表面のみを流れる。しかしながら、大流量域では、支持体１６の凹部１８と流量検出素子１４との間にも被計測流体の移動が発生してしまう。つまり、図２７および図２８に示されるように、大流量域では、流量検出素子１４の表面を流れる被計測流体の流れ２２と、凹部１８と流量検出素子１４との間を流れる被計測流体の流れ２３とが発生してしまう。そして、被計測流体の流れ２３は、被計測流体の流れ２２に比べ不安定であるため、大流量域での流量検出精度が悪化してしまい、流量計測範囲が制限されるという不具合があった。
【０００７】
ここで、上記不具合を解決するために、流量検出素子１４の裏面と支持体１６の凹部１８とを完全に密着あるいは接着して、上述の不安定な被計測流体の流れ２３を確実に無くすことが考えられる。
しかしながら、この方策では、キャビティ１３内が密閉されるため、流体通路内に圧力の変動が発生した時に、密閉されたキャビティ１３内部と外部との圧力差によってダイアフラム１２が変形したり、破損したりするという不具合が発生してしまう。
さらに、製造時において、支持体１６の凹部１８に流量検出素子１４を接着固定する工程は、キャビティ１３内に入り込んだ接着材がダイアフラム１２に付着しないように配慮した精密な作業となり、コストの上昇が発生する。
さらにまた、発熱体４で発生した熱は平板状基板１を通って支持体１６に伝導しやすくなるため、流量検出感度が悪化する等の不具合がある。
【０００８】
さらに、上記不具合を解決するために、例えば特開平９−２６３４３号公報に示されるような支持構造が提案されている。
特開平９−２６３４３号公報に記載された支持構造では、図２９に示されるように、センサ支持体５０は、その表面に流量検出素子１４を収容するための凹部５１が設けられ、さらに溝状のスロット５２が流量検出素子１４の周縁に沿うように凹部５１の底部に設けられている。このスロット５２はセンサ領域（流量計測用ダイアフラム１３領域）外に延在されている。
そして、流量検出素子１４がセンサ支持体５０の表面とほぼ同じ面位置となるように凹部５１内に配置されている。さらに、流量検出素子１４はダイヤフラム１３の領域外で凹部５１の底面に接着剤５３により固定されている。
この支持構造によれば、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の前縁端面と凹部５１の内側面との間から凹部５１内に流れ込んだ被計測流体は、スロット５２を通り、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の後縁端面と凹部５１の内側面との間から流れ出ることになる。
そこで、凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間を流れる不安定な被計測流体の流れが低減され、大流量域での流量検出精度の悪化が抑えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２６３４３号公報に記載された支持構造は、以上のように構成されているので、スロット５２に導かれた被計測流体が凹部５１の底部とキャビティ１３との隙間に回り込む場合があり、被計測流体が凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間を流れるのを十分に阻止できなかった。
また、凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間がスロット５２を除いて近接しているため、発熱体４の熱がセンサ支持体５０に多く伝導してしまい、流量検出感度を悪化させるという問題があった。
さらには、流体温度検出体を流量検出素子１４上に複合化して形成する場合は、流量検出素子１４が凹部５１の底部に近接配置されているので、流量検出素子１４とセンサ支持体５１との間の熱絶縁が不十分であり、流体温度検出体の検出応答遅れが生じるという問題があった。
【００１０】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、流量計測精度が高く、また感度の良い流量センサを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているものである。
【００２１】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているものである。
【００２２】
また、流体温度検出体が、上記流量検出用ダイアフラムの形成領域から離間し、かつ、上記第３の面に対向するように上記平板状基板の表面に形成されているものである。
【００２３】
また、上記流体温度検出体の下部の上記平板状基板が少なくとも部分的に除去されて、流体温度検出用ダイアフラムを構成したものである。
【００２４】
また、流体流通溝が上記支持体の凹部の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の両側面を切り欠いて上記第３の面に至るように設けられ、上記被計測流体が流れる流体の通路が上記流量検出素子の前記流体温度検出体の形成領域の裏面と上記凹部との間に形成されているものである。
【００２５】
また、この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティの少なくとも一部に対向する第４の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第４の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているものである。
【００２６】
また、少なくとも上記流量検出用ダイアフラムのキャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられているものである。
【００２７】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているものである。
【００２８】
また、この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、シール部材が、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向と略平行な端部の少なくとも一部と上記支持体の凹部との間には形成されず、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の端部と上記支持体の凹部との隙間の少なくとも一部を埋めるように形成されているものである。
【００２９】
また、上記支持体の凹部は、上記流量検出素子を支持する第１の面と、底面と、流れに平行でない辺の少なくとも一部に沿って設けられた第５の面とを有し、上記第５の面は上記第１の面より深く、かつ、上記底面より浅い位置にあり、上記シール部材は上記第５の面に形成されているものである。
【００３０】
【実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を説明する分解斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図であり、各図において図２４〜図２９に示した従来の流量センサと同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。なお、図１においてカバー２１は省略されている。
【００３１】
図１〜図３において、薄板状部材２４がキャビティ１３を覆うように流量検出素子１４の平板状基板１の裏面に取り付けられている。支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い底面２６を有している。さらに、畝部２７が第１の面１５ｃの近傍に凹部１８の底面２６に突設されている。この畝部２７は第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い位置にある。
そして、流量検出素子１４は、凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。また、凹部１８の底面２６と流量検出素子１４との間には空間が存在している。なお、畝部２７がセンサ領域への接着剤の流れ込みを防止している。
【００３２】
ここで、薄板状部材２４は薄い金属やガラス、あるいはポリイミド系樹脂より形成されている。そして、この薄板状部材２４は、ダイヤフラム１２よりも柔軟性を有するように薄さ、材料が選定されている。この薄板状部材２４は、流量検出素子１４の平板上記板１の裏面にエポキシ系あるいはシリコーン系の接着剤によって接着されている。もちろん、薄板状部材２４は、片面にこれらの接着剤があらかじめ粘着材として形成されている粘着シートあるいは粘着テープのような構成であっても良い。また薄板状部材２４がガラス系材質の場合は、平板状基板１との接合に陽極接合を用いても良い。
【００３３】
図４はこの発明に係る実施の形態１の流量センサを示す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
図４および図５において、この流量センサは、被計測流体の通路となる円筒状の主通路１０１が円筒状の検出管路１００内に同軸的に配設され、支持体１６に支持された流量検出素子１４が表面を被計測流体の流れ方向６と平行に（又は所定の角度をなして）主通路１０１内に配設されている。また、ケース１０２が検出管路１００の外周部に設けられている。このケース１０２内には、検出回路基板１０４が納められており、該検出回路基板１０４と流量検出素子１４とがリード線１７を介して電気的に接続されている。また、流量センサに電力を供給したり、流量センサから出力を取り出すためのコネクタ１０３がケース１０２に設けられ、さらに検出回路基板１０４を電磁波などの外乱ノイズから保護するためのシールド部材１０５が検出回路基板１０４を覆うようにケース１０２内に設けられている。
なお、図４および図５に示される流量センサの構成は後述する本発明の他の実施の形態においても同様である。
【００３４】
この流量センサにおいては、発熱体４は図６に示される検出回路によって所定の平均温度となるような抵抗値に制御されている。検出回路は流体温度検出体５と発熱体４を含むブリッジ回路で構成されている。図中、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は固定抵抗、ＯＰ１、ＯＰ２は演算増幅器、ＴＲ１、ＴＲ２はトランジスタ、ＢＡＴＴは電源である。そして、流体温度検出体５と発熱体４を除く検出回路は検出回路基板１０４上に構成されている。
この検出回路は、図中のａ点とｂ点の電位を略等しくするように働き、発熱体４の加熱電流ＩＨを制御する。被計測流体の流速が早くなると、発熱体４から被計測流体への熱伝達量が多くなるため発熱体４の平均温度を所定の値に保つ時の加熱電流ＩＨは増加する。この加熱電流を抵抗Ｒ３の両端で電圧Ｖｏｕｔとして検出すると、流速あるいは所定の通路断面積を有する通路内を流れる流量信号が得られる。
【００３５】
このように構成された流量センサにおいては、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の前縁端面と凹部１８の内側面との間から凹部１８内に流れ込んだ被計測流体は、底部２６と流量検出素子１４の裏面との間を通り、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の後縁端面と凹部１８の内側面との間から流れ出ることになる。この時、流量検出用キャビティ１３が薄板状部材２４により塞がれているので、キャビティ１３に不安定な流体の移動は発生せず、流量検出精度を向上することができる。
また、薄板状部材２４が柔軟な部材より形成されているので、雰囲気の圧力が変動してキャビティ１３内部と外部との圧力差が発生した場合でも、薄板状部材２４が変形することによってダイアフラム１２の変形や破損を防止できる。
流量センサの感度は、発熱体４で生じた全ジュール熱の内、被計測流体の移動によって奪われる熱量が大きいほど良くなる。換言すれば、キャビティ１３を通って支持体１６に伝導する熱量が少ない程感度が良くなる。本流量センサでは、流量検出素子１４と支持体１６の底面２６との間に十分な空間を確保できるために発熱体４から平板状基板１に伝導した熱が支持体１６に伝わりにくく、したがって流量検出感度を高めることができる。
【００３６】
さらに、薄板状部材２４に金属系材料を用いた場合は耐熱性に優れるため、発熱体４の熱によって変形したり劣化することがない。
また、薄板状部材２４にガラス系材質を用いた場合は耐熱性を有すと共に熱伝導率が小さいため、発熱体４から支持体１６に伝導する熱量を小さくでき、感度を高めることができる。さらに、シリコンよりなる平板状基板１とガラス系材質よりなる薄板状部材２４とを陽極接合する場合は、密着性に優れ信頼性の高い接合が可能となる。
また、薄板状部材２４にポリイミド系の材質を用いた場合は、高い耐熱性を有すると共に、より柔軟性を高めることができる。この場合、支持膜２や保護膜３をより薄く形成した高応答性を有する流量センサにも十分適用することができる。
【００３７】
また、薄板状部材２４と平板状基板１との間の接着剤としてエポキシ系接着剤を用いた場合は耐熱性に優れた接着が可能となる。接着剤としてシリコーン系接着剤を用いた場合は、耐熱性に優れまた、密閉性の高い接着が可能となる。
また、あらかじめ流量検出素子１４に薄板状部材２４を貼り付けておけば、支持体１６に流量検出素子１４を接着固定する際に接着材がキャビティ１３内に回り込んで、最悪の場合ダイアフラム１２に付着して流量検出性能を悪化させることを防止できる。
【００３８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る流量センサにおける流量検出素子の支持部周りを示す分解斜視図である。
この実施の形態２では、小さな穴２４ａが開口している薄板状部材２４でキャビティ１３を塞ぐようにしている。なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３９】
このように構成された流量センサにおいては、雰囲気の圧力が変動しても雰囲気とキャビティ１３とを連通する穴２４ａによってキャビティ１３の圧力と雰囲気の圧力は均衡してダイアフラム１３を破損することがない。従って、薄板状部材２４に十分な柔軟性が無い場合にも適用できる。
また、穴２４ａは薄板状部材２４に開けられた小さな穴であり、キャビティ部面積よりは小さく構成され、かつ、穴２４ａは薄板状部材２４の板面に対して直交して開口しているので、凹部１８の底部２６と流量検出素子１４の裏面との間に流れる被計測流体がキャビティ１３内に流入しにくい構成となっている。つまり、穴２４ａが小径であるので、圧損が大きく、かつ、穴２４ａの穴方向が被計測流体の流れと直交しているので、被計測流体は流れ方向を直角に曲げて穴２４ａからキャビティ１３内に流入しなければならず、被計測流体が穴２４ａからキャビティ１３内に流入しにくい。従って、流量検出素子１４の裏面と底面２６との間の被計測流体の移動はキャビティ１３側のダイアフラム１２表面に影響を与えず、流量計測精度を高められる。
【００４０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図９はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。なお、図８および図９においては、カバー２１は省略されている。
【００４１】
図８乃至図１１において、流量検出素子１４は、流量検出用ダイヤフラム１２に加えて、平板状基板１の流体温度検出体５の下部が除去されて形成された流体温度検出用ダイヤフラム３０を有している。
支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い第２の面２８を有している。さらに、凹部１８は、第２の面２８よりも深い第３の面２９を有している。そして、第３の面２９は、流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティおよびその外周部に対向し、被計測流体の流れ方向における幅が流量検出素子１４の幅よりも狭く形成されている。また、第２の面２８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび第３の面２９を除いた凹部１８の底部全面に形成されている。そこで、第２の面２８は流量検出用ダイヤフラム１２のキャビティ１３およびその外周部に対向し、第３の面２９は流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティ３１およびその外周部に対向している。
ここで、第２の面２８と第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃとの深さ方向に差は５０μｍ以下に制御されている。
【００４２】
そして、流量検出素子１４は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃに支持されて凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。そして、第２の面２８と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との間は近接し、一方第３の面２９と流量検出素子の平板状基板１の裏面との間は離間している。
【００４３】
このように構成された流量センサにおいては、第２の面２８と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との間は近接しており、かつ、第２の面２８は流量検出用ダイアフラムのキャビティ１３近傍において、凹部の流れの方向全幅にわたって構成されている。さらに、図８に斜線で示されるように、第２の面２８の被計測流体の流れ方向に対する前縁部は、凹部１８の底部において被計測流体の流れ方向を直交する全域にわたって形成されている。そこで、流量検出素子１４の前縁部と凹部１８の内側面との間から凹部１８内に流入し、第２の面２８と流量検出素子１４の裏面との間に流入しようとする被計測流体の移動路は、流量検出素子１４の上流側全域において絞られ、第２の面２８と流量検出素子１４の裏面との間に流入しにくくなる。つまり、被計測流体がキャビティ１３に導入されにくくなる。そこで、図２７に示した被計測流体の流れ２３が著しく少なくなり、キャビティ１３内に不安定な流れが生じにくくなるので、流量検出精度を問題のないレベルまで高めることができる。
【００４４】
さらに、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃと第２の面２８との深さ方向の差は、被計測流体がキャビティ１３内に侵入しにくくするために近接している必要があるが、支持体１６を樹脂成形する場合でも、また支持体１６を金属としてプレス成形する場合でも、成形用金型において第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび第２の面２８を構成する部分を一体に成形すれば、精度良く微小な距離を構成することができる。第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃと第２の面２８との深さ方向の差は、５０μｍ以下であれば絞り効果が得られるが、数μｍ以下とすれば、第２の面２８と流体検出素子１４の裏面との間への被計測流体の侵入をより確実に抑えることができる。
【００４５】
発熱体４で発生した熱は被計測流体に伝達される他、平板状基板１にも流量検出用ダイアフラム１２を通して伝導される。そのため、平板状基板１は被計測流体の温度よりもわずかに昇温しており、ここでの熱が支持体１６に多く伝導すると、流量検出感度が低下する。本実施の形態３では、第３の面２９と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との距離が離間しているため、発熱体４から平板状基板１へ伝導した熱が、支持体１６に逃げにくくなっている。従って、発熱体４で発熱した熱量が被計測流体に奪われる以外の熱流を小さくでき、流量センサとしての感度を向上することができる。
加えて、第３の面２９の被計測流体の流れ方向の幅は流量検出素子１４の幅より狭く、内側にあるので、流量検出素子１４の上流側あるいは下流側において支持体１６（第２の面２８）と流量検出素子１４の間の距離が小さく、流量検出素子において被計測流体の流れに直交する方向（図では流量検出素子の長手方向）の全域に渡って流量検出素子１４裏面への被計測流体の侵入が抑止されている。そこで、図２７に示した不安定な被計測流体の流れ２３がなくなり、検出精度を高められる。
【００４６】
さらには、流量検出素子１４の流体温度検出体５が構成された部分が、支持体１６（第３の面２９）と離間しており、流体温度検出体５と支持体１６との間の熱抵抗が大きくなっているので、流体温度検出体５の流体温度変化に対する追従性が向上している。
また、流体温度検出体５が構成された部分に流体温度検出用ダイアフラム３０が形成されているので、流体温度検出体５と支持体１６の間の熱抵抗をさらに大きくできるとともに、流体温度検出体５近傍の熱容量を小さくできるため、被計測流体温度の変化に対してきわめて正確な追従性が得られる。加えて、この流体温度検出用ダイアフラム３０を形成すれば、上記のように発熱体４の熱が平板状基板１に伝導して平板状基板１がわずかに昇温していても、流体温度検出体５と平板状基板１とは流体温度検出用ダイアフラム３０により熱絶縁されているため、流体温度検出体５は被計側流体の温度を正確に検出できる。
尚、流体温度検出用ダイアフラム３０のキャビティ３１内に被計測流体が侵入しキャビティ３１内で不安定な流れを起こしても、流体温度検出体５は流量を検出していないので、流量検出性能が不安定になることはない。
【００４７】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図１３はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１４はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。なお、図１２および図１３においては、カバー２１は省略されている。
この実施の形態４では、図１２乃至図１５に示されるように、被計測流体が流体温度検出体５の形成領域の下部と凹部１８との間を通る流体の通路を構成するように凹部１８の上流側及び下流側の側壁面の一部に流体流通溝３２ａ、３２ｂを設けるものとしている。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００４８】
このように構成した流量センサでは、第２の面２８により被計測流体の流入可能な部分が絞られているので、流量検出用ダイアフラム１２の裏面のキャビティ１３内に不安定な被計測流体の流れを生じさせず、かつ、流体温度検出体５が構成された部分では、流量検出素子１４の表面に加え、裏面側にも被計測流体を積極的に導入できる。矢印３３は流量検出体５の裏面側に導入される被計測流体の流れを示したものである。
従って、流体温度の変化が発生した場合でも、流体温度検出体５の温度は速やかに流体温度に追従し、流量センサの流量検出精度を高めることができる。
【００４９】
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図１７はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１９は図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ矢視断面図である。なお、図１６および図１７においては、カバー２１は省略されている。
【００５０】
図１６乃至図１９において、支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い第２の面２８を有している。また、凹部１８は、第２の面２８よりも深い第３の面２９および第４の面３４を有している。そして、第３の面２９は、流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティおよびその外周部に対向し、被計測流体の流れ方向における幅が流量検出素子１４の幅よりも狭く形成されている。また、第４の面３４は、キャビティ１３に対向している。また、第２の面２８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、第３の面２９および第４の面３４を除いた凹部１８の底部全面に形成されている。
そこで、第２の面２８は流量検出用ダイヤフラム１２のキャビティ１３の外周部に対向し、第３の面２９は流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティ３１およびその外周部に対向し、第４の面３４はキャビティ１３に対向している。そして、支持体１６の凹部深さ方向において、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも第２の面２８が深い位置にあり、また第２の面２８よりも第３の面２９が深い位置にある。さらに第２の面２８よりも第４の面３４が深い位置にある。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５１】
このように構成された流量センサにおいては、まず、流量検出用ダイアフラム１２のキャビティ１３には、平板状基板１と第２の面２８とが近接していることにより、被計測流体の侵入がない。従って、流量検出精度の良い流量センサが得られる。
さらに、発熱体４が構成された流量検出用ダイアフラム１２とその領域に対向する支持体１６の部分、すなわち第４の面３４との間の距離は離間している。そのために流量検出用ダイアフラム１２上に設けられた発熱体４と対向する支持体１６の間には距離があり熱絶縁が図られている。このことによって、発熱体４から支持体１６への凹部深さ方向の熱流を小さくできる。従って、発熱体４に発生したジュール熱の内、被計測流体の移動によって奪われる熱量の割合を大きくできるので、流量センサの検出感度が良くなる。
加えて、支持体１６を樹脂で構成する場合は、発熱体４との距離がとれるため耐熱性の高い材質を使う必要がなくなるので、樹脂材料選択の自由度が増すことになる。また、同様に、発熱体４の温度が高温となっても支持体１６の温度上昇は抑えられるので、支持体１６を樹脂で構成しても、より高温雰囲気まで使用可能な流量センサが得られる。
また、第３の面２９は流量検出素子１４の裏面と離間しているので、発熱体４からの熱が平板状基板１に伝導しても、そこから支持体１６への熱流が小さくできるため、流量センサの感度を高めることができる。
【００５２】
実施の形態６．
図２０はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図２１はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図２２はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図２３は図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。なお、図２０および図２１においては、カバー２１は省略されている。
【００５３】
図２０乃至図２３において、支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い底面２６を有している。さらに、凹部の流れと直交する辺に沿って設けられ、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃより深く、かつ、底面２６より浅い位置にある第５の面３６を有している。また、接着剤よりなるシール部材３５が、凹部１８の上流側および下流側に位置する第５の面３６上で、被計測流体の流れ方向に直交する全域に形成されている。
そして、流量検出素子１４は、凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。同時に、流量検出素子１４の上流側および下流側の裏面と凹部１８とがシール部材３５により被計測流体の流れ方向に直交する全域にわたって接着されている。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。また、凹部１８の底面２６と流量検出素子１４との間には空間が存在している。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５４】
このように構成された流量センサでは、流量検出素子１４と支持体１６の凹部１８との間に、上流から下流に流れる被計測流体の移動を抑止でき、計測精度に優れた流量センサが得られる。凹部１８および流量検出素子１４の被計測流体の流れと平行な辺の少なくとも一部はシール材が形成されていないので、キャビティ１３と外部とは連通しており、雰囲気圧力の変化が生じてもダイアフラムが変形したり破壊することはない。
また、製造時においては、シール部材３５が凹部１８の内側に流れ込んだ場合、シール部材３５の流れ込みは流量検出素子１４と底面２６との間の大きな空間で止まる。そこで、ダイアフラム１２近傍へのシール部材３５の付着の恐れが少なくなり、検出機能を損なうことがない。
なお、上記シール材３５は、上流側および下流側に形成されている必要はなく、流量検出素子１４と凹部１８との間の被計測流体の流路を断てばよく、上流側および下流側の一方に形成されてもよい。また、シール部材３５は被計測流体の流れ方向に直交する全域にわたって形成されている必要はなく、上流および下流の一部に形成されていればよい。即ち、シール部材３５は、被計測流体の流れ方向に直交する方向において、少なくとも、キャビティ１３を隠す領域に形成されていればよい。
また、シール部材３５は、被計測流体の流れを阻止できるものであれば、その材質は問わず、たとえばエポキシ系接着材でも良いし、シリコーン系接着材であっても良い。
【００５５】
なお、上記各実施の形態では、流量計測用ダイアフラム１２に１つの発熱体４を形成し、発熱体４の加熱電流によって被計測流体の流量を検出する流量センサについて説明したが、被計測流体への伝熱現象によって流量や流速を計測し、ダイアフラム形式の流量センサであれば、他の形式のものでも良い。
例えば、発熱体の上流や下流に測温抵抗体を配置し、測温抵抗体の温度差を検出する形式でも良いし、上下流に複数の発熱体を用い加熱電流の差を検出する形式のものであっても良い。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６６】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているので、流量検出精度および感度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００６７】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているので、流量検出素子と支持体の凹部との間に被計測流体が侵入するのを防止する効果が高まり、計測精度が高められる。
【００６８】
また、流体温度検出体が、上記流量検出用ダイアフラムの形成領域から離間し、かつ、上記第３の面に対向するように上記平板状基板の表面に形成されているので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００６９】
また、上記流体温度検出体の下部の上記平板状基板が少なくとも部分的に除去されて、流体温度検出用ダイアフラムを構成したので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００７０】
また、流体流通溝が上記支持体の凹部の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の両側面を切り欠いて上記第３の面に至るように設けられ、上記被計測流体が流れる流体の通路が上記流量検出素子の前記流体温度検出体の形成領域の裏面と上記凹部との間に形成されているので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００７１】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティの少なくとも一部に対向する第４の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第４の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているので、流量検出感度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００７２】
また、少なくとも上記流量検出用ダイアフラムのキャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられているので、流量検出感度が高められる。
【００７３】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているので、計測精度が高められる。
【００７４】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、シール部材が、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向と略平行な端部の少なくとも一部と上記支持体の凹部との間には形成されず、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の端部と上記支持体の凹部との隙間の少なくとも一部を埋めるように形成されているので、流量検出精度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００７５】
また、上記支持体の凹部は、上記流量検出素子を支持する第１の面と、底面と、流れに平行でない辺の少なくとも一部に沿って設けられた第５の面とを有し、上記第５の面は上記第１の面より深く、かつ、上記底面より浅い位置にあり、上記シール部材は上記第５の面に形成されているので、製造工程において、シール部材がダイアフラム近傍に付着するのを防ぎ、生産性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を説明する分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１の流量センサを示す正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける検出回路を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る流量センサにおける流量検出素子の支持部周りを示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ矢視断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【図２４】従来の感熱式流量センサに用いられる流量検出素子を示す平面図である。
【図２５】図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ矢視断面図である。
【図２６】従来の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
【図２７】従来の感熱式流量センサにおける大流量域の被計測流体の流れを説明する斜視図である。
【図２８】従来の感熱式流量センサにおける大流量域の被計測流体の流れを説明する断面図である。
【図２９】従来の他の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 平板状基板、４ 発熱体、５ 流体温度検出体、６ 被計測流体の流れ方向、１２ 流量検出用ダイアフラム、１３ キャビティ、１４ 流量検出素子、１６ 支持体、１８ 凹部、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 第１の面（支持面）、２４ 薄板状部材、２４ａ 穴、２８ 第２の面、２９ 第３の面、３０ 流体温度検出用ダイヤフラム、３１ キャビティ、３２ａ、３２ｂ 流体流通溝、３４第４の面、３５ シール部材、３６ 第５の面。
【発明の属する技術分野】
本発明は発熱体を備え、発熱体あるいは発熱体によって加熱された部分から、流体への熱伝達現象に基づいて流体の流速あるいは流量を計測する流量検出素子を用いた流量センサに関するものであり、例えば内燃機関の吸入空気量を計測する場合等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
この種流量センサに用いられるダイアフラム構造を有する流量検出素子については、特開昭６２−４３５２２号公報、特開平４−２９６７号公報などで公知である。
図２４は従来の流量センサに用いられる流量検出素子を示す平面図、図２５は図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ矢視断面図である。
図２４および図２５において、平板状基板１は厚さ約０．４ｍｍのシリコン基板よりなり、その表面に厚さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の支持膜２がスパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成され、さらに白金等の感熱抵抗膜よりなる発熱体４が支持膜２上に形成されている。この発熱体４は、厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗膜を蒸着やスパッタ等の方法で支持膜２上に着膜し、写真製版、ウエットあるいはドライエッチング等の方法を用いて該感熱抵抗膜をパターニングすることにより、電流路を形成するように構成されている。また、同様に白金等の感熱抵抗膜よりなる流体温度検出体５が発熱体４から離れて支持膜２上に形成されている。この流体温度検出体５は、厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗膜を蒸着やスパッタ等の方法で支持膜２上に着膜し、写真製版、ウエットあるいはドライエッチング等の方法を用いて該感熱抵抗膜をパターニングすることにより、電流路を形成するように構成されている。さらに、発熱体４および流体温度検出体５の上には厚さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の保護膜３がスパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成されている。
【０００３】
発熱体４は、接続パターン９ａ、９ｂ、リードパターン７ａ、７ｄを経て流量検出素子の外部との電気的接続を行うための電極８ａ、８ｄにつながっている。また、流体温度検出体５はリードパターン７ｂ、７ｃを経て流量検出素子の外部との電気的接続を行うための電極８ｂ、８ｃにつながっている。電極８ａ〜８ｄの部分はワイヤボンド等の方法で外部と電気的に接続するために保護膜３が除去されている。
さらに、キャビティ１３が発熱体４の形成領域の下部に形成されて、流量検出用ダイヤフラム１２が構成されている。つまり、裏面保護膜１０が平板状基板１の裏面（支持膜２が形成されている面とは逆の面）に形成され、ついで発熱体４の形成領域の裏側の位置において写真製版等の方法で裏面保護膜１０を部分的に除去してエッチングホール１１を形成する。その後、エッチングホール１１から露出する平板状基板１に例えばアルカリエッチング等を施し、平板状基板１の一部を除去してキャビティ１３を形成することによって流量検出用ダイアフラム１２が構成されている。
このように構成された流量検出素子１４は、流量検出用ダイアフラム１２が被計測流体の流れにさらされるように配置される。なお、図中、矢印６は被計測流体の流れの方向を示している。
【０００４】
ところで、流量検出素子１４は以上のように平板状の形状をしているが、ダイアフラム１２が被計測流体の流れの方向に対向するように配置された場合には、ダイアフラム１２に風圧が加わり、高速流量でダイアフラム１２の破損が発生したり、あるいは、被計測流体内のダストがダイアフラム部に堆積して流量検出特性のドリフトが発生してしまうことになる。そのような場合は、平板状の流量検出素子１４は被計測流体の流れ方向と略平行に、または、被計測流体の流れ方向に対して所定の角度をなすように配置される。
また、平板状の流量検出素子１４を被計測流体の流れ方向と略平行に、または、被計測流体の流れ方向に対して所定の角度をなすように配置する場合には、キャビティ１３近傍における被計測流体の流れに乱れが発生したり、またチッピングなどに起因する流量検出素子１４の前縁部の形状バラツキによって発熱体４近傍における被計測流体の流れにバラツキが発生してしまう。この発熱体４近傍における被計測流体の流れのバラツキは流量検出特性の精度を低下させることにつながる。
【０００５】
そこで、図２６に示されるように、流量検出素子１４を平板状をなす支持体１６に設けられた凹部１８内に配置して、キャビティ１３近傍に発生する被計測流体の流れの乱れを抑え、また支持体１６の上流側端部の円弧形状により被計測流体の流れを整流し、流量検出素子１４の前縁部の形状バラツキによって発生する発熱体４近傍における被計測流体の流れのバラツキを低減することが先に提案されている。
図２６は従来の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
図２６において、支持体１６は、平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。流量検出素子１４は、その表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となるように凹部１８内に配設されている。そして、流量検出素子１４の電極８ａ〜８ｄがベース部材２０に配設されたリード線１７にワイヤ１９により電気的に接続されている。さらに、カバー２１がベース部材２０に取り付けられ、電極８ａ〜８ｄやワイヤ１９がカバー２１によって保護されている。
【０００６】
流量検出素子１４を支持体１６の凹部１８内に配設する場合、低流速域では被計測流体は流量検出素子１４の表面のみを流れる。しかしながら、大流量域では、支持体１６の凹部１８と流量検出素子１４との間にも被計測流体の移動が発生してしまう。つまり、図２７および図２８に示されるように、大流量域では、流量検出素子１４の表面を流れる被計測流体の流れ２２と、凹部１８と流量検出素子１４との間を流れる被計測流体の流れ２３とが発生してしまう。そして、被計測流体の流れ２３は、被計測流体の流れ２２に比べ不安定であるため、大流量域での流量検出精度が悪化してしまい、流量計測範囲が制限されるという不具合があった。
【０００７】
ここで、上記不具合を解決するために、流量検出素子１４の裏面と支持体１６の凹部１８とを完全に密着あるいは接着して、上述の不安定な被計測流体の流れ２３を確実に無くすことが考えられる。
しかしながら、この方策では、キャビティ１３内が密閉されるため、流体通路内に圧力の変動が発生した時に、密閉されたキャビティ１３内部と外部との圧力差によってダイアフラム１２が変形したり、破損したりするという不具合が発生してしまう。
さらに、製造時において、支持体１６の凹部１８に流量検出素子１４を接着固定する工程は、キャビティ１３内に入り込んだ接着材がダイアフラム１２に付着しないように配慮した精密な作業となり、コストの上昇が発生する。
さらにまた、発熱体４で発生した熱は平板状基板１を通って支持体１６に伝導しやすくなるため、流量検出感度が悪化する等の不具合がある。
【０００８】
さらに、上記不具合を解決するために、例えば特開平９−２６３４３号公報に示されるような支持構造が提案されている。
特開平９−２６３４３号公報に記載された支持構造では、図２９に示されるように、センサ支持体５０は、その表面に流量検出素子１４を収容するための凹部５１が設けられ、さらに溝状のスロット５２が流量検出素子１４の周縁に沿うように凹部５１の底部に設けられている。このスロット５２はセンサ領域（流量計測用ダイアフラム１３領域）外に延在されている。
そして、流量検出素子１４がセンサ支持体５０の表面とほぼ同じ面位置となるように凹部５１内に配置されている。さらに、流量検出素子１４はダイヤフラム１３の領域外で凹部５１の底面に接着剤５３により固定されている。
この支持構造によれば、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の前縁端面と凹部５１の内側面との間から凹部５１内に流れ込んだ被計測流体は、スロット５２を通り、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の後縁端面と凹部５１の内側面との間から流れ出ることになる。
そこで、凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間を流れる不安定な被計測流体の流れが低減され、大流量域での流量検出精度の悪化が抑えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２６３４３号公報に記載された支持構造は、以上のように構成されているので、スロット５２に導かれた被計測流体が凹部５１の底部とキャビティ１３との隙間に回り込む場合があり、被計測流体が凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間を流れるのを十分に阻止できなかった。
また、凹部５１の底部と流量検出素子１４の裏面との間がスロット５２を除いて近接しているため、発熱体４の熱がセンサ支持体５０に多く伝導してしまい、流量検出感度を悪化させるという問題があった。
さらには、流体温度検出体を流量検出素子１４上に複合化して形成する場合は、流量検出素子１４が凹部５１の底部に近接配置されているので、流量検出素子１４とセンサ支持体５１との間の熱絶縁が不十分であり、流体温度検出体の検出応答遅れが生じるという問題があった。
【００１０】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、流量計測精度が高く、また感度の良い流量センサを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているものである。
【００２１】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているものである。
【００２２】
また、流体温度検出体が、上記流量検出用ダイアフラムの形成領域から離間し、かつ、上記第３の面に対向するように上記平板状基板の表面に形成されているものである。
【００２３】
また、上記流体温度検出体の下部の上記平板状基板が少なくとも部分的に除去されて、流体温度検出用ダイアフラムを構成したものである。
【００２４】
また、流体流通溝が上記支持体の凹部の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の両側面を切り欠いて上記第３の面に至るように設けられ、上記被計測流体が流れる流体の通路が上記流量検出素子の前記流体温度検出体の形成領域の裏面と上記凹部との間に形成されているものである。
【００２５】
また、この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティの少なくとも一部に対向する第４の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第４の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているものである。
【００２６】
また、少なくとも上記流量検出用ダイアフラムのキャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられているものである。
【００２７】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているものである。
【００２８】
また、この発明に係る感熱式流量センサは、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、シール部材が、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向と略平行な端部の少なくとも一部と上記支持体の凹部との間には形成されず、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の端部と上記支持体の凹部との隙間の少なくとも一部を埋めるように形成されているものである。
【００２９】
また、上記支持体の凹部は、上記流量検出素子を支持する第１の面と、底面と、流れに平行でない辺の少なくとも一部に沿って設けられた第５の面とを有し、上記第５の面は上記第１の面より深く、かつ、上記底面より浅い位置にあり、上記シール部材は上記第５の面に形成されているものである。
【００３０】
【実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を説明する分解斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図であり、各図において図２４〜図２９に示した従来の流量センサと同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。なお、図１においてカバー２１は省略されている。
【００３１】
図１〜図３において、薄板状部材２４がキャビティ１３を覆うように流量検出素子１４の平板状基板１の裏面に取り付けられている。支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い底面２６を有している。さらに、畝部２７が第１の面１５ｃの近傍に凹部１８の底面２６に突設されている。この畝部２７は第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い位置にある。
そして、流量検出素子１４は、凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。また、凹部１８の底面２６と流量検出素子１４との間には空間が存在している。なお、畝部２７がセンサ領域への接着剤の流れ込みを防止している。
【００３２】
ここで、薄板状部材２４は薄い金属やガラス、あるいはポリイミド系樹脂より形成されている。そして、この薄板状部材２４は、ダイヤフラム１２よりも柔軟性を有するように薄さ、材料が選定されている。この薄板状部材２４は、流量検出素子１４の平板上記板１の裏面にエポキシ系あるいはシリコーン系の接着剤によって接着されている。もちろん、薄板状部材２４は、片面にこれらの接着剤があらかじめ粘着材として形成されている粘着シートあるいは粘着テープのような構成であっても良い。また薄板状部材２４がガラス系材質の場合は、平板状基板１との接合に陽極接合を用いても良い。
【００３３】
図４はこの発明に係る実施の形態１の流量センサを示す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
図４および図５において、この流量センサは、被計測流体の通路となる円筒状の主通路１０１が円筒状の検出管路１００内に同軸的に配設され、支持体１６に支持された流量検出素子１４が表面を被計測流体の流れ方向６と平行に（又は所定の角度をなして）主通路１０１内に配設されている。また、ケース１０２が検出管路１００の外周部に設けられている。このケース１０２内には、検出回路基板１０４が納められており、該検出回路基板１０４と流量検出素子１４とがリード線１７を介して電気的に接続されている。また、流量センサに電力を供給したり、流量センサから出力を取り出すためのコネクタ１０３がケース１０２に設けられ、さらに検出回路基板１０４を電磁波などの外乱ノイズから保護するためのシールド部材１０５が検出回路基板１０４を覆うようにケース１０２内に設けられている。
なお、図４および図５に示される流量センサの構成は後述する本発明の他の実施の形態においても同様である。
【００３４】
この流量センサにおいては、発熱体４は図６に示される検出回路によって所定の平均温度となるような抵抗値に制御されている。検出回路は流体温度検出体５と発熱体４を含むブリッジ回路で構成されている。図中、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は固定抵抗、ＯＰ１、ＯＰ２は演算増幅器、ＴＲ１、ＴＲ２はトランジスタ、ＢＡＴＴは電源である。そして、流体温度検出体５と発熱体４を除く検出回路は検出回路基板１０４上に構成されている。
この検出回路は、図中のａ点とｂ点の電位を略等しくするように働き、発熱体４の加熱電流ＩＨを制御する。被計測流体の流速が早くなると、発熱体４から被計測流体への熱伝達量が多くなるため発熱体４の平均温度を所定の値に保つ時の加熱電流ＩＨは増加する。この加熱電流を抵抗Ｒ３の両端で電圧Ｖｏｕｔとして検出すると、流速あるいは所定の通路断面積を有する通路内を流れる流量信号が得られる。
【００３５】
このように構成された流量センサにおいては、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の前縁端面と凹部１８の内側面との間から凹部１８内に流れ込んだ被計測流体は、底部２６と流量検出素子１４の裏面との間を通り、被計測流体の流れ方向の流量検出素子１４の後縁端面と凹部１８の内側面との間から流れ出ることになる。この時、流量検出用キャビティ１３が薄板状部材２４により塞がれているので、キャビティ１３に不安定な流体の移動は発生せず、流量検出精度を向上することができる。
また、薄板状部材２４が柔軟な部材より形成されているので、雰囲気の圧力が変動してキャビティ１３内部と外部との圧力差が発生した場合でも、薄板状部材２４が変形することによってダイアフラム１２の変形や破損を防止できる。
流量センサの感度は、発熱体４で生じた全ジュール熱の内、被計測流体の移動によって奪われる熱量が大きいほど良くなる。換言すれば、キャビティ１３を通って支持体１６に伝導する熱量が少ない程感度が良くなる。本流量センサでは、流量検出素子１４と支持体１６の底面２６との間に十分な空間を確保できるために発熱体４から平板状基板１に伝導した熱が支持体１６に伝わりにくく、したがって流量検出感度を高めることができる。
【００３６】
さらに、薄板状部材２４に金属系材料を用いた場合は耐熱性に優れるため、発熱体４の熱によって変形したり劣化することがない。
また、薄板状部材２４にガラス系材質を用いた場合は耐熱性を有すと共に熱伝導率が小さいため、発熱体４から支持体１６に伝導する熱量を小さくでき、感度を高めることができる。さらに、シリコンよりなる平板状基板１とガラス系材質よりなる薄板状部材２４とを陽極接合する場合は、密着性に優れ信頼性の高い接合が可能となる。
また、薄板状部材２４にポリイミド系の材質を用いた場合は、高い耐熱性を有すると共に、より柔軟性を高めることができる。この場合、支持膜２や保護膜３をより薄く形成した高応答性を有する流量センサにも十分適用することができる。
【００３７】
また、薄板状部材２４と平板状基板１との間の接着剤としてエポキシ系接着剤を用いた場合は耐熱性に優れた接着が可能となる。接着剤としてシリコーン系接着剤を用いた場合は、耐熱性に優れまた、密閉性の高い接着が可能となる。
また、あらかじめ流量検出素子１４に薄板状部材２４を貼り付けておけば、支持体１６に流量検出素子１４を接着固定する際に接着材がキャビティ１３内に回り込んで、最悪の場合ダイアフラム１２に付着して流量検出性能を悪化させることを防止できる。
【００３８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る流量センサにおける流量検出素子の支持部周りを示す分解斜視図である。
この実施の形態２では、小さな穴２４ａが開口している薄板状部材２４でキャビティ１３を塞ぐようにしている。なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３９】
このように構成された流量センサにおいては、雰囲気の圧力が変動しても雰囲気とキャビティ１３とを連通する穴２４ａによってキャビティ１３の圧力と雰囲気の圧力は均衡してダイアフラム１３を破損することがない。従って、薄板状部材２４に十分な柔軟性が無い場合にも適用できる。
また、穴２４ａは薄板状部材２４に開けられた小さな穴であり、キャビティ部面積よりは小さく構成され、かつ、穴２４ａは薄板状部材２４の板面に対して直交して開口しているので、凹部１８の底部２６と流量検出素子１４の裏面との間に流れる被計測流体がキャビティ１３内に流入しにくい構成となっている。つまり、穴２４ａが小径であるので、圧損が大きく、かつ、穴２４ａの穴方向が被計測流体の流れと直交しているので、被計測流体は流れ方向を直角に曲げて穴２４ａからキャビティ１３内に流入しなければならず、被計測流体が穴２４ａからキャビティ１３内に流入しにくい。従って、流量検出素子１４の裏面と底面２６との間の被計測流体の移動はキャビティ１３側のダイアフラム１２表面に影響を与えず、流量計測精度を高められる。
【００４０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図９はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。なお、図８および図９においては、カバー２１は省略されている。
【００４１】
図８乃至図１１において、流量検出素子１４は、流量検出用ダイヤフラム１２に加えて、平板状基板１の流体温度検出体５の下部が除去されて形成された流体温度検出用ダイヤフラム３０を有している。
支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い第２の面２８を有している。さらに、凹部１８は、第２の面２８よりも深い第３の面２９を有している。そして、第３の面２９は、流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティおよびその外周部に対向し、被計測流体の流れ方向における幅が流量検出素子１４の幅よりも狭く形成されている。また、第２の面２８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび第３の面２９を除いた凹部１８の底部全面に形成されている。そこで、第２の面２８は流量検出用ダイヤフラム１２のキャビティ１３およびその外周部に対向し、第３の面２９は流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティ３１およびその外周部に対向している。
ここで、第２の面２８と第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃとの深さ方向に差は５０μｍ以下に制御されている。
【００４２】
そして、流量検出素子１４は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃに支持されて凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。そして、第２の面２８と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との間は近接し、一方第３の面２９と流量検出素子の平板状基板１の裏面との間は離間している。
【００４３】
このように構成された流量センサにおいては、第２の面２８と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との間は近接しており、かつ、第２の面２８は流量検出用ダイアフラムのキャビティ１３近傍において、凹部の流れの方向全幅にわたって構成されている。さらに、図８に斜線で示されるように、第２の面２８の被計測流体の流れ方向に対する前縁部は、凹部１８の底部において被計測流体の流れ方向を直交する全域にわたって形成されている。そこで、流量検出素子１４の前縁部と凹部１８の内側面との間から凹部１８内に流入し、第２の面２８と流量検出素子１４の裏面との間に流入しようとする被計測流体の移動路は、流量検出素子１４の上流側全域において絞られ、第２の面２８と流量検出素子１４の裏面との間に流入しにくくなる。つまり、被計測流体がキャビティ１３に導入されにくくなる。そこで、図２７に示した被計測流体の流れ２３が著しく少なくなり、キャビティ１３内に不安定な流れが生じにくくなるので、流量検出精度を問題のないレベルまで高めることができる。
【００４４】
さらに、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃと第２の面２８との深さ方向の差は、被計測流体がキャビティ１３内に侵入しにくくするために近接している必要があるが、支持体１６を樹脂成形する場合でも、また支持体１６を金属としてプレス成形する場合でも、成形用金型において第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび第２の面２８を構成する部分を一体に成形すれば、精度良く微小な距離を構成することができる。第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃと第２の面２８との深さ方向の差は、５０μｍ以下であれば絞り効果が得られるが、数μｍ以下とすれば、第２の面２８と流体検出素子１４の裏面との間への被計測流体の侵入をより確実に抑えることができる。
【００４５】
発熱体４で発生した熱は被計測流体に伝達される他、平板状基板１にも流量検出用ダイアフラム１２を通して伝導される。そのため、平板状基板１は被計測流体の温度よりもわずかに昇温しており、ここでの熱が支持体１６に多く伝導すると、流量検出感度が低下する。本実施の形態３では、第３の面２９と流量検出素子１４の平板状基板１の裏面との距離が離間しているため、発熱体４から平板状基板１へ伝導した熱が、支持体１６に逃げにくくなっている。従って、発熱体４で発熱した熱量が被計測流体に奪われる以外の熱流を小さくでき、流量センサとしての感度を向上することができる。
加えて、第３の面２９の被計測流体の流れ方向の幅は流量検出素子１４の幅より狭く、内側にあるので、流量検出素子１４の上流側あるいは下流側において支持体１６（第２の面２８）と流量検出素子１４の間の距離が小さく、流量検出素子において被計測流体の流れに直交する方向（図では流量検出素子の長手方向）の全域に渡って流量検出素子１４裏面への被計測流体の侵入が抑止されている。そこで、図２７に示した不安定な被計測流体の流れ２３がなくなり、検出精度を高められる。
【００４６】
さらには、流量検出素子１４の流体温度検出体５が構成された部分が、支持体１６（第３の面２９）と離間しており、流体温度検出体５と支持体１６との間の熱抵抗が大きくなっているので、流体温度検出体５の流体温度変化に対する追従性が向上している。
また、流体温度検出体５が構成された部分に流体温度検出用ダイアフラム３０が形成されているので、流体温度検出体５と支持体１６の間の熱抵抗をさらに大きくできるとともに、流体温度検出体５近傍の熱容量を小さくできるため、被計測流体温度の変化に対してきわめて正確な追従性が得られる。加えて、この流体温度検出用ダイアフラム３０を形成すれば、上記のように発熱体４の熱が平板状基板１に伝導して平板状基板１がわずかに昇温していても、流体温度検出体５と平板状基板１とは流体温度検出用ダイアフラム３０により熱絶縁されているため、流体温度検出体５は被計側流体の温度を正確に検出できる。
尚、流体温度検出用ダイアフラム３０のキャビティ３１内に被計測流体が侵入しキャビティ３１内で不安定な流れを起こしても、流体温度検出体５は流量を検出していないので、流量検出性能が不安定になることはない。
【００４７】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図１３はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１４はこの発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。なお、図１２および図１３においては、カバー２１は省略されている。
この実施の形態４では、図１２乃至図１５に示されるように、被計測流体が流体温度検出体５の形成領域の下部と凹部１８との間を通る流体の通路を構成するように凹部１８の上流側及び下流側の側壁面の一部に流体流通溝３２ａ、３２ｂを設けるものとしている。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００４８】
このように構成した流量センサでは、第２の面２８により被計測流体の流入可能な部分が絞られているので、流量検出用ダイアフラム１２の裏面のキャビティ１３内に不安定な被計測流体の流れを生じさせず、かつ、流体温度検出体５が構成された部分では、流量検出素子１４の表面に加え、裏面側にも被計測流体を積極的に導入できる。矢印３３は流量検出体５の裏面側に導入される被計測流体の流れを示したものである。
従って、流体温度の変化が発生した場合でも、流体温度検出体５の温度は速やかに流体温度に追従し、流量センサの流量検出精度を高めることができる。
【００４９】
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図１７はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図１９は図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ矢視断面図である。なお、図１６および図１７においては、カバー２１は省略されている。
【００５０】
図１６乃至図１９において、支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い第２の面２８を有している。また、凹部１８は、第２の面２８よりも深い第３の面２９および第４の面３４を有している。そして、第３の面２９は、流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティおよびその外周部に対向し、被計測流体の流れ方向における幅が流量検出素子１４の幅よりも狭く形成されている。また、第４の面３４は、キャビティ１３に対向している。また、第２の面２８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、第３の面２９および第４の面３４を除いた凹部１８の底部全面に形成されている。
そこで、第２の面２８は流量検出用ダイヤフラム１２のキャビティ１３の外周部に対向し、第３の面２９は流体温度検出用ダイヤフラム３０のキャビティ３１およびその外周部に対向し、第４の面３４はキャビティ１３に対向している。そして、支持体１６の凹部深さ方向において、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも第２の面２８が深い位置にあり、また第２の面２８よりも第３の面２９が深い位置にある。さらに第２の面２８よりも第４の面３４が深い位置にある。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５１】
このように構成された流量センサにおいては、まず、流量検出用ダイアフラム１２のキャビティ１３には、平板状基板１と第２の面２８とが近接していることにより、被計測流体の侵入がない。従って、流量検出精度の良い流量センサが得られる。
さらに、発熱体４が構成された流量検出用ダイアフラム１２とその領域に対向する支持体１６の部分、すなわち第４の面３４との間の距離は離間している。そのために流量検出用ダイアフラム１２上に設けられた発熱体４と対向する支持体１６の間には距離があり熱絶縁が図られている。このことによって、発熱体４から支持体１６への凹部深さ方向の熱流を小さくできる。従って、発熱体４に発生したジュール熱の内、被計測流体の移動によって奪われる熱量の割合を大きくできるので、流量センサの検出感度が良くなる。
加えて、支持体１６を樹脂で構成する場合は、発熱体４との距離がとれるため耐熱性の高い材質を使う必要がなくなるので、樹脂材料選択の自由度が増すことになる。また、同様に、発熱体４の温度が高温となっても支持体１６の温度上昇は抑えられるので、支持体１６を樹脂で構成しても、より高温雰囲気まで使用可能な流量センサが得られる。
また、第３の面２９は流量検出素子１４の裏面と離間しているので、発熱体４からの熱が平板状基板１に伝導しても、そこから支持体１６への熱流が小さくできるため、流量センサの感度を高めることができる。
【００５２】
実施の形態６．
図２０はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図、図２１はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図、図２２はこの発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図、図２３は図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。なお、図２０および図２１においては、カバー２１は省略されている。
【００５３】
図２０乃至図２３において、支持体１６は、樹脂で平板状に形成され、ベース部材２０に取り付けられている。そして、流量検出素子１４よりも少し大きい外周を有する凹部１８が支持体１６の表面に設けられている。
この凹部１８には、流量検出素子１４を支持する互いに離間した第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられており、これらの第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃはすべて略同一平面上にある。また、凹部１８は、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃよりも深い底面２６を有している。さらに、凹部の流れと直交する辺に沿って設けられ、第１の面２５ａ、２５ｂ、２５ｃより深く、かつ、底面２６より浅い位置にある第５の面３６を有している。また、接着剤よりなるシール部材３５が、凹部１８の上流側および下流側に位置する第５の面３６上で、被計測流体の流れ方向に直交する全域に形成されている。
そして、流量検出素子１４は、凹部１８内に納められ、第１の面２５ｃに接着剤で固定される。同時に、流量検出素子１４の上流側および下流側の裏面と凹部１８とがシール部材３５により被計測流体の流れ方向に直交する全域にわたって接着されている。この時、流量検出素子１４の表面が支持体１６の表面とほぼ同じ面位置となっている。また、凹部１８の底面２６と流量検出素子１４との間には空間が存在している。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５４】
このように構成された流量センサでは、流量検出素子１４と支持体１６の凹部１８との間に、上流から下流に流れる被計測流体の移動を抑止でき、計測精度に優れた流量センサが得られる。凹部１８および流量検出素子１４の被計測流体の流れと平行な辺の少なくとも一部はシール材が形成されていないので、キャビティ１３と外部とは連通しており、雰囲気圧力の変化が生じてもダイアフラムが変形したり破壊することはない。
また、製造時においては、シール部材３５が凹部１８の内側に流れ込んだ場合、シール部材３５の流れ込みは流量検出素子１４と底面２６との間の大きな空間で止まる。そこで、ダイアフラム１２近傍へのシール部材３５の付着の恐れが少なくなり、検出機能を損なうことがない。
なお、上記シール材３５は、上流側および下流側に形成されている必要はなく、流量検出素子１４と凹部１８との間の被計測流体の流路を断てばよく、上流側および下流側の一方に形成されてもよい。また、シール部材３５は被計測流体の流れ方向に直交する全域にわたって形成されている必要はなく、上流および下流の一部に形成されていればよい。即ち、シール部材３５は、被計測流体の流れ方向に直交する方向において、少なくとも、キャビティ１３を隠す領域に形成されていればよい。
また、シール部材３５は、被計測流体の流れを阻止できるものであれば、その材質は問わず、たとえばエポキシ系接着材でも良いし、シリコーン系接着材であっても良い。
【００５５】
なお、上記各実施の形態では、流量計測用ダイアフラム１２に１つの発熱体４を形成し、発熱体４の加熱電流によって被計測流体の流量を検出する流量センサについて説明したが、被計測流体への伝熱現象によって流量や流速を計測し、ダイアフラム形式の流量センサであれば、他の形式のものでも良い。
例えば、発熱体の上流や下流に測温抵抗体を配置し、測温抵抗体の温度差を検出する形式でも良いし、上下流に複数の発熱体を用い加熱電流の差を検出する形式のものであっても良い。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６６】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているので、流量検出精度および感度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００６７】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているので、流量検出素子と支持体の凹部との間に被計測流体が侵入するのを防止する効果が高まり、計測精度が高められる。
【００６８】
また、流体温度検出体が、上記流量検出用ダイアフラムの形成領域から離間し、かつ、上記第３の面に対向するように上記平板状基板の表面に形成されているので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００６９】
また、上記流体温度検出体の下部の上記平板状基板が少なくとも部分的に除去されて、流体温度検出用ダイアフラムを構成したので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００７０】
また、流体流通溝が上記支持体の凹部の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の両側面を切り欠いて上記第３の面に至るように設けられ、上記被計測流体が流れる流体の通路が上記流量検出素子の前記流体温度検出体の形成領域の裏面と上記凹部との間に形成されているので、被計測流体の温度が変化する場合でも精度よく流量を検出することができる。
【００７１】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティの少なくとも一部に対向する第４の面が上記支持体の凹部内に設けられており、上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第４の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されているので、流量検出感度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００７２】
また、少なくとも上記流量検出用ダイアフラムのキャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられているので、流量検出感度が高められる。
【００７３】
また、上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されているので、計測精度が高められる。
【００７４】
また、この発明によれば、感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、シール部材が、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向と略平行な端部の少なくとも一部と上記支持体の凹部との間には形成されず、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の端部と上記支持体の凹部との隙間の少なくとも一部を埋めるように形成されているので、流量検出精度の高い感熱式流量センサが得られる。
【００７５】
また、上記支持体の凹部は、上記流量検出素子を支持する第１の面と、底面と、流れに平行でない辺の少なくとも一部に沿って設けられた第５の面とを有し、上記第５の面は上記第１の面より深く、かつ、上記底面より浅い位置にあり、上記シール部材は上記第５の面に形成されているので、製造工程において、シール部材がダイアフラム近傍に付着するのを防ぎ、生産性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を説明する分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１の流量センサを示す正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る流量センサにおける検出回路を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る流量センサにおける流量検出素子の支持部周りを示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ矢視断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける支持体の構造を説明する斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持状態を示す斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態６に係る流量センサにおける流量検出素子の支持構造を示す要部断面図
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【図２４】従来の感熱式流量センサに用いられる流量検出素子を示す平面図である。
【図２５】図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ矢視断面図である。
【図２６】従来の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
【図２７】従来の感熱式流量センサにおける大流量域の被計測流体の流れを説明する斜視図である。
【図２８】従来の感熱式流量センサにおける大流量域の被計測流体の流れを説明する断面図である。
【図２９】従来の他の流量検出素子の支持構造の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 平板状基板、４ 発熱体、５ 流体温度検出体、６ 被計測流体の流れ方向、１２ 流量検出用ダイアフラム、１３ キャビティ、１４ 流量検出素子、１６ 支持体、１８ 凹部、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 第１の面（支持面）、２４ 薄板状部材、２４ａ 穴、２８ 第２の面、２９ 第３の面、３０ 流体温度検出用ダイヤフラム、３１ キャビティ、３２ａ、３２ｂ 流体流通溝、３４第４の面、３５ シール部材、３６ 第５の面。
Claims (10)
- 感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、
上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をして配置される支持体とを備え、
上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、
上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられており、
上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、
上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されていることを特徴とする感熱式流量センサ。 - 上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の感熱式流量センサ。
- 流体温度検出体が、上記流量検出用ダイアフラムの形成領域から離間し、かつ、上記第３の面に対向するように上記平板状基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の感熱式流量センサ。
- 上記流体温度検出体の下部の上記平板状基板が少なくとも部分的に除去されて、流体温度検出用ダイアフラムを構成したことを特徴とする請求項３記載の感熱式流量センサ。
- 流体流通溝が上記支持体の凹部の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の両側面を切り欠いて上記第３の面に至るように設けられ、上記被計測流体が流れる流体の通路が上記流量検出素子の前記流体温度検出体の形成領域の裏面と上記凹部との間に形成されていることを特徴とする請求項３記載の感熱式流量センサ。
- 感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、
上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、
上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、
上記流量検出素子を支持する複数の第１の面が互いに離間して上記支持体の凹部内に設けられ、少なくとも上記キャビティの外周部に対向し、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向における幅より広い幅を有する第２の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記キャビティの少なくとも一部に対向する第４の面が上記支持体の凹部内に設けられており、
上記第２の面は上記凹部の深さ方向で上記第１の面より深い位置に設けられ、上記第４の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられ、
上記流量検出素子が上記複数の第１の面に支持され、かつ、上記複数の第１の面の少なくとも１つの面に固定されていることを特徴とする感熱式流量センサ。 - 少なくとも上記流量検出用ダイアフラムのキャビティに対向しない第３の面が上記支持体の凹部内に設けられ、上記第３の面は上記凹部の深さ方向で上記第２の面より深い位置に設けられていることを特徴とする請求項６記載の感熱式流量センサ。
- 上記第３の面の上記被計測流体の流れの方向における幅が上記流量検出素子の上記被計測流体の流れの方向における幅よりも狭く形成されていることを特徴とする請求項７記載の感熱式流量センサ。
- 感熱抵抗膜よりなる発熱体が平板状基板の表面に形成され、キャビティが該発熱体形成領域の下部にある該平板状基板を部分的に除去して形成されて流量検出用ダイアフラムを構成した流量検出素子と、
上記流量検出素子を収納する凹部が表面に形成され、該表面が被計測流体の流れ方向に平行に又は所定の角度をなして配置される支持体とを備え、
上記流量検出素子がその表面を上記支持体の表面とほぼ同じ面位置となるように上記凹部内に収納された感熱式流量センサであって、
シール部材が、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向と略平行な端部の少なくとも一部と上記支持体の凹部との間には形成されず、かつ、上記流量検出素子の上記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側の端部と上記支持体の凹部との隙間の少なくとも一部を埋めるように形成されていることを特徴とする感熱式流量センサ。 - 上記支持体の凹部は、上記流量検出素子を支持する第１の面と、底面と、流れに平行でない辺の少なくとも一部に沿って設けられた第５の面とを有し、上記第５の面は上記第１の面より深く、かつ、上記底面より浅い位置にあり、上記シール部材は上記第５の面に形成されていることを特徴とする請求項９記載の感熱式流量センサ。
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