JP2001304933A - 熱式流量センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気流の乱れが発生しがたい、流量測定誤差の
少ない適正な精密計測が可能な熱式流量センサおよびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 支持体８の脚部１８の凹溝底面１９１と
フレーム素子１１の反ダイヤフラム１３側の面との間に
多数のビーズ２１および接着剤２２とを備える。このた
め、凹溝底面１９１にフレーム素子１１を嵌合し、押し
合わせると、ビーズ２１の外径が、脚部１８の底面１９
１とフレーム素子１１の合わせ面とを平行に位置決めし
接合するので、支持体８の外面とフレーム素子１１の傾
き角が発生するのを防止する。このため、この熱式流量
センサ１５による流体の計測時、センサ近傍に流れの乱
れが発生し難い構成であるから、流量計測が精密に行え
る。量産した場合、均一な精度の高い熱式流量センサを
製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレート状の熱式
流量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸入空気量を測定する熱式流
量センサにおいては、吸入空気量の高精度な計測が要求
される。この要求を満たすと、エンジンの高出力および
燃料消費量の低減を目的としたエンジンの精密制御を行
える。

【０００３】従来の熱式流量センサとしては、単結晶シ
リコンからなるフレーム上に厚さ数μｍのダイヤフラム
をマイクロマシン技術により形成し、そのダイヤフラム
の一方の面側に空間を形成し他方の面上に加熱抵抗体を
配置することにより、熱容量を低減させ高応答性を実現
するセンサが公知になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような熱式流量セ
ンサをエンジンの吸気管内に搭載する場合、あらかじめ
熱式流量センサを支持体に取付け、この支持体を吸気管
に取り付ける。

【０００５】この熱式流量センサを構成する加熱抵抗体
から放出される熱量の変化により吸入空気量を測定す
る。したがって、ダイヤフラムの近傍を通る空気流の乱
れが生ずると、この乱れによって計測誤差を生じやすい
ため、ダイヤフラム上に加熱抵抗体を配置するときには
ダイヤフラム表面をできるだけ支持体の表面と同一面に
なるように支持体の凹溝内部にダイヤフラムを接着する
ことが重要である。

【０００６】支持体の凹溝の底面に接着剤を塗布し、こ
の塗布された接着剤上にセンサを組み付ける場合、その
接着剤の塗布量、フレーム素子の押さえ位置、フレーム
素子を接着剤に載せるときの荷重などが不均一である
と、支持体の取付面に傾いた状態でフレーム素子が取付
けられたり、支持体表面とフレーム素子取付面との間に
段差が生じることがある。

【０００７】支持体とフレーム素子との間に相対的に傾
きや相対段差が生じた熱式流量センサでは、吸気管内の
吸入空気量を測定するときに空気流れの乱れが発生し、
吸入空気量の計測誤差を発生する。このような計測誤差
が生ずると、エンジンの精密制御は困難になるし、エン
ジンの高出力化ならびに低燃費化に妨げとなる。

【０００８】本発明の目的は、支持体に取付けられる加
熱抵抗体の位置決めを精度良く行えるようにした熱式流
量センサおよびその製造方法を提供することにある。本
発明の別な目的は、空気流の乱れの発生しがたい、流量
測定誤差の少ない適正な精密計測が可能な熱式流量セン
サおよびその製造方法を提供することにある。本発明の
別の目的は、エンジンの精密制御を可能にする熱式流量
センサおよびその製造方法を提供することある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
熱式流量センサによると、支持体の凹溝底面と前記フレ
ーム素子の反ダイヤフラム側の面との間に設けられる多
数の球状体および接着剤とを備えるため、支持体の凹溝
にフレーム素子を嵌合し、押し合わせると、球状体の外
径が、支持体の底面とフレーム素子の合わせ面とを平行
に位置決めし、この位置決めされた支持体とフレーム素
子とを接着剤で接合するので、支持体の外面とフレーム
素子の傾き角が発生するのを防止する。このため、この
熱式流量センサによる流体の計測時、センサ近傍に流れ
の乱れが発生し難い構成であるから、流量計測が精密に
行えるという効果がある。量産した場合、均一な精度の
高い熱式流量センサを製造することができる。

【００１０】本発明の請求項２記載の熱式流量センサに
よると、支持体の凹溝が形成される側の外面と前記フレ
ーム素子の外側の面とがほぼ均一な高さ位置に形成され
るため、加熱抵抗体の近傍を流れる気流の乱れが発生し
がたいので、流量測定誤差の少ない適正な精密計測が可
能になる。

【００１１】本発明の請求項３記載の熱式流量センサの
製造方法によると、支持体の凹溝の底面に前記球状体お
よび接着剤が塗布された状態でフレーム素子を嵌合する
工程とを含むため、凹溝の底面とフレーム素子の合わせ
面との間隔が球状体の外径で決まる。そのため、支持体
の底面とフレーム素子の合わせ面とを平行に容易に設定
することができる。接着剤の塗付状況の影響を受けがた
いので、計測誤差の発生しにくい均一かつ良質な熱式流
量センサを量産することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するための複数の実施例について図面に基づいて説明す
る。

【００１３】図２、図３に示すように、エンジンの吸気
管１０の取付孔９に金属または樹脂からなる支持体８が
取付けられている。この支持体８の脚部１８が吸気管１
０の吸気通路の中央に向けて張り出している。この脚部
１８の先端側の一面側に矩形状の凹溝１９が形成されて
いる。この凹溝１９の内部に熱式流量センサ１５の加熱
抵抗体１４を取付けるフレーム素子１１が取付けられて
いる。

【００１４】図１に示すように、フレーム素子１１は、
凹溝１９の形状に対応する薄板状で、凹溝１９の底面１
９１に球状体としてのビーズ２１と接着剤２２とが塗布
された状態でこのビーズ２１および接着剤２２の上に貼
り付けられている。この凹溝１９の内部にフレーム素子
１１が嵌合する。

【００１５】フレーム素子１１は、単結晶シリコンから
なり、その厚みが、凹溝１９の深さよりビーズ２１の直
径を引いた長さとほぼ同等になる厚さに設定されてい
る。フレーム素子１１は、その形状が矩形状の凹溝１９
の形に適合するようにその凹溝空間部内にはまる大きさ
になるように設定されている。

【００１６】ビーズ２１は、球状の剛体で、塗付前に接
着剤と混合され、接着剤と共に凹溝１９の底面１９１に
塗付される。接着剤に熱硬化性材料を使用したときはフ
レーム素子１１を貼り付けた後加熱する。

【００１７】図４に示すように、膜状のダイヤフラム１
３は、絶縁材からなり、薄板状のフレーム素子１１の一
方側の面に接合されている。ダイヤフラム１３の外側面
に加熱抵抗体１４が形成され、この加熱抵抗体１４を被
覆する保護膜１７が形成されている。ここで、フレーム
素子１１の厚さは例えば４００μｍ、ダイヤフラム１３
および保護膜１７の両者を併せた厚みが１〜２μｍであ
る。加熱抵抗体１４は、フレーム素子１１の孔１２の空
間の反対側のダイヤフラム１３の外側面に形成されてい
る。これは、センサ作動時、発熱し易い加熱抵抗体１４
の熱がダイヤフラム１３を通して空間の孔１２の側に放
熱しにくく、反対側での空気の流れのみで放熱させるた
めである。少なくとも一つの加熱抵抗体１４は、リード
１６に接続されており、このリード１６は、支持体８の
内部の制御回路２４、あるいは制御回路２４に接続され
たリードに接続されている。また必要に応じて、温度検
出用の感温抵抗体２６を設けて同様に接続しても良い。

【００１８】図１に示すように、製造時に脚部１８の凹
溝１９の底面１９１にビーズ２１および接着剤２２が塗
布された状態でフレーム素子１１を嵌合するため、凹溝
の底面とフレーム素子の合わせ面との間隔が球状体の外
径で決まる。そのため、支持体８の底面１９１とフレー
ム素子１１の合わせ面とを平行に容易に設定することが
できる。支持体８の外面Ｆ１とフレーム素子１１の外側
の面Ｆ２とがほぼ均一な高さ位置に形成されるため、加
熱抵抗体１４の近傍を流れる気流の乱れが発生しがたい
ので、流量測定誤差の少ない適正な精密計測が可能にな
る。

【００１９】次に、熱式流量センサの組付方法について
説明する。単結晶シリコンからなるフレーム素子１１に
あらかじめダイヤフラム１３、加熱抵抗体１４、保護膜
１７等を形成したセンサエレメント２５を形成する。

【００２０】一方、支持体１８の脚部１８に矩形状の凹
溝１９を形成する。そして、この凹溝１９の底面１９１
に、あらかじめ接着剤２２とビーズ２１とを混ぜ合わせ
た状態の塗布剤を塗布する。この塗布された接着剤２２
とビーズ２１の上にセンサエレメント２５を貼り付け
る。このとき、接着剤２２の厚さは、ビーズ２１のほぼ
ビーズ径で決定される。このビーズ径は、例えば１００
μｍとすると、誤差プラスマイナス数１０μｍで製作可
能である。したがって、接着剤厚さ誤差をプラスマイナ
ス数１０μｍ程度以下に抑えられる。したがって、フレ
ーム素子１１の脚部１８への取付傾き角誤差は低減され
るし、ダイヤフラム１３の外側面の傾きもほとんど解消
される。次にリード１６で電気的に接続する。この熱式
流量センサ１５を取付けた支持体８の脚部１８を吸気管
１０の取付孔９から挿入し、図２および図３に示すよう
に取り付ける。

【００２１】したがって、本実施例によると、熱式流量
センサ１５によって吸気管１０の内部を流れる吸入空気
量を計測をすると、図１に示すように、支持体８の脚部
１８の表面Ｆ１とフレーム素子１１の表面Ｆ２とがほぼ
同一面になるので、この熱式流量センサ１５の近傍を通
る空気流の乱れの発生が低減される。これにより、吸入
空気量の計測の精度が向上し、安定した計測が行える。
計測誤差への影響をかなり低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるセンサ部を示す模式的断
面図である。

【図２】本発明の熱式流量センサをエンジンの吸気管に
取付けた状態を示す模式的縦断面図である。

【図３】本発明の実施例による熱式流量センサをエンジ
ンの吸気管に取付けた状態を示す模式的横断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例によるフレーム素子、ダイヤフ
ラムおよび加熱抵抗体の位置関係を示す部分模式的断面
図である。

【符号の説明】 ８ 支持体 ９ 取付孔 １０ 吸気管 １１ フレーム素子 １３ ダイヤフラム １４ 加熱抵抗体 １５ 熱式流量センサ １６ リード １７ 保護膜 １８ 脚部（支持体） １９ 凹部 ２１ ビーズ ２２ 接着剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状に形成され、板厚方向に開けられ
   る孔を有するフレーム素子と、 このフレーム素子の一方側の面上に前記孔を覆うように
   形成される絶縁材料からなる膜状のダイヤフラムと、 このダイヤフラムの反フレーム素子側の面上でかつ前記
   孔に相当する位置に設けられる加熱抵抗体と、 前記フレーム素子を収容するための凹溝を有する支持体
   と、 前記支持体の凹溝底面と前記フレーム素子の反ダイヤフ
   ラム側の面との間に設けられる多数の球状体および接着
   剤とを備えたことを特徴とする熱式流量センサ。
2. 【請求項２】 前記支持体の凹溝が形成される側の外面
   と前記フレーム素子の外側の面とがほぼ均一な高さ位置
   に形成されることを特徴とする請求項１記載の熱式流量
   センサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の熱式流量セン
   サの製造方法であって、 前記支持体の凹溝の底面と、フレーム素子に加熱抵抗体
   が設けられている面の反対側の面との少なくとも一方に
   球状体および接着剤を塗布する工程と、 この凹溝の底面に前記球状体および接着剤が塗布された
   状態でフレーム素子を嵌合する工程とを含むことを特徴
   とする請求項１または２記載の熱式流量センサの製造方
   法。