JP2010281809A - Air flow rate measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ部に薄膜式(チップ式)の流量測定素子を用いた空気流量測定装置に関する。 The present invention relates to an air flow rate measuring apparatus using a thin film type (chip type) flow rate measuring element for a sensor unit.
従来、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータ(熱式流量計)には、高精度、高応答の市場要求から、センサ部にチップ式の流量検出素子(以下、センサチップと呼ぶ)を用いたものが知られている(特許文献1参照)。
センサチップは、例えば、図21(a)、(b)に示す様に、センサ基板100の一部にダイヤフラム(薄膜部)110を形成し、そのダイヤフラム110の表面上に薄膜抵抗体120を配置して構成され、樹脂ケース130の表面に形成された凹部140に収納されて、接着剤150により固定されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, air flow meters (thermal flow meters) that measure the intake air amount of automobile engines have a chip-type flow rate detection element (hereinafter referred to as a sensor chip) in the sensor unit because of market requirements with high accuracy and high response. Is known (see Patent Document 1).
In the sensor chip, for example, as shown in FIGS. 21A and 21B, a diaphragm (thin film portion) 110 is formed on a part of the
しかし、センサ基板100を樹脂ケース130に全面接着すると、両者の線膨張係数が大きく異なるため、センサ基板100に応力が発生し、その応力によってセンサ基板100(特に、ダイヤフラム110が形成されている部分)に歪みが生じる。その結果、ダイヤフラム110の表面上に配置される薄膜抵抗体120の抵抗値が変化して、流量検出精度に影響を与えることが分かっている。このため、図21(a)に示す様に、センサ基板100の長手方向の一方の端部(ダイヤフラム110が形成される部分から遠い方の端部)のみを樹脂ケース130に接着する片持ち構造が一般的である。
However, when the
ところが、センサチップを片持ち構造にすると、センサチップの裏側、つまり、樹脂ケース130に形成された凹部140とセンサ基板100との間に隙間が生じるため、エアフロメータに空気が流れた時に、センサチップの裏側にも空気が流れる。
しかし、樹脂ケース130の凹部140とセンサ基板100との間に生じる隙間は、全体に均一ではなく、センサ基板100にダイヤフラム110が設けられる部分だけ隙間が大きくなっている。つまり、ダイヤフラム110は、エッチング等によりセンサ基板100の裏側に空洞部111を設けることで形成されるため、その空洞部111の影響によってセンサ基板100の裏側を通る空気の流れに乱れが生じる。
However, if the sensor chip has a cantilever structure, a gap is formed between the back side of the sensor chip, that is, the
However, the gap formed between the
具体的には、図22(a)に示す様に、空洞部111の内部にも空気が流れ込むため、センサ基板100の裏側へ入り込む空気の流量が多くなると、同図(b)、(c)に示す様に、空洞部111に渦流が発生し、その渦流の大きさが流量に応じて変化する(当然、流量が多くなる程、渦流も大きくなる)。なお、図22は、(a)、(b)、(c)の順に流量が多くなり、空気の乱れが大きくなる様子を表している。
上記の結果、ダイヤフラム110の表面上に配置される薄膜抵抗体120(図21参照)への伝熱が不安定となり、図23に示す様に、流量が多くなるに連れて特性が変曲するため、エアフロメータの出力が安定せず(出力の時間変動が大きくなる)、また流量と電圧が一義的に決まらないという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、センサチップの裏側を流れる空気の乱れを抑制することにより、センサ出力を安定化できる空気流量測定装置を提供することにある。
Specifically, as shown in FIG. 22 (a), air also flows into the
As a result, the heat transfer to the thin film resistor 120 (see FIG. 21) arranged on the surface of the
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an air flow measuring device that can stabilize sensor output by suppressing turbulence of air flowing on the back side of the sensor chip. .
(請求項1に係る発明)
本発明は、センサ基板の長手方向の一端側に、裏面から表側へ向かってテーパ状に空洞部を形成することにより、この空洞部に対応するセンサ基板の表面にダイヤフラムが設けられ、且つ、このダイヤフラムの表面上に発熱抵抗体を配置したセンサチップと、このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置されるセンサチップの他端側を接着剤により固定して、センサチップの一端側の裏面および両側面と凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態でセンサチップを片持ち支持するケースとを備え、このケースを空気通路に配置して、発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、ケースは、センサ基板の長手方向と直交する凹部の幅方向で、センサ基板の裏側を流れる空気の上流側に、凹部の底面より深く形成された深溝部を有し、この深溝部の下流側と、センサ基板の裏面に開口する空洞部の上流側とが、センサ基板の幅方向でオーバラップしていることを特徴とする。
(Invention according to Claim 1)
In the present invention, a hollow portion is formed in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, so that a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and this A sensor chip having a heating resistor disposed on the surface of the diaphragm, and a recess formed to hold the sensor chip, and the other end of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive A case where the sensor chip is cantilevered with a gap between the back surface and both side surfaces of the one end side of the sensor chip and the bottom surface and both side surfaces of the recess, and this case is disposed in the air passage, In an air flow rate measuring device that measures the air flow rate based on heat exchange of a heating resistor, the case flows through the back side of the sensor substrate in the width direction of the recess perpendicular to the longitudinal direction of the sensor substrate. A deep groove portion formed deeper than the bottom surface of the concave portion on the upstream side of the air, and the downstream side of the deep groove portion and the upstream side of the hollow portion opened in the back surface of the sensor substrate are in the width direction of the sensor substrate. It is characterized by overlapping.
本発明の空気流量測定装置は、センサチップがケースに片持ち支持されているので、ケースに形成された凹部の底面に接着されていないセンサ基板の一端側では、ケースの凹部とセンサ基板との間に隙間が生じるため、発熱抵抗体を配置したセンサチップの表側だけでなく、センサチップの裏側(ケースの凹部とセンサ基板との間に生じる隙間)にも空気が流れる。
これに対し、請求項1に係る発明の構成では、ケースの表側を流れる空気の一部が、ケースの凹部とセンサ基板との幅方向上流側に形成される隙間に流れ込むと、一旦、凹部の底面より深く形成された深溝部に入り込み、その深溝部からケースの空洞部に向かって流れる。この時、深溝部の下流側と空洞部の上流側とがセンサ基板の幅方向にオーバラップしているので、深溝部から空洞部に向かって流れる空気は、空洞部の上流側に偏る(近寄る)。これにより、テーパ状に形成された空洞部の上流側傾斜面に沿って空気が流れるため、空洞部で渦が出来にくくなり、その結果、センサチップの表側を流れる空気に対し、センサチップの裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、センサ出力を安定させることが出来る。
In the air flow rate measuring device of the present invention, since the sensor chip is cantilevered by the case, at one end side of the sensor substrate that is not bonded to the bottom surface of the concave portion formed in the case, the concave portion of the case and the sensor substrate are Since a gap is generated between them, air flows not only on the front side of the sensor chip on which the heating resistor is disposed, but also on the back side of the sensor chip (a gap generated between the recess of the case and the sensor substrate).
On the other hand, in the configuration of the invention according to
(請求項2に係る発明)
請求項1に記載した空気流量測定装置において、センサ基板の幅方向で、センサ基板の裏面に開口する空洞部の上流側角部をキャビティ外エッジと呼び、空洞部の最深部でダイヤフラムの上流端に対応する空洞部の内角部をキャビティ内エッジと呼び、凹部の底面に開口する深溝部の下流側角部を溝エッジと呼ぶ時に、凹部およびセンサ基板の幅方向に対して、キャビティ外エッジと溝エッジとの間の距離をL1、キャビティ外エッジとキャビティ内エッジとの間の距離をL2とすると、
L1≦L2…………(1)
上記(1)式が成立することを特徴とする。
(Invention according to Claim 2)
2. The air flow rate measuring device according to
L1 ≦ L2 ………… (1)
The above formula (1) is established.
上記(1)式の関係が成立しない場合、つまり、L1の方がL2より大きくなると、センサ基板の幅方向で深溝部と空洞部とがオーバラップする領域が大きくなる。このため、深溝部から空洞部へ流れ込む空気は、空洞部の上流側傾斜面に沿って流れにくくなる。つまり、空洞部の上流側傾斜面に沿って流れる空気が少なくなり、特に、流量が多く(流速が大きく)なる程、空洞部の上流側傾斜面から離れて流れるため、空洞部に渦が発生し易くなる。
これに対し、上記(1)式の関係が成立すると、深溝部と空洞部とがオーバラップする領域は、センサ基板の幅方向において、空洞部の上流側傾斜面が形成されている範囲内に限定される。これにより、深溝部から空洞部へ流れ込む空気の多くは、空洞部の上流側傾斜面に沿って流れるため、流量が少ない場合は言うまでもなく、流量が多い場合でも、空洞部で渦が出来にくくなる。その結果、センサチップの表側を流れる空気に対し、センサチップの裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、センサ出力を安定させることが出来る。
When the relationship of the above equation (1) is not established, that is, when L1 is larger than L2, the region where the deep groove portion and the cavity portion overlap in the width direction of the sensor substrate increases. For this reason, the air flowing from the deep groove portion into the cavity portion hardly flows along the upstream inclined surface of the cavity portion. In other words, less air flows along the upstream inclined surface of the cavity, and in particular, the higher the flow rate (the higher the flow velocity), the farther away from the upstream inclined surface of the cavity, the more vortex is generated in the cavity. It becomes easy to do.
On the other hand, when the relationship of the above expression (1) is established, the region where the deep groove portion and the cavity portion overlap is within the range where the upstream inclined surface of the cavity portion is formed in the width direction of the sensor substrate. Limited. As a result, most of the air flowing into the cavity from the deep groove flows along the inclined surface on the upstream side of the cavity, so it goes without saying that the flow rate is small, and even when the flow rate is high, vortices are difficult to form. . As a result, the influence of the air flowing on the back side of the sensor chip can be made relatively small with respect to the air flowing on the front side of the sensor chip, so that the sensor output can be stabilized.
(請求項3に係る発明)
請求項1または2に記載した空気流量測定装置において、凹部の底面に向かって立ち上がる深溝部の下流側の壁面は、テーパ状に傾斜する空洞部の上流側の傾斜面と同方向に傾斜して設けられていることを特徴とする。
例えば、凹部の底面に向かって立ち上がる深溝部の下流側の壁面が凹部の底面に対し垂直に形成されていると、深溝部から空洞部へ流れ込む空気が空洞部の傾斜面に当たって跳ね返り、その影響で空洞部を流れる空気に乱れを生じる恐れがある。
これに対し、請求項3に係る発明の構成によれば、深溝部から空洞部へ流れ込む空気の流れ方向が空洞部の傾斜面と同方向になるので、深溝部から空洞部へ流れ込んだ空気が空洞部の傾斜面に当たって跳ね返ることが少なくなる。言い換えると、空洞部の傾斜面に沿って流れやすくなるので、空洞部での渦の発生をより少なくできる。
(Invention according to claim 3)
3. The air flow rate measuring device according to
For example, if the wall surface on the downstream side of the deep groove that rises toward the bottom surface of the recess is formed perpendicular to the bottom surface of the recess, the air flowing from the deep groove to the cavity hits the inclined surface of the cavity and rebounds. There is a risk of turbulence in the air flowing through the cavity.
On the other hand, according to the configuration of the invention according to
(請求項4に係る発明)
請求項1〜3に記載した何れかの空気流量測定装置において、深溝部は、凹部の幅方向と直交する長手方向全体に渡って形成されることを特徴とする。
凹部の底面に深溝部を設ける場合の一例として、上記の様に、凹部の幅方向と直交する長手方向全体に渡って形成することが出来る。
(Invention of Claim 4)
The air flow rate measuring device according to any one of
As an example of the case where the deep groove portion is provided on the bottom surface of the concave portion, it can be formed over the entire longitudinal direction orthogonal to the width direction of the concave portion as described above.
(請求項5に係る発明)
請求項1〜3に記載した何れかの空気流量測定装置において、深溝部は、凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、センサ基板の裏面に空洞部が開口している範囲に形成されることを特徴とする。
凹部の底面に深溝部を設ける場合の一例として、上記の様に、凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、センサ基板の裏面に空洞部が開口している範囲に限定して形成することが出来る。
(Invention according to claim 5)
4. The air flow rate measuring apparatus according to
As an example of providing a deep groove on the bottom surface of the recess, as described above, it is limited to the range where the cavity is open on the back surface of the sensor substrate with respect to the longitudinal direction perpendicular to the width direction of the recess. I can do it.
(請求項6に係る発明)
請求項1〜3に記載した何れかの空気流量測定装置において、深溝部は、凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、センサ基板の裏面に開口する空洞部の開口幅両端から、テーパ状に形成された空洞部の傾斜面を延長した方向へテーパ状に拡大して形成されていることを特徴とする。
凹部の底面に深溝部を設ける場合の一例として、上記の様に、凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、センサ基板の裏面に開口する空洞部の開口幅両端から、テーパ状に形成された空洞部の傾斜面を延長した方向へテーパ状に拡大して形成することが出来る。
(Invention of Claim 6)
The air flow rate measuring device according to any one of
As an example of providing a deep groove on the bottom surface of the recess, as described above, it is formed in a taper shape from both ends of the opening width of the cavity that opens on the back surface of the sensor substrate with respect to the longitudinal direction perpendicular to the width direction of the recess. The inclined surface of the hollow portion can be formed in a taper shape in the extending direction.
(請求項7に係る発明)
本発明は、センサ基板の長手方向の一端側に、裏面から表側へ向かってテーパ状に空洞部を形成することにより、この空洞部に対応するセンサ基板の表面にダイヤフラムが設けられ、且つ、このダイヤフラムの表面上に発熱抵抗体を配置したセンサチップと、このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置されるセンサチップの他端側を接着剤により固定して、センサチップの一端側の裏面および両側面と凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態でセンサチップを片持ち支持するケースとを備え、このケースを空気通路に配置して、発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、ケースには、ケースの裏側を流れる空気の一部をセンサ基板に形成された空洞部へ取り込むための空気導入路が設けられ、この空気導入路は、センサ基板の長手方向と直交する幅方向で、テーパ状に形成された空洞部の上流側の傾斜面に沿って、ケースの裏面から凹部の底面まで斜めに貫通して形成されていることを特徴とする。
(Invention of Claim 7)
In the present invention, a hollow portion is formed in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, so that a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and this A sensor chip having a heating resistor disposed on the surface of the diaphragm, and a recess formed to hold the sensor chip, and the other end of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive A case where the sensor chip is cantilevered with a gap between the back surface and both side surfaces of the one end side of the sensor chip and the bottom surface and both side surfaces of the recess, and this case is disposed in the air passage, In an air flow rate measuring device that measures the air flow rate based on the heat exchange of a heating resistor, a part of the air flowing on the back side of the case is taken into a cavity formed on the sensor substrate. An air introduction path is provided in the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the sensor substrate, along the inclined surface on the upstream side of the tapered cavity, and from the back surface of the case. It is characterized by being formed to penetrate obliquely to the bottom surface of the recess.
上記の構成によれば、ケースの裏側を流れる空気の一部を空気導入路よりセンサ基板の空洞部へ導入することができる。ここで、空気導入路は、テーパ状に形成された空洞部の上流側の傾斜面に沿って、ケースの裏面から凹部の底面まで斜めに貫通して形成されているので、ケースの裏面側から空気導入路を通じて空洞部へ導入された空気は、空洞部の上流側傾斜面に沿って流れる。その結果、センサチップの表側を流れる空気に対し、センサチップの裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、センサ出力を安定させることが出来る。 According to said structure, some air which flows through the back side of a case can be introduce | transduced into the cavity part of a sensor board | substrate from an air introduction path. Here, since the air introduction path is formed so as to penetrate obliquely from the back surface of the case to the bottom surface of the recess along the upstream inclined surface of the tapered cavity, from the back surface side of the case The air introduced into the cavity through the air introduction path flows along the upstream inclined surface of the cavity. As a result, the influence of the air flowing on the back side of the sensor chip can be made relatively small with respect to the air flowing on the front side of the sensor chip, so that the sensor output can be stabilized.
(請求項8に係る発明)
本発明は、センサ基板の長手方向の一端側に、裏面から表側へ向かってテーパ状に空洞部を形成することにより、この空洞部に対応するセンサ基板の表面にダイヤフラムが設けられ、且つ、このダイヤフラムの表面上に発熱抵抗体を配置したセンサチップと、このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置されるセンサチップの他端側を接着剤により固定して、センサチップの一端側の裏面および両側面と凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態でセンサチップを片持ち支持するケースとを備え、このケースを空気通路に配置して、発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、ケースは、センサ基板に形成された空洞部に対し、凹部の底面から突起して空洞部に入り込む凸状部が設けられていることを特徴とする。
(Invention of Claim 8)
In the present invention, a hollow portion is formed in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, so that a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and this A sensor chip having a heating resistor disposed on the surface of the diaphragm, and a recess formed to hold the sensor chip, and the other end of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive A case where the sensor chip is cantilevered with a gap between the back surface and both side surfaces of the one end side of the sensor chip and the bottom surface and both side surfaces of the recess, and this case is disposed in the air passage, In the air flow measurement device that measures the air flow rate based on the heat exchange of the heating resistor, the case protrudes from the bottom surface of the recess to the hollow portion formed in the sensor substrate. Wherein the convex portion is provided Komu Ri.
本発明の空気流量測定装置は、センサチップがケースに片持ち支持されているので、ケースに形成された凹部の底面に接着されていないセンサ基板の一端側では、ケースの凹部とセンサ基板との間に隙間が生じるため、発熱抵抗体を配置したセンサチップの表側だけでなく、センサチップの裏側(ケースの凹部とセンサ基板との間に生じる隙間)にも空気が流れる。そこで、請求項1に係る本発明では、センサチップの裏側を流れる空気の通り道に抵抗となる凸状部を設けている。
この凸状部は、センサ基板に設けられる空洞部に対し、ケースに形成される凹部の底面から突起して空洞部に入り込んでいるので、空洞部の容積が減少して空気の乱れが抑制される。また、空洞部と凸状部との間の隙間を小さくすることで、センサチップの裏側に空気が流れ込みにくくなり、センサチップの裏側を流れる空気の流速を低下させて、流量を少なく出来る。その結果、センサチップの表側を流れる空気に対し、センサチップの裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、センサ出力を安定させることが出来る。
In the air flow rate measuring device of the present invention, since the sensor chip is cantilevered by the case, at one end side of the sensor substrate that is not bonded to the bottom surface of the concave portion formed in the case, the concave portion of the case and the sensor substrate are Since a gap is generated between them, air flows not only on the front side of the sensor chip on which the heating resistor is disposed, but also on the back side of the sensor chip (a gap generated between the recess of the case and the sensor substrate). Therefore, in the present invention according to
The convex portion protrudes from the bottom surface of the concave portion formed in the case with respect to the hollow portion provided in the sensor substrate and enters the hollow portion, so that the volume of the hollow portion is reduced and air turbulence is suppressed. The In addition, by reducing the gap between the hollow portion and the convex portion, it becomes difficult for air to flow into the back side of the sensor chip, and the flow rate of the air flowing through the back side of the sensor chip can be reduced to reduce the flow rate. As a result, the influence of the air flowing on the back side of the sensor chip can be made relatively small with respect to the air flowing on the front side of the sensor chip, so that the sensor output can be stabilized.
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail by the following examples.
(実施例1)
この実施例1では、例えば、自動車のエンジンに吸入される空気量を測定するエアフロメータ1に本発明の空気流量測定装置を適用した一例を説明する。
エアフロメータ1は、図2に示す様に、吸気ダクト2に取り付けられるセンサハウジング3と、このセンサハウジング3の内部に組み込まれるセンサ部4とを有する。
吸気ダクト2は、エンジンの吸気ポート(図示せず)に接続される吸気通路の一部を形成するもので、例えば、吸気通路の最上流に配置されるエアクリーナの出口パイプ、あるいは、この出口パイプの下流側に接続される吸気管等である。
センサハウジング3は、図3に示す様に、吸気ダクト2に固定されるフランジ部3aと、エンジンの運転状態を制御するECU(図示せず)との電気的接続を行うコネクタ部3bと、吸気ダクト2の内部に挿入される流路形成ボディ3c等が形成されている。
Example 1
In the first embodiment, for example, an example in which the air flow measuring device of the present invention is applied to an
As shown in FIG. 2, the
The
As shown in FIG. 3, the
流路形成ボディ3cには、吸気ダクト2の内部を図2の左側(エアクリーナ側)から右側(エンジン側)に向かって流れる空気、つまり、エンジンが吸入する空気の一部を取り込むバイパス流路5と、このバイパス流路5を流れる空気の一部を取り込むサブバイパス流路6とが形成されている。
バイパス流路5は、空気を取り込む入口5aから空気を排出する出口5bまで略直線的に、且つ、吸気ダクト2を流れる空気の流れ方向と略平行に形成されている。このバイパス流路5は、空気流路の断面形状が円形であり、且つ、バイパス流路5の出口側は、流路断面積が出口5bに向かって次第に減少するテーパ状に形成されている。
In the flow
The
サブバイパス流路6は、バイパス流路5を流れる空気の流れ方向と直交する所定の方向(図2の上下方向)をY−Y方向と呼ぶ時に、バイパス流路5に対するY−Y方向の一方側(図示上側)にバイパス流路5から分岐するサブバイパス流路6の入口6aが形成され、バイパス流路5の出口5bの周囲に環状の出口6bが形成されている。このサブバイパス流路6は、バイパス流路5より流路長が長く、且つ、流路途中で方向が大きく変化する曲がり部を有して形成されている。
また、サブバイパス流路6の入口6aは、バイパス流路5に対する上流側の入口端部をA点、下流側の入口端部をB点と呼ぶ時に、バイパス流路5の中心軸からA点までの距離より、B点までの距離の方が大きくなる様に形成されている(図2参照)。つまり、サブバイパス流路6の入口6aは、上記A点とB点とを含む開口面が、バイパス流路5の出口側に傾いて形成されている。
The
In addition, the
センサ部4は、図4(b)に示す様に、例えば、シリコン製のセンサ基板7に設けられるダイヤフラム8の表面上に薄膜抵抗体(発熱抵抗体9と側温抵抗体10、11)を形成したセンサチップ12と、発熱抵抗体9の発熱温度を制御すると共に、側温抵抗体10、11の抵抗値を基に、空気の流量と流れ方向に応じたセンサ信号を出力する回路部(図示せず)とを備え、センサチップ12がケース13に保持されてサブバイパス流路6の曲がり部に配置されている。
発熱抵抗体9は、サブバイパス流路6を流れる空気の温度よりも一定温度高い基準温度に通電制御される。側温抵抗体10、11は、発熱抵抗体9の上流側に近接して配置される一方の側温抵抗体(以下、上流側温抵抗体10と呼ぶ)と、発熱抵抗体9の下流側に近接して配置される他方の側温抵抗体(以下、下流側温抵抗体11と呼ぶ)である。
As shown in FIG. 4B, the
The
ここで、センサ部4による空気流量の計測原理について説明する。
発熱抵抗体9が基準温度に通電制御されると、発熱抵抗体9の発熱による温度分布が生じる。ここで、サブバイパス流路6に空気の流れが発生していない時は、図4(a)に破線グラフで示す様に、発熱抵抗体9の位置を中心として上流側と下流側とで温度分布が左右対称となるため、上流側温抵抗体10で検出される温度と、下流側温抵抗体11で検出される温度とが等しくなる。
これに対し、例えば、サブバイパス流路6に順流方向の空気流が生じると、図4(a)に実線グラフで示す様に、発熱抵抗体9の下流側(図示右側)へ片寄った温度分布が生じることで、上流側温抵抗体10の検出温度より下流側温抵抗体11の検出温度の方が高くなる。
Here, the measurement principle of the air flow rate by the
When the
On the other hand, for example, when a forward air flow is generated in the
一方、サブバイパス流路6に逆流方向の空気流が生じると、発熱抵抗体9の上流側(図示左側)へ片寄った温度分布が生じることで、下流側温抵抗体11の検出温度より上流側温抵抗体10の検出温度の方が高くなる。
上記の様に、上流側温抵抗体10の検出温度と下流側温抵抗体11の検出温度との間に温度差DThが生じると、この温度差DThに応じて、上流側温抵抗体10と下流側温抵抗体11の抵抗値がそれぞれ変化するため、この抵抗値の変化により生じる電位差が増幅されて、センサ信号(例えばアナログ電圧)としてECUへ出力される。なお、センサ信号は、アナログ電圧を周波数値に変換して出力することも出来る。図5は、上流側温抵抗体10の検出温度と下流側温抵抗体11の検出温度との温度差DThと、空気の流量および流れ方向との相関を示すグラフである。
On the other hand, when an air flow in the reverse flow direction is generated in the
As described above, when a temperature difference DTh occurs between the detected temperature of the
次に、本発明に係るセンサチップ12とケース13について説明する。
センサチップ12は、図1(a)に示す様に、センサ基板7の長手方向(図示左右方向)の一端側(図示右側)にダイヤフラム8が形成されている。
このダイヤフラム8は、図4(b)に示す様に、センサ基板7の表面にスパッタ法あるいはCVD法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板7の裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板7の一部を除去して、センサ基板7に空洞部7aを形成することにより設けられる。
なお、空洞部7aは、図1(a)に示すセンサ基板7の長手方向、および、図1(b)に示す幅方向ともに、センサ基板7の裏面から表側へ向かって、空洞部7aの開口幅が次第に小さくなるテーパ状に形成されている。
Next, the
As shown in FIG. 1A, the
As shown in FIG. 4B, the
The
ケース13は、例えば、樹脂製であり、図1(b)に示す様に、空気の流れに沿った表面に凹部13aが形成され、この凹部13aにセンサチップ12を配置して、センサ基板7の他端側を接着剤14により凹部13aの底面に固定することでセンサチップ12を片持ち支持している。つまり、ダイヤフラム8が形成されるセンサ基板7の一端側は、凹部13aの底面に接着されていないため、センサ基板7の裏面および両側面と、凹部13aの底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有している。
このケース13には、図1(a)、(b)に示す様に、ダイヤフラム8を設けるために除去された空洞部7aに対し、凹部13aの底面から突起して空洞部7aに入り込む凸状部13bが設けられている。この凸状部13bは、例えば、空洞部7aと略同形状のテーパ状に設けられ、空洞部7aとの間に略均一な隙間を形成している。なお、ケース13は、樹脂製に限定されるものではないが、本実施例では、樹脂製であることが望ましい。
The
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
(実施例1の作用および効果)
本実施例のエアフロメータ1は、センサチップ12がケース13に片持ち支持されている。この構造では、ケース13に形成された凹部13aの底面に接着されていないセンサ基板7の一端側では、ケース13の凹部13aとセンサ基板7との間に隙間が生じるため、薄膜抵抗体(発熱抵抗体9、上流側温抵抗体10、下流側温抵抗体11)を配置したセンサチップ12の表側だけでなく、センサチップ12の裏側(ケース13の凹部13aとセンサ基板7との間に生じる隙間)にも空気が流れる。これに対し、実施例1に記載したケース13には、センサチップ12の裏側を流れる空気の通り道に抵抗となる凸状部13bを設けている。
(Operation and Effect of Example 1)
In the
上記の凸状部13bは、図1(b)に示した様に、センサ基板7に設けられる空洞部7aに対し、ケース13に形成される凹部13aの底面から突起して空洞部7aに入り込んでいるので、空洞部7aの容積が減少して空気の乱れが抑制される。また、空洞部7aと凸状部13bとの間の隙間を小さくできるので、センサチップ12の裏側に空気が流れ込み難くなり、センサチップ12の裏側を流れる空気の流速を低下させることができる。その結果、センサチップ12の表側を流れる空気に対し、センサチップ12の裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、特性が変曲することはなく、センサ出力を安定(時間変動を小さく)できる。
As shown in FIG. 1B, the
なお、図1に示した凸状部13bは、センサ基板7の空洞部7aと略同形状(テーパ形状)に設けているが、この形状に限定するものではなく、センサチップ12の裏側を流れる空気の通り道に抵抗となる様な形状、言い換えると、センサチップ12の裏側を空気が流れ難くなり、且つ、空気の流速を低下させることができる形状であれば良い。
例えば、図6〜図9に示す形状が考えられる。
図6に示す凸状部13bは、センサチップ12の裏側を流れる空気の流れ方向に対し、空洞部7aの上流側(図示左側)に偏った位置に設けた一例である。
The
For example, the shapes shown in FIGS.
The
図7に示す凸状部13bは、空洞部7aの略中央部に位置し、凹部13aの底面から角柱形状あるいは円柱形状に突起して設けた一例であり、凸状部13bの平坦な先端面と空洞部7aの天井面(図示上面)との間に略一定の隙間を形成している。
図8に示す凸状部13bは、空洞部7aの内部に入り込む先端部の形状が、所定の曲率を有する凸曲面(図8では半球形状)で構成される一例である。
図9に示す凸状部13bは、空洞部7aの内部に入り込む先端部に平坦面を有しており、且つ、平坦面の周縁部にRを設けた一例である。
The
The
The
(実施例2)
この実施例2では、図10に示す様に、センサ基板7の長手方向と直交する凹部13aの幅方向(図示左右方向)で、センサ基板7の裏側を流れる空気の上流側(図示左側)に深溝部15を形成した一例である。
深溝部15は、凹部13aの底面より深く形成され、且つ、深溝部15の下流側と、センサ基板7の裏面に開口する空洞部7aの上流側とが幅方向にオーバラップしている。
但し、深溝部15の下流側と空洞部7aの上流側とがオーバラップする範囲は、図11に示すX点とZ点との幅方向の距離が、X点とY点との幅方向の距離以下であることが望ましい。
(Example 2)
In the second embodiment, as shown in FIG. 10, in the width direction (left and right direction in the drawing) of the
The
However, the range in which the downstream side of the
具体的に説明すると、図11に示すセンサ基板7の幅方向(図示左右方向)で、センサ基板7の裏面に開口する空洞部7aの上流側角部をキャビティ外エッジ(図中X点)と呼び、空洞部7aの最深部でダイヤフラム8の上流端に対応する空洞部7aの内角部をキャビティ内エッジ(図中Y点)と呼び、凹部13aの底面に開口する深溝部15の下流側角部を溝エッジ(図中Z点)と呼ぶ時に、凹部13aおよびセンサ基板7の幅方向に対して、キャビティ外エッジと溝エッジとの間の距離をL1、キャビティ外エッジとキャビティ内エッジとの間の距離をL2とすると、
L1≦L2…………(1)
上記(1)式が成立していることが良い。
More specifically, in the width direction of the
L1 ≦ L2 ………… (1)
The above equation (1) is preferably satisfied.
上記の構成によれば、ケース13の表側を流れる空気の一部が、ケース13の凹部13aとセンサ基板7との上流側に形成される隙間に流れ込むと、一旦、凹部13aの底面より深く形成された深溝部15に入り込み、その深溝部15からケース13の空洞部7aに向かって流れる。この時、深溝部15の下流側と空洞部7aの上流側とがセンサ基板7の幅方向にオーバラップしているので、深溝部15から空洞部7aに向かって流れる空気は、空洞部7aの上流側に偏る(近寄る)。特に、上記(1)式が成立する構成であれば、深溝部15と空洞部7aとがオーバラップする領域は、センサ基板7の幅方向において、空洞部7aの上流側の傾斜面が形成されている範囲内に限定される。
According to the above configuration, when a part of the air flowing on the front side of the
これにより、深溝部15から空洞部7aへ流れ込む空気の多くは、図10に空気の流れを示す実線矢印の様に、空洞部7aの上流側の傾斜面に沿って流れるため、流量が少ない場合は言うまでもなく、流量が多い場合でも、空洞部7aで渦が出来にくくなる。その結果、センサチップ12の表側を流れる空気に対し、センサチップ12の裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、特性が変曲することはなく、センサ出力を安定させることが出来る。
なお、本発明に係る深溝部15の形状は、図10、図11に示した形状に限定されるものではなく、深溝部15から空洞部7aへ流れ込む空気が、空洞部7aの上流側の傾斜面に沿って流れることが出来る形状であれば良い。
As a result, most of the air flowing into the
The shape of the
例えば、図12〜図16に示す形状が考えられる。
図12に示す深溝部15は、凹部13aの底面に向かって立ち上がる深溝部15の下流側の壁面15aが、テーパ状に傾斜する空洞部7aの上流側の傾斜面と同方向に傾斜している一例である。
図13に示す深溝部15は、凹部13aの底面に向かって立ち上がる下流側の壁面を階段状に設けた一例である。つまり、深溝部15の下流側が、最深部から凹部13aの底面に至るまで段階的に浅くなる様に形成されている。
図14に示す深溝部15は、図13に示す深溝部15の形状とは逆に、上流側の壁面が段階的に深くなる様に、階段状に設けた一例である。
For example, the shapes shown in FIGS.
In the
The
The
図15に示す深溝部15は、楔形状に設けた一例である。つまり、深溝部15の上流端と下流端との間に深溝部15の最深部を形成し、この最深部に向かって、深溝部15の上流側および下流側の両壁面が傾斜して設けられている。
図16に示す深溝部15は、最深部をR形状に設けた一例である。特に、図15に示した楔形状との違いは、深溝部15の上流側の壁面が直線状ではなく、R形状の最深部まで緩やかに湾曲(凹曲)していることである。
上記の図12〜図16は、いずれも、凹部13aの底面に向かって立ち上がる深溝部15の下流側の壁面が、テーパ状に傾斜する空洞部7aの上流側の傾斜面と同方向に傾斜しているので、深溝部15から空洞部7aへ流れ込んだ空気が、空洞部7aの傾斜面に沿って流れやすくなり、空洞部7aでの渦の発生をより少なくできる。
The
The
12 to 16 described above, the downstream wall surface of the
なお、図10〜図16に例示した深溝部15は、凹部13aの幅方向に沿った断面形状を示しているが、凹部13aの幅方向と直交する長手方向においても、幾つかの異なる形状を採用することができる。
例えば、図17に示す深溝部15は、凹部13aの長手方向(図示上下方向)全体に渡って形成した一例である。
図18に示す深溝部15は、凹部13aの長手方向に対し、センサ基板7の裏面に開口する空洞部7aに対応して形成した一例である。センサ基板7の長手方向における空洞部7aの開口寸法と略同一の大きさ(長さ)に形成されている。
図19に示す深溝部15は、凹部13aの長手方向に対し、センサ基板7の裏面に開口する空洞部7aの開口幅両端から、テーパ状に形成された空洞部7aの傾斜面を延長した方向へテーパ状に拡大して形成されている一例である。
The
For example, the
The
The
(実施例3)
この実施例3では、ケース13の裏側を流れる空気の一部をセンサ基板7に形成された空洞部7aへ取り込むための空気導入路16を設けた一例を説明する。
空気導入路16は、図20に示す様に、センサ基板7の長手方向と直交する幅方向で、テーパ状に形成された空洞部7aの上流側の傾斜面に沿って、ケース13の裏面(図示下面)から凹部13aの底面まで斜めに貫通して形成されている。
上記の構成によれば、ケース13の裏面側から空気導入路16を通じて空洞部7aへ導入された空気が、空洞部7aの上流側の傾斜面に沿って流れる。これにより、センサチップ12の表側を流れる空気に対し、センサチップ12の裏側を流れる空気の影響度を相対的に小さくできるので、特性が変曲することはなく、センサ出力を安定させることが出来る。
(Example 3)
In the third embodiment, an example will be described in which an
As shown in FIG. 20, the
According to said structure, the air introduce | transduced into the
1 エアフロメータ(空気流量測定装置)
2 吸気ダクト(空気通路) 7 センサ基板
7a センサ基板の空洞部
8 ダイヤフラム
9 発熱抵抗体
12 センサチップ
13 ケース
13a ケースに形成された凹部
13b ケースに設けられた凸状部
14 接着剤
15 深溝部
16 空気導入路
X キャビティ外エッジ
Y キャビティ内エッジ
Z 溝エッジ
1 Air flow meter (air flow measuring device)
2 Intake duct (air passage) 7
Claims (8)
このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置される前記センサチップの他端側を接着剤により固定して、前記センサチップの一端側の裏面および両側面と前記凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態で前記センサチップを片持ち支持するケースとを備え、
このケースを空気通路に配置して、前記発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、
前記ケースは、前記センサ基板の長手方向と直交する前記凹部の幅方向で、前記センサ基板の裏側を流れる空気の上流側に、前記凹部の底面より深く形成された深溝部を有し、この深溝部の下流側と、前記センサ基板の裏面に開口する前記空洞部の上流側とが、前記センサ基板の幅方向にオーバラップしていることを特徴とする空気流量測定装置。 By forming a hollow portion in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and the surface of the diaphragm A sensor chip having a heating resistor disposed thereon;
The sensor chip has a recess formed to hold the sensor chip, and the other end side of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive, and the back surface and both side surfaces of the sensor chip on one end side and the A case for supporting the sensor chip in a cantilevered manner with a gap between the bottom surface and both side surfaces of the recess,
In the air flow rate measuring device that arranges this case in the air passage and measures the air flow rate based on the heat exchange of the heating resistor,
The case has a deep groove formed deeper than the bottom surface of the recess on the upstream side of the air flowing through the back side of the sensor substrate in the width direction of the recess perpendicular to the longitudinal direction of the sensor substrate. An air flow rate measuring apparatus characterized in that a downstream side of the part and an upstream side of the hollow portion opened on the back surface of the sensor substrate overlap in the width direction of the sensor substrate.
前記センサ基板の幅方向で、前記センサ基板の裏面に開口する前記空洞部の上流側角部をキャビティ外エッジと呼び、
前記空洞部の最深部で前記ダイヤフラムの上流端に対応する前記空洞部の内角部をキャビティ内エッジと呼び、
前記凹部の底面に開口する前記深溝部の下流側角部を溝エッジと呼ぶ時に、
前記凹部および前記センサ基板の幅方向に対して、前記キャビティ外エッジと前記溝エッジとの間の距離をL1、前記キャビティ外エッジと前記キャビティ内エッジとの間の距離をL2とすると、
L1≦L2…………(1)
上記(1)式が成立することを特徴とする空気流量測定装置。 In the air flow rate measuring device according to claim 1,
In the width direction of the sensor substrate, the upstream corner of the cavity that opens on the back surface of the sensor substrate is called a cavity outer edge,
The inner corner of the cavity corresponding to the upstream end of the diaphragm at the deepest part of the cavity is called the cavity inner edge,
When the downstream corner of the deep groove opening at the bottom of the recess is called a groove edge,
When the distance between the outer edge of the cavity and the groove edge is L1, and the distance between the outer edge of the cavity and the inner edge of the cavity is L2, with respect to the width direction of the recess and the sensor substrate,
L1 ≦ L2 ………… (1)
An air flow rate measuring device characterized in that the above equation (1) is established.
前記凹部の底面に向かって立ち上がる前記深溝部の下流側の壁面は、テーパ状に傾斜する前記空洞部の上流側の傾斜面と同方向に傾斜して設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。 In the air flow rate measuring device according to claim 1 or 2,
An air flow rate characterized in that the downstream wall surface of the deep groove portion rising toward the bottom surface of the recess is inclined in the same direction as the upstream inclined surface of the hollow portion inclined in a tapered shape. measuring device.
前記深溝部は、前記凹部の幅方向と直交する長手方向全体に渡って形成されることを特徴とする空気流量測定装置。 In any one of air flow measuring devices given in claims 1-3,
The deep groove portion is formed over the entire longitudinal direction perpendicular to the width direction of the concave portion.
前記深溝部は、前記凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、前記センサ基板の裏面に前記空洞部が開口している範囲に形成されることを特徴とする空気流量測定装置。 In any one of air flow measuring devices given in claims 1-3,
The deep groove portion is formed in a range in which the cavity portion is open on the back surface of the sensor substrate with respect to a longitudinal direction orthogonal to the width direction of the concave portion.
前記深溝部は、前記凹部の幅方向と直交する長手方向に対し、前記センサ基板の裏面に開口する前記空洞部の開口幅両端から、テーパ状に形成された前記空洞部の傾斜面を延長した方向へテーパ状に拡大して形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。 In any one of air flow measuring devices given in claims 1-3,
The deep groove portion extends an inclined surface of the cavity portion formed in a tapered shape from both ends of the opening width of the cavity portion that opens to the back surface of the sensor substrate with respect to a longitudinal direction orthogonal to the width direction of the recess portion. An air flow rate measuring device, wherein the air flow rate measuring device is formed to taper in the direction.
このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置される前記センサチップの他端側を接着剤により固定して、前記センサチップの一端側の裏面および両側面と前記凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態で前記センサチップを片持ち支持するケースとを備え、
このケースを空気通路に配置して、前記発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、
前記ケースには、前記ケースの裏側を流れる空気の一部を前記センサ基板に形成された前記空洞部へ取り込むための空気導入路が設けられ、この空気導入路は、前記センサ基板の長手方向と直交する幅方向で、テーパ状に形成された前記空洞部の上流側の傾斜面に沿って、前記ケースの裏面から前記凹部の底面まで斜めに貫通して形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。 By forming a hollow portion in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and the surface of the diaphragm A sensor chip having a heating resistor disposed thereon;
The sensor chip has a recess formed to hold the sensor chip, and the other end side of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive, and the back surface and both side surfaces of the sensor chip on one end side and the A case for supporting the sensor chip in a cantilevered manner with a gap between the bottom surface and both side surfaces of the recess,
In the air flow rate measuring device that arranges this case in the air passage and measures the air flow rate based on the heat exchange of the heating resistor,
The case is provided with an air introduction path for taking a part of the air flowing through the back side of the case into the cavity formed in the sensor substrate, and the air introduction path is connected to the longitudinal direction of the sensor substrate. The air is formed so as to penetrate diagonally from the back surface of the case to the bottom surface of the recess along the inclined surface on the upstream side of the cavity formed in a taper shape in the orthogonal width direction. Flow measurement device.
このセンサチップを保持するために形成された凹部を有し、この凹部に配置される前記センサチップの他端側を接着剤により固定して、前記センサチップの一端側の裏面および両側面と前記凹部の底面および両側面との間にそれぞれ隙間を有する状態で前記センサチップを片持ち支持するケースとを備え、
このケースを空気通路に配置して、前記発熱抵抗体の熱交換を基に空気流量を測定する空気流量測定装置において、
前記ケースは、前記センサ基板に形成された前記空洞部に対し、前記凹部の底面から突起して前記空洞部に入り込む凸状部が設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。 By forming a hollow portion in a tapered shape from one back surface to the front side on one end side in the longitudinal direction of the sensor substrate, a diaphragm is provided on the surface of the sensor substrate corresponding to the hollow portion, and the surface of the diaphragm A sensor chip having a heating resistor disposed thereon;
The sensor chip has a recess formed to hold the sensor chip, and the other end side of the sensor chip disposed in the recess is fixed with an adhesive, and the back surface and both side surfaces of the sensor chip on one end side and the A case for supporting the sensor chip in a cantilevered manner with a gap between the bottom surface and both side surfaces of the recess,
In the air flow rate measuring device that arranges this case in the air passage and measures the air flow rate based on the heat exchange of the heating resistor,
The air flow measuring device according to claim 1, wherein the case is provided with a convex portion that protrudes from a bottom surface of the concave portion and enters the hollow portion with respect to the hollow portion formed in the sensor substrate.
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