JP4435374B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばエンジンの吸気流量を測定する流量測定装置に、熱式流量センサを用いるものが知られている。熱式流量センサとして、単結晶シリコンからなる基板に空洞を設け、厚さ数μｍのダイヤフラムでこの空洞を覆い、ダイヤフラムの面上に温度検出用抵抗体を配置するセンサが公知になっている。空洞を覆うダイヤフラムに温度検出用抵抗体を配置することにより、温度検出用抵抗体周囲の熱容量を低減させ高応答性を実現しようとしている。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、あらかじめ支持部材にセンサを取付け、この支持部材を吸気管に取り付けることが一般的である。
特表平９−５０３３１１号公報に開示される支持部材は、金属プレートに開口を形成し、金属プレートを折り曲げることにより開口の一方を塞ぎ、開口に挿入したセンサを接着剤で金属プレートに取り付けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表平９−５０３３１１号公報に開示されるようにセンサの支持部材を金属プレートで形成すると、金属プレートの打ち抜き、折り曲げ等の加工が必要である。したがって、製造工数が増加し、製造コストが増加する。また、前述したようなダイヤフラムに温度検出用抵抗体を配置した熱式流量センサでは、微小薄膜のダイヤフラム上を流れる流体の乱れが測定誤差となるので、流体流れを乱さない形状に支持部材を加工することが重要である。しかし、金属製の支持部材をそのような形状に加工すると、製造工数が増加し、製造コストが増加する。
本発明の目的は、製造工数が少なく安価な流量測定装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の流量測定装置によると、基板を収容する単一の支持部材を樹脂で成形しているので、基板を所望の形状に容易に成形できる。したがって、流量測定装置の製造工数が減少し、製造コストが低下する。
また、金属で支持部材を成形する場合に比べ樹脂製の支持部材は熱伝導率が低く断熱効果が高いので、温度検出用抵抗体から基板を通り支持部材に熱が逃げにくい。したがって、温度検出用抵抗体の温度を制御するために温度検出用抵抗体に供給する電力を低減できる。
また、本発明の請求項１記載の流量測定装置によると、温度検出用抵抗体側の支持部材および基板の面はほぼ同一面上に位置しているので、温度検出用抵抗体に向けて流れる流体に乱れが生じない。
さらに、本発明の請求項１記載の流量測定装置によると、単一の支持部材は基板および回路部を支持しているので、部品点数が減少し、製造工数が減少する。
【０００５】
本発明の請求項２記載の流量測定装置によると、基板の板厚方向に開いている空洞を覆うダイヤフラムを有し、ダイヤフラムの反空洞側の面上でかつ空洞に相当する位置に少なくとも一つの温度検出用抵抗体を配置している。温度検出用抵抗体から基板に熱が逃げにくい。したがって、温度検出用抵抗体に供給する電力を低減できる。また、温度検出用抵抗体周囲の熱容量が小さいので、流体流量の変化に対し温度検出用抵抗体の温度変化の応答性、つまり流体流量を測定する応答性が高い。また、基板の温度変化の影響を温度検出用抵抗体が受けにくいので、流体流量を高精度に検出できる。
【０００６】
本発明の請求項３記載の流量測定装置によると、支持部材の流体流れの上流側端部は流れを乱さない形状であるから、温度検出用抵抗体上を流れる流体の乱れを低減する。したがって、流量を高精度に測定できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による流量測定装置を図１、図２および図３に示す。
流量測定装置１０の支持部材１１は樹脂で一体成形されている。エンジンの図示しない吸気管内にセンサ部２０が位置するように支持部材１１は吸気管に取付けられている。流量測定装置１０は、吸気管内を流れる吸気流量と吸気流れ方向とを測定する。
【０００８】
支持部材１１に凹部１２が形成されており、この凹部１２にセンサ部２０が収容されている。支持部材１１の吸気流れ方向の両端部１１ａ、１１ｂは、凸曲面状に形成されている。センサ部２０は、基板としてのフレーム素子２１と、ダイヤフラム２２と、複数の温度検出用抵抗体とを有している。温度検出用抵抗体は、吸気温検出体３０、流量検出体３１、発熱抵抗体３２および流量検出体３３で構成されている。
【０００９】
フレーム素子２１は単結晶シリコンから形成されており、凹部１２に接着剤３５で固定されている。フレーム素子２１の外周側面と支持部材１１の内周側面との間に間隙が形成されている。温度検出用抵抗体が形成されている側の支持部材１１およびフレーム素子２１の面は、ほぼ同一面上に位置している。フレーム素子２１には板厚方向に開いている空洞２１ａが形成されており、この空洞２１ａを覆うように、フレーム素子２１の反接着剤側の面に絶縁材からなる膜状のダイヤフラム２２が接合されている。例えば、フレーム素子２１の板厚は４００μｍ、ダイヤフラム２２の膜厚は１〜２μｍである。フレーム素子２１およびダイヤフラム２２の反接着剤側に複数の温度検出用抵抗体が形成されている。
【００１０】
温度検出用抵抗体として、図１および図２に示す吸気矢印の順方向の上流側から吸気温検出体３０、流量検出体３１、発熱抵抗体３２、流量検出体３３が配置されている。ここで吸気流れの順方向とは吸気管を通りエンジン側に流れる吸気流れの方向をいい、逆方向とはエンジン側から順方向と反対に流れる吸気流れの方向をいう。発熱抵抗体３２の温度は、吸気温検出体３０で検出する温度よりも一定温度高くなるように図示しない制御回路で設定される。複数の温度検出用抵抗体は、それぞれ電気的に独立して複数のリード４０に接続されており、これらの複数のリード４０は、図示しない制御回路に接続されている。図示されているリード４０の数は実際の数と一致していない。
【００１１】
吸気流れが順方向なら、順方向において発熱抵抗体３２の上流側に位置する流量検出体３１の検出温度は発熱抵抗体３２の下流側に位置する流量検出体３３の検出温度よりも低くなる。また、吸気流れが逆方向なら、逆方向において発熱抵抗体３２の上流側に位置する流量検出体３３の検出温度は発熱抵抗体３２の下流側に位置する流量検出体３１の検出温度よりも低くなる。したがって、順方向または逆方向に関わらず吸気流れに冷却されることにより、吸気流れの上流側に位置する流量検出体３１または流量検出体３３の検出温度は発熱抵抗体３２の設定温度である基準温度よりもやや低くなる。このように、流量検出体３１、３３の温度差を比較することにより吸気流量を測定する。さらに、流量検出体３１、３３の温度を比較することにより、吸気流れの方向を測定する。
【００１２】
第１実施例では、支持部材１１を樹脂で一体成形しているので、センサ部２０を収容する凹部１２、ならびに吸気流れ方向両端部の凸曲面を簡単に一体成形できる。したがって、製造工数が減少し、製造コストが低下する。さらに、支持部材１１が樹脂製であるから、金属に比べ支持部材１１の熱伝導率が低く、センサ部２０の熱が支持部材１１に逃げにくい。したがって、温度検出用抵抗体の温度を制御するために温度検出用抵抗体に供給する電力が低減する。
【００１３】
また、支持部材１１の吸気流れ方向の両端部１１ａ、１１ｂが凸曲面状に形成されているので、支持部材１１からセンサ部２０に向かう吸気流れに乱れが生じない。さらに、温度検出用抵抗体側の支持部材１１およびフレーム素子２１の面がほぼ同一面上に位置しているので、温度検出用抵抗体の近傍を流れる吸気に乱れが生じにくい。したがって、流量測定誤差が少なく吸気流量を高精度に測定できる。
【００１４】
第１実施例では、フレーム素子２１に空洞２１ａを形成し、空洞２１ａを覆う薄膜のダイヤフラム２２に温度検出用抵抗体を配置している。温度検出用抵抗体からフレーム素子２１に熱が逃げにくいので、温度検出用抵抗体に供給する電力を低減できる。また、フレーム素子２１の温度変化の影響を温度検出用抵抗体が受けにくいので、吸気流量を高精度に検出できる。また、温度検出用抵抗体周囲の熱容量が小さいので、吸気流量の変化に対し温度検出用抵抗体の温度変化の応答性、つまり吸気流量を測定する応答性が高い。
【００１５】
第１実施例では、温度検出用抵抗体をすべてセンサ部２０に配置した。これに対し、吸気温検出体３０はセンサ部以外の位置に配置してもよい。また第１実施例では、４個の抵抗体を用いて温度検出用抵抗体を構成したが、温度検出用抵抗体の数は４個に限るものではない。
【００１６】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
流量測定装置５０は、センサ部２０と制御回路部５５とを有している。センサ部２０と制御回路部５５、ならびに制御回路部５５とターミナル６０とはリード４０で電気的に結合されている。流量測定装置５０の支持部材５１は樹脂で一体成形されており、センサ部２０および制御回路部５５を支持している。センサ部２０および制御回路部５５を一体に成形した支持部材５１で支持しているので、部品点数が減少し、製造工数が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による流量測定装置を示す図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による流量測定装置を示す平面図である。
【図３】図２のIII −III 線断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による流量測定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 流量測定装置
１１ 支持部材
１１ａ、１１ｂ 吸気流れ方向の両端部
２０ センサ部
２１ フレーム素子（基板）
２２ ダイヤフラム
５０ 流量測定装置
５１ 支持部材
５５ 制御回路部

Claims (3)

1. 基板と、前記基板上に配置される少なくとも一つの温度検出用抵抗体と、前記基板を収容する凹部を有し樹脂で成形されている単一の支持部材と、を備え、
   前記温度検出用抵抗体側の前記単一の支持部材および前記基板の面はほぼ同一面上に位置し、前記基板の外周側面と前記支持部材の内周側面との間に間隙が前記基板の外周側面を囲うように形成され、
   且つ、前記温度検出用抵抗体と電気的に接続している回路部を備え、前記単一の支持部材は前記基板および前記回路部を支持していることを特徴とする流量測定装置。
2. 前記基板は、板厚方向に開いている空洞を有し、前記空洞の一方の開口を覆う膜状のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムの反空洞側の面上でかつ前記空洞に相当する位置に少なくとも一つの前記温度検出用抵抗体が配置されていることを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
3. 前記支持部材の流体流れの上流側端部は、流れを乱さない形状であることを特徴とする請求項１または２記載の流量測定装置。

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