JP5082915B2 - 空気流量センサ - Google Patents

Description

本発明は、空気流量を検出する空気流量センサに関するものであり、特に内燃機関への吸気量を検出するのに好適な空気流量センサに関する。

従来より、空気流量センサ１００には、図７（ａ）に示すように、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１の表面１０２に設けられて通電により発熱する発熱抵抗１０３と、表面１０２で発熱抵抗１０３の上、下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上、下流側検出抵抗１０４、１０５とを備え、発熱抵抗１０３および上、下流側検出抵抗１０４、１０５と空気流との間の伝熱現象を利用して空気流量を検出するものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、空気流量センサ１００は、発熱抵抗１０３の発熱により空気流を加熱することで、上、下流側検出抵抗１０４、１０５間に検出差分を生じさせ、この検出差分に応じて空気流量を検出する。ここで、表面１０２に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義し、長手方向に座標を想定する。

ところで、発熱抵抗１０３は、発熱して空気流に熱を与える発熱部１０７と、発熱部１０７に接続する端子部１０８、１０９とを有するが、発熱部１０７は、長手方向の両端に近いほど、発熱していない非発熱領域（つまり、端子部１０８、１０９や、絶縁膜１０１により形成される表面１０２）への放熱が大きい。このため、長手方向に沿う発熱部１０７の温度分布は、図７（ｂ）に示すように、長手方向の両端ほど低くなる凸状の曲線をなす。

しかし、このような温度分布における凹凸は、検出精度上、好ましいものではなく、発熱部１０７の温度分布は、できる限り平坦に近い方が好ましい。すなわち、発熱部１０７は、温度が高い部位ほど経時劣化が進行しやすく、温度が低い部位ほど微粒子の付着が進行しやすい。このため、温度分布における凹凸が顕著に見られるほど、高温部の経時劣化および低温部の微粒子付着が著しくなり、当初予定されていた伝熱特性からの乖離が大きくなって検出精度が低下する。

なお、発熱部１０７から非発熱領域への放熱は、端子部１０８、１０９への放熱の方が絶縁膜１０１への放熱よりも著しい。このため、端子部１０８、１０９が両方とも長手方向に関して同一端の方に配される片側引き出し型の空気流量センサ１００の場合、端子部１０８、１０９が配される一端側の方が、端子部１０８、１０９が配されない他端側よりも、温度分布における落ち込みが著しい。この結果、発熱部１０７における端子部１０８、１０９の近傍部では、微粒子の付着がさらに著しくなって、上記のような検出精度の低下も激しいものと考えられる。
特開２００１−４１７９０号公報

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、空気流量センサの発熱抵抗に関し、発熱部の長手方向の温度分布において、凹凸を抑制して平坦に近づけることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の空気流量センサは、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、発熱抵抗、上流側検出抵抗および下流側検出抵抗と空気流との間の伝熱現象を利用して空気流量を検出するものである。

そして、絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向、空気流の方向を短手方向と定義し、長手方向に座標を想定すると、発熱抵抗の発熱部は、通電方向が長手方向と略一致する長手方向通電部を有し、長手方向通電部は、長手方向の座標に応じて短手方向の幅が連続的に可変されている。

これにより、発熱部の長手方向の温度分布に応じて、長手方向通電部の短手方向の幅を長手方向に連続的に異ならせることができる。すなわち、温度が高い長手方向座標範囲においては、短手方向幅を大きくすることで、抵抗値を下げて発熱量を低減するとともに、空気流に対する伝熱面積を拡大して空気流への放熱量を増加する。逆に、温度が低い長手方向座標範囲においては、短手方向幅を小さくすることで、抵抗値を上げて発熱量を増加するとともに、空気流に対する伝熱面積を縮小して空気流への放熱量を低減する。これにより、発熱部の長手方向の温度分布において、凹凸を抑制して平坦に近づけることができる。

さらに、発熱抵抗は、発熱部に接続する２つの端子部を有し、２つの端子部は、発熱部の長手方向の一端側に設けられて、各々に長手方向通電部の一端が接続する。そして、発熱部は、各々の長手方向通電部の他端をＵ字状に架橋する架橋部を有し、各々の長手方向通電部は、長手方向の他端側に向かって短手方向の幅が増加した後に減少して架橋部に接続している。

これにより、短手方向幅が長手方向他端側に向かって減少している座標範囲において、発熱部は、長手方向他端側ほど短手方向幅が小さくなり、抵抗値が上がって発熱量が増加するとともに、空気流に対する伝熱面積が縮小して空気流への放熱量が低減する。このため、発熱部の長手方向の温度分布に関して、長手方向他端側における絶縁膜への放熱による落ち込みをも緩和することができる。

最良の形態１の空気流量センサは、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、発熱抵抗、上流側検出抵抗および下流側検出抵抗と空気流との間の伝熱現象を利用して空気流量を検出するものである。

そして、絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向、空気流の方向を短手方向と定義し、長手方向に座標を想定すると、発熱抵抗の発熱部は、通電方向が長手方向と略一致する長手方向通電部を有し、長手方向通電部は、長手方向の座標に応じて短手方向の幅が連続的に可変されている。

さらに、発熱抵抗は、発熱部に接続する２つの端子部を有し、２つの端子部は、発熱部の長手方向の一端側に設けられて、各々に長手方向通電部の一端が接続する。そして、発熱部は、各々の長手方向通電部の他端をＵ字状に架橋する架橋部を有し、各々の長手方向通電部は、長手方向の他端側に向かって短手方向の幅が増加した後に減少して架橋部に接続している。
以下、本発明の実施形態を図に示す２つの実施例および３つの変形例に基づいて説明する。ただし、図１および図２に示す実施例１並びに図４および図６に示す変形例は、本発明が適用されていない参考例であり、図３に示す実施例２および図５に示す変形例は、本発明が適用された例である。

〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量センサ１の構成を、図１、図２を用いて説明する。
空気流量センサ１は、例えば、エアクリーナからエンジンに向かう吸気の一部を取り込んで吸気に戻すように流路形成されるボディ（図示せず）内に配されて、吸気量を測定するエアフローメータを構成する。そして、空気流量センサ１は、ボディ内に取り込まれた空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出する。

すなわち、空気流量センサ１は、ボディ内に取り込まれた空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜２と、絶縁膜２の表面３に設けられて通電により発熱する発熱抵抗４と、表面３で発熱抵抗４の上流側に設けられ、自身の温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗５と、表面３で発熱抵抗４の下流側に設けられ、自身の温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗６とを備える。

そして、空気流量センサ１は、発熱抵抗４の発熱により空気流を加熱することで、上流側検出抵抗５と下流側検出抵抗６と間に検出差分を生じさせ、この検出差分に応じて空気流量を検出する。
なお、以下の説明では、表面３に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義し、長手方向に座標を想定する。また、空気流の方向を短手方向と定義する。

絶縁膜２は、図１に示すように、シリコン基板９上に設けられ、シリコン基板９には、発熱抵抗４や上、下流側検出抵抗５、６が形成されている。また、表面３は、発熱抵抗４や上、下流側検出抵抗５、６を保護するための保護膜１１により覆われている。

発熱抵抗４は、図２（ａ）に示すように、１つの抵抗体から形成されており、略Ｕ字状の発熱部１２と、発熱部１２の長手方向一端側に接続するプラス側、マイナス側の２個の端子部１３、１４とを表面３上に有する。また、端子部１３、１４は、両方とも表面３の長手方向一端側に形成されている。つまり、空気流量センサ１は、発熱抵抗４の端子部１３、１４が表面３の長手方向一端側にのみ形成される片側引き出し型である。

また、発熱部１２は、通電方向が長手方向と略一致する２つの長手方向通電部１７、１８、および、長手方向通電部１７、１８の他端をＵ字状に架橋する架橋部１９を有し、長手方向通電部１７、１８は、長手方向の座標に応じて短手方向の幅が可変されている。

すなわち、短手方向に互いに向かい合う長手方向通電部１７の辺部２１と長手方向通電部１８の辺部２２とは、長手方向他端側に向かって互いの距離が短縮するように、長手方向に対して傾斜している。また、向かい合わない長手方向通電部１７の辺部２３と長手方向通電部１８の辺部２４とは、長手方向と平行に設けられている。そして、このような辺部構成により、長手方向通電部１７、１８は、長手方向他端側に向かって短手方向の幅が連続的に増加している。

上、下流側検出抵抗５、６は、長手方向に互いに平行に設けられている。
上流側検出抵抗５は、発熱抵抗４の側（以下、発熱体側と呼ぶ）の抵抗体２６と、発熱抵抗４の反対側（以下、反発熱体側と呼ぶ）の抵抗体２７とから形成され、抵抗体２６は、２つの端子部２８、２９が長手方向他端側に形成されており、長手方向一端側で２回の折り返しを有し、他端側で１回の折り返しを有している。抵抗体２７は、２つの端子部３０、３１が長手方向一端側に形成されており、長手方向他端側で２回の折り返しを有し、一端側で１回の折り返しを有している。

また、下流側検出抵抗６も、発熱体側の抵抗体３４と、反発熱体側の抵抗体３５とから形成されており、抵抗体３４は抵抗体２６と同様の構成であり、抵抗体３５は抵抗体２７と同様の構成を有する。

以上の構成により、空気流量センサ１では、発熱抵抗４の発熱により、空気流が上、下流側検出抵抗５、６間を移動する間に加熱されて上、下流側検出抵抗５、６間に検出差分が発生する。そして、空気流量センサ１は、この検出差分に基づいて空気流量を検出する。

〔実施例１の効果〕
実施例１の空気流量センサ１によれば、発熱抵抗４の発熱部１２は、通電方向が長手方向と略一致する長手方向通電部１７、１８を有し、長手方向通電部１７、１８は、長手方向他端側に向かって短手方向幅が連続的に増加している。
これにより、発熱部１２は、長手方向一端側ほど短手方向幅が小さくなり、抵抗値が上がって発熱量が増加するとともに、空気流に対する伝熱面積が縮小して空気流への放熱量が低減する。

このため、発熱部１２は、端子部１３、１４の接続により放熱が著しい長手方向一端側ほど、発熱量が増加するとともに空気流への放熱量が低減するので、発熱部１２の長手方向の温度分布に関して、長手方向一端側における落ち込みを緩和することができる。この結果、発熱部１２の長手方向の温度分布は、凹凸が抑制されて従来例よりも平坦に近づく（図２（ｂ）参照）。

実施例２の空気流量センサ１によれば、図３に示すように、長手方向通電部１７、１８は、長手方向他端側に向かって短手方向の幅が増加した後に減少して架橋部１９に接続している。すなわち、辺部２１、２２は、各々、頂点３７、３８を有し、端子部１３、１４から頂点３７、３８に向かって互いの距離が縮小するように、長手方向に対して傾斜した後、さらに頂点３７、３８から架橋部１９に向かって互いの距離が拡大するように、長手方向に対する傾斜方向が切り換わっている。つまり、辺部２１、２２は、各々、頂点３７、３８を有し、鋭角状に膨出して短手方向に対向している。

これにより、長手方向通電部１７、１８の短手方向幅が長手方向他端側に向かって減少している座標範囲（つまり、頂点３７、３８と架橋部１９との間）において、発熱部１２は、長手方向他端側ほど短手方向幅が小さくなり、抵抗値が上がって発熱量が増加するとともに、空気流に対する伝熱面積が縮小して空気流への放熱量が低減する。

このため、発熱部１２の長手方向の温度分布に関して、長手方向他端側における絶縁膜２への放熱による落ち込みをも緩和することができる。この結果、発熱部１２の長手方向の温度分布は、凹凸が抑制されて実施例１よりもさらに平坦に近づく。

〔変形例〕
実施例１の空気流量センサ１によれば、発熱部１２の長手方向通電部１７、１８は、長手方向他端側に向かって短手方向幅が一様に連続的に増加していたが、図４に示すように、長手方向他端側に向かって短手方向幅を段階状に連続的に増加させてもよい。つまり、辺部２１、２２を階段状に連続的に可変させても実施例１の発熱部１２と同様の効果を得ることができる。

また、実施例２の空気流量センサ１によれば、発熱部１２の長手方向通電部１７、１８は、辺部２１、２２が、各々、頂点３７、３８を有して鋭角状に膨出するように構成されていたが、図５に示すように、辺部２１、２２を曲線状に膨出させても、実施例２の発熱部１２と同様の効果を得ることができる。

また、実施例１、２の空気流量センサ１は、発熱抵抗４の端子部１３、１４が表面３の長手方向一端側にのみ形成される片側引き出し型であったが、端子部１３、１４が表面３の長手方向一端側および他端側に分かれて形成される両側引き出し型の空気流量センサ１でも、実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

例えば、図６に示すように、発熱抵抗４が上流側および下流側の２つの抵抗体からなり、２つの抵抗体が一端側から他端側に向かって直線的に設けられ、上流側の抵抗体が長手方向通電部１７を有し、下流側の抵抗体が長手方向通電部１８を有する場合を考える。

この場合、辺部２１、２２を平行な直線として設け、辺部２３、２４を各々、上周側、下流側に曲線状に膨出させる。さらに、最大膨出位置を対称軸として、一端側と他端側とで線対称となるように長手方向通電部１７、１８を設ける。これにより、発熱部１２の長手方向の温度分布は、実施例１、２と同様に、凹凸が抑制されて平坦に近づく。

さらに、発熱抵抗４の形状は上記のような形状に限定されるものではなく、例えば、Ｕ字状の折返しを２個以上形成したり、発熱抵抗４を３個以上の抵抗体から構成したりしてもよく、辺部の形状も上記のような形状に限定されるものではない。

空気流量センサの断面構成図である（実施例１）。 （ａ）は空気流量センサの平面図であり、（ｂ）は発熱部の長手方向の温度分布を示す分布図である（実施例１）。 （ａ）は空気流量センサの平面図であり、（ｂ）は発熱部の長手方向の温度分布を示す分布図である（実施例２）。 空気流量センサの平面図である（変形例）。 空気流量センサの平面図である（変形例）。 空気流量センサの平面図である（変形例）。 （ａ）は空気流量センサの平面図であり、（ｂ）は発熱部の長手方向の温度分布を示す分布図である（従来例）。

符号の説明

１ 空気流量センサ
２ 絶縁膜
３ 表面
４ 発熱抵抗
５ 上流側検出抵抗
６ 下流側検出抵抗
１２ 発熱部
１３、１４ 端子部
１７、１８ 長手方向通電部
１９ 架橋部

Claims (2)

1. 空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、
   前記絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、
   前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、
   前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、
   前記発熱抵抗、前記上流側検出抵抗および前記下流側検出抵抗と空気流との間の伝熱現象を利用して空気流量を検出する空気流量センサにおいて、
   前記絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向、空気流の方向を短手方向と定義し、前記長手方向に座標を想定すると、
   前記発熱抵抗の発熱部は、通電方向が前記長手方向と略一致する長手方向通電部を有し、
   この長手方向通電部は、前記長手方向の座標に応じて前記短手方向の幅が連続的に可変されており、
   前記発熱抵抗は、前記発熱部に接続する２つの端子部を有し、
   前記２つの端子部は、前記発熱部の前記長手方向の一端側に設けられて、各々に前記長手方向通電部の一端が接続し、
   前記発熱部は、各々の前記長手方向通電部の他端をＵ字状に架橋する架橋部を有し、
   各々の前記長手方向通電部は、前記長手方向の他端側に向かって前記短手方向の幅が増加した後に減少して前記架橋部に接続していることを特徴とする空気流量センサ。
2. 空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、
   前記絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、
   前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、
   前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、
   前記発熱抵抗、前記上流側検出抵抗および前記下流側検出抵抗と空気流との間の伝熱現象を利用して空気流量を検出する空気流量センサにおいて、
   前記絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向、空気流の方向を短手方向と定義し、前記長手方向に座標を想定すると、
   前記発熱抵抗の発熱部は、通電方向が前記長手方向と略一致する長手方向通電部を有し、
   この長手方向通電部は、前記長手方向の座標に応じて前記短手方向の幅が可変されており、
   前記発熱抵抗は、前記発熱部に接続する２つの端子部を有し、
   前記２つの端子部は、前記発熱部の前記長手方向の一端側に設けられて、各々に前記長手方向通電部の一端が接続し、
   前記発熱部は、各々の前記長手方向通電部の他端をＵ字状に架橋する架橋部を有し、
   各々の前記長手方向通電部は、前記長手方向の他端側に向かって前記短手方向の幅が増加した後に減少して前記架橋部に接続していることを特徴とする空気流量センサ。

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