JPH052027A - ガスレートセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ センサ本体におけるガス流路を理想的な２次
元流路として、ノズル孔からガス流路内に送り込まれた
ガス流が上下方向には広がらずに左右方向のみに広がっ
て、ヒートワイヤ対に向かうガス流の最大流速が大きく
なるようにしてセンサ感度を良くし、センサ本体の上下
方向に作用するピッチレートによってガス流が上下方向
に偏向することがなく、センサ本体の左右方向に作用す
るヨーレートのみを精度良く検出し、ガス流路内におけ
るノズル孔側の隅部に生ずる負圧を軽減してガス流の直
進性を良好にすることを目的とする。 ［構成］ センサ本体におけるガス流路を断面がほぼ矩
形の空間として、その幅方向に一対のヒートワイヤを並
設し、そのガス流路の幅が高さのほぼ５倍以上となるよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体に角速度が
作用したときのセンサ本体のノズル孔からガス流路内に
噴出されているガス流の偏向状態をヒートワイヤ対によ
って検出するガスレートセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のガスレートセンサにあっ
ては、図９に示すように、円筒状のケーシング８内に密
封したガスをダイアフラム式のポンプ１３によって循環
させながらセンサ本体９のノズル孔１０からガス流路１
１内にガスを噴出させて、そのガス流路１１内に一対に
設けられたヒートワイヤ１２１，１２２に向かってガス
流（層流）を生じさせておき、図１０に示すように、セ
ンサ本体９に左右方向の角速度ωが加わってガス流が中
心線Ｏ−Ｏからずれεを生じて一方に偏向したときに、
各ヒートワイヤ１２１，１２２に生ずる感熱抵抗値の変
化による出力差をとり出して、そのときセンサ本体９に
作用する角速度ωの向きおよび大きさを検出するように
している。

【０００３】しかして、このような従来のガスレートセ
ンサにあっては、センサ本体９におけるガス流路１１が
円筒状の３次元空間となっているために、ノズル孔１０
から噴出されるガスがガス流路１１内で３次元状に広が
って、図７に示すように、ガス流路１１におけるガス流
の流速の勾配が小さくなり、図８に示すように、一対の
ヒートワイヤ１２１，１２２に向かうガス流の中心の流
速（最大流速）の減衰が小さくなって、センサ感度が低
下してしまっている。

【０００４】そして、ガス流路１１が円筒状の３次元空
間となっているために、ガスレートセンサを自動車に搭
載してその進行方向の変化にともなってセンサ本体９の
左右方向に作用する角速度ω（ヨーレート）を検出する
に際して、自動車が上下にピッチングしたときにセンサ
本体９に上下方向の角速度（ピッチレート）が作用して
ガス流路１１内におけるガス流が上下方向にも偏向して
しまい、本来の左右方向に作用する角速度ωの検出に悪
影響を与えて検出精度が低下してしまう。

【０００５】また、最近、ノズル孔、ガス流路およびそ
のガス流路内に設けられるヒートワイヤ対からなるセン
サ本体が、ＩＣ製造技術を利用した半導体基板のマイク
ロマシニング加工によって形成されたものが開発されて
いる（特開平３−２９８５８号公報参照）。

【０００６】そのセンサ本体としては、図１１ないし図
１３に示すように、それぞれ半導体基板にノズル孔３を
形成する半孔３１とそれにつながるガス流路４を形成す
る半溝４１とがエッチングによって形成された下側半導
体基板１と上側半導体基板２とを、それぞれの半孔３１
および半溝４１をつき合せるように重ねて、両者を接着
させることによってノズル孔３およびガス流路４が構成
されている。

【０００７】そして、下側半導体基板１にはガス流路４
にかかるブリッジ部６が形成され、そのブリッジ部６の
上面には一対のヒートワイヤ５１，５２がパターン成形
されている。

【０００８】図中、７は、一対のヒートワイヤ５１，５
２の両側における下側半導体基板１上にパターン形成さ
れた電極部である。

【０００９】このようなガスレートセンサにあっては、
ガス流路４がその断面が平べったいほぼ矩形の空間とな
って２次元流路を形成しており、そのため、ガス流路４
内でガス流が３次元状に広がるようなことが抑制され、
ガス流路４におけるガス流の流速の勾配が大きくなり、
ガス流路４内にその幅方向に一対に設けられたヒートワ
イヤ５１，５２に向かうガス流の中心の流速（最大流
速）の減衰が小さくなって、センサ感度が良くなる（図
５および図６参照）。

【００１０】そして、センサ本体９に上下方向の角速度
（ピッチレート）が作用しても、ガス流路４内において
ガス流が上下方向に偏向することがほとんどなく、本来
の左右方向（ガス流路４の幅方向）に作用する角速度
（ヨーレート）を精度良く検出することができる。

【００１１】しかし、従来では、２次元的なガス流路４
における幅ｗが小さく、そのため、図３に示すように、
ノズル孔３からガス流路４内にガスが噴出される際にガ
ス流路４におけるノズル孔３側の隅部Ａで比較的大きな
負圧を生じてしまい、それによりガス流が側壁方向に曲
がってしまうという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、ガスレートセンサにおけるガス流路を３次元的に
形成すると、ノズル孔からガス流路内に噴出されるガス
流が３次元方向に広がり、ヒートワイヤ対に向かう流速
の減衰が大きくなってセンサ感度が低下するとともに、
検出対象となるヨー方向（左右方向）以外のピッチ方向
（上下方向）にもガス流が偏向して、ヨー方向の角速度
の検出精度が悪くなることである。

【００１３】また、ガスレートセンサにおけるガス流路
を２次元的に形成すると、ノズル孔からガス流路内にガ
スが噴出される際にガス流路におけるノズル孔側の隅部
で生ずる負圧によってガス流が側壁方向に曲がってしま
い、角速度の検出精度が悪くなることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス流路を断
面がほぼ矩形の空間として、その幅方向に一対のヒート
ワイヤを並設し、そのガス流路の幅が高さのほぼ５倍以
上となるようにしている。

【００１５】

【作用】本発明によれば、ガス流路として、ガス流の３
次元的な広がりがほとんどない、またピッチレートによ
ってガス流が上下方向にほとんど偏向することがない理
想的な２次元流路が得られるとともに、そのノズル孔側
の隅部のエリアが充分大きくなって、ノズル孔からガス
流路内にガスが噴出される際にガス流路におけるノズル
孔側の隅部で生ずる負圧が有効に軽減されて、その負圧
によってガス流が側壁方向に曲がるようなことがなくな
る。

【００１６】

【実施例】本発明によるガスレートセンサにあっては、
図１に示すように、ノズル孔３を形成する半孔およびガ
ス流路４を形成する半溝がエッチングによって形成され
た下側半導体基板１と上側半導体基板２とを、それぞれ
の半孔および半溝をつき合せるように重ねて、両者を接
着させることによってノズル孔３および断面がほぼ矩形
のガス流路４が形成され、下側半導体基板１側にガス流
路４にかかるように一体に形成されたブリッジ部６上
に、ガス流路４の幅ｗ方向に並設されるように一対のヒ
ートワイヤ５１，５２がパターン成形されたセンサ本体
において、ガス流路４の幅ｗが高さｄのほぼ５倍以上と
なるようにしたことを特徴としている。

【００１７】しかして、このようにセンサ本体が構成さ
れたものでは、図２に示すように、ガス流路４における
ノズル孔３側の隅部Ａのエリアが充分大きくなって、ガ
ス雰囲気中で図示しないマイクロポンプを駆動すること
によってノズル孔３からガス流路４内にガスが層流とし
て送り込まれる際に、ガス流路４におけるノズル孔３側
の隅部Ａで生ずる負圧が有効に軽減されて、その負圧に
よってガス流が側壁方向に曲がるようなことがなくなっ
て、一対のヒートワイヤ５１，５２に向かうガス流の直
進性が良くなってヨーレートの検出精度が向上する。

【００１８】この点、図３に示すように、ガス流路４の
幅ｗが小さいと、ノズル孔３側の隅部Ａのエリアが小さ
くなってノズル孔３からガス流路４内にガスが噴出され
る際にガス流路４におけるノズル孔３側の隅部Ａで比較
的大きな負圧を生じてしまい、それによりガス流が側壁
方向に曲がってしまう。

【００１９】図４に、ノズル孔３の大きさおよびそれか
ら噴出されるガスの流速を一定として、ガス流路４にお
ける高さｄに対する幅ｗの大きさの割合を種々に変化さ
せながら、ガス流路４内のノズル孔３の前方における一
定位置において、ノズル孔３から噴出されるガス流の中
心線Ｏ−ＯからのずれΔｗを実測したときの特性を示し
ている。

【００２０】その特性によれば、ｗ／ｄの値がほぼ５以
上であれば、ガス流路４におけるノズル孔３側の隅部Ａ
で生ずる負圧が有効に軽減されて、ノズル孔３から噴出
されるガス流の中心線Ｏ−Ｏからのずれ量Δｗ／ｗが激
減していることがわかる。

【００２１】また、図１に示すように構成されたセンサ
本体では、ノズル孔３から噴出されるガス流がガス流路
４の上下の壁面によってとじ込められてほとんど上下方
向に広がることがなくなり、左右方向のみに広がる理想
的な２次元流路が得られる。

【００２２】その際、ノズル孔３の径をガス流路４の高
さｄとほぼ同等にすることが望ましい。また、ガス流の
広がりを考慮して、ガス流路４の幅ｗは充分大きいほう
がよい。

【００２３】なお、上下方向のガスの流れは、ガス流路
４の上下の壁面にとじ込められた流れで、その流速分布
の特性は放物線である。

【００２４】しかして、ガス流路４内におけるガス流の
広がりが左右方向のみとなって、３次元流路の場合に比
べてガス流の広がりが少なくなるために、図５に示すよ
うに、ガス流路４におけるガス流の流速の勾配が大きく
なり、図６に示すように、一対のヒートワイヤ５１，５
２に向かうガス流の中心の流速（最大流速）が大きくな
って、センサ感度が良いものとなる。

【００２５】ガスレートセンサにおけるセンサ感度Ｓ
は、ガス流の進行方向をｘ、その左右の広がりの方向を
ｙ、ノズル孔からヒートワイヤ対までの距離をｘｏ、ノ
ズル孔からヒートワイヤ対までの平均速度をｖとしたと
き、次式によって与えられる。

【００２６】 Ｓ＝Ｋ・（ｄｖ／ｄｙ）・Δｙ ＝（ｄｖ／ｄｙ）・｛（ｘｏ^２／ｖ）・ω｝ ここで、Ｋは定数、ωは角速度である。

【００２７】したがって、ｘｏおよびｖが等しければ、
流速の勾配（ｄｖ／ｄｙ）が大きいほど高感度となる。

【００２８】さらに、図１に示すように構成されたセン
サ本体では、ガス流路４が理想的な２次元流路となっ
て、ガス流路４内においてガス流が上下方向にほとんど
偏向することがなくなり、センサ本体にピッチレートが
作用してもガス流がそれによって偏向することがなくな
る。

【００２９】したがって、ガス流の上下方向の偏向が誤
差として影響することなく、検出対象となるセンサ本体
の左右方向に作用するヨーレートを精度良く検出できる
ようになる。

【００３０】

【発明の効果】以上、本発明によるガスレートセンサに
あっては、そのセンサ本体におけるガス流路を断面がほ
ぼ矩形の空間として、その幅方向に一対のヒートワイヤ
を並設し、そのガス流路の幅が高さのほぼ５倍以上とな
るようにすることにより、ガス流が３次元状に広がって
ヒートワイヤ対に向かうガスの流速が大きく減衰するよ
うなことがない、またセンサ本体に作用するピッチレー
トによってガス流が上下方向にほとんど偏向することが
ない理想的な２次元流路が得られて、センサ本体に作用
するヨーレートを感度良く、かつ精度良く検出すること
ができる。

【００３１】そして、本発明によれば、ガス流路内にお
けるノズル孔側の隅部で生ずる負圧が有効に軽減され
て、その負圧によってガス流が側壁方向に曲がるような
ことがなくなり、ヒートワイヤ対に向かうガス流の直進
性が良くなってヨーレートの検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガスレートセンサのセ
ンサ本体の正面図である。

【図２】同実施例におけるガス流路内のガスの流れを示
す図である。

【図３】ガス流路の幅が小さいときのガス流路内のガス
の流れを示す図である。

【図４】ガス流路における高さに対する幅の大きさの割
合を変化させたときのガス流路内におけるガス流のずれ
の特性図である。

【図５】本発明のガス流路におけるガス流の流速の勾配
を示す図である。

【図６】本発明のヒートワイヤ対に向かうガス流の中心
の流速（最大流速）の特性図である。

【図７】従来の３次元のガス流路におけるガス流の流速
の勾配を示す図である。

【図８】従来の３次元のヒートワイヤ対に向かうガス流
の中心の流速（最大流速）の特性図である。

【図９】従来の３次元のガス流路をもったガスレートセ
ンサの平断面図である。

【図１０】センサ本体に角速度が作用したときのガス流
の偏向状態を示す図である。

【図１１】２次元ガス流路を形成するセンサ本体の斜視
図である。

【図１２】２次元ガス流路を形成するセンサ本体におけ
る下側半導体基板の平面図である。

【図１３】２次元ガス流路を形成するセンサ本体の正断
面図である。

【符号の説明】

１ 下側半導体基板 ２ 上側半導体基板 ３ ノズル孔 ４ ガス流路 ５１ ヒートワイヤ ５２ ヒートワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 友行 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 センサ本体に角速度が作用したときのセ
   ンサ本体におけるノズル孔からガス流路内に噴出されて
   いるガス流の偏向にもとづいて、そのガス流路内に設け
   られた一対の感熱抵抗素子からなるヒートワイヤ対に生
   じた各抵抗値の変化から角速度を検出するガスレートセ
   ンサにおいて、ガス流路を断面がほぼ矩形の空間とし
   て、その幅方向に一対のヒートワイヤを並設し、そのガ
   ス流路の幅が高さのほぼ５倍以上となるようにしたこと
   を特徴とするガスレートセンサ。