JPH09329480A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出感度が高く、信頼性の高い流量センサを
得る。 【解決手段】 流体が流過する基板１と、基板１の上流
側端部に設けられ基板１の厚み方向に貫通した切欠部８
と、切欠部８に引き渡された薄膜１０と、基板１に設け
た流体温度検出素子３と、薄膜１０に設けた発熱素子と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流速や流量
を検出する技術分野において利用できる流量センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２５は例えば特開平６―２４９６９３
号公報に記載の従来の流量センサを示す平面図である。
図中、１０１は単結晶シリコン基板、２は発熱素子、３
は温度検出素子、４は端子、５は端子と発熱素子２およ
び温度検出素子３とを結ぶ配線、１０９は切欠の縁、１
１０は薄膜、１１４は枠である。

【０００３】図２６は図２５におけるＬ―Ｌ断面図であ
る。シリコン基板裏面からの異方性エッチングによって
薄膜１１０および枠１１４を残しながら、切欠１０８を
形成し、薄膜１１０上に発熱素子２を形成することによ
って、熱伝導率の大きいシリコン基板１０１と発熱素子
２や温度検出素子３とを熱絶縁して、流量センサの感度
向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図２７は上記のように
基板に切欠１０８を設けた流量センサを、流体が流れる
時の流体の速さを説明するための説明図であり、図中、
矢印の長さにより流速の程度を表しており、長い矢印は
短い矢印より速い流速を示し、塗りつぶし部は発熱素子
または温度検出素子を示す。図から解るように上記従来
の流量センサのような基板構造では、発熱素子２や温度
検出素子３の裏面側、すなわち異方性エッチングによっ
て形成された切欠側における流体の流速が、表面側の流
速に比較して小さくなっている。切欠部の開口面積にも
よるが、特に流速が低い場合、切欠の縁でシリコン基板
の裏面から剥がれた流れは、そのままシリコン基板に平
行に下流側へと流れ去り、切欠内にはほとんど流入しな
い。このため、発熱素子の裏面側から流体への熱伝達量
は表面側と比べて小さくなり、検出感度が低下するとい
う課題があった。

【０００５】さらに、図２８は上記のように基板に切欠
１０８を設けた流量センサを、流体が流れる時の切欠部
壁面へと伝わる熱伝導損失の状態を説明するための説明
図であり、図中、矢印は熱伝導の様子を示し、塗りつぶ
し部は発熱素子または温度検出素子を示す。図から解る
ように、発熱素子や温度検出素子の裏面から流体を介し
て切欠壁面へと伝わる熱伝導損失が大きくなってしま
う。そのため、この構造では発熱素子が消費する電力の
うち、その裏面側から放出される熱が感度には寄与せ
ず、かつ流速が増大した際に発熱素子裏面側に発生する
不規則な渦が、センサの出力特性に好ましくない変曲点
を生じる可能性があり、信頼性が低下するという課題が
あった。切欠の開口面積が大きくし、その内部にも流れ
を流入しやすくすることにより上記課題は幾分改善され
るが、そのトレードオフとして、薄膜部やその支持部に
加わる応力が増大したり、流体の流れによる薄膜の振幅
が大きくなってしまい、破壊に至る可能性が増大してし
まう等の新たな課題を生じた。

【０００６】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、検出感度が高く、信頼性の高い流量センサ
を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の流量
センサは、流体が通過する基板、この基板の上流側端部
に設け上記基板の厚み方向に開口部を有する切欠部、こ
の切欠部の上記開口部と反対側に設けた薄膜、上記基板
に設け流体の温度を測定する流体温度検出素子、および
上記薄膜に設け上記流体温度検出素子により測定した流
体の温度より高い温度を有する発熱素子を備え、流体へ
の熱伝達の程度から流体の流量を測定するものである。

【０００８】本発明に係る第２の流量センサは、流体が
通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に開
口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対側
に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する流
体温度検出素子、上記薄膜に設け上記流体温度検出素子
により測定した流体の温度より高い設定温度を有する発
熱素子、および上記薄膜の上記発熱素子の上流側または
下流側に設けた温度検出素子を備え、流体への熱伝達の
程度に応じて生じる上記発熱素子の温度と上記温度検出
素子により検出した温度との温度差により流体の流量を
測定するものである。

【０００９】本発明に係る第３の流量センサは、流体が
通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に開
口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対側
に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する流
体温度検出素子、上記薄膜に設け上記流体温度検出素子
により測定した流体の温度より高い温度を有する発熱素
子、および上記薄膜に上記発熱素子を介して流体の上流
側と下流側に設けた第１、第２温度検出素子を備え、流
体への熱伝達の程度に応じて生じる上記第１、第２温度
検出素子により検出した温度の温度差により流体の流量
を測定するものである。

【００１０】本発明に係る第４の流量センサは、上記第
２および３の流量センサにおいて、上記切欠部を基板の
上流側端部に設けたものである。

【００１１】本発明に係る第５の流量センサは、上記第
１ないし第４の流量センサにおいて、上記切欠部を上記
基板の厚み方向に貫通して設け、この貫通孔の一方に上
記薄膜を引き渡して設けたものである。

【００１２】本発明に係る第６の流量センサは、上記第
１の流量センサにおいて、上記基板の横断面形状が流体
の通過方向に対して凹状と成るように上記切欠部を形成
したものである。

【００１３】本発明に係る第７の流量センサは、上記第
１ないし第３の流量センサにおいて、薄膜にスリットを
設けたものである。

【００１４】本発明に係る第８の流量センサは、上記第
７の流量センサにおいて、上記薄膜が基板に片持ち支持
されるようにスリットを薄膜の周囲に設け、上記薄膜の
自由端部の振動を抑制可能なように振動抑制部材を設け
たものである。

【００１５】本発明に係る第９の流量センサは、流体が
通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に開
口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対側
に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する流
体温度検出素子、および上記薄膜に設け上記流体温度検
出素子により測定した流体の温度より高い温度を有する
発熱素子を備え、上記薄膜部の長辺の長さが短辺の長さ
の２倍以上のものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の第１の実施の形態の流量
センサの斜視図で、図２は図１のＡ―Ａ断面図である。
図中、矢印は流体の流れの向きを表し、１は基板、２は
発熱素子、３は流体温度検出素子、４は信号の入出力用
の端子、５は各素子と端子とを結ぶ配線、８は切欠部、
１０は薄膜、２２は切欠部８の壁面である。基板１とし
て単結晶シリコン基板を用い、この基板１を裏面から異
方性エッチングすることによって流体が通過する時に上
流側となる側の上記基板の端部に切欠部８を設け薄膜部
１０を形成している。図は上記切欠部が上記基板の厚み
方向に貫通（２ヶ所の開口部）しており、貫通孔である
切欠部に薄膜を引き渡して設けている場合を示している
が、切欠部が完全に貫通していない上に薄膜を設けても
良い。

【００１７】基板１には流体の温度を検出する流体温度
検出素子３が、薄膜１０には発熱素子２が設けてあり、
流体温度検出素子３により測定した流体温度より一定の
温度だけ高く発熱するように設定され、本発明の第１の
実施の形態の流量センサは、上記発熱体から流体への熱
伝達の程度から流体の流量を測定する。

【００１８】上記本発明の第１の実施の形態の流量セン
サには、発熱素子が形成される薄膜部より上流側に凹凸
構造がないので、従来の流量センサにおいて見受けられ
た発熱素子裏面側の流速の低下がなく、発熱素子裏面側
の流速も発熱素子表面側の流速とほぼ同じになり、従来
の流量センサに比べると発熱素子裏面側の流速が増大す
るので、発熱素子から流体への対流熱伝達が促進され、
感度が向上する。また、発熱素子より上流側に凹凸構造
ないので、流れの乱れが大幅に減少し、測定精度が向上
する。更に、発熱素子両面の流速がほぼ同じなので、キ
ャビティ構造やダイヤフラム構造の場合と異なり、発熱
素子両面の流体の流速差が非常に小さく、薄膜部表裏の
動圧差は非常に小さくなる。したがって、薄膜部が受け
る揚力も非常に微小となり、薄膜部の振動も小さくなっ
て、センサチップが破壊に至る可能性を低減する。

【００１９】上記本発明の第１の実施の形態の流量セン
サを得る際、異方性エッチングを行うと、４つのシリコ
ン（１１１）面が現れるが、切欠部８は、その内の上流
側の面が残らないようにしてある。また、切欠部８は、
基板全体を下流端まで横断しているのではなく、基板の
横断面形状が通過方向に対して凹状となるように形成し
ている。切欠部８が基板の下流端まで形成されていても
上記効果は得られるが、本実施の形態のように異方性エ
ッチングが施されない部分が下流側に残されているので
基板がさらに補強されるという効果がある。以上の結
果、検出感度が高く、信頼性の高く、さらに強度の優れ
た流量センサを得ることができる。

【００２０】実施の形態２．図３は本発明の第２の実施
の形態の流量センサの平面図であり、図中、６は例えば
スリット等の熱絶縁部材で、矢印は流体の流れの向きを
表す。上記実施の形態１では、発熱素子２が形成される
薄膜１０は上流側を除き、３方を支持されているが、本
実施の形態では幅１０ミクロン程度の細いスリット６を
設けることによって薄膜部をブリッジ状にしている。上
記スリットを薄膜に設けることにより発熱素子２と基板
との熱絶縁性を向上させることができる。上記スリット
幅は、検出特性に悪影響を与える流体の流れの乱れを与
えないために、数ミクロン〜２０ミクロン程度が望まし
い。なお、図３のように、スリット６を流体の下流側に
設けることにより熱絶縁性を効率よく向上させることが
できる。図４に本実施の形態と同様スリットを流体の下
流側に設けた別の例を示す。

【００２１】本実施の形態では、薄膜部に設けたスリッ
トによって熱伝導損失が小さくなるので、低消費電力
化、高感度化の効果がある。

【００２２】実施の形態３．図５は本発明の第３の実施
の形態の流量センサの平面図であり、実施の形態２と同
様のスリットを薄膜１０に設けた例であるが、本実施の
形態では、図５に示すように、スリット６を流体の上流
側に設けている。発熱素子よりも上流側にスリットを設
けることにより、スリットを薄膜に設けて発熱素子２と
基板との熱絶縁性を向上させる効果に加えて、流体中の
塵埃の堆積による発熱素子から流体への熱伝導特性の変
化による検出特性の劣化を防止できる。

【００２３】実施の形態４．図６は本発明の第４の実施
の形態の流量センサの平面図であり、実施の形態２と同
様のスリットを薄膜１０に設けた例であるが、本実施の
形態では、図６に示すように、スリット６を流体の上流
側と下流側に設けている。発熱素子よりも上流側と下流
側にスリットを設けることにより、発熱素子２と基板と
の熱絶縁性をさらに向上させかつ、流体中の塵の堆積に
よる検出特性の劣化を防止できる。

【００２４】実施の形態５．図７は本発明の第５の実施
の形態の流量センサの斜視図で、矢印は流体の流れの向
きを表している。図８は図７に示した流量センサを上流
側から見た説明図、図９（ａ）および（ｂ）はそれぞ
れ、図７におけるＡ―Ａ断面図およびＢ―Ｂ断面図であ
り、図中、７は上部ストッパ、１１は下部ストッパで上
部ストッパ７と下部ストッパ１１とで振動抑制部材とな
り、１２は支持梁である。図から解るように、本実施の
形態では、発熱素子２と基板１とを隔離するように、薄
膜１０の周囲にスリット６を設けることによって発熱素
子２と基板１との熱絶縁性を上げ、検出感度を向上させ
ている。即ち、薄膜部１０は、基板１に支持梁１２によ
って片持ち支持され、薄膜の自由端部の一部を振動抑制
部材である上部ストッパ７と下部ストッパ１１との間の
空隙２１内で基板１に支持されている。なお、この空隙
により薄膜の振幅が抑制される。

【００２５】切欠部８は裏面からのシリコンの異方性エ
ッチングによって形成されるもので、基板全体を下流端
まで横断しているのではなく、補強のために異方性エッ
チングが施されない枠１４が下流側に残されている。ま
た、本実施の形態では薄膜部上下両側に形成したストッ
パによって振幅を抑制し、強度維持を図っているので、
スリットの設計自由度が大きくなる。さらに、振動抑制
部材を設けることにより、切欠部の開口面積の増大によ
る強度低下を防止するという効果もある。

【００２６】図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜
（ｃ）および図１２（ａ）、（ｂ）は上記本発明の第５
の実施の形態の流量センサの製造方法の概略を示す断面
工程図であり、第７図のＡ―Ａ断面に対応している。ま
ず、（１００）面を有する単結晶シリコン基板１上に、
例えばＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ等の金属であって、酸に
よって選択的にエッチング可能な第１の犠牲層１５を堆
積し、好ましくはその輪郭が（１１０）方向の辺を有す
る矩形になるように整形する｛図１０（ａ）｝。次い
で、第１の犠牲層上にシリコン窒化膜等の第１の構造層
１６を堆積する｛図１０（ｂ）｝。次に発熱素子２（ま
たは温度検出素子３）となる抵抗膜として、例えば白金
膜を堆積する｛図１０（ｃ）｝。その後、前記抵抗膜を
第１の構造層とで包含するように、第２の構造層１７と
して、例えば第１の構造層と同じシリコン窒化膜等を堆
積する｛図１１（ａ）｝。このようにすることで、抵抗
膜を犠牲層エッチングや異方性エッチングなどの後工程
による変質および使用による劣化から保護することがで
きる。次に、第１の犠牲層と同じ材質で薄膜部１０を包
含するような第２の犠牲層１８を堆積する｛図１１
（ｂ）｝。そして、上部ストッパ７となる第３の構造層
１９として、例えば第１、２の構造層と同じシリコン窒
化膜等を堆積する。その後、第３の構造層１９を貫通し
て第２の犠牲層に至るエッチングホール２０を形成する
｛図１１（ｃ）｝。このエッチングホールは犠牲層エッ
チングにおけるエッチング液の流入口であるとともに、
発熱素子部の表面が流体にさらされるようにする開口部
となる。このエッチングホールを通して、Ｔｉ、Ｍｎ、
Ｎｉ、Ｚｎ等の金属膜のみを選択的にエッチングする
液、例えば濃塩酸によって第１、２の犠牲層を除去し、
空隙２１を形成する｛図１２（ａ）｝。最後に、ＫＯＨ
等シリコンを異方性エッチングするアルカリ系エッチン
グ液を用いて、シリコン基板の裏面からエッチングを行
い、空隙２１に達する切欠部８および下部ストッパ１１
を形成する。以上の工程により、所望の半導体流量セン
サチップを得ることができる｛図１２（ｂ）｝。

【００２７】実施の形態６．図１３は本発明の第６の実
施の形態の流量センサの平面図で、図中、１３は温度検
出素子、矢印は流体の流れの向きを表す。図１４（ａ）
および（ｂ）はそれぞれ、図１３におけるＡ―Ａ、Ｂ―
Ｂ断面図である。即ち、裏面からの異方性エッチングに
よって形成した基板１の上流側端部の矩形薄膜部１０の
下流側にスリット６を設けてブリッジ状となし、基板１
には流体の温度を検出する流体温度検出素子３が、上記
薄膜１０には発熱素子２と温度検出素子１３が設けてあ
り、発熱素子２は流体温度検出素子３により測定した流
体温度より一定の温度だけ高い設定温度に発熱するよう
に設定されている。

【００２８】本発明の第６の実施の形態の流量センサ
は、上記発熱体から流体への熱伝達の程度を上記発熱素
子の上流側と、下流側両側に設けた温度検出素子１３
で、流れによって生じる発熱素子両側の微小な温度変化
の差を検出することにより流体の流量を測定するのであ
る。従来例は加熱電流検出式であり、上記のような課題
があるが、本実施の形態は温度差式のもので従来とは検
出方式が異なるため、上記のような課題を回避すること
ができる。

【００２９】即ち、本実施の形態では、流れによって生
じる発熱素子の上流側と下流側の温度差を検出する方式
を用いているので、微小な流量域での感度が向上する効
果がある。また、２つの温度検出素子によって測定した
温度の大小関係によって、逆流を検出することもでき
る。また、薄膜１０の下流側にスリットを設けているの
で熱絶縁が効果的で検出感度が高く、信頼性の高い流量
センサを得ること、また強度の優れた流量センサを得る
ことができる。

【００３０】実施の形態７．図１５は本発明の第７の実
施の形態の流量センサの平面図であり、上記実施の形態
６で下流側のみに設けたスリット６を上流側と下流側と
に設けた場合である。本実施の形態では薄膜１０の上流
側と下流側とにスリットを設けているので熱絶縁が効果
的で検出感度が高く、しかも検出特性の劣化も防止され
信頼性の高い流量センサを得ること、また強度の優れた
流量センサを得ることができる。

【００３１】実施の形態８．図１６は本発明の第８の実
施の形態の流量センサの平面図、図１７（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ、図１６におけＡ―Ａ、Ｂ―Ｂ断面図
であり、上記実施の形態６で下流側のみに設けたスリッ
ト６を、実施の形態５のように薄膜の周囲に設けるとと
もに、実施の形態５と同様にしてストッパを設けたもの
である。本実施の形態では、逆流を検出できるが、流れ
がないときでも薄膜の上流、下流両側のスリット６によ
って、発熱素子両側の薄膜部の温度分布が対称となって
いるので、順逆いずれの方向の流れも同じダイナミック
レンジで検出できるようになる。用途によっては温度分
布が対象でなくオフセットをもたせてもよいが、その場
合流れの方向によってダイナミックレンジが同じにはな
らない。

【００３２】実施の形態９．図１８本発明第９の実施の
形態の流量センサの平面図、図１９（ａ）および（ｂ）
はそれぞれ、図１８におけるＡ―Ａ、Ｂ―Ｂ断面図であ
る。本実施の形態では、異方性エッチングによる切欠部
８が２カ所設けられ、それぞれの切欠部８に薄膜１０が
設けられている。そのそれぞれの薄膜１０に発熱素子２
と温度検出素子１３とが１つずつ形成されているが、発
熱素子２と温度検出素子１３との配列は薄膜によって異
なっている。即ち、一方の薄膜では上流側に温度検出素
子が、下流側に発熱素子２が設けられ、他方の薄膜では
上流側に発熱素子２が、下流側に温度検出素子が設けら
れる。もちろん、その配列の組み合わせは上記の逆であ
ってもよいことはいうまでもない。

【００３３】本実施の形態では、複数個の前記切欠部を
有し、それぞれに前記発熱素子と温度検出素子とを１つ
ずつ配置したので、発熱素子の上流、下流の両側に温度
検出素子を設ける場合に比べて、各々の薄膜部の面積を
小さくできるので、薄膜支持部にかかる応力も小さくな
り、破壊に至る可能性を低減できる効果がある。また、
温度検出素子によって測定した温度の大小関係によっ
て、逆流を検出することもできる。

【００３４】実施の形態１０．図２０は本発明の第１０
の実施の形態の流量センサの平面図であり、薄膜１０を
上流側から片持ち支持するようにスリットを設け、流体
温度検出素子３により測定した流体の温度より高い温度
を有する発熱素子２と温度検出素子１３で検出した温度
との温度差から流量を測定する方式である。図２０に示
すようなスリット形状にすることにより、発熱素子下流
側の温度検出素子部における流れによる温度変化を大き
くとることができる。上流側温度検出素子をなくすこと
ができるので、薄膜のサイズが小さくなり、強度向上、
高速応答などの効果がある。本実施の形態を発展させ、
基板に切欠部を複数設け、各々の切欠部に発熱素子２と
温度検出素子１３を備えた薄膜を設けてもよい。この場
合、流速分布の測定が可能となる。

【００３５】実施の形態１１．図２１は本発明の第１１
の実施の形態の流量センサの平面図であり、スリットを
黒く示し明瞭にしており、図２２（ａ）および（ｂ）は
それぞれ、図２１におけるＡ―Ａ、Ｂ―Ｂ断面図であ
る。本実施の形態では、異方性エッチングによって形成
された薄膜部を１カ所有している。その薄膜に発熱素子
とその上流側に設けた温度検出素子とからなる第１の対
と、この対と流体の通過方向に対して対象に、発熱素子
とその下流側に設けられた温度検出素子とからなる第２
の対が設けられ、その対同士がスリットによって、概ね
２組の片持ち梁状の部分に分離されている。支持梁２４
は薄膜部１０全体が同一平面上に含まれるようにするた
めのものである。

【００３６】本実施の形態の流量センサは、発熱素子近
傍に生じる温度変化から流量を測定する方式であり、薄
膜部に上記のように設けたスリットによって発熱素子か
ら基板への熱伝導損失を小さくすることができる。ま
た、温度検出素子と発熱素子との組を流れ方向に対称に
２対設けてあるので、温度検出素子への熱伝導や熱伝達
を各対毎に分離できる。したがって、発熱素子上流側に
形成された温度検出素子の温度低下と発熱素子下流側に
形成された温度検出素子の温度上昇とを効果的に分離で
きるので、両温度検出素子で検出される温度の差を大き
くとれ、感度が向上する効果がある。また、２つの温度
検出素子によって測定した温度の大小関係によって、逆
流を検出することもできる。

【００３７】実施の形態１２．図２３は、上記実施の形
態において、基板としたシリコンの単結晶を用い異方性
エッチングによって薄膜を形成するための切欠部を形成
するエッチング過程を説明する説明図であり、図中、１
はシリコン基板で、２２は異方性エッチングによって得
られる形状、２３は当方性エッチングにより得られる形
状である。即ち、異方性エッチングにより（１１１）面
と（１００）面とが角度１２５．２６度で交わるように
形成され、更に当方性エッチングを施すことによって、
その面をなめらかに接続する曲面２３にして切欠を形成
する。

【００３８】本発明の実施の形態１２は、上記のよう
に、異方性エッチング後に当方性エッチングを施すこと
によって、シリコンの（１００）面と（１１１）面との
境界線をなめらかな曲面状にすることができるので、境
界部における応力を緩和でき、破壊に至る可能性を低減
する効果がある。

【００３９】実施の形態１３．図２４は、上記実施の形
態において、発熱素子２が形成される薄膜１０の形状を
説明する説明図である。正方形薄膜の支持部にかかる最
大応力σ_maxは、一辺を２ａとすると、下式 σ_max＝０．３９６（Ｅ・Ｐ²・ａ²／ｈ²）^1/3 Ｅ：ヤング率 Ｐ：圧力 ｈ：膜厚 で表される。薄膜の形状が長方形の場合でも同様の評価
が適用でき、この場合最大応力が加わるのは短辺側の支
持部のおいてであって、その大きさは上式において短辺
の長さを２ａとした場合に等しい。即ち、辺の長さが２
ａ，２ｂ（ａ＜ｂ）である長方形薄膜において、薄膜支
持部にかかる最大応力は短辺側の長さ２ａに依存する。
従って、薄膜の長辺の長さが短辺の長さの２倍以上とな
ると、支持部に加わる最大応力は短辺の長さのみに依存
するようになり、長辺の長さには関係しなくなる。図２
４に示すように、長辺が短辺長さの２倍以上の長さを有
する薄膜の長辺を、流体の流れに垂直な方向にとること
により、薄膜支持部に加わる最大許容応力を一定にした
まま、薄膜部面積を大きくとれるようになるので、発熱
素子面積も大きくとれ、流れの微小な乱れを平均化する
効果が得られるようになる。

【００４０】上記各実施の形態では基板として単結晶シ
リコンを用いた例を示したが、これに限定されるのでは
なく、例えばガラスおよびセラミック等比較的熱伝導率
の低い材料が用いられる。基板としてシリコンを用いる
と、例えば半導体集積回路作成で用いられるものと同じ
技術を用いて本発明の流量センサが作成できるので、信
号処理回路も同一基板上に作成できる。

【００４１】また、各実施の形態では薄膜を矩形とし、
その長辺を流れと垂直な方向に、短辺を流れと平行な方
向になるように形成したが、本発明はこれに限定される
ものではない。

【００４２】また、上記各実施の形態では熱絶縁部材と
してスリットを用いた場合を示しているが、多孔質薄膜
等も用いられる。

【００４３】さらに、上記各実施の形態では本発明を流
量センサとしての作用効果を主として説明しているが、
流速測定装置に適用されるのはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】本発明の第１の流量センサによれば、流
体が通過する基板、この基板の上流側端部に設け上記基
板の厚み方向に開口部を有する切欠部、この切欠部の上
記開口部と反対側に設けた薄膜、上記基板に設け流体の
温度を測定する流体温度検出素子、および上記薄膜に設
け上記流体温度検出素子により測定した流体の温度より
高い設定温度を有する発熱素子を備え、流体への熱伝達
の程度から流体の流量を測定することにより、検出感度
が高く、信頼性が高く、強度が優れるという効果があ
る。

【００４５】本発明の第２の流量センサによれば、流体
が通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に
開口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対
側に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する
流体温度検出素子、上記薄膜に設け上記流体温度検出素
子により測定した流体の温度より高い設定温度を有する
発熱素子、および上記薄膜の上記発熱素子の上流側また
は下流側に設けた温度検出素子を備え、流体への熱伝達
の程度に応じて生じる上記発熱素子の温度と上記温度検
出素子により検出した温度との温度差により流体の流量
を測定することにより、強度が向上するという効果があ
る。

【００４６】本発明の第３の流量センサによれば、流体
が通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に
開口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対
側に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する
流体温度検出素子、上記薄膜に設け上記流体温度検出素
子により測定した流体の温度より高い温度を有する発熱
素子、および上記薄膜に上記発熱素子を介して流体の上
流側と下流側に設けた第１、第２温度検出素子を備え、
流体への熱伝達の程度に応じて生じる上記第１、第２温
度検出素子により検出した温度の温度差により流体の流
量を測定することにより、微小な流量域での感度が向上
する効果がある。また、２つの温度検出素子によって測
定した温度の大小関係によって、逆流を検出することも
できるという効果がある。

【００４７】本発明の第４の流量センサによれば、第２
または第３の流量センサにおいて上記切欠部を基板の上
流側端部に設けたことにより、検出感度が高く、信頼性
が高いという効果がある。

【００４８】本発明の第５の流量センサによれば、第１
ないし第４の流量センサにおいて、上記切欠部を上記基
板の厚み方向に貫通して設け、この貫通孔の一方に上記
薄膜を引き渡して設けたことにより、さらに検出感度が
高くなるという効果がある。

【００４９】本発明の第６の流量センサによれば、上記
切欠部を基板の横断面形状が通過方向に対して凹状と成
るように形成したことによりさらに強度が優れるという
効果がある。

【００５０】本発明の第７の流量センサによれば、第１
ないし第３の流量センサにおいて、薄膜にスリットを設
けたことにより、さらに検出感度が向上するという効果
がある。

【００５１】本発明の第８の流量センサによれば、第７
の流量センサにおいて、上記薄膜が基板に片持ち支持さ
れるようにスリットを薄膜の周囲に設け、上記薄膜の自
由端部の振動を抑制可能なように振動抑制部材を設けた
ことにより、切欠部の開口面積の増大による強度低下を
防止することができ、さらに検出感度が向上する効果が
ある。

【００５２】本発明の第９の流量センサによれば、流体
が通過する基板、この基板に設け上記基板の厚み方向に
開口部を有する切欠部、この切欠部の上記開口部と反対
側に設けた薄膜、上記基板に設け流体の温度を測定する
流体温度検出素子、および上記薄膜に設け上記流体温度
検出素子により測定した流体の温度より高い温度を有す
る発熱素子を備え、上記薄膜の長辺の長さが短辺の長さ
の２倍以上であり、上記長辺を流体の流れに垂直な方向
にとることにより、発熱素子面積も大きくとれ、流れの
微小な乱れを平均化する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の流量センサの斜
視図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態の流量センサの断
面図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態の流量センサの平
面図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態の流量センサの平
面図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態の流量センサの平
面図である。

【図６】 本発明の第４の実施の形態の流量センサの平
面図である。

【図７】 本発明の第５の実施の形態の流量センサの斜
視図である。

【図８】 本発明の第５の実施の形態の流量センサの説
明図である。

【図９】 本発明の第５の実施の形態の流量センサの断
面図である。

【図１０】 本発明の第５の実施の形態の流量センサを
製造する断面工程図である。

【図１１】 本発明の第５の実施の形態の流量センサを
製造する断面工程図である。

【図１２】 本発明の第５の実施の形態の流量センサを
製造する断面工程図である。

【図１３】 本発明の第６の実施の形態の流量センサの
平面図である。

【図１４】 本発明の第６の実施の形態の流量センサの
断面図である。

【図１５】 本発明の第７の実施の形態の流量センサの
平面図である。

【図１６】 本発明の第８の実施の形態の流量センサの
平面図である。

【図１７】 本発明の第８の実施の形態の流量センサの
断面図である。

【図１８】 本発明の第９の実施の形態の流量センサの
平面図である。

【図１９】 本発明の第９の実施の形態の流量センサの
断面図である。

【図２０】 本発明の第１０の実施の形態の流量センサ
の平面図である。

【図２１】 本発明の第１１の実施の形態の流量センサ
の断面図である。

【図２２】 本発明の第１１の実施の形態の流量センサ
の平面図である。

【図２３】 本発明の第１２の実施の形態の流量センサ
の説明図である。

【図２４】 本発明の第１３の実施の形態の流量センサ
の説明図である。

【図２５】 従来の流量センサの平面図である。

【図２６】 従来の流量センサの断面図である。

【図２７】 従来の流量センサの説明図である。

【図２８】 従来の流量センサの説明図である。

【符号の説明】

１ 基板、２ 発熱素子、３ 流体温度検出素子、６
スリット、８ 切欠部、１０ 薄膜、１３ 温度検出素
子。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が通過する基板、この基板の上流側
   端部に設け上記基板の厚み方向に開口部を有する切欠
   部、この切欠部の上記開口部と反対側に設けた薄膜、上
   記基板に設け流体の温度を測定する流体温度検出素子、
   および上記薄膜に設け上記流体温度検出素子により測定
   した流体の温度より高い設定温度を有する発熱素子を備
   え、流体への熱伝達の程度から流体の流量を測定する流
   量センサ。
2. 【請求項２】 流体が通過する基板、この基板に設け上
   記基板の厚み方向に開口部を有する切欠部、この切欠部
   の上記開口部と反対側に設けた薄膜、上記基板に設け流
   体の温度を測定する流体温度検出素子、上記薄膜に設け
   上記流体温度検出素子により測定した流体の温度より高
   い設定温度を有する発熱素子、および上記薄膜の上記発
   熱素子の上流側または下流側に設けた温度検出素子を備
   え、流体への熱伝達の程度に応じて生じる上記発熱素子
   の温度と上記温度検出素子により検出した温度との温度
   差により流体の流量を測定する流量センサ。
3. 【請求項３】 流体が通過する基板、この基板に設け上
   記基板の厚み方向に開口部を有する切欠部、この切欠部
   の上記開口部と反対側に設けた薄膜、上記基板に設け流
   体の温度を測定する流体温度検出素子、上記薄膜に設け
   上記流体温度検出素子により測定した流体の温度より高
   い温度を有する発熱素子、および上記薄膜に上記発熱素
   子を介して流体の上流側と下流側に設けた第１、第２温
   度検出素子を備え、流体への熱伝達の程度に応じて生じ
   る上記第１、第２温度検出素子により検出した温度の温
   度差により流体の流量を測定する流量センサ。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載のものにおい
   て、上記切欠部を基板の上流側端部に設けたことを特徴
   とする流量センサ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のも
   のにおいて、上記切欠部を上記基板の厚み方向に貫通し
   て設け、この貫通孔の一方に上記薄膜を引き渡して設け
   たことを特徴とする流量センサ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のものにおいて、上記基
   板の横断面形状が流体の通過方向に対して凹状と成るよ
   うに上記切欠部を形成したことを特徴とする流量セン
   サ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
   のにおいて、薄膜にスリットを設けたことを特徴とする
   流量センサ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載のものにおいて、上記薄
   膜が基板に片持ち支持されるようにスリットを薄膜の周
   囲に設け、上記薄膜の自由端部の振動を抑制可能なよう
   に振動抑制部材を設けたことを特徴とする流量センサ。
9. 【請求項９】 流体が通過する基板、この基板に設け上
   記基板の厚み方向に開口部を有する切欠部、この切欠部
   の上記開口部と反対側に設けた薄膜、上記基板に設け流
   体の温度を測定する流体温度検出素子、および上記薄膜
   に設け上記流体温度検出素子により測定した流体の温度
   より高い温度を有する発熱素子を備え、上記薄膜の長辺
   の長さが短辺の長さの２倍以上であり、上記長辺を流体
   の流れに垂直な方向にとることを特徴とする流量セン
   サ。