JPH1183886A - Capacitance type microflow sensor, its manufacture, and fixture for externally attaching the same - Google Patents

Capacitance type microflow sensor, its manufacture, and fixture for externally attaching the same

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JPH1183886A
JPH1183886A JP26292497A JP26292497A JPH1183886A JP H1183886 A JPH1183886 A JP H1183886A JP 26292497 A JP26292497 A JP 26292497A JP 26292497 A JP26292497 A JP 26292497A JP H1183886 A JPH1183886 A JP H1183886A
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electrode
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main
capacitance
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Yoshitaka Kanai
義隆 金井
Masanori Amemori
雅典 雨森
Jun Mizuno
潤 水野
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    • G01P5/14Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure flow velocities in two directions. SOLUTION: A first and a second detection electrodes 5, 6 are provided on a first substrate 1, and a first measuring recess 10 and a second measuring recess 11 are formed, in the parts of a second substrate 2 around a first boss part 15 and a second boss part 20 respectively; first sensor part communicating passages 16a, 16b communicating the first measuring recess 10 to the outside and second sensor part communicating passages 21a, 21b communicating the second measuring recess 11 to the outside have their respective opening parts oriented in opposite directions. Differential pressure produced by flow velocities works on diaphragms 13a, 13b, so that the capacitance between the first detection electrode 5 and the first boss part 15 and the capacitance between the second detection electrode 6 and the second pass part 20 can become proportional to the differential pressure, the capacitances being derived from flow velocities in opposite directions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気体等の流体の速
度を検出するセンサに係り、特に、流速を静電容量変化
として検出可能とした半導体技術を用いてなる静電容量
型マイクロフローセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor for detecting the speed of a fluid such as a gas, and more particularly, to a capacitance type micro flow sensor using a semiconductor technology capable of detecting a flow velocity as a change in capacitance. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、いわゆる流体センサとしては、例
えば、特開平8−114617号公報に示されたよう
に、流体中に半導体部材からなる感知作動部を流体の流
れに対して正対するように配設し、この感知作動部の流
速に応じた撓みに起因して生ずる抵抗値の変化を検出す
ることで、流速の測定を可能としたものや、熱線を用い
てなるもの等種々の形態のものが提案されている(特開
平7−181067号公報等参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a so-called fluid sensor, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-114617, a sensing operation section composed of a semiconductor member in a fluid is opposed to a flow of the fluid. It is possible to measure the flow velocity by detecting the change in the resistance value caused by the deflection according to the flow velocity of the sensing operation part, and to use various forms such as those using a hot wire. Some have been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H7-181067).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のセンサは、その検出原理等に起因して、
検出可能な流体の方向は、一方向に限定されるものが殆
どであり、二方向の流速検出を可能とするものではな
い。また、特に、特開平8−114617号公報に示さ
れたセンサに代表されるような流体中における半導体の
撓みに起因する抵抗値変化によって、流速検出を行うよ
うに構成されたものにあっては、その半導体部分を流速
を測定しようとする流体に直接晒すような構造であるた
め、半導体中に大きな応力が生じ、それによる破断の可
能性が高いため、そのための強度対策を施す必要がある
が、そのような強度対策は、逆にセンサの感度を低下さ
せる畏れがあり、要求される感度と強度との妥協点を見
出さなければならないという問題がある。
However, the conventional sensor as described above has the following disadvantages due to its detection principle and the like.
In most cases, the direction of the fluid that can be detected is limited to one direction, and does not enable the flow velocity to be detected in two directions. Further, in particular, there is a configuration in which a flow velocity is detected by a change in resistance value caused by bending of a semiconductor in a fluid as represented by a sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-114617. However, since the structure is such that the semiconductor portion is directly exposed to the fluid whose flow velocity is to be measured, a large stress is generated in the semiconductor, and there is a high possibility that the semiconductor will be broken. On the contrary, there is a fear that such a measure against the strength may lower the sensitivity of the sensor, and there is a problem that a compromise between the required sensitivity and the strength must be found.

【0004】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、比較的簡易な構成で二方向の流速の検出が可能で、
いわゆるマイクロマシニング技術により大量生産の可能
な静電容量型マイクロフローセンサを提供するものであ
る。本発明の他の目的は、検出感度が良好で、信頼性の
高い静電容量型マイクロフローセンサを提供することに
ある。本発明の他の目的は、大量生産に適する静電容量
型マイクロフローセンサの製造方法を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、検出回路における出力誤差を
抑圧することのできる静電容量型マイクロフローセンサ
を提供することにある。本発明の他の目的は、いわゆる
よどみ点が静電容量型マイクロフローセンサの連通路の
開口の極めて近傍に生ずるようにすることができる静電
容量型マイクロフローセンサを提供することにある。本
発明の他の目的は、いわゆる浮遊容量を小さくできる静
電容量型マイクロフローセンサを提供することにある。
本発明の他の目的は、外部からの衝撃等により破損、亀
裂の生じ難い静電容量型マイクロフローセンサを提供す
ることにある。本発明の他の目的は、シリコンの掘り下
げ量を簡便に設定できる静電容量型マイクロフローセン
サの製造方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、燃料噴射装置のインジェクタに静電容量型マイクロ
フローセンサを簡便に取り付けすることのできる外付け
用固定具を提供することにある。
[0004] The present invention has been made in view of the above situation, and can detect a flow velocity in two directions with a relatively simple configuration.
An object of the present invention is to provide a capacitance type micro flow sensor that can be mass-produced by a so-called micro machining technology. Another object of the present invention is to provide a capacitance type micro flow sensor having good detection sensitivity and high reliability. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitance type micro flow sensor suitable for mass production. It is another object of the present invention to provide a capacitance type micro flow sensor capable of suppressing an output error in a detection circuit. Another object of the present invention is to provide a capacitance type micro flow sensor capable of causing a so-called stagnation point to be generated very near the opening of the communication path of the capacitance type micro flow sensor. Another object of the present invention is to provide a capacitance type micro flow sensor capable of reducing a so-called stray capacitance.
Another object of the present invention is to provide a capacitance type micro flow sensor which is hardly damaged or cracked by an external impact or the like. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitance type micro flow sensor capable of easily setting a depth of silicon digging. Another object of the present invention is to provide an external fixture that can easily attach a capacitance type micro flow sensor to an injector of a fuel injection device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る静電容量型マイクロフローセンサは、絶縁性部材から
なる第1の基板と、半導体部材からなる第2の基板とが
接合されてなり、前記第1の基板の前記第2の基板との
対向面には、導電性部材からなる第1及び第2の電極が
それぞれ配設される一方、前記第2の基板の前記第1の
基板との対向面側には、前記第1の電極と所定間隙を介
して対向する第1のボス部と、前記第2の電極と所定間
隙を介して対向する第2のボス部がそれぞれ設けられる
と共に、前記第1のボス部の周囲には、底部がダイヤフ
ラムとなるよう第1の凹部が、前記第2のボス部の周囲
には、底部がダイヤフラムとなるよう第2の凹部が、そ
れぞれ凹設され、かつ、この第1の凹部と第2の凹部と
を分離する隔壁がこれら第1の凹部と第2の凹部との間
に形成され、さらに、前記第1の凹部と外部とを連通す
る第1の連通路が、前記第2の凹部と外部とを連通する
第2の連通路が、それぞれ形成されてなり、前記第1の
凹部における圧力と外部との圧力差に応じて生ずる前記
第1の電極と前記第1の主ボス部とにより構成される第
1のコンデンサの静電容量の変化及び前記第2の電極と
前記第2のボス部とにより構成される第2のコンデンサ
の静電容量の変化が、それぞれ検出可能に構成されてな
るものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a capacitance type micro flow sensor comprising a first substrate made of an insulating member and a second substrate made of a semiconductor member. The first and second electrodes made of a conductive member are respectively disposed on a surface of the first substrate facing the second substrate, while the first and second electrodes of the second substrate are arranged on the first substrate. A first boss portion facing the first electrode via a predetermined gap and a second boss portion facing the second electrode via a predetermined gap are provided on the surface facing the substrate. Around the first boss, a first recess is provided so that the bottom is a diaphragm, and a second recess is provided around the second boss so that the bottom is a diaphragm. A partition is provided which is recessed and separates the first recess and the second recess. A first communication passage formed between the first concave portion and the second concave portion and communicating the first concave portion with the outside is provided with a first communication passage communicating the second concave portion with the outside. Two communication paths are formed, respectively, and the first communication path is formed by the first electrode and the first main boss part generated according to a pressure difference between the pressure in the first recess and the outside. A change in the capacitance of the capacitor and a change in the capacitance of the second capacitor formed by the second electrode and the second boss portion are configured to be detectable.

【0006】かかる構成の静電容量型マイクロフローセ
ンサは、基本的に同一の構成を有してなる2つのセンサ
を一体に設け、2つの流速計測を可能としたものであ
る。かかる構成においては、第1の基板としては、例え
ばガラス基板が、また、第2の基板としては、シリコン
基板が、それぞれ好適である。そして、このガラス基板
とシリコン基板との間に、外部と連通する空間、すなわ
ち、ボス部を囲むように凹部が形成され、さらに、その
底部がダイヤフラムをなすように薄膜状に形成されるこ
とで、流速により生ずるいわゆる差圧がダイヤフラムに
作用することで、ダイヤフラムの変位、すなわち、ボス
部の変位が生じるようにしたものである。これにより、
ボス部と電極の間の静電容量が変化するため、その容量
変化を基に流速が解るものとなっている。特に、第1の
連通路の外部への開口と第2の連通路の外部への開口と
が互いに逆方向に臨むように形成され、逆方向の流速検
出を可能としてなるものが好適である。
[0006] The electrostatic capacity type micro flow sensor having the above-described configuration is provided with two sensors having basically the same configuration integrally, and is capable of measuring two flow velocities. In such a configuration, for example, a glass substrate is suitable as the first substrate, and a silicon substrate is suitable as the second substrate. Then, a space communicating with the outside, that is, a concave portion is formed so as to surround the boss portion between the glass substrate and the silicon substrate, and further, the bottom portion is formed in a thin film shape so as to form a diaphragm. The so-called differential pressure generated by the flow velocity acts on the diaphragm to cause the displacement of the diaphragm, that is, the displacement of the boss. This allows
Since the capacitance between the boss and the electrode changes, the flow velocity can be determined based on the change in the capacitance. In particular, it is preferable that the opening to the outside of the first communication passage and the opening to the outside of the second communication passage are formed so as to face in opposite directions to each other, so that the flow velocity in the opposite direction can be detected.

【0007】請求項3記載の静電容量型マイクロフロー
センサは、絶縁性部材からなる第1の基板と、半導体部
材からなる第2の基板とが接合されてなり、前記第1の
基板の前記第2の基板との対向面には、導電性部材から
なる第1の電極が配設される一方、前記第2の基板の前
記第1の基板との対向面側には、前記第1の電極と所定
間隙を介して対向するボス部が設けられる共に、前記第
1のボス部の周囲には、底部がダイヤフラムとなるよう
凹部が形成され、さらに、前記凹部と外部とを連通する
連通路が形成されてなり、前記凹部における圧力と外部
との圧力差に応じて生ずる前記電極と前記ボス部とによ
り構成されるコンデンサの静電容量の変化が検出可能に
構成されてなる静電容量型マイクロフローセンサであっ
て、前記凹部の周囲の平面部分が、当該平面部分と対向
する第1の基板と所定の間隙が生ずる厚みに形成されて
なる一方、この平面部分に対向する前記第1の基板の部
位には、第2の電極が配設され、前記第2の電極は、そ
の面積が前記第1の電極と同一に設定されて、前記凹部
の周囲に形成された前記平面部分との間に生ずる所定の
静電容量が出力可能に構成されてなるものである。
According to a third aspect of the present invention, in the capacitance type micro flow sensor, a first substrate made of an insulating member and a second substrate made of a semiconductor member are joined to each other. A first electrode made of a conductive member is provided on a surface facing the second substrate, and the first electrode is provided on a side of the second substrate facing the first substrate. A boss portion facing the electrode with a predetermined gap therebetween is provided, and a concave portion is formed around the first boss portion so that a bottom portion becomes a diaphragm, and further, a communication passage communicating the concave portion with the outside. Is formed, and a change in capacitance of a capacitor formed by the electrode and the boss portion, which is generated according to a pressure difference between the pressure in the concave portion and the outside, can be detected. A micro flow sensor, comprising: Is formed to have a predetermined gap with the first substrate facing the flat portion, and a second electrode is provided at a portion of the first substrate facing the flat portion. The second electrode is arranged, the area of the second electrode is set to be the same as that of the first electrode, and a predetermined capacitance generated between the second electrode and the flat portion formed around the concave portion can be output. It is comprised in.

【0008】かかる構成においては、特に、基本的に先
の請求項1記載の静電容量型マイクロフローセンサの一
つのセンサ部分と同一の構成を有するものにおいて、さ
らに固定値を有するコンデンサが形成されるようにし
て、流速を検出するためのコンデンサと共に、このコン
デンサを静電容量型マイクロフローセンサが接続される
検出回路において、利用できるうようにしたものであ
る。かかる固定値を有するコンデンサは、流速を検出す
るためのコンデンサと同一の部材からなるものであるた
めに、両者の電気的特性が略同一となり、検出回路にお
いて接続して用いる際の雰囲気温度等の影響が略同様と
なるため、材質等の異なるコンデンサと組み合わせる従
来の場合と比して、検出回路の出力への影響を抑圧する
ことができ、信頼性の高い計測結果を得ることができる
ようになるものである。
[0008] In this configuration, in particular, a capacitor having the same configuration as that of one sensor portion of the capacitance type micro flow sensor according to claim 1 is further formed with a capacitor having a fixed value. Thus, together with the capacitor for detecting the flow velocity, this capacitor can be used in a detection circuit to which the capacitance type micro flow sensor is connected. Since the capacitor having such a fixed value is made of the same member as the capacitor for detecting the flow velocity, the electrical characteristics of the two are substantially the same, and the ambient temperature and the like when connected and used in the detection circuit. Since the effects are almost the same, it is possible to suppress the influence on the output of the detection circuit and obtain a highly reliable measurement result as compared with the conventional case in which a capacitor made of a different material or the like is used. It becomes.

【0009】さらに、上記構成においては、請求項4記
載のように、凹部の周囲に第1の基板と所定の間隙を生
ずるよう形成された平面部分と対向するようにして、か
つ、第2の電極を囲むように第3の電極が第1の基板に
設けられ、当該第3の電極は、外部において所定の電位
に保持されて、ガードリングとして用いられるよう構成
されてなるものも好適である。
Further, in the above structure, as in claim 4, the second portion is formed so as to face a plane portion formed around the concave portion so as to form a predetermined gap with the first substrate, and It is also preferable that a third electrode be provided on the first substrate so as to surround the electrode, and the third electrode be held at a predetermined potential outside and used as a guard ring. .

【0010】かかる構成においては、第2の電極と第2
の基板の凹部の周囲に形成されたシリコンによる平面部
分との間の電気力線が、第3の電極を設けたことによ
り、両者以外の部分へ漏れることが抑圧されるようにな
っている。その結果、いわゆる浮遊容量の発生が抑圧さ
れ、より信頼性のある静電容量値が得られるようにした
ものである。
In such a configuration, the second electrode and the second electrode
By providing the third electrode, the lines of electric force between the silicon and the flat portion formed around the concave portion of the substrate are prevented from leaking to the other portions. As a result, generation of so-called stray capacitance is suppressed, and a more reliable capacitance value is obtained.

【0011】請求項5記載の発明に係る静電容量型マイ
クロフローセンサは、絶縁性部材からなる第1及び第2
の基板と、半導体部材からなる中央基板とを具備し、前
記第1及び第2の基板により前記中央基板が挟持される
ようこれら第1及び第2の基板と中央基板とが接合さ
れ、前記第1の基板の前記中央基板との対向面には、導
電性部材からなる主検出電極が配設され、前記第2の基
板の前記中央基板との対向面には、導電性部材からなる
副検出電極が配設され、前記中央基板の前記第1の基板
との対向面には、前記主検出電極と所定の間隙を介して
対向する主ボス部が設けられ、この主ボス部の周囲に
は、底部がダイヤフラムとなるように主計測凹部が形成
されると共に、この主計測凹部と外部とを連通する連通
路が形成される一方、前記中央基板の前記第2の基板と
の対向面には、前記副検出電極と所定間隔を介して対向
する副ボス部が前記主ボス部と反対側に設けられ、この
副ボス部の周囲であって、かつ、前記主計測凹部の反対
側には前記主計測凹部と同様に副計測凹部が凹設され、
前記第2の基板には、一方の開口部分が前記副計測凹部
に、他方の開口部分が外部に開口する静圧導入孔が穿設
され、前記主計測凹部における圧力と外部との圧力差に
応じて生ずる前記主検出電極と前記主ボス部とにより構
成される第1のコンデンサの静電容量の変化及び前記副
検出電極と前記副ボス部とにより構成される第2のコン
デンサの静電容量の変化が、それぞれ検出可能に構成さ
れてなるものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a capacitance type micro flow sensor comprising first and second insulating members.
And a central substrate made of a semiconductor member. The first and second substrates are joined to the central substrate so that the central substrate is sandwiched between the first and second substrates. A main detection electrode made of a conductive member is provided on a surface of the first substrate facing the central substrate, and a sub-detection electrode made of a conductive member is provided on a surface of the second substrate facing the central substrate. An electrode is provided, and a main boss portion facing the main detection electrode via a predetermined gap is provided on a surface of the central substrate facing the first substrate, and around the main boss portion, A main measurement concave portion is formed so that a bottom portion becomes a diaphragm, and a communication passage communicating the main measurement concave portion and the outside is formed, while a surface of the central substrate facing the second substrate is formed on the main substrate. The sub boss portion facing the sub detection electrode at a predetermined interval is Scan section and provided on the opposite side, a periphery of the sub-boss portion, and the main measurement concave portion as well as the sub measuring recess on the opposite side of the main measuring recess is recessed,
The second substrate is provided with a static pressure introduction hole having one opening portion in the sub-measurement concave portion and the other opening portion opening to the outside. The change in the capacitance of the first capacitor formed by the main detection electrode and the main boss portion, and the capacitance of the second capacitor formed by the sub detection electrode and the sub boss portion Are each configured to be detectable.

【0012】かかる構成においては、第1及び第2の基
板としては、例えば、ガラス基板を、中央基板として
は、例えばシリコン基板を、それぞれ用いるのが好適で
あり、これらをいわゆる3層構造とすることで、流体に
よるいわゆるよどみ点が連通路の入口に生ずるようにし
て、従来に比してより計測制度の向上を図ったものであ
る。すなわち、流体が、これら第1及び第2のガラス基
板並びに中央基板の厚み方向と直交する方向に流れる場
合、よどみ点は、これら3者の厚み方向の略中央付近に
おいて生ずることとなり、丁度その位置には、中央基板
に形成された連通路の開口部分が位置するため、ガラス
基板とシリコン基板とから構成される従来のいわゆる2
層型のものにおけるよどみ点が、これら2つの厚みの違
いに起因して、連通路の開口部分よりガラス基板側へず
れていたのと異なり、より精度の高い計測が可能となる
ものである。
In such a configuration, it is preferable to use, for example, a glass substrate as the first and second substrates, and to use, for example, a silicon substrate as the central substrate, respectively, which have a so-called three-layer structure. Thus, a so-called stagnation point due to the fluid is generated at the entrance of the communication passage, and the measurement accuracy is improved as compared with the related art. That is, when the fluid flows in a direction orthogonal to the thickness direction of the first and second glass substrates and the central substrate, a stagnation point is generated near the center of the three members in the thickness direction. Is located at the opening of the communication passage formed in the central substrate.
The stagnation point in the layer type is shifted from the opening of the communication path to the glass substrate side due to the difference between these two thicknesses, so that more accurate measurement can be performed.

【0013】請求項8記載の静電容量型マイクロフロー
センサの製造方法は、絶縁性部材からなる第1の基板
と、半導体部材からなる第2の基板とが接合されてな
り、前記第1の基板の前記第2の基板との対向面には、
導電性部材からなる検出電極が配設され、前記第2の基
板の前記第1の基板との対向面には、前記検出電極と所
定の間隙を介して対向するボス部が設けられ、このボス
部の周囲には、底部がダイヤフラムとなるように計測凹
部が形成されると共に、この計測凹部と外部とを連通す
る連通路が形成され、前記計測凹部における圧力と外部
との圧力差に応じて生ずる前記検出電極と前記ボス部と
により構成されるコンデンサの静電容量の変化が検出可
能に構成されてなる静電容量型マイクロフローセンサの
製造方法であって、前記第1の基板を製造する第1の基
板製造工程と、前記第2の基板を製造する第2の基板製
造工程と、前記第1の基板製造工程により製造された第
1の基板と前記第2の基板製造工程により製造された第
2の基板とを、陽極接合により接合する接合工程とから
なり、前記第1の基板製造工程は、所定の形状寸法に形
成されたシリコンウェハの両面に酸化膜を形成し、当該
酸化膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法に
より前記ボス部及び計測凹部となる部位の前記レジスト
を除去し、さらに、当該レジストが除去された部位の酸
化膜を除去した後、残されたレジスタを全て除去し、残
された酸化膜を保護膜として前記酸化膜が除去された部
位に対してシリコンエッチングを所定時間施して、前記
ボス部と第1の基板に設けられる検出基板との間隙に対
応する所定の深さだけシリコンを除去する第1の工程
と、前記第1の工程終了後、シリコンウェハの両面に再
度酸化膜を形成し、当該酸化膜上にレジストを塗布し、
フォトリソグラフィ法により前記計測凹部となる部位の
前記レジストを除去し、さらに、当該レジストが除去さ
れた部位の酸化膜を除去した後、残されたレジストを全
て除去し、残された酸化膜を保護膜として前記酸化膜が
除去された部位に対してシリコンエッチングを所定時間
施して、所望の深さを有する計測凹部を形成する第2の
工程とを有してなり、前記第2の基板製造工程は、ガラ
ス基板の一方の面にレジストを塗布し、前記検出電極が
設けられる部位のレジストをフォトリソグラフィ法によ
り除去した後、この一方の面の全面にITOを蒸着し、
その後、レジストに蒸着されたITOを当該レジストと
共にリフトオフにより除去して前記検出電極を形成する
工程を有してなるものである。
According to a eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a capacitance type micro flow sensor, the first substrate made of an insulating member and the second substrate made of a semiconductor member are joined. On the surface of the substrate facing the second substrate,
A detection electrode made of a conductive member is provided, and a boss portion facing the detection electrode via a predetermined gap is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate. Around the portion, a measurement concave portion is formed so that the bottom portion becomes a diaphragm, and a communication passage communicating the measurement concave portion and the outside is formed, and according to a pressure difference between the pressure in the measurement concave portion and the outside, A method for manufacturing a capacitance-type micro flow sensor configured to detect a change in capacitance of a capacitor formed by the detection electrode and the boss portion, wherein the first substrate is manufactured. A first substrate manufacturing process, a second substrate manufacturing process for manufacturing the second substrate, a first substrate manufactured by the first substrate manufacturing process, and a first substrate manufactured by the second substrate manufacturing process And the second substrate The first substrate manufacturing step includes forming an oxide film on both surfaces of a silicon wafer having a predetermined shape and dimensions, applying a resist on the oxide film, and performing photolithography. By removing the resist in the portion that will be the boss portion and the measurement concave portion by a method, further, after removing the oxide film in the portion where the resist has been removed, all the remaining registers are removed, and the remaining oxide film is removed. Silicon etching is performed on the portion where the oxide film has been removed as a protective film for a predetermined time to remove silicon by a predetermined depth corresponding to a gap between the boss portion and a detection substrate provided on the first substrate. After the first step and after the first step, an oxide film is formed again on both surfaces of the silicon wafer, and a resist is applied on the oxide film;
After removing the resist at the portion to be the measurement concave portion by photolithography, and further removing the oxide film at the portion where the resist has been removed, all the remaining resist is removed, and the remaining oxide film is protected. Forming a measurement concave portion having a desired depth by performing silicon etching on a portion where the oxide film has been removed as a film for a predetermined time. After applying a resist on one surface of the glass substrate, removing the resist at a portion where the detection electrodes are provided by a photolithography method, and then depositing ITO on the entire surface of the one surface,
Thereafter, a step of removing the ITO deposited on the resist by lift-off together with the resist to form the detection electrode is provided.

【0014】かかる構成においては、特に、シリコンエ
ッチングの際、エッチング時間を予め設定した時間行う
ようにすることで、シリコンの掘り下げの深さを所望の
大きさとなるようにした点に特徴を有するものである。
Such a structure is characterized in that the silicon etching is performed for a preset time so that the depth of the silicon is reduced to a desired size. It is.

【0015】請求項9記載の発明に係る静電容量型マイ
クロフローセンサの外付け用固定具は、燃料噴射装置に
用いられるインジェクタ内における燃料の流速を計測す
るための静電容量型マクロフローセンサを前記インジェ
クタに外付けするための静電容量型マイクロフローセン
サの外付け用固定具であって、主固定具と副固定具とを
具備してなり、前記主固定具は、中空円筒状に形成され
た燃料通路を有し、その一端には、前記インジェクタの
端部が嵌合されるインジェクタ嵌合穴が、他端には、燃
料噴射ポンプへ接続されるパイプの一端が嵌合されるパ
イプ嵌合穴が、それぞれ形成される共に、前記燃料通路
と直交する方向に前記副固定具が嵌挿される副固定具嵌
挿孔が形成されてなり、前記副固定具は、前記副固定具
嵌挿孔に嵌挿される円柱状に形成された円柱嵌合部を有
し、当該円柱嵌合部は、その一部の半円柱状の部位が着
脱自在に構成されたセンサ固定片とされてなり、このセ
ンサ固定片と、このセンサ固定片が取着される部位の間
に、前記燃料通路の一部をなすように、それぞれ半円柱
状の溝が形成され、かつ、前記センサ固定片と、前記セ
ンサ固定片が取着される部位との間に静電容量型マイク
ロフローセンサが挟持されるよう構成されてなるもので
ある。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an external fixture for a capacitance type micro flow sensor, the capacitance type macro flow sensor for measuring a flow rate of fuel in an injector used in a fuel injection device. Externally attached to the injector of the electrostatic capacity type micro flow sensor, comprising a main fixture and a sub fixture, the main fixture is a hollow cylindrical shape It has a formed fuel passage, one end of which is fitted with an injector fitting hole into which the end of the injector is fitted, and the other end of which is fitted with one end of a pipe connected to a fuel injection pump. Pipe fitting holes are respectively formed, and a sub-fixture fitting insertion hole into which the sub-fixture is inserted in a direction orthogonal to the fuel passage is formed, and the sub-fixture includes the sub-fixture. Inserted into the insertion hole It has a column fitting portion formed in a columnar shape, and the column fitting portion is a sensor fixing piece in which a part of a semi-cylindrical shape is detachably configured. A semi-cylindrical groove is formed between the portions where the sensor fixing pieces are attached so as to form a part of the fuel passage, and the sensor fixing pieces and the sensor fixing pieces are attached. It is configured such that a capacitance type micro flow sensor is sandwiched between the portion to be attached.

【0016】かかる構成においては、インジェクタと燃
料噴射ポンプとの間で、外付け用固定具がインジェクタ
に外装される構成となっているため、基本的に既存の燃
料噴射装置における燃料通路に改造を施すことなく、静
電容量型マイクロフローセンサを流速計測に用いるよう
にすることができるようになっているものである。
[0016] In such a configuration, an external fixture is provided outside the injector between the injector and the fuel injection pump. Therefore, basically, the fuel passage in the existing fuel injection device is modified. Without applying the method, the capacitance type micro flow sensor can be used for flow velocity measurement.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図1乃至図23を参照しつつ説明する。なお、以下に
説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、図1乃至図2を参照しつつこの発
明の実施の形態における二方向の流速検出を可能とした
静電容量型マイクロフローセンサについて説明する。こ
の静電容量型マイクロフローセンサは、絶縁部材からな
る第1の基板1と、半導体部材からなる第2の基板2と
を主たる構成要素とし、この第1の基板1と第2の基板
2とが接合されて、基本的に同一の構成を有してなる2
つのセンサ部3,4が構成されたものとなっている(図
1及び図2参照)。なお、図1において、説明の便宜
上、x,y,zの各軸からなる3次元座標を図示のよう
に定義することとし、ここで、x軸は、第1及び第2の
基板1,2の長手軸方向に沿い、y軸は、第1及び第2
の基板1,2の短手軸軸方向に沿い、z軸は、第1及び
第2の基板1,2の厚み方向に沿うものとする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. The members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and can be variously modified within the scope of the present invention. First, a capacitance type micro flow sensor capable of detecting a flow velocity in two directions according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This capacitance-type micro flow sensor has a first substrate 1 made of an insulating member and a second substrate 2 made of a semiconductor member as main components, and the first substrate 1 and the second substrate 2 Are joined, and have basically the same configuration 2
Two sensor units 3 and 4 are configured (see FIGS. 1 and 2). In FIG. 1, for convenience of explanation, three-dimensional coordinates composed of x, y, and z axes are defined as shown in the figure, where the x axis is the first and second substrates 1 and 2. Along the direction of the longitudinal axis of
The z-axis is along the direction of the short axis of the substrates 1 and 2, and the z-axis is along the thickness direction of the first and second substrates 1 and 2.

【0018】第1の基板1は、例えば、ガラスを用いて
矩形状に形成されてなり、後述する第2の基板2側に位
置する平面部分においては、導電性部材、例えば、IT
Oからなる第1及び第2の検出電極5,6が、第1及び
第2のセンサ部3,4の第1及び第2のボス部15,2
0の平面部分にそれぞれ対向する位置に形成されてい
る。そして、詳細は後述するように、この第1の検出電
極5と第1のボス部15とにより第1のコンデンサ25
が、第2の検出電極6と第2のボス部20とにより第2
のコンデンサ26が、それぞれ構成されるようになって
いる。また、これら第1及び第2の検出電極5,6が配
設された平面部分には、第1及び第2の検出電極5,6
をそれぞれ外部回路と接続可能とするために、例えばア
ルミニウム等の導電性部材からなる第1及び第2のセン
サ部用引き出し配線7,8が形成されており、それぞれ
の一端が、第1及び第2の検出電極5,6と接続され、
それぞれの他端が、最も近い第1の基板1の角部分にそ
れぞれ位置するように形成されている。
The first substrate 1 is formed in a rectangular shape using, for example, glass, and has a conductive member, for example, an IT
The first and second detection electrodes 5 and 6 made of O are used as first and second bosses 15 and 2 of the first and second sensor units 3 and 4, respectively.
It is formed at a position facing each of the 0 plane portions. As will be described in detail later, the first capacitor 25 is formed by the first detection electrode 5 and the first boss 15.
Is formed by the second detection electrode 6 and the second boss 20.
Are configured respectively. In addition, the first and second detection electrodes 5, 6 are provided on a plane portion where the first and second detection electrodes 5, 6 are disposed.
In order to enable connection to an external circuit, first and second lead wires 7 and 8 for a sensor portion made of a conductive member such as aluminum are formed, and one end of each of the first and second sensor wires is connected to the first and second sensors. 2 are connected to the detection electrodes 5 and 6,
The other ends are formed so as to be located at the corner portions of the first substrate 1 closest to each other.

【0019】一方、第2の基板2は、例えば、シリコン
等の半導体部材からなり、次述するように第1及び第2
の計測凹部10,11等が形成されたものとなってい
る。すなわち、この第2の基板2は、xy平面における
その全体形状が第1の基板1と同様に略矩形状に形成さ
れたものとなっている。そして、第2の基板2の長手軸
方向(x軸方向)の略中央部分には、短手軸方向(y軸
方向)に沿って隔壁12が形成されており、この隔壁1
2を境として、例えば、その左側(図1において紙面左
側)に第1のセンサ部3が、右側(図1において紙面右
側)に第2のセンサ部4が、それぞれ基本的に同一の構
成を有して形成されたものとなっている。
On the other hand, the second substrate 2 is made of, for example, a semiconductor member such as silicon and the like.
Are formed. That is, the second substrate 2 has a generally rectangular shape in the xy plane, similar to the first substrate 1. A partition 12 is formed at a substantially central portion of the second substrate 2 in the longitudinal axis direction (x-axis direction) along the short axis direction (y-axis direction).
For example, the first sensor unit 3 on the left side (the left side in FIG. 1) and the second sensor unit 4 on the right side (the right side in FIG. 1) have the same configuration. It is formed to have.

【0020】すなわち、隔壁12の左側(図1において
紙面左側)の部位は、先の第1の基板1及び第1の検出
電極5と共に第1のセンサ部3を構成する部分となって
おり、xy平面における外縁形状が枠状の第1の計測凹
部10が形成されている。この第1の計測凹部10は、
第2の基板2に、例えばエッチングを施すことにより形
成されるもので、この第1の計測凹部10の底部は、こ
の第1の計測凹部10の形成の際、所定膜厚を有する薄
膜に形成されてダイヤフラム13aとなっている。
That is, the portion on the left side (left side in FIG. 1) of the partition wall 12 is a portion constituting the first sensor section 3 together with the first substrate 1 and the first detection electrode 5. A first measurement recess 10 having a frame-shaped outer edge in the xy plane is formed. This first measurement recess 10
The bottom of the first measurement concave portion 10 is formed as a thin film having a predetermined thickness when the first measurement concave portion 10 is formed. As a result, a diaphragm 13a is formed.

【0021】第1の計測凹部10の周囲は、同一の厚み
のフレーム14となっており、第1の基板1と対向する
平面部分は、第1の基板1と接合される接合面となって
いる(図2参照)。一方、第1の計測凹部10に囲まれ
た部分は、第1のボス部15となっており、この第1の
ボス部15は、第1の基板1と第2の基板2とが接合さ
れた際に、丁度第1の検出電極5と、所定の間隙を介し
て対向するようにそのz軸方向の厚みが設定されたもの
となっている(図2参照)。また、この第1のボス部1
5と第1の検出電極5とは、相互の対向面の面積が略同
一となっている。なお、第1のボス部15と第1の検出
電極5との間隙は、例えば、数十ミクロン程度の大きさ
である。
The periphery of the first measurement concave portion 10 is a frame 14 having the same thickness, and a plane portion facing the first substrate 1 is a bonding surface to be bonded to the first substrate 1. (See FIG. 2). On the other hand, a portion surrounded by the first measurement concave portion 10 is a first boss portion 15, and the first boss portion 15 joins the first substrate 1 and the second substrate 2. In this case, the thickness in the z-axis direction is set so as to just face the first detection electrode 5 with a predetermined gap therebetween (see FIG. 2). Also, the first boss portion 1
5 and the first detection electrode 5 have substantially the same area of the opposing surfaces. The gap between the first boss 15 and the first detection electrode 5 is, for example, about several tens of microns.

【0022】また、第1の計測凹部10と第2の基板2
の長手軸方向の一方の端面との間には、2つの第1セン
サ部用連通路16a,16bが短手軸方向で適宜な間隔
を隔てて形成されており、外部と第1の計測凹部10と
がこの第1のセンサ部用連通路16a,16bを介して
連通されるようになっている。そして、一方の第1のセ
ンサ部用連通路16aに隣接する第2の基板2の一部の
面は、第1の基板1に配設された第1のセンサ部用引き
出し配線7の略直角に折り曲げられた部位が、第2の基
板2と接触することがないように切り欠かれており、第
1の間隙形成用切り欠き段部17が形成されている(図
1参照)。さらに、この第1の間隙形成用切り欠き段部
17に隣接する部位は、第2の基板2が一部、xy平面
形状が略矩形状となるように除去されており、丁度第1
のセンサ部用引き出し配線7の端部に延設された導電性
部材からなる外部接続部7aが第2の基板2と接触する
ことなしに位置するための第1の接続部用切り欠き部1
8となっている(図1参照)。
Further, the first measurement concave portion 10 and the second substrate 2
The two first sensor portion communication passages 16a and 16b are formed at an appropriate interval in the short axis direction between the first measurement portion and the one end face in the longitudinal axis direction. 10 are communicated through the first sensor section communication passages 16a and 16b. A part of the surface of the second substrate 2 adjacent to the first communication path 16a for the first sensor section is formed at a substantially right angle with the lead-out wiring 7 for the first sensor section provided on the first substrate 1. Is bent so as not to come into contact with the second substrate 2, and a first gap forming notch step 17 is formed (see FIG. 1). Further, a portion adjacent to the first gap forming notch step portion 17 is partially removed so that the xy plane shape is substantially rectangular, and the first substrate 2 is just removed.
First connection portion cutout portion 1 for positioning external connection portion 7a made of a conductive member extending at the end of sensor portion lead-out wiring 7 without contacting second substrate 2
8 (see FIG. 1).

【0023】一方、隔壁12の右側(図1において紙面
右側)の第2のセンサ部4も、第2のセンサ部用引き出
し配線8の外部接続部8aの位置する部位が異なる点を
除いては、基本的に上述した第1のセンサ部3と同様な
構成となっている。したがって、この隔壁12の右側の
構成については、異なる点を中心に説明することとし、
上述した隔壁12の左側の構成と同一構成部分について
は、対応する構成要素の名称、符号を挙げるに留めるこ
ととする。
On the other hand, the second sensor section 4 on the right side of the partition wall 12 (right side in FIG. 1) also differs from the second sensor section 4 in that the location where the external connection section 8a of the second sensor section lead wire 8 is located is different. The configuration is basically the same as that of the first sensor unit 3 described above. Therefore, the configuration on the right side of the partition wall 12 will be described focusing on different points,
Regarding the same components as those on the left side of the partition 12 described above, only the names and symbols of the corresponding components will be given.

【0024】すなわち、第2のセンサ部4は、第2の基
板2の隔壁12を境界として、その右側に位置する第1
の基板1と第2の基板2とで構成される部分となってお
り、この第2のセンサ部4においては、先の第1の計測
凹部10に対応する部位として第2の計測凹部11が、
先の第1のボス部15に対応する部位として第2のボス
部20が、先の第1のセンサ部用連通路16a,16b
に対応する部位として第2のセンサ部用連通路21a,
21bが、それぞれ同様に第2の基板2に形成されたも
のとなっている。そして、第2の計測凹部11の底部
は、ダイヤフラム13bとなっている。
That is, the second sensor section 4 is located on the right side of the partition 12 of the second substrate 2 as a boundary.
In the second sensor section 4, a second measurement recess 11 is provided as a portion corresponding to the first measurement recess 10 described above. ,
As a portion corresponding to the first boss portion 15, the second boss portion 20 is provided with the first communication passages 16a and 16b for the sensor portion.
The communication path 21a for the second sensor portion
21b are similarly formed on the second substrate 2 respectively. The bottom of the second measurement recess 11 is a diaphragm 13b.

【0025】一方、第1の基板1における第2のセンサ
部用引き出し配線8の配設位置が、第1の基板1の中央
の点を原点とした際に、第1のセンサ部用引き出し配線
7の配設位置に対して丁度点対象の位置にあることに対
応して、第2の間隙形成用段部22及び第2の接続部用
切り欠き部23が、それぞれ第2のセンサ部用引き出し
配線8に対応する位置に形成されたものとなっている
(図1参照)。
On the other hand, when the arrangement position of the second sensor portion lead-out wiring 8 on the first substrate 1 is set at the center point of the first substrate 1 as the origin, the first sensor portion lead-out wiring 8 is provided. 7, the second gap forming step portion 22 and the second connecting portion cutout portion 23 correspond to the second sensor portion, It is formed at a position corresponding to the lead wiring 8 (see FIG. 1).

【0026】次に、上記構成における流体計測について
図2を参照しつつ説明する。最初に、図2において実線
矢印で示されたような気体の定常流に対して、第1のセ
ンサ部3の第1のセンサ部用連通路16a,16bの開
口が正対するようにこの静電容量型マイクロフローセン
サが気体の流れの中に置かれたとする。かかる状況の下
で、第1のセンサ部3の第1のセンサ部用連通路16
a,16bの開口近傍には、いわゆるよどみ点が生じ、
この点の圧力は、いわゆる全圧Ptotとなる。
Next, the fluid measurement in the above configuration will be described with reference to FIG. First, the static electricity flows such that the openings of the first sensor communication passages 16a and 16b of the first sensor 3 face the steady flow of gas as indicated by solid arrows in FIG. Assume that a capacitive microflow sensor is placed in a gas stream. Under such circumstances, the first sensor unit communication path 16 of the first sensor unit 3
A so-called stagnation point occurs near the openings a and 16b,
The pressure at this point is the so-called total pressure Ptot.

【0027】そして、第1のセンサ部3の第1の計測凹
部10内の圧力も同じく全圧Ptotとなる一方、この静
電容量型マイクロフローセンサの外部では、第1のセン
サ部3のダイヤフラム13a付近及び第2のセンサ部4
のダイヤフラム13bの付近では、静圧Pstatが生ず
る。このため、第1のセンサ部3の内部において、ダイ
ヤフラム13aには、全圧Ptotと静圧Pstatとの差で
ある差圧Pdynが作用し、ダイヤフラム13aは、第1
の計測凹部10の内側から外部へ向かって差圧Pdynの
大きさに応じて撓むこととなる。
The pressure in the first measuring recess 10 of the first sensor unit 3 also becomes the total pressure Ptot, while the diaphragm of the first sensor unit 3 is provided outside the capacitance type micro flow sensor. 13a vicinity and 2nd sensor part 4
In the vicinity of the diaphragm 13b, a static pressure Pstat is generated. Therefore, inside the first sensor section 3, a differential pressure Pdyn, which is a difference between the total pressure Ptot and the static pressure Pstat, acts on the diaphragm 13a, and the diaphragm 13a
From the inside of the measurement recess 10 to the outside in accordance with the magnitude of the differential pressure Pdyn.

【0028】その結果、第1のボス部15と第1の検出
電極5との間隔は増大し、第1のコンデンサ25の静電
容量C1は、その間隔の増大に応じて、換言すれば、差
圧Pdynの大きさに応じて減少する変化を示すこととな
る。ところで、定常流の流速をVfとすると、この流速
Vfと先の全圧Ptot及び静圧Pstatとの間には、流体に
関する物理学の法則より、Vf={2×(Ptot−Psta
t)/ρ}1/2という関係式が成立することはよく知られ
たことである。
As a result, the distance between the first boss 15 and the first detection electrode 5 increases, and the capacitance C1 of the first capacitor 25 increases according to the increase in the distance, in other words, This shows a change that decreases according to the magnitude of the differential pressure Pdyn. By the way, assuming that the flow rate of the steady flow is Vf, Vf = {2 × (Ptot-Psta
It is well known that the relationship t) / ρ} 1/2 holds.

【0029】そして、この式は、さらにVf=α×(Pt
ot−Pstat)1/2と表すことができる。ここで、α=
(2/ρ)1/2である。また、ρは、流体の密度であ
る。かかる式において、(Ptot−Pstat)は、差圧Pd
ynであり、この差圧Pdynは、上述したように静電容量
C1として検出され得るものである。したがって、予め
静電容量C1と差圧Pdynとの関係を調べておけば、検出
された静電容量C1の大きさから直ちに差圧Pdynを確定
することができ、さらに、差圧Pdynが確定すれば、上
述した流速Vfの式を用いて演算するか、または、予め
流速Vfと差圧Pdynとの関係をテーブル化したものを用
いるかすることで流速Vfを求めることが可能となる。
Then, this equation further shows that Vf = α × (Pt
ot-Pstat) 1/2 . Where α =
(2 / ρ) 1/2 . Ρ is the density of the fluid. In this equation, (Ptot-Pstat) is the differential pressure Pd
yn, and the differential pressure Pdyn can be detected as the capacitance C1 as described above. Therefore, if the relationship between the capacitance C1 and the differential pressure Pdyn is checked in advance, the differential pressure Pdyn can be immediately determined from the detected magnitude of the capacitance C1, and further, the differential pressure Pdyn is determined. For example, the flow velocity Vf can be obtained by calculating using the above-described equation of the flow velocity Vf, or by using a table of the relationship between the flow velocity Vf and the differential pressure Pdyn in advance.

【0030】次に、流体の流れが、逆方向、すなわち、
図2において、二点鎖線で示された方向である場合につ
いて説明する。この場合、上述した場合とは逆に、第2
のセンサ部4における第2のセンサ部用連通路21a,
21bの開口が流れに対して正対する状態となる。した
がって、基本的には、上述したと同様に、第2の計測凹
部11に全圧Ptotが発生し、この静電容量型マイクロ
フローセンサの外側においてダイヤフラム13b近傍
は、静圧Pstatとなる。
Next, the flow of the fluid is reversed, that is,
In FIG. 2, the case where the direction is indicated by a two-dot chain line will be described. In this case, contrary to the case described above, the second
Of the second sensor section communication path 21a in the sensor section 4 of FIG.
The opening of 21b faces the flow. Therefore, basically, as described above, the total pressure Ptot is generated in the second measurement concave portion 11, and the static pressure Pstat is generated in the vicinity of the diaphragm 13b outside the capacitance type micro flow sensor.

【0031】そのため、差圧Pdynに応じた第2のコン
デンサ26の静電容量C2が検出されることとなり、先
に静電容量C1について説明したと同様に、静電容量C2
の検出結果に基づいて、流速Vfを知ることができるこ
ととなる。
Therefore, the capacitance C2 of the second capacitor 26 according to the differential pressure Pdyn is detected, and the capacitance C2 is detected in the same manner as described above for the capacitance C1.
The flow velocity Vf can be known based on the detection result of.

【0032】次に、上述した静電容量型マイクロフロー
センサの静電容量C1,C2を検出するための検出回路例
について図3を参照しつつ説明する。この検出回路は、
上述した静電容量型マイクロフローセンサによる1つの
静電容量出力に対するもので、先のように逆方向の流速
の検出を行おうとする場合には、同様な回路がさらにも
う一つ必要となる。
Next, an example of a detection circuit for detecting the capacitances C1, C2 of the above-mentioned capacitance type micro flow sensor will be described with reference to FIG. This detection circuit
In the case of detecting the flow velocity in the opposite direction as described above for one capacitance output by the above-described capacitance type micro flow sensor, another similar circuit is required.

【0033】この検出回路は、第1乃至第4のダイオー
ド31a〜31dによるいわゆるダイオードブリッジ3
0を有しており、このダイオードブリッジ30に対して
静電容量型マイクロフローセンサによる静電容量C1
(またはC2)及び外部第2乃至第4のコンデンサ32
a〜32cによる静電容量を介して交流信号(Esinω
t)が印加されるようになっている。すなわち、図3に
おいて二点鎖線に囲まれた部分は、静電容量型マイクロ
フローセンサの第1のセンサ部3(または第2のセンサ
部4)であり、その一端は、第1及び第2のダイオード
31a,31bの接続点に、また、他端は、アースに接
続されると共に、所定静電容量Csを有する外部第2の
コンデンサ32aの一端に接続され、この外部第2のコ
ンデンサ32aの他端は、第3及び第4のダイオード3
1c,31dの接続点に接続されている。
This detection circuit comprises a so-called diode bridge 3 comprising first to fourth diodes 31a to 31d.
0, and the capacitance C1 of the diode bridge 30 by the capacitance type micro flow sensor is provided.
(Or C2) and the external second to fourth capacitors 32
AC signal (Esinω)
t) is applied. That is, the portion surrounded by the two-dot chain line in FIG. 3 is the first sensor unit 3 (or the second sensor unit 4) of the capacitance type micro flow sensor, and one end thereof is connected to the first and second sensors. And the other end is connected to the ground and connected to one end of an external second capacitor 32a having a predetermined capacitance Cs. The other end is a third and fourth diode 3
It is connected to the connection point of 1c and 31d.

【0034】また、外部第3及び外部第4のコンデンサ
32b,32cが直列接続されて、第1及び第2のダイ
オード31a,31bに対して並列接続されると共に、
外部第3のコンデンサ32bと外部第4のコンデンサ3
2cの接続点とアースとの間に交流信号(Esinωt)が
印加されるようになっている。そして、ダイオードブリ
ッジ30の後段側には、演算増幅器34を中心に構成さ
れたいわゆる差動増幅回路33が設けられており、後述
するようにダイオードブリッジ30を介した静電容量型
マイクロフローセンサの静電容量C1と外部第2のコン
デンサ32aの容量Csとの比に応じた電圧信号が差動
増幅されて出力されるようになっている。
The external third and external capacitors 32b and 32c are connected in series, and are connected in parallel to the first and second diodes 31a and 31b.
External third capacitor 32b and external fourth capacitor 3
An AC signal (Esinωt) is applied between the connection point 2c and the ground. On the subsequent stage of the diode bridge 30, there is provided a so-called differential amplifier circuit 33 centered on an operational amplifier 34. As will be described later, a capacitance type micro flow sensor via the diode bridge 30 is provided. A voltage signal corresponding to the ratio between the capacitance C1 and the capacitance Cs of the external second capacitor 32a is differentially amplified and output.

【0035】すなわち、第3のダイオード31cのカソ
ードは、第5及び第1の抵抗器35e,35aを介して
演算増幅器34の反転入力端子に、第4のダイオード3
1dのアノードは、第6及び第3の抵抗器35f,35
cを介して演算増幅器34の非反転入力端子に、それぞ
れ接続されている。なお、第5及び第1の抵抗器35
e,35aの相互の接続点とアース間並びに第6及び第
3の抵抗器35f,35cの相互の接続点とアース間に
は、いわゆるノイズ除去のための第1のノイズ除去用コ
ンデンサ36a,第2のノイズ除去用コンデンサ36b
がそれぞれ接続されている。
That is, the cathode of the third diode 31c is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 34 via the fifth and first resistors 35e and 35a.
The anode of 1d is connected to the sixth and third resistors 35f, 35f.
c, each is connected to a non-inverting input terminal of the operational amplifier 34. The fifth and first resistors 35
e, 35a between the mutual connection point and the ground and between the sixth and third resistors 35f and 35c between the mutual connection point and the ground, a so-called first noise removing capacitor 36a for removing noise. 2 noise removal capacitor 36b
Are connected respectively.

【0036】そして、演算増幅器34の出力端子と反転
入力端子との間には、いわゆる帰還抵抗としての第2の
抵抗器35bが接続されており、また、演算増幅器34
の非反転入力端子とアースとの間には、第4の抵抗器3
5dが接続されている。
A second resistor 35b as a so-called feedback resistor is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 34.
The fourth resistor 3 is connected between the non-inverting input terminal of
5d is connected.

【0037】次に、かかる構成における動作を説明すれ
ば、まず、外部第2のコンデンサ32aの静電容量値
は、流速が零の場合の静電容量値C1と等しく設定され
ているとする。また、第1及び第3の抵抗器35a,3
5cの抵抗値は共に等しく、さらに、第2及び第4の抵
抗器35b,35dの抵抗値は共に等しいとする。かか
る前提条件の下、流速が零の場合には、第3のダイオー
ド31cのカソード側の電圧と、第4のダイオード31
dのアノード側の電圧とが等しくなるため、演算増幅器
34からの差動出力は零となる。
Next, the operation in this configuration will be described. First, it is assumed that the capacitance value of the external second capacitor 32a is set equal to the capacitance value C1 when the flow velocity is zero. Also, the first and third resistors 35a, 3
It is assumed that the resistance values of 5c and 5c are equal, and the resistance values of the second and fourth resistors 35b and 35d are equal. Under these preconditions, when the flow rate is zero, the voltage on the cathode side of the third diode 31c and the fourth diode 31c
Since the voltage on the anode side of d becomes equal, the differential output from the operational amplifier 34 becomes zero.

【0038】一方、ある大きさの流速が生ずると、静電
容量C1は、その流速の大きさに応じた値に変化するた
め、静電容量C2との比が変化することとなる。そのた
め、第3のダイオード31cのカソードと第4のダイオ
ード31dのアノード間の電圧が変化し、演算増幅器3
4により所定増幅度で差動増幅される結果、演算増幅器
34からは、流速の大きさに応じた差動出力電圧が得ら
れることとなる。したがって、予め流速と演算増幅器3
4の出力電圧との関係を調べておけば、演算増幅器34
の出力電圧を基に、静電容量型マイクロフローセンサに
より検出された流速を直ちに知ることが可能となる。
On the other hand, when a flow velocity of a certain magnitude occurs, the capacitance C1 changes to a value corresponding to the magnitude of the flow velocity, so that the ratio to the capacitance C2 changes. Therefore, the voltage between the cathode of the third diode 31c and the anode of the fourth diode 31d changes, and the operational amplifier 3
As a result, the operational amplifier 34 obtains a differential output voltage corresponding to the magnitude of the flow velocity. Therefore, the flow velocity and the operational amplifier 3
4 has been examined, the operational amplifier 34
, It is possible to immediately know the flow rate detected by the capacitance type micro flow sensor.

【0039】次に、参照コンデンサ及びガードリング電
極を有する静電容量型マイクロフローセンサの例につい
て図4を参照しつつ説明する。この例は、特に、後述す
るような参照電極53を有すると共に、いわゆるガード
リングが施された点に特徴を有するものである。以下、
具体的に説明すれば、まず、図4に示された例は、一方
向の流速計測用のものである。そして、例えば、ガラス
からなる第1の基板40と、シリコン等の半導体部材か
らなる第2の基板41とが接合されてなり、第2の基板
41側において、計測凹部42と、この計測凹部42と
外部とを連通する2つの連通路43a,43bが形成さ
れ、その結果、計測凹部42の底部は、ダイヤフラム4
4となる点は、先の図1に示された静電容量型マイクロ
フローセンサと基本的に同一のものである。
Next, an example of a capacitance type micro flow sensor having a reference capacitor and a guard ring electrode will be described with reference to FIG. This example is characterized in that it has a reference electrode 53 as described later and that a so-called guard ring is provided. Less than,
Specifically, first, the example shown in FIG. 4 is for one-way flow velocity measurement. Then, for example, a first substrate 40 made of glass is joined to a second substrate 41 made of a semiconductor member such as silicon. On the second substrate 41 side, the measurement recess 42 and the measurement recess 42 are formed. The two communication passages 43a and 43b are formed to connect the diaphragm 4 with the outside.
The point 4 is basically the same as the capacitance type micro flow sensor shown in FIG.

【0040】そして、計測凹部42の略中央には、ボス
部45が形成されており、このボス部45の厚み(図4
において紙面上下方向)が、第1の基板40の検出電極
49との間に所定の間隙(例えば数十ミクロン程度)が
生ずる大きさに設定されている点も図1に示された例と
同様である。一方、計測凹部42周辺の第2の基板41
平面部分には、丁度計測凹部42を囲むようにして、接
触回避用段部46が形成されており、第1の基板40の
対向面との間に所定の間隙が生ずるようになっている。
これは、第1の基板40に設けられた参照電極53及び
ガードリング電極54と第2の基板41のシリコン部分
との接触を回避するためのものである。
A boss portion 45 is formed substantially at the center of the measurement concave portion 42. The thickness of the boss portion 45 (FIG. 4)
1 is also set to a size where a predetermined gap (for example, about several tens of microns) is formed between the detection electrode 49 of the first substrate 40 and the detection electrode 49 of the first substrate 40. It is. On the other hand, the second substrate 41 around the measurement concave portion 42
A contact avoiding step 46 is formed in the plane portion so as to surround the measurement concave portion 42 so that a predetermined gap is formed between the contact avoiding step 46 and the opposing surface of the first substrate 40.
This is for avoiding contact between the reference electrode 53 and the guard ring electrode 54 provided on the first substrate 40 and the silicon portion of the second substrate 41.

【0041】また、一方の連通路43aの短手軸方向の
第2の基板41の端部近傍は、後述する第1の基板40
に設けられた各接続部52,57,59,61が位置す
るために、切り欠かれて接続部用切り欠き部47が形成
されている。そして、先の接触回避用段部46の周辺の
第2の基板41の面は、酸化膜48が形成されたものと
なっており、この部分に第1の基板40に配設された検
出電極用引き出し配線51等が接触しても電気的には絶
縁状態となるようにしてある。
The vicinity of the end of the second substrate 41 in the short axis direction of one of the communication paths 43a is connected to a first substrate 40 described later.
The connection portions 52, 57, 59, and 61 provided in the first portion are notched, so that the connection portion cutout portions 47 are formed. An oxide film 48 is formed on the surface of the second substrate 41 around the contact avoiding step 46, and the detection electrode disposed on the first substrate 40 is formed on this surface. Even if the lead-out wiring 51 and the like come into contact, it is electrically insulated.

【0042】第1の基板40には、第2の基板41のボ
ス部45に対応する位置に、ボス部45の平面部分と略
同一面積の矩形状に、例えばITOを用いて形成された
検出電極49が設けられており、この検出電極49と先
のボス部45とによりいわゆる平板形の検出用コンデン
サ50が構成されるようになっている。そして、一方の
連通路43aに近いこの検出電極49の角には、検出電
極用引き出し用配線51の一端が接続されている。
On the first substrate 40, a detection area formed by using, for example, ITO, at a position corresponding to the boss part 45 of the second substrate 41, in a rectangular shape having substantially the same area as the plane part of the boss part 45. An electrode 49 is provided, and the detection electrode 49 and the boss portion 45 constitute a so-called flat detection capacitor 50. One end of the detection electrode lead-out wiring 51 is connected to a corner of the detection electrode 49 near one of the communication paths 43a.

【0043】この検出電極用引き出し配線51は、検出
電極49の一つの角から出て、丁度一方の連通路43a
に沿うように、この連通路43aの略中央付近に対向す
る第1の基板40の部位まで延び、さらに、連通路43
aの端部近傍の手前で略直角に接続部用切り欠き部47
側へ折曲され、そこから略直線状に接続部用切り欠き部
47の近傍まで配設され、接続部用切り欠き部47の近
傍で、略直角に第1の基板40の側部と反対側へ折曲げ
られ、適宜な長さ直線状に配設された後、さらに、略直
角に接続部用切り欠き部47方向へ折曲されて、適宜な
長さ配設され、その端部は、略正方形状に形成された検
出電極用接続部52に接続されている。
The detection electrode lead-out line 51 is protruded from one corner of the detection electrode 49, and is just one of the communication passages 43a.
And extends to a portion of the first substrate 40 facing substantially near the center of the communication passage 43a.
The notch 47 for the connecting portion is formed substantially at a right angle in front of the vicinity of the end portion a.
And is disposed substantially linearly therefrom in the vicinity of the notch 47 for the connection portion, and is substantially perpendicular to the side of the first substrate 40 in the vicinity of the notch 47 for the connection portion. After being bent to the side and being disposed in a linear shape with an appropriate length, it is further bent at a substantially right angle in the direction of the notch portion 47 for the connection portion, and is disposed with an appropriate length, and the end portion is provided. , Are connected to the detection electrode connection portion 52 formed in a substantially square shape.

【0044】一方、接触回避用段部46に対向する第1
の基板40の平面部分には、帯状に形成された参照電極
53及びガードリング電極54が、適宜な間隔を隔て
て、平行状態で、接触回避用段部46の平面形状と略同
様の形状となるように、しかも、参照電極53が計測凹
部42側、ガードリング電極54が参照電極53の外側
となるようにして配設されている。ここで、参照電極5
3は、接触回避用段部46と対向する部位の合計面積
が、先の検出電極49の面積と同一となるように、その
太さ、長さ等が設定されている。すなわち、参照電極5
3と接触回避用段部46とが対向する部分により所定値
REFを有する参照コンデンサ55が構成されるように
なっている。そして、参照電極53の合計面積を上述の
ように設定することにより、その静電容量CREFが、検
出電極49とボス部45との対向による流速零における
静電容量C1と同一とすることができるようになってい
る。参照コンデンサ55の容量をこのように設定するの
は、後述するように、検出回路による流速検出の精度を
向上させるためである。
On the other hand, the first part opposing the contact avoiding step 46
In the plane portion of the substrate 40, a reference electrode 53 and a guard ring electrode 54, which are formed in a strip shape, are arranged at appropriate intervals in a parallel state in a substantially similar shape to the plane shape of the contact avoidance step 46. In addition, the reference electrode 53 is disposed so as to be on the measurement concave portion 42 side, and the guard ring electrode 54 is disposed outside the reference electrode 53. Here, the reference electrode 5
In No. 3, the thickness, length, and the like are set such that the total area of the portion facing the contact avoidance step 46 is the same as the area of the detection electrode 49 described above. That is, the reference electrode 5
A reference capacitor 55 having a predetermined value C REF is configured by a portion where the step 3 and the contact avoidance step 46 oppose each other. Then, by setting the total area of the reference electrode 53 as described above, the capacitance C REF is made equal to the capacitance C 1 at zero flow velocity due to the opposition between the detection electrode 49 and the boss 45. I can do it. The reason why the capacitance of the reference capacitor 55 is set in this way is to improve the accuracy of the flow velocity detection by the detection circuit, as described later.

【0045】参照電極53の一端、すなわち、接続部用
切り欠き部47側に位置する一端からは、接続部用切り
欠き部47方向へ帯状に形成された参照電極用引き出し
配線56が延設されており、その端部には、先の検出電
極用接続部52に隣接して設けられた外部回路との接続
のための参照電極用接続部57が接続されている。
From one end of the reference electrode 53, that is, one end located on the side of the connection notch 47, a reference electrode lead-out wire 56 formed in a strip shape extends toward the connection notch 47. A connection portion for a reference electrode 57 for connection with an external circuit provided adjacent to the connection portion 52 for the detection electrode is connected to an end portion thereof.

【0046】また、ガードリング電極54は、参照電極
53の端部における電気力線の分布に起因するいわゆる
浮遊容量の発生を抑圧するためのものである。すなわ
ち、ガードリング電極54は、参照電極53の外側に、
参照電極53と略同様な配置形状に配設されており、そ
の一端、すなわち、接続部用切り欠き部47側に位置す
る一端の手前からは、接続部用切り欠き部47方向へ帯
状に形成されたガードリング電極用引き出し配線58が
延設されている。そして、このガードリング電極用引き
出し配線58の端部には、先の参照電極用接続部57に
隣接して設けられたガードリング電極用接続部59が接
続されている。
The guard ring electrode 54 is for suppressing the generation of a so-called stray capacitance due to the distribution of the lines of electric force at the end of the reference electrode 53. That is, the guard ring electrode 54 is provided outside the reference electrode 53,
The reference electrode 53 is arranged in substantially the same arrangement shape, and is formed in a band shape in the direction of the connection notch 47 from one end, that is, just before the one end located on the connection notch 47 side. The extended lead ring 58 for the guard ring electrode is extended. A guard ring electrode connecting portion 59 provided adjacent to the reference electrode connecting portion 57 is connected to an end of the guard ring electrode lead wire 58.

【0047】このガードリング電極用接続部59は、図
示されない外部回路へ接続され、所定の電位が印加され
るようになっており、ガードリング電極54をこの所定
の電圧に保持することで、参照電極53と接触回避用段
部46との間の電気力線を直線状とし、従来のように参
照電極53の端部で、電気力線が外部へ湾曲して、外部
との間でいわゆる浮遊容量が発生することにより、静電
容量値が不安定となるようなことが抑圧されるようにな
っている。
The connection portion 59 for guard ring electrode is connected to an external circuit (not shown), and a predetermined potential is applied. By holding the guard ring electrode 54 at this predetermined voltage, reference is made. The line of electric force between the electrode 53 and the contact avoiding step 46 is linear, and the line of electric force is bent outward at the end of the reference electrode 53 as in the related art, so-called floating between itself and the outside. The generation of the capacitance suppresses the unstable capacitance value.

【0048】一方、第2の基板41の裏面、すなわち、
第1の基板40との接合面と反対側の面においては、丁
度ボス部45の略中央部分に対応する位置に矩形状のボ
ス部用電極62が形成され、また、接続部用切り欠き部
47の近傍の端部で、かつ、先のガードリング用接続部
59の近傍となる部位には、ボス部用接続部61が形成
されている。そして、このボス部用電極62とボス部用
接続部61との間は、両者の間に適宜に配設されたボス
部用引き出し配線60により接続されており、ボス部4
5が外部と接続できるようになっている。
On the other hand, the back surface of the second substrate 41, that is,
On the surface opposite to the bonding surface with the first substrate 40, a rectangular boss electrode 62 is formed at a position corresponding to a substantially central portion of the boss 45, and a notch for connection is formed. A boss connection 61 is formed at an end near the 47 and near the guard ring connection 59. The boss portion electrode 62 and the boss portion connection portion 61 are connected to each other by a boss portion lead-out wire 60 appropriately disposed between the boss portion electrode 62 and the boss portion connection portion 61.
5 can be connected to the outside.

【0049】次に、上記構成における静電型マイクロフ
ローセンサの使用方法、動作等について説明する。ま
ず、参照コンデンサ55はいわゆる固定コンデンサであ
るため、その静電容量CREFも固定値であり、特に、そ
の値は、検出電極49とボス部45との間に形成される
静電容量C1の初期値、すなわち、流速が零でダイヤフ
ラム44に差圧が作用していない状態における値に設定
されている。この静電型マイクロフローセンサの検出回
路は、先に図3に示された検出回路が用いられるが、参
照コンデンサ55は、図3の外部第2のコンデンサ32
aに代わるものとして使用される。すなわち、参照電極
用接続部57は、第3及び第4のダイオード31c,3
1dの接続点に接続される。
Next, a description will be given of a method of use, operation, and the like of the electrostatic micro flow sensor having the above configuration. First, since the reference capacitor 55 is a so-called fixed capacitor, its capacitance C REF is also a fixed value. The initial value is set to a value in a state where the flow velocity is zero and no differential pressure acts on the diaphragm 44. As the detection circuit of this electrostatic micro flow sensor, the detection circuit previously shown in FIG. 3 is used.
Used as an alternative to a. That is, the reference electrode connecting portion 57 is connected to the third and fourth diodes 31c, 3c.
Connected to 1d connection point.

【0050】このように、図3における外部第2のコン
デンサ32aに代わるものとして参照コンデンサ55を
用いるのは、演算増幅器34により得られる出力電圧、
換言すれば流速の計測精度を向上させるためである。す
なわち、従来は、外部第2のコンデンサ32aとして、
静電容量C1の電気的特性と異なるものを用いていたた
めに、温度等によりその値が変動した場合、外部第2の
コンデンサ32aの静電容量の変動の仕方が静電容量C
1のそれとは異なるものであった。そのため、静電容量
C1と静電容量C2との比が変化することとなり、差圧P
dynに対応した本来の出力電圧が演算増幅器34から得
られなくなり、測定結果としての流速値の精度が低下す
るという欠点があった。このため、流速の所望の測定精
度を確保するには、上述のような2つの静電容量の比の
変化に起因する出力電圧の誤差を補償するようないわゆ
る補償回路を必要とするものであった。
As described above, the reference capacitor 55 is used as a substitute for the external second capacitor 32a in FIG.
In other words, this is to improve the measurement accuracy of the flow velocity. That is, conventionally, as the external second capacitor 32a,
Since the capacitance of the capacitor C1 is different from that of the capacitor C1, if the value of the capacitor C1 changes due to temperature or the like, the capacitance of the external second capacitor 32a varies according to the capacitance C1.
It was different from that of 1. Therefore, the ratio between the capacitance C1 and the capacitance C2 changes, and the differential pressure P
There is a drawback that the original output voltage corresponding to dyn cannot be obtained from the operational amplifier 34, and the accuracy of the flow velocity value as the measurement result decreases. For this reason, in order to ensure a desired measurement accuracy of the flow velocity, a so-called compensation circuit for compensating for an error in the output voltage caused by a change in the ratio of the two capacitances described above is required. Was.

【0051】ところが、参照コンデンサ55は、静電容
量C1と基本的に同一の電気的特性を有するものである
ため、その容量値の変動も静電容量C1のそれと略同一
となり、例え温度等により検出コンデンサ50及び参照
コンデンサ55の静電容量の温度変化が生じても、両者
の比は略一定となり、上述したような欠点が解消される
こととなる。
However, since the reference capacitor 55 has basically the same electrical characteristics as the capacitance C1, the variation of the capacitance value is also substantially the same as that of the capacitance C1. Even if the capacitance of the detection capacitor 50 and the reference capacitor 55 changes in temperature, the ratio between the two becomes substantially constant, and the above-described disadvantage is eliminated.

【0052】一方、ガードリング電極用接続部59に
は、外部からの所定の電圧を印加し、それによって、先
に説明したように、参照電極53の端部での電気力線の
外側への漏洩をなくし、いわゆる浮遊容量の発生を抑圧
して参照コンデンサ55の容量値が所定値に保持される
ようにすることができる。
On the other hand, a predetermined voltage from outside is applied to the connection portion 59 for the guard ring electrode. Leakage can be eliminated, so-called stray capacitance can be suppressed, and the capacitance value of the reference capacitor 55 can be maintained at a predetermined value.

【0053】かかる前提条件の下、静電容量型マイクロ
フローセンサ自体の流速検出における動作は、基本的に
図1に示された例と変わるところがないので、概括的に
説明すれば、まず、この静電容量型マイクロフローセン
サは、流体の流れに対して連通路43a,43bの入口
が正対するように配置される。そして、計測凹部42内
において、ダイヤフラム44には、全圧Ptotと静圧Ps
tatとの差である差圧Pdynが作用し、ボス部45がその
差圧Pdynに応じて変位するため、差圧Pdynが静電容量
C1の変化として検出されることとなる。
Under these preconditions, the operation of the capacitance type micro flow sensor itself in detecting the flow velocity is basically the same as the example shown in FIG. 1, so that it will be generally described first. The capacitance type micro flow sensor is arranged such that the entrances of the communication paths 43a and 43b face the flow of the fluid. Then, in the measurement concave portion 42, the diaphragm 44 has a total pressure Ptot and a static pressure Ps.
The differential pressure Pdyn, which is the difference from tat, acts, and the boss portion 45 is displaced in accordance with the differential pressure Pdyn, so that the differential pressure Pdyn is detected as a change in the capacitance C1.

【0054】一方、差圧Pdyn(=Ptot−Pstat)と流
速Vfとの間には、先に説明したように、Vf=α×(P
tot−Pstat)1/2との関係が成立することから、予め流
速Vf、差圧Pdyn及び静電容量C1の関係を調べておく
ことで静電容量C1の大きさから流速Vfを知ることがで
きる。ここで、静電容量C1は、実際には、図3に示さ
れたような検出回路によって、電圧に変換されて、静電
容量C1の変化は、電圧変化として検出されることとな
るので、結局、その電圧値から流速を知ることができる
こととなる。なお、図3に示された検出回路の構成、動
作については、既に説明した通りであるので、ここでの
再度の説明は省略することとする。
On the other hand, between the differential pressure Pdyn (= Ptot-Pstat) and the flow velocity Vf, Vf = α × (P
tot−Pstat) 1/2 holds, so that the relationship between the flow velocity Vf, the differential pressure Pdyn, and the capacitance C1 can be checked in advance to find the flow velocity Vf from the magnitude of the capacitance C1. it can. Here, the capacitance C1 is actually converted into a voltage by a detection circuit as shown in FIG. 3, and a change in the capacitance C1 is detected as a voltage change. After all, the flow velocity can be known from the voltage value. Note that the configuration and operation of the detection circuit shown in FIG. 3 are as described above, and thus, the description thereof will not be repeated here.

【0055】なお、上述した静電容量型マイクロフロー
センサにおいては、参照電極53とガードリング電極5
4とを共に設けるような構成として説明したが、例えば
参照電極53だけであってもよい。この場合、ガードリ
ング電極54がないことによる参照コンデンサ55のい
わゆる浮遊容量が生ずる畏れがあるが、最終的な流速の
測定結果の誤差として許容できる範囲であれば、必ずし
もガードリング電極54は、必須のものではない。
In the above-described capacitance type micro flow sensor, the reference electrode 53 and the guard ring electrode 5 are used.
4 has been described as being provided together, but for example, only the reference electrode 53 may be provided. In this case, there is a fear that the so-called stray capacitance of the reference capacitor 55 may be caused due to the absence of the guard ring electrode 54. Not a thing.

【0056】次に、図1や図4に示されたようにガラス
基板とシリコン基板の2つの平板状の基板が接合されて
なるいわば2層型と称することのできる静電容量型マイ
クロフローセンサの製造手順の一例について、図5に示
された比較的簡素化された2層型の静電容量型マイクロ
フローセンサを例に採り説明する。最初に、図5及び図
6を参照しつつこの静電容量型マイクロフローセンサの
構成について説明する。なお、図5において、便宜上、
図示されたように、x,y,z軸による3次元座標を定
義するものとする。
Next, as shown in FIG. 1 and FIG. 4, a capacitance type micro flow sensor which can be called a two-layer type in which two flat substrates, a glass substrate and a silicon substrate, are joined. An example of the manufacturing procedure will be described with reference to a comparatively simplified two-layer capacitance type micro flow sensor shown in FIG. First, the configuration of the capacitance type micro flow sensor will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, for convenience,
As shown, three-dimensional coordinates based on x, y, and z axes are defined.

【0057】この図5に示された静電容量型マイクロフ
ローセンサは、一方向の流速検出用である点を除けば、
基本的には図1に示されたものと同様の構成を有してな
るものである。すなわち、この静電容量型マイクロフロ
ーセンサは、絶縁性部材例えば、ガラス材からなる第1
の基板70と、半導体部材、例えばシリコンからなる第
2の基板71とを有してなり、第1の基板70と第2の
基板71とが接合されてなるものである。
The capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5 is for detecting the flow velocity in one direction.
Basically, it has a configuration similar to that shown in FIG. That is, this capacitance-type micro flow sensor is made of an insulating member, for example,
And a second substrate 71 made of a semiconductor member, for example, silicon. The first substrate 70 and the second substrate 71 are joined together.

【0058】第2の基板71には、xy平面における外
縁形状が枠状の計測凹部72が凹設されている。この計
測凹部72の底部は、この計測凹部72を適宜な深さに
エッチングすることで、薄膜状に形成されたダイヤフラ
ム73となっている。計測凹部72の周囲は、同一の厚
み(z軸方向の厚み)に設定され、いわばフレーム82
となっており、第1の基板70との接合面となってい
る。一方、計測凹部72に囲まれた部分は、ボス部74
となっており、このボス部74は、第1の基板70と第
2の基板71とが接合された際に、丁度第1の基板70
に設けられた検出電極78と所定の間隙(例えば数十ミ
クロン程度)を介して対向するように、そのz軸方向の
厚みが設定されたものとなっている。
The second substrate 71 is provided with a measurement concave portion 72 having a frame-like outer edge in the xy plane. The bottom of the measurement recess 72 is formed into a thin film-shaped diaphragm 73 by etching the measurement recess 72 to an appropriate depth. The circumference of the measurement concave portion 72 is set to the same thickness (thickness in the z-axis direction).
And is a bonding surface with the first substrate 70. On the other hand, a portion surrounded by the measurement concave portion 72 is a boss portion 74.
When the first substrate 70 and the second substrate 71 are bonded to each other, the boss 74 just
The thickness in the z-axis direction is set so as to oppose the detection electrode 78 provided at a predetermined distance (for example, about several tens of microns).

【0059】また、計測凹部72と第2の基板71の長
手軸方向(x軸方向)の一方の端部との間には、計測凹
部72と外部とを連通状態とするための連通路75a,
75bが適宜な間隔を隔てて形成されている。一方の連
通路75aに近いこの第2の基板71の角部は、そのx
y平面形状が矩形状に切り欠かれて、切り欠き部76と
なっており、第1の基板70の対応する部位に設けられ
た検出電極用接続部81が、第2の基板71と接触しな
いようにして外部回路との接続が可能となっている。
A communication passage 75a is provided between the measurement recess 72 and one end of the second substrate 71 in the longitudinal axis direction (x-axis direction) to make the measurement recess 72 communicate with the outside. ,
75b are formed at appropriate intervals. The corner of the second substrate 71 near one of the communication paths 75a has its x
The y-plane shape is cut out in a rectangular shape to form a cutout portion 76, and the detection electrode connection portion 81 provided at a corresponding portion of the first substrate 70 does not contact the second substrate 71. Thus, connection with an external circuit is possible.

【0060】さらに、この切り欠き部76と一方の連通
路75aとの間で、かつ、第2の基板71の一方の端部
へかけて、切り欠き部76と一方の連通路75aとを連
通するように比較的段差の小さな引き出し配線回避用段
部77が形成されている。この引き出し配線回避用段部
77は、この引き出し配線回避用段部77の位置に対応
する第1の基板70の部位を通る検出電極用引き出し配
線80の一部分が、第2の基板71と接触しないように
第2の基板71と所定の間隙を作るためのものである。
Further, the notch 76 communicates with one of the communication passages 75a between the notch 76 and one of the communication passages 75a and to one end of the second substrate 71. As a result, a lead-out wiring avoiding step 77 having a relatively small step is formed. In the lead wiring avoiding step 77, a part of the detection electrode lead wiring 80 passing through the portion of the first substrate 70 corresponding to the position of the lead wiring avoiding step 77 does not contact the second substrate 71. Thus, a predetermined gap is formed with the second substrate 71.

【0061】一方、第1の基板70には、先の第2の基
板71のボス部74に対応する位置に、例えばITOか
らなる検出電極78が配設されており、この検出電極7
8と先のボス部74とで検出用コンデンサ79が構成さ
れるようになっている。また、この検出電極78の一つ
の角部からは、検出電極用引き出し配線80が、一方の
連通路75aの方向へ延設され、さらに、この連通路7
5aに沿うようにして第1の基板70の一方の端部近傍
まで延び、丁度先の引き出し配線回避用段部77付近で
略直角に引き出し配線回避用段部77側へ折曲され、こ
の検出電極用引き出し配線80の他端は、第1の基板7
0の一つの角部に配設された検出電極用接続部81に接
続されている。
On the other hand, a detection electrode 78 made of, for example, ITO is provided on the first substrate 70 at a position corresponding to the boss 74 of the second substrate 71.
The detection capacitor 79 is constituted by 8 and the boss 74. From one corner of the detection electrode 78, a detection electrode lead wire 80 extends in the direction of one of the communication passages 75a.
5a, the first substrate 70 extends to the vicinity of one end of the first substrate 70, and is bent almost perpendicularly to the side of the lead wiring avoiding step 77 near the leading lead avoiding step 77, and this detection is performed. The other end of the electrode lead wire 80 is connected to the first substrate 7
0 is connected to a connection portion 81 for a detection electrode provided at one corner.

【0062】上記構成における流速の検出原理は、先の
図1に示されたものと基本的には同様であるので、ここ
では、概括的な説明に留めることとする。この静電容量
型マイクロフローセンサを、連通路75a,75bの開
口が流体の流れに正対するように流体中に設置すると、
計測凹部72における流体の圧力は、全圧Ptotとなる
一方、外部においてダイヤフラム73近傍では、静圧P
statが生ずる。
The principle of detecting the flow velocity in the above configuration is basically the same as that shown in FIG. 1, so that only a general description will be given here. When this capacitance type micro flow sensor is installed in a fluid such that the openings of the communication passages 75a and 75b face the flow of the fluid,
The pressure of the fluid in the measurement concave portion 72 becomes the total pressure Ptot, while the static pressure P near the diaphragm 73 outside.
stat occurs.

【0063】その結果、ダイヤフラム73には、全圧P
totと静圧Pstatとの差である差圧Pdynが作用し、その
大きさに応じて撓められる結果、ボス部74と検出電極
78との間隙が変化し、その静電容量が変化することと
なる。この静電容量の変化は、差圧Pdynの大きさに応
じたものであり、さらには、流速に応じたものである。
そして、実際には、先に図3に示されたような検出回路
を用いて静電容量の変化を電圧信号として得ることで、
その電圧値から流速を知ることができるようになってい
る。
As a result, the diaphragm 73 has the total pressure P
The differential pressure Pdyn, which is the difference between the tot and the static pressure Pstat, acts and is deflected according to the magnitude thereof. As a result, the gap between the boss 74 and the detection electrode 78 changes, and the capacitance changes. Becomes This change in capacitance depends on the magnitude of the differential pressure Pdyn, and further on the flow rate.
Then, in practice, the change in capacitance is obtained as a voltage signal using the detection circuit as shown in FIG.
The flow velocity can be known from the voltage value.

【0064】次に、かかる構成を有する静電容量型マイ
クロフローセンサの製造手順の第1の例について図7
(A)乃至図12(B)を参照しつつ説明する。なお、図7
(A)乃至図12(B)は、この静電容量型マイクロフロー
センサを先の図6に示されたB−B線に沿ってz軸方向
に切断した際の端面における製造状態を模式的に示した
ものである。最初に図7(A)及び図9(C)を参照しつつ
第2の基板71の製造手順について説明する。最初に、
いわゆるウェハダイシングにより、例えば、20mm角
(図5で言えばxy平面における大きさ)のシリコンウ
ェハ90を第2の基板71用として得る(図7(A)参
照)。次いで、ウェハ洗浄を行い、その後、熱酸化によ
りシリコンウェハ90の両面に所定の膜厚の酸化膜91
a,91bを形成する(図7(B)参照)。
Next, a first example of a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor having the above configuration will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIG.
(A) to FIG. 12 (B) schematically show a manufacturing state at an end face when this capacitance type micro flow sensor is cut in the z-axis direction along the line BB shown in FIG. This is shown in FIG. First, the procedure for manufacturing the second substrate 71 will be described with reference to FIGS. 7A and 9C. At first,
By so-called wafer dicing, for example, a silicon wafer 90 of 20 mm square (the size in the xy plane in FIG. 5) is obtained for the second substrate 71 (see FIG. 7A). Next, wafer cleaning is performed, and thereafter, an oxide film 91 having a predetermined thickness is formed on both surfaces of the silicon wafer 90 by thermal oxidation.
a, 91b are formed (see FIG. 7B).

【0065】次に、両酸化膜91a,91bの表面に、
それぞれネガレジスト92a,92bを塗布して定着さ
せる(図7(C)参照)。この後、図示されないマスクを
用いてフレーム82となる部分に対応するネガレジスト
92aを残すべく、いわゆるフォトリソグラフィ法(以
下「フォトリソ法」と言う)による露光、現像等を行い
ネガレスト92aの所定部位のみを残す(図7(D)参
照)。次に、残されたネガレジスト92aをいわば保護
膜として、ネガレジスト92aが除去された部分の酸化
膜91aをエッチングにより除去する(図7(E)参
照)。
Next, on the surfaces of both oxide films 91a and 91b,
Negative resists 92a and 92b are applied and fixed, respectively (see FIG. 7C). After that, using a mask (not shown), exposure, development, and the like are performed by a so-called photolithography method (hereinafter, referred to as a “photolithography method”) to leave a negative resist 92 a corresponding to the portion to be the frame 82, and only a predetermined portion of the negative rest 92 a (See FIG. 7D). Next, the oxide film 91a where the negative resist 92a has been removed is removed by etching using the remaining negative resist 92a as a protective film (see FIG. 7E).

【0066】続いて、両面の全てのネガレジスト92
a,92bを除去する(図7(F)参照)。ここで、酸化
膜91aが除去された部位aは、最終的に連通路75
a,75bが形成される部分であり、酸化膜91aが除
去された部位bは、最終的に計測凹部72及びボス部7
4が形成される部分である。
Subsequently, all the negative resists 92 on both sides are formed.
a, 92b are removed (see FIG. 7F). Here, the portion a from which the oxide film 91a has been removed is finally connected to the communication path 75.
a, 75b are formed, and the portion b from which the oxide film 91a is removed is finally the measurement concave portion 72 and the boss portion 7.
4 is a portion where it is formed.

【0067】次に、シリコンエッチングにより、部位
a,bの部分を所定値(例えば8.5μm)だけ掘り下
げ(図8(A)参照)、エッチング終了後、酸化膜エッチ
ングを施して酸化膜91a,91bを全て除去する(図
8(B)参照)。ここで、シリコンエッチングは、シリコ
ンの掘り下げの深さによって定まるエッチング時間だ
け、時間計測してエッチングを行うことで、所望の深さ
のエッチングを行うものである。次いで、ウェハ洗浄を
行った後、シリコンウェハ90の両面に熱酸化により再
び新たな酸化膜91c,91dを形成する(図8(C)参
照)。この新たな酸化膜91c,91dが形成された
後、両面に新たなネガレジスト92c,92dを塗布す
る(図8(D)参照)。
Next, the portions a and b are dug down by a predetermined value (for example, 8.5 μm) by silicon etching (see FIG. 8A), and after the etching is completed, the oxide film is etched to form the oxide films 91a and 91a. All 91b are removed (see FIG. 8B). Here, in silicon etching, etching is performed at a desired depth by performing etching by measuring the time for an etching time determined by the depth of silicon digging. Next, after performing wafer cleaning, new oxide films 91c and 91d are formed again on both surfaces of the silicon wafer 90 by thermal oxidation (see FIG. 8C). After the new oxide films 91c and 91d are formed, new negative resists 92c and 92d are applied to both surfaces (see FIG. 8D).

【0068】次に、図示されないマスクを用いてネガレ
ジスト92c,92dの所定の部位を残すべく、いわゆ
るフォトリソ法による露光、現像等を行い、ネガレジス
ト92c,92dの所定の部位のみを残す(図8(E)参
照)。ここで、ネガレジスト92cが除去された部位c
は、最終的にダイヤフラム73となる部分である。続い
て、ネガレジスト92c,92dをいわば保護膜とし
て、ネガレジスト92c,92dに覆われていない酸化
膜91c,91dを酸化膜エッチングにより除去する
(図8(F)参照)。
Next, in order to leave predetermined portions of the negative resists 92c and 92d by using a mask (not shown), exposure, development and the like are performed by a so-called photolithography method to leave only predetermined portions of the negative resists 92c and 92d (FIG. 8 (E)). Here, the portion c where the negative resist 92c has been removed
Is a part that finally becomes the diaphragm 73. Subsequently, the oxide films 91c and 91d not covered with the negative resists 92c and 92d are removed by oxide film etching using the negative resists 92c and 92d as a protective film (see FIG. 8F).

【0069】次に、全てのネガレジスト92c,92d
を除去し(図9(A)参照)、酸化膜91cを保護膜とし
てシリコンエッチングを施して、連通路75a,75b
及び計測凹部72を形成する(図9(B)参照)。なお、
この場合、シリコンエッチングによるシリコンウェハ9
0の掘り下げ量は、エッチング時間を計測して所望の掘
り下げ量となるようにする。最後に、酸化膜エッチング
により全ての酸化膜91c,91dを除去して第2の基
板71が完成する(図9(C)参照)。
Next, all the negative resists 92c, 92d
Is removed (see FIG. 9A), and silicon etching is performed using the oxide film 91c as a protective film to form the communication paths 75a and 75b.
Then, a measurement concave portion 72 is formed (see FIG. 9B). In addition,
In this case, the silicon wafer 9 by silicon etching
The depth of 0 is set to a desired depth by measuring the etching time. Finally, the second substrate 71 is completed by removing all the oxide films 91c and 91d by oxide film etching (see FIG. 9C).

【0070】次に、図10(A)乃至図10(F)を参照し
つつ第1の基板70の製造手順について説明する。最初
に、ガラス基板95を洗浄し(図10(A)参照)、次
に、ポジレジスト96を一方の面に塗布する(図10
(B)参照)。次いで、図示されないマスクを用いて所定
の部位、すなわち、検出電極用引き出し配線80及び検
出電極用接続部81(図5参照)が配設される部位を除
いて他の部分のポジレジスト96を残すべく、いわゆる
フォトリソ法による露光、現像等を行い、ポジレジスト
96の所定の部位のみを除去する(図10(C)参照)。
Next, the procedure for manufacturing the first substrate 70 will be described with reference to FIGS. 10 (A) to 10 (F). First, the glass substrate 95 is washed (see FIG. 10A), and then a positive resist 96 is applied to one surface (FIG. 10A).
(B)). Then, using a mask (not shown), a predetermined portion, that is, a portion of the positive resist 96 other than the portion where the detection electrode lead-out line 80 and the detection electrode connection portion 81 (see FIG. 5) are disposed is left. To this end, exposure, development, and the like are performed by a so-called photolithography method to remove only predetermined portions of the positive resist 96 (see FIG. 10C).

【0071】次に、一方の面の全面に、最初にTi(チ
タン)を、次に、Pt(白金)を、それぞれ所定の膜厚
に蒸着し、Ti/Pt膜97を形成する(図10(D)参
照)。ここで、それぞれの蒸着厚としては、例えば、T
iを700オングストロームに対し、Ptを300オング
ストローム程度とする。この後、いわゆるリフトオフに
より、Ti/Pt膜97の内、ポジレジスト96上に形成
された部位を除去する(図10(E)参照)ことで、検出
電極用引き出し配線80及び検出電極用接続部81(図
10(E)においては図示せず)が形成されることとな
る。
Next, Ti (titanium) and then Pt (platinum) are vapor-deposited on the entire surface of one surface to a predetermined thickness, respectively, to form a Ti / Pt film 97 (FIG. 10). (D)). Here, each deposition thickness is, for example, T
Let i be about 700 angstroms and Pt be about 300 angstroms. Thereafter, by removing the portion of the Ti / Pt film 97 formed on the positive resist 96 by so-called lift-off (see FIG. 10E), the lead-out wiring 80 for the detection electrode and the connection portion for the detection electrode are removed. 81 (not shown in FIG. 10E) will be formed.

【0072】次に、この一方の面の全面に、再度新たな
ポジレジスト96aを塗布(図10(F)参照)した後、
図示されないマスクを用いて、ポジレジスト96aの所
定の部位を除去すべく、いわゆるフォトリソ法による露
光、現像等を行い、ポジレジスト96aの所定の部位を
除去する(図11(A)参照)。なお、このポジレジスト
96aが除去された部位dは、検出電極78が配設され
る部分である。
Next, a new positive resist 96a is applied again on the entire surface of the one surface (see FIG. 10F).
Using a mask (not shown), exposure, development, and the like are performed by a so-called photolithography method to remove a predetermined portion of the positive resist 96a, thereby removing the predetermined portion of the positive resist 96a (see FIG. 11A). The portion d where the positive resist 96a is removed is a portion where the detection electrode 78 is provided.

【0073】次いで、一方の面の全面にITOをスパッ
タリングにより堆積させて、ITO膜98を形成する
(図11(B)参照)。この後、いわゆるリフトオフによ
り、ITO膜98の内、ポジレジスト96aに積層され
た部位のみを除去することで検出電極78が完成するこ
ととなる(図11(C)参照)。なお、リフトオフの後
は、例えば、アセトンを用いて超音波洗浄を行う。
Next, ITO is deposited on the entire one surface by sputtering to form an ITO film 98 (see FIG. 11B). Thereafter, only the portion of the ITO film 98 laminated on the positive resist 96a is removed by so-called lift-off, whereby the detection electrode 78 is completed (see FIG. 11C). After lift-off, for example, ultrasonic cleaning is performed using acetone.

【0074】次に、図12(A)及び図12(B)を参照し
つつ、第1の基板70と第2の基板71の接合手順につ
いて説明する。第2の基板71の一方の面、すなわち、
計測凹部72等が形成された側の面上に第1の基板70
を載置した状態において、陽極接合により両者の接合を
行う(図12(A)参照)。次に、第2の基板71の適
宜な箇所にスパッタリングによりアルミニウムを所定の
形状に堆積させ、いわゆるシンタリングを施して接地用
電極を形成する(図示せず)。最後に、検出電極用接続
部81と図示されない外部回路とを接続するための接続
ワイヤ99を、いわゆるワイヤーボンディングにより検
出電極用接続部81へ接続させる(図12(B)参照)。
Next, a procedure for joining the first substrate 70 and the second substrate 71 will be described with reference to FIGS. One surface of the second substrate 71, that is,
The first substrate 70 is provided on the surface on which the measurement concave portion 72 and the like are formed.
Are mounted, the two are joined by anodic bonding (see FIG. 12A). Next, aluminum is deposited in a predetermined shape on a suitable portion of the second substrate 71 by sputtering, and is subjected to so-called sintering to form a ground electrode (not shown). Finally, a connection wire 99 for connecting the detection electrode connection portion 81 to an external circuit (not shown) is connected to the detection electrode connection portion 81 by so-called wire bonding (see FIG. 12B).

【0075】次に、三層構造を有する静電容量型マイク
ロフローセンサの例について図13乃至図16を参照し
つつ説明する。なお、図13において、便宜上、図示さ
れたようにx,y,z軸による3次元座標を定義するも
のとする。この静電容量型マイクロフローセンサは、絶
縁性部材としての例えばガラスからなる第1のガラス基
板111と、同じくガラスからなる第2のガラス基板1
12とにより、半導体部材として、例えばシリコンを用
いてなる中央基板110が挟持されるように相互に接合
されてなるものである。
Next, an example of a capacitance type micro flow sensor having a three-layer structure will be described with reference to FIGS. In FIG. 13, for convenience, three-dimensional coordinates based on x, y, and z axes are defined as illustrated. This capacitance type micro flow sensor includes a first glass substrate 111 made of, for example, glass as an insulating member, and a second glass substrate 1 made of glass as well.
12, the semiconductor members are joined to each other so as to sandwich a central substrate 110 made of, for example, silicon as a semiconductor member.

【0076】中央基板110は、先の図5の例における
計測凹部72と基本的に同様な主計測凹部113及び副
計測凹部114が、略中央付近に形成されたものとなっ
ている(図13及び図15参照)。すなわち、第1のガ
ラス基板111と対向する中央基板110の平面におい
て、その略中央付近に枠状に主計測凹部113が凹設さ
れ、この主計測凹部113に囲まれるように主ボス部1
15が形成されている。この主計測凹部113が設けら
れたと反対側の中央基板110の平面側には、主計測凹
部113と対応する位置に、主計測凹部113と略同一
の形状、寸法を有する副計測凹部114が設けられてい
る(図15参照)。そして、副計測凹部114に囲まれ
るようにして副ボス部116が形成されており、この副
ボス部116の丁度反対側の面は、先の主ボス部115
となっている(図13及び図15参照)。
The central substrate 110 has a main measuring concave portion 113 and a sub-measuring concave portion 114 basically similar to the measuring concave portion 72 in the example of FIG. And FIG. 15). That is, on the plane of the central substrate 110 facing the first glass substrate 111, the main measurement recess 113 is formed in a frame shape near the approximate center thereof, and the main boss portion 1 is surrounded by the main measurement recess 113.
15 are formed. A sub-measuring recess 114 having substantially the same shape and dimensions as the main measurement recess 113 is provided at a position corresponding to the main measurement recess 113 on the flat side of the central substrate 110 opposite to the side where the main measurement recess 113 is provided. (See FIG. 15). A sub-boss 116 is formed so as to be surrounded by the sub-measurement recess 114, and the surface of the sub-boss 116 on the opposite side is the main boss 115.
(See FIGS. 13 and 15).

【0077】主計測凹部113及び副計測凹部114
は、共にシリコンエッチングにより形成されるもので、
例えば、そのシリコンエッチングの際、エッチング時間
を適宜加減することで、主計測凹部113及び副計測凹
部114の底部は、薄膜状に形成されてダイヤフラム1
17となっている(図13及び図15参照)。
Main measurement recess 113 and sub measurement recess 114
Are both formed by silicon etching.
For example, at the time of the silicon etching, by appropriately adjusting the etching time, the bottoms of the main measurement concave portion 113 and the sub-measurement concave portion 114 are formed in a thin film shape and the diaphragm 1 is formed.
17 (see FIGS. 13 and 15).

【0078】一方、中央基板110の主計測凹部113
が設けられた側においては、2つの連通路118a,1
18bが、主計測凹部113の短手軸方向(y軸方向)
で適宜な間隔を隔てて、それぞれの一端が外部に開口
し、他端が主計測凹部113の長手軸方向(x軸方向)
の一方の端部に連通するように形成されている(図13
参照)。
On the other hand, the main measurement recess 113 of the central substrate 110
On the side provided with the two communication paths 118a, 1
18b is the short axis direction (y-axis direction) of the main measurement recess 113.
One end is open to the outside at an appropriate interval, and the other end is in the longitudinal axis direction (x-axis direction) of the main measurement recess 113.
(See FIG. 13).
reference).

【0079】また、第1及び第2の基板111,122
並びに中央基板110の一方の端部、すなわち、この例
の場合には、第1及び第2の基板111,122並びに
中央基板110の長手軸方向(y軸方向)の一方の端部
には、xy平面における形状が矩形状となるようにシリ
コンが除去されてなる第1及び第2の接続部用切り欠き
部119,120が所定の間隔を隔てて形成されている
(図13参照)。すなわち、第1の接続部用切り欠き部
119は、中央基板110の長手軸方向の一端部の一方
の角部近傍においてそのxy平面形状が矩形状となるよ
うにシリコンが除去された第1の中央基板側切り欠き1
19aと、第2の基板112の対応する部位に同様に形
成された第2の基板側切り欠き119bとからなるもの
である。
Further, the first and second substrates 111 and 122
In addition, at one end of the central substrate 110, that is, in this case, at one end of the first and second substrates 111 and 122 and the central substrate 110 in the longitudinal axis direction (y-axis direction), First and second connection-portion cutouts 119 and 120 formed by removing silicon so as to have a rectangular shape in the xy plane are formed at predetermined intervals (see FIG. 13). That is, the first connection portion cutout portion 119 is formed by removing silicon such that its xy plane shape is rectangular in the vicinity of one corner of one end of the central substrate 110 in the longitudinal axis direction. Central board side notch 1
19a and a second substrate-side cutout 119b similarly formed in a corresponding portion of the second substrate 112.

【0080】一方、第2の接続部用切り欠き部120
は、先の第1の中央基板側切り欠き119aとは、x軸
方向で適宜な間隔を隔てて、第1の中央基板側切り欠き
119aと同様に形成された第2の中央基板側切り欠き
120aと、第1の基板111の対応する部位に同様に
形成された第1の基板側切り欠き120bとからなるも
のである(図13参照)。この第1及び第2の接続部用
切り欠き部119,120は、第1及び第2のガラス基
板111,112に設けられた主電極用接続部128及
び副電極用接続部132が丁度位置する部位に設けられ
ており、これら主及び副電極用接続部128,132
は、第1及び第2の接続部用切り欠き部119,120
により中央基板110と接触しないようになっている。
On the other hand, the second connection notch 120
Is a second central substrate side notch formed similarly to the first central substrate side notch 119a at an appropriate distance in the x-axis direction from the first central substrate side notch 119a. 120a and a first substrate side cutout 120b similarly formed in a corresponding portion of the first substrate 111 (see FIG. 13). In the first and second cutouts 119 and 120 for the connection portion, the main electrode connection portion 128 and the sub-electrode connection portion 132 provided on the first and second glass substrates 111 and 112 are exactly located. And connection portions 128 and 132 for the main and sub-electrodes.
Are notched portions 119 and 120 for the first and second connection portions.
Thereby, it does not come into contact with the central substrate 110.

【0081】さらに、一方の連通路118aと第1の接
続部用切り欠き部119の間には、両者を連通するよう
に、主電極配線回避用凹部121が比較的浅く凹設され
ている(図13参照)。この主電極配線回避用凹部12
1は、第1のガラス基板111に設けられた主電極用引
き出し配線127が位置すると同一の位置に配設されて
おり、主電極用引き出し配線127が中央基板110と
接触しないようにしてある。
Further, a recess 121 for avoiding main electrode wiring is formed relatively shallow between one of the communication passages 118a and the first cutout portion 119 for the connection portion so as to communicate with both. See FIG. 13). This main electrode wiring avoiding recess 12
Numeral 1 is provided at the same position as the main electrode lead wire 127 provided on the first glass substrate 111 so that the main electrode lead wire 127 does not contact the central substrate 110.

【0082】また、中央基板110の第2のガラス基板
112と接合される面には、既に言及したように先の主
計測凹部113及び主ボス部115と対応する位置に、
副計測凹部114及び副ボス部116が同様に形成され
ていると共に、副ボス部116と第2の接続部用切り欠
き部120との間には、両者を連通するように副電極配
線回避用凹部122が比較的浅く凹設されている(図1
5参照)。この副電極配線回避用凹部122は、第2の
ガラス基板112に設けられた副電極用引き出し配線1
31が位置すると同一の位置に配設されており、副電極
用引き出し配線131が中央基板110と接触しないよ
うにしてある。
As described above, the surface of the central substrate 110 which is to be joined to the second glass substrate 112 is located at a position corresponding to the main measurement recess 113 and the main boss 115.
The sub-measurement concave portion 114 and the sub-boss portion 116 are similarly formed, and a sub-electrode wiring avoidance is provided between the sub-boss portion 116 and the second connection portion cutout portion 120 so as to connect them. The recess 122 is relatively shallowly recessed (FIG. 1).
5). The sub-electrode wiring avoiding recess 122 is provided with the sub-electrode lead-out wiring 1 provided on the second
31 is located at the same position as the sub-electrode 31, so that the sub-electrode lead-out line 131 does not contact the central substrate 110.

【0083】一方、第1のガラス基板111の一方の
面、すなわち、中央基板110と接合される面には、中
央基板110に設けられた主ボス部115と対応する位
置に、例えばITOからなる主検出電極125が主ボス
部115の平面形状及び寸法と略同一に設けられている
(図13参照)。そして、この主検出電極125と先の
主ボス部115とによりいわゆる平板形の主コンデンサ
126が形成されるようになっている。また、主検出電
極125の一つの角部、例えば、この例では、一方の連
通路118aに最も近い角部からは、導電性部材からな
る主電極用引き出し配線127が次のように同じく導電
性部材からなる主電極用接続部128へ延設されてい
る。すなわち、主電極用引き出し配線127は、一方の
連通路118aに沿って延び、連通路118aの途中で
第1の接続部用切り欠き部119方向へ略直角に折曲さ
れて、主電極用接続部128へと延設されたものとなっ
ている(図13参照)。
On the other hand, one surface of the first glass substrate 111, that is, the surface to be joined to the central substrate 110, is formed of, for example, ITO at a position corresponding to the main boss 115 provided on the central substrate 110. The main detection electrode 125 is provided with substantially the same planar shape and dimensions as the main boss 115 (see FIG. 13). The main detection electrode 125 and the main boss 115 form a so-called flat main capacitor 126. In addition, from one corner of the main detection electrode 125, for example, in this example, from the corner closest to the one communication passage 118a, the main electrode lead-out line 127 made of a conductive member is similarly conductive as follows. It extends to the main electrode connecting portion 128 made of a member. In other words, the main electrode lead-out line 127 extends along one of the communication passages 118a, and is bent at a substantially right angle in the middle of the communication passage 118a in the direction of the first connection-portion notch 119, so that the main electrode connection It extends to the portion 128 (see FIG. 13).

【0084】また、第2のガラス基板112の一方の
面、すなわち、中央基板110と接合される面には、中
央基板110に設けられた副ボス部116と対応する位
置に、導電性部材からなる副検出電極129が副ボス部
116の平面形状及び寸法と略同一に設けられている。
そして、この副検出電極129と先の副ボス部116と
によりいわゆる平板形の参照コンデンサ130が形成さ
れるようになっている。また、この副検出電極129の
一つの角部、例えば、この例では、先に述べた第2の接
続部用切り欠き部120に最も近い角部からは、導電性
部材からなる副電極用引き出し配線131が、次のよう
に副電極用接続部132へ延設されている。すなわち、
副電極用引き出し配線131は、x軸方向に沿って副検
出電極129とは反対方向へ所定の長さだけ延設され、
そこで、導電性部材からなる副電極用接続部132方向
へ直角に折曲されて、副電極用接続部132へと延設さ
れたものとなっている。
On one surface of the second glass substrate 112, that is, the surface to be joined to the central substrate 110, the conductive member is placed at a position corresponding to the sub-boss 116 provided on the central substrate 110. The sub-detection electrode 129 is provided with substantially the same planar shape and dimensions as the sub-boss 116.
The sub-detecting electrode 129 and the sub-boss portion 116 form a so-called flat plate-shaped reference capacitor 130. In addition, from one corner of the sub-detection electrode 129, for example, in this example, the corner closest to the second connection portion cutout 120 described above, a sub-electrode lead made of a conductive material is used. The wiring 131 extends to the sub-electrode connection 132 as follows. That is,
The lead-out line 131 for the sub-electrode extends a predetermined length in the direction opposite to the sub-detection electrode 129 along the x-axis direction,
Therefore, it is bent at a right angle in the direction of the sub-electrode connecting portion 132 made of a conductive member and extended to the sub-electrode connecting portion 132.

【0085】また、この第2のガラス基板112におい
ては、副検出電極129の一方の端部近傍、すなわち、
この例では、先の副電極用引き出し配線131が延設さ
れる角部を有する側の端部近傍において、静圧導入孔1
29がz軸方向に穿設されている(図13及び図16参
照)。すなわち、静圧導入孔129は、その一方の開口
が、第2のガラス基板112に対向する側の中央基板1
10のダイヤフラム117に臨むように、また、他方の
開口が、第2のガラス基板112の外部に開口するよう
にして、他方の開口から一方の開口に向かって徐々に拡
管状態に形成されている(図16参照)。
In the second glass substrate 112, the vicinity of one end of the sub-detection electrode 129, that is,
In this example, the static pressure introduction hole 1 is provided near the end on the side having the corner where the sub electrode lead-out line 131 extends.
29 are drilled in the z-axis direction (see FIGS. 13 and 16). That is, the static pressure introduction hole 129 is formed such that one of its openings is the central substrate 1 on the side facing the second glass substrate 112.
The other opening is formed so as to gradually open from the other opening toward one opening so as to face the tenth diaphragm 117 and the other opening is opened to the outside of the second glass substrate 112. (See FIG. 16).

【0086】なお、上述した第1及び第2のガラス基板
111,112並びに中央基板110の厚み(z軸方向
の厚み)は、図13においては、便宜上略同一なものと
して示されているが、実際には、例えば、中央基板11
0の厚みが略0.3mm程度であるのに対して、第1及
び第2のガラス基板111,112は、略1mm程度に
設定されるのが好適である。一方、図16においては、
図13の場合とは逆に、第1及び第2のガラス基板11
1,112と中央基板110の厚みを相対的に示したも
のとなっている。
The thicknesses (thicknesses in the z-axis direction) of the first and second glass substrates 111 and 112 and the central substrate 110 are shown as substantially the same in FIG. 13 for convenience. In practice, for example, the central substrate 11
The thickness of the first and second glass substrates 111 and 112 is preferably set to about 1 mm while the thickness of 0 is about 0.3 mm. On the other hand, in FIG.
Contrary to the case of FIG. 13, the first and second glass substrates 11
1, 112 and the thickness of the central substrate 110 are relatively shown.

【0087】次に、上記構成における動作について図1
6及び図17を参照しつつ説明する。まず、この静電容
量型マイクロフローセンサは、流体により生ずる差圧P
dynが主コンデンサ126の静電容量C1の変化として検
出されるようになっている点は、先の図1や図4に示さ
れた例と基本的に同様である。
Next, the operation in the above configuration will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. First, this capacitance type micro flow sensor uses a differential pressure P generated by a fluid.
The point that dyn is detected as a change in the capacitance C1 of the main capacitor 126 is basically the same as in the examples shown in FIGS.

【0088】すなわち、流速検出にあたっては、連通路
118a,118bの外部への開口部分が流体の流れに
対して正対するように静電容量型マイクロフローセンサ
が流体中に配置され、図16において太線の矢印で示さ
れたようにある流速で流体が流れたものとすると、連通
路118a,118bの外部への開口部分の近傍に、い
わゆるよどみ点が生ずることとなり(図16参照)、こ
の点の圧力は、いわゆる全圧Ptotとなる。また、主計
測凹部113内の流体の圧力も同様に全圧Ptotとな
る。
That is, in detecting the flow velocity, the capacitance type micro flow sensor is arranged in the fluid such that the openings of the communication passages 118a and 118b to the outside face the flow of the fluid. If the fluid flows at a certain flow velocity as shown by the arrow, a so-called stagnation point is generated near the opening of the communication passages 118a and 118b to the outside (see FIG. 16). The pressure is the so-called total pressure Ptot. The pressure of the fluid in the main measurement concave portion 113 also becomes the total pressure Ptot.

【0089】一方、静電容量型マイクロフローセンサの
外部にあって、第1及び第2のガラス基板111,11
2の平面近傍における圧力は、静圧Pstatとなる。そし
て、副計測凹部114は、静圧導入孔129を介して静
圧状態にある外部と連通されているため、副計測凹部1
14内の圧力も静圧Pstatとなり、その結果、ダイヤフ
ラム117には、全圧Ptotと静圧Pstatとの差である
差圧Pdynが、ダイヤフラム117を主計測凹部113
側から副計測凹部114側へ押圧するように作用する。
その結果、ダイヤフラム117が主計測凹部113側か
ら副計測凹部114側へ撓むのに伴い、主検出電極12
5と主ボス部115との間隔が拡大されて主コンデンサ
126の静電容量が減少する一方、副検出電極129と
副ボス部116との間隔が狭くなり、参照コンデンサ1
30の静電容量が増大することとなる。
On the other hand, the first and second glass substrates 111 and 11 are located outside the capacitance type micro flow sensor.
The pressure near the plane 2 is the static pressure Pstat. The sub-measuring recess 114 is in communication with the outside in a static pressure state through the static pressure introducing hole 129, so that the sub-measuring recess 1
The pressure inside 14 also becomes the static pressure Pstat. As a result, a differential pressure Pdyn, which is the difference between the total pressure Ptot and the static pressure Pstat, is applied to the diaphragm 117, and the diaphragm 117 is moved to the main measurement recess 113.
It acts so as to press from the side to the sub-measurement recess 114 side.
As a result, as the diaphragm 117 bends from the main measurement recess 113 to the sub measurement recess 114, the main detection electrode 12
5 and the main boss 115 are enlarged to reduce the capacitance of the main capacitor 126, while the distance between the sub-detection electrode 129 and the sub-boss 116 is reduced, and the reference capacitor 1
30 will be increased.

【0090】差圧Pdynは、基本的には、主コンデンサ
126の静電容量C1の変化として捉えらることがで
き、さらに現実的には、後述する検出回路により、差圧
Pdynは、電圧信号として検出することができる。そし
て、流体の流速Vfと差圧Pdynとの間には、既に先の図
1に示された例で述べたように、流速Vf=α×(Ptot
−Pstat)1/2の関係がある(但しα=(2/ρ)1/2
あり、ρは流体の密度)ことから、予め差圧Pdynと流
速の関係を調べておくことで、検出回路の電圧値を基に
して流速を知ることができる。
The differential pressure Pdyn can be basically regarded as a change in the capacitance C1 of the main capacitor 126. More practically, the differential pressure Pdyn is obtained by a detection circuit described later. Can be detected as Then, between the fluid flow velocity Vf and the differential pressure Pdyn, the flow velocity Vf = α × (Ptot
−Pstat) Since there is a relationship of 1/2 (where α = (2 / ρ) 1/2 and ρ is the density of the fluid), detection is performed by checking the relationship between the differential pressure Pdyn and the flow velocity in advance. The flow velocity can be known based on the voltage value of the circuit.

【0091】ところで、この例における静電容量型マイ
クロフローセンサは、先に述べたように、よどみ点が連
通孔118a,118bの外部への開口部分に略位置す
るために、特に、図1、図4及び図5に示されたような
いわゆる2層型に比して、検出誤差がより小さなものと
なる。すなわち、従来、例えば、図1、図4及び図5に
示されたようないわゆる2層型の静電容量型マイクロフ
ローセンサでは、シリコンからなる基板(図1において
は第2の基板2が、図4においては第2の基板41がそ
れぞれ相当)が他方のガラス基板(図1においては第1
の基板1が、図4においては第1の基板40がそれぞれ
相当)に比して板厚が薄く、相対的にはシリコンからな
る基板の厚みを1とすれば、他方のガラス基板は、大凡
3倍前後に設定されたものとなっている。
As described above, in the capacitance type micro flow sensor in this example, since the stagnation point is substantially located at the opening to the outside of the communication holes 118a and 118b, as shown in FIG. The detection error is smaller than that of the so-called two-layer type shown in FIGS. That is, conventionally, for example, in a so-called two-layer capacitive microflow sensor as shown in FIGS. 1, 4 and 5, a substrate made of silicon (in FIG. 1, the second substrate 2 is In FIG. 4, the second substrate 41 corresponds to the other glass substrate (in FIG. 1, the first substrate 41 corresponds to the first substrate).
Substrate 1 is thinner than that of the first substrate 40 in FIG. 4), and if the thickness of the substrate made of silicon is relatively 1, the other glass substrate is approximately It is set to about three times.

【0092】一方、よどみ点は、静電容量型マイクロフ
ローセンサの全体の厚み、すなわち、例えば、図1の例
で言えば、z軸方向の全体の厚みに対して、略その中間
地点に生ずるものであり、従来のようないわゆる2層型
の板厚のものにおいては、よどみ点は、図1の例で言え
ば、第1のセンサ部用連通路16a,16bの外部への
開口部分よりも、むしろ第1の基板1側へずれた位置に
生ずることとなる。そのため、検出誤差が生じ、検出精
度がさほど高いものではなかった。
On the other hand, the stagnation point occurs substantially at an intermediate point with respect to the entire thickness of the capacitance type micro flow sensor, that is, for example, in the example of FIG. In a conventional so-called two-layer type plate having a thickness, the stagnation point is, in the example of FIG. 1, from the opening of the first communication passages 16 a and 16 b to the outside. Is rather generated at a position shifted toward the first substrate 1 side. Therefore, a detection error occurs and the detection accuracy is not so high.

【0093】これに対して、上述したような3層型の静
電容量型マイクロフローセンサは、連通路118a,1
18bを有する中央基板110が、略同一の板厚を有し
てなる第1及び第2のガラス基板111,112により
挟持された構造であることから、既に述べたようによど
み点は、連通路118a,118bの外部への開口部分
の近傍に生じ、そのため、従来のいわゆる2層型の静電
容量型のマイクロフローセンサに比して、検出誤差の小
さなものとなっている。
On the other hand, the three-layer capacitance type micro flow sensor as described above uses the communication paths 118a, 1
As described above, the stagnation point is caused by the communication path since the central substrate 110 having the 18b is sandwiched between the first and second glass substrates 111 and 112 having substantially the same plate thickness. It occurs near the openings of the 118a and 118b to the outside, so that the detection error is smaller than that of a conventional so-called two-layer capacitance type micro flow sensor.

【0094】一方、参照コンデンサ130は、検出回路
における誤差を抑圧するために使用される。すなわち、
先に図3に示された検出回路の場合、外部第2のコンデ
ンサ32aは、静電容量型マイクロフローセンサとは別
個のいわゆる通常の電子部品としてのコンデンサを使用
する構成であったが、この場合、静電容量型マイクロフ
ローセンサによるコンデンサと電気的特性が異なるため
に、第3のダイオード31cのカソード側の電位と、第
4のダイオード31dのアノード側の電位とにアンバラ
ンスを生じ、このため、演算増幅器34から差圧Pdyn
に対応した本来の出力電圧が得られないという不都合が
あった。したがって、図3に示された検出回路では、そ
の出力電圧の誤差が、所望する検出精度を越えるもので
ある場合には、いわゆる補償回路を付加して、誤差を抑
圧する必要があった。
On the other hand, the reference capacitor 130 is used to suppress an error in the detection circuit. That is,
In the case of the detection circuit previously shown in FIG. 3, the external second capacitor 32a is configured to use a capacitor as a so-called normal electronic component separate from the capacitance type micro flow sensor. In this case, since the electrical characteristics are different from those of the capacitor of the capacitance type micro flow sensor, an imbalance occurs between the potential on the cathode side of the third diode 31c and the potential on the anode side of the fourth diode 31d. Therefore, the differential pressure Pdyn
However, there is a disadvantage that an original output voltage corresponding to the above cannot be obtained. Therefore, in the detection circuit shown in FIG. 3, if the error of the output voltage exceeds the desired detection accuracy, it is necessary to suppress the error by adding a so-called compensation circuit.

【0095】そこで、このような欠点を解消するために
設けられたのがこの静電容量型マイクロフローセンサに
おける参照コンデンサ130である。すなわち、この静
電容量型マイクロフローセンサの検出回路としては、例
えば、図17に示されたような構成のものが好適であ
る。以下、図17を参照しつつ参照コンデンサ130の
機能と共に、この検出回路の構成、動作等について説明
する。なお、図3に示された検出回路と同一の構成要素
については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
することとし、以下、異なる点を中心に説明する。
Therefore, the reference capacitor 130 in the capacitance type micro flow sensor is provided to solve such a drawback. That is, as the detection circuit of the capacitance type micro flow sensor, for example, a configuration as shown in FIG. 17 is suitable. Hereinafter, the configuration and operation of the detection circuit will be described with reference to FIG. 17 together with the function of the reference capacitor 130. The same components as those of the detection circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, different points will be mainly described.

【0096】図17において、二点鎖線で囲まれた部分
は、3層型の静電容量型マイクロフローセンサの部分で
あり、静電容量C1の部分は、主コンデンサ126であ
り、また、静電容量CREFの部分は、参照コンデンサ1
30である。すなわち、主電極用接続部128は、第1
及び第2のダイオード31a,31bの接続点に、副電
極用接続部132は、第3及び第4のダイオード31
c,31dの接続点に、それぞれ接続される。また、中
央基板110は、図示されない適宜な箇所がアースに接
続されることで、図17においては、主コンデンサ12
6と参照コンデンサ130との接続点がアースに接続さ
れたと等価な状態となる。
In FIG. 17, the portion surrounded by the two-dot chain line is the portion of the three-layer capacitance type micro flow sensor, the portion of the capacitance C1 is the main capacitor 126, and The capacitance C REF is the reference capacitor 1
30. That is, the main electrode connecting portion 128 is
At the connection point between the second and third diodes 31a and 31b, the sub-electrode connecting portion 132 is connected to the third and fourth diodes 31a and 31b.
Connected to the connection points of c and 31d, respectively. In addition, the central substrate 110 is connected to the ground at an appropriate location (not shown), so that in FIG.
6 is equivalent to a point where the connection point between the reference capacitor 130 and the reference capacitor 130 is connected to the ground.

【0097】理解を容易とするため、例えば、主コンデ
ンサ126と参照コンデンサ130の初期値、すなわ
ち、流速が零における静電容量が共に同一であると仮定
し、かつ、流速が零の場合には、第3のダイオード31
cのカソード側の電位と、第4のダイオード31dのア
ノード側の電位が同一となるように回路定数が設定され
ているものと仮定して回路動作を説明する。かかる前提
条件の下、流速が零の場合には、演算増幅器34の出力
電圧も零となる。
For easy understanding, for example, it is assumed that the initial values of the main condenser 126 and the reference condenser 130, that is, the capacitances when the flow velocity is zero are the same, and when the flow velocity is zero, , The third diode 31
The circuit operation will be described on the assumption that the circuit constant is set such that the potential on the cathode side of c is the same as the potential on the anode side of the fourth diode 31d. Under these preconditions, when the flow velocity is zero, the output voltage of the operational amplifier 34 is also zero.

【0098】次に、ある流速が生じたとすると、主コン
デンサ126の静電容量は、差圧Pdynに応じて、換言
すれば流速に応じて初期値から減少したものとなる一
方、参照コンデンサ130の静電容量は、その流速に応
じて初期値から増大したものとなる。したがって、第3
のダイオード31cのカソード側の電位が、第4のダイ
オード31dのアノード側の電位に比して大となり、そ
の大きさは、差圧Pdynに応じたものとなる。そして、
演算増幅器34からは、第3のダイオード31cのカソ
ードと第4のダイオード31dのアノード間の電圧を差
動増幅したものが出力されることとなる。
Next, assuming that a certain flow velocity occurs, the capacitance of the main condenser 126 decreases from an initial value according to the differential pressure Pdyn, in other words, according to the flow velocity, while the capacitance of the reference condenser 130 decreases. The capacitance is increased from the initial value according to the flow velocity. Therefore, the third
The potential on the cathode side of the diode 31c is larger than the potential on the anode side of the fourth diode 31d, and the magnitude thereof is in accordance with the differential pressure Pdyn. And
The operational amplifier 34 outputs a differentially amplified voltage between the cathode of the third diode 31c and the anode of the fourth diode 31d.

【0099】演算増幅器34の出力電圧は、差圧Pdyn
に応じたものであり、流速Vfと差圧Pdynとの間には、
既に述べたようにVf=α×(Ptot−Pstat)1/2の関
係があるので、予め演算増幅器34の出力電圧と流速V
fとの関係を調べておけば、演算増幅器34の出力電圧
から流速Vfを知ることができる。
The output voltage of the operational amplifier 34 is the differential pressure Pdyn
And between the flow velocity Vf and the differential pressure Pdyn,
As described above, since there is a relationship of Vf = α × (Ptot−Pstat) 1/2 , the output voltage of the operational amplifier 34 and the flow velocity V
By examining the relationship with f, the flow velocity Vf can be known from the output voltage of the operational amplifier 34.

【0100】ここで、主コンデンサ126と参照コンデ
ンサ130とは、基本点に同様な構成であるため、例え
ば、温度等の環境変化に対する電気的特性の変化も略同
様となる。そのため、例え両者の静電容量が温度変化し
ても、両者の静電容量の比は、略同一となる。これに対
して、従来は、電気的特性が同一ではなかったため、静
電容量の比が変化し、結果的に流速の計測結果の精度低
下を招く原因となっていた。図13に示された静電容量
型マイクロフローセンサでは、上述のように主コンデン
サ126の静電容量と参照コンデンサ130の静電容量
との比が略一定となる結果、例え温度変化に伴うこれら
主コンデンサ126及び参照コンデンサ130の静電容
量の変化が生じ、それにより、演算増幅器34の出力電
圧が変化するとしても、一定の変化となるため、予め出
力電圧の温度特性を調べておけば、測定時の温度と出力
電圧とから正確な流速を知ることが可能であり、従来と
異なり、出力電圧の誤差をキャンセルするような特別な
補償回路が不要である。
Here, since the main capacitor 126 and the reference capacitor 130 have basically the same configuration, changes in electrical characteristics with respect to environmental changes such as temperature, for example, are substantially the same. Therefore, even if both capacitances change in temperature, the ratio between the two capacitances becomes substantially the same. On the other hand, in the past, since the electrical characteristics were not the same, the ratio of the capacitances changed, resulting in a decrease in the accuracy of the measurement results of the flow velocity. In the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 13, as described above, the ratio between the capacitance of the main capacitor 126 and the capacitance of the reference capacitor 130 becomes substantially constant. Even if the capacitance of the main capacitor 126 and the reference capacitor 130 changes, thereby changing the output voltage of the operational amplifier 34, the change is constant. Therefore, if the temperature characteristics of the output voltage are checked in advance, An accurate flow rate can be known from the temperature and the output voltage at the time of measurement, and a special compensation circuit for canceling an error in the output voltage is not required unlike the related art.

【0101】次に、上述した静電容量型マイクロフロー
センサに緩衝用突起を設けた例について図18を参照し
つつ説明する。この例は、主ボス部115の表面と、副
ボス部116の表面に、それぞれ複数の緩衝用突起13
5を設けたものである。この緩衝用突起135は、例え
ば、略半球状に形成されており、主ボス部115の表面
からの突起の大きさ及び副ボス部116の表面からの突
起の大きさは、例えば、主ボス部115と主検出電極1
25との通常時における間隔が10ミクロン程度である
とすると、1ミクロン程度に設定されたものとなってい
る。
Next, an example in which a buffering projection is provided on the above-mentioned capacitance type micro flow sensor will be described with reference to FIG. In this example, a plurality of buffer projections 13 are provided on the surface of the main boss 115 and the surface of the sub-boss 116, respectively.
5 is provided. The buffer protrusion 135 is formed, for example, in a substantially hemispherical shape. The size of the protrusion from the surface of the main boss portion 115 and the size of the protrusion from the surface of the sub boss portion 116 are, for example, the main boss portion. 115 and main detection electrode 1
Assuming that the interval at the normal time with the distance 25 is about 10 microns, the distance is set to about 1 micron.

【0102】ところで、この静電容量型マイクロフロー
センサ全体に外部から何らかの原因により大きな衝撃力
が加えられたり、計測限界を越える急激な流れの中に挿
入されたりした場合に、主ボス部115の平面部分全体
が主検出電極125へ、または、副ボス部116の平面
部分全体が副検出電極129へ衝突し、中央基板110
に過重な応力が生じて破損や亀裂が生ずる畏れがある。
Incidentally, when a large impact force is applied to the whole of the capacitance type micro flow sensor from the outside for some reason or inserted into a sudden flow exceeding the measurement limit, the main boss portion 115 The entire planar portion collides with the main detection electrode 125 or the entire planar portion of the sub-boss portion 116 collides with the sub-detection electrode 129, and the central substrate 110
There is a fear that excessive stress may occur to cause breakage or cracking.

【0103】上述したような緩衝用突起135がある場
合には、静電容量型マイクロフローセンサに上述のよう
な大きな衝撃力が作用した場合等が生じても、緩衝用突
起135が主検出電極125または副検出用電極129
に当接することとなり、主ボス部115全体が主検出電
極125へ、または、副ボス部116全体が副検出電極
129へ衝突するようなことがなくなるため、従来のよ
うな破損、亀裂等の発生が抑圧されることとなる。
In the case where the buffer projection 135 is provided as described above, even if the large impact force as described above is applied to the capacitance type micro flow sensor or the like, the buffer projection 135 is used as the main detection electrode. 125 or sub-detection electrode 129
And the entire main boss portion 115 does not collide with the main detection electrode 125 or the entire sub-boss portion 116 does not collide with the sub-detection electrode 129. Will be suppressed.

【0104】なお、緩衝用突起135の形状や数、さら
には、その間隔は、特定の形状等に限定される必要はな
く、任意に設定してよいものである。上述のような緩衝
用突起135は、図13に示された3層型の静電容量型
マクロフローセンサだけでなく、図1、図4及び図5の
それぞれに示された静電容量型マイクロフローセンサに
ついても同様に設けてよいものであることは勿論であ
る。
The shape and number of the buffer projections 135, and furthermore, the interval between them is not limited to a specific shape or the like, and may be set arbitrarily. The buffer projection 135 as described above can be used not only for the three-layer capacitance type macro flow sensor shown in FIG. 13 but also for the capacitance type micro flow sensor shown in FIGS. 1, 4 and 5. Needless to say, the flow sensor may be provided similarly.

【0105】次に、上述した静電容量型マイクロフロー
センサの応用例について図19乃至図23を参照しつつ
説明する。この例は、自動車用エンジンの燃料噴射装置
に用いられるインジェクタ140内の燃料の流速を計測
できるように、静電容量型マイクロフローセンサをイン
ジェクタ140に外付けしたものである。最初に、図1
9の概略構成図を参照しつつ、この外付けの構成例につ
いて説明すれば、インジェクタ140には、静電容量型
マイクロフローセンサ145を、燃料の噴射速度を検出
可能にインジェクタ140に取り付けるための外付け用
センサ固定具150が取着されている。
Next, application examples of the above-mentioned capacitance type micro flow sensor will be described with reference to FIGS. In this example, a capacitance type micro flow sensor is externally attached to the injector 140 so that the flow rate of fuel in the injector 140 used for a fuel injection device of an automobile engine can be measured. First, FIG.
9 will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. 9. In the injector 140, a capacitance type micro flow sensor 145 is attached to the injector 140 so that the fuel injection speed can be detected. An external sensor fixture 150 is attached.

【0106】この外付け用センサ固定具150は、例え
ば、インジェクタ140の燃料噴射(図示せず)側の端
部に取着される主固定具151と、静電容量型マイクロ
フローセンサ145を主固定具151の燃料通路155
に流速検出可能に保持するための副固定具152とを具
備して構成されたものとなっている。
The external sensor fixture 150 includes, for example, a main fixture 151 attached to an end of the injector 140 on the fuel injection (not shown) side and a capacitance type micro flow sensor 145. Fuel passage 155 of fixture 151
And a sub fixture 152 for holding the flow rate in a detectable manner.

【0107】そして、静電容量型マイクロフローセンサ
145からの出力信号は、検出回路141により電圧信
号に変換され、その出力電圧は、ディジタル電圧系14
2により直読可能となっている。ここで、検出回路14
1は、先に図3や図17で示された構成のもので、検出
回路141による検出動作に必要な交流信号(Esinω
t)は、信号発生器143から供給されるようになって
いる。なお、検出回路141に必要な電源電圧は、電源
回路144により供給されるようになっている。
The output signal from the capacitance type micro flow sensor 145 is converted into a voltage signal by the detection circuit 141, and the output voltage is converted to a digital voltage system 14.
2 allows direct reading. Here, the detection circuit 14
Reference numeral 1 denotes an AC signal (Esin ω) necessary for the detection operation by the detection circuit 141, which has the configuration shown in FIGS.
t) is supplied from the signal generator 143. The power supply voltage required for the detection circuit 141 is supplied by the power supply circuit 144.

【0108】次に、外付け用センサ固定具150のより
具体例な一構成例について図20乃至図23を参照しつ
つ説明する。この外付け用センサ固定具150は、内部
に中空円筒状に形成された燃料通路155を有すると共
に、副固定具152が嵌合する円筒状の副固定具嵌挿孔
156がこの燃料通路155に直交するように穿設され
てなる主固定具151と、静電容量型マイクロフローセ
ンサ145を保持した状態で、主固定具151に固定さ
れる副固定具152とから構成されたものとなっている
(図20及び図23参照)。なお、図23は、外付け用
センサ固定具150の一部縦断面図であって、副固定具
152の円柱嵌合部165を、そのセンサ固定片169
を取り外した状態で示し、他の部分を断面で表したもの
である。
Next, a more specific configuration example of the external sensor fixture 150 will be described with reference to FIGS. The external sensor fixture 150 has a hollow cylindrical fuel passage 155 therein, and a cylindrical sub-fixture insertion hole 156 into which the sub-fixture 152 is fitted is formed in the fuel passage 155. The main fixture 151 is provided so as to be orthogonal to the main fixture 151, and the auxiliary fixture 152 is fixed to the main fixture 151 while holding the capacitance type micro flow sensor 145. (See FIGS. 20 and 23). FIG. 23 is a partial vertical cross-sectional view of the external sensor fixture 150.
Is shown in a detached state, and other portions are shown in cross sections.

【0109】主固定具151は、この例では、全体形状
が大凡柱状に形成されてなり、一方の端部には、インジ
ェクタ140の燃料噴射ポンプ(図示せず)側の端部が
嵌合されるインジェクタ嵌合穴157が形成されてお
り、このインジェクタ嵌合穴157は先の燃料通路15
5に連通している。一方、主固定具151の他端は、図
示されない燃料噴射ポンプとの接続を行う接続パイプ
(図示せず)が嵌合するパイプ嵌合穴158が形成され
ており、このパイプ嵌合穴158も燃料通路155に連
通したものとなっている(図23参照)。また、この主
固定具151には、燃料通路155に直交するように、
後述する副固定具152の一部が嵌挿される円筒状の副
固定具嵌挿孔156が穿設されている(図23参照)。
In this example, the main fixture 151 is formed in a substantially columnar shape in its entirety, and one end of the main fixture 151 is fitted with an end of the injector 140 on the side of a fuel injection pump (not shown). An injector fitting hole 157 is formed, and the injector fitting hole 157 is formed in the fuel passage 15.
5 is connected. On the other hand, the other end of the main fixture 151 is formed with a pipe fitting hole 158 into which a connection pipe (not shown) for connecting to a fuel injection pump (not shown) is fitted. It communicates with the fuel passage 155 (see FIG. 23). In addition, the main fixture 151 is provided so as to be orthogonal to the fuel passage 155.
A cylindrical sub-fixture fitting insertion hole 156 into which a part of a sub-fixture 152 described later is fitted is formed (see FIG. 23).

【0110】副固定具152は、主固定具151の副固
定具嵌挿孔156に嵌挿される円柱状に形成された円柱
嵌合部165と、この円柱嵌合部165の一端に円盤状
に形成された固定用フランジ166とからなり、固定用
フランジ166の部分で主固定具151の外周面にネジ
止めされるようになっているものである(図20及び図
21参照)。なお、固定用フランジ166には、静電容
量型マイクロフローセンサ145からの配線(図示せ
ず)を外部へ引き出すための配線引出孔167が適宜な
間隔を隔てて複数穿設されている(図20参照)。
The sub fixture 152 has a columnar fitting portion 165 formed in a column shape to be inserted into the sub fixture fitting insertion hole 156 of the main fixture 151, and a disc-shaped one end of the column fitting portion 165. The fixing flange 166 is formed, and the fixing flange 166 is screwed to the outer peripheral surface of the main fixture 151 (see FIGS. 20 and 21). The fixing flange 166 is provided with a plurality of wiring extraction holes 167 for extracting wiring (not shown) from the capacitance type micro flow sensor 145 to the outside at appropriate intervals (FIG. 20).

【0111】さらに、円柱嵌合部165は、その一部が
ネジにより脱着可能となっている。すなわち、円柱嵌合
部165は、先の固定用フランジ166と一体に形成さ
れてなる本体部168と、この本体部168に対してネ
ジにより脱着可能に取着されるセンサ固定片169とか
ら構成されたものとなっており、本体部168とセンサ
固定片169との間に、静電容量型マイクロフローセン
サ145が固定されるようになっているものである(図
21参照)。
Further, a part of the column fitting portion 165 is detachable with a screw. That is, the column fitting portion 165 includes a main body 168 integrally formed with the fixing flange 166 and a sensor fixing piece 169 detachably attached to the main body 168 by a screw. The capacitance type micro flow sensor 145 is fixed between the main body 168 and the sensor fixing piece 169 (see FIG. 21).

【0112】センサ固定片169は、全体形状が半円柱
状に形成されており、本体部168との接合面には、こ
のセンサ固定片169の短手軸方向(図22において紙
面上下方向)に半円柱状の第1の半円柱状溝170が形
成されており、本体部168側に同様に形成された第2
の半円柱状溝171と共に、主固定具151の燃料通路
155の一部をなすようになっている。すなわち、主固
定具151と副固定具152とを図20に示されたよう
に組み上げた状態において、第1の半円柱状溝170と
第2の半円柱状溝171とからなる円筒状の部位は、主
固定具151の燃料通路155と連通するような位置に
形成されている(図23参照)。
The sensor fixing piece 169 is formed in a semi-cylindrical shape in its entirety. A first semi-cylindrical groove 170 having a semi-cylindrical shape is formed, and a second semi-cylindrical groove 170 similarly formed on the body portion 168 side is formed.
And a part of the fuel passage 155 of the main fixture 151 together with the semi-cylindrical groove 171. That is, in a state where the main fixing member 151 and the sub fixing member 152 are assembled as shown in FIG. Are formed so as to communicate with the fuel passage 155 of the main fixture 151 (see FIG. 23).

【0113】さらに、センサ固定片169の本体部16
8との接合面には、静電容量型マイクロフローセンサ1
45の両側部が嵌合する固定片側第1の嵌合段部172
及び固定片側第2の嵌合段部173が第1の半円柱状溝
170の脇に、第1の半円柱状溝170に連通するよう
に形成されている(図22参照)。そして、本体部16
8側にも同様に、本体部側第1の嵌合段部174及び本
体部側第2の嵌合段部175が形成されており(図21
参照)、先の固定片側第1の嵌合段部172と本体部側
第1の嵌合段部174とで、静電容量型マイクロフロー
センサ145の一方の側部が、固定片側第2の嵌合段部
173と本体部側第2の嵌合段部175とで静電容量型
マイクロフローセンサ145の他方の側部が、それぞれ
挟持されるようになっている。
Further, the main body 16 of the sensor fixing piece 169
8, a capacitance type micro flow sensor 1
45, one-sided first fitting step portion 172 to which both side portions are fitted.
In addition, a fixed one-side second fitting step 173 is formed beside the first semi-cylindrical groove 170 so as to communicate with the first semi-cylindrical groove 170 (see FIG. 22). And the main body 16
Similarly, a first fitting step 174 on the main body side and a second fitting step 175 on the main body side are formed on the eighth side.
), The one side of the electrostatic capacity type micro flow sensor 145 is fixed to the fixed one side second fitting step portion 172 and the main body side first fitting step portion 174. The other side of the capacitance type micro flow sensor 145 is sandwiched between the fitting step 173 and the second fitting step 175 on the main body side.

【0114】なお、固定片側第2の嵌合段部173の適
宜な位置からは、センサ固定片169が本体部168に
取着された際に固定用フランジ166側に位置する端部
へ向かって、静電容量型マイクロフローセンサ145か
らの配線(図示せず)を外部へ引き出すための配線逃が
し溝176が凹設されている(図22参照)。一方、本
体部168側の固定用フランジ166の中央部には、複
数の配線逃がし穴177が形成されており(図21参
照)、先の配線逃がし溝176を介して引き出された静
電容量型マイクロフローセンサ145からの配線は、こ
の配線逃がし穴177を介して先の複数の配線引出孔1
67から外部へ引き出せるようになっている(図20参
照)。
It is to be noted that when the sensor fixing piece 169 is attached to the main body 168, the sensor fixing piece 169 is moved from an appropriate position of the fixing half-side second fitting step 173 toward an end located on the fixing flange 166 side. In addition, a wiring escape groove 176 for drawing out a wiring (not shown) from the capacitance type micro flow sensor 145 to the outside is recessed (see FIG. 22). On the other hand, a plurality of wiring escape holes 177 are formed at the center of the fixing flange 166 on the main body 168 side (see FIG. 21), and the electrostatic capacitance type drawn out through the wiring escape groove 176 earlier. The wiring from the micro flow sensor 145 is connected to the plurality of wiring lead holes 1 through the wiring escape holes 177.
It can be pulled out from the space 67 (see FIG. 20).

【0115】なお、図21においては、簡便のため、静
電容量型マイクロフローセンサ145が簡略化して示さ
れているが、この静電容量型マイクロフローセンサ14
5は、先の図1、図4、図5または図13に示されたい
ずれのものであってもよい。
In FIG. 21, the capacitance type micro flow sensor 145 is simplified for simplicity.
5 may be any of those shown in FIG. 1, FIG. 4, FIG. 5, or FIG.

【0116】なお、何れの静電容量型マイクロフローセ
ンサを用いるにしても、共通することは、副固定具15
2に取り付ける際には、連通路(例えば、図13の例で
言えば連通路118a,118b)を、第1及び第2の
半円柱状溝170,171の径方向に直交する方向(図
21において紙面表裏方向)、換言すれば、主固定具1
51に取着された際に、燃料通路155に沿う方向とな
るように、本体部168とセンサ固定片169との間に
固定する。
Regardless of which capacitance type micro flow sensor is used, what is common is that
When mounting the first and second semi-cylindrical grooves 170 and 171 in the direction perpendicular to the radial direction of the first and second semi-cylindrical grooves 170 and 171 (FIG. 21). At the front and back of the paper), in other words, the main fixture 1
When it is attached to 51, it is fixed between the main body 168 and the sensor fixing piece 169 so as to be in a direction along the fuel passage 155.

【0117】そして、副固定具152へ固定が済んだ後
は、副固定具152の円柱嵌合部165を主固定具15
1の副固定具嵌挿孔156へ挿入し、静電容量型マイク
ロフローセンサ145の連通孔(図示せず)がインジェ
クタ140側へ向くように位置せしめ、所定の箇所のネ
ジ止めにより副固定具152が主固定具151に固定さ
れ、外付け用センサ固定具150が組み上げられるよう
になっている。
After the fixing to the sub fixture 152 is completed, the column fitting portion 165 of the sub fixture 152 is attached to the main fixture 15.
1 is inserted into the sub-fixture fitting insertion hole 156, and the communication hole (not shown) of the capacitance type micro flow sensor 145 is positioned so as to face the injector 140 side. 152 is fixed to the main fixture 151, and the external sensor fixture 150 is assembled.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上、述べたように、請求項1記載の発
明によれば、2つのセンサを一体に設けたので、2方向
での流速計測が可能となり、特に、請求項2記載のよう
に構成する場合には、逆方向の流速検出が可能となり、
従来に比してより実用性のある静電容量型マイクロフロ
ーセンサを提供することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since two sensors are provided integrally, the flow velocity can be measured in two directions. In the case of the configuration, it is possible to detect the flow velocity in the reverse direction,
It is possible to provide a capacitance-type micro flow sensor that is more practical than before.

【0119】請求項3記載の発明によれば、流速を検出
するためのコンデンサと基本的に同一の部材からなる固
定値のコンデンサを設け、これを検出回路において用い
ることができるようにしたので、検出回路において、全
く別個の電気的特性を有するコンデンサと組み合わせて
いた従来と異なり、電気的特性の同様なものとの組み合
わせによる検出回路を構成することができ、そのため、
仮に雰囲気温度の変化等による検出回路の出力に対する
影響を、従来に比して抑圧することができ、より信頼性
の高い計測結果を得ることができる。
According to the third aspect of the present invention, a fixed-value capacitor made of basically the same member as the capacitor for detecting the flow velocity is provided, and this can be used in the detection circuit. In the detection circuit, unlike the conventional case where the capacitor is combined with a capacitor having completely different electric characteristics, a detection circuit can be configured by a combination with a similar one having electric characteristics.
It is possible to suppress the influence on the output of the detection circuit due to a change in the ambient temperature or the like as compared with the related art, and to obtain a more reliable measurement result.

【0120】請求項4記載の発明によれば、第2の電極
からの電気力線の漏洩を抑圧することができるので、上
記請求項3記載の効果に加えて、いわゆる浮遊容量の発
生を抑圧することができ、そのため、より信頼性の高い
静電容量型マイクロフローセンサを提供することができ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, the leakage of the electric flux lines from the second electrode can be suppressed, and in addition to the effect of the third aspect, the generation of so-called stray capacitance is suppressed. Therefore, a more reliable capacitance type micro flow sensor can be provided.

【0121】請求項5記載の発明によれば、いわゆる3
層構造とすることで、静電容量型マイクロフローセンサ
の内部へ通ずる連通路の開口部分に、よどみ点が生ずる
ようにしたので、従来と異なり、静電容量型マイクロフ
ローセンサ内部の圧力を正確にいわゆる全圧状態とする
ことができ、より正確な流速計測が可能となり、信頼性
の高い静電容量型マイクロフローセンサを提供すること
ができるものである。
According to the fifth aspect of the invention, the so-called 3
A stagnation point is created at the opening of the communication passage leading to the inside of the capacitance type micro flow sensor by adopting a layer structure, so that the pressure inside the capacitance type micro flow sensor can be accurately measured unlike the conventional model. In this case, a so-called total pressure state can be attained, and more accurate flow velocity measurement can be performed, so that a highly reliable capacitance type micro flow sensor can be provided.

【0122】請求項6及び7記載の発明によれば、上記
請求項5記載の効果に加え、突起を主ボス部または副ボ
ス部に設けたことで、主ボス部の平面部分全体が主検出
電極に、または、副ボス部の平面部分全体が副検出電極
に衝突するようなことが防止され、衝撃に弱いシリコン
からなる主ボス部や副ボス部の保護を図ることができ、
従来に比してより長寿命化を図ることができる。
According to the sixth and seventh aspects of the invention, in addition to the effect of the fifth aspect, the projection is provided on the main boss portion or the sub boss portion, so that the entire plane portion of the main boss portion is main detected. The electrode, or the entire flat portion of the sub-boss portion is prevented from colliding with the sub-detection electrode, and the main boss portion and the sub-boss portion made of silicon that is vulnerable to impact can be protected.
The service life can be further extended as compared with the related art.

【0123】請求項8記載の発明によれば、シリコンエ
ッチングの際に、シリコンの掘り下げの大きさを、シリ
コンエッチングの時間によって決定するようにしたの
で、比較的簡便に掘り下げの大きさを調整することがで
き、製造手順の簡略化を図ることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, since the size of the silicon digging is determined by the time of the silicon etching during the silicon etching, the size of the digging is adjusted relatively easily. And the manufacturing procedure can be simplified.

【0124】請求項9記載の発明によれば、既存の燃料
通路において簡便に静電容量型マイクロフローセンサに
よる燃料流速を計測できるような構成とすることによ
り、インジェクタにこの外付け用固定具を取り付けるだ
けで、静電容量型マイクロフローセンサによる流速計測
を可能とし、既存の燃料噴射装置に対して他の改造を施
すことがなく、簡便な取り付けができるものである。
According to the ninth aspect of the present invention, the external fixture is provided on the injector by adopting a configuration in which the fuel flow rate can be easily measured by the capacitance type micro flow sensor in the existing fuel passage. Simply by attaching, the flow rate can be measured by the capacitance type micro flow sensor, and the existing fuel injection device can be easily attached without any other modification.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】二方向の流速計測用の静電容量型マイクロフロ
ーセンサの一構成例を示す分解状態における全体斜視図
である。
FIG. 1 is an overall perspective view showing an example of a configuration of a capacitance type micro flow sensor for measuring flow velocity in two directions in an exploded state.

【図2】図1のA−A線に沿って静電容量型マイクロフ
ローセンサを切断した場合の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view when the capacitance type micro flow sensor is cut along the line AA in FIG.

【図3】検出回路の一回路構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of a detection circuit.

【図4】参照電極及びガードリング電極を有する静電容
量型マイクロフローセンサの一構成例を示す分解状態に
おける全体斜視図である。
FIG. 4 is an overall perspective view showing an example of a configuration of a capacitance type micro flow sensor having a reference electrode and a guard ring electrode in an exploded state.

【図5】2層型の静電容量型マイクロフローセンサの一
構成例を示す分解状態における全体斜視図である。
FIG. 5 is an overall perspective view showing an example of a configuration of a two-layer capacitance type micro flow sensor in an exploded state.

【図6】図5に示された静電容量型マイクロフローセン
サのxy平面における平面図である。
6 is a plan view in the xy plane of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG.

【図7】図5に示された静電容量型マイクロフローセン
サの製造手順を模式的に示す図であり、第2の基板の製
造手順の前半部分を示す模式図である。
FIG. 7 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5, and is a schematic view showing a first half of a manufacturing procedure of the second substrate.

【図8】図5に示された静電容量型マイクロフローセン
サの製造手順を模式的に示す図であり、第2の基板の製
造手順の後半部分を示す模式図である。
FIG. 8 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5, and is a schematic view showing a latter half of the manufacturing procedure of the second substrate.

【図9】図5に示された静電容量型マイクロフローセン
サの製造手順を模式的に示す図であり、第2の基板の製
造手順の後半部分を示す模式図である。
FIG. 9 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5, and is a schematic view showing a latter half of the manufacturing procedure of the second substrate.

【図10】図5に示された静電容量型マイクロフローセ
ンサの製造手順を模式的に示す図であり、第1の基板の
製造手順の前半部分を示す模式図である。
FIG. 10 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5, and is a schematic view showing a first half of a manufacturing procedure of the first substrate.

【図11】図5に示された静電容量型マイクロフローセ
ンサの製造手順を模式的に示す図であり、第1の基板の
製造手順の後半部分を示す模式図である。
FIG. 11 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG. 5, and is a schematic view showing a latter half of the manufacturing procedure of the first substrate.

【図12】図5に示された静電容量型マイクロフローセ
ンサの製造手順を模式的に示す図であり、第1及び第2
の基板の接合部分を示す模式図である。
FIG. 12 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the capacitance type micro flow sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing a bonding portion of a substrate.

【図13】3層型の静電容量型マイクロフローセンサの
一構成例を示す分解状態における全体斜視図である。
FIG. 13 is an overall perspective view showing an example of a configuration of a three-layer capacitance type micro flow sensor in an exploded state.

【図14】図13のC−C線に沿って中央基板を切断し
た場合の断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view when the center substrate is cut along the line CC of FIG. 13;

【図15】中央基板を下側から見た場合の全体斜視図で
ある。
FIG. 15 is an overall perspective view when the central substrate is viewed from below.

【図16】図13のC−C線に沿って静電容量型マイク
ロフローセンサを切断した場合の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the capacitance type micro flow sensor cut along the line CC in FIG. 13;

【図17】図13に示された静電容量型マイクロフロー
センサに適する検出回路の一回路構成例を示す回路図で
ある。
17 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a detection circuit suitable for the capacitance type micro flow sensor shown in FIG.

【図18】緩衝用突起の配設例を模式的に示す模式図で
ある。
FIG. 18 is a schematic view schematically showing an example of disposing a buffer projection.

【図19】燃料噴射用のインジェクタにおける燃料の流
速計測に静電容量型マイクロフローセンサを用いる場合
の概略構成図である。
FIG. 19 is a schematic configuration diagram in the case of using a capacitance type micro flow sensor for measuring the flow velocity of fuel in an injector for fuel injection.

【図20】静電型マイクロフローセンサをインジェクタ
に外付けするための外付け用固定具の全体斜視図であ
る。
FIG. 20 is an overall perspective view of an external fixing tool for externally attaching the electrostatic micro flow sensor to the injector.

【図21】図20に示された外付け用固定具を構成する
副固定具の一構成例における分解斜視図である。
21 is an exploded perspective view of a configuration example of a sub-fixing tool constituting the external fixing tool illustrated in FIG. 20;

【図22】図21に示された副固定具に用いられるセン
サ固定片の本体部との接合面における平面図である。
FIG. 22 is a plan view of a sensor fixing piece used in the sub-fixing tool shown in FIG. 21 at a joint surface with a main body.

【図23】図20に示された外付け用固定具の部分縦断
面図である。
FIG. 23 is a partial longitudinal sectional view of the external fixture shown in FIG. 20;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…第1の検出電極 6…第2の検出電極 10…第1の計測凹部 11…第2の計測凹部 13a,13b…ダイヤフラム 15…第1のボス部 20…第2のボス部 42…計測凹部 44…ダイヤフラム 45…ボス部 49…検出電極 53…参照電極 54…ガードリング電極 115…主ボス部 116…副ボス部 117…ダイヤフラム 125…主検出電極 129…副検出電極 133…静圧導入孔 151…主固定具 152…副固定具 165…円柱嵌合部 166…固定用フランジ 169…センサ固定片 5 First detection electrode 6 Second detection electrode 10 First measurement recess 11 Second measurement recess 13a, 13b Diaphragm 15 First boss 20 Second boss 42 Measurement Concave part 44 ... Diaphragm 45 ... Boss part 49 ... Detection electrode 53 ... Reference electrode 54 ... Guard ring electrode 115 ... Main boss part 116 ... Sub boss part 117 ... Diaphragm 125 ... Main detection electrode 129 ... Sub detection electrode 133 ... Static pressure introduction hole 151: Main fixture 152: Secondary fixture 165: Column fitting part 166: Fixing flange 169: Sensor fixing piece

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性部材からなる第1の基板と、半導
体部材からなる第2の基板とが接合されてなり、 前記第1の基板の前記第2の基板との対向面には、導電
性部材からなる第1及び第2の電極がそれぞれ配設され
る一方、 前記第2の基板の前記第1の基板との対向面側には、前
記第1の電極と所定間隙を介して対向する第1のボス部
と、前記第2の電極と所定間隙を介して対向する第2の
ボス部がそれぞれ設けられると共に、 前記第1のボス部の周囲には、底部がダイヤフラムとな
るよう第1の凹部が、前記第2のボス部の周囲には、底
部がダイヤフラムとなるよう第2の凹部が、それぞれ凹
設され、かつ、この第1の凹部と第2の凹部とを分離す
る隔壁がこれら第1の凹部と第2の凹部との間に形成さ
れ、 さらに、前記第1の凹部と外部とを連通する第1の連通
路が、前記第2の凹部と外部とを連通する第2の連通路
が、それぞれ形成されてなり、 前記第1の凹部における圧力と外部との圧力差に応じて
生ずる前記第1の電極と前記第1の主ボス部とにより構
成される第1のコンデンサの静電容量の変化及び前記第
2の電極と前記第2のボス部とにより構成される第2の
コンデンサの静電容量の変化が、それぞれ検出可能に構
成されてなることを特徴とする静電容量型マイクロフロ
ーセンサ。
1. A first substrate made of an insulating member and a second substrate made of a semiconductor member are joined to each other, and a conductive surface of the first substrate facing the second substrate is electrically conductive. A first electrode and a second electrode, each of which is made of a conductive member, are respectively disposed, and a second substrate is opposed to the first electrode on a side facing the first substrate via a predetermined gap. A first boss portion and a second boss portion facing the second electrode with a predetermined gap therebetween are provided, and a first boss portion is provided around the first boss portion so that a bottom portion becomes a diaphragm. A first recess is provided around the second boss portion, and second recesses are respectively provided so that a bottom portion becomes a diaphragm, and a partition for separating the first recess from the second recess. Is formed between the first concave portion and the second concave portion, and further, the first concave portion and the second concave portion are formed. A first communication passage communicating with the second recess is formed, and a second communication passage communicating the second recess with the outside is formed. The pressure difference between the pressure in the first recess and the outside is reduced. A change in the capacitance of a first capacitor formed by the first electrode and the first main boss portion, and a change in the capacitance of the second capacitor formed by the second electrode and the second boss portion. A capacitance type micro flow sensor characterized in that a change in capacitance of the second capacitor can be detected.
【請求項2】第1の連通路の外部への開口と第2の連通
路の外部への開口とが互いに逆方向に臨むように形成さ
れ、逆方向の流速検出を可能としたことを特徴とする請
求項1記載の静電容量型マイクロフローセンサ。
2. The method according to claim 1, wherein the opening of the first communication passage to the outside and the opening of the second communication passage to the outside are formed so as to face in opposite directions, thereby enabling detection of the flow velocity in the opposite direction. The capacitance type micro flow sensor according to claim 1, wherein
【請求項3】 絶縁性部材からなる第1の基板と、半導
体部材からなる第2の基板とが接合されてなり、 前記第1の基板の前記第2の基板との対向面には、導電
性部材からなる第1の電極が配設される一方、 前記第2の基板の前記第1の基板との対向面側には、前
記第1の電極と所定間隙を介して対向するボス部が設け
られる共に、 前記第1のボス部の周囲には、底部がダイヤフラムとな
るよう凹部が形成され、 さらに、前記凹部と外部とを連通する連通路が形成され
てなり、 前記凹部における圧力と外部との圧力差に応じて生ずる
前記電極と前記ボス部とにより構成されるコンデンサの
静電容量の変化が検出可能に構成されてなる静電容量型
マイクロフローセンサであって、 前記凹部の周囲の平面部分が、当該平面部分と対向する
第1の基板と所定の間隙が生ずる厚みに形成されてなる
一方、この平面部分に対向する前記第1の基板の部位に
は、第2の電極が配設され、 前記第2の電極は、その面積が前記第1の電極と同一に
設定されて、前記凹部の周囲に形成された前記平面部分
との間に生ずる所定の静電容量が出力可能に構成されて
なるものであることを特徴とする静電容量型マイクロフ
ローセンサ。
3. A first substrate made of an insulating member and a second substrate made of a semiconductor member are joined to each other, and a conductive surface of the first substrate facing the second substrate is provided. While a first electrode made of a conductive member is provided, a boss portion facing the first electrode via a predetermined gap is provided on a side of the second substrate facing the first substrate. A recess is formed around the first boss portion so that a bottom portion becomes a diaphragm, and a communication passage communicating the recess with the outside is formed. A capacitance microflow sensor configured to be able to detect a change in capacitance of a capacitor formed by the electrode and the boss portion, which is generated according to a pressure difference between the electrode and the boss portion. A first plane portion facing the first plane portion; A second electrode is provided on a portion of the first substrate facing the plane portion, while the second electrode has an area which is formed to have a predetermined gap with the substrate. A predetermined capacitance which is set to be the same as that of the first electrode and which is generated between the first electrode and the flat portion formed around the concave portion; Capacitive micro flow sensor.
【請求項4】 凹部の周囲に第1の基板と所定の間隙を
生ずるよう形成された平面部分と対向するようにして、
かつ、第2の電極を囲むように第3の電極が第1の基板
に設けられ、当該第3の電極は、外部において所定の電
位に保持されて、ガードリングとして用いられるよう構
成されてなることを特徴とする請求項3記載の静電容量
型マイクロフローセンサ。
And a flat portion formed around the concave portion so as to form a predetermined gap with the first substrate.
In addition, a third electrode is provided on the first substrate so as to surround the second electrode, and the third electrode is configured to be held at a predetermined potential outside and used as a guard ring. The capacitance type micro flow sensor according to claim 3, wherein:
【請求項5】 絶縁性部材からなる第1及び第2の基板
と、半導体部材からなる中央基板とを具備し、前記第1
及び第2の基板により前記中央基板が挟持されるようこ
れら第1及び第2の基板と中央基板とが接合され、 前記第1の基板の前記中央基板との対向面には、導電性
部材からなる主検出電極が配設され、 前記第2の基板の前記中央基板との対向面には、導電性
部材からなる副検出電極が配設され、 前記中央基板の前記第1の基板との対向面には、前記主
検出電極と所定の間隙を介して対向する主ボス部が設け
られ、この主ボス部の周囲には、底部がダイヤフラムと
なるように主計測凹部が形成されると共に、この主計測
凹部と外部とを連通する連通路が形成される一方、 前記中央基板の前記第2の基板との対向面には、前記副
検出電極と所定間隔を介して対向する副ボス部が前記主
ボス部と反対側に設けられ、この副ボス部の周囲であっ
て、かつ、前記主計測凹部の反対側には前記主計測凹部
と同様に副計測凹部が凹設され、 前記第2の基板には、一方の開口部分が前記副計測凹部
に、他方の開口部分が外部に開口する静圧導入孔が穿設
され、 前記主計測凹部における圧力と外部との圧力差に応じて
生ずる前記主検出電極と前記主ボス部とにより構成され
る第1のコンデンサの静電容量の変化及び前記副検出電
極と前記副ボス部とにより構成される第2のコンデンサ
の静電容量の変化が、それぞれ検出可能に構成されてな
ることを特徴とする静電容量型マイクロフローセンサ。
5. A semiconductor device comprising: first and second substrates made of an insulating member; and a central substrate made of a semiconductor member.
And the first and second substrates and the central substrate are joined so that the central substrate is sandwiched between the first substrate and the second substrate. The surface of the first substrate facing the central substrate includes a conductive member. A main detection electrode is provided, and a sub-detection electrode made of a conductive member is provided on a surface of the second substrate facing the central substrate. The main substrate is opposed to the first substrate. A main boss portion facing the main detection electrode via a predetermined gap is provided on the surface, and a main measurement concave portion is formed around the main boss portion so that a bottom portion becomes a diaphragm. A communication passage communicating the main measurement concave portion and the outside is formed, and a sub boss portion facing the sub detection electrode at a predetermined interval is provided on a surface of the central substrate facing the second substrate. It is provided on the opposite side to the main boss, around this sub boss, And, on the opposite side of the main measurement recess, a sub measurement recess is provided in the same manner as the main measurement recess. On the second substrate, one opening is provided in the sub measurement recess and the other opening is provided. A static pressure introducing hole which is open to the outside is formed, and the electrostatic capacitance of a first capacitor formed by the main detection electrode and the main boss portion generated according to a pressure difference between the pressure in the main measurement recess and the outside. A change in capacitance and a change in capacitance of a second capacitor formed by the sub-detection electrode and the sub-boss portion are configured to be detectable, respectively. .
【請求項6】 主ボス部の主検出電極との対向面に、前
記主ボス部と前記主検出電極との間隙より小さな複数の
突起を設けたことを特徴とする請求項5記載の静電容量
型マイクロフローセンサ。
6. The electrostatic device according to claim 5, wherein a plurality of projections smaller than a gap between the main boss and the main detection electrode are provided on a surface of the main boss facing the main detection electrode. Capacitive micro flow sensor.
【請求項7】 副ボス部の副検出電極との対向面に、前
記副ボス部と前記副検出電極との間隙より小さな複数の
突起を設けたことを特徴とする請求項5または6記載の
静電容量型マイクロフローセンサ。
7. The sub-boss portion according to claim 5, wherein a plurality of projections smaller than a gap between the sub-boss portion and the sub-detection electrode are provided on a surface of the sub-boss portion facing the sub-detection electrode. Capacitive micro flow sensor.
【請求項8】 絶縁性部材からなる第1の基板と、半導
体部材からなる第2の基板とが接合されてなり、 前記第1の基板の前記第2の基板との対向面には、導電
性部材からなる検出電極が配設され、 前記第2の基板の前記第1の基板との対向面には、前記
検出電極と所定の間隙を介して対向するボス部が設けら
れ、このボス部の周囲には、底部がダイヤフラムとなる
ように計測凹部が形成されると共に、この計測凹部と外
部とを連通する連通路が形成され、 前記計測凹部における圧力と外部との圧力差に応じて生
ずる前記検出電極と前記ボス部とにより構成されるコン
デンサの静電容量の変化が検出可能に構成されてなる静
電容量型マイクロフローセンサの製造方法であって、 前記第1の基板を製造する第1の基板製造工程と、 前記第2の基板を製造する第2の基板製造工程と、 前記第1の基板製造工程により製造された第1の基板と
前記第2の基板製造工程により製造された第2の基板と
を、陽極接合により接合する接合工程とからなり、 前記第1の基板製造工程は、 所定の形状寸法に形成されたシリコンウェハの両面に酸
化膜を形成し、当該酸化膜上にレジストを塗布し、フォ
トリソグラフィ法により前記ボス部及び計測凹部となる
部位の前記レジストを除去し、さらに、当該レジストが
除去された部位の酸化膜を除去した後、残されたレジス
タを全て除去し、残された酸化膜を保護膜として前記酸
化膜が除去された部位に対してシリコンエッチングを所
定時間施して、前記ボス部と第1の基板に設けられる検
出基板との間隙に対応する所定の深さだけシリコンを除
去する第1の工程と、 前記第1の工程終了後、シリコンウェハの両面に酸化膜
を再度形成し、当該酸化膜上にレジストを塗布し、フォ
トリソグラフィ法により前記計測凹部となる部位の前記
レジストを除去し、さらに、当該レジストが除去された
部位の酸化膜を除去した後、残されたレジストを全て除
去し、残された酸化膜を保護膜として前記酸化膜が除去
された部位に対してシリコンエッチングを所定時間施し
て、所望の深さを有する計測凹部を形成する第2の工程
とを有してなり、 前記第2の基板製造工程は、ガラス基板の一方の面にレ
ジストを塗布し、前記検出電極が設けられる部位のレジ
ストをフォトリソグラフィ法により除去した後、この一
方の面の全面にITOを蒸着し、その後、レジストに蒸
着されたITOを当該レジストと共にリフトオフにより
除去して前記検出電極を形成する工程を有してなること
を特徴とする静電容量型マイクロフローセンサの製造方
法。
8. A first substrate made of an insulating member and a second substrate made of a semiconductor member are joined to each other, and a conductive surface of the first substrate facing the second substrate is provided. A detection electrode formed of a conductive member, a boss portion facing the detection electrode via a predetermined gap is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate; A measurement recess is formed around the bottom so that the bottom becomes a diaphragm, and a communication path communicating the measurement recess with the outside is formed. The communication passage is generated according to a pressure difference between the pressure in the measurement recess and the outside. A method for manufacturing a capacitance type micro flow sensor configured to be able to detect a change in capacitance of a capacitor formed by the detection electrode and the boss portion, the method comprising manufacturing the first substrate. (1) a substrate manufacturing process; A second substrate manufacturing step of manufacturing a board; and bonding the first substrate manufactured by the first substrate manufacturing step and the second substrate manufactured by the second substrate manufacturing step by anodic bonding The first substrate manufacturing process includes forming an oxide film on both surfaces of a silicon wafer formed in a predetermined shape and dimensions, applying a resist on the oxide film, and performing photolithography. After removing the resist in the portion to be the boss portion and the measurement concave portion, and further removing the oxide film in the portion where the resist has been removed, all the remaining registers are removed, and the remaining oxide film is used as a protective film Silicon etching is performed on the portion from which the oxide film has been removed for a predetermined time to remove silicon by a predetermined depth corresponding to a gap between the boss portion and a detection substrate provided on the first substrate. Step 1 and after the first step, an oxide film is formed again on both surfaces of the silicon wafer, a resist is applied on the oxide film, and the resist at a portion to be the measurement concave portion is removed by photolithography. Further, after removing the oxide film at the portion where the resist has been removed, all the remaining resist is removed, and the remaining oxide film is used as a protective film to perform silicon etching on the portion where the oxide film has been removed. And a second step of forming a measurement concave portion having a desired depth by applying a resist to one surface of a glass substrate, After removing the resist at the portion where the detection electrode is provided by photolithography, ITO is deposited on the entire surface of one of the surfaces, and then the ITO deposited on the resist is removed together with the resist. Method of manufacturing the capacitive micro-flow sensor characterized by comprising a step of forming the detection electrode was removed by-off.
【請求項9】 燃料噴射装置に用いられるインジェクタ
内における燃料の流速を計測するための静電容量型マク
ロフローセンサを前記インジェクタに外付けするための
静電容量型マクロフローセンサの外付け用固定具であっ
て、 主固定具と副固定具とを具備してなり、 前記主固定具は、中空円筒状に形成された燃料通路を有
し、その一端には、前記インジェクタの端部が嵌合され
るインジェクタ嵌合穴が、他端には、燃料噴射ポンプへ
接続されるパイプの一端が嵌合されるパイプ嵌合穴が、
それぞれ形成される共に、前記燃料通路と直交する方向
に前記副固定具が嵌挿される副固定具嵌挿孔が形成され
てなり、 前記副固定具は、前記副固定具嵌挿孔に嵌挿される円柱
状に形成された円柱嵌合部を有し、当該円柱嵌合部は、
その一部の半円柱状の部位が着脱自在に構成されたセン
サ固定片とされてなり、このセンサ固定片と、このセン
サ固定片が取着される部位の間に、前記燃料通路の一部
をなすように、それぞれ半円柱状の溝が形成され、か
つ、前記センサ固定片と、前記センサ固定片が取着され
る部位との間に静電容量型マイクロフローセンサが挟持
されるよう構成されてなるものであることを特徴とする
静電容量型マクロフローセンサの外付け用固定具。
9. An external fixation of a capacitance type macro flow sensor for externally attaching a capacitance type macro flow sensor for measuring a flow velocity of fuel in an injector used in a fuel injection device to the injector. A main fixing tool and a sub fixing tool, wherein the main fixing tool has a fuel passage formed in a hollow cylindrical shape, and one end of which is fitted with an end of the injector. The injector fitting hole to be fitted, the other end has a pipe fitting hole into which one end of a pipe connected to the fuel injection pump is fitted,
Each of the sub-fixtures is formed and formed with a sub-fixture fitting hole in which the sub-fixture is fitted in a direction orthogonal to the fuel passage. The sub-fixture is fitted into the sub-fixture fitting hole. Having a cylindrical fitting portion formed in a cylindrical shape,
A part of the semi-cylindrical portion is a detachably configured sensor fixing piece, and a part of the fuel passage is provided between the sensor fixing piece and the portion where the sensor fixing piece is attached. And a semi-cylindrical groove is formed, and a capacitance type micro flow sensor is sandwiched between the sensor fixing piece and a portion to which the sensor fixing piece is attached. An external fixture for an electrostatic capacitance type macro flow sensor, wherein the external fixture is provided.
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