WO2015015819A1

WO2015015819A1 - 熱式流量計

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Publication number: WO2015015819A1
Application number: PCT/JP2014/052602
Authority: WO
Inventors: 佐藤　亮
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JP5968279B2; JP2015031580A

Abstract

　被計測気体の流量を演算する集積回路に熱応力が起因した歪が発生した場合であっても、計測精度のバラつきを抑えることができる熱式流量計を提供するために、熱式流量計は、流量検出素子２４と、流量検出素子２４からの出力信号に基づいて被計測気体の流量を演算する集積回路２３と、が搭載された回路パッケージ２０を備えている。回路パッケージ２０を収納するとともに前記副通路が形成されたケーシング３０と、を備えている。集積回路２３は、抵抗体６４ａを有した発振器６４を備えている。発振器６４の抵抗体６４ａに隣接した位置には、抵抗体６４ａに発生する歪量を検出する歪量検出部６６が配置されている。集積回路２３は、歪量検出部２３からの検出された歪量に基づいて、発振器６４の出力値を補正する出力値補正部６３ｂをさらに備える。

Description

熱式流量計

　本発明は熱式流量計に関する。

　空気の流量を計測する熱式流量計は、空気流量を計測するための流量検出素子を備え、前記流量検出素子と計測対象である前記気体との間で熱伝達を行うことにより、気体の空気流量を計測するように構成されている。熱式流量計が計測する空気流量は色々な装置の重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式流量計の特徴は、他の方式の流量計に比べ相対的に高い精度で空気の流量を計測できることである。

　しかし更なる空気流量の計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これら要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められている。内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式流量計は、吸入空気量の一部を取り込む副通路と副通路に配置された流量検出素子とを備え、流量検出素子が被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。

　このような技術として、たとえば、特許文献１には「基板と、基板に形成されたダイアフラムと、ダイアフラム上に形成された発熱抵抗体および温度検出抵抗体とを有し、前記発熱抵抗体を加熱することによって被測定流体の流量を検出する熱式流量センサにおいて、ダイアフラム上の発熱抵抗体に対して被測定流体の流れの上流側および下流側に歪検出抵抗体が形成されており、歪検出抵抗体によってダイアフラム上に発生する歪量を検出し、前記検出された歪量に基づいて発熱抵抗体と温度検出抵抗体が検出する流量信号の歪補償を行う」技術が開示されている。

特開２０１１－２１５０６２号公報

　しかしながら、特許文献１の如く流量検出素子のダイアフラム上に発生する歪量を検出した場合であっても、流量検出素子からの出力信号に基づいて被計測気体の流量を演算する集積回路（たとえばＬＳＩ）には、熱式流量計に作用する熱応力（たとえば、基板を収容するケーシングや集積回路を基板に固定する接着剤や樹脂などに発生する熱応力）の影響により歪が発生することがある。この結果、センサアセンブリ内に配置されるＬＳＩの出力（主に抵抗が歪により変化）が変動し、熱式流量計の測定精度が低下するおそれがある。

　本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被計測気体の流量を演算する集積回路に、熱応力を起因とした歪が発生した場合であっても、計測精度のバラつきを抑えることができる熱式流量計を提供することにある。

　上記目的を達成すべく、本発明に係る熱式流量計は、主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより被計測気体の流量を計測するための流量検出素子とを備える。熱式流量計は、流量検出素子と、流量検出素子からの出力信号に基づいて被計測気体の流量を演算する集積回路と、が搭載された回路パッケージと、回路パッケージを収納するとともに副通路が形成されたケーシングと、を備える。集積回路は抵抗体を有したアナログ回路を備えており、アナログ回路の前記抵抗体に隣接した位置において、抵抗体に発生する歪量を検出し、該歪量に基づいてアナログ回路の出力値または被計測気体の流量値を補正する。

　本発明によれば、被計測気体の流量を演算する集積回路に、熱応力を起因とした歪が発生した場合であっても、計測精度のバラつきを抑えることができる。

電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計として、熱式流量計を使用した一実施形態を示すシステム図。本実施形態に係る熱式流量計を構成する回路パッケージの平面図。本実施形態に係る熱式流量計の平面図。図３のＡ－Ａ線矢視断面図。第１実施形態に係る熱式流量計の回路構成図。第１実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部の定電流回路を説明するための図であり、（ｃ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図。第１実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図。第２実施形態に係る熱式流量計の回路構成図。第２実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図。第２実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図。第３実施形態に係る熱式流量計の回路構成図。第３実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図。第３実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図。

　以下、本発明のいくつかの実施の形態を図を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
　図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計として、熱式流量計を使用した一実施形態を示すシステム図である。図１に示すように、エンジンシリンダ１１２とエンジンピストン１１４を備える内燃機関１１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体ＩＡとしてエアクリーナ１２２から吸入される。吸入された被計測気体ＩＡは、主通路７０が形成された吸気管７１を含む例えば吸気ボディ、スロットルボディ１２６、吸気マニホールド１２８を介してエンジンシリンダ１１２の燃焼室に導かれる。

　燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、本実施形態に係る熱式流量計１０で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁１５２より燃料が供給され、吸入空気である被計測気体ＩＡと共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１５２は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気である被計測気体ＩＡと共に混合気を成形し、吸気弁１１６を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。

　熱式流量計１０は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも熱式流量計１０の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。

　燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１５４の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１１８から排気管に導かれ、排気ＥＡとして排気管から車外に排出される。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ１３２により制御される。燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。

　エアクリーナ１２２から取り込まれ主通路７０を流れる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量、湿度および温度が、熱式流量計１０により計測され、熱式流量計１０から吸入空気の流量、湿度および温度を表す電気信号が制御装置２００に入力される。また、スロットルバルブ１３２の開度を計測するスロットル角度センサ１４４の出力が制御装置２００に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン１１４や吸気弁１１６や排気弁１１８の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ１４６の出力が、制御装置２００に入力される。排気ＥＡの状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ１４８の出力が制御装置２００に入力される。

　制御装置２００は、熱式流量計１０の出力である吸入空気の流量、湿度、および温度、および回転角度センサ１４６からの内燃機関の回転速度、に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１５２から供給される燃料量、また点火プラグ１５４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに熱式流量計１０で計測される吸気温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ１４８で計測された空燃比の状態に基づいて制御されている。制御装置２００はさらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ１３２をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ１５６により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。

　内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも熱式流量計１０の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計１０の計測精度の向上や経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計１０により計測される吸入空気である被計測気体ＩＡの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

　図２は、本実施形態に係る熱式流量計１０を構成する回路パッケージの平面図である。図２に示すように、本実施形態に係る熱式流量計１０を構成する回路パッケージ２０には、流量検出素子２４と演算部である集積回路（ＬＳＩ）２３とが搭載されている。回路パッケージ２０は、金属製のリードフレーム２１に上述した集積回路（ＬＳＩ）２３、流量検出素子２４が、接着シート２６を介して接着されている。集積回路２３と流量検出素子２４との間、集積回路２３とリードフレーム２１との間は、金線２８、２９によってワイヤボンデングにより結線することで電気的に接続される。その後、これらを熱硬化性樹脂である第１樹脂２７（高分子樹脂）によりモールドし、回路パッケージ２０に成形する。これにより、集積回路２３が第１樹脂２７で覆われる。

　なお、集積回路２３は、センサチップである流量検出素子２４を制御するとともに、流量検出素子２４からのアナログ信号をデジタル信号に変換して、被計測気体ＩＡの流量を演算し、外部に出力するように構成されている。流量検出素子２４および集積回路２３の詳細は、図５を用いて後述する。

　図３は、本実施形態に係る熱式流量計の平面図であり、図４は、図３のＡ－Ａ線矢視断面図である。なお、図３は、熱式流量計１０の前面カバー４１と背面カバー４２とを取り外した状態を示した図である。

　本実施形態に係る熱式流量計１０は、図３および図４に示すように、上述した回路パッケージ２０と、回路パッケージ２０を固定して収容するハウジング３１と、ハウジング３１の前面および背面に取り付けられる前面カバー４１および背面カバー４２と、を備えている（図４参照）。図２に示す回路パッケージ２０は、ケーシング３０に収納される。本実施形態では、ハウジング３１の前面および背面に、前面カバー４１および背面カバー４２を取り付けることにより、回路パッケージ２０を固定して収容するケーシング３０が形成される。

　ここで、ハウジング３１は、主通路７０を流れる被計測気体を流量検出素子２４に導くための副通路溝３２が形成されている。副通路溝３２は、ハウジング３１の前面および背面に形成されており、ハウジング３１の前面側に前面カバー４１を覆い、その背面側に背面カバー４２を覆うことにより、流量検出素子２４に主通路７０から取り込まれた被計測気体を流すための副通路４３が形成される。

　副通路４３は、主通路７０の上流側に面したケーシング３０の側面に入口４３ａが形成され、その下流側に面したケーシング３０の側面に出口４３ｂが形成さている。副通路４３の入口４３ａから取り込まれた被計測気体は、背面側に形成された背面側副通路４３ｃを通過する。背面側副通路４３ｃを通過した被計測気体ＩＡは、前面および背面が貫通した貫通部４３ｄに配置された流量検出素子２４を通過し、貫通部４３ｄを通過した被計測気体は、前面側に形成された前面側副通路４３ｅを通過し、出口４３ｂから流出する。

　ここで、ハウジング３１は、回路パッケージ２０を金型内に配置した状態で、熱可塑性樹脂（第２樹脂）３７で一体的に成形される。これにより、回路パッケージ２０を保持（固定）する保持部３３が、副通路溝３２の一部に形成される。ここで、保持部３３は、回路パッケージ２０を周回するように、回路パッケージ２０を保持し、流量検出素子２４は副通路溝３２（貫通部４３ｄ）中に配置される。このような結果、ケーシング３０の保持部３３は、流量検出素子２４と集積回路（ＬＳＩ）２３との間または集積回路２３上において回路パッケージ２０を保持するとともに、副通路４３に対して精度良く流量検出素子２３を配置することができる。

　図５は、第１実施形態に係る熱式流量計の回路構成図である。図６は、第１実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部の定電流回路を説明するための図であり、（ｃ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図である。図７は、第１実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図である。

　ここで、流量検出素子２４は、一般的な熱式流量の測定を行うものであり、副通路４３を流れる被計測気体ＩＡとの間で熱伝達を行うことにより、被計測気体ＩＡの流量を計測する。具体的には、流量検出素子２４は、温度検出素子としてシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板にダイアフラム２４ａを形成し、ダイアフラム２４ａには、図５に示すように、ヒータブリッジ回路５１と温度検出ブリッジ回路５２とが配置されている。

　集積回路２３は、流量検出素子２４を制御し、流量検出素子２４からの出力信号に基づいて被計測気体の流量を演算し、これを出力するものである。集積回路２３には、ヒーター制御部６１が備えられており、電源からトランジスタ６１ｂを介してヒータブリッジ回路５１のヒーター抵抗体５１ａに電流を流すことでヒーター抵抗体５１ａを加熱制御する。流量検出素子２４は、このヒーター抵抗体５１ａにより発熱した流体の熱量に基づいて被計測気体の流量を測定している。集積回路２３では、流量検出素子２４の出力信号に対して流量に応じた出力信号に信号処理を行う。

　より具体的には、図５に示すように、ヒータブリッジ回路５１は、ヒーター温度検出抵抗体５１ｂと、測温抵抗体５１ｃと、固定抵抗５１ｄ，５１ｆとによって形成されたブリッジ回路であり、電源９０が接続されている。ヒーター温度検出抵抗体５１ｂと固定抵抗５１ｆとの接続点の電位と、測温抵抗体５１ｃと固定抵抗５１ｄの接続点の電位とが、オペアンプ６１ａの入力端子に接続され、これらの電位が同一になるようにオペアンプ６１ａによりヒーター抵抗体５１ａへ供給される加熱電流がフィードバック制御される。

　温度検出ブリッジ回路５２は、ヒーター抵抗体５１ａに対して空気流れの方向の上流側に配置され、ヒーター抵抗体５１ａからの熱影響によって抵抗値が変化する感温抵抗体５２ａ，５２ｂと、ヒーター抵抗体５１ａに対して空気流れの方向の下流側に配置されている感温抵抗体５２ｃ，５２ｄによって形成されたブリッジ回路である。温度検出ブリッジ回路５２は、電源９０にも接続されている。

　空気流量に応じた差動信号は、感温抵抗体５２ａと５２ｄの接続点と、感温抵抗体５２ｃと５２ｂの接続点の電位差であり、この差動信号はＡＤ変換器である入力回路６２に入力される。入力回路６２の出力は、処理部（ＣＰＵ）６３に入力される。処理部６３では、発振器６４により出力された所定の周波数が入力される。さらに、処理部６３では、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ６５に格納された調整情報を使用し、調整された流量信号は、ＤＡ変換器または周波数出力変換回路（ＦＲＣ）などからなる出力回路６７に入力され、電圧信号あるいは周波数信号に変換される。最終的にメモリ６５に格納された情報に基づき切替スイッチであるマルチプレクサ（図示せず）によって電圧信号あるいは周波数信号が流量出力として出力される。

　ここで、図３および図４に戻り、回路パッケージ２０は、第１樹脂２７により、ＬＳＩである集積回路２３を少なくとも覆うので、集積回路（ＬＳＩ）３２を構成するシリコン素子と第１樹脂２７との間に熱膨張係数の差により、集積回路２３に熱応力が発生する。特に、本実施形態に係る構造では、回路パッケージ２０は第１樹脂２７により形成され、ハウジング１１は第２樹脂３７により形成されるため、回路パッケージ２０を保持し固定する保持部３３と回路パッケージ２０との界面（集積回路２３近傍）に、第１樹脂２７と第２樹脂３７の線膨張係数差に起因する熱応力がさらに発生する。これにより、集積回路２３のアナログ回路の抵抗体の抵抗値が変化し、この変化により演算される被計測気体の流量に誤差が生じることがある。このような点を鑑みて、本実施形態では、以下の如き構成をさらに設けている。

　第１実施形態では、アナログ回路として発振器６４の抵抗体の、熱応力による抵抗値の変化の影響を低減することを目的としている。ＲＣ発振器など発振器６４の抵抗体６４ａは、ブリッジ回路からなる抵抗体を構成していないので、上述した熱応力により、その抵抗体の抵抗値の変化が、発振器６４の出力周波数に影響を受けやすい。たとえば図７の発振器６４に示す温度Ｔ（ε）と周波数ｆ０の関係のごとく、温度変化（すなわち熱応力による歪量ε）により、周波数ｆ０は変化してしまう。そこで、本実施形態では、以下の如き構成を採用している。

　図５、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、具体的には、集積回路２３のアナログ回路である発振器６４の抵抗体６４ａに隣接した位置に、抵抗体６４ａに発生する歪量を測定する歪量検出部６６が配置されている。歪量検出部６６は、定電流回路６６ａを介して電流が供給されており、定電流回路６６ａは、熱応力の作用に拘らず一定の電流を歪量検出用抵抗体６６ｂに供給することができる。

　定電流回路６６ａは、図６（ｂ）に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆが非反転入力端子に印加されるオペアンプ６０１と、オペアンプ６０１の出力がゲート端子へ印加されるＮＭＯＳトランジスタ６０２と、ＮＭＯＳトランジスタ６０２のソース端子と接地点との間に外部端子６０３を介して接続された外付け抵抗６０４と、ＮＭＯＳトランジスタ６０４のドレイン端子に接続されたカレントミラー回路６０５とを備えている。また、ＮＭＯＳトランジスタ６０２のソース端子がオペアンプ６０１の反転入力端子に接続されている。

　カレントミラー回路６０５は、ドレイン端子およびゲート端子がＮＭＯＳトランジスタ６０２のドレイン端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタ６０７と、ゲート端子がＮＭＯＳトランジスタ６０２のドレイン端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタ６０８とを有している。カレントミラー回路６０５は、ＰＭＯＳトランジスタ６０８のドレイン端子から、基準電流Ｉｓに対する電流比がミラー比となる定電流の出力電流Ｉｏｕｔを出力する。ミラー比は、ＰＭＯＳトランジスタ６０７、６０８の素子サイズの比で決まる。

　本実施形態では、定電流回路６６ａの外付け抵抗６０４が、熱応力による影響を受け難くするため、本実施形態では、拡散抵抗である外付け抵抗６０４は、その長手方向がＳｉ単結晶の＜１００＞軸と平行である拡散抵抗６０４ａと、これと垂直である拡散抵抗６０４ｂとを直列に接続した構造となっている。これにより、定電流回路６６ａの内部において、熱応力により出力電流Ｉｏｕｔが変動し難くなる。

　定電流回路６６ａの出力電流Ｉｏｕｔ側に、発振器６４の抵抗体６４ａと同じ材料および同じ形状となる歪量検出用抵抗体６６ｂが配置されている。さらに、発振器６４の抵抗体６４ａと歪量検出用抵抗体６６ｂとは、保持部３３から同じ距離Ｄとなる位置に配置されている。

　歪量検出用抵抗体６６ｂには、定電流回路６６ａから定電流が流れているので、歪量検出用抵抗体６６ｂに熱応力が作用したときに、歪量検出用抵抗体６６ｂの抵抗値が変化することより、図に示す位置における電位Ｖεが変化する。この変化が発振器６４の抵抗体６４ａに発生する歪量εに相当する。

　次に、歪量検出用抵抗体６６ｂで検出された電位Ｖε（歪量ε）が、ＡＤ変換器（図示せず）を介してデジタル値に変換され、処理部６３の補正量演算部６３ａに入力される。補正量演算部６３ａでは、メモリ６５で予め測定して記憶された電位Ｖε（歪量ε）と補正量ｄｖの関係（歪量の変化に対応した発振器の出力周波数のずれ）の多項式等ならなる補正式または補正マップを用いて、歪量に対する補正量ｄｖを演算する。演算された補正量ｄｖを用いて、発振器６４から出力される周波数ｆ０を出力値補正部６３ｂで補正し、補正した周波数ｆを発振器６４の出力値として用いる。

　このように、本実施形態では、アナログ回路であるの発振器６４の抵抗体６４ａに隣接した位置に、抵抗体６４ａに発生する歪量を検出する歪量検出部６６を配置し、歪量検出部６６からの検出された歪量に基づいて、発振器６４の出力値である出力周波数を補正する。これにより、発振器（アナログ回路）６４に起因した被計測流体の流量の誤差を精度良く補正することができる。すなわち、第１樹脂２７と集積回路２３との熱膨張差により作用する発振器への熱応力、さらには、保持部３３において発生する第１樹脂２７と第２樹脂３７との間に発生する熱応力が起因した発振器６４の出力周波数のずれ（正規の値からのずれ）を抑えることができる。このような結果、集積回路２３のアナログ回路のうち、熱応力により測定した流量精度におおきな影響を与える発振器６４の出力値を補正することができる。

　また本実施形態では、発振器６４の抵抗体６４ａと同じ材料および同じ形状となる歪量検出用抵抗体６６ｂを用いているので、歪量検出用抵抗体６６ｂと抵抗体６４ａとの変形はほぼ同程度となる。これにより、歪量検出用抵抗体６６ｂで、より精度よく抵抗体６４ａの歪量εを測定することができる。このような結果、発振器６４の熱応力に起因した被計測流体の流量の誤差を精度良く補正することができる。

　特に、発振器６４の抵抗体６４ａと歪量検出用抵抗体６６ｂとを、保持部３３から同じ距離Ｄとなる位置に配置したので、第１樹脂２７と第２樹脂３７との膨張差が起因した熱応力による抵抗体６４ａの歪量を、歪量検出用抵抗体６６ｂで精度良く検出することができる。

〔第２実施形態〕
　図８は、第２実施形態に係る熱式流量計の回路構成図である。図９は、第２実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図である。図１０は、第２実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図である。

　上述したようなＡＤ変換器などの入力回路６２は、流量検出素子２４からの流量に関する信号が入力されるので、入力回路６２の抵抗体の抵抗値の変化が、そのまま流量のばらつきに影響を与えてしまう。そこで、第２実施形態では、アナログ回路として入力回路６２の抵抗体の、熱応力による抵抗値の変化の影響を低減することを目的としている。

　たとえば図１０の入力回路６２に示す入力値Ｖｉｎと出力値Ｖａの関係のごとく、温度変化（すなわち熱応力による歪量ε）により、正規の値から出力値Ｖａがずれてしまうことがある。そこで、本実施形態では、以下の如き構成を採用している。

　なお、第２実施形態が第１実施形態と相違する点は、第１実施形態では歪量検出部６６で発振器６４に作用する歪量を測定し、この出力値を補正したが、第２実施形態では歪量検出部６６Ａで入力回路６２に発生する歪量を測定し、この出力値を補正する点である。その他の構成は、第１実施形態と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

　図８に示すように、本実施形態に係る集積回路２３は、第１実施形態に係るものと同様に、抵抗体を有したアナログ回路として入力回路６２を備えている。入力回路６２の抵抗体に隣接した位置には、抵抗体に発生する歪量を検出する歪量検出部６６Ａが配置されている。

　歪量検出部６６Ａは、図９（ｂ）に示すように、入力回路６２の抵抗体６２ａに作用する歪量を測定するものである。具体的には、図９（ａ）に示すように、歪量検出部６６Ａは、入力回路６２の抵抗体６２ａに発生する歪量を検出する歪量検出用抵抗体６６ｇ，６６ｈと、固定抵抗体６６ｉ，６６ｊによって形成されたホイーストンブリッジ回路であり、電源９０が接続されている。本実施形態では、図示のごとく、各隣接する抵抗体を、熱応力による影響を受け難くするため、その長手方向がＳｉ単結晶の＜１００＞軸と４５度である拡散抵抗と、これと垂直である拡散抵抗となるように配置し、歪量検出部６６Ａに構成されている。

　このような結果、歪量検出部６６Ａに熱応力が作用したときに、歪量検出用抵抗体６６ｇ，６６ｈの抵抗値が変化することより、図に示す位置における電位Ｖεが変化する。この変化が発振器６４の抵抗体６４ａに発生する歪量εに相当する。

　次に、検出された電位Ｖε（歪量ε）が、ＡＤ変換器（図示せず）を介してデジタル値に変換され、処理部６３の補正量演算部６３ａに入力される。補正量演算部６３ａでは、メモリ６５で予め測定して記憶された電位Ｖε（歪量ε）と補正量ｄｖの関係（歪量の変化に対応した発振器の出力周波数のずれ）の多項式等からなる補正式または補正マップを用いて、歪量に対する補正量ｄｖを演算する。演算された補正量ｄｖを用いて、入力回路６２から出力される出力値Ｖａを出力値補正部６３ｂで補正し、補正した出力値Ｖａを入力回路６２の出力値として用いる。

　このように、本実施形態では、アナログ回路であるの入力回路６２の抵抗体６２ａに隣接した位置に、抵抗体６２ａに発生する歪量を検出する歪量検出部６６Ａを配置し、歪量検出部６６Ａからの検出された歪量に基づいて、発振器６４の出力値である出力周波数を補正するので、流量値に直接影響する流量検出素子からの流量検出信号（出力信号）を精度よく、処理部６３に取り込むことができ、第１実施形態における上述した作用効果に加えて、さらに、被計測流体の流量の誤差を精度良く補正することができる。とくに、歪量検出部６６Ａに、ホイーストンブリッジ回路を用いたので、内部抵抗の影響を受けることがなく、精度良く入力回路６２の抵抗体６２ａの歪量を検出することができる。

〔第３実施形態〕
　図１１は、第３実施形態に係る熱式流量計の回路構成図である。図１２は、第３実施形態に係る熱式流量計の歪量検出部を説明するための図であり、（ａ）は、歪量検出部の回路構成を説明するための図であり、（ｂ）は、歪量検出部を構成する抵抗の配置状態を説明するための図である。図１３は、第３実施形態に係る熱式流量計の補正を説明するための図である。

　第１および第２実施形態では、発振器６４または入力回路６２などのアナログ回路の抵抗体に作用する歪量に基づいてこれらアナログ回路の出力値を補正したが、第３実施形態では、アナログ回路の抵抗体のうち、熱応力により測定した流量の値にバラつきを生じさせやすい抵抗体（すなわち、集積回路）の歪量を検出し、この歪量に基づいて被計測気体の流量を測定する。本実施形態では、その一例として、アナログ回路のうち、第１実施形態と同様に、図１１、１２（ａ），（ｂ）に示すように、発振器６４の抵抗体６４ａに隣接した位置には、抵抗体６４ａに発生する歪量を検出する歪量検出部６６Ｂを配置する。
歪量検出部６６Ｂの構成は同じである。

　歪量検出部６６Ｂは、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、発振器６４の抵抗体６４ａに作用する歪量を測定するものであり、歪量検出部６６Ｂに熱応力が作用したときに、第１実施形態と同様に電位Ｖεが変化する。この変化が発振器６４の抵抗体６４ａに発生する歪量εに相当する。

　次に、図１３に示すように、検出された電位Ｖε（歪量ε）が、ＡＤ変換器（図示せず）を介して変換され、処理部６３の補正量演算部６３ａに入力される。補正量演算部６３ａでは、検出された電位Ｖε（歪量ε）と、入力回路６２を介して流量検出素子２４で検出された流量とに基づいて、流量補正量を演算する。

　たとえば、メモリ６５には、予め、電位Ｖε（歪量ε）と流量とから、歪量（熱応力）に応じた熱式流量計１０の流量のずれを表した多項式等ならなる補正式または補正マップが記憶されており、補正量演算部６３ａでは、これらの補正式または補正マップを用いて歪量および流量に対する流量補正量を演算する。演算された補正量ｄｖを用いて、流量検出信号をデジタル化した流量値Ｖｆ０を流量補正部６３ｃで補正し、補正した流量を熱式流量計１０が測定した流量値として出力する。

　このように、本実施形態では、流量値に直接影響する流量検出素子からの流量検出信号（出力信号）でえられた流量値を、発振器６４の抵抗体６４ａに発生する歪量を用いて補正することができるので、発振器６４を含む他の抵抗体の影響も加味して、被計測流体の流量の誤差を精度良く補正することができる。

　また、第１実施形態と同様に本実施形態でも、発振器６４の抵抗体６４ａと同じ材料および同じ形状となる歪量検出用抵抗体６６ｂを用いているので、発振器６４の熱応力に起因した被計測流体の流量の誤差を精度良く、流量値に反映することができる。また、発振器６４の抵抗体６４ａと歪量検出用抵抗体６６ｂとを、保持部３３から同じ距離Ｄとなる位置に配置したので、第１樹脂２７と第２樹脂３７との膨張差が起因した熱応力による抵抗体６４ａの歪量を、歪量検出用抵抗体６６ｂで精度良く検出することができる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

　本実施形態では、流量検出素子と集積回路が別体となっていたが、これらが一体となっていてもよく、このような構成のものも本発明の範囲に含まれる。

　また、本実施形態では、回路パッケージは、集積回路を覆うように第１樹脂（熱硬化性樹脂）により成形されていたが、このような形態に限定されるものではない。たとえば、集積回路が高分子樹脂で覆われずに接着剤を介して基板に接着された回路パッケージ（回路基板）であってもよい。この場合であっても、接着剤の熱応力により集積回路の抵抗にも歪が生じ、上述した第１および第２の実施形態で示した補正により、計測精度のバラつきを抑えることができる。

　また、本実施形態では、回路パッケージを固定するように、回路パッケージをハウジングに一体的に第２樹脂（熱可塑性樹脂）で成形したが、回路パッケージ（上述した回路基板を含む）をハウジング（ケーシング）に固定することができるのであれば、その固定方法は限定されるものではない。たとえば、回路パッケージをハウジングに接着剤に固定してもよく、回路パッケージを２つの部材で挟持ように固定してもよい。

　このような場合であっても、ハウジング（ケーシング）の熱収縮により、ハウジングにねじれが生じ、これにより集積回路に歪が発生し、上述した第１および第２の実施形態で示した補正により、計測精度のバラつきを抑えることができる。

１０：熱式流量計、１１：ハウジング、２０：パッケージ、２１：リードフレーム、２３：集積回路、２４：流量検出素子、２４ａ：ダイアフラム、２６：接着シート、２７：第１樹脂、２８：金線、２９：金線、３０：ケーシング、３１：ハウジング、３２：副通路溝、３３：保持部、３７：第２樹脂、４１：前面カバー、４２：背面カバー、４３：副通路、４３ａ：入口、４３ｂ：出口、４３ｃ：背面側副通路、４３ｄ：貫通部、４３ｅ：前面側副通路、５１：ヒータブリッジ回路、５１ａ：ヒーター抵抗体、５１ｂ：温度検出抵抗体、５１ｃ：測温抵抗体、５１ｄ：固定抵抗、５１ｆ：固定抵抗、５２：温度検出ブリッジ回路、５２ａ：感温抵抗体、５２ｃ：感温抵抗体、６１：ヒーター制御部、６１ａ：オペアンプ、６１ｂ：トランジスタ、６２：入力回路、６２ａ：抵抗体、６３：処理部、６３ａ：補正量演算部、６３ｂ：出力値補正部、６４：発振器、６４ａ：抵抗体、６５：メモリ、６６、６６Ａ、６６Ｂ：歪量検出部、６６ａ：定電流回路、６６ｂ，６６ｇ，６６ｈ：歪量検出用抵抗体、６６ｉ：固定抵抗体、６７：出力回路、７０：主通路、７１：吸気管、９０：電源、ＥＡ：排気、ＩＡ：被計測気体

Claims

　主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、該副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより前記被計測気体の流量を計測するための流量検出素子とを備える熱式流量計であって、
　該熱式流量計は、
　前記流量検出素子と、該流量検出素子からの出力信号に基づいて前記被計測気体の流量を演算する集積回路と、が搭載された回路パッケージと、
　該回路パッケージを収納するとともに前記副通路が形成されたケーシングと、を備えており、
　前記集積回路は、抵抗体を有したアナログ回路を備えており、
　該アナログ回路の前記抵抗体に隣接した位置には、該抵抗体に発生する歪量を検出する歪量検出部が配置されており、
　前記集積回路は、該歪量検出部からの検出された歪量に基づいて、前記アナログ回路の出力値を補正する出力値補正部をさらに備えることを特徴とする熱式流量計。
　前記歪量検出部は、前記抵抗体と同じ材料および同じ形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
　前記アナログ回路は発振器であり、前記出力値補正部は、前記出力値として前記発振器の出力周波数を補正することを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
　前記歪量検出部は、ホイーストンブリッジ回路からなることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
　前記ケーシングには、前記流量検出素子と前記集積回路との間または前記集積回路上において前記回路パッケージを保持する保持部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
　前記抵抗体と前記歪量検出部とは、前記保持部から同じ距離となる位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の熱式流量計。
　主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、該副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記被計測気体の流量を計測するための流量検出素子を備える熱式流量計であって、
　該熱式流量計は、
　前記流量検出素子と、該流量検出素子からの出力信号に基づいて前記被計測気体の流量を演算する集積回路と、が搭載された回路パッケージと、
　該回路パッケージを収納するとともに、前記副通路が形成されたケーシングと、を備えており、
　前記集積回路は、抵抗体を有したアナログ回路を備えており、
　該アナログ回路の前記抵抗体に隣接した位置には、該抵抗体に発生する歪量を検出する歪量検出部が配置されており、
　前記集積回路は、該歪量検出部から検出された歪量に基づいて、前記被計測気体の流量値を補正する流量補正部を備えていることを特徴とする熱式流量計。
　前記歪量検出部は、前記抵抗体と同じ材料および同じ形状となっていることを特徴とする請求項７に記載の熱式流量計。
　前記アナログ回路は発振器であることを特徴とする請求項７に記載の熱式流量計。
　前記ケーシングには、前記流量検出素子と前記集積回路との間または前記集積回路上において前記回路パッケージを保持する保持部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱式流量計。
　前記抵抗体と前記歪量検出部とは、前記保持部から同じ距離となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱式流量計。