JPH11281445A - 流量検出素子及び流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の流れの方向が検出可能であり、かつ高
速応答性を有する流量検出素子ないしは流量センサを得
る。 【解決手段】 流量検出素子ないしは該流量検出素子を
用いた流量センサにおいては、シリコン基板の表面に絶
縁性の支持膜２が形成され、該支持膜２の上に感熱抵抗
膜よりなる第１発熱抵抗４及び第２発熱抵抗５が形成さ
れ、該発熱抵抗４、５の上に絶縁性の保護膜が形成され
ている。そして、発熱抵抗４、５の形成されている領域
の少なくとも一部の下部のシリコン基板が部分的に除去
されてダイヤフラム構造とされ、絶縁性の支持膜２の上
に、計測流体の流れの方向に並んだ２つの発熱抵抗４、
５が配置され、かかる構成によって流体の流れの方向の
検出が可能となり、高速応答性が備わっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体あるいは発
熱体によって加熱された部分から流体への熱伝達現象に
基づいて、該流体の流速ないしは流量を計測する流量検
出素子及び該流量検出素子を用いた流量センサに関する
ものであって、例えば内燃機関の吸入空気量の計測等に
用いられるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の流速ないしは流量と、該流体中に
配置された発熱体から流体への熱伝達量との間に成立す
るほぼ一義的な関数関係を利用して、該熱伝達量に基づ
いて流体の流速ないしは流量を検出するようにした感熱
式流量検出素子、あるいは該流量検出素子を用いた流量
センサは、従来より内燃機関の吸入空気量の検出等に広
く用いられている。

【０００３】図１３及び図１４は、それぞれ、例えば特
公平２−５０４０６号公報に開示されている、内燃機関
の吸入空気量を検出するための従来の熱線プローブ（感
熱式流量検出素子の１種）の斜視図及びそのＸＩＶ−Ｘ
ＩＶ線断面図である。図１３及び図１４において、２１
は空気の流れ方向にみて上流側の発熱抵抗体であり、２
２は空気の流れ方向にみて下流側の発熱抵抗体であり、
２３はコーティング薄膜であり、２４は円柱状又は中空
円柱状のボビンである。

【０００４】このような従来の熱線プローブでは、普
通、発熱抵抗体２１、２２に通電される加熱電流が、図
示していない制御回路によって、温度補償用抵抗体で検
出された空気温度よりも高い一定の温度となるように制
御されている。なお、発熱抵抗体２１、２２で発生した
熱はほとんど温度補償用抵抗体には伝達されず、したが
って温度補償用抵抗体の温度は空気の温度とほぼ等しく
なっている。

【０００５】かくして、この熱線プローブにおいて、空
気が図１４中の矢印Ａ方向に流れている場合は、両発熱
抵抗体２１、２２はいずれも空気により冷却されるもの
の、下流側の発熱抵抗体２２は上流側の発熱抵抗体２１
ほどは冷却されない。このため、両発熱抵抗体２１、２
２間の放散熱量の差に基づいて、空気の流れの方向を検
知することができる。また、両発熱抵抗体２１、２２の
放散熱量を演算することにより、空気の流速ないしは流
量を測定することができる。なお、空気が前記の場合と
は逆に、図１４中の矢印Ｂ方向に流れている場合も同様
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の熱
線プローブでは、計測流体の流量ないしは流速が変化し
た場合、発熱抵抗体２１、２２の温度変化には、該発熱
抵抗体２１、２２自体やコーティング薄膜２３や円柱状
又は中空円柱状のボビン２４の熱伝導率及び熱容量によ
って定まる時間遅れが伴われる。とくに、ボビン２４が
円柱状である場合は、たとえ比較的熱伝導率の高いセラ
ミックを用いたとしても、その熱容量がかなり大きくな
り、流体の速度ないしは流量の単位時間当たりの変化が
大きいときほど、瞬時流量や流速を正確に検出するのが
困難となる。すなわち、流量センサとして要求される高
速応答性を満足することができないといった問題があ
る。さらに、熱線プローブ全体の熱容量が大きいので、
その消費電力が大きくなるといった問題もある。

【０００７】また、このような熱線プローブは、普通、
セラミックなどの材質で作られた円柱状又は中空円柱状
のボビン２４にフィルム状の発熱抵抗体２１、２２を貼
り付けた後、その外周面に薄膜２３でコーティングを施
すなどといった手法で製造される。そして、この製造工
程においては、フィルム状の発熱抵抗体２１、２２を貼
り付ける位置は高精度に位置決めしなければならず、中
空円柱状のボビン２４を用いる場合はその取り扱いが難
しく、また円柱状の外周面への薄膜２３のコーティング
は特殊なコーティング手法を用いなければならないの
で、該工程は非常に複雑なものとなり、該熱線プローブ
を低コストで製造するのは困難であるといった問題があ
る。

【０００８】この発明は上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、流体の流れの方向を検出する
ことができ、消費電力が少なく、高速応答性を有し、さ
らには低コストで製造することができる流量検出素子な
いしは流量センサを得ることを目的ないしは解決すべき
課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされたこの発明の第１の態様に係る流量検出素子
は、（ａ）シリコン基板（平板状基材）と、（ｂ）シリ
コン基板の表面に形成された絶縁性の支持膜と、（ｃ）
支持膜の上に形成され該支持膜によって支持された、感
熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部と、（ｄ）発熱抵抗部の上
に形成され該発熱抵抗部を保護する絶縁性の保護膜とを
備えていて、（ｅ）発熱抵抗部が形成されている領域の
少なくとも一部の下部で、シリコン基板が部分的に除去
され、（ｆ）発熱抵抗部によって加熱された部分から計
測流体への熱伝達現象に基づいて該計測流体の流量又は
流速を計測するようになっている感熱式流量検出素子に
おいて、（ｇ）発熱抵抗部が、支持膜の上に計測流体の
流れの方向に並んで配置された２つの発熱抵抗を備えて
いることを特徴とするものである。

【００１０】この第１の態様に係る流量検出素子におい
ては、シリコン基板の表面に絶縁性の支持膜が形成さ
れ、該支持膜の上に感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部が形
成され、該発熱抵抗部の上に絶縁性の保護膜が形成さ
れ、発熱抵抗部が形成された領域の少なくとも一部の下
部のシリコン基板が部分的に除去された構造とされ、か
つ発熱抵抗部が支持膜の上に計測流体の流れの方向に並
んだ２つの発熱抵抗を備えているので、流体の流れの方
向を検出することが可能であり、また流量検出素子全体
の熱容量が極めて小さくなる。このため、流体の速度な
いしは流量の単位時間当たりの変化が大きいときでも、
瞬時流量や流速を正確に検出することができる。すなわ
ち、流体の流れの方向の検出が可能でかつ高速応答性を
有する流量検出素子を得ることができる。また、流量検
出素子全体の熱容量が極めて小さくなるので、消費電力
を大幅に低減することができる。さらに、該流量検出素
子は、半導体プロセスと同様の製造工程で作ることがで
きるので、低コストで製造することができる。

【００１１】この発明の第２の態様に係る流量検出素子
は、第１の態様に係る流量検出素子において、シリコン
基板が、支持膜が配置された方の表面とは反対側の表面
から部分的に除去されている（ダイヤフラム構造をな
す）ことを特徴とするものである。この流量検出素子に
おいては、発熱抵抗が形成された領域の少なくとも一部
を含むシリコン基板を、支持膜や発熱抵抗が形成されて
いる方の表面とは反対側の表面から部分的に除去したダ
イヤフラム構造としているので、シリコン基板を介して
の伝導による熱放出が少なくなるとともに、発熱抵抗が
形成されている面上で流体の流れが乱されることがない
ので、瞬時流量や流速をさらに正確に検出することがで
きる。

【００１２】この発明の第３の態様に係る流量検出素子
は、第１の態様に係る流量検出素子において、２つの発
熱抵抗が、計測流体の流れの方向に３００μｍ未満の距
離を隔てて配置されていることを特徴とするものであ
る。この流量検出素子においては、絶縁性の支持膜の上
に計測流体の流れの方向に並んでいる２つの発熱抵抗
が、計測流体の流れの方向に３００μｍ未満の距離を隔
てて配置されているので、流体の流れ方向にみて上流側
の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力との差を十
分に得ることができ、大流量領域であっても瞬時流量や
流速を正確に検出することができる。

【００１３】この発明の第４の態様に係る流量検出素子
は、第１の態様に係る流量検出素子において、２つの発
熱抵抗が、それぞれ、互いに左右対称（線対称）となる
形状を有していることを特徴とするものである。この流
量検出素子においては、絶縁性支持膜上に計測流体の流
れの方向に並んでいる２つの発熱抵抗が、左右対称形状
となっているので、２つの発熱抵抗の抵抗値の差を最小
にすることができ、２つの発熱抵抗の抵抗値の差から生
じる上流側の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力
との差に加わる誤差をなくすことができ、瞬時流量や流
速をさらに正確に検出することができる。

【００１４】この発明の第５の態様に係る流量検出素子
は、第１の態様に係る流量検出素子において、２つの発
熱抵抗のそれぞれにおいて、その第１の端部と第２の端
部とが、計測流体の流れの方向と直交する方向に関して
互いに反対側（逆側）に配置されていることを特徴とす
るものである。この流量検出素子においては、絶縁性の
支持膜の上に計測流体の流れの方向に並んでいる２つの
発熱抵抗についてそれぞれ、発熱抵抗の各端部が計測流
体の流れの方向と直交する方向に関して互いに反対側に
配置されているので、配線部（引き出し線）の幅を発熱
抵抗の幅に比べて広くすることができ、電極面積を広く
とることができる。このため、流量検出素子の信頼性が
向上し、さらには配線部での発熱が防止され、発熱によ
る影響をなくすことができる。これにより、瞬時流量や
流速をさらに正確に検出することができる。

【００１５】この発明の第６の態様に係る流量検出素子
は、第５の態様に係る流量検出素子において、２つの発
熱抵抗のそれぞれにおいて、第１の端部を外部回路に接
続する第１の接続部（電極）と、第２の端部を外部回路
に接続する第２の接続部（電極）とが、計測流体の流れ
の方向と直交する方向に関して同じ側に配置されている
ことを特徴とするものである。この流量検出素子におい
ては、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向に並
んでいる２つの発熱抵抗の各端部が計測流体の流れ方向
と直交する方向に関して互いに反対側に配置され、かつ
外部回路との接続部が同じ側に配置されているので、該
流量検出素子と外部回路との接続が容易となり、その製
造工程が簡素なものとなる。

【００１６】この発明の第７の態様に係る流量センサ
は、第１〜第６の態様のいずれか１つに係る流量検出素
子を用いて計測流体の流量を計測するようになっている
ことを特徴とするものである。すなわち、第１〜第６の
態様のいずれか１つに係る流量検出素子を用いて流量セ
ンサとしたものである。この流量センサによれば、第１
〜第６の態様に係る流量検出素子の場合と同様の作用が
得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１及び図２は、
それぞれ、この発明の実施の形態１に係る流量検出素子
の立面断面図及び平面図である。また、図３は、図２中
の感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部分を拡大して示した部
分的な平面図である。図１〜図３において、１は例えば
厚さ約０.４ｍｍのシリコンからなる平板状基材すなわ
ちシリコン基板であり、このシリコン基板１の表面に、
例えば厚さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の支
持膜２がスパッタ法、ＣＶＤ法等を用いて形成されてい
る。そして、この支持膜２の上に、それぞれ例えば厚さ
０.２μｍの白金等の感熱抵抗膜よりなる第１発熱抵抗
４及び第２発熱抵抗５が蒸着法やスパッタ法等を用いて
成膜されている。これらの発熱抵抗４、５はそれぞれ、
写真製版法、ウェットエッチング法あるいはドライエッ
チング法等を用いてパターニングされ、これにより電流
路が形成されている。ここで、第１発熱抵抗４と第２発
熱抵抗５とは、図２中に矢印Ｙで示す方向、すなわち通
常時における計測流体の流れの方向に並んで配置されて
いる。そして、第１発熱抵抗４と第２発熱抵抗５とは、
計測流体の流れ方向（矢印Ｙ方向）に１０μｍの距離を
隔てて配置されている。さらに、両発熱抵抗４、５及び
後記の比較抵抗１０ないしは支持膜２の上に、例えば厚
さ１μｍの窒化シリコン等よりなる絶縁性の保護膜３が
スパッタ法、ＣＶＤ法等を用いて形成されている。

【００１８】また、６ａ〜６ｆは、それぞれ、該流量検
出素子の各部を外部回路等に電気的に接続するための電
極（接続部）であり、この部分では電気的接続を行うた
めに保護膜３が除去されている。ここで、第１発熱抵抗
４は、比較的幅の広い配線部４ａ（引き出し線）を介し
て電極６ｄに電気的に接続される一方、比較的幅の広い
配線部４ｂ（引き出し線）を介して電極６ｃに電気的に
接続されている。また、第２発熱抵抗５は、比較的幅の
広い配線部５ａ（引き出し線）を介して電極６ａに電気
的に接続される一方、比較的幅の広い配線部５ｂ（引き
出し線）を介して電極６ｂに電気的に接続されている。

【００１９】さらに、シリコン基板１の、支持膜２が形
成されている方の表面とは反対側の表面（裏面）に形成
された裏面保護膜７に写真製版方等を用いてエッチング
ホール８が形成された後、例えばアルカリエッチング等
を施すことによって、シリコン基板１の一部が除去さ
れ、これによりダイヤフラム９（ダイヤフラム部）が形
成されている。

【００２０】この流量検出素子においては、両発熱抵抗
４、５はそれぞれ、図示していない制御回路によって所
定の平均温度（一定温度）となるように制御されてい
る。該平均温度は、例えば、ダイヤフラム９が形成され
た領域の外において、流体の流れ方向上流側に設けられ
た比較抵抗１０によって測定される雰囲気温度よりも２
００°Ｃだけ高い温度に設定される。そして、流体の流
れ方向上流側に第１発熱抵抗４が配置され、下流側に第
２発熱抵抗５が配置されている。ここで、流体の流れが
生じたときには、両発熱抵抗４、５はいずれも該流体の
流量に応じて温度が低下するが、上流側の第１発熱抵抗
４の平均温度の低下は、下流側の第２発熱抵抗５の平均
温度の低下よりも大きい。これは、上流側の第１発熱抵
抗４を通過するときに暖められた流体が下流側の第１発
熱抵抗５に到達するからである。したがって、図示して
いない回路によって、第１発熱抵抗４及び第２発熱抵抗
５の各々に一定の電圧を印加しておき、各発熱抵抗４、
５に流れる電流値を検出し、又は第１発熱抵抗４と第２
発熱抵抗５とにそれぞれ一定電流を流しておいて端子電
圧を検出し、あるいは第１発熱抵抗４と第２発熱抵抗５
の消費電力を検出するなどといった方法で、第１発熱抵
抗４と第２発熱抵抗５の温度に相当する量を計測して比
較することにより、流体の流量あるいは流速を正確に計
測することができる。

【００２１】この実施の形態１では、平板状基材として
シリコン基板１を用いているので、基材厚みを非常に薄
く設定（選択）することができる。さらに、流量検出素
子の製造に、半導体プロセス、とくに精密なエッチング
技術を応用することができるので、その生産性を高める
ことができ、これにより該流量検出素子の低コスト化が
可能となる。また、支持膜２と保護膜３とを、これらの
厚さの合計が２μｍとなるように、窒化シリコン等より
なる絶縁性の薄膜で形成しているので、膜厚が極めて薄
くなり、かつ熱絶縁性が良好となる。このため、ダイヤ
フラム９における発熱抵抗４、５の熱損失が極めて少な
くなり、発熱抵抗４、５で発生した熱のほとんどが、該
流量検出素子の表面上を流れる流体（空気）に伝えられ
るので、流体の流れの変化に非常に迅速に応答すること
ができる。したがって、上記発熱が流体の流量あるいは
流速を計測するためのみに利用されることになり、瞬時
流量や流速を正確に検出することができる。すなわち、
流量センサとして必要とされる高速応答性を満足するこ
とができる。さらに、流量検出素子全体の熱容量が小さ
いので、その消費電力を低減することができる。なお、
この実施の形態１を含めて、以下に述べる全ての実施の
形態ではダイヤフラムタイプの流量検出素子を一例とし
てあげているが、ブリッジタイプの流量検出素子の場合
も同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００２２】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態２に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第１発熱抵抗４と第２発熱
抵抗５とは、計測流体の流れの方向に１００μｍの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態１に係る流量検出素子と同様である。

【００２３】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態３に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第１発熱抵抗４と第２発熱
抵抗５とは、計測流体の流れの方向に２００μｍの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態１に係る流量検出素子と同様である。

【００２４】実施の形態４．図６は、この発明の実施の
形態４に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態４に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第１発熱抵抗４と第２発熱
抵抗５とは、計測流体の流れの方向に３００μｍの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態１に係る流量検出素子と同様である。

【００２５】図７は、実施の形態１〜４に係る流量検出
素子の流量検出特性、すなわち計測流体の流量（ｇ／
ｓ）に対する電圧出力特性の一例を示す図である。図７
において、流量が０であるのは計測流体の流れが生じて
いない状態を意味し、流量がマイナス側の値であるのは
計測流体が逆流していることを意味している。図７から
明らかなとおり、いずれの流量検出素子においても、計
測流体の逆流を検出することができる。ここで注目され
るのは、流量がプラス側の値である場合において、流量
が１５０ｇ／ｓ程度まではいずれの流量検出素子におい
ても出力は単調に増加しているものの、両発熱抵抗４、
５が計測流体の流れの方向に３００μｍの距離を隔てて
配置されている実施の形態４に係る流量検出素子では、
流量が１５０ｇ／ｓ付近のところで出力が飽和している
ことである。

【００２６】これは、第１発熱抵抗４と第２発熱抵抗５
とが離れすぎているため、大流量域では上流側の第１発
熱抵抗４で暖められた流体が下流側の第２発熱抵抗５に
影響をほとんで及ぼさなくなり、両発熱抵抗４、５が同
一の挙動を示してしまうからであると考えられる。した
がって、流量が１５０ｇ／ｓ以上の大流量域で流量測定
を行う流量検出素子は、計測流体の流れの方向に並んで
いる２つの発熱抵抗４、５が、計測流体の流れの方向に
３００μm未満の距離を隔てて配置されていることが必
要である。もちろん、初期の発熱抵抗の設定温度を高く
することによって、流量検出素子の出力特性を改善する
ことも可能であるが、この設定温度を高くすると、消費
電力の増加を招き、かつ該流量検出素子の信頼性を低下
させるといった問題が生じることになる。

【００２７】実施の形態５．図８は、この発明の実施の
形態５に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態５に係る流量検出素子では、第２発
熱抵抗５と電極６ａとを電気的に接続する配線部５ａ
（引き出し線）が、Ｐで示す部分では、第１発熱抵抗４
と電極６ｄとを電気的に接続する配線部４ａに比べて細
く（幅が狭く）なっている。それ以外の構成は、前記の
実施の形態１に係る流量検出素子と同様である。

【００２８】この実施の形態５に係る流量検出素子につ
いて、流量検出のために電力を投入してから流量検出が
可能となるまでの時間を測定したところ、上流側からと
下流側からとでは、その時間に差があることが判明し
た。これは、第１発熱抵抗４と第２発熱抵抗５とでは、
その抵抗値に差があるため、これらが一定の温度になる
までの時間が異なることに起因しているものと考えられ
る。すなわち、この流量検出素子においては、２つの発
熱抵抗４、５がともに設定温度になるまでは、熱的なア
ンバランスが生じ、流量測定に誤差が生じることにな
る。なお、前記の実施の形態１にかかる流量検出素子で
は、第１発熱抵抗４と第２発熱抵抗５とは、配線部４
ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを含めて、同一パターン形状となっ
ており、電力を投入してから設定温度になるまでの時間
を含め、熱的に同様の挙動をとるため、電力投入直後か
ら流量検出が可能であることが判明した。したがって、
電力投入直後から流量検出が可能な流量検出素子は、配
線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを含めて、両発熱抵抗４、５が
同一パターン形状であることが必要である。

【００２９】実施の形態６．図９は、この発明の実施の
形態６に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態６に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向と直交する方向に関して、２つの発熱抵
抗４、５の端部がすべて同じ側に配置され、かつ配線部
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂもすべて同じ側に配置されてい
る。また、この流量検出素子では、配線部上に配置され
該流量検出素子の外部回路等との電気的接続を行うため
の電極６ａ〜６ｄの必要面積を確保するため、発熱抵抗
４、５の配線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの幅は、実施の形態
１に係る流量検出素子の場合と同一とされている。この
ため、この実施の形態６に係る流量検出素子では、計測
流体の流れの方向に並んでいる２つの発熱抵抗４、５
は、計測流体の流れの方向に３００μｍ（あるいは、４
００μｍ）の距離を隔てて配置されている。

【００３０】したがって、この実施の形態６にかかる流
量検出素子では、上述したように流量が１５０ｇ／ｓ付
近のところで出力が飽和することになる。この実施の形
態６に係る流量検出素子で、両発熱抵抗４、５の計測流
体の流れの方向の間隔を３００μｍ未満にしようとすれ
ば、配線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを細くする（幅を狭く
する）必要があるが、これらを細くすると、配線部４
ａ、４ｂ、５ａ、５ｂでの発熱により消費電力の増加を招
くとともに、電極面積の減少による接続部の信頼性の低
下を招くことになる。

【００３１】よって、流量が１５０ｇ／ｓ以上の大流量
域で流量測定を行う流量検出素子は、前記の実施の形態
１に係る流量検出素子のように、計測流体の流れの方向
に並んでいる２つの発熱抵抗４、５のそれぞれの各端部
を、計測流体の流れ方向と直交する方向に関して反対側
に配置した上で、配線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを図１に
示すような形状に形成する必要がある。このようにすれ
ば、配線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの幅を発熱抵抗４、５の
幅に比べてを十分に広くすることができ、配線部４ａ、
４ｂ、５ａ、５ｂでの発熱を防止することができ、該配線
部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂでの発熱による影響をなくすこ
とができ、さらに電極６ａ〜６ｄの必要面積を確保する
ことができ、該流量検出素子の信頼性を一層向上させる
ことができる。

【００３２】実施の形態７．前記の実施の形態１に係る
流量検出素子のように、計測流体の流れの方向に並んで
いる２つの発熱抵抗４、５のそれぞれの各端部を、計測
流体の流れの方向と直交する方向に関して反対側に配置
した上で、該端部に配線部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを接続
した流量検出素子では、該流量検出素子の外部回路等と
の電気的接続を行うための電極６ａ〜６ｄを同じ側に配
置するのが望ましい。これらの電極６ａ〜６ｄは、該流
量検出素子を制御する制御回路との接続のための電極で
あるため、同じ側に配置された場合は、該流量検出素子
と制御回路等との接続が容易となり、このため該流量検
出素子の製造工程が簡素なものとなる。

【００３３】図１０に、この発明の実施の形態７とし
て、外部回路等との電気的接続を行うための電極６ａ〜
６ｄを、各発熱抵抗４、５についてそれぞれ反対側に配
置した流量検出素子を示す。図１０から明らかなとお
り、この実施の形態７に係る流量検出素子では、制御回
路との接続は複雑なものとなる。したがって、低コスト
の流量検出素子を実現するには、絶縁性の支持膜２の上
に、計測流体の流れの方向に並んでいる２つの発熱抵抗
４、５の端部を計測流体の流れ方向と直交する方向に関
して反対側に配置した上で、外部回路との接続部である
電極６ａ〜６ｄを同じ側に配置するのが望ましい。

【００３４】実施の形態８．図１１及び図１２は、それ
ぞれ、前記の実施の形態１〜７に係る流量検出素子を用
いた流量センサの実施の形態を示す正面図及び側面断面
図である。図１１及び図１２において、１１は流量検出
素子であり、１２は検出管路であり、１３は流体の通路
である主通路であり、１４は格子状の整流器であり、１
５は制御回路が収められたケースであり、１６は該流量
センサに電源を供給したり出力を取り出すためのコネク
タである。このように、実施の形態１〜７に係る流量検
出素子を組み込むことにより、これらの各実施の形態に
係る流量検出素子と同様の作用・効果を奏する流量セン
サが得られる。

【００３５】なお、以上の実施の形態においては、計測
流体の流れが矢印Ｙ（図２、図１２参照）で示す方向で
ある場合について説明しているが、計測流体が逆流する
場合、すなわち矢印Ｙと反対の方向の計測流体の流動
（移動）が起こる場合も、原理上は、前記のすべての実
施の形態に係る流量検出素子及び流量センサで、該逆流
を検出することができる。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、以下に示すような顕
著な効果を奏する。すなわちこの発明の第１の態様に係
る流量検出素子によれば、シリコン基板の表面に絶縁性
の支持膜が形成され、該支持膜の上に感熱抵抗膜よりな
る発熱抵抗部が形成され、該発熱抵抗部の上に絶縁性の
保護膜が形成され、発熱抵抗部が形成された領域の少な
くとも一部の下部でシリコン基板が部分的に除去された
構造とされ、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方
向に並んだ２つの発熱抵抗が配置されているので、流体
の流れの方向を検出することが可能であり、流量検出素
子全体の熱容量が極めて小さくなる。このため、流体の
速度の単位時間当たりの変化が大きい場合でも、瞬時流
量や流速を正確に検出することができる。すなわち、流
体の流れの方向が検出可能でありかつ高速応答性を有す
る流量検出素子を得ることができる。また、流量検出素
子全体の熱容量が極めて小さくなるので、消費電力を低
減することができる。また、該流量検出素子は半導体プ
ロセスと同様の製造工程で作ることができるので、低コ
ストで製造することができる。

【００３７】この発明の第２の態様にかかる流量検出素
子によれば、発熱抵抗部が形成された領域の少なくとも
一部を含むシリコン基板が、支持膜が形成されている方
の表面とは反対側の表面から部分的に除去されてダイヤ
フラム構造とされているので、シリコン基板を介しの伝
導による熱放出が少なくなるとともに、流体の流れが発
熱抵抗が形成されている面上で乱されることがなくな
り、瞬時流量や流速をさらに正確に検出することができ
る。

【００３８】この発明の第３の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる２つの発熱抵抗が、流れ方向に３００μｍ
未満の距離を隔てて配置されているので、上流側の発熱
抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力との差を十分に得
ることができ、大流量域においても瞬時流量や流速を正
確に検出することができる。

【００３９】この発明の第４の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる２つの発熱抵抗が、左右対称形状となるよ
うに形成されているので、２つの発熱抵抗の抵抗値の差
を最小にすることができ、２つの発熱抵抗の抵抗値の差
から生じる上流側の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗
の出力との差に加わる誤差をなくすことができ、瞬時流
量や流速をさらに正確に検出することができる。

【００４０】この発明の第５の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる２つの発熱抵抗において、各々の発熱抵抗
の端部が計測流体の流れ方向と直交する方向に関して反
対側に配置されているので、配線部の幅を発熱抵抗の幅
に比べて広くすることができる。このため、電極面積を
広くとることができ、流量検出素子の信頼性が向上し、
さらに配線部での発熱が防止され、発熱による影響をな
くすことができ、瞬時流量や流速をさらに正確に検出す
ることができる。

【００４１】この発明の第６の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる２つの発熱抵抗体の端部が計測流体の流れ
方向と直交する方向に関して反対側に配置され、かつ外
部回路との接続部は同じ側に配置されているので、該流
量検出素子と外部回路との接続が容易になり、該流量検
出素子の製造工程が簡素なものとなる。

【００４２】この発明の第７の態様にかかる流量センサ
によれば、第１〜第６の態様に係る流量検出素子を用い
ているので、これらの流量検出素子の場合と同様の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る感熱式流量検
出素子の立面断面図である。

【図２】 図１に示す流量検出素子の平面図である。

【図３】 図２に示す流量検出素子の発熱抵抗部分を拡
大して示した部分的な平面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。

【図６】 この発明の実施の形態４に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。

【図７】 この発明の実施の形態１〜４にかかる流量検
出素子の流量検出特性を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態５に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。

【図９】 この発明の実施の形態６に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７に係る流量検出素
子の発熱抵抗部分の平面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８に係る流量センサ
の正面図である。

【図１２】 図１１に示す流量センサの側面断面図であ
る。

【図１３】 従来の熱線プローブの斜視図である。

【図１４】 図１３に示す従来の熱線プローブのＸＩＶ
−ＸＩＶ線断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板（平板状基材）、２ 支持膜、３ 保
護膜、４ 第１発熱抵抗、４ａ 配線部、４ｂ 配線
部、５ 第２発熱抵抗、５ａ 配線部、５ｂ 配線部、
６ａ 電極、６ｂ 電極、６ｃ 電極、６ｄ 電極、６
ｅ 電極、６ｆ電極、７ 裏面保護膜、８ エッチング
ホール、９ ダイヤフラム、１０ 比較抵抗、１１ 流
量検出素子、１２ 検出管路、１３ 主通路、１４ 整
流器、１５ ケース、１６ コネクタ、２１ 発熱抵抗
体、２２ 発熱抵抗体、２３ コーティング薄膜、２４
円柱状又は中空円柱状のボビン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 幸久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の表面に形成された絶縁性の支持膜
   と、 前記支持膜の上に形成され該支持膜によって支持され
   た、感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部と、 前記発熱抵抗部の上に形成され該発熱抵抗部を保護する
   絶縁性の保護膜とを備えていて、 前記発熱抵抗部が形成されている領域の少なくとも一部
   の下部で、前記シリコン基板が部分的に除去され、前記
   発熱抵抗部によって加熱された部分から計測流体への熱
   伝達現象に基づいて該計測流体の流量又は流速を計測す
   るようになっている感熱式流量検出素子において、 前記発熱抵抗部が、前記支持膜の上に前記計測流体の流
   れの方向に並んで配置された２つの発熱抵抗を備えてい
   ることを特徴とする流量検出素子。
2. 【請求項２】 前記シリコン基板が、前記支持膜が配置
   された方の表面と反対側の表面から部分的に除去されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の流量検出素子。
3. 【請求項３】 前記の２つの発熱抵抗が、前記計測流体
   の流れの方向に３００μｍ未満の距離を隔てて配置され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の流量検出素
   子。
4. 【請求項４】 前記の２つの発熱抵抗が、それぞれ、互
   いに左右対称となる形状を有していることを特徴とする
   請求項１に記載の流量検出素子。
5. 【請求項５】 前記の２つの発熱抵抗のそれぞれにおい
   て、その第１の端部と第２の端部とが、前記計測流体の
   流れの方向と直交する方向に関して互いに反対側に配置
   されていることを特徴とする請求項１に記載の流量検出
   素子。
6. 【請求項６】 前記の２つの発熱抵抗のそれぞれにおい
   て、前記第１の端部を外部回路に接続する第１の接続部
   と、前記第２の端部を外部回路に接続する第２の接続部
   とが、前記計測流体の流れの方向と直交する方向に関し
   て同じ側に配置されていることを特徴とする請求項５に
   記載の流量検出素子。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１つに記載の流
   量検出素子を用いて計測流体の流量を計測するようにな
   っていることを特徴とする流量センサ。