JPH1183886A - 静電容量型マイクロフローセンサ及び静電容量型マイクロフローセンサの製造方法並びに静電容量型マイクロフローセンサの外付け用固定具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二方向の流速計測を可能とする。 【解決手段】 第１の基板１には、第１及び第２の検出
電極５，６がそれぞれ設けられる一方、第２の基板２に
おいては、第１のボス部１５の周囲には、第１の計測凹
部１０が、第２のボス部２０の周囲には、第２の計測凹
部１１が、それぞれ形成されており、第１の計測凹部１
０と外部とを連通する第１のセンサ部用連通路１６ａ，
１６ｂと、第２の計測凹部１１と外部とを連通する第２
のセンサ部用連通路２１ａ，２１ｂとは、その開口部分
が互いに逆向きとなっている。そして、流速により生ず
る差圧がダイヤフラム１３ａ，１３ｂに作用すること
で、第１の検出電極５と第１のボス部１５との間の静電
容量が、また、第２の検出電極６と第２のボス部２０と
の間の静電容量が、それぞれ差圧に応じたものとして得
られるようになっており、しかも、それぞれ逆方向の流
速によるものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
Ｃ_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Ｃ_REF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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ｃ_REF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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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）。

【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。

【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）。

【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）。

【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）。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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）。

【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）。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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で
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ｃ_REF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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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）。

【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）。

【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）。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】検出回路の一回路構成例を示す回路図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１５】中央基板を下側から見た場合の全体斜視図で
ある。

【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。

【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。

【図１８】緩衝用突起の配設例を模式的に示す模式図で
ある。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。