JP2001027558A - 感熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度計測抵抗の温度を確保し且つ検出感度お
よび信頼性を向上させた感熱式流量センサを得る。 【解決手段】 基材１の表面に形成された低熱容量部１
３Ａと、低熱容量部に配設された発熱抵抗パターン４お
よび温度計測抵抗１４と、温度計測抵抗に定電圧を印加
するとともに発熱抵抗パターンに加熱電流を供給して加
熱電流を流量計測信号として出力する制御回路とを備
え、発熱抵抗パターンおよび温度計測抵抗は、流体の流
れ方向Ｇに沿って平面的に配置され、温度計測抵抗は、
発熱抵抗パターン内に配置されるとともに、発熱抵抗パ
ターンの発熱によって流体の流れ方向に生じる温度分布
のピーク位置よりも上流側に配置された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば内燃機
関の吸入空気量を計測するための感熱式流量センサであ
って、発熱体（または、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流体の流量（ま
たは、流速）を計測する感熱式流量センサに関し、特に
検出感度および信頼性を向上させた感熱式流量センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８はたとえば特公平５−７６５９号
公報に記載された従来の感熱式流量センサに用いられる
ブリッジタイプの流量検出素子１８を保護膜３を除去し
た状態で示す平面図であり、図１９は図１８内のＸ−Ｘ
線による側断面図である。図１８および図１９におい
て、平板状の基材１は、シリコン半導体により構成され
ている。

【０００３】基材１の表面全体に形成された支持膜２お
よび保護膜３は、それぞれ、絶縁性の窒化シリコンによ
り構成されている。基材１上に形成された発熱抵抗パタ
ーン４は、感熱抵抗膜（パーマロイまたは白金など）に
より構成されている。感熱抵抗膜とは、抵抗値が温度依
存性を有する材料からなる抵抗膜である。

【０００４】測温抵抗パターン５および６は、それぞ
れ、発熱抵抗パターン４と同様に感熱抵抗膜により構成
されており、発熱抵抗パターン４に対して同一平面上の
両側に配設されている。各測温抵抗パターン５、６は、
発熱抵抗パターン４を挟んで、計測流体の流れの方向
（矢印Ｇ）に沿って平面的に並んでいる。

【０００５】比較抵抗パターン７は、他のパターンと同
様に感熱抵抗膜により構成されており、発熱抵抗パター
ン４および各測温抵抗パターン５、６と同一平面上に配
設されている。

【０００６】なお、ここでは、図示されないが、周知の
ように、発熱抵抗パターン４、測温抵抗パターン５、６
および比較抵抗パターン７は、感熱式流量センサの制御
回路内に含まれている。

【０００７】すなわち、比較抵抗パターン７は、測温抵
抗パターン５および６とともにブリッジ回路を構成して
おり、制御回路により定電圧が印加されている。また、
発熱抵抗パターン４は、制御回路により加熱電流が供給
され、この加熱電流に対応した電圧値が流量計測信号と
して出力される。

【０００８】基材１上には、発熱抵抗パターン４ならび
に各測温抵抗パターン５および６の着膜部の近傍におい
て、一対の開口部８および各開口部８を連通する空気ス
ペース９が設けられている。

【０００９】空気スペース９は、窒化シリコンに損傷を
与えないエッチング液を用いて開口部８からシリコン半
導体の一部を除去することにより形成されている。これ
により、発熱抵抗パターン４ならびに各測温抵抗パター
ン５および６の着膜部は、ブリッジ形状部１１（低熱容
量部）を形成している。

【００１０】次に、図１８および図１９に示した流量検
出素子１８を用いた従来の感熱式流量センサの動作につ
いて説明する。まず、制御回路（図示せず）からの通電
によって発熱抵抗パターン４に供給される加熱電流は、
たとえば比較抵抗パターン７で検出された基材１の温度
よりも２００℃だけ高い一定の温度になるように制御さ
れる。

【００１１】これにより、発熱抵抗パターン４で発生し
た熱は、支持膜２や保護膜３を介して、または、他の感
熱抵抗膜を介して、測温抵抗パターン５および６に伝達
される。

【００１２】このとき、図１８に示すように、測温抵抗
パターン５および６は、発熱抵抗パターン４に対して互
いに対称位置に配置されているので、空気の流れがない
場合には、測温抵抗パターン５および６の各抵抗値に差
が生じることはない。

【００１３】しかしながら、測温抵抗パターン５および
６の周辺において空気の流れがある場合には、一方の上
流側の測温抵抗パターンは空気によって冷却され、他方
の下流側の測温抵抗パターンは、発熱抵抗パターン４か
ら空気に伝達された熱の影響によって、上流側の測温抵
抗パターンほどは冷却されない。

【００１４】たとえば、図１８および図１９内の矢印Ｇ
で示す方向に空気の流れが生じた場合には、上流側の測
温抵抗パターン５は、下流側の測温抵抗パターン６より
も低温となり、両者の抵抗値の差は、流体（空気）の流
速または流量が大きいほど大きくなる。

【００１５】したがって、測温抵抗パターン５および６
の各抵抗値の差を検出することにより、空気の流速また
は流量を測定することができる。また、空気の流れ方向
が矢印Ｇとは逆の場合には、上流側の測温抵抗パターン
６の方が下流側の測温抵抗パターン５よりも低温になる
ので、空気の流れ方向を検出することもできる。

【００１６】図１８および図１９においては、低熱容量
部としてブリッジ形状部１１を用いた流量検出素子１８
を示したが、他の低熱容量部の構成例として、たとえば
ダイヤフラムを用いた流量検出素子も広く提案されてい
る。

【００１７】図２０は従来の感熱式流量センサに用いら
れるダイヤフラムタイプの流量検出素子１８ａを保護膜
３を除去した状態で示す平面図であり、図２１は図２０
内のＹ−Ｙ線による側断面図である。図２０および図２
１において、前述（図１８および図１９参照）と同様の
構成要素については、それぞれ、前述と同一符号を付し
て詳述を省略する。

【００１８】基材１のキャビティ１２は、基材１の支持
膜２が取り付けられた方の表面とは反対側の表面から、
基材１の一部をエッチングなどにより除去することによ
って形成されている。

【００１９】これにより、支持膜２および保護膜３は、
発熱抵抗パターン４および各測温抵抗パターン５および
６を挟んで、図２１に示すように、ダイヤフラム１３を
形成することになる。

【００２０】図２０および図２１のようにダイヤフラム
タイプの流量検出素子１８ａによれば、前述（図１８お
よび図１９参照）のブリッジタイプの流量検出素子１８
に比べて高い強度を得ることができる。

【００２１】したがって、たとえば自動車用エンジンの
吸入空気量を検出する場合などのように、厳しい環境下
で使用される感熱式流量センサの流量検出素子に適して
いる。なお、空気の流量（または、流速）の検出原理
は、前述のブリッジタイプの流量検出素子１８の場合と
同様である。

【００２２】また、他の従来例として、たとえば特開平
７−１７４６００号公報に参照されるように、流速に対
して直線性のよい出力特性を得るために、流体の上流側
に測温体を配設して下流側に発熱体を配設した傍熱方式
の感熱式流量センサも提案されている。

【００２３】ところで、上記感熱式流量センサのうち、
ブリッジタイプの流量検出素子１８（図１８、図１９参
照）を用いた場合には、ダイヤフラムタイプの流量検出
素子１８ａ（図２０、図２１参照）を用いた場合と比べ
て、ブリッジ形状部１１が基材１に保持される箇所が少
ないので、十分な強度を確保することができない。

【００２４】また、ブリッジタイプの流量検出素子１８
において、十分な強度を確保するためには、ブリッジ形
状部１１を含む膜厚全体の寸度を大きくするか、また
は、ブリッジ形状部１１と基材１との接触部を大きく構
成する必要があり、感熱式流量センサ全体が大型化して
しまう。

【００２５】一方、ダイヤフラムタイプの流量検出素子
１８ａを用いた場合には、ブリッジタイプの流量検出素
子１８よりも強度上有利である反面、ダイヤフラム１３
の全周が基材１と接触しているので、発熱抵抗パターン
４で発生する熱のうち、ダイヤフラム１３を通して基材
１へ伝導する熱量が多く、流量検出感度が低下してしま
うことになる。

【００２６】また、ダイヤフラム１３の全周が基材１と
接触している流量検出素子１８ａにおいては、発熱抵抗
パターン４の面積を拡大することが困難なので、熱伝達
量を大きくすることができず、流量検出感度が低下して
しまう。

【００２７】また、ダイヤフラム１３をできるだけ大き
く且つ薄く形成すれば、流量検出素子１８ａの検出感度
低下をある程度抑制することができるが、ダイヤフラム
１３の強度が低下してしまうので現実性がない。

【００２８】また、たとえば内燃機関の吸入空気量を計
測する場合、感熱式流量センサの上流側に防塵用のフィ
ルタが配設されるが、微少なダストや水分などはフィル
タを通過して流量検出素子部に付着することが知られて
いる。

【００２９】このように、ダストや水分の付着によって
流量検出素子部が汚損されると、流量検出素子部と気流
との間の熱伝導特性が変化して、流量検出特性がドリフ
トしてしまう。

【００３０】したがって、従来より、流量検出素子部が
汚損された場合には、流量検出特性のドリフトを抑制す
るために、流量検出素子部の温度を上昇させてダストを
焼却したり水分を蒸発させている。

【００３１】しかしながら、発熱抵抗パターン４の周囲
の温度は、発熱抵抗パターン４から離れるほど低下する
うえ、特に上記特開平７−１７４６００号公報に参照さ
れるように、検出感度を改善するために発熱体の上流側
に測温抵抗を配置すると、発熱体の発熱温度よりも測温
抵抗の温度が下がるので、測温抵抗に付着したダストや
水分を除去することができなくなり、耐汚損性が低下し
てしまう。

【００３２】また、上記耐汚損性の低下を抑制するため
に、たとえば発熱体の温度を高くして測温抵抗の温度を
高く設定すると、測温抵抗よりも下流側に位置する発熱
体の温度は、特に流量が大きい場合に高く設定する必要
性が生じることから、ダイヤフラム１３の加熱損傷など
により熱的信頼性が低下してしまう。

【００３３】なぜなら、発熱体の温度を汚損防止用の所
定レベルに設定すると、測温抵抗の温度が所定レベルよ
りも低くなって測温抵抗が汚損してしまい、測温抵抗の
温度を所定レベルに設定するためには、発熱体の温度を
所定レベルよりも高くしなければならないからである。

【００３４】一方、感熱式流量センサを車載内燃機関の
燃料制御用の吸気流量センサとして用いた場合、スロッ
トル開度が大きい運転領域（「バルブオーバーラップ」
と称される）での逆流をともなう脈動流現象下において
は、逆流方向の流量と正方向の流量との和が吸入空気量
として検出されるので、逆方向の流量の２倍に相当する
流量検出誤差が生じることになる。

【００３５】

【発明が解決しようとする課題】従来の感熱式流量セン
サは以上のように、ブリッジタイプの流量検出素子１８
を用いた場合には、ブリッジ形状部１１が基材１に保持
される箇所が少ないので、十分な強度を確保することが
できないという問題点があった。

【００３６】また、ダイヤフラムタイプの流量検出素子
１８ａを用いた場合には、ダイヤフラム１３の全周が基
材１と接触しているので、発熱抵抗パターン４からダイ
ヤフラム１３を通して基材１へ伝導する熱量が多いう
え、発熱抵抗パターン４の面積を拡大することが困難と
なり、流量検出感度が低下してしまうという問題点があ
った。

【００３７】また、特開平７−１７４６００号公報のよ
うに、発熱体（発熱抵抗パターン）の上流側に測温抵抗
を配置した場合には、発熱体の温度よりも測温抵抗の温
度が下がるので、測温抵抗に付着したダストや水分を除
去することができなくなり、耐汚損性が低下してしまう
という問題点があった。

【００３８】また、上記耐汚損性が低下を防止するため
に、測温抵抗の温度を高レベルに設定しようとすると、
測温抵抗よりも下流側の発熱体の温度が高くなりすぎて
しまい、熱的信頼性が低下してしまうという問題点があ
った。

【００３９】さらに、従来の流量検出素子をたとえば車
載内燃機関の燃料制御用の吸気流量センサに用いた場合
には、脈動流現象下における逆流方向の流量をそのまま
順方向流量として検出してしまうので、逆方向の流量の
２倍に相当する流量検出誤差が生じるという問題点があ
った。

【００４０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、ダイヤフラムタイプの流量検
出素子を用いるとともに、発熱抵抗パターン内で、且
つ、発熱抵抗パターンの発熱によって流れ方向に生じる
温度分布のピーク位置よりも上流側に温度計測抵抗を配
置することにより、温度計測抵抗の温度を確保しつつ逆
流方向よりも順流方向の検出感度を高く設定し、検出感
度および信頼性を向上させた感熱式流量センサを得るこ
とを目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る感熱式流量センサは、平板状の基材と、基材の表面に
形成された低熱容量部と、低熱容量部に配設された感熱
抵抗膜からなる発熱抵抗パターンおよび温度計測抵抗
と、温度計測抵抗に定電圧を印加するとともに発熱抵抗
パターンに加熱電流を供給して加熱電流を流量計測信号
として出力する制御回路とを備え、発熱抵抗パターンお
よび温度計測抵抗は、計測対象となる流体の流れ方向に
沿って平面的に配置された感熱式流量センサにおいて、
温度計測抵抗は、発熱抵抗パターン内に配置されるとと
もに、発熱抵抗パターンの発熱によって流体の流れ方向
に生じる温度分布のピーク位置よりも上流側に配置され
たものである。

【００４２】また、この発明の請求項２に係る感熱式流
量センサは、請求項１において、温度計測抵抗は、流体
の流れ方向に対して、発熱抵抗パターン内の中央部より
も上流側に配置されたものである。

【００４３】また、この発明の請求項３に係る感熱式流
量センサは、請求項２において、低熱容量部は、温度計
測抵抗とほぼ対称をなす位置に、通電に寄与しないダミ
ーパターンが配設されたものである。

【００４４】また、この発明の請求項４に係る感熱式流
量センサは、請求項１において、発熱抵抗パターンの発
熱温度分布は、流体の下流側に偏向するように設定され
たものである。

【００４５】また、この発明の請求項５に係る感熱式流
量センサは、請求項４において、発熱抵抗パターンは、
流体の上流側の抵抗値よりも下流側の抵抗値の方が高く
設定されたものである。

【００４６】また、この発明の請求項６に係る感熱式流
量センサは、請求項５において、発熱抵抗パターンは、
パターン幅の異なる粗密部分が形成されており、流体の
流れ方向に対して、温度計測抵抗の上流側よりも下流側
のパターン幅が密に設定されたものである。

【００４７】また、この発明の請求項７に係る感熱式流
量センサは、請求項５において、発熱抵抗パターンは、
パターン厚の異なる厚薄部分が形成されており、流体の
流れ方向に対して、温度計測抵抗の上流側よりも下流側
のパターン厚が薄く設定されたものである。

【００４８】また、この発明の請求項８に係る感熱式流
量センサは、請求項４において、発熱抵抗パターンは、
流体の流れ方向に対して、低熱容量部の中央部よりも上
流側に配置されたものである。

【００４９】また、この発明の請求項９に係る感熱式流
量センサは、請求項４から請求項８までのいずれかにお
いて、温度計測抵抗は、流体の流れ方向に対して、発熱
抵抗パターン内の中央部に配置されたものである。

【００５０】また、この発明の請求項１０に係る感熱式
流量センサは、請求項１から請求項９までのいずれかに
おいて、温度計測抵抗に印加される定電圧は、温度計測
抵抗が自己発熱するための最小限の電圧値に設定された
ものである。

【００５１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１について、図１〜図９を参照しながら詳細
に説明する。図１はこの発明の実施の形態１に用いられ
る流量検出素子１８Ａを保護膜３を除去した状態で示す
平面図、図２は図１内のＡ−Ａ線による側断面図であ
る。

【００５２】図１および図２において、前述（図２０お
よび図２１参照）と同様のものについては、同一符号を
付して、それぞれ詳述を省略する。この場合、流量検出
素子１８Ａは、ダイヤフラムタイプの構成を有する。

【００５３】なお、図１および図２において、流量検出
素子１８Ａ内の各部の大きさは、構成を分かり易くする
ために、実際の寸法比とは異なる大きさで示されてい
る。このことは、他の全ての図面においても同様であ
る。

【００５４】図１および図２において、基材１の表面１
ａの支持膜２上には、感熱抵抗膜（たとえば、白金）か
らなる発熱抵抗パターン４、比較抵抗パターン７、温度
計測抵抗１４およびリードパターン１５ａ〜１５ｆが形
成されており、これらのパターンは保護膜３により覆わ
れている。

【００５５】各リードパターン１５ａ〜１５ｆは、発熱
抵抗パターン４、比較抵抗パターン７および発熱検出用
の温度計測抵抗１４の各両端子を形成している。

【００５６】発熱抵抗パターン４、比較抵抗パターン７
および温度計測抵抗１４は、感熱式流量センサの制御回
路５０（後述する）内に含まれており、発熱抵抗パター
ン４には加熱電流ｉが供給される。

【００５７】また、ブリッジ回路２５を構成する比較抵
抗パターン７および温度計測抵抗１４には、たとえば、
温度計測抵抗１４が自己発熱しない程度の定電圧Ｖｃｃ
（微少電圧）が印加される。

【００５８】各リードパターン１５ａ〜１５ｆの端部に
は、電極１６ａ〜１６ｆが形成されており、電極１６ａ
〜１６ｆにおいては、各リードパターン上の保護膜３が
除去されて各リードパターンの一部が露出されている。

【００５９】電極１６ａ〜１６ｆは、ワイヤボンドなど
の周知の方法により外部回路（図示せず）と電気的に接
続され、これにより、発熱抵抗パターン４、比較抵抗パ
ターン７および温度計測抵抗１４は、リードパターン１
５ａ〜１５ｆおよび電極１６ａ〜１６ｆを介して、外部
回路に電気的に接続される。

【００６０】基材１の一部には、裏面１ｂ側から支持膜
２に至るように台形状に除去された空間すなわちキャビ
ティ１２が形成されており、キャビティ１２において
は、基材１と一体構造の薄肉のダイヤフラム１３Ａ（低
熱容量部）が形成されている。

【００６１】ダイヤフラム１３Ａにおいて、支持膜２お
よび保護膜３により挟み込まれた発熱抵抗パターン４の
部位は、全周が基材１に保持されている。比較抵抗パタ
ーン７は、ダイヤフラム１３Ａから離間した基材１上に
位置している。また、温度計測抵抗１４は、発熱抵抗パ
ターン４内において、中央部よりも上流側のパターン間
に位置している。

【００６２】基材１の裏面１ｂには裏面保護膜１９が形
成されており、裏面保護膜１９には、キャビティ１２を
形成するためのエッチングホール２０が形成されてい
る。

【００６３】ここで、図１および図２のように流量検出
素子１８Ａを構成するための製造工程について説明す
る。まず、厚さ０．４ｍｍの基材１の表面１ａの全面
に、スパッタまたはＣＶＤなどの方法を用いて、窒化シ
リコンを１μｍ厚に成膜して支持膜２を形成する。

【００６４】次に、支持膜２が形成された基材１の表面
１ａの全面に、蒸着またはスパッタなどの方法を用いて
白金を０．２μｍ厚に成膜した後、写真製版、ウェット
エッチングまたはドライエッティングなどの方法を用い
て白金膜をパターニングし、発熱抵抗パターン４、比較
抵抗パターン７、温度計測抵抗１４およびリードパター
ン１５ａ〜１５ｆを形成する。

【００６５】次に、基材１の表面１ａの全面に、スパッ
タまたはＣＶＤなどの方法を用いて、窒化シリコンを１
μｍ厚に成膜して保護膜３を形成する。その後、写真製
版、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどの
方法を用いて、リードパターン１５ａ〜１５ｆの端部上
の保護膜３を除去して電極１６ａ〜１６ｆを形成する。

【００６６】次に、基材１の裏面１ｂの全面に、裏面保
護膜１９としてレジストを塗布し、写真製版などを用い
てエッチングホール２０を形成する。最後に、たとえば
アルカリエッチングを施して、基材１の一部を裏面１ｂ
側から支持膜２に至るように除去して、ダイヤフラム１
３Ａを形成する。

【００６７】このときのエッチングに使用されるエッチ
ャントとしては、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ Ｍｅ
ｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、
ＮａＯＨなどがあげられる。

【００６８】なお、ダイヤフラム１３Ａの大きさは、
１．５ｍｍ×２ｍｍ程度であり、また、発熱抵抗パター
ン４の発熱部は、ダイヤフラム１３Ａの中央部におい
て、０．８ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさに形成される。ま
た、温度計測抵抗１４は、発熱抵抗パターン４の上流側
のパターン間に、０．０２ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさに
形成される。

【００６９】次に、図３〜図５を参照しながら、上記の
ように構成された流量検出素子１８Ａを用いた感熱式流
量センサ１００の構成について説明する。図３はこの発
明の実施の形態１による感熱式流量センサ１００を示す
正面図、図４は図３内のＢ−Ｂ線による側断面図、図５
は感熱式流量センサ１００の制御回路５０を示す回路図
である。

【００７０】図３および図４において、感熱式流量セン
サ１００は、計測流体の通路となる主通路２１と、主通
路２１内に同軸的に配設された検出管路２２と、検出管
路２２内に配設された流量検出素子１８Ａと、主通路２
１に一体形成されたケース２３と、感熱式流量センサ１
００に電力を供給し且つ出力を取り出すためのコネクタ
２４と、ケース２３内に収容された制御回路基板４０
と、流量検出素子１８Ａと制御回路基板４０とを導通す
るリード線４１とにより構成されている。

【００７１】リード線４１は、流量検出素子１８Ａの電
極１６ａ〜１６ｆ（図１参照）と制御回路基板４０とを
電気的に接続している。

【００７２】流量検出素子１８Ａは、基材１の表面が計
測流体の流れ方向Ｇと平行となるように、且つ、基材１
の表面が計測流体にさらされるように、検出管路２２内
に配設されている。なお、流量検出素子１８Ａは、周囲
の流体の流れを安定化するために、検出管路２２内にお
いて、板状部材（図示せず）の表面部分に埋設されても
よい。

【００７３】一方、感熱式流量センサ１００の制御回路
５０は、流量検出素子１８Ａおよび制御回路基板４０上
の回路要素により構成されている。図５に示す制御回路
５０において、発熱抵抗パターン４、比較抵抗パターン
７および温度計測抵抗１４を除く他の回路要素は、制御
回路基板４０上に実装されている。

【００７４】制御回路５０は、流量検出用のブリッジ回
路２５と、ブリッジ回路２５の出力端子に接続された演
算増幅器２６と、演算増幅器２６の出力電圧により駆動
されるトランジスタ２７と、トランジスタ２７のエミッ
タ端子とグランドとの間に挿入された発熱抵抗パターン
４および固定抵抗器Ｒ４と、ブリッジ回路２５の出力端
子とトランジスタ２７の出力端子との間に挿入されたコ
ンデンサＣ１とを備えている。

【００７５】ブリッジ回路２５は、温度計測抵抗１４お
よび比較抵抗パターン７と、固定抵抗器Ｒ１〜Ｒ３とを
含む。ブリッジ回路２５において、定電圧Ｖｃｃとグラ
ンドとの間には、温度計測抵抗１４と固定抵抗器Ｒ２と
からなる直列回路と、比較抵抗パターン７と固定抵抗器
Ｒ１およびＲ３とからなる直列回路とが並列に挿入され
ている。

【００７６】ブリッジ回路２５内の各直列回路の接続点
Ｐ１およびＰ２の電位は、演算増幅器２６に対する一対
の入力信号となっている。

【００７７】トランジスタ２７は、コレクタに電源５１
の正極電圧が印加され、ベースに演算増幅器２６の出力
電圧が印加されており、発熱抵抗パターン４に供給する
加熱電流ｉを調整するようになっている。また、トラン
ジスタ２７のエミッタに接続された発熱抵抗パターン４
および固定抵抗器Ｒ４の接続点は、制御回路５０の出力
端子５２を構成している。

【００７８】次に、図１〜図５とともに、図６〜図９に
示す説明図および特性図を参照しながら、この発明の実
施の形態１による流量検出動作について説明する。

【００７９】図６〜図９はこの発明の実施の形態１の動
作を示しており、図６は流れ方向Ｇに対する側断面の表
面温度分布を示す説明図、図７は流量Ｑ[ｇ／ｓ]と動作
温度の平均温度差ΔＴ[ｄｅｇ]との関係を示す特性図、
図８は正逆方向の流量Ｑと出力電圧Ｖｏｕｔ[Ｖ]との関
係を示す特性図、図９は脈動流現象時の出力波形を示す
説明図である。

【００８０】まず、流量検出素子１８Ａにおいて、基材
１上の比較抵抗パターン７は、ダイヤフラム１３Ａから
離間した位置に設けられているので、発熱抵抗パターン
４で発生した熱が比較抵抗パターン７まで伝導すること
はない。したがって、比較抵抗パターン７で検出される
温度は、検出管路２２内に流入する流体（計測対象）の
温度とほぼ等しくなる。

【００８１】一方、ブリッジ回路２５内の温度計測抵抗
１４は、制御回路５０により調整される発熱抵抗パター
ン４の温度に関連して、比較抵抗パターン７の温度より
も所定温度だけ高い平均温度となるような抵抗値に制御
される。

【００８２】このとき、制御回路５０内の演算増幅器２
６は、接続点Ｐ１およびＰ２の電位をほぼ等しくするよ
うにトランジスタ２７を駆動し、発熱抵抗パターン４に
流れる加熱電流ｉを制御する。なお、図５においては、
ブリッジ回路２５に対して定電圧Ｖｃｃが印加されてい
るが、定電流が供給されてもよい。

【００８３】次に、ダイヤフラム１３Ａにおける流れ方
向Ｇに対する側断面の表面温度分布について説明する。
図６において、ダイヤフラム１３Ａの配置領域Ｌ１と、
発熱抵抗パターン４の配置領域Ｌ２と、温度計測抵抗１
４の配置領域Ｌ３とにおける各表面温度ＴＳ[ｄｅｇ]の
分布が示されている。

【００８４】流れ方向Ｇに対する側断面の表面温度ＴＳ
は、無風時（流量Ｕ＝０[ｍ／ｓ]）においては、図６内
の実線のように、発熱抵抗パターン４の配置領域Ｌ２の
中心（一点鎖線）に対して対称な分布となる。

【００８５】一方、流体の流速が順流方向Ｇに関して大
きくなった場合（たとえば、流量Ｕ＝１７[ｍ／ｓ]）に
おいては、図６内の破線のように、温度分布のピークレ
ベルが上昇するとともに、温度分布のピーク位置が発熱
抵抗パターン４の中心から下流側に偏る。

【００８６】このとき、温度計測抵抗１４の配置領域Ｌ
３の温度は、一定に制御されており、平均温度と比べて
相対的に低下するので、発熱抵抗パターン４に供給され
る加熱電流ｉが増加され、温度計測抵抗１４は、比較抵
抗パターン７の流体温度に対して一定温度だけ高い温度
に維持される。

【００８７】したがって、出力端子５２において、固定
抵抗器Ｒ３の両端電圧Ｖｏｕｔとして加熱電流ｉの大き
さを検出することにより、この検出信号（流量計測信
号）に基づいて流体の流速または所定の側断面積を有す
る通路内を流れる流量を計測することができる。

【００８８】ここで、発熱抵抗パターン４（発熱体）の
抵抗値をＲＨ、発熱抵抗パターン４の平均温度をＴＨ、
流体の温度をＴＡ、所定の側断面積を有する通路内を流
れる流量をＱとすると、以下の（１）式の関係が成り立
つ。

【００８９】 ｉ²×ＲＨ＝（ａ＋ｂ×Ｑⁿ）×（ＴＨ−ＴＡ） ・・・（１）

【００９０】ただし、（１）式において、ａ、ｂ、ｎは
流量検出素子１８Ａの形状や配置などによって決定する
係数である。係数ａは、流量Ｑに依存しない熱量に相当
する値であり、係数ａの大部分は発熱抵抗パターン４か
ら基材１への熱伝導損失である。

【００９１】また、係数ｂは、強制対流熱伝達に相当す
る値であり、発熱抵抗パターン４の近傍における流体の
流れの様相に応じて、たとえば、０．５程度に設定され
る。

【００９２】次に、流体の流れ方向Ｇの違いおよび流量
増減の違いに対する動作について説明する。図７におい
て、正逆両方向の流量Ｑの違いに対する比較抵抗パター
ン７と発熱抵抗パターン４との平均温度差ΔＴが示され
ている。

【００９３】図７に示すように、平均温度差ΔＴ（＝Ｔ
Ｈ−ＴＡ）は、順流方向Ｇの流量増加に対しては正の傾
きとなり、逆流方向の流量増加に対しては負の傾きとな
るように動作する。これにより、発熱抵抗パターン４の
平均温度ＴＨと流体温度ＴＡとの平均温度差ΔＴは、流
量Ｑに対して依存性を持つことになる。

【００９４】したがって、順流方向Ｇの流量Ｑの変化に
対する加熱電流ｉの変化量は大きくなり、従来のように
温度差（ＴＨ−ＴＡ）を一定制御する場合と比べて、感
熱式流量センサ１００の検出感度を向上させることがで
きる。

【００９５】一方、逆流方向の流量Ｑの変化に対する加
熱電流ｉの変化量は小さくなるので、感熱式流量センサ
１００の検出感度が低下し、従来制御と比べて検出誤差
を抑制することができる。

【００９６】図８は順流方向および逆流方向の流量Ｑの
変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔ（加熱電流ｉ）の変化を
示している。図８において、順流方向の流量Ｑにおける
出力電圧Ｖｏｕｔの変化量は大きく、逆流方向の流量Ｑ
における出力電圧Ｖｏｕｔの変化量は小さくなってい
る。

【００９７】次に、自動車などに搭載される内燃機関に
おいて逆流をともなう脈動流現象が生じた場合の流量検
出動作について説明する。図９において、破線で示す波
形Ｗ１は実際の逆流成分の流量波形、一点鎖線で示す波
形Ｗ２は従来の検出制御による流量波形、実線で示す波
形Ｗ３はこの発明の実施の形態１により検出される流量
波形である。

【００９８】前述のように、従来の感熱式流量センサの
場合には、逆流方向の流量Ｑと順流方向Ｇの流量Ｑとの
和が吸入空気量として検出されるので、逆流方向の実際
の流量波形Ｗ１（図９内の破線）に対して、極性のみが
正方向に反転された流量波形Ｗ２（一点鎖線）となり、
実際の逆方向流量の２倍に相当する流量検出誤差が生じ
る。

【００９９】これに対し、この発明の実施の形態１によ
れば、順流方向Ｇと逆流方向との検出感度が異なるので
（図８参照）、順流方向Ｇの流量Ｑと出力電圧Ｖｏｕｔ
との関係をマッピングしておけば、流量波形Ｗ３（図９
内の実線）のように、逆流が生じることによる流量検出
誤差が低減される。

【０１００】したがって、たとえば、内燃機関の吸入空
気量を検出する流量センサとして用いた場合には、吸入
空気量に基づいて内燃機関を制御する際の燃料制御精度
を向上させることができる。

【０１０１】また、流体の流れ中において、温度計測抵
抗１４は、発熱抵抗パターン４の発熱によって流れ方向
Ｇに生じる温度分布のピーク位置よりも上流側に且つ発
熱抵抗パターン４内に配置されているので、順流方向Ｇ
に対して感熱式流量センサ１００の検出感度を向上させ
ることができる。

【０１０２】また、流量検出素子１８Ａにおいて、温度
計測抵抗１４が発熱抵抗パターン４内に配置されている
ので、温度計測抵抗１４が配置される部分の温度は、順
流方向Ｇに関して上流側の位置であっても、発熱抵抗パ
ターン４の発熱平均温度よりも低く動作することがな
い。

【０１０３】したがって、十分に所定温度を確保するこ
とができるので、水やダストなどの付着による汚損を防
止することができ、汚損によって生じる特性変化のドリ
フトを低減して、流量検出精度を向上させることができ
る。

【０１０４】さらに、ダイヤフラム１３Ａにおいて、熱
伝導率の高い感熱抵抗膜からなる温度計測抵抗１４は、
その周囲が発熱抵抗パターン４により包囲されており
（図１参照）、発熱抵抗パターン４と基材１との間に介
在されていないので、基材１への熱伝導量増加による感
度低下を防ぐことができる。

【０１０５】すなわち、発熱抵抗パターン４からダイヤ
フラム１３Ａを介して基材１に伝導して損失する熱量
は、流量の計測に関与していない熱量なので、図１のよ
うに、温度計測抵抗１４を基材１から隔離配置して基材
１への伝導損失熱量を抑制することは、流量検出感度を
向上させるために有効となる。

【０１０６】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、流体の流れ方向Ｇに関して、温度計測抵抗１４を温
度分布のピーク位置よりも上流側に配置させるために、
温度計測抵抗１４を発熱抵抗パターン４の中心位置より
も上流側に配置したが、温度計測抵抗１４の両側の発熱
抵抗パターン幅に粗密変化を持たせてもよい。

【０１０７】以下、温度計測抵抗１４の両側の発熱抵抗
パターン幅に粗密変化を設定したこの発明の実施の形態
２を図について説明する。図１０はこの発明の実施の形
態２に用いられる流量検出素子１８Ｂを保護膜３を除去
した状態で示す平面図、図１１は図１０内のＣ−Ｃ線に
よる側断面図である。図１０および図１１において、前
述（図１および図２）と同様のものについては、同一符
号を付して詳述を省略する。

【０１０８】この場合、流量検出素子１８Ｂ内の温度計
測抵抗１４は、流体の流れ方向Ｇに関して、発熱抵抗パ
ターン４Ｂのほぼ中央部に配置されている。また、発熱
抵抗パターン４Ｂは、温度計測抵抗１４の上流側のパタ
ーン幅ｄ１よりも下流側のパターン幅ｄ２の方が細く
（密に）設定されている。

【０１０９】なお、図１０において、温度計測抵抗１４
の配置に関連して、リードパターン１５ａおよび１５ｂ
との位置、リードパターン１５ｅおよび１５ｆとの位
置、電極１６ａおよび１６ｂとの位置、電極１６ｅおよ
び１６ｆとの位置が、それぞれ図１と異なる点を除け
ば、他の構成は前述と同様である。

【０１１０】図１０および図１１のように、発熱抵抗パ
ターン４Ｂに粗密変化を設定し、温度計測抵抗１４の位
置（中央部）を境界として、上流側のパターン幅ｄ１よ
りも下流側のパターン幅ｄ２の方を細く設定することに
より、発熱抵抗パターン４Ｂ内の中央部に配置された温
度計測抵抗１４は、実質的に温度分布のピーク位置より
も上流側に配置されることになる。

【０１１１】なぜなら、流れ方向Ｇに対する温度計測抵
抗１４の両側の温度分布を考慮した場合、無風時（流量
Ｑ＝０）において、発熱抵抗パターン４Ｂの発熱温度
は、上流側よりもパターンが密な（抵抗値が高い）下流
側において高くなり、ピーク温度位置が下流側にシフト
されるからである。

【０１１２】このように、温度計測抵抗１４の両側の発
熱抵抗パターン幅ｄ１、ｄ２の関係を、ｄ１＞ｄ２に設
定することにより、流れ方向Ｇに対して温度計測抵抗１
４を発熱抵抗パターン４Ｂ内の中央部よりも上流側に配
置する必要がなくなる。したがって、温度計測抵抗１４
の配置に関する制限がなくなり、設計上の自由度が拡大
する。

【０１１３】また、発熱抵抗パターン４Ｂの粗密に応じ
て温度分布を変えることができるので、発熱抵抗パター
ン４Ｂと温度計測抵抗１４との位置関係よって決定する
発熱温度の変化についても、所望の特性を得ることがで
きる。したがって、発熱抵抗パターン４Ｂと温度計測抵
抗１４との配置に関する自由度がさらに向上する。

【０１１４】さらに、図示したように、温度計測抵抗１
４を発熱抵抗パターン４Ｂの中心部に配置すれば、ダイ
ヤフラム１３Ａにおける全体のパターン配置が平面的に
ほぼ対称形状になるので、加熱時のダイヤフラム１３Ａ
の機械的変形を抑制することができる。

【０１１５】なお、ここでは、温度計測抵抗１４を発熱
抵抗パターン４Ｂの中心部に配置したが、温度計測抵抗
１４の位置は特に限定されるものではなく、発熱温度分
布のピーク位置から上流側であれば、発熱抵抗パターン
４Ｂ内の任意の位置に配置され得ることは言うまでもな
い。

【０１１６】実施の形態３．なお、上記実施の形態２で
は、発熱温度分布のピーク位置を流体の流れ方向Ｇに対
して下流側にシフトするために、温度計測抵抗１４の位
置よりも下流側の発熱抵抗パターン４Ｂを密に（抵抗値
を高く）設定したが、パターンの粗密を変化させずに、
下流側においてパターン厚を薄く（抵抗値を高く）設定
してもよい。

【０１１７】以下、温度計測抵抗１４の両側の発熱抵抗
パターンの厚さを変化させたこの発明の実施の形態３を
図について説明する。図１２はこの発明の実施の形態３
に用いられる流量検出素子１８Ｃを保護膜３を除去した
状態で示す平面図、図１３は図１２内のＤ−Ｄ線による
側断面図である。

【０１１８】図１２および図１３において、流量検出素
子１８Ｃ内の温度計測抵抗１４は、前述（図１０、図１
１）と同様に、発熱抵抗パターン４Ｃ内の中央部に配置
されている。一方、発熱抵抗パターン４Ｃは、温度計測
抵抗１４の位置よりも上流側のパターン厚ｔ１に比べ
て、下流側のパターン厚ｔ２の方が薄く設定されてい
る。

【０１１９】これにより、前述（図１０、図１１参照）
と同様に、発熱抵抗パターン４Ｃの抵抗値は、温度計測
抵抗１４に関して、上流側よりも下流側の方が高くなる
よう構成されている。

【０１２０】このように、温度計測抵抗１４の両側の発
熱抵抗パターン厚ｔ１、ｔ２の関係を、ｔ１＞ｔ２とす
ることにより、温度計測抵抗１４の上流側の発熱温度に
比べて下流側の方が発熱温度が高くなり、無風時におい
て、発熱抵抗パターン４Ｃの温度分布のピーク位置は下
流側に偏向する。

【０１２１】したがって、前述と同様に、温度計測抵抗
１４を発熱抵抗パターン４Ｃ内の中央部に配置しても、
温度計測抵抗１４は、実質的に温度分布のピーク位置よ
りも上流側に配置されることになり、温度計測抵抗１４
の配置に関する制限がなくなる。また、発熱抵抗パター
ン厚ｔ１、ｔ２に応じて温度分布を変えることにより、
所望の特性を得ることができる。

【０１２２】実施の形態４．なお、上記実施の形態２、
３では、発熱温度分布のピーク位置を下流側にシフトす
るために、発熱抵抗パターンの下流側の抵抗値を高く設
定したが、ダイヤフラム１３Ａに対する発熱抵抗パター
ンの位置をシフトさせてもよい。

【０１２３】以下、ダイヤフラム１３Ａに対する発熱抵
抗パターン位置をシフトさせたこの発明の実施の形態４
を図について説明する。図１４はこの発明の実施の形態
４に用いられる流量検出素子１８Ｄを保護膜３を除去し
た状態で示す平面図、図１５は図１４内のＥ−Ｅ線によ
る側断面図である。

【０１２４】図１４および図１５において、温度計測抵
抗１４は、前述（図１２、図１３）と同様に、発熱抵抗
パターン４Ｄ内の中央部に配置されている。一方、発熱
抵抗パターン４Ｄは、流れ方向Ｇに関して、ダイヤフラ
ム１３Ａの中央部よりも上流側に偏向配置されている。

【０１２５】このように、ダイヤフラム１３Ａに対して
発熱抵抗パターン４Ｄを上流側に偏向配置することによ
り、発熱抵抗パターン４Ｄから基材１までの距離は、下
流側に比べて上流側の方が短くなる。

【０１２６】すなわち、発熱抵抗パターン４Ｄから発生
する熱は、下流側よりも上流側において、基材１側に伝
導損失し易くなる。つまり、発熱抵抗パターン４Ｄによ
る発熱温度分布は、上流側において低くなることにな
る。

【０１２７】したがって、無風時における発熱抵抗パタ
ーン４Ｄの温度分布のピーク位置は下流側にシフトする
ので、前述と同様に、流れ方向Ｇに関して温度計測抵抗
１４の配置制限が不要となる。また、発熱抵抗パターン
４Ｄの位置に応じて温度分布を変えることができ、所望
の特性を得ることができる。

【０１２８】実施の形態５．なお、上記実施の形態１で
は、発熱抵抗パターン４内の中央部よりも上流側に温度
計測抵抗１４のみを設けたが、温度計測抵抗１４の対称
位置となるように発熱抵抗パターン４の下流側にダミー
パターンを追加配置し、発熱時の機械的変形を抑制する
ように構成してもよい。

【０１２９】以下、温度計測抵抗１４の対称位置にダミ
ーパターンを追加したこの発明の実施の形態５を図につ
いて説明する。図１６はこの発明の実施の形態５に用い
られる流量検出素子１８Ｅを保護膜３を除去した状態で
示す平面図、図１７は図１６内のＦ−Ｆ線による側断面
図である。

【０１３０】図１６および図１７において、流量検出素
子１８Ｅ内の温度計測抵抗１４は、前述（図１、図２参
照）と同様に、発熱抵抗パターン４の上流側に配置され
ている。

【０１３１】一方、通電に寄与しないダミーパターン１
４Ｅは、ダイヤフラム１３Ａ上の平面方向において、温
度計測抵抗１４の対称位置となるように配置されてい
る。ダミーパターン１４Ｅは、リードパターンおよび電
極などを有しておらず、発熱抵抗パターン４内の下流側
に配設されている。

【０１３２】一般に、ダイヤフラム１３Ａは、膜層方向
においてパターンが存在する部分とパターンが存在しな
い部分とを有し、発熱により機械的変形を発生するおそ
れがある。

【０１３３】しかし、図１６および図１７のように、ダ
イヤフラム１３Ａの面内において、温度計測抵抗１４と
対称位置にダミーパターン１４Ｅを形成することによ
り、支持膜２や保護膜３を構成する窒化シリコン膜と、
パターンを構成する感熱抵抗膜（白金膜）との間の内部
応力や機械的または熱的な物性の差に起因するダイヤフ
ラム１３Ａの膜変形を抑制することができる。

【０１３４】すなわち、発熱抵抗パターン４への非通電
時または通電時にかかわらず、ダイヤフラム１３Ａの変
形量を小さくするとともに変形形状を対称化して単純化
することができるので、再現性および信頼性の高い感熱
式流量センサが得られる。

【０１３５】また、機械的変形が生じる場合であって
も、その変形形状が対称化（単純化）されるので、機械
的変形によって各膜間に発生する応力は低減され、膜間
の剥離などの発生を防止することができる。

【０１３６】また、機械的変形量が抑制され且つ変形形
状が対称化されて、発熱抵抗パターン４への通電時にお
ける変形量のばらつきが抑制されるので、感熱式流量セ
ンサ１００としての流量検出特性が揃い、検出精度が向
上するうえ長期間使用時の信頼性も向上する。

【０１３７】実施の形態６．なお、上記実施の形態１〜
５では、ブリッジ回路２５（図５参照）内で印加される
定電圧Ｖｃｃを、温度計測抵抗１４が自己発熱しない程
度の微少電圧値に設定したが、温度計測抵抗１４が自己
発熱する程度の必要最小限の電圧値に設定してもよい。

【０１３８】この場合、制御回路５０において、ブリッ
ジ回路２５内の定電圧Ｖｃｃ（または、定電流）は、温
度計測抵抗１４が自己発熱する程度に設定され、温度計
測抵抗１４は、必要最小限の高温（たとえば、無風時で
５０℃）に加熱される。

【０１３９】このように、温度計測抵抗１４を自己発熱
させることにより、発熱抵抗パターン４における基材１
への熱伝導損失分が補償され、また、発熱抵抗パターン
４の全熱量に対する強制対流の熱伝達の比率が大きくな
り、感熱式流量センサ１００の流量検出感度を向上する
ことができる。

【０１４０】なお、図５においては、ブリッジ回路２５
に対して定電圧Ｖｃｃが印加されているが、定電流が供
給されてもよい。この場合、温度計測抵抗１４を自己発
熱させるためには、定電流を必要最小限に大きく設定す
ればよい。

【０１４１】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、平板状の基材と、基材の表面に形成された低熱容量
部と、低熱容量部に配設された感熱抵抗膜からなる発熱
抵抗パターンおよび温度計測抵抗と、温度計測抵抗に定
電圧を印加するとともに発熱抵抗パターンに加熱電流を
供給して加熱電流を流量計測信号として出力する制御回
路とを備え、発熱抵抗パターンおよび温度計測抵抗は、
計測対象となる流体の流れ方向に沿って平面的に配置さ
れた感熱式流量センサにおいて、温度計測抵抗は、発熱
抵抗パターン内に配置されるとともに、発熱抵抗パター
ンの発熱によって流体の流れ方向に生じる温度分布のピ
ーク位置よりも上流側に配置されたので、温度計測抵抗
の温度を確保しつつ逆流方向よりも順流方向の検出感度
を高く設定することができ、検出感度および信頼性を向
上させた感熱式流量センサが得られる効果がある。

【０１４２】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、温度計測抵抗は、流体の流れ方向に対し
て、発熱抵抗パターン内の中央部よりも上流側に配置さ
れたので、検出感度および信頼性を向上させた感熱式流
量センサが得られる効果がある。

【０１４３】また、この発明の請求項３によれば、請求
項２において、低熱容量部は、温度計測抵抗とほぼ対称
をなす位置に、通電に寄与しないダミーパターンが配設
されたので、低熱容量部の機械的変形を抑制するととも
に、検出感度および信頼性を向上させた感熱式流量セン
サが得られる効果がある。

【０１４４】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１において、発熱抵抗パターンの発熱温度分布は、流
体の下流側に偏向するように設定されたので、検出感度
および信頼性を向上させた感熱式流量センサが得られる
効果がある。

【０１４５】また、この発明の請求項５によれば、請求
項４において、発熱抵抗パターンは、流体の上流側の抵
抗値よりも下流側の抵抗値の方が高く設定されたので、
検出感度および信頼性を向上させた感熱式流量センサが
得られる効果がある。

【０１４６】また、この発明の請求項６によれば、請求
項５において、発熱抵抗パターンは、パターン幅の異な
る粗密部分が形成されており、流体の流れ方向に対し
て、温度計測抵抗の上流側よりも下流側のパターン幅が
密に設定されたので、検出感度および信頼性を向上させ
た感熱式流量センサが得られる効果がある。

【０１４７】また、この発明の請求項７によれば、請求
項５において、発熱抵抗パターンは、パターン厚の異な
る厚薄部分が形成されており、流体の流れ方向に対し
て、温度計測抵抗の上流側よりも下流側のパターン厚が
薄く設定されたので、検出感度および信頼性を向上させ
た感熱式流量センサが得られる効果がある。

【０１４８】また、この発明の請求項８によれば、請求
項４において、発熱抵抗パターンは、流体の流れ方向に
対して、低熱容量部の中央部よりも上流側に配置された
ので、検出感度および信頼性を向上させた感熱式流量セ
ンサが得られる効果がある。

【０１４９】また、この発明の請求項９によれば、請求
項４から請求項８までのいずれかにおいて、温度計測抵
抗は、流体の流れ方向に対して、発熱抵抗パターン内の
中央部に配置されたので、低熱容量部の機械的変形を抑
制するとともに、検出感度および信頼性を向上させた感
熱式流量センサが得られる効果がある。

【０１５０】また、この発明の請求項１０によれば、請
求項１から請求項９までのいずれかにおいて、温度計測
抵抗に印加される定電圧は、温度計測抵抗が自己発熱す
るための最小限の電圧値に設定されたので、発熱抵抗パ
ターンから基材への熱伝導損失を補償することができ、
さらに検出感度および信頼性を向上させた感熱式流量セ
ンサが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に用いられる流量検
出素子を保護膜を除去した状態で示す平面図である。

【図２】 図１内のＡ−Ａ線による側断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の構成を示す正面図
である。

【図４】 図３内のＢ−Ｂ線による側断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態１の制御回路を示す回
路図である。

【図６】 この発明の実施の形態１に用いられる流量検
出素子上の流れ方向に対する側断面の表面温度分布を示
す説明図である。

【図７】 この発明の実施の形態１における流量と動作
温度との関係を示す特性図である。

【図８】 この発明の実施の形態１における流量と出力
電圧との関係を示す特性図である。

【図９】 この発明の実施の形態１による脈動流現象時
の出力波形を示す説明図である。

【図１０】 この発明の実施の形態２に用いられる流量
検出素子を保護膜を除去した状態で示す平面図である。

【図１１】 図１０内のＣ−Ｃ線による側断面図であ
る。

【図１２】 この発明の実施の形態３に用いられる流量
検出素子を保護膜を除去した状態で示す平面図である。

【図１３】 図１２内のＤ−Ｄ線による側断面図であ
る。

【図１４】 この発明の実施の形態４に用いられる流量
検出素子を保護膜を除去した状態で示す平面図である。

【図１５】 図１４内のＥ−Ｅ線による側断面図であ
る。

【図１６】 この発明の実施の形態５に用いられる流量
検出素子を保護膜を除去した状態で示す平面図である。

【図１７】 図１６内のＦ−Ｆ線による側断面図であ
る。

【図１８】 従来の感熱式流量センサに用いられるブリ
ッジタイプの流量検出素子を保護膜を除去した状態で示
す平面図である。

【図１９】 図１８内のＸ−Ｘ線による側断面図であ
る。

【図２０】 従来の感熱式流量センサに用いられるダイ
ヤフラムタイプの流量検出素子を保護膜を除去した状態
で示す平面図である。

【図２１】 図２０内のＹ−Ｙ線による側断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 基材、４、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 発熱抵抗パターン、
７ 比較抵抗パターン、１２ キャビティ、１３Ａ ダ
イヤフラム（低熱容量部）、１４ 温度計測抵抗、１４
Ｅ ダミーパターン、１８Ａ〜１８Ｅ 流量検出素子、
２５ ブリッジ回路、４０ 制御回路基板、５０ 制御
回路、１００ 感熱式流量センサ、ｄ１、ｄ２ パター
ン幅、Ｇ 流体の流れ方向（順流方向）、ｉ 加熱電
流、ｔ１、ｔ２ パターン厚、Ｖｃｃ 定電圧、Ｖｏｕ
ｔ 出力電圧。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の基材と、 前記基材の表面に形成された低熱容量部と、 前記低熱容量部に配設された感熱抵抗膜からなる発熱抵
   抗パターンおよび温度計測抵抗と、 前記温度計測抵抗に定電圧を印加するとともに前記発熱
   抵抗パターンに加熱電流を供給して前記加熱電流を流量
   計測信号として出力する制御回路とを備え、 前記発熱抵抗パターンおよび前記温度計測抵抗は、計測
   対象となる流体の流れ方向に沿って平面的に配置された
   感熱式流量センサにおいて、 前記温度計測抵抗は、前記発熱抵抗パターン内に配置さ
   れるとともに、前記発熱抵抗パターンの発熱によって前
   記流体の流れ方向に生じる温度分布のピーク位置よりも
   上流側に配置されたことを特徴とする感熱式流量セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記温度計測抵抗は、前記流体の流れ方
   向に対して、前記発熱抵抗パターン内の中央部よりも上
   流側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の感
   熱式流量センサ。
3. 【請求項３】 前記低熱容量部は、前記温度計測抵抗と
   ほぼ対称をなす位置に、通電に寄与しないダミーパター
   ンが配設されたことを特徴とする請求項２に記載の感熱
   式流量センサ。
4. 【請求項４】 前記発熱抵抗パターンの発熱温度分布
   は、前記流体の下流側に偏向するように設定されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の感熱式流量センサ。
5. 【請求項５】 前記発熱抵抗パターンは、前記流体の上
   流側の抵抗値よりも下流側の抵抗値の方が高く設定され
   たことを特徴とする請求項４に記載の感熱式流量セン
   サ。
6. 【請求項６】 前記発熱抵抗パターンは、パターン幅の
   異なる粗密部分が形成されており、前記流体の流れ方向
   に対して、前記温度計測抵抗の上流側よりも下流側のパ
   ターン幅が密に設定されたことを特徴とする請求項５に
   記載の感熱式流量センサ。
7. 【請求項７】 前記発熱抵抗パターンは、パターン厚の
   異なる厚薄部分が形成されており、前記流体の流れ方向
   に対して、前記温度計測抵抗の上流側よりも下流側のパ
   ターン厚が薄く設定されたことを特徴とする請求項５に
   記載の感熱式流量センサ。
8. 【請求項８】 前記発熱抵抗パターンは、前記流体の流
   れ方向に対して、前記低熱容量部の中央部よりも上流側
   に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の感熱式
   流量センサ。
9. 【請求項９】 前記温度計測抵抗は、前記流体の流れ方
   向に対して、前記発熱抵抗パターン内の中央部に配置さ
   れたことを特徴とする請求項４から請求項８までのいず
   れかに記載の感熱式流量センサ。
10. 【請求項１０】 前記温度計測抵抗に印加される定電圧
    は、前記温度計測抵抗が自己発熱するための最小限の電
    圧値に設定されたことを特徴とする請求項１から請求項
    ９までのいずれかに記載の感熱式流量センサ。