JPH04152221A - 流速センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体の流速を測定する流速センサに係わり、
特にダイアフラム構造の流速センサに関するものである
。

［従来の技術］ 一般に気体の流速測定には、各種の構造の流速センサが
提案されており、その１つとして例えば特開昭６０−１
４２２６８号公報には、半導体製造技術を用いて製作さ
れた熱式流速センサが提案されている。この熱式流速セ
ンサは、第３図に要部拡大平面図で示すように半導体基
板１にこの半導体基板１と熱的に絶縁する空隙部２を介
して薄膜状のブリッジ部３が形成されており、このブリ
ッジ部３上の表面中央部にはヒータエレメント４および
このヒータエレメント４の両側に熱感知用の測温抵抗エ
レメント５．６が形成されて構成されている。なお、７
は空隙部２に連通された開口である。

このように構成される流速センサは、ヒータエレメント
４に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたとき
に矢印方向８から気体が移動すると、上流側の測温抵抗
エレメント５は気体の流れよって冷却されて降温し、一
方、下流側の測温抵抗エレメント６は温度が上昇する。

この結果、上流側の測温抵抗エレメント５と下流側の測
温抵抗エレメント６との間に温度差が生じ、抵抗値が変
化する。このため、上流側の測温抵抗エレメント５と下
流側の測温抵抗エレメント６とをホイートストンブリッ
ジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換する
ことにより、気体の流速に応じた電圧出力が得られ、そ
の結果、気体の流速を検出することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の流速センサは、ブリッジ部３上の
表面に形成されたヒータエレメント４および測温抵抗エ
レメント５，６において、実際に感熱部１発熱部として
動作する部分以外は固定抵抗分による感度劣化を防ぎ、
消費電力を抑えるために抵抗体パターンを幅広に形成し
ていたが、この幅広部分はブリッジ部３に形成されたヒ
ータエレメント４および測温抵抗エレメント５．６にお
いて実際に発熱部、感温部として動作する部分の極近傍
から半導体基板１の厚肉部にまたがって形成されていた
ので、半導体基板１の厚肉部へ熱が多く逃げてしまい、
測温抵抗エレメント５，６による検出感度およびヒータ
エレメント４の消費電力などの点において無駄が多く、
また、気体の熱伝導率の違いによる零点のずれや体積流
量に対する感度のずれが大きいという問題があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するなめに本発明による第１の流
速センサは、発熱体を構成する各抵抗体パターンの幅広
部を発熱体の主部から一定距離離間して形成したもので
ある。

本発明による第２の流速センサは、第１の流速センサに
おいて、発熱体を構成する各抵抗体パターンの幅広部と
発熱体の主部との間にスリットを形成したものである。

本発明による第３の流速センサは、測温抵抗体を構成す
る各抵抗体パターンの幅広部を測温抵抗体の主部から一
定距離離間して形成したものである。

本発明による第４の流速センサは、第３の流速センサに
おいて、測温抵抗体を構成する各抵抗体パターンの幅広
部と測温抵抗体の主部との間にスリットを形成したもの
である。

［作用］ 本発明においては、抵抗体パターンを通しての薄肉部か
ら基台への熱伝導を低下させる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明による流速センサの一実施例による概略
構成を説明する平面図であり、前述の図と同一または相
当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図に
おいて、半導体基板１の表面中央部分には、この半導体
基板１に対して空隙部２を介して熱的に絶縁された薄肉
状のダイアフラム部３ａが形成されており、このダイア
フラム部３ａの中央部分には、ヒータエレメント４が形
成され、さらにこのヒータエレメント４の両側にはそれ
ぞれ独立した測温抵抗エレメント５．６が形成されてい
る。また、この半導体基板１上の表面には、この半導体
基板１のエツチングのための多数のスリット１１が開設
され、ヒータエレメント４および測温抵抗エレメント５
，６の周辺部を、その半導体基板１の表面に開設された
多数の細かいスリット１１を介して例えば異方性エツチ
ングを行うことにより、内側に逆台形状の空気スペース
を有する空隙部２が形成されている。これによってこの
空隙部２の上部には、半導体基板１からダイアフラム状
に空間的に隔離され、この半導体基板１からヒータエレ
メント４および両側の測温抵抗エレメント５，６が熱的
に絶縁されて支持されたダイアフラム部３ａが形成され
る構造となっている。なお、１１１，１１２．１１３．
１１４．１．１５はダイアクラム部３ａにおいて、風上
側から風下側に向かって各測温抵抗エレメント５、ヒー
タエレメント４．測温抵抗エレメント６の配列前後に空
隙部２と連通して連続的に開設されたスリット部である
。そして、ダイアフラム部３ａの表面に設けられた上流
側測温抵抗エレメント５．下流側測温抵抗エレメント６
およびヒータエレメント４は、気体の流れる方向８と交
差する長手方向の各抵抗体パターンが風上側から風下側
方向に向かってほぼ同一長さでかつ等間隔を有し、しか
も各抵抗体パターンの長さ方向寸法がダイアフラム部３
ａの幅の約１／２程度の大きさで形成されている。また
、このヒータエレメント４は、第２図の要部拡大平面図
で示すようにその抵抗体パターンの外部回路接続用端子
４１．４２およびコモン端子４３に結合されるパターン
幅広部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがヒータエレメント４の
主部から一定距離離間して破線で囲んで示されるダイア
フラム部３ａと半導体基板１の厚肉部との境界付近にの
み形成されている。つまりヒータレメント４の端部から
半導体基板１境界部までの距離をＬｌとしたとき、各パ
ターン幅広部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがヒータエレメン
ト４の端部から少なくともｌ≧Ｌ１／２以上離間されて
形成されている。また、このダイアフラム部３ａに設け
られた上流側の測温抵抗エレメント５は、その抵抗体パ
ターンの幅広部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが上記同様にこ
の上流側の測温抵抗エレメント５の主部から一定距離離
間してダイアフラム部３ａと半導体基板１の厚肉部との
境界付近にのみ形成されている。この場合も測温抵抗エ
レメント５の部から半導体基板１境界部までの距離をＬ
２としたとき、各抵抗体パターンの幅広部５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄが測温抵抗エレメント５の端部から少なくと
も１≧Ｌ２／２以上＃ｉ間されて形成されている。なお
、５１．５□は外部回路接続用端子、５、は中継用パタ
ーンである。さらにこのダイアフラム部３ａに設けられ
た下流側測温抵抗エレメント６は、その抵抗体パターン
の幅広部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが上記同様に下流側測
温抵抗エレメント６の主部から一定距離離間してダイア
フラム部３ａと半導体基板１の厚肉部との境界付近にの
みに形成されている。この場合も上記同様に各抵抗体パ
ターンの幅広部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが測温抵抗エレ
メント６の端部から少なくとも１≧Ｌ２／２以上離間さ
れて形成されている。なお、６１は外部回路接続用端子
であり、この外部回路接続用端子６、に対応する他方の
外部回路接続用端子は上流側測温抵抗エレメント５の外
部回路接続用端子５２と共通となっている。６２は中継
用パターンである。また、これらの抵抗体パターンのパ
ターン幅広部４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ、６ａ　〜６ｄは
、各エレメント４，５．６の形成と同一工程で例えばパ
ーマロイ、白金などの積層金属膜により形成され、さら
に部分的に表面に金などの薄膜形成されている。

このような構成によると、ヒータエレメント４、上流側
測温抵抗エレメント５．下流側測温抵抗エレメント６は
、その各抵抗体パターン幅広部４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ
、６ａ　〜６ｄをそれぞれエレメントの主部から一定距
離離間してダイアフラム部３ａと半導体基板１の厚肉部
との境界付近にのみ設けたことにより、このダイアフラ
ム部３ａの部材よりも数倍も熱伝導率の高い抵抗体パタ
ーンを介して半導体基板１に逃げる熱量が少なくなり、
ダイアフラム部３ａの熱絶縁が極めて良くなる。したが
ってヒータエレメント４においては、消費電力が少なく
なり、上流側測温抵抗エレメント５．下流側測温抵抗エ
レメント６においては検出感度が向上できるとともに気
体の熱伝導率の違いによって生じる零点のずれや体積流
量に対する感度のずれが少なくなる。また、各抵抗体パ
ターン幅広部４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄとそ
れぞれのエレメントの主部との間のダイアプラム部３ａ
に複数のスリット１１を設け、これらのスリット間に各
エレメント４，５．６の抵士体パターンを挿通させて構
成したことにより、シイアフラム部３ａの熱絶縁をさら
に良くするこ２ができるとともにダイアプラム部３ａの
機械的や度を増大させることができる。

なお、前述した実施例においては、半導体基礎の一部に
空隙部を設けて形成した薄肉部構造を、ダイアフラム構
造とした場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、フィクロブリッジ構造に適用して
も前述とほぼ同傳の効果が得られることは言うまでもな
い。

また、前述した実施例においては、基台として半導体基
板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えばアルミニウム、ステンレ
スなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をＳｉ　０２
　、Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁膜で形成しても上述と同様な
効果が得られることは言うまでもない。

さらに前述した実施例において、ダイアフラム部の構造
は、エツチングにより形成した場合にっいて説明したが
、本発明は、これに限られるものではなく、エンドミル
　レーザなどにより加工形成した構造でも良く、また、
基板とダイアフラム部とを別々に製作し、両者を張り合
わせて形成した構成でも同様な効果が得られることはこ
とは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明による第１の流速センサは
、発熱体部の抵抗体パターンの幅広部を発熱体の主部か
ら一定距離離間して形成配置したことにより、抵抗体パ
ターンを通しての基台への熱伝導を減少させ、薄肉部の
熱絶縁が良くなるので、発熱部の消費電力が減少できる
とともに高感度の流速検出が可能となる。また、本発明
による第２の流速センサは、第１の流速センサにおいて
、発熱体部を構成する抵抗体パターンの幅広部と発熱体
の主部との間にスリットを形成配置したことにより、薄
肉部の熱絶縁がさらに向上し、第１の流速センサでの効
果をさらに高めることができる。また、本発明による第
３の流速センサは、測温抵抗体部の抵抗体パターンの幅
広部を測温抵抗体部の主部から一定距離離間して形成配
置したことにより、抵抗体パターンを通しての基台への
熱伝導を減少させ、薄肉部の熱絶縁が良くなるので、気
体の熱伝導率の違いによって生じる零点のずれや体積流
量に対する悪度のずれが少なくなり、高感度、高精度の
流速検出が可能となる。また、本発明による第４の流速
センサは、第３の流速センサにおいて、測温抵抗体部を
構成する抵抗体パターンの幅広部と測温抵抗体部の主部
との間にスリットを形成配置したことにより、薄肉部の
熱絶縁がさらに向上し、第３の流速センサでの効果をさ
らに高めることができるなどの極めて優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流速センサの一実施例による構成
を示す概略平面図、第２図は第１図の要部拡大平面図、
第３図は従来の流速センサの構成を示す要部平面図であ
る。 １・・・・半導体基板、２・・・・空隙部、３ａ・・・
・ダイアフラム部、４−・・・ヒータエレメント、４ｒ
、４ｚ　・・・・外部回路接続用端子、４３・・・・コ
モン端子、４ａ〜４ｄ・・・・パターン幅広部、５・・
・・上流側測温抵抗エレメント、５１，５□　・・・・
外部回路接続用端子、５３　・・・・中継用パターン、
５ａ〜５ｄ・・・・パターン幅広部、６・・・・下流側
測温抵抗エレメント、６１　・・・・外部回路接続用端
子、６２・・・・中継用パターン、６ａ〜６ｄ・・・・
パターン幅広部、８・・・・矢印方向、１１・・・・ス
リット、１１＋　、１１２．ＩＩＢ　、１１４．１１５
　・・・・スリット部。 特　許　出　願　人　　山武ハネウェル株式会社代　埋
　人　山川政樹

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄肉状に
   形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に気
   体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、前記発
   熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを備え、
   前記発熱体部の抵抗体パターンの幅広部を前記発熱体部
   の主部から一定距離離間して形成配置したことを特徴と
   する流速センサ。
2. （２）請求項１において、前記発熱体部の抵抗体パター
   ンの幅広部と前記発熱体部の主部との間にスリットを形
   成配置したことを特徴とする流速センサ。
3. （３）基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄肉状に
   形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に気
   体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、前記発
   熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを備え、
   前記測温抵抗体部の抵抗体パターンの幅広部を前記測温
   抵抗体部の主部から一定距離離間して形成配置したこと
   を特徴とする流速センサ。
4. （４）請求項３において、前記測温抵抗体部の抵抗体パ
   ターンの幅広部と前記測温抵抗体の主部との間にスリッ
   トを形成配置したことを特徴とする流速センサ。