JPH0495721A - 熱式流量センサー - 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、エンジンの吸気流量等の検出に用いる熱式流
量センサーに関する。

〔従来技術〕

例えば、自動車用ガソリンエンジンの電子燃料噴射制御
システムにおいては、エンジンへ吸入される空気流量を
検出するために、熱式流量センサーが用いられている（
例えば、特開昭５７−２０８４１２号公報）。

この熱式流量センサーは、流速の変化により生ずる発熱
部と流体との間の熱伝達係敞の変化を利用し、流体流量
を検出するものである。

ところで、従来の熱式流量センサーは１例えば第９図及
び第１０図に示すごとく、アルミナ製のボビン９１の外
周に白金細線９２を巻回したもので、該白金細線９２の
両端部９２１には、上記ボビン９１の両側に設けた白金
リード９３．９３に電気的に接続しである。また、白金
細線９２の表面には、保護ガラス９５が被覆しである。

また。

ボビン９１と白金リード９３とはガラス９６により接合
しである。

そして、該熱式流量センサー９を使用するに当たっては
、測定しようとする流体流路中に該熱式流量センサー９
を配置し、上記白金細線９２に白金リード９３．９３を
通して、電流を流す、これにより、白金細線９２が発熱
する。一方、該白金細線９２の熱は、熱式流量センサー
９の周囲に流れる流体によって奪われる。そこで、この
流体流速の変化に伴う１発熱体と流体との間の熱伝達係
数の変化を利用して、流体流量を測定する。

また、熱式流量センサーの重要な性能として。

熱式流量センサーの流速変化に対する応答速度がある。

この応答速度を速めるためには１発熱部である白金細線
９２から流体以外、即ち白金リード９３．９３へ逃げる
熱量を出来るだけ減少させる必要がある。

そのため、上記した熱式流量センサー９においては、白
金細線９２の両側に接続した白金リード９３は、その径
を成るべく細く構成している。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、白金リード９３には、上記のごとく、白
金細線９２への電気的接続機能の外に。

白金細線９２及びその内外のボビン９１．保護ガラス９
５を支持するための機械的支持機能が要求される。その
ため、白金リード９３の細線化には限界がある。

また　従来の熱式流量センサー９においてはボビン９１
への白金線＆Ｉ９２の巻回、ボビン９１と白金リード９
３との取付作業、またこれら部品の別途作製などを必要
とし、コスト高となっている。

本発明はかかる従来の問題点に鑑み、応答性に優れ、低
コスト、かつ製造容品な熱式流量センサーを提供しよう
とするものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は、ガラス基板の表面に、白金薄膜により発熱部
と該発熱部の両端に設けた配線部とを連続的に形成する
と共に、かつこれらの表面には保護膜を被覆してなり、
また該保護膜には上記配線部の端子部に開口させたコン
タクトホールを設けてなることを特徴とする熱式流量セ
ンサーにある。

本発明において、上記ガラス基板としては１石英ガラス
、チタン珪酸ガラス、結晶化ガラス、９６％珪酸ガラス
などを用いる。また、ガラス基板は１例えば厚み０．１
５〜０．３閣１幅０．３〜１．０閣、長さ５〜１０−の
ものを用いることが好ましい。

また１発熱部とその両端に接続する配線部とは白金薄膜
により連続的に、ガラス基板表面に形成する。該白金薄
膜は、真空蒸着法、スパッタリング法等により、膜状に
形成する。また、その膜厚みは１例えば０．５〜２μｍ
とすることが好ましい。

そして、上記発熱部は、第１図に示すごとく。

ジグザグ状等のパターンに形成しておくことが好ましい
、かかるパターンの形成方法としては９例えば半導体回
路の製造プロセスで利用されるフォトグラフィ法を用い
ることができる。また、その際のエツチング法としては
、電場により加速したイオンを衝突させるイオン・ミリ
ング法がある。

上記発熱部は１例えば、長さ２．５〜５鵬１幅０．３〜
０．５閣、厚み０．５〜２μｍとすることが好ましい、
これにより、所望する抵抗値の発熱部に構成する。また
、配線部は１例えば長さ０゜８〜１．５閣１幅０．３〜
０．５閣、厚み０．５〜２μｍとすることが好ましい、
また、配線部の線幅は１発熱部の線幅よりも広く形成し
９発熱を抑えると共にコンタクトホールへ成可く熱が伝
わらないようにする。つまり、この配線部によって発熱
部からの伝熱を断ち１発熱部から流体以外への熱損失を
減少させるのである。

また、上記保護膜としては１例えば酸化シリコンがある
。該保護膜は１例えばスパッタリングにより厚み１〜３
μｍに膜状に形成する。そして。

発熱部及び配線部を含めてガラス基板の全表面を被覆す
る。

また、コンタクトホールは、上記保護膜に孔を明けて、
配線部の端子部を露出させることにより形成する。かか
る孔明けは１例えばフォトリソグラフィ法によりパター
ニングを行い、その後バッファド弗酸により保護膜をエ
ツチングすることにより行う。

〔作用及び効果〕

本発明においては、ガラス基板の表面に発熱部と配線部
とを配設し、しかも該発熱部と配線部とは白金薄膜によ
り形成している。そして、該発熱部と配線部とを支持す
る基体は、上記ガラス基板により構成され、該ガラス基
板は低熱伝導率であそのため、実施例において詳記する
ごとく９発熱部の熱は、その殆どが流体中へ伝熱され、
熱式流量センサーの基体へは伝わらない、それ故９発熱
部から基体への逃熱量が少なく、応答性に優れる。また
、ガラス基板が発熱部及び配線部の全体を支持している
ので、熱式流量センサー全体の強度も確保できる。

また１本発明の熱式流量センサーは、ガラス基板上に発
熱部と配線部とを白金！ＩＩ！により連続形成している
ので、従来のごとくボビンに白金細線を巻回する作業、
ボビンと白金リードとの接合。

各部品の別途作製といった問題がない。

したがって１本発明によれば、応答性に・優れ。

低コスト、製造容易な熱式流量センサーを提供すること
ができる。

〔実施例〕

第１実施例 本発明の実施例にかかる熱式流量センサーにつき、第１
図〜第３図を用いて説明する。

本例の熱式流量センサーは、自動車エンジンの吸気系に
配置するエアーフローメータに用いるものである。

該熱式流量センサーは、第１図及び第２図に示すごとく
、ガラス基板２の表面に、白金薄膜により発熱部１１と
配線部１２．１２とを連続的に形成すると共に、これら
の全表面には保護膜３を被覆してなる。また、該保護膜
３には、上記配線部１２の端子部１２１に開口させたコ
ンタクトホール３１を、それぞれ設けてなる。

上記ガラス基板としては、長さ６■１幅０．　５閣、厚
み０．２−の石英ガラス板を用いた。また。

発熱部１１は、厚み１μｍ９幅７０μｍの線状体でジグ
ザグ状パターンに形成し、その長さは３■（ガラス基板
の２分の１の長さ）とした、これにより、所定の抵抗値
と放熱面積を有する発熱部を形成した。

また、ｉｋ！線部１２は発熱部１１の両側において。

長さ１■、厚み１μｍ１幅０．４閣とし９幅は発熱部の
線幅よりも大きくした。

また、保護膜３は、厚み２μｍの酸化シリコン膜を用い
た。

上記熱式流量センサー１は１次の製造法により製造した
。まず、ガラス基板２の表面に真空蒸着法を用いて、厚
み約１μｍの白金薄膜を形成した。

その後、フォトリソグラフィ法により、該白金薄膜を、
上記発熱部１１についてはジグザグ状の抵抗体形状に、
配線部１２については直線状及び端子部１２１の形状に
パターニングした。その後イオンミリング法により、第
１図及び第２図に示す形状にエツチングした。

また１発熱部１１．配線部１２を含めて上記ガラス基板
２の全表面に、スパッタリングにより。

上記保護膜を厚み２μｍに形成した。その後、該保護膜
３において、上記配線部の端子部１２１の上方部に、フ
ォトリソグラフィ法によるパターン形成、バッファド弗
酸によるエツチングを施して８コンタクトホール３１を
開口させた。

次に、上記のごとく作成した熱式流量センサー１は、第
３図に示すごとく、支持体４のサポート４２の上端に装
着した。熱式流量センサー１とサポート４２とは、金属
粒子を含むガラスペースト（導体ペースト）を両者間に
介在させ、焼成することにより接合した。この接合は、
熱式流量センサー１のコンタクトホール３１を通じて、
端子部１２１と上記サポート４２との間で行われている
。

上記サポート４２は、５ＵＳ３０４．金又は白金メツキ
５２７０イ等により、直径的０．７閣。

長さ２０■に作製する。また、サポート４２は。

リード線を通じて信号処理回路に接続する。該サポート
４２は電気絶縁体のハウジング４１に立設しである。

本例の熱式流量センサー１は、上記のごとく構成されて
おり１発熱部１１．配線部１２を設けたガラス基板は低
熱伝導率（約０．　０１３７　Ｗ／ｃｍ。

”Ｋ）である、そのため９発熱部１１で発生させた熱は
、その殆どが発熱部１１から流体へ伝熱される。即ち、
上記の熱は熱式流量センサーの基体つまりガラス基板２
へ伝わらない、それ故１本例の熱式流量センサー１は２
発熱部から熱弐流量センサー基体への透熱量が少なく、
応答性に優れている。

上記熱式流量センサー１について１発熱部からの過熱状
態を測定した。

即ち、上記熱式流量センサー１を一定流速中の空気中に
配置し、センサ抵抗値が２００℃の値になるように通電
を行い、熱式流量センサー１の表面の温度分布を測定し
た。その結果を第７図に示した。同図は、エレメント端
、即ち熱式流量センサー１（第１図）の左端の端子部１
２１からの距離を示している。それ故、中央部分が発熱
部の中央部分に相当する。

一方、比較のために、従来の熱式流量センサー（第９図
、第１Ｏ図）についても、同様に温度分布を測定した。

その結果を第８図に示した。

第７図より知られるごとく１本実施例の熱式流量センサ
ーにおいては、中央部分、つまり発熱部の中央部分が２
４０℃近い温度を示し９発熱部端部では１６０℃近くま
て下がっている。このことは９発熱部１１から配線部１
２（第１図、第２図）の端部方向への透熱量が極めて低
いことを示している。それ故１本実施例の熱式流量セン
サーは、応答性に優れている。

一方、従来の熱式流量センサーは第８図より知られるご
とく５発熱部が比較的フラットな温度分布を示している
。また、端部の温度が高い、このことは９発熱部からの
透熱量が多いことを示しており、従来の熱式流量センサ
ーの応答性を向上させる上で１問題であった。

また１本実施例の熱式流量センサーは、ガラス基板が発
熱部及び配線部の全体を支持しているので、全体の強度
も確保できる。

即ち、配線部１２として、もしも前記従来例（第９図、
第１θ図）のごとく１円柱体の白金リードを用いた場合
、熱伝導率は白金が０．　６９ｗ／ｃｍ−”Ｋ、ガラス
が０．　０１３１ｖｔ／ｃｍ−＠にである。また、白金
リードの径を直径０．１−とすると３発熱部から逃げる
熱量は直径０．３７閣のガラスと同等である。そして、
直径０．３７閣のガラスの円柱は、断面積としては、厚
み０．　２■、暢０．５４閣のガラスの板材と同じであ
る。

そして、このサイズのガラス基板であれば１発熱部１１
及び配線部１２を支承するための機械的強度も確保でき
１作製も容易である。

また、熱式流量センサー１は、ガラス基板２の表面に発
熱部１１と配線部１２とを、白金Ｉｌｌにより連続形成
している。そのためは、従来のごと（ボビンへの白金細
線の巻回作業、白金細線と白金リードとの接合、各部品
の別途作製という問題がない、それ故、低コスト、製造
容易である。

また１本例の熱式流量センサー１は、第３図に示すごと
く、支持体４のサポート４２．４２に架設しであるので
、該熱式流量センサー１の使用に便利である。

第２実施例 本例は、第４図に示すごとく、第１実施例において、熱
式流量センサー１とハウジング４１との間の断熱性を一
層高めるために、サポート４５をガラスにより構成した
ものである。

該サポート４５は２幅、厚みが共に１−のガラスの角柱
体を用いた。このサポート４５には、熱式流量センサー
１の端子部１２１との電気的導通を図るため、その表面
に次のように白金膜を形成した。

即ち、ガラス板の表面に第１実施例における白金ｍｓ影
形成同様にして、厚み２μｍの白金薄膜を形成し、フォ
トリソグラフィ法により１幅０゜９閣、長さ１９．９ミ
リの長方形にバターニングした０次いで、これらの表面
にスパッタリングにより、厚み３ｐｍの酸化シリコン膜
を被覆した。

その後、熱式流量センサー１の端子部１２１と電気的導
通を取る部分に、フォトリソグラフィ法により開孔部を
設けた（図示路）、そして、グイシングツ−により、厚
み１幅を各１■、長さを２０■に切断し、角柱状のサポ
ート４５を作製した。

その後、第４図に示すごとく、該サポート４５の上端部
に、前記第１実施例で示した熱式流量センサーｌを装着
した。即ち、熱式流量センサー１の端子部１２１と、サ
ポート４５の上記導通用開孔部との間に、第１実施例と
同様の導体ペーストを介設し、焼成して両者を接合した
。

本例においても、第１実施例と同様の効果を得ることが
できる。また１本例では、サポート４５を低熱伝導率の
ガラスにより構成したので１発熱部からの逃熱量が殆ど
なく、−層応答性に優れている。

第３実施例 本例は、第５図及び第６図に示すごとく、第１実施例の
熱式流量センサーにおいて、ガラス基板２の上面及び下
面に白金薄膜により１発熱部１１及び配線部１２を設け
たものである。

その他は、第１実施例と同様である。

本例の熱式流量センサー１０は、ガラス基板２の上面及
び下面に発熱部１１．配線部１２が設けであるので、第
１実施例の熱式流量センサーに比して５発熱部の面積を
２倍にすることができ、流体流量に対する感度が高い。

また、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、第１実施例の熱式流量センサーを示
し、第１図はその平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線矢
視断面図、第３図は支持体への熱式流量センサーの装着
状態を示す斜視図、第４図は第２実施例における支持体
への熱式流量センサーの装着状態を示す斜視図、第５図
及び第６図は第３実施例の熱式流量センサーを示し、第
５図はその平面図、第６図は第５図のＢ−Ｂ線矢視断面
図、第７図及び第８図は第１実施例を示し、第７図は第
１実施例の、第８図は従来実施例の各温度分布図、第９
図及び第１０図は従来の熱式流量センサーを示し、第９
図は平面図、第１０図はその断面図である。 １゜ １１゜ １２゜ ２゜ ３゜ ４゜ ０００．熱式流量センサー 発熱部。 配線部。 ガラス基板。 保護膜。 支持体。 ４５、、、サポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス基板の表面に、白金薄膜により発熱部と該発熱部
   の両端に設けた配線部とを連続的に形成すると共に、か
   つこれらの表面には保護膜を被覆してなり、また該保護
   膜には上記配線部の端子部に開口させたコンタクトホー
   ルを設けてなることを特徴とする熱式流量センサー。