JPH10122925A

JPH10122925A - 流量検出装置

Info

Publication number: JPH10122925A
Application number: JP8299431A
Authority: JP
Inventors: Masao Tsukada; 正夫塚田; Teruyoshi Mihara; 輝儀三原; Koichi Kusuyama; 幸一楠山
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】感熱抵抗体と熱的に絶縁されたヒータを基板
上に形成し、このヒータにより基板上の不要な付着物を
加熱して除去する。【解決手段】基板４を、シリコン板５と、熱伝導率の
小さい薄膜６から構成する。また、シリコン板５に凹窪
部５Ａを形成し、この部分の薄膜６を凹窪部５Ａ周囲の
厚肉部８よりも薄肉な薄肉部７とする。これにより、薄
肉部７を厚肉部８から熱的に絶縁させる。また、基板４
上には、吸入空気の流量を検出する感熱抵抗体９と、そ
の温度を測定する測温抵抗体１０とを形成し、感熱抵抗
体９を薄肉部７上に配設する。さらに、基板４上には、
外部からの給電により発熱する各ヒータ１１を形成し、
これらのヒータ１１を感熱抵抗体９の上流側と下流側と
に位置して厚肉部８上に配設する。そして、各ヒータ１
１を発熱させることにより、基板４上の付着物を除去す
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、例えば自動車用エ
ンジン等の吸入空気量を検出するのに用いて好適な流量
検出装置に関し、特にエッチング処理等の半導体製造技
術によって基板上に形成される流量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等では、エン
ジン本体の燃焼室内に噴射すべき燃料の量を演算するた
めに、エンジンの吸気管内に設けた流量検出装置によっ
て吸入空気の流量または流速（以下、流量という）を検
出し、その検出結果に基づいてエンジンの吸入空気量を
算出するようにしている。

【０００３】そして、この種の従来技術による流量検出
装置は、流体の流路途中に配設される基板と、該基板に
沿って流れる流体の流量を検出するために該基板上に設
けられ、外部から給電されることにより発熱する感熱抵
抗体とから構成され、例えば特開昭６２−４４６２７号
公報等に記載されている。

【０００４】この場合、従来技術では、シリコン材料等
により形成された基板上に、例えば白金等の感熱性材料
からなる感熱抵抗体がエッチング処理等により配線パタ
ーンとして形成されている。そして、感熱抵抗体は、そ
の抵抗値を検出するために付設された検出回路に接続さ
れている。

【０００５】また、前記基板はエンジンの吸気管内に露
出した状態で取付けられ、この状態で基板上の感熱抵抗
体はエンジン本体側に向けて吸気管内を流れる吸入空気
と接触するようになっている。そして、エンジンの運転
中には、感熱抵抗体が前記検出回路から給電されること
により所定の抵抗値をもって発熱した状態で、基板に沿
って流れる吸入空気と接触することにより冷却される。

【０００６】これにより、感熱抵抗体の抵抗値は吸入空
気の流量（流速）に応じて変化するから、前記検出回路
では、この抵抗値の変化を電圧信号として検出すること
により、検出結果に基づいてエンジンの吸入空気量を算
出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、基板を吸気管内に常時露出させる構成とし
ているため、該基板上には、吸入空気中に含まれる微細
なダストや、エンジン本体側から還流されるブローバイ
ガス中に含まれる炭化水素、オイルミスト等が付着す
る。そして、エンジンの運転中に高温となる感熱抵抗体
の位置では、この付着物が加熱されて除去されるもの
の、感熱抵抗体の周囲では、感熱抵抗体と熱的に絶縁さ
れているため付着物が加熱されず、基板上に徐々に堆積
する。

【０００８】このため、従来技術では、エンジンを長期
間に亘って運転するうちに感熱抵抗体の周囲に堆積した
付着物により、基板に沿って流れる吸入空気が感熱抵抗
体に接触するのを阻害され、感熱抵抗体が吸入空気によ
って十分に冷却されなくなると共に、流量検出装置の検
出精度が低下するという問題がある。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は基板上に付着物が堆積するのを
確実に防止でき、感熱抵抗体が流体の流れに対して十分
に接触した状態を保持できると共に、流体の流量を長期
間に亘って安定して検出できるようにした流量検出装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、流体の流路途中に配設される基板と、
該基板に沿って流れる流体の流量を検出するために該基
板上に設けられ、外部から給電されることにより発熱す
る感熱抵抗体とからなる流量検出装置に適用される。

【００１１】そして、請求項１に記載の発明が採用する
構成の特徴は、前記基板上には流体の流れに対して前記
感熱抵抗体の上流側と下流側とにヒータを設け、該ヒー
タは外部からの給電により発熱して前記基板上の付着物
を除去する構成としたことにある。

【００１２】上記構成によれば、外部から給電すること
によりヒータを発熱させ、該ヒータから伝わる熱により
基板上の付着物を感熱抵抗体の上流側および下流側で除
去できると共に、感熱抵抗体の上流側から下流側に向け
て流れる流体を該感熱抵抗体に接触させることができ
る。

【００１３】また、請求項２に記載の発明では、前記基
板には、厚肉部と、該厚肉部よりも薄肉に形成され該厚
肉部に対し熱的に絶縁される薄肉部とを設け、前記感熱
抵抗体は該薄肉部上に形成し、前記ヒータは前記厚肉部
上にそれぞれ形成する構成としている。

【００１４】これにより、感熱抵抗体とヒータとを薄肉
部によって熱的に絶縁させることができ、ヒータから伝
わる熱が感熱抵抗体に影響を与えるのを防止できると共
に、感熱抵抗体の作動に関係なくヒータを発熱させるこ
とができる。

【００１５】さらに、請求項３に記載の発明では、前記
基板は表面側に熱伝導率の小さい材料からなる薄膜が設
けられたシリコン板によって形成し、前記薄肉部は前記
薄膜を残してシリコン板にエッチング処理を施すことに
よって形成している。

【００１６】これにより、熱伝導率の小さい薄膜を形成
したシリコン板に選択的なエッチング処理を施すこと
で、この薄膜の部分に薄肉部を形成でき、半導体製造技
術を用いて薄肉部を容易に形成できる。

【００１７】また、請求項４に記載の発明では、前記ヒ
ータは前記基板に形成され外部からの給電により発熱す
る半導体素子によって構成している。

【００１８】これにより、外部からの給電により半導体
素子を発熱させ、該半導体素子から伝わる熱により基板
上の付着物を除去できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明する。

【００２０】ここで、図１ないし図３は本発明による第
１の実施例を示し、本実施例では、流量検出装置を自動
車用エンジン等の吸入空気量を検出するのに用いた場合
を例に挙げて説明する。

【００２１】図中、１は流量検出装置のハウジングとな
る管体を示し、該管体１はエンジンの吸気管（図示せ
ず）の途中に接続されている。そして、エンジンの運転
時には、前記吸気管を介して外部からエンジン本体の燃
焼室内に吸入される吸入空気が管体１内を矢示Ａ方向に
流通する。

【００２２】２は管体１の外側面に設けられた回路ケー
シングで、該回路ケーシング２内には後述の基板４側か
ら出力される検出信号に基づいて管体１内を流れる吸入
空気の流量を検出するための検出回路（図示せず）等が
収容されている。

【００２３】３は基板４を支持するため管体１に設けら
れた支持体で、該支持体３は基端側が回路ケーシング２
に取付けられ、先端側が管体１内に突出すると共に、こ
の先端側には基板４が取付けられている。また、支持体
３には、基板４側と回路ケーシング２内の前記検出回路
とを接続するための配線部（図示せず）等が設けられて
いる。

【００２４】４は流量検出装置のセンサ部分となる基板
で、該基板４は図２および図３に示すように、例えば２
ｍｍ角程度の四角形状に形成されたシリコン板５からな
り、該シリコン板５上には、例えば酸化シリコン（Ｓi
Ｏ₂ ）または窒化シリコン（Ｓi₃Ｎ₄ ）等の熱伝導率が
比較的小さい材料からなる薄膜６が、熱酸化方法または
ＣＶＤ法等の手段により数１０〜数１００μｍ程度の膜
厚をもって形成されている。

【００２５】また、シリコン板５には、例えば選択的な
エッチング処理等を施することにより、その裏面側から
薄膜６の位置まで達する凹窪部５Ａが形成されている。
そして、基板４は支持体３の先端側で管体１内に露出さ
れ、この状態で管体１内の吸入空気は基板４に沿って図
３中の矢示Ａ方向に流れつつ、後述の感熱抵抗体９およ
び測温抵抗体１０に接触する。

【００２６】７は基板４に設けられた薄肉部で、該薄肉
部７はシリコン板５に凹窪部５Ａを形成することによ
り、該凹窪部５Ａの位置に残された薄膜６の部分によっ
て構成され、シリコン板５と薄膜６からなる周囲の厚肉
部８よりも薄肉に形成されている。そして、薄肉部７は
薄膜６の熱伝導率が比較的小さいため周囲の厚肉部８か
ら熱的に絶縁されている。

【００２７】９は管体１内を流れる吸入空気の流量を検
出するための感熱抵抗体を示し、該感熱抵抗体９は、例
えば白金等の感熱性材料により基板４の薄肉部７上に幅
寸法が３００〜４００μｍ程度の微細な配線パターンと
して形成されている。また、感熱抵抗体９は図２に示す
如く、両端側の電極部９Ａ，９Ａが支持体３の配線部を
介して前記検出回路に接続され、前記検出回路および測
温抵抗体１０と共にブリッジ回路を構成している。

【００２８】そして、感熱抵抗体９は、エンジンの運転
中に前記検出回路から給電されることにより所定の抵抗
値をもって発熱し、この状態で管体１内を流れる吸入空
気の空気流によって冷却され、吸入空気の流量（流速）
に応じて抵抗値が変化するものである。

【００２９】１０は管体１内の吸気温度を測定するため
の測温抵抗体で、該測温抵抗体１０は例えば白金等の抵
抗体材料からなり、感熱抵抗体９よりも上流側に位置し
て基板４上に形成されている。そして、測温抵抗体１０
は、両端側の電極部１０Ａ，１０Ａを介して感熱抵抗体
９と共に前記検出回路に接続され、吸気温度を検出する
ことにより後述の如く温度補償を行うものである。

【００３０】１１，１１は本実施例による一対のヒータ
を示し、該各ヒータ１１は、例えば白金等の抵抗体材料
からなり、エッチング処理等により微細な配線パターン
として基板４の厚肉部８上に形成されると共に、感熱抵
抗体９からは熱的に絶縁されている。また、各ヒータ１
１は、基板４に沿って図３中の矢示Ａ方向に流れる吸入
空気の流れに対して感熱抵抗体９の上流側と下流側とに
それぞれ離間して配設され、感熱抵抗体９に対応する長
さ寸法をもって形成されている。

【００３１】そして、各ヒータ１１は、両端側の電極部
１１Ａ，１１Ａが支持体３の前記配線部を介して回路ケ
ーシング２内の前記検出回路に接続され、この検出回路
側からの給電により発熱する。なお、１２は感熱抵抗体
９、測温抵抗体１０および各ヒータ１１を保護するため
基板４上に設けられた絶縁性の保護膜である。

【００３２】本実施例による流量検出装置は上述の如き
構成を有するもので、次にその作動について説明する。

【００３３】まず、エンジンの運転中には、感熱抵抗体
９が回路ケーシング２内の前記検出回路から給電される
ことにより所定の抵抗値をもって発熱する。そして、こ
の状態でエンジンの吸入空気が管体１内を基板４に沿っ
て矢示Ａ方向に流れると、この空気流は感熱抵抗体９に
接触してこれを冷却する。

【００３４】この結果、感熱抵抗体９は吸入空気の流量
に応じて抵抗値が変化するようになり、前記検出回路で
は、前述したブリッジ回路により感熱抵抗体９の抵抗値
の変化を検出信号として検出する。

【００３５】また、吸入空気の温度（吸気温度）が変化
すると、感熱抵抗体９の抵抗値や温度に影響を与えるこ
とになる。そこで、測温抵抗体１０は流量の検出精度を
高めるために、その抵抗値を吸気温度に応じて変化さ
せ、感熱抵抗体９に対して吸気温度の変化分を温度補償
する。

【００３６】ところで、基板４上にヒータ１１を設けな
い場合には図６に示すように、エンジンの運転中に吸入
空気に混入したダスト、炭化水素およびやオイルミスト
等の付着物１３が基板４上に付着し、感熱抵抗体９の周
囲に堆積することにより、空気流量の検出精度が悪くな
ってしまう。

【００３７】そこで、本実施例では、基板４の薄肉部７
上に感熱抵抗体９を形成すると共に、厚肉部８上には各
ヒータ１１を形成し、該各ヒータ１１を吸入空気の流れ
に対して感熱抵抗体９の上流側と下流側とにそれぞれ離
間して配設する構成としている。

【００３８】そして、エンジンが停止したときには、例
えばイグニッションキー等がＯＦＦとなったことを検知
することにより、検出回路側から各ヒータ１１に対して
予め定められた所定の時間だけ給電させる。これによ
り、エンジンの停止時に各ヒータ１１を発熱させること
で、該各ヒータ１１から伝わる熱により基板４上の付着
物１３を、感熱抵抗体９の上流側と下流側とで確実に加
熱して除去することができる。

【００３９】また、各ヒータ１１をエンジンの運転中に
発熱させると、該各ヒータ１１から測温抵抗体１０に伝
わる熱により感熱抵抗体９に対する正確な温度補償がで
きなくなる。そこで、エンジンの運転中には各ヒータ１
１に給電を行わず、各ヒータ１１を低い温度状態に保つ
ようにする。

【００４０】従って、本実施例によれば、エンジンの運
転中に感熱抵抗体９の上流側から下流側に向けて吸入空
気を円滑に流通させることができ、感熱抵抗体９によっ
て吸入空気の流量を長期間に亘って安定して検出できる
と共に、流量検出装置の検出精度および耐久性を大幅に
向上させることができる。

【００４１】また、感熱抵抗体９と各ヒータ１１とを熱
的に絶縁することができるから、例えばエンジンを一旦
停止させた直後に再始動させる場合でも、エンジンを停
止させたときに発熱した各ヒータ１１からの熱が、エン
ジンの再始動時に感熱抵抗体９へと伝わるのを確実に防
止でき、エンジンの再始動時でも感熱抵抗体９により吸
入空気の流量を正確に検出することができる。

【００４２】さらに、薄膜６を形成したシリコン板５に
選択的なエッチング処理を施すことにより、該薄膜６の
部分に半導体製造技術を用いて薄肉部７を容易に形成で
き、微小な間隔で離間させた感熱抵抗体９と各ヒータ１
１とを安定して熱的に絶縁させることができる。

【００４３】なお、本実施例では、基板４上の付着物１
３を除去するときに各ヒータ１１を発熱させる構成とし
たが、例えばエンジンの停止時に感熱抵抗体９および測
温抵抗体１０を各ヒータ１１と共に発熱させる構成とし
てもよく、これにより基板４上の付着物１３を効率よく
除去することができる。

【００４４】次に、図４は本発明による第２の実施例を
示し、本実施例では、前記第１の実施例と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。しかし、本実施例の特徴は、基板２１の薄肉部２３
上に測温抵抗体１０を形成したことにある。

【００４５】ここで、基板２１は第１の実施例と同様
に、薄肉部７を形成するため凹窪部５Ａが設けられたシ
リコン板５からなり、該シリコン板５上には薄膜６が形
成されているものの、本実施例では、シリコン板５に他
の凹窪部２２が設けられ、測温抵抗体１０は凹窪部２２
により形成された薄肉部２３上に配設されている。これ
により、測温抵抗体１０は各ヒータ１１から熱的に絶縁
されている。

【００４６】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、エンジンの運転中に
各ヒータ１１を発熱させることができ、感熱抵抗体９に
より吸入空気の流量を検出するのと同時に基板４上の付
着物１３を効率よく除去することができる。

【００４７】即ち、エンジンの運転中に各ヒータ１１を
発熱させた場合でも、感熱抵抗体９および測温抵抗体１
０に各ヒータ１１からの熱が伝わるのを防止できるの
で、測温抵抗体１０により感熱抵抗体９の抵抗値を吸気
温度に応じて正確に温度補償でき、吸入空気の流量を高
い精度で検出できると共に、この状態で付着物１３が基
板４上に接触したときには、これを速やかに除去するこ
とができる。

【００４８】この場合、各ヒータ１１を感熱抵抗体９よ
りも低い温度で発熱させる構成とすれば、上端側のヒー
タ１１から吸入空気を介して下流側の感熱抵抗体９に熱
が伝わるのを良好に抑制でき、各ヒータ１１を発熱させ
つつ吸入空気の流量を安定して検出することができる。

【００４９】また、前述したエンジンの再始動時におい
ても、各ヒータ１１に残った熱が再始動時に測温抵抗体
１０に伝わるのを防止でき、感熱抵抗体９および測温抵
抗体１０により吸入空気の流量を高い精度で検出するこ
とができる。

【００５０】次に、図５は本発明による第３の実施例を
示し、本実施例では、前記第１の実施例と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。しかし、本実施例の特徴は、基板３１にダイオード
３３を形成し、該ダイオード３３によりヒータを構成し
たことにある。

【００５１】ここで、基板３１には、例えば不純物イオ
ン等をドーピングすることによりシリコン板３２内にＰ
型層３２ＡとＮ型層３２Ｂとが形成され、ＰＮ型のダイ
オード３３が半導体素子として構成されている。また、
ダイオード３３には、金属材料からなる電極３３Ａ，３
３Ａ等が設けられ、該各電極３３Ａは薄膜６を介して基
板３１上に露出している。

【００５２】なお、Ｐ型層３２ＡとＮ型層３２Ｂの形成
位置を互いに逆転させ、Ｐ型層３２Ａの内周側にＮ型層
３２Ｂを形成することによってダイオード３３を構成し
てもよい。

【００５３】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができ、前記検出回路側から各電極３３Ａ等を介して
給電することによりダイオード３３を発熱させ、該ダイ
オード３３から伝わる熱により基板３１上の付着物１３
を確実に除去することができる。

【００５４】そして、特に本実施例では、ダイオード３
３を付着物１３の除去に必要な温度まで発熱させるとき
に、白金等の抵抗体材料からなるヒータ１１よりも比較
的高い電圧と低い電流とを用いることができ、比較的制
御が容易な低電流用の給電回路によりダイオード３３に
対して安定的に給電することができる。

【００５５】なお、前記第１の実施例では、測温抵抗体
１０を感熱抵抗体９と共に基板４上に設ける構成とした
が、本発明はこれに限らず、測温抵抗体１０を基板４と
は別体にする構成としてもよい。

【００５６】また、前記第１、第２の実施例では、各ヒ
ータ１１を白金等の抵抗体材料から形成したが、本発明
はこれに限らず、例えば不純物イオンをドーピングした
多結晶シリコン等の半導体材料から各ヒータを形成して
もよい。

【００５７】さらに、前記第３の実施例では、半導体素
子としてダイオード３３を形成する場合を例に挙げて述
べたが、本発明はこれに限らず、例えばトランジスタ等
の発熱可能な半導体素子を形成する構成としてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、外部からの給電により発熱して基板上の付
着物を除去するヒータを基板上に設け、該ヒータを流体
の流れに対して感熱抵抗体の上流側と下流側とに配設す
る構成としたから、ヒータからの熱により基板上の付着
物を感熱抵抗体の上流側および下流側で確実に除去で
き、流体を感熱抵抗体に安定して接触させることができ
る。従って、感熱抵抗体により流体の流量を長期間に亘
って安定して検出できると共に、流量検出装置の検出精
度および耐久性を大幅に向上させることができる。

【００５９】また、請求項２に記載の発明によれば、周
囲の厚肉部に対して熱的に絶縁される薄肉部を基板に設
け、感熱抵抗体を薄肉部上に形成し、ヒータを厚肉部上
に形成する構成としたから、感熱抵抗体とヒータとを薄
肉部により熱的に絶縁させることができ、ヒータから伝
わる熱が感熱抵抗体に影響を与えるのを確実に防止でき
る。従って、例えば流量検出装置を自動車用エンジン等
に用いた場合には、ヒータに残った熱がエンジンの再始
動時に感熱抵抗体へと伝わるのを防止でき、感熱抵抗体
により流体の流量を常に安定して検出することができ
る。また、ヒータから感熱抵抗体に熱が伝わらないの
で、感熱抵抗体により流体の流量を検出するのと同時に
ヒータを発熱させることができ、基板上の付着物を効率
よく除去することができる。

【００６０】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
熱伝導率の小さい薄膜が設けられたシリコン板によって
基板を形成し、該シリコン板に薄膜を残してエッチング
処理を施すことにより薄肉部を形成する構成としたか
ら、この薄膜の部分に半導体製造技術を用いて薄肉部を
容易に形成でき、微小な間隔をもって離間した感熱抵抗
体とヒータとを安定して熱的に絶縁させることができ
る。

【００６１】また、請求項４に記載の発明によれば、外
部からの給電により発熱する半導体素子によってヒータ
を構成したから、半導体素子を付着物の除去に必要な温
度まで発熱させるときには、通常の抵抗体材料からなる
ヒータよりも比較的高い電圧と低い電流とを用いること
ができ、比較的制御が容易な低電流用の給電回路により
半導体素子に対して安定的に給電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による流量検出装置等を示す全体
構成図である。

【図２】図１中の基板上に形成した流量検出装置のセン
サ部分を拡大して示す斜視図である。

【図３】図２中の矢示III − III線に沿った縦断面図で
ある。

【図４】第２の実施例による流量検出装置のセンサ部分
を示す縦断面図である。

【図５】第３の実施例による流量検出装置のセンサ部分
を示す要部拡大断面図である。

【図６】比較例による流量検出装置の基板上に付着物が
堆積した状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

４，２１，３１基板５，３２シリコン板６薄膜７，２３薄肉部８厚肉部９感熱抵抗体１１ヒータ１３付着物３３ダイオード（半導体素子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流路途中に配設される基板と、該
基板に沿って流れる流体の流量を検出するために該基板
上に設けられ、外部から給電されることにより発熱する
感熱抵抗体とからなる流量検出装置において、前記基板上には流体の流れに対して前記感熱抵抗体の上
流側と下流側とにヒータを設け、該ヒータは外部からの
給電により発熱して前記基板上の付着物を除去する構成
としたことを特徴とする流量検出装置。
【請求項２】前記基板には、厚肉部と、該厚肉部より
も薄肉に形成され該厚肉部に対し熱的に絶縁される薄肉
部とを設け、前記感熱抵抗体は該薄肉部上に形成し、前
記ヒータは前記厚肉部上にそれぞれ形成する構成として
なる請求項１に記載の流量検出装置。
【請求項３】前記基板は表面側に熱伝導率の小さい材
料からなる薄膜が設けられたシリコン板によって形成
し、前記薄肉部は前記薄膜を残してシリコン板にエッチ
ング処理を施すことによって形成してなる請求項２に記
載の流量検出装置。
【請求項４】前記ヒータは前記基板に形成され外部か
らの給電により発熱する半導体素子によって構成してな
る請求項１，２または３に記載の流量検出装置。